CN202194730U - 一种带保护功能的电磁阀驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电控柴油机燃油喷射系统中的喷油器电磁阀驱动。它包括升压电路，高压驱动电路，低压驱动电路，信号处理电路以及短路保护电路。其中升压电路采用可控的工作模式，可以避免驱动MOSFET长期工作在大负荷状态而导致损坏，提高了电路的可靠性；高压驱动电路和低压驱动电路组成了双电源驱动电路驱动电磁阀，保证喷油器的稳定工作。此外，每缸驱动MOSFET都并联了保护电阻对驱动电路进行ESD防护；信号处理电路具有电流保持，短路保护等功能，同时采用双端取样的方式，可以有效滤除干扰，保证控制精度。在喷油器驱动关闭后某一时刻再次开启相应MOSFET一定时间，利用电磁阀中剩余能量产生一定吸引力，以提高喷油器的喷油精度。本实用新型的技术方案具有硬件电路可靠性好，精度高，调节灵活，抗干扰性能好等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电控发动机燃油喷射技术领域，特别涉及一种用于柴油机电控共轨喷油器中带保护功能的电磁阀驱动装置。
背景技术
现代柴油机共轨喷射系统中，广泛采用电磁执行器精确控制喷油量。由于电磁执行器的性能和可靠性直接影响发动机性能和可靠性，因此，需要一种能对电磁执行器进行实时监控和保护的装置，以便实现对喷油量的精确控制，并当故障出现后能及时对控制策略进行调整，防止故障进一步蔓延、恶化。
电控喷油器包含电气、机械及流体三个部分，这些对喷油器的整体性能都有重要影响，为进一步提高喷油器响应及喷射油量精度，须有精简的控制电路，使喷油器个体工作在最佳模式。本实用新型所述的电磁阀驱动装置能实时检测各驱动部分是否有故障或损坏，具有短路保护功能，从而使得共轨系统驱动更加安全可靠。
本实用新型所述的电磁阀驱动装置能使得喷油器更精确地控制燃油喷射量，这将有助于降低发动机工作时的噪声，同时减少有害排放物，如NOX、颗粒物(PM)等。
在现有技术中，专利CN1651742A和CN101477870A都涉及电磁阀的驱动电路，其中用于测量电流的方法均是利用取样电阻单端采样，取样电阻另一端接地，在实际控制系统中，驱动电路地线易受干扰，这将直接影响电流的控制精度和系统可靠性；电磁阀线圈在实际使用中，存在短路等现象，本专利也设计了必要的短路保护。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提出一种新的用于柴油机电控高压共轨喷油器的带保护功能的电磁阀驱动装置。
本实用新型所采用的技术方案和主要特征是一种带保护功能的 电磁阀驱动装置，包括升压电路、高压驱动电路、低压驱动电路、选缸驱动电路、信号处理电路以及短路保护电路。其中升压电路采用可控的工作模式，由升压电路产生的高电压供电的高压驱动电路与由蓄电池供电的低压驱动电路组成双电源驱动电路以驱动电磁阀，信号处理电路从取样电阻两端采集反馈的电流信号，处理后调节电磁阀的驱动电流。每个电磁阀各有一套选缸驱动电路，每套选缸驱动电路主要器件为一个MOSFET管。为检测驱动电流，在电磁阀的公共端设置了采样电阻。工作时，通过信号处理电路调整高压驱动电路产生峰值电流的大小，以及低压驱动电路产生保持电流的大小，通过选缸驱动电路实现选缸工作。
与现有技术不同，本实用新型中的升压电路设计为运行时间可控，当高压驱动喷油器时，关闭升压电路，避免了其MOSFET管长期工作在大负荷状态，也使喷油器驱动更加精确可靠。本实用新型中选缸驱动电路的选缸用MOSFET管均并联了一个放电电阻，用于ESD防护。本实用新型中信号处理电路从取样电阻两端采样，电流控制较为精确，避免了EMC干扰对信号处理电路的影响，也使得硬件电路的布线更加灵活，方便。
与现有技术不同，本实用新型中的喷油器驱动电路带有短路保护功能，当喷油器发生短路故障时，电流快速上升，导致DQ触发器输出信号发生变化，以关闭各MOSFET管，从而保护相应电路，等待MCU进行故障处理。
与现有技术不同，本实用新型中在喷油器驱动关闭后某一时刻再次打开选缸用MOSFET管一定时间，利用电磁阀中剩余能量对喷油器部分机械部件进行缓冲，以提高喷油器的喷油精度。
本实用新型的优点是通过调整升压电路和喷油器驱动电路的工作时序以降低整个系统的瞬时功耗，并能精确控制喷油器的驱动电流；当喷油器发生短路时硬件电路实现自动保护；当喷油器驱动关闭后，利用电磁线圈中的剩余能量产生一小电流，使得喷油精度有更大提高。
本技术方案的应用特征和优点将由下面对附图示出的实施例进行详细描述，但本实用新型的保护范围并不限于说明书和附图的具体描述，在此，所有描述或所示特征本身形成本实用新型的内容与权利 要求中的概括或引用有关，而与说明书及附图展示形式无关。
附图说明
图1是本实用新型驱动电路原理图；
图2是工作过程的控制信号及驱动电流波形；
图3是信号处理电路原理框图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型所述驱动电路及其工作过程。
图1所示为本实用新型所述驱动电路原理图。本实用新型技术方案的主要思想是适用于柴油机电控共轨燃油喷射系统的电磁阀驱动装置，包括升压电路，信号处理电路，高压驱动电路及低压驱动电路。
升压电路控制芯片能够微调振荡器放电电流，达到精确控制占空比的目的；同时还具有自动前馈补偿、锁存脉宽调制、欠压锁定等功能。升压电路用IC对MOSFET管T7进行PWM(Pulse Width Modulation)控制，利用升压电感L7将蓄电池电压升至电磁阀驱动用高压，由于二极管D7的单向导通特性高压能量储存于电容C2，从而形成一个稳定的高压源。取样电阻R8用于测量MOSFET管T7导通时的回路电流，并通过电阻R9将该电流信号反馈至控制芯片，控制芯片根据该电流反馈调节输出至T7的PWM信号的占空比，即当电流大于设定值时，占空比将减小；当电流小于设定值时，占空比允许增大。
由精密电阻R13、R14构成的分压网络实时测量电容C2的电压，并反馈至控制芯片，当采集到的电压值低于设定值时，继续对电容C2充电；当电压值高于设定值时，MOSFET管T7截止，停止对电容C2充电。
与传统升压电路不同的是，三极管Q1、Q2、电阻R10、R11、R12组成的使能电路与升压电路IC电性相连，在电路设计中将升压电路设计为可控，当电磁阀高压驱动电路开始工作时升压电路自动停止工作，即MOSFET管T8导通时MCU(Micro Control Unit)输出高电平至电阻R12，使升压电路芯片IC停止工作，从而使MOSFET管T7截止，高压能量由电容C2提供；直到高压驱动结束后，即MOSFET管T8被关闭后，MCU连接电阻R12的管脚输出置位，再次使能升压电路工作，对MOSFET管T7进行通断控制，从而使电容C2上的电压恢复 至设定值，为下一次的电磁阀驱动提供足够的能量。若使MOSFET管T8和升压电路同时工作，由于T8的放电使得C2的电容始终低于设定值，MOSFET管T7将始终工作在大电流状态，容易产生较高的温升，该专利的设计避免了MOSFET管T7和T8同时工作，有效的降低了整个驱动系统的瞬时功耗，也降低了升压电路工作时PWM调制对驱动电路产生的电磁干扰，保证了喷油器电磁阀的稳定工作，同时保护了升压电路中的MOSFET管T7，可有效地避免MOSFET管长期工作在大负荷状态下，从而避免器件过热而损坏，并且具有很好的时间响应性，能够满足多次喷射的要求。
分别由MOSFET管T8和T9构成的高压驱动电路和低压驱动电路组成了双电压喷油器电磁阀驱动。高压驱动电路中的功率MOSFET管的源极通过保护二极管与电磁阀公共端相连。当其栅极接收到高压开放信号后高压驱动电路开始工作，为喷油器电磁阀提供高压，保证电磁阀顺利打开。低压驱动电路接收到保持电流信号为电流保持电路工作提供能量。由于喷油器接线端子等长期暴露在空气中，易导致其积聚静电等，给选缸MOSFET管Tx(x＝1-6)并联的放电电阻Rx(x＝1-6)能够及时释放掉积聚的电荷，对喷油器回路进行有效的ESD防护，避免喷油器电磁阀及相关电路受静电等冲击而导致意外地损坏。
图2所示为驱动电路工作过程中主要控制信号逻辑关系。以驱动第一缸电磁阀为例，说明该驱动电路的工作过程。
(1)t0时刻，开始驱动喷油器电磁阀。选缸MOSFET管T1、高压驱动电路MOSFET管T8以及维持电路MOSFET管T9均打开，同时，升压电路使能信号BST_EN变为高电平禁止升压电路工作，二阶电流设定信号SUS_SET置位。由于电容C2上的电压高于电池电压，因此二极管D9反向截止，此时蓄电池对电磁阀上的电流提升并未直接起到作用。
(2)t1时刻，电磁阀的驱动电流峰值到达设定值，高压开放信号HV_CTRL置位，MOSFET管T8将关闭，此时由蓄电池通过维持电路MOSFET管T9继续对电磁阀供电，进入一阶电流控制模式，同时，升压电路使能信号BST_EN置位，升压电路再次工作给电容C2进行充电。维持电流使能信号SUS_CTRL为MCU输出信号，信号SUS为图3中A区域内硬件电流反馈控制信号与SUS_CTRL信号进行“与运算”所得。
(3)t2时刻，二阶电流设定信号SUS_SET置高电平，进入二阶电流控制模式。
(4)t3时刻，选缸MOSFET管T1、高压驱动电路MOSFET管T8以及维持电路MOSFET管T9均关闭，二阶电流设定信号SUS_SET置位。喷油器中的衔铁开始落座，喷油器开始关闭，此时电磁阀线圈中的剩余能量通过二极管D1反馈到电容C2中，电容C2两端的电压也将随之被升高，MOSFET管T1漏极的电压，也即喷油器低端电压也由于电容C2而被钳制在安全范围内。
(5)t 4时刻，选缸MOSFET管T1再次开启，根据电感特性，利用线圈的反电动势使电磁阀中再次产生一较小电流，从而使电磁阀又产生一定吸力，使得开始落座的衔铁减缓下降速度，从而减少衔铁下降时产生的反跳，喷油精度得到提高，并减少了机械的磨损，喷油器的工作稳定性进一步提高。
(6)t5时刻，选缸MOSFET管T1关闭，电磁阀线圈中的反电动势即喷油器低端电压再次升高，但仍被钳制在安全范围内。
此时第一缸的整个喷射过程被完成，其他缸的工作过程类似。
图3所示为信号处理电路。区域A为硬件电流反馈控制电路，喷油器电流通过电阻R7取样，经过差动运放U1得到R7两端压差，在此处使用差动运放可有效避免由于干扰信号造成的影响，R7两端电压再由U2将信号放大，送至比较器U3，当喷油器电流小于设定值时，U3输出高电平信号驱动三极管Q4；当喷油器电流大于设定值时，U3输出低电平信号驱动三极管Q4，所得信号与MCU输入信号SUS_CTRL经过逻辑门运算得到控制低压驱动电路的最终信号SUS。二阶电流设定由MCU通过电阻R17处输入信号SUS_SET来控制。
区域B为短路保护电路部分，R7、R15、R16、C3、差动运放U1组成的电流取样电路，与R27、R28、C5、比较器U5组成的比较电路电性相连，U5与R29、触发器U6电性相连，当电路发生短路时，短路电流经过运放U1放大后送入比较器U5，产生的紧急关闭信号经DQ触发器锁存发送至各个驱动MOSFET管以进行保护。当喷油器线圈发生短路时，差动运放U1输出电压信号快速升高，当超过比较器U5设定阈值时，U5输出高电平信号，DQ触发器在CP端发生上跳沿时，Q端输出值与D端相同，即U6的D端口输出高电平信号，该信号与各个MOSFET管的驱动控制信号做对应的逻辑运算，使短路发生时各个MOSFET管都被关闭，并且由DQ触发器将信号锁存，直至MCU对CLR信号置零，对DQ触发器进行清零操作，各MOSFET管才可再次开启。
以上所述的具体实施方式，包括所列举的流程框图，在本实用新 型内容和权利要求所覆盖的范围内可有多种变型和改变，因此，所述的实施例并不构成对本实用新型权利要求保护范围的限制。
Claims (4)
1.一种带保护功能的电磁阀驱动装置，包括升压电路、高压驱动电路、低压驱动电路、选缸驱动电路、信号处理电路以及短路保护电路，其中升压电路采用可控的工作模式，高压驱动电路和低压驱动电路组成双电源驱动电路以驱动电磁阀，信号处理电路从取样电阻两端采集反馈的电流信号，处理后调节电磁阀的驱动电流。
2.根据权利要求1所述的带保护功能的电磁阀驱动装置，其特征在于，三极管Q1、Q2、R10、R11、R12组成的使能电路与升压电路IC电性相连，MOSFET管T8导通时MCU(Micro Control Unit)输出高电平至电阻R12，使升压电路芯片IC停止工作，从而使MOSFET管T7截止；直到高压驱动结束后，即MOSFET管T8被关闭后，MCU连接电阻R12的管脚输出置位，再次使能升压电路工作。
3.根据权利要求1所述的带保护功能的电磁阀驱动装置，其特征在于，选缸驱动电路中所用的MOSFET管均并联放电电阻，用于电路的ESD防护。
4.根据权利要求1所述的带保护功能的电磁阀驱动装置，其特征在于，其特征在于，R7、R15、R16、C3、差动运放U1组成的电流取样电路，与R27、R28、C5、比较器U5组成的比较电路电性相连，U5与R29、触发器U6电性相连，当电路发生短路时，短路电流经过运放U1放大后送入比较器U5，产生的紧急关闭信号经DQ触发器锁存发送给至各个驱动MOSFET管以进行保护。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170718 Address after: 214063 Jiangsu city of Wuxi province Qian Rong Lu No. 15 Patentee after: China FAW Group Corporation Address before: 214063 Jiangsu city of Wuxi province Qian Rong Lu No. 15 Patentee before: Wuxi Fuel Injection Equipment Institute, China FAW Group Corporation |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20120418 |
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| CX01 | Expiry of patent term |