缸內(nèi)直噴汽油機(jī)高壓噴油器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)直噴汽油機(jī)(GDI)噴油量、噴油正時(shí)和噴油速率的精確控制，對(duì)噴油器驅(qū)動(dòng)電路提出更高的要求。設(shè)計(jì)了一種GDI發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器驅(qū)動(dòng)電路，該電路由BOOST升壓、高端自舉驅(qū)動(dòng)和電流分段控制電路等模塊組成，采用雙電源供電，以硬件控制方式實(shí)現(xiàn)三段驅(qū)動(dòng)反饋電流控制，節(jié)省了軟件資源。實(shí)驗(yàn)表明，該電路可以有效減小噴油器的開啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間，滿足噴油器對(duì)驅(qū)動(dòng)性能的要求。
關(guān)鍵詞：噴油器驅(qū)動(dòng)電路；BOOST升壓；高端自舉驅(qū)動(dòng)；電流分段控制

缸內(nèi)直噴汽油機(jī)(GDI)燃油噴射系統(tǒng)將燃油以噴霧形式直接送入氣缸中，在缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)油氣混合。通過(guò)改善噴霧特性，在缸內(nèi)形成理想混合氣是GDI能夠?qū)崿F(xiàn)其在燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特性方面優(yōu)勢(shì)的關(guān)健。噴霧特性除與噴油器本身的特性有關(guān)外，還需要一個(gè)高效的噴油器驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量、噴油正時(shí)和噴油速率的精確控制。北京航空航天大學(xué)開發(fā)了基于GDI噴油器專用驅(qū)動(dòng)芯片L9707的噴油器驅(qū)動(dòng)電路，但目前該芯片在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上無(wú)法買到。為此，筆者設(shè)計(jì)了一種缸內(nèi)直噴汽油機(jī)噴油器驅(qū)動(dòng)電路，采用運(yùn)用芯片以硬件方式實(shí)現(xiàn)噴油器驅(qū)動(dòng)所需的三段驅(qū)動(dòng)電流，減少對(duì)軟件資源的占用，滿足GDI發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)復(fù)雜噴射的要求。

1 驅(qū)動(dòng)電路總體設(shè)計(jì)方案
如圖1所示，理想的噴油器驅(qū)動(dòng)電流要求分為3個(gè)階段：上升階段(T0—T1)、拾波階段(T1—12)和保持階段(T2—T3)。在上升階段，需要一個(gè)高電壓直接作用在噴油器電磁閥線圈上，加快驅(qū)動(dòng)電流上升速度，以縮短噴油器開啟時(shí)間；在拾波階段，仍需提供較大保持電流，以防止電流突變導(dǎo)致噴油器針閥意外落座；在保持階段，驅(qū)動(dòng)電流下降到一個(gè)較小的值，保證噴油器處于打開狀態(tài)且功耗降低。

噴油器驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，由升壓電路、高端自舉驅(qū)動(dòng)電路、電流分段控制電路等組成，工作原理如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)噴油時(shí)，ECU同時(shí)產(chǎn)生選缸信號(hào)和高壓觸發(fā)信號(hào)，其中，選缸信號(hào)通過(guò)低端驅(qū)動(dòng)電路控制相應(yīng)缸號(hào)的低端MOSFET導(dǎo)通，其脈寬決定了噴油時(shí)間；高壓觸發(fā)信號(hào)通過(guò)高端自舉驅(qū)動(dòng)電路控制高端MOSFET管M1導(dǎo)通，其脈寬決定了高電壓通電時(shí)長(zhǎng)。此時(shí)，通過(guò)升壓電路得到的高電壓VH對(duì)噴油器供電，形成較大的電流，使噴油器快速開啟。
高壓觸發(fā)信號(hào)結(jié)束時(shí)，其下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，控制基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路產(chǎn)生一個(gè)高基準(zhǔn)電壓。當(dāng)采樣電壓低于基準(zhǔn)電壓時(shí)，比較器輸出高電平，通過(guò)與門邏輯輸出高電平信號(hào)，允許高端MOSFET管M2工作，低電壓VL開始供電，電流增加。當(dāng)采樣電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)，比較器輸出低電平。此時(shí)，M2截止，低電壓VL停止供電，電流減小。如此循環(huán)，使第一段保持電流始終穩(wěn)定在由高基準(zhǔn)電壓確定的范圍內(nèi)。
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生的低電平信號(hào)結(jié)束后，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路產(chǎn)生低基準(zhǔn)電壓。類似地，使第二段保持電流始終穩(wěn)定在由低基準(zhǔn)電壓確定的范圍內(nèi)，直到噴油結(jié)束。