一種高壓共軌噴油器的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

摘要：分析了高壓共軌噴油器電磁閥工作原理，設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)模塊采用高電壓、大電流對(duì)電磁閥的開啟加以控制，隨后采用低電壓、小電流的PWM波維持導(dǎo)通，滿足了高壓共軌噴油器電磁閥驅(qū)動(dòng)控制的要求。試驗(yàn)表明此驅(qū)動(dòng)電路性能優(yōu)異，設(shè)計(jì)運(yùn)行可靠，能滿足高壓共軌噴油器電磁閥驅(qū)動(dòng)控制的要求。
關(guān)鍵詞：高壓共軌；電磁閥；驅(qū)動(dòng)電路

0 引言
高壓共軌系統(tǒng)由高壓油泵、共軌、噴油器、電子控制單元(ECU)和各種傳感器組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將低壓燃油加壓成高壓燃油，并將高壓燃油供入共軌之中。燃油壓力是由通過調(diào)節(jié)供入共軌中的燃油量來控制的。共軌內(nèi)的高壓燃油經(jīng)高壓油管輸送到安裝在氣缸蓋上的噴油器內(nèi)，經(jīng)噴油器內(nèi)的噴油嘴將燃油噴入燃燒室內(nèi)。在電控共軌系統(tǒng)中，由各種傳感器檢測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況，經(jīng)過ECU硬件的輸入模塊進(jìn)行相應(yīng)處理，將信號(hào)傳送給CPU，由CPU進(jìn)行計(jì)算、判斷、定出適合于該運(yùn)行狀況的供油量、噴油量、噴油定時(shí)等參數(shù)，再經(jīng)過ECU專用集成電路的輸出模塊進(jìn)行處理，提供高壓預(yù)噴射、主噴射和PWM噴射脈沖，驅(qū)動(dòng)電磁閥開關(guān)，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。要達(dá)到最佳工作狀態(tài)需要借助靈活可變的噴油速率(多次噴射技術(shù))得以實(shí)現(xiàn)，這要求共軌噴油器具有高速響應(yīng)的特征。而其快速響應(yīng)特性是通過電磁閥的特殊設(shè)計(jì)及高壓電源(50V)模塊快速放電實(shí)現(xiàn)的。電控燃油系統(tǒng)核心部件是執(zhí)行器，電磁閥作為應(yīng)用最廣泛的燃油噴射系統(tǒng)執(zhí)行器，其驅(qū)動(dòng)電路直接影響燃油噴射系統(tǒng)乃至整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
噴油器電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊是共軌ECU開發(fā)的核心技術(shù)，現(xiàn)階段，噴油器電磁閥廣泛地采用峰值～維持控制方式，峰值電流為20A左右，維持電流為13A左右，該方式通常由BOOST升壓與PWM調(diào)制驅(qū)動(dòng)兩個(gè)部分構(gòu)成，本研究對(duì)這兩部分進(jìn)行詳細(xì)的分析，并給出相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法和控制電流波形。

1 升壓模塊的結(jié)構(gòu)和原理
噴油器為了實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)需要高驅(qū)動(dòng)電壓，這里采用DC-DC轉(zhuǎn)換模塊將柴油機(jī)24V蓄電池電壓轉(zhuǎn)換到50V。50V電源模塊是共軌噴油器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路中的重要部件，它由升壓型DC-DC電路構(gòu)成。設(shè)計(jì)思路采用24V斬波-升壓-整流-電容充電-放電激勵(lì)電磁閥的方式，基本構(gòu)成如圖1所示。在充電過程中，開關(guān)管閉合，開關(guān)處用導(dǎo)線代替。這時(shí)，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對(duì)地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個(gè)比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲(chǔ)存了一些能量。放電過程這是當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)的等效電路。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬上變?yōu)?，而是緩慢地由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。而原來的電路己斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了，升壓完畢。起來升壓過程就是一個(gè)電感的能量傳遞過程。充電時(shí)，電感吸收能量，放電時(shí)電感放出能量。如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。如果這個(gè)通斷的過程不斷重復(fù)，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。