缸內直噴汽油機高壓噴油器驅動電路的設計

摘要：為了實現缸內直噴汽油機(GDI)噴油量、噴油正時和噴油速率的精確控制，對噴油器驅動電路提出更高的要求。設計了一種GDI發(fā)動機噴油器驅動電路，該電路由BOOST升壓、高端自舉驅動和電流分段控制電路等模塊組成，采用雙電源供電，以硬件控制方式實現三段驅動反饋電流控制，節(jié)省了軟件資源。實驗表明，該電路可以有效減小噴油器的開啟時間和關閉時間，滿足噴油器對驅動性能的要求。
關鍵詞：噴油器驅動電路；BOOST升壓；高端自舉驅動；電流分段控制

缸內直噴汽油機(GDI)燃油噴射系統(tǒng)將燃油以噴霧形式直接送入氣缸中，在缸內實現油氣混合。通過改善噴霧特性，在缸內形成理想混合氣是GDI能夠實現其在燃油經濟性和排放特性方面優(yōu)勢的關健。噴霧特性除與噴油器本身的特性有關外，還需要一個高效的噴油器驅動電路，實現對噴油量、噴油正時和噴油速率的精確控制。北京航空航天大學開發(fā)了基于GDI噴油器專用驅動芯片L9707的噴油器驅動電路，但目前該芯片在國內市場上無法買到。為此，筆者設計了一種缸內直噴汽油機噴油器驅動電路，采用運用芯片以硬件方式實現噴油器驅動所需的三段驅動電流，減少對軟件資源的占用，滿足GDI發(fā)動機對復雜噴射的要求。

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

噴油器驅動電路結構如圖2所示，由升壓電路、高端自舉驅動電路、電流分段控制電路等組成，工作原理如下：

發(fā)動機噴油時，ECU同時產生選缸信號和高壓觸發(fā)信號，其中，選缸信號通過低端驅動電路控制相應缸號的低端MOSFET導通，其脈寬決定了噴油時間；高壓觸發(fā)信號通過高端自舉驅動電路控制高端MOSFET管M1導通，其脈寬決定了高電壓通電時長。此時，通過升壓電路得到的高電壓VH對噴油器供電，形成較大的電流，使噴油器快速開啟。
高壓觸發(fā)信號結束時，其下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，產生一個低電平信號，控制基準電壓設定電路產生一個高基準電壓。當采樣電壓低于基準電壓時，比較器輸出高電平，通過與門邏輯輸出高電平信號，允許高端MOSFET管M2工作，低電壓VL開始供電，電流增加。當采樣電壓高于基準電壓時，比較器輸出低電平。此時，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)定在由高基準電壓確定的范圍內。
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產生的低電平信號結束后，基準電壓設定電路產生低基準電壓。類似地，使第二段保持電流始終穩(wěn)定在由低基準電壓確定的范圍內，直到噴油結束。