一種高壓共軌噴油器的驅動電路設計

摘要：分析了高壓共軌噴油器電磁閥工作原理，設計的驅動模塊采用高電壓、大電流對電磁閥的開啟加以控制，隨后采用低電壓、小電流的PWM波維持導通，滿足了高壓共軌噴油器電磁閥驅動控制的要求。試驗表明此驅動電路性能優(yōu)異，設計運行可靠，能滿足高壓共軌噴油器電磁閥驅動控制的要求。
關鍵詞：高壓共軌；電磁閥；驅動電路

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節(jié)供入共軌中的燃油量來控制的。共軌內的高壓燃油經(jīng)高壓油管輸送到安裝在氣缸蓋上的噴油器內，經(jīng)噴油器內的噴油嘴將燃油噴入燃燒室內。在電控共軌系統(tǒng)中，由各種傳感器檢測出發(fā)動機的實際運行狀況，經(jīng)過ECU硬件的輸入模塊進行相應處理，將信號傳送給CPU，由CPU進行計算、判斷、定出適合于該運行狀況的供油量、噴油量、噴油定時等參數(shù)，再經(jīng)過ECU專用集成電路的輸出模塊進行處理，提供高壓預噴射、主噴射和PWM噴射脈沖，驅動電磁閥開關，使發(fā)動機處于最佳工作狀態(tài)。要達到最佳工作狀態(tài)需要借助靈活可變的噴油速率(多次噴射技術)得以實現(xiàn)，這要求共軌噴油器具有高速響應的特征。而其快速響應特性是通過電磁閥的特殊設計及高壓電源(50V)模塊快速放電實現(xiàn)的。電控燃油系統(tǒng)核心部件是執(zhí)行器，電磁閥作為應用最廣泛的燃油噴射系統(tǒng)執(zhí)行器，其驅動電路直接影響燃油噴射系統(tǒng)乃至整個發(fā)動機的性能。
噴油器電磁閥驅動模塊是共軌ECU開發(fā)的核心技術，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調制驅動兩個部分構成，本研究對這兩部分進行詳細的分析，并給出相應的實現(xiàn)方法和控制電流波形。

1 升壓模塊的結構和原理
噴油器為了實現(xiàn)快速響應需要高驅動電壓，這里采用DC-DC轉換模塊將柴油機24V蓄電池電壓轉換到50V。50V電源模塊是共軌噴油器電磁閥驅動電路中的重要部件，它由升壓型DC-DC電路構成。設計思路采用24V斬波-升壓-整流-電容充電-放電激勵電磁閥的方式，基本構成如圖1所示。在充電過程中，開關管閉合，開關處用導線代替。這時，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對地放電。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，這個比率跟電感大小有關。隨著電感電流增加，電感里儲存了一些能量。放電過程這是當開關管斷開時的等效電路。當開關斷開時，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會馬上變?yōu)?，而是緩慢地由充電完畢時的值變?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電感的能量傳遞過程。充電時，電感吸收能量，放電時電感放出能量。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持續(xù)的電流。如果這個通斷的過程不斷重復，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。