·设计计算·电控喷油器电磁阀驱动电路的改进设计及试验研究刘振明,李珩,欧阳光耀(海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033)摘要:分析了已有两种电磁阀驱动电路的特点,在对现有共轨系统驱动电路进行研究的基础上,改进设计了一种新的驱动电路。试验结果表明,改进设计的驱动电路具有结构简单、动态响应好、系统功耗低等特点,可以满足多次喷射的要求。关键词:柴油机;喷油器;电磁阀;驱动电路;共轨:TK42318文献标志码:B:100122222(2009)0120001203电控共轨式燃油喷射系统通过对喷油量、喷油正时和喷油速率的精确控制,实现柴油机排放性能与动力性能和经济性能的最佳匹配,是现代柴油机燃油系统的发展方向[1]。为了满足日益严格的排放法规,燃油喷射系统还必须能够灵活精确地实现预喷射、主喷射、后喷射甚至更多次的喷射,这就对电磁阀驱动电路的设计提出了更高的要求。在共轨系统中,为了实现这一目标,除了电磁阀和喷油器本身精密的制作工艺外,还需要一个高效的驱动电路。本研究首先分析了两种已有的电磁阀驱动电路,然后改进设计了一种新的电磁阀驱动电路,并进行了试验验证和结果分析。电压VccL在电磁阀闭合后有效,分别按照峰值电流和喷射过程的维持电流进行PWM调制,通过电流控制降低系统功耗。该驱动电路优点是驱动电流稳定、开关器件损耗小、电流电压冲击小、驱动脉宽调节不受PWM信号频率的影响[2];缺点是使用了两路功率电源,增加了1个开关管,增加了系统的复杂性。已有驱动电路分析1图1示出1种现有的共轨喷油器电磁阀驱动电路。该驱动电路只有1个驱动电源Vcc1,每个喷油器电磁阀线圈上的电流通断由1个功率MOSFET控制,通过PWM信号限制保持电流的大小。该驱动电路优点是结构简单,6路驱动信号之间共地,只需用1路MOSFET开关管驱动电源;缺点是每通道的功率MOSFET在开关过程中都要受到电流冲击,因此都需要配置RCD吸收电路,并且喷油器电磁阀的驱动电流作用时间的调整精度受降压PWM信号频率的影响。图2示出双电源驱动电路。高电压VccH在电磁阀电流到达峰值调制电流(电磁阀起始运动电流)前有效,采用高电压驱动可加快电磁阀响应速度;低图1单电源电磁阀驱动电路图2双电源电磁阀驱动电路收稿日期:2008211213;修回日期:2008212216基金项目:国家“十一五”计划项目(401010301)作者简介:刘振明(1978—),男,博士,主要研究方向为动力机械建模仿真与优化;liuzhenming2008@sina。·2·车用发动机2009年第1期和输出信号之间的电气隔离,驱动电压波形见图6。2驱动电路改进设计结合图1和图2示出的两种驱动电路,改进设计了一种单电源双开关驱动电路[3](见图3)。图4示出单电源双开关驱动电路控制信号。图5MOSFET开关管驱动电路图3单电源双开关驱动电路图6MOSFET驱动电路输入输出电压波形212限流蓄能参数的确定该驱动电路添加了由R1和C1组成的限流蓄能电路。当喷油器无动作时,电源通过R1给C1充电,当喷油器电磁阀驱动信号inj_ctrl驱动功率MOSFET导通时,存储于电容C1内的能量释放出来,使流过喷油器电磁阀线圈上的电流迅速由0A上升到接近20A,同时R1限制了电源电流的突变,将电源提供的电流限制在较小的范围内;当电磁阀驱动信号inj_ctrl为低电平时,功率MOSFET截止,电源又通过R1给C1充电,为下一次驱动作准备。因此R1和C1对驱动电路的性能有很大的影响[3]。本研究使用专业电路仿真软件Multsim建立了电路模型(见图4单电源双开关驱动电路控制信号在单电源双开关驱动电路中,低位开关控制信号和高位开关控制信号之间存在时间差,低位开关MOSFET比高位开关MOSFET导通时刻早,截止时刻晚,可实现低位开关MOSFET的“软开关”。当低位开关MOSFET导通时,高位开关MOSFET处于截止状态,所以低位开关MOSFET导通时电流为0;低位开关MOSFET截止时,高位开关MOSFET已经处于截止状态,所以低位开关MOS2FET截止时电压为0。这样就可以省去低位开关MOSFET的吸收电路,大大降低了电路的复杂程度,提高了可靠性。211功率MOSFET隔离驱动电路设计图7)。对和R1功率MOSFET的驱动电压为15V,为提高进行仿真,仿C1MOSFET的开关速度,MOSFET的栅极需要驱动电压和较大的驱动电流以建立栅极电压。EDA的输出电压为3.3V,最大驱动电流为20mA,无法直接驱动MOSFET;并且EDA电...