專利名稱：一種發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電控發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是指一種發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路及其控制方法。
背景技術(shù)：
目前，在諸如柴油機(jī)噴油器電磁閥、汽油機(jī)噴油器電磁閥、天燃?xì)獍l(fā)動機(jī)噴氣嘴電磁閥等電控發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中，其相關(guān)電磁閥的驅(qū)動電路大都采用以下控制方式來進(jìn)行:首先，根據(jù)曲軸、凸輪軸信號得到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及相位位置等相關(guān)信息，并計算得到燃油噴射量、燃油噴射提前角等控制參數(shù)，再根據(jù)相位位置來控制噴油器驅(qū)動電路等執(zhí)行器來驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)的控制。在該控制方式中，電磁閥驅(qū)動電路可根據(jù)E⑶(Engine ControlUnit，發(fā)動機(jī)控制器)的噴射邏輯信號控制電磁閥的驅(qū)動電流，電磁閥在驅(qū)動電流的作用下，可改變針閥升程，進(jìn)而控制噴射通道的開關(guān)狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)控制噴射的目的。現(xiàn)階段常用的電磁閥驅(qū)動電流多為Peak&Hold波形，波形如圖1所示，其驅(qū)動電路則多為如圖2所示的高低端驅(qū)動電路。該高低端驅(qū)動電路特征為:電磁閥兩端均有三極管，即在電磁閥與高壓驅(qū)動電源之間，以及電磁閥與地之間均連接有可控三極管。工作時，利用與高壓驅(qū)動電源相連的高端三極管可控制電源與電磁閥的聯(lián)通狀態(tài)，進(jìn)而使電磁閥驅(qū)動電流提升或降低:當(dāng)高端電磁閥導(dǎo)通，聯(lián)通電源與電磁閥時，電源向電磁閥注入能量，驅(qū)動電流提升；當(dāng)高端電磁閥關(guān)斷，斷開電源與電磁閥時，電磁閥泄放能量，驅(qū)動電流降低。相應(yīng)地，利用與地相連的低端三極管則可控制電磁閥與地之間的聯(lián)通狀態(tài)，其作用有兩個，其一，在多缸機(jī)電磁閥驅(qū)動電路中可通過導(dǎo)通不同的低端三極管實(shí)現(xiàn)選缸功能；其二，控制電磁閥驅(qū)動電流降低階段的下降速率，當(dāng)?shù)投穗姶砰y導(dǎo)通時，驅(qū)動電流下降速率較慢；當(dāng)?shù)投穗姶砰y關(guān)斷時，驅(qū)動電流下降速度較快。ECU通過對采樣電阻的電壓進(jìn)行采樣即可實(shí)時計算得到驅(qū)動電流大小，與預(yù)先設(shè)定的Peak&Hold驅(qū)動電流波形各階段標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，可得到驅(qū)動電流目標(biāo)值與實(shí)際值的大小關(guān)系。依據(jù)該大小關(guān)系調(diào)整高端電磁閥的導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動電流的反饋控制。高低端驅(qū)動電路可以實(shí)現(xiàn)Peak&Hold驅(qū)動電流波形，但主要存在以下兩點(diǎn)缺陷。第一，線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在該驅(qū)動電路中ECU與電磁閥之間需要兩根較長的連接線，分別連接電磁閥的兩端。工作時，由于這兩根連接線均有較大的驅(qū)動電流通過，因此增加了線束布置的難度。第二，驅(qū)動過程復(fù)雜。高端三極管關(guān)斷時，控制端電壓高于地10 15V即可保證三極管導(dǎo)通，但是一旦該高端三極管導(dǎo)通，則控制端電壓需要升高到高于高壓電源10 15V才可保持三極管的導(dǎo)通狀態(tài)，因此通常需采用浮動驅(qū)動技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一功能。然而，浮動驅(qū)動電路不僅電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、價格昂貴，而且其電路穩(wěn)定性也不高，不適于廣泛推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前電磁閥驅(qū)動電路中高、低端驅(qū)動電路所存在的線路結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式較為復(fù)雜，安全性能和穩(wěn)定性能較差的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，安全性較高的發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路。本發(fā)明的另一目的是提供一種上述發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路的控制方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路，主要由與發(fā)動機(jī)控制器相連接的控制三極管電路，以及分別與控制三極管電路和發(fā)動機(jī)控制器相連接的續(xù)流保護(hù)電路組成。進(jìn)一步地，所述的控制三極管電路由N型的三極管TC，以及一端接地、另一端與三極管TC的源極相連接的采樣電阻RF構(gòu)成，且該三極管TC的漏極與所述的續(xù)流保護(hù)電路相連接，其柵極和源極還均與發(fā)動機(jī)控制器相連接。所述的續(xù)流保護(hù)電路由P型的三極管TRl，N型的三極管TR2，與三級管TRl的漏極相串接的續(xù)流二極管D，串接在三極管TR2的漏極與三極管TRl的柵極之間的分壓電阻Rl,以及串接在三極管TRl的柵極與源極之間的分壓電阻R2組成；所述三極管TRl的源極與三極管TC的漏極相連，三極管TR2的柵極則與發(fā)動機(jī)控制器相連接。一種上述發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路的控制方法，主要包括以下步驟:a、噴射持續(xù)期間，續(xù)流控制信號輸出高電平，且系統(tǒng)利用驅(qū)動電流采樣信號計算得到驅(qū)動電流實(shí)際值，判斷驅(qū)動電流實(shí)際值是否小于預(yù)設(shè)的驅(qū)動電流目標(biāo)值？b、是，則驅(qū)動控制信號持續(xù)輸出高電平；否，則驅(qū)動控制信號持續(xù)輸出t秒低電平；C、判定噴射是否結(jié)束，否，則返回步驟a重新調(diào)整驅(qū)動控制信號輸出；是，則續(xù)流控制信號及驅(qū)動控制信號都輸出低電平。其中，步驟a中所述的利用驅(qū)動電流采樣信號計算得到驅(qū)動電流實(shí)際值，其計算公式是:電流反饋信號采樣得到的電壓/采樣電阻Rf阻值。步驟b中所述的“輸出t秒低電平”中，其時間t的取值為50μ s 1000 μ S，其時間t的最佳取值為70 μ S。本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:(I)本發(fā)明的驅(qū)動電路由少量常用元器件組成，不僅其結(jié)構(gòu)簡單，而且性能穩(wěn)定，能徹底克服傳統(tǒng)高低端電路需要采用浮動驅(qū)動電路的缺陷，從而顯著降低驅(qū)動電路的復(fù)雜度及成本。(2)本發(fā)明中的被控電磁閥的一端與高壓驅(qū)動電源直接相連，無需經(jīng)過E⑶，從而可以極大的簡化ECU的線束布置，節(jié)省ECU輸出端口。(3)本發(fā)明的控制方法簡單，能適用于柴油機(jī)噴油器電磁閥、汽油機(jī)噴油器電磁閥及天燃?xì)獍l(fā)動機(jī)噴氣嘴電磁閥等電控發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，其使用范圍廣泛。


圖1為采用傳統(tǒng)驅(qū)動方式進(jìn)行驅(qū)動時其Peak&Hold驅(qū)動電流波形。圖2為傳統(tǒng)驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的驅(qū)動電路控制流程圖。圖5為采用本發(fā)明的驅(qū)動電路時的Peak&Hold驅(qū)動電流波形。以上附圖中的附圖標(biāo)記名稱分別為:
I —控制三極管電路，2—續(xù)流保護(hù)電路。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例圖1、2所示內(nèi)容為目前人們所采用的驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的Peak&Hold驅(qū)動電流波形。圖3為本發(fā)明的發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)示意圖，其由控制三極管電路I和續(xù)流保護(hù)電路2組成。其中，S為本發(fā)明驅(qū)動電路所需要控制的電磁閥，簡稱“被控電磁閥S”；ECU為發(fā)動機(jī)控制器，且其具有多個輸入端和輸出端。所述的控制三極管電路I由采樣電阻RF和N型的三極管TC構(gòu)成，連接時，該三極管TC的柵極和源極均直接與ECU相連接，以分別接受ECU的控制信號SigC和驅(qū)動電流采樣信號SigF。采樣電阻RF的一端接地，另一端與三極管TC的源極相連接，同時，該三極管TC的漏極還與所述的續(xù)流保護(hù)電路2相連接。被控電磁閥S的一端接高壓驅(qū)動電源HPower，其另一端則接三極管TC的漏極。續(xù)流保護(hù)電路2貝丨」由P型的三極管TRl，N型的三極管TR2，與三級管TRl的漏極相串接的續(xù)流二極管D，串接在三極管TR2的漏極與三極管TRl的柵極之間的分壓電阻R1，以及串接在三極管TRl的柵極與源極之間的分壓電阻R2組成。所述三極管TRl的源極與三極管TC的漏極相連，三極管TR2的柵極則與發(fā)動機(jī)控制器相連接。為了確保本發(fā)明的實(shí)際使用效果，分壓電阻Rl與分壓電阻R2阻值配置應(yīng)當(dāng)滿足以下要求，即當(dāng)高壓驅(qū)動電源HPower電壓低于12V時，分壓電阻Rl阻值為0，分壓電阻R2阻值為IK歐姆左右；當(dāng)高壓驅(qū)動電源HPower電壓高于12V時，分壓電阻Rl與分壓電阻R2阻值之比為:(高壓驅(qū)動電源電壓一 12)/12。如圖4、5所示，采用上述電磁閥驅(qū)動電路進(jìn)行驅(qū)動時，其主要包括以下步驟:a、噴射持續(xù)期間，續(xù)流控制信號輸出高電平，且系統(tǒng)利用驅(qū)動電流采樣信號計算得到驅(qū)動電流實(shí)際值，判斷驅(qū)動電流實(shí)際值是否小于預(yù)設(shè)的驅(qū)動電流目標(biāo)值？b、是，則驅(qū)動控制信號持續(xù)輸出高電平；否，則驅(qū)動控制信號持續(xù)輸出t秒低電平。C、判定噴射是否結(jié)束，否，則返回步驟a重新調(diào)整驅(qū)動控制信號輸出；是，則續(xù)流控制信號及驅(qū)動控制信號都輸出低電平。其中，步驟a中所述的利用驅(qū)動電流采樣信號計算得到驅(qū)動電流實(shí)際值，其計算公式是:電流反饋信號采樣得到的電壓/采樣電阻^阻值；步驟b中所述的“輸出t秒低電平”中，其時間t的取值為50μ s 1000 μ S，其最佳時間t的取值為70 μ S。為了充分滿足客戶的需求，所述預(yù)設(shè)的驅(qū)動電流目標(biāo)值由使用客戶提出，通常應(yīng)根據(jù)噴油器電磁閥特性決定。如圖5所示，圖中IS為電磁閥S的驅(qū)動電流，IPeak為Peak&Hold驅(qū)動電流Peak階段電流目標(biāo)值，IHold為Hold階段驅(qū)動電流目標(biāo)值。其具體工作過程及原理如下。tl時刻，噴射開始。驅(qū)動電流為0，采樣電阻RF反饋電壓信號SigF同樣為0，低于Peak階段驅(qū)動電流目標(biāo)值I Peak。根據(jù)本發(fā)明控制算法，驅(qū)動電流目標(biāo)值高于實(shí)際值，SigC控制輸出為高。這使得三極管TC導(dǎo)通，進(jìn)而電磁閥S導(dǎo)通，驅(qū)動電流IS上升。此時，續(xù)流信號SigR輸出為高，三極管TR2導(dǎo)通，源極電壓接近地。由于三極管TC導(dǎo)通，三極管TRl源極電壓接近地，所以分壓電阻Rl和分壓電阻R2的公共端電壓也接近地。因?yàn)槿龢O管TRl為P型三極管，其柵極與源極電壓基本相同，所以此時該三極管TRl無法導(dǎo)通，續(xù)流回路斷開。之后，電磁閥S持續(xù)與高壓電源導(dǎo)通，其驅(qū)動電流IS持續(xù)增長。t2時刻，電磁閥驅(qū)動電流IS超過Peak階段驅(qū)動電流目標(biāo)值IPeak，根據(jù)本發(fā)明控制算法，SigC控制輸出為低。此時，按照本發(fā)明所述方法配置分壓電阻Rl與分壓電阻R2阻值，可使得三極管TRl源極電壓高于柵極電壓12V左右，續(xù)流電路導(dǎo)通。如高壓驅(qū)動電源電壓為12V，則根據(jù)本發(fā)明所述，分壓電阻I為0，由于三極管TR2漏極電壓為地附近，三極管TRl柵極電壓為地附近。當(dāng)電磁閥S的感生電動勢升高超過12V時，三極管TRl源極也為12V，既可保證三極管TRl導(dǎo)通，又可保證續(xù)流二極管D導(dǎo)通，從而整個續(xù)流回路導(dǎo)通，電磁閥S驅(qū)動電流泄放下降。如高壓驅(qū)動電源電壓為24V，則根據(jù)本發(fā)明所述，分壓電阻Rl與分壓電阻R2之比為(24 — 12)/12，即1:1。可選擇分壓電阻Rl與分壓電阻R2同為IK歐姆。此時，當(dāng)電磁閥S的感生電動勢升高超過24V時，三極管TR2漏極電壓仍為地附近，則在分壓電阻的作用下，三極管TRl柵極電壓為12V左右。同時，三極管TRl源極電壓為24V，所以既可保證三極管TRl導(dǎo)通，又可保證續(xù)流二極管D導(dǎo)通，從而整個續(xù)流回路導(dǎo)通，電磁閥S驅(qū)動電流泄放下降。由于電磁閥S續(xù)流回路未經(jīng)過采樣電阻RF，所以續(xù)流期間流經(jīng)采樣電阻的驅(qū)動電流為0，其反饋采樣信號同樣也為O。所以續(xù)流期間不能根據(jù)該采樣信號對驅(qū)動電流進(jìn)行反饋控制，只能采用開環(huán)控制，所以本發(fā)明中，續(xù)流階段的SigC控制輸出低維持一固定時間T。t3時刻，SigC控制輸出低維持時間T完成，E⑶重新比較驅(qū)動電流實(shí)際值與目標(biāo)值大小。由于經(jīng)過T時間的續(xù)流，驅(qū)動電流IS已下降到Peak階段目標(biāo)值IPeak之下，故根據(jù)本發(fā)明算法，SigC控制輸出再次為高，三極管TC導(dǎo)通，驅(qū)動電流上升。t4時亥Ij,電磁閥驅(qū)動電流IS超過Peak階段驅(qū)動電流目標(biāo)值IPeak, SigC控制輸出再次為低，控制三極管TC斷開，驅(qū)動電流下降。之后重復(fù)三極管TC導(dǎo)通、關(guān)斷的控制步驟。t5時刻，驅(qū)動電流Peak階段完成，電流目標(biāo)值由IPeak變?yōu)镮Hold。由于驅(qū)動電流實(shí)際值高于目標(biāo)值IHold，所以SigC控制輸出為低，且維持時間T。t6時刻，SigC控制輸出低維持時間T完成，驅(qū)動電流實(shí)際值仍高于目標(biāo)值IHold，所以SigC控制輸出仍為低，且維持時間T。t7時刻，SigC控制輸出低維持時間T完成，驅(qū)動電流實(shí)際值低于目標(biāo)值IHold，所以SigC控制輸出為高，控制三極管TC導(dǎo)通，驅(qū)動電流上升。之后重復(fù)三極管TC導(dǎo)通、關(guān)斷的控制步驟。t8時刻，噴射結(jié)束，SigC控制輸出與SigR控制輸出都為低。由于SigR輸出為地，三極管TR2不再導(dǎo)通，其漏極電壓不再為地。三極管TRl柵極與源極維持同樣的電壓，續(xù)流回路斷開。電磁閥S驅(qū)動電流經(jīng)三極管TC泄流后，快速下降，完成電磁閥噴射控制。如上所述，便可以很好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路，其特征在于:主要由與發(fā)動機(jī)控制器相連接的控制三極管電路(I)，以及分別與控制三極管電路(I)和發(fā)動機(jī)控制器相連接的續(xù)流保護(hù)電路(2 )組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路，其特征在于:所述的控制三極管電路(I)由N型的三極管TC，以及一端接地、另一端與三極管TC的源極相連接的采樣電阻RF構(gòu)成，且該三極管TC的漏極與所述的續(xù)流保護(hù)電路(2)相連接，其柵極和源極還均與發(fā)動機(jī)控制器相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路，其特征在于:所述的續(xù)流保護(hù)電路(2)由P型的三極管TR1，N型的三極管TR2，與三級管TRl的漏極相串接的續(xù)流二極管D，串接在三極管TR2的漏極與三極管TRl的柵極之間的分壓電阻R1，以及串接在三極管TRl的柵極與源極之間的分壓電阻R2組成；所述三極管TRl的源極與三極管TC的漏極相連，三極管TR2的柵極則與發(fā)動機(jī)控制器相連接。
4.一種上述發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路的控制方法，其特征在于，主要包括以下步驟: a、噴射持續(xù)期間，續(xù)流控制信號輸出高電平，且系統(tǒng)利用驅(qū)動電流采樣信號計算得到驅(qū)動電流實(shí)際值，判斷驅(qū)動電流實(shí)際值是否小于預(yù)設(shè)的驅(qū)動電流目標(biāo)值？ b、是，則驅(qū)動控制信號持續(xù)輸出高電平；否，則驅(qū)動控制信號持續(xù)輸出t秒低電平； C、判定噴射是否結(jié)束，否，則返回步驟a重新調(diào)整驅(qū)動控制信號輸出；是，則續(xù)流控制信號及驅(qū)動控制信號都輸出低電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路的控制方法，其特征在于，步驟a中所述的利用驅(qū)動電流采樣信號計算得到驅(qū)動電流實(shí)際值，其計算公式是:電流反饋信號采樣得到的電壓/采樣電阻Rf阻值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路的控制方法，其特征在于，步驟b中所述的“輸出t秒低電平”中，其時間t的取值為50 μ s 1000 μ S。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路的控制方法，其特征在于，所述時間t的取值為70 μ S。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)動機(jī)電磁閥驅(qū)動電路，其特征在于主要由與發(fā)動機(jī)控制器相連接的控制三極管電路(1)，以及分別與控制三極管電路(1)和發(fā)動機(jī)控制器相連接的續(xù)流保護(hù)電路(2)組成。本發(fā)明的驅(qū)動電路由少量常用元器件組成，不僅其結(jié)構(gòu)簡單，而且性能穩(wěn)定，能徹底克服傳統(tǒng)高低端電路需要采用浮動驅(qū)動電路的缺陷，從而顯著降低驅(qū)動電路的復(fù)雜度及成本。
文檔編號F02D41/30GK103104363SQ20131002866
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者張科勛, 郝守剛, 李中, 褚全紅, 白思春 申請人:常州易控汽車電子有限公司