缸內直噴汽油機高壓噴油器驅動(dòng)電路的設計

摘要：為了實(shí)現缸內直噴汽油機(GDI)噴油量、噴油正時(shí)和噴油速率的精確控制，對噴油器驅動(dòng)電路提出更高的要求。設計了一種GDI發(fā)動(dòng)機噴油器驅動(dòng)電路，該電路由BOOST升壓、高端自舉驅動(dòng)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(shí)現三段驅動(dòng)反饋電流控制，節省了軟件資源。實(shí)驗表明，該電路可以有效減小噴油器的開(kāi)啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間，滿(mǎn)足噴油器對驅動(dòng)性能的要求。
關(guān)鍵詞：噴油器驅動(dòng)電路；BOOST升壓；高端自舉驅動(dòng)；電流分段控制

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

1 驅動(dòng)電路總體設計方案
如圖1所示，理想的噴油器驅動(dòng)電流要求分為3個(gè)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(gè)高電壓直接作用在噴油器電磁閥線(xiàn)圈上，加快驅動(dòng)電流上升速度，以縮短噴油器開(kāi)啟時(shí)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(dòng)電流下降到一個(gè)較小的值，保證噴油器處于打開(kāi)狀態(tài)且功耗降低。

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

發(fā)動(dòng)機噴油時(shí)，ECU同時(shí)產(chǎn)生選缸信號和高壓觸發(fā)信號，其中，選缸信號通過(guò)低端驅動(dòng)電路控制相應缸號的低端MOSFET導通，其脈寬決定了噴油時(shí)間；高壓觸發(fā)信號通過(guò)高端自舉驅動(dòng)電路控制高端MOSFET管M1導通，其脈寬決定了高電壓通電時(shí)長(cháng)。此時(shí)，通過(guò)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(kāi)啟。
高壓觸發(fā)信號結束時(shí)，其下降沿觸發(fā)單穩態(tài)觸發(fā)器，產(chǎn)生一個(gè)低電平信號，控制基準電壓設定電路產(chǎn)生一個(gè)高基準電壓。當采樣電壓低于基準電壓時(shí)，比較器輸出高電平，通過(guò)與門(mén)邏輯輸出高電平信號，允許高端MOSFET管M2工作，低電壓VL開(kāi)始供電，電流增加。當采樣電壓高于基準電壓時(shí)，比較器輸出低電平。此時(shí)，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定在由高基準電壓確定的范圍內。
單穩態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生的低電平信號結束后，基準電壓設定電路產(chǎn)生低基準電壓。類(lèi)似地，使第二段保持電流始終穩定在由低基準電壓確定的范圍內，直到噴油結束。