专利名称：一种发动机电磁阀驱动电路及其控制方法
技术领域：
本发明属于电控发动机控制系统领域，具体是指一种发动机电磁阀驱动电路及其控制方法。
背景技术：
目前，在诸如柴油机喷油器电磁阀、汽油机喷油器电磁阀、天燃气发动机喷气嘴电磁阀等电控发动机控制系统中，其相关电磁阀的驱动电路大都采用以下控制方式来进行:首先，根据曲轴、凸轮轴信号得到发动机转速及相位位置等相关信息，并计算得到燃油喷射量、燃油喷射提前角等控制参数，再根据相位位置来控制喷油器驱动电路等执行器来驱动电路，实现对发动机的控制。在该控制方式中，电磁阀驱动电路可根据E⑶(Engine ControlUnit，发动机控制器)的喷射逻辑信号控制电磁阀的驱动电流，电磁阀在驱动电流的作用下，可改变针阀升程，进而控制喷射通道的开关状态，最终实现控制喷射的目的。现阶段常用的电磁阀驱动电流多为Peak&Hold波形，波形如图1所示，其驱动电路则多为如图2所示的高低端驱动电路。该高低端驱动电路特征为:电磁阀两端均有三极管，即在电磁阀与高压驱动电源之间，以及电磁阀与地之间均连接有可控三极管。工作时，利用与高压驱动电源相连的高端三极管可控制电源与电磁阀的联通状态，进而使电磁阀驱动电流提升或降低:当高端电磁阀导通，联通电源与电磁阀时，电源向电磁阀注入能量，驱动电流提升；当高端电磁阀关断，断开电源与电磁阀时，电磁阀泄放能量，驱动电流降低。相应地，利用与地相连的低端三极管则可控制电磁阀与地之间的联通状态，其作用有两个，其一，在多缸机电磁阀驱动电路中可通过导通不同的低端三极管实现选缸功能；其二，控制电磁阀驱动电流降低阶段的下降速率，当低端电磁阀导通时，驱动电流下降速率较慢；当低端电磁阀关断时，驱动电流下降速度较快。ECU通过对采样电阻的电压进行采样即可实时计算得到驱动电流大小，与预先设定的Peak&Hold驱动电流波形各阶段标准值进行比较，可得到驱动电流目标值与实际值的大小关系。依据该大小关系调整高端电磁阀的导通或关断状态，即可实现对驱动电流的反馈控制。高低端驱动电路可以实现Peak&Hold驱动电流波形，但主要存在以下两点缺陷。第一，线路结构复杂，在该驱动电路中ECU与电磁阀之间需要两根较长的连接线，分别连接电磁阀的两端。工作时，由于这两根连接线均有较大的驱动电流通过，因此增加了线束布置的难度。第二，驱动过程复杂。高端三极管关断时，控制端电压高于地10 15V即可保证三极管导通，但是一旦该高端三极管导通，则控制端电压需要升高到高于高压电源10 15V才可保持三极管的导通状态，因此通常需采用浮动驱动技术实现这一功能。然而，浮动驱动电路不仅电路结构非常复杂、价格昂贵，而且其电路稳定性也不高，不适于广泛推广。
发明内容
本发明的目的在于克服目前电磁阀驱动电路中高、低端驱动电路所存在的线路结构和驱动方式较为复杂，安全性能和稳定性能较差的缺陷，提供一种结构简单，性能稳定，安全性较高的发动机电磁阀驱动电路。本发明的另一目的是提供一种上述发动机电磁阀驱动电路的控制方法。本发明的目的通过下述技术方案实现:一种发动机电磁阀驱动电路，主要由与发动机控制器相连接的控制三极管电路，以及分别与控制三极管电路和发动机控制器相连接的续流保护电路组成。进一步地，所述的控制三极管电路由N型的三极管TC，以及一端接地、另一端与三极管TC的源极相连接的采样电阻RF构成，且该三极管TC的漏极与所述的续流保护电路相连接，其栅极和源极还均与发动机控制器相连接。所述的续流保护电路由P型的三极管TRl，N型的三极管TR2，与三级管TRl的漏极相串接的续流二极管D，串接在三极管TR2的漏极与三极管TRl的栅极之间的分压电阻Rl,以及串接在三极管TRl的栅极与源极之间的分压电阻R2组成；所述三极管TRl的源极与三极管TC的漏极相连，三极管TR2的栅极则与发动机控制器相连接。一种上述发动机电磁阀驱动电路的控制方法，主要包括以下步骤:a、喷射持续期间，续流控制信号输出高电平，且系统利用驱动电流采样信号计算得到驱动电流实际值，判断驱动电流实际值是否小于预设的驱动电流目标值？b、是，则驱动控制信号持续输出高电平；否，则驱动控制信号持续输出t秒低电平；C、判定喷射是否结束，否，则返回步骤a重新调整驱动控制信号输出；是，则续流控制信号及驱动控制信号都输出低电平。其中，步骤a中所述的利用驱动电流采样信号计算得到驱动电流实际值，其计算公式是:电流反馈信号采样得到的电压/采样电阻Rf阻值。步骤b中所述的“输出t秒低电平”中，其时间t的取值为50μ s 1000 μ S，其时间t的最佳取值为70 μ S。本发明较现有技术相比具有以下优点及有益效果:(I)本发明的驱动电路由少量常用元器件组成，不仅其结构简单，而且性能稳定，能彻底克服传统高低端电路需要采用浮动驱动电路的缺陷，从而显著降低驱动电路的复杂度及成本。(2)本发明中的被控电磁阀的一端与高压驱动电源直接相连，无需经过E⑶，从而可以极大的简化ECU的线束布置，节省ECU输出端口。(3)本发明的控制方法简单，能适用于柴油机喷油器电磁阀、汽油机喷油器电磁阀及天燃气发动机喷气嘴电磁阀等电控发动机控制系统，其使用范围广泛。
图1为采用传统驱动方式进行驱动时其Peak&Hold驱动电流波形。图2为传统驱动电路的结构示意图。图3为本发明的驱动电路结构示意图。图4为本发明的驱动电路控制流程图。图5为采用本发明的驱动电路时的Peak&Hold驱动电流波形。以上附图中的附图标记名称分别为:
I —控制三极管电路，2—续流保护电路。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例图1、2所示内容为目前人们所采用的驱动电路结构及其相应的Peak&Hold驱动电流波形。图3为本发明的发动机电磁阀驱动电路结构示意图，其由控制三极管电路I和续流保护电路2组成。其中，S为本发明驱动电路所需要控制的电磁阀，简称“被控电磁阀S”；ECU为发动机控制器，且其具有多个输入端和输出端。所述的控制三极管电路I由采样电阻RF和N型的三极管TC构成，连接时，该三极管TC的栅极和源极均直接与ECU相连接，以分别接受ECU的控制信号SigC和驱动电流采样信号SigF。采样电阻RF的一端接地，另一端与三极管TC的源极相连接，同时，该三极管TC的漏极还与所述的续流保护电路2相连接。被控电磁阀S的一端接高压驱动电源HPower，其另一端则接三极管TC的漏极。续流保护电路2贝丨」由P型的三极管TRl，N型的三极管TR2，与三级管TRl的漏极相串接的续流二极管D，串接在三极管TR2的漏极与三极管TRl的栅极之间的分压电阻R1，以及串接在三极管TRl的栅极与源极之间的分压电阻R2组成。所述三极管TRl的源极与三极管TC的漏极相连，三极管TR2的栅极则与发动机控制器相连接。为了确保本发明的实际使用效果，分压电阻Rl与分压电阻R2阻值配置应当满足以下要求，即当高压驱动电源HPower电压低于12V时，分压电阻Rl阻值为0，分压电阻R2阻值为IK欧姆左右；当高压驱动电源HPower电压高于12V时，分压电阻Rl与分压电阻R2阻值之比为:(高压驱动电源电压一 12)/12。如图4、5所示，采用上述电磁阀驱动电路进行驱动时，其主要包括以下步骤:a、喷射持续期间，续流控制信号输出高电平，且系统利用驱动电流采样信号计算得到驱动电流实际值，判断驱动电流实际值是否小于预设的驱动电流目标值？b、是，则驱动控制信号持续输出高电平；否，则驱动控制信号持续输出t秒低电平。C、判定喷射是否结束，否，则返回步骤a重新调整驱动控制信号输出；是，则续流控制信号及驱动控制信号都输出低电平。其中，步骤a中所述的利用驱动电流采样信号计算得到驱动电流实际值，其计算公式是:电流反馈信号采样得到的电压/采样电阻^阻值；步骤b中所述的“输出t秒低电平”中，其时间t的取值为50μ s 1000 μ S，其最佳时间t的取值为70 μ S。为了充分满足客户的需求，所述预设的驱动电流目标值由使用客户提出，通常应根据喷油器电磁阀特性决定。如图5所示，图中IS为电磁阀S的驱动电流，IPeak为Peak&Hold驱动电流Peak阶段电流目标值，IHold为Hold阶段驱动电流目标值。其具体工作过程及原理如下。tl时刻，喷射开始。驱动电流为0，采样电阻RF反馈电压信号SigF同样为0，低于Peak阶段驱动电流目标值I Peak。根据本发明控制算法，驱动电流目标值高于实际值，SigC控制输出为高。这使得三极管TC导通，进而电磁阀S导通，驱动电流IS上升。此时，续流信号SigR输出为高，三极管TR2导通，源极电压接近地。由于三极管TC导通，三极管TRl源极电压接近地，所以分压电阻Rl和分压电阻R2的公共端电压也接近地。因为三极管TRl为P型三极管，其栅极与源极电压基本相同，所以此时该三极管TRl无法导通，续流回路断开。之后，电磁阀S持续与高压电源导通，其驱动电流IS持续增长。t2时刻，电磁阀驱动电流IS超过Peak阶段驱动电流目标值IPeak，根据本发明控制算法，SigC控制输出为低。此时，按照本发明所述方法配置分压电阻Rl与分压电阻R2阻值，可使得三极管TRl源极电压高于栅极电压12V左右，续流电路导通。如高压驱动电源电压为12V，则根据本发明所述，分压电阻I为0，由于三极管TR2漏极电压为地附近，三极管TRl栅极电压为地附近。当电磁阀S的感生电动势升高超过12V时，三极管TRl源极也为12V，既可保证三极管TRl导通，又可保证续流二极管D导通，从而整个续流回路导通，电磁阀S驱动电流泄放下降。如高压驱动电源电压为24V，则根据本发明所述，分压电阻Rl与分压电阻R2之比为(24 — 12)/12，即1:1。可选择分压电阻Rl与分压电阻R2同为IK欧姆。此时，当电磁阀S的感生电动势升高超过24V时，三极管TR2漏极电压仍为地附近，则在分压电阻的作用下，三极管TRl栅极电压为12V左右。同时，三极管TRl源极电压为24V，所以既可保证三极管TRl导通，又可保证续流二极管D导通，从而整个续流回路导通，电磁阀S驱动电流泄放下降。由于电磁阀S续流回路未经过采样电阻RF，所以续流期间流经采样电阻的驱动电流为0，其反馈采样信号同样也为O。所以续流期间不能根据该采样信号对驱动电流进行反馈控制，只能采用开环控制，所以本发明中，续流阶段的SigC控制输出低维持一固定时间T。t3时刻，SigC控制输出低维持时间T完成，E⑶重新比较驱动电流实际值与目标值大小。由于经过T时间的续流，驱动电流IS已下降到Peak阶段目标值IPeak之下，故根据本发明算法，SigC控制输出再次为高，三极管TC导通，驱动电流上升。t4时亥Ij,电磁阀驱动电流IS超过Peak阶段驱动电流目标值IPeak, SigC控制输出再次为低，控制三极管TC断开，驱动电流下降。之后重复三极管TC导通、关断的控制步骤。t5时刻，驱动电流Peak阶段完成，电流目标值由IPeak变为IHold。由于驱动电流实际值高于目标值IHold，所以SigC控制输出为低，且维持时间T。t6时刻，SigC控制输出低维持时间T完成，驱动电流实际值仍高于目标值IHold，所以SigC控制输出仍为低，且维持时间T。t7时刻，SigC控制输出低维持时间T完成，驱动电流实际值低于目标值IHold，所以SigC控制输出为高，控制三极管TC导通，驱动电流上升。之后重复三极管TC导通、关断的控制步骤。t8时刻，喷射结束，SigC控制输出与SigR控制输出都为低。由于SigR输出为地，三极管TR2不再导通，其漏极电压不再为地。三极管TRl栅极与源极维持同样的电压，续流回路断开。电磁阀S驱动电流经三极管TC泄流后，快速下降，完成电磁阀喷射控制。如上所述，便可以很好的实现本发明。
权利要求
1.一种发动机电磁阀驱动电路，其特征在于:主要由与发动机控制器相连接的控制三极管电路(I)，以及分别与控制三极管电路(I)和发动机控制器相连接的续流保护电路(2 )组成。
2.根据权利要求1所述的一种发动机电磁阀驱动电路，其特征在于:所述的控制三极管电路(I)由N型的三极管TC，以及一端接地、另一端与三极管TC的源极相连接的采样电阻RF构成，且该三极管TC的漏极与所述的续流保护电路(2)相连接，其栅极和源极还均与发动机控制器相连接。
3.根据权利要求2所述的一种发动机电磁阀驱动电路，其特征在于:所述的续流保护电路(2)由P型的三极管TR1，N型的三极管TR2，与三级管TRl的漏极相串接的续流二极管D，串接在三极管TR2的漏极与三极管TRl的栅极之间的分压电阻R1，以及串接在三极管TRl的栅极与源极之间的分压电阻R2组成；所述三极管TRl的源极与三极管TC的漏极相连，三极管TR2的栅极则与发动机控制器相连接。
4.一种上述发动机电磁阀驱动电路的控制方法，其特征在于，主要包括以下步骤: a、喷射持续期间，续流控制信号输出高电平，且系统利用驱动电流采样信号计算得到驱动电流实际值，判断驱动电流实际值是否小于预设的驱动电流目标值？ b、是，则驱动控制信号持续输出高电平；否，则驱动控制信号持续输出t秒低电平； C、判定喷射是否结束，否，则返回步骤a重新调整驱动控制信号输出；是，则续流控制信号及驱动控制信号都输出低电平。
5.根据权利要求4所述的一种发动机电磁阀驱动电路的控制方法，其特征在于，步骤a中所述的利用驱动电流采样信号计算得到驱动电流实际值，其计算公式是:电流反馈信号采样得到的电压/采样电阻Rf阻值。
6.根据权利要求5所述的一种发动机电磁阀驱动电路的控制方法，其特征在于，步骤b中所述的“输出t秒低电平”中，其时间t的取值为50 μ s 1000 μ S。
7.根据权利要求6所述的一种发动机电磁阀驱动电路的控制方法，其特征在于，所述时间t的取值为70 μ S。
全文摘要
本发明公开了一种发动机电磁阀驱动电路，其特征在于主要由与发动机控制器相连接的控制三极管电路(1)，以及分别与控制三极管电路(1)和发动机控制器相连接的续流保护电路(2)组成。本发明的驱动电路由少量常用元器件组成，不仅其结构简单，而且性能稳定，能彻底克服传统高低端电路需要采用浮动驱动电路的缺陷，从而显著降低驱动电路的复杂度及成本。
文档编号F02D41/30GK103104363SQ20131002866
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者张科勋, 郝守刚, 李中, 褚全红, 白思春 申请人:常州易控汽车电子有限公司