王亦農(nóng)

（內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院汽車工程系，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

我們知道評價(jià)燃料噴射品質(zhì)主要包括3個(gè)方面的內(nèi)容：①燃料的質(zhì)量精確計(jì)量：由于電源電壓是一個(gè)變量，使得噴油器電磁閥打開和關(guān)閉的速度相應(yīng)變化，從而影響燃料的計(jì)量，MCU會根據(jù)電源電壓的變化對PWM信號寬度進(jìn)行修正；②燃料噴射束的霧化程度、形狀及射程；③噴射正時(shí)：為減少燃料吸熱蒸發(fā)或體積膨脹而影響發(fā)動機(jī)的充氣系數(shù)，燃料噴射的結(jié)束時(shí)刻應(yīng)安排在進(jìn)氣門關(guān)閉之前短時(shí)間內(nèi)。

由于噴油器在打開與關(guān)閉階段閥芯節(jié)流作用，燃料噴射束的形狀不理想，噴油器打開階段是發(fā)動機(jī)進(jìn)氣沖程初期，有充沛的氣流攪動燃料噴射束，所以閥芯開啟階段對噴射品質(zhì)要求不高。當(dāng)噴油器進(jìn)入關(guān)閉階段，由于電磁閥芯的節(jié)流作用，噴射束尾段缺乏穿透動能的燃料很可能被關(guān)在進(jìn)氣門之外，單純使噴射正時(shí)提前又會增加燃料在進(jìn)氣管中停留的時(shí)間而影響充氣系數(shù)，所以提高電磁閥的關(guān)閉速度，是解決這一矛盾的有效方法。

電磁閥的開、關(guān)速度與電磁閥線圈的感抗、閥芯品質(zhì)、升程、回位彈簧彈性系數(shù)、驅(qū)動電壓等有關(guān)，針對具體應(yīng)用，在結(jié)構(gòu)參數(shù)方面都定型的情況下，可通過選擇優(yōu)化驅(qū)動電路來改善噴油器電磁閥的運(yùn)動 （開關(guān)）特性。

1 普通驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)回顧

一般電流驅(qū)動型噴油器電磁閥驅(qū)動電路如圖1所示，PWM驅(qū)動信號來自MCU端口，在PWM高頻應(yīng)用中，為消除MOS管寄生電容的影響，同時(shí)也出于隔離保護(hù)MCU的目的，PWM信號要經(jīng)驅(qū)動級再連接MOS驅(qū)動管。圖2是PWM驅(qū)動信號、電磁閥線圈電流及閥芯升程示意。

由于本文闡述的電路主要是針對噴油器關(guān)閉過程，所以有必要敘述圖2中繪制的電磁閥線圈電流和閥芯關(guān)閉過程曲線的含義 （閥芯打開過程曲線含義可參考關(guān)閉過程理解或閱讀文章后的參考文獻(xiàn)）。當(dāng)PWM脈沖消失后，線圈的儲能開始釋放，由于續(xù)流二極管D的續(xù)流作用，電磁閥線圈存在感生電流，并且以接近指數(shù)規(guī)律急劇下降，當(dāng)電磁力不足以平衡彈簧力時(shí)，電磁閥閥芯開始下落，閥芯下落過程中由于氣隙磁通的變化，使得磁路中的磁通迅速減小，由于這一變化是建立在磁場自然衰減之上的，這必定在線圈中產(chǎn)生感生電動勢，阻礙線圈中電流的下降 （減緩了電流的下降趨勢），這一過程延續(xù)到閥芯關(guān)閉，見圖2的D→E曲線段。之后磁場進(jìn)一步衰減，線圈電流按另一指數(shù)曲線下降，如圖2的E→F段。很明顯由于存在續(xù)流及其形成的磁場，對閥芯的關(guān)閉運(yùn)動形成阻礙，延長了閥芯的關(guān)閉速度?？刂埔簯B(tài)燃料的電磁閥由于通徑小，閥芯升程短，關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間一般會控制在0.5 ms之內(nèi)，但在燃?xì)鈬娚潋?qū)動中，用于控制氣態(tài)燃料的電磁閥通徑較大，閥芯的尺寸、慣量及升程較大，開關(guān)動作響應(yīng)時(shí)間長，典型的閥芯關(guān)閉時(shí)間在1～2ms之間，有效縮短開關(guān)時(shí)間對控制噴射品質(zhì)顯得更有意義，因此，在CNG／LPG噴射系統(tǒng)的驅(qū)動電路中，普遍應(yīng)用圖3所示驅(qū)動電路。

2 改進(jìn)驅(qū)動電路原理

圖3是改進(jìn)后驅(qū)動電路圖，續(xù)流控制信號S0連接于MCU某驅(qū)動端口，PWM驅(qū)動信號與續(xù)流控制信號S0的控制時(shí)序、線圈電流與閥芯升程示意圖見圖4。S0在PWM信號輸出期間保持高電位，續(xù)流二極管D與導(dǎo)通狀態(tài)的三極管Q2構(gòu)成續(xù)流通路，當(dāng)PWM信號結(jié)束時(shí)，S0電位被MCU端口拉低，Q3截止，Q2也截止，續(xù)流通路被切斷，電磁線圈無電流，磁場迅速下降，由于沒有續(xù)流形成的磁場，閥芯會在回位彈簧的作用下迅速回位，比較圖2和圖4閥芯升程示意圖，可知閥芯的關(guān)閉速度明顯提高。針對電流驅(qū)動型噴油器，在PWM脈沖結(jié)束時(shí)線圈中的平均電流只有最大值的一半 （設(shè)PWM占空比50%），此時(shí)切斷續(xù)流，由于噴油器線圈匝數(shù)少，感抗小，線圈中的瞬變電壓值較低，不會對電路造成破壞。

3 應(yīng)用實(shí)例

圖5為CNG改裝燃?xì)釫CU實(shí)物照片，型號是TGS 1.0B，生產(chǎn)單位是北京華清聯(lián)創(chuàng)科技有限公司，這是一款A(yù)C300兼容系統(tǒng)，是CNG改裝系統(tǒng)中控制功能較全面、控制較精確的系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于對4缸發(fā)動機(jī)的燃?xì)飧难b。圖6為這款ECU噴軌電磁閥驅(qū)動部分的原理電路圖，需要說明的是check端接MCU端口，用于監(jiān)測噴軌電磁閥故障。

用TGS 1.0B驅(qū)動噴軌測試，相關(guān)參數(shù)如下：噴軌品牌AST，型號AST－TP，電阻3 Ω，響應(yīng)時(shí)間為1.7±0.2ms， 閥芯行程0.6ms， 燃?xì)鈮毫?.1MPa，測試結(jié)果電磁閥關(guān)閉時(shí)間縮短到1.1±0.2ms。

續(xù)流控制信號時(shí)序根據(jù)電磁線圈的感抗值、線圈在保持狀態(tài)中的平均電流值、驅(qū)動MOS管的耐壓值、續(xù)流控制電路的耐壓值確定，確保瞬變電壓控制在安全范圍。

［1］李鑫，張振東，郭輝.汽車電磁噴油器動態(tài)時(shí)間參數(shù)測試研究［J］. 輕型汽車技術(shù)， 2009 （11／12）： 15－18.