高压共轨喷油波形(一)
柴油电控喷油器波形诊断
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柴油电控喷油器波形诊断
作者：冯婷婷等
来源：《森林工程》2015年第03期
摘 要：使用柴油喷油器波形检测仪可以避免以往在大型检测设备上进行的复杂操作，降低检测成本，增加生产效率。自主设计一个能够驱动电磁阀的驱动装置，通过ATmega128单片机来控制此种驱动装置，同时设计出一个柴油喷油器的波形显示装置，此装置可以把电磁阀在不同状态下工作的波形显示出来，与其正常工作的波形进行对比，找出电磁阀的故障所在，并将两个装置组合起来，可以对高压共轨电控柴油机喷油器电磁阀进行故障检测。 关键词：电磁阀；AVR单片机编程；波形显示器
中图分类号：S 776 文献标识码：A 文章编号：1001-005X（2015）03-0094-03 1 国内外电磁阀故障检测现状
目前国内电磁阀故障检测方法是监测发动机瞬时转速，通过软件间接检测到故障状态[1]或者利用故障工作电流的特性通过基于硬件的CPLD（复杂可编程逻辑器件）来实现保护[2]。现有的电磁阀故障诊断技术，往往针对具体系统的执行器，此类诊断技术通用性差，对于其他类型的电磁闻故障需重新制定诊断措施，应用范围十分有限。
国外的检测方法主要有如下三种：①监测电磁阀开启和关闭时碰撞声音的时间间隔判断故障[3]；②利用卡尔曼滤波器结合相应的检测算法完成电磁阀柱塞堵塞等机械故障诊断[4]；③根据电磁阀电阻值及柱塞余隙，运用神经网络理论进行故障判断[5]。上述检测技术基本应用于实验室或科研中，由于需要的仪器都非常精密而且仪器的价格昂贵，所以在实际生产中不能得到广泛的应用。
电控柴油喷油器电磁阀故障波形检测是全新的检测诊断技术，目前还没有检索到此种电磁阀诊断仪器。此种故障检测装置中自带电磁阀驱动装置，使用起来方便，简单，易操作。此装置中含有波形显示器，可以直接显示出电磁阀波形，比以往使用示波器更加方便，成本更低。 2 电磁阀驱动装置的设计
2.1 ATmega128的基础和特点
ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器，如图1所示。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATmega128的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。高性能、低功耗的AVR@ 8位微处理器 先进的RSIC结构，非易失性的程序和数据存储器-具有独立锁定、可选择的启动代码区，通过片内的启动程序实现系统内编程[6]。
高压共轨喷油波形(二)
一种高压共轨喷油器的驱动电路设计
一种高压共轨喷油器的驱动电路设计
时间：2012-06-29 11:41:59 来源：现代电子技术 作者：于正同 张 楠
摘要：分析了高压共轨喷油器电磁阀工作原理，设计的驱动模块采用高电压、大电流对电磁阀的开启加以控制，随后采用低电压、小电流的PWM波维持导通，满足了高压共轨喷油器电磁阀驱动控制的要求。试验表明此驱动电路性能优异，设计运行可靠，能满足高压共轨喷油器电磁阀驱动控制的要求。 关键词：高压共轨；电磁阀；驱动电路
0 引言
高压共轨系统由高压油泵、共轨、喷油器、电子控制单元(ECU)和各种传感器组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将低压燃油加压成高压燃油，并将高压燃油供入共轨之中。燃油压力是由通过调节供入共轨中的燃油量来控制的。共轨内的高压燃油经高压油管输送到安装在气缸盖上的喷油器内，经喷油器内的喷油嘴将燃油喷入燃烧室内。在电控共轨系统中，由各种传感器检测出发动机的实际运行状况，经过ECU硬件的输入模块进行相应处理，将信号传送给CPU，由CPU进行计算、判断、定出适合于该运行状况的供油量、喷油量、喷油定时等参数，再经过ECU专用集成电路的输出模块进行处理，提供高压预喷射、主喷射和PWM喷射脉冲，驱动电磁阀开关，使发动机处于最佳工作状态。要达到最佳工作状态需要借助灵活可变的喷油速率(多次喷射技术)得以实现，这要求共轨喷油器具有高速响应的特征。而其快速响应特性是通过电磁阀的特殊设计及高压电源(50V)模块快速放电实现的。电控燃油系统核心部件是执行器，电磁阀作为应用最广泛的燃油喷射系统执行器，其驱动电路直接影响燃油喷射系统乃至整个发动机的性能。 喷油器电磁阀驱动模块是共轨ECU开发的核心技术，现阶段，喷油器电磁阀广泛地采用峰值～维持控制方式，峰值电流为20A左右，维持电流为13A左右，该方式通常由BOOST升压与PWM调制驱动两个部分构成，本研究对这两部分进行详细的分析，并给出相应的实现方法和控制电流波形。
1 升压模块的结构和原理
喷油器为了实现快速响应需要高驱动电压，这里采用DC-DC转换模块将柴油机24V蓄电池电压转换到50V。50V电源模块是共轨喷油器电磁阀驱动电路中的重要部件，它由升压型DC-DC电路构成。设计思路采用24V斩波-升压-整流-电容充电-放电激励电磁阀的方式，基本构成如图1所示。在充电过程中，开关管闭合，开关处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。放电过程这是当开关管断开时的等效电路。当开关断开时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢地由充电完毕时的值变为0。而原来的电路己断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了，升压完毕。起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。【高压共轨喷油波形】
2 喷油器电磁阀驱动电路
2．1 半桥驱动电路
在喷油器的驱动控制中，电磁阀驱动是一个机械、液力、电磁等诸多因素相互作用的过程，为达到保护电磁阀、提高可靠性的目的，对电磁阀控制过程中驱动电流、电流持续时间等参数都有一定的要求，从而使驱动电流表现出特定的波形，所以这里采用半桥驱动电路，如图2所示。实际上是高边驱动和低边驱动的结合，喷油器的两端分别连接相应的MOS管，与电源和地都不连接，高边和低边任何一个MOS管都可以控制喷油器不工作，而执行器要工作，两个MOS管必须都工作。半桥驱动的优点是两个控制信号来控制喷油器的工作状态，可以实现更加灵活和更加复杂的控制逻辑。同时，两个MOS管控制负载，相当于提高
了关断喷油器的安全系数，因此适应安全性能苛刻的场合。
2．2 喷油驱动电路设计
喷油控制的连接电路原理图见图3。其中，CYD_IJ为CPU提供的初始喷油信号，经过CPLD处理后产生
BOOST_IJ为高压喷射脉冲，POW_IJ为正常喷射，
用来控制高边MOS管，高边MOS管用来控制喷油器的喷油波形，CYD_IJ为回线控制信号。用来控制低边MOS管，低边MOS管的控制代表着各缸的选缸脉冲，高压预喷射和正常喷射经过线或后控制电磁阀，相应回线控制信号在喷油期间一直有效，当电磁阀迅速打开后，高压信号变低同时正常喷射信号变为PWM控制波形，每个控制信号都有电流采样，然后反馈给CPLD，构成闭环控制回路，最终产生稳定准确的喷油控制脉冲和喷油电流。
在6缸或4缸控制中，主控制信号(即高压预喷射和正常喷射信号)每3或2个一组，回线控制信号号和回线控制信号同时有效时，该缸被选中，电磁阀才能打开。回线控制信号在每个缸的喷射过程中一直有效，因此喷射时间的大小主要由主控信号的脉冲宽度决定。在电磁阀打开的过程中，回线控制环路中采样电阻上流过一定值的电流，当该电流超过一定值时，达到内部比较器的阈值，内部的比较器发生翻转，最终产生脉冲宽度可变的PWM波形，控制电磁阀的高速开启和关闭，让电磁阀保持较小且恒定的电流，降低电路的功耗，同时保护器件不被损坏。
电磁阀的理想运动特性是实现在电磁阀通电初期尽快地注入能量，以提高电磁阀的响应速度；在电磁阀通电动作后，只需要提供较小的保持电流。这样不但可以降低能量消耗、减少电磁阀的发热量，而且可以提高电磁阀的断电响应速度。通过控制脉冲来控制功率管的通断，实现“峰值～维持”波形的电流调节方式，控制波形见图5所示，CYD_IJ为CPU提供的初始喷油信号，经过CPLD处理后产生高压喷射BOOST_IJ和正常喷射POW_IJ主控制信号。IJ_VOL为高压预喷射和主喷射信号的线或，即为电磁阀上端的电压，在两个信号同时为高时该信号为高压信号50V，快速开启后为正常电源电压24V。IJ_CUR为电磁阀在喷射过程中的电流，在初始高压喷射过程中该电流迅速上升至峰值电流I_PULL，在高压喷射结束后该电流随着PWM脉冲的变化呈现充电放电的过程，保持在I_HOLD附件，使电磁阀的电流位置在比较低的范围内。【高压共轨喷油波形】
3 试验验证
将设计的硬件电路在喷油台架上进行测试，所选用的喷油器型号为BOSCH公司的CRIN1。所需的喷嘴驱动电流图形见图6所示，峰值电流为17．5～19．5A，保持电流为12．5～13．5A。通过实验测得喷油器电流波形如图。所以，通过示波器测量，喷油器峰值电流为19．5A，保持电流为13．5A。电路波形整齐有序，台架验证，该驱动方式工作稳定可靠、效率较高，完全满足喷油器驱动需求。
4 结论
在对BOOST升压电路与PWM调制驱动电路进行分析的基础上，给出了喷油器半桥驱动器的实现方法和对应的控制电流波形。试验结果表明，采取相应方法之后电磁阀电流一致性较好，喷油器动态响应较快，性能优异，系统运行可靠，能满足产品实际使用要求。
高压共轨喷油波形(三)
柴油机高压共轨喷油系统的现状及发展
柴油机高压共轨喷油系统的现状及发展
陈 然
摘要：随着排放法规的日益严格和柴油机电控技术的不断进步，高压共轨喷油系统作为一种高度柔性控制的燃油喷射系统，以其显著的优越性，已经成为现代柴油机技术的主要发展方向之一。 本文介绍了电控高压共轨喷油系统的组成、工作原理和特点，概括了国内外的研究状况，最后提出了未来的研究目标和发展趋势。 关键词：柴油机；喷射系统；高压共轨；发展趋势
能源危机和环境污染问题以及世界各国日益严格的排放法规促使人们进一步改善柴油机的燃烧过程，而影响燃烧过程的关键是燃油喷射系统的性能。电控高压共轨喷油系统通过各种传感器检测出发动机的实际运行状况，由计算机计算和处理，可以精确、柔性地控制柴油机喷油量、喷油定时和喷射压力，与传统的喷射技术相比，进一步降低了燃油消耗和排放，增强了动力性能，实现了柴油机综合性能的又一次飞跃。柴油机高压共轨系统在整个内燃机行业被公认为20世纪三大突破之一[1]，是21世纪柴油喷射系统的主流。 1 电控高压喷油系统的原理和结构
与前两代喷油系统相比,电控共轨燃油喷射系统克服了燃油压力受柴油机转速的影响,不再采用传统的柱塞泵脉动供油原理,而采用了公共控制油道——共轨管,高压油泵只是向公共油道供油以保持所需的共轨压力,通过连续调节共轨压力来控制喷射压力,使其达到与工况相适应的最优数值,而且还使得喷油压力和喷油速率的控制成为
可能,且系统的控制自由度及精度得到了大幅度提高。
高压共轨喷油系统的结构见图1,为典型的电控高压共轨喷射系统,主要由高压泵、带调压阀的共轨管、带电磁阀的喷油器、各种传感器和电控单元(ECU)组成。
图1 高压共轨喷射系统结构
2 国外主要的高压共轨喷射系统
目前,国外在柴油机电控共轨喷射系统方面的研究进展很快,并有多种共轨喷射系统设计并投产。德国Bosch公司、意大利菲亚特集团、英国LUCAS、日本电装公司、美国德尔福公司等世界著名油泵油嘴制造商相继开发了高压共轨系统。【高压共轨喷油波形】
2.1 德国Bosch公司的高压共轨系统
目前为止,Bosch公司总共规划和设计了3代高压共轨系统。如图2所示为Bosch公司的高压共轨喷射系统。第一代已经上世纪批量投放市场,主要应用于轿车,喷射压力达135MPa。第二代于2000年开始批量生产,开始使用具有油量调节功能的高压泵和经改进的电磁阀喷油器,喷射循环由预喷射、主喷射和多级喷射等多次喷射组成,
最大
系统压力提高至160MPa,采用降噪新技术,主要适用于功率在55 kW/L以下的发动机[2]。
图2 Bosch公司的高压共轨喷射系统
Bosch公司第三代高压共轨喷射系统的开发重心转移到系统的技术复杂度和精密度上。高压油泵前端的齿轮泵将燃油从油箱抽出,通过滤清器送入具有泵油量调节功能的高压油泵升压,分配单元将进入的燃油分成两路:一路供给泵油元件,另一路用以冷却。高压油泵将燃油压缩至最高压力160MPa,并将其输入共轨。共轨上安装的压力传感器、压力调节器和电控装置形成闭环的压力控制回路。高压燃油经油轨到喷油器。第三代高压共轨喷射系统最大的特点在于采用了一个快速开关的压电直列喷油器,压电执行器内置于喷油器轴体上,相比于传统喷油器减少了约75%的运动件及75%的质量,开关速度也得到很大提高。图3为压电式喷油器。
图3 压电式喷油器
高强度模块式激光焊接油轨为一铸造管,是连接高压油泵和喷油器的桥梁,也是一个蓄压器,见图4。
图4 激光焊接油轨
共轨中压力波动是设计所要考虑的重要参数,为使共轨压力波动和启动油压的建立几乎不受喷油器、高压油泵和调节阀工作的影响,共轨的长度、内径和容积应有一合理的数值。为使其最佳化,Bosch在设计阶段运用AMESIM程序进行了模拟计算。与迄今最好的电磁或压电控制的喷油系统相比,Bosch第三代高压共轨喷射系统排放物控制效果和燃油的计量精度有明显的提高[3]。
Bosch公司第四代高压共轨喷射系统将会采用最新研制的同轴可变喷嘴及压力扩大器技术,最高喷射压力将会超过200MPa。
2.3 美国德尔福公司的Multec DCR系统
德尔福最具代表性的就是先进的Multec DCR柴油共轨喷射系统。Multec DCR柴油共轨喷射系统的主要部件有共用高压油轨、高压燃油调压器、高压燃油泵、燃油喷油器、电控单元、燃油滤清器和传感器等,如图5所示。
图5 德尔福公司的Multec DCR-1400
跟其他的尖端高压喷射系统一样,Multec DCR柴油共轨喷射系统的喷射压力与发动机转速和负荷无关,即使在低速运行时,系统仍可保持足够压力的高压燃油喷射。可实现多次喷射,相比之下,其喷油器的设计更加独特。
Multec DCR主要采用了带有平衡控制和反馈控制策略的电控电磁阀结构的电液式喷油器[4],它能提供极快的动作响应并精确地进行燃油流量的计量。这种响应迅速、结构紧凑、小巧玲珑的电磁阀控制的喷油器只需常规12V汽车蓄电池驱动就能正常工作,比世界上现有的任何一种柴油机共轨喷射系统都节能,
这大大降低了汽车电子系统
http://m.zhuodaoren.com/shenghuo349397/
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