一款提高喷油器喷射品质的驱动电路

王亦农

（内蒙古大学交通学院汽车工程系，内蒙古 呼和浩特 010070）

我们知道评价燃料喷射品质主要包括3个方面的内容：①燃料的质量精确计量：由于电源电压是一个变量，使得喷油器电磁阀打开和关闭的速度相应变化，从而影响燃料的计量，MCU会根据电源电压的变化对PWM信号宽度进行修正；②燃料喷射束的雾化程度、形状及射程；③喷射正时：为减少燃料吸热蒸发或体积膨胀而影响发动机的充气系数，燃料喷射的结束时刻应安排在进气门关闭之前短时间内。

由于喷油器在打开与关闭阶段阀芯节流作用，燃料喷射束的形状不理想，喷油器打开阶段是发动机进气冲程初期，有充沛的气流搅动燃料喷射束，所以阀芯开启阶段对喷射品质要求不高。当喷油器进入关闭阶段，由于电磁阀芯的节流作用，喷射束尾段缺乏穿透动能的燃料很可能被关在进气门之外，单纯使喷射正时提前又会增加燃料在进气管中停留的时间而影响充气系数，所以提高电磁阀的关闭速度，是解决这一矛盾的有效方法。

电磁阀的开、关速度与电磁阀线圈的感抗、阀芯品质、升程、回位弹簧弹性系数、驱动电压等有关，针对具体应用，在结构参数方面都定型的情况下，可通过选择优化驱动电路来改善喷油器电磁阀的运动 （开关）特性。

1 普通驱动电路结构回顾

一般电流驱动型喷油器电磁阀驱动电路如图1所示，PWM驱动信号来自MCU端口，在PWM高频应用中，为消除MOS管寄生电容的影响，同时也出于隔离保护MCU的目的，PWM信号要经驱动级再连接MOS驱动管。图2是PWM驱动信号、电磁阀线圈电流及阀芯升程示意。

由于本文阐述的电路主要是针对喷油器关闭过程，所以有必要叙述图2中绘制的电磁阀线圈电流和阀芯关闭过程曲线的含义 （阀芯打开过程曲线含义可参考关闭过程理解或阅读文章后的参考文献）。当PWM脉冲消失后，线圈的储能开始释放，由于续流二极管D的续流作用，电磁阀线圈存在感生电流，并且以接近指数规律急剧下降，当电磁力不足以平衡弹簧力时，电磁阀阀芯开始下落，阀芯下落过程中由于气隙磁通的变化，使得磁路中的磁通迅速减小，由于这一变化是建立在磁场自然衰减之上的，这必定在线圈中产生感生电动势，阻碍线圈中电流的下降 （减缓了电流的下降趋势），这一过程延续到阀芯关闭，见图2的D→E曲线段。之后磁场进一步衰减，线圈电流按另一指数曲线下降，如图2的E→F段。很明显由于存在续流及其形成的磁场，对阀芯的关闭运动形成阻碍，延长了阀芯的关闭速度。控制液态燃料的电磁阀由于通径小，阀芯升程短，关闭响应时间一般会控制在0.5 ms之内，但在燃气喷射驱动中，用于控制气态燃料的电磁阀通径较大，阀芯的尺寸、惯量及升程较大，开关动作响应时间长，典型的阀芯关闭时间在1～2ms之间，有效缩短开关时间对控制喷射品质显得更有意义，因此，在CNG／LPG喷射系统的驱动电路中，普遍应用图3所示驱动电路。

2 改进驱动电路原理

图3是改进后驱动电路图，续流控制信号S0连接于MCU某驱动端口，PWM驱动信号与续流控制信号S0的控制时序、线圈电流与阀芯升程示意图见图4。S0在PWM信号输出期间保持高电位，续流二极管D与导通状态的三极管Q2构成续流通路，当PWM信号结束时，S0电位被MCU端口拉低，Q3截止，Q2也截止，续流通路被切断，电磁线圈无电流，磁场迅速下降，由于没有续流形成的磁场，阀芯会在回位弹簧的作用下迅速回位，比较图2和图4阀芯升程示意图，可知阀芯的关闭速度明显提高。针对电流驱动型喷油器，在PWM脉冲结束时线圈中的平均电流只有最大值的一半 （设PWM占空比50%），此时切断续流，由于喷油器线圈匝数少，感抗小，线圈中的瞬变电压值较低，不会对电路造成破坏。

3 应用实例

图5为CNG改装燃气ECU实物照片，型号是TGS 1.0B，生产单位是北京华清联创科技有限公司，这是一款AC300兼容系统，是CNG改装系统中控制功能较全面、控制较精确的系统，广泛应用于对4缸发动机的燃气改装。图6为这款ECU喷轨电磁阀驱动部分的原理电路图，需要说明的是check端接MCU端口，用于监测喷轨电磁阀故障。

用TGS 1.0B驱动喷轨测试，相关参数如下：喷轨品牌AST，型号AST－TP，电阻3 Ω，响应时间为1.7±0.2ms， 阀芯行程0.6ms， 燃气压力0.1MPa，测试结果电磁阀关闭时间缩短到1.1±0.2ms。

续流控制信号时序根据电磁线圈的感抗值、线圈在保持状态中的平均电流值、驱动MOS管的耐压值、续流控制电路的耐压值确定，确保瞬变电压控制在安全范围。

［1］李鑫，张振东，郭辉.汽车电磁喷油器动态时间参数测试研究［J］. 轻型汽车技术， 2009 （11／12）： 15－18.