新闻

直喷汽油机高压油泵电磁阀的驱动控制研究

作者:ManBetX体育官网 发布时间:2020-09-16 16:26 点击数:

  POWERTRAIN 动力总成 直喷 汽油机高 压油泵电磁阀的驱动控制研究 汽车I 业的高速发展存在两个问题 : 能源危枕和环境污染,缸内直喷汽油杌的稀薄燃烧是解决上述 问题的有效手段l 雨对直喷汽油机供油系统中的高压油泵的精确控锄刚是实现汽油缸内直接喷射的关键。 口 中国汽车技术研究中心 庄恒国 杜志彬 于艳伯 燃油喷射压力是汽油直喷发 动机缸内混合气进行控制的重要 因素。汽油机缸内直喷方式需要 有两个以上的工作模式为发动机 在整个运行工况范围内提供雾化 良好的可燃混合气。全负荷工况 时,期望燃油扩散充分以保证在 最大油量时形成油、气的均匀预 ...

  POWERTRAIN 动力总成 直喷 汽油机高 压油泵电磁阀的驱动控制研究 汽车I 业的高速发展存在两个问题 : 能源危枕和环境污染,缸内直喷汽油杌的稀薄燃烧是解决上述 问题的有效手段l 雨对直喷汽油机供油系统中的高压油泵的精确控锄刚是实现汽油缸内直接喷射的关键。 口 中国汽车技术研究中心 庄恒国 杜志彬 于艳伯 燃油喷射压力是汽油直喷发 动机缸内混合气进行控制的重要 因素。汽油机缸内直喷方式需要 有两个以上的工作模式为发动机 在整个运行工况范围内提供雾化 良好的可燃混合气。全负荷工况 时,期望燃油扩散充分以保证在 最大油量时形成油、气的均匀预 混合,这一般通过在进气冲程内 进行燃油喷射来实现; 部分负荷 时,期望在压缩行程后期,即活 塞接近上止点时进行快速喷射 , 并形成紧凑的、雾化 良好的混合 气分层,由于要克服此时缸内高 达 0. 6 ~ 1. 8 MPa 左 右 的 压 力 , 喷射压力必然要比进气道喷射方 式高得多。同时 ,缸内直接喷射 技术要实现混合气的分层控制, 就要保证燃油喷射时刻与缸内气 流运动的精确配合,在相对较小 的时间窗口内以较高的压力完成 喷油, 并保证精确的供油量控制, 这些都建立在对直喷汽油机的轨 压控制的基础上。 要满足轨压控制的要求,目 前常见的系统包括能够建立高压 的机构以及具有较好的受控特性 的电磁阀,其核心就是要结合控 制算法对该电磁阀进行控制。 高压泵驱动控制仿线.柱塞式高压油泵的工作 原理 柱塞式高压油泵的结构 如 图 1所示 ,不需要高压油泵供 a ut o. v og e 1. c orn. C n 油时,电磁 阀线 圈不通 电,电 磁阀体处于打开状态 ,泵腔与 低 压油腔联通 ,使得泵腔 内燃 油始终保持低压状态 ,此时柱 塞的运动不影响泵腔内的燃油 压力,单向阀无法打开。高压 油泵 只有在柱塞上行时才能泵 油,柱塞受驱动凸轮 的作用 向 上运 动,电磁阀线 圈通 电,电 磁 阀体 受 到 电磁 力 的 作用 向左 运 动,隔断低 压 油腔和 泵腔。 由于柱塞上行,泵腔容积减小, 燃油 压力升高 ,单 向阀被高压 燃油打开 ,燃油流入高压油腔。 通过这样的工作方式,高压 油泵就可以将低压燃油腔内的燃 油提高压力,并送入高压油腔, 结合适当的控制方式,就可以获 得燃 油缸 内直接喷射所需的油 压。 2.柱塞式高压油泵控制信号 高压油泵电磁阀的物理特性 为: 内阻 1 Q ,电感 895 H。其 控制信号如图 2 所示 ,共分为 4 个阶段 。 (1) A B 段 A B 段电压 通 常称作开路电压,其值相当于提 供给电磁阀的系统电压,在发动 机正常运转时,系统电压可视为 12 V 。A . B 段电压值非常重要, 若该值偏低,电磁阀将得不到足 够 的电流使 电磁线圈达 到磁饱 和,致使开阀时间延长,性能变 差,该段时间为 480 pm。 (2) B-C 段 B C 段为一段 PWM 信号 ,用于维持电磁阀的 开启状态。PWM 维持脉冲电压 为 12 V ,PWM 电压脉 冲的 占空 比影响维持电流的大小,电流太 大不利于电磁阀快速释放且导致 油泵温升 ,电流太小可能维持不 了电磁 阀开启 。PW M 电压 脉 冲 产生的维持电流的数值在满足电 磁阀维持开启的条件下应尽可能 小,以加快电磁阀的释放速度和 降低油泵温升。PWM 电压脉冲 的频率影响维持电流稳定值的波 2012 01. A I汽车制造业 I 29 动力总成 POWERTRAIN 动范围,维持电流波动范围大则 使电磁阀不能维持开启或持续发 生跳动 ,但要使维持电流波动范 围小须采用较高的 PWM 脉冲频 率。该段原机 PWM 信号周期为 260 gm,占空比约为 50%,共经 历 24 个周期,时间为 6. 24 ms。 ( 3) C D 段 C D 段电磁阀 线圈自由释放能量,但此时电磁 阀应仍 旧保持开启状态 ,该 段时 间为 550 m。 (4) D E 段 D E 段 对应 驱 动 电路的 截止 ( 即 电磁 阀 关 闭 ) 时刻,该段驱动电路截止时电磁 阀线圈会产生反向感应电动势, 应施加反 向驱动 电压使电磁阀迅 速关闭,相应的线.电磁阀的 Simulink 模型 建立 基 于 以 上 参 数 , 应 用 MATL AB / Simulink 建立高压油 泵电磁阀及其驱动模块模型如图 3 所示 。 该模型包含子模型控制模块 (见图4) 和电磁阀线) 。 应用上述模型对高压油泵电 磁阀驱动模块进行仿真 ,控制电 压信号与原机相同,获得的线 所示。 该电流结果符合电磁阀的驱 动要求,可应用于高压油泵的电 磁阀控制 。 控制系统硬件电路设计 根据高压油泵 电磁阀的驱 动要求,可将控制信号分为三部 分: 第一部分对应控制信号 A B 段,为一段高电平控制信号,历 时 480 m ;第二 段对应 PWM 信号部分,该部分信号 周期为 260 m,占空比约为 50% ; 第三 30 I Al 汽车制造业 2012 01 部分为反向控制信号,用于快速 关 闭电磁阀 。 在驱动 电路硬件设计过程 中,考虑到对电路的保护,必须 增加吸收反向电动势的器件部 分,而该部分电路会导致驱动信 号第三部分的失效; 而吸收反向 电动势的器件部分恰好可以吸收 电磁阀线圈内部能量 ,起到了第 三部分反向控制信号的作用,并 可简化硬件电路的设计,基于以 上考虑,取消第三部分反向控制 信号,仅保留前两部分。 电磁阀驱动电路应能够将微 处理 器的两个弱控制信号转为 12 v 控制信号,且控制电流应 保证能够维持在 3 A 左右。基于 以上考虑 ,设计高压油泵驱动电 路如 图 7 所示 。 该 驱动电路可分为 三个部 分: 其中,第一部分的主要器件 为一组串联反相器,这部分如图 8 (a) 所示 ,可视为电路的第一 级驱动,主要任务是将微处理器 的弱控制信号进行第一步放大, 并送入第二级驱动电路。 第二部分如图8 (b) 所示, 主要器件为一组 H 桥驱动电路。 该部分的任务是将 第一 级驱动的 信号再次放大 ,以便达到高压油 泵电磁阀的驱动要求。为保证信 号质量,在供电段增加了抗干扰 处理。其原理如图 9 所示,其中 逻辑门电路由V ss 供电,电压为 5 V ,驱 动 电 路 由 V s 供 电, 电 压 为 12 V 。以 通 路 1为 例 ,当 使能信号送至 EnA 端 口 (EnA 端 口高电平状态) ,同时将控制 信号送至 Inl 端 口时 (Inl 端 口 高电平状态),通路 1上侧 M OS 管导通,而下侧 MOS 管为高阻 抗状态,Outl 端口为 12 V 供电 状态;当撤销 Inl 端口的控制信 号 (Inl 端 口低 电平状态 ) ,通 路 1上侧 MOS 管为高阻抗状态, 而下侧 MOS 管导通,Outl 端口 接地。当撤销使能信号 (EnA 端 表 L298 响应特性参数 POWERTRAIN 动力总成 I : l 低 电平状态 ) 时,Out1端 口 不使能。 该器件工作电压可达 50 V , 额定工作电流 3 A 。其响应特性 如图 10 所示,当使能端施加 4 V 电压,工作电流 2 A 时,响应 延迟如表 所示 。 基于以上参数 ,该器件能够 满 足驱动 电路要求 。 au to . v o g e 1 . c o r n c n 第三部分如图 8 (c) 所示 , 这部分电路仅有两个器件,分别 为限流电阻和反向串联的快速恢 复二极管。这部分电路对驱动电 路的可靠性至关重要。若没有这 部分 电路 ,当驱动信号 由高电平 向低电平变化时,相当于将回路 断开,此时电磁阀线圈将产生一 个反向电动势,且这部分能量不 能快速释放,并不断累积,最终 将导致器件损坏,甚至损坏电磁 阀线圈 。 系统实验研究 本文将该高压油泵控制系统 应用于 E A 888 直喷汽油机,并 结合起动控制试验验证了该系统 的有效性。在试验过程中,各缸 喷油控制信号以及高压油泵控制 信号及其时序如图 11所示,节 气 门开 度设置为 6。。 基于以上参数,并结合适当 的控制算法,获得发动机起动过 程 转速 曲线 可见,结合该高压 油泵控制 系统 ,发 动机起动过程 迅速、平顺,进入怠速后转速稳 定,结果较为理想。 结论 本文针对直喷汽油机供油系 统中的高压油泵进行了工作特性 分析及仿真,结合其电磁阀的特 点设计了硬件驱动电路 ,并结合 发动机的起动过程试验进行了该 系统有效性的验证,实验结果满 足要求,该系统能够满足直喷汽 油发动机的控制要求,为直喷汽 油轨压控制提供了一个有效的工 具。盘 2012 01. A I汽车制造业 I 31


ManBetX体育官网

@SHENZHEN ENERGY Corporation All Rights Reserved.

ManBetX体育官网