一款提高噴油器噴射品質的驅動電路

王亦農

（內蒙古大學交通學院汽車工程系，內蒙古 呼和浩特 010070）

我們知道評價燃料噴射品質主要包括3個方面的內容：①燃料的質量精確計量：由于電源電壓是一個變量，使得噴油器電磁閥打開和關閉的速度相應變化，從而影響燃料的計量，MCU會根據電源電壓的變化對PWM信號寬度進行修正；②燃料噴射束的霧化程度、形狀及射程；③噴射正時：為減少燃料吸熱蒸發或體積膨脹而影響發動機的充氣系數，燃料噴射的結束時刻應安排在進氣門關閉之前短時間內。

由于噴油器在打開與關閉階段閥芯節流作用，燃料噴射束的形狀不理想，噴油器打開階段是發動機進氣沖程初期，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要求不高。當噴油器進入關閉階段，由于電磁閥芯的節流作用，噴射束尾段缺乏穿透動能的燃料很可能被關在進氣門之外，單純使噴射正時提前又會增加燃料在進氣管中停留的時間而影響充氣系數，所以提高電磁閥的關閉速度，是解決這一矛盾的有效方法。

電磁閥的開、關速度與電磁閥線圈的感抗、閥芯品質、升程、回位彈簧彈性系數、驅動電壓等有關，針對具體應用，在結構參數方面都定型的情況下，可通過選擇優化驅動電路來改善噴油器電磁閥的運動 （開關）特性。

1 普通驅動電路結構回顧

一般電流驅動型噴油器電磁閥驅動電路如圖1所示，PWM驅動信號來自MCU端口，在PWM高頻應用中，為消除MOS管寄生電容的影響，同時也出于隔離保護MCU的目的，PWM信號要經驅動級再連接MOS驅動管。圖2是PWM驅動信號、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閉過程曲線的含義 （閥芯打開過程曲線含義可參考關閉過程理解或閱讀文章后的參考文獻）。當PWM脈沖消失后，線圈的儲能開始釋放，由于續流二極管D的續流作用，電磁閥線圈存在感生電流，并且以接近指數規律急劇下降，當電磁力不足以平衡彈簧力時，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），這一過程延續到閥芯關閉，見圖2的D→E曲線段。之后磁場進一步衰減，線圈電流按另一指數曲線下降，如圖2的E→F段。很明顯由于存在續流及其形成的磁場，對閥芯的關閉運動形成阻礙，延長了閥芯的關閉速度。控制液態燃料的電磁閥由于通徑小，閥芯升程短，關閉響應時間一般會控制在0.5 ms之內，但在燃氣噴射驅動中，用于控制氣態燃料的電磁閥通徑較大，閥芯的尺寸、慣量及升程較大，開關動作響應時間長，典型的閥芯關閉時間在1～2ms之間，有效縮短開關時間對控制噴射品質顯得更有意義，因此，在CNG／LPG噴射系統的驅動電路中，普遍應用圖3所示驅動電路。

2 改進驅動電路原理

圖3是改進后驅動電路圖，續流控制信號S0連接于MCU某驅動端口，PWM驅動信號與續流控制信號S0的控制時序、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，續流二極管D與導通狀態的三極管Q2構成續流通路，當PWM信號結束時，S0電位被MCU端口拉低，Q3截止，Q2也截止，續流通路被切斷，電磁線圈無電流，磁場迅速下降，由于沒有續流形成的磁場，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，可知閥芯的關閉速度明顯提高。針對電流驅動型噴油器，在PWM脈沖結束時線圈中的平均電流只有最大值的一半 （設PWM占空比50%），此時切斷續流，由于噴油器線圈匝數少，感抗小，線圈中的瞬變電壓值較低，不會對電路造成破壞。

3 應用實例

圖5為CNG改裝燃氣ECU實物照片，型號是TGS 1.0B，生產單位是北京華清聯創科技有限公司，這是一款AC300兼容系統，是CNG改裝系統中控制功能較全面、控制較精確的系統，廣泛應用于對4缸發動機的燃氣改裝。圖6為這款ECU噴軌電磁閥驅動部分的原理電路圖，需要說明的是check端接MCU端口，用于監測噴軌電磁閥故障。

用TGS 1.0B驅動噴軌測試，相關參數如下：噴軌品牌AST，型號AST－TP，電阻3 Ω，響應時間為1.7±0.2ms， 閥芯行程0.6ms， 燃氣壓力0.1MPa，測試結果電磁閥關閉時間縮短到1.1±0.2ms。

續流控制信號時序根據電磁線圈的感抗值、線圈在保持狀態中的平均電流值、驅動MOS管的耐壓值、續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時間參數測試研究［J］. 輕型汽車技術， 2009 （11／12）： 15－18.