高速电磁阀驱动电路设计及试验

缸内直喷发动机高速电磁阀驱动电路设计陈林;董小瑞;王艳华【摘要】汽油机缸内直喷技术已经成为实现汽车节能环保的有效措施.控制电磁阀高速启闭是发动机缸内直喷技术实现的关键技术.针对缸内直喷技术对电磁阀响应特性的要求,设计了实现电磁阀快速响应的驱动电路.对电磁阀驱动采用Peak&Hold电流驱动模型,在桌面版级设计软件上搭建基于ACS755XCB-050集成芯片电流反馈控制驱动电路,驱动电磁阀动作、控制喷油器喷油.仿真实验结果表明,基于电流反馈控制的驱动电路能够快速响应电磁阀驱动要求,并控制流过电磁阀驱动电流大小.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2014(020)002【总页数】5页(P28-31,56)【关键词】汽油机;喷油器;驱动控制电路;电磁阀【作者】陈林;董小瑞;王艳华【作者单位】中北大学机械与动力工程学院,太原030051;中北大学机械与动力工程学院,太原030051;中北大学机械与动力工程学院,太原030051【正文语种】中文能源危机和环境污染已经成为全球普遍关注的焦点，并伴随着汽车保有量的持续增加，形势越来越严重。

开发具有汽油机优点同时又具备柴油机部分负荷高燃油经济性优点的车用发动机是主要的研究目标[1]。

20世纪50年代德国的Benz300SL车型、20世纪60年代的MAN-FM系统、20世纪70年代美国Texaco的TCCS 系统和Ford的PROCO系统就已经开始采用汽油机缸内直喷工作方式[2,3]。

不过当时由于内燃机制造水平低和电控喷射技术尚未应用，开发出的缸内直喷汽油机节能环保方面并不理想，没有得到实际应用。

20世纪90年代后，随着发动机制造技术进步和电控汽油系统的应用，使得GDⅠ汽油机瞬态响应好，可以实现精确的空燃比控制，具有快速冷起动和减速断油能力以及潜在系统优化能力，比进气道喷射汽油机更优越[4,5]。

汽油机缸内直喷技术只有借助先进电子控制技术和电子控制策略才能充分发挥其优势[6]，也使得许多发动机制造企业重新考虑GDⅠ汽油机的潜在优点。

高速开关电磁阀的应用及测试分析朱晴摘要：高速开关电磁阀就是一种在电磁控制系统中较为简单的结构模式，是一种可以实现计算机控制的关键控制元件，其主要的性能指标就是对电液系统产生直接影响。

通过对高速开关电磁阀的应用及测试分析可以为其应用提供有效参考。

关键词：高速开关电磁阀；应用；测试；电磁阀响应时间主要就是受到电、磁、机等因素影响，要想提升动作实践，可以通过增加电磁力减少机械阻力、缩短电磁过度过程的方式对其进行控制。

对此，在电磁阀设计过程中必须要对其各项动作因素与各种制约关系进行系统分析。

高速开关电磁阀的开关速度对于其性能有着决定性的影响。

1.高速开关电磁阀的结构以及原理高速开关电磁阀在设计过程中主要应用的就是圆滑阀式两位三通结构模式，通过应用一种含铅量较少的铁硅合金材料，利用其起始磁导率以及最大磁导率的特征，可以提升其整体的电磁吸力。

加入铝可以增加合金电阻率，有效的降低涡流损耗的问题，同时也可以减少电阻温度系统，有效的增强合金的耐磨性特征，降低币种，进而减少阀芯的质量。

而在电磁阀的两端其应用的就是一种双线圈结构类型，通过取消复位弹簧的方式，有效的小处理因为弹簧阻尼导致的机械延时以及电磁阀应用期限降低的问题。

在阀芯上主要应用的就是开平衡槽的方式，可以有效的消除液压的卡紧力问题。

在相同的工作周期中，在前半个周期中电磁阀主要就是通过正向的电流产生一定的电磁吸力，而另一端则是通过提前通反向电流消除电流导致的剩磁问题；在后半个周期中其与前半个周期是成反向的作用。

适当的添加驱动电流可以有效的增强电磁线圈的电流变化率，进而真切电磁阀的相应速度。

在高电压以及大电流的影响之下，如果不切断电源就会导致线圈温度过高，致使能耗过大的问题出现。

对此，必须要加强对电磁阀端口的PWM控制电路的重视，保障其呈现高压开启的状态；然后在利用剩磁保障其呈现吸合状态，在释放的时候必须要处理剩磁，这样才可以避免其影响电磁阀关闭时间。

2高频电磁阀的数学模型与开关特性机理分析2.1高速开关电磁阀测试模型构建主要的应用的模型就是电路模型与磁路模型，其中电路模型就是通过对电路的实际状况进行分析，简化处理就可以获得电路模型；而磁路模型因为导磁体磁导率相对较大，在实践中可以确定磁能就是在气隙中集中，进而忽略边际效应就可以获得磁路模型。

柴油机电磁阀驱动电路设计摘要：本文分析了高压共轨系统中喷油器电磁阀的驱动特性，对电磁阀驱动电路的工作原理进行了详尽的阐述。

针对量产时PCBA喷油器模块的检测手段，通过对喷油器工作波形的处理，可以实现测试工装内部MCU的读取和判定。

通过实验验证，可以实现对PCBA喷油器模块的筛选。

关键词：高压共轨；电子控制单元；升压电路；测试工装近年国内汽车零部件企业涌现出电控系统的开发热潮，其中电子控制单元（ECU）的开发成为柴油机燃油喷射系统的重点，尤其是随着国家尾气排放法规的升级，高压共轨燃油喷射系统已成为主流产品。

因此ECU电路中对燃油喷射量的控制变得尤为重要。

在柴油机高压燃油喷射系统中，油泵负责产生燃油的高压，喷油器负责高压燃油的喷射，而喷油器电磁阀则负责对燃油喷射进行精准控制，包括对喷油正时、喷油量和喷射速率的控制等。

为了精确计量燃油，要求喷油器电磁阀的开启响应和关闭响应快速。

因此，对电磁阀的控制策略将直接影响着柴油机的排放和燃烧质量，加强对电磁阀驱动电路的研究对于提高柴油机的性能起着举足轻重的作用。

1.电磁阀驱动电路设计1.1喷油器高速电磁阀工作特性喷油器高速电磁阀的工作过程可分为5个阶段（如图1所示)：快速吸合阶段t1、高维持电流阶段t2、由IH到IL的低维持电流快速切换阶段t3、IL吸合阶段t4、快速关断阶段t5。

电控喷油器是高压共轨燃油喷油系统中的关键部件，它的开发是喷油系统开发工作中至关重要的一环，电控喷油器功能的实现需要喷油器电磁阀的快速响应。

电磁阀理想的驱动特性：需要快速注入峰值电流，使其迅速吸合，即t1阶段。

吸合吸合后，因磁路中气隙减小磁阻降低，电磁阀仅需较小的电流就能够维持吸合，即t2和t3阶段。

在维持吸合阶段只需采用较小的维持电流，一方面可以加快电磁阀的释放速度；另一方面可以减少电磁阀线圈的发热，保证整个喷油系统长期可靠地运行，即t4阶段。

最后，为减少电磁阀的释放延时，应尽快切断驱动电流，即t5阶段。

高速开关阀的设计与研究*周福章李力千刘志玮任德志(洛阳工学院机电工程系洛阳471039)摘要介绍了一种新型的二级高速开关阀，它采用柱塞式液压增益放大结构，以高速开关电磁阀为先导级，通过二级锥阀的放大，使数字阀最大流量超过80l/min，且保持较高的切换速度，解决了大流量和快速性之间的矛盾。

阀的控制器采用PWM控制原理和降幅双压驱动技术，加速电压持续时间和工作电压幅值均可调节，优化了阀的切换特性。

叙词：数字阀高速开关柱塞式液压增益放大PWM降幅双压驱动中图分类号：TP2710前言目前的电液控制中，虽然模拟控制仍占主导地位，但是随着微机的广泛应用，人们越来越注意到数字控制系统和数字元件的重要性。

高速开关数字阀工作在“开”、“关”两种状态下，与计算机接口非常容易，且价格低廉、抗污染能力强、抗干扰性好、易于维护。

通常采用调制脉冲宽度的方法进行控制，放大器结构简单，功耗小。

国内外一些单位已开展了对其的研究工作，开发了多种结构的高速开关阀，但是都未达到推广阶段，主要原因之一就是目前研制出的一些切换速度较快的单级阀流量较小，不能满足实际工程的需要，而二级阀虽然流量大，切换速度却非常慢。

研制一种新型的高速二级开关阀解决快速性和大流量之间的矛盾就势在必行。

1二级阀工作原理图1二级阀结构原理图1.负载2.主阀芯3.弹簧14.弹簧25.控制活塞6.先导阀7.阻尼孔二级阀原理如图1所示。

当先导阀6开启，容腔3压力接近系统压力，活塞5推动主阀芯开启，当先导阀6关闭，容腔3压力下降，主阀芯推动控制活塞关闭。

采用这种柱塞式增益放大结构，二级阀在获得大流量的同时，仍有较快的切换速度。

图1中阻尼孔7将先导阀输出流量分流，其孔径大小决定了容腔3的压力，是影响主阀芯开关速度的主要参数。

两端弹簧刚度很低，仅用于初定位，对阀的开关几乎没有影响。

先导阀6采用日本不二越公司生产的高速开关电磁阀(HS-G01-AR-D1)，其性能参数分别为：最高切换频率50 Hz，最大流量8 l/min，最高压力17 MPa，开启时间4 ms～6 ms，关闭时间1.5 ms～2.5 ms，控制电压12 V，最大电流2.4 A。

基于cpld的单体泵高速电磁阀升压电路的设计与实现1引言单体泵是一种用于燃油喷射系统的核心部件，其作用是将高压燃油喷射到发动机的燃烧室内，以完成燃烧过程。

单体泵高速电磁阀升压电路是单体泵工作的关键组成部分，其作用是为电磁阀提供足够的电源电压和电流，以保证电磁阀快速响应并完成开、关操作。

本文将介绍一种基于cpld的单体泵高速电磁阀升压电路的设计与实现。

2单体泵高速电磁阀升压电路的工作原理单体泵高速电磁阀升压电路的工作原理非常简单，其主要由电磁阀、升压电路、cpld芯片、时钟芯片和调节电位器等组成。

在工作时，cpld芯片输出PWM信号，经过升压电路升压后，驱动电磁阀打开，此时单体泵内的燃油被压力送入发动机燃烧室，完成燃烧过程。

3单体泵高速电磁阀升压电路的设计与实现在设计单体泵高速电磁阀升压电路时，我们首先需要选用合适的电磁阀和cpld芯片，并根据电磁阀的额定电压和电流确定升压电路的参数。

同时，我们还需要考虑到电磁阀响应速度、脉冲信号的占空比、电流保护等因素，以确保电磁阀能够稳定、快速地开启和关闭。

在实现过程中，我们使用了altera公司的cyclone iv系列cpld芯片，并参考了其官方文档和开发板设计。

4单体泵高速电磁阀升压电路的测试结果经过实际测试，单体泵高速电磁阀升压电路表现良好，能够快速、稳定地开启和关闭电磁阀，并有效提高单体泵的工作效率和燃油喷射精度，使发动机的燃烧效率得到了显著提升。

5结论本文介绍了一种基于cpld的单体泵高速电磁阀升压电路的设计与实现。

该电路以altera公司的cyclone iv系列cpld芯片为核心，集成了升压电路、时钟芯片、调节电位器等功能，并通过PWM信号驱动电磁阀快速响应完成燃油喷射。

该电路具有设计简单、可靠性高、工作稳定等优点，是一种值得推广应用的单体泵高速电磁阀升压电路方案。

高速电磁开关阀快速关闭方法设计与实现概述说明1. 引言1.1 概述本文针对高速电磁开关阀的快速关闭方法进行了设计与实现。

传统的开关阀存在着关闭速度慢、失效率高等问题，对于某些需要快速切断流体通路的应用而言并不适用。

针对这一问题，本文提出了一种新的设计方案，旨在通过改进电磁开关阀的结构和控制方式，实现更快速、更可靠的关闭操作。

1.2 文章结构本文共分为五个部分进行介绍。

除此引言外，还包括“2. 高速电磁开关阀快速关闭方法设计与实现”、“3. 实验结果与分析”、“4. 应用前景和展望”以及“5. 结论”。

在“2. 高速电磁开关阀快速关闭方法设计与实现”部分中，将详细描述我们所提出的方法的具体步骤，并解释其原理。

同时还将介绍我们进行了哪些验证实验以评估该方法的性能和可行性。

接下来，在“3. 实验结果与分析”部分中，将列举我们所收集到的数据，并对这些数据进行处理和分析。

通过对比与传统方法及其他相关研究成果的比较，我们将对该方法的实际效果进行全面评估，并提供深入的讨论和分析。

在“4. 应用前景和展望”部分中，我们将探讨现有应用领域中该方法的潜在价值，并分析其发展趋势以及可能面临的挑战。

这将为进一步推动该技术的应用和发展提供重要参考。

最后，在“5. 结论”部分中，我们将对整个研究进行总结，并指出其中的创新点与不足之处。

同时，我们还会提出未来研究方向，以期进一步完善和优化这一方法。

1.3 目的本文旨在研究高速电磁开关阀快速关闭方法的设计与实现。

通过改进已有开关阀的结构和控制方式，提出一种更加高效、可靠且适用于各种流体通路切断需求的解决方案。

通过实验结果与分析，探讨该方法在应用领域中的前景和潜力，并为进一步研究提供方向。

最终目标是推动该技术在相关领域中得到广泛应用，为工业生产、能源领域等带来更高效、可靠且安全的解决方案。

2. 高速电磁开关阀快速关闭方法设计与实现2.1 方法介绍高速电磁开关阀是一种用于控制介质流动的重要设备，在许多工业领域都有广泛的应用。