一种甲醇喷嘴的控制方法及其控制电路与流程

本发明涉及技术汽车发动机领域，具体涉及一种用于燃料汽车甲醇喷嘴的控制方法。

背景技术：

汽车发动机是整个汽车的心脏，为汽车的行走提供动力，关系着汽车的动力性、经济性、环保性。简单来说，发动机就是一个能量转换机构，即将汽油（柴油）或天然气的热能，通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀，推动活塞作功，转变为机械能，在这个过程中，汽车喷油嘴的作用至关只要。汽车喷油嘴是个简单的电磁阀。当电磁线圈通电时，产生吸力，针阀被吸起，打开喷孔，燃油经针阀头部的轴针与喷孔之间的环形间隙高速喷出，形成雾状，利于燃烧充分燃烧。甲醇作为燃料应用在内燃机领域，在部分富煤地区有很大的市场。作为电喷发动机的关键部件之一的喷油嘴，它的工作好坏将严重的影响发动机的性能。喷油嘴堵塞会严重影响汽车性能。在以往应用过程中，喷嘴都会陆续出现卡滞、打不开等情况，严重影响了甲醇作为燃料的推广。

公开号为cn106089429a的中国专利，一种高效的汽车引擎除碳控制方法，采用汽车引擎除碳系统，该汽车引擎除碳系统包括有雾化器、氢氧除碳机、添加剂存储罐、单向阀、电控截止阀和流量调节阀，该雾化器连接汽车引擎，该氢氧除碳机连接雾化器，该添加剂存储罐连接单向阀，添加剂存储罐内设置有液位计，该单向阀连接电控截止阀，该电控截止阀连接流量调节阀，该流量调节阀连接雾化器；本发明在现有氢氧除碳机的基础上有效加入添加剂，发挥了氢氧除碳机和添加剂各自优势，彻底解决了现有除碳机工作时间较长、除碳不彻底的问题。

上述专利从物理结构出发，解决了使用过程中因堵塞造成的问题，但仍未从本质上解决喷嘴在开启动能不足的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种甲醇喷嘴的控制方法，加大喷嘴开启时的上升动能，在开启后用较小电流来维持喷嘴的开启状态，解决喷嘴在开启动能不足的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种甲醇喷嘴的控制方法，该方法包括：

s100：使用一升压电路将12v蓄电池升压到35±0.5v；

s200：采用nmos作为高压高边驱动，使用两路倍压整形电路用于给nmos提供驱动电压；

s300：高压高边驱动用于将35v高电压施放给喷嘴，提供喷嘴开启电流；

s400：低压高边驱动用于将低电压12v左右施放给喷嘴，提供喷嘴的维持电流。

进一步的，还包括一个喷嘴电阻检测步骤：

s101：使用诊断电路检测喷嘴电阻，根据电阻阻值大小来采取不同的控制方案；

s102：该诊断电路给负载注入一个恒定电流，然后mcu采样该负载上的电压，换算成电阻阻值；

s103：当检测到某个喷嘴电阻有劣化后，mcu将关闭该通道的高压高边驱动和低压高边驱动。

进一步的，所述劣化指标由所使用的喷嘴的特性决定。

进一步的，还包括一个喷嘴驱动脉宽采集步骤，包括：

s201：通过信号采集电路采集喷油嘴驱动脉宽；

s202：mcu根据采集到的喷射量通过查表换算出电流驱动模块的驱动脉宽，用换算后的数据加载到甲醇喷嘴上。

进一步的，包括一个人机交互步骤，包括：

s301：使用通信电路将驱动器所采集的信息通过协议传送到人机交互平台；

s302：人机交互平台通过该电路将指令和数据下载到该驱动器内。

一种甲醇喷嘴的控制电路，包括升压模块、两路倍压整流电路、高压高边驱动模块、低压高边驱动模块、诊断电路、信号采集电路；

所述升压电路将12v蓄电池电压升到35v左右，用于给喷嘴提供快速的提升动能；

所述两路倍压整形电路用于给nmos提供驱动电压；高压高边驱动模块用于将35v高电压施放给喷嘴，提供喷嘴开启电流；

所述低压高边驱动模块用于将低电压12v左右施放给喷嘴，提供喷嘴的维持电流；

所述诊断电路用于检测喷嘴的电阻，根据电阻阻值大小来采取不同的控制方案；。

进一步的，所述高压高边驱动模块、低压高边驱动模块采用nmos管。

进一步的，所述诊断电路给负载注入一个恒定电流，然后mcu采样该负载上的电压，换算成电阻阻值；当检测到某个喷嘴电阻有劣化后，mcu将关闭该通道的高压高边驱动和低压高边驱动；保护驱动器不会由于过流而损坏；这个劣化指标由所使用的喷嘴的特性决定。

进一步的，还包括一通信电路，所述通信电路将驱动器所采集的信息通过协议传送到pc机上人机交互平台上，同时pc机上人机交互平台通过该电路将指令和数据下载到该驱动器内。

本发明的有益效果是：本发明通过加大喷嘴开启时的上升动能，在开启后用较小电流来维持喷嘴的开启状态，解决喷嘴在开启动能不足的问题。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为实施例电磁线圈驱动电路；

图3为各模块工作时序图；

图4为电路各模块工作电流流向示意图；

图5为喷嘴诊断电路；

图6为喷射脉宽采集电路。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下。

如图1所示，一种甲醇喷嘴的控制方法，该方法包括：

s100：使用一升压电路将12v蓄电池升压到35±0.5v；

s200：采用nmos作为高压高边驱动，使用两路倍压整形电路用于给nmos提供驱动电压；

s300：高压高边驱动用于将35v高电压施放给喷嘴，提供喷嘴开启电流；

s400：低压高边驱动用于将低电压12v左右施放给喷嘴，提供喷嘴的维持电流。

作为一种优选实施例，还包括一个喷嘴电阻检测步骤：

s101：使用诊断电路检测喷嘴电阻；

s102：该诊断电路给负载注入一个恒定电流，然后mcu采样该负载上的电压，换算成电阻阻值；

s103：当检测到某个喷嘴电阻有劣化后，mcu将关闭该通道的高压高边驱动和低压高边驱动。

作为一种优选实施例，如图5所示的喷嘴诊断电路，pp1喷嘴诊断使能信号由控制器mcu提供。在喷嘴驱动关闭的阶段，使能pp1信号提供一个高电信号使得q18a晶体管闭合，从而闭合q16晶体管。这时12v电压通过q16以及下端的四个二极管和四个诊断电阻（r92/r93/r94/r95）分别向4路喷嘴注入一个恒定的电流，电流值等于12v电压与诊断电阻值相除。inj1，inj2，inj3，inj4四个标号分别对应四缸喷嘴，该电路中d19，d20二极管起到反向保护作用。喷嘴诊断的信号通过pr7（四路排阻）和c22，c25，c26，c27构成的低通滤波器被mcu采集。pr7为喷嘴诊断电阻，与喷嘴内阻串联形成一个对12v的分压电路，mcu通过检测这个分压信号判断喷嘴的故障状态。pr7的值的大小应该根据喷嘴的内阻大小合理确定，从而能过得到一个合理的分压信号。本方案重点喷嘴内阻为8ω，选用pr7阻值为100ω。当喷嘴连接正常状态下，分的电压为0.88v；喷嘴断路的时候，分的电压为12v；当喷嘴短地故障时，分的电压为0v。由上诉可知，诊断得到的分压信号与喷嘴本身的内阻密切相关，可以根据内阻值来确定相应喷嘴的劣化指标。

作为一种优选实施例，还包括一个喷嘴驱动脉宽采集步骤，包括：

s201：通过信号采集电路采集喷油嘴驱动脉宽，喷射脉宽的采集由一个信号采集的滤波电路完成，喷射脉宽的大小在喷嘴口径确定的情况下就可以直接反应当前喷射量的大下；

s202：mcu根据采集到的喷射量通过查表换算出电流驱动模块的驱动脉宽，用换算后的数据加载到甲醇喷嘴上。

喷射量的采集通过喷射脉宽采集电路完成，如图6所示的喷射脉宽采集电路，pr1a和pr1b构成一个分压电路，对输入的喷射信号分压使得其大小在mcu采集的范围之内。同时pr1a和c67构成一个低通滤波器，对分压后的信号进行滤波处理最后由mcu的pj3口采集得到

作为一种优选实施例，包括一个人机交互步骤，包括：

s301：使用通信电路将驱动器所采集的信息通过协议传送到人机交互平台；

s302：人机交互平台通过该电路将指令和数据下载到该驱动器内。

一种甲醇喷嘴的控制电路，包括升压模块、两路倍压整流电路、高压高边驱动模块、低压高边驱动模块、诊断电路、信号采集电路、通信电路；

升压电路将12v蓄电池电压升到35v左右，用于给喷嘴提供快速的提升动能；

两路倍压整形电路用于给nmos提供驱动电压；高压高边驱动模块用于将35v高电压施放给喷嘴，提供喷嘴开启电流；

低压高边驱动模块用于将低电压12v左右施放给喷嘴，提供喷嘴的维持电流；

诊断电路用于检测喷嘴的电阻，根据电阻阻值大小来采取不同的控制方案；

通信电路将驱动器所采集的信息通过协议传送到pc机上人机交互平台上，同时pc机上人机交互平台通过该电路将指令和数据下载到该驱动器内。

作为一种优选实施例，高压高边驱动模块、低压高边驱动模块采用nmos管，诊断电路给负载注入一个恒定电流，然后mcu采样该负载上的电压，换算成电阻阻值；当检测到某个喷嘴电阻有劣化后，mcu将关闭该通道的高压高边驱动和低压高边驱动；保护驱动器不会由于过流而损坏；这个劣化指标由所使用的喷嘴的特性决定。

电磁阀的开启过程就是给电磁阀杆提供一个电磁力，电磁力的计算公式如下：

f=n*i*l*b

f电磁力

n匝数

i电流

l导线在垂直于磁场方向的长度

b为磁感应强度通过电磁阀的电磁力计算公式可知，电磁力的大小于电流成正比，电流越大电磁力越大，电磁阀开启的速度越快。根据欧姆定律u=i*r（加载的电压，i：流过通路电流，r:通路电阻）

可知，在通路电阻由一定的情况下加载的电压越大电流越大。根据如上所述，要让喷嘴开启速度更快必须加载一个相对更大的电压。

如图2所示，使用boostsupply用于电磁阀开启时供电，电压较高，一般控制器中会由一个boost升压电路生成。目的是使电磁线圈能以更短时间达到开启要求电流，车载电源battery一般为12v或24v，故本系统中采用以tps40210qdgqrq1升压芯片为核心的升压电路为系统提供一个35v的boostsupply。但如果全部由该电源提供，势必增加boost升压电路的负担，且不利于多路电磁阀协同工作），而且维持电磁阀处于开启状态的电流相对于它的开启电流而言要小很多，因此需要提供另一路电压用于电磁阀开启后的保持，用电池电压进行维持即可；

q1(nmosfet)，高压高边开关，用于控制boost电压开启时间，pwm形式，电流闭环（框图中没有加入电流检测电路）；给电磁线圈提供开启时段的电压；

2(driveric)是高边驱动控制芯片为q1(高压高边开关)提供一个驱动信号。

q4(nmosfet)，低压高边开关，为电磁线圈提供阀芯维持电流，pwm形式，电流闭环控制（框图中没有加入电流检测电路）。

5(highsidedriveric)是高边驱动控制芯片为q4（低压高边开关）提供驱动信号；

l6，电磁线圈，负载；

d7，续流二极管，在q1\q4号mosfet关断时通过q8为电磁线圈提供续流通道。

q8(nmosfet)，高边续流开关，有两个功能，1、在电磁线圈维持状态，提供线圈的续流通道；2、在电磁线圈关闭时刻，通过关断q8来截断续流电流，在电磁线圈上的电压积蓄很高时，突然打开，使电流快速泄放；

6(highsidedriveric)是高边驱动控制芯片为q8(高边续流开关)提供驱动信号。

d10，防反向电压二级管，防止boost电压损坏battery高边驱动电路。

如图3所示，燃气喷嘴电磁线圈完成一次喷射过程所要涉及到的输出驱动信号主要包括boost高压控制信号、battery保持电压控制信号、电磁线圈高边续流通道控制信号，他们之间的时序如图3。图3中的t表示电磁线圈的一个喷射脉宽，它的值由mcu通过计算和查表得到，而喷射的起始时刻由mcu经过计算得到，开始喷射时mcu控制boostsupply高压高边开关q1、battery保持电压高边开关q4和对应该缸的电磁线圈高边续流通道开关q8同时打开，此时施加在电磁线圈电磁阀线圈两端的电压为boostsupply，延时一段时间t1,当电流升到额定高电流时启动pwm闭环控制，将该电流维持在我们所需要的该电流状态直至阀芯全部打开，具体开始时间t2和电流大小ih由电磁阀规格书确定；boostsupply高压高边开关q1关闭，施加在电磁线圈电磁阀线圈两端的电压由boostsupply变为battery。在喷射过程的后期battery保持电压高边开关q4开始低电流ilpwm闭环控制，降低流过电磁线圈电磁阀线圈的电流，目的是减少电磁阀线圈和驱动电路的发热，且能够减小电磁阀关断时需要突然泄放的残留能量，具体电流大小il由电磁阀规格书确定，保持时间t3由mcu根据需求计算获得，同时在关闭时能迅速切断电流使电磁线圈阀芯迅速回位切断燃气。在电磁阀关断时，电磁线圈上残留的能量（主要表现为续流电流），会使d7两端的电压非常很低，为了避免过低的电压对mosfet造成损伤，当电压低于某一个限值时，6号电路会打开q8，将这部分能量泄到大地，这一瞬间电流很大，但持续时间很短，尽量小的减轻了残留能量对电磁阀驱动能力的影响。

如图4所示，电池电源通过q4给电磁线圈l6充电，其电流回路为i1。当流过l6的电流超过目标值（ih或il）时，q4/q1关闭，电流由地经过续流二极管d7/q8给电磁线圈l6提供续流电流，只到电流低于目标值（ih或il）。具体高于或低于目标值（ih或il）多少，可标定确定,其电流回路为i2。当l6关闭的时刻，q8\q4\q1关闭，电磁线圈上的电流通道被切断，电流迅速减小，此时在q8上产生一个非常高的尖峰电压，理论上该电压无穷大；为避免该电压对q8mosfet产生损坏，高位驱动6需要在该电压超过安全限值时打开q8，为这部分能量提供泄放通道,其电流回路为i3。燃气喷嘴开启时，通过boostsupply（电池电压升压2倍以上）经过q1给电磁线圈l6充电，其电流回路为i4。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。