摘 要

文章从汽油发动机本身结构以及控制角度，寻找一种解决汽车工业发展与环境保护之间矛盾的有效方式。通过对缸内直喷发动机发展研究，以及传统进气道喷射发动机和缸内直喷发动机对比，总结出缸内直喷汽油机在保持良好动力性的同时有着不逊于柴油机燃油经济性。文章主要对缸内直喷发动机高速电磁阀的驱动模块进行设计，包括硬件设计和软件设计两个方面。控制方案采用了双电源三开关控制方式，使用STM32F103xx芯片控制驱动模块，电路中使用MOS管，形成不同的电流通路，产生所需的脉冲电流。该控制方案采用开环控制，降低ECU的负担，且控制简单可靠。本文的设计目标实现对喷油器喷油正时、喷油量的精确控制，满足缸内直喷汽油机对瞬态响应的高要求。在典型工况下进行喷雾实验，验证该驱动模块的实际应用效果。

关键字：直喷汽油机 喷油器驱动模块 高速电磁阀

Design of Driving Module of High Speed Solenoid Valve for Gasoline Direct-Injection Engine

Abstract

The paper sought an effective way to solve the contradiction between the development of automobile industry and environmental protection based on the structure and control of engine． By studying the development of Gasoline Direct-Injection engine and comparing it with Port Fuel-Injection engine， we concluded that Gasoline Direct-Injection engine has the same fuel economy as diesel engine while maintaining a good dynamic performance． The paper designed a driving module of the high-speed solenoid valve of Gasoline Direct-Injection engine， including hardware design and software design． We adopted a circuit with two power supplies and three switches in the control method， and used STM32F103xx chip to control the driver module． We used MOS（Metal oxide semiconductor）in the circuit to form different current paths and generate the required pulse current． We chose Open-loop control in the control method which is simple and reliable． The design aimed to achieve precise control of injector timing and injection volume， and to meet the high requirements of Gasoline Direct-Injection． The spray experiment was carried out under typical working conditions to verify the practical application effect of the driving module．

Key words: gasoline direct injection（GDI）engine injector drive method high-speed solenoid valve

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 缸内直喷汽油机 2

1.2.1 汽油机缸内直喷技术 2

1.2.2 GDI发动机与PFI发动机的比较 3

1.2.3 缸内直喷发动机存在的问题 4

1.3 国内外研究现状 5

1.3.1 缸内直喷发动机发展历史 5

1.3.2 电控喷油器研究与发展 6

1.4 本课题主要工作 6

第二章 电磁阀的控制原理 8

2.1 高压喷油系统 8

2.2 驱动模块工作原理 9

2.3 几种电磁阀驱动方式介绍 11

2.3.1 单电源单开关驱动 11

2.3.2 单电源双开关驱动 11

2.3.3 双电源三开关驱动 13

2.4 几种电流驱动的续流回路 15

2.5 本章小结 16

第三章 电磁阀驱动模块硬件设计 17

3.1 驱动模块总体设计 17

3.2 升压电路的设计 17

3.3 驱动电路的设计 19

3.4 本章小结 20

第四章 电磁阀驱动模块软件设计 21

4.1 电磁阀驱动流程图 21

4.1.1 STM32F103xx芯片的特点简介 21

4.1.2 开环控制流程图设计 21

4.2 本章小结 24

第五章 电磁阀与控制模块的匹配试验 25

5.1 驱动电流检测 25

5.2 喷雾特性测试 25

第六章 总结 27

6.1 经济性分析 27

6.2 课题内容总结 27

参考文献 28

致谢…………………………………………………………………………………………………………....31

绪论

研究背景

现代社会，传统的汽车工业开始和各种领域交互，使人们更加满足于多种多样的出行方式，在各种人类出行方式中，汽车扮演着很重要的一个角色。这十几年来世界汽车保有量以倍数增加，作为汽车工业最发达的美国，汽车保有量达到了2.5亿辆，而约有一亿人口的日本，汽车保有量就达到了7000多万辆（0.7亿辆）。中国作为汽车大国，无论是汽车需求量还是保有量在世界范围内都是遥遥领先。如图1-1所示，统计了我国近年来汽车保有量的数据，截止到2019年3月末，我国的机动车保有量达到3.3亿辆了，其中包括2.46亿辆汽车。除了传统的自购车，燃油车的分时租赁也开辟了巨大的市场，这都意味着汽车对出行的深刻影响，汽车出行给我们带来了全新的驾驶体验。但随之而产生的大量尾气排放，不可避免的造成了能源的消耗以及环境的污染。中国汽车巨大的保有量数据是世界汽车发展的一个缩影，数据背后也包含着能源和环境的沉重压力。

图1-1 我国汽车保有量曲线

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