摘 要

论文分析了高速电磁阀对于电控喷射系统的重要性，从而说明了研究电磁阀驱动电路和控制软件的必要性。通过对比现有电磁阀驱动电路的优缺点，得到论文的研究方向是改进电磁阀驱动电路和控制软件以提高电磁阀的响应速度和电磁阀阀线圈的发热量。根据研究方向理论分析了影响电磁阀响应速度的主要因素为驱动电压、回路中电流大小以及续流电阻的大小。论文以电路仿真调试的方法进行电路设计，分别设计了DC—DC升压电路、电磁阀驱动电路、PWM信号模拟电路以及电流采样电路；利用Labveiw编写了驱动控制软件。最后通过软件仿真的方式进行了电磁阀驱动电路的总体验证，仿真得到的结果是：回路中电流的上升时间和下降时间之和约为430us，满足设计所要求的500us。

关键词：高速电磁阀 驱动电路 控制软件 电路仿真

Abstract

This paper analyzed the importance of the high speed solenoid valve for the electronic control injection system, and explains the necessity of studying the driving circuit and the control software of the solenoid valve. By comparing the advantages and disadvantages of the existing solenoid valve drive circuit, the research direction of the paper is to improve the response speed of the solenoid valve and reduce heat loss of the solenoid valve coil . According to the research direction theory, the main factors influencing the response speed of the solenoid valve are the driving voltage, the value of current in the circuit and the value of the freewheeling resistance. In this paper, DC-DC boost circuit, solenoid valve driving circuit, PWM signal analog circuit and current sampling circuit are designed respectively by circuit simulation and debugging. The driver control software is written by Labveiw. Finally, the overall verification of the solenoid valve drive circuit is carried out by means of software simulation. The simulation results show that the sum of the rise time and the falling time of the current in the loop is about 430us, which satisfies the requirement of 500us.

Key Word：high-speed solenoid valve ; drive circuit ; controlling software ; circuit simulation

目 录

第1章 绪论 1

1. 1研究背景 1

1. 2 喷油电磁阀驱动电路和控制软件开发的研究现状 1

1.2.1 喷油电磁阀驱动电路基本类型 1

1.2.2 当前驱动电路的改进形式 2

1.2.3 电磁阀驱动电路控制软件 4

1. 3 研究的目的和意义 4

1. 4 论文研究目标和主要内容 5

1.4.1 论文研究的目标 5

1.4.2 论文研究的主要内容 5

1. 5 论文研究方法和技术路线 5

1. 6 本章小结 7

第2章 高速电磁阀驱动理论分析和驱动控制系统需求分析 8

2. 1 数学模型计算分析 8

2.1.1 喷油器电磁阀工作过程的数学模型分析 8

2.1.2 电磁阀驱动电路数学模型分析 8

2. 2 驱动控制系统需求分析 12

2. 2. 1 驱动电路需求分析 12

2. 2. 2 驱动控制软件需求分析 12

2. 3 本章小结 13

第3章 高速大流量电磁阀驱动电路的设计 14

3. 1 功率电路电流计算 14

3. 2 DC—DC升压电路设计 14

3. 3 驱动电路设计 16

3. 3. 1 电磁阀驱动电路设计 16

3. 3. 2 MOS管驱动电路设计 17

3. 3. 3 高低压切换电路 20

3. 4电流采样电路设计 21

3. 5 PWM信号模拟电路设计 22

3. 5. 1 电压比较电路设计 22

3. 5. 2 比例积分电路设计 23

3. 5. 3 PWM控制信号产生电路设计 23

3. 6 本章小结 26

第4章 基于Laveiw的高速电磁阀驱动软件开发 27

4. 1 驱动控制软件开发 27

4. 1. 1 模拟控制信号产生模块 27

4. 1. 2 模拟控制信号输出 28

4. 2本章小结 28

第5章 电磁阀驱动电路和控制软件的试验验证 29

5. 1 驱动控制软件试验 29

5. 2 电磁阀驱动电路验证 29

5. 3 本章小结 32

第6章 总结与展望 33

6. 1 总结 33

6. 2 展望 33

参考文献 34

致 谢 35

第1章 绪论

1. 1研究背景

日益严格的排放法规的实施促使了电控燃油喷射技术的不断发展，电控喷射技术为发动机提供了高适应性、高灵活性的燃油喷射方式，通过对喷射时刻以及喷射量有效的柔性控制，从而可以改善发动机缸内燃烧，实现整机性能的优化和排放的改善^[1][2]。而喷射电磁阀作为电控喷油系统最为主要的执行部件之一^[3]，其性能的好坏直接影响着电控喷油系统是否可以实现良好的喷射要求^[4]。

根据电控燃油喷射系统的发展趋势，以及对柴油机的燃烧进行更加精确的控制，喷射系统要能够进行预喷、后喷的多次喷射以及靴型喷射等喷射方式。为了实现对喷射系统更加柔性地控制，那么就需要设计出更加精确的喷射系统，其中喷射电磁阀作为系统中必不可少的组件，而国外几大柴油机共轨系统制造商,都是根据自身共轨系统的特点,独立研制各自的电磁阀驱动电路,并都处于技术保密阶段^[5]，对于其驱动电路的设计和控制软件的开发极为重要。对于船用柴油机来说，喷射系统中所采用的一般是高速大流量电磁阀，如何使得电磁阀快速响应，即电磁阀必须能够快速通断，那么就需要设计出合理的驱动电路和控制软件。

1. 2 喷油电磁阀驱动电路和控制软件开发的研究现状

1.2.1 喷油电磁阀驱动电路基本类型

目前电磁阀的驱动电路基本类型有三种，如图1.2所示，分别是可调电阻式控制驱动电路、双电压式控制驱动电路、脉宽调制式控制驱动电路，它们是根据调节电磁阀电磁线圈内电流方式的不同来区分的。

图1.2 电磁阀驱动电路基本形式