姚國仲，路 璐，肖雨寒，王正江，申立中，王貴勇

(昆明理工大學(xué) 云南省內(nèi)燃機(jī)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093)

0 引 言

全國范圍內(nèi)自2021年7月起實(shí)施重型柴油車國六排放標(biāo)準(zhǔn)，對NOx和PM等污染物的排放提出更嚴(yán)格的要求[1].為滿足國六排放標(biāo)準(zhǔn)，高壓共軌柴油直噴技術(shù)(CRDI)在不斷提高噴射壓力的基礎(chǔ)上，又引入多次噴射技術(shù)[2].壓電噴油器采用多次噴射技術(shù)，允許更高的燃油噴射壓力，降低了NOx和PM排放并改善了燃燒噪聲[3].與電磁閥噴油器相比，壓電噴油器縮短了噴射起始和結(jié)束之間的時(shí)間[4]，各次噴射時(shí)間的間隔具有更大的靈活性[5].研究表明，壓電噴油器在減少排放、提高燃油經(jīng)濟(jì)性、降低燃燒噪聲方面，具有出色的表現(xiàn)[6-9].

德國Bosch公司[10]至今已推出四代共軌系統(tǒng)，其中壓電共軌系統(tǒng)CRS3-27最大噴射壓力可達(dá) 2 700 bar，在一次噴射期間內(nèi)，最多可執(zhí)行10次單獨(dú)噴射.何正胤[11]提出了“初期開環(huán)控制加速,中期閉環(huán)控制勻速伸長，末期開環(huán)控制減速”的控制策略，采用恒定電流驅(qū)動(dòng)壓電噴油器的開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn) 100 μs 內(nèi)噴油器的開啟或關(guān)閉.無錫油泵油嘴研究所宋國民等[12]采用多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略來優(yōu)化壓電噴油器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略可以提高壓電噴油器的響應(yīng)速度和控制精度.

壓電噴油器常見的驅(qū)動(dòng)策略主要有恒定電流驅(qū)動(dòng)、單峰值電流驅(qū)動(dòng)以及多峰值電流驅(qū)動(dòng).恒定電流驅(qū)動(dòng)策略通過采樣電阻來反饋噴油器充放電過程中的電流和電壓，被控量多、軟硬件成本高，且容易受到噪聲干擾，無法應(yīng)用于實(shí)際工程中.而單峰值電流驅(qū)動(dòng)策略，其電流上升速度快、峰值大，易造成噴油器的損壞.針對恒定電流驅(qū)動(dòng)和單峰值電流驅(qū)動(dòng)策略的諸多缺點(diǎn)，本文采用多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略.通過MATLAB/SIMULINK對上述三種控制策略逐個(gè)仿真，分別對恒定電流驅(qū)動(dòng)、單峰值電流驅(qū)動(dòng)以及多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比分析，在相同的PWM占空比和頻率下，采用多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略時(shí)，壓電噴油器的電壓上升斜率可控、電流峰值適中.最后通過自主開發(fā)的壓電噴油器驅(qū)動(dòng)板對多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該驅(qū)動(dòng)策略能夠滿足多次噴射的要求.

1 壓電噴油器的特性分析

1.1 壓電噴油器的原理

在壓電晶體上施加電場會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部的電偶極與該電場方向?qū)R，這個(gè)對齊過程稱為極化過程.根據(jù)壓電晶體不同的極化方向，會(huì)產(chǎn)生不同方向上的位移[13].如圖1所示，給壓電晶體外部施加電壓時(shí)，其內(nèi)部正、負(fù)電荷的中心會(huì)相互吸引或排斥，造成壓電晶體膨脹或收縮.壓電噴油器的關(guān)鍵部件是壓電晶體，當(dāng)施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，壓電晶體會(huì)產(chǎn)生電荷；類似地，當(dāng)施加電壓時(shí)，壓電晶體會(huì)膨脹或收縮.當(dāng)給壓電噴油器施加電壓時(shí)，內(nèi)部的壓電晶體元件在微秒級(jí)別內(nèi)發(fā)生微小的膨脹或收縮，數(shù)百個(gè)壓電晶體元件在噴油器中堆疊后，進(jìn)而推動(dòng)噴油器針閥開啟或關(guān)閉[14]，如圖2所示為壓電噴油器的結(jié)構(gòu)原理圖.

(a)壓電晶體充電膨脹 (b)壓電晶體放電收縮圖1 壓電晶體元件的位移Fig.1 Displacement of piezo crystal element

圖2 壓電噴油器結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Piezo injector structure

1.2 壓電噴油器的阻抗特性

極化后的壓電晶體是由電感、電容、電阻串聯(lián)后再和內(nèi)部電容并聯(lián)組成的.當(dāng)不考慮系統(tǒng)損耗時(shí)，可將極化后的壓電晶體理想化為圖3所示的等效電路.它既屬于機(jī)械諧振體，又屬于電諧振體，其中Lm代表電感，表示機(jī)械的慣性，Cm代表電容，表示機(jī)械的剛性；C0代表壓電晶體在低頻下的電容大小[15].壓電晶體的頻域特性可由式(1)表示，其中Z為壓電晶體的阻抗：

(1)

圖3 壓電晶體的等效電路Fig.3 Piezo equivalent circuit

如表1所示，研究福特BC3Q-9K54-6-AD壓電噴油器的參數(shù)后，利用有限元軟件建立壓電噴油器的仿真模型，得到噴油器的頻域特性，如圖4所示.諧振頻率fr和反諧振頻率fa可由式(2)和式(3)表達(dá)，該壓電噴油器的fr為 44 kHz，fa為 49 kHz:

(2)

(3)

表1 福特壓電噴油器的參數(shù)

根據(jù)頻域特性曲線，壓電晶體在反諧振頻率下的阻抗最高，流過的電流最小，因此無法達(dá)到位移峰值.壓電噴油器充滿電后電壓不變，而反諧振阻抗會(huì)下降，根據(jù)歐姆定律，傳遞到噴油器的功率則增大.這種功率調(diào)節(jié)是自發(fā)的，無需高性能的反饋電路.利用反諧振現(xiàn)象可以簡化壓電晶體的驅(qū)動(dòng)電路和控制算法，圖5所示為采用半橋拓?fù)涞膲弘妵娪推黩?qū)動(dòng)電路.

圖5 基于半橋拓?fù)涞膲弘妵娪推黩?qū)動(dòng)電路Fig.5 Piezo injector driver circuit based on half-bridge topology

2 壓電噴油器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

壓電噴油器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)有兩大關(guān)鍵：一是DC/DC升壓電路的設(shè)計(jì)，二是噴油器充放電驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì).驅(qū)動(dòng)電路包含兩個(gè)模塊，一個(gè)模塊是AURIX開發(fā)板，用來產(chǎn)生PWM信號(hào)和處理反饋信號(hào).另一個(gè)模塊是驅(qū)動(dòng)功率板，用來控制噴油器的充放電，主要包括：DC/DC升壓電路、充放電驅(qū)動(dòng)電路、采樣電路以及選缸電路.

2.1 DC/DC升壓電路設(shè)計(jì)

為了滿足壓電噴油器的驅(qū)動(dòng)要求，本文采用 150 V 的高壓來驅(qū)動(dòng)噴油器.由于汽車電源系統(tǒng)提供 24 V 低壓，因此需要設(shè)計(jì)升壓電路，如圖6所示.當(dāng)晶體管Q1打開時(shí)，電源與電感L、晶體管Q1構(gòu)成回路，給電感L充電；當(dāng)晶體管Q1關(guān)閉時(shí)，電感L兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，電源電壓和該感應(yīng)電壓串聯(lián)疊加后，通過二極管D1給儲(chǔ)能電容C充電.

(a)DC/DC升壓電路的拓?fù)鋱D

該升壓電路的傳遞函數(shù)為：

(4)

式中：D為控制Q1的PWM信號(hào)的占空比，η為該升壓電路的轉(zhuǎn)換效率.當(dāng)轉(zhuǎn)換效率為100%、輸入電壓為 24 V、輸出電壓為 150 V 時(shí)，升壓電路的占空比為84%.

流過電感L的電流紋波Δi為：

(5)

式中：fS為開關(guān)頻率.顯然，電流紋波和電感值成反比.當(dāng)電感值選擇過小時(shí)，會(huì)引起較大的電流紋波，則需要耐高壓、大容量的電容進(jìn)行濾波，但這會(huì)導(dǎo)致PCB體積過大、成本過高.福特壓電噴油器的峰值驅(qū)動(dòng)電流控制在 8 A 左右，取峰值電流IBOMAX為 10 A.圖7所示為不同頻率下升壓電路的瞬態(tài)響應(yīng)，為了更好的電磁兼容性，選擇開關(guān)頻率fFREQ為 100 kHz，則

(6)

圖7 不同頻率下升壓電路的瞬態(tài)響應(yīng)Fig.7 Transient response of boost circuit at different frequencies

式中：ΔIBOOST為流過電感的電流波動(dòng)值，根據(jù)驅(qū)動(dòng)要求，ΔIBOOST為 25 A.圖8為不同電感下升壓電路的瞬態(tài)響應(yīng)，根據(jù)公式(6)LBOOST為 8.064 μH，但在實(shí)際應(yīng)用中要保留裕量，所以選取的電感為 80 μH.

圖8 不同電感下升壓電路的瞬態(tài)響應(yīng)Fig.8 Transient response of boost circuit under different inductances

2.2 壓電噴油器充放電驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

壓電晶體元件在電路上表現(xiàn)為電容、電阻、電感的串并聯(lián).為了簡化研究，電感和電阻忽略不計(jì)，可將壓電晶體元件在電氣特性上等效成電容器.若將高壓直接施加到壓電噴油器上，會(huì)產(chǎn)生極大的補(bǔ)償電流，從而永久性破壞壓電晶體疊堆.如圖9所示，將功率電感L1和噴油器INJ1串聯(lián)以限制充放電電流.流過電感L1的電流變化率和加載在電感L1上的電壓uL1有以下的關(guān)系：

(7)

圖9 壓電噴油器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)Fig.9 Piezo injector driving system

由式(7)可知，較大的電感值雖然會(huì)減小電流的紋波，但也減小了電流環(huán)路增益；較小的電感值雖然加快充放電響應(yīng)速度，但也會(huì)增加電流紋波，從而導(dǎo)致大量的磁芯損耗.根據(jù)驅(qū)動(dòng)要求，本文選取電感值與磁飽和電流都較大的功率電感.

要提高噴油器的開關(guān)速度，就必須提高驅(qū)動(dòng)電壓的上升速率.為了使噴油器流暢地打開，加載在噴油器上的驅(qū)動(dòng)電壓VINJ是線性變化的，它滿足：

(8)

式中：CINJ為壓電噴油器的等效電容，I為充放電電流.由式(8)可知：當(dāng)壓電噴油器的等效電容CINJ一定時(shí)，欲提高電壓VINJ的上升和下降速率，必須提高充放電電流I.因此在保證壓電晶體元件正常工作的前提下，應(yīng)盡量提高充放電電流.

2.3 壓電噴油器的充放電過程

當(dāng)控制器發(fā)出預(yù)定的控制信號(hào)后，對壓電噴油器充放電可令其開啟和關(guān)閉，如圖10所示.壓電噴油器的驅(qū)動(dòng)過程可概括為四個(gè)階段，分別為：充電階段、續(xù)流充電階段、放電階段以及續(xù)流放電階段，如圖11所示.

圖10 壓電噴油器驅(qū)動(dòng)的時(shí)序Fig.10 Timing chart of piezo injector driver

(a)充電回路 (b)充電續(xù)流回路

1)在t1時(shí)刻，復(fù)雜驅(qū)動(dòng)軟件根據(jù)選缸信號(hào)、充電使能信號(hào)和噴油脈寬信號(hào)來觸發(fā)噴油器充電PWM信號(hào)HSD1，噴油器中電流逐漸增大，t1到t2為充電時(shí)間.此時(shí)Q1、L1、噴油器INJ1和Q5構(gòu)成充電回路，驅(qū)動(dòng)電路在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上為BUCK斬波電路.其中L1有兩個(gè)作用:一是作為限流電感，防止電源和噴油器之間的補(bǔ)償電流過大，造成對壓電堆的永久性破壞；二是作為儲(chǔ)能電感，在HSD1信號(hào)關(guān)閉期間，由D2、L1、噴油器INJ1以及Q5構(gòu)成續(xù)流充電回路，繼續(xù)對噴油器充電.這樣既保證了充電效率，又不會(huì)因電流過大損壞壓電疊堆.

2)在t2時(shí)刻，充電使能信號(hào)的下降沿觸發(fā)HSD1信號(hào)關(guān)閉，充電結(jié)束.

3)在t3時(shí)刻，噴油脈寬信號(hào)的下降沿觸發(fā)噴油器放電PWM信號(hào)LSD1，噴油器中電流逐漸增大，t3到t4為放電時(shí)間.Q2、L1、噴油器INJ1以及Q5構(gòu)成放電回路，驅(qū)動(dòng)電路在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上為BOOST斬波電路.其中L1有兩個(gè)作用:一是作為限流電感，防止噴油器的放電電流過大造成對壓電疊堆的永久性破壞；二是作為儲(chǔ)能電感，將來自噴油器的電能轉(zhuǎn)移到電感中，在LSD1信號(hào)關(guān)閉期間，由D1、L1、噴油器INJ1以及Q5構(gòu)成續(xù)流放電回路，繼續(xù)對噴油器放電.這樣既保證了放電效率，還能將噴油器中的能量回收到電源中.

4)在t4時(shí)刻，選缸信號(hào)的下降沿觸發(fā)LSD1信號(hào)關(guān)閉，噴油器完全關(guān)閉.

對于充電回路，壓電噴油器中充電電流為:

(9)

式中：VDC為電源電壓；VP為噴油器兩端的電勢差.對于放電回路，壓電噴油器中放電電流為：

(10)

3 壓電噴油器控制策略

對于壓電噴油器，常用的控制方式有“事件控制”和“時(shí)間控制”，如圖12(a)(b)所示.多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略和恒定電流驅(qū)動(dòng)策略都屬于“事件控制”方式，是指當(dāng)反饋電流或電壓大于預(yù)設(shè)值時(shí)，關(guān)閉開關(guān)；而小于預(yù)設(shè)值時(shí)，打開開關(guān).而“時(shí)間控制”則是利用MCU系統(tǒng)定時(shí)器設(shè)定噴油器開關(guān)的時(shí)間，可以用在開環(huán)或閉環(huán)控制中.

(a)基于事件的控制策略 (b)基于時(shí)間的控制策略圖12 壓電噴油器控制策略Fig.12 Piezo injector control strategy

壓電噴油器充放電電路的仿真模型如圖13所示，以此對恒定電流驅(qū)動(dòng)、單峰值電流驅(qū)動(dòng)、多峰值電流驅(qū)動(dòng)控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析.

圖13 壓電噴油器驅(qū)動(dòng)電路的MATLAB/SIMULINK仿真模型Fig.13 MATLAB/SIMULINK simulation model of piezo injector driver circuit

3.1 恒定電流(梯形電流)驅(qū)動(dòng)策略

恒定電流控制屬于“事件控制”，其控制策略模型如圖14所示，分別由電流閾值控制模塊、電壓閾值控制模塊以及噴油脈寬控制模塊等組成.開始噴油時(shí)，壓電晶體上的電壓為 0 V，比較器輸出低電平，開關(guān)選擇通道3，即執(zhí)行電流比較.根據(jù)圖15可知，從 0 s 到 5.92 μs，電流達(dá)到 6.98 A，超過 6 A 的電流閾值，此時(shí)觸發(fā)充電PWM信號(hào)關(guān)閉；當(dāng)采樣電流小于 5 A 時(shí)，充電PWM信號(hào)再次打開，如此循環(huán)，直到電壓上升到 150 V.充電時(shí)間約為 92.2 μs，電壓最終穩(wěn)定在 150 V 上下；放電時(shí)間約為 100 μs，電壓最終穩(wěn)定在 3.44 V 上下.很明顯，壓電晶體的充電和放電特性是不同的.

圖14 恒定電流驅(qū)動(dòng)策略的MATLAB/SIMULINK模型Fig.14 Constant current driving strategy MATLAB/SIMULINK model

圖15 恒定電流驅(qū)動(dòng)策略的仿真效果Fig.15 The simulation of the constant current drive strategy

恒定電流控制策略的充放電電流在某個(gè)范圍內(nèi)變化，導(dǎo)致充放電速度幾乎不變，所以噴油器的打開和關(guān)閉速度是線性可控的，這樣有利于延長噴油器的使用壽命.因此，恒定電流控制策略不僅保證了充放電的速度，還保障了噴油器的使用壽命.然而，該控制策略所需的被控量多，PWM的占空比和頻率由反饋量決定，軟件成本較大，在實(shí)際工程應(yīng)用中并不常見.

3.2 單峰值電流(三角形電流)驅(qū)動(dòng)策略

單峰值電流控制策略屬于“時(shí)間控制”，其控制策略模型如圖16所示，由噴油定時(shí)模塊和PWM生成模塊等組成.確定好充電時(shí)間、放電時(shí)間以及充放電PWM占空比，就可以實(shí)現(xiàn)此控制策略.

圖16 單峰值電流驅(qū)動(dòng)策略的MATLAB/SIMULINK模型Fig.16 MATLAB/SIMULINK model of single peak current driving strategy

圖17所示，當(dāng)給壓電晶體施加 150 V 高壓時(shí)，不同功率電感L對充放電電流的影響.顯然，當(dāng)采用較大的電感時(shí)，充放電電流的峰值下降.圖18所示為不同功率電感下電壓的響應(yīng)曲線，當(dāng)采用較大的電感時(shí)，電壓的穩(wěn)定時(shí)間變長；而過小的電感會(huì)導(dǎo)致充放電反向，引起壓電晶體形變受阻，因此本文選擇 60 μH 的電感.

圖17 150 V下不同電感值的充放電電流Fig.17 Charge and discharge currents of different inductance values at 150V

圖18 不同電感值下的充放電電壓Fig.18 Charge and discharge voltage under different inductance values

圖19為功率電感選取 60 μH 時(shí)，單峰值電流驅(qū)動(dòng)策略的仿真圖.在 0 s 到 15.8 μs 內(nèi)，電流達(dá)到 31.3 A，電流上升速度非常快.充電時(shí)間約為 42.6 μs，最后電壓穩(wěn)定在 150 V 上下；放電時(shí)間約為 24 μs，最后電壓穩(wěn)定在 2.68 V 上下，壓電晶體膨脹和收縮速度都非?？?單峰值電流驅(qū)動(dòng)策略具有快速充放電的能力，在發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)噴和后噴中得到廣泛的應(yīng)用，但充放電電流的峰值較大，易損壞壓電疊堆.

圖19 單峰值電流驅(qū)動(dòng)策略的仿真效果Fig.19 Simulation of single peak current drive strategy

3.3 多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略

多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略屬于“事件控制”，其控制策略模型如圖20所示，由噴油脈寬控制模塊、電流閾值控制模塊等組成.首先上層應(yīng)用軟件確定開始噴油的時(shí)刻，噴油開始時(shí)，充電電流為0，小于 18 A 的閾值，比較器輸出1，開關(guān)選擇輸出定頻率、定占空比的PWM信號(hào).如圖21所示，在 2.48 μs 時(shí)，電流升高至 24.24 A，引起比較器翻轉(zhuǎn)，充電PWM信號(hào)暫時(shí)關(guān)閉，由于電感L的續(xù)流作用，電流并沒有立即變?yōu)?.當(dāng)電流下降到 18 A 時(shí)，充電PWM信號(hào)再次打開，電流再次升高至 20.9 A，引起充電PWM信號(hào)再次關(guān)閉.容性元件的特性會(huì)導(dǎo)致充電電流逐漸減小至0，此時(shí)電容充滿.整個(gè)充電周期為 91.9 μs，電壓最終穩(wěn)定在 150 V 上下；上層應(yīng)用軟件計(jì)算出噴油脈寬后開始放電，放電開始 19 μs 后，放電電流達(dá)到最大值 20.46 A，由于放電平均電流較小，導(dǎo)致放電時(shí)間到 100 μs 時(shí)，才放電完成.

圖20 多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略的MATLAB/SIMULINK模型Fig.20 MATLAB/SIMULINK model of multi-peak current driving strategy

圖21 多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略的仿真效果Fig.21 Simulation of multi-peak current drive strategy

多峰值電流控制策略的充放電階躍響應(yīng)與初始PWM的占空比及頻率有關(guān).當(dāng)初始PWM的占空比較大時(shí)，電壓上升的速度較快，電流的超調(diào)量較大，比較器翻轉(zhuǎn)后，再次打開充電PWM，電流的超調(diào)量又迅速達(dá)到最大值，因此控制的柔性較差.當(dāng)初始PWM的頻率較大時(shí)，電壓上升的速度變慢，平均電流也變小，控制的柔性變好.為達(dá)到柔性控制的目的，占空比必須與頻率匹配，因此多峰值電流控制策略屬于離散的控制.由于這種策略可行性高，在實(shí)際工程中應(yīng)用很廣泛.

4 實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)選擇多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略，采用福特BC3Q-9K54-6-AD壓電噴油器，等效電容為 3.3 μF，功率電感為 60 μH，半橋拓?fù)涞尿?qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電壓為 150 V，充放電電流的峰值在 3 A 到 5 A 之間.搭建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖22所示，使用自主開發(fā)的驅(qū)動(dòng)板，復(fù)雜驅(qū)動(dòng)軟件采用定占空比的PWM，噴油脈寬為 100 μs.

圖22 壓電噴油器驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境Fig.22 Experimental environment of piezo injector driver

自主開發(fā)的壓電噴油器驅(qū)動(dòng)板的電壓和電流波形如圖23所示.多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略的特點(diǎn)是電壓以階梯上升，隨著第一個(gè)電流波峰的到來，噴油器電壓迅速上升，針閥開始抬起，隨著電流的下降，電壓將保持一段時(shí)間，該電壓為噴油器針閥開啟的維持電壓.如此循環(huán)，直至噴油器針閥完全抬起.當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流變大時(shí)，電壓上升的斜率也將變大.為了提高噴油器的響應(yīng)速度，應(yīng)盡可能地增加驅(qū)動(dòng)電流的大小.

圖23 壓電噴油器的電壓、電流波形圖以及驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)Fig.23 The voltage and current waveforms of the piezo injector and the driving PWM signal

根據(jù)圖24(a)(b)，充電過程約需 67 μs，電壓最后穩(wěn)定在 150 V 上下，即噴油器打開的時(shí)間為 67 μs；放電過程約需 82 μs，電壓最后穩(wěn)定在 9 V 上下，即噴油器關(guān)閉的時(shí)間為 82 μs.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與傳統(tǒng)電磁式噴油器相比，壓電噴油器具有更快的響應(yīng)速度.通過改變驅(qū)動(dòng)電流大小可以對壓電噴油器的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整.

(a)壓電噴油器打開時(shí)間 (b)壓電噴油器關(guān)閉時(shí)間圖24 壓電噴油器的打開和關(guān)閉時(shí)間Fig.24 Opening and closing time of piezo injector

5 結(jié) 論

1)運(yùn)用有限元分析軟件建立壓電噴油器的仿真模型，分析壓電噴油器的頻域特性，得到其反諧振頻率，為驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ).

2)利用MATLAB/SIMULINK仿真，分別對三種電流控制策略進(jìn)行分析.闡明不同驅(qū)動(dòng)策略、充放電PWM占空比和頻率，對噴油器工作有重要影響.對比三種控制策略后，本文最終選擇多峰值電流驅(qū)動(dòng)策略.

3)設(shè)計(jì)的壓電噴油器驅(qū)動(dòng)板可在 67 μs 內(nèi)打開噴油器，在 82 μs 內(nèi)關(guān)閉噴油器，滿足多次噴射的需求，且大幅降低了噴油噪聲.