柴油机用Piezo喷油器的驱动研究
摘要：柴油机电控系统中，喷油器有电磁阀与压电陶瓷两类，与电磁阀相比较，压电陶瓷式喷油器具有无滞后时间、开关迅速精确等诸多优点。但目前不仅自主压电陶瓷本身技术不成熟，且其驱动技术开发难度大，在喷油期间，除了充电电路外，额外放电电路需要开发设计，且被控对象较多：其高端电压、持续恒定的充电、放电电流，通过柴油机Piezo喷油器驱动技术的研究掌握开发柴油机电控技术的一些方法。柴油机用的Piezo喷油器运用Piezo的逆压电效应达到驱动效果，在深度理解传统电磁阀式喷油器的基础上，通过掌握并分析压电陶瓷驱动技术原理与技术难点，绘制原理图、PCB板、硬件电路调试，开发满足需求的压电喷油器驱动技术。此论文实现了压电喷油器持续恒定的充放电电流，改善传统电磁阀式喷油器因电磁线圈感性储能原件以及磁滞回线的影响而导致的喷油滞后的缺点，从而提高喷油器的性能，降低尾气污染物的排放。
关键词：柴油发动机;Piezo喷油器驱动电路;持续恒定电流类型;PCB板;+BOOST升压电路
Driving Study of Piezo Injector for Diesel Engine
Abstract: In the electronic control system of diesel engine, the injector has two kinds of solenoid valve and piezoelectric ceramics, compared with the solenoid valve, the piezoelectric ceramic injector has many advantages, such as no lag time and quick and accurate switch. But at present, not only the independent piezoelectric ceramics themselves technology is immature, and its drive technology development is difficult, in addition to the charging circuit, the additional discharge circuit needs to be developed and designed, and more controlled objects: its high-end voltage, continuous constant charging, discharge current, Through the research of diesel engine Piezo injector Drive technology, some methods of developing diesel engine electronic control technology are mastered. The Piezo injector used in diesel engine uses the inverse piezoelectric effect of Piezo to achieve the driving effect, on the basis of deep understanding of the traditional solenoid valve type injector, by mastering and analyzing the principle and technical difficulties of piezoelectric ceramic drive technology, drawing schematic diagram, PCB board, hardware circuit debugging, and developing piezoelectric injector drive technology to meet the demand. This paper realizes the continuous and constant charge and discharge current of the piezoelectric injector, and improves the shortcoming of the injection lag caused by the influence of the traditional solenoid valve injector due to the inductive energy storage original of the electromagnetic coil and the hysteresis return line, so as to improve the performance of the injector and reduce the emission of exhaust pollutants.
Keywords: Diesel engines; Piezo Injector drive Circuit; continuous constant current type; PCB board; +BOOST Circuit
一、前言
(一)Piezo简介
Piezo又称压电晶体。当有力施加于该压电材料使其变形，Piezo上将会产生与变形量成对应比例的正负电荷，在电极表面产生电压，所施加的外力的大小和性质（拉力或压力）决定生成电荷量的多少和极性。若将所施外力去除，Piezo又重新回到不带电状态；对Piezo施加一电压，有电流流过压电晶体的晶格上，导致晶格伸长，电压消失后又恢复到未加电状态；统称为压电效应。
在压电式传感器中，大多利用压电材料的正压电效应；利用逆压电效应可以制成各种执行器，其中柴油机用Piezo喷油嘴是一典型应用。而该喷油器在目前的商用车电控系统中应用极少，部分应用于一些高端柴油机轿车上。
目 录
一、前言 3
（一）Piezo简介 3
（二）Piezo喷油器及其驱动技术研究现状 3
1.2.1 Piezo喷油器简介 3
1.2.2 Piezo喷油器工作原理 5
1.2.3 Piezo喷油器的特点 7
1.2.4 Piezo喷油器及其驱动技术的研究现状 7
二、Piezo喷油器驱动原理 8
（一）电荷存贮、电荷释放的基本过程 8
（二）限流原件L参数对充放电的影响 10
三、Piezo执行器驱动设计 11
（一）Piezo喷油器驱动方案设计 11
（二）Piezo喷油器驱动关键功能模块设计 12
3.2.1 +BOOST 升压模块 12
3.2.2 Piezo喷油器驱动模块 13
3.2.3 Piezo喷油器电流调制模块 14
3.2.4 Piezo喷油器高端电压反馈处理模块 16
3.2.5 各控制信号间的逻辑设计 16
3.2.6 Piezo喷油器控制时序图 17
四、Piezo喷油器驱动技术实现与验证 18
（一）原理图及PCB板实现 18
（二）硬件调试验证 19
（三）自主驱动与博世公司Piezo喷油器驱动比对分析 20
五、总结分析 21
致谢 21
参考文献
[]何正胤. 压电晶体喷油器及驱动策略的研究[D].浙江大学,2008.
[]向红,陈仕品柴油机高压共轨电控燃油喷射技术机电产品开发与创新[J].电机开发与创新，2008,89（20）：101-105
[]彭张. 基于压电陶瓷的柴油机电控喷油器的研究[D].武汉理工大学,2010.
[]张涛等.压电陶瓷基本特性研究[J],光学精密工程,1998,53(5):52-64
[]张爱云,曾伟,高崴,周维,俞谢斌.高压共轨压电式喷油器核心驱动电路的研究[J].车用发动机,2013(02):6-9+17.
