專利名稱：高速脈沖電磁閥電氣驅動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高速脈沖電磁閥電氣驅動器，特別涉及一種與用電子技術改普通柴油機為天然氣/柴油雙燃料發動機相配套的高速脈沖電磁閥電氣驅動器。
現有的高頻、大功率脈沖信號發生器種類很多，但它們大都不能直接用于高速脈沖電磁閥的電氣驅動。這是因為這類電磁閥的激磁線圈的L/RL較大(L為線圈電感、RL為線圈直流電阻)，在線圈得電的初始時刻，激磁電流將很小;加之此時電磁閥閥芯與閥體間的磁通氣隙為最大、磁路中的磁阻為最大，磁感應強度為最小，因此此時弱小的電磁力很難對閥芯的運動作出快速響應，在線圈斷電的瞬間，線圈的自感反電動勢又會使線圈電流的變化減慢，從而延長電磁閥閥芯的復位時間，閥芯動作與控制信號不能很好的同步。
本發明克服上述不足，設計一種與用電子技術改普通柴油機為天然氣/柴油雙燃料發動機相配套的一種高速脈沖電磁閥電氣驅動器，以保證在小于0.02秒的時間內，使閥芯的動作與控制電信號接近于同步，并要求閥芯的開啟時間小于0.002秒，關閉時間小于0.003秒。
該電氣驅動器也可以驅動其他類似的高頻大功率感性負載。
以下將結合附圖對本實用新型作進一步的描述。
圖1是高速脈沖電磁閥電氣驅動器的電氣原理圖。
圖2A-2E是控制信號、閥芯位移及供氣壓力特性圖。
參照圖1，這是一種特殊設計的強脈沖信號發生器。IC1為5G1555時基電路。IC1及其外圍元器件三極管BG1、電阻R1～R8、二極管D1、電容C1～C3組成一個單穩態觸發器、電阻R9、R10、三極管BG2、BG3組成脈沖放大器，電源V1、電阻R11、電容C3、C4為脈沖強勵電路，D4為齊納保護二極管，電阻和電容R12、D和R12′、D2′構成同步信號指示器。
由柴油機曲軸轉角同步器(或其他同步信號發生器)輸出的同步脈沖信號Vλ，經BG1放大、反相和整形后，經C1輸入到IC1的S端，這時的輸入稱為Vi，當Vλ為最小值時Vi＝VCC，在Vλ為最大值時Vi (R4)/(R4+R3) ×VCC＝ 1/4 VCC＜1/3VCC，VCC為IC1的工作電壓。由于IC1的R端和disch端在外部短接于一起，并加接在由電阻為R7、R8和電容C3組成的定時網絡上，MR端接VCC，所以觸發器在通電后的初始狀態為穩定狀態，IC1的Vo端輸出為0，當輸入至S端的負脈沖信號Vi低于1/3VCC時，單穩電路進入暫穩狀態T3，暫穩時間T3＝1.1(R7+R8)·C3(秒)，調節R7或R8、C3，可以得到脈沖電磁閥的開啟時間，即柴油機所需的燃氣供給時間。
由于脈沖電磁閥一般處于脈沖工作狀態，所以設計時可取V1＝(2～3)V2(V1為電磁閥激勵線圈J1的控制電壓，V2為脈沖電磁閥的額定工作電壓)，在單穩電路處于穩定狀態時，電源V1經電阻R11、二極管D3給電容C4充電，充電時間常數τ1＝R11C4，放電時間常數τ2＝ 1/2 RLC4，設計時使τ1＜＜T4(T4是同步脈沖信號Vλ的周期)，τ2≤T3，則當集成塊IC1的Vo端輸出正脈沖信號時，晶體復合管BG2、BG3飽和導通，在導通的初始瞬間，電容C4經電磁閥激磁線圈J1對地放電，放電電流I1大于I2，因此脈沖強勵電流在線圈J1得電的初始時刻能加速電磁閥閥芯的運動速度;當電容C4放電結束時，閥芯與閥體間的氣隙距離已大大縮小，這時閥芯靠電源V1經電阻R11提供的電流I2(I2為脈沖電磁閥的額定工作電流)使閥芯繼續運動并維持吸合，吸合時間等于單穩態時間，此時二極管D2、D2′發光。
在電路回到穩態時，Vo端輸出為0電位，三極管BG2、BG3截止，激磁線圈J1斷電，由于J1的電感較大，感應出較大的逆向電壓會危及BG3管的安全，若在J1的二端反向并接一只續流二極管雖然會泄放掉逆向電壓，但這樣一來會延長線圈J1的斷電時間，從而延長了電磁閥的關閉時間，因此此常規做法在這里不可取。現在在BG3的集一射極間并接一只穩壓二極管D4并使2V1＜Vm＜BVceo(Vm為穩壓管穩壓值，BVceo為BG3集射反向擊寄電壓)，當BG3截止時，J1感應的逆向電壓大于Vm時，穩壓管D4齊納導通，這樣既提高了J1關閉速度，又可使BG3管免受過電壓而被擊穿。
圖2a-2e是控制信號、閥芯位移及供氣壓力特性圖。圖2a是柴油機曲軸轉角同步信號的波形Vλ，周期T4= (1.2×105)/(曲軸轉速RPM) (秒)，波形、幅值不一定是規則的。圖2b的波形Vi是圖2a中Vλ經BG1放大、整形、反相后的輸出信號，也是IC1的輸入信號，其周期T3為單穩電路暫穩時間，在雙燃料控制電路中其數值等于發動機進汽時間-進排排汽重迭時間。圖2c是激磁線圈電流的波形，T3′是激磁線圈J1的強勵時間，設計時取T3’= ((2～3)RLC4)/2 ＜T3。圖2d是電磁閥閥芯位移信號的波形，T311是電磁閥閥芯開啟至復位的時間，設計取T311＝T3+3ms。圖2e是電磁閥閥前供汽壓力的波形圖。在以上各圖中，橫坐標wt是曲軸轉角時間，P為電磁閥閥前供汽壓力，I、I1、I0分別是電磁閥線圈的勵磁電流、強勵電流和吸合電流。
上述驅動器已應用在4146柴油機的雙燃料改造上，用高靈敏度AKC-6IA壓力傳感器進行氣/電轉換測試，脈沖電磁閥的開關時間小于0.02秒，脈沖前沿為2ms左右，后沿為3ms左右，能滿足1000～1500RPM高速柴機雙燃料發動機改造的需要，改造后的發動機的以汽代油率能達到80%左右。
權利要求
1.一種高速脈沖電磁閥電氣驅動器，其特征在于包括單穩態觸發器、脈沖放大器和脈沖強勵電路，單穩態觸發器由時基電路5G1555及其外圍元件三極管BG1、電阻R1～R8、二極管D1和電容C1～C3組成，脈沖放大器由三極管BG2、BG3和電阻R9、R10組成，脈沖強勵電路包括控制電源V1、電阻R11、二極管D3和電容C4，三極管BG3的集－射極間串有齊納保護二極管D4。
全文摘要
一種高速脈沖電磁閥電氣驅動器，用來產生強脈沖信號，主要包括單穩態觸發器、脈沖放大器和脈沖強勵電路，脈沖放大器設置有齊納保護二極管。驅動器接收來自柴油機曲軸轉角同步器輸出的同步信號而輸出能夠驅動高頻大功率感性負載(例如高速脈沖電磁閥)的脈沖電流。
文檔編號F02B3/06GK1074271SQ9211090
公開日1993年7月14日 申請日期1992年9月24日 優先權日1992年9月24日
發明者陳仁貴, 陳學文 申請人:新疆石油管理局塔西南勘探開發公司