一种尿素泵空气电磁阀的控制方法
一种尿素泵空气电磁阀的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于SCR排气后处理技术领域，更具体地说，涉及一种尿素泵空气电磁阀 峰值电流和保持电流的控制方法。
【背景技术】
[0002] 在尿素泵空气电磁阀的使用中，如图3中曲线1，传统的控制方法是给空气电磁阀 一定占空比的电流脉冲，使空气电磁阀足以执行开闭动作，并以此电流维持空气电磁阀的 开启状态。
[0003] 尿素泵空气电磁阀稳态工作时电磁力：
[0004]
(1)
[0005]其中：N为线圈西数；I为线圈电流；y为真空磁导率；S为磁路截面积；Kf为漏磁 系数；S为气隙长度。可知，在空气电磁阀开启前，所需的电磁力大。为了使空气电磁阀能 够迅速开启，需要给空气电磁阀通以较大的电流值；当空气电磁阀开启后，维持空气电磁阀 开启状态的电磁力变小，即此时已不需要与空气电磁阀开启过程中的等大的电磁力来维持 空气电磁阀的开启状态。如果空气电磁阀仍通以的开启时的电流脉冲，就会使空气电磁阀 发热量增加。
[0006] 因此，传统的控制方法存在一些不足之处：1.空气电磁阀发热量过多；2.发热量 过多，影响空气电磁阀的使用寿命；3.发热量过多，增加空气电磁阀工作过程中的能耗。 4.发热量过多，降低了空气电磁阀的工作稳定性。
[0007] 解决空气电磁阀发热的问题，可有一下两种思路。第一，调节电压的方法，即在空 气电磁阀开启时，在空气电磁阀线圈两端加以足以开启的电压，在空气电磁阀开启后通过 电压调节使电压值减小至足以维持空气电磁阀开启状态的电压。第二，调节电流的方法，即 在空气电磁阀两端电压不变的情况下，通过调节空气电磁阀的通电时间来改变空气电磁阀 的电流，在开启时通以足以打开空气电磁阀的电流，在空气电磁阀开启后减小电流值至足 以维持空气电磁阀开启状态。本发明是从第二种思路研宄解决空气电磁阀发热过多这一问 题的。
【发明内容】
[0008] 本发明是针对尿素泵空气电磁阀在工作过程中发热量过多的问题，提供了一种在 空气电磁阀开启和维持过程中灵活地控制通过空气电磁阀电流值的方法，解决空气电磁阀 发热量过多的问题。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0010] 一种尿素泵空气电磁阀的控制方法，参照图1，包括用于产生不同占空比脉冲信号 的PWM信号模块2,用于控制通过空气电磁阀电流大小的驱动电流控制模块3,用于提供直 流电流的电源输入模块5以及可根据输入电流做出相应的动作执行模块4。其特征在于：
[0011] 所述的PWM信号模块包括单片机空气电磁阀开启信号输入端和单片机PWM信号输 出端，所述空气电磁阀开启信号端用于电磁阀开启信号采集；所述单片机PWM信号输出端 用于单片机输出不同占空比的脉冲信号到驱动电流控制模块。
[0012] 所述的驱动电流控制模块为场效应管，其中G引脚与单片机PWM信号输出端连接， S引脚接地，D引脚与空气电磁阀一端连接，可以根据不同占空比的PWM脉冲来控制通过空 气电磁阀的电流大小。
[0013] 所述的电源输入模块为直流电源，与空气电磁阀的另一端连接，可为空气电磁阀 提供足够大的直流电流。
[0014] 所述的动作执行模块为尿素泵空气电磁阀，其两端分别连接开关电源和场效应管 D引脚，可根据PWM信号做出相应的执行动作。
[0015] 参考图4,在尿素泵空气电磁阀开始工作时，由公式知，此时空气电磁阀开启所需 要的电磁力较大。根据开启信号输入端采集到的电磁阀开启的信号，如图4中1所示，单片 机在PWM信号输出端口输出占空比为A1~A2的占空比，如图4中2所示，并保持此占空比 不变，所述驱动电流控制模块根据这一脉冲信号控制空气电磁阀的通电时间，使通过空气 电磁阀电流高于最小开启电流一定值，如图3中3所示，保证空气电磁阀在迅速开启的前提 下减小开启阶段的发热量。
[0016] 在尿素泵空气电磁阀开启后，由公式知，此时空气电磁阀需要的维持开启状态的 电磁力较小，单片机在PWM信号输出端口输出占空比为B1~B2的占空比，如图4中2所示， 所述驱动电流控制模块根据这一信号控制空气电磁阀的通电时间，使通过空气电磁阀电流 高于最小维持电流一定值，如图3中4所示，保证维持空气电磁阀开启状态的前提下减小在 维持开启状态的发热量。
[0017] 在本发明中，可用电流钳测量出PWM控制空气电磁阀电流变化的曲线，如参考图3 中曲线4,可以更直观地看出该控制方法在空气电磁阀开启阶段和维持阶段T2的电流变 化。对比图3中传统控制方法电流曲线1和PWM控制电流曲线4,更容易理解这种控制方法 减小发热量、减少能耗的原理。这种控制两个阶段电流变化的方法，既保证了空气电磁阀的 正常工作，又减小了空气电磁阀的发热量。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0019] 1.PWM控制方法从通电时间的根本角度上出发，解决发热量过多的问题；
[0020] 2.PWM控制方法避免了因发热量过多引起的使用寿命的下降；
[0021] 3.PWM控制方法降低空气电磁阀的工作能耗；
[0022] 4.PWM控制方法控制灵活、控制精确的特点。
【附图说明】
[0023] 图1.尿素泵空气电磁阀PWM控制模型图；
[0024] 图2.尿素泵空气电磁阀PWM控制原理流程图；
[0025] 图3.尿素泵空气电磁阀传统控制和P丽控制电流变化对比图；
[0026] 图4.空气电磁阀开启信号、PWM信号脉冲与通过尿素泵空气电磁阀电流对照图；
【具体实施方式】
[0027] 以下结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0028] 在本实施例中，PWM信号模块采用具有空气电磁阀开启信号采集输入端口PTAO和 PWM信号输出端口PTD7的单片机MC-S9S08DZ60,场效应管利用IRF540,24V开关电源作为 直流电源，阻值为12Q的尿素泵空气电磁阀为动作执行元件。
[0029] 按照图1连线，MC-S9S08DZ60的PTA0连接采集信号，PTD7连接IRF540的G引脚， IRF540的S引脚接地，IRF540的D引脚连接尿素泵空气电磁阀的一端。空气电磁阀的另一 端接直流电源24V开关电源。
[0030] 在空气电磁阀开启时，需要的电磁力较大，需要的驱动电流也较大，电磁阀开启阀 值为1.5A。PWM控制中将占空比控制在80%左右，开启电流值1.6A左右，既保证空气电磁 阀迅速开启，又能减少其的发热量。
[0031] 在开启动作结束，进入维持阶段控制，此时需要的电磁力较小，需要的驱动电流较 小。空气电磁阀维持开启状态的电流阀值为0.7A。将PWM脉冲占空比控制在40%左右，开 启电流值〇. 8A左右，既能维持空气电磁阀的开启状态，又达到维持开启阶段减小发热量的 核心目的。
[0032] 上述实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，应当清楚的是，本发明不受上 述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改动，这 些变化都在本发明的保护范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物为 界。
【主权项】
1. 一种尿素泵空气电磁阀的控制方法，其特征在于，包括PWM信号模块和驱动电流控 制模块。所述PWM信号模块包括信号采集端口和PWM脉冲输出端口。所述信号采集端口用 于采集尿素泵空气电磁阀的开启信号；所述PWM脉冲输出端口用于输出PWM脉冲信号。根 据权利要求书1所述的驱动电流控制模块，其特征在于，通过实时可调PWM实现对空气电磁 阀的灵活控制，既可以实现快速开启，又能够保持较小的运行电流参数。2. 根据权利要求书1所述的一种尿素泵空气电磁阀的控制方法，其特征在于，在电磁 阀开启信号采集后，所述PWM信号模块输出占空比Al~A2的PWM脉冲，其中Al~A2的数 值根据电磁阀的类型，电磁阀内流通介质的物理化学参数有关。所述驱动电流控制模块根 据PWM脉冲信号调节通过空气电磁阀的电流的大小，实现空气电磁阀的迅速开启。3. 根据权利要求书1所述的一种尿素泵空气电磁阀的控制方法，其特征在于，在空气 电磁阀开启后，所述PWM信号模块输出占空比为Bl~B2的PWM脉冲，其中Bl~B2的数值 根据电磁阀内流通介质的物理化学参数有关。所述驱动电流控制模块根据PWM脉冲信号调 节通过电磁阀的电流大小，使空气电磁阀开启状态维持电流达最小，减少空气电磁阀发热 量。4. 权利要求书3和权力要求书4提到的PWM控制参数，其特征在于参数A必须大于参 数B。
【专利摘要】本发明公开了一种尿素泵空气电磁阀的控制方法，由PWM信号模块、驱动电流控制模块、电源输入模块和动作执行模块组成，所述PWM信号模块采集空气电磁阀开启信号并把不同占空比的脉冲发送到驱动电流控制模块，所述驱动电流控制模块根据脉冲占空比控制通过控电磁阀电流的大小，从而实现了在空气电磁阀开启阶段和开启状态维持阶段的电流大小的控制，从通电时间的角度出发，为解决尿素泵空气电磁阀在工作过程中发热量过多的问题提供了一种可行方案。
【IPC分类】F16K31/06
【公开号】CN104896172
【申请号】CN201510348930
【发明人】刘兴华, 范长买, 岳广照
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月23日
【技术领域】
[0001] 本发明属于SCR排气后处理技术领域，更具体地说，涉及一种尿素泵空气电磁阀 峰值电流和保持电流的控制方法。
【背景技术】
[0002] 在尿素泵空气电磁阀的使用中，如图3中曲线1，传统的控制方法是给空气电磁阀 一定占空比的电流脉冲，使空气电磁阀足以执行开闭动作，并以此电流维持空气电磁阀的 开启状态。
[0003] 尿素泵空气电磁阀稳态工作时电磁力：
[0004]
(1)
[0005]其中：N为线圈西数；I为线圈电流；y为真空磁导率；S为磁路截面积；Kf为漏磁 系数；S为气隙长度。可知，在空气电磁阀开启前，所需的电磁力大。为了使空气电磁阀能 够迅速开启，需要给空气电磁阀通以较大的电流值；当空气电磁阀开启后，维持空气电磁阀 开启状态的电磁力变小，即此时已不需要与空气电磁阀开启过程中的等大的电磁力来维持 空气电磁阀的开启状态。如果空气电磁阀仍通以的开启时的电流脉冲，就会使空气电磁阀 发热量增加。
[0006] 因此，传统的控制方法存在一些不足之处：1.空气电磁阀发热量过多；2.发热量 过多，影响空气电磁阀的使用寿命；3.发热量过多，增加空气电磁阀工作过程中的能耗。 4.发热量过多，降低了空气电磁阀的工作稳定性。
[0007] 解决空气电磁阀发热的问题，可有一下两种思路。第一，调节电压的方法，即在空 气电磁阀开启时，在空气电磁阀线圈两端加以足以开启的电压，在空气电磁阀开启后通过 电压调节使电压值减小至足以维持空气电磁阀开启状态的电压。第二，调节电流的方法，即 在空气电磁阀两端电压不变的情况下，通过调节空气电磁阀的通电时间来改变空气电磁阀 的电流，在开启时通以足以打开空气电磁阀的电流，在空气电磁阀开启后减小电流值至足 以维持空气电磁阀开启状态。本发明是从第二种思路研宄解决空气电磁阀发热过多这一问 题的。
【发明内容】
[0008] 本发明是针对尿素泵空气电磁阀在工作过程中发热量过多的问题，提供了一种在 空气电磁阀开启和维持过程中灵活地控制通过空气电磁阀电流值的方法，解决空气电磁阀 发热量过多的问题。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0010] 一种尿素泵空气电磁阀的控制方法，参照图1，包括用于产生不同占空比脉冲信号 的PWM信号模块2,用于控制通过空气电磁阀电流大小的驱动电流控制模块3,用于提供直 流电流的电源输入模块5以及可根据输入电流做出相应的动作执行模块4。其特征在于：
[0011] 所述的PWM信号模块包括单片机空气电磁阀开启信号输入端和单片机PWM信号输 出端，所述空气电磁阀开启信号端用于电磁阀开启信号采集；所述单片机PWM信号输出端 用于单片机输出不同占空比的脉冲信号到驱动电流控制模块。
[0012] 所述的驱动电流控制模块为场效应管，其中G引脚与单片机PWM信号输出端连接， S引脚接地，D引脚与空气电磁阀一端连接，可以根据不同占空比的PWM脉冲来控制通过空 气电磁阀的电流大小。
[0013] 所述的电源输入模块为直流电源，与空气电磁阀的另一端连接，可为空气电磁阀 提供足够大的直流电流。
[0014] 所述的动作执行模块为尿素泵空气电磁阀，其两端分别连接开关电源和场效应管 D引脚，可根据PWM信号做出相应的执行动作。
[0015] 参考图4,在尿素泵空气电磁阀开始工作时，由公式知，此时空气电磁阀开启所需 要的电磁力较大。根据开启信号输入端采集到的电磁阀开启的信号，如图4中1所示，单片 机在PWM信号输出端口输出占空比为A1~A2的占空比，如图4中2所示，并保持此占空比 不变，所述驱动电流控制模块根据这一脉冲信号控制空气电磁阀的通电时间，使通过空气 电磁阀电流高于最小开启电流一定值，如图3中3所示，保证空气电磁阀在迅速开启的前提 下减小开启阶段的发热量。
[0016] 在尿素泵空气电磁阀开启后，由公式知，此时空气电磁阀需要的维持开启状态的 电磁力较小，单片机在PWM信号输出端口输出占空比为B1~B2的占空比，如图4中2所示， 所述驱动电流控制模块根据这一信号控制空气电磁阀的通电时间，使通过空气电磁阀电流 高于最小维持电流一定值，如图3中4所示，保证维持空气电磁阀开启状态的前提下减小在 维持开启状态的发热量。
[0017] 在本发明中，可用电流钳测量出PWM控制空气电磁阀电流变化的曲线，如参考图3 中曲线4,可以更直观地看出该控制方法在空气电磁阀开启阶段和维持阶段T2的电流变 化。对比图3中传统控制方法电流曲线1和PWM控制电流曲线4,更容易理解这种控制方法 减小发热量、减少能耗的原理。这种控制两个阶段电流变化的方法，既保证了空气电磁阀的 正常工作，又减小了空气电磁阀的发热量。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0019] 1.PWM控制方法从通电时间的根本角度上出发，解决发热量过多的问题；
[0020] 2.PWM控制方法避免了因发热量过多引起的使用寿命的下降；
[0021] 3.PWM控制方法降低空气电磁阀的工作能耗；
[0022] 4.PWM控制方法控制灵活、控制精确的特点。
【附图说明】
[0023] 图1.尿素泵空气电磁阀PWM控制模型图；
[0024] 图2.尿素泵空气电磁阀PWM控制原理流程图；
[0025] 图3.尿素泵空气电磁阀传统控制和P丽控制电流变化对比图；
[0026] 图4.空气电磁阀开启信号、PWM信号脉冲与通过尿素泵空气电磁阀电流对照图；
【具体实施方式】
[0027] 以下结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0028] 在本实施例中，PWM信号模块采用具有空气电磁阀开启信号采集输入端口PTAO和 PWM信号输出端口PTD7的单片机MC-S9S08DZ60,场效应管利用IRF540,24V开关电源作为 直流电源，阻值为12Q的尿素泵空气电磁阀为动作执行元件。
[0029] 按照图1连线，MC-S9S08DZ60的PTA0连接采集信号，PTD7连接IRF540的G引脚， IRF540的S引脚接地，IRF540的D引脚连接尿素泵空气电磁阀的一端。空气电磁阀的另一 端接直流电源24V开关电源。
[0030] 在空气电磁阀开启时，需要的电磁力较大，需要的驱动电流也较大，电磁阀开启阀 值为1.5A。PWM控制中将占空比控制在80%左右，开启电流值1.6A左右，既保证空气电磁 阀迅速开启，又能减少其的发热量。
[0031] 在开启动作结束，进入维持阶段控制，此时需要的电磁力较小，需要的驱动电流较 小。空气电磁阀维持开启状态的电流阀值为0.7A。将PWM脉冲占空比控制在40%左右，开 启电流值〇. 8A左右，既能维持空气电磁阀的开启状态，又达到维持开启阶段减小发热量的 核心目的。
[0032] 上述实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，应当清楚的是，本发明不受上 述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改动，这 些变化都在本发明的保护范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物为 界。
【主权项】
1. 一种尿素泵空气电磁阀的控制方法，其特征在于，包括PWM信号模块和驱动电流控 制模块。所述PWM信号模块包括信号采集端口和PWM脉冲输出端口。所述信号采集端口用 于采集尿素泵空气电磁阀的开启信号；所述PWM脉冲输出端口用于输出PWM脉冲信号。根 据权利要求书1所述的驱动电流控制模块，其特征在于，通过实时可调PWM实现对空气电磁 阀的灵活控制，既可以实现快速开启，又能够保持较小的运行电流参数。2. 根据权利要求书1所述的一种尿素泵空气电磁阀的控制方法，其特征在于，在电磁 阀开启信号采集后，所述PWM信号模块输出占空比Al~A2的PWM脉冲，其中Al~A2的数 值根据电磁阀的类型，电磁阀内流通介质的物理化学参数有关。所述驱动电流控制模块根 据PWM脉冲信号调节通过空气电磁阀的电流的大小，实现空气电磁阀的迅速开启。3. 根据权利要求书1所述的一种尿素泵空气电磁阀的控制方法，其特征在于，在空气 电磁阀开启后，所述PWM信号模块输出占空比为Bl~B2的PWM脉冲，其中Bl~B2的数值 根据电磁阀内流通介质的物理化学参数有关。所述驱动电流控制模块根据PWM脉冲信号调 节通过电磁阀的电流大小，使空气电磁阀开启状态维持电流达最小，减少空气电磁阀发热 量。4. 权利要求书3和权力要求书4提到的PWM控制参数，其特征在于参数A必须大于参 数B。
【专利摘要】本发明公开了一种尿素泵空气电磁阀的控制方法，由PWM信号模块、驱动电流控制模块、电源输入模块和动作执行模块组成，所述PWM信号模块采集空气电磁阀开启信号并把不同占空比的脉冲发送到驱动电流控制模块，所述驱动电流控制模块根据脉冲占空比控制通过控电磁阀电流的大小，从而实现了在空气电磁阀开启阶段和开启状态维持阶段的电流大小的控制，从通电时间的角度出发，为解决尿素泵空气电磁阀在工作过程中发热量过多的问题提供了一种可行方案。
【IPC分类】F16K31/06
【公开号】CN104896172
【申请号】CN201510348930
【发明人】刘兴华, 范长买, 岳广照
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月23日
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