專利名稱：自動調節發動機進氣量的裝置的制作方法
技術領域：
自動調節發動機進氣量的裝置技術領域自動調節發動機進氣量的裝置，屬于提高機動車發動機混合氣空燃比的技術領域。
技術背景目前在確保發動機動力性能的前提下，為了降低發動機油耗量、改進其燃油的經濟 性、減少廢氣的排放量，對發動機的進氣系統做了各種技術改進，以增加發動機進氣量， 使之燃油更加充分燃燒，提高發動機動力性等，并且取得了相應的效果。現有技術中對 發動機進氣系統的改進在于1、對進氣管變長度控制，以改善進氣諧振性而提高充量 系數。2、改變發動機原有的進氣管的形狀，使之進氣氣流產生旋流，改善霧化。3、在 發動機進氣管上加裝風扇，以微調進氣壓力和進氣量，減少空濾器等進氣結構的阻力性， 使油氣混合充分。雖然以上改進方法在發動機進氣系統中不同程度的改變了發動機的進 氣參數。上述裝置除了進氣管變長度控制外，其它不能按發動機需氣量進行實時的自動 調節控制，不能實現不同工況發動機最佳空燃比和真正提高燃油經濟性和減少有害氣體 排放的目的。 實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是克服現有技術存在的不足，提供一種依據控制器 內預設的目標空燃比值，根據發動機不同工況下的運轉情況自動調節進氣壓力和進氣 量、使混合比更逼近于最佳目標空燃比值的自動調節發動機進氣量的裝置。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是該自動調節發動機進氣量的裝 置，其特征在于包括控制器、進氣管總成，控制器與進氣管總成相連。控制器包括微處理器、發動機相關傳感器，信號調理電路、驅動控制電路及執行器， 發動機相關傳感器通過信號調理電路與微處理器相連，微處理器通過驅動控制電路與執 行器相連。發動機相關傳感器信號是指轉速傳感器、節氣門位置傳感器、水溫傳感器、進氣溫 度傳感器、進氣壓力信號、氧傳感器、噴油脈寬信號、電瓶電壓信號。進氣管總成包括殼體、風機、空氣濾清器；空氣濾清器安裝在殼體內氣流進口端，風機安裝在進氣管總成的進氣通道口與發動機進氣口之間，風機的旋轉氣流口朝向發動 機進氣口方向。執行器是由調速電機、扇葉組成的風機。微處理器為單片機，內嵌控制策略及計算方法。工作原理發動機在運轉過程中，分別在4種工況下交替工作；即啟動和暖機工況、怠速工: 況、加速和減速工況、穩態工況。發動機在不同工況下對空燃比的要求是不同的，為保 證發動機在不同工況下處于最佳的動力性能，控制器在不同工況下采取不同的控制策 略；同時控制過程中為提高響應度控制器對氧傳感器信號按模糊到精確的處理方法進行 了軟測量處理，即利用可測的氧傳感器電壓信號推算出不可測的空燃比隸屬度集，在每 個按隸屬度分級的等級中按中值平均法推算出控制系數，控制的同時形成分隸屬度控制 脈譜，只要確定查表條件所處的等級，就可得到控制系數進行實時調整；控制器為了解 決各傳感器信號和執行器的時滯問題，利用氧傳感器信號電壓變化率判定狀態趨勢對執 行器進行提前預測控制，從而實現了對發動機進氣量精確實時控制的要求。發動機的啟動及暖機工況處于開環狀態控制，發動機起動時，由于轉速很低，轉速 的波動也很大，此時進氣量值誤差性很大，發動機處于低怠速暖機狀態。基于這個原因， 在發動機起動時，發動機ECU不以進氣量和發動機轉速來計算噴油量，而是按ECU內預 先給定的脈譜MAP參數進行噴油控制，以避免出現起動困難、怠速不穩、熄火、抖動等 情況。此工況下，其控制策略是控制器不參與對進氣量比例控制。此時控制器將對發 動機的水溫信號及進氣溫度信號進行實時采集與計算處理，待判定發動機水溫溫度達到60度時，發動機以穩定低轉速運轉及節氣門旁通路全關，此時發動機處于怠速工況下 運轉，此工況屬于閉環控制過程；在閉環控制情況下，發動機的進氣量會出現脈動和倒 流現象，此狀態下，其控制策略是控制器的控制工作主要是通過風機轉速比例控制， 對進氣量進行補償修正。加速和減速工況屬于變工況；在變工況狀態下的空燃比調節是控制器工作的重點。 發動機在變工況狀態下處于開環控制，此變工況狀態下空燃比受發動機自身因素影響非 常大；此時控制器采用PID比例控制策略，通過發動機相關的傳感器的所測數據，利用 微處理器內嵌的程序計算和分析、比較、判斷后，計算出進氣量的所需調節量，基于所 需調節量計算出控制目標的目標值，基于目標值驅動風機按一定轉速工作，加大進氣系 數充量，以增加進氣壓力，使混合比逼近于最佳目標空燃比值，達到燃油充分燃燒，提高發動機的功率及扭矩，同時也降低了排氣中的有害氣體，減少了排氣量。發動機處于穩態工況時，目前的電控技術都達到了可觀的效果。本控制器在該工況 下，采取適度的加大進氣系數充量的控制策略，使之混合氣充分燃燒，以適應經濟性為 目的。與現有技術相比，本實用新型所具有的有益效果是設置與進氣管總成內的風機相 連的控制器，對不同工況發動機混合氣空燃比的需氣量自動調節控制，利用風機的可調 速原理，并根據各傳感器數據判斷發動機的工作工況，發動機在不同工況下對空燃比的 要求是不同的，為保證發動機在不同工況下處于最佳的動力性能，根據不同工況采用不 同控制策略，通過微處理器內嵌的控制策略和比例計算方法的分析比較判斷后，計算出 進氣量的所需調節量，基于所需調節量計算出控制目標的目標值，基于此目標值驅動風 機按--定轉速工作，使發動機的空燃比在不同的工況下達到預先設定的最佳值，使其燃 油充分燃燒，提高發動機的功率及扭矩，同時也降低了有害氣體排放。從而對發動機的 混合氣進行最優可控，使得進氣充量系數可調，使發動機缸內燃燒更充分、降低了燃燒 溫度、提高了動力性、減少了有害氣體的排放、油耗降低。以適應經濟性，環保節能。
圖l:發動機進氣管總成結構示意圖； 圖2:控制器電路原理框圖； 圖3:控制器電路原理圖。圖1-3是本實用新型的最佳實施例。其中l進氣通道口 2空氣濾清器 3控 制器 4氣流腔 5風機6風機支架 7調速電機 8扇葉 9氣流通道口 10 殼體；圖3中Ul微處理器U2存儲器U3、 U5、 U6運算放大器U4對數放大器U7 比較器 U8時基電路 U9緩存器 U10、 U13鎖相環 Ull反相器 U12門電路 Q1-Q2穩壓三極管MG調速電機0P1-0P4光電耦合器Rl- R31電阻CI-C13電 容 Dl、 D2穩壓二極管。
具體實施方式
以下結合附圖1-3對本實用新型的自動調節發動機進氣量的控制方法做進一步說明如圖l所示進氣管總成由進氣通道口 1、空氣濾清器2、控制器3、氣流腔4、 風機5、氣流通道口 9及殼體10組成；其中，風機5由風機支架6、調速電機7、扇葉8組成；外界氣體經進氣通道口 l進入空氣濾清器2，經空氣濾清器2對所進氣體進行 凈化過濾后經氣流腔4，通過氣流通道口 9進入發動機；控制器3與風機4的調速電機 7相連接。如圖2所示微處理器通過信號調理電路采集發動機相關傳感器信號，即采集轉速傳感器、節氣門位置傳感器、水溫傳感器、進氣溫度傳感器、進氣壓力傳感器、氧傳感 器、噴油脈寬信號、電瓶電壓信號號等，判斷發動機的工作工況，根據不同工況采用不 同策略，控制器參與對風機轉速比例控制，從而進氣量比例控制處于系統的可控狀態。如圖3所示Ul為微處理器、U2為存儲器、U3運算放大器、U4對數放大器、U5 運算放大器、U6運放器、U7比較器、U8時基電路，U9緩存器，U10鎖相環、Ull反相 器、U12門電路、U13鎖相環、Ql-Q2為穩壓三極管、MG為調速電機、0P1--0P4為光電稱合器由微處理器Ul及其外圍電路組成控制器，微處理器Ul采用微處理單片機，內嵌控制策略及計算方法，根據不同工況，采用相應的控制策略，參與控制參量計算，輸出目標值，通過對風機5的轉速比例控制進行進氣量比例控制。微處理器U1的X1、 X2腳與晶體管Y1相連，并分別通過電容C1、 C2接地；微處 理器Ul的P62腳通過電阻R3與穩壓三極管Ql的1腳連接，穩壓三極管Ql的3腳接 地，2腳與穩壓三極管Q2的1腳連接；穩壓三極管Q2的3腳接地，并通過穩壓二極管 Dl、 D2接高電平VCC， 2腳與電機MG的負極相連，電機MG的正極接高電平VCC。由存儲器U2及其外圍電路組成數據存儲單元，對數據進行存儲。存儲器U2的1、 2、 3、 4、 7腳接地，8腳接高電平VCC;存儲器U2的5、 6腳與微 處理器U1的P40、 P41相連，并分別通過電阻R1、 R2接高電平VCC。由運算放大器U3、對數放大器U4、運算放大器U5、及其外圍電路組成氧傳感器信 號采集調理電路，氧傳感器信號經運算放大器U4對電流信號進行10倍放大后輸入對數 放大器U5，經對數放大器U5的10腳輸出后，經運算放大器U6進行I-V變換為5--0V 電壓信號輸入到微處理器Ul的P27腳，參與控制參量計算。運算放大器U3的2腳連接氧傳感器信號，通過電阻R5與6腳相連；運算放大器 U3的3腳與對數放大器U4的2腳相連，通過電阻R6與運算放大器U3的6腳相連，并 通過電阻R7連接VCC高電平。對數放大器U4的2腳通過電容C7與對數放大器U4的7 腳相連；對數放大器U4的6腳通過電阻R8、電容C6接地；對數放大器U4的15腳通 過電阻R9、可調電阻VR2接地；對數放大器U4的16腳通過電阻RIO、可調電阻VK1接VCC高電平；對數放大器U4的11腳接VCC高電平。對數放大器U4的10腳通過電阻 R11與運算放大器U6的2腳相連，且通過電阻R12接地；運算放大器U6的2腳通過電 阻R13與6腳相連；運算放大器U5的6腳連接微處理器U1的P27腳；運算放大器U5 的3腳接地。由運放器U6及其外圍電路組成節氣門位置傳感器信號采集調理電路，經運放器U6 對其信號進行放大后輸入到微處理器U1的P25腳，參與控制參量計算。運放器U6的2腳通過電阻R14連接傳感器信號，且通過電阻R16與運放器U6的1 腳相連；3腳通過電阻R15接地；4腳接高電平VCC，并通過電容C5接地；運放器U6 的1腳通過電阻R17與微處理器Ul的P25腳相連。由比較器U7及其外圍電路組成溫度傳感器信號采集調理電路，將水溫度信號、進 氣溫度信號通過串接分壓電阻轉換為模擬電壓信號供比較器U7比判，比較器U7依次輸 出數字信號輸入到微處理器Ul的P23、 P24腳，通過微處理器Ul來判斷啟動及暖機工 況。比較器U7的2腳依次連接水溫度信號、進氣溫度信號，2腳還通過電阻R18連接 VCC高電平；比較器U7的1腳依次連接微處理器Ul的P23、 P24腳；比較器U7的3腳 通過電阻R20接地，通過電阻R19連接VCC高電平；8腳連接VCC高電平且通過電容C6 接地。由時基電路U8及其外圍電路組成轉速傳感器信號采集調理電路，轉速信號經過時 基電路U8調理后提供給微處理器U1采集所用，參與控制參量計算。時基電路U8的1腳接地，2腳連接轉速信號，3腳通過電阻R22連接光電耦合器 0P1的第1腳；時基電路U12的4腳、8腳連接VCC高電平，5腳通過電容C7接地；時 基電路U8的6腳7腳相連，通過電阻R21連接VCC高電平，并通過電容C8接地。光 電耦合器0P1的第3腳連接微處理器Ul的P04腳，并且通過電阻R23連接VCC高電平； 光電耦合器0P3的2、 4腳接地。由緩存器U9進入鎖相環U10及其外圍電路組成進氣壓力傳感器信號采集調理電路， 進氣壓力信號經過緩存器U9進入鎖相環U10進行V/F轉換處理，輸入到微處理器Ul的 P03腳，參與控制參量計算。鎖相環U10的4腳連接光電耦合器0P2的第1腳；鎖相環U10的5腳接地，6腳和 7腳之間連接有電容C10;鎖相環U10的9腳通過緩存器U9和電阻R24連接進氣壓力， 9腳還通過電容C9接地；11腳通過電阻R25接地。光電耦合器0P2的2、 4腳接地；光電耦合器0P2的第3腳連接微處理器Ul的P03腳，并且通過電阻R26連接VCC高電平。 由反相器mi和門電路U12及其外圍電路組成噴油信號脈沖鑒寬電路，輸入到微處 理器Ul的INTP3腳，參與控制參量計算。反相器Ull的1腳通過電阻R28連接VCC高電平，通過電容C12連接噴油信號，電 容Cll和電阻R28串聯接在電容C12的一端和地之間；反相器Ull的2腳連接門電路 U12的l腳。門電路U12的2腳通過電阻R28接地，3腳連接光電耦合器0P3的第1腳； 光電耦合器0P3的2、4腳接地，光電耦合器0P3的第3腳依次連接微處理器Ul的INTP3 腳。由鎖相環U13及其外圍電路組成電源檢測電路，輸入到微處理器U1的P12腳，參 與控制參量計算。鎖相環U13的4腳連接光電耦合器0P4的第4腳；鎖相環U13的6腳和7腳之間連 接有電容C13;鎖相環U13的9腳通過電阻R29連接電瓶電壓，9腳還通過電阻R30接 地；鎖相環U13的11腳通過電阻R31接地。光電耦合器0P4的1、 3腳接地，光電耦合 器0P4的第2腳連接微處理器Ul的P12腳。工作過程發動機運轉時，依據控制器內預設的目標空燃比值，控制器采集發動機相關的轉速 傳感器、節氣門位置傳感器、進氣溫度傳感器、進氣壓力傳感器、水溫傳感器、氧傳感 器、噴油脈寬信號等部分傳感器信號得到數據，并根據傳感器數據判斷發動機的工作工 況，發動機在不同工況下對空燃比的要求是不同的，為保證發動機在不同工況下處于最 佳的動力性能，根據不同工況采用不同控制策略，通過微處理器內嵌的控制策略和比例 計算方法的分析比較判斷后，計算出進氣量的所需調節量，基于所需調節量計算出控制 目標的目標值，基于此目標值驅動風機按一定轉速工作，提高進氣壓力和進氣量；同時 控制過程中為提高響應度控制器對氧傳感器信號按模糊到精確的處理方法進行了軟測 量處理的實時調整；為了解決各傳感器信號和執行器的時滯問題，利用氧傳感器信號電 壓變化率判定狀態趨勢對執行器進行提前預測控制；從而使發動機的空燃比在不同的工 況下達到預先設定的最佳值，使其燃油充分燃燒，提高發動機的功率及扭矩，同時也降 低了害氣體排放。
權利要求1、自動調節發動機進氣量的裝置，其特征在于包括控制器、進氣管總成，控制器與進氣管總成相連。
2、 根據權利要求l所述的自動調節發動機進氣量的裝置，其特征在于控制器包 括微處理器、發動機相關傳感器，信號調理電路、驅動控制電路及執行器，發動機相關 傳感器通過信號調理電路與微處理器相連，微處理器通過驅動控制電路與執行器相連。
3、 根據權利要求2所述的自動調節發動機進氣量的裝置，其特征在于發動機相 關傳感器信號是指轉速傳感器、節氣門位置傳感器、水溫傳感器、進氣溫度傳感器、進 氣壓力傳感器、氧傳感器、噴油脈寬信號、電瓶電壓信號。
4、 根據權利要求l所述的自動調節發動機進氣量的裝置，其特征在于進氣管總成包括殼體(10)、風機(5)、空氣濾清器(2)，空氣濾清器(2)安裝在殼體(10)內 氣流進口 (1)端，風機(5)安裝在進氣管總成的進氣通道口 (1)與發動機進氣口之 間，風機(5)的旋轉氣流口朝向發動機進氣口方向。
5、 根據權利要求2所述的自動調節發動機進氣量的裝置，其特征在于執行器是由調速電機(7)、扇葉(8)組成的風機(5)和進氣管總成。
6、 根據權利要求2所述的自動調節發動機進氣量的裝置，其特征在于微處理器 為單片機，內嵌控制策略及計算方法。
7、 根據權利要求2所述的自動調節發動機進氣量的裝置，其特征在于控制器包 括微處理器Ul、存儲器U2、運算放大器U3、對數放大器U4、運算放大器U5、運放 器U6、比較器U7、時基電路U8，緩存器U9，鎖相環UIO、反相器Ull、門電路U12、 鎖相環U13、穩壓三極管Ql-Q2、調速電機MG、光電耦合器0P1-0P4;由微處理器 Ul及其外圍電路組成控制器，微處理器U1采用微處理單片機，內嵌控制策略及計算方 法，根據不同工況，采用相應的控制策略，參與控制參量計算，輸出目標值，通過對風 機5的轉速比例控制進行進氣量比例控制，微處理器Ul的XI、 X2腳與晶體管Yl相連， 并分別通過電容C1、 C2接地，微處理器U1的P62腳通過電阻R3與穩壓三極管Q1的 l腳連接，穩壓三極管Ql的3腳接地，2腳與穩壓三極管Q2的1腳連接，穩壓三極管 Q2的3腳接地，并通過穩壓二極管D1、 D2接高電平VCC， 2腳與電機MG的負極相連， 電機MG的正極接高電平VCC;由存儲器U2及其外圍電路組成數據存儲單元，對數據進行存儲，存儲器U2的1、 2、 3、 4、 7腳接地，8腳接高電平VCC，存儲器U2的5、 6 腳與微處理器Ul的P40、 P41相連，并分別通過電阻R1、 R2接高電平VCC;由運算放 大器U3、對數放大器U4、運算放大器U5、及其外圍電路組成氧傳感器信號采集調理電 路，氧傳感器信號經運算放大器U4對電流信號進行10倍放大后輸入對數放大器U5， 經對數放大器U5的10腳輸出后，經運算放大器U6進行I-V變換為5-OV電壓信號輸 入到微處理器Ul的P27腳，參與控制參量計算，運算放大器U3的2腳連接氧傳感器信 號，通過電阻R5與6腳相連，運算放大器U3的3腳與對數放大器U4的2腳相連，通 過電阻R6與運算放大器U3的6腳相連，并通過電阻R7連接VCC高電平，對數放大器 U4的2腳通過電容C7與對數放大器U4的7腳相連，對數放大器U4的6腳通過電阻R8、 電容C6接地，對數放大器U4的15腳通過電阻R9、可調電阻VR2接地，對數放大器U4 的16腳通過電阻RIO、可調電阻VR1接VCC高電平，對數放大器U4的11腳接VCC高 電平，對數放大器U4的10腳通過電阻R11與運算放大器U6的2腳相連，且通過電阻 R12接地，運算放大器U6的2腳通過電阻R13與6腳相連，運算放大器U5的6腳連接 微處理器U1的P27腳，運算放大器U5的3腳接地；由運放器U6及其外圍電路組成節 氣門位置傳感器信號釆集調理電路，經運放器U6對其信號進行放大后輸入到微處理器 U1的P25腳，參與控制參量計算，運放器U6的2腳通過電阻R14連接傳感器信號，且 通過電阻R16與運放器U6的l腳相連，3腳通過電阻R15接地，4腳接高電平VCC，并 通過電容C5接地，運放器U6的1腳通過電阻R17與微處理器U1的P25腳相連；由比 較器U7及其外圍電路組成溫度傳感器信號采集調理電路，將水溫度信號、進氣溫度信 號通過串接分壓電阻轉換為模擬電壓信號供比較器U7比判，比較器U7依次輸出數字信 號輸入到微處理器Ul的P23、 P24腳，通過微處理器Ul來判斷啟動及暖機工況，比較 器U7的2腳依次連接水溫度信號、進氣溫度信號，2腳還通過電阻R18連接VCC高電 平，比較器U7的1腳依次連接微處理器Ul的P23、 P24腳，比較器U7的3腳通過電阻 R20接地，通過電阻R19連接VCC高電平，8腳連接VCC高電平且通過電容C6接地；由 時基電路U8及其外圍電路組成轉速傳感器信號采集調理電路，轉速信號經過時基電路 U8調理后提供給微處理器U1采集所用，參與控制參量計算，時基電路U8的1腳接地， 2腳連接轉速信號，3腳通過電阻R22連接光電耦合器0P1的第1腳，時基電路U12的 4腳、8腳連接VCC高電平，5腳通過電容C7接地，時基電路U8的6腳7腳相連，通 過電阻R21連接VCC高電平，并通過電容C8接地，光電耦合器0P1的第3腳連接微處 理器Ul的P04腳，并且通過電阻R23連接VCC高電平，光電耦合器0P3的2、 4腳接地；由緩存器U9進入鎖相環U10及其外圍電路組成進氣壓力傳感器信號采集調理電路，進 氣壓力信號經過緩存器U9進入鎖相環U10進行V/F轉換處理，輸入到微處理器Ul的 P03腳，參與控制參量計算，鎖相環U10的4腳連接光電耦合器0P2的第1腳，鎖相環 U10的5腳接地，6腳和7腳之間連接有電容C10，鎖相環U10的9腳通過緩存器U9和 電阻R24連接進氣壓力，9腳還通過電容C9接地，11腳通過電阻R25接地，光電耦合 器0P2的2、 4腳接地，光電耦合器0P2的第3腳連接微處理器Ul的P03腳，并且通過 電阻R26連接VCC高電平；由反相器Ull和門電路U12及其外圍電路組成噴油信號脈沖 鑒寬電路，輸入到微處理器U1的INTP3腳，參與控制參量計算，反相器U11的1腳通 過電阻R28連接VCC高電平，通過電容C12連接噴油信號，電容C11和電阻R28串聯接 在電容C12的一端和地之間，反相器Ull的2腳連接門電路U12的1腳，門電路U12 的2腳通過電阻R28接地，3腳連接光電耦合器0P3的第1腳，光電耦合器0P3的2、 4 腳接地，光電耦合器0P3的第3腳依次連接微處理器U1的INTP3腳，由鎖相環U13及 其外圍電路組成電源檢測電路，輸入到微處理器U1的P12腳，參與控制參量計算，鎖 相環U13的4腳連接光電耦合器0P4的第4腳，鎖相環U13的6腳和7腳之間連接有電 容C13，鎖相環U13的9腳通過電阻R29連接電瓶電壓，9腳還通過電阻R30接地，鎖 相環U13的11腳通過電阻R31接地，光電耦合器0P4的1、 3腳接地，光電耦合器0P4 的第2腳連接微處理器Ul的P12腳。
專利摘要自動調節發動機進氣量的裝置，屬于提高機動車發動機混合氣空燃比的技術領域。包括控制器、進氣管總成，控制器與進氣管總成相連。控制器包括微處理器、發動機相關傳感器，信號調理電路、輸出驅動與抗干擾電路及執行器，發動機相關傳感器通過信號調理電路與微處理器相連，微處理器通過輸出驅動與抗干擾電路與執行器相連。具有加大進氣系數充量，以增加進氣壓力，使發動機的空燃比在不同的工況下達到預先設定的最佳值，使其燃油充分燃燒，提高發動機的功率及扭矩，實現了以燃油經濟性和減少有害氣體排放的目的，環保節能。
文檔編號F02D41/26GK201103480SQ20072002914
公開日2008年8月20日 申請日期2007年10月22日 優先權日2007年10月22日
發明者宮春勇, 華 趙, 高小群 申請人:山東申普汽車控制技術有限公司