專利名稱：利用節氣門位置傳感器自動調節發動機進氣量的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型利用節氣門位置傳感器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 發動機迸氣系統的改進在于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利用節氣門位置傳感器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、節氣門位置傳感器信號、噴油脈寬信號、氧傳感器信號、信 號調理電路、驅動控制電路及執行器，節氣門位置傳感器信號、噴油脈寬信號和氧傳感 器信號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。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、扇葉組成的風機和進氣管總成。微處理器為單片機，內嵌比例控制及計算方法。工作原理本實用新型依據控制器內預設的目標空燃比值，以發動機節氣門位置傳感器信號為 基本條件，參考相關轉速傳感器、水溫傳感器、進氣溫度傳感器、進氣壓力傳感器、氧 傳感器等部分信號，判定發動機的運行工況，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，控制器采集節氣門位置傳感器 信號數據，利用噴油脈寬信號數據進行反饋修正，通過微處理器內嵌的比例控制及計算 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在一定轉速工作，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，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 確定査表條件所處的等級，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。從而使發動機的混合氣逼近于最佳目標空燃比值，使其燃油充分燃燒，提 高發動機的功率及扭矩，同時也減少有害氣體的排放。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，依據控制器內預設的目標空燃比值，控制器采集發動機節氣門位置傳感器 信號數據，以噴油脈寬信號數據進行反饋修正，利用風機的可調速原理，通過微處理器 內嵌的比例控制和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。從而使發動機的混 合氣逼近于最佳目標空燃比值，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；實現了燃油經濟性和減少有害氣體排放的目的，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l-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 IO殼體；圖3中Ul微處理器、U2存儲器、U3反相器、U4門電路、U5鎖相環、U6、 U8 運算放大器、U7對數放大器、U9運放器、Ql-Q2穩壓三極管MG調速電機0P1-0P2 光電耦合器Rl- R22電阻 VR1 、 VR2可調電阻CI-C8電容D1、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節氣門位置傳感器信號、噴油 脈寬信號和氧傳感器信號數據，通過微處理器內嵌的比例控制和計算方法的分析比較判 斷后，驅動控制電路控制執行器，從而對風機進行轉速比例控制，因此進氣量比例控制 處于系統的可控狀態。如圖3所示由微處理器U1及其外圍電路組成控制器，微處理器為單片機，內嵌 比例控制及計算方法；根據發動機不同工況，依據控制器內預設的目標空燃比值，采集 節氣門位置傳感器信號數據，以噴油脈寬信號數據進行反饋修正，通過微處理器比例控 制及計算的方法，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Cl、 C2接地；微處 理器Ul的P62腳通過電阻R3與穩壓管Ql的1腳連接，穩壓晶體管Ql的3腳接地，2 腳與穩壓晶體管Q2的1腳連接；穩壓晶體管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，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。由反相器U3和門電路U4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U3的1腳通過電阻R5連接VCC高電平，通過電容C4連接噴油信號，電容 C3和電阻R5串聯接在電容C4的一端和地之間；反相器U3的2腳連接門電路U4的1 腳。門電路M的2腳通過電阻R4接地，3腳連接光電耦合器0P1的第1腳；光電耦合 器0P1的2、 4腳接地，光電耦合器0P1的第3腳依次連接微處理器U1的INTP3腳。由鎖相環U5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U5的4腳連接光電耦合器0P2的第4腳；鎖相環U5的6腳和7腳之間連接 有電容C5;鎖相環U5的9腳通過電阻R6連接電瓶電壓，9腳還通過電阻R7接地；鎖 相環U5的11腳通過電阻R8接地。光電耦合器0P2的1、 3腳接地，光電耦合器0P2 的第2腳連接微處理器Ul的P12腳。由運算放大器U6、對數放大器U7、運算放大器U8、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U6對電流信號進行10倍放大后輸入對數 放大器U7，經對數放大器U7的10腳輸出后，經運算放大器U8進行I-V變換為5-0V 電壓信號輸入到微處理器U1的P27腳，參與控制參量計算。運算放大器U6的2腳連接氧傳感器信號，通過電阻R9與6腳相連；運算放大器 U6的3腳與對數放大器U7的2腳相連，通過電阻R10與運算放大器U6的6腳相連， 并通過電阻Rll連接VCC高電平。對數放大器U7的2腳通過電容C7與對數放大器U7 的7腳相連；對數放大器U7的6腳通過電阻R12、電容C6接地；對數放大器U7的15 腳通過電阻R13、可調電阻VR2接地；對數放大器U7的16腳通過電阻R14、可調電阻 VR1接VCC高電平；對數放大器U7的11腳接VCC高電平。對數放大器U7的10腳通過 電阻R15與運算放大器U8的2腳相連，且通過電阻R16接地；運算放大器U8的2腳通 過電阻R17與6腳相連；運算放大器U8的6腳連接微處理器Ul的P27腳；運算放大器 U8的3腳接地。由運放器U9及其外圍電路組成節氣門位置傳感器信號調理電路，經運放器U9對其 信號進行放大后輸入到微處理器Ul的P25腳，參與控制參量計算。運放器U9的2腳通過電阻R18連接傳感器信號，且通過電阻R20與運放器U6的1 腳相連；3腳通過電阻R19接地；4腳接高電平VCC,并通過電容C8接地；運放器U9 的1腳通過電阻R21與微處理器Ul的P25腳相連。工作過程外界氣體經進氣通道口 1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，發動機在運行中，依據控制器內預設的目標空燃比值，控制器采集發動機節氣門 位置傳感器信號數據，以噴油脈寬信號數據進行反饋修正，通過微處理器內嵌的比例控 制和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；從而使發動機的混合氣逼近于 最佳目標空燃比值，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。
權利要求1、利用節氣門位置傳感器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1所述的利用節氣門位置傳感器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、節氣門位置傳感器信號、噴油脈寬信號、氧傳感器 信號、信號調理電路、驅動控制電路及執行器，節氣門位置傳感器信號、噴油脈寬信號 和氧傳感器信號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1所述的利用節氣門位置傳感器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。
4、 根據權利要求2所述的利用節氣門位置傳感器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。
5、 根據權利要求2所述的利用節氣門位置傳感器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，內嵌比例控制及計算方法。
6、 根據權利要求2所述的利用節氣門位置傳感器自動調節發動機進氣量的裝置， 其特征在于由微處理器U1及其外圍電路組成控制器，微處理器為單片機，內嵌比例控制及計算方法，根據發動機不同工況，依據控制器內預設的目標空燃比值，釆集節氣 門位置傳感器信號數據，以噴油脈寬信號數據進行反饋修正，通過微處理器內嵌比例控制及計算方法，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，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，由反相器U3和門電路U4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U3的1腳通過電 阻R5連接VCC高電平，通過電容C4連接噴油信號，電容C3和電阻R5串聯接在電容 C4的一端和地之間，反相器U3的2腳連接門電路U4的1腳，門電路U4的2腳通過電 阻R4接地，3腳連接光電耦合器0P1的第l腳，光電耦合器0P1的2、 4腳接地，光電 耦合器0P1的第3腳依次連接微處理器m的INTP3腳；由鎖相環U5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U5的4腳連 接光電耦合器0P2的第4腳，鎖相環U5的6腳和7腳之間連接有電容C5，鎖相環U5 的9腳通過電阻R6連接電瓶電壓，9腳還通過電阻R7接地，鎖相環U5的11腳通過電 阻R8接地，光電耦合器0P2的1、 3腳接地，光電耦合器0P2的第2腳連接微處理器 U1的P12腳；由運算放大器U6、對數放大器U7、運算放大器U8、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U6對電流信號進行10倍放大后 輸入對數放大器U7，經對數放大器U7的10腳輸出后，經運算放大器U8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U6的 2腳連接氧傳感器信號，通過電阻R9與6腳相連，運算放大器U6的3腳與對數放大器 U7的2腳相連，通過電阻R10與運算放大器U6的6腳相連，并通過電阻R11連接VCC 高電平，對數放大器U7的2腳通過電容C7與對數放大器U7的7腳相連；對數放大器 U7的6腳通過電阻R12、電容C6接地，對數放大器U7的15腳通過電阻R13、可調電 阻VR2接地，對數放大器U7的16腳通過電阻R14、可調電阻VR1接VCC高電平，對數 放大器U7的11腳接VCC高電平，對數放大器U7的10腳通過電阻R15與運算放大器 U8的2腳相連，且通過電阻R16接地，運算放大器U8的2腳通過電阻R17與6腳相連， 運算放大器U8的6腳連接微處理器U1的P27腳，運算放大器U8的3腳接地；由運放 器U9及其外圍電路組成節氣門位置傳感器信號調理電路，經運放器U9對其信號進行放 大后輸入到微處理器Ul的P25腳，參與控制參量計算，運放器U9的2腳通過電阻R18 連接傳感器信號，且通過電阻R20與運放器U6的1腳相連，3腳通過電阻R19接地，4 腳接高電平VCC，并通過電容C8接地，運放器U9的1腳通過電阻R21與微處理器Ul 的P25腳相連。
專利摘要利用節氣門位置傳感器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、節氣門位置傳感器信號、噴油脈寬信號、氧傳感器信號、信號調理電路、驅動控制電路及執行器，節氣門位置傳感器信號、噴油脈寬信號和氧傳感器信號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，控制器控制精度越高，進氣越合理。因此具有自動調節進氣量，使發動機的混合氣逼近于最佳目標空燃比值，使其燃油充分燃燒，提高發動機的功率及扭矩，實現了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F02D41/26GK201103481SQ20072002914
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