專利名稱：噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法，屬于提高機動車發(fā)動機混合氣空 燃比的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前在確保發(fā)動機動力性能的前提下，為了降低發(fā)動機油耗量、改進其燃油的經(jīng)濟 性、減少廢氣的排放量，對發(fā)動機的進氣系統(tǒng)做了各種技術(shù)改進，以增加發(fā)動機進氣量， 使之燃油更加充分燃燒，提高發(fā)動機動力性等，并且取得了相應(yīng)的效果?，F(xiàn)有技術(shù)中對 發(fā)動機進氣系統(tǒng)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(shù)。2、改變發(fā)動機原有的進氣管的形狀，使之進氣氣流產(chǎn)生旋流，改善霧化。3、在 發(fā)動機進氣管上加裝風(fēng)扇，以微調(diào)進氣壓力和進氣量，減少空濾器等進氣結(jié)構(gòu)的阻力性， 使油氣混合充分。雖然以上改進方法在發(fā)動機進氣系統(tǒng)中不同程度的改變了發(fā)動機的進 氣參數(shù)。上述裝置除了進氣管變長度控制外，其它不能按發(fā)動機需氣量進行實時的自動 調(diào)節(jié)控制，不能實現(xiàn)不同工況發(fā)動機最佳空燃比和真正提高燃油經(jīng)濟性和減少有害氣體 排放的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種依據(jù)控制器內(nèi)預(yù) 設(shè)的目標(biāo)空燃比值，根據(jù)發(fā)動機不同工況下的運轉(zhuǎn)情況自動調(diào)節(jié)進氣壓力和進氣量，使 混合比更逼近于最佳目標(biāo)空燃比值的噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控 制方法，其特征在于依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，采集噴油脈寬信號數(shù)據(jù)，參 考相關(guān)傳感器信號進行修正補償，通過微處理器的PID消偏差控制及計算分析比較，對 不同工況發(fā)動機混合氣空燃比的需氣量自動調(diào)節(jié)控制。
對不同工況發(fā)動機混合氣空燃比的需氣量自動調(diào)節(jié)控制使進氣量比例控制。
進氣量比例控制是通過對風(fēng)機的轉(zhuǎn)速比例控制實現(xiàn)。
控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值是通過發(fā)動機臺架試驗，對所測數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理并 存儲于控制器內(nèi)的脈譜數(shù)據(jù)。控制器利用噴油脈寬信號數(shù)據(jù)對發(fā)動機進氣量進行反饋修正控制。 控制器包括微處理器、噴油脈寬信號、氧傳感器信號、信號調(diào)理電路、驅(qū)動控制電
路及執(zhí)行器，噴油脈寬信號、氧傳感器信號通過信號調(diào)理電路與微處理器相連，微處理
器通過驅(qū)動控制電路與執(zhí)行器相連。
控制器對氧傳感器的信號按模糊到精確的處理方法進行了軟測量處理。 控制器對各傳感器信號和執(zhí)行器的時滯問題采取提前預(yù)測控制。 執(zhí)行器是由調(diào)速電機、扇葉組成的風(fēng)機和進氣管總成。 工作原理
發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，ECU主要根據(jù)發(fā)動機相關(guān)傳感器和相關(guān)工況等狀態(tài)參數(shù)來計算 修正噴油量，以提高控制精度。但是發(fā)動機在不同工況下所需的進氣量受自身條件下諸 多因素的干擾和影響，因此本發(fā)明采用獨立控制器，與發(fā)動機ECU并行工作，以調(diào)節(jié)修 正不同工況發(fā)動機的需氣量，使混合氣更逼近于最佳目標(biāo)空燃比值。
噴油脈寬是發(fā)動機控制電腦ECU的主控制目標(biāo)，采集噴油脈寬信號對進氣量進行 反饋修正控制也就是對進氣量的PID消偏差控制，其控制器控制精度越高,進氣越合理。
本發(fā)明依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，以發(fā)動機噴油脈寬信號為基本條件，參 考相關(guān)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)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、氧傳感器等部分信號，判定發(fā)動機的運行工況，發(fā)動機在不同工況下對空燃比的要 求是不同的，為保證發(fā)動機在不同工況下處于最佳的動力性能，控制器采集噴油脈寬信 號數(shù)據(jù)，參考相關(guān)傳感器信號進行修正補償，通過微處理器的PID消偏差控制及計算分 析比較后，計算出進氣量的所需調(diào)節(jié)量，基于所需調(diào)節(jié)量計算出控制目標(biāo)的目標(biāo)值，基 于此目標(biāo)值驅(qū)動風(fēng)機在一定轉(zhuǎn)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(yīng)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(shù)，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(shù)進行實時調(diào)整；控制器為了解決各傳感器信號和執(zhí)行器的 時滯問題，利用氧傳感器信號電壓變化率判定狀態(tài)趨勢對執(zhí)行器進行提前預(yù)測控制；從 而使發(fā)動機的混合氣更逼近于最佳目標(biāo)空燃比值，使其燃油充分燃燒，提高發(fā)動機的功 率及扭矩，同時也降低了有害氣體排放。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是設(shè)置與進氣管總成內(nèi)風(fēng)機相連的控 制器，對不同工況發(fā)動機混合氣空燃比的需氣量自動調(diào)節(jié)控制，利用風(fēng)機的可調(diào)速原理，依據(jù)發(fā)動機噴油脈寬信號數(shù)據(jù)，通過微處理器的PID消偏差控制及計算分析比較后，計 算出進氣量的所需調(diào)節(jié)量，基于所需調(diào)節(jié)量計算出控制目標(biāo)的目標(biāo)值，基于此目標(biāo)值驅(qū) 動風(fēng)機按一定轉(zhuǎn)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(yīng)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(diào)整；為了解決各傳 感器信號和執(zhí)行器的時滯問題，利用氧傳感器信號電壓變化率判定狀態(tài)趨勢對執(zhí)行器進 行提前預(yù)測控制；從而使發(fā)動機的混合氣更逼近于最佳目標(biāo)空燃比值，使其燃油充分燃 燒，提高發(fā)動機的功率及扭矩，同時也降低了有害氣體排放。從而對發(fā)動機的混合氣進 行最優(yōu)可控，使得進氣充量系數(shù)可調(diào)，使發(fā)動機缸內(nèi)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(xiàn)了燃油經(jīng)濟性和減少有害氣體排 放的目的，環(huán)保節(jié)能。


圖l:發(fā)動機進氣管總成結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2:控制器電路原理框圖； 圖3:控制器電路原理圖1-3是本發(fā)明的最佳實施例。其中1進氣通道口 2空氣濾清器 3控制器 4氣流腔5風(fēng)機6風(fēng)機支架7調(diào)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(huán)、U6、 U8 運算放大器、U7對數(shù)放大器、Q1-Q2穩(wěn)壓三極管MG調(diào)速電機0P1-0P2光電耦合 器R1- R17電阻VR1 、 VR2可調(diào)電阻CI-C7電容 D1、D2穩(wěn)壓二極管。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖1-3對本發(fā)明的自動調(diào)節(jié)發(fā)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(fēng)機5、氣流通道口 9及殼體10組成；其中，風(fēng)機5由風(fēng)機支架6、調(diào)速電機7、扇葉 8組成；外界氣體經(jīng)進氣通道口 l進入空氣濾清器2，經(jīng)空氣濾清器2對所進氣體進行 凈化過濾后經(jīng)氣流腔4，通過氣流通道口 9進入發(fā)動機；控制器3與風(fēng)機4的調(diào)速電機 7相連接。
如圖2所示微處理器通過信號調(diào)理電路采集發(fā)動機噴油脈寬信號和氧傳感器信號 數(shù)據(jù)，通過微處理器的PID消偏差控制及計算分析比較后，通過驅(qū)動控制電路控制執(zhí)行 器，從而對風(fēng)機進行轉(zhuǎn)速比例控制，因此進氣量比例控制處于系統(tǒng)的可控狀態(tài)。
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(nèi)嵌PID消偏差控制及計算方法；根據(jù)發(fā)動機不同工況，依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值， 采集噴油脈寬信號數(shù)據(jù)，通過微處理器的PID消偏差控制及計算分析比較后，參與控制 參量計算，輸出目標(biāo)值，通過對風(fēng)機5的轉(zhuǎn)速比例控制進行進^i.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(wěn)壓三極管Ql的1腳連接，穩(wěn)壓三極管Ql的3腳 接地，2腳與穩(wěn)壓三極管Q2的1腳連接；穩(wěn)壓三極管Q2的3腳接地，并通過穩(wěn)壓二極 管D1、 D2接高電平VCC, 2腳與電機MG的負(fù)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(shù)據(jù)存儲單元，對數(shù)據(jù)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(lián)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(huán)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(huán)U5的4腳連接光電耦合器0P2的第4腳；鎖相環(huán)U5的6腳和7腳之間連接 有電容C5;鎖相環(huán)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(huán)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(shù)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(diào)理電路，氧傳感器信號經(jīng)運算放大器U6對電流信號進行10倍放大后輸入對數(shù) 放大器U7，經(jīng)對數(shù)放大器U7的10腳輸出后，經(jīng)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(shù)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(shù)放大器U7的2腳通過電容C7與對數(shù)放大器U7 的7腳相連；對數(shù)放大器U7的6腳通過電阻R12、電容C6接地；對數(shù)放大器U7的15腳通過電阻R13、可調(diào)電阻VR2接地；對數(shù)放大器U7的16腳通過電阻R14、可調(diào)電阻 VR1接VCC高電平；對數(shù)放大器U7的11腳接VCC高電平。對數(shù)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。 工作過程
發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，控制器采集發(fā)動機噴油脈寬信 號數(shù)據(jù)，通過微處理器的PID消偏差控制及計算分析比較后，計算出進氣量的所需調(diào)節(jié) 量,基于所需調(diào)節(jié)量計算出控制目標(biāo)的目標(biāo)值，基于此目標(biāo)值驅(qū)動風(fēng)機按一定轉(zhuǎn)速工作， 其控制器控制精度越高，進氣越合理；同時控制過程中為提高響應(yīng)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(diào)整；為了解決各傳感器信號和 執(zhí)行器的時滯問題，利用氧傳感器信號電壓變化率判定狀態(tài)趨勢對執(zhí)行器進行提前預(yù)測 控制；從而從而使發(fā)動機的混合氣更逼近于最佳目標(biāo)空燃比值，使其燃油充分燃燒，提 高發(fā)動機的功率及扭矩，同時也降低了有害氣體排放。
權(quán)利要求
1、噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法，其特征在于依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，采集噴油脈寬信號數(shù)據(jù)，參考相關(guān)傳感器信號進行修正補償，通過微處理器的PID消偏差控制及計算分析比較，對不同工況發(fā)動機混合氣空燃比的需氣量自動調(diào)節(jié)控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法，其特征在于 對不同工況發(fā)動機混合氣空燃比的需氣量自動調(diào)節(jié)控制采用進氣量比例控制。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法，其特征在于-進氣量比例控制是通過對渦輪風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速比例控制實現(xiàn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法，其特征在于 控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值是通過發(fā)動機臺架試驗，對所測數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理并存儲 于控制器內(nèi)的脈譜數(shù)據(jù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法，其特征在于 控制器利用噴油脈寬信號數(shù)據(jù)對發(fā)動機進氣量進行反饋修正控制。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法，其特征在于 控制器包括微處理器、噴油脈寬信號、氧傳感器信號、信號調(diào)理電路、驅(qū)動控制電路及 執(zhí)行器，噴油脈寬信號、氧傳感器信號通過信號調(diào)理電路與微處理器相連，微處理器通 過驅(qū)動控制電路與執(zhí)行器相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法，其特征在于 控制器對氧傳感器的信號按模糊到精確的處理方法進行了軟測量處理。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法，其特征 在于控制器對各傳感器信號和執(zhí)行器的時滯問題采取提前預(yù)測控制。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法，其特征在于執(zhí)行器是由調(diào)速電機(7)、扇葉(8)組成的渦輪風(fēng)扇(5)和進氣管總成。
全文摘要
噴油脈寬信號對發(fā)動機進氣量的控制方法，屬于提高機動車發(fā)動機混合氣空燃比的技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，采集噴油脈寬信號數(shù)據(jù)，通過微處理器的PID消偏差控制及計算分析比較，對不同工況發(fā)動機混合氣空燃比的需氣量自動調(diào)節(jié)控制。對發(fā)動機進氣量的控制是通過對風(fēng)機的轉(zhuǎn)速比例控制，實現(xiàn)對發(fā)動機的混合氣進行最優(yōu)可控，使得進氣充量系數(shù)可調(diào)，使發(fā)動機缸內(nèi)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(yīng)燃油經(jīng)濟性和減少有害氣體排放的目的，環(huán)保節(jié)能。
文檔編號F02D41/14GK101418733SQ200710113190
公開日2009年4月29日 申請日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者宮春勇, 華 趙, 高小群 申請人:山東申普汽車控制技術(shù)有限公司