CN1008386B - 微机控制汽油机节油方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种微机控制用化油器供油的发动机的节油方法及装置，以节气门位置开关的负荷信号和点火系统的转速信号作为输入信号，通过微机控制调节辅助进气的数控阀，实现对发动机所处的不同工作环境以及加工磨损引起的偏差作自适应闭环控制，使发动机经常处于稀混合气工作的优化运行状况，提高性能指标，增加经济效益。

Description

本发明涉及一种由微机控制用化油器供油的发动机空燃比的节油方法，包括：测量发动机的转速;测量节气门的位置，以确定发动机的负荷;依据发动机转速和负荷参量，微机输出控制信号至辅助进气控制装置，通过附加进气调节空燃比，还有实施该方法的节油系统。

在现有技术中，由于使用化油器的强制点火式汽油发动机是利用机械调节，故不能对全部工况和使用条件保持最佳工作状态，燃油消耗较大，工作效率较低。目前，国内外已经在该领域采用微型计算机按不同工况和使用条件对发动机作智能调节，使之能够经常处于优化运行状态，这可以明显地改善工作性能，降低燃油消耗，增加经济效益。例如，德国专利№.3202222就采用了类似的技术。在该专利技术中，它通过测量发动机进气流量、进气歧管内的压力、发动机运行中的转速、转角和节气门位置来控制空燃比。微机根据这些输入参量，用计算和查表的方法确定输出的控制信号，此为一种频率及占空比可变的脉冲信号，用以驱动电磁阀启闭以调节空气量。由DE3202222图9可知，电磁阀19的启闭，控制向化油器泡沫管掺入的空气量，进行燃油量的修正，微机又驱动电磁阀14及三通阀15，控制向节气门4的前方或后方输入的辅助空气量。该专利技术通过对燃油量和空气量的双重修正而实现空燃比控制。其最佳控制值系以实验为基础，制取表格预先存贮于微机中。这是一种早期在电控化油器上普遍使用的控制方式。这类控制系统其参量检测，运算、查表过程太复杂，使速率和精度均受影响；它需要配置多个传感器和执行器联合工作，因而结构复杂，价格昂贵，故障较多;使用这类系统，对于发动机和化油器要求进行较多更改，一旦失灵，将导致发动机不能正常运行;再就是其使用计算、查表的开环控制方式，使其所获得的最佳空燃比只是理论上的最佳值，它不能根据发动机使用条件的变化情况而进行修正，因而影响其控制效果。这些都会较大地影响它们实际的推广应用，特别是若着眼于我国当前电控器件及传感器生产水平和供应现 状，则影响更为显著。

基于汽油机的化油器工作时混合气普遍偏浓的现实和七十年代末化油器稀混合气极限控制理论及有关研究成果，表明化油器或发动机空燃比的控制可以通过对进气歧管根据发动机工况辅入适量辅助空气而实现。从此种理论表明，可以对应于DE3202222这类系统，作一个较根本的改进，以获得简捷、高效、低成本和易于实施的新方案。本发明专利，就是基于上述理论而提出的一种新的技术方案。

本发明专利的目的在于使用稀混合气极限空燃比控制方式，在不影响发动机动力性能的前提下，改善燃油经济性，达到节油目的；在本发明所述的节油方法和装置中不使用传感器，以发动机的点火脉冲作为转速信号，以节气门位置信号作为负荷信号，直接送入微机进行处理，再由微机对发动机的工作状态作智能调节；同时采用开环控制与闭环控制相结合，以求更好地适应各种工况及工作环境，补偿加工误差及长期磨损等因素对发动机的影响；此外，本发明的目的还有简化控制装置的结构，使其便于安装、维护，在控制系统失灵的情况下，使不影响发动机的照常运行。

本发明是采取如下措施解决这一任务的：

本发明是一种由微机控制用化油器供油的发动机空燃比的节油方法，它包括：测量发动机的转速；测量节气门的位置，以确定发动机的负荷，依据发动机转速和负荷参量，微机输出控制信号至辅助进气控制装置，通过附加进气调节空燃比；本发明的方法在于，通过测知点火脉冲，换算出发动机的转速；在微机的程序控制中设置有以发动机转速为目标函数的闭环自适应程序控制，即以当时的转速为调节目标，通过调节数控阀改变附加进气量找出实际的最佳工作点；在微机的程序控制中，还设置了强制怠速断油的程序控制，当节气门完全关闭而转速仍很高时，使控制阀全部打开，迅速降低歧管真空度，实现强制断油。

在实施上述节油方法的节油系统中，包括化油器，测量发动机转速的装置，测量节气门位置的装置，安置在节气门下游的辅助进气道和控制附加进气的装置，还有微机并含有依据转速和负荷参量，输出控制信号，控制附加进气装置以调节空燃比的控制程序，其特征在于，所述的测量发动机转速装置是由电点火分电器代替的，即将它发出的点火脉冲换算成转速参量；在微机中设置了以转速为目标函数的闭环自适应控制程序，即在含有最佳空燃比分布场数据的内部存贮器内，找出最佳工作点大致位置后，就以转速为调节目标，调整数控阀，改变附加进气，找到实际的最佳工作点和保持运行的控制程序；此外，在微机中还设置了强制怠速断油的控制程序。

在上述的节油系统中，所说的节气门位置开关是由不相等的分段金属膜片和带弹性的滑动触头所组成；分段膜片的段数为八段，滑动触头的触点宽度大于各分段膜片的空隙。

在上述的节油系统中，所说的辅助进气数控阀的腔体上有一个大的输出孔道，该输出孔道经软管与发动机的辅助进气孔相连；在输出孔道上部分布有两个以上的输入孔道，这些输入孔道的截面积各不相等，依次为2ⁿ的关系（n＝0，1，2，……）即1：2：4：……2^n-1。所说的电磁开关分别对应地安装在这两个以上的输入孔道的位置，辅助进气数控阀的密封外壳有进气窗口、窗口内侧有空气滤清薄膜。

以下结合附图与实施例进一步说明本发明的静态、动态结构，以及如何利用微机控制发动机的空燃比，达到优化运行的工作原理。

附图1、汽油发动机微机控制节油装置的总体联结框图;

附图2、节气门位置开关;

附图3、辅助进气数控阀。

本发明是在采用开环控制的同时还采用了闭环自适应控制，以实现微机对发动机（1）的最佳控制。其控制过程是这样实现的：在实验条件下，以最小油耗获得最大功率为目标，测出对应各种转速和节气门位置的最佳空燃比分布场，将测得的数据列成表格，存入微机的内部存贮器。发动机运行时，通过从点火系统（2）采集的点火脉冲作为转速信号，经整形电路（6），送入微机系统（8），测算发动机的转速;同时，从节气门位置开关（4）的位置状态采集负荷信号，经信号输入电路（7），也送入微机系统（8），微机对此信号找出相应的空燃比数据;并对采集到的数据进行查表、计算，以表中规定的数据去控制数控阀（10），这是开环控制。

但是，汽车发动机实际运行的工况和工作环境 与实验条件不完全相同，控制过程不可避免地存在延时;由于加工中的误差，同一型号的发动机性能参数也不完全一样;此外，各汽车发动机运行时间长短不同，零部件的磨损也有差异。所有上述因素对发动机均有不同程度的影响，这是开环控制无法估计的。因此，由开环控制，通过查表所获得的最佳空燃比是理论的而非实际的最佳值。

为了解决这个问题，本发明在开环控制的同时，微机还要利用软件对发动机作闭环自适应调节。此时，发动机转速既作为控制的依据，又作为控制的结果。微机（8）在开环控制找出的工作点附近发出控制信号，经驱动电路（9）放大后，控制辅助进气数控阀（10）的状态，调节空气进气量，再通过节气门位置开关（4）采集并测算发动机转速的变化;根据转速的增减，反过来再调节辅助进气量，如此反复多次，直至转速在对应的工况下达到可能的最大值，这时空燃比的数值就是该条件下的实际最佳值，而该工作点就是最佳工作点，微机找到这一点后将使发动机保持在这一点上运行。为使发动机不偏离最佳工作曲线，微机定期对发动机进行测控。

附图1中虚线框所示部分为本发明装置的控制电路部分。为了扩大元器件的来源和降低整个装置的成本，控制电路部分有一个金属蔽蔽外壳，如附图1中虚线框所示。屏蔽壳内有温控自动加热电路（11），该电路的温控开关直接接到电瓶上，不受电源开关控制，无论微机控制部分是否工作，只要环境温度低于10℃时，加热电路（11）便自动接通，保证大规模集成电路芯片有一个高于10℃的贮存环境和工作环境，从而普通的商用芯片也可以在高寒地带（-40℃以下）正常工作。

常规化油器的怠速系统，籍怠速油孔供油。但是当汽车处于下坡滑行等状况时，虽然节气门关闭，发动机仍以高速运转，形成进气歧管内部高度真空，使大量燃油经怠速油孔流出，造成浪费。在本发明中，强制怠速工况由节气门位置和转速加以反映，当微机检测到这种工况时，发出指令将控制阀全部打开，加入辅助空气，迅速降低歧管真空度，从而达到强制怠速断油的目的。

附图2是节气门位置开关（4）。它主要由分段金属膜片（12）和弹性的滑动触头（14）等组成。分段膜片（12）的段数为八段，各段相应于节气门位置角度是从10°～90°，各段膜片的宽度依据不同的发动机及不同的工况，设计得不全相等，各段膜片间的间隙（13）小于1毫米，而滑动触头（14）的触点宽度大于各分段膜片（12）的空隙（13）。

由于与转速及负荷工况相对应的最佳稀混合气空燃比变化特性场较为平坦，故在本发明中采用了一种变动范围为2ⁿ（n＝0，1，2，……）等级的数控阀，以实现对空气进气量的精确调节。附图3展示了本装置中所使用的辅助进气数控阀（10）。它是由腔体（15）、电磁开关（16）、连接软管（17）、密封外壳（18）以及连接螺栓、螺母等组成。腔体（15）上有一个大的输出孔道（19）和分布在该输出孔道（19）上的四个输入孔道（20）a、（20）b、（20）c、（20）d，其截面积之比为1∶2∶4∶8，电磁开关（16）分别对应地安装在这四个输入孔道（20）a-（20）d的位置上。利用微机系统（8）对四个电磁开关（16）的不同状态的控制，可以实现四个孔作十六个等级的调节，满足最佳空燃比的需要。数控阀（10）靠近发动机安装，其输出孔道（19）用软管（17）接到发动机（1）的辅助进气孔（5）上。数控阀的腔体用一外壳（18）密封，在密封外壳（18）上有进气窗口（21），窗口内侧敷有一层滤清薄膜，防止空气中的尘埃通过进气孔进入发动机内部。

本发明所述的技术，是通过减少燃油供给量或增加空气进气量的方式，以获得较稀混合气；发动机的工况是通过测取与发动机转速相关的点火信号和测取与负荷相对应的节气门位置信号而确定的，同时在本发明中利用计算机的标准时钟脉冲来度量点火周期，精确地测算发动机的瞬时转速，从而免除了专用的转速传感器和转角传感器；利用节气门位置开关与发动机负荷之间的对应关系确定负荷参量，从而免除了压力传感器和进气流量传感器。仅此而言，对此DE3202222所述的专利技术，已在结构与成本方面有了较大的简化与降低。

本发明专利所述的技术还有如下的优点：

1.空燃比控制以开环方式为主，并贯穿于整个工作过程中，同时以闭环控制进行补偿，使各种因素对发动机的影响得以弥补和使发动机能在不同工况下都能在实际最佳工作点上运行。

2.不使用复杂的专用传感器，以节气门开关检测负荷信号，直接与微机的一个输入端口连接，可不用A/D转换器，通过输入点火脉冲检测转速， 并以此作为局部闭环控制的反馈参数，免除专门的氧传感器，同时具有信号强，免射电干扰等优点;所用的执行部件仅为一只可直接由微机输出的数字量控制的数控电磁阀。

3.本发明所述的装置只是附加于发动机作辅助的智能调节，仅用一只数控电磁阀控制辅助进气，对主进气量不作控制;安装该装置可对发动机本身的结构不作任何变动，安装、拆卸方便灵活，即使微机控制部分出了故障，也不影响发动机的照常运行。

4.当用于发动机内部特征不一致的不同发动机时，只需修改软件，即换一块EPROM即可，硬件部分完全不用改动。因此，该装置原则上可适用于任何强制点火化油器式的汽油发动机。

5.温度适应性强。本装置可在气候差异很大的范围内得以应用。

6.节油率高，成本低廉。对使用本装置的汽车进行道路试验，测试结果表明，节油率最高可达24%，平均节油率大于8%;由于本装置中免除了传感器，故提高了工作稳定性和可靠性降低了成本。

总结上述优点，本发明所采用的技术方案中，既吸收了现有技术中较先进的技术措施，同时又使用进一步发展的先进技术和理论，使其克服了现有技术中存在的某些不足之处，进一步推动了技术的进步与发展。在实际的使用过程中，本发明所述的技术已在节能方面为社会作出了一定的贡献。

Claims (4)

1、一种由微机控制用化油器供油的发动机空燃比的节油方法，包括：测量发动机的转速；

测量节气门的位置，以确定发动机的负荷；

依据发动机转速和负荷参量，微机输出控制信号至辅助进气控制装置，通过附加进气调节空燃比；

其特征在于：

a)通过测知点火脉冲，换算出发动机的转速；

b)微机的程序控制中还设置了以发动机转速为目标函数的闭环自适应程序控制，即以当时的转速为调节目标，通过调节数控阀改变附加进气量找出实际的最佳工作点；

c)在微机的程序控制中还设置了强制怠速断油的程度控制，当节气门完全关闭而转速仍很高时，使控制阀全部打开，迅速降低歧管真空度，实现强制断油。

2、一种实施权利要求1节油方法的节油系统，包括：化油器，测量发动机转速的装置，测量节气门位置的装置，安置在节气门下游的辅助进气道和控制附加进气的装置，还有微机并含有依据转速和负荷参量，输出控制信号，控制附加进气装置以调节空燃比的控制程序，其特征在于：

a）所述测量发动机转速装置是由电点火分电器代替的，即将它发出的点火脉冲换算成转速参量;

b）在微机中还设置了以转速为目标函数的闭环自适应控制程序，即在含有最佳空燃比分布场数据的内部存贮器内，找出最佳工作点大致位置后，就以转速为调节目标，调整数控阀，改变附加进气，找到实际的最佳工作点和保持运行的控制程序;

c）在微机中还设置了强制怠速断油的控制程序。

3、按权利要求2的节油系统，其特征在于：节气门位置开关由不相等的分段金属膜片和带弹性的滑动触头所组成;分段膜片的段数为八段，滑动触头的触点宽度大于各分段膜片的空隙。

4、按权利要求3的节油系统，其特征在于：辅助进气数控阀的腔体上有一个大的输出孔道，该输出孔道经软管与发动机的辅助进气孔相连;在输出孔道上部分布有两个以上的输入孔道，这些输入孔道的截面积各不相等，依次为2ⁿ的关系（n＝0，1，2，……）即1∶2∶4……2^n-1，所说的电磁开关分别对应地安装在这两个以上的输入孔道的位置上;辅助进气数控阀的密封外壳有进气窗口、窗口内侧有空气滤清薄膜。

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