CN101418737B - 进气压力传感器信号对发动机进气量的控制方法 - Google Patents

Abstract

进气压力传感器信号对发动机进气量的控制方法，属于提高机动车发动机混合气空燃比的技术领域。依据控制器内预设的目标空燃比值，控制器采集进气压力传感器信号数据，利用喷油脉宽信号数据对进气量进行反馈修正，参考相关传感器信号对不同工况发动机的需气量进行修正补偿，通过微处理器的比例控制及计算分析比较，对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制。对发动机进气量的控制是通过对风机的转速比例控制实现对发动机的混合气进行最优可控，加大进气管内气体柱的密度、提高进气压力和进气量，从而抑制了排气门回流的产生，也抑制了进气和排气气流的波动产生，使燃烧更充分，降低了有害气体排放，节能环保。

Description

进气压力传感器信号对发动机进气量的控制方法

技术领域

本发明进气压力传感器信号对发动机进气量的控制方法，属于提高机动车发动机混合气空燃比的技术领域。

背景技术

目前在确保发动机动力性能的前提下，为了降低发动机油耗量、改进其燃油的经济性、减少废气的排放量，对发动机的进气系统做了各种技术改进，以增加发动机进气量，使之燃油更加充分燃烧，提高发动机动力性等，并且取得了相应的效果。现有技术中对发动机进气系统的改进在于：1、对进气管变长度控制，以改善进气谐振性而提高充量系数。2、改变发动机原有的进气管的形状，使之进气气流产生旋流，改善雾化。3、在发动机进气管上加装风扇，以微调进气压力和进气量，减少空滤器等进气结构的阻力性，使油气混合充分。虽然以上改进方法在发动机进气系统中不同程度的改变了发动机的进气参数。上述装置除了进气管变长度控制外，其它不能按发动机需气量进行实时的自动调节控制，不能实现不同工况发动机最佳空燃比和真正提高燃油经济性和减少有害气体排放的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的不足，提供一种依据控制器内预设的目标空燃比值，根据发动机不同工况下的运转情况自动调节进气压力和进气量，使混合比更逼近于最佳目标空燃比值的进气压力传感器信号对发动机进气量的控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该进气压力传感器信号对发动机进气量的控制方法，依据控制器内预设的目标空燃比值，控制器采集进气压力传感器信号数据，利用喷油脉宽信号数据对进气量进行反馈修正，参考转速传感器信号、节气门位置传感器信号、水温传感器信号、进气温度传感器信号、氧传感器信号对不同工况发动机的需气量进行修正补偿，通过微处理器的比例控制及计算分析比较，对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制；其特征在于：

对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制采用进气量比例控制；

进气量比例控制是通过对风机的转速比例控制；

控制器内预设的目标空燃比值是通过发动机台架试验，对所测数据进行优化处理并存储于控制器内的脉谱数据。

控制器包括微处理器、信号调理电路、驱动控制电路及执行器，进气压力传感器信号、喷油脉宽信号和氧传感器信号通过信号调理电路与微处理器相连，微处理器通过驱动控制电路与执行器相连。

控制器对氧传感器的信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理。

控制器对各传感器信号和执行器的时滞问题采取提前预测控制。

执行器是由调速电机、扇叶组成的风机和进气管总成。

工作原理

发动机运转过程中，ECU主要根据发动机相关传感器和相关工况等状态参数来计算修正喷油量，以提高控制精度。但是发动机在不同工况下的所需的进气量受自身条件下诸多因素的干扰和影响，因此本发明采用独立控制器，与发动机ECU并行工作，以调节修正不同工况发动机的需气量，增加进气压力，使混合气更逼近于最佳目标空燃比值。

本发明依据控制器内预设的目标空燃比值，以发动机进气压力传感器信号为基本条件，参考相关转速传感器、节气门位置传感器、水温传感器、进气温度传感器、氧传感器等部分信号，判定发动机的运行工况，发动机在不同工况下对空燃比的要求是不同的，为保证发动机在不同工况下处于最佳的动力性能，控制器采集进气压力传感器信号数据，利用喷油脉宽信号数据进行反馈修正，通过微处理器内嵌的比例控制及计算方法的分析比较判断后，计算出进气量的所需调节量，基于所需调节量计算出控制目标的目标值，基于此目标值驱动风机在一定转速工作，加大进气管内气体柱的密度、提高进气压力和进气量；同时控制过程中为提高响应度控制器对氧传感器信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理，即利用可测的氧传感器电压信号推算出不可测的空燃比隶属度集，在每个按隶属度分级的等级中按中值平均法推算出控制系数，控制的同时形成分隶属度控制脉谱，只要确定查表条件所处的等级，就可得到控制系数进行实时调整；控制器为了解决各传感器信号和执行器的时滞问题，利用氧传感器信号电压变化率判定状态趋势对执行器进行提前预测控制。从而使发动机的混合气更逼近于最佳目标空燃比值；同时由于加大了进气管内气体柱的密度，从而抑制了排气门回流的产生，也抑制了进气和排气气流的波动产生，使燃烧更充分，降低了有害气体排放。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：设置与进气管总成内风机相连的控制器，对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制，利用风机的可调速原理，依据控制器内预设的目标空燃比值，采集发动机进气压力传感器信号数据，以喷油脉宽信号数据进行反馈修正，通过微处理器内嵌的比例控制和计算方法的分析比较判断后，计算出进气量的所需调节量，基于所需调节量计算出控制目标的目标值，基于此目标值驱动风机按一定转速工作，加大进气管内气体柱的密度、提高进气压力和进气量，同时控制过程中为提高响应度控制器对氧传感器信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理的实时调整；为了解决各传感器信号和执行器的时滞问题，利用氧传感器信号电压变化率判定状态趋势对执行器进行提前预测控制。从而使发动机的混合气更逼近于最佳目标空燃比值；同时由于加大了进气管内气体柱的密度，从而抑制了排气门回流的产生，也抑制了进气和排气气流的波动产生，使燃烧更充分，降低了有害气体排放。从而对发动机的混合气进行最优可控，使得进气充量系数可调，使发动机缸内燃烧更充分、降低了燃烧温度、提高了动力性、使得氮氧化合物(NO_X)的排放量减少、油耗降低、实现了燃油经济性和减少有害气体排放的目的，环保节能。

附图说明

图1：发动机进气管总成结构示意图；

图2：控制器电路原理框图；

图3：控制器电路原理图。

图1-3是本发明的最佳实施例。其中：1进气通道口  2空气滤清器  3控制器4气流腔  5风机  6风机支架  7调速电机  8扇叶  9气流通道口  10壳体；

图3中：U1微处理器、U2存储器、U3反相器、U4门电路、U5锁相环、U6、U8运算放大器、U7对数放大器、U9缓存器、U10锁相环、Q1-Q2稳压三极管  MG调速电机  OP1-OP3光电耦合器  R1-R20电阻  VR1、VR2可调电阻  C1-C9电容D1、D2稳压二极管。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本发明的自动调节发动机进气量的控制方法做进一步说明：

如图1所示：进气管总成由进气通道口1、空气滤清器2、控制器3、气流腔4、风机5、气流通道口9及壳体10组成；其中，风机5由风机支架6、调速电机7、扇叶8组成；外界气体经进气通道口1进入空气滤清器2，经空气滤清器2对所进气体进行净化过滤后经气流腔4，通过气流通道口9进入发动机；控制器3与风机4的调速电机7相连接。

如图2所示：微处理器通过信号调理电路采集发动机进气压力传感器信号、喷油脉宽信号和氧传感器信号数据，通过微处理器内嵌的比例控制和计算方法的分析比较判断后，通过驱动控制电路控制执行器，从而对风机进行转速比例控制，因此进气量比例控制处于系统的可控状态。

如图3所示：由微处理器U1及其外围电路组成控制器，微处理器为单片机，内嵌比例控制及计算方法；根据发动机不同工况，依据控制器内预设的目标空燃比值，采集发动机进气压力传感器信号数据，以喷油脉宽信号数据进行反馈修正，通过微处理器内嵌比例控制及计算的方法，参与控制参量计算，输出目标值，通过对风机5的转速比例控制进行进气量比例控制。

微处理器U1的X1、X2脚与晶体管Y1相连，并分别通过电容C1、C2接地；微处理器U1的P62脚通过电阻R3与稳压三极管Q1的1脚连接，稳压三极管Q1的3脚接地，2脚与稳压三极管Q2的1脚连接；稳压三极管Q2的3脚接地，并通过稳压二极管D1、D2接高电平VCC，2脚与电机MG的负极相连，MG的正极接高电平VCC。

由存储器U2及其外围电路组成数据存储单元，对数据进行存储。

存储器U2的1、2、3、4、7脚接地，8脚接高电平VCC；存储器U2的5、6脚与微处理器U1的P40、P41相连，并分别通过电阻R1、R2接高电平VCC。

由反相器U3和门电路U4及其外围电路组成喷油信号脉冲鉴宽电路，输入到微处理器U1的INTP3脚，参与控制参量计算。

反相器U3的1脚通过电阻R5连接VCC高电平，通过电容C4连接喷油信号，电容C3和电阻R5串联接在电容C4的一端和地之间；反相器U3的2脚连接门电路U4的1脚。门电路U4的2脚通过电阻R4接地，3脚连接光电耦合器OP1的第1脚；光电耦合器OP1的2、4脚接地，光电耦合器OP1的第3脚依次连接微处理器U1的INTP3脚。

由锁相环U5及其外围电路组成电源检测电路，输入到微处理器U1的P12脚，参与控制参量计算。

锁相环U5的4脚连接光电耦合器OP2的第4脚；锁相环U5的6脚和7脚之间连接有电容C5；锁相环U5的9脚通过电阻R6连接电瓶电压，9脚还通过电阻R7接地；锁相环U5的11脚通过电阻R8接地。光电耦合器OP2的1、3脚接地，光电耦合器OP2的第2脚连接微处理器U1的P12脚。

由运算放大器U6、对数放大器U7、运算放大器U8、及其外围电路组成氧传感器信号采集调理电路，氧传感器信号经运算放大器U6对电流信号进行10倍放大后输入对数放大器U7，经对数放大器U7的10脚输出后，经运算放大器U8进行I-V变换为5-0V电压信号输入到微处理器U1的P27脚，参与控制参量计算。

运算放大器U6的2脚连接氧传感器信号，通过电阻R9与6脚相连；运算放大器U6的3脚与对数放大器U7的2脚相连，通过电阻R10与运算放大器U6的6脚相连，并通过电阻R11连接VCC高电平。对数放大器U7的2脚通过电容C7与对数放大器U7的7脚相连；对数放大器U7的6脚通过电阻R12、电容C6接地；对数放大器U7的15脚通过电阻R13、可调电阻VR2接地；对数放大器U7的16脚通过电阻R14、可调电阻VR1接VCC高电平；对数放大器U7的11脚接VCC高电平。对数放大器U7的10脚通过电阻R15与运算放大器U8的2脚相连，且通过电阻R16接地；运算放大器U8的2脚通过电阻R17与6脚相连；运算放大器U8的6脚连接微处理器U1的P27脚；运算放大器U8的3脚接地。

由缓存器U9进入锁相环U10及其外围电路组成进气压力传感器信号采集调理电路，进气压力信号经过缓存器U9进入锁相环U10进行V/F转换处理，输入到微处理器U1的P03脚，参与控制参量计算。

锁相环U10的4脚连接光电耦合器OP3的第1脚；锁相环U10的5脚接地，6脚和7脚之间连接有电容C9；锁相环U10的9脚通过缓存器U9和电阻R18连接进气压力，9脚还通过电容C8接地；11脚通过电阻R19接地。光电耦合器OP3的2、4脚接地；光电耦合器OP3的第3脚连接微处理器U1的P03脚，并且通过电阻R20连接VCC高电平。

工作过程：

发动机运转时，依据控制器内预设的目标空燃比值，控制器采集发动机进气压力传感器信号数据，以喷油脉宽信号数据进行反馈修正，通过微处理器内嵌的比例控制和计算方法的分析比较判断后，计算出进气量的所需调节量，基于所需调节量计算出控制目标的目标值，基于此目标值驱动风机按一定转速工作，加大进气管内气体柱的密度、提高进气压力和进气量；同时控制过程中为提高响应度控制器对氧传感器信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理的实时调整；为了解决各传感器信号和执行器的时滞问题，利用氧传感器信号电压变化率判定状态趋势对执行器进行提前预测控制；从而使发动机的混合气更逼近于最佳目标空燃比值；同时由于加大了进气管内气体柱的密度，从而抑制了排气门回流的产生，也抑制了进气和排气气流的波动产生，使燃烧更充分，降低了有害气体排放。

Claims (5)

1.进气压力传感器信号对发动机进气量的控制方法，依据控制器内预设的目标空燃比值，控制器采集进气压力传感器信号数据，利用喷油脉宽信号数据对进气量进行反馈修正，参考转速传感器信号、节气门位置传感器信号、水温传感器信号、进气温度传感器信号、氧传感器信号对不同工况发动机的需气量进行修正补偿，通过微处理器的比例控制及计算分析比较，对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制；其特征在于：

对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制采用进气量比例控制；

进气量比例控制是通过对风机的转速比例控制；

控制器内预设的目标空燃比值是通过发动机台架试验，对所测数据进行优化处理并存储于控制器内的脉谱数据。

2.根据权利要求1所述的进气压力传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于：控制器包括微处理器、信号调理电路、驱动控制电路及执行器，进气压力传感器信号、喷油脉宽信号和氧传感器信号通过信号调理电路与微处理器相连，微处理器通过驱动控制电路与执行器相连。

3.根据权利要求2所述的进气压力传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于：控制器对氧传感器的信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理。

4.根据权利要求2所述的进气压力传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于：控制器对各传感器信号和执行器的时滞问题采取提前预测控制。

5.根据权利要求2所述的进气压力传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于：执行器是由调速电机(7)、扇叶(8)组成的风机(5)和进气管总成。

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