CN102242678B - 小型汽油机电子燃油喷射控制系统 - Google Patents

Abstract

小型汽油机电子燃油喷射控制系统，属于发动机自动控制技术领域。包括电控单元连接电动燃油泵、喷油器，其特征在于：节气门位置传感器输出端和曲轴位置传感器的输出端分别连接电控单元的输入端；电控单元根据曲轴位置信号判断发动机工作循环，分析处理控制采用两个定时器模块实现喷油控制，一个定时器模块利用其捕捉中断功能由曲轴位置信号获取发动机转速，另一个定时器模块利用其高速输出中断功能实现喷油控制。本发明根据传统点火系统的点火触发信号，通过电控单元，便能够实现最优的喷油控制，所提供的喷油控制方法简单且易于实现，简化了控制器结构，降低了成本，特别适于小型单缸汽油发动机。

Description

小型汽油机电子燃油喷射控制系统

技术领域

本发明属于发动机自动控制技术领域，涉及一种用于小型汽油机电子燃油喷射控制系统，特别是一种用于小型单缸四冲程发动机电子燃油喷射控制系统。

背景技术

随着我国摩托车产销量增加，其能源消耗、排放污染问题受到越来越多的关注，如何研制开发高性能节能减排的发动机，已发展成为摩托车行业的首要任务。

摩托车发动机属于小排量汽油机，以单缸、风冷、或强制风冷机型为主。与汽车发动机相比，具有体积小、结构紧凑、高转速(最高转速可达10000rpm)、体积功率大、相对负荷高、运转工况不稳定等特点。因此四冲程摩托车发动机电控系统也有着不同的要求和特点，本着完善功能、提高性能、降低成本、提高可靠性的原则，在控制排放的研究目标下，对小型汽油机电子燃油喷射控制系统进行了研究。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种小型汽油机电子燃油喷射控制系统，以精确控制发动机在各个工况的燃油喷射，从而提高发动机输出功率、降低燃油消耗、减小排放污染、降低开发成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：小型汽油机电子燃油喷射控制系统，包括发动机和电控单元，电控单元的输出端连接电动燃油泵、喷油器，其特征在于：

发动机的节气门体设置节气门位置传感器，发动机的磁电机上设置曲轴位置传感器，节气门位置传感器输出端和曲轴位置传感器的输出端分别连接电控单元的输入端；电控单元根据曲轴位置传感器的曲轴位置信号判断发动机工作循环，分析处理控制实现每转两圈喷一次油，所述的分析处理控制采用同一定时器阵列的两个定时器模块实现喷油控制，其中一个定时器模块利用其捕捉中断功能由曲轴位置信号获取发动机转速，另一个定时器模块利用其高速输出中断功能实现喷油控制。

本系统不使用单独的转速信号传感器，电控单元接收来自曲轴位置传感器的信号，计算获得发动机转速。采用同一定时器阵列的两个定时器模块，就可以实现发动机转速测量并同时实现喷油时序控制，其实现简单方便，成本得到有效控制。

其中优选方案是：

所述的曲轴位置传感器为点火基准信号传感器，通过磁电机的触发线圈采集曲轴位置信号，用于检测曲轴转角和发动机转速。所述的曲轴位置传感器通过施密特滤波电路和光电隔离电路将点火脉冲信号处理成方波信号输入电控单元，通过计算获得发动机转速。从磁电机线圈采集信号，简单直接，节约设备和空间，对信号处理提高准确度。

所述的节气门位置传感器的输出端通过低通滤波电路连接电控单元，采集节气门位置信号通过低通滤波电路的处理后输入电控单元进行处理，电控单元的输出端通过光电隔离电路、功率驱动电路分别连接电动燃油泵、喷油器，输出油泵控制信号和喷油脉宽信号。

所述的电控单元分析处理控制，定义转动周期读取标志位、喷油标志位判断发动机旋转的圈数，采用定时器模块高速输出中断方式控制发动机两圈喷一次燃油。

所述的电控单元分析处理控制，包括以下步骤：

步骤1、判断是否是定时器溢出中断：是则，进行步骤2，否则，进行步骤3；

步骤2、将定时器溢出中断标志位清零，将转速为零的标志位置1，将发动机转动周期寄存器的值设为#0ffffh，进行步骤19；

步骤3、判断是否是定时器模块1捕捉中断：是则，进行步骤4，否则，进行步骤6；

步骤4、清捕捉/比较模块1的中断标志位，进行步骤5；

步骤5、判断喷油脉宽输出端口引脚是否出现下降沿：是则，判断为喷油器开始喷油，进行步骤7；否则，判断为喷油脉宽输出端口引脚出现上升沿，即喷油器喷油结束，进行步骤19；

步骤6、判断是否是定时器模块3的捕捉中断：是则进行步骤8；否则，进行步骤19；

步骤7、清进位标志位C；将根据喷油MAP查表获得的喷油脉宽定时，赋值给模块1捕捉比较寄存器，进行步骤19；

步骤8、清定时器模块3的捕捉/比较中断标志位；将喷油标志位取反；进行步骤9；

步骤9、根据喷油脉宽输出端口引脚的状态判断喷油器是否在喷油：是则，进行步骤13；否则，进行步骤10；

步骤10、根据喷油标志位判断是否要喷油：是则，进行步骤11；否则，进行步骤12

步骤11、将喷油时刻控制常数赋给模块1捕捉比较寄存器，进行步骤13；

步骤12、将#0ffffh赋值给模块1捕捉比较寄存器，进行步骤13；

步骤13、将转动周期读取标志位取反，进行步骤14；

步骤14、根据转动周期读取标志位判断是否读取转动周期：是则，进行步骤16；否则，进行步骤15；

步骤15、清定时器寄存器值，进行步骤19；

步骤16、判断是不是第一次读转动周期：是则，进行步骤17；否则，进行步骤18；

步骤17、不读周期；清第一次读转动周期标志位，进行步骤19；

步骤18、存储捕捉的转动周期的低字节；存储捕捉的转动周期的高字节，进行步骤19；

步骤19、中断返回。

该步骤完成对信号的处理，以便于操作。

本发明小型汽油机电子燃油喷射控制系统所具有的有益效果是：通过在发动机的节气门体设置节气门位置传感器，发动机的磁电机上设置曲轴位置传感器，节气门位置传感器输出端和曲轴位置传感器的输出端分别连接电控单元的输入端；电控单元根据曲轴位置传感器的曲轴位置信号判断发动机工作循环，分析处理控制实现每转两圈喷一次油，所述的分析处理控制采用同一定时器阵列的两个定时器模块实现喷油控制，其中一个定时器模块利用其捕捉中断功能由曲轴位置信号获取发动机转速，另一个定时器模块利用其高速输出中断功能实现喷油控制，提高发动机输出功率、降低燃油消耗、减小排放污染、降低开发成本。

本系统不使用单独的转速信号传感器，电控单元接收来自曲轴位置传感器的信号，计算获得发动机转速。采用同一定时器阵列的两个定时器模块，就可以实现发动机转速测量并同时实现喷油时序控制，其实现简单方便，成本得到有效控制。

本发明可以实现：

1)利用传统点火系统磁电机线圈的点火基准信号，电控单元感知曲轴位置进而判断发动机工作循环，采用定时器模块的高速输出中断实现每转两圈喷一次油，保证发动机高速运转时即喷油脉宽大于发动机转动周期的情况下，电控燃油喷射系统能正常工作。

2)未使用单独的转速信号传感器，电控单元接收来自发动机磁电机线圈的点火基准信号，对该点火基准信号进行处理后，计算获得发动机转速。

3)所提供的电子燃油喷射控制方法仅需要同一定时器阵列的两个定时器模块，就可以同时实现发动机转速测量和喷油控制，简化了控制器结构，方法简单方便，成本得到有效控制。

本发明不仅可以提高小型单缸汽油机的整机性能，而且可以在车用多缸汽油机上推广使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电路原理方框图；

图3是本发明的控制方法的步骤S01-S13的控制流程图；

图4是本发明的控制方法的步骤S14-S19的控制流程图；

图中：1、发动机  2、启动开关  3、曲轴位置传感器  4、节气门位置传感器  5、电控单元  6、喷油器  7、电动燃油泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1所示，电控单元5的输出端连接电动燃油泵7、喷油器6，发动机1的节气门体设置节气门位置传感器4，发动机1的磁电机上设置曲轴位置传感器3，节气门位置传感器4输出端和曲轴位置传感器3的输出端分别连接电控单元5的输入端；电控单元5的输入端设置连接启动开关2。

摩托车发动机1采用轻骑汽车集团公司生产的单缸四冲程发动机改装。燃油喷射方式为节气门体燃油喷射。电控单元5采用单片机及其外围电路。

节气门位置传感器4安装在节气门体上，与节气门轴相连，其功能作用是将节气门的开度信号转换为电信号输入到电控单元5，用来感知发动机1的负荷大小，作为电控单元5判断发动机运行工况的依据。

曲轴位置传感器3采用点火基准信号传感器用来检测曲轴转角和发动机转速。当发动机1工作时，磁电机外转子与发动机同轴旋转，在其外转子表面上的永久磁铁(俗称凸台)磁场使固定在车架上的磁电机触发线圈感应出电压，由于永久磁铁有一定的宽度，所以其在接近触发线圈和离开触发线圈时，在触发线圈中各产生一个脉冲，该脉冲电压为先正后负，这就是点火基准信号。本实例此点火基准信号来判断曲轴位置，进而判断发动机1旋转圈数。曲轴位置传感器3还可以是设置与曲轴的光电开关、光电计数器等。

电控单元5发出的指令打开电动燃油泵7，电动燃油泵7从燃油箱内将燃油吸起，加压后经燃油滤清器滤去杂质，压力调节器对压力进行调整，并使过量的燃油仍返回汽油箱，然后经输油管配送给油轨、喷油器6；喷油器6根据电控单元5发出的指令，将适量的燃油喷入进气管，从而完成了燃油供给过程。

如图2所示，电控单元5中设置程序存储器和数据存储器，来自磁电机触发线圈点火基准信号，通过施密特滤波电路和光电隔离电路将点火脉冲信号处理成方波信号输入单片机；由节气门位置传感器输入的节气门位置信号，通过低通滤波电路的处理输入单片机；单片机的数字量输出端口输出喷油信号，输出过程是通过光电隔离电路、功率驱动电路组成喷油控制电路完成。单片机的数字量输出端口输出电动油泵控制信号和喷油脉宽信号，输出过程通过光电隔离电路、功率驱动单元组成控制电路完成。

工作时，系统上电，电控单元5给出油泵控制信号，油泵通电开始泵油。发动机运行时，电控单元根据各传感器提供的发动机转速和节气门开度，判断发动机的所处的工况状态，然后按程序中MAP图(发动机在各种工况下所需的喷油控制曲线图，称为MAP图)查表获得当前工况最佳喷油脉宽，并将喷油信号输给喷油控制执行器电路，喷油器根据该信号的脉冲宽度，实现精确喷油。

如图3、图4所示，本发明所提供喷油控制方法，通过判断发动机旋转圈数，采用定时器模块的高速输出中断实现每转两圈喷一次油，保证发动机高速运转时即喷油脉宽大于发动机转动周期的情况下，电控燃油喷射系统能正常工作。所述喷油控制方法采用同一定时器阵列的两个定时器模块实现喷油控制，其中一个定时器模块利用其捕捉中断功能由所述曲轴位置信号获取发动机转速，另一个定时器模块利用其高速输出中断功能实现喷油控制，其喷油控制方法流程为：

步骤S01、判断是否是定时器溢出中断：是则，进行步骤S02，否则，进行步骤S03；

步骤S02、将定时器溢出中断标志位清零，将转速为零的标志位置1，将发动机转动周期寄存器的值设为#0ffffh，进行步骤S19；

步骤S03、判断是否是定时器模块1捕捉中断：是则，进行步骤S04，否则，进行步骤S06；

步骤S04、清捕捉/比较模块1的中断标志位，进行步骤S05；

步骤S05、判断喷油脉宽输出端口引脚是否出现下降沿：是则，判断为喷油器开始喷油，进行步骤S07；否则，判断为喷油脉宽输出端口引脚出现上升沿，即喷油器喷油结束，进行步骤S19；

步骤S06、判断是否是定时器模块3的捕捉中断：是则进行步骤S08；否则，进行步骤S19；

步骤S07、清进位标志位C；将根据喷油MAP查表获得的喷油脉宽定时，赋值给模块1捕捉比较寄存器，进行步骤S19；

步骤S08、清定时器模块3的捕捉/比较中断标志位；将喷油标志位取反；进行步骤S09；

步骤S09、根据喷油脉宽输出端口引脚的状态判断喷油器是否在喷油：是则，进行步骤S13；否则，进行步骤S10；

步骤S10、根据喷油标志位判断是否要喷油：是则，进行步骤S11；否则，进行步骤S12

步骤S11、将喷油时刻控制常数赋给模块1捕捉比较寄存器，进行步骤S13；

步骤S12、将#0ffffh赋值给模块1捕捉比较寄存器，进行步骤S13；

步骤S13、将转动周期读取标志位取反，进行步骤S14；

步骤S14、根据转动周期读取标志位判断是否读取转动周期：是则，进行步骤S16；否则，进行步骤S15；

步骤S15、清定时器寄存器值，进行步骤S19；

步骤S16、判断是不是第一次读转动周期：是则，进行步骤S17；否则，进行步骤S18；

步骤S17、不读周期；清第一次读转动周期标志位，进行步骤S19；

步骤S18、存储捕捉的转动周期的低字节；存储捕捉的转动周期的高字节，进行步骤S19；

步骤S19、中断返回。

本发明中提及的单片机及其外围电路为普通现有技术，其设置和使用为本行业技术人员所掌握。

Claims (3)

1.小型汽油机电子燃油喷射控制系统，包括发动机和电控单元，电控单元的输出端连接电动燃油泵、喷油器，其特征在于：

发动机的节气门体设置节气门位置传感器，发动机的磁电机上设置曲轴位置传感器，节气门位置传感器输出端和曲轴位置传感器的输出端分别连接电控单元的输入端；电控单元根据曲轴位置传感器的曲轴位置信号判断发动机工作循环，分析处理控制实现每转两圈喷一次油，所述的分析处理控制采用同一定时器阵列的两个定时器模块实现喷油控制，其中一个定时器模块利用其捕捉中断功能由曲轴位置信号获取发动机转速，另一个定时器模块利用其高速输出中断功能实现喷油控制；所述的曲轴位置传感器为点火基准信号传感器，通过磁电机的触发线圈采集曲轴位置信号，用于检测曲轴转角和发动机转速；所述的曲轴位置传感器通过施密特滤波电路和光电隔离电路将点火脉冲信号处理成方波信号输入电控单元，通过计算获得发动机转速；

所述的电控单元分析处理控制，包括以下步骤：

步骤1、判断是否是定时器溢出中断：是则，进行步骤2，否则，进行步骤3；

步骤2、将定时器溢出中断标志位清零，将转速为零的标志位置1，将发动机转动周期寄存器的值设为#0ffffh，进行步骤19；

步骤3、判断是否是定时器模块1捕捉中断：是则，进行步骤4，否则，进行步骤6；

步骤4、清捕捉/比较模块1的中断标志位，进行步骤5；

步骤5、判断喷油脉宽输出端口引脚是否出现下降沿：是则，判断为喷油器开始喷油，进行步骤7；否则，判断为喷油脉宽输出端口引脚出现上升沿，即喷油器喷油结束，进行步骤19；

步骤6、判断是否是定时器模块3的捕捉中断：是则进行步骤8；否则，进行步骤19；

步骤7、清进位标志位C；将根据喷油MAP查表获得的喷油脉宽定时，赋值给模块1捕捉比较寄存器，进行步骤19；

步骤8、清定时器模块3的捕捉/比较中断标志位；将喷油标志位取反；进行步骤9；

步骤9、根据喷油脉宽输出端口引脚的状态判断喷油器是否在喷油：是则，进行步骤13；否则，进行步骤10；

步骤10、根据喷油标志位判断是否要喷油：是则，进行步骤11；否则，进行步骤12

步骤11、将喷油时刻控制常数赋给模块1捕捉比较寄存器，进行步骤13；

步骤12、将#0ffffh赋值给模块1捕捉比较寄存器，进行步骤13；

步骤13、将转动周期读取标志位取反，进行步骤14；

步骤14、根据转动周期读取标志位判断是否读取转动周期：是则，进行步骤16；否则，进行步骤15；

步骤15、清定时器寄存器值，进行步骤19；

步骤16、判断是不是第一次读转动周期：是则，进行步骤17；否则，进行步骤18；

步骤17、不读周期；清第一次读转动周期标志位，进行步骤19；

步骤18、存储捕捉的转动周期的低字节；存储捕捉的转动周期的高字节，进行步骤19；

步骤19、中断返回。

2.根据权利要求1所述的小型汽油机电子燃油喷射控制系统，其特征在于：所述的节气门位置传感器的输出端通过低通滤波电路连接电控单元，采集节气门位置信号通过低通滤波电路的处理后输入电控单元进行处理，电控单元的输出端通过光电隔离电路、功率驱动电路分别连接电动燃油泵、喷油器，输出油泵控制信号和喷油脉宽信号。

3.根据权利要求1所述的小型汽油机电子燃油喷射控制系统，其特征在于：所述的电控单元分析处理控制，定义转动周期读取标志位、喷油标志位判断发动机旋转的圈数，采用定时器模块高速输出中断方式控制发动机两圈喷一次燃油。

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