CN102650238A - 一种化油器节气门开度控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化油器节气门开度控制系统和方法，属于机械及自动化领域，所述的控制系统包括化油器本体、步进电机、与步进电机相连并控制节气门开度的传动机构、ECU控制装置、线性霍尔调节装置、以及用于采集负载变化的负载传感器；线性霍尔调节装置和负载传感器与ECU控制装置通信连接。本发明采用线性霍尔调节装置结合步进电机和传动机构实现对不同类型化油器节气门开度的自动控制，通过多处软硬件的设置增加了系统的控制精度，使发动机达到最佳怠速状态，通过将线性霍尔电压与负载信号形成对应关系，实现对发动机和负载进行有效的控制。

Description

一种化油器节气门开度控制系统和方法
技术领域
本发明涉及机械及自动化领域，具体地说涉及通用型及小型汽油发动机化油器的节气门开度控制系统和方法。 
背景技术
传统的通用型或小型汽油发动机，一般都是通过钢丝油门线控制转速和输出功率大小，而油门线的运动，则由油门把手控制；所以加大油门的动作，实际上就是通过拧动油门把手来改变化油器节气门（柱塞）位置实现的。通过油门线改变柱塞与主油针的高度，可以同步控制可燃混合气的流量与浓度，从而控制发动机输出的力矩与转速。手动拉线来控制发动机油门大小，这种方法简单实用。但当发动机带载的对象发生变化后，比如当其带动发电机工作时，因无法测定发电机的状态，就无法完成特定的要求。 
为了实现对节气门开度的自动控制，现有技术中通过对节气门增加传感器和控制器，实现对节气门的控制，被称为电子节气门。但目前对节气门的控制比较单一，无法根据发动机的运行状况实现对节气门开度的精确控制。 
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种可根据发动机的运行状况实现对节气门开度进行精确、有效控制的化油器节气门开度控制系统；本发明的另一个目的是提供该系统中对节气门开度的控制方法。 
技术方案：本发明的一种化油器节气门开度控制系统，包括化油器本体、步进电机、与步进电机相连并控制节气门开度的传动机构、ECU控制装置、线性霍尔调节装置、以及用于采集负载变化的负载传感器；所述线性霍尔调节装置和负载传感器与ECU控制装置通信连接。 
对于真空薄膜式化油器，所述传动机构包括摇臂、拉杆，所述摇臂与步进电机相连，所述拉杆一端安装在摇臂上，另一端与真空薄膜式化油器的主风门相连。为了减少系统摩擦，防止因摩擦引起的精度降低，所述拉杆两端设有关节轴承，所述关节轴承通过球头销分别与摇臂和风门连接。作为本发明的进一步优化，所述摇臂上设有若干用于调节拉杆位置的定位孔，方便调节球头销在定位孔上的位置。 
对于柱塞式化油器，所述传动机构包括电机转盘和拉线，所述电机转盘与步进电机相连，所述拉线一端固定在电机转盘上，另一端与柱塞式化油器的针阀相连。当步进电机转动时，电机转盘带动拉线可实现对针阀的调节。由于采用步进电机控制取代人工手拉拉线，发明对位于柱塞一侧的柱塞弹簧进行了适应性改进，相对减小了柱塞弹簧的弹性。 
本发明所述的线性霍尔调节装置包括但不限于线性霍尔调节手柄、线性霍尔调节脚踏。 
本发明所述的ECU控制装置指发动机电子控制装置，也称发动机控制器，主要是对发动机中的燃油和点火系统进行闭环控制，从而提高燃油经济性并减少发动机产生的气体污染。本发明通过在ECU控制装置上进行相应改进，实现对节气门可控式的精确开度。 
所述ECU控制系统包括：用于保存最佳怠速状态下步进电机转角的存储单元，和用于信号处理后控制步进电机转动的控制单元。 
为了增加系统控制的精度，本发明在零部件上减少系统的摩擦阻力，在控制上通过线性控制保证系统的精度，具体的说，是采用线性霍尔调节装置输出的一组线性霍尔电压实现的。 
为了提高系统的发动成功率，实现对发动机及负载进行有效的控制，本发明所述的控制系统还设有节气门初始位置调节装置，与ECU控制装置通信连接。具体地说，所述节气门初始位置调节装置设有两个调节按钮，通过ECU控制装置的控制单元，控制步进电机向正方向或反方向转动，调节节气门的开度大小。 
对于本发明所述控制系统控制节气门开度的方法，包括如下步骤： 
（1）系统初次运行时自动调整节气门的初始位置；
（2）ECU控制装置将采集到的线性霍尔电压和负载信号处理后，预存入存储单元中；
（3）控制单元通过步进电机调节节气门的开度大小，使所述线性霍尔电压与负载信号保持步骤（2）中的对应关系。
本发明所述的负载传感器包括电流传感器和/或电压传感器。 
所述的负载包括蓄电池组及用于整车设备上的用电装置，在本发明中，所述负载还包括与发动机轴相连的发电机。由于发电机的工作状态正常情况下无法测定，因此通过测定发电机的电流和电压与输入的线性霍尔电压相对应，实现与发动机的同步控制。 
为了使发动机达到最佳怠速状态，本发明通过设置节气门初试位置实现对发动机的优化配置，明步骤（1）所述调整节气门初试位置的方法是： 
（11）调节节气门初始位置调节装置，在系统达到最佳怠速状态时，将此时步进电机的步进转角存入ECU控制装置的存储单元中；
（12）系统再次启动时ECU控制装置的控制单元载入预存的转角信号，向步进电机发送控制信号。
为了进一步提高系统的可靠性和抗干扰性能，所述ECU控制装置对发动机输出功率的采集使用相互连接的“看门狗”计时器。具体的说，ECU控制装置设有定时器T0和定时器T1，用定时器T0监视定时器T1，用定时器T1监视主程序，主程序监视定时器T0，这种环形结构可以精确监控发动机的即时状态，保护免遭随机干扰的影响。 
本发明的ECU控制装置设有ISP（In-System Programmable）接口，用于将系统软件烧录进控制装置的单片机内，无需将整个装置拆卸。 
为了进一步实现对节气门的精确控制，降低外界因素的干扰，防止系统在异常情况下受到干扰，导致系统长时间异常工作，所述ECU控制装置对发动机输出功率的采集使用相互连接的“看门狗”计时器，如果MCU/CPU 不在规定的时间内按要求访问看门狗，就认为MCU/CPU处于异常状态，看门狗就会强迫MCU/CPU复位，使系统重新从头开始按规律执行用户程序。所述ECU控制装置还设有数字滤波系统、RAM数据保护抗干扰系统。 
有益效果：本发明采用线性霍尔调节装置结合步进电机和传动机构实现对不同类型化油器节气门开度的自动控制，通过多处软硬件的设置增加了系统的控制精度，使发动机达到最佳怠速状态，通过将线性霍尔电压与负载信号形成对应关系，实现对发动机和负载进行有效的控制。 
附图说明
图1是本发明真空薄膜式化油器节气门开度控制系统的结构示意图； 
图2是图1的俯视图；
图3是本发明柱塞式化油器节气门开度控制系统的结构示意图；
图4是本发明控制系统基于ECU控制装置的结构框图；
图5是本发明ECU控制装置的结构框图，同时说明ECU控制装置的信号处理；
图6是本发明控制节气门开度方法的流程图。
具体实施方式
实施例1
结合图1、图2所示，本事实例中的化油器是真空薄膜式化油器，一般用于中小型发动机，包括化油器本体1，真空薄膜式化油器的主腔通过安装在节气门轴13的主风门14控制空气的进入量。在化油器本体1上安装有电机机座15、电机机座15上安装有12V直流步进电机2，步进电机2输出轴设有一个摇臂7，摇臂7上开有若干定位孔10。摇臂7通过拉杆8连接到节气门的主风门14，拉杆8两端设有关节轴承，通过两个球头销9分别固定在摇臂7定位孔10和主风门14上。
当步进电机2旋转一定角度时，摇臂7如图1所示进行顺时针或逆时针转动，带动拉杆8作用到化油器的主风门14，使主风门14根据节气门轴13旋转一定角度。 
实施例2
如图3所示，本事实例中的化油器是柱塞式化油器，同样用于中小型发动机，包括化油器本体1，柱塞式化油器通过柱塞16带动针阀17控制空气混入量，柱塞16一端设有复位弹簧18。本发明通过利用步进电机2取代了原先的手工拉线，步进电机2输出轴安装有电机转盘11，电机转盘11的转动通过拉线12控制针阀17的开合。为了方便步进电机2控制，复位弹簧18的经过重新设计，弹性比原手工拉线的弹性低。
实施例3
请参考图4，本发明的化油器节气门开度控制系统包括化油器（节气门）1、传动机构3、步进电机2、ECU控制装置4、转速传感器19、线性霍尔调节装置5、负载、节气门初始位置调节装置20
步进电机2通过传动机构控制化油器节气门的开度，对于真空薄膜式化油器，传动机构包括摇臂和拉杆，对于柱塞式化油器，传动机构包括电机转盘和拉线。
ECU控制装置4分别与转速传感器19、线性霍尔调节装置5、负载传感器6、节气门初始位置调节装置20、步进电机2通信连接。 
转速传感器19包括安装于发动机轴或曲轴上的传感器，或者点火脉冲传感器，转速传感器19将转速信号S1传递到ECU控制装置4中。 
线性霍尔调节装置5包括线性霍尔调节手柄或线性霍尔调节脚踏，通过旋转线性霍尔调节装置5，可以输出一组线性霍尔电压S2到ECU控制装置4中。 
负载包括蓄电池或与发动机轴联的发电机，负载向ECU控制装置4发送负载信号S3。对于蓄电池作为负载而言，负载将当前工作电压和/或输出电流传送到ECU控制装置4中；对于发电机作为负载而言，负载通过负载传感器6将当前的电压和/或电流传送到ECU控制装置4中。 
节气门初始位置调节装置20设有两个按钮，按下后可向ECU控制装置4发送以一定步进角正转或反转的信号S4。 
请参考图5，本发明的ECU控制装置4包括用于保存最佳怠速状态下步进电机2转角的存储单元41，和用于信号处理后控制步进电机2转动的控制单元42。在正常运行状态下，转速信号S1、线性霍尔电压信号S2、负载信号S3经控制单元42处理为预存工作状态数据S’保存在存储单元41内。在系统运行过程中，控制单元42不断采集转速信号S1、线性霍尔电压信号S2和负载信号S3，与预存工作状态数据S’进行对比，通过向步进电机2发送转角信号S5对当前发动机工作状态进行调整，当前的工作状态数据与预存工作状态数据S’相符。 
请参考图5，在系统初次运行时，通过调节节气门初始位置调节装置20，经控制单元42向步进电机发送步进转角信号S6，通过步进电机2正向或反向旋转，控制节气门1的开度，从而调节发动机工作状态，当系统达到最佳怠速状态时，将此时步进电机2的步进转角信号S6保存入存储单元41内。但下次系统重新开机时，控制单元42会调用存储单元41预存的步进转角，向步进电机2发送步进转角信号S6，系统的发动更加容易、控制更为有效。 
请参考图6流程图所示，本发明控制节气门开度的方法包括如下步骤： 
S100：系统初次运行时自动调整节气门的初始位置；
S200：ECU控制装置将采集到的线性霍尔电压和负载信号处理后，预存入存储单元中；
S300：控制单元通过步进电机调节节气门的开度大小，使所述线性霍尔电压与负载信号保持步骤（2）中的对应关系。
为了使发动机达到最佳怠速状态，通过设置节气门初试位置实现对发动机的优化配置，步骤S100调整节气门初试位置的方法具体是： 
调节节气门初始位置调节装置，在系统达到最佳怠速状态时，将此时步进电机的步进转角存入ECU控制装置的存储单元中；
系统再次启动时ECU控制装置的控制单元载入预存的转角信号，向步进电机发送控制信号。
为了进一步提高系统的可靠性和抗干扰性能，所述ECU控制装置对发动机输出功率的采集使用相互连接的“看门狗”计时器。具体的说，ECU控制装置设有定时器T0和定时器T1，用定时器T0监视定时器T1，用定时器T1监视主程序，主程序监视定时器T0，这种环形结构可以精确监控发动机的即时状态，保护免遭随机干扰的影响。 
本发明的ECU控制装置设有ISP（In-System Programmable）接口，用于将系统软件烧录进控制装置的单片机内，无需将整个装置拆卸。 
为了进一步实现对节气门的精确控制，降低外界因素的干扰，防止系统在异常情况下受到干扰，导致系统长时间异常工作，所述ECU控制装置对发动机输出功率的采集使用相互连接的“看门狗”计时器，如果MCU/CPU 不在规定的时间内按要求访问看门狗，就认为MCU/CPU处于异常状态，看门狗就会强迫MCU/CPU复位，使系统重新从头开始按规律执行用户程序。所述ECU控制装置还设有数字滤波系统、RAM数据保护抗干扰系统。 
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种化油器节气门开度控制系统，包括化油器本体（1），其特征在于：所述控制系统还包括步进电机（2）、与步进电机（2）相连并控制节气门开度的传动机构（3）、ECU控制装置（4）、线性霍尔调节装置（5）、以及用于采集负载变化的负载传感器（6）；所述线性霍尔调节装置（5）和负载传感器（6）与ECU控制装置（4）通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种化油器节气门开度控制系统，其特征在于：所述传动机构（3）包括摇臂（7）、拉杆（8），所述摇臂（7）与步进电机（2）相连，所述拉杆（8）一端安装在摇臂（7）上，另一端与真空薄膜式化油器的主风门相连。
3.根据权利要求2所述的一种化油器节气门开度控制系统，其特征在于：所述拉杆两端设有关节轴承，所述关节轴承通过球头销（9）分别与摇臂（7）和主风门连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种化油器节气门开度控制系统，其特征在于：所述摇臂（7）上设有若干用于调节拉杆（8）位置的定位孔（10）。
5.根据权利要求1所述的一种化油器节气门开度控制系统，其特征在于：所述传动机构（3）包括电机转盘（11）和拉线（12），所述电机转盘（11）与步进电机（2）相连，所述拉线（12）一端固定在电机转盘（11）上，另一端与柱塞式化油器的针阀相连。
6.根据权利要求1所述的一种化油器节气门开度控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括节气门初始位置调节装置（20），与ECU控制装置（4）通信连接。
7.根据权利要求1所述的一种化油器节气门开度控制系统，其特征在于：所述ECU控制装置（4）包括：用于保存最佳怠速状态下步进电机转角的存储单元（41）；以及用于信号处理后控制步进电机转动的控制单元（42）。
8.如权利要求1所述控制系统控制控制节气门开度的方法，其特征在于所述ECU控制装置包括存储单元和控制单元，所述控制方法包括：
（1）系统初次运行时自动调整节气门的初始位置；
（2）ECU控制装置将采集到的线性霍尔电压和负载信号处理后，预存入存储单元中； 
（3）控制单元通过步进电机调节节气门的开度大小，使所述线性霍尔电压与负载信号保持步骤（2）中的对应关系。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述调整节气门初始位置的方法是：
（11）调节节气门初始位置调节装置，在系统达到最佳怠速状态时，将此时步进电机的转角存入ECU控制装置的存储单元中；
（12）系统再次启动时ECU控制装置的控制单元载入预存的转角信号，向步进电机发送控制信号。
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