CN102678356A

CN102678356A - 一体式摩托车闭环电喷控制系统

Info

Publication number: CN102678356A
Application number: CN2012101580005A
Authority: CN
Inventors: 王六闰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明提供一体式摩托车闭环电喷控制系统，其包括电喷控制器，即微处理器，和将进气压力感应器、发动机温度传感器、位置传感器、怠速控制阀与微处理器集成在一起的电路板，及与这个电路板相配套的壳体，将电路板装到壳体中，用胶密封，使整个电喷系统具有防尘、防水、防腐、防震等功能，体积小，结构简单，可靠性高，生产一致性好等优点，控制精度高，能够适应恶劣环境，几乎能匹配所有从50CC到250CC排量的骑式、踏板式4冲程摩托车。

Description

一体式摩托车闭环电喷控制系统

技术领域

本发明涉及一种摩托车电喷控制系统，尤其涉及一种一体式摩托车闭环电喷控制系统。

背景技术

目前，绝大多数摩托车都采用化油器控制供油方式，采用化油器供油方式具有以下问题：油耗高，动力差，冷起动困难、对环境适应性差、油耗大，排放难达到国家要求。随着全球对环境的日益关注，电喷摩托车的推广成为必然的趋势。现有的电喷摩托车有的形式上采用开环电喷技术，有的为分散式结构布置，即各种传感器、节气门体、电子控制单元等分开布置。这种布置方式，造成了电喷系统各部件之间通过线束连接，容易引起接触不好，不稳定，怠速不稳及抗干扰能力差等问题。采用电子控制技术是汽油机提高动力性、降低油耗、改善排放和增加安全性的重要途径。随着排放法规的日益严格，摩托车电子控制化已经成为一种必然的趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体式摩托车闭环电喷控制系统，以解决现有技术存在的开环控制以及结构布置分散等问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种一体式摩托车闭环电喷控制系统，其包括：进气压力传感器，用于检测进气压力；进气温度传感器，用于检测进入发动机空气的温度；节气门位置传感器，用于检测节气门的位置；转速传感器，用于检测发动机的转速和曲轴位置；倾倒传感器，用于检测摩托车的立体位置；氧传感器，用于检测发动机的排气中氧的浓度；发动机温度传感器，用于检测发动机的缸体温度；信号处理电路，与所述进气压力传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器、转速传感器、倾倒传感器、氧传感器和发动机温度传感器连接，用于转换检测信号；微控制器，与所述信号处理电路连接，用于处理检测信号并向执行机构发出控制指令，且所述微控制器包括至少用于存储控制策略和最佳试验数据的存储器；驱动集成芯片，与所述微控制器连接，用于驱动摩托车的多个执行机构；点火驱动电路，与所述驱动集成芯片连接，用于点火驱动；怠速旁通控制阀，与所述驱动集成芯片连接，用于PWM调节空气旁通量以稳定发动机的怠速；诊断通讯电路，连接于所述微控制器和摩托车的CAN总线之间，用于进行信息交互；其中，所述微控制器还用于在接收到一个点火开关信号后，所述微控制器输出一控制信号对摩托车执行机构的油泵定时供电，使油泵在一定时间内连续泵油；接着所述微控制器读取所述倾倒传感器、进气压力传感器、发动机温度传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器的信息，并在接收一起动信号后，所述微控制器判定摩托车处于起动状态，发出喷油和点火驱动指令，通过所述驱动集成芯片与点火驱动电路，驱动摩托车的喷油嘴喷油和点火系统工作，完成摩托车发动机的起动；所述微控制器还用于在摩托车发动机的起动之后读取所述存储器中的最佳试验数据，比较所述信号处理电路与所述最佳试验数据，做出判定结果并发出指令信号；其中，所述微控制器用于根据所述氧传感器检测的排气中的氧浓度，及时调整喷油量从而使混合气的的空燃比始终保持在理论空燃比附近的狭小范围内，借此实现摩托车电喷闭环控制。

根据上述一体式摩托车闭环电喷控制系统的一种优选实施方式，其中，还包括壳体，所述进气压力传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器、信号处理电路、微控制器、驱动集成芯片和诊断通讯电路集成于同一电路板上，所述电路板设于所述壳体中，所述壳体上设有用于使所述进气压力传感器感知进气管进气压力的进气压力通道、用于使所述怠速旁通控制阀与外界连接的怠速阀通道、用于使所述微控制器与外界进行通信连接的微控制器接口、所述节气门位置传感器。

综上，本发明是一种集成化程度很高的智能发动机管理系统，包括了具有控制策略的微控制器和多个传感器，并进一步设计了将多个传感器与微控制器集成在同一电路板上，以及设计了一个与该电路板相配套的壳体，将电路板装到壳体中，用胶密封，使整个电喷系统具有防尘、防水、防腐、防震、体积小、结构简单、可靠性高、生产一致性好等优点，控制精度高，能够适应恶劣环境，几乎能匹配所有从50CC到250CC排量的骑式、踏板式4冲程摩托车。

附图说明

图1为本发明优选实施例的电路结构示意图；

图2为本发明优选实施例的壳体结构示意图；

图3为本发明优选实施例的控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1、图2和图3分别示出了本发明优选实施例的电路结构、壳体外观结构和控制流程，如图所示，本优选实施例包括电子控制单元（ECU）1和壳体8，电子控制单元1设于壳体8中，并用硅胶封装。电子控制单元1包括集成于同一电路板上的多个电路元件，具体包括电源电路11、信号处理电路12、微控制器（MCU）13、驱动集成芯片14、点火驱动电路15、怠速旁通控制阀16、诊断通讯电路17、进气压力传感器181、节气门位置传感器182、进气温度传感器183，其中，电源电路11接收参考电源31和钥匙开关32的控制，不但用于向该电路板上的各有源元件供电，还向其他传感器电源33供电。信号处理电路12包括脉冲信号处理电路121、模拟信号处理电路122。此外，在该电路板之外，本发明优选实施例还包括多个传感器，如转速传感器41、氧传感器42、发动机温度传感器43、倾倒传感器44。该电路板还与多个执行机构和数据传输线路连接，例如氧传感器加热器71、油泵72、喷油嘴73、点火装置6和CAN总线5。

在上述各个传感器中，进气压力传感器181用于检测进气压力。进气温度传感器183用于检测进入发动机空气的温度。节气门位置传感器182用于检测节气门的位置。转速传感器41用于检测发动机的转速和曲轴位置。倾倒传感器44用于检测摩托车的立体位置。氧传感器42用于检测发动机的排气中氧的浓度。发动机温度传感器43用于检测发动机的温度传感器，其优选位置设在缸头。信号处理电路12用于转换检测信号。至于其他电子部件，微控制器13主要用于处理检测信号并向执行机构发出控制指令，且包括至少用于存储最佳试验数据的存储器（未示出）。驱动集成芯片14用于驱动摩托车的多个执行机构。点火驱动电路15用于点火驱动。怠速旁通控制阀16用于PWM调节空气旁通量以稳定发动机的怠速。诊断通讯电路17用于进行信息交互。

图2所示的壳体8上设有进气压力通道84、怠速阀通道83、ECU接口81、节气门位置传感器82，节气门位置传感器82可以由四个固定节气门体螺丝（图中未示出）固定。

图1中，电子控制单元1的作用是根据自身的数据处理能力对发动机各传感器输入的各种信息进行运算、处理、判断、然后输出指令，控制有关执行器动作，达到快速、准确、自动控制发动机工作的目的。诊断通讯电路17，包括CAN总线的所有输出入信号，全部连接到壳体8中ECU接口81的插针上。将电子控制单元1装到配套的壳体8中，用胶封装，通过壳体8的ECU接口81的插针，接到外部的各种部件，例如氧传感器、转速传感器、发动机温度传感器、倾倒传感器、油泵、喷油嘴等，从而组成一个完整的摩托车闭环电喷控制系统。

图3为微控制器13的控制策略的流程图。控制过程在步骤S100开始及步骤S101初始化之后，微控制器13接收各个传感器输入的数据；微控制器13将转化好的数据放到其存储器的储存区；通过预设的控制命令，微控制器将存储器里的数据输送到其运算器；运算器实现计算功能，计算结果也会再传送到存储器；控制器再将存储器里的数据，调动到引脚输出端口，向执行元件发出指令。具体参考图3所示，其中步骤S102、步骤S104、步骤S108、步骤S110、步骤S113、步骤S115为判断步骤，微控制器13根据相应的传感器数据进行判断，判断之后，根据不同的结果，分别进入步骤S103、步骤S105、步骤S109、步骤S111、步骤S114、步骤S116和步骤S117，尤其是在执行步骤S117之后返回步骤S102，完成一个工作循环。

更具体的描述是，摩托车发动机的工作过程分为起动过程与行车过程。

在摩托车起动过程中，摩托车起动前都是要合上点火开关（钥匙开关32），电源电路11工作，其发送一个高电平信号通向微控制器13的一个引脚，微控制器13接到信号后，会在一输出脚立即输出一个高电平对油泵72定时供电，让油泵72在一定时间内（例如20S）内连续泵油，接着读取倾倒传感器44、进气压力传感器181的信息，然后读取发动机温度传感器43、节气门位置传感器182、进气温度传感器183中信息。有了各传感器的信息，此时按下摩托车转把上的起动开关，微控制器13根据各传感器状态判定出摩托车处于起动状态，发出喷油和点火驱动指令，通过驱动集成芯片14与点火驱动电路15，驱动喷油嘴73和点火装置6工作，完成起动。

在摩托车行车过程中，当发动机工作时，用户转动油门把手，节气门中转叶打开大小会发生变化，被节气门位置传感器182接收并将信号传到微控制器13。同时壳体8上的怠速阀通道83与进气压力通道84都会打开，并通过相应传感器将信号传到微控制器13。

当节气门位置传感器182检测的发动机转速与转角信号（脉冲信号）、进气压力传感器181检测的负荷信号（模拟信号）和进气温度传感器183（也称为进气温度传感器）检测的温度信号（模拟信号）等输入电子控制单元1之后，首先通过模拟信号处理电路122进行信号处理。如果是数字信号，就根据微控制器13的安排经诊断通讯电路17直接进入微控制器13。大多数信息暂时存储在微控制器13的只读存储器中，根据控制指令再从其中输入微控制器13。

接着，将预先存储在ROM中的最佳试验数据引入微控制器13，将传感器输入的信息与其进行比较。微控制器13将来自传感器的各种信息依次取样，与最佳试验数据进行逻辑运算，通过比较做出判定结果并发出指令信号，经接口电路、输出回路控制执行器动作。例如，如果是喷油器驱动信号，就控制喷油器电磁线圈通电时刻和持续通电时间，得出应该提供给喷油嘴73的最佳喷油脉冲和最佳点火时刻，完成控制喷油功能；如果是点火器驱动信号，就控制点火线圈控制器导通时刻，完成控制点火功能。如果执行器需要线性电流量驱动，微控制器13就控制占空比来控制输出回路导通与截止，使流过执行器电磁线圈的平均电流线性增大或减小。同时驱动怠速旁通控制阀16调节阀的开度来稳定怠速。

发动机工作时，微控制器13运行速度相当快，例如喷油量、点火时刻控制、每秒钟可以修正上百次，因此控制精度很高。

在发动机工作过程中，氧传感器42随时检测排气中的氧浓度，并随时向电子控制单元1的微控制器13反馈信号。电子控制单元1则根据反馈来的信号及时调整喷油量，如信号反映混合气较浓，则减少喷油时间；反之，如信号反映较稀，则延长喷油时间加大油量。从而使混合气的的空燃比始终保持在理论空燃比附近的狭小范围内，借此本发明优选实施例实现摩托车电喷闭环控制，解决目前电喷摩托车大多是开环控制的问题。

综上，本发明提供一种一体式摩托车闭环电喷控制系统及相配套的壳体设计，其微控制器的控制策略主要包括底层系统软件结构设计、主控程序设计和喷油控制模块等功能模块设计及资源分配等，以及每工作循环进气量精确计算策略、起动与暖机工况喷油控制策略、部分负荷空燃比闭环控制策略、全负荷功率加浓控制策略、瞬态工况补偿策略、自学习校正策略及安全保护模式与失效策略等。

本发明的另一特点是ECU的硬件电路设计，该设计融合了先进的电子技术，将微控制器、进气压力传感器、进气温度传感器、非接触式的节气门位置传感器和PWM调节的怠速旁通控制阀集成在一个ECU电路板上。微控制器可以采用高性能的16位微控制器加以智能功率输出级控制、微控制器外围芯片大规模集成技术及高抗噪高精度的信号处理电路，诊断和通讯通过CAN总线进行连接。使新型ECU具有控制精度高、可靠性高、集成度高、可靠性高、能够适应恶劣环境及价格低等特点。

本发明的第三个特点设计了与ECU电路配套的壳体。将电路板安装在壳体上，并用胶进行封装。具有防尘、防水、防腐、防震功能，体积小，结构简单的特点。

可见本发明具有以下有益效果：低温起动性佳，冷车易启动。燃料消耗较低，比化油器省油达5-15%。以电磁喷嘴替代化油器油气雾化佳，能准确喷油。集成压力传感器，适合不同海拔高度地区。加速反应较灵敏，动力输出顺畅。混合气燃烧较完全，废气污染较少，轻松达标，具有向更高法规升级潜力。怠速稳定，引擎不易熄火。安全大幅提升，装有倾倒传感器，车子倾倒时供油系统自动停止发动机自动熄火。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims

1.一种一体式摩托车闭环电喷控制系统，其特征在于，包括：

进气压力传感器，用于检测进气压力；

进气温度传感器，用于检测进入发动机空气的温度；

节气门位置传感器，用于检测节气门的位置；

转速传感器，用于检测发动机的转速和曲轴位置；

倾倒传感器，用于检测摩托车的立体位置；

氧传感器，用于检测发动机的排气中氧的浓度；

发动机温度传感器，用于检测发动机的缸体温度；

信号处理电路，与所述进气压力传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器、转速传感器、倾倒传感器、氧传感器和发动机温度传感器连接，用于转换检测信号；

微控制器，与所述信号处理电路连接，用于处理检测信号并向执行机构发出控制指令，且所述微控制器包括至少用于存储控制策略和最佳试验数据的存储器；

驱动集成芯片，与所述所述微控制器连接，用于驱动摩托车的多个执行机构；

点火驱动电路，与所述驱动集成芯片连接，用于驱动点火装置；

怠速旁通控制阀，与所述驱动集成芯片连接，用于PWM调节空气旁通量以稳定发动机的怠速；

诊断通讯电路，连接于所述微控制器和摩托车的CAN总线之间，用于进行信息交互；

其中，所述微控制器具体用于在接收到一个点火开关信号后，所述微控制器输出一控制信号对摩托车执行机构的油泵定时供电，使油泵在一定时间内连续泵油；接着所述微控制器读取所述倾倒传感器、进气压力传感器、发动机温度传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器的信息，并在接收一起动信号后，所述微控制器判定摩托车处于起动状态，发出喷油和点火驱动指令，通过所述驱动集成芯片与点火驱动电路，驱动摩托车的喷油嘴喷油和点火装置工作，完成摩托车发动机的起动；

所述微控制器还用于在摩托车发动机的起动之后读取所述存储器中的最佳试验数据，比较所述信号处理电路与所述最佳试验数据，做出判定结果并发出指令信号；其中，所述微控制器用于根据所述氧传感器检测的排气中的氧浓度，及时调整喷油量从而使混合气的的空燃比始终保持在理论空燃比附近的狭小范围内，借此实现摩托车电喷闭环控制。

2.根据权利要求1所述的一体式摩托车闭环电喷控制系统，其特征在于，还包括壳体，所述进气压力传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器、信号处理电路、微控制器、驱动集成芯片和诊断通讯电路集成于同一电路板上，所述电路板设于所述壳体中，所述壳体上设有用于使所述进气压力传感器感知进气管进气压力的进气压力通道、用于使所述怠速旁通控制阀与外界连接的怠速阀通道、用于使所述微控制器与外界进行通信连接的微控制器接口、所述节气门位置传感器。