CN102852625B - 发动机瞬态进气控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机瞬态进气控制系统，包括设置在发动机进气口与进气歧管之间的进气管道（11）上以调整进气气流强度并使进气气流形成涡流的风机（3）、用于采集车辆状态信息并根据车辆状态信息控制风机（3）运行速度的控制装置。本发明还公开了一种控制上述发动机进气控制系统的方法。控制系统通过对车辆行驶状态信息进行采集处里，根据当前车辆行驶状态，发出指令对风机的旋转速度进行控制调整。一方面提高了发动机进气速度、增强了汽缸内的涡流强度，提高了油气混合效果；另一方面调控了进气管路中的空气质量，控制发动机不同工况下的空气供给，精确控制不同发动机工况下的空燃比，从而改善了燃烧过程。在提高发动机动力的同时，还可以降低燃油消耗和尾气排放。

Description

发动机瞬态进气控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于发动机进气控制领域，尤其涉及一种发动机瞬态进气控制系统，同时，本发明还提供了一种基于发动机瞬态进气控制系统的控制方法。

背景技术

目前，任何一种发动机在运转过程中，进气管路的进气状态都是处于被动吸入状态，进气量的多少完全取决于发动机运行时的吸气效率或消耗发动机自身能量而强制获得。不论是普通自然吸气发动机、涡轮增压发动机，还是具有可变进气系统的发动机，其进气系统都属于被动吸入模式，在不同的转速工况下，空气都要经过一定长度的进气管路向各气缸充气，造成了在不同转速工况下，充气质量呈现脉动现象，发动机在实际运行时吸入的是间歇波动空气流，空气燃油配比失调，造成发动机功率输出时达不到良好的效果，同时发动机排出的尾气不标准。尤其是在车辆处于瞬态工况时，车辆发动机对于进气的需求时刻在变化，空燃比无法得到有效控制，而目前没有能够较为准确地对车辆瞬态所需进气量进行控制的设备，导致车辆在瞬态运行时出现空燃比过高或过低，令车辆性能下降，或造成燃油不能充分燃烧。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种发动机瞬态进气控制系统，可实现对发动机进气状态的瞬态控制，充分满足发动机不同工况下的进气需求，实现了空燃比的精确控制，在提高发动机动力性能以及改善发动机燃油经济性的同时，减少了有害尾气的排放。

为实现上述目的，本发明的发动机瞬态进气控制系统，包括设置在发动机进气口与进气歧管之间的进气管道上以调整进气气流强度并使进气气流形成涡流的风机、用于采集车辆状态信息并根据车辆状态信息控制风机运行速度的控制装置，通过控制装置对车辆信息的采集，判断车辆所处的状态，确定车辆于该状态下所需的空气流量与涡流强度，最终由控制装置通过控制风机的转速，使风机向发动机内输送该车辆状态下所需的空气流量和涡流强度，使发动机于最优的空燃比状态下运行工作，以提高发动机性能。

作为对上述方式的限定，控制装置包括：

主控单元；

信息采集模块，用于对车辆状态信息进行采集，并将采集到的车辆状态信息传递给与其信号输出端相连的主控单元；

风机运行控制模块，接收主控单元发出的控制信号，由主控单元根据车辆状态信号而被控制，进而控制与其相连的风机运转。

作为对上述方式的进一步限定，所述主控单元独立于车辆的ECU设置。

作为对信息采集模块的限定，所述信息采集模块包括用于对车辆节气门开度信号进行实时检测的节气门位置检测模块。

作为对信息采集模块的进一步限定，所述信息检测模块还包括用于对车辆速度信息进行检测的车速感测模块；相应的，在控制装置中设有车速基准存储模块及车速比对模块，所述的车速基准存储模块中存有不少于一个的将车速范围分为多个速度区间的车速值，以及对应于各速度区间设置的节气门位置及与节气门位置对应的风机转速值，所述的车速比对模块根据车速感测模块检测的车辆速度信息确定车辆当前状态所在的速度区间，根据该速度区间内设置的节气门位置及与节气门位置对应的风机转速值，由主控单元控制风机以当前节气门位置对应的风机转速值运行。

作为对信息采集模块的更进一步限定，所述信息检测模块还包括用于对车辆发动机温度值进行检测的发动机温度感测模块;相应的，所述的控制装置中设有温度基准存储模块及温度比对模块，所述的温度基准存储模块中存储有基准温度，在主控单元的控制下，所述的温度比对模块对发动机温度感测模块感测的发动机温度值与温度基准存储模块中存储的基准温度进行比对。

此外，所述信息检测模块还包括用于对车辆外界大气压力信息进行检测的大气压力感测模块。

本发明同时提供了一种发动机进气控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，车辆状态信息获取：由控制装置采集车辆的状态信息；

步骤二，风机控制：由控制装置根据车辆的状态信息判断该状态下所需进气流量、涡流强度，并控制风机转速。

作为对上述方法的限定：所述步骤一车辆信息获取中包括步骤a：节气门开度变化判断：

由节气门位置检测模块实时检测车辆节气门开度信号，并将检测的节气门开度信号实时传送给主控单元；

所述步骤二中风机控制包括:

主控单元将接收到的节气门位置信号进行先后比对，当车辆后一状态的节气门开度值大于或者小于车辆前一状态的节气门开度值时，主控单元依据当前节气门的位置及变化速率控制风机加速或者减速运转；否则风机转速不变。

作为对上述方式的限定，在步骤a之前设有步骤a1：车速感测模块实时检测车辆的速度信息，并将该信息实时传送给主控单元，所述的主控单元控制车速比对模块确定当前状态下车辆所处的速度区间；相应的，在步骤二中，根据节气门位置检测模块检测当前车辆节气门位置信号，由主控单元控制风机以当前节气门位置对应的风机转速值运行。

作为对上述方式的进一步限定，所述步骤a1之前设有步骤a2：发动机温度感测模块实时检测发动机的温度值，并将该温度值实时传送给主控单元，所述的主控单元控制温度比对模块对发动机温度值与温度基准存储模块中存储的基准温度进行比对，当发动机温度值大于基准温度时，主控单元控制风机启动，否则，风机不启动。

采用如上技术方案,其效果如下：

 (1)将风机设置在进气管道与发动机进气歧管的进气管道之间，通过控制装置采集当前车辆的状态信息并根据当前的车辆状态信息对风机的旋转速度加以调整控制。这样，一方面提高了发动机进气速度、增强了汽缸内的涡流强度，提高了油气混合效果；另一方面调控了进气管路中的空气质量，控制发动机不同工况下的空气供给，精确控制不同发动机工况下的空燃比，从而改善了燃烧过程。

(2) 主控单元独立于车辆的ECU设置，提高了主控单元的反应灵敏性，避免了与ECU集成化时的反应延时，增加控制系统安装的便捷性。

(3) 信息采集模块具有用于对车辆节气门开度信号进行实时检测的节气门位置检测模块，该结构的采用，由于发动机所需空气流量的变化是通过节气门开度的变化所引发的，因此，依据节气门位置建立节气门开度与风机转速之间的控制关系曲线，以改善油气混合精确控制空燃比，满足发动机的瞬态进气需求。

（4）信息检测模块包括有用于对车辆速度信息进行检测的车速感测模块，相应的，在控制系统中设有车速基准存储模块及车速比对模块，由于进入风机的空气初始状态的不同以及其他因素影响，比如空气阻力的变化，会导致不同的车速行驶状态下，相同的的节气门开度位置，所需的的空气流量及涡流强度是不同的。但是，节气门可能会在两个不同的速度范围内具有相同的开度，所以仅根据节气门开度变化来调整风机的转速，可能会导致不同行驶速度下节气门开度相同，而其所需的进气流量、涡流强度均不相同，通过各模块的设置，建立风机的转速与车速之间的关系，其中在车速基准模块中存储至少一个车速值，比如两个个，这两个车速值将车辆的行驶状态按照速度划分为三个速度区间，设置不同的控制参数曲线来调控风机转速。这样，在车辆实际行驶过程中，当车速到达一个车速值时，主控单元可控制风机直接以该车速值对应的风机转速控制参数曲线为基础调控风机转速运行，使风机转速控制更为理想，以实现更好的油气混合效果及对发动机空燃比更好的控制。

（5）信息检测模块还包括用于对车辆发动机温度值进行检测的发动机温度感测模块，通过该模块的设置，确保发动机在一定的温度时，才能启动风机，确保了车辆在冷态环境下运行时的性能，可以保护发动机和风机，延长发动机和风机的使用寿命。

（6）信息检测模块包括一个用于对车辆外界大气压力信息进行检测的大气压力感测模块，建立风机转速与大气压力的配合关系，以使本发明能够适应在不同的外界大气压力下均能实现较好的空燃比匹配，有效的提高了车辆的动力性能，节约了燃油。

综上可见，本发明能够有效控制发动机的进风量与涡流强度，保证燃油充分燃烧。其在提高发动机扭矩、功率的同时可以降低燃油消耗，减少尾气排放。本发明适用于各种发动机的进气系统中。

附图说明

本发明下面将结合说明书附图与具体实施例作进一步详细说明。

图1是本发明应用的结构示意图；

图2是本发明风机的结构示意图；

图3是本发明主控单元的原理框图；

图4为风机转速与节气门开度对应关系数值对应曲线示意图；

图5是本发明控制方法的原理框图。

图中：1、风机外壳；2、电机；3、风机；31、风机动片；32、风机静片；4、保护罩； 5、风机接线端子；6、信息采集模块；61、节气门位置检测模块；62、车速感测模块；63、发动机温度感测模块； 64、大气压力感测模块； 65、A/D采样及转换模块；7、主控单元；8、风机运行控制模块； 91、车速基准存储模块；92、车速比对模块；101、温度基准存储模块；102、温度比对模块；11、进气管道。

具体实施方式

本发明涉及的发动机瞬态进气控制系统，由图1所示，其包括设置在发动机进气口与进气歧管之间的进气管道11上并改变气流流向的风机3、用于接收车辆状态信息并根据车辆状态信息控制风机运行的控制系统。风机3可采用NMB（美蓓亚）公司、型号为3630FTD4WB66E51的风机，为更加清楚的描述其结构，在本实施例中提供了一种风机3的结构示意图，其主要结构如图2所示，包括风机外壳1，在风机外壳1内设置有风机电机2，所述风机电机2的接线端子5设置在风机外壳1上，风机电机2的前端设置有上电后转动的风机动片31，所述风机电机2的后端设置有静止不动的风机静片32；在风机外壳1外还设置有保护罩4，保护罩4兼顾减震、防水、防尘、消噪及与进气管道11连接的功能，用于保护风机动片31与风机静片32。

本实施例中的控制系统由图3所示，其包括独立于车辆ECU设置的主控单元7、信息采集模块6及与风机3相连的对风机3进行转动控制的风机运行控制模块8，其中，信息采集模块6主要用于对车辆状态信息进行采集，并将采集到的车辆状态信息传递给与其信号输出端相连的主控单元7，而主控单元7则根据接收到的信息采集模块6采集的车辆状态信息，向风机运行控制模块8发出控制信号，以使风机运行控制模块8控制风机3进行运转。

信息采集模块6包括节气门位置检测模块61、车速感测模块62、发动机温度感测模块63、大气压力感测模块64。其中节气门位置检测模块61采用节气门位置传感器，其主要用于对车辆节气门位置进行实时检测，以判断节气门位置变化情况，节气门位置检测模块61将检测到的节气门开度信号经与其信号输出端相连的A/D采样及转换模块65转换后发送给主控单元7。

车速感测模块62主要用于对车辆速度信息进行检测，在本实施例中，车速感测模块62可采用车速传感器；相应的，该控制系统还包括一个车速基准存储模块91和车速比对模块92，车速基准存储模块91内存有两个车速值，分别为60km/h及120km/h，该两个车速值将车辆行驶的车速范围分为三个速度区间，在每个速度区间内设有不同的节气门位置及不同的节气门位置对应的风机转速值，将不同节气门位置对应的风机转速值连线，即在该速度区间内形成了一条风机转速控制参数曲线（如图4所示），横轴为节气门位置（也叫节气门开度值），纵轴为风机的转速值，在节气门位置与风机转速构成的坐标系内有三条曲线K1、K3、K3，其中曲线K1为车速在0—60Km/h之间时，节气门位置对应的风机转速的曲线；曲线K2为车速在60—120Km/h之间时，节气门位置对应的风机转速的曲线；曲线K3为车速在120Km/h以上时，节气门位置对应的风机转速的曲线。该设置使车辆在不同速度下具有相同节气门位置时，使发动机的进气得到最优的供给。

发动机温度感测模块63主要对发动机的温度进行检测，在本实施例中，发动机温度感测模块63可采用发动机进气温度传感器；相应的，该控制系统中设有温度基准存储模块，101及温度比对模块102，温度基准存储模块101中存储有基准温度，在主控单元7的控制下，所述的温度比对模块102对发动机温度感测模块63感测的发动机温度值与温度基准存储模块101中存储的基准温度进行比对，如果发动机温度感测模块63感测到的温度值达到了温度基准存储模块101中预存储的温度值，主控单元7启动风机3运行；否则，主控单元7不会启动风机3运行。

大气压力感测模块64用于对才车辆所处环境的大气压力进行检测，在本实施例中，大气压力感测模块64可采用大气压力传感器；所述大气压力感测模块64将采集到的车辆所处环境的大气压力传送给主控单元7，主控单元7对上述大气压力值进行分析，并根据大气压力值及当时的车速值对风机3的预设参数进行修正，以使主控单元7对风机3的控制达到最佳的效果。

图5所示的为上述发动机进气控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

开始，对所有程序初始化：包括对风机PWM的设置、程序内存变量的设置、输入/输出端口的设置、定时中断的设置、A/D转换的设置、串口中断的初始化等。

a2：发动机温度感测模块62实时检测发动机的温度值，并将该温度值实时传送给主控单元7，所述的主控单元7控制温度比对模块102对发动机温度值与温度基准存储模块101中存储的基准温度进行比对，当发动机温度值大于基准温度时，主控单元7控制风机3启动，否则，风机不启动。

a3：风机启动后，由于车辆在不同的地区所处的压力环境也不同，为了令车辆在不同的地区也能够有更好的性能，因此，主控单元7会接收车速感测模块62检测到的车速信息，以及大气压力感测64采集到的车辆外部大气压力信息，主控单元根据当前的车速与大气压力，修正风机3转速的预设参数，并根据新的参数控制风机3的运行，保证风机以满足车辆所需的最佳空燃比下的风速运行。

a1：车速感测模块62实时检测车辆的速度信息，并将该信息实时传送给主控单元7，所述的主控单元7控制车速比对模块92确定当前车辆所处的速度区间。

a：节气门开度变化判断：

由节气门位置检测模块61实时检测车辆节气门位置信号，并将检测的节气门位置信号实时传送给主控单元7；主控单元7按照以下原则对风机3进行控制：主控单元将接收到的节气门位置信号进行先后比对，当车辆后一状态的节气门开度值大于或者小于车辆前一状态的节气门开度值时，主控单元7对风机3实施基于车辆前一状态下风机转速的加速或者减速控制；否则风机3转速不变。具体来讲，根据节气门位置检测模块61检测的当前车辆节气门位置信号，由主控单元7控制风机3以当前节气门位置对应的风机转速值运行。

回到步骤a3。

此外，主控单元7对于风机3的控制还可以通过车辆的运行状况进行分类，对于上述控制方法的描述，基于车辆的不同状态的表现，可描述为：

车辆处于静止状态时：此时没有车速传感器信号，风机3不工作。

当发动机温度低于温度基准存储模块101中存储的基准温度时，不管车辆处于何种状态，也不管节气门是否有变化，系统不工作；

当发动机温度高于温度基准存储模块101中存储的基准温度时，首先获取车辆车速，看该车速位于哪个速度区间内，然后以该速度区间内的曲线所示的控制曲线对风机转速进行控制：

当车辆处于稳态时，若车辆有车速，且车速不变，则车辆处于匀速运行状态，此时节气门开度无变化，风机以当前的风机转速值进行转动；当车辆没有车速时，车辆处于静止状态，风机转速为零。

当车辆处于加速或者减速的状态，此时节气门开度变大或变小，此时，主控单元根据节气门位置及其变化速率对风机实施加速或减速控制。为实现精确控制，可根据不同速度区间内的曲线，对风机转速进行修正、调整，以使空燃比达到车辆该状态下的最佳值。

本发明在空气器滤清器的出气口与节气门的入气口之间设置了风机，使进气气流形成涡流，实现了对空气和燃油的充分混合，通过主控单元控制风机的启停和运行状态，保证发动机在不同的运行状态下的进气需求，使发动机在不同运行状态下，进气、容积效率、扭矩、功率都得到提高，提升了发动机功率输出效率，提高了燃油的燃烧率，同时减少了由于发动机进气不佳引起的有害物质的排放。

此外，本发明的设计思想主要是通过对风机的主动控制，实现对车辆瞬态工况进气状态的高效合理控制，使发动机时时于最佳空燃比的状态下运行。因此，在获取车辆于不同状态下的车辆状态信息时，除上述实施例中采用节气门位置、车速等车辆参数的形式外，还可采用空气流量计对进气管道的进气流量进行采集、以及对加速油门、电子步进电机、发动机转速、喷油信号等与喷油有关的车辆状态信息进行采集，来确定车辆瞬态下所需的空燃比，以最终对风机转速进行控制，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种发动机瞬态进气控制系统，包括设置在发动机进气口与进气歧管之间的进气管道（11）上以调整进气气流强度并使进气气流形成涡流的风机（3）、用于采集车辆状态信息并根据车辆状态信息控制风机（3）运行速度的控制装置，所述控制装置包括：

主控单元（7）；

信息采集模块（6），用于对车辆状态信息进行采集，并将采集到的车辆状态信息传递给与其信号输出端相连的主控单元（7）；

风机运行控制模块（8），接收主控单元（7）发出的控制信号，由主控单元（7）根据车辆状态信号而被控制，进而控制与其相连的风机（3）运转；所述信息采集模块（6）包括用于对车辆节气门位置进行实时检测的节气门位置检测模块（61），其特征在于：所述信息检测模块（6）还包括用于对车辆速度信息进行检测的车速感测模块（62）；在控制装置中设有车速基准存储模块（91）及车速比对模块（92），所述的车速基准存储模块（91）中存有不少于一个的将车速范围分为多个速度区间的车速值，以及对应于各速度区间设置的节气门位置及与节气门位置对应的风机转速值，所述的车速比对模块（92）根据车速感测模块（62）检测的车辆速度信息确定车辆当前状态所在的速度区间，根据该速度区间内设置的节气门位置及与节气门位置对应的风机转速值，由主控单元（7）控制风机以当前节气门位置对应的风机转速值运行。

2.根据权利要求1所述的发动机瞬态进气控制系统，其特征在于：所述主控单元（7）独立于车辆的ECU设置。

3.根据权利要求2所述的发动机瞬态进气控制系统，其特征在于：所述信息检测模块包括用于对车辆发动机温度值进行检测的发动机温度感测模块（63）；

所述的控制装置中设有温度基准存储模块（101）及温度比对模块（102），所述的温度基准存储模块（101）中存储有基准温度，在主控单元（7）的控制下，所述的温度比对模块（102）对发动机温度感测模块（63）感测的发动机温度值与温度基准存储模块（101）中存储的基准温度进行比对。

4.根据权利要求3所述的发动机瞬态进气控制系统，其特征在于：所述信息检测模块包括用于对车辆外界大气压力信息进行检测的大气压力感测模块（64）。

5.一种发动机瞬态进气控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，车辆状态信息获取：由控制装置采集车辆的状态信息；

步骤二，风机控制：由控制装置根据车辆的状态信息判断该状态下所需进气流量、涡流强度，并控制风机转速，其特征在于：所述步骤一车辆状态信息获取中包括以下步骤：

步骤a，节气门位置变化判断：

由节气门位置检测模块（61）实时检测车辆节气门位置信号，并将检测的节气门位置信号实时传送给主控单元（7）；

所述步骤二中风机控制包括:

主控单元（7）将接收到的节气门位置信号进行先后比对，当车辆后一状态的节气门位置大于或者小于车辆前一状态的节气门位置时，根据节气门位置及其变化率，主控单元（7）控制风机（3）加速或者减速运转；否则风机（3）转速不变。

6.根据权利要求5所述的发动机瞬态进气控制系统的控制方法，其特征在于：在步骤a之前设有步骤a1：车速感测模块（62）实时检测车辆的速度信息，并将该信息实时传送给主控单元（7），所述的主控单元（7）控制车速比对模块（92）确定当前状态下车辆所处的速度区间；相应的，在步骤二中，根据节气门位置检测模块（61）检测当前车辆节气门位置信号，由主控单元（7）控制风机（3）以当前节气门位置对应的风机转速值运行。

7.根据权利要求6所述的发动机瞬态进气控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤a1之前设有步骤a2：发动机温度感测模块（62）实时检测发动机的温度值，并将该温度值实时传送给主控单元（7），所述的主控单元（7）控制温度比对模块（102）对发动机温度值与温度基准存储模块（101）中存储的基准温度进行比对，当发动机温度值大于基准温度时，主控单元（7）控制风机（3）启动，否则，风机不启动。

Images