CN103883403A - 一种基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统 - Google Patents

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丁慎平
肖舫
廖祥兵
吴红生
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Abstract

本发明公开了一种基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，包括驱动装置与控制器，所述控制器接收上位机的控制指令并控制所述驱动装置运转，所述驱动装置中的伺服电动机控制所述端面凸轮的转动，实现对进气与排气的精确控制。同时通过推力传感器、位置传感器以及空气传感器的设置来采集相应的发动机参数，经由所述上位机的运算实现参数的最优化处理，并形成控制指令发送给所述控制器，继而通过改变混合气体的比例实现推力与燃油的最优化目的。彻底改变了传统的单一的进气排气模式,组织变化的进气排气方式,使进入发动机动力缸内的气体量大小和运动形式适合变化的发动机运行工况,从而改善发动机在中、低速时的性能。

Description

一种基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统
技术领域
本发明涉及汽车发动机技术领域，具体地说是一种基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统。
背景技术
发动机是汽车的心脏，为汽车的行驶提供动力，关系着汽车的动力性、经济性和环保性。简单来说，发动机就是一个能量转换机构，即将汽油、柴油或天然气的热能，通过在密封动力缸内燃烧气体膨胀，推动活塞作功，转变为机械能。而发动机的进排气控制系统则是在发动机工作时，不断将新鲜空气或可燃混合气送入燃烧室，又将燃烧后的废气排到大气中。发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计、制造、工艺还是在性能、控制方面都有很大的提高，尤其是基于伺服控制的汽车发动机已经得到了越来越广泛的应用和长足的进步。
但是目前，汽车发动机在使用过程中依然存在一定的问题：进气和排气的模式非常单一，当汽车在不同的路况条件下行驶，其进排气控制系统依然按照最初设定的方式控制进气和排气，也不能有效的结合不同汽车发动机的燃油率以及发动机所处的情况等进行及时的调整，继而无法找到最优的进气和排气方式，也就无法达到优化发动机性能的目的，更无法改善发动机处于中低速时的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：现有的发动机的进气和排气的模式单一,提供一种进气和排气模式可变的基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，包括：进气管和排气管，所述进气管和所述排气管分别与发动机动力缸以及驱动装置连接，所述驱动装置与控制器连接，所述控制器接收上位机的控制指令并控制所述驱动装置运转。
其中所述驱动装置包括依次连接的多轴控制卡、驱动器、伺服电动机、端面凸轮，所述伺服电动机控制所述端面凸轮的转动，所述端面凸轮的数量大于或者等于2个，每一所述端面凸轮与所述进气管或所述排气管连接，所述多轴控制卡与所述控制器连接。
进一步地还包括推力传感器，所述推力传感器检测所述发动机动力缸的推力并发送给所述上位机。
进一步地还包括位置传感器，所述位置传感器检测所述伺服电动机的位置状态并发送给所述控制器。
进一步地还包括空气传感器，所述空气传感器用于分析尾气的气体成分并将分析结果发送给所述上位机。
进一步地所述空气传感器包括碳氢化合物传感器和/或氮氧化合物传感器和/或碳氧化合物传感器。
进一步地所述伺服电动机通过联轴器与所述端面凸轮连接。
进一步地还包括设置于所述排气管上的排气消声器。
进一步地所述上位机为微处理器。
进一步地所述上位机内置有发动机进排气相位控制数据的计算机程序。
采用上述技术方案，本发明的至少包括如下有益效果：
本发明所述的一种基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，包括驱动装置与控制器，所述控制器接收上位机的控制指令并控制所述驱动装置运转，所述驱动装置中的伺服电动机控制所述端面凸轮的转动，实现对进气与排气的精确控制。同时通过推力传感器、位置传感器以及空气传感器的设置来采集相应的发动机参数，经由所述上位机的运算实现参数的最优化处理，并形成控制指令发送给所述控制器，继而通过改变混合气体的比例实现推力与燃油的最优化目的，实现了汽车的动力、燃油率的改善与提高。彻底改变了传统的单一的进气排气模式,组织变化的进气排气方式,使进入发动机动力缸内的气体量大小和运动形式适合变化的发动机运行工况,从而改善发动机在中、低速时的性能。
附图说明
图1为本发明所述的基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统的结构图。
其中：1.进气管，2.排气管,3.发动机动力缸,4.控制器，5.上位机，6.多轴控制卡，7.驱动器，8.伺服电动机，9.端面凸轮，10.推力传感器，11.位置传感器，12.空气传感器，121.碳氢化合物传感器，122.氮氧化合物传感器，123.碳氧化合物传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，为符合本发明的一种基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，包括：进气管1和排气管2，所述进气管1和所述排气管2分别与发动机动力缸3以及驱动装置连接，所述驱动装置与控制器4连接，所述控制器4接收上位机5的控制指令并控制所述驱动装置运转。
其中所述驱动装置包括依次连接的多轴控制卡6、驱动器7、伺服电动机8、端面凸轮9，所述伺服电动机8控制所述端面凸轮9的转动，所述端面凸轮9的数量大于或者等于2个，每一所述端面凸轮9与所述进气管1或所述排气管2连接，所述多轴控制卡6与所述控制器4连接。其中所述控制器4通过所述多轴控制卡6控制所述伺服电动机8运动。
众所周知所述端面凸轮9靠驱动齿轮轴往复运动能够实现精确的运动规律，与此同时伺服电动机的技术已经相对成熟，也可以达到一个相对精准的控制要求，所以通过所述伺服电动机8来控制所述端面凸轮9的转动，完全可以实现对进气与排气的精确控制。本领域技术人员应当知晓，此处所述端面凸轮9的数量可以为两个亦可以根据实际的控制需求而增设。附图1中的所述端面凸轮9的数量为两个，其中一个所述端面凸轮9与所述进气管1连接，用于控制进气；另外一个所述端面凸轮9与所述排气管2连接，用于控制排气。当需要更为精确的控制时，可以适当增加所述端面凸轮9的数量，分别用来控制进气与排气过程。另所述附图1为单缸发动机进排气控制系统的结构示意图，其只是用于充分公开本实施例所述的技术方案，并非用于限定，故本领域技术人员应当知晓，多缸发动机亦适合本实施例所述的技术方案。
优选地本实施例还包括推力传感器10，所述推力传感器10检测所述发动机动力缸3的推力并发送给所述上位机5。通过检测所述发动机动力缸3的推力可以了解到所述发动机的扭矩，所述扭矩是使物体发生转动的力。发动机的扭矩就是指发动机输出的力矩。在功率固定的条件下它与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。此处通过所述推力传感器10的设定，可以充分了解到发动机当前的负载能力。
优选地本实施例还包括位置传感器11，所述位置传感器11检测所述伺服电动机8的位置状态并发送给所述控制器4。优选地还包括空气传感器12，所述空气传感器12用于分析尾气的气体成分并将分析结果发送给所述上位机5。所述空气传感器12包括碳氢化合物传感器和/或氮氧化合物传感器和/或碳氧化合物传感器中的一种或者多种。本领域技术人员应当知晓，此处只是所述的空气传感器12只是优选地实施方案，其他显而易见的形式和数量的变化及替换均在本实施例的保护范围之内。
本实施例通过所述推力传感器10、所述位置传感器11以及所述空气传感器12的设置来采集相应的发动机参数，经由所述上位机5的运算实现参数的最优化处理，并形成控制指令发送给所述控制器4。即整体不断通过闭环反馈的方式来结合变化的发动机运行工况来进行相应的进气与排气的调整。其中所述上位机5优选采用神经网络算法来取得最优化参数，由于所述神经网络算法为常规技术手段，故此处不在赘述。
优选地所述伺服电动机8通过联轴器与所述端面凸轮9连接。进一步优选地本实施例还可以包括设置于所述排气管2上的排气消声器。所述上位机5为微处理器。所述上位机5内置有发动机进排气相位控制数据的计算机程序。
本实施例公开的基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，包括驱动装置与控制器，所述控制器接收上位机的控制指令并控制所述驱动装置运转，所述驱动装置中的伺服电动机控制所述端面凸轮的转动，实现对进气与排气的精确控制。同时通过推力传感器、位置传感器以及空气传感器的设置来采集相应的发动机参数，经由所述上位机的运算实现参数的最优化处理，并形成控制指令发送给所述控制器，继而通过改变混合气体的比例实现推力与燃油的最优化目的，实现了汽车的动力、燃油率的改善与提高。彻底改变了传统的单一的进气排气模式,组织变化的进气排气方式,使进入发动机动力缸内的气体量大小和运动形式适合变化的发动机运行工况,从而改善发动机在中、低速时的性能。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，其特征在于，包括：进气管（1）和排气管（2），所述进气管（1）和所述排气管（2）分别与发动机动力缸（3）以及驱动装置连接，所述驱动装置与控制器（4）连接，所述控制器（4）接收上位机（5）的控制指令并控制所述驱动装置运转；
其中所述驱动装置包括依次连接的多轴控制卡（6）、驱动器（7）、伺服电动机（8）、端面凸轮（9），所述伺服电动机（8）控制所述端面凸轮（9）的转动，所述端面凸轮（9）的数量大于或者等于2个，每一所述端面凸轮（9）与所述进气管（1）或所述排气管（2）连接，所述多轴控制卡（6）与所述控制器（4）连接。
2.如权利要求1所述的基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，其特征在于：还包括推力传感器（10），所述推力传感器（10）检测所述发动机动力缸（3）的推力并发送给所述上位机（5）。
3.如权利要求2所述的基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，其特征在于，还包括位置传感器（11），所述位置传感器（11）检测所述伺服电动机（8）的位置状态并发送给所述控制器（4）。
4.如权利要求2或3所述的基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，其特征在于，还包括空气传感器（12），所述空气传感器（12）用于分析尾气的气体成分并将分析结果发送给所述上位机（5）。
5.如权利要求4所述的基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，其特征在于，所述空气传感器（12）包括碳氢化合物传感器（121）和/或氮氧化合物传感器（122）和/或碳氧化合物传感器（123）。
6.如权利要求1-5任一所述的基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，其特征在于，所述伺服电动机（8）通过联轴器与所述端面凸轮（9）连接。
7.如权利要求1-6任一所述的基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，其特征在于，还包括设置于所述排气管（2）上的排气消声器。
8.如权利要求7所述的基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，其特征在于，所述上位机（5）为微处理器。
9.如权利要求8所述的基于伺服控制的汽车发动机进排气控制系统，其特征在于，所述上位机（5）内置有发动机进排气相位控制数据的计算机程序。
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