CN105971753B - 一种内燃机电控共轨汽油喷射系统及其喷油控制方法 - Google Patents

一种内燃机电控共轨汽油喷射系统及其喷油控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内燃机电控共轨汽油喷射系统，包括单片机、压力传感器、驱动电机、燃油泵、燃油泵输出管、喷油嘴；所述驱动电机为直流无刷电机，连接驱动燃油泵；所述燃油泵经燃油泵输出管连通到喷油嘴；所述压力传感器设置在燃油泵输出管上、且与单片机连接；所述单片机连接控制驱动电机和喷油嘴。此外，还公开了上述内燃机电控共轨汽油喷射系统的喷油控制方法。本发明通过单片机实现燃油输出压力和喷油嘴开启时间的实时调整，燃油喷射由燃油输出压力和喷油嘴开启时间共同控制，具有调整精度高、调整速度快、电机耗能小、使用寿命长的优点，从而有效实现了节油减排。

Description

一种内燃机电控共轨汽油喷射系统及其喷油控制方法
技术领域
本发明涉及汽油喷射技术领域，尤其涉及一种内燃机汽油喷射系统及其喷油控制方法。
背景技术
目前，摩托车发动机的汽油喷射主要由电动燃油泵的燃油输出压力控制。电动燃油泵结构如图1所示，包括燃油箱1、燃油泵2、驱动电机、燃油泵输出管3、调压阀4、喷油嘴5、燃油回油管6。调压阀4通常为机械结构，设置在燃油泵输出管3上、且与燃油回油管6连通。燃油泵2的驱动电机为直流有刷电机，工作中其电压不发生变化，为一设定的值，因此需要通过调压阀4控制燃油的输出压力。这种机械式调压阀的电动燃油泵存在着调压精度不高、燃油泵电机功率浪费、回油管路复杂等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种内燃机电控共轨汽油喷射系统，通过单片机控制燃油泵输出压力和喷油嘴的开启时间，从而以较高的调整精度、较快的调整速度输出喷油，以减小电机耗能、延长使用寿命，并有效实现节油减排。本发明的另一目的在于提供上述内燃机电控共轨汽油喷射系统的喷油控制方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种内燃机电控共轨汽油喷射系统，包括单片机、压力传感器、驱动电机、燃油泵、燃油泵输出管、喷油嘴；所述驱动电机为直流无刷电机，连接驱动燃油泵；所述燃油泵经燃油泵输出管连通到喷油嘴；所述压力传感器设置在燃油泵输出管上、且与单片机连接；所述单片机连接控制驱动电机和喷油嘴。
进一步地，本发明系统所述单片机包括以下组成模块：
ADC模拟数字转换模块，用于接收所述压力传感器采集发送的模拟信号，并转换为数字信号，而得到燃油输出压力数据；
油压调整模块，用于预设油压调整加速度参数，并根据所述燃油输出压力数据选择得到油压调整加速度参数值；
PID控制模块，用于根据所述油压调整加速度参数值，计算得出所述驱动电机转速输出值；
DAC数字模拟转换模块，用于将所述驱动电机转速输出值转换为模拟信号而发送给驱动电机；
定时器，用于根据所述油压调整加速度参数值输出PWM脉冲信号至所述喷油嘴；
所述压力传感器与ADC模拟数字转换模块连接；所述ADC模拟数字转换模块连接、油压调整模块、PID控制模块、DAC数字模拟转换模块依次连接；所述油压调整模块还与定时器连接；所述DAC数字模拟转换模块、定时器分别连接到驱动电机、喷油嘴。
上述方案中，为进一步获得合适的喷油量，本发明系统还包括发动机工况数据采集系统，所述单片机与发动机工况数据采集系统连接。所述发动机工况数据采集系统包括发动机转速传感器、油门移位传感器、氧传感器、温度传感器。本发明通过燃油输出压力和喷油嘴开启时间对喷油进行共同控制，实现了较高的调整精度、较快的调整速度，同时结合对发动机工况的判断，可以更好地控制燃油喷射量，从而也改善了发动机工况。
本发明系统应用于摩托车燃油喷射量的控制时，所述油门移位传感器可具体采取如下措施：所述油门移位传感器包括外壳、内胆、磁性材料、霍尔传感器；所述外壳内设有移动槽；所述霍尔传感器设置在外壳的外表面；所述内胆的下部具有孔道，所述磁性材料设置在内胆的孔道内；所述内胆设置在外壳的移动槽内、且可上下移动。进一步地，为稳定摩托车油门拉索的位置，所述油门移位传感器还包括连接帽，所述连接帽其下部与外壳上端连接、其上部为限位孔套。连接帽连接在外壳的上端，油门拉索则经连接帽上的限位孔套穿过、与内胆的上部连接。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的上述内燃机电控共轨汽油喷射系统的喷油控制方法，包括以下步骤：
(1)所述压力传感器实时测量获得燃油输出压力，并以模拟信号反馈至单片机；所述单片机通过AD转换得到燃油输出压力数据；
(2)所述单片机根据所述燃油输出压力数据，从预设的油压调整加速度参数中选择油压调整加速度参数值，通过PID控制算法得到驱动电机转速输出值，经过DA转换以模拟信号输出给驱动电机以调整驱动电机的转速；
(3)所述驱动电机通过转速的调整改变而调节控制燃油输出压力；
(4)所述单片机向喷油嘴输出PWM脉冲信号，根据油压调整加速度参数值改变PWM脉冲信号的频率和占空比以调整喷油嘴的开启时间，结合步骤(3)得到的调节后的燃油输出压力，实现对喷油输出的共同控制。
进一步地，本发明喷油控制方法所述步骤(2)中单片机还接收发动机工况数据采集系统采集的发动机转速、油门移位、氧浓度、温度而分析判断发动机工况，结合所述燃油输出压力数据，从预设的油压调整加速度参数中选择油压调整加速度参数值。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明使用直流无刷电机，通过实时调整改变无刷电机的转速而控制燃油输出压力，与现有技术有刷电机转速恒定、只能通过机械调压阀调压相比，具有电机耗能小、使用寿命长的优点。
(2)本发明通过单片机，对直流无刷电机转速的调整改变而调节控制燃油输出压力，同时通过改变脉冲信号控制喷油嘴的开启时间，从而实现燃油的喷射由燃油输出压力和喷油嘴开启时间共同控制，调整精度高(误差±10kPa)、调整速度快(调整时间小于850毫秒)，从而有效实现节油减排。
(3)本发明为由燃油输出压力和喷油嘴开启时间共同调整燃油喷射的共轨系统，实现了喷油量在零到某值间可调，克服了传统汽油喷射系统因喷油嘴最小开启时间具有一定值、喷油量不能为零的不足。
(4)本发明通过单片机，根据燃油输出压力数据，结合对发动机工况进行判断，选择合适的油压调整加速度，更好地控制了燃油喷射量，从而改善了发动机工况。
附图说明
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
图1是现有技术电动燃油泵的结构示意图；
图2是本发明实施例的系统原理框图；
图3是本发明实施例中单片机的组成框图；
图4是本发明实施例中油门移位传感器的结构示意图；
图5是本发明实施例中油门移位传感器的外壳的结构示意图；
图6是本发明实施例中油门移位传感器的内胆的结构示意图(a：立体图；b：剖视图以及与磁性材料的装配图)；
图7是本发明实施例中油门移位传感器的连接帽的结构示意图(a：立体图；b：剖视图)。
图中：燃油箱1，燃油泵2，燃油泵输出管3，调压阀4，喷油嘴5，燃油回油管6，单片机7，ADC模拟数字转换模块71，油压调整模块72，PID控制算法模块73，DAC数字模拟转换模块74，定时器75，压力传感器8，驱动电机9，发动机转速传感器10、油门移位传感器11，外壳11-1，移动槽11-1a，内胆11-2，孔道11-2a，磁性材料11-3，霍尔传感器11-4，连接帽11-5，氧传感器12、温度传感器13
具体实施方式
图2～图7所示为本发明一种内燃机电控共轨汽油喷射系统及其喷油控制方法的实施例，如图2所示，包括发动机工况数据采集系统、单片机7、压力传感器8、驱动电机9、燃油泵2、燃油泵输出管3、喷油嘴5。
发动机工况数据采集系统包括发动机转速传感器10、油门移位传感器11、氧传感器12、温度传感器13。驱动电机9为直流无刷电机，连接驱动燃油泵2。燃油泵2经燃油泵输出管3连通到喷油嘴5。喷油嘴5为电磁阀喷嘴。
如图3所示，单片机7包括以下组成模块：
ADC模拟数字转换模块71，用于接收发动机工况数据采集系统、压力传感器8采集发送的模拟信号，并转换为数字信号，而得到发动机工况数据和燃油输出压力数据；
油压调整模块72，用于预设10个油压调整加速度参数，并根据发动机工况数据和燃油输出压力数据选择得到油压调整加速度参数值；
PID控制算法模块73，用于根据油压调整加速度参数值，计算得出驱动电机转速输出值；
DAC数字模拟转换模块74，用于将驱动电机转速输出值转换为模拟信号而发送给驱动电机9；
定时器75，用于根据油压调整加速度参数值输出PWM脉冲信号至喷油嘴5；
发动机工况数据采集系统、压力传感器8与ADC模拟数字转换模块71连接；ADC模拟数字转换模块71、油压调整模块72、PID控制模块73、DAC数字模拟转换模块74依次连接；油压调整模块72还与定时器75连接；DAC数字模拟转换模块74、定时器75分别连接到驱动电机9、喷油嘴5。
本实施例内燃机电控共轨汽油喷射系统的喷油控制方法，其步骤如下：
(1)设置在燃油泵输出管3上的压力传感器8实时测量获得燃油输出压力，并以模拟信号反馈至单片机7的ADC模拟数字转换模块71，通过AD转换得到燃油输出压力数据；
(2)单片机1的ADC模拟数字转换模块71接收发动机转速传感器10、油门移位传感器11、氧传感器12、温度传感器13的模拟信号并通过AD转换为数字信号以分析判断发动机工况，结合步骤(1)得到的燃油输出压力数据，通过油压调整模块72从10个预设的油压调整加速度参数中选择合适的油压调整加速度参数值，通过PID控制算法模块73得到驱动电机转速输出值，经过DAC数字模拟转换模块74转换以模拟信号发送给驱动电机9的驱动芯片以调整驱动电机9的转速；
(3)驱动电机9通过转速的调整改变，调节控制燃油输出压力；
(4)单片机1的定时器75根据油压调整加速度参数值改变脉冲信号的频率和占空比而向喷油嘴输出PWM脉冲信号，以调整喷油嘴5的开启时间，结合步骤(3)得到的调节后的燃油输出压力，实现对喷油量的共同控制而获得输出合适的喷油量。
本实施例应用于摩托车燃油喷射量的控制时，油门移位传感器如图4所示，包括外壳11-1、内胆11-2、磁性材料11-3、霍尔传感器11-4、连接帽11-5。
如图5所示，外壳11-1的上端开口、且具有螺纹结构，外壳11-1内设有移动槽11-1a。霍尔传感器11-4设置在外壳11-1外表面的中部。如图6所示，内胆11-2的下部具有孔道11-2a。磁性材料11-3为圆柱形，其两个磁极位于两端，磁性材料11-3设置在内胆11-2的孔道11-2a内(见图6b)。
如图2所示，内胆11-2设置在外壳11-1的移动槽11-1a内、且可上下移动。连接帽11-5其下部为螺纹结构、其上部为限位孔套(见图7)。连接帽11-5通过其下部与外壳11-1的上端螺纹连接，油门拉索则经连接帽11-5上的限位孔套穿过、与内胆11-2的上部连接。
本实施例磁性材料11-3安装在内胆11-2的孔道11-2a里，可随内胆11-2在外壳移动槽11-1a内上下移动。摩托车的油门拉索，一端与油门把手连接，另一端与内胆11-2的上部连接。当油门把手转动时，内胆11-2在外壳移动槽11-1a内移动，使得磁性材料随之发生位移。由于磁性材料与霍尔传感器之间发生了相对位移，从而导致霍尔传感器周围的磁场发生了变化，改变了霍尔传感器的输出电压。霍尔传感器的输出电压大小随磁性材料的位移而改变，即霍尔传感器的输出电压能够反映油门把手的运动状况，并可将信号发送给ECU，经ECU分析处理可得到油门移位大小和速度，从而得知油门移位信息、以及驾驶员控制油门的意图，更好地分析判断发动机的运行工况。

Claims (7)

1.一种内燃机电控共轨汽油喷射系统，其特征在于：包括单片机(7)、压力传感器(8)、驱动电机(9)、燃油泵(2)、燃油泵输出管(3)、喷油嘴(5)；所述驱动电机(9)为直流无刷电机，连接驱动燃油泵(2)；所述燃油泵(2)经燃油泵输出管(3)连通到喷油嘴(5)；所述压力传感器(8)设置在燃油泵输出管(3)上、且与单片机(7)连接；所述单片机(7)连接控制驱动电机(9)和喷油嘴(5)；所述单片机(7)包括以下组成模块：
ADC模拟数字转换模块(71)，用于接收所述压力传感器(8)采集发送的模拟信号，并转换为数字信号，而得到燃油输出压力数据；
油压调整模块(72)，用于预设油压调整加速度参数，并根据所述燃油输出压力数据选择得到油压调整加速度参数值；
PID控制模块(73)，用于根据所述油压调整加速度参数值，计算得出所述驱动电机转速输出值；
DAC数字模拟转换模块(74)，用于将所述驱动电机转速输出值转换为模拟信号而发送给驱动电机(9)的驱动芯片以调整驱动电机(9)的转速；
定时器(75)，用于根据所述油压调整加速度参数值输出PWM脉冲信号至所述喷油嘴(5)；
所述压力传感器(8)与ADC模拟数字转换模块(71)连接；所述ADC模拟数字转换模块(71)、油压调整模块(72)、PID控制模块(73)、DAC数字模拟转换模块(74)依次连接；所述油压调整模块(72)还与定时器(75)连接；所述DAC数字模拟转换模块(74)、定时器(75)分别连接到驱动电机(9)、喷油嘴(5)。
2.根据权利要求1所述的内燃机电控共轨汽油喷射系统，其特征在于：还包括发动机工况数据采集系统，所述单片机(7)与发动机工况数据采集系统连接。
3.根据权利要求2所述的内燃机电控共轨汽油喷射系统，其特征在于：所述发动机工况数据采集系统包括发动机转速传感器(10)、油门移位传感器(11)、氧传感器(12)、温度传感器(13)。
4.根据权利要求3所述的内燃机电控共轨汽油喷射系统，其特征在于：所述油门移位传感器(11) 包括外壳(11-1)、内胆(11-2)、磁性材料(11-3)、霍尔传感器(11-4)；所述外壳(11-1)内设有移动槽(11-1a)；所述霍尔传感器(11-4)设置在外壳(11-1)的外表面；所述内胆(11-2)的下部具有孔道(11-2a)，所述磁性材料(11-3)设置在内胆(11-2)的孔道(11-2a)内；所述内胆(11-2)设置在外壳(11- 1)的移动槽(11-1a)内、且可上下移动。
5.根据权利要求4所述的内燃机电控共轨汽油喷射系统，其特征在于：所述油门移位传感器(11)还包括连接帽(11-5)，所述连接帽(11-5)其下部与外壳(11-1)上端连接、其上部为限位孔套。
6.权利要求1所述内燃机电控共轨汽油喷射系统的喷油控制方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 所述压力传感器(8)实时测量获得燃油输出压力，并以模拟信号反馈至单片机(7)；所述单片机(7)通过AD转换得到燃油输出压力数据；
(2) 所述单片机(7)根据所述燃油输出压力数据，从预设的油压调整加速度参数中选择油压调整加速度参数值，通过PID控制算法得到驱动电机转速输出值，经过DA转换以模拟信号输出给驱动电机(9)以调整驱动电机(9)的转速；
(3) 所述驱动电机(9)通过转速的调整改变而调节控制燃油输出压力；
(4) 所述单片机(7)向喷油嘴(5)输出PWM脉冲信号，根据油压调整加速度参数值改变PWM脉冲信号的频率和占空比以调整喷油嘴(5)的开启时间，结合步骤(3)得到的调节后的燃油输出压力，实现对喷油输出的共同控制。
7.根据权利要求6所述的内燃机电控共轨汽油喷射系统的喷油控制方法，其特征在于：所述系统还包括发动机工况数据采集系统，所述单片机(7)与发动机工况数据采集系统连接；所述步骤(2)中单片机(7)接收发动机工况数据采集系统采集的发动机转速、油门移位、氧浓度、温度而分析判断发动机工况，结合所述燃油输出压力数据，从预设的油压调整加速度参数中选择油压调整加速度参数值。
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