CN108412625A - 一种内燃机双重助燃节油装置的智能控制器 - Google Patents

一种内燃机双重助燃节油装置的智能控制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内燃机双重助燃节油装置的智能控制器，包括与内燃机蓄电池连接的直流电压转换电路，与直流电压转换电路连接的51系列的单片机，以及均匀单片机连接的第一进风阀驱动电路、第二进风阀驱动电路、高压脉冲电源开关电路、送风机控制电路、语音报警模块和晶振振荡电路。通过上述方案，本发明具有结构简单、控制简便、功能完备、降低设备投入成本等优点，在内燃机助燃研发技术具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种内燃机双重助燃节油装置的智能控制器
技术领域
本发明涉及内燃机助燃研发技术领域，尤其是一种内燃机双重助燃节油装置的智能控制器。
背景技术
随着节能减排的提出，大力倡导建设资源节约型、环境友好型的社会，降低污染物的排放，实现经济可持续发展。在污染物排放中，汽车尾气污染已经成为我国空气污染的重要来源。具不完全统计，截止2016年底，我们机动车保有量达到2.95亿辆，汽车排放污染物初步核算为4472.5万吨，其中，一氧化碳超过汽车排放总量的80％，产生一氧化碳的主要原因是燃油燃烧不充分。内燃机包括活塞油缸、进气系统、排气系统、蓄电池、连杆机构、配气系统、润滑系统和点火系统等。目前，以汽油为燃料的汽车按进气方式分为自然吸气和涡轮增压，其中，自然吸气是在不通过任何增压器的情况下，大气压将空气压入燃烧室的一种形式，自然吸气发动机其优点在于动力输出平顺、响应直接，但是燃油经济性明显不如涡轮增压的发动机，并且燃油燃烧比较低，相同体积的燃料产生的一氧化碳较涡轮增压高。另外，涡轮增加是一种利用内燃机运转产生的排气驱动空气压缩机的技术，其主要作用是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩。在相同排量情况下，涡轮增压发动机提升最大功率40％以上，但是，涡轮增压的发动机增设了涡轮增压部件，增加了汽车生产、维护成本，并且汽车涡轮增压器在低速时处于停止运行状态，当汽车达到一定速度时，涡轮增压才工作。在拥堵的城市道路行驶，汽车车速一般较低，涡轮增压绝大多数时间并未工作，涡轮增压的发动机也无法起到真正的减排作用。另外，无论是自吸式还是涡轮增压式内燃机，吸入空气中的氧气比例依然是总空气 21％左右，因此，并未真正改善燃料燃烧环境，燃烧后的尾气中依然存在大量一氧化碳、碳化氢等有害气体。
其中，内燃机双重助燃节油装置包括两个进气口一个出气口的空气汇集器，与空气汇集器的一进气口连接的第一进风阀，与空气汇集器的另一进气口连接的第二进风阀，与第一进风阀连接的双桶滤网结构的空气滤清器，与第二进风阀连接的聚气器，与空气滤清器连接的第一进风口，与空气汇集器出气口连接的臭氧发生片，与臭氧发生片电气连接的高压脉冲电源，分别与高压脉冲电源、第一进风阀和第二进风阀连接并且固定在第一进风口上的控制器，依次连接的第二进风口、送风机、油水分离器和制氧分子筛，以及与控制器连接的臭氧传感器。目前，市面并未涉及内燃机双重助燃节油装置的控制电路，采用传统的控制电路也无法满足控制要求。因此，需要提出一种内燃机双重助燃节油装置的智能控制器，通过控制该装置双重进风，提高内燃机进气氧含量，改善内燃机燃烧条件，使燃料得到充分燃烧，降低有毒气体排放，并且能提高内燃机输出功率。
发明内容
针对上述不足之处，本发明的目的在于提供一种内燃机双重助燃节油装置的智能控制器，主要解决现有技术中存在的传统的控制电路无法满足双重助燃节油装置控制要求的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种内燃机双重助燃节油装置的智能控制器，包括与内燃机蓄电池连接的直流电压转换电路，与直流电压转换电路连接的51系列的单片机，以及均匀单片机连接的第一进风阀驱动电路、第二进风阀驱动电路、高压脉冲电源开关电路、送风机控制电路、语音报警模块和晶振振荡电路；
所述第一进风阀驱动电路与第一进风阀连接，第二进风阀驱动电路与第二进风阀连接，并且高压脉冲电源开关电路与高压脉冲电源连接；所述第一进风阀驱动电路、第二进风阀驱动电路、高压脉冲电源开关电路、送风机控制电路和语音报警模均与直流电压转换电路输出连接。
具体地，所述直流电压转换电路包括具有输入端Vin、输出端Vout、反馈端Fb、开关控制端On/Off和接地端GND引脚的直流电压转换芯片，并联后连接在直流电压转换芯片的输入端Vin与接地端GND之间的充电电容C1和充电电容C2，连接在直流电压转换芯片的开关控制端On/Off与输出端Vout之间的二极管D1，一端与直流电压转换芯片的输出端Vout连接的滤波电感L1，并联后一端与滤波电感L1另一端连接并且另一端与直流电压转换芯片的开关控制端 On/Off连接的滤波电容C4和稳压电容C5，并联后一端与直流电压转换芯片的反馈端Fb连接、另一端连接在滤波电感L1与滤波电容C4之间的反馈电阻R2 和反馈电容C3，以及与一端直流电压转换芯片的反馈端Fb连接并且另一端接地的分压电阻R1；所述直流电压转换芯片的接地端GND与开关控制端On/Off 连接并接地；所述直流电压转换芯片的输入端Vin与内燃机蓄电池连接。
进一步地，所述单片机的串行口P1.0连接有一限流电阻R3，并且单片机通过该限流电阻R3与臭氧传感器连接；所述单片机的外部中断口P3.2还连接有一限流电阻R5，单片机通过该限流电阻R5接收内燃机点火信号。
进一步地，所述第一进风阀驱动电路包括与第一进风阀连接的双位继电器 KT1，集电极与直流电压转换芯片的输出端Vout连接、发射极与双位继电器KT1 连接的三极管VT1，连接在三极管VT1的基极与单片机串行口P1.4之间的限流电阻R4，以及并联在双位继电器KT1上的二极管D2；所述双位继电器KT1为两主电源端、三输出端，该双位继电器KT1一主电源端与三极管VT1发射极连接并且另一主电源端接地。
进一步地，所述第二进风阀驱动电路包括与第二进风阀连接的双位继电器 KT2，集电极与直流电压转换芯片的输出端Vout连接、发射极与双位继电器KT2 连接的三极管VT2，连接在三极管VT2的基极与单片机串行口P1.5之间的限流电阻R6，以及并联在双位继电器KT2上的二极管D3；所述双位继电器KT2为两主电源端、三输出端，该双位继电器KT2一主电源端与三极管VT2发射极连接并且另一主电源端接地。
进一步地，所述语音报警模块包括具有电源调节端Vreg、第一脉冲宽度调制输出端PWM1、第二脉冲宽度调制输出端PWM2、电源输入端VDD、接地端 GND、第一串行口IO1、第二串行口IO2和数据输出端OKY1引脚的语音芯片，连接在语音芯片的第二串行口IO2与接地端GND之间的二极管D4，一端与语音芯片的第一脉冲宽度调制输出端PWM1连接并且另一端与语音芯片的第二脉冲宽度调制输出端PWM2连接的语音播报器，以及一端与语音芯片的电源调节端Vreg并且另一端接地的调节电容C8；所述语音芯片的接地端GND接地，并且电源输入端VDD与直流电压转换芯片的输出端Vout连接。
进一步地，所述高压脉冲电源开关电路包括漏极与高压脉冲电源连接、源极接地并且栅极与单片机串行口P0.7连接的场效应管VT3，以及连接在场效应管VT3的栅极与源极之间的稳压电阻R7。
进一步地，所述送风机控制电路包括并联后与直流电压转换芯片的输出端 Vout连接的单掷继电器KT3和二极管D5，集电极连接在单掷继电器KT3与二极管D5之间并且发射极接地的三极管VT4，以及连接在三极管VT4的基极与单片机串行口P2.2之间的限流电阻R8。
更进一步地，所述晶振振荡电路包括连接在单片机的反向振荡放大输入 XTAL1与反向振荡输出XTAL2之间的晶振Y1，一端连接在单片机的反向振荡放大输入XTAL1并且另一端接地的充电电容C7，以及一端连接在单片机的反向振荡输出XTAL2并且另一端接地的充电电容C6。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明作为双重助燃节油装置的控制电路，主要作用是对第一进风阀、第二进风阀、送风机、高压脉冲电源的控制。该控制电路将内燃机的点火信号作为控制的外部中断，当且仅当，单片机接收到外部中断信号时，才执行助燃节油逻辑，如此设计的好处在于，使控制电路随内燃机一起运行，实现配套使用，降低空闲时段的能耗。第二方面，本发明通过两组双位继电器分别控制第一进风阀和第二进风阀，通过逻辑设定便能实现第一进风阀与第二进风阀主备用切换，或者是第一进风阀和第二进风阀同时启动，其控制较为简便，并且为内燃机供应足够的气体提供了保障。第三方面，本发明巧妙的使用场效应管驱动高压脉冲电源，由于场效应管具有工作电压范围宽、抗冲击能力强等优点，将其运用在高压脉冲电源触发上，便能将场效应管的优势展现地淋漓尽致，并且其成本较低。第四方面，本发明巧妙地设置直流电源转换电路，将内燃机36V或 48V的蓄电池电压转换成单片机、第一进风阀驱动电路、第二进风阀驱动电路等设备所需的电压，为了保证语音芯的供电电压，在电源调节端设置调节电容，如此一来，该装置的控制电路无需自带供电蓄电池，保证简便控制的同时，也能降低设备投入成本。综上所述，本发明具有结构简单、控制简便、功能完备、降低设备投入成本等优点，在内燃机助燃研发技术具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1至图2所示，本实施例的一种内燃机双重助燃节油装置的智能控制器，主要实现内燃机点火信号采集并跟随内燃机运行、第一进风阀和第二进风阀逻辑控制、高压脉冲电源开关控制、送风机启动控制和故障报警提示等功能。具体地，该控制电路包括与内燃机蓄电池连接的直流电压转换电路，与直流电压转换电路连接的51系列的单片机，以及均匀单片机连接的第一进风阀驱动电路、第二进风阀驱动电路、高压脉冲电源开关电路、送风机控制电路、语音报警模块和晶振振荡电路。其中，所述第一进风阀驱动电路与第一进风阀连接，第二进风阀驱动电路与第二进风阀连接，并且高压脉冲电源开关电路与高压脉冲电源连接；所述第一进风阀驱动电路、第二进风阀驱动电路、高压脉冲电源开关电路、送风机控制电路和语音报警模均与直流电压转换电路输出连接。所述晶振振荡电路包括连接在单片机的反向振荡放大输入XTAL1与反向振荡输出 XTAL2之间的晶振Y1，一端连接在单片机的反向振荡放大输入XTAL1并且另一端接地的充电电容C7，以及一端连接在单片机的反向振荡输出XTAL2并且另一端接地的充电电容C6。另外，在单片机的串行口P1.0连接有一限流电阻 R3，单片机通过该限流电阻R3与臭氧传感器连接。在单片机的外部中断口P3.2 还连接有一限流电阻R5，单片机通过该限流电阻R5接收内燃机点火信号。需要说明地，本实施例中使用的“第一”、“第二”、“第三”等术语，仅用于区分同一类部件，不能理解成对保护范围的限定。另外，单片机所使用的程序也属于现有技术，本领域的技术人员根据本实施例记载的内容很容易编程获得，本装置是基于结构的改进，并未对单片机的程序进行改进，因此，在此不予赘述单片机的程序片段。
在本实施例中，所述直流电压转换电路包括具有输入端Vin、输出端Vout、反馈端Fb、开关控制端On/Off和接地端GND引脚的直流电压转换芯片，并联后连接在直流电压转换芯片的输入端Vin与接地端GND之间的充电电容C1和充电电容C2，连接在直流电压转换芯片的开关控制端On/Off与输出端Vout之间的二极管D1，一端与直流电压转换芯片的输出端Vout连接的滤波电感L1，并联后一端与滤波电感L1另一端连接并且另一端与直流电压转换芯片的开关控制端On/Off连接的滤波电容C4和稳压电容C5，并联后一端与直流电压转换芯片的反馈端Fb连接、另一端连接在滤波电感L1与滤波电容C4之间的反馈电阻 R2和反馈电容C3，以及与一端直流电压转换芯片的反馈端Fb连接并且另一端接地的分压电阻R1。所述直流电压转换芯片的接地端GND与开关控制端On/Off 连接并接地。所述直流电压转换芯片的输入端Vin与内燃机蓄电池连接。
在本实施例中，所述第一进风阀驱动电路包括与第一进风阀连接的双位继电器KT1，集电极与直流电压转换芯片的输出端Vout连接、发射极与双位继电器KT1连接的三极管VT1，连接在三极管VT1的基极与单片机串行口P1.4之间的限流电阻R4，以及并联在双位继电器KT1上的二极管D2；所述双位继电器KT1为两主电源端、三输出端，该双位继电器KT1一主电源端与三极管VT1 发射极连接并且另一主电源端接地。第二进风阀驱动电路包括与第二进风阀连接的双位继电器KT2，集电极与直流电压转换芯片的输出端Vout连接、发射极与双位继电器KT2连接的三极管VT2，连接在三极管VT2的基极与单片机串行口P1.5之间的限流电阻R6，以及并联在双位继电器KT2上的二极管D3；所述双位继电器KT2为两主电源端、三输出端，该双位继电器KT2一主电源端与三极管VT2发射极连接并且另一主电源端接地。
另外，所述语音报警模块包括具有电源调节端Vreg、第一脉冲宽度调制输出端PWM1、第二脉冲宽度调制输出端PWM2、电源输入端VDD、接地端GND、第一串行口IO1、第二串行口IO2和数据输出端OKY1引脚的语音芯片，连接在语音芯片的第二串行口IO2与接地端GND之间的二极管D4，一端与语音芯片的第一脉冲宽度调制输出端PWM1连接并且另一端与语音芯片的第二脉冲宽度调制输出端PWM2连接的语音播报器，以及一端与语音芯片的电源调节端Vreg并且另一端接地的调节电容C8；所述语音芯片的接地端GND接地，并且电源输入端VDD与直流电压转换芯片的输出端Vout连接。
在本实施例中，高压脉冲电源开关电路包括漏极与高压脉冲电源连接、源极接地并且栅极与单片机串行口P0.7连接的场效应管VT3，以及连接在场效应管VT3的栅极与源极之间的稳压电阻R7。送风机控制电路包括并联后与直流电压转换芯片的输出端Vout连接的单掷继电器KT3和二极管D5，集电极连接在单掷继电器KT3与二极管D5之间并且发射极接地的三极管VT4，以及连接在三极管VT4的基极与单片机串行口P2.2之间的限流电阻R8。
当单片机监测到内燃机点火信号时，单片机执行中断程序，以第一进风阀为主用为例，则该第一进风阀保持常开状态；单片机驱动场效应管VT3导通，触发高压脉冲电源工作，臭氧发生片将第一进风口进入的空气中的氧气转换成臭氧，在内燃机气缸内相同体积的气体的氧含量明显增加，改善了内燃机气缸燃烧环境，使燃料燃烧更充分，降低有毒气体排放量。当MQ-131的臭氧传感器检测到臭氧含量降低时。单片机驱动第二进风阀驱动电路工作，使第二进风阀开启，与此同时，单片机驱动三极管VT4导通，开启送风机，将第二进风口进入的空气中的氧气分离，并汇集在空气汇集器内，提高空气汇集器中氧的含量，进一步地由臭氧发生片将汇集后的空气中的氧气转换成臭氧，实现双重助燃，提高内燃机气缸供氧能力。通过上述方案，本发明将空气中的氧气转换成臭氧，增加相同体积内养的含量，使内燃机燃烧更充分，并且无需增设涡轮增压设备，免去涡轮增压设备的投入和维护成本，同样地，也无需检测汽车行驶速度，该助燃节油装置在拥堵的城市道路中效果最为明显。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种内燃机双重助燃节油装置的智能控制器，其特征在于，包括与内燃机蓄电池连接的直流电压转换电路，与直流电压转换电路连接的51系列的单片机，以及均匀单片机连接的第一进风阀驱动电路、第二进风阀驱动电路、高压脉冲电源开关电路、送风机控制电路、语音报警模块和晶振振荡电路；
所述第一进风阀驱动电路与第一进风阀连接，第二进风阀驱动电路与第二进风阀连接，并且高压脉冲电源开关电路与高压脉冲电源连接；所述第一进风阀驱动电路、第二进风阀驱动电路、高压脉冲电源开关电路、送风机控制电路和语音报警模均与直流电压转换电路输出连接。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述直流电压转换电路包括具有输入端Vin、输出端Vout、反馈端Fb、开关控制端On/Off和接地端GND引脚的直流电压转换芯片，并联后连接在直流电压转换芯片的输入端Vin与接地端GND之间的充电电容C1和充电电容C2，连接在直流电压转换芯片的开关控制端On/Off与输出端Vout之间的二极管D1，一端与直流电压转换芯片的输出端Vout连接的滤波电感L1，并联后一端与滤波电感L1另一端连接并且另一端与直流电压转换芯片的开关控制端On/Off连接的滤波电容C4和稳压电容C5，并联后一端与直流电压转换芯片的反馈端Fb连接、另一端连接在滤波电感L1与滤波电容C4之间的反馈电阻R2和反馈电容C3，以及与一端直流电压转换芯片的反馈端Fb连接并且另一端接地的分压电阻R1；所述直流电压转换芯片的接地端GND与开关控制端On/Off连接并接地；所述直流电压转换芯片的输入端Vin与内燃机蓄电池连接。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述单片机的串行口P1.0连接有一限流电阻R3，并且单片机通过该限流电阻R3与臭氧传感器连接；所述单片机的外部中断口P3.2还连接有一限流电阻R5，单片机通过该限流电阻R5接收内燃机点火信号。
4.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第一进风阀驱动电路包括与第一进风阀连接的双位继电器KT1，集电极与直流电压转换芯片的输出端Vout连接、发射极与双位继电器KT1连接的三极管VT1，连接在三极管VT1的基极与单片机串行口P1.4之间的限流电阻R4，以及并联在双位继电器KT1上的二极管D2；所述双位继电器KT1为两主电源端、三输出端，该双位继电器KT1一主电源端与三极管VT1发射极连接并且另一主电源端接地。
5.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第二进风阀驱动电路包括与第二进风阀连接的双位继电器KT2，集电极与直流电压转换芯片的输出端Vout连接、发射极与双位继电器KT2连接的三极管VT2，连接在三极管VT2的基极与单片机串行口P1.5之间的限流电阻R6，以及并联在双位继电器KT2上的二极管D3；所述双位继电器KT2为两主电源端、三输出端，该双位继电器KT2一主电源端与三极管VT2发射极连接并且另一主电源端接地。
6.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述语音报警模块包括具有电源调节端Vreg、第一脉冲宽度调制输出端PWM1、第二脉冲宽度调制输出端PWM2、电源输入端VDD、接地端GND、第一串行口IO1、第二串行口IO2和数据输出端OKY1引脚的语音芯片，连接在语音芯片的第二串行口IO2与接地端GND之间的二极管D4，一端与语音芯片的第一脉冲宽度调制输出端PWM1连接并且另一端与语音芯片的第二脉冲宽度调制输出端PWM2连接的语音播报器，以及一端与语音芯片的电源调节端Vreg并且另一端接地的调节电容C8；所述语音芯片的接地端GND接地，并且电源输入端VDD与直流电压转换芯片的输出端Vout连接。
7.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述高压脉冲电源开关电路包括漏极与高压脉冲电源连接、源极接地并且栅极与单片机串行口P0.7连接的场效应管VT3，以及连接在场效应管VT3的栅极与源极之间的稳压电阻R7。
8.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述送风机控制电路包括并联后与直流电压转换芯片的输出端Vout连接的单掷继电器KT3和二极管D5，集电极连接在单掷继电器KT3与二极管D5之间并且发射极接地的三极管VT4，以及连接在三极管VT4的基极与单片机串行口P2.2之间的限流电阻R8。
9.根据权利要求1～8任一项所述的控制电路，其特征在于，所述晶振振荡电路包括连接在单片机的反向振荡放大输入XTAL1与反向振荡输出XTAL2之间的晶振Y1，一端连接在单片机的反向振荡放大输入XTAL1并且另一端接地的充电电容C7，以及一端连接在单片机的反向振荡输出XTAL2并且另一端接地的充电电容C6。
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