CN109084983B - 基于气压数据分析的进气歧管综合传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于气压数据分析的进气歧管综合传感器。本发明可以通过对内燃机、空压机等带有活塞、转子和/或其他运动部件的机械设备的进气歧管气压数据的分析达到感测机械设备的转速、充气量、充气速率、点火时机、喷油润滑时机、曲轴相位（角度）及其他一些需要感测的参数的目的。本发明包括如下三个组成部分：①气压变送模块；②数据采集模块；③数据处理模块。

Description

基于气压数据分析的进气歧管综合传感器

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种通过检测分析内燃机、空压机等带有活塞、转子或其他运动部件的机械设备进气口气压变化而感测阀门位置、活塞位置、凸轮轴位置、发动机转速、动力装置的排气反喷过程等机械设备的基本参数的电子传感装置。

背景技术

为了使内燃机、空压机等带有活塞、转子或其他运动部件的机械设备实现电子燃料喷射（以下简称电喷）（EFI），电子点火控制（EIC）、电子润滑（又称“按需润滑”）（ELC）及其他一些高级功能，需要感测这种动力系统中的许多参数，这些参数包括但不限于阀门位置、活塞位置、凸轮轴位置、曲轴转速、动力装置的排气反喷过程等参数，为了感测上述各项参数，现在使用的办法是在这种动力装置中装上包括但不限于进气气压传感器、阀门位置传感器、活塞位置传感器、凸轮轴位置传感器、发动机转速传感器等各种各样的传感器，每种传感器负责感测其中的一种参数，比如进气气压传感器负责检测进气的气压信息、阀门位置传感器、活塞位置传感器和凸轮轴位置传感器分别负责检测阀门、活塞和凸轮轴的动态瞬时位置、发动机转速传感器负责检测发动机的实时转速等基本参数。

目前这种需要检测何种参数便专门装上一种可以检测该种参数的技术手段，虽然在一定程度上实现了动力装置的电子控制，但是这种需要什么参数便直接安装可以检测该参数的传感器的方法不可避免地存在如下各种问题：

首先是这样的技术方法或手段必然导致测控传感系统装置越来越复杂，因为每增加一个传感器，这种装置就需要为这个传感器预设一定的空间位置，否则这个传感器便不能安装在测控系统装置上发挥作用，这必然导致的一个后果是动力系统的体积越来越大，还有一个必然的后果就是：只要增加一种传感器，原来的测控系统就基本上必须重新设计，因为增加的传感器都需要有专门的电路和信息传输通道，否则这个增加的传感器便不能在测控系统内发挥作用。

其次是涉及的参数有多少个，就需要多少个或多少种相关的传感器，这种一个参数的采集就必须要一种或一个传感器的技术方案，不但安装复杂，而且基础成本极高，因为每增加一个传感器就必须增加相应的成本。

第三是涉及的传感器基本都有机械结构，比如感测阀门位置、活塞位置和凸轮轴位置的传感器和感测发动机速度的传感器都需要诸如信号轮或信号轴一类可不停的与阀门、活塞、凸轮轴或发动机飞轮等结构进行机械接触的结构，这种结构不但在其与被检测对象接触过程种会发生磨损、消耗等问题，而且还存在噪音较大、消耗功率、发热严重和体积过大等问题。

第四是这种“一个参数、一个传感器”的技术方案，在信息感测、利用上比较复杂，比如在对目前大量存在并使用的小型非电喷动力装置（通用汽、柴油机等）进行改造的时候，为了实现对阀门、活塞和凸轮轴位置的感测，就需要对动力控制的燃烧室等部件进行钻孔、车削等“伤筋动骨”式的外科手术改造，而这样的改造不但工作复杂、而且还很有可能因工艺不精等原因导致对原有装置不可逆转的破环等问题。

为此，开发一种结构简单、安装方便，没有机械结构，可以同时感测多种物理参数的传感器对提高内燃机、空压机等带有活塞、转子或其他运动部件的机械设备的安装、控制性能、简化其物理结构，延长其测控系统的寿命、拓展测控系统的应用范围，均具有非常重要的科学和实用价值。

而本发明正是针对上述相关问题而开出出来的一种新型传感装置。

发明内容

本发明提供一种基于进气管气压数据分析的进气歧管综合传感器，这种传感器可以根据内燃机、空压机等带有活塞、转子和/或其他运动部件的机械设备的进气歧管气压变化感测所述机械设备的转速、充气量、充气速率、点火时机、喷油润滑时机、曲轴相位（角度）及其他一些需要感测的参数。

本发明提供的基于气压数据分析的进气歧管综合传感器是通过分析反映所述机械设备的阀门、活塞、凸轮轴和/或主轴及其他一些相关部件的运动速度、实时位置和/或其他一些可以反映该部件参数的物理数据各自与进气歧管气压变化等物理数据的相关关系的数据，实现对所述机械设备的阀门、活塞、凸轮轴和/或主轴及其他一些相关部件的运动速度、实时位置等参数的感测。

本发明提供的基于气压数据分析的进气歧管综合传感器根据需要和具体情况分别或综合采用函数运算、标定、数据组合或拆分等方式确定进气歧管气压变化与内燃机、空压机等带有活塞、转子和/或其他运动部件的机械设备的某个或某几个部件和/或组成部分的运动变量之间的相关关系，并将反映这些相关关系变化的变量转换为芯片可读的物理数据，从而实现对某个或某几个部件和/或组成部分的运动状况的实时感测。

本发明提供的基于气压数据分析的进气歧管综合传感器分析所述机械设备的阀门、活塞、凸轮轴和/或主轴及其他一些相关部件的运动速度、实时位置和/或其他一些可以反映该部件运动变化的参数的各个物理数据与进气歧管气压变化等物理数据之间的相关关系的函数运算、实验标定、数据组合或拆分方式和/或其他任何可以确定或反映所述机械设备的阀门、活塞、凸轮轴和/或主轴及其他一些相关部件的运动速度、实时位置和/或其他一些可以反映该部件参数的各个物理数据中的一个或多个数据与进气歧管进气量和/或气压变化等物理数据之间相关关系的数据均存储于专门为所述基于气压数据分析的进气歧管综合传感器开发的数据库中，所述数据库存储于基于气压数据分析的进气歧管综合传感器的数据处理模块中。

本发明包括如下三个组成部分：①气压变送模块；②数据采集模块；③数据处理模块；

所述气压变送模块①是一个可以检测内燃机、空压机等带有活塞、转子和/或其他运动部件的机械设备的进气歧管气压变化的气压感测装置，所述气压变送模块①将感测到的模拟气压信号传给所述数据采集模块②。

所述数据采集模块②是一个可以将接收到的模拟信号转化为数字信号并发送给所述数字处理模块③的信号处理装置，所述数据采集模块③一端与所述气压变送模块①之间数据连接，另一端与所述数据处理模块③之间数据连接。

所述数据处理模块③是一个可以对来自所述数据采集模块②的信号进行分析处理的装置，与所述数据采集模块②之间数据连接，并可以将反映分析结果的数据向外输出，从而完成对相关参数的感测和输送：

工作的时候，所述气压变送模块①感测进气歧管的气压变化，并将反映所述气压变化的模拟信号发送给所述数据采集模块②，所述数据采集模块②接收到所述气压变送模块①发来的模拟信号后，将这些信号转化为数字信号并发送给所述数据处理模块③，所述数据处理模块③将接收到的来自所述数据采集模块②的数据与数据库存储的与相应运动部件的运动相关的数据进行运算、对比和/或分析，从而对所述发动机相关运动部件的运动状况及其他运动变量状况做出判断，进而完成对包括但不限于转速、充气量、充气速率、点火时机、喷油润滑时机、曲轴相位（角度）和/或其他变量的实时感测，从而实现综合传感功能。

实施本发明的实施例有如下效果：

只需要一个传感器便可实现目前需要多个传感器才能实现的感测功能，大幅降低机械设备的生产成本。

可以根据需要在进气歧管气压与需要感测的机械设备的某个或某几个运动部件的运动变量之间建立相关关系，使感测的对象和范围可以根据需要随时调整。

大幅简化测控系统的测控体系和数据结构。

测控系统不再有复杂的机械结构，不存在磨损和功率损耗问题。

可以方便地对所有现有非电喷动力设备进行升级改造，使其在低成本和简单改造后就可直接升级为性能优良、操作方便的电喷机械设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是本发明提供的实施例结构图基于气压数据分析的进气歧管综合传感器结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

以下进行详细说明。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

本发明的说明书和权利要求书及所述附图中的任何有关数字如“①”、“②”、“③”…或“第一”、“第二”、“第三”…或其他任何类似数字在文中的出现，除非有明确的说明，都只是为了方便区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本说明书中所有“和/或”的文字表述都是描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B, 可以表示：单独存在A,同时存在A和B, 单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一中“或”的关系。

参见图1，图1所示的是本发明提供的实施例结构图基于气压数据分析的进气歧管综合传感器结构图，该实施例包含了本发明最基础的创意要素及技术节点，根据本实施例所包含的创意要素及技术节点，任何本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本实施例包含三个部分：①气压变送模块；②数据采集模块；③数据处理模块。

气压变送模块①是一个气压传感装置，与所述数据采集装置②连接，所述气压变送模块①可以感测内燃机、空压机等带有活塞、转子和/或其他运动部件的机械设备的进气歧管气压变化，这种气压变送模块中的传感器可以是扩散硅压强（压力）传感器、陶瓷压阻压强（压力）传感器、超声波压强（压力）传感器或任何其他可以感测压强（压力）变化的传感器；

所述气压变送模块①将气压变化转化为对应的模拟信号向所述数据采集模块②传送。

所述数据采集模块②是一个可以将接收到的模拟信号转换为数字信号的装置：

所述数据采集模块②与所述气压变送模块①和所述数据处理模块③之间有数据连接；

所述数据采集模块②将接收到的模拟信号转换为数字信号后发送给所述数据处理模块③；

所述数据采集模块②一般由包括但不限于ADC(数模转换)、信号放大、信号滤波、信号调理的相关器件构成。

所述数据处理模块③是一个具有数据处理能力的微控制器，这种微控制器可以是但不限于是STM32、STM8微控制器等；

所述数据处理模块③与所述数据采集模块②之间数据连接，实践中，所述数据处理模块③与控制系统之间有数据连接；

所述数据处理模块③对来自所述数据采集模块②的信号进行分析处理，并将分析结果中得到的数据以转速、充气量、充气速率、点火时机、喷油润滑时机、曲轴相位（角度）和/或其他变量形式向控制系统和（或）显示装置输出。

Claims (5)

1.基于气压差数据分析的进气歧管综合传感器，其特征在于:

它包含三个组成部分：①气压变送模块；②数据采集模块；③数据处理模块：

所述气压变送模块与所述数据采集模块之间有数据连接并将感测到的模拟压力信号传给所述数据采集模块；

所述数据采集模块一端与所述气压变送模块之间数据连接，另一端与所述数据处理模块之间数据连接；

所述数据处理模块与所述数据采集模块之间数据连接，并可以将分析结果中得到的数据向外输出；

它是通过分析反映带有活塞、转子的运动部件的机械设备的进气歧管气压变化与所述机械设备的阀门、活塞、凸轮轴和/或主轴中的一个或多个运动状态的相关关系的数据实现对所述机械设备的转速、充气量、充气速率、点火时机、喷油润滑时机、曲轴相位、曲轴角度感测的综合传感装置；

它是根据需要以单独或综合采用函数运算、标定、数据组合或拆分的方式确定进气歧管气压变化与带有活塞、转子的运动部件的机械设备的阀门、活塞、凸轮轴和/或主轴的运动变量之间的相关关系，并将反映相关关系变化的变量转换为微控制器可以理解的物理数据，从而实现对阀门、活塞、凸轮轴和/或主轴的运动状况的实时感测；

它分析所述机械设备的阀门、活塞、凸轮轴和/或主轴的运动速度、实时位置与进气歧管进气量和/或气压变化之间的相关关系的函数运算、实验标定、数据组合或拆分方式和运动速度、实时位置与进气歧管进气量和/或气压变化之间相关关系的数据均存储于所述基于气压差数据分析的进气歧管综合传感器的数据库中，而这些数据库则存储于数据处理模块中。

2.根据权利要求1所述基于气压差数据分析的进气歧管综合传感器，其特征在于，它的工作逻辑是：

所述气压变送模块感测进气歧管的气压变化，并将反映所述气压变化的模拟信号发送给所述数据采集模块；

所述数据采集模块接收到所述气压变送模块发来的模拟信号后，将这些信号转化为数字信号并发送给所述数据处理模块；

所述数据处理模块将接收到的来自所述数据采集模块的数据与数据库存储的与相应运动部件的运动相关的数据进行运算、对比和/或分析，从而对所述机械设备相关运动部件的运动状况做出判断，进而完成对转速、充气量、充气速率、点火时机、喷油润滑时机、曲轴相位、曲轴角度的实时感测并实现相当于所述机械设备原来的阀门传感器、活塞位置传感器、凸轮轴位置传感器、转速传感器和进气压力传感器才能实现的数据感测，实现综合传感功能。

3.根据权利要求1或权利要求2所述基于气压差数据分析的进气歧管综合传感器，其特征在于，它所包含的所述气压变送模块是一个可以检测带有活塞、转子运动部件的机械设备的进气歧管气压变化的压力感测装置。

4.根据权利要求1或权利要求2所述基于气压差数据分析的进气歧管综合传感器，其特征在于，它所包含的所述数据采集模块是一个可以将接收到的模拟信号转化为数字信号并发送给所述数据处理模块的信号处理装置。

5.根据权利要求1或权利要求2所述基于气压差数据分析的进气歧管综合传感器，其特征在于，它所包含的所述数据处理模块是一个可以对来自所述数据采集模块的信号进行分析处理的装置，与所述数据采集模块之间数据连接，并可以将分析结果中得到的数据向外输出的数据处理装置。

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