CN1096564A - 用于内燃机的多功能反馈控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机的多功能反馈控制系统，包括一 装有供给元件能控制燃料流动的供给装置；一发动 机；一催化消音器；一中心控制装置，根据对化油起作 用的参数加减电信号；从而提供连续作用于所述供给 元件的控制信号；至少一位于发动机排气系统中并且 与中心控制装置电气连接的氧传感器，一测量空气流 量的流量计，所述流量计位于供给装置中，根据测得 的空气流量向中心控制装置发送电信号；中心控制装 置加工来自氧传感器的信号，以便确定氧传感器的信 号值与相应混合物空燃比的值之间的相互对应关 系。

Description

本发明涉及一种控制供给内燃机的混合物的反馈系统，该系统基本包括一个供给装置，一台内燃机，至少一个位于发动机排气系统中的氧传感器，一个催化消音器和一个带有电气元件的中心控制装置，这些电气元件对来自氧传感器的信号进行加工，从而获得连续控制混合物空燃比的控制信号。

装有根据本自氧传感器的信号值控制空燃比的装置的控制系统是公知的。传统的系统是用来改善从发动机排气总管中排出并在催化消音器中进行氧化还原反应的污染物总量的。公知的内燃机供给系统是一些开放的循环系统，即，它们没有与氧传感器的信号相应地进行动作以控制发动机每一工作状态的调节元件或调节元件系统，或者更准确地说，是根据工作状态调节空燃比。这些公知的开放循环系统是按储存在记录器中的发动机工作曲线进行工作的。

为了获得一个近似的曲线，采用了将要装设在大批量制造的轿车上的发动机样品。在将其安置在测试台架上后，每一可能的工作状态都被检测，还要考虑到经济消耗，污染物水平及通常的性能正地确定出对于某种状态的最佳燃料量。获得了发动机在n维上的工作曲线，其中工作状态与送入发动机的燃料量之间的关系是根据预定的参数确定（如负载、节气门开度、转速、环境温度、湿度、发动机温度等等）。

近似的曲线可以记录在电子或机械记录器上（三维凸轮或类似器具）。

EP-A-0046305涉及到了一种控制内燃机的系统，包括按照喷入的燃料流量及利用计算机输出信号的点火提前量来进行工作的装置，该计算机接收来自位于进气管路中的压力传感器和发动机的角速度传感器的信号。计算机计算出进气管路的空气压差△Pm和两个连续运动之间的角速度差△N，确定出计算出的△Pm与△N的值之间的正确值，以便改变对发动机的控制值。

这种系统未能解决的主要问题如下所述：

1.改变发动机的控制值的正确值是基于储存在计算机中的发动机工作曲线确定的;

2.设置在发动机排气管路中的氧传感器的由计算机适当处理过的信号级别具有改变计算出的△Pm和△N的值之间的正确值的功能;然而，这种修改不能精确地控制发动机的所有工作状态的化油过程，只得到一个与城闹市区工作状态下的化学计算值极为接近的空燃比，以使催化消音器正常工作。

关于第一点，我们可以加入发动机的工作曲线，它是通过在实验室的测试台架上处于许多不同负载状态以及预定环境状态下测量新发动机样品的性能计算出的。而在各种路面上及不同环境状态下按计时已工作成千上万公里的发动机不再会有如同样品发动机那样的情况。

目前使用控制空燃比曲线是出于以下的原因：仍没有有效的测量进入发动机的空气流量的系统;能够控制燃料流动的供给装置有很宽的尺寸公差，从而出现太多的供给失误;氧传感器没有适当使用。

公知的测量空气流量的系统十分不精确，特别显著的是在对通过进气管路的空气重量值估算上出现错误。这使得这些系统不能供入适当的混合物。再有，目前广泛使用的流量计对发动机有个不利的作用，因为这种流量计会引起负载损失。

关于第二点，我们只能把氧传感器信号的两个级别认为在催化消音器正常起作用中要考虑的，第一级表示比化学计算值稀的空燃比，而第二级表示比化学计算值浓的空燃比，就好象表示氧传感器值的曲线有一个与混合物的化学计算值相对应的倾斜度。

基于类似曲线的一种调节会在计算机对可控制燃料流量的供给元件的修正效果产生不规则，这些修正效果具有从第一级到第二级的传感器信号值的转换频率且反之亦然。再有，只使用氧传感器二级的信号限制了传感器有效能力，它是能提供更有用的信息而且到更大的程度的。事实上，传感器不仅显示以发动机工作曲线的参数为基础提供的混合物空燃比的错误，而且即使送往发动机的燃料量正确，也能够显示由于发动机工作不适合而使燃料不充分汽化。实际上，显示化油最终结果的氧传感器显示出了燃烧是如何发生的。

;安置在发动机排气总管上的一个氧传感器测量出来自每一燃烧室所排出废气中氧的平均浓度。

这带有某些缺点。

第一个缺点是，即使在混合物正常燃烧的情况下，如果在来自燃烧室的废气中氧的浓度平均值有任何的偏差，或一定程度的偏差，测量就不能证实。

还有一个更大的缺点发生在一个或多个燃烧室中的混合物没有完全燃烧的情况下，例如，由于火花塞没有工作或者定时阀门未能正确定时。在这些情况下，废气中的氧的浓度极高，不是由于混合物太稀，而是因为氧没有与碳氢化合物产生化学结合。然而传感器信号值却显示混合物过稀;连有该传感器计算机就能使供给元件控制燃料流动，使混合物变浓。如果点火失败是由于混合物过稀，那么加浓混合物可以改善燃烧。然而，通常混合物的加浓因两种原因被破坏：其一是由于用失效的火花塞使点火问题加重，其二是由于废气所包含的氧和碳氢化合物在每一工作循环中都在增加。在催化消音器中发生的化学反应被高浓度的氧和碳氢化合物所改变，结果是这种改变通过过热得到实现，从而可能破坏消音器。

本发明的目的是克服这些缺陷。

如权利要求所述的本发明解决了内燃机多功能反馈控制系统所出现的问题，不需要用工作曲线，而是装有自我调节装置以控制发动机的每个工作状态;在本发明所述的系统中，氧传感器的信号被用来在发动机的每个工作状态下控制整个分油过程。

本发明所产生的优点大致如下，除了提供比EP-A-0046305所描述的系统更精确的调节之外，它不用发动机的工作曲线，它可给驾驶员显示出发动机和催化消音器的故障，使空燃比适合于不同的工作状态并防止爆震。

本发明的其它优点、特性及目的可以参照附图通过对最佳实施例的说明更清楚地了解到。其中：

图1是表示氧传感器的压力值的图表，通常用来控制内燃机的排气;

图2是表示一台装有本发明所述控制系统中的发动机的气缸后视简图;

图3是表示装有位于发动机排气系统的温度和氧传感器发动机的俯视简图;

图4是表示用于测量图2所示系统中空气流量的流量计的第一实施例的简图;

图5是表示用于测量图2所示系统中空气流量的流量计的第二实施例的简图;

图6是表示带有一在截止位置截止旁通管路的阀门的快速空转装置简图;

图7是表示带有一在开启位置打开旁通管路的阀门的快速空转装置简图;

图8是表示进气管的一部分的简图，其中有一个供传感器插入的座，该传感器用于测量节气门后的真空度。

图1的曲线表示氧传感器信号值，所述的信号有两个级别L1和L2，它们分别表示混合物的稀和浓的空燃比。应该了解到，目前只有两种压力级别L1和L2是用来将空燃比校正到近于λ＝1的值，此值代表混合物的化学计量值。λ值被定义为：“空气系数”并且代表含在由供给装置提供的混合物中的空气量与要求达到化学计量值的空气量的比率。按照一个已经存在约二十年的惯例，代表“空气系数”的横座标表示λ的减小。在公知的包含0.2V至0.8V之间的级别L1和L2的值的控制系统中，级别L1和L2之间转换发生在λ＝1的相当有限范围内。

经使用者的实验证明，氧传感器在整个传感器信号值的曲线范围之内均能提供控制发动机的有效指示。为了获得足够可靠的实验，传感器信号曲线被分为一些有一定数量的部分。应该注意，也可以在λ值位于预先定好的△λ值范围之内的过渡阶段保持一个正确的燃烧，该△λ值包含一个更细的分组。

通过应用适当的调整方法，即使λ值比较远离λ＝1，也可以减小该范围以确保对燃烧的精确控制。

表示在图2和图3中的控制系统包括一个化油装置1，该装置基本上包括一个测量供给发动机的空气流量的流量计以及一个或多个能够控制燃料流量的供给元件17。后者可以是喷油器或化油器，它们的数量由发动机的型号确定。

化油装置1通过进气管路4连接到燃烧室3的进气阀门2上;每个燃烧室3带有一个通向一根排气管道6的排气阀门5，该排气管道开口于一根装有催化消音器7的排气总管中，在该消音器之前插入地设有一个第一氧传感器8。在每根进气管4中有一个第二氧传感器8。

传感器8与中心控制装置9呈电气连接，该装置接收来自大量传感器（未示出）的电气信号。这些传感器测量发动机的角速度R.P.M.和温度Tm，进气系统中吸入的空气的温度Ta、湿度U和压力Pa以及影响发动机运转和化油过程的类似参数。

第一温度计10设置在每根排气管路6中以测量经阀门5来自燃烧室3的废气温度，而第二温度计11则位于催化剂12之后以测量来自消音器7经氧化还原过程后的气体温度。

温度计10和11均与装置9的入口相连，以便向其发送相应的电信号。其它位于化油装置1中及节气门13后的进气道4部分上的传感器是象后面将要说明的那样连接到装置9上的。

另外，有一个连接在装置9的另一入口上的爆震传感器14。

对于每一个燃烧室3，都有一个相应的温度计10，如果发动机对每个燃烧室3都具有一供给装置，与供给管道协同动作这些传感器与燃烧室3的数目相同。

图4中所示的流量计是化油装置1的一个整体部分。一个文杜里管15带有一与空气滤清器（未示出）相连的入口和一个与进气管路4相连的出口。

一个薄膜18将盒21分成两个腔室19和20，它们被密封在盒中并分别与文杜里管15的喉部和位于所述喉部之前的管路的一侧相连，所述连接由管件22和23实现。设置在腔室19中的一根弹簧24压在薄膜18上，以限制其因文杜里管的喉部形成的真空△P而产生的移动。薄膜18的位置传感器25以不接触的方式（电容传感器或类似传感器）测量薄膜18的位置并与装置9相连，从而向其发送表示薄膜18位置的电信号。一个调整元件26用来调整弹簧24的加载，其螺纹拧入盒21的由腔室19确定的部分中。

装置9上连有一个或多个喷射器27或者其它能够控制燃料流量的供给元件17，以根据表示薄膜18位置的传感器25的信号大小等级来控制供入混合物的空燃比。

图5表示用于测量发动机吸入空气流量的流量计的第二实施例;该流量计在一点上与图4中的不同，就是一个片状弹簧27压在薄膜18上，弹簧27的加载通过调整螺钉28实现。

图6和图7表示截止阀门29分别位于旁通管路30的第一关闭位置及第二开启位置所构成的一个快速空转装置;旁通管路30将一位于节气门13之前的孔31与一位于同一个节气门13之后的孔32连接起来。

截止阀门29与装置9是呈电气连接的，而装置9则使之从第一位置移向第二位置，或者使之保持在第一与第二位置之间的某位置上，当由初级温度计11测得的温度显示催化剂12未起作用时，提供一个预定的低的运转速度。

图8表示测量位于节气门13之后的进气管4的真空度的装置。该装置由通过管路34连接到位于节气门13后的进气管4上的压力传感器33构成;所述压力传感器33与装置9相连，在作出压力传感器33的信号后比较与其彼此相伴的信号值，并根据具有预定频率的计时器计算出梯度。

中心控制装置9由电路和控制供给元件17的电子元件组成，供给元件能够由控制信号控制燃料流动。通常，这些功能目的在于将供入燃烧室3的混合物的空燃比保持在发动机每个工况的最佳值上。

精确且连续控制空燃比的原因有两个：一是使发生氧化还原反应的催化消音器7消除污染能正确起作用;第二个更重要的新的原因是控制发动机的工况下的化油过程。

通常，装置9可使供给元件17根据该元件的型式以不同的方式控制燃料的流动以确定空燃比;在任何情况下，它都根据薄膜18的位置工作，并根据来自氧传感器8的信号值修正空燃比。在用喷射器的情况下，装置9确定出其开启的时刻;在用化油器的情况下，装置9与一电磁执行机构相连并作用于后者以改变主喷口的通道面积、乳化空气的喷射或者其它的确定燃料和/或乳化空气量的喷射。

有关发动机的运转的状态基本上如下：

1.空转状态;

2.在低和中负载下慢速运转;

3.在高速且满负荷下稳定运转;

4.瞬间加速状态;

5.瞬间减速并松开油门踏板的状态;

这些状态可以发生在发动机预热时，也可以发生在通常的工作温度下。

运转状态由装置9根据发动机的温度Tm、角速度R.P.M，传感器25指示的流量及进气管路4中的真空度的变化来辩认。

在“静止”运转情况下，根据施加于发动机上的负荷、温度Tm、空气流量以及其它列举的参数，装置9能够按运转状态确定出一个较浓或较稀的空燃比。在经几毫秒的间隔τ1之后，相当于混合物通过化油装置1供入燃烧室3，它被转化为废气并围绕住传感器8的时间，加上传感器8的响应时间，传感器8的信号值给装置9指示出化油所确定的结果是正确还是错误，在第一种情况下，装置9确认其对供给元件17的动作;而在后一种情况下，它修改其动作以获得正确结果。

瞬间加速状态伴随着节气门13的突然开启。随着这种开启的第一个影响是作用在发动机上的载荷发生变化，这可以通过一个校准的电位计读出的节气门位置变化来判别，或通过节气门13后的进气管路4中读出的真空度变化来判别。

瞬间状态的开始可以通过压力传感器33识别。节气门13的突然打开伴随着进气管路4中的压力增加。如果在一预定时间间隔内的压力增加值超过规定的临界值，该值是根据发动机的运转型式确定的，那么装置9将会暂时增加加速状态下的混合物浓度;这样，紧随着节气门13的开启，所述装置9驱动供给元件17控制燃料供应，以立即增加混合物的浓度。在时间间隔τ2之后，该时间间隔可以与τ1不同或相同，传感器8告知装置9加浓的结果。如果结果正确，装置9确认它对供给元件17的操作，若不对，则进行修正以获得期望的结果。

通过使用者的实验表明，比化学计算当量比率稍浓的空燃比可以通过规定化油作用来保持，以使传感器8工作在△λ区域。用这种方法适于加速的混合物可以通过附加一定量的加速用燃料而又不产生不好的排主效果来获得，通过传感器8，它可以在时间间隔τ2的末尾进行检验，附加量是否不足、足够还是过剩。

所有这些均可由自调节装置而获得。例如如果装置9发现在加速状态下的附加燃料量过多，使得产生了过大的污染，下次装置9发现了类似的加速情况，它就会给供给元件17发出控制信号以减小附加量而不等传感器8的信号。这可以通过适当的电路获得，使得系统能对各种发动机运转的最佳介入进行研究。自调节装置记录每一负载变化确定的燃料流量变化，发动机的每一角速度及发动机的每个工况变化，负载的变化参数及燃烧结果;对于每一个类似角速度的负载变化及工况变化，装置9都通过直接的指令驱动供给元件17，从而根据预定的类似结果独立地确定出燃料流量的变化。

在通过松开油门踏板瞬间减速期间，装置9发出的控制信号控制供给元件17切断燃料流动，除非重新开始发出控制信号，在接近空转速度下再次向发动机供油，从而不会出现紊乱的化油。

图5中的测量空气流量的流量计是特地为这个控制系统设计的。气体流量计的一种型式最好是由弹性很好的片状弹簧27加压的薄膜18，并构成一具有很低惯性和滞后现象的测量系统，它处于作用在薄膜18的两侧的压力平衡之中;这样，对于每一个所述压力之间的差值△P，都有一个相应的由传感器25测得的薄膜18的位置。由于由传感器25测得的薄膜18的位移是△P的线性函数，因而可以确定通过文杜里管15的空气流量;这个量与△P的平方根成正比。一旦测量空气流量的装置被调整好，传感器25的输出信号值便指示出通过文杜里管15的空气流量。

一个合适的不同的压力传感器可以用来代替薄膜18以测量从最小到最大量的范围，其比率可以超过值的四十分之一。

能用相似的测空气流量流量计解决问题在于这一点，即如果最大与最小空气量之间的比率是三十五比一，那么最大与最小的压差△P之间的比率大约是一千比一;因此，必须读出千分之一的比率。我们有从最大几米到最小几毫米H₂O的△P的范围。流量被设计成测量属于几毫米并经受得住几米的H₂O压力的薄膜18的移动。

带有薄膜的流量计的优点是如果其后由适当的弹簧压住，例如如片状弹簧27，当薄膜18位于第一平衡状态，例如一毫米H₂O的压差△P便能使之移动一毫米，因而表明流量计极为敏感。当薄膜18处于第二平衡状态时，在此弹簧具有大的压力，例如需用几百毫米H₂O的压差移动薄膜一毫米。该测量装置应根据量的增加增大了其刚性。

带有文杜里管的流量计测量出了空气流的体积流量。要测定重量，它必须在文杜里管15的入口16处安装一个温度计和一个空气压力传感器。

能用于非常精细的化油的空气量的测量装置已被实现。空气流量的值与薄膜18的每一位置一一对应，该位置由连接在装置9上的传感器25确认，根据所确认的位置向供给元件17发出控制信号以向发动机供应与空气流量成比例的燃料量。如果需要，根据来自传感器8的信号值，在时间间隔τ1和τ2的末尾，所有的为了保持正确混合比的修正均会做完。

通过将表示成基本功能的压差△P的理论曲线与流量计的实际曲线相比较装置9能够对流量计的错误进行确定和校正。在确定曲线上的一个或几个异常之后，装置9能够校正曲线这样，在系统运行一段时间之后便自动消除和改正了错误。

可以根据流量计测得的空气流量在文杜里管确定需供给的燃料流量的情况下做成一种装置9用的电路和其他控制装置。在理论上，文杜里管装置应遵循其基本规律运行，但考虑到在发动机的方式下，设置有薄膜18和进气歧管，文杜里管的曲线并不总是规则的，即曲线上的某些点需要加浓混合物，而在某些点则需要使之稀一些。传感器8可辨别出曲线的这一特征。还可以制造出一种通过传感器8发现在曲线的一些点具有不同于预定空燃比的测量值的特征来对文杜里管装置的错误进行确认和修正的电路。装置9的电路可以用这种方式断定：如果我在给定的点经过几次发现比率较浓，因而需要稀释它，当我再次经过这个点时不需要传感器8告诉我就会去稀释它。换句话说，我会修正曲线并建立一条正确的曲线。

用作流量计的文杜里管装置具有一个优于带有节流阀的流量计的优点，后者由于节流阀区域存在巨大的负载损失而影响发动机，而一个适当成形的文杜里管装置只引起很小的负载损失并且增加了发动机的容积效率。

为了获得在发动机的各种运转情况（加速、预热等等）下的空燃比的变化，装置9根据传感器8和流量计的信息向供给元件17发出控制信号以增加混合物的浓度，而不需要任何工作曲线。

当文杜里管装置测量出空气的质量流量，记录下这一流量，并了解到混合物的化学计算比率是14.7，那么被14.7除的质量流量确定出供给发动机的燃料的质量流量。当了解到每一个在开启时刻提供已知量燃料的装置的喷射器特性时，喷射器的开启时刻便被确定。在使用化油器的情况下调节器的位置也同样被确定。

事实上没有一个气缸的状态与另一个是相同的，用一个氧传感器就可以读出所有气缸排放的平均值。

如果在每个燃烧室3的排气导管6中设置一个氧传感器8，传感器8就会滚烫，被很热的气体包围，但重要的是可以获得对发动机的适合的控制。从而可以分辨出供入燃烧室3的混合物的浓和稀，并解决喷射器之间的尺寸不同及从中喷出的燃料流量不同的问题，分辨出那些喷射器喷多了那些喷少了。

根据本发明的控制系统基本上包括一台由化油装置1供给混合物的发动机，其中燃料和空气量由进入文杜里管装置来计量。燃烧发生在燃烧室3中，且废气包围住传感器8。空燃比的控制通过由装置9中的电子装置发出的控制信号来获得，该装置9根据氧传感器8输来的信号值驱动化油装置1，从而使每个燃烧室3中均有正常的化油。

这样例得到了一个反馈控制系统。

所有公知的车辆发动机的控制系统都要例如在满负荷下将氧传感器8关闭或者脱离控制。而根据本发明的系统则是通过将其自身调整到发动机的任何运转状态来控制发动机。

事实上，每一个燃烧室3的每一根排气管6都有一个氧传感器8，这意味着化油过程可以一缸一缸地加以控制。

温度计11最好设置在催化剂12之后以检测消音器7的工作。如果气缸中每一百次点火有一次由于火花塞没装好或定时阀门不正时而没成功，氧传感器8会在带有大量二氧化碳的废气中由于有很多氧而发现稀混合物。由于传感器8确认大量的氧通过使用传感器8而不用温度计11，就能清楚得知异常的浓混合物以及未燃气体到达消音器7。这现象趋于迅速增大并会损害催化消音器的有效运转。

通过在催化剂12的出口设置温度计11（例如，一热电偶），如果氧传感器8发现“稀”的混合物而温度在增加，这就意味着存在点火失败。通过来自温度计11和来自传感器8的两个信号，就能得到对点火失败以及定时阀门不正确的诊断。

这种设置，如果消音器7的温度超过规定的温度极限值，例如900度，一个与装置9相连的声音或光信号发生器（未示出）会给驾驶员一个消音器7处于危险温度状态的警告，并劝告其减速以避免损坏消音器7及车辆。

在另一实施例中，声音或光信号发生器在850度时发出第一次危险警告。如果驾驶员没有减速而温度到达了900度，装置9向供给元件17发出控制信号以减小其功率。事实上，装置9被设计成以下述方式动作，即如果催化消音器7的温度计11的信号指示出温度超过了规定极限，装置9将发出一个控制信号，在将其发送给化油装置1时，可以逐级减小功率。首先将功率减少某个百分比，如果温度仍保持在高于极限，功率的减低过程持续到温度低于危险水平。

为了降低功率，可以用一个装置节流进气管路4中的空气流量，或者装置9可以发出控制信号，让供给元件17使混合物浓度变稀直至一个比率，例如每千克燃料有20-22千克空气，从而使发动机保持在低效状态。

根据本发明，在发动机的每一运转状态下都有一传感器8的信号，由此可以判断出催化消音器7中的温度增加是否由于操作不当、点火故障或是定时阀门不适当所致。如果传感器8指示混合物过稀，而温度计11的信号指示温度过高，那么就说明点火不正常或阀门定时不合适。

这也可以通过单独的传感器8，而将温度计11置于催化剂12之后来实现。

这系统可诊断任何故障：装置9记录下数据，使驾驶员可以用手工操作，并通知其点火或阀门定时有了问题。

在装置9接收到来自氧传感器8和温度计11的上述信号时采取的措施是独到的：功率在确定的危险情况下被减小并做出诊断。装置9显示出什么原因导致温度增加。传感器8已读出“稀”字，而温度计11则显示温度增加。因而不需要按传感器8的要求加浓混合物，而是使之保持在由流量计计算出的值上，而流量计则使发动机处于良好合理的状态，甚至在考虑污染情况下。装置9显示出运转不正常是由于来自至少一个燃烧室3的未燃燃料产生的，随着点火失败或者压力不足，通知驾驶员需要进行机械修理并指出故障类型，以及防止发动机和消音器7遭损坏，并保持发动机运转以便使车辆不致失控，例如在超车时。

由公知的采用发动机操作图的系统作出这一措施是不容易的，因为曲线是一个固定不变的系统。如果传感器8显示比率较稀，而催化剂12的温度计指示温度增加，这样，系统是处在错误，除非传感器完全不工作，否则就无法驱动发动机。这会不可避免地增加污染物，即使温度降低到不危险的程度。

然而，在装有能正确化油的流量计的系统中，装置9可以对故障进行完全诊断，并通过流量计简单地提供充分正确的化油过程以使车辆能继续运转。

每个气缸设置一个传感器8是用来进行更精确地控制的，这个控制会取消向不点火或阀门调整失误的气缸的供给，防止催化剂起火或者气缸的泄漏。发动机能以减小功率的方式运行且驾驶员能够进行手工操作而不会使发动机受到任何损害。

通过采用温度计11和一个氧传感器8能获得上述的优点，而通过向每一个气缸提供一个传感器8就能获得更多优点。还有一个优点由测量来自每一燃烧室3气体温度的温度计10提供。通过将温度计10与用来测量并指示催化剂温度的温度计11一齐使用防止了消音器7的损坏。通过测量来自每一个燃烧室3的气体温度，就可以立即得知每个燃烧室中发生了什么。如果一个燃烧室3不点火或者阀门定时不对，来自气缸的气体温度就会降低。通过联系温度的减少量便能很容易确定哪个气缸有故障。用这种方法可以对每一燃烧室以及其它过程进行完全地控制。

带有传感器8和温度计11的系统也可以确定何时消音器7到达工作温度。带有催化消音器的车辆的一个最严重缺陷是在城镇中的平均旅程没有长到足以使消音器达到工作温度的程度，因为达到氧化还原反应开始温度的时间是与平均旅行时间相联系的。在旅行中的车辆消音器用几分钟不能达到催化温度，因此重要的是要让消音器7尽快达到工作温度。

可以采用各种措施来迅速获得消音器的高效率。一种方法是使排气变得很热，这可以通过让发动机用稀混合物运转或者通过延迟点火形成。

另一种方法是提高发动机的低运转速度，直到消音器7达到工作温度。这可以通过使用象图6和7中所示的快速空转装置来实现。

还有一种方法是通知驾驶员催化剂没有工作。

如果驾驶员意识到了这些指示，他可以使发动机保持在高的角速度上，在3000转/分下催化剂会很快变热。

一个连接到装置9上的指示灯能显示什么时候消音器开始工作，例如它可以在温度计11测量出低于催化剂开始工作的温度时闪亮。

该指示灯对于分析催化剂效率也非常有用。如果在反应开始时化油正常，CO和HC均被氧化到有损于剩余的氧。NOx随后被减少。

显示催化剂效率的指示灯也可以作出断定。例如如果一年之前消音器在发动机起动后四十秒开始有效工作，而现在需要一分半钟以后，这意味着消音器恶化了。如果它一直不开始工作则说明它完全变质了。

通常，由温度计10和11测得的温度与来自氧传感器8的信号值一同显示发动机的任何故障。废气和催化了的气体的温度减小和来自传感器8的信号值显示稀的混合物，这意味着燃烧室3中因没连接好火花塞、定时阀门没适当定时或者其它的原因而燃烧不完全。燃烧室的缺陷由显示温度降低的温度计10来显示。如果由温度计11测得的温度增加，由温度计10测得的温度不变，而传感器8显示有浓混合物，这意味着供给元件17中的一个没有运转。这一故障由显示混合物加浓的传感器8来指示。很明显这些指示均可以很容易地送达装置9提示驾驶员或者得到一个正确的修正措施。发动机的不能正常运行的部分将被隔离，有问题的部分会被指明。

公知的控制系统的中心控制装置也有一个点火时间曲线，根据氧传感器的值对点火提前进行修正。

本发明的系统用了一个爆震传感器14与装置9相连来防止发动机产生爆震。如果爆震传感器14安置在一个燃烧室3的外壁上，最大的点火提前将会保证每一运转状态下不发生爆震，从而改善了发动机的性能。

还设置一个自动点火提前装置，它可以增大发动机的点火提前量。爆震传感器14连接到装置9上指示爆震，使点火装置减小点火提前量以立即防止爆震;接着点火装置再增加点火提前量。

也可以使发动机的点火汇集到装置9中而取消使用曲线，在起动阶段确立一个预定的点火提前量并在发动机起动后立即关闭回路。由于传感器14可以在几个工作循环后随即识别出爆震，点火被提前到刚好不发生爆震为止。当传感器14显示爆震时，装置9延迟点火直到爆震停止。

通过改变点火，发动机的λ系数可被改变。点火提前量可以受一个或多个传感器8的信号的影响。

Claims (23)

1、一种用于内燃机的多功能反馈控制系统，它包括：一个装有供给元件(17)能够控制燃料流动(喷油器或者化油器)的供给装置(1)；一台发动机；一个带有催化剂(12)以消除来自发动机的污染物的催化消音器(7)；一个带有电子元件的中心控制装置(9)，这些元件根据对化油起作用的参数加工成电信号从而提供连续作用于所述供给元件(17)的控制信号；至少一个位于发动机排气系统中并且与中心控制装置(9)电气连接的氧传感器(8)，其特征在于：上述系统还包括一测量空气流的空气流测量装置，所述测量装置位于供给装置(1)中，根据测得的空气流向中心控制装置(9)发送电信号；中心控制装置(9)能够加工来自氧传感器(8)的信号，以便确定氧传感器(8)的信号值与相应混合物空燃比的值之间的相互对应关系；通过这种对应获得了一个相应的控制信号值，这值使发动机在各种工作状态下的混合物的空燃比达到最佳。

2、根据权利要求1所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：氧传感器（8）设置在发动机的每个燃烧室（3）的排气管（6）中。

3、根据权利要求1所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：一个初级温度计（11）设置在消音器（7）的催化剂（12）的出口处，初级温度计与中心控制装置（9）相连并向其发送电信号，其信号值表示来自催化剂（12）的气体温度。

4、根据权利要求3所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：设有一快速空转装置，它由中心控制装置（9）根据初级温度计（11）的信号值进行控制，快速空转装置能够缩短催化剂（12）的预热时间并保持其处在起作用状态。

5、根据权利要求4所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：快速空转装置包括一个从第一位置向第二位置移动的可移动元件（29），可移动元件（29）能使低速运转加速，在其移向第一位置时逐渐增加;可移动装置（29）与中心控制装置（9）相连，使之从第一位置移到第二位置或者保持在第一与第二位置之间，从而在由初级温度计（11）测得的温度显示催化剂（12）仍未工作时有一个预先设置的低转速。

6、根据权利要求3所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：还有一信号发生器，它与中心控制装置（9）相连由温度计（11）控制;对于由温度计（11）测得的温度值低于催化剂（12）开始工作的温度值时显示出催化剂（12）处于不能工作的状态。

7、根据权利要求3所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：还设有一声音或光信号发生器，它与中心控制装置（9）相连，在所述初级温度计（11）显示气体温度高于预定值时，向驾驶员发出消音器（7）处于很热的危险状态的信号。

8、根据权利要求7所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：当由初级温度计（11）测得的温度高于第一预定温度时，该预定温度接近消音器（7）的危险温度，则声音或者光信号发生器发出第一危险信号;;当驾驶员没有降低所需的功率且达到了消音器（7）的第二预定危险温度时，中心控制装置（9）驱使供给装置（1）分阶段地减小发动机的功率;首先中心控制装置（9）将功率降低到第一预定量;如时温度仍保持在高于第二预定温度，中心控制装置（9）再将功率降低一级，直到温度值低于危险值。

9、根据权利要求3所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：当中心控制装置（9）收到来自氧传感器（8）的显示在排气中含有过量浓度的氧的信号，同时，来自初级温度计（11）的显示温度过高的信号时，所述装置（9）限制化油以防止发动机及消音器（7）被损坏，另外装置（9）不让发动机停止，而是通过与之相连的适当信号发生器显示，发动机的工作异常是由于有未燃燃料从至少一个燃烧室（3）中泄漏出来的缘故。

10、根据权利要求1所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：设置有一测量装置来测量节气门（13）后的进气管路（4）中的压力变化，测量装置包括测量进气管路（4）中的压力值并由管道（34）连接到节气门（13）后进气管路（4）部分上的压力传感器（33）;所述压力传感器（33）与装置（9）相连，在其加工压力传感器（3）的信号之后，与随后的同样信号值进行比较并根据预定频率的计时器计算出梯度。

11、根据权利要求10所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：对于高于根据工作状态所确定的预定值的梯度，装置（9）向供给元件（17）发出控制信号在瞬间状态期间瞬时改变空燃比，在时间（τ2）后，其相应于混合物由供给装置（1）供入到燃烧室（3）中进行燃烧以及包围住氧传感器（8）的时间再加上氧传感器（8）的响应时间，系统再次开始其反馈系统的工作;这样，装置（9）根据来自空气流测量装置和氧传感器（8）的信号向供给元件（17）发出信号。

12、根据权利要求1所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：在每个燃烧室（3）的排气导管（6）中均设有一个第二温度计（10），所述第二温度计（10）与初级温度计（1）共同作用来防止发动机的消音器（7）或其它装置（定时阀门或类似物）被损坏。

13、根据权利要求12所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：每个第二温度计（10）与相应于排气管路（6）的传感器（8）以及位于消音器（7）之前的传感器（8）共同获得一个对发动机部分的工作故障的判断;如果燃烧室（3）中的燃烧不完全，来自燃烧室（3）中的气体的温度便不是正常值;通过读取氧传感器（8）的信号值及由相应于一个燃烧室（3）的温度计（10）测得的温度值，装置（9）通过适当的装置显示出一个或多个气缸处于损坏状态并控制所有气缸。

14、根据权利要求12所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：位于消音器（7）之前的氧传感器（8），位于每个燃烧室（3）的排气管路（6）中的氧传感器（8）与每个燃烧室（3）排出的气体的第二温度计（10）以及消音器（7）的温度计（11）共同向装置（9）发出信号，其值显示出发动机的一个或多个装置的工作故障;通过加工所述信号，装置（9）驱使供给元件（17）消除故障和/或使危险降到最小。

15、根据权利要求12所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：位于消音器（7）之前的氧传感器（8），和一个位于每个燃烧室（3）的排气管路（6）中的氧传感器（8）与每个燃烧室（3）排出的气体的第二温度计（10）以及测消音器（7）的初级温度计（11）共同向装置（9）发出信号，其值显示出发动机的一个或多个装置工作状态的变化，通过加工所述信号，装置（9）经由与其相连的信号发生器显示出故障来。

16、根据权利要求1所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：还设置带有增加发动机的点火提前量作用的自动点火提前装置，一个爆震传感器（14）与装置（9）相连，显示爆震，使点火装置减小点火提前量以便立即防止爆震，紧接着，点火装置再次增加点火提前量。

17、根据权利要求1所术的多功能反馈控制系统，其特征在于：装置（9）设置有自我调整装置，记录下由每一负载变化、发动机的每一角速度、发动机的每一可变的工作状态，负载变化参数和燃烧结果所引起的空燃比的变化;对每个类似角速度及可变工作状态的负载变化，装置（9）通过直接指令驱动供给元件（17），根据前面的类似结果独立确定出空燃比的变化。

18、根据权利要求1所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：还有一个与装置（9）相连的计时器，测量消音器（7）到达预定温度的时间;如果没有在预定时间内到达该温度，根据负载、角速度及可变的工作状态，装置（9）由信号发生器显示出催化消音器（7）失效。

19、根据权利要求1所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：所述空气流测量装置包括一个文杜里管（15）;一个薄膜（18），它有文杜里管（15）喉部的真空作用在其上的第一侧面，在文杜里管（15）的上述喉部之前部分上的压力作用在其上的第二侧面;一根弹簧（24、27）压在薄膜（18）上，限制由作用在所述薄膜（18）的第一和第二侧面上的压力差（△P）导致的移动;还有一个薄膜（18）的位置传感器（25），它与装置（9）相连并向其发送电信号，信号值表示出薄膜（18）的位置。

20、根据权利要求19所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：薄膜（18）是一种气体计量器，是一种具有低惯性和滞后的并且作用在薄膜（18）两侧的压力成平衡的计量系统。

21、根据权利要求19所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：弹簧（27）是片状弹簧，其负载随着薄膜（18）在空气流量增加的方向上的移动而增加，以测量在几毫米H₂O压差下薄膜（18）的移动，并能承受几米H₂O的压差。

22、根据权利要求19所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：薄膜（18）的位置传感器（25）是一种非接触型的，例如一种电容传感器。

23、根据权利要求1所述的多功能反馈控制系统，其特征在于：空气流量测量装置包括一能够测量从小到大的空气流量范围的差动压力传感器。

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