CN200978729Y - 汽车动力提升器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种提升汽车动力性能、提高燃油使用效率的汽车动力提升器。包括机壳和电源引线，由电源管理电路、MCU控制电路、驱动电路和输出电路依次电连接构成。采用全新的点火及喷油驱动器线圈预储能技术，通过嵌入式智能电子控制系统实时监测发动机状况，产生特定频率、特定波形、特定强度的高压超声脉冲加载到整车电路中，利用电路的带通特性作用到点火及喷油驱动器线圈上，克服纹波、电路老化等导致的点火及喷油驱动器线圈不规则性储能缺失，保证发动机的每一个工作环节都能达到最佳状态，达到提升汽车动力、降低油耗和降低尾气中的污染物指数的效果。本实用新型适用于各种使用电喷汽油发动机及共轨式柴油发动机的车辆、工程机械等。

Description

汽车动力提升器

技术领域    本实用新型属于一种汽车电子装置，特别是涉及一种用于提升汽车动力性能、提高燃油使用效率的汽车动力提升器。

背景技术    目前，汽车普遍采用汽车电子控制器ECU控制燃油喷射和点火。ECU会根据传感器采集的信号，控制喷油时间、喷油量、点火闭合角、点火正时等参数，从而使发动机达到最佳的运转状态。其工作原理如下：

在电喷发动机中，ECU控制着燃油喷射与点火两个子系统，其采样信号来自曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、进气歧管压力传感器、爆震传感器、氧传感器等。这些传感器将进气岐管压力、进气温度、节气门位置、真空程度、氧气含量、汽车速度等各种参数反馈给ECU，ECU收到这些采样信号以后会立即与预存的的点火控制图进行比对，并产生修正量，以控制下一个工作循环。这一工作在发动机的运转过程中循环往复，随时对喷油时间、喷油量、点火闭合角、点火正时等的偏差量进行修正，从而使发动机达到一个最佳的运转状态。

点火系的工作过程是每次点火之前，电流开始流入点火初级线圈，由于线圈特定的电阻和电感特性，引起波形以一定的斜率上升，波形上升是关键所在，大多数新式点火初级电路先提供一定的大安培电流给点火线圈，当达到允许最大电流安培数时，在点火模块中的限流电路开始起作用，这使得波形的顶部变平，在点火初级线圈的导通时间内电流波形的顶端保持平直，保证点火初级线圈中存储足够的点火能量。当点火模块关断电流时，电流波形几乎是垂直下降，点火初级线圈的电流在很短的时间内下降为零，因而在点火次级线圈感应出高压点火信号。在每一个点火循环中，这个过程在重复着。影响点火的关键是点火线圈的电流波形，这个电流波形从初始上升到达到峰值的时间，通常是不变的，这个过程就是点火线圈从供电线路中吸取点火能量的过程。ECU根据各个传感器的采样信号增加或减少点火线圈的导通时间，决定点火提前角、点火线圈充电时间的长短等。

喷油系工作时，喷油驱动电路根据ECU给出的采样信号，控制喷油器工作的时间和时长。在喷油器的喷油过程中，当电流开始流入喷油驱动器时，由于喷油驱动器线圈的特定电阻和电感特性，引起波形以一定的斜率上升，也就是按照一定的速率从供电线路中吸收能量，这个吸能的速率决定喷油阀开启的速度，因此是影响喷油效果的重要因素。

上面的点火、喷油工作流程，在理想的状态下能够达到最佳配合效果。但汽车是一个非常复杂的系统，运转时各种传感器和其它车用电子产品同时工作，会在电路中产生各种非谐波信号，相互之间产生很大的干扰。另外随着汽车电路的老化，各个连接点、电线等的电容也在不断发生变化，这些因素产生的后果是在电路中产生杂乱的纹波。造成整车供电产生很大波动，一方面影响点火、喷油线圈吸收能量的速度和幅值，另一方面使采样信息的传输和接收出现偏差，影响发动机各工作环节的协调。而且波动和偏差无任何规律。

对点火系来说，纹波会影响到各个气缸信号的幅值、频率，形状和脉冲宽度，使其产生不一致性。波形的底部和顶部会产生一些不规则的变化，波形的高度会产生不等高的现象。造成点火线圈不规则性储能缺失，受影响最大的是点火闭合角的度数、点火次级线圈的输出电压以及点火正时等，造成功率下降、产生爆震、油耗增加。

对喷油系来说，同样会造成喷油器线圈不规则性储能缺失，在喷油嘴开启时过程中影响提阀速度，在关断过程中影响喷油器的关闭时间。这些影响会造成汽缸内燃油的雾化程度降低，并且在汽缸内各处燃油的雾化不均匀，使氧传感器不能正确反应合理的喷油量，造成供油过量，燃烧不充分，工作效率降低。既浪费了燃油，又增加了尾气排放量，加剧了环境污染。

目前常用的解决纹波影响的方法是用电容制成滤波电路，安装在汽车供电线路上，其目的是平抑电路中的纹波，达到改善发动机工作状况的目的。但由于汽车电路非常复杂，纹波源头非常分散，纹波的频率、峰值、产生的时间等因素均为离散数值且不可预见，仅仅在局部加简单滤波设备的做法作用并不明显。因此目前市场上流行的相关产品并不能真正解决由于发动机点火线圈和喷油驱动器线圈不规则性储能缺失造成的发动机效率降低问题。

发明内容    有鉴于上述状况，本设计人基于丰富的专业知识和多年的实践经验，提出了全新的解决方案，并经过不断的研究、设计、实验、改进，制成了本实用新型汽车动力提升器。与现有的技术相比，本实用新型有本质性的飞跃，不同于现有技术所采用的被动、全程吸收电路纹波的理念，本实用新型是采用全新的工作方式，主动在电路中加载比纹波频率更高的高压超声脉冲，完全不受电路纹波的限制，并能够将高压超声脉冲的能量有效地输送到点火线圈和喷油驱动器线圈。

本实用新型提供一种采用全新的点火线圈、喷油驱动器线圈预储能技术的嵌入式智能控制电子系统，能够根据发动机的特性和工作状况，利用点火电路和喷油电路的带通特性，将特定频率、特定波形、特定强度的高压超声脉冲加载到点火线圈和喷油驱动器线圈上，这个高压超声脉冲能够在点火线圈和喷油驱动器线圈上预先储备一定的能量，当某一个点火或喷油环节由于纹波的影响出现储能缺失时，这部分预存的能量将补充进来，保证每一次点火或喷油所需要的能量保持在最佳的状态，使得点火强度、点火正时、喷油驱动器开关时间和开关速度等指标在每一工作过程中都能达到最佳设计值，发动机的每一个冲程都能够高效、稳定地工作，这种高效、稳定的工作状况会实时、准确地反馈给ECU，ECU根据反馈信号对发动机的下一工作环节发出更精准的指令，如此循环往复，使得发动机各工作环节的配合趋近理想设计状态，发动机的工作效率提高，达到提升汽车动力、降低油耗和降低尾气中的污染物指数的效果。

本实用新型所采用的技术方案是：电源线穿过铝合金机壳与机壳内的电源管理电路、MCU控制电路、驱动电路和输出电路顺序电连接，其特征是：电源线与电源管理电路的输入端连接，电源管理电路的输出端与MCU控制电路的电源正极连接，MCU控制电路的电压监控端口与电源线连接，MCU控制电路的控制信号输出端与驱动电路的信号输入端连接，驱动电路的信号输出端与输出电路的信号输入端连接，输出电路的输出端与电源线连接。前面所述的电源管理电路是由电源管理芯片U1，功率二极管D1，电容C1、C2组成，其作用是将汽车蓄电池和发电机提供的12V～14V的直流电转化成5V的直流电，为微控制器U2和发光二极管D3提供稳定的工作电压。前面所述的MCU控制电路是由微控制器U2，晶振Y1，电容C3、C4，电阻R1、R5组成，U2中嵌入了控制软件，其作用是MCU的电压监控端口根据的取样电阻R1、R5上的电压值监测蓄电池电压的变化，MCU根据蓄电池电压的变化向驱动电路提供适当频率和占空比的脉冲控制信号，同时MCU控制发光二极管D3的不同发光方式。前面所述的驱动电路是由三极管Q1和电阻R4、R6组成，其作用是将MCU控制电路提供的脉冲控制信号转换成输出电路的驱动控制信号。前面所述的输出电路是由晶体管Q2，功率二极管D2，电感L1，电阻R2、R3、R7和发光二极管D3组成，其作用是根据驱动电路的驱动控制信号输出高压超声脉冲，并将脉冲加载到整车电路中，作用于点火及喷油电路，同时发光二极管D3用常亮、闪烁、常灭等不同发光方式显示设备的工作状况、蓄电池电压是否过低等信息。前面所述的MCU控制电路中的MCU采用晶体振荡器组为时钟源，为U2提供准确的原始基准信号，使其输出信号具有很高的频率精度。可输出频率范围5KHz到100KHz的控制信号。前面所述的机壳为铝合金制品，以便散热。前面所述电源引线直接安装在汽车蓄电池的正、负极装头上，既作为电源线为本实用新型供电，又作为信号输出线将高压超声脉冲加载到整车电路上。

本实用新型的有益效果是根据发动机的运行状况补偿点火、喷油环节的能量缺失，稳定发动机工况，提高燃料的使用效率，提升动力，节能环保。采用MCU做信号发生装置，电路简单，性能稳定，能够根据实际情况实时调整输出，保证最佳工作状态。

附图说明：下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型汽车动力提升器的电路原理图。

图1中，标注1的部分为电源管理电路，标注2的部分为MCU控制电路，标注3的部分为驱动电路，标注4的部分为输出电路。

图1中，电源管理电路是由电源管理芯片U1，功率二极管D1，电容C1、C2组成。MCU控制电路是由微控制器U2，晶振Y1，电容C3、C4，电阻R1、R5组成。驱动电路是由三极管Q1和电阻R4、R6组成。输出电路是由晶体管Q2，功率二极管D2，电感L1，电阻R2、R3、R7和发光二极管D3组成。

图1中，V12通过正极电源线接汽车蓄电池正极，地线通过负极电源线接汽车蓄电池负极。

具体实施方式：参照图1叙述具体实施例如下：将汽车动力提升器的电源线接到汽车的蓄电池上，来自蓄电池的12V～14V的直流电进入本实用新型后，经过功率二极管D1进入电源管理电路，为MCU提供5V的工作电压。当MCU控制电路部分上电后，MCU启动。电源电压经过电阻R1、R5分压后，送至MCU的监控端口。MCU通过自带AD监测汽车电源电压的变化，并根据具体的变化情况采用不同的控制策略，即给出不同频率和占空比的控制信号，经过驱动电路，推动输出电路输出高压超声脉冲，加载到整车电路中，作用于点火、喷油等工作环节。同时根据监控信号调整发光二极管D3的发光方式，显示设备和蓄电池的运行状况

当汽车熄火后，MCU控制电路监测到电压的变化，关闭驱动电路和输出电路。与此同时，MCU进入低功耗模式。在此模式下，MCU只通过AD监测电源，不作其它处理。当汽车启动后，MCU控制电路监测到电压的变化，MCU进入正常工作模式，并输出一定频率和占空比的控制信号，开启驱动电路，推动输出电路。在工作模式下，MCU不断采集汽车电源的信息，通过一套模糊控制算法，结合已有的初始数据，找出最佳的控制频率和占空比。MCU控制电路的控制信号经过驱动电路推动输出电路。输出电路的晶体管Q2呈现周期性的开启和关断，从而在电感L1上产生同样周期的感应高电动势。由于功率二极管D2的反向限流作用，当电感L1上的感应电动势高于D2的反向击穿电压时，就会在电源线上形成高压超声脉冲，该脉冲的频率、波形、强度均在MCU的控制之中，利用汽车点火电路和喷油电路的带通特性，该脉冲可以有效地补偿点火线圈和喷油驱动器线圈中的不规则性储能缺失，保证每一次点火都能非常准时并且达到足够的强度；每一次喷油开启和关闭都非常迅速，提高雾化程度，减少无效喷油时间。这两项性能的提高使每一次燃烧的速度更快，燃油燃烧更彻底，达到提升汽车动力、节省燃油、降低尾气排放指标的目的。由于采用高效的模糊算法不断修正控制信号，既可以精确的保证控制信号与点火信号的同步，还可以调整补偿能量的大小，使汽车的ECU处于最佳的工作状态。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是依据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何范围简单修改、变更与等效结构变化，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (7)

1、汽车动力提升器，电源线穿过铝合金机壳与机壳内的电源管理电路、MCU控制电路、驱动电路和输出电路顺序电连接，其特征是：电源线与电源管理电路的输入端连接，电源管理电路的输出端与MCU控制电路的电源正极连接，MCU控制电路的电压监控端口与电源线连接，MCU控制电路的控制信号输出端与驱动电路的信号输入端连接，驱动电路的信号输出端与输出电路的信号输入端连接，输出电路的输出端与电源线连接。

2、根据权利要求1所述的汽车动力提升器，其特征是：前面所述的电源管理电路由电源管理芯片U1，二极管D1，电容C1、C2构成，其连接方式是U1的输入端Vin通过二极管D1与汽车电池正极相连，GND端接汽车电池负极，输出端Vout与MCU控制电路相连。

3、根据权利要求1所述的汽车动力提升器，其特征是：前面所述的MCU控制电路由微控制器U2，晶振Y1，电容C3、C4，电阻R1、R5构成，其连接方式是U2的VDD端与前面所述电源管理芯片输出端Vout端相连，AD端PTA1/AD1通过分压电阻R1、R5分别与汽车电池正、负极相连，晶振Y1与U2的OSC1和OSC2端相连，控制信号输出端PTA1/TCLK驱动电路相连。

4、根据权利要求1所述的汽车动力提升器，其特征是：前面所述的驱动电路是由三极管Q1和电阻R4、R6组成，其连接方式是Q1的基极通过电阻R4与前面所述微控制器U2的输出端PTA1/TCLK相连，Q1的发射极接汽车电池负极，Q1的集电极与输出电路相连。

5、根据权利要求1所述的汽车动力提升器，其特征是：前面所述的输出电路的功率输出部分由晶体管Q2，功率二极管D2，电感L1，电阻R2、R7构成，其连接方式是Q2的栅极与前面所述Q1的集电极相连，汽车电池正极连D2连L1连Q2的漏极，Q2的源极连汽车电池负极，前面所述的输出电路的显示输出部分由发光二极管D3和电阻R3组成，其连接方式是前面所述U1输出端Vout连D3连R3连微控制器U2的信号灯控制端PTAO/ADO。

6、根据权利要求1所述的汽车动力提升器，其特征是：前面所述的MCU控制电路中的微控制器U2中嵌入了控制软件，是本实用新型的核心控制单元。

7、根据权利要求1所述的汽车动力提升器，其特征是：前面所述的MCU控制电路采用由晶体震荡器Y1、电容C3、C4组成的晶体振荡器组时钟源。

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