CN86107163A

CN86107163A - 微机控制汽油机节油方法及装置

Info

Publication number: CN86107163A
Application number: CN86107163.8A
Authority: CN
Inventors: 曾维诚; 马元镐
Original assignee: HUAZHONG INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Current assignee: HUAZHONG INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Priority date: 1986-10-30
Filing date: 1986-10-30
Publication date: 1988-05-11
Also published as: CN1008386B

Abstract

一种微机控制汽油发动机的节油方法及装置，涉及交通运输、动力节能。本发明不用传感器，以节气门位置开关的负荷信号和点火系统的转速信号作为输入信号，通过微机控制调节辅助进气的数控阀，实现对发动机所处的不同工作环境以及加工磨损引起的偏差作自适应闭环控制，使发动机经常处于稀混合气工作的优化运行状况，提高性能指标，增加经济效益。

Description

本发明涉及一种由微机控制汽油发动机的空燃比和强制怠速断油的节油方法及装置。

现有技术中，使用化油器的强制点火式汽油发动机，由于是机械调节，不能对全部工况和使用条件保持最佳工作状态，燃油消耗较大，工作效率较低。如采用微型计算机按不同工况和使用条件对发动机作智能调节，使之经常处于优化运行状态，可以明显提高工作性能，降低燃油消耗，增加经济效益。目前，国内外使用这一技术，已取得不少成果。例如：美国专利NO：4344398，德国专利NO：3202222，NO：3309235等。上述各方案以及其他类似方案有两个共同之处，第一，它们无例外地采用了数量不等的传感器，通过传感器，将测得的发动机各项参数变为电信号，再送入微机进行处理。第二，它们均采用开环控制，即在实验条件下，测出最佳空燃比的分布场，把有关数据存入微机，工作时，先测得发动机的参数，通过查表运算，找出相应的最佳工作点，然后控制执行机构，按分布场中规定的数据，控制发动机的运行状态。这两点给现有技术方案带来缺陷。首先，传感器价格昂贵;特别是在国内，传感器的稳定性和价格问题尚未解决，使用许多传感器，既影响整个控制机构工作的可靠性，又提高了成本。其次由于发动机使用条件经常变化，影响因素复杂，用开环控制的方法获得的最佳空燃比只能是理论上的最佳值，与实际最佳值存在一定距离，这意味着，发动机节油的潜力尚未充分挖掘。本发明提出者致力于克服现有技术方案的上述缺陷。

本发明的目的在于完全不使用传感器，以发动机的点火脉冲作为转速信号，以节气门位置信号作为负荷信号，直接送入微机进行处理，再由微机对发动机的工作状态作智能调节。本发明采用开环控制和闭环控制相结合，以求更好地适应各种工况及工作环境，补偿加工误差及长期磨损等因素对发动机的影响，在原有基础上，进一步降低燃油消耗，增加经济效益。

本发明所依循的理论根据是：

1.汽油发动机工作于混合气的空燃比适当稀于化学当量比的状况时，可以在不影响发动机动力性能的前提下，改善燃油经济性，降低排放中的有害成分，发动机运行于部分工况时，其效果尤为显著。

2.通过减少燃油供给量或增加空气进气量的方式，可以获得较稀混合气。通常使用的汽油发动机，保证良好燃烧的稀混合气空燃比范围为16～20，具体的空燃比最佳值，取决于发动机工况及工作条件。

3.发动机工况主要由转速参量和负荷参量决定。获得与发动机转速相关的点火信号，及与负荷相对应的节气门位置信号，即可确定发动机的工况，从而可以计算出相应的、以最小油耗为目标的最佳空燃比。

为实现发动机的优化运行，本发明采用了以下技术措施：

1.由于计算机的运算周期远比发动机的点火周期小得多，本发明利用计算机的标准时钟脉冲度量点火周期，精确地测算发动机的瞬时转速，从而免除了专用的转速传感器和加速度传感器。本发明利用节气门位置开关与发动机负荷之间的对应关系确定负荷参量，从而免除了负压传感器。

2.为实现微机对发动机的最佳控制，本发明在采用开环控制的同时，还采用了闭环自适应控制。其控制过程是这样实现的：在实验条件下，以最小油耗获得最大功率为目标，测出对应各种转速和节气门位置的最佳空燃比分布场，将测得的数据列成表格，存入微机的内部存贮器。发动机运行时，微机通过点火脉冲测算发动机的转速，并根据节气门位置开关的状态找出相应的空燃比数据，以表中规定的数据去控制数控阀。这就是开环控制。然而汽车发动机实际运行时的工况和工作环境与实验条件不尽相同;控制过程不可避免地存在延时;同一型号的发动机由于加工误差，性能参数也不完全一样;且各汽车发动机运行时间长短不同，零部件的磨损也有差异。所有上述因素对发动机均有不同程度的影响，这是开环控制无法估计的。因此，由开环控制，通过查表所获得的最佳空燃比是理论的而非实际的最佳值。本发明在开环控制的同时，还要作闭环自适应调节。这时，发动机转速既作为控制的依据，又作为控制的结果。在开环控制找出的工作点附近，逐步增加（或减少）辅助进气量，利用微机测算发动机转速的变化;根据转速的增减，反过来再调节辅助进气量，如此反复多次，直至转速在对应的工况下达到可能的最大值，这时空燃比的数值就是该条件下的实际最佳值，而该工作点就是最佳工作点，微机找到这一点后将使发动机保持在这一点上运行。当然，环境在变化，必定引起最佳工作点变化，为使发动机不偏离最佳工作曲线，微机定期对发动机进行测控。

3.由于与转速及负荷工况相对应的最佳稀混合气空燃比变化特性场较为平坦，本发明采用一种变动范围为2ⁿ等级的数控阀，实现对空气进气量的精确调节。

4.常规化油器的怠速系统，籍怠速油孔供油。但是当汽车处于下坡滑行等状况时，虽然节气门关闭，发动机仍以高速运转，形成进气歧管内部高度真空，使大量燃油经怠速油孔流出，造成浪费。本发明中，强制怠速工况由节气门位置和转速加以反映，当计算机检测到这种工况时，将控制数控阀全部打开，加入辅助空气，迅速降低歧管真空度，从而达到强制怠速断油的目的。

为了更清楚地说明本发明如何利用微机控制发动机的空燃比，达到优化运行，以下结合实施例及附图进行说明。

附图1：汽油发动机微机控制节油装置的总体联结框图;

附图2：节气门位置开关;

附图3：辅助进气数控阀。

如图1所示，从点火系统（2）采集的点火脉冲作为转速信号，经整形电路（6），送入微机系统（8）;同时，从节气门位置开关（4）采集的负荷信号，经信号输入电路（7），也送入微机系统（8），微机对采集到的数据进行查表、计算，找到最佳工作点的大致位置，此为开环控制，同时，微机利用软件对发动机作闭环自适应调节，找出真正的最佳工作点，开环结合闭环控制的结果，微机系统（8）发出一定的控制信号，经驱动电路（9）放大后，控制辅助进气数控阀（10）的状态，调节空气进气量，微机定期对发动机进行测控，使发动机始终在最佳空燃比的条件下工作。

附图1中虚线框所示部分为本发明装置的控制电路部分。为了扩大元器件的来源和降低整个装置的成本，控制电路部分有一个金属屏蔽外壳，如附图1中虚线框所示，屏蔽壳内有温控自动加热电路（11），该电路的温控开关直接接到电瓶上，不受电源开关控制，无论微机控制部分是否工作，只要环境温度低于10℃时，加热电路（11）便自动接通，保证大规模集成电路芯片有一个高于10℃的贮存环境和工作环境，从而普通的商用芯片也可以在高寒地带（-40℃以下）正常工作。

附图2是节气门位置开关（4），它主要由分段金属膜片（12）和带弹性的滑动触头（14）所组成。分段膜片（12）的段数为八段，各段相应于节气门位置角度是从10°～90°，各段膜片的宽度依据不同的发动机及不同的工况，设计时不全相等，各段膜片间的空隙（13）小于1毫米，而滑动触头（14）的触点宽度大于各分段膜片（12）之间的空隙（13）。

附图3所示是本装置中专用的辅助进气数控阀（10），用以实现对进气量的数字控制。它是由腔体（15）、电磁开关（16）、连接软管（17）、密封外壳（18）以及连接螺栓、螺母等组成。腔体（15）上有一个大的输出孔道（19）和分布在该输出孔道（19）上部的四个输入孔道（20a）、（20b）、（20c）、（20d），这四个输入孔道（20a）、（20b）、（20c）、（20d）的截面积之比为1∶2∶4∶8，电磁开关（16）分别对应地安装在这四个输入孔道（20a）、（20b）、（20c）、（20d）的位置上。利用微机系统（8）对四个电磁开关（16）的不同状态的控制，可以实现四个孔作十六个等级的调节，满足最佳空燃比的需要。数控阀靠近发动机安装，其输出孔道（19）用软管（17）接到发动机（1）的辅助进气孔（5）上。数控阀的腔体用一外壳（18）密封，密封外壳（18）有进气窗口（21），窗口内侧敷有一层滤清薄膜，防止空气中的尘埃通过进气孔进入发动机内部。

该装置只是附加于发动机作辅助的智能调节，对发动机本身结构不作任何变动，安装拆卸方便灵活，即使微机控制部分出了故障，也不影响发动机照常运行。当用于不同的发动机时因为发动机内部特征不一致，所以软件需要修改，但只需换一块EPROM就可实现，硬件部分则完全不用改动，因此该装置原则上适用于任何强制点火化油器式的汽油发动机。此外，该装置对环境温度的适应性强，可以在气候差异很大的范围内推广使用。利用本装置对汽油发动机作空燃比和强制怠速断油两项控制的实验，在中低负荷时，节油率最高可达32.7%，平均节油率大于16%，加之使用本装置，免除了传感器，大幅度地降低了成本，提高了工作稳定性和可靠性，故经济效益是明显的。

Claims

1、一种由微机控制汽油发动机的空燃比及强制怠速断油的节油方法，其特征在于将取自点火系统(2)的点火脉冲作为输入信号，经过整形之后送到微机系统(8)的输入端，利用点火脉冲与发动机转速之间的对应关系及微机内的基准时钟脉冲，测算发动机的转速，以此取代转速传感器；将取自节气门位置开关(4)的输入信号经信号输入电路(7)送到微机系统(8)的一个端口，作为发动机的负荷信号，取代了反映发动机负荷的传感器，根据转速与负荷参量决定的工况，微机系统(8)输出对应该工况的控制信号，经过驱动电路(9)后控制辅助进气数控阀(10)，通过数控阀(10)对发动机加入适量辅助空气，以达到控制汽油发动机的空燃比及强制怠速断油的目的。

2、根据权利要求1所说的节油方法，其特征在于，在采用开环控制的同时，还采用了闭环自适应控制，即把予先测出的最佳空燃比分布场的有关数据存入微机内部存贮器中，微机系统（8）工作时，先测算发动机的转速和负荷，找出最佳工作点的大致位置后，控制数控阀（10），然后以发动机转速为目标函数，利用软件对发动机作自适应闭环调节，找出实际的最佳工作点，并使发动机保持在最佳工作点上运行。

3、根据权利要求1所说的节油方法构成的节油装置，包括点火系统（2）、化油器（3）、控制部分：即微机系统（8）、信号输入电路（7）、驱动电路（9），其特征在于该装置还包括节气门位置开关（4）、辅助进气数控阀（10）、温控加热电路（11）等组成部分。

4、根据权利要求3所说的节油装置，其特征在于，节气门位置开关由不相等的分段金属膜片（12）和带弹性的滑动触头（14）所组成;分段膜片（12）的段数为八段，滑动触头（14）的触点宽度大于各分段膜片（12）的空隙（13）。

5、根据权利要求3所说的节油装置的辅助进气数控阀（10）由腔体（15）、电磁开关（16）、连接软管（17）和密闭外壳（18）所组成，其特征在于腔体（15）上有一个大的输出孔道（19），该输出孔道（19）经软管（17）与发动机（1）的辅助进气孔（5）相连;在输出孔道（19）上部分布有两个以上的输入孔道（20），这些输入孔道的截面积各不相等，依次为2ⁿ的关系（n＝0，1，2，……）即1∶2∶4∶……2^n-1，所说的电磁开关（16）分别对应地安装在这两个以上的输入孔道的位置上;密封外壳（18）有进气窗口（21）、窗口内侧有滤清薄膜。

6、根据权利要求3所说的节油装置，其特征在于，控制部分有一金属屏蔽外壳，在该外壳内有温控自动加热电路（11），该温控加热电路（11）直接与电瓶相连接。