专利名称：柴油机变涡流进气控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及柴油机进气涡流控制及其装置。
柴油机在吸气冲程中，进气涡流对柴油机性能具有重要的影响。涡流强度是依赖于发动机的转速，另外，不同的负荷也要求不同的涡流强度与之匹配，因而普通的进气系统就难以适应发动机变工况的要求。近年来在寻求变涡流的进气方式中，出现的形式有导气屏气门方式，双层气道方式以及副气道控制方式。所谓副气道控制方式，就是在缸盖上除了原有的强涡流主气道外，另外设置了控制涡流的小进气通道，称为副气道，使其以一定的角度与主气道相连，改变副气道的开度，就可以改变进气涡流强度的大小。在副气道控制方式中与本发明相近的检索到有刊登在“SAE”第4部96卷4846～4856页上871618 Hiroshi Takahashi，Toshio ishida，and Kasoru sato所著“变涡流系统柴油机的性能改善”，以及95卷4781～4792页上861185 T.Shimada，K.Sakai，and S.kurihara所著的“变涡流进气系统及其对柴油机性能和排放的影响”两篇，都属于将柴油机的工况和进气涡流分成几个区域，柴油机在该区域范围内都控制在同一进气涡流比;若工况变化在另一个区域，则所控制的进气涡流比在另一个数值。虽然也是变涡流，对发动机性能有所改善，但还是不够精确，因而在某些情况下就不够合理。
本发明的目的是提供一种更为合理的柴油机变涡流控制系统，从而在变工况运行时的各种情况下都使其进气涡流强度的匹配处于最佳状态。
本发明所提供的变涡流进气控制方法是先将所使用的柴油机通过实验得出在不同负荷和转速下最佳涡流强度，即副气道的开度换成步进电机的步进数。列表存入单片机的程序表中。采集的柴油机转速，负荷信号经单片机进行计算，得出步进电机的步进数，再由8098的三个高速输出口HSO，0，HSO，1，HSO，2按一定的时序输出脉冲，经驱动电路驱动步进电机带动控制阀，使副气道按设定的最佳开度打开，从而获得最佳涡流强度，本发明的特征是所说的单片机进行计算，是指查表和按插值公式y= (y2-y1)/(x2-X1) ·x+y1计算。本发明所使用的单片机为8098单片机。式中X为采集的柴油机的转速，y为转速x所对应的最佳副气道开度(即步进电机步进数)，X1为列在程序表中最接近X值且小于X值的转速，X2为列在程序表中最接近X值，且大于X值的转速，y1为转速X1对应的步进电机步进数，y2为转速X2对应的步进电机步进数。
图1为柴油机变涡流进气控制系统示意图。
图中1-柴油机，2-步进电机，3-驱动电路，4-光电编码器，5-喷油泵，6-位置传感器，7-8098单片机芯片，8-74LS373锁存器，9-EPROM存贮器，10-阀体，11-主气道，12-副气道，HSI，1-高速输入接口HSO，0～HSO，2-高速输出接口，VSS-数字电路地(OV)VCC-主电源，P2，2-I/O接口，ACH4-A/D转换器的一个模拟输入口，P3-8位双向I/O口，P4-8位双向I/O口。
如图所示，在柴油机1的主气道11旁设置了副气道12。并以一定的角度与主气道相连，在副气道入口处，设有步进电机2控制阀体10，光电编码器4和位置传感器6分别采集转速和负荷信号经高速输入接口HSI，1和A/D转换输入口ACH4输入8098单片机，然后用查表插值公式计算步进电机的步进数，并由三个高速输出接口HSO，0，HSO，1和HSO，2按一定时序输出所需的脉冲，经驱动电路3控制步进电机2，带动阀体10移到最佳开启位置，使进气涡流最佳。
另外为了提高执行机构的反应速度，可采用电磁阀、气动元件等控制副气道开度。
表a为1100柴油机实验测得在几种情况下的最佳步进数。表中将柴油机的负荷分为100%，90%，75%，50%和25%，其转速分为每分钟960，1200，1440，1680，1920，2160和2400转，其每种状况的最佳步进数列于表中。
表b为1100柴油机转速的十六进制表。
如表b，当柴油机处于某一转速，例如当n＝10r/s时，二进制表示为00001010，将其右移二位，二进制表示为00000010，变成十进制为2，对应的X1的值为8，地址偏移量为4，由程序表(首址十偏移量)查得对应的y1值，(y1值在程序表中)将X1对应的地址值加2即是y2值所对应的地址，由此可查得y2值，(y2值在程序表中)由y= (y2-y1)/(x2-X1) x+y1，可得x＝10对应的y值。为了避免低温状态起动时冒白烟，在启动时控制使副气道全开，即步进电机处于初始位置，步进数为零。
图2为单片机程序流程图。图2-1和2-2为图2中的部分放大图。
图中MN1为寄存器存放现测转速，MN为寄存器存放上次所测转速，INN为寄存器存放两次转速差值，SET为寄存器存放现测发动机负荷(即喷油泵齿条位置)，SET1为寄存器存放0负荷的齿条位置，SET2为寄存器存放25%负荷的齿条位置，SET3为寄存器存放50%负荷的齿条位置，SET4为寄存器存放75%负荷的齿条位置，SET5为寄存器存放90%负荷的齿条位置。OUT1为寄存器，用来存入现算出的步进数，OUT为寄存器存放上次步进数。
程序流程图中的表1是25%负荷时每分960转、1200转、1440转、1680转、1920转、2160转、2400转所对应的最佳步进数表。
表2是50%负荷时每分960转、1200转、1440转、1680转、1920转、2160转、2400转所对应的最佳步进数表。
表3是75%负荷时每分960转、1200转、1440转、1680转、1920转、2160转、2400转所对应的最佳步进数表。
表4是90%负荷时每分960转、1200转、1440转、1680转、1920转、2160转、2400转所对应的最佳步进数表。
表5是100%负荷时每分960转、1200转、1440转、1680转、1920转、2160转、2400转所对应的最佳步进数表。
采用柴油机变涡流进气控制系统与常规的恒涡流气道相比在全负荷时，高、中转速时其燃油消耗率有明显降低。例如在1100柴油机上对比试验结果，25～90%负荷、采用本发明比恒涡流气道燃油消耗率可降低6%左右。在部分负荷时，采用本发明其柴油机的扭矩大约增加9%。在万有特性曲线上也可以看出在同等燃油消耗率的情况下，采用本发明的控制系统，可使扭矩提高0.4-1kgm，比较经济的转速和负荷范围也有较明显的增大。在排放性能上也有改善例如在90%负荷每分1960转时其烟度降低3(Bosch)，燃烧噪声在最大扭矩点上也有明显降低。该柴油机变涡流进气控制系统，只需在原缸盖上做很小变动，即可实现变涡流且不会牺牲充气效率。本发明与现有分区域控制方法比具有控制更合理，精确，所控制的进气涡流匹配更佳。采用8098单片机可靠地控制步进电机，软件功能强，且调试方便，采用本发明的可控涡流气道系统成本低，适合我国国情，特别适用于车用直喷式柴油机。
权利要求
1.一种柴油机变涡流进气控制方法，是将采集的转速、负荷信号经单片机计算得步进数并输出脉冲开启步进电机，驱动控制阀体按设定开度打开副气道，其特征是所说的经单片机计算是指按予定贮存数据查表和按插值公式y= (y2-y1)/(X2-x1) ·x+y1计算。
2.柴油机变涡流进气控制系统由光电编码器[7]位置传感器[6]、单片机[7](包括锁存器[8]、存贮器[9])驱动电路[3]步进电机[2]控制阀体[10]及副气道[12]构成，其特征是所说的单片机[7]为贮存着变涡流控制程序的8098单片机。
全文摘要
柴油机变涡流进气控制系统，属于柴油机进气控制及其装置。它是由光电编码器及位置传感器单片机，驱动电路，步进电机控制阀体和副气道组成，是由8098单片机经信号采集后按预定贮存的数据查表和插值计算出步进数，步进电脉冲使步进电机带动阀体按设定开度开启副气道从而获得最佳进气涡流。变涡流进气控制系统可以提高燃烧性能，改善排放，特别适用于车用柴油机和直喷式柴油机。
文档编号F02B3/06GK1065904SQ92103599
公开日1992年11月4日 申请日期1992年5月20日 优先权日1992年5月20日
发明者文世骐, 史绍熙, 王莉, 高文志 申请人:天津大学