专利名称：一种活塞式汽油机的电控喷油装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及活塞式汽油机的喷油装置，特别是一种活塞式汽油机的电控喷油装置。
众所周知在内燃机系列中，多数汽油机是使用汽化器进行燃油雾化，然后使其进入气缸在压缩状态下点火，这种方法不可避免地受到汽化器自身结构的限制，须知汽化器不可能在各种工况下始终保持理想的空燃比，因此其对燃烧效果、油耗及废气排放等方面的高标准常常不能令使用者满意。而一种汽化器面对各种道路条件、环境因素也是难以同时适应，针对这种情况，欧美日等国相继开发了多种电控汽油喷射发动机，如德国波许公司的叶特朗尼克(L-Jetersnlc)空气流量感应系统，其应用于四冲程的汽油发动机上，提高该机的性能指标。而对于典型的两冲程汽油机，因结构上的缺陷，其致命的弱点是浪费燃料，原因是它扫气时用充分混合好燃料的混合气，而不是用纯空气来扫除气缸中的残余低压废气，因此有很多混合气在活塞上行压缩前便随废气跑掉了，对于典型的两冲程发动机，若要产生与四冲程发动机同样的功率，需要耗费加倍的燃料，同时将未燃烧的燃料与废气一起排除，这种缺陷是与现行机动车排放标准相抵触的。70年代，研制了用纯空气扫气的二冲程汽油机，其中有澳大利亚ORBITAL发动机公司用装有喷射式两冲程发动机的样车，以EPA城市标准测试，其燃料费用只有四冲程车的三分之一(见《摩托车》杂志90年第十二期《未来又是两冲程发动机的天下》一文)，但是由于上述喷射式发动机的控制装置是以电脑为核心部件，为了达到对发动机性能的可靠控制，要配备高可靠性的电脑运算部件和编制复杂的软件程序，这对于二冲程内燃机和普通售价的四冲程发动机而言，安装电脑控制系统，无疑会增加生产成本使售价大为增加，而对于用户在使用中出现的故障，一般的检测手段难以解决，而必须到技术含量高的专业检修厂才能进行，这给使用维修带来不便。
本发明的目的是，针对上述现有技术的不足，进行改进，提出一种活塞式汽油机的电控喷油装置。
本发明的技术解决方案是，采用与发动机机体配接的感生电势波发生元件，缓冲式空气流量计、喷油器以及与感生电势波发生元件配连的整形放大电路，其特征在于，采用的感生电势波发生元件包括与发动机曲轴同步旋转的磁极，在该磁极的运动轨迹附近安装的若干个与磁极配合的磁敏传感器，它们呈弧形排列并固定于发动机的机体上，各单个的磁敏传感器通过各自的引出线与相邻的磁敏传感器的引出线连接，连接点再通过导线分别接在发动机进气道配连的缓冲式空气流量计的喷油控制板上，并与喷油控制板上设置的若干个互相间隔排列的导电金属铂相配接，导电金属铂与磁敏传感器排列顺序一一对应，缓冲式空气流量计的测量板轴垂直于喷油控制板，测量板轴上安装有随空气流量变化而在喷油控制板的导电金属铂上运动的触头，导电金属铂通过与其接触的触头与整形放大电路配接，整形放大电路与喷油器配接。
其特征在于，与发动机曲轴同步旋转的磁极安装在与发动机曲轴配接的飞轮上。
其特征在于，安装在旋转磁极运动轨迹附近的若干个磁敏传感器紧密排列组成磁敏传感器组合，并固定在发动机机体上，每相邻的两个磁敏传感器串联连接。
其特征在于，磁敏传感器组合可以分为两个以上单元间隔安装。
其特征在于，缓冲式空气流量计内安装的喷油控制板采用绝缘的基板，基板上敷设的导电金属铂相互绝缘地排列。
其特征在于，整形放大电路包括输入控制电路、整流滤波电路、施密特整形电路和电流放大电路，它们依次顺序连接。
本发明的工作原理是，当发动机旋转时，装在发动机飞轮上的磁极所形成的磁场也随即旋转，而设置在磁场旋转轨迹附近的由若干个磁敏传感器组成的磁敏传感器组合就受到该旋转磁场作用，就会有感生电势产生，由于磁敏传感器是顺序安装的，并且是顺序串联的，于是在磁敏传感器组合中各连接点顺序交替地产生感生电势，这样，当发动机旋转一周时，便可以得到由若干个磁敏传感器获得的按照时间先后叠加的感生电势波串，另一方面因磁敏传感器是紧密安装，沿旋转磁场运动轨迹设置，所以每相邻的磁敏传感器产生的感生电势波相位基本上相差一个感生电势波的周期，也就是说，前一个脉冲结束时刻，后一个脉冲即刻产生，同时由于导线将这些感生电势波从各磁敏传感器的串接点取出送入了缓冲空气流量计的喷油控制板上，于是喷油控制板上每相邻的两导电金属铂间便有一个感生电势波，这样在喷油控制板两端的导电金属铂上也得到一连串经过叠加的感生电势波串，由于缓冲式空气流量计是基于力平衡原理制作的，即当空气流量一定时，缓冲式空气流量计的测量板的位置是一定的，这样通过测量板轴就能控制触头，只要触头始终接触到喷油控制板上敷设的导电金属铂，那么就可以在磁敏传感器的始端与触头之间有一个数量确定的感生电势波串，不同的空气流量，其感生电势波串所包含的单个感生电势波的个数是不同的。当发动机变工况运行中，无论测量板怎样摆动，只要触头始终接触一条或两条导电金属铂，不发生跳越，那么每个循环总能获得与空气流量相对应的感生电势波串，至于缓冲式空气流量计从零到满负荷这个区间的控制点是人为设置的，这取决于磁敏传感器的个数及与其配接的导电金属铂的数量，须知在一定的弧长内，磁敏传感器的数量越多，其厚度尺寸就越薄，控制的精度就越高，至于产生的感生电势波的幅值，只要能保证低速时足够大，那么在高速情况时的感生电势信号会更强，这些感生电势波串送入整形放大电路，便可以得到一个完整的控制方波，经过电流放大驱动，便可以用来控制喷油器中的电磁阀将装置中的压力燃油喷入气道或者气缸。当磁敏传感器组合安装的弧长未达到360°时，发动机旋转一周，喷油器喷油一次，这样就实现了间歇式喷射。本发明的原理就是根据电信号叠加原则，用若干个不同时刻产生的感应电势波组成一个连续的感生电势波串提供给缓冲式空气流量计的喷油控制板，感生的电势波数量多与少，决定于感生电势波串的长与短，经过整形、滤波、放大、便可以获得一个完整脉冲方波，而这些脉冲方波的宽与窄是由基于力的平衡原理的缓冲式空气流量计来决定的，更确切地讲是由缓冲式空气流量计中的测量板轴上的触头在喷油控制板上选择不同位置上的金属导电铂来实现的。
本发明的优点是，结构简单，设计合理，成本低，工作条件宽广，维修简便，有较好的性能价格比，其控制原理简单，控制精度高，控制信号在采用的装置中一次形成，不需要经过任何运算。其控制方法简便，实用并能取得令人满意的效果。
图1，本发明的基本结构示意图。
图2，本发明采用的磁敏传感器安装剖示图。
图3，本发明的磁敏传感器与整形放大电路配接原理图。
图4，本发明的旋转磁场与磁敏传感器组合安装示意图。
图5，本发明的磁敏传感器组合感生脉冲电势的波形示意图。
图6，本发明采用的整形放大电路与喷油控制板，触头配连示意图。
图7，本发明采用油泵控制电路原理图。
下面根据附图描述本发明的实施例。
如图1所示，本发明提出活塞式汽油机的电控喷油装置，其供油系统与(L-Jetersnlc)德国波许公司的叶特朗尼克汽油喷系统相同，由油箱1、油泵2、过滤器4，油压调节器5和喷油器7组成，油箱1分别通过油管3与油压调节器5构成回油支路，油箱1、油泵2、过滤器4、油压调节器5与油管6构成供油支路，通气管8将发动机节气门18后的压力传递给油压调节器5。油压调节器5通过油管与喷油器7配接，喷油器7中的电磁阀与整形放大电路中电流放大电路25配连。油泵2与油泵控制电路26配接，蓄电池27分别给油泵控制电路26供电和通过电流放大电路25给整形放大电路供电。整形放大电路由输入控制电路22、整流滤波电路23、施密特整形电路24、电流放大电路25组成，它们顺序依次配连。本发明采用的缓冲式空气流量计31基本结构与(L-Jetersnlc)叶特朗尼克的空气系统基本相同，其内装有测量板15、节气门18的缓冲式空气流量计31与发动机配接，滤去灰尘后的空气进入缓冲式空气流量计31中，通过测量板15、节气门18进入发动机。本发明采用感生电势波发生元件包括旋转磁场和与其配合的若干个磁敏传感器，该旋转磁场安装在活塞式汽油机的曲轴9同步旋转的飞轮10上，该旋转磁场系一沿飞轮10半径方向裸露安装的磁极11构成，在磁极11的旋转曲面附近，有一固定在发动机机身上的底板29，底板29上用多个螺钉28固定有若干个磁敏传感器组成的磁敏传感器组合，如图2所示，磁敏传感器由铁芯13套装线圈12组成。每一个磁敏传感器沿磁极11的旋转方向顺序排列，各磁敏传感器的引出线与其相邻的磁敏传感器的引出线相连，作为一个串联点，每一个串联点再用导线按先后顺序排列安装在缓冲空气流量计31中的喷油控制板17上，这里采用的缓冲空气流量计31与叶特朗尼克2型空气流计不同之处是用喷油控制板17取代了电位计，喷油控制板17采用绝缘体制作的基板，在基板上敷设了若干条用于导电的导电金属铂14，各个导电金属铂14之间间隔开来且相互绝缘，每条导电金属铂14按顺序联接由各个磁敏传感器的串接点引出的导线，在喷油控制板17上有一随缓冲式空气流量计31的测量板轴32转动的触头16，触头16固定安装在测量板轴32上，触头16紧密接触喷油控制板17上的导电金属铂14并能随测量板轴32转动而在导电金属铂14上运动，触头16和磁敏传感器的0点各引出一条导线与整形放大电路中的输入控制电路22配接。如图2、图3所示，构成旋转磁场的磁极11沿其运动轨迹旋转将在磁敏传感器的线圈12中产生感生电势，这种感生电势按照时间先后在依次排列的磁敏传感器中依次产生，磁敏传感器通过各自线圈L1、L2、L3、L4经过导电金属铂14、触头16将感生电势的脉冲信号送入整形放大电路。
如图1、图5、图6、图7所示，当节气门18开到最大时，转速将达到最高，这时空气流量也最大、触点16滑向喷油控制板17的负荷点d，于是全部感生的电势脉冲波信号将进入输入控制电路22，此时喷油器7将获得通电时间最长，喷油量最多，而在节气门18关闭时，缓冲式空气流量计31的测量板15偏转角度为0，这时空气从怠速通道经过调整螺钉20、19进入发动机，喷油量则由预先调整好的少数感生电势脉冲波来控制，喷油量较少，仅维持怠速运转。在发动机作功的过程中，若吸入的空气流量一定，则触头16将停留在某一导电金属铂14上，当因负荷减小引起转速升高时，节气门18后的绝对压力下降，使得每一个循环吸入气缸的空气量减少，虽然触头16未变动而使感生电势波串的数量没有变化，但由于转速的升高，每一个磁敏传感器的感生电势的周期却变小了，叠加起来的结果是，每一循环的喷油时间缩短了，这是由于转速与磁敏传感器感生电势周期成反比的关系确定的。即f=1T]]>或 f·T＝1 f——发动机的转速，T——感生电势波周期，即当空气流量一定时，无论转速怎样变化，每一循环的空气量与喷油量成固定的比例。即使是转速的一个微小变化，都将引起喷油量的改变，使空燃比始终固定不变。若发动机的转速一定，发动机的功率要增加，则吸入气缸的空气量要增加，基于力的平衡原理，缓冲式空气流量计中的测量板15的偏转角度要增大，使得测量板轴32随之运动，从而使触头16将随测量板15偏转角度的增大向高负荷的d端运动，通过触头16使进入输出控制电路22的感生电势脉冲波的数量增加，由于发动机的转速和磁敏传感器的感生电势波的周期未变，则总的喷油时间相应增加了，实际上发动机工况并非空气流量和转速都是恒定不变的，而是随外界条件变化而变化，但这些并不影响上述性能的发挥。
喷油控制板17上的导电金属铂14的数量与磁敏传感器的数量对应，须知一定的弧长内，磁敏传感的数量越多，其沿磁场旋转方向的厚度尺寸就越小，自然控制精度也越高。同时也使得喷油控制板17上的导是金属铂排列得越密。由于喷油控制板17的物理尺寸有限，因此磁敏传感器的数量应在30-150个之间选择。在整形放大电路中施密特整形电路24通过电阻与电流放大电路25配接，运算放大器LM324通过藕合电阻与复合放大器T配接，复合放大器T的输出端接喷油器7的电磁阀。
如图7所示，油泵控制电路26由油泵继电器33、油泵马达34、机油压力开关35、发电机开关36、燃油泵继电器37、点火开关38组成。蓄电池27给油泵控制电路26供电。当把点火开关38旋到起动位置时，油泵2动作，与发动机及油泵控制电路26系现有技术，机油压力开关35无关。在正常运转中，只有当发动机机油压力和发电机同时出现故障时，才停油泵2。
当磁敏传感器组合安装在底板29上，其每一个磁敏传感器沿磁场旋转方向的厚度尺寸一经确定后，在不同的转速作用下其感生电势脉冲波的周期是不同，周期与转速成反比，因此在设计时既要考虑发动机的高速大负荷运转时，磁敏传感器组合中的各个磁敏传感器感生电势脉冲波的周期之和满足最大喷油时间的要求，同时也应考虑在低速时，每一磁敏传感器感生电势周期过长会影响喷油控制的精度，特别在中低负荷段，所以应尽量将磁敏传感器的厚度尺寸微小一些，此外，缓冲式空气流量计31的空气流量大小与测量板15偏转角度的关系也是影响控制精度的一方面，应选择具有对数特征的缓冲式空气流量计。以保证在中，低流量区段有较高的控制精度。根据实际负荷试验来确定喷油控制板17每条导电金属铂14与缓冲式空气流量计31在不同流量下的对应关系，从而由触头16来确定喷油控制板17上的每条导电金属铂14的位置，以获得最佳空燃比。
当需要实现分层进气、进行稀混合气燃烧时，可以将磁敏传感器组合分割成两个或两个以上的单元安装，如图4所示，这样做的结果是，磁场旋转一周时，首先作用于I区的磁敏传感器组合，产生第一组感生电势脉冲波串，经过整形放大，使喷油器7第一次开启喷油，间隔L弧长后，旋转磁场又作用于I区的磁敏传感器组合，这时便产生了第二组感生电势脉冲波串，经过整形放大电路，驱动喷油器第二次开启喷油，从而在一个循环中获得两次喷射，这对提高发动机的经济性是很有益的，但值得注意的是，由于发动机的实际负荷有大有小，当按最大负荷和最大转速设计好分层进气喷射时间后，会在某一较小的负荷以下，出现只有I区的磁敏传感器组合产生的感生电势脉冲波参与了喷油，而I区的感生电势脉冲波无效，这是因为在此负荷下，I区的各磁敏传感器产生的电势脉冲波的周期之和已经满足了喷射时间的要求，因而只能在大于此负荷的情况下，实现分层进气，这一控制断点要根据实际需要来选定。
本发明提出的电控喷油装置，系间歇式喷油装置，其喷射定时很容易做好，在旋转磁板11与发动机曲轴的相对位置已经确定的条件下，只要适当调整磁敏传感器组合一发动机机身的相对位置或者在磁敏传感器组合已固定，调正旋转磁极11与发动机曲轴的相对位置，便可调整喷射时间的迟与早。
另外，为了避免高速时的喷油滞后，应采用随发动机转速增加而逐渐提前的喷射方式，如图1所示，当发动机运转后，首先提供急速喷油的磁敏传感器是磁敏传感器组合中的0-2区段的磁敏传感器，随着发动机负荷和转速的增加，磁敏传感器上产生的感生电势逐渐进行由a至b、由b至c、由c至d顺序进入输入控制电路22，即在感生电势波串中，后产生的感生电势波先在低速时进入整形放大电路。随转速的提高，进入整形放大电路的感生电势逐渐提前，当全负荷时，最先产生的感生电势才进入整形放大电路，这相当于随转速负荷的提高，喷射开始时间逐渐提前了。这是因为进入缓冲式空气流量计的空气流量在增加，测量板15相对于气道的角度发生改变，装在测量板轴32上的触头16在喷油控制板17上的位置发生变化的结果，这样就保证了发动机随负荷和转速增加的同时喷油脉冲逐渐提前以克服喷油延迟在高速时对发动机的影响。
如图6所示，本发明的控制方法可以通过设置在输入控制电路22中的各继电器的接点进行，实现不同工况的要求，如冷启动加浓，暖车加浓，加速加浓，全负荷加浓，滑行工况断油，最高速度限制等。在这里，把磁敏传感器组合产生全部感应电势之和分为5个点，假定通过实验测得，0点为零速点，a点为正常怠速工况点，b点为暖车加浓工况点，c点为80％负荷工况点，d点为全负荷工况点。输入控制电路中SJ1，为转速继电器接点，当转速大于1500n/min时接通，小于1500n/min时断开，SJ2为最高转速限制继电器接点，当转速大于最高额定速度时接通，低于最高额定转速的断开，JK为节气门18开关信号接点，节气门18全关时接通，节气门18打开时断开，触头16调整在正常怠速工作处a点。下面就工况的具体控制给以说明一、冷启动当发动机处于冷态时，发动机的冷却水温度低于某一规定值，这时冷却水温控制开关30(即WK)的接点I-I开路，I-I为通路，所以此时缓冲式空气流量计31中的触头16与输入控制回路22无关，而暖车加浓工况点b处经过温控开关的I-I进入输入控制回路22，此时节气门18关闭，JK接通，转速为零，SI1断开，SI2断开，当接通启动机使发动机转动时，由于此时的发动机转速比怠速转速低，因而造成每个磁敏传感器感生电势的周期比怠速工况时长，所以启动时刻的b点，比启动以后的b点喷油要多，这是由于启动前后的速度差异造成的喷油时间不同。当发动机点燃运转后，随着转速逐渐接近怠速工况使感生电势周期减小，冷启动时的加浓逐渐减小，最后自动进入暖车期。
二、暖车加浓发动机点燃运转后，由于发动机温度仍低于某一规定值，发动机冷却水温度开关30仍然是I-I接通，I-I断开，使0-b区间的全部感生电势进入输入控制回路22，使喷油量比正常怠速工况0-a区间多，实现了暖车加浓。经过一段时间后，随发动机温度升高到规定值，发动机冷却水温开关30(即WK)的I-I断开，I-I接通，此刻b点感生电势被断开，正常怠速工况a点的感生电势通过冷却水温开关接点I-I进入输入控制回路转入正常怠速工况，此时节气门开关接点JK接通，速度接点SJ1断开，SJ2断开。
三、正常运转工况当发动机暖车结束后，此时逐渐打开节气门18，由于空气流量的增大，缓冲式空气流量计31的测量板15受空气流体作用发生变化，触头16在喷油控制板17上移动，使输入控制回路22感生电势波的数量逐渐增多，因而使每一循环喷油时间逐渐延长，触头16从a点到c点，区间运动，代表着发动机从怠速到80％负荷，在这段区间其主要要求是有较高的经济性。
四、加速加浓工况本装置在加速过程中，当节气门18突然开大时，空气流量迅速地流过缓冲式空气流量计31，使缓冲式空气流量计31的测量板15在很短的时间内造成冲击而增大偏转角度，于是较多的感生电势波经过触头16进入了控制回路22，使喷油时间加长，喷油量增加，保证了发动机的良好的加速过渡。
五、全负荷加浓由于在部分负荷点c以后，设置了比较低的空燃比，其燃料的增加率比空气的增加率要大，可提供较浓的混合气，以适应全负荷时的负荷要求。
六、滑行工况当打开节气门18，发动机在大于1500n/min，小于最高额定转速的条件下运转时，控制回路22中的JK断开，SJ1接通，SJ2断开，此时只要关闭节气门18，则SJ接通，于是，从触头16送入控制回路22的感生电势被串连的接点SJ1、JK，短路，于是喷油信号便消失了，喷油器7停止了燃油的喷射，只有当打开节气门18或转速低于1500n/min时，喷油才能重新开始，这样便实现了滑行工况时的节油和减少排放的要求。
七、最高速度限制由于在控制回路22设置了最高额定转速继电器接点SJ2、当发动机转速大于最高额定转速时，SJ2接通，短路了全部的感生电势，于是喷油停止，只有当转速低于最高额转速时，喷油才重新开始。
权利要求
1.一种活塞式汽油机的电控喷油装置，采用与发动机机体配接的感生电势波发生元件，缓冲式空气流量计、喷油器以及与感生电势波发生元件配连的整形放大电路，其特征在于，采用的感生电势波发生元件包括与发动机曲轴同步旋转的磁极(10)，在该磁极(10)的运动轨迹附近安装的若干个与磁极(11)配合的磁敏传感器，它们呈弧形排列并固定在发动机的机体上，各个磁敏传感器通过各自引出线与相邻的磁敏传感器的引出线连接，各连接点再通过导线分别接在发动机进气道配连的缓冲式空气流量计(31)的喷油控制板(17)上，并与喷油控制板(17)上设置的若干个互相间隔排列的导电金属铂(14)相配接，导电金属铂(14)与磁敏传感器排列顺序一一对应，缓冲式空气流量计(31)的测量板轴(3 2)垂直于喷油控制板(17)，测量板轴(32)上安装有随空气流量变化而在喷油控制板(17)的导电金属铂(14)上运动的触头(16)，导电金属铂(14)通过与其接触的触头(16)与整形放大电路配接，整形放大电路与喷油器(7)配接。
2.根据权利要求1所述的一种活塞式汽油机的电控喷油装置，其特征在于与发动机曲轴同步旋转的磁极(11)安装在与发动机曲轴配接的飞轮(10)上。
3.根据权利要求1所述的一种活塞式汽油机的电控喷油装置，其特征在于，安装在旋转磁极(11)运动轨迹附近的若干个磁敏传感器紧密排列组成磁敏传感器组合固定在发动机机体上，每相邻的两个磁敏传感器串联连接，各连接点用导线接于缓冲式空气流量计(31)内的喷油控制极(17)上。
4.根据权利要求1所述的一种活塞式汽油机的电控喷油装置，其特征在于，磁敏传感器组合可以分为两个以上单元间隔安装。
5.根据权利要求1所述的一种活塞式汽油机的电控喷油装置，其特征在于，缓冲式空气流量计(31)内安装的喷油控制板(17)采用绝缘的基板，基板上敷设的导电金属铂(14)相互绝缘地排列。
6.根据权利要求1所述的一种活塞式汽油机的电控喷油装置，其特征在于，整形放大电路包括输入控制电路(22)、整流滤波电路(23)、施密特整形电路(24)和电流放大电路(25)，它们依次顺序连接。
全文摘要
本发明涉及一种活塞式汽油机的电控喷油装置，采用与发动机曲轴同步旋转的磁场及其与机座相连的磁敏传感器组合，通过缓冲式空气流量计内的喷油控制板与整形放大电路配接，喷油器接于整形放大电路的输出端。本发明是利用感生电势波的叠加原理获得基本控制信号，再根据力的平衡原理和速度与周期的反比关系确定每个做功循环所需的喷油量，实现最佳空燃比控制，其优点是结构简单，控制精度高，维护方便。
文档编号F02D41/30GK1149102SQ9611964
公开日1997年5月7日 申请日期1996年9月28日 优先权日1996年9月28日
发明者张拥政 申请人:张拥政