专利名称：水温传感器信号对发动机进气量的控制方法
技术领域：
本发明水温传感器信号对发动机进气量的控制方法，属于提高机动车发动机混合气 空燃比的技术领域。
背景技术：
目前在确保发动机动力性能的前提下，为了降低发动机油耗量、改进其燃油的经济 性、减少废气的排放量，对发动机的进气系统做了各种技术改进，以增加发动机进气量， 使之燃油更加充分燃烧，提高发动机动力性等，并且取得了相应的效果。现有技术中对 发动机进气系统的改进在于1、对进气管变长度控制，以改善进气谐振性而提高充量 系数。2、改变发动机原有的进气管的形状，使之进气气流产生旋流，改善雾化。3、在 发动机进气管上加装风扇，以微调进气压力和进气量，减少空滤器等进气结构的阻力性， 使油气混合充分。虽然以上改进方法在发动机进气系统中不同程度的改变了发动机的进 气参数。上述装置除了进气管变长度控制外，其它不能按发动机需气量进行实时的自动 调节控制，不能实现不同工况发动机最佳空燃比和真正提高燃油经济性和减少有害气体 排放的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足；提供一种依据控制器内预 设的目标空燃比值，根据发动机不同工况下的运转情况自动调节进气压力和进气量，使 混合比更逼近于最佳目标空燃比值的水温传感器信号对发动机进气量的控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该水温传感器信号对发动机进气量 的控制方法，其特征在于依据控制器内预设的目标空燃比值，采集水温传感器信号数 据，利用喷油脉宽信号数据进行反馈修正，参考相关传感器信号进行修正补偿，通过微 处理器的比例控制及计算分析比较，对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节 控制。
对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制使进气量比例控制。 进气量比例控制是通过对风机的转速比例控制实现。控制器内预设的目标空燃比值是通过发动机台架试验，对所测数据进行优化处理并 存储于控制器内的脉谱数据。
控制器利用喷油脉宽信号数据对发动机进气量进行反馈修正控制。
控制器包括微处理器、水温传感器信号、喷油脉宽信号、氧传感器信号、信号调理 电路、驱动控制电路及执行器，水温传感器信号、喷油脉宽信号和氧传感器信号通过信 号调理电路与微处理器相连，微处理器通过驱动控制电路与执行器相连。
控制器对氧传感器的信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理。
控制器对各传感器信号和执行器的时滞问题采取提前预测控制。
执行器是由调速电机、扇叶组成的风机和进气管总成。
工作原理
发动机运转过程中，ECU主要根据发动机相关传感器和相关工况等状态参数来计算 修正喷油量，以提高控制精度。但是发动机在不同工况下的所需的进气量受自身条件下 诸多因素的干扰和影响，因此本发明采用独立控制器，与发动机ECU并行工作，以调节 修正不同工况发动机的需气量，使混合气更逼近于最佳目标空燃比值。
水温传感器监测发动机冷却水温度，冷却水温度对发动机的影响主要在于两方面， 第一冷却水温度值小于60度时，发动机处于起动及暖机工况，属于开环状态控制；
此时由于温度低，发动机吸入混合气的雾化效果差，发动机转速低、波动性大等原因， 为保证发动机在低温状态下的怠速稳定性和动力性以及合理的燃烧雾化条件，发动机控
制系统采用喷油加浓策略，按ECU内预先给定的脉谱MAP参数进行喷油控制；控制器不 参与对进气量比例控制。第二冷却水温度值大于60度时，此时发动机处于怠速工况 下运转，此工况属于闭环状态控制；此时控制器参与风机转速比例控制，对进气量进行 补偿修正。依据控制器内预设的目标空燃比值，以发动机水温传感器信号为基本条件， 参考相关转速传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器、进气压力传感器、氧传感 器、喷油脉宽信号等信号，判定发动机的运行工况，发动机在不同工况下对空燃比的要 求是不同的，为保证发动机在不同工况下处于最佳的动力性能，控制器采集水温传感器 信号数据，利用喷油脉宽信号数据进行反馈修正，通过微处理器内嵌的比例控制及计算 方法的分析比较判断后，计算出进气量的所需调节量，基于所需调节量计算出控制目标 的目标值，基于此目标值驱动风机在一定转速工作，提高进气压力和进气量；同时控制 过程中为提高响应度控制器对氧传感器信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处 理，即利用可测的氧传感器电压信号推算出不可测的空燃比隶属度集，在每个按隶属度分级的等级中按中值平均法推算出控制系数，控制的同时形成分隶属度控制脉谱，只要 确定査表条件所处的等级，就可得到控制系数进行实时调整；控制器为了解决各传感器 信号和执行器的时滞问题，利用氧传感器信号电压变化率判定状态趋势对执行器进行提 前预测控制。从而使发动机的混合气更逼近于最佳目标空燃比值，使其燃油充分燃烧， 提高发动机的功率及扭矩，同时也降低了有害气体排放。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是设置与进气管总成内风机相连的控 制器，对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制，利用风机的可调速原理， 依据控制器内预设的目标空燃比值，以发动机水温传感器信号为基本条件，利用喷油脉 宽信号数据进行反馈修正，参考相关传感器信号进行修正补偿，通过微处理器内嵌的比 例控制和计算方法的分析比较判断后，计算出进气量的所需调节量，基于所需调节量计 算出控制目标的目标值，基于此目标值驱动风机按一定转速工作，提高进气压力和进气 量；同时控制过程中为提高响应度控制器对氧传感器信号按模糊到精确的处理方法进行 了软测量处理的实时调整；为了解决各传感器信号和执行器的时滞问题，利用氧传感器 信号电压变化率判定状态趋势对执行器进行提前预测控制；从而使发动机的混合气更逼 近于最佳目标空燃比值，使其燃油充分燃烧，提高发动机的功率及扭矩，同时也降低了 有害气体排放。从而对发动机的混合气进行最优可控，使得进气充量系数可调，使发动 机缸内燃烧更充分、降低了燃烧温度、提高了动力性、减少了有害气体的排放、油耗降 低、实现了燃油经济性和减少有害气体排放的目的，环保节能。
图l:发动机进气管总成结构示意图； 图2:控制器电路原理框图； 图3:控制器电路原理图。
图1-3是本发明的最佳实施例。其中1进气通道口 2空气滤清器 3控制器 4气流腔5风机6风机支架 7调速电机8扇叶 9气流通道口 IO壳体；
图3中Ul微处理器、U2存储器、U3反相器、U4门电路、U5锁相环、U6、 U8 运算放大器、U7对数放大器、U9运放器、Ql-Q2稳压三极管 MG调速电机 0P1-0P2 光电耦合器Rl-R20电阻 VR1 、VR2可调电阻 CI-C8电容 D1、D2稳压二极管。
具体实施例方式
下面结合附图1-3对本发明的自动调节发动机进气量的控制方法做进一步说明 如图l所示进气管总成由进气通道口 1、空气滤清器2、控制器3、气流腔4、风机5、气流通道口 9及壳体10组成；其中，风机5由风机支架6、调速电机7、扇 叶8组成；外界气体经进气通道口 l进入空气滤清器2，经空气滤清器2对所进气体进 行净化过滤后经气流腔4，通过气流通道口9进入发动机；控制器3与风机4的调速电 机7相连接。
如图2所示微处理器通过信号调理电路采集发动机水温传感器信号、喷油脉宽信 号和氧传感器信号数据，通过微处理器内嵌的比例控制和计算方法的分析比较判断后， 通过驱动控制电路控制执行器，从而对风机进行转速比例控制，因此进气量比例控制处 于系统的可控状态。
如图3所示由微处理器U1及其外围电路组成控制器，微处理器为单片机，内嵌比 例控制及计算方法；根据发动机不同工况，依据控制器内预设的目标空燃比值，采集水 温传感器信号数据，以喷油脉宽信号数据进行反馈修正，通过微处理器比例控制及计算
的方法，参与控制参量计算，输出目标值，通过对风机5的转速比例控制进行进气比例控制。
由微处理器Ul及其外围电路组成控制器，微处理器Ul采用NEC公司78k0系列的 一种8位微处理单片机；根据发动机不同工况，，通过微处理器内嵌比例控制及计算方 法，参与控制参量计算，输出目标值，通过对风机5的转速比例控制进行进气比例控制。
微处理器U1的X1、 X2脚与晶体管Y1相连，并分别通过电容C1、 C2接地；微处 理器Ul的P62脚通过电阻R3与稳压三极管Ql的1脚连接，稳压三极管Ql的3脚接 地，2脚与稳压三极管Q2的1脚连接；稳压三极管Q2的3脚接地，并通过稳压二极管 Dl、 D2接高电平VCC， 2脚与电机MG的负极相连，MG的正极接高电平VCC。
由存储器U2及其外围电路组成数据存储单元，对数据进行存储。
存储器U2的1、 2、 3、 4、 7脚接地，8脚接高电平VCC;存储器U2的5、 6脚与微 处理器Ul的P40、 P41相连，并分别通过电阻Rl、 R2接高电平VCC。
由反相器U3和门电路U4及其外围电路组成喷油信号脉冲鉴宽电路，输入到微处理 器U1的INTP3脚，参与控制参量计算。
反相器U3的1脚通过电阻R5连接VCC高电平，通过电容C4连接喷油信号，电容 C3和电阻R5串联接在电容C4的一端和地之间；反相器U3的2脚连接门电路U4的1 脚。门电路U4的2脚通过电阻R4接地，3脚连接光电耦合器0P1的第1脚；光电耦合 器0P1的2、 4脚接地，光电耦合器0P1的第3脚依次连接微处理器Ul的INTP3脚。
由锁相环U5及其外围电路组成电源检测电路，输入到微处理器U1的P12脚，参与控制参量计算。
锁相环U5的4脚连接光电耦合器OP2的第4脚；锁相环U5的6脚和7脚之间连接 有电容C5;锁相环U5的9脚通过电阻R6连接电瓶电压，9脚还通过电阻R7接地；锁 相环U5的11脚通过电阻R8接地。光电耦合器0P2的1、 3脚接地，光电耦合器0P2 的第2脚连接微处理器Ul的P12脚。
由运算放大器U6、对数放大器U7、运算放大器U8、及其外围电路组成氧传感器信 号采集调理电路，氧传感器信号经运算放大器U6对电流信号进行10倍放大后输入对数 放大器U7，经对数放大器U7的10脚输出后，经运算放大器U8进行I-V变换为5-0V 电压信号输入到微处理器U1的P27脚，参与控制参量计算。
运算放大器U6的2脚连接氧传感器信号，通过电阻R9与6脚相连；运算放大器 U6的3脚与对数放大器U7的2脚相连，通过电阻R10与运算放大器U6的6脚相连， 并通过电阻Rll连接VCC高电平。对数放大器U7的2脚通过电容C7与对数放大器U7 的7脚相连；对数放大器U7的6脚通过电阻R12、电容C6接地；对数放大器U7的15 脚通过电阻R13、可调电阻VR2接地；对数放大器U7的16脚通过电阻R14、可调电阻 VR1接VCC高电平；对数放大器U7的11脚接VCC高电平。对数放大器U7的10脚通过 电阻R15与运算放大器U8的2脚相连，且通过电阻R16接地；运算放大器U8的2脚通 过电阻R17与6脚相连；运算放大器U8的6脚连接微处理器Ul的P27脚；运算放大器 U8的3脚接地。
由比较器U9及其外围电路组成温度传感器信号采集调理电路，将水温信号通过串 接分压电阻转换为模拟电压信号供比较器U9比判，比较器U9依次输出数字信号输入到 微处理器U1的P23脚，通过微处理器U1来判断启动及暖机工况。
比较器U9的2脚依次连接水温信号，2脚还通过电阻R18连接VCC高电平；比较 器U9的1脚依次连接微处理器Ul的P23;比较器U9的3脚通过电阻R20接地，通过 电阻R19连接VCC高电平；8脚连接VCC高电平且通过电容C8接地。
工作过程
发动机运转时，依据控制器内预设的目标空燃比值，控制器釆集发动机水温传感器 信号数据，以喷油脉宽信号数据进行反馈修正，通过微处理器内嵌的比例控制和计算方 法的分析比较判断后，计算出进气量的所需调节量，基于所需调节量计算出控制目标的 目标值，基于此目标值驱动风机按一定转速工作，提高进气压力和进气量；同时控制过 程中为提高响应度控制器对氧传感器信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理的实时调整；为了解决各传感器信号和执行器的时滞问题，利用氧传感器信号电压变化 率判定状态趋势对执行器进行提前预测控制；从而使发动机的混合气更逼近于最佳目标 空燃比值，使其燃油充分燃烧，提高发动机的功率及扭矩，同时也降低了有害气体排放。
权利要求
1、水温传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于依据控制器内预设的目标空燃比值，采集水温传感器信号数据，利用喷油脉宽信号数据进行反馈修正，参考相关传感器信号进行修正补偿，通过微处理器的比例控制及计算分析比较，对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制。
2、 根据权利要求1所述的水温传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在 于对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制采用进气量比例控制。
3、 根据权利要求2所述的水温传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在 于进气量比例控制是通过对风机的转速比例控制实现。
4、 根据权利要求1所述的水温传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在 于控制器内预设的目标空燃比值是通过发动机台架试验，对所测数据进行优化处理并 存储于控制器内的脉谱数据。
5、 根据权利要求1所述的水温传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在 于控制器利用喷油脉宽信号数据对发动机进气量进行反馈修正控制。
6、 根据权利要求1所述的水温传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在 于控制器包括微处理器、水温传感器信号、喷油脉宽信号、氧传感器信号、信号调理 电路、驱动控制电路及执行器，水温传感器信号、喷油脉宽信号和氧传感器信号通过信 号调理电路与微处理器相连，微处理器通过驱动控制电路与执行器相连。
7、 根据权利要求6所述的水温传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在于控制器对氧传感器的信号按模糊到精确的处理方法进行了软测量处理。
8、 根据权利要求l、 6所述的水温传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征 在于控制器对各传感器信号和执行器的时滞问题采取提前预测控制。
9、 根据权利要求6所述的水温传感器信号对发动机进气量的控制方法，其特征在 于执行器是由调速电机(7)、扇叶(8)组成的风机(5)和进气管总成。
全文摘要
水温传感器信号对发动机进气量的控制方法，属于提高机动车发动机混合气空燃比的技术领域。其特征在于依据控制器内预设的目标空燃比值，控制器采集水温传感器信号数据，利用喷油脉宽信号数据进行反馈修正，通过微处理器的比例控制及计算分析比较，对不同工况发动机混合气空燃比的需气量自动调节控制。对发动机进气量的控制是通过对风机的转速比例控制实现，对发动机的混合气进行最优可控，使得进气充量系数可调，使发动机缸内燃烧更充分、降低了燃烧温度、提高了动力性、减少了有害气体的排放、油耗降低。以适应燃油经济性和减少有害气体排放的目的，环保节能。
文档编号F02D41/26GK101418731SQ20071011318
公开日2009年4月29日 申请日期2007年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者宫春勇, 华 赵, 高小群 申请人:山东申普汽车控制技术有限公司