专利名称：利用水温传感器自动调节发动机进气量的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型利用水温传感器自动调节发动机进气量的装置，属于提高机动车发动机 混合气空燃比的技术领域。
技术背景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。 实用新型内容本实用新型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利用水温传感器自动调节发动机进气量的装 置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是该自动调节发动机进气量的装 置，其特征在于包括控制器、进气管总成，控制器与进气管总成相连。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。进气管总成包括壳体、风机、空气滤清器；空气滤清器安装在壳体内气流进口端，风机安装在进气管总成的进气通道口与发动机进气口之间，风机的旋转气流口朝向发动 机进气口方向。执行器是由调速电机、扇叶组成的风机和进气管总成。微处理器为单片机，内嵌比例控制及计算方法。工作原理本实用新型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，参考相转速传感器、关节气门位置传感器、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，同时也减少有害气体的排放。与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是设置与进气管总成内的风机相 连的控制器，依据控制器内预设的目标空燃比值，控制器采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，利用风机的可调速原理，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，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l-3是本实用新型的最佳实施例。其中l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、Q1-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Cl-C8电容 D1、D2稳压二极管。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本实用新型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Ul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U1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0P2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Ul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7U8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Ul的P23脚，通过微处理器Ul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，发动机在运行中，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，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，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、利用水温传感器自动调节发动机进气量的装置，其特征在于包括控制器、进气管总成，控制器与进气管总成相连。
2、 根据权利要求l所述的利用水温传感器自动调节发动机进气量的装置，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。
3、 根据权利要求1所述的利用水温传感器自动调节发动机进气量的装置，其特征 在于进气管总成包括壳体(10)、风机(5)、空气滤清器(2)，空气滤清器(2)安装 在壳体(10)内气流进口 (1)端，风机(5)安装在进气管总成的进气通道口 (1)与 发动机进气口之间，风机(5)的旋转气流口朝向发动机进气口方向。
4、 根据权利要求2所述的利用水温传感器自动调节发动机进气量的装置，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。
5、 根据权利要求2所述的利用水温传感器自动调节发动机进气量的装置，其特征在于微处理器为单片机，内嵌比例控制及计算方法。
6、 根据权利要求2所述的利用水温传感器自动调节发动机进气量的装置，其特征在于由微处理器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；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U1 的P62脚通过电阻R3与稳压三极管Q1的1脚连接，稳压三极管Q1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R1、 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Ul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0P2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 U1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R11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U1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。
专利摘要利用水温传感器自动调节发动机进气量的装置，属于提高机动车发动机混合气空燃比的技术领域。包括控制器、进气管总成，控制器与进气管总成相连。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。具有自动调节进气量，使发动机的混合气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，实现了燃油经济性和减少有害气体排放的目的，环保节能等优点。
文档编号F02D41/14GK201103475SQ200720029139
公开日2008年8月20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