专利名称：内燃机在线(车载)自动控制系统的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种替代OBD的内燃机在线(车载)自动控制系统，主要用于往 复活塞式内燃机。该系统可以根据内燃机冷却液、润滑油的液位，活塞组件的磨损， 气门组件密封是否良好，三原催化器的转化情况分析判断内燃机运转是否存在燃烧 不良和尾气排放超标等故障需要停机检修。禁止内燃机带病工作造成加剧磨损、燃 油增耗和尾气污染物的增排。减少因人为的不自律行为所造成的尾气治理效果不明 显的尴尬局面，无须环保部门的监管达到节能、减排、环保的目的。还设有防止人 为想故意避开系统控制行为的功能。
背景技术：
现有的技术为车载自动诊断系统(0BD是英文On-Board Diagnostics的縮写， 中文翻译为"在线(车载)自动诊断系统"，从0BD至0BD-m已发展到第三代产品， 以下称之0BD。)。其原理是利用双氧传感器设置在三原催化转化器的前后两端。当 两个氧传感器输出的电信息波形不同时，说明三原催化转化器工作正常，电信息波 形相同时说明三原催化转化器失效不能净化尾气，尾气排放超标。系统将利用这一 电信息随时监控汽车是否尾气超标， 一旦超标，会马上发出警示。当系统提出故障 警示时，故障(MIL)灯或检査发动机(Check Engine)警告灯亮，同时动力总成控制 模块(PCM)将故障信息存入存储器，通过一定的程序可以将故障码从PCM中读出。 根据故障码的提示，维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位。初期的0BD没 有自检功能，更先进的OBD-II是按照美国汽车工程师协会(SAE)制定的标准提供统 一的诊断模式。当汽车排放的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(N0x) 或燃油蒸发污染量超过设定的标准，故障灯就会点亮报警。OBD-II对监测汽车排放 十分有效，但驾驶员接受不接受警告全凭"自觉"。为此发展了0BD-III，主要目的 是使汽车的检测、维护和管理合为一体，以满足环境保护的要求。系统会分别进入 发动机、变速箱、ABS等系统电脑(ECU)中去读取故障码和其它相关数据，并利用 小型车载通讯系统将车辆的身份代码、故障码及所在位置等信息自动通告管理部 门，管理部门根据该车辆排放问题的等级对其发出指令，包括去哪里维修的建议， 解决排放问题的时限等，还可对超出时限的违规者的车辆发出禁行指令。系统不仅 能对车辆排放问题向驾驶者发出警告，而且还能对违规者进行惩罚。综上所述车载自动诊断系统(0BD系列)存在以下两个方面的缺陷-技术方面
1、 若因内燃机暂时缺冷却液造成气门油封高温老化窜润滑油，使润滑油一 部分经进气门进燃烧室再经排气门进入尾气管，另一部分直接经排气门进入尾气 管。因为润滑油的分子大，不能充分燃烧，所以含有大量碳粒的润滑油蒸气和焦质 物进入并堵塞三原催化转化器，使其失去催化转化尾气的功能。而并不一定是活塞 组件磨、损和气门组件密封不严造成污染物真正超标。
2、 内燃机因油底壳碰坏漏油、增压器油封及各种油封漏油造成缺机油而继 续使用，使内燃机严重加速磨损，尤其是活塞组件因缺润滑油的严重磨损造成油耗 量增加、排污超标和三原催化转化器丧失功能。
3、 OBD系列产品只适用点燃式汽油内燃机，不适用压燃式柴油内燃机，因为 柴油内燃机不能采用三原催化转化器。
管理方面
1、 必须在每台车上设置通讯的发射与接收系统，环保部门须设立庞大的接 收系统，并能针对每一个体发出单独指令的发射系统。
2、 环保部门必须组建包括通讯发射接收系统的操控、日常管理、稽査、监 察、档案管理等管理部门。 一旦车主信息有变更，操控难度可想而知。
3、 每台车另增加通讯设备的成本。
发明内容
根据技术背景，内燃机在线(车载)自动诊断系统的不足，发明了利用计数器 单元、译码器、扫描驱动器、延时电路、各种数字门电路的集成电路组成的电路或 上述器件和电路组成更高集成度的专用集成电路及内燃机管理系统(EMS)的电子 控制单元(ECU)的嵌入式程序，结合曲轴箱废气传感器、液位传感器、油位传感 器、氧传感器等组成的内燃机在线(车载)自动控制系统(Engine 0n—Board Control System縮写为0BC，以下简称0BC，)。功能如下
1、 液位自动控制OBC设有内燃机冷却液、润滑油液位传感器。当任何一 个传感器给出液位过低的信息传递给0BC， 0BC立即给出延时停机指令，并控制内 燃机停机。补足液、补足油后，缺液、缺油信息可立即消除，再次启动内燃机便可 继续运行。再缺再停，直到维修找出故障并排除后不再缺液、缺油就不再停机。彻 底防止内燃机因意外缺液、缺油造成不必要的加速磨损和加速磨损后的油耗、排污巨增。
2、 活塞组件磨损自动控制OBC设有曲轴箱废气传感器，利用该传感器给 出的信息可判断活塞组件的磨损是否接近超标排放。 一旦排放接近超标时0BC给出 警示(仪表台上警示数码灯亮并有风鸣声)同时打开计数器单元开始计数，计数可 以选择怠速的次数、行驶里程数或警示开始后内燃机工作时间数，计数计满预设的 数值时，0BC立即给出延时停机指令停机。在仪表台上设有计数显示器，便于驾驶 员(操作工)掌握计数的时间段，利用这段计数的时间做维修前的准备工作。另外， 曲轴箱废气传感器能使内燃机管理系统(Engine Maragement System縮写EMS，以 下简称EMS，)分析辨别活塞组件故障还是气门组件故障，有利于节能、减排和简化 故障的维修。
3、 气门组件故障自动控制当某缸气门密封不严时，在内燃机怠速时，这 个汽缸的压縮压力不足，曲轴的角速度不均匀，出现失火现象，EMS的电子控制单 元(ECU)中的嵌如入式程序比较判断后给一个由OBC控制延时停机的指令。以此 防止燃烧不充分所造成的燃油消耗、污染物排放巨增及氧传感器和三原催化器的损 坏。
4、 防御性自动控制为了防止拔掉曲轴箱废气传感器的电插头，人为故意 回避OBC的控制。设制一电路分辨废气传感器的电插头是否在线，当拔下电插头OBC 接收到曲轴箱废气传感器不在线信息，OBC立即给出延时停机指令。
5、 0BD产品只适用汽油内燃机，而本OBC产品适用于各类往复活塞式内燃机。
附图1示出实施例1的利用计数器单元、译码器、显示扫驱动描器、数码显示 器、模拟开关、延时电路、防失电电路、防短路电路、各种数字门电路的集成电路 组成的电路或上述器件和电路组成更高集成度的专用集成电路及ECU的嵌入式程 序，结合曲轴箱废气传感器、液位传感器、氧传感器等组成的(车载)在线自动控 制系统(OBC)的一种电原理图，图中元件(21)是内燃机转速传感器。元件(22) 是运算放大器将元件(21)内燃机的转速信号放大。元件(43) 是二极管。 元件(23)是内燃机冷却液液位传感器，(230是连接仪表台的警示灯和风鸣器的 连线器。元件(24)是内燃机润滑油油位传感器，(24!)也是连接仪表台的油位警 示灯和风鸣器的连线器。元件(42)是电池。 件 26)是或非门。元件(25)是内燃机曲轴箱废气传感器(内燃机曲轴箱废气传感器申请另一项发明专利，其原理 不在此详细陈述。)，将内燃机活塞组件磨损造成将要排污的信息传递给控制系统。 元件(26D ( 262)是反向器。(45)是车载自动控制系统的主电路板。元件(27) 是或门，输入端的v=n+l个。元件(28)、 (28i)是双向模拟开关。元件(29)是 四输入或非门。元件(37)是延时电路。(50)是内燃机管理系统(EMS)电子控制 单元(ECU)的电路板。(5(h)是内燃机转速信息输给内燃机管理系统的连线器。(5(h) 是由内燃机管理系统根据转速、失火、曲轴箱废气传感器(504)等信息运算判断气 门故障输出给0BC停机信息的连线器。(5(h)是由内燃机管理系统根据双氧传感器 比较运算判断三原催化转化器失效输出给OBC停机信息的连线器。(504)是曲轴箱 废气传感器(25)给出去内燃机管理系统的故障信息的连线器。(50s)是内燃机管 理系统输给OBC怠速次数、行驶里程数或时间信息的连线器。元件(30)是与门。 元件(31)是或门。元件(32)是十进计数/七段译码器。(50e)是EMS解锁信息连 线器。元件(33)是显示扫描驱动器。元件(36)异或门。(34)是连接仪表台数 码显示连线器座。(46)是在线(车载)自动控制系统的主电路板(45)上，由n 个十进计数/七段译码器(32)或其它各类二进制、二-十进制、二-十六任意进制 加/减计数器组成的计数器单元电路。(本说明书采用十进计数/七段译码器做加计 数的计数器单元来说明实施方案所达到发明的目的。也可以采用各类任意进制的加 /减计数器组成计数/译码电路来达到本发明的目的，相应外围电路采用的各类门电 路组成的控制电路有所不同。)附图2是仪表台数码显示器，元件(38)是数显管。
(35)是与(34)连接的连线器插头。附图3是元件十进计数/七段译码器(32) 各管角编号和功能符号标识图。附图4是实施例2的电原理图，与实施例l基本一 样，所不同的是双向模拟开关(28)控制的是运算放大器的电源。附图5是实施例 3的电原理图，元件(39)是喷油器功率放大极的功率管。元件(40)是喷油器线 圈。(507)是喷油器的前置顺序控制器。其余元件与实施例l相同，所不同的是双 向模拟开关(28)控制的是喷油前置顺序控制器的电源。附图6是实施例4的电原 理图，元件(41)是点火线圈。元件(39)是点火功率放大极的功率开关管。元件
(508)是点火前置顺序控制器。其余元件与实施例1相同，所不同的是双向模拟开 关(28)控制的是点火前置顺序控制器的电源。
具体实施例方式
结合附图按n个十进计数/七段译码器(32)组成加计数器单元(46)与数字门集成电路及ECU的嵌入式程序，结合曲轴箱废气传感器(25)、液位传感器(23)、 (24)等组成的内燃机在线(车载)自动控制系统(0BC)的一种电原理图叙述本发 明的实施过程
实施例l结合附图l、图2、图3说明具体实施方式
。
当内燃机的冷却液降低到极限位置时，液位传感器(23)中的开关由浮漂随液 面的降低而导通，电压、电流经液位传感器(23)的端子2输入，从端子l分两路 输出。 一路经连线器(23!)去仪表台点亮液位警告灯和风鸣器。另一路输给四输入 或非门(29)的脚1为"1"，四输入或非门(29)的输出为"0",它经延时电路(37) 延迟所设定的时间控制双向模拟开关(28)关闭。阻断了运算放大器(22)输向EMS 的内燃机的转速信息，EMS认为内燃机不转所以不喷油、不点火停机。
同样，当内燃机的润滑油位降低到极限位置时，油位传感器(24)中的开关由 浮漂随液面的降低而导通，电压、电流经油位传感器(24)的端子2输入，从端子 l输出分两路。 一路经连线器(24i)去仪表台点亮油位警告灯和风鸣器。另一路输 给四输入或非门(29)的脚l为"1"，四输入或非门(29)的输出为"0"，它经延 时电路(37)延迟设定的时间控制双向模拟开关(28)关闭。阻断了运算放大器(22) 输向EMS的内燃机的转速信息，EMS认为内燃机不转所以不喷油、不点火停机。
在内燃机的曲轴箱废气传感器(25)没有给出翻转信息前，废气传感器(25) 的端子2为"1"，输出给或非门(26)的端子1为"1"，废气传感器(25)的端子 3输出给或门(31)的端子1为"0"，或非门(26)的端子2也为"0"，或非门(26) 的输出为"0";或门(27) n+l个输入端由于n个十进计数/七段译码器(32)均 为"0"， v的初始状态为"0"，所以输出给或门(31)的端子2也为"0"，由此或 门(31)输出为"0";此信息的输出关闭双向模拟开关(28!)，显示扫描驱动器 (33)无电关闭数显管(38);同时输给非门(26D使其输出为"1"，使所有的n 位十进计数/七段译码器(32)端子2为"1"在停止计数状态；输给连线器(504) 通知EMS内燃机工作正常；输给与门(30)的端子1为"0"，端子2因第n位十进 计数/七段译码器(32)的进位是"0"，输给与门(30)的输出为"0"，四输入 或非门(29)的输出为"1"，双向模拟开关(28)导通。转速信息正常输给EMS。 当内燃机的曲轴箱废气传感器(25)因活塞组件磨损，其达到按排污指标换算成曲 轴箱废气传渗器(25)泄露量的极限值时给出翻转信息。废气传感器(25)的端子 2由"1" 转为"0"，端子3由"0" 转为"1"。或门(31)的端子1为"1"、端 子2为"0",其输出为"l";此信息打开双向模拟开关(28i)，显示扫描驱动器(33)得电，数显管(38)开始显示；此信息经反向器(26i)变为"0"，输给各位十进计 数/七段译码器(32)端子2打开脉冲输入门，EMS的怠速次数、里程数或时间数以 脉冲的形式便可经连线器(505)输入给个位十进计数/七段译码器(32)的端子l， 计数开始；或门(27) n个输入端由于n个十进计数/七段译码器(32)不全为"0"， 所以或门(27)输出为"1"自锁了或门(31)，使其不因废气传感器(25)的再翻 转而变动。控制了人为拔掉废气传感器(25)的插头想回复的目的；此信息输给与 门(30)的端子1为"1"等待n位十进计数/七段译码器(32)的进位端子5的进 位信息"1"，同时输给EMS的连线器(50O为"1"，告知EMS故障并存储故障信息； 还输给异或门(36)的端子2，准备配合(506)内燃机修复后的从新恢复、清零信 息。当数显管(38)警示数字全满，也就是第n位十进计数/七段译码器(32)的进 位端子5的进位信息为"1"时，输给与门(30)的端子2与早已等待的端子1的 "1"使与门(30)翻转，与门(30)的输出为"1"，输给四输入或非门(29)的 端子2，使或非门(29)的输出为"0"，经延时电路(37)延迟所设定的时间关闭 了双向模拟开关(28)，阻断了运算放大器(22)输向EMS的内燃机的转速信息， EMS认为内燃机不旋转，所以不喷油、不点火而停机。同时该进位信息为"1"经二 极管(43!)控制十进计数/七段译码器(32)的端子2为"1"，使所有的十进计数/ 七段译码器(32)停止计数，此刻十进计数/七段译码器(32)全为"0"。由于EMS 没有通过(506)给出解除停机脉冲，所以异或门(36)的输出为"1"。此信息输给 或门(27)和非门(262),保持或门(27)输出为"1"的继续锁定。或门(27)和 或门(31)，使十进计数/七段译码器(32)不因全为零而从新开始计数(也就是内 燃机不能从新启动)。那麽非门(262)输出为"0"给各个十进计数/七段译码器(32) 的端子15，准备清零。当修复完内燃机后用解码器清除故障信息并通过(506)给 异或门(36)端子1 一个从新恢复、清零信息的正脉冲，与早已等待的端子2的"1" 配合，使异或门(36)输出为"0"，该信息使反向器(262)输出为"1"对所有的 十进计数/七段译码器(32)清零，则或门(27)输出为"0"与废气传感器(25) 的端子3的"0"配合使或门(31)翻转为"0"，使与门(30)为"0"，四输入或 非门(29)输出为"1"打开双向模拟开关(28)，使内燃机转速信息通过，内燃机 便可启动。同时或门(31)翻转为"0"使异或门(36)的输出保持为"0"， OBC回 到初始状态。
当人为的想摆脱OBC监管，有意的拔掉废气传感器(25)插头时，废气传感器 (25)的端子2、 3均为"0"，或非门(26)的输入端均为"0"，输出为"1"。此
9信息输给四输入或非门(29)的端子l为"1"，控制其翻转输出为"0"，经延时电 路(37)延迟所设定的时间关闭双向模拟开关(28)，阻断了运算放大器(22)输 向EMS的内燃机的转速信息，EMS认为内燃机不旋转所以不喷油、不点火停机。
四输入或非门(29)的端子4接连线器(502)是由内燃机管理系统(EMS)的 电控单元(ECU)的嵌入式程序，也就是固化在电子控制单元(ECU)中只读存储器 (ROM或EPR0M)中的运算程序，用于内燃机怠速时曲轴箱废气传感器(25)经连 线器(504)无故障信息输出时，根据大气压力传感器的信息计算内燃机达到予置标 准怠速转速所需喷油脉冲是否比标准喷油脉冲加宽，同时计算内燃机转速信息中的 脉冲是否均匀，来判别气门是否存在密封不严的故障，当喷油脉冲加宽，同时转速 信息中的脉冲不均匀，则判断气门存在故障输出给OBC停机信息的线路。端子3接 连线器(5(h)是由内燃机管理系统EMS根据双氧传感器比较运算判断三原催化转化 器是否失效输出给OBC停机信息的线路。
附图1中的电池(42)是防失电电路。当外部断电时，电池(42)提供电能保 持OBC运行中的计数信息不丢失，再次接通电源后，OBC可按断电前的运行计数信 息继续运行。二极管(43)是防短路电路，起到防止因外部断电后短接外部电路欲 释放内部电池(42)电能的可能性，保护OBC运行中的计数信息不丢失，维持电池 (42)的长时间使用。
实施例2;结合附图4、图2、图3与实施例1基本相同，所不同的是双向模拟 开关(28)控制的是运算放大器(22)的电源，不控制信息通道。
实施例3;结合附图5、图2、图3与实施例1基本相同，所不同的是双向模拟 开关(28)控制着喷油器的前置顺序控制器(5(h)的电源，当OBC控制停机时，双 向模拟开关(28)关闭前置顺序控制器(5(h)的电源，所以前置顺序控制器(5(h) 无开关信息输出，功率开关管(39)关闭，喷油器线圈(40)无电流而不喷油，内 燃机停机。
实施例4;结合附图6、图2、图3与实施例1基本相同，所不同的是双向模拟 开关(28)控制着点火器的前置顺序控制器(50s)的电源，当OBC控制停机时，双 向模拟开关(28)关闭前置顺序控制器(50s)的电源，所以前置顺序控制器(508) 无开关信息输出，功率开关管(39)关闭，点火器线圈(41)无电流而不火，内燃 机停机。
上述四个实施例只是用数字电路中的一种十进计数/译码器组成多位加计数译 码器，通过选用相应的各种门电路集成电路的组合来说明如何实现发明的。同理采用任意一种进制的加/减计数/译码器组成的多位计数单元与各种门电路集成电路 的组合都可以实现本发明的目的。还可将能完成本发明目的的这些计数器单元和门
电路集成电路的组合电原理集成在一个专用芯片或集成在内燃机管理系统EMS的电 子控制单元(ECU)中。应当理解，以上结合实施例的说明对本发明而言只是说明 性而非限制性的，在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明做出许多变更和修 改，其都将落在由权利要求所限定的本发明的范围。
权利要求
1、一种内燃机在线(车载)自动控制系统，其特征是由计数器单元、扫描驱动器、数码显示器、延时电路、各种数字门电路的集成电路所组成的电路或上述器件和电路原理所组成更高集成度的专用集成电路及内燃机管理系统(EMS)的电子控制单元(ECU)的嵌入式程序，结合接口外部的曲轴箱废气传感器、冷却液液位传感器、润滑油液位传感器、氧传感器等组成的内燃机在线(车载)自动控制系统(Engine On-Board Control System)，具备冷却液液位自动控制、润滑油液位自动控制、活塞组件磨损自动控制、气门组件故障自动控制、三原催化转化器故障自动控制和防御性自动控制。
2、 如权利要求1所述的一种内燃机在线(车载)自动控制系统，其特征是计 数器单元可由计数单元的n位D型主一从触发器、T型触发器、TE型触发器；异 步计数器的n位二至十六任意进制、串行计数器或分频器；同步计数器的n位非 预置数或可预置数二至十六任意进制加或减计数器或分频器和译码器的n位BCD —锁存或非锁存、7段或8段译码、大电流驱动器或液晶驱动器；n位的锁存/7 段译码/驱动器或十进制计数/7段译码器或n位BCD码-十进制码译码电路或4位 锁存/4线一16线译码器或双二进制4选1译码器/分离器任意组合成。
3、 如权利要求1所述的一种内燃机在线(车载)自动控制系统，其特征是扫 描驱动器由八一十进制计数/分配器、时序脉冲振荡发生器和1/N计数器组成。
4、 如权利要求1所述的一种内燃机在线(车载)自动控制系统，其特征是数 码显示器可由气体放电数码显示器；荧光数字显示器；半导体显示器；液晶显示 器构成。
5、 如权利要求1所述的一种内燃机在线(车载)自动控制系统，其特征是各 种数字门电路的集成电路包括反相电平缓冲变换器(反相器)、同相电平缓冲变 换器(同相器)、与门、与非门、或门、或非门、负与门、负或门、异或门、异 或非门、与或非门、三态控制(与门)、运算放大器(比较器)、触发器、施密特 触发器所组成的电路。
6、 如权利要求1所述的一种内燃机在线(车载)自动控制系统，其特征是各 种数字门电路的集成电路所组成的电路或上述器件和电路原理所组成更高集成 度的专用集成电路是由如权利要求1与2与3与5所述的计数器单元、扫描驱动器、各种数字门电路制成的高集成度的专用集成电路芯片。
7、 如权利要求1所述的一种内燃机在线(车载)自动控制系统，其特征是内燃机管理系统(EMS)的电子控制单元(ECU)的嵌入式程序是，固化在内燃机管 理系统(EMS)的电子控制单元(ECU)中只读存储器(ROM或EPROM)中的运算 程序，用于内燃机怠速时无曲轴箱废气传感器故障信息时，根据大气压力传感器 的信息计算内燃机达到予先设置标准怠速转速所需喷油脉冲是否比标准喷油脉 冲超宽，同时计算内燃机转速信息中的脉冲是否均匀，来判别气门存在密封不严 的故障。
8、 如权利要求1所述的一种内燃机在线(车载)自动控制系统，其特征是计 数器单元所计的数可为内燃机怠速运转的次数、行驶的里程数和故障时间数。
9、 如权利要求1所述的一种内燃机在线(车载)自动控制系统，其特征是防 御性自动控制分为两个部分；一是由曲轴箱废气传感器输出的信息与电连接插头 和与非门(F)组成的电连接插头是否在线的识别电路，达到防御性自动控制； 二是由电池和二极管组成的外部电源线断路、短路的保护控制。
全文摘要
一种替代OBD的内燃机在线(车载)自动控制系统(Engine On-Board Control System缩写为OBC)，由计数器单元、扫描驱动器、数码显示器、延时电路、各种数字门电路的集成电路所组成的电路及内燃机管理系统(EMS)的电子控制单元(ECU)的嵌入式程序组成。可以根据内燃机冷却液、润滑油的液位，活塞组件的磨损，气门组件密封是否良好，三原催化器的转化情况分析判断内燃机运转是否存在燃烧不良和尾气排放超标等故障需停机检修。减少内燃机带病工作造成加剧磨损，燃油增耗和尾气污染物的增排。减少因人为的不自律行为所造成的尾气治理效果不明显的尴尬局面，无须环保部门的监管，达到节能、减排、环保的目的。还设有防止人为想故意避开系统控制行为的功能。
文档编号F02B77/08GK101639010SQ20081014425
公开日2010年2月3日 申请日期2008年7月28日 优先权日2008年7月28日
发明者杨应捷, 杨惜景 申请人:杨应捷