專利名稱：利用氧傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型利用氧傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的裝置，屬于提高機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)混 合氣空燃比的技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景氧傳感器安裝在排氣管上，利用廢氣及大氣中氧濃度之間的差值來判定空燃比，氧 傳感器通過檢測排氣中的氧含量輸出不同的電壓值輸入E C U與理論空燃比所對應(yīng)的 標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，排出混合氣含氧量高，則說明進(jìn)氣量足，進(jìn)氣混合氣稀，則氧傳感 器輸出電壓低，反之亦然。發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，由于臺(tái)架優(yōu)化的控制脈譜對 執(zhí)行器件和相關(guān)傳感器的特性差異和特性漸變無能為力，加之信號(hào)測量傳遞及執(zhí)行動(dòng)作 的時(shí)滯性，使利用氧傳感器信號(hào)反饋控制的噴油脈寬閉環(huán)控制系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)空燃比 的目標(biāo)調(diào)整中時(shí)刻處于被動(dòng)地位和力不從心。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，控制器采集 氧傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)，通過微處理器對氧傳感器信號(hào)進(jìn)行模糊控制及軟測量處理后，氧傳 感器信號(hào)經(jīng)本控制器進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器使得該控制器修正的噴油脈寬更趨于精確， 從而對不同工況發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣空燃比的需氣量利用氧傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的 裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的裝 置，其特征在于包括控制器、進(jìn)氣管總成，控制器與進(jìn)氣管總成相連?？刂破靼ㄎ⑻幚砥?、氧傳感器信號(hào)、信號(hào)調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)控制電路及執(zhí)行器，氧 傳感器信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路與微處理器相連，微處理器通過驅(qū)動(dòng)控制電路與執(zhí)行器相連。進(jìn)氣管總成包括殼體、風(fēng)機(jī)、空氣濾清器；空氣濾清器安裝在殼體內(nèi)氣流進(jìn)口端， 風(fēng)機(jī)安裝在進(jìn)氣管總成的進(jìn)氣通道口與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口之間，風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)氣流口朝向發(fā)執(zhí)行器是由調(diào)速電機(jī)、扇葉組成的風(fēng)機(jī)和進(jìn)氣管總成。 微處理器為單片機(jī)，內(nèi)嵌比例控制及計(jì)算方法。 工作原理本實(shí)用新型是以發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器信號(hào)為基本條件，參考相關(guān)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位 置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、水溫傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、噴油 脈寬信號(hào)等信號(hào)，判定發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下對空燃比的要求是不同 的，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下處于最佳的動(dòng)力性能，控制器采集氧傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)， 通過微處理器對氧傳感器信號(hào)進(jìn)行模糊控制及軟測量處理后，對氧傳感器和控制度進(jìn)行 論域區(qū)別后，按模糊分度給出隸屬度值，并定義語言變量，根據(jù)模糊控制規(guī)則求出模糊 關(guān)系矩陣，通過微處理器模糊控制策略得出被控制量所屬的分度子域，對控制量精確化 處理；由于此模糊推理計(jì)算過程可在離線狀態(tài)下進(jìn)行，而且其生成的脈譜表可直接進(jìn) 入査表使用，再利用氧傳感器電壓信號(hào)的變化率對是否預(yù)測控制的判定，將達(dá)到精確實(shí) 時(shí)控制的要求。本實(shí)用新型所具有的有益效果是設(shè)置與進(jìn)氣管總成內(nèi)的風(fēng)機(jī)相連的控制器，控制 器采集發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)，利用風(fēng)機(jī)的可調(diào)速原理，通過微處理器對氧傳感器信 號(hào)進(jìn)行模糊控制及軟測量處理后，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器使得該控制器修正的噴油脈寬 更趨于精確，從而達(dá)到給定目標(biāo)空燃比主動(dòng)預(yù)測控制的目的，也克服了時(shí)滯帶來的一系 列滯后響應(yīng)，使對發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制更精確，更合理。實(shí)現(xiàn)了燃油經(jīng)濟(jì)性和減少有害 氣體排放的目的，環(huán)保節(jié)能。

圖l:發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管總成結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2:控制器電路原理框圖； 圖3:控制器電路原理圖。圖l-3是本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例。其中l(wèi)進(jìn)氣通道口2空氣濾清器3控制器4氣流腔5風(fēng)機(jī)6風(fēng)機(jī)支架7調(diào)速電機(jī)8扇葉9氣流通道口 IO殼體； 圖3中Ul為微處理器、U2為存儲(chǔ)器、U3反相器、U4門電路、U5鎖相環(huán)、U6 運(yùn)算放大器、U7對數(shù)放大器、U8運(yùn)算放大器、Ql-Q2穩(wěn)壓三極管 MG調(diào)速電機(jī) 0P1-0P2光電耦合器R1- R17電阻Cl-C7電容 D1、D2穩(wěn)壓二極管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖l-3本實(shí)用新型的自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的控制方法做進(jìn)一步說明如圖1所示圖中進(jìn)氣管總成由進(jìn)氣通道口 1、空氣濾清器2、控制器3、氣流腔4、 風(fēng)機(jī)5、氣流通道口9及殼體10組成；其中，風(fēng)機(jī)5由風(fēng)機(jī)支架6、調(diào)速電機(jī)7、扇葉 8組成；外界氣體經(jīng)進(jìn)氣通道口 l進(jìn)入空氣濾清器2，經(jīng)空氣濾清器2對所進(jìn)氣體進(jìn)行 凈化過濾后經(jīng)氣流腔4，通過氣流通道口 9進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)；控制器3與風(fēng)機(jī)4的調(diào)速電機(jī) 7相連接。如圖2所示微處理器通過信號(hào)調(diào)理電路采集發(fā)動(dòng)機(jī)氧感器信號(hào)數(shù)據(jù)，通過微處 理器模糊控制策略及軟測量計(jì)算分析后，驅(qū)動(dòng)控制電路控制執(zhí)行器，從而對風(fēng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn) 速比例控制，因此進(jìn)氣量比例控制處于系統(tǒng)的可控狀態(tài)。如圖3所示由微處理器U1及其外圍電路組成控制器，微處理器為單片機(jī)，內(nèi)嵌 比例控制及計(jì)算方法；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況，通過微處理器模糊控制策略及軟測量計(jì)算分析后，氧傳感器信號(hào)經(jīng)本控制器進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器使得該控制器修正的噴油脈寬更趨于精確，通過對風(fēng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速比例控制對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。微處理器Ul的XI、 X2腳與晶體管Yl相連，并分別通過電容Cl、 C2接地；微 處理器Ul的P62腳通過電阻R3與穩(wěn)壓三極管Ql的1腳連接，穩(wěn)壓三極管Ql的3腳 接地，2腳與穩(wěn)壓三極管Q2的1腳連接；穩(wěn)壓三極管Q2的3腳接地，并通過穩(wěn)壓二極 管D1、 D2接高電平VCC， 2腳與電機(jī)MG的負(fù)極相連，MG的正極接高電平VCC。由存儲(chǔ)器U2及其外圍電路組成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。存儲(chǔ)器U2的1、 2、 3、 4、 7腳接地，8腳接高電平VCC;存儲(chǔ)器U2的5、 6腳與微 處理器U1的P40、 P41相連，并分別通過電阻R1、 R2接高電平VCC。由反相器U3和門電路U4及其外圍電路組成噴油信號(hào)脈沖鑒寬電路，輸入到微處理 日an器Ul的INTP3腳，參與控制參量計(jì)算。反相器U3的1腳通過電阻R5連接VCC高電平，通過電容C4連接噴油信號(hào)，電容 C3和電阻R5串聯(lián)接在電容C4的一端和地之間；反相器U3的2腳連接門電路U4的1 腳。門電路U4的2腳通過電阻R4接地，3腳連接光電耦合器0P1的第1腳；光電耦合 器0P1的2、 4腳接地，光電耦合器0P1的第3腳依次連接微處理器U1的INTP3腳。由鎖相環(huán)U5及其外圍電路組成電源檢測電路，輸入到微處理器U1的P12腳，參與 控制參量計(jì)算。鎖相環(huán)U5的4腳連接光電耦合器0P2的第4腳；鎖相環(huán)U5的6腳和7腳之間連接 有電容C5;鎖相環(huán)U5的9腳通過電阻R6連接電瓶電壓，9腳還通過電阻R7接地；鎖 相環(huán)U5的11腳通過電阻R8接地。光電耦合器0P2的1、 3腳接地，光電耦合器0P2的第2腳連接微處理器Ul的P12腳。由運(yùn)算放大器U6、對數(shù)放大器U7、運(yùn)算放大器U8、及其外圍電路組成氧傳感器信 號(hào)采集調(diào)理電路，氧傳感器信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器U6對電流信號(hào)進(jìn)行10倍放大后輸入對數(shù) 放大器U7，經(jīng)對數(shù)放大器U7的10腳輸出后，經(jīng)運(yùn)算放大器U8進(jìn)行I-V變換為5-0V 電壓信號(hào)輸入到微處理器Ul的P27腳，參與控制參量計(jì)算。運(yùn)算放大器U6的2腳連接氧傳感器信號(hào)，通過電阻R9與6腳相連；運(yùn)算放大器 U6的3腳與對數(shù)放大器U7的2腳相連，通過電阻R10與運(yùn)算放大器U6的6腳相連， 并通過電阻Rll連接VCC高電平。對數(shù)放大器U7的2腳通過電容C7與對數(shù)放大器U7 的7腳相連；對數(shù)放大器U7的6腳通過電阻R12、電容C6接地；對數(shù)放大器U7的15 腳通過電阻R13、可調(diào)電阻VR2接地；對數(shù)放大器U7的16腳通過電阻R14、可調(diào)電阻 VR]接VCC高電平；對數(shù)放大器U7的11腳接VCC高電平。對數(shù)放大器U7的10腳通過 電阻R15與運(yùn)算放大器U8的2腳相連，且通過電阻R16接地；運(yùn)算放大器U8的2腳通 過電阻R17與6腳相連；運(yùn)算放大器U8的6腳連接微處理器Ul的P27腳；運(yùn)算放大器 U8的3腳接地。工作過程外界氣體經(jīng)進(jìn)氣通道口 1進(jìn)入空氣濾清器2，經(jīng)空氣濾清器2對所進(jìn)氣體進(jìn)行凈化 過濾后經(jīng)氣流腔4，通過氣流通道口 9進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)；控制器3與風(fēng)機(jī)4的調(diào)速電機(jī)7相 連接，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，依據(jù)控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的目標(biāo)空燃比值，控制器采集氧傳感器信號(hào)數(shù) 據(jù)，通過微處理器對氧傳感器信號(hào)進(jìn)行模糊控制及軟測量處理后，氧傳感器信號(hào)經(jīng)本控 制器軟測量處理后，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器使得該控制器修正的噴油脈寬更趨于精確， 從而達(dá)到給定目標(biāo)空燃比主動(dòng)預(yù)測控制的目的，通過對風(fēng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速比例控制對發(fā)動(dòng)機(jī) 進(jìn)氣量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求1、利用氧傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的裝置，其特征在于包括控制器、進(jìn)氣管總成，控制器與進(jìn)氣管總成相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的利用氧傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的裝置，其特征在 于控制器包括微處理器、氧傳感器信號(hào)、信號(hào)調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)控制電路及執(zhí)行器，氧 傳感器信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路與微處理器相連，微處理器通過驅(qū)動(dòng)控制電路與執(zhí)行器相 連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的利用氧傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的裝置，其特征在于進(jìn)氣管總成包括殼體(10)、風(fēng)機(jī)(5)、空氣濾清器(2)，空氣濾清器(2)安裝在 殼體(10)內(nèi)氣流進(jìn)口 (1)端，風(fēng)機(jī)(5)安裝在進(jìn)氣管總成的進(jìn)氣通道口 (1)與發(fā) 動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口之間，風(fēng)機(jī)(5)的旋轉(zhuǎn)氣流口朝向發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口方向。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用氧傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的裝置，其特征在 于執(zhí)行器是由調(diào)速電機(jī)(7)、扇葉(8)組成的風(fēng)機(jī)(5)和進(jìn)氣管總成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用氧傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的裝置，其特征在 于微處理器為單片機(jī)，內(nèi)嵌比例控制及計(jì)算方法。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用氧傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的裝置，其特征在 于由微處理器U1及其外圍電路組成控制器，微處理器為單片機(jī)，內(nèi)嵌比例控制及計(jì) 算方法；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況，通過微處理器模糊控制策略及軟測量計(jì)算分析后，氧傳 感器信號(hào)經(jīng)本控制器進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器使得該控制器修正的噴油脈寬更趨于精確， 通過對風(fēng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速比例控制對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)；微處理器Ul的XI、 X2腳 與晶體管Y1相連，并分別通過電容C1、C2接地，微處理器U1的P62腳通過電阻R3與 穩(wěn)壓三極管Q1的1腳連接，穩(wěn)壓三極管Q1的3腳接地，2腳與穩(wěn)壓三極管Q2的1腳 連接，穩(wěn)壓三極管Q2的3腳接地，并通過穩(wěn)壓二極管D1、 D2接高電平VCC， 2腳與電 機(jī)MG的負(fù)極相連，MG的正極接高電平VCC;由存儲(chǔ)器U2及其外圍電路組成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單 元，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)器U2的1、 2、 3、 4、 7腳接地，8腳接高電平VCC;存儲(chǔ)器 U2的5、 6腳與微處理器Ul的P40、 P41相連，并分別通過電阻R1、 R2接高電平VCC; 由反相器U3和門電路U4及其外圍電路組成噴油信號(hào)脈沖鑒寬電路，輸入到微處理器 U1的INTP3腳，參與控制參量計(jì)算，反相器U3的1腳通過電阻R5連接VCC高電平，通過電容C4連接噴油信號(hào)，電容C3和電阻R5串聯(lián)接在電容C4的一端和地之間，反 相器U3的2腳連接門電路U4的1腳，門電路U4的2腳通過電阻R4接地，3腳連接 光電耦合器OPl的第l腳，光電耦合器OPl的2、 4腳接地，光電耦合器OPl的第3 腳依次連接微處理器Ul的INTP3腳；由鎖相環(huán)U5及其外圍電路組成電源檢測電路， 輸入到微處理器U1的P12腳，參與控制參量計(jì)算，鎖相環(huán)U5的4腳連接光電耦合器 OP2的第4腳，鎖相環(huán)U5的6腳和7腳之間連接有電容C5，鎖相環(huán)U5的9腳通過電 阻R6連接電瓶電壓，9腳還通過電阻R7接地，鎖相環(huán)U5的11腳通過電阻R8接地， 光電耦合器OP2的1、 3腳接地，光電耦合器OP2的第2腳連接微處理器Ul的P12 腳；由運(yùn)算放大器U6、對數(shù)放大器U7、運(yùn)算放大器U8、及其外圍電路組成氧傳感器 信號(hào)采集調(diào)理電路，氧傳感器信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器U6對電流信號(hào)進(jìn)行10倍放大后輸入 對數(shù)放大器U7，經(jīng)對數(shù)放大器U7的10腳輸出后，經(jīng)運(yùn)算放大器U8進(jìn)行I-V變換為 5-0V電壓信號(hào)輸入到微處理器Ul的P27腳，參與控制參量計(jì)算，運(yùn)算放大器U6的2 腳連接氧傳感器信號(hào)，通過電阻R9與6腳相連，運(yùn)算放大器U6的3腳與對數(shù)放大器 U7的2腳相連，通過電阻R10與運(yùn)算放大器U6的6腳相連，并通過電阻Rll連接VCC 高電平，對數(shù)放大器U7的2腳通過電容C7與對數(shù)放大器U7的7腳相連，對數(shù)放大 器U7的6腳通過電阻R12、電容C6接地，對數(shù)放大器U7的15腳通過電阻R13、可 調(diào)電阻VR2接地，對數(shù)放大器U7的16腳通過電阻R14、可調(diào)電阻VR1接VCC高電 平，對數(shù)放大器U7的11腳接VCC高電平，對數(shù)放大器U7的10腳通過電阻R15與 運(yùn)算放大器U8的2腳相連，且通過電阻R16接地，運(yùn)算放大器U8的2腳通過電阻R17 與6腳相連；運(yùn)算放大器U8的6腳連接微處理器Ul的P27腳，運(yùn)算放大器U8的3 腳接地。
專利摘要利用氧傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的裝置，屬于提高機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣空燃比的技術(shù)領(lǐng)域。包括控制器、進(jìn)氣管總成，控制器與進(jìn)氣管總成相連。控制器包括微處理器、氧傳感器信號(hào)、信號(hào)調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)控制電路及執(zhí)行器，氧傳感器信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路與微處理器相連，微處理器通過驅(qū)動(dòng)控制電路與執(zhí)行器相連。氧傳感器信號(hào)經(jīng)本控制器軟測量處理后，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制器使得該控制器修正的噴油脈寬更趨于精確，從而達(dá)到給定目標(biāo)空燃比主動(dòng)預(yù)測控制的目的，也克服了時(shí)滯性帶來的一系列滯后響應(yīng)，使對發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制更精確，更合理；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了燃油經(jīng)濟(jì)性和減少有害氣體排放的目的，環(huán)保節(jié)能。
文檔編號(hào)F02D41/14GK201103478SQ20072002914
公開日2008年8月20日 申請日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者宮春勇, 華 趙, 高小群 申請人:山東申普汽車控制技術(shù)有限公司