一種電噴發動機超低排放電控裝置及其控制方法
2023-06-27 01:33:41 2
專利名稱：一種電噴發動機超低排放電控裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及電噴發動機改進控制，尤其涉及一種電噴發動機超低排放電控裝置及其控制方法。
背景技術：
迄今為止，當今國際、國內廣泛使用的屬歐排放標準的電噴汽車，由於原車微機控制系統EMS所採用的控制軟體以及匹配技術的限制，僅適用出廠時相對應的排放標準及其限值。隨著社會的進步，環境保護和節約能源的要求和法規日趨嚴格，這一類型的機車正受到現行的環保法規和排放限值的限制和制約，如不加以技術改進將會被迅速淘汰。隨著汽車電子的不斷發展和提高，特別是燃燒理論的不斷完善，人們已清楚地認識到在壓縮比一定的條件下，高精度空燃比和點火正時、點火能量和點火持續時間是決定發動機燃燒效率和淨化尾氣排放的兩大核心和關鍵。
圖1是現有技術中典型的電噴車排放控制原理圖。現有技術中，排放控制裝置包括點火開關11、爆震傳感器12、轉速/曲軸位置傳感器13、凸輪軸位置傳感器14、進氣溫度傳感器15、冷卻水溫傳感器16、氧傳感器17(也可以沒有氧傳感器17)、進氣流量/進氣壓力傳感器18、空調器開關19、節氣門位置傳感器20、點火線圈21、電噴閥22，均並聯設在電噴發動機1和發動機電控系統2之間。
目前在用的電噴機車存在如下的不足和缺陷一方面由於初級電控方法及其運行的軟體技術落後，導致空燃比嚴重失調，傳感器精度偏差大，微機實時控制工況交替變換時無法精確控制排放；另一方面在燃燒控制技術中採用傳統的低頻單火花點火方法，在發動機工作時，存在點火提前角誤差大，點火能量小，放電時間短，並且在火焰傳播中易猝滅而又無法再次重新點燃的缺陷，因此，致使燃燒惡化造成排汙嚴重的後果，再則由於其所運行的控制軟體已固化於CPU中，無法更改、更新、更換。因此如何使這一類在用的電噴機車，通過技術改進達到現時和將來更為嚴格的排放標準及其限值要求，是人們正在想方設法努力解決的一大技術難題。
發明內容
本發明是為了解決現有的電噴發動機機動車排放不能達標的問題而提供的一種電噴發動機超低排放電控裝置及其控制方法，採用該裝置及其方法，可搭載原發動機電控系統EMS、採集和調整部分傳感器的電信號，並輸回原機電控系統EMS原對應的信號輸入接口內。
本發明的目的是這樣實現的一種電噴發動機超低排放電控裝置，設在電噴發動機和發動機電控系統之間，包括進氣溫度傳感器、冷卻水溫傳感器、原車氧傳感器、爆震傳感器、轉速/曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、進氣流量/進氣壓力傳感器、空調器開關、節氣門位置傳感器、點火線圈、電噴閥，其中，所述的進氣溫度傳感器、冷卻水溫傳感器、原車氧傳感器的輸入端分別與電噴發動機各對應的輸出端連接，其輸出端分別與發動機電控系統各對應的輸入端連接；其特點是，所述的點火線圈為中頻點火線圈；還包括一新增氧傳感器以及一搭載式再運算電控裝置；所述的搭載式再運算電控裝置包括一微機A/F比較控制器和一微機中頻點火控制器，其中所述的微機A/F比較控制器與發動機電控系統雙向連接，其輸入端分別與進氣流量/進氣壓力傳感器、節氣門位置傳感器、新增氧傳感器的輸出端連接，其控制端與電噴閥的輸入端連接，該電噴閥的輸出端與電噴發動機的輸入端連接；所述的微機中頻點火控制器與發動機電控系統雙向連接，其輸入端與轉速/曲軸位置傳感器、爆震傳感器的輸出端連接，其控制端與中頻點火線圈的輸入端連接，中頻點火線圈的輸出端與電噴發動機的輸入端連接。
上述一種電噴發動機超低排放電控裝置，其中，所述的微機A/F比較控制器包括輸入接口電路、輸出接口電路、A/D轉換器、邏輯運算器以及存儲器，所述的存儲器包括數據寄存器、數據表存儲器、數據可擦除只讀存儲器以及動態數據存儲器；所述的輸入接口電路分別與進氣流量/進氣壓力傳感器、節氣門位置傳感器、新增氧傳感器連接，輸入接口電路的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，A/D轉換器的輸出端與數據寄存器的輸入端連接，數據寄存器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據表存儲器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據可擦除只讀存儲器、動態數據存儲器分別與邏輯運算器雙向連接；邏輯運算器的輸出端輸出噴油信號通過一開關管輸出到原發動機電控系統。
上述一種電噴發動機超低排放電控裝置，其中，所述的微機中頻點火控制器包括輸入接口電路、輸出接口電路、A/D轉換器、邏輯運算器以及存儲器，所述的存儲器包括數據寄存器、數據表存儲器、數據可擦除只讀存儲器以及動態數據存儲器；所述的輸入接口電路分別與爆震傳感器、轉速/曲軸位置傳感器的輸出端連接，輸入接口電路的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，A/D轉換器的輸出端與數據寄存器的輸入端連接，數據寄存器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據表存儲器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據可擦除只讀存儲器、動態數據存儲器分別與邏輯運算器雙向連接；邏輯運算器的輸出端輸出點火正時信號通過一開關管輸出到原發動機電控系統；所述的輸出接口電路的輸出端還通過一開關管與中頻點火線圈連接。
一種電噴發動機超低排放電控方法，其特點是，a、將微機A/F比較控制器設安裝在進氣流量/進氣壓力傳感器、節氣門位置傳感器、新增氧傳感器與發動機電控系統之間；b、將微機中頻點火控制器安裝在爆震傳感器、轉速/曲軸位置傳感器與發動機電控系統之間；c、採集空氣流量計、進氣管壓力傳感器、節氣門位置傳感器以及新增氧傳感器輸出的電信號，經微機A/F(空燃比)比較控制器閉環自適應調整，然後輸出到原發動機電控系統(EMS)的原輸入接口內，經原機電控系統EMS進行數據修正處理後，輸出符合空燃比範圍要求的噴油脈衝寬度信號驅動噴油器；d、採集原發動機轉速/曲軸位置傳感器電信號、爆震傳感器電信號，經微機數字中頻點火控制器閉環調整後輸出到原發動機微機控制系統EMS的原輸入接口，經原機電控系統EMS進行數據調正，擴展並優化點火提前角，輸出符合實時運行工況的點火正時信號到替代低頻點火線圈初級繞組的低能耗工作負載；
e、在進行d步驟的同時，從替代低頻點火線圈初級繞組的低能耗工作負載採集原發動機電控系統EMS輸出的驅動低頻點火線圈的點火正時信號，經微機數字中頻點火控制器數據處理後直接驅動開關管輸出經二次修正的點火脈衝到中頻點火線圈。
上述一種電噴發動機超低排放電控方法，其中，步驟c所述的經微機A/F(空燃比)比較控制器閉環自適應調整的方法步驟是c-1.建立一個資料庫，該資料庫中記錄有該種機動車型的各種空燃比、點火提前角、以及所述的空燃比與點火提前角之間的關係的數據表；c-3.實時採集原電控系統輸出的噴油脈衝寬度信號，以及採c-2.在排氣岐管的匯流管管壁上安裝一新增氧傳感器；集進氣信號和新增氧傳感器信號；c-4.邏輯運算器讀取步驟c-3採集的數據，並將該步驟c-3採集的數據與步驟c-1建立的表格中的數據一一進行對照比較，將錯誤的信號分離並重新採集，同時根據比較進氣數據來獲得發動機當前的工況，產生一個空燃比的修正值；c-5.根據新增氧傳感器輸出的氧濃度信號實時更新步驟c-4輸出的空燃比修正值，使該值符合當前發動機工作工況，以驅動電噴閥，並控制電噴閥的開啟時間；c-6.同時將步驟c-4輸出的噴油脈寬數據存儲在動態存儲器中，以便再使用；並仿真輸出進氣信號，及將工作狀態的信號輸出。
上述一種電噴發動機超低排放電控方法，其中，步驟d所述的經微機數字中頻點火控制器閉環調整的方法步驟是d-1.建立一個資料庫，該資料庫中記錄有該種機動車型的大量空燃比、點火提前角、以及所述的空燃比與點火提前角之間的關係的數據表；d-2.實時採集轉速/曲軸位置信號、爆振信號以及點火提前角；d-3.根據發動機工況同步輸出仿真的轉速/曲軸位置信號到原電控系統；d-4.將步驟d-2採集的原車電控系統輸出的點火提前角信號與數據表中的數據進行比較，生成點火提前量的修正值；d-5.將步驟d-2採集的原車電控系統輸出的爆振信號與數據表中的數據進行比較，實時產生接近當前發動機爆震燃燒的最佳角度，並產生連續的中頻點火脈衝，恆定覆蓋曲軸轉角，連接擊穿點火；d-6.同時實際產生一個適合當前發動機工況點火提前角的仿真信號到原發動機電控系統。
上述一種電噴發動機超低排放電控方法，其中，步驟e所述的從替代低頻點火線圈初級繞組的工作負載採集的點火正時信號是指e-1.在原發動機電控系統EMS輸出端串接一與低頻點火線圈初級繞組的阻抗相匹配的負載；e-2.從步驟e-1所述的工作負載(-)端獲取正時點火信號。
上述一種電噴發動機超低排放電控方法，其中，步驟e所述的點火頻率為在1～10KHZ範圍內。
上述一種電噴發動機超低排放電控方法，其中，步驟e所述的點火頻率為3～5KHZ。
上述一種電噴發動機超低排放電控方法，其中，步驟e所述的中頻連續點火脈衝持續時間是自點火正時始至上止點後所需而設定的覆蓋曲軸轉角度，並在全轉速範圍內保持恆定不變。
由於本發明採用了以上技術方案及方法，當發動機工作時，本發明搭載微機電控裝置A/F比較控制器和微機數字中頻點火控制器，同時分別根據實時採集獲取原機EMS輸出的噴油信號和點火信號，經各自閉環數據再次運算修正處理後，分別直接輸出驅動噴油器的精確噴油脈譜電信號和有選擇可控並以設定的頻率，交替地導通和截止中頻點火線圈內初級繞組電流的開關脈衝及該脈衝的持續時間，使次級繞組間隔、連續地發出高壓電供火花塞點火。本發明電控裝置和方法能根據發動機在全轉速範圍內不同工況條件下實現恆定覆蓋曲軸轉角的數字中頻連續擊穿點火，同時在實時精確的空燃比控制條件下充分燃燒，以達增加功率、減少排放、節省燃料的目的。
本發明的控制方法和具體特徵性能由以下的實施例及其附圖作進一步描述。
圖1是現有技術中典型電噴發動機電控系統原理示意框圖。
圖2是本發明電噴發動機超低排放電控裝置原理示意圖。
圖3是本發明電控裝置中微機A/F比較控制器單獨使用在電控裝置中的電方框圖。
圖4是圖3使用在電控裝置中的實施例示意圖。
圖5是本發明微機A/F比較控制器的工作流程圖。
圖6是本發明電控裝置中微機數字中頻點火控制器單獨使用在電控裝置中的電方框圖。
圖7是圖6使用在電控裝置中的實施例示意圖。
圖8是本發明微機數字中頻點火控制器的工作流程圖。
圖9是本發明電控裝置中微機A/F比較控制器和微機數字中頻點火控制器組合安裝在電控裝置中的點方框圖。
具體實施例方式
在汽車排放領域中，為了要使點燃式發動機實現機內淨化低排放運行，關鍵取決於二個核心因素，即燃料化學能變為熱能的轉換率和熱能變為機械能的轉換率。而化學能的轉換率主要取決於混合氣的空燃比(A/F)、燃燒壓力、燃燒溫度等；而熱能的轉換率主要取決於混合氣燃爆相位和配氣相位等。影響上述兩個轉換率的燃燒溫度、燃燒壓力、爆發相位都與A/F空燃比控制精度和點火提前角、點火能量以及點火放電持續時間有密不可分的關係。而且因為空燃比和點火提前角及點火持續時間不是一個常量，而是隨發動機的轉速、轉矩負荷的變化而變化的，因此，在發動機全轉速範圍內、不同工況條件下，只有滿足發動機對混合氣空燃比的實時控制精度和點火的各種要求，才可以達到高效燃燒，實現增功、減排、節能的目的。而本發明就是通過改善空燃比的實時控制精度和點火提前角來實現電噴發動機超低排放的目的。
請參見圖2，本發明一種電噴發動機超低排放電控裝置，設在電噴發動機3和發動機電控系統4之間，包括進氣溫度傳感器31、冷卻水溫傳感器32、原車氧傳感器33(有的機動車不設氧傳感器則沒有原車氧傳感器33)、進氣流量/進氣壓力傳感器34、節氣門位置傳感器35、新增氧傳感器36、電噴閥37、轉速/曲軸位置傳感器38、爆震傳感器39、中頻點火線圈40；還包括一和一搭載式再運算電控裝置43，該搭載式再運算電控裝置包括一微機A/F比較控制器431和一微機中頻點火控制器432。其中，進氣溫度傳感器、冷卻水溫傳感器、原車氧傳感器的輸入端分別與電噴發動機各對應的輸出端連接，其輸出端分別與發動機電控系統各對應的輸入端連接；進氣流量/進氣壓力傳感器34、節氣門位置傳感器35、新增氧傳感器36的輸入端分別與電噴發動機3各對應的輸出端連接，其輸出端分別與微機A/F比較控制器431的輸入端連接，微機A/F比較控制器431與發動機電控系統4雙向連接，其控制端與電噴閥的輸入端連接，該電噴閥的輸出端與電噴發動機的輸入端連接。
轉速/曲軸位置傳感器38、爆震傳感器39的輸入端分別與電噴發動機3各對應的輸出端連接，其輸出端分別與微機中頻點火控制器432各對應的輸入端連接，微機中頻點火控制器的輸出端與發動機電控系統的輸入端連接；微機中頻點火控制器與發動機電控系統雙向連接，其控制端與中頻點火線圈40的輸入端連接，中頻點火線圈的輸出端與電噴發動機的輸入端連接。
請參見圖3、圖4，其中圖3是本發明電控裝置中微機A/F比較控制器單獨使用在電控裝置中的電方框圖，圖4是圖3使用在電控裝置中的實施例示意圖。本發明的微機A/F比較控制器包括輸入接口電路、輸出接口電路、A/D轉換器、邏輯運算器以及存儲器。所述的存儲器包括數據寄存器、數據表存儲器、數據可擦除只讀存儲器以及動態數據存儲器。輸入接口電路分別與進氣流量/進氣壓力傳感器、節氣門位置傳感器、新增氧傳感器連接，輸入接口電路的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，A/D轉換器的輸出端與數據寄存器的輸入端連接，數據寄存器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據表存儲器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據可擦除只讀存儲器、動態數據存儲器分別與邏輯運算器雙向連接；邏輯運算器的輸出端輸出噴油信號通過一開關管輸出到原發動機電控系統。
圖5是本發明微機A/F比較控制器的工作流程圖。本發明微機A/F比較控制器的工作流程是開機後系統自檢，各埠復位，狀態碼輸出，微機A/F比較控制器的輸入端捕獲噴油信號，並將該噴油信號存儲在數據寄存器中；
邏輯運算器從數據表存儲器中讀取數據表，並進行比較，如果噴油數據超出範圍，則回到埠復位；如果噴油數據正常，則輸出到電磁閥；A/F比較控制器繼續讀取進氣數據，並與數據表中的進氣數據進行比較，如果輸出加速，則讀取數據表，並輸出到噴油器；A/F比較控制器繼續讀取進氧數據，如果氧氣濃度低，側增加噴油量；如果氧氣濃度高，側減少噴油量；如果氧氣濃度正常，側輸出正常的噴油量；所有修改的數據保存；數據比較產生狀態碼返回到狀態碼輸出。
請參閱圖6、圖7，其中圖6是本發明電控裝置中微機數字中頻點火控制器單獨使用在電控裝置中的電方框圖，圖7是圖6使用在電控裝置中的實施例示意圖。本發明的微機數字中頻點火控制器包括輸入接口電路、輸出接口電路、A/D轉換器、邏輯運算器以及存儲器，所述的存儲器包括數據寄存器、數據表存儲器、數據可擦除只讀存儲器以及動態數據存儲器；所述的輸入接口電路分別與爆震傳感器、轉速/曲軸位置傳感器的輸出端連接，輸入接口電路的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，A/D轉換器的輸出端與數據寄存器的輸入端連接，數據寄存器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據表存儲器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據可擦除只讀存儲器、動態數據存儲器分別與邏輯運算器雙向連接；邏輯運算器的輸出端輸出點火正時信號通過一開關管輸出到原發動機電控系統，發動機電控系統的輸出端通過一開關管與低頻點火線圈的初級繞組N1的等效負載LRB連接，還通過該等效負載LRB將信號還反饋輸出到微機中頻點火控制器432的輸入接口電路CE端。該等效負載可以是電感L或/和功率電阻R的組合，也可以是功率電阻和高壓電容的組合，還可以是電晶體與上述元器件的組合。所述微機中頻點火控制器432還通過一開關管控制中頻點火線圈的點火與否。
圖8是微機數字中頻點火控制器的工作流程圖。本發明的數字中頻點火控制器的工作流程是開機後系統自檢，各埠復位，狀態碼輸出，微機A/F比較控制器的輸入端捕獲轉速/曲軸位置傳感器的輸出信號和點火信號；
邏輯運算器從數據表存儲器中讀取數據表，並進行點火數據比較，如果超出範圍，則回到埠復位；如果噴油數據正常，則輸出到點火線圈；數字中頻點火控制器續讀取爆振數據，並與數據表中的爆振數據進行比較，確定是否爆振，如果是，側減少點火提前角；如果不是，側增加點火提前角，輸出中頻點火信號；所有修改的數據保存；數據比較產生狀態碼返回到狀態碼輸出。
請參閱圖9。本發明的微機A/F比較控制器和微機數字中頻點火控制器可分別由一單獨的CPU晶片構成，也可將兩者組合在一個CPU晶片中構成。圖9是本發明電控裝置中微機A/F比較控制器和微機數字中頻點火控制器組合使用一CPU晶片安裝在電控裝置中的實施例示意圖。包括輸入接口電路、輸出接口電路、A/D轉換器、邏輯運算器以及存儲器。其中存儲器包括數據寄存器、數據表存儲器、數據可擦除只讀存儲器以及動態數據存儲器。輸入接口電路分別與爆震傳感器、轉速/曲軸位置傳感器、進氣流量/進氣壓力傳感器、節氣門位置傳感器、新增氧傳感器的輸出端連接，輸入接口電路的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，A/D轉換器的輸出端與數據寄存器的輸入端連接，數據寄存器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據表存儲器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據可擦除只讀存儲器、動態數據存儲器分別與邏輯運算器雙向連接；邏輯運算器的輸出端輸出點火正時信號通過一開關管輸出到原發動機電控系統；所述的輸出接口電路的輸出端還通過兩開關管輸出噴油信號和點火信號分別與電磁閥和中頻點火線圈連接。
本發明電噴發動機超低排放電控方法是，a、將微機A/F比較控制器設安裝在進氣流量/進氣壓力傳感器、節氣門位置傳感器、新增氧傳感器與發動機電控系統之間；b、將微機中頻點火控制器安裝在爆震傳感器、轉速/曲軸位置傳感器與發動機電控系統之間；c、採集空氣流量計、進氣管壓力傳感器、節氣門位置傳感器以及新增氧傳感器輸出的電信號，經微機A/F(空燃比)比較控制器閉環自適應調整，然後輸出到原發動機電控系統(EMS)的原輸入接口內，經原機電控系統EMS進行數據修正處理後，輸出符合空燃比範圍要求的噴油脈衝寬度信號驅動噴油器；由於供油系統的油壓一定，所以噴油器噴出的燃油量與噴油器開啟的時間成正比，因此可通過控制噴油器的開啟時間來控制系統的供油量。發動機控制系統以節氣門開度和發動機轉速作為主要輸入信號，由此來確定基本供油量，基本供油量經過水溫等修正參數進行修正以後由控制單元控制噴油器進行輸出。在發動機進氣門開啟時，噴油器在節氣門上部將燃油直接噴入節氣門體和節氣門之間形成的環形縫隙之中，噴入的燃油在發動機吸氣行程經進氣管進入相應的氣缸中，從而給發動機提供其工作時所需的燃油。所述的經微機A/F(空燃比)比較控制器閉環自適應調整的方法步驟是c-1.建立一個資料庫，該資料庫中記錄有該種機動車型的各種空燃比、點火提前角、以及所述的空燃比與點火提前角之間的關係的數據表；c-2.在排氣岐管的匯流管管壁上安裝一新增氧傳感器；c-3.實時採集原電控系統輸出的噴油脈衝寬度信號，以及採集進氣信號和新增氧傳感器信號；c-4.邏輯運算器讀取步驟c-3採集的數據，並將該步驟c-3採集的數據與步驟c-1建立的表格中的數據一一進行對照比較，將錯誤的信號分離並重新採集，同時根據比較進氣數據來獲得發動機當前的工況，產生一個空燃比的修正值；c-5.根據新增氧傳感器輸出的氧濃度信號實時更新步驟c-4輸出的空燃比修正值，使該值符合當前發動機工作工況，以驅動電噴閥，並控制電噴閥的開啟時間；c-6.同時將步驟c-4輸出的噴油脈寬數據存儲在動態存儲器中，以便再使用；並仿真輸出進氣信號，及將工作狀態的信號輸出。
d、採集原發動機轉速/曲軸位置傳感器電信號、爆震傳感器電信號，經微機數字中頻點火控制器閉環調整後輸出到原發動機微機控制系統EMS的原輸入接口，經原機電控系統EMS進行數據調正，擴展並優化點火提前角，輸出符合實時運行工況的點火正時信號到替代低頻點火線圈初級繞組的低能耗工作負載；所述的經微機數字中頻點火控制器閉環調整的方法步驟是d-1.建立一個資料庫，該資料庫中記錄有該種機動車型的大量空燃比、點火提前角、以及所述的空燃比與點火提前角之間的關係的數據表；
d-2.實時採集轉速/曲軸位置信號、爆振信號以及點火提前角；爆震傳感器能將發動機爆燃時產生的壓力波轉變為電信號輸出給電腦，當電腦第一次識別到某個氣缸有爆震燃燒時，即控制此氣缸的點火正時向延遲方向改變3~5℃A，以便即刻消除爆震燃燒。以後經過一次次數的無爆震燃燒以後，再控制點火正時以每步0.3~0.5曲軸轉角向提前方向進給，以保證發動機的點火提前角都處於接近爆震燃燒時的最佳角度。
d-3.根據發動機工況同步輸出仿真的轉速/曲軸位置信號到原電控系統；d-4.將步驟d-2採集的原車電控系統輸出的點火提前角信號與數據表中的數據進行比較，生成點火提前量的修正值；d-5.將步驟d-2採集的原車電控系統輸出的爆振信號與數據表中的數據進行比較，實時產生接近當前發動機爆震燃燒的最佳角度，並產生連續的中頻點火脈衝，恆定覆蓋曲軸轉角，連接擊穿點火；d-6.同時實際產生一個適合當前發動機工況點火提前角的仿真信號到原發動機電控系統。
e、在進行d步驟的同時，從替代低頻點火線圈初級繞組的低能耗工作負載採集原發動機電控系統EMS輸出的驅動低頻點火線圈的點火正時信號，經微機數字中頻點火控制器數據處理後直接驅動開關管輸出經二次修正的點火脈衝到中頻點火線圈。所述的從替代低頻點火線圈初級繞組的工作負載採集的點火正時信號是指e-1.在原發動機電控系統EMS輸出端串接一與低頻點火線圈初級繞組的阻抗相匹配的負載；e-2.從步驟e-1所述的工作負載(-)端獲取正時點火信號。其點火頻率為在1～10KHZ範圍內，最佳火頻率為3～5KHZ。中頻連續點火脈衝持續時間是自點火正時始至上止點後所需而設定的覆蓋曲軸轉角度，並在全轉速範圍內保持恆定不變。
經微機數字中頻點火控制器數據處理後直接驅動開關管輸出有選擇、可控並以設定的頻率交替地接通(導通)與斷開(截止)中頻點火線圈內初級繞組電流的開關脈衝和該脈衝的持續時間，使次級繞組間隔、連續地發出高壓電供火花塞，依點火順序實現DIS無分電器直接連續擊穿點火，其點火頻率為1～10KHZ範圍內，優先採用3～5KHZ。微機數字中頻點火控制器輸出的中頻連續點火脈衝持續時間自點火正時始至上止點後所需而設定的覆蓋曲軸轉角度，並在全轉速範圍內保持恆定不變，實現恆定覆蓋曲軸轉角數字中頻連續擊穿點火。
本發明採用搭載式微機電控裝置ECM和控制方法，在實現高精度控制空燃比的同時，本發明微機數字中頻點火控制器，從系統上根本改變了百年來傳統低頻點火方式，每次點火擊穿次數從一次一個單火花點火變為可控連續擊穿點火，由微機精確計算並實時控制恆定覆蓋曲軸轉角，從提前角正時點火起直至所需覆蓋至上止點後的燃燒區所設定的最佳覆蓋角度內，實現在全轉速範圍內連續擊穿點火。連續擊穿放電點火所產生的高能量電火花、高強度的電磁場，使混合氣的氧分子和燃料獲得更大的能量，由常規狀態下的基氧轉化為更加活潑的單線態氧和臭氧，極大增強了燃燒類分子氧化和反應的速度，促進了反應深度和反應完整性。
由於連續擊穿點火的持續時間覆蓋了全部有效的燃燒區內，克服了傳統低頻單個火花在中、低轉速時，點火放電時間短促，而造成不完全燃燒和燃燒不充分的缺陷，同時又防止了火焰猝滅而又無法重新點燃的技術難題。保證了發動機在不同的空燃比和轉速及負荷條件下對點火控制系統的要求，如點火提前角、導通角、高能量、點火持續覆蓋角等一系列重要的實時控制技術要求。促進了發動機高效能燃燒和燃燒氧化反應速度和深度以及燃溫的控制，達到實現機內淨化、減少尾氣排汙、延長三元催化器的正常使用壽命和節省燃料的目的。經多輛行駛近20萬公裡的各電噴在用發動機車裝車實驗數月，排放均達現行新車歐II標準。
權利要求
1.一種電噴發動機超低排放電控裝置，設在電噴發動機和發動機電控系統之間，包括進氣溫度傳感器、冷卻水溫傳感器、原車氧傳感器、爆震傳感器、轉速/曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、進氣流量/進氣壓力傳感器、空調器開關、節氣門位置傳感器、點火線圈、電噴閥，其中，所述的進氣溫度傳感器、冷卻水溫傳感器、原車氧傳感器的輸入端分別與電噴發動機各對應的輸出端連接，其輸出端分別與發動機電控系統各對應的輸入端連接；其特徵在於，所述的點火線圈為中頻點火線圈；還包括一新增氧傳感器以及一搭載式再運算電控裝置；所述的搭載式再運算電控裝置包括一微機A/F比較控制器和一微機中頻點火控制器，其中所述的微機A/F比較控制器與發動機電控系統雙向連接，其輸入端分別與進氣流量/進氣壓力傳感器、節氣門位置傳感器、新增氧傳感器的輸出端連接，其控制端與電噴閥的輸入端連接，該電噴閥的輸出端與電噴發動機的輸入端連接；所述的微機中頻點火控制器與發動機電控系統雙向連接，其輸入端與轉速/曲軸位置傳感器、爆震傳感器的輸出端連接，其控制端與中頻點火線圈的輸入端連接，中頻點火線圈的輸出端與電噴發動機的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的一種電噴發動機超低排放電控裝置，其特徵在於，所述的微機A/F比較控制器包括輸入接口電路、輸出接口電路、A/D轉換器、邏輯運算器以及存儲器，所述的存儲器包括數據寄存器、數據表存儲器、數據可擦除只讀存儲器以及動態數據存儲器；所述的輸入接口電路分別與進氣流量/進氣壓力傳感器、節氣門位置傳感器、新增氧傳感器連接，輸入接口電路的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，A/D轉換器的輸出端與數據寄存器的輸入端連接，數據寄存器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據表存儲器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據可擦除只讀存儲器、動態數據存儲器分別與邏輯運算器雙向連接；邏輯運算器的輸出端輸出噴油信號通過一開關管輸出到原發動機電控系統。
3.根據權利要求1所述的一種電噴發動機超低排放電控裝置，其特徵在於，包括輸入接口電路、輸出接口電路、A/D轉換器、邏輯運算器以及存儲器，所述的存儲器包括數據寄存器、數據表存儲器、數據可擦除只讀存儲器以及動態數據存儲器；所述的輸入接口電路分別與爆震傳感器、轉速/曲軸位置傳感器的輸出端連接，輸入接口電路的輸出端與A/D轉換器的輸入端連接，A/D轉換器的輸出端與數據寄存器的輸入端連接，數據寄存器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據表存儲器的輸出端與邏輯運算器的輸入端連接；數據可擦除只讀存儲器、動態數據存儲器分別與邏輯運算器雙向連接；邏輯運算器的輸出端輸出點火正時信號通過一開關管輸出到原發動機電控系統；所述的輸出接口電路的輸出端還通過一開關管與中頻點火線圈連接。
4.一種電噴發動機超低排放電控方法，其特徵在於，a、將微機A/F比較控制器設安裝在進氣流量/進氣壓力傳感器、節氣門位置傳感器、新增氧傳感器與發動機電控系統之間；b、將微機中頻點火控制器安裝在爆震傳感器、轉速/曲軸位置傳感器與發動機電控系統之間；c、採集空氣流量計、進氣管壓力傳感器、節氣門位置傳感器以及新增氧傳感器輸出的電信號，經微機A/F(空燃比)比較控制器閉環自適應調整，然後輸出到原發動機電控系統(EMS)的原輸入接口內，經原機電控系統EMS進行數據修正處理後，輸出符合空燃比範圍要求的噴油脈衝寬度信號驅動噴油器；d、採集原發動機轉速/曲軸位置傳感器電信號、爆震傳感器電信號，經微機數字中頻點火控制器閉環調整後輸出到原發動機微機控制系統EMS的原輸入接口，經原機電控系統EMS進行數據調正，擴展並優化點火提前角，輸出符合實時運行工況的點火正時信號到替代低頻點火線圈初級繞組的低能耗工作負載；e、在進行d步驟的同時，從替代低頻點火線圈初級繞組的低能耗工作負載採集原發動機電控系統EMS輸出的驅動低頻點火線圈的點火正時信號，經微機數字中頻點火控制器數據處理後直接驅動開關管輸出經二次修正的點火脈衝到中頻點火線圈。
5.根據權利要求4所述的一種電噴發動機超低排放電控方法，其特徵在於，步驟c所述的經微機A/F(空燃比)比較控制器閉環自適應調整的方法步驟是c-1.建立一個資料庫，該資料庫中記錄有該種機動車型的各種空燃比、點火提前角、以及所述的空燃比與點火提前角之間的關係的數據表；c-2.在排氣岐管的匯流管管壁上安裝一新增氧傳感器；c-3.實時採集原電控系統輸出的噴油脈衝寬度信號，以及採集進氣信號和新增氧傳感器信號；c-4.邏輯運算器讀取步驟c-3採集的數據，並將該步驟c-3採集的數據與步驟c-1建立的表格中的數據一一進行對照比較，將錯誤的信號分離並重新採集，同時根據比較進氣數據來獲得發動機當前的工況，產生一個空燃比的修正值；c-5.根據新增氧傳感器輸出的氧濃度信號實時更新步驟c-4輸出的空燃比修正值，使該值符合當前發動機工作工況，以驅動電噴閥，並控制電噴閥的開啟時間；c-6.同時將步驟c-4輸出的噴油脈寬數據存儲在動態存儲器中，以便再使用；並仿真輸出進氣信號，及將工作狀態的信號輸出。
6.根據權利要求4所述的一種電噴發動機超低排放電控方法，其特徵在於，步驟d所述的經微機數字中頻點火控制器閉環調整的方法步驟是d-1.建立一個資料庫，該資料庫中記錄有該種機動車型的大量空燃比、點火提前角、以及所述的空燃比與點火提前角之間的關係的數據表；d-2.實時採集轉速/曲軸位置信號、爆振信號以及點火提前角；d-3.根據發動機工況同步輸出仿真的轉速/曲軸位置信號到原電控系統；d-4.將步驟d-2採集的原車電控系統輸出的點火提前角信號與數據表中的數據進行比較，生成點火提前量的修正值；d-5.將步驟d-2採集的原車電控系統輸出的爆振信號與數據表中的數據進行比較，實時產生接近當前發動機爆震燃燒的最佳角度，並產生連續的中頻點火脈衝，恆定覆蓋曲軸轉角，連接擊穿點火；d-6.同時實際產生一個適合當前發動機工況點火提前角的仿真信號到原發動機電控系統。
7 根據權利要求4所述的一種電噴發動機超低排放電控方法，其特徵在於，步驟e所述的從替代低頻點火線圈初級繞組的工作負載採集的點火正時信號是指e-1.在原發動機電控系統EMS輸出端串接一與低頻點火線圈初級繞組的阻抗相匹配的負載；e-2.從步驟e-1所述的工作負載(-)端獲取正時點火信號。
8.根據權利要求4所述的一種電噴發動機超低排放電控方法，其特徵在於，步驟e所述的點火頻率為在1～10KHZ範圍內。
9.根據權利要求4所述的一種電噴發動機超低排放電控方法，其特徵在於，步驟e所述的點火頻率為3～5KHZ。
10.根據權利要求4所述的一種電噴發動機超低排放電控方法，其特徵在於，步驟e所述的中頻連續點火脈衝持續時間是自點火正時始至上止點後所需而設定的覆蓋曲軸轉角度，並在全轉速範圍內保持恆定不變。
全文摘要
本發明公開了一種電噴發動機超低排放電控裝置及其控制方法，包括各相關傳感器，還包括一新增氧傳感器和由一微機A/F比較控制器和一微機中頻點火控制器構成的搭載式再運算電控裝置；各傳感器中，進氣溫度傳感器、冷卻水溫傳感器、原車氧傳感器設在電噴發動機與發動機電控系統之間；微機A/F比較控制器設在進氣流量/進氣壓力傳感器、新增氧傳感器、節氣門位置傳感器與發動機電控系統之間；微機中頻點火控制器設在爆震傳感器、轉速/曲軸位置傳感器、點火線圈與發動機電控系統之間。採集部分傳感器和原發動機微機電控系統的一次運算輸出的信號，經搭載微機電控裝置二次運算處理實時精確控制噴油調控空燃比，實現恆定覆蓋曲軸轉角中頻連續點火，以達機內淨化的目的。
文檔編號F02D43/00GK1670351SQ20041001699
公開日2005年9月21日 申請日期2004年3月17日 優先權日2004年3月17日
發明者吳雄良, 劉彥軍, 周軍, 孫文旭, 吳譯明 申請人:吳雄良, 劉彥軍