專利名稱：內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)的閉環(huán)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及降低內(nèi)燃機(jī)排放廢氣中有害成分的技術(shù)，具體地說，涉及一種內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)的閉環(huán)控制裝置。
眾所周知，過去的幾十年內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射器已在很大程度上取代化油器作為計(jì)量內(nèi)燃機(jī)燃油噴射量的裝置，在提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，尤其是在改善排放條件，促進(jìn)大氣環(huán)境保護(hù)方面越來越顯現(xiàn)出優(yōu)越性。
內(nèi)燃機(jī)排放廢氣中有害成分的控制一方面可以通過盡力保證燃油在氣缸內(nèi)的充分燃燒，減少有害組分的生成量，另一方面可使排氣中的有害成分盡可能地轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)。通行的三元催化技術(shù)就是針對后一考慮而廣泛采用的有效措施，即在排氣管中裝有三元催化排氣凈化器，使排放的廢氣中所含HC(碳?xì)浠衔?、CO(一氧化碳)和NOx(氮的氧化物)等有害氣體組分被氧化，分別生成CO2、H2O和N2。這中間，排氣中的氧含量顯然是實(shí)行上述凈化過程的重要因素。
從另一方面看，現(xiàn)有技術(shù)多采用開環(huán)式燃油電子噴射方式，即在不同工況條件下，按預(yù)編程序，由ECU(Electronic Control Unit-電子控制單元)根據(jù)進(jìn)氣歧管壓力和轉(zhuǎn)速，通過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、空氣流量計(jì)、進(jìn)氣溫度和氣缸傳感器采集電信號，計(jì)算噴油脈沖寬度，再根據(jù)大氣壓力、節(jié)氣門開度和冷卻水溫度進(jìn)行修正，將其輸入給燃油電子噴射系統(tǒng)的ECU，該ECU驅(qū)動(dòng)電磁噴射閥，控制噴油量，及時(shí)供給發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)定空燃比的混合氣。這種開環(huán)式燃油電子噴射系統(tǒng)并不自燃燒后排放的廢氣中采集廢氣的成分信息，因而不能保證排放廢氣中的氧含量。顯然它不能保證發(fā)動(dòng)機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)。
美國專利US5,772,861“準(zhǔn)確地控制燃油噴射流量的裝置和方法”提出一種燃油電噴的閉環(huán)控制方式。內(nèi)燃機(jī)中的電子燃油噴射器由控制系統(tǒng)加給它以具有規(guī)定脈沖寬度的電子脈沖，借以開/關(guān)燃油噴射器，其中脈沖寬度是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣歧管壓力、燃油溫度等確定的；這些參量都是隨動(dòng)的。另外，考慮到燃油系統(tǒng)的磨損以及日漸惡化的部件也會(huì)改變?nèi)加偷墓┙o量等因素，還采用反饋技術(shù)使燃油噴射器的控制系統(tǒng)在實(shí)時(shí)運(yùn)行中補(bǔ)償這些變化，實(shí)現(xiàn)燃油噴射的閉環(huán)控制。這雖有助于提高缸內(nèi)燃燒效率，從而可在一定程度上降低排氣中有害成分含量，但該技術(shù)實(shí)際上缺少上述三元催化過程的考慮，因而這種閉環(huán)控制仍是局限的，不能更有效地處理和減少排放廢氣中的有害成分含量。
事實(shí)上，完整意義的燃油電子噴射閉環(huán)控制系統(tǒng)，是在開環(huán)控制方式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步在排氣管上裝置氧傳感器，通過測量廢氣中的氧含量，并將與之對應(yīng)的電信號反饋給控制系統(tǒng)的ECU，參與對整個(gè)燃油噴射過程的控制。于是，除可根據(jù)該氧含量信號判斷氣缸內(nèi)燃油的燃燒效果，更可使相應(yīng)的電控單元根據(jù)氧傳感器的輸入信號又對噴油脈沖進(jìn)行修正，從而能更準(zhǔn)確地控制噴油量，及時(shí)供給發(fā)動(dòng)機(jī)最佳空燃比的混合氣，確保缸內(nèi)燃油的充分燃燒，同時(shí)能有效地控制排放廢氣中的氧含量，確保對排放廢氣的三元催化過程。
本發(fā)明的目的在于提供一種閉環(huán)式內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射控制裝置，以內(nèi)燃機(jī)氣缸工作過程中排放廢氣中的氧含量參與燃油電子噴射的控制，使缸內(nèi)燃?xì)飧行У爻浞秩紵?，并進(jìn)一步提高凈化效果。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)的閉環(huán)控制裝置包括設(shè)在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)的電磁噴射閥和與之相連的ECU，還包括設(shè)在排氣道內(nèi)的三元催化排氣凈化器，其特征在于，安裝在排氣道內(nèi)所述三元催化排氣凈化器上游側(cè)的氧傳感器，該氧傳感器與所述ECU連接。
所述氧傳感器的主體為一中空鋯管，鋯管外包敷一層多孔陶瓷保護(hù)套層，鋯管一端為封閉端，此封閉端外還裝設(shè)有金屬外套，作為整個(gè)氧傳感器的保護(hù)套。此外套中開有多個(gè)通孔。如此結(jié)構(gòu)的氧傳感器主體的封閉端被插入排氣管內(nèi)，并以所述金屬外套與內(nèi)燃機(jī)排氣管道的壁密封連接，使氧傳感器的插入部分處于排氣道內(nèi)廢氣的包圍中。所述鋯管未插入排氣道內(nèi)的部分的側(cè)壁有開口，與大氣相通。另外，鋯管的內(nèi)、外表面都覆蓋著一層多孔性的鉑膜作為電極，二電極經(jīng)導(dǎo)線自鋯管的與所述封閉端相對的另一端引出，作為整個(gè)氧傳感器的輸出端，被接至ECU。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的氣缸工作時(shí)，有廢氣通過排氣管，高溫廢氣中的氧氣發(fā)生電離，致鋯管內(nèi)(大氣)外(廢氣)側(cè)的氧離子存在濃度差，將有氧離子穿過金屬外套的通孔經(jīng)鋯管壁從一側(cè)向另一側(cè)擴(kuò)散，鋯管元件形成微電池，在鋯管兩電極間形成電位差，產(chǎn)生響應(yīng)此氧濃度差的電壓信號，經(jīng)連接導(dǎo)線將此電壓信號作為反饋信號加給ECU，參與對燃油噴射量及噴射時(shí)間的控制，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
使用本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)的閉環(huán)控制裝置，由于利用了氧傳感器測得的排氣中的氧含量作為反饋信號，在原有ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況對燃油噴射進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步又將已排放之廢氣中的氧含量參與上述控制，則不僅可控制缸內(nèi)燃?xì)飧行У爻浞秩紵?，又充分保證在排氣管內(nèi)實(shí)現(xiàn)三元催化，從而可進(jìn)一步提高凈化效果。
以下將參照附圖，通過對本發(fā)明具體實(shí)施例的描述，進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的內(nèi)容。其中

圖1為表示本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)之閉環(huán)控制裝置結(jié)構(gòu)的斷面示意圖；圖2示出本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)的閉環(huán)控制裝置一種具體實(shí)施例中所用ECU的結(jié)構(gòu)方框圖；圖3是圖2實(shí)施例中所用氧傳感器結(jié)構(gòu)的斷面示意圖；圖4是說明本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)的閉環(huán)控制裝置一種實(shí)施例的控制流程圖。
如圖1所示，內(nèi)燃機(jī)5的進(jìn)氣道9一側(cè)除設(shè)置進(jìn)氣門8、節(jié)氣門2和電磁噴射閥11以外，還設(shè)有用以接收各傳感器檢測的有關(guān)信號并控制包括噴油時(shí)間和噴油量在內(nèi)等多個(gè)內(nèi)燃機(jī)工作參量的ECU-電子控制單元10。在內(nèi)燃機(jī)5的排氣管3內(nèi)設(shè)置三元催化排氣凈化器1，并在所述三元催化排氣凈化器1上游側(cè)安裝氧傳感器4，用以檢測內(nèi)燃機(jī)5在各種工況下排放廢氣中的氧含量，并以相應(yīng)電信號的形式輸出給與之相連的ECU10。ECU10根據(jù)氧傳感器反饋的電信號，通過與之相連的、被置于進(jìn)氣道9內(nèi)的電磁噴射閥11參與控制噴油量的增加或減少，即控制該電磁噴射閥11，參與調(diào)整噴油量和噴射時(shí)間，使在氣缸內(nèi)達(dá)到最佳空燃比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最佳燃燒效果。以此實(shí)現(xiàn)對燃油電子噴射系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
氧傳感器4測得的排氣中氧含量，以相應(yīng)電信號形式反饋給ECU10，ECU10在其RAM/ROM29內(nèi)預(yù)先設(shè)置采樣頻率，將電信號映射到ECU的內(nèi)部寄存器，為其設(shè)置中斷代碼和中斷向量，設(shè)定其中斷的優(yōu)先級，并修改中斷向量表，加入其服務(wù)程序的入口地址，并在所述寄存器中相應(yīng)地址編寫中斷服務(wù)程序。在服務(wù)程序中使用內(nèi)部定時(shí)器為脈沖計(jì)時(shí)，通過內(nèi)部寄存器的操作映射到外部寄存器，通過輸出回路放大，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的操作。
在實(shí)行閉環(huán)控制過程中，當(dāng)排出廢氣中含氧量比RAM/ROM29中所存的理論設(shè)定值低時(shí)，氧傳感器4向ECU10輸入較高電壓信號，在這種情況下，ECU10將控制電磁噴射閥11，減少噴油量，使進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合氣變稀，空燃比增大。當(dāng)排出廢氣中含氧量變到超過所述理論設(shè)定值時(shí)，氧傳感器4輸出的電壓信號將突然下降，即氧傳感器4向ECU10輸入較低電壓信號，ECU10立即控制電磁噴射閥11，增加噴油量，使進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合氣變濃，空燃比開始減少。當(dāng)排出廢氣中含氧量低于該理論設(shè)定值時(shí)，氧傳感器4輸出的電壓信號又將突變上升，氧傳感器4再向ECU10輸入較高電壓信號，控制電磁噴射閥11，減少噴油量。如此循環(huán)反復(fù)地調(diào)整噴油量和空燃比，使排出廢氣中的含氧量在理論設(shè)定值附近一個(gè)極小的范圍內(nèi)波動(dòng)，而使三元催化排氣凈化器1能在最佳狀態(tài)工作，降低廢氣排放中有害氣體的含量。
圖2示出本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)閉環(huán)控制裝置一種具體實(shí)施例中所用ECU10的結(jié)構(gòu)方框圖。從圖中可以看出，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速初步計(jì)算噴油時(shí)間，再根據(jù)來自各傳感器的信息進(jìn)行修正，設(shè)定總噴油持續(xù)時(shí)間。如圖2所示，內(nèi)燃機(jī)的各傳感器發(fā)出的信號，既有模擬信號，又有數(shù)字信號；其中氧傳感器4的輸出電壓信號為模擬信號22。這些信號被輸入ECU之前，均需通過輸入回路23進(jìn)行處理，消除輸入信號中的干擾成分，將正弦波信號變換成矩形脈沖信號，或者改變輸入電平等各種預(yù)處理。對于數(shù)字信號28，則直接輸入微機(jī)27中的I/O接口，而對那些模擬信號22，則需通過A/D轉(zhuǎn)換器24轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再輸入到微機(jī)27中的I/O接口。微機(jī)27將輸入的信號通過內(nèi)存程序及數(shù)據(jù)進(jìn)行演算處理，起動(dòng)與內(nèi)燃機(jī)工況相對應(yīng)的最佳燃油噴射持續(xù)時(shí)間，并將此結(jié)果通過輸出回路25輸出給執(zhí)行元件，即噴油器26。
本實(shí)施例閉環(huán)控制裝置中所用ECU中的微機(jī)27主要包括，用于解讀命令并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的中央處理器CPU、保存程序用的ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用的RAM29、I/O接口，以及信息總線。
圖3以示意的方式示出上述實(shí)施例中所用氧傳感器結(jié)構(gòu)的斷面。氧傳感器4有一中空鋯管33，鋯管33的表面包敷多孔陶瓷保護(hù)套層32，鋯管33一端為封閉端，此封閉端外還裝設(shè)有金屬外套31，作為整個(gè)氧傳感器的保護(hù)套。此外套中開有多個(gè)通孔(圖中示出2個(gè)作為代表)。如此結(jié)構(gòu)的氧傳感器主體的封閉端被插入排氣管3內(nèi)，并以所述金屬外套31與內(nèi)燃機(jī)排氣管3的壁密封連接，使氧傳感器4的插入部分處于排氣管3內(nèi)廢氣的包圍中。所述鋯管33未插入排氣管3內(nèi)的部分的側(cè)壁有開口，與大氣相通。另外，鋯管33的內(nèi)、外表面分別覆蓋著一層多孔性的鉑膜作為電極，如圖中的A和B所示。所示二電極經(jīng)導(dǎo)線34和35自鋯管33的與所述封閉端相對的另一端引出，作為整個(gè)氧傳感器4的輸出端，被接至ECU10。
具有上述閉環(huán)控制裝置的本發(fā)明燃油電子噴射控制系統(tǒng)，通過內(nèi)燃機(jī)上安裝的各傳感器獲取信號，分別輸入上述結(jié)構(gòu)的ECU10，ECU經(jīng)過對比，并由其CPU計(jì)算輸出指令信號，可實(shí)現(xiàn)對噴油時(shí)間、點(diǎn)火時(shí)間、怠速開度、真空氣流通與斷、汽油泵的開停等控制。具體地說，有如圖4所示(并結(jié)合圖1)，ECU10一方面分別接收各傳感器檢測的信號，另一方面又根據(jù)所述各檢測信號控制包括噴油時(shí)間和噴油量在內(nèi)等多個(gè)內(nèi)燃機(jī)工作部分的工作。其中包括曲軸轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速傳感器41檢測內(nèi)燃機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)角與曲軸轉(zhuǎn)速，通過ECU參與對點(diǎn)火時(shí)間和噴油時(shí)間的控制；真空壓力傳感器42，用以檢測內(nèi)燃機(jī)吸氣沖程時(shí)因活塞6下行造成缸內(nèi)壓力的下降，以便參與對缸內(nèi)噴油量的控制；水溫傳感器43和進(jìn)氣溫度傳感器44分別檢測水路溫度和進(jìn)入進(jìn)氣道9再經(jīng)進(jìn)氣門8進(jìn)入氣缸內(nèi)混合氣的溫度，以便在低溫時(shí)通過ECU調(diào)節(jié)噴油量或控制噴油動(dòng)作的起停；空氣調(diào)節(jié)器45，在調(diào)節(jié)吸入空氣的量的同時(shí)，也經(jīng)ECU參與對噴油量的控制；蓄電池電壓檢測器46，通過檢測蓄電池電壓，特別是檢測該電壓的下降，以便通過ECU修正噴油時(shí)間；氧傳感器4則如上述參與噴油控制可以保證最佳空燃比以及修正噴油時(shí)間；起動(dòng)信號發(fā)生器47指令ECU隨時(shí)修正起動(dòng)時(shí)的噴油時(shí)間；爆震傳感器48在內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)產(chǎn)生爆震時(shí)輸出爆震信號，ECU控制報(bào)警燈并根據(jù)該爆震信號控制推遲點(diǎn)火時(shí)間，以及時(shí)消除爆震。另一方面ECU10接收這些檢測信號后，分別控制以下工作部分內(nèi)燃機(jī)的噴油器51，本實(shí)施例中所用是一種電磁閥式開閉噴油裝置；電子點(diǎn)火器52；怠速控制閥53，用以保證發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性，控制進(jìn)氣量的大??；燃油蒸發(fā)控制閥54，根據(jù)ECU10送來的信號控制旁通空氣量的通斷，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)更好地穩(wěn)定怠速運(yùn)轉(zhuǎn)；開路繼電器55，根據(jù)車速傳感器發(fā)出的信號，控制汽油泵的開停；和報(bào)警燈56。
附帶地，本實(shí)施例的ECU10中還專門設(shè)置了一種檢測程序，以判斷汽車電路上發(fā)生的各種故障。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)的閉環(huán)控制裝置，包括設(shè)在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)的電磁噴射閥和與之相連的ECU，其特征在于，還包括設(shè)在排氣道內(nèi)的三元催化排氣凈化器，以及安裝在排氣道內(nèi)所述三元催化排氣凈化器上游側(cè)的氧傳感器，該氧傳感器與所述ECU連接。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)閉環(huán)控制裝置，其特征在于，所述氧傳感器的主體為一中空鋯管，鋯管外包敷一層多孔陶瓷保護(hù)套層，鋯管一端為封閉端，此封閉端外還裝設(shè)有金屬外套，作為整個(gè)氧傳感器的保護(hù)套；此外套中開有多個(gè)通孔；所述氧傳感器主體的封閉端被插入排氣管內(nèi)，并以所述金屬外套與內(nèi)燃機(jī)排氣管道的壁密封連接，使氧傳感器的插入部分處于排氣道內(nèi)廢氣的包圍中；所述鋯管未插入排氣道內(nèi)的部分的側(cè)壁有開口，與大氣相通；鋯管的內(nèi)、外表面都覆蓋著一層多孔性的鉑膜作為電極，二電極經(jīng)導(dǎo)線自鋯管的與所述封閉端相對的另一端引出，作為整個(gè)氧傳感器的輸出端，被接至ECU。
3.如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)閉環(huán)控制裝置，其特征在于，所述ECU中的微機(jī)(27)包括，用于解讀命令并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的中央處理器CPU、保存程序用的ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)用的RAM(29)、I/O接口，以及信息總線。
全文摘要
內(nèi)燃機(jī)燃油電子噴射系統(tǒng)閉環(huán)控制裝置包括設(shè)在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)的電磁噴射閥和與之相連的ECU,還包括設(shè)在排氣道內(nèi)的三元催化排氣凈化器,以及安裝在三元催化排氣凈化器上游側(cè)的氧傳感器,氧傳感器與所述ECU連接。氧傳感器測得排氣中的氧含量信號作為反饋信號,使內(nèi)燃機(jī)排放廢氣中的氧含量參與ECU對燃油噴射的控制,不僅使缸內(nèi)燃?xì)飧行У爻浞秩紵?又充分保證在排氣管內(nèi)實(shí)現(xiàn)三元催化,從而可進(jìn)一步提高凈化效果。
文檔編號F02D43/00GK1259620SQ9912386
公開日2000年7月12日 申請日期1999年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月15日
發(fā)明者李書通 申請人:吉利集團(tuán)有限公司