CN103573454B - 供油***采用化油器的发动机的电控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了供油***采用化油器的发动机的电控方法，包括如下步骤：ECU接收传感器所采集到的节气门开度和发动机转速的信号；所述ECU根据节气门开度和发动机转速查询预存于所述ECU的第一三维管理图确定点火提前角，所述第一三维管理图的自变量为节气门开度和发动机转速，因变量为点火提前角；所述ECU根据所查询到的点火提前角控制点火线圈的点火时刻。本发明将电子燃油喷射控制原理移值到采用化油器上的发动机上，能对空燃比、发动机点火时刻进行精准控制，从而改善其排放和输出。

Description

供油***采用化油器的发动机的电控方法

技术领域

本发明涉及小排量发动机的燃油***的电控方法，具体涉及供油***采用化油器的发动机的电控方法。

背景技术

现有技术的摩托车的发动机的供油***一般分为两种：化油器供油***和电子控制燃油喷射***。

化油器供油***主要包括普通化油器和三元催化器，相对结构简单，匹配容易，成本较低，但油气混合的空燃比控制精度不高，散差较大，很难使三元催化器发挥最佳转化效率，也很难控制排放污染物的排放量。随着排放标准的不断提高，用普通化油器加三元催化器的技术路线来实现排放达标，显得越来越困难。

电子控制燃油喷射***简称电喷，它是汽油发动机取消化油器而采用的一种比较先进的喷油装置，通过接收一些传感器信号，控制点火时刻及喷油量，可以精确控制油气混合的空燃比，使三元催化器处于最佳的净化状态，有效控制排放污染物的排放量，且能提高发动机及整车性能。然而电子控制燃油喷射***结构庞大、复杂，整车结构改动较大，且要配合一系列的传感器，开发早期需要投入很多的设计、制造成本，开发后期还要投入更多的人力物力进行售后服务人员的培训以及相关设备的购置，应用在价格较贵的汽车上，顾客还比较容易接受，但是如果应用在摩托车上，导致摩托车价格昂贵，顾客难以接受，难以得到普及。另外，电子控制燃油喷射***有一很大的缺点：由于执行器控制的是汽油喷射，因此当传感器出现故障时，会给ECU（电子控制单元）错误的信号，执行器也会收到错误的指令，导致整车燃油消耗过大或整车无力"发冲"等不良现状。当执行器以及ECU出现故障时，将无法正常行驶。此外，当蓄电池电压过低时，该***也不能正常工作，摩托车也不能正常骑行。这些因素都制约着电子控制燃油喷射***的推广。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明要解决的问题是，化油器供油***对油气混合空燃比控制精度不高而电子控制燃油喷射***结构复杂，成本高、及执行器有故障时无法行驶的问题。

为解决上述问题，本发明采用如下方案：供油***采用化油器的发动机的电控方法，包括如下步骤：

ECU接收传感器所采集到的节气门开度和发动机转速的信号；所述ECU根据节气门开度和发动机转速查询预存于所述ECU的第一三维管理图确定点火提前角，所述第一三维管理图的自变量为节气门开度和发动机转速，因变量为点火提前角；所述ECU根据所查询到的点火提前角控制点火线圈的点火时刻。

作为优选，还包括如下步骤：

所述ECU根据节气门开度和发动机转速判断发动机的工况，并根据预存于所述ECU的第二三维管理图确定采用脉宽调制方式控制的补气电磁阀的占空比；所述补气电磁阀安装在所述化油器处，用于对所述化油器的怠速气道进行补气以调节混合气的空燃比；所述第二三维管理图的自变量为节气门开度和发动机转速，因变量为补气电磁阀的脉宽调制占空比。

作为优选，还包括如下步骤：

所述ECU接收安装在发动机的气缸缸顶处的温度传感器所采集到的信号以确定气缸温度；所述ECU根据气缸温度对点火时刻进行补偿修正：当气缸温度低于或等于0℃时，增大点火提前角；当气缸温度高于40℃时，减小点火提前角。

作为优选，还进一步包括如下步骤：所述ECU根据气缸温度对补气电磁阀的占空比进行补偿修正：当气缸温度低于或等于20℃时，减少补气电磁阀的补气量。

作为优选，还包括如下步骤：所述ECU根据安装于发动机的排气口处的氧传感器所检测到废气中O₂的浓度信号对所述补气电磁阀的占空比进行控制。

作为优选，所述ECU根据废气中的O₂的浓度确定当前的油气混合物的空燃比，当油气混合物为浓态时，所述ECU通过改变所述补气电磁阀的占空比增加补气量使废气中的O₂向稀态调整；当油气混合物为稀态时，所述ECU通过改变所述补气电磁阀的脉宽调制占空比减小补气量使废气中的O₂向浓态调整。

作为优选方案，所述ECU通过调整占空比而改变补气量以改变空燃比的具体过程为：当油气混合物为浓态时，先以第一阶跃函数的形式跳跃式增大占空比以，然后再以第一线性函数的形式逐渐增大占空比，直到油气混合物为稀态；当油气混合物为稀态时，先以第二阶跃函数的形式跳跃式减小占空比，然后再以第二线性函数逐渐减小占空比，直到所述油气混合物为浓态。

作为进一步地优选之一，所述第一阶跃函数与第二阶跃函数的阶跃值相等，第一线性函数和第二线性函数的斜率的绝对值也相等。

作为进一步地优选之一，所述第一阶跃函数与第二阶跃函数的阶跃值不相等和/或第一线性函数和第二线性函数的斜率的绝对值也不相等。

更进一步地，所述第一阶跃函数的阶跃值大于或等于原占空比的5%，所述第二阶跃函数的阶跃值也大于或等于原占空比的5%。

本发明的供油***采用化油器的发动机的电控方法，具有如下有益效果：将电子燃油喷射控制原理移值到采用化油器上的发动机上，能对空燃比、发动机点火时刻进行精准控制，从而使采用该发动机的摩托车排放更加净化以适应日益严格的排放标准，也使发动机的功率输出更加优化，提升了整车的驾乘性能。

附图说明

图1为供油***采用化油器的发动机的电控***的组成结构示意图；

图2为图1所示的控制***的点火控制回路简图；

图3为图1所示的控制***的补气电磁阀的控制回路简图；

图4为图1所示的控制***的气缸温度传感器与ECU连接的结构简图；

图5为图1所示的控制***的氧传感器与ECU连接的结构简图；

图6为本发明的供油***采用化油器的发动机的一个实施例所采用的第一三维管理图的示意图；

图7为本发明的供油***采用化油器的发动机的电控方法的一个实施例所采用的第二三维管理图的示意图；

图8为本发明的供油***采用化油器的发动机的电控方法在通过采集氧传感器的信号控制补气电磁阀时的控制策略图（对称控制时）；

图9为本发明的供油***采用化油器的发动机的电控方法在通过采集氧传感器的信号控制补气电磁阀时的控制策略图（非对称控制时）。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

首先，结合图1-图5说明采用化油器的发动机的供油***的电控***的组成。

如图1所示，采用化油器的发动机的供油***的电控系包括用于控制的ECU，即电子控制单元，这是该***中的核心部件，在一个MCU上集中有ECU、各种A/D（模数）及D/A（数模）转换器用于数字和模拟信号的转换，以及功率驱动电路以驱动补气电磁阀和点火线圈的工作。

如图2所示，ECU的控制信号(即脉冲电流)通过点火用IGBT11与点火线圈12的初级回路连接，点火线圈12的次级回路与火花塞13连接，ECU的控制信号通过IGBT（绝缘栅双极型晶体管）11使点火线圈12的次级回路产生瞬间高压，火花塞13点火。

如图3所示，ECU的控制信号(即脉冲电流)通过驱动FET（场效应晶体管）21与补气电磁阀22的电路连接，通过改变补气电磁阀22的接通时间来控制进气量。

如图4所示，温度传感器31的电信号通过滤波电路传输,经过A/D电路转换成数字信号传送至ECU，温度传感器31设置在气缸的缸顶处以测量气缸内的温度。

如图5所示，氧传感器41的电信号通过滤波电路传输，经过A/D电路转换成数字信号传送至ECU，氧传感器41设置在发动机的排气口处，以检测所排出的废气中的O₂的浓度，根据O₂的浓度判断经过化油器处理后的油气混合物的浓度，确定其为过稀、过浓或者适中。当废气中的O₂的浓度大时，说明油气混合物比较稀，其中的空气含量过大，应该减少补气量，以提高发动机的输出功率；当废气中的O₂的浓度小时，说明油气混合物比较浓，其中的空气含量过小，应该增加补气量，使燃料充分燃烧，改善发动机的排放。

以下结合图1-图7说明本发明的实施例的供油***采用化油器的发动机的电控方法，包括如下步骤：

ECU接收传感器所采集到的节气门开度和发动机转速的信号，用于检测节气门开度和发动机转速的传感器与现有技术相同，在此不再赘述；所述ECU根据节气门开度和发动机转速查询预存于所述ECU的第一三维管理图确定点火提前角，所述第一三维管理图如图6所示，自变量为节气门开度和发动机转速，因变量为点火提前角，形成三维的图，不同的节气门开度和发动机转速分别对应不同的点火提前角，从而形成一个曲面，该三维管理图的形状可根据发动机的具体参数以及其与其匹配的整车的具体参数经过试验进行确定。所述ECU根据所查询到的点火提前角控制点火线圈的点火时刻，也即使确定活塞在达到上止点之前的某个位置点火。本实施例将电子燃油喷射控制原理移值到采用化油器上的发动机上，能对发动机点火时刻进行精准控制，改善发动机的输出。

作为一种优选方案，本实施例中，ECU还进一步根据节气门开度和发动机转速对空燃比进行控制：

所述ECU根据节气门开度和发动机转速判断发动机的工况，并根据预存于所述ECU的第二三维管理图确定补气电磁阀的占空比；所述补气电磁阀安装在所述化油器处，用于对所述化油器的怠速气道进行补气以调节混合气的空燃比；所述第二三维管理图的自变量为节气门开度和发动机转速，因变量为补气电磁阀的占空比。第二三维管理图的形状如图7所示，也是根据发动机的具体参数以及其与其匹配的整车的具体参数经过试验进行确定。

如图1所示，第一三维管理图和第二三维管理图预存于ECU内，可以通过专用的串口通讯接口与PC机连接，可以根据实际使用环境，通过PC机对ECU内的第一三维管理图和第二三维管理图进行修改，使第一三维管理图和第二三维管理图与实际使用环境更加匹配，改善发动机的输出以及排放。为了改善发动机的启动性能，还根据气缸温度对点火提前角进行修正，所述ECU接收安装在发动机的气缸缸顶处的温度传感器所采集到的信号以确定气缸温度；所述ECU根据气缸温度对点火时刻进行补偿修正：当气缸温度低于或等于0℃时，增大点火提前角，有利于低温时启动发动机，使其工作稳定；当气缸温度高于或等于40℃时，减小点火提前角，以减少废气中NOx的生成，从而改善其排放。更具体地，当气缸温度低于或等于0℃时，点火提前角增大10°，当气缸温度在30℃和40℃之间时，点火提前角不变，即修正值为零，当气缸温度等于50℃，点火提前角减小1.5°；当气缸温度在60℃-90℃之间时，点火提前角减小2°；当气缸温度在90℃-130℃之间时，点火提前角减小2.5°；当气缸温度大于或等于130℃时，点火提前角减小2°。以上如60℃-90℃这样的区间，均包括起点，不包括终点。需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书所指的“补偿修正”均指的是在从三维管理图上查到的数值的基础上进行修正。

此外，作为优选的方案，本实施例中，还根据气缸温度调整空燃比，所述ECU根据气缸温度对补气电磁阀的占空比进行补偿修正：当气缸温度低于或等于20℃时，减少补气电磁阀的补气量。其目的是，增加低温启动时的混合气的浓度，更有利于实车在低温状态下的启动，并能改善启动时的排放。具体地，当气缸温度大于20℃不进行补偿，当气缸温度大于0℃低于20℃时，占空比减少50%，以减少进气量，提高空燃比，当气缸温度低于0℃，占空比减少100%，也就是说补气电磁阀不工作，不需要补气，进一步提高混合气的浓度，使发动机在温度较低时也能顺利启动。

为了改善发动机的排放，满足环保法规的要求，本实施例的ECU还进一步通过设置于发动机的排气口处的氧传感器所检测到废气中O₂的浓度信号对空燃比进行控制。具体地，所述ECU根据安装于发动机的排气口处的氧传感器所检测到废气中O₂的浓度信号对所述补气电磁阀的占空比进行控制。所述ECU通过调整补气电磁阀的占空比，而改变其打开时间，从而改变混合气中的空气量。ECU的控制信号为脉冲信号，可以设定为脉冲信号处于高电位时，补气电磁阀处于打开状态（当然反向设置也是可以的）。ECU通过氧传感器的反馈确定补气电磁阀的打开时间，从而改变废气中O₂的浓度，改变氧传感器的信号，形成闭环控制。具体控制过程如下：所述ECU根据废气中的O₂的浓度确定当前的油气混合物的空燃比，当油气混合物为浓态时，所述ECU通过改变所述补气电磁阀的占空比增加补气量使废气中的O₂向稀态调整；当油气混合物为稀态时，所述ECU通过改变所述补气电磁阀的占空比减小补气量使废气中的O₂向浓态调整。需要指出的是，所述浓态和稀态均是以理论空燃比为参照确定的，当油气混合物的浓度比处于理论空燃比的混合器浓时，认为过浓，反之认为过稀。油气混合物的控制目标可以以理论空燃比为目标进行控制，当然也可以以低于理论空燃比的浓度为目标进行控制，以实现稀薄燃烧，降低排放，降低耗油量。

本实施例中，所述ECU通过调整占空比而改变补气量以改变空燃比的具体过程为：当油气混合物为浓态时，先以第一阶跃函数100的形式跳跃式增大占空比以，然后再以第一线性函数300的形式逐渐增大占空比，直到油气混合物为稀态；当油气混合物为稀态时，先以第二阶跃函数200的形式跳跃式减小占空比，然后再以第二线性函数400逐渐减小占空比，直到所述油气混合物为浓态。

作为优选方案，可以采用对称控制，如图8所示，所述第一阶跃函数100与第二阶跃函数200的阶跃值相等。所述第一阶跃函数的阶跃值大于或等于原占空比的5%，所述第二阶跃函数200的阶跃值也大于或等于原占空比的5%；第一线性函数300和第二线性函数400的斜率的绝对值相等。这样，在一个周期内，其处于过稀和过浓的时间相同，平均的空燃比与理论空燃比相同。也即是说，在图8中，如果以混合气处于理论空燃比的浓度时的占空比为零点线（即图8中的虚线500）个周期内，表示占空比的函数的积分值为零。图8中的虚线也是占空比的平均值500，在采用图8所示的控制策略时，平均的占空比为50%，此时以理论空燃比为控制目标。第一阶跃函数100的阶跃值一般大于或等于原占空比的5%，如6%等，但可以选择4%等数值，本发明的要点在于先进行一个幅度比较大的跳跃，然后再缓慢改变，这样可以使处于过浓或过稀的混合气的比例先发生较大的变化，更快地接近控制目标（一般为理论空燃比）。

当然，还可以采用非对称控制，如图9所示，第一阶跃函数100与第二阶跃函数200的阶跃值不相等。这样，可以通过使第一阶跃函数100和第二阶跃函数200的阶跃值不同，或/和第一线性函数300与第二线性函数400的斜率的绝对值不同，使占空比的平均值偏离50%，使混合气处于过浓或过稀状态。在图9中，代表占空比的平均值的虚线500在50%的上方，说明混合气在过浓态工作。当然，还可以通过减小第二阶跃函数200的阶跃值以及减少第二线性函数400的斜率（第一阶跃函数100和第一线性函数300的形状不变的情况下），使其平均值低于50%，使混合气处于过稀状态。根据控制目标的不同，可以选择不同的控制策略。需要指出的是，在本申请的说明书和权利要求书中，对占空比的跳跃式变化采用“阶跃函数”进行描述，旨在为了说明其变化是跳跃式的，在图8及图9中，第一阶跃函数100与第二阶跃函数200均不是理想的阶跃函数（垂直于横轴的直线），均有一定的斜率，但是第一阶跃函数100与第二阶跃函数200均近似垂直于横轴，特此说明。

本发明的供油***采用化油器的发动机的电控方法，具有如下有益效果：将电子燃油喷射控制原理移值到采用化油器上的发动机上，能对空燃比、发动机点火时刻进行精准控制，从而使采用该发动机的摩托车排放更加净化以适应日益严格的排放标准，也使发动机的功率输出更加优化，提升了整车的驾乘性能。

当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.供油***采用化油器的发动机的电控方法，其特征在于，包括如下步骤：

ECU接收传感器所采集到的节气门开度和发动机转速的信号；

所述ECU根据节气门开度和发动机转速查询预存于所述ECU的第一三维管理图确定点火提前角，所述第一三维管理图的自变量为节气门开度和发动机转速，因变量为点火提前角，其中，不同的所述节气门开度和发动机转速分别对应不同的所述点火提前角，从而形成一个曲面；

所述ECU根据所查询到的点火提前角控制点火线圈的点火时刻；

所述ECU根据节气门开度和发动机转速判断发动机的工况，并根据预存于所述ECU的第二三维管理图确定采用脉宽调制方式控制的补气电磁阀的脉宽调制占空比；

所述补气电磁阀安装在所述化油器处，用于对所述化油器的怠速气道进行补气以调节混合气的空燃比；所述第二三维管理图的自变量为节气门开度和发动机转速，因变量为补气电磁阀的脉宽调制占空比，其中，不同的所述节气门开度和发动机转速分别对应不同的所述脉宽调制占空比，从而形成一个曲面；

所述电控方法还包括：

所述ECU根据安装于发动机的排气口处的氧传感器所检测到废气中O₂的浓度信号对所述补气电磁阀的脉宽调制占空比进行控制，其中，所述ECU根据废气中的O₂的浓度确定当前的油气混合物的空燃比，当油气混合物为浓态时，所述ECU通过改变所述补气电磁阀的占空比增加补气量使废气中的O₂向稀态调整；当油气混合物为稀态时，所述ECU通过改变所述补气电磁阀的占空比减小补气量使废气中的O₂向浓态调整；

所述ECU通过调整占空比而改变补气量以改变空燃比的具体过程为：当油气混合物为浓态时，先以第一阶跃函数的形式跳跃式增大占空比以，然后再以第一线性函数的形式逐渐增大占空比，直到油气混合物为稀态；当油气混合物为稀态时，先以第二阶跃函数的形式跳跃式减小占空比，然后再以第二线性函数逐渐减小占空比，直到所述油气混合物为浓态。

2.如权利要求1所述的电控方法，其特征在于，还包括如下步骤：

所述ECU接收安装在发动机的气缸缸顶处的温度传感器所采集到的信号以确定气缸温度；

所述ECU根据气缸温度对点火时刻进行补偿修正：当气缸温度低于或等于0℃时，增大点火提前角；当气缸温度高于40℃时，减小点火提前角。

3.如权利要求2所述的电控方法，其特征在于，还进一步包括如下步骤：

所述ECU根据气缸温度对补气电磁阀的占空比进行补偿修正：当气缸温度低于或等于20℃时，减少补气电磁阀的补气量。

4.如权利要求1所述的电控方法，其特征在于，所述第一阶跃函数与第二阶跃函数的阶跃值相等，第一线性函数和第二线性函数的斜率的绝对值也相等。

5.如权利要求1所述的电控方法，其特征在于，所述第一阶跃函数与第二阶跃函数的阶跃值不相等和/或第一线性函数和第二线性函数的斜率的绝对值也不相等。

6.如权利要求4或5所述的电控方法，其特征在于，所述第一阶跃函数的阶跃值大于或等于原占空比的5％，所述第二阶跃函数的阶跃值也大于或等于原占空比的5％。