專利名稱：一種用于計量內(nèi)燃機內(nèi)氣流壓力和溫度的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于計量內(nèi)燃機內(nèi)氣流壓力和溫度的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在發(fā)動機設(shè)計的各個領(lǐng)域，重點一般都放在燃油經(jīng)濟性、發(fā)動機性能，特別是發(fā)動機的排放廢氣上。 越來越多的排放限制對燃油計量工藝的準確性提出了更高的需求。注油系統(tǒng)作為一種準確控制內(nèi)燃機內(nèi)空 氣和燃油混合比例從而保持低廢氣排放的方法，開始受到重視。增加注油系統(tǒng)必然要增加成本，這就限制 了該技術(shù)在市場上的應(yīng)用。為了在發(fā)動機上應(yīng)用注油系統(tǒng)，必須增加一個發(fā)動機控制器、 一個更復(fù)雜的燃 油系統(tǒng)、和多個傳感器。此外，發(fā)動機往往需要重新設(shè)計才能滿足應(yīng)用的要求。這些都會增加發(fā)動機系統(tǒng) 的成本和復(fù)雜程度。簡單講，很多制造商在它們的生產(chǎn)線上增加燃油噴射系統(tǒng)后，由于成本增加，不具備 競爭性，這樣注油系統(tǒng)的實施就遭到延誤直到排放政策耍求使用它。因此，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉 且可以應(yīng)用到當(dāng)前發(fā)動機技術(shù)上的內(nèi)燃機精確控制系統(tǒng)才是最佳的選擇。
四沖程發(fā)動機必須做兩次完全旋轉(zhuǎn)才能完成一個完整的發(fā)動機循環(huán)。該循環(huán)包括進氣、壓縮、做功和 排氣這四個過程。四沖程循環(huán)需要一個720°的循環(huán)或是曲軸的兩次完全旋轉(zhuǎn)。與四沖程發(fā)動機相關(guān)的是， 發(fā)動機相位可確定發(fā)動機是在720°循環(huán)的哪一半上。例如，如果四沖程發(fā)動機與一個720°循環(huán)"同相"， 則認為是同步，發(fā)動機控制器就能正確確定發(fā)動機是在哪個沖程上。如果四沖程發(fā)動機不是同步的，發(fā)動 機控制器就只能在360°循環(huán)上確定發(fā)動機位置。很多系統(tǒng)必須確定發(fā)動機在四沖程發(fā)動機上的相位來獲得 適當(dāng)?shù)臅r間。雙沖程發(fā)動機只須轉(zhuǎn)動一圈就完成一個發(fā)動機循環(huán)，故不需要獲取發(fā)動機循環(huán)的相位信息。 這可以視為是36(f發(fā)動機循環(huán)。
注油系統(tǒng)的顯著特點是運用發(fā)動機上的多個傳感器來確定發(fā)動機運行狀況。例如，注油發(fā)動機可以設(shè) 置曲軸位置傳感器、凸輪位置傳感器、進氣壓力傳感器以及大氣壓力傳感器等。發(fā)動機控制器監(jiān)測這些傳 感輸入信息來確定適當(dāng)?shù)狞c火時間、注入時間和燃油注入量。如果在減少發(fā)動機運行所必須的傳感器數(shù)量 的同時還能保持準確控制是很有利的，這樣就能減少零件數(shù)量，降低復(fù)雜程度并且降低。
由這些傳感器監(jiān)測的各類輸入到發(fā)動機控制器的數(shù)據(jù)之一可用來確定進氣壓力。這個計量過程相當(dāng)復(fù) 雜。用少數(shù)氣缸來監(jiān)測發(fā)動機內(nèi)的進氣壓力就更復(fù)雜了。從現(xiàn)有技術(shù)中可知，在吸氣沖程進氣壓力會隨著 進氣閥的開關(guān)而波動。如果有多個氣缸，曲軸每次旋轉(zhuǎn)時會發(fā)生更多的進氣過程，傳統(tǒng)上較少出現(xiàn)整體進 氣壓力波動。但是，如果小發(fā)動機里有少數(shù)氣缸，每次曲軸旋轉(zhuǎn)時發(fā)生的進氣過程較少，就會有明顯的大 進氣壓力波動。如果獲取平均進氣壓力，由于有波動，該平均值不能正確指示所有氣缸實際進氣壓力。
氣壓傳感器在計算進氣質(zhì)量上的應(yīng)用可參考美國專利號6453897申請人為Ka皿o的美國專利。在這種 方法中，發(fā)動機曲軸每轉(zhuǎn)一次發(fā)動機的進氣壓力就被抽樣一次。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過氣壓來計算注油控制 系統(tǒng)中的進氣質(zhì)量是可以被理解的。Kanno提出一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)增加了進氣壓力計量的準確性，因而增 加了獲得發(fā)動機進氣流速和所需空氣/燃油比率的準確性。這個例子沒有提到通過氣壓波動來確定發(fā)動機 相位或曲軸位置方面的應(yīng)用。相反，這種方法嚴格上說屬于一種在預(yù)先確定的曲軸位置上單獨計量空氣壓 力的方法。這種計量的計時是通過使用曲軸位置傳感器和發(fā)動機控制單元來確定的。
在有些應(yīng)用中，進入發(fā)動機的空氣質(zhì)量流率是靠計量進氣歧管內(nèi)的絕對壓力(進氣歧管絕對壓力，或 "MP")來估計的?？諝赓|(zhì)量流率是在某個特定時間內(nèi)進入發(fā)動機的空氣質(zhì)量?？諝饷芏然蛎繂挝惑w積空 氣質(zhì)量，與吸入發(fā)動機的空氣溫度、壓力和濕度成正比。這數(shù)據(jù)用于計算發(fā)動機的空氣質(zhì)量流率或進入的 空氣質(zhì)量。這種計算就是人們熟知的體積-密度或速度-密度計算。
用曲軸位置計量，典型特征在于把齒輪跟撿拾器相連用于檢測位移運動。這些裝置傳統(tǒng)上多采用霍爾 效應(yīng)裝置或變磁阻式裝置。在汽車應(yīng)用上，齒輪包括多個分布在曲軸上間隔均勻的齒或"計時金屬小塊"。 齒的數(shù)量通?？梢园?60"整除。隨著齒數(shù)增加，系統(tǒng)分辨率也增加。在很多應(yīng)用中，常設(shè)置一顆缺齒來標 志預(yù)先確定的曲軸自身位置。眾所周知，當(dāng)今汽車標準是"36—1"模式。這個模式是在圓環(huán)上間隔均勻 地設(shè)置齒輪的36個齒，并去掉36齒當(dāng)中一個以標示預(yù)先確定的角位。從這些輸入信息，可以直接計量發(fā) 動機的每分鐘轉(zhuǎn)速和曲軸位置。然而，在四個沖程發(fā)動機里曲軸轉(zhuǎn)動兩圈才是一個完整的720°循環(huán)。因此， 曲軸位置傳感器不能指示四沖程發(fā)動機上的發(fā)動機相位。曲軸在發(fā)動機循環(huán)期間將會兩次出現(xiàn)在完全相同 的位置上。此外，如果發(fā)動機控制器以同步方式運轉(zhuǎn)，其他傳感信息需要同步到720°循環(huán)。如果曲軸被鍵 入指示其位置而沒有其他傳感信息它只能依據(jù)360°循環(huán)或者單次曲軸旋轉(zhuǎn)來確定發(fā)動機位置。
3很多小發(fā)動機運用曲軸觸發(fā)器機構(gòu)來標示一個預(yù)先確定的曲軸位置以點火。利W這個機構(gòu)，曲軸每旋 轉(zhuǎn)360"火花塞就點火一次。這類系統(tǒng)lj曲軸位置傳感器有些類似，區(qū)別在丁-曲軸每轉(zhuǎn)一次只有一個信號指 示脈沖。有此特征的系統(tǒng)典艱特征不在丁-與發(fā)動機控制裝置相連，而在丁.這部分是一個獨立的點火系統(tǒng)。 象這樣，從一個循環(huán)到下一個循環(huán)幾乎沒有記憶存儲。由T曲軸可能加速和減速，這種系統(tǒng)無法預(yù)計發(fā)動 機注油的時間。然而，它們還是能在固定曲軸角位上觸發(fā)內(nèi)燃機點火系統(tǒng)。
為了確定發(fā)動機在四個沖程上的發(fā)動機相位，必須特別設(shè)置一個額外的傳感器用來與曲軸位置傳感器 相連。凸輪軸位置傳感器可用于確定發(fā)動機相位。凸輪軸旋轉(zhuǎn)速度為曲軸速度的一半并與曲軸機械連接。 因此，這兩個傳感輸入信息給發(fā)動機控制器提供發(fā)動機位置信息，同步旋轉(zhuǎn)到720°發(fā)動機循環(huán)。但曲軸位 置傳感器的固有特性決定了它沒有曲軸位置傳感器準確，因此典型的方法就是將它們組合在一起使用。
在大多數(shù)應(yīng)用中，這些都是相互分散和獨立的傳感器，每個傳感器一般單獨監(jiān)測發(fā)動機某一方面的情 況。因此，它們每個都要求有自己的接線、連接器和安裝方式。這些都增加了注油系統(tǒng)應(yīng)用實施的費用。
此外，如果曲軸位置傳感器因某一原因失效，而沒有備用傳感器可用的話還會導(dǎo)致發(fā)動機停止運轉(zhuǎn)。
如果可以減少發(fā)動機運轉(zhuǎn)所需的傳感器數(shù)量，就可在傳感器減少、工具減少、夾具減少、安裝時間縮 短及設(shè)計成本降低等方面節(jié)約成本。如果只需少數(shù)的傳感器就能準確控制燃油注入時間，就可更經(jīng)濟有效 地將此技術(shù)轉(zhuǎn)移到非注油發(fā)動機上，具有一定的實際意義和廣闊的市場應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于計量內(nèi)燃機內(nèi)氣流壓力和溫度的系統(tǒng)，可以方便快速準確的計量內(nèi)燃機 內(nèi)氣流壓力和溫度。
本發(fā)明第1種帶進氣壓力傳感器的發(fā)動機控制裝置的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的
這種發(fā)動機控制裝置，所述發(fā)動機包括氣缸、設(shè)置于所述氣缸內(nèi)的活塞以及與所述活塞相連的曲軸， 所述活塞在上止點位置和下止點位置之間做往復(fù)運動從而與氣缸構(gòu)成了一個燃燒室，所述燃燒室上設(shè)有進 氣閥門和用以點燃空氣燃油混合物的火花塞，所述進氣閥門根據(jù)曲軸角度位置定時開閉以控制空氣和燃油 的吸入，所述發(fā)動機吸氣系統(tǒng)上設(shè)有與所述進氣閥門相連接的吸氣室，所述吸氣室上設(shè)有用于調(diào)節(jié)進氣流 量的進氣節(jié)流閥和用于把計量過的燃油引入到吸入空氣中的電動控制注油器，其特征在于包括
(a) 與吸氣室相連以提供在進氣期間會波動的進氣壓力信號的壓力傳感元件；
(b) 壓力信號處理電路，所述壓力信號處理電路根據(jù)進氣壓力信號在每次進氣時至少發(fā)出一次計時脈 沖，以提示曲軸在發(fā)動機循環(huán)內(nèi)的角度位置，并通過計時脈沖間的時間間隔來反映發(fā)動機曲軸的速度，并 在此基礎(chǔ)上進行流量計算，該流量計算不必考慮進氣節(jié)流閥門或外部主流傳感器的物理位置；以及
(C)注油器驅(qū)動電路，所述注油器驅(qū)動電路根據(jù)至少一個計時脈沖和空氣流量信號發(fā)出注油器輸出信 號以讓注油器在發(fā)動機循環(huán)的選定期間內(nèi)打開必要的一段時間以便注入與吸入空氣成比例的燃油。 本發(fā)明第2種帶進氣壓力傳感器的發(fā)動機控制裝置的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的
這種發(fā)動機控制裝置，所述發(fā)動機包括氣缸、設(shè)置于所述氣缸內(nèi)的活塞以及與所述活塞相連的曲軸， 所述活塞在上止點位置和下止點位置之間做往復(fù)運動從而與氣缸構(gòu)成了一個燃燒室，所述燃燒室上設(shè)有進 氣闊門和用以點燃空氣燃油混合物的火花塞，所述進氣閥門根據(jù)曲軸角度位置定時開閉以控制空氣和燃油 的吸入，所述發(fā)動機吸氣系統(tǒng)上設(shè)有與所述進氣闊門相連接的吸氣室，所述吸氣室上設(shè)有用于調(diào)節(jié)進氣流 量的進氣節(jié)流閥和用于把計量過的燃油引入到吸入空氣中的電動控制注油器，其特征在于包括
(a) 與吸氣室相連以提供在進氣期間會波動的進氣壓力信號的壓力傳感元件；
(b) 壓力信號處理電路，所述壓力信號處理電路根據(jù)進氣壓力信號在每次進氣時至少發(fā)出一次計時脈 沖，以提示曲軸在發(fā)動機循環(huán)內(nèi)的角度位置，并通過計時脈沖間的時間間隔來反映發(fā)動機曲軸的速度；
(C)注油器驅(qū)動電路，所述注油器驅(qū)動電路根據(jù)至少一個溫度信號輸入和空氣流量信號發(fā)出注油器輸 出信號以讓注油器在發(fā)動機循環(huán)的選定期間內(nèi)打開必要的一段時間以便注入與吸入空氣呈比例的燃油而 不必考慮 進氣節(jié)流閥的物理位置。以及
(d)點火驅(qū)動電路，所述點火驅(qū)動電路發(fā)出點火輸出信號以在發(fā)動機工作循環(huán)內(nèi)定時點燃火花塞。
本發(fā)明的發(fā)動機供油控制方法的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的
這種發(fā)動機供油控制方法，所述發(fā)動機包括氣缸、設(shè)置于所述氣缸內(nèi)的活塞以及與所述活塞相連的曲 軸，所述活塞在上止點位置和下止點位置之間做往復(fù)運動從而與氣缸構(gòu)成了一個燃燒室，所述燃燒室上設(shè) 有進氣閥門和用以點燃空氣燃油混合物的火花塞，所述進氣閥門根據(jù)曲軸角度位置定時開閉以控制空氣和 燃油的吸入，所述發(fā)動機吸氣系統(tǒng)上設(shè)有與所述進氣閥門相連接的吸氣室，所述吸氣室上設(shè)有用于調(diào)節(jié)進氣流呈的進氣節(jié)流閥和WT把計呈過的燃油引入到吸入空氣中的電動控制注油器，其特征在丁、包括
(a) 提供一與吸氣室相迮的壓力傳感元件；
(b) 產(chǎn)生進氣壓力信號，所述進氣壓力信號在進氣期間進氣閥門打開時會波動；
(c) 根據(jù)進氣壓力產(chǎn)生發(fā)動機計時脈沖，以提示曲軸在發(fā)動機循環(huán)內(nèi)的角度位置，并通過計時脈沖間 的時間間隔來反映發(fā)動機曲軸的速度；
(d) 根據(jù)計時脈沖和進氣壓力信號產(chǎn)生發(fā)動機承載信號，而不必考慮進氣節(jié)流閥的物理位置；
(e) 根據(jù)至少一個計時脈沖和發(fā)動機承載信號產(chǎn)生注油器輸出信號；以及
(f) 使注油器根據(jù)注油輸出信號在發(fā)動機循環(huán)的選定期間內(nèi)打開必要的一段時間以便注入與吸入空氣 呈比例的燃油。
本發(fā)明第3種帶進氣壓力傳感器的發(fā)動機控制裝置的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的
這種發(fā)動機控制裝置，所述發(fā)動機包括氣缸、設(shè)置于所述氣缸內(nèi)的活塞以及與所述活塞相連的曲軸， 所述活塞在上止點位置和下止點位置之間做往復(fù)運動從而與氣缸構(gòu)成了一個燃燒室，所述燃燒室上設(shè)有用 于控制空氣和燃油吸入的進氣閥門和用于點燃空氣燃油混合物的火花塞，所述發(fā)動機吸氣系統(tǒng)上設(shè)有與所 述進氣閥門相連接的吸氣室，所述吸氣室上設(shè)有用于調(diào)節(jié)進氣流量的進氣節(jié)流閥，設(shè)于進氣節(jié)流閥和進氣
閥門間的壓力孔和用于把計量過的燃油引入到吸入空氣中的電動控制注油器，所述發(fā)動機控制裝置包括
(a) 與吸氣室內(nèi)的壓力孔相連以提供在進氣期間會波動的進氣壓力信號的壓力傳感元件，所述壓力傳 感元件附在發(fā)動機吸氣系統(tǒng)的線路板上并與壓力孔相毗連；
(b) 設(shè)置在電路板上的壓力信號處理電路，所述壓力信號處理電路根據(jù)進氣壓力信號在每次進氣時發(fā) 出至少一次計時脈沖和空氣流量信號而不必考慮進氣節(jié)流閥的物理位置，所述計時脈沖用于提示曲軸在發(fā) 動機循環(huán)內(nèi)的角度位置，并通過計時脈沖間的時間間隔來反映發(fā)動機曲軸的速度；并且
(c) 至少部分位于電路板上的注油器驅(qū)動電路，所述注油器驅(qū)動電路根據(jù)至少一個計時脈沖和空氣流 量信號發(fā)出注油器輸出信號以讓注油器在發(fā)動機循環(huán)的選定期間內(nèi)打開必要的一段時間以便注入與吸入 空氣呈比例的燃油。
本發(fā)明的用于計量內(nèi)燃機內(nèi)氣流壓力和溫度的系統(tǒng)的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的 這種用于計量內(nèi)燃機內(nèi)氣流壓力和溫度的系統(tǒng)，其特征在于包括
(a) 隨施加在其表面的流體壓力變化而變形的柔性基板；
(b) 設(shè)置在惠斯登電橋上并附在柔性基板上的可變電阻陣列，以使電阻器隨著施加在柔性基板上壓力 的變化而發(fā)生彈性變形和電阻變化，可變電阻的設(shè)置要使得穿過一對相對電橋電源端子的整體電橋電阻作 為壓力的一個函數(shù)保持恒定不變，而穿過一對相對輸出端子的電阻隨著壓力的變化而變化；以及
(C)溫控電路，所述溫控電路通過比較穿過一對相對電橋電源端子的整體電橋電阻和已知參考電阻來 產(chǎn)生溫度輸出信號，其特征在于溫度和壓力可以穿過單個電橋進行類似計量。 本發(fā)明的節(jié)氣門體組件的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的
這種在發(fā)動機上使用的節(jié)氣門體組件，所述發(fā)動機包括氣缸、設(shè)置于所述氣缸內(nèi)的活塞以及與所述活 塞相連的曲軸，所述活塞在上止點位置和下止點位置之間做往復(fù)運動從而與氣缸構(gòu)成了一個燃燒室，所述 燃燒室上設(shè)有進氣閥門和用以點燃空氣燃油混合物的火花塞，所述進氣閥門根據(jù)曲軸角度位置定時開閉以 控制空氣和燃油的吸入，所述發(fā)動機吸氣系統(tǒng)上設(shè)有與所述進氣閥門相連接的進氣通道和用于把計量過的 燃油引入到吸入空氣中的電動控制注油器，其特征在于包括
節(jié)氣門殼體，包括一與發(fā)動機吸氣通道配合工作的內(nèi)部通道，用于控制通過內(nèi)部通道空氣流量的節(jié)流 閥，節(jié)氣門體上設(shè)有壓力孔，所述壓力孔位于內(nèi)部通道內(nèi)節(jié)流閥的下游；以及
安裝在節(jié)氣f J殼體上與壓力孔毗連的的電路板，所述電路板上安裝有
(a) 與所述壓力孔相連的單一傳感元件，以提供進氣壓力信號和溫度信號；
(b) 信號處理電路，所述信號處理電路根據(jù)進氣壓力信號和溫度信號發(fā)出空氣質(zhì)量流量信號，而不必 考慮進氣節(jié)流閥或外部質(zhì)量流量傳感器的物理位置；以及
(c) 注油器驅(qū)動電路，所述注油器驅(qū)動電路至少根據(jù)空氣質(zhì)量流量信號來提供注油輸出信號以讓注油 器在發(fā)動機循環(huán)的選定期間內(nèi)打開必要的一段時間以便注入與吸入空氣呈比例的燃油。
本發(fā)明的顯著特點是利用單個進氣壓力傳感器來進行內(nèi)燃機的計時控制和進氣量計量。本發(fā)明是為在 單氣缸發(fā)動機使用而設(shè)計的，但也可應(yīng)用到且不限于，所有形式的存在進氣壓力波動的內(nèi)燃發(fā)動機。本發(fā) 明減少了通過監(jiān)測進氣壓力波動來確定發(fā)動機計時和操作特性所必需的傳感器數(shù)量。為了有效地給發(fā)動機計時，本發(fā)明可以用一個部件取代曲軸位置傳感器、凸輪位置傳感器、馬尼福爾 德空氣壓力傳感器和人氣壓力傳感器。通過這個技術(shù)，單獨的進氣壓力/溫度傳感器可以用來當(dāng)作計量燃 油和注入時間的獨立機構(gòu)。通過監(jiān)測進氣壓力波動，曲軸每旋轉(zhuǎn)兩次你就可以觀察到真空脈沖一次(這是 對四沖程發(fā)動機而言，在雙沖程發(fā)動機中毎轉(zhuǎn)一次可以看到一次)。這標示了一個特殊的曲軸位置以及進 氣閥門打開的時間。當(dāng)用微處理器實現(xiàn)時，可以用數(shù)學(xué)模型預(yù)測下次進氣時的進氣壓力的間隔時間。此外， 這個模型還可以預(yù)測曲軸下次循環(huán)到進氣壓力時的位置。有了這些計時信息，燃油計量和點火定時就可以 以非介入形式準確增加到發(fā)動機上，而不需要在發(fā)動機體上增加其他的傳感器。這會給那些想在現(xiàn)有產(chǎn)品 上增加注油技術(shù)的公司帶來更多的利益。
當(dāng)前很多小發(fā)動機的點火系統(tǒng)使用了某些形式的曲軸觸發(fā)器。如果曲軸觸發(fā)器或曲軸位置傳感器輸入 與本專利技術(shù)相結(jié)合，在發(fā)動機計時方面準確度和分辨率都會提高。單獨使用曲軸觸發(fā)器無法對發(fā)動機720° 循環(huán)(在四沖程應(yīng)用上)計時。而如果在曲軸觸發(fā)器之外增加進氣壓力波動信號的輸入就可以解決這個問 題。當(dāng)用微處理器實現(xiàn)時，系統(tǒng)可以用數(shù)學(xué)模型進行進氣壓力預(yù)測和監(jiān)測。通過這些信息，就可以獲得比 前述例子更高的準確性。運用這些計時信息，燃油計量和點火計時就能以非侵入形式準確地增加到發(fā)動機 上。這類系統(tǒng)相當(dāng)于在原有系統(tǒng)上增加了一項保險措施。如果兩個傳感器中的一個失效，另一個傳感器會 提供足夠的信號使發(fā)動機能夠繼續(xù)運轉(zhuǎn)，盡管分辨率會降低。這在那些不允許發(fā)動機失效的領(lǐng)域上應(yīng)用是 很有利的。
由于壓力傳感器放置在進氣口區(qū)，這可以讓發(fā)動機生產(chǎn)簡化。加工、工程和設(shè)計時間就不必過多地投 入在研究多個傳感器在發(fā)動機鑄件內(nèi)的布置上。這個控制系統(tǒng)對那些想在現(xiàn)有滲碳產(chǎn)品上增加注油系統(tǒng)的 生產(chǎn)商非常有利。本發(fā)明非侵入的特點使其可以應(yīng)用到工具、包裝或再設(shè)計費用太高以至于無法應(yīng)用標準 燃油注入的工程。
本發(fā)明的其他優(yōu)點可以從附圖及詳細說明中得到進一步的體現(xiàn)。


圖l是本發(fā)明一種單氣缸內(nèi)燃機示意圖，根據(jù)本發(fā)明所選具體實施例進行配置，進氣管和發(fā)動機的一 部分在圖的上部，發(fā)動機控制器在圖的左下部，發(fā)動機控制器、傳感器、注油系統(tǒng)和點火系統(tǒng)將兩部分連 接在一起；
圖2是圖1所示發(fā)動機吸氣系統(tǒng)的示意圖，其上安裝有壓力傳感器；
圖3是圖2所示壓力傳感器輸出信號與曲軸實際位置的計時關(guān)系說明圖4是本發(fā)明另外一種單氣缸發(fā)動機實施例的示意圖5是圖4所示本發(fā)明的節(jié)流閥組件的分解放大圖6是圖5所示的印刷線路板的下側(cè)；
圖7是節(jié)氣門組件放大剖視圖以圖示說明壓力傳感器、電路板和壓力口； 圖8是壓力/溫度傳感器的電路圖； 圖9是發(fā)動機控制器的結(jié)構(gòu)框圖；以及
圖10是圖示說明不同發(fā)動機承載等級條件下進氣壓力、進氣信號、火花和注油器輸出信號的計時關(guān) 系圖。
在圖中，IO內(nèi)燃機，12動力頭，14吸氣系統(tǒng)，15注油系統(tǒng)，16排氣系統(tǒng)，20氣缸體，22氣缸膛， 24活塞，25曲軸箱，26氣缸蓋，30曲軸，32連桿，34燃燒室，40進氣口， 44進氣閥門，46排氣閥門， 60節(jié)流板，62節(jié)氣門體位置傳感器，63進氣溫度傳感器，64進氣壓力傳感器，65火花塞，66節(jié)流板旋 轉(zhuǎn)軸，67注油器，68節(jié)流軸，69點火系統(tǒng)，70點火控制信號線，72注油控制信號線，74進氣壓力數(shù) 據(jù)線，76節(jié)氣門體位置數(shù)據(jù)線，78進氣溫度數(shù)據(jù)線，79曲軸位置數(shù)據(jù)線，80發(fā)動機控制單元(ECU) ， 86 排氣口， 88排氣管，90進氣室，92充氣室，94進氣流道，96吸氣通道，98節(jié)氣門體，IOO進氣閥門開啟， IOI排氣沖程，102進氣沖程，103壓縮沖程，104做功沖程，IIO進氣閥門閉合，112近似大氣壓力，115 發(fā)動機循環(huán)，120進氣壓力信號，125進氣閥門開啟，130進氣閥門閉合，140曲軸角位，145 360°曲軸旋 轉(zhuǎn)，148 720°發(fā)動機循環(huán)結(jié)束，150 0°曲軸旋轉(zhuǎn)，160第二個發(fā)動機實施例，162吸氣系統(tǒng)，164節(jié)氣門體， 165曲軸位置傳感器，166空氣入口， 168氣流道，170注油器，172節(jié)流葉片，174節(jié)流軸，176壓力孔， 178電路板，180蓋子，182壓力傳感器，184環(huán)管，186 0型密封圈，188、 190、 192、 194電元件，196、 198電源端子，200、 202中間端子，204惠斯登電橋，206溫度傳感電路，208微處理器，210運算放大器， 212晶體管。
具體實施例方式
圖1所示的是用在所有地面運動車輛(ATV成者四輪^輛)上使用的內(nèi)燃機IO。本發(fā)明也可應(yīng)用丁-其 他內(nèi)燃機應(yīng)用例子，如但不限于，個人船只、小氣艇、越野車、重型建筑設(shè)備、摩托車、草評拖拉機和氣 動堆場機具。
本發(fā)明所用的"Forward" 、 "Front"和"fore"詞都指排氣系統(tǒng)16的前邊，詞"rear", "reverse" 和"rearwardly"意思是指與前邊相對面，除非另有說明。
發(fā)動機10進行四沖程燃燒循環(huán)。如圖1所示，發(fā)動機10包括一個氣缸體20，包含氣缸膛22，在具 體實施例中，發(fā)動機10是單氣缸型。
需要注意的是發(fā)動機可以是任意類型的(V型、線型、W-型)，可以有其他數(shù)量的氣缸，也可以按照其 他原則運轉(zhuǎn)(雙沖程、旋轉(zhuǎn)、或柴油機型)。
活塞24在氣缸膛22中做往返運動，氣缸蓋組件26連接在氣缸體20的一端，包含帶活塞24和氣缸膛 22的單獨燃燒室34,氣缸體20的兩端用曲軸箱構(gòu)件封住(未顯示)，從而在內(nèi)部構(gòu)成了一個曲軸箱25。
發(fā)動機10包括吸氣系統(tǒng)14和排氣系統(tǒng)16,吸氣系統(tǒng)14用以向燃燒室34供應(yīng)空氣。
參考圖2，吸氣系統(tǒng)14包括設(shè)有的充氣室92的進氣室90，進氣流道94從充氣室92延伸，包含吸氣 通道96。吸氣通道96從充氣室92延伸到設(shè)于氣缸蓋組件26上的進氣口 40。
參考圖l，進氣口 40靠進氣閥門44打開和關(guān)閉，當(dāng)進氣口40打開，空氣從進氣通道96和進氣口40 流入燃燒室34。
充氣室92還可以包括朝外界空氣打開的進氣口 (未顯示)。充氣室92的進氣口還可以包括某種形式 的空氣過濾裝置(未顯示)。充氣室92的作用是充當(dāng)進氣消音器或空氣收集器。充氣室92定位在發(fā)動機10 的后面，進氣通道從充氣室92延伸到進氣口 40。
如圖2所示，節(jié)氣門體98在進氣流道94內(nèi)，節(jié)氣門體98支撐節(jié)流板60沿著節(jié)流軸68的節(jié)流板旋 轉(zhuǎn)軸66旋轉(zhuǎn)，并沿各自節(jié)氣門體98垂直延伸。
節(jié)流板60靠節(jié)氣門線纜運行(未顯示)。節(jié)氣門線纜連接到拇指油門(未顯示)，拇指油門可能在所有 地面車輛的手柄(未顯示)上。
參考圖1，節(jié)氣門體位置傳感器62設(shè)置在節(jié)流軸68的頂部，從節(jié)氣門體位置傳感器62發(fā)出的信號靠 發(fā)動機控制器ECU 80通過一節(jié)氣門體位置數(shù)據(jù)線76傳送，用于控制各種發(fā)動機運行，包括，但不限于， 燃油注入控制和點火定時，后面會進行說明。從節(jié)氣門體位置傳感器62出來的信號與發(fā)動機乘載和節(jié)氣 門體開啟相對應(yīng)。
空氣供應(yīng)通道96可以括繞過節(jié)流板60的旁路通道或閑置空氣供應(yīng)通道，盡管圖2中省略了該通道。 發(fā)動機10還可以包括由ECU 80控制的閑置空氣調(diào)節(jié)裝置(未顯示)。
運行時，把空氣引入動力頭12，并通過充氣室92的進口。在發(fā)動機10運行期間，空氣供應(yīng)量由節(jié)流 板60控制來滿足發(fā)動機10的要求。然后供應(yīng)的空氣通過進氣流道94流入到進氣口 。
如上所述，進氣閥門44設(shè)置在進氣口40處。當(dāng)進氣閥門44打開時，空氣供應(yīng)到燃燒室34作為空氣 供應(yīng)。在怠速時，節(jié)流板60—般是閉合的。因此，空氣通過由ECU80控制的閑置空氣調(diào)節(jié)裝置(未顯示) 進入進氣口40。閑置空氣在調(diào)節(jié)裝置中進行調(diào)節(jié)，隨后通過進氣口 40供應(yīng)到燃燒室34中。發(fā)動機10的 每分鐘轉(zhuǎn)速在怠工狀態(tài)下通過把節(jié)流板60的開度調(diào)小來調(diào)節(jié)。這是通過調(diào)節(jié)一套螺母(未顯示)來限制 節(jié)流板60繞軸66低速運行。
參考圖1，排氣系統(tǒng)16設(shè)置用于排放從發(fā)動機10的燃燒室34出來的燃燒氣體或廢氣。氣缸蓋組件26 包含排氣口90，靠排氣閥門46打開和關(guān)閉。當(dāng)排氣口86打開時，燃燒室34與單條排氣管88相通，引導(dǎo) 廢氣通過排氣系統(tǒng)12排出。
單獨的凸輪軸(未顯示)用來控制進氣閥門44和排氣閥門46的開關(guān)。凸輪軸有在預(yù)定的時間內(nèi)作用于 閥門44、 46上的凸輪，打開曲軸30，關(guān)閉進氣口 44和排氣口 90。凸輪軸是氣缸蓋組件的樞軸，靠鏈子 (未顯示)機械連接到曲軸30上。
如圖1所示，發(fā)動機10還包括注油系統(tǒng)15。注油系統(tǒng)15包括注油器67，注油器有一注射噴頭，暴 露在進氣口 40處以便燃油可以直接注入到燃燒室34。主要燃油存放于油箱(未顯示)內(nèi)，燃油通過供油系 統(tǒng)(未顯示)注入。燃油從油箱里被油泵(未顯示)吸出，經(jīng)過燃油過濾器(未顯示)。燃油壓力經(jīng)過燃油 壓力調(diào)節(jié)器(未顯示)調(diào)節(jié)，然后送入燃油軌(未顯示)，進入到注入器67,中注入到燃燒室34中。注油器不 用的多余燃油經(jīng)過燃油回流線返回到油箱中。注油脈沖的計時和持續(xù)時間由ECU 80顯示，下面會詳細說明。從注油器67山來的燃油和在進氣閥門44打開時吸入的空氣同時進入燃燒室34。
因為燃油壓力經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，ECU 80控制注油器67打開時間K;短，來計呈注入到注油器67的 燃油量。ECU80通過注油控制信號線72控制注油持續(xù)時間和注入計時。最好，注油器67有靠電磁作用打 開的噴嘴，這個在技術(shù)領(lǐng)域是已知的。因而注油控制信號線72根據(jù)ECU 80確定的注油持續(xù)時間和注入計 時發(fā)信號給電磁鐵讓它打開和關(guān)閉。
發(fā)動機10還包括一點火系統(tǒng)， 一般靠參考67的數(shù)字進行顯示?；鸹ㄈ?5固定到氣缸蓋組件26上， 暴露在燃燒室34外面?；鸹ㄈ?5在ECU 80確定的時間內(nèi)點燃燃燒室34內(nèi)的空氣燃油混合物。為了實現(xiàn) 這個目的，點火系統(tǒng)69最好在火花塞和火花塞控制線之間有一點火線圈(未顯示)。
發(fā)動機10最好包括一交流發(fā)動機(未顯示)用來發(fā)電。此外發(fā)動機10最好包括一電池(未顯示)用來 儲存交流發(fā)動機產(chǎn)生的電能，給ECU80、發(fā)動機傳感器(進氣溫度傳感器63、節(jié)氣門體位置傳感器62、進 氣壓力傳感器64、曲軸位置傳感器165)、燃油泵、注油器67、和點火線圈供應(yīng)電能。
未說明的是，發(fā)動機10還包括一反巻啟動器或電動啟動器驅(qū)動曲軸30使得發(fā)動機10運轉(zhuǎn)。發(fā)動機 IO以一定速度旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)可以用其自身電源進行。
典型的傳動是設(shè)置一發(fā)動機曲軸箱25(未顯示)鑄在這類發(fā)動機上。盡管沒有說明，能量是通過傳動耦 合于曲軸，并發(fā)送到車輛驅(qū)動系統(tǒng)來運轉(zhuǎn)的。
發(fā)動機IO最好還包括一潤滑系統(tǒng)(未顯示)。該潤滑系統(tǒng)為發(fā)動機10的某些部分進行潤滑，例如，但 不限于，帶曲軸箱25的曲軸30的連接桿32和氣缸膛22的內(nèi)壁。
發(fā)動機10最好還包括一冷卻系統(tǒng)(未顯示)用于冷卻氣缸體20和氣缸蓋26的加熱部分。冷卻水套(未 顯示)包含在氣缸體20內(nèi)，并且熱能與氣缸膛22相通，水泵(未顯示)將冷卻劑輸送到發(fā)動機IO和散熱 器(未顯示)中。
如上述所提，根據(jù)存儲在ECU 80中的各種各樣的控制圖，ECU 80控制發(fā)動機進行包括從注油器67注 入燃油和在固定時間內(nèi)點燃火花塞65的操作。為了確定適當(dāng)控制，ECU 80參照從各個傳感器收集到的數(shù) 據(jù)來運用存儲在ECU 80這些圖和索引。
任一種預(yù)期的控制策略都可以用來控制注油器67注油時間和持續(xù)時間以及點燃火花塞65的時間，然 而，可以參考一些有關(guān)發(fā)動機傳感和發(fā)動機控制傳感的討論。雖然，對于那些技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)驗人士可以理 解如何將不同的控制戰(zhàn)略與本發(fā)明應(yīng)用的配件相結(jié)合。
如圖l所示， 一臺曲軸位置傳感器165計量曲軸角度并將該數(shù)據(jù)傳送給ECU80,如示意圖所示。在說 明的具體實施例中，曲軸位置傳感器165是曲軸觸發(fā)器的形式，配置用于曲軸30每旋轉(zhuǎn)一次發(fā)射一個單 獨脈沖，從曲軸位置傳感器165發(fā)出的信號通過一曲軸位置數(shù)據(jù)線79傳送到ECU 80。發(fā)動機承載可以由 節(jié)流板60的角度進行傳感，并由節(jié)氣門體位置傳感器62傳感通過節(jié)氣門體位置數(shù)據(jù)線76傳送到EOJ80。
進氣溫度傳感器63計量進入進氣流道94的空氣溫度。進氣溫度傳感器63發(fā)出的信號通過進氣溫度 數(shù)據(jù)線78傳送到ECU 80。進氣壓力傳感器64在節(jié)流板60和進氣口 40之間連接到進氣流道94上，計量 在空氣供給通道96中的進入空氣量。進氣壓力傳感器64的計量數(shù)據(jù)通過進氣壓力數(shù)據(jù)線74傳送到ECU 80。
所述的傳感條件只是控制傳感的部分條件，當(dāng)然還可以提供其他一些可行的傳感器，例如，但不限于， 氧氣傳感器、燃油壓力傳感器、燃油溫度傳感器、發(fā)動機冷凍劑溫度傳感器、油壓傳感器、大氣壓力傳感 器和凸輪位置傳感器。
ECU80根據(jù)每個控制圖計算和處理從每個傳感器檢測到的信號。ECU80給注油器67和火花塞65發(fā)出 控制信號。如示意圖l所示各自控制線獲取這些控制信號。
如上所述，ECU80確定適當(dāng)?shù)淖⒂统掷m(xù)時間以便按預(yù)定空燃比提供燃油。因而，注油持續(xù)時間部分由 空氣供應(yīng)通道96內(nèi)的空氣供應(yīng)量決定。通過供應(yīng)空氣通道96的供應(yīng)空氣質(zhì)量流率是由ECU80和由注油器 67按照化學(xué)計量比注入的燃油量確定的，化學(xué)計量比是由ECU80和注油控制信號線72確定的。
在發(fā)動機10運轉(zhuǎn)期間，ECU80從進氣壓力傳感器64發(fā)出的信號進行抽樣，來確定曲軸位置140,當(dāng)曲 軸30從曲軸旋轉(zhuǎn)150位置旋轉(zhuǎn)0°，旋轉(zhuǎn)360°到曲軸旋轉(zhuǎn)位置145,旋轉(zhuǎn)720°到曲軸旋轉(zhuǎn)位置148。兩個 360°到曲軸旋轉(zhuǎn)位置145和720"到曲軸旋轉(zhuǎn)位置148都是人們所知的上止點，活塞24在氣缸膛22內(nèi)最遠 位置。從曲軸位置傳感器165發(fā)出的監(jiān)測信號增加分辨率來確定曲軸位置140。參考圖3，在四沖程發(fā)動 機10的進氣沖程102期間，進氣壓力信號120隨著進氣閥門在100位置開啟和在110位置關(guān)閉而波動。 在進氣沖程102期間，進氣閥門44打開允許空氣/燃油從進氣口 40流入到燃燒室34，在從進氣壓力傳感器64產(chǎn)生的進氣壓力信號120上產(chǎn)生壓力波動100?；钊?4移到氣缸膛22的底部位置，進氣閥門44關(guān) 閉在從進氣壓力傳感器64發(fā)出的進氣壓力信號120上產(chǎn)生壓力波動110。
在本實施例中，從進氣壓力傳感器64發(fā)出的進氣壓力信號100到110是在四沖程發(fā)動機10每做兩 個完全曲軸旋轉(zhuǎn)時觀察一次。在這些壓力波動之間的時差指示發(fā)動機速度N，可以用ECU80計算出來。此 外，壓力波動100到110允許ECU80確定發(fā)動機在720°發(fā)動機循環(huán)中的相位，進氣閥門44在四沖程曲軸 30每做兩個完全旋轉(zhuǎn)時打開一次。在壓縮沖程103、做功沖程104、和排氣沖程101期間，由進氣壓力傳 感器64傳感的進氣壓力接近外部大氣壓力112。
為了確定適當(dāng)?shù)陌l(fā)動機計時，以讓ECU80從注油器67注入燃油或點燃火花塞65, ECU80必須有發(fā)動 機特征的數(shù)學(xué)模型，用從進氣壓力傳感器64以及可選的曲軸位置傳感器165發(fā)出的數(shù)據(jù)輸入來確定發(fā)動 機10運轉(zhuǎn)時的曲軸位置140。模型的例子，例如，但不限于，在前面的進氣壓力信號的進氣壓力波動100 到110循環(huán)115時曲軸所在位置上應(yīng)用可預(yù)測的模型，預(yù)測到下一個循環(huán)125到130時的曲軸位置。應(yīng)用 此模型，發(fā)動機每個循環(huán)115的計時是根據(jù)上一個內(nèi)燃機循環(huán)時間所定?？梢赃\用其他控制算法，不限于， 用本發(fā)明相同技術(shù)來傳感發(fā)動機速度N、相位、及位置。
應(yīng)注意，進氣壓力信號也許有其他小的波動(未顯示)，取決于發(fā)動機10的運行條件。這些波動可以 以信號噪音方式采集，可以用ECU80內(nèi)的電子過濾器削弱，或者用ECU80自身的軟件進行數(shù)字處理萊削弱 其預(yù)定頻率。包含任何被動處理的光滑信號，時間會延遲并且削弱的噪音可能會被引入到現(xiàn)有的空氣壓力 信號中，發(fā)送給ECU80。
本發(fā)明選擇的內(nèi)燃機160的第二個具體實施例利用圖4的橫截面圖進行說明。發(fā)動機160進氣系統(tǒng)區(qū) 域與圖l發(fā)動機的不同。相似的部件使用相同的編號。在發(fā)動機160中，進氣系統(tǒng)162取代了前面所述的 吸氣系統(tǒng)14。進氣系統(tǒng)162由節(jié)氣門體組件164組成，清潔的空氣入口 166連接到一臺常規(guī)空氣過濾器上， 進氣流道168設(shè)置在節(jié)氣門體組件164和發(fā)動機進氣口 40之間。進氣流道168位置可選，可以在注油器 170位于節(jié)氣門體組件164內(nèi)也可以在發(fā)動機蓋毗鄰的進氣口 40內(nèi)。在說明的具體實施例中，進氣流道 168用來斜斜安裝電子注油器170，以便可以朝著進氣閥門44的方向向進氣口噴入燃油。電子注油器170 常規(guī)設(shè)計有一與加壓燃油源頭的常規(guī)連接，內(nèi)部有靠電子控制信號控制的電磁螺線管。螺線管調(diào)節(jié)通過噴 嘴的燃油流量，大約是發(fā)動機最大的燃油需求量。最好，進氣流道168由填充塑料的玻璃組成，在發(fā)動機 氣缸蓋和節(jié)氣門體164以及注油器170之間熱敏斷開。
節(jié)氣門體164還有一以常規(guī)方式機械聯(lián)結(jié)的普通蝶型節(jié)流葉片172繞由節(jié)流軸174旋轉(zhuǎn)。節(jié)氣門體164 帶有壓力孔176，與說明的進氣流道相通。壓力口位于進氣閥門44和節(jié)流葉片172中間，為了在進氣時進 氣閥門打開期間在進氣流道中接觸到壓力波動。安裝在節(jié)氣門體上與壓力孔176相毗鄰，是電路板178和 相應(yīng)的蓋子180。圖5和7展示了節(jié)氣門體的更多細節(jié)，節(jié)氣門體164和蓋子180共同定義電路板178所 放置的腔室。
如圖6所示，包含延伸的環(huán)管184的壓力傳感組件182安裝在電路板178的下面。如橫截面?zhèn)纫晥D7 所示，安裝到對電路板上的環(huán)管184通過彈性O(shè)-型密封圈186密封安裝在節(jié)氣門體164上。O-型密封圈 186是以環(huán)狀方向布置在節(jié)氣門體164上，延伸到壓力孔176。當(dāng)然，其他常規(guī)密封機構(gòu)也可以用來連接 電路板和節(jié)氣門體，這個技術(shù)領(lǐng)域的普通人員就會知道。彈性密封件186能使電路板178對可移動地附在 節(jié)氣門體164上密封連接到壓力傳感器180上，封住壓力孔176的一個端口。壓力孔176足夠大以便能夠 承受沒有經(jīng)過明顯削音或延遲的進氣流道內(nèi)的壓力波動。通過直接將壓力傳感器安裝到一個電路板178上， 系統(tǒng)的接線數(shù)量、費用和尺寸都可以降低，安裝過程大大簡化。最好，實質(zhì)上整個燃油和火花控制電路， 可以合并在電路板178上。這能實現(xiàn)使用常規(guī)表面安裝電子元件和微處理器。
最好，壓力傳感器由惠斯登電橋電阻裝置組成，有四個壓力可變敏感電阻元件。圖8是電橋電路結(jié) 構(gòu)示意圖。四個壓力可變敏感電阻元件排列在一設(shè)置有電阻元件188， 190， 192和194的常規(guī)惠斯登電橋 上，以便穿過相對的電源端子的電阻元件196和198保持作為壓力函數(shù)保持相對恒定，而穿過相對的中間 端子電阻元件200和202與壓力成正比改變。
說明的常規(guī)惠斯登電橋輸出電路204產(chǎn)生輸出電壓信號VP，該電壓信號與施加在壓力傳感器182上的 壓力成正比。在圖右側(cè)說明的溫度傳感器電路206提供一個相對地簡單的方式來確定壓力傳感器182的溫 度，無需獨立溫度探針。輸出溫度傳感器電路206產(chǎn)生電壓信號VT，該信號作為溫度的一個函數(shù)而變化。
壓力傳感器元件182由設(shè)置在惠斯登電橋上的四個相互平衡的壓力可變敏感電阻元件188、 190、 192 和194組成。這種類型傳感器可從Intersema SA Sensoric公司買到，輸出信息數(shù)據(jù)表上說明有"MS54XX(RollS water)Miniature SMD壓力傳感器"，6月29曰，2005年，這里列出供參考。這些元件 安裝到一個隨進氣壓力而改變的柔性基板上。這些元件隨著壓力的變化彈性變形，導(dǎo)致相應(yīng)的電阻變化。 電橋的整體電阻(在196和198之間)隨著壓力變化保持恒定。電橋輸出(端子200到202之間)電壓區(qū) 別，該區(qū)別勾施加在傳感元件182上的壓力成正比。這個配置有計算環(huán)境溫度和真空壓力的能力，被認為 是絕對壓力傳感器。
在技術(shù)領(lǐng)域，眾所周知的是電阻壓力傳感元件，特別壓阻式材料，電阻與元件溫度有關(guān)。溫度改變， 電橋的整體電阻也成正比改變。這種與溫度的相關(guān)性特別適用于壓力計量中溫度校正。
用這些裝置測量溫度或壓力的通用方法要求電橋隨著電流施加偏壓用來測量溫度，隨著電壓測量壓力。 照這樣，在任意給定時間內(nèi)一次只能測量其中的一個(溫度或者壓力)。
本發(fā)明所選具體實施例可以用一個單獨的傳感元件同時適時測量溫度和壓力。使用溫度傳感線路26， 包括空氣運算放大器210和晶體管212電橋電壓(VBR)保持恒定盡管總體電橋電阻隨相應(yīng)溫度而變化。通 過晶體管212電流與通過電橋的電流成正比。該電流通過電阻器Rl和產(chǎn)生與電橋電阻變化成正比的電壓 (VT)，從而測量電橋溫度。
已經(jīng)知道電橋元件溫度的校正取決于壓力信號。元件溫度還與暴露的氣流溫度有很大關(guān)系，從而顯示 系統(tǒng)的進氣溫度。該具體實施例可以不用處理傳統(tǒng)MAP傳感器技術(shù)的時間延遲就可以適時計量進氣溫度和 進氣壓力波動。當(dāng)該具體實施例顯示電阻元件時，該設(shè)計可以用其它含電容單元的壓力傳感裝置來實施。
為了提供所選微處理器208所需的直接輸入信息，壓力輸出信號VP和溫度輸出信號VT范圍都在0 到3.3伏，選擇性顯示在圖9中。在本發(fā)明所選的具體實施例中，ECU中使用了常用的常規(guī)微處理器，當(dāng) 然，其他類型的微處理器或各種半導(dǎo)體組合也可以應(yīng)用到本發(fā)明中。提供給微處理器的基本輸入信息是壓 力信號和溫度信號。根據(jù)這些有限信息，微處理器能夠產(chǎn)生注油器輸出信息VF，該信息與常規(guī)注油器驅(qū)動 器線路相通，運行注油器螺旋線圈。微處理器最好還能產(chǎn)生火花輸出信息VsPK，與常規(guī)點火線圈驅(qū)動器電 路相通，點燃火花塞。本發(fā)明還可以用于有有磁點火或其他單獨點火系統(tǒng)的發(fā)動機。
壓力輸入信號在圖10中圖解為曲軸角度的一個函數(shù)。由于發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中進氣閥門開閉，進氣壓 力信號IP顯著波動。低于大氣壓的低壓偏移在低承載要求下最顯著，當(dāng)節(jié)氣門閉合低氣流進入氣缸。在 發(fā)動機承載高時，節(jié)氣門打開，低壓偏移較不明顯，但仍可察覺。如圖10右側(cè)所示的當(dāng)壓力接近大氣壓 時，進氣壓力信號開始發(fā)出，在上止點之前很短時間內(nèi)，進氣流道壓力就開始下降。特別是最小進氣流道 壓力發(fā)生在活塞速度最大的上止點和活塞速度是零的下止點后90°之間。
進氣壓力的形狀隨速度、承載和發(fā)動機幾何形狀變化，但對于任何一種指定發(fā)動機，都不需要安裝發(fā) 動機曲軸或凸輪軸位置傳感器就可以不斷形成進氣壓力波來提供發(fā)動機計時信息。
通過在微處理器208軟件中植入一系列閥值過濾器，會產(chǎn)生一個矩形波進氣波浪形式IS。進氣信號 IS開始高， 一旦進氣壓力IP信號被閥值X從最高水平下降，該信號降低到低態(tài)。 一旦進氣壓力信號達到 它最小點，且增加閥值Y，進氣信號IS回歸到高態(tài)。進氣信號低態(tài)一般與進氣閥門打開相對應(yīng)。
微處理器208在進氣時使用下降量值和進氣壓力VP來評估進氣質(zhì)量。假定進氣體積為發(fā)動機排量， 平均進氣壓力估計為比最小進氣壓力的三分之二還小的大氣壓力，在進氣時進行觀察，如圖IO說明的IPa 點所示。最好，估計的吸入空氣質(zhì)量根據(jù)進氣溫度輸出VT從溫度電路206進行調(diào)整，調(diào)整到進氣溫度。
一旦進氣質(zhì)量估計出來，需要的燃油就可以根據(jù)既定的空燃比確定。這可以從一張簡單的對照表上看 出，該表上有注油器注油持續(xù)時間以及對應(yīng)每次空氣質(zhì)量容積表項。注入時間當(dāng)然跟注油噴嘴尺寸和公稱 油壓有關(guān)。噴嘴口徑越大，或油壓越大，根據(jù)觀察的進氣質(zhì)量注入對應(yīng)比例的所需燃油所持續(xù)時間就越短。
理想狀況下，燃油將在進氣閥門關(guān)閉期間被注入。當(dāng)選擇這個控制戰(zhàn)略時，其他注入時間也可以使用。 大家都認為在進氣閥門關(guān)閉時間間隔的中間時間注油可以獲得最好最穩(wěn)定發(fā)動機性能和最佳排放?；蛘?， 在進氣閥門關(guān)閉時間窗口隨后注入，甚至在高載狀態(tài)下與閥門打開時間內(nèi)同時注入。
在圖10中，圖示了在平均承載、輕承載和重發(fā)動機承載下的三個不同注油器信號FI。根據(jù)圖中說明， 注油器脈沖持續(xù)時間隨發(fā)動機承載發(fā)生變化，脈沖基本保持在進氣閥門關(guān)閉時間窗口內(nèi)的中間?；鸹ㄝ敵?信息SPK以平均狀態(tài)，低負荷和高負荷狀態(tài)分別進行說明。最好，火花相對上止點的前進會隨發(fā)動機承載 和發(fā)動機速度改變。輕發(fā)動機承載需要火花做更多位移，發(fā)動機速度要高。用常規(guī)方法做實驗確定最適宜 火花位移，制作一張標準速度載荷表。發(fā)動機運行期間從表中實時査找火花，并且最好在最近的速度和承 載狀態(tài)之間?；鸹ㄝ敵雒}沖SPK發(fā)送到常規(guī)火花驅(qū)動器電路以標準方式點燃火花塞，如在時間可變電子火 花點火發(fā)動機中所做一樣。
10在某些瞬變的發(fā)動機加速情況下，運用進氣壓力形狀來確定發(fā)動機計時，計時錯誤可能有5"。當(dāng)這個在 控制注油時間方面是完全可接受的，在穩(wěn)定狀態(tài)下，為了獲得最佳做功和最少排放，最好，點火提前時間 錯誤不超出1°或2('。相應(yīng)地，在點火定時需要改進的地方，曲軸每旋轉(zhuǎn)一次把傳感器所在位置簡單向最大 火花前進位置多調(diào)一點，以便可以用最小加速度錯誤準確確定點火時間。當(dāng)然，可以使用多個傳感器或多 個計時輪來獲得更精確的效果，但，曲軸每旋轉(zhuǎn)一次把傳感器大概位置簡單向最大火花前進位置多調(diào)一點 可以把點火定時錯誤最小化。
發(fā)動機還可以帶所有發(fā)動機溫度傳感器給微處理器提供發(fā)動機溫度輸入。發(fā)動機溫度在發(fā)動機冷啟 時可以用來向下調(diào)節(jié)燃油比(來增加燃油量)。這個特點當(dāng)然是可選的，所有發(fā)動機都可以簡單帶有常規(guī) 人工油嘴。
本發(fā)明特別適合對發(fā)動機或發(fā)動機組件做最少改變就將常規(guī)增碳發(fā)動機轉(zhuǎn)化為電于控制燃油注入和 火花點火發(fā)動機。該技術(shù)使得發(fā)動機制造商可以在同樣裝配線上簡單從生產(chǎn)電子燃油注入和火花引爆控制 轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)增碳發(fā)動機和電子燃油注入發(fā)動機。這種轉(zhuǎn)換到電子燃油注入發(fā)動機的原因之一是非常經(jīng)濟， 本發(fā)明所選的具體實施例可以只根據(jù)進氣壓力而無需電動油門位置控制傳感器就能準確估計燃油供應(yīng)質(zhì) 量、發(fā)動機承載。本發(fā)明可以根據(jù)進氣壓力和溫度不需要質(zhì)量流量計就能準確估算空氣供應(yīng)質(zhì)量。同樣， 本發(fā)明無需使用常規(guī)曲軸和凸輪軸位置指示器還能計算所有進氣信號，在進氣閥門打開時標示發(fā)動機時 間。為了控制成本，本系統(tǒng)設(shè)計用最少傳感器輸入，當(dāng)然在使用本發(fā)明時你隨時都能增加更多的傳感器輸 入，只是有些性能重復(fù)而已。
本發(fā)明解釋的是在單氣缸發(fā)動機上的應(yīng)用，本發(fā)明也可以很容易適用于有兩個個或更多氣缸的發(fā)動 機。在多缸發(fā)動機中，進氣壓力口最好位于相對清潔的地方用一個進氣流道里因其它進氣產(chǎn)生的最小壓力 波動來測量壓力。由于所有氣缸的進氣火花和注入時間都是發(fā)動機設(shè)計兒何函數(shù)，可以是用單個壓力輸入 來給所有氣缸提供燃油和點火。
此外，本發(fā)明的方法用于控制方法更復(fù)雜的發(fā)動機進行注油器和點火定時控制，如用于一個有氧氣傳 感器、空氣質(zhì)量傳感器和節(jié)氣門體位置傳感器的閉合回路燃油控制發(fā)動機。這個系統(tǒng)在發(fā)動機任何常規(guī)輸 入裝置出現(xiàn)故障時，能使發(fā)動機在開環(huán)模式下運行一段時間直到損壞傳感器被修理好。
當(dāng)然，前述的有關(guān)本發(fā)明的某些特點和優(yōu)點，都可以在不偏離本發(fā)明范圍而進行改動和變更。所例舉 說明的本發(fā)明的具體實施例，對于技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人士是可以做進一步修改和完善的。所有保留在本發(fā)明 的權(quán)利要求基本原則內(nèi)的改進屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明的保護范圍是由權(quán)利要求所確定的。
權(quán)利要求
1、一種用于計量內(nèi)燃機內(nèi)氣流壓力和溫度的系統(tǒng)，其特征在于包括(a)隨施加在其表面的流體壓力變化而變形的柔性基板；(b)設(shè)置在惠斯登電橋上并附在柔性基板上的可變電阻陣列，以使電阻器隨著施加在柔性基板上壓力的變化而發(fā)生彈性變形和電阻變化，可變電阻的設(shè)置要使得一對相對電源端子的全橋等效電阻作為壓力的一個函數(shù)保持恒定不變，而一對相對輸出端子的等效電阻隨著壓力的變化而變化；以及(c)溫控電路，所述溫控電路通過比較一對相對電橋電源端子的全橋等效電阻和已知參考電阻來產(chǎn)生溫度輸出信號，其特征在于溫度和壓力可以穿過單個電橋進行類似計量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于所述可變電阻是壓阻元件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于所述壓阻元件以加-減-加-減的形式設(shè)置在電橋周圍。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述溫控電路還包括一個遠離柔性基板位置上的參考 電阻。
全文摘要
本發(fā)明一種用于計量內(nèi)燃機內(nèi)氣流壓力和溫度的系統(tǒng)，其特征在于包括(a)隨施加在其表面的流體壓力變化而變形的柔性基板；(b)設(shè)置在惠斯登電橋上并附在柔性基板上的可變電阻陣列，以使電阻器隨著施加在柔性基板上壓力的變化而發(fā)生彈性變形和電阻變化，可變電阻的設(shè)置要使得一對相對電源端子的全橋等效電阻作為壓力的一個函數(shù)保持恒定不變，而一對相對輸出端子的等效電阻隨著壓力的變化而變化；以及(c)溫控電路，所述溫控電路通過比較一對相對電橋電源端子的全橋等效電阻和已知參考電阻來產(chǎn)生溫度輸出信號，其特征在于溫度和壓力可以穿過單個電橋進行類似計量?？梢苑奖憧焖贉蚀_的計量內(nèi)燃機內(nèi)氣流壓力和溫度。
文檔編號F02D41/34GK101629528SQ20091016378
公開日2010年1月20日 申請日期2007年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月14日
發(fā)明者凱爾·E·E·夏吾爾斯特, 托馬斯·I·帕特郁斯 申請人:電噴公司