CN102297030A - 一种汽车发动机的电动增压装置及电动增压方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于汽车电动控制系统领域，提供了一种汽车发动机的电动增压装置及增压方法。所述汽车发动机的电动增压装置包括：发动机转速传感器、爆震传感器、节气门位置传感器、氧传感器、单片机以及增压电机，所述发动机转速传感器采集发动机曲轴的位置信号通过处理输出发动机转速信号，所述爆震传感器输出发动机的爆震信号，所述节气门位置传感器间接提供了油门大小的信号，氧传感器检测发动机的排气中氧的浓度大小，所述单片机根据上述四个传感器的输出信号，实时控制电动增压电机的转速。这样，就随着汽油发动机的转速变化，增压电机的转速也发生变化，从而使增压量与汽油发动机的转速到达匹配状态。

Description

一种汽车发动机的电动增压装置及电动增压方法

技术领域

本发明属于汽车电动控制系统领域，尤其涉及一种电机转速能根据发动机实时工况自动适应的汽车发动机的电动增压装置及方法。

背景技术

随着社会的不断发展，人们对车辆的要求也越来越高，一辆动力强劲且省油的车成为了众多人的追求，发动机增压技术就是在这样的一个环境中产生了。现今汽车社会里存在两大增压技术阵营，那就是涡轮增压和机械增压。电动增压是近几年来新兴的一种发动机增压技术。由于电动增压的主体是电机，这就注定了电动增压较涡轮增压和机械增压有着更灵活的控制和更广阔的应用前景。

但是，现阶段出现的电动增压的技术还是比较低下的，离被广大汽车厂商接受还有很远的路要走。现今市面上出现的电动增压方案大多数都是直接从蓄电池取电，带动一个有刷电动机，电动机再带动扇叶压缩空气；也有一些先进一些的方案是采用直流无刷电动机带动扇叶按油门大小成比例地控制电机转速。

由于有刷电机的结构和原理，决定了它的转速不会太高，转速不高自然使得增压值不大，增压效果不明显等，所以使用有刷电机的电动增压技术基本已经淘汰了。

无刷电机转速虽然可以达到很高，但必须要对转速加以控制才可以发挥出其作用。汽油发动机的转速范围广，工况变化频繁，不同的转速所需的进气量也不相同。如果无论发动机在何种转速下增压电机的转速都是固定不变，那么就会造成发动机低转速时增压过量，发动机的爆震倾向增加。但在发动机高转速时增压量不足，甚至当增压电机所产生的进气量少于发动机所需的进气量时，就会使发动机在高转速时无力或者发喘，影响发动机应有的动力输出。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例的目的在于提供一种汽车发动机的电动增压装置。

本发明实施例是这样实现的，一种汽车发动机的电动增压装置，所述汽车发动机的电动增压装置包括：发动机转速传感器、爆震传感器、节气门位置传感器、氧传感器、单片机以及增压电机，

所述转速传感器、爆震传感器、节气门位置传感器、氧传感器均连接到所述单片机的输入端，所述单片机的输出端与增压电机相连，

所述发动机转速传感器采集发动机曲轴的位置信号通过处理输出发动机转速信号，所述爆震传感器输出发动机的爆震信号，所述节气门位置传感器间接提供了油门大小的信号，氧传感器检测发动机的排气中氧的浓度大小，所述单片机根据上述四个传感器的输出信号，实时控制电动增压电机的转速。

进一步地，所述电动增压装置还包括：

爆震转速调整模块，用于当爆震传感器检测到发生爆震时，发出控制信号对增压电机的转速进行调整；

增压电机转速记录模块，用于记录汽油发动机在各种转速下，经过爆震调整后的增压电机的转速，

所述爆震转速调整模块和增压电机转速记录模块集成在所述单片机中，或者，存储在电动增压装置的由单片机执行的存储器中。

进一步地，所述电动增压装置还包括：

快速电动增压模块，用于在汽油发动机启动后，根据增压电机转速记录模块的记录数据，调用当前汽油发动机的转速下对应的增压电机转速。

进一步地，所述节气门位置传感器上集成有怠速信号和节气门位置信号，所述怠速信号用于在发动机怠速或启动前给单片机信号，单片机根据所述怠速信号，在发动机启动前将电动增压打开，使发动机在启动前即获得一定的进气压力，利于发动机的启动。

本发明实施例的另一目的在于提供一种汽车发动机的电动增压方法，包括以下步骤： 

发动机转速传感器采集发动机曲轴的位置信号通过处理输出发动机转速信号；

爆震传感器输出发动机的爆震信号；

节气门位置传感器间接提供了油门大小的信号；

氧传感器检测发动机的排气中氧的浓度大小；

单片机根据上述四个传感器的输出信号，实时控制电动增压电机的转速。

进一步地，所述方法还包括：

当爆震传感器检测到发生爆震时，发出控制信号对增压电机的转速进行调整；

记录汽油发动机在各种转速下，经过爆震调整后的增压电机的转速。

进一步地，所述方法还包括：

在汽油发动机启动后，根据记录的经过爆震调整后的增压电机的转速数据，调用当前汽油发动机的转速下对应的增压电机转速来直接设置增压电机。

在本发明的实施例中，通过采集当前汽油发动机的多个参数，调整增压电机的转速。这样，就随着汽油发动机的转速变化，增压电机的转速也发生变化，从而使增压量与汽油发动机的转速到达匹配状态。

附图说明

图1是本发明实施例提供的汽车发动机的电动增压装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的根据爆震传感器调整增压电机的转速的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于单纯的增压电机转速与发动机转速成比例变化是很粗略的。精确的控制方式是结合发动机转速传感器、节气门位置传感器、爆震传感器和氧传感器等组成一个闭环的控制回路随时调节增压电机转速。

图1示出了本发明实施例提供的汽车发动机的电动增压装置的结构， 

本装置针对直流无刷电机为控制主体，本装置包括发动机转速传感器、爆震传感器、节气门位置传感器、氧传感器、单片机（大容量、高速的）、增压电机，所述转速传感器、爆震传感器、节气门位置传感器、氧传感器均连接到所述单片机的输入端，所述单片机的输出端与增压电机相连。

发动机转速传感器负责采集发动机曲轴的位置信号通过处理得到发动机转速信号，发动机转速传感器向单片机提供了实时的发动机转速信号。爆震传感器向单片机提供了发动机的爆震信号，单片机再根据爆震的强弱和大小进行相应的处理。节气门位置传感器间接提供了油门大小的信号，向单片机表明了驾驶员的意图，便于进行人机交流。氧传感器通过检测发动机的排气中氧的浓度大小，向单片机提供了发动机内混合气是否完全燃烧的依据。单片机根据上述四个传感器的信号，实时控制电动增压电机的转速大小。当然，作为本发明的实施例，也可以采用四个传感器的信号中的部分信号。

作为本发明的实施例，电动增压装置还包括：爆震转速调整模块，用于当爆震传感器检测到发生爆震时，发出控制信号对增压电机的转速进行调整；增压电机转速记录模块，用于记录汽油发动机在各种转速下，经过爆震调整后的增压电机的转速。所述爆震转速调整模块和增压电机转速记录模块集成在所述单片机中，或者，存储在电动增压装置的由单片机执行的存储器中（即爆震转速调整模块、增压电机转速记录模块为计算机程序指令，由单片机执行）。

作为本发明的实施例，所述电动增压装置还包括：快速电动增压模块，用于在汽油发动机启动后，根据增压电机转速记录模块的记录数据，调用当前汽油发动机的转速下对应的增压电机转速。

由于汽车发动机的转速可以达到很高，一般可以达到7000转每分钟，为了不影响电机的响应速度，本发明的单片机采用大容量、高速的单片机。  

其中，节气门位置传感器上集成有怠速信号和节气门位置信号，怠速信号用于在发动机怠速或启动前给单片机信号，单片机根据这个信号，在发动机启动前将电动增压打开，使发动机在启动前即获得一定的进气压力，利于发动机的启动。在怠速时，保持一定的增压量有助于发动机的平稳运行和降低排放。作为本发明的实施例，在车辆行驶期间，单片机根据节气门位置信号的大小（即油门大小）和爆震信号按一定的算法比例，调节电动增压电机的转速，使得发动机在不同工况都可以获得合适的进气压力。作为本发明的实施例，单片机根据节气门位置信号的大小（即油门大小）和爆震信号按一定的算法比例调节增压电机的转速具体包括：根据不同排量的汽油发动机可以设定一个对应的比例系数k，当单位时间内获得的爆震信号不同，k值会进行相应的减少。当爆震信号越多，则k值越小。将节气门信号大小设为D。电机转速R=k*D。

为克服因增压而带来的爆震倾向的增大，本发明采用了消除爆震的电动增压电机转速的自适应控制。通过爆震传感器检测其爆震信息，将输出波形进行滤波处理，并判定有无爆震发生以及爆震发生的强弱，然后由单片机进行电机转速控制。首先降低发生爆震时的增压电机转速，待爆震消除后，自适应地逐步增加增压电机的转速，使发动机处于既不发生爆震，又处于较为理想的增压工作状态。采用爆震控制以后，可以在避免发生爆震的前提下，最大限度地增大发动机进气压力，发挥发动机潜能。

由于不同的汽油发动机有不同的工作特性，即使是同一发动机在不同地区或不同时期也有不同的工作特性，所以自适应学习功能是很重要的。在本发明实施例中，单片机能够记录下不同转速下经过爆震调整后的电机转速，多个不同转速下的电机转速数据组成了一个发动机转速——电机转速的数据库储存在单片机内。这样，在下次发动机运行时直接调用数据库中的相应数据，加快了电动增压的响应速度。当在调用数据库时，偶尔的爆震不会影响增压电机的转速。但当在一个单位时间内多次发生爆震时，说明了发动机的使用环境发生了改变或发动机本身的性能发生了改变，此时，单片机会再次根据爆震信号调整电机转速，在调整完成后会将新的该发动机转速下的增压电机转速替换原来的数据库里的这一发动机转速下的增压电机的转速，生成新的数据库，这就是电动增压的自适应学习功能。

汽车发动机的电动增压方法实施流程详述如下：发动机转速传感器采集发动机曲轴的位置信号通过处理输出发动机转速信号；爆震传感器输出发动机的爆震信号；节气门位置传感器间接提供了油门大小的信号；氧传感器检测发动机的排气中氧的浓度大小；单片机根据上述四个传感器的输出信号，实时控制电动增压电机的转速。

其中，根据爆震传感器调整增压电机的转速的过程如图2所示，详述如下：

步骤1：为了快速调整增压电机的转速，在启动发动机后，根据发动机当前转速信号，按存储的数据库输出相应增压电机转速。

步骤2：判断是否发生爆震。若发生爆震执行步骤3，否则结束流程。

步骤3：当发生爆震时，对增压电机进行转速调整。

步骤4：再次判断是否发生爆震。若还发生爆震，返回步骤3，否则执行步骤5。

步骤5：刷新存储的增压电机的转速。

通过这个过程，不断地记录汽油发动机在各种转速下，经过爆震调整后的增压电机的转速。从而形成一个数据库，该数据库存储了：汽油发动机在各种转速下，经过爆震调整后的对应增压电机的转速。

在下次发动机启动后，就可以调用当前汽油发动机的转速下对应的增压电机转速来直接设置增压电机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车发动机的电动增压装置，其特征在于，所述汽车发动机的电动增压装置包括：发动机转速传感器、爆震传感器、节气门位置传感器、氧传感器、单片机以及增压电机，

所述转速传感器、爆震传感器、节气门位置传感器、氧传感器均连接到所述单片机的输入端，所述单片机的输出端与增压电机相连，

所述发动机转速传感器采集发动机曲轴的位置信号通过处理输出发动机转速信号，所述爆震传感器输出发动机的爆震信号，所述节气门位置传感器间接提供了油门大小的信号，氧传感器检测发动机的排气中氧的浓度大小，所述单片机根据上述四个传感器的输出信号，实时控制电动增压电机的转速。

2.根据权利要求1所述的汽车发动机的电动增压装置，其特征在于，所述电动增压装置还包括：

爆震转速调整模块，用于当爆震传感器检测到发生爆震时，发出控制信号对增压电机的转速进行调整；

增压电机转速记录模块，用于记录汽油发动机在各种转速下，经过爆震调整后的增压电机的转速，

所述爆震转速调整模块和增压电机转速记录模块集成在所述单片机中，或者，存储在电动增压装置的由单片机执行的存储器中。

3.根据权利要求2所述的汽车发动机的电动增压装置，其特征在于，所述电动增压装置还包括：

快速电动增压模块，用于在汽油发动机启动后，根据增压电机转速记录模块的记录数据，调用当前汽油发动机的转速下对应的增压电机转速。

4.根据权利要求1所述的汽车发动机的电动增压装置，其特征在于，所述节气门位置传感器上集成有怠速信号和节气门位置信号，所述怠速信号用于在发动机怠速或启动前给单片机信号，单片机根据所述怠速信号，在发动机启动前将电动增压打开，使发动机在启动前即获得一定的进气压力，利于发动机的启动。

5.一种汽车发动机的电动增压方法，其特征在于， 所述方法包括以下步骤：

发动机转速传感器采集发动机曲轴的位置信号通过处理输出发动机转速信号；

爆震传感器输出发动机的爆震信号；

节气门位置传感器间接提供了油门大小的信号；

氧传感器检测发动机的排气中氧的浓度大小；

单片机根据上述四个传感器的输出信号，实时控制电动增压电机的转速。

6.根据权利要求5所述的汽车发动机的电动增压方法，其特征在于，所述方法还包括：

当爆震传感器检测到发生爆震时，发出控制信号对增压电机的转速进行调整；

记录汽油发动机在各种转速下，经过爆震调整后的增压电机的转速。

7.根据权利要求6所述的汽车发动机的电动增压方法，其特征在于，所述方法还包括：

在汽油发动机启动后，根据记录的经过爆震调整后的增压电机的转速数据，调用当前汽油发动机的转速下对应的增压电机转速来直接设置增压电机。

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