汽車電噴系統電子節氣門研究

前言：本站為你精心整理了汽車電噴系統電子節氣門研究范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要：本課題是采用可編程序霍爾傳感器,實現汽車電噴系統的主要部件-電子節氣門無觸點控制。通過研究和試驗,達到了同類進口產品性能指標,使傳統的電阻式節氣門有觸點電位輸出變為無觸點電位變化控制輸出,無機械磨損,大大的延長了電子節氣門壽命。同時無觸點汽車發動機電子節氣門通過電控單元控制節氣門快速精確地定位。它的優點在于能根據駕駛員的需求愿望以及整車各種行駛狀況確定節氣門的最佳開度,保證車輛最佳的動力性和燃油經濟性,提高了安全性和乘坐舒適性。為汽車電噴系統主要部件國產化填補國內空白。

1概述

由于人們對汽車安全、排放以及舒適度等的要求越來越高,使得汽車電子的應用幾乎呈現指數級增長。目前汽車電噴車發動機常用的電子節氣門通常是電阻式。由于電阻式的機械連接方式造成節氣門開度精度不高,精確定位差,屬于有觸點形式,長時間磨損容易造成接觸不良,壽命短。特別是怠速和加油時節氣們開度控制精度控制難度高,引起發動機燃油給油量和動力性不匹配,造成燃油浪費。本課題就是對汽車電子節氣門進行創新性的研究,實現汽車電噴系統電子節氣門無觸點控制。

2總體方案設計

2.1總體方案

無觸點電子節氣門主要由閥體組件、電機組件、減速齒輪機構組件、節氣門位置傳感器組件等組成。采用高精度可編程霍爾芯片作為位置傳感器角度信號檢測單元。

2.2總體方案方基本工作原理

當混車輛發動機啟動后,需要加速時,駕駛員操縱電子加速踏板,加速踏板傳感器產生相應的電壓信號輸入節氣門ECU單元,ECU單元根據當前的工作模式、踏板移動量和變化率解析駕駛員意圖,對輸入的信號進行處理,輸出相應的節氣門轉角控制信號,經引線插座直接驅動直流電機旋轉,電機帶動兩極齒輪減速機構,減速齒輪帶動閥片軸旋轉,使閥片打開一初始角度,使發動機得到一空氣引入量。空氣隨著節氣門閥片打開進入汽缸助燃可燃氣體燃燒。

閥片軸旋轉的同時,同步帶動嵌在閥片軸上的旋轉磁極,這樣,旋轉的磁極端面與固定的可編程霍爾芯片由相對應的初始角開始以一定角度旋轉,旋轉的磁極感應固定的電路板上的可編程霍爾芯片,隨著旋轉角度的變化,可編程霍爾芯片檢測出節氣門閥片即時角度,將即時角度相對應的電壓信號輸入至電噴ECU控制單元,電噴控制單元根據當時獲取的發動機工況信息及各種傳感器信號,如發動機轉速、車速、發動機溫度、扭矩、能耗等,結合當時的節氣門閥片開度值,由電噴ECU計算出整車所需求的全部扭矩,及時對節氣門閥片開度值進行修正,電噴ECU輸出最佳的節氣門開度位置信號,驅動控制電機使節氣門閥片開度形成閉環的位置控制,達到發動機進氣量最佳理想狀態。

2.3主要技術參數初步確定

2.3.1閥片初始轉角

為保證發動機啟動初期的怠速狀態,節氣門閥片必須保持一個初始機械開度。根據電噴發動機怠速轉速,節氣門閥片初始機械開度一般設定為5度左右。

2.3.2減速比及初始開度

為保正節氣門閥片開度精度,由電機輸出齒輪帶動兩極齒輪檢速機構,初步設定減速比為:20:1;初始開度:5°。

2.3.3驅動電機

驅動電機額定電壓:DC12V;允許最大的電機電流:<10.0A;電機堵轉扭矩:min.165mNm;電機持續扭矩:45mNm;工作溫度:-40℃-140℃

3部件設計

3.1節氣門總成結構(結構圖略)

無觸點電子節氣門采用一體化構思方案,即組件、電機組件、減速齒輪機構組件、節氣門位置傳感器組件全部在一個閥體總成中,這樣的結構在于控制簡單、維修方便,體積小、制造成本低。

3.2總體結構說明

電機電極輸出對接方式采用一塊印制電路板,電路板上設定2個與電機電極對應的電極插座,電極直接通過電路板引致位置傳感器引線插座。電機輸出齒輪通過兩極減速齒輪后帶動閥片軸旋轉。由于旋轉磁極安裝在閥片軸端面,所以閥片軸同步帶動旋轉磁極轉動。見總體示意圖。

3.3芯片選擇

考慮到現代汽車電噴技術的發展需要,對于電子節氣門的功能、性能、安全等要求達到了一個相當的高度。所以在本課題的研究中,擬采用雙通道可編程霍爾芯片MLX90316。

MLX90316是一種三軸線性霍爾芯片傳感器,能夠測量水平磁場,這使它能夠更容易地測量旋轉位置,它采用了平面霍爾傳感技術的單片集成傳感芯片。傳統的平面霍爾技術僅僅可以測量垂直于Ic表面的磁通密度,而Triaxis霍爾技術也可以檢測平行于Ic表面的磁通密度。MLX90316可以用來測量與芯片表面共面的磁通密度,可以得到從0度到360度的旋轉位置值,通過多種模式輸出準確度很高的線性絕對位置信號,并且成本相對便宜。圖1是MLX90316內部的結構框圖。MLX90316芯片前端是采用Triaxis霍爾技術的傳感器。由霍爾傳感器得到的二路正交的模擬信號經過放大處理后,經過14位微分型A/D轉換器進入芯片微處理器(DSP),再經過16位DSP處理之后的數字信號分3路輸出。MLX90316輸出具有12位角度分辨率,10位角度精度,并且在一定程度上可以避免外圍溫度變化對輸出精度的影響。MLX90316具有3種輸出:由12位D/A轉換為模擬量輸出;頻率為100Hz一1000Hz的PWM輸出。

3.4無觸點電子節氣門位置傳感器基本參數設定

線性輸出電壓的有效角度范圍設置:0--95°;工作電壓為5V時,線性輸出電壓范圍:通道A:4.5至0.5V;通道B:0.5至4.5V;角度精度:0.1度;溫度范圍:-40℃~85℃;工作環境濕度:小于等于95%;輸出電流:每個通道≤12mA。

3.5旋轉磁極

MLX90316靈敏度較高,選擇與之相對應的磁極在200高斯到500高斯范圍內。

3.6位置傳感器輸出特性:為了保證系統可靠性,應用可編程性能,采用雙通道反向控制輸出,達到由于某一通道出故障時,ECU能及時判斷和調整工作模式,達到應急安全行駛目的。

4電子節氣門總成制作與試驗

通過對無觸點電子節氣門試制和試驗,達到了預期效果,各項指標均達到設計要求,與進口的同類產品相比,體現出突出的優點,比如裝配調試簡單、維修方便、控制精確等。目前正應用在我公司電噴車輛項目中。

5結束語

車輛發動機電噴技術應用進入了一個新階段。但中國汽車電噴技術系統目前全部依賴國外,比如:博士、得爾福、西門子等。而電噴系統中的主要部件電子節氣門總成,同樣必須采用國外部件,不但價格昂貴,而且受制于國外公司制約。目前國內還沒有一家公司研發生產能替代國外電噴系統電子節氣門總成。無觸點電子節氣門研究,主要達到替代目前只能依靠進口電子節氣門的目的,無論從技術價值和經濟價值,都具有重大的現實意義。根據中國市場調查研究中心《2009年中國電子節氣門行業分析報告》,也為汽車電噴節氣門體行業的發展提供了可靠的參考依據。然而,電子節氣門的實際國產化,所以,電子節氣門的研究,是當今我國汽車領域科技工作者的重要任務。通過本課題的研究,相信在我國汽車電噴部件研究會起到拋磚引玉之效果,使我國在這一領域得到加速發展。