一種電控發動機的相位確定方法

2023-06-09 06:29:21

專利名稱：一種電控發動機的相位確定方法
技術領域：
本發明屬於發動機電控領域，適用於燃氣發動機、汽油發動機和柴油發動機等電 控發動機。
背景技術：
為提高發動機的性能，提高經濟性，降低排放，發動機普遍採用了電控系統。發動 機電控系統的基礎信息是發動機時序信號，它是決定發動機燃料噴射和著火時刻的時間標 志。對於佔有絕對市場主流的四衝程發動機，由於每個工作循環發動機轉二周，因此需要正 確判定每個工作衝程對應的時標相位，即業界俗稱的「判缸」。四衝程發動機中的曲軸與凸 輪軸的傳動比為2 1，即曲軸每轉2周，凸輪軸轉1周，凸輪軸的轉速恰好與發動機的工作 循環一致。因此，業界普遍採用發動機的凸輪時標信號作為判缸的依據，而以被凸輪信號判 缸標記了相位的曲軸標信號作為電控系統的時序信號。曲軸齒的信號多採用m-k的形式如60-2齒，60-1齒等，其中，m為信號齒在信號盤 上可以分布的個數，k為曲軸盤一圈缺的信號齒數。曲軸的齒數一般遠多於凸輪的齒數，並 且曲軸轉兩圈凸輪轉一圈，因此曲軸信號精度比較高，一般情況下將曲軸的信號作為控制 的基準。當前可查的判缸專利中凸輪信號設置主要是考慮判缸的速度，通過凸輪信號的優 化實現發動機轉動較少的圈數即可判斷出發動機的相位；但是這些方法在曲軸失效時不能 保證發動機的跛行。

發明內容
本發明從提高系統的可靠性出發，提出一種新的發動機相位檢測方法，凸輪採用 n+1齒的形式，在曲軸和凸輪信號均正常的情況下以曲軸信號為主進行發動機的精確控制， 在曲軸信號故障時單獨利用凸輪信號作為發動機工作的時序信息實現比較精確的跛行控 制。本發明對凸輪盤的安裝有如下的要求1.凸輪有n+1個齒信號，其中η等於發動機的缸數2.凸輪的η個齒均勻分布，每個齒對應於一個缸3.凸輪安裝時保證η個齒的信號每個信號早於一個缸的上止點一定的角度其中，對於點燃式發動機，此角度默認為點火提交角，對壓燃式發動機，此角度默 認為噴油提前角；默認提前角可以取提前角最大和最小值的平均值，以獲得折中的性能發 動機在啟動階段靠啟動機帶動，在克服慣性剛剛轉動時轉速低，傳感器採集到的齒信號可 能會有很小的不規則脈衝，這種脈衝使系統抓取的脈寬和齒數與實際不符，幹擾了齒的判 斷。為避免這種情況，發動機啟動時不對曲軸的前j個信號的脈寬進行採集。j具體值可以 通過試驗確定，保證發動機的轉速已經可以使曲軸傳感器輸出穩定信號。電控單元(ECU)使用一路定時器抓取每個凸輪信號脈寬，將本次抓取的脈寬和上 次抓取的脈寬進行比較。當凸輪的當前齒寬小於上一齒寬的1/2時當前齒為+1齒，將+1齒編為O號凸輪齒，其它齒依次編為1、2…η號齒，η為發動機缸數。使用另一路定時器抓 取j(j根據實際情況標定一般為5-15)個信號後的曲軸信號脈寬，曲軸齒的脈寬大於前一 齒脈寬的1.5倍，則當前齒為缺齒後的第一齒。按照一個發動機循環曲軸轉兩圈的規律每 兩圈對曲軸齒進行一次清0，即在一個發動機工作循環一個曲軸齒對應有兩個編號。曲軸齒 編號根據曲軸的缺齒和相應的凸輪齒編號來確定，曲軸缺齒後第一齒出現時若凸輪齒號為 g(g<=n)則曲軸缺齒後的第一齒齒號為0，若凸輪齒號h(h興g，h < = η)則曲軸缺齒後 的第一齒齒號為m，其它的曲軸齒號根據缺齒後第一齒的齒號遞增。發動機曲軸和凸輪的相對位置固定，一個凸輪信號應當對應一個固定的曲軸齒 號。設置一個曲軸故障計數器，曲軸和凸輪相位都判斷出來後在每個凸輪信號到來時對曲 軸的齒號進行判斷，如果曲軸的齒號不是預定的齒號說明曲軸信號不正確，曲軸故障計數 器加1。為防止偶然因素的影響曲軸信號曲軸故障計數器大於一定值後才確認曲軸故障。 一旦確認曲軸故障關閉曲軸的輸入功能，直接使用凸輪信號作為發動機的工作相位。
上述發動機相位判斷方法對曲軸信號的處理流程如下步驟1.設置E⑶捕捉曲軸信號的上升沿或者下降沿，曲軸齒號初始為y (y > 2*m)步驟2.曲軸計數加1，計數小於j退出，大於j進行第3步步驟3.記錄本次曲軸脈寬，將本次脈寬和上次曲軸脈寬的1. 5倍進行比較如果大於跳到步驟5，小於進入步驟4步驟4.如果曲軸齒號 η)2.記錄本次凸輪信號脈寬，將本次脈寬和上次的凸輪脈寬比較，如果小於上次脈 寬的1/2，凸輪齒號賦為0 ；否則凸輪齒號加13.當前曲軸齒號如果和預定值一致曲軸故障齒數清0，曲軸齒號如果和預定值不 一致曲軸故障齒數加1，以下之一的情況可以判斷曲軸信號故障1.有凸輪信號而沒有曲軸信號2.連續出現曲軸在缺齒處的齒號計數和理論值不一致判斷出曲軸故障後，ECU將關閉曲軸信號的輸入防止錯誤信號的幹擾，凸輪仍根據 抓取的信號的脈寬關係判斷每個凸輪的齒號。凸輪的η齒和上止點之間的角度已被設計為 默認的點火或噴油提前角，凸輪的1···η號齒各對應一個缸的點火或噴油，根據凸輪的齒號 就可以正確的控制發動機的點火和噴油，實現在曲軸丟失時的跛行。


圖1為本發明中曲軸和凸輪齒的信號形式A為曲軸信號，曲軸為60缺2齒信號B為凸輪信號，凸輪為η+1齒，η為發動機缸數
I、II、III為發動機的一個缸對應的上止點α為凸輪信號和上止點的夾角圖2為一種四缸機的相位圖A為曲軸信號，曲軸為60缺2齒信號，一個發動機循環內編為0-119號齒B為凸 輪信號，凸輪為4+1齒信號，多齒為0號齒，其它順序編為1-4號齒I、II、III、IV分別對應 1、3、4、2缸的上止點凸輪信號和上止點的夾角α為8度圖3為啟動時可能的曲軸信號PU Ρ2、Ρ3是啟動階段出現的脈寬、時刻都是隨機的雜亂信號，後面是正常的曲軸
信號
具體實施例方式以一種四缸汽油發動機，凸輪4+1齒，曲軸60-2齒為例進行具體實施的說明圖2為一種四缸發動機凸輪和曲軸的信號關係圖。其凸輪有4個均勻分布的齒， 並在4齒到1齒的1/4處有一個多齒；曲軸一周有58個齒，這58個齒為60個齒均勻分部 去掉兩個齒。凸輪的η個齒信號相對各缸的上止點提前角α =8°。設置E⑶的曲軸通道對曲軸信號的上升沿進行捕捉，當前曲軸齒號為255這樣每 個曲軸信號到來時觸發曲軸中斷對曲軸信號進行處理。發動機在啟動時進入ECU的曲軸信 號可能如圖3，？142、？3是在啟動機開始拖轉發動機時由於轉速很低不能是傳感器輸出穩 定的信號產生的一些脈衝，這些脈衝不能真實的反應齒盤信號。第一和第二個信號間的脈 寬為tl，而第二和第三個齒之間的脈寬為2倍的脈寬大於前一個齒脈寬的1.5倍，這樣如果 進行缺齒判斷的話將認為缺齒出現，而實際缺齒的位置在後面。為了保險，不對前6個信號 進行脈寬的抓取和判斷。對曲軸第7個以後的信號進行脈寬的抓取。正常曲軸齒的脈寬為t2，而包含缺2 齒的信號為3t2，考慮到轉速波動當前齒寬大於1. 5t2即可認為為缺齒。當判斷到曲軸的缺 齒後結合凸輪當前的齒號才能進行編號；如果凸輪的齒號為5說明凸輪相位沒有判斷出來 則還不能確定當前曲軸缺齒是0號齒還是60號齒；如果曲軸缺齒出現時凸輪齒號為2，則 當前曲軸缺齒為0號齒；如果曲軸缺齒出現時凸輪齒號為0，則當前曲軸缺齒為60號齒。對曲軸第7個以後的正常齒信號(非缺齒信號)，判斷當前的曲軸齒號是不是 255，不是255說明相位已經被正確判斷過，對曲軸齒號進行1次自增；如果為255說明還不 能確定相位，不對曲軸齒號進行變化。設置ECU對凸輪的上沿進行捕捉，當前的凸輪齒號為5。4號齒到0號齒的脈寬為 t3，0號到1號齒的脈寬為3t3，其它齒之間的間隔均為4t3。ECU捕獲每個凸輪信號的脈寬， 當檢測本次的脈寬小於上一次脈寬的1/2時可以確定當前凸輪齒號為0號。其它齒信號到 來是如果當前凸輪齒號<5則對凸輪齒號進行自增。在凸輪處理函數中設置一個曲軸故障計數器，當曲軸齒號不等於255且凸輪齒號 不等於5時判斷當前的曲軸齒號是否正確。0號凸輪齒到來時曲軸齒號應當為38，1號凸輪 齒到來時曲軸齒號應當為61，2號凸輪齒到來時曲軸齒號應當為91，3號凸輪齒到來時曲軸 齒號應當為1，4號凸輪齒到來時曲軸齒號應當為31。曲軸齒號與實際齒號不同曲軸故障計 數器加1，否則曲軸故障計數器清0。當曲軸故障計數器大於7時確認曲軸信號故障，關閉曲軸信號的捕捉功能。直接使用凸輪信號進行發動機的控制。曲軸信號故障時將不再根據曲軸的齒號判斷發動機的相位，而根據凸輪的齒號判 斷。根據圖2在凸輪1號齒到來時進行1缸的點火，在2號凸輪齒到來時觸發3缸的點火， 在3號齒到來時觸發4缸的點 火，在4號齒到來時進行2缸的點火。這樣發動機以固定的 8度點火提前角進行運行。本發明以優選數據加以說明，但不限於所述優選數據。
權利要求
一種電控發動機的相位確定方法，曲軸齒採用m k，即曲軸信號盤每周有m k個正常齒，缺k個齒的方案，其特徵在於凸輪盤齒由對應於每缸上止點齒寬相同且均勻分布的n個齒和1個同齒寬的多齒組成，即n+1形式，通過凸輪的齒號和曲軸的缺齒，判斷出發動機的相位。
2.如權利要求1所述的電控發動機的相位確定方法，其特徵在於凸輪由均勻分布的η 個齒和1個多齒組成，凸輪盤的安裝有如下的要求1)凸輪有η+1個齒信號，其中η等於發動機的缸數；2)凸輪的η個均勻分布的齒每個齒對應於一個缸的上止點；3)凸輪安裝時保證η個齒的信號每個信號早於一個缸的上止點一定的角度，對點燃式 發動機該角度為默認點火提前角，取最大點火提前角和最小點火提前角間的一個值，對壓 燃式發動機該角度為默認噴油提前角，取最大噴油提前角和最小噴油提前角間的一個值。
3.如權利要求1所述的電控發動機的相位確定方法，其特徵在於通過一個計數器抓取 每個凸輪信號的脈寬，當前凸輪齒寬小於前一齒脈寬的1/2時，當前齒為+1齒，以+1齒為 基準對其它凸輪齒進行順序編號。
4.如權利要求1所述的電控發動機的相位確定方法，其特徵在於曲軸無故障時曲軸缺 齒信號出現時判斷此時凸輪的齒號，根據凸輪齒號和曲軸缺齒共同判斷發動機相位，曲軸 缺齒出現時若凸輪齒號為g，g小於等於n，則曲軸缺齒後的第一齒齒號為0，若凸輪齒號為 h，h小於η且不等於g，則曲軸缺齒後的第一齒齒號為m，其它曲軸齒號依次遞增。
5.如權利要求1所述的電控發動機的相位確定方法，其特徵在於有凸輪信號而沒有曲 軸信號或連續出現曲軸在缺齒處的齒號計數和理論值不一致時判斷曲軸故障。
6.如權利要求1所述的電控發動機的相位確定方法，其特徵在於曲軸故障時直接使用 凸輪信號控制發動機跛行，在凸輪信號到來時判斷是與哪個缸上止點對應的齒，然後控制 相應缸進行噴油或點火，如果是+1齒則不進行點火或噴油。
7.如權利要求1所述的電控發動機的相位確定方法，其特徵在於在發動機啟動時，丟 棄前j個曲軸信號，既不抓取脈寬也不計數，j根據試驗確定，保證j個信號後的曲軸信號 穩定。
全文摘要
本發明提供一種電控發動機的相位確定方法，屬發動機電控領域。本發明從提高系統的可靠性出發，提出一種新的發動機相位檢測方法，凸輪採用n+1齒的形式，在曲軸和凸輪信號均正常的情況下，根據凸輪齒號和曲軸缺齒共同判斷發動機相位，曲軸缺齒出現時若凸輪齒號為g，g小於等於n，則曲軸缺齒後的第一齒齒號為0，若凸輪齒號為h，h小於n且不等於g，則曲軸缺齒後的第一齒齒號為m，其它曲軸齒號依次遞增，據此實現相位的準確判斷；當曲軸故障時在凸輪信號到來時判斷是與哪個缸上止點對應的齒，然後控制相應缸進行噴油或點火，如果是+1齒則不進行點火或噴油，從而實現曲軸失效時發動機的跛行控制。
文檔編號F02D43/00GK101968009SQ20101050109
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月29日 優先權日2010年9月29日
發明者任博, 吳迪, 張育華, 王洪 申請人:鎮江恆馳科技有限公司