CN100529676C - 用于确定发动机位置的装置和方法 - Google Patents

Abstract

确定含有旋转元件的发动机的位置的装置包括：包括旋转部分和固定部分的传感器，与传感器的分析装置相连的发动机控制装置，所述发动机控制装置包括：表示该旋转元件的位置的计数器，检测第三信号在第一值和第二值之间的交替的第五装置，根据计数器的值确认发动机元件的将被注射的燃气数量或点火时间的第六装置，比较装置，将第二信号的值与第一参考值比较，特征事件在第一信号上被检测，只有当特征事件在第一信号上被检测到，比较值是负值时控制第四装置的控制装置，第四装置使第三信号在第一值和第二值之间交替。

Description

用于确定发动机位置的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于确定含有旋转元件的发动机的位置的装置和方法。

背景技术

精确地知道内燃机的位置是有用的，特别是用于改进其启动，更具体地说，用于降低启动时间，甚至用于允许不用启动器地直接启动发动机。事实上，较好的了解发动机的位置使得可以选择将被供应燃气的缸，以便确认将被注射的燃气最优数量，以及优选的点火时间。

已经知道一种装置，其包括：

-输送具有独立的值的信号的传感器，该传感器包括旋转部分和固定部分，其中所述旋转部分与该旋转元件相连并且包括多个大致相同的参考点，这些参考点成角度地偏置一个增量，其中所述固定部分包括：

.用于基于与该固定部分相对的该参考点的相对位置产生第一信号的第一装置；

.用于基于与该固定部分相对的该参考点的相对位置产生第二信号的第二装置，其中所述第一信号和第二信号的波形相同但是有相位差，

.与第一装置和第二装置相连的分析装置，其中所述分析装置包括用于检测在第一信号上的特征事件的第三装置，和用于产生具有第一值和第二值的二进制类型的第三信号的第四装置，其中所述第四装置导致第三信号在该第一值和第二值之间的交替，

-连接到该传感器的分析装置上的发动机控制装置，其中所述发动机控制装置包括：

.用于表示该旋转元件的位置的计数器，

.用于检测该第三信号在该第一和第二值之间交替的并且根据所述交替改变该计数器的第五装置，

-用于根据计数器的值确认发动机元件的将被注射的燃气数量或点火时间的第六装置。

但是，如果当该发动机一直在同一方向旋转，这个装置证明是满意的，相反如果当不再同一方向旋转就不再使得可以精确了解该发动机的位置。例如当该内燃机处在停止相位时，该内燃机围绕机械平衡位置摆动。在这个停止相位期间，此时该旋转方向连续变化，现有技术的装置在计算事件时犯错误，因此不再可以知道该发动机的位置。

事实上，参考点的数目包括齿轮的凹槽和齿的序列，在该第一信号上出现的特征事件大致包括相对参考值向上或者向下偏移。该参考值一般对应于该第一信号的平均值。因为不同的技术原因，特别是在不同生成装置之间的兼容性，单一类型的偏移被该参考值检测。因此，可以选择将对齿的确定(根据选择的协议对该凹槽的确定)与相对参考值上升偏移的第一信号进行关联。

但是当该内燃机反转时，出现这样的装置传送错误信息。事实上，即使该第一信号相对参考值(例如)的向上偏移在物理上对应于齿沿旋转方向的偏移，沿另一个旋转方向在向上方向相对参考值的偏移不再物理上对应于齿的偏移(而是凹槽的偏移)。因此传感器在给定方向中向齿发信号并且在其他方向向凹槽发信号。因此，分析装置被这个混乱错误地诱导。

发明内容

本发明的目的是去除这个缺陷以便用于成本低的情况，并且保证与上述的传感器类型兼容，换句话说，除了旋转方向以外，仅仅检测齿(或者凹槽)的偏移，不管该旋转方向如何。

因此，根据本发明该分析装置还包括：

-比较装置，当在该第一信号上检测到特征事件时将该第二信号的值与第一参考值比较，

-用于仅仅在特征事件被在该第一信号上检测到并且在比较结果是负值时控制第四装置的控制装置。

因此，不管该发动机的旋转方向，总是在物理上检测相同的机械事件(例如齿偏移)。因此，分析装置不再被错误地诱导。该发动机的位置因此被正确获知，即使该发动机反向。

然而，如上所述，该内燃机倾向于在停止之前摆动。根据本发明的另一个优势特征，该装置具有下述特征：

-该分析装置包括用于在特征事件在该第一信号上检测到时检测该第一信号的变化，以便将该第一信号的变化与第二参考值比较，和

-该第四装置根据被该第七装置检测到的第一信号的变化与该第二参考值之间的比较结果，保持第二值一定期间之后产生该第二值与该第一值的交替，

-第五装置将在第一值到第二值的交替与第二值到第一值的交替之间的期间与第三参考值比较，根据这个比较结果增加或者减少计数器的值。

因此，分析装置检测了该发动机的旋转方向。事实上，该计数器的值的变化在该发动机沿一个方向旋转时为正值，沿另一个方向旋转时是负值。

该第三值的该两个连续交替之间的间隔很容易被该第五装置检测到。

该计数器的值因此一直与旋转元件的物理位置一致，不管旋转方向和该旋转元件的摆动。

根据本发明的另一个优选特征，该装置具有下述特征：

-该传感器的固定部分的第一装置包括：

.产生第四信号的第一探测器。

.与该第一探测器相同的第二探测器，其靠近该第一探测器设置并且产生第五信号，该第五信号与该第四信号的波形相同，但是相对于第四信号存在相位偏差，

.用于从该第四信号减去该第五信号的装置，以便产生该第一信号，

-所述至少一个特征事件包括相对零值的偏移。

因此，由于在空气隙、温度等的变化，在时间上该第四信号和第五信号可能发生的偏移被减少，该装置因此具有大精度和大的强度。

另外，该装置最好具有下述特征：

-该第二装置包括第三探测器，其与该第一探测器和第二探测器相同，设置在该第一和第二探测器的中间，其中所述第二信号在最小值和最大值之间变化，

-当该特征事件在该第一信号上被记载时，该比较装置将该第二信号的值与其最小值和/或者最大值比较。

因此，该第一信号和第二信号二者大致是正弦的并且在正交相位中。因此，当该第一信号具有零值时，该第二信号大致在端值(最大或者最小)，在这些条件下，精确地确定了该第一信号相对该零值的哪一个偏移必然产生该计数器的修改，哪一个偏移不修改该计数器。

本发明还涉及一种方法。其中使用含有固定部分和旋转部分的传感器的方法是已知的，其中该旋转部分包括一些相同的参考点，所述参考点成角度地偏差一个增量，其中所述传感器产生了第一信号和第二信号，所述信号的波形相同但是存在相位差，具有第一值和第二值的二进制信号从该传感器传递到该发动机控制装置上。所述方法包括下述步骤：

a)在该第一信号上检测特征事件，

b)使第三信号从该第一值到第二值交替，

c)该第三信号从该第一值到第二值的交替在该发动机控制装置中被检测到，该第三信号从该第一值到第二值的交替数量在计数器中被计数，

d)根据计数器的值，对发动机元件的将被注射的燃气数量或点火时间进行确认。

该方法具有上述的与该旋转方向的反向有关的缺陷。为了解决这个缺陷，根据本发明，在步骤a)期间，该第二信号的值还与第一参考值比较，步骤b)仅仅如果在步骤a)期间该第二信号的值与该第一参考值之间的比较结果是负值时被执行。

根据本发明的有利特征，下述步骤被实施：

-传感器产生第四信号和第五信号，所述信号的波形相同但是存在相位差，

-通过从该第四信号中减去第五信号而生成该第一信号，和

-在步骤a)期间，所述特征事件包括第一信号相对该零值的偏移。该旋转元件的位置检测精度因此得到改善。

附图说明

本发明将在下面的说明书中参照附图更详细的说明，附图包括：

-图1是本发明的装置的简示图；

-图2是图1的装置的一部分的详细视图；以及

-图3示出了在该装置中生成的不同信号。

具体实施方式

图1示出了大致包含传感器2和发动机控制单元4的装置1。

传感器2包括与该发动机的曲柄连杆连成一体的旋转部分8和用于检测该旋转部分8的运动的固定部分6。固定部分6在图2中被详细示出。

旋转部分8包括铁磁盘8，该铁磁盘8包括连续的60个齿26和60个凹槽28，它们均匀分布，使得齿26(或者凹槽28)在盘8的外周每隔6度设置，从而限定了该曲柄连杆的旋转增量。事实上，两个齿在盘8中被去除使得确定该曲柄连杆的参考位置24。不超出本发明范围另一个数量的齿和凹槽也可以。

固定部分6包括磁体16，3个霍尔效应的探测器或者相同的磁阻探测器18，20，22，减法器组件30和分析单元10。磁体16生成了因为存在有盘8的齿26而被改变的磁场，使得被探测器18，20，22检测到的电压38，34，40大致正弦的并且由相对该探测器的齿26的位置决定。如图3所示，对于信号34来说，该电压在探测器与该凹槽28的尖端相对时是最大的。参考弯曲8表示了该盘，可以看到具有连续的齿26和凹槽28的该传感器2的固定部分6。在齿26上指示的数目对应于在该传感器的固定部分6之前经过的齿的数目，其从参考位置24开始计算。

探测器20位于该探测器18和探测器20的中央，相对探测器18和探测器20少一个齿宽度。

减法器组件30产生对应于探测器18获得的电压38与探测器22获得的电压40之间的差。如图3所示，信号32大致是正弦的，具有靠近零的平均值并且与被探测器20获得的电压34限定的信号处于正交相位。

应该注意的是如果信号32的平均值不靠近零，则可以进行该元件的连续去除以便将所述平均值带到零。

信号32，34被输入到分析单元10中，该分析单元检测该曲柄连杆的一个旋转增量的运动并且将信息传递给发动机控制单元4。分析单元10包括：控制单元44，检测单元46，二进制信号36的生成器48和接收信号32，34并且产生进入到控制单元44中的信号58，60的两个比较器54，42。

检测单元46检测相对零值信号的偏移12，14。控制单元44然后根据从比较器42收到的信号58确定信号34是否在其最大值34_MAX还是在其最小值34_MIN。实践中，信号58是二进制的并且以信号34相对最大值34_MAX和最小值34_MIN之间的平均值的值为基础的。

当信号34在其最小值34_MIN时，探测器20与齿26相对。在信号34相对最小值34_MIN两个连续偏移之间，盘8移动一个增量，如果它没有改变旋转方向的话。控制单元44然后控制生成器48以便从值36_MAX到值36_MIN交替。

为了知道旋转方向，当信号32相对零值偏移时通过在相对零值偏移之后立即测量信号32的值，由比较器54和传递到控制单元44的信号60确定信号32是否增加或者降低。

如果信号32在经过零值之后为负值时，则该发动机在正常方向旋转，控制单元44控制发生器48以便使信号36在值36_MIN保持一期间T1之后从值36_MIN到值36_MAX交替。

如果信号32增加，换句话说在经过零值之后为正值，则发动机被反转，控制单元44控制生成器48使信号36在值36_MIN保持一期间T2之后从值36_MIN到值36_MAX交替。

期间T2与期间T1不同。最好期间T2为期间T1的两倍长。在图3中，参考的虚线72代表了发动机的反转。可以看到尽管反转，但是计数器56一直按照与装置6相对的齿的数量。

发动机控制单元4包括检测单元50，计数器56和控制单元52，该控制单元52与内燃机的工作元件相连，特别是与火花塞68和燃气注射器70相连。

检测单元50检测了信号36从值36_MAX到值36_MIN交替64，从值36_MIN到值36_MAX交替66，和分隔这些交替的期间T_MES。如果这个期间等于T1，将使计数器在每个交替64之后增加计数器56；如果等于T2，将在每个交替64之后减小计数器56。实践中，被检测的期间T_MES与值T1和T2的平均值比较以便增加或者减少该计数器。

当盘8的参考位置24与传感器2的固定部分6相对时，信号32不具有零值；信号36因此在值36_MAX保持一被检测单元检测的长期间和两个旋转中的一个旋转中，计数器56回到零，使得确认该发动机在两个曲柄连杆旋转上的位置。

本发明并不局限于上述的实施例，在本发明的范围内可以考虑任何改进。

例如可以选择除了第一信号32相对零的偏移之外的参考值。

也可以选择两个或者更多的参考值。事实上，选择信号32相对零值的偏移作为参考值使用了两个值：在增加模式12中相对零偏移的第一值和在减少模式14中相对零偏移的第二值。在上述实施例中，完全可以通过选择两个非零参考值，使得一个在信号32的平均值之上，另一个在之下，从而允许(根据两个信号32和34之间的正交相位)通过比较信号32和34立即识别事件。

类似地，完全可以用非正交相位但是具有任何相位差的第一和第二信号32，34工作，因为，在现有技术的装置提供了错误信息时，比较信号32和34使得可以达到期望的目标。

Claims (10)

1.用于确定含有旋转元件的发动机的位置的装置(1)，其中所述装置包括：

-传感器(2)，所述传感器(2)包括旋转部分(8)和固定部分(6)，其中所述旋转部分(8)连接到该旋转元件上并且包括一些相同的参考点(26)，所述参考点(26)成角度地偏移一个增量，其中所述固定部分(6)包括：

.用于基于与固定部分(6)相对的参考点(26)的相对位置产生第一信号(32)的第一装置，

.用于基于与固定部分(6)相对的参考点(26)的相对位置产生第二信号(34)的第二装置，其中所述第一信号(32)和第二信号(34)的波形相同但是存在相位差，

.与第一装置和第二装置相连的分析装置(10)，其中所述分析装置(10)包括用于在该第一信号上检测至少一个特征事件(12，14)的第三装置(46)，和用于生成具有第一值(36_MAX)和第二值(36_MIN)的二进制类型的第三信号(36)的第四装置(48)，其中在第一信号(32)上检测至少一个特征事件(12，14)之后，所述第四装置(48)生成了该第三信号(36)在第一值(36_MAX)和第二值(36_MIN)之间的交替，

-与传感器的分析装置(10)相连的发动机控制装置(4)，所述发动机控制装置(4)包括：

.用于表示该旋转元件的位置的计数器(56)，

.第五装置(50)，其用于检测该第三信号(36)在第一值(36_MAX)和第二值(36_MIN)之间的交替，并且根据所述交替改变计数器(56)的值，

.用于根据计数器(56)的值确认发动机元件的将被注射的燃气数量或点火时间的第六装置(52)，其特征在于，该分析装置(10)还包括

-比较装置(42)，用于将第二信号(34)的值与第一参考值比较，此时特征事件(12，14)在第一信号(32)上被检测，

-用于只有当特征事件(12，14)在第一信号(32)上被检测到并且比较值(58)是负值时控制第四装置(48)的控制装置(44)。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于：

-分析装置(10)还包括用于当特征事件(12，14)在第一信号(32)上被检测到时检测第一信号的变化并且用于将该第一信号的变化与第二参考值比较的第七装置(54)，和

-在第二值(36_MIN)根据第一信号(32)的变化与该第二参考值的比较结果(60)保持一期间(T1，T2)之后，第四装置(48)生成了第二值(36_MIN)与第一值(36_MAX)的交替(66)，

-第五装置(50)将在第一值(36_MAX)和第二值(36_MIN)的交替(64)与第二值(36_MIN)与第一值(36_MAX)的交替之间的期间(T1，T2)与第三参考值比较，所述第五装置根据这个比较结果(62)增加或者减少计数器(56)的值。

3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，

-该传感器的固定部分的第一装置包括：

.产生第四信号(38)的第一探测器(18)，

.与该第一探测器(18)相同的第二探测器(22)，其靠近该第一探测器(18)设置并且产生第五信号(40)，该第五信号与该第四信号(38)的波形相同，但是相对于第四信号存在相位差，

.用于从该第四信号(38)减去该第五信号(40)的装置(30)，以便产生该第一信号(32)，

-所述至少一个特征事件(12，14)包括相对零值的偏移。

4.根据权利要求3的装置，其特征在于，

-该第二装置包括第三探测器(20)，其与该第一探测器(18)和第二探测器(22)相同，设置在该第一探测器(18)和第二探测器(22)的中间，其中所述第二信号(34)在最小值(34_MIN)和最大值(34_MAX)之间变化，

-当该特征事件(12，14)在该第一信号(32)上被检测到时，该比较装置(42)将该第二信号(34)的值与其最小值(34_MIN)和/或者最大值(34_MAX)比较。

5.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，该传感器的固定部分包括磁体(16)，该参考点(26)为铁磁齿，该第一装置和该第二装置分别包括霍尔效应探测器或者磁阻探测器。

6.一种用于确定含有旋转元件的发动机的位置的方法，其中

-使用含有固定部分(6)和旋转部分(8)的传感器(2)，其中该旋转部分(8)包括一些相同的参考点(26)，所述参考点成角度偏差一个增量，其中所述传感器产生了第一信号(32)和第二信号(34)，所述信号的波形相同但是存在相位差，

-具有第一值(36_MAX)和第二值(36_MIN)的二进制类型的第三信号(36)从该传感器(2)传递到该发动机控制装置(4)上，所述方法包括下述步骤：

a)在该第一信号(32)上检测特征事件(12，14)，

b)使第三信号(36)从该第一值(36_MAX)交替到第二值(36_MIN)，

c)该第三信号(36)从该第一值(36_MAX)到第二值(36_MIN)的交替在该发动机控制装置(4)中被检测到，该第三信号(36)从该第一值(36_MAX)到第二值(36_MIN)的交替数量在计数器(56)中被计数，

d)对发动机元件的将被注射的燃气数量或点火时间的确认是根据计数器(56)的值进行的，其特征在于，在步骤a)期间，还将第二信号(34)的值与第一参考值比较，仅仅当在步骤a)中的第二信号(34)的值与该第一参考值的比较结果为负值时才实施步骤b)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

-在步骤a)期间检测该第一信号(32)的变化，

-在步骤a)期间，所述变化与第二参考值比较，和

-步骤b)还包括，根据被检测的该第一信号的变化和该第二参考值之间的比较结果(60)保持该第三信号(36)在第二值(36_MIN)一期间(T1，T2)，然后使第三信号(36)从第二值(36_MIN)到第一值(36_MAX)交替(66)；

其中，在发动机控制装置(4)中检测在第三信号(36)从第一值(36_MAX)到第二值(36_MIN)的交替(64)与第二值(36_MIN)到第一值(36_MAX)的交替(66)之间的期间，计数器(56)的值根据所述检测的期间被增加或者减少。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述检测的期间与期间(T1，T2)的平均值比较以便增加或者减少计数器的值。

9.根据权利要求6或者7所述的方法，其特征在于，

-传感器(2)产生波形相同但是存在相位差的第四信号(38)和第五信号(40)，

-通过从第四信号(38)中减去第五信号(40)生成第一信号(32)，和

-在步骤a)期间，所述特征事件(12，14)包括第一信号(32)相对零值的偏移。

10.当权利要求9从属于权利要求7时根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤a)期间，在相对零值偏移之后，确定了第一信号(32)是否具有正值。

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