CN101457700A - 一种确定发动机曲轴位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机曲轴位置的检测方法，在使用原有非方向性判断曲轴位置传感器的条件下，引入发动机摩擦扭矩、缸内充量扭矩概念、在此基础上计算发动机动能变化趋势，在所有动能为零的时刻，即为可能出现曲折反转的位置，再通过核算此可能反转点前后的转速信号脉冲间隔，最终确定是否出现反转，以及反转的具体时刻，该方法能够最大限度地判断出停机过程中曲轴旋转方向切换的次数，能够确定在不同旋转方向上转过的角度，从而最终准确判断发动机曲轴停止位置。

Description

一种确定发动机曲轴位置的方法

技术领域

本发明涉及一种发动机曲轴位置的检测方法，特别涉及一种用于发动机停机过程中曲轴位置的预测方法。

背景技术

发动机曲轴位置检测与信号同步是发动机燃油喷射和点火控制的基础，尤其是在发动机起动过程中，发动机控制器越早判断出曲轴位置，起动质量越好，起动过程中的排放量越低。发动机控制器通过发动机曲轴传感器检测曲轴位置信号轮触发的信号，构成发动机运行控制最基本的信号逻辑基础，如果在发动机启动过程中，发动机控制器能够在点火钥匙关闭后，在发动机控制器非易失性存储器中记忆上一次运行停机的准确位置，则可使发动机控制器缩短起动同步的判断时间，即缩短曲轴位置传感器检测到曲轴信号轮触发信号后曲轴转过的角度，可在曲轴转动后的第一个适宜的缸进行喷油点火，从而大大缩短发动机起动时间，提高起动的可靠性。

但在发动机停机过程通常伴随着曲轴反转的现象，且此时由于曲轴转速过低，普通曲轴位置传感器(磁电式或霍耳式)检测的曲轴信号无法判断转速，更无法判断是否出现曲轴反转，以及反转的角度。所以停机过程末期的位置预测是确定发动机停机位置的最关键部分。

简言之，现有技术无法准确判断是否出现曲轴反转以及反转的角度，也无法准确确定曲轴停止位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种确定发动机曲轴位置的方法，在常规的曲轴位置传感器进行检测的基础上，进一步计算曲轴上的摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩，并准确确定曲轴的可能反转位置，并可以进一步确定曲轴的停止位置。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

在使用原有非方向性判断曲轴位置传感器(non-directional)的条件下，引入发动机摩擦扭矩、缸内充量扭矩概念、在此基础上计算发动机动能变化趋势，在所有动能为零的时刻，即为可能出现曲折反转的位置，再通过核算此可能反转点前后的转速信号脉冲间隔，最终确定是否出现反转，以及反转的具体时刻，该方法能够最大限度地判断出停机过程中曲轴旋转方向切换的次数，能够确定在不同旋转方向上转过的角度。从而最终准确判断发动机曲轴停止位置。

具体技术方案如下：

一种确定发动机曲轴位置的方法，使用曲轴位置传感器，并计算曲轴上的摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩，得出发动机动能的变化趋势，从而确定曲轴的可能反转位置；计算上述可能反转位置前后的转速信号脉冲间隔，并确定曲轴是否出现反转和反转角度。

采用如下步骤：

(1)使用曲轴位置传感器检测曲轴位置；

(2)计算作用在曲轴上的摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩及其变化规律；

(3)由步骤(2)中的计算结果得出发动机动能变化趋势，并查找发动机动能为零的位置；

(4)核算步骤(3)中该位置前后的转速信号脉冲间隔；

(5)由步骤(4)中的该转速信号脉冲间隔确定曲轴是否出现反转以及反转的具体时刻。

在进行曲轴的可能反转位置检测之前，判断是否需要进行反转检测。

判断是否进行反转检测的步骤为：判断发动机转速是否进入停机临界条件，和/或检测点火信号为高/低。

发动机转速的计算方法为：输入曲轴位置信号脉冲和点火开关状态，按下降沿计算曲轴位置信号脉冲的时间间隔，计算得到发动机转速。

判断需要进行反转检测后，计算摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩。

根据储存的发动机参数计算摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩并查找发动机动能为零的位置，所述参数可以包括：进气门开相位IVO、进气门闭相位IVC、排气门开相位EVO、排气门闭相位EVC、单变量转速摩擦功二次曲线表格Fn、发动机转动惯量J、缸径B、冲程S、压缩比ε、发动机上止点与曲轴缺口信号转换关系角θ。

详细来说，采用如下步骤：

(1)输入曲轴位置信号脉冲和点火开关状态；

(2)按下降沿计算曲轴位置信号脉冲的时间间隔，计算得到发动机转速；

(3)判断发动机转速是否进入停机临界条件；

(4)检测到点火信号是否应该进入反转测试；

(5)进入停机位置检测状态；

(6)进入反转检测的模型，通过储存的发动机参数计算停机过程中发动机扭矩；

(7)计算发动机动能的变化，计算出作用在曲轴上的摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩变化规律，查找发动机动能为零的位置；

(8)预测的下一个时间步长后发动机动能是否为零；

(9)判断后确定发动机曲轴的停止位置。

附图说明

图1：步骤程序运行框图；

图2：动能零点与反转计算点之间的关系时序图；

图3：反转检测模块的每一步骤程序运行框图；

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

图1是本发明对停机过程中发动机曲轴位置检测的每一步骤。

在步骤1中，输入本方法最主要的判断信号：曲轴位置信号脉冲和点火开关状态。在步骤2中，按下降沿计算曲轴位置信号脉冲的时间间隔，计算得到发动机转速。在步骤3中，判断发动机转速是否进入停机临界条件。如果转速小于每分钟100转，输出是，继续执行步骤4。如果如果转速大于等于每分钟100转，输出否，执行步骤6，进入正常行驶状态，不进行反转检测。

在步骤4中，为另一个判断是否进行反转检测的条件，如果检测到点火信号(主继电器)为高，输出否，执行步骤6，进入正常行驶状态，不进行反转检测。如果检测到点火信号(主继电器)为低，输出是，执行步骤5，进入停机位置检测状态，并开始对此状态标志T累加计时。

在步骤7中，进入反转检测的模型，通过储存的发动机参数计算停机过程中发动机扭矩，继之于在步骤8中计算动能的变化。使用的参数有：进气门开相位IVO(intake valve open)、进气门闭相位IVC(intake valve close)、排气门开相位EVO(exhaust valve open)、排气门闭相位EVC(exhaust valveclose)；单变量转速摩擦功二次曲线表格Fn、发动机转动惯量J、缸径B、冲程S、压缩比ε、发动机上止点与曲轴缺口信号转换关系角θ。由此计算出作用在曲轴上的摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩变化规律，查找发动机动能为零的位置。其原理如下：

当关闭点火钥匙，停止供给燃油，缸内充量不再具备点火燃烧条件，但在发动机停机过程，曲轴保持一段时间的转动，在停机过程中，由于摩擦阻力的作用，曲轴转动的动能被持续消耗，整个系统的机械能持续下降，转速随之下降；

活塞也保持一段时间的往复运动，气缸扭矩在此过程中交替做正功和负功。由于不同缸的缸内气体要先后经历压缩和膨胀过程，对曲轴确定的转动方向而言，某缸内气体处于压缩过程，则此缸对曲轴做负功，形成负扭矩，这也是导致停机过程中曲轴反转的原因；对膨胀过程，则此缸对曲轴做正功，形成正扭矩。摩擦阻力不但在整个停机过程中都起减速作用，而且降低由于缸内气体压缩膨胀产生的转速波动。而从能量的角度来看，处于压缩过程中的缸内气体将曲轴转动的动能转化为缸内充量的内能；同理处于膨胀过程中的缸内气体将其内能转化为曲轴转动的动能。当发动机的动能第一次降为零，即发动机曲轴处于第一个停止点，而且有可能出现反转。

在步骤9中，根据步骤8计算结果所预测的下一个时间步长10毫秒后发动机动能是否为零，如果否，则在下一时间步长更新动能计算的参数，重新进行预测计算。如果输出是，则进入步骤10的反转检测模块。

本算法认为，T>100ms后，不会出现反转可能，因此，在步骤11中进行判断，如果状态累加计时T>100ms则退出反转检测模块，进入步骤12，认为发动机曲轴已经停止于确定位置。如果状态累加计时T小于100ms则进入步骤5继续累计时间，继续进行反转检测。

如图2所示，Tn为进入停机位置检测状态的当前累加时间，同理T_n-1、T_n+1分别为上一步长时间和下一步长时间。当步骤9计算预测的小一时间步长T_n+1时的发动机内能为零，则将T_n+1后的第一个出现的下降沿出现时间作为t₄，而依次将前面相邻的下降沿命名为t₀、t₁，将前面相邻的上升沿命名为t₁、t₃。 Δt₁、Δt₂、Δt₃、Δt₄为相邻跳变信号的间隔时间。ω1、ω2、ω3、ω4为t₀、t₁、t₃、t₄时间点测量平均转速。图3为图1中步骤10反转检测子模块的具体步骤。步骤13为输入曲轴脉冲信号；步骤14以先入先出的方式储存当前跳变沿时间[t4，t3，t2，t1，t0]；步骤15计算跳变沿间的时间间隔dt4，dt3，dt2，dt1；步骤16计算平均速度ω1、ω2、ω3、ω4；步骤17根据外插法，由ω1、ω2、ω3可得到即t₄点预测平均转速

。由于在6°这样一个小角度间隔下发动机转速可能发生的变化是很小的，实测值与预测值的误差也应在一定范围之内，如果两者的误差超出限值，即可判断出现反转。

步骤18以先入先出的方式储存[ω1、ω2、ω3、ω4]；步骤19计算预测速度与测量速度的差函数， $v={\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_4^{\′}-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}4}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}4}}\right)}^2;$ 步骤20判断v是否大于限值，如果大于限值，输出是，执行步骤21确认曲轴在Tn+1出现反转；否则执行步骤22End。

以上所述仅为本发明的一个核心算法，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 (10)

1、一种确定发动机曲轴位置的方法，其特征在于，使用曲轴位置传感器，并计算曲轴上的摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩，得出发动机动能的变化趋势，从而确定曲轴的可能反转位置。

2、如权利要求1所述的确定发动机曲轴位置的方法，其特征在于，还包括如下步骤：计算上述可能反转位置前后的转速信号脉冲间隔，并确定曲轴是否出现反转和反转角度。

3、如权利要求1或2所述的确定发动机曲轴位置的方法，其特征在于，采用如下步骤：

(1)使用曲轴位置传感器检测曲轴位置；

(2)计算作用在曲轴上的摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩及其变化规律；

(3)由步骤(2)中的计算结果得出发动机动能变化趋势，并查找发动机动能为零的位置；

(4)核算步骤(3)中该位置前后的转速信号脉冲间隔；

(5)由步骤(4)中的该转速信号脉冲间隔确定曲轴是否出现反转以及反转的具体时刻。

4、如权利要求1或2所述的确定发动机曲轴位置的方法，其特征在于，在进行曲轴的可能反转位置检测之前，判断是否需要进行反转检测。

5、如权利要求4所述的确定发动机曲轴位置的方法，其特征在于，判断是否进行反转检测的步骤为：判断发动机转速是否进入停机临界条件，和/或检测点火信号为高/低。

6、如权利要求5所述的确定发动机曲轴位置的方法，其特征在于，得到发动机转速的方法为：输入曲轴位置信号脉冲和点火开关状态，按下降沿计算曲轴位置信号脉冲的时间间隔。

7、如权利要求4所述的确定发动机曲轴位置的方法，其特征在于，判断需要进行反转检测后，计算摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩。

8、如权利要求1，2，7中任一项所述的确定发动机曲轴位置的方法，其特征在于，根据储存的发动机参数计算摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩并查找发动机动能为零的位置。

9、如权利要求8所述的确定发动机曲轴位置的方法，其特征在于，所述参数可以包括：进气门开相位IVO、进气门闭相位IVC、排气门开相位EVO、排气门闭相位EVC、单变量转速摩擦功二次曲线表格Fn、发动机转动惯量J、缸径B、冲程S、压缩比ε、发动机上止点与曲轴缺口信号转换关系角θ。

10、如权利要求1，2，5-7，9中任一项所述的确定发动机曲轴位置的方法，使用曲轴位置传感器，其特征在于，采用如下步骤：

(1)输入曲轴位置信号脉冲和点火开关状态；

(2)按下降沿计算曲轴位置信号脉冲的时间间隔，计算得到发动机转速；

(3)判断发动机转速是否进入停机临界条件；

(4)检测到点火信号是否应该进入反转测试；

(5)进入停机位置检测状态；

(6)进入反转检测的模型，通过储存的发动机参数计算停机过程中发动机扭矩；

(7)计算发动机动能的变化，计算出作用在曲轴上的摩擦阻力扭矩和缸内充量扭矩变化规律，查找发动机动能为零的位置；

(8)预测的下一个时间步长后发动机动能是否为零；

(9)确定发动机曲轴的停止位置。

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