CN102155313A - 一种判别发动机停机时曲轴位置的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种判别发动机停机时曲轴位置的装置，旨在提供一种可以正反转判定、反应灵敏、准确度高的用于判别发动机停机时曲轴位置的装置。它包括安装在发动机曲轴上的靶轮，安装在靶轮下方的磁电式转速传感器，与磁电式转速传感器连接的控制系统，所述靶轮的轮齿为非对称齿顶结构。本发明利用靶轮正、反转时非对称齿顶结构的轮齿导致磁电式传感器的线圈产生不同的感应电动势变化规律，来判断发动机曲轴是否发生反转，同时记录靶轮转过的齿数来测定靶轮的转角，最终判别出发动机停机时曲轴的位置。

Description

一种判别发动机停机时曲轴位置的装置

技术领域

本发明涉及一种判别发动机停机时曲轴位置的装置，特别是涉及一种采用非对称齿顶结构的靶轮的一种判别发动机停机时曲轴位置的装置，属于汽车零部件技术领域。

背景技术

汽车在交通拥挤的城市中行驶时，会经常处于怠速停机状态。发动机停机过程中，发动机曲轴受到转动摩擦力矩和缸内气体力矩的合力矩作用做阻尼减速运动。当转动摩擦力矩和缸内气体力矩的合力矩为正值时，推动发动机曲轴正向转动；当转动摩擦力矩和缸内气体力矩的合力矩为负值时，推动发动机曲轴反向转动。因此，发动机曲轴在发动机停机过程中会出现正转与反转交替的情况，直到发动机曲轴的动能衰减为零时发动机曲轴才会停止在某个位置。通过记录发动机停机时曲轴的位置可以来判别缸内直喷发动机重新启动时曲轴的工作位置，然后以发动机重新启动时曲轴的工作位置来准确判别出各个气缸的工作位置，车载控制系统根据判别出的各个气缸的工作位置来按照发火顺序依次控制各个气缸的喷油和点火，使燃油喷入特定的气缸，从而实现缸内直喷发动机的起动-停止技术中的快速起动。因此，能否快速而准确的判别出发动机停机时曲轴的位置成为制约缸内直喷发动机的起动-停止技术的关键因素。

目前判别发动机停机时曲轴位置的装置一般采用磁电式传感器、光电传感器或霍尔式传感器作为曲轴转速传感器，曲轴转速传感器与安装在发动机曲轴上的具有对称齿顶结构的靶轮相配合来测量发动机曲轴的转速及转角。现有装置的缺陷是：它只能测量发动机曲轴转过的角度，而不能判别发动机曲轴的正传或反转的转向，也就无法确定发动机停机时曲轴的准确停止位置，只能等发动机在重新起动时曲轴转过一圈，控制系统接收到曲轴的上止点信号后，再根据发动机凸轮轴位置信号判断出发动机曲轴的工作位置，这就导致发动机在重新起动时有一个较长的延迟时间。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可以正反转判定、反应灵敏、准确度高的用于判别发动机停机时曲轴位置的装置。该装置采用非对称齿顶结构的靶轮1与磁电式转速传感器4相结合，并通过控制系统7来准确判别发动机停机时曲轴位置。

本发明的工作原理是：发动机曲轴3带动靶轮1转动，当靶轮1相对磁电式转速传感器4正转或反转时，靶轮1切割永久磁铁5产生磁力线，轮齿2的梯形齿顶8与矩形齿顶9分别和永磁铁5之间的磁路气隙大小不同，从而使发动机曲轴3正转与反转时磁电式转速传感器4中的磁通量变化规律不同，最终导致发动机曲轴3正转与反转时线圈6中的感应电动势变化规律不同，控制系统7通过比较线圈6中的不同感应电动势变化规律来判断发动机曲轴3是否发生反转，同时记录靶轮1转过的齿数，就能够测定靶轮1发生正转或反转的角度，最终计算出发动机停机时发动机曲轴3的准确位置。

本发明通过下述技术方案予以实现：

一种判别发动机停机时曲轴位置的装置，包括安装在发动机曲轴上的靶轮1、安装在靶轮下方的转速传感器4和与转速传感器连接的控制系统7，所述的靶轮1的轮齿2按圆周均匀分布并为非对称齿顶结构。

所述的靶轮1的轮齿2中心线一侧为梯形齿顶8，轮齿2中心线另一侧为矩形齿顶9，轮齿2中心线两侧不同形状的齿顶共同构成轮齿2的非对称齿顶结构。

所述的靶轮1由导磁材料制成。

所述的转速传感器采用磁电式转速传感器4。

本发明的有益效果是：(1)该装置不但能够测量发动机转速和转角，同时可以判断发动机停机时曲轴是否发生反转，从而准确判别发动机停机时曲轴的位置，为发动机重新起动提供曲轴的准确工作位置，为发动机快速起动提供技术保证；(2)缩短了发动机重新启动时的延迟时间；(3)结构简单，易于制造。

附图说明

图1是一种判别发动机停机时曲轴位置的装置结构示意图；

图2是靶轮轮齿齿形示意图；

图3是靶轮正转时磁通量与电动势的变化规律图；

图4是靶轮反转时磁通量与电动势的变化规律图。

图中：1.靶轮  2.轮齿  3.发动机曲轴  4.磁电式转速传感器  5.永磁铁  6.线圈  7.控制系统  8.梯形齿顶  9.矩形齿顶

具体实施方式

下面参照附图所示实施例，进一步说明本发明的具体内容及其具体实施方式。

图1是一种判别发动机停机时曲轴位置的装置结构示意图，靶轮1安装在发动机曲轴3上，发动机曲轴3带动靶轮1旋转；磁电式转速传感器4安装在靶轮1下方并留有间隙，当靶轮1相对磁电式转速传感器4正转或反转时，靶轮1切割永久磁铁5产生的磁力线，使磁电式转速传感器4中的线圈6产生感应电动势。

当靶轮1的轮齿2靠近永久磁铁5的磁极时，轮齿2与永久磁铁5之间的磁路气隙减小，导致轮齿2与永久磁铁5之间的磁路中的磁阻减小，从而使磁电式转速传感器4中的磁通量增大，使磁电式转速传感器4中的磁通量变化率大于零，使线圈6产生的感应电动势为正值；当轮齿2离开永久磁铁5的磁极时，轮齿2与永久磁铁5之间的磁路气隙增大，导致轮齿2与永久磁铁5之间的磁路中的磁阻增加，从而使磁电式转速传感器4中的磁通量减小，使磁电式转速传感器4中的磁通量变化率小于零，使线圈6产生的感应电动势为负值。每转过一个轮齿2，磁电式转速传感器4中的磁通量就呈周期性的变化，线圈6会产生一个周期性交变感应电动势，即感应电动势出现一次最大值和一次最小值，线圈6也就相应地输出一个交变的电压信号给控制系统7。

图2是靶轮1的轮齿2的齿形示意图，轮齿2中心线一侧为梯形齿顶8，轮齿2中心线另一侧为矩形齿顶9，轮齿2中心线两侧不同形状的齿顶共同构成非对称齿顶结构。由于轮齿2中心线两侧齿顶形状不对称，所以梯形齿顶8与永久磁铁5的磁极之间的磁路气隙不同于矩形齿顶9与永久磁铁5的磁极之间的磁路气隙，非对称齿顶结构导致的不同磁路气隙使得磁电式转速传感器4中的磁通量变化规律不对称。梯形齿顶8与永久磁铁5的磁极之间的磁路气隙大于矩形齿顶9与永久磁铁5的磁极之间的磁路气隙，使得梯形齿顶8引起的磁电式转速传感器4中的磁通量变化要快于矩形齿顶9引起的磁通量变化，从而磁电式转速传感器4中的磁通量随时间的变化曲线是一个非对称的图形，图3中磁通量变化曲线的abc段与cde段是非对称的，图4中磁通量变化曲线的a′b′c′段与c′d′e′段也是非对称的。

当发动机曲轴3正转时，发动机曲轴3带动靶轮1正转，在磁电式转速传感器4中的磁通量和线圈6产生感应电动势如图3所示；当发动机曲轴3反转时，发动机曲轴3带动靶轮1反转，在磁电式转速传感器4中的磁通量和线圈6产生感应电动势如图4所示。对比图3与图4中的磁通量曲线和感应电动势曲线，可以看到正转时的磁通量曲线与反转时的磁通量曲线的变化规律不同。由正、反转不同的磁通量变化规律导致正转与反转时的感应电动势曲线的变化规律也不同，正转时感应电动势的正最大值大于负最大值的绝对值，参阅图3所示；反转时感应电动势的正最大值小于负最大值的绝对值，参阅图4所示。控制系统7正是根据发动机曲轴3正转与反转时不同的感应电动势变化规律来判断发动机曲轴的旋转方向，同时记录靶轮1转过的齿数来测定靶轮1的转角，最终判断发动机停机时曲轴的准确位置。

Claims (4)

1.一种判别发动机停机时曲轴位置的装置，包括安装在发动机曲轴上的靶轮(1)、安装在靶轮下方的转速传感器(4)和与转速传感器连接的控制系统(7)，其特征在于，所述的靶轮(1)的轮齿(2)按圆周均匀分布并为非对称齿顶结构。

2.根据权利要求1所述的一种判别发动机停机时曲轴位置的装置，其特征在于，所述的靶轮(1)的轮齿(2)中心线一侧为梯形齿顶(8)，轮齿(2)中心线另一侧为矩形齿顶(9)，轮齿(2)中心线两侧不同形状的齿顶共同构成轮齿(2)的非对称齿顶结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种判别发动机停机时曲轴位置的装置，其特征在于，所述的靶轮(1)由导磁材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种判别发动机停机时曲轴位置的装置，其特征在于，所述的转速传感器采用磁电式转速传感器(4)。

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