CN103245367A - 曲轴位置检测装置及曲轴信号轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲轴位置检测装置，包括曲轴信号轮、传感器、控制器；曲轴信号轮周边有一缺齿区域、二标准齿区域、一个窄齿区域，缺齿区域同窄齿区域之间由二标准齿区域所间隔；标准齿区域均匀分布有多个标准轮齿；缺齿区域缺一个或多个标准轮齿；窄齿区域均匀分布有多个窄轮齿，窄轮齿较标准轮齿窄，窄齿区域的齿顶间的距离小于标准齿区域的齿顶间的距离；传感器安装在曲轴信号轮外围，用于随着曲轴信号轮的旋转输出脉冲电信号到控制器，控制器根据传感器输出的脉冲电信号的下降沿的间距变化识别曲轴位置。本发明还公开了一种曲轴信号轮。本发明能提高曲轴位置的识别速度。

Description

曲轴位置检测装置及曲轴信号轮

技术领域

本发明涉及电控发动机的控制技术，特别涉及一种曲轴位置检测装置及曲轴信号轮。

背景技术

在电控发动机的电子控制过程中，首先必须根据传感器采集的曲轴信号识别出发动机当前位置，然后才可以执行与发动机位置密切相关的控制操作。则发动机位置的识别速度直接影响了发动机启动速度。

现有的曲轴位置检测装置，是将曲轴信号轮与曲轴同轴固定安装，所述曲轴信号轮为铁磁性元件，外轮廓均布若干齿（常见的形式为60或36或24齿），其中去除连续的1或2个齿以形成特殊的识别点；曲轴位置传感器将齿形转换为电信号传送至控制器，控制器检测其中的特殊识别点以获取曲轴位置，即发动机当前的位置，图2所示为现有36齿缺2齿曲轴信号轮的电信号，相邻两次信号识别点间隔360度。控制器检测到曲轴识别点之前曲轴转过的角度直接决定了位置识别的耗时。现有的曲轴位置检测装置，曲轴信号轮只有一个特殊识别点，控制器检测到曲轴识别点之前曲轴可能需要转过大于180度，甚至接近360度，从曲轴开始旋转到检测到曲轴识别点需要转过的角度为0～1圈，平均0.5圈，控制器检测到曲轴识别点耗时越长，发动机位置的识别速度较慢。

中国专利CN200947105Y公开了一种曲轴速度测量装置，如图1所示，飞轮29与曲轴同轴安装，其旋转的速度和角度与曲轴一致，可以反映曲轴的旋转速度和角度，从而反映活塞位置。

在飞轮29外周固定套装信号轮，该信号轮为铁磁性元件，其周边具有规则分布的信号轮齿顶27，同时，在整个信号轮上，有一个位置为信号轮缺齿区域28，该区域没有所述的信号轮齿顶27。该信号轮缺齿区域28相对于曲轴和飞轮29定位的定位套位置有一固定角度，以便确定所述信号轮缺齿区域28与活塞的位置关系。信号轮齿顶的分布方式是，信号轮上按照均匀分布60个信号轮齿顶设置，但实际上只有58个齿顶，而在信号轮上的一个区域缺少两个齿顸，该区域就是所述信号轮缺齿区域28。

实现对飞轮的旋转速度和角度测量的传感器22安装在变速箱的壳体24上，安装时，保持传感器22测量面与信号轮齿顶27之间距离S=0.8～1mm。所述传感器22内的软磁铁芯26与永久磁铁23相连接，其中所述测量面一段采用软磁铁，上述磁铁形成的磁场延伸至铁磁性的信号轮。当信号轮齿顶27与传感器22测量面正对时，所述传感器内磁场增强。当缺齿区域28与传感器22的测量面相对时，传感器内线圈磁场减弱。在飞轮29旋转时，在传感器22的测量面正对的信号轮区域为规则出现的信号轮齿顶27的区域时，所述传感器内磁场产生规律性的变化，从而产生规则的感生电信号输出；当传感器22的测量面正对所述缺齿区域28时，原来规则的电信号中产生一个脉冲电信号。由于如前所述，缺齿区域28具有特定的安装角度，所以该脉冲电信号的出现时点对应于飞轮29的某个角度，又由于飞轮29与活塞的关系，从而可以依此确定该信号的时点对应于活塞的位置。同时，该脉冲电信号出现的周期可以表征曲轴转速。将传感器22的输出通过电缆21连接到发动机管理器，发动机管理器根据该信号就可以计算出活塞位置，根据该活塞位置信息，发动机管理器直接控制火花塞点火正时。当发动机管理器输出的点火信号不在最佳的点火正时时，可以直接调整发动机管理器内部的控制参数，只要整个机械配合环节未出现松动，则一定可以通过参数调整获得正确的点火正时（在发动机的压缩冲程终了，活塞达到行程的顶点时，点火系统向火花塞提供高压火花以点燃气缸内的压缩混合气作功，这个时间就是点火正时。为使点火能量最大化，点火正时一般要提前一定的量，所以是在活塞即将到达上止点的那一刻点火，而不是正好达到上止点时才点火，这个提前量叫点火提前角）。

中国专利CN200947105Y公开的带2个连续缺齿的信号轮，必须在传感器感知到缺齿信息时发动机管理器才能获取到曲轴位置（发动机的当前位置），在此之前曲轴必须转过最多一圈，发动机管理器检测到曲轴识别点耗时越长，发动机位置的识别速度较慢。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提高曲轴位置的识别速度。

为解决上述技术问题，本发明提供的曲轴位置检测装置，包括曲轴、曲轴信号轮、传感器、控制器；所述曲轴信号轮与曲轴同轴固定安装；

所述曲轴信号轮，为铁磁性元件，其周边有一缺齿区域、二标准齿区域、一个窄齿区域，缺齿区域同窄齿区域之间由二标准齿区域所间隔；

所述标准齿区域，均匀分布有多个标准轮齿；

所述缺齿区域，缺一个或多个标准轮齿；

所述窄齿区域，均匀分布有多个窄轮齿，窄轮齿较标准轮齿窄；

所述窄齿区域的齿顶间的距离小于所述标准齿区域的齿顶间的距离；

所述传感器，安装在曲轴信号轮外围，用于随着曲轴信号轮的旋转输出脉冲电信号到所述控制器；

所述控制器，用于根据所述传感器输出的脉冲电信号的下降沿的间距变化，识别曲轴位置。

较佳的，所述曲轴信号轮的缺齿区域后的第二个标准尺寸的齿后沿，同所述曲轴信号轮的窄齿区域后的第一个标准尺寸的齿后沿相差180度。

较佳的，所述缺齿区域，缺一个或两个标准轮齿。

较佳的，所述窄齿区域，均匀分布有两个窄轮齿。

较佳的，所述标准齿区域的齿顶间的距离大于等于所述窄齿区域的齿顶间的距离的两倍。

较佳的，所述标准齿区域的齿顶间的距离等于所述窄齿区域的齿顶间的距离的两倍。

较佳的，传感器测量面与曲轴信号轮齿顶之间的距离大于等于O.5毫米并且小于等于1.5毫米。

较佳的，所述控制器识别曲轴位置的方法是：

所述传感器产生的脉冲电信号，如果有四个依次相邻的下降沿：第一个下降沿、第二个下降沿、第三个下降沿、第四个下降沿，A₂>1.5A₁并且A₂>1.5A₃,则确认当前曲轴位置为所述曲轴信号轮的缺齿区域后的第二个标准尺寸的齿后沿，A₁为第一个下降沿同第二个下降沿的时间间隔，A₂为第二个下降沿同第三个下降沿的时间间隔，A₃为第三个下降沿同第四个下降沿的时间间隔；

所述传感器产生的脉冲电信号，如果有N+3个相邻的下降沿：第1个下降沿、第2个下降沿、第3个下降沿、…、第N+2个下降沿、第N+3个下降沿，N为大于1的正整数，如果B₁>1.5B₂并且B_N+2>1.5B_N+1,则确认当前曲轴位置为所述曲轴信号轮的窄齿区域后的第一个标准尺寸的齿后沿，B₁为第1个下降沿同第2个下降沿的时间间隔，B₂为第2个下降沿同第3个下降沿的时间间隔，B_N+1为第N+1个下降沿同第N+2个下降沿的时间间隔，B_N+2为第N+2个下降沿同第N+3个下降沿的时间间隔。

较佳的，所述缺齿区域缺两个标准齿，如果A₂>2A₁并且A₂>2A₃,所述控制器则确认当前曲轴位置为所述曲轴信号轮的缺齿区域后。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种曲轴信号轮，为铁磁性元件，所述曲轴信号轮周边有一缺齿区域、二标准齿区域、一个窄齿区域，缺齿区域同窄齿区域之间由二标准齿区域所间隔；

所述标准齿区域，均匀分布有多个标准轮齿；

所述缺齿区域，缺一个或多个标准轮齿；

所述窄齿区域，均匀分布有多个窄轮齿，窄轮齿较标准轮齿窄；

所述窄齿区域的齿顶间的距离小于所述标准齿区域的齿顶间的距离。

较佳的，所述曲轴信号轮的缺齿区域后的第二个标准尺寸的齿后沿，同所述曲轴信号轮的窄齿区域后的第一个标准尺寸的齿后沿相差180度。

较佳的，所述缺齿区域，缺一个或两个标准轮齿。

较佳的，所述窄齿区域，均匀分布有两个窄轮齿。

较佳的，所述标准齿区域的齿顶间的距离大于等于所述窄齿区域的齿顶间的距离的两倍。

较佳的，所述标准齿区域的齿顶间的距离等于所述窄齿区域的齿顶间的距离的两倍。

本发明的曲轴位置检测装置，当曲轴旋转，标准齿区域、缺齿区域、标准齿区域、窄齿区域依次同传感器的测量面正对，传感器输出相应的脉冲电信号，该脉冲电信号中有两处不同的曲轴识别点。由于缺齿区域、窄齿区域由二标准齿区域所间隔，曲轴旋转一圈，传感器可以检测到缺齿区域及窄齿区域，输出的脉冲电信号中有两处曲轴识别点，而且由于缺齿区域、窄齿区域对应的脉冲电信号特征相互区别，两处识别点的存在可以有效缩短位置识别以前曲轴需要转过的角度，两处识别点相互区别使控制器能对两处识别点分别识别，仅依赖曲轴信号的条件即可缩短曲轴位置识别过程的耗时，提高了曲轴位置的识别速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是中国专利CN200947105Y公开的一种曲轴速度测量装置示意图；

图2是现有36齿缺2齿曲轴信号轮的电信号示意图；

图3是本发明的曲轴信号轮的一实施例示意图；

图4是本发明的曲轴信号轮的一实施例的电信号示意图；

图5是本发明的曲轴信号轮的一实施例缺齿区域的电信号示意图；

图6是本发明的曲轴信号轮的一实施例窄齿区域的电信号示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

曲轴位置检测装置，包括曲轴、曲轴信号轮、传感器、控制器；

所述曲轴信号轮与曲轴同轴固定安装；

所述曲轴信号轮，为铁磁性元件，如图3所示，曲轴信号轮周边有一缺齿区域13、二标准齿区域12、一个窄齿区域11，缺齿区域13同窄齿区域11之间由二标准齿区域12间隔；

所述标准齿区域12，均匀分布有多个标准轮齿；

所述缺齿区域13，缺一个或多个标准轮齿；较佳的，所述缺齿区域13缺一个或两个标准轮齿；

所述窄齿区域11，均匀分布有多个窄轮齿，窄轮齿较标准轮齿窄；较佳的，所述窄齿区域11，均匀分布有两个窄轮齿；

所述窄齿区域11的齿顶间的距离小于所述标准齿区域的齿顶间的距离；较佳的，所述标准齿区域12的齿顶间的距离大于等于所述窄齿区域11的齿顶间的距离的两倍，例如所述标准齿区域12的齿顶间的距离等于所述窄齿区域11的齿顶间的距离的两倍；

所述传感器，安装在曲轴信号轮外围，用于随着曲轴信号轮的旋转输出脉冲电信号到所述控制器；较佳的，传感器测量面与曲轴信号轮齿顶之间的距离大于等于O.5毫米并且小于等于1.5毫米；

所述控制器，用于根据所述传感器输出的脉冲电信号的下降沿的间距变化，识别曲轴位置，并根据曲轴位置信息，控制火花塞点火正时。

实施例一的曲轴位置检测装置，当曲轴旋转，标准齿区域12、缺齿区域13、标准齿区域12、窄齿区域11依次同传感器的测量面正对，所述传感器输出相应的脉冲电信号，如图4所示，该脉冲电信号中有两处不同的曲轴识别点。由于所述缺齿区域13、窄齿区域11由二标准齿区域12间隔，曲轴旋转一圈，传感器可以检测到缺齿区域13及窄齿区域11，输出的脉冲电信号中有两处曲轴识别点，而且由于缺齿区域13、窄齿区域11对应的脉冲电信号特征相互区别，两处识别点的存在可以有效缩短位置识别以前曲轴需要转过的角度，两处识别点相互区别使控制器能对两处识别点分别识别，仅依赖曲轴信号的条件即可缩短曲轴位置识别过程的耗时，提高了曲轴位置的识别速度。

实施例二

基于实施例一，所述曲轴信号轮的缺齿区域后的第二个标准尺寸的齿后沿（曲轴旋转方向的反方向），同所述曲轴信号轮的窄齿区域后的第一个标准尺寸的齿后沿相差180度；所述控制器识别曲轴位置的方法是：

如图5所示，所述传感器产生的脉冲电信号，如果有四个依次相邻的下降沿：第一个下降沿、第二个下降沿、第三个下降沿、第四个下降沿D，A₂>1.5A₁并且A₂>1.5A₃,则确认当前曲轴位置为所述曲轴信号轮的缺齿区域后（曲轴旋转方向的反方向）的第二个标准尺寸的齿后沿，A₁为第一个下降沿同第二个下降沿的时间间隔，A₂为第二个下降沿同第三个下降沿的时间间隔，A₃为第三个下降沿同第四个下降沿的时间间隔；较佳的，所述缺齿区域缺两个标准齿，如果A₂>2A₁并且A₂>2A₃,所述控制器则确认当前曲轴位置为所述曲轴信号轮的缺齿区域后。

如图6所示，所述传感器产生的脉冲电信号，如果有N+3个相邻的下降沿：第1个下降沿、第2个下降沿、第3个下降沿、…、第N+2个下降沿、第N+3个下降沿E，N大于1的正整数，如果B₁>1.5B₂并且B_N+2>1.5B_N+1,则确认当前曲轴位置为所述曲轴信号轮的窄齿区域后的第一个标准尺寸的齿后沿，B₁为第1个下降沿同第2个下降沿的时间间隔，B₂为第2个下降沿同第3个下降沿的时间间隔，B_N+1为第N+1个下降沿同第N+2个下降沿的时间间隔，B_N+2为第N+2个下降沿同第N+3个下降沿的时间间隔；较佳的，N为2。

实施例二的曲轴位置检测装置，曲轴信号轮的缺齿区域后的第二个标准尺寸的齿后沿（曲轴旋转方向的反方向）同窄齿区域后的第一个标准尺寸的齿后沿相差180度，从而使将曲轴信号轮具有相差180度两个不同识别点，传感器检测到任何一个识别点时，将该识别点的脉冲电信号信息传送至控制器，控制器根据两处识别点的特征相互区别的脉冲电信号即可计算出曲轴当前的位置。实施例二的曲轴位置检测装置，为确定曲轴位置曲轴所需转过的角度为0～0.5圈，平均0.25圈，大大提高了曲轴位置的识别速度，提高了发动机起动速度，改善了车辆起动性能，假设起动电机的拖动转速为180转/分钟，合333ms/r，使用实施例二的曲轴位置检测装置确定曲轴位置平均节省的0.25圈带来了83ms的时间缩短，可明显改善用户体验。实施例二的曲轴位置检测装置，特别适用于单缸或气缸间相差为180度整数倍的发动机电控系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (15)

1.一种曲轴位置检测装置，包括曲轴、曲轴信号轮、传感器、控制器；所述曲轴信号轮与曲轴同轴固定安装；其特征在于，

所述曲轴信号轮，为铁磁性元件，其周边有一缺齿区域、二标准齿区域、一个窄齿区域，缺齿区域同窄齿区域之间由二标准齿区域所间隔；

所述标准齿区域，均匀分布有多个标准轮齿；

所述缺齿区域，缺一个或多个标准轮齿；

所述窄齿区域，均匀分布有多个窄轮齿，窄轮齿较标准轮齿窄；

所述窄齿区域的齿顶间的距离小于所述标准齿区域的齿顶间的距离；

所述传感器，安装在曲轴信号轮外围，用于随着曲轴信号轮的旋转输出脉冲电信号到所述控制器；

所述控制器，用于根据所述传感器输出的脉冲电信号的下降沿的间距变化，识别曲轴位置。

2.根据权利要求1所述的曲轴位置检测装置，其特征在于，

所述曲轴信号轮的缺齿区域后的第二个标准尺寸的齿后沿，同所述曲轴信号轮的窄齿区域后的第一个标准尺寸的齿后沿相差180度。

3.根据权利要求2所述的曲轴位置检测装置，其特征在于，

所述缺齿区域，缺一个或两个标准轮齿。

4.根据权利要求2所述的曲轴位置检测装置，其特征在于，

所述窄齿区域，均匀分布有两个窄轮齿。

5.根据权利要求2所述的曲轴位置检测装置，其特征在于，

所述标准齿区域的齿顶间的距离大于等于所述窄齿区域的齿顶间的距离的两倍。

6.根据权利要求5所述的曲轴位置检测装置，其特征在于，

所述标准齿区域的齿顶间的距离等于所述窄齿区域的齿顶间的距离的两倍。

7.根据权利要求2到6任一项所述的曲轴位置检测装置，其特征在于，

所述控制器识别曲轴位置的方法是：

所述传感器产生的脉冲电信号，如果有四个依次相邻的下降沿：第一个下降沿、第二个下降沿、第三个下降沿、第四个下降沿，A₂>1.5A₁并且A₂>1.5A₃,则确认当前曲轴位置为所述曲轴信号轮的缺齿区域后的第二个标准尺寸的齿后沿，A₁为第一个下降沿同第二个下降沿的时间间隔，A₂为第二个下降沿同第三个下降沿的时间间隔，A₃为第三个下降沿同第四个下降沿的时间间隔；

所述传感器产生的脉冲电信号，如果有N+3个相邻的下降沿：第1个下降沿、第2个下降沿、第3个下降沿、…、第N+2个下降沿、第N+3个下降沿，N为大于1的正整数，如果B₁>1.5B₂并且B_N+2>1.5B_N+1,则确认当前曲轴位置为所述曲轴信号轮的窄齿区域后的第一个标准尺寸的齿后沿，B₁为第1个下降沿同第2个下降沿的时间间隔，B₂为第2个下降沿同第3个下降沿的时间间隔，B_N+1为第N+1个下降沿同第N+2个下降沿的时间间隔，B_N+2为第N+2个下降沿同第N+3个下降沿的时间间隔。

8.根据权利要求7所述的曲轴位置检测装置，其特征在于，

N为2。

9.根据权利要求7或8所述的曲轴位置检测装置，其特征在于，

所述缺齿区域缺两个标准齿，如果A₂>2A₁并且A₂>2A₃,所述控制器则确认当前曲轴位置为所述曲轴信号轮的缺齿区域后。

10.一种曲轴信号轮，为铁磁性元件，其特征在于，所述曲轴信号轮周边有一缺齿区域、二标准齿区域、一个窄齿区域，缺齿区域同窄齿区域之间由二标准齿区域所间隔；

所述标准齿区域，均匀分布有多个标准轮齿；

所述缺齿区域，缺一个或多个标准轮齿；

所述窄齿区域，均匀分布有多个窄轮齿，窄轮齿较标准轮齿窄；

所述窄齿区域的齿顶间的距离小于所述标准齿区域的齿顶间的距离。

11.根据权利要求10所述的曲轴信号轮，其特征在于，

所述曲轴信号轮的缺齿区域后的第二个标准尺寸的齿后沿，同所述曲轴信号轮的窄齿区域后的第一个标准尺寸的齿后沿相差180度。

12.根据权利要求11所述的曲轴信号轮，其特征在于，

所述缺齿区域，缺一个或两个标准轮齿。

13.根据权利要求11所述的曲轴信号轮，其特征在于，

所述窄齿区域，均匀分布有两个窄轮齿。

14.根据权利要求10所述的曲轴信号轮，其特征在于，

所述标准齿区域的齿顶间的距离大于等于所述窄齿区域的齿顶间的距离的两倍。

15.根据权利要求10所述的曲轴信号轮，其特征在于，

所述标准齿区域的齿顶间的距离等于所述窄齿区域的齿顶间的距离的两倍。

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