CN103630365B - 三缸发动机的相位判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种三缸发动机的相位判定方法，该方法包括：1）在三缸发动机的曲轴齿轮上依次设定第一至第四齿位，其中第二和第三齿位位于第一至第四齿位之间；2）分别计算出曲轴齿轮从第一齿位转动到第四齿位时发动机的第一进气压力平均值和曲轴齿轮从第二齿位转动到第三齿位时发动机的第二进气压力平均值；3）根据第一和第二进气压力平均值之间的大小关系判定发动机的相位信息。由此，本发明实施例的三缸发动机的相位判定方法，通过比较两个曲轴齿轮齿位段的进气压力平均值，即能够准确地判定发动机凸轮轴的相位，进而判定发动机的相位，不仅方法简单可靠，而且无需安装凸轮轴相位传感器，节省了制造成本。

Description

三缸发动机的相位判定方法

技术领域

本发明涉及电控发动机的控制技术领域，特别是涉及一种三缸发动机的相位判定方法。

背景技术

目前电喷系统汽油机最为常见的是四冲程发动机：进气、压缩、做功、排气。发动机的相位（即发动机曲轴和凸轮轴的相位关系）需要根据曲轴相位信号和凸轮轴相位信号才能判断，并为发动机控制器提供了时序基准的参考。如果不知道发动机的相位，则使发动机无法完成正常的喷油、点火等动作。

当采用三缸发动机时，发动机运转两圈，三个气缸各完成一次完整的四冲程循环。通常设定发动机运转两圈为一个单位，在一个单位中，1、2缸做功所在那一圈定义为0相位；3缸做功所在那一圈定义为1相位。如果知道相位信号0或1，再根据曲轴信号就能够判断当前发动机的工作位置，即可准确完成正常的喷油、点火等发动机事件时序。

常用的发动机相位判定方法包括压力判缸法，即通过进气压力特征进行缸号的判别，提供发动机正常运转的相位信号。发动机气缸工作在进气行程时，进气门突然打开，靠近进气门附近的歧管压力会有1kPa左右的急剧压降，该压力突变信号被安装在该进气歧管处的进气压力传感器检测到，发动机控制器通过软件对压力信号进行滤波、信号分离等处理即可实现凸轮轴的准确位置，然后结合曲轴相位传感器采集的曲轴相位信号即可实现判缸。

然而，该压力判缸法受偶数缸（例如四缸发动机）机较强对称特性的影响，因此不适用缸数为奇数的发动机。另外，进气压力传感器必须安装在一个气缸的进气歧管上而不是总管上，因此需要修改进气传感器的安装位置。

目前大多数三缸发动机采用凸轮轴相位传感器判相方法，即通过在发动机凸轮轴相关位置安装一个凸轮轴相位传感器，采集凸轮轴相位传感器信号即可实现当前发动机的相位判定。

凸轮轴相位传感器采集相位信号虽然实现简单、信号较可靠，但是提供该信号就必须需要安装一个凸轮轴相位传感器，这不仅增加了各种成本，也增加了后期的维护成本。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够根据曲轴齿位信息和进气压力信息准确判定三缸发动机的相位的方法。

根据本发明实施例的三缸发动机的相位判定方法，包括如下步骤：

1）在所述三缸发动机的曲轴齿轮上依次设定第一至第四齿位，其中所述第二和第三齿位位于所述第一至第四齿位之间；2）分别计算出所述曲轴齿轮从所述第一齿位转动到所述第四齿位时所述发动机的第一进气压力平均值和所述曲轴齿轮从所述第二齿位转动到所述第三齿位时所述发动机的第二进气压力平均值；3）根据所述第一和第二进气压力平均值之间的大小关系判定所述发动机的相位信息。

由此，根据本发明实施例的三缸发动机的相位判定方法，通过比较两个曲轴齿轮齿位段的进气压力平均值，即能够准确地判定发动机凸轮轴的相位，进而判定发动机的相位，不仅方法简单可靠，而且无需安装凸轮轴相位传感器，节省了制造成本。另外，本发明实施例的判定方法不必将进气压力传感器从发动机进气总管上移动到进气歧管上，因此避免了因改变进气压力传感器的位置而去开发新的进气总成模具，进一步节省了制造成本。

另外，根据本发明上述实施例的三缸发动机的相位判定方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述步骤3）包括：当所述第二进气压力平均值大于所述第一进气压力平均值时判定所述发动机处于所述发动机的第一和第二缸进行做功冲程的相位；当第二进气压力平均值小于所述第一进气压力平均值时判定所述发动机处于所述发动机的第三缸进行做功冲程的相位。

根据本发明的一个实施例，所述步骤3）还包括：当所述第一进气压力平均值等于所述第一进气压力平均值时不做所述发动机的相位判定。

根据本发明的一个实施例，所述步骤3）还包括在比较第一和第二进气压力平均值之前，利用压力修正值对所述第一进气压力平均值进行修正，或利用压力修正值对所述第二进气平均压力进行修正，

其中根据所述第一进气压力平均值和所述压力修正值之和与所述第二进气压力平均值的大小关系或所述第一进气压力平均值与所述第二进气压力平均值和所述压力修正值之和的大小关系判定所述发动机的相位。

根据本发明的一个实施例，所述步骤3）包括：（a）当所述第二进气压力平均值大于所述第一进气压力平均值与所述压力修正值之和时判定所述发动机处于所述发动机的第一和第二缸进行做功冲程的相位；（b）当所述第二进气压力平均值与所述压力修正值之和小于所述第一进气压力平均值时判定所述发动机处于所述发动机的第三缸进行做功冲程的相位。

根据本发明的一个实施例，当不满足条件（a）和（b）时不做所述发动机的相位判定。

根据本发明的一个实施例，压力修正值随所述发动机的运转负载变化而变化。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤2）包括：2.1）采集所述曲轴从所述第二齿位转动到所述第三齿位期间转动到每个齿位处时的所述发动机的第二进气压力值并累加得到第二进气压力累加值；再将所述第二进气压力累加值除以所述第二齿位与所述第三齿位之间的齿位数得到所述第二进气压力平均值；和2.2）采集所述曲轴从所述第一齿位转动到所述第四齿位期间转动到每个齿位处时所述发动机的第一进气压力值并累加得到第一进气压力累加值，再将所述第一进气压力累加值除以所述第一齿位转动到所述第四齿位之间的齿位数得到所述第一进气压力平均值。

根据本发明的一个实施例，每个所述齿位处的第一和第二进气压力值由安装在所述发动机的进气总管上的进气压力传感器采集。

根据本发明的一个实施例，所述曲轴齿轮的齿位信息由曲轴齿位传感器采集。

根据本发明的一个实施例，所述曲轴齿轮具有五十八个齿位。

根据本发明的一个实施例，所述第一至第四齿位随所述发动机的转速变化而变化。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是发动机进气压力波形图，其中波形段表示进气压力值，虚线段表示曲轴齿轮齿位数；

图2是根据本发明一个实施例的三缸发动机的相位判定方法的流程图；和

图3是根据本发明另一个实施例的三缸发动机的相位判定方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1-3来描述根据本发明实施例的三缸发动机的相位判定方法。

发明人发现四冲程发动机的进气压力变化呈规律性变化，如果根据发动机的进气压力随曲轴的转动而变化的规律制作一幅波形图，如图1所示，可以很容易地看出作为纵轴进气压力形成一个类似正弦波波形，从波峰到波谷再到波峰的循环变化。波形图的横轴可以采用曲轴的齿位数代表曲轴的转动。以发动机曲轴转动两圈为一个循环，则恰恰在曲轴相邻两圈（即一个完整循环）中的进气压力波形是非对称的，即出现一个波峰和一个波谷。

图1所示的进气压力波形图中以具有58个齿位的曲轴齿轮为例，发动机转一圈，曲轴齿轮从齿位1转动至齿位58（ToothID=1至ToothID=58）代表曲轴转动一圈。

经多次试验和计算后发明人发现：在曲轴连续转动的两圈中，波峰和波谷交替出现且波峰和波谷出现的位置在横轴上体现为大致固定的齿位段，即从齿位a至齿位b的齿位段a、b。在曲轴转动一圈中，再取一个包括齿位段a、b的另一个齿位段m、n，并通过计算得出这两个齿位段的进气压力平均值后，再比较两个齿位段的进气压力平均值的大小即可准确判定发动机的相位。

例如，图1中最左起第一个一圈中，齿位段a、b处于波峰位置，因此其进气压力平均值大于齿位段m、m的进气压力平均值，可判定在这个相位计算单元中，发动机处于其第一和第二缸处于做功冲程的相位；反之，紧邻的下一完整的一圈中，由于齿位段a、b处于波谷位置，因此其进气压力平均值小于齿位段m、m的进气压力平均值，可以判定发动机处于其第三缸处于做功冲程的相位。因此发动机曲轴每转一圈即完成一次相位的计算来判定发动机的相位。

如图2所示，根据本发明实施例的三缸发动机的相位判定方法包括如下步骤：

步骤1，在三缸发动机的曲轴齿轮上依次设定第一至第四齿位m、a、b和n，其中第二和第三齿位a、b位于第一至第四齿位m、n之间。利用曲轴齿位传感器对曲轴齿轮的齿位信息进行采集。

步骤2，分别计算出曲轴齿轮从第一齿位m转动到第四齿位n时发动机的第一进气压力平均值和曲轴齿轮从第二齿位a转动到第三齿位b时发动机的第二进气压力平均值。

具体而言，当曲轴齿轮转动到第一齿位m时，曲轴相位传感器则对汽车控制器发出开始采集进气压力信号，控制器收到采集进气压力信号后控制位于发动机进气总管上的进气压力传感器开始采集第一进气压力信号。例如可以按每个齿位采集第一进气压力信号，即曲轴齿轮每转动一个齿位就采集一次第一进气压力信号。

当曲轴齿轮转动到第二齿位a时，进气压力传感器继续采集第一进气压力信号，并开始采集第二进气压力信号。第二进气压力信号也按照每个齿位采集。

当曲轴齿轮转动到第三齿位b时，进气压力传感器停止采集第二进气压力信号，并通过计算模块把第二至第三齿位a、b之间的所有第二进气压力信号全部累加后得出一个第二进气压力累加值，再将第二进气压力累加值除以第二齿位a与第三齿位b之间的齿位数计算出第二进气压力平均值Map_SampleAverage2。

当曲轴齿轮转动到第四齿位n时，进气压力传感器停止采集第一进气压力值，并通过计算模块把第一至第四齿位m、n之间的所有第一进气压力信号全部累加后得出一个第一进气压力累加值，再将第一进气压力累加值除以第一齿位m与第四齿位n之间的齿位数计算出第一进气压力平均值Map_SampleAverage1。

需要说明的是，如果将第二齿位a至第三齿位b定义为齿位段a、b，而第一齿位m至第四齿位n定义齿位段m、n，则齿位段a、b包含在齿位段m、n中，因此第二进气压力信号实际上是第一进气压力信号中的一组信号，换而言之，在齿位段a、b内，每个第一进气压力信号与对应的第二进气压力信号均相等。

步骤3，根据第一和第二进气压力平均值Map_SampleAverage1、Map_SampleAverage2之间的大小关系判定发动机的凸轮轴的相位信息。

具体比较如下：当Map_SampleAverage2大于Map_SampleAverage1时，判定发动机处于发动机的第一和第二缸进行做功冲程的相位。

当Map_SampleAverage2小于Map_SampleAverage1时判定发动机处于发动机的第三缸进行做功冲程的相位。

当Map_SampleAverage2等于Map_SampleAverage1时，说明由于环境或其他因素的影响而造成数据偏差，则不做凸轮轴的相位判定，并根据上一次发动机相位判定的结果得出该次相位。例如上一次判定结果为发动机处在第一和第二缸做功冲程的相位，则此次认为发动机处在第三缸处于做功冲程的相位。

因此，在计算出第一和第二进气压力平均值Map_SampleAverage1、Map_SampleAverage2后，首先判断是否可以对凸轮轴的相位进行判定，当不满足判定条件时（即Map_SampleAverage2等于Map_SampleAverage1），则不对发动机相位进行判定；当满足判定条件时，则具体分析符合哪种条件，如图2所示。

由此，根据本发明实施例的三缸发动机的相位判定方法，通过比较两个曲轴齿轮齿位段的进气压力平均值，即能够准确地判定发动机凸轮轴的相位，进而判定发动机的相位，不仅方法简单可靠，而且无需安装凸轮轴相位传感器，节省了制造成本。另外，本发明实施例的判定方法不必将进气压力传感器从发动机进气总管上移动到进气歧管上，因此避免了因改变进气压力传感器的位置而去开发新的进气总成模具，进一步节省了制造成本。

如图3所示，根据本发明的一些实施例，步骤3中，在比较第一和第二进气压力平均值Map_SampleAverage1、Map_SampleAverage2之前，利用压力修正值Delta对第一进气压力平均值Map_SampleAverage1进行修正，或利用压力修正值Delta对第二进气平均压力值Map_SampleAverage2进行修正。

根据第一进气压力平均值Map_SampleAverage1和压力修正值Delta之和与第二进气压力平均值Map_SampleAverage2的大小关系或第一进气压力平均值Map_SampleAverage1与第二进气压力平均值Map_SampleAverage2和压力修正值Delta之和的大小关系判定发动机的相位。

具体而言，条件a为：当第二进气压力平均值Map_SampleAverage2大于第一进气压力平均值Map_SampleAverage1与压力修正值Delta之和时，判定发动机处于发动机的第一和第二缸进行做功冲程的相位。

条件b为：当第二进气压力平均值Map_SampleAverage2与压力修正值Delta之和小于第一进气压力平均值Map_SampleAverage1时，判定发动机处于发动机的第三缸进行做功冲程的相位。

而当不满足条件a和b时不做发动机的相位判定，并根据上一次发动机相位判定的结果得出该次相位。

由此，压力修正值Delta有利于提高本发明实施例的判定方法结果的准确性，并有效筛除了一些无用数据对判定结果的影响。

Delta值的算法可以在不同转速压力点进行试验标定得出，比如在一个进气压力点50kpa时，根据第一进气压力平均值与第二进气压力平均值的关系权衡取得。例如Map_SampleAverage2>Map_SampleAverage1时，可以得出两者的差值（Map_SampleAverage2-Map_SampleAverage2）。并通过试验数据统计该差值的平均值。Delta接近于这个差值平均值，但是又必须比该差值平均值小。

具体的Delta值可根据差值进行试验标定出，这样既能判出比较第一、第二压力平均值的大小，又不会产生误判的合理Delta值。因为如果Delta值太接近该差值平均值或大于该差值平均值会出现漏判；而如果Delta值比该差值平均值小的太多，则也会出现错判。Delta的取值范围可以为该差值平均值的0.5-0.8倍。

压力修正值Delta为一个变量，其随发动机的运转负载变化而变化。例如猛踩油门时，发动机运转负载突然变大，则进气压力修正值Delta也随之变大，这样能够进一步提升了本发明实施例的判定方法结果的准确性。

由于发动机的运转负载可以通过进气压力值体现，即进气压力值随发动机运转负载的增大而增大，随发动机运转负载的减小而减小，因此发明人通过在实验时分析数据完成如表一所示的利用已有的进气压力传感器采集到的进气压力值与进气压力修正值Delta之间的变化关系，发动机工作时根据不同的进气压力查表得出对应的Delta值即可：

表一

进气压力/kpa	15	25	35	45	55	65	75	85	950
										Delta/kpa	0.45	0.45	0.68	0.91	1.36	1.36	1.82	2.05	2.50

根据本发明的一个实施例，本发明的三缸发动机的相位判定方法以58x齿位逻辑为例（即曲轴齿轮具有五十八个齿）进行说明。

如表二所示，第一至第四齿位m、a、b和n会随发动机的转速变化而变化，即第一至第四齿位m、a、b和n中每一个的齿位会发生变化，而且由第一和第四齿位m、n构成的齿位段m、n和由第二和第三齿位a、b组成的齿位段a、b内的齿位数也会发生变化。这样，通过不同工况调整各个齿位的位置，能够保证根据本发明实施例的判定方法准确判定三缸发动机的相位。

表二

通过表二可以清楚看出第一至第四齿位m、a、b、n随发动机转速变化而变化的规律。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种三缸发动机的相位判定方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在所述三缸发动机的曲轴齿轮上依次设定第一至第四齿位，其中第二和第三齿位位于所述第一和第四齿位之间；

2)采集所述曲轴从所述第二齿位转动到所述第三齿位期间转动到每个齿位处时的所述发动机的第二进气压力值并累加得到第二进气压力累加值；再将所述第二进气压力累加值除以所述第二齿位与所述第三齿位之间的齿位数得到第二进气压力平均值；

3)采集所述曲轴从所述第一齿位转动到所述第四齿位期间转动到每个齿位处时所述发动机的第一进气压力值并累加得到第一进气压力累加值，再将所述第一进气压力累加值除以所述第一齿位与所述第四齿位之间的齿位数得到第一进气压力平均值；和

4)根据所述第一和第二进气压力平均值之间的大小关系判定所述发动机的相位信息。

2.根据权利要求1所述的三缸发动机的相位判定方法，其特征在于，所述步骤4)包括：当所述第二进气压力平均值大于所述第一进气压力平均值时判定所述发动机处于所述发动机的第一和第二缸进行做功冲程的相位；当第二进气压力平均值小于所述第一进气压力平均值时判定所述发动机处于所述发动机的第三缸进行做功冲程的相位。

3.根据权利要求2所述的三缸发动机的相位判定方法，其特征在于，所述步骤4)还包括：当所述第一进气压力平均值等于所述第二进气压力平均值时不做所述发动机的相位判定。

4.根据权利要求1所述的三缸发动机的相位判定方法，其特征在于，所述步骤4)还包括在比较第一和第二进气压力平均值之前，利用压力修正值对所述第一进气压力平均值进行修正，以及利用压力修正值对所述第二进气压力平均值进行修正，

其中根据所述第一进气压力平均值和所述压力修正值之和与所述第二进气压力平均值的大小关系以及所述第一进气压力平均值与所述第二进气压力平均值和所述压力修正值之和的大小关系判定所述发动机的相位。

5.根据权利要求4所述的三缸发动机的相位判定方法，其特征在于，所述步骤4)包括：(a)当所述第二进气压力平均值大于所述第一进气压力平均值与所述压力修正值之和时判定所述发动机处于所述发动机的第一和第二缸进行做功冲程的相位；(b)当所述第二进气压力平均值与所述压力修正值之和小于所述第一进气压力平均值时判定所述发动机处于所述发动机的第三缸进行做功冲程的相位。

6.根据权利要求5所述的三缸发动机的相位判定方法，其特征在于，当不满足条件(a)和(b)时不做所述发动机的相位判定。

7.根据权利要求5所述的三缸发动机的相位判定方法，其特征在于，压力修正值随所述发动机的运转负载变化而变化。

8.根据权利要求1所述的三缸发动机的相位判定方法，其特征在于，每个所述齿位处的第一和第二进气压力值由安装在所述发动机的进气总管上的进气压力传感器采集。

9.根据权利要求7所述的三缸发动机的相位判定方法，其特征在于，所述曲轴齿轮的齿位信息由曲轴齿位传感器采集。

10.根据权利要求1所述的三缸发动机的相位判定方法，其特征在于，所述曲轴齿轮具有五十八个齿位。

11.根据权利要求1所述的三缸发动机的相位判定方法，其特征在于，所述第一至第四齿位随所述发动机的转速变化而变化。