CN1143124C - 用于实时测量汽车发动机输出转矩的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于实时测量汽车发动机输出转矩的装置。当汽车在公路上行进时，该装置测量平面离合器片的阻尼弹簧的变形，并将该变形转变为输出转矩。这种装置包含1)包含阻尼弹簧的平面圆盘离合器片，2)焊接在离合器片上的一组小翼和柱，3)传感式信号探测器。

Description

用于实时测量汽车发动机输出转矩的装置
技术领域
本发明一般地说涉及对由汽车发动机向传动装置的输出转矩的实时测量，更具体地说，涉及一种用于对由发动机向具有平面离合器的传动装置的输出转矩的实时测量的装置和方法，该测量利用离合器片与离合器的阻尼弹簧的相互作用。
背景技术
在研究开发发动机的最重要的目标之一是在使燃油消耗最小化的同时使输出功率最大化。为了实现这一目标，对发动机输出转矩的测量是十分重要的。但当前可利用的一些技术是当发动机运转时测量发动机转速(rpm)而不是测量发动机的输出转矩。功率按照定义为转矩乘以角速度。目前，转矩测量需要需要专用设备和配套装置。
转矩测量主要有两种方法。最通用的方法是通过分别测量功率和角速度以及接着用角速度去除功率得到转矩。另一种方法是通过利用附着在离合器轴的表面上的应变计测量动力机车的离合器轴的瞬间扭曲，并通过组装在离合器轴上的滑环检测代表所测扭曲的信号得到转矩。上述两种方法仅在当测试台上测试发动机时可以采用，但是当发动机安装在汽车上时不能采用。
当前报导的新技术利用某些材料的磁弹性(magneto-elasticity)。这种技术也根据测量离合器轴的瞬间扭曲，但可应用于在发动机运转过程中的实时测量。磁弹性的测量要对动力机车的离合器轴进行某些改动。
发明内容
因此，本发明意在解决转矩测量的现有技术存在的问题。本发明提供一种用于当发动机安装在汽车上并运转时对汽车发动机的瞬时输出转矩的实时测量的装置和方法。
根据本发明，提供一种用于对从汽车发动机向传动装置的输出转矩实时测量的装置，该汽车包含：带有用于断续输出发动机功率的离合器片的平面型离合器；用于将离合器片连接到传动装置的离合器轴；以及用于在离合器轴长度范围内环绕离合器轴的轴导管。离合器片包含：下主体元件，带有沿周边附着在其两侧的环形摩擦材料，并形成有一个在其中央部分的第一孔；中主体元件，在其中央部分带有一个穿入并附着在中主体元件上的毂环；以及上主体元件，形成有一个在其中央部分的第二孔并适于定位在中主体元件上。毂环适于与离合器轴连接。毂环的下部插入到第一孔，毂环的上部插入到第二孔。中主体元件适于定位在下主体元件上。下和上主体元件以固定方式利用夹入在其间的中主体元件紧固在一起，中主体元件利用阻尼弹簧装置相对于下和上主体元件沿圆周方向位移。该装置包含：形成在离合器片上的信号发生基准装置，安装在轴导管前端部分的一安装孔内的至少一个探测器，径向上方向定位在信号发生基准装置内侧并面向信号发生基准装置；以及一计算装置，用于接收从探测器输出的信号和根据该信号计算发动机转矩。信号发生基准装置包含：第一多个轴向延伸的柱，围绕毂环的上部均匀地形成；以及第二多个轴向延伸的柱，围绕上主体元件第二孔的圆周均匀地形成。第一柱径向上配置在第二柱内侧。
通过检测阻尼弹簧装置的变形实现本发明。当汽车发动机向传动装置输出转矩时，利用阻尼弹簧装置转换传输(relay)该转矩。弹簧装置的压缩与转矩成比例，弹簧装置使转矩转换传送到传动装置。以非接触方式测量阻尼弹簧装置的压缩程度，以及当离合器片与发动机输出轴一起旋转时将测量的数据从离合器内部传输到离合器外部。
瞬时转矩的精确测量使得能够在发动机控制单元中便利实现反馈控制。瞬时转矩测量还可以提供关于发动机状态的信息。
附图说明
图1是根据本发明的离合器局部剖开的侧视图，该离合器构成用于实时测量汽车发动机输出转矩的装置的一部分。
图2是离合器片的分解透视图，该离合器片带有分别形成在上主体元件上的各对应的柱和离合器片的毂环。
图3是表示图2所示离合器片组装状态的剖面图。
图4是当没有施加转矩时局部截去的离合器片平面图。
图5是与图4类似但施加转矩的局部截去的离合器片平面图。
图6是表示插入到离合器片中的阻尼弹簧的纵向上分段的剖面图。
图7是轴导管和适于插入到轴导管中的传感式探测器(pickup sensor)透视图。
图8是当组装好时轴导管的局部截去剖开的侧视图。
图9表示来自传感式探测器的输出信号，其中(a)是当施加的转矩为零时的波形图(b)是当施加的转矩不为零时的波形图。
图10是表示利用本发明测量和计算的相对于发动机曲轴角(度)的相对转矩一个实例的的曲线图。
具体实施方式
图1表示根据本发明构成用于实时测量发动机输出转矩的装置的一部分的离合器。
离合器中的离合器片1位于在飞轮3和压片4之间，该离合器片使发动机轴2的旋转功率转换传送到该用于将离合器片连接到传动装置的离合器轴7。当受到压片4的推动时，离合器片1压靠飞轮3，离合器片1与飞轮3一起旋转。因此，经过毂环键连接到离合器片1的离合器轴7与离合器片1一起旋转。当压片4撤回以减轻压力时，离合器片1与离合器轴7一起不再由发动机接收旋转功率。
参照图2和图3，离合器片1包含下主体元件或底片(base plate)10、中主体元件或带齿主体20以及上主体元件或顶片30。底片10在沿周边相向侧面附着有环形摩擦材料13并在中央部分形成有第一孔。带齿主体20在中央部分具有一穿入并附着到带齿主体20的毂环。顶片30在中央部分形成有第二孔并适于定位在带齿主体上。该毂环适于与离合器轴7键连接。毂环的下部插入到第一孔以及毂环的上部插入到第二孔。铆钉33通过其中的铆钉孔11和31将顶片30和底片10固紧。带齿主体20保持在两个片之间，但是可以在相邻的铆钉之间旋转一小的角度。在各对应片和带齿主体中的每个弹簧孔口12、32、21一起对准并在其中束紧阻尼弹簧23。当压片4将离合器片1朝飞轮3推时，由于在底片10的相反表面摩擦材料13与飞轮3以及压片4之间的摩擦连接，发动机的旋转功率输送到离合器片1中的底片10。输送到底片10的旋转功率压迫作用在阻尼弹簧23上。阻尼弹簧23再将旋转功率输送到带齿主体20上。带齿主体20由于在带齿主体20中心的毂环和离合器轴7之间的键连接旋转离合器轴7。这种结构使得能通过压缩作为转换传输元件的阻尼弹簧23将发动机功率传递到离合器轴7。
为了实现根据本发明的实时测量汽车发动机输出转矩，将两个作为信号发生基准装置的增强件包含到离合器片1中。这两个增强件是围绕毂环上部的周边均匀形成的多个第一轴向延伸的柱22以及围绕顶片30中的第二孔的圆周均匀形成的多个第二轴向延伸的柱，如图2和3中所示。在图2中，6个第一柱22焊接在带齿主体20的毂环上以及6个第二柱34配置在顶片30上。图4表示在组装好的离合器片中的第一和第二柱的相对定位。第一柱22径向上配置在第二柱34的内侧。最好，每个第一柱22沿圆周相对相邻的两个第二柱均匀定位。所需的第一和第二柱的精确数量可以根据具体的设计要求变化。
图5表示在带齿主体的毂环上的各第一柱，它们由相对于第二柱的原来位置沿圆周稍有位移，图6是表示插入到离合器片中的阻尼弹簧的纵向上分段的剖面图。图5中所示的状态发生在由于利用阻尼弹簧将从发动机向离合器轴转换传输转矩或功率而强迫压缩阻尼弹簧的情况下。图6中的箭头指示压缩阻尼弹簧的方向。通过检测这些柱的角位移以及将指示角位移的检测信号传输到在离合器片组件外部的计算装置中实现转矩的测量。
图7是轴导管8和安装在轴导管中的传感式探测器40的透视图。轴导管8在离合器轴7的长度范围内环绕离合器轴7。根据本发明，轴导管8稍微改变在其前端部分具有一探测器安装孔42和一相连到探测器安装孔并在轴导管的长度范围内延伸预定长度的线槽43。传感式探测器40安装在第二安装孔42。当最终利用离合器片组装时，传感式探测器40径向上定位在第一柱和第二柱内侧并面向它们。来自传感式探测器40的引线41最好是一对线穿进线槽并经过线槽引出。这些线41传输从传感式探测器输出到计算装置的信号。对于某些应用场合，可能需要一个以上的传感式探测器，探测器安装孔和线槽的数量可以随传感式探测器的数量增加。
参照图8，其中安装传感式探测器40的轴导管8用螺栓固定在离合器壳体6的内侧，而离合器壳体6先前用螺栓固定就位，离合器轴7从轴导管8的内侧通过。离合器轴7键连接到离合器片1的毂环(在图8中未表示)并随离合器片1旋转。
工作时，第一柱22和第二柱34随离合器片1旋转并通过传感式探测器40的底表面。当柱通过传感式探测器40的底表面时，产生如图9中所示的信号。较高脉冲代表该表示第一柱22接近传感式探测器40的底表面通过的信号，以及较小的脉冲代表该表示第二柱通过的信号。当各柱通过传感式探测器时测量由传感式探测器产生的信号的时间间隔。当时未施加转矩时，由传感式探测器产生如图9(a)中所示的信号。当时施加转矩时，由传感式探测器产生如图9(b)中所示的信号。在图9(b)中较小的脉冲的位移随施加的转矩的增加按比例增加。与柱的相对角位移成比例的测量的信时间间隔可以利用预先存储在计算装置中的适当的转换公式转换为转矩值。
虽然在本实施例中使用一个传感式探测器，但可以使用多个传感式探测器40，因此将它们围绕轴导管8的圆周定位。利用一个传感式探测器，发动机每旋转一周获得的数据数量限制于第一柱22和第二柱34的对数。如图4和5中所示，利用6对的第一柱22和第二柱34，发动机每旋转一周获得6个数据点，或者一周中的每60度获得一个数据点。如果传感式探测器40的数量增加到4，则一周中的每15度可获得一个数据点。
图10表示作为4冲程4缸发动机中的曲轴角度的函数的模拟输出转矩变化。图10中的标号A代表理想情况下的转矩变化，标号B代表当2号缸部分地点火不良时的转矩变化。一周中的每15度可获得一个数据点。图10表明对发动机输出转矩的实时瞬时检测可以用于诊断发动机的性能，甚至能识别特定缸的火不良。
虽然是对于一个具体实施例介绍和说明本发明的装置的，但本发明并不意在限制于该实施例，在不脱离上面公开的和下面提出权利要求的指导原理情况下，可以在很大程度上特别是对于结构进行变化。例如通过适当选择材料和柱结构，可以得到其它所得形式的信号。
工业应用性
汽车发动机的输出功率是很多参数例如进气量、空气燃料比、点火时间、道路状况、负荷状况等的函数。已有的测量转速和上述参数的技术利用试探的方式控制发动机。需要改进已有技术。根据本发明由于能够瞬时测量输出转矩，可以施加反馈控制，以实现发动机的最佳性能。此外，本发明的装置易于以最小的变动适用于常规的离合器系统，并且易于实现组装到离合器系统上或从离合器系统上拆下。

Claims (2)

1.一种用于对从汽车发动机向传动装置的输出转矩实时测量的装置，该汽车包含：带有用于断续输出发动机功率的离合器片的平面型离合器；用于将所述离合器片连接到传动装置的离合器轴；以及用于在离合器轴长度范围内环绕所述离合器轴的轴导管；所述离合器片包含：下主体元件，带有沿周边附着在其两侧的环形摩擦材料，并形成有一个在其中央部分的第一孔；中主体元件，在其中央部分带有一个穿入并附着在所述中主体元件上的毂环，所述毂环适于与所述离合器轴连接以及插入到所述第一孔；所述中主体元件适于定位在下主体元件上；以及上主体元件，形成有一个在其中央部分的第二孔并适于定位在所述中主体元件上；所述毂环的上部插入到所述第二孔，所述下和上主体元件以固定方式利用夹入在其间的中主体元件紧固在一起，该中主体元件利用阻尼弹簧装置相对于下和上主体元件沿圆周方向位移，其特征在于，
所述装置包含：形成在离合器片上的信号发生基准装置；安装在所述轴导管前端部分的一安装孔内的至少一个探测器，径向上定位在所述信号发生基准装置内侧并面向所述信号发生基准装置；以及一计算装置，用于接收从所述探测器输出的信号和根据所述信号计算发动机转矩，
所述信号发生基准装置包含：第一多个轴向延伸的柱，围绕所述毂环的上部均匀地形成；以及第二多个轴向延伸的柱，围绕所述上主体元件的所述第二孔的圆周均匀地形成，所述第一柱径向上配置在所述第二柱内侧，
所述轴导管形成有一相连到所述探测器安装孔并在所述轴导管长度上以预定长度延伸的槽，以及用于将从所述传感器输出的信号传输到所述计算装置的引线配装在所述槽中。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述多个轴向延伸的第一柱中的每一个相对于所述多个轴向延伸的第二柱中的两个沿圆周相邻柱等角定位。
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