CN115087798A - 用于凸轮轴的齿轮和使用这种齿轮的同步方法 - Google Patents

用于凸轮轴的齿轮和使用这种齿轮的同步方法 Download PDF

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Abstract

提出了形成用于凸轮轴位置传感器的靶的齿轮。它包括圆形主体，该圆形主体具有两个相对的主面，并且在其圆周上设有齿。所述系列齿包括八个齿，对于给定的第一轮旋转方向，每个齿具有上升沿和下降沿，并且两个相邻的齿由一个凹部隔开。作为上升沿或下降沿的第一类型的沿均匀地分布在齿轮外周。除了一个凹部外的其余凹部的角长度大于或等于Arctan(Lbas/R)°CAM，其中R是半径，并且Lbas是用于检测低水平的两个齿之间的最小距离，并且除了一个齿外的其余齿的角长度大于或等于Arctan(Lhaut/R)°CAM，Lhaut是使得能够实现检测的齿的最小长度。

Description

用于凸轮轴的齿轮和使用这种齿轮的同步方法
本申请涉及用于凸轮轴的齿轮和使用这种齿轮的同步方法。
技术领域
在四冲程内燃机的一个工作循环中，需要精确地知道曲轴的位置才能同步各种动作，比如燃料喷射、火花塞操控、气门正时（distribution）构件的管理等。这使得能够优化燃烧效率并降低燃料消耗和有害排放。换言之，内燃机应进行同步（定相）才能确定和优化在气缸中燃烧燃料的最佳时刻，从而优化排放、消耗等。
发动机的同步或定相通常通过组合来自曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的信息来实现，曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器检测靶，例如齿轮上的齿。
为此，曲轴通常包括齿轮或曲轴靶，其通常包括沿其圆周规则分布的一组齿（例如，36至120个齿），并且其齿由称为CRK传感器的传感器来检测。与曲轴成一体的齿轮包括没有齿的基准部分，其形式为一个凹口或一个长齿，也称为术语GAP（间隙），该术语在下文中使用。通过检测齿在传感器前方通过并对在发动机旋转期间从GAP开始的齿数进行计数，可以知道曲轴在曲轴的一圈360°上的位置，换言之，360°CRK，曲轴旋转角度用°CRK表示。
因此，带有齿的曲轴靶呈现不对称性，也称为标志（signature），由使得能够知道发动机位置与360°CRK相差的标记产生。然而，（对于所谓的四冲程发动机的）一个发动机循环在曲轴的两次完整旋转上发生，因此知道曲轴角位置不足以确定发动机相对于一个发动机循环的位置。
于是，已知将从曲轴的旋转获得的信息与对应于凸轮轴的角位置信息相结合，曲轴带动凸轮轴以2的减速比旋转，使得当曲轴进行两次完整旋转时凸轮轴进行一次完整旋转。因此，附加的凸轮轴信息使得能够确定正确的定相，即使得能够确定地知道每个气缸处于燃烧循环中的何处，并且其还包括齿轮，该齿轮的齿由相应的传感器检测。凸轮轴的旋转角度用°CAM表示，因此可得，360°CAM旋转相当于720°CRK。于是，通过在凸轮轴上定位齿轮（其本身也具有旋转不对称性），与曲轴位置信息交叉的相应信息使得能够精确地推断发动机循环的状态。
凸轮轴传感器接收到的一系列信号称为CAM，通常不规则，但遵循已知的轮廓，从而使得能够更精确地知道气缸在发动机中的位置。
已知的同步方法在于，在每个GAP处，将凸轮轴传感器接收到的信息与存储在计算机中的理论信息进行比较。如果这些信息相似，则可识别GAP和发动机位置。
因此，在每次发动机起动时，在与凸轮轴的轮状态检测相结合地检测到曲轴GAP时发动机被同步。
为了降低发动机的燃料消耗以及污染排放，越来越多地使用可变气门正时（缩写为VVT，针对英语名称“Variable Valve Timing”，即具有可变计划的气门正时）发动机技术，根据该技术，使进气凸轮轴和/或排气凸轮轴的角位置变化，以在气缸中引起排气再循环。
对于这样的发动机，已知使用安装在凸轮轴端部的齿轮类型的靶（称为CAM靶），其包括这样的齿的排布：使得能够知道（利用来自曲轴位置的信息）每个活塞在相应气缸中的位置。
主要使用两种技术来实现旨在与CAM靶相关联的CAM传感器，即：
1.：TPO传感器，英语为“True Power On”（即，其信号自传感器的初始化阶段完成起即可解译），TPO传感器是适于检测分别对应于齿轮上的凹口和齿的高水平（niveau）或低水平的传感器。这些传感器在检测到通过凹口与齿之间或通过齿与凹口之间方面具有中等精度，但使得能够更快地同步发动机，因为它们可以与设有不同长度齿的靶（齿的上升沿和下降沿之间的距离称为长度）一起使用，并且使得能够识别这些齿，这使得能够实现230°CRK的平均同步距离。
2.：差动传感器。这些传感器并不总是能够读取CAM靶的第一处齿或凹口。为了减少起动时的这种不便，靶上的对面的齿被设计成尽可能小并且全部等同。这些传感器具有更高的时间精度（对沿的检测），但是与采用平均280°CRK的当前靶设计的TPO传感器相比，具有更低的平均同步速度，因为只能识别齿的数量和位置，而不能识别与齿大小相关的信息。
现有技术
文献US-2014/0360254涉及用于凸轮轴的齿轮，该齿轮具有彼此不规则间隔的多个齿，但是具有在0°、90°、120°、180°、240°和270°CAM处的沿。
文献US-6,474,278涉及用于内燃机的控制装置，其本身也包括与凸轮轴相关联的齿轮。其中，图3所示的齿轮包括九个齿。
已知用于内燃机的可变气门正时系统包括用于改变至少一个凸轮轴的位置的至少一个致动器。“常规”系统使用液压致动器，每180°CRK控制凸轮轴位置就足够了。
然而，越来越多地使用电动致动器，特别是用于控制进气门的凸轮轴。使用这样的致动器，需要对凸轮轴位置进行更精确的控制，因为凸轮轴会更快地向其设定点位置摆动。这种控制于是需要更多数量的规则间隔的沿，以便使得能够在预定的发动机位置触发任务。对于采用电动致动器的VVT系统，应每90°CRK提供一个信号。
因此，使用电动致动器的VVT系统需要在相应凸轮轴（通常是进气凸轮轴）的靶上具有更多的齿。
于是在实现上述同步时出现了问题。这种同步是基于齿在靶的外周分布的不对称性。此外，靶的可用位置有限。另外，传感器，特别是TPO传感器，一方面需要凹口和齿之间的足够水平的差，以便区分从齿变为凹口以及相反，另一方面需要齿和凹口的最小外周长度，以检测齿或凹口。最后，TPO型传感器擅长识别对应于齿的高水平和对应于凹口的低水平，但是通常在识别下降沿时比上升沿更精确。因此，通常只对这种传感器的下降沿进行解译。
已知在上述现有技术中靶具有九个齿。
一种替代解决方案是提供两个不同的靶，但该解决方案需要使用两个传感器（和两个靶）。该解决方案价格昂贵，因此不是首选方案。
因此，本发明的目的是为使用电动致动器和TPO型传感器的可变气门正时发动机提供尺寸更小且使得能够实现良好同步的靶。
发明内容
本公开将改善这种情况。
这里提出了一种凸轮轴齿轮，其形成用于凸轮轴位置传感器的靶，其包括圆形主体，该圆形主体具有两个相对的主面，并且在其圆周上设有一系列齿。
该凸轮轴齿轮使得所述系列齿包括八个齿，对于给定的第一轮旋转方向，每个齿具有上升沿和下降沿，并且两个相邻的齿由一个凹部隔开，
使得作为上升沿或下降沿的第一类型的沿均匀地分布在齿轮外周，
使得除了一个凹部外的其余凹部的角长度大于或等于Arctan(Lbas/R)°CAM（Arctan为反正切函数），其中R是算上齿的轮的半径（单位为mm），并且Lbas是界定一间隔的两个连续齿的边缘之间的最小距离，所述间隔使得传感器能够检测到这些边缘之间的低水平，并且
使得除了一个齿外的其余齿的角长度大于或等于Arctan(Lhaut/R)°CAM，Lhaut是使得传感器能够检测到两个边缘之间的高水平的齿边缘之间的最小距离。
这样就产生了一个靶，该靶一方面包括在PTO型传感器初始化开始时（第一圈时）该传感器看不到的一个齿，另一方面包括该传感器看不到的一个凹部。因此，在初始化开始时，看不到该齿的传感器识别出长凹部，并且同样地，它识别出长齿而不是由凹部隔开的两个齿。这样就在靶中产生了不对称性，可以利用其来进行发动机同步。
齿和凹部的角度值被选为使得其在传感器前方的靶的第一次旋转期间被TPO型传感器看到或不被看到。传感器位于靶的对面，尽可能靠近靶，注意在齿和传感器之间保持一个空间（气隙）。传感器“看到”距靶中心距离R处的靶外周是满的（存在齿）还是空的（存在凹口）。于是，在靶的外径（2*R）处测量齿的长度以及凹口的长度。
根据该凸轮轴齿轮的有利实施例，与角长度小于Arctan(Lbas/R)°CAM的凹部相关联的第一类型的沿和与角长度小于Arctan(Lhaut/R)°CAM的齿相关联的第一类型的沿例如径向相对。因此，在靶上产生两个特征点，它们基本上偏移180°CAM，即偏移360°CRK，并且可以使这些特征点与曲轴靶的间隙重合。
一个优选实施例规定，六个齿具有相同的角长度，优选在Arctan(Lhaut/R)至Arctan(Lhaut*1.3/R)°CAM之间。因此，在靶上产生两个特征点，它们基本上偏移180°CAM，即偏移360°CRK，并且可以使这些特征点与曲轴靶的间隙重合。
为了促进TPO型传感器检测第一类型的沿，第一类型的沿是下降沿。
本公开还涉及发动机控制系统，其包括计算机、曲轴齿轮和曲轴传感器、根据前述权利要求中的任一项所述的凸轮轴齿轮以及TPO型凸轮轴传感器。TPO型传感器是一上电就提供“真”信号（即可解译信号）的传感器（因此得名英语“true power on”，通电即真）。
于是，对曲轴齿轮和凸轮轴齿轮进行角度调整，使得曲轴齿轮的调整后的标记（GAP）处于角长度小于Arctan(Lbas/R)°CAM的凹部与下一个第一类型的沿之间的空间中、或者处于角长度小于Arctan(Lhaut/R)°CAM的齿与下一个第一类型的沿之间的空间中，并且为此，计算机包括发动机同步算法，其适于识别由凸轮轴齿轮的齿和凹部形成的序列，并从中实时地推断发动机位置。
在这样的发动机控制系统中，曲轴齿轮的调整后的标记（GAP）可以例如同时处于角长度小于Arctan(Lbas/R)°CAM的凹部与下一个第一类型的沿之间的空间中以及角长度小于Arctan(Lhaut/R)°CAM的齿与下一个第一类型的沿之间的空间中。
对于包括双凸轮轴的发动机，上述发动机控制系统于是有利地包括两个如上所述的凸轮轴齿轮，所述齿轮是相似的。
本公开还提出了在由如上所述的系统的曲轴传感器提供的信号与由如上所述的系统的TPO型凸轮轴传感器提供的信号之间进行同步的方法，将凸轮轴传感器的信号与对应于靶形状的所存储的信号模型进行比较。根据该方法，当发动机起动时，在凸轮轴齿轮的第一圈期间，凸轮轴传感器以第一灵敏度工作，该第一灵敏度无法检测到角长度小于Arctan(Lbas/R)°CAM的凹部和角长度小于Arctan(Lhaut/R)°CAM的齿的存在，并且将所获得的信号与所存储的第一信号模型进行比较，该第一信号模型对应于这样的靶：其具有六个齿，其中一个齿比其他齿更长，并且该靶具有六个凹部，其中一个凹部比其他凹部更长；并且在接下来的圈期间，凸轮轴传感器以第二灵敏度工作，该第二灵敏度比第一灵敏度更高并且更精确，使其能够检测到角长度小于Arctan(Lbas/R)°CAM的凹部以及角长度小于Arctan(Lhaut/R)°CAM的齿的存在，然后将该信号与对应于具有八个齿的靶的所存储的第二信号模型进行比较，所述八个齿的下降沿均匀地分布在靶的外周。
利用这种同步方法，在凸轮轴靶的第一次旋转期间，由于磁场变化小于传感器中用于沿检测的预定义阈值，因此看不到太短的齿和太短的凹口。于是，TPO传感器的缺点在这里被用作优点。
最后，本公开还涉及采用具有可变计划的气门正时的发动机，其特征在于，其包括上述发动机控制系统。
根据特定实施例，如果齿在靶外周上的长度至少是Lhaut，则TPO型传感器可以识别齿的存在，对于当前已知的传感器，Lhaut具有大约3mm的值。TPO传感器检测凹部需要该凹部的长度（称为Lbas）大于Lhaut。对于当前的TPO传感器，Lbas的值约为9mm。因此，在上面提出的靶的定义中，于是可以规定至少有一个齿的长度小于2.5mm（在靶的外周测量）以确保不会检测到它，并且有一个凹部的长度小于8mm（在靶的外周测量）以确保不会检测到它。
于是，提出了一种凸轮轴齿轮，其形成用于凸轮轴位置传感器的靶，该凸轮轴齿轮包括圆形主体，该圆形主体具有两个相对的主面，并且在其圆周上设有一系列齿。
在该实施例中，所述系列齿包括八个齿，对于给定的第一轮旋转方向，每个齿具有上升沿和下降沿，并且两个相邻的齿由一个凹部隔开；作为上升沿或下降沿的第一类型的沿均匀地分布在齿轮外周；除了一个凹部外的其余凹部的角长度大于或等于Arctan(8/R)°CAM，其中R是算上齿的轮的半径（单位为mm），并且除了一个齿外的其余齿的角长度大于或等于Arctan(2.5/R)°CAM。
根据该凸轮轴齿轮的有利实施例，与角长度小于Arctan(8/R)°CAM的凹部相关联的第一类型的沿和与角长度小于Arctan(2.5/R)°CAM的齿相关联的第一类型的沿例如径向相对。
对于本实施例，还可规定六个齿具有相同的角长度，优选在Arctan(2.5/R)至Arctan(4/R)°CAM之间。
为了促进TPO型传感器检测第一类型的沿，第一类型的沿是下降沿。
本公开还涉及另一种发动机控制系统，其包括计算机、曲轴齿轮和曲轴传感器、如上所述的凸轮轴齿轮和TPO型凸轮轴传感器。根据该实施变型，规定对曲轴齿轮和凸轮轴齿轮进行角度调整，使得曲轴齿轮的调整后的标记（GAP）处于角长度小于Arctan(8/R)°CAM的凹部与下一个第一类型的沿之间的空间中、或者处于角长度小于Arctan(2.5/R)°CAM的齿与下一个第一类型的沿之间的空间中，并且为此，计算机包括发动机同步算法，其适于识别由凸轮轴齿轮的齿和凹部形成的序列，并从中实时地推断发动机位置。
在这样的发动机控制系统中，曲轴齿轮的调整后的标记（GAP）可以例如同时处于角长度小于Arctan(8/R)°CAM的凹部与下一个第一类型的沿之间的空间中以及角长度小于Arctan(2.5/R)°CAM的齿与下一个第一类型的沿之间的空间中。
对于包括双凸轮轴的发动机，上述发动机控制系统有利地包括两个如上所述的凸轮轴齿轮，所述齿轮是相似的。
本公开还提出了在由如上所述的发动机控制系统的曲轴传感器提供的信号与由如上所述的发动机控制系统的TPO型凸轮轴传感器提供的信号之间进行同步的方法，将凸轮轴传感器的信号与对应于靶形状的所存储的信号模型进行比较。根据该方法，当发动机起动时，在凸轮轴齿轮的第一圈期间，凸轮轴传感器以第一灵敏度工作，该第一灵敏度无法检测到角长度小于Arctan(8/R)°CAM的凹部和角长度小于Arctan(2.5/R)°CAM的齿的存在，并且将所获得的信号与所存储的第一信号模型进行比较，该第一信号模型对应于这样的靶：其具有六个齿，其中一个齿比其他齿更长，并且该靶具有六个凹部，其中一个凹部比其他凹部更长；并且在接下来的圈期间，凸轮轴传感器以第二灵敏度工作，该第二灵敏度比第一灵敏度更精确，使其能够检测到角长度小于Arctan(8/R)°CAM的凹部以及角长度小于Arctan(2.5/R)°CAM的齿的存在，然后将该信号与对应于具有八个齿的靶的所存储的第二信号模型进行比较，所述八个齿的下降沿均匀地分布在靶的外周。
最后，本公开还涉及发动机，其采用具有可变计划的气门正时并且具有上述发动机控制系统。
根据另一方面，提出了包括指令的计算机程序，所述指令用于当该程序由处理器执行时实施如上定义的同步方法的全部或部分。根据另一方面，提出了计算机可读非易失性存储介质，其上存储有这样的程序。
附图说明
通过阅读下面的详细描述并研究附图，其他特征、细节和优点将变得显而易见，其中：
图1示意性地示出了根据本发明及其实施例的凸轮轴齿轮。
图2示意性地示出了图1的齿轮的沿与曲轴轮的沿的相对位置的示例。
图3是对应于图2的视图，示出了在初始化阶段由与图1的齿轮相关联的传感器看到的沿。
图4示出了结合有使用例如图1所示的齿轮的发动机控制系统的发动机。
具体实施方式
下面的附图和描述出于必要性而包含某些性质的元素。因此，它们不仅可以用来更好地理解本公开，而且在适当的情况下也有助于其限定。
在以下描述中，同时使用以下两个角度：在凸轮轴处测量的角度，称为CAM度或°CAM，以及在曲轴处测量的角度，称为CRK度或°CRK。在所有四冲程内燃机上，凸轮轴的转速是曲轴转速的一半，因此有等式1°CAM = 2°CRK。
下面的描述更具体地涉及凸轮轴齿轮1，这种齿轮在图1中示意性地示出。
图1的齿轮1包括八个齿。尽管它的齿数相对较大，但是它旨在与TPO型传感器配合使用，而且可以具有相对较小的直径，足够小，也能够用于旨在装备在摩托车上的发动机上。
因此，该齿轮1旨在形成用于TPO（英语为True Power On）型凸轮轴位置传感器的靶。该轮由一个圆盘形成，圆盘包括两个基本平行的相对主面。例如，圆盘具有例如20或25mm的外半径R（仅作为非限制性示例）。于是，其外周表面被加工以形成齿，每两个相邻的齿以一个凹部隔开。每个齿包括径向齿侧，称为沿，每个沿对应于相应齿的一个可加工面，并且相对于圆盘基本径向延伸。每个齿还有一个对应于圆盘初始形状的顶面，也就是说，这里是半径为R的圆柱形表面区域。凹部也表现为圆柱形表面区域（可能有向径向齿侧变圆的衔接部）。这些凹部的曲率半径对应于基础盘的半径R减去高度h，高度h也称为齿高。这里假设齿轮的所有齿都有相同的高度。
图1所示的齿轮1的设计对应于能够与TPO型传感器配合使用的凸轮轴靶，使得能够识别出低水平（对应于凹部）和高水平（对应于齿）。它使得能够确保与由与曲轴齿轮（例如，具有60减2个齿的齿轮，被减去的两个形成GAP）相关联的传感器提供的“常规”信号同步，并每90°CRK给出一个信号，以精确地操控具有可变计划的气门正时（VVT）。
这种类型的传感器的使用一方面要求在齿之间具有足够大的空间，以能够在传感器初始化后检测到第一个沿。实际上，取决于靶（此处为齿轮1）和传感器之间的空隙距离（该空隙距离也称为气隙），传感器检测到的磁场可能变化非常小，以至于无法检测到第一个凹部。
传统上，齿应具有自传感器初始化时第一圈起正确检测到的最小长度Lhaut（通常在靶的外周测量的约3mm），而凹部则应具有最小长度Lbas，通常为约9mm。长度Lbas的测量例如在靶的外周处进行。
因此，为了自靶的第一圈起被TPO型传感器检测到，优选具有理论最小长度：
- 针对齿为Arctan(Lhaut/R)，并且
- 针对凹部为Arctan(Lbas/R)。
其结果是直接在齿轮上测量的角度，因此单位是°CAM。
作为非限制性的数值示例，对于半径R = 25mm的靶：
- 凹部的角长度于是应为19.8°CAM = Arctan(9/25)
- 齿的角长度于是应为6.84°CAM = Arctan(3/25)。
对于半径为20mm的靶：
- 凹部的角长度应为Arctan(9/20)°CAM，即24.23°CAM = 48.46°CRK。
- 齿的角长度应为Arctan(3/20)°CAM，即8.53°CAM = 17.06°CRK。
这里提出的原始主张是，一方面，提供角长度小于Arctan(8/R)的一个凹部和角长度小于Arctan(2.5/R)的一个齿，以确保在传感器初始化后不会检测到该凹部和该齿。选择略小于9和3（即分别为Lbas和Lhaut）的值8和2.5，作为使系统更稳健的裕度。
因此，如果在凸轮轴靶的第一次旋转期间没有检测到凹部，则来自该区域的传感器信号基本上对应于长度较长的齿的信号。同样，如果在该第一次旋转期间没有检测到长度较短的齿，则来自该区域的传感器信号对应于较大的凹部的信号。
因此，在图1中有形成凸轮轴靶的齿轮1，该齿轮1旨在与TPO型传感器配合使用，该齿轮1具有：
- 六个“正常”齿6，旨在在初始化期间被TPO传感器看到。这些齿6各自具有大于Arctan(Lhaut/R)的角长度。因此，例如，对于R = 25mm（于是Arctan(Lhaut/R) = Arctan(3/25) = 6.84°CAM），例如如图1所示，选择7°CAM的齿的角长度，也就是14°CRK；
- 一个长齿8，角长度为38°CAM（即76°CRK）；
- 一个短齿10，角长度为4.5°CAM（即9°CRK）；
- 六个“正常”凹部16，角长度为38°CAM。一个这样的凹部16与一个“正常的”齿6一起形成一个角长度为45°CAM的区域，即八分之一圈；
- 一个短凹部18，角长度为7°CAM。该短凹部18与长齿8一起形成一个角长度为45°CAM的区域，即八分之一圈；以及
- 一个长凹部20，角长度为41.5°CAM。该长凹部20与短齿10一起形成一个角长度为45°CAM的区域，即八分之一圈。
齿以如下方式排布：如果认为TPO传感器以更高的精度识别下降沿，也就是说，它能更好地识别从齿变为凹部，那么齿的所有下降沿均匀分布在靶的外周，因此彼此偏移45°CAM（即90°CRK）。
总之，沿的位置（上升沿和下降沿的交替，第一个沿是上升沿）例如如下（单位是°CRK）：
30；30+B；120；120+B；210；210+B；210+B+E；300+B；390；390+B；480；480+B；570+B-D；570+B；660；660+B。
选择这些值使得下降沿（x+B）与90°CRK等距。
在所示示例中，B被选为尽可能小但又足够大，以使得能够在初始化期间检测，即大于Arctan(Lhaut/R)，即对于R = 25和Lhaut = 3，B > Arctan(3/25)（°CAM）或B >13.69°CRK。
D对应于短齿10的角长度。它被选为小于Arctan(Lhaut/R)。例如，对于Lhaut = 3，D将选为小于Arctan(2.5/R)，即对于R = 25mm，小于13.69°CRK，优选小于11.42°CRK。这里，在给定的R = 25mm的示例中，取D = 9°CRK。
最后，对应于短凹部18的角长度的E被选为小于Arctan(Lbas/R)。对于Lbas =9mm，优选地取E仍小于Arctan(8/R)，即对于R = 25mm，小于39.61°CRK，优选小于35.49°CRK。这里，在给定的R = 25mm的示例中，取E = 17°CRK。
在图1中箭头4所示的旋转方向上，有一系列凹部和齿，使得一个凹部和其之后的一个齿的角长度为45°CAM。此外，由短凹部18和长齿8形成的45°CAM区域与长凹部20和短齿10后面的那个45°CAM区域（包括“正常”凹部16和“正常”齿6）径向相对。
这当然是优选实施例，其中的数值是以例证性而非限制性的名义给出的。
在图2中，靶（齿轮1）的外周被展平，并以（滤波的）信号的形式呈现，该信号可来自布置在靶对面的传感器。该靶外周或信号与对应于曲轴靶的类似示意图平行放置。如前所述，曲轴旋转两圈，在此期间凸轮轴仅旋转一圈。因此，在图2的上部有720°CRK的表示，其是针对下部的360°CAM的表示。
在图2的上部，首先识别出对应于齿的方波（这里有58个齿）和对应于两个齿的GAP。还示出了上止点TDC的位置（对于3缸发动机，即0°、240°和480°CRK）。
在图2中，在曲轴和凸轮轴之间提供同步，使得GAP要么位于短凹部18之后且其后的下降沿之前，要么位于短齿10之后且其后的下降沿之前。
因此，在图2中，示意性地示出了凸轮轴传感器初始化后的曲轴传感器信号（上部）和凸轮轴传感器信号（下部）。
图3是对应于图2的示意图：对应于曲轴的上方的线与图2类似。与此相对，下方的线示出了与图1的靶相关联的TPO传感器在该传感器的初始化期间、在发动机起动后的相应凸轮轴的第一圈中看到的信号。图2示出的是TPO传感器在凸轮轴随后的圈中看到的信号。
如上所述，短齿10和短凹部18被设计成使得它们不会被凸轮轴传感器检测到。因此，传感器“看到”单个“非常”长的齿而不是“正常”齿6和长齿8，并且“看到”单个“非常”长的凹部而不是“正常”凹部16和长凹部20。同步使得曲轴上的每个GAP将与这个“非常”长的齿和这个“非常”长的凹部重合。因此，该不对称信号使得能够实现同步。
参考图4，示意性地示出了可变气门正时内燃机的示例，该内燃机包括根据前面的描述的齿轮。
发动机M包括曲轴9，曲轴9通过气门正时皮带90带动至少一个凸轮轴91旋转，至少一个凸轮轴91的旋转连续地导致凸轮92打开和关闭进气门和排气门。由于发动机采用可变气门正时，因此它还可以包括凸轮轴角偏移装置（未示出），以相对于曲轴的相同位置改变气门的打开时间。最大偏移角通常约为25°CAM（即50°CRK）。
发动机可以包括控制进气门打开和关闭的进气凸轮轴91，以及控制排气门打开和关闭的排气凸轮轴91。在图4的视图中，这两个凸轮轴91重合，一个遮住了具有相同形状的另一个。
曲轴9包括齿轮93，齿轮93包括一组均匀分布在其圆周上的齿，通常为36或60个齿，除了一个或两个GAP区，通常缺一个或两个齿。图2和图3中采用的示例对应于60齿双GAP区的情况，每个GAP区缺两个齿。
曲轴9的角位置传感器94放置在与曲轴9相关联的齿轮93对面，并且适于检测齿轮93的每个齿的通过。
凸轮轴91或每个凸轮轴上安装有一个齿轮1。传感器2位于每个齿轮1前方，并适于通过检测上升沿或下降沿（在上面描述的情况中为下降沿）来检测相应齿轮1的每个齿的通过。在发动机包括两个凸轮轴的情况下（这在采用具有可变计划的气门正时的发动机中最为常见），凸轮轴的各齿轮可以相似也可以不同。一个凸轮轴上可以使用一种类型的齿轮，而另一凸轮轴上可以使用另一种类型的齿轮。同样，传感器2可以相似或不同。这里假定至少一个凸轮轴91装备有如上所述的齿轮1（或具有类似的特征）。优选地，该齿轮1安装在与发动机M的进气门配合使用的凸轮轴91上，此外，仍优选地，相关联的传感器2是TPO型传感器。优选实施例是其中两个凸轮轴靶相似并且两个相关联的传感器也相似。
发动机M还包括中央处理单元95，其适于接收来自曲轴和凸轮轴的角位置传感器的检测信号，并由此推断每个时刻的发动机循环状态。
中央处理单元95尤其是管理发动机的同步。为了实现这种同步，采用具有可变计划的气门正时的系统被停用，凸轮轴91保持在预定位置或中性位置。当发动机起动时，每个凸轮轴91转第一圈。与凸轮轴91（或每个凸轮轴）相关联的传感器2设有类似于图1所示的齿轮1，其以第一灵敏度工作，该第一灵敏度一方面无法区分短齿10，另一方面无法区分短凹部18。因此，在该第一圈期间，所考虑的传感器2看到五个相似的齿和一个较长的齿通过，正如它看到五个相似的凹部和一个较长的凹部通过一样。为了识别由传感器2提供的该信号，中央处理单元95将其与第一信号模型进行比较，第一信号模型对应于看起来像是由具有五个相似齿和一个较长齿的靶提供的信号。因此，由传感器2提供的信号被中央处理单元95识别，并且与由曲轴9的角位置传感器94接收的信号同步。较长的齿与关联于曲轴9的齿轮93的第一个GAP的通过同时被检测，而较长的凹部与齿轮93的第二个GAP的通过同时被检测。这样就可以区分第一个GAP的通过和第二个GAP的通过，从而精确地知道发动机在720°CRK上的位置。
在凸轮轴的第二圈期间，与设有类似于图1所示的齿轮1的凸轮轴91相关联的传感器2的灵敏度增加，使得相关联的传感器2一方面识别短齿10通过，另一方面识别短凹部18通过。因此，随后，齿轮1的八个下降沿在相应凸轮轴91的每次旋转时被识别，并且具有可变计划的气门正时（VVT）受益于每90°CRK一个信号来进行其控制。对于该第二圈和随后的圈，在中央处理单元95中将传感器2的信号与每90°CRK有一个下降沿的第二信号模型进行比较。以原始方式，信号（或靶）的两个模型存储在中央处理单元95中。
行业应用
上述技术方案利用了TPO型传感器的缺点提出了一种齿轮设计，这种齿轮设计既紧凑又使得能够每90°CRK提供一个信号。
在第一次通过期间，根据传感器和靶之间的空隙距离（也称为气隙），传感器检测到的磁场变化太弱，以至于无法检测到所有的沿。在传感器2中执行内部学习，以使得能够基于凸轮轴（及其相关联的靶）的第二旋转实现正确的检测。TPO型传感器的这种特征通常被认为是一个弱点，因为它需要在确定靶的尺寸时留有裕度才能够确定地检测齿（特别是第一个齿）的通过。检测不良通常会导致同步过程失败，因为连续检测到的沿与本应检测到的所存储的模型不对应。到目前为止，认为使用TPO传感器使得能够实现快速同步（因为它使得能够检测各水平），但无法实现具有可变计划的气门正时的快速控制。这里，原始地，所存储的第一个模型用于靶的第一圈，后面使用所存储的第二个模型。
所提出的解决方案还具有良好的同步性能，因为在标定于曲轴上的GAP对面设置不同的齿水平。因此，也借助于使用两种不同的模型来进行同步，平均可以在230°CRK上实现同步。使用包括分布在靶外周的八个齿和第九个齿的靶来产生靶轮廓中的不对称性将先验地导致约360°CRK的平均值以实现发动机同步。
所提出的解决方案可以在控制进气门和排气门的凸轮轴上提出。在同一台发动机中，凸轮轴上可能有两个相似的靶，并且与所述靶相关联的两个传感器也相似。这样限制了发动机中相异零件的数量，这是有利的，因为这使得能够在不影响质量的情况下降低成本。
本公开不限于以上仅作为示例描述和展示的实施例，而是涵盖了本领域技术人员在所寻求的保护上下文中可设想到的所有变型。

Claims (10)

1.凸轮轴齿轮，其形成用于凸轮轴位置传感器的靶，其包括圆形主体，该圆形主体具有两个相对的主面，并且在其圆周上设有一系列齿，其特征在于，所述系列齿包括八个齿，对于给定的第一轮旋转方向，每个齿具有上升沿和下降沿，并且两个相邻的齿由一个凹部隔开，
在于，作为上升沿或下降沿的第一类型的沿均匀地分布在齿轮外周，
在于，除了一个凹部外的其余凹部的角长度大于或等于Arctan(Lbas/R)°CAM，其中R是算上齿的轮的半径，单位为mm，并且Lbas是界定一间隔的两个连续齿的边缘之间的最小距离，所述间隔使得传感器能够检测到这些边缘之间的低水平，并且
在于，除了一个齿外的其余齿的角长度大于或等于Arctan(Lhaut/R)°CAM，Lhaut是使得传感器能够检测到两个边缘之间的高水平的齿边缘之间的最小距离。
2.根据权利要求1所述的凸轮轴齿轮，其特征在于，与角长度小于Arctan(Lbas/R)°CAM的凹部相关联的第一类型的沿和与角长度小于Arctan(Lhaut/R)°CAM的齿相关联的第一类型的沿径向相对。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的凸轮轴齿轮，其特征在于，六个齿具有相同的角长度，优选在Arctan(Lhaut/R)至Arctan(Lhaut*1.3/R)°CAM之间。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的凸轮轴齿轮，其特征在于，第一类型的沿是下降沿。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的凸轮轴齿轮，其特征在于，除了一个凹部外的其余凹部的角长度大于或等于Arctan(8/R)°CAM，并且
在于，除了一个齿外的其余齿的角长度大于或等于Arctan(2.5/R)°CAM。
6.发动机控制系统，其包括计算机、曲轴齿轮和曲轴传感器、根据前述权利要求中的任一项所述的凸轮轴齿轮以及TPO型凸轮轴传感器，其特征在于，对曲轴齿轮和凸轮轴齿轮进行角度调整，使得曲轴齿轮的调整后的标记（GAP）处于角长度小于Arctan(Lbas/R)°CAM的凹部与下一个第一类型的沿之间的空间中、或者处于角长度小于Arctan(Lhaut/R)°CAM的齿与下一个第一类型的沿之间的空间中，并且为此，计算机包括发动机同步算法，其适于识别由凸轮轴齿轮的齿和凹部形成的序列，并从中实时地推断发动机位置。
7.根据权利要求6所述的发动机控制系统，其特征在于，曲轴齿轮的调整后的标记（GAP）同时处于角长度小于Arctan(Lbas/R)°CAM的凹部与下一个第一类型的沿之间的空间中以及角长度小于Arctan(Lhaut/R)°CAM的齿与下一个第一类型的沿之间的空间中。
8.根据权利要求6或7中的一项所述的发动机控制系统，其特征在于，其包括两个根据权利要求1至5中的一项所述的凸轮轴齿轮，所述齿轮是相似的。
9.在由根据权利要求6至8中的一项所述的系统的曲轴传感器提供的信号与由根据权利要求6至8中的一项所述的系统的TPO型凸轮轴传感器提供的信号之间进行同步的方法，其中，将凸轮轴传感器的信号与对应于靶形状的所存储的信号模型进行比较，
其特征在于，当发动机起动时，在凸轮轴齿轮的第一圈期间，凸轮轴传感器以第一灵敏度工作，该第一灵敏度无法检测到角长度小于Arctan(Lbas/R)°CAM的凹部和角长度小于Arctan(Lhaut/R)°CAM的齿的存在，并且将所获得的信号与所存储的第一信号模型进行比较，该第一信号模型对应于这样的靶：其具有六个齿，其中一个齿比其他齿更长，并且该靶具有六个凹部，其中一个凹部比其他凹部更长；并且在于，在接下来的圈期间，凸轮轴传感器以第二灵敏度工作，该第二灵敏度比第一灵敏度更高并且更精确，使其能够检测到角长度小于Arctan(Lbas/R)°CAM的凹部以及角长度小于Arctan(Lhaut/R)°CAM的齿的存在，然后将该信号与对应于具有八个齿的靶的所存储的第二信号模型进行比较，所述八个齿的下降沿均匀地分布在靶的外周。
10.采用具有可变计划的气门正时的发动机，其特征在于，其包括根据权利要求6至8中的一项所述的发动机控制系统。
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