CN1971015A - 发动机的持续反向旋转检测系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于具有至少一个凸轮轴和曲轴的发动机的反向旋转检测系统，其包括基于凸轮轴的旋转产生凸轮轴位置信号的凸轮轴位置传感器。第二传感器输入装置基于曲轴的旋转产生曲轴位置信号。控制模块由凸轮轴位置信号和曲轴位置信号检测发动机的反向旋转情况，其中控制模块比较凸轮轴位置信号与曲轴位置信号以确定发动机位置。基于发动机位置，控制模块比较凸轮轴位置信号与期望信号以确定反向旋转情况。

Description

发动机的持续反向旋转检测系统
技术领域
本发明涉及内燃机，并且尤其涉及检测内燃机持续反向旋转的系统和方法。
背景技术
内燃机通常运行在四种模式下：进气模式，压缩模式，燃烧模式和排气模式。在发动机的反向旋转期间，发动机循环以反向顺序执行，因此进气模式跟随在压缩模式之后。例如，当停止的发动机再次起动时，该发动机可能有一个气缸在停止时刻处于压缩模式下。在气缸中的压缩压力会反向推动活塞朝向下止点(BDC)。当发动机速度增加时，具有喷射燃料的气缸可能进行点火并且反向旋转可能将加速。
传统的发动机不太可能会反向旋转一段较长的时间。扭矩控制系统能够限制反向旋转的持续时间。但是，在电动混合动力系统中该问题产生得更加频繁。外部作用力(例如电动机)能够使发动机在较高速下反向旋转较长的持续时间。在这些情况下，传统的扭矩控制系统不能控制扭矩。
如果反向旋转发生，诸如进气歧管的发动机组件可能会被损坏。反向旋转会导致压缩空气/燃料混合气在进气冲程期间通过打开的进气门流回入进气岐管中。在进气岐管中的压力上升。如果进一步发生反向旋转，压力进一步上升并且将会损坏进气岐管。
发明内容
因此，用于具有至少一个凸轮轴和曲轴的发动机的反向旋转检测系统包括凸轮轴位置传感器，其基于凸轮轴的旋转产生凸轮轴位置信号。第二传感器输入装置基于曲轴的旋转产生曲轴位置信号。控制模块从凸轮轴位置信号和曲轴位置信号中检测发动机的反向旋转情况，其中控制模块比较凸轮轴位置信号与曲轴位置信号来确定发动机位置。基于发动机位置，控制模块比较凸轮轴位置信号与期望信号来确定反向旋转情况。
在另一个特征中，如果发动机位置表示凸轮轴相对于曲轴延迟，期望信号对于曲轴区域是可选择的。该区域由以发动机气缸的上止点为参考的第一曲轴角度和第二曲轴角度进行定义。控制模块比较凸轮轴位置信号沿与期望信号沿。
在其它的特征中，如果发动机位置表示凸轮轴和曲轴是同步的，期望信号是在曲轴的先前转动期间储存的凸轮轴区域处的凸轮轴位置信号。该区域由第一凸轮轴角度和第二凸轮轴角度所定义。控制模块比较凸轮轴位置信号的状态与期望信号的状态。
在进一步其它特征中，系统包括连接到凸轮轴上的具有多个齿的转轮，其中凸轮轴位置传感器基于该转轮的多个齿产生凸轮轴传感器信号。该系统还包括连接到曲轴上的具有多个齿的转轮，其中曲轴位置传感器基于该转轮的多个齿产生曲轴位置信号。
本发明的进一步的应用范围将从下文中提供的详细描述中变得明显。需要理解的是详细的描述和具体的例子，在表示本发明的优选实施例的同时，其意图仅仅为了示例而不意图去限制本发明的范围。
附图简述
本发明将通过详细的描述和附图变得更加充分理解，其中：
图1是发动机系统的俯视图；
图2是发动机系统的侧视图；
图3是示出了根据本发明用于检测发动机的反向旋转的发动机系统所采取的步骤的流程图；和
图4是示出了使用来检测发动机的反向旋转的示例信号的时序图。
具体实施方式
下面的优选实施例的描述实际上仅仅是示例并不意图去限制本发明、其应用或者使用。为了描述清楚的目的，在附图中相同的附图标记表示相似的元件。如在此所使用的，术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的，专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它能提供所述功能的合适的组件。
现在参见图1，发动机系统10包括发动机12，在发动机12中燃烧空气和燃料的混合物以产生驱动扭矩。空气通过节气门16被吸入到进气岐管14中。节气门16调节流入进气岐管14中的空气量。在进气岐管14中的空气被分配到气缸18中。虽然示出了四个气缸18，需要理解的是发动机可具有多个气缸，其包括但不限于2，3，5，6，8，10，12和16个气缸。
当空气通过进气口吸入到气缸18中时，燃料喷射器(未示出)喷出燃料，该燃料与空气混合。进气门12可选择地打开和关闭以使得空气/燃料混合气进入到气缸18中。进气门的位置由进气凸轮轴24进行调节。活塞(未示出)压缩在气缸18中的空气/燃料混合物。火花塞26点燃空气/燃料混合物，以驱动在气缸18中的活塞。活塞驱动曲轴(未示出)以产生驱动扭矩。当排气门30处于打开位置时，在气缸18中的燃烧排气通过排气岐管28被排出。排气门位置由排气凸轮轴32进行调节。排气在排气系统中被处理。虽然示出了单个进气和排气门22，30，需要理解的是发动机12可在每个气缸18中包括多个进气和排气门22，30。
发动机系统10包括进气凸轮相位器34和/或排气凸轮相位器36，它们分别调节进气和排气凸轮轴24，32的旋转正时。更具体的，对应的进气和排气凸轮轴24，32的正时或者相位角可以相对于彼此或者相对于气缸18中的位置或者曲轴位置被延迟或者提前。在这种方式下，进气和排气门22，30的位置可相对于彼此或者相对于气缸18中的活塞的位置进行调节。通过调节进气门22和排气门30的位置，吸入到气缸18中的空气/燃料混合气的量以及因此发动机的扭矩可被调节。控制模块40基于所需的扭矩控制进气凸轮相位器34和排气凸轮相位器36的相位角。
现在参见图2，发动机系统10的侧视图被示出。排气凸轮轴32(图1)和进气凸轮轴24(图1)通过链轮52A，52B和52C以及正时链54连接到曲轴(未示出)上。发动机系统10输出表示曲轴位置的曲轴信号59到控制模块40中。曲轴信号59由连接到曲轴的转轮56的旋转所产生。转轮56具有多个齿。转轮传感器58检测转轮的齿并且以周期形式产生曲轴信号59。控制模块40将曲轴信号59解码为转轮56的具体齿数。曲轴位置从转轮56解码的齿数进行确定。
类似的，转轮传感器60检测连接到排气凸轮轴32(图1)的转轮62的齿并且产生凸轮轴信号63。凸轮轴位置从凸轮轴信号63中进行确定。可以理解的，转轮(未示出)和转轮传感器(未示出)或者另外地或者替代地连接到进气凸轮轴24(未示出)上。从凸轮轴位置和曲轴位置中，控制模块40可确定整个发动机的位置。此外，控制模块40可通过评估曲轴信号59和凸轮轴信号63检测发动机的反向旋转。
现在参见图3，根据本发明的控制模块40所执行的控制流程将更详细的描述。为了检测发动机的反向旋转，控制首先确定发动机的位置，该位置指示凸轮轴和曲轴是否同步。为了描述清楚，下面的描述涉及排气凸轮轴。应该理解的，相类似的方法还可应用到进气凸轮轴上。
在步骤100处，转轮传感器检测凸轮轴和曲轴的位置。凸轮轴的位置相对于曲轴的位置被确定。如果凸轮轴和曲轴的状态匹配预先选定的模式，则凸轮轴和曲轴是同步的，并且发动机已经如通过曲轴速度测量到那样保持其自身向前的旋转。在步骤110处，如果凸轮轴和曲轴是同步的，在步骤120处凸轮轴信号的状态对于由凸轮轴的第一和第二角度所定义的可选择区域进行评估。该信号的状态或高或低。在步骤120处，如果在可选择区域实际的凸轮信号状态与先前检测到的凸轮信号状态匹配，在步骤130处发动机以向前的方向旋转。否则如果在可选择区域实际的凸轮信号状态与先前检测到的凸轮信号状态不匹配，则在步骤140处发动机以相反方向旋转。
返回到步骤110，另外的，如果凸轮轴和曲轴不同步，在步骤150和160处，在以气缸的上止点为参考的凸轮轴的第一和第二角度所定义的区域处凸轮轴传感器信号沿被评估。参考的气缸是可选择的。信号沿或者从低到高或者从高到低。在步骤150处，如果实际的凸轮轴信号沿与此区域处的期望的反向凸轮轴信号沿相匹配，则在步骤140处发动机处于反向旋转。否则，在步骤160处，如果实际凸轮轴信号沿与此区域的期望的向前凸轮轴信号沿相匹配，则在步骤130处发动机以向前方向旋转。另外，在步骤170处发动机的旋转是不确定的。期望的向前凸轮轴信号沿和期望的向后凸轮轴信号沿根据凸轮轴的角度是可选择的。
现在参见图4，对58x曲轴传感器信号和4x凸轮轴信号示出了反向旋转检测方法的例子。由转轮传感器产生的脉冲序列在200处示出，该转轮传感器用于具有58个齿的转轮上，该转轮连接到曲轴上。用于前向旋转的发动机的解码的齿数在210处示出。用于反向旋转的发动机的解码的齿数在220处示出。用于曲轴的脉冲序列或者采用在230处示出的沿检测技术或者采用在240处示出的齿中心检测技术产生。当凸轮相位器充分提前时，由用于转轮的转轮传感器产生的脉冲序列在260处示出，该转轮具有4个齿并且连接到凸轮轴上。当凸轮相位器延迟66曲柄度数时，由用于转轮的转轮传感器产生的脉冲序列在270处示出，该转轮具有4个齿并且连接到凸轮轴上。线A-C表示当气缸A-C的活塞位于上止点(TDC)时的曲柄角度的度数。
根据本发明，发动机的位置由曲轴信号和凸轮轴信号进行确定。当曲轴和凸轮轴是同步时，凸轮传感器信号可在曲轴的每个循环被评估两次，以确定发动机的旋转。例如，在280和282处示出的区域定义了何时凸轮传感器信号可以被评估用于58x曲柄4x凸轮检测策略。区域280和282对应这样的凸轮角度区域，其中曲轴转轮的解码的前向齿数分别为18-20和46-51。相同的区域还由解码的反向齿数39-41和8-12分别定义。对于这些区域280和282凸轮轴传感器信号状态与先前的凸轮轴传感器信号相比以确定发动机是否正处于反向旋转。如果凸轮传感器信号状态没有与先前凸轮传感器信号状态匹配，则发动机处于反向旋转状态。
如果曲轴和凸轮轴没有同步，凸轮传感器信号沿在可选择的区域处被评估，该区域由相对于气缸的TDC的曲柄角度的度数定义。在当前的例子中，可选择的区域为在283处示出的138度和150度之间。在该区域中，凸轮传感器信号沿相对于期望的凸轮传感器信号沿进行比较。期望的沿基于相对于气缸上止点的曲轴的角度是可选择的。如果该沿与反向旋转的期望沿相匹配，则发动机反向旋转。
本领域技术人员从上述说明书中现在可以理解到本发明的较宽的教导能够以多种形式进行实施。因此，虽然本发明已经用具体的例子进行了描述，本发明的实际范围不应该受到限制，因为其它的修改将对了解附图、说明书和下面的权利要求的本领域技术人员来说是显然的。

Claims (25)

1.一种用于检测发动机的反向旋转的方法，其包括：
产生凸轮轴位置信号；
产生曲轴位置信号；
基于所述凸轮轴位置信号和所述曲轴位置信号确定发动机的位置；
基于所述发动机位置产生期望信号；
比较所述凸轮轴位置信号与所述期望信号；和
如果所述凸轮轴位置信号等于所述期望信号，则产生反向旋转信号。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括储存所述凸轮轴位置信号，并且其中当所述发动机的所述位置表示所述发动机是同步时，产生所述期望信号的所述步骤包括从所述先前储存的凸轮轴位置信号中产生所述期望信号。
3.如权利要求2所述的方法，其中当所述发动机的所述位置表示所述发动机是同步时，所述比较步骤包括比较所述凸轮轴位置信号的状态与所述期望信号的状态。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述储存步骤和所述比较步骤在第一凸轮轴角度和第二凸轮轴角度定义的区域处每个曲轴循环实施两次。
5.如权利要求1所述的方法，其中当所述发动机的所述位置表示所述发动机不同步时，产生所述期望信号的所述步骤包括对于指定区域从可选择的信号中产生所述期望信号。
6.如权利要求5所述的方法，其中当所述发动机的所述位置表示所述发动机不同步时，所述比较步骤包括比较所述凸轮轴位置信号沿与所述期望信号沿。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述指定区域由以所述发动机的上止点为参考的第一曲轴角度和第二曲轴角度所定义。
8.如权利要求1所述的方法，其中产生所述凸轮轴位置信号的所述步骤包括从转轮传感器中产生所述凸轮轴位置信号，所述转轮传感器检测连接到发动机的凸轮轴上的转轮的多个齿。
9.如权利要求1所述的方法，其中产生所述曲轴位置信号的所述步骤包括从转轮传感器中产生所述曲轴位置信号，所述转轮传感器检测连接到发动机的曲轴上的转轮的多个齿。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述确定步骤包括基于所述凸轮轴的凸轮相位器是否有效延迟所述凸轮轴来确定所述发动机的位置。
11.一种用于具有至少一个凸轮轴和曲轴的发动机的反向旋转检测系统，其包括：
凸轮轴位置传感器，其基于凸轮轴的旋转产生凸轮轴位置信号；
第二传感器输入装置，其基于曲轴的旋转产生曲轴位置信号；
控制模块，其从所述凸轮轴位置信号和所述曲轴位置信号检测发动机的反向旋转情况，其中所述控制模块比较所述凸轮轴位置信号与所述曲轴位置信号以确定发动机位置，并且其中基于所述发动机位置，所述控制模块比较所述凸轮轴位置信号与期望信号以确定反向旋转情况。
12.如权利要求11所述的系统，其中如果所述发动机位置表示所述凸轮轴相对于所述曲轴延迟，所述期望信号对于曲轴区域是可选择的，并且其中所述区域由以所述发动机的上止点为参考的第一曲轴角度和第二曲轴角度所定义。
13.如权利要求11所述的系统，其中如果所述发动机位置表示所述凸轮轴与所述曲轴是同步的，所述期望信号是在所述曲轴的先前旋转期间储存的在所述凸轮轴的区域处的所述凸轮轴位置，并且其中所述区域由第一凸轮轴角度和第二凸轮轴角度所定义。
14.如权利要求12所述的系统，其中所述控制模块比较所述凸轮轴位置信号沿与所述期望信号沿。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述控制模块比较所述凸轮轴位置信号状态与所述期望信号的状态。
16.如权利要求11所述的系统，进一步包括连接到所述凸轮轴上且具有多个齿的转轮，其中所述凸轮轴位置传感器基于所述转轮的所述多个齿产生所述凸轮轴传感器信号。
17.如权利要求11所述的系统，进一步包括连接到所述曲轴上且具有多个齿的转轮，其中所述曲轴位置传感器基于所述转轮的所述多个齿产生所述曲轴位置信号。
18.如权利要求11所述的系统，进一步包括连接到所述凸轮轴上的凸轮相位器，其中所述控制模块命令所述凸轮相位器相对所述曲轴延迟所述凸轮轴。
19.一种从凸轮轴位置信号和曲轴位置信号中检测发动机反向旋转的方法，其包括：
从所述发动机中接收凸轮轴位置信号；
从所述发动机中接收曲轴位置信号；
基于所述凸轮轴位置信号和所述曲轴位置信号是否表明所述发动机处于同步来产生期望信号；
比较所述凸轮轴位置信号与所述期望信号；和
如果所述凸轮轴位置信号等于所述期望信号，则产生反向旋转信号。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括储存所述凸轮轴位置信号，并且其中当所述发动机的所述位置表示所述发动机是同步时，产生所述期望信号的所述步骤包括从所述的先前储存的凸轮轴位置信号中产生所述期望信号。
21.如权利要求20所述的方法，当所述凸轮轴位置信号和所述曲轴位置信号表示所述发动机是同步时，所述比较步骤包括比较所述凸轮轴位置信号的状态与所述期望信号的状态。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述储存步骤和所述比较步骤在由第一凸轮轴角度和第二凸轮轴角度定义的区域处每个曲轴循环实施两次。
23.如权利要求19所述的方法，其中当所述凸轮轴位置信号和所述曲轴位置信号表示所述发动机不同步时，产生所述期望信号的所述步骤包括对于指定区域从可选择的信号中产生所述期望信号。
24.如权利要求23所述的方法，其中当所述凸轮轴位置信号和所述曲轴位置信号表示发动机不同步时，所述比较步骤包括比较所述凸轮轴位置信号沿与所述期望信号沿。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述指定区域由以所述发动机的上止点为参考的第一曲轴角度和第二曲轴角度所定义。
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