一種四缸發(fā)動機活塞位置和相位全工況檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種四缸發(fā)動機活塞位置和相位全工況檢測方法及裝置，所述方法包括：設(shè)置一個與凸輪軸同軸安裝且同步旋轉(zhuǎn)的信號轉(zhuǎn)盤；在所述信號轉(zhuǎn)盤的內(nèi)外兩個同心圓圓弧上分別開有數(shù)個作為光電傳感器光通道的透光孔，在內(nèi)同心圓圓弧處布置一套內(nèi)圈光電傳感器I，在外同心圓圓弧處布置兩套外圈光電傳感器E1和E2，并使得信號轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時外圈光電傳感器E2的輸出信號相位比外圈光電傳感器E1的輸出信號相位落后90°；信號轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時每個透光孔經(jīng)過內(nèi)圈光電傳感器I時，外圈光電傳感器E1、外圈光電傳感器E2的二進制輸出電平的組合各不相同。本方法只使用一個信號轉(zhuǎn)盤和三個光電傳感器即可完成曲軸的正反轉(zhuǎn)判斷以及活塞的位置和相位檢測，檢測過程簡單，發(fā)生誤判概率較低。
【專利說明】—種四缸發(fā)動機活塞位置和相位全工況檢測方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車工況檢測技術(shù)，具體涉及一種四缸發(fā)動機活塞位置和相位全工況檢測方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]由于缸內(nèi)直噴汽油機的結(jié)構(gòu)的特殊性，在起動初始階段，在起動初始階段就可以迅速噴油到發(fā)動機壓縮、膨脹過程并點火做功，縮小起動機起動扭矩，使發(fā)動機迅速起動，縮小起動時間，這一類起動技術(shù)通常被稱為缸內(nèi)直噴汽油機直接起動技術(shù)。這種直接起動技術(shù)需要在起動初始階段就能夠檢測出活塞位置和相位。當(dāng)直接起動技術(shù)應(yīng)用于怠速智能起停技術(shù)時，此時汽車發(fā)動機停止與下次起動之間的間隔時間不長，可以讓活塞位置和相位檢測裝置在發(fā)動機停機后也繼續(xù)監(jiān)測，只要監(jiān)測并記錄下發(fā)動機活塞停止時的位置和相位，下次發(fā)動機起動時活塞位置和相位檢測裝置不需要進行初始化，就可以實時監(jiān)測到活塞位置和相位。當(dāng)直接起動技術(shù)不是應(yīng)用于怠速智能起停技術(shù)時，此時汽車發(fā)動機起動與上次發(fā)動機停止的時間間隔一般很長，活塞位置和相位檢測裝置在上次發(fā)動機停止后會停止工作，在起動開始時活塞位置和相位檢測裝置就需要進行初始化，這就要求活塞位置和相位檢測裝置在初始化時能夠快速檢測出活塞位置和相位。因此，對于直噴汽油機直接起動技術(shù)，能夠滿足上述要求的活塞位置和相位檢測裝置就是要能夠檢測出發(fā)動機停機時的活塞位置和相位，還要在檢測裝置進行初始化時也能夠快速檢測出活塞位置和相位。
[0003]由于發(fā)動機停機過程中存在反轉(zhuǎn)現(xiàn)象且采用瞬時反轉(zhuǎn)直接起動時曲軸也會反轉(zhuǎn)，而傳統(tǒng)的發(fā)動機曲軸和凸輪軸位置傳感器不能判別發(fā)動機曲軸的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向，同時傳統(tǒng)的曲軸和凸輪軸位置傳感器在初始化時只能先識別出第一缸活塞壓縮上止點信號透光孔的信號來獲得活塞的絕對位置和相位，然后在后續(xù)的檢測過程中通過對曲軸轉(zhuǎn)角信號透光孔的信號進行計數(shù)來檢測出正確的活塞位置和相位，由于活塞停止位置的隨機性，最長需要曲軸旋轉(zhuǎn)720°才能檢測到第一缸活塞壓縮上止點信號透光孔的信號，因此傳統(tǒng)的發(fā)動機曲軸和凸輪軸位置傳感器無法在發(fā)動機停止時檢測活塞位置和相位，也無法在發(fā)動機起動進行初始化時快速檢測到活塞位置和相位。
[0004]現(xiàn)已有能夠滿足上述功能要求的檢測裝置采用了兩個信號轉(zhuǎn)盤，使用了至少七個以上的光電式傳感器，且其中一個信號轉(zhuǎn)盤由內(nèi)到外共有七圈信號透光孔，布置復(fù)雜，加工難度大，成本較高；整個裝置要檢測至少七個以上的光電傳感器信號，并對這七個輸出信號進行計算和判斷來完成曲軸的正反轉(zhuǎn)判斷以及活塞的位置和相位檢測，檢測過程過于復(fù)雜，發(fā)生誤判的概率較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種四缸發(fā)動機活塞位置和相位全工況檢測方法及裝置，只使用一個信號轉(zhuǎn)盤和三個光電傳感器，信號轉(zhuǎn)盤上由內(nèi)到外只有兩圈信號透光孔，布置簡單，加工難度小，成本較低；并且只需要檢測三個光電傳感器信號，只需要對三個輸出信號進行計算和判斷就可以完成曲軸的正反轉(zhuǎn)判斷以及活塞的位置和相位檢測，檢測過程相對簡單，發(fā)生誤判的概率較低，本檢測方法和裝置能夠準(zhǔn)確檢測出發(fā)動機停機時的活塞位置和相位，還可以對每一個壓縮上止點信號透光孔的信號進行區(qū)分檢測，在檢測裝置進行初始化時也能夠快速檢測出活塞位置和相位。
[0006]技術(shù)方案如下所述。
[0007]一種四缸發(fā)動機活塞位置和相位全工況檢測方法，包括:
[0008]設(shè)置一個與凸輪軸同軸安裝且同步旋轉(zhuǎn)的信號轉(zhuǎn)盤；
[0009]在所述信號轉(zhuǎn)盤的內(nèi)外兩個同心圓圓弧上分別開有數(shù)個作為光電傳感器光通道的透光孔，內(nèi)同心圓圓弧上所開透光孔數(shù)量是4個；外同心圓圓弧上所開透光孔數(shù)量是45?180個并呈均勻分布，每個透光孔尺寸與透光孔間隔尺寸相同；
[0010]內(nèi)同心圓圓弧上所開的透光孔尺寸所占弧度是α度，外同心圓圓弧上所開透光孔尺寸所占弧度是2α度，并且至少有一個內(nèi)同心圓圓弧上的透光孔邊緣與外同心圓圓弧上的透光孔邊緣及信號轉(zhuǎn)盤圓心處于一條直線上，其中α =0.5?2;
[0011]所述信號轉(zhuǎn)盤的內(nèi)同心圓圓弧上所開的4個透光孔分別是第一缸壓縮上止點信號透光孔、第二缸壓縮上止點信號透光孔、第三缸壓縮上止點信號透光孔和第四缸壓縮上止點信號透光孔。第一缸壓縮上止點信號透光孔與第三缸壓縮上止點信號透光孔間隔90°，第三缸壓縮上止點信號透光孔與第四缸壓縮上止點信號透光孔間隔(90+α)°，第四缸壓縮上止點信號透光孔與第二缸壓縮上止點信號透光孔間隔90°，第二缸壓縮上止點信號透光孔與第一缸壓縮上止點信號透光孔間隔(90_α)° ;第一缸壓縮上止點信號透光孔產(chǎn)生的信號對應(yīng)發(fā)動機第一缸活塞壓縮上止點前180° ；
[0012]在內(nèi)同心圓圓弧處布置一套內(nèi)圈光電傳感器I，在外同心圓圓弧處布置一套外圈光電傳感器E1，在外同心圓圓弧處布置另一套外圈光電傳感器E2，并使得信號轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時外圈光電傳感器E2的輸出信號相位比外圈光電傳感器E1的輸出信號相位落后90°。
[0013]信號轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時每個透光孔經(jīng)過內(nèi)圈光電傳感器I時，外圈光電傳感器E1、外圈光電傳感器E2的二進制輸出電平的組合各不相同。
[0014]信號轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時第一缸壓縮上止點信號透光孔經(jīng)過內(nèi)圈光電傳感器I時，外圈光電傳感器E1、夕卜圈光電傳感器E2的二進制輸出電平分別是I和O。
[0015]發(fā)動機曲軸正反向旋轉(zhuǎn)的判斷規(guī)則如下:
[0016](I)當(dāng)前后兩個二進制變量η值順序出現(xiàn)“ 1 ”和“ 11”、“ 11”和“ O I”、“ O I”和“ 00 ”或者“00”和“10”時，曲軸判為正向旋轉(zhuǎn)；
[0017](2 )當(dāng)前后兩個二進制變量η值順序出現(xiàn)“ 1 ”和“ 00 ”、“ 00 ”和“ O I”、“ O I”和“ 11 ”或者“ 11”和“ 10 ”時，曲軸判為反向旋轉(zhuǎn)；
[0018]其中:二進制變量η是外圈光電傳感器E1與外圈光電傳感器E2的二進制輸出電平分別作為第二位值和第一位值組合而成的2bit數(shù)值。
[0019]發(fā)動機活塞位置及相位的檢測步驟如下:
[0020](I)當(dāng)檢測到外圈光電傳感器E1與外圈光電傳感器E2中任何一個的信號上升沿或者下降沿時，則判斷二進制變量a的值；
[0021 ] (2)如果二進制變量a的值為“ I”，則對二進制變量m的值進行判斷；
[0022](3)如果二進制變量m的值為“110”，對十進制變量k賦值為“90”，并換算十進制變量Θ為“ 180”，對十進制變量ζ賦值為” I” ；
[0023](4)如果二進制變量m的值為“101”，對十進制變量k賦值為“90”，并換算十進制變量Θ為“ 180 ”，對十進制變量ζ賦值為” 3 ” ；
[0024](5)如果二進制變量m的值為“111”，對十進制變量k賦值為“89”，并換算十進制變量Θ為“ 178”，對十進制變量ζ賦值為” 4” ；
[0025](6)如果二進制變量m的值為“100”，對十進制變量k賦值為“89”，并換算十進制變量Θ為“ 178”，對十進制變量ζ賦值為” 2” ；
[0026](7)如果二進制變量a的值為“0”，則進行正反轉(zhuǎn)判斷；
[0027](8)如果判斷出曲軸正轉(zhuǎn)，將十進制變量k的值減1，并換算十進制變量Θ的值；
[0028](9)如果判斷出曲軸反轉(zhuǎn)，將十進制變量k的值加1，并換算十進制變量Θ的值；
[0029](10)通過當(dāng)前十進制變量ζ的值和十進制變量Θ的值就可以獲得當(dāng)前活塞的位置和相位；
[0030]其中:
[0031]二進制變量a是內(nèi)圈光電傳感器I的二進制輸出電平；
[0032]二進制變量b是外圈光電傳感器E1的二進制輸出電平；
[0033]二進制變量c是外圈光電傳感器E2的二進制輸出電平；
[0034]二進制變量m是二進制變量a、二進制變量b、二進制變量c分別作為第三位值、第二位值、第一位值組合而成的3bit數(shù)值；
[0035]十進制變量ζ:本檢測方法對所有活塞位置和相位的描述都以壓縮上止點作為參照基準(zhǔn)，當(dāng)前參照基準(zhǔn)所對應(yīng)的氣缸為當(dāng)前基準(zhǔn)缸，十進制變量ζ為當(dāng)前基準(zhǔn)缸的缸號；
[0036]十進制變量k是對二進制變量η的變化次數(shù)進行計數(shù)的值；
[0037]十進制變量Θ的值表示當(dāng)前基準(zhǔn)缸中活塞的位置到其壓縮上止點的距離，這里所述的“距離”是用曲軸轉(zhuǎn)角來衡量，十進制變量Θ是對十進制變量k的值進行換算后的值，換算方法為:Θ =2k。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1是信號轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖2是光電傳感器與信號轉(zhuǎn)盤的相對位置示意圖。
[0040]圖3是光電傳感器與信號轉(zhuǎn)盤的相對位置俯視示意圖。
[0041]附圖中:1.第一缸壓縮上止點信號透光孔；2.第二缸壓縮上止點信號透光孔；
3.第三缸壓縮上止點信號透光孔；4.第四缸壓縮上止點信號透光孔；5.信號轉(zhuǎn)盤；6.外同心圓圓弧透光孔；7.內(nèi)圈光電傳感器I ;8.外圈光電傳感器E1 ;9.外圈光電傳感器E2。

【具體實施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖所示實施例進一步說明本發(fā)明的具體內(nèi)容及其實施方式。
[0043]本檢測裝置所設(shè)計的信號轉(zhuǎn)盤與凸輪軸同軸安裝，并隨凸輪軸同向旋轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，信號轉(zhuǎn)盤順時針旋轉(zhuǎn)時代表曲軸正轉(zhuǎn)。在信號轉(zhuǎn)盤的內(nèi)外兩個同心圓圓弧上分別開有數(shù)個作為光電傳感器光通道的透光孔。其中外同心圓圓弧上制作有90個長方形透光孔(縫隙)，并均勻分布，每個孔所占弧度為2°，用于產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角信號。
[0044]每個光電傳感器都與信號處理系統(tǒng)相連，每個光電傳感器都由發(fā)生器和接收器組成，且發(fā)生器分別正對著接收器。當(dāng)信號轉(zhuǎn)盤的透光孔從光電傳感器的發(fā)生器與接收器之間轉(zhuǎn)過時，光電傳感器輸出高電平；當(dāng)信號轉(zhuǎn)盤的遮光部分從光電傳感器的發(fā)生器與接收器之間轉(zhuǎn)過時，光電傳感器輸出低電平。信號處理系統(tǒng)將接收器的輸出信號處理成方波，并將方波信號通過Α/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將數(shù)字信號賦值給相應(yīng)的變量。內(nèi)圈光電傳感器I所對應(yīng)的變量為a，外圈光電傳感器E1所對應(yīng)的變量為b，外圈光電傳感器E2所對應(yīng)的變量為C。a、b、c都為二進制變量。對這些變量的運算和判斷，完成發(fā)動機活塞位置和相位的檢測以及發(fā)動機曲軸正反向旋轉(zhuǎn)的判斷。
[0045]如圖2所不,外圈光電傳感器E1和外圈光電傳感器E2與信號轉(zhuǎn)盤的外同心圓圓弧上的透光孔進行配裝，且外圈光電傳感器E1與外圈光電傳感器E2間隔角度β要保證外圈光電傳感器E2產(chǎn)生的信號比外圈光電傳感器E1所產(chǎn)生的信號落后九十度的相位。信號處理系統(tǒng)將外圈光電傳感器E1和外圈光電傳感器E2的輸出信號組合成可檢測的二進制數(shù)，并將這個值賦值給變量η，η為二進制變量，方法為:將b放在二進制數(shù)的第二位，將c放在二進制數(shù)的第一位，將組合后的2bit數(shù)值賦值給η。例如，若b=l、c=0，則n=10 ;若b=0、c=l，則n=01 ;若b=0、c=0,則n=00 ;若b=l、c=l,則n=ll。當(dāng)信號處理系統(tǒng)檢測到外圈光電傳感器E1和外圈光電傳感器E2中任何一個的信號上升沿或者下降沿時，信號處理系統(tǒng)才對η重新賦值。
[0046]當(dāng)曲軸正向旋轉(zhuǎn)時，η的值將依次按照“10 - 11 - 01 - 00”的順序循環(huán)出現(xiàn):
[0047]10 — 11 — 01 — 00 — 10 — 11 — 01 — 00......10 — 11 — 01 — 00......
[0048]反之，當(dāng)曲軸反向旋轉(zhuǎn)時，η的值將依次按照“10 -00-01- 11”的順序循環(huán)出現(xiàn):
[0049]10 — 00 — 01 — 11 — 10 — 00 — 01 — 11......10 — 00 — 01 — 11......
[0050]從上述可知當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動時，對于不同的轉(zhuǎn)動方向，η的值的變化規(guī)律是不同的，即通過判斷前后相連的兩次η的值就可以對其進行正反轉(zhuǎn)判斷(前一次的值對應(yīng)的變量為Ii1,當(dāng)前的值對應(yīng)的變量為n2，Ii1、η2為二進制變量)。
[0051]所圖1所示，信號轉(zhuǎn)盤的內(nèi)同心圓圓弧上制作有4個長方形透光孔，每個孔所占的弧度為1°，用于產(chǎn)生各個氣缸的壓縮上止點信號，非均勻分布，其中第一缸壓縮上止點信號透光孔與第三缸壓縮上止點信號透光孔間隔90°，第三缸壓縮上止點信號透光孔與第四缸壓縮上止點信號透光孔間隔91°，第四缸壓縮上止點信號透光孔與第二缸壓縮上止點信號透光孔間隔90°，第二缸壓縮上止點信號透光孔與第一缸壓縮上止點信號透光孔間隔89。。
[0052]內(nèi)圈光電傳感器I與信號轉(zhuǎn)盤的內(nèi)同心圓圓弧上的透光孔進行配裝，在安裝時，要使第一缸壓縮上止點信號透光孔產(chǎn)生的信號對應(yīng)發(fā)動機第一缸活塞壓縮上止點前180°。這樣安裝就可以有以下結(jié)果:第三缸壓縮上止點信號透光孔產(chǎn)生的信號對應(yīng)發(fā)動機第三缸活塞壓縮上止點前180°，第四缸壓縮上止點信號透光孔產(chǎn)生的信號對應(yīng)發(fā)動機第四缸活塞壓縮上止點前178°，第二缸壓縮上止點信號透光孔產(chǎn)生的信號對應(yīng)發(fā)動機第二缸活塞壓縮上止點前178°。
[0053]由于四個壓縮上止點信號透光孔所占弧度一樣，單從內(nèi)圈光電傳感器I所產(chǎn)生的信號無法區(qū)分識別壓縮上止點信號透光孔的信號，本裝置通過以下方法區(qū)分識別壓縮上止點信號透光孔的信號:信號處理系統(tǒng)將內(nèi)圈光電傳感器1、外圈光電傳感器E1和外圈光電傳感器E2所分別對應(yīng)的變量a、b和c的值組合成可檢測的二進制數(shù)，并將這個值賦值給變量m，m為二進制變量，賦值方法為:將a放在二進制數(shù)的第三位，將b放在二進制數(shù)的第二位，將c放在二進制數(shù)的第一位,將組合后的3bit數(shù)值賦值給m。例如,若a=l、b=l、c=0,則m=110 ;若 a=l、b=0、c=l,則 m=101 ;若 a=l、b=0、c=0,則 m=100 ;若 a=l、b=l、c=l,則 m=lll。若 a=0、b=l、c=0,則 m=010 ;若 a=0、b=0、c=l,則 m=001 ;若 a=0、b=0、c=0,則 m=000 ;若 a=0、b=l、c=l，則m=011。當(dāng)信號處理系統(tǒng)檢測到外圈光電傳感器E1和外圈光電傳感器E2中任何一個的信號上升沿或者下降沿時，信號處理系統(tǒng)才對m重新賦值。通過判斷m的值來區(qū)分識別壓縮上止點信號透光孔的信號。在安裝外圈光電傳感器E1和外圈光電傳感器E2時，要保證當(dāng)信號處理系統(tǒng)接收到第一缸壓縮上止點信號透光孔產(chǎn)生的信號時，η的值為“10”，此時m的值為“110”，這樣安裝會有以下結(jié)果:當(dāng)信號處理系統(tǒng)接收到第三缸壓縮上止點信號透光孔產(chǎn)生的信號時，η的值為“01”，此時m的值為“101”；當(dāng)信號處理系統(tǒng)接收到第四缸壓縮上止點信號透光孔產(chǎn)生的信號時，η的值為“ 11 ”，此時m的值為“111”；當(dāng)信號處理系統(tǒng)接收到第二缸壓縮上止點信號透光孔11產(chǎn)生的信號時，η的值為“00”，此時m的值為“ 100” ；即當(dāng)檢測到m的值為“ 110”時，發(fā)動機第一缸活塞位于壓縮上止點前180° ;當(dāng)檢測到m的值為“101”時，發(fā)動機第三缸活塞位于壓縮上止點前180° ;當(dāng)檢測到m的值為“111”時，發(fā)動機第四缸活塞位于壓縮上止點前178° ;當(dāng)檢測到m的值為“100”時，發(fā)動機第二缸活塞位于壓縮上止點前178°。
[0054]本檢測方法對所有活塞位置和相位的描述都以壓縮上止點作為參照基準(zhǔn)，當(dāng)前參照基準(zhǔn)所對應(yīng)的氣缸為當(dāng)前基準(zhǔn)缸，當(dāng)前基準(zhǔn)缸號所對應(yīng)的變量為Z，Z為十進制變量，Z值為當(dāng)前基準(zhǔn)缸的缸號。當(dāng)判斷出m的值為“110”時(即此時發(fā)動機第一缸活塞位于壓縮上止點前180° )，將ζ賦值為”1”，在下次接收到壓縮上止點信號透光孔的信號(即a=l時)之前，信號處理系統(tǒng)則一直將第一缸壓縮上止點作為當(dāng)前參照基準(zhǔn)，第一缸為當(dāng)前基準(zhǔn)缸，對應(yīng)ζ的值為” 1”，即用第一缸的活塞到其壓縮上止點的距離來衡量當(dāng)前活塞的位置和相位；當(dāng)判斷出m的值為“101”時(即此時發(fā)動機第三缸活塞位于壓縮上止點前180° )，將ζ賦值為”3”，在下次接收到壓縮上止點信號透光孔的信號(即a=l時)之前，信號處理系統(tǒng)則一直將第三缸壓縮上止點作為當(dāng)前參照基準(zhǔn)，第三缸為當(dāng)前基準(zhǔn)缸，對應(yīng)ζ的值為”3”，即用第三缸的活塞到其壓縮上止點的距離來衡量當(dāng)前活塞的位置和相位；當(dāng)判斷出m的值為“111”時(即此時發(fā)動機第四缸活塞位于壓縮上止點前178° )，將ζ賦值為”4”，在下次接收到壓縮上止點信號透光孔的信號(即a=l時)之前，信號處理系統(tǒng)則一直將第四缸壓縮上止點作為當(dāng)前參照基準(zhǔn)，第四缸為當(dāng)前基準(zhǔn)缸，對應(yīng)ζ的值為”4”，即用第四缸的活塞到其壓縮上止點的距離來衡量當(dāng)前活塞的位置和相位；當(dāng)判斷出m的值為“100”時(即此時發(fā)動機第二缸活塞位于壓縮上止點前178° )，將ζ賦值為”2”，在下次接收到壓縮上止點信號透光孔的信號(即a=l時)之前，信號處理系統(tǒng)則一直將第二缸壓縮上止點作為當(dāng)前參照基準(zhǔn)，第二缸為當(dāng)前基準(zhǔn)缸，對應(yīng)ζ的值為”2”，即用第二缸的活塞到其壓縮上止點的距離來衡量當(dāng)前活塞的位置和相位；上面所述的“距離”都是用曲軸轉(zhuǎn)角來衡量。
[0055]當(dāng)信號轉(zhuǎn)盤I隨凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周時(曲軸旋轉(zhuǎn)兩周)，η將變化360次，每變化一次，代表曲軸轉(zhuǎn)動2°。信號處理系統(tǒng)通過對η的變化次數(shù)進行計數(shù)并存入變量k，k為十進制變量。計數(shù)方法為:在檢測到壓縮上止點信號透光孔的信號時(即a=l時)，先判斷m的值，再更改k的值。當(dāng)m的值為“ 110”時，將k賦值為“90” ；當(dāng)m的值為“ 101”時，將k賦值為“90” ；當(dāng)m的值為“ 111”時，將k賦值為“89” ；當(dāng)m的值為“ 100”時，將k賦值為“89”。在沒有檢測到壓縮上止點信號透光孔的信號時(即a=0時)，η每變化一次，則先進行正反轉(zhuǎn)，當(dāng)判斷出曲軸正轉(zhuǎn)時，將k的值減1，當(dāng)判斷出曲軸反轉(zhuǎn)時，將k的值加I。信號處理系統(tǒng)對k的值進行換算，并將這個值存入變量θ，Θ為十進制變量，換算方法為:0=2k，Θ的值表示當(dāng)前基準(zhǔn)缸中活塞的位置到其壓縮上止點的距離。通過檢測系統(tǒng)所記錄的當(dāng)前ζ值與Θ值就可以檢測出當(dāng)前活塞位置和相位。
[0056]因為壓縮上止點信號透光孔的信號對應(yīng)的是活塞的絕對位置，所以當(dāng)接收到壓縮上止點信號透光孔的信號時(即a=l時)，就意味著信號處理系統(tǒng)直接檢測出了活塞的絕對位置。
[0057]在點火鑰匙處于啟動位置時，則活塞位置和相位全工況檢測裝置則一直處于正常工作狀態(tài)；當(dāng)點火鑰匙旋到關(guān)閉位置時來停車時，活塞位置和相位全工況檢測裝置則停止工作；當(dāng)駕駛員將點火鑰匙旋到啟動位置來啟動汽車時，則活塞位置和相位全工況檢測裝置則重新開始工作，并進行初始化。
[0058]在應(yīng)用怠速智能起停技術(shù)時，雖然發(fā)動機會停止(此時的停止時間短)，但是點火鑰匙是處于啟動位置，所以信號處理系統(tǒng)會一直檢測個光電傳感器的信號，所以可以檢測到發(fā)動機曲軸停止時的活塞位置和相位，下次起動時不需要進行初始化可以直接檢測到活塞位置和相位。
[0059]當(dāng)駕駛員將點火鑰匙旋到關(guān)閉位置來使發(fā)動機停機，則活塞位置和相位全工況檢測裝置則停止工作，此時不會對發(fā)動機停機時的活塞位置和相位進行檢測(此時意味這發(fā)動機將會長時間停機，不需要對發(fā)動機停止時的位置和相位進行檢測)。當(dāng)下次駕駛員將點火鑰匙旋到啟動位置來啟動汽車時，信號處理系統(tǒng)會進行初始化，在首次接收到壓縮上止點信號透光孔的信號之前，系統(tǒng)里沒有記錄的參照基準(zhǔn)，不能檢測到正確的活塞位置和相位，此時只進行賦值操作并不進行位置和正反轉(zhuǎn)判斷，所以這段時間不能提供活塞位置和相位信息，直到系統(tǒng)接收到第一個壓縮上止點信號透光孔的信號時(即a=l)，然后才能正常進行位置和相位判斷。這是通過變量ST來實現(xiàn)的，ST為二進制變量。在初始化時，將ST賦值為“0”，然后對a的值進行判斷，當(dāng)檢測到a的值為“ I ”，則系統(tǒng)直接將ST賦值為“ I ”。如果a的值不為“ I ”，在接收到第一個壓縮上止點信號透光孔的信號(即a=l)之前，此時a的值為“0”，且ST的值也為“0”，不進行正反轉(zhuǎn)判斷和位置判斷，在接收到第一個壓縮上止點信號透光孔的信號(即a=l)時，對ST賦值為“I”。當(dāng)ST的值為” I”時，系統(tǒng)才完成了初始化，系統(tǒng)才開始正常進行正反轉(zhuǎn)判斷及位置判斷，本檢測裝置能夠檢測區(qū)分每一個壓縮上止點信號透光孔所產(chǎn)生的信號，最長只需要曲軸旋轉(zhuǎn)182°就能檢測出活塞位置和相位。
[0060]初始化過程為:
[0061](I)將變量ST賦值為“0”，然后對a的值進行判斷。
[0062](2)當(dāng)檢測到a的值為“1”，直接對n，m賦值，將ST賦值為“1”，系統(tǒng)開始正常進行正反轉(zhuǎn)判斷及位置判斷，完成了初始化。
[0063](3)如果a的值不為“1”，檢測外圈光電傳感器E1和外圈光電傳感器E2產(chǎn)生的信號。
[0064](4)當(dāng)信號處理系統(tǒng)檢測到外圈光電傳感器E1和外圈光電傳感器E2中任何一個的信號上升沿或者下降沿時，檢測a的值，在接收到任意一個壓縮上止點信號透光孔的信號(即a=l)之前，此時a的值為“O”，且ST的值也為“O”，不進行正反轉(zhuǎn)反斷和位置判斷。在接收到某個壓縮上止點信號透光孔的信號(即a=l)時，對ST賦值為“ I ”，對n，m賦值，系統(tǒng)才開始正常進行正反轉(zhuǎn)判斷及位置判斷，完成了初始化。
[0065]在完成初始化后，活塞相位和位置判斷方法具體為:
[0066](一)當(dāng)信號處理系統(tǒng)檢測到外圈光電傳感器E1和外圈光電傳感器E2中任何一個的信號上升沿或者下降沿時，才對其他變量進行賦值或換算，并進行正反轉(zhuǎn)及活塞位置和相位的判斷。如果在一定的時間里一直沒有檢測到外圈光電傳感器E1和外圈光電傳感器E2中任何一個的信號上升沿或者下降沿，信號處理系統(tǒng)則可以判定發(fā)動機曲軸靜止不轉(zhuǎn)了。
[0067](二)當(dāng)信號處理系統(tǒng)檢測到外圈光電傳感器E1和外圈光電傳感器E2中任何一個的信號上升沿或者下降沿時，判斷a的值。
[0068](三)如果a的值為“1”，對n，m重新賦值。然后對m的值進行判斷。
[0069](3.1)當(dāng)m的值為“110”時，對k賦值為“90”，Θ換算為“ 180”，對ζ賦值為” 1”，
此時發(fā)動機第一缸活塞位于壓縮上止點前180°。
[0070](3.2)當(dāng)m的值為“101”時，對k賦值為“90”，Θ換算為“ 180”，對ζ賦值為” 3”，
此時發(fā)動機第三缸活塞位于壓縮上止點前180°。
[0071](3.3)當(dāng)m的值為“111”時，對k賦值為“89”，Θ換算為“ 178”，對ζ賦值為” 4”，
此時發(fā)動機第四缸活塞位于壓縮上止點前178°。
[0072](3.4)當(dāng)m的值為“100”時，對k賦值為“89”，Θ換算為“ 178”，對ζ賦值為” 2”，
此時發(fā)動機第二缸活塞位于壓縮上止點前178°。
[0073](四)如果a的值為“0”，則對η重新賦值，然后判斷Ii1和112的值(前一次的值對應(yīng)的變量為Ii1，當(dāng)前的值對應(yīng)的變量為η2)。
[0074](4.1)如果Ii1的值為“10”，且112的值為“ 11”，則判斷出曲軸正轉(zhuǎn)，將k的值減I ；如果Ii1的值為“10”，但112的值為“00”，則判斷出曲軸反轉(zhuǎn)，將k的值加1，并換算Θ的值。
[0075](4.2)如果Ii1的值為“11”，且112的值為“01”，則判斷出曲軸正轉(zhuǎn)，將k的值減I ；如果Ii1的值為“11”，但112的值為“10”，則判斷出曲軸反轉(zhuǎn)，將k的值加1，并換算Θ的值。
[0076](4.3)如果Ii1的值為“01”，且112的值為“00”，則判斷出曲軸正轉(zhuǎn)，將k的值減I ；如果Ii1的值為“01”，但112的值為“11”，則判斷出曲軸反轉(zhuǎn)，將k的值加1，并換算Θ的值。
[0077](4.4)如果H1的值為“00”，且n2的值為“ 10”，則判斷出曲軸正轉(zhuǎn)，將k的值減I ；如果Ii1的值為“00”，但112的值為“01”，則判斷出曲軸反轉(zhuǎn)，將k的值加1，并換算Θ的值。
[0078](五)通過當(dāng)前ζ值和Θ值就可以獲得當(dāng)前活塞的位置和相位。例如，如果當(dāng)前“ζ=1，θ=50”，則可知當(dāng)前第一缸活塞位于壓縮上止點前50°，相應(yīng)的可以得出其它缸的活塞當(dāng)前的位置信息；如果當(dāng)前“ζ=2，Θ =80”，則可知當(dāng)前第二缸活塞位于壓縮上止點前80°，相應(yīng)的可以得出其它缸的活塞當(dāng)前的位置信息。其他的以此類推。
【權(quán)利要求】
1.一種四缸發(fā)動機活塞位置和相位全工況檢測方法，包括: 設(shè)置一個與凸輪軸同軸安裝且同步旋轉(zhuǎn)的信號轉(zhuǎn)盤； 在所述信號轉(zhuǎn)盤的內(nèi)外兩個同心圓圓弧上分別開有數(shù)個作為光電傳感器光通道的透光孔，內(nèi)同心圓圓弧上所開透光孔數(shù)量是4個；外同心圓圓弧上所開透光孔數(shù)量是45~180個并呈均勻分布，每個透光孔尺寸與透光孔間隔尺寸相同； 內(nèi)同心圓圓弧上所開的透光孔尺寸所占弧度是α度，外同心圓圓弧上所開透光孔尺寸所占弧度是2α度，并且至少有一個內(nèi)同心圓圓弧上的透光孔邊緣與外同心圓圓弧上的透光孔邊緣及信號轉(zhuǎn)盤圓心處于一條直線上，其中α =0.5~2; 第一缸壓縮上止點信號透光孔與第三缸壓縮上止點信號透光孔間隔90°，第三缸壓縮上止點信號透光孔與第四缸壓縮上止點信號透光孔間隔(90+α)°，第四缸壓縮上止點信號透光孔與第二缸壓縮上止點信號透光孔間隔90° ,第二缸壓縮上止點信號透光孔與第一缸壓縮上止點信號透光孔間隔(90_α)° ;第一缸壓縮上止點信號透光孔產(chǎn)生的信號對應(yīng)發(fā)動機第一缸活塞壓縮上止點前180° ； 在信號轉(zhuǎn)盤的內(nèi)同心圓圓弧處布置一套內(nèi)圈光電傳感器I，在信號轉(zhuǎn)盤的外同心圓圓弧處布置一套外圈光電傳感器E1，在信號轉(zhuǎn)盤的外同心圓圓弧處布置另一套外圈光電傳感器E2,并使得信號轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時外圈光電傳感器E2的輸出信號相位比外圈光電傳感器E1的輸出信號相位落后90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述外同心圓圓弧上所開透光孔數(shù)量是90個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1 或2所述的方法，還包括:信號轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時每個透光孔經(jīng)過內(nèi)圈光電傳感器I時，外圈光電傳感器E1、外圈光電傳感器E2的二進制輸出電平的組合各不相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括:信號轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時第一缸壓縮上止點信號透光孔經(jīng)過內(nèi)圈光電傳感器I時，外圈光電傳感器E1、外圈光電傳感器E2的二進制輸出電平分別是I和O。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括發(fā)動機曲軸正反向旋轉(zhuǎn)的判斷規(guī)則，所述判斷規(guī)則如下: (1)當(dāng)前后兩個二進制變量η值順序出現(xiàn)“10 ”和“ 11 ”、“ 11”和“ OI ”、“01”和“ 00 ”或者“00”和“10”時，曲軸判為正向旋轉(zhuǎn)； (2 )當(dāng)前后兩個二進制變量η值順序出現(xiàn)“ 10 ”和“ 00 ”、“ 00 ”和“ OI ”、“ O I”和“ 11”或者“ 11”和“ 1 ”時，曲軸判為反向旋轉(zhuǎn)； 其中:二進制變量η是外圈光電傳感器E1與外圈光電傳感器E2的二進制輸出電平分別作為第二位值和第一位值組合而成的2bit數(shù)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括對發(fā)動機活塞位置及相位的檢測，檢測步驟如下: (O當(dāng)檢測到外圈光電傳感器E1與外圈光電傳感器E2中任何一個的信號上升沿或者下降沿時，則判斷二進制變量a的值； (2)如果二進制變量a的值為“1”，則對二進制變量m的值進行判斷； (3)如果二進制變量m的值為“110”，對十進制變量k賦值為“90”，并換算十進制變量Θ為“180”，對十進制變量z賦值為” I”； (4)如果二進制變量m的值為“101”，對十進制變量k賦值為“90”，并換算十進制變量Θ為“180”，對十進制變量ζ賦值為”3”； (5)如果二進制變量m的值為“111”，對十進制變量k賦值為“89”，并換算十進制變量Θ為“178”，對十進制變量ζ賦值為”4”； (6)如果二進制變量m的值為“100”，對十進制變量k賦值為“89”，并換算十進制變量Θ為“178”，對十進制變量ζ賦值為”2”； (7)如果二進制變量a的值為“0”，則進行正反轉(zhuǎn)判斷； (8)如果判斷出曲軸正轉(zhuǎn)，將十進制變量k的值減1，并換算十進制變量Θ的值； (9)如果判斷出曲軸反轉(zhuǎn)，將十進制變量k的值加1，并換算十進制變量Θ的值； (10)通過當(dāng)前十進制變量ζ的值和十進制變量Θ的值就可以獲得當(dāng)前活塞的位置和相位； 其中: 二進制變量a是內(nèi)圈光電傳感器I的二進制輸出電平； 二進制變量b是外圈光電傳感器E1的二進制輸出電平； 二進制變量c是外圈光電傳感器E2的二進制輸出電平； 二進制變量m是二進制 變量a、二進制變量b、二進制變量c分別作為第三位值、第二位值、第一位值組合而成的3bit數(shù)值； 十進制變量ζ:本檢測方法對所有活塞位置和相位的描述都以壓縮上止點作為參照基準(zhǔn)，當(dāng)前參照基準(zhǔn)所對應(yīng)的氣缸為當(dāng)前基準(zhǔn)缸，十進制變量ζ為當(dāng)前基準(zhǔn)缸的缸號； 十進制變量k是對二進制變量η的變化次數(shù)進行計數(shù)的值； 十進制變量Θ的值表示當(dāng)前基準(zhǔn)缸中活塞的位置到其壓縮上止點的距離，這里所述的“距離”是用曲軸轉(zhuǎn)角來衡量，十進制變量Θ是對十進制變量k的值進行換算后的值，換算方法為:Θ =2k。
7.一種實現(xiàn)權(quán)力要求6所述方法的裝置，包括: 一個與凸輪軸同軸安裝且同步旋轉(zhuǎn)的信號轉(zhuǎn)盤；所述信號轉(zhuǎn)盤的內(nèi)外兩個同心圓圓弧上分別開有數(shù)個作為光電傳感器光通道的透光孔，內(nèi)同心圓圓弧上所開透光孔數(shù)量是4個；外同心圓圓弧上所開透光孔數(shù)量是45~180個并呈均勻分布，每個透光孔尺寸與透光孔間隔尺寸相同； 內(nèi)同心圓圓弧上所開的透光孔尺寸所占弧度是α度，外同心圓圓弧上所開透光孔尺寸所占弧度是2α度，并且至少有一個內(nèi)同心圓圓弧上的透光孔邊緣與外同心圓圓弧上的透光孔邊緣及信號轉(zhuǎn)盤圓心處于一條直線上，其中α =0.5~2; 第一缸壓縮上止點信號透光孔與第三缸壓縮上止點信號透光孔間隔90°，第三缸壓縮上止點信號透光孔與第四缸壓縮上止點信號透光孔間隔(90+α)°，第四缸壓縮上止點信號透光孔與第二缸壓縮上止點信號透光孔間隔90° ,第二缸壓縮上止點信號透光孔與第一缸壓縮上止點信號透光孔間隔(90_α)° ;第一缸壓縮上止點信號透光孔產(chǎn)生的信號對應(yīng)發(fā)動機第一缸活塞壓縮上止點前180° ； 一套內(nèi)圈光電傳感器I布置在內(nèi)同心圓圓弧處，一套外圈光電傳感器E1和另一套外圈光電傳感器E2分別布置在外同心圓圓弧的兩處，當(dāng)信號轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時外圈光電傳感器E2的輸出信號相位比外圈光電傳感器E1的輸出信號相位落后90°。
【文檔編號】G01M15/05GK104048831SQ201410089750
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】唐碧秋, 楊帆, 唐焱, 伍玉霞, 賈文達 申請人:桂林電子科技大學(xué)