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用于采集曲轴位置数据的方法和系统

阅读:261发布:2021-03-08

专利汇可以提供用于采集曲轴位置数据的方法和系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于采集 曲轴 位置 数据的方法和系统,包括使 发动机 的曲轴在不对发动机应用任何 燃料 的情况下,在 选定 的 角 速度 范围内旋转,并测量曲轴位置数据。,下面是用于采集曲轴位置数据的方法和系统专利的具体信息内容。

1. 一种用于采集内燃机曲轴位置数据的方法,包括:在没有任何燃料应用于所述发动机的情况下,使所述曲轴在所选定速度范围内旋转;和测量曲轴位置数据。
2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,使所述曲轴旋转 包括通过反向驱动所述发动机而使所述曲轴旋转。
3. 根据权利要求2所述的方法,其特征在于,反向驱动所述发 动机包括在车辆惯性滑行期间反向驱动所述发动机。
4. 根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述曲轴可操作地联接至包括电动机的混合变速器上,并且反向驱动所述发动机包括 在车辆惯性滑行期间通过所述混合变速器而反向驱动所述发动机,并包括利用所述电动机控制曲轴的速度。
5. 根据权利要求2所述的方法,其特征在于,反向驱动所述发 动机包括利用测功器反向驱动所述发动机。
6. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括通过对发 动机加注燃料而使所述曲轴旋转到所选定的角速度范围内。
7. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,使所述曲轴旋转 包括利用电动机而使所述曲轴旋转。
8. 根据权利要求7所述的方法,其特征在于,还包括利用所述 电动机而使所述曲轴旋转到所选定的角速度范围内。
9. 根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述电动机和所 述发动机是混合驱动系统的一部分。
10. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述测量开始于 过渡周期之后。
11. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括 处理所述曲轴位置数据。
12. 根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述处理包括 丢弃在过渡周期期间测量的所述曲轴位置数据的数据点。
13. 根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述处理包括 在所述曲轴位置数据的任何数据点落在所述选定的角速度范围以外 之后丢弃所测量的所述曲轴位置数据的数据点。
14. 根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述处理包括 计算曲轴误差因素。
15. 根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述处理包括 计算针对多个曲轴位置的每一个的曲轴误差因素。
16. —种用于内燃机的曲轴位置数据测量系统,包括: 在没有燃料应用于所述发动机的情况下,进行操作而使所述曲轴以选定的角速度旋转的装置;和测量装置,其在所述曲轴的旋转期间进行操作以测量曲轴位置数据。
17. 根据权利要求16所述的系统,其特征在于,所述装置包括 电动机。
18. 根据权利要求16所述的系统,其特征在于,所述发动机进 行操作,以使所述曲轴加速至燃料截止点,并且所述装置进行操作, 以使所述曲轴在所述燃料截止点之后旋转。
19. 根据权利要求18所述的系统,其特征在于,所述测量装置 在所述燃料截止点之后的过渡周期进行操作,以测量所述曲轴位置数 据。

说明书全文

用于采集曲轴位置凄t据的方法和系统

技术领域

发明涉及一种内燃机曲轴位置的传感技术。 背景技术
内燃机中的燃烧是一种对时间敏感的过程,其中的打开和关 闭、燃料喷射和火花点火都必须发生在与相关气缸的沖程相关联的精 确时间上,以满足排放、性能和效率等目标。测量曲轴位置是一种估 计气缸位置的己知方法。 一种测量曲轴位置的方法是将靶轮与曲轴联 系起来,并检测靶轮的旋转。这种靶轮包括某些特征,其容许检测靶 轮的单个转数和百分数。
如已经提到的那样,正时对于燃烧过程是非常重要的。细小的制 造差异和动态系统状态可能将误差引入到经靶轮所进行的曲轴位置 测量中。这些误差可能有损于燃烧过程,因此对这些误差进^^定量测 量并适应这些误差是有利的。虽然这些误差一部分是由制造差异而引 起的,其可在发动机固定时测量出来,但是动态的系统作用的影响 会与这些制造差异相互作用,并且不能被忽视。另外,系统在加速模 式、减速模式或由燃烧过程驱动的过程中还会发生额外的变形

发明内容

一种用于采集曲轴位置数据的方法,包括使发动机的曲轴在不对 发动机应用任何燃料的情况下,在选定速度范围内旋转,并测量 曲轴位置数据。
附图说明
作为示例,现在将参照附图来描述一个或多个实施例,其中:
图1是举例说明根据本发明公开而构造的混合驱动系统的简图; 图2是根据本发明公开的传感系统的简图;
图3是根据本发明公开的典型传感系统的靶轮/传感器装备的透 视图;
图4是根据本发明公开的典型实施例的曲轴角速度对时间的曲线
图;
图5是根据本发明公开的另一典型实施例的曲轴角速度对时间的 曲线图;且
图6是根据本发明公开的另 一典型实施例的曲轴角速度对时间的 曲线图。

具体实施方式

现在参看这些附图,其中图示只是出于举例说明某些典型实施例 的目的,而非限制这些实施例,图l描绘了根据本发明公开的一个实 施例而构造的一种混合驱动系统10。所描绘的混合驱动系统10包括 发动机20、曲轴25、电动机30、变速器组件40、靶轮组件70、曲轴 位置传感器60和输出轴90。发动机20和电动机30与变速器组件40 协同操作。变速器组件40可接收来自发动机20、电动机30、输出轴 90或其子组合的功率;变速器组件40还可将功率传递给发动机20、 电动机30、输出轴90或其子组合。本发明公开的这个实施例将电动 机30的功率通过变速器组件40而提供给发动机20,以便使曲轴25 旋转。曲轴25是发动机20的一个构件,其用于将功率来回转换至发
20和变速器组件40之间的靶轮组件70;然而,应该懂得耙轮组件70 可被任何能够对曲轴25的旋转位置进行定量测量的装置所替换。曲 轴位置传感器("传感器,,)60定位在靶轮组件70中,从而传感器60 可测量与曲轴25的位置相关联的旋转数据。数据采集50与传感 器60相通,以采集由传感器60收集的任何数据。
图2根据本发明公开的一个实施例描绘了在耙轮组件70、传感器 60和数据采集模块50之间的相互作用。数据采集模块50可包含数据 处理器55,或者其可简单地包含端口或通至端口的联接,位于系统外 部的装置通过该端口可采集数据。耙轮组件70包含连接在靶轮轴74 上的靶轮72。靶轮轴74以这样一种方式而连接在变速器组件40和曲 轴25上,即曲轴25的任何旋转都会使靶轮72产生基本匹配的或按 比例的旋转。
图3描绘了根据本发明公开的一个典型实施例的靶轮组件70的 内部工作。传感器60与耙轮72互相作用,从而传感器60可收集与 靶轮72的各个旋转相关的详细数据。本发明公开的这个特殊的实施 例显示使用了多个高出靶轮的指示器76,其与磁性的曲轴位置传感器 60协同操作。磁性传感器可用于检测定位在传感器附近的金属物质上 的变化。当耙轮旋转时,各个单独的凸起式指示器76在传感器60中 产生脉冲,并且将脉冲中继至数据采集模块50上。在这个特殊的实 施例中,靶轮72包含没有指示的空白部分78。这个特殊的实施例省 略两个凸起式指示器76,并且该区域保持与靶轮72的主体齐平。空 白部分78用作旋转标志,从而在特定的脉冲之间可区分开任何对采 集的数据的后续处理。如之前所述,靶轮组件70连接在曲轴25上,
转。在这个特殊的实施例中,曲轴25以这种定时方式而连接在靶轮 组件70上,即空白部分78与处于上止点位置的发动机20的标志气 缸相关联。当靶轮72旋转经过空白部分78时,发动机控制装置可对 发动机功能进行定时,使其与相对于空白部分78的己知位置,即发 动机的标志气缸的上止点位置的后续旋转读数相符。可针对己知的气 缸位置进行校准的功能包括岡门定时、火花定时和燃料喷射器定时。 虽然这个优选的实施例是利用凸起式指示器76来描绘的,但是可使 用许多不同的指示形式,包括替代凸起式指示器76的凹陷、替代凸 起式指示器76的切口、光学可识别的条带或其它图案、或任何其它 来转轮转轴的能够被转换成数据流的指示形式。空白部分78在这 个实施例中用作标志指示器,然而,本领域中的技术人员还应该懂得 可使用任何非对称的或非完全重复的指示器图案排列来创造标志指 示。
因为标志气缸的定时可能与靶轮72相关联,所以其余气缸的定 时也可与靶轮72相关联。多个曲轴位置可结合单个凸起式指示器76 进行使用,并与发动机20的多个气缸的己知定时相关联。这样,靶 轮组件70可用于对发动机的气缸功能的控制。
靶轮72用于控制针对发动机20的发动机功能;然而,特定的车 辆中的制造差异可能叠加起来而使凸起式指示器76相对于曲轴25的 角度位置,并从而相对于上止点位置的预期的标志气缸而产生位置变 化。这些变化来源包括靶轮轴74至曲轴25的连接、靶轮72至靶轮 轴74的连接、凸起式指示器76在靶轮72上的成形差异、由于发动 机20的旋转中所产生的系统张力而引起的应力所造成的混合驱动系 统10的构件变形、或者是传感器60或数据采集模块50的操作上的 变化。这些变化可能采用整个靶轮72对曲轴25的差异形式,其指示 每个凸起式指示器偏离位置达一定的量,并且这些变化还可采用特定 的凸起式指示器76对靶轮72的形式和由空白部分78产生的标志形 式。无论采用何种形式,这些变化都可能有损于发生在发动机20中 的燃烧循环的才喿作,其与气缸位置是相关的。因此,如果针对整个靶 轮72的曲轴误差因素或针对各个单独的凸起式指示器76的曲轴误差 因素被发动机控制装置利用以改进发动机定时,那么这是很有利的。 这样,由传感器60自靶轮组件70中获取的曲轴位置数据,其可用于 提高发动机20的性能。
如之前提到的那样, 一个可能降低靶轮组件70相对于曲轴25的 位置精度的变化来源是混合驱动系统10的构件变形,其是由于发动 机20的操作中所产生的系统张力所引起的应力而造成的。在给定的 发动机速度下,这些作用力某些将始终存在,但是稳定的。然而,其
它变形引起的作用力是可变的,并且可能降低任何曲轴误差因素计算
的精度。这种可变作用力的一个主要示例是由发动机20的操作所造 成的燃烧力。当燃料-空气混合物在气缸室内燃烧时,会发生猛烈的反 应。这种燃烧反应是可变的,并且可能受到许多因素的影响,包括但 不局限于燃料成分、车辆高度、发动机20的调整设置和发动机机体温度。因为燃烧反应的高度可变的性质,通过使用发动机20的燃 烧以使发动机旋转到某一角速度,切断所有至发动机的燃料,并随着 发动机在没有加注燃料功率的情况下减速时获取来自靶轮组件70的 测量数据,从而执行己知的技术来计算曲轴误差因素。虽然这种方法 消除了来自耙轮72数据测量的燃烧反应力,但是这种测试必须包括 靶轮组件在稳定速度下将采取的插值方法。如之前提到的那样,由于 发动机20的旋转所引起的系统张力只是在稳定或几乎稳定的速度下 才是稳定的。己知试验的数据测量包含与发动机20的减速相关联的 误差,并且只在特定的发动机速度下产生曲轴25的快照。在稳定或 接近稳定的发动机速度下,在没有任何燃料应用于发动机20的情况 下,计算曲轴误差因素的方法具有消除任何与发动机20的减速相关 联的误差的优势,并且容许对在恒定的发动机速度下所进行的一系列 数据测量进行统计处理。
电动机例如混合驱动系统10中的电动才几30,其产生用于使曲轴 25在稳定或接近稳定的发动机速度下旋转的电势。如之前所述,变速 器组件40容许功率在几个方向上进行传递。在这个特殊的实施例中, 电动机30为变速器组件40提供功率,其则通过曲轴25而为发动机 20提供功率。这样,可在没有任何燃料应用于发动机20的情况下, 在选择的角速度范围内驱动曲轴25,并且可利用从靶轮组件70中测 量到的数据来计算针对那种稳定的发动机速度下的曲轴误差因素。虽 然这个实施例在未加注燃料的情况下,利用作为混合驱动系统10的 一部分而提供的电动机30来驱动曲轴25,但是应该懂得相同的方法 可被由其它装置所利用,例如通过在制造环境中将电动机连接在发动机20和耙轮组件70的组合上而反向驱动发动机,或者在车辆应用中, 通过将车辆联接至某些测试设备例如测功器(dynamometer)上而反向 驱动发动机,这些测试设备可用于使车轮在外部动力下旋转,并通过 主减速器和变速器而反向驱动发动机。另外,通过在车辆惯性滑行期 间经由变速器而反向驱动发动机可获得稳定状态的未加注燃料的发 动机旋转。另外,在混合驱动配置中可通过电动机和变速器齿轮组来 保持反向驱动的发动机速度。
图4显示了根据本发明公开的一个实施例的曲轴误差因素的测 试。电动机30用于将发动机20和曲轴25驱动至选定的角速度。理 想的选定的角速度是基于测试数据进行选择的,以执行曲轴误差因素 的计算。没有任何控制系统能够在完全精确的速度下运转,并且必须 确定某些可接受的误差容限,在这误差范围内,测试凝:据仍可精确地 代表在稳定的角速度下的试运行。在这个特殊的实施例中通过限定有 待运行测试程序所处的选定的角速度范围而利用这个误差容限。 一旦 曲轴25的速度通过等于或超过最小的测试速度而进入选定的角速度 范围,那么就将曲轴位置数据采集或标记为测试数据。 一旦测试已经 开始,就限定了相关的曲轴位置数据的测试周期。测试数据的收集持 续直至测试周期达到限定的测试时间而终止时为止,或者直至角速度 数据落到所选定的角速度范围之外。限定的测试时间可按照逝去的秒 数、曲轴转数、所获取的数据样本或任何其它时间度量进行设定。在 测试由于数据落到所选定的角速度范围之外而结束的情况下,可使用 或丢弃在测试结束之前所釆集的数据。所收集的数据与未加注燃料的 发动机的受控速度相对应,之后处理这些数据以确定曲轴误差因素。
行的曲轴误差因素测试。图5代表其中发动机20利用燃料使曲轴25 加速经过所选定的角速度范围,并且在达到阈值燃料截止速度时,切 断发动机20的燃料供给下的测试过程。在这个加速周期,如之前所 述,混合驱动系统10的构件遭遇到由于燃烧过程而引起的可变变形。
在发动机被切断所有燃料供给时,之后曲轴朝着所选定的角速度范围
减速。在某些点,电动机30可控制地使曲轴25通过变速器组件40 而旋转,并且将曲轴25保持在所选定的角速度范围内。虽然燃烧过 程不再对混合驱动系统10的构件施加作用力,但是与该过程相关联 的变形并不立即结束。对于某些过渡周期,在切断燃料之后,变形持 续对混合驱动系统10具有可观的影响。在本发明公开的这个特殊的 实施例中,当限定过渡周期开始于燃料切断事件,并运行达到某个设 定的持续时间时,从测试时间所收集的数据中确定的曲轴误差因素, 其将更为精确。所有在过渡周期进行的数据测量都可忽略,并且测试 周期直至过渡周期结束才开始。这样,燃烧可用于使曲轴25加速, 而没有相关的作用力引起不精确的测试结果。
类似于图5中所示的测试,图6代表了其中发动机20利用燃料 使曲轴25加速到某个阈值燃料截止速度下的测试。这个阈值燃料截 止速度可在选定的角速度范围之下或之内。当达到阈值燃料截止速度 时,切断发动机20的燃料供给,并且通过电动才几30应用功率以4吏曲 轴25旋转。如之前论述的那样,在切断燃料之后限定一个过渡周期 以容许加注燃料的加速所引起的变形被耗散,这是很有利的。如之前
论述的测试中,限定了测试周期,在测试周期内测量曲轴位置邀:据, 并用于计算与发动机20更有效的操作相关联的曲轴误差因素。虽然 图5和图6代表了其中发动机20和电动机30在分开的相位阶段使曲 轴加速下进行测试的典型的实施例,但是应该注意,任何功率源组合 可用于使曲轴加速,只要在测试时间开始之前切断发动机的燃料供给 即可。
当处理器55存在时,可对处理器55编制程序,以执行数据采集 时的各种功能,包括但不局限于原始数据的存储、曲柄误差值的计算、 确定这些曲柄误差值和所选定的角速度的相关性、确定发动机20的 每个气缸的曲柄误差值相对所选定的角速度的相关性、数据的过滤和
数据的认证,曲柄误差值是作为在传感器60所收集的数据和由设计或查询值所产生的预期的位置点之间的差异而计算的。
上面已经就某些优选实施例和其改型而描述了本发明公开。技术 人员通过阅读和理解本说明书可想起其它改型和变化。因此,本发明 公开并不局限于作为被认为是实现本发明公开最佳模式而公开的特 殊的实施例,相反本发明公开将包括落在附属权利要求范围内的所有 实施例。
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