專利名稱：一種四缸機電控發動機凸輪軸及發動機相位檢測方法
技術領域：
一種四缸機電控發動機凸輪軸及發動機相位檢測方法，涉及電控發動機控制策略中的齒形設置及其相位檢測方法，屬于電控柴油機控制相關領域。
背景技術：
準確判定相位是電控發動機正確執行燃油噴射動作的基礎，快速判定發動機相位可縮短發動機啟動過程。發動機普遍采用凸輪軸上的偏心輪為油泵提供動力，而曲軸又對應著發動機進、排氣門的開、關順序，必須兩者配合工作才能實現發動機的正常運行。發動機的一個工作循環中，凸輪軸旋轉一圈，曲軸旋轉兩圈，機械上的裝配關系并不能確定兩者正常的動作順序，所以在發動機啟動階段需通過相位檢測確定凸輪軸與曲軸的相位關系。電控發動機相位檢測方法主要包括兩部分凸輪軸與曲軸齒圈的齒形(信號盤)設置及對應該特定齒形的檢測方法。其過程如下傳感器根據凸輪軸與曲軸齒圈中的凸起與凹陷對應地輸出方波中的高、低電平，該方波信號經整形、限幅等處理后送入電子控制單元，檢測方法根據凸輪軸與曲軸方波信號之間的特定對應關系即可得到發動機的正確相位。傳統四缸機電控發動機相位檢測方法中，曲軸以180度曲軸轉角為一個周期，每個周期內，均布的齒帶有一處多齒或少齒，凸輪軸以720度曲軸轉角(360度凸輪軸轉角)為一個周期，每個周期內，有一處多齒。圖1為一傳統四缸機曲軸與凸輪軸齒圈齒形圖，凸輪軸齒圈以一圈(360度凸輪軸轉角)為一個周期，一個周期內，有4個正常齒，每缸對應一個，并有一個多齒，在第一缸正常齒與第二缸正常齒之間的1/5處，曲軸齒形中，每半圈(180度曲軸轉角)對應一個周期，每個周期對應一缸，每個周期內有28個齒，之后有兩個缺齒。對相位的檢測是依靠辨別凸輪軸的多齒完成的。基本策略如下比較凸輪軸相鄰兩次脈沖之間的時間間隔，如果本次時間間隔小于上次時間間隔的一半，即認為本次脈沖對應特殊的多齒，從而判斷處發動機所處相位。
該方案中，由于凸輪軸每轉一圈才有一次機會判斷相位，故其最長檢測周期可能需要360度凸輪軸轉角，即凸輪軸旋轉一圈才可檢測到發動機相位。這一檢測方法的缺點是相位判斷時間過長，從而延長了發動機啟動時間。為解決這一問題，特提出了一種新的發動機檢測方法。
發明內容
本發明的目的在于縮短發動機相位檢測時間，以加快發動機啟動過程。本發明對傳統凸輪軸齒形進行了改進，使其在一個工作周期內具有多處特殊齒，并通過與曲軸齒形相配合，可在較短的時間內確定發動機相位。
一種四缸機電控發動機凸輪軸，曲軸齒形設置仍采用原有的方案，即曲軸信號盤的每半周上有30個間隔相等的齒去除兩個相鄰齒，也就是28個正常齒，缺兩齒的方案；凸輪軸除了保留原有的與每缸對應的正常齒外，多齒增加到了3處，即除了4個正常齒外還有3個特殊的多齒；增加的3個特殊的多齒位置分別位于第一缸正常齒與第二缸正常齒之間1/6處，第二缸正常齒與第三缸正常齒1/3處，第三缸正常齒與第四缸正常齒1/2處。
根據此齒形的一種發動機檢測方法，該檢測方法包括以下步驟(1)設置兩個計數器對凸輪軸與曲軸方波信號轉化的脈沖個數分別計數；(2)分別捕捉凸輪軸脈沖和曲軸脈沖；(3)讀取凸軸計數器值當凸輪軸計數器由0跳變為1時，將曲軸計數器清零，重新計數；(4)讀取曲軸計數器值當凸輪軸計數器由1跳變為2時，讀取曲軸計數器值；該曲軸計數器值可能為5、23、10、18、15、13、28，表明當前脈沖依次對應第一缸特殊齒、第二缸正常齒、第二缸特殊齒、第三缸正常齒、第三缸特殊齒、第四缸正常齒、第一缸正常齒；(5)根據曲軸計數器值確定當前凸輪軸脈沖，對應齒形后即可確定發動機當前相位。
與現有技術相比，本發明縮短了相位檢測時間。傳統四缸電控發動機檢測技術中，由于凸輪軸齒圈一圈只有一個特殊齒，故其最長檢測時間可能為720度曲軸轉角，而本方法中，由于各缸對應了不同的凸輪軸齒形，故每轉過一個缸即可確定發動機相位，即其檢測時間小于180度曲軸轉角。
圖1為傳統四缸機凸輪軸與曲軸齒圈齒形信號圖；圖2為本發明中所述四缸機凸輪軸與曲軸齒圈齒形信號圖；圖3為檢測方法流程圖。
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖詳細描述本發明的具體內容以及工作過程。
圖1為傳統四缸機凸輪軸與曲軸齒圈齒形圖。如圖1所示，其凸輪軸一圈內有4個正常齒，每缸對應一個，并有一個多齒，在第一缸正常齒與第二缸正常齒之間的1/5處，曲軸齒形中，每180度曲軸轉角對應一個周期，有28個齒，缺兩齒。
見圖2，圖2為本發明中所述四缸機凸輪軸與曲軸齒圈齒形信號圖。本發明中凸輪軸每圈有4個正常齒，每齒對應一缸，此外，還有3個特殊齒，其位置分別位于第一缸正常齒與第二缸正常齒之間1/6處，第二缸正常齒與第三缸正常齒1/3處，第三缸正常齒與第四缸正常齒1/2處。曲軸仍采用圖1所示方案。
見圖3，為檢測方法流程圖。本發明檢測方法包括凸輪軸脈沖中斷處理程序與曲軸脈沖中斷處理程序兩部分，也分別有兩個計數器對兩組脈沖計數。其中，曲軸脈沖中斷處理程序較簡單，每次進入中斷只需對其計數器加1即可。凸輪軸脈沖中斷處理程序較復雜，當第一次進入后，先將曲軸脈沖計數器清零，第二次進入后，讀取曲軸脈沖計數器數值，再與標準值比較即可判定發動機相位，標準值與相位之間的對應關系如圖中所示，具體對應關系如下標準值可能為5、23、10、18、15、13、28七種情況，依次對應發動機所處相位如下第一缸特殊齒、第二缸正常齒、第二缸特殊齒、第三缸正常齒、第三缸特殊齒、第四缸正常齒、第一缸正常齒。
相位檢測過程分為以下三個階段1.未檢測到凸輪軸脈沖前。曲軸由于齒形較密，可能多次進入脈沖響應程序，此時，每進入一次該響應程序，曲軸脈沖計數器N2加1。
2.第一次檢測到凸輪軸脈沖。進入該響應程序后，由于凸輪軸脈沖計數器為0，所以將曲軸脈沖計數器清0，并將凸輪軸脈沖計數器置1。之后的曲軸脈沖計數器仍然完成每次加1的功能。
3.第二次檢測到凸輪軸脈沖。進入該響應程序后，由于凸輪軸脈沖計數器為1，讀出曲軸脈沖計數器值，進入比較程序。根據比較結果，判定當前凸輪軸脈沖所處相位。整個相位判斷程序結束。
用此方法檢測發動機相位，可在發動機轉動180度曲軸轉角后就確定發動機相位。而原有方案中，由于凸輪軸特殊齒只有一個，所以發動機最長可能需要旋轉720度曲軸轉角才能確定發動機相位。故此方案可顯著縮短發動機相位檢測所需時間。
權利要求
1.一種四缸機電控發動機凸輪軸，發動機曲軸齒形設置仍采用原有的方案，即曲軸信號盤的每半周上有30個間隔相等的齒去除2個相鄰齒，也就是28個正常齒，缺2齒的方案，其特征在于，凸輪軸除了保留原有的與每缸對應的正常齒外，多齒增加到了3處，即除了4個正常齒外還有3個特殊的多齒。
2.根據權利要求1所述的一種電控發動機凸輪軸，其特征在于，增加的3個特殊的多齒位置分別位于第一缸正常齒與第二缸正常齒之間1/6處，第二缸正常齒與第三缸正常齒1/3處，第三缸正常齒與第四缸正常齒1/2處。
3.根據權利要求1所述的一種四缸機電控發動機相位檢測方法，其特征在于，該檢測方法包括以下步驟(1)設置2個計數器對凸輪軸與曲軸方波信號轉化的脈沖個數分別計數；(2)分別捕捉凸輪軸脈沖和曲軸脈沖；(3)讀取凸軸計數器值當凸輪軸計數器由0跳變為1時，將曲軸計數器清零，重新計數；(4)讀取曲軸計數器值當凸輪軸計數器由1跳變為2時，讀取曲軸計數器值；該值可能為5、23、10、18、15、13、28，表明當前脈沖依次對應第一缸特殊齒、第二缸正常齒、第二缸特殊齒、第三缸正常齒、第三缸特殊齒、第四缸正常齒、第一缸正常齒；(5)確定發動機當前相位根據曲軸計數器值確定當前凸輪軸脈沖，對應齒形后即可確定發動機當前相位。
全文摘要
一種四缸機電控發動機凸輪軸及發動機相位檢測方法，涉及電控發動機控制策略中的齒形設置及其相位檢測方法，屬于電控柴油機控制相關領域。曲軸齒形設置采用28個正常齒，缺2齒的方案；凸輪軸除了與每缸對應的正常齒外，還有3處多齒，其位置分別位于第一缸正常齒與第二缸正常齒之間1/6處，第二缸正常齒與第三缸正常齒1/3處，第三缸正常齒與第四缸正常齒1/2處。2個計數器對凸輪軸與曲軸方波信號轉化的脈沖個數分別計數。根據曲軸計數器值，確定當前凸輪軸脈沖對應齒形后即可確定發動機當前相位。本發明由于各缸對應了不同的凸輪軸齒形，故每轉過一個缸即可確定發動機相位，可以大大縮短相位檢測時間。
文檔編號G01D5/12GK1687712SQ20051001166
公開日2005年10月26日 申請日期2005年4月29日 優先權日2005年4月29日
發明者張科勛, 周明, 李建秋, 楊福源, 歐陽明高 申請人:清華大學