專利名稱：一種確定發(fā)動機曲軸位置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機曲軸位置的檢測方法，特別涉及一種用于發(fā)動機停 機過程中曲軸位置的預測方法。
背景技術：
發(fā)動機曲軸位置檢測與信號同步是發(fā)動機燃油噴射和點火控制的基礎，尤 其是在發(fā)動機起動過程中，發(fā)動機控制器越早判斷出曲軸位置，起動質量越好， 起動過程中的排放量越低。發(fā)動機控制器通過發(fā)動機曲軸傳感器檢測曲軸位置 信號輪觸發(fā)的信號，構成發(fā)動機運行控制最基本的信號邏輯基礎，如果在發(fā)動 機啟動過程中，發(fā)動機控制器能夠在點火鑰匙關閉后，在發(fā)動機控制器非易失 性存儲器中記憶上一次運行停機的準確位置，則可使發(fā)動機控制器縮短起動同 步的判斷時間，即縮短曲軸位置傳感器檢測到曲軸信號輪觸發(fā)信號后曲軸轉過 的角度，可在曲軸轉動后的第一個適宜的缸進行噴油點火，從而大大縮短發(fā)動 機起動時間，提高起動的可靠性。
但在發(fā)動機停機過程通常伴隨著曲軸反轉的現象，且此時由于曲軸轉速過 低，普通曲軸位置傳感器(磁電式或霍耳式)檢測的曲軸信號無法判斷轉速，更 無法判斷是否出現曲軸反轉，以及反轉的角度。所以停機過程末期的位置預測 是確定發(fā)動機停機位置的最關鍵部分。
簡言之，現有技術無法準確判斷是否出現曲軸反轉以及反轉的角度，也無 法準確確定曲軸停止位置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種確定發(fā)動機曲軸位置的方法，在常規(guī)的曲軸位200
置傳感器進行檢測的基礎上，進一步計算曲軸上的摩擦阻力扭矩和缸內充量扭 矩，并準確確定曲軸的可能反轉位置，并可以進一步確定曲軸的停止位置。 為了實現上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是
在使用原有非方向性判斷曲軸位置傳感器(non-directional)的條件下，引 入發(fā)動機摩擦扭矩、缸內充量扭矩概念、在此基礎上計算發(fā)動機動能變化趨勢， 在所有動能為零的時刻，即為可能出現曲折反轉的位置，再通過核算此可能反 轉點前后的轉速信號脈沖間隔，最終確定是否出現反轉，以及反轉的具體時刻， 該方法能夠最大限度地判斷出停機過程中曲軸旋轉方向切換的次數，能夠確定 在不同旋轉方向上轉過的角度。從而最終準確判斷發(fā)動機曲軸停止位置。
具體技術方案如下
一種確定發(fā)動機曲軸位置的方法，使用曲軸位置傳感器，并計算曲軸上的 摩擦阻力扭矩和缸內充量扭矩，得出發(fā)動機動能的變化趨勢，從而確定曲軸的 可能反轉位置；計算上述可能反轉位置前后的轉速信號脈沖間隔，并確定曲軸 是否出現反轉和反轉角度。
采用如下步驟
(1) 使用曲軸位置傳感器檢測曲軸位置；
(2) 計算作用在曲軸上的摩擦阻力扭矩和缸內充量扭矩及其變化規(guī)律；
(3) 由步驟(2)中的計算結果得出發(fā)動機動能變化趨勢，并查找發(fā)動機動 能為零的位置；
(4) 核算步驟(3)中該位置前后的轉速信號脈沖間隔；
(5) 由步驟(4)中的該轉速信號脈沖間隔確定曲軸是否出現反轉以及反轉 的具體時刻。
在進行曲軸的可能反轉位置檢測之前，判斷是否需要進行反轉檢測。判斷是否進行反轉檢測的步驟為判斷發(fā)動機轉速是否進入停機臨界條件， 和/或檢測點火信號為高/低。
發(fā)動機轉速的計算方法為輸入曲軸位置信號脈沖和點火開關狀態(tài)，按下降 沿計算曲軸位置信號脈沖的時間間隔，計算得到發(fā)動機轉速。
判斷需要進行反轉檢測后，計算摩擦阻力扭矩和缸內充量扭矩。
根據儲存的發(fā)動機參數計算摩擦阻力扭矩和缸內充量扭矩并查找發(fā)動機動 能為零的位置，所述參數可以包括進氣門開相位IVO、進氣門閉相位IVC、排
氣門開相位EV0、排氣門閉相位EVC、單變量轉速摩擦功二次曲線表格Fn、發(fā)動 機轉動慣量J、缸徑B、沖程S、壓縮比e、發(fā)動機上止點與曲軸缺口信號轉換 關系角9 。
詳細來說，采用如下步驟
(1) 輸入曲軸位置信號脈沖和點火開關狀態(tài)；
(2) 按下降沿計算曲軸位置信號脈沖的時間間隔，計算得到發(fā)動機轉速；
(3) 判斷發(fā)動機轉速是否進入停機臨界條件；
(4) 檢測到點火信號是否應該進入反轉測試；
(5) 進入停機位置檢測狀態(tài)；
(6) 進入反轉檢測的模型，通過儲存的發(fā)動機參數計算停機過程中發(fā)動機扭 矩；
、v_
(7) 計算發(fā)動機動能的變化，計算出作用在曲軸上的摩擦阻力扭矩和缸內充 量扭矩變化規(guī)律，查找發(fā)動機動能為零的位置；
(8) 預測的下一個時間步長后發(fā)動機動能是否為零；
(9) 判斷后確定發(fā)動機曲軸的停止位置。


圖l:步驟程序運行框圖2:動能零點與反轉計算點之間的關系時序圖； 圖3:反轉檢測模塊的每一步驟程序運行框圖；
具體實施例方式
下面根據附圖對本發(fā)明進行詳細描述，其為本發(fā)明多種實施方式中的一種 優(yōu)選實施例。
圖1是本發(fā)明對停機過程中發(fā)動機曲軸位置檢測的每一步驟。 在步驟1中，輸入本方法最主要的判斷信號曲軸位置信號脈沖和點火開 關狀態(tài)。在步驟2中，按下降沿計算曲軸位置信號脈沖的時間間隔，計算得到 發(fā)動機轉速。在步驟3中，判斷發(fā)動機轉速是否進入停機臨界條件。如果轉速
小于每分鐘100轉，輸出是，繼續(xù)執(zhí)行步驟4。如果如果轉速大于等于每分鐘 100轉，輸出否，執(zhí)行步驟6，進入正常行駛狀態(tài)，不進行反轉檢測。
在步驟4中，為另一個判斷是否進行反轉檢測的條件，如果檢測到點火信 號(主繼電器)為高，輸出否，執(zhí)行步驟6，進入正常行駛狀態(tài)，不進行反轉檢測。 如果檢測到點火信號(主繼電器)為低，輸出是，執(zhí)行步驟5，進入停機位置檢測 狀態(tài)，并開始對此狀態(tài)標志T累加計時。
在步驟7中，進入反轉檢測的模型，通過儲存的發(fā)動機參數計算停機過程 中發(fā)動機扭矩，繼之于在步驟8中計算動能的變化。使用的參數有進氣門開 相位IVO(intake valve open)、進氣門閉相位IVC(intake valve close)、排 氣門開相位EVO(exhaust valve open)、排氣門閉相位EVC(exhaust valve close);單變量轉速摩擦功二次曲線表格Fn、發(fā)動機轉動慣量J、缸徑B、沖程 S、壓縮比e、發(fā)動機上止點與曲軸缺口信號轉換關系角e。由此計算出作用在 曲軸上的摩擦阻力扭矩和缸內充量扭矩變化規(guī)律，查找發(fā)動機動能為零的位置。其原理如下-
當關閉點火鑰匙，停止供給燃油，缸內充量不再具備點火燃燒條件，但在 發(fā)動機停機過程，曲軸保持一段時間的轉動，在停機過程中，由于摩擦阻力的 作用，曲軸轉動的動能被持續(xù)消耗，整個系統(tǒng)的機械能持續(xù)下降，轉速隨之下 降；
活塞也保持一段時間的往復運動，氣缸扭矩在此過程中交替做正功和負功。由 于不同缸的缸內氣體要先后經歷壓縮和膨脹過程，對曲軸確定的轉動方向而言， 某缸內氣體處于壓縮過程，則此缸對曲軸做負功，形成負扭矩，這也是導致停 機過程中曲軸反轉的原因；對膨脹過程，則此缸對曲軸做正功，形成正扭矩。 摩擦阻力不但在整個停機過程中都起減速作用，而且降低由于缸內氣體壓縮膨 脹產生的轉速波動。而從能量的角度來看，處于壓縮過程中的缸內氣體將曲軸 轉動的動能轉化為缸內充量的內能；同理處于膨脹過程中的缸內氣體將其內能 轉化為曲軸轉動的動能。當發(fā)動機的動能第一次降為零，即發(fā)動機曲軸處于第 一個停止點，而且有可能出現反轉。
在步驟9中，根據步驟8計算結果所預測的下一個時間步長10毫秒后發(fā)動 機動能是否為零，如果否，則在下一時間步長更新動能計算的參數，重新進行 預測計算。如果輸出是，則進入步驟10的反轉檢測模塊。
本算法認為，T〉100ms后，不會出現反轉可能，因此，在步驟ll中進行判 斷，如果狀態(tài)累加計時T〉100ms則退出反轉檢測模塊，進入步驟12，認為發(fā)動 機曲軸已經停止于確定位置。如果狀態(tài)累加計時T小于100 ins則進入步驟5繼 續(xù)累計時間，繼續(xù)進行反轉檢測。
如圖2所示，Tn為進入停機位置檢測狀態(tài)的當前累加時間，同理Tw、 Tn+1 分別為上一步長時間和下一步長時間。當步驟9計算預測的小一時間步長Tn+1時的發(fā)動機內能為零，則將T^后的第一個出現的下降沿出現時間作為t4，而依 次將前面相鄰的下降沿命名為t。、 t,，將前面相鄰的上升沿命名為t,、 t3。 Atl、 At2、 At3、 At4為相鄰跳變信號的間隔時間。^i、 ^、 ^i、 fi^為t。、 h、 t3、 U時間點測量平均轉速。圖3為圖1中步驟10反轉檢測子模塊的具體步驟。 步驟13為輸入曲軸脈沖信號；步驟14以先入先出的方式儲存當前跳變沿時間 [t4,t3，t2，tl，t0];步驟15計算跳變沿間的時間間隔dt4，dt3,dt2，dtl;步驟 16計算平均速度叾、^、 ^、 ^i;步驟17根據外插法，由^i、 ^、 ^可得到 即t4點預測平均轉速^ 。由于在6'這樣一個小角度間隔下發(fā)動機轉速可能發(fā)生的 變化是很小的，實測值與預測值的誤差也應在一定范圍之內，如果兩者的誤差 超出限值，即可判斷出現反轉。
步驟18以先入先出的方式儲存[^、 ^、 ^、 ^];步驟19計算預測速度與測
化 一必4
[速度的差函數，、^ ;步驟20判斷v是否大于限值，如果大于限值， 輸出是，執(zhí)行步驟21確認曲軸在Tn+l出現反轉；否則執(zhí)行步驟22End。
以上所述僅為本發(fā)明的一個核心算法，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明
的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的
保護范圍之內。
權利要求
1、一種確定發(fā)動機曲軸位置的方法，其特征在于，使用曲軸位置傳感器，并計算曲軸上的摩擦阻力扭矩和缸內充量扭矩，得出發(fā)動機動能的變化趨勢，從而確定曲軸的可能反轉位置。
2、 如權利要求1所述的確定發(fā)動機曲軸位置的方法，其特征在于，還包括如下步驟計算上述可能反轉位置前后的轉速信號脈沖間隔，并確定曲軸是否 出現反轉和反轉角度。
3、 如權利要求1或2所述的確定發(fā)動機曲軸位置的方法，其特征在于，采用如下步驟(1) 使用曲軸位置傳感器檢測曲軸位置；(2) 計算作用在曲軸上的摩擦阻力扭矩和缸內充量扭矩及其變化規(guī)律；(3) 由步驟(2)中的計算結果得出發(fā)動機動能變化趨勢，并查找發(fā)動機動 能為零的位置；(4) 核算步驟(3)中該位置前后的轉速信號脈沖間隔；(5) 由步驟(4)中的該轉速信號脈沖間隔確定曲軸是否出現反轉以及反轉 的具體時刻。
4、 如權利要求1或2所述的確定發(fā)動機曲軸位置的方法，其特征在于，在 進行曲軸的可能反轉位置檢測之前，判斷是否需要進行反轉檢測。
5、 如權利要求4所述的確定發(fā)動機曲軸位置的方法，其特征在于，判斷是 否進行反轉檢測的步驟為判斷發(fā)動機轉速是否進入停機臨界條件，和/或檢測 點火信號為高/低。
6、 如權利要求5所述的確定發(fā)動機曲軸位置的方法，其特征在于，得到發(fā)動機轉速的方法為輸入曲軸位置信號脈沖和點火開關狀態(tài)，按下降沿計算曲軸位置信號脈沖的時間間隔。
7、 如權利要求4所述的確定發(fā)動機曲軸位置的方法，其特征在于，判斷需要進行反轉檢測后，計算摩擦阻力扭矩和缸內充量扭矩。
8、 如權利要求l， 2， 7中任一項所述的確定發(fā)動機曲軸位置的方法，其特 征在于，根據儲存的發(fā)動機參數計算摩擦阻力扭矩和缸內充量扭矩并查找發(fā)動 機動能為零的位置。
9、 如權利要求8所述的確定發(fā)動機曲軸位置的方法，其特征在于，所述參 數可以包括進氣門開相位IVO、進氣門閉相位IVC、排氣門開相位EVO、排氣 門閉相位EVC、單變量轉速摩擦功二次曲線表格Fn、發(fā)動機轉動慣量J、缸徑B、 沖程S、壓縮比e、發(fā)動機上止點與曲軸缺口信號轉換關系角e。
10、 如權利要求l， 2， 5-7, 9中任一項所述的確定發(fā)動機曲軸位置的方法， 使用曲軸位置傳感器，其特征在于，采用如下步驟(1) 輸入曲軸位置信號脈沖和點火開關狀態(tài)；(2) 按下降沿計算曲軸位置信號脈沖的時間間隔，計算得到發(fā)動機轉速；(3) 判斷發(fā)動機轉速是否進入停機臨界條件；(4) 檢測到點火信號是否應該進入反轉測試；(5) 進入停機位置檢測狀態(tài)；(6) 進入反轉檢測的模型，通過儲存的發(fā)動機參數計算停機過程中發(fā)動機扭 矩；(7) 計算發(fā)動機動能的變化，計算出作用在曲軸上的摩擦阻力扭矩和缸內充 量扭矩變化規(guī)律，査找發(fā)動機動能為零的位置；(8) 預測的下一個時間步長后發(fā)動機動能是否為零；(9) 確定發(fā)動機曲軸的停止位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機曲軸位置的檢測方法，在使用原有非方向性判斷曲軸位置傳感器的條件下，引入發(fā)動機摩擦扭矩、缸內充量扭矩概念、在此基礎上計算發(fā)動機動能變化趨勢，在所有動能為零的時刻，即為可能出現曲折反轉的位置，再通過核算此可能反轉點前后的轉速信號脈沖間隔，最終確定是否出現反轉，以及反轉的具體時刻，該方法能夠最大限度地判斷出停機過程中曲軸旋轉方向切換的次數，能夠確定在不同旋轉方向上轉過的角度，從而最終準確判斷發(fā)動機曲軸停止位置。
文檔編號F02D41/06GK101457700SQ20081015536
公開日2009年6月17日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權日2008年10月17日
發(fā)明者吳培周, 周重光, 蘇萬檣 申請人:奇瑞汽車股份有限公司