專利名稱：發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域 本實(shí)用新型涉及一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)及測量方法，屬于全工況范圍內(nèi)發(fā)動機(jī)活塞位置和相位的測量以及曲軸正反向旋轉(zhuǎn)的判斷。

背景技術(shù)：
我國車用發(fā)動機(jī)多使用電磁式轉(zhuǎn)速傳感器和凸輪軸相位傳感器，因此無法測量發(fā)動機(jī)活塞的停止時(shí)的位置和各缸相位。目前，能夠精確測量發(fā)動機(jī)活塞的停止位置和各缸相位且能夠判斷發(fā)動機(jī)曲軸正反向旋轉(zhuǎn)的測量系統(tǒng)尚屬空白。為了直噴汽油機(jī)瞬時(shí)反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)的需要，要實(shí)現(xiàn)對活塞位置的閉環(huán)控制，活塞停止位置和發(fā)動機(jī)各缸所處的相位必須實(shí)時(shí)監(jiān)測，且能夠判斷發(fā)動機(jī)停機(jī)前的正反向旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型不論從功能還是精度上能夠滿足上述這些設(shè)計(jì)要求。本實(shí)用新型采用光電元件作為測量部分，能夠在低速時(shí)產(chǎn)生出準(zhǔn)確的信號，所設(shè)計(jì)的信號靶盤均布有128處不同的缺口，所以信號靶盤隨曲軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)將產(chǎn)生出128組不同的信號，活塞的絕對位置被測量系統(tǒng)標(biāo)定了出來，且能夠判斷發(fā)動機(jī)的正反向旋轉(zhuǎn)。而且，本實(shí)用新型同時(shí)具備測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和凸輪軸相位的功能，能夠替代現(xiàn)有發(fā)動機(jī)上的轉(zhuǎn)速傳感器和凸輪軸相位傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)對曲軸轉(zhuǎn)速等信號多采用電磁感應(yīng)式傳感器，這種傳感器的結(jié)構(gòu)一般是內(nèi)含一永久磁體和一個(gè)感應(yīng)線圈，當(dāng)曲軸靶盤轉(zhuǎn)過電磁式傳感器時(shí)，由于齒峰和齒谷的變化，使得磁場發(fā)生變化，在線圈中感應(yīng)出一交流電壓，其頻率和幅值隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化，在發(fā)動機(jī)低速時(shí)信號幅值會很小甚至為零，因此無法測量發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)活塞位置和各缸相位。直噴汽油機(jī)瞬時(shí)反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)所要求控制活塞的停止位置，傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式傳感器顯然是無法滿足控制要求的。本實(shí)用新型正是在這樣的背景下提出了一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)。該測量系統(tǒng)和方法，它能檢測全工況范圍內(nèi)的發(fā)動機(jī)活塞位置和相位，并且能判斷發(fā)動機(jī)的正反向旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型為直噴汽油機(jī)瞬時(shí)反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對活塞位置的閉環(huán)控制提供了必要條件。
解決上述問題的技術(shù)方案結(jié)合附圖說明如下 本實(shí)用新型所述的一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，包括信號靶盤、傳感器、傳感器支架，信號處理電路、單片機(jī)及電源電路，所述的信號靶盤由曲軸信號靶盤和凸輪軸信號靶盤組成，曲軸信號靶盤置于發(fā)動機(jī)皮帶輪的一側(cè)與曲軸同軸安裝，并隨曲軸同向旋轉(zhuǎn)，凸輪軸信號靶盤與凸輪軸同軸安裝，并隨凸輪軸同向旋轉(zhuǎn)； 所述的傳感器為整體槽式光電傳感器，曲軸整體槽式光電傳感器采用由發(fā)送器和接收器構(gòu)成的七對對射式紅外光電傳感器，通過傳感器支架上安裝在發(fā)動機(jī)缸體上，凸輪軸整體槽式光電傳感器采用由發(fā)送器和接收器構(gòu)成的三對對射式紅外光電傳感器，通過傳感器支架上安裝在發(fā)動機(jī)的氣門室罩蓋內(nèi)； 所述的信號處理電路通過信號線將接收到的曲軸整體槽式光電傳感器的接收器輸出信號處理成方波，信號處理電路與單片機(jī)用信號線連接，將方波信號送入單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機(jī)負(fù)責(zé)將數(shù)字信號給相應(yīng)的變量賦，對這些變量的運(yùn)算和比較，完成在全工況內(nèi)發(fā)動機(jī)活塞位置和各缸相位的測量以及發(fā)動機(jī)曲軸正反向旋轉(zhuǎn)的判斷； 所述的電源電路通過電源線對傳感器、信號處理電路和單片機(jī)供電。
所述的曲軸信號靶盤的圓周上均布有128處不同的缺口，這些缺口將整個(gè)圓周平均分成128個(gè)區(qū)域，曲軸信號靶盤的缺口區(qū)域是由七個(gè)同心圓環(huán)狀缺口區(qū)域組成，每個(gè)圓環(huán)區(qū)域的缺口產(chǎn)生的信號都影響變量a0、a1、a2、a3、a4、a5和a6的賦值，最外圍的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號對變量a0賦值，最靠近圓心的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號對變量a6賦值，中間的五個(gè)環(huán)帶的缺口產(chǎn)生的信號由外向內(nèi)依次對變量a1、a2、a3、a4和a5賦值，當(dāng)兩個(gè)相鄰的環(huán)帶徑向相鄰處都有缺口時(shí)打通。
所述的曲軸信號靶盤的缺口遵照二進(jìn)制數(shù)0000000至1111111逆時(shí)針遞增排列挖制，挖空的缺口不遮光，紅外光電傳感器對外輸出高電平，沒有缺口則不透光，紅外光電傳感器對外輸出低電平，做信號處理的單片機(jī)將這些高低電平的組合識別為二進(jìn)制數(shù)，發(fā)動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)則這些二進(jìn)制數(shù)進(jìn)入遞增周期，發(fā)動機(jī)反向旋轉(zhuǎn)則這些二進(jìn)制數(shù)進(jìn)入遞減周期。
所述的凸輪軸信號靶盤將一個(gè)圓盤以同圓心但不同半徑的扇形形狀劃分成有四個(gè)有效區(qū)域，各有效區(qū)域分別代表發(fā)動機(jī)的四個(gè)氣缸中的一個(gè)正處于壓縮行程，按凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向依次為1缸、3缸、4缸和2缸，這四個(gè)有效區(qū)域以不同的方式遮擋三對對射式光電傳感器中發(fā)射器發(fā)出的光線，具體方式是當(dāng)1缸處于壓縮沖程時(shí)，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q1和Q2的發(fā)射器發(fā)出的光線，不遮擋控制變量Q0的發(fā)射器發(fā)出的光線；當(dāng)3缸處于壓縮沖程時(shí)，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q2的發(fā)射器發(fā)出的光線，不遮擋控制變量Q1和Q0的發(fā)射器發(fā)出的光線；當(dāng)4缸處于壓縮沖程時(shí)，凸輪軸信號靶盤將不遮擋控制變量Q2，Q1和Q0的發(fā)射器發(fā)出的光線；當(dāng)2缸處于壓縮沖程時(shí)，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q2，Q1和Q0的發(fā)射器發(fā)出的光線；隨著凸輪軸的旋轉(zhuǎn)凸輪軸信號靶盤將影響凸輪軸整體槽式光電傳感器產(chǎn)生的信號，即隨著發(fā)動機(jī)相位的改變而改變了變量Q0、Q1和Q2的賦值，隨著凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周將產(chǎn)生四組不同的信號，實(shí)時(shí)測量發(fā)動機(jī)的相位。
所述的曲軸信號靶盤與曲軸整體槽式光電傳感器的安裝關(guān)系是應(yīng)將發(fā)動機(jī)的狀態(tài)調(diào)整為發(fā)動機(jī)第一缸處于壓縮行程上止點(diǎn)，此時(shí)曲軸信號靶盤缺口區(qū)域中的128處不同的缺口的1號和81號位置中心應(yīng)分別對準(zhǔn)曲軸整體槽式傳感器A和曲軸整體槽式傳感器B，整體槽式傳感器A和整體槽式傳感器B安裝時(shí)都對準(zhǔn)曲軸信號靶盤的圓心處，兩者的間隔80個(gè)缺口區(qū)域，間隔角度順時(shí)針相差135°。
所述的曲軸整體槽式光電傳感器和凸輪軸整體槽式光電傳感器均采用U型槽結(jié)構(gòu)，發(fā)射器安裝在U型槽一側(cè)，接收器安裝在U型槽的另一側(cè)，每對光電傳感器的發(fā)射器和接收器的中心對準(zhǔn)，同時(shí)曲軸整體槽式光電傳感器的七對發(fā)射器和接收器應(yīng)與曲軸信號靶盤上的七個(gè)同心圓環(huán)狀缺口區(qū)域?qū)?yīng)，凸輪軸整體槽式光電傳感器的三對發(fā)射器和接收器應(yīng)與凸輪軸信號靶盤上的四個(gè)有效區(qū)域相對應(yīng)，在安裝后的整體槽式傳感器的槽間隙應(yīng)有足夠的空間讓信號靶盤通過。
所述的曲軸信號靶盤采用單個(gè)或2個(gè)，采用雙曲軸信號靶盤應(yīng)同軸錯(cuò)位安裝，即兩個(gè)信號靶盤的圓心重合錯(cuò)開1°安裝，這種安裝方式的作用是防止測量系統(tǒng)做出誤判，使信號靶盤在360°整周的范圍內(nèi)缺口區(qū)域連續(xù)，使測量系統(tǒng)準(zhǔn)確檢測出任何發(fā)動機(jī)停機(jī)曲軸位置。
所述的信號處理電路的接收器接收由發(fā)射器發(fā)出的紅外光線，再經(jīng)過信號靶盤缺口區(qū)域過濾由接收器接收，此時(shí)接收器產(chǎn)生的信號波形接近正弦波型，要將信號通過信號處理電路處理成方波，再送入單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，根據(jù)數(shù)字信號給相應(yīng)的變量賦值。
單片機(jī)的存儲部分包括存入的活塞位置標(biāo)定表和凸輪軸相位表，所述的活塞位置標(biāo)定表是根據(jù)曲軸信號靶盤所挖制的128組不同形式的缺口而定，活塞位置標(biāo)定表的作用就是建立信號與曲軸位置的對應(yīng)關(guān)系；所述的凸輪軸相位表是根據(jù)凸輪軸信號靶盤的四處有效區(qū)域而定，凸輪軸相位表的作用就是建立信號與發(fā)動機(jī)相位的對應(yīng)關(guān)系。
本實(shí)用新型的有益效果設(shè)計(jì)了一種能在全工況范圍內(nèi)測量發(fā)動機(jī)活塞位置和相位的裝置及其測量方法，該裝置還能實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)正反轉(zhuǎn)的判別。本實(shí)用新型為閉環(huán)控制活塞的位置提供了必要條件，使活塞可靠地停在目標(biāo)位置范圍內(nèi)，使直噴汽油機(jī)的瞬時(shí)反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)能夠可靠地起動發(fā)動機(jī)。本實(shí)用新型對直接起停系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化提供了可靠且必須的平臺。而且，本實(shí)用新型同時(shí)具備測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和凸輪軸相位的功能，能夠替代現(xiàn)有發(fā)動機(jī)上的轉(zhuǎn)速傳感器和凸輪軸相位傳感器。因此本實(shí)用新型具有很廣闊的市場潛力和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，且可為我國在汽車節(jié)能減排方面增加一項(xiàng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)。

圖1發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)測量工作過程示意圖。
圖2變量賦值流程圖。
圖3冗余判斷流程圖。
圖4發(fā)動機(jī)曲軸正反轉(zhuǎn)判斷流程圖。
圖5曲軸是否旋轉(zhuǎn)一周判斷及當(dāng)前表更換流程圖。
圖6測量系統(tǒng)與瞬時(shí)反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7信號靶盤設(shè)計(jì)圖。圖8信號靶盤缺口區(qū)域局部放大圖。
圖9(a)曲軸整體槽式傳感器示意圖。
圖9(b)是圖9(a)的側(cè)視圖。
圖10信號靶盤與整體槽式傳感器安裝示意圖。
圖11(a)凸輪軸整體槽式傳感器示意圖。
圖11(b)是圖11(a)的側(cè)視圖。
圖12凸輪軸信號靶盤示意圖。
圖13凸輪軸信號靶盤與凸輪軸整體槽式傳感器安裝示意圖。
圖14雙曲軸信號靶盤安裝示意圖。
圖中1-整體槽式傳感器A，2-整體槽式傳感器B，3-與發(fā)動機(jī)皮帶輪固定用通孔，4-缺口區(qū)域，5-發(fā)射器，6-接收器，7-傳感器支架，8-固定用螺栓孔，9-發(fā)射器，10-接收器，11-有效區(qū)域，12-整體槽式傳感器C，I-1缸，II-缸，III-缸，IV-4缸，圖7和圖14中的箭頭為曲軸旋轉(zhuǎn)方向(向皮帶輪方向看) 具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例，進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的具體內(nèi)容及其實(shí)施方式。
本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的測量系統(tǒng)的測量部分使用光電式元件，這樣保證了發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的信號準(zhǔn)確；在充分考慮安裝尺寸，信號噪聲大小，現(xiàn)有加工工藝水平以及生產(chǎn)成本等問題后，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的信號靶盤共設(shè)有128處不同的缺口，這些缺口將整個(gè)圓周平均分成128個(gè)區(qū)域，因?yàn)槊恳惶幍娜笨诙疾幌嗤?，所以信號靶盤隨曲軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)將產(chǎn)生出128組不同的信號，即活塞在氣缸中每移動2.8125°CA(CA曲軸轉(zhuǎn)角)，就會對應(yīng)一組特殊的信號，這樣就把活塞的絕對位置標(biāo)定了出來，且能夠判斷發(fā)動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，其誤差僅為±1.8125°CA。配合發(fā)動機(jī)的發(fā)火順序依靠本實(shí)用新型的測量系統(tǒng)，可以測量在發(fā)動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速直至曲軸靜止范圍內(nèi)的活塞位置和發(fā)動機(jī)各缸所處的相位。本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的信號靶盤設(shè)有的128處缺口，這128個(gè)缺口的任意兩處都是不同的，這樣設(shè)計(jì)的目的是讓活塞在氣缸中每往復(fù)一次產(chǎn)生128個(gè)不同的信號，即在一個(gè)往復(fù)周期內(nèi)活塞每移動2.8125°CA就產(chǎn)生一個(gè)不同的信號，這樣活塞在氣缸中的絕對位置被標(biāo)定出來。光電傳感器本身是靠光電載流子是否被充分激發(fā)而產(chǎn)生信號，無須像磁電式傳感器那樣感應(yīng)出交流電壓，其產(chǎn)生信號的幅值不受曲軸轉(zhuǎn)速變化影響，因此穩(wěn)定信號幅值穩(wěn)定；其次光本身為高速，而且相關(guān)電路都由電子零件構(gòu)成，響應(yīng)時(shí)間非常短；另外，光電傳感器的高級設(shè)計(jì)技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，這樣即可實(shí)現(xiàn)高分辨率。鑒于光電傳感器這些自身所帶有的特性，當(dāng)發(fā)動機(jī)加減速時(shí)本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的測量系統(tǒng)仍能提供可靠的信號。
識別缺口采用的是光電傳感器，采用的光電傳感器由發(fā)送器和接收器構(gòu)成，本實(shí)用新型采用七對對射式紅外光電傳感器，將這七對對射式紅外光電傳感器的發(fā)送器和接收器裝入特定的槽中組成一個(gè)整體的槽式傳感器，信號靶盤的缺口部分將從這個(gè)槽式傳感器的槽中通過，這樣信號靶盤每轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，這七對傳感器將產(chǎn)生出一組信號。為了使在一個(gè)往復(fù)周期中每個(gè)活塞位置都能產(chǎn)生一組不同的信號，且能判斷出發(fā)動機(jī)曲軸的正反向旋轉(zhuǎn)，即在發(fā)動機(jī)停油熄火后的正反向旋轉(zhuǎn)，信號靶盤遵照二進(jìn)制數(shù)0000000至1111111逆時(shí)針遞增排列而挖制缺口，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)為挖空的缺口不遮光光電管對外輸出高電平，沒有缺口則不透光光電管對外輸出低電平，信號靶盤隨曲軸旋轉(zhuǎn)一周將使光電管輸出″低低低低低低低″→″低低低低低低高″→……→″高高高高高高低″→″高高高高高高高″→″低低低低低低低″→″低低低低低低高″等，做信號處理的單片機(jī)將這些高低電平的組合可識別為二進(jìn)制數(shù)″0000000″→″0000001″→……→″1111110″→″1111111″→″0000000″→″0000001″等，如果發(fā)動機(jī)是正向旋轉(zhuǎn)則這些二進(jìn)制數(shù)進(jìn)入遞增周期，即″0000000″→″0000001″→……→″1111110″→″1111111″→″0000000″→″0000001″等，如果發(fā)動機(jī)是反向旋轉(zhuǎn)則這些二進(jìn)制數(shù)進(jìn)入遞減周期，″0000001″→″0000000″→″1111111″→″1111110″→……→″0000001″→″0000000″等。
本實(shí)用新型安裝兩組組裝好的整體槽式傳感器以作為冗余設(shè)計(jì)。一組整體槽式傳感器A對準(zhǔn)安裝在圖7的所示的1號處中心線，另一處整體槽式傳感器B對準(zhǔn)安裝在圖7的81號處中心線。這樣做的目的是為了保證測量的可靠性和有效性，以此方式安裝整體槽式傳感器可以進(jìn)行冗余校核。在正常工作狀態(tài)下，單片機(jī)將從整體槽式傳感器1和整體槽式傳感器2所讀出的二進(jìn)制數(shù)之差的絕對值為1010000或?yàn)?，而且這兩個(gè)差將逐次間隔出現(xiàn)。若所讀出的二進(jìn)制數(shù)之差不滿足上述規(guī)律則說明測量系統(tǒng)發(fā)生故障，并進(jìn)入故障模式。
在經(jīng)過信號處理電路和A/D轉(zhuǎn)換后，由兩組槽式傳感器每組包含七對光電傳感器所輸出的七路信號進(jìn)入作為測量系統(tǒng)的核心的單片機(jī)，一組分別定義為變量a0、a1、a2、a3、a4、a5和a6，另一組分別定義為b0、b1、b2、b3、b4、b5和b6。為能實(shí)時(shí)測量活塞位置，在安裝時(shí)應(yīng)將發(fā)動機(jī)的狀態(tài)調(diào)整為發(fā)動機(jī)第一缸處于壓縮行程上止點(diǎn)，此時(shí)信號靶盤缺口區(qū)域中的1號位置中心應(yīng)對準(zhǔn)整體槽式傳感器A，并且保持測量系統(tǒng)的供電。如果測量系統(tǒng)失去供電，則在下次運(yùn)行本系統(tǒng)前必須進(jìn)行初始化工作，即重新將發(fā)動機(jī)調(diào)整為發(fā)動機(jī)第一缸處于壓縮行程上止點(diǎn)，且信號靶盤缺口區(qū)域中的1號位置中心應(yīng)對準(zhǔn)整體槽式傳感器A。開啟電源后，測量系統(tǒng)即標(biāo)定此時(shí)發(fā)動機(jī)第一缸處于壓縮行程上止點(diǎn)。測量系統(tǒng)根據(jù)本實(shí)用新型的規(guī)定的活塞位置標(biāo)定表，可以實(shí)時(shí)的測量出發(fā)動機(jī)活塞位置、相位以及發(fā)動機(jī)曲軸的正反向旋轉(zhuǎn)信號。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種活塞位置標(biāo)定表，目的在于測量發(fā)動機(jī)活塞的位置。測量系統(tǒng)是根據(jù)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的活塞位置測量表得出活塞位置。由于發(fā)動機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，因此四缸發(fā)動機(jī)需要兩個(gè)活塞位置標(biāo)定表(活塞位置標(biāo)定表<一>和活塞位置標(biāo)定表<二>)且根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)使用不同的表查詢活塞位置。本實(shí)用新型定義了“當(dāng)前表”的概念，所謂“當(dāng)前表”就是需要根據(jù)這個(gè)“當(dāng)前表”來查詢活塞位置，而且“當(dāng)前表”要根據(jù)發(fā)動機(jī)的狀態(tài)實(shí)時(shí)的做出改變。下文中的兩個(gè)活塞位置標(biāo)定表是以發(fā)火順序?yàn)?-3-4-2的四缸發(fā)動機(jī)為例設(shè)計(jì)的活塞位置標(biāo)定表。為了表述方便，活塞位置一欄將簡化表述，例如第一缸活塞處于壓縮上止點(diǎn)，簡化表述為(1)0°；再例如，第三缸活塞處于壓縮上止點(diǎn)前90°，簡化表述為(3)90°。注所有活塞位置都以壓縮行程和壓縮上止點(diǎn)前為參照。
本實(shí)用新型還提出了通過加裝凸輪軸信號測量裝置可實(shí)現(xiàn)可斷電的測量裝置及方法。由于凸輪軸每旋轉(zhuǎn)一圈就標(biāo)志著發(fā)動機(jī)完成一個(gè)工作周期，所以加裝在凸輪軸上的凸輪軸信號靶盤，可以區(qū)分停機(jī)時(shí)發(fā)動機(jī)的相位。凸輪軸信號靶盤設(shè)計(jì)有四個(gè)有效區(qū)域，每個(gè)有效區(qū)域都對應(yīng)著相應(yīng)氣缸的壓縮沖程。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)為不遮光的區(qū)域光電管對外輸出高電平，不透光的區(qū)域光電管對外輸出低電平。當(dāng)安裝在凸輪軸信號靶盤上的凸輪軸整體槽式傳感器檢測到對應(yīng)區(qū)域時(shí)，會對應(yīng)產(chǎn)生出相應(yīng)的信號，發(fā)動機(jī)每一個(gè)工作周期，凸輪軸整體槽式傳感器會因凸輪軸的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生四組排列不同電平信號，分別是″低低高″，″低高高″，″高高高″，″低低低″，做信號處理的單片機(jī)將這些高低電平的組合可識別為二進(jìn)制數(shù)為″001″，″011″，″111″和″000″。各信號與處于壓縮行程的氣缸的對應(yīng)關(guān)系見凸輪軸相位表。在經(jīng)過信號處理電路和A/D轉(zhuǎn)換后，由凸輪軸槽式傳感器每組包含三對光電傳感器所輸出的三路信號進(jìn)入作為測量系統(tǒng)的核心的單片機(jī)，分別定義為變量Q0、Q1和Q2。測量系統(tǒng)的單片機(jī)能都實(shí)時(shí)檢測變量Q0、Q1和Q2的組合，再通過凸輪軸相位表即可得知發(fā)動機(jī)的相位。因此測量系統(tǒng)只要開啟，能夠立即判斷發(fā)動機(jī)當(dāng)前的活塞位置和相位，無需初始化。即使測量系統(tǒng)斷電時(shí)發(fā)動機(jī)改變，測量系統(tǒng)開啟之時(shí)，即能在第一時(shí)間做出有效準(zhǔn)確的判斷，不會出現(xiàn)無法分辨發(fā)動機(jī)相位的情況。
值得一提的是，如果為降低成本不使用凸輪軸靶盤及相應(yīng)的測量系統(tǒng)，則要使用兩套活塞位置標(biāo)定表且不使用凸輪軸相位表，以區(qū)別某缸是處于壓縮行程還是排氣行程。如果使用了凸輪軸靶盤及相應(yīng)的測量系統(tǒng)，則使用用一套活塞位置標(biāo)定表且使用凸輪軸相位表，即可區(qū)別發(fā)動機(jī)的相位。
為使曲軸信號靶盤具有一定的強(qiáng)度，而防止在發(fā)動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的損壞或振動，同時(shí)也是為了保證足夠的測量精度。曲軸信號靶盤任意兩個(gè)缺口區(qū)域之間并沒有打通。當(dāng)發(fā)動機(jī)停止時(shí)曲軸的槽式傳感器所處的檢測位置正好在曲軸信號靶盤的缺口區(qū)域之間的未打通區(qū)域，測量系統(tǒng)的單片機(jī)會做出發(fā)動機(jī)曲軸正處于0號缺口區(qū)域的判斷。為了防止這種誤判，本實(shí)用新型采取雙曲軸信號靶盤同軸錯(cuò)位安裝的安裝方式。兩個(gè)信號靶盤上都有槽式傳感器，且同軸錯(cuò)開1°安裝，這樣的設(shè)計(jì)使信號靶盤在360°整周的范圍內(nèi)缺口區(qū)域連續(xù)，可使測量系統(tǒng)準(zhǔn)確檢測出任何發(fā)動機(jī)停機(jī)曲軸位置。
本實(shí)用新型的曲軸信號靶盤的最外圍缺口區(qū)域，是完全可以替代傳統(tǒng)測量曲軸轉(zhuǎn)速的信號靶盤的，而且使用任意一個(gè)缺口區(qū)域都能替代傳統(tǒng)的缺齒信號，因此本實(shí)用新型也能準(zhǔn)確測量曲軸的轉(zhuǎn)速。本實(shí)用新型的凸輪軸信號也能夠完成凸輪軸相位的測量，因此本實(shí)用新型可以替代現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速傳感器和凸輪軸相位傳感器。 活塞位置標(biāo)定表<一> 活塞缺口變量變量變量變量變量變量變量 位置區(qū)域a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 編號 (1) 1 0 0 0 0 0 0 1 0° (3) 2 0 0 0 0 0 1 0 177.1875° (3) 3 0 0 0 0 0 1 1 174.375° (3) 4 0 0 0 0 1 0 0 171.5625° (3) 5 0 0 0 0 1 0 1 168.75° (3) 6 0 0 0 0 1 1 0 165.9375° (3) 7 0 0 0 0 1 1 1 163.125° (3) 8 0 0 0 1 0 0 0 160.3125° (3) 9 0 0 0 1 0 0 1 157.5° (3) 10 0 0 0 1 0 1 0 154.6875° (3) 11 0 0 0 1 0 1 1 151.875° (3) 12 0 0 0 1 1 0 0 149.0625° (3) 13 0 0 0 1 1 0 1 146.25° (3) 14 0 0 0 1 1 1 0 143.4375° (3) 15 0 0 0 1 1 1 1 140.625° (3) 16 0 0 1 0 0 0 0 137.8125° (3) 17 0 0 1 0 0 0 1 135° (3) 18 0 0 1 0 0 1 0 132.1875° (3) 19 0 0 1 0 0 1 1 129.375° (3) 20 0 0 1 0 1 0 0 126.5625° (3) 21 0 0 1 0 1 0 1 123.75° (3) 22 0 0 1 0 1 1 0 120.9375° (3) 23 0 0 1 0 1 1 1 118.125° (3) 24 0 0 1 1 0 0 0 115.3125° (3) 25 0 0 1 1 0 0 1 112.5° (3) 26 0 0 1 1 0 1 0 109.6875° (3) 27 0 0 1 1 0 1 1 106.875° (3) 28 0 0 1 1 1 0 0 104.0625° (3) 29 0 0 1 1 1 0 1 101.25° (3) 30 0 0 1 1 1 1 0 98.4375° (3) 31 0 0 1 1 1 1 1 95.625° (3) 32 0 1 0 0 0 0 0 92.8125° (3) 33 0 1 0 0 0 0 1 90° (3) 34 0 1 0 0 0 1 0 87.1875° (3) 35 0 1 0 0 0 1 1 84.375° (3) 36 0 1 0 0 1 0 0 81.5625° (3) 37 0 1 0 0 1 0 1 78.75° (3) 38 0 1 0 0 1 1 0 75.9375° (3) 39 0 1 0 0 1 1 1 73.125° (3) 40 0 1 0 1 0 0 0 70.3125° (3) 41 0 1 0 1 0 0 1 67.5° (3) 42 0 1 0 1 0 1 0 64.6875° (3) 43 0 1 0 1 0 1 1 61.875° (3) 44 0 1 0 1 1 0 0 59.0625° (3) 45 0 1 0 1 1 0 1 56.25° (3) 46 0 1 0 1 1 1 0 53.4375° (3) 47 0 1 0 1 1 1 1 50.625° (3) 48 0 1 1 0 0 0 0 47.8125° (3) 49 0 1 1 0 0 0 1 45° (3) 50 0 1 1 0 0 1 0 42.1875° (3) 51 0 1 1 0 0 1 1 39.375° (3) 52 0 1 1 0 1 0 0 36.5625° (3) 53 0 1 1 0 1 0 1 33.75° (3) 54 0 1 1 0 1 1 0 30.9375° (3) 55 0 1 1 0 1 1 1 28.125° (3) 56 0 1 1 1 0 0 0 25.3125° (3) 57 0 1 1 1 0 0 1 22.5° (3) 58 0 1 1 1 0 1 0 19.6875° (3) 59 0 1 1 1 0 1 1 16.875° (3) 60 0 1 1 1 1 0 0 14.0625° (3) 61 0 1 1 1 1 0 1 11.25° (3) 62 0 1 1 1 1 1 0 8.4375° (3) 63 0 1 1 1 1 1 1 5.625° (3) 64 1 0 0 0 0 0 0 2.8125° (3) 65 1 0 0 0 0 0 1 0° (4) 66 1 0 0 0 0 1 0 177.1875° (4) 67 1 0 0 0 0 1 1 174.375° (4) 68 1 0 0 0 1 0 0 171.5625° (4) 69 1 0 0 0 1 0 1 168.75° (4) 70 1 0 0 0 1 1 0 165.9375° (4) 71 1 0 0 0 1 1 1 163.125° (4) 72 1 0 0 1 0 0 0 160.3125° (4) 73 1 0 0 1 0 0 1 157.5° (4) 74 1 0 0 1 0 1 0 154.6875° (4) 75 1 0 0 1 0 1 1 151.875° (4) 76 1 0 0 1 1 0 0 149.0625° (4) 77 1 0 0 1 1 0 1 146.25° (4) 78 1 0 0 1 1 1 0 143.4375° (4) 79 1 0 0 1 1 1 1 140.625° (4) 80 1 0 1 0 0 0 0 137.8125° (4) 81 1 0 1 0 0 0 1 135° (4) 82 1 0 1 0 0 1 0 132.1875° (4) 83 1 0 1 0 0 1 1 129.375° (4) 84 1 0 1 0 1 0 0 126.5625° (4) 85 1 0 1 0 1 0 1 123.75° (4) 86 1 0 1 0 1 1 0 120.9375° (4) 87 1 0 1 0 1 1 1 118.125° (4) 88 1 0 1 1 0 0 0 115.3125° (4) 89 1 0 1 1 0 0 1 112.5° (4) 90 1 0 1 1 0 1 0 109.6875° (4) 91 1 0 1 1 0 1 1 106.875° (4) 92 1 0 1 1 1 0 0 104.0625° (4) 93 1 0 1 1 1 0 1 101.25° (4) 94 1 0 1 1 1 1 0 98.4375° (4) 95 1 0 1 1 1 1 1 95.625° (4) 96 1 1 0 0 0 0 0 92.8125° (4) 97 1 1 0 0 0 0 1 90° (4) 98 1 1 0 0 0 1 0 87.1875° (4) 99 1 1 0 0 0 1 1 84.375° (4) 100 1 1 0 0 1 0 0 81.5625° (4) 101 1 1 0 0 1 0 1 78.75° (4) 102 1 1 0 0 1 1 0 75.9375° (4) 103 1 1 0 0 1 1 1 73.125° (4) 104 1 1 0 1 0 0 0 70.3125° (4) 105 1 1 0 1 0 0 1 67.5° (4) 106 1 1 0 1 0 1 0 64.6875° (4) 107 1 1 0 1 0 1 1 61.875° (4) 108 1 1 0 1 1 0 0 59.0625° (4) 109 1 1 0 1 1 0 1 56.25° (4) 110 1 1 0 1 1 1 0 53.4375° (4) 111 1 1 0 1 1 1 1 50.625° (4) 112 1 1 1 0 0 0 0 47.8125° (4) 113 1 1 1 0 0 0 1 45° (4) 114 1 1 1 0 0 1 0 42.1875° (4) 115 1 1 1 0 0 1 1 39.375° (4) 116 1 1 1 0 1 0 0 36.5625° (4) 117 1 1 1 0 1 0 1 33.75° (4) 118 1 1 1 0 1 1 0 30.9375° (4) 119 1 1 1 0 1 1 1 28.125° (4) 120 1 1 1 1 0 0 0 25.3125° (4) 121 1 1 1 1 0 0 1 22.5° (4) 122 1 1 1 1 0 1 0 19.6875° (4) 123 1 1 1 1 0 1 1 16.875° (4) 124 1 1 1 1 1 0 0 14.0625° (4) 125 1 1 1 1 1 0 1 11.25° (4) 126 1 1 1 1 1 1 0 8.4375° (4) 127 1 1 1 1 1 1 1 5.625° (4) 0 0 0 0 0 0 0 0 2.8125° 活塞位置標(biāo)定表<二> 活塞缺口變量變量變量變量變量變量變量 位置區(qū)域a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 編號 (4) 1 0 0 0 0 0 0 1 0° (2) 2 0 0 0 0 0 1 0 177.1875° (2) 3 0 0 0 0 0 1 1 174.375° (2) 4 0 0 0 0 1 0 0 171.5625° (2) 5 0 0 0 0 1 0 1 168.75° (2) 6 0 0 0 0 1 1 0 165.9375° (2) 7 0 0 0 0 1 1 1 163.125° (2) 8 0 0 0 1 0 0 0 160.3125° (2) 9 0 0 0 1 0 0 1 157.5° (2) 10 0 0 0 1 0 1 0 154.6875° (2) 11 0 0 0 1 0 1 1 151.875° (2) 12 0 0 0 1 1 0 0 149.0625° (2) 13 0 0 0 1 1 0 1 146.25° (2) 14 0 0 0 1 1 1 0 143.4375° (2) 15 0 0 0 1 1 1 1 140.625° (2) 16 0 0 1 0 0 0 0 137.8125° (2) 17 0 0 1 0 0 0 1 135° (2) 18 0 0 1 0 0 1 0 132.1875° (2) 19 0 0 1 0 0 1 1 129.375° (2) 20 0 0 1 0 1 0 0 126.5625° (2) 21 0 0 1 0 1 0 1 123.75° (2) 22 0 0 1 0 1 1 0 120.9375° (2) 23 0 0 1 0 1 1 1 118.125° (2) 24 0 0 1 1 0 0 0 115.3125° (2) 25 0 0 1 1 0 0 1 112.5° (2) 26 0 0 1 1 0 1 0 109.6875° (2) 27 0 0 1 1 0 1 1 106.875° (2) 28 0 0 1 1 1 0 0 104.0625° (2) 29 0 0 1 1 1 0 1 101.25° (2) 30 0 0 1 1 1 1 0 98.4375° (2) 31 0 0 1 1 1 1 1 95.625° (2) 32 0 1 0 0 0 0 0 92.8125° (2) 33 0 1 0 0 0 0 1 90° (2) 34 0 1 0 0 0 1 0 87.1875° (2) 35 0 1 0 0 0 1 1 84.375° (2) 36 0 1 0 0 1 0 0 81.5625° (2) 37 0 1 0 0 1 0 1 78.75° (2) 38 0 1 0 0 1 1 0 75.9375° (2) 39 0 1 0 0 1 1 1 73.125° (2) 40 0 1 0 1 0 0 0 70.3125° (2) 41 0 1 0 1 0 0 1 67.5° (2) 42 0 1 0 1 0 1 0 64.6875° (2) 43 0 1 0 1 0 1 1 61.875° (2) 44 0 1 0 1 1 0 0 59.0625° (2) 45 0 1 0 1 1 0 1 56.25° (2) 46 0 1 0 1 1 1 0 53.4375° (2) 47 0 1 0 1 1 1 1 50.625° (2) 48 0 1 1 0 0 0 0 47.8125° (2) 49 0 1 1 0 0 0 1 45° (2) 50 0 1 1 0 0 1 0 42.1875° (2) 51 0 1 1 0 0 1 1 39.375° (2) 52 0 1 1 0 1 0 0 36.5625° (2) 53 0 1 1 0 1 0 1 33.75° (2) 54 0 1 1 0 1 1 0 30.9375° (2) 55 0 1 1 0 1 1 1 28.125° (2) 56 0 1 1 1 0 0 0 25.3125° (2) 57 0 1 1 1 0 0 1 22.5° (2) 58 0 1 1 1 0 1 0 19.6875° (2) 59 0 1 1 1 0 1 1 16.875° (2) 60 0 1 1 1 1 0 0 14.0625° (2) 61 0 1 1 1 1 0 1 11.25° (2) 62 0 1 1 1 1 1 0 8.4375° (2) 63 0 1 1 1 1 1 1 5.625° (2) 64 1 0 0 0 0 0 0 2.8125° (2) 65 1 0 0 0 0 0 1 0° (1) 66 1 0 0 0 0 1 0 177.1875° (1) 67 1 0 0 0 0 1 1 174.375° (1) 68 1 0 0 0 1 0 0 171.5625° (1) 69 1 0 0 0 1 0 1 168.75° (1) 70 1 0 0 0 1 1 0 165.9375° (1) 71 1 0 0 0 1 1 1 163.125° (1) 72 1 0 0 1 0 0 0 160.3125° (1) 73 1 0 0 1 0 0 1 157.5° (1) 74 1 0 0 1 0 1 0 154.6875° (1) 75 1 0 0 1 0 1 1 151.875° (1) 76 1 0 0 1 1 0 0 149.0625° (1) 77 1 0 0 1 1 0 1 146.25° (1) 78 1 0 0 1 1 1 0 143.4375° (1) 79 1 0 0 1 1 1 1 140.625° (1) 80 1 0 1 0 0 0 0 137.8125° (1) 81 1 0 1 0 0 0 1 135° (1) 82 1 0 1 0 0 1 0 132.1875° (1) 83 1 0 1 0 0 1 1 129.375° (1) 84 1 0 1 0 1 0 0 126.5625° (1) 85 1 0 1 0 1 0 1 123.75° (1) 86 1 0 1 0 1 1 0 120.9375° (1) 87 1 0 1 0 1 1 1 118.125° (1) 88 1 0 1 1 0 0 0 115.3125° (1) 89 1 0 1 1 0 0 1 112.5° (1) 90 1 0 1 1 0 1 0 109.6875° (1) 91 1 0 1 1 0 1 1 106.875° (1) 92 1 0 1 1 1 0 0 104.0625° (1) 93 1 0 1 1 1 0 1 101.25° (1) 94 1 0 1 1 1 1 0 98.4375° (1) 95 1 0 1 1 1 1 1 95.625° (1) 96 1 1 0 0 0 0 0 92.8125° (1) 97 1 1 0 0 0 0 1 90° (1) 98 1 1 0 0 0 1 0 87.1875° (1) 99 1 1 0 0 0 1 1 84.375° (1) 100 1 1 0 0 1 0 0 81.5625° (1) 101 1 1 0 0 1 0 1 78.75° (1) 102 1 1 0 0 1 1 0 75.9375° (1) 103 1 1 0 0 1 1 1 73.125° (1) 104 1 1 0 1 0 0 0 70.3125° (1) 105 1 1 0 1 0 0 1 67.5° (1) 106 1 1 0 1 0 1 0 64.6875° (1) 107 1 1 0 1 0 1 1 61.875° (1) 108 1 1 0 1 1 0 0 59.0625° (1) 109 1 1 0 1 1 0 1 56.25° (1) 110 1 1 0 1 1 1 0 53.4375° (1) 111 1 1 0 1 1 1 1 50.625° (1) 112 1 1 1 0 0 0 0 47.8125° (1) 113 1 1 1 0 0 0 1 45° (1) 114 1 1 1 0 0 1 0 42.1875° (1) 115 1 1 1 0 0 1 1 39.375° (1) 116 1 1 1 0 1 0 0 36.5625° (1) 117 1 1 1 0 1 0 1 33.75° (1) 118 1 1 1 0 1 1 0 30.9375° (1) 119 1 1 1 0 1 1 1 28.125° (1) 120 1 1 1 1 0 0 0 25.3125° (1) 121 1 1 1 1 0 0 1 22.5° (1) 122 1 1 1 1 0 1 0 19.6875° (1) 123 1 1 1 1 0 1 1 16.875° (1) 124 1 1 1 1 1 0 0 14.0625° (1) 125 1 1 1 1 1 0 1 11.25° (1) 126 1 1 1 1 1 1 0 8.4375° (1) 127 1 1 1 1 1 1 1 5.625° (1) 0 0 0 0 0 0 0 0 2.8125° 凸輪軸相位表 處于壓縮行程的氣缸變量Q2量Q1變量Q0 1 0 0 1 3 0 1 1 4 1 1 1 2 0 0 0 本系統(tǒng)對發(fā)動機(jī)本身改造不多，因此批量生產(chǎn)成本不高，研發(fā)周期也較短，卻是直噴汽油機(jī)瞬時(shí)反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制活塞位置所必需的裝置，將大大提高瞬時(shí)反轉(zhuǎn)直接起動的可靠性，將對發(fā)動機(jī)排放性和經(jīng)濟(jì)性帶來很大改善。同時(shí)也對提高中國車用內(nèi)燃機(jī)在市場上的競爭力有很大好處?？傊?，本實(shí)用新型的開發(fā)無論從經(jīng)濟(jì)效益，還是對社會效益都將帶來巨大的收獲。
參閱圖1發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)測量工作過程的主要部分參閱圖1所示。測試方法由變量賦值，冗余判斷，發(fā)動機(jī)的正反轉(zhuǎn)判斷，曲軸是否旋轉(zhuǎn)一周判斷及當(dāng)前表更換，然后得出發(fā)動機(jī)的活塞位置和相位。圖1中虛線的部分是表示如果生產(chǎn)成本允許可以使用本專利設(shè)計(jì)的凸輪軸信號靶盤和凸輪軸整體槽式傳感器直接檢測發(fā)動機(jī)的相位，就省略掉曲軸是否旋轉(zhuǎn)一周判斷及當(dāng)前表更換的步驟，而得出準(zhǔn)確的發(fā)動機(jī)的活塞位置和相位。
參閱圖2經(jīng)過信號處理電路和A/D轉(zhuǎn)換后，由兩組槽式傳感器每組包含七對光電傳感器所輸出的七路信號進(jìn)入作為測量系統(tǒng)的核心的單片機(jī)，一組分別定義為變量a0、a1、a2、a3、a4、a5和a6，另一組分別定義為b0、b1、b2、b3、b4、b5和b6。這每組的這七個(gè)變量的每一次取值將組成一個(gè)七位的二進(jìn)制數(shù)并將這個(gè)值存入變量A和B。變量A和B的組成方法如下以變量A為例，變量a0、a1、a2、a3、a4、a5和a6按順序分別為變量A的最低位至最高位，即A＝a6*26+a5*25+a4*24+a3*23+a2*22+a1*21+a0*20。變量a0由信號靶盤上的最靠近邊緣的缺口生成，變量a6由信號靶盤上的最靠近圓心的缺口生成，變量a1、a2、a3、a4和a5依次由中間環(huán)帶區(qū)域的缺口生成，變量B也以同樣的方法賦值。當(dāng)變量A和變量B都賦值后，將兩者做差后取絕對值并將此絕對值賦給變量C。
在步驟S1中，讀取a0、a1、a2、a3、a4、a5和a6的值后，按照A＝a6*26+a5*25+a4*24+a3*23+a2*22+a1*21+a0*20的方式對變量A賦值。
在步驟S2中，讀取b0、b1、b2、b3、b4、b5和b6的值后，按照B＝b6*26+b5*25+b4*24+b3*23+b2*22+b1*21+b0*20的方式對變量B賦值。
在步驟S3中，將變量A和變量B兩者做差后取絕對值并將此絕對值賦給變量C，此后程序?qū)⑦M(jìn)入冗余判斷流程。
參考圖3判斷變量C是否等于1010000或0000000，因?yàn)閮山M整體槽式傳感器安裝的相位差是135°(發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的反方向)，信號靶盤均分為128個(gè)缺口區(qū)域，相位差是135°是間隔80個(gè)缺口區(qū)域。按照所設(shè)計(jì)的缺口挖制方式，如果本測量系統(tǒng)工作正常，變量C的值只能為1010000和0000000且應(yīng)交替出現(xiàn)。若滿足變量C條件系統(tǒng)則對認(rèn)為變量A和變量B有效并記錄，此后程序?qū)⑦M(jìn)入發(fā)動機(jī)曲軸正反轉(zhuǎn)判斷流程；若不滿足變量C條件則說明測量系統(tǒng)工作不正常，本測量系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)入故障模式，且開啟故障燈提示駕駛者。
在步驟S4中，判斷變量C的值是否等于1010000或0000000。
在步驟S5中，在當(dāng)前狀態(tài)滿足變量C的值是否等于0000000后，測量系統(tǒng)的單片機(jī)重新讀取變量C。
在步驟S6中，在當(dāng)前狀態(tài)滿足變量C的值是否等于1010000后，測量系統(tǒng)的單片機(jī)重新讀取變量C。
在步驟S7中，若當(dāng)前狀態(tài)使變量C的值既不等于1010000也不等于000000后，本測量系統(tǒng)進(jìn)入故障模式。
在步驟S8中，重新讀取變量C后，判斷變量C的值是否等于1010000。
在步驟S9中，重新讀取變量C后，判斷變量C的值是否等于0000000。
在步驟S10中，在測量系統(tǒng)進(jìn)入故障模式后，故障燈會開啟提示駕駛者。
在步驟S11中，在冗余判斷后認(rèn)定測量系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，說明變量A和變量B有效，并記錄變量A和變量B。
參考圖4判斷發(fā)動機(jī)曲軸正反轉(zhuǎn)需要比較變量A的當(dāng)前值與其前一次值的大小，若當(dāng)前值A(chǔ)2比前一次值A(chǔ)1大，或者兩者之差等于-1111111，則說明發(fā)動機(jī)曲軸正向旋轉(zhuǎn)；若當(dāng)前值A(chǔ)2比前一次值A(chǔ)1小，或者兩者之差等于1111111，則說明發(fā)動機(jī)曲軸反向旋轉(zhuǎn)；若A2等于A1則說明發(fā)動機(jī)曲軸靜止。
在步驟S12中，判斷變量A的當(dāng)前值A(chǔ)2與其上一次的值A(chǔ)1之差是否大于1。
在步驟S13中，判斷變量A的當(dāng)前值A(chǔ)2與其上一次的值A(chǔ)1之差是否等于1111111。
在步驟S14中，判斷變量A的當(dāng)前值A(chǔ)2與其上一次的值A(chǔ)1之差是否等于-1111111。
在步驟S15中，若A2＝A1則說明發(fā)動機(jī)曲軸已經(jīng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。
在步驟S16中，若滿足變量A的當(dāng)前值A(chǔ)2與其上一次的值A(chǔ)1之差大于0且不等于1111111，則說明發(fā)動機(jī)曲軸處于正向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
在步驟S17中，若滿足變量A的當(dāng)前值A(chǔ)2與其上一次的值A(chǔ)1之差小于0且不等于-1111111，則說明發(fā)動機(jī)曲軸處于反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
在步驟S26中，測量系統(tǒng)向瞬時(shí)反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)發(fā)出發(fā)動機(jī)曲軸為反向旋轉(zhuǎn)的信號。
在步驟S24中，測量系統(tǒng)向瞬時(shí)反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)發(fā)出發(fā)動機(jī)曲軸為正向旋轉(zhuǎn)的信號。
參考圖5再結(jié)合當(dāng)前的活塞位置標(biāo)定表后即可根據(jù)變量A確定正處于壓縮行程的活塞位置。為了方便下一次瞬時(shí)反轉(zhuǎn)起動，發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)需要記錄活塞位置。
在步驟S18中，要做發(fā)動機(jī)曲軸是否完成一整周的旋轉(zhuǎn)的判斷。判斷的條件為變量A的當(dāng)前值A(chǔ)2與上一次測量變量A1之差為變量K，判斷變量K兩次等于-1111111的期間內(nèi)K是否連續(xù)127次大于0，若滿足此條件，則說明發(fā)動機(jī)曲軸完成了一周的旋轉(zhuǎn)；若不滿足此條件，則說明發(fā)動機(jī)曲軸沒有旋轉(zhuǎn)一整周。
在步驟S19中，確定發(fā)動機(jī)曲軸已經(jīng)完成了一周的旋轉(zhuǎn)。
在步驟S20中，發(fā)動機(jī)曲軸沒有完成一周的旋轉(zhuǎn)，記錄變量K連續(xù)大于0的次數(shù)的變量i需要清零。
在步驟S21中，確定發(fā)動機(jī)曲軸沒有完成一周的旋轉(zhuǎn)。
在步驟S22中，發(fā)動機(jī)曲軸已經(jīng)完成了一周的旋轉(zhuǎn)。由于發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)是曲軸旋轉(zhuǎn)兩周為一個(gè)周期，因此需要更換活塞位置標(biāo)定表查詢活塞位置。
在步驟S23中，根據(jù)當(dāng)前的活塞位置標(biāo)定表確定壓縮缸的活塞位置。
在步驟S25中，判斷信號靶盤是否經(jīng)過了1號缺口區(qū)域且發(fā)動機(jī)曲軸之前有反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，若有滿足條件則要更換當(dāng)前表，若不滿足條件則用當(dāng)前表查找壓縮缸的活塞位置。
在步驟S27中，判斷信號靶盤是否經(jīng)過了1號缺口區(qū)域，若有滿足條件則要更換當(dāng)前表，若不滿足條件則用當(dāng)前表查找壓縮缸的活塞位置。
在步驟S28中，測量系統(tǒng)記錄壓縮缸的活塞位置。
參閱圖6本實(shí)用新型所包含的曲軸信號靶盤與發(fā)動機(jī)的曲軸同軸安裝，曲軸信號靶盤的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與曲軸完全相同，因此它能通過曲軸轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確地反映活塞在氣缸中的位置。電源對光電傳感器的發(fā)射器、接收器以及測量系統(tǒng)的單片機(jī)供電。接收器接收由發(fā)射器發(fā)出的紅外光線，再經(jīng)過曲軸信號靶盤缺口區(qū)域過濾由接收器接收。此時(shí)接收器產(chǎn)生的信號波形接近正弦波型，因此要將信號通入信號處理電路處理成方波，再送入單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，根據(jù)數(shù)字信號對相應(yīng)的變量賦值。測量系統(tǒng)根據(jù)本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)測量流程將會計(jì)算出活塞位置信號和相位信號，并送入瞬時(shí)反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)。
參閱圖7本實(shí)用新型包含的信號靶盤與發(fā)動機(jī)曲軸同軸安裝，安裝在發(fā)動機(jī)的皮帶輪一側(cè)。在安裝時(shí)應(yīng)將發(fā)動機(jī)的狀態(tài)調(diào)整為發(fā)動機(jī)第一缸處于壓縮行程上止點(diǎn)，此時(shí)信號靶盤缺口區(qū)域中的1號位置中心應(yīng)對準(zhǔn)整體槽式傳感器A，信號靶盤上的六個(gè)與皮帶輪連接的螺栓孔其中有一個(gè)較小，就是為了防止安裝時(shí)竄位。信號靶盤的外圍挖制出一系列的缺口，整體槽式傳感器將根據(jù)缺口的形狀確定活塞在氣缸中的位置以及發(fā)動機(jī)相位。整體槽式傳感器A和整體槽式傳感器B安裝時(shí)都對準(zhǔn)信號靶盤的圓心處，兩者的間隔80個(gè)缺口區(qū)域，間隔角度順時(shí)針相差135°，安裝好后測量系統(tǒng)要開始工作保持供電。信號靶盤具有一定的厚度以防止因發(fā)動機(jī)振動而帶來的變形。
參閱圖8信號靶盤的缺口區(qū)域是由七個(gè)同心圓環(huán)狀缺口區(qū)域組成的，每個(gè)圓環(huán)區(qū)域的缺口產(chǎn)生的信號將影響變量a0、a1、a2、a3、a4、a5和a6的賦值。最外圍的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號將對變量a0賦值，最靠近圓心的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號將對變量a6賦值，中間的五個(gè)環(huán)帶的缺口產(chǎn)生的信號將由外向內(nèi)依次對變量a1、a2、a3、a4和a5賦值。當(dāng)兩個(gè)相鄰的環(huán)帶都有缺口時(shí)，為簡化工藝降低加工成本，兩個(gè)徑向相鄰的缺口可以打通，如圖4中的127號、126號和125號缺口區(qū)域都存在打通徑向相鄰的缺口的情況。
參閱圖9本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的U型槽要裝有七對對射式光電傳感器，U型槽的一側(cè)安裝發(fā)射器，另一側(cè)安裝接收器，安裝好后要保證每對光電傳感器的發(fā)射器和接收器的中心對準(zhǔn)。另外，在安裝后的整體槽式傳感器的槽間隙要保證有足夠的空間讓信號靶盤通過。
參閱圖10測量系統(tǒng)能準(zhǔn)確測量就需要信號靶盤和兩個(gè)整體槽式傳感器的正確配合，二者安裝好后的位置關(guān)系如圖6所示。信號靶盤與發(fā)動機(jī)皮帶輪相連接，傳感器支架通過固定用螺栓孔固定在發(fā)動機(jī)的機(jī)體上，整體槽式傳感器A和整體槽式傳感器B固定在傳感器支架的對應(yīng)位置上。
參閱圖11本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的U型槽要裝有三對對射式光電傳感器，U型槽的一側(cè)安裝發(fā)射器，另一側(cè)安裝接收器，安裝好后要保證每對光電傳感器的發(fā)射器和接收器的中心對準(zhǔn)。另外，在安裝后的整體槽式傳感器的槽間隙要保證有足夠的空間讓凸輪軸信號靶盤通過。
參閱圖12本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的凸輪軸信號靶盤有四個(gè)有效區(qū)域代表發(fā)動機(jī)的四個(gè)氣缸，分別按凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向依次代表為1缸、3缸、4缸和2缸。凸輪軸信號靶盤環(huán)帶區(qū)域由外向內(nèi)依次影響變量Q0、Q1和Q2的賦值。
參閱圖13測量系統(tǒng)能準(zhǔn)確測量就需要凸輪軸信號靶盤和凸輪軸整體槽式傳感器的正確配合，二者安裝好后的位置關(guān)系如圖9所示。
參閱圖14為防止測量系統(tǒng)做出誤判，本實(shí)用新型采取雙曲軸信號靶盤同軸錯(cuò)位安裝的安裝方式。安裝時(shí)要保證兩個(gè)信號靶盤的圓心重合錯(cuò)開1°安裝，這樣的設(shè)計(jì)使信號靶盤在360°整周的范圍內(nèi)缺口區(qū)域連續(xù)，可使測量系統(tǒng)準(zhǔn)確檢測出任何發(fā)動機(jī)停機(jī)曲軸位置。
權(quán)利要求1.一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，包括信號靶盤、傳感器、傳感器支架，信號處理電路、單片機(jī)及電源電路，其特征在于，
所述的信號靶盤由曲軸信號靶盤和凸輪軸信號靶盤組成，曲軸信號靶盤置于發(fā)動機(jī)皮帶輪的一側(cè)與曲軸同軸安裝，并隨曲軸同向旋轉(zhuǎn)，凸輪軸信號靶盤與凸輪軸同軸安裝，并隨凸輪軸同向旋轉(zhuǎn)；
所述的傳感器為整體槽式光電傳感器，曲軸整體槽式光電傳感器采用由發(fā)送器和接收器構(gòu)成的七對對射式紅外光電傳感器，通過傳感器支架上安裝在發(fā)動機(jī)缸體上，凸輪軸整體槽式光電傳感器采用由發(fā)送器和接收器構(gòu)成的三對對射式紅外光電傳感器，通過傳感器支架上安裝在發(fā)動機(jī)的氣門室罩蓋內(nèi)；
所述的信號處理電路通過信號線將接收到的曲軸整體槽式光電傳感器的接收器輸出信號處理成方波，信號處理電路與單片機(jī)用信號線連接，將方波信號送入單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機(jī)負(fù)責(zé)將數(shù)字信號給相應(yīng)的變量賦，對這些變量的運(yùn)算和比較，完成在全工況內(nèi)發(fā)動機(jī)活塞位置和各缸相位的測量以及發(fā)動機(jī)曲軸正反向旋轉(zhuǎn)的判斷；
所述的電源電路通過電源線對傳感器、信號處理電路和單片機(jī)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的曲軸信號靶盤的圓周上均布有128處不同的缺口，這些缺口將整個(gè)圓周平均分成128個(gè)區(qū)域，曲軸信號靶盤的缺口區(qū)域是由七個(gè)同心圓環(huán)狀缺口區(qū)域組成，每個(gè)圓環(huán)區(qū)域的缺口產(chǎn)生的信號都影響變量a0、a1、a2、a3、a4、a5和a6的賦值，最外圍的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號對變量a0賦值，最靠近圓心的環(huán)狀區(qū)域產(chǎn)生的信號對變量a6賦值，中間的五個(gè)環(huán)帶的缺口產(chǎn)生的信號由外向內(nèi)依次對變量a1、a2、a3、a4和a5賦值，當(dāng)兩個(gè)相鄰的環(huán)帶徑向相鄰處都有缺口時(shí)打通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的曲軸信號靶盤的缺口遵照二進(jìn)制數(shù)0000000至1111111逆時(shí)針遞增排列挖制，挖空的缺口不遮光，紅外光電傳感器對外輸出高電平，沒有缺口則不透光，紅外光電傳感器對外輸出低電平，做信號處理的單片機(jī)將這些高低電平的組合識別為二進(jìn)制數(shù)，發(fā)動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)則這些二進(jìn)制數(shù)進(jìn)入遞增周期，發(fā)動機(jī)反向旋轉(zhuǎn)則這些二進(jìn)制數(shù)進(jìn)入遞減周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的凸輪軸信號靶盤將一個(gè)圓盤以同圓心但不同半徑的扇形形狀劃分成有四個(gè)有效區(qū)域，各有效區(qū)域分別代表發(fā)動機(jī)的四個(gè)氣缸中的一個(gè)正處于壓縮行程，按凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向依次為1缸、3缸、4缸和2缸，這四個(gè)有效區(qū)域以不同的方式遮擋三對對射式光電傳感器中發(fā)射器發(fā)出的光線，具體方式是當(dāng)1缸處于壓縮沖程時(shí)，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q1和Q2的發(fā)射器發(fā)出的光線，不遮擋控制變量Q0的發(fā)射器發(fā)出的光線；當(dāng)3缸處于壓縮沖程時(shí)，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q2的發(fā)射器發(fā)出的光線，不遮擋控制變量Q1和Q0的發(fā)射器發(fā)出的光線；當(dāng)4缸處于壓縮沖程時(shí)，凸輪軸信號靶盤將不遮擋控制變量Q2，Q1和Q0的發(fā)射器發(fā)出的光線；當(dāng)2缸處于壓縮沖程時(shí)，凸輪軸信號靶盤將遮擋控制變量Q2，Q1和Q0的發(fā)射器發(fā)出的光線；隨著凸輪軸的旋轉(zhuǎn)凸輪軸信號靶盤將影響凸輪軸整體槽式光電傳感器產(chǎn)生的信號，即隨著發(fā)動機(jī)相位的改變而改變了變量Q0、Q1和Q2的賦值，隨著凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周將產(chǎn)生四組不同的信號，實(shí)時(shí)測量發(fā)動機(jī)的相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的曲軸信號靶盤與曲軸整體槽式光電傳感器的安裝關(guān)系是應(yīng)將發(fā)動機(jī)的狀態(tài)調(diào)整為發(fā)動機(jī)第一缸處于壓縮行程上止點(diǎn)，此時(shí)曲軸信號靶盤缺口區(qū)域中的128處不同的缺口的1號和81號位置中心應(yīng)分別對準(zhǔn)曲軸整體槽式傳感器A和曲軸整體槽式傳感器B，整體槽式傳感器A和整體槽式傳感器B安裝時(shí)都對準(zhǔn)曲軸信號靶盤的圓心處，兩者的間隔80個(gè)缺口區(qū)域，間隔角度順時(shí)針相差135°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的曲軸整體槽式光電傳感器和凸輪軸整體槽式光電傳感器均采用U型槽結(jié)構(gòu)，發(fā)射器安裝在U型槽一側(cè)，接收器安裝在U型槽的另一側(cè)，每對光電傳感器的發(fā)射器和接收器的中心對準(zhǔn)，同時(shí)曲軸整體槽式光電傳感器的七對發(fā)射器和接收器應(yīng)與曲軸信號靶盤上的七個(gè)同心圓環(huán)狀缺口區(qū)域?qū)?yīng)，凸輪軸整體槽式光電傳感器的三對發(fā)射器和接收器應(yīng)與凸輪軸信號靶盤上的四個(gè)有效區(qū)域相對應(yīng)，在安裝后的整體槽式傳感器的槽間隙應(yīng)有足夠的空間讓信號靶盤通過。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的曲軸信號靶盤采用單個(gè)或2個(gè)，采用雙曲軸信號靶盤應(yīng)同軸錯(cuò)位安裝，即兩個(gè)信號靶盤的圓心重合錯(cuò)開1°安裝，這種安裝方式的作用是防止測量系統(tǒng)做出誤判，使信號靶盤在360°整周的范圍內(nèi)缺口區(qū)域連續(xù)，使測量系統(tǒng)準(zhǔn)確檢測出任何發(fā)動機(jī)停機(jī)曲軸位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號處理電路的接收器接收由發(fā)射器發(fā)出的紅外光線，再經(jīng)過信號靶盤缺口區(qū)域過濾由接收器接收，此時(shí)接收器產(chǎn)生的信號波形接近正弦波型，要將信號通過信號處理電路處理成方波，再送入單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，根據(jù)數(shù)字信號給相應(yīng)的變量賦值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，其特征在于，單片機(jī)的存儲部分包括存入的活塞位置標(biāo)定表和凸輪軸相位表，所述的活塞位置標(biāo)定表是根據(jù)曲軸信號靶盤所挖制的128組不同形式的缺口而定，活塞位置標(biāo)定表的作用是建立信號與曲軸位置的對應(yīng)關(guān)系；所述的凸輪軸相位表是根據(jù)凸輪軸信號靶盤的四處有效區(qū)域而定，凸輪軸相位表的作用是建立信號與發(fā)動機(jī)相位的對應(yīng)關(guān)系。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種發(fā)動機(jī)活塞位置和相位全工況測量系統(tǒng)，解決了能夠精確測量發(fā)動機(jī)活塞的停止位置和各缸相位且能夠判斷發(fā)動機(jī)曲軸正反向旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型采用光電元件作為傳感器，能在低速時(shí)產(chǎn)生出準(zhǔn)確的信號，所設(shè)計(jì)的曲軸信號靶盤均布有128處不同的缺口，通過信號靶盤隨曲軸旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生出128組的不同的信號，標(biāo)定出活塞的絕對位置，且能夠判斷發(fā)動機(jī)的正反向旋轉(zhuǎn)。凸輪軸信號靶盤的四個(gè)有效區(qū)域也能將發(fā)動機(jī)的相位標(biāo)定出來。本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的測量系統(tǒng)不論從功能還是精度上能夠滿足直噴汽油機(jī)瞬時(shí)反轉(zhuǎn)直接起停系統(tǒng)的活塞位置和發(fā)動機(jī)相位的實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)也能完成現(xiàn)有發(fā)動機(jī)對曲軸轉(zhuǎn)速和凸輪軸相位的測量。
文檔編號G01M15/06GK201561856SQ20092029159
公開日2010年8月25日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者于秀敏, 許楠, 何玲, 宮長明, 李國良, 梁金廣, 孫平, 董偉, 齊萬強(qiáng), 張?jiān)? 申請人:吉林大學(xué)