一种曲轴位置测定装置及发动机的制作方法

本实用新型涉及发动机领域，具体而言，涉及一种曲轴位置测定装置及发动机。

背景技术：

随着电子技术的发展，现代活塞式发动机已经实现了电子控制方式，使发动机的燃油经济性、废气排放、动力输出等方面得到了极大提升。要实现发动机的精确控制，就需要各种传感器提供发动机当前信息输入到电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)，ECU通过计算输出控制信号到执行元件，使发动机根据需要在各种工况下均能在最佳状态运行。其中决定发动机的喷油和点火时间的一个关键信号来自于曲轴位置传感器(凸轮轴位置传感器)。

现有技术中，发动机工作时，曲轴会同步带动一个信号齿盘，通常会去掉信号齿盘中的一个齿尖，将缺齿后的第一齿对应发动机的某个特定位置做为起始点，当齿轮的齿尖在曲轴位置传感器上时就可以感应出脉冲信号，再将该脉冲信号传输至ECU，ECU依据齿尖信号的脉冲间隔时间判断发动机的起始位置，但在发动机启动时，由于气缸压缩量的变化，启动电机实际是带动发动机做变速旋转的，传感器输出的齿轮盘信号脉冲宽度也是变化的，特别在启动电池电压下降时，ECU对缺齿信号误判造不能迅速准确判断发动机的位置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种曲轴位置测定装置，以实现在曲轴旋转一周的范围内即可精确判断发动机当前位置，使得发动机启动迅速、工作可靠。

本实用新型的另一目的在于提供一种发动机，通过应用上述曲轴位置测定装置，以实现在曲轴旋转一周的范围内即可精确判断发动机当前位置，使得发动机启动迅速、工作可靠。

本实用新型是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种曲轴位置测定装置，所述曲轴位置测定装置包括凸轮轴位置信号盘、至少一个复位标记、多个位置标记、复位标记检测器以及位置标记检测器，所述复位标记以及多个所述位置标记皆环绕且等距设置于所述凸轮轴位置信号盘，每个所述复位标记设置于每两个相邻的所述位置标记之间，所述复位标记检测器用于检测所述复位标记，所述位置标记检测器用于检测每个所述位置标记。

进一步地，所述复位标记为复位磁铁，所述位置标记为位置磁铁，所述复位磁铁与所述位置磁铁的极性相反，所述复位标记检测器为第一霍尔传感器、所述位置标记检测器为第二霍尔传感器，所述第一霍尔传感器与所述第二霍尔传感器能检测到的磁场极性相反。

进一步地，所述复位标记为第一射频识别标签，所述位置标记为第二射频识别标签，所述复位标记检测器为第一扫描读写器，所述位置标记检测器为第二扫描读写器。

进一步地，所述位置标记的个数能整除360。

进一步地，所述位置标记的个数为12个。

进一步地，所述位置标记的个数为60个。

进一步地，所述曲轴位置测定装置包括多个所述复位标记。

进一步地，所述凸轮轴位置信号盘采用轻质材料制成。

进一步地，所述凸轮轴位置信号盘采用铝制成。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种发动机，所述发动机包括发动机本体、曲轴箱、凸轮轴以及曲轴位置测定装置，所述曲轴箱、所述凸轮轴以及所述曲轴位置测定装置皆设置于所述发动机本体内，所述凸轮轴位置信号盘转动设置于所述凸轮轴的一端，所述复位标记检测器以及所述位置标记检测器皆设置于所述曲轴箱，所述曲轴位置测定装置包括凸轮轴位置信号盘、至少一个复位标记、多个位置标记、复位标记检测器以及位置标记检测器，所述复位标记以及多个所述位置标记皆环绕且等距设置于所述凸轮轴位置信号盘，每个所述复位标记设置于每两个相邻的所述位置标记之间，所述复位标记检测器用于检测所述复位标记，所述位置标记检测器用于检测每个所述位置标记。

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供的一种曲轴位置测定装置，通过分别设置位置标记以及复位标记，同时位置标记检测器检测位置标记，复位标记检测器检测复位标记，分别产生位置信号和复位信号并传输至ECU，使得发动机在凸轮轴位置信号盘旋转一周的范围内便能更加精准地计算出发动机当前的转动速度。

本实用新型提供的一种发动机，通过应用上述曲轴位置测定装置，使得发动机在凸轮轴位置信号盘旋转一周的范围内便能更加精准地计算出发动机当前的转动速度。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型第一实施例所提供的一种曲轴位置测定装置的结构示意图。

图2示出了本实用新型第一实施例所提供的一种曲轴位置测定装置中位置信号以及复位信号的脉冲。

图3示出了本实用新型第二实施例所提供的一种曲轴位置测定装置的结构示意图。

图4示出了本实用新型第二实施例所提供的一种曲轴位置测定装置中位置信号以及复位信号的脉冲。

图标：100-曲轴位置测定装置；110-凸轮轴位置信号盘；120-位置标记；130-复位标记；140-复位标记检测器；150-位置标记检测器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

第一实施例

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种曲轴位置测定装置100，应用于发动机。该曲轴位置测定装置100包括凸轮轴位置信号盘110、复位标记130、多个位置标记120、复位标记检测器140以及位置标记检测器150，复位标记130以及多个位置标记120皆环绕且等距设置于凸轮轴位置信号盘110。复位标记130设置于每两个相邻的位置标记120之间，复位标记检测器140用于检测复位标记130，位置标记检测器150用于检测每个位置标记120。

凸轮轴位置信号盘110用于安装复位标记130以及位置标记120，并在自身转动时带动复位标记130以及位置标记120一起转动。

现有的测定曲轴位置的装置，由于其采用的磁感应式位置传感器或霍尔式位置传感器内部镶嵌了磁铁，为了不影响传感器正常工作，因而与其对应的位置信号盘只能采用钢材制成，但钢材质量较重，这会造成曲轴位置测定装置100较重。因此，为不过多地给曲轴位置测定装置100增加重量，在本实施例中，凸轮轴位置信号盘110采用轻质材料制成，例如铝或铝合金等，因此曲轴位置测定装置100的质量较轻。

复位标记130与位置标记120设置于凸轮轴位置信号盘110的同一圆周上，且设置于相邻的两个位置标记120之间。在本实施例中，复位标记130为复位磁铁。磁铁具有南(S)极以及北(N)极，将复位磁铁的N级背离凸轮轴位置信号盘110。

复位标记检测器140用于检测位于凸轮轴位置信号盘110上的复位标记130，同时复位标记检测器140必须只能够检测复位标记130而不能检测到位置标记120，因而复位标记检测器140为单极性霍尔传感器。复位标记检测器140检测到复位标记130后生成复位信号，发动机的ECU只有在接收到该复位信号后才能得知发动机开始运转。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应的原理是，磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。霍尔传感器已经包含一个霍尔半导体片，也就是说，当霍尔传感器检测到磁场时，就会产生霍尔电压，通过脉冲信号的方式输出。而单极性霍尔传感器仅能在特定的磁场(N极或S极)下工作，即仅能检测到特定的磁场。

当凸轮轴位置信号盘110转动时，会带动复位标记130一起转动，复位标记130便会经过复位标记检测器140，复位标记检测器140每检测到一次复位标记130便会生成一个复位信号并将该复位信号传输至ECU，ECU每接收到一次复位信号便会复位，即将之前接收到的位置信号以及时间清零。也就是说，凸轮轴位置信号盘110每转一周便能生成一次复位信号，相应的ECU便会进行一次复位操作，这样的好处在于，能消除发动机长时间工作带来的累计误差。使得测定的转动速度也更加精确。

位置标记120用于测定凸轮轴位置信号盘110的转动角度。多个位置标记120环绕且均匀设置于凸轮轴位置信号盘110上，将凸轮轴位置信号盘110等分，如此便于计算每两个位置标记120与凸轮轴位置信号盘110圆心形成的夹角，减少变量，便于ECU计算发动机的起始位置。

此外，由于凸轮轴位置信号盘110一周为360度，为使安装位置标记120的过程更加方便，同时也是为了使设计人员及ECU的计算更简单，位置标记120的个数应能整除360。在本实施例中，曲轴位置测定装置100共包括12个位置标记120，12个位置标记120环绕且等距地设置于凸轮轴位置信号盘110上，用于将凸轮轴位置信号盘110的圆周等分成12个扇形，每个扇形的圆心角为30度，即说明当位置传感器连续两次检测到位置标记120时，凸轮轴位置信号盘110转动的角度为30度。

位置标记120为磁铁，但为避免复位标记检测器140在能检测到复位标记130的同时还能检测到位置标记120，位置标记120的S级应背离凸轮轴位置信号盘110。

位置标记检测器150用于检测位置标记120，与复位标记检测器140相同的是，位置标记检测器150同样为单极性霍尔传感器，但与之不同的是，位置标记检测器150能检测到的磁场极性与复位标记检测器140能检测到的磁场极性相反，这是由于位置标记120与复位标记130分别对应的位置磁铁以及复位磁铁的极性不一致决定的。

当凸轮轴位置信号盘110转动时，会带动位置标记120一起转动，位置标记120便会经过位置标记检测器150，位置标记检测器150每检测到一次位置标记120便会生成一个位置信号，并将该位置信号传输至ECU，ECU通过检测到位置标记120的间隔时间以及检测到位置标记120的次数，便能计算出凸轮轴位置信号盘110的转动速度。

例如，位置标记检测器150第一次检测到位置传感器时，便会生产一个位置信号，在位置标记检测器150第二次检测到位置传感器时便会再次生产一个位置信号，依次类推，在位置标记检测器150第九次检测到位置传感器时，也会产生位置信号。位置标记检测器150检测到九次位置传感器，并分别传输位置信号至ECU，ECU便能计算出凸轮轴位置信号盘110的转动角度，ECU接收到九次位置信号，便说明凸轮轴位置信号盘110转动了140度，再加上第一次产生位置信号以及第九次产生位置信号的时间间隔，设该时间间隔为T秒，ECU便能计算出在这段时间内凸轮轴位置信号盘110的平均转动速度为140/T。

需要说明的是，在发动机高速运转时，位置标记检测器150检测到相邻两个位置标记120的时间间隔很短，因而通过检测每两个相邻的位置标记120便能近似得出凸轮轴位置信号盘110当前的转动速度，即为发动机的实时转动速度。

请参阅图2，图2说明每当凸轮轴位置信号盘110转动一周，会生成一次复位信号以及12次位置信号。

曲轴位置测定装置100的工作原理为，当发动机开始运转时，凸轮轴位置信号盘110会开始转动，从而带动设置于凸轮轴位置信号盘110上的复位标记130和位置标记120一起转动；当复位标记检测器140检测到复位标记130时，会生成复位信号并将该复位信号传输至ECU，ECU接收到复位信号后才会默认位置信号有效，此时通过位置标记检测器150检测位置标记120并生成位置信号传输至ECU，ECU才能计算出发动机当前的转动速度。

第二实施例

本实用新型实施例还提供了一种曲轴位置测定装置100，需要说明的是，本实用新型实施例所提供的曲轴位置测定装置100，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。

请参阅图3，曲轴位置测定装置100包括凸轮轴位置信号盘110、多个复位标记130、多个位置标记120、复位标记检测器140以及位置标记检测器150，多个复位标记130以及多个位置标记120分别环绕且等距设置于凸轮轴位置信号盘110，此外，复位标记130设置于每两个相邻的位置标记120之间，复位标记检测器140用于检测复位标记130，位置标记检测器150用于检测每个位置标记120。

在本实施例中，复位标记130可以采用第一射频识别标签，位置标记120可以采用第二射频识别标签，相应的，复位标记检测器140为第一扫描读写器，位置标记检测器150为第二扫描读写器。通过采用射频识别技术，通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。其中，第一射频识别标签与第二射频识别标签分别使用不同的芯片，包括不同的数据，当第一扫描读写器扫描到第一射频识别标签时便生成复位信号并传输至ECU，当第二扫描读写器扫描到第二射频识别标签时便生成位置信号并传输至ECU。

此外，与第一实施例不同的是，本实施例提供的曲轴位置测定装置100包括多个复位标记130。在本实施例中，复位标记130的个数为两个，两个复位标记130分别设置于凸轮轴位置信号盘110直径的两端。需要说明的是，在其他实施例中，复位标记130的个数也可以是3个、4个、5个等。

复位标记130的个数为两个的曲轴位置测定装置100相对于只有一个复位标记130的曲轴位置测定装置100具有更高的测量精度。凸轮轴位置信号盘110每转动一周，复位标记检测器140便能检测到两次复位标记130，相应的也会传输两次复位信号至ECU，由于ECU接收到复位信号后会进行复位操作，这与第一实施例提供的曲轴位置测定装置100，凸轮轴位置信号盘110每转动一周才消除一次累计误差，本实施例提供的曲轴位置测定装置100，凸轮轴位置信号盘110每转动半周就能消除一次累计误差，即凸轮轴位置信号盘110每转动一周能消除两次累计误差，准确度更高。

在本实施例中，曲轴位置测定装置100包括60个位置标记120，60个位置标记120环绕且等距地设置于凸轮轴位置信号盘110上，用于将凸轮轴位置信号盘110的圆周等分成60个扇形，每个扇形的圆心角为6度，即说明当位置标记检测器150连续两次检测到位置标记120时，凸轮轴位置信号盘110转动的角度为6度。

本实施例中的60个位置标记120与第一实施例中的12个位置标记120相比，位置标记120的个数增加了很多，虽然随着位置标记120的增加，相应的，制造曲轴位置测定装置100的成本也会增加，但曲轴位置测定装置100的精度也更高。

凸轮轴位置信号盘110包括60个位置标记120时，由于相邻两个位置标记120之间的角度仅6度，相比于凸轮轴位置信号盘110包括12个位置标记120时相邻两个位置标记120之间的角度为30度，若发动机以同样的工作状态分别通过包括60个位置标记120的曲轴位置测定装置100以及包括12个位置标记120的曲轴位置测定装置100检测发动机的转动速度，第二实施例所提供的曲轴位置测定装置100测定的转动速度相对于第一实施例所提供的曲轴位置测定装置100测定的转动速度更贴近于发动机的实时转动速度。

请参阅图4，图4说明每当凸轮轴位置信号盘110转动一周，会生成两次复位信号以及60次位置信号。

第三实施例

本实用新型实施例还提供了一种发动机，包括发动机本体、曲轴箱、凸轮轴以及由第一实施例或第二实施例提供的曲轴位置测定装置100，曲轴箱、凸轮轴以及曲轴位置测定装置100皆设置于发动机本体内，凸轮轴位置信号盘110转动设置于凸轮轴的一端，复位标记检测器140以及位置标记检测器150皆设置于曲轴箱。

发动机工作时，凸轮轴位置信号盘110会绕凸轮轴转动，从而带动设置于凸轮轴位置信号盘110上的复位标记130和位置标记120一起转动；当复位标记检测器140检测到复位标记130时，会生成复位信号并将该复位信号传输至ECU，ECU接收到复位信号后才会默认位置信号有效，此时通过位置标记检测器150检测位置标记120并生成位置信号传输至ECU，因而发动机在凸轮轴位置信号盘110旋转一周的范围内便能计算出发动机当前的转动速度。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种曲轴位置测定装置，通过分别设置位置标记以及复位标记，同时位置标记检测器检测位置标记，复位标记检测器检测复位标记，分别产生位置信号和复位信号并传输至ECU，使得发动机在凸轮轴位置信号盘旋转一周的范围内便能更加精准地计算出发动机当前的转动速度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。