专利名称：汽车发动机控制系统的节气门位置传感器及工作方法
汽车发动机控制系统的节气门位置传感器及工作方法技术领域 本发明涉及一种传感器，更具体地说涉及汽车发动机控制系 统的节气门位置传感器及工作方法。
背景技术：
为了符合不断发展的社会生产和生活需要，现代汽车使用越 来越多的新技术已经成为一种必然趋势。这些新技术的应用给汽车带来了 诸多益处，对不同负载、路段、环境、行驶和操作状况的反应日益完善、 迅速；改善了车辆的经济性；降低了排放；提高了驾乘的舒适性。但是， 这些新技术的应用在给汽车带来日渐完备功能的同时，也对整个汽车电气 系统可靠性提出了更高的要求，采用大量的电子装置不仅要能够抵抗外界 环境可能出现的干扰，如雷电、车辆附近是否有高压源、是否使用大功率 的无线发射设备。也必须考虑汽车内部电源、电磁场的干扰，如电源波动、 线圈点火引起的干扰、以及电子设备和产品中的大量电容和电感带来的干 扰，这些外界环境和内部产生的电磁波都会对汽车电子系统产生不良的影 响，甚至损坏电子元器件。因此，在设计汽车电子零部件的时候，就应该特别考虑到，器件的抗 干扰性，尽量减少因电磁干扰对系统带来的影响。发动机控制系统在整个 汽车配件组成中扮演着十分重要的角色，节气门位置传感器是发动机控制 系统中比较关键的零部件之一，在以往的节气门位置传感器中，该节气门 位置传感器的结构主要由壳体、壳盖、电刷摇臂、电刷、电路板、接线端 子及端子护套等组成，采用单一组碳膜电阻、电刷、单输出信号的设计， 当电路受到干扰，如电源波动时，ECU读取的节气门位置传感器输出的电 压信号会发生偏差，由于节气门位置传感器只有单一信号输出，当输出信 号发生偏差时，测量结果就不准确了，势必会影响ECU对发动机的控制。 这样就会将会波及到发动机正常的点火、喷油，对车辆的使用造成不利影 响。同时， 一旦这组碳膜电阻或电刷损坏，那节气门位置传感器就完全失 效了，将会更严重地影响发动机的正常工作
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种可以抗干扰、且 具有冗余设计的汽车发动机控制系统的节气门位置传感器。本发明包括碳膜电阻、电刷、电刷摇臂，碳膜安装在电路基板上，电 刷摇臂安装在传感器的节气门轴安装位置上，电刷安装在电刷摇臂上，其 特征在于所述的碳膜、电刷分别为两组，属于不同组的两条可以输出两 个不同的、互补性的电压信号的碳膜连接ECU。所述的两组碳膜为四条，从上往下，依次两条碳膜为一组，所述的两 组电刷对应地为四个。所述的四条碳膜的中间两条的两端分别连接电压值相等、极性相反的电压，上下两条碳膜分别与ECU连接。这种结构连线简单，仅采用4个引脚。所述的四个电刷安装在同一个电刷摇臂上，从摇臂的节气门安装孔到 摇臂尾部，依次两个电刷为一组。所述的四条碳膜为同心弧线结构。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种所述的汽车发动机控制系 统节气门位置传感器的工作方法。所述的使用方法包括以下步骤(1) 节气门位置传感器工作时，两组碳膜输出的两个互补的电压信 号同时输入ECU;(2) ECU根据两个电压信号互补的特点，判断信号是否受到较大干 扰， 一旦受到较大干扰，ECU可以通过计算信号偏差量修正干扰量，将偏 差的信号电压值还原到合理范围。所述的两组碳膜中间两条的两端分别连接电压值相等、极性相反的电 压U，两组碳膜输出的两个互补的电压信号U1 、 U2满足U1+U2二U。在一组碳膜或电刷损坏时，ECU也可以通过两组碳膜输出信号互补这 一特性，获得有效信号U^U-U2 ，继续工作。本发明由于采用两组碳膜输出两个不同的、互补性的电压信号到 ECU。因此ECU可以根据两个电压信号互补的特点，对有必要修正的信号 进行修正，对发动机控制的准确性就可以得到一定的提高，实现了较好的 抗干扰性。同时，本发明还具有冗余性，即一组碳膜或电刷损坏时，ECU 也可以通过两组碳膜输出信号互补这一特性，获得有效信号，继续工作。
图l是传感器壳盖方向的外形图；图2是传感器与节气门轴连接方向的外形图；图3是传感器纵轴中心线剖面图(纵轴中心线如图2);图4是传感器电刷摇臂的主视图；图5是传感器电刷摇臂的俯视图；图6是传感器内碳膜及电刷的示意图；图7是传感器碳膜电路布置图；图8是传感器的电刷摇臂及电刷结构示意图，采用双电刷结构；图9是图6中两对碳膜电阻的Up/U—节气门转角对应关系，其中Up是指电刷接触到碳膜相应位置时的输出电压值，U为电源电压；图IO是干扰前后，两对碳膜电阻Up/U—节气门转角对应关系曲线的变化；图11是ECU对信号的修正过程的流程图。图中1、接线端子，11、电路基板上的引脚，12、电路基板上的引脚， 13、电路基板上的引脚，14、电路基板上的引脚，2、端子护套，3、电刷 摇臂，4、壳盖，5、电路板，6、节气门轴安装孔，7、电刷摇臂尾部，81、 碳膜，82、碳膜，83、碳膜，84、碳膜，91、电刷，92、电刷，93、电刷， 94、电刷。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。该节气门位置传感器的外形结构，如图1、 2所示，外形简洁，制造简 单。图3是其剖面结构，标注出了该位置传感器的主要组成部分该节气 门位置传感器由壳体、壳盖4、电刷摇臂3、电刷、电路板5、接线端子l 及端子护套2等组成，接线端子1一共4只11、 12、 13、 14，作为引脚分 别与电源、地线、ECU相连；端子护套2主要作用是保护端子以及保证端 子与外部连接时的可靠性，并具有防水密封性；电刷摇臂3与传感器节气 门轴安装孔6相连。其中电刷摇臂如图4和图5所示。电刷摇臂的主要作 用是配合节气门轴一起做同轴转动，从而带动尾部的电刷在碳膜上滑动。实施方式中的电喷节气门位置传感器安装在节气门体上，如图4、图 5、图6、图7、图8所示，包括碳膜、电刷、电刷摇臂，碳膜安装在电路 基板上，共四条，从上往下，依次两条碳膜为一组，即碳膜81、碳膜82
为第一组，碳膜83、碳膜84为第二组。中间两条碳膜82、 83的两端分别 连接电压值相等、极性相反的电压，上下两条碳膜81、 84分别与ECU连 接。电刷摇臂3安装在节气门轴安装孔6上，电刷安装在电刷摇臂3上， 电刷总共为四个，四个电刷安装在同一个电刷摇臂3上，从摇臂3的节气 门轴安装孔到摇臂尾部7，依次两个电刷为独立一组，即电刷91、电刷92 为第一组，电刷93、电刷94为第二组。两组碳膜均采用同心弧线设计， 这种设计方式，能够使碳膜配合两组电刷转动时的同心圆弧轨迹，有效地 向ECU输出信号，且结构简单、易行。电路基板上的碳膜电阻和电路的布置如图7中所示，4个引脚定义分别是脚11——碳膜第一组的信号输出脚12——电源输入脚13——碳膜第二组的信号输出脚14——接地节气门门板一转动，摇臂也带着两组电刷进行同轴转动。如果在碳膜 两端加上合适的电压，两组电刷在碳膜电阻上滑动的同时，也为ECU提供 两个电压信号，这两个信号在未受到干扰前有互补特性。这种特性可以帮 助ECU判断信号是否受到干扰，如果受到干扰，就可以经过修正，及时还 原干扰信号，增加传感器的准确性。这就是实施方式中的电喷节气门位置 传感器的基本工作原理。下面结合附图9、附图IO、附图ll，来进一步说明实施方式中的电喷节气门位置传感器的工作过程。假设输入电源为U，第一组碳膜输出信号为U1，第二组碳膜输出信号 为U2 ，随着节气门门板的转动，Ul 、 U2随门板旋转角度变化的曲线如 图9所示，这两条曲线是斜率完全互补的线性曲线，也就是说，无论节气 门门板旋转至允许角度范围内的任一角度，始终有U1+U2=U 。该节气门位置传感器工作时，输出的两个电压信号同时输入ECU， U2 信号的作用是帮助ECU判断信号是否受到干扰并计算出干扰量，从而修正 Ul信号。而被修正后的Ul信号就是ECU修正发动机喷油点火所需的信 号。 一旦节气门位置传感器受到干扰，Ul 、 U2信号就会出现偏差，如图 IO所示，假设V为偏差量，发生偏差后的信号为U1'、 U2'。此时ECU采集到ur、 U2'后，如果不进行修正，则系统输出的指令会有一定的误有作用在排气阀32的杆42上的凸轮40。通过装置44来控制非汽化进气阀24的运动，从而使孔口打开/关闭，该装置 44允许改变其提升规律，尤其是在其打开和关闭时刻，通常称为WT (可变阀定 时)。有利的是，这些WT类型的装置基本包括转动的凸轮轴46，该凸轮轴46称 为进气凸轮轴，并设有作用在进气阀24的杆50上的凸轮48。当然，这两个凸轮轴可以通过与任何发动机配装在一起的诸如定时链或带之类 的任何已知装置来同步驱动。通过独立于进气凸轮轴46的附加控制装置来提供对于碳化空气进气阀22的控制。这些附加装置可以是通过诸如上述定时链或带之类的任何已知装置来与进气 凸轮轴和排气凸轮轴同步驱动的第三凸轮轴。有利的是，如同在下文中所更详细描述的，这些附加控制装置包括用于由排气 凸轮轴38控制的、用于致动碳化空气进气阀22的装置52。这些致动装置包括阀杆54，该阀杆54具有安装成在枢轴56上转动的杆，该 枢轴56固定至发动机，更具体地说固定至汽缸盖位于阀22和排气凸轮轴之间的部 分。该阀杆54因此包括两个杆臂， 一个杆臂位于枢轴和放置在阀22的杆58上的 该阀杆54末端之间，另一个杆臂位于枢轴和放置在由排气凸轮轴38支承的凸轮 60上的另一末端之间。通过诸如任何发动机通常都设有的发动机计算机之类的控制单元(未示出)， 来控制VVT类型的进气凸轮轴46。该发动机计算机包括图谱或图表，从而能够根 据发动机的运行条件，来实施或不实施给存在于燃烧室中的残余燃烧废气扫气的阶 段，以及在预定时刻和持续选定时间的燃料喷射。熟悉本领域的技术人员可以推知由排气凸轮轴38支承的凸轮40、 60、以及在阀杆54的末端和枢轴56之间的各个杆臂的轮廓和角度偏移，从而进气阀22在邻 近排气阀32关闭时开始打开。因此，当运行时并且在发动机所需的动力变化的情况下，或者当该发动机在低 或中速和高负荷的情况下其运行的构造中，给发动机供给增压空气，并且实施燃烧 废气的扫气阶段，且在发动机的排气循环结束时和在进气循环开始时阀交叠。在这种情况下，参见图2 (部分B)，排气阀32通常在排气下死点(PMBe) 附近打开，并且在由排气凸轮轴38支承的凸轮40的作用下，它在进气上死点 (PMHa)附近关闭。发动机计算机在PMHa附近控制VVT型凸轮轴46，该凸轮
权利要求
1、汽车发动机控制系统的节气门位置传感器，包括碳膜电阻、电刷、电刷摇臂，碳膜安装在电路基板上，电刷摇臂安装在传感器的节气门轴安装位置上，电刷安装在电刷摇臂上，其特征在于所述的碳膜、电刷分别为两组，属于不同组的两条可以输出两个不同的、互补性的电压信号的碳膜连接ECU。
2、 根据权利1所述的电喷节气门位置传感器，其特征在于所述的两 组碳膜为四条，从上往下，依次两条碳膜为一组，所述的两组电刷对应地 为四个。
3、 根据权利2所述的电喷节气门位置传感器，其特征在于所述的四 条碳膜中间两条的两端分别连接电压值相等、极性相反的电压，上下两条碳膜分别与ECU连接。
4、 根据权利2所述的电喷节气门位置传感器，其特征在于所述的四个电刷安装在同一个电刷摇臂上，从摇臂的节气门轴承安装孔到摇臂尾部， 依次两个电刷为一组。
5、 根据权利2所述的电喷节气门位置传感器，其特征在于所述的四条碳膜为同心弧线结构。
6、 汽车发动机控制系统的节气门位置传感器的工作方法，包括以下步骤(1) 节气门位置传感器工作时，两组碳膜输出的两个互补的电压信 号同时输入ECU;(2) ECU根据两个电压信号互补的特点，判断信号是否受到较大干 扰， 一旦受到较大干扰，ECU可以通过计算信号偏差量修正干扰量，将偏 差的信号电压值还原到合理范围。
7、 根据权利6所述的工作方法，其特征在于所述的两组碳膜中间两 条的两端分别连接电压值相等、极性相反的电压U，两组碳膜输出的两个 互补的电压信号U1 、 U2满足U1+U2二U。
8、 根据权利6所述的工作方法，其特征在于在一组碳膜或电刷损坏 时，ECU也可以通过两组碳膜输出信号互补这一特性，获得有效信号111= U-U2 ，继续工作。
全文摘要
本发明公开了一种具有抗干扰和冗余性的汽车发动机控制系统节气门位置传感器原理及其工作方法。此传感器包括碳膜电阻、电刷、电刷摇臂等。碳膜电阻在电路基板上，电刷摇臂在传感器的节气门轴安装位置上，电刷安装在电刷摇臂上。其特征在于所述的碳膜、电刷分别为两组，属于不同组的两条可以输出两个不同的、互补性的电压信号的碳膜连接ECU。本发明由于采用两组碳膜输出两个不同的、互补性的电压信号到ECU。因此ECU可以根据两个电压信号互补的特点，对有必要修正的信号进行修正，从而对发动机控制的准确性就可以得到一定提高，实现了较好的抗干扰性。同时，本发明还具有冗余性，即一组碳膜或电刷损坏时，ECU也可以通过两组碳膜输出信号互补这一特性，获得有效信号，继续工作。
文档编号F02D41/14GK101117921SQ20061006200
公开日2008年2月6日 申请日期2006年8月2日 优先权日2006年8月2日
发明者伟 姚, 欧阳方杰 申请人:比亚迪股份有限公司