控制发动机运行的方法和发动机控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种控制发动机运行的方法和发动机控制系统。所述控制发动机运行的方法包括：面对所述发动机的曲轴设置第一传感器和第二传感器；所述第一传感器和所述第二传感器均采集所需的所述发动机的曲轴的速度和位置信息并传递至电子控制单元进行处理；当1）由所述第一传感器采集的所述曲轴的速度和位置信息为故障信息；以及2）由所述第二传感器采集的所述曲轴的速度和位置信息为故障信息时，所述电子控制单元指令所述发动机熄火或不启动。本发明涉及的所述方法制定了备用策略以维持发动机启动和运行，提高了发动机的可靠性。
【专利说明】控制发动机运行的方法和发动机控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机管理系统领域，具体说涉及一种控制发动机运行的方法和发动机控制系统。
【背景技术】
[0002]二冲程发动机是指发动机的进气、压缩、作功、排气四个过程在曲轴旋转一周，活塞运行两个行程完成一个工作循环的发动机。二冲程发动机不设置阀，每一回转点火一次，可在任何方位上运转，这些优点使二冲程发动机更加轻便，简易，制造成本低廉。但是这种形式的发动机没有凸轮轴，只有曲轴。因此曲轴的位置管理只基于一个安装在曲轴上的速度传感器。
[0003]通过该传感器，发动机可以将曲轴的转速、位置等情况转换成电信号，送入控制器。控制器将这些信息与储存信息比较，精确计算后输出控制信号。根据该控制信号，不仅可以精确控制燃油供给量，而且可以控制点火提前角等，极大地提高了发动机性能。
[0004]由于只有一个传感器，误测情况屡屡发生。一旦传感器采集不到曲轴的信号，或采集到微弱的信号，系统都会认为此时发动机处于故障隐患中，属于不利或危险的状态。很多因素会导致这种故障假象，包括传感器的零部件损坏、传感器电路断路、传感器的安装位置与被测物之间的距离过远等，都会影响传感器检测结果的稳定性和可靠性。因为没有后备的控制策略，发动机控制系统针对这种故障假象会作出不合需要的判断和响应。包括:当传感器失效或产生问题信号时，如果此时发动机在运行，则控制器会指令发动机熄火；如果此时发动机仅曲轴在运动，则控制器会指令发动机不启动。因此，发动机控制系统根据传感器的检测很难准确地判断曲轴的真实状态。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的主要技术问题是针对传感器采集的曲轴信息，发动机有备用控制策略可对其监控，避免误判，提高发动机运行效率。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种控制发动机运行的方法，包括:面对所述发动机的曲轴设置第一传感器和第二传感器；所述第一传感器和所述第二传感器均采集所需的所述发动机的曲轴的速度和位置信息并传递至电子控制单元进行处理；当I)由所述第一传感器采集的所述曲轴的速度和位置信息为故障信息；以及2)由所述第二传感器采集的所述曲轴的速度和位置信息为故障信息时，所述电子控制单元指令所述发动机熄火或不启动。
[0007]在前述的方法中，可选地，当所述第一传感器、所述第二传感器中的一者采集到的所述曲轴的速度和位置信息为故障信息时，采用另一传感器采集到的所述曲轴的速度和位置信息作为备用。进一步地，当另一传感器采集到的所述曲轴的速度和位置信息为正常信息时，所述电子控制单元使用所述正常信息进行下一级的活塞点火计算。具体说包括两种情况，当第一传感器采集到故障信息而第二传感器采集到正常信息，或当第一传感器采集到正常信息而第二传感器采集到故障信息，均适用上述方法。当然，也适用于多个传感器工作，如果有一个传感器采集到了正常信息，而其他传感器采集到了故障信息，就使用正常信息作后续处理。
[0008]在前述的方法中，可选地，当所述第一传感器和所述第二传感器采集的所述曲轴的速度和位置信息均为正常信息时，所述电子控制单元择一标定并进行下一级的活塞点火计算。如果两个传感器采集到的都是正常信息，则进行标定选出其中一组信息，放弃另一组，以进行后续处理。同样，如果多个传感器采集到的信息是正常的，通过标定最后保留出一组。
[0009]在前述的方法中，可选地，标定可以采用优先原则，即可以设置所述第一传感器为主传感器，所述第二传感器为副传感器，在这种情况下，所述主传感器采集的所述正常信息优先被标定。多种传感器可以相对曲轴安装在不同的位置上，传感器之间间隔一定距离，可以采集曲轴不同部分上的同类信息。发动机的曲轴可以具有离合器端，该端接近离合器，还可以具有自由端，该端远离离合器。考虑到自由端因为不加传动负载，振动效果较明显，因此优选地，设置所述主传感器采集曲轴上接近离合器一端的速度和位置信息，所述副传感器采集曲轴上远离所述离合器一端的速度和位置信息。即优先考虑离合器一端上的信号。
[0010]在前述的方法中，可选地，当两传感器布置在不同位置上时，所述第一传感器、所述第二传感器各自对应一个安装在所述曲轴上的触发轮，所述触发轮上设有多个齿，所述第一传感器、所述第二传感器测所述触发轮的转速，以及相邻所述齿之间的时间间隔。两传感器也可靠近设置，在这种情况下，所述第一传感器、所述第二传感器共享同一个安装在所述曲轴上的触发轮。传感器和触发轮都可以有其他的替代形式，只要能测量所需的曲轴的位置和速度信息即可。
[0011]在前述的方法中，可选地，所述方法适用于二冲程发动机。
[0012]本发明还提供了一种发动机控制系统，包括发动机、曲轴、以及面对所述曲轴设置的第一传感器、第二传感器，并且所述第一传感器、所述第二传感器均采集所需的所述发动机的曲轴的速度和位置信息，所述第一传感器、所述第二传感器均与电子控制单元电连接；当I)由所述第一传感器采集的所述曲轴的速度和位置信息为故障信息；以及2)由所述第二传感器采集的所述曲轴的速度和位置信息为故障信息时，所述电子控制单元指令所述发动机熄火或不启动。
[0013]本发明与现有技术相比增加了传感器，当其中一个传感器采集到的信息被认为是故障信息时，发动机不会立即作出熄火或不启动的指令，只有在两个传感器采集到的信息均被认为是故障信息时，才能确定发动机处于不利状态，需采取相应的措施。在提高发动机运行性能的同时使传感器得到合理配置，无需增加安装空间。
[0014]通过以下参考附图的详细说明，本发明的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，附图仅仅意图概念地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]结合附图参阅以下【具体实施方式】的详细说明，将更加充分地理解本发明，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中:
图1显示为采用本发明涉及的发动机控制系统的一种【具体实施方式】的结构示意图；
图2显示为本发明涉及的控制发动机运行方法的一种【具体实施方式】的流程示意图；
图3 — 6显示为图2所示的控制发动机运行方法的信号传输路线图。
【具体实施方式】
[0016]为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的【具体实施方式】。
[0017]参见图1，为采用本发明涉及的管理发动机11位置的方法的发动机控制系统的结构示意图。所述发动机控制系统优选适用于具有两个行程的二冲程发动机，发动机的曲轴转一圈就完成一个工作循环的是二冲程发动机。图中所示的发动机控制系统包括发动机11和曲轴12。曲轴12露出发动机11的一端加载负载,动力从这里传递出去。该端连接离合器15,并通过离合器15与驱动轴16连接。另一端为自由端,可以连接风扇17。在曲轴12附近设置有传感器，来采集曲轴12的速度和位置信息。传感器至少有两个，一个为主传感器13，另一个为副传感器14。两传感器13、14固定在发动机11上，并且与电子控制单元(ECU)电连接。
[0018]作为本发明可选的一种实施方式，传感器感应于设置在曲轴12上的触发轮以确定发动机11的速度和位置信息。触发轮又叫信号盘，其上沿圆周设有按6°间隔的齿，并且在特定角度缺失两齿，以提供参考点来识别曲轴12的位置，因此总共有58个齿。触发轮随着曲轴12转动，轮上的齿依次经过传感器的信号接收端，激励周围的磁通量发生变化，产生正弦曲线的输出电压信号。随着发动机11的每分钟转数(rpm)增加以及触发轮经过传感器的速度增加，输出电压在幅度和频率上都有所增力卩。如果连接电子控制单元，信号电压会有峰值电压(发动机速度进一步的增加不会产生更大的信号幅值)。一般情况下，除非采集到的信号参数非常小或非常大，管理发动机11的电子系统不会特别监视或反应于输出电压，但保持实时测量每个信号脉冲(即信号频率)之间的时间间隔。所述信号参数取决于经过传感器的齿的个数，以及齿经过的速度。
[0019]当然，也可采用根据其他工作原理来采集曲轴12的转速和位置信息的传感器。传感器包括但不限于磁电、光电、霍尔效应、激光、或接触等各种类型的车用速度传感器。当然，也可采用其他可替代形式的触发轮，如触发轮上设光孔以代替齿。
[0020]本发明涉及的发动机控制系统因为具有两个传感器而可以产生备用信号以维持发动机11的运行或启动发动机11。传感器的故障信息包括零输出，或者过小/过大的信号输出。可以对传感器的输出设定阈值或数值范围，当传感器的输出信号参数值小于阈值时，可以诊断为传感器发生故障，当传感器的输出信号参数值在所设的数值范围内，说明传感器采集到的信号属于正常信息，可以进行下一级的分析处理。
[0021]传感器和触发轮在发动机11中的位置应顾及其准确测量及方便安装等因素。在图示的【具体实施方式】中，主传感器13和副传感器14分别对应一个触发轮，被安装在发动机11的不同位置上，因此电子控制单元最终获取和处理的是两股传感器信号，本领域技术人员应理解的是，这是优选而不是唯一的布置方式。
[0022]图2示出的是本发明涉及的控制发动机11运行方法的一种【具体实施方式】的流程示意图。这个流程是发动机管理系统(EMS)的一部分。
[0023]主传感器13和副传感器14同时对主触发轮18和副触发轮19采集信息，并通过电缆线和接头20将两股信号一同传输至电子控制单元并进行处理。由于原始信号为模拟信号，在转为电子控制单元可接受和分析的信号前，两股信号首先经过单元A，该单元A为信号处理硬件模块单元，由多个硬件元器件模块构成，通过这些硬件元器件模块可以对初始信号进行转换。随后，经转换的两股信号进入单元B，即信号缓冲和硬件封装单元，在该单元B中，信号被采集并进行合理性检查，同时信号的边缘变化时刻存入缓冲器。经缓冲和封装完后，两股信号接着进入后一级处理单元C中。
[0024]由图可知，在这一级处理中，数据开始被分流。首先根据测量到的脉冲信号，即记录曲轴12转角度数的信号，随后计算分段时间，再识别传感器信号故障状态，同时计算发动机转速。根据发动机每缸活塞上止点与曲轴12转角度数存在着的对应关系，识别出各缸活塞上止点在曲轴信号序列上的位置。
[0025]在上述数据处理过程中，保持对电子信号的有效性判断，一旦信号满足发动机电子系统设定的故障条件，则诊断传感器采集到的是故障信息。由于在图示的【具体实施方式】中包含了至少两股信号，每一股信号的处理过程相同，电子控制单元需将所有信号处理完后才能分送至下一级处理单元。单股信号的诊断结果不会直接影响后续分析、判断和处理步骤。
[0026]图3所示为本发明涉及的控制发动机运行的方法中的第一种处理情况。如果主传感器13的信号被诊断为故障信息，说明主传感器13或主传感器13采集到的曲轴12相关信息有异常情况，但这不足以让电子系统认为发动机11处于不利或危险状态。随后处理副传感器14传来的信号，当副传感器14的信号也被诊断为故障信息时，两组数据直接被送到单元G，在单元G中作“与”运算，结果为零，说明两传感器13、14都测到了故障信号，在该步骤完成后，系统才能基本认为此时发动机11不可继续运行或不适合启动，并把结果传递至下一级的应用处理单元H处理。设置主传感器13和副传感器14的意义在于分配信号处理的先后顺序，而且可以根据实践指定优先处理的传感器。应理解的是，在这里“主次”是相对的，可以有颠倒或其它变化。
[0027]图4所示为本发明涉及的控制发动机运行的方法中的第二种处理情况。如果主传感器13的信号被诊断为故障信息，但随后处理的副传感器14的信号正常，则根据图示，主传感器13的故障状态信息被送到另一个单元E，副传感器14的信息也被送到单元E。在单元E中，根据主传感器13故障状态选取正常的一股信号，即由副传感器14测得的信号，并进而将该信号数据通过单元F送到单元H。
[0028]图5所示为本发明涉及的控制发动机运行的方法中的第三种处理情况。如果主传感器13的信号被诊断为正常信息，但随后处理的副传感器14的信号为故障信号，则处理方式与前述方式基本相似。主传感器13的信号直接被送到单元F，副传感器14的故障状态信息也直接被送到单元F。在单元F中，根据副传感器14的故障状态选取正常的一股信号，即由主传感器13测得的信号，并进而将该信号数据送到单元H。单元H串联单元F，是单元F的下一级处理单元。可知的是，单元F与单元H在电子控制单元中的布置顺序完全可以颠倒串联，或者并联。
[0029]还有一种情况，参见图6所示，如果主传感器13的信号和副传感器14的信号均为正常，则进入标定单元D。在该标定单元D中，在正常的两股信号中选出一股。可以设置优选主传感器13的信号，也可以考虑到发动机11的自由端的振动偏大，优选设置在发动机11的离合器一端上的传感器信号。经标定的信号进入图示的下一级串联的处理单元E、单元F。可知的是，标定单元D与单元E和/或单元F在电子控制单元中的布置顺序完全可以颠倒串联，或者并联。
[0030]两股信号经处理后，无论哪种结果，最终都会进入单元H。单元D、单元E、单元F、单元H内都设有开关式电路，它们可以接收多个输入，随后将选中的一股信号输出至下一级。汇总结果的单元H发送指令给下一级的应用处理单元I。在应用处理单元I中，根据输入的信号精确计算各活塞的点火时间。如果输入信号为零，当发动机11尚未启动时，使发动机11不启动；当发动机11运行时，使发动机11熄火。
[0031]本发明涉及的系统提高了监测、评估、诊断和纠正发动机异常的能力，也提高了故障处理能力和通过监测和适应自身运行以确保任何变化不会轻易影响发动机性能的能力，优化了发动机的性能并提高效率。
[0032]以上【具体实施方式】仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明的范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【权利要求】
1.控制发动机(11)运行的方法，其特征是包括: 面对所述发动机(11)的曲轴(12)设置第一传感器和第二传感器； 所述第一传感器和所述第二传感器均采集所需的所述发动机(11)的曲轴(12)的速度和位置信息并传递至电子控制单元进行处理； 当I)由所述第一传感器采集的所述曲轴(12)的速度和位置信息为故障信息；并且2)由所述第二传感器采集的所述曲轴(12)的速度和位置信息为故障信息时，所述电子控制单元指令所述发动机(Π)熄火或不启动。
2.根据权利要求1所述的控制发动机(11)运行的方法，其特征是:当所述第一传感器、所述第二传感器中的一者采集到的所述曲轴(12)的速度和位置信息为故障信息，而所述另一传感器采集到的所述曲轴(12)的速度和位置信息为正常信息时，所述电子控制单元使用所述正常信息进行下一级的活塞点火计算。
3.根据权利要求1所述的控制发动机(11)运行的方法，其特征是:当所述第一传感器和所述第二传感器采集的所述曲轴(12)的速度和位置信息均为正常信息时，所述电子控制单元择一标定并进行下一级的活塞点火计算。
4.根据权利要求3所述的控制发动机(11)运行的方法，其特征是:所述第一传感器为主传感器(13)，设置所述主传感器(13)采集所述曲轴(12)上接近离合器一端的速度和位置信息，所述第二传感器为副传感器(14)，所述副传感器(14)采集所述曲轴(12)上远离所述离合器一端的速度和位置信息，其中所述主传感器(13)采集的所述正常信息优先被标定。
5.根据权利要求4所述的控制发动机(11)运行的方法，其特征是:所述第一传感器、所述第二传感器各自对应一个安装在所述曲轴(12)上的触发轮，所述触发轮上设有多个齿，所述第一传感器、所述第二传感器测所述触发轮的转速，以及相邻所述齿之间的时间间隔。
6.根据权利要求1至5任一项所述的控制发动机(11)运行的方法，其特征是:所述发动机(11)为二冲程发动机。
7.发动机控制系统，其特征是:包括发动机(11)、曲轴(12)、以及面对所述曲轴(12)设置的第一传感器、第二传感器，并且所述第一传感器、所述第二传感器均采集所需的所述发动机(11)的曲轴(12)的速度和位置信息，所述第一传感器、所述第二传感器均与电子控制单元电连接；当由所述第一传感器采集的所述曲轴(12)的速度和位置信息为故障信息；并且所述第二传感器采集的所述曲轴(12)的速度和位置信息为故障信息时，所述电子控制单元指令所述发动机(Π)熄火或不启动。
8.根据权利要求7所述的发动机控制系统，其特征是:所述第一传感器、所述第二传感器共享同一个安装在所述曲轴(12)上的触发轮。
9.根据权利要求7所述的发动机控制系统，其特征是:所述第一传感器、所述第二传感器分别对应在所述发动机(11)的两端处的所述曲轴(12)上的触发轮，其中一个触发轮设在接近离合器(15)的所述曲轴(12)上，另一个触发轮设在远离所述离合器(15)的所述曲轴(12)的自由端上。
10.根据权利要求7至9任一项所述的发动机控制系统，其特征是:其中发动机为二冲程发动机。
【文档编号】F02D41/02GK104279063SQ201310283700
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2013年7月8日
【发明者】宋要奇, 张雪飞, 王由, 朱黎明, K·冈特纳·张 申请人:博世（中国）投资有限公司