專利名稱：曲軸反向檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機，且更特定地涉及用于內燃機的發動才幾停止時的曲軸反向4企測系統。
背景技術：
在此提供的背景描述用于總體給出本發明的背景的目的。在此背景部分中描述的本發明人的工作，以及說明書的不可另外地視作提交時的現有4支術的方面，既不明示地也不隱含地-觀作本發明的現有才支術。
內燃機一般地包括多個氣缸，所述氣缸相繼地以進氣行程、壓縮行程、燃燒行程和排氣行程運行。當發動機停止時，氣缸的一個可能處于壓縮行程(即進氣被壓縮)。當發動機停止時，壓縮的充氣可能將活塞向下推動，從而導致曲軸在相反的方向上旋轉。如果未檢測到曲軸的反轉，則曲軸和凸輪軸的最終靜止位置可能難于識別，因此使得發動機再次啟動更困)^。
傳感器可以用于監測曲軸的角位移，但通常不能確定是否發生曲軸反轉。當再次啟動發動機時，可能需要進行曲軸的整轉以確定是否發生反轉。結果，發動機的運行可能在再次啟動時4皮延遲。
發明內容
因此，曲軸反向檢測系統包括傳感器模塊和與傳感器模塊通訊的控制模塊。傳感器模塊檢測與曲軸帶輪聯接的附件驅動皮帶的位置。控制模塊基于附件驅動皮帶的位置確定曲軸帶輪的旋轉位置。
確定曲軸反向的方法包括確定與曲軸帶輪聯系的附件驅動皮帶的位置，且基于附件驅動皮帶的位置確定曲軸帶輪的旋轉方向。
在其他特征中，傳感器模塊檢測與附件驅動皮帶聯接的皮帶張緊器的位置。控制模塊基于皮帶張緊器的位置確定曲軸帶輪的旋轉方向。
在其他特征中，傳感器模塊包括開關。在曲軸帶輪在反方向上旋轉后，皮帶張緊器從第一位置改變到第二位置。皮帶的靠近開關的部分在第二位置比在第一位置更加被張緊。在其他特征中，控制模塊確定當從動帶輪處發生皮帶打滑時是否發生反向旋轉。傳感器模塊包括用于從動帶輪的速度傳感器。曲軸速度感測模塊基于來自曲軸位置傳感器的信號確定曲軸速度。控制模塊包括速度比較模塊，所述速度比較模塊將從動帶輪的速度與曲軸速度進行比較。當曲軸在前進方向上旋轉時，從動帶輪處于皮帶的張緊側。當曲軸速度不等于預定比例的從動帶輪的速度時，控制模塊確定發生反向旋轉。
另外的應用領域從在此提供的描述中變得顯見。應理解的是描述和具體的例子僅意圖于說明目的，且不意圖于限制本發明的范圍。
在此描述的附圖僅用于說明目的，且不意圖于以任何方式限制本發明的范圍。
圖1是根據本公開的第 一 實施例的曲軸反向檢測系統的方框圖，其
中曲軸帶輪在前進方向上旋轉；
圖2是根據本公開的教示的圖1的曲軸反向檢測系統的方框圖，其中曲軸帶輪在相反方向上旋轉；
圖3是根據本公開的教示的與圖1至圖2中的曲軸反向檢測系統通訊的控制模塊的方框圖4是示例性的曲軸脈沖正時圖，圖中圖示根據曲軸脈沖信號的反向時間和超^呈時間；
圖5是根據本公開的教示的確定曲軸反向的方法的流程圖6是根據本公開的第二實施例的曲軸反向檢測系統的方框圖7是根據本公開的教示的與圖6的曲軸反向檢測系統通訊的控制模塊的方框圖；和
圖8是根據本公開的第二實施例的確定曲軸反向的方法的流程圖。
具體實施例方式
如下描述在本質上僅是示例性的，且不意圖于限制本發明、其應用或使用。應理解的是在方法中的步驟可以以不同的次序執行而不改變本發明的原理。如在此所使用，術語"模塊"指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享處理器、專用處理器或處理器組)和存儲器、組合邏輯電路和/或提供所述功能性的其他合適的部件。
根據本發明的教示的曲軸反向檢測系統監測與曲軸相連的發動機附件驅動皮帶的位置。特別地，監測與曲軸驅動的附件驅動皮帶相關的皮帶張緊器的位置。當發生曲軸反向后，最初處于松弛側的皮帶部分變成張緊側，因此將皮帶張緊器從第一位置移動到第二位置。替代地，附件驅動皮帶可能由于曲軸反向而改變位置，以導致皮帶在從動帶輪上的打滑。當曲軸在前進方向上旋轉時，從動帶輪最初處于張緊側。傳感器模塊可以設置成靠近皮帶張緊器或從動帶輪，以監測皮帶的松弛改變。
在開始論述時，應理解的是雖然在本公開中僅論述曲軸帶輪的旋轉方向，但曲軸的旋轉方向和旋轉速度類似于在此所論述的曲軸帶輪12的旋轉方向和旋轉速度。
參考圖1和圖2，曲軸反向檢測系統10包括安裝到內燃機(未示出)
的曲軸(未示出)的曲軸帶輪12,和多個用于發動機附件裝置的從動帶
電機18的從動帶輪16,用于助力轉向泵22的從動帶輪20和用于空調壓縮機的從動帶輪24。惰輪26提供在從動帶輪16和20之間。附件驅動皮帶28包圍曲軸帶輪12、用于附件裝置的從動帶輪14、 16、 20、 24和惰輪26。當曲軸帶輪12旋轉時，來自曲軸帶輪12的驅動力傳遞到帶輪14、 16、 20和24以驅動相關的附件裝置。應當認識到的是從動帶輪和相關的附件裝置的布置能夠與圖l所示情況不同。
通常，發電機18具有皮帶驅動的附件中的最高慣性和最大的傳動比。結果，當曲軸帶輪12旋轉時，在發電機從動帶輪16—側的皮帶28的一個部分處于與處于發電機從動帶輪16的另 一側的皮帶28的另一個部分不同的情況。更具體地，當曲軸帶輪12在前進方向上(例如，在圖l中所示的順時針方向上)旋轉時，皮帶28的從曲軸帶輪12通過從動帶輪14到從動帶輪16的部分處于張緊側。皮帶28的剩余部分處于杠、弛側。相反地，當曲軸帶輪12在相反方向上(即，如在圖2中所示，在逆時針方向上)旋轉時，皮帶28的從曲軸帶輪12通過從動帶輪14到從動帶輪16的部分處于松弛側。皮帶28的剩余部分處于張緊側。
張緊側指皮帶28的進入曲軸帶輪12的部分。松弛側指皮帶28的離開曲軸帶輪12的部分。 一般地，皮帶在張緊側處的張力大于在松弛側處的張力。
皮帶張緊器30接觸皮帶28,以維持附件驅動皮帶28的合適的張力。皮帶張緊器30包括擺臂32和安裝在擺臂32上的惰輪34。擺臂32和安裝在其上的惰輪34被合適的力推向皮帶的平坦側，所述力通常由一體式彈簧(未示出)提供。惰輪34抵靠著皮帶28的平的背表面運行。擺臂32擺動以移動惰輪34,使得能夠在皮帶28內維持合適的張緊力。當曲軸帶輪12在前進方向上旋轉時，皮帶的靠近張緊器30的部分處于松弛側且惰輪34處于位置A處。當曲軸帶輪12在相反方向上旋轉時，皮帶28的靠近張緊器30的部分處于張緊側且張緊器30的惰輪34移動到位置B。皮帶28松弛的位置可以通過監測皮帶張緊器30的惰輪34的位置來監測。
傳感器模塊38設置成靠近張緊器30以監測張緊器30的位置，且因此監測附件驅動皮帶28。傳感器模塊38可以包括開關，包括但不限制于超程開關，接觸開關和接近開關。當曲軸帶輪12在前進方向上旋轉時，皮帶28的靠近傳感器模塊38的部分松弛，且皮帶處于對應于位置A的第一位置。皮帶張緊器30不接觸或不靠近開關從而不促動開關。當曲軸帶輪12在相反方向上旋轉時，惰輪34移動到位置B且皮帶28處于第二位置。皮帶張緊器30的惰輪34接觸或靠近開關，以促動開關。開關生成和發送信號42到控制模塊40,從而指示皮帶28處于第二位置。因此，控制模塊40確定曲軸帶輪12處于反向》走轉。
雖然在附圖中未示出，但應理解和認識到的是開關可以是旋轉開關，所述旋轉開關安裝在張緊器30的樞軸(未示出)上。當皮帶28將張緊器30的惰輪34移動到位置B時，張緊器30的擺臂32樞轉且樞軸以預定角度樞轉，以促動旋轉開關。
曲軸位置傳感器43可以設置成靠近曲軸帶輪12 (或曲軸)。曲軸位置傳感器43可以包括霍爾效應傳感器，當與曲軸帶輪相關聯的輪的凹口經過拾取傳感器時，所述霍爾效應傳感器連續地生成周期性輸出。曲軸位置傳感器43連續生成周期性輸出，而與曲軸帶輪的旋轉方向無關。
現在參考圖3和圖4,用于曲軸反向檢測系統10的控制模塊40包括曲軸反向檢測模塊70和曲軸位置估計模塊72。曲軸反向檢測模塊70與發動機關閉指示器74、傳感器^t塊38和曲軸位置傳感器43通訊。曲軸位置估計模塊72與曲軸反向檢測模塊70和曲軸位置傳感器43通訊。當指令發動機關閉時，發動機關閉指示器74向控制模塊40發送指示發動機關閉事件
7的4言號。
參考圖4，當發動機關閉指示器74發送指示發動機關閉事件的信號時，曲軸反向檢測模塊70被啟動，以開始記錄來自曲軸位置傳感器43的脈沖信號。在發動機關閉后，曲軸可能繼續旋轉且曲軸反向沖企測^t塊70
記錄脈沖信號。當在Trever^時發生曲軸反轉時，傳感器模塊38(例如，
開關)被促動以生成和發送信號到曲軸反向4企測模塊70。曲軸位置估計才莫塊72繼續記錄來自曲軸位置傳感器43的脈沖信號，而不分辨曲軸的前進方向和反向方向。
當曲軸反向檢測模塊70接收到來自傳感器模塊38的信號時，曲軸反
向檢測模塊70記錄對于此情況的時間標記(T。ver-tavel )。此時間(T。ver-travel )不是曲軸反向開始時的時間(即，Treversal),因為在曲軸開始反向旋轉
和從傳感器才莫塊38向曲軸反向檢測模塊70輸送信號42之間存在時間延遲(Tlatency)。因此，需要從時間(T。ver-travel)中減去將信號輸送到曲軸反向檢測模塊70所需的時間量(Tlatency),以獲得反向旋轉開始的時間。曲軸反向開始的時刻基于如下式子確定
Treversal—Tover-travel-Tlatency在式子中，Trever^是曲軸反向開始的時間；T。ver4ravelA曲軸反向檢測
模塊70接收且記錄來自傳感器模塊38的信號的時間；且Twy是曲軸反向旋轉時和曲軸反向檢測模塊70接收且記錄來自傳感器模塊38的信號
的時刻之間的時間。Thtency是可標定的值，它能夠使用曲軸反向系統IO
的物理模型確定。
現在參考圖3，在確定曲軸反向時間后，對應于曲軸反向時間的信號被發送到曲軸位置估計模塊72,以估計曲軸位置。曲軸位置估計模塊72連續地接收來自曲軸位置傳感器43的對應于曲軸位置的信號脈沖。曲軸位置估計模塊72可以將反向旋轉的量從來自曲軸位置傳感器76的信號脈沖中減去，以確定最終的曲軸位置。
參考圖5 ，確定發動機停止時曲軸位置的方法80在步驟82中開始。當發動機關閉時，發動機關閉指示器74向曲軸反向檢測模塊70發送信號，以在步驟84中啟動曲軸反向檢測模塊。曲軸反向檢測模塊70在步驟86中開始記錄來自曲軸位置傳感器的脈沖信號和時間標記。當曲軸帶輪12發生反向旋轉時，皮帶28從第 一位置移動到第二位置以促動傳感器模塊38的開關。在步驟88中，當被促動時，傳感器模塊38向曲軸反向檢測模塊70發送信號。當接收到指示反向旋轉的信號42時，曲軸反向檢測模 塊70在步驟90中記錄時間標記。曲軸反向檢測模塊70然后在步驟92中確 定反向旋轉的程度。曲軸位置確定模塊72然后基于反向時間和來自曲軸 位置傳感器43的脈沖信號在步驟94中確定曲軸位置。方法80在步驟96處 終止。
參考圖6，根據本公開的第二實施例的曲軸反向檢測系統1 IO可以包 括傳感器模塊112,所述傳感器模塊112與控制模塊114通訊。在本實施 例中，控制模塊114基于從動帶輪上的皮帶打滑確定曲軸反向旋轉。當 附件驅動皮帶由于曲軸反向旋轉而改變其位置時，在從動帶輪處可能發 生皮帶打滑。皮帶打滑可以通過比較從動帶輪的速度與曲軸帶輪的速度 來確定。
傳感器模塊112包括用于從動帶輪14的速度傳感器和曲軸位置傳感 器43 。用于從動帶輪14的速度傳感器包括拾取傳感器118和安裝在從動 帶輪14上的編碼器輪116,該編碼器輪116設置有多個位置指示器或標記 的。拾取傳感器118測量從動帶輪14的旋轉速度。曲軸位置傳感器43檢 測曲軸的位置。
控制模塊114包括曲軸速度感測模塊120和速度比較模塊122。曲軸 速度感測模塊120使用來自曲軸位置傳感器43的信號以確定曲軸速度， 且發送一 系列對應于曲軸速度的脈沖信號到速度比較模塊122。從動帶 輪14的速度傳感器也將對應于從動帶輪14的速度的信號發送到速度比 較模塊122。當編碼器輪116上的指示器或標記經過拾取傳感器118時， 生成一系列脈沖信號且所述脈沖信號發送到速度比較模塊122。能夠分 析來自拾取傳感器118的脈沖信號以確定從動帶輪14的速度。比較從動 帶輪14的速度和曲軸速度，以確定是否在從動帶輪14處發生皮帶打滑且 因此是否發生反向旋轉。
注意到的是當多個從動帶輪提供在發電機從動帶輪16和從動帶輪 14之間時，編碼器輪116可以安裝在最靠近發電機從動帶輪16的從動帶 輪上。
參考圖6和圖7,用于曲軸反向檢測系統1 IO的控制才莫塊I 14包括曲軸 反向檢測模塊124和曲軸位置估計模塊126。曲軸反向檢測模塊124與發 動才幾關閉指示器74、曲軸位置傳感器43和沖合取傳感器118通"^L。曲軸反 向檢測模塊124包括曲軸速度感測模塊120和速度比較模塊122。當指令發動機關閉時，發動機關閉指示器74向控制模塊114發送信 號以啟動曲軸反向檢測模塊124。曲軸反向檢測模塊124開始記錄來自曲 軸位置傳感器43的脈沖信號和每個脈沖的時間標記。曲軸位置傳感器43 也將脈沖信號發送到曲軸位置估計模塊126。
當曲軸帶輪12在前進方向上旋轉時，皮帶28的靠近從動帶輪14和編 碼器輪116的部分處于張緊側。從動帶輪14以曲軸帶輪(或曲軸)速度 的倍數的旋轉速度旋轉。
由拾取傳感器118發送的脈沖信號可以與來自曲軸速度感測模塊 120的信號進行比較，以確定曲軸帶輪12的旋轉速度(或曲軸速度)是 否等于成比例的從動帶輪14的旋轉速度。如果曲軸帶輪12的旋轉速度 (或曲軸速度)等于成比例的從動帶輪14的旋轉速度，則可以確定皮帶 28的靠近從動帶輪14的部分處于張緊，從而指示曲軸帶輪12在前進方向 上旋轉。
當曲軸帶輪12反向旋轉時，如在圖6中所示，皮帶28的靠近從動帶 輪14的部分處于松弛，且在從動帶輪14處發生皮帶打滑。結果，從動帶 輪14的旋轉速度不是曲軸帶輪12的旋轉速度的恒定倍數，或不與曲軸帶 輪12的旋轉速度同步。
傳感器118的信號和來自曲軸速度感測模塊120的信號來確定。如果速度 比明顯改變，則確定皮帶28相對于從動帶輪14打滑。
曲軸反向檢測模塊124記錄對于此情況的時間標記(Tsllp)。時間
(Tslip)不是反向旋轉開始的時間，因為在曲軸反向旋轉開始和從拾取 傳感器向速度比較模塊122輸送信號之間并在速度比較模塊中處理信號 時存在時間延遲。曲軸反向檢測模塊124可以從T一中減去時間量
(Tlatency )以考慮到機電子系統/傳感器子系統/電路子系統中的反應時 間。曲軸反向開始的時間點能夠基于如下式子確定
丁reversa廠丁slip-T"iatency 在式子中，Treve^是反向旋轉開始的時刻；T鄉是檢測到打滑情況的 時刻；且T,ate，是曲軸旋轉反向時刻和在曲軸反向檢測模塊1 24中檢測到 信號的時刻之間的時間延遲。Twy是標定的值，該值能夠使用曲軸反 向檢測系統1 1 O的才莫型生成。在確定曲軸反向時間后，對應于反向旋轉時間的信號發送到曲軸位
置估計模塊126以估計曲軸位置。曲軸位置估計模塊126然后基于反向時 間和由曲軸速度感測才莫塊120確定的位置來確定曲軸的位置。
參考圖8，確定在發動機停止時的曲軸位置的方法130在步驟132中 開始。當指令發動機關閉時，發動機關閉指示器74發送信號以在步驟134 中啟動曲軸反向檢測模塊。曲軸反向檢測模塊124在步驟136中開始記錄 來自曲軸位置傳感器43的脈沖信號和每個脈沖的時間標記。速度比較才莫 塊在步驟138中將來自拾取傳感器118和曲軸速度感測模塊120的信號進 行比較。如果在步驟140中曲軸速度不為從動帶輪的速度的恒定倍數， 則確定發生曲軸帶輪的反向旋轉。曲軸反向檢測模塊在步驟142中記錄 對于此打滑情況的時間標記。曲軸反向斥企測才莫塊在步驟146中確定反向 旋轉的程度。對應于反向時間的信號發送到曲軸位置估計模塊126，所 述曲軸位置估計才莫塊126在步驟146中估計曲軸位置。方法在步驟148中 結束。
本領域一般技術人員現在能夠從前述描述中認識到本發明的廣泛 教示能夠以多種形式實施。因此，雖然本發明已結合其特定例子描述， 但公開的實際范圍不應限制于此，因為當研究附圖、說明書和所附權利 要求時，其他修改將對于本領域一般技術人員是顯見的。
權利要求
1.一種曲軸反向檢測系統，包括傳感器模塊，所述傳感器模塊檢測與曲軸帶輪相關聯的附件驅動皮帶的位置；和控制模塊，所述控制模塊與傳感器模塊通訊，且基于皮帶位置確定曲軸帶輪的旋轉方向。
2. 根據權利要求l所述的曲軸反向檢測系統，進一步包括與附件驅 動皮帶相關聯的皮帶張緊器，其中控制模塊基于皮帶張緊器的位置確定 曲軸帶輪的旋轉方向。
3. 根據權利要求2所述的曲軸反向檢測系統，其中當曲軸帶輪從前 進方向旋轉改變為反向方向旋轉時皮帶張緊器從第一位置移動到第二 位置。
4. 根據權利要求2所述的曲軸反向檢測系統，其中傳感器模塊包括 開關。
5. 根據權利要求4所述的曲軸反向檢測系統，其中開關包括接觸開 關、超程開關、接近開關和旋轉開關的至少一個。
6. 根據權利要求4所述的曲軸反向檢測系統，其中開關設置在皮帶 張緊器處。
7. 根據權利要求4所述的曲軸反向檢測系統，其中當皮帶張緊器向開關移動時開關#:促動。
8. 根據權利要求7所述的曲軸反向檢測系統，其中皮帶的靠近開關 的部分在第二位置時比在第一位置時更加張緊。
9. 根據權利要求8所述的曲軸反向檢測系統，其中皮帶張緊器在第 二位置時處于附件驅動皮帶的張緊側。
10. 根據權利要求l所述的曲軸反向檢測系統，其中當在從動帶輪處 發生皮帶打滑時控制模塊確定發生反向旋轉，其中當曲軸在前進方向上 旋轉時該從動帶輪處于張緊側。
11. 根據權利要求10所述的曲軸反向檢測系統，進一步包括速度比 較模塊，所述速度比較模塊基于對從動帶輪的速度和曲軸速度的比較確 定發生皮帶打滑。
12. 根據權利要求ll所述的曲軸反向檢測系統，進一步包括曲軸速 度感測模塊，所述曲軸速度感測模塊基于來自曲軸位置傳感器的信號確定曲軸速度。
13. 根據權利要求ll所述的曲軸反向檢測系統，其中當曲軸速度等 于預定比例的從動帶輪速度時，控制模塊確定曲軸在前進方向上旋轉。
14. 根據權利要求12所述的曲軸反向檢測系統，其中當曲軸速度不 等于預定比例的從動帶輪速度時，控制模塊確定發生反向旋轉。
15. —種確定曲軸反向的方法，包4舌 確定與曲軸帶輪相關聯的附件驅動皮帶的位置；和 基于附件驅動皮帶的位置確定曲軸帶輪的旋轉方向。
16. 根據權利要求15所述的方法，進一步包括基于與附件驅動皮帶 相關聯的皮帶張緊器的位置確定附件驅動皮帶的位置。
17. 根據權利要求16所述的方法，進一步包括當皮帶張緊器從第一 位置移動到第二位置時促動開關。
18. 根據權利要求15所述的方法，進一步包括將開關布置成鄰近皮 帶的一部分，其中所述皮帶的該部分當曲軸帶輪在前進方向上旋轉時處 于松弛側，且當曲軸在反向方向上旋轉時處于張緊側。
19. 根據權利要求15所述的方法，進一步包括監測從動帶輪處的皮 帶打滑，當曲軸帶輪在前進方向上旋轉時所述從動帶輪處于皮帶的張緊 側。
20. 根據權利要求19所述的方法，進一步包括當曲軸速度不是從動
全文摘要
本發明涉及曲軸反向檢測系統。一種曲軸反向檢測系統，包括傳感器模塊和與傳感器模塊通訊的控制模塊。傳感器模塊檢測與曲軸驅動的附件驅動皮帶相關聯的皮帶張緊器的位置。控制模塊基于皮帶張緊器的位置確定曲軸帶輪的旋轉方向。
文檔編號F02D45/00GK101644200SQ200910160290
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月4日 優先權日2008年8月4日
發明者M·M·麥唐納, W·C·阿爾伯森 申請人:通用汽車環球科技運作公司