曲轴反向检测系统 【技术领域】
本发明涉及内燃机，且更特定地涉及用于内燃机的发动机停止时的曲轴反向检测系统。
背景技术
在此提供的背景描述用于总体给出本发明的背景的目的。在此背景部分中描述的本发明人的工作，以及说明书的不可另外地视作提交时的现有技术的方面，既不明示地也不隐含地视作本发明的现有技术。
内燃机一般地包括多个气缸，所述气缸相继地以进气行程、压缩行程、燃烧行程和排气行程运行。当发动机停止时，气缸的一个可能处于压缩行程(即进气被压缩)。当发动机停止时，压缩的充气可能将活塞向下推动，从而导致曲轴在相反的方向上旋转。如果未检测到曲轴的反转，则曲轴和凸轮轴的最终静止位置可能难于识别，因此使得发动机再次启动更困难。
传感器可以用于监测曲轴的角位移，但通常不能确定是否发生曲轴反转。当再次启动发动机时，可能需要进行曲轴的整转以确定是否发生反转。结果，发动机的运行可能在再次启动时被延迟。
【发明内容】
因此，曲轴反向检测系统包括传感器模块和与传感器模块通讯的控制模块。传感器模块检测与曲轴带轮联接的附件驱动皮带的位置。控制模块基于附件驱动皮带的位置确定曲轴带轮的旋转位置。
确定曲轴反向的方法包括确定与曲轴带轮联系的附件驱动皮带的位置，且基于附件驱动皮带的位置确定曲轴带轮的旋转方向。
在其他特征中，传感器模块检测与附件驱动皮带联接的皮带张紧器的位置。控制模块基于皮带张紧器的位置确定曲轴带轮的旋转方向。
在其他特征中，传感器模块包括开关。在曲轴带轮在反方向上旋转后，皮带张紧器从第一位置改变到第二位置。皮带的靠近开关的部分在第二位置比在第一位置更加被张紧。
在其他特征中，控制模块确定当从动带轮处发生皮带打滑时是否发生反向旋转。传感器模块包括用于从动带轮的速度传感器。曲轴速度感测模块基于来自曲轴位置传感器的信号确定曲轴速度。控制模块包括速度比较模块，所述速度比较模块将从动带轮的速度与曲轴速度进行比较。当曲轴在前进方向上旋转时，从动带轮处于皮带的张紧侧。当曲轴速度不等于预定比例的从动带轮的速度时，控制模块确定发生反向旋转。
另外的应用领域从在此提供的描述中变得显见。应理解的是描述和具体的例子仅意图于说明目的，且不意图于限制本发明的范围。
【附图说明】
在此描述的附图仅用于说明目的，且不意图于以任何方式限制本发明的范围。
图1是根据本公开的第一实施例的曲轴反向检测系统的方框图，其中曲轴带轮在前进方向上旋转；
图2是根据本公开的教示的图1的曲轴反向检测系统的方框图，其中曲轴带轮在相反方向上旋转；
图3是根据本公开的教示的与图1至图2中的曲轴反向检测系统通讯的控制模块的方框图；
图4是示例性地曲轴脉冲正时图，图中图示根据曲轴脉冲信号的反向时间和超程时间；
图5是根据本公开的教示的确定曲轴反向的方法的流程图；
图6是根据本公开的第二实施例的曲轴反向检测系统的方框图；
图7是根据本公开的教示的与图6的曲轴反向检测系统通讯的控制模块的方框图；和
图8是根据本公开的第二实施例的确定曲轴反向的方法的流程图。
【具体实施方式】
如下描述在本质上仅是示例性的，且不意图于限制本发明、其应用或使用。应理解的是在方法中的步骤可以以不同的次序执行而不改变本发明的原理。如在此所使用，术语“模块”指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享处理器、专用处理器或处理器组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能性的其他合适的部件。
根据本发明的教示的曲轴反向检测系统监测与曲轴相连的发动机附件驱动皮带的位置。特别地，监测与曲轴驱动的附件驱动皮带相关的皮带张紧器的位置。当发生曲轴反向后，最初处于松弛侧的皮带部分变成张紧侧，因此将皮带张紧器从第一位置移动到第二位置。替代地，附件驱动皮带可能由于曲轴反向而改变位置，以导致皮带在从动带轮上的打滑。当曲轴在前进方向上旋转时，从动带轮最初处于张紧侧。传感器模块可以设置成靠近皮带张紧器或从动带轮，以监测皮带的松弛改变。
在开始论述时，应理解的是虽然在本公开中仅论述曲轴带轮的旋转方向，但曲轴的旋转方向和旋转速度类似于在此所论述的曲轴带轮12的旋转方向和旋转速度。
参考图1和图2，曲轴反向检测系统10包括安装到内燃机(未示出)的曲轴(未示出)的曲轴带轮12，和多个用于发动机附件装置的从动带轮。这些从动带轮包括但不限制于用于水泵的从动带轮14，用于交流发电机18的从动带轮16，用于助力转向泵22的从动带轮20和用于空调压缩机的从动带轮24。惰轮26提供在从动带轮16和20之间。附件驱动皮带28包围曲轴带轮12、用于附件装置的从动带轮14、16、20、24和惰轮26。当曲轴带轮12旋转时，来自曲轴带轮12的驱动力传递到带轮14、16、20和24以驱动相关的附件装置。应当认识到的是从动带轮和相关的附件装置的布置能够与图1所示情况不同。
通常，发电机18具有皮带驱动的附件中的最高惯性和最大的传动比。结果，当曲轴带轮12旋转时，在发电机从动带轮16一侧的皮带28的一个部分处于与处于发电机从动带轮16的另一侧的皮带28的另一个部分不同的情况。更具体地，当曲轴带轮12在前进方向上(例如，在图1中所示的顺时针方向上)旋转时，皮带28的从曲轴带轮12通过从动带轮14到从动带轮16的部分处于张紧侧。皮带28的剩余部分处于松弛侧。相反地，当曲轴带轮12在相反方向上(即，如在图2中所示，在逆时针方向上)旋转时，皮带28的从曲轴带轮12通过从动带轮14到从动带轮16的部分处于松弛侧。皮带28的剩余部分处于张紧侧。
张紧侧指皮带28的进入曲轴带轮12的部分。松弛侧指皮带28的离开曲轴带轮12的部分。一般地，皮带在张紧侧处的张力大于在松弛侧处的张力。
皮带张紧器30接触皮带28，以维持附件驱动皮带28的合适的张力。皮带张紧器30包括摆臂32和安装在摆臂32上的惰轮34。摆臂32和安装在其上的惰轮34被合适的力推向皮带的平坦侧，所述力通常由一体式弹簧(未示出)提供。惰轮34抵靠着皮带28的平的背表面运行。摆臂32摆动以移动惰轮34，使得能够在皮带28内维持合适的张紧力。当曲轴带轮12在前进方向上旋转时，皮带的靠近张紧器30的部分处于松弛侧且惰轮34处于位置A处。当曲轴带轮12在相反方向上旋转时，皮带28的靠近张紧器30的部分处于张紧侧且张紧器30的惰轮34移动到位置B。皮带28松弛的位置可以通过监测皮带张紧器30的惰轮34的位置来监测。
传感器模块38设置成靠近张紧器30以监测张紧器30的位置，且因此监测附件驱动皮带28。传感器模块38可以包括开关，包括但不限制于超程开关，接触开关和接近开关。当曲轴带轮12在前进方向上旋转时，皮带28的靠近传感器模块38的部分松弛，且皮带处于对应于位置A的第一位置。皮带张紧器30不接触或不靠近开关从而不促动开关。当曲轴带轮12在相反方向上旋转时，惰轮34移动到位置B且皮带28处于第二位置。皮带张紧器30的惰轮34接触或靠近开关，以促动开关。开关生成和发送信号42到控制模块40，从而指示皮带28处于第二位置。因此，控制模块40确定曲轴带轮12处于反向旋转。
虽然在附图中未示出，但应理解和认识到的是开关可以是旋转开关，所述旋转开关安装在张紧器30的枢轴(未示出)上。当皮带28将张紧器30的惰轮34移动到位置B时，张紧器30的摆臂32枢转且枢轴以预定角度枢转，以促动旋转开关。
曲轴位置传感器43可以设置成靠近曲轴带轮12(或曲轴)。曲轴位置传感器43可以包括霍尔效应传感器，当与曲轴带轮相关联的轮的凹口经过拾取传感器时，所述霍尔效应传感器连续地生成周期性输出。曲轴位置传感器43连续生成周期性输出，而与曲轴带轮的旋转方向无关。
现在参考图3和图4，用于曲轴反向检测系统10的控制模块40包括曲轴反向检测模块70和曲轴位置估计模块72。曲轴反向检测模块70与发动机关闭指示器74、传感器模块38和曲轴位置传感器43通讯。曲轴位置估计模块72与曲轴反向检测模块70和曲轴位置传感器43通讯。当指令发动机关闭时，发动机关闭指示器74向控制模块40发送指示发动机关闭事件的信号。
参考图4，当发动机关闭指示器74发送指示发动机关闭事件的信号时，曲轴反向检测模块70被启动，以开始记录来自曲轴位置传感器43的脉冲信号。在发动机关闭后，曲轴可能继续旋转且曲轴反向检测模块70记录脉冲信号。当在Treversal时发生曲轴反转时，传感器模块38(例如，开关)被促动以生成和发送信号到曲轴反向检测模块70。曲轴位置估计模块72继续记录来自曲轴位置传感器43的脉冲信号，而不分辨曲轴的前进方向和反向方向。
当曲轴反向检测模块70接收到来自传感器模块38的信号时，曲轴反向检测模块70记录对于此情况的时间标记(Tover-travel)。此时间(Tover-travel)不是曲轴反向开始时的时间(即，Treversal)，因为在曲轴开始反向旋转和从传感器模块38向曲轴反向检测模块70输送信号42之间存在时间延迟(Tlatency)。因此，需要从时间(Tover-travel)中减去将信号输送到曲轴反向检测模块70所需的时间量(Tlatency)，以获得反向旋转开始的时间。
曲轴反向开始的时刻基于如下式子确定：
Treversal＝Tover-travel-Tlatency
在式子中，Treversal是曲轴反向开始的时间；Tover-travel是曲轴反向检测模块70接收且记录来自传感器模块38的信号的时间；且Tlatency是曲轴反向旋转时和曲轴反向检测模块70接收且记录来自传感器模块38的信号的时刻之间的时间。Tlatency是可标定的值，它能够使用曲轴反向系统10的物理模型确定。
现在参考图3，在确定曲轴反向时间后，对应于曲轴反向时间的信号被发送到曲轴位置估计模块72，以估计曲轴位置。曲轴位置估计模块72连续地接收来自曲轴位置传感器43的对应于曲轴位置的信号脉冲。曲轴位置估计模块72可以将反向旋转的量从来自曲轴位置传感器76的信号脉冲中减去，以确定最终的曲轴位置。
参考图5，确定发动机停止时曲轴位置的方法80在步骤82中开始。当发动机关闭时，发动机关闭指示器74向曲轴反向检测模块70发送信号，以在步骤84中启动曲轴反向检测模块。曲轴反向检测模块70在步骤86中开始记录来自曲轴位置传感器的脉冲信号和时间标记。当曲轴带轮12发生反向旋转时，皮带28从第一位置移动到第二位置以促动传感器模块38的开关。在步骤88中，当被促动时，传感器模块38向曲轴反向检测模块70发送信号。当接收到指示反向旋转的信号42时，曲轴反向检测模块70在步骤90中记录时间标记。曲轴反向检测模块70然后在步骤92中确定反向旋转的程度。曲轴位置确定模块72然后基于反向时间和来自曲轴位置传感器43的脉冲信号在步骤94中确定曲轴位置。方法80在步骤96处终止。
参考图6，根据本公开的第二实施例的曲轴反向检测系统110可以包括传感器模块112，所述传感器模块112与控制模块114通讯。在本实施例中，控制模块114基于从动带轮上的皮带打滑确定曲轴反向旋转。当附件驱动皮带由于曲轴反向旋转而改变其位置时，在从动带轮处可能发生皮带打滑。皮带打滑可以通过比较从动带轮的速度与曲轴带轮的速度来确定。
传感器模块112包括用于从动带轮14的速度传感器和曲轴位置传感器43。用于从动带轮14的速度传感器包括拾取传感器118和安装在从动带轮14上的编码器轮116，该编码器轮116设置有多个位置指示器或标记的。拾取传感器118测量从动带轮14的旋转速度。曲轴位置传感器43检测曲轴的位置。
控制模块114包括曲轴速度感测模块120和速度比较模块122。曲轴速度感测模块120使用来自曲轴位置传感器43的信号以确定曲轴速度，且发送一系列对应于曲轴速度的脉冲信号到速度比较模块122。从动带轮14的速度传感器也将对应于从动带轮14的速度的信号发送到速度比较模块122。当编码器轮116上的指示器或标记经过拾取传感器118时，生成一系列脉冲信号且所述脉冲信号发送到速度比较模块122。能够分析来自拾取传感器118的脉冲信号以确定从动带轮14的速度。比较从动带轮14的速度和曲轴速度，以确定是否在从动带轮14处发生皮带打滑且因此是否发生反向旋转。
注意到的是当多个从动带轮提供在发电机从动带轮16和从动带轮14之间时，编码器轮116可以安装在最靠近发电机从动带轮16的从动带轮上。
参考图6和图7，用于曲轴反向检测系统110的控制模块114包括曲轴反向检测模块124和曲轴位置估计模块126。曲轴反向检测模块124与发动机关闭指示器74、曲轴位置传感器43和拾取传感器118通讯。曲轴反向检测模块124包括曲轴速度感测模块120和速度比较模块122。
当指令发动机关闭时，发动机关闭指示器74向控制模块114发送信号以启动曲轴反向检测模块124。曲轴反向检测模块124开始记录来自曲轴位置传感器43的脉冲信号和每个脉冲的时间标记。曲轴位置传感器43也将脉冲信号发送到曲轴位置估计模块126。
当曲轴带轮12在前进方向上旋转时，皮带28的靠近从动带轮14和编码器轮116的部分处于张紧侧。从动带轮14以曲轴带轮(或曲轴)速度的倍数的旋转速度旋转。
由拾取传感器118发送的脉冲信号可以与来自曲轴速度感测模块120的信号进行比较，以确定曲轴带轮12的旋转速度(或曲轴速度)是否等于成比例的从动带轮14的旋转速度。如果曲轴带轮12的旋转速度(或曲轴速度)等于成比例的从动带轮14的旋转速度，则可以确定皮带28的靠近从动带轮14的部分处于张紧，从而指示曲轴带轮12在前进方向上旋转。
当曲轴带轮12反向旋转时，如在图6中所示，皮带28的靠近从动带轮14的部分处于松弛，且在从动带轮14处发生皮带打滑。结果，从动带轮14的旋转速度不是曲轴带轮12的旋转速度的恒定倍数，或不与曲轴带轮12的旋转速度同步。
速度比较模块122将从动带轮14的旋转速度与曲轴带轮12的旋转速度进行比较。从动带轮14与曲轴带轮12的速度比可以通过分析来自拾取传感器118的信号和来自曲轴速度感测模块120的信号来确定。如果速度比明显改变，则确定皮带28相对于从动带轮14打滑。
曲轴反向检测模块124记录对于此情况的时间标记(Tslip)。时间(Tslip)不是反向旋转开始的时间，因为在曲轴反向旋转开始和从拾取传感器向速度比较模块122输送信号之间并在速度比较模块中处理信号时存在时间延迟。曲轴反向检测模块124可以从Tslip中减去时间量(Tlatency)以考虑到机电子系统/传感器子系统/电路子系统中的反应时间。曲轴反向开始的时间点能够基于如下式子确定：
Treversal＝Tslip-Tlatency
在式子中，Treversal是反向旋转开始的时刻；Tslip是检测到打滑情况的时刻；且Tlatency是曲轴旋转反向时刻和在曲轴反向检测模块124中检测到信号的时刻之间的时间延迟。Tlatency是标定的值，该值能够使用曲轴反向检测系统110的模型生成。
在确定曲轴反向时间后，对应于反向旋转时间的信号发送到曲轴位置估计模块126以估计曲轴位置。曲轴位置估计模块126然后基于反向时间和由曲轴速度感测模块120确定的位置来确定曲轴的位置。
参考图8，确定在发动机停止时的曲轴位置的方法130在步骤132中开始。当指令发动机关闭时，发动机关闭指示器74发送信号以在步骤134中启动曲轴反向检测模块。曲轴反向检测模块124在步骤136中开始记录来自曲轴位置传感器43的脉冲信号和每个脉冲的时间标记。速度比较模块在步骤138中将来自拾取传感器118和曲轴速度感测模块120的信号进行比较。如果在步骤140中曲轴速度不为从动带轮的速度的恒定倍数，则确定发生曲轴带轮的反向旋转。曲轴反向检测模块在步骤142中记录对于此打滑情况的时间标记。曲轴反向检测模块在步骤146中确定反向旋转的程度。对应于反向时间的信号发送到曲轴位置估计模块126，所述曲轴位置估计模块126在步骤146中估计曲轴位置。方法在步骤148中结束。
本领域一般技术人员现在能够从前述描述中认识到本发明的广泛教示能够以多种形式实施。因此，虽然本发明已结合其特定例子描述，但公开的实际范围不应限制于此，因为当研究附图、说明书和所附权利要求时，其他修改将对于本领域一般技术人员是显见的。