[发明专利]基于曲轴绝对转角传感器的发动机喷射及点火控制装置

说明书

技术领域

基于曲轴绝对转角传感器的发动机喷射及点火控制装置，属于发动机电子控制技术领域。

背景技术

为提高发动机效率，减少发动机燃油消耗，减少发动机有害污染物排放，发动机需要根据曲轴位置对喷油器燃油喷射(柴油发动机)或火花塞点火(汽油发动机)进行精确控制。现有传统发动机喷射、点火(其中的喷射、点火，以下简称喷射)控制系统包括曲轴信号齿及其传感器、凸轮轴信号齿及其传感器、喷油器或火花塞(其中的喷油器或火花塞，以下简称喷油器)和发动机电子控制单元，如图1所示。随曲轴飞轮旋转，曲轴信号齿(信号孔)传感器获得带缺齿的等角度脉冲信号，凸轮轴信号齿传感器获得带多齿的等角度脉冲信号。在发动机控制程序中，通过对曲轴脉冲信号进行计数，并通过瞬时转速计算插值方法获得当前曲轴转角位置。再利用凸轮轴信号确定喷射缸，完成喷射过程。

这种办法原理上是相对脉冲计数原理，受曲轴信号齿密度限制，所得到的曲轴转角位置分辨率较低(通常3~6度)。且还受齿加工精度影响，转角精度也不高(通常0.5度)，不能直接满足高精度控制需求。为了进一步提高控制精度(如0.1度)，在发动机控制中往往还需要进一步进行数据处理(如曲轴瞬时转速信号对脉冲信号进行插值估算)。这种方法不仅得到的转角位置信息不够精确，还使得喷射控制程序变得复杂，且对需要单片机的运算速度较高。

混合动力汽车技术在传统单独由发动机驱动的动力系统中加入了电机进行电力辅助驱动，从而有效的降低了车辆的燃油消耗和有害物排放。集成启动发电机(其中的集成启动发电机，简称ISG)混合动力系统是一种广泛应用于轿车、SUV等小型车辆的混合动力构型，其将发动机飞轮和电机二者合二为一，用电机转子替代了原有发动机的飞轮，电机定子替代飞轮壳，将电机集成到了发动机原有飞轮位置。由于其二者的紧密结合，又将电机和发动机统称为ISG混合动力发动机(其中的ISG混合动力发动机，简称混合动力发动机)。

混合动力发动机中的电机通常为交流永磁同步电机。由于电机需要根据转子位置对定子电流进行精确控制，因此需要精确获得转子位置信号。其控制系统主要包括ISG电机控制器和绝对转角传感器，如图2所示。其中绝对转角传感器安装于转子上，与发动机曲轴信号齿及其传感器测量的是同一个曲轴转角。绝对转角传感器通常为非接触式传感器。具有抗冲击振动性强，寿命长，信号分辨率高(如0.044度)，精度高(如0.2度)，响应快(如0.5微秒)，最大跟踪转速高(如30,000转/分钟)等特点。

在上述已经具备了绝对转角传感器的混合动力发动机控制系统中，现有发动机控制系统仍然沿用传统曲轴信号齿(信号孔)方法获得曲轴转角信号，而绝对转角传感器得到的转角位置信号只被电机控制系统所使用。处于同一个系统中的两个部件，独立使用自己的转角传感器，不仅是对传感器资源和成本的浪费，同时也没有完全发挥精度更高性能优良绝对转角传感器的优势。

对于非混合动力的传统发动机，通过安装绝对转角传感器替代现有的曲轴信号齿及其传感器，不仅可以提高发动机喷射控制精度，更可以简化喷射控制程序，同时为发动机管理系统提供了实现更多系统功能的可能。

发明内容

本发明的目的是为更精确的控制发动机喷射和点火以进一步降低发动机燃油消耗、降低有害污染物排放。

提出了一种基于曲轴绝对转角传感器的发动机喷射控制系统，包括控制电路和控制流程。

其中控制电路的特征在于，包括绝对转角传感器、凸轮轴信号齿及其传感器、D触发器、比较器、逻辑门和单片机。其中：

(1)绝对转角传感器数据输出与D触发器输入端相连；

(2)单片机PWM输出模块与绝对转角传感器输入和D触发器时钟输入相连；

(3)凸轮轴信号传感器与单片机第1数据输入端口相连；

(4)D触发器输出与开始比较器输入端口P、结束比较器输入端口P和单片机第2数据输入端口相连；

(5)单片机第1数据输出端口与开始比较器Q输入端口相连；

(6)单片机第2数据输出端口与结束比较器Q输入端口相连；

(7)开始比较器P＝Q输出端口和P＞Q输出端口与或门相连；

(8)结束比较器P＝Q输出端口和P＞Q输出端口与与非门相连；

(9)活门输出端口、与非门输出端口与第0与门输入端口相连；

(10)第0与门输出端口与单片机外部中断输入端口、第1与门、第2与门、第3与门、第4与门输入端口相连；

(11)单片机第3数据输出端口与第1与门输入端口相连；

(12)单片机第4数据输出端口与第2与门输入端口相连；