CN103900820A - 发动机负荷检测装置以及发动机负荷检测方法 - Google Patents

Abstract

提供考虑到发动机的旋转变化且降低脉冲转子的尺寸公差的影响、可检测更正确的发动机负荷状态的发动机负荷检测装置。将检测平均发动机旋转速度NeA的检测区间设定为曲轴从第二磁阻转子（12）的通过开始点G3起旋转两圈的长度。将检测区间分割为四个区间，四个区间由与第二磁阻转子（12）通过拾取器（20）的位置对应的第一磁阻转子区间和第二磁阻转子区间以及与第二磁阻转子（12）不通过的位置对应的第一区间和第二区间构成。求出平均第一旋转速度ω4（n-1）和第二旋转速度ω4（n）的第一平均值H1，并求出平均第一磁阻转子旋转速度ωtdc1和第二磁阻转子旋转速度ωtdc2的第二平均值H2。用第一平均值H1除以第一旋转速度ω4（n-1）的值乘以第二平均值H2，计算出NeA。

Description

发动机负荷检测装置以及发动机负荷检测方法

本发明专利申请是申请日为2009年12月9日、申请号为200910225184.0、发明名称为“发动机负荷检测装置以及发动机负荷检测方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及发动机负荷检测装置以及发动机负荷检测方法，尤其是基于与曲轴同步旋转的脉冲转子（パルサロータ）的输出信号来检测发动机的负荷状态的发动机负荷检测装置以及发动机负荷检测方法。

背景技术

目前已知如下的发动机负荷检测装置，具有与发动机的曲轴同步旋转的脉冲转子和检测设置在该脉冲转子上的磁阻转子（リラクタ）的通过状态的拾取线圈，基于该拾取线圈输出的脉冲信号来检测发动机的负荷状态。

专利文献1公开了以下技术，即，将脉冲转子的磁阻转子设置在与发动机的上死点对应的位置附近，每一圈或每两圈计算脉冲转子的旋转一圈的时间与磁阻转子通过的时间的比例，基于该比例的变化程度检测发动机的负荷状态。

专利文献1：日本特开2002-115598号公报

发明内容

但是，专利文献1所述的技术是以曲轴旋转一圈的时间为基准的检测磁阻转子的通过时间的技术，没有考虑以更长的区间例如以曲轴旋转两圈的时间为基准、检测更确切的负荷状态。而且，没有研究即使在曲轴旋转一圈期间内，对应于四循环发动机的四个冲程（进气、压缩、燃烧/膨胀、排气），发动机旋转速度也会发生变化。

并且，专利文献1所述的技术由于是以曲轴旋转一圈的时间为基准的检测磁阻转子的通过时间的技术，因此，一旦磁阻转子的周向长度等由于尺寸公差而发生尺寸偏差，则尺寸公差也就此影响所计算的比例，有可能不能正确检测发动机的负荷状态。并且，众所周知，曲轴的旋转速度（角速度）易受到从曲轴到后轮的扭矩传递系统的影响，因此，需要也能考虑到这种情况来计算负荷的结构。

本发明的目的在于解决上述现有技术的问题，提供考虑到根据四循环发动机的四个冲程产生的旋转变化，且降低脉冲转子的尺寸公差的影响，可检测更正确的发动机负荷状态的负荷检测装置以及负荷检测方法。

为了实现上述目的，本发明的特征一是一种发动机负荷检测装置，具有：与发动机的曲轴同步旋转的脉冲转子、设置在该脉冲转子上并位于与上述发动机的上死点附近对应的曲轴角度的磁阻转子以及检测该磁阻转子通过的拾取器，基于该拾取器的输出信号检测发动机的负荷状态，该发动机负荷检测装置具有：将检测平均发动机旋转速度的规定区间分割成多个，基于上述拾取器的输出信号分别计算出被分割的多个区间的每一个的区间发动机旋转速度的机构；对上述多个区间发动机旋转速度进行不同的加权处理的加权机构；以及负荷状态计算机构，根据加权处理后的多个区间发动机旋转速度的平均值计算上述平均发动机旋转速度，利用该平均发动机旋转速度进行发动机的负荷状态运算。

特征二在于，上述加权处理是在上述被分割成多个的区间中，将包括燃烧/膨胀冲程的区间的加权比例设定为大于其他区间。

特征三在于，基于上述脉冲转子的输出信号检测上述规定区间。

特征四在于，上述规定区间被设定为，将上述曲轴旋转两圈的长度两等分为第一区间和第二区间，且上述第一区间包括进气冲程，上述第二区间包括燃烧/膨胀冲程。

特征五在于，上述发动机的负荷状态是负荷率，是由上述磁阻转子通过上述拾取器期间的旋转速度除以上述平均发动机转速计算出来的。

特征六在于，上述磁阻转子设置在紧靠发动机的上死点之前的位置，利用上述磁阻转子在紧靠压缩侧的上死点之前通过上述拾取器期间的旋转速度来计算出上述负荷率。

特征七在于，相应于上述计算出的负荷率，对至少上述发动机的点火时期进行反馈控制。

特征八是一种装置的发动机负荷检测方法，该装置具有：与发动机的曲轴同步旋转的脉冲转子、设置在该脉冲转子上并位于与上述发动机的上死点附近对应的曲轴角度的磁阻转子以及检测该磁阻转子通过的拾取器，基于该拾取器的输出信号检测发动机的负荷状态，该方法具有如下步骤：在计算检测上述发动机的负荷状态时使用的平均发动机旋转速度时，将检测上述平均发动机旋转速度的规定区间分割成多个；计算出上述被分割的多个区间的每一个的区间发动机旋转速度；对上述多个区间发动机旋转速度进行不同的加权处理；通过求出上述加权处理后的多个区间发动机旋转速度的平均值，计算出上述平均发动机旋转速度。

特征九是一种发动机负荷检测装置，具有：与发动机的曲轴同步旋转的脉冲转子、设置在该脉冲转子上并位于与上述发动机的上死点附近对应的曲轴角度的磁阻转子以及检测该磁阻转子通过的拾取器，基于该拾取器的输出信号检测发动机的负荷状态，其中，将用于检测平均发动机旋转速度的检测区间设定为上述曲轴从上述磁阻转子的通过开始点起旋转两圈的长度，将上述检测区间设为四个区间，四个区间由分别与上述曲轴旋转两圈中每旋转一圈、上述磁阻转子通过上述拾取器的位置对应的第一磁阻转子区间和第二磁阻转子区间以及分别与上述磁阻转子不通过上述拾取器的位置对应的第一区间和第二区间构成，上述发动机负荷检测装置具有：求出作为在上述第一区间检测的第一旋转速度和在上述第二区间检测的第二旋转速度的平均的第一平均值的机构；求出作为在上述第一磁阻转子区间检测的第一磁阻转子旋转速度和在上述第二磁阻转子区间检测的第二磁阻转子旋转速度的平均的第二平均值的机构；用上述第一平均值除以上述第一旋转速度的值乘以上述第二平均值，由此计算出上述平均发动机旋转速度的机构；以及利用上述平均发动机旋转速度计算出上述发动机负荷状态的负荷状态计算机构。

特征十在于，计算出上述平均发动机旋转速度的机构设上述第一旋转速度为ω4（n-1）、上述第二旋转速度为ω4（n）、上述第一磁阻转子旋转速度为ωtdc1、上述第二磁阻转子旋转速度为ωtdc2、上述加权处理的加权系数为α时，利用以下公式计算出上述平均发动机旋转速度NeA。

[公式1]

$\mathrm{NeA}=\frac{(1-\mathrm{\α})\×\mathrm{\ω}4(n-1)+\mathrm{\α}\×\mathrm{\ω}4\left(n\right)}{\mathrm{\ω}4(n-1)}\×\frac{\mathrm{\ωtdc}1+\mathrm{\ωtdc}2}{2}$

特征十一在于，将上述第一区间设定为包括进气冲程，并将上述第二区间设定为包括燃烧/膨胀冲程，在求出上述第一平均值时，将在上述第一旋转速度和上述第二旋转速度之间进行不同的加权处理的上述加权系数α设置为大于0.5。

特征十二在于，上述磁阻转子设置在紧靠发动机的上死点之前的位置，上述发动机的负荷状态是负荷率，是通过上述第二磁阻转子旋转速度除以上述平均发动机转速计算出来的。

特征十三在于，相应于上述负荷率，对至少上述发动机的点火时期进行反馈控制。

特征十四是一种发动机负荷检测装置的发动机负荷检测方法，该发动机负荷检测装置具有：与发动机的曲轴同步旋转的脉冲转子、设置在该脉冲转子上并位于与上述发动机的上死点附近对应的曲轴角度的磁阻转子以及检测该磁阻转子通过的拾取器，基于该拾取器的输出信号检测发动机的负荷状态，该方法包括如下步骤：将用于检测平均发动机旋转速度的检测区间设定为上述曲轴从上述磁阻转子的通过开始点起旋转两圈的长度；将上述检测区间设为四个区间，四个区间由分别与上述曲轴旋转两圈中每旋转一圈、上述磁阻转子通过上述拾取器的位置对应的第一磁阻转子区间和第二磁阻转子区间以及分别与上述磁阻转子不通过上述拾取器的位置对应的第一区间和第二区间构成；求出作为在上述第一区间检测的第一旋转速度和在上述第二区间检测的第二旋转速度的平均的第一平均值；求出作为在上述第一磁阻转子区间检测的第一磁阻转子旋转速度和在上述第二磁阻转子区间检测的第二磁阻转子旋转速度的平均的第二平均值；用上述第一平均值除以上述第一旋转速度的值乘以上述第二平均值，由此计算出上述平均发动机旋转速度。

特征十五是一种发动机负荷检测装置，具有：与发动机的曲轴同步旋转的脉冲转子、设置在该脉冲转子上并位于与上述发动机的上死点附近对应的曲轴角度的磁阻转子以及检测该磁阻转子通过的拾取器，基于该拾取器的输出信号检测发动机的负荷状态，其中，该发动机负荷检测装置具有检测变速器的变速比的变速比检测机构，上述发动机的负荷状态是负荷率，是由上述磁阻转子通过上述拾取器期间的旋转速度除以上述平均发动机转速计算出来的，基于上述变速比修正上述磁阻转子通过上述拾取器期间的旋转速度。

特征十六在于，上述变速比检测机构是检测有级变速器的变速档的齿轮位置传感器。

特征十七在于，上述磁阻转子通过上述拾取器期间的旋转速度的修正通过该旋转速度乘以修正系数来进行，将上述修正系数设定为上述有级变速器的齿轮档数越低则该修正系数越大。

特征十八在于，上述变速比检测机构基于车速和发动机转速求出变速比。

根据特征一，计算用于发动机负荷状态运算的平均发动机旋转速度时，将检测发动机旋转速度的规定区域分割成多个，分别计算该分割多个区间的每一个的区间发动机旋转速度，对该多个区间发动机旋转速度进行不同的加权处理，而且，通过求出该加权处理后的多个区间发动机旋转速度的平均值计算平均发动机旋转速度，因此，在规定区间内，即使在发生与稳态运行时不同的大幅旋转变化的情况下，通过进行考虑到该旋转变化的加权，可计算出正确的平均发动机旋转速度。这样，即使在由于加速时或在凹凸路面上的行驶等而导致规定区间内的发动机旋转速度发生大幅变化的情况下，也可通过运算求出与其相对应的发动机负荷状态。

根据特征二，由于加权处理是在多个分割区间中，将包括燃烧/膨胀冲程的区间的加权比例设定为大于其他区间，因此，即使在由于加速时或在凹凸路面上的行驶等而导致尤其是燃烧/膨胀冲程中发动机旋转速度的上升程度很大的情况下，也可通过运算求出与其相对应的发动机负荷。

根据特征三，由于基于脉冲转子的输出信号检测规定区间，因此，利用检测驱动发动机点火装置或燃料喷射装置的时间的脉冲转子，就可设置用于检测平均发动机旋转速度的规定区间。这样，无需设置新的传感器等就可通过运算求出发动机负荷状态。

根据特征四，由于规定区间被设定为，将曲轴旋转两圈的长度两等分为第一区间和第二区间，且第一区间包括进气冲程，第二区间包括燃烧/膨胀冲程，因此，可用简单的方法分割规定区间。并且，通过将包括燃烧/膨胀冲程的第二区间的权重设定得大，可通过运算求出考虑到燃烧/膨胀冲程中发动机旋转速度变化的负荷状态。并且，通过以最低的分割数量分割规定区间，既可控制运算负担的增加又可得到加权处理的效果。

根据特征五，由于发动机的负荷状态是负荷率，是由磁阻转子通过拾取器期间的旋转速度除以平均发动机转速计算出来的，因此，利用简单的运算就可求出发动机的负荷状态。

根据特征六，由于磁阻转子设置在紧靠发动机的上死点之前的位置，利用磁阻转子在紧靠压缩侧的上死点之前通过拾取器期间的旋转速度来计算出负荷率，因此，可恰当地检测从压缩冲程的末端到燃烧/膨胀冲程为止的发动机大幅的旋转变化，求出考虑到该旋转变化的发动机负荷率。

根据特征七，由于根据所计算的负荷率、对至少发动机的点火时期进行反馈控制，因此，不用设置新的传感器等，而只利用脉冲转子的输出信号可进行至少点火时期的修正控制。

根据特征八，具有如下步骤：将检测平均发动机旋转速度的规定区间分割成多个；计算出被分割的多个区间的每一个的区间发动机旋转速度；对多个区间发动机旋转速度进行不同的加权处理；通过求出加权处理后的多个区间发动机旋转速度的平均值，计算出平均发动机旋转速度；以及利用平均发动机旋转速度进行发动机的负荷状态的运算。因此，即使在规定区间内的发动机旋转速度发生与稳态运行时不同的大幅变化的情况下，通过进行考虑到该旋转变化的加权，可计算出正确的平均发动机旋转速度，可基于此进行发动机负荷状态的运算。

根据特征九，将用于检测平均发动机旋转速度的检测区间设定为曲轴从磁阻转子的通过开始点起旋转两圈的长度，将检测区间设为四个区间，四个区间由分别与曲轴旋转两圈中每旋转一圈、磁阻转子通过拾取器的位置对应的第一磁阻转子区间和第二磁阻转子区间以及分别与磁阻转子不通过拾取器的位置对应的第一区间和第二区间构成，发动机负荷检测装置具有：求出作为在第一区间检测的第一旋转速度和在第二区间检测的第二旋转速度的平均的第一平均值的机构；求出作为在第一磁阻转子区间检测的第一磁阻转子旋转速度和在第二磁阻转子区间检测的第二磁阻转子旋转速度的平均的第二平均值的机构；用第一平均值除以第一旋转速度的值乘以第二平均值，由此计算出平均发动机旋转速度的机构；以及利用平均发动机旋转速度计算出发动机负荷状态的负荷状态计算机构。因此，可使计算平均发动机旋转速度的运算公式中包含以下关系，即，磁阻转子部分的旋转速度速除以与其相同的磁阻转子部分的旋转速度（除法）。这样，即使在磁阻转子的周向长度等有尺寸公差的情况下，在运算公式中也可降低该尺寸公差的影响，可计算更恰当的平均发动机旋转速度。并且，利用检测驱动发动机点火装置或燃料喷射装置时间的脉冲转子，可设定用于检测平均发动机旋转速度的规定区间。

根据特征十，可在平均发动机旋转速度的运算公式中降低磁阻转子的尺寸公差对平均发动机旋转速度的计算值的影响。

根据特征十一，由于将第一区间设定为包括进气冲程，并将第二区间设定为包括燃烧/膨胀冲程，在求出第一平均值时，将在第一旋转速度和第二旋转速度之间进行不同的加权处理的加权系数α设置为大于0.5，因此，即使在检测区间的发动机旋转速度发生与稳态运行时不同的大幅变化的情况下，也可计算出考虑到燃烧/膨胀冲程中发动机旋转速度的上升程度的平均发动机旋转速度。这样，即使在由于加速时或路面状况而导致发动机旋转速度发生大幅变化的情况下，也可计算更恰当的发动机负荷。

根据特征十二，由于磁阻转子设置在紧靠发动机的上死点之前的位置，发动机的负荷状态是负荷率，是通过第二磁阻转子旋转速度除以平均发动机转速计算出来的，因此，利用简单的运算公式就可检测发动机负荷。并且，可恰当地检测从压缩冲程的后半部分到燃烧/膨胀冲程的发动机旋转变化，求出发动机的负荷率。

根据特征十三，由于根据负荷率、对至少发动机的点火时期进行反馈控制，因此，只用脉冲转子的输出信号计算发动机的负荷率，基于该负荷率可进行至少发动机点火时期的修正控制。这样，不用设置检测发动机负荷状态的传感器等，就可进行恰当的点火时期控制。

根据特征十四，包括如下步骤：将用于检测平均发动机旋转速度的检测区间设定为曲轴从磁阻转子的通过开始点起旋转两圈的长度；将检测区间设为四个区间，四个区间由分别与曲轴旋转两圈中每旋转一圈、磁阻转子通过拾取器的位置对应的第一磁阻转子区间和第二磁阻转子区间以及分别与磁阻转子不通过拾取器的位置对应的第一区间和第二区间构成；求出作为在第一区间检测的第一旋转速度和在第二区间检测的第二旋转速度的平均的第一平均值；求出作为在第一磁阻转子区间检测的第一磁阻转子旋转速度和在第二磁阻转子区间检测的第二磁阻转子旋转速度的平均的第二平均值；用第一平均值除以上述第一旋转速度的值乘以第二平均值，由此计算出平均发动机旋转速度。因此，即使在磁阻转子的周向长度等有尺寸公差的情况下，在运算公式中也可降低该尺寸公差的影响，可计算出更恰当的平均发动机旋转速度。这样，可计算出恰当的发动机负荷。

根据特征十五，由于具有检测变速器的变速比的变速比检测机构，发动机的负荷状态是负荷率，是由磁阻转子通过拾取器期间的旋转速度除以平均发动机转速计算出来的，基于变速比修正磁阻转子通过拾取器期间的旋转速度，因此，也可考虑到从曲轴到后轮的扭矩传递系统的影响来计算出发动机的负荷状态。具体地说，可处理变速器的变速比越大、计算出的磁阻转子通过拾取器期间的旋转速度越小这一现象，这样，可更正确地计算出发动机的负荷状态。

根据特征十六，由于变速比检测机构是检测有级变速器的变速档的齿轮位置传感器，因此，可利用简单的结构检测有级变速器的变速比，修正磁阻转子通过拾取器期间的旋转速度。

根据特征十七，由于磁阻转子通过拾取器期间的旋转速度的修正通过该旋转速度乘以修正系数来进行，将修正系数设定为有级变速器的齿轮档数越低则该修正系数越大，因此，可进行根据以下趋势的恰当的修正，即，变速器的变速比越大，越易受到曲轴到后轮的扭矩传递系统的影响，换句话说，即使实际的发动机负荷状态相同，变速比越大则磁阻转子通过拾取器期间的旋转速度越小。

根据特征十八，由于变速比检测机构基于车速和发动机转速求出变速比，因此，无需用于检测变速档的位置传感器，有望降低成本。

附图说明

图1是适用本发明的一个实施方式的发动机负荷检测装置的发动机的结构图。

图2是设置在ECU上的负荷率计算部的详细框图。

图3是脉冲转子的放大正视图。

图4是曲轴脉冲信号、发动机旋转速度Ne以及角速度ω的关系图。

图5是一个循环中的曲轴脉冲信号和角速度ω的关系图。

图6是图5的局部放大图。

图7是稳态时和过渡时的角速度ω的变化图。

图8是过渡时的角速度ω和检测区间的关系图。

图9是加权处理的概念图。

图10是加权系数α的推导方法图。

图11是适用磁阻转子公差消除方法时的检测区间与Ne1区间和Ne2区间的关系说明图。

图12是过渡时的角速度ω和检测区间的关系图。

图13是计算Δω的运算公式的说明图。

图14是平均发动机旋转速度NeA的计算步骤的框图。

图15是发动机旋转速度Ne和Δω的计算值（Δω=Ne-ωtdc）的关系图。

图16是发动机旋转速度Ne和变速档与修正系数K的关系的修正系数图。

图17是使用修正系数K的Δω的修正控制步骤的流程图。

具体实施方式

以下参照附图就本发明的优选实施方式进行具体说明。图1是适用本发明的一个实施方式的发动机负荷检测装置的发动机1的结构图。发动机1是单缸四循环内燃机，具有将在汽缸8内部进行往复运动的活塞7通过连杆与曲轴9连接的结构。在汽缸8的上部设置进气管2和排气管4以及与曲轴9的旋转同步地进行开关动作的进气阀3和排气阀5。并且，作为点火装置的火花塞6安装在汽缸8的上端部。

在曲轴9上安装与该曲轴9同步旋转的脉冲转子10。在脉冲转子10的外周部设置向径向外侧突出规定量的磁阻转子。固定在发动机1的曲轴箱等上的磁拾取器20设置在脉冲转子10附近，相应于随着脉冲转子10的旋转而通过的磁阻转子，输出曲轴脉冲信号。

作为发动机控制装置的ECU30包括：检测来自磁拾取器20的脉冲信号的曲轴脉冲检测部40、作为发动机1的负荷状态检测机构的负荷率计算部50、根据发动机的负荷状态计算点火时期的修正量的控制修正量计算部60、控制火花塞6点火的点火控制部70、以及用于基于至少节气门开度和发动机转速Ne的信息来决定点火时期的点火图（点火マップ）80。本实施方式的ECU30基于输入到曲轴脉冲检测部40的脉冲信号求出发动机1的负荷状态（负荷率F），可根据该负荷状态修正控制火花塞6的点火时期。

在此，发动机1的负荷率F是指例如即使在发动机转速相同的状态下，在以一定的速度在平坦道路上行驶和在上坡路上加速的情况下，发动机1的负荷状态也不同，因此，为了将其用于修正控制，用数值表示负荷的大小。上述点火控制部70在负荷率F大、即发动机的负荷大的情况下，得到对点火时期稍微进行滞后角修正、防止爆震等、相应于负荷状态的正确的点火时期。负荷率F的具体运算方法如后所述。

另外，在本实施方式中，利用负荷率F只对点火时期进行修正控制，但ECU30也可在控制向发动机1供给燃料的燃料喷射装置（未图示）的同时进行相应于负荷率F的燃料喷射控制。

图2是设置在ECU30上的负荷率计算部50的详细框图。负荷率计算部50基于从上述曲轴脉冲检测部40输入的曲轴脉冲信号和计时器51测量的时间，计算发动机1的负荷率F。负荷率计算部50除了计时器51以外，还包括Ne计算机构52、Δω计算机构53、ωtdc计算机构54、磁阻转子电角决定机构55、负荷率计算机构56。

Ne计算机构52计算检测区间的发动机转速Ne（平均发动机转速NeA）。并且，磁阻转子电角决定机构55基于磁阻转子通过磁拾取器20时的脉冲信号来检测被电检测的磁阻转子的周向角度。ωtdc计算机构54计算磁阻转子通过磁拾取器20期间的脉冲转子10的旋转速度（角速度），即只是磁阻转子部分的角速度ωtdc（rad/s）。

并且，Δω计算机构53通过从上述Ne计算机构52计算出的发动机转速Ne减去上述ωtdc计算机构计算出的磁阻转子部分的角速度ωtdc，计算出曲轴角速度的变化量Δω（Δω=Ne-ωtdc）。另外，Δω计算机构53进行的减法运算通过将发动机转速Ne（rpm）转换成发动机旋转速度（rad/s）来进行。并且，在负荷率计算机构56中，利用Δω计算机构53计算出的角速度的变化量Δω和Ne计算机构52计算出的发动机转速Ne，通过Δω÷Ne×100（%）的运算公式计算出发动机负荷率F。该负荷率F是发动机负荷越大数值越大。

图3是脉冲转子10的放大正视图。在本实施方式的脉冲转子10上设置第一磁阻转子11和第二磁阻转子12。在该图中，脉冲转子10逆时针旋转，来自磁拾取器20的曲轴脉冲信号按照第一磁阻转子11的起点G1、第一磁阻转子11的终点G2、第二磁阻转子12的起点G3、第二磁阻转子12的终点G4的顺序输出。

第二磁阻转子12具有从距发动机的上死点（TDC）第四角度θ4的靠前的位置起成第一角度θ1的周向长度。并且，第一磁阻转子11具有形成第三角度θ3的周向长度，在第一磁阻转子11的起点G1和第二磁阻转子12的起点G3之间设置第二角度θ2。在本实施方式中分别进行以下设置，第一角度θ1=45度，第二角度θ2=22.5度、第三角度θ3=11.25度、第四角度θ4=15度。另外，在该图中显示了脉冲转子10和磁拾取器20分开，可将磁阻转子11、12的外周面和磁拾取器20的间隔设置为例如0.5mm。

图4是从磁拾取器20输出的曲轴脉冲信号、曲轴每旋转一圈的平均发动机转速NeA以及曲轴角速度ω的关系图。图中的A-B区间表示包括进气冲程的曲轴旋转一圈的长度。图（a）表示以一定的发动机转速Ne在平坦道路上行驶时的稳态，（b）表示加速中或通过操作节气门而使得发动机转速Ne处于上升中的过渡时。（c）只表示在起伏道路（凹凸路面）上行驶时的角速度ω的变位动作。

从该图可看出，不管发动机转速是一定或在上升中，曲轴角速度ω按照发动机的一个循环反复进行周期性的变化。并且，在起伏道路上，因凹凸路面作用使驱动轮加减速的力，因此，如果长期观察角速度ω的变化，则整体产生平缓的起伏。但是，在起伏道路上依然以曲轴旋转一圈为单位、按照发动机的一个循环反复进行周期性的变化。并且，在任何行驶条件下，在包括进气冲程的A-B区间都可确认角速度ω直线地变化。并且，A-B区间的角速度ω的直线轨迹在（a）的稳态时大幅向右下，在（b）的过渡时该向右下的角度大大缩小。

图5是一个循环期间的曲轴脉冲信号和角速度ω的关系图。与上述相同的符号表示相同或等同的部分。如上所述，角速度ω按照四循环的各冲程进行周期性的变化。在从压缩冲程的后半部分到接近燃烧/膨胀冲程的区间D1的减少是缘于汽缸内压的上升形成的压缩阻力。并且，在燃烧/膨胀冲程的区间D2的增加是缘于由燃烧导致的汽缸内压上升而产生曲轴旋转能量。

并且，区间D2结束后，直到进气冲程结束为止的区间D3的减少是缘于在燃烧结束、曲轴角速度ω达到峰值后、产生发动机1的机械摩擦阻力或燃烧气体的排出阻力。另外，区间D4表示曲轴以第二磁阻转子12的起点G3为起点旋转一圈的长度。

在该图中，在发动机转速（旋转速度）Ne相同的情况下，实线表示稳态时的曲轴角速度ω，并且，虚线表示高负荷时的曲轴角速度ω。如图所示，高负荷时角速度ω的变化增大。这是由于即使在发动机旋转速度Ne相同的情况下，输出扭矩越高则角速度ω的峰值越大，之后吸入空气量越多则下降量越大。

另外，对于该曲轴角速度ω的变化，越是在曲轴惯性力小的低旋转区域越大，并且，如本实施方式的单缸发动机1，有在缸数少且爆发间隔大的发动机上更容易增大的趋势。

图6是图5的局部放大图。如上所述，利用发动机的负荷率F检测发动机1的负荷状态。该负荷率F是将在包括压缩上死点的区间D1内、角速度ω相对发动机转速Ne的减少程度换句话说是将压缩冲程中的压缩阻力的大小进行数值化。在本实施方式中，第二磁阻转子12位于区间D1内，将该第二磁阻转子12通过磁拾取器20时的角速度ωtdc和发动机旋转速度Ne的差分值作为角速度ω的变化量Δω进行计算。图中的ωtdc区间对应于第二磁阻转子12从起点G3到终点G4的通过时间。

以下参照图7、8、9，就用于正确检测过渡时的负荷率F的加权处理进行说明。该加权处理是如下方法：在计算出检测区间内的发动机旋转速度Ne时，将该检测区间分割成多个，按照每个分割区间计算区间发动机旋转速度，平均多个区间发动机旋转速度时，增加某个特定分割区间的权重，将NeA调整到正确值。

图7是稳态时和过渡时的角速度ω的变化图。图中的T表示TDC（上死点）。（a）所示的稳态时的角速度ω在各循环中、在相同的上限值和下限值之间变化。因此，可以说用于计算出用于上述Δω计算的发动机旋转速度Ne的检测区间只要设置在一个循环的区间就足够了。在该图示的例中，也将曲轴从第一磁阻转子11的起点G1起旋转两圈期间即一个循环的区间作为检测区间。

但是，相对于（a）的稳态时，（b）所示的过渡时的角速度ω虽然每一个循环几乎相同地变化（形成几乎相同的起伏形状），但角速度ω达到峰值后，稍微下降变化后，继续向着下一个峰值连续上升。这样，过渡时的角速度ω的起伏形状形成右边向上的阶梯形状。此时，例如在稳态时和过渡时发动机旋转速度相同的情况下，如果对两种情况进行上述的发动机负荷率F的运算，则算出过渡时的负荷率比稳态时小，发生与实际的发动机产生的负荷状态不符的现象。具体如后所述，这是由于与实际的发动机负荷相比，算出的过渡时的Δω较小。

为了解决这一问题，在本实施方式中，作为前提条件，将上述检测区间分割为Ne1区间和Ne2区间，Ne1区间是曲轴从第一磁阻转子11的起点G1起旋转一圈，Ne2区间是从该Ne1区间的终点起曲轴再旋转一圈，通过该Ne1区间的区间发动机旋转速度Ne1（以下表示为Ne1）和Ne2区间的区间发动机旋转速度Ne2（以下表示为Ne2）的平均值计算出整个检测区间的平均发动机旋转速度Ne（以下表示为NeA）。利用上述Ne计算机构52进行这些计算处理。

图8是过渡时的角速度ω和检测区间的关系图。与上述相同的符号表示相同或等同部分。如上所述，过渡时从进气冲程到压缩冲程的前半部分的区间即Ne1区间的角速度ω的减少量降低，在该图所示的例子中几乎是水平地推移。而在压缩冲程的后半部分，角速度ω大幅降低后，在燃烧/膨胀冲程大幅增加、达到峰值。

在此，如上所述，发动机负荷率F是基于压缩冲程的后半部分的曲轴角速度ω相对发动机旋转速度Ne降低何种程度而算出的。但该计算方法具有以下趋势，即，在稳态时和过渡时，在发动机旋转速度Ne相同的情况下，算出的发动机旋转速度Ne和ωtdc的差分即Δω（Δω=Ne-ωtdc）在过渡时比稳态时小。

这是由于包含ωtdc区间的Ne2区间的Ne2与稳态时相比非常大这一计算负荷率F时应重视的要素通过计算Ne1和Ne2的平均值被相互抵消。这样，过渡时计算的负荷率F比实际发动机负荷状态要小。

因此，在过渡时，在计算平均发动机旋转速度NeA时，优选反映发动机旋转速度Ne2的大小。这样，在该图示的例子中，在计算出NeA时，在Ne1和Ne2之间进行不同的加权处理。在图示的例子中，通过将一个循环间的平均发动机旋转速度NeA的运算公式设为NeA=Ne1×（1-α）+Ne2×α，将该加权系数α设为大于0.5，使Ne2的权重大于Ne1，提高NeA。另外，负荷率计算部50的Ne计算机构52（参照图2）包括进行加权处理的加权机构。

在此，同时参考图9的加权处理的概念图。在图示的例子中，NeA0（虚线）表示不进行加权处理时的平均发动机旋转速度，NeA（实线）表示进行加权处理时（例如α=0.55）的平均发动机旋转速度。此时，算出曲轴角速度ω的变化量在不进行加权处理时为Δω0，而在进行了加权处理后增加为Δω（参照图8）。这样，发动机负荷率F的计算值也增加，在过渡时算出与实际的发动机负荷状态相符的负荷率F。

另外，在稳态时，即使进行了上述的加权处理，由于Ne1和Ne2的差小，因此对负荷率F的影响小。因此，稳态时和过渡时无需改变负荷率F的运算方法，不会增加运算负担。

图10是加权系数α的推导方法图。如上所述，稳态时，即使改变加权系数α，Δω的值也几乎没有变化。而在过渡时，Δω随着加权系数α的增大而增加。此时，如果将加权系数α设定在过渡时的Δω与稳态时的Δω一致的点，则在ωtdc值相同的情况下，可使稳态时和过渡时的负荷率F为相同的值。

如上所述，根据本发明的发动机负荷检测装置，在求出负荷率F（F=Δω÷NeA×100）计算用的平均发动机旋转速度NeA时，将用于检测NeA的规定区间设置为一个循环的长度，将该规定区间分割成包含进气冲程的Ne1区间和包含燃烧/膨胀冲程的Ne2区间，计算各区间发动机旋转速度Ne1、Ne2，进行加权处理以使对Ne2的权重大于Ne1，计算两值的平均值，因此，在负荷率F的计算值中反映出计算负荷率F时应重视的Ne2区间的区间发动机旋转速度Ne2的大小，可算出正确的发动机负荷。这样，即使在加速中或由于在凹凸路面上的行驶而导致发动机旋转速度变化大的情况下，也可利用运算求出与其相对应的发动机负荷。

另外，发动机和脉冲转子的结构、磁阻转子尺寸和数量、磁阻转子相对于脉冲转子的位置、磁阻转子相对于TDC位置的位置、加权系数α的值、用于检测平均发动机旋转速度NeA的规定期间的设定等，不局限于上述实施方式，可进行各种变化。并且，本发明的发动机负荷检测装置除了用于机动两轮车等车辆用发动机以外，也可用于各种一般的发动机等。

以下，就适用于本发明的发动机负荷检测装置的磁阻转子公差消除方法进行说明。该磁阻转子公差消除方法通过使用上述的加权处理以及曲轴角速度ω在包含进气冲程的区间直线地变化（参照图4），在计算平均发动机旋转速度NeA的运算公式内降低磁阻转子部分的尺寸公差的影响，即，可降低尺寸公差对最后计算出的负荷率F的影响。以下利用图10至13就具体方法进行说明。

图11是适用磁阻转子公差消除方法时的检测区间与上述的Ne1区间和Ne2区间的关系说明图。在本实施方式中，将曲轴从第二磁阻转子的起点G3开始旋转一圈作为D4区间，计算出该D4区间中的平均发动机旋转速度NeA。D4区间位于相对上述的Ne1和Ne2向后错第三角度θ3（在本实施方式中为22.5度）的位置。在本实施方式中将该D4区间进一步分割为ωtdc区间（45度）和ω4区间（315度）。利用上述Ne计算机构52进行上述的区间设定。

图12是过渡时的角速度ω和检测区间的关系图。与上述相同的符号表示相同或等同的部分。在该图中，将包含燃烧/膨胀冲程的D4区间作为D4（n）区间，将该曲轴旋转一圈前的区间作为D4（n-1）区间。即，用于计算出平均发动机旋转速度NeA的检测区间成为D4（n-1）区间和D4（n）区间。并且，与此对应地将ω4区间分别设定为作为第二区间的ω4（n）区间和作为第一区间的ω4（n-1）区间。而且，将ωtdc区间分别设定为作为第二磁阻转子区间的ωtdc2区间和作为第一磁阻转子区间的ωtdc1区间。

在此，在上述的区间设定中，考察用于计算出检测区间内的平均发动机旋转速度NeA的方法。如上所述，在过渡时的加权处理中，优选进行适当地反映以下特性的区间设定，即，“曲轴角速度ω从进气冲程到压缩冲程的前半部分直线地且几乎没有减少地推移，在燃烧/膨胀冲程急剧上升”。这样，通过ω4（n-1）区间的区间发动机旋转速度ω4（n-1）和ω4（n）区间的区间发动机旋转速度ω4（n）的平均值计算平均发动机旋转速度NeA。

根据上述，考虑到权重的NeA的运算公式为NeA=（1-α）×ω4（n-1）+α×ω4（n）。在本实施方式中，该NeA不是最后计算出的平均发动机旋转速度NeA，而定义为第一平均值H1。另外，虽然可任意设定加权系数α的值，但在稳态时，即使改变加权系数α，Δω的值也几乎不变。而在过渡时，Δω随着加权系数α增大而增加。此时，如果将加权系数α设定在过渡时的Δω与稳态时的Δω一致的点，则在ωtdc值相同的情况下，可使负荷率F的值相同。

以下，同时参照表示计算出Δω的运算公式的图13。如上所述，由于Δω=Ne-ωtdc，因此，如果将其用于图12所示的例子中，则成为Δω=NeA-ωtdc2。在此，允许机械零件有尺寸公差（例如±1%），第二磁阻转子12的周向尺寸也出现因尺寸公差导致的的尺寸偏差。以下就该周向尺寸偏差对Δω的计算值的影响进行说明。

另外，在第二磁阻转子12的周向长度有偏差的情况下，上述的NeA的计算值也出现偏差，但在此假定NeA不受尺寸公差的影响。在上述的条件下，在NeA=2000（rpm），ωtdc2=1800（rpm）的情况下，第二磁阻转子12的周向尺寸为基准值时的Δω为Δω=2000-1800=200（rpm）。而在第二磁阻转子12的周向尺寸比基准值大1%，由此ωtdc2小1%的情况下，Δω=2000-1782=218（rpm）。即，第二磁阻转子12的周向尺寸的1%的偏差在Δω的计算值中增幅了10%这样的大值。

为了避免上述的尺寸公差的增幅，优选可用与ωtdc2在相同的45度区间计算出的旋转速度表示NeA。如果可以，则Δω的运算公式为同样在45度区间计算出的旋转速度彼此相减，因此，Δω的计算值与基准值的偏差不会在1%以上。根据上述，在本实施方式中改变了NeA运算公式的形式，使以下三点同时成立，即，尽量延长用于计算NeA的检测区间、提高NeA的正确性，通过加权处理将NeA调整到适当的数值，以及降低第二磁阻转子12的尺寸公差对Δω的影响。

具体是，考虑了权重的ω4（n-1）区间和ω4（n）区间的Ne平均值（第一平均值H1）乘以始终为1的数值。并且，该始终为1的数值是ω4（n-1）区间的旋转速度的近似值K除以在ω4（n-1）区间实际测量的旋转速度ω4（n-1）的值。

利用曲轴角速度ω在进气冲程中直线地推移这一特性计算上述的近似值K。即，近似值K是通过在ωtdc1区间（45度区间）计算出的第一磁阻转子旋转速度ωtdc1和在ωtdc2区间（45度区间）计算出的第二磁阻转子旋转速度ωtdc2的平均值、利用在45度区间计算出的旋转速度表示作为315度区间的ω4（n-1）区间的旋转速度。在本实施方式中，将该近似值K定义为第二平均值H2。

并且，近似值K（第二平均值H2）除以在ω4（n-1）区间计算出的第一旋转速度ω4（n-1）当然得“1”。即，图中框内的NeA是第一平均值H1乘以是1的值。

并且，进行NeA的运算时，第一平均值H1中的ω4除以分母中的ω4、进行抵消。即，与315度区间相关的尺寸公差从框内消除。这样，NeA上只剩下与45度区间相关的尺寸公差，但该尺寸公差与框外的ωtdc2相同，与45度区间相关，因此，Δω=Ne-ωtdc2的运算公式成为相同的45度区间之间相减。因此，尺寸公差的影响不会因减法而增幅，其结果，可计算出尺寸公差的影响小的Δω和负荷率F。

上述的Δω的运算方法不局限于过渡时，在稳态时同样可以使用。并且，在上述的Δω和负荷率F的运算中，也可以不设置脉冲转子10的第一磁阻转子11（参照图3）。

如上所述，根据本发明的发动机负荷装置，即使在脉冲转子的磁阻转子的周向长度有尺寸公差的情况下，在计算出NeA的运算公式中，通过与315度区间相关的旋转速度始终乘以是1的值，将其转换成与45度区间相关的旋转速度，在进行该转换时，利用除法消除了与315度区间相关的尺寸公差，因此，可防止在计算Δω（Δω=NeA-ωtdc2）时的尺寸公差影响的增幅。这样，可将磁阻转子的尺寸公差对发动机负荷率F的计算值的影响降到最低。

具体是，首先，在求出计算负荷率F（F=Δω÷NeA×100）使用的平均发动机旋转速度NeA时，将用于计算该NeA的检测区间设定成曲轴从第二磁阻转子12的通过开始点G3起旋转两圈的长度。然后，将该检测区间分割为四个区间，四个区间由与第二磁阻转子12通过磁拾取器20的位置分别对应的第一磁阻转子区间（ωtdc1区间）和第二磁阻转子区间（ωtdc2区间）以及与第二磁阻转子12不通过磁拾取器20的位置分别对应的第一区间（ω4（n-1）区间）和第二区间（ω4（n）区间）构成。

在此，参照图14。该图是用框图表示平均发动机旋转速度NeA的计算顺序。第一平均值计算部104计算出第一平均值H1，第一平均值H1平均在第一旋转速度检测部100检测的第一旋转速度ω4（n-1）和在第二旋转速度检测部101检测的第二旋转速度ω4（n）。而第二平均值计算部105计算出第二平均值H2（近似值K），第二平均值H2（近似值K）平均在第一磁阻转子旋转速度检测部102检测的第一磁阻转子旋转速度ωtdc1和在第二磁阻转子旋转速度检测部103检测的第二磁阻转子旋转速度ωtdc2。然后，平均发动机旋转速度检测部106利用第一平均值计算部104计算出的第一平均值H1、第二平均值计算部105计算出的第二平均值H2以及第一旋转速度ω4（n-1）、计算平均发动机旋转速度NeA。这样，在NeA的运算公式中消除了与315度区间相关的尺寸公差，可避免在计算Δω时（Δω=NeA-ωtdc2）尺寸公差出现增幅。

但是，通过实验等显示曲轴角速度的变化状态易受到从曲轴到后轮的扭矩传递系统的影响。因此，为了更精确地计算发动机负荷率，优选考虑该扭矩传递系统的影响。以下就考虑到曲轴角速度的变化状态尤其对变速器的变速比的影响的发动机负荷率的计算方法（修正方法）进行说明。

图15是发动机旋转速度Ne和Δω的计算值（Δω=Ne-ωtdc）的关系图。该图是基于对具有四级变速的变速器的发动机进行实际测试而制作的。如上所述，发动机转速Ne越小，即越是曲轴的惯性小的低旋转区域，曲轴角速度的变化量Δω越大。并且，特别是有越靠近低旋转区域，变速比的差异产生的影响越大的趋势。在该图例中，从变速比最低的四档（实线）起，随着三档（点划线）、二档（虚线）、一档（两点划线）地变速比增大，Δω的计算值变小。这表示即使例如发动机转速Ne是相同的值且实际的发动机负荷状态也相同，但还是具有变速比越大则算出的Δω越小的趋势。因此，产生了以下问题，即，变速器的变速比越大且发动机转速Ne越低，在计算发动机负荷率时，算得比实际负荷状态小。

因此，本实施方式的特征在于，为了降低上述的变速比的差异对Δω的影响，根据变速器的变速比修正Δω的值。在本实施方式中，通过作为变速比检测机构的齿轮位置传感器检测目前选择的变速比（变速档），将相应于该变速比的修正系数用于计算Δω时使用的ωtdc，通过这样进行修正。更具体是，通过使Δω的计算公式（Δω=Ne-ωtdc）中包含的ωtdc乘以修正系数K进行修正（Δω=Ne-K×ωtdc）。

图16是表示发动机转速Ne和变速档（齿轮位置）与修正系数K的关系的修正系数图。在本实施方式中，在选择变速比最小的四档时不修正ωtdc，无论发动机转速Ne的值是多少，修正系数K都设置为1.0。另一方面，设定成随着变速比按变速档三、二、一档地增大，修正系数K的值也增大。

在此，如图15所示，变速比的差异对Δω的影响随着发动机转速Ne的增加而减少。这样，也将修正系数K的值设定为随着发动机旋转速度Ne的增加而变小。事先通过实验等设定该修正系数图后，存储在上述ECU30内的负荷率计算部50（参照图2）。

图17是使用修正系数K的Δω的修正控制顺序的流程图。在步骤S200中通过齿轮位置传感器检测齿轮位置GP。然后在步骤201中检测发动机转速Ne。在步骤202中，利用齿轮位置GP和发动机转速Ne、从修正系数图（参照图16）中推导修正系数K。然后，在步骤S203中，将推导的修正系数K用于Δω的计算公式（Δω=Ne-K×ωtdc）。这样，计算Δω的修正值。根据上述的Δω的修正控制，可进行相应于变速器的变速比的更高精度的发动机负荷预测，可更周密地高精度地进行点火时期控制等，有望实现减低油耗、减少有害废气等。

另外，在上述的实施方式中，利用齿轮位置传感器检测有级变速器的变速比，推导修正系数K，但也可以形成以下结构，即，例如在使用带转换器的无级变速器的情况下，为了改变变速比，基于所驱动的带轮的移动量检测变速比，根据该变速比推导修正系数K。

并且，也可以基于车速和发动机转速计算出变速比，根据该变速比推导修正系数。根据该构成，不需要用于检测变速档的位置传感器，有望降低成本。

另外，发动机和脉冲转子的结构、磁阻转子的尺寸和数量、磁阻转子相对于脉冲转子的位置、磁阻转子相对于TDC位置的位置、加权系数α的值、用于检测平均发动机旋转速度NeA的检测期间的设定等，不局限于上述实施方式，可进行各种变化。并且，适用于本发明的发动机负荷检测装置的磁阻转子公差消除方法除了用于机动两轮车等车辆用发动机以外，也可用于各种一般的发动机等。

Claims (4)

1.一种发动机负荷检测装置，具有：与发动机的曲轴同步旋转的脉冲转子、设置在该脉冲转子上并位于与所述发动机的上死点附近对应的曲轴角度的磁阻转子，以及检测该磁阻转子通过的拾取器，基于该拾取器的输出信号检测发动机的负荷状态，

其特征在于，具有检测变速器的变速比的变速比检测机构，

所述发动机的负荷状态是负荷率，是由所述磁阻转子通过所述拾取器期间的旋转速度除以所述平均发动机旋转速度计算出来的，

基于所述变速比修正所述磁阻转子通过所述拾取器期间的旋转速度。

2.如权利要求1所述的发动机负荷检测装置，其特征在于，所述变速比检测机构是检测有级变速器的变速档的齿轮位置传感器。

3.如权利要求2所述的发动机负荷检测装置，其特征在于，所述磁阻转子通过所述拾取器期间的旋转速度的修正通过该旋转速度乘以修正系数来进行，

将所述修正系数设定为所述有级变速器的齿轮档数越低则该修正系数越大。

4.如权利要求1所述的发动机负荷检测装置，其特征在于，所述变速比检测机构基于车速和发动机旋转速度求出变速比。

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