CN1820134A - 内燃机的曲柄转角检测装置及点火时期控制装置 - Google Patents

内燃机的曲柄转角检测装置及点火时期控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供内燃机的曲柄转角检测装置及点火时期控制装置，该曲柄转角检测装置包括：与内燃机的曲轴连动而旋转且在外周上等角度间隔地具有多个被检测部的转子；以及被设置在上述转子的外周附近、上述被检测部每次通过时生成脉冲信号的拾取器，将上述多个被检测部中位于对应于上述内燃机活塞上死点的曲柄转角之前的被检测部用于曲柄转角的基准角度检测。

Description

内燃机的曲柄转角检测装置及点火时期控制装置
技术领域
本发明涉及到内燃机的曲柄转角检测装置及点火时期控制装置。
背景技术
在控制用于通过喷嘴向内燃机喷射供给燃料的燃料喷射定时或向火花塞火花放电的点火定时的情况下，自发动机的曲轴的基准位置检测旋转角度位置、即曲柄转角，根据该曲柄转角，来设定这些定时。
在检测内燃机的曲轴的旋转角度的曲柄转角检测装置中，利用了对应于曲轴的旋转而旋转的圆板状转子和设置于其外周附近的电磁拾取器。在该转子的外周或外周附近由多个磁性材料构成的凸部或凹部作为被检测部而被设置在每个预定的角度上。转子与曲轴连动而旋转时，当被检测部通过电磁拾取器的附近时从电磁拾取器生成脉冲。通过使对应于曲轴的旋转角度的基准位置的被检测部欠缺，而产生不产生脉冲的较长的期间或生成与另外的被检测部不同的状态的脉冲，由此检测曲轴的旋转角度的基准位置时点，根据该基准位置时点对脉冲计数并进行设定燃料喷射定时或点火定时。(参照特开昭59-31406、特开昭59-173562及特开平6-17735号公报)
最近，在自动两轮车等小型车辆所使用的小排气量的内燃机中也被要求净化排出废气。由此，就连没有装备起动转动动力输出轴用的起动电动机的反冲式起动机等的手动转动动力输出轴的内燃机上也采用燃料喷射装置，根据曲柄转角对燃料喷射定时或点火时期定时进行控制。
然而，在利用相关的现有技术的曲柄转角检测装置的点火时期控制装置中，由于到曲轴旋转一周为止不能正确地确定曲柄转角，因此存在着在内燃机手动转动曲轴时不能避免发动机的逆旋转且不能给与适当的初始引爆定时的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在内燃机手动转动动力输出轴时可给与适当的初始引爆时间的曲柄转角检测装置及点火时期控制装置。
本发明的曲柄转角检测装置包括：与内燃机的曲轴连动而旋转且在外周上等角度间隔地具有多个被检测部的转子；设置在上述转子的外周附近、上述被检测部每次通过时产生脉冲信号的拾取器，该曲柄转角检测装置的特征在于：将上述多个被检测部中位于对应于上述内燃机活塞的上死点的曲柄转角度之前的位置的被检测部用于曲柄转角度的基准角度检测。
本发明的点火时期控制装置包括：曲柄转角检测装置，与内燃机的曲轴连动而旋转并且每旋转预定的角度便产生曲柄转角脉冲信号，将该曲柄转角脉冲信号中对应于上述内燃机活塞上死点的曲柄转角之前的脉冲信号作为与其他脉冲信号不同的状态的基准脉冲信号而产生；以及点火控制机构，对应于上述曲柄转角脉冲信号来控制上述内燃机的点火时期，该点火时期控制装置的特征在于，上述点火控制机构，在上述内燃机开始转动曲轴后到上述曲轴旋转1周为止的期间中，对应于产生在上述基准信号之后的上述曲柄转角脉冲信号，做出上述内燃机的火花塞的火花放电的指令。
附图说明
图1为表示本发明的实施例的框图。
图2为具体地表示曲柄转角检测装置的转子的图。
图3为表示转子的凸部与图1的装置的各部的信号波形的关系的图。
图4为表示曲柄同步处理的流程图。
图5为表示图4的曲柄同步处理的接续部分的流程图。
图6为表示点火切换处理的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施例。
图1表示适用本发明的曲柄转角检测装置的发动机控制装置。该发动机控制装置包括：曲柄转角检测装置1、ECU(Electric Control Unit：电子控制元件)2、传感器组3、喷嘴4及点火装置5。
曲柄转角检测装置1具有设置在4循环内燃机的曲轴(无图示)上的圆盘状转子11，转子11与曲轴的旋转连动而旋转。在转子11的外周面上以15度间隔连续设置有24个作为被检测部的由磁性材料构成的凸部12。在转子11的外周附近设置有电磁拾取器(ピツクアツプ)13。转子11旋转时，在凸部12通过电磁拾取器13附近时从电磁拾取器13生成一对负脉冲及正脉冲。该负脉冲及正脉冲为曲柄转角脉冲信号。
如图2具体所示，在转子11的外周面上形成的24的凸部12的15度间隔(图2的虚线)在转子11的旋转方向(箭头方向)上与后端位置有关。在图2中，用自表示活塞的压缩上死点的TDC的位置的角度来表示15度间隔的角度。24的突部12中的1个凸部12a为表示曲柄转角的基准角度的凸部。该基准角度在转子11的旋转方向上为凸部12a的后端位置，在转子11的360度中为自表示活塞的压缩上死点的TDC-7度的位置。凸部12a在转子11的旋转方向上比其它凸部形成地长。即，凸部12a的自后端位置到前端位置的长度比其它凸部长，通过电磁拾取器13对凸部12a的前端位置的检测定时也比对其它凸部的前端位置的检测定时早。在转子11向旋转方向旋转时在凸部12a之后被检测的凸部12的后端位于自TDC的0～10度范围内。该实施例中为8度。对应于上述曲柄转角脉冲信号中的较长凸部12a的脉冲信号为基准信号。
在电磁拾取器13的输出中，连接有ECU2。ECU2包括CPU15、RAM16、ROM17、输入接口(I/F)电路18、输出接口电路19、20及A/D转换器21。
输入接口电路18将从电磁拾取器13输出的负脉冲及正脉冲波形整形并分别产生前端位置脉冲和后端位置脉冲而供给到CPU15。例如，将负脉冲与预定负电压比较而产生前端位置脉冲，将正脉冲与预定正电压比较而产生后端位置脉冲。在CPU5中，将从输入接口电路18输出的前端位置脉冲与后端位置脉冲的各产生间隔(时间)分别计数的计数器通过程序处理形成。
CPU15反复执行下述曲柄同步处理来检测曲柄转角的基准角度及曲轴级(crank stage)，对应于其检测结果来控制点火时期。并且，虽无具体说明，但也控制燃料喷射。CPU15、RAM16、ROM17、输入接口电路18、输出接口电路19、20及A/D转换器21都通过总线共同连接。
输出接口电路19对应于来自CPU15的喷嘴驱动指令驱动喷嘴4。喷嘴4设置于内燃机的进气管的吸气口附近，被驱动时喷射燃料。输出接口电路20对应于来自CPU15的通电开始指令及点火开始指令使点火装置活性化。即，对应于通电开始指令开始对点火装置5的点火线圈(无图示)通电，对应于点火开始指令停止通电使火花塞(无图示)火花放电。点火装置5对点火线圈通电，通过积蓄在点火线圈的电荷产生高电压，将其施于火花塞，例如全晶体管式点火装置。
A/D转换器21被设为用于将模拟信号转换为数字信号，该模拟信号来自检测在发动机控制中必要的进气管内压PB、冷却水温TW、节气门开度θth、废气中氧浓度O2等的发动机运转参数的传感器组3。
点火时期控制装置至少由上述构成中的曲轴转角检测装置1及ECU2构成。
在相关构成的发动机控制装置中，如图3所示，电磁拾取器13的输出信号相对于转子11的凸部12(包括12a)的前端为逆三角状的负脉冲，相对于后端为正三角状的正脉冲。在输入接口电路18中负脉冲被波形整形成为方形状的前端位置脉冲，正脉冲被波形整形成为方形状的后端位置脉冲。前端位置脉冲及后端位置脉冲在其产生时从输入接口电路18被供给到CPU15。CPU15在前端位置脉冲产生时通过中断处理计测出前端位置脉冲的产生间隔Tm，在后端位置脉冲产生时通过中断处理计测出后端位置脉冲的产生间隔Tp。
CPU15，如图4及图5所示，在曲柄同步处理中，首先，判断是否检测出前端位置脉冲的产生(步骤S1)。在检测出产生前端位置脉冲的状态下，将前端位置脉冲的上一次的产生间隔Tm0作为Tm1(步骤S2)，这次的产生间隔Tm作为Tm0(步骤S3)。其后，进入步骤4。
在步骤S1中没有检测出产生前端位置脉冲的状态下，判断是否检测出产生后端位置脉冲(步骤S4)。在检测出产生后端位置脉冲的状态下，将后端位置脉冲的上一次的产生间隔Tp0作为Tp1(步骤S5)，这次的产生间隔Tp作为Tp0(步骤S6)。且只使曲轴级TCSTG增加1(步骤S7)。曲轴级TCSTG对应于通过凸部12分开的等角度间隔表示0～23级中的任1级。
CPU15，在步骤S7执行后，判断是否Tm1/Tp1充分地比1小(步骤S8)。在不是Tm1/Tp1＜＜1的情况下，判断Tm1/Tp1是否充分地比1大。(步骤S9)。即，步骤S8，判断上次产生间隔Tm1的检测时间是否为较长凸部12a之前，步骤S9判断上次产生间隔Tm1的检测时间是否为含有较长凸部12a的部分。在图3中，Tm1＝Tm(2)及Tp1＝Tp(2)被检测出时，Tm1/Tp1＜＜1，Tm1＝Tm(3)及Tp1＝Tp(3)被检测出时，Tm1/Tp1＞＞1。
步骤S8的判断结果为Tm1/Tp1＜＜1的情况下，使标志F_SHORT等于1(步骤S10)，使标志F_LONG等于0(步骤S11)。当标志F_SHORT等于1时表示较长凸部12a之前的状态，0时表示其它的时候。当标志F_LONG等于1时表示较长凸部12a的检测时，0时表示较长凸部12a的非检测时。
当步骤S9的判断结果为Tm1/Tp1＞＞1的情况下，即上次的产生间隔Tm1的检测时包含较长凸部12a的范围的情况下，判断标志F_SHORT是否等于1(步骤S12)。如果F_SHORT等于0，则进入步骤S11，使标志F_LONG等于0。如果F_SHORT＝1，在普通的凸部12的检测后，较长凸部12a被检测，使标志F_LONG等于1(步骤S13)。使标志F_SHORT等于0(步骤S14)。
步骤S9的判断结果不是Tm1/Tp1＞＞1的情况下，判断标志F_LONG是否为1(步骤S15)。若标志F_LONG＝0，则进入到步骤S14，使标志F_SHORT等于0。另外，若标志F_LONG＝1，则判断曲轴级TCSTG是否为24(步骤S16)。若TCSTG＝24，则使标志F_360CA等于1(步骤S17)，使标志F_LONG＝0(步骤S18)，并且使曲轴级TCSTG复位为0(步骤S19)。标志F_360CA为1时，表示发动机的转动曲轴时转子11确实旋转了1周的检测时，为0时，表示该旋转了1周的非检测时。
在步骤S16中，若TCSTG≠24，则跳过步骤S17和S18进入步骤S19，将曲轴级TCSTG复位为0。执行步骤S19后，进入到步骤S14，使标志F_SHORT等于0。
CPU15，在执行步骤S11和S14后，判断曲轴级TCSTG是否比24大(步骤S20)。即使在步骤S4的判断结果为未检测到后端位置脉冲的产生时也直接执行步骤S20。若TCSTG≤24，则进入点火切换处理(步骤S21)。另外，若TCSTG＞24，则使标志F 360CA等于0(步骤S22)，然后，进入步骤S21的点火切换处理。点火切换处理为使发动机的初始引爆点火和通常点火的切换处理。
如图6所示，CPU15在点火切换处理中首先判断标志F_360CA是否等于1(步骤S31)。F_360CA＝0的情况下，由于未检测到发动机的转动曲轴时转子11旋转了1周，因此判断Tp1/Tp0是否几乎等于1(步骤S32)。即，判断是否为后端位置脉冲的上次产生间隔Tp1与这次产生间隔Tp0几乎相等、曲轴大致旋转一定。若不是Tp1/Tp01，则判断标志F_IGDWELL是否等于1(步骤S33)。标志F_IGDWELL为1时表示点火线圈通电时，为0时表示点火线圈非通电时。若F_IGDWELL＝0，则使标志F_IGOK等于0(步骤S34)，结束点火切换处理。标志F_IGOK为1时表示允许通常点火，为0时表示不允许通常点火。
若步骤S32的判断结果为Tp1/Tp01，则判断标志F_SHORT是否等于1(步骤S35)。若F_SHORT＝1，则使标志F IGDWELL等于1(步骤S36)，对点火线圈通电。即，CPU15对点火装置产生通电开始指令。由此点火装置5开始对点火线圈通电。在图3中，进行对时刻t2的判断时开始对用于转动曲轴时初始引爆的点火线圈通电。执行步骤S36后，进入到步骤S24。
另外，若F_SHORT＝0，则判断标志F_LONG是否等于1(步骤S37)。若F_LONG＝1，则判断是否因为是较长凸部12a的检测之后因此标志F_IGDWELL等于1、即是否对点火线圈进行通电(步骤S38)。若F_IGDWELL＝1，则因为在前级进行通电，因此对点火装置5发出点火开始指令(步骤S39)，使标志F_IGDWELL等于0(步骤S40)。步骤S39的点火开始指令为初始引爆点火的指令，由此点火装置5停止对点火线圈通电并使火花塞火花放电。在图3中，进行对时刻t3的判断时开始用火花塞进行初始引爆的火花放电。执行步骤S40后，进入步骤S24。另外，步骤S37的判断结果为F_LONG＝0时，或步骤S38的判断结果为F_IGDWELL＝0时，直接进入步骤S24。
若步骤S33的判断结果为F_IGDWELL＝1，则由于对点火线圈进行通电，因为对点火装置5发出软放电(ソフト放電)指令(步骤S41)，使标志F_IGDWELL等于1(步骤S42)。点火装置5并不对应于软放电指令来停止对点火线圈的通电并火花放电，而是将积蓄到点火线圈中的电荷放电到例如接地线。执行步骤S42后进入步骤S24。
若步骤S33的判断结果为F_360CA＝1，则由于检测到发动机的转动曲轴时转子11旋转了1周，因此使标志F_IGOK等于1(步骤S43)。在F_IGOK＝1以后，CPU15在曲轴级TCSTG位于通电开始级时对点火装置5发出通电开始指令，曲轴级TCSTG位于点火开始级时对点火装置5发出点火开始指令。通电开始级和点火开始级预先设定。在图3中，进行对时刻t4的判断时检测到转子11旋转1周，其结果，点火时期控制从初始引爆点火切换到通常点火。
另外，在上述实施例中，在转子11中形成凸部12作为被检测部，但是也可以在转子11的外周面形成凹部而作为被检测部。也可以不在转子11的外周面形成凹凸，而是将被检测部埋入或标记到外周面上而形成。
在上述实施例中，在内燃机开始转动曲轴后到曲轴旋转1周为止的期间中，对应于产生在基准脉冲信号之后的曲柄转角脉冲信号，做出火花塞的火花放电的指令，但是也可以对应于在基准脉冲信号之后新产生曲柄转角脉冲信号(例如从基准脉冲信号开始第2个曲柄转角脉冲信号)，做出火花塞的火花放电的指令。
在上述实施例中，表示的是通过电磁拾取器13构成被检测部，但不限于此。也可以光学地检测被检测部。
在上述实施例中，对于将本发明适用于单气筒4循环内燃机的情况做了说明，但是本发明也可适用于多气筒4循环内燃机或2循环内燃机。
作为点火装置不限于全晶体管方式，本发明也可适用于DC-CDI方式。
如上所述，根据本发明，可在手动转动曲轴时曲轴旋转1周为止的期间提供适当的初始引爆定时，可在避免发动机的逆旋转的同时顺利地起动发动机。特别是，手动转动曲轴时反冲式起动机等对发动机仅提供很小的旋转即可得到良好的起动性。

Claims (11)

1、曲柄转角检测装置，其包括：
与内燃机的曲轴连动而旋转且在外周上等角度间隔地具有多个被检测部的转子；以及
被设置在上述转子的外周附近、上述被检测部每次通过时生成脉冲信号的拾取器，
该曲柄转角检测装置的特征在于：
将上述多个被检测部中位于对应于上述内燃机活塞的上死点的曲柄转角之前的位置的被检测部用于曲柄转角的基准角度检测。
2、如权利要求1所述的曲柄转角检测装置，其特征在于：
上述多个被检测部由突起构成，在上述转子的外周方向上，上述基准角度检测用被检测部与其他的被检测部具有不同的长度。
3、如权利要求2所述的曲柄转角检测装置，其特征在于：
在上述转子的外周方向上，上述基准角度检测用被检测部比其他的被检测部长。
4、如权利要求1所述的曲柄转角检测装置，其特征在于：
在上述转子的旋转方向上多个被检测部各自的后端位置被形成为等角度间隔，上述基准角度检测用被检测部的从后端位置开始到前端位置为止的长度与上述其它被检测部各自的从后端位置开始到前端位置为止的长度不同。
5、如权利要求4所述的曲柄转角检测装置，其特征在于：
在上述转子的旋转方向上多个被检测部各自的后端位置被形成为15度等角度间隔的情况下，上述转子旋转时在上述基准角度检测用被检测部之后通过上述拾取器的附近的被检测部的后端，位于从对应于上述上死点的曲柄转角开始0～10度的范围内。
6、点火时期控制装置，其包括：
曲柄转角检测机构，与内燃机的曲轴连动而旋转并且每旋转预定的角度便产生曲柄转角脉冲信号，将该曲柄转角脉冲信号中对应于上述内燃机活塞上死点的曲柄转角之前的脉冲信号作为与其他脉冲信号不同的状态的基准脉冲信号而产生；以及
点火控制机构，对应于上述曲柄转角脉冲信号来控制上述内燃机的点火时期，
该点火时期控制装置的特征在于：
上述点火控制机构，在上述内燃机开始转动曲轴后到上述曲轴旋转1周为止的期间中，对应于产生在上述基准脉冲信号之后的上述曲柄转角脉冲信号，做出上述内燃机的火花塞的火花放电的指令。
7、如权利要求6所述的点火时期控制装置，其特征在于：
上述点火控制机构，在上述内燃机开始转动曲轴后到上述曲轴旋转1周为止的期间中，在上述火花塞的火花放电的指令之前，对应于上述基准脉冲信号对点火线圈控制通电时期。
8、如权利要求6所述的曲柄转角检测装置，其特征在于：
上述曲柄转角检测机构包括：
与上述内燃机的曲轴连动而旋转且在外周上等角度间隔地具有多个被检测部的转子；以及
被设置在上述转子的外周附近、上述被检测部每次通过时生成上述曲柄转角脉冲信号的拾取器，
将上述多个被检测部中位于对应于上述内燃机活塞的上死点的曲柄转角之前的位置的被检测部用于上述基准脉冲信号的发生，在上述转子的旋转方向上多个被检测部各自的后端位置被形成为等角度间隔，上述基准脉冲信号的产生用被检测部的从后端位置开始到前端位置为止的长度与上述其它被检测部各自的从后端位置开始到前端位置为止的长度不同。
9、如权利要求6或8所述的点火时期控制装置，其特征在于：
含有上述基准脉冲信号的上述曲柄转角脉冲信号由成对的负脉冲及正脉冲构成，上述负脉冲对应于上述被检测部的前端而产生，上述正脉冲对应于上述被检测部的后端而产生。
10、如权利要求6或9所述的点火时期控制装置，其特征在于：
上述点火控制机构，对应于上述负脉冲的产生间隔与上述正脉冲的产生间隔的比的大小来判断上述曲柄转角脉冲信号中的上述基准脉冲信号。
11、如权利要求6或9所述的点火时期控制装置，其特征在于：
上述点火控制机构，在上述内燃机开始转动曲轴后到上述曲轴旋转1周为止的期间中，上述负脉冲的产生间隔除以上述正脉冲的产生间隔的值比1充分小时，做出对上述点火线圈通电的指示，其后，当上述负脉冲的产生间隔除以上述正脉冲的产生间隔的值比1充分大时，做出上述火花塞的火花放电的指示。
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