CN1884810B - 判定发动机中的活塞位置的装置和方法 - Google Patents

Abstract

判定发动机中的活塞位置的装置和方法。执行发动机的曲柄轴到达多个基准角位置中的哪一个的检测，以随后基于所述曲柄轴到达所述多个基准角位置中的哪一个，来确定其中确定了凸轮角信号的输出模式的曲柄角区域，从而基于在所述曲柄角区域中所述凸轮角信号的输出模式，来确定各个汽缸中的活塞位置。

Description

判定发动机中的活塞位置的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定发动机的各个汽缸中的活塞位置的技术。

背景技术

日本未审专利公报No.2004-044470公开了一种基于基准曲柄角位置和凸轮角信号的组合来检测发动机的各个汽缸中的活塞位置的装置。

在三缸发动机的具有相应活塞的相应汽缸中，在曲柄轴的转动期间以240度的曲柄角间隔依次出现压缩上死点，并且在间隔120度的每一个曲柄角位置处出现三个相应汽缸的压缩上死点。

因此，在三缸发动机中确定活塞位置的情况下，需要在每一次曲柄角位置到达每个120度曲柄角处的基准曲柄角位置时确定该时刻是否为对于每个冲程相位差的确定正时，并且在确定该时刻为对于每个冲程相位差的确定正时的情况下，需要确定这些汽缸中的哪一个处于预定的活塞位置上。

另外，在设置有用于改变凸轮轴相对于曲柄轴的相位的可变气门正时机构的发动机中，可以基于从设置在凸轮轴上的检测装置输出的凸轮角信号与从设置在曲柄轴上的检测装置输出的曲柄角信号之间的相位差检测气门正时。

因此，在传统技术中，在确定三缸发动机的各个汽缸中的活塞位置的同时检测气门正时的情况下，可能需要具有以微小的间隔产生凸轮角信号的功能。

然而，在例如通过使用传感器(其中，电磁传感器(pickup)检测设置在信号板上的突出部分)来产生凸轮角信号的情况下，因为上述传感器的分辨率较低，所以难以实现上述功能并确保稳定的检测精度。

发明内容

因此，本发明的目的在于使得能够通过利用简单的凸轮信号生成模式高精度地确定活塞位置和检测气门正时。

为了实现上述目的，根据本发明，基于曲柄轴目前到达多个基准角位置中的哪一个来确定其中对凸轮角信号的产生数量进行计数的曲柄角区域，并且基于曲柄角区域中的凸轮角信号的输出模式来确定各个汽缸中的活塞位置。

根据以下参照附图的描述，将理解本发明的其它目的、特征和优点。

附图说明

图1表示本发明实施例中的发动机。

图2是表示本发明实施例中的可变气门正时机构的剖视图。

图3是表示本发明实施例中的各种信号的输出特性、对凸轮角信号进行计数的区间等的时间图。

图4是表示本发明实施例中的活塞位置判定处理的流程图。

具体实施方式

图1是一实施例中三缸汽油发动机的框图。

在图1中，在发动机101的进气管102中设置有由节流电机103a进行驱动以打开或关闭节气门103b的电控节流器104。

于是，空气经由电控节流器104和进气门105被吸入燃烧室106。

在各个汽缸的进气口130上设置有燃料喷射阀131。

燃料喷射阀131在基于来自ECU(发动机控制单元)114的喷射脉冲信号而被驱动以打开时在以预定压力值进行了调整的压力下将燃料朝向进气门105喷射。

燃烧室106中的燃料通过火花塞(图中未示出)的火花点火点燃而燃烧。

燃烧室106中的废气经由排气门107排入到排气管中，并且由前催化剂108和后催化剂109进行净化，然后排放到大气中。

进气门105和排气门107分别通过设置在进气凸轮轴134和排气凸轮轴110上的凸轮进行驱动以打开或关闭。

可变气门正时机构113设置在进气凸轮轴134上。

可变气门正时机构113是下述的机构，该机构改变进气凸轮轴134相对于曲柄轴120的转动相位，从而改变进气门105的气门正时。

顺便提及，排气凸轮轴110和进气凸轮轴134在曲柄轴120转动一转时分别转动半转。

图2表示可变气门正时机构113的结构。

可变气门正时机构113包括：第一转动体21，其固定在与曲柄轴120同步转动的链轮25上，从而与链轮25一体地转动；第二转动体22，其通过螺栓22a固定在进气凸轮轴134的一端上，从而与进气凸轮轴134一体地转动；以及柱形中间齿轮23，其通过螺旋形齿条(spline)26与第一转动体21的内周面和第二转动体22的外周面啮合。

鼓27通过三线螺纹28与中间齿轮23相连，在鼓27与中间齿轮23之间设置扭力弹簧29。

中间齿轮23被扭力弹簧29朝向延迟角方向(图2中的左方)推动，并且当向电磁延迟器24施加电压从而产生磁力时，中间齿轮23通过鼓27和三线螺纹28向提前角方向(图2中的右方)运动。

转动体21和22之间的相对相位根据中间齿轮23的轴向位置而改变，从而改变进气凸轮轴134相对于曲柄轴120的相位。

根据发动机工作状况，基于来自ECU 114的控制信号分别驱动电致动器17和电磁延迟器24，以对其进行控制。

顺便提及，可变气门正时机构113不限于图2所示的结构，本发明可以采用所有已知的可变气门正时机构。

其中结合有微型计算机的ECU 114基于来自各个传感器的检测信号进行计算处理，从而控制电控节流器104、可变气门正时机构113和燃料喷射阀131等。

作为各种传感器，设置有：用于检测油门开度的油门开度传感器116；用于检测发动机101的进气量的气流计115；用于检测曲柄轴120的角位置的曲柄角传感器117；用于检测节气门103b的开度的节流传感器118；用于检测发动机101的冷却水温度的水温传感器119；用于在进气凸轮轴134的预定角位置处输出凸轮角信号的凸轮传感器132。

曲柄角传感器117检测设置在安装在曲柄轴120上的信号板上的待检测部分，以在每10度的曲柄角处输出单位曲柄角信号POS，该POS在各个汽缸的上死点位置处升高，如图3所示。

这里，待检测部分不是部分地设置在信号板上，从而在#1汽缸的上死点之前的60和70度的各个位置处，以及在#1汽缸的上死点之后的60和70度的各个位置处，不会输出单位曲柄角信号POS。

根据曲柄角传感器117，单位曲柄角信号POS的连续输出区间被分成连续输出10个单位曲柄角信号POS的区间和连续输出22个单位曲柄角信号POS的区间。

因此，可以确定是处于2个连续输出区间中的一个还是另一个连续输出区间，并且对单位曲柄角信号的连续输出频率进行计数，从而检测曲柄轴120的角位置。

另外，凸轮传感器132检测在安装在进气凸轮轴134上的信号板上的待检测部分，从而在凸轮轴的每120度处输出凸轮角信号，如图3所不。

顺便提及，凸轮轴的120度与曲柄轴的240度相对应，曲柄轴的240度是与三缸发动机的冲程相位差相对应的角度。

在凸轮轴的每120度处以一个信号→一个信号→两个连续信号的顺序输出凸轮角信号。

注意，图3表示凸轮角信号在气门正时的最大延迟角时刻的输出位置，以及凸轮角信号在气门正时的最大提前角时刻的输出位置。

例如，在气门正时的最大延迟角时刻，在各个汽缸的压缩上死点之前的60度曲柄角处输出凸轮角信号，在#3汽缸中，在其压缩上死点之前的60度曲柄角处输出凸轮角信号，此后，连续输出凸轮角信号。

另外，在该实施例中，在气门正时最大程度提前的情况下，曲柄角大约提前了80度，凸轮角信号的输出正时也提前了大约80度。

在该实施例的三缸发动机中，以#1汽缸→#2汽缸→#3汽缸的顺序进行点火，点火间隔为240度的曲柄角。

然后，ECU 114在每240度的曲柄角处确定下一个到达压缩上死点的汽缸，从而基于判定结果来确定待点火以喷射燃料的汽缸。

图4是表示由ECU 114进行的各个汽缸的活塞位置确定处理的流程图。

在步骤S1中，确定计数器POSCNT的值是否为4。

如图3所示，计数器POSCNT在每次输出单位曲柄角信号POS时都进行计数，而当在停止输出单位曲柄角信号POS之后输出第一个单位曲柄角信号POS时重置为0。

顺便提及，通过测量单位曲柄角信号POS的周期以将该周期的先前值与其当前值进行比较，来确定是否为不输出单位曲柄角信号POS的部分。

如果在步骤S1中确定POSCNT＝4，则程序进行到步骤S2。

在步骤S2中，确定在计数器POSCNT在最近一次被重置时计数器POSCNT的值是否为9。

注意，在计数器POSCNT被重置时将计数器POSCNT的值设定为先前值POSCNTZ0。因此，在步骤S2中，确定先前值POSCNTZ0是否为9。

当POSCNTZ0＝9时，确定当前单位曲柄角信号POS是在连续输出22个单位曲柄角信号POS的区间中的第五个单位曲柄角信号POS。

这里，将POSCNT＝4并且POSCNTZ0＝9的时刻作为基准曲柄角位置A，并且当曲柄轴120的角位置处于基准曲柄角位置A上时，程序进行到步骤S3。

基准曲柄角位置A位于#3汽缸的压缩上死点之前的10度处，并且还位于#1汽缸的压缩上死点之前的130度处。

然而，在本实施例中，因为在各个汽缸的压缩上死点之前的每10度处确定下一个到达压缩上死点的汽缸，所以在#1汽缸的压缩上死点之前的130度的正时不是用于确定下一个到达压缩上死点的汽缸的正时。

因此，在下一步骤S3中，只要当前基准曲柄角位置A位于#3汽缸的压缩上死点之前的10度处，就确定已经到达用于确定下一个到达压缩上死点的汽缸是否为#1汽缸的正时。

然后，在下一步骤S4中，将从基准曲柄角位置A返回160度的角度区域设置为凸轮角信号的判定区间。

顺便提及，从基准曲柄角位置A返回14个计数的单位曲柄角信号POS的角度区域为判定区间。这是因为在从基准曲柄角位置A返回160度的角度区域中，仅包含一个不输出单位曲柄角信号POS的部分。

在下一步骤S5中，确定在从基准曲柄角位置A返回160度的判定区间中输出的凸轮角信号的数量是否为2。

可以基于POSCNT和POSCNTZ0进行关于凸轮角信号的数量是否为2的判定。

如图3所示，在基准曲柄角位置A与#3汽缸的压缩上死点之前的10度处相对应的情况下，在从基准曲柄角位置A返回160度的判定区间中，即使气门正时由可变气门正时机构113改变，也连续输出2个凸轮角信号。

与上述相反，在基准曲柄角位置A与#1汽缸的压缩上死点之前的130度处相对应的情况下，即使气门正时改变，在判定区间中也输出1个凸轮角信号或不输出凸轮角信号。

因此，在确定在判定区间中输出的凸轮角信号的数量为2的情况下，当前基准曲柄角位置A与#3汽缸的压缩上死点之前的10度处相对应。

然后，程序从步骤S5进行到步骤S6，以通过将CYLCS设置为1来表示下一个到达压缩上死点的汽缸是#1汽缸。

注意，考虑气门正时的变化和凸轮角信号的输出位置的分散来设定判定区间。

另一方面，在判定区间中输出的凸轮角信号的数量不为2的情况下，当前基准曲柄角位置A与#1汽缸的压缩上死点之前的130度处相对应。在这种情况下，跳过步骤S6中的处理，以终止当前程序，从而上述CYLCS保持先前值而不被更新。

另外，在其中在步骤S2中确定POSCNTZ0不为9的情况下，程序进行到步骤S7，在步骤S7中确定是否POSCNTZ0＝21。

当POSCNTZ0＝21时，POSCNT＝4的确定表示单位曲柄角信号POS是在连续输出10个单位曲柄角信号POS的区间中的第五个单位曲柄角信号POS。

这里，将POSCNT＝4并且POSCNTZ0＝21处的曲柄轴的角位置作为基准曲柄角位置B。

基准曲柄角位置B是从基准曲柄角位置A前进120度的位置。

基准曲柄角位置B位于#1汽缸的压缩上死点之前的10度处，并且还位于#2缸的压缩上死点之前的130度处。

当检测到基准曲柄角位置B时，程序进行到步骤S8，在步骤S8，只要当前基准曲柄角位置B位于#1汽缸的压缩上死点之前的10度处，就确定已经到达用于确定下一个到达压缩上死点的汽缸是否为#2汽缸的正时。

在下一步骤S9中，将其中以从基准曲柄角位置B返回14个计数的单位曲柄角信号POS的曲柄角位置作为起点，并以从基准曲柄角位置B返回4个计数的单位曲柄角信号POS的曲柄角位置作为终点的120度的角度范围设置为凸轮角信号的判定区间。

在下一步骤S10中，与步骤S5中的处理相似，确定在步骤S9中设定的判定区间中输出的凸轮角信号的数量是否为1。

如图3所示，在基准曲柄角位置B与#1汽缸的压缩上死点之前的10度处相对应的情况下，在判定区间中，即使气门正时由可变气门正时机构113改变，也输出1个凸轮角信号。

与上述相反，在基准曲柄角位置B与#2汽缸的压缩上死点之前的130度处相对应的情况下，即使气门正时改变，在判定区间中也不输出凸轮角信号。

因此，在确定在判定区间中输出的凸轮角信号的数量为1的情况下，当前基准曲柄角位置B与#1汽缸的压缩上死点之前的10度处相对应，从而程序进行到步骤S11，在步骤S11中，将CYLCS设置为2，以表示下一个到达压缩上死点的汽缸是#2汽缸。

另一方面，在判定区间中输出的凸轮角信号的数量不为1的情况下，当前基准曲柄角位置B与#2汽缸的压缩上死点之前的130度处相对应。在这种情况下，跳过步骤S11中的处理，从而终止当前程序，从而CYLCS保持先前值而不被更新。

另外，如果在步骤S1中确定计数器POSCNT的值不为4，则程序进行到步骤S12。

在步骤S12中，确定计数器POSCNT的值是否为16。

计数器POSCNT的值在曲柄轴的一转期间仅达到16一次，因此将计数器POSCNT值为16的位置作为基准曲柄角位置C。

注意，基准曲柄角位置C是从基准曲柄角位置A延迟120度的位置。

基准曲柄角位置C位于#2汽缸的压缩上死点之前的10度处，并且还位于#3汽缸的压缩上死点之前的130度处。

当在步骤S12中确定计数器POSCNT的值为16时，程序进行到步骤S13，在步骤S13中确定作为CYLCS的先前值的CYLCSZ是否为2。

当基准曲柄角位置C位于#3汽缸的压缩上死点之前的130度处时，CYLCSZ＝1，而当基准曲柄角位置C位于#2汽缸的压缩上死点之前的10度处时，CYLCSZ＝2。因此，在其中在步骤S13中确定CYLCSZ＝2的情况下，当前基准曲柄角位置C与#2汽缸的压缩上死点之前的10度处相对应。

当在步骤S13中确定CYLCSZ＝2时，程序进行到步骤S14。

在步骤S14中，以当前曲柄角位置C作为基准，确定为用于确定下一个到达压缩上死点的汽缸是否为#3汽缸的正时。

在下一步骤S15中，将其中以从基准曲柄角位置C返回16个计数的单位曲柄角信号POS的曲柄角位置作为起点，并以从基准曲柄角位置C返回4个计数的单位曲柄角信号POS的曲柄角位置作为终点的120度的角度范围设置为凸轮角信号的判定区间。

在下一步骤S16中，与步骤S5中的处理相似，确定在步骤S15中设定的判定区间中输出的凸轮角信号的数量是否为1。

如图3所示，在基准曲柄角位置C与#2汽缸的压缩上死点之前的10度处相对应的情况下，在判定区间中，即使气门正时由可变气门正时机构113改变，也输出1个凸轮角信号。

因此，在确定在判定区间中输出的凸轮角信号的数量为1的情况下，确定当前基准曲柄角位置C与#2汽缸的压缩上死点之前的10度处相对应。在这种情况下，程序从步骤S16进行到步骤S17，在步骤S17中将CYLCS设置为3，从而表示下一个到达压缩上死点的汽缸是#3汽缸。

另一方面，在其中在判定区间中输出的凸轮角信号的数量不为1的情况下，尽管确定当前基准曲柄角位置C与#2汽缸的压缩上死点之前的10度处相对应，也不能根据凸轮角信号确认该判定，因此终止当前程序而不进行到后续步骤，从而CYLCS保持先前值而不被更新。

另外，当在步骤S13中确定CYLCSZ不为2时，确定当前基准曲柄角位置C与#3汽缸的压缩上死点之前的130度处相对应。因此，终止当前程序而不进行到后续步骤，从而CYLCS保持先前值而不被更新。

另外，当在步骤S12中确定POSCNT不为16时，确定曲柄角位置不与基准曲柄角位置A至C中的任何一个相对应。因此，在这种情况下，也不更新CYLCS并且终止当前程序而不进行到后续步骤。

如上所述，在本实施例中，由凸轮传感器132检测的数量为1、1和2的待检测部分仅以每120度凸轮角设置在信号板上。从而，可以确定在各个120度曲柄角处的基准曲柄角位置是否为在压缩上死点之前10度处的位置，并且进一步确定下一个到达压缩上死点的汽缸。

因此，即使凸轮传感器132是低分辨率的传感器，例如电磁传感器等，也可以充分保证凸轮角信号的生成区间，从而高精度地确定活塞位置。

另外，在如本实施例中一样设置有可变气门正时机构113的情况下，例如可以测量从各个汽缸的压缩上死点到输出下一凸轮角信号的角度，从而可以检测由可变气门正时机构113导致的气门正时的提前角量。

顺便提及，本发明可应用于五缸或更多缸的奇数缸发动机。

另外，在本实施例中，确定在判定区间中输出的凸轮角信号的数量。然而，可以基于在判定区间中输出的凸轮角信号的脉冲宽度来确定活塞位置。

另外，可以基于通过可变气门正时机构113导致的提前角值来可变地设定判定区间。

本申请要求2005年6月23日提交的日本专利申请No.2005-183773的优先权，并在此通过引用并入其全部内容。

虽然选择了所选的实施例来阐述本发明，但根据本公开的内容对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

另外，对根据本发明的实施例的前述说明仅用于说明，而不是与所附权利要求及其等同物一样用于限制本发明。

Claims (16)

1.一种用于确定发动机的各个汽缸中的活塞位置的活塞位置确定装置，包括：检测器，信号发生器以及确定部分，其中

所述检测器检测所述发动机的曲柄轴当前到达多个基准角位置中的哪一个，所述检测器包括单位角检测装置和计数器，

所述单位角检测装置是用于在每一次所述发动机的曲柄轴转动单位角时产生角信号的装置，并且使所述角信号在不同角度区间的多个部分处不输出，

所述计数器在每一次产生所述角信号时进行计数，且在所述不输出的部分处重置，

所述信号发生器在所述发动机的凸轮轴的预定角位置处输出凸轮角信号，

所述检测器基于所述计数器的值是否成为判定值以及基于在即将进行前次重置所述计数器之前的所述计数器的值，来检测位于多个基准角位置的哪一个，

所述确定部分基于所述曲柄轴位于所述多个基准角位置的哪一个来决定检测所述凸轮角信号的输出模式的曲柄角区域，并根据位于所述多个基准角位置的哪一个来执行以下两个步骤中的任一个：根据所述曲柄角区域中检测的所述凸轮角信号的输出模式，来确定汽缸中的活塞位置的步骤和根据前次的活塞位置的确定结果和所述曲柄角区域中检测的所述凸轮角信号的输出模式，来确定汽缸中的活塞位置的步骤。

2.根据权利要求1所述的发动机的活塞位置确定装置，其中，所述确定部分检测所述曲柄角区域中的所述凸轮角信号的发生频率作为所述输出模式。

3.根据权利要求1所述的发动机的活塞位置确定装置，其中，所述确定部分检测在所述曲柄角区域中输出的所述凸轮角信号的脉冲宽度作为所述输出模式。

4.根据权利要求1所述的发动机的活塞位置确定装置，其中，所述确定部分对于所述多个基准角位置的每一个，将所述曲柄角区域的角宽度设置为不同值。

5.根据权利要求1所述的发动机的活塞位置确定装置，其中，所述确定部分基于位于所述多个基准角位置的哪一个，来决定从所述基准角位置到所述曲柄角区域的角度。

6.根据权利要求1所述的发动机的活塞位置确定装置，其中，所述确定部分基于所述曲柄轴位于所述多个基准角位置的哪一个，来决定从所述基准角位置到所述曲柄角区域的起点的角度，以及从所述基准角位置到所述曲柄角区域的终点的角度。

7.根据权利要求1所述的发动机的活塞位置确定装置，其中，所述发动机中的汽缸数量为奇数。

8.根据权利要求1所述的发动机的活塞位置确定装置，其中，所述发动机是三缸发动机。

9.一种用于确定发动机的各个汽缸中的活塞位置的活塞位置确定方法，包括以下步骤：

在所述发动机的凸轮轴的预定角位置处输出凸轮角信号；

在每一次所述发动机的曲柄轴转动单位角时产生角信号；

使所述角信号在不同角度区间的多个部分处不输出；

使用计数器对所述角信号的发生数进行计数；

在所述不输出的部分处重置所述计数器的计数结果；

存储即将进行所述重置之前的计数结果；

判定所述计数器的值是否成为判定值；

当所述计数器的值成为了判定值时，基于在即将进行前次重置所述计数器之前的所述计数器的值，来检测所述发动机的曲柄轴位于多个基准角位置的哪一个，

基于所述曲柄轴位于所述多个基准角位置的哪一个，来决定检测所述凸轮角信号的输出模式的曲柄角区域，

根据位于所述多个基准角位置的哪一个来执行以下两个步骤中的任一个：根据所述曲柄角区域中检测的所述凸轮角信号的输出模式，来确定汽缸中的活塞位置的步骤和根据前次的活塞位置的确定结果和所述曲柄角区域中检测的所述凸轮角信号的输出模式，来确定汽缸中的活塞位置的步骤。

10.根据权利要求9所述的发动机的活塞位置确定方法，其中，所述检测输出模式的步骤包括以下步骤：

检测在所述曲柄角区域中所述凸轮角信号的发生数。

11.根据权利要求9所述的发动机的活塞位置确定方法，其中，所述检测输出模式的步骤包括以下步骤：

检测在所述曲柄角区域中输出的所述凸轮角信号的脉冲宽度。

12.根据权利要求9所述的发动机的活塞位置确定方法，其中，决定所述曲柄角区域的步骤包括以下步骤：对于所述多个基准角位置的每一个，将所述曲柄角区域的角宽度设置为不同值。

13.根据权利要求9所述的发动机的活塞位置确定方法，其中，决定所述曲柄角区域的步骤包括以下步骤：基于位于所述多个基准角位置的哪一个，来决定从所述基准角位置到所述曲柄角区域的角度。

14.根据权利要求9所述的发动机的活塞位置确定方法，其中，决定所述曲柄角区域的步骤包括以下步骤：

基于所述曲柄轴位于所述多个基准角位置的哪一个，来决定从所述基准角位置到所述曲柄角区域的起点的角度，

基于所述曲柄轴位于所述多个基准角位置的哪一个，来决定从所述基准角位置到所述曲柄角区域的终点的角度。

15.根据权利要求9所述的发动机的活塞位置确定方法，其中，所述发动机的汽缸数量为奇数。

16.根据权利要求9所述的发动机的活塞位置确定方法，其中，所述发动机是三缸发动机。

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