內燃機的曲柄轉角檢測裝置及點火時期控制裝置的製作方法

2023-08-09 13:27:11

專利名稱：內燃機的曲柄轉角檢測裝置及點火時期控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及到內燃機的曲柄轉角檢測裝置及點火時期控制裝置。
背景技術：
在控制用於通過噴嘴向內燃機噴射供給燃料的燃料噴射定時或向火花塞火花放電的點火定時的情況下，自發動機的曲軸的基準位置檢測旋轉角度位置、即曲柄轉角，根據該曲柄轉角，來設定這些定時。
在檢測內燃機的曲軸的旋轉角度的曲柄轉角檢測裝置中，利用了對應於曲軸的旋轉而旋轉的圓板狀轉子和設置於其外周附近的電磁拾取器。在該轉子的外周或外周附近由多個磁性材料構成的凸部或凹部作為被檢測部而被設置在每個預定的角度上。轉子與曲軸連動而旋轉時，當被檢測部通過電磁拾取器的附近時從電磁拾取器生成脈衝。通過使對應於曲軸的旋轉角度的基準位置的被檢測部欠缺，而產生不產生脈衝的較長的期間或生成與另外的被檢測部不同的狀態的脈衝，由此檢測曲軸的旋轉角度的基準位置時點，根據該基準位置時點對脈衝計數並進行設定燃料噴射定時或點火定時。(參照特開昭59-31406、特開昭59-173562及特開平6-17735號公報)最近，在自動兩輪車等小型車輛所使用的小排氣量的內燃機中也被要求淨化排出廢氣。由此，就連沒有裝備起動轉動動力輸出軸用的起動電動機的反衝式起動機等的手動轉動動力輸出軸的內燃機上也採用燃料噴射裝置，根據曲柄轉角對燃料噴射定時或點火時期定時進行控制。
然而，在利用相關的現有技術的曲柄轉角檢測裝置的點火時期控制裝置中，由於到曲軸旋轉一周為止不能正確地確定曲柄轉角，因此存在著在內燃機手動轉動曲軸時不能避免發動機的逆旋轉且不能給與適當的初始引爆定時的問題。

發明內容
本發明的目的在於提供一種在內燃機手動轉動動力輸出軸時可給與適當的初始引爆時間的曲柄轉角檢測裝置及點火時期控制裝置。
本發明的曲柄轉角檢測裝置包括與內燃機的曲軸連動而旋轉且在外周上等角度間隔地具有多個被檢測部的轉子；設置在上述轉子的外周附近、上述被檢測部每次通過時產生脈衝信號的拾取器，該曲柄轉角檢測裝置的特徵在於將上述多個被檢測部中位於對應於上述內燃機活塞的上死點的曲柄轉角度之前的位置的被檢測部用於曲柄轉角度的基準角度檢測。
本發明的點火時期控制裝置包括曲柄轉角檢測裝置，與內燃機的曲軸連動而旋轉並且每旋轉預定的角度便產生曲柄轉角脈衝信號，將該曲柄轉角脈衝信號中對應於上述內燃機活塞上死點的曲柄轉角之前的脈衝信號作為與其他脈衝信號不同的狀態的基準脈衝信號而產生；以及點火控制機構，對應於上述曲柄轉角脈衝信號來控制上述內燃機的點火時期，該點火時期控制裝置的特徵在於，上述點火控制機構，在上述內燃機開始轉動曲軸後到上述曲軸旋轉1周為止的期間中，對應於產生在上述基準信號之後的上述曲柄轉角脈衝信號，做出上述內燃機的火花塞的火花放電的指令。


圖1為表示本發明的實施例的框圖。
圖2為具體地表示曲柄轉角檢測裝置的轉子的圖。
圖3為表示轉子的凸部與圖1的裝置的各部的信號波形的關係的圖。
圖4為表示曲柄同步處理的流程圖。
圖5為表示圖4的曲柄同步處理的接續部分的流程圖。
圖6為表示點火切換處理的流程圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細說明本發明的實施例。
圖1表示適用本發明的曲柄轉角檢測裝置的發動機控制裝置。該發動機控制裝置包括曲柄轉角檢測裝置1、ECU(Electric Control Unit電子控制元件)2、傳感器組3、噴嘴4及點火裝置5。
曲柄轉角檢測裝置1具有設置在4循環內燃機的曲軸(無圖示)上的圓盤狀轉子11，轉子11與曲軸的旋轉連動而旋轉。在轉子11的外周面上以15度間隔連續設置有24個作為被檢測部的由磁性材料構成的凸部12。在轉子11的外周附近設置有電磁拾取器(ピツクアツプ)13。轉子11旋轉時，在凸部12通過電磁拾取器13附近時從電磁拾取器13生成一對負脈衝及正脈衝。該負脈衝及正脈衝為曲柄轉角脈衝信號。
如圖2具體所示，在轉子11的外周面上形成的24的凸部12的15度間隔(圖2的虛線)在轉子11的旋轉方向(箭頭方向)上與後端位置有關。在圖2中，用自表示活塞的壓縮上死點的TDC的位置的角度來表示15度間隔的角度。24的突部12中的1個凸部12a為表示曲柄轉角的基準角度的凸部。該基準角度在轉子11的旋轉方向上為凸部12a的後端位置，在轉子11的360度中為自表示活塞的壓縮上死點的TDC-7度的位置。凸部12a在轉子11的旋轉方向上比其它凸部形成地長。即，凸部12a的自後端位置到前端位置的長度比其它凸部長，通過電磁拾取器13對凸部12a的前端位置的檢測定時也比對其它凸部的前端位置的檢測定時早。在轉子11向旋轉方向旋轉時在凸部12a之後被檢測的凸部12的後端位於自TDC的0～10度範圍內。該實施例中為8度。對應於上述曲柄轉角脈衝信號中的較長凸部12a的脈衝信號為基準信號。
在電磁拾取器13的輸出中，連接有ECU2。ECU2包括CPU15、RAM16、ROM17、輸入接口(I/F)電路18、輸出接口電路19、20及A/D轉換器21。
輸入接口電路18將從電磁拾取器13輸出的負脈衝及正脈衝波形整形並分別產生前端位置脈衝和後端位置脈衝而供給到CPU15。例如，將負脈衝與預定負電壓比較而產生前端位置脈衝，將正脈衝與預定正電壓比較而產生後端位置脈衝。在CPU5中，將從輸入接口電路18輸出的前端位置脈衝與後端位置脈衝的各產生間隔(時間)分別計數的計數器通過程序處理形成。
CPU15反覆執行下述曲柄同步處理來檢測曲柄轉角的基準角度及曲軸級(crank stage)，對應於其檢測結果來控制點火時期。並且，雖無具體說明，但也控制燃料噴射。CPU15、RAM16、ROM17、輸入接口電路18、輸出接口電路19、20及A/D轉換器21都通過總線共同連接。
輸出接口電路19對應於來自CPU15的噴嘴驅動指令驅動噴嘴4。噴嘴4設置於內燃機的進氣管的吸氣口附近，被驅動時噴射燃料。輸出接口電路20對應於來自CPU15的通電開始指令及點火開始指令使點火裝置活性化。即，對應於通電開始指令開始對點火裝置5的點火線圈(無圖示)通電，對應於點火開始指令停止通電使火花塞(無圖示)火花放電。點火裝置5對點火線圈通電，通過積蓄在點火線圈的電荷產生高電壓，將其施於火花塞，例如全電晶體式點火裝置。
A/D轉換器21被設為用於將模擬信號轉換為數位訊號，該模擬信號來自檢測在發動機控制中必要的進氣管內壓PB、冷卻水溫TW、節氣門開度θth、廢氣中氧濃度O2等的發動機運轉參數的傳感器組3。
點火時期控制裝置至少由上述構成中的曲軸轉角檢測裝置1及ECU2構成。
在相關構成的發動機控制裝置中，如圖3所示，電磁拾取器13的輸出信號相對於轉子11的凸部12(包括12a)的前端為逆三角狀的負脈衝，相對於後端為正三角狀的正脈衝。在輸入接口電路18中負脈衝被波形整形成為方形狀的前端位置脈衝，正脈衝被波形整形成為方形狀的後端位置脈衝。前端位置脈衝及後端位置脈衝在其產生時從輸入接口電路18被供給到CPU15。CPU15在前端位置脈衝產生時通過中斷處理計測出前端位置脈衝的產生間隔Tm，在後端位置脈衝產生時通過中斷處理計測出後端位置脈衝的產生間隔Tp。
CPU15，如圖4及圖5所示，在曲柄同步處理中，首先，判斷是否檢測出前端位置脈衝的產生(步驟S1)。在檢測出產生前端位置脈衝的狀態下，將前端位置脈衝的上一次的產生間隔Tm0作為Tm1(步驟S2)，這次的產生間隔Tm作為Tm0(步驟S3)。其後，進入步驟4。
在步驟S1中沒有檢測出產生前端位置脈衝的狀態下，判斷是否檢測出產生後端位置脈衝(步驟S4)。在檢測出產生後端位置脈衝的狀態下，將後端位置脈衝的上一次的產生間隔Tp0作為Tp1(步驟S5)，這次的產生間隔Tp作為Tp0(步驟S6)。且只使曲軸級TCSTG增加1(步驟S7)。曲軸級TCSTG對應於通過凸部12分開的等角度間隔表示0～23級中的任1級。
CPU15，在步驟S7執行後，判斷是否Tm1/Tp1充分地比1小(步驟S8)。在不是Tm1/Tp1＜＜1的情況下，判斷Tm1/Tp1是否充分地比1大。(步驟S9)。即，步驟S8，判斷上次產生間隔Tm1的檢測時間是否為較長凸部12a之前，步驟S9判斷上次產生間隔Tm1的檢測時間是否為含有較長凸部12a的部分。在圖3中，Tm1＝Tm(2)及Tp1＝Tp(2)被檢測出時，Tm1/Tp1＜＜1，Tm1＝Tm(3)及Tp1＝Tp(3)被檢測出時，Tm1/Tp1＞＞1。
步驟S8的判斷結果為Tm1/Tp1＜＜1的情況下，使標誌F_SHORT等於1(步驟S10)，使標誌F_LONG等於0(步驟S11)。當標誌F_SHORT等於1時表示較長凸部12a之前的狀態，0時表示其它的時候。當標誌F_LONG等於1時表示較長凸部12a的檢測時，0時表示較長凸部12a的非檢測時。
當步驟S9的判斷結果為Tm1/Tp1＞＞1的情況下，即上次的產生間隔Tm1的檢測時包含較長凸部12a的範圍的情況下，判斷標誌F_SHORT是否等於1(步驟S12)。如果F_SHORT等於0，則進入步驟S11，使標誌F_LONG等於0。如果F_SHORT＝1，在普通的凸部12的檢測後，較長凸部12a被檢測，使標誌F_LONG等於1(步驟S13)。使標誌F_SHORT等於0(步驟S14)。
步驟S9的判斷結果不是Tm1/Tp1＞＞1的情況下，判斷標誌F_LONG是否為1(步驟S15)。若標誌F_LONG＝0，則進入到步驟S14，使標誌F_SHORT等於0。另外，若標誌F_LONG＝1，則判斷曲軸級TCSTG是否為24(步驟S16)。若TCSTG＝24，則使標誌F_360CA等於1(步驟S17)，使標誌F_LONG＝0(步驟S18)，並且使曲軸級TCSTG復位為0(步驟S19)。標誌F_360CA為1時，表示發動機的轉動曲軸時轉子11確實旋轉了1周的檢測時，為0時，表示該旋轉了1周的非檢測時。
在步驟S16中，若TCSTG≠24，則跳過步驟S17和S18進入步驟S19，將曲軸級TCSTG復位為0。執行步驟S19後，進入到步驟S14，使標誌F_SHORT等於0。
CPU15，在執行步驟S11和S14後，判斷曲軸級TCSTG是否比24大(步驟S20)。即使在步驟S4的判斷結果為未檢測到後端位置脈衝的產生時也直接執行步驟S20。若TCSTG≤24，則進入點火切換處理(步驟S21)。另外，若TCSTG＞24，則使標誌F 360CA等於0(步驟S22)，然後，進入步驟S21的點火切換處理。點火切換處理為使發動機的初始引爆點火和通常點火的切換處理。
如圖6所示，CPU15在點火切換處理中首先判斷標誌F_360CA是否等於1(步驟S31)。F_360CA＝0的情況下，由於未檢測到發動機的轉動曲軸時轉子11旋轉了1周，因此判斷Tp1/Tp0是否幾乎等於1(步驟S32)。即，判斷是否為後端位置脈衝的上次產生間隔Tp1與這次產生間隔Tp0幾乎相等、曲軸大致旋轉一定。若不是Tp1/Tp01，則判斷標誌F_IGDWELL是否等於1(步驟S33)。標誌F_IGDWELL為1時表示點火線圈通電時，為0時表示點火線圈非通電時。若F_IGDWELL＝0，則使標誌F_IGOK等於0(步驟S34)，結束點火切換處理。標誌F_IGOK為1時表示允許通常點火，為0時表示不允許通常點火。
若步驟S32的判斷結果為Tp1/Tp01，則判斷標誌F_SHORT是否等於1(步驟S35)。若F_SHORT＝1，則使標誌F IGDWELL等於1(步驟S36)，對點火線圈通電。即，CPU15對點火裝置產生通電開始指令。由此點火裝置5開始對點火線圈通電。在圖3中，進行對時刻t2的判斷時開始對用於轉動曲軸時初始引爆的點火線圈通電。執行步驟S36後，進入到步驟S24。
另外，若F_SHORT＝0，則判斷標誌F_LONG是否等於1(步驟S37)。若F_LONG＝1，則判斷是否因為是較長凸部12a的檢測之後因此標誌F_IGDWELL等於1、即是否對點火線圈進行通電(步驟S38)。若F_IGDWELL＝1，則因為在前級進行通電，因此對點火裝置5發出點火開始指令(步驟S39)，使標誌F_IGDWELL等於0(步驟S40)。步驟S39的點火開始指令為初始引爆點火的指令，由此點火裝置5停止對點火線圈通電並使火花塞火花放電。在圖3中，進行對時刻t3的判斷時開始用火花塞進行初始引爆的火花放電。執行步驟S40後，進入步驟S24。另外，步驟S37的判斷結果為F_LONG＝0時，或步驟S38的判斷結果為F_IGDWELL＝0時，直接進入步驟S24。
若步驟S33的判斷結果為F_IGDWELL＝1，則由於對點火線圈進行通電，因為對點火裝置5發出軟放電(ソフト放電)指令(步驟S41)，使標誌F_IGDWELL等於1(步驟S42)。點火裝置5並不對應於軟放電指令來停止對點火線圈的通電並火花放電，而是將積蓄到點火線圈中的電荷放電到例如接地線。執行步驟S42後進入步驟S24。
若步驟S33的判斷結果為F_360CA＝1，則由於檢測到發動機的轉動曲軸時轉子11旋轉了1周，因此使標誌F_IGOK等於1(步驟S43)。在F_IGOK＝1以後，CPU15在曲軸級TCSTG位於通電開始級時對點火裝置5發出通電開始指令，曲軸級TCSTG位於點火開始級時對點火裝置5發出點火開始指令。通電開始級和點火開始級預先設定。在圖3中，進行對時刻t4的判斷時檢測到轉子11旋轉1周，其結果，點火時期控制從初始引爆點火切換到通常點火。
另外，在上述實施例中，在轉子11中形成凸部12作為被檢測部，但是也可以在轉子11的外周面形成凹部而作為被檢測部。也可以不在轉子11的外周面形成凹凸，而是將被檢測部埋入或標記到外周面上而形成。
在上述實施例中，在內燃機開始轉動曲軸後到曲軸旋轉1周為止的期間中，對應於產生在基準脈衝信號之後的曲柄轉角脈衝信號，做出火花塞的火花放電的指令，但是也可以對應於在基準脈衝信號之後新產生曲柄轉角脈衝信號(例如從基準脈衝信號開始第2個曲柄轉角脈衝信號)，做出火花塞的火花放電的指令。
在上述實施例中，表示的是通過電磁拾取器13構成被檢測部，但不限於此。也可以光學地檢測被檢測部。
在上述實施例中，對於將本發明適用於單氣筒4循環內燃機的情況做了說明，但是本發明也可適用於多氣筒4循環內燃機或2循環內燃機。
作為點火裝置不限於全電晶體方式，本發明也可適用於DC-CDI方式。
如上所述，根據本發明，可在手動轉動曲軸時曲軸旋轉1周為止的期間提供適當的初始引爆定時，可在避免發動機的逆旋轉的同時順利地起動發動機。特別是，手動轉動曲軸時反衝式起動機等對發動機僅提供很小的旋轉即可得到良好的起動性。
權利要求
1.曲柄轉角檢測裝置，其包括與內燃機的曲軸連動而旋轉且在外周上等角度間隔地具有多個被檢測部的轉子；以及被設置在上述轉子的外周附近、上述被檢測部每次通過時生成脈衝信號的拾取器，該曲柄轉角檢測裝置的特徵在於將上述多個被檢測部中位於對應於上述內燃機活塞的上死點的曲柄轉角之前的位置的被檢測部用於曲柄轉角的基準角度檢測。
2.如權利要求1所述的曲柄轉角檢測裝置，其特徵在於上述多個被檢測部由突起構成，在上述轉子的外周方向上，上述基準角度檢測用被檢測部與其他的被檢測部具有不同的長度。
3.如權利要求2所述的曲柄轉角檢測裝置，其特徵在於在上述轉子的外周方向上，上述基準角度檢測用被檢測部比其他的被檢測部長。
4.如權利要求1所述的曲柄轉角檢測裝置，其特徵在於在上述轉子的旋轉方向上多個被檢測部各自的後端位置被形成為等角度間隔，上述基準角度檢測用被檢測部的從後端位置開始到前端位置為止的長度與上述其它被檢測部各自的從後端位置開始到前端位置為止的長度不同。
5.如權利要求4所述的曲柄轉角檢測裝置，其特徵在於在上述轉子的旋轉方向上多個被檢測部各自的後端位置被形成為15度等角度間隔的情況下，上述轉子旋轉時在上述基準角度檢測用被檢測部之後通過上述拾取器的附近的被檢測部的後端，位於從對應於上述上死點的曲柄轉角開始0～10度的範圍內。
6.點火時期控制裝置，其包括曲柄轉角檢測機構，與內燃機的曲軸連動而旋轉並且每旋轉預定的角度便產生曲柄轉角脈衝信號，將該曲柄轉角脈衝信號中對應於上述內燃機活塞上死點的曲柄轉角之前的脈衝信號作為與其他脈衝信號不同的狀態的基準脈衝信號而產生；以及點火控制機構，對應於上述曲柄轉角脈衝信號來控制上述內燃機的點火時期，該點火時期控制裝置的特徵在於上述點火控制機構，在上述內燃機開始轉動曲軸後到上述曲軸旋轉1周為止的期間中，對應於產生在上述基準脈衝信號之後的上述曲柄轉角脈衝信號，做出上述內燃機的火花塞的火花放電的指令。
7.如權利要求6所述的點火時期控制裝置，其特徵在於上述點火控制機構，在上述內燃機開始轉動曲軸後到上述曲軸旋轉1周為止的期間中，在上述火花塞的火花放電的指令之前，對應於上述基準脈衝信號對點火線圈控制通電時期。
8.如權利要求6所述的曲柄轉角檢測裝置，其特徵在於上述曲柄轉角檢測機構包括與上述內燃機的曲軸連動而旋轉且在外周上等角度間隔地具有多個被檢測部的轉子；以及被設置在上述轉子的外周附近、上述被檢測部每次通過時生成上述曲柄轉角脈衝信號的拾取器，將上述多個被檢測部中位於對應於上述內燃機活塞的上死點的曲柄轉角之前的位置的被檢測部用於上述基準脈衝信號的發生，在上述轉子的旋轉方向上多個被檢測部各自的後端位置被形成為等角度間隔，上述基準脈衝信號的產生用被檢測部的從後端位置開始到前端位置為止的長度與上述其它被檢測部各自的從後端位置開始到前端位置為止的長度不同。
9.如權利要求6或8所述的點火時期控制裝置，其特徵在於含有上述基準脈衝信號的上述曲柄轉角脈衝信號由成對的負脈衝及正脈衝構成，上述負脈衝對應於上述被檢測部的前端而產生，上述正脈衝對應於上述被檢測部的後端而產生。
10.如權利要求6或9所述的點火時期控制裝置，其特徵在於上述點火控制機構，對應於上述負脈衝的產生間隔與上述正脈衝的產生間隔的比的大小來判斷上述曲柄轉角脈衝信號中的上述基準脈衝信號。
11.如權利要求6或9所述的點火時期控制裝置，其特徵在於上述點火控制機構，在上述內燃機開始轉動曲軸後到上述曲軸旋轉1周為止的期間中，上述負脈衝的產生間隔除以上述正脈衝的產生間隔的值比1充分小時，做出對上述點火線圈通電的指示，其後，當上述負脈衝的產生間隔除以上述正脈衝的產生間隔的值比1充分大時，做出上述火花塞的火花放電的指示。
全文摘要
本發明提供內燃機的曲柄轉角檢測裝置及點火時期控制裝置，該曲柄轉角檢測裝置包括與內燃機的曲軸連動而旋轉且在外周上等角度間隔地具有多個被檢測部的轉子；以及被設置在上述轉子的外周附近、上述被檢測部每次通過時生成脈衝信號的拾取器，將上述多個被檢測部中位於對應於上述內燃機活塞上死點的曲柄轉角之前的被檢測部用於曲柄轉角的基準角度檢測。
文檔編號F02P7/067GK1820134SQ20058000058
公開日2006年8月16日 申請日期2005年3月22日 優先權日2004年4月2日
發明者鉛隆司, 德川和人, 千田悟司 申請人:株式會社京浜