专利名称：发动机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制一发动机的发动机控制装置，更为具体地涉及一种适于控制具有一用于喷射燃料的燃料喷射装置的发动机的发动机控制装置。
背景技术：
近年来随着称为喷油器的燃料喷射装置的广泛使用对燃料喷射正时和燃料喷射量即空燃比的控制变得容易了，这能够改善发动机输出和燃料消耗，并能清洁废气。对于燃料喷射正时，通常要精确检测凸轮轴的相位状态、进气门的状态，并根据检测结果喷射燃料。但是，用于检测凸轮轴相位状态的价格昂贵且增大了气缸盖的尺寸的凸轮传感器，特别难于在摩托车等中使用。为了解决这一问题，在JP-A-H10-227252中公开了一种适于检测一曲轴相位状态和一进气压力并根据这些来检测一气缸冲程状态的发动机控制装置。利用该现有技术，不用检测凸轮轴的相位就可以检测一气缸的冲程状态，使得可以根据冲程状态控制燃料喷射正时。
可以根据一个循环中发动机转速的变化来检测冲程状态。在膨胀(燃烧)冲程中发动机转速最高，膨胀冲程之后依次是排气、进气和压缩冲程。因此，可根据发动机转速和一曲轴的相位的变化来检测冲程状态。JP-A-2000-337206中公开的一种发动机控制装置适于根据发动机工作状态选择基于进气压力变化的冲程检测或基于发动机转速变化的冲程检测，并通过已选择的方法检测一冲程。
但是，采用JP-A-2000-337206中公开的一发动机控制装置难于选择在发动机的全部工作状态中都合适的冲程检测方法，在有些情况下(其两种方法中)所述冲程检测方法都不合适的。因此，(该装置)所检测到的行程的可靠性很低。
发明内容
本发明用来解决上述问题，且本发明的一目的是提供一种可执行具有高可靠性的行程检测的发动机控制装置。
为了解决上述问题，本发明的发动机控制装置包括用于检测一曲轴相位的曲轴相位检测装置；用于检测一发动机的一进气管中的进气压力的进气压力检测装置；用于至少基于由所述曲轴检测装置检测到的曲轴相位检测发动机的一冲程的冲程检测装置；用于基于由所述冲程检测装置检测到的发动机冲程和由所述进气压力检测装置检测到的进气压力控制发动机的工作状况的发动机控制装置，以及用于检测发动机转速的发动机转速检测装置，其中所述冲程检测装置基于由所述进气压力检测装置检测到的进气压力中的变化检测一冲程，并基于由该发动机转速检测装置检测到的发动机转速中的变化检测一冲程，当上述检测到的冲程彼此一致时完成冲程检测。
图1是一摩托车的发动机和其控制装置的示意图；图2是图1所示发动机中的曲轴脉冲输出的原理示意图；图3是本发明的发动机控制装置一个实施例的方框图；图4是在图3中的冲程检测允许部分中执行的一操作的流程图；图5是由曲轴相位和进气压力检测冲程状态的过程的示意图；图6是在图3中的曲轴正时检测部分中执行的一操作的流程图；图7是在计算气缸中的空气质量时使用的存储于气缸内空气质量计算部分中的图；
图8是在计算目标空燃比时使用的存储于目标空燃比计算部分中的图；图9是过渡状态校正部分的操作示意图；图10是在图3中的燃料喷射量计算部分中执行的一操作的流程图；图11是在图3中的点火正时计算部分中执行的一操作的流程图；图12是在图10所示操作中设定的点火正时的示意图；图13是通过图3所示的操作起动发动机时的操作的示意图；以及图14是通过图3所示的操作起动发动机时的操作的示意图。
具体实施例方式
下面描述本发明的实施例。
图1是摩托车等的发动机及其控制装置实例的示意图。标号1表示较小排量的单缸四冲程发动机。该发动机1具有一气缸体2、一曲轴3、一活塞4、一燃烧室5、一进气管6、一进气门7、一排气管8、一排气门9、一火花塞10和一点火线圈11。在进气管6中，设置一根据节气门开度打开和关闭的节气门12，并在该节气门12的下游设置一作为燃料喷射装置的喷油器13。喷油器13连接装在燃料箱19中的一过滤器18、一燃料泵17和一压力控制阀16。
发动机1的工作状况由发动机控制单元15控制。作为执行向发动机控制单元15的控制输入的装置，即检测发动机1工作状况的装置，设有一检测曲轴3的转角即相位的曲轴角度传感器20、一检测气缸体2或冷却水的温度即发动机体的温度的冷却水温度传感器21、一检测排气管8中的空燃比的废气空燃比传感器22、一检测进气管6中的进气压力的进气压力传感器24和一检测进气管6中的温度即进气温度的进气温度传感器25。发动机控制单元15接受来自所述传感器的信号并向燃料泵17、压力控制阀16、喷油器13和点火线圈11输出控制信号。
这里，描述由曲轴角度传感器20输出的曲轴角度信号的原理。在本实施例中，如图2a所示，曲轴3的外周上形成总体上为等间隔的多个齿23。该曲轴角度传感器20如一磁性传感器检测齿23的靠近，且以电方式处理所形成的电流并作为脉冲信号输出。两相邻齿23之间的周向节距在曲轴3相位(转角)中是30°，每个齿23的周向宽度在曲轴3的相位(转角)中是10°。存在这样的部分，其中两相邻齿不以上述节距设置，而是以两倍于其它节距的节距设置。该部分是一在应该有一如图2a中虚线所示的齿地方而没有齿的特殊部分。这部分对应于一不规则的间隔。这部分在下文中还称为“缺齿部分”。
因此，当曲轴3以一恒速旋转时，出现了一连串与齿23对应的脉冲信号，如图2b所示。图2a示出了气缸处于压缩上止点的状态(该状态与气缸处于排气上止点时的状态相同)。将正好在气缸到达压缩上止点前输出的脉冲信号的编为“0”号，随后的脉冲信号编为“1”、“2”、“3”和“4”号。在对应脉冲信号“4”的齿23之后到达的缺齿部分被算作一个齿，就象此处存在一个齿一样，并将对应于其下一齿23的脉冲信号编为“6”号。当继续这一过程时，在脉冲信号“16”(对应的齿)后面又出现一次缺齿部分。将该缺齿部分按照上述方式再次计为一个齿，且将对应于其下一个齿23的脉冲信号编为“18”号。当曲轴3旋转两次时，完成了一个循环的四冲程，这样再次将在脉冲信号“23”后面出现的脉冲信号编为“0”号。原则上，编为“0”号的脉冲信号出现后，气缸立即到达压缩上止点。这样检测到的脉冲信号串或其中每个脉冲信号定义为“曲轴脉冲”。当执行后面将说明的基于曲轴脉冲的冲程检测时，就可以检测曲轴正时。齿23可被形成在与曲轴3同步旋转的元件的外周上。
发动机控制单元15由一微型计算机(未示出)等构成。图3是示出由发动机控制单元15中的微型计算机执行的发动机控制操作的一实施例的方框图。由一发动机转速计算部分26、一曲轴正时检测部分27、一冲程检测允许部分29、一气缸内空气质量计算部分28、一目标空燃比计算部分33、一燃料喷射量计算部分34、一喷射脉冲输出部分30、一点火正时计算部分31以及一点火脉冲输出部分32来执行该发动机控制操作，其中发动机转速计算部分26基于一曲轴角度信号计算发动机转速；曲轴正时检测部分27基于曲轴角度信号、一进气压力信号和在发动机转速计算部分26中计算出的发动机转速检测曲轴正时信息，即冲程状态；冲程检测允许部分29读取发动机转速计算部分26中计算出的发动机转速并将冲程检测允许信息输出给曲轴正时检测部分27，并且读取和输出由曲轴正时检测部分27提供的冲程检测信息；气缸内空气质量计算部分28用于基于由曲轴正时检测部分27检测的曲轴正时信息连同一进气温度信号、一冷却水温度(发动机温度)信号、进气压力信号和在发动机转速计算部分26中计算出的发动机转速来计算气缸内的空气质量(进气量)；目标空燃比计算部分33用于基于在发动机转速计算部分26中计算出的发动机转速和进气压力信号计算一目标空燃比；燃料喷射量计算部分34用于基于在目标空燃比计算部分23中计算出的目标空燃比、进气压力信号、在气缸内空气质量计算部分28中计算出的气缸内空气质量、由冲程检测允许部分29输出的冲程检测信息和冷却水温度信号来计算燃料喷射量和燃料喷射正时；喷射脉冲输出部分30基于由曲轴正时检测部分27检测的曲轴正时信息，向喷油器13用于基于由曲轴正时检测部分27检测到的曲轴正时信息向喷油器13输出对应于在燃料喷射量计算部分34中计算出的燃料喷射量和燃料喷射正时的喷射脉冲；点火正时计算部分31用于由在发动机转速计算部分26中计算出的发动机转速、目标空燃比计算部分33设定的目标空燃比和冲程检测允许部分29输出的冲程检测信息来计算点火正时；点火脉冲输出部分32用于基于由曲轴正时检测部分27检测到的曲轴正时信息向点火线圈11输出对应于由点火正时计算部分31设定的点火正时的点火脉冲。
发动机转速计算部分26基于曲轴角度信号随时间的变化率计算作为发动机一输出轴的曲轴的转速作为发动机的转速。更具体的，发动机转速计算部分26通过将两相邻齿23之间的相位除以检测相应曲轴脉冲所需时间来计算发动机转速的瞬时值，并计算作为齿23的平均移动距离的平均发动机转速。
冲程检测允许部分29根据图4所示的操作向曲轴正时检测部分27输出冲程检测允许信息。如上所述，要基于曲轴脉冲检测一冲程，至少要使曲轴3旋转两圈，且在这段时间中必须使包括缺齿部分的曲轴脉冲稳定。但是在如本实施例的较小排量的单缸发动机中，在被称为起动时间的发动过程中旋转状态不稳定。因此，在根据图4所示的操作对发动机旋转状态作出判断后，才允许冲程检测。
采用一曲轴脉冲的输入作为触发来执行图4中所示操作。尽管在流程图中没有提供通信的步骤，但是通过该操作获得的信息从而被以重写的方式存储在一存储器中，且按需要从该存储器中读取该操作所必需信息和程序。
在该操作中，首先在步骤S11中读取由发动机转速计算部分26计算出的上止点和下止点的瞬时发动机速度。
接着，处理过程进行到步骤S12，在其中判断步骤S11中读取的上止点和下止点瞬时发动机转速之间的差是否不小于一预定的对应(发动机)初始燃烧时的转速的用于检测初始燃烧的规定转速。如果瞬时发动机转速之间的差不小于用于检测初始燃烧的规定转速，则过程进行到步骤S13。否则过程进行到步骤S14。
在步骤S13中，检测到一初始燃烧(信号)并将其输出。接着，过程进行到步骤S14。
在步骤S14中，读取在发动机转速计算部分26中计算的平均发动机转速。
接着过程进行到步骤S15，其中判断在步骤S14中读取的平均发动机转速是否不小于一对应于(发动机)完全燃烧时的转速的用于检测完全燃烧的预定的规定转速。如果平均发动机转速不小于用于检测完全燃烧的转速，则过程进行到步骤S16。否则，过程进行到步骤S17。
在步骤S16中，检测一完全燃烧(信号)并将其输出。接着，过程进行到步骤S17。
在步骤S17中，判断是否存在步骤S13中的初始燃烧检测(信号)输出，或者步骤S16中的完全燃烧检测(信号)输出。如果存在初始燃烧检测(信号)或完全燃烧检测(信号)输出，则过程进行到步骤S18。否则，进程进行到步骤19。
在步骤S18中，输出允许冲程检测的信息。接着，过程返回主程序。
在步骤S19中，输出不允许冲程检测的信息。接着，过程返回主程序。
根据该操作，在发动机中已发生一初始燃烧之后或者平均发动机转速到达一对应于完全燃烧时的转速的值之后，允许冲程检测。因此，能够获得稳定的曲轴脉冲，并能精确检测冲程。
具有类似于JP-A-H10-227252中公开的冲程判断装置的构造的曲轴正时检测部分27检测一基于进气压力的变化的冲程和一基于发动机转速中变化的冲程，并输出冲程状态信息作为曲轴正时信息。这里，将说明基于进气压力的变化的冲程检测原理。在一四冲程发动机中，曲轴和凸轮轴以一规定的相位差恒定旋转，这样当如图5所示读取曲轴脉冲时，缺齿部分之后的第四曲轴脉冲，即曲轴脉冲“9”或“21”代表一排气冲程或一压缩冲程。众所周知，在一排气冲程中，排气门是打开的而进气门是关闭的，因此进气压力高。但是，在一压缩冲程的初期阶段，由于进气门仍然打开，或者即使关闭进气门也因为前一次进气冲程，进气压力低。因此，进气压力低时输出的曲轴脉冲“21”表示气缸处于压缩冲程，而在获得曲轴脉冲“0”之后，气缸立即到达压缩上止点。更具体的，当两个下止点处的进气压力之间的差是一规定的负值或更小时，该气缸处于一进气冲程后的下止点，当该差值是一规定的正值或更大时，该气缸处于一排气冲程之前的下止点。当如上所述可检测一冲程时，通过以曲轴转速对冲程之间的间隔进行插值，可以检测更详细的当前冲程状态。
发动机转速在四冲程中的膨胀冲程中最高，该四冲程进气、压缩、膨胀(燃烧)和排气，并以该顺序接着进行排气冲程、进气冲程和压缩冲程。通过把发动机转速中的变化和由曲轴脉冲表示的曲轴相位结合，就可象基于进气压力变化的冲程检测那样检测一冲程。更具体的，当上止点和下止点发动机转速之间的差是一规定的负值或更小时，气缸处于一进气冲程后的下止点，而当上止点和下止点发动机转速之间的差是一规定的正值或更大时，气缸处于一排气冲程前的下止点。
这样，曲轴正时检测部分27执行一图6所示的用于设定操作模式和检测一冲程的操作。图6所示操作利用一输入例如一曲轴脉冲作为触发来执行。尽管流程图中没有提供通信步骤，但是通过该操作获得的信息因此被以重写的方式存储在存储器中，而操作所需的信息和程序则根据需要从存储器中读取。
在该操作中，首先在步骤S101中判断操作模式是否已经设定为“4”。如果操作模式已经设定为“4”，则过程返回主程序。否则，过程进行到步骤S102。
在步骤S102中，判断操作模式是否已经设定为“3”。如果操作模式已经设定为“3”，则过程进行到步骤S114。否则，过程进行到步骤S104。
在步骤S104中，判断操作模式是否已经设定为“2”。如果操作模式已经设定为“2”，则过程进行到步骤S105。否则，过程进行到步骤S106。
在步骤S106中，判断操作模式是否已经设定为“1”。如果操作模式已经设定为“1”，则过程进行到步骤S107。否则，过程进行到步骤S108。
在步骤S108中，操作模式设定为“0”。接着，过程进行到步骤S109。
在步骤S109中，判断是否在一规正时段内检测到规定数目或更多的曲轴脉冲。如果在规正时段内检测到规定数目或更多的曲轴脉冲，则过程进行到步骤S110。否则过程返回主程序。
在步骤S110中，操作模式设定为“1”。接着，过程进行到步骤S107。
在步骤S107中，判断是否已经检测到缺齿部分。如果已经检测到缺齿部分，则过程进行到步骤S111。否则，过程返回主程序。当用OFF部分的宽度T2除以OFF部分之前和之后的脉冲宽度T1和T3(宽度T1和T3由时间表示)的平均值而获得的值大于一规定值α时，该部分就被判断为缺齿部分。
在步骤S111中，操作模式设定为“2”。接着，过程进行到步骤S105。
在步骤S105中，判断是否连续两次检测到缺齿部分。如果连续两次检测到缺齿部分，则过程进行到步骤S112。否则过程返回主程序。
在步骤S112，判断是否已经检测到发动机中的一初始或完全燃烧。如果已经检测到一初始燃烧或完全燃烧，则过程进行到步骤S113。否则，过程返回主程序。
在步骤S113中，操作模式设定为“3”。接着，过程进行到步骤S114。
在步骤S114中，基于曲轴脉冲状态判断是否气缸现在处于下止点。如果气缸处于下止点，则过程进行到步骤S115。否则，过程进行到步骤S116。
在步骤S115中，计算发动机转速差ΔN。接着，过程进行到步骤S117。通过从当前发动机转速中减去前一上止点的发动机转速而获得发动机转速差ΔN。
在步骤S117中，判断步骤S115中计算的发动机转速差ΔN是否不小于排气冲程前的发动机转速差的一预定正阈值ΔNEX。如果发动机转速差ΔN不小于排气冲程前的发动机转速差的所述阈值ΔNEX，则过程进行到步骤S118。否则过程进行到步骤S119。
在步骤S119，判断步骤S115中计算的发动机转速差ΔN是否不大于进气冲程后的发动机转速差的一预定正阈值ΔNIN。如果发动机转速差ΔN不大于进气冲程后发动机转速差的所述阈值ΔNIN，则过程进行到步骤S118。否则，过程进行到步骤S120。
在步骤S118中，如上所述执行基于发动机转速差ΔN的冲程检测。接着过程进行到步骤S121。
在步骤S121中，判断在步骤S118中检测到的冲程是否与检测冲程前设定的临时冲程一致。如果该冲程与临时冲程一致，则过程进行到步骤S122。否则过程进行到步骤S123。
在步骤S122中，基于发动机转速差的冲程检测标记FN设定为“1”。接着，过程进行到步骤S124。
在步骤S123中，基于发动机转速差的冲程检测标记FN设定为“2”。接着，过程进行到步骤S124。
在步骤S124中，基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN递增。接着过程进行到步骤S125。
在步骤S125中，判断基于发动机转速差的冲程检测标记FN是否已经设定为“1”，以及基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN是否处于不小于预定规定的值CNTN0的值。如果基于发动机转速差的冲程检测标记FN已经设定为“1”以及基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN处于一不小于所述规定值CNTN0的值，则过程进行到步骤S126。否则，过程进行到步骤S116。
在步骤S126中，基于发动机转速差的临时冲程检测被视为已完成。接着，过程进行到步骤S116。
在步骤S120中，将基于发动机转速差的冲程检测标记FN重置为“0”。接着，过程进行到步骤S127。
在步骤S127中，基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN被清为“0”。接着过程进行到步骤S116。
在步骤S116中，基于曲轴脉冲状态判断气缸是否处于下止点。如果气缸处于下止点，则过程进行到步骤S128。否则，过程进行到步骤S129。
在步骤S128中，计算进气压力差ΔP。接着，过程进行到步骤S130。通过从当前进气压力减去前一下止点处的进气压力获得进气压力差ΔP。
在步骤S130中，判断在步骤S128中计算出的进气压力差ΔP是否不小于排气冲程前的进气压力差的一预定正阈值ΔPEX。如果进气压力差ΔP不小于排气冲程前的进气压力差的所述阈值ΔPEX，则过程进行到步骤S131。否则过程进行到步骤S132。
在步骤S132，判断在步骤S128中计算出的进气压力差ΔP是否不大于进气冲程后的进气压力差的一预定负阈值ΔPIN。如果进气压力差ΔP不大于进气冲程后的进气压力差的所述阈值ΔPIN，则过程进行到步骤S131。否则，过程进行到步骤S133。
在步骤S131中，如上所述执行基于进气压力差ΔP的冲程检测。接着，过程进行到步骤S134。
在步骤S134中，判断在步骤S131中检测到的冲程是否与检测冲程前设定的一临时冲程一致。如果检测到的冲程与所述临时冲程一致，则过程进行到步骤S135。否则，过程进行到步骤S136。
在步骤S135中，将基于进气压力差的冲程检测标记FP设定为“1”。接着，过程进行到步骤S137。
在步骤S136中，将基于进气压力差的冲程检测标记FP设定为“2”。接着，过程进行到步骤S137。
在步骤S137中，将基于进气压力差的冲程检测的计数器CNTP递增。接着过程进行到步骤S138。
在步骤S138中，判断基于进气压力差的冲程检测标记FP是否已经设定为“1”，以及基于进气压力差的冲程检测的计数器CNTP是否处于不小于一预定规定值CNTP0的值。如果基于进气压力差的冲程检测标记FP已经设定为“1”并且基于进气压力差的冲程检测的计数器CNTP处于一不小于所述规定值CNTP0的值，则过程进行到步骤S139。否则，过程进行到步骤S129。
在步骤S139中，基于进气压力差的临时冲程检测被视为已完成。接着，过程进行到步骤S129。
在步骤S133中，将基于进气压力差的冲程检测标记FP重置为“0”。接着，过程进行到步骤S140。
在步骤S140中，基于进气压力差的冲程检测的计数器CNTP被清为“0”。接着过程进行到步骤S129。
在步骤S129中，判断基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN是否处于以不低于所述规定值CNTN0的值或者基于进气压力差的冲程检测的计数器CNTP是否处于一不低于规定值CNTP0的值。如果是任何一种情况，过程进行到步骤S141。否则，过程返回主程序。
在步骤S141中，判断基于发动机转速差的冲程检测标记FN是否已经设定为“1”，以及基于进气压力差的冲程检测标记FP是否已经设定为“1”。如果两个标记都已经设定为“1”，则过程进行到步骤S142。否则，过程进行到步骤S143。
在步骤S143中，判断基于发动机转速差的冲程检测标记FN是否已经设定为“2”，以及基于进气压力差的冲程检测标记FP是否已经设定为“2”。如果两标记都已经设定为“2”，则过程进行到步骤S144。否则，过程进行到步骤S145。
在步骤S142中，检测冲程前设定的临时冲程被确定为实际的真实冲程并完成冲程检测。接着，过程进行到步骤S146。
在步骤S144中，将临时冲程改变360°的相位，即改变对应曲轴旋转一周的相位，并将其确定为真实冲程。更具体的，对曲轴脉冲“12”重新编号。接着，过程进行到步骤S146。
在步骤S145中，将一故障次数计数器CNTF递增。接着过程进行到步骤S146。
在步骤S146中，判断故障次数计数器CNTF是否处于一不小于一预定的规定值CNTF0的值，如果故障次数计数器CNTF处于一不小于所述规定值CNTF0的值，则过程进行到步骤S148。否则，过程进行到步骤S146。
在步骤S146中，把故障次数计数器CNTF清为“0”。接着，过程进行到步骤S149。
在步骤S149中，将操作模式设定为“4”。接着，过程返回主程序。
在步骤S148中，执行规定的故障安全处理。接着该程序结束。故障安全处理的例子包括通过逐渐降低点火频率、将气缸内的点火(时刻)逐渐移向延迟侧或首先迅速然后缓慢地关闭节气门来逐渐降低发动机转矩或通过一异常指示。
根据该操作。在发动机起动等状态下，当在一规定的时段内检测到一规定数量或更多的曲轴脉冲时将操作模式设定为“1”，而在检测到缺齿部分时将其设定为“2”。接着，当连续两次检测到缺齿部分以及冲程检测允许部分29检测到一初始或完全燃烧并允许冲程检测时，操作模式设定为“3”。接着，如上所述，判断上止点和下止点发动机转速之间的差ΔN是否不小于排气冲程前的发动机转速差的所述阈值ΔNEX或者不大于进气冲程后的发动机转速差的所述阈值ΔNIN以执行基于发动机转速差的冲程检测。同时，判断两个下止点的进气压力之间的差ΔP是否不小于排气冲程前的进气压力差的所述阈值ΔPEX或者不大于进气冲程后的进气压力差的阈值ΔPIN以执行基于进气压力差的冲程检测。接着，将任一冲程检测重复规定的次数(CNTN0或CNTP0)。接着，当检测到的冲程与所述临时冲程一致时，即当冲程检测标记FN或FP被设为“1”时，执行临时检测。
此外，将基于发动机转速差ΔN的冲程检测重复至少所述规定值CNTNO的次数，或者将基于进气压力差ΔP的冲程检测重复至少所述规定值CNTPO的次数。接着，当临时冲程与检测到的冲程一致时，即作为基于发动机转速差ΔN的冲程检测结果基于发动机转速差的冲程检测标记FN被设为“1”时，以及当临时冲程与检测到的冲程一致时，即作为基于进气压力差ΔP的冲程检测结果基于进气压力差的冲程检测标记FP被设为“1”时，确定该临时冲程为实际的真实冲程。从而，冲程检测完成。接着，将操作模式设定为“4”。当临时冲程不同于检测到的冲程时，即作为基于发动机转速差ΔN的冲程检测结果基于发动机转速差的冲程检测标记FN被设为“2”时，以及当临时冲程不同于检测到的冲程时，即作为基于进气压力差ΔP的冲程检测结果基于进气压力差的冲程检测标记FP被设为“2”时，使临时冲程改变一360°相位并将其确定为真实冲程。由此冲程检测完成。接着，操作模式设定为“4”。在改变冲程相位过程中，曲轴脉冲重新编号。
气缸内空气质量计算部分28具有一用于基于一进气压力信号和一在发动机转速计算部分26中计算出的发动机转速计算气缸内空气质量的如图7所示的三维图。可以仅通过在发动机以一规定的转速旋转的情况下在改变进气压力时测量气缸内空气质量，来获得该用于计算气缸内空气质量的三维图。该测量可用一较简单的实验来进行，从而可以容易地组织制作该图。可用一高级发动机模拟系统来组织制作该图。可用冷却水温度(发动机温度)信号校正随发动机的温度改变的气缸内的空气质量。
目标空燃比计算部分33具有一用于基于一进气压力信号和一在发动机转速计算部分26中计算出的发动机转速计算目标空燃比的如图8所示的三维图。该三维图在某种程度上可在纸上组织制作。通常，空燃比与扭矩有关。当空燃比低时，即当燃料量大而空气量少时，扭矩增加但是效率降低。反之，当空燃比高时，即当燃料量少而空气量大时，扭矩降低但是效率提高。空燃比低的状态称为“浓”，而空燃比高的状态称为“稀”。最稀的状态是一种经常称为“理论配比”的状态，在该状态获得汽油发生完全燃烧的理想空燃比，即空燃比为14.7。
发动机转速表示发动机的工作状况。通常，当发动机转速高时升高空燃比，而当发动机转速低时降低空燃比。这是为了在低转速范围中提高扭矩的响应性，而在高转速范围中提高旋转(速)的响应性。进气压力表示发动机的载荷如节气门开度。通常，当发动机载荷大时，即当节气门开度大和进气压力高时，降低空燃比，而当发动机载荷小时，即当节气门开度小和进气压力低时，增加空燃比。这是因为当发动机载荷大时扭矩重要，而当发动机载荷小时效率重要。
如上所述，目标空燃比具有很理解容易的物理意义，并从而可在某种程度上根据要求的发动机输出特性对其进行设定。当然，可以根据一实际发动机的输出特性调整空燃比。
目标空燃比计算部分33具有一用于检测过渡状态的过渡状态校正部分29，更具体地说该部分29是用于基于一进气压力信号检测加速状态或减速状态，并由此校正目标空燃比。例如，如图9所示，进气压力的变化也是节气门操作的结果，这样进气压力的提高表示打开节气门以加速车辆，即发动机加速。当检测到这样的一个加速状态时，就把目标空燃比暂时设定到浓的一侧，接着返回到原始目标值。可采用任何现有的方法使空燃比返回原始值，例如这样一种方法，其中逐渐改变在过渡状态期间设定到浓的一侧的空燃比和原始目标空燃比的加权平均值的加权系数。当检测到减速状态时，可把目标空燃比设定到比原始目标空燃比稀的一侧，以获得高效率。
根据图10所示的操作，燃料喷射量计算部分34在起动时和在发动机正常工作过程中计算和设定燃料喷射量和燃料喷射正时。利用一曲轴脉冲输入作为触发执行如图10所示的操作。尽管流程图中没有提供通信步骤，但是通过该操作获得的信息因此被以重写的方式存储在存储器中，而执行操作必需的信息和程序则根据需要从存储器中读取。
在该操作中，首先在步骤S21中读取由冲程检测允许部分29输出的冲程检测信息。
接着，过程进行到步骤S22，在其中判断由曲轴正时检测部分27进行的冲程检测是否还未完成(操作模式是否已经设定为“3”)。在冲程检测还未完成时，过程进行到步骤S23。否则，过程进行到步骤S24。
在步骤S23中，判断燃料喷射次数计数器n是否为“0”。当燃料喷射次数计数器n为“0”时，过程进行到步骤S25。否则，过程进行到步骤S26。
在步骤S25中，判断下一次燃料喷射是否是发动机起动后的第三次或以后的燃料喷射。当下一次燃料喷射是第三次或以后的燃料喷射时，过程进行到步骤S27。否则，过程进行到步骤S28。
在步骤S27中，从进气压力记录部分(未示)读取在曲轴旋转两周的过程中在预定的规定曲轴角度下的进气压力，在本实施例中为在图2和图5所示曲轴脉冲“6”和“18”时产生的进气压力，并计算(这两个)进气压力之间的差。接着过程进行到步骤S29。
在步骤S29中，判断在步骤S28中计算出的进气压力差是否不小于一大到足以在某种程度上区别出一冲程的规定值。当该进气压力差不小于该规定值时，过程进行到步骤S30。否则过程进行到步骤S28。
在步骤S30中，基于在步骤S27中在曲轴旋转两周过程中读取两个进气压力中较小的压力计算总燃料喷射量。接着过程进行到步骤S31。
在步骤S28中，读取冷却水温度即发动机温度，并基于该冷却水温度计算总燃料喷射量。例如，当冷却水温度较低时，增大燃料喷射量。接着，过程进行到步骤S31。在步骤S28或步骤S30中计算出的总燃料喷射量是在进气冲程前每个循环喷射一次的喷射量，即曲轴每旋转两周喷射一次的燃料量。因此，当已经检测到一冲程时，通过在每个进气冲程前喷射一次基于冷却水温度计算出的燃料量，可使发动机根据冷却水温度即发动机温度适当地旋转。
在步骤S31中，在本实施例中图2和图5所示的曲轴脉冲“10”或“22”处于下降沿时，将在步骤S30中设定的总燃料喷射量的一半设定为本次待喷射的燃料量，并将燃料喷射正时设定在曲轴每旋转一周的过程中的一规定的曲轴角度上。接着，过程进行到步骤S32。
在步骤S32中，燃料喷射次数计数器设定为“1”。接着，过程返回主程序。
在步骤S24中，判断是否正好在进气冲程前执行前一次燃料喷射。如果正好在进气冲程前执行了前一次燃料喷射，则过程进行到步骤S33。否则过程进行到步骤S26。
在步骤S26，将此时的燃料喷射量设定为与前一次燃料喷射量相同，并以与步骤S31相同的方式将燃料喷射正时设定在曲轴每旋转一周的过程中的一规定曲轴角度。接着，过程进行到步骤S34。
在步骤S34中，燃料喷射次数计数器设定为“0”。接着，过程返回主程序。
在步骤S33中，基于一目标空燃比、一气缸内的空气质量和一进气压力设定正常运行的燃料喷射量和燃料喷射正时。接着，过程进行到步骤S35。更具体地说，例如，由于可以通过用在气缸内空气质量计算部分28中计算的空气质量除以在目标空燃比计算部分33中计算的目标空燃比而获得待向气缸内供应的燃料量，故通过将待向气缸中供应的燃料量乘以喷油器13的流量特性来获得燃料喷射期。燃料喷射量和燃料喷射正时则可由燃料喷射期计算得到。
在步骤S34中，燃料喷射次数计数器设定为“0”。接着，过程返回主程序。
根据该操作，当曲轴正时检测部分27没有完成冲程检测时(操作模式设定为“3”)，当曲轴每次旋转到规定的曲轴角度时喷射这样的总燃料喷射量的一半，即如果在每个循环的进气冲程前喷射，以该总喷射量发动机可正常地旋转。因此，有可能在如下所述在发动机起动时开始转动曲轴之后的第一进气冲程中，仅供应所需燃料量的一半。但是，这可以可靠地产生一燃烧以起动发动机，即使在压缩上止点或其附近进行点火时该燃烧会较弱。当在开始转动曲轴之后的第一进气冲程中供应了所需量的燃料时，即当由分别在曲轴每旋一圈的过程中执行一次的两次喷射已经供应的燃料可被吸入气缸时，就可能获得足够的燃烧动力来可靠地起动发动机。
甚至当已经检测到一冲程时，只要前一次燃料喷射不是直接在一进气冲程之前进行的，例如喷射是在排气冲程前进行的，就仅喷射所需燃料量的一半。因此，通过再次喷射与前一喷射相同的燃料量，就在下一进气冲程中向气缸内供应了可产生足够起动发动机的燃烧动力所需的燃料量。
此外，当冲程检测还未完成时，读取在曲轴旋转两周的过程中处在预定曲轴角度处的进气压力。更具体的，在产生图2和图5中所示曲轴脉冲“6”和“18”的时刻读取进气压力，即进气冲程和膨胀冲程期间的进气压力。接着，计算所述进气压力之间的差。如上所述，除非节气门开度很大，否则进气冲程和膨胀冲程期间进气压力的差值就很大。当计算出的进气压力差不小于一大到足以检测到一冲程的规定值时，两进气压力中较小的压力可被视为一进气冲程中的一进气压力。接着，通过基于在一定程度上反应节气门开度的进气压力设定总燃料喷射量，就可以根据节气门开度提高发动机转速。
当在曲轴两次旋转中在预定曲轴角度时的进气压力之间的差小于所述规定值，或当在发动机起动后就立即喷射燃料时，基于冷却水温度即发动机温度设定一总燃料喷射量。由此，至少可克服摩擦而可靠地起动发动机。
在本实施例中，在图10所示的操作之前，当在操作模式是“1”的同时将临时编号赋给曲轴脉冲时，执行一起动异步喷射，通过该异步喷射无论曲轴脉冲是什么情况都可喷射一定量的燃料。
根据图11所示的操作，点火正时计算部分31在发动机起动时和正常工作期间计算并设定点火正时。采用一曲轴脉冲输入作为触发来执行图11所示的操作。尽管在流程图中没有提供通信的步骤，但是通过该操作获得的信息因此被以重写的方式存储在存储器中，而执行操作所必需的信息和程序则根据需要从存储器中读取。
在本操作中，首先在步骤S41中读取由冲程检测允许部分29输出的冲程检测信息。
接着过程进行到步骤S42，在其中判断由曲轴正时检测部分27进行的冲程检测是否还未完成(操作模式是否已设定为“3”)。如果冲程检测还未完成，则过程进行到步骤S47。否则过程进行到步骤S44。
在步骤S47中，将发动机起动初期阶段的点火正时设定在曲轴每一次旋转中的上止点(或者是压缩上止点或者是排气上止点)处，即在图2或图5中曲轴脉冲“0”或“12”的下降沿处±10°的曲轴转角。这是因为在发动机起动时在曲轴开始转动后和获得初始燃烧的燃烧动力之前，发动机转速很低而且不稳定。接着，过程返回主程序。考虑电或机械的响应性来确定点火正时。基本上与图2或图5中的脉冲“0”或“12”的下降沿同时执行点火。
在步骤S44中，判断平均发动机转速是否不小于一规定值。当平均发动机转速不小于所述规定值时，过程进行到步骤S48。否则，过程进行到步骤S46。
在步骤S46中，将发动机起动的较后阶段的点火正时设定在每次循环中压缩上止点之前10°，即图12中脉冲“0”的上升沿±10°的曲轴转角。这是因为，在发动机起动时获得初始燃烧的燃烧动力后，发动机转速较高(但是仍不稳定)。接着，过程返回主程序。考虑到电或机械的响应性来确定点火正时。基本上与图2或图5中的脉冲“0”或“12”的上升沿同时执行点火。
在步骤S48中，点火正时设定到正常点火正时，从而可在每次循环中进行一次点火。接着，过程返回主程序。通常，当使点火略微提前于上止点时扭矩最大。因此，在正常点火正时方面来调整该点火正时，以响应由进气压力表示的驾驶员加速意图。
在该操作中，在完成冲程检测和一初始燃烧之前开始转动曲轴/起动时，即在发动机起动的初期阶段，除了在曲轴每转一圈进行燃料喷射外，点火正时设定在曲轴每转一圈的上止点附近，以防止发动机的倒转并可靠地起动发动机。即使在已经检测到一冲程后，将可获得较大扭矩的比压缩上止点提前大约10°的点设定为发动机起动的较后阶段的点火正时，以便将发动机转速稳定在一个较高的水平，直到发动机转速达到一规定值或更高。
如上所述，在本实施例中，根据事先存储的一三维气缸内空气质量图基于进气压力和发动机工作状态计算气缸中的空气质量，并根据事先存储的一目标空燃比图基于进气压力和发动机工作状态计算一目标空燃比，接着可通过将气缸内空气质量除以目标空燃比计算出燃料喷射量。从而可以方便而精确地进行控制。而且，由于气缸内空气质量图容易测量，而空燃比图容易组织制作，因此可容易地制成所述图。而且，不需要提供一节气门开度传感器或一节气门位置传感器来检测发动机载荷。
而且，由于基于进气压力对过渡状态即加速状态或减速状态进行检测，并且据此校正目标空燃比，因此可以在加速或减速过程中把发动机的输出特性从根据目标空燃比图所设定输出特性变换为驾驶员需要的或接近驾驶员的感觉的特性。
而且，由于基于曲轴相位来检测发动机转速，因此可以方便地检测发动机转速。而且，当基于例如曲轴相位而不是利用凸轮传感器检测冲程状态时，可以取消昂贵且体积大的凸轮传感器。
在不使用凸轮传感器的本实施例中，曲轴相位检测和冲程检测很重要。在本实施例中，基于曲轴脉冲和一进气压力检测一冲程，完成冲程检测采用曲轴至少旋转两周。但是不可能知道，发动机是在哪个冲程期间停止的，即，不可能知道，曲轴从哪个冲程开始转动。因此，在本实施例中，在曲轴转动开始和冲程检测完成之间，在曲轴每旋转一周中的规定角度喷射燃料，并且利用曲轴脉冲在曲轴每旋转一周中的压缩上止点附近的一点处进行点火。在已经检测到一冲程后，尽管在每个循环中执行一次能达到根据节气门开度的目标空燃比的燃料喷射，但是利用曲轴脉冲在比压缩上止点提前约10°处进行点火，直到发动机转速变成一规定值或更高为止，以能产生大的扭矩。
如上所述，在本实施例中，在检测冲程前曲轴每旋转一周在一规定的曲轴角度处喷射一次燃料，而曲轴每旋转一周在压缩上止点附近进行一次点火。因此，可以可靠地产生一初始燃烧一尽管该初始燃烧很弱，而且可以防止发动机倒转。当在产生初始燃烧前提前于压缩上止点进行点火时，发动机可能会倒转。在已经检测到一冲程之后，每个循环执行一次燃料喷射和点火。比压缩上止点提前约10°进行点火，以迅速提高发动机转速。
如果在检测到一冲程前，每个循环执行燃料喷射和点火一次，即曲轴每旋转两周执行燃料喷射和点火一次，则当在进气后执行燃料喷射时或者当在压缩上止点以外的点进行点火时，不能产生可靠的初始燃烧。即发动机可能会或可能不会平稳地起动。如果在已经检测到一冲程后，曲轴每旋转一周使燃料喷射一次，则在其发动机用于高转速范围的摩托车中必须继续喷射燃料，且喷油器的动态范围受到限制。而且，在已经检测到一冲程后，继续曲轴每旋转一周点火一次是浪费能量。
而且，基于发动机转速差的冲程检测和基于进气压力的冲程检测同时执行，当这些冲程检测结果彼此一致时，冲程检测完成。因此，可以补偿每种检测方法的低可靠性，而使得冲程检测可具有高可靠性。
图13示出了当用一起动电动机使发动机由排气上止点旋转时，曲轴脉冲(仅示出了其编号)、操作模式、喷射脉冲、进气压力和发动机转速随时间的变化。在该模拟中，冲程检测的计数器CNTN和CNTP规定的计数值CNTN0和CNTP0都是“2”。正好在旋转开始后的曲轴脉冲数是纯粹的计数值。在本实施例中，当检测了五个曲轴脉冲时操作模式设定为“1”。当操作模式设定为“1”时，将临时编号“temp.0、temp.1.…”赋给曲轴脉冲。当检测到缺齿部分时，操作模式设定为“2”。在操作模式被设定为“2”后，将缺齿部分后的那个曲轴脉冲编为“6”号。如上所述，曲轴脉冲编号“6”应该赋给表示燃烧后的下止点的曲轴脉冲。但是，此时还没有检测到冲程，编号是作为临时冲程赋予的。在本实施例中，由于发动机由排气上止点起动，曲轴脉冲的编号“6”是不正确的。当连续两次检测到缺齿部分且检测到一初始燃烧或一完全燃烧时，将操作模式设定为“3”。
在本实施例中，当操作模式是“1”的同时将临时编号赋给曲轴脉冲时，如上所述通过一起动异步喷射喷射一定量的燃料。而且，根据设定燃料喷射量和燃料喷射正时的操作，当未检测到冲程(操作模式是“2”或“3”)时，曲轴每旋转一周在一规定的曲轴角度更具体地说是在产生曲轴脉冲“7”或“19”的时刻喷射一个循环所需的一半燃料量一次。而且，根据设定点火正时的操作，当冲程检测未完成(操作模式是“2”或“3”)时，产生点火脉冲，使得曲轴每旋转一周在一规定曲轴角度，更具体地说是在产生曲轴脉冲“0”或“12”的时刻进行一次点火，(更确切地说，在点火脉冲的下降沿进行点火)。因此，在由曲轴第一次旋转形成的进气冲程期间通过起动异步喷射而喷射的燃料被吸入燃烧室，并通过在下一个的压缩上止点的点火而产生一初始燃烧，由此使发动机开始旋转。因此，发动机转速变得与一用于允许冲程检测的预定转速相等或大于该转速，从而允许冲程检测。但是，发动机旋转还不稳定，发动机还没有进入一稳定的怠速状态。
在操作模式已经设定为“3”后，在每个下止点执行基于发动机转速差ΔN的冲程检测和基于进气压力差ΔP的冲程检测。但是，由于发动机转速和进气压力还不稳定，因此不容易检测到一个冲程。当发动机转速差ΔN在第三个下止点处变为等于或小于进气冲程后的发动机转速差的阈值ΔNIN时，基于发动机转速差的冲程检测标记FN被设定为“2”，同时由于临时冲程不同于检测到的冲程，基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN递增到“1”。接着，由于发动机转速差ΔN在第四个下止点处又变得等于或小于排气冲程前的发动机转速差的阈值ΔNIN一这表示临时冲程不同于检测到的冲程—因此基于发动机转速差的冲程检测标记FN保持在“2”，而基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN递增到“2”。同时，进气压力差ΔP变得等于或大于排气冲程前的进气压力差的阈值ΔPEX-这表示临时冲程不同于检测的冲程—基于进气压力差的冲程检测标记FP被设定为“2”，并且基于进气压力差的冲程检测的计数器CNTP递增到“1”。结果，操作模式设定为“4”，曲轴脉冲的编号改变一360°的相位。因此，检测到真实冲程并执行了冲程检测。
图14示出了当发动机从压缩上止点开始旋转时的曲轴脉冲(其编号)、操作模式、喷射脉冲、点火脉冲、进气压力和发动机转速随时间的变化。直接在旋转开始之后的编号、操作模式的设定、燃料喷射量和燃料喷射正时的设定以及点火正时以与图12所示相同的方式执行。操作模式已经设定为“2”之后，缺齿部分之后的曲轴脉冲“6”表示燃烧后的下止点，这样临时冲程与真实冲程一致。在该模拟中，发动机从压缩上止点开始旋转，从而由起动异步喷射而喷射的燃料和在曲轴第二次旋转期间由起动同步喷射喷射的燃料通过曲轴第二次旋转期间的吸气冲程被吸入燃烧室，并在曲轴第三次旋转期间通过压缩上止点处的点火产生初始燃烧，由此使发动机开始旋转。在此之前，由于通过起动电动机产生的发动机转速变成允许冲程检测的规定转速或更高，因此允许冲程检测。但是，发动机的旋转还不稳定，发动机还未进入稳定的怠速状态。
而且在该模拟中，在已经将操作模式设定为“3”之后，在每个下止点处执行基于发动机转速差ΔN的冲程检测和基于进气压力差ΔP的冲程检测。在该模拟中，在操作模式已经设定为“3”后的第一下止点处，发动机转速差ΔN变得等于或大于排气冲程前的发动机转速差的阈值ΔNEX，这意味着临时冲程与检测到的冲程一致。因此，基于发动机转速差的冲程检测标记FN设定为“1”，而基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN递增为“1”。接着，在第二下止点，发动机转速差ΔN等于或小于进气冲程后的发动机转速差的阈值ΔNIN，这意味着临时冲程与检测到的冲程一致。因此，基于发动机转速差的冲程检测标记FN保持在“1”，而基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN递增且计数到“2”。接着，由于在基于发动机转速差的冲程检测标记FN为“1”的情况下基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN计数完毕，因此临时冲程检测完成。
此后，由于在下一个的下止点处发动机转速差ΔN等于或大于排气冲程前的发动机转速差的阈值ΔNEX-这意味临时冲程与检测到的冲程一致，基于发动机转速差的冲程检测标记FN保持在“1”，而基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN递增到“3”。在下一个下止点，发动机转速差ΔN等于或小于进气冲程后的发动机转速差的阈值ΔNIN，这意味临时冲程与检测到的冲程一致，这样基于发动机转速差的冲程检测标记FN保持在“1”，而基于发动机转速差的冲程检测的计数器CNTN递增到“4”。同时，进气压力差ΔP等于或小于进气冲程后的进气压力差的阈值ΔPIN-这意味临时冲程与检测到的冲程一致，基于进气压力差的冲程检测标记FP设定为“1”，而基于进气压力差的冲程检测的计数器CNTP递增到“1”。结果是，操作模式设定为“4”，赋给曲轴脉冲的编号作为真实冲程而保持不变，冲程检测完成。
在以上实施例中，说明了将燃料喷射到进气管中这样一种发动机，但是本发明的发动机控制装置可适用于直接喷射式发动机。
而且在上述实施例中针对单缸发动机进行了说明，但是本发明的发动机控制装置可适用于具有两个或两个以上气缸的多缸发动机。
发动机控制单元可以是操作电路而不是微型计算机。
工业实用性如上所述，根据本发明的发动机控制装置，基于进气压力的变化检测一冲程并基于发动机转速变化检测一冲程，当检测到的冲程彼此一致时冲程检测完成。因此，不需要根据发动机工作状况选择冲程检测方法。而且，由于可补偿各检测方法的低可靠性，因此检测到的冲程的可靠性高。
权利要求
1.一种发动机控制装置，包括用于检测曲轴相位的曲轴相位检测装置；用于检测一发动机的进气管中的进气压力的进气压力检测装置；用于至少基于由所述曲轴相位检测装置检测到的所述曲轴的所述相位检测所述发动机的一冲程的冲程检测装置；用于基于由所述冲程检测装置检测到的发动机的所述冲程和由所述进气压力检测装置检测到的所述进气压力控制所述发动机的工作状态的发动机控制装置，以及用于检测发动机转速的发动机转速检测装置，其中，所述冲程检测装置基于由所述进气压力检测装置检测到的进气压力的变化检测一冲程，并基于由所述发动机转速检测装置检测到的发动机转速的变化检测一冲程，当所检测到的冲程彼此一致时冲程检测完成。
全文摘要
一种当不能只根据曲轴脉冲检测冲程时，在发动机起动时可靠检测冲程的发动机控制装置。基于在上止点和下止点处的发动机转速之间的差ΔN检测一冲程，并根据在已经检测到一冲程之前设定的一临时冲程与检测到的冲程是否一致来改变一标记F
文档编号F02D41/06GK1646800SQ03808428
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月11日 优先权日2002年7月31日
发明者山下俊彦 申请人:雅马哈发动机株式会社