专利名称：发动机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机控制装置，特别涉及非常适合于提高曲轴的角速度检测精度并以良好的精度推算发动机负载的发动机控制装置。
背景技术：
在气缸内进行燃烧时，由于燃烧压力，曲轴的角速度从第1角速度上升到第2角速度cob。所以，设发动机的旋转惯量为I时，运动能量E从(1/2) · Icoa2上升为 (1/2) -Iwb20即，由于因所述运动能量的上升量ΔΕ= (1/2) ·Ι· (cob2-coa2)而产生扭矩，所以扭矩与(Wb2-Coa2)成正比。这样，因为从第1角速度coa的平方与第2角速度cob的平方之差可以求得所产生扭矩，所以，例如在专利文献1中所记载的发动机控制方法中，是基于从第1角速度的平方与第2角速度cob的平方之差求得的所产生扭矩来计算扭矩的变动量。专利文献1 日本专利特公平7-33809公报
发明内容
在专利文献1记载的控制方法中，基于曲轴从压缩上止点后30°转到60°所需要的时间，求这一区间内曲轴的第1角速度，基于曲轴从压缩上止点后90°转到120°的时间，求这一区间内曲轴的第2角速度。这里，曲轴的位置，即曲轴角度，是通过拾取传感器检测以规定间隔设置在与曲轴的旋转同步旋转的转子周围的多个磁阻分配头(日语d，夂夕)来求出的。因此，在以往的方法中，第1角速度和第2角速度是利用对应于相互不同的曲轴角度的磁阻分配头进行检测的。然而，由于磁阻分配头的宽度、配置间隔(磁阻分配头尺寸)在量产公差范围内伴有偏差，所以存在因该偏差而降低所产生扭矩的推算精度下降这样的问题。本发明的目的在于提供一种能够排除磁阻分配头尺寸偏差的影响，提高发动机负载的推算精度的发动机控制装置。为了达成上述目的，在具有用于检测设在与发动机的曲轴同步旋转的曲轴脉冲发生器转子上的磁阻分配头并输出曲轴脉冲的脉冲发生器的发动机控制装置中，本发明的第 1特征在于，具有角速度计算装置，该角速度计算装置基于在发动机的压缩上止点附近的规定区间输出的2个曲轴脉冲的间隔计算第1曲轴角速度，并且在气门重叠上止点(日语 才一K一，7。上死点)附近检测与计算所述第1曲轴角速度时的相同的磁阻分配头(日语4，々々)并基于从所述脉冲发生器输出的2个曲轴脉冲的间隔计算第2曲轴角速度； 和发动机负载推算装置，该发动机负载推算装置从所述第1曲轴角速度相对于所述第2曲轴角速度的差推算发动机负载。此外，本发明的第2特征在于磁阻分配头与曲轴的关系被设定为，使分别在所述压缩上止点附近以及气门重叠上止点附近的规定区间输出的2个曲轴脉冲在即将到达压缩上止点以及气门重叠上止点之前的位置被输出。
此外，本发明的第3特征在于磁阻分配头与曲轴的关系被设定为，使分别在所述压缩上止点附近以及气门重叠上止点附近的规定区间输出的2个曲轴脉冲在分别跨压缩上止点以及气门重叠上止点的位置被输出。此外，本发明的第4特征在于分别在所述压缩上止点附近以及气门重叠上止点附近的规定区间被输出的2个曲轴脉冲，是在分别检测到设在曲轴脉冲发生器转子上的单个磁阻分配头的前端以及后端时所输出的曲轴脉冲。此外，本发明的第5特征在于分别在所述压缩上止点附近以及气门重叠上止点附近的规定区间输出的2个曲轴脉冲，是在分别检测到设在曲轴脉冲发生器转子上的多个磁阻分配头中的规定的2个时所输出的曲轴脉冲。此外，本发明的第6特征在于所述发动机负载推算装置，根据发动机的一个循环整体的图示平均有效压力推算发动机负载，其中，所述图示平均有效压力包含作为发动机负功的泵气损失。根据具有第1 第6特征的本发明，在为了计算曲轴角速度变化量而计算一个循环的2处的曲轴角速度的增量的场合，由于在一处(压缩上止点附近)检测曲轴角速度所使用的磁阻分配头，也为在另一处(气门重叠上止点附近)检测曲轴角速度所使用，所以能够防止因在磁阻分配头的量产公差范围内的加工精度偏差引起的发动机负载的推算精度下降。
图1是表示与本发明的一个实施方式有关的发动机控制装置的系统构成的框图。图2是表示具有多个磁阻分配头的曲轴脉冲发生器转子之一例的主视图。图3是表示在一个循环中曲轴脉冲和曲轴角速度ω变动之间的关系的时间图。图4是表示与单个磁阻分配头有关的曲轴脉冲与曲轴角速度ω变动之间的关系的时间图。图5是表示与多个磁阻分配头有关的曲轴脉冲与曲轴角速度ω变动之间的关系的时间图。图6是表示在以在跨压缩上止点和跨气门重叠上止点的位置输出与单个磁阻分配头有关的曲轴脉冲的方式设定的例子中，曲轴脉冲与曲轴角速度ω的变动之间的关系的时间图。图7是表示将空燃比作为参数的曲轴角速度变化量和代表一个循环整体图示作功的图示平均有效压力IMEPnet的相关关系的实验结果的图。图8是表示将发动机润滑油温度作为参数的曲轴角速度变化量和代表一个循环整体图示作功的图示平均有效压力IMEPnet的相关关系的实验结果的图。
具体实施例方式下面参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。图1是表示与本发明的一个实施方式有关的发动机控制装置的系统构成框图。参照图1，在4冲程单缸发动机5的气缸10的上部安装有缸盖8。发动机5可以具有可变气门正时(VVT Variable Valve Timing)机构。VVT机构基于E⑶50的驱动指令使未图示的控制马达动作，由此改变进气门IV以及排气门EV的气门正时。伴随着气门正时的改变，气门升程也发生变化。由WT机构引起的气门正时的可变状态，通过检测控制马达的旋转角等用的传感器19传递给E⑶50。发动机5的曲轴1上安装有曲轴脉冲发生器转子2。曲轴脉冲发生器转子2由与曲轴1同步旋转的转子3以及从该转子3向外周方向突出的磁阻分配头4构成。磁阻分配头4具有在转子3的周向上跨越规定的角度范围的幅宽B(例如，30° )。与转子3的外周对峙地设有磁拾取式脉冲发生器PC。脉冲发生器PC在有磁阻分配头4存在的位置输出接通信号，在没有磁阻分配头4存在的位置输出断开信号。也就是说，磁阻分配头4的旋转方向前端由脉冲发生器PC的接通信号检测，后端由断开信号检测。检测信号也就是曲轴脉冲被输入到E⑶50。曲轴脉冲发生器转子2以使磁阻分配头4位于上止点附近的方式定位并安装在曲轴1上。注意，作为曲轴脉冲发生器转子2，也可以使用具有多个磁阻分配头的曲轴脉冲发生器转子。图2是具有多个磁阻分配头的曲轴脉冲发生器转子的主视图。图2中安装有与曲轴1同步旋转的曲轴脉冲发生器转子加。在转子3a的外周，除了 1处缺齿部(没有磁阻分配头如的部分)H之外，多个磁阻分配头如以等间隔(例如30°间隔)配置。脉冲发生器PC把磁阻分配头如的前端以及后端的检测信号输入到ECU50。注意，在使用曲轴脉冲发生器转子加的场合，由于只使用与用脉冲发生器PC检测到的前端以及后端对应而输出的曲轴脉冲中的一方，所以磁阻分配头如的幅宽Bl可以比图1中所示的磁阻分配头4的幅宽B窄。返回到图1，在进气管11的一个端部上安装有用于过滤进气的空气滤清器16。空气滤清器16的内部设有进气温度传感器17以及大气压传感器18。此外，进气管11上安装有用于测量吸入空气量的空气流量传感器15、用于检测节气门13的旋转角度的节气门开度传感器14、用于检测进气压力的进气压传感器20。燃烧室的上部设有点火装置9，节气门 13下游侧的进气管11上配设有燃油喷射阀12。排气管6上安装有氧气浓度传感器7。ECU50设有旋转变动控制部41。旋转变动控制部41具有角速度计算部411，角速度计算部411基于所输入的上述脉冲发生器PC的检测信号为接通时的时间长度，计算发动机5的压缩上止点处的第1曲轴角速度ω 10和曲轴1从压缩上止点旋转360° (也就是1 周)后的位置，即气门重叠上止点处的第2曲轴角速度ω20。并且，旋转变动控制部41具有发动机负载推算部412，该发动机负载推算部412计算第1曲轴角速度ω 10和第2曲轴角速度ω20的差，也就是曲轴角速度变动量△ ω36(1，从而推算发动机负载。点火时间控制部39根据从点火时间指示部413输入的点火正时指示，以预先确定的点火正时向点火装置 9提供点火信号。该旋转变动控制部41以及点火时间控制部39可以利用微型计算机的程序实现， E⑶50具有执行该程序的微型计算机。像这样，E⑶50具有基于曲轴角速度变动量Δ ω 360 控制点火正时，从而进行抑制发动机的旋转变动的控制功能。接下来，关于曲轴角速度的变动参照图3进行说明。图3是表示一个循环中曲轴脉冲与曲轴角速度ω变动之间的关系的时间图。在图3中，曲轴1的角速度ω起因于曲轴的变动扭矩，以平均旋转速度Ne为中心以发动机的一个循环，即压缩、膨胀、排气以及进气的4个冲程为周期进行周期性变动。最小角速度ω0出现在压缩上止点TDC附近，最大角速度ω 1出现在膨胀冲程终止时，也就是排气下止点BDC附近(曲轴角150 180° )。具体而言，在压缩冲程，起因于因气缸内压上升而引起的压缩阻力，发生曲轴角速度ω的减少。另一方面，在膨胀冲程，由于因燃烧而引起的气缸内压上升，产生曲轴旋转动能，而起因于此，曲轴角速度ω转为增加。在压缩冲程降低到了最小值ωΟ的曲轴角速度 ω，在临近膨胀冲程终止时达到最大曲轴角速度ω 。在此之后，由于发动机内的机械摩擦阻力、排气冲程中的已燃气体的排气阻力、吸气冲程中的吸入阻力等泵气功，曲轴角速度ω 持续降低，再次到达吸气冲程、压缩冲程。根据这样的曲轴角速度ω的变动，在压缩上止点TDC附近检测到的最小曲轴角速度ωΟ比发动机平均旋转速度Ne小。另一方面，在临近膨胀冲程终止时(燃烧下止点BDC) 检测到的最大曲轴角速度ω 1比发动机平均旋转速度Ne大。如下文将要叙述的那样，最小曲轴角速度ωO与最大曲轴角速度ω 的差ΔE代表对发动机5的负载。膨胀冲程中的旋转动能的上升量ΔΕ用下面的式1求得。ΔΕ = 1/2X IeX (ω I2-ωO2)......式 1。这里，Ie为曲轴系旋转惯量。因为该能量上升量ΔΕ是发动机的燃烧所做的功，所以也可以用式2求得。AE=IMEPXVs......式 2。这里，IMEP为图示平均有效压力，Vs为发动机的排气量。此外，式1的右边可以变换成下面的式3。1/2X (ω I2-ωO2) = (ω 1-ω0) X 1/2X (ω 1+ω0)......式 3。膨胀冲程区间的曲轴角速度的变化量△ ω，由Δω = (ωΙ-ωΟ)定义。此外，由于式3的右边与循环平均的角速度ω，即旋转速度Ne大致一致，所以可以用下面的式4近似。1/2Χ (ω 1+ωΟ) = Ne......式 4。根据式1 式4，曲轴角速度的变化量Δ ω表示为下面的式5。Δω = (IMEPXVs)/(IeXNe)......式 5。S卩，曲轴角速度的变化量Δ ω与图示平均有效压力IMEP以及排气量Vs成正比， 与发动机的旋转速度Ne和曲轴系旋转惯量成反比。像这样，由于代表发动机负载的量，例如图示平均有效压力ΙΜΕΡ，与曲轴角速度的变化量△ ω有相关性，所以在推算发动机负载时能够使用曲轴角速度的变化量△ ω，但是，在实机测量中存在磁阻分配头的加工精度、脉冲发生器PC的安装精度等各种各样的偏差要素。于是，为了排除该偏差要素的影响，使用相同的磁阻分配头求曲轴角速度的变化量 Δ ω 0S卩，最小曲轴角速度ωΟ用在压缩上止点TDC附近检测到的第1曲轴角速度ω 10 代替，另一方面，最大曲轴角速度ω 1用在曲轴从压缩上止点TDC旋转360°后的位置即气门重叠上止点OLP附近检测到的第2曲轴角速度ω20代替。由此，曲轴角速度的变化量 Δ ω，可以定义为从第1曲轴角速度ω 10到第2曲轴角速度ω 20的增量，也就是跨越膨胀冲程以及排气冲程的曲轴转角360°中的曲轴角速度变化量Δ ω·。图4是表示具有单个磁阻分配头4的曲轴脉冲发生器转子2的曲轴脉冲与曲轴角速度ω变动之间的关系的时间图。曲轴角速度ω在膨胀冲程的开始位置，也就是压缩上止点TDC附近成为最小值ω0，在临近膨胀冲程的终止时(大约距TDC150。的位置)成为最大值ω 1。并且，曲轴角速度ω在排气冲程渐渐降低，在刚刚进入吸气行程后进一步急速降低。在此之后，在到达压缩冲程的中间部之前曲轴角速度ω基本上维持比发动机的平均旋转速度低的值，从压缩行程的后半部分起朝着最小值ω0降低。在图4所示的例子中，曲轴脉冲发生器转子2的位置以如下方式设定使检测磁阻分配头4的前端以及后端并从脉冲发生器PC输出的曲轴脉冲中与后端对应的曲轴脉冲，对应于即将到达压缩上止点TDC(例如10°跟前)。因此，曲轴脉冲，在即将到达压缩上止点 TDC时发生，在发动机旋转1转后，也就是在即将到达气门重叠上止点OLP时也发生。并且， 以在各位置的曲轴脉冲宽度作为在该位置的曲轴角速度ω，也就是第1曲轴角速度ω 10以及第2曲轴角速度ω 20进行检测，以它们的增量△ ω·作为曲轴角度变化量进行计算。另一方面，在图4中，与对应于1个磁阻分配头4的曲轴脉冲一并示出使用了图2 中所示具有多个磁阻分配头4a的曲轴脉冲发生器转子加的曲轴脉冲的、以往的曲轴角速度检测位置。以往，是用曲轴脉冲发生器转子加，基于在跨压缩上止点TDC的2个曲轴脉冲和自压缩上止点TDC离开150°位置处的2个曲轴脉冲，利用最小曲轴角速度ωΟ和最大曲轴角速度ω 1求曲轴角速度变化量Δω。S卩，使用由彼此各异的磁阻分配头产生的曲轴脉冲。图5是表示具有多个磁阻分配头如的曲轴脉冲发生器转子加的曲轴脉冲和曲轴角速度ω变动之间的关系的时间图。在图5中，分别用从多个磁阻分配头如中在即将到达压缩上止点TDC以及即将到达气门重叠上止点OLT的位置得到的2个磁阻分配头如的曲轴脉冲，求第1曲轴角速度ω 10以及第2曲轴角速度ω 20。在该例中，由于在第1曲轴角速度ω 10以及第2曲轴角速度ω 20的检测中共同使用了多个磁阻分配头如中的2个，与用具有单个磁阻分配头4的曲轴脉冲发生器转子2 的场合同样，能够排除量产公差范围内的尺寸偏差的影响。注意，在压缩上止点TDC附近或气门重叠上止点OLT附近求曲轴角速度ω 10、ω 20 的场合，也可以以使2个曲轴脉冲跨压缩上止点TDC或气门重叠上止点OLT的方式设定曲轴脉冲发生器转子加的位置。图6是表示一个循环中曲轴脉冲与曲轴角速度ω变动之间的关系的时间图，它表示以使2个曲轴脉冲跨压缩上止点TDC或气门重叠上止点OLT的方式设定了曲轴脉冲发生器转子2的位置的例子。在图6所示的例子中，第1曲轴角速度ωΙΟ与最小曲轴角速度 ωΟ几乎为同一值。注意，如果考虑从排气冲程向吸气冲程转移之后随即出现的曲轴角速度ω的急剧降低，则较之刚刚过了压缩上止点TDC之后，优选为在即将到达压缩上止点TDC时求曲轴角速度ω，或者较之刚刚过了气门重叠上止点OLT之后，优选为在即将到达气门重叠上止点OLT时求曲轴角速度ω。这里，对用同一磁阻分配头计算的曲轴角速度的变化量Δ ω·的含义进行说明。虽然曲轴角速度的变化量Δ ω与图示平均有效压力IMEP成正比，但是该场合的图示平均有效压力ΙΜΕΡ，是仅代表从压缩冲程到膨胀冲程所发生的正功的图示平均有效压力
IMEPGEOSS。
本发明人等推测，在发动机的一个循环中的角速度的变化量△ ω·与代表一个循环整体的图示作功的图示平均有效压力IMEPnet有相关性，进行了实验调查。图7是表示以空燃比A/F为参数的曲轴角速度变化量Δ ω 360与代表一个循环整体的图示作功的图示平均有效压力IMEPnet之间的相关关系的实验结果的图。注意，图中表示的是发动机以固定速度旋转的情况。图8是表示以发动机润滑油温度为参数的曲轴角速度变化量Δ ω 360与代表一个循环整体的图示作功的图示平均有效压力IMEPnet之间的相关关系的实验结果的图。注意， 图中表示的是发动机以固定速度旋转的情况。如从图7、图8中所示实验结果可以得知的那样，可以确定一个循环的曲轴角速度的变化量Δ ω 360与图示平均有效压力IMEPnet的相关关系是固定的而与空燃比A/F或发动机润滑油温度无关。由此确认了，曲轴角速度变化量Δ ω■不受吸入空气量的变化、发动机润滑油温度，即机械损失的变化影响而与图示平均有效压力IMEPnet具有相关关系。因此，利用第1曲轴角速度ω10与第2曲轴角速度ω 20的差，也就是曲轴角速度变化量Δ ω 360也可以推算加在发动机上的负载。附图标记说明1...曲轴，2...曲轴脉冲发生器转子，3...转子，..磁阻分配头，5...发动机，39...点火时间控制部，41...旋转变动控制部，50... E⑶，411...角速度计算部， 412...发动机负载推测部，413...点火时间指示部，PC...脉冲发生器。
权利要求
1.一种发动机控制装置，具有脉冲发生器(PC)，该脉冲发生器(PC)用于检测设在与发动机(5)的曲轴(1)同步旋转的曲轴脉冲发生器转子(2)上的磁阻分配头G、4a)并输出曲轴脉冲，其特征在于，具有角速度计算装置Gll)，该角速度计算装置(411)基于在发动机(5)的压缩上止点附近的规定区间输出的2个曲轴脉冲的间隔计算第1曲轴角速度(ω 10)，并且在气门重叠上止点附近检测与计算所述第1曲轴角速度(ω10)时的相同的磁阻分配头(4、如)，并基于从所述脉冲发生器(PC)输出的2个曲轴脉冲的间隔计算第2曲轴角速度(ω20)，和发动机负载推算装置G12)，该发动机负载推算装置(41 从所述第1曲轴角速度 (ω 10)相对于所述第2曲轴角速度(ω 20)的差(Δ ω 360)推算发动机负载。
2.如权利要求1记载的发动机控制装置，其特征在于磁阻分配头G、4a)与曲轴(1)的关系被设定为，使分别在所述压缩上止点附近及气门重叠上止点附近的规定区间输出的2个曲轴脉冲在即将到达压缩上止点及气门重叠上止点之前的位置被输出。
3.如权利要求1记载的发动机控制装置，其特征在于磁阻分配头G、4a)与曲轴(1)的关系被设定为，使分别在所述压缩上止点附近及气门重叠上止点附近的规定区间输出的2个曲轴脉冲分别在跨压缩上止点及气门重叠上止点的位置被输出。
4.如权利要求1 3中任意一项记载的发动机控制装置，其特征在于分别在所述压缩上止点附近及气门重叠上止点附近的规定区间被输出的2个曲轴脉冲，是在分别检测到设在曲轴脉冲发生器转子( 上的单个磁阻分配头的前端及后端时所输出的曲轴脉冲。
5.如权利要求1 3中任意一项记载的发动机控制装置，其特征在于分别在所述压缩上止点附近及气门重叠上止点附近的规定区间被输出的2个曲轴脉冲，是在分别检测到设在曲轴脉冲发生器转子( 上的多个磁阻分配头Ga)中的规定的2个时所输出的曲轴脉冲。
6.如权利要求1 5中任意一项记载的发动机控制装置，其特征在于所述发动机负载推算装置，根据发动机(5)的一个循环整体的图示平均有效压力(IMEPnet)推算发动机负载，所述发动机(5)的一个循环整体的图示平均有效压力(IMEPnet)包含作为发动机(5)负功的泵气损失。
全文摘要
本发明提供一种防止因在量产公差范围内的磁阻分配头尺寸偏差引起的发动机负载检测精度下降的发动机控制装置。该发动机控制装置具有用于检测磁阻分配头(4)并输出曲轴脉冲的脉冲发生器(PC)。角速度计算部(411)基于在压缩上止点(TDC)附近的规定区间输出的2个曲轴脉冲的间隔，计算第1曲轴角速度(ω10)，并且基于在气门重叠上止点(OLP)附近检测与计算第1曲轴角速度(ω10)时的相同的磁阻分配头(4)而发生的2个曲轴脉冲的间隔，计算第2曲轴角速度(ω20)。发动机负载推算部(412)计算第1曲轴角速度(ω10)相对于第2曲轴角速度(ω20)的差(Δω360)作为发动机负载。发动机负载是包含发动机(5)负功在内的一个循环整体的图示平均有效压力(IMEPNET)。
文档编号F02D45/00GK102562341SQ20111039618
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月5日 优先权日2010年12月17日
发明者今尾兰树, 佐佐木富幸, 福泽计人, 西田宪二, 金子哲也, 青木宏二 申请人:本田技研工业株式会社