内燃发动机的控制设备的制作方法
【专利摘要】一种用于控制内燃发动机的设备（ECU）（10），该内燃发动机以将活塞的往复运动转换为曲轴（111）的转动的形式产生动力，活塞的往复运动是由向燃烧室中喷射燃料而引起的，该设备包括：曲轴角位置传感器（131），其用于检测曲轴在逆方向上的转动；计数部（14），每次曲轴角位置传感器检测到曲轴在逆方向上转动时，该计数部计数，使在逆方向上的转动次数加1；以及燃料喷射/点火控制停止部（15），当计数部计数到连续两次时，该燃料喷射/点火控制停止部使向燃烧室中的燃料喷射和点火停止。
【专利说明】内燃发动机的控制设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃发动机的控制设备，尤其涉及当检测到发动机在逆方向上的圆周运动时对内燃发动机的控制。
【背景技术】
[0002]安装在车辆中的内燃发动机是已知的。内燃发动机以将活塞的往复运动转换为曲轴的转动的形式产生用于移动车辆的驱动力，活塞的往复运动源于被直接喷射入每个燃烧室或者被喷射入每个燃烧室进气口的燃料的点火和燃烧。
[0003]在内燃发动机中，当曲轴由于某些原因在逆方向上转动时，由于关于燃料喷射正时以及点火正时的判断错误而可能发生错误的燃料喷射和错误的点火。例如，根据近年来普及的静态启动/停止(static start/stop),当车辆临时停车时，内燃发动机以其每个活塞保持在便于重启发动机的最佳位置的状态停止。存在包括如下情况的几种情况，其中曲轴回摆而开始在逆方向上的圆周运动。
[0004]在内燃发动机中，如果在曲轴在逆方向上的圆周运动期间发生错误的燃料喷射和错误的点火，就有造成损坏的可能性，对发动机的质量产生不小的影响。
[0005]因此，对于这类内燃发动机，在日本专利第4081254号(参见下面列出的专利文献I)中提出了一种控制设备，其利用感测每个气缸的曲轴角位置的结果，根据两类信号，来判断每个气缸是否发生了曲轴在逆方向上的圆周运动并且执行用于禁止对每个气缸的燃料喷射和点火的重置控制。
[0006]在日本专利申请第2005-256842号(参见下面列出的专利文献2)中提出一种传感器，作为用于检测内燃发动机在逆方向上的圆周运动的单元，其在曲轴运动方向方面直接感测发动机曲轴的圆周运动，以产生两种不同信号，一种是在正常方向上的圆周运动，另一种是在逆方向上的圆周运动。
_7] 现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本专利第4081254号
[0010]专利文献2:日本专利公开第2005-256842号
[0011]然而，这种已知的内燃发动机的控制设备造成一个问题:如果在静态启动/停止的情况下对每个气缸执行用于禁止燃料喷射和点火的重置控制，则要花时间来重启发动机。
[0012]尽管曲轴正在正常方向上转动，但是由于在感测信号上可能叠加噪声这一事实，在单独一个正时判断是否发生了在逆方向上的圆周运动可能执行用于禁止燃料喷射和点火的重置控制，其增加了停止内燃的可能性，或者换句话说，增加了使发动机停转的可能性。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是提供一种内燃发动机的控制设备，其通过以高可靠性判断出已经发生内燃发动机在逆方向上的圆周运动，来避免疏忽地执行用于使内燃发动机停止的控制，同时防止由内燃发动机在逆方向上的转动造成的损坏。
[0014]根据本发明的第一方面，提供一种内燃发动机的控制设备，所述内燃发动机以将活塞的往复运动转换为曲轴的转动的形式产生动力，活塞的往复运动是通过点燃喷射到燃烧室中的燃料而引起，所述控制设备包括:逆向转动检测部，其检测所述曲轴在逆方向上的圆周运动；逆向转动计数器，当所述逆向转动检测部只要检测到所述曲轴在逆方向上的圆周运动时，该逆向转动计数器开始计数；以及燃料喷射控制部，当所述逆向转动计数器计数到等于或大于预定次数的连续次数时，该燃料喷射控制部使向所述燃烧室中的燃料喷射停止。
[0015]根据本发明的第二方面，该控制设备除了上述第一方面中的特定内容以外还包括:内燃发动机启动/停止确认部，其对所述内燃发动机是否处于停止状态或者是否存在所述内燃发动机的启动信号的至少一个进行判断；以及燃料喷射禁止设定部，其用于当根据所述逆向转动计数器的计数停止向所述燃烧室中喷射燃料时，设定禁止燃料喷射，其中，当所述内燃发动机启动/停止确认部确认所述内燃发动机处于停止状态或者确认存在所述内燃发动机的启动信号时，所述燃料喷射控制部解除由所述燃料喷射设定部设定的用于禁止向所述燃烧室中喷射燃料的设定。
[0016]根据本发明的上述第一方面，当检测到曲轴在逆方向上的圆周已经重复至少连续两次时，即，连续次数等于或大于预定次数时，该控制设备判断为已经发生内燃发动机在逆方向上的圆周运动，从而使燃料喷射停止。因此，通过以高可靠性判断出已经发生在逆方向上的圆周运动，可以防止错误的燃料喷射，并且避免由一次检测到在逆方向上的圆周运动而得出的错误判断。因此，可以避免意外的发动机停止，并且防止由内燃发动机在逆方向上的转动造成的损坏。
[0017]根据本发明的上述第二方面，在内燃发动机已经根据用于禁止燃料喷射的设定而停止的情况下，当确认了内燃发动机的停止或内燃发动机的启动信号时，可以解除该禁止设定。因此，在用于确认操作者启动的简单处理之后，内燃发动机可以被立即重启，而不需要多个处理。
[0018]优选地，伴随燃料喷射控制部使燃料喷射停止和燃料喷射禁止设定部提供用于禁止燃料喷射的设定，还停止并禁止点燃进入燃烧室的燃料。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是安装于车辆的根据本发明的一个实施例的内燃发动机的控制设备的功能框图。
[0020]图2A是示出在正常方向上的圆周运动期间的波形的信号波形图。
[0021]图2B是示出在逆方向上的圆周运动期间的波形的信号波形图。
[0022]图3是示出曲轴在逆方向上圆周运动时的控制的流程图。
【具体实施方式】
[0023]参照附图描述本发明的实施例。图1至图3示出安装于车辆的根据本发明的实施例的内燃发动机的控制设备的例子。
[0024]在图1中，称为“发动机控制单元(engine control unit, EQJ)”的控制设备10与内燃发动机一起被安装在车辆中，用于集中控制内燃发动机。控制设备10被配置为使得中央处理单元(central processing unit, CPU)通过读取操作,获得预先储存在存储器中的控制程序，以根据各种传感器信号和存储的参数执行对内燃发动机的控制。
[0025]简言之，该内燃发动机就是所谓的往复式发动机，其中通过活塞的往复运动使曲轴111转动，活塞的往复运动源于通过点火器102点燃并燃烧由喷射器10直接或者通过进气口向每个燃烧室提供(或引入)的液体或气态燃料，并且提供曲轴111的转动作为移动车辆所需的动力。
[0026]该内燃发动机被设计为通过由进气和排气凸轮控制进气阀和排气阀的开关，执行将可燃气体从进气口吸收到每个燃烧室，并且将燃烧导致的废气从燃烧室排出到排气口，进气和排气凸轮可以形成为与曲轴111配合操作的凸轮轴112的一体部分。
[0027]而且，在本内燃发动机中，曲轴111安装有用于产生信号的曲轴角位置信号元件(所谓的“曲轴的脉冲转子”)121，并且曲轴角位置传感器131检测曲轴角位置信号元件121的转动，以向控制系统10提供曲轴角位置传感器信号CrS。类似地，凸轮轴112安装有用于产生信号的凸轮轴角位置信号元件122，并且凸轮轴角位置传感器132检测凸轮轴角位置信号元件122的转动，以向控制系统10提供凸轮轴角位置传感器信号CaS。
[0028]控制系统10通过根据接收到的曲轴角位置传感器信号CrS和凸轮轴角位置传感器信号CaS，检测曲轴111的角位置(活塞的压缩和膨胀正时)和凸轮轴112的角位置(进气/排气阀的开关正时)，优化喷射器101的操作正时和点火器102的操作正时。因此，控制系统10根据曲轴角位置传感器信号CrS和凸轮轴角位置传感器信号CaS执行前述控制程序，并因此构造为燃料喷射控制部11和点火正时控制部12。
[0029]如图2中所示，曲轴角位置信号元件121形成有突出部121a，突出部121a沿着曲轴111的外周以预定的规则间隔在周向上连续布置而成。在本示例性实施例中，突出部121a布置在36个等距离的点处。
[0030]这种布置能使曲轴角位置传感器131每次感测到曲轴角位置信号元件121的一个突出部121a经过时，产生曲轴角位置传感器信号CrS，从而可以判断出曲轴进行了 10度曲轴角位置的圆周运动。
[0031]曲轴角位置传感器131被制造成(参见日本专利公开第2005-256842号)根据曲轴111的转动方向以如下方式提供曲轴角位置传感器信号CrS:在相当于10度曲轴角位置的时间段内，当在正常方向上圆周运动时，输出短的低电平信号α (阿尔法)(参见图2Α)，或者，另一方面，当在逆方向上圆周运动时，输出长的低电平信号β (参见图2Β)。因此，曲轴角位置传感器131构成逆向转动检测部。上述日本专利公开第2005-256842号还被公开为DE102004011807A1和US7，216，030Β2。为了进一步理解曲轴角位置传感器131，可以参考US7，216，030Β2，其全部内容通过引用包含于此。
[0032]同时，控制设备10只通过每次曲轴角位置经过10度时，当在正向方向上圆周运动时将其计数器功能加I (+1)或者当在逆方向上圆周运动时将其计数器功能减I (-1)，就可以准确地掌握曲轴角位置，并由此快速执行各类处理，因为由曲轴角位置传感器131提供的曲轴角位置传感器信号CrS包括根据曲轴111进行圆周运动的方向出现的信号α和β。下面将信号a和β解释为低电平信号的输出。
[0033]因此，由于能够根据包括在曲轴角位置传感器信号CrS中的低电平信号a和β中的任一个掌握曲轴111的转动方向，所以控制设备10根据所掌握的转动方向禁止或停止喷射器101和点火器102的操作，并且优化喷射器101和点火器102的操作正时。
[0034]然后，控制设备10根据连续检测到的曲轴111在逆方向上的转动事件，利用内置计数器功能计数，并且当其根据例如连续2次检测到在逆方向上的转动事件而计数到2时，禁止燃料的喷射和点火。因此，控制设备10起到如下部件的作用:逆向转动判断部13，其根据曲轴角位置传感器信号CrS判断是否已经发生曲轴111在逆方向上转动；计数部14，也称为“逆向转动计数器”，其计数以增加连续检测到的在逆方向上的圆周运动事件的次数；以及燃料喷射/点火正时控制禁止部15，也称为“燃料喷射控制禁止部”，其用于根据计数部14计数的次数，禁止燃料的喷射/点火。
[0035]这使控制设备10能够避免内燃发动机中的所谓“回火(baCkfire)”，“回火”是由于曲轴111在逆方向上转动期间喷射器101和点火器102在不适当的燃烧正时发挥它们的功能而发生的。
[0036]并不是所有气缸都被判断并重置，如果在正常方向上转动期间，由于噪声而判断为在逆方向上转动，那么会错误地判断曲轴角位置，并因此下一次在正常方向上转动期间，可能在不适当的正时喷射燃料并点火。这个问题由控制设备10解决，控制设备10通过在连续两次检测到逆方向上的圆周运动时，判断为内燃发动机的圆周运动处于逆方向，执行用于禁止燃料喷射/点火的控制，并由此防止由于单个噪声造成错误判断时立即执行禁止控制。
[0037]特别地，在接收到通过将点火开关转到接通位置而发出的启动器信号StS之后，控制设备10立即执行上述包括图3中所示的例程(方法)的控制程序，以通过避免在不适当的燃烧正时喷射/点燃燃料来确保在正常燃烧正时喷射/点燃燃料。
[0038]控制设备10在接收到启动器信号StS时或之后，立即重复曲轴角位置传感器信号CrS的输入确认(步骤S11)，如果该信号输入被确认，则判断曲轴角位置传感器信号CrS是否包括低电平信号β (步骤S21)。
[0039]在步骤S21，如果判断出在曲轴角位置传感器信号CrS内不包括表示发生曲轴111在逆方向上的圆周运动的低电平信号β，换句话说，判断出包括表示发生曲轴111在正常方向上的圆周运动的低电平信号α，则基于圆周运动处于正常方向的判断，清空计数部14(步骤S22)。在先前检测到由噪声引起的低电平信号β的情况下，通过重置计数部14，不会导致错误地判断为已经发生逆方向上的圆周运动。
[0040]在步骤S21，如果判断出在曲轴角位置传感器信号CrS内包括表示发生曲轴111在逆方向上的圆周运动的低电平信号β，则响应于检测到在逆方向上的圆周运动而计数的计数部14将其计数C加1，S卩，C=C+1 (步骤S23)。
[0041]接下来，判断计数部14的计数C是否等于或大于“2”(步骤S31)。尽管在本实施例中将“2”用作判断阈值，但是本发明不将计数C局限于数值“2”，因此可以将与曲轴111在逆方向上的圆周运动量相对应的次数设定为计数C的阈值。
[0042]在此步骤S31，如果判断出计数部14的计数C等于“I”或“0”，而不等于或大于“2”，则该例程返回步骤S11，重复相同的处理，直到点火开关被转动到断开位置。[0043]在此步骤S31，如果判断出计数部14的计数C等于或大于“2”，则禁止燃料喷射和点火，即，设定禁止标志(步骤S32)。
[0044]接下来，根据曲轴角位置信号CrS的存在或不存在确认出(步骤S41)内燃发动机被停止或者点火开关被接通(接收到启动器信号StS)之后，允许通过喷射器101喷射燃料以及通过点火器102点火(禁止标志被重置)，并且计数部14的计数C被清空(步骤S42)。在判断出内燃发动机已经停止时或之后，控制设备10立即准备接收另一个或将来的点火开关接通(接收启动器信号StS)。因此，控制设备10还起到燃料喷射禁止部和内燃发动机停止/启动确认部的作用。
[0045]因此，控制设备10能够通过排除可能由单个噪声引起的错误判断，以高可靠性检测出曲轴111在逆方向上的圆周运动，并且能够以高可靠性适当地使内燃发动机停止，而不会错误地停止正在正常方向上转动的内燃发动机(所谓的“发动机停转”)。还可以防止曲轴111在逆方向上的圆周运动之后，在正常方向上圆周运动时，错误地喷射燃料和错误地点火。因此，只通过确认是否存在发动机启动请求(点火接通)而不用任何复杂的判断处理，就可以恢复并重启内燃发动机。
[0046]以上述方式，根据本实施例，当连续检测到在逆方向上的圆周运动时，停止或禁止燃料喷射等，而当只检测到一次可能由噪声引起的在逆方向上的圆周运动时，避免停止燃料喷射等。这防止内燃发动机不必要的停止(发动机停转)。此外，当曲轴在静态启动/停止执行期间回摆而开始在逆方向上运动时，可以通过以高可靠性判断出已经发生在逆方向上的圆周运动来防止错误的喷射等。
[0047]此外，因为在内燃发动机停止之前，或者除非确认了内燃发动机的启动信号，可以禁止燃料喷射等，所以可以防止错误的点火等。
[0048]因此，可以防止内燃发动机在逆方向上的圆周运动期间由燃料喷射和点火造成的损坏,并且避免内燃发动机的意外发动机停转。
[0049]虽然本实施例没有具体描述，但是如果内燃发动机具有多个燃烧室(气缸)，那么必然应当对每个独立的气缸实施燃料喷射/点火(燃烧)的正时控制。
[0050]本发明的范围不局限于所示出和公开的示例性实施例，并且本发明的范围还包括与本发明的效果等同的所有实施例。此外，本发明的范围不应当局限于权利要求中限定的本发明的特征的组合，而是可以由从所公开的全部特征中选择的特定特征的任何期望组合来限定。
[0051]虽然已经公开了本发明的一个实施例，但是本发明不局限于该实施例，并且在本发明的精神内可以用各种形式实施本发明。
[0052]附图标记说明
[0053]10:控制设备；
[0054]11:燃料喷射控制部；
[0055]12:点火正时控制部；
[0056]13:逆向转动判断部；
[0057]14:计数部；
[0058]101:喷射器；
[0059]102:点火器；[0060]111:曲轴；
[0061]112:凸轮轴；
[0062]121:曲轴角位置信号元件；
[0063]122:凸轮轴角位置信号元件；
[0064]131:曲轴角位置传感器；
[0065]132:凸轮轴角位置传感器。
【权利要求】
1.一种内燃发动机的控制设备，所述内燃发动机以将活塞的往复运动转换为曲轴的转动的形式产生动力，活塞的往复运动是通过点燃喷射到燃烧室中的燃料而引起，所述控制设备包括: 逆向转动检测部，其检测所述曲轴在逆方向上的转动； 逆向转动计数器，当所述逆向转动检测部只要检测到所述曲轴在逆方向上转动时，该逆向转动计数器开始计数，使在逆方向上的转动次数加I ;以及 燃料喷射控制部，当所述逆向转动计数器计数到等于或大于预定次数的连续次数时，该燃料喷射控制部使向所述燃烧室中的燃料喷射停止。
2.根据权利要求1所述的内燃发动机的控制设备，还包括: 内燃发动机启动/停止确认部，其对所述内燃发动机是否处于停止状态或者是否存在所述内燃发动机的启动信号的至少一个进行判断；以及 燃料喷射禁止设定部，其用于当根据所述逆向转动计数器的计数停止向所述燃烧室中喷射燃料时，设定禁止燃料喷射； 其中，当所述内燃发动机启动/停止确认部确认所述内燃发动机处于停止状态或者确认存在所述内燃发动机的启动信号时，所述燃料喷射控制部解除由所述燃料喷射设定部设定的用于禁止向所述燃烧室中喷射燃料的设定。
【文档编号】F02D41/30GK103670752SQ201310355844
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2012年9月3日
【发明者】成田翔 申请人:铃木株式会社