专利名称:用于单缸四循环发动机的控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于单缸四循环发动机的控制器，而且更具体地说，涉及用于做出发动机的冲程确定的控制器。
背景技术：
在四循环发动机中，顺序地执行进气冲程、压缩冲程、动力冲程以及排气冲程以便完成其内燃机的一个循环。即，在4循环发动机中，当旋转曲柄轴二圈时，完成燃烧周期的一个循环。为此，不可能仅通过检测曲柄轴的旋转角，确定当前冲程是冲程中的哪一个。当不可能确定当前冲程是冲程中的哪一个时，当执行燃料喷射控制或点火定时控制时，不可能控制定时，因此，不可能以适合和适当的方式控制驱动发动机。
在4循环发动机的传统控制系统中，当曲柄轴旋转二圈时，凸轮轴旋转一圈，而且凸轮轴具有凸轮传感器。基于来自凸轮传感器的信号，进行冲程确定。然而，在该方法中，必需提供用于检测凸轮轴的旋转角的传感器，这在成本等等方面是不利的。
随便提一下，在单缸四循环发动机中，当旋转曲柄轴一圈时，其旋转速度是不均匀的。在动力冲程中，通过空气燃料混合物的燃烧功，增加曲柄轴的旋转速度，而在其他冲程中，因为将制动力施加到曲柄轴上，所以曲柄轴的旋转速度减小。例如，JP-2001-289109A(US-6550452B2)公开了基于该现象进行冲程确定的方法。即，测量旋转所需的时间，其是曲柄轴从上死点旋转到特定旋转角所需的时间，而且将当使曲柄轴旋转连续两圈时，比较测量的旋转所需的时间。然后，将两个测量时间中包括较短的旋转所需时间的冲程确定为对应于动力冲程。
此外，在JP-2002-70708A(US-6595044B2)中，装配到曲柄轴上的信号转子具有在适当位置形成的所谓剥蚀齿部分，使得当发动机的活塞从上死点移动到下死点时，剥蚀齿部分通过曲柄角传感器。通过这种结构，剥蚀齿部分通过曲柄角传感器的冲程为进气冲程或动力冲程。测量当曲柄轴旋转连续两圈时，剥蚀齿部分通过曲柄角传感器所需的时间。因此，比较两个测量的时间，可以确定动力冲程包括在两个测量的时间中包括较短时间的冲程中。
然而，在上述公开的方法中，曲柄轴需要旋转二圈来进行冲程确定。随便提一下，在JP-2002-70708A中，计算曲柄轴在剥蚀齿部分前后旋转特定曲柄角时，旋转所需的时间，而且基于在剥蚀齿部分前后，计算的两个旋转所需时间之间的比率，进行冲程确定。然而，在该方法中，信号转子的剥蚀齿部分的位置是有限的。
发明内容本发明的目的是提供用于单缸4循环发动机的控制器，该控制器能在使曲柄轴旋转一圈时，进行冲程确定，并且能快速执行适当的驱动控制。
在通过活塞的往复运动增加和减小汽缸容积以及旋转曲柄轴的单缸4循环发动机中，当使曲柄轴旋转二圈时，完成燃烧周期的一个循环。为此，如果假定对应于进气冲程和压缩冲程的一圈是“正向的”，以及对应于动力冲程和排气冲程的一圈是“反向的”，仅通过检测曲柄轴的旋转角，不能判定当前圈是“正向”的或“反向”的。因此，不能确定当前冲程是哪个冲程。因此，本发明注意到对每一冲程，当使曲柄轴旋转特定曲柄角时，旋转所需的时间不同。在动力冲程中，通过空气燃料混合物的膨胀的功，缩短旋转所需的时间。在动力冲程后的其他冲程中，因为曲柄轴接收由排气、抽吸和压缩引起的制动力的作用，旋转所需的时间倾向于变长，因此本发明注意到旋转所需的时间的变化趋势。
根据本发明，控制器包括每次使曲柄轴旋转相同角度时，输出旋转检测信号的曲柄角传感器。因此，当在曲柄轴上先前确定的角度位置，使曲柄轴旋转特定曲柄角时，可以计算旋转所需的时间。基于两个连续的旋转所需时间，进行冲程确定，这两个时间在通过活塞增加汽缸容积的时间内，或在通过活塞，减小汽缸容积的时间内计算。
在通过活塞增加汽缸容积的期间内，或在通过活塞减小汽缸容积的期间内，计算两个连续的旋转所需时间，而且可以通过两个连续的旋转所需时间，获得旋转所需的时间的变化趋势。旋转所需时间的变化趋势对每一冲程是不同的，因此，可以确定参考角位置属于哪一冲程。即，可以当旋转曲柄轴一圈时，进行冲程确定，并且快速地执行适当的驱动控制。
其中，“两个连续的旋转所需时间”不仅是顺序和连续计算的两个旋转所需时间，而且可以是顺序的，但分开计算的两个旋转所需时间。
从下面结合附图进行的详细描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得更显而易见，其中图1是表示发动机控制系统的一般结构概略图；图2是表示在旋转所需的时间T30中状态变化的图；图3是表示冲程确定的处理过程的流程图；以及图4是表示在第二实施例中，冲程确定的处理过程的流程图。
具体实施方式(第一实施例)在下文中，将参考附图，描述实现本发明的一个实施例。该实施例构造用于摩托车的4循环单缸汽油发动机的发动机控制系统。在该发动机控制系统中，电子控制单元(在下文中，称为“ECU”)执行点火定时控制等等。参考图1，下面描述该发动机控制系统的一般示意结构。
发动机10的进气口具有装配在其中的进气阀11以及与之相连的进气管12。电磁燃料喷射阀13装配在进气管12的进气口附近，并且将燃料从燃料供给系统(未示出)供给该燃料喷射阀13。此外，发动机10的排气口具有装配在其中的排气阀14，以及与之相连的排气管15。在该结构中，当打开进气阀11时，将进气从进气管12引入发动机10的燃料室200。而且当打开排气阀14时，将燃料后的废气排放到排气管15中。
发动机10的汽缸盖装配有火花塞16，而且通过由点火线圈等等形成的点火设备(未示出)，在所需点火定时，将高压施加到该火花塞16。当将高压施加到火花塞16时，在火花塞16的相对电极间，产生火花放电，以便引燃引入发动机10的燃烧室中的空气燃料混合物。此外，活塞17装配在发动机10的汽缸中，并且经连接杆18，与曲柄轴19连接。即，通过活塞17的往复运动，改变燃烧室200的容积。
曲柄轴19装配有信号转子21，其具有以30℃A的特定曲柄角间隔重复形成的凸起并具有不形成凸起部分的剥蚀齿部分。在信号转子21附近，提供曲柄角传感器22。基于信号转子21的凸起和剥蚀齿部分，由曲柄角传感器22检测曲柄轴19的旋转角。更详细地描述为，基于信号转子21的剥蚀齿部分，检测曲柄轴19的参考角位置(确定参考位置)，而且检测到参考该参考角位置，每次检测凸起时，使曲柄轴19旋转30℃A。在该实施例中，以这样的方式将信号转子21装配到曲柄轴19，使得在下死点前，参考角位置变为15℃A，但可以将该角度位置设置为任意角度位置。此外，在发动机10附近，提供由电池(未示出)提供的电力驱动的起始器23，其将初始旋转施加到发动机10。
ECU30主要由包括CPU、ROM、RAM等等的微型计算机构成，并且执行在ROM中存储的各种控制程序以便控制发动机10的驱动状态。更详细地描述ECU30，ECU30获得各种传感器，诸如上述的曲柄角传感器22的检测信号，并且基于检测信号，执行发动机10的各种控制，诸如点火定时控制。
在4循环发动机10中，顺序地执行进气冲程、压缩冲程、动力冲程和排气冲程，以便完成其煅烧周期的一个循环。即，在发动机10中，当曲柄轴19旋转二圈(720℃A)时，完成燃烧周期的一个循环。为此，当假定对应于进气冲程和压缩冲程的一圈为“正向”，而且对应于动力冲程和排气冲程的一圈为“反向”时，仅通过检测曲柄轴19的旋转角，不能识别那一圈是“正向”的和“反向”的。因此，不能确定那个冲程是哪一冲程。因此，该实施例注意到对每一冲程，曲柄轴19旋转特定曲柄角所需的时间，即，旋转所需的时间是不同的，并且基于旋转所需时间的变化趋势，进行冲程确定。
图2是表示曲柄轴19旋转30℃A所需的旋转所需的时间T30的变化图。图2中所示的曲柄角信号是通过过滤等等，成形曲柄角传感器22的输出。此外，曲柄角数Cn是通过参考剥蚀齿部分(数量0)后的初始曲柄角信号，计数曲柄角信号的每一下降沿获得的值。
其中，在动力冲程中，通过在上死点附近产生的点火，引燃和燃烧空气燃料混合物时产生的气体膨胀所做的功，缩短旋转所需的时间T30。与此相反，在动力冲程后的排气冲程、进气冲程和压缩冲程中，由惯性旋转曲柄轴19。同时，曲柄轴19接收由空气燃料混合物的抽吸和压缩和废气的排放引起的各个制动力的作用，使得旋转所需的时间T30变长。因此，即使曲柄角数Cn相同时，旋转所需的时间T30的变化趋势彼此也不同。具体地，对于对应于进气冲程和动力冲程的曲柄角数Cn＝7至10，趋势显著不同。因此，计算将两个连续的旋转所需时间T30间的差值，其作为旋转所需的时间T30的变化趋势。然后，将旋转所需的时间T30的差值与先前通过适应得到的冲程确定值进行比较，以便确定当前冲程是哪一冲程。
图3是表示冲程确定的处理过程的流程图。在该冲程确定处理中，获得对应于进气冲程或动力冲程的曲柄角数Cn＝8，9的旋转所需时间T30，并且计算它们间的时间差ΔT30。然后，通过将时间差ΔT30与针对进气冲程和动力冲程的各个的冲程确定值K1、K2进行比较，识别当前冲程是哪一冲程。其中，时间差ΔT30在动力冲程中变为负的比较大的值，而且在进气冲程中，变为正的比较小的值，因此，根据它们的趋势，将冲程确定值K1、K2设置在不同值(K1＜K2)。随便提一下，在曲柄角信号的每一下降沿时刻，由ECU30执行冲程确定处理。
首先，在步骤S101，确定是否未完成冲程确定。当未完成冲程确定时，子程序进入步骤S102。当完成冲程确定时，结束该冲程确定处理，而不执行任何处理。在该实施例中，对一个行程，进行一个冲程确定，而且基于确定完成标志F，确定冲程确定是否完成。在接通ECU30的电源时，通过初始操作，将确定完成标志F设置为0，当完成冲程确定时，完成标志设置成1。此外，当需要再次进行冲程确定时，诸如当摩托车翻转引起发动机停转时，使确定完成标志清零。
在步骤S102，由参考旋转速度，确定发动机10的旋转速度是否在特定范围内。当发动机10的旋转速度在特定范围内时，子程序进入步骤S103。当发动机10的旋转速度不在特定范围内时，结束该冲程确定处理，而不执行任何处理。这是由于下述原因。通常，起动器23用于起动发动机10，当电池电量不足时，通过踢操作或推操作，起动发动机。在这种情况下，通过驾驶员的起动操作，改变旋转所需时间T30的变化方面，以致不能正确地进行冲程确定。因此，当发动机10的旋转速度不在根据参考速度的特定范围内时，不进行冲程确定。其中，基于曲柄角传感器22的检测信号，计算发动机10的旋转速度。
在步骤S103，确定曲柄角数Cn是否为8。当曲柄角数Cn为8时，在步骤S104中，获得针对曲柄角数Cn＝8的旋转所需的时间T30，而且在步骤S105，将所获得的值存储为T30old。此后，马上结束该冲程确定。相反，当曲柄角数Cn不为8时，子程序进入步骤S106。
在步骤S106，确定曲柄角数Cn是否为9。当曲柄角数Cn为9时，子程序进入步骤S107。当曲柄角数Cn不为9时，结束该冲程确定，而不执行任何处理。在步骤S107，获得针对曲柄角数Cn＝9的旋转所需时间T30，而且在步骤S108，将所获得的值存储为T30new。
在随后的步骤S109中，计算T30new和T30old间的时间差ΔT30(ΔT30＝T30new-T30old)。然后，在步骤S110，确定时间差ΔT30的幅度是否是冲程确定值K1或更小。当时间差ΔT30的幅度是冲程确定值K1或更小时，在步骤S111确定当前冲程是动力冲程。此后，在步骤S112，将用于表示完成冲程确定的确定完成标志F设置成1，并且结束该冲程确定处理。相反，当时间差ΔT30的幅度不是冲程确定值K1或更小时，子程序进入步骤S113。
在步骤S113，确定时间差ΔT30的幅度是否是先前设置的冲程确定值K2或更大。当时间差ΔT30的幅度是冲程确定值K2或更大时，子程序进入步骤S114，其中，确定当前冲程是进气冲程。此后，在步骤S115，将用于冲程确定完成的确定完成标志F设置成1，并且结束该冲程确定处理。相反，当时间差ΔT30的幅度不是冲程确定值K2或更大时，确定发生不能确定当前冲程是哪一冲程的状态，因此，结束该冲程确定处理，而不确定当前冲程是哪一冲程。
根据上文详细所述的实施例，能获得下述优点。
对每一冲程，旋转所需的时间T30的变化趋势不同的，基于这一事实，当前冲程是哪一冲程由两个旋转所需时间T30确定，这两个时间在通过活塞17，增加或减小汽缸容积期间的同一时间段内计算。因此，能在曲柄轴19旋转一圈的同时，进行冲程确定。因此，能快速地执行适当的驱动控制。
具体而言，在通过活塞17增加或减小汽缸容积的时间段内，获得旋转所需的时间T30，因此在进气冲程或动力冲程中，获得旋转所需的时间T30，并且进行冲程确定。因为在进气冲程和动力冲程期间，旋转所需的时间T30的变化趋势基本上是不同的，因此能更可靠地进行冲程确定。
另外，因为计算的旋转所需时间T30是连续的，并且确定它们间的时间差ΔT30，并且与确定参考值K1和K2比较，所以可以根据旋转所需的时间T30的时间变化率，进行冲程确定。此外，因为分别设置用于动力冲程的确定参考值和用于进气冲程的确定参考值，当确定结果的可信性模糊时，不进行冲程确定，而再次进行冲程确定。
另外，当在起动发动机10时，发动机10的旋转速度不在根据参考旋转速度的特定范围内时，即，当通过驾驶员的操作，诸如踢操作或推操作改变旋转所需的时间T30的变化趋势时，不进行冲程确定。这样，能避免错误的确定。
(第二实施例)
在第二实施例中，每次使曲柄轴19旋转一圈时，进行如图3中所示的相同冲程确定，并将其确定结果作为临时结果提供给各种发动机控制。当连续地进行多个正确的冲程确定时，选定该确定结果。在图4中示出了该实施例中，冲程确定的处理过程。在图4中，由相同的步骤号表示与图3中的相同处理。该描述将集中在它们间的区别上。
在图4所示的冲程确定处理中，当正确地进行冲程确定，并且连续地进行指定多次K3(在该实施例中为4次)的冲程确定时，选定确定结果，并且使用确定计数器C，计数冲程确定的次数。在接通ECU 30的电源时，通过初始操作，使确定计数器C初始化为0，而且每次进行冲程确定时，递增1。此外，当冲程确定的结果有错，或不能连续地进行冲程确定时，使确定计数器C清零。
首先，在步骤S101中，确定是否完成冲程确定。当未完成冲程确定时，子程序进入步骤S102，而且当完成冲程确定时，结束该冲程确定处理，而不执行任何处理。
在步骤S102，确定旋转速度是否在根据参考旋转速度的特定范围内。当旋转速度在根据参考旋转速度的特定范围中时，子程序进入步骤S120。当旋转速度不在特定范围内时，子程序进入步骤S121。在步骤S121，使确定计数器C清零，并且结束该冲程确定处理，因为已确定未连续地进行正确的冲程确定。
在步骤S120，与步骤S103至S109相同，获得曲柄角数Cn＝8，9的旋转所需的时间T30，并存储为T30old和T30new，并且计算它们间的时间差ΔT30(ΔT30＝T30new-T30old)。此后，子程序进入步骤S122。
在步骤S122，确定时间差ΔT30的幅度是冲程确定值K1或更小。当时间差ΔT30的幅度是冲程确定值K1或更小时，子程序进入步骤S123，其中，临时确定当前冲程是动力冲程并且子程序进入步骤S126。相反，当时间差ΔT30的幅度不是冲程确定值K1或更小时，子程序进入步骤S124。
在步骤S124，确定时间差ΔT30的幅度是否是冲程确定值K2或更大。当时间差ΔT30的幅度是冲程确定值K2或更大时，子程序进入步骤S125，其中，临时确定当前冲程是进气冲程并且子程序进入步骤S126。相反，当时间差ΔT30的幅度不是冲程确定值K2或更大时，确定产生了不能确定当前冲程是哪一冲程的状态，因此，子程序进入步骤S121，其中，使确定计数器C清零。
在步骤S126，确定该确定结果是否与上次确定结果相同。当该确定结果与上次确定结果相同时，确定进行错误确定，因此，子程序进入步骤S121，其中，使确定计数器C清零。
相反，当确定结果不同于上次确定结果时，递增确定计数器C，并且在步骤S128确定该确定计数器C是不是指定次数K3或更大。当确定计数器C是指定次数K3或更大时，在步骤S129选定该确定结果，并且在步骤S130，将确定完成标志F设置成1，结束该冲程确定处理。相反，当确定计数器C不是指定次数K3或更大时，马上结束该冲程确定处理，并且再次执行该冲程确定处理。
根据上文详细描述的实施例，能获得下述优点。
通过将每次旋转曲柄轴19一圈时获得的确定结果作为临时确定结果，执行各种控制，以及当连续地进行多个正确的冲程确定时，选定该确定结果。这样，提高确定结果的可靠性。
此外，当旋转曲柄轴19一圈时，进行一个冲程确定，因此，在燃烧周期的一个循环期间，能进行两个冲程确定。因此，与现有技术相比，能提高可靠性，在现有技术中，在燃烧周期的一个循环期间，进行一个冲程确定。
随便提一下，本发明不限于上述实施例，而是可能实现如下。
在上述实施例中，基于连续的两个旋转所需时间之间的差值，进行冲程确定。然而，进行冲程确定的方法不限于此，而是能考虑下述结构(1)和(2)以及它们的结合可用于进行冲程确定。
(1)基于不连续的两个旋转所需时间T30，进行冲程确定。如图2所示，当活塞17在相同方向中运动时，即，在同一冲程中，旋转所需的时间T30的变化趋势相同。因此，也能基于不连续的两个旋转所需时间T30间的差值，进行冲程确定。此外，注意到，对于不连续的两个旋转所需时间T30，旋转所需的两个时间之间的时间差ΔT30变大，因此，能容易进行冲程确定。
(2)基于两个旋转所需时间T30之间的比率，进行冲程确定。在动力冲程中，旋转所需的时间T30相当快速地变短，而且在进气冲程中，相当缓和地变长。为此，在动力冲程中，该比率远离1，而在进气冲程中，该比率变得接近1。因此，可以通过将该比率与先前设置的冲程确定值比较，确定当前冲程是哪一冲程。
在上述实施例中，对动力冲程和进气冲程，设置冲程确定值K1和K2，但也通过设置K1＝K2＝α，进行冲程确定。在这种情况下，当时间差ΔT30小于冲程确定值α时，将当前冲程确定为动力冲程，而且当时间差ΔT30大于冲程确定值α时，将当前冲程确定为进气冲程。
在上述实施例中，信号转子21中的凸起的曲柄角间隔等于作为计算旋转所需时间的目标的特定曲柄角，但该结构不限于此。可以采用凸起的曲柄角间隔不同于作为计算旋转所需时间的目标的特定曲柄角的结构，例如，将特定曲柄角设置成凸起的曲柄角间隔的整数倍。同时在该结构中，可以基于所计算的两个旋转所需时间，确定当前冲程是哪一冲程。
此外，曲柄角传感器22中的凸起的曲柄角间隔设置成30℃A，但曲柄角间隔不限于此。曲柄角间隔可以小于30℃A或可以大于30℃A。
权利要求
1.一种用于单缸4循环发动机(10)的控制器，该发动机(10)通过使活塞(17)在汽缸中往复运动来旋转曲柄轴(19)以增加和减小汽缸容积(200)，该控制器包括曲柄角传感器(22)，每次使该曲柄轴(19)旋转预定角度时，其输出旋转检测信号；计算装置(30)，用于基于该曲柄角传感器(22)的输出，计算使该曲柄轴(19)在该曲柄轴的参考角位置上旋转预定曲柄角所需的时间；以及确定装置(30)，用于基于两个连续的旋转所需时间，进行冲程确定，该两个连续的旋转所需时间在增加该汽缸容积(200)的期间内或在减小汽缸容积(200)的期间内由该计算装置计算。
2.如权利要求
1所述的用于单缸4循环发动机的控制器，其中，所述参考角位置是在通过所述活塞增加所述汽缸容积(200)的期间内的角度位置。
3.如权利要求
2所述的用于单缸4循环发动机的控制器，其中，所述确定装置将由所述计算装置计算的两个连续的旋转所需时间之间的差值与先前确定的确定参考值进行比较，以确定当前冲程是哪一冲程。
4.如权利要求
1所述的用于单缸4循环发动机的控制器，其中，当在起动所述发动机时所述发动机的旋转速度不在根据预定参考旋转速度的预定范围内时，不进行冲程确定。
5.如权利要求
1所述的用于单缸4循环发动机的控制器，其中，所述确定装置将每次使所述曲柄轴旋转一圈时获得的确定结果设置为临时结果，并且当连续正常获得指定数目的临时结果时，选定该确定结果。
专利摘要
在单缸4循环发动机(10)中，当曲柄轴(19)旋转一圈时，其旋转速度不均匀。对每个冲程，将该曲柄轴(19)旋转特定的曲柄角所需的时间(T30)不同。特别地，对每一冲程，旋转所需的时间(T30)的变化趋势不同。获得针对曲柄角数Cn＝8，9的时间(T30)，并且计算旋转所需的时间(T30)间的时间差(ΔT30)(步骤S109)。然后，将时间差(ΔT30)与先前确定的冲程确定值K1和K2进行比较(步骤S110，S113)以便确定当前冲程是哪一冲程(步骤S111，S114)。
文档编号F02P7/067GK1995734SQ200710001805
公开日2007年7月11日 申请日期2007年1月5日
发明者大河内康宏 申请人:株式会社电装导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan