专利名称：发动机曲柄角度检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机曲柄角度检测装置，特别涉及一种用于检测旋转曲柄轴的基准位置的曲柄角度传感器的配置结构。
背景技术：
为了检测发动机的曲柄角度位置，在曲柄轴上安装一个齿圈，在齿圈上设置多个等间隔的凸部(齿)，并且在一处形成用于确定曲柄轴的基准位置的缺齿部而使之成为不等间隔。在发动机运转时计测凸部与凹部，并利用其比值来识别出缺齿部，即基准位置，从而可以检测曲柄角度。根据所测得的曲柄角度控制燃油喷射时间和点火时间。
在这种情况下，当由于发动机的旋转，每一个齿经过与齿圈的例如外周面相向设置的曲柄角度传感器时，该曲柄角度传感器即检测出齿的宽度以及该齿与下一个经过的齿之间的间隔并计算出它们的比值，借此判断其为通常位置上的齿还是缺齿部，从而检测出该基准位置。
然而，由于每一个齿都是在和发动机一起旋转而横跨曲柄角度传感器的时候被检测出的，因此不稳定的发动机速度会导致较低的检测精度。一个四冲程发动机旋转两周完成一个由进气、压缩、膨胀和排气冲程组成的循环周期。在一个上述循环周期中，发动机转速的波动重复着在膨胀冲程增大，然后在排气、进气和压缩冲程中逐渐减小的波动规律。特别是，发动机停下来休息之后再重新启动发动机时会导致旋转速度的波动更大。
为了检测曲柄的角度位置，对设在曲柄轴上的齿圈上的每一个齿的凸部(齿的宽度)和凹部(相邻两齿的间隔)进行检测，并根据该两者的比值判别出缺齿部。在这种情况下，由于齿的凸部和凹部的宽度之间的比值受发动机旋转速度的波动的影响，因此可能会导致对成为曲柄角基准位置的缺齿部的误判断。要更为可靠地确定曲柄角度基准位置需要足够的时间。
鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的是提供一种发动机的曲柄角度检测装置，该装置不受发动机旋转速度的波动的影响，并且准确地检测出基准曲柄角度位置。
发明内容
为了达到上述目的，本发明提供一种发动机曲柄角度检测装置，在所述单缸发动机曲柄轴上固定齿圈，在该齿圈的周缘上设置等间隔的多个凸起，并在一处形成不等间隔部，该曲柄角度检测装置备有用来检测设在齿圈上的各个凸起两端的上升部和下降部的曲柄角度传感器，该曲柄角度传感器检测每一个凸起的宽度和其与相邻的凸起之间的间隔，并且计算出两者之间的比值，以此识别所述各凸起及不等间隔部，其特征在于所述曲柄角度传感器和不等间隔部的位置的配置使所述不等间隔部在所述发动机的活塞接近下止点的时候被检测出来。
根据该结构，凸起的不等间隔部是在发动机的一个循环中在转速波动较小的下止点附近被检测的。这就使曲柄角度基准位置的检测更具可靠性。
该结构的一个优选实例的特征在于如果令所述凸起的宽度为a、其与相邻的凸起之间的间隔为b，则每一个凸起形成为b/a(当a＜b时)或者a/b(当a＞b时)等于或大于2。
根据上述结构，由于凸起的凸部和凹部的比值变大，每一个凸起的检测精度得以提高。另外，由于不等间隔部与通常的凸起间隔的位置凸起的凸部和凹部的比值显著不同，这样就使得即使在发动机转速波动较大的情况下也能以良好的精度检测出不等间隔部。若b/a(当a＜b)或a/b(当a＞b)小于2，则可能会降低区分凸部和凹部的精度。然而，b/a或a/b过大也会反而导致凸起的检测精度降低。因此a和b的值根据齿圈的大小和凸起的数量，以及传感器的精度等来适当地确定。
为达到上述目的，本发明提供一种发动机曲柄角度检测装置，在所述单缸发动机曲柄轴上固定齿圈，在该齿圈的周缘上设置等间隔的多个齿，并在一处形成缺齿部，该曲柄角度检测装置备有用来检测设在齿圈上的各个齿的曲柄角度传感器，该曲柄角度传感器检测每一个齿的齿宽和其与相邻的齿之间的间隔，并且计算出两者之间的比值，以此识别所述各齿及缺齿部，其特征在于所述曲柄角度传感器的位置的配置使所述缺齿部在活塞接近下止点的时候被检测出来。
根据该结构，缺齿部是在发动机的一个循环中在转速波动较小的下止点附近被检测的。这就使曲柄角度基准位置的检测更具可靠性。
该结构的一个优选实例的特征在于如果令所述齿的齿宽为a、其与相邻的齿之间的间隔为b，则每一个齿形成为b/a等于或大于2。
根据上述结构，由于每一个齿的凸部和凹部之间的比值变大，因此对每一个齿的检测的精度得以提高。另外，由于缺齿部与每一个通常的齿的位置上的齿的凸部与凹部的比值显著不同，这就使得即使在发动机转速波动较大的情况下，也能以良好的精度检测出缺齿部。若b/a的低于2，则可能会导致对各个齿的凸部与凹部的判断精度的下降。然而，b/a过大，也会反而导致齿检测精度的下降。因此a和b的值根据齿圈的大小和齿的数量，以及传感器的精度等来适当地确定。
图1为根据本发明的摩托车的整个控制系统的结构框图；图2为根据本发明的发动机曲柄角度检测装置的结构示意图；图3为显示一个循环中的发动机旋转速度波动曲线图；图4为本发明的曲柄角度传感器检测齿的方法的示意图；图5为本发明的一个实施例中的在上止点时的位置关系说明图；图6为本发明的一个实施例中的在下止点时的位置关系说明图。
具体实施例方式
现参考附图来描述本发明的一个实施例。
图1为根据本发明的机动二轮车的整个控制系统的结构框图。
发动机控制单元(ECU)1为一个整合成一体的元件。该发动机控制单元ECU1的控制电路(CPU)(未显示)接收以下输入信号来自主开关2的开/关信号，来自曲柄角度传感器3的曲柄脉冲信号，来自进气压力传感器4的进气压力检测信号，来自进气温度传感器5的进气温度检测信号，来自水温传感器6的冷却水温度检测信号，来自喷嘴电压传感器7的控制喷嘴的电压信号，以及来自设有数个开关SW1至SW3的开关箱8的校验输入信号。此外，该发动机控制单元ECU1还连接有电池20，接受来自电池电源的输入。
ECU1输出如下信号泵继电器输出信号至泵继电器9用来驱动燃油泵，喷嘴输出信号用来驱动喷嘴10的电磁线圈，点火线圈输出信号用来驱动点火线圈11，自动节气门输出信号用来根据冷却水的温度来驱动自动节气门12，判断警报信号用来在检测出异常时驱动仪表22内的判断警报灯13，水温警报信号用来在冷却水温度超过给定的温度时驱动显示警报的水温警报灯14，以及发动阻断器警报信号用来在发动机钥匙的发动阻断器17或类似设备的操作发生异常的时候驱动发动阻断器警报灯15。此外，ECU1既可以通过传感器电源电路21输出提供给每个传感器的电源电压，也可以直接输出。
ECU1还连接于一个外部的常规通信装置18，并能够通过常规通信线路输入/输出控制数据等。该ECU1还连接于一个串行通信装置19，并能进行串行通信。
图2为根据本发明的发动机曲柄角度检测装置的系统结构示意图。
四冲程单缸发动机30在活塞31的顶部设有燃烧室32。进气管33和排气管34连接于该燃烧室32并与该燃烧室32相连通。进气管33上设有节流阀35，而进气管的端部设有进气阀36。排气管34的端部设有排气阀37。标号38所指示的是火花塞。发动机30的气缸周围设有冷却套39，冷却套上连接有水温传感器6。活塞31经由连杆40与曲柄轴41相连。
齿圈42一体地固定于曲柄轴41上。该齿圈42设有多个等间隔的齿(凸起)43，并且在其中一处设有一个缺齿部(不等间隔部)44。系统中还备有用于检测设于齿圈42上的齿43的曲柄角度传感器(曲柄脉冲传感器)3。该曲柄角度传感器3检测每一个齿43，并且发出具有对应于齿上侧的宽度的脉冲宽度的脉冲信号。在这个例子中，在12处位置上有齿43，其中一处为缺齿部44，这样传感器在曲柄旋转一周中每30°一个共发出11个脉冲信号。
喷嘴10安装于进气管33。燃油是用燃油泵46从燃油箱45透过过滤器47抽吸过来，在调节器48维持的恒定的燃油压力下输送给喷嘴10的。由ECU1(图1)控制的点火线圈11与火花塞38连接。进气压力传感器4和进气温度传感器5安装于进气管33，并且分别连接于ECU1。
排气管34连接上有清洁排气尾气的2次空气导入管49。该2次空气导入管49上设有空气截止阀50。在正常行驶或加速时等节流阀开启的发动机高速旋转时，该空气截止阀50打开而导入2次空气，在减速时等节流阀关闭的发动机低速旋转时，该空气截止阀50闭合而阻断2次空气。
图3为显示在一个循环的发动机运转中的旋转速度波动曲线图。
最大的发动机转速波动出现在压缩冲程向膨胀冲程转变过程当中的压缩上止点附近。在本发明中，如图中的曲柄脉冲信号所示，缺齿部的位置(无脉冲的位置)避开该压缩上止点附近，而设置在发动机转速波动较小的下止点附近。如上所述，曲柄角度传感器和齿圈上的缺齿部的位置的设置使缺齿部可以在下止点附近被检测出来。这样减少了由于发动机转速波动而产生误检测的可能性。
图4为本发明的曲柄角度传感器检测齿的方法的示意图，其中图4(A)显示了通常位置的齿的脉冲信号，而图4(B)则显示了缺齿部的脉冲信号。在上述图形中，齿圈的凸部(齿的宽度)为10°，凹部(相邻两个齿的间隔)为20°。
如图4(A)所示，曲柄脉冲的齿宽部分的长度a和两齿之间的间隔b之间的比值b/a为2。同样如图4(B)所示，在缺齿部，比值b/a由于两齿之间的间隔b较大而为5。因此，通过将在ECU内计算的b/a的比值的阈值预设在2和5的中间附近，可以可靠地判断出缺齿部。
图5为在上止点时齿圈和曲柄角度传感器的位置关系的说明图。
齿圈42上除缺齿部44之外每隔30°等间隔地形成有11个齿43。将活塞在上止点时在最高位置上的齿指定为上止点齿43a。该上止点齿43a为从曲柄角度传感器3算起的第三个齿。缺齿部44对应于第五个齿。该齿圈42以箭头所指方向A旋转，由此可以获得如上述图3所示的曲柄脉冲信号。在这一情况下，如图3所示，第一转中的第五个脉冲与第二转中的第十七个脉冲分别对应于缺齿部而缺少。
图6为在下止点时的齿圈和曲柄角度传感器的位置关系的说明图。
如图所示，当活塞在下止点时，上止点齿43a通过最低点。在这一时间点，缺齿部44位于曲柄角度传感器3附近(图中的例子中，缺齿部44处于刚刚通过了曲柄角度传感器3的位置)。如上所述，在本发明中，曲柄角度传感器3的位置的设置使得其能够在活塞靠近下止点的时候检测出缺齿部44。
在上述实施例中说明了齿的宽度(凸部)比相邻两齿之间的间隔短的情况。然而，本发明也可以应用于齿的宽度大于相邻两齿之间的间隔的情况。在这种情况下，如果令凸部的宽度和其与相邻的凸起之间的间隔分别为a和b，那么每一个凸起形成为a/b(当a＞b时)等于或大于2。
如上所述，在本发明中，缺齿部是在发动机的一个循环中的转速波动较小的下止点附近被检测的。这使曲柄角度位置的检测更为可靠。在这种情况下，如果令所述齿的宽度和其与在除缺齿部以外的位置上的相邻的齿之间的间隔分别为a和b，那么每一个齿形成为b/a等于或大于2。根据上述结构，每个齿的凸部和凹部之间的比值变大，因此每个齿的检测精度得以提高。另外，缺齿部与通常的齿的位置上的各个齿的凸部与凹部的比值显著不同。这就使即使在发动机转速波动较大的情况下也能以良好的精度检测出缺齿部。
权利要求
1.一种发动机曲柄角度检测装置，在单缸发动机曲柄轴上固定齿圈，在该齿圈的周缘上设置等间隔的多个凸起，并在一处形成不等间隔部，该曲柄角度检测装置备有用来检测设在齿圈上的各个凸起两端的上升部和下降部的曲柄角度传感器，该曲柄角度传感器检测每一个凸起的宽度和其与相邻的凸起之间的间隔，并且计算出两者之间的比值，以此识别所述各凸起及不等间隔部，其特征在于所述曲柄角度传感器和不等间隔部的位置的配置使所述不等间隔部在所述发动机的活塞接近下止点的时候被检测出来。
2.据权利要求1的发动机曲柄角度检测装置，其特征在于如果令所述凸起的宽度为a、其与相邻的凸起之间的间隔为b，则每一个凸起当a＜b时的比值b/a或者当a＞b时的比值a/b等于或大于2。
3.一种发动机曲柄角度检测装置，在单缸发动机曲柄轴上固定齿圈，在该齿圈的周缘上设置等间隔的多个齿，并在一处形成缺齿部，该曲柄角度检测装置备有用来检测设在齿圈上的各个齿的曲柄角度传感器，该曲柄角度传感器检测每一个齿的齿宽和其与相邻的齿之间的间隔，并且计算出两者之间的比值，以此识别所述各齿及缺齿部，其特征在于所述曲柄角度传感器和缺齿部的位置的配置使所述缺齿部在活塞接近下止点的时候被检测出来。
4.根据权利要求3的发动机曲柄角度检测装置，其特征在于如果令所述齿的齿宽为a、其与相邻的齿之间的间隔为b，则每一个齿形成为b/a等于或大于2。
全文摘要
一种不受发动机转速波动影响、提高了检测曲柄角度基准位置的可靠性的曲柄角度检测装置。在单缸发动机(30)的曲柄轴(41)上固定齿圈(42)，在齿圈(42)的周缘上设置等间隔的多个凸起(齿)(43)，并在一处形成不等间隔部(缺齿部)(44)，备有检测设在齿圈(42)各凸起(43)两端的上升部和下降部的曲柄角度传感器(3)，该曲柄角度传感器(3)检测各凸起(43)的齿宽和其与相邻凸起之间的间隔，并计算出两者的比值，以此识别各凸起(43)及不等间隔部(44)，其特征在于曲柄角度传感器(3)和不等间隔部(44)的位置配置使不等间隔部(44)在发动机(30)的活塞(31)接近下止点时被检测出来。
文档编号F02D41/34GK1539056SQ0281528
公开日2004年10月20日 申请日期2002年10月8日 优先权日2001年10月19日
发明者中村友治, 山下俊彦, 彦 申请人:雅马哈发动机株式会社