内燃机用负荷检测器和点火控制器的制作方法

专利名称:内燃机用负荷检测器和点火控制器的制作方法
本发明是关于内燃机用的负荷检测器和点火控制器。
为对点火定时进行控制，除气流式传感器和节流式传感器之外，内燃机常用的点火系统，主要是一种进气口压力传感器，通过检测发动机的某个参数，来检测发动机的负荷。
但进气口压力传感器的构造要求将它装在进气口的管道内，要实现这种安装有不少困难。特别是在双轮驱动型车辆的情况下，车辆的发展趋势是尺寸越来越小，要保证传感器的装配空间就会发生困难。
本发明的目的是提供一种改进后的仪器，它能检测发动机的负荷，而不要求有任何检测发动机负荷用的传感器。
本发明的另一个目的，提供一种在发动机曲轴每一圈转动期内，都能检测发动机速度脉动值的仪器;而且利用这种仪器，还能从所测的脉动值，来检测发动机的负荷。
本发明还有一个目的是，提供一种能控制发动机点火定时的仪器，它根据曲轴在每一圈转动期内的发动机速度脉动值和其他一些发动机参数，来控制点火完时。
本发明的特点是，由曲轴基准位置检测器以产生的脉冲信号，来检测发动机曲轴的几个角位置，并由两个给定角位置之间的各个区间内的平均转速来确定发动机速度;同时还可根据各区间平均转速的最大值和最小值。求出发动机的速度脉动值。这样就可以利用所求得的发动机速度和速度脉动值，确定发动机负荷，以及根据这两个参数，再考虑发动机的其他一些参数。来控制发动机的点火定时。
附图的简述如下图1是本发明的总体结构方框图。
图2是图1中不同点上的各个波形，用它来说明本发明的工作情况。
图3是解释本发明的基本概念的框图。
图4是实施本发明所需的各项数据的实验数据值。
图5是按照本发明所得到的发动机负荷查找图。
图6是按照本发明得到的点火定时查找图。
图7是按照本发明得到的流程图，图中在与每个脉冲后沿相对应的时刻执行中断。
图8是按照本发明得到的流程图，图中在与每个脉冲前沿相对应的时刻执行中断。
图9是按照本发明得到的滞止时间(dwell time)图10是按照本发明得到的点火定时图，可由水温来查找点火定时的修正值。
图11是用来解释本发明的另外一种实施例的图形。
本发明优先实施例的说明如下现在参照上述各图详细讲解本发明。
图1表示本发明点火控制器的实施例的框图。本发施例中的点火控制器可以用在四冲程双缸内燃机上，每个缸有一个点火线圈。
在图1中，数子1表示接到电源电路4上的电池，由它向各个线路提供能量。数子2是水温传感器。由它检测发动机冷却水的温度。电池1和水温传感器2的模拟信号，经过模拟一数字(A/D)转换器5之后，完成模拟一数字(A/D)转换，经模拟一数字(A/D)转换后的每个数据，在预先确定的时刻，送入中央处理机(CPU)10。
数字6表示检测发动机各种运行状态的一组数字输入信号，空转状态和参数等均包括在内。这组数字信号6经过数字输入接口7送入CPU10。
数字8表示曲轴基准位置检测器，它包括一个与发动机曲轴同步转动的磁性转子80和一个磁检拾传感器81。磁性转子80有几个凸缘，凸缘以45°曲轴角的间隔设置，其中有一个凸缘的宽度比其他几个凸缘的宽，而且它的间隔为90°，当各个凸缘通过磁性检拾传感器81附近时，如图2(a)所示，在每个凸缘的两端，分别产生一个正脉冲和一个负脉冲。该脉冲经波形整形电路9整形后，产生如图2(b)所示的曲轴基准位置脉冲。从其中一个脉冲宽度较大的脉冲开始，分别将这些基准位置脉冲按顺序编号(NO·1到NO·7)。
数字23表示一个自动计数器(afree-running counter)，它总能在预先定好的周期内(例如，在本实施例中以1μS为间隔区间)，完成计数操作。数字21表示一个边沿检测器，它检测图2(b)所示的每一个基准位置脉冲的脉冲前沿和后沿，以便向CPU10送中断信号，而且还可以将前沿引起的定时信号送给第一锁存电路22(latch circuit)。当边沿检测器21将信号送入锁存电路22后，该电路使自动计数器23的计数值保持不变。换句话说，自动计数器23在每个基准位置信号的前沿时刻的值一直保持到下一个基准位置信号的脉冲前沿到达时才改变。
CPU10接收到这些信号信号后，就可根据预先存在只读存储器(ROM)11中的程序，将相应的平均转速和发动机的速度脉动值输入，并计算出点火提前角和滞止时间或激励时间。根据这些计算结果，可以算出点火定时数据和实际产生的激励启动定时数据。这种操作下面还将详细介绍。数字12表示读/写存储器或随机存取存储器(RAM)，用它存储从一个瞬间到另一个瞬间快速变化的数据等等。
数字24表示第二锁存电路，由它保持CPU10送来的激励起动定时数据和点火定时数据。激励起动定时数据是一个与TON有关的数据。而TON为图2(C)所示的时间区间，它是从NO·7脉冲前沿到激励起动点的一段时间区间;而且这个数据要在NO·7脉冲前沿出现之后的一小段时间内，置入第二个锁存电路24。另外，点火定时数据是一个与时间区间tθ有关的数据，tθ时间区间是从NO·1脉冲前沿到激励终止或点火定时的一段时间区间;该数据应在NO·1脉冲前沿之后的一小段时间内，置入第二个锁存电路24。第二个锁存电路24内的存储信号和自动计数器23内的值，通过比较器25不断地进行比较，当两者一致时，比较器25产生一个如图2(b)所示的脉冲。将比较器25产生的这个脉冲加到触发器30的时钟输入端上。另外，如图2(e)所示，CPU10也将一个脉冲加到触发器30的D端上，该脉冲与NO·7脉冲前沿同步时则升高到高电平。如与NO·1脉冲前沿同步时则降低低电平。当脉冲加到触发器30的时钟输入端上时，如果D端处在高电平，则Q输出端也处在高电平;如果D端处在低电平，则Q输出端下降到低电平。这样一来，触发器30就将图2(c)所示的点火控制信号加在功率晶体管51上，晶体管依次接通和断开，以激励点火线圈61。
现在将介绍根据发动机速度脉动值来测定发动机负荷的方法。图3(A)表示在低负荷状态下，发动机速度的变化值。图3(B)表示在高负荷状态下，发动机速度的变化值。以N2表示在上死点前(BTDC)的45°区间的平均转速。同样，以N1到N7表示各个曲轴位置的平均转速。由此可以得到，由于爆发冲程使发动机速度从N上升到N。以及由于压缩冲程使速度从N降到N，在图3(A)所示的低负荷状态下，这些升降变化都很小。所以，实际看不到发动机的速度脉冲。但在图3(B)所示的高负荷状态下，由于爆发冲程使转速从N3上升到N6，和由于压缩冲程使转速从N7下降到N2，这时的升降变化很明显，所以发动机速度的脉冲很大。
这种关系意味着，发动机速度脉动的幅度大小，实际上是由负荷大小所决定的。因而这就表明测定发动机速度的脉冲幅度(在本实施例中，为脉动值的最大值和最小值之差)，就可测得发动机负荷，从而避免了过去所采用的负荷检测传感器。
图4为实际测量的发动机速度脉动值的图，测量时将发动机速度保持在预先确定的值上，再将发动机的负荷改变，就可以分别得到高速、中速和低速运行下的结果值。从上述结果中可以看到，在发动机速度脉动值和发动机负荷值之间，存在一个固定的对应关系。只要利用图4的结果，就能够备制一个图5所示的图形，即由发动机速度和发动机速度的脉动值，求出发动机的负荷的图形。
以往都是根据发动机负荷和发动机速度来查找所希望的点火定时，借助于这种图形来实现点火定时控制。但是按照本发明，发动机负荷是通过发动机速度脉动值给出的，所以能按照发动机速度脉动值和发动机速度，在图6中查找到所希望的点火定时。
其次，为获得所求的激励起动定时数据和点火定时数据，下面将介绍CPU10的工作。图7是为说明以图2(b)表示的基准位置脉冲置定数的操作流程图，基准位置脉冲数是利用查找数据后得到的。在第100步，CPU10利用图1所示的边沿检测器21的脉冲，来检测图2(b)中的每个脉冲的后沿。然后完成图7所示的程序中断。当和脉冲后沿达到同步之后，在第101步，将自动计数器23的存数(CNTDOWN)存入随机存取存储器(RAM)12。在第102步，把该脉冲前沿时刻的计数值CNTNEW从值CNTDOWN中减去。所得的差值就为与脉冲宽度相对应的时间值-PWNEW。出现这种情况时，将前一次得到的PWNEW值作为PWOLD值存在RAM12中。计数器值CNTNEW的输入将在后面和图8一起介绍。在第103步，需要判定新输入的脉冲宽度PWNEW值，是否比前一次输入的脉冲宽度PWOLD值大两倍。第103步的目的是检测图2(b)中较宽的NO.7脉冲，所以，如果判定结果为“是”NO·7脉冲，CPU10内的软计数器则复位，而且从下一个NO·7脉冲启动开始，对基准位置脉冲进行顺序计数。如果第103步的判定结果是“否”，那么就可确定该脉冲不是NO·7脉冲，因而程序结束。
检测图2(b)所示的各个脉冲前沿的边沿检测器21所产生的脉冲可在第110步进行中断，所执行的程序如图8所示。为响应中断程序，图7中的104步的软计数器将增加1。因此，软计数器内的存数就可表示前沿已被检测到的那个基准位置脉冲数。在第112步，为响应上述脉冲前沿，自动计数器23的存数已置入第一锁存电路22之内，这时第二锁存电路22内的存数CNTNEW要存入RAM12与此同时，前一次存储的CNTNEW值重新从CNTOLD存入RAM12。在第113步，重新存储的计数值CNTNEW减去前一个脉冲前沿时刻的计数值CNTOLD值，就可以检测脉冲的间隔或区间。这一差值是从自动计数器23在1μS的区间内所计的数值为基础，因而这是一个有时间量纲的值。这样，CNTNEW、CNTOLD诸值均用μS表示。在本讨论中，为解释方便，以后的这些值都用秒表示。由于两脉冲之间的区间是通过上面的减法求得的，则脉冲之间的区间平均转速由下述方程式给出N1＝60/〔 360/90 ×(CNTNEW-CNTOLD)〕N2至N7＝60/〔 360/45 ×(CNTNEW-CNTOLD)〕在第113步，上述脉冲所对应的脉冲区间平均转速已经确定，而且已经存入RAM12。这样一来，在第110步执行中断的次数成为8或8以上时，则在RAM12中已存入图3所示的各个基准位置脉冲区间的平均转速N1到N7，这样就提供了曲轴转动一圈的发动机速度脉动值。
在第114步，应求出在平均转速区间N1到N7内的最大转速Nmax和最小转速Nmin，并计算两者之差Nmax-Nmin。然后在第115步中，将它作为发动机速度脉动值NPLS存入RAM12。另外，在第115步中，计算区间平均转速N1到N7的平均值Σi = 17]]>Ni/7，它就表示发动机速度NAVR，并存入RAM12。然后，在第116号，根据发动机速度脉动值NPLS和发动机速度NAVR，通过查找预先存在ROM11内的图形，即图6所示的查找所希望的点火定时数据、或由顶部死点比算的提前位置的图形，就可得出所求的点火定时数据MAPADV。在第117步，将电池1的电压VB和水温传感器2所测得的水温TW等参数，由A/D转换器5转换后，存入RAM12。在第118步，根据发动机速度NAVR和电池电压VB，再查找ROM11内所存储的图形，即图9所示的图形，就可得到图2(C)所示的滞止时间ONTIME。图9中只表示了发动机速度的上限N(高速)和下限N(低速)，用内插法可以得到中速时的滞止时间。在第119步，根据水温TW，从存储在ROM11内的图形上查找所希望的点火定时的修正数据TWADV，该图形如图10所示。在第120步，把点火定时修正数据TWADV加到第116步所得到的点火定时数据MAPADV上，就可得到点火提前角ADV。在第121步，曲轴基准位置信号脉冲信数由软计数器内的存数决定。若已确定信号是NO·7脉冲，正如图2(C)所示，则从这个脉冲的前沿时间到TON终止后，必须给点火线圈通电，所以与时间TON有关的数据都必须存储在第二锁存电路24中。NO·7脉冲的区间平均转速为N1，因此，NO·7脉冲和NO·1脉冲之间的区间所对应的时间由 60/(N) × (45×3)/360 给出。这样，在第122步，可算出时间tON＝ 60/(N) × (45×3)/360 -ONTIME-ADV，并与NO·7脉冲前沿时刻的自动计数器23的计数值CNTNEW一起，就可算出所希望的激励起动定时数据-tON DATA。在第123步，将这个数据置入第二锁存电路24。在第124步，给触发器30的D端输入如图2(e)所示的高电平，程序到此结束。
如果第121步的判定表明脉冲号是NO·2至NO·6中的某个号时，程序结束。如果由第121步所确定的脉冲是NO·1脉冲，则由第125步来计算图2(C)所示的时间tQ＝ 60/(N) 45/360 -ADV，同时将这一计算结果和自动计数器23在NO·1脉冲前沿时刻的计算值CNTNEW一起，来计算所希望的点火定时数据-TQDATA。在第126步，将该点火定时数据置入第二锁存电路24内。那么，通过第127步使施加在触发器30的D端上的图2(e)所示的信号，改变到低电平值上，程序结束。
这样，ton DATA或tθDATA数据被置入第二锁存电路24中，置入时刻应在NO·7脉冲或NO·1脉冲前沿之后的一小段时间内;根据比较器25所检测的一致程度，产生了图2(d)所示的脉冲。因此，在触发器30的Q输入端能产生图2(C)所示的点火控制信号;同时通过功率晶体管51来控制点火线圈61内的电流，从而产生点火信号。
还应注意，当要检测发动机负荷时，在图8中，如图中虚线所示，第116步将转移到第130步，同时将按照发动机速度的脉动值NPLS和发动机的速度NAVR，从图5所示的图中查找发动机的负荷。
一旦上述实施例用在双缸发动机上以后，本发明也可用在四缸发动机上。这是因为，如图11所示，虽然双缸发动机与四缸发动机的速度脉动周期和幅度。在程度上有所不同，但也正象双缸发动机一样，四缸发动机速度脉动变化的幅度，实际上也和发动机负荷的幅度成正比。
在双缸发动机中，在360°的区间能完成点火，但在四缸发动机中，只能在180°的区间进行点火。因此，四缸发动机所用的实施例中，在图8的第181步中，相交的处理是否要进行，取决于对该图中括号内所示的任何一个号数的脉冲的鉴别结果，这样就可用与前述双缸发动机类似的方法，来完成点火定时控制。换句话说，如果第121步的判定表明，是NO·3脉冲或NO·7脉冲，就转移到第122步;如果判定后表明是NO·2脉冲、NO·4脉冲或NO·6脉冲，图8的程序结束。如果判定表明是NO·1脉冲或NO·5脉冲，就转移到第125步，并完成前面所述的相同的处理。
从前面的介绍可以看到，按照本发明，只要根据发动机速度的脉动值，就能检测发动机的负荷，而且不需要使用任何一种传感器来检测发动机的负荷。除此以外，还可以根据发动机速度的脉动值和发动机的其他参数，来实现点火控制。
补正 85101266文件名称 页行 补正前 补正后说明书 19 “而不要求有任何检 “而不使用任何检测测发动机负荷用的 发动机负荷用的现传感器”。 有常规传感器”。
权利要求
1.内燃机用的发动机负荷检测器的特点为检测发动机各个曲轴基准角位置用的曲轴基准位置检测器；对上述曲轴基准位置检测器输出的脉冲信号可产起响应的装置，用这种装置来确定每两个脉冲信号之间的区间转速；对由上述区间转速确定装置得到的区间转速可产起响应的装置，利用该装置来确定上述曲轴每转一圈时的速度脉动值；确定上述发动机速度的装置；按照上述速度脉动值确定装置求出的速度脉动值，和按照上述发动机速度确定装置求出的该发动机速度，来确定该发动机负荷的装置。
2.根据权利要求
1，其负荷检测器的特点是所述曲轴基准位置检测器包括一个可与上述曲轴同步转动的旋转部件;一个可检测上述旋转部件某些预先确定的角位置的检拾传感器;一个可对上述检拾传感器的信号波形进行整形的整形电路。
3.根据权利要求
2，其负荷检测器的特点是所述旋转部件在其外外周边上，以预先确定的一定旋转角为间隔，排列有几个凸缘。
4.根据权利要求
3，其负荷检测器的特点是所述凸缘以曲轴旋转45度的间隔排列。
5.根据权利要求
3，其负荷检测器的特点是所述旋转部件由磁性材料制作，而且在它上面的所述检拾传感器是一个磁性检拾器，它可检测上述凸缘。
6.根据权利要求
3，其负荷检测器的特点是在上述凸缘中，有一个凸缘的宽度比该转角方向上的其他凸缘的宽度大。
7.根据权利要求
6，其负荷检测器的特点是上述波形整形电路包括产生一些脉冲的装置，这些脉冲中，每一个的脉冲宽度都与上述一个凸缘的转动方向上的宽度对应。
8.根据权利要求
1，其负荷检测器的特点是所述区间转速确定装置包括对时钟脉冲进行计数用的计数器，它的预定周期要比上述曲轴的转动周期短得多;接收上述计数器计数值的装置，每当收到一个由上述曲轴基准位置检测器来的脉冲信号，装置就计一次数;根据上述计数值接收装置接连收到的上述两个计数值之间的差值，算出上述两脉冲信号之间的区间转速的装置。
9.根据权利要求
8，其负荷检测器的特点是所述计数器是一个自动计数器。
10.根据权利要求
8，其负荷检测器的特点是所述计数值接收装置包括一个边缘检测器，当前述基准位置检测器产生脉冲信号时，它能在与每个脉冲信号前沿相应的时刻产生脉冲;第一锁存电路，它根据上述边缘检测器的脉冲信号，在它之内寄存前述计数器的计数值;用以将上述锁存器中的计数值存入第一存储器的装置。
11.根据权利要求
1，其负荷检测器的特点是所述速度脉动值确定装置包括用以确定由上述区间转速确定装置所决定的各区间转速中的最大值和最小值的装置;用以计算由上述区间转速最大值和最小值确定装置所确定的区间转速最大值和最小值之差，并且将该差值定为上述速度脉动值的装置。
12.根据权利要求
1，其负荷检测器的特点是所述发动机速度确定装置包括计算上述区间转速的平均值，以及将该平均值定为上述发动机速度的装置。
13.根据权利要求
1，其负荷检测器的特点是所述发动机负荷负荷确定包括根据上述速度脉动值和上述发动机速度，查找原先存储在第二存储器内的图形，来确定上述发动机负荷的装置。
14.内燃机点火控制器的特点为检测发动机曲轴的一些基准角位置用的曲轴基准位置检测器;对上述曲轴基准位置检测器的脉冲信号可产起响应的装置，用以确定上述每两脉冲之间的区间转速;对由上述区间转速确定装置所确定的区间转速可产起响应的装置。用以确定曲轴每转一圈时的速度脉动值;确定上述发动机速度的装置;上述发动机的点火控制装置，它系根据上述速度脉动值确定装置求得的速度脉动值，以及由上述发动机速度确定装置求得的发动机速度进行点火控制。
15.根据权利要求
14，其点火控制器的特点是所述点火控制装置包括确定上述发动机点火线圈的电流源起动定时的装置;根据上述速度脉动值及上述发动机速度，确定上述发动机点火定时的装置;在根据上述电流源起动定时确定装置所确定的时刻，使上述点火线圈通电，以及在上述点火定时确定装置所确定的时刻，切断上述点火线圈电流的装置。
16.根据权利要求
15，其点火控制器的特点是所述电流源起动时确定装置包括检测上述发动机电池电压的装置;根据上述电池电压检测装置求得的电池的电压值，和由上述发动机速度确定装置求得的发动机速度，确定上述点火线圈电流供给持续时间的装置;根据上述持续时间确定装置所确定的上述持续时间，在上述点火定时确定装置所确定的点火时刻之前的某时刻，控制起动上述点火线圈通电的装置。
17.根据权利要求
16，其点火控制器的特点是持续时间确定装置包括，根据上述电池电压值和上述发动机速度对原来存储在存储器中的图形进行查找的装置。
18.内燃机点火控制器的特点是检测发动机曲轴的一些基准角位置的曲轴基准位置检测器;根据上述的某一个曲轴基准位置，
别上述曲轴基准位置检测器的每个脉冲信号的装置;对时钟脉冲计数的计数器，计数器的周期比上述曲轴的转动周期短得多;每当接收一个曲轴基准位置检测器的脉冲信号时，接收前述计数器计数值的装置。根据上述计数值接收装置接连接收的上述两个计数值之间的差值，计算上述每两个脉冲信号区间的区间转速的装置;根据上述区间转速计算装置所算出的区间转速，确定上述曲轴每转一圈的速度脉动值的装置;确定上述发动机速度的装置;对上述速度脉动值和上述发动机速度可产生响应的点火定时确定装置，它可以确定从上述基准位置鉴别装置鉴别的曲轴基准位置中的第一个预定位置到一个点火定时的旋转角度;激励起动定时确定装置，它用以确定从曲轴基准位置鉴别装置所确定的曲轴的预定第二基准位置到一个点火线圈激励起动定时的旋转角;在上述激励起动定时时刻，起动对上述点火线圈的供电源，并且在上述点火时时刻切断该点火线圈供电源的装置。
19.根据权利要求
18，点火控制器的特点为所述曲轴基准位置检测器包括，使该基准位置中至少有一个位置所对应的脉冲，在脉冲宽度上和其他基准位置所对应的脉冲不相同的装置。
20.根据权利要求
19，点火控制器的特点为所述曲轴基准位置鉴别装置包括基准脉冲鉴别装置，能鉴别上述基准位置中至少一个位置;重置计数器，它对由上述基准脉冲鉴别装置进行的至少一个基准位置的鉴别产生响应，能对上述基准位置检测器的脉冲信号计数;根据上述脉冲信号计数器的计数值，有选择地对上述基准位置进行鉴别的装置。
21.根据权利要求
18，点火控制器的特点为所述点火电路包括一个锁存电路，由上述激励起动定时确定装置所定的每一个激励起动定时，都可置入该锁存电路，而且由上述点火定时确定装置所定的点火定时，也可置入在锁存电路，而置入是根据上述时钟脉冲计数器的计数值相对应的值，而时钟脉冲计数器则与上述预先确定的第一或第二个曲轴基准位置的定时同步;将上述每个置定值与上述时钟脉冲计数器的计数值相比较的装置，通过该装置检测它们之间的一致性;对上述一致性检测装置进行的一致性检测可产生响应的装置，它可根据上述基准位置鉴别装置的鉴别，起动或切断上述点火线圈的供电。
专利摘要
在内燃机用的发动机负荷检测器和点火控制器内，根据用以检测发动机曲轴上某些基准位置的基准位置检测器所产生的脉冲信号，可以计算出每两个脉冲信号区间内的区间平均转速；并可以利用这些区间平均转速，求出速度脉动值，所用的方法是取这些区间平均转速中的最大值和最小值，两者之差即为速度脉动值。根据平均值可以求得发动机的速度，再根据发动机的速度值和上述速度脉动值，就可以确定发动机的负荷和点火定时值。
文档编号F02B77/08GK85101266SQ85101266
公开日1987年1月10日 申请日期1985年4月1日
发明者吉田龙也, 片田宽 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan