專利名稱：用于二沖程發(fā)動機(jī)的排放定時控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制除點(diǎn)火系統(tǒng)以外的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種發(fā)動機(jī)閥控制系統(tǒng)，例如二沖程發(fā)動機(jī)的排放控制閥。
背景技術(shù)：
上述待批申請揭示了一種十分簡單但高效的方法，該方法可以確定發(fā)動機(jī)載荷并響應(yīng)于預(yù)定載荷來控制發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)以改進(jìn)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行。由于該種方法和裝置的簡單性，其可以結(jié)合在生產(chǎn)容量相對較小、較低的發(fā)動機(jī)中，例如使用在摩托車、小型摩托車之類的發(fā)動機(jī)應(yīng)用中。
除了點(diǎn)火系統(tǒng)以外，發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到存在許多由發(fā)動機(jī)載荷控制的其它發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通常根據(jù)操作者的需要測量發(fā)動機(jī)載荷，通常由發(fā)動機(jī)節(jié)氣門控制的位置來確定。例如，在二沖程發(fā)動機(jī)中，通常采用一種排放定時控制器。其包括一閥門，該閥門可有效地改變排放口處的排放定時，并因此響應(yīng)于發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和載荷來改變壓縮比(諸如參見JP-A-S54-158514)。傳統(tǒng)上，傳統(tǒng)的排放定時控制器響應(yīng)于發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和發(fā)動機(jī)載荷來檢測節(jié)氣門開度，然后基于檢測到的發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和節(jié)氣門開度計算排放控制閥的閥門開度，以使伺服電動機(jī)運(yùn)行，并依次使排放控制閥運(yùn)行。
在傳統(tǒng)排放定時控制器以及除點(diǎn)火系統(tǒng)以外的其它發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中使用節(jié)氣門開度傳感器來檢測節(jié)氣門開度，這會導(dǎo)致構(gòu)件數(shù)量增加和控制系統(tǒng)變得復(fù)雜。這顯然增加了車輛成本。另外，尤其對于小型車輛，由于發(fā)動機(jī)周圍的空間有限，會產(chǎn)生多種構(gòu)件(尤其是節(jié)氣門位置傳感器)的位置布置問題。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)控制器，該控制器可以在不使用節(jié)氣門位置傳感器的情況下計算發(fā)動機(jī)載荷。
另外，大多數(shù)發(fā)動機(jī)已經(jīng)具有主軸位置傳感器，該傳感器可以檢測用于點(diǎn)火控制的發(fā)動機(jī)曲軸的角位置。
因此，本發(fā)明的又一個目的是利用點(diǎn)火定時傳感器的輸出來確定用于控制除點(diǎn)火系統(tǒng)以外的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)載荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一特征適于實(shí)施在內(nèi)燃機(jī)及其控制系統(tǒng)中。發(fā)動機(jī)具有一發(fā)動機(jī)從動軸和一定時傳感器，該定時傳感器與該軸相關(guān)聯(lián)，用以指示從動軸的角位置。發(fā)動機(jī)包括一除點(diǎn)火系統(tǒng)以外的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，用以控制除點(diǎn)火以外的發(fā)動機(jī)操作。其它發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)由定時傳感器的輸出控制。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，其它發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)控制發(fā)動機(jī)的閥門定時。
根據(jù)本發(fā)明的又一特征，發(fā)動機(jī)的閥門定時由二沖程發(fā)動機(jī)的排放定時閥控制。


圖1是顯示采用本發(fā)明的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)和方法的發(fā)動機(jī)主軸速度傳感器的示圖。
圖2是顯示圖1所示傳感器的輸出的曲線圖。
圖3是二沖程內(nèi)燃機(jī)的正側(cè)視圖，其一部分以沿發(fā)動機(jī)的氣缸截取的剖視圖示出。
圖4是沿圖3中的線4-4截取的剖視圖。
圖5是顯示定時傳感器與發(fā)動機(jī)排放閥控制器之間的關(guān)系的示圖。
圖6是閥控制伺服電動機(jī)的正側(cè)視圖。
圖7是沿圖6中的線7-7截取的剖視圖。
圖8是顯示排放閥控制系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明之前，本文將援引上述待批申請的揭示作為參考，該申請示出了可以采用本發(fā)明的基本類型的發(fā)動機(jī)的更多細(xì)節(jié)，以及一基本點(diǎn)火控制裝置和方法。然而，還應(yīng)當(dāng)相信的是，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以從以下說明中容易地理解如何不僅采用該申請所示的基本結(jié)構(gòu)和方法論，而且采用需要確定發(fā)動機(jī)載荷的多種發(fā)動機(jī)系統(tǒng)控制來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
現(xiàn)在請詳細(xì)參見附圖，首先請參見圖1，將發(fā)動機(jī)定時傳感器描述成諸如與任何需要類型的一關(guān)聯(lián)的內(nèi)燃機(jī)的一發(fā)動機(jī)從動軸元件相關(guān)。具體地說，固定飛輪11用以與發(fā)動機(jī)主軸一起旋轉(zhuǎn)，在本實(shí)施例中，該發(fā)動機(jī)主軸是一曲軸12。如同本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的那樣，支承該曲軸12，以使其在發(fā)動機(jī)本體內(nèi)旋轉(zhuǎn)。飛輪11承載有一定時標(biāo)志13，如上述待批申請中所述的該定時標(biāo)志具有比本技術(shù)領(lǐng)域中普通使用的定時標(biāo)志更長的周向長度。在較佳實(shí)施例中，標(biāo)志13的周向長度約為曲軸旋轉(zhuǎn)60°，標(biāo)志13的前緣在上止點(diǎn)(tdc)之前幾度處。
一傳感器線圈14與定時標(biāo)志13相協(xié)作，并且在定時標(biāo)志13的前、后緣通過傳感器時產(chǎn)生正、負(fù)脈沖。這些脈沖大致粗略地圖示在圖2中。其余部分的旋轉(zhuǎn)不產(chǎn)生輸出也被圖示在圖2中?？梢詫鹘y(tǒng)的點(diǎn)火定時傳感器用于傳感器線圈14。
兩個前緣脈沖信號之間的時間間隔T是主軸12完成一轉(zhuǎn)所用的時間，因而用于該轉(zhuǎn)的瞬時主軸速度是該時間間隔的倒函數(shù)。另一方面，定時標(biāo)志13通過傳感器線圈14所用的時間間隔t是主軸12在tdc之前完成一部分整轉(zhuǎn)所用的瞬時時間。
如上述待批申請所述，被計算成旋轉(zhuǎn)變化程度“D”的比值t/T與發(fā)動機(jī)載荷直接相關(guān)。因而，使用儲存在微型計算機(jī)的存儲器中的映射來確定發(fā)動機(jī)載荷。至于映射，通過初步實(shí)驗(yàn)等確定旋轉(zhuǎn)變化程度、曲軸旋轉(zhuǎn)速度和發(fā)動機(jī)載荷之間的相互關(guān)系，所獲得的三維映射被儲存在儲存器中。因而，可以使用該數(shù)據(jù)來設(shè)定用于發(fā)動機(jī)的排放閥定時。
現(xiàn)在請詳細(xì)參見其余附圖，首先請參見圖3和4，示出了二沖程內(nèi)燃機(jī)并由標(biāo)號15總地表示。發(fā)動機(jī)包括一氣缸蓋16，該氣缸蓋通過多個緊固件18緊固于氣缸體17的上部，圖中只示出了一個緊固件。
氣缸體17形成至少一個氣缸孔19，該氣缸孔形成在氣缸體17的氣缸側(cè)壁21內(nèi)部，一活塞22在其中往復(fù)運(yùn)動?；钊?2通過一連桿23連接到曲軸11，并以眾所周知的方式驅(qū)動曲軸11。一燃燒室24由氣缸孔19和活塞22的頂面形成，一凹部25形成在氣缸蓋16的底面中。一火花塞26安裝在面向燃燒室24的氣缸蓋16上，從而以下面將要敘述的方式點(diǎn)燃傳送至此的燃料。
一入口27通至氣缸側(cè)壁21。一吸入通道28與入口27相連通。該吸入通道28包括一具有節(jié)氣閥31的汽化器29，該節(jié)氣閥31安裝在靠近汽化器29下游側(cè)的吸入通道28中。一由虛線圖示和標(biāo)號32表示的氣門開度傳感器通常可用來檢測發(fā)動機(jī)載荷，該傳感器傳統(tǒng)上已被提供。在本發(fā)明的實(shí)施例中，基于上述發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度來計算發(fā)動機(jī)載荷，因此在不需要的情況下省略了節(jié)氣門開度傳感器32。
一排放口33形成在氣缸側(cè)壁21中的入口27的相對側(cè)，其位置高于入口27。一排放通道34被形成與排放口33相連通，并且與任何已知類型的排放系統(tǒng)(圖中未示出)相連通，用以將廢氣排放到大氣中。
一排放控制閥35具有大致呈半圓形的截面，并且可以是任何用于控制排放定時的所需類型，該排放控制閥支承在排放口33的上邊緣處。如同上面所述，這將相對于載荷改變發(fā)動機(jī)的壓縮比。圖4中示出了截面大致呈半圓形且狀似沙漏的排放控制閥35。排放控制閥35具有一旋轉(zhuǎn)軸36，該旋轉(zhuǎn)軸借助軸承37支承在氣缸體的側(cè)面上。
通過一滑輪37來控制排放控制閥35的旋轉(zhuǎn)位置，該滑輪37與旋轉(zhuǎn)軸36的一端相連。該滑輪37由圖5-7最佳所示的機(jī)構(gòu)操作。如這些附圖所示，一由38總地表示的伺服電動機(jī)單元具有一驅(qū)動軸39，一驅(qū)動滑輪41固定于該驅(qū)動軸。傳送金屬線42卷繞在驅(qū)動滑輪41周圍。該金屬線42通過兩根外部管43與排放控制閥側(cè)的滑輪37相連。
如上所述，飛輪11上的傳感器線圈14檢測定時標(biāo)志13，并且與一控制單元44相連。該控制單元44基于從傳感器線圈14傳送的信號以后面結(jié)合圖8進(jìn)行敘述的方式控制電動機(jī)單元38。在實(shí)踐中，控制單元44結(jié)合在電動機(jī)單元38的殼體45中。
如圖6所示，電動機(jī)單元38將伺服電動機(jī)46安裝在電動機(jī)單元38的殼體45中。伺服電動機(jī)46的輸出軸借助位于齒輪箱47中的減速齒輪組(圖中未示出)與驅(qū)動軸39相連。如圖7所示，一小齒輪48連接到驅(qū)動軸38的端部。一電位計49被設(shè)置成與小齒輪48相配合。電位計49檢測驅(qū)動軸39的旋轉(zhuǎn)位置。如同所述，驅(qū)動軸39與滑輪37相連，用以借助固定于驅(qū)動軸的驅(qū)動滑輪41和金屬線42操作控制閥35開啟和關(guān)閉。因此，通過電位計49來檢測排放控制閥35的閥門開度。
在上述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)伺服電動機(jī)46基于由控制單元44計算得到的旋轉(zhuǎn)量沿正向或反向旋轉(zhuǎn)時，固定于驅(qū)動軸39的驅(qū)動滑輪41旋轉(zhuǎn)，并因此借助金屬線42使滑輪37旋轉(zhuǎn)。這將使旋轉(zhuǎn)軸36上的、與滑輪37相連的排放控制閥35(圖4)旋轉(zhuǎn)，以使其開啟和關(guān)閉，改變排放口33的上端位置(如圖3所示)，以控制排放定時。
現(xiàn)在將結(jié)合圖8來敘述提供這種控制并實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)。如同所述，使用傳感器線圈14的輸出來確定發(fā)動機(jī)載荷。在計算發(fā)動機(jī)載荷時，可將旋轉(zhuǎn)變化程度的改變作為一映射的一參數(shù)。也就是說，在計算上述旋轉(zhuǎn)變化程度D＝t/T之后，同樣地，測量下一轉(zhuǎn)在其檢測到突起軌道的檢測時間t″和周期T，并計算比值t″/T″。計算這兩個旋轉(zhuǎn)變化程度之間的差異(t/T-t″/T″)，將其作為旋轉(zhuǎn)變化程度的改變D″。可以基于D″來計算發(fā)動機(jī)載荷。
現(xiàn)在請?zhí)貏e參見圖8，在由51總地表示的控制單元的控制下，通過伺服電動機(jī)46驅(qū)動用于控制排放定時的排放控制閥35，以使其沿正—反方向旋轉(zhuǎn)?？刂茊卧?1設(shè)有一波形整形電路52，該電路與傳感器線圈44的輸出相連。旋轉(zhuǎn)速度計算電路53和旋轉(zhuǎn)變化程度計算電路54接收波形整形電路52的輸出。
一載荷計算電路55基于旋轉(zhuǎn)變化程度計算發(fā)動機(jī)載荷。如同所述，這可以通過結(jié)合一映射得以完成。然后一閥門開度計算電路56計算排放控制閥35的開度，以便響應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速度和發(fā)動機(jī)載荷提供用于驅(qū)動工況的最佳排放定時。
然后將該輸出傳送到電動機(jī)驅(qū)動電路57，以便基于計算到的閥門開度控制伺服電動機(jī)46。電動機(jī)驅(qū)動電路57設(shè)有一比較電路58，以將排放控制閥35的當(dāng)前開度與計算的開度作比較。一閥門開度檢測電路59也檢測排放控制閥35的當(dāng)前開度，一正一反旋轉(zhuǎn)指令電路61用于將指令傳送到伺服電動機(jī)46，以使其沿正向或反向旋轉(zhuǎn)。
波形整形電路52基于由傳感器線圈14提供的檢測信號產(chǎn)生如上所述的、圖2所示的旋轉(zhuǎn)檢測信號b。旋轉(zhuǎn)速度計算電路53計算由時間間隔T確定的旋轉(zhuǎn)速度N。旋轉(zhuǎn)變化程度計算電路54基于上述旋轉(zhuǎn)檢測信號T計算變量D。載荷計算電路55基于計算到的旋轉(zhuǎn)變化程度D計算發(fā)動機(jī)載荷L?；谟沙醪綄?shí)驗(yàn)確定的數(shù)據(jù)，允許一維映射使用旋轉(zhuǎn)變化程度D作為參數(shù)，或者允許二維映射使用旋轉(zhuǎn)變化程度D和旋轉(zhuǎn)速度N作為參數(shù)，這些參數(shù)都存儲在CPU的儲存器中。該映射可用來計算發(fā)動機(jī)載荷。
閥門開度計算電路56計算目標(biāo)閥門開度以控制排放控制閥35，從而基于計算到的旋轉(zhuǎn)速度N和發(fā)動機(jī)載荷L提供用于驅(qū)動工況的最佳排放定時?；谟芍T如初步實(shí)驗(yàn)確定的數(shù)據(jù)，允許二維映射使用旋轉(zhuǎn)速度N和發(fā)動機(jī)載荷L作為參數(shù)，這些參數(shù)都儲存在CPU的儲存器中。該映射可以計算目標(biāo)閥門開度。
使用旋轉(zhuǎn)變化程度D和旋轉(zhuǎn)速度N作為參數(shù)可以用于映射，以便在無法基于旋轉(zhuǎn)變化程度D確定發(fā)動機(jī)載荷的情況下計算閥門開度。也可以基于該映射確定閥門開度。在這樣一種情況下，旋轉(zhuǎn)變化程度計算電路54和載荷計算電路55將結(jié)合成單個計算電路，該電路結(jié)合了這兩個功能。
閥門開度檢測電路59基于通過伺服電動機(jī)46中的電位計49測量到的電動機(jī)位置檢測排放控制閥35的當(dāng)前開度。比較電路58將通過閥門開度檢測電路59檢測到的當(dāng)前閥門開度與通過閥門開度計算電路56計算到的目標(biāo)閥門開度作比較，并且確定排放控制閥35沿開啟或關(guān)閉方向的閥門排量，以便消除差異。比較電路然后計算伺服電動機(jī)46的被驅(qū)動量，以使其響應(yīng)于排量沿正向或反向旋轉(zhuǎn)。正一反旋轉(zhuǎn)指令電路61基于通過比較電路58計算到的伺服電動機(jī)的被驅(qū)動量來驅(qū)動伺服電動機(jī)46。
因而，應(yīng)當(dāng)清楚的是，所述結(jié)構(gòu)可以在不需要單獨(dú)載荷傳感器的情況下有效地控制諸如其排放閥控制系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解的是，所述的實(shí)施例僅是較佳實(shí)施例，可以在不背離所附的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出多種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，它包括一發(fā)動機(jī)從動軸；一定時傳感器，所述定時傳感器與所述軸相關(guān)聯(lián)，用以指示所述從動軸的角位置；一除點(diǎn)火系統(tǒng)以外的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，所述發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)用于控制除點(diǎn)火以外的發(fā)動機(jī)操作，所述其它發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)由所述定時傳感器的輸出控制。
2.一種如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述定時傳感器在所述從動軸少于一整轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)期間檢測所述從動軸的瞬時旋轉(zhuǎn)速度，并且檢測所述從動軸用于一整轉(zhuǎn)的以及包括測量到小于一整轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，并且根據(jù)這些測量值確定發(fā)動機(jī)的基本工況，以便控制其它發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，通過發(fā)動機(jī)速度在連續(xù)間隔期間的變化來確定發(fā)動機(jī)的基本工況。
4.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述定時傳感器包括一單個傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，在沒有任何其它傳感器輸入的情況下，其它發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行僅響應(yīng)于檢測到的旋轉(zhuǎn)速度狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，其它發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)控制發(fā)動機(jī)的一閥門定時。
7.如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，閥門定時由排放閥控制。
8.如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動機(jī)根據(jù)二沖程原理運(yùn)行。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述定時傳感器在所述從動軸少于一整轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)期間檢測所述從動軸的瞬時旋轉(zhuǎn)速度，并且檢測所述從動軸用于一整轉(zhuǎn)的以及包括測量到小于一整轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度，并且根據(jù)這些測量值確定發(fā)動機(jī)的基本工況，以便控制其它發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，通過發(fā)動機(jī)速度在連續(xù)間隔期間的變化來確定發(fā)動機(jī)的基本工況。
11.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述定時傳感器包括一單個傳感器。
12.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，在沒有任何其它傳感器輸入的情況下，閥定時控制的進(jìn)行僅響應(yīng)于檢測到的旋轉(zhuǎn)速度狀態(tài)。
全文摘要
一種在不使用單獨(dú)載荷傳感器的情況下，允許發(fā)動機(jī)系統(tǒng)根據(jù)單個發(fā)動機(jī)定時傳感器的輸出控制諸如排放閥定時的方法和裝置。
文檔編號F02D13/02GK1495352SQ0313788
公開日2004年5月12日 申請日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月30日
發(fā)明者磯田直也, 之, 長津善之 申請人:株式會社萌力克