專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置，特別是涉及ー種能夠高精度地辨別爆震(knocking)發(fā)生界限、將點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定為避開(kāi)發(fā)生爆震并維持更高的發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提前角量的點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置。
背景技術(shù)：
運(yùn)輸設(shè)備用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為了謀求改善油耗、減少排氣污染物等，期望總是在最佳 的點(diǎn)火時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。在這種情況下，若為了提高熱效率而增大壓縮比，則存在發(fā)生爆震的問(wèn)題。在最近的汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)中，在各氣缸中配備爆震傳感器來(lái)進(jìn)行避開(kāi)發(fā)生爆震的周密的點(diǎn)火時(shí)間控制。但是，這樣的傳感系統(tǒng)由于價(jià)格昂貴，因此通常無(wú)法廣泛地用于運(yùn)輸設(shè)備用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。在專利文獻(xiàn)I中提出了一種發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷檢測(cè)裝置，其包含根據(jù)曲軸的旋轉(zhuǎn)變動(dòng)來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、與該檢測(cè)出的負(fù)荷相應(yīng)地使點(diǎn)火時(shí)間提前或滯后的技木。在該負(fù)荷檢測(cè)裝置中，將吸入空氣量的大小視為負(fù)荷的大小。具體地講，不使用進(jìn)氣管負(fù)壓傳感器、節(jié)氣門開(kāi)度傳感器，而利用曲軸的旋轉(zhuǎn)變動(dòng)來(lái)求出該吸入空氣量的大小。采用該技術(shù)，不便用昂貴的傳感系統(tǒng)，在負(fù)荷減少了時(shí)能夠使點(diǎn)火時(shí)間前進(jìn)至與負(fù)荷相應(yīng)的爆震發(fā)生界限，因此，能夠期待在適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。專利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)平4-60151號(hào)公報(bào)但是，根據(jù)空燃比、點(diǎn)火時(shí)間的不同，存在發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷與吸入空氣量不成比例的情況。因而，在與吸入空氣量的相關(guān)上看發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，存在用專利文獻(xiàn)I所述的負(fù)荷檢測(cè)裝置難以高精度地辨別爆震發(fā)生界限、進(jìn)而使點(diǎn)火時(shí)間提前這樣的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠高精度地辨別爆震發(fā)生區(qū)域，避開(kāi)該爆震區(qū)域地設(shè)定適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火時(shí)間的發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第I特征在于，該點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置包括脈沖發(fā)生器，其用于發(fā)生與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄角度相對(duì)應(yīng)的曲柄脈沖；曲柄角速度變動(dòng)量計(jì)算部件，其用于基于上述曲柄脈沖間隔計(jì)算曲柄角速度變動(dòng)量；發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷推斷部件，其用于根據(jù)上述曲柄角速度變動(dòng)量推斷指示平均有效壓カ；點(diǎn)火時(shí)間決定部件，其用干與上述推斷出的指示平均有效壓カ和發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)相應(yīng)地決定點(diǎn)火提前角量。另外，本發(fā)明的第2特征在于，該點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)溫度檢測(cè)部件，上述點(diǎn)火時(shí)間決定部件為了基于作為上述發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和上述推斷出的指示平均有效壓カ來(lái)檢索點(diǎn)火時(shí)間，而具有針對(duì)每發(fā)動(dòng)機(jī)溫度設(shè)定的點(diǎn)火時(shí)間控制映射(map)，輸入由上述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度檢測(cè)部件檢測(cè)出的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，從針對(duì)每ー上述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度設(shè)定的映射中選擇ー個(gè)。另外，本發(fā)明的第3特征在干，上述曲柄角速度變動(dòng)量計(jì)算部件基于發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮上止點(diǎn)附近的曲柄脈沖計(jì)算第I曲柄角速度，并基于發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹下止點(diǎn)附近的曲柄脈沖計(jì)算第2曲柄角速度，用上述第2曲柄角速度減去上述第I曲柄角速度來(lái)計(jì)算曲柄角速
度變動(dòng)量。另外，本發(fā)明的第4特征在于，上述發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷推斷部件是將僅進(jìn)行在壓縮行程至膨脹行程發(fā)生的正的指示功的指示平均有效壓力作為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷來(lái)推斷的部件。另外，本發(fā)明的第5特征在于，上述脈沖發(fā)生器用于檢測(cè)自與曲軸同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子向外周方向突出的磁阻分配頭(reluctor)而發(fā)生曲柄脈沖，上述曲柄角速度變動(dòng)量計(jì)算部件基于發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮上止點(diǎn)附近的曲柄脈沖計(jì)算第I曲柄角速度，并基于與用于計(jì)算 第I曲柄角速度的磁阻分配頭相關(guān)地輸出的曲柄脈沖計(jì)算重疊頂部上止點(diǎn)附近的第2曲柄角速度，用上述第2曲柄角速度減去上述第I曲柄角速度來(lái)計(jì)算曲柄角速度變動(dòng)量。另外，本發(fā)明的第6特征在干，上述發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷推斷部件是將進(jìn)行I整個(gè)循環(huán)的指示功的指示平均有效壓力作為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷來(lái)推斷的部件。另外，本發(fā)明的第7特征在于，上述點(diǎn)火時(shí)間控制映射被設(shè)定為，根據(jù)用推斷出的指示平均有效壓カ除以預(yù)先設(shè)定的滿負(fù)荷時(shí)的指示平均有效壓カ而得到的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)檢索點(diǎn)火時(shí)間。采用具有第I 第7特征的本發(fā)明，根據(jù)曲柄角速度變動(dòng)量推斷作為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的指示平均有效壓力，能夠利用該推斷出的指示平均有效壓カ高精度地推斷負(fù)荷來(lái)決定點(diǎn)火時(shí)間，因此，能夠避開(kāi)爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域地設(shè)定適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火時(shí)間。采用具有第2特征的本發(fā)明，設(shè)定多個(gè)利用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和推斷出的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷決定點(diǎn)火時(shí)間的點(diǎn)火時(shí)間控制映射，因此，能夠更加準(zhǔn)確地判斷爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域。采用具有第5特征的本發(fā)明，即使在批量生產(chǎn)公差范圍內(nèi)磁阻分配頭的寬度、配置間隔發(fā)生偏差的情況下，也能夠防止由偏差導(dǎo)致負(fù)荷推斷精度降低而設(shè)定適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火時(shí)間。采用具有第7特征的本發(fā)明，通過(guò)使用量綱為I的負(fù)荷率，能夠與根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而與指示平均有效壓カ的比例常數(shù)發(fā)生變化相對(duì)應(yīng)地適當(dāng)?shù)卦O(shè)定點(diǎn)火時(shí)間。


圖I是表示含有本發(fā)明的ー實(shí)施方式的點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是具有多個(gè)磁阻分配頭的曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子的一例子的主視圖。圖3是用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與表示負(fù)荷的指示扭矩的關(guān)系，表示發(fā)動(dòng)機(jī)低溫時(shí)的爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域的圖。圖4是用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與表示負(fù)荷的指示扭矩的關(guān)系,表示發(fā)動(dòng)機(jī)高溫時(shí)的瀑震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域的圖。圖5是表示以往的點(diǎn)火時(shí)間檢索映射的例子的圖。圖6是表示每種大氣條件下的指示平均有效壓カ與爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域的關(guān)系的圖。圖7是表示I個(gè)循環(huán)中的曲柄脈沖和曲柄角速度ω的變動(dòng)的關(guān)系的時(shí)間圖。圖8是表示與單ー的磁阻分配頭相關(guān)的曲柄脈沖與曲柄角速度ω的變動(dòng)的關(guān)系的時(shí)間圖。圖9是表示與多個(gè)磁阻分配頭相關(guān)的曲柄脈沖與曲柄角速度ω的變動(dòng)的關(guān)系的時(shí)間圖。圖10是表示設(shè)定為與単一的磁阻分配頭相關(guān)的曲柄脈沖在跨過(guò)壓縮上止點(diǎn)和重疊頂部(overlap top)上止點(diǎn)的位置被輸出的例子中的曲柄脈沖與曲柄角速度ω的變動(dòng)的關(guān)系的時(shí)間圖。圖11是表示將空燃比作為參 數(shù)的曲柄角速度變化量與進(jìn)行I整個(gè)循環(huán)的指示功的指示平均有效壓カ的相關(guān)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。圖12是表示將發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油溫度作為參數(shù)的曲柄角速度變化量與進(jìn)行I整個(gè)循環(huán)的指示功的指示平均有效壓カ的相關(guān)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。圖13是表示設(shè)置在點(diǎn)火時(shí)間決定部的點(diǎn)火時(shí)間檢索映射的一例子的圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。圖I是表示含有本發(fā)明的ー實(shí)施方式的點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的框圖。參照?qǐng)D1，在4循環(huán)單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)5的氣缸10的上部安裝有缸蓋8。發(fā)動(dòng)機(jī)5可以具有可變氣門正時(shí)(VVT :Variable Valve Timing)機(jī)構(gòu)。VVT機(jī)構(gòu)基于E⑶50的驅(qū)動(dòng)指令使未圖示的控制電動(dòng)機(jī)工作，由此變更進(jìn)氣門IV和排氣門EV的氣門正吋。隨著氣門正時(shí)的變更，氣門升程量也發(fā)生變化。由VVT機(jī)構(gòu)引起的氣門正時(shí)的可變狀態(tài)，由檢測(cè)控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角等的傳感器19被傳遞到ECU50。在發(fā)動(dòng)機(jī)5的曲軸I上安裝有曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2。曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2由與曲軸I同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子3、及自該轉(zhuǎn)子3向外周方向突出的磁阻分配頭4構(gòu)成。磁阻分配頭4具有在轉(zhuǎn)子3的周向上跨過(guò)規(guī)定的角度范圍的寬度B(例如30° )。與轉(zhuǎn)子3的外周相對(duì)地設(shè)有電磁拾波器式的脈沖發(fā)生器PC。脈沖發(fā)生器PC在有磁阻分配頭4的位置輸出接通信號(hào)，在沒(méi)有磁阻分配頭4的位置輸出斷開(kāi)信號(hào)。即，根據(jù)脈沖發(fā)生器PC的接通信號(hào)檢測(cè)磁阻分配頭4的旋轉(zhuǎn)方向前端，根據(jù)斷開(kāi)信號(hào)檢測(cè)其后端。檢測(cè)信號(hào)即曲柄脈沖輸入到E⑶50中。曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2以使磁阻分配頭4位于上止點(diǎn)附近的方式定位安裝在曲軸I上。另外，作為曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2，也可以使用具有多個(gè)磁阻分配頭的曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子。圖2是具有多個(gè)磁阻分配頭的曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子的主視圖。在圖2中，安裝有與曲軸I同步旋轉(zhuǎn)的曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2a。在轉(zhuǎn)子3的外周上，除了 I處缺齒部(沒(méi)有磁阻分配頭4a的部分)H之外，以等間隔(例如30°間隔)配置有多個(gè)磁阻分配頭4a。脈沖發(fā)生器PC將磁阻分配頭4a的前端和后端的檢測(cè)信號(hào)輸入到ECU50中。在使用圖2所示的曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2a的情況下，僅使用與利用脈沖發(fā)生器PC檢測(cè)的前端和后端相對(duì)應(yīng)地輸出的曲柄脈沖中的ー個(gè)，因此，圖2中的磁阻分配頭4a的寬度BI小于圖I所示的磁阻分配頭4的寬度B即可。返回到圖1，在進(jìn)氣管11的一端部安裝有用于過(guò)濾進(jìn)氣的空氣濾清器箱16。在空氣濾清器箱16的內(nèi)部設(shè)有進(jìn)氣溫度傳感器17和大氣壓傳感器18。在進(jìn)氣管11上還安裝有用于測(cè)量吸入空氣量的空氣流量傳感器15、用于檢測(cè)節(jié)氣門13的旋轉(zhuǎn)角度的節(jié)氣門開(kāi)度傳感器14、及用于檢測(cè)進(jìn)氣壓力的進(jìn)氣壓傳感器20。并且,在氣缸10中設(shè)有用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)5的溫度的溫度傳感器21,在燃燒室的上部設(shè)有點(diǎn)火裝置9。在節(jié)氣門13的下游側(cè)的進(jìn)氣管11上配設(shè)有燃燒噴射閥12。在排氣管6上安裝有氧濃度傳感器7。在點(diǎn)火裝置9中例如可以設(shè)置壓電元件型的缸內(nèi)壓傳感器。E⑶50包括點(diǎn)火控制部41和點(diǎn)火裝置驅(qū)動(dòng)部39。點(diǎn)火控制部41由角速度計(jì)算部411、角速度變動(dòng)量計(jì)算部412、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷推斷部413和點(diǎn)火時(shí)間決定部414構(gòu)成。角速度計(jì)算部411用于基于輸入的上述脈沖發(fā)生器PC的檢測(cè)信號(hào)為接通的時(shí)間的長(zhǎng)度，來(lái)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)5的壓縮上止點(diǎn)處的第I曲柄角速度ω 10、及曲軸I自壓縮上止點(diǎn)旋轉(zhuǎn)360° (B卩，旋轉(zhuǎn)I周)后的位置即重疊頂部上止點(diǎn)處的第2曲柄角速度ω20。角速度變動(dòng)量計(jì)算部412用于計(jì)算第I曲柄角速度ω 10與第2曲柄角速度ω 20的差即曲柄角速度變動(dòng)量Λ ω·。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷推斷部413基于曲柄角速度變動(dòng)量Λ ω360
來(lái)推斷指示平均有效壓カI(xiàn)MEPnet。點(diǎn)火時(shí)間決定部414用于檢索將推斷出的指示平均有效壓カI(xiàn)MEPnet和發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)中的至少發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)溫度作為參數(shù)的映射，決定點(diǎn)火時(shí)間(提前角量)。決定了的點(diǎn)火時(shí)間輸入到點(diǎn)火裝置驅(qū)動(dòng)部39中，點(diǎn)火裝置驅(qū)動(dòng)部39在遵照了輸入的點(diǎn)火時(shí)間指示的點(diǎn)火時(shí)間，向點(diǎn)火裝置9供給點(diǎn)火信號(hào)。這些點(diǎn)火控制部41和點(diǎn)火裝置驅(qū)動(dòng)部39能夠利用微型計(jì)算機(jī)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，E⑶50具有用于執(zhí)行該程序的微型計(jì)算機(jī)。這樣，E⑶50具有這樣的功能，即，基于曲柄角速度變動(dòng)量△ 來(lái)控制點(diǎn)火時(shí)間，進(jìn)行抑制發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)變動(dòng)的控制。對(duì)能夠基于負(fù)荷決定點(diǎn)火時(shí)間的理由進(jìn)行說(shuō)明。圖3及圖4是用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne與表示負(fù)荷的指示扭矩的關(guān)系，表示爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域的圖。其是指示了最佳點(diǎn)火時(shí)間(MBT)作為點(diǎn)火時(shí)間的情況。圖3是剛剛啟動(dòng)之后等、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度比較低時(shí)的關(guān)系，圖4表示發(fā)動(dòng)機(jī)溫度比較高的情況的例子。如圖3所示，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低吋，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne較低的情況下，爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域也停留在指示扭矩為滿負(fù)荷附近的狹窄區(qū)域中，可以說(shuō)是整體難以發(fā)生爆震的狀態(tài)。另ー方面，如圖4所示，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較高時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne較低的情況下，爆震發(fā)生區(qū)域擴(kuò)展至指示扭矩為滿負(fù)荷的一半左右的區(qū)域，可知在溫度較高時(shí)，即使在低轉(zhuǎn)速且低負(fù)荷的情況下，也易于發(fā)生爆震。因此，只要有檢測(cè)負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的手段，就能夠推測(cè)爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域，也能夠決定用于避開(kāi)該爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域的點(diǎn)火時(shí)間。另外，表示負(fù)荷的指示扭矩若與排氣量無(wú)關(guān)地一般化，則成為指示平均有效壓カ。以往，作為檢測(cè)負(fù)荷的手段，采用了使用與容積效率相關(guān)的節(jié)氣門開(kāi)度Th的方法。圖5是表示以往的點(diǎn)火時(shí)間檢索映射的例子的圖。該以往技術(shù)的映射被設(shè)定為，使用節(jié)氣門開(kāi)度Th，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和節(jié)氣門開(kāi)度Th作為參數(shù)地決定點(diǎn)火時(shí)間(提前角量)IG0如由該圖可理解的那樣，在相同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，作為負(fù)荷的節(jié)氣門開(kāi)度Th越變大，能夠付與越大的提前角量。但是，若用節(jié)氣門開(kāi)度Th代表負(fù)荷，則在以下方面存在不良。雖然節(jié)氣門開(kāi)度Th與容積效率相關(guān)，但由于實(shí)際上吸入到發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣質(zhì)量根據(jù)空氣密度而變化，因此，即使是相同的節(jié)氣門開(kāi)度Th，根據(jù)大氣條件(氣溫、氣壓、濕度等)的不同，指示平均有效壓カ也會(huì)變化。
圖6是表示每種大氣條件下的指示平均有效壓カ與爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域的關(guān)系的圖，線MBT是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度恒定的情況下的最佳點(diǎn)火時(shí)間。如圖6所示，即使在節(jié)氣門開(kāi)度Th為100% (全開(kāi))這樣的相同條件的情況下，低氣壓、高氣溫的大氣條件(B)下的指示平均有效壓カI(xiàn)MEP(b)也低于高氣壓、低氣溫的大氣條件(A)下的指示平均有效壓カ IMEP (a)。這樣，在節(jié)氣門全開(kāi)時(shí)作為指示平均有效壓カMEP (b)的大氣條件⑶下，即使付與提前至最佳點(diǎn)火時(shí)間MBT附近的點(diǎn)火時(shí)間，也能夠?qū)嵸|(zhì)上避開(kāi)爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域。期望避開(kāi)爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域、并沿著最佳點(diǎn)火時(shí)間MBT像線L那樣地設(shè)定點(diǎn)火時(shí)間。在這樣地設(shè)定了點(diǎn)火時(shí)間的情況下，對(duì)于指示平均有效壓カI(xiàn)MEP(a)、(b)分別取得點(diǎn)火時(shí)間IGa、IGb。即，能夠選擇與由指示平均有效壓カI(xiàn)MEP(a)、(b)表示的每種大氣條件的負(fù)荷狀態(tài)相應(yīng)的提前角量。但是，在以往技術(shù)中，由于利用節(jié)氣門開(kāi)度Th推斷負(fù)荷，因此，只要節(jié)氣門開(kāi)度Th相同，點(diǎn)火時(shí)間IG就是固定的。例如在大氣條件(A)的情況下，點(diǎn)火時(shí)間IG避開(kāi)爆震發(fā)生 負(fù)荷區(qū)域地付與IGa，只要節(jié)氣門開(kāi)度Th不變，即使在變?yōu)榇髿鈼l件(B)的情況下，也維持該點(diǎn)火時(shí)間IGa。但是，在大氣條件⑶下，像指示平均有效壓カMEP (b)表示的那樣，事實(shí)上的負(fù)荷降低了，留有能夠使點(diǎn)火時(shí)間IG提前至點(diǎn)火時(shí)間IGb的余地。由于點(diǎn)火時(shí)間IGa是比點(diǎn)火時(shí)間IGb大幅滯后的控制，因此會(huì)損害燃燒效率。由此可知，只要能夠與指示平均有效壓カMEP相應(yīng)地決定點(diǎn)火時(shí)間，就不會(huì)受到大氣條件的影響，因此可知，相比于與節(jié)氣門開(kāi)度Th相應(yīng)的點(diǎn)火時(shí)間控制，能夠避開(kāi)發(fā)生爆震、并在更接近最佳點(diǎn)火時(shí)間MBT的點(diǎn)火時(shí)間IG進(jìn)行點(diǎn)火控制。接著，說(shuō)明曲柄角速度的變化量與指示平均有效壓カI(xiàn)MEP的關(guān)系。圖7是表示I個(gè)循環(huán)中的曲柄脈沖和曲柄角速度ω的變動(dòng)的關(guān)系的時(shí)間圖。在圖7中，曲軸I的角速度ω是由曲軸的可變扭矩引起而以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne為中心地根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的I個(gè)循環(huán)即壓縮、膨脹、排氣及進(jìn)氣這4個(gè)行程周期性地變動(dòng)。最小角速度ω O在壓縮上止點(diǎn)TDC附近出現(xiàn)，最大角速度ω I在膨脹行程結(jié)束時(shí)即排氣上止點(diǎn)BDC附近(曲柄角150° 180° )出現(xiàn)。具體地講，在壓縮行程中，由氣缸內(nèi)壓的上升所引起的壓縮阻力導(dǎo)致曲柄角速度ω減小。另ー方面，在膨脹行程中，由于燃燒所引起的氣缸內(nèi)壓的上升而產(chǎn)生曲柄旋轉(zhuǎn)能量，由此導(dǎo)致曲柄角速度ω轉(zhuǎn)而增加。在壓縮行程中降低至最小值ω0的曲柄角速度ω，在膨脹行程即將結(jié)束時(shí)到達(dá)最大曲柄角速度《I。之后，利用發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的機(jī)械摩擦阻力、排氣行程中已燃?xì)怏w的排出阻力、進(jìn)氣行程中的吸入阻力等泵做功，使曲柄角速度ω持續(xù)降低，再次到達(dá)進(jìn)氣行程、壓縮行程。根據(jù)這樣的曲柄角速度ω的變動(dòng)，在壓縮上止點(diǎn)TDC附近檢測(cè)到的最小曲柄角速度ω O小于平均發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne。另ー方面，在膨脹行程即將結(jié)束時(shí)(膨脹下止點(diǎn)BDC)檢測(cè)到的最大曲柄角速度ω I大于平均發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne。最小曲柄角速度ω O與最大曲柄角速度ω I的差Λ ω如后所述地代表對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)5的負(fù)荷。利用下式I求出膨脹行程中的旋轉(zhuǎn)能量的上升量ΛΕ(焦耳)。AE =l/2XIeX (ω12-ω02)......式I。在此，Ie是曲軸系慣性矩(kg · m2)。
若是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒做功，則也能夠利用下式2求出該能量上升量ΛΕ。AE =IMEPXVs......式2。在此，IMEP是指示平均有效壓力，Vs是發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣量。另夕卜，式I的右邊能夠轉(zhuǎn)換為下式3。1/2X (ω12-ω02)=(ω1-ω0) Χ1/2Χ (ω1+ω0)......式 3。膨脹行程區(qū)間的曲柄角速度的變化量Λ ω用(ω1-ω0)定義。另夕卜，由于式3的右邊與循環(huán)平均的角速度ω即轉(zhuǎn)速Ne大致一致，因此能夠以下式4近似表示。1/2Χ (ω 1+ω0) = Ne......式4。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的單位是rad/sec。根據(jù)式I 式4，曲柄角速度的變化量Δ ω用下式5表示。Λ ω =(頂EPXVs)/
(IeXNe)......式5。即，曲柄角速度Δ ω與指示平均有效壓カMEP和排氣量Vs成比例，
與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和曲軸系慣性矩成反比例。上述點(diǎn)火控制部41的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷推斷部413具有這樣的功能，即，利用式5，根據(jù)曲柄角速度的變化量△ ω計(jì)算出代表負(fù)荷的指示平均有效壓カΙΜΕΡ。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷即能量上升量Λ Ε，用曲柄角速度的變化量Λ ω代表，但存在磁阻分配頭的加工精度、脈沖發(fā)生器PC的安裝精度等實(shí)際設(shè)備測(cè)量中的各種各樣的偏差要素。為了排除該偏差要素的影響，使用相同的磁阻分配頭求出曲柄角速度的變化量Λ ω。S卩，最小曲柄角速度ω0由在壓縮上止點(diǎn)TDC附近檢測(cè)到的第I曲柄角速度ω 10替代，而最大曲柄角速度ω I由在曲軸自壓縮上止點(diǎn)TDC旋轉(zhuǎn)360°后的位置即重疊頂部上止點(diǎn)OLP附近檢測(cè)到的第2曲柄角速度ω20替代。由此,用從第I曲柄角速度ω 10到第2曲柄角速度ω20的増量，即跨過(guò)膨脹行程和排氣行程的曲柄角360°下的曲柄角速度變化量△ 定義曲柄角速度的變化量Λ ω。圖8是表示具有単一的磁阻分配頭4的曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2的曲柄脈沖與曲柄角速度ω的變動(dòng)的關(guān)系的時(shí)間圖。曲柄角速度ω在膨脹行程的開(kāi)始位置即壓縮上止點(diǎn)TDC附近成為最小值ω O，在膨脹行程即將結(jié)束時(shí)(大致距TDC為150°的位置)成為最大值ω 。而且，曲柄角速度ω在排氣行程中逐漸降低，并在剛剛進(jìn)入到進(jìn)氣行程之后急劇降低。之后，在壓縮行程的中間部之前，曲柄角速度ω都大致維持在比發(fā)動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)速低的值，從壓縮行程的后半段開(kāi)始朝向最小值《O降低。在圖8所示的例子中，檢測(cè)磁阻分配頭4的前端和后端而自脈沖發(fā)生器PC輸出的曲柄脈沖中的、與后端相對(duì)應(yīng)的曲柄脈沖與即將到達(dá)壓縮上止點(diǎn)TDC之前(例如即將到達(dá)10°跟前)相對(duì)應(yīng)地，設(shè)定了曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2的位置。因而，曲柄脈沖在即將到達(dá)壓縮上止點(diǎn)TDC之前產(chǎn)生，也會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)I周之后也就是即將到達(dá)重疊頂部上止點(diǎn)OLP之前產(chǎn)生。而且，將各位置的曲柄脈沖的寬度作為該位置的曲柄角速度ω即第I曲柄角速度ω 10和第2曲柄角速度ω 20來(lái)檢測(cè)，它們的増量Λ ω 36(|作為曲柄角度變化量來(lái)計(jì)算。另ー方面，在圖8中，與I個(gè)磁阻分配頭4所對(duì)應(yīng)的曲柄脈沖相應(yīng)地,表不了使用圖2所示的具有多個(gè)磁阻分配頭4a的曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2a的曲柄脈沖的以往的曲柄角速檢測(cè)位置。以往，使用曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2a，基于跨過(guò)壓縮上止點(diǎn)TDC的兩個(gè)曲柄脈沖和距壓縮上止點(diǎn)TDC為150°的位置的兩個(gè)曲柄脈沖,利用最小曲柄角速度ωΟ和最大曲柄角速度ω 求出曲柄角速度的變化量Λ ω。S卩，使用分別由不同的磁阻分配頭產(chǎn)生的曲柄脈沖。圖9是表示具有多個(gè)磁阻分配頭4a的曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2a的曲柄脈沖與曲柄角速度ω的變動(dòng)的關(guān)系的時(shí)間圖。在圖9中，分別使用來(lái)自在多個(gè)磁阻分配頭4a中的、在即將到達(dá)壓縮上止點(diǎn)TDC之前和即將到達(dá)重疊頂部上止點(diǎn)OLT之前的位置得到的兩個(gè)磁阻分配頭4a的曲柄脈沖，求出第I曲柄角速度ω 10和第2曲柄角速度ω20。在該例子中，由于將多個(gè)磁阻分配頭4a中的兩個(gè)共用于檢測(cè)第I曲柄角速度ω 10和第2曲柄角速度ω 20，因此，能夠與使用具有單ー磁阻分配頭4的曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2的情況同樣地排除批量生產(chǎn)公差范圍內(nèi)的尺寸偏差的影響。另外，在壓縮上止點(diǎn)TDC附近、重疊頂部上止點(diǎn)OLT附近求出曲柄角速度ω 10、ω20的情況下，也可以將曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2a的位置設(shè)定為使兩個(gè)曲柄脈沖跨過(guò)壓縮上止點(diǎn)TDC、重疊頂部上止點(diǎn)OLT。 圖10是表示I個(gè)循環(huán)中的曲柄脈沖與曲柄角速度ω的變動(dòng)的關(guān)系的時(shí)間圖，是表示將曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子2的位置設(shè)定為使兩個(gè)曲柄脈沖跨過(guò)壓縮上止點(diǎn)TDC、重疊頂部上止點(diǎn)OLT的例子的圖。在圖10所示的例子中，第I曲柄角速度ω 10是與最小曲柄角速度ω O大致相同的值。另外，考慮到從排氣行程剛剛過(guò)渡到進(jìn)氣行程之后的曲柄角速度ω的急劇降低，優(yōu)選在緊接重疊頂部上止點(diǎn)OLT之后的稍前求出曲柄角速度ω。另外，曲柄角速度的變化量Λ ω與指示平均有效壓カMEP成比例，但通常指示平均有效壓カ頂EP僅僅與在壓縮行程至膨脹行程區(qū)間定義的燃燒產(chǎn)生的正的做功相關(guān)。若將僅與正的做功相關(guān)的指示平均有效壓力作為指示平均有效壓カMEPtmss,則在使用相同的磁阻分配頭的情況下，可以認(rèn)為角速度變化量△ 與考慮到不僅是在膨脹行程而是在發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)循環(huán)中的做功的指示平均有效壓カMEPnet成比例。因此，本發(fā)明人等實(shí)驗(yàn)調(diào)查了發(fā)動(dòng)機(jī)I個(gè)循環(huán)中的角速度變化量△ 與進(jìn)行I整個(gè)循環(huán)的指示功的指示平均有效壓カI(xiàn)MEPnet的相關(guān)關(guān)系。圖11是表示將空燃比A/F作為參數(shù)的曲柄角速度變化量A36tl與進(jìn)行I整個(gè)循環(huán)的指示功的指示平均有效壓カ頂EPnet的相關(guān)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。而且是發(fā)動(dòng)機(jī)以恒定速度旋轉(zhuǎn)的情況。圖12是表示將發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油溫度作為參數(shù)的曲柄角速度變化量Λ ω 360與進(jìn)行I整個(gè)循環(huán)的指示功的指示平均有效壓カ頂EPnet的相關(guān)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。而且是發(fā)動(dòng)機(jī)以恒定速度旋轉(zhuǎn)的情況。如由圖11、圖12所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠理解的那樣，確認(rèn)了 1個(gè)循環(huán)的曲柄角速度變化量A36tl與指示平均有效壓カMEPnet的相互關(guān)系，無(wú)論空燃比A/F、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油溫度如何都是恒定的。由此可確認(rèn)，曲柄角速度變化量△■不依賴于吸入空氣量、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油溫度，而與指示平均有效壓カI(xiàn)MEPnet相關(guān)。因而，根據(jù)能夠利用第I曲柄角速度ω 10與第2曲柄角速度20的差分即曲柄角速度變化量Λ 取得的指示平均有效壓カI(xiàn)MEPnet，能夠推斷發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。圖13是表示設(shè)置在點(diǎn)火時(shí)間決定部414中的點(diǎn)火時(shí)間檢索映射的一例子的圖。映射是針對(duì)每ー發(fā)動(dòng)機(jī)溫度設(shè)置的。在該例子中，設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫度區(qū)、中溫度區(qū)和高溫度區(qū)的3種映射M(A) ,M(B) ,M(C)，但該溫度劃分的劃分?jǐn)?shù)能夠任意地設(shè)定。各映射設(shè)定為根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和負(fù)荷(表示負(fù)荷的指示平均有效壓カI(xiàn)MEPnet)求出點(diǎn)火時(shí)間IG。另外，由于負(fù)荷和指示平均有效壓カ頂EPnet的比例常數(shù)針對(duì)每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne都不同，因此，通過(guò)用指示平均有效壓カ頂EPnet除以其最大值即滿負(fù)荷條件時(shí)的值頂EPmax而定義為量綱為I的負(fù)荷率LR。各映射被設(shè)定為，負(fù)荷率LR是相對(duì)干“ I. O”越小的值，與相同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne下的負(fù)荷率LR相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火時(shí)間IG越向提前角側(cè)變化。如上所述，采用本實(shí)施方式，基于曲柄角速度變動(dòng)量△ ω取得與負(fù)荷存在相關(guān)的指示平均有效壓カ頂EPnet,決定基于該指示平均有效壓カ頂EPnet的點(diǎn)火時(shí)間，因此，能夠準(zhǔn)確地辨別爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域而將點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定得更靠提前角側(cè)。
本發(fā)明在使用相同的磁阻分配頭的情況下利用進(jìn)行良好的I整個(gè)循環(huán)的做功的指示平均有效壓カ頂EPnet來(lái)推斷負(fù)荷，但在利用僅進(jìn)行正的做功的指示平均有效壓カI(xiàn)MEPgeoss推斷負(fù)荷的情況下，也能夠同樣地應(yīng)用。附圖標(biāo)記說(shuō)明I、曲軸；2、曲柄脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)子；3、轉(zhuǎn)子；4、磁阻分配頭；5、發(fā)動(dòng)機(jī)；6、排氣管；9、點(diǎn)火裝置；39、點(diǎn)火裝置驅(qū)動(dòng)部；41、點(diǎn)火控制部；412、角速度變動(dòng)量計(jì)算部；413、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷推斷部；414、點(diǎn)火時(shí)間決定部。
權(quán)利要求
1.一種點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置，其特征在于，該點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置包括 脈沖發(fā)生器(PC)，其用于發(fā)生與發(fā)動(dòng)機(jī)(5)的曲柄角度相對(duì)應(yīng)的曲柄脈沖； 曲柄角速度變動(dòng)量計(jì)算部件(412)，其用于基于所述曲柄脈沖間隔計(jì)算曲柄角速度變動(dòng)量(Ao); 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷推斷部件(413)，其用于根據(jù)所述曲柄角速度變動(dòng)量(△ )推斷指示平均有效壓力(MEP)； 點(diǎn)火時(shí)間決定部件(414)，其用于與所述推斷出的指示平均有效壓力(IMEP)和發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)相應(yīng)地決定點(diǎn)火提前角量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置，其特征在于， 該點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)溫度檢測(cè)部件(21)； 所述點(diǎn)火時(shí)間決定部件(414)為了基于作為所述發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(Ne)和所述推斷出的指示平均有效壓力(IMEP)檢索點(diǎn)火時(shí)間，而具有針對(duì)每一發(fā)動(dòng)機(jī)溫度設(shè)定的點(diǎn)火時(shí)間控制映射； 輸入由所述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度檢測(cè)部件(21)檢測(cè)出的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度,從針對(duì)每一所述發(fā)動(dòng)機(jī)溫度設(shè)定的映射中選擇一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置，其特征在于， 所述曲柄角速度變動(dòng)量計(jì)算部件(412)基于發(fā)動(dòng)機(jī)(5)的壓縮上止點(diǎn)(TDC)附近的曲柄脈沖計(jì)算第I曲柄角速度I)，并基于發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹下止點(diǎn)(BDC)附近的曲柄脈沖計(jì)算第2曲柄角速度(《 2)，用所述第2曲柄角速度(《 2)減去所述第I曲柄角速度(《 I)來(lái)計(jì)算曲柄角速度變動(dòng)量(A )。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置，其特征在于， 所述發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷推斷部件(413)是將僅進(jìn)行在壓縮行程至膨脹行程發(fā)生的正的指示功的指示平均有效壓力(IMEPtmss)作為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷來(lái)推斷的部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置，其特征在于， 所述脈沖發(fā)生器(PC)用于檢測(cè)自與曲軸(I)同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子向外周方向突出的磁阻分配頭(4)而發(fā)生曲柄脈沖； 所述曲柄角速度變動(dòng)量計(jì)算部件(412)基于發(fā)動(dòng)機(jī)(5)的壓縮上止點(diǎn)(TDC)附近的曲柄脈沖計(jì)算第I曲柄角速度(《10); 并且，基于與用于計(jì)算第I曲柄角速度(《1)的磁阻分配頭(4)相關(guān)地輸出的曲柄脈沖計(jì)算重疊頂部上止點(diǎn)附近的第2曲柄角速度20)，用所述第2曲柄角速度(《20)減去所述第I曲柄角速度(《10)來(lái)計(jì)算曲柄角速度變動(dòng)量(Aw)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置，其特征在于， 所述發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷推斷部件(413)是將進(jìn)行I整個(gè)循環(huán)的指示功的指示平均有效壓力(IMEPnet)作為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷來(lái)推斷的部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置，其特征在于， 所述點(diǎn)火時(shí)間控制映射被設(shè)定為，根據(jù)用推斷出的指示平均有效壓力(IMEPnet)除以預(yù)先設(shè)定的滿負(fù)荷時(shí)的指示平均有效壓力(MEPmax)而得到的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率(LR)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(Ne)來(lái)檢索點(diǎn)火時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置，該點(diǎn)火時(shí)間設(shè)定裝置基于準(zhǔn)確的推斷發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷來(lái)設(shè)定避開(kāi)了爆震發(fā)生負(fù)荷區(qū)域的適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火時(shí)間。包括用于發(fā)生與曲柄角度相對(duì)應(yīng)的曲柄脈沖的脈沖發(fā)生器(PC)，曲柄角速度變動(dòng)量計(jì)算部件(412)基于曲柄脈沖間隔計(jì)算曲柄角速度變動(dòng)量(Δω)。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷推斷部件(413)根據(jù)曲柄角速度變動(dòng)量(Δω)推斷指示平均有效壓力(IMEP)。點(diǎn)火時(shí)間決定部件(414)具有用于與所推斷出的指示平均有效壓力(IMEP)和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)地決定點(diǎn)火提前角量的點(diǎn)火時(shí)間控制映射。
文檔編號(hào)F02P5/153GK102678423SQ201210061648
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者佐佐木富幸, 坂本直樹, 我妻伸一, 西田憲二, 金子哲也 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社