专利名称：用于二冲程发动机的排放定时控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制除点火系统以外的发动机系统的发动机控制系统，更具体地说，涉及一种发动机阀控制系统，例如二冲程发动机的排放控制阀。
背景技术：
上述待批申请揭示了一种十分简单但高效的方法，该方法可以确定发动机载荷并响应于预定载荷来控制发动机点火系统以改进发动机的运行。由于该种方法和装置的简单性，其可以结合在生产容量相对较小、较低的发动机中，例如使用在摩托车、小型摩托车之类的发动机应用中。
除了点火系统以外，发明人已经认识到存在许多由发动机载荷控制的其它发动机控制系统，这些系统通常根据操作者的需要测量发动机载荷，通常由发动机节气门控制的位置来确定。例如，在二冲程发动机中，通常采用一种排放定时控制器。其包括一阀门，该阀门可有效地改变排放口处的排放定时，并因此响应于发动机的转数和载荷来改变压缩比(诸如参见JP-A-S54-158514)。传统上，传统的排放定时控制器响应于发动机的旋转速度和发动机载荷来检测节气门开度，然后基于检测到的发动机旋转速度和节气门开度计算排放控制阀的阀门开度，以使伺服电动机运行，并依次使排放控制阀运行。
在传统排放定时控制器以及除点火系统以外的其它发动机控制系统中使用节气门开度传感器来检测节气门开度，这会导致构件数量增加和控制系统变得复杂。这显然增加了车辆成本。另外，尤其对于小型车辆，由于发动机周围的空间有限，会产生多种构件(尤其是节气门位置传感器)的位置布置问题。
因此，本发明的主要目的是提供一种发动机系统控制器，该控制器可以在不使用节气门位置传感器的情况下计算发动机载荷。
另外，大多数发动机已经具有主轴位置传感器，该传感器可以检测用于点火控制的发动机曲轴的角位置。
因此，本发明的又一个目的是利用点火定时传感器的输出来确定用于控制除点火系统以外的发动机系统的发动机载荷。
发明内容
本发明的第一特征适于实施在内燃机及其控制系统中。发动机具有一发动机从动轴和一定时传感器，该定时传感器与该轴相关联，用以指示从动轴的角位置。发动机包括一除点火系统以外的发动机控制系统，用以控制除点火以外的发动机操作。其它发动机控制系统由定时传感器的输出控制。
根据本发明的另一特征，其它发动机控制系统控制发动机的阀门定时。
根据本发明的又一特征，发动机的阀门定时由二冲程发动机的排放定时阀控制。
图1是显示采用本发明的发动机系统控制结构和方法的发动机主轴速度传感器的示图。
图2是显示图1所示传感器的输出的曲线图。
图3是二冲程内燃机的正侧视图，其一部分以沿发动机的气缸截取的剖视图示出。
图4是沿图3中的线4-4截取的剖视图。
图5是显示定时传感器与发动机排放阀控制器之间的关系的示图。
图6是阀控制伺服电动机的正侧视图。
图7是沿图6中的线7-7截取的剖视图。
图8是显示排放阀控制系统的示意图。
具体实施例方式
在结合附图详细叙述本发明之前，本文将援引上述待批申请的揭示作为参考，该申请示出了可以采用本发明的基本类型的发动机的更多细节，以及一基本点火控制装置和方法。然而，还应当相信的是，本技术领域的技术人员可以从以下说明中容易地理解如何不仅采用该申请所示的基本结构和方法论，而且采用需要确定发动机载荷的多种发动机系统控制来实现本发明。
现在请详细参见附图，首先请参见图1，将发动机定时传感器描述成诸如与任何需要类型的一关联的内燃机的一发动机从动轴元件相关。具体地说，固定飞轮11用以与发动机主轴一起旋转，在本实施例中，该发动机主轴是一曲轴12。如同本技术领域的技术人员众所周知的那样，支承该曲轴12，以使其在发动机本体内旋转。飞轮11承载有一定时标志13，如上述待批申请中所述的该定时标志具有比本技术领域中普通使用的定时标志更长的周向长度。在较佳实施例中，标志13的周向长度约为曲轴旋转60°，标志13的前缘在上止点(tdc)之前几度处。
一传感器线圈14与定时标志13相协作，并且在定时标志13的前、后缘通过传感器时产生正、负脉冲。这些脉冲大致粗略地图示在图2中。其余部分的旋转不产生输出也被图示在图2中。可以将传统的点火定时传感器用于传感器线圈14。
两个前缘脉冲信号之间的时间间隔T是主轴12完成一转所用的时间，因而用于该转的瞬时主轴速度是该时间间隔的倒函数。另一方面，定时标志13通过传感器线圈14所用的时间间隔t是主轴12在tdc之前完成一部分整转所用的瞬时时间。
如上述待批申请所述，被计算成旋转变化程度“D”的比值t/T与发动机载荷直接相关。因而，使用储存在微型计算机的存储器中的映射来确定发动机载荷。至于映射，通过初步实验等确定旋转变化程度、曲轴旋转速度和发动机载荷之间的相互关系，所获得的三维映射被储存在储存器中。因而，可以使用该数据来设定用于发动机的排放阀定时。
现在请详细参见其余附图，首先请参见图3和4，示出了二冲程内燃机并由标号15总地表示。发动机包括一气缸盖16，该气缸盖通过多个紧固件18紧固于气缸体17的上部，图中只示出了一个紧固件。
气缸体17形成至少一个气缸孔19，该气缸孔形成在气缸体17的气缸侧壁21内部，一活塞22在其中往复运动。活塞22通过一连杆23连接到曲轴11，并以众所周知的方式驱动曲轴11。一燃烧室24由气缸孔19和活塞22的顶面形成，一凹部25形成在气缸盖16的底面中。一火花塞26安装在面向燃烧室24的气缸盖16上，从而以下面将要叙述的方式点燃传送至此的燃料。
一入口27通至气缸侧壁21。一吸入通道28与入口27相连通。该吸入通道28包括一具有节气阀31的汽化器29，该节气阀31安装在靠近汽化器29下游侧的吸入通道28中。一由虚线图示和标号32表示的气门开度传感器通常可用来检测发动机载荷，该传感器传统上已被提供。在本发明的实施例中，基于上述发动机旋转速度来计算发动机载荷，因此在不需要的情况下省略了节气门开度传感器32。
一排放口33形成在气缸侧壁21中的入口27的相对侧，其位置高于入口27。一排放通道34被形成与排放口33相连通，并且与任何已知类型的排放系统(图中未示出)相连通，用以将废气排放到大气中。
一排放控制阀35具有大致呈半圆形的截面，并且可以是任何用于控制排放定时的所需类型，该排放控制阀支承在排放口33的上边缘处。如同上面所述，这将相对于载荷改变发动机的压缩比。图4中示出了截面大致呈半圆形且状似沙漏的排放控制阀35。排放控制阀35具有一旋转轴36，该旋转轴借助轴承37支承在气缸体的侧面上。
通过一滑轮37来控制排放控制阀35的旋转位置，该滑轮37与旋转轴36的一端相连。该滑轮37由图5-7最佳所示的机构操作。如这些附图所示，一由38总地表示的伺服电动机单元具有一驱动轴39，一驱动滑轮41固定于该驱动轴。传送金属线42卷绕在驱动滑轮41周围。该金属线42通过两根外部管43与排放控制阀侧的滑轮37相连。
如上所述，飞轮11上的传感器线圈14检测定时标志13，并且与一控制单元44相连。该控制单元44基于从传感器线圈14传送的信号以后面结合图8进行叙述的方式控制电动机单元38。在实践中，控制单元44结合在电动机单元38的壳体45中。
如图6所示，电动机单元38将伺服电动机46安装在电动机单元38的壳体45中。伺服电动机46的输出轴借助位于齿轮箱47中的减速齿轮组(图中未示出)与驱动轴39相连。如图7所示，一小齿轮48连接到驱动轴38的端部。一电位计49被设置成与小齿轮48相配合。电位计49检测驱动轴39的旋转位置。如同所述，驱动轴39与滑轮37相连，用以借助固定于驱动轴的驱动滑轮41和金属线42操作控制阀35开启和关闭。因此，通过电位计49来检测排放控制阀35的阀门开度。
在上述结构中，当伺服电动机46基于由控制单元44计算得到的旋转量沿正向或反向旋转时，固定于驱动轴39的驱动滑轮41旋转，并因此借助金属线42使滑轮37旋转。这将使旋转轴36上的、与滑轮37相连的排放控制阀35(图4)旋转，以使其开启和关闭，改变排放口33的上端位置(如图3所示)，以控制排放定时。
现在将结合图8来叙述提供这种控制并实现本发明的系统。如同所述，使用传感器线圈14的输出来确定发动机载荷。在计算发动机载荷时，可将旋转变化程度的改变作为一映射的一参数。也就是说，在计算上述旋转变化程度D＝t/T之后，同样地，测量下一转在其检测到突起轨道的检测时间t″和周期T，并计算比值t″/T″。计算这两个旋转变化程度之间的差异(t/T-t″/T″)，将其作为旋转变化程度的改变D″。可以基于D″来计算发动机载荷。
现在请特别参见图8，在由51总地表示的控制单元的控制下，通过伺服电动机46驱动用于控制排放定时的排放控制阀35，以使其沿正—反方向旋转。控制单元51设有一波形整形电路52，该电路与传感器线圈44的输出相连。旋转速度计算电路53和旋转变化程度计算电路54接收波形整形电路52的输出。
一载荷计算电路55基于旋转变化程度计算发动机载荷。如同所述，这可以通过结合一映射得以完成。然后一阀门开度计算电路56计算排放控制阀35的开度，以便响应于旋转速度和发动机载荷提供用于驱动工况的最佳排放定时。
然后将该输出传送到电动机驱动电路57，以便基于计算到的阀门开度控制伺服电动机46。电动机驱动电路57设有一比较电路58，以将排放控制阀35的当前开度与计算的开度作比较。一阀门开度检测电路59也检测排放控制阀35的当前开度，一正一反旋转指令电路61用于将指令传送到伺服电动机46，以使其沿正向或反向旋转。
波形整形电路52基于由传感器线圈14提供的检测信号产生如上所述的、图2所示的旋转检测信号b。旋转速度计算电路53计算由时间间隔T确定的旋转速度N。旋转变化程度计算电路54基于上述旋转检测信号T计算变量D。载荷计算电路55基于计算到的旋转变化程度D计算发动机载荷L。基于由初步实验确定的数据，允许一维映射使用旋转变化程度D作为参数，或者允许二维映射使用旋转变化程度D和旋转速度N作为参数，这些参数都存储在CPU的储存器中。该映射可用来计算发动机载荷。
阀门开度计算电路56计算目标阀门开度以控制排放控制阀35，从而基于计算到的旋转速度N和发动机载荷L提供用于驱动工况的最佳排放定时。基于由诸如初步实验确定的数据，允许二维映射使用旋转速度N和发动机载荷L作为参数，这些参数都储存在CPU的储存器中。该映射可以计算目标阀门开度。
使用旋转变化程度D和旋转速度N作为参数可以用于映射，以便在无法基于旋转变化程度D确定发动机载荷的情况下计算阀门开度。也可以基于该映射确定阀门开度。在这样一种情况下，旋转变化程度计算电路54和载荷计算电路55将结合成单个计算电路，该电路结合了这两个功能。
阀门开度检测电路59基于通过伺服电动机46中的电位计49测量到的电动机位置检测排放控制阀35的当前开度。比较电路58将通过阀门开度检测电路59检测到的当前阀门开度与通过阀门开度计算电路56计算到的目标阀门开度作比较，并且确定排放控制阀35沿开启或关闭方向的阀门排量，以便消除差异。比较电路然后计算伺服电动机46的被驱动量，以使其响应于排量沿正向或反向旋转。正一反旋转指令电路61基于通过比较电路58计算到的伺服电动机的被驱动量来驱动伺服电动机46。
因而，应当清楚的是，所述结构可以在不需要单独载荷传感器的情况下有效地控制诸如其排放阀控制系统的发动机系统。当然，本技术领域的技术人员易于理解的是，所述的实施例仅是较佳实施例，可以在不背离所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下作出多种变化和修改。
权利要求
1.一种内燃机控制系统，它包括一发动机从动轴；一定时传感器，所述定时传感器与所述轴相关联，用以指示所述从动轴的角位置；一除点火系统以外的发动机控制系统，所述发动机控制系统用于控制除点火以外的发动机操作，所述其它发动机控制系统由所述定时传感器的输出控制。
2.一种如权利要求1所述的内燃机控制系统，其特征在于，所述定时传感器在所述从动轴少于一整转的旋转期间检测所述从动轴的瞬时旋转速度，并且检测所述从动轴用于一整转的以及包括测量到小于一整转的旋转速度，并且根据这些测量值确定发动机的基本工况，以便控制其它发动机控制系统。
3.如权利要求2所述的内燃机控制系统，其特征在于，通过发动机速度在连续间隔期间的变化来确定发动机的基本工况。
4.如权利要求3所述的内燃机控制系统，其特征在于，所述定时传感器包括一单个传感器。
5.如权利要求4所述的内燃机控制系统，其特征在于，在没有任何其它传感器输入的情况下，其它发动机控制系统的运行仅响应于检测到的旋转速度状态。
6.如权利要求1所述的内燃机控制系统，其特征在于，其它发动机控制系统控制发动机的一阀门定时。
7.如权利要求6所述的内燃机控制系统，其特征在于，阀门定时由排放阀控制。
8.如权利要求7所述的内燃机控制系统，其特征在于，所述发动机根据二冲程原理运行。
9.如权利要求8所述的内燃机控制系统，其特征在于，所述定时传感器在所述从动轴少于一整转的旋转期间检测所述从动轴的瞬时旋转速度，并且检测所述从动轴用于一整转的以及包括测量到小于一整转的旋转速度，并且根据这些测量值确定发动机的基本工况，以便控制其它发动机控制系统。
10.如权利要求9所述的内燃机控制系统，其特征在于，通过发动机速度在连续间隔期间的变化来确定发动机的基本工况。
11.如权利要求9所述的内燃机控制系统，其特征在于，所述定时传感器包括一单个传感器。
12.如权利要求11所述的内燃机控制系统，其特征在于，在没有任何其它传感器输入的情况下，阀定时控制的进行仅响应于检测到的旋转速度状态。
全文摘要
一种在不使用单独载荷传感器的情况下，允许发动机系统根据单个发动机定时传感器的输出控制诸如排放阀定时的方法和装置。
文档编号F02D13/02GK1495352SQ0313788
公开日2004年5月12日 申请日期2003年5月30日 优先权日2002年5月30日
发明者矶田直也, 之, 长津善之 申请人:株式会社萌力克