專利名稱：發(fā)動機控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用微計算機控制具備無電刷電機作為起動電機的發(fā)動機的發(fā)動機控制裝置。
背景技術(shù)：
如特開平6-307262號公報中表示了的那樣，發(fā)動機控制裝置具備在發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)角度位置與所設(shè)定的一定的曲柄角位置一致時輸出脈沖信號的拾取線圈，使用從該拾取線圈輸出的脈沖信號得到了的發(fā)動機的曲柄角位置信息而進行發(fā)動機的點火時期的控制、燃料噴射時期和燃料噴射時間的控制等。
但是，由于拾取線圈是檢測伴隨發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了的磁通的變化并輸出脈沖信號的磁通變化檢測型的脈沖信號發(fā)生單元，故如果發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度不上升到某種程度，將不能發(fā)生能識別的大小的脈沖信號。在發(fā)動機的起動時，如果其旋轉(zhuǎn)速度例如不到100r/min，則拾取線圈不能發(fā)生具有大于等于閾值電平(微計算機能識別的電平的最小值)的大小的脈沖信號。在本說明書中，將為了從拾取線圈輸出大于等于閾值電平的大小的脈沖信號所必要的發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度的下限稱為「信號檢測下限速度」。
如果發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度低于信號檢測下限速度，則由于控制裝置不能取得發(fā)動機的曲柄角位置信息，故不能用發(fā)動機的點火裝置進行點火工作。此外，在使用燃料噴射裝置作為對發(fā)動機供給燃料的裝置的情況下，如果拾取線圈不發(fā)生能識別的大小的脈沖信號，則不能進行燃料噴射。
為了使發(fā)動機起動，有必要在發(fā)動機的起動時在開始吸氣行程之前或至少在吸氣行程的初始的階段進行燃料噴射，在活塞到達壓縮行程的上死點的曲柄角位置附近時進行點火工作。為此，在發(fā)動機的活塞朝向壓縮行程的上死點位移的過程中，有必要從拾取線圈輸出大于等于閾值電平的大小的脈沖信號。
因而，在將無電刷電機用作起動電機進行起動的發(fā)動機中，以下述方式確定了無電刷電機的規(guī)格，即，即使在發(fā)動機的起動時其活塞朝向壓縮行程的上死點位移的過程(在發(fā)動機的起動時施加在無電刷電機的負載為最重的過程)中，也從無電刷電機發(fā)生為了以大于等于信號檢測下限速度(在上述的例子中為100r/min)的旋轉(zhuǎn)速度使發(fā)動機旋轉(zhuǎn)所必要的輸出轉(zhuǎn)矩。
如上所述，在以前的發(fā)動機控制裝置中，由于以下述方式確定了無電刷電機的規(guī)格，即，在發(fā)動機的起動時，即使在從發(fā)動機施加在無電刷電機的負載為最重的過程中，也發(fā)生為了以大于等于信號檢測下限速度的旋轉(zhuǎn)速度使發(fā)動機旋轉(zhuǎn)所必要的輸出轉(zhuǎn)矩，故存在無電刷電機的體積變大、發(fā)動機變大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能可靠地進行發(fā)動機的極低旋轉(zhuǎn)速度區(qū)域中的點火時期的控制、燃料噴射的控制等的各種控制而不使用體積大的無電刷電機作為在發(fā)動機的起動中使用的無電刷電機的發(fā)動機控制裝置。
本發(fā)明以具備進行包含將無電刷電機用作起動電機的發(fā)動機的點火時期的控制在內(nèi)的各種控制的控制部的發(fā)動機控制裝置作為對象，上述無電刷電機具有具有多相的電樞線圈的定子；具有2n極(n是大于等于1的整數(shù))的磁石磁場的轉(zhuǎn)子；每當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定角度時輸出顯示電平變化的矩形波狀的位置檢測信號的位置檢測裝置；以及為了使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而用根據(jù)位置檢測信號決定了的通電圖案來使驅(qū)動電流流過多相的電樞線圈的電機驅(qū)動部。
在本發(fā)明中設(shè)置在發(fā)動機的一定的曲柄角位置上檢測磁通的變化并輸出脈沖信號的拾取線圈和將拾取線圈輸出的脈沖信號作為基準來檢測與位置檢測信號表示的各電平變化對應的發(fā)動機的曲柄角位置的曲柄角位置檢測單元。將轉(zhuǎn)子結(jié)合到曲柄軸上，以便在唯一決定無電刷電機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度位置與發(fā)動機的曲柄角位置的關(guān)系。此外，將拾取線圈設(shè)置成在發(fā)動機的搖動曲柄時在施加在無電刷電機的負載輕的曲柄角區(qū)間內(nèi)輸出脈沖信號，將無電刷電機構(gòu)成為在發(fā)動機的搖動曲柄時以將拾取線圈發(fā)生的脈沖信號的大小做成大于等于閾值電平所需的旋轉(zhuǎn)速度來發(fā)生使發(fā)動機旋轉(zhuǎn)所需的輸出轉(zhuǎn)矩。將控制部構(gòu)成為從利用曲柄角位置檢測單元檢測了對應的曲柄角位置的位置檢測信號的電平變化得到發(fā)動機的曲柄角信息來進行各種控制。
作為上述的位置檢測裝置，最好使用具備在對于定子的各相的電樞線圈設(shè)定了的檢測位置上檢測轉(zhuǎn)子的磁極并在每當檢測了的磁極的極性轉(zhuǎn)換時將顯示電平變化的信號作為位置檢測信號輸出的位置傳感器的位置檢測裝置。在該情況下，作為位置傳感器，最好使用霍爾(ホ一ル)IC等的磁檢測元件。
在本發(fā)明的情況下，如果在發(fā)動機的起動時其活塞超過壓縮行程的上死點進入膨脹行程，無電刷電機的負載減輕，則無電刷電機的旋轉(zhuǎn)速度超過信號檢測下限速度地上升，拾取線圈輸出具有大于等于閾值的對象的脈沖信號。如果拾取線圈輸出脈沖信號，則曲柄角位置檢測單元識別位置檢測信號的電平變化與發(fā)動機的曲柄角位置的關(guān)系。
本發(fā)明在作為控制的對象的發(fā)動機是單氣缸的2沖程發(fā)動機或用2個氣缸進行的行程處于偏離了360°的關(guān)系的2氣缸的4沖程發(fā)動機的情況下是特別合適的。
如上所述，在本發(fā)明中，將拾取線圈輸出的脈沖信號只用于檢測與從在無電刷電機中設(shè)置了的位置檢測裝置得到的位置檢測信號表示的各電平變化對應的發(fā)動機的曲柄角位置，從檢測了對應的曲柄角位置的位置檢測信號的電平變化求出發(fā)動機的曲柄角位置信息。
由于在發(fā)動機進行1個燃燒循環(huán)的期間內(nèi)位置檢測信號顯示電平變化的曲柄角位置和顯示電平變化的次數(shù)是一定的，位置檢測信號顯示電平變化的位置與發(fā)動機的曲柄角位置的對應關(guān)系是一套，故如果能一度檢測與位置檢測信號顯示的各電平變化對應的發(fā)動機的曲柄角位置，則以后利用按順序賦予編號等的方法可自動地檢測位置檢測信號表示的一系列的電平變化。
此外，在從發(fā)動機施加在無電刷電機的負載減輕了的狀態(tài)下，如果將拾取線圈輸出的脈沖信號作為基準來檢測與位置檢測信號表示的各電平變化對應的曲柄角位置，則由于無電刷電機在其負載減輕了的狀態(tài)下發(fā)生為了以大于等于信號檢測下限速度的旋轉(zhuǎn)速度使發(fā)動機旋轉(zhuǎn)所必要的輸出轉(zhuǎn)矩即可，故可使用比以前使用了的裝置小型的裝置作為無電刷電機。
如上所述，按照本發(fā)明，由于以下述方式確定無電刷電機的規(guī)格，即，在發(fā)動機的起動時在發(fā)動機的搖動曲柄負載輕的曲柄角區(qū)間內(nèi)(在從發(fā)動機施加在無電刷電機的負載減輕了的狀態(tài)下)以為了從拾取線圈輸出大于等于閾值的大小的脈沖信號所必要的旋轉(zhuǎn)速度(以大于等于信號檢測下限速度的速度)來使發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，故可使用與現(xiàn)有的將無電刷電機的規(guī)格確定為在發(fā)動機的起動時即使在其壓縮行程的結(jié)束時期內(nèi)(即使在無電刷電機的負載為最重的過程中)也使發(fā)動機以大于等于信號檢測下限速度的速度旋轉(zhuǎn)的控制裝置的情況相比小的小型的裝置作為無電刷電機，可謀求發(fā)動機的小型輕量化。
此外，按照本發(fā)明，由于在發(fā)動機起動了后，即使在隨著負載的增大發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度低于信號檢測下限速度時也能得到發(fā)動機的曲柄角位置信息，也可進行發(fā)動機的點火時期的控制、燃料噴射的控制，故可得到在過負載時難以熄火的發(fā)動機。


圖1是概略地表示了本發(fā)明的實施例的硬件的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是表示了在本發(fā)明的實施例中無電刷電機的位置傳感器輸出的位置檢測信號和逆變器電路的通電圖案的波形圖。
圖3是表示了在本發(fā)明的實施例中使用的無電刷電機的轉(zhuǎn)子和定子的結(jié)構(gòu)例的正面圖。
圖4是與附于檢測了對應的曲柄角位置的位置檢測信號的電平變化位置上的一系列的編號一起表示了在本發(fā)明的實施例中位置傳感器輸出的位置檢測信號、發(fā)動機的起動時的旋轉(zhuǎn)速度的變化和拾取線圈輸出的脈沖信號的波形的波形圖。
圖5是表示了在本發(fā)明的實施例中每當位置檢測信號顯示電平變化時使微計算機執(zhí)行的中斷處理的算法的一例的流程圖。
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是與在發(fā)動機中安裝了的無電刷電機的結(jié)構(gòu)一起表示了本發(fā)明的發(fā)動機控制裝置的硬件的結(jié)構(gòu)例的圖。在該圖中，BLM是作為起動發(fā)動機的起動電機使用的無電刷電機，ECU是本發(fā)明的發(fā)動機控制裝置，Bat是作為電源極的電池。在本實施例中，作為控制對象的發(fā)動機是2個氣缸的燃燒行程正好偏離了360°的2氣缸4沖程發(fā)動機。
無電刷電機BLM具備定子ST和轉(zhuǎn)子RT。圖1中表示了的轉(zhuǎn)子RT和定子ST表示了各自的基本的結(jié)構(gòu)，定子ST由在定子鐵心中設(shè)置了的3個極(pole)上分別卷繞了三相電樞線圈Lu、Lv、Lw的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。此外，轉(zhuǎn)子RT由在形成為杯狀的轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)線圈RY的內(nèi)周上安裝永久磁石m1和m2構(gòu)成了2極的磁石磁場的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
無電刷電機還具備位置檢測裝置和電機驅(qū)動部MD，上述位置檢測裝置具備在對于定子ST的各相的電樞線圈分別設(shè)定了的檢測位置上檢測轉(zhuǎn)子RT的磁極并在每當檢測了的磁極的極性轉(zhuǎn)換時輸出顯示電平變化的位置檢測信號的位置傳感器hu、hv和hw，上述電機驅(qū)動部MD為了使轉(zhuǎn)子RT旋轉(zhuǎn)，用根據(jù)位置檢測裝置所輸出的位置檢測信號而決定了的通電圖案，在三相的電樞線圈中流過驅(qū)動電流。使用了霍爾IC作為位置傳感器。
電機驅(qū)動部MD由逆變器電路INV和逆變器控制部D構(gòu)成，上述逆變器電路INV由構(gòu)成橋的上邊的3個開關(guān)元件Qu至Qw和構(gòu)成橋的下邊的3個開關(guān)元件Qx至Qz構(gòu)成并具有直流側(cè)端子t1和t2以及三相的交流側(cè)端子tu至tw，上述逆變器控制部D分別對逆變器電路INV的開關(guān)元件Qu至Qw和Qx至Qz供給驅(qū)動信號Su至Sw和Sx至Sz，以便為了使轉(zhuǎn)子RT在既定的旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)，用根據(jù)位置檢測裝置所輸出的位置檢測信號而決定了的通電圖案，在三相的電樞線圈中流過驅(qū)動電流。
在圖示的逆變器電路INV中，使用將漏極共同地連接到直流側(cè)端子t1上的MOSFET作為構(gòu)成橋的上邊的開關(guān)元件Qu至Qw，使用將源極共同地連接到直流側(cè)端子t2上、將漏極連接到分別構(gòu)成開關(guān)元件Qu至Qw的MOSFET的源極上的MOSFET作為構(gòu)成橋的下邊的開關(guān)元件Qx至Qz。在圖示的例子中，利用在分別構(gòu)成開關(guān)元件Qu至Qw和Qx至Qz的MOSFET的漏極源極間形成了的寄生二極管，在無電刷電機從發(fā)動機一側(cè)被驅(qū)動而起到發(fā)電機的功能時構(gòu)成了對該發(fā)電機的交流輸出進行整流的全波整流電路。
再有，也可使用雙極型晶體管等的其它的能進行導通關(guān)斷控制的開關(guān)元件作為構(gòu)成逆變器電路的開關(guān)元件Qu至Qw和Qx至Qz。在使用雙極型晶體管作為開關(guān)元件Qu至Qw和Qx至Qz的情況下，預先在各晶體管的集電極發(fā)射極間反并聯(lián)連接用于在無電刷電機作為發(fā)電機工作時構(gòu)成全波整流電路的二極管。
在圖示的例子中，對電樞線圈Lu至Lw進行星形連線，將與這些電樞線圈的中性點相反一側(cè)的端子分別連接到逆變器電路INV的三相的交流側(cè)端子tu至tw上。此外，在逆變器電路INV的直流側(cè)端子t1、t2間連接了電池Bat。
在使圖1中表示了的轉(zhuǎn)子RT在圖示的箭頭方向(順時針方向)上旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)位置傳感器hu至hw分別輸出的位置檢測信號Hu至Hw，從逆變器控制部D分別對構(gòu)成逆變器電路INV的開關(guān)元件Qu至Qw和Qx至Qz供給驅(qū)動信號Su至Sw和Sx至Sz，對開關(guān)元件Qu至Qw和Qx至Qz進行導通關(guān)斷控制，以便例如以圖2中表示了的通電圖案在三相的電樞線圈Lu至Lw中分別流過驅(qū)動電流。
圖2的(A)至(C)分別表示了位置檢測信號Hu至Hw，(D)至(I)分別表示了開關(guān)元件Qu、Qv、Qw、Qx、Qy和Qz的導通關(guān)斷的狀態(tài)的變化。在這些開關(guān)元件處于導通狀態(tài)的期間內(nèi)從電池通過處于導通狀態(tài)的開關(guān)元件在電樞線圈Lu至Lw中流過驅(qū)動電流。
無電刷電機BLM在起動發(fā)動機時作為起動電機來運轉(zhuǎn)，但在發(fā)動機起動了后，由于成為由發(fā)動機驅(qū)動的狀態(tài)，故起到磁石式交流發(fā)電機的功能。該發(fā)電機輸出的交流電流由利用在構(gòu)成逆變器電路的開關(guān)元件Qu、Qv、Qw、Qx、Qy和Qz的MOSFET的漏極源極間形成了的寄生二極管構(gòu)成的全波整流電路進行整流，供給電池Bat和連接到該電池上的負載(未圖示)。
如上所述，逆變器控制部D在發(fā)動機的起動時，為了使轉(zhuǎn)子RT在起動發(fā)動機的方向上旋轉(zhuǎn)，控制根據(jù)位置傳感器hu至hw的輸出而分別對構(gòu)成逆變器電路INV的開關(guān)元件Qu至Qw和Qx至Qz供給驅(qū)動信號Su至Sw和Sx至Sz的時序，但在發(fā)動機起動了后，在無電刷電機作為磁石式發(fā)電機工作時將逆變器電路INV控制成使該發(fā)電機的輸出電壓保持在適合于對電池Bat充電的范圍內(nèi)。如下述那樣進行該控制。即，在發(fā)電機的輸出電壓不到設(shè)定值時，將構(gòu)成逆變器電路INV的全部的MOSFET保持在關(guān)斷狀態(tài)，按原樣將發(fā)電機的整流輸出供給電池，在發(fā)電機的輸出電壓不到設(shè)定值時，例如同時使構(gòu)成逆變器電路的橋的下邊的3個MOSFET成為導通狀態(tài)，通過對發(fā)電機的輸出進行短路，使電池的充電停止。
將上述的無電刷電機的轉(zhuǎn)子RT直接結(jié)合到曲柄軸上，或經(jīng)一定的變速比的齒輪結(jié)合到曲柄軸上，以便在唯一決定轉(zhuǎn)子RT的旋轉(zhuǎn)角度位置與發(fā)動機的曲柄角位置的關(guān)系。在本實施例中，將轉(zhuǎn)子RT直接結(jié)合到未圖示的發(fā)動機的曲柄軸上。
在無電刷電機的轉(zhuǎn)子RT的偏轉(zhuǎn)線圈RY的外周上設(shè)置了磁阻(在偏轉(zhuǎn)線圈的圓周方向上延伸的圓弧狀的凸起)r，在轉(zhuǎn)子RT的附近配置了檢測該磁阻的旋轉(zhuǎn)方向的前端側(cè)和后端側(cè)的邊緣并發(fā)生脈沖信號的信號發(fā)生器SG。
信號發(fā)生器SG是具備具有與磁阻r對置的磁極部的鐵心、與該鐵心進行了磁結(jié)合的永久磁石和在該鐵心上卷繞了的拾取線圈PU的眾所周知的信號發(fā)生器，拾取線圈PU在磁阻r開始與信號發(fā)生器的鐵心的磁極部的對置時和結(jié)束對置時分別檢測在鐵心內(nèi)產(chǎn)生的磁通的變化，輸出極性不同的1對脈沖信號。在本實施例中，將該1對脈沖信號中先發(fā)生的脈沖信號Vp用作檢測與位置檢測裝置(位置傳感器hu至hw)發(fā)生的位置檢測信號Hu至Hw的各電平變化對應的曲柄角位置時的基準信號。
在圖1中表示了的例子中，無電刷電機的轉(zhuǎn)子RT具有1對(2極的)磁石磁場，在定子一側(cè)設(shè)置的3相的電樞線圈Lu至Lw分別由單一的線圈構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)成為1對極的結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，在3相的電樞線圈Lu至Lw中分別流過的電流的1個循環(huán)的區(qū)間是電氣角的360°的區(qū)間。在實際的無電刷電機中，為了減少コギング，采取n對極(n是大于等于1的整數(shù))的結(jié)構(gòu)。具有n對極的結(jié)構(gòu)的三相無電刷電機由具有2n極的磁石磁場的轉(zhuǎn)子和3m個(m是大于等于1的整數(shù))電樞線圈構(gòu)成。在n對極的無電刷電機中，按機械角為(360/n)°的區(qū)間相當于按電氣角為360°的區(qū)間。
在本實施例中實際地使用的無電刷電機RT如圖3中所示，具有6對極的結(jié)構(gòu)。在圖3中表示了的元電刷電機中，在轉(zhuǎn)子RT中構(gòu)成了12極的磁石磁場，定子鐵心SC具有18個極P1至P18。定子鐵心SC的圓周方向區(qū)域可分成分別具有60°的角度寬度(按電氣角為360°)的6個塊B1至B6。在6個塊中分別設(shè)置了3個極，在分別屬于這些塊的3個極上卷繞了線圈(Lu1，Lv1，Lw1)、(Lu2，Lv2，Lw2)、(Lu3，Lv3，Lw3)、(Lu4，Lv4，Lw4)、(Lu5，Lv5，Lw5)和(Lu6，Lv6，Lw6)。通過分別串聯(lián)地連接或并列地連接相同的相的線圈，構(gòu)成了三相的電樞線圈Lu至Lw。
在圖3中，bs是在轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)線圈RY的底壁部的中央形成的凸起部，在該凸起部中設(shè)置了的錐形孔h內(nèi)嵌合在未圖示的發(fā)動機的曲柄軸上設(shè)置了的錐形部。通過利用適當?shù)牟考τ谇S的錐形部夾緊凸起部bs，將轉(zhuǎn)子RT安裝到發(fā)動機的曲柄軸上。
在轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)線圈RY的外周上形成了磁阻r，在轉(zhuǎn)子RT的附近配置了具備檢測該磁阻的邊緣并發(fā)生脈沖信號的拾取線圈的信號發(fā)生器SG，將其固定在發(fā)動機的機殼上。在本發(fā)明中，將信號發(fā)生器SG的配置位置設(shè)定成在信號發(fā)生器SG中設(shè)置了的拾取線圈在發(fā)動機的起動時在從該發(fā)動機施加在無電刷電機的負載非常輕的區(qū)間即發(fā)動機的1個氣缸的膨脹行程的結(jié)束時期(其它的氣缸的吸氣行程的結(jié)束時期)內(nèi)檢測磁阻r的旋轉(zhuǎn)方向的前端側(cè)邊緣并發(fā)生脈沖信號Vp。
發(fā)動機控制裝置ECU是使用微計算機進行為了維持發(fā)動機的點火控制、燃料噴射控制等的發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)所必要的控制的裝置，在本實施例中，該控制裝置具備檢測與從位置檢測裝置輸出的位置檢測信號Hu至Hw顯示的各電平變化對應的發(fā)動機的曲柄角位置的曲柄角位置檢測單元SI。曲柄角位置檢測單元SI如后述那樣將拾取線圈PU輸出的脈沖信號Vp作為基準，檢測與位置檢測信號Hu至Hw顯示的各電平變化對應的曲柄角位置(各電平變化產(chǎn)生了時的曲柄角位置)。
圖4是在本實施例中將曲柄角θ取作橫軸表示了位置傳感器hu、hv和hw分別輸出的位置檢測信號Hu、Hv和Hw的波形、發(fā)動機的起動時的旋轉(zhuǎn)速度的變化以及拾取線圈PU輸出的脈沖信號的波形的圖。
將拾取線圈PU設(shè)置成在處于發(fā)動機的搖動曲柄(クランキング)負載(在發(fā)動機的搖動曲柄時從發(fā)動機施加在無電刷電機的負載)輕的狀態(tài)的曲柄角區(qū)間內(nèi)輸出脈沖信號Vp和Vp′。所謂處于發(fā)動機的搖動曲柄負載輕的狀態(tài)的曲柄角區(qū)間，例如由發(fā)動機的各氣缸進行的燃燒循環(huán)是膨脹行程、排氣行程或吸氣行程的各自的全部區(qū)間或壓縮行程的初始的區(qū)間。在本實施例中，將拾取線圈PU設(shè)置成在發(fā)動機的2個氣缸中的1個氣缸處于膨脹行程的結(jié)束時期、其它的氣缸處于吸氣行程的結(jié)束時期時輸出脈沖信號Vp和Vp′。
為了從拾取線圈PU發(fā)生大于等于閾值電平的大小的脈沖信號，發(fā)動機有必要以大于等于信號檢測下限速度的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。圖4(F)是表示了在利用無電刷電機BLM進行了發(fā)動機的搖動曲柄時發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度伴隨發(fā)動機的行程變化而變動的圖。在開始了發(fā)動機的起動后，在處于壓縮行程的氣缸中，在其活塞朝向上死點(TDC)位移的過程中，由于從發(fā)動機對無電刷電機BLM施加的負載變大，故發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度變低，但如果活塞超過上死點，迄今為止處于壓縮行程的氣缸進入膨脹行程，則由于對無電刷電機施加的負載減輕，故發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度急速地上升。
在本發(fā)明中，如圖4(F)中所示，以下述方式確定了無電刷電機BLM的規(guī)格，即，在發(fā)動機的任一個氣缸處于壓縮行程的期間內(nèi)，容許發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度不到信號檢測下限速度，但在該氣缸內(nèi)的活塞超過壓縮行程的上死點、進入了膨脹行程后，發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度可上升到比信號檢測下限速度充分地高的旋轉(zhuǎn)速度。即，在本發(fā)明中，可使用與將無電刷電機的規(guī)格確定為在發(fā)動機的任一個氣缸處于壓縮行程的期間內(nèi)都使發(fā)動機以大于等于信號檢測下限速度的速度旋轉(zhuǎn)的、現(xiàn)有的發(fā)動機系統(tǒng)相比小的小型的無電刷電機。
在本發(fā)明中，在發(fā)動機的起動時，由于將無電刷電機構(gòu)成為在使發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度超過信號檢測下限速度地上升的區(qū)域中拾取線圈PU發(fā)生脈沖信號Vp、Vp′，故控制裝置ECU內(nèi)的微計算機在起動發(fā)動機時能可靠地識別脈沖信號Vp、Vp′。
位置傳感器hu至hw由霍爾IC構(gòu)成，檢測轉(zhuǎn)子的磁極，如圖4(B)至(D)中所示，根據(jù)檢測了的磁極的極性而輸出表示不同的電平的矩形波狀的位置檢測信號Hu至Hw。在轉(zhuǎn)子RT分別在定子的6個塊B1的B6的區(qū)間(按電氣角為360°的區(qū)間)中旋轉(zhuǎn)的期間內(nèi)，以相同的圖案發(fā)生這些位置檢測信號。
從位置檢測信號Hu至Hw可檢測在按電氣角為360°的區(qū)間內(nèi)的曲柄角位置。例如，如果由將位置檢測信號的某一個顯示了電平變化緊后的位置檢測信號Hu、Hv和Hw的狀態(tài)用0和1表示，則可將位置檢測信號顯示變化的位置表示為(101)、(100)、(110)、(010)、(011)、(001)，這些位置是分別從各塊的開始位置起為0°、10°、20°、30°、40°和50°的位置。因而，通過識別某個位置檢測信號顯示了電平變化緊后的3個位置檢測信號的狀態(tài)，可按10°的刻度檢測該電平變化產(chǎn)生了的位置是偏離各塊的開始位置幾度的位置。
但是，只用位置檢測信號Hu、Hv和Hw不能檢測從這些信號檢測的曲柄角位置是屬于定子鐵心的哪個塊的位置。為了使無電刷電機旋轉(zhuǎn)，能檢測按電氣角為360°的區(qū)間的曲柄角位置即可，但為了檢測發(fā)動機的點火時期、燃料噴射時期，有必要檢測位置檢測信號Hu至Hw的電平變化的位置是處于哪個塊之中。
為此，在本發(fā)明中，設(shè)置了將拾取線圈PU輸出的脈沖信號用作基準、檢測與位置檢測信號顯示的各電平變化對應的曲柄角位置的曲柄角位置檢測單元SI。由于預先知道了拾取線圈發(fā)生脈沖信號Vp的曲柄角位置是屬于定子鐵心的哪個塊的曲柄角位置，故通過將脈沖信號Vp用作基準，可檢測從位置傳感器得到的一系列的位置檢測信號顯示電平變化的位置是屬于定子鐵心的哪個塊的曲柄角位置。例如，在圖示的例子中，由于在塊B4中發(fā)生脈沖信號Vp，故可知脈沖信號Vp發(fā)生緊后位置檢測信號Hw顯示了電平變化的(010)的位置是屬于塊B4的位置、即，從塊B4的起點起偏離了30°的曲柄角位置。這樣，如果能一度識別位置檢測信號顯示電平變化的位置是屬于哪個塊的曲柄角位置，則以后可自動地識別位置檢測信號的電平變化與曲柄角位置的關(guān)系。
如圖4(A)中所示，在與脈沖信號Vp發(fā)生的同時或發(fā)生緊后，在某個位置檢測信號(在圖示的例子中，位置檢測信號Hu)顯示了電平變化時，在計數(shù)器中設(shè)定初始值(在圖示的例子中是1)，以后每當某個位置檢測信號顯示電平變化時將計數(shù)器的計數(shù)值加1，每當曲柄軸旋轉(zhuǎn)10°時更新計數(shù)器的計數(shù)值，在曲柄軸旋轉(zhuǎn)2次從而計數(shù)器的計數(shù)值成為最大值(在圖示的例子中是72)之前的期間，每當位置檢測信號顯示電平變化時將計數(shù)器的計數(shù)值加1。在計數(shù)器的計數(shù)值達到了最大值后位置檢測信號顯示了電平變化時，使計數(shù)器的計數(shù)值返回到初始值，以后重復該過程。通過進行這樣的工作，可按10°的刻度檢測在發(fā)動機的各氣缸中進行1個燃燒循環(huán)的720°的區(qū)間中的曲柄角位置。在圖示的例子中，在這樣地從位置檢測信號的電平變化檢測了曲柄角位置的情況下，計數(shù)器的計數(shù)值成為58的曲柄角位置成為在發(fā)動機的一個氣缸中活塞到達壓縮行程的上死點的位置(在其它的氣缸中活塞到達排氣行程的上死點的位置)。
發(fā)動機控制裝置ECU利用曲柄角位置檢測單元SI從識別了與發(fā)動機的曲柄角位置的關(guān)系的位置檢測信號的電平變化得到發(fā)動機的曲柄角信息，進行包含發(fā)動機的點火時期的控制的各種控制。
在圖示的例子中，為了控制發(fā)動機的點火時期，在ECU中設(shè)置了點火時期控制部C1和點火電路IG。點火時期控制部C1具備從位置檢測信號顯示電平變化的周期來運算發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度運算單元、和在發(fā)動機的起動完成了時通過對于利用該旋轉(zhuǎn)速度運算單元運算了的旋轉(zhuǎn)速度檢索映射圖進行必要的內(nèi)插運算來運算發(fā)動機的點火時期的點火時期運算單元，將與和發(fā)動機的活塞到達上死點的位置(TDC)相當?shù)那俏恢?被附以第58號的編號位置)相比超前了一定角度相位的位置、例如被附以第55號編號的曲柄角位置作為基準曲柄角位置，在該基準曲柄角位置開始所運算的點火時期的檢測，在結(jié)束了所運算的點火時期的檢測時對點火電路IG供給點火信號Si。
點火電路IG是具備點火線圈和在供給了點火信號時控制點火線圈的一次電流以使點火線圈的一次電流產(chǎn)生急劇的變化的一次電流控制電路的眾所周知的電路，在供給了點火信號Si時，通過使點火線圈的一次電流產(chǎn)生急劇的變化，在點火線圈的二次線圈中感應出點火用的高電壓。由于該點火用高電壓施加到在處于發(fā)動機的點火時期的氣缸中安裝了的點火火花塞上，故在該點火火花塞中產(chǎn)生火花放電，使發(fā)動機點火。
在ECU中還設(shè)置了燃料噴射控制部C2、燃料噴射裝置INJ。燃料噴射裝置INJ由響應于噴射指令信號Sj而打開閥將燃料噴射到發(fā)動機的吸氣管內(nèi)、氣缸內(nèi)等的噴射器(電磁式燃料噴射閥)、和對噴射器供給燃料的燃料泵構(gòu)成。為了使從燃料泵對噴射器供給的燃料的壓力保持為恒定，利用從噴射器進行燃料的噴射的時間(噴射時間)來管理燃料的噴射量。
燃料噴射控制部C2是具備下述部分的眾所周知的控制部，這些部分是例如對于從發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度和節(jié)氣門開度推測了(或從發(fā)動機的吸氣管內(nèi)壓力和旋轉(zhuǎn)速度推測了)的發(fā)動機的吸入空氣量，將供給為了將混合氣體的空燃比保持于適當?shù)姆秶鷥?nèi)所必要的燃料的噴射量的噴射時間作為基本燃料噴射時間而運算的基本噴射時間運算單元；對于發(fā)動機的溫度、大氣壓等的控制條件而校正基本燃料噴射時間來運算實際的噴射時間的噴射時間校正單元；以及輸出具有相當于對噴射時間運算單元運算了的噴射時間加上了無效噴射時間的時間的信號寬度的矩形波狀的噴射指令信號Sj的噴射指令信號輸出單元。
通過使在ECU內(nèi)設(shè)置了的未圖示的微計算機執(zhí)行既定的程序來實現(xiàn)用于構(gòu)成曲柄角位置檢測單元SI、點火時期控制部C1和燃料噴射控制部C2的各單元。再有，可利用與ECU內(nèi)的微計算機獨立的微計算機來實現(xiàn)用于構(gòu)成圖1中表示了的逆變器控制部D的單元，也可利用ECU內(nèi)的微計算機來實現(xiàn)。在本實施例中，利用ECU內(nèi)的微計算機來構(gòu)成逆變器控制部D。
在本實施例中，利用點火時期控制部C1、燃料噴射控制部C2從由曲柄角位置檢測單元SI檢測了對應的曲柄角位置的位置檢測信號的電平變化得到發(fā)動機的曲柄角信息，構(gòu)成了進行點火時間的控制和燃料噴射的控制的控制部。
在圖5中表示了在本實施例中為了構(gòu)成曲柄角位置檢測單元SI、點火時期控制部C1、燃料噴射控制部C2和逆變器控制部D而使ECU內(nèi)的微計算機執(zhí)行的處理的算法的一例。在該例中，假定在發(fā)動機的起動時在作為極低速時的點火位置合適的曲柄角位置、例如在圖4中被附以58的數(shù)字的曲柄角位置上進行點火工作、在適合開始燃料噴射的一定的曲柄角位置上使燃料噴射開始。
圖5中表示了的處理是每當構(gòu)成位置傳感器的霍爾IC輸出的位置檢測信號顯示電平變化時執(zhí)行的中斷處理。如果開始圖5中表示了的處理，則首先在步驟S101中判定曲柄角位置的檢測是否結(jié)束了。由于最初曲柄角位置的檢測未結(jié)束，故前進到步驟S102，判定是否有來自拾取線圈的脈沖信號的輸入。其結(jié)果，在沒有脈沖信號的輸入的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟S114，根據(jù)位置傳感器的輸出判斷無電刷電機的通電圖案，按照判斷了的通電圖案對逆變器電路INV的開關(guān)元件供給驅(qū)動信號以便在無電刷電機中流過驅(qū)動電流，然后返回到主程序。
在微計算機執(zhí)行的主程序中，進行從位置傳感器輸出的位置檢測信號的發(fā)生周期來運算發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度的處理、對于所運算的旋轉(zhuǎn)速度運算點火時期的處理、運算燃料噴射時間的處理等。
在圖5的步驟S102中，在判定了有來自拾取線圈的脈沖信號Vp的輸入時，前進到步驟S103，確定此時的曲柄角位置，在步驟S104中對計數(shù)器設(shè)置初始值(在圖4中表示的例子中，是1)。接著，在步驟S105中設(shè)置曲柄角位置檢測結(jié)束標志，前進到步驟S114。
在圖5的步驟S101中判作為曲柄角位置的檢測結(jié)束了(設(shè)置了曲柄角位置檢測標志)時，前進到步驟S106，從位置傳感器輸出的位置檢測信號的圖案判定發(fā)動機是正旋轉(zhuǎn)還是反旋轉(zhuǎn)，在正旋轉(zhuǎn)了時，前進到步驟S107，使計數(shù)器的計數(shù)值增加1。此外，在步驟S106中判作為反旋轉(zhuǎn)了時，前進到步驟S108，使計數(shù)器的計數(shù)值減少1。
接著，前進到步驟S109，根據(jù)由主程序運算了的旋轉(zhuǎn)速度判定發(fā)動機是否以低速(起動結(jié)束之前的速度)旋轉(zhuǎn)了，在判作為以低速旋轉(zhuǎn)了時，前進到步驟S110。在步驟S110中判定進行了這次的中斷處理的時刻是否是作為起動時的點火時期所確定的時刻(在現(xiàn)在的例子中，是否是在圖4中被附以58的編號的位置)，在判作為是起動時的點火時期時，在步驟S111中對點火電路供給點火信號Si。在步驟S110中判作為這次的中斷時刻不是作為點火時期所確定的時刻時和在步驟S111中對點火電路供給點火信號Si的處理結(jié)束了時，接著執(zhí)行步驟S112。
在步驟S112中，判定這次的中斷時刻是否是開始燃料噴射的時刻，其結(jié)果，在判作為是開始燃料噴射的時刻時，前進到步驟S113，進行對燃料噴射裝置供給噴射指令信號的處理。在步驟S112中判作為這次的中斷時刻不是開始燃料噴射的時刻時和在步驟S113中進行的用于發(fā)生噴射指令信號的處理結(jié)束了時，轉(zhuǎn)移到步驟S114，進行用于驅(qū)動無電刷電機的控制。
在圖5中表示了的算法的情況下，利用步驟S101至S108構(gòu)成曲柄角位置檢測單元。此外，利用步驟S110至S111在構(gòu)成點火時期控制部C1之內(nèi)構(gòu)成控制發(fā)動機的起動時的點火時期的單元，利用步驟S112至S113在構(gòu)成燃料噴射控制部C2的單元內(nèi)構(gòu)成控制發(fā)動機的起動時的燃料噴射的單元。
在本發(fā)明中，由于使用在任一個氣缸處于壓縮行程時容許發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度低于信號檢測下限速度的小型的電機作為無電刷電機，故在因發(fā)動機的潤滑油的粘性的增大等而使發(fā)動機起動所必要的轉(zhuǎn)矩變大了的情況下，會考慮到在起動時在壓縮行程中發(fā)動機變?yōu)榧磳⒁Ｖ沟臓顟B(tài)，但由于在無電刷電機中設(shè)置了的位置傳感器即使在轉(zhuǎn)子停止了的狀態(tài)下也發(fā)生位置檢測信號，故即使在發(fā)動機成為停止了的狀態(tài)或即將要停止的狀態(tài)的情況下，為了使無電刷電機在使發(fā)動機起動的方向上旋轉(zhuǎn)，在無電刷電機中也繼續(xù)流過驅(qū)動電流。即使在起動時在壓縮行程中發(fā)動機成為停止狀態(tài)或即將要停止的狀態(tài)的情況下，在無電刷電機的驅(qū)動電流不超過限制值的范圍內(nèi)，通過繼續(xù)驅(qū)動該無電刷電機，由于可使活塞朝向上死點慢慢地位移，故在活塞超過上死點之前可繼續(xù)發(fā)動機的起動工作。如果活塞超過上死點，則由于與無電刷電機的負載急劇地減輕，故可一下子加速無電刷電機，在其間檢測與位置檢測信號顯示電平變化的位置對應的曲柄角位置，從位置檢測信號可得到發(fā)動機的曲柄角位置信息。
在上述的實施例中，發(fā)動機作為2氣缸4沖程發(fā)動機，但即使在使用單氣缸2沖程發(fā)動機的情況下，本發(fā)明也是有效的。
在上述的說明中，將發(fā)動機的起動時作為問題，但按照本發(fā)明，即使在發(fā)動機起動了后，在發(fā)動機的負載顯著地加重、發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度下降到不到信號檢測下限速度的情況下，由于也可取得曲柄角位置的信息，故能可靠地進行發(fā)動機的點火時期的控制、燃料噴射控制，可防止發(fā)動機熄火。
此外，如果象本發(fā)明那樣從由無電刷電機中設(shè)置了的位置檢測裝置得到的位置檢測信號顯示的各電平變化得到曲柄角位置信息，則與只從拾取線圈得到曲柄角位置信息的情況相比，由于可較細地(在上述的例子中，按10°的刻度)得到曲柄角位置信息，故在檢測開始特定的控制的曲柄角位置(例如，開始燃料噴射的位置)時，沒有必要在拾取線圈發(fā)生了特定的脈沖信號時起動定時器以進行用于檢測開始控制的曲柄角位置的計時工作等的麻煩的處理，可使控制變得簡單。
在上述的實施例中，使用了三相無電刷電機作為無電刷電機，但即使在使用三相以外的多相的無電刷電機的情況下，也可適用本發(fā)明。
在上述的實施例中，在ECU中設(shè)置了燃料噴射控制部，但即使在將控制的對象作為不使用燃料噴射控制部的發(fā)動機的情況下，當然也可適用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機控制裝置，該發(fā)動機控制裝置具備進行包含將無電刷電機用作起動電機的發(fā)動機的點火時期的控制在內(nèi)的各種控制的控制部，其中上述無電刷電機具有具有多相的電樞線圈的定子；具有2n極的磁石磁場的轉(zhuǎn)子；每當上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定角度時輸出表示電平變化的矩形波狀的位置檢測信號的位置檢測裝置；以及為了使上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而用根據(jù)上述位置檢測信號決定了的通電圖案來使驅(qū)動電流流過上述多相的電樞線圈的電機驅(qū)動部，其中n是大于等于1的整數(shù)，其特征在于具備在上述發(fā)動機的一定的曲柄角位置檢測磁通的變化并輸出脈沖信號的拾取線圈、和將上述拾取線圈所輸出的脈沖信號作為基準來檢測與上述位置檢測信號所表示的各電平變化對應的上述發(fā)動機的曲柄角位置的曲柄角位置檢測單元，將上述轉(zhuǎn)子結(jié)合到上述曲柄軸上，以便在唯一決定上述無電刷電機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度位置與上述發(fā)動機的曲柄角位置的關(guān)系，將上述拾取線圈設(shè)置成在上述發(fā)動機的搖動曲柄時在施加在上述無電刷電機的負載輕的曲柄角區(qū)間內(nèi)輸出上述脈沖信號，將上述無電刷電機構(gòu)成為在上述發(fā)動機的搖動曲柄時以將上述拾取線圈所生成的上述脈沖信號的大小做成大于等于閾值電平時所需的旋轉(zhuǎn)速度來生成使上述發(fā)動機旋轉(zhuǎn)時所需的輸出轉(zhuǎn)矩，將上述控制部構(gòu)成為從利用上述曲柄角位置檢測單元檢測了對應的曲柄角位置的上述位置檢測信號的電平變化得到上述發(fā)動機的曲柄角信息從而進行上述各種控制。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機控制裝置，其特征在于上述位置檢測裝置具備在對于上述定子的各相的電樞線圈設(shè)定了的檢測位置上檢測上述轉(zhuǎn)子的磁極并在每當檢測了的磁極的極性轉(zhuǎn)換時將表示電平變化的信號作為上述位置檢測信號輸出的位置傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機控制裝置，其特征在于上述發(fā)動機是單氣缸的2沖程發(fā)動機。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機控制裝置，其特征在于上述發(fā)動機是處于用2個氣缸進行的行程偏離了360°的關(guān)系的2氣缸的4沖程發(fā)動機。
全文摘要
本發(fā)明的發(fā)動機控制裝置控制將無電刷電機用作起動電機的發(fā)動機，該發(fā)動機控制裝置具備在發(fā)動機的搖動曲柄時在施加在無電刷電機的負載輕的曲柄角區(qū)間內(nèi)設(shè)定了的曲柄角位置上輸出脈沖信號的拾取線圈，將拾取線圈輸出的脈沖信號作為基準，來確定與在無電刷電機內(nèi)檢測了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度位置的位置傳感器所輸出的位置檢測信號的電平變化的位置對應的發(fā)動機的曲柄角位置，從位置檢測信號的電平變化得到發(fā)動機的曲柄角信息來控制發(fā)動機的點火時期等。
文檔編號F02N11/00GK101063436SQ20071010230
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月27日
發(fā)明者島崎充由, 岸端一芳, 木下智弘 申請人:國產(chǎn)電機株式會社