УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЗАЖИГАНИЕМ ДВИГАТЕЛЯ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
CONTROL DEVICE AND METHOD OF IGNITION OF GENERAL-PURPOSE ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству и способу управления зажиганием двигателя внутреннего сгорания общего назначения.
Уровень техники
Многие четырехтактные двигатели внутреннего сгорания общего назначения (с тактами впуска, сжатия, расширения и выхлопа) для упрощения конструкции выполнены так, что выдают сигналы зажигания не только в такте сжатия, но также и в такте выхлопа, и по этим сигналам осуществляется зажигание. Зажигание по сигналу зажигания, выданному в такте сжатия, называется "нормальным зажиганием", поскольку осуществляется в соответствии с рабочим циклом сжигания горючей смеси, в то время как зажигание по сигналу зажигания, выданному в такте выхлопа, это "ненужное зажигание", поскольку этого зажигания не требуется и сжигания горючей смеси не происходит.
Такое исполнение имеет тот недостаток, что сокращает срок службы свечи зажигания двигателя из-за выполнения ненужного зажигания. Этот недостаток вызван генерированием двух сигналов зажигания за один оборот коленчатого вала, поэтому двигатель может быть выполнен так, чтобы вырабатывать только сигнал зажигания, приводящий к нормальному зажиганию, посредством размещения ротора магнитного датчика и импульсного генератора на распределительном валу, полуоборот которого соответствует одному обороту коленчатого вала.
Далее, в японском патенте №3582800 предложена методика использования второго импульсного сигнала, выдаваемого на каждый кратный единичному угол поворота коленчатого вала в дополнение к импульсному сигналу, выдаваемому на каждый его оборот, для того чтобы определять, является ли импульсный сигнал, снимаемый на каждом обороте, сигналом, выданным в такте сжатия, или сигналом, выданным в такте выхлопа, и осуществлять зажигание по импульсному сигналу, выданному в такте сжатия.
Раскрытие изобретения
Однако вышеописанная методика, во-первых, приводит к увеличению размеров и сложности узла распределительного вала и, во-вторых, требует наличия двух пар выступов и электромагнитных катушек для генерирования импульсов; и то и другое не подходит для двигателя общего назначения, который должен быть компактным и простым.
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы преодолеть означенную проблему, предложив устройство и способ управления зажиганием для двигателя общего назначения, которые способны увеличить срок службы свечи зажигания в двигателе простой и компактной конструкции.
Для решения вышеуказанной задачи настоящее изобретение в первом аспекте предлагает устройство для управления зажиганием двигателя внутреннего сгорания общего назначения, выдающего сигнал зажигания в такте сжатия и в такте выхлопа четырехтактного цикла, включающее датчик скорости двигателя для измерения скорости двигателя; вычислитель средней скорости двигателя для вычисления средней скорости двигателя за заранее заданный промежуток времени на основе измеренной скорости двигателя; отсекатель зажигания для отсечки одного из зажиганий, которые должны осуществляться по двум выданным сигналам зажигания; датчик скорости двигателя после отсечки зажигания для измерения скорости двигателя после отсечки зажигания после того, как зажигание было отсечено; дискриминатор сигналов зажигания для определения, был ли каждый из двух сигналов зажигания выдан в такте сжатия или в такте выхлопа, на основе вычисленной средней скорости двигателя и скорости двигателя после отсечки зажигания; контроллер зажигания для управления зажиганием по сигналу зажигания, определенному как тот из двух сигналов зажигания, который был выдан в такте сжатия.
Для решения вышеуказанной задачи настоящее изобретение во втором аспекте предлагает способ управления зажиганием двигателя внутреннего сгорания общего назначения, выдающего сигнал зажигания в такте сжатия и в такте выхлопа четырехтактного цикла, включающий следующие шаги: измерение скорости двигателя; вычисление средней скорости двигателя за заранее заданный промежуток времени на основе измеренной скорости двигателя; отсечка одного из зажиганий, которые должны осуществляться по двум выданным сигналам зажигания; измерение скорости двигателя после отсечки зажигания после того, как зажигание было отсечено; определение, был ли каждый из двух сигналов зажигания выдан в такте сжатия или в такте выхлопа, на основе вычисленной средней скорости двигателя и скорости двигателя после отсечки зажигания; управление зажиганием по сигналу зажигания, определенному как тот из двух сигналов зажигания, который был выдан в такте сжатия.
Краткое описание чертежей
Вышеуказанные и иные задачи и преимущества настоящего изобретения станут яснее из нижеследующего описания и чертежей.
ФИГ.1 схематически представляет общий вид устройства управления зажиганием для двигателя общего назначения в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
ФИГ.2 представляет блок-схему процесса работы устройства, т.е. способ управления зажиганием в устройстве, показанном на ФИГ.1;
ФИГ.3 представляет блок-схему подпрограммы процесса дискриминации сигналов зажигания в блок-схеме, приведенной на ФИГ. 2, и
ФИГ.4А и 4В представляют набор графиков для объяснения процесса дискриминации сигналов зажигания, представленного на ФИГ. 3.
Осуществление изобретения
Ниже устройство и способ управления зажиганием для двигателя внутреннего сгорания общего назначения согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения объясняются со ссылкой на прилагаемые чертежи.
ФИГ. 1 схематически представляет общий вид устройства управления зажиганием для двигателя общего назначения в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Позицией 10 на ФИГ. 1 обозначен двигатель внутреннего сгорания общего назначения (далее называемый просто "двигатель"). Двигатель 10 - это четырехтактный одноцилиндровый бензиновый двигатель с воздушным охлаждением и верхним расположением клапанов; его рабочий объем составляет, например, 440 куб. см.
Двигатель 10 имеет блок цилиндров 12 и оснащен цилиндром, включающим поршень 14, который может совершать в цилиндре возвратно-поступательное движение. Головка 16 цилиндра, закрепленная в верхней части блока цилиндров 12, имеет камеру сгорания 18, ограниченную верхом поршня 14, а также впускное отверстие 20 и выпускное отверстие 22, соединенные с камерой сгорания 18. Впускной клапан 24 и выпускной клапан 26 установлены вблизи впускного отверстия 20 и выпускного отверстиям 22 соответственно.
Картер 30 прикреплен ко дну блока цилиндров 12 и в нем помещается коленчатый вал 32, который может вращаться в картере. Коленчатый вал 32 соединяется с низом поршня 14 шатуном 34. Один конец коленчатого вала 32 соединяется с нагрузкой 36, таким образом двигатель 10 отдает мощность на нагрузку 36.
К другому концу коленчатого вала 32 подсоединяются маховик 38, охлаждающий вентилятор 40 и ручной стартер 42, используемый для запуска двигателя. Силовая обмотка (обмотка генератора) 44 прикреплена к картеру 30 внутри маховика 38, а на задней поверхности маховика 38 закреплены магниты (элементы постоянного магнита) 46. Силовая обмотка 44 и магниты 46 образуют многополюсный генератор, вырабатывающий электроэнергию синхронно с вращением коленчатого вала 32.
Катушка возбуждения 48 прикреплена к картеру 30 снаружи маховика 38, а на верхней поверхности маховика 38 закреплены магниты (элементы постоянного магнита) 50. Катушка возбуждения 48 выдает выходной сигнал при каждом прохождении магнита 50.
Распределительный вал 52 размещен с возможностью вращения в картере 30 параллельно оси коленчатого вала 32 и соединен шестеренчатым механизмом 54 с коленчатым валом 32, чтобы приводиться от него. Распределительный вал 52 оснащен впускным кулачком 52а и выпускным кулачком 52b для управления соответственно впускным клапаном 24 и выпускным клапаном 26 с помощью толкателей (не показаны) и рычагов коромысла 56, 58.
Карбюратор 60 соединяется с впускным отверстием 20. Карбюратор 60 в составе единого блока включает впускной воздухопровод 62, кожух приводов 64 и узел карбюратора 66. Впускной воздухопровод 62 снабжен дроссельной заслонкой 68 и воздушной заслонкой 70.
В кожухе приводов 64 размещены электропривод 72 дроссельной заслонки для управления дроссельной заслонкой 68 и электропривод 74 воздушной заслонки для управления воздушной заслонкой 70. Приводы 72, 74 дроссельной и воздушной заслонок включают шаговые двигатели.
Горючее подается в узел карбюратора 66 из бака горючего (не показан) для образования горючей смеси посредством впрыска горючего в количестве, определяемом открытием дроссельной заслонки 68 и воздушной заслонки 70, для его смешения с впускаемым воздухом, проходящим по впускному воздухопроводу 62.
Образованная горючая смесь проходит через впускное отверстие 20 и впускной клапан 24, всасывается в камеру сгорания 18 и воспламеняется для сжигания узлом зажигания, в состав которого входят свеча, катушка зажигания и т.д. Образующиеся в результате горения газы (выхлопные газы) выбрасываются из двигателя 10 через выпускной клапан 26, выпускное отверстие 22, глушитель (не показан) и т.д.
Датчик 76 открытия дросселя, смонтированный вблизи дроссельной заслонки 68, выдает выходной сигнал, соответствующий открытию дроссельной заслонки 68. Температурный датчик 78, включающий термистор и т.д., смонтирован в надлежащем месте блока цилиндров 12 и выдает выходной сигнал, соответствующий температуре двигателя 10.
Выходные сигналы датчика 76 открытия дросселя и температурного датчика 78, а также выходные сигналы с силовой обмотки 44 и катушки возбуждения 48 подаются в электронный блок управления (electronic control unit, ECU - электронный блок управления, ЭБУ) 84. ЭБУ 84 включает микрокомпьютер, содержащий ЦП, оперативную память, ЗУ, цепи ввода/вывода и т.д.
Выходной сигнал (переменный ток) силовой обмотки 44 подается на мостовую схему (не показана) в ЭБУ 84, где переменный ток, пройдя двухполупериодное выпрямление, преобразуется в постоянный ток для подачи в качестве управляющего сигнала на ЭБУ 84, привод 72 дроссельной заслонки и т.п., а также подается на схему генерации импульсов (не показана), где преобразуется в импульсный сигнал. Выходной сигнал катушки возбуждения 48 используется в качестве сигнала зажигания для узла зажигания. Конкретно, сигнал зажигания выдается катушкой возбуждения 48 на каждый оборот коленчатого вала 32.
ЦП в ЭБУ 84 определяет скорость двигателя на основе преобразованного импульсного сигнала и управляет работой привода 72 дроссельной заслонки и привода 74 воздушной заслонки на основе замеренной скорости двигателя и выходных сигналов датчика 76 открытия дросселя и температурного датчика 78, управляя в то же время зажиганием через блок зажигания.
Объяснение управления зажиганием будет изложено подробно.
ФИГ.2 представляет блок-схему процесса работы, именно процесса работы устройства управления зажиганием согласно данному варианту осуществления изобретения. Показанная программа выполняется после включения ЭБУ 84.
В блоке S10 осуществляется процесс дискриминации сигналов зажигания.
ФИГ.3 представляет блок-схему подпрограммы этого процесса.
В блоке S100 определяется, превышает ли замеренная скорость NE двигателя устойчивые обороты. Устойчивые обороты - это величина, позволяющая определить окончание запуска двигателя ручным стартером 42, например 800 об/мин. Если определено, что скорость двигателя достигла устойчивых оборотов, программа переходит к блоку S102.
В блоке S102 определяется, работает ли двигатель 10 на холостом ходу, т.е. является ли скорость NE двигателя скоростью холостого хода, лежащей в пределах от 1400 об/мин до 1600 об/мин. Если определено, что двигатель 10 работает на холостом ходу программа переходит к блоку S104.
В блоке S104 проводится вычисление средней скорости NEave двигателя (среднего значения скорости двигателя). Конкретно, среднюю скорость NEave двигателя получают, запоминая в ЗУ замеренные скорости NE двигателя за заранее заданный промежуток времени (например, за 1 секунду) и вычисляя простое среднее ряда значений скорости NE двигателя.
Программа переходит к блоку S106, в котором вычисленная средняя скорость NEave двигателя запоминается в ЗУ.
Далее, в блоке S108 осуществляется отсечка зажигания. Сигнал зажигания выдается на каждый оборот коленчатого вала, таким образом, попеременно выдаются сигналы зажигания такта сжатия и такта выхлопа. На данном шаге невозможно определить, в каком такте был выдан сигнал зажигания, поэтому зажигание по каждому из двух сигналов зажигания отсекается (блокируется) только один раз. ЭБУ 84 осуществляет эту отсечку зажигания посредством невыдачи команды зажигания на катушку зажигания для одного из двух поступивших сигналов зажигания.
Следует отметить, что отсечку зажигания можно осуществлять не только однократно, но и повторно, т.е. дважды.
Затем программа переходит к блоку S110, в котором определяется скорость двигателя после отсечки зажигания (скорость двигателя после отсечки зажигания Nemf). Скорость двигателя после отсечки зажигания NEmf - это величина, замеряемая по истечении некоторого периода времени (установленного на основе средней скорости NEave двигателя) после отсечки зажигания.
Далее, в блоке S112 вычисляется перепад ΔNE изменений скорости двигателя, представляющий изменение скорости двигателя до и после отсечки зажигания. Перепад ΔNE получают вычитанием скорости двигателя после отсечки зажигания NEmf из средней скорости NEave двигателя.
Затем, в блоке S114 и далее, посредством сравнения перепада ΔNE с заранее заданной величиной осуществляется процесс дискриминации сигналов зажигания.
ФИГ.4А и 4В представляют набор графиков для объяснения этого процесса.
ФИГ.4А - это графики для объяснения условий холостого хода после запуска двигателя 10. Нормальное зажигание в конце такта сжатия и ненужное зажигание в конце такта выхлопа осуществляются на основе форм волны напряжения сигнала катушки возбуждения 48, выдаваемого на каждый оборот коленчатого вала 32.
ФИГ.4В - это графики для объяснения изменения скорости в случае, когда осуществляется отсечка зажигания. Как показано на ФИГ.4В, когда зажигание отсекается на основе формы волны напряжения, генерируемого в такте выхлопа, скорость двигателя после отсечки зажигания не очень сильно изменяется или колеблется, тогда как в случае, когда зажигание отсекается на основе формы волны напряжения, генерируемого в такте сжатия, скорость двигателя после отсечки зажигания очень значительно изменяется или колеблется.
Таким образом, опираясь на изменение скорости двигателя, можно различить сигналы зажигания.
Соответственно, заранее заданная величина в блоке S114 устанавливается на надлежащее значение, позволяющее определить, очень значительно изменяется скорость двигателя или нет.
Возвращаемся к объяснению ФИГ.3. Когда перепад ΔNE превышает заранее заданную величину (т.е. результат, полученный в блоке S114, утвердительный), делается вывод, что было отсечено зажигание по сигналу зажигания, выданному в такте сжатия, и в блоке S116 определяется, что этот сигнал, связанный с отсечкой зажигания, относится к нормальному зажиганию.
С другой стороны, когда перепад ΔNE не превышает заранее заданную величину (т.е. результат, полученный в блоке S114, отрицательный), делается вывод, что было отсечено зажигание по сигналу зажигания, выданному в такте выхлопа, и в блоке S118 определяется, что этот сигнал относится к ненужному зажиганию.
Программа затем переходит к блоку S120, в котором определяется, должна ли быть повторена процедура блоков S102-S118. Процедура блоков S102-S118 повторяется для увеличения точности дискриминации сигналов зажигания, и результат блока S120 в первом цикле программы устанавливается на возврат к блоку S102.
При повторении процедуры блоков S102-S118 отсечка зажигания осуществляется не по любым сигналам зажигания, но лишь по сигналам зажигания, аналогичным связанному с отсечкой зажигания в блоке S108 предшествующего цикла программы. Конкретно, в случае, когда отсечка зажигания перед этим осуществлялась в ответ на сигнал зажигания, связанный с нормальным зажиганием, в данном цикле программы вновь отсекается зажигание по сигналу зажигания, аналогично связанному с нормальным зажиганием. Подобно этому, в случае, когда отсечка зажигания перед этим осуществлялась в ответ на сигнал зажигания, связанный с ненужным зажиганием, в данном цикле программы вновь отсекается зажигание по сигналу зажигания, аналогично связанному с ненужным зажиганием.
Вывод в блоке S120 относительно того, должна ли быть повторена вышеописанная процедура, в последующих циклах программы делается на основании проверки существенного совпадения результатов, полученных повторением процедуры блоков S102-S118, в которых проводилась дискриминация сигналов зажигания. Когда несколько таких результатов существенно не совпадают, ответ, получаемый в блоке S120, становится утвердительным, и программа возвращается к блоку S102. В противном случае, когда результаты существенно совпадают, выполнение подпрограммы по этой блок-схеме заканчивается.
Краткое объяснение ФИГ. 2. Программа переходит к блоку S12, в котором осуществляется управление зажиганием. Конкретно, управление осуществляется выбором из двух сигналов зажигания, выдаваемых на каждый оборот коленчатого вала, сигнала зажигания, определенного как выданный в такте сжатия, т.е. связанного с нормальным зажиганием, и передачей по этому выбранному сигналу команды зажигания на катушку зажигания.
Выдается ли сигнал зажигания в такте сжатия или в такте выхлопа, определяется, как указано выше, сравнением средней скорости NEave двигателя за заранее заданный промежуток времени и скорости двигателя после отсечки зажигания NEmf, замеренной после того, как зажигание было отсечено, и управление зажиганием осуществляется по тому из двух сигналов зажигания, который был выдан в такте сжатия. Другими словами, дискриминация сигналов зажигания, выдаваемых на каждый оборот коленчатого вала, в отношении того, был ли данный сигнал зажигания выдан в такте сжатия или в такте выхлопа, производится без добавления новой механической конструкции и так, что управление зажиганием осуществляется по сигналу зажигания, выданному в такте сжатия. Следовательно, становится возможным увеличить срок службы свечи зажигания, сделав в то же время конструкцию устройства простой и компактной.
Далее, перепад ΔNE изменений скорости, вычисляемый как разность скорости двигателя после отсечки зажигания NEmf (замеренной после того, как зажигание было отсечено) и средней скорости NEave двигателя, сравнивается с заранее заданной величиной, и сигнал зажигания определяется как выданный в такте сжатия, когда перепад ΔNE превышает заранее заданную величину; когда же перепад ΔNE не превышает заранее заданную величину, сигнал зажигания определяется как выданный в такте выхлопа. Таким образом, становится возможным точно и просто различить сигналы зажигания посредством сравнения.
Далее, так как это сравнение, проводимое для того чтобы определить, был ли данный сигнал зажигания выдан в такте сжатия или в такте выхлопа, повторяется многократно, становится возможным различить сигналы зажигания более точно.
Как указано выше, данный вариант осуществления настоящего изобретения предлагает устройство и способ управления зажиганием двигателя 10 внутреннего сгорания общего назначения, выдающего сигнал зажигания в такте сжатия и в такте выхлопа четырехтактного цикла, отличающиеся тем, что датчик 44, ЭБУ 84, S10, S100 скорости двигателя замеряет скорость NE двигателя; вычислитель ЭБУ 84, S10, S104 средней скорости двигателя вычисляет среднюю скорость NEave двигателя за заранее заданный промежуток времени на основе замеренной скорости двигателя; отсекатель зажигания ЭБУ 84, S10, S108 отсекает одно из зажиганий, которые должны осуществляться по двум выдаваемым сигналам зажигания; датчик ЭБУ 84, S10, S110 скорости двигателя после отсечки зажигания замеряет скорость двигателя после отсечки зажигания NEmf после того, как зажигание было отсечено; дискриминатор ЭБУ 84, S10, S112-S120 сигнала зажигания, исходя из вычисленной средней скорости двигателя и скорости двигателя после отсечки зажигания, определяет для каждого из двух сигналов зажигания, был ли он выдан в такте сжатия или в такте выхлопа; контроллер ЭБУ 84, S12 зажигания управляет зажиганием по сигналу зажигания, определенному как тот из двух сигналов зажигания, который был выдан в такте сжатия.
В устройстве и способе дискриминатор сигналов зажигания сравнивает перепад ΔNE изменений от скорости двигателя после отсечки зажигания NEmf до средней скорости двигателя NEave с заранее заданной величиной и когда перепад превышает заранее заданную величину, определяет S112-S118, что данный сигнал зажигания выдан в такте сжатия.
В устройстве и способе дискриминатор сигналов зажигания определяет, что данный сигнал зажигания выдан в такте сжатия, когда перепад ΔNE превышает заранее заданную величину при каждом выполнении сравнения S114, S116, S120.
В устройстве и способе дискриминатор сигналов зажигания определяет S102, что данный сигнал зажигания выдан в такте сжатия, когда двигатель работает на холостом ходу.
Следует отметить, что, хотя вышеприведенный вариант осуществления настоящего изобретения объяснен со ссылкой на одноцилиндровый двигатель, вместо него может быть дана ссылка на многоцилиндровый двигатель.