CN100342124C - 内燃机的空燃比控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是内燃机的空燃比控制装置，当检测出内燃机处于冷机状态时，对于全部汽缸中的规定的多个汽缸，按照使空燃比成为理论空燃比附近值的方式进行运转，而对于规定的多个汽缸以外的规定的单个或多个汽缸，按照使空燃比相比于理论空燃比附近值按规定比例成为稀侧空燃比的方式(理论空燃比附近值×最佳区域内的稀化系数A)进行运转。

Description

内燃机的空燃比控制装置
                                技术领域
本发明涉及一种内燃机的空燃比控制装置，详细地说，涉及一种内燃机冷机状态时的空燃比控制技术。
                                背景技术
当内燃机(发动机)处于冷机状态(冷态)时，由于设于排气系统的催化净化器和空燃比传感器等都往往不处于活性状态，故存在如下问题：不能通过催化净化器充分净化从发动机排出的排气中的HC(碳化氢)和CO(一氧化碳)，或者不能适当地反馈控制空燃比。
由此，若以降低HC和CO为目的，则在发动机冷机状态时，将空燃比设成比理论空燃比(日文：ストイキ)更靠近稀空燃比是有效的。这样，通过设成靠近稀空燃比，除了燃油费降低的效果外，还具有如下效果：排气温度上升所产生的促进催化剂活性化的效果，和含有较多氧所产生的促进氧化反应的效果。
另外，若以催化净化器的早期活性化为目的，则在发动机冷机状态时，在一部分汽缸中将空燃比设成浓空燃比、在剩余汽缸中设成稀空燃比也是有效的(参照日本专利特开平9-105345号公报)。
然而，当将全部汽缸设成靠近稀空燃比，或如上述专利文献1所揭示的那样将较多汽缸设成稀空燃比时，在设成稀空燃比的汽缸中由于燃料量降低，故容易引起燃烧恶化，导致空转稳定性下降和运转性恶化，这不是所希望的。
此时，若是具有可变气门阀机构的内燃机，则能够通过将吸气阀或排气阀的开闭时期和阀升程量予以适当化，以控制这种燃烧恶化，但是在未具有可变气门阀机构的内燃机中这种问题很明显。
作为燃料量降低所产生的具体的燃烧恶化的因素，可列举出由制造误差等所造成的汽缸间的空燃比分配不良、伴随着喷射燃料的喷油器堵塞等所产生的燃料喷射量变化和燃料性状的变化等。
因此，若可排除这些燃烧恶化的因素，即使在未具有可变气门阀机构的内燃机中也可防止运转性恶化。
但是，对于汽缸间的空燃比分配不良，则必须对应将空燃比分配均匀化的各个汽缸实施修正控制，或提高制造精度，从而使控制复杂化和生产管理工时增加，这不是所希望的。
另外，对于燃料喷射量变化，只要对每个汽缸修正空燃比即可，但这样导致控制复杂化，这种修正在现实中是困难的。
此外，对于燃料性状的变化，存在着燃料性状的检测要求高精度和可靠性的问题。
                                发明内容
本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的是，提供一种以简单的结构，就可在内燃机冷机状态时同时实现HC、CO的降低和运转性两个方面的内燃机的空燃比控制装置。
为实现上述目的，技术方案1的内燃机的空燃比控制装置是，由多缸构成的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，具有：对内燃机处于冷机状态的情况进行检测的冷机状态检测装置；以及空燃比控制装置，其在由所述冷机状态检测装置检测出内燃机处于冷机状态时，对于超过全部汽缸中半数的多个汽缸，按照使空燃比成为理论空燃比附近值或是浓侧空燃比的方式进行运转，对于所述规定的多个汽缸以外的汽缸，按照使空燃比相比于所述规定的多个汽缸的空燃比按规定比例成为稀侧空燃比的方式进行运转。
也就是说，例如在内燃机是四缸时，在内燃机冷机状态，对于四缸中的规定的三个汽缸，按照使空燃比成为理论空燃比附近值或是浓侧空燃比的方式进行运转，对于所规定的一个汽缸，按照使空燃比成为理论空燃比附近值或相比于浓侧空燃比按规定比例成为稀侧空燃比的方式进行运转。又，例如在内燃机是六缸时，对于六缸中的规定的五个或四个汽缸，按照使空燃比成为理论空燃比附近值或是浓侧空燃比的方式进行运转，对于规定的一个或两个汽缸，按照使以空燃比成为理论空燃比附近值或相比于浓侧空燃比按规定比例成为稀侧空燃比的方式进行运转。
另外，技术方案2的内燃机的空燃比控制装置是，由多缸构成内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，具有：对内燃机处于冷机状态的情况进行检测的冷机状态检测装置；以及空燃比控制装置，其在由所述冷机状态检测装置检测出内燃机处于冷机状态时，对于超过全部汽缸中半数的多个汽缸，按照使空燃比成为理论空燃比附近或是浓侧第1空燃比的方式进行运转，对于所述规定的多个汽缸以外的汽缸，按照使空燃比相比于所述规定的多个汽缸的空燃比按规定比例成为稀侧第2空燃比的方式进行运转。
也就是说，例如在内燃机是四缸时，在内燃机冷机状态，对于四缸中的规定的三个汽缸，按照使空燃比成为理论空燃比附近或是浓侧第1空燃比的方式进行运转，对于规定的一个汽缸，按照使空燃比相对于规定的多个汽缸中的第1空燃比按规定比例成为稀侧第2空燃比的方式进行运转。又，例如在内燃机是六缸时，六缸中的规定的五个或四个汽缸，按照使空燃比成为理论空燃比附近或是浓侧第1空燃比的方式进行运转，对于规定的一个或二个汽缸，按照使空燃比相对于规定的多个汽缸中第1空燃比按规定比例成为稀侧第2空燃比的方式进行运转。
技术方案3的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，所述空燃比控制装置将所述规定比例固定成预先设定的数值，按照所述第2空燃比相对于所述第1空燃比按该固定了的规定比例成为稀侧空燃比的方式进行控制。
技术方案4的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，所述空燃比控制装置含有对内燃机的燃烧状态的不良进行判定的燃烧状态判定装置，并基于该燃烧状态判定装置(40)的判定，根据所述燃烧状态有无不良，增减修正所述规定比例而进行控制。
采用技术方案1的内燃机的空燃比控制装置，由于内燃机在冷机状态中，仅对于规定的单个或多个汽缸(例如特定的一个或二个汽缸)，按照使空燃比成为理论空燃比附近值或相比于浓侧空燃比按规定比例(规定％)成为稀侧空燃比的方式进行运转，因此可按一定的较少的频度间歇性向排气系统供给氧气，即使是未具有可变气门阀机构的内燃机，也可不用特别考虑运转性恶化的因素，而以简单的结构来防止内燃机输出功率下降，同时良好地减少HC、CO的排出。
另外，采用技术方案2的内燃机的空燃比控制装置，由于内燃机在冷机状态中，仅对于规定的单个或多个汽缸(例如特定的一个或二个汽缸)，按照使空燃比成为理论空燃比附近或相比于浓侧第1空燃比按规定比例(规定％)成为稀侧第2空燃比的方式进行运转，因此可按一定的较少的频度间歇性向排气系统供给氧气，即使是未具有可变气门阀机构的内燃机，也可不用特别考虑运转性恶化的因素，而以简单的结构来防止内燃机输出功率下降，同时良好地减少HC、CO的排出。
另外，采用技术方案3的内燃机的空燃比控制装置，由于按照第2空燃比相对于第1空燃比按固定了的规定比例成为稀侧空燃比的方式进行控制，因此，可根据适当的规定比例，用简单的结构来防止内燃机输出功率下降，同时良好地减少HC、CO的排出。
另外，在技术方案4的内燃机的空燃比控制装置中，由于根据燃烧状态有无不良，增减修正规定比例而进行进行控制，因此，可获得规定比例的最佳化，并可用简单的结构来防止内燃机输出功率下降，同时良好地减少HC、CO的排出。
本发明的特征、其它目的及其优点，以下参照有关附图进行说明，对于全部附图的相同或相似零部件标注相同符号。
                                附图说明
图1是搭载在车辆上的本发明内燃机的空燃比控制装置的结构示意图。
图2是表示稀化系数A与HC排出量及运转性关系的实验数据。
                              具体实施方式
下面根据附图说明本发明的实施方式。
参照图1，其是表示搭载在车辆上的本发明内燃机的空燃比控制装置的结构示意图，下面说明该空燃比控制装置的结构。
如该图所示，吸气管喷射型(Multi Point Injection：MPI)四缸汽油发动机作为内燃机即发动机本体(以下简称发动机)1而被采用。
在发动机1的缸盖2上，每个汽缸安装有火花塞4，在火花塞4上连接有输出高电压用的点火线圈8。
在缸盖2上，每个汽缸形成有吸气口，吸气支管10的一端分别与其连结，使得它与各吸气口连通。在吸气支管10上，安装有电磁式燃料喷射阀6，在燃料喷射阀6上，通过燃料管7而连接有具有燃料箱的燃料供给装置(未图示)。
在吸气支管10的燃料喷射阀6的上游侧，设有对吸入空气量进行调节用的电磁式节流阀14，且设有对节流阀14的阀开度θth进行检测的节流阀位置传感器(TPS)16。此外，在节流阀14的上游，夹装有对吸入空气量进行计量的空气流量传感器18。卡尔曼涡流式空气流量传感器作为空气流量传感器18而被使用。
另外，在缸盖2上，每个汽缸形成有排气口，排气支管12的一端分别与其连结，使得它与各吸气口连通。
由于该MPI发动机是公知技术，所以省略说明该结构的细节。
在排气支管12的另一端连接有排气管20，在该排气管20上夹装有三元催化剂(催化净化器)30作为排气净化催化装置。
三元催化剂30，在载体中含有作为活性贵金属的铜(Cu)、钴(Co)、银(Ag)、铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)中的某一种，利用该三元催化剂30，可良好地对排气中的HC、CO、NOx进行净化。
在排气管20的三元催化剂30的上游侧，配设有通过检测排气中氧浓度而对排气空燃比(排气A/F)进行检测的氧气传感器22。
ECU(电子控制单元)40具有：输入输出装置；存储装置(ROM、RAM、固定RAM等)；中央处理装置(CPU)；计时器；后述的空燃比控制装置和燃烧状态判定装置等，利用该ECU40，进行包含发动机1在内的空燃比控制装置的综合控制。
在ECU40的输入侧，除了上述的TPS16、空气流量传感器18、氧气传感器22外，还连接有对发动机1的曲柄角度进行检测的曲柄角度传感器42、对冷却水温度Tw进行检测的水温传感器(冷机状态检测装置)44等各种传感器类，来自这些传感器类的检测信息被输入。另外，根据来自曲柄角度传感器42的曲柄角度信息来检测发动机转速Ne。
另一方面，在ECU40的输出侧，连接有上述的燃料喷射阀6、点火线圈8、节流阀14等各种输出装置，这些各种输出装置分别输出根据来自各种传感器类的检测信息而演算出的燃料喷射量、燃料喷射时期、点火时期等。详细地说，根据来自各种传感器类的检测信息，将各汽缸的空燃比设定成适当的目标空燃比(目标A/F)，与该目标A/F相对应量的燃料按适当的定时而从燃料喷射阀6分别喷射，且节流阀14被调节成适当的开度，通过火花塞4按适当的定时而实施火花点火。详细地说，根据来自氧气传感器22的排气A/F信息，空燃比朝向目标A/F被反馈控制(氧气F/B控制)。
下面，对如上构成的内燃机的空燃比控制装置的本发明的冷机状态时空燃比控制进行说明。
根据来自水温传感器44的冷却水温度信息Tw，当发动机1处于冷机状态(例如Tw是包含零下的常温以下)时，三元催化剂30不是活性状态，从而不能充分净化排气中的HC、CO、NOx。另外，氧气传感器22也不是活性状态，也不能充分实施氧气F/B控制。
因此，在这里，当发动机1处于冷机状态时，对于超过四缸中半数(数目2)的规定的三个汽缸，按照使空燃比(第1空燃比)成为理论空燃比附近值或是浓A/F的方式进行运转。另一方面，对于这些三个汽缸以外的规定的一个汽缸，按照使空燃比(第2空燃比)成为理论空燃比附近值或相比于浓A/F按规定％(规定比例)成为稀A/F侧的方式进行运转(空燃比控制装置)。具体地说，通过将规定的三个汽缸的空燃比(理论空燃比附近值)乘上预先设定的规定的稀化系数A(A＝1-规定％/100)，来设定规定的一个汽缸的空燃比。
这样，当发动机1处于冷机状态时，如果对于四缸中规定的一个汽缸，按照使空燃比相比于理论空燃比附近值按规定％成为稀A/F侧的方式进行运转，则能以在该规定的一个汽缸中每次发生燃烧的一定周期，即以较低的频度间歇性地向排气系统排出氧气，能够通过促进三元催化剂30的活性化，降低HC、CO的排出量。
因此，如上所述，发动机1在冷机状态时以稀A/F状态运转时，虽然因各种因素容易引起运转性恶化，但不必考虑这种运转性恶化的因素，能以简单的结构防止发动机1的输出功率下降，并能良好地降低HC、CO的排出。
尤其，在该实施方式中，由于发动机1未具有可变气门阀机构，故上述效果是显著的。即，在发动机1具有可变气门阀机构(VVT等)的情况下，通过将吸气阀或排气阀的开闭阀时期和阀升程量予以适当化，可抑制燃烧恶化甚至运转性恶化，但在发动机1未具有可变气门阀机构(VVT等)的情况下，不能期望由这种可变气门阀机构对运转性恶化进行抑制，而本发明的效果就非常大。
详细地说，参照图2，通过实验数据来表示规定的一个汽缸中稀化系数A与HC排出量(实线)及运转性(虚线)的关系，但实际上，稀化系数A，根据该图，是被设定成HC排出量极少、且运转性极高的最佳区域内的数值(图2中斜线表示的区域内的数值，例如在外部气温-7℃的冷机状态下数值为0.8附近)。
由此，能以简单的结构、即将规定的三个汽缸的空燃比乘上作为固定值的稀化系数A来设定规定的一个汽缸的空燃比这种简单控制措施，较佳地实现HC、CO的降低和运转性两个方面。
以上，说明了本发明的空燃比控制装置的实施方式，而实施方式并不限于上述实施方式。
例如，在上述实施方式中，根据图2将稀化系数A作为固定值，但也可作成，例如：以曲柄角度传感器42的信息对角加速度变动进行检测来判定(燃烧状态判定装置)发动机1的燃烧不良状态(不发火等)，对稀化系数A进行增减修正，以使该燃烧不良状态不恶化。或者也可作成：在判定发动机1燃烧不良状态时，以对规定的三个汽缸的空燃比进行增减修正，来代替对稀化系数A进行增减修正。另外也可作成：对每个冷却水温度区域预先设定稀化系数A，根据冷却水温度Tw来选择稀化系数A。
另外，在上述实施方式中，四缸汽油发动机作为发动机1而被使用，若发动机1是具有三缸以上的多缸发动机，也可良好地适用本发明。例如，若是六缸汽油发动机的场合，只要将六缸中规定的五个或四个汽缸的空燃比设在理论空燃比附近、将这些以外的规定的一个或二个汽缸的空燃比设在稀A/F侧即可。
以上已经对本发明作了描述。很明显，还也可以作各种各样的变更和修改。这种变更不应该被认为是脱离本发明的范围和宗旨，并且所有这些对本领域中的技术人员来说是明显的变更和修改都应该被包含在以下的权利要求的范围中。

Claims (1)

1.一种内燃机的空燃比控制装置，是由多缸构成的内燃机的空燃比控制装置，其特征在于，具有：
对内燃机(1)处于冷机状态的情况进行检测的冷机状态检测装置(44)；
以及空燃比控制装置(40)，其在由所述冷机状态检测装置(44)检测出内燃机(1)处于冷机状态时，对于超过全部汽缸中半数的规定的多个汽缸，按照使空燃比成为理论空燃比附近值或是浓侧空燃比的方式进行运转，对于所述规定的多个汽缸以外的汽缸，按照使空燃比相比于所述规定的多个汽缸的空燃比按规定比例成为稀侧空燃比的方式进行运转，
所述空燃比控制装置(40)，含有对内燃机的燃烧状态的不良进行判定的燃烧状态判定装置(40)，
并基于该燃烧状态判定装置(40)的判定，根据所述燃烧状态有无不良，增减修正所述规定比例而进行控制。
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