CN100395443C - 内燃机控制器 - Google Patents

Abstract

一个扭矩相应值(例如，估计指示扭矩)被确定。该扭矩相应值在多个在前循环中变化的程度被数字化为一个变化指标值(例如，轨迹长度)。若该变化指标值小于预定的第一判断值，内燃机的进气量就会被修正。若该变化指标值不小于预定的第一判断值，内燃机的点火正时就会被修正。若变化指标值不小于预定的大于第一判断值的第二判断值，内燃机的点火正时和燃油喷射量都会被修正。

Description

内燃机控制器

技术领域

本发明涉及一种内燃机控制技术，更特别地，涉及一种适用于在冷启动时控制怠速转速的内燃机控制技术。

背景技术

在冷启动时，内燃机的转速很可能与目标转速不一致。因此，有多种技术曾被提出，以控制冷启动时的怠速转速。例如，在日本专利No.2505304(下文中将称为“专利文件1”)中公开的技术在冷启动时禁止内燃机的转速变化。在专利文件1中所述的这种技术检测出冷启动时每个气缸的转速变化。若某个气缸的转速变化超过一个上限值，这种技术就会减少对该气缸的喷射量，而增大对其他气缸的喷射量。另一方面，若某个气缸的转速变化小于一个下限值，那么这种技术就会增大对该气缸的喷射量，而减少对其他气缸的喷射量。

在冷启动时内燃机的实际转速与目标转速不一致是由多种原因引起的。其中一个原因是随时间的摩擦力变化、空调负载或其他电力负载的临时增大、或由于节气门系统的流率变化的加工误差等。另一个原因是重质燃料的使用。如果是第一种原因，不管内燃机内的燃烧状态有多良好，进气量都会与其目标值有所误差。这样，实际的转速就会与目标转速不一致。另一方面，如果是第二种原因，由于重质燃料比普通油更难以汽化，因此空燃比很可能十分低。这样，就会由于燃烧状态恶化如不规则燃烧或发动机燃烧中断而引起转速发生变化，使得实际转速与目标转速不一致。为了保证稳定的怠速行驶，有必要以这样的方式来控制内燃机，以消除实际转速和目标转速之间的差异。可以认为，取决于燃烧状态是否良好，最佳控制方法也应有所不同。

但是，对于怠速控制，传统技术并不关心实际转速与目标转速不一致的不同原因。例如，专利文件1所公开的技术只根据转速变化的程度而修正燃油喷射量，并没有考虑引起转速变化的原因。但是，若转速变化是由于使用重质燃料而引起的，这种技术又增加了一定量的燃油，从而使废气排放发生恶化。为了有效地消除实际转速和目标转速之间的差异，而又避免这种废气排放的恶化，有必要根据转速变化的原因而实施一种最佳的控制方法。

发明内容

本发明的提出是为了解决上述的问题。本发明的一个目的是提供一种内燃机控制器，它根据实际转速与目标转速不一致的不同原因而进行不同的内燃机控制方法，可以有效地消除实际转速和目标转速之间的差异。

根据本发明的一个方面，该控制器包含：用于判断内燃机实际转速是否不同于目标转速的装置；用于从有关内燃机的工作数据中计算出对应于由内燃机产生的扭矩的扭矩相应值的装置；用于通过将多个在前循环中的扭矩相应值的变化程度数字化而计算出一个变化指标值的装置；用于调整内燃机进气量的装置；用于调整内燃机点火正时的装置；以及用于控制内燃机以消除所述实际转速与所述目标转速之间的差异的装置。当由变化指标值计算装置计算出的指标值小于一个预定的第一判定值，该控制装置就令进气量调整装置修正内燃机的进气量，或者，当所述的指标值不小于第一判定值时，令点火正时调整装置修正内燃机的点火正时。

本发明其他的目的和特点将会在下面结合附图的详细说明中显得更加清楚。

附图说明

图1原理地显示了一个发动机系统的结构，其中，根据本发明一个实施例的一个控制器被应用在该发动机系统中；

图2A至2F描述了在扭矩变化小时由根据本发明的一个实施例所进行的扭矩修正控制；

图3A至3F描述了在扭矩变化大时由根据本发明的一个实施例所进行的扭矩修正控制；

图4是由根据本发明的一个实施例所进行的怠速控制程序的流程图；

图5的特性图表描述了指示扭矩、基于气缸内压的扭矩、基于往复惯性质量的惯性扭矩与曲柄转角之间的关系；

图6的原理图表描述了曲柄转角信号和扭矩计算正时；以及

图7的原理图表描述了摩擦力矩、转速和冷却水温度之间的关系。

具体实施方式

下面将结合图1至7而对本发明的优选实施例进行说明。

图1原理地显示了一个发动机系统的结构，其中，根据本发明一个实施例的一个控制器被应用在该发动机系统中。根据本发明的一个内燃机2是一种火花点火式、四冲程发动机。它具有多个气缸(图中没有画出)。每个气缸的燃烧室16与一个进气道4和一个排气道6相连。燃烧室16与进气道4的连接处有一个进气阀8，用于控制燃烧室16和进气道4之间的连通。燃烧室16与排气道6的连接处有一个排气阀10，用于控制燃烧室16和排气道6之间的连通。一个火花塞12被安装在燃烧室16的顶部。在进气道4中有一个电子控制式节气门18，用于调整流入到燃烧室16内的空气量。进气道4的末端出现分支，以将空气供应到每个气缸的燃烧室16内。每个分支通道中都有一个燃油喷射阀14，用于将燃油供应到燃烧室16内。

内燃机2具有一个ECU(电子控制单元)30，作用为内燃机2的控制器。根据由多个传感器所获得的内燃机工作数据，ECU30对各种装置进行总体控制，这种控制与内燃机2的工作状态有关。ECU30的一个输入端与一个曲柄转角传感器32和一个水温传感器34相连。ECU30的一个输出端与火花塞12、燃油喷射阀14和节气门18相连。曲柄转角传感器32位于内燃机的曲轴22附近，在一个预定曲柄转角位置上输出一个信号给ECU30。水温传感器34被安装在一个水套(图中没有画出)上，输出一个对应于内燃机2中的冷却水温度的信号。ECU30从曲柄转角传感器32和水温传感器34中接收内燃机的工作数据，并为火花塞12、燃油喷射阀14和节气门18提供驱动信号。ECU30不仅与上述的传感器32、34和装置12、14、18相连，还与其他在文中没有说明的传感器和装置相连。

作为根据本发明的ECU30的一个功能，扭矩修正控制是在冷启动快怠速期间进行的。图2和3描述了ECU30在冷启动快怠速期间进行的扭矩修正控制。当内燃机2的实际转速——从曲柄转角信号而计算得出的，与目标转速不一致时，ECU30就会进行如下文所述的扭矩修正控制。由ECU30进行的扭矩修正控制可以分为以下两种：内燃机2的扭矩变化较小时所进行的控制和内燃机2的扭矩变化较大时所进行的控制。ECU30在判断扭矩变化的大小之后，选择性地进行适当的控制。

ECU30从内燃机工作数据而计算出一个扭矩相应值，这个扭矩相应值对应于由内燃机2的每个气缸所产生的扭矩；检查计算值的变化；并判断扭矩变化的大小。扭矩相应值可以这样计算，例如，通过由曲轴传感器32所提供的曲柄转角信号而计算。这种计算是根据下列的运动方程而进行的。

下面的方程(1)和(2)用于通过由曲轴传感器32所提供的曲柄转角信号而计算扭矩：

Ti＝J×(dω/dt)+Tf+Tl…(1)

Ti＝Tgas+Tinertia    …(2)

在上述的方程(1)和(2)，符号Ti代表由于内燃机的燃烧而在曲轴22上产生的指示扭矩。方程(2)的右边显示了产生指示扭矩Ti的扭矩。方程(1)的右边显示了抵消该指示扭矩Ti的扭矩。

在方程(1)的右边，符号J代表一个驱动元件的转动惯量，该驱动元件由空燃混合物燃烧所驱动；dω/dt代表曲轴22的角加速度；Tf代表驱动部件摩擦力矩；而Tl代表在行驶中从路面而来的负载扭矩。J×(dω/dt)动力损耗力矩(＝Tac)，是曲轴22的角加速度产生的。摩擦力矩Tf是配合元件之间的机械摩擦力矩，如活塞与气缸内壁之间的摩擦。这个力矩包含了辅助机械之间的机械摩擦而产生的力矩。负载力矩Tl是由于干扰而产生的力矩，例如，由于车辆行驶于其上的路面的干扰。由于在冷启动快怠速期间保持在空档上，因此下面的说明假设了Tl＝0。

在方程(2)的右边，符号Tgas代表由气缸内部气压而产生的扭矩，而符号Tinertia代表由于往复惯性质量——如活塞的往复惯性质量而产生的惯性力矩。基于气缸内部气压的扭矩Tgas是由于气缸内的空气燃油混合物的燃烧而产生的。为了得到对燃烧状态的精确估计，有必要确定出基于气缸内部气压的扭矩Tgas。

如方程(1)所示，指示扭矩Ti可以通过计算由于角加速度而产生的动力损耗力矩J×(dω/dt)、摩擦力矩Tf以及负载力矩T1的和而确定。但是，如方程(2)所示，指示扭矩Ti并不等于基于气缸内部气压的扭矩Tgas。因此，不能从指示扭矩Ti而精确地估计出燃烧状态。

图5给出了描述方程(2)中的各种力矩与曲柄转角之间的关系的特性曲线。在图5上，纵轴线表示每种力矩的大小，而横轴线表示曲柄转角。图5上的点划线代表指示扭矩Ti；实线代表基于气缸内部气压的扭矩Tgas；虚线代表基于往复惯性质量的惯性力矩Tinertia。图5中描述的曲线对应的是应用四缸内燃机的情况。图5上的符号TDC和BDC用于表示四个气缸之中的一个的活塞分别位于上止点(TDC)或下止点(BDC)时的曲柄转角(0°或180°)。若内燃机10具有四个气缸，每当曲轴22转过180°就会有一个气缸进行膨胀过程。如图5所示的在TDC和BDC之间的扭矩特性在每次发生膨胀时重复出现。

如图5上的实线所示，基于气缸内部气压的扭矩Tgas在TDC和BDC之间快速地增大和减小。扭矩Tgas快速地增大是由于燃烧室内的空气燃油混合物在每个膨胀行程中发生膨胀而引起的。在膨胀过后，由于其他气缸的影响，比如在压缩行程或排气行程中，扭矩Tgas减小到一个负值。当曲柄转角到达BDC，气缸的体积变化为零，因此Tgas为零。

同时，基于往复惯性质量的惯性力矩Tinertia是由于气缸或其他往复部件的惯性质量而引起的，与基于气缸内部气压的扭矩Tgas无关。这些往复部件周期性地加速和减速。因此，当曲轴转动，即使角速度为常数，惯性力矩Tinertia也总会产生。如图5上的虚线所示，当曲柄转角位于TDC时往复部件停止运动，因此Tinertia＝0。当曲柄转角从TDC变化到BDC时，已经停止的往复部件又开始运动。在这种情况下，由于这些部件的惯量，惯性力矩Tinertia在负的方向上增大。由于当曲柄转角接近90°时往复部件以预定的速度运动，这样，由于这些部件的惯量，曲轴22转动。因此，惯性力矩Tinertia在TDC和BDC之间从一个负值变化到一个正值。当曲柄转角到达BDC时，往复部件停止运动，因此Tinertia＝0。

如方程(2)所示，指示扭矩Ti是基于气缸内部气压的扭矩Tgas和基于往复惯性质量的惯性力矩Tinertia的和。因此，指示扭矩Ti表现为一个复杂的特性，如图5上的点划线所示。更特别地，指示扭矩Ti在TDC和BDC之间增大，这是由于由空气燃油混合物的膨胀引起Tgas增大而引起的，然后Ti暂时减小，然后由于惯性力矩Tinertia的原因而再次增大。

在TDC和BDC之间的180°曲柄转角的区域中，基于往复惯性质量的惯性力矩Tinertia的平均值为零。这是由于具有往复惯性质量的部件在0°到90°曲柄转角之间的运动与在90°到180°曲柄转角之间的运动相反。因此，当方程(1)和(2)的扭矩被作为在TDC和BDC之间的平均值而计算时，这种计算使得基于往复惯性质量的惯性力矩Tinertia等于零。这保证了基于往复惯性质量的惯性力矩Tinertia对指示扭矩Ti作用的影响可以被消除。因此，可以容易地估计出精确的燃烧状态。

在每个扭矩在TDC和BDC之间的平均值被确正时，Tinertia的平均值为零。然后从方程(2)中可以明显看出，指示扭矩Ti的平均值等于基于气缸内部气压的扭矩Tgas的平均值。根据该指示扭矩Ti，就可以精确地估计出燃烧状态。

在曲轴22在TDC和BDC之间的平均角加速度被确正时，Tinertia在TDC和BDC之间的平均值为零。因此，在消除往复惯性质量对角加速度的影响之后，可以确定出角加速度。这样，仅由于燃烧状态而产生的角加速度就可以被计算出。因此，可以根据该角加速度而精确地估计出燃烧状态。

下面将说明用于计算方程(1)右边的扭矩的方法。首先说明由于角加速度而产生的动力损耗力矩(Tac＝J×(dω/dt))。图6的原理图表描述了确定曲轴22的角加速度的方法。该图描述了曲柄转角信号和扭矩计算时刻。在本实施例中，每当曲轴22转过10°，曲柄转角传感器32就会提供一个曲柄转角信号，如图6所示。

ECU30计算由于角加速度引起的损耗力矩Tac作为在TDC和BDC之间的平均值。这样，根据本发明的装置在两个曲柄转角位置(TDC和BDC)上分别确定出角速度ω₀(k)和ω₀(k+1)，并同时确定出曲轴22从TDC转动到BDC所用的时间Δt(k)。

当角速度ω₀(k)被确定后，曲柄转角传感器32检测出曲柄转角从图6所示的TDC转过±10°的时间Δt₀(k)和Δt₁₀(k)。曲轴22在时间Δt₀(k)+Δt₁₀(k)中转过20°。这样，通过计算ω₀(k)＝(20/(Δt₀(k)+Δt₁₀(k))×(π/180)就可以确定出ω₀(k)[rad/s]。相似地，当ω₀(k+1)被计算出，曲柄转角从BDC转过±10°的时间Δt₀(k+1)和Δt₁₀(k+1)也被检测出。然后，通过计算ω₀(k+1)＝(20/(Δt₀(k+1)+Δt₁₀(k+1))×(π/180)就可以确定出ω₀(k+1)[rad/s]。当角速度ω₀(k)和ω₀(k+1)被确定之后，就计算出(ω₀(k+1)-ω₀(k))/Δt(k)，以确定曲轴22从TDC转动到BDC的平均角加速度。

在平均角加速度被确定之后，根据方程(1)的右边，该平均角加速度与转动惯量J相乘。这样就可以计算出曲轴从TDC转动到BDC期间的动力损耗力矩J×(dω/dt)的平均值。驱动部件的转动惯量J应该预先通过驱动部件的惯性质量而确定。

下面将说明计算摩擦力矩Tf的方法。图7的映射图表描述了摩擦力矩Tf、内燃机转速Ne和冷却水温thw之间的关系。在图7上，所示的摩擦力矩Tf、内燃机转速Ne和冷却水温thw都是表示曲轴22从TDC转动到BDC之间的平均值。对于冷却水温度，thw1低于thw2，而thw2低于thw3。如图7所示，摩擦力矩Tf随着内燃机转速(Ne)的增大而升高，并随着冷却水温thw的降低而升高。如图7所示的映射图表是预先通过改变发动机转速Ne和冷却水温thw这两个参数、测量曲轴22从TDC转动到BDC之间所产生的摩擦力矩Tf、并计算测量值的平均值而获得的。在需要估计燃烧状态时，通过将TDC和BDC区域之间的平均冷却水温和平均发动机转速应用在如图7所示的映射图表上而确定出摩擦力矩Tf的平均值。冷却水温由水温传感器34所检测出，而发动机转速由曲柄转角传感器32所检测出。

由曲柄转角变化而引起的摩擦力矩Tf的特性是很复杂的。此外，摩擦力矩Tf的变化很大。但是，摩擦力矩Tf的特性主要取决于活塞的速度。因此，在基于往复惯性质量的惯性力矩Tinertia为零的所有区间上，摩擦力矩Tf的平均值保持不变。这样，展示出复杂瞬时特性的摩擦力矩Tf可以通过确定出每个区间(TDC→BDC)上摩擦力矩Tf的平均值而被准确地确定，在所述每个区间基于往复惯性质量的惯性力矩Tinertia的平均值为零。此外，当摩擦力矩Tf被作为每个区间的平均值而使用时，如图7所示的映射图表可以预先准确地给出。

如前面所述，摩擦力矩Tf包含了由辅助机械摩擦所引起的力矩。由辅助机械摩擦所引起的力矩的值根据辅助机械的工作情况而变化。例如，内燃机的转动通过皮带或者相似的部件而传递到空调压缩机上，该空调压缩机是一个辅助机械。这样，即使空调实际上没有在运作，也有摩擦力矩产生。

另一方面，若一个辅助机械在运作，也就是说，空调机的开关被打开，与空调机没有运作的情况相比，此时会有更多的力矩被该压缩机消耗。因此，由于辅助机械的摩擦就会产生更大的力矩，使得摩擦力矩Tf增大。因此，为了准确地确定出摩擦力矩Tf，当检测出辅助机械在运行，优选的，通过如图7所示的映射图表而确定的摩擦力矩Tf的值应被修正。

在特别冷的冷启动时，考虑到产生摩擦力矩Tf的部件的温度与冷却水温度之间的差异，优选为对摩擦力矩Tf进行修正。在这种情况下，优选地考虑冷启动后发动机的启动时间、流入气缸内的燃油量等因素而进行这种修正。

在本实施例中，上述的指示扭矩(下文中将称为“估计指示扭矩”)Ti被用作为对应于由气缸产生的扭矩相应值。ECU30通过上述的计算方法而计算出每个气缸的估计指示扭矩。这种计算是在内燃机启动后的几个循环中进行的，以确定计算值变化的程度。估计指示扭矩变化的程度可以通过估计指示扭矩的轨迹长度而确定。该轨迹长度是这样确定的：通过计算每个气缸的估计指示扭矩变化量，并加上计算出的绝对值。每个循环中估计指示扭矩的变化程度越大，该轨迹长度就越大。因此，当内燃机启动后的预定循环中得到的轨迹长度偏离一个预定值，两者的比较结果可以被用来确定内燃机扭矩变化的程度。

图2A至2F描述了在内燃机2的扭矩变化小时ECU30所进行的扭矩修正控制。图3A至3F描述了在内燃机2的扭矩变化大时ECU30所进行的扭矩修正控制。如图所示每个循环中的估计指示扭矩的变化，如图2A所示的估计指示扭矩变化很小，而如图3A所示的估计指示扭矩变化很大。估计指示扭矩变化的程度以轨迹长度来表示，轨迹长度是由估计指示扭矩变化的一个指标值来表示的。当变化的程度较小，轨迹长度也较小，如图2B所示。另一方面，当变化的程度较大，轨迹长度也较大，如图3B所示。本发明假设所使用的内燃机2是一种直列四缸发动机。ECU30在内燃机启动之后的八个循环(两个循环对应每个气缸)中进行一连串的检测，并把在八个循环中获得的轨迹长度与一个预定的第一判断值进行比较，以判断目前的燃烧状态是否良好。若比较结果表明轨迹长度小于第一判断值，如图2A至2F所示的扭矩修正控制就会进行。另一方面，若比较结果表明轨迹长度不小于第一判断值，如图3A至3F所示的扭矩修正控制就会进行。关于上述的第一判断值，应该通过试验等方式来确定内燃机的转动状态和轨迹长度之间的关系。然后应该根据该确定的关系而设定上述的第一判断值。

下面将结合图2A至2F来说明内燃机2扭矩变化小时进行的控制。图2A至2F显示了在每一个循环中估计指示扭矩、估计指示扭矩轨迹长度、转速、点火正时、节气门开度和燃油喷射量是如何变化的。在启动之后的首次八个循环中会进行一连串的检测，以判断估计指示扭矩变化的程度。在进行一连串的检测时，正常冷启动快怠速控制也同时进行。对于冷启动快怠速控制，通过查找内燃机转速和负载被用作为参数的一个映射图表(或者只有转速被用作为参数的映射图表)而进行点火正时的设定。内燃机2的负载是从转速和节气门开度而计算得出的。该节气门被设定为一个预定的怠速开度。而燃油喷射量被设定为一个预定的启动燃油量。相对于根据怠速开度而确定的进气量而言，该启动燃油量是富油的。在启动之后，燃油喷射量逐渐减少。根据本发明的扭矩修正控制在一连串的检测之后的第一个循环中开始进行。

若如图2A和2C所示，扭矩变化和转速变化的程度都较小，可以推断出内燃机2的燃烧状态是良好的。在这种情况下，由于随时间而变化的摩擦、空调机负载或其他电力负载的临时增大、或机械制造误差如节气门系统流量的变化等，内燃机2的实际转速可能低于一个目标转速，如图2C所示。用于调整内燃机2的转速的主要参数为点火正时、进气量和燃油供应量。但是，点火正时对燃烧状态有影响，而燃油喷射量对废气排放有影响。在这种情况下，本实施例在保持良好燃烧状态以及避免废气排放恶化的同时，对进气量进行修正，以调整内燃机2的转速。

ECU30通过将节气门开度提高到怠速开度水平之上，为修正的目的而提高进气量，从而提高转速。ECU30根据实际转速和目标转速之间的差异以及内燃机2的水温而确定节气门开度修正量。更明确地，ECU30通过查找一个映射图表(图中没有画出)而设定对应于实际转速和目标转速之间差异的一个节气门开度基本修正量，然后将该基本修正量乘以对应于由水温传感器34检测到的水温的修正系数，最后将所获得的值设定为节气门开度修正量。关于点火正时和燃油供应量，规则控制在连续进行。在图2A至2F的实线表示在没有进行根据本发明的扭矩修正控制时发生的变化。而虚线表示在进行根据本发明的扭矩修正控制时发生的变化。如图2D所示，在检测时期结束后，由于节气门开度的修正使转速提高，点火正时提前。如上所述，点火正时是根据所绘制的转速数据图而被设定的。因此，点火正时随着转速的提高而自动提前。

在进行如上所述的扭矩修正控制时，为了修正的目的，进气量增大，因此内燃机2产生更大的扭矩，并提高转速。这使得可以保持良好的燃烧状态，并消除实际转速和目标转速之间的差异，而又不引起废气排放的恶化，从而提供了一个稳定的怠速工况。

在进行了上述的控制而修正节气门开度之后，如果实际转速和目标转速之间仍有差异，那么就会根据实际转速和目标转速之间的差异而额外进行对节气门开度的反馈控制。在这种情况下，节气门开度修正量被确定为：根据绘制的水温数据图而确定的一个固定值加上由反馈控制所提供的一个可变值。可以仅仅进行对节气门开度的反馈控制。但是，若依据该固定值初始提供修正，可以加快实际转速收敛于目标转速的速度。

若在良好的燃烧状态下实际转速不同于目标转速，这种差异可能是由于部件老化或制造误差引起的。可以预见，在不同的工作状态，这种差异会基本保持不变。因此，可以用一个固定的基本修正量来修正节气门开度，同时应根据水温来调整这个基本修正量。

下面将结合图3A至3F而说明在内燃机2的扭矩变化大时执行的控制。图3A至3F显示了在每一个循环中估计指示扭矩、估计指示扭矩轨迹长度、转速、点火正时、节气门开度和燃油喷射量是如何变化的。如结合图2A至2F所述的那样，在启动之后的首次八个循环中会进行一连串的检测，以判断估计指示扭矩变化的程度。根据本发明的扭矩修正控制在一连串检测之后的第一个循环中开始。

若扭矩变化和转速变化的程度都较高，如图3A和3C所示，可以断定内燃机2的燃烧状态较不良。这种不良的燃烧状态特别是由于使用了重质燃料而引起的。重质燃料比普通燃料(轻质燃料)不易挥发。因此，当使用重质燃料时，空燃比可能会变稀，这是因为更多的燃油附着在进气道的内壁和进气阀的表面。特别是在壁面温度较低的冷启动中，空燃比会变得相当稀，这是因为附着在壁面上的燃油不容易汽化。在使用重质燃料时，由于稀的空燃比，扭矩发生变化。当空燃比变稀，就会发生不适当的燃烧或发动机熄火，从而引起相当大的扭矩变化。此外，由于稀的空燃，总扭矩水平会降低，使得内燃机2的实际转速变得比目标转速小。

作为一种使内燃机2产生更大的扭矩以提高转速，如前所述，应增加进气量，使节气门开度大于怠速节气门开度。但是，由于空燃比变稀，重质燃料的使用引起扭矩变化。因此，通过增大节气门开度而产生的效果与预期结果刚好相反。更明确地，节气门开度的增大使得进气道4的负压降低，从而使附着在壁面上的燃油不能汽化。因此，在上述的情况下，应避免增加进气量。

以下两种解决方案可以应用在上述的情况中。解决方案之一是提前点火正时，以获得一个点火周期。这种方案能避免不适当的燃烧和发动机熄火，因而改善内燃机2的燃烧状态，并降低进气道4中的压力。另一个解决方案是提高燃油喷射量，以使空燃比变为富油的。但是，燃油喷射量一般是在冷启动时增大的。因此，燃油喷射量的任何增大操作会引起废气排放的恶化。因此，本实施例主要是提前点火正时。但是，若扭矩变化很大以至于点火正时的提前不足以达到目的，本实施例还会增大燃油喷射量。

ECU30把在内燃机启动之后的八个循环中获得的轨迹长度与第一判断值进行比较。若该轨迹长度不小于第一判断值，ECU30就会把该轨迹长度与第二判断值进行比较，其中所述的第二判断值大于第一判断值。第二判断值用于根据估计指示扭矩的轨迹长度而判断是否应增大燃油喷量。关于该第二判断值，应通过实验等方式来确定内燃机的转动状态和轨迹长度之间的关系。第二判断值应根据该确定的关系而被设定。

若比较结果表明该轨迹长度小于第二判断值，ECU30就仅仅提前点火正时而达到修正的目的。点火正时的提前量由一个根据内燃机2的水温而确定的固定值所表示。ECU30根据由水温传感器34所获得的水温而确定用于修正的提前量，并将所确定的用于修正的提前量与一个基本点火正时值相加，并将该结果值设定为最终的点火正时值，其中所述的基本点火正时值是根据关于转速和负载的映射图表而设定的。在这种情况下，对节气门开度和燃油供应量的规则控制继续进行。

另一方面，若上述的比较结果表明轨迹长度不小于第二判断值，ECU30就不仅提前点火正时，而且还增大燃油喷射量，以达到修正的目的。ECU30根据由水温传感器34所检测到的水温而确定一个燃油喷射量修正系数，用该修正系数与启动燃油量相乘，将结果设定为最终的燃油喷射量。在这种情况下，对节气门开度的规则控制继续进行。图3A至3F上的实线表示在没有进行根据本发明的扭矩修正控制时所发生的变化。虚线表示在进行根据本发明的扭矩修正控制时所发生的变化(当轨迹长度不小于第二判断值)。

在扭矩修正控制如上述那样进行时，点火正时提前，使得内燃机2的燃烧状态得到改善，为进气道4提供一个负压。促进了重质燃料的汽化，从而改善了空燃比。这样，由内燃机2所产生的总扭矩增大并变得稳定。若扭矩变化很大，使得轨迹长度不小于第二判断值，也会通过增大燃油喷射量而对它进行修正。这样，空燃比就会进一步变浓(富油)，以改善燃烧状态。这保证了由内燃机2所产生的扭矩更加稳定。当所产生的扭矩增大并变得稳正时，内燃机2的转速也会增大，转速变化的程度就会降低。因此，实际转速和目标转速之间的差异得以消除，从而提供一个稳定的怠速工况。

在轨迹长度小于第二判断值的情况下，若在点火正时为了修正的目的而被提前之后，实际转速仍然与目标转速有差异，就会根据实际转速和目标转速之间的差异而对点火正时进行反馈控制。在这种情况下，用于修正的点火正时提前量就会被确定为：将一个根据水温而确定的固定值加上一个由反馈控制提供的可变值。然后，将所确定的用于修正的点火正时提前量与根据有关转速和负载的映射图表而设定的基本点火正时值相加。也可以仅仅对点火正时进行反馈控制。但是，若点火正时根据该固定值最初被提前用于修正，实际转速就会更加快速地收敛到目标转速。

在轨迹长度不小于第二判断值的情况下，若在为了修正的目的而提前点火正时和增大燃油喷射量之后，实际转速仍然与目标转速有差异，就会根据实际转速和目标转速之间的差异而对燃油喷射量进行反馈控制。在上述的这种情况下，燃油喷射量修正系数就会被设定为：将一个根据水温而确定的固定修正系数与一个由反馈控制提供的可变系数相乘。在这种情况下，也可以根据实际转速和目标转速之间的差异而对点火正时进行反馈控制。

结合图2A至2F以及3A至3F而说明的扭矩修正控制是在怠速控制中进行的，而怠速控制是在内燃机2的冷启动快怠速过程中进行的。图4是描述ECU30在内燃机2的冷启动快怠速过程中进行的怠速控制的流程图。ECU30在每一个循环(180°CA)中进行如图4所示的程序。

在如图4所示的程序中，步骤100首先被执行，从曲柄转角传感器32、水温传感器34等中读入对内燃机2进行冷启动快怠速过程控制所必需的工作数据。然后步骤102被执行，为点火正时、节气门开度和燃油喷射量设定基本值。点火正时是根据转速和负载(或仅仅转速)而被设定的。节气门被设定为一个预定的怠速节气门开度。燃油喷射量被设定为一个预定的启动燃油量。

步骤104被执行，判定内燃机2的实际转速和目标转速之间的差异。为了实现这种判断，将实际转速在一正时期内的平均转速与目标转速进行比较。若所获得的判断结果表明实际转速和目标转速之间的差异在一个预定的限度之内，程序就会继续执行步骤114。在步骤114中，在步骤102中设定的点火正时、节气门开度和燃油喷射量的基本值被直接用作为最终设定值，并输出驱动信号到火花塞12、节气门18和燃油喷射阀14的驱动器上。

若在步骤104中获得的判断结果表明实际转速和目标转速之间的差异在上述的限度之外，扭矩修正控制就会如上述那样进行。步骤106首先被执行，判断估计指示扭矩的轨迹长度是否已经被计算出。如前所述，该轨迹长度被作为判断应该执行如图2A至2F或3A至3F所示的扭矩修正控制的指标值。若轨迹长度已经被计算出，程序就会执行步骤116及以后的步骤。若轨迹长度没有被计算出，程序就会首先执行步骤108，计算出当前循环的估计指示扭矩，然后执行步骤110，计算出当前循环的估计指示扭矩和上一循环的估计指示扭矩的差。所计算得到的扭矩差被相加到在上一循环中所达到的估计指示扭矩轨迹长度上。

预定数目循环(在图2A至2F或3A至3F中所示为8个循环)中的估计指示扭矩的轨迹长度被确定。步骤112被执行，判断轨迹长度的计算是否已经完成，也就是说，是否获得了预定数目循环中的估计指示扭矩轨迹长度。如果还没有达到预定数目循环从而进行轨迹长度计算，程序继续执行步骤114。在步骤114中，在步骤102中设定的点火正时、节气门开度和燃油喷射量的基本值被直接用作为最终设定值，并作为驱动信号而被输出到相应的驱动器上。

若估计指示扭矩的轨迹长度已经被计算出(步骤106)或者轨迹长度的计算已经在当前循环中完成(步骤112)，程序就会继续执行步骤116及以后的步骤。在步骤116中，将计算得到的轨迹长度与第一判断值进行比较，以确定它们之间的关系。若轨迹长度小于第一判断值，扭矩修正控制就会如图2A至2F所示那样进行，计算出节气门开度的修正量(步骤118)。在步骤118完成之后，程序继续执行步骤114。在这种情况下，步骤114被执行，把在步骤102中设定的基本值作为点火正时和燃油喷射量的最终设定值。对于节气门开度，把在步骤102中设定的基本值与在步骤118中计算得到的修正量相加，所得到的结果被作为最终的设定值。然后，这些最终设定值被作为驱动信号而被输出到相应的驱动器上。

若在步骤116中获得的判断结果表明轨迹长度不小于第一判断值，就将轨迹长度与第二判断值进行比较，以确定它们之间的关系(步骤120)。若轨迹长度小于第二判断值，扭矩修正控制就会如图3A至3F所示那样进行，计算出点火正时的修正量(步骤122)。在步骤122完成之后，程序继续执行步骤114。在这种情况下，步骤114被执行，把在步骤102中设定的基本值作为节气门开度和燃油喷射量的最终设定值。对于点火正时，把在步骤102中设定的基本值与在步骤122中计算得到的修正量相加，所得到的结果被作为最终的设定值。然后，这些最终设定值被作为驱动信号而被输出到相应的驱动器上。

若在步骤120中获得的判断结果表明轨迹长度不小于第二判断值，扭矩修正控制就会如图3A至3F所示那样进行，计算出点火正时的修正量(步骤124)。此外，用于燃油喷射量的修正系数也被计算(步骤126)。在步骤124和126完成之后，程序继续执行步骤114。在这种情况下，步骤114被执行，把在步骤102中设定节气门开度基本值作为最终设定值。对于点火正时，把在步骤102中设定的基本值与在步骤124中计算得到的修正量相加，所得到的结果被作为最终的设定值。对于燃油喷射量，把在步骤102中设定的基本值与在步骤126中计算得到的修正量相加，所得到的结果被作为最终的设定值。然后，这些最终设定值被作为驱动信号而被输出到相应的驱动器上。

当上述的程序被执行后，在冷启动快怠速过程中发生的内燃机2的实际转速和目标转速之间的差异被迅速且有效地消除，从而提供一个稳定的怠速工况。

在上述的实施例中，在ECU30执行步骤104时，根据本发明的“转动状态判断装置”也在执行。在ECU30执行步骤108时，根据本发明的“扭矩相应值计算装置”也在执行。在ECU30执行步骤110时，根据本发明的“变化指标值计算装置”也在执行。在ECU30执行步骤116、118、120、122、124和126时，根据本发明的“控制装置”也在执行。

虽然在上面已经结合了本发明的优选实施例而对本发明进行了说明，但本技术领域中的熟练技术人员会认识到，在不偏离本发明的范围和精神的前提下，可以进行各种变化。例如，可以对本发明的实施例进行下述的修改。

在上述的实施例中，估计指示扭矩对应所有的气缸而被连续计算，以确定整个内燃机2的估计指示扭矩轨迹长度。但是，另一种方法是计算每个气缸的估计指示扭矩，确定其轨迹长度，并计算平均轨迹长度。还有一种方法是只计算某个特定气缸(比如，第一个气缸)的估计指示扭矩，并计算其轨迹长度。若内燃机2是一种直列四缸发动机，就会每隔720°CA计算一次估计指示扭矩。在这种情况下，优选为基于轨迹长度的扭矩变化判断结果在为该特定气缸的下一个膨胀气缸(若特定气缸为第一个气缸，它就是第三个气缸)设定的发动机控制参数中反映出来。

图2C描述的例子是实际转速低于目标转速的情况。但是，上述的这种扭矩修正控制也可以被应用在实际转速高于目标转速的情况。在这种情况下，根据有关实际转速与目标转速之间的差异的绘制数据而设定的节气门开度的基本修正量是一个负数。也就是说，为了修正的目的，该基本修正量被设定成在关闭的方向上调整节气门开度。

上述的实施例使用了指示扭矩，该指示扭矩是从由曲柄转角传感器32提供的曲柄转角信号而计算得出的，但是，也可以使用另外一个能够对应于气缸产生的扭矩的值。例如，若有一个用于检测燃烧室16内的压力的气缸内压传感器，该指示扭矩也可以根据由气缸内压传感器提供的信号以及由曲柄转角传感器32提供的信号而计算得出，并用作为扭矩相应值。还有一种方法是根据由曲柄转角传感器32提供的信号而确定出曲轴22的角加速度，并将该角加速度应用为扭矩相应值。

用于表示扭矩相应值变化的程度的指标值并不被限制为如结合上述实施例的扭矩相应值的轨迹长度。例如，扭矩相应值不在一个预定的可接受的范围内的检测循环数与总的检测循环数之间的比率可以被用作为该指标值。另一种方法是在多个循环中确定扭矩相应值的离差或标准偏差，并将该离差或标准偏差用作为指标值。

上述的实施例假设了用于修正的点火提前量是一个对应于水温的固定值。但是，如使用基本点火正时的情况，用于修正的提前量也可以根据使用转速和负载作为参数的映射图表(或者仅使用转速作为参数的映射图表)而被设定。通过将基本修正量与根据水温的一个修正系数相乘而得到用于修正的最终提前量。对于燃油喷射量的修正系数，同样可以采用这种方法。燃油喷射量的修正系数可以表示为：通过使用转速和负载为参数的映射图表(或者使用转速为参数的映射图表)而确定的一个修正系数与基于水温的一个修正系数的乘积。

用于修正的点火正时提前量可以根据轨迹长度而变化。例如，可以在第一判断值之上设定多个逐渐增大的判断值，这样，当轨迹长度大于更高的一个判断值，用于与基本修正量相乘的修正系数也会更大。通过将基本修正量、基于水温的一个修正系数以及基于轨迹长度的一个修正系数相乘而获得用于修正的最终提前量。对于燃油喷射量的修正系数，同样可以使用这种方法。燃油喷射量的修正系数可以表示为：基本修正量、基于水温的修正系数以及基于轨迹长度的修正系数的乘积。

若在节气门开度修正后实际转速依然与目标转速存在偏差，上述的实施例根据实际转速与目标转速之间的差异而对节气门开度进行反馈控制。但是，当修正量由于反馈控制而收敛后，可以将结果值存储为一个学习值。该学习值被存储在ECU30的一个备用RAM中。对于用于修正的点火正时提前量和燃油喷射量的修正系数也同样适用。从反馈控制导出的收敛值可以被存储作为一个修正系数学习值。该学习值可以被存储在以转速和负载为参数的映射图表(或仅以转速为参数的映射图表)中。在内燃机2的下一次启动，该存储的学习值可以被用来修正相应的发动机控制参数。这保证了一旦进行了上述的扭矩修正控制，在内燃机2的下一次启动时就可以立即进行稳定的怠速工作。接下来的训练操作可以在周期的基础上或者在进行加燃料的时候进行，以修改该燃油参数。

若在点火正时提前修正或在点火正时和燃油喷射量修正之后，实际转速仍然与目标转速有差异，上述的实施例根据实际转速与目标转速之间的差异而对点火正时或燃油喷射量进行反馈控制。但是，另外一种方法，可以对节气门开度进行反馈控制。当节气门开度由于调整的目的而改变时，可以预见，进气道4内的负压会减小。但是，当点火正时由于修正的目的而被提前或者燃油喷射量由于修正的目的而被增大，实际转速与目标转速之间的差异实际上已被消除。因此，节气门开度的微小变化已经足够。

某些内燃机控制器在启动之后立即根据实际转速与目标转速之间的差异而对点火正时进行反馈控制。本发明也可以被应用在进行上述控制的控制器中。在这种情况下，该控制器应该在启动之后根据本发明而进行控制，消除实际转速与目标转速之间的差异，然后进行点火正时的反馈控制。

可以应用于本发明的内燃机并不被限制于如图1所示的结构。对于一种装有与节气门平行的ISC阀的内燃机，可以通过修正ISC阀的开度而调整进气量。对于一种进气阀具有可变气门机构(如，电磁驱动阀)可以改变工作角度和升程的内燃机，可以通过允许可变气门机构对工作角度和升程进行修正而调整进气量。

上述的本发明的主要优点总结如下：

若扭矩相应值在多个在前循环中变化很大，可以断定燃烧状态是由于使用了重质燃料而恶化。另一方面，若扭矩相应值变化很小，并且实际转速与目标转速有差异，可以断定进气量发生了变化。

根据本发明的第一个方面，若指示扭矩相应值变化的程度的指标值小于预定的第一判断值，内燃机的进气量就会被修正。因此，可以在保持良好的燃烧状态和避免废气排放恶化的情况下，消除实际转速与目标转速之间的差异。此外，若该变化指标值不小于第一判断值，内燃机的点火正时就会被修正。因此，燃烧状态可以得到改善，同时避免了废气排放的恶化。这样，本发明可以防止转动的变化，并消除实际转速与目标转速之间的差异。

根据本发明的第二个方面，若变化指标值不小于预定的大于第一判断值的第二判断值，内燃机的点火正时和燃油喷射量都会被修正。因此，燃烧状态可以通过调整空燃比而得到改善。这样，本发明可以防止转动的变化，并消除实际转速与目标转速之间的差异。

Claims (10)

1.一种内燃机控制器包括：

用于判断内燃机实际转速是否不同于目标转速的装置；

用于从所述内燃机的工作数据中计算出对应于由所述内燃机产生的扭矩的扭矩相应值的装置；

用于通过将多个在前循环中的所述扭矩相应值的变化程度数字化而计算出一个变化指标值的装置；

用于调整所述内燃机的进气量的装置；

用于调整所述内燃机的点火正时的装置；以及

用于控制所述内燃机以消除所述实际转速与所述目标转速之间的差异的装置；

其中，当由所述的变化指标值计算装置计算出的指标值小于一个预定的第一判定值时，所述的控制装置使所述的进气量调整装置修正所述的内燃机的进气量，或者，当所述的指标值不小于第一判定值时，所述的控制装置使所述的点火正时调整装置修正所述的内燃机的点火正时。

2.根据权利要求1的内燃机控制器，进一步包括：

用于调整所述的内燃机的燃油供应量的装置，

其中当所述的指标值不小于预定的大于所述第一判断值的第二判断值时，所述的控制装置使所述的点火正时调整装置修正所述的内燃机的点火正时，并使所述的燃油供应量调整装置修正所述的内燃机的燃油供应量。

3.根据权利要求1的内燃机控制器，其中

所述的扭矩相应值计算装置计算所有气缸的所述的扭矩相应值；以及

所述的变化指标值计算装置根据所有气缸的所述的扭矩相应值的变化而计算所述的变化指标值。

4.根据权利要求1的内燃机控制器，其中

所述的扭矩相应值计算装置计算每个气缸的所述的扭矩相应值；以及

所述的变化指标值计算装置根据每个气缸的所述的扭矩相应值的变化而计算所述的变化指标值。

5.根据权利要求1的内燃机控制器，其中

所述的扭矩相应值计算装置计算某个特定气缸的所述的扭矩相应值；以及

所述的变化指标值计算装置根据所述特定气缸的所述扭矩相应值的变化而计算所述的变化指标值。

6.根据权利要求1的内燃机控制器，其中所述的扭矩相应值计算装置利用从曲柄转角而计算得出的指示扭矩作为所述的扭矩相应值。

7.根据权利要求1的内燃机控制器，其中所述的扭矩相应值计算装置利用曲柄的角加速度作为所述的扭矩相应值。

8.根据权利要求1的内燃机控制器，其中所述的变化指标值计算装置在多个在前循环中计算出所述的扭矩相应值的轨迹长度，并将所述的轨迹长度作为所述的变化指标值。

9.根据权利要求1的内燃机控制器，其中所述的变化指标值计算装置计算出其中所述扭矩相应值在预定可接受的范围之外的循环的数目与其中所述扭矩相应值被计算的循环的总数目之间的比率，并将所述的比率作为所述的变化指标值。

10.根据权利要求1的内燃机控制器，其中所述的变化指标值计算装置计算出所述的扭矩相应值在多个在前循环中的离差或标准偏差，并将所述的离差或便准偏差作为所述的变化指标值。

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