CN100406700C - 内燃机的控制系统 - Google Patents

Abstract

发动机控制系统(1)根据处于进气通路(4)内并设置于节流阀(12)的下游的气体流量计(14)的输出，检测吸入发动机(2)的空气的量，求得与空气量对应的燃料的喷射量，从喷射器(5)中喷射燃料。气体流量计(14)的设置位置在与节流阀(12)相距给定距离的下游，并离开相当于进气通路(4)的直径的2倍到4倍的距离。

Description

内燃机的控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制向内燃机供给的燃料的喷射量等的控制系统。本申请对于2003年4月22日提出的日本专利申请特愿2003-116814号主张优先权，在这里引用其内容。

背景技术

一直以来，作为控制车辆等的内燃机的燃烧的方法，已知如下的方法，即，与从外部气体中抽吸的空气的量匹配地控制燃料的喷雾量，与曲柄轴的旋转角度对应地向空气和燃料的混合物点火，使之燃烧(例如参照特公平4-15388号公报)。

这里，所述文献中，公开了控制燃料喷射的技术。具体来说，是为了控制向多气缸发动机的燃料喷射而被使用的，在空气的进气通路上，在节流阀和电磁喷射阀之间设置有空气的流量传感器。控制电路在给定的时刻根据由流量传感器检测的吸入空气的流量的平均值运算燃料的基本喷射量，基于该基本喷射量进行燃料喷射。发动机在一个循环期间依次切换进行进气的气缸，将此时产生的吸入空气的流量的变动作为与吸入空气的流量的平均值的偏差量捕捉，将与该偏差量相当的偏差信号向电磁喷射阀的电压电路直接输入，当偏差信号大时，则较多地喷射燃料，当偏差量少时，则较少地喷射。而且，在基本喷射量的运算中，使用检测抽吸空气的温度的进气温度传感器、检测发动机的冷却水的温度的冷却水温度传感器进行修正。

但是，为了提高燃烧效率和响应性，希望实际上随时测定被内燃机抽吸的空气量，决定对它来说最佳的燃料的喷射量，当在节流阀的附近测定空气的流量时，由于气流因进行开闭的节流阀的影响而紊乱，因此无法正确地测定空气的流量。与之相反，在远离节流阀的位置上，流量的变化减少，难以检测出由进气冲程引起的流量变化。该情况下，需要将其他的检测曲柄轴的旋转角度的传感器、检测凸轮的旋转角度的传感器等组合使用而确认进气的开始或结束，但是当燃料的喷射控制中所需要的传感器的数目增加时，处理就会因此而变得复杂，产生控制电路的负担增加的问题。

发明内容

本发明是为了解决此种问题而完成的，提供一种能够以简单的构成在恰当的时刻喷射必需的量的燃料的内燃机的控制系统。

本发明提供一种内燃机的控制系统，是在进气通路内具有节流阀的内燃机的控制系统，具备：被设于所述节流阀的下游侧并检测吸入所述内燃机的空气量的传感器、根据由该传感器检测的所述空气量运算燃料的喷射量的控制装置、喷射与利用该控制装置算出的所述喷射量相当的燃料的燃料喷射用的喷射器，所述节流阀的设置位置和所述传感器的设置位置之间的距离被设定为所述进气通路的直径的2倍到4倍。

根据该内燃机的控制系统，在距节流阀给定的距离的下游处测定流过进气通路的空气的量。该距离设为进气通路的直径的2倍到4倍之间的距离。由于该范围是空气在进气通路内稳定地流通的区域，因此配置于该范围内的传感器就会正确地检测出随着进气而流过进气通路的空气流量的增加。传感器所检测的结果在控制装置中被用于燃料的喷射量的运算，与喷射量的运算结果对应地从喷射器中喷射燃料。

本发明的内燃机的控制系统，优选所述节流阀的设置位置和所述传感器的设置位置之间的距离为44mm到66mm之间。

根据该内燃机的控制系统，利用设于距节流阀沿下游离开了44mm到66mm的位置上的传感器检测出流过进气通路的空气的量。在进气时，可以检测到较大的空气量的变化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的发动机的控制系统的概略图。

图2是说明气体流量计的设置位置的图。

图3是表示随着发动机的工作而变化的空气量的变化的图。

图4是在每个气体流量计的设置位置表示空气量的变化的图。

图5是在每个气体流量计的设置位置表示空气量的变化的图。

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施方式一进行详细说明。图1是表示本实施方式的内燃机的控制系统的概略图。图2是说明气体流量计的设置位置的图。

图1所示的本实施方式的发动机控制系统1从与作为内燃机的发动机2的进气歧管3连结的进气通路4中抽吸空气，在使该空气、和从设置于进气歧管3上的喷射器5中喷出的燃料混合后，使之在发动机2的燃烧室2a内燃烧，在将燃烧后的燃烧气体从排气歧管6中排出之时，根据用作为安装于进气通路4的给定位置上的传感器的气体流量计14检测出的空气量，控制装置7对燃料的喷射量进行控制。

进气通路4具有空气滤清器11、以及具备节流阀12的节流阀体13，其中，节流阀12是位于空气滤清器11的下游并进行空气量的调整的节流阀。在节流阀体13上，安装有气体流量计14，该气体流量计14将穿过进气通路4而被吸入发动机2的空气的量被作为质量流量检测出。如图2所示，气体流量计14位于节流阀12的转动轴12a的下游侧，相互间的距离为设置距离L，从而可以用向进气通路14露出的检测部14a检测实际上被发动机2的燃烧室2a抽吸的空气量。而且，当将气体流量计14安装于节流阀体13上时，就可以削减安装的工时。

作为适于本实施方式的气体流量计14，可以举出具有在硅基板上蒸镀了白金薄膜的检测部14a，并按照将白金薄膜的温度保持一定的方式通电的传感器。当流过白金薄膜的周围的空气的质量增加时，经过空气而从白金薄膜中散失的热量增大，白金薄膜的温度与之成比例地降低。此时，气体流量计14为了将温度保持一定而增加向白金薄膜通入的电流。另一方面，当空气的流通量减少时，由于热的散失减少而使白金薄膜的温度上升，因此气体流量计14减少向白金薄膜通入的电流。由于电流值与流过白金薄膜的周围的空气的质量的增减成比例地增减，因此当监测该电流值时，就可以测定空气量。而且，此种气体流量计14由于与使用白金制的线的情况相比，可以减少热容量，因此实现了高响应性、高测定精度。

图1所示的喷射器5是利用电磁喷射阀的开闭动作向流过进气歧管3内的空气内喷出燃料的机构，供给从燃料罐15内的燃料泵16中抽出并在调节器17中进行了调压的燃料。

向燃烧室2a中的混合气体的供给及燃烧后的排出，由被未图示的配气正时机构驱动的进气阀2b及排气阀2c进行。

对混合气体的点火由火花塞8进行。火花塞8利用蓄积于点火电路9中的高能量进行放电。

进行该发动机控制系统1的控制的控制装置7也被称作ECU(Electronic Control Unit)，具有CPU(Central Processing Unit)和ROM(Read Only Memory)等，接受来自电池10的电能供给而动作。该控制装置7将气体流量计14的输出电流作为输入数据，进行给定的处理，决定从燃料泵15向喷射器5供给的燃料的量、喷射器5的喷射量及其喷射时刻、对点火电路9开始充电的时刻、点火时刻，向各部输出指令信号。

这里，控制装置7具有：在气体流量计14的输出电流上乘以给定的系数而运算空气量的空气量运算机构、根据空气量的变化判定进气的上升及进气的下降的判定机构、对从进气开始后的空气量进行累计的累计机构、进行喷射器5等的控制的喷射量控制机构。另外，控制装置7按照在给定的时刻使火花塞8放电而点燃空气和燃料的混合气体的方式来控制，因此还具有根据进气量及燃料量来运算、控制点火电路9的充电时间的点火控制机构。而且，控制装置7也可以是不进行点火的控制的构成。该情况下，设有作为点火控制机构发挥作用的其他的控制装置。

对于由控制装置7处理的数据及其处理，使用图1及图3进行说明。而且，图3是表示随着发动机的工作而变化的空气量的变化的图，横轴表示时间的推移，纵轴表示进气量。

图3中随时间的推移而变动的空气量是在来自气体流量计14的输出电流上乘以给定的系数而得到的值。将所得的空气量多于给定的阈值(基准值)的时候作为顺流处理，将在其以下的情况作为逆流处理。而且，所谓顺流是指，空气沿被发动机2抽吸的方向流动的情况。所谓逆流是指空气沿反方向，即向节流阀12所处的方向流动的情况，是在发动机2的进气阀2b关闭时，因被截止的空气沿反方向流动而发生的。将此种顺流和逆流交互地发生的状态称作脉动流。

另外，虽然有在节流阀12略微打开的状态下发动机2的进气阀2b打开的情况，但是在此种情况下在进气通路4内产生负压。该负压由于即使将进气阀2b关闭也会残留，因此会有产生穿过节流阀12而流入的空气的微弱的流动的情况。将此种条件下产生的空气的流动称作过小流。

此外，空气量超过脉动流及过小流的范围而增加的区域，是空气被向发动机2抽吸的区域，相当于发动机2的进气冲程。进气的开始(进气的上升)设为在空气量超过了脉动流及过小流的大小时，此种空气量从零开始上升的时候。进气的开始由于不由发动机2的转速决定，而是由进气阀2b打开的时刻(曲柄轴2d为给定的角度)决定的，因此就可以将该点作为基准点来控制燃料喷射的时刻和点火时刻。

另外，进气的结束(进气的下降)设为超过峰值而减少的空气量降为零的时候。

使用图4及图5对气体流量计14的安装位置与可否检测进气的上升的关系进行说明。

图4及图5是使用直径22mm的节流阀体13、并将发动机2的转速设为每分钟1500次时，距节流阀12的旋转轴12a设置距离L(参照图2)处的进气通路4的空气量的变化进行调查后所得的结果，横轴表示时间的推移，纵轴表示用气体流量计14检测的空气量。图4的线CL1表示设置距离L为22mm时的空气量的变化。另外，线CL2表示设置距离L为44mm时的空气量的变化，线CL3表示设置距离为66mm时的空气量的变化。图5的线L4表示设置距离为88mm时的空气量的变化，线L5表示设置距离为110mm时的空气量的变化。而且，时刻t1设为进气阀2b打开而开始进气的时刻。

如图4的线CL1所示，在设置距离L为22mm的位置上安装了气体流量计14的情况下，从最初开始即检测出较大的空气量，无法在时刻t1确认进气的上升。另一方面，在线CL2所示的设置距离L为44mm的位置上，一开始被作为脉动流或过小流检测出的较小的空气量在时刻t1附近急速地上升，其后空气量维持较大的状态。在线CL3所示的设置距离L为66mm的位置上，在时刻t1附近急速地上升，其后在进行脉动流的同时缓慢地减少。设置距离L为44mm及66mm的位置上的空气量的变化虽然因发动机2的容量而不同，然而均为0.00015g以上。这在判别脉动流、过小流、进气的上升中是足够的空气量的变化。

另外，在图5的线L4所示的设置距离L为88mm的位置上，也发现在时刻t1附近急速地上升的情况。这里的空气量的变化也为0.00015g以上。与之相反，在线CL5所示的设置距离L为93mm的位置上，无论时间为多少，都检测出很大的空气量，时刻t1附近的空气量的变化并未表现出脉动流或过小流的区域。

为了由气体流量计14的检测结果判定进气的开始，需要在短时间之内出现很大的空气量的变化(例如0.0001g以上)。所以，在本实施方式中可以确认进气的上升的合适的气体流量计14的设置位置为，在距离节流阀12的安装位置44mm以上88mm以下的范围内。这是因为，当设置距离L小于44mm时，则会受到用节流阀12缩小流路时紊乱的气流的影响，当设置距离L超过88mm时，则无法由气流的紊乱等判定进气的上升。更合适的气体流量计14的设置位置是在进气的开始前后空气量很大地变化的44mm到66mm之间。

这里，当将合适的气体流量计14的设置位置L用安装气体流量计14的通气流路4的流路的直径φ表示时，则L＝k×φ。这里k为给定的常数，采用2到4之间的值。直径φ采用从节流阀12直至气体流量计14之间的进气通路4的平均的直径。直径φ不仅对于所述的节流阀体13的直径22mm，而且对于发动机2所使用的其他的直径都显示相同的倾向。设置位置L和直径φ构成比例关系的原因是，当直径φ较大时，节流阀12的后段的气流容易紊乱，然而其后可以长时间地持续稳定的状态。

下面，对于在发动机2起动后每隔一定周期被作为中断处理进行的控制装置7的控制进行说明。而且，气体流量计14的设置距离L设为从进气通路4的直径的2倍到4倍之间。

首先，气体流量计14在与节流阀12的旋转轴12a相距设置距离L的下游侧对流过进气通路4内的空气的质量流量进行检测，控制装置7基于该质量流量运算空气量。在发动机2的进气阀2b关闭的状态中，由于空气量以较小的值流动，因此控制装置7判定发动机2不是处于进气冲程。

另一方面，当发动机2的进气冲程开始而进气阀2b打开时，由于进气通路4内的空气被吸入燃烧室2a内，因此流过进气通路4的空气的量急剧地增大。气体流量计14检测增大的空气的质量流量，向控制装置7输出信号。控制装置7调查所运算的空气量的变化，如果满足事先确定了的上升的变化量(例如在给定时间期间有0.00015g的增加)的条件，则将该上升的起点判定为进气被开始，将从该时刻开始的空气量的总和作为进气量进行运算。进气量被用于从喷射器5中喷出的燃料的喷射量的运算。喷射量是将进气量用给定的空燃比除而得到的。控制装置7将与所运算的喷射量对应的信号向喷射器5输出，将必需量的燃料向所抽吸的空气喷射。

此后，当伴随着进气冲程的结束，进气阀2b开始关闭时，则流过进气通路4的空气的量也减少。被设于从进气通路4的直径的2倍到4倍之间的气体流量计14可以检测出随着空气量的减少而出现的质量流量的减少。由此，如果所运算的空气量低于事先确定的给定值，则控制装置7判定为进气的结束，停止燃料的喷射。由于从进气的开始到进气结束之间，向所抽吸的空气中喷射燃料，因此就可以将空气和燃料有效地混合。

像这样，通过在与节流阀12相距设置距离L的下游设置气体流量计14，就能够基于用气体流量计14检测的空气量的变化判定进气冲程的开始和结束。对于单气缸的发动机2的情况，即使不具有检测曲柄轴2d或凸轮的旋转角度的其他的传感器，也可以检测进气的时刻。另外，由于可以判定进气的上升和下降，因此就可以精度优良地计测在该进气冲程中被抽吸的空气量。另一方面，对于多气缸的发动机2的情况，通过与检测曲柄轴2d或凸轮的旋转角度的其他的传感器组合使用，就能够对每个气缸进行进气的时刻的检测、所抽吸的空气量的检测。

而且，虽然进气的上升为对燃料的喷射量的运算中所使用的进气量进行计测的基准点，并且成为燃料的喷射开始的基准点，然而也可以作为发动机2内点火时刻的基准点。这是因为，虽然点火的时刻被作为曲柄轴2d的旋转角度事先确定，然而该旋转角度可以利用从进气的开始后经过的时间来推知。所以，从检测出进气的开始的时刻起经过给定时间后对燃烧室2a内的混合气体进行点火即可。另外，也可以是控制装置7对进气的上升的发生周期进行计数，确定发动机2的转速，与发动机2的转速对应地调整从进气的开始到点火的时间。

工业上的可利用性

本发明涉及一种内燃机的控制系统，是在进气通路内具有节流阀的内燃机的控制系统，具备：被设于所述节流阀的下游侧并检测吸入所述内燃机的空气量的传感器、根据由该传感器检测的所述空气量运算燃料的喷射量的控制装置、喷射与利用该控制装置算出的所述喷射量相当的燃料的燃料喷射用的喷射器，所述节流阀的设置位置和所述传感器的设置位置之间的距离被设定为所述进气通路的直径的2倍到4倍。

本发明的内燃机的控制系统，优选所述节流阀的设置位置和所述传感器的设置位置之间的距离为从44mm到66mm之间。

根据本发明的内燃机的控制系统，由于可以根据空气量的变化判定进气的开始，因此就可以用简单的构成正确地检测出吸入内燃机的空气量，基于其运算决定燃料的喷射量。另外，通过将进气的开始作为基准来决定喷射燃料的时刻，就可以向进气中的空气喷射燃料。

另外，根据本发明的内燃机的控制系统，由于可以在进气的开始时检测出较大的空气量的变化，因此就可以精度优良地进行进气的开始的判定。

Claims (2)

1.一种内燃机的控制系统，是在进气通路内具有节流阀的内燃机的控制系统，其特征是，具备：

被设于所述节流阀的下游侧并检测吸入所述内燃机的空气量的传感器；

根据由该传感器检测的所述空气量运算燃料的喷射量的控制装置；和

喷射与利用该控制装置算出的所述喷射量相当的燃料的燃料喷射用的喷射器，

若流过所述进气通路的空气的上升的变化量满足规定的条件，所述控制装置，则将该上升的起点判定为进气被开始，并将从该时刻开始的空气量的总和作为所述内燃机的进气量进行运算，

其中所述节流阀的设置位置和所述传感器的设置位置之间的距离被设定为所述进气通路的直径的2倍到4倍。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制系统，其特征是，在所述进气通路的直径为22mm时，所述节流阀的设置位置和所述传感器的设置位置之间的距离为44mm到66mm之间。

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