CN100507243C - 用于内燃机的运行状态确定装置 - Google Patents

Abstract

在进气通道(2)中的进气压力在多个不同的预定曲轴转角被检测，所述曲轴转角在内燃机(1)的一个燃烧周期内的吸气冲程的外部被设置。内燃机(1)的加速/减速状态根据在同一个曲轴转角检测的前一个进气压力和当前进气压力之间的改变量被确定。因而，即使不使用节流角度检测器，在内燃机(1)的一个燃烧周期内也具有多个用于检测进气压力的多个时间点。运行状态由除去吸气冲程中的其它冲程内的压力改变来确定。

Description

用于内燃机的运行状态确定装置

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的运行状态确定装置，所述装置用于在例如控制燃料注入和点火中确定内燃机的运行状态。

背景技术

通过检测节流阀的节流角度的改变来确定内燃机的运行状态是公知的，其中所述节流阀调节吸入到发动机中的空气，并且校正例如燃料的注入量或点火时间点。节流角度由与节流阀的节流轴相连的节流角度检测器检测。

在系统被构成为使得通过节流角度检测器检测节流角度的情况下，发动机的运行状态可以根据节流角度的改变量来确定。

在系统以简单的结构被构成，其中不使用昂贵的节流角度检测器的情况下，可以大大地减少成本。此时，使用进气压力的改变量作为另一种用于确定发动机运行状态的方法，而不使用节流角度检测器。己知在发动机的吸入、压缩、做功(爆炸)和排气冲程当中，在吸入冲程中的进气压力发生大的改变。因此，如果根据在发动机的一个燃烧周期的吸入冲程中在预定的检测时间点检测的进气压力确定发动机的运行状态，则因为具有大的改变量而使得运行状态容易被确定。不过，如果检测时间点改变以及改变量的误差增加，则可能错误地确定所述运行状态。

此外，日本专利申请公开JP1104932A也公开了一种内燃机燃料喷射量控制方法，在此引入作为参考文件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于内燃机的运行状态确定装置，所述装置能够不用节流角度检测器快速且精确地确定发动机的运行状态。

根据本发明的一方面，提供一种用于内燃机的运行状态确定装置，包括：压力检测器，该压力检测器连接到内燃机的进气通道；以及电子控制单元，该电子控制单元连接到该压力检测器，用于控制内燃机。该内燃机是一个单缸内燃机。该电子控制单元包括：进气压力检测装置，用于在该内燃机的一个燃烧周期内的多个预定的曲柄角上读取所检测的进气压力；以及运行状态确定装置，用于根据由所述进气压力检测装置在该内燃机的相同曲柄角上读取的前一个进气压.力和当前进气压力之间的改变量来确定内燃机的加速/减速状态和稳定状态；以及所述预定的曲柄角被设置在吸气冲程之外的一角度上。

按照本发明，在进气通道中的进气压力在发动机的一个燃烧周期内在多个预定的曲柄角上被检测，并且发动机的加速/减速状态和稳态状态根据在相同的曲柄角或者相同的曲轴时间点上检测的前一个进气压力和当前进气压力之间的改变量来确定。因而因为进气压力在发动机的一个燃烧周期内被检测多次，所以发动机的运行状态可以被快速地确定。

按照本发明，预定的曲柄角或者曲柄角时间点被设置在在吸气冲程之外的一个角度处，即设置为在压缩冲程、做功冲程或排气冲程中的一个角度处。因而，因为检测时间点被设置在压缩冲程、做功冲程或排气冲程，所以和在吸气冲程进行检测相比，可以减少由于进气压力检测时间点的改变而引起的改变量的误差。

根据本发明的一个实施例，发动机的加速/减速状态或者稳态状态根据在多个预定的曲柄角的每一个角上检测的前一个进气压力和当前的进气压力之间的改变量的总和来确定。

附图说明

本发明的上述和其它目的、特征和优点，由下面参照附图进行的详细说明将会更加清楚地看出。附图中：

图1是用于表示发动机及其外围装置的示意图，其中应用了按照本发明的第一实施例的内燃机运行状态确定装置；

图2是表示在发动机的加速状态下进气压力的过渡状态的定时图；

图3表示在第一实施例中执行的燃料注入校正系数计算程序的流程图；

图4表示和第一实施例中发动机的加速状态相应地执行的燃料注入校正系数计算程序的流程图；

图5是表示和第一实施例中发动机的减速状态相应地执行的燃料注入校正系数计算程序的流程图；

图6是表示和第一实施例中发动机的稳态状态相应地执行的燃料注入校正系数计算程序的流程图；

图7是表示在本发明的第二实施例中执行的燃料注入校正系数计算程序的流程图；以及

图8是表示在本发明的第三实施例中执行的燃料注入校正系数计算程序的流程图。

具体实施方式

(第一实施例)

参看图1，一种单缸水冷发动机利用标号1表示。空气从空气清洁器3被吸入发动机1的进气通道2中。在进气通道2的中部提供有节流阀11，其按照加速器踏板(未示出)的操作打开和闭合。吸入进气通道2中的空气的数量根据节流阀11的开闭而改变。除去吸入的空气之外，还从在进气通道2的入口4附近提供的注入器(燃料注入阀)5注入燃料。燃料和空气的混合物通过吸气阀6吸入燃烧室7。

此外，进气压力检测器21被提供在位于进气通道2的中部的节流阀11的下游，用于检测在进气通道2中的进气压力PM。曲柄角检测器22被提供在发动机1的曲轴12附近，用于检测对应于曲轴转动的曲柄角[⁰CA]。根据曲柄角检测器22产生的曲柄角信号来计算发动机1的发动机转速NE。此外，在发动机1上提供有冷却剂温度检测器23，用于检测冷却剂温度THW。

火花塞13被提供在发动机的燃烧室7的方向上。与由曲柄角检测器22检测的曲柄角同步，响应来自电子控制单元(ECU)30的点火指令信号，从点火线圈/点火器14向火花塞13施加高电压，使得燃烧室7中的混合物点火燃烧。当在燃烧室7中的混合物被点火燃烧(爆炸)时，则产生驱动力，并且燃烧之后的废气从排气管通过排气阀8排放到排气通路9，然后排到外部。

ECU 30被构成作为逻辑算术电路，其包括CPU 31，用于执行各种计算程序；ROM 32，用于存储控制程序；RAM 32，用于存储各种数据：B/U(备用)RAM 34；输入/输出电路35：总线36，用于连接这些电路元件；以及其它电路。由进气压力检测器21检测的进气压力PM、由曲柄角检测器22检测的曲柄角、由冷却剂温度检测器23检测的冷却剂温度THw等被提供给ECU 30。按照根据这些不同的检测器的信息而产生的CPU 30的输出信号，合适地控制注入器5的时间点和燃料注入量、由线圈/点火器14等控制的火花塞的点火时间点等。

ECU 30，特别是CPU 31被编程，以便执行各种处理，其中包括关于燃料注入控制的图2和图4到图6所示的燃料注入校正系数计算程序。所述计算程序由CPU 31在由曲柄角检测器22产生的曲柄角信号同步的每个中断处重复地执行。

如图2所示，在加速状态下，发动机1的进气压力PM[kPa(千帕斯卡)]沿增加的方向改变。虽然没有示出，在减速状态下，进气压力PM沿与加速状态相反的减少的方向改变。其中PMN和ΔPMN中的“n”代表1、2、3，即，PM1、ΔPM1、PM2、ΔPM2、PM3、ΔPM3。如图2所示，除去发动机1的吸气冲程之外，预定的曲柄角相对于参考曲柄角在压缩冲程被设置为α[⁰CA]，在做功冲程为β[⁰CA]，在排气冲程为γ[⁰CA]，即在一个燃烧周期(吸气，压缩，做功和排气)被设置为3个曲柄角。

ECU 30，特别是CPtJ31被编程用于执行各个控制程序，其中包括如图3到6所示的燃料注入校正系数计算程序。

参见图3，在步骤101，首先确定是否是进气压力PMN的检测定时。在这一步，具体地说，确定是否是预定的曲柄角α、β和γ[⁰CA]中一个，它们是图2所示的进气压力PM1(PM10)、PM2(PM20)和PM3(PM30)的检测时间点。如果在步骤101的检测结果是NO，即不是作为进气压力PMN的检测时间点的预定的曲柄角α、β和γ[⁰CA]，则结束这个程序的执行。

在另一方面，如果在步骤101的确定结果是YES，即预定的曲柄角α、β和γ[⁰CA]中的任何一个是吸气压力PMN的检测时间点，则处理进行到步骤102，在此时读出进气压力。然后在步骤103，通过从在步骤102读出的当前的进气压力PMN减去在RAM 33中存储的先前的进气压力PMNO，计算进气压力的改变ΔPMN。

然后在步骤104，确定在步骤103计算的进气压力改变ΔPMN是否大于在正侧的阈值A，以便确定加速，因而确定图2所示的进气压力改变ΔPMN是否向正侧发生了超过正侧阈值A的大的改变。如果在步骤104的确定结果是YES，即进气压力改变ΔPMN向正侧发生了超过正侧阈值A的大的改变，则在步骤105按照发动机的加速状态执行校正系数计算程序。

在另一方面，如果在步骤104的确定结果是NO，即如果进气压力改变ΔPMN小于正侧阈值A，则处理执行步骤106，确定进气压力改变ΔPMN是否小于负侧阈值B，以便确定减速。如果在步骤106的确定结果是YES，即，进气压力改变ΔPMN向负侧发生了超过负侧阈值B的大的改变，则处理进行步骤107，按照减速状态执行校正系数计算。

在另一方面，如果在步骤106的确定结果是NO，即，如果不小于负侧阈值B，换句话说进气压力改变ΔPMN在正侧阈值A和负侧阈值B之间，则处理进行步骤108，并根据发动机1的稳态执行校正系数计算程序。在步骤105，107或108之后，处理进行步骤109，通过在RAM 33内存储当前的进气压力更新先前的进气压力PMn0，因而结束这一程序。

在执行这个程序之后，根据发动机转速NE和发动机1的进气压力PMN在主程序(未示出)以已知方式计算的基本燃料注入量利用对应于发动机的加速/减速状态或者稳态的燃料注入校正系数进行校正，因而调节从注入器5实际注入的注入量。

在加速状态的情况下，按照图4计算对应于发动机1的加速状态的燃料注入校正系数。在步骤201，通过用预定的转换增益C乘以进气压力改变ΔPMN，并加上按照参数例如发动机转速NE和冷却剂温度THW设置的校正值D计算加速燃料增加校正系数FACC。然后在步骤202，通过由预定的转换增益E乘以压力改变ΔPMN，并加上按照参数例如发动机转速NE和冷却剂温度THw设置的校正值F计算异步燃料校正系数TIASY。

在减速状态的情况下，按照图5计算对应于发动机1的减速状态的燃料注入校正系数。在步骤301，确定进气压力改变ΔPMN是否小于负侧阈值G。所述负侧阈值G沿负侧被设置成比在图3步骤106使用的负侧阈值B较大。如果在步骤301的确定结果是YES，即进气压力向负侧的改变ΔPMN超过负侧阈值G，则处理执行步骤302。因而，发动机1被确定处于大的减速状态下，并切断燃料供应，借以结束处理。

在另一方面，如果在步骤301的确定结果是NO，即进气压力改变ΔPMN处于比负侧阈值G更正的一侧，并且在负侧不是太大，则发动机1被确定处于正常的减速状态下，并且处理执行步骤303。通过由预定的转换增益H乘以进气压力改变ΔPMN，并加上按照参数例如发动机转速NE和冷却剂温度THw设置的校正值I计算减速燃料减少校正系数FDEC。

在稳态情况下，按照图6计算对应于发动机1的稳态的燃料注入校正系数。在步骤401，确定燃料源是否被切断。如果在步骤401的确定结果是YES，即处于燃料切断状态，则执行从燃料切断返回的处理。在另一方面，如果在步骤401的确定结果是NO，即不处于燃料切断状态，则处理跳过步骤402。

然后在步骤403，确定在RAM 33中存储的加速燃料增加校正系数FACC是否大于0。如果在步骤403的确定结果是YES，即加速燃料增加校正系数FACC大于0，则处理进行步骤404，使得通过用预定的增益J乘以加速燃料增加校正系数并减去按照参数例如发动机转速NE和冷却剂温度THw设置的校正值K，更新加速燃料增加校正系数。在另一方面，如果步骤403的确定结果是NO，即，加速燃料增加校正系数FACC是0，则处理跳过步骤404。

然后在步骤405，确定在RAM 33中存储的减速燃料减少校正系数.FDEC是否大于0。如果步骤405的确定结果是YES，即减速燃料减少校正系数FDEC大于0，则处理进行步骤406，使得通过用预定的增益L乘以减速燃料减少校正系数并减去按照参数例如发动机转速NE和冷却剂温度THw设置的校正值M，更新减速燃料减少校正系数。在另一方面，如果步骤405的确定结果是NO，即，减速燃料减少校正系数FDEC是0，则处理跳过步骤406，并结束这一程序。

按照第一实施例，在发动机1的一个燃烧周期中，在多个不同的曲柄角α、β和γ[⁰CA]当中对应于检测时间点的曲柄角，检测进气通道2中的进气压力PMN。根据在同一曲柄角检测的前一次进气压力PMN0和当前的进气压力PMN之间的变化量ΔPMN确定发动机1的加速/减速状态或稳态状态。因而，因为在发动机1的一个燃烧周期中具有多个用于检测进气压力的检测时间点(α，β，γ)，可以快速地确定发动机1的运行状态。

此外，按照本实施例的运行状态确定装置的预定的曲柄角α，β，γ分别在除去吸气冲程之外的压缩冲程、做功冲程和排气冲程中被设置。因为分别在除去吸气冲程之外的压缩冲程、做功冲程和排气冲程中设置检测进气压力的的时间点，所以可以减少由于检测进气压力的时间点的不同而产生的改变量的误差。因而，即使系统不利用节流角度检测器被简单地构成，也可以精确地确定发动机1是处于加速/减速状态或者处于稳态状态。

在上述的实施例中，根据在发动机1的一个燃烧周期中在曲柄角α，β，γ[⁰A]检测的进气压力PM1，PM2和PM3当中的检测时间点检测的每个进气压力ΔPM1、ΔPM2、ΔPM3的一个改变量，确定发动机1是处于加速/减速状态或者处于稳态状态。不过，可以利用多个进气压力改变进行所述确定，例如，通过利用进气压力改变量的和来确定。在利用改变量的和的情况下，发动机1的运行状态的确定被延迟一点。不过，这种确定将更加精确，并且根据改变量的和可以确定更合适的燃料注入校正系数。

(第二实施例)

在第二实施例中，在与由曲柄角检测器22产生的曲柄角信号同步的每个中断处重复地执行校正系数计算程序。

具体地说，如图7所示，在步骤501，读出在相同的曲柄角上的进气压力PM。然后在步骤502，在步骤501读出的进气压力PM被存储在RAM 33的最新进气压力存储区域内作为当前的进气压力PMa。然后在步骤503，确定是否是加速/减速确定时间点。所述加速/减速确定时间点指的是在发动机1的一个燃烧周期内预定的多个不同的曲柄角。如果在步骤503的确定结果是NO，即不是加速/减速确定时间点，则该程序不执行任何其它步骤而终止。

在另一方面，如果在步骤503的确定结果是YES，即，是加速/减速确定时间点，则处理进行步骤504，使得通过从当前进气压力PMa，中减去前一个进气压力PMb计算进气压力改变ΔPM。进气压力PMa是在步骤502存储在RAM 33的最新进气压力存储区域中的一个值，进气压力PMb是在前面的加速/减速确定时间点的确定中使用过之后在RAM 33的先前进气压力存储区域中存储的值。然后在步骤505，确定在步骤504计算的进气压力改变ΔPM是否大于被提供用于加速确定的正侧阈值P。如果在步骤505的确定结果是YES，即进气压力改变ΔPM朝正侧较大地改变而超过正侧阈值P，则处理进行步骤506，并执行对应于发动机1的加速状态的校正系数计算程序。在这个改型中，进气压力改变ΔPM对应于图4的进气压力改变ΔPMN。

在另一方面，如果在步骤505的确定结果是NO，即，进气压力改变ΔPM小于正侧阈值P，则处理执行步骤507，并确定进气压力改变ΔPM是否小于为确定减速提供的负侧阈值Q。如果在步骤507的确定结果是YES，即，进气压力改变ΔPM朝负侧较大地改变超过负侧阈值Q，则处理执行步骤508，并且执行对应于发动机1的减速状态的图5所示的校正系数计算程序。应当注意，在本实施例中的进气压力改变ΔPM对应于图5的进气压力改变ΔPMN。

在另一方面，如果在步骤507的确定结果是NO，即，进气压力改变ΔPM比负侧阈值Q更正，换句话说，如果进气压力改变ΔPM正在正侧阈值P和负侧阈值Q之间变化，则处理执行步骤509，并且执行对应于发动机1的稳态状态的图6所示的校正系数计算程序。在步骤506、508或509之后，处理进行到步骤510，在RAM 33的最新进气压力存储区域存储的进气压力PMa被存储在先前进气压力存储区域中作为先前进气压力PMb，因而结束这个程序。在执行这个程序之后，以和第一实施例相同的方式校正燃料注入量。

按照所述第二实施例，在发动机1的一个燃烧周期中，在进气通道2中的进气压力PM在对应于在与不同的曲柄角同步的每个中断处检测的进气压力PM当中的检测时间点的曲柄角被检测。发动机1的加速/减速状态或者稳态状态根据在相同的曲柄角时间点检测的先前进气压力PMb和当前进气压力PMa之间的改变量ΔPM被确定。因而，在发动机1的一个燃烧周期中检测进气压力的检测时间点是相同的，这可以快速地确定发动机1的运行状态。

(第三实施例)

在第三实施例中，燃料注入校正系数在和由曲柄角检测器22产生的曲柄角信号同步的每个中断由CPU 31重复地计算。如图8所示，在步骤601，读出进气压力PM。然后在步骤602，把在步骤610读出的进气压力PM存储在RAM 33的最新进气压力存储区域中，作为当前进气压力PMX。然后在步骤603，确定是否是N-信号中断时间点。所述N-信号中断时间点指的是在预定的曲柄角由曲柄角检测器22产生的N-信号引起中断的时间点。如果在步骤603的确定结果是NO，即，不是N-信号中断时间点，则该程序结束而不执行任何步骤。

在另一方面，如果在步骤603的确定结果是YES，即，是N-中断时间点，则处理执行步骤604，使得借助于对存储的N-数(先前值)加1把表示N-信号的顺序的N-数更新为新的N-数。然后在步骤605，确定N-数是否等于预定的数R。如果在步骤605的确定结果是YES，即，N-数等于预定的数R，则认为发动机1的相位(phase)对应于一个燃烧周期，并且使N-数返回到初始值0。如果在步骤605的确定结果是NO，即，N-数不等于预定的数R，则处理跳过步骤606。

然后在步骤607，在步骤602存储的进气压力PMX被存储在RAM 33的存储区域中，作为更新N-数的时间点，即在发动机1的一个燃烧周期中的预定的曲柄角的时间点的进气压力PMN。然后在步骤608，确定是否N数等于对应于加速/减速确定时间点的预定值S。所述加速/减速确定时间点指的是在发动机1的一个燃烧周期中预定的多个不同的曲柄角。如果在步骤608的确定结果是NO，即N-数不等于预定数S，则该程序结束而不执行任何步骤。

在另一方面，如果在步骤608的确定状态是YES，即，N-数等于预定数S，则处理执行步骤609，借助于从当前进气压力PMS减去先前进气压力PMSO计算进气压力改变APMS。然后在步骤610，确定在步骤609计算的进气压力改变ΔPMS是否大于为加速确定提供的正侧阈值T。如果确定结果是YES，即，进气压力改变ΔPMS已经较大地朝正侧改变超过正侧阈值T，则处理执行步骤611，并执行对应于发动机1的加速状态的图4所示的校正系数计算程序。应当注意，在这个改型中的进气压力改变ΔPMS对应于图4的进气压力改变ΔPMN。

在另一方面，如果在步骤610的确定结果是NO，即，进气压力改变ΔPMS小于正侧阈值T，则处理执行步骤612，并确定进气压力改变ΔPMS是否小于为确定减速提供的负侧阈值U。如果在步骤612的确定结果是YES，即，进气压力改变ΔPMS已经朝负向较大地改变超过负侧阈值U，处理执行步骤613，并执行对应于发动机1的减速状态的如图5所示的校正系数计算程序。应当注意，在这个改型中的进气压力改变ΔPMS对应于图5的进气压力改变ΔPMN。

在另一方面，如果在步骤612的确定结果是NO，即进气压力改变ΔPMS比负侧阈值U更正，换句话说，如果进气压力改变ΔPMS在正侧阈值T和负侧阈值U之间改变，则处理执行步骤614，并执行对应于发动机1的稳态状态的图6所示的校正系数计算程序。在步骤611、613或614之后，处理执行步骤615，并把当前进气压力PMS存储在RAM 33的进气压力存储区域中作为先前进气压力PMSO，因而结束这个程序。

在这个程序被执行之后，在主程序(未示出)中根据发动机1的发动机转速NE和进气压力PM用已知方式计算的基本的燃料注入量利用对应于发动机的加速/减速状态或稳态状态的每个燃油注入校正系数被校正，从而调节由注入器5实际注入的燃料的注入量。

因而，发动机1的加速/减速状态或稳态状态根据在相同的曲轴时间点检测的前一个进气压力.PMSO和当前进气压力PMS之间的改变量ΔPMS被确定。因而，因为在发动机1的一个燃烧周期中检测进气压力的检测时间点相同，所以发动机1的运行状态可以快速地被确定。

Claims (2)

1、一种用于内燃机(1)的运行状态确定装置，包括：

压力检测器(21)，该压力检测器(21)连接到内燃机(1)的进气通道(2)；以及

电子控制单元(30)，该电子控制单元(30)连接到该压力检测器(21)，用于控制内燃机(1)；

其特征在于：

该内燃机(1)是一个单缸内燃机；

该电子控制单元(30)包括：

进气压力检测装置，用于在该内燃机(1)的一个燃烧周期内的多个预定的曲柄角上读取所检测的进气压力；以及

运行状态确定装置，用于根据由所述进气压力检测装置在该内燃机(1)的相同曲柄角上读取的前一个进气压力和当前进气压力之间的改变量来确定内燃机的加速/减速状态和稳定状态；以及

所述预定的曲柄角被设置在吸气冲程之外的一个角度上。

2、如权利要求1所述的用于内燃机的运行状态确定装置，其特征在于：所述运行状态确定装置根据在多个预定的曲柄角的每一个角度上检测的前一个进气压力和当前进气压力之间的每个改变量的总和来确定该内燃机(1)的加速/减速状态和稳定状态。

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