CN101307732A - 内燃机的监视系统 - Google Patents

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Abstract

ECU(26)的喷射脉冲输出部(29)基于目标燃料喷射定时和目标燃料喷射量来将喷射脉冲输出到燃料喷射器(16)中。燃料喷射监视器部(30)计算实际燃料喷射开始定时(Ya)和实际燃料喷射量(Rq)，以及当实际燃料喷射开始定时(Ya)与目标燃料喷射定时(InjAng)之差大于指定值、并且实际燃料喷射量(Rq)与目标燃料喷射量(InjMg)之差大于指定值时，判断出在燃料喷射中存在异常。根据燃烧模式，扭矩监视器部(31)将基于空气量的实际扭矩和基于燃料量的实际扭矩之一定义为异常判断实际扭矩，来判断是否存在扭矩异常。当存在燃料喷射异常时，将基于空气量的扭矩定义为异常判断实际扭矩。

Description

内燃机的监视系统
技术领域
本发明涉及内燃机的监视系统，该监视系统用于判断内燃机是否出现了异常。
背景技术
JP-P2005-522617A(US-7194997B2)说明了内燃机的监视方法，在该内燃机中，当前扭矩是基于实际燃料喷射量和/或目标燃料喷射量来计算的。在当前扭矩大于可允许的扭矩时，实行燃料消减。
在内燃机的特定运行状态下，即使增加燃料喷射量，除非改变燃料喷射定时(timing)，否则实际扭矩也可能不会增大。在上述方法中，由于当前扭矩是基于燃料喷射量计算的，而并没有考虑燃料喷射定时，如果增加燃料喷射量而实际扭矩由于燃料喷射定时的问题而没有增大，则当前扭矩或许变得大于可允许的扭矩。结果是，可以判断出扭矩过度地增大，实行燃料消减。
在直接喷射内燃机中，燃烧模式可在均匀(homogenous)燃烧模式和分层(stratified)燃烧模式之间转变。通常，在均匀燃烧模式中，燃料喷射量是基于进气流速来判断的，所述进气流速由节流阀调节以控制扭矩。根据进气量，通过计算基于空气量的实际扭矩来获得实际扭矩。在分层燃烧模式中，在节流阀完全开启的情况下通过调节燃料喷射量来控制扭矩。根据燃料喷射量，通过计算基于燃料量的实际扭矩来获得实际扭矩。
在分层燃烧模式中，当燃料喷射定时移动到进气冲程或其附近时，即使在燃烧模式是分层燃烧模式的情况下，燃烧模式也接近于均匀燃烧。在这样的情形下，即使燃烧模式是适合基于燃料量的实际扭矩的分层燃烧，基于燃料量的实际扭矩的计算准确度也会降低，因而不能准确地判断是否存在扭矩异常。
发明内容
鉴于以上问题提出本发明，其目的在于提供一种内燃机监视系统，能够准确地检测扭矩异常。
根据本发明，内燃机的监视系统包括燃料喷射控制装置，所述燃料喷射控制装置根据内燃机的运行状态，基于目标燃料喷射量和目标燃料喷射定时，将燃料喷射信号输出到喷射器。所述监视系统还包括计算装置，其基于所述燃料喷射信号来计算实际燃料喷射量和实际燃料喷射定时；以及判断装置，其通过比较所述实际燃料喷射量与所述目标燃料喷射量，并且比较所述实际燃料喷射定时与所述目标燃料喷射定时，来判断是否存在燃料喷射异常。
由于能够监视实际燃料喷射量和实际燃料喷射定时两者，因此可以准确地检测到燃料喷射异常的存在。即使燃料喷射量增大，当实际扭矩由于燃料喷射定时而没有增大时，其也可以防止进行关于存在燃料喷射异常的错误判断，且能够防止错误地进行故障安全处理。
附图说明
通过引用附图的以下描述，本发明的其他目的、特征和优点将会变得更加明显，在附图中，相似的部分由相似的附图标记表示，在附图中：
图1是根据本发明实施例的内燃机控制系统的示意图；
图2是解释燃料喷射异常判断和扭矩异常判断的结构图；
图3是解释实际燃料喷射定时和实际燃料喷射量的计算方法的时间图；
图4是显示燃料喷射异常判断例程的流程图；
图5是显示扭矩异常判断例程的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例将在下文中描述。
参见图1所示的内燃机控制系统。直接喷油式内燃机11的进气管12设置有其位置由马达(未显示)控制的节流阀13。调压室14(surge tank)设置于节流阀13的下游。进气管连接至调压室14用以引进空气到内燃机11中。
燃料喷射器16设置于内燃机11的每一个气缸的上部，用以直接喷射燃料到气缸中。火花塞17安装在内燃机11的气缸头部，与每一个气缸相对应，来点燃每一个气缸内的空气燃料混合物。进气阀19由进气凸轮18驱动以开启和关闭进气口20。排气阀22由排气凸轮21驱动来开启和关闭排气口23。
曲柄转角传感器24安装在气缸体上，以在曲柄轴(未显示)旋转一个预定的角度时，输出曲柄转角脉冲。基于该曲柄转角脉冲，可检测到曲柄转角和内燃机速度。加速传感器25检测加速器踏板的位置。
传感器的输出被输入到电子控制单元(ECU)26。ECU 26包括微型电子计算机和只读存储器(ROM)，用以控制燃料喷射器16的燃料喷射量和火花塞17的点火定时。
如图2所示，ECU 26包括燃烧模式切换部27，其根据内燃机的运行情况例如内燃机速度和内燃机负荷等，来在均匀燃烧模式和分层燃烧模式之间切换燃烧模式。在分层燃烧模式中，少许燃料在压缩冲程期间直接喷射到气缸中。在火花塞17附近形成分层的空气燃料混合物，以进行分层燃烧(稀薄燃烧)，从而提高燃料经济性。在均匀燃烧模式中，燃料在进气冲程期间直接喷射到气缸中。形成均匀空气燃料混合物，以进行均匀燃烧(按化学计量燃烧或充足燃烧)，从而提高内燃机输出。
ECU 26包括目标值计算部28，其计算目标燃料喷射定时(InjAng)和目标燃料喷射量(InjMg)。ECU 26包括喷射脉冲输出部29，其输出喷射脉冲信号到燃料喷射器16，以使得能够获得InjAng和InjMg。目标值计算部28和喷射脉冲输出部29的作用为燃料喷射控制器。
具体而言，如图3所示，喷射定时器的开始以曲柄转角信号作为参照。当曲柄轴旋转一个特定的角度，例如30℃A时，曲柄转角信号从曲柄转角传感器24输出。基于喷射定时器的计数值，在InjAng时燃料喷射脉冲信号上升，而当在对应于InMg的燃料喷射周期已经经过了InjAng时，燃料喷射脉冲信号下降。
如图2所示，ECU 26包括燃料喷射监视器部30，其计算实际燃料喷射开始定时(Ya)和实际燃料喷射量(Rq)，且当Ya与InjAng之差大于特定的值KA、而Rq与InjMg之差大于指定值KM时，判断出燃料喷射存在异常。燃料喷射监视器部30的作用为燃料喷射执行值的计算机和燃料喷射异常的判断器。
具体而言，如图3所示，基于自由运行定时器的计数值，燃料喷射监视器部30储存了对应于参照曲柄转角位置Xa[℃A]的时间Xt[μs]，对应于燃料喷射脉冲的上升定时的时间Yt[μs]，以及对应于燃料喷射脉冲的下降定时的时间Zt[μs]。参照曲柄转角位置Xa[℃A]例如是在进气冲程处的底部死点(dead center)。
燃料喷射监视器部30计算等待周期Rt1，其对应于从时间Xt到时间Yt的时间段(Rt1＝Yt-Xt)。进一步地，燃料喷射监视器部30计算实际燃料喷射周期Rt2，其对应于从Yt到Xt的时间段。燃料喷射周期Rt2表示实际燃料喷射脉冲宽度。
Ya[℃A]可由下面的公式计算。
Ya＝Xa+(Rt1/T30)×30
T30为曲柄轴旋转30℃A所需要的时间段(曲柄转角传感器24的输出脉冲信号的时间间隔)。
有效的燃料喷射周期Tf是通过从Rt2[μs]中减去无效的燃料喷射周期Td[μs]而获得的。Rq[mg]是利用根据Tf和燃料压力Pf的对应关系(map)或公式而计算的。
随后，燃料喷射监视器部30判断Ya与InjAng之差是否大于KA且Rq与InjMg之差是否大于KM。
当判断出Ya与InjAng之差大于KA且Rq与InjMg之差大于KM时，Rq相对于InjMg过度地增大而Ya过度地偏离了InjAng。监视器部30判断出存在其中扭矩不正常增大的燃料喷射异常。
如图2所示，ECU 26包括扭矩监视器部31，其判断是否存在扭矩异常。在所需的扭矩计算部32中，所需的扭矩(ReqTrq)是基于加速器位置(Aacc)和内燃机速度(Ne)通过利用对应关系或公式来计算的。
基于空气量的实际扭矩计算部33基于进气量(Ga)利用对应关系或公式来计算基于空气量的实际扭矩(ActTrqAir)。基于燃料量的实际扭矩计算部34基于InjMg或者空气燃料比利用对应关系或公式来计算基于燃料量的实际扭矩(ActTrqFuel)。
在燃料喷射监视器部30判断出没有燃料喷射异常存在的情况下，当燃烧模式是均匀燃烧模式时，选择ActTrqAir作为判断异常实际扭矩(ActTrqTmp)。扭矩比较部35把等于ActTrqAir的ActTrqTmp与ReqTrq作比较以判断扭矩异常是否存在。当燃烧模式是分层燃烧模式时，选择ActTrqFuel作为ActTrqTmp。扭矩比较部35把等于ActTrqFuel的ActTrqTmp与ReqTrq作比较。
在燃料喷射监视器部30判断出有与燃烧模式无关的异常存在的情况下，选择ActTrqAir作为ActTrqTmp。扭矩比较部35把ActTrqTmp与ReqTrq作比较来判断是否存在扭矩异常。即使在适合ActTrqFuel的分层燃烧模式中，燃烧状态接近于适合ActTrqAir的均匀燃烧模式也是可能的。选择ActTrqAir作为ActTrqTmp来准确地判断是否存在扭矩异常。
当燃料喷射监视器部30判断出存在燃料喷射异常、或者扭矩监视器部31判断出存在扭矩异常时，故障安全(fail-safe)执行部36输出故障安全信号到节流阀13的驱动马达，从而节流阀13的开启度被限制在预定的值，或者输出故障安全信号到燃料喷射器16，从而燃料喷射量被限制在预定量之内。因此，车辆可以安全行驶。
监视器设备37被设置在ECU 26的旁边。监视器设备37包括中央处理单元(CPU)和专用IC(ASIC)。监视器设备37监视燃料喷射监视器部30的监视器功能和扭矩监视器部31的监视器功能。
上述燃料喷射异常判断和扭矩异常判断由ECU 26根据每一个显示在图4和图5中的例程来执行。
[燃料喷射异常判断例程]
显示在图4中的燃料喷射异常判断例程是在当ECU 26工作(ON)时在特定的时间间隔内被执行的。在步骤101中，计算等待周期Rt1。
Rt1＝Yt-Xt
在步骤102中，计算表示实际燃料喷射脉冲宽度的实际燃料喷射周期Rt2。
Rt2＝Zt-Yt
在步骤103中，按照下面的公式计算实际燃料喷射开始定时Ya[℃A]。
Ya＝Xa+(Rt1/T30)×30
在步骤104中，通过从Rt2[μs]中减去无效的燃料喷射周期Td[μs]来获得有效的燃料喷射周期Tf。根据Tf和燃料压力Pf利用对应关系或公式来计算Rq[mg]。
Rq＝Map(Tf，Pf)
在步骤105中，判断Ya与InjAng之差是否大于KA。在步骤106中，判断Rq与InjMg之差是否大于KM。
当在步骤105中判断出Ya与InjAng之差大于KA、且在步骤106中判断出Rq与InjMg之差大于KM时，Rq相对于InjMg被过度地增大而Ya过度地从InjAng偏离。判断出存在其中扭矩不正常增大的燃料喷射异常。过程进行到步骤107，在步骤107中，将燃料喷射异常标记(IMF)置为“1”，且车辆仪表板上的警告灯开启来向驾驶员通知存在异常。异常信息(异常代码)存储在ECU 26的备份RAM(未显示)中。
当步骤105中的判断结果为否且步骤106中的判断结果为否时，过程继续到其中将IMF设置为“0”的步骤108。
[扭矩异常判断例程]
扭矩异常判断例程是在当ECU 26工作时在特定的时间间隔内被执行的。在步骤201中，所需的扭矩(ReqTrq)是基于加速器位置(Aacc)和内燃机速度(Ne)利用对应关系或公式来计算的。
ReqTrq＝Map(Aacc，Ne)
在步骤202中，基于空气量的实际扭矩(ActTrqAir)是基于进气量(Ga)利用对应关系或公式来计算的。
ActTrqAir＝f(Ga)
在步骤203中，基于燃料量的实际扭矩(ActTrqFuel)是基于InjMg或者空气燃料比利用对应关系或公式来计算的。
ActTrqFuel＝f(InjMg)
在步骤204中，当燃烧模式为分层燃烧模式时，将燃烧模式标记(CM)复位至“0”。当燃烧模式为均匀燃烧模式时，将CM置为“1”。在步骤205中，读取IMF。
在步骤206中，判断CM是否为“0”。当判断结果为“否”时，过程进行到步骤208，在步骤208中，将ActTrqAir定义为ActTrqTmp。
ActTrqTmp＝ActTrqAir
在步骤210中，判断ActTrqTmp(＝ActTrqAir)是否大于ReqTrq。
当步骤206的判断结果为“是”时，过程进行到其中判断IMF是否为“0”的步骤207。当步骤207的判断结果为“是”时，过程进行到其中将ActTrqFuel定义为ActTrqTmp的步骤209。
ActTrqTmp＝ActTrqFuel
随后，过程继续到步骤210，在步骤210中，判断ActTrqTmp(＝ActTrqFuel)是否大于ReqTrq。
即使步骤206中的判断结果为“是”，当步骤207中的判断结果为“否”时，过程也进行到其中将ActTrqAir定义为ActTrqTmp的步骤208。
ActTrqTmp＝ActTrqAir
随后过程进行到步骤210，在步骤210中，判断ActTrqTmp(＝ActTrqAir)是否大于ReqTrq。即使在适合ActTrqFuel的分层燃烧模式中，燃烧状态接近适合ActTrqAir的均匀燃烧模式也是可能的。选择ActTrqAir作为ActTrqTmp来准确地判断是否存在扭矩异常。
当步骤210中的判断结果为“是”时，过程进行到步骤211，在步骤211中，将IMF置为“1”，且车辆仪表板上的警告灯开启来向驾驶员通知存在异常。异常信息(异常代码)存储在ECU 26的备份RAM(未显示)中。
当步骤210中的判断结果为“否”时，过程进行到其中将TMF复位到“0”的步骤212。
根据实施例，Ya和Rq是基于燃料喷射脉冲来计算的。当判断出Ya与InjAng之差大于KA且Rq与InjMg之差大于KM时，Rq相对于InjMg过度地增大而Ya从InjAng过度地偏离。判断出存在扭矩不正常增大的燃料喷射异常。因此，可以准确地检测到燃料喷射异常。即使燃料喷射量增大，当实际扭矩由于燃料喷射定时而没有增大时，其也可以防止进行关于存在燃料喷射异常的错误判断，且能够防止错误地进行故障安全处理。
根据实施例，与燃烧模式无关，当燃料喷射异常存在时，将ActTrqAir定义为ActTrqTmp且把Req与ActTrqTmp作比较来判断是否存在扭矩异常。因此，即使在适合ActTrqFuel的分层燃烧模式中，燃烧状态接近于适合ActTrqAir的均匀燃烧模式也是可能的。将ActTrqAir选择作为ActTrqTmp来准确地判断是否存在扭矩异常。
在本实施例中，由于监视器设备37监视燃料喷射监视器部30的功能和扭矩监视器部31的功能，燃料喷射监视器部30和扭矩监视器部31的可靠性得到改善。
当实际燃料喷射量与目标燃料喷射量之间的比率大于指定值，且实际燃料喷射定时与目标燃料喷射定时之间的比率大于规定值的时候，就可以判断出存在燃料喷射异常。
可以将本发明应用到进气口喷射内燃机。
可以将本发明应用到一种系统，在该系统中，在进气口喷射类型的稀薄燃烧内燃机中改变燃烧模式。

Claims (6)

1、一种内燃机的监视系统，包括燃料喷射控制装置(28，29)，所述燃料喷射控制装置根据所述内燃机(11)的运行状态，基于目标燃料喷射量和目标燃料喷射定时，将燃料喷射信号输出到喷射器，所述监视系统包括：
计算装置(30)，其基于所述燃料喷射信号来计算实际燃料喷射量和实际燃料喷射定时；以及
判断装置(30)，其通过比较所述实际燃料喷射量与所述目标燃料喷射量，并且比较所述实际燃料喷射定时与所述目标燃料喷射定时，来判断是否存在燃料喷射异常。
2、根据权利要求1所述的监视系统，其中
当所述实际燃料喷射量与所述目标燃料喷射量之差大于指定值，并且所述实际燃料喷射定时与所述目标燃料喷射定时之差大于另一指定值时，所述判断装置(30)判断出存在所述燃料喷射异常。
3、根据权利要求1或2所述的监视系统，还包括监视装置(37)，所述监视装置用于监视所述计算装置和所述判断装置。
4、根据权利要求1所述的监视系统，还包括：
模式切换装置(27)，其根据所述内燃机(11)的运行状态来切换燃烧模式；
第一扭矩计算装置(33)，其基于所述内燃机(11)的进气量来计算基于空气量的实际扭矩；
第二扭矩计算装置(34)，其基于所述内燃机(11)的燃料喷射量或空气燃料比来计算基于燃料量的实际扭矩；以及
扭矩异常判断装置(31)，其根据所述燃烧模式来选择所述基于空气量的实际扭矩和所述基于燃料量的实际扭矩之一作为异常判断实际扭矩，并且通过将所述异常判断实际扭矩与所需的扭矩进行比较来判断是否存在扭矩异常，其中
当所述判断装置判断出存在所述燃料喷射异常时，在任何燃烧模式下，所述扭矩异常判断装置都将所述基于空气量的实际扭矩定义为所述异常判断实际扭矩。
5、一种内燃机(11)的监视系统，包括：
判断装置，其用于判断是否存在燃料喷射异常；
模式切换装置(27)，其根据所述内燃机(11)的运行状态来切换燃烧模式；
第一扭矩计算装置(33)，其基于所述内燃机(11)的进气量来计算基于空气量的实际扭矩；
第二扭矩计算装置(34)，其基于所述内燃机(11)的燃料喷射量或空气燃料比来计算基于燃料量的实际扭矩；以及
扭矩异常判断装置(31)，其根据所述燃烧模式来选择所述基于空气量的实际扭矩和所述基于燃料量的实际扭矩之一作为异常判断实际扭矩，并且通过将所述异常判断实际扭矩与所需的扭矩进行比较来判断是否存在扭矩异常，其中
当所述判断装置判断出存在所述燃料喷射异常时，在任何燃烧模式下，所述扭矩异常判断装置都将所述基于空气量的实际扭矩定义为所述异常判断实际扭矩。
6、根据权利要求4或5所述的监视系统，其中
所述内燃机(11)是直接喷射内燃机(11)，其具有喷射器(16)以将燃料直接喷射到气缸中，
模式切换装置(27)，其在均匀燃烧模式和分层燃烧模式之间切换燃烧模式，在所述均匀燃烧模式中，在进气冲程期间将所述燃料喷射到所述气缸中来进行均匀燃烧，在所述分层燃烧模式中，在压缩冲程期间将所述燃料喷射到所述气缸中来进行分层燃烧，
所述扭矩异常判断装置(31)通常在所述分层燃烧模式中将所述基于空气量的实际扭矩定义为所述异常判断实际扭矩，而在所述均匀燃烧模式中将所述基于燃料量的实际扭矩定义为所述异常判断实际扭矩，并且当所述判断装置(30)判断出存在燃料喷射异常时，在两个燃烧模式下，所述扭矩异常判断装置(31)都将所述基于空气量的实际扭矩定义为所述异常判断实际扭矩。
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