CN101517217B - 内燃发动机及控制该内燃发动机的方法 - Google Patents

内燃发动机及控制该内燃发动机的方法 Download PDF

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Abstract

在紧接着发动机起动之后，二次空气被空气泵(11)通过二次空气供给通道(13)供给到每个排气支管(8)内。压力传感器(36)设置在二次空气供给通道(13)内。压力传感器(36)的输出电压随蓄电池电压的降低而降低。当蓄电池电压低于允许电压时，禁止将压力传感器(36)的输出值用作表示该压力的输出值。因而能够精确地检测大气压力。

Description

内燃发动机及控制该内燃发动机的方法
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机以及一种控制该内燃发动机的方法。
背景技术
例如日本专利申请公报No.2003-83048(JP-A-2003-83048)中所披露的一样，一种内燃发动机中具有连接到发动机排气通道的二次空气供给通道以及用于通过二次空气供给通道将二次空气供给到发动机排气通道内的空气泵，二次空气供给通道内设置有用于检测二次空气供给通道内绝对压力的压力传感器，并且基于该压力传感器的输出值进行二次空气供给控制装置的故障诊断。
在如上所述的内燃发动机中，基于二次空气供给通道中的压力相对于大气压力的幅度进行故障诊断，因此需要预先检测表示大气压力的压力传感器的输出值。而且，因为在发动机起动后在紧接着二次空气的供给开始之后立即进行故障诊断，所以在起动发动机时或者在起动发动机前必需检测表示大气压力的压力传感器的输出值。因此，如上所述的发动机的控制器将在发动机起动前检测到的压力传感器的输出值存储为表示大气压力的输出值。
同时，蓄电池电压从蓄电池供给到压力传感器，即使传感器检测到相同的大气压力时，压力传感器的输出值随蓄电池电压的降低而降低。另一方面，在发动机起动之前，会致动或起动起动机马达或其它具有高电负荷的附件。如果在蓄电池处于劣化条件下时致动起动机马达和/或其它高电负荷附件，则会降低蓄电池电压。因此，如在上述发动机中一样，如果将蓄电池电压降低时在发动机起动之前获得的压力传感器的输出值简单地存储为表示大气压力的输出值，则会产生所存储的压力传感器的输出值实际上并不表示大气压力的问题。
发明内容
本发明提供了一种内燃发动机及其控制方法，其即使在蓄电池劣化的条件下也能够避免二次空气供给控制装置的故障检测错误。
本发明的第一方面涉及一种内燃发动机，其包括蓄电池以及压力传感器，来自所述蓄电池的蓄电池电压施加到所述压力传感器上并且所述压力传感器产生响应于压力的输出，其中，所述压力传感器的输出值根据所述蓄电池电压的降低而变化。在这种发动机中，当所述蓄电池电压低于预定允许电压时，控制器禁止将所述压力传感器的所述输出值用作紧接着点火开关接通之后在进行故障诊断时表示所述压力的输出值。在紧接着所述点火开关接通之后所述蓄电池电压高于所述预定允许电压的同时，当所述压力传感器的所述输出值变化时，所述控制器根据所述输出值的变化幅度来确定表示大气压力的所述压力传感器的输出值。
本发明的第二方面涉及一种控制内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括蓄电池以及压力传感器，来自所述蓄电池的蓄电池电压施加到所述压力传感器上并且所述压力传感器产生响应于压力的输出，其中，所述压力传感器的输出值根据所述蓄电池电压的降低而变化。根据这种方法，当所述蓄电池电压低于预定允许电压时，禁止将所述压力传感器的所述输出值用作紧接着点火开关(32)接通之后在进行故障诊断时表示所述压力的输出值。在紧接着所述点火开关接通之后所述蓄电池电压高于所述预定允许电压的同时，当所述压力传感器的所述输出值变化时，根据所述输出值的变化幅度来确定表示大气压力的所述压力传感器的输出值。
根据本发明的第一方面和第二方面，防止了将压力传感器的错误输出值用作代表要检测的压力的输出值。
附图说明
根据参照附图对示例性实施方式进行的如下描述，本发明的前述及进一步特征和优点将变得显然，图中相同的附图标记用以表示相同的元件，图中：
图1是示出内燃发动机的整个系统的视图；
图2是示出压力传感器的输出电压E和绝对压力P之间关系的图；
图3是示出施加到压力传感器上的压力的变化的图；
图4是示出在发动机起动期间蓄电池电压及其它的变化的一个示例的时间图；
图5是示出在发动机起动期间蓄电池电压及其它的变化的另一个示例的时间图；
图6是示出在发动机起动期间蓄电池电压及其它的变化的又一个示例的时间图；
图7是示出在发动机起动期间蓄电池电压及其它的变化的还一个示例的时间图；
图8是示出用于检测大气压力的程序的流程图；以及
图9是示出用于进行二次空气供给控制的程序的流程图。
具体实施方式
图1示出根据本发明一个实施方式的内燃发动机的整个系统。该内燃发动机包括发动机机体1、进气歧管2、稳压罐3、进气管4、设置在进气管4内的节气门5以及空气滤清器6。该发动机还包括排气歧管7、联接到排气歧管7的废气收集部的催化转化器9以及二次空气供给控制装置10，该排气歧管7具有多个联接到各个气缸的排气支管8。
二次空气供给控制装置10包括适于由电动马达驱动的空气泵11。空气泵11的空气入口通过二次空气入口通道12连接到进气管4的位于节气门5上游处的一部分，空气泵11的空气排放口通过共用的二次空气供给通道13及从二次空气供给通道13分支出的二次空气供给分支通道14连接到各个排气支管8内的排气通道。沿从空气泵11到排气支管8的方向观察时开关阀15和簧片阀16以这种顺序设置在二次空气供给通道13内。簧片阀16允许空气从开关阀15流到排气支管8内。
电子控制单元20包括数字计算机，并且包括ROM(只读存储器)22、RAM(随机存取存储器)23、CPU(微处理器)24、输入端口25和输出端口26，它们通过双向总线21彼此连接。连接到加速器踏板29的负载传感器30产生与加速器踏板29的推压量L成比例的输出电压，并且负载传感器30的输出电压通过相应的A/D转换器27传送到输入端口25。发动机转速传感器31也连接到输入端口25，曲轴每旋转例如30度则发动机转速传感器31产生一次输出脉冲。输入端口25还接收来自点火开关32的ON/OFF信号。
如图1中所示，蓄电池33的端子34通过继电器35连接到空气泵11。当继电器35被切换到导通状态时，蓄电池电压施加到空气泵11上，从而驱动空气泵11。同时，用于检测二次空气供给通道13内的绝对压力的压力传感器36设置在二次空气供给通道13上位于空气泵11和开关阀15之间的部分内。压力传感器36通过开关37连接到蓄电池33的端子34，例如当点火开关32接通时，开关37实现导通状态。通过这种设置，当点火开关32接通时，蓄电池电压施加到压力传感器36。
压力传感器36的输出电压通过相应的A/D转换器27传送到输入端口25。电压计38连接到蓄电池33的端子34，用于检测点火开关32接通时的蓄电池电压。电压计38的输出信号通过相应的A/D转化器27传送到输入端口25。另一方面，输出端口26通过相应的驱动电路28连接到开关阀15、继电器35及其它部件。
在图2中，实线表示当蓄电池电压等于标称蓄电池电压时所获得的压力传感器36的输出电压E(V)与二次空气供给通道13内施加到压力传感器36上的绝对压力P之间的关系。另一方面，图2中的点划线表示当蓄电池电压降低时获得的压力传感器36的输出电压E与绝对压力P之间的关系。如从图2中可以了解，如果蓄电池电压降低，则即使在绝对压力P等于相同的压力等级P0时输出电压E也从E0降低到E0’。即，表示大气压力的压力传感器36的输出电压E随蓄电池电压的降低而降低。
当发动机起动时，二次空气供给控制装置10运转以将二次空气供给到排气内以便于禁止将未燃烧的HC排放到大气中并且促使催化剂尽早预热。在这种情况下，如果空气泵11或开关阀15发生故障则会发生各种问题，因此根据压力传感器36的输出电压判定空气泵11和开关阀15是否正常运转。图3示出当空气泵11被致动或停止以及开关阀15打开或关闭时施加到二次空气供给通道13内的压力传感器36上的绝对压力P的变化。在图3内，P0表示大气压力。
当空气泵11停止并且开关阀15关闭时，二次空气供给通道13内的绝对压力P等于在图3中用I示出的大气压力P0。另一方面，当空气泵11被致动并且开关阀15打开时，由于供给了二次空气并且同时受排气脉动干扰，所以二次空气供给通道13内的绝对压力P在如图3中用II示出的高于大气压力P0的压力范围内变化。
当空气泵11被致动并且开关阀15关闭时，二次空气供给通道13内的绝对压力P保持在高于变化压力II的、如图3中用III所示的恒定压力等级处。当空气泵11停止并且开关阀15打开时，因为由于排气脉动而在排气支管8内周期性地产生了负压，所以二次空气供给通道13内的绝对压力P在低于大气压力P0的、如图3中用IV示出的压力范围内变化。
例如，如果当将要供给二次空气时空气泵11停止，则尽管应当出现在图3中用II示出的压力，但是在二次空气供给通道13内还是产生在图3中用I或IV所示出的压力。在这种情况下确定了稍高于大气压力P0的阈值PX，并且根据二次空气供给通道13内的压力是高于还是低于阈值PX来判定空气泵11是否正常运转。
为了基于如上所述的绝对压力P的幅值来进行故障诊断，则要求精确地检测参考压力，即，表示大气压力的压力传感器36的输出电压。如果将在蓄电池电压临时降低时检测到的压力传感器36的输出电压确定为表示大气压力的输出电压，则当恢复标称蓄电池电压时此表示大气压力的输出电压偏离正确值，不能正确地进行故障诊断。
因此，在本实施方式中，当蓄电池电压低于预定允许电压时，禁止将压力传感器36的输出值用作表示大气压力的输出值。下面将参照图4至图7对其进行更详细的说明。
图4至图7示出点火开关32接通的时刻、起动机开关接通的时刻、发动机转速N的变化、空气泵11被启动或致动的时刻、蓄电池电压E的变化、用压力传感器36检测并且从其获取的大气压力P0以及设定表示完成了大气压力获取的获取完成标记的时刻。在图4至图7的各图中还示出了在每幅图的情况下使用的一个或多个计数器C1、C2、C3的计数值的变化。
在本发明的本实施方式中，在经过了从点火开关32接通到施加到压力传感器36及其它部件上的蓄电池电压E升高的等待时间Δt1之后，开始用于获取压力传感器36的输出电压的获取动作。这是图4至图7中所示的所有情况的共有特征。
图4至图6示出即使当例如起动机马达被致动时蓄电池电压E也不降低到低于预定允许电压EX的情况。在这种情况下，在上述等待时间Δt1结束之后立即开始压力传感器36的输出电压的获取。而且，在这种情况下，在起动机开关接通之后，从发动机转速N达到例如400rpm或更高——即发动机开始自身运转——的时刻起测量经过预定的固定时间Δt2之后致动或起动空气泵11，使得开始二次空气的供给。
图4示出在点火开关32接通之后经过小段时间延迟后接通起动机开关的典型情况。在这种情况下，在等待时间Δt1结束之后，多次获取压力传感器36的输出电压，直到计数器C2的计数值达到特定值，例如200msec，并且从压力传感器36最后获取的输出电压例如被确定为表示大气压力P0的输出电压。一旦确定了表示大气压力P0的输出电压，则设定获取完成标记。
图5和图6示出起动机开关几乎与点火开关32同时接通或在点火开关32接通后立即接通的情况。如果起动机马达被驱动，则在压力传感器36的输出电压上叠加或施加了噪声，压力传感器36的最终输出电压可能与正确地表示大气压力的输出电压不相符。图5示出施加在压力传感器36的输出电压上的噪声小的情况，即压力传感器36的输出电压的变化量保持等于或小于预定允许变化量一预定时间段例如200msec直到当计数器C2的计数值达到特定值的情况。在这种情况下，从压力传感器36最后获得的输出电压例如被确定为表示大气压力的输出电压。
另一方面，图6示出当起动机马达被致动时施加在压力传感器36的输出电压上的噪声大的情况，即，压力传感器36的输出电压的变化量不等于或小于预定允许变化量一预定时间段例如200msec直到当计数器C2的计数值达到特定值时的情况。在这种情况下，在经过等待时间Δt1后，多次获取压力传感器36的输出电压，直到计数器C3的计数值达到特定值例如1000msec为止，并且将压力传感器36的这些输出电压的平均值确定为表示大气压力的输出电压。
但是，在这种情况下，如果在计数器C3的计数值达到所述特定值之前致动或起动空气泵11，则将直到空气泵11被致动为止所获取的压力传感器36的输出电压的平均值确定为表示大气压力的输出电压。
图7还示出起动机开关几乎与点火开关32同时接通或在点火开关32接通之后立即接通的情况。但是，在图7的情况下，在紧接着点火开关32被接通之后测得的蓄电池电压E低于预定的允许电压EX。如从图7中可以了解，在蓄电池电压E低于允许电压EX的情况下，不执行用于获取压力传感器36的输出电压的获取动作。即，当蓄电池电压E低于允许电压EX时，禁止将压力传感器36的输出值用作表示大气压力的输出值。
如图7中所示，如果恢复了标称蓄电池电压E，即如果蓄电池电压E增加到高于允许电压EX，则获取压力传感器36的输出电压，直到计数器C2的计数值例如达到特定值为止，并且当完成输出电压获取动作时设定获取完成标记。即，在禁止将压力传感器36的输出值用作表示大气压力的输出值之后，当蓄电池电压E超过允许电压EX时，将压力传感器36的输出值用作表示大气压力的输出值。
如图7中所示当经过等待时间Δt1之后蓄电池电压E低于允许电压EX时，计数器C1开始计数，并且当计数器C1的计数值达到特定值例如200msec时设定表示蓄电池电压E已经降低到低于允许电压EX的电压降低标记。一旦设定了电压降低标记，则空气泵11的运转停止，直到设定了获取完成标记为止，从而空气泵11被致动为仅在设定了获取完成标记之后开始二次空气的供给。
即，当在紧接着点火开关32接通之后蓄电池电压E低于允许电压EX时停止二次空气的供给，在蓄电池电压E超过允许电压Ex并且确定了表示大气压力的压力传感器36的输出值之后开始二次空气的供给。
图8示出用于检测大气压力的程序。此程序被作为中断程序以固定时间间隔例如4msec执行。参照图8，首先执行步骤50以判定是否设定了获取完成标记。当设定了获取完成标记时，程序的当前循环结束。当未设定获取完成标记时，即，当还未确定表示大气压力的压力传感器36的输出值时，控制前进到步骤51。
在步骤51中判定从点火开关32接通开始是否已经过了等待时间Δt1。如果还未经过等待时间Δt1，则程序的当前循环结束。如果已经经过了等待时间Δt1，则控制前进到步骤52。在步骤52中，计数器C3的计数值加1。在接下来的步骤53中判定蓄电池电压E是否等于或高于允许电压EX。如果E≥EX，即，如果蓄电池电压E等于或高于允许电压EX，则控制前进到步骤54以对计数器C1进行清零或重置，然后前进到步骤55。
在步骤55中判定在前次循环中由压力传感器36检测到的大气压力P1和在当前循环中由压力传感器36检测到的大气压力P0之间的压力差(P1-P0)的绝对值是否小于预定的允许压力差ΔP。如果|P1-P0|＜ΔP，即，如果压力传感器36的输出电压的变化量小于允许变化量，则控制前进到步骤56以使计数器C2的值加1。在接下来的步骤57中判定计数器C2的计数值是否已经达到特定值CX2，例如是否已经经过了200msec的时间段。如果C2≥CX2，则控制前进到步骤58以根据压力传感器36的输出电压确定大气压力P0。然后，控制前进到步骤59以设定获取完成标记。在图4或图5中示出了这种情况。
即，在如图4中所示及如上所述的情况下，在点火开关32接通之后，在蓄电池电压E保持高于或等于允许电压EX的同时当压力传感器36的输出值保持恒定一预定时间段时，将压力传感器36的输出值确定为表示大气压力的输出值。
如上所述，可以在紧接着点火开关32接通之后的发动机起动期间获取压力传感器36的输出值。在这种情况下，噪声被叠加在压力传感器36的输出电压上，因此，压力传感器36的输出电压会变化或波动。在这种情况下，根据本发明的当前实施方式，在蓄电池电压E高于或等于允许电压EX的同时当压力传感器36的输出值变化或波动时，根据输出值的变化幅度确定表示大气压力的压力传感器36的输出值。图5示出压力传感器36的输出电压的变化量小的情况。
即，在图5中所示及如上所述的情况下，当压力传感器36的输出值的变化量保持小于预定允许变化量一预定时间段时，将压力传感器36的输出值确定为表示大气压力的输出值。
重新参照图8，当在步骤55中判定出|P1-P0|≥ΔP时，即，当压力传感器36的输出电压的变化量等于或大于预定允许变化量时，控制前进到步骤60以对计数器C2清零。在接下来的步骤61中，将由压力传感器36检测到的大气压力P0叠加到已经检测到的大气压力的和∑P0。如果在判定|P1-P0|≥ΔP之后|P1-P0|变得小于ΔP(即|P1-P0|＜ΔP)，则除非在步骤57中判定C2≥CX2——即除非|P1-P0|保持为小于ΔP一特定时间段(＝CX2)，否则控制前进到步骤61。
在步骤61中计算出和∑P0之后，控制前进到步骤62以判定计数器C3的计数值是否已经达到特定值CX3，或者空气泵11是否已被致动或起动。如果计数器C3的计数值达到了特定值CX3，例如在经过等待时间Δt1之后经过了1000msec，或者空气泵11被致动，则在步骤63中根据和∑P0计算大气压力的平均值，因而将所获得的平均值确定为大气压力P0。在图6中示出了这种情况。
即，在如图6中所示及如上所述的情况下，如果压力传感器36的输出值的变化量未保持小于预定许可变化量一预定时间段，则将压力传感器36的输出值的平均值确定为表示大气压力的输出值。在这种情况下，在二次空气的供给开始之前确定表示大气压力的压力传感器36的输出值。
如果在步骤53中判定出蓄电池电压E低于允许电压EX，则控制前进到步骤64以使计数器C1的计数值加1。在接下来的步骤65中判定计数器C1的计数值是否已达到特定值CX1，例如从判定出E＜EX开始是否已经经过了200msec。如果计数器C1的计数值超过了特定值CX1，则控制前进到步骤66以设定电压降低标记。在接下来的步骤67中，对计数器C2、计数器C3以及和∑P0进行清零。在图7中示出了这种情况。
如果设定了电压降低标记，则根据如图9中所示的二次空气供给控制程序来如图7中所示地延迟二次空气的供给。图9的二次空气供给控制程序也被作为中断程序以例如4msec的固定时间间隔执行。参照图9，最初在步骤70中判定是否满足二次空气供给条件。在图4至图7中所示的示例中，当在发动机开始通过自身运转后经过特定时间Δt2之后时判定为满足二次空气供给条件。如果不满足二次空气供给条件，则结束程序的当前循环。
另一方面，如果满足二次空气供给条件，则控制前进到步骤71以判定是否设定了电压降低标记。如果未设定电压降低标记，即，如果未将蓄电池电压E保持小于允许电压EX一特定时间段或更长，则控制前进到步骤73以立即开始二次空气的供给。另一方面，如果设定了电压降低标记，则控制前进到步骤72以判定是否设定了获取完成标记。如果设定了获取完成标记，则开始二次空气的供给。即，一旦设定了电压降低标记，则在确定了表示大气压力的压力传感器36的输出电压之后才开始二次空气的供给。
无需多言，本发明也可具有二次空气供给控制装置的故障诊断之外的其它应用。
虽然已经参照本发明的示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当了解，本发明并不限于所述的实施方式或构造。相反，本发明意在覆盖各种改型和等效布置。另外，虽然以各种组合与配置示出了示例性实施方式的各种元件，但是包括更多个、更少个或者仅单个元件的其它组合和配置也落入本发明的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种内燃发动机，其包括蓄电池(33)以及压力传感器(36)，来自所述蓄电池的蓄电池电压施加到所述压力传感器上并且所述压力传感器产生响应于压力的输出，其中，所述压力传感器(36)的输出值根据所述蓄电池电压的降低而变化，所述内燃发动机的特征在于包括：
控制器，当所述蓄电池电压低于预定允许电压时，所述控制器禁止将所述压力传感器(36)的所述输出值用作紧接着点火开关(32)接通之后在进行故障诊断时表示所述压力的输出值，并且
其中，在紧接着所述点火开关接通之后所述蓄电池电压高于所述预定允许电压的同时，当所述压力传感器(36)的所述输出值变化时，所述控制器根据所述输出值的变化幅度来确定表示大气压力的所述压力传感器(36)的输出值。
2.如权利要求1所述的内燃发动机，其中，
在紧接着点火开关(32)接通之后所述蓄电池电压低于所述预定允许电压时，所述控制器禁止将所述压力传感器(36)的所述输出值用作表示大气压力的输出值。
3.如权利要求2所述的内燃发动机，其中，
在禁止将所述压力传感器(36)的所述输出值用作所述表示大气压力的输出值之后，当所述蓄电池电压超过所述预定允许电压时，所述控制器将所述压力传感器(36)的所述输出值用作所述表示大气压力的输出值。
4.如权利要求1所述的内燃发动机，其中，
在紧接着所述点火开关(32)接通之后所述蓄电池电压高于所述预定允许电压的同时，当所述压力传感器(36)的所述输出值保持恒定一预定时间段时，所述控制器将所述压力传感器(36)的所述输出值确定为表示大气压力的输出值。
5.如权利要求1所述的内燃发动机，其中，
当所述压力传感器(36)的所述输出值的变化量保持等于或小于预定允许变化量一预定时间段时，所述控制器将所述压力传感器(36)的所述输出值的最终值确定为所述表示大气压力的输出值。
6.如权利要求1所述的内燃发动机，其中，
当所述压力传感器(36)的所述输出值的变化量保持大于预定允许变化量一预定时间段时，所述控制器将所述压力传感器(36)的所述输出值的平均值确定为所述表示大气压力的输出值。
7.如权利要求1所述的内燃发动机，其中，
所述控制器进行控制，使得所述压力传感器(36)的所述输出值在发动机起动期间将被获取。
8.如权利要求1所述的内燃发动机，进一步包括连接到发动机排气通道(7)的二次空气供给通道(13，14)以及能够运转以通过所述二次空气供给通道(13，14)将二次空气供给到所述发动机排气通道(7)内的空气泵(11)，其中：
所述压力传感器(36)设置在所述二次空气供给通道(13，14)中；并且
在紧接着所述点火开关(32)接通之后所述蓄电池电压低于所述预定允许电压时，所述控制器停止所述二次空气的供给，并且在所述蓄电池电压超过所述预定允许电压并且确定了表示大气压力的所述压力传感器(36)的输出值之后开始所述二次空气的供给。
9.如权利要求8所述的内燃发动机，其中，
在紧接着所述点火开关(32)接通之后所述蓄电池电压高于所述预定允许电压时，所述控制器在所述发动机起动后经过预定时间段之后开始所述二次空气的供给，并且在开始所述二次空气的供给之前确定所述表示大气压力的所述压力传感器的输出值。
10.一种控制内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括蓄电池(33)以及压力传感器(36)，来自所述蓄电池的蓄电池电压施加到所述压力传感器上并且所述压力传感器(36)产生响应于压力的输出，其中，所述压力传感器(36)的输出值根据所述蓄电池电压的降低而变化，所述方法的特征在于以下步骤：
当所述蓄电池电压低于预定允许电压时，禁止将所述压力传感器(36)的所述输出值用作紧接着点火开关(32)接通之后在进行故障诊断时表示所述压力的输出值；以及
在紧接着所述点火开关接通之后所述蓄电池电压高于所述预定允许电压的同时，当所述压力传感器(36)的所述输出值变化时，根据所述输出值的变化幅度来确定表示大气压力的所述压力传感器(36)的输出值。
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