CN101605975A

CN101605975A - 内燃机的控制装置

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Publication number: CN101605975A
Application number: CNA2008800041894A
Authority: CN
Inventors: 佐多宏太; 上田广一
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2028-02-05
Also published as: JP4457361B2; US8161941B2; JP2008190428A; DE112008000343B4; WO2008096885A1; DE112008000343T5; CN101605975B; US20100319659A1

Abstract

一种内燃机的控制装置，其在冷机起动时，可以进行用于催化剂装置的预热的点火时期延迟控制、和用于使内燃机转速收敛于目标转速的基于点火时期的转速反馈控制，其具备：对比单元，在基于点火时期的转速反馈控制的执行过程中，对比最终点火时期与延迟下限值；目标转速变更单元，基于对比单元的对比结果，变更基于点火时期的转速反馈控制中的目标转速。在最终点火时期达到了延迟下限值时，使目标转速增加规定值，另外，在最终点火时期与延迟下限值的差向提前侧超过了规定角度时，使目标转速减少规定值。于是，可以在冷机起动时，抑制旋转变动的同时，提前使内燃机转速收敛于目标转速，并且可靠地实现催化剂装置的提前预热。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及内燃机的控制装置，特别涉及在冷机起动时适当地控制内燃机转速的内燃机的控制装置。

背景技术

一般地，优选，在冷机起动时，提前预热在内燃机排气系统中设置的催化剂装置，从而能在内燃机起动后尽早净化排气气体，为此，公知有与通常的点火时期相比延迟控制点火时期提高排气气体温度的技术。

此外，公知有如下的内燃机(例如参照专利文献1～4)：在冷机起动时，为了将内燃机转速维持在规定的目标怠速转速，对进气量和点火时期进行反馈控制。

专利文献1(JP特开2006-132543号公报)中记载的内燃机，在内燃机起动时要进行进气量转速控制和点火时期转速控制的任一种转速控制，该进气量转速控制，在内燃机起动时根据转速调节电子节气门开度将内燃机转速控制为目标怠速转速；该点火时期转速控制，调节内燃机点火时期将内燃机转速控制为目标怠速转速。

此外，专利文献2(JP特开2005-214072号公报)中记载的内燃机，在通过点火时期的反馈延迟控制使内燃机起动时上升的内燃机转速收敛于目标转速的内燃机控制装置中，在使内燃机转速收敛于目标转速时的点火时期与目标点火时期相比提前时，使点火时期延迟直到成为目标点火时期为止并且增加进气量。

进而，专利文献3(JP特开2005-344656号公报)中记载的内燃机，在针对内燃机起动时增加的进气量，通过基于点火时期的转速反馈控制，使内燃机转速收敛于怠速目标转速的内燃机控制装置中，在反馈控制中的反馈修正量已稳定时，为了使点火时期成为目标点火时期，根据此时的反馈修正量实施进气量的修正，持续进行反馈控制。

此外，专利文献4(JP特开2003-254141号公报)中记载的内燃机，在通过基于点火时期的转速反馈控制在内燃机起动时使内燃机转速收敛于目标转速的内燃机控制装置中，在点火时期达到延迟界限值时，控制进气量，使内燃机转速收敛于目标转速。

但是，在利用上述的基于点火时期的转速反馈控制进行内燃机转速控制的情况下，基于内燃机目标转速与实际的内燃机转速的偏差，例如通过比例积分微分控制而求得点火时期的反馈修正量，并将其与基于内燃机运转状态的基本点火时期进行加减，来设定最终点火时期。此外，在需要进行用于催化剂装置的提前预热的点火时期延迟控制的情况下，进一步增加催化剂预热延迟量来设定最终点火时期。

但是，若进行了用于催化剂装置提前预热的点火时期延迟控制，则点火时期会接近为了使内燃机燃烧恶化导致的转矩变动减小而设定的点火时期的延迟下限值。这种时候，由于机器误差差别、使用的发动机油的粘度等引起的内燃机摩擦，实际的内燃机转速会变得不同。即，摩擦小时，内燃机转速变得高于目标转速，相反，摩擦大时，内燃机转速变得低于目标转速。

在该内燃机转速高于目标转速时，需要通过基于点火时期的转速反馈控制使点火时期延迟，但是，这种情况下存在如下的问题：由于点火时期立即达到延迟下限值，将脱离基于点火时期的转速反馈控制范围，其结果，无法进行内燃机转速控制，产生旋转变动。此外，由于在内燃机转速低于目标转速时，通过基于点火时期的转速反馈控制，使点火时期提前，因此抑制了这样的旋转变动，但是，存在点火时期比希望的向前提前而不能充分提高排气气体温度，使实现催化剂装置的提前预热变得困难的问题。

发明内容

在此，本发明的目的在于提供在冷机起动时抑制旋转变动的同时提前使内燃机转速收敛于目标转速，并且能够可靠地实现催化剂装置的提前预热的内燃机控制装置。

本发明的内燃机的控制装置的一方式，在冷机起动时，可以进行用于催化剂装置的预热的点火时期延迟控制、和用于使内燃机转速收敛于目标转速的基于点火时期的转速反馈控制，其特征在于，具备：对比单元，其在基于上述点火时期的转速反馈控制执行过程中，对比最终点火时期与延迟下限值；目标转速变更单元，其基于该对比单元的对比结果，变更基于上述点火时期的转速反馈控制中的上述目标转速。

在此，内燃机的控制装置的第一实施方式，特征是，在上面记载的内燃机的控制装置中，在上述对比单元的对比结果是最终点火时期达到了延迟下限值时，利用上述目标转速变更单元使上述目标转速增加规定值。

此外，内燃机的控制装置的第二实施方式，特征是，在上面记载的内燃机的控制装置中，在上述对比单元的对比结果是最终点火时期与延迟下限值的差朝提前侧超过了规定角度时，通过上述目标转速变更单元使上述目标转速减少规定值。

此外，内燃机的控制装置的第三实施方式，特征是，在上面记载的内燃机的控制装置中，为了防止过度修正，与作为上述对比单元的对比结果的最终点火时期和延迟下限值的差的大小、以及基于点火时期的转速反馈控制中的反馈积分量的大小对应，来设定上述目标转速变更单元的目标转速的变更量。

另外，也可以构成为，在上面记载的内燃机的控制装置中，作为上述对比单元的对比结果的最终点火时期和延迟下限值的差小于规定的基于点火时期的转速反馈控制余量时，利用上述目标转速变更单元使上述目标转速增大目标转速与实际的转速之间的差的量，并且将基于点火时期的转速反馈控制中的反馈积分量设为0。

根据本发明的内燃机的控制装置的一方式，在冷机起动时，在基于点火时期的转速反馈控制执行过程中，利用对比单元对比最终点火时期与延迟下限值，根据该对比单元的对比结果，利用目标转速变更单元变更基于点火时期的转速反馈控制中的目标转速。由此，可以在抑制旋转变动的同时提前使内燃机转速收敛于目标转速，并且可靠地实现催化剂装置的提前预热。

此外，根据本发明的内燃机的控制装置的第一实施方式，在对比单元的对比结果是最终点火时期达到了延迟下限值时，利用目标转速变更单元使目标转速增加规定值，因此与此相应地，点火时期被提前，返回到基于点火时期的转速反馈控制范围内。从而，可以利用基于点火时期的转速反馈控制进行内燃机转速控制，可以抑制旋转变动。此外，因为确保了用于获得必要转矩的进气量，所以可以保持催化剂装置的提前预热性。

进而，根据内燃机的控制装置的第二实施方式，在对比单元的对比结果是最终点火时期与延迟下限值的差朝提前侧超过了规定角度时，通过目标转速变更单元使目标转速减少规定值，因此与此相应地，点火时期被延迟。这样，因为可以提高排气气体温度，所以可以实现催化剂装置的提前预热。

此外，根据内燃机的控制装置的第三实施方式，因为为了防止过度修正，与作为上述对比单元的对比结果的最终点火时期和延迟下限值的差的大小、以及基于点火时期的转速反馈控制中的反馈积分量的大小对应，来设定上述目标转速变更单元的目标转速的变更量，所以不会发生控制调速不匀等，而使向目标转速的收敛快速进行。

附图说明

图1是表示本发明的内燃机的控制装置的系统构成图。

图2是表示本发明的实施方式中设定内燃机转速控制的反馈开始标志的程序的一例的流程图，该内燃机转速控制是利用基于点火时期的转速反馈控制进行的。

图3是表示本发明的实施方式中在进行基于点火时期的转速反馈控制时执行的点火时期的设定程序的一例的流程图。

图4是表示本发明的实施方式中变更目标转速的程序的一例的流程图。

图5是表示本发明的实施方式中变更目标转速的程序的其他例子的流程图。

图6是表示在本发明的实施方式中所设定的目标转速变更量的大小的分布例的曲线图。

图7是表示本发明的其他的实施方式中变更目标转速的程序的一例的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

在此，图1是表示设置本发明的控制装置的内燃机的示意图，在同图中，1表示例如具有4个气缸的内燃机主体，2表示气缸体(cylinderblock)，3表示气缸盖，4表示活塞，5表示燃烧室，6表示进气门，7表示进气口，8表示排气门，9表示排气口，10表示火花塞。进气口7经进气歧管11与浪涌调整槽12连接，浪涌调整槽12经进气导管13与空气滤清器14连接。在进气歧管11内配置有燃料喷射阀15，在进气导管13内配置有由步进电机等驱动的所谓的电子控制式节气门17。

另一方面，排气口9经排气歧管18以及排气管19与催化剂装置20连接。对于催化剂装置20，在是如本实施方式那样实施理论空燃比下的燃烧的内燃机的情况下，例如作为三元催化剂，在是如具有直接向气缸内喷射燃料的燃料喷射阀的缸内喷射式火花点火内燃机那样可实施稀空燃比下的分层充分燃烧的内燃机的情况下，例如作为NOx吸留还原型催化剂。对于任何一种催化剂装置20，为了净化排气气体，需要将装载的催化剂升温到激活温度以上，在内燃机起动时，为了在起动后尽快净化排气气体，希望提前预热催化剂装置。

30是数字计算机构成的电子控制单元(以下称为ECU)，具备通过双向总线相互连接起来的ROM(只读存储器)、RAM(随机访问存储器)、CPU(微处理器)、总是与电源连接的B-RAM(备份RAM)、输入端口、以及输出端口等。用于检测内燃机主体1的冷却水温THW的水温传感器40、为了检测进气质量流量(以下称为进气量)而设置于进气导管13的空气流量计41、用于检测节气门17的开度的节气门开度传感器42、安装于排气管21的空燃比传感器43、用于检测油门踏板的踏入量的油门开度传感器44、检测进气压力的进气压力传感器45等的输出电压，经由各自对应的AD转换器被输入到ECU30中的输入端口。进而，在输入端口连接有在曲轴的每个规定旋转角度产生输出脉冲的曲柄转角传感器(以下称为转速传感器)46。在ECU30中，基于该输出脉冲计算内燃机转速NE。

在输入端口还连接有点火开关，产生表示该点火开关被打开的信号。另一方面，输出端口37经对应的驱动电路而与火花塞10、燃料喷射阀15、以及电子控制式节气门17的致动器连接。

以下，根据附加的流程图对通过本发明的控制装置实施的内燃机起动时的控制进行说明。在内燃机起动时，在各气缸的完爆完成后内燃机转速超过了怠速时的目标转速时开始该内燃机起动时的控制。

首先，图2是用于设定通过基于点火时期的转速反馈控制进行内燃机转速控制的反馈开始标志的程序，每隔一定时间被执行(例如每10ms)。当控制开始后，在步骤S201中，读入来自水温传感器40的冷却水温THW。而且，在步骤202中将其与预热完成温度即设定水温THWd进行比较。在冷却水温THW超过设定水温THWd时，催化剂装置20的温度也不会那么低，特别是即使不提高排气气体温度，也可以提前预热催化剂装置20，因此只要实施通过减少进气以及燃料的量，使转速收敛于怠速时的目标转速的一般的内燃机起动时的控制即可，进入步骤S207，设成反馈开始标志FB＝0，结束本程序。

另一方面，在冷却水温THW低于设定水温THWd时，进入步骤S203，读入内燃机转速NE，在步骤S204中将其与目标转速NER进行比较。在此，目标转速NER是在怠速状态下发动机可以稳定旋转的转速的目标值。与冷却水温THW相应地，冷却水温THW越低则以越高的值来设定目标转速NER。

当内燃机转速NE超过了目标转速NER时进入步骤S205，例如，判定从起动开始是否经过了一定时间，如果经过了一定时间，则进入步骤S206，设定反馈开始标志FB＝1。相反，当内燃机转速NE为目标转速NER以下时，以及即使内燃机转速NE超过了目标转速NER也是在从起动开始的经过时间为经过一定时间之前时，进入步骤S207，设定反馈开始标志FB＝0。

接着，根据图3的流程图对基于点火时期的转速反馈控制时所执行的点火时期的设定程序进行说明。

若开始了该点火时期的设定程序，则在步骤S301中读入来自水温传感器40的冷却水温THW，根据该冷却水温THW的值，在步骤S302中根据在ROM中保管的映射图求得基本点火时期AOP。基本点火时期AOP的值是适合于发动机预热完成前的发动机状态的点火时期，冷却水温THW越低则越成为提前侧的值。

而且，在接下来的步骤S303中，确认反馈开始标志FB是1还是0，在反馈开始标志FB＝0时进入步骤S304，将基本点火时期AOP按原样设定为最终点火时期FAOP。

在反馈开始标志FB＝1时，为了进行基于点火时期的转速反馈控制而进入步骤S305、步骤S306，读入内燃机转速NE，利用ΔNE＝目标转速NER-内燃机转速NE来求得与目标转速NER的偏差ΔNE。

而且，在接下来的步骤S307中，计算目标转速NER与实际的内燃机转速NE的偏差ΔNE、偏差ΔNE的积分值IΔNE、以及偏差ΔNE的微分值DΔNE。而且，利用上述偏差ΔNE、IΔNE、DΔNE，将最终点火时期FAOP设定为“FAOP＝AOP+β₁×ΔNE+β₂×IΔNE+β₃×DΔNE-EACAT”。即，将最终点火时期FAOP设定为，对根据内燃机冷却水温度确定的基本点火时期AOP与反馈修正量(β₁×ΔNE+β₂×IΔNE+β₃×IΔNE)之和加上催化剂预热延迟量(-EACAT)而得到的量。而且，在步骤S308中，在未图示的点火电路中设置根据上述设定的最终点火时期AOP，结束本设定程序。

此外，在上述算式中，点火时期，由到各气缸的上止点为止的曲轴转角表示，若点火时期的值增大，则点火时期提前。另外，β₁、β₂、β₃分别是比例项、积分项、微分项的系数(反馈控制常数)。进而，EACAT是催化剂预热延迟量。催化剂预热延迟量EACAT，为了在内燃机起动时使排气温度上升，并使排气净化催化剂在短时间内达到激活温度而被设定，并以如下方式变化：内燃机起动控制开始后慢慢增大，之后，缓慢减少，并在起动控制开始后经过规定时间后变为0。例如，通过对预先作为内燃机冷却水温度的函数而被提供的基本催化剂预热延迟量乘以作为从内燃机起动控制开始起的时间的函数而被提供的反映系数来设定。

为了从内燃机起动控制开始时起到规定时间为止容易进行内燃机起动，而将该反映系数设置为0，若起动控制开始后经过了数秒，则开始增大。而且，以如下方式设定：若增大到“1”，之后则慢慢开始减少，减少到0。因此，催化剂预热延迟量EACAT，在内燃机起动控制开始后也进行相同的变化。但是，基于点火时期的转速反馈控制是使内燃机点火时期变化而使转速与目标转速一致的控制，因此，若在实施基于点火时期的转速反馈控制过程中，催化剂预热延迟量EACAT发生了增减变化，则会发生以下的情况：用于转速反馈控制的点火时期调整与EACAT的增减相干扰，无法在短时间内使内燃机转速收敛于目标转速。

因此，在本实施方式中，执行基于图4所示的流程图的控制。在规定的时期执行作为上述的点火时期设定程序的子程序的该控制。因此，若控制开始了，则在步骤S401中判定利用基于点火时期的转速反馈控制进行的内燃机转速控制是否在执行过程中，换言之，判定上述的反馈开始标志FB是1还是0。在反馈开始标志FB＝0时，结束该程序。相反，在反馈开始标志FB＝1时进入步骤S402，将最终点火时期FAOP与延迟下限值UNAOP进行对比，判定最终点火时期FAOP是否达到了延迟下限值UNAOP。在该对比的结果是最终点火时期FAOP未达到延迟下限值UNAOP时，结束该程序。相反，在最终点火时期FAOP达到了延迟下限值UNAOP时，进入步骤S403，使目标转速NER增加规定值。即，使目标转速NER增加一定的目标转速变更量NEINC。而且，使用该新的目标转速(NER+NEINC)，求出与实际的内燃机转速NE的偏差ΔNE，基于此，如上所述那样地设定最终点火时期FAOP。

若这样使用了新的目标转速(NER+NEINC)，则与此相应地，点火时期被提前，所以，最终点火时期FAOP离开延迟下限值UNAOP，返回到基于点火时期的转速反馈控制范围内。从而，可以进行利用基于点火时期的转速反馈控制进行的内燃机转速控制，可以抑制旋转变动。另外，利用该被增大的新的目标转速确保了用于获得必要转矩的进气量，因此，可以保持催化剂装置的提前预热性。

另外，在本实施方式中，接着基于上述的图4所示的流程图的控制执行基于图5所示的流程图的控制。该控制开始后，与基于图4所示的流程图的控制同样地，在步骤S501中判定利用基于点火时期的转速反馈控制进行的内燃机转速控制是否在执行过程中，换言之，判定上述的反馈开始标志FB是1还是0。在反馈开始标志FB＝0时，结束该程序。相反，在反馈开始标志FB＝1时进入步骤S502，将最终点火时期FAOP与延迟下限值UNAOP的差(FAOP-UFAOP)与规定值STVALUE进行对比，判定该差是否大于规定角度值STVALUE。将规定角度值STVALUE设为例如使点火时期成为用于上述的催化剂预热的上限值附近的值，在最终点火时期FAOP与延迟下限值UNAOP的差小于规定角度值STVALUE时，换言之，在最终点火时期FAOP与上述上限值相比位于延迟侧时，结束该程序。相反，在最终点火时期FAOP与延迟下限值UNAOP的差大于规定角度值STVALUE时，换言之，在最终点火时期FAOP与延迟下限值UNAOP的差向提前侧超过了规定角度，最终点火时期FAOP与上述上限值相比位于提前侧时，进入步骤S503，使目标转速NER减少规定值。即，从目标转速NER减少一定的目标转速变更量NEINC。而且，使用该新的目标转速(NER-NEINC)，求出与实际的内燃机转速NE的偏差ΔNE，基于此，如上所述地，设定最终点火时期FAOP。

若这样使用了新的目标转速(NER-NEINC)，则与此相应地，点火时期被延迟，所以，最终点火时期FAOP被更向延迟侧控制，可以提高排气气体温度，可以实现催化剂装置的提前预热。另外，即使在通过基于图4所示的流程图的控制，使目标转速NER增大得过大的情况下，也以对其进行修正的方式发挥功能。

此外，在上述的实施方式中，将目标转速变更量NEINC作为一定的值进行了说明，但是，对此，也可以基于上述的反馈修正量中的上述的积分项(β₂×IΔNE)(以下称为SANEFBI)的大小、以及延迟下限值UNAOP与最终点火时期FAOP的差(UNAOP-FAOP)的大小，如图6所示那样地变更其大小。即，在是延迟下限值UNAOP与最终点火时期FAOP的差小且积分项SANEFBI小的区域时，将目标转速变更量NEINC设为极小的值，在是延迟下限值UNAOP与最终点火时期FAOP的差小且积分项SANEFBI大的区域时设为小，在是延迟下限值UNAOP与最终点火时期FAOP的差大且积分项SANEFBI小的区域时设为中，以及在是延迟下限值UNAOP与最终点火时期FAOP的差大且积分项SANEFBI大的区域时设为大。这样，防止了目标转速急剧且过度地变化，可以抑制旋转变动。

接着，参照图7的流程图说明本发明的其他的实施方式。在上述实施方式中，构成为，通过对目标转速NER增减一定的目标转速变更量NEINC，进行基于点火时期的转速反馈控制，但是在本实施方式中，构成为，通过在规定的情况下将该目标转速变更量NEINC设定为目标转速NER与当前的转速NE的偏差量，来提高控制的响应性。

因此，在以规定的周期执行的、基于图7所示的流程图的控制中，当控制开始后，在步骤S701中判定利用基于点火时期的转速反馈控制进行的内燃机转速控制是否在执行过程中，换言之，判定上述的反馈开始标志FB是1还是0。在反馈开始标志FB＝0时，结束该程序。相反，在反馈开始标志FB＝1时进入步骤S702，判定最终点火时期FAOP是否达到了相对于延迟下限值UNAOP具有规定的基于点火时期的转速反馈控制余量的时期，换言之，判定最终点火时期FAOP与延迟下限值UNAOP的差是否小于规定的基于点火时期的转速反馈控制余量。在未达到时，结束该程序。此外，所谓基于点火时期的转速反馈控制余量是指可以通过使点火时期延迟来控制转速的角度量。

相反，当最终点火时期FAOP达到了相对于延迟下限值UNAOP具有规定的基于点火时期的转速反馈控制余量的时期时，进入步骤S703，将目标转速变更量NEINC设定为目标转速NER与当前的转速NE的差(NER-NE)。而且，在接下来的步骤S704中，对目标转速NER增加该所设定的目标转速变更量NEINC。并且，在步骤S705中，将基于点火时期的转速反馈控制中的反馈修正量中的积分项SANEFBI(＝β₂×IΔNE)设为0。对此，通过将系数设为β₂＝0来进行。

此外，使用被这样变更后的新的目标转速(NER+NEINC)，求出与实际的内燃机转速NE的偏差ΔNE，基于此，设定最终点火时期FAOP的情况如前述那样，但是，此时，反馈修正量中的积分项SANEFBI被设为0。这是为了进行无固定偏差进行跟踪的反馈控制。

这样，根据本发明的其他的实施方式，使内燃机转速高响应性地且快速地向目标转速收敛。

Claims

1.一种内燃机的控制装置，其在冷机起动时，可以进行用于催化剂装置的预热的点火时期延迟控制、和用于使内燃机转速收敛于目标转速的基于点火时期的转速反馈控制，其特征在于，具备：

对比单元，其在基于上述点火时期的转速反馈控制执行过程中，对比最终点火时期与延迟下限值；

目标转速变更单元，其基于该对比单元的对比结果，变更基于上述点火时期的转速反馈控制中的上述目标转速。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

在上述对比单元的对比结果是最终点火时期达到了延迟下限值时，利用上述目标转速变更单元使上述目标转速增加规定值。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

在上述对比单元的对比结果是最终点火时期与延迟下限值的差朝提前侧超过了规定角度时，通过上述目标转速变更单元使上述目标转速减少规定值。

4.根据权利要求2或3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

为了防止过度修正，与作为上述对比单元的对比结果的最终点火时期和延迟下限值的差的大小、以及基于点火时期的转速反馈控制中的反馈积分量的大小对应，来设定上述目标转速变更单元的目标转速的变更量。