CN102733981A - 用于内燃发动机的控制器 - Google Patents

Abstract

鉴于关于每个汽缸的空燃比传感器(36)的可检测性中的差异，第一排气系统模型和第二排气系统模型被定义。第一排气系统模型基于汽缸中的空燃比来输出在汇流部分(34a)处的空燃比。第二排气系统模型基于在汇流部分中的空燃比来输出废气传感器(36)的检测值。基于第二排气系统模型设计的汇流部分空燃比估计部分(47)估计在汇流部分处的空燃比。基于第一排气系统模型设计的燃烧空燃比估计部分(48)估计每个汽缸中的燃烧空燃比。

Description

用于内燃发动机的控制器

技术领域

本公开涉及用于具有多个汽缸的内燃发动机的控制器。控制器具有可以基于布置在废气的汇流部分中的废气传感器的检测值来估计每个汽缸中的空燃比的功能。

背景技术

已经知道，从内燃发动机排出的废气的空燃比由废气传感器(例如，空燃比传感器)检测，并且反馈控制燃料喷射量，以使得废气传感器的检测值与目标空燃比一致。在多汽缸发动机的情况下，可能由于每个进气歧管的形状的差异和/或进气阀操作中的变化，在汽缸之间可能会出现进气量的变化。在多点喷射(MPI)系统的情况下，由于提供给每个汽缸的燃料喷射器的个体差异，每个汽缸中的燃料喷射量可能会彼此不同。在汽缸之间的进气量和/或燃料喷射量中的这样的差异可以增加每个汽缸中的空燃比的差异并降低空燃比控制的精确度。

为了解决上面的问题，提出基于废气传感器的检测值来估计每个汽缸的空燃比，以及基于所估计的空燃比来校正每个汽缸的空燃比(燃料喷射量)，使得汽缸之间的空燃比中的变化变得更小。日本专利No.3683355(USP-5,806,506)示出了一种空气燃料估计系统，其中基于表示废气的行为的模型来建立观察发动机的内部状态的观察器。基于布置在废气的汇流部分处的废气传感器(空燃比传感器)的检测值，估计每个汽缸的空燃比。

在具有布置在废气的汇流部分处的废气传感器的这样的系统中，由于在从每个汽缸排出的废气的流动方向上的差异、在每个汽缸的排气歧管的长度上的差异和每个汽缸中的燃烧的间隔，废气的输出特征可以关于每个汽缸而变化。也就是说，可能废气传感器的可检测性的差异可以关于每个汽缸的空燃比出现。每个汽缸的空燃比不能被高度精确度地估计。

发明内容

本公开的目的是提供用于内燃发动机的控制器，其被废气传感器关于每个汽缸中的空燃比的检测值的变化较小地影响，并且能够估计在每个汽缸中的空燃比。

根据本公开，用于内燃发动机的控制器包括空燃比估计部分，其基于布置在从多个汽缸流出的废气的汇流部分中的废气传感器的检测值来执行逐汽缸空燃比估计。空燃比估计部分定义：第一排气系统模型，其基于汽缸中的空燃比输出在汇流部分处的空燃比；以及第二排气系统模型，其基于在汇流部分处的空燃比输出废气传感器的检测值。空燃比估计部分包括：汇流部分空燃比估计部分，其基于废气传感器的检测值和第二排气系统模型来估计在汇流部分处的空燃比；以及燃烧空燃比估计部分，其基于在汇流部分处的空燃比和第一排气系统模型来估计每个汽缸的燃烧空燃比。

附图说明

根据参考附图进行的下列详细描述中，本公开的上述和其它目的、特征和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的发动机控制系统的示意图；

图2是示出燃料喷射量控制系统的示意图；

图3是示意性示出空燃比估计部分的框图；

图4是示意性示出空燃比控制部分的框图；

图5是示出空燃比控制的主例程的处理的流程图；

图6是示出执行条件确定例程的处理的流程图；

图7是示出逐汽缸空燃比估计和空气燃料控制例程的处理的流程图；

图8是示出在空燃比传感器的检测值和曲柄角之间的关系的曲线图；

图9是示出根据第二实施例的逐汽缸空燃比估计和空气燃料控制例程的处理的流程图；

图10是示出学习值更新例程的处理的流程图；

图11是示出学习值反映例程的处理的流程图；

图12是示出校正系数的平滑值和学习值更新量之间的关系的曲线图；

图13是用于解释学习值和学习完成标志的存储配置的图；以及

图14是示出根据另一实施例的燃料喷射量控制系统的示意图。

具体实施方式

下文将描述本发明的实施例。

[第一实施例]

参考图1到8，将在下文描述第一实施例。

首先，参考图1，解释了发动机控制系统。空气清洁器13布置在内燃发动机11的进气管12的上游。在空气清洁器13的下游提供检测进气流速的空气流量计14。发动机11是直列式四缸发动机。在空气流量计14的下游提供由DC电动机驱动的节流阀15和检测节气门位置的节气门位置传感器16。

在节流阀15的下游提供包括进气压力传感器18的缓冲罐17。进气压力传感器18检测进气压力。在缓冲罐17的下游提供将空气引入发动机11的每个汽缸中的进气歧管19，并且在每个汽缸的进气歧管19的进气口附近提供喷射燃料的燃料喷射器20。当发动机11正在运行时，由燃料泵22将燃料罐21中的燃料提供到输送管23。提供给每个汽缸的燃料喷射器20将燃料喷射汽缸中。检测燃料压力的燃料压力传感器连接到输送管23。

发动机11具有可变阀定时控制器27、28，其分别调节进气阀25和排气阀26的阀定时。此外，发动机11具有进气凸轮角传感器31和排气凸轮角传感器32。曲柄角传感器33被布置用于检测曲柄轴的旋转角。

在排气歧管35的汇流部分34a处，提供检测废气的空燃比的空燃比传感器36(废气传感器)。在空燃比传感器36的下游提供净化废气的三元催化器37。检测冷却剂温度的冷却剂温度传感器38固定在发动机11的汽缸体上。

上述传感器的输出被传输到电子控制单元(ECU)39。ECU 39包括微计算机，其执行存储在只读存储器(ROM)中的发动机控制程序以控制燃料喷射量、点火定时、节气门位置(进气流速)等。

当特定的控制条件被建立时，ECU 39执行空燃比反馈控制，其中到每个汽缸的燃料喷射量被调节，使得由空燃比传感器36检测的空燃比与目标空燃比相一致。

具体地，如图2所示，差计算部分40计算所检测的空燃比和目标空燃比之间的差。空燃比反馈控制部分41计算校正系数，以便减小该差异。喷射量计算部分42基于基本量和校正系数计算最终燃料喷射量。每个燃料喷射器20喷射最终喷射量的燃料。

在上述空燃比反馈控制中，基于在汇流部分34a中检测的空燃比来控制到每个汽缸的燃料喷射量。实际上，所检测的空燃比对于每个汽缸而改变。

ECU 39用作逐汽缸空燃比估计部分，其基于空燃比传感器36的检测值来估计每个汽缸中的燃烧空燃比。此外，ECU 39用作执行逐汽缸空燃比控制的逐汽缸空燃比控制部分，其中基于每个汽缸的所估计的空燃比来校正到每个汽缸的燃料喷射量。

具体地，如图2所示，空燃比估计部分43如下估计每个汽缸中的空燃比。为了考虑关于每个汽缸的空燃比传感器36的可检测性中的差异，定义了第一排气系统模型和第二排气系统模型。在第一排气系统模型中，通过将燃烧空燃比的历史记录添加到汇流部分34a处的空燃比的历史记录来获得流到汇流部分34a中的气体的空燃比。所述历史记录被乘以特定的权重。在第二排气系统模型中，通过将汇流部分34a处的空燃比的历史记录分别添加到空燃比传感器36的检测值的历史记录来获得空燃比传感器36的检测值。所述历史记录被乘以特定的权重。基于第一和第二排气系统模型，估计在每个汽缸中的空燃比。

参考图3，将详细描述空燃比估计部分43。空燃比传感器36的检测值“y”被输入到基于第二排气系统模型设计的汇流部分空燃比估计部分47中，由此估计(输出)汇流部分空燃比“X”。这个估计的空燃比“X”被输入到基于第一排气系统模型设计的燃烧空燃比估计部分48中，由此估计(输出)燃烧空燃比

在汇流部分空燃比估计部分47中，使用基于第二排气系统模型的卡尔曼滤波器型观察器。更具体地，通过下面的公式(1)来近似汇流部分34a的气体交换的模型。

ys(k)＝b1×u(k-1)+b2×u(k-2)-a1×ys(k-1)-a2×ys(k-2)    ...(1)

其中“ys”表示空燃比传感器36的检测值，“u”表示汇流部分空燃比，以及“a1”、“a2”、“b1”、“b2”表示常数。

在排气系统中，存在流入汇流部分34a的废气的一阶滞后和空燃比传感器36的响应的一阶滞后。考虑到这些一阶滞后，在上面的公式(1)中参考过去的两个历史记录。应注意，模型的阶不限于“二”。例如，可以按下面的公式(2)将模型近似为四阶模型。

ys(k)＝b1×u(k-1)+b2×u(k-2)+b3×u(k-13)+b4×u(k-4)-a1×ys(k-1)-a2×ys(k-2)-a3×ys(k-3)-a4×ys(k-4)    ...(2)

其中“a1”到“a4”以及“b1”到“b4”表示常数。

将上面的公式(1)转换成状态空间模型，从而得到下面的公式(3a)和(3b)。

X(k+1)＝A·X(K)+B·u(k)+W(K)      ...(3a)

Y(k)＝C·X(K)+D·u(k)             ...(3b)

其中，“A”、“B”、“C”和“D”表示模型的参数，“Y”表示空燃比传感器36的检测值，“X”表示作为状态变量的汇流部分空燃比，并且“W”表示噪声。

基于上面的公式(3a)、(3b)，卡尔曼滤波器被设计为由下面的公式(4)表示：

X^(k+1|k)＝A·X^(k|k-1)+L{Y(k)-C·X^(k|k-1)         ...(4)

其中“X^”表示汇流部分空燃比的估计值，而“L”表示卡尔曼增益。X^(k+1|k)表示基于在时刻(k)的估计值获取在时刻(k+1)的估计值。

如上所述，汇流部分空燃比估计部分47由卡尔曼滤波器型观察器配置，由此能够随着燃料周期的前进而连续地估计汇流部分空燃比。在图2所示的配置中，空燃比差被输入到空燃比估计部分43中。在上面的公式(4)中，输出“Y”由空燃比差代替。

在燃烧空燃比估计部分48中，使用第一排气系统的逆模型。更具体地，汇流部分空燃比由下面的公式(5)近似。

yc(k)＝bi×ui(k-1)-ai×yc(k-1)           ...(5)

其中“yc”表示汇流部分空燃比，“ui”表示每个汽缸中的燃烧空燃比，以及“ai”、“bi”表示常数。

将上面的公式(5)转换成转移函数，由此得到下面的公式(6)。

Gi(z)＝bi/(z-ai)           ...(6)

其中“Gi”表示对应于第i个汽缸的模型，而“z”表示指示在一般z-变换中的采样周期的时移的运算符，其中差分方程转换成转移函数。

在估计部分47中估计的汇流部分空燃比被输入到由上面的公式(6)表示的逆模型中，由此计算出在每个汽缸中的所估计的空燃比

应注意，第一排气系统模型可以是静态模型，例如Gi＝mi(Scala)。在这种情况下，系统模型由Gi^(-1)＝1/mi表示，由此计算负荷减小，并且可以补偿空燃比传感器36的可检测性中的振幅差。

可替代地，可以根据发动机驱动状态例如发动机速度和发动机负荷来建立第一排气系统模型。可以根据发动机驱动状态来改变汇流部分空燃比估计部分47。因此，即使改变了发动机驱动状态，也可以基于适当的模型来估计燃烧空燃比，由此可以提高空燃比的估计精确度。

此外，可以根据空燃比传感器36的响应特征来建立第一排气系统模型，并且可以根据空燃比传感器36的响应特征来改变汇流部分空燃比估计部分47。因此，即使改变了空燃比传感器36的响应特征，也可以基于适当的模型来估计燃烧空燃比，由此可以提高空燃比的估计精确度。

此外，可以提供估计精确度确定部分，以便确定燃烧空燃比估计部分48的估计精确度。基于估计精确度确定部分的确定结果，改变汇流部分空燃比估计部分47和燃烧空燃比估计部分48中的至少一个的内部参数。因此，即使燃烧空燃比的估计精确度降低了，内部参数也改变到预定的值，使得燃烧空燃比的估计精确度几乎不降低。

在空燃比估计部分43估计每个汽缸中的空燃比之后，基准空燃比计算部分44基于每个汽缸的空燃比计算基准空燃比，如图2所示。在本实施例中，所有汽缸(第一到第四汽缸)的空燃比的平均值被计算为基准空燃比。当最新计算汽缸中的空燃比时，也更新基准空燃比。

然后，差计算部分45计算每个汽缸的空燃比和基准空燃比之间的差，作为空燃比偏差。空燃比控制部分46根据空燃比偏差计算每个汽缸的校正系数。由关于每个汽缸的校正系数校正最终燃料喷射量，使得每个汽缸中的空燃比被校正。

参考图4，将详细描述空燃比控制部分46。关于每个汽缸计算的空燃比偏差被输入到第一到第四校正系数计算部分49到52中。校正系数计算部分49到52中的每一个计算关于每个汽缸的校正系数，使得每个汽缸的空燃比与基准空燃比一致。所计算的校正系数被传输到计算第一到第四汽缸的校正系数的平均值的平均值计算部分53。然后，从每个汽缸的校正系数减去这个平均值。基于这个校正系数来校正每个汽缸的最终燃料喷射量。

所校正的校正系数可以具有上警戒值和下警戒值。上警戒值和下警戒值可以是相同的值。可替代地，这些值可以根据发动机驱动状态和空燃比传感器36的响应特征而变化。校正系数计算部分49到52的反馈增益中的每一个可以根据发动机驱动状态和空燃比传感器36的响应特征而变化。

由ECU 39根据图5到7所示的每个例程执行上述逐汽缸空燃比控制。在下文将描述每个例程的处理。

[空燃比控制的主例程]

图5所示的主例程与曲柄角传感器33的输出脉冲同步地执行。在步骤101中，确定是否建立了执行条件。当建立了执行条件时，执行标志被转到“开启”。当执行条件没有建立时，执行标志被转到“关闭”。

然后，该程序进行到步骤102，其中计算机确定执行标志是否是“开启”。当在步骤102中为是时，该程序进行到步骤103，其中计算机确定空燃比估计和空燃比控制的控制定时。此时，鉴于基准曲柄角图，计算机确定对应于当前发动机负荷的基准曲柄角。在基准曲柄角图中，随着发动机负荷变低，基准曲柄角被延迟。在低发动机负荷区中，废气流的速度变得更低。鉴于此，确定基准曲柄角，并且基于基准曲柄角来确定控制定时。

应当注意，基准曲柄角用于获取空燃比传感器36的检测值。基准曲柄角根据发动机负荷而变化。如图8所示，空燃比传感器36的检测值由于汽缸之间的个体差异而变化。空燃比传感器36的检测值的这个变化模式与曲柄角同步。此外，因为发动机负荷较低，因此这个变化模式被延迟。例如，当检测值应在图18中的时间点“a”、“b”和“c”处被检测时，空燃比传感器36的检测值可能会由于发动机负荷变化而偏离实际值。然而，因为基准曲柄角被可变地建立，因此可以以适当的定时获得空燃比传感器36的检测值。

然后，该程序进行到步骤104，其中计算机确定曲柄角传感器33所检测的曲柄角是否是基准曲柄角，由此计算机确定它是否是空燃比估计和空燃比控制的控制定时。当在步骤104中答案为是时，该程序进行到步骤105，其中执行图7所示的空燃比估计和空燃比控制的控制例程。

同时，当在步骤102中答案为否时，该程序继续进行到步骤106，其中每个汽缸的校正系数FAF(i)被设置为“1.0”。

[执行条件确定例程]

图6中所示的执行条件确定例程是在图5中所示的主例程的步骤101中执行的子例程。在步骤201中，计算机确定空燃比传感器36是否被启动。当在步骤201中答案为是时，该程序进行到步骤202，其中计算机确定发动机冷却剂温度是否大于特定值(例如，70℃)。

当在步骤201或202中答案为否时，该程序进行到步骤206，其中执行标志被转为“关闭”。

当在步骤201或202中答案为是时，该程序继续进行到步骤203，其中鉴于驱动区图，计算机确定当前的发动机驱动状态是否对应于执行条件。当发动机速度高或发动机负荷低时，禁止空燃比控制。可以根据空燃比传感器36的响应特征中的变化来校正执行条件区。此外，如果空燃比传感器36的检测值的变化的绝对值大于特定值，则可以禁止空燃比控制。

然后，该程序进行到步骤204，其中计算机根据在步骤203中的结果确定当前的发动机驱动状态是否被确定为处于执行状态中。当在步骤204中答案为是时，该程序进行到步骤205，其中执行标志被转为“开启”。

当在步骤204中答案为否时，该程序进行到步骤206，其中执行标志被转为“关闭”。

如上所述，当对于空燃比估计和空燃比控制建立了执行条件时，可以执行估计和控制。

应注意，执行条件可以包括在燃料切断被终止之后特定的时间还没有过去的事实。因此，可以避免空燃比的估计精确度被降低。

[逐汽缸空燃比估计和空燃控制例程]

图7所示的逐汽缸空燃比估计和空燃控制例程是图5所示的主例程的在步骤105中执行的子例程。在曲柄角变成基准曲柄角时开始该例程。在步骤301中，计算机读取空燃比传感器36的检测值。在步骤302中，计算机基于空燃比传感器36的检测值来估计汇流部分空燃比。此外，基于该估计的汇流部分空燃比，估计每个汽缸的燃烧空燃比。空燃比传感器36的检测值可以被带通过滤。

根据本实施例，当曲柄角变成基准曲柄角时，基于空燃比传感器36的检测值来估计汇流部分空燃比。根据发动机负荷来确定基准曲柄角。因此，可以在对应于发动机负荷的适当定时处基于空燃比传感器36的检测值来估计汇流部分空燃比。可以提高汇流部分空燃比的估计精确度。

此外，在对应于发动机负荷的适当定时处可以基于汇流部分空燃比来估计燃烧空燃比。可以提高每个汽缸的空燃比的估计精确度。

此外，可以根据排气阀26的阀闭合定时来校正基准曲柄角。使用该配置，即使当废气流入排气歧管35时的定时根据排气阀26的阀闭合定时而改变，基准曲柄角也被校正，由此可以提高每个汽缸的汇流部分空燃比和燃烧空燃比的估计精确度。

然后，该程序进行到步骤303，其中所有汽缸的所估计的空燃比的平均值被计算并定义为基准空燃比。然后，该程序进行到步骤304，其中每个汽缸的基准空燃比和燃烧空燃比之间的差被计算并被定义为逐汽缸空燃比偏差。基于这个空燃比偏差，计算每个汽缸的校正系数。此时，如上面基于图4所述的，校正系数的平均值被计算并从每个汽缸的校正系数减去，由此得到最终逐汽缸校正系数。每个汽缸的最终燃料喷射量由最终校正系数校正以校正每个汽缸的空燃比。

根据本实施例，因为根据发动机负荷来确定基准曲柄角，因此根据发动机负荷在适当定时处计算校正系数。因此，可以提高逐汽缸空燃比控制的精确度。

此外，在死区被提供给燃烧空燃比和基准空燃比之间的差时，每个汽缸的空燃比可以被计算。在该差的绝对值小于特定的微小值时，该差被定义为“0”，以便提高控制的稳定性。对于每个汽缸，死区的宽度可以是恒定的值。可替换地，死区的宽度可以根据发动机驱动状态和空燃比传感器36的响应特征而变化。

如上所述，根据本实施例，鉴于关于每个汽缸的空燃比传感器36的可检测性中的差异，第一排气系统模型和第二排气系统模型被定义。在第一排气系统模型中，通过将燃烧空燃比的历史记录添加到汇流部分34a处的空燃比的历史记录来获得流到汇流部分34a中的气体的空燃比。所述历史记录被乘以特定的权重。在第二排气系统模型中，通过将汇流部分34a处的空燃比的历史记录添加到空燃比传感器36的检测值的历史记录来获得空燃比传感器36的检测值。所述历史记录被乘以特定的权重。空燃比传感器36的检测值被输入到基于第二排气系统模型设计的汇流部分空燃比估计部分47中，由此估计(输出)汇流部分空燃比。这个估计的空燃比被输入到基于第一排气系统模型设计的燃烧空燃比估计部分48中，由此估计(输出)燃烧空燃比。

因此，可以适当地补偿关于每个汽缸的空燃比传感器36的可检测性中的差异。可以提高估计部分47的估计精确度。可以逐个汽缸准确地估计空燃比。因此，可以提高汽缸之间的空燃比控制的可控制性和空燃比不平衡的可检测性。

此外，根据本实施例，鉴于空燃比传感器36的可检测性中的差异，第一排气系统模型输出汇流部分空燃比。因此，可以准确地定义第二排气系统模型。

此外，根据本实施例，第二排气系统模型通过将汇流部分34a处的空燃比的历史记录添加到空燃比传感器36的检测值的历史记录来输出空燃比传感器36的检测值。所述历史记录被乘以特定的权重。因此，鉴于在汇流部分34a处的气体混合来定义第二排气系统模型，由此可以鉴于在汇流部分34a处的气体交换行为来计算每个汽缸的燃烧空燃比。此外，因为使用根据过去的值估计空燃比传感器36的检测值的模型(自回归模型)，因此不需要增加历史记录以便提高精确度。因此，能够容易地定义模型并且能够精确地估计空燃比。

此外，因为由基于第二排气系统模型的观察器来估计汇流部分空燃比，因此可以减少噪声。此外，因为通过第一排气系统模型的逆模型来估计燃烧空燃比，因此能够根据汇流部分空燃比来容易地估计每个汽缸的燃烧空燃比。

根据本实施例，基于每个汽缸的所估计的空燃比来计算在汽缸之间的空燃比偏差，并基于校正系数来校正每个汽缸的燃料喷射量，该校正系数基于空燃比偏差而被计算。因此，可以使汽缸之间的空燃比偏差更小，由此可以高精确地执行空燃比控制。

在每个汽缸的基准空燃比和燃烧空燃比之间的差被定义为空燃比偏差。因此，可以基于基准空燃比来校正每个汽缸的空燃比。

根据本实施例，每个汽缸的校正系数的平均值被计算，并且从每个汽缸的校正系数减去该平均值。因此，逐汽缸空燃比控制不干扰空燃比的一般反馈控制。也就是说，在一般空燃比反馈控制中，在汇流部分处检测的空燃比被调节，以使得与目标值相一致。同时，在本逐汽缸空燃比控制中，在汽缸之间的空燃比偏差被吸收。

此外，因为当建立了特定的执行条件时执行逐汽缸空燃比控制，可以基于被精确地估计的每个汽缸的空燃比来执行逐汽缸空燃比控制，由此可以提高空燃比控制的精确度。

在一般空燃比反馈控制中，如果建模误差和干扰由于汽缸之间的空燃比偏差而变大，则有可能降低控制稳定性。

空燃比反馈控制的反馈增益可以根据汽缸之间的空燃比偏差而变化。当空燃比偏差大于特定值时，反馈增益减小。因此，可以确保空燃比控制的稳定性。

[第二实施例]

参考图9到13，将在下文中描述第二实施例。在第二实施例中，使用相同的参考数字来指示与第一实施例中相同的部分和部件，并且将不重复相同的描述。

根据发动机驱动状态，可能不能估计空燃比。

根据第二实施例，ECU 39执行图9到图11中所示的每个例程。当执行逐汽缸空燃比控制时，基于每个汽缸的校正系数来关于每个汽缸计算学习值。每个汽缸的这个学习值存储在备份存储器中，例如备用RAM和EEPROM。鉴于存储在存储器中的学习值来执行逐汽缸空燃比控制。ECU39用作学习部分和学习值反映部分。

[逐汽缸空燃比估计和空燃比例程]

图9示出逐汽缸空燃比估计和空燃比例程，其对应于在第一实施例的图7中示出的例程。在步骤401到404中的程序与在步骤301到304中的程序相同。

在步骤401中，计算机读取空燃比传感器36的检测值。在步骤402中，计算机基于空燃比传感器36的检测值来估计汇流部分空燃比。此外，基于这个估计的汇流部分空燃比，估计每个汽缸的燃烧空燃比。

在步骤403中，所有汽缸的所估计的空燃比的平均值被计算为基准空燃比。然后，该程序进行到步骤404，其中每个汽缸的基准空燃比和燃烧空燃比之间的差被计算并被定义为逐汽缸空燃比偏差。基于这个空燃比偏差，计算每个汽缸的校正系数。

在步骤405中，计算机执行图10所示的学习值更新例程，以基于每个汽缸的校正系数来计算每个汽缸的学习值。这个学习值被存储在存储器中。

在步骤406中，计算机执行图11所示的学习值反映例程，由此鉴于存储在存储器中的学习值来执行逐汽缸空燃比控制。

[学习值更新例程]

图10所示的学习值更新例程是在图9的步骤405中执行的子例程。在步骤501中，计算机确定下列三个条件是否被满足。

(I)逐汽缸空燃比控制被执行。

(II)发动机冷却剂温度高于特定值(例如，负10℃)。

(III)空燃比的变化低于特定值，并且空燃比是稳定的。

将更详细地描述条件(III)。当所检测的空燃比(空燃比传感器36的检测值)的当前值和前一个值之间的差ΔA/F1(绝对值)小于特定值TH1并且所检测的空燃比的当前值和在720℃A之前的值之间的差ΔA/F2(绝对值)小于特定值TH2时，满足上述条件(III)。

如果满足所有的以上三个条件(I)-(III)，则建立学习执行条件。如果上述条件中的至少一个不满足，则不建立学习执行条件。

当计算机在步骤501中确定学习执行条件建立时，允许更新每个汽缸的学习值。当学习执行条件没有被建立时，禁止更新学习值。

通过定义学习执行条件，可以避免错误地学习每个汽缸的学习值。

当在步骤501中答案为是时，该程序进行到步骤502，其中计算机确定由作为参数的发动机速度和发动机负荷定义的当前学习区。然后，该过程进行到步骤503，其中计算关于每个汽缸的校正系数的平滑值。具体地，根据下面的公式来计算平滑值。

平滑值＝前一平滑值+K×(当前校正系数-前一平滑值)

其中“K”表示平滑系数(例如，“K”＝0.24).

然后，该程序进行到步骤504，其中计算机确定当前程序是否在学习值的更新定时处。学习值的这个更新定时被建立，使得学习值的更新周期比校正系数的计算周期长。因此，可以避免由于学习值的快速更新而导致的错误学习。

当在步骤504中答案为是时，该程序进行到步骤505，其中计算机确定校正系数的平滑值的绝对值是否大于或等于特定值THA。特定值THA被定义，使得空燃比的平均值和每个空燃比之间的差对应于过量空气系数(λ)不小于0.01的值。

当在步骤505中答案为是时，该程序进行到步骤506，其中学习值的更新值被计算。根据图12所示的关系来计算学习值的更新值。平滑值越大时，更新值被设置得越大。在图12中，当平滑值不大于“a”时，更新值被设置为“0”。该值“a”对应于在步骤505中的特定值THA。然后，该程序进行到步骤507，其中每个汽缸的学习值被更新。也就是说，更新值被添加到前一学习值以得到当前学习值。

当在步骤505中答案为否时，该程序进行到步骤508，其中学习完成标志被转到“关闭”。

然后，该程序进行到步骤509，其中每个汽缸的学习值和学习完成标志的条件存储在存储器中。此时，学习值和学习完成标志的条件存储在每个驱动区中。如图13所示，根据发动机负荷水平(例如，进气压力PM)将发动机驱动区分成0-区、1-区、2-区、3-区和4-区。在每个区中，每个汽缸的学习值和学习完成标志的条件被存储。在0-区中，学习还没有完成。在1-区、2-区、3-区和4-区中，学习已经完成。1-区、2-区、3-区和4-区的学习值分别由“LRN1”、“LRN2”、“LRN3”和“LRN4”表示。而且，每个区的中心负荷分别由“PM0”、“PM1”、“PM2”、“PM3”和“PM4”表示。可以关于除了发动机负荷以外的其它参数来划分发动机驱动区，例如发动机速度、发动机冷却剂温度、进气量和所需的燃料喷射量。

[学习值反映例程]

图11所示的学习值反映例程是在图9的步骤406中执行的子例程。在步骤601中，计算机基于当前发动机驱动状态来计算学习反映值。此时，存储在每个区中的学习值被内插以获得学习反映值，参考图13，将对其进行详细的描述。

在当前发动机负荷由“PMa”表示的情况下，根据下面的公式(7)来计算学习反映值“FLRN”。

$\mathrm{FLRN}=\frac{\mathrm{PM}3-\mathrm{PMa}}{\mathrm{PM}3-\mathrm{PM}2}\×\mathrm{LRN}3+\frac{\mathrm{PMa}-\mathrm{PM}2}{\mathrm{PM}3-\mathrm{PM}2}\×\mathrm{LRN}2...\left(7\right)$

此外，在非学习执行区中，可以通过使用在相邻学习执行区中的学习值来计算学习反映值。例如，在0-区到4-区是学习执行区并且其外部区是非学习执行区的情况下，基于在0-区和4-区中的学习值来计算在非学习执行区中的学习反映值。

然后，该程序进行到步骤602，其中所计算的学习反映值被反映在最终燃料喷射量“TAU”上。具体地，根据下面的公式(8)计算最终燃料喷射量TAU。

TAU＝TP×FAF×FK×FLRN×FALL    ...(8)

其中“TP”表示基本燃料喷射量，“FAF”表示空燃比校正系数，“FK”表示每个汽缸的校正系数，“FLRN”表示学习反映值，以及“FALL”表示其它校正系数。

如上所述，根据第二实施例，因为关于每个汽缸的学习值已被计算并被存储在备份存储器中，因此即使没有获得空燃比的所估计的值，也可以基于每个汽缸的学习值来执行逐汽缸空燃比控制，由此可以减小空燃比偏差。

此外，根据第二实施例，因为关于每个划分的驱动区的学习值被计算并被存储在备份存储器中，因此，即使没有获得空燃比的所估计的值，也可以准确地执行逐汽缸空燃比控制。

此外，因为当校正系数不小于特定值THA时学习值被更新，因此可以避免错误的学习。

因为根据当前校正系数可变地设置学习值的更新值，因此即使校正系数相对大也可以在短时期内完成学习。当校正系数相对小时，学习值可以被精确地更新。

根据第二实施例，因为基于存储在存储器中的学习值来计算学习反映值并且该所计算的学习反映值反映在空燃比控制上，可以使空燃比偏差更小。

如图14所示，空燃比估计部分43可以被提供到发动机的每个汽缸，由此可以鉴于废气行为来建立第二排气系统模型。用于估计每个汽缸的空燃比的模型可以关于每个汽缸独立地被建立，由此可以精确地估计空燃比。

可以关于多个汽缸建立第一排气系统模型。

氧气传感器可以被用作废气传感器。

废气传感器可以被布置在催化器的下游或涡轮机的下游。

基于每个汽缸的空燃比，可以校正进气量。

本发明不限于进气口喷射发动机。本发明可以应用于直接喷射发动机或双重喷射发动机。

本发明可以应用于任何其它类型的多汽缸发动机。

Claims (30)

1.一种用于内燃发动机的控制器，包括空燃比估计部分(43)，所述空燃比估计部分(43)基于布置在从多个汽缸流出的废气的汇流部分(34a)中的废气传感器(36)的检测值来执行逐汽缸空燃比估计，其中：

所述空燃比估计部分(43)定义：

基于在汽缸中的空燃比输出在所述汇流部分(34a)处的空燃比的第一排气系统模型；以及基于在所述汇流部分(34a)处的所述空燃比输出所述废气传感器的所述检测值的第二排气系统模型，

所述空燃比估计部分包括：

汇流部分空燃比估计部分(47)，其基于所述废气传感器(36)的检测值和所述第二排气系统模型来估计在所述汇流部分(34a)处的空燃比；以及

燃烧空燃比估计部分(48)，其基于在所述汇流部分处的所述空燃比和所述第一排气系统模型来估计每个汽缸的燃烧空燃比。

2.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述第一排气系统模型被建立，以便鉴于关于每个汽缸的所述空燃比传感器(36)的可检测性中的差异来输出在所述汇流部分(34a)处的所述空燃比。

3.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述第二排气系统模型通过将所述汇流部分(34a)处的空燃比的历史记录添加到所述空燃比传感器(36)的所述检测值的历史记录来输出所述空燃比传感器(36)的所述检测值；以及所述历史记录被乘以特定的权重。

4.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述汇流部分空燃比估计部分(47)通过基于所述第二排气系统模型的观察器来估计在所述汇流部分(34a)处的所述空燃比。

5.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述燃烧空燃比估计部分(48)通过所述第一排气系统模型的逆模型来估计每个汽缸的燃烧空燃比。

6.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述空燃比估计部分(43)根据发动机驱动状态建立所述第一排气系统模型，并根据发动机驱动状态修改所述汇流部分空燃比估计部分(47)。

7.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述空燃比估计部分(43)根据所述废气传感器(36)的响应特征来定义所述第一排气系统模型，并根据所述废气传感器(36)的所述响应特征来修改所述汇流部分空燃比估计部分(47)。

8.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，还包括：

估计精确度确定部分，其通过所述燃烧空燃比估计部分(48)确定所述燃烧空燃比的估计精确度，其中：

所述空燃比估计部分(43)基于所述估计精确度确定部分的确定结果来改变所述汇流部分空燃比估计部分(47)和所述燃烧空燃比估计部分(48)中的至少一个的内部参数。

9.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

当所述发动机的曲柄角处于基准曲柄角处时，所述汇流部分空燃比估计部分(47)基于所述废气传感器(36)的所述检测值来估计在所述汇流部分(34a)处的空燃比；以及

所述空燃比估计部分(43)至少基于所述发动机的负荷来确定所述基准曲柄角。

10.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

当所述发动机的曲柄角处于基准曲柄角处时，所述燃烧空燃比估计部分(48)基于在所述汇流部分(34a)处的空燃比来估计每个汽缸的燃烧空燃比；以及

所述空燃比估计部分(43)至少基于所述发动机的负荷来确定所述基准曲柄角。

11.根据权利要求9所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述空燃比估计部分(43)根据排气阀的阀关闭定时来校正所述基准曲柄角。

12.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述空燃比估计部分(43)根据所述废气传感器(36)的条件和所述发动机的驱动状态中的至少一个来确定是否建立了空燃比估计的执行条件。

13.根据权利要求12所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

空燃比估计的所述执行条件包括没有燃料切断被实施并且在燃料切断被实施之后特定的时间段已经过去的条件。

14.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述空燃比估计部分(43)被提供给每个汽缸。

15.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，还包括：

空燃比反馈控制部分(41)，其控制每个汽缸的空燃比，使得每个空燃比与目标值相一致；以及

空燃比控制部分(46)，其基于由所述空燃比估计部分(43)估计的估计空燃比来计算汽缸之间的空燃比偏差，所述空燃比控制部分(46)基于所述空燃比偏差来计算每个汽缸的校正值，所述空燃比控制部分(46)执行空燃比控制，其中基于所述校正值来校正空燃比控制量。

16.根据权利要求15所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述空燃比控制部分(46)基于每个汽缸的估计空燃比与估计空燃比的平均值之间的差来计算所述空燃比偏差。

17.根据权利要求15所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述空燃比控制部分(46)计算所有汽缸的所述校正值的平均值，并且基于所述校正值的所述平均值来校正每个汽缸的所述校正值。

18.根据权利要求15所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

当在特定条件下允许空燃比估计时，所述空燃比控制部分(46)执行所述空燃比控制。

19.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

空燃比反馈控制部分(41)，其控制每个汽缸的所述空燃比以使得每个空燃比与目标值相一致；以及

反馈增益变化部分(39)，其基于由所述空燃比估计部分(43)估计的估计空燃比来计算汽缸之间的空燃比偏差，并基于所述空燃比偏差来改变空燃比反馈控制的反馈增益。

20.根据权利要求15所述的用于内燃发动机的控制器，还包括：

学习部分(39)，其基于所述校正值计算每个汽缸的学习值，并将所述学习值存储在备份存储器中。

21.根据权利要求20所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

学习部分(39)将所述发动机的驱动区分成多个区并将所述学习值存储在每个区中。

22.根据权利要求20所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述学习部分(39)仅在所述校正值不小于特定值时才更新所述学习值。

23.根据权利要求22所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述特定值被定义成使得所述空燃比的平均值与每个空燃比之间的差对应于过量空气系数(λ)不小于0.01的值。

24.根据权利要求22所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述学习部分(39)根据当前校正值来确定所述学习值的更新值。

25.根据权利要求22所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述学习部分(39)定义比所述校正值的计算周期长的所述学习值的更新周期。

26.根据权利要求20所述的用于内燃发动机的控制器，还包括：

学习值反映部分(39)，其将存储在所述存储器中的所述学习值反映在所述空燃比控制上。

27.根据权利要求26所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述学习部分(39)将所述发动机的所述驱动区定义为学习执行区和非学习执行区；以及

学习值反映部分(39)将与非学习执行区相邻的所述学习执行区中的所述学习值反映在所述非学习执行区中的所述空燃比控制上。

28.根据权利要求20所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

当所述空燃比控制的执行条件没有建立时，所述学习值被禁止更新。

29.根据权利要求20所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

当所述废气传感器(36)的检测值的变化超过特定水平时，所述学习值被禁止更新。

30.根据权利要求15所述的用于内燃发动机的控制器，其中：

所述空燃比控制部分(46)计算在特定的基准曲柄角处的所述校正值，并且根据所述发动机的负荷来确定所述基准曲柄角。

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