CN103080517A

CN103080517A - 内燃发动机的控制装置

Info

Publication number: CN103080517A
Application number: CN2011800404279A
Authority: CN
Inventors: 吉川俊一
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-05-01
Also published as: JPWO2012090991A1; MX2013002544A; WO2012090991A1; EP2660450A1; JP5387787B2; US20130173139A1

Abstract

内燃发动机的控制装置具有：刚起动后执行部，其在曲轴起动刚开始后，基于吸入空气量的变化值，执行吸入空气量的预先修正；以及修正方法切换部，其在执行上述刚起动后执行部后的动作后，基于吸入空气量，切换为与加速器操作对应的吸入空气量的预先修正。

Description

内燃发动机的控制装置

技术领域

本发明涉及内燃发动机的控制装置。

背景技术

内燃发动机的控制装置基于由进气节气门上游的空气流量计测量出的进气流量、和目标空燃比，设定燃料喷射量。

从进气节气门至气缸为止存在距离，因此，在加速或减速这样的过渡运转中，发生加速操作后，直至气缸内的进气量实际增加为止产生时间延迟。因此，基于空气流量计运算出的吸入空气量和实际的吸入空气量之间存在差异，气缸内的混合气体会暂时从目标空燃比偏离。

因此，在日本特许厅1989年发行的JP01-305144A中，使用燃料喷射量运算定时中的进气量变化程度（斜率），预测关闭进气阀定时的气缸内的空气量。另外，在JP4321429B中，根据燃料喷射量运算定时中的节气门阀控制量，预测延迟变化的、关闭进气阀的定时的气缸内的空气量。然后，根据以上述方式求出的吸入空气量及理论空燃比，计算与气缸进气量相当的燃料喷射量，喷射通过计算求出的量的燃料。

发明内容

在上述的各方法中，空气实际吸入至气缸之前，预测封入气缸中的空气量，进行所谓的预先修正。因此，可以在进气阀的关闭定时之前，喷射基于计算结果的燃料喷射量。

在大部分的条件下，与基于当前进气量变化程度（斜率）的预先修正相比，基于节气门阀控制量的预先修正的吸入空气量的预测精度更优越。但是最近还考虑，在曲轴起动时也可变地对节气门阀进行控制。具体而言，在曲轴起动时关闭节气门阀，然后打开。如果这样，则在曲轴起动时负压发展，促进燃料的气化。另外，在完全爆燃时期得到充分的空气量。但是，如果这样在曲轴起动时节气门阀可变，则即使在曲轴起动初期关闭节气门阀，处于大气压下的集气管内的空气也会流入发动机中。因此，节气门阀开度和气缸内的空气量之间的关联被破坏。因此，可知以下内容，即，与基于当前进气量变化程度（斜率）的预先修正相比，基于节气门阀控制量的预先修正精度较差。

本发明就是着眼于上述现有问题点而提出的。本发明的目的在于提供一种内燃发动机的控制装置，其在曲轴起动过程中，也能以良好的精度预先修正进气量。

本发明的实施方式的内燃发动机的控制装置，其具有：刚起动后执行部，其在曲轴起动刚开始之后，基于吸入空气量的变化值，执行吸入空气量的预先修正；以及修正方法切换部，其在上述动作后，基于吸入空气量，切换为与加速器操作对应的吸入空气量的预先修正。

关于本发明的实施方式、本发明的优点，以下根据附图详细地说明。

附图说明

图1是说明在内燃发动机的加速时的基于加速器操作的吸入空气量的预先修正。

图2是在内燃发动机的加速时，执行基于加速器操作的吸入空气量的预先修正时的时序图。

图3是表示用于说明本发明涉及的内燃发动机的控制装置的一个实施方式的结构的图。

图4是表示发动机控制器的具体的控制内容的流程图。

图5是说明基于气缸进气量的变化值△的预先修正的基本概念的图。

图6是表示基于气缸进气量的变化值△的预先修正的具体的内容的流程图。

图7是说明本实施方式的作用效果的图。

具体实施方式

为了容易理解本发明，首先说明基于加速器操作的吸入空气量的预先修正。此外，详细内容记载于特许公报JP4321429B，因此，在这里简单地说明。

如上所述，即使基于空气流量计的检测流量设定燃料喷射量，根据内燃发动机的运转状态，直至喷射定时为止也无法推定进气量。其结果，成为使用前次推定值设定燃料喷射量的情况。从而，进气量的推定精度变差，有可能气缸内的混合气体暂时从目标空燃比偏离。

因此，本发明的申请人完成基于加速器踏板的操作量推定进气量，而对燃料喷射量进行设定的发明（特许公报JP4321429B）。对此参照图1进行说明。

图1是说明在内燃发动机加速时的基于加速器操作的吸入空气量的预先修正。

如图1（A）所示，驾驶员踏入加速器踏板，在时刻t1，加速器踏板操作量（APO）从第1开度APO1开始向第2开度APO2增加。如上所述，与加速器踏板操作量（APO）的变化相比延迟地，进气节气门的节气门开度（TVO）变化。在这里，节气门开度TVO到时刻t4才开始增加。如果节气门开度TVO增加，则进气通路的进气流量增加。该进气暂时积蓄在集气管中后，从进气歧管吸入气缸中。因此，气缸的吸入空气量进一步延迟，在时刻t5开始增加。吸入至气缸中的空气量称为气缸吸入空气量Qc。

基于加速器操作的吸入空气量的预先修正的目的是，在包含加速在内的过渡运转中，解决吸入空气量的变化与燃料喷射量的变化的偏差，提高空燃比的控制精度。因此，在图1（C）中，为了方便说明，将气缸吸入空气量Qc和要求喷射量Tpf描绘为相同高度。实际上，在处于理论空燃比时，如果燃料喷射量是1，则吸入空气量是14.7。另外，气缸吸入空气量Qc的单位是克/循环。要求喷射量Tpf的单位是毫秒。如上所述，单位也不同。但是，在这里只有增加的定时成为问题，因此，为了简化，忽视单位的不同。作为结果，气缸吸入空气量Qc的波形与要求喷射量Tpf的波形成为相同图形。这两者仅在时间轴方向上有偏差。

从加速器踏板操作量APO开始变化的时刻t0至进气节气门的节气门开度TVO开始变化的时刻t4为止的响应延迟的期间T2，实际上是40～50毫秒左右。该响应延迟的期间T2在以下的说明中称为浪费时间T2。

在基于加速器操作的吸入空气量的预先修正中，燃料喷射量不是基于节气门开度TVO而是基于加速器踏板操作量APO进行计算。该结果，早于节气门开度TVO的变化而计算要求喷射量Tpf。

因此，发动机控制器基于加速器踏板操作量APO，计算相对于气缸吸入空气量Qc而提前浪费时间T2的与加速器踏板操作量相当的气缸吸入空气量Qca。浪费时间T2作为恒定值而预先提供。为了与喷射定时同步，发动机控制器进一步对与加速器踏板操作量相当的气缸吸入空气量Qca进行延迟浪费时间T1的处理，从而得到要求喷射量Tpf。此外，要求喷射量Tpf在图1（C）中用虚线表示。

此外，图1（C）的各曲线是根据加速器踏板操作量APO的变化计算出的。在图1（C）的各曲线中，没有考虑进气阀的开闭。实际上，如图1（B）所示，进气阀在时刻t6关闭，因此，时刻t6的气缸吸入空气量Qc1是气缸的实际吸入空气量。时刻t2的要求喷射量Tpf1是与实际吸入空气量对应的要求喷射量。因此，发动机控制器实际计算的是时刻t2的值Tpf1。

在图1（A）至图1（C）中，将内燃发动机的转速设为恒定值N0，喷射定时假定为比时刻t0略微延迟的时刻t2。从时刻t3开始至时刻t6为止是进气阀的开阀期间。喷射定时设定在进气行程之前。该关系在任意气缸中都相同。

图1（A）至图1（C）的横轴是时间轴，因此，如果发动机转速Ne变化，则喷射定时也变化。具体而言，如果发动机转速Ne小于恒定值N0，则喷射定时晚于图中的定时t2，向图中的右方向移动。如果发动机转速Ne大于恒定值N0，则喷射定时早于图中的定时t2，向图中的左方向移动。与此相伴，浪费时间T1也变化。即，浪费时间T1是发动机转速Ne的函数。

此外，图2（A）中的ATVO是根据进气节气门的节气门开度TVO确定的节气门开口面积。AAPO是根据加速器操作量APO假设地确定的加速器面积。加速器面积AAPO与节气门开口面积ATVO一对一地对应。即，加速器面积AAPO的最大值与节气门开口面积ATVO的最大值相等。因此，将加速器踏板全部踏入时的加速器面积与进气节气门全开时的节气门开口面积相等。将加速器踏板踏入一半时的加速器面积与进气节气门半开时的节气门开口面积相等。

但是，如图1（A）所示，在过渡时，相对于加速器踏板操作量APO的上升沿，节气门开度TVO的上升沿延迟与进气节气门的响应延迟相应的量。同样，如图2（A）所示，相对于加速器面积AAPO的上升沿，节气门开口面积ATVO的上升沿延迟与进气节气门的响应延迟相应的量。节气门开口面积ATVO相对于加速器面积AAPO的响应延迟，是响应延迟期间（浪费时间）T2。

另外，在图2（C）中的Qa是由空气流量计检测出的流量（空气流量计流量）。Qaa是空气流量计流量的先行流量，称为加速器操作相当流量。

另外，图2（D）中的Pa是通过气压传感器检测出的气压（歧管压力）。Pma是歧管压力的先行压力，称为加速器操作相当歧管压力。

如果执行基于加速器操作的吸入空气量的预先修正，则早于空气流量计流量Qa，计算加速器操作相当流量Qaa。该加速器操作相当流量Qaa能够以良好的精度预测空气流量计流量Qa的轮廓。而且，因为在进气阀关闭时期IVC确定气缸空气量Qc，因此，为了在此时得到理论空燃比（目标空燃比），需要在同步喷射定时施加与该确定的气缸空气量对应的喷射量。如果采用基于加速器操作的吸入空气量的预先修正，则可以以良好的精度预测空气流量计流量Qa的轮廓，因此，可以运算出正合适的喷射量，该正合适的喷射量能够得到与在喷射阀关闭时期IVC确定的气缸空气量对应的目标空燃比。而且，可以在同步喷射定时没有响应延迟地喷射出该喷射量。其结果，提高过渡时的空燃比控制精度。

当前，在曲轴起动时，没有调整进气节气门的开度。然而，本发明的发明人对下述技术进行了研究，即，通过在曲轴起动时适当地调整的进气节气门的开度，能够使进气流动方向上的气节气门下游侧的负压发展，从而促进燃料气化，并且在完全爆燃时期得到充分的空气量。

在这种技术中，可知即使执行如上所述的基于加速器操作的进气量的预先读取推定，也不能以良好的精度推定进气量。即，即使在曲轴起动初期对加速器踏板不进行操作，进气节气门的开度也会适时关闭。在这种状态下，主要是大气压下的进气集气管内的空气流入发动机中。因此，加速器操作与进气量的关联被破坏。由此，不能以良好的精度推定进气量。

因此，在这种情况下，使用进气量的变化率，预先读取并修正进气阀关闭定时中的进气量。

具体的内容以下说明。

本实施方式的内燃发动机的控制装置，以良好的精度计算吸入至内燃发动机主体100的进气流量。在内燃发动机主体100的进气通路002中，从空气的流动方向的上游侧开始设置有空气流量计001、进气节气门003、进气压传感器004及喷射器005。

空气流量计001是热线式空气流量计。如果向由于电流流过而被加热的线（热线）流动空气，则会带走线的热量。空气的流速越快（即，每单位时间的进气流量越多），带走越多的热量。其结果，线的电阻变化。利用这种特性检测进气流量的空气流量计是热线式空气流量计。

进气节气门003对应于目标输出而调整开度，对吸入至内燃发动机主体100中的进气流量进行调整。通常，目标输出对应于由加速器传感器011检测出的加速器踏板操作量的信号进行设定，但例如在自动巡航行驶控制过程中，该目标输出独立于加速器传感器011的检测信号而另行设定。

进气压传感器004设置在进气集气管013中，对流过进气集气管013的进气的压力进行检测。进气集气管013设置在进气节气门003的下游。因此，进气压传感器004检测出的压力通常小于或等于大气压。

喷射器005喷射燃料。此外，喷射器005可以是向进气口喷射燃料的类型，也可以是向内燃发动机主体100的气缸直接喷射燃料的类型。

在内燃发动机主体100中设置有进气动阀装置006、排气动阀装置007及曲轴转角传感器008。

进气动阀装置006通过进气阀，对内燃发动机主体100的气缸和进气口进行开闭。进气动阀装置006可以是以恒定的曲轴转角（开闭定时）开闭进气阀的类型，也可以是以与运转状态对应地变更的曲轴转角（开闭定时）开闭进气阀的类型。如果是开闭定时可变的类型，则设置有对实际的开闭定时进行检测的传感器及对开闭定时进行变更的致动器。该传感器的检测信号发送至发动机控制器012。另外，基于从发动机控制器012接受到的信号，致动器对开闭定时进行变更。

排气动阀装置007通过排气阀，对内燃发动机主体100的气缸和排气口进行开闭。排气动阀装置007可以是以恒定的曲轴转角（开闭定时）开闭排气阀的类型，也可以是以与运转状态对应地变更的曲轴转角（开闭定时）开闭排气阀的类型。如果是开闭定时可变的类型，则设置有对实际的开闭定时进行检测的传感器及对开闭定时进行变更的致动器。该传感器的检测信号发送至发动机控制器012。另外，基于从发动机控制器012接受到的信号，致动器对开闭定时进行变更。

曲轴转角传感器008对曲轴的旋转角度进行检测。

在内燃发动机主体100的排气通路009中，从空气流动方向的上游侧开始设置有上游侧排气净化催化剂014及下游侧排气净化催化剂015。而且，在上游侧排气净化催化剂014的入口附近设置有A/F传感器（空燃比传感器）010。A/F传感器（空燃比传感器）010对从内燃发动机主体100排出的排气的空燃比进行检测。上游侧排气净化催化剂014及下游侧排气净化催化剂015对内燃发动机主体100排出的排气进行净化。

发动机控制器012由微型计算机构成，该微型计算机具有中央运算装置（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）及输入输出接口（I/O接口）。也可以由多个微型计算机构成发动机控制器012。发动机控制器012分别从空气流量计001、进气压传感器004、进气动阀装置006的传感器、排气动阀装置007的传感器、曲轴转角传感器008、A/F传感器010及加速器传感器011接收信号。而且，发动机控制器012基于这些信号，执行规定的运算，向进气节气门003、喷射阀005、进气动阀装置006的致动器及排气动阀装置007的致动器发送控制信号，对内燃发动机的运转进行控制。

图4是表示发动机控制器的具体的控制内容的流程图。

在本实施方式中，在步骤S1中，发动机控制器开始曲轴起动。

在步骤S2中，发动机控制器清零计数器。

在步骤S3中，发动机控制器判定内燃发动机的转速是否大于曲轴起动转速。由此，判定内燃发动机是否自主旋转。发动机控制器直至判定结果成为肯定为止进行待机，如果成为肯定，则进入步骤S4。

在步骤S4中，发动机控制器开始基于气缸进气量的变化值△进行预先修正。此外，具体的内容将后述。

在步骤S5中，发动机控制器判定变化值△是否小于规定值（阈值）。变化值△，例如作为在这次的运算定时中求出的进气量与在前次的运算定时中求出的进气量之差的绝对值而求出。此外，在图7中示出将这次与前次的进气量之差转换为绝对值之前的状态。因此，其值成为负值，并且，暂时地阈值也表示为负值。发动机控制器直至判定结果成为肯定为止进行待机，如果成为肯定，则进入步骤S6的处理。而且，该规定值（阈值），在将气缸进气量的变化值△作为基准而切换控制的情况下，对应于内燃发动机规格，预先通过试验求出最佳的值。即，规定值（阈值）是起到以下作用的基准值，根据该规定值（阈值），能够以良好的精度检测出进气流量充分增加并稳定的情况，由此得到节气门阀的开度与气缸内的吸入空气量的关联，从而从基于气缸进气量的变化值△的预先修正切换为基于加速器踏板操作量APO的预先修正。

在步骤S6中，发动机控制器使计数器递增。

在步骤S7中，发动机控制器判定计数器值是否大于规定值（阈值）。如果判定结果为否，则发动机控制器进入步骤S5的处理，如果判定结果为肯定，则进入步骤S8的处理。

此外，如果将该计数器值的规定值（阈值）设定为微小值，则当气缸进气量的变化值△大于规定值（阈值）时，立即切换。

另外，如果将该计数器值的规定值（阈值）设定为某种程度较大的值，则在气缸进气量的变化值△大于规定值（阈值）的状态持续规定时间的情况下进行切换。由于在曲轴起动开始初期是进气流量的变动特别激烈的状态，因此，气缸进气量的变化值△只有一次小于规定值（阈值），则有可能进气流量还没有充分上升。但是，如果将该计数器值的规定值（阈值）设定为某种程度较大的值，则在气缸进气量的变化值△大于规定值（阈值）的状态持续规定时间的情况下进行切换，由此可以以良好的精度检测出进气流量充分增加并稳定。

在步骤S8中，发动机控制器从基于气缸进气量变化值△的预先修正切换为基于加速器踏板操作量APO的预先修正。

图5是说明基于气缸进气量变化值△的预先修正的基本概念的图。

如上所述，在本实施方式中，在步骤S4中，执行基于气缸进气量的变化值△的预先修正。

参照图5说明该预先修正的基本概念。

Q是吸入至气缸中的空气量。下标n表示这次读入的值。下标n-1是表示前次读入的值。如上所述，如果是通过在曲轴起动时适当调整进气节气门的开度，使在进气流动方向上的进气节气门下游侧的负压发展的情况，则从进气集气管013吸出后流入气缸中的空气量依赖于进气集气管013的容积或压力，基于发动机转速运算出。另外，由于进气集气管013的压力下降而吸入至进气集气管013中的空气量，由空气流量计001检测出。基于这些值，运算出气缸吸入空气量Q。此外，也可以基于设置在进气集气管013中的进气压力传感器004的信号，运算出气缸吸入空气量Q。与空气流量计001的信号相比，进气压力传感器004的信号不会急速变化。因此，刚刚起动后的检测精度优良。

将从数据的前次读入时刻t0开始至这次读入时刻t1为止的时间设为△T。

将从数据的这次读入时刻t1开始至进气行程t2（为了方便说明，设为进气行程中央）为止的时间设为△t。QnACT是根据这些△t、△T、Qn-1、Qn推算出的气缸吸入空气量。

在图5中示出该情况下的关系，根据比例关系导出下述式。

式1

Q_{nACT} = Q_{n} + (Q_{n} - Q_{n - 1}) \times \frac{Δt}{ΔT} - - - (1)

在发动机旋转同步运算方式中，△T与发动机旋转周期成正比。另外，如果将时刻t2视为进气行程的中央，则△t也与发动机旋转周期成正比。因此，上式成为下述式。

式2

Q_{nACT} = Q_{n} + C \times (Q_{n} - Q_{n - 1}) - - - (2)

其中，

C = \frac{Δt}{ΔT}

（常数）

此外，在发动机旋转非同步运算方式的定周期运算方式中，成为△T=const、△t∝发动机旋转周期的关系。而且，通常,为了求出发动机旋转速Ne,必须利用计数定时器求出发动机旋转周期，因此可以利用该数据。

图6是表示基于气缸进气量变化值△的预先修正的具体内容的流程图。

在步骤S21中，发动机控制器读入发动机转速Ne。

在步骤S22中，发动机控制器读入气缸吸入空气量Qn。

在步骤S23中，发动机控制器使用发动机转速Ne求出直至进气行程为止的时间△t。此外，在这里，时间△t通过直至进气行程中央的时刻为止而求出。而且，采用旋转同步运算方式。

在步骤S24中，发动机控制器运算QnACT。该步骤S24是用于应对读入各数据后的负载急速变化的处理。该情况下的运算式如上述。考虑直至进气行程为止的时间△t，进行推测运算。

在步骤25中，发动机控制器使用QnACT和发动机转速Ne，读出修正后的脉冲宽度。

在步骤S26中，发动机控制器输出脉冲宽度。

在步骤S27中，发动机控制器存储当前的Qn。发动机控制器在每次读入当前的Qn时，依次更新。

上述一系列的处理通过复位定时器，以一定周期（例如3毫秒等）反复执行。

总之，接收每隔一定周期运算出的QnACT，在输入来自转速检测传感器的触发信号的时刻，对应于脉冲宽度而驱动喷射器。

即，在这里，发动机转速Ne及气缸吸入空气量Q处于变化过程中时，求出这些变化率和信息的读入时刻以后直至吸入行程为止的时间，进而使用其结果，推测吸入行程中的气缸吸入空气量，使用该推测值从对应图中读出基本喷射脉冲宽度。

此外，在这里，说明了在推测值QnACT的运算时使用气缸吸入空气量的当前值Qn与前次值Qn-1的差量进行运算的情况。但是，并不限于此。在不能忽视与数据相伴的噪声的情况下，也可以与规定次数前的数据进行比较，在该差量大于或等于恒定值时，进行上述的推测运算。另外，该运算也可以不仅仅使用差量，而通过使用比值等方法而进行推测运算。推测运算也可以仅使用加速方向或减速方向的一方。

图7是说明本实施方式的作用效果的图。

在曲轴起动初期，大气压下的进气集气管内的空气流入发动机中。因此，进气节气门的开度和进气量的关联被破坏。由此，即使基于进气节气门的开度对进气量进行推定，也不能以良好的精度推定进气量。

然而，根据本实施方式，如果开始曲轴起动，则首先基于气缸吸入空气量的变化值△而开始进气量的预先修正。

而且，如果气缸吸入空气量的变化值△变得大于规定值（阈值），则切换为基于加速器操作的进气量的预先修正。

因为采用上述方式，因此如图7所示，能够以良好的精度推定进气量。即，在基于加速器操作的进气量的预先修正中，在曲轴起动开始初期预先读取精度变差。因此，此时，基于气缸吸入空气量的变化值△，使用进气量的预先修正。通过采用上述方式，可以在曲轴起动开始时，确保进气量的预先读取精度。

而且，如果气缸吸入空气量的变化值△变得大于规定值（阈值），则切换为基于加速器操作的进气量的预先修正。如果这样基于变化值切换修正方法，则即使在每次曲轴起动时状况变化，也无需依赖运转状态或环境条件，在任何情况下都能够以良好的精度适当地切换预先修正的修正方法。

如上所述，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只表示本发明的适用例的一部分，并不能将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。

例如，在上述说明中，基于气缸吸入空气量的变化值△切换修正方法，但也可以基于气缸吸入空气量切换修正方法。如果如上所示地利用进气量的大小进行切换，则修正精度提高。

此外，上述实施方式可以适当进行组合。

本申请基于2010年12月27日向日本特许厅申请的日本特愿2010-290270号申请并主张其优先权，将该申请的全部内容作为参照引入本说明书中。

Claims

1.一种内燃发动机的控制装置，其具有：

刚起动后执行部，其在曲轴起动刚开始之后，基于吸入空气量的变化值，执行吸入空气量的预先修正；以及

修正方法切换部，其在上述动作后，基于吸入空气量，切换为与加速器操作对应的吸入空气量的预先修正。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机的控制装置，其中，

如果吸入空气量的变化值小于阈值，则上述修正方法切换部切换为与加速器操作对应的吸入空气量的预先修正。

3.根据权利要求1所述的内燃发动机的控制装置，其中，

如果吸入空气量小于阈值，则上述修正方法切换部切换为与加速器操作对应的吸入空气量的预先修正。

4.根据权利要求2或3所述的内燃发动机的控制装置，其中，

在变化后的状态持续规定时间后，上述修正方法切换部切换为与加速器操作对应的吸入空气量的预先修正。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃发动机的控制装置，其中，

所述吸入空气量是利用设置在进气集气管中的进气压力传感器检测出的。