CN1042454C - 改进空气－燃料比控制的方法 - Google Patents

Abstract

内燃机每汽缸每循环的空气和燃料量的控制方法，首先确定现有发动机运行状况下的每循环所需燃料量，然后调定发动气源，以提供所需的空气-燃料比。此后确定发动机的实际气量，调节每循环燃料量，使得实际空气-燃料比在预定范围内。在发动机管理系统中设置一个预定空气-燃料比对发动机速度和负荷的查找图表。该图表是按照为防止特定发动机故障的诸因素如不着火、催化剂和/或排气所选择的预定空气-燃料比来安排的。

Description

改进空气-燃料比控制的方法

本发明涉及燃料喷射内燃机用的可燃混合气的空气-燃料比控制的方法。在产品说明书中，空气-燃料比的参考数据只涉及内燃机每个循环的总的空气-燃料比，而不涉及内燃机燃烧室内任何特殊部位处的空气-燃料比。

常规的均匀加料的内燃机通常利用一个空气-燃料供送系统，在该系统中流到内燃机的空气量是由驾驶员控制，空气流量再确定要供送到内燃机的燃料量。这样，流到内燃机的空气直接确定内燃机的功率输出。对于汽化和燃料喷射系统两者，这是适用的。例如，对于一般的燃料喷射系统，一个空气流量计用于确定流到内燃机的空气量。要喷射到内燃机的燃料然后是特别参照测得的空气流量来确定。

然而，在内燃机技术的最近发展中，有一种使燃烧室内空气-燃料混合气分层的趋势。对于一些两冲程循环的内燃机，这是特别适用的。当分层进入的混合气被利用时，在燃烧室内过量的空气将不参与燃烧过程。因此流到这种内燃机的空气总量一般地不像一种均匀进气的内燃机的那种情况一样直接涉及该内燃机的功率输出。在这样一种情况中，希望使内燃机的燃料流量和内燃机的空气流量互不相关，因此空气和燃料流量能够单独地控制。一种实现这种互不相关的方法被称作为内燃机燃料控制用的线路驱动系统(DBW)。

在常规的DBW系统中，驾驶员不直接控制空气量或燃料量，但只发出一个信号(“要求”信号)，它指示驾驶员的要求(例如内燃机的功率输出的增加或减少)。这个要求信号然后可以由一个电子控制装置(ECU)处理，该装置控制空气流量，而空气流量再确定发动机的燃料流量要求。把发动机燃料控制功能加进到常规的线路驱动系统(DBW)后，电子控制装置(ECU)控制燃料流量，而燃料流量再确定发动机的空气流量要求。虽然这样的一个系统满足互不关联的所需要求，但是它有某些缺点。

与本申请相关的澳大利亚专利申请51065/90号，在这里加进作为参考，它描述了发动机燃料控制用的一部分的线路驱动系统(DBW)或“混合式”线路驱动系统(DBW)。在这个系统中，主空气节流阀和该主节流阀的电子控制装置(ECU)的控制的旁路之间有一个直接的机械联动装置。旁路采用这样的比例，在低的负荷和速度时它能够供应整个空气流量给发动机，但是在高的负荷和速度时，它不能供应所需的整个空气流量。因此，为与驾驶员机械地关联的旁路的尺寸是这样的，如果在旁路的正常控制中出现一些偏差，它不会导致发动机进入一个可能是危险高功率输出运行区。而且，除了成本和重量等优点之外，该混合式系统也提供了增高的精度，因为只有整个空气流通面积的一部分是起作用的，控制功能的分辨能力增加了，由于该系统的活动部件的较小尺寸所引起的较低惯性，它提供了改进的响应性。

利用这种混合式系统，电子控制装置(ECU)所控制的旁路在发动机运行的低负荷区内能够完全控制发动机的空气流量。当发动机的负荷需要增加时，机械操作的主节流阀将允许一些空气流到发动机，在这种情况出现时，旁路能够用作为一种微调装置，以提供所希望的空气流量给发动机。这种装置在上述的澳大利亚专利申请中更全面地讨论了。

因此，这种混合式线路驱动系统，处在一种理想状态，能够提供这样一种措施，利用这种措施，发动机的空气和燃料流量能够独立地控制。然而，应理解到，当主节流阀开度增加时，由旁路所供给的空气控制量减小。因此如果譬如发动机正在低的大气压力的区域内运行和/或受到发动机的空气流道中的一种限制(例如阻塞的空气过滤器)，发动机的空气流量将减少，旁路将被用于允许附加的空气供至发动机。然而，如果低的大气压和/或流道限制的状况是足够严重的，旁路即使完全开启，仍不足以供应所需的空气流量给发动机。如果发动机在异常高的大气压下运行，导致流到发动机的空气量太大，类似的限度将产生。

这些限度可以在某些发动机运行状况下导致一个从发动机特定的运行要求的观点来看所不希望的空气燃料比，诸如由于过浓或过稀的混合气所引起的可燃混合气的不点火的控制，或催化剂过热的危险的控制，或其它一些因素的控制，特别是同废气排放的控制有关的那些因素。

因此本发明的目的是提供控制要供送到内燃机的可燃混合气的空气-燃料比的方法，以确保可燃混合气的空气-燃料比是在预定范围内，防止不利燃烧状况的产生。

按照这个目的提供了一种方法，该方法用于控制对内燃机每个循环每个汽缸所供送的空气量和燃料量，包括确定每个循环供送给发动机的所需燃料量来响应发动机运行状况，调定发动机的空气供量，以便在上述运行状况下对每个循环所确定的燃料量提供所要求的空气-燃料比，确定发动机的实际的空气供量，和调节每个循环的燃料量，因此实际的空气-燃料比是在所要求的空气-燃料比的预定范围内。

更加特别的是，该方法包括确定每个循环所需的燃料量来响应发动机运行状况，确定每个循环所需的空气量以响应上述的每个循环所需的燃料量和发动机运行状况，调节发动机的空气流量以响应上述的每个循环所需的空气量，确定发动机的实际空气流量是否在上述的所需空气流量的范围内和按照实际空气流量是否调节上述的每个循环所需的燃料量。

最好是，任何特定的发动机运行状况的空气-燃料比的限度是那些运行状况可接受的最浓的空气-燃料比。更方便的方法是，在发动机的电子管理系统中设置了一个预定的空气-燃料比对发动机的速度和负荷的查找图。该图能够以防止特定的发动机故障如发动机不着火所选择的预定空气燃料比，催化剂和/或排气诸因素来安排。

既然空气-燃料比的修正能够建立在上述的各种要求的基础上，利用同样的要求来调定整个发动机运行范围内的正确的空气燃料比可能是不合适的。例如，取决于发动机速度的每个循环的燃料量可以在低于满负荷的一个负荷下达到驾驶员要求的可能最大值，在这样一些状况下，为了维持良好的排气控制，调定空气-燃料比可能是非常希望的。然而，在驾驶员的实际的满负荷要求下，更重要的是达到最大功率，因此较浓的空气-燃料比能够被允许。作为另一个例子，按照催化剂温度要求调定空气-燃料比可能是有利的。

按照上面所说的，对于完全开启的节流阀提供一个特定的图表因此是合适的，这个图表是由一个响应完全开启节流阀的操作的输出信号来选择。该信号能够由一个响应驾驶员要求完全开启节流阀操作的传感器来提供，诸如一个由驾驶员操作的节流阀踏板来操纵的传感器。应当注意到在许多的发动机环境中，在完全开启节流阀时的排气控制可以是不严格的，因此较浓的空气-燃料比是可接受的。

在具有主节流阀控制的气源和旁路气源的发动机中，诸如在申请人前面所说到的专利申请中披露的，空气-燃料比的调节或修正能够通过旁路气源的操作来实现。然而，当调节程度超过旁路气源的能力时，空气-燃料比的修正是通过每个循环燃料量的调节来实现的。这当然也将适用于发动机燃料控制用的线路驱动系统(DBW)，这时在一个低于满负荷要求的驾驶员的特殊要求下，即使完全开启节流阀的操作将不提供足够的空气流量。因此，当发动机管理系统包括一个电子控制装置(ECU)所控制的旁路气源时，推荐通过每个循环燃料量的控制所实施的空气-燃料比的调节只有在发动机运行的这样预定范围内执行，在这个范围中旁路气源的操作已经限制了对总气源流量的影响，这个范围最好是建立在气源流量的基础上，并且能够由旁路气源和/或总气源(它是旁路气源和空气源之和)对发动机的空气供应水平来确定，或者能够通过探测旁路气源系统的节流阀或类似阀门何时达到预定的开启或关闭程度来实现，这样提供旁路阀门是否处在它对气源的影响太小的一个范围内的一个显示。

从下面对本发明实际应用于控制发动机的空气-燃料比的描述，本发明将是更加容易地理解。下面的描述特别地涉及控制两冲程循环的发动机的空气-燃料比，但是应当理解本发明同样适于四冲程循环的发动机。

在附图中：

图1是关于一台两冲程循环的发动机的负荷的典型要求的图形表示。

图2是燃料需求量与负荷的关系图。

图3是按照本发明的控制系统的图示。

现在参照图1，将注意到当负荷增加时，在低负荷区每个循环的空气量初始基本上保持不变，然后当发动机负荷通过中等向高负荷区移动时，空气量以逐渐增大的速度增加。实线两侧的虚线指示每个循环空气量的变化范围，它能够通过辅助或旁路气源连同正常节流阀的操作来实现。应当注意到，当每个循环的空气量在中等至高负荷区内增加时，调节范围能够通过利用空气旁路逐渐减小来实现。

参照图1所描述的和以图1所示方式起作用的一种典型形式的节流阀和辅助的空气供应系统，在澳大利亚专利申请51065/90号中更详细地进行了描述。因此将看到对于任何特别的负荷和节流阀的调定，每个循环的空气量的重大变化能够通过利用辅助气源来得到，这导致空气燃料比的一个相应范围。

现在参见图3，该图显示了发动机管理系统运行的方法，它以上面讨论过的方式控制空气-燃料比。在虚线轮廓线内的图形部分包括电子控制装置(ECU)的一部分，该装置操纵发动机管理系统，这样的ECU控制的发动机管理在本技术中是大家熟知的。电子控制装置接收来自传感器10的指示发动机速度的信号和来自传感器11的发动机负荷要求，后者是通过固定在驾驶员操作的节流阀踏板上的电位器的位置显示的。根据这些信号，需求量图12产生一个指示发动机每个循环的燃料需求量的信号。这个指示发动机每个循环的燃料需求量的信号被输送给空气需求量图13，它确定已考虑发动机速度的每个循环的特定燃料需求量用的每个循环的空气需求量。空气量传感器14测量节流阀15和旁路阀门16处在目前位置下要发送给发动机的每个循环的实际空气量，如果空气需求量图所指示的每个循环的空气需求量不符合要供送给发动机的每个循环的实际空气量，空气旁路阀门16被触发，以实现必要的修正。

每个循环的燃料需求量和每个循环的实际空气量的信号也都作为输入提供给空气燃料比比较器18，其中基于这些输入的实际空气-燃料比和根据发动机负荷要求位置和发动机速度预定的检测的空气-燃料比。检测的空气燃料比贮存在图表中，并且通常将是在最大值和最小值之间的一个范围。

如果由每个循环的燃料需求量和每个循环的实际空气量所确定的空气-燃料比大于允许量，而不同于检测的空气-燃料比，然后将对供送给发动机的每个循环的燃料量进行修正，因此空气-燃料比将在检测的空气-燃料比的允许变化范围内。在所示的例子中，检测的空气-燃料比(A/F监测)是根据浓混合比不点火来调定的，因此只要基于每个循环的燃料需求量和实际空气流量的空气-燃料比(即A/F需求量)大于检测的空气-燃料比(A/F检测)，发动机将避免浓混合比不点火的现象。通过每个循环的燃料量的调节进行修正，因为发动机的其他运行参量通常是与供送的每个循环的燃料量有关，诸如提前点火、喷射定时和喷射时间，因此，它们也将调节来响应每个循环的燃料量的调节，以提供正确的燃烧状况。

对于每个循环的燃料需求量和发动机的速度，可以提供一个确定检测的空气-燃料比的图表，如果输出指示发动机的运行不在检测的空气-燃料比的允许限度内，将采取修正行动，该允许限度可以是用标定比以上的任何空气-燃料比和/或标定比以下的任何空气-燃料比的形式。对现有空气-燃料比和图表上的检测的空气-燃料比的比较起作用的程序最好是这样安排的，使得内插在图表上记载的特定的空气-燃料比之间是可能的。

应当理解，在某些发动机运行状况中，例如在高海拔处运行和/或由于气源中的阻塞(如脏的空气过滤器)，可以存在发动机的一种持续的过量的或不足的空气供应，上面讨论过的控制系统对于这些运行状况能够适合于调节空气-燃料比。相应地，如果控制系统探测到按一个特定方向连续在需要修正空气-燃料比，即增加或减少该空气-燃料比，然后在读出这些状况的基础上，程序能够被安排来重新调定基于发动机速度和发动机负荷要求的每个循环燃料量图表，以致实际上该图表可以读出少于实际位置的节流阀踏板位置。这种状况能够通过空气供应控制器上的误差对一段时间的积分来探测出来。这种状况的实际影响是使驾驶员进一步压下加速踏板，这样进一步开启主节流阀，但是没有实际上要求更多的燃料。

可以想像到空气-燃料比的检测数值也可以总是适用的，因此如果异常运行状况被读出(例如利用能够探测出浓混合比不着火的燃烧室压力传感器)，电子控制装置(ECU)可以辨认这种状况，并且改变检测的空气-燃料比的数值，以致这种状况的再出现可以减少。也可以想像到检测的空气-燃料比数值能够随时间自动地向上或向下递增或递减(最好采用长时间不变)，直至预定的运行状况的开始点被读出，在该点进一步的递增受到延迟。在一段适当的时间之后，这个过程可以重复。

参照附图，本发明实际应用的描述是参考两冲程循环运行的发动机，应当理解到虽然本发明是特别有利于适用到这些发动机，它也适用于四冲程循环的发动机。

Claims (8)

1．一种控制供送给内燃机每个汽缸每个循环的空气量和燃料量的方法包括：

根据检测到的发动机转速和负荷来确定发动机运行状况，依发动机运行状况确定送入发动机的每个循环所需的燃料量；

该方法特征在于还包括：

对于上述运行状况下所确定的每个循环的燃料量，调定发动机的空气供应量，以提供所需的空气-燃料比。

确定发动机的实际空气供应量，并调节每个循环的燃料量，以致实际的空气-燃料比是在所需的空气-燃料比的预定范围内。

2．按照权利要求1的方法，其中每个循环所需的空气量是根据上述的每个循环的燃料量和发动机的运行状况来确定，发动机的空气流量是根据上述确定的每个循环的空气量来调节，并且确定发动机的实际空气流量是否在上述所需空气流量的调节范围内，如果不是，按照实际空气流量调节上述所需的每个循环的燃料量。

3．按照权利要求1或2的方法，其中该方法是由一个发动机电子管理系统来执行的，该系统是利用一个查找图编制程序的，该图表上记载有一些给定的发动机的速度和负荷条件下的预定空气-燃料比。

4、按照权利要求3的方法，其中上述的预定空气-燃料比被调定，以阻止特定的发动机故障。

5、按照权利要求4的方法，其中上述的预定空气-燃料比被调定，以避免发动机整个运行范围的不同的发动机故障。

6、按照权利要求3的方法，其中一个特定的查找图被提供给完全开启的节流阀。

7、按照要求6的方法，其中上述的特定查找图是通过一个响应于完全开启节流阀的输出信号选择的。

8、按照权利要求1的方法，其中提供所需空气-燃料比的发动机气源是一个旁路气源。

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