CN105673232A - 内燃机的空燃比学习控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能不使用控制阀而进行准确的学习控制的内燃机的空燃比学习控制装置。内燃机(11)的空燃比学习控制装置具备：向吸气通路(18)喷射燃料的燃料喷射阀(22)；被设置成与吸气通路(18)连通，用于将蒸发气体排放到吸气通路(18)的过滤罐(24)；检测在排气通路(19)流通的废气的残余氧浓度的氧传感器(31)；通过学习控制对空燃比进行控制，使根据氧传感器(31)的检测值求出的空燃比接近目标空燃比，从而控制燃料喷射阀(22)的燃料喷射量的控制单元(25)，控制单元(25)具备气体排放量计算单元，该气体排放量计算单元对应于内燃机(11)的状态计算过滤罐(24)的气体总排放量的推定值。

Description

内燃机的空燃比学习控制装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的空燃比学习控制装置。
背景技术
已知现有如下的空燃比学习控制装置，该空燃比学习控制装置根据基于氧传感器的检测值而得到的空燃比和目标空燃比之间的偏差来判定学习结束条件，在学习结束条件成立时，允许从过滤罐排放蒸发气体(蒸发燃料)，在学习结束条件不成立时，暂时停止学习控制，允许流出蒸发气体(例如，参照专利文献1)。
但是，在专利文献1中公开的空燃比学习控制装置为具备了控制蒸发气体从过滤罐向吸气通路的流通的控制阀的结构，在这样的结构中，不仅需要控制阀，还需要用于控制该控制阀的动作的结构，从而使成本变高。另一方面，还存在想要降低由蒸发气体流入到吸气通路而给空燃比带来的影响的技术问题。
因此，已知：为了以避免了成本增加的简单结构来降低由蒸发气体流入到吸气流路而给空燃比带来的影响，则在预测到来自过滤罐的吸气流路的蒸发气体被排放的期间，对学习控制中确定的燃料喷射量的减量加上规定的限制(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3404872号公报
专利文献2：日本专利特开2011-074848号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献2所公开的空燃比学习控制装置中，通常，在暖气运行中蒸发气体被排放到吸气通路并燃烧，因此，在可判断为引擎的冷却水温达到规定的水温以上而暖气结束的时候，判断为完成了排放蒸发气体，所以存在如下的缺点：即使在原本蒸发气体的影响消失、不需要对学习控制加以限制的情况下也会加上限制。
本发明是鉴于上述问题而做出的，本发明的目的在于，提供一种能不使用控制阀而进行准确的学习控制的内燃机的空燃比学习控制装置。
用于解决技术问题的手段
本发明的内燃机的空燃比学习控制装置具备：燃料喷射阀，其向吸气通路喷射燃料；过滤罐，其设置成与所述吸气通路连通，用于将蒸发气体排放到所述吸气通路；氧传感器，其用于检测在排气通路流通的废气的残余氧浓度；以及控制单元，其通过学习控制对空燃比进行控制，使根据所述氧传感器的检测值求出的空燃比接近目标空燃比，从而控制所述燃料喷射阀的燃料喷射量，所述空燃比学习控制装置的特征在于，所述控制单元具备气体排放量计算单元，所述气体排放量计算单元对应于内燃机的状态计算所述过滤罐的气体总排放量的推定值。
根据该结构，能够对应于内燃机的状态计算过滤罐的气体总排放量的推定值，推定有没有从过滤罐排放到吸气通路的蒸发气体，并能推定即使不用控制阀截断也不受蒸发气体的影响的状况，因此能不使用控制阀而进行准确的学习控制。
优选地，在本发明的内燃机的空燃比学习控制装置中，所述气体排放量计算单元根据所述过滤罐的气体瞬时排放图计算所述气体总排放量的推定值，所述气体瞬时排放图是对应于所述内燃机的引擎转数及节气门开度预先设定的。在这种情况下，能够以现有的传感器构成来容易地推定过滤罐内的蒸发气体的排放完成、剩余量。
优选地，在本发明的内燃机的空燃比学习控制装置中，所述控制单元包括：反馈修正计算单元，其根据所述氧传感器的检测值，计算出反馈修正值并进行反馈控制，以接近目标空燃比；空燃比学习修正计算单元，其计算出所述反馈修正值的平均值与其中央值的差，作为空燃比学习修正值；以及最终喷射时间计算单元，其利用所述空燃比学习修正值计算最终喷射时间，在所述气体总排放量推定值达到规定的阈值以上的情况下，通过所述空燃比学习修正计算单元计算所述空燃比学习修正值。在这种情况下，对于学习修正值计算的开始所需要的过滤罐内的气体排放完成的判断，通过利用气体总排出量推定值，例如与将学习修正值计算的开始设为“规定时间后”的情况相比，能够在更加合理的时刻开始学习修正值计算。由此，学习的即时性及精度提高，适当的燃料喷射量的修正成为可能，行驶性能提高。
优选地，在本发明的内燃机的空燃比学习控制装置中，所述阈值被设定成，对应于每一个节气门开度的任意范围设定有不同的值。在这种情况下，根据节气门开度，学习修正值计算的开始条件不同。由此，例如，在节气门微开时，来自过滤罐的蒸发气体难以被排放，而使阈值(Kn)降低，对学习控制加上无用的限制的情况消失。也就是说，能够以比较短的时间来执行学习修正值计算，学习的即时性及精度进一步提高。
发明效果
根据本发明的内燃机的空燃比学习控制装置，能不使用控制阀而进行准确的学习控制，因此可谋求成本的削减、布局性的提高。
附图说明
图1是本实施方式所涉及的内燃机的示意图。
图2是示出本实施方式所涉及的控制单元的框图。
图3是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的动作的流程图。
图4是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的学习许可判定的动作的流程图。
图5是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的蒸发旗标处理的流程图。
图6是示出本实施方式所涉及的瞬时吹扫流量图的说明图。
图7是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的蒸发旗标判定的流程图。
图8是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的反馈修正和空燃比学习修正的动作例的时序图。
图9是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的蒸发旗标处理的动作例的时序图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习装置进行说明。此外，本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置并不被限定为如下所示的结构，而可适当变更。内燃机的空燃比学习控制装置可被应用于各种车辆，例如，也可应用于机动两轮车、巴吉型(日语：バギータイプ)的机动三轮车或机动四轮车。
首先，参照图1及图2，对本实施方式所涉及的内燃机的概略结构进行说明。图1是本实施方式所涉及的内燃机的示意图。图2是示出本实施方式所涉及的控制单元的框图。
图1中，例如，机动两轮车所搭载的水冷的内燃机11的汽缸盖17连接着吸气装置15和排气装置16，其中，吸气装置15用于向与活塞13的顶部相对的燃烧室14供给混合气体，活塞13可滑动地与内燃机11的缸径12嵌合，排气装置16用于将来自燃烧室14的废气排出。又，在吸气装置15中形成有吸气通路18，在排气装置16中形成有排气通路19。又，在汽缸盖17上安装有火花塞20，火花塞20的前端与燃烧室14相对。
在吸气装置15中，可开关地配设有用于控制在吸气通路18流通的空气量的节流阀21。又，附设有用于向节流阀21的下游侧的吸气通路18进行燃料喷射的燃料喷射阀22。又，在节流阀21的下游侧的吸气通路18和燃料箱23之间设有过滤罐24，过滤罐24将蒸发气体排放到吸气通路18地与吸气通路18总是连通。
通过控制单元25控制火花塞20的点火时间及来自燃料喷射阀22的燃料喷射量的动作。以向控制单元25输入以下检测值的方式被构成：与节流阀21同轴上设置的节气门位置传感器26的检测值、测量吸气通路18的压力的吸气压传感器27的检测值、与活塞13连结的曲轴28同轴上设置的曲柄角度传感器29的检测值、检测引擎冷却水的水温的水温传感器30的检测值及氧传感器31的检测值，其中，氧传感器31被安装于排气装置16，以检测在排气通路19中流通的废气中的残余氧浓度。
如图2所示，控制单元25之中，基本喷射时间计算单元41根据内燃机11的吸入空气量来进行基本喷射时间的计算，该吸入空气量基于由曲柄角度传感器29检测的引擎转数、以及由节气门位置传感器26检测的节气门开度或由吸气压传感器27检测的吸气压来被推定。
又，反馈修正计算单元42基于用氧传感器31得到的氧浓度来计算出反馈修正值并进行反馈控制，以接近目标空燃比。也就是说，基于氧传感器31判定废气的浓或稀的程度，并基于判定结果进行反馈修正值的计算。
又，空燃比学习修正计算单元43计算出反馈修正计算单元42所得到的当前的反馈修正值的平均值和修正值的中央值(1.00)的差，作为空燃比学习修正值。也就是说，以当前的反馈修正值接近中央值的方式来进行修正。
又，最终喷射时间计算单元44基于基本喷射时间计算单元41所得到的基本喷射时间、反馈修正计算单元42所得到的反馈修正值、及空燃比学习修正计算单元43所得到的空燃比学习修正值来进行运算，计算出最终喷射时间，用计算出的最终喷射时间来进行燃料喷射阀22的驱动。
又，控制单元25中，学习许可判定单元45进行是否允许实施基于空燃比学习修正计算单元43的学习控制的判定。
进而，控制单元25中，气体排放量计算单元46根据内燃机11的状态，计算出来自过滤罐24的蒸发气体的总排放量的推定值(下面，称为气体总排放量推定值)。气体排放量计算单元46基于过滤罐24的气体瞬时排放图来计算出气体总排放量推定值，该气体瞬时排放图根据内燃机11的引擎转数(NE)与用于推定内燃机11的负荷状态的节气门开度(VT)或吸气压(PM)而被预先设定。
下面，参照图3～图7，对空燃比学习控制进行详细说明。图3是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的动作的流程图。如图3所示，首先，读入各种传感器26、27、29、31的输出(S11)。即，将引擎转数(NE)从曲柄角度传感器29输入到控制单元25，将节气门开度(VT)从节气门位置传感器26输入到控制单元25，将吸气压(PM)从吸气压传感器27输入到控制单元25，以及将引擎冷却水的水温(Temperature)从水温传感器30输入到控制单元25。
接下来，基于引擎转数(NE)是否为规定值以上，判定内燃机11是否正在运转(S12)。如果内燃机11正在运转，则进行学习许可判定(S13)。学习许可判定是指，判定可否实施基于空燃比学习修正计算单元43的学习控制(后述的S15)。在后面，将对学习许可判定进行详细说明。另一方面，如果内燃机11没有正在运转，则结束处理。
接着，进行表示学习许可判定的最终输出的学习旗标(learn_flag)是否为“1”的判定(S14)。如果学习旗标为“1”，则允许本次循环中的学习控制，进行学习控制(S15)，将空燃比学习修正值反映到最终喷射时间，控制燃料喷射阀22(S16)。另一方面，如果学习旗标不为“1”，则不允许本次循环中的学习控制，返回到S11。
参照图4对学习许可判定的详细内容进行说明。图4是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的学习许可判定的动作的流程图。如图4所示，根据引擎转数(NE)、节气门开度(VT)等各种运行状态，进行至少一个旗标处理(S21)。作为该旗标处理所输出的学习控制判定用旗标，例如，可举出下面的例子，但并不限定为它们。
·引擎转数-节气门开度旗标(NE-VT_flag)
·水温旗标(Temperture_flag)
·Δ节气门开度旗标(ΔVT_flag)
·蒸发旗标(evapo_flag)。
对S21中输出的学习控制判定用旗标的状态进行判断(S22)，在所有的旗标的值为“1”的情况下，将学习旗标(learn_flag)的值设定为“1”(S23)，如果任一个旗标的值不为“1”，则将学习旗标的值设定为“0”(S24)。
参照图5，对图4的S21中表示的至少一个旗标处理之中的蒸发旗标处理进行详细说明。图5是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的蒸发旗标处理的流程图。蒸发旗标处理是指，根据节气门开度(VT)的值的不同而以不同的条件来判定是否建立蒸发标记旗标。如图5所述，首先，读入引擎转数(NE)及节气门开度(VT)(S31)。
气体排放量计算单元46预先存储根据引擎转数及节气门开度检索的瞬时吹扫流量图，根据S31中读入的当前的引擎转数(NE)及节气门开度(VT)来检索当前的瞬时吹扫流量(flow_I(NE，VT))(S32)。图6是示出本实施方式所涉及的瞬时吹扫流量图的说明图。如图6所示，瞬时吹扫流量图是将x轴设为引擎转数(NE)，将y轴设为节气门开度(VT)，将z轴设为瞬时吹扫流量(flow_I)的二维排列。
接着，气体排放量计算单元46中，将直到上次为止的总吹扫流量(flow_T)加上本次的瞬间吹扫流量(flow_I)，对直到本次为止的总吹扫流量(flow_T)进行运算(S33)。也就是说，对从引擎启动时开始每规定间隔所检索到的瞬时吹扫流量(flow_I(NE,VT))进行累计，计算出从引擎启动时开始的总吹扫流量(flow_T)即气体总排放量推定值。
接着，根据当前的节气门开度(VT)分为三个以上的处理。即，例如如果VT＜A(S34)，则实施蒸发旗标判定(1)(S35)，如果A≦VT＜B(S36)，则实施蒸发旗标判定(2)(S37)，如果B≦VT，则实施蒸发旗标判定(3)(S38)。
对蒸发旗标判定(1)～(3)进行说明。图7是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的蒸发旗标判定的流程图。蒸发旗标判定是指，基于总吹扫流量(flow_T)判定是否建立蒸发旗标。如图7所示，对直到本次为止的总吹扫流量(flow_T)是否为阈值Kn(n为1以上的整数)以上进行判定(S41)。阈值(Kn)对于节气门开度的任意范围中的每一个范围而不同。蒸发旗标判定(1)即为VT＜A的情况下，将阈值K1用作为阈值，蒸发旗标判定(2)即为A≦VT＜B的情况下，将阈值K2用作为阈值，蒸发旗标判定(3)即为B≦VT的情况下，将阈值K3用作为阈值。在此，阈值K1～K3的关系为K1＜K2＜K3。也就是说，节气门开度(VT)越小，则阈值设定得越小，节气门开度(VT)越大，则阈值设定得越大。
S41中，如果蒸发旗标判定为是，则将蒸发旗标设为“1”(S42)，如果蒸发旗标判定为否，则将蒸发旗标设为“0”(S43)。
此外，在这里，作为以推定内燃机11的负荷状态为目的的传感器，使用节气门位置传感器26，将瞬间吹扫流量图的y轴设为节气门开度(VT)，但也可使用吸气压传感器27，将y轴设为吸气压(PM)。
通过上述的蒸发旗标处理，按照内燃机11的状态(引擎转数(NE)及节气门开度(VT))，在与来自过滤罐24的气体总排放量推定值相当的总吹扫流量(flow_T)(瞬时吹扫流量(flow_I)的累计值)为阈值Kn以上的情况下，蒸发旗标被设定为“1”。然后，图4所示的S22中，如果其他的学习判定用旗标为“1”，则学习旗标被设定为“1”。其结果，由于图3所示的S14中学习旗标为“1”，所以学习控制(S15)被实施。
图8是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的反馈修正和空燃比学习修正的动作例的时序图。此外，图8中及以下所示的数值是为了说明本发明的概念而使用的假设的数值，是可适当变更的。图8中，线(1)表示O2反馈修正中央值(1.00)，线(2)表示O2反馈修正平均值，线(3)表示O2反馈修正值，线(4)表示空燃比学习修正值。如图8所示，S1-1阶段中，控制单元25监视O2反馈修正的修正值，计算出平均值。在此，O2反馈修正的平均值(0.95)与中央值(1.00)有0.05的偏差。
S1-2阶段中，在T11的时刻实施学习控制。S1-1阶段中O2反馈修正的平均值与中央值的差为0.05，但S1-2阶段的空燃比学习修正值是从S1-1阶段的空燃比学习修正值中减去0.01而得到的。因为基于空燃比学习修正值的喷射时间的修正被进行，所以O2反馈修正的平均值被补偿0.01，与中央值(1.00)的差成为0.04。
S1-3阶段中，在T12的时刻再次进行空燃比学习值的更新，空燃比学习修正值是从S1-2阶段的空燃比学习修正值中减去0.01而得到，O2反馈修正的平均值的偏差量成为0.03。以后，直到偏差量变为0.00为止，重复同样的处理。
图9是示出本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置的蒸发旗标处理的动作例的时序图。图9中，线(a)表示蒸发旗标，线(b)表示阈值(Kn)，线(c)表示总吹扫流量(flow_T)，线(d)表示瞬时吹扫流量(flow_I)，线(e)表示节气门开度(VT)。如图9所示，S2-1阶段中，内燃机11正在运转，根据当前的节气门开度(VT)及引擎转数(NE)来检索瞬时吹扫流量(flow_I)。又，针对各个某周期，对瞬时吹扫流量(flow_I)进行累计，计算出总吹扫流量(flow_T)。又，针对各节气门开度(VT)，检索阈值(kn)。该S2-1阶段中，总吹扫流量(flow_T)小于阈值(Kn)，因而蒸发旗标为“0”。
S2-2阶段中，在T21的时刻，总吹扫流量(flow_T)大于阈值(Kn)，因而蒸发旗标成为“1”。
S2-3阶段中，在T22的时刻，根据节气门开度(VT)，阈值(Kn)被变更。在此，总吹扫流量(flow_T)再次小于阈值(Kn)，因而蒸发旗标成为“0”。之后，内燃机11的运转中(S2-4阶段、S2-5阶段及其之后)，在T23、T24…的时刻重复基于总吹扫流量(flow_T)和阈值(Kn)的比较的蒸发旗标判定。
如上述说明，根据本实施方式所涉及的内燃机的空燃比学习控制装置，在控制单元25中，气体排放量计算单元46根据内燃机11的状态来计算出来自过滤罐24的气体总排放量推定值，因此能推定是否有向吸气通路18的蒸发气体的排放。这时，因为即使不设置控制阀(吹扫电磁阀)来截断蒸发气体，也能够对不受蒸发气体的影响的状况进行推定，所以能不使用控制阀而进行准确的学习控制。
又，因为不必设置控制阀，所以能谋求成本的消减、布局性的提高。
又，气体排放量计算单元46基于根据引擎转数(NE)及节气门开度(VT)而预先设定的瞬时吹扫流量图，计算来自过滤罐24的蒸发气体的排放量，所以能够以现有的传感器构成来容易地推定过滤罐24内的气体排放完成、气体剩余量。
又，学习许可判定单元45通过将气体总排出量推定值(总吹扫流量flow_T)用于学习修正值计算的开始所需要的过滤罐24内的气体排放完成的判断，，例如与将学习修正值计算的开始设为“规定时间后”的情况相比，能够在更加合理的时刻开始学习修正值计算。由此，学习的即时性及精度提高，适当的燃料喷射量的修正成为可能，行驶性能提高。
又，将节气门开度(VT)条件分为多个范围，针对各个该范围改变阈值(Kn)，因此，学习修正值计算的开始条件根据节气门开度(VT)而不同。由此，例如，在节气门微开时，来自过滤罐24的蒸发气体难以被排放，而使阈值(Kn)降低，对学习控制加上无用的限制的情况消失。也就是说，能够以比较短的时间来执行学习修正值计算，学习的即时性及精度进一步提高。
此外，本发明并不被限定为上述实施方式，而能进行各种变更并实施。上述实施方式中，关于附图所图示的大小、形状等，并不被限定于此，而可在发挥本发明的效果的范围内进行适当变更。此外，只要不脱离本发明的目的的范围，就可进行适当变更并实施。
上述实施方式中，虽然作为瞬时吹扫流量图的参数使用了节气门开度(VT)，但也可以用吸气压(PM)来代替它。又，也可适当追加吸气温度、引擎冷却水温等其他的参数。
产业上的可利用性
如上所述，本发明提供内燃机的空燃比学习控制装置，对机动两轮车及机动四轮车等的引擎是有用的。
符号说明
11内燃机
15吸气装置
16排气装置
18吸气通路
19排气通路
22燃料喷射阀
24过滤罐
25控制单元
26节气门位置传感器
29曲柄角度传感器
31氧传感器
41基本喷射时间计算单元
42反馈修正计算单元
43空燃比学习修正单元
44最终喷射时间计算单元
45学习许可判定单元
46气体排放量计算单元。

Claims (4)

1.一种内燃机的空燃比学习控制装置，具备：
燃料喷射阀，其向吸气通路喷射燃料；
过滤罐，其设置成与所述吸气通路连通，用于将蒸发气体排放到所述吸气通路；
氧传感器，其用于检测在排气通路流通的废气的残余氧浓度；以及
控制单元，其通过学习控制对空燃比进行控制，使根据所述氧传感器的检测值求出的空燃比接近目标空燃比，从而控制所述燃料喷射阀的燃料喷射量，
所述空燃比学习控制装置的特征在于，
所述控制单元具备气体排放量计算单元，所述气体排放量计算单元对应于内燃机的状态计算所述过滤罐的气体总排放量的推定值。
2.如权利要求1所述的内燃机的空燃比学习控制装置，其特征在于，
所述气体排放量计算单元根据所述过滤罐的气体瞬时排放图计算所述气体总排放量的推定值，所述气体瞬时排放图是对应于所述内燃机的引擎转数及节气门开度预先设定的。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的空燃比学习控制装置，其特征在于，
所述控制单元包括：
反馈修正计算单元，其根据所述氧传感器的检测值，计算反馈修正值并进行反馈控制，以接近目标空燃比；
空燃比学习修正计算单元，其计算出所述反馈修正值的平均值与所述反馈修正值的中央值的差，作为空燃比学习修正值；以及
最终喷射时间计算单元，其利用所述空燃比学习修正值计算最终喷射时间，
在所述气体总排放量推定值达到规定的阈值以上的情况下，通过所述空燃比学习修正计算单元计算所述空燃比学习修正值。
4.如权利要求3所述的内燃机的空燃比学习控制装置，其特征在于，
所述阈值被设定成，对应于每一个节气门开度的任意范围设定有不同的值。
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