CN1140233A - 发动机转速控制设备 - Google Patents

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水谷光一
田中武彦
丸山研也
仙田正典
竹内克直
佐藤亨
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    • F02D2011/101—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the means for actuating the throttles
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Abstract

一种发动机(1)的怠速控制设备。怠速控制阀(11)配置在与进气管道(2)连通，处在节流阀(8)上游和下游的备用管道(10)上，控制供到空转发动机的气流量。空档起动开关(30)根据变速杆(S)从其空档范围至行车范围的转换操作往ECU42输出指令信号。ECU42根据指令信号计算利用系数以便将流经怠速控制阀(11)的气流量提高到预定值。增加的气流量接着根据发动机转速的变化率(ΔNE)随衰减系数(α)的衰减而衰减。

Description

发动机转速控制设备
本发明总的说来涉及发动机转速控制设备，更具体地说，本发明涉及发动机空转时平稳调节发动机转速的一种设备。
近来，要求改善汽车耗油量的呼声愈来愈高。改善耗油量的其中一项措施是在汽车停驶时降低发动机的空转转速。
自动变速的汽车其变速器的变速杆从空档转入行车档时，发动机就承受负荷。从图10的链线可以看到，这类负荷往往使发动机转速突然下降。就是说，变速杆换档时使发动机的空转转速不稳定。
以本发明的受让人的名义提出的日本未经审查的专利公报60-19932公开了一种弥补上述不足的设备。该设备增加可燃混合气量来弥补发动机因变速杆换档而降低的转速。更具体地说如图2中所示，怠速控制阀(ISCV)配置在旁路管道中以控制流经旁路管道的气流。在旁路管道中，变速杆换档时ISCV的孔径增加到预定程度，从而增加了有待与燃料混合的空气量。接着，流经旁路管道的气流在发动机空载时因ISCV孔径渐缩小而减少到预定的水平。
在这种设备中，ISCV孔径缩小的速度随发动机初速的增加而减慢。这种设备的主要目的着重于如何防止发动机转速低于额定值和如何在短时间内进行上述控制使发动机平衡减速到预定的水平。ISCV孔径缩上快慢的调节不因发动机的不同而异，而且是根据发动机初速进行的。发动机受到与其机械连接的变速构件阻力矩的作用，而这个阻力矩的大小与各变速构件的机械状况有关。因此，发动机的负荷受阻力矩的影响，随发动机的不同而异。这种控制操作，无论作用到各发动机上的负荷有多大往往都会使发动机转速下降过头，导致失速和转速低于额定值。
此外，自动变速箱的负荷大时(例如在油温低且/或油粘度高时)，发动机初速保持较低的水平。在此情况下，当发动机转入空载时ISCV的孔径缩小得过快，从而使流经旁路管道的空气量突然下降，导致失速和转速低于额定值。
本发明的目的是提供一种无论加到发动机上的负荷如何变化都能平稳地控制发动机怠速的发动机怠速控制设备。
为达到上述目的，这里公开了一种经改进的怠速控制设备。这种设备结合流经供气管道提供给发动机的气流量，气流量则根据发动机情况调节配置在供气管道上的阀件加以控制，其中阀件由电气控制装置用控制信号控制，根据发动机负荷的增加将气流量提高到预定量，再将提高了的气流量降低到预定量。电气控制装置根据发动机转速的变化使流经阀件的提高了的气流量下降。
要理解本发明连同其目的和优点，最好阅读下面就本发明目前最佳的实施例所作的说明连同其附图。附图中：
图1是用以说明本发明基本原理的示意方框图；
图2是本发明第一实施例的发动机转速控制设备的示意图；
图3是本发明第一实施例的ECU(电气控制装置)的电气结构方框图；
图4是本发明第一实施例的ECU对ISCV进行控制的程序流程图；
图5是转速变化率与衰减率因子的关系曲线；
图6是说明第一和第二实施例的工作过程和作用的时间图；
图7是本发明第二实施例的ECU对ISCV进行控制的程序流程图；
图8是本发明第三实施例的ECU对ISCV进行控制的程序流程图；
图9是进气压力变化率与衰减率的关系曲线；
图10是说明一般发动机操作(例如发动机转速)的时间图。
现在参看图2至图6说明本发明发动机转速控制设备的第一实施例。
图2示出了装在汽车上的发动机1的转速控制设备。流经空气滤清器3之后，外面的空气就进入与发动机1连通的进气管2中。设在各气缸中的喷油嘴2将燃油喷射到进气口2a附近。喷射出的燃油与外来的空气混合。发动机1有多个燃烧室1a。可燃混合气经设在各气缸中的进气阀5进入各燃烧室1a中。接着，可燃混合气燃烧起来产生发动机的驱动动力。可燃混合气燃烧时产生废气。废气从各燃烧室1a的排气阀6抽到相应的排气歧管。接着，废气抽到排气歧管的会合点——排气管7，排出室外。
进气管2中配备有节流阀8根据与其连接的油门踏板(图中未示出)的动作开合。抽入进气管2的空气量借助节流阀8的开合得到控制。发动机1的转速随节流阀8开度的增加而加快。发动机1空转时，节流阀8关闭。缓冲槽9对流经节流阀8气流的脉冲起平稳作用。
进气管2有一个支管10形成环绕节流阀8的迂回路，如图2中所示。支管10中的气流由设在其中的怠速控制阀(以下称ISCV)1 1控制。ISCV 11有个电磁线图11a。电磁线圈11a的激励是根据节流阀8关闭(即发动机1空转)时决定ISCV 11打开时间的利用系数进行的。流经支管10的气流量(吸气量)取决于ISCV的打开时间。发动机转速NE通过调节吸气量控制。
流经进气管2的气流温度(THA)由设在空气滤清器3附近的进气温度传感器21检测。节流阀8的打开位置θ由节流传感器22测出。节流阀8全闭时驱动怠速开关23，从而使其检测发动机怠速启动的情况。吸气压力传感器24与缓冲槽9连通，其作用是测定进气压力PiM。
设在排气管7上的氧传感器25测定废气中的氧含量。冷却水温度传感器26测定发动机1中冷却水的温度THW(冷却水温度)。
发动机1的各气缸都有一个火花塞12接收分配器13分配来的点火信号。分配器13根据发动机1的转速将各点火器14输出来的高电压分配给火花塞12。火花塞12的点火定时取决于点火器14高电压的输出时间。
分配器13中有一个转子(图中未示出)还有一个发动机转速传感器(转动传感器)27和一个曲柄位置传感器28。发动机转速传感器27通过计出转子的转动次数检测发动机的转速NE。曲柄位置传感器28检测曲柄在发动机1中的角度变化。
自动变速器15与发动机1连接。自动变速器15有一个自动转速传感器29检测着汽车每时每刻的速度SPD并输出速度值信号。自动变速器15还有一个空档起动开关30，其作用是检测变速杆S目前的位置ShP是否在空档范围(包括泊车范围)。换句话说，空档起动开关30能够检测出变速杆S的位置ShP处在空档范围抑或行车范围。自动变速器15连同空调器(图中未示出)、车头灯等一起形成外负荷。
发动机1的驱动状况由传感器21、22、24至29，怠速开关30等检测。
如图3中所示，电气控制装置(ECU)41包括：CPU42；ROM43，具有录制在其中的规定控制程序和曲线图；RAM44，供临时存储CPU42的计算结果；和备用RAM45，供存储早先记录下来的数据。ECU41是个逻辑运算电路，电路中的各部件42至45、外输入电路46和外输出电路47彼此经总线48连接起来。
与外输入电路46连接的有吸气温度传感器21、节流传感器22、空转开关23、吸气压力传感器24、氧传感器25、冷却水温度传感器26、转动传感器27、曲柄位置传感器28、汽车速度传感器29和空档起动开关30。CPU42通过外输入电路46接收来自传感器21、22、24至29、怠速开关23和空档起动开关30的信号。根据这些信号，CPU42控制着分别与外输出电路47连接的喷油器4、电磁线圈11a和点火器14。学习值和标识位都存储在备用RAM45中。
现在说明ECU41履行的各种过程中的一个过程：ISCV 11开合的控制过程。ECU 41根据传感器21至30来的信号监控着发动机1的现状，并按需要更新ISCV 11的目标时间。目标时间表示发动机1的目标转速。
ECU 41根据下列三种控制方式中的一种方式工作：N(空档)范围方式、D(行车档)范围方式和换档开关方式。更具体地说，ECU 41在发动机1空转时定期从主程序转入子程序。在子程序时，ECU 41根据空档开关30来的信号监控变速杆S的位置ShP。变速杆位置ShP处在空档范围时，ECU 41在N范围方式下工作并计算N范围的利用系数NDUTY的开合。当早先和现时的数据读数表明变速杆位置ShP处在行车范围时，ECU 41就在D范围方式工作并计算出D范围的利用系数DDUTY。接着ECU根据利用系数DDUTY控制ISCV 11的打开时间。当变速杆位置ShP从空档范围改变到行车范围时，ECU 41在开关方式下工作，并从利用系数减去衰减值。接着ECU根据新得出的利用系数控制ISCV 11的打开时间。ECU 41在N范围方式和D范围方式下进行闭环控制(图1中用粗线表示)，在开关方式下进行开环控制(图1中用正常线表示)。
备用RAM 45在空转时的开环控制标志为FOPEN。ECU 41在开关方式下开始工作时取标志FOPEN的值为1。在N范围或D范围下开始工作时取标志FOPEN为0。
图4的流程图示出了ECU 41履行的控制子程序。
在步骤101，ECU 41接收来自传感器21至30的信号(例如气流温度THA、节流阀的打开位置θ、吸气压力PiM、氧含量OX、冷却水温度THW、发动机转速NE、汽车速度SPD、变速杆位置ShP和空调启动信号)和标志(例如，空转时的开环控制标志FOPEN，这稍后即将说明)。在下一个步骤102，ECU 41判断变速杆的当前位置ShP是否在行车范围。若位置ShP不处在行车范围，即若变速杆处在空档范围，ECU 41就进行反馈操作以控制ISCV 11，即发动机1在上述N范围方式的转速。
若变速杆处在行车范围，ECU 41就在步骤104判断开环控制标志FOPEN是否为1。若标志FOPEN为1，即若ECU41处于开关工作方式，ECU 41就进入步骤108。若标志FOPEN为0，ECU 41就进入步骤105。
在步骤105，ECU 41判断上次进行控制时换档位置ShP是否处于空档范围。若上次进行控制时换档位置ShP处在空档范围，ECU就判定换档位置已在目前的程序中从空档范围转到行车范围并进入步骤106。
在步骤106，ECU 41将N范围利用系数NDUTY(相当于ISCV11的目标开合时间)加上预定值ζ，得出D范围的利用系数DDUTY。接着ECU 41根据D范围利用系数DDUTY控制ISCV 11的开合。在下一个步骤107，ECU 41取标志值FOPEN为1，表示开关方式。
ECU 41从步骤104或步骤107进入步骤108以根据目前控制过程的发动机转数读数NE与早先控制过程的发动机转数读数之间的差值计算发动机转速变化率ΔNE。
在步骤109，ECU 41根据现行控制过程中计算出的发动机转速变化率ΔNE确定衰减率系数α。ECU 41参照图5所示的曲线以确定衰减率系数α。变化率ΔNE取置值。变化率△NE的绝对值越大(发动机1转速NE的下降幅度越大)，衰减率系数α就越小。另一方面，变化率ΔNE的绝对值越小(发动机1转速下降的幅度越小)，衰减率系数α就越大。
在步骤110，ECU 41通过从早先控制得出的利用系数DDUTY减去步骤109测出的衰减率系数α求出D范围的新利用系数DDUTY。接着ECU 41根据新求出的利用系数DDUTY控制ISCV 11的开合时间。
在步骤111，ECU 41判断D范围利用系数DDUTY是否已减小到等于变速杆S即将切换到行车范围之前的N范围利用系数NDUTY。若步骤111判断的结果是否定的，ECU 41就回到步骤110重复上述子程序。另一方面，若判断的结果是肯定的，ECU 41就进入步骤112，取标志FOPEN为0且暂停履行子程序。
在步骤105，若早先控制过程中变速杆的位置ShP不处在空档位置，ECU 41就判定开关工作方式业已完毕，且变速杆S继续保持在行车范围的位置。接着，ECU 41进入步骤113进行反馈操作以在D范围方式下控制发动机的转数。
在上述程序中，当变速杆S的位置ShP从空档范围切换到行车范围时，ECU 41通过将N范围利用系数NDUTY加上预定值ζ求出D范围的新利用系数DDUTY。接着ECU 41根据新得出的利用系数DDUTY控制ISCV 11打开的时间。因此，如图6中所示，ISCV 11的打开时间增了预定值，从而避免了发动机1转数NE因变速杆位置ShP切换到行车范围引起的突然下降。
这之后，根据发动机1转速的变化率△NE设定衰减率系数α。D范围利用系数DDUTY随衰减率系数α值逐渐减小，因而ISCV 11的打开时间逐渐缩短。发动机转速NE下降得越大，衰减率系数α就取得越小。相反，发动机转速下降得越小，衰减系数α就取得越大。就是说，D范围的新利用系数DDUTY是通过从D范围利用系数减去衰减率系数α得出的。ISCV 11的打开即根据新得出的D范围利用系数DDUTY而被控制。
发动机转速的下降量可能与转速NE因发动机1的负荷增加而预期的下降量相当。换句话说，当发动机转NE速可能下降的幅度大时，转速的变化率ΔNE自然变大。如上所述，衰减率系数α是根据发动机转速NE的下降确定的。因此，即使加到不同发动机1的负荷千变万化，但空气的流量却是根据加到各发动机1上的负荷调节的。换句话说，空气量是根据发动机转速NE的下降幅度调节的。此外，即使加到发动机1上的负荷大(例如，自动变速器15中的油温低而油的粘度高时)，空气量也根据负荷量调节。
因此，当改变变速杆位置ShP而使发动机1承受负荷时，可以避免发动机转速因负荷而突然下降。就是说，发动机转速NE随变速杆位置ShP变化平稳下降。
现在说明本发明的第二实施例。第二实施例设备的机械结构与第一实施例的相同，因而这里只说明与第一实施例不同的控制程序。
在图7的流程图中，ECU 41履行步骤201至207。步骤201至207所履行的程序与第一实施例步骤101至107中所履行的相同。
接着，在步骤208，ECU 41根据早先控制过程的发动机转速读数NE与目前控制过程发动机转数读数NE的差值计算发动机转速的变化率ΔNE。
在步骤209，ECU 41判断目前程序计算出的发动机转速变化率ΔNE是否大于或等于0。若变化率△NE小于0，即发动机转速下降了，ECU就进入步骤210，且和第一实施例中步骤109一样，根据参看图5的曲线在目前控制过程中确定的转速变化率△NE计算衰减率系数α。接着，ECU 41进入步骤211。
另一方面，若步骤209中计算出的变化率△NE大于或等于0，即若发动机转速NE没有下降，则无须更新衰减比例因数α。于是ECU41跳过步骤210一直进入步骤211。在步骤211，ECU 41通过从上一控制过程的D范围利用系数DDUTY减去步骤210中计算出的新衰减率系数α或未更新过的衰减率系数α求出D范围的新利用系数DDUTY。ISCV 11就根据新得出的D范围利用系数DDUTY而被控制。
在步骤212，ECU 41判断目前D范围的利用系数DDUTY是否已减小而等于上一个N范围的利用系数NDUTY。若判断的结果是否定的，ECU 41就返回到步骤208，重新计算变化率△NE并再次重复步骤209至212的程序。若D范围的利用系数等于步骤212中N范围的利用系数NDUTY，ECU 41就进入步骤213且履行与第一实施例同样的程序。
在步骤202，若变速杆位置ShP不在行车范围，ECU 41就履行与第一实施例相同N范围的控制。在步骤205，若变速杆位置ShP不处在空档范围，ECU 41就履行与第一实施例同样的控制。
如上所述，第二实施例与第一实施例的不同点在于转速变化率ΔNE的计算，计算是在每次变速杆位置ShP从N范围改变到D范围时进行的。换句话说，若转速变化率△NE是负的，即若发动机转速NE已下降，衰减率系数α是根据如图6中长短划交替的虚线所示的转速变化率ΔNE确定和更新的。接着根据更新后的衰减率系数α计算D范围的利用系数DDUTY。这可以使发动机转速的控制得以根据发动机转速NE的变化精确而平稳地进行。
在此实施例中，当发动机转速变化率ΔNE大于或等于0时，即当发动机转速NE暂时下降时，ECU 41不是确定就是更新衰减率系数α。这可以防止衰减率系数α因发动机转速NE提高而取小的设定值。因此，发动机转速NE迅速下降到预定值。这使发动机转速NE在有负荷加到发动机上时可以平稳而准确地将其控制到预定值。
现在说明本发明的第三实施例。衰减率系数α在本实施例中是根据吸气压力的变化确定的，而在第一和第二实施例中则是根据发动机1的转速变化确定的。
如图8中所示，在步骤301至307和303至313，ECU 41履行的程序与第一实施例步骤101至107和110至113履行的程序相同。
现在说明第三实施例的不同点。在步骤308，ECU 41根据目前程序中与早先程序中进气压力读数之间的差值计算进气压力变化率ΔPiM。在步骤309，ECU 41根据进气压变化率ΔPiM计算衰减率系数α。ECU 41参照图9所示的曲线确定衰减率系数α。曲线中，进气压力变化率ΔPiM的绝对值越大(进气压力的下降幅度越大)，衰减率系数α就变得越小。另一方面，进气压力变化率ΔPiM的绝对值越小(进气压力的下降幅度越小)，衰减率系数α就变得越大。
在步骤310，ECU 41通过从上一程序中计算出来的利用系数DDUTY减去步骤309中计算得出的衰减率系数α来求出新的D范围利用系数DDUTY。ECU 41接着根据新得出的利用系数DDUTY控制ISCV 11的打开时间。
与发动机转速变化率ΔNE一样，进气压力变化率ΔPiM与转速NE因发动机1加上负荷而引起的预期下降相当。换句话说，当发动机转速NE下降幅度大时，进气压力变化率ΔPiM自然也变大。因此，本实施例取得了与实施例1同样的效果。
此外，进气压力变化率ΔPiM还可用作空气/燃油比控制、点火定时控制和其它控制的参数。在此情况下，进气压力变化率ΔPiM可用作本实施例的发动机转速控制和其它控制的公用参数。因此，发动机转速控制连同其它控制可达到发动机的微小而平稳的控制的目的。
虽然这里只说明了本发明的三个实施例，但本技术领域的行家们都知道，在不脱离本发明的精神实质或范围的前提下是可以按其它多种特殊形式实施本发明的。具体地说，本发明可按下列形式实施：
(1)在上述诸实施例中，变速杆位置ShP的变化被说成是负荷加到发动机上的原因。但上述基本原理也可应用在象调节器或车头灯之类的附件接通且给发动机带来负荷的情况。
(2)本发明的上述实施例是为用在汽油发动机而设计的。但本发明也适用于柴油发动机。
(3)不用上述实施例中使用的ISCV 11，用具有步进电动机的节流阀也可控制通入发动机中的空气流量。在此情况下，这种节流阀用来控制发动机运行和空转时的空气流，如1987年元月27日颁发给Kamei的美国专利4,638,778中所述的那样。ECU驱动步进电动机来控制节流阀孔口的大小。这样可以取消其中的旁路管线和ISCV。因而简化了制造工艺，从而降低了制造成本。
(4)空转转速可以通过增减燃油的喷油量加以控制。
因此，上述实例和实施例应视为举例性质，不是对本发明的限制，本发明并不局限于本说明书所述的细节，在不脱离本发明书所附权利要求书范围的前提下是可以对上述实施例进行修改的。

Claims (11)

1.一种结合通过空气供应管道(2，10)供到发动机(1)的气流量以控制发动机空转转速的控制设备，气流量通过调节配置在空气供应管道(2，10)的阀件(8，11)根据发动机的情况加以控制，其中阀件(8，11)由电气控制装置(41)用控制信号加以控制以便根据发动机(1)负荷的增加将气流量增加到预定量，且将增加的气流量下降到预定值，所述设备的特征在于，所述电气控制装置(42)通过阀件(8，11)根据发动机转速(NE)的变化(△NE)使增加了的气流量衰减。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，第一传感器(27)和第二传感器(24)两者起码的其中之一可随发动机转速(NE)成比例地变化，且基本上表示发动机的转速(NE)，第一传感器(27)用以检测发动机的转数(NE)，第二传感器(24)用以检测空气进气管道(2)中的压力(PiM)。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述电气控制装置(42)根据某一曲线计算气流量衰减系数(α)，所述衰减系数(α)与增加的发动机转速(NE)值成反比地增加。
4.如以上任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述流经阀件(8，11)的气流量通过调节阀件(8，11)的打开时间或阀件孔口的大小来控制。
5.如以上任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述电气控制装置(42)根据大于前负荷的现负荷定期测定负荷的增量。
6.如以上任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述电气控制(42)根据发动机的情况计算流经阀件(8，11)的目标气流量，并用控制信号驱动阀件(8，11)从而使流经阀件(8，11)的气流量根据加到发动机(1)上不变的负荷会合成目标气流量。
7.如以上任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述空气供应管道有一个从空气进气管道(2)分支出来的备用管道，且所述阀件包括配置在选气管道(2)上的怠速控制阀(11)。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，驱动怠速控制阀(11)的电磁线圈(11a)，其中所述控制信号包括利用系数，电气控制装置(42)即用所述利用系数有选择地接通和断开电磁线圈(11a)的电源，从而调节怠速控制阀(11)的打开时间。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，变速杆(S)和开关(30)，前者可在发动机(1)加载位置(ShP)与发动机(1)的卸载位置(ShP)之间换档，后者用以判断变速杆(S)的位置(ShP)并将其判断结果给电气控制装置(42)指示出来，其中电气控制装置(42)根据开关(30)的指示校正利用系数，并用经校正的利用系数控制怠速控制阀(11)从而增加流经怠速控制阀(11)的气流量，其中所述经校正的利用系数减小到对应于空载发动机空转情况的预定最小值。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述空气供应管道有一个空气进气管道(2)，且所述阀件包括配置在空气进气管道(2)上的节流阀(8)。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，控制节流阀(2)用的步进电动机和供启动步进电动机从而调节节流阀(2)孔口大小的电气控制装置(42)。
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