CN1292158C - 通用发动机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于控制具有一个或两个汽缸和与节流阀(40)相连的致动器(46)的通用火花点火式内燃发动机(10)的控制系统。该系统中设置有自适应控制计算单元(包括具有参量识别机构的自适应控制器)(104)，其将检测的发动机转速NE和要求发动机转速NEM作为输入接收，并利用参量识别机构识别的自适应参量计算送到致动器的命令值，使得检测发动机转速达到要求转速。在该系统中，确定要求发动机转速，使得单位时间内的要求发动机转速不大于规定值(NE1、NE2)，并将命令值确定在节流阀的上限和下限范围内。此外，对检测发动机转速进行平滑并适当地确定用于确定自适应控制器的收敛速度的增益。利用此系统，可以实现鲁棒、稳定控制过程。

Description

通用发动机控制系统

技术领域

本发明涉及通用发动机控制系统。

背景技术

通用发动机是公知的至多具有两缸的火花点火式内燃发动机，它将通过混合汽油燃料与利用节流阀控制的一定数量进气在汽化器内产生的空气燃油混合物引入汽缸、点火、燃烧。通用发动机用作便携式发电机、农用机械、土木工程机械以及其它各种机械的动力源。

由于要求这种类型的通用发动机坚固、价廉，所以它们采用汽化器型供油系统并利用反冲起动器手动发动。由于希望在固定发动机转速范围使用它们，所以通常利用包括负载和弹簧的机械调节器控制其速度。

另外，即使在这种类型的通用发动机内，最近的发展趋势是引入采用线性螺线管、步进电机或与节流阀和用于产生致动器命令值的基于微型计算机的电子控制单元(ECU)相连的其它致动器的节流阀PID控制。

此外，尽管不是关于通用发动机，而是关于汽车内燃发动机的，例如，第10(1999)-103131号日本未决专利申请披露了一种利用自适应控制器控制空气燃油比的技术。

尽管因为不需要电源，所以机械调节器廉价，但是它难以对不同负荷保持恒定发动机转速并且需要根据发动机类型和/或使用期间的发动机转速范围设置弹簧特性。此外，在致动器与节流阀相连而且利用PID控制原理确定致动器命令值时，必须根据诸如发电机的负荷以及某些类似参量设置PID控制增益。然后，在改变使用发动机转速范围时，要重新设置该增益。换句话说，在利用PID控制原理进行控制时，如果控制对象(设备)的特性发生变化，则不能确保最佳稳定性和跟踪特性。

相反，在利用自适应控制原理设置致动器命令值时，会增加计算量，但是因为可以不需要考虑负荷设置增益，所以可以根据控制对象(设备)特性的变化实现鲁棒控制。另一个优点是可以自由设置使用发动机转速范围。

因此，长期以来，要求将自适应控制过程应用于这种通用发动机。

此外，在将这种自适应控制过程应用于实际通用发动机时，因为由于节流门开度极限限制了输入值而不可能对要求值的突然阶梯式变化做出响应，并且还因为由于供油系统汽化器的操作延迟而降低燃油控制响应度或响应，所以容易出现要求值过调或控制摆动。

此外，在将这种自适应控制过程应用于实际通用发动机时，由于实际发电机的节流阀具有物理上限和下限，所以在所计算的命令值超出此限时，就不能进行控制了。

此外，在将这种自适应控制系统应用于实际通用发动机时，由于这种类型的发动机具有一个或两个汽缸，所以因为在由进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程构成的燃烧周期发生波动情况下，发动机转速容易出现明显波动，而难以建立稳定控制系统。

此外，在将这种自适应控制系统应用于实际通用发动机时，如果增益(确定自适应控制器的收敛速度或识别速度)被设置得高，则在受到扰动时，发动机转速会在接近要求发动机转速时变得不稳定。相反，在如果增益被设置得低，则在因为负荷或某些类似因素发生变化而引起设备(发动机)特性发生波动时，会降低控制响应度。

发明内容

因此，本发明的第一个目的是通过对具有一个或两个汽缸和与节流阀相连的致动器的通用火花点火式内燃发动机提供一种控制系统来克服上述问题，该通用火花点火式内燃发动机将通过在汽化器内混合汽油燃料与利用节流阀控制的进气产生的空气燃油混合物引入汽缸待点火，它采用自适应控制器计算致动器的命令值以开启或关闭节流阀。

本发明的第二个目的是对具有一个或两个汽缸和与节流阀相连的致动器的通用火花点火式内燃发动机提供一种控制系统，该通用火花点火式内燃发动机将通过在汽化器内混合汽油燃料与利用节流阀控制的进气产生的空气燃油混合物引入汽缸待点火，它采用自适应控制器计算致动器的命令值，然而即使输入值受限，仍可以防止要求值过调和/或控制摆动。

本发明的第三个目的是对具有一个或两个汽缸和与节流阀相连的致动器的通用火花点火式内燃发动机提供一种控制系统，该通用火花点火式内燃发动机将通过在汽化器内混合汽油燃料与利用节流阀控制的进气产生的空气燃油混合物引入汽缸待点火，它采用自适应控制器计算致动器的命令值，同时能够确定根据计算值获得的输出命令值在节流阀的物理上限和下限范围内，从而确保实现鲁棒控制过程。

本发明的第四个目的是对具有一个或两个汽缸和与节流阀相连的致动器的通用火花点火式内燃发动机提供一种控制系统，该通用火花点火式内燃发动机将通过在汽化器内混合汽油燃料与利用节流阀控制的进气产生的空气燃油混合物引入汽缸待点火，它采用自适应控制器计算致动器的命令值，而不会受到发动机转速检测器波动的影响，从而确保实现稳定控制过程。

本发明的第五个目的是对具有一个或两个汽缸和与节流阀相连的致动器的通用火花点火式内燃发动机提供一种控制系统，该通用火花点火式内燃发动机将通过在汽化器内混合汽油燃料与利用节流阀控制的进气产生的空气燃油混合物引入汽缸待点火，它采用自适应控制器计算致动器的命令值，同时确定用于正确确定自适应控制器的收敛速度的增益，使得控制过程的收敛和响应度达到最佳平滑。

为了实现这些目的，本发明提供了一种对具有一个或两个汽缸和与节流阀相连用于开启或关闭该节流阀的致动器的通用火花点火式内燃发动机进行控制的系统，该通用火花点火式内燃发动机将通过在汽化器内混合汽油燃料与利用节流阀控制的进气产生的空气燃油混合物引入汽缸待点火，该控制系统包括：发动机转速检测装置，用于检测发动机转速；要求发动机转速确定装置，用于确定发动机的要求转速；自适应控制器，具有参量识别机构，将检测发动机转速和要求发动机转速作为输入接收，并利用参量识别机构识别的自适应参量计算待送到致动器的命令值，使得检测发动机转速达到要求转速；以及命令值确定装置，用于根据自适应控制器计算的命令值确定输出命令值，并将输出命令值送到致动器，

在此系统中，要求发动机转速确定装置确定要求发动机转速，使得单位时间内的要求发动机转速的变化不超过规定值。

在该系统中，命令值确定装置包括：第一比较装置，用于将命令值与第一预定值进行比较，并且在命令值大于第一预定值时，利用第一规定值代替该命令值；第二比较装置，用于将命令值与第二预定值进行比较，并且在命令值小于第二预定值时，利用第二预定值代替命令值；命令值确定装置至少将代替值和计算命令值之一确定为输出命令值。

该系统包括：曲柄转角传感器，设置在发动机上，以预定曲柄转角间隔输出信号；以及平滑值计算装置，对于预定数量的输出，计算曲柄转角传感器各输出的平滑值；根据该平滑值，该系统检测发动机转速。

该系统进一步包括增益确定装置，用于确定增益，该增益用于根据检测发动机转速与要求发动机转速之间的偏差确定自适应参量的识别速度。

附图说明

通过参考如下说明和附图，本发明的目的和优点将变得更加明显，附图包括：

图1是示出根据本发明实施例的通用发动机控制系统的总体原理图；

图2是示出图1所示系统的ECU的运行过程的原理方框图；

图3是示出被简化为简单模型的图1所示发动机的方框图；

图4是示出用于图1所示系统的STR(自调式调节器)的结构方框图；

图5是示出图1所示系统的运行过程的流程图；

图6是示出在图5所示流程图内检测或确定发动机转速过程的子程序流程图；

图7是说明在图6所示流程图内累加的历时的示意图；

图8是示出在图5所示流程图内确定要求发动机转速过程的子程序流程图；

图9是用于说明图8所示流程图的处理过程的时序图；

图10是示出在图5所示流程图内确定控制周期过程的子程序流程图；

图11是示出在图5所示流程图内确定自适应控制收敛增益γ过程的子程序流程图；

图12是示出在图5所示流程图内确定节流门开度命令值过程的子程序流程图；以及

图13是示出留待图1所示系统的ECU执行的点火控制过程的流程图。

具体实施方式

现在，将参考附图说明根据本发明实施例的通用发动机控制系统。

图1是示出通用发动机控制系统的总体原理图；

在图1中，参考编号10表示通用发动机(以下简称：“发动机”)。发动机10是排气量为196cc的水冷、4-循环(冲程)OHV型。发动机10具有一个容纳活塞14的汽缸12，活塞14在汽缸12内往复运动。活塞14与曲轴16相连，曲轴16通过齿轮(未示出)与凸轮轴18相连。

在活塞14的头部与汽缸壁之间形成燃烧室20。将进气阀24和排气阀26安装在缸壁上用于使燃烧室20与进气管28和排气管30接通和断开。飞轮32安装在曲轴16上，反冲起动器(recoil starter)34安装在飞轮32的外侧，以便操作员发动发动机10时使用。发电机线圈(交流发电机)36安装在飞轮32的内侧，用于产生交流电。利用整流电路(未示出)将产生的交流电转换为直流电，并送到火花塞(未示出)等。

汽化器38安装在进气管28的进气端，节流阀40与汽化器38集成成型在一起。(在图1中，利用节流阀的轴示出节流阀40，在其轴上固定节流板)。通过油管(未示出)，汽化器38连接到油箱(未示出)。将油箱内存储的油送到汽化器，然后，通过利用喷嘴(未示出)将汽油燃料注入吸入空气，汽化器产生空气燃油混合物。这样产生的空气燃油混合物在进气管28的下行方向流动，并通过进气阀24被吸入汽缸12的燃烧室20。

节流阀40连接到步进电机(致动器)46，对步进电机46提供命令值(斜阶梯(angular step))以根据该命令值运行从而打开/闭合节流阀40。在图1中，利用虚线表示步进电机46，因为它位于汽化器38之后。

由电磁传感器构成的曲柄转角传感器(发动机转速传感器)48设置在飞轮32的附近，它以12度曲柄转角间隔输出脉冲(即：产生输出)。因此，曲轴每转动一圈(每360度曲柄转角)，曲柄转角传感器48就产生30个脉冲，或者凸轮轴每转动一圈(每720度曲柄转角)，产生60个脉冲。

将有外壳的ECU(电子控制单元)50安装到发动机10上的适当位置。将曲柄转角传感器48的输出送到ECU 50。将ECU 50构造为装备了CPU、ROM、RAM以及计数器的微型计算机。曲柄转角传感器48的输出脉冲输入到ECU 50的计数器进行计数并用于检测或确定发动机转速NE。

根据检测的发动机转速等，ECU 50进行自适应控制计算(利用包括自适应控制器和参量识别机构的自适应控制原理进行计算，稍后进行说明)、确定或计算步进电机(致动器)46的命令值以使检测发动机转速达到要求发动机转速，然后通过在此情况下通过与ECU 50相邻安装的电机驱动器54将命令值送到ECU 50运行步进电机46。将发动机10连接到作为负荷的便携式发电机(未示出)。图1内的参考编号58和60表示冷却风扇和顶盖。

图2是示出ECU 50的运行过程的原理方框图。

如图2所示，根据发动机转速检测器(发动机转速检测装置)100检测的发动机转速NE、从要求发动机转速输入单元102输入的要求发动机转速NEM等，ECU 50在自适应控制计算单元104内进行自适应控制计算，从而计算命令值(节流门开度命令值)。ECU 50通过电机驱动器54运行步进电机46以打开/闭合节流阀40。

将发动机转速检测器100的输出送到进行点火处理和过速检测的点火处理/过速检测单元106。利用主SW(开关)开进行的点火处理过程包括将整流电路的输出送到初级点火线圈(未示出)以启动电流以规定的曲柄转角流动、切断以规定曲柄转角流动的电流(例如：BTDC 10度)从而在次级线圈产生高压，以及利用火花塞对汽缸12的燃烧室20内的空气燃油混合物进行点火。主SW是将工作电能送到ECU的开关。在附图中未示出。

因此，以固定点火时间进行点火，并且发动机10不装备电池。点火处理/过速检测单元106将检测发动机转速NE与上限值进行比较，并且在检测发动机转速超过上限值时，确定转速升高到过速状态并切断(断开)点火过程以停止发动机10。

尽管将单缸发动机示为在图1所示的发动机10，但是本实施例的通用发动机控制系统还适合应用于双缸通用发动机。也就是说，前提是本实施例的通用发动机控制系统还可以应用于不多于两个缸的通用发动机。

现在，将说明自适应控制计算单元104执行的自适应控制计算过程。

图3示出输入为节流门开度(throttle opening)TH的发动机10的简化模型。在自适应控制过程中，可以将虚线包围的部分看作发动机模型，并将它作为一个功能块处理。在图3中，Ga表示空气质量流(mass flow)，Gf表示燃油质量流，Pmi表示包括活塞14内产生的质量m与惯性I的乘积的输出。

控制目标是计算并调节构成输入的节流门开度TH，从而使发动机转速NE，即设备(发动机模型)的输出达到或者变得等于要求值(要求发动机转速NEM)。由于负荷变化基本上是个未知参数，所以需要连续对包括负荷(例如：便携式发电机)在内的发动机10的燃烧模型参量进行计算。

具体地说，具有如图4所示配置的STR(自调式调节器)用于构造其设备是图3所示虚线包围的发动机模型的控制模型。在图4中，参量识别机构110将输入到该设备的节流门开度TH用作操纵变量并且将其输出的发动机转速NE用作控制变量，并识别或估计发动机模型的发动机模型参量(自适应参量) 使得甚至可以对负荷变化进行补偿。 表示估计值。

接着，控制器(自适应控制器)112以这样的方式利用识别参量校正节流门开度TH，即要求发动机转速NEM与发动机转速NE之间的差值变成0。通过连续重复上述过程，可以调节节流门开度TH从而使发动机转速NE达到要求发动机转速NEM。

现在，将参考图4具体解释根据本实施例的自适应控制过程。自适应控制过程本身被众所周知。

通常，将所示的设备(发动机模型)表示为利用等式1示出的一个输入、一个输出的线性离散时间系统。

A(q)y(k)＝B(q)u(k)+w(k)                    等式1

在等式1中，A、B：表示设备传递函数的系数矩阵；y(k)：时间k时的设备输出(受控变量，即：发动机转速)；u(k)：设备输入(操纵变量，即节流门开度TH)，更具体地说，时间k时的步进电机命令值(斜阶梯)；w(k)：时间k时的白噪声。

可以以这样的方式确定或计算为了获得要求发动机转速需要将节流门开度调节到的值。然而，实际上，负荷的波动非常大，而且不同发动机的特性不同。因此，必须对特性变化进行估计。

鉴于此原因，设要求发动机转速为NEM ym(k)，已知参量(自适应参量)为θ，已知信号为ζ(k)，并且假定设备参量未知，利用可观测参量 代替θ，利用等式2确定或计算设备输入u(k)，即控制器输出。

符号T表示转置矩阵。

$u\left(k\right)=\frac{1}{{\hat{b}}_0\left(k\right)}\{y_m(k+1)-{\widehat{\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}}}^T\left(k\right)\stackrel{\‾}{\mathrm{\ζ}}\left(k\right)\}$ 等式2

在等式2中，b₀是确定标量的增益。利用等式3定义θ和ζ(k)。

θ^T＝b₀， θ^T

ξ^T(k)＝[u(k)， ξ(k)]                  等式3

利用此等式，即使在发动机10的负荷波动时，或者在发动机本身不同时，仍可以检测或估计特性变化。在所示的配置中，等式4或5说明了参量调节原理。

$\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right)=\widehat{\mathrm{\θ}}(k-1)-\frac{\mathrm{\γ\ζ}(k-1)\mathrm{\ϵ}(k-1)}{{\mathrm{\ζ}}^T(k-1)\mathrm{\ζ}(k-1)},(2>\mathrm{\γ}>0)$ 等式4

$\widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right)=\widehat{\mathrm{\θ}}(k-1)-\mathrm{\Π}(k-1)\mathrm{\ζ}(k-1)\mathrm{\ϵ}\left(k\right)$

$\mathrm{\Π}\left(k\right)=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{1\left(k\right)}}[\mathrm{\Π}(k-1)-\frac{{\mathrm{\λ}}_2\left(k\right)\mathrm{\Π}(k-1)\mathrm{\ζ}(k-1){\mathrm{\ζ}}^T(k-1)\mathrm{\Π}(k-1)}{{\mathrm{\λ}}_1\left(k\right)+{\mathrm{\λ}}_2\left(k\right){\mathrm{\ζ}}^T(k-1)\mathrm{\Π}(k-1)\mathrm{\ζ}(k-1)}]$ 等式5

在采用等式5表示的参量调节原理时，通过选择可变增益λ1(k)和λ2(k)，可以从4种算法：固定增益算法、递降增益算法、最小二乘方法算法以及固定跟踪算法中选择一种算法。

在此实施例中，选择等式4表示的参量调节原理，并且如下所述，根据发动机转速偏差，可变设置确定自适应参量θ识别速度(收敛速度或适应速度)的收敛增益γ的值。等式4中的符号ε是表示识别误差的信号。

现在，在上述前提下，参考图5说明此实施例通用发动机控制系统的运行过程。

在操作员利用反冲起动器34手动发动发动机10时，ECU 50执行所示的程序，并在此后每10毫秒重复执行一次。

首先，在S10，校验发电机线圈(交流发电机)36的输出电压是否升高到对应于发动机10的满启动发动机转速的电压值，即发动机10是否被发动。应该注意，以比对应于满启动发动机转速的电压低的电压激活ECU 50，ECU 50每10毫秒执行一次所示程序。

如果S10的结果为否，则跳过该程序的其余步骤。如果结果为是，则程序进入步骤S12，在S12对节流门位置(节流门开度)进行初始化处理。具体地说，将命令值(斜阶梯)输出到步进电机46以将节流阀40驱动到全闭等效位置，更具体地说，是驱动到考虑到节流阀40可能阻塞的接近2度开位置的全闭等效位置，其全开位置被定义为0度，其全闭位置被定义为90度。

接着，在S14，检测或确定发动机转速NE。

图6是示出此计算过程的子程序流程图。

首先，在S100，测量并逐渐累加曲柄转角传感器48的输出脉冲历时。如图7所示，历时是从一个脉冲的上沿到下一个脉冲的上沿的时间。接着，在102，校验是否对规定数量(60)脉冲完成累加历时。如果结果是是，则程序进入S104，在S104，对输出脉冲历时进行平滑。

具体地说，通过将历时总值除以规定数量(60)获得脉冲间隔移动平均值(平滑值)，检测或确定发动机转速NE。以下将对这样做的原因进行说明。由于发动机10只有一个缸，所以在采用诸如上述说明的发动机转速控制过程的自适应控制原理进行控制时，就难以构造稳定控制系统，因为在由进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程构成的燃烧周期发生波动情况下，发动机转速(这是待观测的参量)容易出现明显波动。

因此，通过以对应于两个曲轴转动圈数(720度曲柄转角)的时间周期，即对应于发动机10的多个完整燃烧周期(在此为一个燃烧周期)，计算输出脉冲间隔(上沿到上沿时间间隔)的移动平均值，平滑发动机转速。

发动机转速检测器(或检测单元)100包括：曲柄转角传感器48，设置在发动机10上，以预定曲柄转角间隔输出信号；以及平滑装置，对于预定数量的输出，平滑曲柄转角传感器的各输出，并根据平滑值检测发动机转速NE。

在这种情况下，因为可以消除因为进气、压缩、膨胀以及排气冲程引起的波动，所以与利用瞬时值检测发动机转速的情况相比，可以建立更稳定的控制系统。尽管在示例情况下多个完整燃烧周期为一次，但是也可以是n次(n≥2)。

在图6所示的流程图中，如果S102的结果为否，则跳过S104，而采用前面周期内的平均值。

接着，在图5所示流程图的S16内，校验是否应该对要求发动机转速NEM进行采样。因为每10毫秒执行一次该程序，所以要进行此校验过程，每100毫秒读取(采样)一次要求发动机转速，即每执行10次该程序读取一次要求发动机转速，并且在要求发动机转速发生变化时，相应确定(校正)要求发动机转速NEM。因此，在S16进行校验以确定当前执行过程是否是应该进行采样的执行过程。

如果S16的结果为是，则程序进行S18，在S18，确定或计算要求发动机转速NEM。如果S16的结果为否，则跳过S18。

图8是示出S18计算过程的子程序流程图。

首先，在S200，输入要求发动机转速。规定输入要求发动机转速NEM为NEM(k)。要求发动机转速NEM是图2所示要求发动机转速输入单元102输入的数值。通过读取操作员利用体开关(volumeswitch)(图1中未示出)输入的需要值，来输入要求发动机转速NEM。可以选择性地将要求发动机转速NEM存储到ECU 50的ROM内并在此步骤进行读取。

接着，在步骤S202，输入要求发动机转速NEM(k)减去前面周期内的要求发动机转速NEM(k-1)(在执行图5所示流程图的先前一个周期内输入的数值)以计算差值ΔNEM。接着，在S204，校验计算差值ΔNEM是否等于或大于规定值NE1(300rpm；正值)。换句话说，校验增量是否等于或大于需要或请求的规定值NE1。如果结果为是，则程序进入S206，在S206，将通过将规定值NE1与前面周期内的要求发动机转速NEM(k-1)相加获得的和定义为当前周期内的要求发动机转速NEM(k)。

如果S204的结果为否，则程序进入S208，在S208，校验计算差值ΔNEM是否等于或大于第二规定值NE2(-100rpm；负值)。换句话说，校验是否需要超过第二规定值NE2的减量(负值)。如果结果为是，则程序进入S210，在S210，将通过进行累加，更确切地说，是通过将前面周期内的要求发动机转速NEM(k-1)减去第二规定值NE2获得的差值定义为当前周期的要求发动机转速NEM(K)。

这样，为了不大于规定值，每单位时间要求发动机转速变化被确定。具体地说，根据发动机转速增量要求确定的每100毫秒的增量不大于最大值300rpm，并且根据减量要求确定的每100毫秒的减量不大于最大值100rpm。

设置增量方向值NE1大于(绝对值)减量方向值NE2的原因在于，在所示通用发动机10内，将发动机转速升高给定值所需时间比将发动机转速降低同样值所需时间长。因此，还将减量方向的要求发动机转速的变化量设置得较大。根据发动机或负荷类型，利用经验结果，确定NE1和NE2。

根据上述事实执行图8所示过程，如上所述，在将上述自适应控制过程应用于实际发动机(发动机10)时，因为由于节流门开度极限限制了输入值而不可能对要求值的突然阶梯式变化做出响应，并且还因为由于汽化器38的操作延迟而降低燃油控制响应度，所以容易出现要求值过调或控制摆动。

因此，单位时间(100毫秒)内发动机转速的变化受到限制，并且是逐渐发生变化。即，如图9所示，要求发动机转速不会出现诸如利用交替长短点划线表示的突然阶梯式变化，而是出现诸如实线所示的逐渐变化。因此，尽管因为采用了汽化器38导致燃油控制过程的响应慢，但是不会出现要求发动机转速变化过调或控制摆动。

此外，在发动机转速增量方向和减量方向，将规定值NE1和NE2设置为不同值，并将增量方向的规定值设置得更大。对于要求发动机转速增量需要和减量需要，可以获得近似同样的响应度。规定值NE1和NE2以这样的方式与发动机响应度匹配，可以提高控制精度。

接着，在图5所示流程图的S20，确定或计算控制周期。

图10是示出S20确定过程的子程序流程图。

在对此计算过程进行说明之前，先对这样做的原因进行说明。在将自适应控制原理应用于发动机10的发动机转速控制过程时，如果控制周期不恒定，则会出现控制系统变得不稳定的情况。具体地说，如上所述，单缸通用发动机的发动机转速波动周期主要决定于由进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程构成的燃烧周期。因此，最好在进气冲程之前，或者至少与燃烧周期同步，设置驱动节流阀40的时间点。

因此，在此实施例中，事先利用经验确定每个发动机转速的最佳控制周期，并根据检测发动机转速NE改变此控制周期。

现在将说明图10所示的流程图。在S300计算控制周期。60,000[毫秒]除以检测发动机转速NE获得的商就是控制周期。换句话说，1分钟被发动机转速除就获得控制周期。

接着，在S302，校验计算值是否大于规定值T1(60毫秒)。如果结果是是，则程序进入S304，在S304，将控制周期确定或定义为规定值T1。如果S302的结果为否，则程序进入S306，在S306，校验计算值是否小于第二规定值T2(10毫秒)。如果结果为是，则程序进入S308，在S308，将控制周期确定或定义为第二规定值T2。如果S306的结果为否，则跳过S308。

由于控制周期根据检测发动机转速NE发生变化，所以可以将控制周期设置为发动机转速的最佳值，从而在所示通用发动机10的最低转速与最高转速之间实现稳定控制系统。

接着，在图5所示流程图的S22，确定或计算自适应控制过程的收敛增益。收敛增益是用等式4内的γ表示的值。

图11是示出S20确定过程的子程序流程图。

在对此计算过程进行说明之前，先对这样做的原因进行说明。在对诸如所示通用发动机的通用发动机的转速进行自适应控制，并且为了增强对要求发动机转速的收敛将收敛增益设置为高时，如果受到扰动，发动机转速或变得不稳定。

相反，在优先考虑稳定性而将收敛增益设置为低时，如果因为负荷变得等使设备特性发生显著变化，则收敛会变差。因此，在此实施例中，收敛增益可变，并且在发动机转速偏差小时，(通过进行计算)可以设置为低，而在其它时间设置为高。

现在说明图11所示的流程图。首先，在S400，要求发动机转速NEM(k)减去检测发动机转速NE(k)以获得偏差ΔNE。接着，在S402，校验计算偏差ΔNE是否大于规定值(第一基准值)NE3(300rpm；正值)。

如果S402的结果为是，则程序进入S404，在S404，改变收敛增益。具体地说，如果检测发动机转速NE接近要求发动机转速NEM(确定为或定义为稳态)，则将收敛增益设置为0.9。S402的结果为是意味着检测的发动机转速不接近要求发动机转速，而是比要求发动机转速低许多。因此，将收敛增益设置为比正常状态下的收敛增益高的值，即设置为1.5。

如果S402的结果为否，则程序进入S406，在S406，校验计算偏差ΔNE是否大于第二规定值(第二基准值)NE4(-300rpm；负值)，即校验偏差ΔNE在负方向是否超过第二规定值NE4。如果结果为是，则程序进入S408，在S408，改变收敛增益。具体地说，由于检测的发动机转速不接近要求发动机转速，而是比要求发动机转速高许多，则将收敛增益设置为比稳定下的收敛增益高的值，即设置为1.2。如果S406的结果为否，则程序进入S410，在S410，将收敛增益重新恢复到或者确定为稳态值0.9。

将S408的增益设置得比S404的增益小的原因在于，如上所述，降低发动机转速所需时间短。因此，在此实施例中，收敛增益可变，并且在发动机转速偏差小时，将所计算(所设置)的收敛增益低，反之，将收敛增益设置为高。因此，在通用发动机的发动机转速控制过程中，可以在收敛与稳定之间实现最佳平衡。

此外，在检测的发动机转速低于(不足)要求发动机转速时，将收敛增益设置为高于检测的发动机转速超过要求发动机转速时的收敛增益。因此，与检测的发动机转速比要求发动机转速高时所需时间大致相同时间内，可实现要求值收敛。

接着，在图5所示流程图的S24，进行自适应控制计算。具体地说，这等于在利用等式2计算几个斜阶梯的控制器输出(设备输入)u(k)。

接着，在S26，执行输出节流门开度命令确定过程，即确定送到步进电机46的输出命令值，然后通过电机驱动器54，将该命令值送到步进电机46。

图12是示出在S26执行的处理过程的子程序流程图。

首先，在S500，将计算开度命令值(斜阶梯)与节流阀40的物理上限值(第一预定值)(100斜阶梯)进行比较以确定计算开度命令值是否大于物理上限值。如果结果是是，则程序进入S502，在S502，利用物理上限值代替开度命令值，并将代替的物理上限值确定为输出节流门开度命令值。

如果S500的结果是否，则程序进入S504，在S504，将计算开度命令值与与节流阀40的物理下限值(第二预定值)(0斜阶梯)进行比较以确定计算开度命令值是否小于物理下限值。如果结果为是，则程序进入S506，在S506，利用物理下限值代替开度命令值，并将此代替开度命令值确定为输出节流门开度命令值。

如果S504的结果为否，则将计算值立即确定为输出节流门开度命令值。换句话说，至少将代替值和计算节流门开度命令值之一确定为输出节流命令值。

以下将对此进行说明。实际通用发动机10内的节流阀40具有物理上限值和下限值。在计算开度命令值超过这两个极限值之一时，控制系统不再有效。

如上所述，步进电机46在表示全闭等效位置的0斜阶梯与表示全开等效位置的100斜阶梯之间运行。如上对节流位置(开度)初始化处理过程说明的那样，为了防止阻塞，最好将在打开方向被设置为规定值的，例如，约2度的值用作下限开度。同样，对于全开等效位置，由于将节流阀40开启到超过使发动机10的输出达到最大并且饱和的开度没有意义，所以将使发动机的输出变得最大的开度设置为上限开度。

在大多数通用发动机中，利用机械止动器确定关于开启方向的远端的全闭等效位置，而不对全开等效位置进行调节，保留它不动。

由于对此实施例的通用发动机控制系统进行配置以利用与其相连的步进电机46对节流阀40的开度进行控制，通过根据经验确定发动机输出变得最大的开度并将此开度斜阶梯定义为100，来定义全开等效位置，将定义为0的2度设置为全闭等效位置，并对计算开度命令值是否在此范围内进行校验。由于对此实施例进行配置将自适应控制计算过程确定送到步进电机46的开度命令值限制在此物理极限值范围内，所以可以构造对控制对象(设备)的特性变化鲁棒的自适应控制系统。

然后，通过电机驱动器54，将这样确定的节流门开度命令值送到步进电机(致动器)46。

现在，对ECU 50要执行的剩余控制过程进行说明。

图13是示出ECU 50执行的点火控制过程的流程图。与图5所示的程序类似，也是每10毫秒执行一次此程序。

首先，在S600，校验主SW(开关)是否为开。如果结果为是，则程序进入S602，在S602，进行点火过程。如上所述，在诸如BTDC10度的固定曲柄转角进行点火。

然后，程序进入S604，在S604，校验是否出现了非正常状态。这是根据上述点火/过速检测单元106的输出确定的。具体地说，ECU 50将检测发动机转速NE与另一个程序(未示出)的允许值进行比较，并将检测发动机转速NE超过允许值时检测的过速输出。根据此输出进行S604的校验过程。

如果S604的结果为是，则程序进入S606，在S606，停止或切断点火。为了防止过速，立即停止发动机。如果S604的结果为否，则跳过剩余处理过程。

以这样的方式配置本实施例形成一个系统，该系统用于控制具有一个或两个汽缸(12)和与节流阀(40)相连用于开启或关闭此节流阀的致动器(46)的通用火花点火式内燃发动机(10)，其将通过在汽化器内混合汽油燃料与利用节流阀控制的进气产生的空气燃油混合物引入汽缸进行点火。该系统包括：发动机转速检测装置(48、50、100、S14、S100至S104)，用于检测发动机转速(NE)；要求发动机转速确定装置(50、102、S18、S200至S210)，用于确定发动机的要求转速(NEM)；自适应控制器(50、112、104、S24)，具有参量识别机构(50、110)，将检测发动机转速和要求发动机转速作为输入接收，并利用参量识别机构识别的自适应参量 计算送到致动器的命令值，使得使检测发动机转速达到要求转速；以及命令值确定装置(50、S26、S500至S506)，用于根据自适应控制器计算的命令值确定输出命令值，并将输出命令值送到致动器。利用此系统，尽管因为不考虑负荷设置增益增加了计算量，但是对于控制对象(设备)特性变化，可实现鲁棒控制过程。另一个优点在于可以自由设置使用的发动机转速。

在此系统中，要求发动机转速确定装置以这样的方式确定要求发动机转速，即在单位时间内要求发动机转速不超过规定值(NE1、NE2)。利用此系统，将单位时间内要求发动机转速的变化限制到不大于规定值。因此，可以避免要求发动机转速发生突然变化，并且尽管因为使用了汽化器而降低了燃油控制过程的响应度，仍不会出现对要求发动机转速变化的过调或控制摆动。

在此系统中，在发动机转速增量方向和发动机转速减量方向，以这样的方式将规定值(NE1、NE2)设置得不同，即将发动机转速增量方向上的规定值设置得比发动机转速减量方向的规定值高。利用该系统，在发动机转速增量方向和减量方向设置不同的规定值，并将增量方向上的规定值设置得大于减量方向上的规定值。对要求发动机转速增量需要和减量需要，均可以实现近似同样的响应度。规定值与发动机响应度的这种匹配可以提高控制精度。

在此系统中，命令值确定装置包括：第一比较装置(50、S500、S502)，用于将命令值与第一预定值进行比较，并且在命令值大于第一预定值时，利用第一规定值代替该命令值；第二比较装置，用于将命令值与第二预定值(50、S504、S506)进行比较，并且在命令值小于第二预定值时，利用第二预定值代替命令值；命令值确定装置至少将代替值和计算命令值之一确定为输出命令值。在此系统中，第二预定值是从节流阀(40)的全闭位置开始的开启方向设置的规定数量的值。利用此系统，可以在物理上限和物理下限范围内确定输出命令值，从而实现鲁棒控制过程。

在该系统中，发动机转速检测装置包括：曲柄转角传感器(48)，设置在发动机上，以预定曲柄转角间隔产生输出；以及平滑值计算装置(50、S14、S100至S104)，对于预定数量的输出，计算曲柄转角传感器各输出的平滑值；根据该平滑值，检测发动机转速(NE)。预定数量是对应于整数数量的发动机燃烧周期的值。利用此系统，可以不受发动机转速波动的影响确定命令值，从而确保实现鲁棒控制过程。

该系统进一步包括增益确定装置(50、S22、S400至S410)，用于确定增益(γ)，增益(γ)用于根据检测的发动机转速(NE)与要求发动机转速(NEM)之间的偏差(ΔNE)确定自适应参量的识别速度。增益确定装置包括：偏差计算装置(50、S400)，通过利用要求发动机转速减去检测发动机转速来计算偏差；第一比较装置(50、S402)，用于将计算偏差与正值第一基准值(NE3)进行比较；第一增益设置装置(S404)，在发现偏差大于第一基准值时，将增益设置为第一值；第二比较装置(S406)，用于将计算偏差与负值第二基准值(NE4)进行比较；第二增益设置装置(S408)，在发现偏差小于第二基准值时，将增益设置为第二值；以及第三增益设置装置(S410)，在发现偏差不大于第一基准值并且不小于第二基准值时，将增益设置为第三值。所设置的第一值大于第二值。在此系统中，第三值是检测发动机转速接近要求发动机转速情况下的值，并且所设置的第一值和第二值大于第三值。利用此系统，可以以这样的方式正确确定增益，即控制过程的收敛与响应度达到最佳平衡。

该系统进一步包括：控制周期确定装置(50、S300至S308)，根据利用1分钟除以检测发动机转速获得的值，确定自适应控制器的控制周期；以及点火停止装置(50、S600至S606)，在检测发动机转速超过允许范围时，停止发动机点火。

尽管上述以步进电机作为典型致动器进行了说明，但是致动器并不局限于步进电机，并且还可以利用线性螺线管、直流电机等控制节流门开度。

Claims (12)

1.一种用于控制通用火花点火式内燃发动机(10)的系统，该发动机具有一个或两个缸(12)和与节流阀(40)相连用于开启或关闭该节流阀的致动器(46)，其将在汽化器内混合汽油燃料与利用节流阀控制的进气产生的空气燃油混合物引入汽缸以进行点火，

其特征在于该系统包括：

发动机转速检测装置(48、50、100、S14、S100至S104)，用于检测发动机转速(NE)；

要求发动机转速确定装置(50、102、S18、S200至S210)，用于确定发动机的要求转速(NEM)；

自适应控制器(50、112、104、S24)，具有参量识别机构(50、110)，将检测发动机转速和要求发动机转速作为输入接收，并利用参量识别机构识别的自适应参量 计算送到致动器的命令值，使得检测发动机转速达到要求转速；以及

命令值确定装置(50、S26、S500至S506)，用于根据自适应控制器计算的命令值确定输出命令值，并将输出命令值送到致动器，

其中要求发动机转速确定装置确定要求发动机转速，使得单位时间内的要求发动机转速的变化不大于规定值(NE1、NE2)。

2.根据权利要求1所述的系统，其中在发动机转速增量方向和减量方向，以这样的方式将规定值(NE1、NE2)设置为不同值，即将发动机转速增量方向的规定值设置得比发动机转速减量方向的规定值大。

3.根据权利要求1所述系统，命令值确定装置包括：

第一比较装置(50、S500、S502)，用于将命令值与第一预定值进行比较，并且在命令值大于第一预定值时，利用第一规定值代替该命令值；

第二比较装置，用于将命令值与第二预定值(50、S504、S506)进行比较，并且在命令值小于第二预定值时，利用第二预定值代替命令值；

并且命令值确定装置至少将代替值和计算命令值之一确定为输出命令值。

4.根据权利要求3所述系统，其中第一预定值是从节流阀(40)的全闭位置开始的开启方向设置的规定数量的值。

5.根据权利要求1所述系统，其中发动机转速检测装置包括：

曲柄转角传感器(48)，设置在发动机上，以预定曲柄转角间隔产生输出；以及

平滑值计算装置(50、S14、S100至S104)，对于预定数量的各输出，计算曲柄转角传感器输出的平滑值；

根据该平滑值，检测装置检测发动机转速(NE)。

6.根据权利要求5所述系统，其中预定数量是对应于整数数量的发动机燃烧周期的值。

7.根据权利要求1所述系统，该系统进一步包括：

增益确定装置(50、S22、S400至S410)，用于确定增益(γ)，增益(γ)用于根据检测发动机转速(NE)与要求发动机转速(NEM)之间的偏差(ΔNE)确定自适应参量的识别速度。

8.根据权利要求7所述系统，其中增益确定装置包括：

偏差计算装置(50、S400)，通过利用要求发动机转速减去检测发动机转速来计算偏差；

第一比较装置(50、S402)，用于将计算偏差与正值第一基准值(NE3)进行比较；

第一增益设置装置(S404)，在发现偏差大于第一基准值时，将增益设置为第一值；

第二比较装置(S406)，用于将计算偏差与负值第二基准值(NE4)进行比较；

第二增益设置装置(S408)，在发现偏差小于第二基准值时，将增益设置为第二值；以及

第三增益设置装置(S410)，在发现偏差不大于第一基准值并且不小于第二基准值时，将增益设置为第三值。

9.根据权利要求8所述系统，其中所设置的第一值大于第二值。

10.根据权利要求9所述系统，其中第三值是检测发动机转速接近要求发动机转速情况下的值，并且第一值和第二值被设置为大于第三值。

11.根据权利要求3、5和7任一所述系统，该系统进一步包括控制周期确定装置(50、S300至S308)，用于根据利用1分钟除以检测发动机转速获得的值，确定自适应控制器的控制周期。

12.根据权利要求3、5和7任一所述系统，该系统进一步包括点火停止装置(50、S600至S606)，用于在检测发动机转速超过允许范围时，停止发动机点火。

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