CN1307365C - 内燃机的控制装置和控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供了多个进气量控制装置(17、19、21)，用于结合加速踏板(15)的下压行程来控制吸入燃烧室的空气量。每个进气量控制装置在一个预定延迟时间之后响应加速踏板的下压行程的改变。

Description

内燃机的控制装置和控制方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机的控制装置和一种内燃机的控制方法。
背景技术
例如在公开号为10-89140的日本专利申请中公布了一种控制电子节气阀操作的控制装置，用于控制吸入内燃机燃烧室的空气量(进气量)。在这种控制装置中，根据加速踏板的下压行程(加速器下压行程)来控制电子节气阀的开度。例如，如果所需转矩由于加速器下压行程增加而增加，则进气量由于增大电子节气阀的开度而增加，同时射入燃料喷射阀的燃料量(燃料喷射量)也增加。于是，所需转矩从内燃机输出。
在进气阀关闭后的较短时间内燃料从燃料喷射阀喷出。必须早在进气阀关闭前由电子节气阀的开度估计进气量，例如，在进气阀开启之前估计，并且燃料喷射量必须根据如此估计的进气量来确定，以获得理想的空气—燃料比。因此，在这种情况下，燃料喷射量在进气量确定之前被确定。
然而，例如，如果当电子节气阀的开度由于所需转矩的不断增加而连续增大时依据上述过程确定燃料喷射量，则实际进气量与在确定燃料喷射量时所估计的进气量产生偏差。因此，不能够获得理想的空气—燃料比。
因此，在公开号为10-89140的日本专利申请中，即使在加速器下压行程增加后，电子节气阀的开度也不会立刻增大。而是电子节气阀的开度在一定延迟时间之后才增大。该延迟时间的设置方式为电子节气阀在进气阀关闭时具有一个开度，该开度相应于在确定燃料喷射量时的加速器下压行程。燃料喷射量根据电子节气阀的对应于加速器下压行程的开度而确定。这意味着燃料喷射量根据进气阀关闭时的电子节气阀的开度而确定。因此，获得理想的空气—燃料比。
因此，为了在进气量连续变化时获得理想的空气—燃料比，需要精确地估计进气量并确定燃料喷射量。
发明内容
众所周知在内燃机中包括根据电子节气阀控制进气量的单元。同样在这种内燃机中，为了在进气量连续变化时获得理想的空气—燃料比，进气量需要被精确估计。为了精确控制内燃机的运转，也为了获得理想的空气—燃料比，精确地估计进气量是很重要的。
本发明的一个目的是精确地估计具有多个控制进气量的装置的内燃机的进气量。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面提供一种内燃机的控制装置或方法。依据这种装置或方法，该内燃机设置有  进气管；燃烧室；燃料喷射阀；以及多个进气量控制装置，用于控制吸入燃烧室的空气量，该进气量控制装置包括节气阀，用于调节进气管的流道。该控制装置包括：加速踏板；和控制器，当加速踏板的下压行程改变时，该控制器发出指令控制所述多个进气量控制装置，以改变所述多个进气量控制装置的操作状态，且该控制器使发出用以改变节气阀的操作状态的指令延迟，从而使节气阀的响应相对于加速踏板的下压行程的改变延迟一个延迟时间。当加速踏板的下压行程改变时，该控制器对各进气量控制装置发出单独指令，以改变它们的操作状态，而且该控制器使发出对各进气量控制装置的指令延迟，从而使各进气量控制装置的响应相对于加速踏板的下压行程的改变延迟一个延迟时间，该延迟时间与各进气量控制装置相对应。在前述第一方面，延迟时间可以设定为进气量控制装置影响吸入燃烧室的空气量的正时相互一致。
而且，延迟时间可以是每个进气量控制装置的控制保持时间和其响应延迟时间的总和，并且每个进气量控制装置的控制保持时间可以设定为进气量控制装置的延迟时间相互一致。
根据本发明的第二方面还提供了一种内燃机的控制装置或方法。依据这种装置或方法，在具有用于结合加速踏板的下压行程控制吸入内燃机的空气量的多个进气量控制装置的内燃机中，进气量控制装置的控制正时设定为至少一个进气量控制装置的控制正时不同于至少另一个进气量控制装置的控制正时。
而且，进气量控制装置的控制正时可以根据每个进气量控制装置的响应延迟时间而设定。进气量控制装置的控制正时可以设定为进气量控制装置影响吸入燃烧室的空气量的正时相互一致。
附图说明
图1示出本发明的内燃机。
图2示出进气口。
图3示出进气阀的提升特性。
图4示出一个时间图表，解释根据本发明的第一实施例由进气量控制装置执行的控制。
图5示出依据第一实施例执行燃料喷射的程序。
图6示出一个程序，依据第一实施例控制所要发送到每个进气量控制装置的指令。
图7示出一个时间图表，解释根据本发明的第二实施例由进气量控制装置执行的控制。
图8示出一个程序，依据第二实施例控制所要发送到每个进气量控制装置的指令。
具体实施方式
第一实施例
下面，参照附图说明本发明的实施例。图1示出依据本发明的一个实施例的内燃机。参照图1，标号1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12分别表示内燃机主体、缸盖、气缸体、活塞、燃烧室、燃料喷射阀、进气阀、进气口、进气管、排气阀、排气口和排气管。如图1所示的内燃机是一个火花塞点火四缸内燃机，其中燃料由火花塞(未示)点火。该内燃机设置有一个电子控制装置(ECU)13，该电子控制装置与检测加速踏板15的下压行程的下压行程传感器14相连。
进气管9设置有一个稳压罐16。在进气管9中形成一个电子控制节气阀17，用来调节进气管9的流道。节气阀17开度的增加导致吸入燃烧室5的空气量(进气量)增加。步进电机18与节气阀17相连。节气阀17由步进电机18驱动。步进电机18与ECU13相连。步进电机18的操作由ECU13控制。
进气控制阀19布置在进气口8中，控制流入燃烧室5的空气流。如图2所示，进气口8分叉为两个进气口歧管8a和8b。进气控制阀19布置在进气口歧管之一8b内。可以控制进气控制阀19使得不是采用它的全开状态就是采用它的全闭状态。如果进气控制阀19完全关闭，则空气只有通过进气口歧管之一8a流入燃烧室5。因此，已流入燃烧室5的空气回旋流动。自然，当进气控制阀19完全打开时流入燃烧室5的进气量大于当进气控制阀19完全关闭时流入燃烧室5的进气量。步进电机20同样与进气控制阀19相连。进气控制阀19由步进电机20驱动。步进电机20与ECU13相连。步进电机20的操作由ECU13控制。
用于提升进气阀7的气门机构21连接于该进气阀7。气门机构21能够改变进气阀7的最大升程和工作角。也就是说，气门机构21能够沿图3所示的不同升程曲线INa、INb和INc提升进气阀7。即，本发明的气门机构21可以在表示进气阀7的最大升程和工作角为最大值的升程曲线INa和表示进气阀7的最大升程和工作角为零的升程曲线之间连续地改变提升特性。如果进气阀7的最大升程或工作角增加，则吸入燃烧室5的空气量(进气量)增加。
参考图3，曲线EX代表排气阀10的升程曲线。在本发明中，如果升程曲线改变，则进气阀7的开启和关闭正时也改变。气门机构21与ECU13相连。气门机构21的操作由ECU13控制。气门机构21可以设计为只改变最大升程和工作角中的一个。因此，在下列描述中，进气阀7的最大升程、进气阀7的工作角、或它们两个将称为进气阀7的开启量。
在第一实施例中，结合加速踏板15的下压行程(下文称为加速器下压行程)来控制节气阀17的开度、进气控制阀19的操作位置和进气阀7的开启量(下文也综合地称为进气量控制装置的操作状态)。更具体地，进气量控制装置的操作状态控制为由于加速器下压行程增加引起的所需转矩的增加会导致进气量增加。
在第一实施例中，从燃料喷射阀6喷射出的燃料量(燃料喷射量)的确定方式为，根据进气阀7关闭时的进气量(下文称为进气结束时的进气量)，燃烧室5中的混合物呈目标空气一燃料比。这里，需要指出的是，在进气行程的终点和实际燃料喷射之间有一个相对短的时期。因此，假如燃料喷射量在检测进气结束时的进气量之后被确定，则不可能在燃料喷射前确定燃料喷射量。
因此，在第一实施例中，燃料喷射量早在进气阀7关闭之前被确定。在估计进气结束时的进气量的状况下确定燃料喷射量。如果所估计的进气量与进气结束时的进气量精确一致，则燃烧室5中的混合气为目标空气—燃料比。
如上所述，在第一实施例中，估计进气结束时的进气量以确定燃料喷射量。因此，需要精确地估计进气结束时的进气量。在确定燃料喷射量(下文简称为“确定喷射量”)时，如果每个进气量控制装置的操作状态响应加速器下压行程的变化而立即变化，则不可能在进气行程结束时精确预测每个进气量控制装置的操作状态。因此，不可能在进气正时精确估计进气量。
因此，在第一实施例中，如果加速器下压行程改变，则每个进气量控制装置的操作状态在一定延迟时间后改变。在第一实施例中，延迟时间设置为：在确定喷射量之前，进气行程结束时每个进气量控制装置的操作状态相应于加速器下压行程。也就是说，这里提及的延迟时间设定为大于从确定喷射量到随后的进气行程的结束的时间范围。通过这样设定延迟时间，在确定喷射量时根据进气行程结束时的加速器下压行程可以精确估计进气量。
下面，将参照图4说明第一实施例。参照图4，参考符号Gf、IN、tgf、ti、Dth、Si和Ai分别表示计算(确定)燃料喷射量的时期、进气阀7的开启时期、确定喷射量的正时、结束进气行程的正时、节气阀17开度、进气控制阀19的操作状态和进气阀7的开启量。
在图4所表示的例子中，加速器下压行程在正时t0时增加。然后，如图4中虚线TD、TS和TA所示，节气阀17的目标开度和进气阀7的目标开启量增加，并在一定时间后，进气控制阀19的目标操作状态从其全闭状态转换到全开状态。在第一实施例中，在刚刚经过延迟时间DP的正时t1时，发出增大节气阀17开度的指令、把进气控制阀19的操作状态从全闭状态转化到全开状态的指令和增大进气阀7开启量的指令。
这样，在进气行程结束的正时ti时节气阀17的开度Dth、进气控制阀19的操作状态Si和进气阀7的开启量Ai分别等于在确定喷射量的正时tgf之前的节气阀17的目标开度、进气控制阀19的目标操作状态和进气阀7的目标开启量。因此，在确定喷射量的正时tgf时，根据节气阀17的目标开度、进气控制阀19的目标操作状态和进气阀7的目标开启量，可以精确估计在结束进气行程的正时ti时的进气量。
图5示出根据第一实施例执行从燃料喷射阀进行燃料喷射的程序。在如图5所示的程序中，首先在步骤10，计算节气阀17的目标开度TD、进气控制阀19的目标状态TS和进气阀7的目标开启量TA。然后在步骤11，根据各个进气量控制装置的目标操作状态，预测进气行程结束时节气阀17的开度Dth、进气行程结束时进气控制阀19的操作状态Si、以及进气行程结束时进气阀7的开启量Ai。
然后在步骤12，根据各个进气量控制装置在进气行程结束时的操作状态，计算(确定)燃料喷射量。然后在步骤13确定曲柄转角CA是否相应于燃料喷射正时CAq(CA＝CAq)。如果在步骤13中确定CA≠CAq，则重复步骤13直到确定CA＝CAq。如果在步骤13中确定CA＝CAq，则程序前进到步骤14，执行从燃料喷射阀6的燃料喷射。
图6表示一个程序，根据第一实施例控制发送到进气量控制装置的指令。在如图6所示的程序中，首先在步骤20，计算节气阀17的当前目标开度TD(n)、进气控制阀19的当前目标状态TS(n)、和进气阀7的目标开启量TA(n)。然后，在步骤21把目标开度TD(n)、目标状态TS(n)、和目标开启量TA(n)存储到存储单元(未示)中。
然后在步骤22，读取在当前时刻之前一个预定时间DP的正时时的节气阀17的目标开度TD(n-DP)、进气控制阀19的目标状态TS(n-DP)、和进气阀7的目标开启量TA(n-DP)。然后在步骤23，发出指令，使各个进气量控制装置的操作状态分别等于在步骤22中读取的目标操作状态TD(n-DP)、TS(n-DP)和TA(n-DP)。
也就是说，根据这一程序，通过读取各个进气量控制装置的当前目标操作状态时，使进气量控制装置的操作状态等于在当前时刻之前一个预定时间DP的正时时的目标操作状态。换句话说，依据这个程序，在延迟一个预定时间后，控制各个进气量控制装置的操作状态，使之等于目标操作状态。
下面将说明第二实施例。即使在接收到改变进气量控制装置(节气阀17、进气控制阀19和气门机构21)的操作状态的指令之后，实际上它们也直到一定时间过后才开始改变操作状态。也就是说，进气量控制装置在响应上有延迟。在进气量控制装置中，这种固有的响应延迟时间不同。因此，为了使各个进气量控制装置的操作状态等于进气行程结束时的目标操作状态，考虑到各个进气量控制装置响应的固有延迟，必须有意地在发出改变各个进气量控制装置的操作状态的指令之前设定延迟时间。
因此，在第二实施例中，考虑到各个进气量控制装置的响应延迟时间，保持(等候)发出改变各个进气量控制装置的操作状态的指令的时间(控制—保持时间)设定为所有进气量控制装置的总的延迟时间彼此一致。如果加速器下压行程改变，则在相应的一个如此设定的控制保持时间过去之后发出改变每个进气量控制装置的操作状态的指令。控制保持时间设定为大于从喷射量的确定到随后的进气行程结束的时间范围。这样，能够精确估计在进气行程结束时的各个进气量控制装置的操作状态。因此，能够精确估计在进气行程结束时的进气量。将参照图7说明第二实施例。
参照图7，参考符号Gf、IN、tgf、ti、Cd、Dth、Cs、Si、Ca和Ai分别表示计算(确定)燃料喷射量的时期、进气阀7的开启时期、确定喷射量的正时、结束进气行程的正时、节气阀17的指令值、节气阀17的开度、进气控制阀19的指令值、进气控制阀19的操作状态、气门机构21的指令值和进气阀7的开启量。
如图7所示的实施例中，加速器下压行程在正时t0时增加。然后，如图7中的虚线TD、TS和TA所示，节气阀17的目标开度和进气阀7的目标开启量增加，并且在一定时间后，进气控制装置19的目标操作状态从全闭状态转换到全开状态。在第二实施例中，在控制保持时间DP1刚刚结束的正时t2发出增大节气阀17的开度的指令。此外，在控制保持时间DP2刚刚结束的正时t2发出把进气控制阀19的操作状态从其全闭状态转换到全开状态的指令。而且，在控制保持时间DP3刚刚结束的正时t1发出增加进气阀7的开启量的指令。
这样，在结束进气行程的正时ti时的节气阀17的开度Dth、进气控制阀19的操作状态Si和进气阀7的开启量Ai分别等于在确定喷射量的正时tgf之前的节气阀17的目标开度、进气控制阀19的目标操作状态和进气阀7的目标开启量。因而，在确定喷射量的正时tgf时，根据节气阀17的目标开度、进气控制阀19的目标操作状态和进气阀7的目标开启量，能够精确估计在进气行程结束的正时ti时的进气量。
图8A、8B和8C示出根据第二实施例控制发送到进气量控制装置的指令的程序。图8A说明控制向节气阀17发出的指令的程序。图8B说明控制向进气控制阀19发出的指令的程序。图8C说明控制向气门机构21发出的指令的程序。
在图8A所示的程序，首先在步骤30，计算节气阀17的当前目标开度TD(n)。然后在步骤31，将目标开度TD(n)存储到存储单元(未示)中。然后在步骤32，读取在当前时刻之前一个预定时间DP1的正时时的进气阀17的目标开度TD(n-DP1)。然后在步骤33，发出指令，使节气阀17的开度等于在步骤32中读取的目标开度TD(n-DP1)。也就是说，依据这个程序，节气阀17被控制为在等于预定时间DP1和节气阀17的响应延迟时间之和的延迟时间之后具有目标开度。
在图8B所示的程序中，首先在步骤40，计算进气控制阀19的当前目标操作状态TS(n)。然后在步骤41将该目标操作状态TS(n)存储到存储单元(未示)中。然后在步骤42，读取在当前时刻之前一个预定时间DP2的正时时的进气控制阀19的目标操作状态TS(n-DP2)。然后在步骤43，发出指令，使进气控制阀19的操作状态等于在步骤42中读取的目标操作状态TS(n-DP2)。也就是说，根据这一程序，进气控制阀19被控制为在等于预定时间DP2和进气控制阀19的响应延迟时间之和的延迟时间之后具有目标操作状态。
在图8C所示的程序中，首先在步骤50，计算进气阀7的当前目标开启量TA(n)。然后在步骤51将该目标开启量TA(n)存储到存储单元(未示)中。然后在步骤52，读取在当前时刻之前一个预定时间DP3的正时时的进气阀7的目标开启量TA(n-DP3)。然后在步骤53发出指令，使进气阀7的开启量等于在步骤52中读取的目标开启量TA(n-DP3)。也就是说，根据这一程序，进气阀7被控制为在等于预定时间DP3和气门机构21的响应延迟时间之和的延迟时间之后具有目标开启量。
虽然在前述实施例中仅考虑进气阀7的开启量，但是不考虑进气阀7的开启量或者除了进气阀7的开启量之外，考虑进气阀7的提升正时也是可以的。
根据本发明的实施例，对每个进气量控制装置设定一个响应延迟时间。这样，可能在实际操作之前知道各个进气量控制装置将如何改变操作状态。因而，可能提前估计当各个进气量控制装置响应加速踏板的下压行程而实际改变操作状态时的吸入燃烧室的空气量。即，这使精确估计吸入燃烧室的空气量成为可能。
提供了多个进气量控制装置，用于结合加速踏板的下压行程控制吸入燃烧室的空气量。每个进气量控制装置在预定延迟时间之后响应加速踏板的下压行程的改变。

Claims (4)

1.一种内燃机的控制装置，该内燃机设置有  进气管(9)；燃烧室(5)；燃料喷射阀(6)；以及多个进气量控制装置(17、19、21)，用于控制吸入燃烧室(5)的空气量，该进气量控制装置(17、19、21)包括节气阀(17)，用于调节进气管(9)的流道，
其中，所述控制装置包括：
加速踏板(15)；和
控制器(13)，当加速踏板(15)的下压行程改变时，该控制器(13)发出指令控制所述多个进气量控制装置(17、19、21)，以改变所述多个进气量控制装置(17、19、21)的操作状态，且
其中，该控制器(13)使发出用以改变节气阀(17)的操作状态的指令延迟，从而使节气阀(17)的响应相对于加速踏板(15)的下压行程的改变延迟一个延迟时间(DP1)，
其特征在于，当加速踏板(15)的下压行程改变时，该控制器(13)对各进气量控制装置(17、19、21)发出单独指令，以改变它们的操作状态，而且
其中，该控制器(13)使发出对各进气量控制装置(17、19、21)的指令延迟，从而使各进气量控制装置(17、19、21)的响应相对于加速踏板(15)的下压行程的改变延迟一个延迟时间(DP1，DP2，DP3)，该延迟时间(DP1，DP2，DP3)与各进气量控制装置(17、19、21)相对应。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
延迟时间(DP1、DP2、DP3)被设定为使得各进气量控制装置(17、19、21)影响吸入燃烧室(5)的空气量的正时相互一致。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其中，
各进气量控制装置(17、19、21)的延迟时间是相应进气量控制装置(17、19、21)的控制保持时间(DP1、DP2、DP3)及其响应延迟时间之和，并且
控制保持时间(DP1、DP2、DP3)被设定为，使得各进气量控制装置(17、19、21)的延迟时间相互一致。
4.一种控制内燃机的方法，该内燃机设置有进气管(9)；燃烧室(5)；燃料喷射阀(6)；以及多个用于控制吸入燃烧室(5)的空气量的进气量控制装置(17、19、21)，该空气量与加速踏板(15)的下压行程有关，该进气量控制装置(17、19、21)包括节气阀(17)，用于调节所述进气管(9)的流道，
其中，该方法包括以下步骤：
当加速踏板(15)的下压行程改变时，发出指令，以改变所述多个进气量控制装置(17、19、21)的操作状态，
其中，使发出用以改变节气阀(17)的操作状态的指令延迟，从而使节气阀(17)的响应相对于加速踏板(15)的下压行程的改变延迟一个延迟时间(DP1)，
其特征在于，该方法还包括以下步骤：
当加速踏板(15)的下压行程改变时，对各进气量控制装置(17、19、21)发出单独指令，以改变它们的操作状态，
其中，使发出对各进气量控制装置(17、19、21)的指令延迟，从而使各进气量控制装置(17、19、21)的响应相对于加速踏板(15)的下压行程的改变延迟一个延迟时间(DP1，DP2，DP3)，该延迟时间(DP1，DP2，DP3)与各进气量控制装置(17、19、21)相对应。
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