CN1442608A - 发动机启动控制装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种发动机启动控制装置。其中，内燃发动机(1)具有净化排出气体的三元催化转化器(16)、点燃气态混合物的火花塞(6)和调节空气进气流速的节气门(11)。当发动机(1)启动时，火花塞(6)的点火时间根据发动机(1)的转速与目标怠速转速之差进行延迟。如果即便在点火时间已经达到延迟极限之后，发动机的转速Ne仍然大于目标怠速转速，则将点火时间固定在延迟极限，并通过节气门(11)降低空气进气的流速，因而得以在将点火时间保持于延迟极限的同时，使发动机的转速Ne快速收敛于目标怠速转速Net，从而确保转化器(16)内的快速升温。

Description

发动机启动控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机刚刚启动后对空气进气流速和点火时间的控制。
背景技术
日本专利局2001年公开的Tokkai 2001-73848提出了一种调节气态混合物点火时间和空气进气流速的内燃机怠速控制装置。该控制旨在避免发动机在启动过程中转速增加过度。
发明内容
为了净化发动机中燃烧产生的排出气体，在发动机的排气通道内安装了三元催化转化器(three-way catalytic converter)。该三元催化转化器的作用在于减少排出气体中的氮氧化物(NOX)，氧化排出气体中的碳氢化合物(HC)和一氧化碳。为了最好地发挥该三元催化转化器的作用，有必要将燃烧用的气态混合物的空气/燃料比例控制在一个某个化学计量空气/燃料比例为中心的较窄范围内，并保证该转化器中的三元催化剂达到活化温度。
因此，在启动发动机时，三元催化剂的温度必须尽快升高。升高三元催化剂温度的最好方法是升高发动机排出气体的温度。然而，如果象现有技术所披露的那样，在发动机启动过程中通过一个怠速控制装置抑制发动机的转速，就很难快速升高排出气体的温度。
因此，本发明的一个目的就是在发动机启动过程中快速升高排出气体的温度同时避免发动机转速的过度增加。
为了达到上述目的，本发明为包括一个调节空气进气流速的节气门和一个点燃气态混合物的火花塞的内燃机提供一种启动控制装置。该装置包括一个控制器，其作用在于控制火花塞的点火时间，以使发动机的转速收敛于目标怠速转速，以及，如果控制火花塞的点火时间仍未使转速收敛于目标怠速转速，则控制节气门的开口以使空气进气流速下降。
本发明还提供了一种包括一个调节空气进气流速的节气门和一个点燃气态混合物的火花塞的内燃机的启动控制方法。该方法包括：检测发动机的转速，控制火花塞的点火时间以使发动机的转速收敛于目标怠速转速，以及，如果控制火花塞的点火时间仍未使转速收敛于目标怠速转速，则控制节气门的开口以使空气进气流速下降。
本发明的细节及其他特征和优点如说明书其余部分和附图所示。
附图说明
图1是本发明所述内燃机的怠速控制装置示意图。
图2A至2F是在发动机启动过程中根据本发明进行怠速控制时，表示相应特性的变化的时间图。
图3是表示发动机点火时间的延迟限制的曲线图。
图4是根据本发明由一个控制器执行的、设置反馈执行标记AVFB的设定程序的流程图。
图5A至5C是描述由控制器执行的点火时间计算程序的流程图。
图6是描述由控制器执行的目标节气门开口计算程序的流程图。
图7A至7E是描述只使用比例控制的点火时间反馈控制与控制器执行的按照比例/积分控制(integral control)对点火时间进行的反馈控制之间的区别的时间图。
具体实施方式
参见图1，一个车辆的多汽缸内燃汽油机的每一汽缸内都形成一个燃烧室5。空气通过进气通道2的进气口3进入燃烧室5。进气口3内装有燃料喷射器4。燃料喷射器4响应发动机控制器21发出的喷射信号，将燃料喷向自进气口3吸入燃烧器5内的进入的空气。进气通道2的空气流速由连接到响应控制器21发出的信号而工作的步进电机的电子节气门11进行调节。
燃料和进入的空气的气态混合物由火花塞6点燃并在燃烧室5内燃烧。安装在每一汽缸内的活塞8由于气态混合物的燃烧受到压缩，使连于每一活塞8的曲轴9旋转。当火花线圈7响应来自控制器21的点火信号切断原电流时，火花塞6产生火花。在活塞8就要到达压缩冲程的上死点前，控制器21输出点火信号。
气态混合物燃烧产生的排出气体自排出通道15排出。为了氧化排出气体中存在的碳氢化合物和一氧化碳以及减少排出气体中存在的氮氧化物，在排出气体通道15中串联安装了一个上游三元催化转化器16和一个下游催化转化器17。上游三元催化转化器16安装在排出通道15靠近发动机1的上游部分，以获得高温排出气体。下游三元催化转化器17置于车辆箱底的下部。
在发动机1的启动操作过程中，通过使用未图示的启动电机转动曲轴9而使活塞8往复运动，从而将空气吸入燃烧室5。燃料自燃料喷射器4喷入燃烧室5，气态混合物由火花塞6点燃。当发动机1由于气态混合物的燃烧开始旋转时，如图2A所示，它猛转并超过怠速运行中的目标怠速转速Net。之后，转速降低直至稳定在目标怠速转速Net附近。在图中，Ne表示发动机1的转速。在下文的描述中，发动机1的启动时间表示启动马达开始转动曲轴的时间。
发动机1一启动，最好尽快活化上游三元催化转化器16内的三元催化剂，以便净化排出气体。为此目的，有必要升高上游三元催化转化器16的温度。
尽管希望发动机1的发动机转速Ne在启动后即达到很高，上面描述的超速却会导致车辆的噪音和震动。因此，在控制怠速运行时，最好能使超速得到抑制并使发动机转速Ne很快收敛于目标怠速转速Net。
为了满足上述要求，在发动机1的启动操作过程中，控制器21执行火花塞6点火时间的反馈控制，以使发动机的转速Ne收敛于目标怠速转速Net。更确切地说，当发动机转速Ne大于目标怠速转速Net时，通过延迟点火时间降低发动机的转速Ne。
其后，当点火时间达到延迟极限而发动机转速Ne仍然超过目标怠速转速Net时，为使发动机的转速Ne收敛于目标怠速转速Net，在将点火时间保持于延迟极限时，对发动机1的空气进气流速进行反馈控制。
参见图2A至2F，发动机转速Ne在启动后立即快速增加，大大超过了目标怠速转速Net，在时间t1到达峰值并在其后减小。点火时间的反馈控制在发动机转速Ne开始从峰值减小时的时间t2开始。在实践中，点火时间反馈控制的初始时间可以设定在发动机启动后的预定时间。
在此计算出发动机转速Ne与目标怠速转速Net之间的差ΔNe。差ΔNe用于计算点火时间的反馈校正量ADVQ。目标点火时间ADV通过在基准点火时间ADV0上加上反馈校正量ADVQ计算得出。基准点火时间ADV0响应发动机1的冷却水温度而设定的一个值。为了降低发动机转速Ne，有必要延迟点火时间。因此，点火时间ADV延迟到时间t2之后。
点火时间的反馈控制包括比例/积分控制。反馈校正量ADVQ代表了图2C所示的比例分量PADV和图2D所示的积分分量IADV之和。结果，点火时间的延迟如图2E所示。为本领域人员所熟知的是，当点火时间延迟时，排出气体的温度会升高。
在时间t3，点火时间达到延迟极限RLMT。控制器11停止对点火时间的反馈控制并将点火时间固定在延迟极限RLMT。
参见图3，点火时间决定于在燃烧室5内燃烧的气态混合物的空气/燃料比例。图中所示的实曲线是将不同空气/燃料比例下的点火时间稳定工作极限延迟量连接起来得到的。稳定工作极限延迟量是怠速转速不会变得不稳定时的值。该曲线因此代表了稳定工作的极限曲线。考虑到一些公差，由点划线所代表的比稳定工作极限曲线略微朝提前方向的曲线成为实践当中的稳定工作极限曲线。如果在发动机1的启动操作过程中空气/燃料比例是已知的，图中自该值向上延伸的直线与图中点划线的交点就成为实际的延迟极限RLMT。当发动机1在理想配比启动时，点A就代表了延迟极限RLMT。
再参见图2A至2F，当点火时间在时间t3已经达到延迟极限RLMT时，发动机转速Ne仍然大大超过了目标怠速转速Net。这时，控制器21在将点火时间保持在延迟极限RLMT的同时开始对空气进气流速进行反馈控制。也就是说，为了使发动机转速Ne收敛于目标怠速转速Net，空气进气流速被降低，如图2F所示。
结果，在时间t4，发动机转速Ne与目标怠速转速Net之差被控制在一个允许范围ε内。
因此，在时间t4，尽管发动机转速Ne向目标怠速转速Net的收敛基本完成，为了促使三元催化转化器中温度的升高，控制器21仍然在其后将点火时间保持在延迟极限RLMT。
执行上述控制任务的控制器21包括一个带有中央处理器(CPU)、一个只读存储器(ROM)、一个随机存取存储器(RAM)和一个输入/输出接口(I/O接口)的微电脑。控制器21可以包括多个微电脑。
控制器21通过信号电路连接到下述元器件上以执行上述控制任务。相位传感器23输出一个与发动机1中每一汽缸内的活塞8的基准冲程位置相应的PHASE信号PHASE。曲轴角度传感器22，当发动机1旋转例如一圈时，输出一个POS信号。气流计24探测发动机1的空气进气流速。水温传感器25探测发动机1的冷却水温度Tw。加速器踏板降低传感器26探测车辆加速器踏板的降低量。温度传感器28探测上游三元催化转化器入口处排出气体的温度。节气门传感器29探测电子控制节气门11的开口。
为执行上述控制任务而由控制器21执行的每一程序将在下面结合图4，5A至5C进行描述。
图4表示反馈执行标记AVFB的设定程序。该反馈执行标记AVFB是一个表示是否对空气进气流速和点火时间进行反馈控制的标记。反馈执行标记AVFB的初始值为零。
控制器21自发动机1启动时起至发动机1停止运行时止每10毫秒执行一次该程序。
首先，在步骤S1中，控制器21判断上游三元催化转化器16中的三元催化剂是否被活化。这一判断通过温度传感器28判断上游三元催化转化器16入口处排出气体温度是否已达到活化温度来执行。
当三元催化剂达到活化时，在步骤S9中将COMPLETION FLAG(完成标记)的值设为1后，程序结束。COMPLETION FLAG的初始值为零。本程序的实际执行时间因此限制在COMPLETION FLAG为零的时间，也就是说，在发动机1启动后直至三元催化剂活化的时间。
当三元催化剂没有活化时，在步骤S2中，控制器21判断反馈执行标记AVFB是否为1值。在此被判断的反馈执行标记AVFB是程序在最临近的前一次执行时所设的反馈执行标记AVFB。
当反馈执行标记AVFB不为1值时，在步骤S3中，控制器21读取发动机1的冷却水温度Tw。
然后在步骤S4中，将冷却水温度Tw与代表发动机1预热完成的判断标准的预定温度Td做比较。
当冷却水温度Tw低于预定的温度Td时，在步骤S5中，读取发动机转速Ne。发动机转速Ne与每一单位时间POS信号的数量相对应。
然后在步骤S6中，比较发动机转速Ne与目标怠速转速Net。
当发动机转速Ne比目标怠速转速Net大时，在步骤S7中，控制器21判断自发动机1的启动时间起是否已经过去预定时间。该预定时间与图2A中自启动时起至时间t2止所经过的时间相对应。
当在步骤S7中在启动后已经过去所述预定时间后，在步骤S8中，控制器21将反馈执行标记设为1值并结束程序。
另一方面，当冷却水温度Tw在步骤S4中已经达到预定温度Td，或发动机转速Ne在步骤S6中没有超过目标怠速转速Net，或者在步骤S7中在发动机1启动时后不到预定时间时，控制器21立即结束程序。
如流程图所示，步骤S3至S8仅在反馈执行标记AVFB为零时才执行。因此，反馈执行标记AVFB的值将一直为零直至冷却水温度Tw达到预定温度Td，发动机转速Ne达到目标怠速转速Net并且在发动机1启动后已过去预定时间。当上述所有条件得到满足后，将反馈执行标记AVFB设置为1。
图5A至5C表示点火时间计算程序。控制器21与每一汽缸的PHASE(相位)信号同步地执行本程序。在一个四缸四冲程发动机中，相位传感器23每180度输出一个PHASE信号。PHASE信号是与汽缸数相应多的脉冲信号。因此，控制器21可以从PHASE信号识别出汽缸。而且，PHASE信号和POS信号可以被用于测定每一汽缸的任意活塞冲程位置，例如上死点前110度(110°BTDC)。
参见流程图5A至5C，首先，在步骤S11中，控制器21判断COMPLETION FLAG是否为1。当COMPLETION FLAG为1时，程序不进行后续步骤而结束。如上所述，当COMPLETION FLAG为1时，表明三元催化剂被活化。因此，程序的实际执行时间限制在发动机1启动后直至三元催化剂活化之间的时间。
如果在步骤S11中，COMPLETION FLAG不是1，控制器21在步骤S12中读取冷却水温度。
然后在步骤S13中，用冷却水温度Tw计算出基准点火时间ADV0。这一计算通过查阅预先存储在存储器中的映射表来执行。基准点火时间ADV0的值的设置将随着冷却水温度Tw的降低而提前。在下文的描述中，点火时间的单位用上死点前度数(°BTDC)来表示。
然后在步骤S14中，控制器21判断反馈执行标记AVFB的值是否为1。
当反馈执行标记AVFB的值不是1时，也就是说，当其值为零时，在步骤S18中，控制器21将目标点火时间ADV设定为等于基准点火时间ADV0并结束程序。
当反馈执行标记AVFB的值为1时，在步骤S15中，控制器21读取发动机转速Ne。
然后，在步骤S16中，控制器21使用下述方程(1)计算出发动机转速Ne与目标怠速转速Net之差ΔNe。
ΔNe＝Net-Ne                       (1)
当发动机转速Ne大于目标怠速转速Net时，如图2A所示，差ΔNe为负值。
然后，在步骤S17中，控制器21判断CONVERGENCE FLAG(收敛标记)的值是否为1。当发动机转速Ne因对空气进气流速进行反馈控制而大致收敛于目标怠速转速Net时，CONVERGENCE FLAG的值设为1。 CONVERGENCE FLAG的值或为1或为零且其初始值为零。在对点火时间启动反馈控制后，CONVERGENCE FLAG立即取值为零。当CONVERGENCE FLAG的值为零时，控制器21执行如图5B所示的过程。当CONVERGENCE FLAG为1时，控制器21执行如图5C所示的过程。如图2A至2F所示，CONVERGENCE FLAG值为零的状态与发动机1自启动起至时间t4止的工作状态相应。CONVERGENCE FLAG为1的状态与时间t4后的工作状态相应。
首先描述CONVERGENCE FLAG为非1时的情形，换句话说，其值为零时的情形。如图5B所示，在步骤S21中，控制器21判断差ΔNe的绝对值是否大于上面描述的允许范围ε。在刚刚启动点火时间的反馈控制后，差ΔNe的绝对值当然大于允许范围ε。
当差ΔNe的绝对值大于允许范围ε时，在步骤S22中，控制器21用下述方程(2)计算出点火时间反馈控制的比例分量PADV。
PADV＝KPADV DNe                    (2)
其中，KPADV＝比例常数。
当发动机转速Ne超过目标怠速转速Net时，如图2A所示，由于差ΔNe为负值，比例分量PADV为负值。
然后，在步骤S23中，判断RETARD LIMIT FLAG(延迟极限标记)是否值为零。
RETARD LIMIT FLAG是当点火时间由于进行了反馈控制而达到如图3点划线所示的稳定燃烧极限时设为1的标记。该标记的值或为1或为零，其初始值为零。因此在对点火时间刚刚启动反馈控制后，RETARD LIMIT FLAG的值为零。
当RETARD LIMIT FLAG在步骤S23中值为零时，在步骤S24中，控制器21用方程(3)计算出点火时间反馈控制的积分分量IADV。
IADV＝KIADV ΔNe+IADVn-1                    (3)
其中，KIADV＝积分常数，并且，
IADVn-1＝积分常数IADV的前一次值。
方程(3)所计算出的积分分量IADV的初始值为零。当发动机转速Ne大于目标怠速转速Net时，如图2A所示，由于差ΔNe为负值，积分分量IADV也为负值。
然后，在步骤S25中，点火时间的反馈校正ADVQ由方程(4)计算得出。
ADVQ＝PADV+IADV                              (4)
接下来在步骤S26中，由方程(5)确定反馈校正量ADVQ是否在延迟极限RLMT的范围内。当反馈校正量ADVQ在延迟极限RLMT的范围内时，方程(5)得到满足。
|ADVQ|＜ADV0-RLMT                            (5)
当方程(5)中的关系在步骤S26中得到满足时，在步骤S27中，控制器21用下述方程(6)确定目标点火时间ADV。在步骤S27的过程之后，控制器21结束程序。
ADV＝ADV0+ADVQ                               (6)
当方程(5)的关系在步骤S26中没有得到满足时，在步骤S28中，控制器21将RETARD LIMIT FLAG设为1。然后，在步骤S29中，将目标点火时间ADV设置为等于延迟极限RLMT。在步骤S29的过程之后，控制器21结束程序。
另一方面，在步骤21中，当差ΔNe的绝对值不大于允许范围ε时，在步骤S30中，控制器21将CONVERGENCE FLAG设为1。
然后，在步骤S31中，将目标点火时间ADV设置为与程序最近的前一次执行于计算出来的值ADVn-1相等，并结束程序。
当RETARD LIMIT FLAG的值在步骤S23中不是零时，即，当它为1时，在步骤S31中，控制器21将目标点火时间ADV设定为与最近的前一次计算出来的值ADVn-1相等，并结束程序。
因此，当发动机转速Ne收敛到允许范围ε或当点火时间达到延迟极限RLMT时，目标点火时间ADV固定为前一次的值ADVn-1。
接下来，参照图5C描述CONVERGENCE FLAG在步骤S17中为1时的过程。这一情况与图2A至2D所示时间t4之后的情形相对应。在这些情形之下，当目标点火时间ADV仅仅保持为延迟极限RLMT的值时，如图2A在时间间隔t5至t7间的点划线所示，由于某种原因，该程序不能处理发动机转速Ne低于目标怠速转速的情形。
因此，当发动机转速Ne大致收敛于目标怠速转速Net之后，控制器21根据发动机转速Ne与目标怠速转速Net之差ΔNe，执行点火时间的反馈控制，直至上游三元催化转化器16被活化。
首先，在步骤S41中，控制器21按照与步骤S19相同的方法用方程(2)计算出点火时间反馈控制的比例分量PADV。
然后，在步骤S42中，按照与步骤S22相同的方法用方程(3)计算出点火时间反馈控制的积分分量IADV。
在步骤S43中，以与步骤S24相同的方法用方程(4)计算出点火时间的反馈校正量ADVQ。
在图2A所示的时间间隔t3至t5内，目标点火时间ADV固定在延迟极限RLMT。在步骤S41至S43中计算出的反馈校正量ADVQ与点火时间为了增加发动机转速Ne而自自延迟极限RLMT提前的提前量相应。
然后，在步骤S44中，用与步骤S26中相同的方法判断方程(5)是否得到满足。反馈校正量ADVQ是一个正值，也就是说，是一个提前量。因此，在步骤S34中执行判断：目标点火时间ADV是否由于反馈校正量ADVQ的提前校正而已经被提前到比基准点火时间ADV0超前。
在步骤S44中，当方程(5)的关系得到满足时，即，即使使用反馈校正量ADVQ执行了提前校正，而目标点火时间ADV仍然没有提前到基准点火时间ADV0之前时，控制器21按照与步骤S24中相同的方式用方程(6)确定目标点火时间ADV。
另一方面，当方程(5)的关系在步骤S44中没有得到满足时，即，当使用反馈校正量ADVQ执行了提前校正，目标点火时间ADV提前到基准点火时间ADV0之前时，在步骤S46中，控制器21重置反馈校正量ADVQ，以使其等于反馈控制的比例分量PADV。之后，过程继续进行至步骤S45，用方程(6)确定目标点火时间ADV。
在步骤S45之后，控制器21结束程序。
在步骤S46中将反馈控制校正量AVQ设置为等于反馈控制比例分量PADV的原因，即忽略积分分量IADV的原因如下。
图2E中的MBT一词是为获得最佳扭矩的最小打火提前量的缩写，代表了发动机1输出扭矩最大化所要求的最小提前值。从美国专利5884605可知，当发动机1怠速运行时，产生了发动机转速Ne对于在MBT附近的点火时间的变化有滞后地过度反应这一现象。这种现象就是所谓的“发动机调速不均(hunting)”。
因此如图2E中时间t6后的虚线所示，有时，在使用从方程(4)计算出的反馈校正ADVQ对点火时间进行反馈控制，将目标点火时间ADV提前到基准点火时间ADV0之前这种情况下，发动机转速Ne变得不稳定。
因此对本控制装置进行了改变，使得目标点火时间ADV不由于积分分量IADV的累积而接近MBT。这通过在步骤S46中将反馈校正量ADVQ重置为等于反馈控制的比例分量PADV来实现。结果，由于发动机点火时间没有接近MBT，如图2E在时间t6之后的点划线所示，发动机转速Ne不产生偏离。在此，考虑到提前量，基准点火时间ADV0设定得比MBT小。
在图5A至5C程序中设定的目标点火时间ADV储存在控制器21的存储器中。当从PHASE信号和POS信号所探测到的发动机1的曲轴角度与目标点火时间ADV吻合时，控制器21通过向火花线圈7输出点火信号点燃气态混合物。
即使由于上述点火时间控制，目标点火时间ADV达到延迟极限RLMT，如图2A至2F在时间t3所示，如果发动机转速Ne没有大致收敛于目标怠速转速Net，控制器21将促使发动机转速Ne大致收敛于目标怠速转速Net。这通过执行如图6所示的程序，降低空气进气流速来实现。
在发动机1工作时，控制器21每10毫秒执行一次该程序。
首先，在步骤S51中，控制器21判断COMPLETION FLAG是否为1。
当COMPLETION FLAG为1时，控制器21不继续进行后续步骤，立即结束程序。该程序的执行限于从发动机1启动到三元催化剂活化期间。
当COMPLETION FLAG不是1时，在步骤S52中，控制器21判断反馈执行标记AVFB是否为1。当反馈执行标记AVFB为1时，在步骤S53中，判断RETARD LIMIT FLAG是否为1。
当反馈执行标记AVFB和RETARD LIMIT FLAG都为1时，意味着已经由如图5A至5C所示的程序执行了点火时间反馈控制，目标点火时间ADV已经固定在延迟极限RLMT。这与图2A至2F所示的时间t3之后的情形相应。
当这些条件都建立了，在步骤S54中，控制器21读取发动机转速Ne的值。
然后，在步骤S55中，以与如图5A所示的步骤S16相同的方式用方程(1)计算出发动机转速Ne与目标怠速转速Net之差ΔNe。
然后，在步骤S56中，用方程(7)计算出空气进气流速反馈控制的积分分量IQA。
IQA＝KIQ·ΔNe+IQAn-1                         (7)
其中，KIQ＝积分常数，且
IQAn-1＝程序最近的前一次执行计算出的IQA。
IQA在方程(7)中的初始值为零。
在下一步骤S57中，用方程(8)计算出目标空气进气流速Qt。
Qt＝Q0+IQA                                   (8)
其中Q0＝基准空气进气流速。
在步骤S55至S57中执行的过程与根据发动机转速差ΔNe对目标空气进气流速Qt进行的积分控制相应。
基准空气进气流速Q0，相应于当步进电机启动发动机1的曲轴转动时进气通道2内的空气流速。在同一发动机中，这意味着曲轴转速的增加，即超速怠速(racing)，随着Q0值的增加而急剧增加。因此，基准空气进气流速Q0值的设定是实验性的，以使曲轴转速的增加特性得以优化。
如图2A至2F所示，如果即便在目标点火时间ADV达到延迟极限RLMT之后，发动机转速Ne仍高于目标怠速转速Net时，执行本程序。因此，在步骤S55中计算出的ΔNe是负值，在步骤S56中计算出的积分分量IQA也是负值。换句话说，目标空气进气流入速度Qt随着步骤S54至S57中过程的重复而减小。在步骤S57的过程之后，控制器21执行步骤S59中的过程。
当反馈执行标记AVFB在步骤S52中不是1或当RETARDLIMIT FLAG在步骤S53中不是1时，在步骤S58中，控制器21将目标空气进气流速Qt设定为等于基准空气进气流速Q0。这一过程意味着根据发动机转速之差ΔNe对空气进气流速进行了降低校正操作。
目标空气进气流速Qt在步骤S57或S58中确定之后，在步骤S59中，控制器21响应目标空气进气流速Qt确定电子节气门11的目标开打开程度。
然后，在步骤S60中，根据向驱动电子节气门11步进电机输出的信号将电子节气门11的开口控制到目标打开程度。电子节气门11的实际打开程度如上所述自节气门传感器29输入到控制器21中。控制器21控制步进电机，以使电子节气门的实际打开程度与目标打开程度相一致。
如图2A至2F所示，控制器21执行上述控制程序的结果是在启动发动机1的曲轴转动后，发动机转速Ne在时间t1达到峰值。而且，图4所示程序步骤S7的条件在时间t2得到实现，并且反馈执行标记AVFB被设置为1。在时间t2之前，用基准点火时间ADV0和基准空气进气流速Q0对发动机1进行操作。
在反馈执行标记AVFB变为1之后，在图5A至5C所示的程序中开始根据转速差而对点火时间ADV进行的反馈校正。目标点火时间ADV被延迟ADVQ的量，即比例分量PADV和积分分量IPAV之和。这时，由于在步骤S22中计算出的积分分量PADV与发动机转速差ΔNe成比例，如图2C所示，比例分量PADV随发动机转速Ne的减小而减小。另一方面，由于在步骤S24中计算出的积分分量IADV是累积的，如图2D所示，积分分量IADV随时间的推移而增加。结果，如图2E所示，目标点火时间ADV首先在时间t2经历一个很大的延迟，然后逐渐增加延迟水平。
点火时间在时间t3达到延迟极限RLMT后，目标点火时间ADV就固定在延迟极限RLMT，并且如图5B所示，RETARD LIMIT FLAG在步骤S28中设为1。结果，当随后执行该程序时，目标空气进气流速Qt就减小了。这通过执行图6中步骤S54至S57中的过程，在将目标点火时间ADV保持在延迟极限RLMT的同时，根据发动机转速差ΔNe执行对空气进气流速的积分反馈控制来达到。
在时间t4，发动机转速差ΔNe收敛到允许范围ε。如果条件没有进一步变化，在该时间点的点火时间ADV和空气进气流速Qt就保持恒定。
这样，本启动控制装置通过将空气进气流速保持在基准空气进气流速Q0的同时延迟点火时间ADV，使得发动机转速Ne得以降低。即便在点火时间ADV达到延迟极限RLMT时，如果发动机转速Ne仍然高于目标怠速转速Net，由于降低了空气进气流速，发动机转速Ne也会收敛于目标怠速转速Net。
因此，可以使发动机转速Ne快速收敛于目标怠速转速Net而不妨碍排出气体温度的增加。
然而，在发动机转速差ΔNe已收敛到允许范围ε后，有时，在上游三元催化转化器16被活化之前，由于某种原因，发动机转速Ne会突然降低，如图2A在时间t5之后的点划线所示。
在此情况下，控制器21使用图5C中步骤S41至S43中的过程将点火时间自延迟极限RLMT提前。结果，当目标点火时间ADV超过基准点火时间ADV0时，在步骤S46中将反馈校正ADVQ重置为等于反馈控制的比例分量PADV。因此，如果超过基准点火时间ADV0，目标点火时间ADV可以在短时间内返回到基准点火时间。由于这一操作，目标点火时间就不会在MBT附近振荡了。
在时间t5，由于延迟极限已经设置为1，图6程序中的空气进气流速的控制根据发动机转速差ΔNe来执行。结果，空气进气流速Qt也增加了。然而，由于发动机在特定时间的负荷，这时空气进气流速Qt的增加特性并不均匀，如图2F所示。发动机1负荷的波动是，例如驱动辅助设备的结果。
如上所述，为了控制火花塞6的点火时间，本怠速控制装置使用了积分/比例控制。比例/积分控制与仅使用比例控制来控制点火时间相比，有下述优点。
参见图7A至7E，仅使用比例控制来控制点火时间会导致，由于如图7C虚线所示的比例分量的值很大，点火时间会经历一个很大的延迟。这发生在当点火时间的反馈控制在发动机转速Ne开始自峰值下降的时间t2启动的时候。然而，随着发动机转速Ne接近目标怠速转速Net，比例分量的值减小，点火时间在短时间内回到基准点火时间ADV0。
发动机1启动后需要立即尽快活化上游三元催化转化器16中的三元催化剂。因此，点火时间最好能保持在延迟极限RLMT。然而，如果仅用比例控制对点火时间进行控制，即使延迟极限RLMT可以暂时达到，也不可能将点火时间保持在延迟极限RLMT。与此相反，当使用比例/积分控制时，如图7C实线所示，即使在目标怠速转速Net与发动机转速Ne之差已经收敛之后，点火时间也可以保持在延迟极限RLMT。结果，如图7E所示，就可以快速升高排出气体的温度。
当仅用比例控制对点火时间进行控制时，如果方程(2)中的比例常数KPADV设为一个很大的值，尽管有可能将点火时间保持在延迟极限RLMT，但由于点火时间会因发动机转速Ne的细微波动而经历很大的变化，发动机1的工作就会变得很不稳定。
在日本提交的Tokugan 2002-58577(申请日期为2002年3月5日)的内容合并在此作为参考。
尽管已结合本发明的某些实施例对本发明进行了上述描述，本发明并不限于上述实施例。结合上述描述，本领域技术人员可能对上述实施例作出修改和改动。
对本发明的实施例所提出的权利要求如下。

Claims (12)

1.一种内燃发动机(1)启动控制装置，该发动机(1)包括一个调节空气进气流速的节气门(11)和一个点燃气态混合物的火花塞(6)，其特征在于一个控制器(21)，用于：
控制火花塞(6)点火时间，以使发动机(1)的转速收敛于目标怠速转速(S16，S22-S27)；以及
如果控制火花塞(6)的点火时间仍未使转速收敛于目标怠速转速，则控制节气门(11)的开口程度，以使空气进气流速得以降低(S54-S60)。
2.如权利要求1所述的启动控制装置，该装置内还包括一个检测所述发动机(1)转速的传感器(22)。
3.如权利要求1或2所述的启动控制装置，所述控制器(21)还用于当转速高于目标怠速转速时延迟火花塞(6)的点火时间(S22，S24)。
4.如权利要求1或2所述的启动控制装置，所述控制器(21)还用于将节气门(11)保持在一个固定的开口程度，直至点火时间达到预定的延迟极限(S53，S58)。
5.如权利要求4所述的启动控制装置，所述延迟极限的延迟值设定得比根据发动机(1)启动时气态混合物中空气/燃料比例所确定的稳定工作点火时间的稳定工作极限延迟值小。
6.如权利要求4所述的启动控制装置，所述控制器(21)还用于：当即便在点火时间已经达到延迟极限(S29)之后转速仍高于目标怠速转速时，将点火时间保持在延迟极限；控制节气门(11)的开口程度以使发动机(1)的空气进气速度得以降低(S54-S60)。
7.如权利要求1或2所述的启动控制装置，所述控制器(21)还用于：通过根据发动机(1)的转速与目标怠速转速之差执行比例/积分反馈控制，来控制火花塞(6)的点火时间(S22，S24)。
8.如权利要求1或2所述的启动控制装置，所述控制器(21)还用于：通过根据发动机(1)的转速与目标怠速转速之差执行比例反馈控制，来控制节气门(11)的开口程度(S56，S57)。
9.如权利要求1或2所述的启动控制装置，所述控制器(21)还用于：当发动机(1)的转速在已收敛到目标怠速转速之后减小时，根据发动机(1)的转速与目标怠速转速之差执行比例/积分反馈控制，来提前火花塞(6)的点火时间，以使转速收敛于目标怠速转速(S41-S45)；并且，当由于比例/积分反馈控制而产生的提前量已经变得比点火时间的预定的基准提前量大时，根据发动机(1)的转速与目标怠速转速之差，仅运用比例反馈控制来控制火花塞(6)的点火时间(S44，S46)。
10.如权利要求9所述的启动控制装置，还包括一个探测发动机(1)的冷却水温度的传感器(25)，并且所述控制器(21)还用于根据冷却水温度设置所述预定基准提前量(S13)。
11.如权利要求9所述的启动控制装置，所述的预定基准提前量设定得比获得最大扭矩的最佳扭矩最小点火提前量小。
12.一种内燃发动机(1)启动控制方法，发动机(1)包括一个调节空气进气流速的节气门(11)和一个点燃气态混合物的火花塞(6)，该方法包括：
检测发动机的转速(S5，S15)；
控制火花塞(6)的点火时间以使发动机(1)的转速收敛于目标怠速转速(S16，S22-S27)；以及，
如果控制火花塞(6)的点火时间仍未使转速收敛于目标怠速转速，则控制节气门(11)的开口程度以使空气进气流速得以降低(S54-S60)。
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