CN1596337A - 燃料喷射控制装置 - Google Patents

Abstract

一种燃料喷射控制装置，不使用空气流量计也可检测出吸入空气质量，计算出燃料喷射量。压缩/排气时间计算部(3)按照曲轴转角传感器(2)产生的脉冲信号的周期分别计算出压缩冲程开始、结束端的时间Tc1、Tc2和排气冲程开始、结束端的时间Te1、Te2。吸入空气质量计算部(4)，用吸入空气质量∝[{(1/Tc1) ²－(1/Tc2) ²}－{(1/Te1) ²－(1/Te2) ²}]，求出吸入空气质量。求出的吸入空气质量被输入到燃料喷射量计算部(5)，按照设定空燃比，计算出对应吸入空气质量的燃料喷射量。以对应计算出的燃料喷射量的开阀负载驱动燃料喷射阀(1b)，将合适的燃料供给发动机(1)。

Description

燃料喷射控制装置

技术领域

本发明涉及燃料喷射控制装置，特别是涉及可按推测的吸入空气质量确定单缸四循环发动机的燃料喷射量的燃料喷射控制装置。

背景技术

燃料喷射控制装置是基于吸入空气质量、按照设定空燃比来确定对应运转状态的燃料喷射量。为了计量吸入空气量，一般使用空气流量计。特开昭58-17317号公报中公布了一例检测用来确定燃料喷射量的吸入空气量的空气流量计。此外，不使用空气流量计，也可以根据吸气负压和发动机转速，使用吸气负压-发动机转速的映射(map)，来推测吸入空气量。另外，也可以根据节气门开度来推测吸入空气量。

图9表示以往技术的燃料喷射控制中确定基本喷射量的方法。此图中，由节气门开度θTH和发动机转速Ne所确定的区域被划分为两部分，即发动机转速Ne相对较低、节气门开度θTH也相对较小的低负荷区域LLZ，和发动机转速Ne相对较高、节气门开度θTH相对较大的高负荷区域HLZ。

在所述低负荷区域LLZ中，使用将基本喷射量设定为吸气管负压PB和发动机转速Ne的函数的PB-NE映射来决定基本喷射量。另一方面，在高负荷区域HLZ中，使用将基本喷射量设定为节气门开度θTH和发动机转速Ne的函数的θTH-NE映射来确定基本喷射量。并且，对该映射的数值进行发动机温度校正、吸入空气温度校正以及大气压校正等后，最终确定燃料喷射量。

在采用空气流量计时，虽然可以检测出正确的吸入空气量，但空气流量计是必不可少的，无法降低零部件数。同样，用于检测吸气管负压的吸气负压传感器(PB传感器)也是必不可少的，也无法降低零部件数量。此外，根据节气门开度来推测吸入空气量时，还希望能提高低节气门开度区域中的吸入空气量的推测精度。

发明内容

鉴于上述课题，本发明的目的是提供一种即使不采用传感器等零部件也可以根据正确的吸入空气质量来确定燃料喷射量的燃料喷射控制装置。

为解决上述课题，本发明的单缸四循环发动机的燃料喷射控制装置的第一特征是，包括：吸入空气质量计算单元，其用压缩冲程中产生的能量损失和排气冲程中产生的能量损失的函数来计算吸气冲程的吸入空气质量；燃料喷射量计算单元，其按照设定空燃比计算出对应所述吸入空气质量的燃料喷射量。

根据第一特征，基于压缩冲程和排气冲程中的能量损失计算出吸入空气质量。

另外，本发明的第二特征是，包括时间计算单元，其将在压缩冲程的开始、结束端设定的范围内的经过时间和在排气冲程的开始、结束端设定的范围内的经过时间分别计算出来，所述吸入空气质量计算单元，用所述压缩冲程开始、结束端的经过时间和排气冲程开始、结束端的经过时间的差的函数计算出能量的损失。

根据第二特征，因为用经过压缩冲程和排气冲程的开始、结束端所需的时间差的函数代表能量的损失，例如，在通常所具有的四循环发动机中，根据可检测出压缩冲程和排气冲程的时间的曲轴转角传感器的输出，求出规定范围内的曲轴转角变化所需的时间，从而可以计算出能量的损失。

另外，本发明的第三特征是，所述吸入空气质量计算单元，用压缩冲程开始、结束端的经过时间Tc1、Tc2及排气冲程开始、结束端的经过时间Te1、Te2，用下面的函数求出吸入空气质量，

吸入空气质量∝[{(1/Tc1)²-(1/Tc2)²}-{(1/Te1)²-(1/Te2)²}]。

根据第三特征，输入计算出的压缩冲程的开始、结束端的时间和排气冲程的开始、结束端的时间，用上式计算出吸入空气质量。

为解决上述课题的本发明的第四特征是，除所述燃料喷射量计算单元之外还包括：第二喷射量计算单元，确定作为节气门开度和发动机转速的函数的基本燃料喷射量，并对该基本燃料喷射量至少进行空气密度校正，从而确定燃料喷射量；控制切换单元，其在预定的低负荷区域选择所述第一喷射量计算单元，在所述低负荷区域以外选择所述第二喷射量计算单元。另外，本发明的第五特征是，包括空气密度计算单元，根据所述吸入空气质量和标准空气流量计算出用于进行所述空气密度校正的空气密度。

根据第四特征，在低负荷区域，用根据压缩冲程和排气冲程中的能量损失算出的吸入空气质量来计算燃料喷射量。

另外，本发明的第六特征是，所述低负荷区域为空载运转区域，控制切换单元包括根据发动机的转动变化率判断所述空载运转区域和恒定运转区域的单元。

由于根据离合器的离合进行空载运转区域和恒定运转区域的切换，所以该离合器的接触引起发动机系统的惯性力矩的变化，产生转动变化率的差异。在第六特征中，由该转动变化率的差异可以判断出离合器的离合，即在低负荷区域及其以外的负荷区域的切换。

附图说明

图1为表示本发明的一实施方式的燃料喷射控制装置的结构的方框图。

图2表示四循环发动机中各个冲程所产生的能量。

图3为表示燃料喷射量的计算顺序的流程图。

图4为表示第二实施方式的燃料喷射控制装置的主要硬件结构的方框图。

图5表示发动机负荷区域的划分。

图6表示通过离合器的离合判断形成的负荷区域判断图。

图7为表示本发明的第二实施方式的燃料喷射控制装置的结构的方框图。

图8为表示在高负荷区域的燃料喷射量的计算顺序的流程图。

图9表示以往技术的负荷区域的划分。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的一实施方式。图1表示本发明的第一实施方式的燃料喷射控制装置的结构的方框图。在此图中，四循环单缸发动机1设置有曲轴转角传感器2。曲轴转角传感器2由用于检测在曲轴或与曲轴相结合的轴1a周围以等角度间隔设置的多个被检测体(例如铁等磁性体)的传感器构成，并产生对应曲轴转角的脉冲信号。曲轴转角传感器2的输出信号被输入到压缩/排气时间计算部3。压缩/排气时间计算部3按照曲轴转角传感器2输出的脉冲信号的周期分别计算出在压缩冲程的开始、结束端预先设定的曲轴转角的变化所需的时间和在排气冲程的开始、结束端预先设定的曲轴转角的变化所需的时间，例如预先设定的曲轴转角为30°。将计算出的压缩冲程开始、结束端的时间和排气冲程的开始、结束端的时间输入到吸入空气质量计算部4。空气质量计算部4根据压缩冲程的开始、结束端的时间及排气冲程的开始、结束端的时间，用后述的计算公式计算出吸入空气质量。

计算出的吸入空气质量被输入到燃料喷射量计算部5，乘以根据设定空燃比确定的过剩率λ，计算出对应吸入空气质量的燃料喷射量。过剩率λ根据设定空燃比来确定。计算出的燃料喷射量，还要在校正部6用对应加速状态(节气门开度变化率)的校正系数进行校正。校正后的燃料喷射量输入到用于驱动燃料喷射阀16的燃料喷射阀驱动部7。燃料喷射阀驱动部7以对应燃料喷射量的开阀负载(duty)驱动燃料喷射阀16。所述计算部3、4、5及校正部6可由微型计算机构成。

下面，说明吸入空气质量的计算式。吸入空气质量是以下述的原理为前提计算出来的。图2表示四循环发动机的各个冲程所产生的能量。燃烧冲程中产生大量燃烧能，与之相反，排气、吸气及压缩各冲程中，由于排气阻力、吸气阻力和压缩阻力而消耗能量，即产生负的能量。并且，机械摩擦阻力，例如活塞与气缸之间产生的摩擦阻力也作为负的能量。

在此，由于对吸入空气的压缩需要能量即压缩阻力，所以压缩冲程中比排气冲程能量损失要大。因为低负荷区域即低输出运转时排气损失非常小，所以排气冲程的能量损失基本上为摩擦阻力。压缩阻力随吸入空气质量增加而增加，即可认为压缩冲程的能量损失为吸入空气质量的函数。

压缩冲程的能量损失及排气冲程的能量损失可分别由压缩冲程开始、结束端的时间和排气冲程的开始、结束端的时间计算出来。这是由于能量损失使发动机转速降低。因此，吸入空气质量可用下式计算，吸入空气质量＝K×[{(1/Tc1)²-(1/Tc2)²}

          -{(1/Te1)²-(1/Te2)²}]………………(式1)

在式1中，Tc1、Tc2为压缩冲程开始、结束端的预定曲轴转角变化时间，Te1、Te2为排气冲程开始、结束端的预定曲轴转角变化时间，K为将压缩能量损失变换为吸入空气质量所用的校正系数。

图3表示燃料喷射量的计算顺序的流程图。在步骤S1中计算出排气冲程开始、结束端的Δ时间(delta时间)Te1、Te2。在步骤S2中算出压缩冲程开始、结束端的Δ时间(delta时间)Tc1、Tc2。在步骤S3中用上式(式2)在吸入空气质量计算部10中计算出吸入空气质量。在步骤S4中燃料喷射量计算部11用空气过剩率λ乘以吸入空气质量算出燃料喷射量。空气过剩率λ由设定空燃比A/F决定。确定燃料喷射阀6的开阀时间即开阀负载，从而可得到算出的燃料喷射量。

图4为表示本发明的第二实施例的燃料喷射控制装置的结构的方框图。此图中，具体为，由曲轴转角传感器2、节气门开度传感器13、大气温度(TA)传感器14、发动机温度(TE)传感器15所检测出的信号被输入到后述的ECU11。曲轴转角传感器2用图1进行说明。

节气门开度传感器13与设置在发动机1的吸气管上的节气门本体内的节气门阀连接，并将节气门开度θTH输出。TE传感器15例如可设置在发动机的机油盘上，用浸在发动机油中的探针感知机油温度。感知到的油温作为表示发动机温度的信号输入到ECU11中。

ECU11由微型电子计算机及其外围设备组成，接收所述各传感器2、13、14、15的输出，按照预定的算法进行处理，把作为其处理结果的指令输出到喷油器(燃料喷射阀)16、点火线圈17及燃油泵18等。

接下来，对所述ECU11进行的燃料喷射控制加以说明。在第二实施方式中，假定空载运转区域为低负荷区域，空载运转区域以外的运转区域为高负荷区域。即，用发动机转速Ne划分负荷区域。图5表示以发动机转速为参数的负荷区域的划分。如此图所示，根据发动机转速将负荷区域划分为低负荷区域LLZ和高负荷区域HLZ。即，与节气门开度0TH无关，将发动机转速Ne低的空载运转区域定为低负荷区域LLZ，发动机转速Ne高的区域定为高负荷区域HLZ。

并且，在各个负荷区域，为了计算燃料喷射量，按以下方式切换算法。例如，在具有离心式离合器的发动机中，可以根据发动机转速Ne是否超过离合器接合转速的判定结果进行改变。即，当发动机转速Ne超过离合器接合转速时，由于从空载运转变为恒定行驶，发动机切换到高负荷区域。因此，燃料喷射量的计算算法也变为高负荷区域用算法。

然而，发动机转速是否超过离合器接合转速的判断。由于不是通过直接检测离心式离合器的接合来进行的，精度很低。因此，可采用更可靠的检测离心式离合器的接合的其他方法。例如，可根据离合器接合时和离合器分离时的发动机转动变化率检测出离合器的接合分离。这是由于离合器离合引起惯性力矩的变化，从而改变发动机的转动变化率。

转动变化率，例如可根据压缩冲程及排气冲程所需时间算出。由于离合器的离合引起压缩冲程及排气冲程时间的差的显著变化，所以可用该时间差和一个循环(曲轴的两次回转)的时间的比的函数来代表转动变化率。

图6表示以发动机的转动变化率和发动机转速为参数的离合器离合线。该图中，纵轴为发动机转动变化率TSRAT，横轴为发动机转速Ne，在转动变化率TSRAT大于离合器离合线CCL的范围内，离合器分离。即，处于空载状态，发动机负荷小。另一方面，在转动变化率TSRAT小于离合器离合线CCL的范围内，离合器接合。即，发动机处于空载运转以外的高负荷区域。

转动变化率TSRAT例如为压缩冲程时间和排气冲程时间的差的函数。因此，监测发动机转动变化率TSRAT和发动机转速Ne，根据发动机转动变化率TSRAT是否在离合器离合线CCL之上判断负荷，可以进行燃料喷射量计算算法的切换。

下面，说明燃料喷射量计算顺序。低负荷区域LLZ的燃料喷射量的计算用下式(式2)进行，

燃料喷射量＝吸入空气质量/设定空燃比AF……………(式2)

设定空燃比AF以理论空燃比为基准，并考虑加速状态等来确定。在此，所述吸入空气质量不用空气流量计检测而是如下所述，根据压缩冲程及排气冲程的各自开始、结束端的规定范围(例如曲轴转角30°)的回转所需时间来计算。

吸入空气质量的计算原理和计算式已在第一实施方式中进行了阐述。

在高负荷区域HLZ，以节气门开度θTH和发动机转速Ne为关键词读出作为节气门开度θTH与发动机转速Ne的函数而预先设定的值(映射值)，对该映射值进行发动机温度校正、吸入空气温度校正、大气压校正，求出燃料喷射量。

图7为表示第二实施方式的燃料喷射控制的主要部分的机能的方框图。该图中设置在四循环单缸发动机上的曲轴转角传感器2的输出信号被输入到压缩/排气时间计算部103，压缩/排气时间计算部103根据曲轴转角传感器2所输出的脉冲信号的周期算出在压缩冲程和排气冲程的各自开始、结束端的预定的曲轴转角变化时间Tc1、Tc2、Te1、Te2。算出的时间被输入到吸入空气质量计算部104。吸入空气质量计算部104根据所述预定曲轴转角变化时间使用计算式(式1)算出吸入空气质量。

计算出的吸入空气质量被输入到燃料喷射量计算部105，考虑设定空燃比AF，计算出与吸入空气质量对应的燃料喷射量。

燃料喷射量映射106中，用发动机转速Ne和节气门开度θTH的函数设定基本燃料喷射量作为映射值，当代表发动机转速Ne的曲轴转角传感器2的输出和节气门开度传感器13的输出所代表的节气门开度θTH被输入到燃料喷射量映射106中时，以这些输入为关键词进行映射检索，输出基本燃料喷射量。

基本燃料喷射量被输入到校正部107，把该映射值乘上发动机温度校正系数、吸入空气温度校正系数及大气压校正(空气密度校正)系数，确定燃料喷射量。校正部107具有分别由对应发动机温度、吸入空气温度和空气密度的补正系数列成的表。当提供发动机温度TE、吸入空气温度TA、空气密度AD时，用对应它们的系数对基本燃料喷射量进行校正。

另外，空气密度可在空气密度计算部108用吸入空气质量除以标准空气流量来求得。标准空气流量可由在一个大气压的条件下测得的标准空气流量的映射值来求得。即，可将作为节气门开度θTH和发动机转速Ne的函数的标准空气流量预先做成映射，检索该映射表求得标准空气流量。

切换部109根据负荷区域判断部110所做的是低负荷区域还是高负荷区域的判断进行选择，若为低负荷区域，则选择燃料喷射计算部105的输出，若为高负荷区域，则选择校正部107的输出。负荷区域判断部110根据发动机的转速变化率，对所述图6进行检索，判断负荷区域。

从切换部109选择输出的燃料喷射量，被输入到驱动燃料喷射阀16的燃料喷射阀驱动部7。燃料喷射阀驱动部7用对应燃料喷射量的开阀负载驱动燃料喷射阀16。

低负荷区域用的燃料喷射量的计算顺序可使用参照图3所说明的流程的处理。

图8为高负荷区域用的燃料喷射量计算顺序的流程图。在步骤S10中，读取发动机转速Ne，在步骤11中，读取节气门开度θTH。在步骤S12中，以发动机θTH和节气门开度θTH为关键词，检索燃料喷射量映射12，求得基本燃料喷射量。在步骤13中，将基本燃料喷射量乘上发动机温度校正系数、吸入空气温度校正系数、大气压校正系数，算出燃料喷射量。

由以上说明可知，根据权利要求1～6的发明，可从发动机循环的能量损失计算出吸入空气质量。特别是根据权利要求3、4的发明，可根据压缩冲程和排气冲程中预先设定的范围的经过时间即预定曲轴角度变化时间，计算出吸入空气质量。由于这些时间可用曲轴转角传感器等、四循环发动机通常具备的传感器检测出来，所以即使没有空气流量计和吸气压传感器等，也可以计算出确定燃料喷射量所必须的吸入空气质量。

根据权利要求2、5或6的发明，由发动机循环的能量损失计算出吸入空气质量，根据该吸入空气质量计算出低负荷区域的燃料喷射量，同时，低负荷区域以外的区域的空气密度校正也可根据所述计算出的吸入空气质量求出。

根据权利要求6的发明，可根据发动机的转动变化率对低负荷区域及其以外的区域进行高精度的判断，切换喷射量计算单元。

Claims (6)

1.一种燃料喷射控制装置，其为单缸四循环发动机的燃料喷射控制装置，其特征在于，包括：

吸入空气质量计算单元(104)，其用压缩冲程中产生的能量损失和排气冲程中产生的能量损失的函数计算出吸气冲程的吸入空气质量；

第一燃料喷射量计算单元(105)，其按照设定的空燃比计算出对应所述吸入空气质量的燃料喷射量。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射控制装置，其特征在于，还包括：

第二喷射量计算单元(107)，确定作为节气门开度和发动机转速的函数的基本燃料喷射量，并对该基本燃料喷射量至少进行空气密度校正，从而确定燃料喷射量；

控制切换单元(109)，其在预定的低负荷区域选择所述第一喷射量计算单元(105)，在所述低负荷区域以外选择所述第二喷射量计算单元(107)。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射控制装置，其特征在于，

具有时间计算单元(103)，其将在压缩冲程的开始、结束端设定的范围内的经过时间和在排气冲程的开始、结束端设定的范围内的经过时间分别计算出来；

所述吸入空气质量计算单元(104)，用所述压缩冲程开始、结束端的经过时间和排气冲程开始、结束端的经过时间的差的函数计算出能量的损失。

4.根据权利要求3所述的燃料喷射控制装置，其特征在于，

所述吸入空气质量计算单元，使用压缩冲程的开始、结束端的经过时间Tc1、Tc2及排气冲程开始、结束端的经过时间Te1、Te2，用下面的函数求出吸入空气质量：吸入空气质量∝[{(1/Tc1)²-(1/Tc2)²}-{(1/Te1)²-(1/Te2)²}]。

5.根据权利要求2所述的燃料喷射控制装置，其特征在于，

还包括：根据所述吸入空气质量和标准空气流量计算出用于进行所述空气密度校正的空气密度的单元(108)。

6.根据权利要求2所述的燃料喷射控制装置，其特征在于，

所述低负荷区域为空载运转区域，控制切换单元(103)包括根据发动机的转动变化率判断所述空载运转区域和恒定运转区域的单元。

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