專利名稱：內(nèi)燃機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)控制技術(shù)，更特別地，涉及一種適用于在冷啟動(dòng)時(shí)控制怠速轉(zhuǎn)速的內(nèi)燃機(jī)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
在冷啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速很可能與目標(biāo)轉(zhuǎn)速不一致。因此，有多種技術(shù)曾被提出，以控制冷啟動(dòng)時(shí)的怠速轉(zhuǎn)速。例如，在日本專利No.2505304(下文中將稱為“專利文件1”)中公開的技術(shù)在冷啟動(dòng)時(shí)禁止內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。在專利文件1中所述的這種技術(shù)檢測(cè)出冷啟動(dòng)時(shí)每個(gè)氣缸的轉(zhuǎn)速變化。若某個(gè)氣缸的轉(zhuǎn)速變化超過一個(gè)上限值，這種技術(shù)就會(huì)減少對(duì)該氣缸的噴射量，而增大對(duì)其他氣缸的噴射量。另一方面，若某個(gè)氣缸的轉(zhuǎn)速變化小于一個(gè)下限值，那么這種技術(shù)就會(huì)增大對(duì)該氣缸的噴射量，而減少對(duì)其他氣缸的噴射量。
在冷啟動(dòng)時(shí)內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速不一致是由多種原因引起的。其中一個(gè)原因是隨時(shí)間的摩擦力變化、空調(diào)負(fù)載或其他電力負(fù)載的臨時(shí)增大、或由于節(jié)氣門系統(tǒng)的流率變化的加工誤差等。另一個(gè)原因是重質(zhì)燃料的使用。如果是第一種原因，不管內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的燃燒狀態(tài)有多良好，進(jìn)氣量都會(huì)與其目標(biāo)值有所誤差。這樣，實(shí)際的轉(zhuǎn)速就會(huì)與目標(biāo)轉(zhuǎn)速不一致。另一方面，如果是第二種原因，由于重質(zhì)燃料比普通油更難以汽化，因此空燃比很可能十分低。這樣，就會(huì)由于燃燒狀態(tài)惡化如不規(guī)則燃燒或發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒中斷而引起轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，使得實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速不一致。為了保證穩(wěn)定的怠速行駛，有必要以這樣的方式來(lái)控制內(nèi)燃機(jī)，以消除實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異?？梢哉J(rèn)為，取決于燃燒狀態(tài)是否良好，最佳控制方法也應(yīng)有所不同。
但是，對(duì)于怠速控制，傳統(tǒng)技術(shù)并不關(guān)心實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速不一致的不同原因。例如，專利文件1所公開的技術(shù)只根據(jù)轉(zhuǎn)速變化的程度而修正燃油噴射量，并沒有考慮引起轉(zhuǎn)速變化的原因。但是，若轉(zhuǎn)速變化是由于使用重質(zhì)燃料而引起的，這種技術(shù)又增加了一定量的燃油，從而使廢氣排放發(fā)生惡化。為了有效地消除實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異，而又避免這種廢氣排放的惡化，有必要根據(jù)轉(zhuǎn)速變化的原因而實(shí)施一種最佳的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的提出是為了解決上述的問題。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種內(nèi)燃機(jī)控制器，它根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速不一致的不同原因而進(jìn)行不同的內(nèi)燃機(jī)控制方法，可以有效地消除實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該控制器包含用于判斷內(nèi)燃機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速是否不同于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的裝置；用于從有關(guān)內(nèi)燃機(jī)的工作數(shù)據(jù)中計(jì)算出對(duì)應(yīng)于由內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的扭矩的扭矩相應(yīng)值的裝置；用于通過將多個(gè)在前循環(huán)中的扭矩相應(yīng)值的變化程度數(shù)字化而計(jì)算出一個(gè)變化指標(biāo)值的裝置；用于調(diào)整內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣量的裝置；用于調(diào)整內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火正時(shí)的裝置；以及用于控制內(nèi)燃機(jī)以消除所述實(shí)際轉(zhuǎn)速與所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異的裝置。當(dāng)由變化指標(biāo)值計(jì)算裝置計(jì)算出的指標(biāo)值小于一個(gè)預(yù)定的第一判定值，該控制裝置就令進(jìn)氣量調(diào)整裝置修正內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣量，或者，當(dāng)所述的指標(biāo)值不小于第一判定值時(shí)，令點(diǎn)火正時(shí)調(diào)整裝置修正內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)。
本發(fā)明其他的目的和特點(diǎn)將會(huì)在下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明中顯得更加清楚。


圖1原理地顯示了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)控制器被應(yīng)用在該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中；圖2A至2F描述了在扭矩變化小時(shí)由根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所進(jìn)行的扭矩修正控制；圖3A至3F描述了在扭矩變化大時(shí)由根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所進(jìn)行的扭矩修正控制；圖4是由根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所進(jìn)行的怠速控制程序的流程圖；圖5的特性圖表描述了指示扭矩、基于氣缸內(nèi)壓的扭矩、基于往復(fù)慣性質(zhì)量的慣性扭矩與曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系；圖6的原理圖表描述了曲柄轉(zhuǎn)角信號(hào)和扭矩計(jì)算正時(shí)；以及圖7的原理圖表描述了摩擦力矩、轉(zhuǎn)速和冷卻水溫度之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合圖1至7而對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖1原理地顯示了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)控制器被應(yīng)用在該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)內(nèi)燃機(jī)2是一種火花點(diǎn)火式、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。它具有多個(gè)氣缸(圖中沒有畫出)。每個(gè)氣缸的燃燒室16與一個(gè)進(jìn)氣道4和一個(gè)排氣道6相連。燃燒室16與進(jìn)氣道4的連接處有一個(gè)進(jìn)氣閥8，用于控制燃燒室16和進(jìn)氣道4之間的連通。燃燒室16與排氣道6的連接處有一個(gè)排氣閥10，用于控制燃燒室16和排氣道6之間的連通。一個(gè)火花塞12被安裝在燃燒室16的頂部。在進(jìn)氣道4中有一個(gè)電子控制式節(jié)氣門18，用于調(diào)整流入到燃燒室16內(nèi)的空氣量。進(jìn)氣道4的末端出現(xiàn)分支，以將空氣供應(yīng)到每個(gè)氣缸的燃燒室16內(nèi)。每個(gè)分支通道中都有一個(gè)燃油噴射閥14，用于將燃油供應(yīng)到燃燒室16內(nèi)。
內(nèi)燃機(jī)2具有一個(gè)ECU(電子控制單元)30，作用為內(nèi)燃機(jī)2的控制器。根據(jù)由多個(gè)傳感器所獲得的內(nèi)燃機(jī)工作數(shù)據(jù)，ECU30對(duì)各種裝置進(jìn)行總體控制，這種控制與內(nèi)燃機(jī)2的工作狀態(tài)有關(guān)。ECU30的一個(gè)輸入端與一個(gè)曲柄轉(zhuǎn)角傳感器32和一個(gè)水溫傳感器34相連。ECU30的一個(gè)輸出端與火花塞12、燃油噴射閥14和節(jié)氣門18相連。曲柄轉(zhuǎn)角傳感器32位于內(nèi)燃機(jī)的曲軸22附近，在一個(gè)預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角位置上輸出一個(gè)信號(hào)給ECU30。水溫傳感器34被安裝在一個(gè)水套(圖中沒有畫出)上，輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)2中的冷卻水溫度的信號(hào)。ECU30從曲柄轉(zhuǎn)角傳感器32和水溫傳感器34中接收內(nèi)燃機(jī)的工作數(shù)據(jù)，并為火花塞12、燃油噴射閥14和節(jié)氣門18提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。ECU30不僅與上述的傳感器32、34和裝置12、14、18相連，還與其他在文中沒有說(shuō)明的傳感器和裝置相連。
作為根據(jù)本發(fā)明的ECU30的一個(gè)功能，扭矩修正控制是在冷啟動(dòng)快怠速期間進(jìn)行的。圖2和3描述了ECU30在冷啟動(dòng)快怠速期間進(jìn)行的扭矩修正控制。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)2的實(shí)際轉(zhuǎn)速——從曲柄轉(zhuǎn)角信號(hào)而計(jì)算得出的，與目標(biāo)轉(zhuǎn)速不一致時(shí)，ECU30就會(huì)進(jìn)行如下文所述的扭矩修正控制。由ECU30進(jìn)行的扭矩修正控制可以分為以下兩種內(nèi)燃機(jī)2的扭矩變化較小時(shí)所進(jìn)行的控制和內(nèi)燃機(jī)2的扭矩變化較大時(shí)所進(jìn)行的控制。ECU30在判斷扭矩變化的大小之后，選擇性地進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤?br> ECU30從內(nèi)燃機(jī)工作數(shù)據(jù)而計(jì)算出一個(gè)扭矩相應(yīng)值，這個(gè)扭矩相應(yīng)值對(duì)應(yīng)于由內(nèi)燃機(jī)2的每個(gè)氣缸所產(chǎn)生的扭矩；檢查計(jì)算值的變化；并判斷扭矩變化的大小。扭矩相應(yīng)值可以這樣計(jì)算，例如，通過由曲軸傳感器32所提供的曲柄轉(zhuǎn)角信號(hào)而計(jì)算。這種計(jì)算是根據(jù)下列的運(yùn)動(dòng)方程而進(jìn)行的。
下面的方程(1)和(2)用于通過由曲軸傳感器32所提供的曲柄轉(zhuǎn)角信號(hào)而計(jì)算扭矩Ti＝J×(dω/dt)+Tf+T1…(1)Ti＝Tgas+Tinertia…(2)
在上述的方程(1)和(2)，符號(hào)Ti代表由于內(nèi)燃機(jī)的燃燒而在曲軸22上產(chǎn)生的指示扭矩。方程(2)的右邊顯示了產(chǎn)生指示扭矩Ti的扭矩。方程(1)的右邊顯示了抵消該指示扭矩Ti的扭矩。
在方程(1)的右邊，符號(hào)J代表一個(gè)驅(qū)動(dòng)元件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，該驅(qū)動(dòng)元件由空燃混合物燃燒所驅(qū)動(dòng)dω/dt代表曲軸22的角加速度；Tf代表驅(qū)動(dòng)部件摩擦力矩；而Tl代表在行駛中從路面而來(lái)的負(fù)載扭矩。J×(dω/dt)動(dòng)力損耗力矩(＝Tac)，是曲軸22的角加速度產(chǎn)生的。摩擦力矩Tf是配合元件之間的機(jī)械摩擦力矩，如活塞與氣缸內(nèi)壁之間的摩擦。這個(gè)力矩包含了輔助機(jī)械之間的機(jī)械摩擦而產(chǎn)生的力矩。負(fù)載力矩Tl是由于干擾而產(chǎn)生的力矩，例如，由于車輛行駛于其上的路面的干擾。由于在冷啟動(dòng)快怠速期間保持在空檔上，因此下面的說(shuō)明假設(shè)了Tl＝0。
在方程(2)的右邊，符號(hào)Tgas代表由氣缸內(nèi)部氣壓而產(chǎn)生的扭矩，而符號(hào)Tinertia代表由于往復(fù)慣性質(zhì)量——如活塞的往復(fù)慣性質(zhì)量而產(chǎn)生的慣性力矩?；跉飧變?nèi)部氣壓的扭矩Tgas是由于氣缸內(nèi)的空氣燃油混合物的燃燒而產(chǎn)生的。為了得到對(duì)燃燒狀態(tài)的精確估計(jì)，有必要確定出基于氣缸內(nèi)部氣壓的扭矩Tgas。
如方程(1)所示，指示扭矩Ti可以通過計(jì)算由于角加速度而產(chǎn)生的動(dòng)力損耗力矩J×(dω/dt)、摩擦力矩Tf以及負(fù)載力矩Tl的和而確定。但是，如方程(2)所示，指示扭矩Ti并不等于基于氣缸內(nèi)部氣壓的扭矩Tgas。因此，不能從指示扭矩Ti而精確地估計(jì)出燃燒狀態(tài)。
圖5給出了描述方程(2)中的各種力矩與曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系的特性曲線。在圖5上，縱軸線表示每種力矩的大小，而橫軸線表示曲柄轉(zhuǎn)角。圖5上的點(diǎn)劃線代表指示扭矩Ti；實(shí)線代表基于氣缸內(nèi)部氣壓的扭矩Tgas；虛線代表基于往復(fù)慣性質(zhì)量的慣性力矩Tinertia。圖5中描述的曲線對(duì)應(yīng)的是應(yīng)用四缸內(nèi)燃機(jī)的情況。圖5上的符號(hào)TDC和BDC用于表示四個(gè)氣缸之中的一個(gè)的活塞分別位于上止點(diǎn)(TDC)或下止點(diǎn)(BDC)時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角(0°或180°)。若內(nèi)燃機(jī)10具有四個(gè)氣缸，每當(dāng)曲軸22轉(zhuǎn)過180°就會(huì)有一個(gè)氣缸進(jìn)行膨脹過程。如圖5所示的在TDC和BDC之間的扭矩特性在每次發(fā)生膨脹時(shí)重復(fù)出現(xiàn)。
如圖5上的實(shí)線所示，基于氣缸內(nèi)部氣壓的扭矩Tgas在TDC和BDC之間快速地增大和減小。扭矩Tgas快速地增大是由于燃燒室內(nèi)的空氣燃油混合物在每個(gè)膨脹行程中發(fā)生膨脹而引起的。在膨脹過后，由于其他氣缸的影響，比如在壓縮行程或排氣行程中，扭矩Tgas減小到一個(gè)負(fù)值。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角到達(dá)BDC，氣缸的體積變化為零，因此Tgas為零。
同時(shí)，基于往復(fù)慣性質(zhì)量的慣性力矩Tinertia是由于氣缸或其他往復(fù)部件的慣性質(zhì)量而引起的，與基于氣缸內(nèi)部氣壓的扭矩Tgas無(wú)關(guān)。這些往復(fù)部件周期性地加速和減速。因此，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即使角速度為常數(shù)，慣性力矩Tinertia也總會(huì)產(chǎn)生。如圖5上的虛線所示，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角位于TDC時(shí)往復(fù)部件停止運(yùn)動(dòng)，因此Tinertia＝0。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角從TDC變化到BDC時(shí)，已經(jīng)停止的往復(fù)部件又開始運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，由于這些部件的慣量，慣性力矩Tinertia在負(fù)的方向上增大。由于當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角接近90°時(shí)往復(fù)部件以預(yù)定的速度運(yùn)動(dòng)，這樣，由于這些部件的慣量，曲軸22轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，慣性力矩Tinertia在TDC和BDC之間從一個(gè)負(fù)值變化到一個(gè)正值。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角到達(dá)BDC時(shí)，往復(fù)部件停止運(yùn)動(dòng)，因此Tinertia＝0。
如方程(2)所示，指示扭矩Ti是基于氣缸內(nèi)部氣壓的扭矩Tgas和基于往復(fù)慣性質(zhì)量的慣性力矩Tinertia的和。因此，指示扭矩Ti表現(xiàn)為一個(gè)復(fù)雜的特性，如圖5上的點(diǎn)劃線所示。更特別地，指示扭矩Ti在TDC和BDC之間增大，這是由于由空氣燃油混合物的膨脹引起Tgas增大而引起的，然后Ti暫時(shí)減小，然后由于慣性力矩Tinertia的原因而再次增大。
在TDC和BDC之間的180°曲柄轉(zhuǎn)角的區(qū)域中，基于往復(fù)慣性質(zhì)量的慣性力矩Tinertia的平均值為零。這是由于具有往復(fù)慣性質(zhì)量的部件在0°到90°曲柄轉(zhuǎn)角之間的運(yùn)動(dòng)與在90°到180°曲柄轉(zhuǎn)角之間的運(yùn)動(dòng)相反。因此，當(dāng)方程(1)和(2)的扭矩被作為在TDC和BDC之間的平均值而計(jì)算時(shí)，這種計(jì)算使得基于往復(fù)慣性質(zhì)量的慣性力矩Tinertia等于零。這保證了基于往復(fù)慣性質(zhì)量的慣性力矩Tinertia對(duì)指示扭矩Ti作用的影響可以被消除。因此，可以容易地估計(jì)出精確的燃燒狀態(tài)。
在每個(gè)扭矩在TDC和BDC之間的平均值被確正時(shí)，Tinertia的平均值為零。然后從方程(2)中可以明顯看出，指示扭矩Ti的平均值等于基于氣缸內(nèi)部氣壓的扭矩Tgas的平均值。根據(jù)該指示扭矩Ti，就可以精確地估計(jì)出燃燒狀態(tài)。
在曲軸22在TDC和BDC之間的平均角加速度被確正時(shí)，Tinertia在TDC和BDC之間的平均值為零。因此，在消除往復(fù)慣性質(zhì)量對(duì)角加速度的影響之后，可以確定出角加速度。這樣，僅由于燃燒狀態(tài)而產(chǎn)生的角加速度就可以被計(jì)算出。因此，可以根據(jù)該角加速度而精確地估計(jì)出燃燒狀態(tài)。
下面將說(shuō)明用于計(jì)算方程(1)右邊的扭矩的方法。首先說(shuō)明由于角加速度而產(chǎn)生的動(dòng)力損耗力矩(Tac＝J×(dω/dt))。圖6的原理圖表描述了確定曲軸22的角加速度的方法。該圖描述了曲柄轉(zhuǎn)角信號(hào)和扭矩計(jì)算時(shí)刻。在本實(shí)施例中，每當(dāng)曲軸22轉(zhuǎn)過10°，曲柄轉(zhuǎn)角傳感器32就會(huì)提供一個(gè)曲柄轉(zhuǎn)角信號(hào)，如圖6所示。
ECU30計(jì)算由于角加速度引起的損耗力矩Tac作為在TDC和BDC之間的平均值。這樣，根據(jù)本發(fā)明的裝置在兩個(gè)曲柄轉(zhuǎn)角位置(TDC和BDC)上分別確定出角速度ω0(k)和ω0(k+1)，并同時(shí)確定出曲軸22從TDC轉(zhuǎn)動(dòng)到BDC所用的時(shí)間Δt(k)。
當(dāng)角速度ω0(k)被確定后，曲柄轉(zhuǎn)角傳感器32檢測(cè)出曲柄轉(zhuǎn)角從圖6所示的TDC轉(zhuǎn)過±10°的時(shí)間Δt0(k)和Δt10(k)。曲軸22在時(shí)間Δt0(k)+Δt10(k)中轉(zhuǎn)過20°。這樣，通過計(jì)算ω0(k)＝(20/(Δt0(k)+Δt10(k))×(π/180)就可以確定出ω0(k)[rad/s]。相似地，當(dāng)ω0(k+1)被計(jì)算出，曲柄轉(zhuǎn)角從BDC轉(zhuǎn)過±10°的時(shí)間Δt0(k+1)和Δt10(k+1)也被檢測(cè)出。然后，通過計(jì)算ω0(k+1)＝(20/(Δt0(k+1)+Δt10(k+1))×(π/180)就可以確定出ω0(k+1)[rad/s]。當(dāng)角速度ω0(k)和ω0(k+1)被確定之后，就計(jì)算出(ω0(k+1)-ω0(k))/Δt(k)，以確定曲軸22從TDC轉(zhuǎn)動(dòng)到BDC的平均角加速度。
在平均角加速度被確定之后，根據(jù)方程(1)的右邊，該平均角加速度與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J相乘。這樣就可以計(jì)算出曲軸從TDC轉(zhuǎn)動(dòng)到BDC期間的動(dòng)力損耗力矩J×(dω/dt)的平均值。驅(qū)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J應(yīng)該預(yù)先通過驅(qū)動(dòng)部件的慣性質(zhì)量而確定。
下面將說(shuō)明計(jì)算摩擦力矩Tf的方法。圖7的映射圖表描述了摩擦力矩Tf、內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和冷卻水溫thw之間的關(guān)系。在圖7上，所示的摩擦力矩Tf、內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和冷卻水溫thw都是表示曲軸22從TDC轉(zhuǎn)動(dòng)到BDC之間的平均值。對(duì)于冷卻水溫度，thw1高于thw2，而thw2高于thw3。如圖7所示，摩擦力矩Tf隨著內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速(Ne)的增大而升高，并隨著冷卻水溫thw的降低而升高。如圖7所示的映射圖表是預(yù)先通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和冷卻水溫thw這兩個(gè)參數(shù)、測(cè)量曲軸22從TDC轉(zhuǎn)動(dòng)到BDC之間所產(chǎn)生的摩擦力矩Tf、并計(jì)算測(cè)量值的平均值而獲得的。在需要估計(jì)燃燒狀態(tài)時(shí)，通過將TDC和BDC區(qū)域之間的平均冷卻水溫和平均發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)用在如圖7所示的映射圖表上而確定出摩擦力矩Tf的平均值。冷卻水溫由水溫傳感器34所檢測(cè)出，而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由曲柄轉(zhuǎn)角傳感器32所檢測(cè)出。
由曲柄轉(zhuǎn)角變化而引起的摩擦力矩Tf的特性是很復(fù)雜的。此外，摩擦力矩Tf的變化很大。但是，摩擦力矩Tf的特性主要取決于活塞的速度。因此，在基于往復(fù)慣性質(zhì)量的慣性力矩Tinertia為零的所有區(qū)間上，摩擦力矩Tf的平均值保持不變。這樣，展示出復(fù)雜瞬時(shí)特性的摩擦力矩Tf可以通過確定出每個(gè)區(qū)間(TDC→BDC)上摩擦力矩Tf的平均值而被準(zhǔn)確地確定，在所述每個(gè)區(qū)間基于往復(fù)慣性質(zhì)量的慣性力矩Tinertia的平均值為零。此外，當(dāng)摩擦力矩Tf被作為每個(gè)區(qū)間的平均值而使用時(shí)，如圖7所示的映射圖表可以預(yù)先準(zhǔn)確地給出。
如前面所述，摩擦力矩Tf包含了由輔助機(jī)械摩擦所引起的力矩。由輔助機(jī)械摩擦所引起的力矩的值根據(jù)輔助機(jī)械的工作情況而變化。例如，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過皮帶或者相似的部件而傳遞到空調(diào)壓縮機(jī)上，該空調(diào)壓縮機(jī)是一個(gè)輔助機(jī)械。這樣，即使空調(diào)實(shí)際上沒有在運(yùn)作，也有摩擦力矩產(chǎn)生。
另一方面，若一個(gè)輔助機(jī)械在運(yùn)作，也就是說(shuō)，空調(diào)機(jī)的開關(guān)被打開，與空調(diào)機(jī)沒有運(yùn)作的情況相比，此時(shí)會(huì)有更多的力矩被該壓縮機(jī)消耗。因此，由于輔助機(jī)械的摩擦就會(huì)產(chǎn)生更大的力矩，使得摩擦力矩Tf增大。因此，為了準(zhǔn)確地確定出摩擦力矩Tf，當(dāng)檢測(cè)出輔助機(jī)械在運(yùn)行，優(yōu)選的，通過如圖7所示的映射圖表而確定的摩擦力矩Tf的值應(yīng)被修正。
在特別冷的冷啟動(dòng)時(shí)，考慮到產(chǎn)生摩擦力矩Tf的部件的溫度與冷卻水溫度之間的差異，優(yōu)選為對(duì)摩擦力矩Tf進(jìn)行修正。在這種情況下，優(yōu)選地考慮冷啟動(dòng)后發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間、流入氣缸內(nèi)的燃油量等因素而進(jìn)行這種修正。
在本實(shí)施例中，上述的指示扭矩(下文中將稱為“估計(jì)指示扭矩”)Ti被用作為對(duì)應(yīng)于由氣缸產(chǎn)生的扭矩相應(yīng)值。ECU30通過上述的計(jì)算方法而計(jì)算出每個(gè)氣缸的估計(jì)指示扭矩。這種計(jì)算是在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后的幾個(gè)循環(huán)中進(jìn)行的，以確定計(jì)算值變化的程度。估計(jì)指示扭矩變化的程度可以通過估計(jì)指示扭矩的軌跡長(zhǎng)度而確定。該軌跡長(zhǎng)度是這樣確定的通過計(jì)算每個(gè)氣缸的估計(jì)指示扭矩變化量，并加上計(jì)算出的絕對(duì)值。每個(gè)循環(huán)中估計(jì)指示扭矩的變化程度越大，該軌跡長(zhǎng)度就越大。因此，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后的預(yù)定循環(huán)中得到的軌跡長(zhǎng)度偏離一個(gè)預(yù)定值，兩者的比較結(jié)果可以被用來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)扭矩變化的程度。
圖2A至2F描述了在內(nèi)燃機(jī)2的扭矩變化小時(shí)ECU30所進(jìn)行的扭矩修正控制。圖3A至3F描述了在內(nèi)燃機(jī)2的扭矩變化大時(shí)ECU30所進(jìn)行的扭矩修正控制。如圖所示每個(gè)循環(huán)中的估計(jì)指示扭矩的變化，如圖2A所示的估計(jì)指示扭矩變化很小，而如圖3A所示的估計(jì)指示扭矩變化很大。估計(jì)指示扭矩變化的程度以軌跡長(zhǎng)度來(lái)表示，軌跡長(zhǎng)度是由估計(jì)指示扭矩變化的一個(gè)指標(biāo)值來(lái)表示的。當(dāng)變化的程度較小，軌跡長(zhǎng)度也較小，如圖2B所示。另一方面，當(dāng)變化的程度較大，軌跡長(zhǎng)度也較大，如圖3B所示。本發(fā)明假設(shè)所使用的內(nèi)燃機(jī)2是一種直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。ECU30在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)之后的八個(gè)循環(huán)(兩個(gè)循環(huán)對(duì)應(yīng)每個(gè)氣缸)中進(jìn)行一連串的檢測(cè)，并把在八個(gè)循環(huán)中獲得的軌跡長(zhǎng)度與一個(gè)預(yù)定的第一判斷值進(jìn)行比較，以判斷目前的燃燒狀態(tài)是否良好。若比較結(jié)果表明軌跡長(zhǎng)度小于第一判斷值，如圖2A至2F所示的扭矩修正控制就會(huì)進(jìn)行。另一方面，若比較結(jié)果表明軌跡長(zhǎng)度不小于第一判斷值，如圖3A至3F所示的扭矩修正控制就會(huì)進(jìn)行。關(guān)于上述的第一判斷值，應(yīng)該通過試驗(yàn)等方式來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)和軌跡長(zhǎng)度之間的關(guān)系。然后應(yīng)該根據(jù)該確定的關(guān)系而設(shè)定上述的第一判斷值。
下面將結(jié)合圖2A至2F來(lái)說(shuō)明內(nèi)燃機(jī)2扭矩變化小時(shí)進(jìn)行的控制。圖2A至2F顯示了在每一個(gè)循環(huán)中估計(jì)指示扭矩、估計(jì)指示扭矩軌跡長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火正時(shí)、節(jié)氣門開度和燃油噴射量是如何變化的。在啟動(dòng)之后的首次八個(gè)循環(huán)中會(huì)進(jìn)行一連串的檢測(cè)，以判斷估計(jì)指示扭矩變化的程度。在進(jìn)行一連串的檢測(cè)時(shí)，正常冷啟動(dòng)快怠速控制也同時(shí)進(jìn)行。對(duì)于冷啟動(dòng)快怠速控制，通過查找內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載被用作為參數(shù)的一個(gè)映射圖表(或者只有轉(zhuǎn)速被用作為參數(shù)的映射圖表)而進(jìn)行點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定。內(nèi)燃機(jī)2的負(fù)載是從轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度而計(jì)算得出的。該節(jié)氣門被設(shè)定為一個(gè)預(yù)定的怠速開度。而燃油噴射量被設(shè)定為一個(gè)預(yù)定的啟動(dòng)燃油量。相對(duì)于根據(jù)怠速開度而確定的進(jìn)氣量而言，該啟動(dòng)燃油量是富油的。在啟動(dòng)之后，燃油噴射量逐漸減少。根據(jù)本發(fā)明的扭矩修正控制在一連串的檢測(cè)之后的第一個(gè)循環(huán)中開始進(jìn)行。
若如圖2A和2C所示，扭矩變化和轉(zhuǎn)速變化的程度都較小，可以推斷出內(nèi)燃機(jī)2的燃燒狀態(tài)是良好的。在這種情況下，由于隨時(shí)間而變化的摩擦、空調(diào)機(jī)負(fù)載或其他電力負(fù)載的臨時(shí)增大、或機(jī)械制造誤差如節(jié)氣門系統(tǒng)流量的變化等，內(nèi)燃機(jī)2的實(shí)際轉(zhuǎn)速可能低于一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)速，如圖2C所示。用于調(diào)整內(nèi)燃機(jī)2的轉(zhuǎn)速的主要參數(shù)為點(diǎn)火正時(shí)、進(jìn)氣量和燃油供應(yīng)量。但是，點(diǎn)火正時(shí)對(duì)燃燒狀態(tài)有影響，而燃油噴射量對(duì)廢氣排放有影響。在這種情況下，本實(shí)施例在保持良好燃燒狀態(tài)以及避免廢氣排放惡化的同時(shí)，對(duì)進(jìn)氣量進(jìn)行修正，以調(diào)整內(nèi)燃機(jī)2的轉(zhuǎn)速。
ECU30通過將節(jié)氣門開度提高到怠速開度水平之上，為修正的目的而提高進(jìn)氣量，從而提高轉(zhuǎn)速。ECU30根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異以及內(nèi)燃機(jī)2的水溫而確定節(jié)氣門開度修正量。更明確地，ECU30通過查找一個(gè)映射圖表(圖中沒有畫出)而設(shè)定對(duì)應(yīng)于實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間差異的一個(gè)節(jié)氣門開度基本修正量，然后將該基本修正量乘以對(duì)應(yīng)于由水溫傳感器34檢測(cè)到的水溫的修正系數(shù)，最后將所獲得的值設(shè)定為節(jié)氣門開度修正量。關(guān)于點(diǎn)火正時(shí)和燃油供應(yīng)量，規(guī)則控制在連續(xù)進(jìn)行。在圖2A至2F的實(shí)線表示在沒有進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的扭矩修正控制時(shí)發(fā)生的變化。而虛線表示在進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的扭矩修正控制時(shí)發(fā)生的變化。如圖2D所示，在檢測(cè)時(shí)期結(jié)束后，由于節(jié)氣門開度的修正使轉(zhuǎn)速提高，點(diǎn)火正時(shí)提前。如上所述，點(diǎn)火正時(shí)是根據(jù)所繪制的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)圖而被設(shè)定的。因此，點(diǎn)火正時(shí)隨著轉(zhuǎn)速的提高而自動(dòng)提前。
在進(jìn)行如上所述的扭矩修正控制時(shí)，為了修正的目的，進(jìn)氣量增大，因此內(nèi)燃機(jī)2產(chǎn)生更大的扭矩，并提高轉(zhuǎn)速。這使得可以保持良好的燃燒狀態(tài)，并消除實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異，而又不引起廢氣排放的惡化，從而提供了一個(gè)穩(wěn)定的怠速工況。
在進(jìn)行了上述的控制而修正節(jié)氣門開度之后，如果實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間仍有差異，那么就會(huì)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異而額外進(jìn)行對(duì)節(jié)氣門開度的反饋控制。在這種情況下，節(jié)氣門開度修正量被確定為根據(jù)繪制的水溫?cái)?shù)據(jù)圖而確定的一個(gè)固定值加上由反饋控制所提供的一個(gè)可變值。可以僅僅進(jìn)行對(duì)節(jié)氣門開度的反饋控制。但是，若依據(jù)該固定值初始提供修正，可以加快實(shí)際轉(zhuǎn)速收斂于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的速度。
若在良好的燃燒狀態(tài)下實(shí)際轉(zhuǎn)速不同于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，這種差異可能是由于部件老化或制造誤差引起的?？梢灶A(yù)見，在不同的工作狀態(tài)，這種差異會(huì)基本保持不變。因此，可以用一個(gè)固定的基本修正量來(lái)修正節(jié)氣門開度，同時(shí)應(yīng)根據(jù)水溫來(lái)調(diào)整這個(gè)基本修正量。
下面將結(jié)合圖3A至3F而說(shuō)明在內(nèi)燃機(jī)2的扭矩變化較時(shí)執(zhí)行的控制。圖3A至3F顯示了在每一個(gè)循環(huán)中估計(jì)指示扭矩、估計(jì)指示扭矩軌跡長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火正時(shí)、節(jié)氣門開度和燃油噴射量是如何變化的。如結(jié)合圖2A至2F所述的那樣，在啟動(dòng)之后的首次八個(gè)循環(huán)中會(huì)進(jìn)行一連串的檢測(cè)，以判斷估計(jì)指示扭矩變化的程度。根據(jù)本發(fā)明的扭矩修正控制在一連串檢測(cè)之后的第一個(gè)循環(huán)中開始。
若扭矩變化和轉(zhuǎn)速變化的程度都較高，如圖3A和3C所示，可以斷定內(nèi)燃機(jī)2的燃燒狀態(tài)較不良。這種不良的燃燒狀態(tài)特別是由于使用了重質(zhì)燃料而引起的。重質(zhì)燃料比普通燃料(輕質(zhì)燃料)不易揮發(fā)。因此，當(dāng)使用重質(zhì)燃料時(shí)，空燃比可能會(huì)變稀，這是因?yàn)楦嗟娜加透街谶M(jìn)氣道的內(nèi)壁和進(jìn)氣閥的表面。特別是在壁面溫度較低的冷啟動(dòng)中，空燃比會(huì)變得相當(dāng)稀，這是因?yàn)楦街诒诿嫔系娜加筒蝗菀灼?。在使用重質(zhì)燃料時(shí)，由于稀的空燃比，扭矩發(fā)生變化。當(dāng)空燃比變稀，就會(huì)發(fā)生不適當(dāng)?shù)娜紵虬l(fā)動(dòng)機(jī)熄火，從而引起相當(dāng)大的扭矩變化。此外，由于稀的空燃，總扭矩水平會(huì)降低，使得內(nèi)燃機(jī)2的實(shí)際轉(zhuǎn)速變得比目標(biāo)轉(zhuǎn)速小。
作為一種使內(nèi)燃機(jī)2產(chǎn)生更大的扭矩以提高轉(zhuǎn)速，如前所述，應(yīng)增加進(jìn)氣量，使節(jié)氣門開度大于怠速節(jié)氣門開度。但是，由于空燃比變稀，重質(zhì)燃料的使用引起扭矩變化。因此，通過增大節(jié)氣門開度而產(chǎn)生的效果與預(yù)期結(jié)果剛好相反。更明確地，節(jié)氣門開度的增大使得進(jìn)氣道4的負(fù)壓降低，從而使附著在壁面上的燃油不能汽化。因此，在上述的情況下，應(yīng)避免增加進(jìn)氣量。
以下兩種解決方案可以應(yīng)用在上述的情況中。解決方案之一是提前點(diǎn)火正時(shí)，以獲得一個(gè)點(diǎn)火周期。這種方案能避免不適當(dāng)?shù)娜紵桶l(fā)動(dòng)機(jī)熄火，因而改善內(nèi)燃機(jī)2的燃燒狀態(tài)，并降低進(jìn)氣道4中的壓力。另一個(gè)解決方案是提高燃油噴射量，以使空燃比變?yōu)楦挥偷?。但是，燃油噴射量一般是在冷啟?dòng)時(shí)增大的。因此，燃油噴射量的任何增大操作會(huì)引起廢氣排放的惡化。因此，本實(shí)施例主要是提前點(diǎn)火正時(shí)。但是，若扭矩變化很大以至于點(diǎn)火正時(shí)的提前不足以達(dá)到目的，本實(shí)施例還會(huì)增大燃油噴射量。
ECU30把在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)之后的八個(gè)循環(huán)中獲得的軌跡長(zhǎng)度與第一判斷值進(jìn)行比較。若該軌跡長(zhǎng)度不小于第一判斷值，ECU30就會(huì)把該軌跡長(zhǎng)度與第二判斷值進(jìn)行比較，其中所述的第二判斷值大于第一判斷值。第二判斷值用于根據(jù)估計(jì)指示扭矩的軌跡長(zhǎng)度而判斷是否應(yīng)增大燃油噴量。關(guān)于該第二判斷值，應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)等方式來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)和軌跡長(zhǎng)度之間的關(guān)系。第二判斷值應(yīng)根據(jù)該確定的關(guān)系而被設(shè)定。
若比較結(jié)果表明該軌跡長(zhǎng)度小于第二判斷值，ECU30就僅僅提前點(diǎn)火正時(shí)而達(dá)到修正的目的。點(diǎn)火正時(shí)的提前量由一個(gè)根據(jù)內(nèi)燃機(jī)2的水溫而確定的固定值所表示。ECU30根據(jù)由水溫傳感器34所獲得的水溫而確定用于修正的提前量，并將所確定的用于修正的提前量與一個(gè)基本點(diǎn)火正時(shí)值相加，并將該結(jié)果值設(shè)定為最終的點(diǎn)火正時(shí)值，其中所述的基本點(diǎn)火正時(shí)值是根據(jù)關(guān)于轉(zhuǎn)速和負(fù)載的映射圖表而設(shè)定的。在這種情況下，對(duì)節(jié)氣門開度和燃油供應(yīng)量的規(guī)則控制繼續(xù)進(jìn)行。
另一方面，若上述的比較結(jié)果表明軌跡長(zhǎng)度不小于第二判斷值，ECU30就不僅提前點(diǎn)火正時(shí)，而且還增大燃油噴射量，以達(dá)到修正的目的。ECU30根據(jù)由水溫傳感器34所檢測(cè)到的水溫而確定一個(gè)燃油噴射量修正系數(shù)，用該修正系數(shù)與啟動(dòng)燃油量相乘，將結(jié)果設(shè)定為最終的燃油噴射量。在這種情況下，對(duì)節(jié)氣門開度的規(guī)則控制繼續(xù)進(jìn)行。圖3A至3F上的實(shí)線表示在沒有進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的扭矩修正控制時(shí)所發(fā)生的變化。虛線表示在進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的扭矩修正控制時(shí)所發(fā)生的變化(當(dāng)軌跡長(zhǎng)度不小于第二判斷值)。
在扭矩修正控制如上述那樣進(jìn)行時(shí)，點(diǎn)火正時(shí)提前，使得內(nèi)燃機(jī)2的燃燒狀態(tài)得到改善，為進(jìn)氣道4提供一個(gè)負(fù)壓。促進(jìn)了重質(zhì)燃料的汽化，從而改善了空燃比。這樣，由內(nèi)燃機(jī)2所產(chǎn)生的總扭矩增大并變得穩(wěn)定。若扭矩變化很大，使得軌跡長(zhǎng)度不小于第二判斷值，也會(huì)通過增大燃油噴射量而對(duì)它進(jìn)行修正。這樣，空燃比就會(huì)進(jìn)一步變濃(富油)，以改善燃燒狀態(tài)。這保證了由內(nèi)燃機(jī)2所產(chǎn)生的扭矩更加穩(wěn)定。當(dāng)所產(chǎn)生的扭矩增大并變得穩(wěn)正時(shí)，內(nèi)燃機(jī)2的轉(zhuǎn)速也會(huì)增大，轉(zhuǎn)速變化的程度就會(huì)降低。因此，實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異得以消除，從而提供一個(gè)穩(wěn)定的怠速工況。
在軌跡長(zhǎng)度小于第二判斷值的情況下，若在點(diǎn)火正時(shí)為了修正的目的而被提前之后，實(shí)際轉(zhuǎn)速仍然與目標(biāo)轉(zhuǎn)速有差異，就會(huì)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異而對(duì)點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行反饋控制。在這種情況下，用于修正的點(diǎn)火正時(shí)提前量就會(huì)被確定為將一個(gè)根據(jù)水溫而確定的固定值加上一個(gè)由反饋控制提供的可變值。然后，將所確定的用于修正的點(diǎn)火正時(shí)提前量與根據(jù)有關(guān)轉(zhuǎn)速和負(fù)載的映射圖表而設(shè)定的基本點(diǎn)火正時(shí)值相加。也可以僅僅對(duì)點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行反饋控制。但是，若點(diǎn)火正時(shí)根據(jù)該固定值最初被提前用于修正，實(shí)際轉(zhuǎn)速就會(huì)更加快速地收斂到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
在軌跡長(zhǎng)度不小于第二判斷值的情況下，若在為了修正的目的而提前點(diǎn)火正時(shí)和增大燃油噴射量之后，實(shí)際轉(zhuǎn)速仍然與目標(biāo)轉(zhuǎn)速有差異，就會(huì)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異而對(duì)燃油噴射量進(jìn)行反饋控制。在上述的這種情況下，燃油噴射量修正系數(shù)就會(huì)被設(shè)定為將一個(gè)根據(jù)水溫而確定的固定修正系數(shù)與一個(gè)由反饋控制提供的可變系數(shù)相乘。在這種情況下，也可以根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異而對(duì)點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行反饋控制。
結(jié)合圖2A至2F以及3A至3F而說(shuō)明的扭矩修正控制是在怠速控制中進(jìn)行的，而怠速控制是在內(nèi)燃機(jī)2的冷啟動(dòng)快怠速過程中進(jìn)行的。圖4是描述ECU30在內(nèi)燃機(jī)2的冷啟動(dòng)快怠速過程中進(jìn)行的怠速控制的流程圖。ECU30在每一個(gè)循環(huán)(180°CA)中進(jìn)行如圖4所示的程序。
在如圖4所示的程序中，步驟100首先被執(zhí)行，從曲柄轉(zhuǎn)角傳感器32、水溫傳感器34等中讀入對(duì)內(nèi)燃機(jī)2進(jìn)行冷啟動(dòng)快怠速過程控制所必需的工作數(shù)據(jù)。然后步驟102被執(zhí)行，為點(diǎn)火正時(shí)、節(jié)氣門開度和燃油噴射量設(shè)定基本值。點(diǎn)火正時(shí)是根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)載(或僅僅轉(zhuǎn)速)而被設(shè)定的。節(jié)氣門被設(shè)定為一個(gè)預(yù)定的怠速節(jié)氣門開度。燃油噴射量被設(shè)定為一個(gè)預(yù)定的啟動(dòng)燃油量。
步驟104被執(zhí)行，判定內(nèi)燃機(jī)2的實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異。為了實(shí)現(xiàn)這種判斷，將實(shí)際轉(zhuǎn)速在一正時(shí)期內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較。若所獲得的判斷結(jié)果表明實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異在一個(gè)預(yù)定的限度之內(nèi)，程序就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行步驟114。在步驟114中，在步驟102中設(shè)定的點(diǎn)火正時(shí)、節(jié)氣門開度和燃油噴射量的基本值被直接用作為最終設(shè)定值，并輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)到火花塞12、節(jié)氣門18和燃油噴射閥14的驅(qū)動(dòng)器上。
若在步驟104中獲得的判斷結(jié)果表明實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異在上述的限度之外，扭矩修正控制就會(huì)如上述那樣進(jìn)行。步驟106首先被執(zhí)行，判斷估計(jì)指示扭矩的軌跡長(zhǎng)度是否已經(jīng)被計(jì)算出。如前所述，該軌跡長(zhǎng)度被作為判斷應(yīng)該執(zhí)行如圖2A至2F或3A至3F所示的扭矩修正控制的指標(biāo)值。若軌跡長(zhǎng)度已經(jīng)被計(jì)算出，程序就會(huì)執(zhí)行步驟116及以后的步驟。若軌跡長(zhǎng)度沒有被計(jì)算出，程序就會(huì)首先執(zhí)行步驟108，計(jì)算出當(dāng)前循環(huán)的估計(jì)指示扭矩，然后執(zhí)行步驟110，計(jì)算出當(dāng)前循環(huán)的估計(jì)指示扭矩和上一循環(huán)的估計(jì)指示扭矩的差。所計(jì)算得到的扭矩差被相加到在上一循環(huán)中所達(dá)到的估計(jì)指示扭矩軌跡長(zhǎng)度上。
預(yù)定數(shù)目循環(huán)(在圖2A至2F或3A至3F中所示為8個(gè)循環(huán))中的估計(jì)指示扭矩的軌跡長(zhǎng)度被確定。步驟112被執(zhí)行，判斷軌跡長(zhǎng)度的計(jì)算是否已經(jīng)完成，也就是說(shuō)，是否獲得了預(yù)定數(shù)目循環(huán)中的估計(jì)指示扭矩軌跡長(zhǎng)度。如果還沒有達(dá)到預(yù)定數(shù)目循環(huán)從而進(jìn)行軌跡長(zhǎng)度計(jì)算，程序繼續(xù)執(zhí)行步驟114。在步驟114中，在步驟102中設(shè)定的點(diǎn)火正時(shí)、節(jié)氣門開度和燃油噴射量的基本值被直接用作為最終設(shè)定值，并作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)而被輸出到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器上。
若估計(jì)指示扭矩的軌跡長(zhǎng)度已經(jīng)被計(jì)算出(步驟106)或者軌跡長(zhǎng)度的計(jì)算已經(jīng)在當(dāng)前循環(huán)中完成(步驟112)，程序就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行步驟116及以后的步驟。在步驟116中，將計(jì)算得到的軌跡長(zhǎng)度與第一判斷值進(jìn)行比較，以確定它們之間的關(guān)系。若軌跡長(zhǎng)度小于第一判斷值，扭矩修正控制就會(huì)如圖2A至2F所示那樣進(jìn)行，計(jì)算出節(jié)氣門開度的修正量(步驟118)。在步驟118完成之后，程序繼續(xù)執(zhí)行步驟114。在這種情況下，步驟114被執(zhí)行，把在步驟102中設(shè)定的基本值作為點(diǎn)火正時(shí)和燃油噴射量的最終設(shè)定值。對(duì)于節(jié)氣門開度，把在步驟102中設(shè)定的基本值與在步驟118中計(jì)算得到的修正量相加，所得到的結(jié)果被作為最終的設(shè)定值。然后，這些最終設(shè)定值被作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)而被輸出到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器上。
若在步驟116中獲得的判斷結(jié)果表明軌跡長(zhǎng)度不小于第一判斷值，就將軌跡長(zhǎng)度與第二判斷值進(jìn)行比較，以確定它們之間的關(guān)系(步驟120)。若軌跡長(zhǎng)度小于第二判斷值，扭矩修正控制就會(huì)如圖3A至3F所示那樣進(jìn)行，計(jì)算出點(diǎn)火正時(shí)的修正量(步驟122)。在步驟122完成之后，程序繼續(xù)執(zhí)行步驟114。在這種情況下，步驟114被執(zhí)行，把在步驟102中設(shè)定的基本值作為節(jié)氣門開度和燃油噴射量的最終設(shè)定值。對(duì)于點(diǎn)火正時(shí)，把在步驟102中設(shè)定的基本值與在步驟122中計(jì)算得到的修正量相加，所得到的結(jié)果被作為最終的設(shè)定值。然后，這些最終設(shè)定值被作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)而被輸出到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器上。
若在步驟120中獲得的判斷結(jié)果表明軌跡長(zhǎng)度不小于第二判斷值，扭矩修正控制就會(huì)如圖3A至3F所示那樣進(jìn)行，計(jì)算出點(diǎn)火正時(shí)的修正量(步驟124)。此外，用于燃油噴射量的修正系數(shù)也被計(jì)算(步驟126)。在步驟124和126完成之后，程序繼續(xù)執(zhí)行步驟114。在這種情況下，步驟114被執(zhí)行，把在步驟102中設(shè)定節(jié)氣門開度基本值作為最終設(shè)定值。對(duì)于點(diǎn)火正時(shí)，把在步驟102中設(shè)定的基本值與在步驟124中計(jì)算得到的修正量相加，所得到的結(jié)果被作為最終的設(shè)定值。對(duì)于燃油噴射量，把在步驟102中設(shè)定的基本值與在步驟126中計(jì)算得到的修正量相加，所得到的結(jié)果被作為最終的設(shè)定值。然后，這些最終設(shè)定值被作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)而被輸出到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器上。
當(dāng)上述的程序被執(zhí)行后，在冷啟動(dòng)快怠速過程中發(fā)生的內(nèi)燃機(jī)2的實(shí)際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異被迅速且有效地消除，從而提供一個(gè)穩(wěn)定的怠速工況。
在上述的實(shí)施例中，在ECU30執(zhí)行步驟104時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的“轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)判斷裝置”也在執(zhí)行。在ECU30執(zhí)行步驟108時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的“扭矩相應(yīng)值計(jì)算裝置”也在執(zhí)行。在ECU30執(zhí)行步驟110時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的“變化指標(biāo)值計(jì)算裝置”也在執(zhí)行。在ECU30執(zhí)行步驟116、118、120、122、124和126時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的“控制裝置”也在執(zhí)行。
雖然在上面已經(jīng)結(jié)合了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可以進(jìn)行各種變化。例如，可以對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行下述的修改。
在上述的實(shí)施例中，估計(jì)指示扭矩對(duì)應(yīng)所有的氣缸而被連續(xù)計(jì)算，以確定整個(gè)內(nèi)燃機(jī)2的估計(jì)指示扭矩軌跡長(zhǎng)度。但是，另一種方法是計(jì)算每個(gè)氣缸的估計(jì)指示扭矩，確定其軌跡長(zhǎng)度，并計(jì)算平均軌跡長(zhǎng)度。還有一種方法是只計(jì)算某個(gè)特定氣缸(比如，第一個(gè)氣缸)的估計(jì)指示扭矩，并計(jì)算其軌跡長(zhǎng)度。若內(nèi)燃機(jī)2是一種直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，就會(huì)每隔720°CA計(jì)算一次估計(jì)指示扭矩。在這種情況下，優(yōu)選為基于軌跡長(zhǎng)度的扭矩變化判斷結(jié)果在為該特定氣缸的下一個(gè)膨脹氣缸(若特定氣缸為第一個(gè)氣缸，它就是第三個(gè)氣缸)設(shè)定的發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)中反映出來(lái)。
圖2C描述的例子是實(shí)際轉(zhuǎn)速低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的情況。但是，上述的這種扭矩修正控制也可以被應(yīng)用在實(shí)際轉(zhuǎn)速高于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的情況。在這種情況下，根據(jù)有關(guān)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異的繪制數(shù)據(jù)而設(shè)定的節(jié)氣門開度的基本修正量是一個(gè)負(fù)數(shù)。也就是說(shuō)，為了修正的目的，該基本修正量被設(shè)定成在關(guān)閉的方向上調(diào)整節(jié)氣門開度。
上述的實(shí)施例使用了指示扭矩，該指示扭矩是從由曲柄轉(zhuǎn)角傳感器32提供的曲柄轉(zhuǎn)角信號(hào)而計(jì)算得出的，但是，也可以使用另外一個(gè)能夠?qū)?yīng)于氣缸產(chǎn)生的扭矩的值。例如，若有一個(gè)用于檢測(cè)燃燒室16內(nèi)的壓力的氣缸內(nèi)壓傳感器，該指示扭矩也可以根據(jù)由氣缸內(nèi)壓傳感器提供的信號(hào)以及由曲柄轉(zhuǎn)角傳感器32提供的信號(hào)而計(jì)算得出，并用作為扭矩相應(yīng)值。還有一種方法是根據(jù)由曲柄轉(zhuǎn)角傳感器32提供的信號(hào)而確定出曲軸22的角加速度，并將該角加速度應(yīng)用為扭矩相應(yīng)值。
用于表示扭矩相應(yīng)值變化的程度的指標(biāo)值并不被限制為如結(jié)合上述實(shí)施例的扭矩相應(yīng)值的軌跡長(zhǎng)度。例如，扭矩相應(yīng)值不在一個(gè)預(yù)定的可接受的范圍內(nèi)的檢測(cè)循環(huán)數(shù)與總的檢測(cè)循環(huán)數(shù)之間的比率可以被用作為該指標(biāo)值。另一種方法是在多個(gè)循環(huán)中確定扭矩相應(yīng)值的離差或標(biāo)準(zhǔn)偏差，并將該離差或標(biāo)準(zhǔn)偏差用作為指標(biāo)值。
上述的實(shí)施例假設(shè)了用于修正的點(diǎn)火提前量是一個(gè)對(duì)應(yīng)于水溫的固定值。但是，如使用基本點(diǎn)火正時(shí)的情況，用于修正的提前量也可以根據(jù)使用轉(zhuǎn)速和負(fù)載作為參數(shù)的映射圖表(或者僅使用轉(zhuǎn)速作為參數(shù)的映射圖表)而被設(shè)定。通過將基本修正量與根據(jù)水溫的一個(gè)修正系數(shù)相乘而得到用于修正的最終提前量。對(duì)于燃油噴射量的修正系數(shù)，同樣可以采用這種方法。燃油噴射量的修正系數(shù)可以表示為通過使用轉(zhuǎn)速和負(fù)載為參數(shù)的映射圖表(或者使用轉(zhuǎn)速為參數(shù)的映射圖表)而確定的一個(gè)修正系數(shù)與基于水溫的一個(gè)修正系數(shù)的乘積。
用于修正的點(diǎn)火正時(shí)提前量可以根據(jù)軌跡長(zhǎng)度而變化。例如，可以在第一判斷值之上設(shè)定多個(gè)逐漸增大的判斷值，這樣，當(dāng)軌跡長(zhǎng)度大于更高的一個(gè)判斷值，用于與基本修正量相乘的修正系數(shù)也會(huì)更大。通過將基本修正量、基于水溫的一個(gè)修正系數(shù)以及基于軌跡長(zhǎng)度的一個(gè)修正系數(shù)相乘而獲得用于修正的最終提前量。對(duì)于燃油噴射量的修正系數(shù)，同樣可以使用這種方法。燃油噴射量的修正系數(shù)可以表示為基本修正量、基于水溫的修正系數(shù)以及基于軌跡長(zhǎng)度的修正系數(shù)的乘積。
若在節(jié)氣門開度修正后實(shí)際轉(zhuǎn)速依然與目標(biāo)轉(zhuǎn)速存在偏差，上述的實(shí)施例根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異而對(duì)節(jié)氣門開度進(jìn)行反饋控制。但是，當(dāng)修正量由于反饋控制而收斂后，可以將結(jié)果值存儲(chǔ)為一個(gè)學(xué)習(xí)值。該學(xué)習(xí)值被存儲(chǔ)在ECU30的一個(gè)備用RAM中。對(duì)于用于修正的點(diǎn)火正時(shí)提前量和燃油噴射量的修正系數(shù)也同樣適用。從反饋控制導(dǎo)出的收斂值可以被存儲(chǔ)作為一個(gè)修正系數(shù)學(xué)習(xí)值。該學(xué)習(xí)值可以被存儲(chǔ)在以轉(zhuǎn)速和負(fù)載為參數(shù)的映射圖表(或僅以轉(zhuǎn)速為參數(shù)的映射圖表)中。在內(nèi)燃機(jī)2的下一次啟動(dòng)，該存儲(chǔ)的學(xué)習(xí)值可以被用來(lái)修正相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)。這保證了一旦進(jìn)行了上述的扭矩修正控制，在內(nèi)燃機(jī)2的下一次啟動(dòng)時(shí)就可以立即進(jìn)行穩(wěn)定的怠速工作。接下來(lái)的訓(xùn)練操作可以在周期的基礎(chǔ)上或者在進(jìn)行加燃料的時(shí)候進(jìn)行，以修改該燃油參數(shù)。
若在點(diǎn)火正時(shí)提前修正或在點(diǎn)火正時(shí)和燃油噴射量修正之后，實(shí)際轉(zhuǎn)速仍然與目標(biāo)轉(zhuǎn)速有差異，上述的實(shí)施例根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異而對(duì)點(diǎn)火正時(shí)或燃油噴射量進(jìn)行反饋控制。但是，另外一種方法，可以對(duì)節(jié)氣門開度進(jìn)行反饋控制。當(dāng)節(jié)氣門開度由于調(diào)整的目的而改變時(shí)，可以預(yù)見，進(jìn)氣道4內(nèi)的負(fù)壓會(huì)減小。但是，當(dāng)點(diǎn)火正時(shí)由于修正的目的而被提前或者燃油噴射量由于修正的目的而被增大，實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異實(shí)際上已被消除。因此，節(jié)氣門開度的微小變化已經(jīng)足夠。
某些內(nèi)燃機(jī)控制器在啟動(dòng)之后立即根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異而對(duì)點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行反饋控制。本發(fā)明也可以被應(yīng)用在進(jìn)行上述控制的控制器中。在這種情況下，該控制器應(yīng)該在啟動(dòng)之后根據(jù)本發(fā)明而進(jìn)行控制，消除實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異，然后進(jìn)行點(diǎn)火正時(shí)的反饋控制。
可以應(yīng)用于本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)并不被限制于如圖1所示的結(jié)構(gòu)。對(duì)于一種裝有與節(jié)氣門平行的ISC閥的內(nèi)燃機(jī)，可以通過修正ISC閥的開度而調(diào)整進(jìn)氣量。對(duì)于一種進(jìn)氣閥具有可變氣門機(jī)構(gòu)(如，電磁驅(qū)動(dòng)閥)可以改變工作角度和升程的內(nèi)燃機(jī)，可以通過允許可變氣門機(jī)構(gòu)對(duì)工作角度和升程進(jìn)行修正而調(diào)整進(jìn)氣量。
上述的本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下若扭矩相應(yīng)值在多個(gè)在前循環(huán)中變化很大，可以斷定燃燒狀態(tài)是由于使用了重質(zhì)燃料而惡化。另一方面，若扭矩相應(yīng)值變化很小，并且實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速有差異，可以斷定進(jìn)氣量發(fā)生了變化。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，若指示扭矩相應(yīng)值變化的程度的指標(biāo)值小于預(yù)定的第一判斷值，內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣量就會(huì)被修正。因此，可以在保持良好的燃燒狀態(tài)和避免廢氣排放惡化的情況下，消除實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異。此外，若該變化指標(biāo)值不小于第一判斷值，內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)就會(huì)被修正。因此，燃燒狀態(tài)可以得到改善，同時(shí)避免了廢氣排放的惡化。這樣，本發(fā)明可以防止轉(zhuǎn)動(dòng)的變化，并消除實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，若變化指標(biāo)值不小于預(yù)定的大于第一判斷值的第二判斷值，內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)和燃油噴射量都會(huì)被修正。因此，燃燒狀態(tài)可以通過調(diào)整空燃比而得到改善。這樣，本發(fā)明可以防止轉(zhuǎn)動(dòng)的變化，并消除實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)控制器包括用于判斷內(nèi)燃機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速是否不同于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的裝置；用于從有關(guān)所述的內(nèi)燃機(jī)的工作數(shù)據(jù)中計(jì)算出對(duì)應(yīng)于由所述內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的扭矩的扭矩相應(yīng)值的裝置；用于通過將多個(gè)在前循環(huán)中的所述扭矩相應(yīng)值的變化程度數(shù)字化而計(jì)算出一個(gè)變化指標(biāo)值的裝置；用于調(diào)整所述的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣量的裝置；用于調(diào)整所述的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火正時(shí)的裝置；以及用于控制所述內(nèi)燃機(jī)以消除所述實(shí)際轉(zhuǎn)速與所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的差異的裝置；其中，當(dāng)由所述的變化指標(biāo)值計(jì)算裝置計(jì)算出的指標(biāo)值小于一個(gè)預(yù)定的第一判定值時(shí)，所述的控制裝置使所述的進(jìn)氣量調(diào)整裝置修正所述的內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣量，或者，當(dāng)所述的指標(biāo)值不小于第一判定值時(shí)，所述的控制裝置使所述的點(diǎn)火正時(shí)調(diào)整裝置修正所述的內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)控制器，進(jìn)一步包括用于調(diào)整所述的內(nèi)燃機(jī)的燃油供應(yīng)量的裝置，其中當(dāng)所述的指標(biāo)值不小于預(yù)定的大于所述第一判斷值的第二判斷值時(shí)，所述的控制裝置使所述的點(diǎn)火正時(shí)調(diào)整裝置修正所述的內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)，并使所述的燃油供應(yīng)量調(diào)整裝置修正所述的內(nèi)燃機(jī)的燃油供應(yīng)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)控制器，其中所述的扭矩相應(yīng)值計(jì)算裝置計(jì)算所有氣缸的所述的扭矩相應(yīng)值；以及所述的變化指標(biāo)值計(jì)算裝置根據(jù)所有氣缸的所述的扭矩相應(yīng)值的變化而計(jì)算所述的變化指標(biāo)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)控制器，其中所述的扭矩相應(yīng)值計(jì)算裝置計(jì)算每個(gè)氣缸的所述的扭矩相應(yīng)值；以及所述的變化指標(biāo)值計(jì)算裝置根據(jù)每個(gè)氣缸的所述的扭矩相應(yīng)值的變化而計(jì)算所述的變化指標(biāo)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)控制器，其中所述的扭矩相應(yīng)值計(jì)算裝置計(jì)算某個(gè)特定氣缸的所述的扭矩相應(yīng)值；以及所述的變化指標(biāo)值計(jì)算裝置根據(jù)所述特定氣缸的所述扭矩相應(yīng)值的變化而計(jì)算所述的變化指標(biāo)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)控制器，其中所述的扭矩相應(yīng)值計(jì)算裝置利用從曲柄轉(zhuǎn)角而計(jì)算得出的指示扭矩作為所述的扭矩相應(yīng)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)控制器，其中所述的扭矩相應(yīng)值計(jì)算裝置利用曲柄的角加速度作為所述的扭矩相應(yīng)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)控制器，其中所述的變化指標(biāo)值計(jì)算裝置在多個(gè)在前循環(huán)中計(jì)算出所述的扭矩相應(yīng)值的軌跡長(zhǎng)度，并將所述的軌跡長(zhǎng)度作為所述的變化指標(biāo)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)控制器，其中所述的變化指標(biāo)值計(jì)算裝置計(jì)算出其中所述扭矩相應(yīng)值在預(yù)定可接受的范圍之外的循環(huán)的數(shù)目與其中所述扭矩相應(yīng)值被計(jì)算的循環(huán)的總數(shù)目之間的比率，并將所述的比率作為所述的變化指標(biāo)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)控制器，其中所述的變化指標(biāo)值計(jì)算裝置計(jì)算出所述的扭矩相應(yīng)值在多個(gè)在前循環(huán)中的離差或標(biāo)準(zhǔn)偏差，并將所述的離差或便準(zhǔn)偏差作為所述的變化指標(biāo)值。
全文摘要
一個(gè)扭矩相應(yīng)值(例如，估計(jì)指示扭矩)被確定。該扭矩相應(yīng)值在多個(gè)在前循環(huán)中變化的程度被數(shù)字化為一個(gè)變化指標(biāo)值(例如，軌跡長(zhǎng)度)。若該變化指標(biāo)值小于預(yù)定的第一判斷值，內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣量就會(huì)被修正。若該變化指標(biāo)值不小于預(yù)定的第一判斷值，內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)就會(huì)被修正。若變化指標(biāo)值不小于預(yù)定的大于第一判斷值的第二判斷值，內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)和燃油噴射量都會(huì)被修正。
文檔編號(hào)F02P5/15GK1676911SQ20051005952
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
發(fā)明者出村隆行, 上田広一 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社