專利名稱：內(nèi)燃機(jī)空燃比控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)空燃比控制裝置，且具體地涉及用于在較寬的操作范圍內(nèi)以高精度控制空燃比的裝置和技術(shù)。
背景技術(shù)：
在于排氣通通道中包括凈化催化劑的內(nèi)燃機(jī)中，執(zhí)行空燃比的反饋控制，以便將空燃比保持在催化劑的凈化效率很高的理論空燃比附近。No.10-288075日本已公開專利申請(專利文獻(xiàn)1)披露了一種空燃比控制裝置，其通過利用能檢測寬操作范圍內(nèi)的空燃比的空燃比傳感器執(zhí)行高精度反饋控制。
然而，盡管在專利文獻(xiàn)1中描述的裝置執(zhí)行向理論空燃比的反饋控制，但是該控制在濃空燃比范圍內(nèi)切換至前饋控制，在該濃空燃比范圍內(nèi)使燃料噴射量大于對應(yīng)于加速等時的理論空燃比的量。這不利地導(dǎo)致相對于在濃空燃比范圍內(nèi)空燃比目標(biāo)值的較大波動，這導(dǎo)致輸出性能的波動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明披露一種裝置和技術(shù)，以防止即使在濃空燃比范圍內(nèi)空燃比的波動，并確保穩(wěn)定的輸出性能。
根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供了一種內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，該空燃比控制裝置包括空燃比傳感器，該空燃比傳感器能夠檢測理論空燃比并設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中；以及控制器，該控制器選擇性地執(zhí)行空燃比反饋控制，以便根據(jù)所述空燃比傳感器的輸出使所述內(nèi)燃機(jī)的空燃比接近目標(biāo)空燃比，其中，在所述內(nèi)燃機(jī)工作于內(nèi)燃機(jī)的燃料供給增加的濃操作范圍時所述目標(biāo)空燃比是濃空燃比。
優(yōu)選地，利用用于選擇性地使所述空燃比接近目標(biāo)空燃比的反饋系數(shù)并選擇性地將所述反饋系數(shù)限制于界限值來執(zhí)行所述空燃比反饋控制，其中對在所述濃操作范圍內(nèi)使用的界限值進(jìn)行確定，使得與所述濃操作范圍以外的操作范圍內(nèi)使用的界限值相比，所述反饋系數(shù)通常受到限制。
優(yōu)選地，所述空燃比控制采用滑動模式控制進(jìn)行，且與用于所述濃操作范圍以外的操作范圍內(nèi)的情形相比，相應(yīng)于用于所述濃操作范圍的滑動模式控制的轉(zhuǎn)移函數(shù)的斜率更小。
優(yōu)選地，所述空燃比控制采用比例積分(PI)控制與比例積分微分(PID)控制中的至少一種方式進(jìn)行，與用于所述濃操作范圍以外的操作范圍內(nèi)的情形相比，用于所述濃操作范圍的比例部分更小。
優(yōu)選地，所述空燃比控制采用比例積分(PI)控制與比例積分微分(PID)控制中的至少一種方式進(jìn)行，與用于所述濃操作范圍以外的操作范圍內(nèi)的情形相比，用于所述濃操作范圍的積分部分更小。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制方法，該內(nèi)燃機(jī)包括空燃比傳感器，該空燃比傳感器能夠檢測所述內(nèi)燃機(jī)排氣中的理論空燃比，所述方法包括確定內(nèi)燃機(jī)是否操作于內(nèi)燃機(jī)的燃料供給增加的濃操作范圍；以及根據(jù)所述空燃比傳感器的輸出執(zhí)行空燃比反饋控制以使所述內(nèi)燃機(jī)的空燃比接近目標(biāo)空燃比，其中在所述內(nèi)燃機(jī)處于濃操作范圍時所述目標(biāo)空燃比是濃空燃比。
優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機(jī)空燃比控制方法包括下述步驟利用用于選擇性地使所述空燃比接近目標(biāo)空燃比的反饋系數(shù)以及選擇性地將所述反饋系數(shù)限制于界限值的限制器來執(zhí)行所述空燃比反饋控制，并確定小所述濃操作范圍內(nèi)使用的界限值，使得與所述濃操作范圍以外的操作范圍內(nèi)使用的界限值相比，所述反饋系數(shù)通常受到限制。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，該空燃比控制裝置包括空燃比傳感器，該空燃比傳感器能夠檢測從稀范圍到濃范圍的范圍區(qū)間內(nèi)的空燃比，理論空燃比介于所述稀范圍和所述濃范圍之間。所述空燃比控制裝置執(zhí)行空燃比反饋控制，以便根據(jù)所述空燃比傳感器的檢測值至少在預(yù)定操作范圍內(nèi)使實(shí)際空燃比達(dá)到目標(biāo)空燃比。即使在使所述空燃比濃于所述理論空燃比的范圍內(nèi)，所述目標(biāo)空燃比設(shè)置為更濃并仍能執(zhí)行所述空燃比反饋控制。
由此，即使在濃范圍內(nèi)，也執(zhí)行基于空燃比傳感器檢測信號的空燃比反饋控制，這能抑制空燃比波動，導(dǎo)致穩(wěn)定的輸出性能。


雖然權(quán)利要求不限于圖示的實(shí)施例，但通過把發(fā)明系統(tǒng)的各個實(shí)例的討論可最好地理解本發(fā)明系統(tǒng)的各個方面?，F(xiàn)在參照附圖，詳細(xì)說明圖示的實(shí)施例。雖然附圖代表了實(shí)施例，但附圖并不必然遵循比例而是某些特征被夸大以便更好地圖示和解釋實(shí)施例的革新方面。此外，這里所描述的實(shí)施例不是窮舉的或另外限制或約束于圖中所示和下述詳細(xì)說明所公開的精確形式或結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的例示性實(shí)施例下面參照附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1為內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置的系統(tǒng)示意圖。
圖2為采用滑動模式控制執(zhí)行反饋控制情況下的方框圖。
圖3為滑動模式控制的流程圖。
圖4為曲線圖，示出滑動模式控制在相平面上的變動圖。
圖5A和5B為解釋控制的第一效果的時序圖。
圖6為解釋控制的第二效果的時序圖。
圖7A和7B為解釋控制的第三效果的時序圖。
圖8為采用PID控制執(zhí)行反饋控制情況下的方框圖。
圖9為計算PID控制的反饋增益的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為發(fā)動機(jī)(內(nèi)燃機(jī))的空燃比控制裝置的系統(tǒng)示意圖。
空氣從空氣濾清器2經(jīng)由進(jìn)氣通道3、節(jié)氣門4和進(jìn)氣歧管5吸入發(fā)動機(jī)1每個汽缸的燃燒室。在進(jìn)氣歧管5的每個分支部分中，為每個汽缸設(shè)置有燃料噴射閥6。然而，燃料噴射閥6可配置成直接面向燃料室的內(nèi)部。
燃料噴射閥6為電磁燃料噴射閥(噴射器)，通過向螺線管通電流而打開并通過停止電流而關(guān)閉。更具體地說，燃料噴射閥6通過按照來自隨后描述的發(fā)動機(jī)控制單元(后文中稱為ECU)12的驅(qū)動脈沖信號接通電流而打開并噴射和供應(yīng)燃料，該燃料由燃料泵(圖中未示出)加壓輸送并通過壓力調(diào)節(jié)器調(diào)整至預(yù)定壓力。因而，燃料噴射量利用驅(qū)動脈沖信號的脈沖寬度來控制。
在發(fā)動機(jī)1的每個燃燒室中設(shè)置火花塞7，空氣燃料混合物通過該火花塞7點(diǎn)燃并通過火花點(diǎn)火而燃燒。
發(fā)動機(jī)1每個燃燒室的廢氣通過排氣歧管8排出。而且，EGR通道9從排氣歧管8分支出，通過該EGR通道9使排氣的一部分經(jīng)由EGR閥10流回進(jìn)氣歧管5。
同時，排氣凈化催化劑11設(shè)置在排氣通道中，以便例如位置緊臨(所示為在下方)排氣歧管8。
ECU 12包括諸如微型計算機(jī)等處理器，包括中央處理器(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存儲器(RAM)、模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器、輸入/輸出接口等。ECU 12從各種傳感器接收輸入信號并執(zhí)行隨后描述的計算處理，以控制燃料噴射閥6的操作。
前述各種傳感器包括曲軸轉(zhuǎn)角傳感器13、空氣流量計14、節(jié)氣門傳感器15、水溫傳感器16、寬范圍型空燃比傳感器17和氧氣傳感器18。曲軸轉(zhuǎn)角傳感器13能從發(fā)動機(jī)1的曲軸或凸輪軸轉(zhuǎn)動檢測曲軸轉(zhuǎn)角以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne?？諝饬髁坑?4檢測進(jìn)氣通道3內(nèi)的進(jìn)入空氣量Qa。節(jié)氣門傳感器15檢測節(jié)氣門4的開度TVO(包括在節(jié)氣門4的完全關(guān)閉位置處接通的怠速開關(guān))。水溫傳感器16檢測發(fā)動機(jī)1的冷卻水溫度Tw。空燃比傳感器17能線性地檢測排氣凈化催化劑11上游的排氣歧管18的聚集部分中的排氣空燃比。氧氣傳感器18檢測排氣凈化催化劑11下游的排氣空燃比的濃或稀狀態(tài)。
在發(fā)動機(jī)起動后，進(jìn)行空燃比傳感器17已被激活等的確定，且隨后，開始空燃比反饋控制。在該示例性的情況下，執(zhí)行反饋控制以便將正常目標(biāo)空燃比設(shè)定為理論空燃比，且此外，即使在燃料噴射量增加至濃于理論空燃比的范圍內(nèi)，也執(zhí)行空燃比反饋控制。然而，如果類似地執(zhí)行理論空燃比反饋控制，則由于干擾或不正確控制，可能不能執(zhí)行穩(wěn)定的空燃比控制，并由此，所述控制在增加限制的情況下進(jìn)行。
可應(yīng)用于本控制的空燃比反饋控制可以包括滑動模式控制(slidingmode control)和比例積分微分(PID)控制，或比例積分微分控制的一部分，例如PI控制。
采用滑動模式控制，存在以下述方式執(zhí)行的反饋控制。也就是，以缸內(nèi)空燃比作為裝置(發(fā)動機(jī))的輸入，而其輸出設(shè)定為檢測到的空燃比，空燃比傳感器17和發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)的動態(tài)特性以離散系統(tǒng)二次傳遞函數(shù)來表征。對于由傳遞函數(shù)代表的系統(tǒng)，通過利用滑動模式控制，使?fàn)顟B(tài)量(空燃比)遵循狀態(tài)空間內(nèi)的軌跡。
圖2為通過上述滑動模式控制執(zhí)行反饋控制情況下的方框圖。
在滑動模式控制下，設(shè)置有滑動模式控制器(滑動模式控制單元)22以便獲取目標(biāo)空燃比?；瑒幽Ｊ娇刂破?2包括開關(guān)函數(shù)計算單元23、非線性輸入計算單元24、線性輸入計算單元25、積分器26、加法器27、換算器28和校正限制單元(correction limiting unit)29?；瑒幽Ｊ娇刂破?2的控制概況如下。
根據(jù)檢測到的空燃比AFSAF和目標(biāo)空燃比TGABF，在開關(guān)函數(shù)計算單元23中計算當(dāng)前時刻n的狀態(tài)量σ(n)。
根據(jù)狀態(tài)量σ(n)，在非線性輸入計算單元24中計算非線性輸入unl。
類似地，根據(jù)狀態(tài)量σ(n)，在線性輸入計算單元25中計算作為線性輸入的等效控制輸入(equivalent control input)ueq。
算得的等效控制輸入ueq由積分器26進(jìn)行積分，通過將非線性輸入unl與積分得出的值相加獲得的空燃比操作量usl，在換算器28中換算為空燃比反饋校正系數(shù)ALPHA，且校正量在校正限制單元29予以限制。
燃料噴射量計算單元31將空氣燃料反饋校正系數(shù)ALPHA以及各種其他校正應(yīng)用于基本噴射脈沖寬度TP，以通過以下公式計算燃料噴射脈沖寬度CTI。
通過使用計算出的燃料噴射脈沖寬度CTI斷續(xù)地驅(qū)動燃料噴射閥5。通過以下公式(1)計算燃料噴射脈沖寬度CTICTI＝(TP×TFBYA+KATHOS)×(ALPHA+KBLRC-1)+TS+CHOS(1)其中，TFBYA為目標(biāo)當(dāng)量比(target equivalent ratio)；KATHOS為燃料前饋校正值；ALPHA為空燃比反饋校正系數(shù)；KBLRC為空燃比學(xué)習(xí)值；TS為無效噴射脈沖寬度；以及CHOS為每個汽缸的燃料前饋校正值。
以下述方式執(zhí)行向理論空燃比的反饋控制，在理論空燃比下目標(biāo)當(dāng)量比TFBYA＝1。通過在根據(jù)寬范圍空燃比傳感器17的檢測值和氧氣傳感器18的檢測值推算氧氣儲存量的同時調(diào)整目標(biāo)空燃比TGABF來執(zhí)行所述控制，使得排氣凈化催化劑11的氧氣儲存量保持為預(yù)定值，在該預(yù)定值下，催化劑的轉(zhuǎn)換效率得以最大化。
同時，根據(jù)本發(fā)明在濃空燃比范圍內(nèi)的反饋控制如下地執(zhí)行。具體地說，執(zhí)行反饋控制使得由寬范圍空燃比傳感器17檢測到的實(shí)際空燃比AFSAF根據(jù)目標(biāo)當(dāng)量比TFBYA收斂于濃目標(biāo)空燃比TGABF。
此外，在濃空燃比范圍內(nèi)進(jìn)行反饋控制時，由于與向理論空燃比進(jìn)行反饋控制時相比干擾和錯誤的影響增大，所以要進(jìn)行更大的限制。
圖3為以時間同步方式或轉(zhuǎn)動同步方式在ECU 12中執(zhí)行的空燃比反饋控制程序的流程圖。
在步驟S1中，判斷是否滿足空燃比反饋控制條件。更具體地說，當(dāng)在預(yù)定值的或更高的水溫下空燃比傳感器17被激活的條件等滿足時，判定已經(jīng)滿足空燃比反饋控制條件。在傳統(tǒng)的反饋控制條件中，燃料噴射量增加的濃空燃比范圍也是不滿足的條件。然而，在本情況下，由于反饋控制也在該范圍內(nèi)執(zhí)行，所以該范圍從不滿足的條件中排除。
如果在步驟S1中判定滿足空燃比反饋控制條件，則程序前進(jìn)至步驟S2。在步驟S2中，判斷是否處于根據(jù)發(fā)動機(jī)操作狀態(tài)(轉(zhuǎn)速、載荷、水溫)設(shè)定的目標(biāo)當(dāng)量比TFBYA大于1的濃空燃比范圍(燃料噴射量增加范圍)。
如果在步驟S2中判定未處于濃空燃比范圍，則執(zhí)行目標(biāo)當(dāng)量比TFBYA＝1的理論空燃比反饋控制。在本實(shí)施例中，通過使用滑動模式控制執(zhí)行反饋控制。
在步驟S3中，通過以下公式(2)計算開關(guān)函數(shù)σs(n)的值。
σs(n)＝S×{x1(n)-θ1(n)}+{x1(n)-x1(n-1)}(2)在該公式中，x1(n)為控制裝置(發(fā)動機(jī))的狀態(tài)量，且更具體地說，是由空燃比傳感器17檢測到的空燃比AFSAF。θ1(n)為狀態(tài)量x1(n)的目標(biāo)值，也就是，目標(biāo)空燃比TGABF。在上述公式中，右側(cè)第一項(xiàng)代表狀態(tài)量x1(n)與其目標(biāo)值θ1(n)之間的差值，而第二項(xiàng)代表狀態(tài)量x1(n)的微分值(每控制循環(huán)的改變量)。因而，設(shè)定σ(n)＝0意味著將該差值設(shè)定為零，且將該微分值設(shè)定為0。此外，將差值設(shè)定為零意味著達(dá)到目標(biāo)值，而將微分值設(shè)定為零意味著駐留在目標(biāo)值的位置。
接下來，在步驟S4中，通過以下公式(3)計算非線性輸入unls(n)。
unls(n)＝-η×σ(n)/(|σ(n)|+δ)(3)其中η為非線性增益；而δ(＞0)為平滑系數(shù)。
隨后，在步驟S5中，通過下述公式(4)計算等效控制輸入ueqs(n)。
ueqs(n)＝(b0+b1)×[a1x1(n)+a0x2(n)-(a0+a1)×θ1(n)+{x1(n)-θ1(n)}/(S+1)](4)其中a0、a1、b0和b1為微分系數(shù)。
在步驟S6中，計算空燃比反饋校正系數(shù)ALPHA。概述如下(詳細(xì)情況請參見No.2003-90252日本已公開專利申請，其全部內(nèi)結(jié)合于與此作為參考)。也就是，通過積分器26對等效控制輸入ueq進(jìn)行積分，且將非線性輸入unl與積分得出的值相加，以計算空氣燃料操作量usl。隨后，通過以下公式(5)計算空燃比反饋校正系數(shù)ALPHASALPHAS＝CYLAF/{CYLAF+usl(n)}×100 (5)其中CYLAF為汽缸進(jìn)氣空燃比。
從以下公式(6)獲得汽缸進(jìn)氣空燃比CYLAF。
CYLAF＝14.7×TP/{TP×TFBYA×(ALPHA+KBLRC-1)}(6)在步驟S7中，限制前述ALPHAS。更具體地說，下限ALPMINAS設(shè)定為75％，而上限ALPMAXAS設(shè)定為125％。如果在步驟S6中計算的ALPHAS小于下限ALPMINAS，則設(shè)定ALPHAS＝75％，而如果ALPHAS超過上限ALPMAXAS，則設(shè)定ALPHAS＝125％，且由此，ALPHAS限定在75％≤ALPHAS≤125％的范圍內(nèi)。
另一方面，如果在步驟S2中判定處于濃空燃比范圍，則在步驟S8中判斷空燃比傳感器17有無失效。
如果判定空燃比傳感器17沒有失效，則程序前進(jìn)至步驟S9，并隨后執(zhí)行濃空燃比反饋控制。
在步驟S9中，求取開關(guān)函數(shù)σr(n)的值。通過以下公式(7)計算開關(guān)函數(shù)σr(n)，其中開關(guān)函數(shù)增益S乘以斜率校正系數(shù)(inclination correctioncoefficient)SLNTGN(＜1)以減小增益。
σr(n)＝SLNTGN×S×{x1(n)-θ1(n)}+{x1(n)-x1(n-1)}(7)在這種情況下，雖然如前所述由θ1(n)代表的目標(biāo)空燃比TGABF根據(jù)目標(biāo)當(dāng)量比TFBYA計算，但濃空燃比范圍內(nèi)的目標(biāo)當(dāng)量比TFBYAR通過選擇根據(jù)水溫等在兩個方法中設(shè)定的當(dāng)量比TFBYA1和TFBYA2中的較大者來設(shè)定，如以下公式(8)所示。
TFBYAR＝Max(TFBYA1，TFBYA2)(8)
接下來，在步驟S10中，如在理論空燃比控制中那樣，通過以下公式(9)計算非線性輸入unlr(n)。
unlr(n)＝-η×σ(n)/(|σ(n)|+δ)(9)隨后，在步驟S11中，通過以下公式(10)計算應(yīng)用了斜率校正SLNTGN的等效控制輸入ueqr(n)。
ueqr(n)＝(b0+b1)×[a1x1(n)+a0x2(n)-(a0+a1)×θ1(n)+{x1(n)-θ1(n)}/(SLNTGN×S+1)](10)在步驟S12中，如在理論空燃比控制中那樣，通過以下公式(11)計算空燃比反饋校正系數(shù)ALPHAR。
ALPHAR＝CYLAF/{CYLAF+usl(n)}×100(11)在步驟S13中，對前述ALPHAR進(jìn)行限制。
這里，在濃空燃比反饋控制時，下限ALPMINAR設(shè)定為80％，而上限ALPMAXAR設(shè)定為120％。如果在步驟S11中算得的ALPHAR小于下限ALPMINAR，則設(shè)定ALPHAR＝80％，而如果ALPHRAR超過上限ALPMAXAR，則設(shè)定ALPHAR＝120％，并因此，ALPHAR限定在80％≤ALPHAR≤120％的范圍內(nèi)。
此外，如果在步驟S8中判定空燃比傳感器17失效，則程序前進(jìn)至步驟S14。在步驟S14中，如由以下公式(12)所表示的那樣，根據(jù)通過借助于因子KMRMUL(＞1)進(jìn)一步使在正常濃空燃比范圍內(nèi)設(shè)定的目標(biāo)當(dāng)量比TRFBYARFS更濃所獲得的目標(biāo)當(dāng)量比TFBYARFS，執(zhí)行空燃比反饋校正系數(shù)ALPHA固定為100％的通過前饋控制進(jìn)行的空燃比濃控制。
TFBYARFS＝KMRMUL×Max(TFBYA1，TFBYA2)(12)如上所述，通過在濃空燃比范圍內(nèi)根據(jù)空燃比傳感器的檢測值來執(zhí)行反饋控制，與如圖5A所示執(zhí)行前饋控制的情況相比，可以維持良好的排氣凈化性能，并可確保穩(wěn)定的輸出性能，如圖5B所示。
此外，就切換至理論空燃比反饋控制而言，通過前饋控制執(zhí)行濃空燃比控制。在這種情況下，即使在目標(biāo)當(dāng)量比＝1的設(shè)定之后，需要預(yù)定的箝位時段將空燃比反饋校正系數(shù)ALPHA固定為100％以求穩(wěn)定，這延遲了反饋控制的開始。相反，在濃空燃比反饋控制的情況下，理論空燃比反饋控制可以在滿足目標(biāo)當(dāng)量比＝1時開始，這可以進(jìn)一步改善燃料消耗和排氣凈化性能。
此外，在濃空燃比范圍內(nèi)進(jìn)行反饋控制時，開關(guān)函數(shù)的增益σ(＝SLNTGN×S)設(shè)定為比理論空燃比反饋控制時的增益(＝S)小的值，以由此減小斜率，如圖4所示。
如圖6所示，即使當(dāng)較之預(yù)想加入了更多的峰值干擾時，也可以防止強(qiáng)化所述限制造成的過校正。因而，這可以抑制空燃比超過稀薄極限，這可以防止偶然失火。
而且，在正常理論空燃比反饋控制時，在不對開關(guān)函數(shù)的增益應(yīng)用減小校正的情況下，可以保持如同以往的高響應(yīng)性能。
進(jìn)而，即使當(dāng)積分增益和非線性增益的初始設(shè)定發(fā)生偏移且積分沒有停止時，改變開關(guān)函數(shù)的斜率也能降低反饋速度。結(jié)果，即使在持續(xù)加入大干擾的情況下，也能被吸收。
而且，通過在濃空燃比控制時利用限制器作出比在理論空燃比控制時更大的限制，使空燃比反饋校正系數(shù)ALPHA的可接受變化范圍變窄，這也可以防止由于錯誤反饋控制而導(dǎo)致的過校正。
此外，在空燃比傳感器失效時，停止反饋控制，以從而執(zhí)行通過使之濃于正常濃空燃比而獲得的濃空燃比的前饋控制。結(jié)果，與如圖7A所示的繼續(xù)反饋控制的情況相比，空燃比足夠濃以應(yīng)對波動，如圖7B所示。這防止空燃比由于錯誤的反饋控制而變得更貧。
隨后，對通過使用PID控制執(zhí)行反饋控制的情況進(jìn)行描述。圖8為使用PID控制執(zhí)行反饋控制情況下的方框圖。
在這種情況下，提供PDI控制器(PDI控制單元)42，使得在空燃比反饋控制時獲得目標(biāo)空燃比。該P(yáng)ID控制器42包括比例部分(P部分)校正量計算單元43、積分部分(I部分)校正量計算單元44、微分部分(D部分)校正量計算單元45、加法器46和校正限制單元47。
PDI控制器42根據(jù)檢測到的空燃比AFSAF和目標(biāo)空燃比TGABF計算P部分校正量、I部分校正量和D部分校正量。相應(yīng)校正量予以相加來計算空燃比反饋校正系數(shù)ALPHA。在通過校正限制單元47對校正量進(jìn)行限制之后，在燃料噴射量計算單元31中計算燃料噴射脈沖寬度CTI，如在滑動模式控制中那樣。通過利用算得的燃料噴射脈沖寬度CTI斷續(xù)地驅(qū)動燃料噴射閥5。
根據(jù)前面所述，對更具體的控制內(nèi)容進(jìn)行描述。
圖9為計算反饋增益(空燃比反饋校正系數(shù)ALPHA)的流程圖。
步驟S21和S22與滑動模式控制中的那些(步驟S1和S2)類似，省略其描述。
如果在步驟S22中，確定是對應(yīng)于理論空燃比的反饋控制范圍，則程序前進(jìn)至步驟S23及隨后的步驟。也就是，計算比例部分(P部分)校正量(步驟S23)、計算積分部分(I部分)校正量(S24)，且隨后二者相加以計算空燃比反饋校正系數(shù)ALPHAS(步驟S25)。上述控制與通常的PID控制相同。
在步驟S26中，算得的空燃比反饋校正系數(shù)ALPHAS經(jīng)由限制器處理，以限制在75％≤ALPHAS≤125％范圍內(nèi)，如滑動模式控制中那樣。
另一方面，如果在步驟S22中，確定是對應(yīng)于濃空燃比的反饋控制范圍，那末判斷空燃比傳感器17有無失效，如滑動模式控制中步驟S27中那樣。如果判定空燃比傳感器17沒有失效，則程序前進(jìn)至步驟S28和隨后的步驟。
在步驟S28中，計算比例部分(P部分)校正量TALPGAI。
這里，通過限制器對在P部分增益表中被參照的比例部分校正系數(shù)TALPGAI進(jìn)行限制以便不超過預(yù)定值，且限制器設(shè)定為比理論空燃比反饋控制時的值小的值以由此增強(qiáng)限制。然而，只是沿減少燃料噴射量方向的比例部分校正量的限制器可以設(shè)定為較小的值，而沿增加燃料噴射量方向的比例部分校正量的限制器可象在理論空燃比控制中那樣進(jìn)行設(shè)定。
在步驟S29中，通過以下公式求出積分增益。
積分增益＝TALIGAI×AFIGDWN#其中TALIGAI為I部分增益表參考值。
AFIGDWN為增益校正量且為小于1的常數(shù)(例如，AFIGDWN#＝0.5)。通過將TALIGAI乘以增益校正系數(shù)AFIGDWN#，由此減小積分增益。
在步驟30中，比例部分校正量和積分部分校正量進(jìn)行相加，以計算空燃比反饋校正系數(shù)ALPHAR。
在步驟S31中，如在滑動模式控制中那樣，與理論空燃比控制時相比，ALPHAR經(jīng)歷更強(qiáng)的限制處理以將其限制在80％≤ALPHAR≤120％的范圍內(nèi)。
而且，如果在步驟S27中，判定空燃比傳感器17失效，則程序前進(jìn)至步驟S32。在步驟S32中，如在滑動模式控制中那樣，執(zhí)行其中使空燃比比正常濃空燃比范圍的空燃比更濃的通過前饋控制進(jìn)行的空燃比濃控制。
通過執(zhí)行上述過程，如在滑動模式控制中那樣，當(dāng)加入了較之預(yù)想更多的諸如濃峰值等干擾時應(yīng)用限制。因此，不會發(fā)生過校正，這可以防止偶然失火。
而且，積分沒有停止。為此，即使當(dāng)大的干擾持續(xù)加入時，它們也可被吸收，這也類似于滑動模式控制。
上述介紹僅用于描述和說明本發(fā)明的實(shí)施例，并不是用來將本發(fā)明限制于所公開的任何具體形式。業(yè)內(nèi)人士應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下能夠進(jìn)行各種改進(jìn)以及等同物可以用來替代其中的元件。此外，在不脫離實(shí)質(zhì)范圍的情況下，能夠作出多種修改而使特定情形和材料適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明并不局限于作為用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式而公開的特點(diǎn)實(shí)施例。而使本發(fā)明包括所有落入本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明能夠以具體解釋和圖示的方式以外的方式予以實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置，該空燃比控制裝置包括空燃比傳感器，該空燃比傳感器能夠檢測理論空燃比并設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通道中；以及控制器，該控制器選擇性地執(zhí)行空燃比反饋控制，以便根據(jù)所述空燃比傳感器的輸出使所述內(nèi)燃機(jī)的空燃比接近目標(biāo)空燃比，其中，在所述內(nèi)燃機(jī)工作于內(nèi)燃機(jī)的燃料供給增加的濃操作范圍時所述目標(biāo)空燃比是濃空燃比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)空燃比控制裝置，其中，利用用于選擇性地使所述空燃比接近目標(biāo)空燃比的反饋系數(shù)并選擇性地將所述反饋系數(shù)限制于界限值來執(zhí)行所述空燃比反饋控制，其中對在所述濃操作范圍內(nèi)使用的界限值進(jìn)行確定，使得與所述濃操作范圍以外的操作范圍內(nèi)使用的界限值相比，所述反饋系數(shù)通常受到限制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)空燃比控制裝置，其中，所述空燃比控制采用滑動模式控制進(jìn)行，且與用于所述濃操作范圍以外的操作范圍內(nèi)的情形相比，相應(yīng)于用于所述濃操作范圍的滑動模式控制的轉(zhuǎn)移函數(shù)的斜率更小。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)空燃比控制裝置，其中，所述空燃比控制采用比例積分(PI)控制與比例積分微分(PID)控制中的至少一種方式進(jìn)行，與用于所述濃操作范圍以外的操作范圍內(nèi)的情形相比，用于所述濃操作范圍的比例部分更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)空燃比控制裝置，其中所述空燃比控制采用比例積分(PI)控制與比例積分微分(PID)控制中的至少一種方式進(jìn)行，與用于所述濃操作范圍以外的操作范圍內(nèi)的情形相比，用于所述濃操作范圍的積分部分更小。
6.一種內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制方法，該內(nèi)燃機(jī)包括空燃比傳感器，該空燃比傳感器能夠檢測所述內(nèi)燃機(jī)排氣中的理論空燃比，所述方法包括確定內(nèi)燃機(jī)是否操作于內(nèi)燃機(jī)的燃料供給增加的濃操作范圍；以及根據(jù)所述空燃比傳感器的輸出執(zhí)行空燃比反饋控制以使所述內(nèi)燃機(jī)的空燃比接近目標(biāo)空燃比，其中在所述內(nèi)燃機(jī)處于濃操作范圍時所述目標(biāo)空燃比是濃空燃比。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機(jī)空燃比控制方法，其中，包括下述步驟利用用于選擇性地使所述空燃比接近目標(biāo)空燃比的反饋系數(shù)以及選擇性地將所述反饋系數(shù)限制于界限值的限制器來執(zhí)行所述空燃比反饋控制，并確定小所述濃操作范圍內(nèi)使用的界限值，使得與所述濃操作范圍以外的操作范圍內(nèi)使用的界限值相比，所述反饋系數(shù)通常受到限制。
全文摘要
空燃比反饋控制范圍擴(kuò)大以改善排氣凈化性能和輸出穩(wěn)定性。一方面，內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制裝置包括空燃比傳感器，能夠檢測從稀范圍到濃范圍的范圍區(qū)間內(nèi)的空燃比，理論空燃比介于所述稀范圍和所述濃范圍之間。執(zhí)行反饋控制以便根據(jù)空燃比傳感器的檢測值至少在預(yù)定操作范圍內(nèi)使實(shí)際空燃比達(dá)到目標(biāo)空燃比。甚至在使空燃比比理論空燃比濃的范圍內(nèi)，目標(biāo)空燃比設(shè)置得更濃且仍執(zhí)行空燃比反饋控制。
文檔編號F02D41/14GK101037965SQ20071008578
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月14日
發(fā)明者中澤智, 加藤浩志 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社