本發(fā)明涉及一種機動車發(fā)動機用ECU。

背景技術：

汽車怠速和低速巡航是在車輛日常行駛的過程中頻繁出現(xiàn)的行駛狀態(tài)。尤其是城市路況下，頻繁的起停帶來了長時間的汽車怠速和低速巡航。因而，關注汽車怠速及低速狀態(tài)下的發(fā)動機表現(xiàn)，對于提升發(fā)動機的燃油性能和駕駛體驗具有非常重要的意義。

當汽車在行駛過程中遇到前方道路不暢，需要進行減速行駛或者停車。這一過程中，加速踏板首先會被釋放，緊接著燃油供給也將被切斷(稱為噴油中斷)，從而使發(fā)動機轉速快速下降至怠速轉速范圍。而在車輛逐漸減速的過程中，駕駛員很有可能會體驗到發(fā)動機突然發(fā)生抖動。這是由于發(fā)動機在噴油中斷一段時間后，突然恢復供油引起的扭矩突變所導致的。燃油供給恢復主要是為了維持一定的發(fā)動機轉速，防止出現(xiàn)熄火。理想的噴油恢復時間為發(fā)動機轉速下降至穩(wěn)定怠速轉速或其他穩(wěn)定轉速時，而理想的燃油恢復噴射量為維持穩(wěn)定怠速或其他穩(wěn)定轉速所需要的噴油量。但是，如果在發(fā)動機轉速下降至穩(wěn)定轉速時才恢復噴油，發(fā)動機可能會發(fā)生熄火現(xiàn)象；如果燃油恢復噴射量為維持穩(wěn)定轉速所需要的噴油量，由于扭矩急劇增加，發(fā)動機會出現(xiàn)非常劇烈的抖動。所以，我們需要采取有效的措施，來保證恢復供油的過程中發(fā)動機能穩(wěn)定運轉，同時其抖動不過于激烈。此外，還需要關注這一過程中的燃油經濟性，在滿足以上性能要求的前提下，應盡可能減少油耗。

在日產汽車的專利US06/420951中，一種延長燃油中斷時間的方法被運用于改善汽車減速時的燃油經濟性。由于發(fā)動機減速的過程中，只有一段速度區(qū)間內可以停止燃油噴射，故該專利采用減檔的方法來增加發(fā)動機的轉速，使得較長時間內發(fā)動機的轉速都位于燃油中斷最 低允許轉速之上，從而改善了燃油經濟性。但是這一方法仍舊無法解決燃油恢復噴射量不能進一步減少時，發(fā)動機在恢復燃油噴射的過程中出現(xiàn)的抖動問題。

現(xiàn)有的一項減少發(fā)動機抖動的手段是采用兩步式的方法逐漸增加噴油量。首先，在恢復供油的時候，ECU控制噴油嘴以最小噴油量進行噴射；其次，在一段時間以后，ECU又控制噴油嘴以維持穩(wěn)定轉速所需要的噴油量進行噴射。通常來說，噴油嘴的最小噴油量越小，駕駛員所感受到的抖動就越不明顯。然而，最小噴油量越小，對于噴油嘴的加工制造工藝的要求就越高，加工成本也會越大。而且，為了減少有效輸出扭矩，通常會在較高轉速下就恢復噴油，對于燃油經濟性也不利。因而為了降低制造加工難度和成本，且提升燃油經濟性，我們需要采用其他的方法來減少發(fā)動機的抖動。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其課題在于提供一種機動車發(fā)動機用ECU，其特征在于，具備：加速踏板狀態(tài)監(jiān)測單元，用于監(jiān)測加速踏板的狀態(tài)；轉速監(jiān)測單元，用于檢測發(fā)動機轉速值；噴油控制單元，用于控制噴油嘴的噴油量；存儲單元，存儲有不同發(fā)動機運行狀態(tài)和不同轉速下的噴油量和輸出扭矩的對應關系；以及排氣閥門正時控制單元；在所述加速踏板狀態(tài)監(jiān)測單元檢測到所述加速踏板釋放的情況下，所述轉速監(jiān)測單元判斷所述發(fā)動機轉速值是否達到第一轉速值(V1)，并判斷所述發(fā)動機轉速值是否達到第二轉速值(V2)，其中，所述第一轉速值大于所述第二轉速值，在所述發(fā)動機轉速值達到所述第一轉速值后，由所述噴油控制單元控制噴油嘴以最小噴油量噴油；在所述發(fā)動機轉速值達到所述第二轉速值后，控制噴油嘴以規(guī)定噴油量噴油，在所述加速踏板狀態(tài)監(jiān)測單元檢測到所述加速踏板釋放的情況下，從所述轉速監(jiān)測單元檢測到所述發(fā)動機轉速值達到所述第一轉速值開始直至所述發(fā)動機轉速值達到所述第二轉速值前，所述排氣閥門正時控制模塊控制排氣閥門提前開啟。。

根據本發(fā)明的機動車發(fā)動機用ECU，能夠使發(fā)動機扭矩的變化量減少，從而減少了恢復噴油時發(fā)動機抖動的現(xiàn)象。

另外，本發(fā)明的機動車發(fā)動機用ECU，優(yōu)選地，從所述發(fā)動機轉速值達到所述第一轉速值開始直至所述發(fā)動機轉速值達到所述第二轉速值前，所述發(fā)動機的扭矩以階躍式增加，根據每次扭矩階躍的最大允許值、每兩次扭矩階躍最小允許時間間隔值和所述第二轉速值，來決定所述第一轉速值。

另外，本發(fā)明的機動車發(fā)動機用ECU，優(yōu)選地，從所述發(fā)動機轉速值達到所述第一轉速值開始直至所述發(fā)動機轉速值達到所述第二轉速值前，所述發(fā)動機的扭矩以階躍式增加，根據扭矩階躍的次數(shù)及與相應的輸出扭矩，決定所述排氣閥門每個周期的提前開啟角。

另外，本發(fā)明的機動車發(fā)動機用ECU，優(yōu)選地，從所述發(fā)動機轉速值達到所述第一轉速值開始直至所述發(fā)動機轉速值達到所述第二轉速值前，所述發(fā)動機的扭矩連續(xù)增加，根據所述發(fā)動機轉速值達到第一轉速值(V1)的時間點至發(fā)動機轉速值達到第二轉速值的時間點之間的扭矩增長斜率的最大允許值和所述第二轉速值，決定所述第一轉速值。

另外，本發(fā)明的機動車發(fā)動機用ECU，優(yōu)選地，從所述發(fā)動機轉速值達到所述第一轉速值開始直至所述發(fā)動機轉速值達到所述第二轉速值前，所述發(fā)動機的扭矩連續(xù)增加，根據轉捩時間及與每個周期對應的輸出扭矩，決定所述排氣閥門每個周期的提前開啟角，所述轉捩時間為所述發(fā)動機轉速值達到第一轉速值(V1)的時間點至發(fā)動機轉速值達到第二轉速值的時間點之間所經過的時間。

另外，本發(fā)明的機動車發(fā)動機用ECU，優(yōu)選地，所述第一轉速值為噴油恢復轉速值，所述第二轉速值為穩(wěn)定怠速轉速值。

發(fā)明的效果

根據本發(fā)明的機動車發(fā)動機用ECU，通過提前進行噴油并提前開啟排氣閥門，能夠減少發(fā)動機扭矩的變化量，從而避免了發(fā)動機抖動的現(xiàn)象。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的ECU適用的發(fā)動機的一個例子的結構示意圖。

圖2是表示進氣閥門和排氣閥門的開閉角的示意圖。

圖3是本發(fā)明的ECU適用的發(fā)動機內的壓力和體積的變化曲線圖。

圖4是本發(fā)明的ECU適用的發(fā)動機的扭矩-排氣閥門開啟時間的關系圖。

圖5是本發(fā)明的ECU的控制邏輯流程圖。

圖6是本發(fā)明的ECU所采用的3步階躍式控制方法的扭矩變化圖。

圖7是本發(fā)明的ECU所采用的3步階躍式控制方法的排氣閥門開啟時間變化圖。

圖8是本發(fā)明的ECU所采用的階躍式控制方法的過程說明圖。

圖9是本發(fā)明的ECU所采用的線性增長連續(xù)式控制方法的扭矩變化圖。

圖10是本發(fā)明的ECU所采用的線性增長連續(xù)式控制方法的排氣閥門開啟時間變化圖。

圖11是本發(fā)明的ECU所采用的連續(xù)式控制方法的過程說明圖。

圖12是本發(fā)明的ECU所采用的控制方法運用于其他低速車況的過程說明圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行更詳細的說明。

以下參照附圖詳細說明本發(fā)明所涉及的機動車發(fā)動機用ECU的優(yōu)選的實施方式。此外，在附圖的說明中，給同一或者相當部分附以同一符號，省略重復的說明。

圖1是本發(fā)明所適用的一種發(fā)動機及其ECU的結構示意圖。具體地，如圖1所示，發(fā)動機由發(fā)動機主體以及與其相連的進氣管路和排氣管路構成。在進氣管路中配置有空氣流量計1，在空氣流量計1中內置有氣體溫度傳感器。在空氣流量計1的下游配置有壓力傳感器2。在壓力傳感器2的下游配置有壓氣機3。在壓氣機3的下游配置有控制進入氣缸內空氣量的節(jié)氣閥4。節(jié)氣閥4是其閥開度可以獨立于油門踏板 的開度地單獨控制的電子式節(jié)氣閥。節(jié)氣閥4的下游與進氣歧管相連接。在發(fā)動機主體中，在氣缸的進氣口處配置有噴油器5。在氣缸的頂部配置有可將燃油和空氣的混合氣點燃的火花塞6。在氣缸上配置有可以檢測敲缸現(xiàn)象的爆震傳感器7。在經由連桿而與氣缸的活塞相連接的曲軸上配置有轉速傳感器8，基于轉速傳感器8的信號而可以得到發(fā)動機的轉速。在排氣管路中配置有渦輪機9。渦輪機9與壓氣機3同軸相連，將部分尾氣內能轉化為機械功來壓縮空氣。在渦輪機9的下流配置有空燃比傳感器10，根據空燃比傳感器10的檢測結果來調節(jié)噴油量使其達到目標空燃比。在空燃比傳感器10的下流配置有催化轉化裝置11，可以凈化尾氣中的一氧化碳、氮氧化物和碳氫化合物。另外，發(fā)動機主體2包括由打開和關閉氣缸的進氣口的進氣閥門15以及打開和關閉氣缸的排氣口的排氣閥門16。

圖2是進氣閥門15以及排氣閥門16的開閉角的示意圖。進氣閥門15以及排氣閥門16的開啟角、關閉角(開閉角)如圖2所示，根據進氣閥門15以及排氣閥門16的開閉時的曲軸的角度而可以分為進氣行程和排氣行程，并用相對于上下止點曲軸轉角的環(huán)形圖來表示。由于發(fā)動機轉速高，每個行程時間很短，通常發(fā)動機都采用延長進排氣時間的方法，即閥開啟和關閉的時刻并不正好是曲軸上止點和下止點的時刻，而是分別提前和延遲一定的曲軸轉角來改善發(fā)動機的泵氣損失并提高燃油經濟性等。

圖3是發(fā)動機內的壓力和體積的變化曲線圖。圖3中的橫坐標表示燃燒室的體積，縱坐標表示燃燒室內的壓力。在通常情況下，燃燒室內氣體壓力和體積的變化如圖3中的實線所示，根據該曲線控制發(fā)動機的進氣和出氣，從而能夠獲得最大的功率。但本發(fā)明的控制進氣和出氣的方法與圖3中的實線不同，其包括但不限于以下方法：在恢復供油的時候，采用可變閥門正時技術，提前開啟排氣閥門(如圖3的虛線所示)，使得一部分氣體在做功沖程即排出氣缸，因而有效地降低了平均有效壓力，從而減小了輸出扭矩的變化，減輕了發(fā)動機的抖動。同時，由于不需要提高轉速就能夠獲得合適的扭矩，噴油恢復的時間也可以延遲，改善了燃油經濟性。

圖4是本發(fā)明適用的發(fā)動機的扭矩-排氣閥門開啟時間的關系圖。圖4中的排氣閥門的正常開啟時間是使得發(fā)動機扭矩最大的排氣閥門開啟時間。其對應于圖3的實線所表示的情況。而本發(fā)明的排氣閥門開啟時間相比于正常開啟時間要提前，其對應于圖3的虛線所表示的情況。在該情況下，發(fā)動機的扭矩變化會變小，從而能夠減輕發(fā)動機的抖動。

圖5是本發(fā)明的ECU的控制邏輯流程圖。在本發(fā)明的ECU的控制中，當監(jiān)測到加速踏板14處于釋放位置時，ECU 12控制燃料噴嘴5中斷噴油(S601)，曲柄軸傳感器8持續(xù)監(jiān)測發(fā)動機轉速，并將轉速值發(fā)送至ECU(S602)。當ECU判斷發(fā)動機轉速低于預先設定的噴油恢復轉速(設定轉速v1)時(S603)，ECU將控制噴嘴恢復噴油，同時控制排氣閥門7提前開啟(S604)。之后，當ECU判斷發(fā)動機轉速達到預先設定的穩(wěn)定怠速轉速或其他車況下的穩(wěn)定轉速(轉速v2)時(S605)，ECU將控制噴嘴以更高的噴油量(穩(wěn)定怠速所需的噴油量)進行噴油(S606)，且保持排氣閥門正常開啟，此后發(fā)動機將一直保持在這一轉速。直到加速踏板又一次被踩下，同時制動踏板釋放，本發(fā)明涉及的控制過程結束，ECU將按照常規(guī)控制邏輯控制噴油量和排氣閥門正時。

也就是說，上述控制流程中，當車輛逐漸減速進入怠速的過程中，會依次經歷以下幾個階段。首先，加速踏板釋放，燃油噴射中斷。ECU將根據車輛的運行狀況計算穩(wěn)定怠速對應的發(fā)動機轉速v2，并以此為基礎計算恢復燃油噴射對應的發(fā)動機轉速v1。然后，曲柄軸傳感器會持續(xù)監(jiān)測發(fā)動機轉速，直至降低至v1。此時，燃油恢復噴射，且噴油量為噴嘴允許的最小噴油量。同時，開啟排氣閥門正時調節(jié)機構，使得排氣閥門提前開啟，確保輸出扭矩的變化值處于一個恰當?shù)姆秶鷥?，從而提高駕乘人員的駕駛體驗。直到發(fā)動機轉速降至v2時，發(fā)動機進入穩(wěn)定怠速階段，噴嘴以穩(wěn)定怠速所需要的噴油量進行噴射，排氣閥門正時調節(jié)機構關閉，排氣閥門仍按照正常時間開啟。

在開啟排氣閥門正時調節(jié)機構時，可以采用不同的控制方法達到相同的效果。

<階躍式控制方法>

圖6是本發(fā)明的ECU所采用的3步階躍式控制方法的扭矩變化圖。圖7是本發(fā)明的ECU所采用的3步階躍式控制方法的排氣閥門開啟時間變化圖。圖8是本發(fā)明的ECU所采用的階躍式控制方法的過程說明圖。

如圖6～8所示，若采用階躍式的控制方法，即，將所需要達到的扭矩增長分成幾步來逐漸達成，則需要控制每兩步之間的時間差。

在這一控制方式中，發(fā)動機穩(wěn)定怠速轉速v2是ECU根據車況直接確定的，此外還需要確定噴油恢復轉速v1，從恢復噴油至穩(wěn)定怠速的轉捩時間Δt_t，不同時刻的輸出扭矩T(t)，及相應的排氣閥門開啟角EXO(t)的具體數(shù)值，以進行本發(fā)明的控制。

噴油恢復轉速v1是基于駕駛員的駕駛體驗決定的。當采用階躍式的控制方法時，首先要保證相鄰兩次扭矩增加的時間間隔Δt，大于駕駛人員能夠感受到的最短時間間隔Δt_driver。如果階躍的步驟數(shù)n很大，轉捩時間長度可能大于優(yōu)化前的時間長度Δt_orig，因而需要規(guī)定Δt_t＝(n-1)*Δt<Δt_orig，即轉捩時間必須小于優(yōu)化前的轉捩時間長度，才可保證燃油經濟性有所提升。但對于步驟數(shù)n的選擇，也需要保證每一步的扭矩增長小于駕駛員能接受的最大扭矩增長ΔT_driver，即ΔT/n<ΔT_driver，ΔT表示總的扭矩變化值。在滿足以上三個約束條件時，步驟數(shù)n應該選擇最小可能值。在確定了n的數(shù)值之后，可以根據如圖8中轉速的變化查得噴油恢復時刻的發(fā)動機轉速v1。

駕駛員所能感受到的最小扭矩增長時間間隔Δt_driver，其所能接受的最大扭矩增長ΔT_driver，和扭矩增長速率的臨界值a，都需要對每一款車型進行單獨標定并儲存于ECU中。

不同時刻的輸出扭矩及相應的排氣閥門開啟時間也取決于所采用的控制方法。對于采用階躍式控制方法的情況，為了有效地減少扭矩突變帶來的振動，需要將噴油恢復時的扭矩變化值設置為總的扭矩變 化值ΔT的n分之一(n表示階躍的步驟數(shù))。之后每隔一個時間間隔，其輸出扭矩就增加ΔT的n分之一，并根據ECU中存儲的如圖4所示的數(shù)值關系，查得所需要設置的排氣閥門提前開啟角。如圖6、7為3步階躍式控制方法的扭矩與排氣閥門開啟時間的變化圖。依此逐步延遲排氣閥門的開啟角，直至常規(guī)開啟時間。此時也是閥門正時控制結束的時候。

<連續(xù)式控制方式>

圖9是本發(fā)明的ECU所采用的線性增長連續(xù)式控制方式的扭矩變化圖。圖10是本發(fā)明的ECU所采用的線性增長連續(xù)式控制方式的排氣閥門開啟時間變化圖。圖11是本發(fā)明的ECU所采用的連續(xù)式控制方式的過程說明圖。

如圖9～11所示，若采用連續(xù)式的控制方法，即，將所需要達到的扭矩增長通過每一個周期的扭矩逐漸增加來達成，則需要控制扭矩的增長速率?？偟恼f來，階躍式控制和連續(xù)式控制的基本思路是相同的，都需要盡量分散扭矩的增長，以保證舒適的駕駛體驗。

當采用連續(xù)式的控制方法時，需要規(guī)定恢復燃油噴射的時間點至達到穩(wěn)定怠速的時間點之間的扭矩增長速率ΔT/Δt_t，小于預先設定的臨界值a，即ΔT/Δt_t<a。由于扭矩的增長值ΔT已經確定，故可根據此約束確定轉捩時間，然后根據如圖11中轉速的變化可以查得相應的噴油恢復轉速v1。

對于采用連續(xù)式控制方法的情況，在設置了恰當?shù)霓D捩時間后，可依據需求設置不同的扭矩增長方式，包括但不限于線性增長、二次增長和指數(shù)增長等。如圖9、10為線性增長連續(xù)式控制方法的扭矩與排氣閥門開啟時間變化圖。根據ECU中存儲的不同排氣閥門開啟時間對應的輸出扭矩，確定每一個周期需要設定的排氣閥門開啟角。同樣，排氣閥門開啟時間恢復至常規(guī)時間時，閥門正時控制結束。

<怠速以外的穩(wěn)定狀態(tài)的情況>

圖12是本發(fā)明的ECU所采用的控制方法運用于其他低速車況的過程說明圖。對于不同的穩(wěn)定狀態(tài)(不限于常規(guī)怠速情況)，以上控制策略仍然適用。當車輛逐漸減速進入低速巡航的過程中，會依次經歷以下幾個階段。首先，加速踏板釋放，燃油噴射中斷。ECU將計算低速巡航所對應的發(fā)動機轉速v2，并以此為基礎確認恢復燃油噴射對應的發(fā)動機轉速v1。然后，曲柄軸傳感器會持續(xù)監(jiān)測發(fā)動機轉速，直至降低至v1。此時，燃油恢復噴射，且噴油量為噴嘴允許的最小噴油量。同時，開啟排氣閥門正時調節(jié)機構，使得排氣閥門提前開啟，確保輸出扭矩的變化值處于一個恰當?shù)姆秶鷥?，從而提高駕乘人員的駕駛體驗。直到發(fā)動機轉速降至v2時，發(fā)動機進入低速巡航階段，噴嘴以該狀態(tài)所需要的噴油量進行噴射，排氣閥門正時調節(jié)機構關閉，排氣閥門仍按照正常時間開啟。

在開啟排氣閥門正時調節(jié)機構時，也可以采用階躍式和連續(xù)式的控制方法達到相同的效果。在這一控制方法中，發(fā)動機穩(wěn)定轉速v2是ECU根據車況直接確定的，此外還需要確定噴油恢復轉速v1，從恢復噴油至穩(wěn)定怠速的轉捩時間Δt_t，不同時刻的輸出扭矩T(t)，及相應的排氣閥門開啟角EXO(t)的具體數(shù)值，以進行本發(fā)明的控制。值得注意的是，如圖12所示，由于發(fā)動機的穩(wěn)定轉速、穩(wěn)定噴油量以及穩(wěn)定狀態(tài)下的輸出扭矩都有所提高，階躍式控制方法中所采用的步驟數(shù)和連續(xù)式控制方法中的扭矩增長速率都會增加，但仍需要滿足怠速車況控制方法中所提到的約束條件。

對于車輛所有可能發(fā)生的初始狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)組合，對應的噴油恢復轉速、不同控制方法中所需要采用的參數(shù)都記錄于ECU之上，以便恢復噴油時選用合理的噴油恢復轉速，并恰當?shù)乜刂崎y門開啟時間和燃油噴射量。

本發(fā)明的ECU并不限定于以上所述實施方式，其它各種各樣的變形都是可能的。雖然以上結合附圖和實施例對本發(fā)明進行了具體說明，但是可以理解，上述說明不以任何形式限制本發(fā)明。本領域技術人員在不偏離本發(fā)明的實質精神和范圍的情況下可以根據需要對本發(fā)明進行變形和變化，這些變形和變化均落入本發(fā)明的范圍內。