用于内燃机的控制器的制造方法

用于内燃机的控制器的制造方法
【专利摘要】一种用于内燃机的控制器包括曲轴转角检测器和ECU。所述ECU被配置为：(a)计算已燃质量分数；(b)取得当已燃质量分数达到预定的已燃质量分数时由所述曲轴转角检测器检测到的曲轴转角，作为特定的曲轴转角；以及(c)基于第一差控制燃料喷射量、进气量、或点火能量中的至少一种。所述第一差为第一参数和第二参数之间的差。所述第一参数为从点火时间到特定的曲轴转角的曲轴转角时期或曲轴转角时期的相关值。所述第二差为曲轴转角时期的目标值或所述相关值的目标值。
【专利说明】
用于内燃机的控制器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于内燃机的控制器。
【背景技术】
[0002] 在现有技术中，例如在公开号为9-317522的日本专利申请(JP9-317522 A)中公开 了一种用于执行稀燃操作的内燃机的控制器。在现有技术的控制器中，为了在减少废气排 放的同时实现稀燃操作，在达到预定的已燃质量分数时检测实际的曲轴转角，然后基于检 测的曲轴转角与目标曲轴转角的比较结果调整供给的燃料量。

【发明内容】

[0003] 如JP 9-317522 A中描述的控制方法，通过仅使用达到预定的已燃质量分数时的 曲轴转角作为用于控制燃料喷射量的参数，空燃比不能由该参数恰当地表现。因此，可能将 难以恰当地控制内燃机的燃烧。
[0004] 本发明提供了一种用于内燃机的控制器，其能够使用在已燃质量分数达到预定的 已燃质量分数时的曲轴转角来恰当地控制燃烧。
[0005] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于内燃机的控制器，其包括曲轴转角检测 器和电子控制单元(ECU)。所述曲轴转角检测器被配置为检测曲轴转角。所述ECU被配置为： (a)计算已燃质量分数；（b)取得当已燃质量分数达到预定的已燃质量分数时由曲轴转角检 测器检测到的曲轴转角，作为特定的曲轴转角；以及(c)基于第一差控制燃料喷射量、进气 量、或点火能量中的至少一种。所述第一差为第一参数和第二参数之间的差。所述第一参数 为从点火时间到特定的曲轴转角的曲轴转角时期或曲轴转角时期的相关值。所述第二差为 曲轴转角时期的目标值或所述相关值的目标值。
[0006] 根据该配置，除了预定的已燃质量分数被取得时的特定的曲轴转角还使用点火时 间的、被指定为从所述点火时间到所述特定的曲轴转角的时期的曲轴转角时期及其相关值 具有与空燃比的高相关性。相应地，根据该方面，能够基于曲轴转角时期或其相关值与曲轴 转角时期等的目标值之间的第一差，通过调整燃料喷射量、进气量、或点火能量中的至少一 种来适当地控制燃烧。当燃料喷射量和进气量中的一种或两种被调整时，能够适当地控制 空燃比。
[0007] 在该方面中，所述ECU可以被配置为当汽缸内的燃料空气混合物的空燃比被控制 在稀燃极限附近时，基于所述第一差控制所述燃料喷射量、所述进气量、或所述点火能量中 的至少一种。
[0008] 根据该配置，能够将汽缸内的燃料空气混合物的空燃比适当地控制在稀燃极限附 近。
[0009] 在该方面中，所述ECU可以被配置为基于发动机转速来设置所述目标值。
[0010]根据该配置，能够考虑发动机转速的影响而适当地设置曲轴转角时期或其相关值 的目标值。
[0011] 在该方面中，所述ECU可以被配置为基于发动机载荷因数来设置所述目标值。
[0012] 根据该配置，能够考虑发动机载荷因数的影响而适当地设置曲轴转角时期或其相 关值的目标值。
[0013] 在该方面，所述ECU可以被配置为基于目标点火时间从最佳点火时间的分离度来 设置所述目标值。所述ECU可以被配置为随着所述点火时间相对于所述最佳点火时间的延 迟度变得越大而将所述目标值设置得越小。所述ECU可以被配置为随着所述点火时间相对 于所述最佳点火时间的提前度变得越大而将所述目标值设置得越大。
[0014] 根据该配置，能够考虑基于调整手段的调整的空燃比的变化引起的最佳点火时间 的变化而适当地设置曲轴转角时期或其相关值的目标值。
[0015] 在该方面中，所述ECU可以被配置为：（d)基于所述已燃质量分数计算燃烧重心位 置；以及(e)控制点火时间以使得所述燃烧重心位置与目标燃烧重心位置之间的第二差为 零。
[0016] 根据该配置，基于通过使用不太会被空燃比的变化影响的燃烧重心位置的调整手 段的调整，能够适当地修正由于空燃比的变化引起的点火时间从目标点火时间的分离度。 [0017]在该方面中，所述ECU可以被配置为：⑴取得燃烧时期中使得缸内压力最大的最 大缸内压力曲轴转角；以及(g)控制点火时间以使得所述最大缸内压力曲轴转角与目标最 大缸内压力曲轴转角之间的第三差为零。
[0018]根据该配置，基于通过使用不太会被空燃比的变化影响的最大缸内压力曲轴转角 的调整手段对燃料喷射量等的调整，能够适当地修正由于空燃比的变化引起的点火时间从 目标点火时间的分离度。
[0019]在该方面中，所述ECU可以被配置为当所述第二差通过所述点火时间的控制而等 于或小于预定值时，基于所述第一差控制所述燃料喷射量、所述进气量、或所述点火能量中 的至少一种。所述ECU可以被配置为当所述第三差通过所述点火时间的控制而等于或小于 预定值时，基于所述第一差控制所述燃料喷射量、所述进气量、或所述点火能量中的至少一 种。
[0020] 根据该配置，在点火时间通过由点火时间调整手段的调整收敛到适当的值的状态 下，通过使得调整手段来调整燃料喷射量等，能够通过由上述调整手段的燃料喷射量等的 调整而进一步适当地控制空燃比。
[0021] 在该方面中，所述ECU可以被配置为控制所述点火时间的控制的响应速度以便高 于燃料喷射量、进气量、或点火能量的响应速度中的至少一种的响应速度。
[0022] 根据该配置，在点火时间通过由点火时间调整手段的调整而收敛于适当的值的情 况下，通过使用上述调整手段能够保证更多机会来调整燃料喷射量等。
[0023]在该方面中，所述预定的已燃质量分数可以为10%。
[0024]根据该配置，考虑到抗噪和减少步骤数，能够适当地设置特定的曲轴转角用于指 定曲轴转角时期。
[0025]在该方面中，所述ECU可以被配置为：（h)基于已燃质量分数取得主燃烧时期；以及 (i)根据所述主燃烧时期的长度改变所述目标值。
[0026]根据该配置，通过根据主燃烧时期的长度改变目标值，能够在考虑老化恶化等引 起的主燃烧时期(主燃烧速度)的变化的情况下适当地设置稀燃极限。
[0027] 在该方面中，所述ECU可以被配置为随着所述主燃烧时期变得越长而将所述目标 值设置得越小。
[0028] 根据该配置，通过随着主燃烧时期变得越长而将目标值改变为越小的值，能够在 考虑老化恶化等引起的主燃烧时期(主燃烧速度)的变化的情况下适当地设置稀燃极限。
[0029] 在该方面中，所述ECU可以被配置为当所述主燃烧时期短于预定值时随着所述点 火时间延迟更多而将所述目标值设置得越大。
[0030] 根据该配置，在主燃烧时期短（即，主燃烧速度高）的情况下，注意到点火极限随着 点火时间的延迟而提高的趋势，能够适当地设置稀燃极限。
[0031] 在该方面中，所述ECU可以被配置为当所述主燃烧时期短于预定值时，基于主燃烧 时期，在不大于气缸内的燃料空气混合物的点火极限处的值的范围内将所述目标值设置为 更大。
[0032] 根据该配置，在主燃烧时期短（即，主燃烧速度高）的情况下，能够在不大于点火极 限的范围内适当地设置目标值。
[0033] 在该方面中，所述ECU可以被配置为当所述第二差通过所述点火时间的控制而等 于或小于预定值时，根据所述主燃烧时期的长度改变所述目标值。所述ECU可以被配置为当 所述第三差通过所述点火时间的控制等于或小于预定值时，根据所述主燃烧时期的长度改 变所述目标值。
[0034]根据该配置，当第二差或第三差通过点火时间调整手段的调整而等于或小于预定 值时，通过根据主燃烧时期的长度改变目标值，能够在不受基于调整手段的调整的空燃比 的变化引起的点火时间从目标点火时间的位移的影响的情况下，根据主燃烧时期的长度进 一步适当地设置目标值。
[0035] 在该方面中，所述ECU可以被配置为当所述第一差等于或小于预定值时，根据所述 主燃烧时期的长度，改变所述目标值。
[0036] 根据该配置，当第一差通过调整手段的调整而等于或小于预定值时，通过根据主 燃烧时期的长度改变目标值，能够消除调整手段的调整不足对主燃烧时期的影响，以及基 于取得的主燃烧时期的值，能够准确地把握老化恶化等导致的主燃烧时期的长度。相应地， 能够基于主燃烧时期的长度更合适地设置目标值。
【附图说明】
[0037] 下文将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义， 其中相同的标号表示相同的元件，并且其中：
[0038]图1为示出了本发明的实施例1中的内燃机的系统配置的图示；
[0039] 图2为示出了点火时间和已燃质量分数的波形的图示；
[0040] 图3为示出了NOx的排放量、燃料里程(mileage)、转矩波动、以及SA-CA10中的每个 与空燃比(A/F)之间的关系的图示；
[0041] 图4为示出了根据本发明的实施例1的利用SA-CA10进行燃料喷射量的反馈控制的 概要的框图；
[0042] 图5为示出了本发明的实施例1中执行的程序的流程图；
[0043]图6为示出了关于在稀薄极限附近的空燃比的、MBT和在MBT控制中的燃烧重心位 置(CA50，其为50 %燃烧点）的关系的图示；
[0044] 图7为示出了在稀薄极限时的空燃比与点火时间之间的关系的图示；
[0045] 图8为示出了根据本发明的实施例2的利用SA-CA10的反馈控制和利用CA50的反馈 控制的概要的框图；
[0046] 图9为示出了本发明的实施例2中执行的程序的流程图；
[0047] 图10为示出了燃料里程、转矩波动、以及SA-CA10中的每个与空燃比(A/F)之间的 关系的图示，其用来阐述由于老化损坏等的影响导致的稀薄极限的变化；
[0048] 图11为示出了转矩波动与CA10-90之间的关系的图示；
[0049]图12为示出了根据本发明的实施例3的各种反馈控制的概要的框图；
[0050]图13为示出了本发明的实施例3中执行的程序的流程图；
[0051]图14为示出了本发明的实施例3中执行的主程序的流程图；
[0052]图15为示出了本发明的实施例3中执行的子程序的流程图；
[0053]图16为示出了利用MBT附近的CA50、转矩波动极限另外还考虑到点火极限的目标 SA-CA10的设置的图示；
[0054]图17为示出了本发明的实施例4中执行的主程序的流程图。
【具体实施方式】
[0055]图1为示出了本发明的实施例1中的内燃机10的系统配置的图示。图1中示出的系 统包括火花点火式内燃机1 〇。活塞12布置在内燃机10的汽缸中。燃烧室14形成在汽缸中的 活塞12的上侧。燃烧室14与进气通道16和排气通道18相通。
[0056] 进气通道16的进气口设置有进气门20,其打开和关闭进气口，并且排气通道18的 排气口设置有排气门22,其打开和关闭排气口。进气通道16设置有电子控制的节气门24。
[0057]内燃机10的每个汽缸设置有直接喷射燃料到燃烧室14 (汽缸）中的燃料喷射阀26 和点燃燃料空气混合物的火花塞28。每个汽缸设置有检测缸内压力的缸内压力传感器30。 [0058]根据该实施例的系统包括电子控制单元(E⑶MOiCU 40的输入部连接到用于获 得内燃机10的操作状态的多种传感器，诸如除缸内压力传感器30之外的用于获得发动机转 速的曲轴转角传感器42和用于测量进气量的空气流量计44ACU 40的输出部连接到用于控 制内燃机10的操作的多种执行器，诸如节气门24、燃料喷射阀26、以及火花塞28ACU 40基 于传感器的输出和预定的程序通过驱动多种执行器来执行预定的发动机控制，诸如燃料喷 射控制和点火控制。ECU 40具有将缸内压力传感器30的输出信号与曲轴转角同步地ADR 换、以及取得结果所得的输出信号的功能。相应地，能够在AD转换的可允许分解 (resolution)范围内检测任意的曲轴转角时间的缸内压力。ECU 40具有根据曲轴转角计算 缸内容积的值的功能，该缸内容积的值根据曲轴转角的位置确定。
[0059]图2为示出了点火时间和已燃质量分数的波形的图示。在根据该实施例的包括缸 内压力传感器30和曲轴转角传感器42的系统中，能够在内燃机10的每个循环中基于曲轴转 角（CA)获得缸内压力数据(缸内压力波形）。于是，能够利用已使用已知方法进行绝对压力 修正的缸内压力波形计算具有与图2所示相同波形的已燃质量分数（以下，被称为"MFB"）。 更具体地，在曲轴转角Θ处的缸内热值Q可以使用缸内压力数据利用表达式(1)来计算。在曲 轴转角Θ处的MFB可以使用计算的缸内热值Q的数据利用表达式(2)来计算。相应地，当MFB等
[0060] 于预定比α ( % )时的曲轴转角（以下，被称为"CAa"）可以伸用表达式（2)获得。
[0061]
[0062] 在表达式（1)中，P表示缸内压力，V表示缸内容积，并且k表示汽缸内气体的比热 比。Po和Vo分别表示在计算开始点θ〇处（以相对于假定的燃烧开始点的裕量确定的压缩冲程 中（进气门20关闭后)特定的曲轴转角Θ处）的缸内压力和缸内容积。在表达式⑵中，0 Sta表 示燃烧开始点(CA0)并且0f^表示燃烧结束点(CA100)。
[0063] 此处，代表性的曲轴转角CAa将参考图2在下文进行描述。在燃料空气混合物于点 火时间被点燃之后，汽缸内的燃烧以点火延迟开始。该燃烧开始点，即指示MFB开始的点，被 称为CA0。从CA0到MFB为10 %时的曲轴转角CA10的曲轴转角时期(CA0到CA10)相当于初始燃 烧时期，而从CA10到MFB为90%时的曲轴转角CA90的曲轴转角时期(CA10到CA90)相当于主 燃烧时期。MFB为50 %时的曲轴转角CA50相当于燃烧重心位置。
[0064] 图3为示出了 NOx的排放量、燃料里程、转矩波动、以及SA-CA10中的每个与空燃比 (A/F)之间的关系的图示。作为内燃机的低燃料里程技术，可以有效地使用在低于理论空燃 比的空燃比处执行的稀燃操作。空燃比变得越低，则燃料里程变得越好并且NOx的排放量变 得越小。然而，当空燃比过低时，燃烧恶化，并因此燃料里程恶化。另一方面，转矩波动随着 空燃比变稀而缓慢增大，并且随着空燃比变稀到超过某个值而快速增大。此处，转矩波动意 味着对于时间序列转矩值的变化值。更具体地，在时间序列转矩值的特定频带上执行滤波 处理之后，转矩波动可以作为经历滤波处理的时间序列转矩值的振幅、标准偏差、或者绝对 值的平均值被获得。下文中，燃料空气混合物的稀燃极限处的空燃比，更具体地，当转矩波 动值达到从内燃机10的驾驶性能的角度作为极限的阈值时的空燃比，称为"稀薄极限"。
[0065] 为了实现低燃料里程和低NOx排放，从图3可以说优选的是:监控内燃机10的状态 并且在驾驶性能不劣化的范围内将空燃比控制得尽量稀薄，即空燃比被控制在稀薄极限附 近。以下，该空燃比控制被称为"稀薄极限控制"。
[0066]在根据现有技术的稀薄极限控制中，在操作过程中的转矩波动通过统计学处理转 矩(或转矩对应值)来检测，并且空燃比基于检测到的转矩波动而被控制在稀薄极限附近。 然而，在根据现有技术的技术中，不能实施快速稀薄极限控制(存在这种空燃比控制不能被 执行的时间段）。原因在于转矩波动是基于统计学处理的参数，并因此不能进行计算，直到 发生预定的燃烧次数(例如，100次）。因为转矩波动是基于发动机转矩在正常操作期间的波 动的值，那么由于各种因素(诸如车辆的加速踏板的操作和空气或EGR气体的响应延迟)而 难以将转矩波动与转矩的瞬时(transient)变化区别开。为了增加控制时机的数量，有必要 允许瞬时变化而因此降低了转矩波动的计算精度。在根据现有技术的技术中，内燃机的振 动噪声的劣化不可避免。原因在于转矩波动以统计学来处理，并因此不能应对突然发生的 燃烧劣化。例如，当100次燃烧中的99次燃烧为正常而只有一次燃烧为异常时，这种突然的 燃烧劣化不出现在转矩波动的计算值中，但是这种燃烧劣化可能发生在稀薄极限附近。难 以根据现有技术在除所有汽缸被均一地控制的模式外的模式下执行稀薄极限控制。原因在 于处理自整个发动机而非自每个汽缸产生的转矩。如果使用每个汽缸的燃烧转矩计算转矩 波动，则上述问题会变得明显。即，如果所有的汽缸被均一地控制并且通过统计学处理计算 转矩波动需要的预定的燃烧次数为100,则执行对每个汽缸的统计学处理需要的燃烧次数 为100 X汽缸数量。相应地，当对每个汽缸计算转矩波动时，相比于为所有汽缸均一地计算 转矩波动的情况，计算转矩波动需要的时间段根据汽缸的数量成倍增加。
[0067] 如上所述，在使用基于统计学处理的转矩波动的技术中，因为要求长的时间并且 该技术未建立在瞬时操作中，故该技术的实用性低。因此，在该实施例中，作为一种用于解 决该问题的不依赖统计学处理的稀薄极限控制方法，对每个汽缸执行基于从点火时间（SA) 到为10 %燃烧点的CA10的曲轴转角时期(SA-CA10)的燃料喷射量的反馈控制。更具体地，该 反馈控制为基于稀薄极限附近的预定的目标SA-CA10与实际SA-CA10之间的差来调整燃料 喷射量(更具体地，为了使得差为零）。此处，实际SA-CA10是被计算为从点火时间到CA10的 曲轴转角时期的值，CA10通过从缸内压力传感器(CPS)30和曲轴转角传感器42获取缸内压 力数据并且分析该缸内数据来获得。
[0068] 将SA-CA10用作用于根据该实施例的稀薄极限控制的参数的优点将在下文进行描 述。SA-CA10为表示点火延迟的参数。如图3所示，SA-CA10与空燃比具有高的相关性，并且在 稀薄极限附近相对于空燃比保持良好的线性。相应地，容易利用SA-CA10在稀薄极限附近反 馈控制空燃比。
[0069] SA-CA10可以出于以下原因而被说成在稀薄极限的代表性上比空燃比更高。即，已 经由本发明人等的实验证实，作为稀薄极限的空燃比根据操作条件(例如，发动机的冷却液 温度)变化，但SA-CA10根据操作条件不比空燃比更好地变化。换言之，由于作为稀薄极限的 空燃比极大地依赖于燃料空气混合物的点火因数，代表点火延迟的SA-CA10比空燃比更少 地受操作条件等影响。当发动机转速变化时，每单位曲轴转角的时间变化并因此优选的是 作为SA-CA10的目标值的目标SA-CA10根据发动机转速来设置。更优选地，由于SA-CA10也根 据发动机载荷因数变化，目标SA-CA10只需要根据发动机载荷因数而不是发动机转速来设 置或者只需要除发动机转速外根据发动机载荷因数来设置。
[0070]下面将描述原因：用作用以相对于点火时间指定作为根据该实施例的稀薄极限控 制的指标的曲轴转角时期的燃烧点（当MFB为预定的已燃质量分数时的特定的曲轴转角）， CA10相比于其他燃烧点更优选。该特定的曲轴转角不限于CA10,但是能够使用另一任意的 燃烧点。当使用另一任意的燃烧点时，所得到的曲轴转角时期基本上具有以下优点：与空燃 比的相关性高并且稀薄极限的代表性高。然而，当使用在CA10之后的主燃烧时期（CA10-CA90)中的燃烧点时，所得到的曲轴转角时期受到当火焰扩散时对燃烧具有影响的参数(诸 如EGR率、进气温度、和滚流比）极大地影响。即，所得到的曲轴转角时期不纯粹地关注空燃 比，而是被扰乱弱化。为了排除扰乱的影响，用于根据上述参数修正曲轴转角时期的配置导 致处理步骤以合适数目增加。相反地，当使用初始燃烧时期(CA0-CA10)中的燃烧点时，所得 到的曲轴转角时期不那么受上述参数影响并且良好地反映了影响点火的因数的影响。结果 是，其可控性得到改善。另一方面，由于与由ECU 40从缸内压力传感器30取得的输出信号重 叠的噪声的影响，燃烧开始点（CA0)或燃烧结束点（CA100)很可能导致误差。随着燃烧点离 燃烧开始点(CA0)或燃烧结束点(CA100)越远，噪声的影响变得越小。相应地，从抗噪和合适 的处理步骤数目的减少(合适的响应可能性）的角度考虑，如在该实施例中，CA10可以被极 好地用作特定的曲轴转角。
[0071] 图4为示出了根据本发明的实施例1的利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制的概 要的框图。使用对应于根据该实施例的稀薄极限控制的SA-CA10的反馈控制为基于稀薄极 限附近的目标SA-CA10与实际SA-CA10之间的差调整燃料喷射量（更具体地，以使该差为 零)。
[0072] 在该反馈控制中，如图4所示，设置依赖于发动机操作状态(具体地，发动机转速和 发动机载荷因数)的目标SA-CA10。此处，实际的SA-CA10是被计算为从点火时间到CA10的曲 轴转角时期的值，CA10通过从缸内压力传感器(CPS)30和曲轴转角传感器42取得缸内压力 数据和分析缸内数据来得到。实际SA-CA10是对于各个汽缸为每个循环所计算的。
[0073] 在反馈控制中，为了调整燃料喷射量以使目标SA-CA10和实际SA-CA10之间的差为 零，使用PI控制作为实例。在PI控制中，与目标SA-CA10和实际SA-CA10之间的差对应的喷射 燃料修正值及其积分值的大小，使用该差和预定的PI增益（比例增益和积分项增益)进行计 算。为各个汽缸计算的喷射燃料修正值被反映在对应汽缸的燃料喷射量中。相应地，供给至 内燃机(ENG)IO的各个汽缸的燃料喷射量通过反馈控制进行调整(修正）。
[0074]图5为示出了由ECU40执行以便在本发明的实施例1中采用SA-CA10实施稀薄极限 控制的控制程序的流程图。该程序在各个汽缸中燃烧结束后的预定的时间，被每个循环地 重复执行。
[0075]在图5所示的程序中，ECU 40首先确定是否正在执行稀燃操作（步骤100)。内燃机 10在预定的操作区域内以低于理论空燃比的空燃比执行稀燃操作。此处，确定当前操作是 否对应于执行稀燃操作的操作区域。
[0076]当在步骤100中确定稀燃操作正在执行时，发动机转速和发动机载荷因数使用曲 轴转角传感器42和空气流量计44取得(步骤102)。发动机载荷因数可以基于发动机转速和 进气量来计算。
[0077] 然后，ECU 40计算目标SA-CA10(步骤104) ACU 40存储映射图表表（未示出），其 中，基于实验结果等与发动机转速和发动机载荷因数关联地预先确定目标SA-CA10。在步骤 S104中，目标SA-CA10基于步骤102中取得的发动机转速和发动机载荷因数参考该映射图表 表取得。
[0078]然后，E⑶40取得使用缸内压力传感器30和曲轴转角传感器42在燃烧时间测量的 缸内压力数据(步骤S106)。然后，E⑶40取得点火时间（步骤108) i⑶40存储映射图表(未 示出）并在步骤S108中参考该映射图表取得点火时间，在该映射图表中目标(要求的）点火 时间（基本上，最佳的点火时间（下文称为"MBT"））与发动机载荷因数和发动机转速关联地 来确定。
[0079] 然后，ECU 40计算实际SA-CA10(步骤110)。实际SA-CA10被计算作为从步骤108中 取得的点火时间到作为在步骤106中取得的缸内压力数据的分析结果得到的CA10的曲轴转 角时期。由于利用该方法取得的实际SA-CA10包括预定的不规律性(必然发生的燃烧波动）， 原始值可以被使用，但后文将描述的喷射燃料修正值在该情况下不稳定。相应地，在通过对 实际SA-CA10执行预定的退火处理移除燃烧波动后得到的值被用于燃料喷射量的反馈控 制。例如，进行包括当前计算值的彼此最接近的实际SA-CA10的预定数目的计算值的时间序 列移动平均的方法，可以被用作退火处理。替代该退火处理，基于假定的燃烧波动的实际 SA-CA10的计算值的不规则幅度等效可以被设置为控制死区。即，当后文将描述的目标SA- CA10与实际SA-CA10之间的差等于或小于不规则幅度等效时，燃料喷射量不能被修正。
[0080] 然后，ECU 40计算在步骤104和步骤110中计算的目标SA-CA10与实际SA-CA10之间 的差(步骤112)。然后，E⑶40基于计算的目标SA-CA10与实际SA-CA10之间的差和其积分值 并使用该差和预定的PI增益(比例增益和积分项增益），来计算喷射燃料修正值(步骤114)。 ECU 40基于计算的喷射燃料修正值来修正燃料喷射量以供后续循环中使用（步骤116)。具 体地，例如，当实际SA-CA10大于目标SA-CA10时，从图3所示的关系中看出，空燃比比目标值 更倾向稀侧，并因此燃料喷射量从燃料喷射量的基本值增加，以将空燃比修正到浓侧。
[0081] 根据图5所示的上述程序，执行反馈控制以将目标SA-CA10和实际SA-CA10之间的 差变为零。如上所述，SA-CA10甚至在稀薄极限附近具有相对于空燃比的线性。不同于根据 该实施例的方法，当只利用达到预定已燃质量分数时的特定的曲轴转角来调整燃料喷射量 以使得所述特定的曲轴转角等于目标值时，会产生如下问题。即，当点火时间变化时，在获 得预定的已燃质量分数时的特定的曲轴转角相应地变化。相反地，甚至在点火时间变化时， 从点火时间到特定的曲轴转角的曲轴转角时期几乎不变化。相应地，通过将曲轴转角时期 (在该实施例中为SA-CA10)用作调整燃料喷射量的指标，与只使用特定的曲轴转角时期的 情况相比，能够排除点火时间的影响并且合适地理解与空燃比的关系。在要求精确燃烧控 制的诸如稀燃操作或引入大量EGR气体的EGR操作中，存在的问题在于难以通过使用空燃比 传感器的当前的空燃比控制来在稀薄极限附近精确控制空燃比。因此，通过使用根据该实 施例的方法基于目标SA-CA10与实际SA-CA10之间的差来调整燃料喷射量，能够在稀燃操作 中将空燃比合适地控制在稀薄极限附近。
[0082] 由于根据该实施例的方法未像根据现有技术的上述方法那样使用统计学处理，故 能够使用该实施例的方法执行快速反馈控制。相应地，能够将根据该实施例的方法应用到 瞬时操作。因此，根据依据该实施例的方法，能够在宽泛操作条件下实施稀薄极限控制并因 此能够展示燃料里程性能和废气排放性能。还能够针对每个汽缸执行控制。
[0083]在根据该实施例的方法中，目标SA-CA10基于发动机转速和发动机载荷因数设置。 相应地，能够考虑到发动机转速和发动机载荷因数中的变化的影响来适当地设置目标SA-CA10〇
[0084] 在实施例1中，燃料喷射量使用反馈控制来调整以在使用SA-CA10的稀薄极限控制 中使得目标SA-CA10和实际SA-CA10之间的差为零。然而，在本发明中，基于从点火时间到得 到预定的已燃质量分数时的特定的曲轴转角的曲轴转角时期与作为曲轴转角时期的目标 值的目标曲轴转角时期之间的第一差的调整，可以对进气量或点火能量而非燃料喷射量执 行。燃料喷射量、进气量、或点火能量中的两种或更多可以进行调整。具体地，当实际SA-CA10大于目标SA-CA10时，在进气量的调整中减少进气量以将空燃比修正到浓侧，或者在点 火能量的调整中增加点火能量以缩短点火延迟。此处，例如，进气量的调整优选地使用已知 的可变进气门来执行，该已知的可变进气门能够以高的响应速度来控制各个循环中引入汽 缸的空气量。例如，点火能量的调整可以通过为火花塞28配备多个点火线圈以及如果必要 的话改变用于放电的点火线圈的数量来实现。当燃料喷射量或进气量经历调整时，空燃比 直接被该控制所控制。
[0085] 在实施例1中，CA10对应于"特定的曲轴转角"，实际SA-CA10对应于"第一参数"，目 标SA-CA10对应于"第二参数"，并且目标SA-CA10和实际SA-CA10之间的差对应于"第一差"。
[0086]本发明的实施例2将在下文参考图6至9进行描述。根据该实施例的系统可以通过 采用图1所示的硬件配置以及致使ECU 40执行后文将描述的图9所示的程序而非图5所示的 程序来实施。
[0087]图6为示出了在关于稀薄极限附近的空燃比的MBT控制中MBT和燃烧重心位置(为 50%燃烧点的CA50)的关系的图示。图7为示出了稀薄极限处的空燃比与点火时间之间的关 系的图示。
[0088]如图6所示，作为MBT的点火时间根据空燃比变化。这是因为燃烧速度随着空燃比 的变化而变化。更具体地，当空燃比为稀时，燃烧被延迟。结果，由于需要更快地点火，MBT变 化到提前侧时间。特别地，在稀薄极限附近的稀的空燃比区域中，最佳点火时间随着空燃比 中的微小变化而变化。另一方面，如图6所示，达到MBT时的CA50在稀薄极限附近的空燃比区 域中几乎是恒定的。
[0089] 当在实施例1中利用SA-CA10通过燃料喷射量的反馈控制将燃料喷射量调整到使 得目标SA-CA10和实际SA-CA10之间的差为零时，空燃比变化（当调整进气量时也同样如 此）。更具体地，当执行反馈控制时，如图6所示，空燃比关于与某个目标SA-CA10对应的空燃 比以某个振幅变化。结果是，MBT也以预定的振幅变化。另一方面，如图7所示，稀薄极限处的 空燃比由于点火时间的影响而变化。相应地，当MBT由于利用SA-CA10的燃料喷射量的控制 而随着空燃比的变化而变化但点火时间固定为变化之前的MBT时，点火时间偏离与当前空 燃比对应的实际MBT。例如，通过图7所示的关系，当MBT变化到提前侧但点火时间固定为变 化之前的MBT时，当前点火时间相对于实际MBT延迟，并且稀薄极限处的空燃比高于当点火 时间被控制为实际MBT时的空燃比。结果，当空燃比通过利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈 控制而倾向于稀侧值时，可能发生失火。
[0090] 相应地，当执行利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制时（当执行进气量的反馈控 制时也同样如此），优选的是针对各个汽缸执行用于去除由于基于该反馈控制的空燃比变 化引起的MBT的变化的影响的点火时间控制。相应地，在该实施例中，协同执行利用SA-CA10 的燃料喷射量的反馈控制和用于移除MBT的变化的影响的利用CA50的点火时间的反馈控 制。
[0091] 如上参考图6所述的，获得MBT时的CA50相对于稀薄极限附近的空燃比几乎不变 化。相应地，通过设置获得MBT时的CA50为目标CA50并且修正点火时间以使得可以作为缸内 压力数据的分析结果来得到的CA50(以下称为"实际CA50"）与目标SA-CA10之间的差为零， 能够将点火时间调整为MBT而不受空燃比变化的影响。通过这种方式，CA50的使用适于在这 种情况下控制点火时间。利用CA50的点火时间的控制不限于为了获得MBT的控制。即，利用 CA50的点火时间的控制也可以通过根据后文将描述的点火效率设置目标CA50来被使用，甚 至在MBT以外的点火时间诸如延迟燃烧被设置为目标点火时间时。
[0092] 在该实施例中，取代自由地执行利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制，而是在目 标CA50与实际CA50之间的差通过利用CA50的点火时间的反馈控制而变得等于或小于预定 值的情况下，执行利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制。
[0093] 在该实施例中，上述控制被配置以使得利用CA50的点火时间的反馈控制的响应速 度高于利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制的响应速度。
[0094]如图7所示，稀薄极限处的空燃比根据点火时间是否设置为MBT或者MBT的提前时 间或延迟时间而变化。然而，当目标SA-CA10被均一地设置而不管目标点火时间是否为MBT 或者与MBT分离的点火时间时，可产生如下问题。即，例如，在如图7所示假定稀薄极限处的 空燃比对应于MBT而设置目标SA-CA10的情况下，当目标点火时间被认为是MBT的延迟时间 时，由于目标点火时间的延迟，稀薄极限处的空燃比高于MBT控制时的空燃比。结果是，在目 标SA-CA10被设置的情况下，当空燃比倾向于稀侧时，该空燃比低于稀薄极限处的空燃比， 并可能发生失火。
[0095] 因此，在该实施例中，目标SA-CA10基于目标点火时间从MBT的分离度来设置。在如 下的描述中，目标点火效率被用作当点火时间为MBT时指示最大值以及指示目标点火时间 从MBT的分离度的指标。换言之，目标SA-CA10基于目标点火效率而设置。
[0096] 图8为示出了根据本发明的实施例2的利用SA-CA10的反馈控制和利用CA50的反馈 控制的概要的框图。在图8中，用于利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制的配置与在实施 例1中于图4中所示的配置相同。利用CA50的反馈控制是基于目标CA50和实际CA50之间的差 来调整点火时间（更具体地，以使得差为零）。
[0097]为了修正点火时间以使得目标CA50和实际CA50之间的差为零，例如，PI控制可以 用作利用CA50的反馈控制。在PI控制中，与目标CA50和实际CA50之间的差及其积分值的大 小对应的点火时间修正值使用该差和预定的PI增益（比例增益和积分项增益)进行计算。针 对各个汽缸计算的点火时间修正值反映在对应的汽缸的点火时间中。相应地，用于内燃机 (ENG) 10的各个汽缸的点火时间通过反馈控制进行调整(修正）。在实际CA50的计算中，出于 如上所述的用于实际SA-CA10的相同原因，执行预定的退火处理。
[0098]在该实施例中，为PI增益和用于反馈控制的退火处理进行如下考虑以使得利用 CA50的点火时间的反馈控制的响应速度高于利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制的响应 速度。即，用在利用CA50的反馈控制中使用的PI增益设置为大于用在利用SA-CA10的反馈控 制中使用的PI增益。例如，当使用移动平均的上述方法被用于退火处理时，利用CA50的反馈 控制中用于移动平均的缸内压力数据片的数量少于利用SA-CA10的反馈控制中用于移动平 均的缸内压力数据片的数量。
[0099] 图9为示出了本发明的实施例2中由ECU 40执行的用来实施利用SA-CA10的反馈控 制和利用CA50的反馈控制的控制程序的流程图。在图9中，与实施例1中于图5中所示相同的 步骤将以相同的参考标记进行参考，并且其描述将不被重复或将做简单描述。
[0100] 在图9所示的程序中，ECU 40在步骤102中取得发动机转速和发动机载荷因数之后 取得目标点火效率(步骤200)。ECU 40存储映射图表(未示出）并在步骤200中参考该映射图 表取得目标点火效率，在映射图表中，目标点火效率根据内燃机10的操作条件来确定。
[0101] 然后，ECU 40计算目标CA50(步骤202)。目标CA50基于步骤200中取得的目标点火 效率以及步骤102中取得的发动机转速和发动机载荷因数来设置。更具体地，当目标点火效 率为1时，即，当MBT设置为目标点火时间时，获得MBT时的CA50用作目标CA50。当目标点火时 间为小于1的预定值时，即，当目标点火时间为在MBT的提前侧或延迟侧的预定时间时，获得 预定时间时的CA50用作目标CA50。
[0102]然后，在步骤106中取得缸内压力数据之后，E⑶40使用取得的缸内压力数据的分 析结果计算实际CA50(步骤204)。在实际CA50的计算中，出于与上面描述的用于实施例1中 的实际SA-CA10相同的原因，执行预定的退火处理。对该退火处理采用参考图8描述的考虑。 ECU 40计算在步骤202和204中计算的目标CA50与实际CA50之间的差(步骤206)。
[0103]然后，E⑶40计算与步骤206中计算的差对应的点火时间修正值以及使用该差和 预定的PI增益（比例增益和积分项增益)计算其积分值的大小(步骤208)。如上所述，用在利 用CA50的反馈控制中的PI增益设置为大于用在利用SA-CA10的反馈控制中的PI增益。EOT 40基于计算的点火时间修正值来修正用在后续循环中的点火时间（步骤210)。具体地，CA50 和点火时间几乎是一一对应的，并且当实际CA50大于目标CA50时（即，当实际CA50自目标 CA50延迟时），点火时间移动到提前侧以提前燃烧。
[0104]然后，E⑶40确定目标CA50与实际CA50之间的差(绝对值)是否等于或小于预定值 (步骤212)。结果是，当确定该差大于预定值时，即，当确定实际CA50通过利用CA50的点火时 间的反馈控制没有充分收敛在目标CA50附近时，ECU 40使程序返回到步骤102并在后续循 环中再次执行步骤102后的程序。即，在步骤212的确定结果是否定的循环中，不执行由步骤 214和216的处理指定的利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制。
[0105] 另一方面，当步骤212的确定结果为肯定时，即，当确定实际CA50通过利用CA50的 点火时间的反馈控制充分收敛在目标CA50附近时，ECU 40将程序移动到步骤214以执行利 用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制并计算目标SA-CA10。在该程序中，与图5所示的程序不 同，目标SA-CA10设置为基于步骤200中得到的目标点火效率以及发动机转速和发动机载荷 因数的值。更具体地，目标SA-CA10的参考值设置为假定基于发动机转速和发动机载荷因数 设置的MBT时的值。最终的目标SA-CA10根据目标点火效率（即，根据目标点火时间从MBT的 分离度）来设置。更具体地，随着点火时间相对于MBT的延迟度变得越大，最终的目标SA-CA10设置为小于参考值;并且随着点火时间相对于MBT的提前度变得越大，最终的目标SA-CA10设置为大于参考值。然后，E⑶40执行步骤216的处理。步骤216-般地包括图5所示的 程序中的步骤108到116。
[0106] 根据图9所示的上述程序，执行利用SA-CA10的燃油喷射量的反馈控制和利用CA50 的点火时间的反馈控制。根据点火时间的反馈控制，当MBT随着通过利用SA-CA10的控制的 空燃比的变化而变化时，利用其在获得MBT时的值在稀薄极限附近几乎不根据空燃比变化 的CA50 (即，对于点火时间控制不考虑MBT和空燃比之间的关系），能够将点火时间适当地控 制到实际MBT。换言之，通过利用SA-CA10的控制的空燃比的变化引起的MBT的位移，能够利 用不容易被基于利用SA-CA10的控制的空燃比的变化所影响的CA50来修正。通过这种方式， 由于燃料喷射量(空燃比)和点火时间两者的反馈控制能够协同执行，也总是能够实现最佳 的燃烧。目标CA50根据目标点火效率来设置。相应地，在预定的点火效率下甚至当MBT以外 的点火时间被用作目标点火时间时，因由于上述因素导致的MBT的位移引起的点火时间从 目标点火时间的位移可以被类似地修正。
[0107]根据该程序，只有当目标CA50与实际CA50之间的差通过利用CA50的点火时间的反 馈控制等于或小于预定值时，才执行利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制。如上所述，MBT 随着由于利用SA-CA10的控制引起的空燃比的变化而变化(见图6)，并且稀薄极限处的空燃 比受点火时间的影响（见图7)。然而，当利用SA-CA10的反馈控制和利用CA50的反馈控制被 独立自由地执行时，存在反馈控制互相干扰的可能性，并且难以执行稳定的反馈控制（例 如，在当空燃比将被控制为低于稀薄极限的空燃比时的时刻处存在这种可能性）。为了实现 两种反馈控制的协作，优选的是:在利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制前，在诸如MBT的 目标点火时间附近稳定地控制点火时间。至于点火时间的调整，关于燃烷基本不发生延迟， 但至于燃料喷射量的调整(特别是在口喷射的情况下），存在时间差，直到燃料在喷射后被 用于燃烧。相应地，在可控性上优选的是:燃料喷射量的反馈控制基于点火时间的反馈控制 足够收敛的情况而执行。如上所述，通过顺序执行由该程序实施的两种反馈控制可以进一 步稳定地执行两种反馈控制，并且，与单独执行利用SA-CA10的反馈控制的情况相比，通过 使用这两种反馈控制，能够在稀薄极限附近进一步适当地控制空燃比。
[0108] 根据该程序，利用CA50的点火时间的反馈控制的响应速度高于利用SA-CA10的燃 料喷射量的反馈控制的响应速度。当点火时间的反馈控制的响应性不好时，难以稳定地建 立步骤212的判断并且难以继续执行利用SA-CA10的反馈控制。相反地，根据上述程序，由于 点火时间的反馈控制容易快速地收敛，因此容易稳定地建立步骤212的判断。相应地，由于 用于执行两个反馈控制的循环容易连续地建立，因此在点火时间收敛在适当值的状态下能 够确保很多时机来执行利用SA-CA10的反馈控制。
[0109] 根据上述程序，目标SA-CA10根据目标点火效率，即根据目标点火时间从MBT的分 离度来设置。如上所述，稀薄极限处的空燃比受点火时间影响(见图7)。相应地，通过根据目 标点火效率设定目标SA-CA10,能够考虑到基于利用SA-CA10的反馈控制的空燃比的变化引 起的MBT的变化，适当地设置目标SA-CA10。因此，能够根据目标点火时间（MBT或者相对于 MBT提前或延迟的时间）设置稀薄极限并尽可能多地展示内燃机10的潜能(potential)。
[0110] 在实施例2中，利用CA50的点火时间的反馈控制被执行。然而，本发明中的点火时 间调整手段可以使用最大缸内压力曲轴转角（9 Pmax)来调整点火时间而非使用燃烧重心位 置(CA50)来调整点火时间。即，在燃烧时期中缸内压力最大时的曲轴转角0 Pmax具有在稀薄 极限附近几乎不随着空燃比变化的特性，与参考图6描述的CA50的特性相似。相应地，点火 时间的反馈控制可以使用具有该特性的9 Pmax，例如，通过使用与实施例2中描述的相同的方 法执行以使得目标θρ_和实际0Pmax之间的差为零。0 Pmax可以使用缸内压力数据取得，缸内压 力数据使用缸内压力传感器30和曲轴转角传感器42取得。
[0111] 在实施例2中，目标CA50和实际CA50之间的差对应"第二差"。目标9Pmax和实际0 Pmax 之间的差对应"第三差"。
[0112] 本发明的实施例3将在下文参考图10至15被描述。根据该实施例的系统可以通过 采用图1所示的硬件配置并使得ECU 40执行图13至15所示的程序来实施。
[0113]图10为示出了燃料里程、转矩波动、以及SA-CA10中的每个与空燃比(A/F)之间的 关系的图，其用来阐述由于老化恶化等的影响引起的稀薄极限的变化。图11为示出了转矩 波动与CA10-90之间的关系的图示。
[0114] 主燃烧速度(主燃烧时期(CA10-90)的长度)会因为内燃机10的老化恶化而改变。 主燃烧速度的变化导致了稀薄极限的变化。此处，老化恶化的示例为以下情况：由于基于汽 缸壁表面的沉积物的滚流的变化，导致主燃烧速度相对于初始发动机状态变慢。如图10所 示，当主燃烧速度减慢时，相同空燃比下的转矩波动增大，因此作为当转矩波动达到极限时 的空燃比的稀燃极限变化到浓侧值。相应地，如图10所示，燃料里程从点A的值降低到点B的 值，并且NOx排放量也增加，其在这里未示出。
[0115] 当假定稀燃极限的变化并且稀燃极限控制的目标值（在该实施例中的目标SA-CA10)被设置有裕量，燃料里程损失了点A的值与点B的值之间的差并且初次允许NOx的排放 量的增加。为了避免这个问题，有必要理解发动机状态并改变目标值。但是，使用根据现有 技术的上述方法进行转矩波动的方向检测存在很多问题。因此，在该实施例中，转矩波动在 使用下述方法的操作期间被检测，并且目标SA-CA10被设置以使得空燃比尽量接近稀薄极 限。
[0116] 如图11所示，主燃烧时期(本文通过CA10-90定义)与转矩波动存在关联。具体地， CA10-90变得越大，则转矩波动也变得越大。相应地，根据使用基于缸内压力数据的MFB的计 算结果获得的CA10-90(以下称为"实际CA10-90"），能够理解当前的转矩波动的度。因此，在 该实施例中，目标SA-CA10基于通过从实际CA10-90中减去预定的目标CA10-90而得到的差 (△CA10-90)改变。虽然细节将会在后文参考图8来描述，但在图6所示的情况下，即，在实际 CA10-90(转矩波动）由于老化恶化而增加的情况下，目标SA-CA10降低，从而向浓侧值相对 地改变会在稀薄极限附近被控制的空燃比。
[0117] 为了在使用图11所示的关系进行操作的过程中准确地检测来自CA10-90的转矩波 动而不进行任何特殊的修正，优选的是点火时间被稳定地控制到目标时间。在图10中，当 SA-CA10的值变化时，转矩波动也变化。因此，在该实施例中，在当目标CA50与实际CA50之间 的差通过利用CA50的点火时间的反馈控制而等于或小于预定值CA thdt，以及在当目标SA-CA10与实际SA-CA10之间的差通过利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制而等于或小于预 定值CAthi时，目标SA-CA10基于Δ CA10-90被改变。以执行利用CA50的反馈控制和利用SA-CA10的反馈控制的顺序，而不是自由地执行利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制，在当目 标CA50与实际CA50之间的差通过利用CA50的点火时间的反馈控制而等于或小于预定值 CAthdt，执行利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制。
[0118] 图12为示出了根据本发明的实施例3的各种反馈控制的概要的框图。首先，在利用 SA-CA10的反馈控制中，基于发动机操作状态(具体地，发动机转速、发动机载荷因数、以及 目标点火效率）的目标SA-CA10被如图12所示地设置。基于缸内压力数据的分析结果，对各 个汽缸的各个循环计算实际SA-CA10。
[0119] 在反馈控制中，例如，PI控制用于调整燃料喷射量以使得目标SA-CA10和实际SA-CA10之间的差为零。在PI控制中，与目标SA-CA10和实际SA-CA10之间的差对应的喷射燃料 修正值以及其积分值的大小，使用该差和预定的PI增益（比例增益和积分项增益）进行计 算。对各个汽缸计算的喷射燃料修正值反映在对应的汽缸燃料喷射量中。相应地，供给至内 燃机(ENG) 10的各个汽缸的燃料喷射量通过反馈控制被调整(修正）。
[0120] 由于如上所述基于对缸内压力数据的分析结果得到的实际SA-CA10包括预定的不 规则性(必然发生的燃烧波动），原始值可以被使用，但喷射燃料修正值在该情况是不稳定 的。相应地，通过对实际SA-CA10执行预定的退火处理将移除燃烧波动后获得的值用于燃料 喷射量的反馈控制。例如，对包括当前计算值的最互相接近的实际SA-CA10的预定数目的计 算值进行时间序列移动平均的方法，可以被用作退火处理。替代该退火处理，基于假定的燃 烧波动的实际SA-CA10的计算值的不规则幅度等效可以被设置为控制死区。即，当后文将描 述的目标SA-CA10与实际SA-CA10之间的差等于或小于不规则幅度等效时，燃料喷射量不能 被修正。
[0121] CA50的反馈控制将在下文被描述。如上所述，该反馈控制基于目标CA50和实际 CA50之间的差来调整点火时间（更具体地，使得差为零）。为了修正点火时间以使得目标 CA50和实际CA50之间的差为零，例如，PI控制可以用于利用CA50的反馈控制。在PI控制中， 与目标CA50和实际CA50之间的差对应的点火时间修正值以及其积分值的大小，使用该差和 预定的PI增益（比例增益和积分项增益)进行计算。对各个汽缸计算的点火时间修正值反映 在对应的汽缸的点火时间中。相应地，对内燃机(ENG) 10的各个汽缸的点火时间通过反馈控 制被调整(修正）。在实际CA50的计算中，出于如上所述的与实际SA-CA10相同的原因，执行 预定的退火处理。
[0122] 如图12所示，目标SA-CA10可以根据ACA10-90而被改变。更具体地，目标SA-CA10 依据△ CA10-90是否小于或大于预定值CAth2相对于基于发动机操作状态设置的值来改变， ACA10-90是基于缸内压力数据的分析结果的实际CA10-90与设置到基于发动机操作状态 的值的目标CA10-90的差。
[0123] 当ACA10-90小于预定值CAth2时，即，当实际CA10-90相对小且主燃烧速度足够高 时，利用SA-CA10的控制具有用于稀薄极限的裕量。因此，在该情况下，预定值α加到根据发 动机操作状态设置的目标SA-CA10以使得实际SA-CA10变得更接近稀薄极限。当利用SA-CA10的控制被执行以调整燃料喷射量或进气量时，实际SA-CA10变得更接近稀薄极限意味 着空燃比变得更接近稀薄极限。
[0124] 另一方面，当Δ CA10-90大于预定值CAth2时，即，当实际CA10-90大(转矩波动大因 为燃烧速度低)时，利用SA-CA10的控制具有用于稀薄极限的大的裕量。因此，在该情况下， 从根据发动机操作状态设置的目标SA-CA10的值中减去预定值α以使得实际SA-CA10偏离稀 薄极限。相应地，当利用SA-CA10的控制被执行用于调整燃料喷射量或进气量时，空燃比被 控制到浓侧值。
[0125] 至于基于Δ CA10-90的目标SA-CA10的改变，主要假设CA10-90的变化像老化恶化 一样缓慢地改变。因此，目标SA-CA10的改变可以如图13所示的程序中的处理那样被频繁地 执行，但只需要基本上由比上述处理缓慢得多的处理执行。也就是说，例如，用于改变目标 SA-CA10的预定值(α或-α)可以被作为通过在比两个反馈控制长得多的跨距(span)中执行 的学习处理得到的学习值而存储，该学习值可以反映在根据发动机操作状态来设置目标 SA-CA10时的目标SA-CA10中。在实际CA10-90的计算中，出于如上面描述的用于实际SA-CA10等的相同原因，执行预定的退火处理。当使用移动平均的上述方法用于退火处理时，用 于利用CA10-90的反馈控制中的移动平均的缸内压力数据片的数量比用于计算实际SA- CA1〇和实际CA5〇的移动平均的缸内压力数据片的数量大得多。
[0126] 图13为示出了由ECU 40执行以便实施根据本发明的实施例3的稀薄极限的主程序 的流程图。图14为示出了规定利用CA50进行点火时间的反馈控制的处理的子程序的流程 图。图15为示出了规定利用SA-CA10进行燃料喷射量的反馈控制的处理的子程序的流程图。 图13示出的程序在各个汽缸中燃烧结束后的预定时间每个循环地重复执行。
[0127] 在图13所示的主程序中，E⑶40首先确定稀燃操作是否正在执行(步骤100)。内燃 机10在预定的操作区域中以低于理论空燃比的空燃比执行稀燃操作。此处，确定当前的操 作区域是否对应于执行稀燃操作的操作区。
[0128] 当在步骤100中确定稀燃操作正在执行时，E⑶40移动程序到步骤300并执行图14 中示出的子程序中的一系列处理。即，ECU 40使用曲轴转角传感器42和空气流量计44来取 得发动机转速和发动机载荷因数以及取得目标点火效率(步骤400)。发动机载荷因数可以 基于发动机转速和进气量来计算。ECU 40存储映射图表(未示出）并在步骤400中参考映射 图表得到目标点火效率，在映射图表中，目标点火效率根据内燃机10的操作条件来确定。
[0129] 然后，ECU 40计算目标CA50(步骤202)。目标CA50基于步骤400中得到的发动机转 速、发动机载荷因数以及目标点火效率来设置。更具体地，当目标点火效率为1时，即当MBT 设置为目标点火时间时，获得MBT时的CA50用作目标CA50。当目标点火时间为小于1的预定 值时，即，当目标点火时间为在MBT的提前侧或延迟侧的预定时间时，获得预定时间时的 CA50用作目标CA50。
[0130]接下来，ECU 40取得使用缸内压力传感器30和曲轴转角传感器42测量的缸内压力 数据（步骤106)。然后，ECU 40使用取得的缸内压力数据的分析结果计算实际CA50(步骤 204)。在实际CA50的计算中，执行纳入参考图8上述的考虑的预定的退火处理。
[0131] ECU 40计算在步骤202和204中计算的目标CA50与实际CA50之间的差(步骤206)。 然后，ECU 40计算与步骤206中计算的差对应的点火时间修正值以及使用该差和预定的PI 增益（比例增益和积分项增益)计算其积分值的大小(步骤208)。如上所述，用在利用CA50的 反馈控制中的PI增益设置为大于用在利用SA-CA10的反馈控制中的PI增益。E⑶40基于计 算的点火时间修正值来修正用在接下来的循环中的点火时间（步骤210)。具体地，CA50和点 火时间几乎是--对应的，并且当实际CA50大于目标CA50时（即当实际CA50比目标CA50延 迟时），点火时间移动到提前侧以提前燃烧。
[0132] 然后，在执行图13所示的主程序中的步骤300的处理之后，E⑶40确定目标CA50与 实际CA50之间的差(绝对值)是否等于或小于预定值CA thl(步骤302)。结果是，当确定该差大 于预定值CAthl时，即，当确定实际CA50通过利用CA50的点火时间的反馈控制没有充分收敛 在目标CA50附近时，E⑶40迅速结束当前循环中的处理。结果是，假定建立了步骤100,步骤 300或其后续步骤的处理在相同的汽缸中于后续循环中再次执行。即，在步骤302的确定结 果为否定的循环中，由步骤304的处理指定的利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制的后续 处理就不执行。
[0133] 另一方面，当步骤302的确定结果为肯定时，即，当通过利用CA50的点火时间的反 馈控制确定实际CA50充分收敛在目标CA50附近时，ECU 40将程序移动到步骤304以执行利 用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制。
[0134] 在步骤304中，图15所示的子程序的一系列处理被执行。即，ECU40首先计算目标 5八-0410(步骤500)<^〇]40存储映射图表(未示出），在其中基于经验结果等与发动机转速、 发动机载荷因数、以及目标点火效率相关地提前确定目标SA-CA10。在步骤S500中，目标SA-CA10基于步骤500中取得的发动机转速、发动机载荷因数、和目标点火效率参考该映射图表 得到。关于与目标点火时间的关联性，依赖于目标点火效率(即，依赖于目标点火时间从MBT 的分离度），随着点火时间相对于MBT的延迟度变得越大时，目标SA-CA10设置为小于参考 值;并且随着点火时间相对于MBT的提前度变得越大时，目标SA-CA10设置为大于参考值。
[0135] 然后，ECU 40取得点火时间（步骤502) ACU 40存储映射图表（未示出）并在步骤 S502中参考该映射图表获得点火时间，在该映射图表中，目标(要求的）点火时间（基本上， 最佳的点火时间（下文称为"MBT"））被与发动机载荷因数和发动机转速相关地确定。
[0136] 然后，ECU 40计算实际SA-CA10(步骤504)。实际SA-CA10被计算为从步骤502中得 到的点火时间到作为在步骤504中取得的缸内压力数据的分析结果获得的CA10的曲轴转角 时期。
[0137] 然后，ECU 40计算在步骤500和504中计算的目标SA-CA10与实际SA-CA10之间的差 (步骤506)。然后，ECU 40基于目标SA-CA10与实际SA-CA10之间的计算差和其积分值、使用 该差和预定的PI增益（比例增益和积分项增益），来计算喷射燃料修正值(步骤508) i⑶40 基于计算的喷射燃料修正值来修正燃料喷射量以用在后续循环中（步骤510)。具体地，例 如，当实际SA-CA10大于目标SA-CA10时，从图3所示的关系中看出，空燃比比目标值倾向稀 侧，并因此燃料喷射量从燃料喷射量的基本值增加，以将空燃比修正到浓侧。
[0138] 然后，在图13所示的主程序中执行完步骤304的处理之后，E⑶40确定目标SA-CA10 与实际SA-CA10之间的差(绝对值)是否等于或小于预定值CAP th(步骤306)。因此，当确定该 差大于预定值CAPth时，即，当确定通过利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制的实际SA-CA10没有充分收敛在目标SA-CA10附近时，E⑶40迅速结束当前循环中的处理。结果是，假 设建立了步骤100,步骤300或后续步骤的处理将在同一个汽缸中于后续循环中再次执行。 即，在步骤306的确定结果为否定的循环中，步骤308和后续步骤的处理就不执行。
[0139] 另一方面，当步骤306的确定结果为肯定时，即，当确定通过利用SA-CA10的燃料喷 射量的反馈控制的实际SA-CA10充分收敛在目标SA-CA10附近时，ECU 40将程序移动到步骤 308以执行利用CA10-90来修正目标SA-CA10的处理。
[0140] 在步骤308中，ECU 40计算目标CA10-90。与目标CA50类似，目标CA10-90基于步骤 400中得到的发动机转速、发动机载荷因数、以及目标点火效率来设置。更具体地，当目标点 火效率为1时，即当MBT设置为目标点火时间时，获得MBT时的CA10-90用作目标CA10-90。当 目标点火时间为小于1的预定值时，即，当目标点火时间为在MBT的提前侧或延迟侧的预定 时间时，获得预定时间时的CA10-90用作目标CA10-90。
[0141] 然后，E⑶40使用步骤106中取得的缸内压力数据的分析结果计算实际CA10-90 (步骤310)。在实际CA10-90的计算中，参考图8上述的考虑被纳入的预定的退火处理被执 行。
[0142] 然后，ECU 40计算ACA10-90,其为在步骤308和310中计算的目标CA10-90与实际 CA10-90之间的差(步骤312)。然后，ECU 40确定计算的ACA10-90是否小于预定值CAth2(步 骤314)。预定值CAth2为提前设置的值，作为用于确定实际CA10-90相对于根据发动机的操作 状态(这里指发动机的转速、发动机的载荷因数、以及目标点火效率)的目标CA10-90的大小 (主燃烧速度的大小）的阈值。
[0143] 当步骤314的确定结果为肯定时，即当实际CA10-90相对小且主燃烧速度可以说足 够高时，ECU 40在步骤500中计算出的目标SA-CA10上加上预定值α(步骤316)。
[0144] 另一方面，步骤314的确定结果为否定时，Ε⑶40确定ACA10-90是否大于预定值 CAth2(步骤318)。结果，当步骤318的确定结果为肯定时，即当实际CA10-90大（主燃烧速度 低)时，ECU 40从步骤500中计算出的目标SA-CA10的值减去预定值α(步骤320)。
[0145] 上述基于图13至15所示的程序的处理的稀薄极限控制的优点将在下文被描述。
[0146] 根据上述图15所示的作为根据该实施例的稀薄极限控制的主要部分的程序的处 理，执行反馈控制以使得目标SA-CA10与实际SA-CA10之间的差为零。如上所述，即使在稀薄 极限附近，SA-CA10相对于空燃比具有线性。与根据该实施例的方法不同，当只使用达到预 定的已燃质量分数时的特定的曲轴转角来调整燃料喷射量以使得特定的曲轴转角等于目 标值时，会产生以下问题。即，当点火时间改变时，获得预定的已燃质量分数时的特定的曲 轴转角也相应地改变。相反地，即使点火时间变化时，从点火时间到特定曲轴转角的曲轴转 角时期几乎不变。相应地，通过使用曲轴转角时期(在该实施例中为SA-CA10)作为调整燃料 喷射量的指标，相比于只使用特定曲轴转角时期的情况，能够排除点火时间的影响以及适 当地理解与空燃比的关联性。在要求精确燃烧控制的操作中，例如稀燃操作或引入大量EGR 气体的EGR操作，存在如下问题:通过使用空燃比传感器的当前空燃比控制，难以准确控制 稀薄极限附近的空燃比。因此，通过使用根据该实施例的方法基于目标SA-CA10与实际SA-CA10之间的差来调整燃料喷射量，能够在稀燃操作中将空燃比适当地控制在稀薄极限附 近。
[0147] 由于根据该实施例的方法不使用类似根据现有技术的上述方法中的统计学处理， 故能够使用根据该实施例的方法执行快速反馈控制。相应地，能够将根据该实施例的方法 应用到瞬时操作。因此，根据该实施例的方法，能够在宽泛操作条件下实施稀薄极限控制并 因此能够展示燃料里程性能和排气排放性能。还能够针对各个汽缸执行控制。
[0148] 在根据该实施例的方法中，目标SA-CA10基于发动机转速、发动机载荷因数、以及 目标点火效率来设置。相应地，可以考虑到发动机转速、发动机载荷因数、以及目标点火效 率的变化的影响，恰当地设置目标SA-CA10。如上所述，稀薄极限处的空燃比受点火时间的 影响（见图7)。相应地，通过设置目标SA-CA10，特别地，依赖目标点火效率（即，依赖目标点 火时间相对于MBT的分离度），可以考虑到基于利用SA-CA10的反馈控制的空燃比的变化引 起的MBT的变化，恰当地设置目标SA-CA10。结果是，能够依赖于目标点火时间（MBT或者比 MBT提前或延迟的时间)设置稀薄极限并尽可能多地展示内燃机10的潜能。
[0149] 根据图13所示的主程序的处理，目标SA-CA10根据ACA10-90是否小于或大于预定 值CAth2(g卩，依赖于实际CA10-90的大小)来修正。更具体地，随着Δ CA10-90变小(实际CA10-90变小）目标SA-CA10变为较大的值(作为空燃比更接近稀侧的值），随着Δ CA10-90变大(实 际CA10-90变大）目标SA-CA10变为较小的值(作为空燃比更接近浓侧的值）。相应地，即使主 燃烧时期(CA10-90)由于老化恶化等变化并因此转矩波动极限变化，能够根据主燃烧时期 的变化选择恰当的稀薄极限。特别地，如在现有技术中一样，不必假定转矩波动由于老化恶 化的增长并且不必为目标SA-CA10提供裕量。因此，能够根据初始状态设置恰当的稀薄极限 并防止由于初始状态下的裕量的燃料里程的损失和NOx排放量的增加。甚至当点火如设计 的被执行但主燃烧时期由于老化恶化而扩展时，通过利用CA10-90来修正目标SA-CA10,能 够在不使转矩波动恶化的情况下选择恰当的稀薄极限。
[0150] 根据上述图14所示的子程序的过程，执行利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制 和利用CA50的点火时间的反馈控制。根据点火时间的反馈控制，当MBT随着通过利用SA-CA10的控制的空燃比的变化而变化时，利用在获得MBT时的值在稀薄极限附近几乎不根据 空燃比变化的CA50(即，针对点火时间控制不考虑MBT和空燃比之间的关系），能够将点火时 间适当地控制到实际MBT。换言之，MBT由于通过利用SA-CA10的控制的空燃比变化引起的位 移能够利用CA50来修正，CA50不容易被基于利用SA-CA10的控制的空燃比的变化所影响。通 过这种方式，由于燃料喷射量(空燃比）和点火时间两者的反馈控制能够协同执行，也总是 能够实现最佳的燃烧。目标CA50根据目标点火效率来设置。相应地，在预定的点火效率下， 甚至当MBT以外的点火时间被用作目标点火时间时，由于上述因素导致的MBT的位移引起的 点火时间相对于目标点火时间的位移可以被类似地修正。
[0151] 根据图13所示的主程序，只有在目标CA50与实际CA50之间的差通过利用CA50的点 火时间的反馈控制而等于或小于预定值时，才执行利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制。 如上所述，MBT随着由于利用SA-CA10的控制引起的空燃比的变化而变化(见图6)，并且稀薄 极限处的空燃比受点火时间的影响（见图7)。然而，当利用SA-CA10的反馈控制和利用CA50 的反馈控制被独立自由执行时，存在两种反馈控制互相干扰的可能性，并且将难以实现稳 定的反馈控制（例如，当空燃比将被控制为低于稀薄极限的空燃比的时刻时存在这种可能 性）。为了实现两种反馈控制的协作，优选的是在利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制前， 将点火时间稳定地控制在诸如MBT的目标点火时间附近。至于点火时间的调整，关于燃烧的 延迟基本不发生，但至于燃料喷射量的调整(特别是对于进气口喷射），存在时间差，直到燃 料被喷射之后被用于燃烧。相应地，在可控性方面优选的是:燃料喷射量的反馈控制基于点 火时间的反馈控制足够收敛的状态而执行。如上所述，通过顺序执行由该程序实施的两种 反馈控制可以进一步可靠地执行两种反馈控制，并且，与单独执行利用SA-CA10的反馈控制 的情况相比，通过使用这两种反馈控制，能够进一步适当地控制稀薄极限附近的空燃比。
[0152] 根据该实施例的技术中，利用CA50的点火时间的反馈控制的响应速度高于利用 SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制的响应速度。当点火时间的反馈控制的响应性不好时，难 以可靠地建立步骤302的判断并因此继续执行利用SA-CA10的反馈控制。相反地，根据上述 程序，由于点火时间的反馈控制容易快速地收敛，故容易可靠地建立步骤302的判断。相应 地，由于用于执行两个反馈控制的循环容易连续地建立，故当点火时间收敛在适当值时的 状态下能够确保很多时机来执行利用SA-CA10的反馈控制。
[0153]根据图13所示的主程序，仅当步骤302和306这两者的确定结果均为肯定时，基于 CA10-90的目标SA-CA10的修正才在步骤314或318的确定结果为肯定的情况下执行。
[0154] 如上所述，MBT随着基于利用SA-CA10的控制引起的空燃比变化而变化(见图6)，并 且稀薄极限处的空燃比受点火时间的影响（见图7)。相应地，通过在步骤302的确定结果为 肯定的情况下基于CA10-90改变目标SA-CA10(即，在通过利用CA50的点火时间的反馈控制 使得点火时间收敛到合适的值的状态下），能够进一步基于CA10-90恰当地设置目标SA-CA10而不受MBT由于利用SA-CA10的控制的空燃比变化引起的位移的影响。
[0155] 当通过反馈控制而实际SA-CA10没有充分收敛在目标SA-CA10附近时，存在由此导 致的点火延迟的变化会影响主燃烧时期的可能。相应地，通过在步骤306的确定结果为肯定 的状态下基于CA10-90改变目标SA-CA10(即，在SA-CA10通过利用SA-CA10的燃料喷射量的 反馈控制收敛到合适的值的状态下），能够去除由于利用SA-CA10的不充分的反馈控制的影 响并因此能够进一步准确地理解基于A CA10-90的老化恶化导致的主燃烧时期的长度。相 应地，能够进一步基于CA10-90恰当地设置目标SA-CA10。
[0156] 在实施例3中，在利用SA-CA10的稀薄极限的控制中，使用反馈控制来调整燃料喷 射量，以使得目标SA-CA10与实际SA-CA10之间的差为零。然而，在本发明中，基于从点火时 间到得到预定的已燃质量分数时的特定的曲轴转角的曲轴转角时期与作为曲轴转角时期 的目标值的目标曲轴转角时期之间的第一差的调整，可以用进气量或点火能量代替燃料喷 射量来执行。燃料喷射量、进气量、或点火能量中的两种或更多种可以经历调整。具体地，当 实际SA-CA10大于目标SA-CA10时，在进气量调整中减少进气量以将空燃比修正到浓侧，或 者在点火能量的调整中增加点火能量以缩短点火延迟。此处，例如，进气量的调整优选地使 用已知的可变进气门来实现，其能够以高的响应速度来控制每个循环引入汽缸的空气量。 例如，点火能量的调整可以通过为火花塞28配备多个点火线圈以及如果必要的话改变用于 放电的点火线圈的数量来实现。当燃料喷射量或进气量经历调整时，空燃比直接被该控制 所控制。
[0157] 在实施例3中，利用CA50的点火时间的反馈控制被执行。然而，本发明中的点火时 间调整手段可以使用最大缸内压力曲轴转角（9 Pmax)来调整点火时间来代替使用燃烧重心 位置(CA50)来调整点火时间。即，当在燃烧时期中缸内压力最大时的曲轴转角0 Pmax具有在 稀薄极限附近几乎不随着空燃比变化的特性，与参考图6描述的CA50的特性相似。相应地， 点火时间的反馈控制可以例如通过使用与图3中所示相同的方法来执行以通过使用具有该 特性的9 Pmax来使得目标0Pmax和实际0Pmax之间的差为零。0Pmax能够使用缸内压力数据得到，缸 内压力数据使用缸内压力传感器30和曲轴转角传感器42取得。
[0158] 在实施例3中，目标SA-CA10根据Δ CA10-90是否小于或大于预定值CAth2来设置。然 而，基于本发明中的主燃烧时期的长度的曲轴转角时期的目标值或其相关值不限于根据A CA10-90的大小改变。即，目标值可以基于实际CA10-90与预定值的比较结果，只要它根据主 燃烧时期的长度而改变。预定值优选地设置为基于发动机操作状态(例如，发动机转速、发 动机载荷因数、或目标点火效率)的值。
[0159] 本发明的实施例4将在下文参考图16和17被描述。根据该实施例的系统可以采用 图1所示的硬件配置并使得ECU 40执行图17所示的程序来实施。
[0160] 在实施例3中，目标SA-CA10基于CA10-90而改变。相反地，在该实施例中，在根据实 施例3的稀薄极限控制以相同方式执行之后，点火极限进一步被考虑以用作基于CA10-90改 变目标SA-CA10。
[0161] 图16为与MBT附近的CA50相关地示出了当转矩波动极限另外还考虑到点火极限时 的目标SA-CA10的设置的图。如实施例1所述，目标SA-CA10为具有重要意义的值，其用作控 制稀薄极限（当转矩波动为从内燃机10的驾驶性的角度看来的极限时的空燃比）附近的空 燃比的指标。当通过特定操作条件使用两者的反馈控制使得CA50和SA-CA10均收敛在各自 的目标值时，如图16所示，等效的转矩波动线(细虚线），在其中转矩波动为恒定的，具有如 下趋势：随着CA50越延迟(换言之，点火时间越延迟），目标SA-CA10越减小。
[0162] 此处，"初始状态A"和"状态B"假定为内燃机10的状态。在初始状态A中的目标SA-CA10，如图12中的白色圆形指示的，在初始状态A中的超过转矩波动极限线(粗实线）的范围 内，具有在MBT附近当CA50(点火时间）越延迟目标SA-CA10越减小的趋势(参见实施例3中基 于目标点火效率的目标SA-CA10的设置）。状态B假定为与初始状态A相关的、在内燃机10中 用于稳定燃烧的变化(主燃烧速度增长的变化)发生之后的状态(例如，沉积物形成在汽缸 的壁表面上从而增强了滚流）。导致用于稳定燃烧的变化的因素包括，除了老化恶化之外， 例如，清洁发动机的内部以去除沉积物而执行的保养。
[0163 ]当内燃机10的状态从初始状态A改变(汽缸内环境改变等)为状态B时，转矩波动极 限线由粗实线表示的线改变为由粗虚线表示的线。根据实施例1中基于CA10-90的目标SA-CA10的改变，当这种改变发生时，即当Δ CA10-90小于预定值CAth2并且由此主燃烧速度为高 时，在由图16中的从白色圆形到黑色三角形的箭头表示的改变之后，目标SA-CA10在不超过 转矩波动极限线(粗虚线)的范围内增大。
[0164] 另一方面，当点火时间在MBT附近延迟时，主燃烧速度被降低，但汽缸内的气体在 其温度和压力升高时被点燃。结果，在MBT附近，随着点火时间被延迟，作为汽缸内的燃料空 气混合物的点火极限的空燃比增加。相应地，甚至在主燃烧速度如步骤B中足够高但转矩波 动由于主燃烧速度的降低而不发生的状态下点火时间被延迟时，能够在点火极限升高时在 稀侧执行稳定的操作。相应地，如图16所示，点火极限处的目标SA-CA10随着CA50(点火时 间）的延迟而增大。
[0165] 然而，当如图16所示的点火极限线的趋势不被考虑用于基于CA10-90的目标SA-CA10的改变时，主燃烧速度足够高(CA10-90小），并因此存在如下可能：在意图将目标SA-CA10从白色圆形增加到黑色三角形(对应于图16中虚线表示的三角形）时，根据CA50(点火 时间)将超过点火极限。
[0166] 因此，在该实施例中，当Δ CA10-90小于预定值CAth2(实际CA10-90小)时，在不超过 气缸内的燃料空气混合物的点火极限的值的范围内，目标SA-CA10基于CA10-90增大。基于 该理念的目标SA-CA10的改变，可以说是，在某个点火时间范围（包括从图16的左端起四个 黑色三角形的CA50范围）内，在Δ CA10-90小于预定值CAth2的情况(实际CA10-90小的情况） 下，随着点火时间(CA50)的延迟目标SA-CA10向更大值的改变。
[0167] 图17为示出了ECU 40执行的主程序以实施根据本发明的实施例4的稀薄极限控制 的流程图。在图17中，与实施例1至3中描述的步骤相同的步骤将以相同的参考标记被提及， 对其的描述将不再重复或会做简单描述。
[0168] 在图17所示的程序中，当在步骤314中确定了 ACA10-90小于预定值CAth2之后，E⑶ 40在步骤316中在目标SA-CA10上加上预定值α，然后将程序移动到步骤400。
[0169] 在步骤400中，Ε⑶40确定在步骤316的处理中加过之后的目标SA-CA10是否小于 点火极限处的值。ECU 40存储映射图表，并且在步骤400中参考该映射图表，得到了对应于 当前的CA50(点火时间）的点火极限处的目标SA-CA10的值，在映射图表中，利用图16所示的 点火极限线的关系，也就是与CA50(或点火时间）的关系的关联性，确定点火极限处的目标 SA-CA10的值(更严格地，相对于点火极限处的值具有预定裕量区的值）。
[0170] 当步骤400的确定结果为肯定时，即，当确定为加过之后的目标SA-CA10相对于点 火时间处的值具有裕量时，对目标SA-CA10的修正将不重新执行。相反地，当步骤400的确定 结果为否定时，即当加过之后的目标SA-CA10等于或大于点火时间处的值，则ECU 40改变目 标SA-CA10的值，即将加过之后的值改为点火极限处的值，以防止目标SA-CA10超过点火极 限处的值地改变(步骤402)。
[0171]根据上述图17示出的主程序中的过程，除了实施例3中描述的优点外还可以获得 如下优点。即，当Δ CA10-90小于预定值CAth2(实际CA10-90小)时，目标SA-CA10在不超过汽 缸内的燃料空气混合物的点火极限处的值的范围内基于CA10-90增加。相应地，在实际 CA10-90小并因而主燃烧速度足够高的情况下，能够通过在不超过点火极限的范围内将空 燃比尽可能地控制到稀侧来充分地扩大稀薄极限。此外，通过注意图16所示的点火极限线 与转矩波动极限线具有不同趋势的点，能够基于CA10-90来恰当地设置目标SA-CA10。
[0172]实施例3和4描述了利用SA-CA10的燃料喷射量的反馈控制。然而，本发明不限于直 接使用从点火时间到获得预定的已燃质量分数时的特定的曲轴转角的曲轴转角时期，例如 SA-CA10,而是相关值可以被使用以代替曲轴转角时期。
[0173] 在实施例3和4中，用缸内压力传感器30和曲轴转角传感器42获得的缸内压力数据 的分析结果被用于计算已燃质量分数(MFB)。但是，本发明的已燃质量分数的计算不限于使 用缸内压力数据。即，例如，通过离子传感器检测燃烧产生的离子电流并使用检测的离子电 流可以计算已燃质量分数;或者，当缸内温度可以被测量时，使用缸内温度的历史数据也可 以计算已燃质量分数。
[0174] 实施例1至4描述了以下示例，其中，执行在稀薄极限附近控制气缸内的燃料空气 混合物的空燃比的稀燃操作。然而，用于本发明的操作的空燃比不限于低于理论空燃比的 空燃比，还可以是理论空燃比或高于理论空燃比的空燃比。
【主权项】
1. 一种用于内燃机的控制器，所述控制器包括： 曲轴转角检测器，其配置为检测曲轴转角；以及 E⑶，其配置为： (a) 计算已燃质量分数； (b) 取得当所述已燃质量分数达到预定的已燃质量分数时由所述曲轴转角检测器检测 到的所述曲轴转角，作为特定的曲轴转角；以及 (c) 基于第一差控制燃料喷射量、进气量、或点火能量中的至少一种，所述第一差为第 一参数和第二参数之间的差，所述第一参数为从点火时间到所述特定的曲轴转角的曲轴转 角时期或所述曲轴转角时期的相关值，所述第二参数为所述曲轴转角时期的目标值或所述 相关值的目标值。2. 根据权利要求1所述的控制器，其中，所述ECU被配置为当汽缸内的燃料空气混合物 的空燃比被控制在稀燃极限附近时，基于所述第一差控制所述燃料喷射量、所述进气量、或 所述点火能量中的至少一种。3. 根据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述ECU被配置为基于发动机转速来设置所 述目标值。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的控制器，其中，所述ECU被配置为基于发动机载荷 因数来设置所述目标值。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的控制器，其中，所述ECU被配置为基于目标点火时 间从最佳点火时间的分离度来设置所述目标值。6. 根据权利要求5所述的控制器，其中，所述ECU被配置为随着所述点火时间相对于所 述最佳点火时间的延迟度变得越大而将所述目标值设置得越小。7. 根据权利要求5或6所述的控制器，其中，所述ECU被配置为随着所述点火时间相对于 所述最佳点火时间的提前度变得越大而将所述目标值设置得越大。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的控制器，其中，所述E⑶被配置为： (d) 基于所述已燃质量分数计算燃烧重心位置；以及 (e) 控制所述点火时间以使得所述燃烧重心位置与目标燃烧重心位置之间的第二差为 零。9. 根据权利要求1至7中任一项所述的控制器，其中，所述E⑶被配置为： (f) 取得燃烧时期中使得缸内压力最大的最大缸内压力曲轴转角；以及 (g) 控制所述点火时间以使得所述最大缸内压力曲轴转角与目标最大缸内压力曲轴转 角之间的第二差为零。10. 根据权利要求8所述的控制器，其中，所述ECU被配置为当所述第二差通过所述点火 时间的所述控制而等于或小于预定值时基于所述第一差控制所述燃料喷射量、所述进气 量、或所述点火能量中的至少一种。11. 根据权利要求9所述的控制器，其中，所述ECU被配置为当所述第三差通过所述点火 时间的所述控制而等于或小于预定值时基于所述第一差控制所述燃料喷射量、所述进气 量、或所述点火能量中的至少一种。12. 根据权利要求10或11所述的控制器，其中，所述ECU被配置为控制所述点火时间的 所述控制的响应速度以便高于所述燃料喷射量、所述进气量、或所述点火能量的至少一种 的响应速度。13. 根据权利要求1至12中任一项所述的控制器，其中，所述预定的已燃质量分数为 10%〇14. 根据权利要求1所述的控制器，其中，所述ECU被配置为： (h) 基于所述已燃质量分数取得主燃烧时期；以及 (i) 根据所述主燃烧时期的长度改变所述目标值。15. 根据权利要求14所述的控制器，其中，所述ECU被配置为随着所述主燃烧时期变得 越长而将所述目标值设置得越小。16. 根据权利要求14所述的控制器，其中，所述ECU被配置为当所述主燃烧时期短于预 定值时随着所述点火时间延迟更多而将所述目标值设置得越大。17. 根据权利要求14所述的控制器，其中，所述ECU被配置为当所述主燃烧时期短于预 定值时基于所述主燃烧时期而将所述目标值在不大于气缸内的燃料空气混合物的点火极 限处的值的范围内设置得越大。18. 根据权利要求14至17中任一项所述的控制器，其中，所述E⑶被配置为： (j) 基于所述已燃质量分数计算燃烧重心位置；以及 (k) 控制所述点火时间以使得所述燃烧重心位置与目标燃烧重心位置之间的第二差为 零。19. 根据权利要求14至17中任一项所述的控制器，其中，所述E⑶被配置为： (l) 取得在燃烧时期中使得所述缸内压力为最大的最大缸内压力曲轴转角；以及 (m) 控制所述点火时间以使得所述最大缸内压力曲轴转角与目标最大缸内压力曲轴转 角之间的第二差为零。20. 根据权利要求18所述的控制器，其中，所述ECU被配置为当所述第二差通过所述点 火时间的所述控制而等于或小于预定值时根据所述主燃烧时期的所述长度改变所述目标 值。21. 根据权利要求19所述的控制器，其中，所述ECU被配置为当所述第三差通过所述点 火时间的所述控制而等于或小于预定值时根据所述主燃烧时期的所述长度改变所述目标 值。22. 根据权利要求14至21中任一项所述的控制器，其中，所述ECU被配置为当所述第一 差等于或小于预定值时根据所述主燃烧时期的所述长度改变所述目标值。23. 根据权利要求14至22中任一项所述的控制器，其中，所述预定的已燃质量分数为 10%〇
【文档编号】F02D37/02GK105874190SQ201480062418
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年11月10日
【发明人】浦野繁幸, 永井正胜, 坂柳佳宏
【申请人】丰田自动车株式会社