专利名称：汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法
技术领域：
本发明就是解决汽车冷启动及空转时减少排气的发动机控制方法。具体的说，汽油发动机冷启动及空转时，采用延迟点火时机方法，在空气与燃料比(以下简称空燃比)稀薄状态下形成启动和空转，同时有效的补充石油气含量，从而达到碳化氢排除物最小化的目的。
通常的汽车发动机控制系统构成如
图1所示。由图可知，从各检测器(10～80)的电信号被相应发动机运行条件检测，并将它传送到电子控制器(ECU)中。这种检测信号传送到控制器后，控制器按已设定的逻辑关系控制驱动部分，使发动机处在最佳状态。
本发明检测器有根据加速踏板动作状态而改变的缝隙阀的开度量检测器(10)；检测曲柄轴变位角和回转速度的曲柄位置检测器(20)；检测凸轮轴变位角的凸轮位置检测器(30)；检测流入吸气歧管的空气温度的大气温度检测器(40)；检测汽缸或者冷却系统水温的冷却水温检测器(50)；检测吸气流形管空气压力的流形管压力检测器(60)；检测变速器扛杆变速位置的变速扛杆检测器(70)；以及检测排气系统排气气体中氢分压的检测器(80)等。
如果通过上述手段检测的各种信号输入到电子控制器(ECU)，则电子控制器(ECU)控制吸入空气量、燃料愤射量以及点火时机等，使发动机处在最佳状态。燃料愤射量的控制是包含射入器的燃料愤射部(90)执行机构的控制来实现。空转是通过控制吸气器具有的空载速度执行机构(以下简称ISA)旁路吸入的空气量的来实现，这是通常采用的一般方法。
分析当前汽车发动机控制系统冷启动时的空转控制方法，(如同图2所示)，点火键转换为打开状态，同时开始启动(S200)，并转换为开始方式；而电子控制器(ECU)检测发动机转速和负荷，并按已设定要求输出执行机构(ISA)开度量，并根据输出的开度量执行机构(ISA)动作(S210)。
此时，发动机转速(n)和负荷(L)是根据缝隙阀检测器(10)和曲柄位置检测器(20)检测信号来计算确定。执行机构(ISA)开度量表达式如同(F(n，L)一样的函数形式表示。
根据电子控制器(ECU)设定的执行机构(ISA)开度量与在发动机动作状态下已设定的发动机转速值(K)相比较和判断(S220)；如果比(K)值大，则开始后空载方式开始(S230)；如果比(K)值小，则从新在(S210)阶段调节执行机构(ISA)开度量就行了。
经(S230)阶段之后，电子控制器(ECU)根据转速(n)和冷却水温(T)输出空气量(F(n，T))(S240)，同时根据发动机转速(n)和发动机负荷(L)空燃比和点火时间按顺序输出(F(n，L))(S250)(S260)。
判断当前变速段是否中间(N)还是停止位置(P)；判断结果(S270)变速段在中间或停止位置，则根据冷却水温度(T)判断当前发动机空载转速维持在发动机空转速(S280)。
在(S280)阶段，发动机空载转速不维持在按冷却水温度设定的转速，则返回(S240)阶段，根据空气量、空燃比及点火时机进行发动机控制。
如果在(S280)阶段，当前变速段不在中间或者停止位置，则电子控制器(ECU)终止空载状态，进入(D)段方式，并根据这种方式进行发动机的控制(S290)。
根据如上所述的当前发动机控制方法，为了使发动机转速接近设定的目标转速，继续用反馈控制，同时根据燃绕进行情况，因发动机磨擦减少，因此为了控制目标转速，就得调节执行机构(ISA)。这时，根据执行机构(ISA)进行的空气量控制，用空燃比和点火控制来保护。
但是，在冷却空转时，延迟点火时机，缩短催化时间。如果不完全燃绕气体实现其排气量最少化，由于执行机构(ISA)引起空气量变动、点火时间的变动以及空燃比的变动，因此精确的发动机控制变成复杂化。同时控制难度也增加了，这就是说，由上述的原因排气量增加了。
发明内容
本发明就是为解决上述存在的问题而提出的。本发明的目的就是发动机冷启动和空转时，采用延迟点火时机，在稀薄空燃比状态下形成空转，同时有效补充石油气含量，从而保证了碳化氢排气量达到最小化。这就是本发明提供的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法。
为了达到上述目的，启动初期确保最大吸气量、最少化发动机负荷。在空燃比更稀薄的状态下形成启动，同时实现碳化氢排气量最小化。这就是本发明的特点。
对特定的汽缸温度有直接影响的相应汽缸暴发次数和点火装置开关打开后发动机中暴发的次数，追加在石油气含量补充项目中。启动后，一定时间确保最大的吸气量的情况下，用点火时机调节空载转速，从而实现碳化氢排气量最少化。这也是本发明的另一个特点。
更具体的说，点火装置开关打开，进入开始方式。控制吸入空气量，空燃比变成比理论更稀薄，同时控制发动机处在无负荷状态的第一阶段。第一阶段完成后，发动机开始启动，根据发动机转速和负荷，控制空燃比和延迟点火时机的第二阶段。
如果经第一、二阶段控制成的发动机转速大于目标转速，则开始后进入空载方式。根据检测的发动机转速和冷却水温输出空气量，同时根据变化的发动机转速和负荷控制空燃比和延迟点火时机的第三阶段。
通过第三阶段控制成的转速小于目标空载转速时，当前变速段转换为行驶变速段，根据相应方式形成发动机控制的第四阶段。本发明提供包含上述四个阶段的发动机控制方法。
点火装置开关打开，进入开始方式。根据旁路通路最大开度促使空燃比变成更稀薄；促使吸入的空气量流入最大。同时控制自动变速器线压达到最少化的第一阶段。
第一阶段完成后，发动机开始启动。根据发动机转速和负荷控制空燃比更稀薄，控制延迟点火时机，识别初暴汽缸和暴发次数的记录包含在补充项目中，并根据石油气含量控制燃绕量减少的第二阶段。
如果通过第一、二阶段控制形成的发动机转速大于目标转速，则开始后进入空载方式。根据检测的发动机转速和冷却水温输出空气量，同时促使吸入空气量最大化。根据变化的发动机转速和负荷，控制空燃比和延迟点火时机的第三阶段。
通过第三阶段控制形成的发动机转速，如果小于开始后目标空载转速，则当前变速段转换为行驶变速段并进入行驶方式，并根据相关方式形成发动机控制。如果当前变速段不是行驶变速段，而是中间或者停止方式，则发动机转速在第三阶段延迟点火时机控制空转，从而形成第四阶段。本发明提供包含上述四个阶段的汽车冷启动及空转时减少排气的发动机控制方法。
如上所述的石油气含量补充是特征汽缸的暴发次数、从初暴开始进行的暴发次数、吸气流形管压力、大气温度、冷却水温、发动机转速等做依据输出。这是本发明的一个特点。
汽缸暴发次数的计数是检测曲柄轴的各加速度来确定其值。如果确认检测的加速度值大于设定的临界加速度，确认暴发行程有关的汽缸，各汽缸暴发行程相对应的次数进行计数也是一个特点。
在第四阶段，当前变速段为中间或者停止方式的情况，根据在第一阶段记录的时间和第四阶段记录的时间，从启动开始经过的时间作为输出。如果其值小于设定的临界时间，则为第三阶段从初期开始形成控制而返回。如果其结果值大于设定的临界值，则为达到吸入空气量最大化而再设定控制阶段。
上阶段结束后，当前(i次)的发动机转速(n(i))和其直前((I-1)次)的发动机转速(n(I-1))间差数，判断差值是否大于设定的临界转速变化量(Δs)。如果大于临界转数变化量(Δs)，则根据新规则检测的发动机转速和负荷，做到再实现空燃比和点火时机的控制，为此应返回第三阶段。如果小于临界变化量(Δs)，则返回第三阶段，实现点火时机再控制。
临界转速变化量(Δs)是临界转速变化量以内，用发动机转速变化幅度控制点火时机使它最少化，同时设定发动机转速控制。
图2是当前发动机控制方法的流程图。
图3a和图3b是根据本发明原理绘制的汽车冷启动及空转时减少排气的发动机控制方法的顺序图。
图3是本发明用图示其动作顺序。本发明的动作部分分为开始方式和开始后空载方式两部分。
开始方式是点火装置开关打开(S310)，动作开始后，检测(S320)点火装置开关打开后全部时间，并进入开始方式(S330)。
进入开始方式(S330)，电子控制器(ECU)控制空气量调节执行机构(ISA)开度量，并使它达到最大，从而控制吸入空气量达到最大(S340)。向自动变速控制机组输送电信号，启动时控制自动变速器线压不能被阻止。
(S340)阶段(K％)的含意是确保最大的空气量，为了空燃比稀薄，100％或者与它接近的状态下设定空气量调节执行机构(ISA)开度最大。(S350)阶段也在稀薄空燃比时能启动，也能使交给发动机的负荷最小化。自动变速器线压不能被阻止。
如果自动变速器塔载车辆上，发动机一旦开始旋转，通过电力入口轴驱动油泵的同时形成线压，发动机对负荷起作用。为了线压最小化或者不要形成线压，采用减少交给发动机负荷的方法。驱动控制自动变速器阀的环形阀，耗尽油泵中形成的油压。
完成(S350)阶段后，发动机开始启动(S360)，电子控制器(ECU)输出发动机转速和负荷，并根据已设定的控制逻辑开始控制空燃比(S370)。
在(S370)阶段，假定发动机转速为(n)，发动机负荷为(L)，空燃比为(AFR)，而空燃比(AFR)为(n，L)的函数。如果用数学式来表示，则(AFR＝F(n，L))。
在(S370)阶段中的空燃比(AFR)是根据能否完成(S350)阶段具体情况而不同。这是因为发动机负荷不同，因此其空燃比(AFR)当然也不同。如上所述，形成空燃比(AFR)控制之后，当电子控制器(ECU)完成(S370)阶段任务时，根据检测的发动机速度和负荷来调节点火时机。这种情况用数学式来表示，点火时间为(F(n，L))此时在维持设定的发动机转速范围内实现延迟时间最大化(S380)。
在(S370)阶段和(S380)阶段已形成了空燃比以及点火时间的控制，电子控制器(ECU)根据从曲柄位置检测器20输入的信号来识别初暴汽缸，并计录各汽缸暴发次数(S390)。
记录各种汽缸暴发次数的计数器是检测曲柄轴的各加速度来确定其值。如果确认其值大于临界加速度，则确认暴发行程相对应的汽缸，计数器记录各汽缸暴发行程相对应的暴发次数，从而达到计数的目的。
在执行(S390)阶段，电子控制器(ECU)根据暴发汽缸的石油气的含量完成燃料量补充。此时相应汽缸的石油气含量的补充值，是根据(S390)阶段计数器记录的相应汽缸的暴发次数、从初暴开始进行的暴发次数、吸气流形管的压力、大气温、冷却水温以及发动机转速来控制减少输出燃料量(S400)。
特定汽缸暴发次数和从初暴开始进行的暴发次数追加为石油气含量的补充值，这是由于一是特定汽缸暴发次数影响相应汽缸的石油气含量；二是根据全部暴发次数通过汽缸头部传热以及冷却水温影响石油气含量。这是因为上述情况与碳化氢排气量密功相关。
更具体的来说，为发动机启动而采用的控制，应该是启动初期促使燃料量多，然后逐步减少其燃料量。这是因为发动机在冷却状态下考虑到石油气含量的原因。
但是，如果为石油气含量提供过多的燃料，则碳化氢排除物(THC)排除量增加；相反，如果提供的燃料不充分，则降低启动性的同时碳化氢排除物(THC)过多的排除。
以往的技术就没有考虑对特定汽缸温度产生直接影响的汽缸暴发次数，以及启动后发动机暴发次数等。本发明与以往技术不同，暴发汽缸石油气含量进行补充，并根据各汽缸过多或过少的石油气含量，改善碳化氢排除物(THC)的过多排除以及启动不良等的问题。
在(S400)阶段，根据石油气含量补充值控制燃料量减少，促使启动时形成稀薄空燃比。然后电子控制器(ECU)再检测发动机转速，并进行与已设定的转速(K)相比较和判断。
在(S410)阶段如果判断当前发动机转速大于设定的转速(K)，则开始后转换为空载方式(S420)；如果判断为小于设定转速，则返回(S380)阶段，从新开始实现控制。
在(S410)阶段，开始后进行空载方式(S420)，电子控制器(ECU)根据变化的发动机速度(n)和负荷(L)，从新设定空燃比(AFR)空气量调节执行机构(ISA)(100)的开度量设定为(P1％)(S430)。
空气量调节执行机构(ISA)的开度量(P1)为初期开度量，为确保吸入空气量为最大化，从而形成稀薄空燃比，其开度率设定为100％最大化。
在执行(S430)阶段，电子控制器(ECU)根据发动机转速(n)和负荷(L)来进行控制设定的点火时机。
在执行(S450)阶段，发动机转速改变。此时电子控制器(ECU)形成点火时机，记录从始点开始经过时间(t(i))(S460)，判断发动机转速是否达到设定转速(N)(S470)。此时的发动机转速就控制空转时的目标转速。
在(S470)阶段，如果判断发动机转速达到空转转速(N)，则电子控制器(ECU)促使返回(S460)阶段，从而形成反复控制；如果判断发动机转速(N)没有达到目标空转，则判断变速段是否中间或停止位置(S480)；如果判断为当前变速段为不是中间或停止位置，则进行行驶方式，并根据设定的控制逻辑结束空转发动机控制。在(S490)阶段，如果变速段判断为中间或停止位置，则电子控制器(ECU)利用在(S460)阶段已记录的经过时间(t(1)，输出从发动机启动到经过的时间(S500)，其值大于设定的临界时间，则复归(S430)阶段。
在这里，临界时间(ts(T))是冷却水温(T)的函数。在(S450)阶段，通过控制点火时机，每次发动机转速达到空转目标转速按顺次累加，其变数设定为(i)，发动机从启动开始经过的时间为(i)次经过时间减去在(S320)阶段检测的时间(t(1))，并输出其结果值在(S500)阶段输出的发动机从启动开始经过的时间(Ts(T))未达到临界时间(Ts(T))，电子控制器(ECU)将空气量调节执行机构(ISA)开度量从新设定为初期开度量(P1)，这样空气量调节执行机构(ISA)开度量在(S430)阶段设定的值作为维持量。
在(S510)阶段，空气量调节执行机构(ISA)开度量从新设定以后，电子控制器(ECU)利用(S500)阶段同样体系，判断当前(i次)的发动机转速(n(i))和其直前(i-1)的发动机速度(n(i-1))间的差值大于设定的临界速度变化量(Δs)。
临界速度变化量(Δs)是由于点火时机的控制，因此表示可能的发动机转速变化幅度。
在(S520)阶段，如果相应判断条件不成立，则复归到(S450)阶段，并根据按新规则检测的转速和负荷从新设定点火时，之后反复执行例行程序。在这种情况下，空气量调节执行机构(ISA)开度量和空燃比控制值与发动机转速及负荷变动无关，成为固定状态。
如同(S440)阶段一样，调节空气量调节执行机构(ISA)的开度量，控制发动机转速变动，在这种情况下，不仅吸入空气量幅度变大，而且空燃比及点火时机变动幅度变大，因此催化时间变长了。
在闭路控制变为可能的情况下，一般情况下采用空转逻辑。由于没有氢检测器的反馈，因此闭路可能性不大。在这种情况下，启动后在一定的时间空气量调节执行机构(ISA)开放度最大的情况下，通过点火时机控制在可能的范围内减少发动机转速变动。
此时发动机转速变动幅度超出点火时机控制范围，如果判断燃料比太稀薄，则检测设定值，调节空燃比。这样发动机转速变动进入只用点火时机控制的可能范围，从而空转控制能达到较好的效果。
本发明在初期启动时，确保吸入空气量最大，发动机负荷最小，在比理论空燃比稀薄的状态下形成启动，从而使碳化氢排除物达到最小。
将对特定汽缸温度直接影响的相应汽缸暴发次数和点火后在发动机中的暴发次数作为石油气含量追加补充项目。启动后在一定的时间确保吸入量最大化，在这种情况下，用延迟点火时机控制以保证空载转速的安全性控制，从而达到碳化氢排除物最小化。
权利要求
1.一种汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是该方法包括打开点火装置开关，进入开始状态，控制吸入空气量促使空燃比变成稀薄，控制发动机处在无负荷状态，这就是控制的第一阶段；完成第一阶段之后，发动机开始启动，根据发动机转速和发动机负荷控制空燃比和延迟点火时机，进入第二阶段；通过第一、二阶段控制形成的发动机转速，如果其转速大于目标转速，则开始后进入空载方式，并根据检测的转速和冷却水温输出空气量，根据变化的发动机转速和负荷控制空燃比和延迟点火时机，进入第三阶段；在第三阶段的控制后形成的发动机转速，如果开始后小于目标转速，则当前变速段转换为行驶变速段，并进入行驶方式，根据相应方式形成发动机控制的第四个阶段。
2.如权利要求1所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是第一阶段根据旁路通路形成开度最大化，从而吸入空气量，并使吸入的空气量达到最大化。
3.如权利要求1所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法其特征是在第一阶段，发动机的无负荷条件是根据自动变速器塔载车辆中线压的最小化控制来形成的。
4.如权利要求1所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是在第二阶段，控制空燃比使其变成比理论上更为稀薄。
5.如权利要求1所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是在第二阶段，控制延迟点火时机之后，识别初爆汽缸以及爆发数的计数器，并把其包含在补充项目中，以此来决定石油气的含量，并根据石油气的含量控制燃烧量的减少。
6.如权利要求5所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是石油气补充值是根据特定汽缸中爆发的次数、从初爆开始出现的爆发次数、吸气流形管的压力、大气温度、冷却水温、发动机转速来决定的。
7.如权利要求1或6所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是汽缸爆发数计数器首先检测曲柄轴的各加速度值，之后，如果确认其值大于设定的临界加速度值，则确认对应的爆发行程的汽缸，并记录对应的爆发行程的爆发次数。
8.如权利要求1所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是在第三阶段，吸入空气量同第一阶段是相同的，根据旁路通路的最大开度控制吸入空气量，并使其最大化。
9.如权利要求1所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是在第一阶段，打开点火开关时记录其动作时间，在第四阶段，控制点火时记录其动作时间。
10.如权利要求1或9所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是在第四阶段，当前变速段在中间或停止位置时，根据第一阶段记录的时间和第四阶段记录的时间，将发动机开始启动所经过的时间输出出来，如果其值大于设定的临界值时间，则从第三阶段的初始状态开始返回后形成控制过程，如果其值小于设定的临界值时间，则进入到按吸入空气量最大要求再设定的控制阶段；上述阶段完成后，当前(i次)的发动机转速(n(i))和其之前((i-1)次)的发动机转速(n(i-1))间的差值，如果大于设定的临界转速，则变化量(Δs)判断其剩余量；如果超过临界变化量(Δs)，则返回第三阶段，按新规则检测发动机转速和负荷重新控制空燃比和点火时机；如果未超过临界变化值(Δs)，就更需要返回第三阶段，重新控制点火时机。
11.如权利要求10所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是临界转速变化量(Δs)是在其范围之内用点火时机控制方法使发动机转速变化幅度最小化，并同时控制发动机转速的。
12.如权利要求1所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是在第四阶段，当前变速段不行驶变速段，在中间或停止位置时，将发动机转速从第三阶段用延迟点火时机控制空转。
13.一种汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是打开点火开关进入开始状态，根据旁路通路的开度最大化，促使吸入空气量最大化。同时控制自动变速器线压最小化的第一阶段；完成第一阶段之后，发动机开始启动，根据发动机转速和负荷控制空燃比使其比理论上更稀薄，之后控制延迟点火时机，识别初爆汽缸及爆发数计数器使其成为包含在补充项目中的石油汽含量，用它来控制燃烧量减少的第二阶段；通过第一、第二阶段控制形成的发动机转速，如果其转速大于目标转速，则开始进入空载方式，并根据检测的转速和冷却水温输出空气量，同时促使吸入空气量最大化，根据变化的发动机转速和负荷控制延迟点火时机的第三阶段；通过第三阶段的控制已形成的发动机转速，如果开始后其值小于目标转速，则当前变速段转换为行驶变速段，并进入行驶方式，根据相应方式形成发动机控制，当前变速段不是行驶变速段，而是在中间或停止位置时，发动机转速用延迟点火时机控制空转的第四阶段。
14.如权利要求13所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是石油汽含量补充值是根据特定汽缸中爆发次数、初爆开始的爆发次数、吸气流形管压力、大气温度、冷却水温、发动机转速等作为输出的汽车冷启动及空转时减少排气的发动机控制方法。
15.如权利要求13或14所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是汽缸爆发数计数器是检测曲柄轴的各加速度值，如果其值大于设定的临界加速度，确认爆发行程相对应的汽缸，记录各汽缸爆发行程相对应的爆发次数。
16.如权利要求3所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是在第一阶段，打开点火开关，开关动作时记录其时间；在第四阶段控制点火时机后记录其时间。
17.如权利要求13或16所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是在第四阶段，当前变速段为中间或停止位置时，根据第一阶段记录的时间和第四阶段记录的时间，输出发动机从启动开始经过的时间，如果其值大于设定的临界时间，则从第三阶段初始状态开始形成控制，为此应返回；如果其值小于设定的临界时间，则重新按吸入空气量最大化的原则设定控制；上述阶段完成后，当前(i次)的发动机转速(n(i))和其之前((i-1)次)的发动机转速(n(i-1))间的差值如果大于设定的临界转速，则变化量(Δs)判断其剩余量；如果超过临界变化量(Δs)，则返回第三阶段，按新规则检测发动机转速和负荷重新控制空燃比和点火时机；如果未超过临界变化值(Δs)，则更需要返回第三阶段，重新控制点火时机。
18.如权利要求17所述的汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法，其特征是临界转速变化量(Δs)在其范围内控制点火时机使发动机转速的变化幅度最小化，同时按设定转速进行控制。
全文摘要
一种汽车冷启动和空转时减少排气的发动机控制方法,该方法分为四个阶段:一、打开点火装置开关,进入开始状态,控制吸入空气量促使空燃比变成稀薄,控制发动机处在无负荷状态;二、发动机开始启动,根据发动机转速和发动机负荷控制空燃比和延迟点火时机的第二阶段;三、如果经第一、二阶段控制形成的发动机转速大于目标转速,则开始后进入空载方式,根据检测的转速和冷却水温输出空气量,同时根据变化的发动机转速和负荷控制空燃比和延迟点火时机的第三阶段;四、在第三阶段控制形成的发动机转速,如果开始后小于目标转速,则当前变速段转换为行驶变速段,并进入行驶方式,根据相应方式形成发动机控制第四个阶段。
文档编号B60W10/10GK1386972SQ0114564
公开日2002年12月25日 申请日期2001年12月31日 优先权日2001年5月23日
发明者崔命植 申请人:现代自动车株式会社