专利名称：发动机燃料控制器和怠速空－燃比控制方法
技术领域：
本发明涉及发动机燃料控制器和怠速期间的空-燃比控制方法，更具体来说，涉及对于发动机起动时怠速期间向发动机供送气体燃料的燃料控制系统进行的空-燃比控制方法做出的改进。
背景技术：
装有以CNG(压缩天然气)，一种气体燃料运转的发动机的气体燃料车辆是公知的。在气体燃料容器中的气体燃料是通过燃料供应管取用的。然后，一个减压阀将气体燃料的压力和流动速率调节至相应的预定水平。一个气体混合器最后将气体燃料与空气混合，燃料通过一根固定的喉管送至发动机。
日本专利公开文件第2000-18100号公开了一种气体燃料发动机的燃料供应系统。在该文件中公开的气体燃料供应系统具有下述的配置。即，一个三孔电磁阀设置在一个部位，该部位在一根燃料供应管中间一点上设置的气体混合器的固定喉管附近。还设有一条旁路，该旁路将三孔电磁阀连接于设置在发动机节流阀下游的进气系统。为了控制三孔电磁阀的位置，设有一个控制装置，从而将气体燃料引向旁路侧。另外，一根支管从减压阀下游从燃料供应管分出。该支管连接于发动机节流阀下游的进气系统中设置的辅助喷射器。在燃料供应管中间一点上的气体混合器的固定喉管附近的部位设有三孔电磁阀。也设有将三孔电磁阀连接于发动机节流阀下游设置的进气系统的旁路。然后，为了控制三孔电磁阀的位置设有控制装置，以便只在发动机起动期间将气体燃料引向旁路侧，而在加速期间起动辅助喷射器，以便修正供应的气体燃料量。
这种布置可保证三孔电磁阀的顺利操作，提供在一个时间与气体混合器的固定喉管侧的连通，而在另一时间与旁路连通，从而使气体燃料顺利流动。在保证气体燃料顺利流动时，这种布置例如在起动发动机期间将燃料引向旁路侧。这样就可消除由于在固定喉管处缓慢的流动速率而使气体燃料难于排放的情形，从而改善了起动性能。
日本专利公开文件第平-9-21355号公开了一种燃料供应系统，该燃料供应系统具有一个将燃料气体的压力减至供应压力的调节器；一个检测排气中的氧浓度的氧气浓度传感器；一个检测发动机以怠速状态运转的怠速检测装置；以及一个供应压力调节装置，该供应压力调节装置当检测到怠速状态时调节供应压力，同时，氧气浓度传感器的输出值降至预定范围以外。按照这种燃料供应系统，氧气浓度传感器用于在怠速状态期间检测空-燃比，如果它检测到一个偏离预定目标值的空-燃比。该系统借助燃料气体供应压力来修正或富或贫的空-燃比。
象这种传统的气体燃料发动机的燃料供应系统设计成在怠速期间空-燃比随时间等因素变劣而逐渐偏差时保持一个空-燃比修正的中间值。供应的燃料气体量受到燃料气体供应孔压力振动的很大影响。特别当目标怠速速度变化很大，使ISC阀的流动速率增加时，供应孔的压力改变，从而影响空-燃比，这可导致发动机转速浮动或其它影响。在最坏的情形中，燃料气体变得太浓，而发动机转速并不增加，从而扩散了ISC阀的修正量。
发明内容
本发明是鉴于上述问题做出的，本发明的目的是提供一种发动机燃料控制器和怠速期间空-燃比的控制方法，该方法能够在怠速期间保持稳定的空-燃比，并实现稳定的发动机转速。
为了实现上述目的，按照本发明提供一种发动机燃料控制器，它包括一个向发动机供应燃料的燃料供应装置；一个确定燃料和空气的混合比的混合比确定装置；一个混合物引入装置，它将混合比已被确立的空-燃混合物引入发动机；一个设置在发动机的进气管中的第一节流阀；一条绕过第一节流阀的旁路；以及一个设置在所述旁路中的第二节流阀。该发动机燃料控制器的特征在于，它还包括一个目标转速设定装置，它设定怠速期间发动机目标转速；一个节流阀开度控制装置，它控制第二节流阀的开度以便保持发动机目标转速；一个控制要素设定装置，它设定一个要素以便控制第二节流阀的开度；一个捕获装置，它捕获要素状态的变化；以及一个控制装置，它在捕获装置捕获的要素状态的变化的基础上控制混合比确定装置。
按照本发明的怠速空-燃比控制方法控制设置在一旁路中的节流阀的开度，从而在怠速期间保持目标发动机转速。该控制方法的特征在于它设定一个用于控制节流阀开度的要素，捕获该要素状态的改变，并在所捕获的要素状态的变化的基础上控制一个用于确定燃料和空气混合比的混合比确定装置。
按照上述的发动机燃料控制器和怠速空-燃比控制方法，当怠速目标转速有变化时，ISC阀的开度相应被改变。这种改变相应地改变喉管腔中的压力及燃料混合气的流入量。作为上述情形的解决方案，通过事先按照目标转速的改变量控制泄气阀可防止空-燃比变得过浓或过稀。怠速速度也可能由于发动机的干扰而从目标转速偏离，此时，ISC阀开度也会改变。ISC阀开度的变化代表一个基本量和ISC阀反馈量的改变。然后，按照该变化控制泄气阀，这样就能够按照与目标转速有变化时相同的方式防止空一燃比变得过浓或过稀。
在按照本发明的发动机控制装置的一个推荐实施例中，混合比控制装置设有一个向燃料供应装置供应燃料的装置和一个向燃料供应装置供应空气的装置，其特征在于它确定这两个供应装置的供应比。
在按照本发明的发动机控制器的推荐实施例中，控制要素设定装置，除它设定的其它控制要素以外，还设定为了保持目标转速而预定的节流阀基本开度。
在按照本发明的发动机控制器的推荐实施例中，控制要素设定装置，除了它设定的其它控制要素外，还设定一个开度，该开度是通过为发动机转速和目标转速之间的任何偏离而进行的反馈控制计算出来的。
在按照本发明的发动机控制器的推荐实施例中，控制要素设定装置，除了它设定的其它控制要素以外，还设定一个储存开度的值，该值是通过为了加速发动机转速和目标转速之间的偏差的收敛而进行的反馈控制计算出来的。
在按照本发明的发动机控制器的推荐实施例中，捕获装置从目标转速变化量捕获所述要素状态的变化。
在按照本发明的发动机控制器的推荐实施例中，目标转速的变化量是根据当前发动机转速和目标转速之间的偏差来检测的。
在按照本发明的发动机控制器的推荐实施例中，捕获装置从节流阀预定的基本开度的变化量来捕获所述要素状态的变化。
在按照本发明的发动机控制器的推荐实施例中，捕获装置从通过反馈控制计算出的开度变化量来捕获所述要素状态的变化。
对照以下附图阅读对实施例的描述，可以进一步理解本发明的其它目的和优点。
图1是燃料控制器的控制框图，它采用按照本发明推荐实施例的怠速空-燃比控制方法；图2表示围绕发动机的部件结构，该发动机是由采用按照本发明推荐实施例的喉管型燃料供应装置的怠速空-燃比控制方法的燃料控制器控制的；图3表示燃料控制器的内部结构，该燃料控制器采用按照本发明推荐实施例的喉管型燃料供应装置的怠速空-燃比控制方法；图4表示按照本发明推荐实施例的喉管型燃料供应装置的阻风门和节流阀之间的喉管腔周围的区域；图5表示按照本发明的发动机燃料控制器的泄气阀基本开度计算框和开度修正值计算框；图6表示按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的泄气阀基本开度计算框的详细结构；图7表示按照本发明的推荐实施例的发动机燃料控制器的ISC阀同步修正量计算框的详细结构；图8表示按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的ISC阀目标转速修正量计算框的详细结构；
图9表示按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的加权平均增益搜索框的详细结构；图10表示按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的加权平均增益搜索框的详细结构；图11表示按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的ISC阀开度变化量修正量计算框和ISC阀反馈变化量修正量计算框的详细结构；图12表示按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的ISC阀开度变化量修正量计算框的另一实例；图13表示按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的PID反馈的计算框的内部框结构；图14表示按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的PID控制的修正值D份额的计算框；图15表示按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的PID控制的修正值I份额的计算框；图16表示按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的PID控制的修正值P份额的计算框；图17表示按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器所控制的发动机的排气空-燃比定时图和发动机转速的流型(behavior pattern)；图18表示当对按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器进行怠速空-燃比控制时的流型；图19表示当对按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器进行怠速空-燃比控制时的另一种流型；图20是当对按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器进行怠速空-燃比控制时的另一种流型；图21是燃料控制器进行控制的流程图，所述燃料控制器采用按照本发明的喉管型燃料供应装置的怠速空-燃比控制方法；图22是按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的泄气阀基本开度计算框和开度修正值计算框的完整流程图；图23是按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的泄气阀基本开度计算框的流程图；图24是按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的ISC阀同步修正量计算框的流程图；图25是按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的ISC阀目标转速修正量计算框的流程图；图26是按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的ISC阀开度变化量修正量和ISC阀反馈变化量修正量计算框的流程图；图27是按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的ISC阀开度变化量修正量的流程图；图28是按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的PID反馈计算框的流程图；图29是用于计算按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的ISC阀开度和ISC阀附加值的PID控制的D份额的控制流程图；图30是用于计算按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的ISC阀开度和ISC阀附加值的PID控制的I份额的控制流程图；图31是用于计算按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器的ISC阀开度和ISC阀附加值的PID控制的P份额的控制流程图。
具体实施例方式
现在对照附图描述按照本发明的发动机燃料控制制器和怠速空-燃比控制方法的推荐实施例。
图1是采用喉管型燃料供应装置的怠速空-燃比控制方法的燃料控制器的控制框图。
现在参阅图1，框101代表发动机转速计算装置的框。发动机转速计算装置通过计数设置在发动机的预定曲柄角位置上的曲柄角传感器的电信号，主要是脉冲信号变化的单位时间的输入数目，并进行算术运算来计算单位时间的发动机转速，框102根据在框101中计算的发动机转速和由安装在发动机进气管中的传感器检测的、用作发动机负载的进气管压力来计算泄气阀基本开度，泄气阀基本开度导致每种不同的工作范围中的最佳空-燃比。
框103根据框101计算的发动机转速、发动机负载和发动机冷却剂温度设定怠速期间的目标发动机转速，并通过反馈控制确定ISC阀开度，以便达到设定的目标发动机转速。框104根据发动机转速和发动机负载，以发动机负载为基础，通过地图搜索(map search)等方式来确定在每种不同工作范围内的最佳点火定时。
框105根据发动机转速、发动机负载、发动机冷却剂温度和从装在发动机排气管中的氧浓度传感器的输出来计算空-燃比反馈控制系数，从而可将送至发动机的燃料和空气的混合物保持在目标空-燃比，这将在下文描述。按照推荐实施例，氧气浓度传感器产生一个与排气空-燃比成正比的信号输出。然而传感器也可以产生一个信号输出，指示排气相对于理论空-燃比处于浓侧或稀侧。
框106根据框105中计算的空-燃比反馈控制系数计算开度学习值(opening learning value)，它代表相当于从目标空-燃比偏离量的泄气阀开度。它还储存作为学习值的计算值。
框107内有在框102中计算的泄气阀基本开度中的下述要素，即，这些要素为在框106中计算的开度学习值、框105中计算的空-燃比反馈控制系数和用于在发动机怠速期间维持良好的转速控制和良好空-燃比控制的修正份额。框108使用ISC阀开度控制实际的ISC阀开度，为此在框103中提供反馈控制。
框110表示一个点火装置，该点火装置用于按照在框104中建立的点火定时点燃流入缸中的燃料混合物。虽然按照推荐实施例，发动机负载是由进气管压力代表的，但是，它也可以由发动机吸入的空气量代表。
图2表示围绕一发动机的部件结构，该发动机是由采用喉管型燃料供应装置的怠速空-燃比控制方法。
现在参阅图2，发动机201设有下述部件，即，主要部件包括一个限制吸入的空气量的节流阀202(第一节流阀)；一个阻风门203，该阻风门设置在节流阀202的上游，其开度与节流阀202的开度一起由一个机械联动机构调节；一个怠速转速控制阀205(第二节流阀)，它控制一条绕过节流阀202连接于进气管204的流路的流路面积，从而控制怠速期间的发动机转速；一个进气管压力传感器206，它检测进气管204中的压力；一个调节器207，它调节供应发动机的燃料气体的压力；以及一个泄气阀208(混合比确定装置)，它设置在调节器207下游，控制通向大气的通道的流路面积。其它零件包括一个曲柄角传感器209，它被设定在一个发动机的预定曲柄角位上；一个点火组件210，它按照发动机控制装置214提供的点火信号向火花塞供应点火能量，所述火花塞点燃供应发动机气缸的燃料混合物；一个冷却剂温度传感器211，它安装在发动机缸体上，检测发动机冷却剂的温度；一个氧气浓度传感器212，它安装在发动机排气管上，检测排气的氧气浓度；一个点火电键开关213，它用作起动和停止发动机的主开关；以及发动机控制装置214，它控制空-燃比及发动机的点火。
按照推荐实施例，氧气浓度传感器212产生与排气空-燃比成正比的信号输出。然而传感器212也能够产生一个指示排气相对于理论空-燃比处于浓侧或稀侧的信号输出。另外，虽然按照推荐实施例燃料控制是通过检测进气管压力提供的，但是，仍可以通过检测发动机吸入的空气量来提供空-燃比控制。
图3表示采用喉管型燃料控制装置的怠速空-燃比控制方法的燃料控制器的内部结构。
现在参阅图3，燃料控制器设有下述零件，即，一个I/O LSI 301，它将每个安装在发动机上的传感器提供的电信号转换成数字运算的相应信号，并将数字运算控制信号转变成相应的实际致动器驱动信号；一个运算器(MPU)302，它根据来自I/O LSI 301的数字运算信号确定发动机的运转条件，按照预定的程序计算发动机所需要的燃料量、点火定时等，并向I/O LSI 301发送计算值；一个永久存储器(EP-ROM)303，它存储运算器302的控制程序和控制常数；以及一个易失存储器304，它存储运算器302进行的计算的结果。一个备用电池可连接于易失存储器(RAM)304，以便甚至当不向燃料控制器供电、点火电键开关断开时也保持存储器的内容。
图3表示按照本发明推荐实施例的燃料控制器的典型应用。在这种应用中，输入是由一个冷却剂温度传感器305、一个曲柄角传感器306、一个氧气浓度传感器307、一个进气管压力传感器308、一个节气门开度传感器309、一个点火开关310和一个阻风门开度传感器311提供的。而输出用作泄气阀开度值312至315、怠速转速控制阀开度指令值316至319、点火信号320和调节器值驱动信号321。
图4表示在阻风门和喉管式燃料供应装置的节流阀之间的喉管腔周围区域的结构。
现在参阅图4，阻风门401和节流阀402在工作中通过一个机械联动装置403彼此连接。机械联动装置403被设置成在喉管腔中产生负压，使混合气在怠速期间被吸入。一条通道被设置在喉管腔中。该通道中设有一个泄气阀404，该泄气阀确定燃料混合气的燃料气体和空气的混合比。另一条通道设置成绕过节流阀402。一个ISC阀405控制该通道的流路面积。喉管通气流动速率Qb和燃料混合气流动速率Qa取决于喉管负压Pb，而节流阀通过流动速率Qt和ISC阀通过流动速率Qi取决于进气管压力Pm。另外，代表在喉管腔内及周围的不同状态的量存在下述式(1)至(6)的关系；ΔPb=(Qb+Qa-(Qt+Qi))·R·TVb···(1)]]>Pb=Σ(Qb+Qa-(Qt+Qi))·R·TVb··(2)]]>Qb=Ab·K1·(Pa-Pb)1K·2K-1·(Pa-Pb)K-1K··(3)]]>Qa=Ag·K1·(Pa-Pb)1K·2K-1·(Pa-Pb)K-1K··(4)]]>Qt＝At·K2 ··(5)Qi＝Ai·K2 ··(6)
Pa大气压力Pb喉管压力Pm进气歧管压力Ab阻风门开度Ag燃料混合气供应孔开度面积At节流阀开度面积AiISC阀开度面积R气体常数T进气温度Vb节流阀对阻风门容积k比热值式(1)表示单位时间喉管腔的压力浮动。
式(2)表示喉管腔内的压力。
式(3)表示阻风门空气通过量。
式(4)表示燃料混合气流动速率Qa。
式(5)表示节流阀通过流动速率。
式(6)表示ISC阀通过流动速率。
上述式(1)至(6)表明，ISC阀通过流动速率Qi的变化改变喉管腔压力，这又改变燃料混合气流动速率Qa，这使发动机排气空-燃比浮动。
图5表示泄气阀基本开度计算框和开度修正值计算框。
现在参阅图5，框501在发动机转速、发动机负载、发动机冷却剂温度和从框502的完全爆燃确定信号输出的基础上计算在起动和完全爆燃期间的泄气阀基本开度。框502根据起动期间增加的发动机转速是否超过一个阀值或类似值来确定爆燃完成(完全爆燃)。框502如何确定完全爆燃的细节被省略。
框503在发动机转速、发动机负载、发动机冷却剂温度、ISC阀目标转速、ISC阀开度和ISC阀反馈量(其在图5中被表示为ISCFB)的基础上计算ISC阀同步修正量。框504在发动机转速、发动机负载和泄气阀开度反馈值的基础上学习(learn)泄气阀开度。框504通过一个易失存储器图存储数据，易失存储器图由发动机转速轴线和发动机负载轴线构成。数据的存储是通过将泄气阀开度反馈值的中心值移入易失存储器图中而完成的。框505加算泄气阀基本开度、ISC阀同步修正量、泄气阀开度学习值和泄气阀开度反馈值，以便输出一个最终的泄气阀开度。
图6表示图5中所示的泄气阀基本开度计算框的详细结构。
现在参阅图6，框601表示在完全爆燃后确定泄气阀基本开度使用的开度图。通过用作线索的发动机转速和发动机负载来搜索设定好的泄气阀开度图。按照推荐实施例，存在多个开度图，这些开度图是考虑到包括发动机附件的各种类型的负载被打开或断开的可能性而设定的。框602和603表示在完全爆燃前泄气阀基本开度的计算值。框602是一张转速修正份额表，它是通过使用完全爆燃前增加的发动机转速作为线索搜索的。框603是冷却剂温度修正份额表，它是通过使用发动机冷却剂温度作为线索搜索的。转速修正份额和冷却剂修正份额由加法器604加算，用作完全爆燃前的泄气阀基本开度。完全爆燃前或后的泄气阀基本开度根据完全爆燃确定信号由开关605适当选择，并被相应地输出。
图7表示图5中所示的ISC阀同步修正量计算框的详细结构。现在参阅图7，框701根据发动机转速、ISC阀目标转速和发动机冷却剂温度来计算ISC阀目标转速修正量。框702根据发动机冷却剂温度和ISC阀开度来计算ISC阀开度变化量修正量。框703根据发动机冷却剂温度和ISC阀反馈量来计算ISC阀反馈变化量修正量。一个加法器704加算计算出的转速修正量、开度变化量修正量和反馈变化量修正量，以便提供一个作为ISC阀同步修正量的输出。
图8表示图7中所示的ISC阀目标转速修正量计算框的详细结构。现在请参阅图8，框801的微分器计算发动机转速和用作向计算框的输入的目标转速的差值。框802根据上述差值搜索发动机转速加权平均增益，框803计算加权平均数。按照相同的方式，框804根据上述差值搜索目标转速的加权平均增益，框805计算加权平均数。按照本发明的推荐实施例的加权平均的细节被省略。只要讲到加权平均数主要是借助一个当前的输入和一个前面的输出的加权总和、通过过滤(filtering)或类似方式计算的，就足够了。
一个微分器806计算发动机转速和目标转速每个加权平均值的差。框807是一个增益表，它是通过使用发动机冷却剂温度作为线索来搜索的。然后，一个乘法器808使计算的增益乘以加权平均值的差，然后提供一个作为ISC阀目标转速修正量的输出。
图9和10表示图8中所示的加权平均增益搜索框的详细结构。在图9和10中，在增益搜索以前计算差值(在图中表示为“转速偏差”)的绝对值。在计算该绝对值以后，对增益表进行搜索。在图9所示的实例中，增益表被形成为一条相对于绝对值轴线的连续曲线，而在图10所示的实例中，增益表被形成为相对于绝对值轴线的台阶。这种增益搜索框是根据所应用的系统的适用性和控制精度而任意选择的。
图11表示在图7中所示的ISC阀开度变化量修正量计算框和ISC阀反馈变化量修正量计算框的详细结构。由于ISC阀开度变化量修正量计算框与ISC阀反馈变化量修正量计算框结构相同，因而在本发明推荐实施例中体现的ISC阀开度变化量修正量计算框是有代表性的。
框1101使用发动机冷却剂温度作为线索通过表搜索第一增益。框1102计算ISC阀开度的第一加权平均数。按照相同方式，框1103使用发动机冷却剂温度作为线索通过表搜索第二增益，框1104计算ISC阀开度的第二加权平均数。然后，一个微分器1105计算第一和第二加权平均数的每个差值。框1106使用发动机转速作为线索通过表搜索一个增益，一个乘法器1107在一个输出作为ISC阀开度变化量修正量被输出之前将该增益乘以差值。
图12表示图7中所示的ISC阀开度变化量修正量计算框的另一个实例。图12所示实例与图11所示实例有下述区别，即，在图11所示实例中，SIC阀开度的两个加权平均数之间的差值被计算以检测在做出修正的时间的变化量。而在图12所示的实例中，ISC阀基本开度存储在具有发动机转速和目标转速之间偏差轴线的一个图及具有发动机转速轴线的一个图中，将当前的ISC阀开度与ISC阀基本开度进行比较以计算修正量。
框1201通过以发动机转速作为线索的表搜索增益。框1202使用该增益计算ISC阀开度的加权平均数。微分器1203计算发动机转速和目标转速之间的差。框1204通过以上述差和发动机转速为线索的图搜索ISC阀基本开度。框1205表示由发动机冷却剂温度修正的开度份额，即，发动机冷却剂温度开度份额。它是通过以发动机冷却剂温度作为线索的表搜索取得的。
框1206表示ISC阀开度学习(1earning)份额，它是通过具有发动机转速和发动机负载轴线的易失存储器搜索的。加法器1209加算ISC阀基本开度、冷却剂温度开度份额和ISC阀开度学习份额以求出ISC阀增加值。框1210表示推荐实施例的ISC阀开度变化量修正量的PID反馈计算，当ISC阀开度追随ISC阀增加值时通过PID控制来计算开度变化量修正量。框1210接受ISC阀开度、ISC阀的追随ISC阀开度的增加值、发动机转速和发动机负载的输入。ISC阀开度学习份额是按照下述方式学习的。即，当框1208确定发动机处于稳定状态时，开关1207接通，在作为ISC阀开度学习图的易失存储器图上的一个值被在内部由框1210计算的ISC阀开度和ISC阀增加值之间的差所替代。框1208根据节流阀开度、发动机转速浮动、ISC阀反馈变化量等确定发动机处于稳定状态。
图13表示图12中所示的PID反馈计算框的内部框结构。
现在参阅图13，框1301是修正值的P份额的计算框，框1302是修正值的I份额的计算框，框1303是修正值的D份额的计算框。上述每个框接受ISC阀开度、ISC阀增加值。发动机转速和发动机负载的输入。加法器1304加算由相应各框计算的修正值P份额、修正值I份额和修正值D份额，框1305，一个上/下限制器，给出上、下极限。然后提供一个输出，作为ISC阀开度变化量修正量。
图14表示图13中所示的PID控制的修正值D份额的计算框。
现在参阅图14，加法器1401计算ISC阀开度和ISC阀增加值之间的差值。加法器1403和延迟装置1402计算该差值的单位时间变化量。框1404通过以发动机转速和发动机负载作为线索的图搜索D份额增益。框1405将差值单位时间变化量乘以D份额增益，框1406提出上、下极限。然后提供PID控制的修正值D份额值的输出。
图15表示图13中所示的PID控制的修正值I份额的计算框。
现在参阅图15，加法器1501计算ISC阀开度和ISC阀增加值之间的差值。加法器1502和延迟装置1503求差值的积分。框1504通过以发动机转速和发动机负载为线索的图搜索I份额增益。框1505将积分值乘以I份额增益，框1506提出上/下极限。然后提供PID控制的修正值I份额值的输出。
图16表示图13所示PID控制的修正值P份额计算框。
现在参阅图16，加法器1601计算ISC阀开度和ISC阀增加值之间的差。框1602通过以发动机转速和发动机负载为线索的图搜索P份额增益。框1603将差值乘以P份额增益，然后提供PID控制的修正值P份额值的输出。
在图14、15和16所示的实例中，提供ISC阀开度和图12所示ISC阀开度学习份额所需的ISC阀增加值之间的每个差的输出。但是，只要提供这些差中的至少一个的输出，就不会有实际问题。
图17至20是根据上述的控制框及发动机转速典型的工况模型操作的燃料控制器所控制的发动机的排气空-燃比的定时图。
图17表示当不提供怠速空-燃比控制时的发动机转速的工况模型。
现在参阅图17，图1701表示发动机转速的工况模型，表示发动机转速在区域1701-1中由于某种干扰而保持低于目标转速。图1702表示ISC阀开度，表示ISC阀打开以便增加发动机转速以补偿发动机转速下降的情况(区域1702-1)。图1703表示泄气阀开度。由于怠速期间空-燃比控制未按照实施例提供，因而对于ISC阀的工况模型未对开度做出修正。图1704表示发动机排气空-燃比的特性曲线，它表明，随着图1705中所示喉管负压的下降，燃料混合气量增加，从而逐渐形成过浓状态(区域1704-1)。随着这种过浓状态的形成，发动机燃烧恶化，从而使发动机不能使其转速增加至其原来的目标水平。
图18表示当提供怠速空-燃比控制时的特性曲线。
现在参阅图18，图1801表示发动机转速的特性曲线，表示ISC阀的目标转速从区域1801-1开始处于上升。图1801-2是目标转速的加权平均值，图1801-3是发动机转速的加权平均值。图1803表示泄气阀开度。与图17所示实例不同，控制按照图18所示实例提供以便在区域1801-1中按照目标转速的变化使泄气阀开度趋向燃料混合气的稀侧，从而响应于ISC阀向着打开侧的运动，如图1802的区域1802-1所示。这样就可以防止图1804中所示的排气空-燃比变得过浓，从而使发动机转速按照ISC阀目标转速的增加而增加。
图19表示当提供怠速空-燃比控制时的另一种特性曲线，它是这样一种实例，即，在该实例中，图11中的变化量修改量主要用于控制。
现在参阅图19，图1901表示发动机转速特性曲线，表明在区域1901-1中发动机转速由于某种干扰保持低于目标转速。图1902表示ISC阀开度，表明在区域1902-1中ISC阀开度当发动机转速如前所述减小时移向打开侧。图1902-3是ISC阀开度1902-2的第一加权平均值，图1902-5是第二加权平均值。图1903表示泄气阀开度。为了响应于第一加权平均值和第二加权平均值之间的差，在区域1901-1中提供控制，以便将泄气阀开度引向燃料混合气的稀侧。这就防止了图1904中所示排气空-燃比变得过浓，从而使发动机在ISC阀开度移向打开侧时恢复其转速。
图20是在按照实施例提供怠速空-燃比控制时的另一种特性曲线。它是这样一种实例，即，在这种实例中，图12中的变化量修正量主要用于控制。
现在参阅图20，图2001表示发动机转速的特性曲线，表明在区域2001-1中发动机转速由于某种干扰保持低于目标转速。图2002表示ISC阀开度，表明在区域2002-1中当发动机转速如前所述下降时移向打开侧。在图2003所示的泄气阀被控制，以便当ISC阀增加值响应于ISC阀向着打开侧的移动而追随ISC阀开度时，使泄气阀开度趋向燃料混合气的稀侧，如区域2003-1中所示。这就可防止在图2004中所示的排气空-燃比变得过浓，从而当ISC阀开度移向打开侧时恢复其转速。
图21表示控制流程图，该控制由采用喉管式燃料供应装置的怠速空-燃比控制方法的燃料控制器提供的。
在步骤2101中，发动机转速是根据曲柄角传感器提供的信号计算的。在步骤2102中，发动机负载如进气管压力等被阅读。在步骤2013中计算泄气阀基本开度。在步骤2014阅读按照由冷却剂温度传感器提供的输出的发动机冷却剂温度。在步骤2105中根据发动机转速和发动机冷却剂温度计算基本点火定时。在步骤2106中按照发动机状态设定怠速期间的目标转速。在步骤2107中为ISC阀开度提供反馈控制，以便实现设定的目标怠速转速，在步骤2108中为ISC阀开度发出指令。在步骤2109中阅读从安装在发动机的排气管上的氧气浓度传感器的输出，在步骤2110中按照氧气浓度传感器输出的读数提供空-燃比反馈控制。在步骤2111中，以空-燃比反馈控制的结果为基础的泄气阀开度学习值被计算，并被相应地储存。在步骤2112和2113中，泄气阀开度修正值是根据ISC阀控制的相关信息计算的，为泄气阀开度发出一个指令。按照本实施例，这些操作的程序是在每个预定时段执行的。但是，它也可以被来自发动机的事件要求，例如，在每个预定的曲柄角执行。
图22是图5中所示的泄气阀基本开度计算框和开度修正值计算框的全部流程图。
在步骤2201中进行评估来确定发动机的完全爆燃是否已经按照起动期间的发动机转速实现。在步骤2202中计算泄气阀的基本开度。在步骤2203中计算相对于泄气阀基本开度的ISC阀同步修正量。在步骤2204中，按照通过反馈控制由氧气浓度传感器识别的泄气阀份额，计算泄气阀学习值。在步骤2205中加算同步修正量、开度学习值和反馈份额以计算泄气阀开度。
图23是图6中所示的泄气阀基本开度计算框的流程图。
在步骤2301中阅读发动机转速。在步骤2302中阅读发动机负载。在步骤2303中确定发动机是否处于完全爆燃状态。如果确定发动机处于完全爆燃状态，那么，在步骤2304中通过一个图搜索泄气阀基本开度。如果在步骤2303中确定发动机不是处于完全爆燃状态，那么，在步骤2305，2306，2307和2308中通过一个表搜索发动机相对于泄气阀开度的转速修正份额和冷却剂温度修正份额。这些参数的和是泄气阀基本开度。在步骤2309中，由相应于完全爆燃或不完全爆燃状态的泄气阀基本开度产生一个输出。
图24是图7中所示的ISC阀同步修正量计算框的流程图。
在步骤2401中阅读发动机转速。在步骤2402中阅读ISC阀目标转速。在步骤2403中阅读发动机冷却剂温度。在步骤2404中计算ISC阀目标转速修正量。在步骤2405中计算ISC阀开度变化量修正量。在步骤2406中计算ISC阀反馈变化量修正量。在步骤2407中加算目标转速修正量、开度变化量修正量和反馈量修正量，将总和作为ISC阀目标转速修正量输出。
图25是图8中所示的ISC阀目标转速修正量计算框的流程图。
在步骤2501中阅读发动机转速。在步骤2502中计算ISC阀目标转速。在步骤2503中计算发动机转速和目标转速之间的差。在步骤2504，2505，2506和2507中，对于每个相应对的发动机转速和目标转速之间的差搜索加权平均增益，取得一个加权平均数。在步骤2508中计算发动机转速和目标转速之间的加权平均值的差。在步骤2509和2510中通过一个表搜索相对于发动机冷却剂温度的盖的增益。在步骤2511中，加权平均值差乘以增益，提供作为ISC阀目标转速修正量的输出。
图26是图11中所示的ISC阀开度变化量修正量和ISC阀反馈变化量修正量计算框的流程图。由于ISC阀开度变化量修正量计算框与ISC阀反馈变化量修正量计算框相同，因而图26表示ISC阀开度变化量修正量计算框的一个实例。在步骤2601，2602，2603，2604和2605中通过一个表搜索相对于发动机冷却剂温度的第一增益和第二增益，并计算第一加权平均值和第二加权平均值，它们代表结合了第一和第二增益的ISC阀开度。在步骤2601中，计算第一和第二加权平均值之间的偏差。在步骤2607和2608中搜索相对于发动机转速的增益，在步骤2609中，该增益乘以上述两加权平均值之间的偏差，并提供作为ISC阀开度变化量修正量的输出。
图27是图12中所示的ISC阀开度变化量修正量的流程图。
在步骤2701中阅读发动机转速。在步骤2702中阅读ISC阀目标转速。在步骤2703中计算发动机转速和目标转速之间的差。在步骤2704中以发动机转速和上述差作为线索通过一个图搜索ISC阀基本开度。在步骤2705中以发动机转速和发动机负载作为线索通过一个图搜索ISC阀开度学习份额。在步骤2706和2707中以发动机冷却剂温度作为线索通过一个表搜索ISC阀开度冷却剂温度修正份额。在步骤2708中加算ISC阀基本开度图值、ISC阀开度学习值和ISC阀开度冷却剂温度修正份额以求出ISC阀增加值。在步骤2709，2710和2711中通过一个表搜索相对于发动机冷却剂温度的加权平均增益，并计算ISC阀开度的加权平均数。在步骤2712中提供PID控制以便使ISC阀增加值追随ISC阀开度加权平均值，并提供一个作为变化量修正量的PID控制结果的输出。在步骤2713中确定发动机是否处于稳定状态。如果确定发动机处于稳定状态，那么，在步骤2714中将ISC阀开度和ISC阀增加值之间的偏差收编在ISC阀开度学习份额图中。
图28是图13中所示的PID反馈计算框的流程图。在步骤2801中阅读ISC阀开度。在步骤2802中阅读ISC阀增加值。在步骤2803中阅读发动机转速。在步骤2804中阅读发动机负载。在步骤2805，2806和2807中计算修正份额的P份额、修正份额的I份额和修正份额的D份额。在步骤2808中加算P份额、I份额和D份额。在步骤2809中，加算的和经过上/下限制后才作为ISC阀开度变化量修正值输出。
图29是图14中所示的用于计算ISC阀开度和ISC阀增加值的PID控制的D份额的控制的流程图。
在步骤2901中阅读ISC阀开度。在步骤2902中阅读ISC阀增加值。在步骤2903中计算ISC阀开度和ISC阀增加值之间的差。在步骤2904中计算在ISC阀开度和ISC阀增加值之差和当前差之间的一个新差。在步骤2905中阅读发动机转速。在步骤2906中阅读发动机负载。在步骤2907中以发动机转速和发动机负载为线索通过一个图搜索D份额增益。在步骤2908中，将D份额增益乘以上述新差。在步骤2909中使得到的值经过上/下限制后才作为D份额输出。
图30是图15中所示的计算ISC阀开度和ISC阀增加值的PID控制的I份额。
在步骤3001中阅读ISC阀开度。在步骤3002中阅读ISC阀增加值。在步骤3003中计算ISC阀开度和ISC阀增加值之间的差。在步骤3004中将前面的和当前的差积分。在步骤3005中阅读发动机转速。在步骤3006中阅读发动机负载。在步骤3007中以发动机转速和发动机负载为线索通过一个图搜索I份额增益。在步骤3008中，将I份额增益乘以差的积分值。在步骤3010中，将得到的值经过上/下限制后才作为I份额输出。
图31是图16中所示的用于计算ISC阀开度和ISC阀增加值的PID控制的P份额的控制流程图。
在步骤3101中阅读ISC阀开度。在步骤3102中阅读ISC阀增加值。在步骤3103中计算ISC阀开度和ISC阀增加值之间的差。在步骤3104中阅读发动机转速。在步骤3105中阅读发动机负载。在步骤3106中，以发动机转速和发动机负载为线索通过一个图搜索P份额增益。在步骤3107中，将P份额增益乘以差。在步骤3108中，使得到的值经过上/下限制后才作为P份额输出。
如上所述，按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器设有下述零件，即，怠速转速控制阀205，它控制通过绕过节流阀202连接于进气管204的流路的流路面积，从而控制怠速期间的发动机转速；泄气阀208，它设置在用于调节送至发动机的燃料气体的压力的调节器207下游，控制通至大气的通道的流路面积；目标转速设定装置，它设定怠速期间的发动机目标转速；节流阀开度控制装置，它控制怠速转速控制阀205，以便保持发动机目标转速；控制要素设定装置，它设定一个要素以便控制怠速转速控制阀205的开度；捕获装置，它捕获要素状态的变化；以及控制装置，它以捕获装置捕获的要素状态的变化为基础控制泄气阀208。由于这种布置，按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器能够通过泄气阀208控制由于目标转速和负载突然变化使ISC阀开度改变而出现的空-燃比浮动。
例如，如果在怠速期间目标转速有了改变，它改变了ISC阀的开度。这相应地改变了喉管腔压力，这又改变了燃料混合气的流入量。为了应付这种情形，泄气阀208事先按照目标转速的变化量被控制，从而有效地防止空-燃比变得过浓或过稀。如果发动机转速从目标转速偏离引发发动机的某种失调，那么，泄气阀208按照基本量，即，ISC阀反馈量的变化受到控制，以便防止空-燃比变得过浓或过稀。
虽然已经针对本发明的推荐实施例描述了本发明，但是，本发明显然并不局限于推荐实施例。本发明旨在包括在本发明精神和范围内在结构设计上的各种变化。
例如，按照本发明推荐实施例的发动机控制装置214采用氧气浓度传感器212，该传感器提供对排气空-燃比呈线性的空-燃比信号输出，以便借助ISC阀反馈控制装置103提供目标转速反馈控制，以及借助开度修正值计算装置107进行基本开度修正。作为上述那种氧气浓度传感器的替代，可以采用一种氧气浓度传感器(未画出)，它提供一个信号输出，该信号指示发动机201的排气相对于理论空-燃比是处于浓侧或是稀侧。
另外，按照本发明的推荐实施例，在PID控制中采用了比例控制(P控制)、积分控制(I控制)和导数控制(D控制)三种控制方法，以便通过算术运算取得有关的运算值，上述算术运算是对空燃比的差进行的，空-燃比的差被加算以求出空-燃比修正系数。也可以使用上述三种控制方法中的任一种或两种(例如PI控制等)以取得运算值，空-燃比修正系数是以这些运算值为基础计算的。
从上面的描述可以看出，按照本发明推荐实施例的发动机燃料控制器和怠速空-燃比控制方法能够在喉管型燃料供应装置中保持稳定的空-燃比，从而通过防止怠速期间的空-燃比变得过浓或过稀而达到稳定的发动机转速。
虽然已经描述了本发明的推荐实施例，但是已经采用的文字是描述性文字而并非限定性文字，可以在本发明的范围和精神内在更广阔的方面做出各种变化。
权利要求
1.一种发动机燃料控制器，它包括一个向发动机供应燃料的燃料供应装置；一个确定燃料和空气的混合比的混合比确定装置；一个混合物引入装置，它将混合比已被确立的空-燃混合物引入发动机；一个设置在发动机的进气管中的第一节流阀；一条绕过第一节流阀的旁路；一个设置在所述旁路中的第二节流阀；一个目标转速设定装置，它设定怠速期间发动机目标转速；一个节流阀开度控制装置，它控制第二节流阀的开度以便保持发动机目标转速；一个控制要素设定装置，它设立一个要素以便控制第二节流阀的开度；一个捕获装置，它捕获要素状态的变化；以及一个控制装置，它在捕获装置捕获的要素状态的变化的基础上控制混合比确定装置。
2.如权利要求1所述的发动机燃料控制器，其特征在于所述混合比确定装置是一个泄气阀，该泄气阀确定燃料气体和空气混合物的混合比。
3.如权利要求1所述的发动机燃料控制器，其特征在于控制要素设定装置所设定的要素包括预定的节流阀基本开度，以便保持目标转速。
4.如权利要求1所述的发动机燃料控制器，其特征在于控制要素设定装置所设定的要素包括通过一种反馈控制计算的开度，所述反馈控制是为了补偿发动机转速和目标转速之间的任何偏差。
5.如权利要求1所述的发动机燃料控制器，其特征在于控制要素设定装置所设定的要素包括储存一个通过一种反馈控制计算的开度的一个值，所述反馈控制是为了加速发动机转速和目标转速之间的偏差的收敛而进行的。
6.如权利要求1所述的发动机燃料控制器，其特征在于所述捕获装置从目标转速变化量捕获要素状态的变化。
7.如权利要求6所述的发动机燃料控制器，其特征在于目标转速变化量是借助当前发动机转速和目标转速之间的偏差检测的。
8.如权利要求1所述的发动机燃料控制器，其特征在于所述捕获装置从预定的节流阀基本开度的变化量捕获要素状态的变化。
9.如权利要求1所述的发动机燃料控制器，其特征在于所述捕获装置从通过反馈控制计算的开度的变化量捕获要素的变化。
10.一种怠速空-燃比控制方法，该方法通过控制设置在一条旁路中的节流阀的开度而将怠速期间发动机转速保持在目标转速上，所述方法包括以下步骤设定用于控制节流阀开度的要素；捕获要素状态的变化；以及在所捕获的要素状态的变化的基础上控制一个混合比确定装置，该混合比确定装置确定燃料和空气的混合比。
全文摘要
一种发动机燃料控制器包括一个通过绕过节流阀控制怠速期间发动机转速的怠速转速控制阀；一个泄气阀，它设置在调节送至发动机的燃料气体的压力的调节器的下游，控制通向大气的一通道的流路面积；一个设定怠速期间发动机目标转速的目标转速设定装置；一个节流阀开度控制装置，它怠速转速控制阀的开度以便保持发动机目标转速；一个控制要素设定装置，它设定一个要素以便控制怠速转速控制阀的开度；一个捕获装置，它捕获要素状态的变化；以及一个控制装置，它在捕获装置捕获的要素状态变化的基础上控制泄气阀。
文档编号F02D31/00GK1429979SQ02158469
公开日2003年7月16日 申请日期2002年12月26日 优先权日2001年12月26日
发明者浅野诚二, 五十岚文二 申请人:株式会社日立制作所