专利名称：内燃机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机(发动机)的控制装置，特别涉及防止在发动机起动时发动机转速相对于目标发动机转速发生超调(overshoot)的内燃机的控制装置。
背景技术：
发动机刚刚起动后的发动机转速大大超过目标怠速转速而上升，并在发动机转速迎来峰值后，收敛到目标怠速转速。这是因为，发动机起动时的进气管内处于大气压的状态，且在节气门(throttle)开度(以及ISC阀开度)大，并充分确保了进气通路的开口面积的状态下，进行发动机的起动。而在发动机转速迎来峰值后，收敛到目标怠速转速是基于， 通过发动机转速的反馈控制，控制节气门开度(或者ISC阀开度)。作为发动机的控制装置，在使发动机刚刚起动后的发动机转速不过大地超过目标怠速转速的现有技术中，有进行如下控制的技术在发动机起动后，直到检测出发动机转速的峰值为止，将与发动机的输出相关的与进气流量不同的控制参数、例如点火时期，设定于与通常的怠速时参数值相比，发动机输出降低的一侧，在点火时期控制中将点火时期设定于滞后角(遅角)，并在检测出发动机转速的峰值后，将控制参数还原为通常的怠速时参数值(例如，专利文献1)。另外，作为发动机的点火时期控制装置，有这样的装置计算发动机刚刚起动后的发动机转速的变化量作为每单位时间的面积，并根据该面积的值来控制点火时期的提前角 (進角)量(例如，专利文献2)。专利文献1 JP特开2005-194902号公报专利文献2 JP特开2000-249032号公报然而，在专利文献1所示那样的发动机控制装置中，虽然到产生发动机转速的峰值为止抑制发动机输出，但没有进行发动机的燃烧状态的影响的判定，因此，根据发动机的燃烧状态如何，可能出现起动时间的长期化、发动机起动后的转速峰值极端变小的情况，存在产生发动机的起动性的不良状况的可能性。在专利文献2所示那样的点火时期控制装置中，通过根据发动机刚刚起动后的发动机转速的变化量的面积来进行计算，能进行适合发动机起动的燃烧状态的点火时期校正，然而，由于上述面积是按每段规定时间来计算，因此可能产生发动机转速的影响或对点火时期校正的控制延迟，根据发动机起动时的发动机转速，存在控制响应性延迟的可能性。本发明鉴于涉及发动机起动时的上述课题而提出，其目的在于，提供一种内燃机的控制装置，其即使在发动机根据各种燃烧状态而起动的情况下，也能不受燃烧状态影响地，且响应性良好地抑制发动机起动时的过剩的发动机转动上升。
发明内容
为了实现所述目的，本发明的内燃机的控制装置，具有基准转动位置检测单元， 其检测内燃机的曲柄轴的基准转动位置；单位曲柄角检测单元，其按所述曲柄轴的每个单位曲柄角来输出曲柄角信号；基准曲柄角周期运算单元，其根据由所述基准转动位置检测单元检测出的基准转动位置，来计算基准曲柄角周期；燃烧时曲柄角周期运算单元，其根据所述单位曲柄角检测单元的曲柄角信号，来计算燃烧时曲柄角周期；曲柄角周期比例运算单元，其计算作为所述燃烧时曲柄角周期和所述基准曲柄角周期之间的比例的曲柄角周期比例；和校正单元，其根据内燃机起动时的所述曲柄角周期比例，来校正点火时期或者燃料喷射量。根据本发明的内燃机的控制装置，能通过作为燃烧时曲柄角周期和基准曲柄角周期之间的比例的曲柄角周期比例，来响应性良好地定量地看出内燃机起动时的燃烧状态， 并根据该曲柄角周期比例来校正点火时期或者燃料喷射量，因此在内燃机起动时，能不损坏起动性且准确地实现与起动时的燃烧状态对应的转速控制，能减少发动机起动时的废气排放量。本说明书包括作为本申请的优先权的基础的日本专利申请2009-048365号的说明书以及/或者附图所记载的内容。
图1是表示应用本发明的控制装置的发动机的控制系统的整体构成图。图2是表示本实施例的控制组件的内部构成的框图。图3是表示在发动机起动时的发动机转速的变动例的图表。图4是表示POS信号、REF信号和点火信号之间的关系的图表。图5是表示曲柄角度周期比例和发动机的燃烧状态之间的关系的图表。图6是表示进行发动机起动时点火时期校正的点火时期校正控制装置的实施例的框图。图7是表示本实施例中的曲柄角周期比例和点火时期校正值之间的关系的图表。图8是表示本实施例中的发动机转速偏差和点火时期校正值之间的关系的图表。图9是本实施例中的发动机起动时的时序图。图10是本实施例的点火时期校正控制的流程图。图11是本实施例的点火校正允许判定的框图。图12是在未应用本实施例的控制的情况下的起动时时序图。图13是在应用了本实施例的控制的情况下的起动时时序图。图14是表示进行发动机起动时点火时期校正的燃料喷射量校正控制装置的实施例的框图。图15是表示本实施例中的曲柄角周期比例和燃料喷射量校正值之间的关系的图表。图16是表示本实施例中的发动机转速偏差和燃料喷射量校正值之间的关系的图表。图17是本实施例的燃料喷射量校正控制的流程图。图18是表示发动机输出和点火时期之间的关系的图。图19是表示发动机输出和燃料喷射量之间的关系的图。(符号说明)
54喷射器
201燃烧时POS信号提取部
202燃烧时POS信号周期运算部
203基准曲柄角周期运算部
204曲柄角周期比例运算部
205第一点火时期校正值运算部
207第二点火时期校正值运算部
208最终点火时期运算部
301燃烧时POS信号提取部
302燃烧时POS信号周期运算部
303基准曲柄角周期运算部
304曲柄角周期比例运算部
305第一喷射量校正值运算部
306第二喷射量校正值运算部
308最终喷射量运算部
507发动机
508火花塞
511相位传感器
515控制组件
516位置传感器
522点火线圈
具体实施例方式以下，参数
本发明的内燃机中的控制装置的一个实施方式。图1表示内燃机(发动机)507的控制系统整体构成。发动机507具有由形成于发动机主体507b的多个缸膛(cylinder bore) 507e、和设置于各缸膛507e的活塞507a划定的多个燃烧室507c。在本实施方式中，发动机507构成为具有4个燃烧室507c的四缸发动机。流入各燃烧室507c的空气从空气滤清器502的入口部被吸入，穿过空气流量计 (气流传感器)503，并穿过收纳有控制进气流量的电控节气门阀50 的节气门体505而进入收集器(collector) 506。吸入到收集器506的空气在由与发动机507的各气缸连接的进气管501进行分配后，流入燃烧室507c内。空气流量传感器503将表示进气空气流量的信号输出给控制组件(发动机控制装置)515。在节气门体505安装有检测电控节气门阀50 的开度的节气门传感器504。节气门传感器504将表示节气门开度的信号输出给控制组件515。汽油等燃料，通过低压燃料泵51从燃料箱50吸取并进行一次加压，通过燃压调节器52调压到一定的压力(例如，0. 3Mpa)，进而通过高压燃料泵1 二次加压到更高的压力 (例如，5. OMpa)，并提供给共轨(commonrail) 53。在共轨53按每个燃烧室507c安装有燃料喷射阀(以下，称作喷射器)54。喷射器54将提供给共轨53的燃料直接喷射到燃烧室507c内。在发动机主体507b按每个燃烧室 507c安装有火花塞508。火花塞508基于点火信号，施加被点火线圈522高电压化后的电压，由此进行火花放电，并进行喷射到燃烧室507内的燃料的点火。在发动机507设置有检测曲柄轴507d的转动角的曲柄角传感器(以下，称作位置传感器516)。位置传感器516是单位曲柄角检测单元，曲柄轴507d每转动规定角度，例如10 度，即按每单位曲柄角，将作为曲柄角信号的位置信号(P0S信号)输出给控制组件515。在发动机507设置有凸轮角传感器(以下，称作相位传感器(phasesens0r)511)， 其检测具备对排气阀526的开闭定时进行可变设定的机构的凸轮轴(省略图示)的转动角。相位传感器511是基准转动位置检测单元，按凸轮轴的每个规定转动角，例如每180度 (deg)，S卩，将表示凸轮轴(曲柄轴507d)的基准转动位置的REF信号输出给控制组件515。此外，相位传感器511所输出的凸轮角信号(REF信号)还是表示伴随排气阀5 的凸轮轴的转动而转动的高压燃油泵用驱动凸轮100的转动位置的角度信号。虽然未图示，但通过可变阀定时控制装置，凸轮轴相位发生变化，根据该变化量，凸轮角信号的位置也发生变化。控制组件515是包括微机的电子控制式的组件，如图2所示，由MPTO03、 EP-R0M602、RAM604、以及包括A/D变换器的I/0LSI601等构成。控制组件515输入来自位置传感器516、相位传感器511、燃压传感器56、水温传感器517、节气门传感器504、加速器传感器519、空燃比传感器518、点火开关520、气流传感器 503的信号，执行规定的运算处理，并将作为运算结果而算出的各种控制信号输出到各气缸的喷射器讨、点火线圈522、高压泵电磁阀(solenoid) 200、低压燃料泵51、电控节气门阀 50 、电控安全阀55，来执行燃料喷射量控制、点火时期控制等。图3表示了发动机起动时的发动机转速变动的一例。发动机起动时，在由起动器起动后，通过进行各燃烧室507c内的混合气体的点火，从而混合气体燃烧，且作为发动机输出，曲柄轴507d转动。作为曲柄轴507d的转速的实际发动机转速(NE)在刚刚起动后较低，但因为在刚刚起动后电控节气门阀50 充分开阀，所以会一度超过目标怠速转速(NETARGET)， 其后，通过对电控节气门阀50 的开度进行控制使得发动机转速成为目标怠速转速 (NETARGET)，来收敛到目标怠速转速(NETARGET)。这样，由于产生了超过起动所需的发动机输出，因此废气排放的总排放量、发动机转速急剧变化，燃料喷射量、点火时期的控制精度随之恶化，从而进一步导致不能保持空燃比控制精度而引发废气排放浓度的恶化。图4表示位置传感器信号(P0S信号)、REF信号和点火信号之间的关系。图中的上层所示的POS信号是曲柄角度的例如10度(deg)间隔的信号，具有一部分在10度(deg)间隔不产生信号的所谓缺齿部分。控制组件515根据该位置传感器信号 (P0S信号)来判定发动机507的曲柄角度。10度(deg)间隔的POS信号的间隔时间，即POS信号周期TPOS表示每单位曲柄角 10度(deg)的曲柄角速度，并在每次产生POS信号时由控制组件515来运算。图中的POS 信号周期TPOSburn是燃烧室507c内的混合气体燃烧时的POS信号周期，是通过由混合气体的燃烧产生的转矩而使发动机转速上升，POS信号周期成为最短的点的POS信号周期。将 POS信号周期TPOSburn称作燃烧时POS信号周期。燃烧时POS信号周期TPOSburn是代表发动机507的燃烧时的POS信号间隔，因此设为从点火位置 (结束对点火线圈的通电的时间点Ts)起，燃烧经过在发动机转数中体现出的期望的曲柄角度后的POS信号的间隔即可。或者，也可以提取在一个基准曲柄角周期 TREF中周期最短的POS信号周期TP0S，来作为燃烧时POS信号周期TPOSburn。将作为燃烧时POS信号周期TPOSburn计算的基准的POS信号称作POSburn。图中的中层所示的REF信号是曲柄角度例如180度(deg)间隔的信号，作为成为曲柄角度对应控制的基准的基准曲柄角信号，用于点火时期控制、喷射定时控制。基准曲柄角周期TREF表示REF信号的一个周期(时间)，即曲柄轴507d的每180 度的曲柄角速度，在每次产生REF信号时，由控制组件515来运算。图中的最下层是向控制点火时期的点火线圈522的通电信号，在通电结束的时间点Ts，进行燃烧室507c内的混合气体的点火。由此，进行燃烧室507c内的混合气体的燃
；Bs
JyCi。通过由该燃烧产生的发动机输出，而产生发动机转速的变化。发动机输出的状态， 即发动机507的燃烧状态能通过燃烧时POS信号周期TPOSburn和基准曲柄角周期TREF的比例R = TPOSburn/TREF来检测。将该比例R称作曲柄角周期比例R。如前所述，燃烧时POS信号周期TPOSburn是燃烧时的POS信号的间隔(间隔时间)，基准曲柄角周期TREF是REF信号的间隔(间隔时间)，因此，为了方便，若将POS信号周期TPOS和基准曲柄角周期TREF设为同一区间(同一曲柄角)的周期，来计算曲柄角周期比例R，则该曲柄角周期比例R容易处理。例如，在位置传感器信号间隔=10deg，REF信号间隔=180deg的情况下，使曲柄角周期比例R = TPOSburnX 18/TREF即可。根据该曲柄角周期比例R的计算处理，在算出比例R= 1的情况下，表示基于燃烧的发动机转速恒定(维持发动机转动)的状态，在比例R< 1的情况下，表示基于燃烧的发动机转速上升的状态，在R> 1的情况下，表示基于燃烧的发动机转速下降的状态。这样，通过求取TPOSburnX 18/TREF的值，即曲柄角周期比例R，能求取基于燃烧的发动机输出的状态值，从而能对发动机起动时的发动机转速变动进行控制。上述的比例R计算的TPOSburnX 18，根据POS信号、REF信号的间隔、气缸数而不同，因此在以下的说明中，标记为TPOSburnXn0 η是REF信号间的POS信号数。图5表示曲柄角周期比例R的发动机的燃烧状态的关系。曲柄角周期比例R越小于基准值Rs，则发动机转速的上升速度越大(快)，能判定为发动机的燃烧状态良好。与此相对，曲柄角周期比例R越大于基准值Rs，则发动机转速的上升速度越小(慢)，能判定为发动机的燃烧状态恶劣。在此，基准值Rs如前所述，设为维持发动机转速的TPOSburnXn/TREF = 1. 0即可。相对于该基准值Rs，TPOSburnXn/TREF的值不同的主要原因有，提供给发动机507的空气量、燃料性状、大气压或气体环境温度(发动机冷却水温)这些各种条件或环境。在此，关于各主要原因是公知的，而且其影响程度与本发明没有直接关系，因此省略其详细的说明。如以上说明所述，通过计算曲柄角周期比例R = TPOSburnXn/TREF，能响应良好且正确地检测出基于发动机内燃机507的燃烧的发动机转速的变动，曲柄角周期比例R成为对发动机起动时的转速控制有效的参数。参照图6，说明进行利用了曲柄角周期比例R的发动机起动时控制的控制装置的实施例。该控制装置是点火时期控制装置，通过由控制组件515执行计算机程序来实现。该点火时期控制装置具有燃烧时POS信号提取部201 ；燃烧时POS信号周期运算部(燃烧时曲柄角周期运算单元)202;基准曲柄角周期运算部203;曲柄角周期比例运算部204 ；第一点火时期校正值运算部205 ；第二点火时期校正值运算部207 ；和最终点火时期运算部208。燃烧时POS信号提取部201输入位置传感器516所输出的POS信号和相位传感器 511所输出的REF信号，并提取从点火位置起，燃烧经过在发动机转数中体现出的期望的曲柄角度后的POS信号burn。燃烧时POS信号周期运算部202测量由燃烧时POS信号提取部201提取的POS信号burn和下一个POS信号之间的间隔(时间)，来计算燃烧时POS信号周期TPOSburn。除此以外，燃烧时POS信号周期运算部202也可以提取在一次基准曲柄角周期TREF中周期最短的POS信号周期TP0S，将其作为燃烧时POS信号周期TPOSburn。基准曲柄角周期运算部203输入相位传感器511所输出的REF信号，并测量REF 信号的一个周期的时间，来计算基准曲柄角周期TREF。曲柄角周期比例运算部204从燃烧时POS信号周期运算部202和基准曲柄角周期运算部203取入与燃烧时POS信号周期TPOSburn和基准曲柄角周期TREF相关的信息，并进行TPOSburnXn/TREF的运算，来计算曲柄角周期比例R。第一点火时期校正值运算部205从曲柄角周期比例运算部204取入表示曲柄角周期比例R的信息和点火校正允许信号，在点火校正允许信号为有效(ON)的情况下，即点火校正允许时，计算基于曲柄角周期比例R的点火时期校正值HOSPI。点火时期校正值HOSPI 如图7所示，在曲柄角周期比例R = Rs = 1的情况下，HOSPI = 0，越是R < 1，越进行向滞后角侧延迟点火时期的校正，越是R > 1，越向提前角侧提前点火时期。如图18所示，若向提前角侧提前点火时期，则发动机输出(输出转矩)上升到 MBT0与此相对，若向滞后角侧延迟点火时期，则发动机输出下降。根据发动机输出和点火时期之间的关系，在曲柄角周期比例R小于期望的基准值的情况下，发动机507的燃烧力较大，因此将点火时期向滞后角侧校正，从而抑制过剩的发动机转速的上升，而在曲柄角周期比例R大于期望的基准值的情况下，发动机507的燃烧力较小，因此将点火时期向提前角侧校正，从而促进发动机转速的上升。这样，根据 TPOSburnXn/TREF = R的值来校正发动机507的点火时期，由此能恰当地控制发动机起动时的转速的上升、下降。第二点火时期校正值运算部207从偏差运算部206输入表示实际发动机转速NE 相对于目标怠速转速NETARGET的偏差DELNE = NETARGET-NE的信息，并计算与偏差DELNE 对应的点火时期校正值H0SDEL。此外，实际发动机转速N能通过REF信号的周期和POS信号的周期来计算。偏差DELNE和点火时期校正值HOSDEL之间的关系如图8所示。DELNE = 0 (目标怠速转速=实际发动机转速)表示发动机507的实际的转速NE和目标怠速转速NETARGET一致，在这种情况下，不需要对应偏差的点火时期校正，因此使HOSDEL = 0。在实际发动机转速NE低于目标怠速转速NETARGET的情况下(DELNE为负值)，为了提高发动机输出而使将点火时期设于提前角侧的点火时期校正值HOSDEL > 0。与此相对，在实际发动机转速NE 高于目标怠速转速NETARGET的情况下(DELNE为正值)，为了抑制发动机输出而使将点火时期设于滞后角侧的点火时期校正值HOSDEL < 0。此外，偏差DELNE和点火时期校正值HOSDEL之间的关系除了用运算表达式计算以外，还能够通过用实验预先求得的表示所述两者(DELNE和H0SDEL)的关系的数据表来获取。最终点火时期运算部208，对基准点火时期，加上对应曲柄角周期比例R的点火时期校正值HOSPI和对应偏差DELNE的点火时期校正值HOSDEL这两者，来设定最终点火时期，并对点火线圈522输出最终点火时期信号。基于与曲柄角周期比例R对应的点火时期校正值HOSPI的点火时期校正，能对发动机转速增长的斜率进行控制，但不能成为使发动机起动后的发动机转速收敛于目标转速的控制，因此，作为发动机起动时的转速控制是不充分的。与此相对，通过增加基于与偏差 DELNE对应的点火时期校正值HOSDEL的点火时期校正，能在对发动机起动时的发动机转速的增长进行控制的同时，使发动机转速收敛于目标转速。图9是发动机起动时的点火时控制的时序图。图9的上层表示发动机起动时的实际发动机转速NE。发动机起动时，由于燃烧室507c内的混合气体的燃烧，实际发动机转速NE上升，且直到发生下一气缸的燃烧为止， 由于发动机507的摩擦等，实际发动机转速NE下降，而通过下一气缸燃烧，实际发动机转速NE再一次上升，一边重复这样的循环，实际发动机转速NE达到期望的目标怠速转速 NETARGET。图中所示的〇部分模拟表示了成为燃烧时POS信号周期TPOSburn的位置。通过燃烧时POS信号周期TPOSburn来计算曲柄角周期比例R = TPOSburnXn/TREF,并将计算出点火时期校正值HOSPI的结果表示在图中的中层。如前所述，基于与曲柄角周期比例R对应的点火时期校正值HOSPI的点火校正，是对发动机起动时的转速增长的斜率进行校正。图中的下层表示与发动机507的实际发动机转速NE相对于目标怠速转速 NETARGET的偏差DELNE对应的点火时期校正值H0SDEL。基于与偏差DELNE对应的点火时期校正值HOSDEL的点火校正，是用于使发动机起动时的实际发动机转速NE收敛于目标怠速转速的校正。像这样根据内燃机起动时的实际发动机转速而算出的所述点火时期校正值HOSPI 以及H0SDEL，通过反馈校正到下一个燃烧的气缸的点火位置，能快速收敛于目标怠速转速。图10是本实施例的点火时期校正控制的流程图。首先，进行相位传感器511的REF信号的输入处理(步骤901)，其次，进行位置传感器516的POS信号的输入处理(步骤902)。接着，计算位置传感器516的POS信号的输入周期(P0S信号周期)TPOS以及燃烧时POS信号周期TPOSburn (步骤903)。接下来，计算作为相位传感器511的REF信号的输入周期的基准曲柄角周期 TREF (步骤 904)。
接着，根据POS信号的输入周期TPOS和基准曲柄角周期TREF，来计算内燃机的转速(实际发动机转速NE)(步骤905)。接下来，根据发动机507的运转状态来计算目标怠速转速NETARGET和基本点火时期(步骤 906、907)。接着，根据来自后述的点火校正允许判定部1010的信号，来决定是否执行发动机起动时的点火时期校正(步骤908)。在发动机起动时的点火时期校正条件成立的情况下， 进行曲柄角周期比例R = TPOSburnXn/TREF的运算，并计算与曲柄角周期比例R对应的点火时期校正值HOSPI (步骤909)。另外，进行实际发动机转速NE相对于目标怠速转速 NETARGET的偏差DELNE = NETARGET-NE的运算，并计算与偏差DELNE对应的点火时期校正值 HOSDEL (步骤 910)。最后，根据点火时期校正值HOSPI和HOSDEL来校正基本点火时期，从而决定最终点火时期，并输出控制对点火线圈522的通电以及通电结束定时的信号(步骤911)。该点火时期校正由限制器(Iimiter)进行。在本实施例中，虽然将点火时期校正值HOSPI和HOSDEL与基本点火时期相加来进行点火时期校正，但该点火时期校正只要为了实现发动机起动时的实际发动机转速和目标怠速转速而能够实现同等的控制功能即可，也可以是基于乘法运算或除法运算的校正。图11表示进行本实施例的发动机起动时点火时期校正的允许判定的点火校正允许判定部1010。点火校正允许判定部1010根据以下条件来进行点火校正允许判定。(1)将发动机起动时点火时期校正控制仅限定于发动机507的运转的一次行程 (第一次行程(trip))，即使在同一运行中其他条件成立的情况下，在发动机运转中也不再次执行本实施例的发动机起动时的点火时期校正(限定于发动机起动时)。在通常的运转状态下不必要地执行了发动机起动时的点火时期校正的情况下，由于与通常时的其他点火时期控制相干扰，从而存在从点火时期的MBT脱离，引发运转性恶化或燃油效率恶化的可能性，但通过该条件的应用，能避免该缺陷。(2)基于点火时期校正值H0SPI、H0SDEL的大小的判定。在由于发动机的目标怠速转速NETARGET和实际发动机转速NE处于收敛、稳定的状态，因此该点火时期校正值几乎为 0从而处于不进行实质的校正控制的状态的情况下，不需要该点火时期校正的运算，通过禁止本实施例的发动机起动时点火时期校正而不再进行不需要的校正运算，从而能减轻控制组件515的MPTO03的运算负担。(3)基于实际发动机转速NE的判定。在判定为实际发动机转速NE收敛、稳定于目标怠速转速NETARGET的情况下，不需要本实施例的发动机起动时点火时期校正。另外，若由于燃烧状态良好而进行抑制发动机转速上升的方向的点火时期校正控制，则会导致内燃机的起动适销性恶化，因此，直到实际发动机转速NE成为充分低于发动机起动时的目标怠速转速、且不损害所述适销性的发动机转速的阈值(例如，500r/min)为止，都不执行本实施例的发动机起动时点火时期校正，在实际发动机转速NE超过所述阈值的情况下，开始本实施例的发动机起动时点火时期校正。(4)基于发动机起动时点火时期校正的执行条件成立的时间的判定。尽管在较长期间例如10秒以上执行了本实施例的发动机起动时点火时期校正控制，但在该点火时期校正没有被其他条件解除的情况下，强制地使其结束。即，测量执行点火时期校正的时间，在该时间经过规定以上的情况下，结束或禁止点火时期校正。这是在例如不对发动机507 提供燃料的情况下，或者用于控制发动机507的燃烧或发动机转速的各种传感器或致动器 (actuator)产生故障的情况下，无需不必要地进行本实施例的发动机起动时点火时期校正，而根据经过时间来间接进行其判定。(5)基于各传感器或者致动器的自我诊断结果的判定。这是反映了自我诊断结果的判定，在通过自我诊断而判定为故障的情况下，禁止本实施例的发动机起动时点火时期校正的执行。(6)基于节气门开度、加速器开度的判定。这是为了在操作者没有使之成为怠速状态的意愿的情况下，禁止本实施例的发动机起动时点火时期校正，并在操作者想要停止怠速(off idle)的情况下，防止由于进行本实施例的发动机起动时点火时期校正而引发运转性恶化。(7)基于发动机507的冷却水温的判定。在极低温(例如-30°C )的环境中进行发动机起动的情况下，提供给发动机507的燃料由于微粒化恶化或燃料的吸附而使发动机起动性与暖机状态相比，起动更需要时间，这是公知的，为了确保在该极低水温时的发动机起动性，而禁止本实施例的发动机起动时点火时期校正。图12表示在未应用本实施例的发动机起动时点火时期校正的情况下的发动机起动时的时序图，图13表示在应用本实施例的发动机起动时点火时期校正的情况下的发动机起动时的时序图。如图12所示，在未应用本实施例的发动机起动时点火时期校正的情况下，在经历了实际发动机转速NE超过目标怠速转速NETARGET的部分(图中的阴影线部分)后，通过点火时期或由电控节气门(图省略)进行的转速反馈控制，来进行实际发动机转速NE成为目标怠速转速NETARGET的控制。由于经历了实际发动机转速NE超过目标怠速转速NETARGET，因此从发动机排放的废气(HC)的排放量变多。与此相对，若应用本实施例的发动机起动时点火时期校正，则如图13所示，通过点火时期的提前角/滞后角来对发动机起动时的发动机转速的增长进行加减控制，并且， 实际发动机转速NE快速收敛于目标怠速转速NETARGET，从而能实现所排放的废气(HC)的排放量不会变多的发动机起动。接下来，关于对点火时期校正值进行限制的限制器进行说明。如前所述，为了控制发动机转速，根据点火时期校正值HOSPI、HOSDEL的计算值来将点火时期相对于基本点火时期校正到提前角或者滞后角侧，但需要对此结果的点火时期设置限制。在图18中表示其关系。图18如前所述，表示发动机输出和点火时期的关系，点火时期在提前角侧存在发动机的运转性界限或者发动机的转矩最大点，在控制为该点火时期的提前角侧的情况下， 将导致运转性恶化或者不产生通过将点火时期提前而期待的转矩上升。另一方面，在点火时期的滞后角侧，也与提前角侧同样存在运转性临界点，在控制为该点火时期的滞后角侧的情况下，将导致运转性恶化。鉴于以上事实，需要限制发动机起动时点火时期校正的校正值，通过与前述的点火时期校正参数即曲柄角周期比例R = TPOSburnXn/TREF或者偏差DELNE的计算结果无关地，对点火时期校正值H0SPI、H0SDEL、或者将点火时期校正值HOSPI和HOSDEL相加而得到的值、或者施加了该点火时期校正的最终点火时期的值施加限制(设为在图中的点火校正范围内)，能避免运转性恶化。关于点火提前角侧以及滞后角侧的点火时期限制范围，根据发动机的运转状态和发动机转速而其限制范围不同，因此只要根据发动机的运转状态和发动机转速来改变该点火时期范围即可。上述发动机起动时点火时期校正的作用能通过燃料喷射量校正同等地得到。该燃料喷射量校正由于对燃烧室的燃料供给的响应性好，因此在向燃烧室内直接喷射燃料的缸内直接喷射方式的内燃机中特别有效。然而，该燃料喷射量校正还能应用于向进气口喷射燃料的气口喷射方式的内燃机，在没有燃料喷射方式的选择性的通用性上优越。参照图14，说明进行利用了曲柄角周期比例R的发动机起动时燃料喷射控制的控制装置的实施例。该控制装置也通过由控制组件515执行计算机程序而实现。燃料喷射控制装置具有燃烧时POS信号提取部301 ；燃烧时POS信号周期运算部 (燃烧时曲柄角周期运算单元)302 ；基准曲柄角周期运算部303;曲柄角周期比例运算部 304 ；第一喷射量校正值运算部305 ；第二喷射量校正值运算部307 ；以及最终喷射量运算部 308。燃烧时POS信号提取部301输入位置传感器516所输出的POS信号和相位传感器 511所输出的REF信号，并提取从点火位置起，燃烧经过在发动机转数中体现出的期望的曲柄角度后的POS信号burn。燃烧时POS信号周期运算部302测量由燃烧时POS信号提取部301提取的POS信号burn和下一个POS信号之间的间隔(时间)，并计算燃烧时POS信号周期TPOSburn。除此以外，燃烧时POS信号周期运算部302也可以提取在一次基准曲柄角周期TREF中周期最短的POS信号周期TP0S，将其作为燃烧时POS信号周期TPOSburn。基准曲柄角周期运算部303输入相位传感器511所输出的REF信号，测量REF信号的一个周期的时间，来计算基准曲柄角周期TREF。曲柄角周期比例运算部304从燃烧时POS信号周期运算部302和基准曲柄角周期运算部303取入与燃烧时POS信号周期TPOSburn和基准曲柄角周期TREF相关的信息，并进行TPOSburnXn/TREF的运算，来计算曲柄角周期比例R。第一喷射量校正值运算部305从曲柄角周期比例运算部304取入表示曲柄角周期比例R的信息和喷射量校正允许信号，在喷射量校正允许信号为有效的情况下，即喷射量允许时，计算基于曲柄角周期比例R的燃料喷射量校正值KASPI。燃料喷射量校正值KASPI 如图15所示，在曲柄角周期比例R = Rs = 1的情况下，KASPI = 0，越是R < 1，越进行对燃料喷射量进行减量的校正，越是R > 1，越进行对燃料喷射量进行增量的校正。如图19所示，若增加燃料喷射量(使其变浓(rich))，则发动机输出(输出转矩) 上升到转矩最大点。与此相对，若减少燃料喷射量(使其变淡(lean))，则发动机输出下降。本关系是与在图18中说明的发动机输出和点火时期之间的关系等价的关系，通过对燃料喷射量进行与点火时期校正同样的校正控制，能进行与前述的点火时期校正(H0SPI、 H0SDEL)同样的发动机起动时的转速控制。根据上述的发动机输出和燃料喷射量之间的关系，在曲柄角周期比例R小于期望的基准值的情况下，发动机507的燃烧力较大，因此进行燃料喷射量的减量校正，从而抑制过剩的发动机转速的上升，而在曲柄角周期比例R大于期望的基准值的情况下，发动机507 的燃烧力较小，因此进行燃料喷射量的增量校正，从而促进发动机转速的上升。这样，通过根据TPOSburnXn/TREF = R的值来校正燃料喷射量，能恰当地控制发动机起动时的转速的上升、下降。第二喷射量校正值运算部307从偏差运算部206输入表示实际发动机转速NE相对于目标怠速转速NETARGET的偏差DELNE = NETARGET-NE的信息，并计算与偏差DELNE对应的燃料喷射量校正值KASDEL。偏差DELNE和燃料喷射量校正值KASDEL之间的关系如图16所示。DELNE = 0(目标怠速转速=实际发动机转速)表示发动机507的实际的转速NE和目标怠速转速NETARGET 一致，在这种情况下，不需要对应偏差的燃料喷射量校正，因此使燃料喷射量校正值KASDEL =0。在实际发动机转速NE低于目标怠速转速NETARGET的情况下(DELNE为负值)，为了对燃料喷射量进行增量，使燃料喷射量校正值KASDEL > 0。与此相对，在实际发动机转速 NE高于目标怠速转速NETARGET的情况下(DELNE为正值)，为了对燃料喷射量进行减量，使燃料喷射量校正值KASDEL < 0。此外，偏差DELNE和燃料喷射量校正值KASDEL之间的关系除了用运算表达式计算以外，还能够通过用实验预先求得的表示所述两者(DELNE和KASDEL)的关系的数据表来获取。最终喷射量运算部308对基准喷射量加上对应曲柄角周期比例R的燃料喷射量校正值KASPI和对应偏差DELNE的燃料喷射量校正值KASDEL这两者，来设定最终喷射量，并对喷射器M输出最终喷射量信号。基于与曲柄角周期比例R对应的燃料喷射量校正值KASPI的燃料喷射量校正，能对发动机转速增长的斜率进行控制，但不能成为使发动机起动后的发动机转速收敛于目标转速的控制，因此，作为发动机起动时的转速控制是不充分的。与此相对，通过增加基于与偏差DELNE对应的燃料喷射量校正值KASDEL的燃料喷射量校正，能在对发动机起动时的发动机转速的增长进行控制的同时，使发动机转速收敛于目标转速。图17是本实施例的燃料喷射量校正控制的时序图。首先，进行相位传感器511的REF信号的输入处理(步骤1501)，其次，进行位置传感器516的POS信号的输入处理(步骤1502)。接着，计算位置传感器516的POS信号的输入周期TPOS以及燃烧时POS信号周期 TPOSburn (步骤 1503)。接下来，计算作为相位传感器511的REF信号的输入周期的基准曲柄角周期 TREF (步骤 1504)。接着，根据POS信号的输入周期TPOS和基准曲柄角周期TREF，来计算内燃机的转速(实际发动机转速NE)(步骤1505)。接下来，根据发动机507的运转状态来计算目标怠速转速NETARGET和基本喷射量 (步骤 1506、1507)。接着，根据来自与图11所示的点火校正允许判定部1010同样的喷射校正允许判定部的信号，来决定是否执行发动机起动时的燃料喷射量校正(步骤1508)。例如，测量已执行燃料喷射量校正的时间，在该时间经过了规定以上的情况下，结束或者禁止燃料喷射量校正。在发动机起动时的燃料喷射量校正条件成立的情况下，进行曲柄角周期比例R = TPOSburnXn/TREF的运算，并计算与曲柄角周期比例R对应的燃料喷射量校正值KASPI (步骤1509)。另外，进行实际发动机转速NE相对于目标怠速转速NETARGET的偏差DELNE = NETARGET-NE的运算，并计算与偏差DELNE对应的燃料喷射量校正值KASDEL (步骤1510)。最后，根据燃料喷射量校正值KASPI和KASDEL来校正基本喷射量，从而决定最终喷射量，并进行输出到喷射器M的脉冲宽度控制(步骤1511)。该燃料喷射量校正由限制器进行。此外，关于无效脉冲宽度以及有效脉冲宽度的定义和基于该脉冲宽度的输出脉冲宽度的关系，作为发动机的燃料喷射控制是公知的技术，因此省略其说明。在本实施例中，虽然将燃料喷射量校正值KASPI和KASDEL与基本燃料喷射量相加来进行喷射量校正，但该喷射量校正只要为了实现发动机起动时的实际发动机转速和目标怠速转速而能够实现同等的控制功能即可，也可以是基于乘法运算或除法运算的校正。接下来，关于对燃料喷射量校正值进行限制的限制器进行说明。虽然根据燃料喷射量校正值KASPI、KASDEL的计算值来对燃料喷射量相对于基本燃料喷射量进行增量或者减量校正，但需要对此结果的燃料喷射量(空燃比)设置限制。在图19中表示其关系。图19如前所述，是发动机输出和燃料喷射量的关系的一例，燃料喷射量在增量 (浓)侧存在内燃机的运转性界限或者内燃机的转矩最大点，在控制为该燃料喷射量(空燃比)的增量侧的情况下，将导致运转性恶化或者废气排放恶化或者不产生通过对燃料喷射量进行增量而期待的转矩上升。另一方面，在燃料喷射量的减量(淡)侧，也与所述增量侧同样地存在运转性临界点或者废气排放恶化，在控制为该燃料喷射量的减量侧的情况下，将导致运转性恶化或者废气排放恶化。鉴于以上事实，需要限制发动机起动时燃料喷射量校正的校正值，通过与前述的燃料喷射量校正参数即曲柄角周期比例R = TPOSburnXn/TREF或者偏差DELNE的计算结果无关地，对燃料喷射量校正值KASPI、H0SDEL、或者将燃料喷射量校正值KASPI和KASDEL 相加而得到的值、或者施加了该燃料喷射量校正的最终点火时期的值施加限制(设为在图中的燃料校正范围内)，能避免运转性恶化。由于燃料喷射增量侧以及减量侧的燃料喷射量限制范围根据发动机的运转状态和发动机转速而不同，因此只要根据发动机的运转状态和发动机转速来改变该燃料喷射量范围即可。此外，本发明的发动机控制装置不限定于汽车用发动机，还能应用于全部的工业用发动机。本发明的发动机控制装置的特征是，测量已执行点火时期校正或者燃料喷射量校正的任意一者的时间，在该时间经过了规定以上的情况下，结束或者禁止所述校正。
权利要求
1.一种内燃机的控制装置，其特征在于， 具有基准转动位置检测单元，其检测内燃机的曲柄轴的基准转动位置； 单位曲柄角检测单元，其按所述曲柄轴的每个单位曲柄角来输出曲柄角信号； 基准曲柄角周期运算单元，其根据由所述基准转动位置检测单元检测出的基准转动位置，来计算基准曲柄角周期；燃烧时曲柄角周期运算单元，其根据所述单位曲柄角检测单元的曲柄角信号，来计算燃烧时曲柄角周期；曲柄角周期比例运算单元，其计算作为所述燃烧时曲柄角周期和所述基准曲柄角周期之间的比例的曲柄角周期比例；和校正单元，其根据内燃机起动时的所述曲柄角周期比例，来校正点火时期或者燃料喷射量。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述燃烧时曲柄角周期运算单元将所述基准曲柄角周期中所述单位曲柄角度的周期最短的周期作为燃烧时曲柄角周期。
3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述燃烧时曲柄角周期运算单元将从点火位置起经过规定曲柄角度时的所述单位曲柄角度的周期作为燃烧时曲柄角周期。
4.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述校正单元根据所述曲柄角周期比例来校正点火时期，并根据所述曲柄角周期比例相对于基准值的大小关系，来进行点火时期的滞后角校正和提前角校正。
5.根据权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述校正单元对点火时期的滞后角校正和提前角校正施加限制。
6.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，所述校正单元根据所述曲柄角周期比例来校正燃料喷射量，并根据所述曲柄角周期比例相对于基准值的大小关系，来进行燃料喷射量的减量校正和增量校正。
7.根据权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 所述校正单元对燃料喷射量的减量校正和增量校正施加限制。
8.根据权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于，以内燃机的运转状态或者内燃机的转速中的至少任意一者为参数，来改变所述限制的值。
9.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还具有另一个校正单元，该另一个校正单元根据所述内燃机的转速和目标怠速转速的偏差，来校正点火时期或者燃料喷射量。
10.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，在开始所述内燃机的运转的初次起动时，禁止以点火时期或者燃料喷射量的校正值、 内燃机的加速器开度、节气门开度、冷却水温度、转速、校正执行时间、各种传感器和各种致动器故障判定中的至少任意一者为参数，由所述校正单元进行的内燃机起动时的点火时期或者燃料喷射量的校正。
11.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，在判定为所述内燃机的加速器开度为规定值以下的情况下，允许所述点火时期或者燃料喷射量的校正，而在判定为所述加速器开度为规定值以上的情况下，结束或者禁止所述校正。
12.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，在判定为所述内燃机的节气门开度为规定值以下的情况下，允许所述点火时期或者燃料喷射量的校正，而在判定为所述节气门开度为规定值以上的情况下，结束或者禁止所述校正。
13.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，在所述内燃机的冷却水温度处于规定值范围内的情况下，允许所述点火时期或者燃料喷射量的校正，而在所述冷却水温度处于规定值范围外的情况下，结束或者禁止所述校正。
14.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，在所述内燃机的转速处于规定值以下的情况下，禁止所述点火时期或者燃料喷射量的校正，而在所述转速成为规定值以上的情况下，允许所述校正。
15.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，仅在开始所述内燃机的运转的初次起动时，允许所述点火时期或者燃料喷射量的校正，而在执行一次所述校正后，在该运转中不允许所述校正。
全文摘要
即使在发动机根据各种燃烧状态而起动的情况下，也不受燃烧状态的影响且响应性良好地抑制发动机起动时的过剩的发动机转速的上升。为此，根据作为燃烧时曲柄角周期和基准曲柄角周期之间的比例的曲柄角周期比例，来校正内燃机起动时的点火时期(或者燃料喷射量)。
文档编号F02D41/06GK102325985SQ201080008538
公开日2012年1月18日 申请日期2010年1月25日 优先权日2009年3月2日
发明者三宅威生, 丰原正裕, 大久保实, 大久智弘 申请人:日立汽车系统株式会社