本发明涉及一种发动机系统和发动机系统的控制方法。
背景技术：
日本特开2009-299599公开了一种对于由气流计等检测的被发动机吸入的空气的体积流量与由大气压传感器检测的大气压之间的关系进行学习(大气压学习)的发动机系统。在该发动机系统中，将被发动机吸入的空气的体积流量乘以通过大气压学习而得到的系数，由此来推定进气量，对于推定的进气量进行燃料喷射控制。
技术实现要素：
然而，在上述的发动机系统中存在如下情况：在发动机起动时进行过量的燃料的喷射而使排放恶化。例如，在从发动机的运转停止之后至发动机的进气系统的压力成为大气压之前使发动机起动的情况下，如果基于大气压学习来推定进气量而进行燃料喷射控制，则推定的进气量比实际的进气量多，因此会喷射过量的燃料。
本发明提供一种抑制排放的恶化的发动机系统及发动机系统的控制方法。
本发明的第一方式是发动机系统。所述发动机系统包括发动机、大气压传感器、进气压传感器和电子控制单元。所述进气压传感器构成为检测所述发动机的进气压。所述电子控制单元构成为执行大气压学习，该大气压学习基于由所述大气压传感器检测出的大气压而对大气压与所述发动机的进气量之间的关系进行学习。所述电子控制单元构成为，使用基于所述大气压学习而得到的进气量模型的初始值来执行所述发动机的燃料喷射控制。所述电子控制单元构成为，在所述发动机的燃料喷射控制开始时所述发动机的转速小于预定转速的情况下，使用基于由所述进气压传感器检测出的进气压而得到的所述进气量模型的初始值，来执行所述发动机的燃料喷射控制。
根据上述结构，执行基于由大气压传感器检测出的大气压而对大气压与发动机的进气量之间的关系进行学习的大气压学习，通常使用基于大气压学习而得到的进气量模型的初始值来执行发动机的燃料喷射控制。在发动机的燃料喷射控制开始时发动机的转速小于预定转速时，使用基于由进气压传感器检测出的进气压而得到的进气量模型的初始值来执行发动机的燃料喷射控制。由此，即使在发动机的进气系统的压力达到大气压之前而发动机起动的情况下，也能够抑制所推定的进气量比实际的进气量增多的情况。其结果是，能够抑制过量的燃料的喷射，能够抑制排放的恶化。
在所述发动机系统中，也可以是，所述电子控制单元构成为，在从停止所述发动机的运转起经过预定时间以上时，无论所述发动机的转速如何，都使用基于所述大气压学习而得到的所述进气量模型的初始值来执行燃料喷射控制。在发动机的转速比较大时，发动机的运转比较稳定，因此即便使用基于大气压学习而得到的进气量模型的初始值进行燃料喷射控制，推定的进气量与实际的进气量的背离也较小，因此排放也不会恶化。
在所述发动机系统中，也可以是，所述电子控制单元构成为，在所述进气压传感器发生异常时，无论所述发动机的转速如何，都使用基于所述大气压学习而得到的所述进气量模型的初始值来执行燃料喷射控制。由于基于发生异常的进气压传感器的进气量模型的初始值变得过大或过小，因此使用基于大气压学习的进气量模型的初始值能够抑制排放的恶化。
本发明的第二方式是发动机系统的控制方法。所述发动机系统包括发动机、大气压传感器、进气压传感器和电子控制单元。所述进气压传感器构成为检测所述发动机的进气压。所述控制方法包括如下步骤：通过所述电子控制单元来执行大气压学习，该大气压学习基于由所述大气压传感器检测出的大气压而对大气压与所述发动机的进气量之间的关系进行学习；通过所述电子控制单元，使用基于所述大气压学习而得到的进气量模型的初始值来执行所述发动机的燃料喷射控制；以及在所述发动机的燃料喷射控制开始时所述发动机的转速小于预定转速的情况下，通过所述电子控制单元使用基于由所述进气压传感器检测出的进气压而得到的所述进气量模型的初始值，来执行所述发动机的燃料喷射控制。
附图说明
上述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。
图1是表示作为本发明的一实施例的发动机系统的结构的概略的结构图。
图2是表示通过电子控制单元执行的初始值设定例程的一例的流程图。
图3是表示针对发动机的动作的进气压、进气量、空燃比、未燃烧燃料排出量(hc排出量)、一氧化碳排出量(co排出量)的时间变化的一例的说明图。
图4是表示变形例的初始值设定例程的一例的流程图。
具体实施方式
接下来，使用实施例来说明用于实施本发明的方式。
图1是表示作为本发明的一个实施例的发动机系统10的结构的概略的结构图。实施例的发动机系统10是能够搭载于通常的机动车或各种混合动力机动车的发动机系统，如图所示，具备发动机12和对发动机12进行运转控制的电子控制单元70。另外，该发动机系统10搭载于具备发动机12及未图示的电动机的混合动力机动车、仅使用来自发动机12的动力而行驶的机动车等。
发动机12构成作为使用汽油或轻油等燃料通过进气、压缩、膨胀、排气这四个冲程来输出动力的四气缸的发动机。该发动机12具有向缸内喷射燃料的作为缸内喷射阀的缸内喷射器26、向进气口喷射燃料的作为进气口喷射阀的进气口喷射器27，并以进气口喷射模式、缸内喷射模式、共用喷射模式中的任一种喷射模式运转。进气口喷射模式是仅从进气口喷射器27喷射燃料的喷射模式，缸内喷射模式是仅从缸内喷射器26喷射燃料的喷射模式，共用喷射模式是从缸内喷射器26及进气口喷射器27喷射燃料的喷射模式。在进气口喷射模式中，将由空气滤清器22净化后的空气吸入到进气管25并从进气口喷射器27向进气管25喷射燃料而使空气与燃料混合，将该混合气经由进气门28吸入到燃烧室29，通过由火花塞30产生的电火花使该混合气爆发燃烧，将由其能量压下的活塞32的往复运动转换成曲轴16的旋转运动。在缸内喷射模式中，将空气吸入到燃烧室29，在进气冲程的中途或直至压缩冲程之后从缸内喷射器26喷射燃料，通过由火花塞30产生的电火花使其爆发燃烧而得到曲轴16的旋转运动。在共用喷射驱动模式中，在将空气吸入到燃烧室29时，从进气口喷射器27喷射燃料，并且在进气冲程或压缩冲程中从缸内喷射器26喷射燃料，通过由火花塞30产生的电火花使其爆发燃烧而得到曲轴16的旋转运动。从燃烧室29向排气管33排出的排气经由净化装置34向大气排出，该净化装置34具有对一氧化碳(co)、烃(hc)、氮氧化物(nox)的有害成分进行净化的净化催化剂(三效催化剂)34a。该排气管33的排气不仅向大气排出，而且经由使排气向吸入空气回流的排气再循环装置(以下，称为“egr(exhaustgasrecirculation：废气再循环)系统”)60供给到进气管25。egr系统60具备egr管62和egr阀64。egr管62将排气管33的比净化装置34靠下游侧与进气管25的稳压罐连接。egr阀64设于egr管62，通过步进电动机63来驱动。该egr系统60通过调节egr阀64的开度，来调节作为不燃烧气体的排气的回流量而向进气侧回流。发动机12这样能够将空气、排气、汽油的混合气吸引到燃烧室29。以下，将从排气管33向进气管25回流的排气称为egr气体，将egr气体的量称为egr量。
虽然未图示，电子控制单元70构成为以cpu为中心的微处理器，除了cpu之外，还具备存储处理程序的rom、暂时存储数据的ram、输入输出端口。对发动机12进行运转控制所需的来自各种传感器的信号经由输入端口向电子控制单元70输入。作为向电子控制单元70输入的信号，例如，可列举来自检测曲轴16的旋转位置的曲轴位置传感器40的曲轴角θcr、来自检测发动机12的冷却水的温度的水温传感器42的冷却水温tw、来自检测对进气门28进行开闭的进气凸轮轴的旋转位置及对排气阀31进行开闭的排气凸轮轴的旋转位置的凸轮位置传感器44的凸轮角θci、θco。而且，也可列举来自检测设于进气管25的节气门24的位置的节气门位置传感器46的节气门开度th、来自安装于进气管25的气流计48的进气量qa、来自安装于进气管25的温度传感器49的进气温度ta、来自检测进气管25内的压力的进气压传感器58的进气压pin。进而，也可列举来自检测净化装置34的净化催化剂34a的温度的温度传感器34b的催化剂温度tc、来自安装于排气管33的空燃比传感器35a的空燃比af、来自安装于排气管33的氧传感器35b的氧信号o2。而且，也可列举来自安装于气缸体并对伴随着爆震的发生而产生的振动进行检测的爆震传感器59的爆震信号ks、来自检测egr阀64的开度的egr阀开度传感器65的egr阀开度ev、来自大气压传感器72的大气压pout。
从电子控制单元70经由输出端口输出用于对发动机12进行运转控制的各种控制信号。作为从电子控制单元70输出的信号，例如，可列举对调节节气门24的位置的节气门电动机36的驱动控制信号、对缸内喷射器26的驱动控制信号、对进气口喷射器27的驱动控制信号。而且，也可列举对与点火器一体化的点火线圈38的驱动控制信号、对调整egr阀64的开度的步进电动机63的控制信号。
电子控制单元70基于来自曲轴位置传感器40的曲轴角θcr来运算曲轴16的转速即发动机12的转速ne。而且，电子控制单元70基于来自气流计48的进气量qa和发动机12的转速ne，来运算作为发动机12的负载的体积效率(发动机12在一个循环中实际吸入的空气的容积相对于每一循环的冲程容积之比)kl。
在以上述方式构成的实施例的发动机系统10中，电子控制单元70以从发动机12输出要求输出te*的方式进行发动机12的进气量控制、燃料喷射控制、点火控制、egr控制等。
接下来，说明以上述方式构成的实施例的发动机系统10的动作，尤其是发动机12起动时进行进气量控制时的动作。在实施例的发动机系统10中，在大气压学习的执行条件成立时，对于由大气压传感器72检测出的大气压pout与燃料喷射用的进气量之间的关系进行学习。作为执行条件，可列举大气压传感器72、气流计48、空燃比传感器35a未发生异常的条件、发动机12的预热完成的条件、发动机12为常规运转状态的条件等。大气压学习可列举例如求出进气量模型中的换算系数k并存储的情况等，该进气量模型基于大气压pout、进气量qa、空燃比af，将作为吸入空气的体积流量的进气量qa换算成吸入空气的质量流量来计算燃料喷射量。上述的进气量模型用于发动机12的燃料喷射控制中的燃料喷射量的计算。
在实施例的发动机系统10中，通过图2例示的初始值设定例程来设定发动机12的起动时的进气量模型的初始值。该例程在使发动机12起动时燃料喷射控制开始的情况下由电子控制单元70执行。
当执行初始值设定例程时，电子控制单元70首先执行输入来自大气压传感器72的大气压pout、来自进气压传感器58的进气压pin、发动机12的转速ne等的处理(步骤s100)。关于发动机12的转速ne，在实施例中，输入了基于来自曲轴位置传感器40的曲轴角θcr而运算出的值。
接下来，判定发动机12的转速ne是否小于阈值nref(步骤s110)。在判定为发动机12的转速ne为阈值nref以上时，判断为发动机22的进气状态比较稳定，为了进行通常的进气量控制而将来自大气压传感器72的大气压pout应用于大气压学习，设定由此得到的进气量模型的初始值(步骤s140)，结束本例程。当设定了进气量模型的初始值时，使用该初始值来计算之后的进气量，进行燃料喷射控制。
在步骤s110中判定为发动机12的转速ne小于阈值nref时，判定进气压传感器58是否正常(步骤s120)。进气压传感器58是否正常的判定可以通过信号线是否发生断线的判定、是否短路的判定、是否处于基于来自温度传感器49的进气温度ta而由于冻结使得暂时无法正确输出的状态的判定等来进行。在判定为进气压传感器58正常时，基于进气压pin来设定进气量模型的初始值(步骤s130)，结束本例程。当设定了进气量模型的初始值时，使用该初始值来计算之后的进气量，进行燃料喷射控制。基于来自进气压传感器58的进气压pin来设定进气量模型的初始值是由于，由于发动机12的转速ne小于阈值nref而发动机12的吸入状态比较不稳定，因此通过基于大气压pout和大气压学习来设定进气量模型的初始值，能够更适当地运算进气量。尤其是在从发动机12停止起直到进气管25回到大气压之前使发动机12起动时，如果使用通过来自大气压传感器72的大气压pout和大气压学习而得到的进气量模型的初始值，则比实际的进气量增大，而过量地进行燃料喷射。在实施例中，通过使用基于来自进气压传感器58的进气压pin的进气量模型的初始值，能抑制过量的燃料喷射。
另外，在步骤s120中判定为进气压传感器58不正常时，即使燃料喷射量稍过量，也判断为通过来自大气压传感器72的大气压pout和大气压学习而得到的进气量模型的初始值比基于不正常的进气压传感器58的进气量模型的初始值更适当，设定通过大气压pout和大气压学习而得到的进气量模型的初始值(步骤s140)，结束本例程。当设定了进气量模型的初始值时，使用该初始值来计算之后的进气量，进行燃料喷射控制。
图3是表示针对使用了通过来自大气压传感器72的大气压pout和大气压学习而得到的进气量模型的初始值时(以下，称为比较例。)和使用了基于来自进气压传感器58的进气压pin的进气量模型的初始值时(以下，称为实施例。)的发动机12的动作的进气压、进气量、空燃比af、未燃烧燃料排出量(hc排出量)、一氧化碳排出量(co排出量)的时间变化的一例的说明图。在图中，实线是使用了基于来自进气压传感器58的进气压pin的进气量模型的初始值的情况，单点划线是使用了通过来自大气压传感器72的大气压pout和大气压学习而得到的进气量模型的初始值的情况。首先在发动机12起动的时间t1之下，进气管25的压力为大气压，因此无论是比较例还是实施例都同样地设定进气量模型的初始值而进行燃料喷射控制，因此空燃比af相同。在时间t2停止发动机12的运转，在进气管25的压力回到大气压之前起动了发动机12的时间t3之下，在比较例中基于大气压学习，因此设定与时间t1时相同的进气量模型的初始值。因此，进气量被计算得较大，进行过量的燃料喷射，空燃比af减小(变浓)，产生未燃烧燃料排出量(hc排出量)并且也产生一氧化碳排出量(co排出量)。另一方面，在实施例中，由于设定基于来自进气压传感器58的进气压pin的进气量模型的初始值，因此与比较例相比被计算出较小的进气量，未进行过量的燃料喷射。因此，空燃比af在理论空燃比附近推移，达到几乎未产生未燃烧燃料排出量(hc排出量)且稍产生一氧化碳排出量(co排出量)的程度。时间t5的发动机12的起动也与时间t3的情况相同。
在以上说明的实施例的发动机系统10中，在使发动机12起动时燃料喷射控制开始的情况下，在判定为发动机12的转速ne小于阈值nref时，使用基于来自进气压传感器58的进气压pin的进气量模型的初始值来计算之后的进气量，进行燃料喷射控制。由此，与在发动机12的转速ne小于阈值nref时使用基于来自大气压传感器72的大气压pout和大气压学习的进气量模型的初始值的情况相比，能够抑制过量的燃料喷射。其结果是，能够减小未燃烧燃料排出量(hc排出量)、一氧化碳排出量(co排出量)，能够抑制排放的恶化。另外，即使在判定为发动机12的转速ne小于阈值nref时判定为进气压传感器58不正常的情况下，由于使用基于来自大气压传感器72的大气压pout和大气压学习的进气量模型的初始值，即使燃料喷射量稍过量，与使用基于不正常的进气压传感器58的进气量模型的初始值的情况相比，也能够更适当地计算进气量，能够更适当地进行燃料喷射控制。
在实施例的发动机系统10中，在使发动机12起动时燃料喷射控制开始的情况下，在判定为发动机12的转速ne小于阈值nref时，设定基于来自进气压传感器58的进气压pin的进气量模型的初始值。然而，也可以仅在从发动机12停止起直到进气管25回到大气压之前起动了发动机12时，设定基于来自进气压传感器58的进气压pin的进气量模型的初始值。在这种情况下，只要执行图4的初始值设定例程而取代图2的初始值设定例程即可。图4的初始值设定例程是在图2的初始值设定例程的步骤s100与步骤s110之间追加了步骤s105的例程。在图4的初始值设定例程中，输入来自大气压传感器72的大气压pout、来自进气压传感器58的进气压pin、发动机12的转速ne(步骤s100)，判定从发动机12停止起是否经过预定时间(步骤s105)。在此，预定时间是从发动机12停止起直到进气管25回到大气压所需的时间，可以通过实验等来确定。在判定为从发动机12停止起未经过预定时间时，设定基于来自大气压传感器72的大气压pout和大气压学习的进气量模型的初始值(步骤s140)，结束本例程。在判定为从发动机12停止起经过了预定时间时，确认到发动机12的转速ne小于阈值nref且进气压传感器58正常的情况(步骤s110、s120)，设定基于来自进气压传感器58的进气压pin的进气量模型的初始值(步骤s130)，结束本例程。在该变形例的情况下也能够起到与实施例同样的效果。
对实施例的主要要素与用于解决课题的技术方案一栏所记载的发明的主要要素之间的对应关系进行说明。在实施例中，发动机12是“发动机”的一例，大气压传感器72是“大气压传感器”的一例，电子控制单元70是“电子控制单元”的一例，进气压传感器58是“进气压传感器”的一例。
另外，关于实施例的主要要素与用于解决课题的技术方案一栏所记载的发明的主要要素之间的对应关系，实施例是用于具体地说明用于实施用于解决课题的技术方案一栏所记载的发明的方式的一例，因此并非对用于解决课题的技术方案一栏所记载的发明的要素进行限定。即，用于解决课题的技术方案一栏所记载的关于发明的解释应基于该栏的记载而进行，实施例只不过是用于解决课题的技术方案一栏所记载的发明的具体一例。
以上，使用实施例说明了用于实施本发明的方式，但是本发明不受这样的实施例的任何限定，在不脱离本发明的主旨的范围内当然能以各种方式实施。
本发明能够应用于发动机系统的制造产业等。