发动机燃料喷射控制装置 【技术领域】
本发明涉及在瞬变操作条件下的发动机燃料喷射控制。
背景技术
由日本专利局于1999年公开的JP11-173188A公开了一种响应发动机旋转速度，在发动机起动周期期间校正燃料供给量的方法。起动周期定义为是发动机从初始燃烧到完全燃烧的周期。初始燃烧是在用起动马达开始起动发动机后的首次燃烧。完全燃烧是发动机以其自己的功率旋转的燃烧状态。
当以低温起动发动机时，由于在发动机中摩擦对旋转产生高强度的阻力地事实，旋转速度很低。现有技术通过当起动周期期间旋转速度很低时执行校正以便增加燃料供给来实现最佳输出转矩。
【发明内容】
当起动发动机时，在最初起始电动期间喷射的燃料部分形成附着到进气阀或进气歧管的壁面(wall face)上的壁流(wall flow)。因此，当与流入发动机燃烧室的燃料蒸汽相比时，由于壁流中的燃料到达燃烧室存在延迟，因此在向燃料室的燃料供给中存在滞后。因此，当加速发动机时，存在燃烧室中产生的气体混合物的空气-燃料比偏低(lean)的趋势。
现有技术中当旋转速度降低时增加燃料供给，以便当在初始燃烧后旋转速度增加时，考虑到壁流量。然而，当在起动周期期间，由于某些原因发动机旋转速度降低时，由于先前形成的壁流，存在流入燃烧室中的燃料使燃烧室中的气体混合物的空气-燃料比浓缩的趋势。如果在这些条件下，施加如上所述根据旋转速度增加燃料供给校正，燃烧室中的气体混合物显示极其浓的空气-燃料比，这增加了燃料消耗并对废气排放控制具有不利影响。
当在每个燃烧周期中喷射燃料时，壁流的形成导致初始周期的低空气燃料比。相反，由于在第二和以后的周期中现有的壁流到达燃烧室，因此降低了归因于壁流的燃料供给方面的减少。如果不考虑这一差值，不可能在每个周期执行燃烧的气体混合物的空气-燃料比的精确控制。
因此，本发明的目的是使发动机起动周期期间空气-燃料比控制最佳。
为实现上述目的，本发明提供燃料喷射控制设备，其用于在进气口中具有燃料喷射器的电火花点火发动机，该控制设备包括：检测发动机旋转速度的发动机旋转速度传感器；控制器，其被编程以计算基本燃料喷射量、通过响应发动机旋转速度的变化趋向校正基本燃料量来计算目标燃料喷射量。
将燃料喷射器的燃料喷射量控制为目标燃料喷射量。
本发明还提供用于在进气口中具有燃料喷射器的电火花点火发动机的燃料喷射控制方法。该方法包括：确定发动机旋转速度，计算基本燃料喷射量，通过响应发动机旋转速度的变化趋向校正基本燃料量来计算目标燃料喷射量，以及将燃料喷射器的燃料喷射量控制为目标燃料喷射量。
本发明的详细情况以及其他特征和优点将在说明书的其他部分中阐述并在附图中示出。
【附图说明】
图1是应用本发明的发动机的示意图。
图2是表示根据本发明的控制器的功能的框图。
图3是表示由控制器执行发动机起动期间燃料喷射控制例程的流程图。
图4是表示根据本发明，发动机起动期间发动机旋转速度和喷射脉冲宽度增加比KNST1间的关系的图。
图5A-5F是用于解释控制在校正燃料喷射量的方法中的差异的影响的时序图。
图6A-6F是表示根据本发明的燃料喷射控制的影响的时序图。
图7是表示根据本发明的第二实施例，由控制器执行的用于切换校正图的子例程的流程图。
图8A-8C是表示根据本发明的第二实施例，存储在控制器中的校正图的特征的图。
图9A-9F是表示控制校正图的切换的影响的时序图。
图10A-10I是表示根据本发明的第一和第二实施例，在正常水温下，由控制器执行的起动期间的燃料喷射模式的时序图。
【具体实施方式】
参考附图的图1，应用本发明的四冲程四汽缸(four stroke fourcylinder)汽油发动机2包括经由在进气口7中提供的进气阀20连接到燃烧室6的进气管3，以及经由在排气口22中提供的排气阀21连接到燃烧室6的排气管23。
在进气管3中提供电子节气门5。在进入口7中的进气阀20附近提供燃料喷射器8。为每个汽缸提供燃料喷射器8。以固定的压力将汽油燃料提供给燃料喷射器8。当升高燃料喷射器8时，从进气口7向进入空气喷射相应于提升周期的汽油燃料量。由从控制器1输出到每个燃料喷射器8的脉冲信号控制来自每个燃料喷射器8的喷射时间和燃料喷射量。燃料喷射器8与脉冲信号输入的同时启动燃料喷射，以及在等于脉冲信号的脉冲宽度的间隔期间连续执行喷射。
作为来自燃料喷射器8的燃料喷射和来自进气管3的进入空气的结果，在每个汽缸的燃烧室6中产生具有固定空气-燃料比的气体混合物。响应由点火线圈14产生的高电压电流，使朝向燃烧室6的火花塞24发火花以及点火和燃烧燃烧室6中的气体混合物。
控制器1包括具有中央控制单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和输入/输出接口(I/O接口)的微控制器。控制器1可以包括多个微控制器。
与燃料喷射控制有关的多个参数被输入到控制器1中。换句话说，表示检测数据的信号从检测发动机2中的进气量的气流计4、曲柄角传感器9、凸轮位置传感器11、点火开关13、检测发动机2的冷却水温度的水温传感器15和检测来自发动机2的废气中的氧浓度的氧气传感器16输入到控制器1中。
曲柄角传感器9当发动机2的曲柄轴10到达基准旋转位置时输出REF信号。另外，当曲柄轴10旋转过例如设置成一度的单位角度时，输出POS信号。在权利要求书中，REF信号对应于第一速度信号以及POS信号对应于第二速度信号。凸轮位置传感器11响应驱动排气阀21的凸轮12的特定旋转位置输出PHASE信号。
使用点火开关13以便在输出的起动信号的基础上开始用于起动发动机2的起动马达的操作。点火开关13还在固定的时间将点火信号输出到点火线圈14以便使火花塞24发火花。
参考图2，控制器1包括开始启动判定部件101、汽缸判定部件102、旋转速度信号产生部件103、喷射脉冲宽度计算部件104、喷射起动时间计算部件105和喷射器驱动信号输出部件106。这些部件是表示控制器1的功能的虚拟单元而不是物理上存在的。
开始启动判定部件101基于起始信号和来自点火开关13的点火信号，检测发动机2起动的开始。当起始信号和点火信号均处于ON位置时，确定发动机启动。
汽缸判定部件102使用由曲柄角传感器9输出的POS信号和由凸轮位置传感器11输出的PHASE(相位)信号以便确定发动机2的四个汽缸#1-#4各自的冲程位置。在下面的描述中，这一确定称为汽缸判定。如图10A-10I所示，四冲程发动机的冲程位置包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。
旋转速度产生部件103基于来自曲柄角传感器9的REF信号的输出间隔计算发动机旋转速度LNRPM。旋转速度产生部件103还基于来自曲柄角传感器9的POS信号的输出间隔计算发动机旋转速度FNRPM。
在发动机2的正常操作期间，喷射脉冲宽度计算部件104基于由旋转速度信号产生部件103计算的发动机旋转速度和由气流计4检测的进气量，通过查找预先存储的图来计算基本燃料喷射脉冲宽度。喷射脉冲宽度计算部件104通过将校正应用于基本燃料喷射脉冲宽度以便燃烧室6中的气体混合物与固定目标空气-燃料比相符来确定喷射脉冲宽度。基于由氧气传感器16检测的废气中的氧浓度和由水温传感器15检测的冷却水温度来计算燃料校正量。
在发动机启动期间，喷射脉冲宽度计算部件104使用下面描述的不同于用于正常操作状态的方法的方法来确定燃料喷射脉冲宽度。
喷射启动时间计算部件105基于喷射脉冲宽度和发动机旋转速度来计算燃料喷射的起始时间。
喷射驱动信号输出部件106将脉冲信号输出到燃料喷射器8。基于喷射脉冲宽度和用于燃料喷射的启动时间来确定脉冲信号。
下面将参考图3描述当启动发动机2时，由具有上述结构的控制器1执行的启动燃料喷射控制例程。不管发动机2是否正在工作，以十毫秒的间隔执行这一例程。
首先在步骤S1，控制器1确定点火信号是否为ON。当点火信号不是ON时，立即终止该例程。因此，这一例程的操作基本上限定为点火信号为ON的周期。
当点火信号为ON时，在步骤S2中，控制器7基于冷却水温度确定启动期间的燃料喷射模式。通过连续喷射到每个汽缸中来执行发动机2的正常燃料喷射。在步骤S2中，响应冷却水温度设置用于启动的特定喷射时间。
参考图10A-10I详细地描述启动燃料喷射模式。除了当发动机2完全加热时的热重新启动外，当在汽缸判定前检测到第一REF信号时，该发动机2使用到所有汽缸中的固定燃料量来执行先导喷射(pilot injectiont)。先导喷射的目的是预形成壁流条件。在先导喷射后，对第一时间执行汽缸判定以及执行连续的燃料喷射。在说明书中使用的表述“初始燃料喷射”以下是指在初始汽缸判定后第一时间执行的燃料喷射而且不包括先导喷射。
根据冷却水温度，进入每个汽缸的燃料喷射的模式有所不同。
如图10E和10G所示，当冷却水温度大于或等于预定温度时，在经历第一排气冲程的汽缸和经历第一进气冲程的汽缸中执行燃料喷射。此后，在每个汽缸的排气冲程执行连续喷射。
当冷却水温度低于预定温度时，在每个汽缸的进程冲程执行连续喷射。
因此，在步骤S2中，控制器1基于冷却水温度选择两种喷射模式中的一种。
在步骤S3，控制器1确定起始信号是否为ON。当起始信号不为ON时，控制器1终止该例程，而不进入后续的步骤。此后，执行如上略述的用于正常操作的燃料喷射控制。在单个例程的基础上执行正常操作控制。这一例程确定起始信号为ON且作为发动机2的起动状态的周期。
当起始信号为ON时，控制器1执行步骤S4和后续步骤的处理。在这一例程中，仅当执行这些步骤的处理时，才执行燃料喷射。在这种情况下，使用在步骤S2中选择的喷射模式。
在步骤S4中，控制器1确定对于汽缸#1-#4是否已经执行起始燃料喷射。如上所述，起始燃料喷射不包括先导喷射。
当在步骤S4中关于汽缸的确定结果为肯定时，在下一步骤S5中，控制器1确定将不把根据发动机旋转速度的校正应用于燃料喷射量。在这种情况下，将预置燃料量用作用于起始燃料喷射的目标燃料喷射量。在步骤S5的处理后，控制器1中止该例程。
当在步骤S4中关于汽缸的确定结果为否定时，在步骤S6中，控制器1确定将根据发动机旋转速度的校正应用于燃料喷射量上。
然后，在步骤S7中，计算具有用于发动机旋转速度的附加校正的目标燃料喷射量。在步骤S7中的处理后，控制器1终止该例程。
接着，将描述在步骤S7中执行的目标燃料喷射量的计算。
在步骤S7中，通过在下述等式(1)中将燃料校正加到基本燃料喷射脉冲宽度上来计算目标燃料喷射脉冲宽度TIST。
TIST＝TST·MKINJ·KNST·KTST·TATTM (1)
其中，TST＝基本燃料喷射脉冲宽度
MKINJ＝响应于电池电压的校正因子
KNST＝响应于发动机旋转速度的校正因子，以及
KTST＝基于燃料蒸汽特征的校正因子
TATTM＝基于气团(air mass)变化的校正因子
在等式(1)中基于燃料蒸汽特征的校正因子KTST是用于随起动开始后时间流逝，校正由于进气阀20中的温度变化，由燃料喷射器8喷射的燃料的蒸汽特征中的变化。基于气团的校正因子TATTM是用于校正由于大气压变化引起的气团中的变化的校正因子。
下面将描述等式(1)中对应于发动机旋转速度的校正因子KNST。
对应于发动机旋转速度的校正因子KNST包括进气负压校正因子和壁流校正因子。
进气负压校正因子是补偿当发动机旋转速度低时，难以产生节气门5下游的进气负压的校正因子。在促进喷射燃料的蒸发中，进气负压是主要的。
壁流校正因子是用于校正由起动发动机2期间喷射的、形成壁流的那部分燃料产生的进入燃料室的流入延迟的校正因子。当发动机旋转速度降低时，每个校正因子增加。当发动机旋转速度增加到某个水平时，壁流校正因子为零值。
当根据上述特征确定校正因子KNST时，即使当启动期间，由于某些原因发动机旋转速度降低时，应用等于当在那个值旋转速度增加时使用的校正因子KNST。如上所述，在加速期间，存在壁流浓缩燃料室中的气体混合物的空气-燃料比，并且在减速时使空气-燃料比变低的趋势。
因此，当在减速期间，将用于加速的校正因子KNST用在燃料喷射脉冲宽度的计算中时，燃烧室中的气体混合物经历过度浓缩。当使空气-燃料比过于浓缩时，点火失败会导致发动机旋转速度进一步降低。因此，存在校正因子KNST的增加将导致进一步的浓缩周期的可能性。
为防止这一结果，控制器1将下述方法应用于等式(1)的计算中以便即使当在起动期间发动机旋转速度下降时，也能将空气-燃料比维持到适当的水平。
可用基于POS信号的旋转速度FNRPM或基于REF信号的旋转速度LNRPM表示用作设置校正因子KNST的参数的发动机旋转速度。在下面的描述中，前者称为POS信号旋转速度，而后者称为REF信号旋转速度。
当发动机2正在正常工作时，这些值是相等的。然而，在加速或减速期间，基于具有高检测频率(detection frequency)的POS信号的POS信号旋转速度FNRPM的值不同于基于具有低检测频率的REF信号的REF信号旋转速度LNRPM的值。换句话说，在发动机加速期间，POS信号旋转速度FNRPM的值大于REF信号旋转速度LNRPM的值。在发动机减速期间，REF信号旋转速度LNRPM的值大于POS信号旋转速度FNRPM的值。
图5A-5F表示确定基于POS信号旋转速度FNRPM的校正因子KNST和确定基于REF信号旋转速度LNRPM的校正因子KNST之间的差异。在图5A中的“IGN”表示点火信号，图5B中的“Start SW”表示起始信号。时序图中的垂直虚线表示例程的执行区间。
实时更新图5E所示的POS信号旋转速度FNRPM以便以精确的方式遵循如图5B所示的实际发动机旋转速度的变化。这是通过频繁地检测POS信号实现的。在更新图5D所示的REF信号旋转速度LNRPM中存在滞后，因为其依赖于具有低检测频率的REF信号。因此，在发动机加速期间，LNRPM低于实际发动机旋转速度，以及在减速期间，其高于实际发动机旋转速度。
当发动机速度增加时，减少校正因子KNST。因此，如图5F中实线所示的基于POS信号旋转速度FNRPM的校正因子KNST的值低于图中虚线所示的基于REF信号旋转速度LNRPM的校正因子KNST的值。相反，在减速期间，基于POS信号旋转速度FNRPM的校正因子KNST的值超过基于REF信号旋转速度LNRPM的校正因子KNST的值。
控制器1使用这些特征以便使用POS信号旋转速度FNRPM和REF信号旋转速度LNRPM两者，通过使用下述等式(2)来设置校正因子KNST。
KNST＝KNST1+KNSTHOS (2)
其中，KNST1＝响应基于POS信号的旋转速度FNRPM的校正因子，
KNSTHOS＝DLTNEGA#.(FNRPM-LNRPM)
DLTNEGA#＝正的常数，以及
LNRPM＝基于REF信号的旋转速度
在权利要求书中，校正因子KNSTHOS对应于第一校正量以及校正因子KNST1对应于第二校正量。根据等式(2)，将校正因子KNST设置为通过将校正因子KNSTHOS加到基于POS信号旋转速度FNRPM的校正因子KNST1上计算得到的值。校正因子KNSTHOS是从REF信号旋转速度LNRPM和POS信号旋转速度FNRPM之差计算得到的。
校正因子KNST1是根据POS信号旋转速度FNRPM，通过查找预先存储在控制器1的存储器(ROM)中的具有如图4所示的特征的图来计算的。这些特征基本上与如上所述的用于校正因子KNST的特征相同。对应于将壁流校正因子加到进气负压校正因子得到的值应用为校正因子KNST1。
另一方面，在发动机加速期间的校正因子KNSTHOS是正值，因为POS信号旋转速度FNRPM大于REF信号旋转速度LNRPM。因此，校正因子KNST是大于校正因子KNST1的值。相反，在发动机减速期间，校正因子KNSTHOS是负值，因为POS信号旋转速度FNRPM小于REF信号旋转速度LNRPM。因此，在那些条件下，校正因子KNST是小于校正因子KNST1的值。换句话说，对于相同的发动机旋转速度来说，发动机减速期间的校正因子KNST小于加速期间的校正因子KNST。
图6A-6F表示使用等式(2)计算的校正因子KNST中的变化。如图6F中实线所示，当发动机2加速时，校正因子KNST采用大值。即使旋转速度相同，当发动机2减速时，校正因子KNST采用小值。图6F的虚线表示对应于将校正因子KNST设置为等于校正因子KNST1的值。
如上所述，本发明增加校正以便在发动机启动期间，当旋转速度降低时的燃料喷射量小于从起动电机旋转速度增加时的燃料喷射量。因此，即使当在起动发动机2后旋转速度降低时，也可将气体混合物的空气-燃料比维持到集中在空气-燃料的化学计量比的适当范围内，以及防止发动机2中引起的气体混合物变得太浓缩。
接着将参考图7描述本发明的第二实施例。在这一实施例中，控制器1执行如图7所示的子例程，代替使用图3的步骤S7中的等式(1)和(2)计算燃料喷射脉冲宽度TIST。在图3中所示例程的其他步骤中的过程与第一实施例中的步骤相同。
参考图7，首先在步骤S8中，控制器1确定发动机2是否正在加速。基于POS信号的输入间隔的变化执行这一确定。
当发动机2正在加速时，在步骤S9中，控制器1响应基于POS信号旋转速度FNRPM的发动机旋转速度，通过查看预先存储在存储器(ROM)中的具有如图8A所示的特征的第一图来计算校正因子KNST。图8A的曲线对应于将壁流校正加到图8C的进气负压校正(3)-(4)的曲线(1)-(2)-(3)。如图8A-8C所示，当发动机旋转速度FNRPM小于固定速度时，第一图应用大于如图8B所示的第二图中的校正因子的校正因子KNST。然而，当发动机旋转速度FNRPM大于或等于固定速度时，设置该两张图以便应用相同的增加校正。
在下一步骤S10中，通过应用从第一图获得的校正因子KNST的等式(1)来计算燃料喷射脉冲宽度TIST。
然而，在步骤S8中，当确定发动机2没有加速时，在步骤S11中，控制器1使用POS信号旋转速度FNRPM，通过查看具有如图8B所示的特征的第二图来计算对应于发动机旋转速度的校正因子KNST。该图也预先存储在存储器(ROM)中。图8B的曲线对应于图8C中的用于进气负压校正的曲线(3)-(4)。
在下一步骤S12中，通过应用从第二图获得的校正因子KNST的等式(1)来计算燃料喷射脉冲宽度TIST。
在步骤S9或步骤S12的过程后，控制器1终止该例程。
图9A-9F表示根据该实施例的控制结果。
如图9B所示，当在开始起动电机后发动机旋转速度从0增加时，控制器1使用如图9F所示的包含壁流校正因子的第一图计算校正因子KNST。当检测到发动机旋转速度减小而发动机正启动时，代替第一图，控制器1使用不包含壁流校正因子的第二图来计算校正因子KNST。
用这种方式计算的校正因子KNST用如图9F中的实线表示。另一方面，仅使用第一图计算的校正因子KNST用图9F中的虚线表示。如该图所示，这一实施例也防止当发动机2正减速时，燃料喷射量经历过多增加校正的不利后果。
在图3的步骤S4和S5中，固定用于每个汽缸的初始燃料喷射的喷射量并且校正不基于发动机旋转速度。对此的理由如下。
通常，当首先将燃料喷射到进气口7中时，由于壁流为0，大多数的喷射燃料变为壁流。因此，当使用与用于其他燃料喷射操作的喷射量的相同方法来计算喷射量时，与实际需要的燃料喷射量有很大的偏差。
因此，设置燃料喷射模式，其中在所有汽缸中执行先导喷射以便预先形成壁流。此后，在每个汽缸中执行起始燃料喷射。结果，壁流的形成过程取决于喷射的时间。这在初始燃料喷射和此后的燃料喷射操作之间产生差异。因此，用于起始燃料喷射的喷射量的计算不使用用于后续燃料喷射期间燃料喷射量的计算方法。采用该计算，以便通过使用根据实验预先确定的固定量来避免与实际所需的燃料喷射量之间的偏差。
如上所述，由于本发明在起动时响应发动机2的旋转速度和旋转速度中的变化趋势来确定发动机2的燃料喷射量，因此可以适当的方式控制在发动机起动时的空气-燃料比。
于2002年12月20日在日本提交的Tokugan2002-369838的内容在此引入以供参考。
尽管通过某些特定的实施例已经描述了本发明，本发明不限于上述实施例。根据上述教导，本领域的技术人员将想到，上述实施例的改进和改变。
例如，在图3的步骤S3中，当起始信号为ON时，确定发动机2正在起动。然而，可以使用其他方法确定发动机2是否正启动。例如，可以将在开始起动后的固定周期视为发动机2的起动状态。另外，可以将发动机的旋转速度到达预置的固定速度诸如目标空转速度的周期视为发动机2的启动状态。可在不参考用于起动状态的确定方法或检测方法的情况下使用本发明。
在上述实施例的每一个中，使用传感器检测用于控制所需的参数，但本发明能应用于使用所要求的参数执行所要求的控制的任何燃料喷射控制设备中，而与如何采集参数无关。
要求排它性财产权或特许的本发明的实施例定义如下：