發動機控制設備的製作方法

2023-05-15 04:22:36 2

專利名稱：發動機控制設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發動機控制設備，更具體地說，本發明涉及一種能 夠執行進氣通道燃料噴射和缸內燃料噴射兩者的發動機控制設備。
背景技術：
公知所謂的雙燃料噴射器式發動機設置有用於將燃料噴射到進氣 通道內的進氣通道燃料噴射器和用於將燃料噴射到氣缸內的缸內燃料 噴射器。還公知在這種雙燃料噴射器式發動機中，在兩個噴射器之間分 配一個噴射循環中的總噴射量，並且該燃料噴射量的分配比例才艮據發動機的運轉狀態而改變。例如，在日本專利申請公開JP-A-2001-20837號 中描述了與此相關的技術。當執行空燃比控制以使空燃比接近於預定的目標空燃比時，需要考 慮由發動機的運轉狀態所決定的燃燒特性等因素進行適當的校正。否 則，即使校正了燃料噴射量，空燃比仍可能相反地變得離目標空燃比更 遠。此外，雖然實際上各個缸之間存在一定程度的不同，但是優選的是 所有缸內的空燃比都與目標空燃比相符。所述不同由例如噴射器制it誤 差等個體差異引起。而且，當分開進行噴射時，噴射燃料的噴射器的數 目增加，而每個噴射器的噴射量降低。由此，空燃比相對於目標空燃比 偏離得更遠，這是執行準確的空燃比控制所不希望的。發明內容鑑於前述問題，本發明的第一方面涉及一種發動機的控制設備，所 述發動機設置有用於執行進氣通道燃料噴射的進氣通道燃料噴射器以 及用於執行缸內燃料噴射的缸內燃料噴射器，所^C動機的控制設備的 特徵在於，包括校正裝置，用於對燃料噴射量進行選擇性地增量校正或減量校正以使空燃比接近預定的目標空燃比；以及切換裝置，用於將 燃料噴射量的增量或減量分成將在兩個燃料噴射器之間進行分配的分 配比例，並且當通過校正裝置執行校正時，使得燃料噴射器中的一個承 擔所述比例的較大部分，使得另 一個燃料噴射器承擔所述比例的較小部料噴射器。 " 、、 ，，，、- '"'、根據本發明的此第一方面，當根據空燃比控制校正燃料噴射量時， 切換裝置切換承擔燃料噴射量的增量或減量的比例的較大部分的燃料 噴射器。由此，能夠執行考慮了由發動機的運轉狀態決定的燃燒特性等 因素的適當校正，使得能夠以適當的方式執行燃料噴射量校正。在前述的結構中，當發動機在預定的分配噴射區域中運轉時，切換 裝置可以切換燃料噴射器。而且在前述的結構中，當發動;Mt需要缸內混合氣均勻化的狀態下 運轉時，切換裝置可以在增量校正期間使進氣通道燃料噴射器作為^4a 所述比例的較大部分的噴射器，並且在減量校正期間使缸內燃料噴射器 作為承擔所述比例的較大部分的噴射器。另外在前述的結構中，當發動^fr需要抑制缸內燃料噴射器前端溫 度升高的狀態下運轉時，切換裝置可以在增量校正期間使釭內燃料噴射 器作為承扭所述比例的較大部分的噴射器，並且在減量校正期間使進氣 通道燃料噴射器作為承擔所述比例的較大部分的噴射器。此外，本發明的第二方面涉及一種發動機的控制設備，為每個氣釭 設置有用於執行進氣通道燃料噴射的進氣燃料噴射器和用於執行缸內 燃料噴射的缸內燃料噴射器，所述發動機的控制設備的特徵在於，包括 學習裝置，用於改變每個氣缸的進氣通道燃料噴射器或缸內燃料噴射器 的燃料噴射量，使得在發動機的低栽荷側的穩定運轉期間每個氣缸的空 燃比都與預定的目標空燃比一致，並且當所述空燃比與預定目標空燃比 一致時學習用於每個氣釭的預定的校正係數。根據本發明的此第二方面，能夠學習最優校正係數，使得空燃比不 會從目標空燃比偏離。由此，可以抑制空燃比或是各個氣缸或各個燃料 噴射器之間的燃料噴射量的變化，並且從而增加空燃比控制的準確度。在此，在前述結構中，學習裝置可以學習發動機怠速運轉時的校正係數，將通過這種學習獲得的用於每個氣缸的校正係數的學習值設定為 怠速區域的校正係數，並且基於怠速區域的校正係數和高栽荷區域的預 定校正係數內插得出處於怠速區域和高載荷區域之間的載荷區域的校 正係數。因此，僅當發動機怠速運轉時執行學習，這使得與針對所有載荷區 域執行學習時相比可以更為簡單並且顯著地縮短了學習時間。而且，在前述的結構中，當學習用於缸內燃料噴射器的校正係數時， 學習裝置可以學習用於多個燃料壓力中的每個燃料壓力的那些校正系 數。在缸內燃料噴射期間，燃料壓力還可以引起空燃比的變化，因此， 以這種方式執行關於多個燃料壓力中的每個燃料壓力的學習，這使得空 燃比控制在更大的範圍上更加準確。從而，本發明在空燃比控制期間以適當的方式執行燃料噴射量校正 以及提高空燃比控制的準確度方面顯示了極好的效果。


參照附圖，才艮據下面優選實施方式的描述，本發明的前述和/或其它 目的、特徵以及優點將變得更加明顯，圖中相同的附圖標記用來表示相同的元件，並且圖中圖l是根據本發明的一個示例性實施方式的用於發動機的控制設備 的系統平面圖；圖2是示出在壓縮衝程期間執行的缸內燃料噴射的截面圖；圖3是示出發動機的整個運轉範圍和均勻的稀燃區域的圖；圖4是示出空燃比和所排放的NOx的量之間的關係的線圖；圖5是示出均勻的稀燃區域的每個區域A到D的圖；圖6A和6B是示出空燃比控制程序的流程圖；圖7是關於當存在朝向稀側的偏離時校正係數K1的設定的圖；圖8是關於當存在朝向濃側的偏離時校正係數K1的設定的圖；圖9是示出進氣通道燃料噴射器的每個區域中的校正係數的圖表； 圖IO是示出缸內燃料噴射器的每個區域中的校正係數的圖表； 圖11是示出關於缸內燃料噴射器的校正係數的設定的另一模式的圖表；圖12是示出關於缸內燃料噴射器的校正係數的設定的又一模式的 圖表；以及圖13是示出關於缸內燃料噴射器的校正係數的設定的再一模式的圖表。
具體實施方式
在下面的描述和附圖中，將以示例性實施方式的方式更加詳細地描 述本發明。圖1示出根據本發明的一個示例性實施方式的發動機的控制系統。 圖中所示的發動機1是所謂的雙燃料噴射器式發動機。在此示例性實施 方式中，發動機具有四個氣缸(圖中僅示出一個氣釭)，但是並未對氣 缸的數目進行特殊地限制。為每個氣缸設有缸內燃料噴射器11和進氣 燃料噴射器6。在此示例性實施方式中，發動機l使用汽油作為燃料， 但是也可以使用酒精或酒精與汽油的混合燃料、諸如CNG的氣體燃料、 或者其它燃料。從空氣濾清器抽進的空氣(未圖示)經由進氣通道5分配到氣缸的 燃燒室。進氣管路51、進氣歧管52以及進氣口 41從上遊側以此順序限 定了進氣通道5。進氣歧管52包括位於上遊測用作收集部分的穩壓罐4 以及連接到氣釭的支管53，每個氣缸的進氣口 4與一個支管53相連接。 進氣管路51設置有空氣流量計2和電子控制的節氣門3。每個氣釭的進 氣通道5中設置一個進氣通道燃料噴射器6，具體設置成朝每個氣缸的 進氣口 41的出口部分噴射燃料。從進氣通道燃料噴射器6噴射的燃料 與空氣混合以在氣缸的燃燒室內形成較為均勻的混合氣。進氣通道燃料 噴射器6響應於從用作控制裝置的電子控制單元(下面簡稱為"ECU") 100輸出的ON信號(打開信號)通過打開而噴射燃料，並且響應於從 ECU 100輸出的OFF信號(關閉信號)通過閉合而停止噴射燃料。此進氣通道燃料噴射的噴射設定成或者在打開和閉合進氣口 4的出口的進 氣門42的打開正時之前發生，或者至少與進氣門42的打開正時部分重 合。同時，為每個氣釭設置有一個電磁缸內燃料噴射器11以將燃料直 接噴射到該氣釭的燃燒室內。此示例性實施方式中的缸內燃料噴射器11 在進氣衝程和壓縮衝程中的一個衝程或者這兩個衝程執行燃料噴射。如 圖2中所示，在壓縮衝程期間的燃料噴射的情況下，朝在氣釭內升高的 活塞43頂部處的凹部44噴射燃料F。燃料和空氣在產生沿著凹部44 的內表面巻起的翻滾狀流的過程中混合，並且在火花塞7附近產生相當 濃的混合氣層。而且，儘管圖中未示，在進氣衝程期間的燃料噴射的情 況下，類似於執行進氣通道燃料噴射時，在氣缸的燃燒室內也形成了較 為均勻的混合氣。類似於進氣通道噴射器6，缸內燃料噴射器ll也響應 於從ECU 100輸出的ON信號通過打開而噴射燃料，並且響應於從ECU 輸出的OFF信號通過閉合而停止燃料噴射。由兩種燃料噴射模式(即，進氣通道燃料噴射和缸內燃料噴射)中 的一種或兩種在燃燒室內形成的混合氣響應於來自ECU 100的點火信 號由火花塞7點燃。由此，混合氣燃燒。然後，來自發動機l的廢氣通 過排氣通道8排出。排氣通道8由排氣口 45、排氣歧管54、催化劑9 和排氣管55限定，其中，排氣口 45針對各氣缸形成在發動機1的氣釭 蓋中，排氣歧管54連接到這些排氣口 45,催化劑9連接到排氣歧管54 的下遊側並且用於淨化廢氣，排氣管55連接到催化劑9的下遊側。排 氣門46用來打開和閉合排氣口 45的進口。排氣歧管54包括用於各氣 缸的支管，每個氣釭的排氣口 45與一個支管連接，還包括位於支管的 下遊側上的收集部分。來自燃料耀的燃料經由燃料供給系統(未圖示)供給到每個進氣通道燃料噴射器6和缸內燃料噴射器11。高壓燃料通過高壓燃料泵供給到 缸內燃料噴射器11。為缸內燃料噴射供給的燃料的噴射壓力高於為進氣 通道燃料噴射供給的燃料的噴射壓力。雖然在圖中未示出，高壓燃料從 輸送管路供給到每個氣缸，輸送管路是共用的燃料室。通過燃料壓力傳 感器檢測此高壓燃料的壓力(燃料壓力或噴射壓力)。進氣門42和排氣門46分別由進氣門凸輪軸12和排氣門凸輪軸13 驅動而打開和閉合。為了使進氣門42和排氣門46的打開和閉合正時可變，進氣門凸輪軸12和排氣門凸輪軸13上分別適當地設置有可變氣門 正時M 14和15。這些可變氣門正時機構14和15響應於來自ECU 10013。ECU 100包括微電腦，微電腦具有CPU、 ROM、 RAM、 A/D轉換 器以及輸A/輸出接口等。ECU 100從不同類型的傳感器接收輸入信號， 基於這些輸入信號執行預定的處理，並且控制缸內燃料噴射器ll、進氣 通道燃料噴射器6、火花塞7以及節氣門3的控制馬達19等。所述不同類型的傳感器中包括上述空氣流量計2。此空氣流量計2 將表示經過空氣流量計2的進氣流量的信號輸出到ECU 100。然後， ECU 100基於空氣流量計2的輸出值計算發動機上的載荷比。檢測曲軸 23的角度的曲軸轉角傳感器24也包括在所述不同類型的傳感器中。曲 軸轉角傳感器24以預定的曲軸轉角間隔輸出脈衝信號。ECU 100基於 此脈衝信號檢測發動機l的實際曲軸轉角，並且根據其計算發動機轉速。所述不同類型的傳感器中還包括檢測加速器踏板的下壓量(即加速 器踏板開度)的加速器開度傳感器27、檢測節氣門3的打開量(即節氣 門開度)的節氣門位置傳感器28、檢測發動機1的冷卻液溫度(下面稱 為"發動機冷卻液溫度")的冷卻液溫度傳感器29以及檢測廢氣中的氧 氣濃度的空燃比傳感器30。ECU IOO控制節氣門3的開度。即，ECU IOO通常控制驅動馬達 19,使得節氣門位置傳感器28的輸出值與加速器開度傳感器27的輸出 值所對應的值一致，從而使節氣門開度與加速器開度操作性地連動。在此示例性實施方式中，設置有用於檢測每個氣缸內的空燃比的裝 置。即，在每個氣缸的排氣歧管54的支管中設置有空燃比傳感器30。 這些空燃經傳感器30檢測每個氣缸內的空燃比，使得能夠針對每個氣 缸執行適當的空燃比控制。但是，可替代地，可以為所有氣釭i殳置一個 共用的空燃比傳感器，並且使用此傳感器的輸出波動檢測每個氣釭的空 燃比。接下來將描述根據此示例性實施方式的發動機控制。基於所檢測的發動機的運轉狀態(即，此示例性實施方式中的發動機轉速和載荷比)，ECU 100參照事先存儲的預定映射來計算基本燃料噴射量Q0。而且，類似地，基於所檢測的發動機轉速和栽荷比，ECU 100 參照事先存儲的預定映射來計算噴射正時和點火正時。當執行釭內燃料 噴射時，基於所檢測的發動機轉速和載荷比，ECU 100參照事先存儲的 預定映射來計算目標燃料壓力，並且對燃料壓力進行反饋控制使得所檢 測的燃料壓力達到目標燃料壓力。而且，在此示例性實施方式中，設置有校正裝置以對燃料噴射量進 行增量校正或減量校正，使得所檢測的空燃比達到預定的目標空燃比。 在此示例性實施方式中，由ECU 100形成校正裝置，其對燃料噴射量 執行反饋控制，使得所檢測的空燃比X達到與每個氣缸內的目標空燃比 2X相一致。此外，在此示例性實施方式中，在一個氣缸內、於一個噴射循環中 噴射的總燃料噴射量根據預定的分配比例a在進氣通道燃料噴射器6和 缸內燃料噴射器11之間分配。ECU 100根據分配比例a設定從進氣通 道燃料噴射器6噴射的燃料量(下面適當時稱為"進氣通道燃料噴射量") 和從釭內燃料噴射器11噴射的燃料量(下面適當時稱為"缸內燃料噴射 量")。然後，根據這些燃料量控制燃料噴射器6和ll為ON或OFF。 分配比例a指的是釭內燃料噴射量相對於總燃料噴射量的比例，並且具 有0到1之間的值——包含0和1。如果總燃料噴射量為Qt,那麼用axQt 表示缸內燃料噴射量Qd，並且用(l-a) xQt表示進氣通道燃料噴射量QP。ECU100基於下面的表達式計算在一個氣缸內、於一個噴射循環中 噴射的燃料噴射量Qt。Qt=Q0xKlxK2... (1)在此，Q0是根據上述映射獲得的基本燃料噴射量。Kl是與燃料噴 射器器間的不同和個體差異相關的校正係數，並且是接近於l的值，這 將在下面詳細描述。K2是空燃比反饋校正係數。當實際檢測的空燃比X 等於目標空燃比2X時，K2的值為l。實際空燃比X超過目標空燃比2X 越多(即，實際空燃比越向稀側偏離)，K2的值大於l得越多，並Jbf目 反地，實際空燃比k的值低於目標空燃比越多(即，實際空燃比越 向濃側偏離)，K2的值小於l得越多。還能夠添加基於冷卻液溫度、進 氣溫度、電池電壓等的校正。根據表達式(1)，能夠如下表示釭內燃料噴射量Qd和進氣通道燃料噴射量Qp。 Qd=axQ0xKlxK2... (2) Qp= (l-a) xQ0xKlxK2…(3)在此示例性實施方式中的發動機的情況下，在發動機的整個運轉範 圍內，如圖3中所示，發生振蕩的低到中等載荷且低到中轉速區域(即， 所謂的經常性使用區域)被設定為均勻稀燃區域Z。在此均勻稀燃區域 Z中，在進氣衝程期間根據進氣通道燃料噴射和缸內燃料噴射之一或兩 者執行均勻燃燒，並且將目標空燃比設定成遠稀於化學計量空燃比的 值。在均勻稀燃區域Z之外的區域Y中，目標空燃比祐j殳定成化學計 量空燃比或者濃於化學計量空燃比的值。燃料噴射模式包括壓縮衝程期 間的缸內燃料噴射以實現分層充氣燃燒或半分層充氣燃燒。在除了低於圖中虛線的低載荷側上之外的均勻稀燃範圍Z中，執行 分配噴射。本說明書中的分配噴射涉及在兩個燃料噴射器之間分配或劃 分的燃料噴射。在此分配噴射區域中，當發動機上的載荷增高時分配比 例a逐漸降低。即，缸內燃料噴射的噴射比例降低，並且進氣通道燃料 噴射的噴射比例增加。在分配噴射區域之外的其它區域中，即，在低於 圖中虛線的低載荷區域中，分配比例a是l (100%),因此僅執行釭內 燃料噴射。圖中的均勻稀燃區域Z也可以被看作分配比例映射。在這種 情況下，映射被存儲在ECU 100中，該映射中固定了發動機轉速以及 載荷比與分配比例a之間的關係。圖4是示出空燃比(A/F)和所排放的NOx的量之間的關係的圖。 如圖中所示，所排放的NOx的量的"^值在稍大於化學計量空燃比10的 空燃比3d處，而後隨著空燃比增加而減小。在此示例性實施方式中， 當發動^4均勻稀燃區域Z中運轉時，空燃比控制中的目標空燃比是明 顯高於化學計量空燃比的空燃比X2,以《更顯著降低NOx。當發動M均勻稀燃區域Z之外的其它區域中運轉時，目標空燃比 被設定成化學計量空燃比(即化學計量控制)或者低於化學計量空燃 比X0的值(即濃控制)。因為均勻稀燃區域Z中的目標空燃比是這種高目標空燃比X2,所以 燃料噴射量少於常規化學計量控制等情況下的燃料噴射量，並且尤其是 在低載荷側，其接近於燃料噴射器的最小燃料噴射量。在空燃比控制中，如果實際空燃比變得大於目標空燃比X2，則意味著其處於稀側，因此對 燃料噴射量進行增量校正。同樣，如果實際空燃比變得少於目標空燃比 X2，則意味著其處於濃側，因此對燃料噴射量進行減量校正。具體地， 與常規化學計量燃燒相比較，這種均勻稀燃使力矩波動在空燃比處於稀 側上時明顯惡化，並且在空燃比濃時對所排放的NOx的量具有顯著的 不利影響。如圖5中所示，在此示例性實施方式中，均勻稀燃區域Z進一步分 成被映射的多個區域A到D。當執行空燃比控制時，燃料噴射量的增量 校正或減量校正的模式在區域A到D之間切換。區域A是在均勻稀燃區域Z的低轉速、高載荷側上的區域，並且要 求氣釭內的混合氣均勻。即，氣缸的燃燒室內的燃料和空氣並不總是混 合得很充分，因此需^進混合以確保氣釭內混合氣的均勻。因此，在增量校正期間，使進氣通道燃料噴射器6^a增加的燃料 量中的比例的較大部分，並且使缸內燃料噴射器11承擔該比例的較小 部分。而且，在減量校正期間，使釭內燃料噴射器11承擔減少的燃料 量中的比例的較大部分，並且使進氣通道燃料噴射器6承擔該比例的較 小部分。這是因為在進氣衝程期間進氣通道燃料噴射的噴射正時早於缸 內燃料噴射，進而有利於均勻化。具體地，在此示例性實施方式中，該比例的較大部分意味著100%， 並且該比例的較小部分意味著0%。例如，在增量校正期間，總增量都 從進氣通道燃料噴射器6噴射，並且在減量校正期間，總減量都從缸內 燃料噴射器11的噴射量中減去。但是，這種100%和0%的噴射分配僅 為一個示例。其它噴射劃分方法也是可以的。下面將詳細描述該校正的模式。例如，在增量校正期間，即，當實 際空燃比高於目標空燃比進而處於稀側時，使用以上表達式(1)按 如下所示得到增量的燃料噴射量AQ+。AQ+=Q0xKlxK2-Q0xKlxl=Q0xKlx (K2畫l) ... (1)，(但是這裡 K2>1)在此，進氣通道燃料噴射器6承擔總增量AQ+，因此增量校正後的 缸內燃料噴射量Qd以及進氣通道燃料噴射量Qp如下。Qd=axQOxKlxl... (2)，Qp= (1-a) xQOxKlxl+QOxKlx (K2國l) ... (3)，當使用預定載荷比P將此校正的模式一般化時，我們可以得到如下 結果。載荷比卩是0.5<3《1範圍內的值。所分配的噴射的比例的較大 部分是P,並且該比例的較小部分是(l-p)。上面的表達式(2)，和(3)， 能夠寫成如下形式。Qd=axQ0xKlxl+Q0xKlx (K2-l) x (l國p)…(2)，，Qp= (1-a) xQOxKlxl+QOxKlx (K2曙l) xp…(3)，，在此示例性實施方式中p=l。類似地，在減量校正期間，即，當實際空燃比小於目標空燃比M 進而處於濃側時，使用以上表達式(1)按如下所示得到減量的燃料噴 射量AQ-。AQ-=Q0xKlxl-Q0xKlxK2=Q0xKlx (1國K2 )…(1)，，(但是這裡 K2<1)缸內燃料噴射器11承擔此減量AQ-的比例的較大部分，因此上面 的表達式(2)"和(3)"能夠寫成如下形式。Qd=axQ0xKlxl-Q0xKlx (1畫K2 ) xp…(2)"，Qp= (1-a) xQ0xKlxl國Q0xKlx (1誦K2 ) x (l-卩)…(3)"，在此示例性實施方式中，在表達式(2)"，和(3)，"中p=l。接下來，示於圖5中的區域B是均勻稀燃區域Z的高轉速、高載荷 側上的區域，並且要求抑制缸內燃料噴射器ll的前端的溫度增加。即， 在此區域中，氣缸中的溫度變得較高，並且因此，缸內燃料噴射器11 的前端的溫度也升高。這會引起諸如附著到燃料噴射器的前端的沉澱物 等問題，因此必需抑制燃料噴射器的前端的溫度增加，以確保至少恆定 的缸內燃料噴射量。因此，在增量校正期間，缸內燃料噴射器11# 增量的比例的較大部分(即，在此示例性實施方式中為100%)，並且在 減少校正期間，進氣通道燃料噴射器6承擔減量的比例的較大部分(即， 在此示例性實施方式中為100%)。這防止了缸內燃料噴射器11的前端 的溫度過度地升高。增量校正後和減量校正後的缸內燃料噴射量Qd和進氣通道燃料噴射量Qp通過同樣的方法獲得。區域C是均勻稀燃區域Z的低載荷側上的區域。具體地，此區域的 大部分(即，低於虛線的部分)具有a=l (100%)的分配比例。在此 區域中，不執行分配噴射。在此，使分配比例01=1的原因是燃料噴射 量的總量原;M艮小，因此如果進行分割，則每一個燃料噴射器的燃料噴 射量將極小，可能低於最小燃料噴射量，這會導致較大的空燃比偏差或 不能進行燃料噴射。而且，使所有的量都以缸內燃料噴射進行噴射而不 以進氣通道燃料噴射進行噴射的原因是如果停止缸內燃料噴射，則缸 內燃料噴射器11的前端的溫度會升高，如上所述這4^有問題的。在區 域C的大部分中，僅執行釭內燃料噴射。因此，僅用缸內燃料噴射來校 正整個區域C的燃料噴射量。即，在增量校正期間，從缸內燃料噴射器 ll噴射增量的燃料。在減量校正期間，從缸內燃料噴射器ll的噴射量 減去減量的燃料。這樣，在最初僅從其中一個燃料噴射器執行燃料噴射 的區域中，在校正期間，將不會突然從另一燃料噴射器噴射燃料。區域D是均勻稀燃區域Z的中等載荷側上的區域。在此區域中，將 不像區域C中那樣限制燃料噴射量的校正。而是，在此區域中，也使用 缸內燃料噴射器11或進氣通道燃料噴射器6執行燃料噴射量的減量校 正或減量校正。在此示例性實施方式中，使用這兩個燃料噴射器執行燃 料噴射量的增量校正或減量校正。現在將參照圖6A和6B中的流程圖描述空燃比控制的具體細節。 ECU 100在每個氣釭的每個燃料噴射循環中執行圖中所示的程序。而 且，當發動M轉於均勻稀燃區域Z中時也執行圖中的程序。下文中， 措詞"步驟"將簡寫為字母"S"。首先,ECU根據所檢測的發動機轉速和載荷比計算目標空燃比(即， 目標A/F)( S101 )。均勻稀燃區域Z中的目標空燃比的映射存儲在ECU 100中。ECU100參照此映射計算與所檢測的發動機轉速和載荷比相對 應的目標空燃比。目標空燃比;1值X2，其明顯高於化學計量空燃比，如 上所述。接下來，ECU 100讀取要進行控制的由氣釭的空燃比傳感器30所 檢測的實際空燃比(即，實際A/F)的值(S102)。然後，ECU 100將 此實際空燃比與實際目標空燃比相比較，並且判定實際空燃比是否從目標空燃比偏離了預定值或偏離得大於預定值(S103)。例如，此預定值 是約為0.2到0.3的值。如果判定實際空燃比沒有偏離，則程序的這次 循環結束。另一方面，如果判定實際空燃比有偏離，則參照圖5中的映 射從區域A到D之中判定出所檢測的發動機轉速和載荷比(即，發動 機的當前操作狀態)所處的區域(S104)。接下來，ECU 100判定空燃比是否處於目標空燃比的稀側上 (S105)。如果判定空燃比處於稀側上，則接下來判定發動機當前是否 運轉於區域A中(S106)。如果判定發動機當前運轉於區域A中，則 ECU 100將進氣通道燃料噴射的燃料噴射量增加預定的量以使空燃比 從稀側返回(S107)。如果判定發動機當前沒有運轉於區域A中，則判 定發動機當前是否運轉於區域B中(S108)。如果判定發動機當前運轉 於區域B中，則ECU IOO將缸內燃料噴射的燃料噴射量增加預定的值 以使空燃比從稀側返回(S109)。如果判定發動機當前沒有運轉於區域 B中，則判U動機是否運轉於區域C中(SllO)。如果判定發動M 轉於區域C中，則ECU IOO將缸內燃料噴射的燃料噴射量增加預定的 量以使空燃比從稀側返回(Slll)。如果判定發動機當前沒有運轉於區 域C中(即，如果判定發動機運轉於區域D中)，則ECU 100將進氣通 道燃料噴射和缸內燃料噴射兩者的燃料噴射量都增加預定的量以使空 燃比從稀側返回(S112)。在這種情況下，總增量在燃料噴射器之間以 怎樣的比例劃分是任意的。例如，兩種燃料噴射量的增量可以設定為相 等。另一方面，如果在步驟S105中判定空燃比沒有偏離向稀側，即， 如果判定空燃比偏離向濃側，則ECU 100判定發動機當前是否運轉於 區域A中(S113 )。如果判定發動機運轉於區域A中，則ECU 100將缸 內燃料噴射的燃料噴射量降低預定的量以使空燃比從濃側返回(S114 )。 如果判定發動機當前沒有運轉於區域A中，則接下來判定發動機是否運 轉於區域B中(S115)。如果判定發動機運轉於區域B中，則ECU 100 將進氣通道燃料噴射的燃料噴射量降低預定的量以使空燃比從濃側返 回(S116)。如果判定發動機當前沒有運轉於區域B中，則接下來判定 發動機是否運轉於區域C中(S117 )。如果判定發動機運轉於區域C中， 則ECU 100將缸內燃料噴射的燃料噴射量降低預定的量以使空燃比從 濃側返回(S118)。如果判定發動機當前沒有運轉於區域C中(即，如果判定發動機運轉於區域D中)，則ECU 100將進氣通道燃料噴射和缸 內燃料噴射兩者的燃料噴射量均降低預定的量以使空燃比從濃側返回 (S119)。類似地，在這種情況下也是，總減量在燃料噴射器之間以怎 樣的比例劃分是任意的。例如，兩種燃料噴射量的減量可以設定為相等。接下來將描述與噴射器的個體差異等有關的校正係數K1。基本上， 在各個燃料噴射器中都存在由製造誤差引起的不同或個體差異，即使是在噴射器同時接通時，這也會引起燃料噴射量的微妙不同。此外，燃料 噴射量中的這種不同往往使燃料噴射量增加較小，更具體地說，使得燃 料噴射量更接近噴射器的最小燃料噴射量。如上所述，在此示例性實施 方式中所執行的均勻稀燃的情況下，燃料噴射量小於化學計量燃燒情況 下的燃料噴射量，並且在低載荷側，燃料噴射量更小。在這種情況下， 如果執行分配噴射，則噴射器的燃料噴射量會變得更小。由此，此此示 例性實施方式中噴射量的不同和氣釭之間的空燃比偏差往往會增加。此 外，在對目標空燃比設定得比通常高的稀燃進行空燃比控制的情況下， 空燃比偏差會對NOx劣化和力矩波動產生不利影響，因此僅允許空燃 比的小程度偏差。因此，必需比通常更大程度地抑制各氣缸或燃料噴射 器間的空燃比偏差，並且必需增加每個噴射器的空燃比精度。例如由於 氣缸之間進氣路徑的長度的不同所造成的氣流的不同也會引起各氣缸 間的空燃比偏差。鑑於這些考慮，校正係數K1是為抑制這種氣缸之間空燃比的偏差 所釆用的校正^。在此示例性實施方式中，針對每個燃料噴射器學習 並設定適當的校正係數Kl，並且校正係數Kl的值設定為使得根據傳送 到每個燃料噴射器的控制信號總是獲得所需的空燃比。下面將描述這種校正係數K1的學習和設定。圖7和8示出了燃料 噴射量和校正係數Kl之間的關係。圖7示出相對於傳送到燃料噴射器 的信號的燃料噴射量小於所設計的燃料噴射量的情況，即空燃比偏向稀 側的情況。相反地，圖8示出相對於傳送到燃料噴射器的信號的燃料噴 射量大於所設計的燃料噴射量的情況，即空燃比偏向濃側的情況。這些 關係關於校正係數K1-1的軸線對稱。下面的描述將以圖7中所示的偏 向稀側的情況為中心進行。在圖7中，虛線表示當所檢測的實際空燃比總是與目標空燃比一致 時校正係數Kl相對於燃料噴射量的改變。如圖中所示，校正係數Kl越大，從而增量校正量的燃料增加，燃料噴射量越小(即進一步向低載荷側)。具體地，靠近怠速燃料噴射量Qi，相對於傳送到燃料噴射器的 信號的燃料噴射量的偏差非常大，因此校正係數的值也很大。相反，當 燃料噴射量大時，燃料噴射量的偏差小，使得在高載荷側將校正係數 Kl幾乎視為1。下面將參照圖7描述4吏用這種特性來判定此示例性實施方式中的校 正係數K1的方法。首先，將發動機運轉範圍分成多個區域，例如怠速 區域、低栽荷區域、中等載荷區域以及高載荷區域，並將它們儲存在 ECU 100中。怠速區域是等於或小於Ql的區域，其中Ql稍高於怠速 燃料噴射量Qi。低、中等以及高載荷區域對應於當將燃料噴射量變得大 於Ql並且等於或小於最大載荷期間的Q4的區域分成三份時所建立的 區域。燃料噴射量Q為Ql < Q《Q2的區域是低栽荷區域。燃料噴射 量Q為Q2 < Q《Q3的區域是中等載荷區域。燃料噴射量Q為Q3 < Q 的區域是高載荷區域。高載荷區域的校正係數Klhp預先設定為1並且 存儲在ECU 100中。首先，描述用於每個氣釭的進氣通道燃料噴射器6的校正係數Kl 的設定。在發動機已完成預熱並且穩定地運轉於低載荷側(即，在此示 例性實施方式中當發動機處於怠速運轉時)之後的預定的正時，不論圖 3中的映射如何，ECU100都將燃料噴射切換成僅僅為進氣通道燃料噴 射。然後，ECU100通過改變每個氣釭中的校正係數K1改變每個氣釭 的燃料噴射量，使得每個氣缸內的實際空燃比與相應的預定目標空燃比 一致。ECU 100還學習此時所獲得的用於每個氣缸的校正係數Klip並 且將它們存儲為用於每個氣釭的進氣通道燃料噴射器6的怠速區域的校 正係數。接下來，ECU 100基於怠速區域的校正係數Klip和高載荷區域的 校正係數Klhp (=1)內插得出用於低載荷區域和中等載荷區域的校正 係數。內插的方法是任意的，但是在此示例性實施方式中，如下計算低 載荷區域的校正係數Kllp和中等載荷區域的校正係數Klmp 。Kllp=l+ ((Klip-l) /n)…(4)Klmp=l+ ((Klip國l) /2n)…(5 )在此，n是內插常數，並且是等於或大於2的整數，並且更優選地為約4到8的整數，包括4和8。然後，ECU 100存儲所計算出的校正係數Kllp和Klmp。從而， ECU 100設定並且存儲從怠速區域到高載荷區域的所有校正係數Kl。 用於每個區域的校正係數K1如圖9中所示。此後，這些校正係數K1 用於燃料噴射控制中。例如，當在低載荷區域中執行進氣通道燃料噴射 時，Kllp被用作該區域的校正係數Kl。在例如每次發動機啟動或每次 ECU 100初始化的預定更新更時，更新校正係數Kl(高載荷區域除外)。 這使得可以響應於燃料噴射器隨時間流逝而產生的劣化等。上述的情況是空燃比偏離向稀側的情況，但是每個區域的校正係數 Kl都才艮據與空燃比偏離向濃側的情況類似的過程，沒定，如圖8中所示。 上面的表達式(4.)和(5)也用於內插。根據上述結構，可以針對所有進氣通道燃料噴射器6以及所有運轉 區域設定使得空燃比不會從目標空燃比偏離的最優校正係數K1。因此， 可以抑制各氣釭或燃料噴射器間的空燃比或燃料噴射量的不同，進而增 加空燃比控制的精度。具體地，可以在均勻稀燃區域優選地執行空燃比 控制。而且，僅在低載荷側(在本示例性實施方式中在怠速區域中)進行 學習使得與針對所有載荷區域或燃料噴射量進行學習時相比簡單得多 並且顯著地縮短了學習時間。接下來將針對每個氣缸的缸內燃料噴射器11描述校正係數Kl的設 定。在缸內燃料噴射的情況下，才艮據發動機的運轉狀態控制燃料壓力。 因此，在這種情況下，燃料壓力也引起空燃比和燃料噴射量的不同。因 此，在此示例性實施方式中，ECU100針對多個燃料壓力中的每個燃料 壓力設定並且存儲每個區域的校正係數Kl。然後，在其後的燃料噴射 控制期間，通it^目對於燃料壓力的內插而確定將用於缸內燃料噴射的校 正係數K1。圖10是用於計算校正係數K1的映射，並且示出用於每個燃料壓力 的校正係數K1的值。在此，Pl、 P2、 P3以及P4濕一預定的燃料壓力， 並且P1是用於極低壓的值，P2是用於低壓的值，P3是用於中壓的值， 並且P4是用於高壓的值。當設定或更新在更新正時執行的校正係數時， ECU 100首先將燃料壓力固定在Pl處。通過類似於上述的方法(即，數Kl ，計算低和中等載荷區域的校正係數Kl, 並且將高載荷區域的校正係數K1設定為1，如上所述)，在此狀態下， ECU分別設定並且存儲怠速區域、低載荷區域以及中等載荷區域的校 正係數Klidl、 Klldl、 Klmdl。接下來，ECU 100將燃料壓力固定在 P2並且在此狀態下以類似的方法分別設定和存儲怠速區域、低載荷區 域和中等載荷區域的校正係數Klid2、 Klld2、 Klmd2。然後，ECU 100 以燃料壓力P3和P4執行類似的操作，從而獲得圖10中所示的映射。在其後的燃料噴射控制中，當執行釭內燃料噴射時，ECU 100確定 對應於所檢測的發動機轉速和載荷比的區域，並且讀取所檢測的燃料壓 力。然後，ECU 100通過內插而獲得對應於燃料壓力的校正係數K1。 例如，當發動機在怠速區域中運轉並且所檢測的燃料壓力P是恰好在 Pl和P2之間的值時，ECU 100設定Klidl和Klid2的和除以2所得的 商為校正係數K1。因此，由於確定校正係數K1時也考慮到了燃料壓力，能夠適當地 抑制缸內噴射的空燃比的變化。在此示例性實施方式中，發動機的運轉範圍被分成多個載荷區域， 並且在每個栽荷區域中使用相同的校正係數K1的值。但是，可替代地， 類似於在此示例性實施方式中的缸內燃料噴射的燃料壓力，還可以為燃 料噴射量提供多個格點，並且在實際燃料噴射控制期間可以內插得到燃 料噴射量格點之間的校正係數。此內插法可以應用於進氣通道燃料噴射 或缸內燃料噴射。接下來將描述與缸內燃料噴射的校正係數K1的學習和設定有關的 另一模式。如圖10中所示，在此示例性實施方式中，針對每個燃料壓力P1到 P4僅學習怠速區域的校正係數K1，並且除高載荷區域外，通it^其餘 的低載荷和中等載荷區域中通過內插法計算校正係數Kl。與之不同地， 如圖11中所示，可以針對每個燃料壓力Pl到P4在低載荷和中等載荷 區域中進行學習。因此，雖然總學習時間增加，但是能夠在更廣的範圍 上取得準確的校正係數，因此進一步地提高了空燃比控制的精度。在圖12中所示的模式的情況下，學習用於極低燃料壓力Pl的怠速 區域的校正係數、用於低燃料壓力P2的低栽荷區域的校正係數以於中等燃料壓力P3的中等載荷區域的校正係數(即，在圖中學習是對 角狀的)，並且內插得到除高載荷區域的校正係數之外的其餘校正係數。 因此，怠速區域中的學習不是統一的。而是以可能在每個栽荷區域中重 復使用的燃料壓力進行學習，因此這將更為實用。在圖13中所示的模式下，僅僅用於極低燃料壓力Pl的怠速區域的 校正系lbi學習值。除高載荷區域的校正係數外，其餘的校正係數都通 過內插得到。這是最簡單的方法，並且顯著地降低了學習時間。通過前述可以了解，在此示例性實施方式中，ECU100用作校正裝 置、切換裝置以及學習裝置。儘管已經描述了本發明的示例性實施方式，但是本發明並不限於該 示例性實施方式，即，也能採用各種其它的示例性實施方式。例如，在 前述示例性實施方式中，執行增量校正和減量校正的燃料噴射器在均勻 稀燃區域內切換。但是，可替代地，此切換也能在均勻稀燃區域之外的 其它區域中執行。雖然本發明的描述是參照其示例性實施方式進行的，但是應當了解 本發明並不局限於這些示例性實施方式或配置。相反，本發明意在覆蓋 各種變型和等同的裝置。另外，雖然示例性實施方式的各種元件以示例 性各種組合和配置示出，但是包括更多、更少或者僅包括單個元件的其 它組合和配置也在本發明的構思和保護範圍內。
權利要求
1.一種發動機的控制設備，所述發動機設置有用於執行進氣通道燃料噴射的進氣通道燃料噴射器，以及用於執行缸內燃料噴射的缸內燃料噴射器，所述發動機的控制設備的特徵在於，包括校正裝置，用於對燃料噴射量進行選擇性地增量校正或減量校正以使空燃比接近預定的目標空燃比；以及切換裝置，用於將燃料噴射量的增量或減量分成將在所述兩個燃料噴射器之間進行分配的分配比例，並且當通過所述校正裝置執行校正時，使得所述燃料噴射器中的一個承擔所述比例的較大部分，使得另一個燃料噴射器承擔所述比例的較小部分，並且根據所述發動機的運轉狀態切換承擔所述比例的較大部分的燃料噴射器。
2. 如權利要求1所述的發動機的控制設備，其中，當所述發動機 在預定的分配噴射區域中運轉時，所述切換裝置切換所述燃料噴射器。
3. 如權利要求2所述的發動機的控制設備，其中，當所述發動機 在需要釭內混合氣均勻化的狀態下運轉時，所述切換裝置在增量校正期 間使所述進氣通道燃噴射器作為承擔所述比例的較大部分的噴射器， 而在減量校正期間使所述缸內燃料噴射器作為承擔所述比例的較大部 分的噴射器。
4. 如權利要求2或3所述的控制設備，其中，當所述發動機在需 要抑制所述缸內燃料噴射器前端溫度升高的狀態下運轉時，所述切換裝 置在增量校正期間使所述缸內燃料噴射器作為承擔所述比例的較大部 分的噴射器，而在減量校正期間使所述進氣通道燃料噴射器作為承擔所 述比例的較大部分的噴射器。
5. —種發動機的控制設備，所述發動機為每個氣釭設置有用於執 行進氣通道燃料噴射的進氣通道燃料噴射器和用於執行缸內燃料噴射 的缸內燃料噴射器，所述發動機的控制設備的特徵在於，包括學習裝置，用於改變每個氣缸的所述進氣通道燃料噴射器或所述釭內燃料噴射器的燃料噴射量，使得在所述發動機的低載荷側的穩定運轉 期間每個氣釭的空燃比與預定的目標空燃比一致，並且當所述空燃比與 所述預定的目標空燃比一致時學習用於每個氣釭的預定的校正係數。
6. 如權利要求5所述的發動機的控制設備，其中，所述學習裝置 在所iiiL動機怠速運轉時學習所述校正係數，將通過所述學習獲得的用 於每個氣缸的校正係數的學習值設定為怠速區域的校正係數，並JLS^於 所述怠速區域的校正係數和高載荷區域的預定校正係數內插得出處於 所述怠速區域和所述高載荷區域之間的載荷區域的校正係數。
7. 如權利要求5或6所述的發動機的控制設備，其中，當學習用 於所述缸內燃料噴射器的校正係數時，所述學習裝置學習用於多個燃料 壓力中的每個燃料壓力的校正係數。
8. —種發動機的控制設備，包括用於執行進氣通道燃料噴射的進氣通道燃料噴射器； 用於執行缸內燃料噴射的缸內燃料噴射器；校正部分，其對燃料噴射量進行選擇性地增量校正或減量校正以使 空燃比接近預定的目標空燃比；以及切換部分，其用於將燃料噴射量的增量或減量分成將在所述兩個燃 料噴射器之間進行分配的分配比例，並且當通過所述校正部分執行校正 時，使得所述燃料噴射器中的一個承擔所述比例的較大部分，使得另一 個燃料噴射器承擔所述比例的較小部分，並且根據所iOL動機的運轉狀 態切換承擔所述比例的較大部分的燃料噴射器。
9. 如權利要求8所述的發動機的控制設備，其中，當所述發動機 在預定的分配噴射區域中運轉時，所述切換部分切換所述燃料噴射器。
10. 如權利要求9所述的發動機的控制設備，其中，當所述發動機 在需要缸內混合氣均勻化的狀態下運轉時，所述切換部分在增量校正期 間使所述進氣通道燃料噴射器作為承擔所述比例的較大部分的噴射器， 並且在減量校正期間使所述缸內燃料噴射器作為承擔所述比例的較大部分的噴射器。
11. 如權利要求9所述的控制設備，其中，當所述發動機在需JM^制所述缸內燃料噴射器前端溫度升高的狀態下運轉時，所述切換部分在 增量校正期間使所述缸內燃料噴射器作為承擔所述比例的較大部分的 噴射器，並且在減量校正期間使所述進氣通道燃料噴射器作為承擔所述 比例的較大部分的噴射器。
12. 如權利要求10所述的控制設備，其中，當所述發動機在需要 抑制所述釭內燃料噴射器前端溫度升高的狀態下運轉時，所述切換部分 在增量校正期間使所述缸內燃料噴射器作為承擔所述比例的較大部分 的噴射器，並且在減量校正期間使所述進氣通道燃料噴射器作為承擔所 述比例的較大部分的噴射器。
13. —種發動機的控制設備，包括用於執行進氣通道燃料噴射的進氣通道燃料噴射器；用於執行缸內燃料噴射的缸內燃料噴射器；以及學習部分，其改變每個氣缸的所述進氣通道燃料噴射器或所述釭內 燃料噴射器的燃料噴射量，使得在所述發動機的低栽荷側的穩定運轉期 間每個氣釭的空燃比與預定的目標空燃比一致，並且當所述空燃比與所 述預定的目標空燃比一致時學習用於每個氣缸的預定校正係數。
14. 如權利要求13所述的發動機的控制設備，其中，所述學習部 分在所iOC動機怠速運轉時學習所述校正係數，將通過所述學習獲得的 用於每個氣缸的校正係數的學習值設定為怠速區域的校正係數，並且基 於所述怠速區域的校正係數和高載荷區域的預定校正係數內插位於所 述怠速區域和所述高載荷區域之間的載荷區域中的校正係數。
15. 如權利要求13所述的發動機的控制設備，其中，當學習用於 所述缸內燃料噴射器的校正係數時，所述學習部分學習用於多個燃料壓 力中的每個燃料壓力的校正係數。16.如權利要求14所述的發動機的控制設備，其中，當學習用於 所述釭內燃料噴射器的校正係數時，所述學習部分學習用於多個燃料壓 力中的每個燃料壓力的校正係數。
全文摘要
本發明公開一種發動機的控制設備，其包括進氣通道燃料噴射器和缸內燃料噴射器，所述發動機的控制設備的特徵在於，進一步包括校正裝置，用於對燃料噴射量進行選擇性地增量校正或減量校正以使空燃比接近預定的目標空燃比；以及切換裝置，用於將燃料噴射量的增量或減量分成將在這兩個燃料噴射器之間進行分配的分配比例，並且當通過校正裝置執行校正時，使得燃料噴射器中的一個承擔所述比例的較大部分，使得另一個燃料噴射器承擔所述比例的較小部分，並且根據發動機的運轉狀態切換承擔所述比例的較大部分的燃料噴射器。
文檔編號F02D45/00GK101243250SQ200680030518
公開日2008年8月13日 申請日期2006年8月22日 優先權日2005年8月23日
發明者金子真也 申請人:豐田自動車株式會社