發動機轉速控制設備的製作方法
2023-05-16 21:05:51
專利名稱：發動機轉速控制設備的製作方法
技術領域：
本發明總的說來涉及發動機轉速控制設備，更具體地說，本發明涉及發動機空轉時平穩調節發動機轉速的一種設備。
近來，要求改善汽車耗油量的呼聲愈來愈高。改善耗油量的其中一項措施是在汽車停駛時降低發動機的空轉轉速。
自動變速的汽車其變速器的變速杆從空檔轉入行車檔時，發動機就承受負荷。從
圖10的鏈線可以看到，這類負荷往往使發動機轉速突然下降。就是說，變速杆換檔時使發動機的空轉轉速不穩定。
以本發明的受讓人的名義提出的日本未經審查的專利公報60-19932公開了一種彌補上述不足的設備。該設備增加可燃混合氣量來彌補發動機因變速杆換檔而降低的轉速。更具體地說如圖2中所示，怠速控制閥(ISCV)配置在旁路管道中以控制流經旁路管道的氣流。在旁路管道中，變速杆換檔時ISCV的孔徑增加到預定程度，從而增加了有待與燃料混合的空氣量。接著，流經旁路管道的氣流在發動機空載時因ISCV孔徑漸縮小而減少到預定的水平。
在這種設備中，ISCV孔徑縮小的速度隨發動機初速的增加而減慢。這種設備的主要目的著重於如何防止發動機轉速低於額定值和如何在短時間內進行上述控制使發動機平衡減速到預定的水平。ISCV孔徑縮上快慢的調節不因發動機的不同而異，而且是根據發動機初速進行的。發動機受到與其機械連接的變速構件阻力矩的作用，而這個阻力矩的大小與各變速構件的機械狀況有關。因此，發動機的負荷受阻力矩的影響，隨發動機的不同而異。這種控制操作，無論作用到各發動機上的負荷有多大往往都會使發動機轉速下降過頭，導致失速和轉速低於額定值。
此外，自動變速箱的負荷大時(例如在油溫低且/或油粘度高時)，發動機初速保持較低的水平。在此情況下，當發動機轉入空載時ISCV的孔徑縮小得過快，從而使流經旁路管道的空氣量突然下降，導致失速和轉速低於額定值。
本發明的目的是提供一種無論加到發動機上的負荷如何變化都能平穩地控制發動機怠速的發動機怠速控制設備。
為達到上述目的，這裡公開了一種經改進的怠速控制設備。這種設備結合流經供氣管道提供給發動機的氣流量，氣流量則根據發動機情況調節配置在供氣管道上的閥件加以控制，其中閥件由電氣控制裝置用控制信號控制，根據發動機負荷的增加將氣流量提高到預定量，再將提高了的氣流量降低到預定量。電氣控制裝置根據發動機轉速的變化使流經閥件的提高了的氣流量下降。
要理解本發明連同其目的和優點，最好閱讀下面就本發明目前最佳的實施例所作的說明連同其附圖。附圖中圖1是用以說明本發明基本原理的示意方框圖；圖2是本發明第一實施例的發動機轉速控制設備的示意圖；圖3是本發明第一實施例的ECU(電氣控制裝置)的電氣結構方框圖；圖4是本發明第一實施例的ECU對ISCV進行控制的程序流程圖；圖5是轉速變化率與衰減率因子的關係曲線；圖6是說明第一和第二實施例的工作過程和作用的時間圖；圖7是本發明第二實施例的ECU對ISCV進行控制的程序流程圖8是本發明第三實施例的ECU對ISCV進行控制的程序流程圖；圖9是進氣壓力變化率與衰減率的關係曲線；圖10是說明一般發動機操作(例如發動機轉速)的時間圖。
現在參看圖2至圖6說明本發明發動機轉速控制設備的第一實施例。
圖2示出了裝在汽車上的發動機1的轉速控制設備。流經空氣濾清器3之後，外面的空氣就進入與發動機1連通的進氣管2中。設在各氣缸中的噴油嘴2將燃油噴射到進氣口2a附近。噴射出的燃油與外來的空氣混合。發動機1有多個燃燒室1a。可燃混合氣經設在各氣缸中的進氣閥5進入各燃燒室1a中。接著，可燃混合氣燃燒起來產生發動機的驅動動力。可燃混合氣燃燒時產生廢氣。廢氣從各燃燒室1a的排氣閥6抽到相應的排氣歧管。接著，廢氣抽到排氣歧管的會合點——排氣管7，排出室外。
進氣管2中配備有節流閥8根據與其連接的油門踏板(圖中未示出)的動作開合。抽入進氣管2的空氣量藉助節流閥8的開合得到控制。發動機1的轉速隨節流閥8開度的增加而加快。發動機1空轉時，節流閥8關閉。緩衝槽9對流經節流閥8氣流的脈衝起平穩作用。
進氣管2有一個支管10形成環繞節流閥8的迂迴路，如圖2中所示。支管10中的氣流由設在其中的怠速控制閥(以下稱ISCV)1 1控制。ISCV 11有個電磁線圖11a。電磁線圈11a的激勵是根據節流閥8關閉(即發動機1空轉)時決定ISCV 11打開時間的利用係數進行的。流經支管10的氣流量(吸氣量)取決於ISCV的打開時間。發動機轉速NE通過調節吸氣量控制。
流經進氣管2的氣流溫度(THA)由設在空氣濾清器3附近的進氣溫度傳感器21檢測。節流閥8的打開位置θ由節流傳感器22測出。節流閥8全閉時驅動怠速開關23，從而使其檢測發動機怠速啟動的情況。吸氣壓力傳感器24與緩衝槽9連通，其作用是測定進氣壓力PiM。
設在排氣管7上的氧傳感器25測定廢氣中的氧含量。冷卻水溫度傳感器26測定發動機1中冷卻水的溫度THW(冷卻水溫度)。
發動機1的各氣缸都有一個火花塞12接收分配器13分配來的點火信號。分配器13根據發動機1的轉速將各點火器14輸出來的高電壓分配給火花塞12。火花塞12的點火定時取決於點火器14高電壓的輸出時間。
分配器13中有一個轉子(圖中未示出)還有一個發動機轉速傳感器(轉動傳感器)27和一個曲柄位置傳感器28。發動機轉速傳感器27通過計出轉子的轉動次數檢測發動機的轉速NE。曲柄位置傳感器28檢測曲柄在發動機1中的角度變化。
自動變速器15與發動機1連接。自動變速器15有一個自動轉速傳感器29檢測著汽車每時每刻的速度SPD並輸出速度值信號。自動變速器15還有一個空檔起動開關30，其作用是檢測變速杆S目前的位置ShP是否在空檔範圍(包括泊車範圍)。換句話說，空檔起動開關30能夠檢測出變速杆S的位置ShP處在空檔範圍抑或行車範圍。自動變速器15連同空調器(圖中未示出)、車頭燈等一起形成外負荷。
發動機1的驅動狀況由傳感器21、22、24至29，怠速開關30等檢測。
如圖3中所示，電氣控制裝置(ECU)41包括CPU42；ROM43，具有錄製在其中的規定控制程序和曲線圖；RAM44，供臨時存儲CPU42的計算結果；和備用RAM45，供存儲早先記錄下來的數據。ECU41是個邏輯運算電路，電路中的各部件42至45、外輸入電路46和外輸出電路47彼此經總線48連接起來。
與外輸入電路46連接的有吸氣溫度傳感器21、節流傳感器22、空轉開關23、吸氣壓力傳感器24、氧傳感器25、冷卻水溫度傳感器26、轉動傳感器27、曲柄位置傳感器28、汽車速度傳感器29和空檔起動開關30。CPU42通過外輸入電路46接收來自傳感器21、22、24至29、怠速開關23和空檔起動開關30的信號。根據這些信號，CPU42控制著分別與外輸出電路47連接的噴油器4、電磁線圈11a和點火器14。學習值和標識位都存儲在備用RAM45中。
現在說明ECU41履行的各種過程中的一個過程ISCV 11開合的控制過程。ECU 41根據傳感器21至30來的信號監控著發動機1的現狀，並按需要更新ISCV 11的目標時間。目標時間表示發動機1的目標轉速。
ECU 41根據下列三種控制方式中的一種方式工作N(空檔)範圍方式、D(行車檔)範圍方式和換檔開關方式。更具體地說，ECU 41在發動機1空轉時定期從主程序轉入子程序。在子程序時，ECU 41根據空檔開關30來的信號監控變速杆S的位置ShP。變速杆位置ShP處在空檔範圍時，ECU 41在N範圍方式下工作並計算N範圍的利用係數NDUTY的開合。當早先和現時的數據讀數表明變速杆位置ShP處在行車範圍時，ECU 41就在D範圍方式工作並計算出D範圍的利用係數DDUTY。接著ECU根據利用係數DDUTY控制ISCV 11的打開時間。當變速杆位置ShP從空檔範圍改變到行車範圍時，ECU 41在開關方式下工作，並從利用係數減去衰減值。接著ECU根據新得出的利用係數控制ISCV 11的打開時間。ECU 41在N範圍方式和D範圍方式下進行閉環控制(圖1中用粗線表示)，在開關方式下進行開環控制(圖1中用正常線表示)。
備用RAM 45在空轉時的開環控制標誌為FOPEN。ECU 41在開關方式下開始工作時取標誌FOPEN的值為1。在N範圍或D範圍下開始工作時取標誌FOPEN為0。
圖4的流程圖示出了ECU 41履行的控制子程序。
在步驟101，ECU 41接收來自傳感器21至30的信號(例如氣流溫度THA、節流閥的打開位置θ、吸氣壓力PiM、氧含量OX、冷卻水溫度THW、發動機轉速NE、汽車速度SPD、變速杆位置ShP和空調啟動信號)和標誌(例如，空轉時的開環控制標誌FOPEN，這稍後即將說明)。在下一個步驟102，ECU 41判斷變速杆的當前位置ShP是否在行車範圍。若位置ShP不處在行車範圍，即若變速杆處在空檔範圍，ECU 41就進行反饋操作以控制ISCV 11，即發動機1在上述N範圍方式的轉速。
若變速杆處在行車範圍，ECU 41就在步驟104判斷開環控制標誌FOPEN是否為1。若標誌FOPEN為1，即若ECU41處於開關工作方式，ECU 41就進入步驟108。若標誌FOPEN為0，ECU 41就進入步驟105。
在步驟105，ECU 41判斷上次進行控制時換檔位置ShP是否處於空檔範圍。若上次進行控制時換檔位置ShP處在空檔範圍，ECU就判定換檔位置已在目前的程序中從空檔範圍轉到行車範圍並進入步驟106。
在步驟106，ECU 41將N範圍利用係數NDUTY(相當於ISCV11的目標開合時間)加上預定值ζ，得出D範圍的利用係數DDUTY。接著ECU 41根據D範圍利用係數DDUTY控制ISCV 11的開合。在下一個步驟107，ECU 41取標誌值FOPEN為1，表示開關方式。
ECU 41從步驟104或步驟107進入步驟108以根據目前控制過程的發動機轉數讀數NE與早先控制過程的發動機轉數讀數之間的差值計算發動機轉速變化率ΔNE。
在步驟109，ECU 41根據現行控制過程中計算出的發動機轉速變化率ΔNE確定衰減率係數α。ECU 41參照圖5所示的曲線以確定衰減率係數α。變化率ΔNE取置值。變化率△NE的絕對值越大(發動機1轉速NE的下降幅度越大)，衰減率係數α就越小。另一方面，變化率ΔNE的絕對值越小(發動機1轉速下降的幅度越小)，衰減率係數α就越大。
在步驟110，ECU 41通過從早先控制得出的利用係數DDUTY減去步驟109測出的衰減率係數α求出D範圍的新利用係數DDUTY。接著ECU 41根據新求出的利用係數DDUTY控制ISCV 11的開合時間。
在步驟111，ECU 41判斷D範圍利用係數DDUTY是否已減小到等於變速杆S即將切換到行車範圍之前的N範圍利用係數NDUTY。若步驟111判斷的結果是否定的，ECU 41就回到步驟110重複上述子程序。另一方面，若判斷的結果是肯定的，ECU 41就進入步驟112，取標誌FOPEN為0且暫停履行子程序。
在步驟105，若早先控制過程中變速杆的位置ShP不處在空檔位置，ECU 41就判定開關工作方式業已完畢，且變速杆S繼續保持在行車範圍的位置。接著，ECU 41進入步驟113進行反饋操作以在D範圍方式下控制發動機的轉數。
在上述程序中，當變速杆S的位置ShP從空檔範圍切換到行車範圍時，ECU 41通過將N範圍利用係數NDUTY加上預定值ζ求出D範圍的新利用係數DDUTY。接著ECU 41根據新得出的利用係數DDUTY控制ISCV 11打開的時間。因此，如圖6中所示，ISCV 11的打開時間增了預定值，從而避免了發動機1轉數NE因變速杆位置ShP切換到行車範圍引起的突然下降。
這之後，根據發動機1轉速的變化率△NE設定衰減率係數α。D範圍利用係數DDUTY隨衰減率係數α值逐漸減小，因而ISCV 11的打開時間逐漸縮短。發動機轉速NE下降得越大，衰減率係數α就取得越小。相反，發動機轉速下降得越小，衰減係數α就取得越大。就是說，D範圍的新利用係數DDUTY是通過從D範圍利用係數減去衰減率係數α得出的。ISCV 11的打開即根據新得出的D範圍利用係數DDUTY而被控制。
發動機轉速的下降量可能與轉速NE因發動機1的負荷增加而預期的下降量相當。換句話說，當發動機轉NE速可能下降的幅度大時，轉速的變化率ΔNE自然變大。如上所述，衰減率係數α是根據發動機轉速NE的下降確定的。因此，即使加到不同發動機1的負荷千變萬化，但空氣的流量卻是根據加到各發動機1上的負荷調節的。換句話說，空氣量是根據發動機轉速NE的下降幅度調節的。此外，即使加到發動機1上的負荷大(例如，自動變速器15中的油溫低而油的粘度高時)，空氣量也根據負荷量調節。
因此，當改變變速杆位置ShP而使發動機1承受負荷時，可以避免發動機轉速因負荷而突然下降。就是說，發動機轉速NE隨變速杆位置ShP變化平穩下降。
現在說明本發明的第二實施例。第二實施例設備的機械結構與第一實施例的相同，因而這裡只說明與第一實施例不同的控制程序。
在圖7的流程圖中，ECU 41履行步驟201至207。步驟201至207所履行的程序與第一實施例步驟101至107中所履行的相同。
接著，在步驟208，ECU 41根據早先控制過程的發動機轉速讀數NE與目前控制過程發動機轉數讀數NE的差值計算發動機轉速的變化率ΔNE。
在步驟209，ECU 41判斷目前程序計算出的發動機轉速變化率ΔNE是否大於或等於0。若變化率△NE小於0，即發動機轉速下降了，ECU就進入步驟210，且和第一實施例中步驟109一樣，根據參看圖5的曲線在目前控制過程中確定的轉速變化率△NE計算衰減率係數α。接著，ECU 41進入步驟211。
另一方面，若步驟209中計算出的變化率△NE大於或等於0，即若發動機轉速NE沒有下降，則無須更新衰減比例因數α。於是ECU41跳過步驟210一直進入步驟211。在步驟211，ECU 41通過從上一控制過程的D範圍利用係數DDUTY減去步驟210中計算出的新衰減率係數α或未更新過的衰減率係數α求出D範圍的新利用係數DDUTY。ISCV 11就根據新得出的D範圍利用係數DDUTY而被控制。
在步驟212，ECU 41判斷目前D範圍的利用係數DDUTY是否已減小而等於上一個N範圍的利用係數NDUTY。若判斷的結果是否定的，ECU 41就返回到步驟208，重新計算變化率△NE並再次重複步驟209至212的程序。若D範圍的利用係數等於步驟212中N範圍的利用係數NDUTY，ECU 41就進入步驟213且履行與第一實施例同樣的程序。
在步驟202，若變速杆位置ShP不在行車範圍，ECU 41就履行與第一實施例相同N範圍的控制。在步驟205，若變速杆位置ShP不處在空檔範圍，ECU 41就履行與第一實施例同樣的控制。
如上所述，第二實施例與第一實施例的不同點在於轉速變化率ΔNE的計算，計算是在每次變速杆位置ShP從N範圍改變到D範圍時進行的。換句話說，若轉速變化率△NE是負的，即若發動機轉速NE已下降，衰減率係數α是根據如圖6中長短劃交替的虛線所示的轉速變化率ΔNE確定和更新的。接著根據更新後的衰減率係數α計算D範圍的利用係數DDUTY。這可以使發動機轉速的控制得以根據發動機轉速NE的變化精確而平穩地進行。
在此實施例中，當發動機轉速變化率ΔNE大於或等於0時，即當發動機轉速NE暫時下降時，ECU 41不是確定就是更新衰減率係數α。這可以防止衰減率係數α因發動機轉速NE提高而取小的設定值。因此，發動機轉速NE迅速下降到預定值。這使發動機轉速NE在有負荷加到發動機上時可以平穩而準確地將其控制到預定值。
現在說明本發明的第三實施例。衰減率係數α在本實施例中是根據吸氣壓力的變化確定的，而在第一和第二實施例中則是根據發動機1的轉速變化確定的。
如圖8中所示，在步驟301至307和303至313，ECU 41履行的程序與第一實施例步驟101至107和110至113履行的程序相同。
現在說明第三實施例的不同點。在步驟308，ECU 41根據目前程序中與早先程序中進氣壓力讀數之間的差值計算進氣壓力變化率ΔPiM。在步驟309，ECU 41根據進氣壓變化率ΔPiM計算衰減率係數α。ECU 41參照圖9所示的曲線確定衰減率係數α。曲線中，進氣壓力變化率ΔPiM的絕對值越大(進氣壓力的下降幅度越大)，衰減率係數α就變得越小。另一方面，進氣壓力變化率ΔPiM的絕對值越小(進氣壓力的下降幅度越小)，衰減率係數α就變得越大。
在步驟310，ECU 41通過從上一程序中計算出來的利用係數DDUTY減去步驟309中計算得出的衰減率係數α來求出新的D範圍利用係數DDUTY。ECU 41接著根據新得出的利用係數DDUTY控制ISCV 11的打開時間。
與發動機轉速變化率ΔNE一樣，進氣壓力變化率ΔPiM與轉速NE因發動機1加上負荷而引起的預期下降相當。換句話說，當發動機轉速NE下降幅度大時，進氣壓力變化率ΔPiM自然也變大。因此，本實施例取得了與實施例1同樣的效果。
此外，進氣壓力變化率ΔPiM還可用作空氣/燃油比控制、點火定時控制和其它控制的參數。在此情況下，進氣壓力變化率ΔPiM可用作本實施例的發動機轉速控制和其它控制的公用參數。因此，發動機轉速控制連同其它控制可達到發動機的微小而平穩的控制的目的。
雖然這裡只說明了本發明的三個實施例，但本技術領域的行家們都知道，在不脫離本發明的精神實質或範圍的前提下是可以按其它多種特殊形式實施本發明的。具體地說，本發明可按下列形式實施(1)在上述諸實施例中，變速杆位置ShP的變化被說成是負荷加到發動機上的原因。但上述基本原理也可應用在象調節器或車頭燈之類的附件接通且給發動機帶來負荷的情況。
(2)本發明的上述實施例是為用在汽油發動機而設計的。但本發明也適用於柴油發動機。
(3)不用上述實施例中使用的ISCV 11，用具有步進電動機的節流閥也可控制通入發動機中的空氣流量。在此情況下，這種節流閥用來控制發動機運行和空轉時的空氣流，如1987年元月27日頒發給Kamei的美國專利4,638,778中所述的那樣。ECU驅動步進電動機來控制節流閥孔口的大小。這樣可以取消其中的旁路管線和ISCV。因而簡化了製造工藝，從而降低了製造成本。
(4)空轉轉速可以通過增減燃油的噴油量加以控制。
因此，上述實例和實施例應視為舉例性質，不是對本發明的限制，本發明並不局限於本說明書所述的細節，在不脫離本發明書所附權利要求書範圍的前提下是可以對上述實施例進行修改的。
權利要求
1.一種結合通過空氣供應管道(2，10)供到發動機(1)的氣流量以控制發動機空轉轉速的控制設備，氣流量通過調節配置在空氣供應管道(2，10)的閥件(8，11)根據發動機的情況加以控制，其中閥件(8，11)由電氣控制裝置(41)用控制信號加以控制以便根據發動機(1)負荷的增加將氣流量增加到預定量，且將增加的氣流量下降到預定值，所述設備的特徵在於，所述電氣控制裝置(42)通過閥件(8，11)根據發動機轉速(NE)的變化(△NE)使增加了的氣流量衰減。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，第一傳感器(27)和第二傳感器(24)兩者起碼的其中之一可隨發動機轉速(NE)成比例地變化，且基本上表示發動機的轉速(NE)，第一傳感器(27)用以檢測發動機的轉數(NE)，第二傳感器(24)用以檢測空氣進氣管道(2)中的壓力(PiM)。
3.如權利要求1或2所述的設備，其特徵在於，所述電氣控制裝置(42)根據某一曲線計算氣流量衰減係數(α)，所述衰減係數(α)與增加的發動機轉速(NE)值成反比地增加。
4.如以上任一項權利要求所述的設備，其特徵在於，所述流經閥件(8，11)的氣流量通過調節閥件(8，11)的打開時間或閥件孔口的大小來控制。
5.如以上任一項權利要求所述的設備，其特徵在於，所述電氣控制裝置(42)根據大於前負荷的現負荷定期測定負荷的增量。
6.如以上任一項權利要求所述的設備，其特徵在於，所述電氣控制(42)根據發動機的情況計算流經閥件(8，11)的目標氣流量，並用控制信號驅動閥件(8，11)從而使流經閥件(8，11)的氣流量根據加到發動機(1)上不變的負荷會合成目標氣流量。
7.如以上任一項權利要求所述的設備，其特徵在於，所述空氣供應管道有一個從空氣進氣管道(2)分支出來的備用管道，且所述閥件包括配置在選氣管道(2)上的怠速控制閥(11)。
8.如權利要求7所述的設備，其特徵在於，驅動怠速控制閥(11)的電磁線圈(11a)，其中所述控制信號包括利用係數，電氣控制裝置(42)即用所述利用係數有選擇地接通和斷開電磁線圈(11a)的電源，從而調節怠速控制閥(11)的打開時間。
9.如權利要求8所述的設備，其特徵在於，變速杆(S)和開關(30)，前者可在發動機(1)加載位置(ShP)與發動機(1)的卸載位置(ShP)之間換檔，後者用以判斷變速杆(S)的位置(ShP)並將其判斷結果給電氣控制裝置(42)指示出來，其中電氣控制裝置(42)根據開關(30)的指示校正利用係數，並用經校正的利用係數控制怠速控制閥(11)從而增加流經怠速控制閥(11)的氣流量，其中所述經校正的利用係數減小到對應於空載發動機空轉情況的預定最小值。
10.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述空氣供應管道有一個空氣進氣管道(2)，且所述閥件包括配置在空氣進氣管道(2)上的節流閥(8)。
11.如權利要求9所述的設備，其特徵在於，控制節流閥(2)用的步進電動機和供啟動步進電動機從而調節節流閥(2)孔口大小的電氣控制裝置(42)。
全文摘要
一種發動機(1)的怠速控制設備。怠速控制閥(11)配置在與進氣管道(2)連通，處在節流閥(8)上遊和下遊的備用管道(10)上，控制供到空轉發動機的氣流量。空檔起動開關(30)根據變速杆(S)從其空檔範圍至行車範圍的轉換操作往ECU42輸出指令信號。ECU42根據指令信號計算利用係數以便將流經怠速控制閥(11)的氣流量提高到預定值。增加的氣流量接著根據發動機轉速的變化率(ΔNE)隨衰減係數(α)的衰減而衰減。
文檔編號F02D31/00GK1140233SQ9610612
公開日1997年1月15日 申請日期1996年6月13日 優先權日1995年6月14日
發明者水谷光一, 田中武彥, 丸山研也, 仙田正典, 竹內克直, 佐藤亨 申請人:豐田自動車株式社會