CN1904336A - 内燃机控制器 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机控制器，包括氧浓度传感器和控制单元，该氧浓度传感器输出一个电气信号，其值取决于流过内燃机排气通道的排放气体中的氧浓度，该控制单元至少根据该电气信号来控制燃料喷射量，该控制单元能够执行大气学习来校正该氧浓度传感器。该控制单元被设计成在该发动机燃料供应切断开始时刻之后，当该电气信号值的变化速率从预定阈限速率之上下降到该阈限速率之下时执行该大气学习。

Description

内燃机控制器
本申请与2005年7月28日申请的日本专利申请号2005-218761相关，其内容特此参考编入。
技术领域
本发明涉及内燃机控制器，具有执行大气学习以便为探测内燃机排放气体中的氧浓度的氧浓度传感器进行校正的功能。
背景技术
最新的计算机化汽车被设计成控制空-燃比，以便根据安装在排气通道内的氧浓度传感器的输出值来提高尾气清洗催化剂的净化因子。
氧浓度传感器的问题是，它的检测精度随制造偏差(个体差别)而变化，并且随时间推移而恶化。因此通常需要执行大气学习，在学习过程中，当从内燃机燃料供应被切断的时刻起算的预定等待时间过去之后，根据安装在排气通道内的氧浓度传感器周围的空间充满大气，所以该氧浓度传感器的输出值就表示大气氧浓度的假设来校正该氧浓度传感器。
应当说明，在燃料刚被切断之后，燃气仍然停留在该氧浓度传感器的上游，所以，该氧浓度传感器周围的氧浓度在该燃气被新鲜空气(大气)取代之前并不接近大气氧浓度。从燃料切断开始时刻至该氧浓度传感器周围的氧浓度基本等于大气氧浓度所需的时间(下文称为延迟时间)取决于安装该内燃机的车辆的运行状态。所以人们知道，要根据紧靠该燃料切断开始时刻之前的发动机转速、车速或换档位置来改变上述等待时间，举例来说，这在日本专利公报No.2003-3903中已经予以公开。
但是，影响上述延迟时间的因素不仅限于紧靠燃料切断开始时刻之前的发动机速度、车速和换档位置。譬如说，在设计成将其排放气体从排气通道回流到它的空气入口通道的内燃机中，延迟时间随排放气体回流量的增加而延长，这使得进气量下降。所以，在根据紧靠燃料切断开始时刻之前的发动机速度、车速和换档位置来改变该等待时间的常规内燃机控制器中，很难将该等待时间调整到最优值。
如果该等待时间被设定成小于该延迟时间，那么在该氧浓度传感器周围的氧浓度变得基本等于大气氧浓度之前就会错误地执行大气学习。另一方面，如果该等待时间被设定成大于该延迟时间，那么大气学习就不能以足够高的频度执行。
发明内容
本发明提供一种内燃机控制器，包括：
氧浓度传感器，它输出电气信号，其值取决于流过内燃机排气通道的排放气体中的氧浓度；以及
控制单元，它至少根据该电气信号来控制燃料喷射量，该控制单元能够执行大气学习来校正该氧浓度传感器；
其中该控制单元被设计成在该内燃机燃料供应切断开始时刻之后，当该电气信号值的变化速率从预定阈限速率之上下降到上述预定阈限速率之下时执行该大气学习。
本发明还提供内燃机控制器，它包括：
氧浓度传感器，它输出电气信号，其值取决于流过内燃机排气通道的排放气体中的氧浓度；以及
控制单元，它至少根据该电气信号来控制燃料喷射量，该控制单元能够执行大气学习来校正该氧浓度传感器；
其中该控制单元被设计成在自从该内燃机燃料供应切断开始时刻以来，当被吸入并被供应到该内燃机的进气总体积超过预定阈限体积时执行该大气学习。
本发明还提供内燃机控制器，它包括：
氧浓度传感器，它输出电气信号，其值取决于流过内燃机排气通道的排放气体中的氧浓度；以及
控制单元，它至少根据该电气信号来控制燃料喷射量，该控制单元能够执行大气学习来校正该氧浓度传感器；
其中该控制单元被设计成在该内燃机燃料供应切断开始时刻之后当该电气信号值的变化速率从预定阈限速率之上下降到该预定阈限速率之下、而且自从该开始时刻以来当被吸入并被供应到该内燃机的进气总体积超过预定阈限体积时执行该大气学习，
根据本发明，能够准确判定该氧浓度传感器周围的氧浓度已经变得等于大气氧浓度，从而防止错误地执行该大气学习，而且能以足够高的频度来执行该大气学习。
根据以下的说明以及附图和权利要求，其他的优点和特性会变得显而易见。
附图说明
在所附的附图中：
图1是一幅示意图，说明根据本发明的第一实施例的内燃机控制器的结构；
图2是一幅时间曲线，用来说明在该第一实施例中当内燃机的燃料供应被切断之后执行大气学习应当依据的定时关系；
图3是一幅流程图，表示根据本发明的第一实施例的内燃机控制器内包含的发动机控制单元所执行的大气学习程序，
图4是一幅流程图，表示根据本发明的第二实施例的内燃机控制器内包含的发动机控制单元所执行的大气学习程序；以及
图5是一幅曲线图，表示供应到内燃机的进气平均流率和大气到达安装在该发动机排气管内的氧浓度传感器所需时间之间的关系。
具体实施方式
第一实施例
图1是一幅示意图，它说明根据本发明的第一实施例的内燃机控制器的结构。由氧浓度传感器17和发动机控制单元(下文记为ECU)28构成的内燃机控制器被用来控制柴油机11。在图1中，参考编号12表示空气入口管，13表示安装在空气入口管12内的节流阀，14表示用于探测进气流量的进气传感器，16表示排气管。发动机11的每个气缸具有燃料喷射阀15。
安装在排气管16内的氧浓度传感器17输出一个电压，其值取决于发动机11的排放气体中的氧浓度。
排放气体温度传感器18被安装在排气管16内的氧浓度传感器17附近。收集排放气体所含微粒的柴油机微粒过滤器19被安装在排放气体温度传感器18的下游。柴油机微粒过滤器19中具有用于清除排放气体中所含NOx和HC的催化剂。
涡轮增压器的涡轮20被安装在排气管16内的氧浓度传感器17的上游。与涡轮20相连的压缩机21被安装在空气入口管12内的节流阀13的上游。EGR(尾气再循环)管22被连接到排气管16内的涡轮20的上游以及空气入口管12内的节流阀13的下游。EGR阀23被安装在EGR管22的中途以便控制排放气体的循环量。
发动机11在它的气缸组件上有检测发动机冷却水温度的冷却水温度传感器24以及检测发动机11的转速的曲柄角度传感器25。油门传感器27被安装到油门踏板26来检测油门踏板26的下踩量。
上述诸传感器的输出信号被输入到ECU 28。ECU 28主要由一个微型计算机构成，它执行存储在其中ROM内的各种程序。
更具体地讲，ECU 28执行燃料喷射控制程序以便根据发动机11的运行状态(发动机转速、油门踏板26的下踩量、排放气体中氧浓度等等)控制从燃料喷射阀15喷射的燃料量。ECU 28还执行大气学习控制程序以便校正氧浓度传感器17。
下面参考图2的时间曲线和图3的流程图来说明大气学习控制程序。
如图2的时间曲线所示，氧浓度传感器17的输出值Vsen在从燃料切断开始时刻(图2中的t1)至氧浓度传感器17周围的排放气体开始被新鲜空气取代的时刻(图2中的t2)这段时间内基本是常数。当氧浓度传感器17周围的排放气体开始被新鲜空气取代，从而氧浓度传感器17周围的氧浓度开始变化时，氧浓度传感器17的输出值Vsen就开始变化。此后，当氧浓度传感器17周围的排放气体完全被新鲜空气取代，从而氧浓度传感器17周围的氧浓度变得基本不变时，氧浓度传感器17的输出值Vsen就基本变为常数。
正如下面叙述的那样，执行大气学习所应当依据的定时关系可以考虑如下事实来确定：当氧浓度传感器17周围的排放气体完全被新鲜空气取代时，氧浓度传感器17的输出值Vsen就基本变为常数。
如图3所示，大气学习控制程序开始运行时使ECU 28在步骤S101中检查发动机是否处于燃料切断状态。更具体地讲，如果ECU 28通过执行燃料喷射控制程序计算出的指令燃料喷射量是0，就判定发动机11处于燃料切断状态。如果步骤S101的检查结果是肯定的，那么程序就进入步骤S102，在这一步，为自从燃料切断开始时刻以来流逝的时间Tpass进行计时。
在随后的步骤S102中，检查流逝时间Tpass是否超过预定等待时间Twait(譬如说2秒)。这个等待时间Twait对应于从燃料切断开始时刻(图2中的t1)起算至氧浓度传感器17的输出值变化速率ΔVsen(下文加以说明)超过预定阈限速率ΔV1(下文加以说明)所需的时间。等待时间Twait被设定成比从燃料切断开始时刻(图2中的t1)至氧浓度传感器17周围的排放气体开始被新鲜空气取代的时刻(图2中的t2)之间的时间段T1(见图2)长，以便防止程序在燃料切断开始时刻后氧浓度传感器17的输出值基本为常数时立即进入步骤S105。等待时间Twait通过试验确定，并被存储在ECU 28的ROM内。
如果在步骤S103中的检查结果是肯定的，程序就进入步骤S104，在这一步计算输出值变化速率ΔVsen，它代表氧浓度传感器17的输出值Vsen在一定时间间隔(譬如100ms)内的变化量。
在随后的步骤S105中，核查在步骤S104中所计算出的输出值变化速率ΔVsen是否等于或小于该预定阈限速率ΔV1。阈限速率ΔV1被设定成小于输出值变化速率ΔVsen在从氧浓度传感器17周围的排放气体开始被新鲜空气取代的时刻(图2中的t2)至排放气体完全被新鲜空气取代的时刻这段时间内所取的值。另一方面，阈限速率ΔV1被设定成大于输出值变化速率ΔVsen在氧浓度传感器17周围的排放气体完全被新鲜空气取代后所取的值。
尽管输出值变化速率ΔVsen可能在燃料切断开始时刻之后立即变得等于或小于阈限速率ΔV1，但由于在步骤S103中的防备，所以仍然能够防止程序在燃料切断开始时刻之后立即进入步骤S105。
所以，如果在步骤S105中的检查结果是肯定的，就可以认为氧浓度传感器17周围的排放气体已经完全被新鲜空气取代，而且氧浓度传感器17周围的氧浓度也就等于大气氧浓度。阈限速率ΔV1通过试验确定，并被存储在ECU 28的ROM内。
如果在步骤S105中的检查结果是肯定的，程序就进入步骤S106，在这一步执行大气学习来完成大气学习控制过程。更具体地讲，在步骤S106中，根据氧浓度传感器17的当前输出值Vsen和某个值Vstd的比来计算用以修正氧浓度传感器17的输出值的修正系数(学习值)C，其中Vstd是不存在老化恶化的标准氧浓度传感器被置于大气中时的输出值。算出的修正系数C(＝Vsen/Vstd)被存储在非易失性可重写存储器中，譬如ECU 28中的备份RAM。标准氧浓度传感器的值Vstd可以被存储在ECU 28的ROM内。
ECU 28采用修正系数C将氧浓度传感器17的输出值Vsen修正为真输出值Vr(＝Vsen/C)，在真输出值中已经去除了氧浓度传感器17的老化恶化和制造偏差的影响。真输出值Vr被用于燃料喷射控制。
如上所述，在该实施例中，假设了氧浓度传感器17周围的氧浓度是否已经变得等于大气氧浓度，考虑了当氧浓度传感器17周围的排放气体完全被新鲜空气取代时氧浓度传感器17的输出值基本变为常数的事实。所以，采用该实施例，就能够准确判定氧浓度传感器17周围的氧浓度已经变得等于大气氧浓度，从而防止错误地执行该大气学习。
另外，根据氧浓度传感器17的输出值来迅速判定氧浓度传感器17周围的氧浓度已经变得等于大气氧浓度，就能够以足够高的频度来执行该大气学习。
第二实施例
下面说明根据本发明的第二实施例的内燃机控制器。第二实施例具有与第一实施例完全相同的结构，但是，第二实施例执行不同的大气学习控制程序。
图4是一幅流程图，它表示根据本发明的第二实施例的内燃机控制器的ECU 28所执行的大气学习控制程序。
如图4所示，大气学习控制程序开始运行时在步骤S201中让ECU 28检查发动机是否处于燃料切断状态。更具体地讲，如果ECU 28通过执行燃料喷射控制程序所算出的指令燃料喷射量为0，就判定该发动机处于燃料切断状态。如果在步骤S201中的检查结果是肯定的，就在步骤S202中为自从燃料切断开始时刻以来流逝的时间Tpass进行计时。
在随后的步骤S203中，将在自从燃料切断开始时刻以来的时段上已经累计的空气入口流量除以流逝时间Tpass来计算进气的平均流率Qave。
然后，程序进入步骤S204，在这一步，根据在步骤S203中所计算出的平均流率Qave来计算从燃料切断开始时刻至发动机气缸内氧浓度变得基本等于大气氧浓度的气体到达氧浓度传感器17所需的时间(下文称为到达时间Tarr)。
图5表示平均流率Qave和到达时间Tarr之间的关系，它通过试验确定。定义图5所示关系的图被存储在ECU 28的ROM内。
在步骤S204后，程序进入步骤S205，在这一步，假设发动机气缸内氧浓度已经变得基本等于大气氧浓度的气体已经到达氧浓度传感器17，如果检测到流逝时间Tpass等于或大于到达时间Tarr，就表示自从燃料切断开始时刻以来已经被吸入的进气的总体积或累计流量达到了一定值。
如果在步骤S205中的检查结果是肯定的，程序就进入步骤S206，在这一步，执行该大气学习来完成大气学习过程。在步骤S206中，也像第一实施例中那样计算修正系数C，并将其存储到ECU 28的存储器内。
如上所述，在该实施例中，也根据自从燃料切断开始时刻以来已经被吸入的进气总体积或累计流量来假设氧浓度传感器17周围的氧浓度已经变得等于大气氧浓度。
由于发动机气缸内氧浓度已经变得基本等于大气氧浓度的气体到达氧浓度传感器17所需的时间与自从燃料切断开始时刻以来已经被吸入的进气总体积密切相关，所以该实施例的内燃机控制器能够以精确的定时来探测氧浓度传感器17周围的氧浓度已经变得等于大气氧浓度而不受排放气体流波动的影响。故而能够防止错误地执行该大气学习，并能够以足够高的频度准确执行该大气学习。
第二实施例也可以这样来设计，即假设发动机气缸内氧浓度已经变得基本等于大气氧浓度的气体在自从燃料切断开始时刻以来已经被吸入的进气总体积超过一定阈限、而不是在流逝时间Tpass超过预定到达时间Tarr时到达氧浓度传感器17。
由于进气因排气***的热量而在排气管16中膨胀，所以进气的总体积或平均流率Qave可以根据排放气体温度传感器18探测到的排放气体温度加以修正，以便提高氧浓度传感器17周围的氧浓度已经变得等于大气氧浓度这一假设的可靠性。
在排气管16内安装探测排放气体压力的传感器的情况下，进气的总体积或平均流率Qave可以根据所探测到的排放气体压力来加以修正，以便提高该假设的可靠性。当然，进气的总体积或平均流率Qave也可以同时根据排放气体的探测温度和探测压力加以修正。
其他实施例
可以假设，在探测到氧浓度传感器17输出值的变化速率ΔVsen等于或小于预定阈限速率ΔV1(图3中步骤S105的“是”)、而且探测到流逝时间Tpass等于或大于到达时间Tarr(图4中步骤S205的“是”)时，氧浓度传感器17周围的氧浓度已经变得等于大气氧浓度。
上述诸优选实施例是由下面所附权利要求书独立加以说明的本申请的发明范例。应当理解，对熟练的技术人员而言，可以对这些优选
实施例作出修改。

Claims (11)

1、一种内燃机控制器，包括：
氧浓度传感器，输出一个电气信号，其值取决于流过内燃机排气通道的排放气体中的氧浓度；以及
控制单元，至少根据上述电气信号来控制燃料喷射量，该控制单元能够执行大气学习来校正上述氧浓度传感器；
其中，上述控制单元被设计成在上述内燃机的燃料供应切断开始时刻之后，当上述电气信号值的变化速率从预定阈限速率之上下降到上述预定阈限速率之下时执行上述大气学习。
2、如权利要求1的内燃机控制器，其中上述控制单元包含：
测量自从上述开始时刻以来的流逝时间的功能；
探测上述所测流逝时间是否超过等待时间的功能，该等待时间是从上述开始时刻至上述变化速率超过上述预定阈限速率所需的时间；以及
探测上述变化速率在上述所测流逝时间超过上述等待时间后，是否下降到上述预定阈限速率之下的功能。
3、一种内燃机控制器，包括：
氧浓度传感器，输出一个电气信号，其值取决于流过内燃机排气通道的排放气体中的氧浓度；以及
控制单元，至少根据上述电气信号来控制燃料喷射量，该控制单元能够执行大气学习来校正上述氧浓度传感器；
其中，上述控制单元被设计成在自从上述内燃机的燃料供应切断开始时刻以来，当被吸入并被供应到上述内燃机的进气的总体积超过预定阈限体积时执行上述大气学习。
4、如权利要求3的内燃机控制器，其中上述控制单元包含：
计算自从上述开始时刻以来上述进气的累计流量的功能；以及
确定上述所计算的累计流量是否超过上述预定阈限体积的功能。
5、如权利要求3的内燃机控制器，其中上述控制单元包含：
测量自从上述开始时刻以来的流逝时间的功能；
计算从上述开始时刻之后上述进气的平均流率的功能；
根据上述所计算的平均流率来计算从上述开始时刻至上述内燃机气缸内的气体到达上述氧浓度传感器所需的到达时间的功能；以及
在探测到上述所测的流逝时间超过上述所计算的到达时间时，假设上述进气的总体积超过上述预定阈限体积的功能。
6、如权利要求3的内燃机控制器，其中上述控制单元被设计得能根据流过上述排气通道的排放气体的温度和压力中的至少一项来校正上述所计算的累计流量。
7、一种内燃机控制器，包括：
氧浓度传感器，输出一个电气信号，其值取决于流过内燃机排气通道的排放气体中的氧浓度；以及
控制单元，至少根据上述电气信号来控制燃料喷射量，该控制单元能够执行大气学习来校正上述氧浓度传感器；
其中，上述控制单元被设计成在上述内燃机的燃料供应切断开始时刻之后当上述电气信号值的变化速率从预定阈限速率之上下降到上述预定阈限速率之下、而且在自从上述开始时刻以来当被吸入并被供应到上述内燃机的进气的总体积超过预定阈限体积时执行上述大气学习。
8、如权利要求7的内燃机控制器，其中上述控制单元包含：
测量自从上述开始时刻以来的流逝时间的功能；
探测上述所测流逝时间是否超过等待时间的功能，该等待时间是从上述开始时刻至上述变化速率超过上述预定阈限速率所需的时间；以及
探测在上述所测流逝时间超过上述等待时间后，上述变化速率是否下降到上述预定阈限速率之下的功能。
9、如权利要求7的内燃机控制器，其中上述控制单元包含：
计算自从上述开始时刻以来上述进气的累计流量的功能；以及
判断上述所计算的累计流量是否超过上述预定阈限体积的功能。
10、如权利要求7的内燃机控制器，其中上述控制单元包含：
测量自从上述开始时刻以来的流逝时间的功能；
计算从上述开始时刻之后上述进气的平均流率的功能；
根据上述所计算的平均流率来计算从上述开始时刻至上述内燃机气缸内的气体到达上述氧浓度传感器所需的到达时间的功能；以及
在探测到上述所测的流逝时间超过上述所计算的到达时间时，假设上述进气的总体积超过上述预定阈限体积的功能。
11、如权利要求7的内燃机控制器，其中上述控制单元被设计得能根据流过上述排气通道的排放气体温度和压力之中的至少一项来校正上述所计算的累计流量。
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