專利名稱:控制空氣-燃料比的方法
本發(fā)明涉及一種為汽車發(fā)動機供應燃料的電子控制方法，更具體地說，涉及一種控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)配備有能控制在最佳參數(shù)下工作的學習功能。
就內(nèi)燃機而言，例如一個汽油發(fā)動機(以下稱為發(fā)動機)，必需維持進油量和進氣量成一定的比例，從而使空燃比(A/F)保持在一個合適的范圍。
按常規(guī)，一個預定的空燃比是通過測量進氣量和控制供油量而獲得的。用這種方法，不可能兼顧廢氣排放控制。
目前已傾向采用一個帶有二氧化鋯的氧氣探測器，用來檢測廢氣狀況，同時通過稱作氧氣反饋控制系統(tǒng)的反饋來控制供油量。
就氧氣反饋控制方法而言，根據(jù)由上面提到的進氣量(或說流量)所確定的供油量-基本燃料供應量，為反饋所補償。該反饋使空燃比輸出值收斂于預定值。因而，即使在單靠控制基本燃料供應量，而不能正確地保持空燃比的情況下，也能使汽車總是以一個預定的空燃比行駛。
圖1表示配備這樣一種氧氣反饋控制設備的發(fā)動機控制系統(tǒng)的一個例子。
圖1中，標號1表示一個包括一臺微型計算機系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)，標號2為一臺發(fā)動機，標號3為一個安裝在發(fā)動機排氣管上的氧氣探測器，以便由廢氣的氧氣濃度確定空燃比輸出，標號4是安裝在發(fā)動機進氣管上為噴射燃油用的噴油嘴。
電子控制設備1，根據(jù)發(fā)動機進氣流量Qa、發(fā)動機轉(zhuǎn)速N、冷卻水溫度和由敏感元件(圖中未標)傳送的電池電壓去確定發(fā)動機的運行狀態(tài)，并在利用來自氧氣探測器3的信號進一步校正運行條件后，驅(qū)動噴油嘴4噴射燃料。
噴油嘴4以同發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)同步的周期斷續(xù)地噴射燃料。因此，通過控制噴油嘴4每次的噴射時間來控制燃料供應量。噴射時間Ti由下式給定Ti＝K·Tp·α·εKi ……(1)Tp＝ (Qa)/(N) ……(2)其中K由噴油嘴確定的系數(shù)Tp基本燃料噴射時間α空燃比控制字數(shù)Ki各種補償字數(shù)Qa進氣流量N發(fā)動機速度(轉(zhuǎn)速)正如方程(2)所示，基本燃料噴射時間Tp是由發(fā)動機的運行條件確定的，由此構(gòu)成一個基本供應量。用氧氣反饋方法改變控制字數(shù)α，以使氧氣探測器3的輸出在富油和貧油兩狀態(tài)之間變化，從而維持其空燃比的平均輸出值等于一預定值，這個預定值即為理想的空燃比(A/F＝14.7)。
若基本燃料噴射時間Tp保持在理想狀態(tài)，控制字數(shù)α在1.0量級上下波動，則其平均值是1.0。另一方面，若取決于噴射時間Tp的空燃比偏向貧油那邊，這時控制字數(shù)α企圖校正該狀態(tài)而在1.1左右波動;若空燃比變成富油10%時，字數(shù)α則在0.9量級左右擺動。無論哪種情況，該系統(tǒng)均能使空燃比為理想值。甚至當由基本燃料噴射時間Tp所確定的空燃比偏離理想狀態(tài)時，空燃比輸出還總是保持在理想值從而避免排放氣體的惡化。
用這種氧氣反饋控制法，其響應速度有它自己的應用極限。在由基本供應量決定的空燃比遇到一個突然變化的事件中，控制操作跟不上空燃比的突變，結(jié)果在該瞬變期間，該平均值還未被收斂于預定值，空燃比輸出的平均值就已偏離理想配比值，因而也就惡化了排放的廢氣。由基本燃料供應量決定的空燃比的這種突變是經(jīng)常會發(fā)生的，例如在發(fā)動機突然加速轉(zhuǎn)到剎車狀態(tài)，就是這種突變。
為避免氧氣反饋控制系統(tǒng)中存在的這個問題，已經(jīng)提出和應用了一種控制方法，這種方法是根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速或進氣流量，把發(fā)動機的運行狀態(tài)分為多個區(qū)域，并對每個運行區(qū)，為基本燃料供應量預定一個補償系數(shù)所校正，從而基本上保持氧氣反饋控制量不變，甚至當發(fā)動機運行狀態(tài)遇到變化時，也能維持所要求的理想空燃比。
用此法時，噴油嘴4的噴射時間Ti由下列方程確定Ti＝K·Tp·α·Kr·εKi ……(3)其中Kr為區(qū)域補償系數(shù)。
該方法把發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化范圍和進氣量變化范圍進行分區(qū)。比如說，分別劃分成10個部分，則由此不同組合所確定的運行區(qū)總共有100個。區(qū)域補償系數(shù)Kr是這樣確定的以使在控制系數(shù)α為1.0，即當各運行區(qū)缺乏氧氣反饋控制時，得到一個理想的空燃比(＝14.7)。由此法確定的補償系數(shù)儲存在諸如只讀存貯器(ROM)中，并在發(fā)動機運行期間，一次次地被讀以計算噴射時間Ti。這種方法基本上能保持控制系數(shù)α的平均值為1，從而達到理想的空燃比，并避免了排放廢氣的瞬時惡化。而這種排放廢氣的瞬時惡化，在用其他方法時會由于氧氣反饋控制響應的延遲而產(chǎn)生在發(fā)動機運行條件可能改變的任何運行區(qū)。
各臺發(fā)動機的控制特性，隨發(fā)動機或用于控制的各種探測器或執(zhí)行機構(gòu)的特性變化而有顯著的不同。
因此，如果將一個為標準發(fā)動機所確定的，區(qū)域補償系統(tǒng)中必要的補償系數(shù)Kr，應用到所有別的發(fā)動機上，則實際上是無用的。因此必需為每臺發(fā)動機獨自地確定區(qū)域補償系數(shù)Kr，并且，每一臺發(fā)動機需要一個專用的ROM以貯存數(shù)據(jù)。然而，要做到這點是不可能的，因為這樣做必然導致生產(chǎn)率的降低和成本的提高。
另一方面，發(fā)動機、探測器和執(zhí)行機構(gòu)的特性隨著時間而緩慢變化，因此在生產(chǎn)過程中設定的區(qū)域補償系數(shù)，在過了一段時間后往往毫無意義了。
從這點出發(fā)，最近，一種學習控制系統(tǒng)已受到人們的密切注意。在這個系統(tǒng)中，用來存貯區(qū)域補償系數(shù)Kr的存貯器是一種非易失性?？杀粚懭牖蚋膶懙拇尜A器。在發(fā)動機運行期間，它通過“學習”，連續(xù)地寫入每個運行區(qū)的Kr，以便根據(jù)最新運行結(jié)果，為空氣-燃料控制不斷提供精確的區(qū)域補償系數(shù)Kr。這種學習控制系統(tǒng)的基本概念在日本已公布(Laid-Open)專利NoS.20231/79和57029/79中作了公開。
學習控制系統(tǒng)不必確定最初的區(qū)域補償系數(shù)，并且發(fā)動機特性等等的任何變化，均能由它本身不時地校正其區(qū)域補償系數(shù)，而使其在包括瞬變在內(nèi)的任何運行狀態(tài)下，始終能獲得正確的控制避免排放廢氣的惡化。
然而，實際上這種控制系統(tǒng)，由于發(fā)動機的運行集中在大多數(shù)區(qū)域補償系數(shù)留待校正的那些區(qū)域，因而不能產(chǎn)生明顯效果。
因此，本發(fā)明的目的是為提供這樣一種空氣-燃料控制系統(tǒng)其中，補償系數(shù)能用比較簡單的方法加以校正，并能在寬廣的區(qū)域內(nèi)，充分地顯示出學習控制的效果。
為達到這一目的，這里提供了一種根據(jù)本發(fā)明的空氣-燃料控制法。該方法包括一個為存貯用于控制空燃比的區(qū)域補償系數(shù)的存貯器區(qū);一個為存貯通過學習獲得的新區(qū)域補償系數(shù)的存貯器區(qū);和一個根據(jù)即時學習結(jié)果，在最新學習結(jié)果存貯以前，存貯區(qū)域補償系數(shù)的存貯器區(qū)，從而使根據(jù)學習結(jié)果，設定和更新區(qū)域補償系數(shù)的過程合理化。
本發(fā)明的另一個方面，是判定區(qū)域補償系數(shù)的校正是否恰當，而任何未經(jīng)這樣校正過的補償系數(shù)是根據(jù)一個校正過的補償系數(shù)進行校正的，結(jié)果，對任何區(qū)域補償系數(shù)，甚至對一個發(fā)動機不常遇到的區(qū)域的區(qū)域補償系數(shù)也得到了校正。因此，由于充分發(fā)揮了學習效果，改善了控制精度。
本發(fā)明連同附圖，詳述如下，附圖中圖1是空燃比反饋控制型發(fā)動機控制系統(tǒng)的一個實例的示意圖。
圖2是為說明本發(fā)明一個實施例的操作圖。
圖3表示用于本發(fā)明的態(tài)學習映象的一個實施例。
圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的一種映象合成的概念圖。
圖5是為說明根據(jù)本發(fā)明進行映象繪制操作的圖。
圖6和圖7是表明繪圖過程的流程圖。
圖8是為解釋本發(fā)明另一實施例的操作圖。
圖9是為解釋同一實施例的操作流程圖。
圖10是仍為解釋本發(fā)明另一實施例的操作圖。
圖11和12是說明該同一實施例的映象設計圖。
圖13是解釋同一實施例的操作流程圖。
圖14是為解釋根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的瞬態(tài)學習控制圖。
圖15是表示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，利用移位系數(shù)的控制操作流程圖。
圖16是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例采用移位系數(shù)的學習操作流程圖。
圖17是表示發(fā)動機的一種電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖18是表示一個控制電路實例的方框圖。
參照附圖所示的實施例，根據(jù)本發(fā)明的一種空燃比控制方法詳述如下本發(fā)明的一個實施例的硬件結(jié)構(gòu)和燃油噴射控制的一般操作，基本上與參照圖1所示的先有技術系統(tǒng)的相應部分相同。然而該實施例在特有的控制系統(tǒng)部分以及包括在如圖1所示的電子控制系統(tǒng)1中的一個微(型計算)機系統(tǒng)的控制操作部分與先有技術不同。
下面將以這些不同點為重點，解釋本發(fā)明的該實施例。
在下述說明中，區(qū)域補償系數(shù)kr將表示成K(此后稱作學習系數(shù))，這是為了強調(diào)該系數(shù)Kr是由學習補償后得到的結(jié)果。
這樣，在這實施例里，噴油嘴4的噴射時間Ti，不是由方程(3)而是由下列方程(4)所表達Ti＝K·Tp·α·K·Ki……(4)令氧氣探測器3的輸出信號為λ，信號λ是根據(jù)廢氣中是否存在氧氣而產(chǎn)生的數(shù)字量(僅取高電平或低電平)。為使空燃比的控制有可能建立在該數(shù)字信號的基礎上氧氣探測器3的輸出信號λ要受到檢驗，同時，每當輸出信號λ由高空燃比值在富油邊，到低電平空燃比在貧油邊或從低電平到高電平，控制系數(shù)α便一步步地升高或降低，空燃比隨之逐步增加或減小。
根據(jù)信號λ對應的富油或貧油狀態(tài)，控制系數(shù)α的變化方式如圖2所示。
在氧氣探測器3的輸出信號λ轉(zhuǎn)換時，控制系數(shù)α的極值被校驗，這樣空氣-燃料混合氣的狀態(tài)由貧到富轉(zhuǎn)換時獲得的極值為α最大;混合氣狀態(tài)由富到貧轉(zhuǎn)換時獲得的極值為α最小。由這些值，通過下列方程得到系數(shù)α的平均值α平均＝ (α最大+α最小)/2 ……(5)通過日本專利，例如No.26229/82已公開專利，平均值α平均的概念已為眾所周知。
如圖2所示，在本發(fā)明的一個實施例中，設定這個平均值α平均的上限T.V.L和下限T.L.L，并當平均值α平均偏離T.V.L和T.L.L之間的范圍時，取出平均值α平均和α＝1.0之間的差值，用作學習系數(shù)K。取出這個學習系數(shù)K的過程是在所有發(fā)動機運行區(qū)受到氧氣反饋控制下實現(xiàn)的。
圖3表示一個為寫入學習系數(shù)K的存貯器映象的例子。映象中的發(fā)動機運行區(qū)，是由發(fā)動機速度N和基本燃料噴射時間Tp確定的。而且如上法確定的各學習系數(shù)K，就貯存在各相應的運行區(qū)里。
學習系數(shù)K只有在如下情況時被采集當發(fā)動機運行狀態(tài)維持在同一運行區(qū)，控制系數(shù)α的極值至少已連續(xù)出現(xiàn)n個(n一個預定值，例如5)。
圖3的映象，用來貯存為根據(jù)方程(4)，控制燃料穩(wěn)定噴射時間Ti所用的學習系數(shù)K，被定義為穩(wěn)態(tài)學習映象。
正如圖3所示，根據(jù)本實施例，與方程(2)所示的發(fā)動機負載相應的基本燃料噴射時間Tp，從0到Tp7，被分成8段，同樣發(fā)動機速度也被分為0到N7，以致總共得到64(＝8×8)個分割點，即作為發(fā)動機的運行區(qū)。在這個實施例中，學習系數(shù)K不是直接在穩(wěn)態(tài)學習映象中寫入或校正，而是利用另兩個映象如圖4所示的一個緩沖映象和一個比較映象，它們均具有和穩(wěn)態(tài)學習映象相同的區(qū)域結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)參照圖5，說明采用如上多個映象的穩(wěn)態(tài)學習映象的準備程序。
首先，如圖5(A)所示，穩(wěn)態(tài)學習映象和比較映象均被另。當發(fā)動機運行于這種狀態(tài)，以及每當每個運行區(qū)的學習系數(shù)K的值確定時，這個值在緩沖映象的相應區(qū)里連續(xù)地寫入。在此過程中，為確定學習系數(shù)K的程序，將在后面描述。在這種情況中，方程(4)中的系數(shù)K置1.0。
當發(fā)動機繼續(xù)運行時，運行區(qū)的數(shù)目增加，在這些運行區(qū)里，學習系數(shù)K被寫入緩沖映象區(qū)。雖然64個運行區(qū)的全部學習系數(shù)K提供在圖上，但由于發(fā)動機在實際運行期間的運行區(qū)包含足夠的裕度，因此通過標準發(fā)動機運行是不易確定K的。
在圖5(A)的情況下，當其學習系數(shù)K被寫入緩沖映象區(qū)的運行區(qū)數(shù)目C達到預定值時，則寫入緩沖映象的數(shù)目C的相同數(shù)據(jù)也被寫入比較映象(Compasison map)，如圖5(B)所示。值被定為小于這些映象所提供的運行區(qū)數(shù)目(64)，并在此情況中，被設定在20至30的范圍。
下一步，如圖5(C)所示，參照寫于緩沖映象中數(shù)目C中的數(shù)據(jù)，預定的學習系數(shù)K寫入所有運行區(qū)，以便完成整個緩沖映象。該狀態(tài)在圖中由D表示。這個數(shù)據(jù)D被傳至穩(wěn)態(tài)學習映象，接著，將迄今一直貯存在比較映象的數(shù)據(jù)C傳送至緩沖映象，如圖5(D)所示。
結(jié)果，全部穩(wěn)態(tài)學習映象區(qū)儲存了學習系數(shù)K，以便利用處于圖5(D)狀態(tài)時得到的穩(wěn)態(tài)學習映象的學習系數(shù)K按照方程(4)，使燃料噴射時間Ti開始受到控制。這里方程(4)的計算是以常數(shù)1作為學習系數(shù)進行的。
在發(fā)動機控制已以這種方式進入具有穩(wěn)態(tài)學習映象以后，在穩(wěn)態(tài)學習映象和緩沖映象中的學習系數(shù)K，為一個如圖5(E)所示的新的系數(shù)所校正，每學習一次，相應于(如圖2所示)運行區(qū)中就得到一個新的學習系數(shù)K，從而分別使數(shù)據(jù)D和C變?yōu)镈′和C′。每次校正是通過新系數(shù)完成的(就緩沖映象而言，不僅起校正作用，而且還新寫入那些迄今還未寫入過任何學習系數(shù)的運行區(qū))，該控制系數(shù)α暫時取作1.0，同時將被寫入緩沖映象的數(shù)據(jù)C′同儲存在比較映象里的數(shù)據(jù)C作比較，以檢驗各區(qū)的系數(shù)數(shù)目之差，是否達到一個預定值m，若已達到m，則圖5(F)的緩沖映象的數(shù)據(jù)F被轉(zhuǎn)移至比較映象，如圖5(B)所示。然后如圖5(C)所示，根據(jù)在各區(qū)內(nèi)已校正的數(shù)據(jù)，校正所有區(qū)域的系數(shù)和寫入穩(wěn)態(tài)學習映象。重復5(B)至5(D)的程序。換言之，圖5(F)表示出從(B)到(D)的順序進行過程。上面提到的m是一個預定值，例如小于的10。
根據(jù)這個實施例，當借助學習系數(shù)K，維持控制系數(shù)α的平均值總是接近1.0時，空燃比可受到完全控制，結(jié)果形成一個高的響應性從而完全避免了瞬態(tài)期間的廢氣惡化。此外，借助于學習，通過在緩沖映象和比較映象之間進行的比較，由此決定改寫穩(wěn)態(tài)學習映象的時間點是非常合理的-使學習過程有可能精確地滿足各部件特性緩慢變化的要求，從而保持廢氣特性在一個很長的周期內(nèi)不變。
根據(jù)本實施例，在如圖3所示的各穩(wěn)態(tài)學習映象區(qū)內(nèi)，其基本燃料噴射時間Tp是Tp7或更多，發(fā)動機速度N是N7或更多，各區(qū)中被用作控制的學習系數(shù)K處于映象的最右列，最底行，因此在所有時間，甚至當發(fā)動機運行狀態(tài)進入功率控制區(qū)，均能自動有效地進行最佳功率校正。
現(xiàn)參照圖6和圖7的流程圖，解釋學習系數(shù)K的學習程序和如圖5所示的過程的執(zhí)行程序的一個實施例。
根據(jù)這兩個流程圖，在發(fā)動機啟動后，程序是以有規(guī)則的時間間隔重復的-例如40ms。首先，圖6中步驟300，決定氧氣反饋控制是否已開始，如果結(jié)果是“是”，則程序進至302步;如果回答是“否”，則步驟越至332步。在302步，決定氧氣探測器的信號是否已達λ＝1的值(空燃比A/F為14.7)。若回答是“否”，則轉(zhuǎn)入至332步-(這是確定控制系數(shù)α增減的程序)，執(zhí)行眾所周知的積分程序。若結(jié)果是“是”，則程序轉(zhuǎn)入304步，計算如方程(3)所示的平均值α平均。第306步?jīng)Q定該平均值α平均是否已包含在(圖2所示的)上、下限之間，如包括在內(nèi)，則表明正常的反饋控制有效，以使計數(shù)器在第326步另，并進至第332步。
反之，若平均值α平均不包含在上、下限之間，則在308步確定平均值α平均和1之間的偏差，作為學習補償量K。然后，第310步計算由基本燃料噴射時間Tp和發(fā)動機速度N(圖3所示)所確定的現(xiàn)運行區(qū)。緊接著進行312步，同該程序的前一個操作區(qū)比較，決定該操作區(qū)是否有變化，若查明其已變化，即當回答是“是”時，則要寫入學習補償量K的操作區(qū)還未確定，因此程序越至326步。另一方面，若該操作區(qū)仍維持不變，則該計數(shù)器在314步開始計數(shù)，接著進行第316步?jīng)Q定該計數(shù)器是否已達n。若計數(shù)值不是n，即這步的回答是“否”，則程序進至332步。反之，若查明該計數(shù)值已達n，即此時回答是“是”，則在第318步對計數(shù)器另，同時程序進至320步。
第320步?jīng)Q定第一個穩(wěn)態(tài)學習映象是否已通過圖5中的(B)至(D)的操作而準備好了。若未準備好，則程序越到322等步，以完成參照圖5所說明的(A)的操作。第322步，決定系數(shù)K是否已寫入有關的操作區(qū)。若它已經(jīng)寫了，即當回答“是”，則程序轉(zhuǎn)至322步，不再進行。反之，若回答是“不”，則通過第324步，將308步所計算的學習補償值K寫入有關操作區(qū)。若查明已準備好第一穩(wěn)態(tài)學習映象，即第302步的回答是“是”，則程序進入328等步，以完成在參照圖5時所說明的(E)和(F)的操作。第328步把學習補償值K加到穩(wěn)態(tài)學習映象和緩沖映象的分隔點，接著通過第330步，這里取空燃比補償系數(shù)為1.0。
重復第300至332步，執(zhí)行在參照圖5時所說明的(A)，(E)，和(F)的操作。
現(xiàn)參照圖7的流程，描述在參照圖5時已解釋的(B)，(C)和(D)的操作。
第350步，決定第一穩(wěn)態(tài)學習映象是否已準備好，如還未準備好，即回答是“否”，則程序進入第354步檢驗緩沖映象寫入?yún)^(qū)的數(shù)值。若該數(shù)已達到，則程序進入356步;反之程序越至第370步。若查出第一穩(wěn)態(tài)學習映象已準備好，即第350步的回答是“是”，則進行第352步，以檢驗在緩沖映象和比較映象上的數(shù)據(jù)之差。若該差值是m，則程序進入第356步，以準備一幅穩(wěn)態(tài)學習映象。反之，若該差值小于m，則程序進至第370步。
第356步，設置準備映象程序的標記，以禁止學習結(jié)果的寫入。第358步，傳送緩沖映象中的數(shù)據(jù)至比較映象。接著通過第360步，利用緩沖映象準備好穩(wěn)態(tài)映象。第362，將此準備好的緩沖映象的數(shù)據(jù)傳送至穩(wěn)態(tài)學習映象。接著通過第364步，將比較映象的數(shù)據(jù)傳至緩沖映象。第366步，設置表示穩(wěn)態(tài)學習映象已準備好的標記。該標記用于決定第350步和圖6中的320步。第368步，清除第356步所設置的為指明準備映象程序的標記。
圖8表示本發(fā)明另一實施例的操作。這個實施例與圖2所示的實施例的不同點在于其學習系數(shù)是以瞬時值，而不是平均值計算的，而且空燃比控制系數(shù)α已超過上限(T.V.L)和下限(T.L.L)。高于T.V.L或低于T.L.L的控制系數(shù)的超出量K或K被表示成△α，并作為學習系數(shù)K。該程序按圖9所示的流程進行。
在上述兩個實施例中，所有寫入穩(wěn)態(tài)學習映象的學習系數(shù)K不超過能寫入的量。然而，當各部件的特性變化增多到一定程序，為校正特性變化的學習系數(shù)K可能增多到超過能被寫入的臨界值。由此看來，采取如下措施是可能的當學習系數(shù)K中有一個已超出該臨界值，但從映象的全部區(qū)域中加上或減去某一個數(shù)，以使當該數(shù)包含在方程(4)的系數(shù)K中時，整個映象的平均值接近1.0。用此方法，整個映象的值均可移位，從而能使一個頗大的時效變化，由于足夠的補償而完全被抵消。
現(xiàn)參照圖10到13，說明本發(fā)明另一實施例。
在這個實施例中，除了學習系數(shù)K以外，還有一個獨立補償系數(shù)，用于因發(fā)動機加速或減速時的大量的瞬變控制狀態(tài)中。首先，如圖10A所示，發(fā)動機瞬態(tài)，諸如加速或減速是通過每單位基本燃料噴射時間Tp的變化率△Tp而已知的。在加速周期t1或減速周期T2期間，空燃比控制系數(shù)α取極值a或b，如圖10B所示。
當此極值a或b超過預定上限(K.U.L)或預定下限(K.L.L)時，實際值a或b與這種極限之間的偏差Kacc或Kdec根據(jù)具體情況被確定，而且分別被認為是加速學習補償值Kacc或減速學習補償值Kdec，然后寫入加速學習映象(圖11)和減速學習映象(圖12)的相應運行區(qū)。在圖11和12中，如上述穩(wěn)態(tài)學習映象一樣，基本燃料噴射時間Tp的變化率△Tp沿橫座標標出，發(fā)動機速度N沿縱座標標出。
同時，根據(jù)本實施例，噴油嘴3的噴射時間Ti，由下列方程計算和控制Ti＝K·Tp·α·(K+Kt)·Ki ……(5)其中，Kt是瞬變學習系數(shù)，該系數(shù)由加速學習補償值Kacc和減速學習補償值Kdec來表示，加速學習補償值Kacc是在加速瞬變時而由加速學習映象的相應操作區(qū)讀出的;Kdec是在減速瞬變時由減速學習映象的相應操作區(qū)讀出。
根據(jù)該考慮中的實施例，當發(fā)動機運行狀態(tài)變化較慢時，通過與參照直至圖9所描述的實施例一樣從穩(wěn)態(tài)學習映象的相應運行區(qū)讀取學習系數(shù)K，則對每個運行地，都能進行適宜控制。當發(fā)動機進入瞬變，則通過學習系數(shù)K被加一個數(shù)來控制;這個數(shù)根據(jù)該瞬變條件，通過分別由加速學習映象或減速學習映象的瞬變運行區(qū)讀出的加速學習補償值Kacc或減速學習補償值Kdec，從而有效地進行更為細的控制。故在任何運行狀態(tài)下，進行適宜的空燃比控制，從而能使排放廢氣總是處于最佳狀態(tài)。
現(xiàn)參照圖13的流程，說明這個實施例的加速學習補償值Kacc和減速學習補償值Kdec的學習程序的一個實例第400步，決定發(fā)動機是否在氧氣反饋控制下，如果沒有，程序越至424步;反之，若發(fā)動機是在氧氣反饋控制下，則程序進至402步，以檢驗氧氣探測器的輸出是否已反相。若其剛反相，則程序進至404;反之，若沒反相，則接著進行424步。第404步，檢驗是加速還是減速，檢驗加速或減速的方法是確定在某一時間間隔內(nèi)，基本燃料噴射時間Tp的變化。若不涉及加速還是減速，則程序越至424;否則程序進至406步。
第406步，決定穩(wěn)態(tài)學習映象是否產(chǎn)生和被應用了，若還沒產(chǎn)生，則程序越至424步;反之，若穩(wěn)態(tài)學習映象是可用的，則程序進至408步。第408步?jīng)Q定空燃比控制系數(shù)α是否被包含在圖10B中指明的上、下限間的范圍內(nèi)。若包含在此范圍內(nèi)，則程序越至424步;反之，若回答是“否”，則接著進行410步。第410步?jīng)Q定空燃比控制系數(shù)α是否大于上限(K.U.L)，若是如此，程序進至412步;若不是，則程序進至414步，以便分別計算加速或減速的學習補償值△α。下一步416，由加速或減速檢測時的發(fā)動機速度N和基本燃料噴射時間變化范圍△Tp，計算運行區(qū)。第418步，分別決定在檢測加速或減速時，是否涉及加速或減速。若涉及加速，則進行420步，將加速學習補償值△α加至加速學習映象，當涉及一個減速時，則在第422步，將減速學習補償值△α加至減速學習映象。
加速或減速學習補償值不受圖10B所示的Kacc或Kdec的限制，而是，若它被取作偏離1.0的偏差，則不必將程序分成412和414兩步，該學習補償值可由下列方程獲得△α＝α-1 ……(6)基本燃料噴射時間的變化率也可由進口負壓變化或油門開度或進氣流量變化所代替。此時，顯然要使發(fā)動機速度和進口負壓結(jié)合成加速和減速的學習映象(圖11和12)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明既能計算該學習系數(shù)，也能合理地產(chǎn)生和校正儲存該系數(shù)的映象，以致充分利用了該學習控制系統(tǒng)的優(yōu)點。因此，甚至當控制空燃比的各種必要的執(zhí)行機構(gòu)和探測器的特性發(fā)生變化時，長時間緩慢變化或其它，發(fā)動機的運行狀況也始終能自動地受到校正，從而保持廢氣處于令人滿意的狀況。
再者，根據(jù)本發(fā)明，由于穩(wěn)態(tài)學習映象的校正，即使在空燃比的反饋控制失效的功率區(qū)內(nèi)，也是有效的。因而，有可能避免執(zhí)行機構(gòu)和探測器的特性或緩慢變化的影響-甚至連反饋控制失效的功率區(qū)內(nèi)，都能得到最佳功率校正。
圖14表示根據(jù)研究中的實施例，基本燃料噴射時間和不同的校正之間的關系。字符A標明一個穩(wěn)態(tài)學習區(qū)，字符B標明一個加速學習區(qū)，C標明一個減速學習區(qū)，字符D標明一個受移位系數(shù)Ks影響的區(qū)域，Ks由下列方程(6)給定。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，燃料噴射時間Ti，由下式確定
Ti＝α·Tp·(K+Kt-Ks)·(1+Ki) ……(7)Tp＝K· (QA)/(N) ……(8)其中K由噴油嘴確定的系數(shù)Tp基本燃料噴射時間α空燃比補償系數(shù)K穩(wěn)態(tài)學習系數(shù)Kt瞬時學習系數(shù)Ki各種補償系數(shù)Ks移位系數(shù)QA進氣流量N發(fā)動機速度具體地說，基本燃料噴射時間Tp，根據(jù)方程(2)由發(fā)動機進氣流量QA和發(fā)動機速度N來確定，從而得到一個粗略的理想空燃比(A/F＝14.7)，然后通過反饋校正該空燃比，該反饋是根據(jù)氧氣探測器(4)的信號λ，通過改變空燃比的補償系數(shù)α來實現(xiàn)的，從而得到一個較精確的理想空燃比。此外，穩(wěn)態(tài)學習系數(shù)K用于補償作為空燃比控制的各種執(zhí)行機構(gòu)和探測器的特性不同和緩慢變化。這種補償通過加速或減速的補償而得到進一步地補充在突然減速時，從它的補償系數(shù)減去移位系數(shù)，由此確定燃料噴射時間Ti。
與這個移位系數(shù)Ks有關的流程圖示于圖15。第600步，檢查穩(wěn)態(tài)學習映象是否已由設定在第366步(圖7中)的映象生成標記而完成。若該映象是完整的，則程序進至602步，若該映象不完整，程序越至第616步。若目前的基本燃料噴射時間，較空轉(zhuǎn)的基本燃料噴射時間為短，則程序由602步進至604步，從而使空燃比補償系數(shù)α為1。第606步，檢查貧油移位標記的設置狀況。若查明未設置，則第608步設定轉(zhuǎn)成貧油態(tài)的時間。接著由610步，設置貧油移位標記。第612步，檢查設置在608步的時間是否被減小至另。如果不是，第614步使貧油移位Ks起作用。由于這種做法，則當基本燃料噴射時間短于空轉(zhuǎn)的基本燃料噴射時間(圖14)，在貧油轉(zhuǎn)移周期D內(nèi)，由于Ks，使混合物變得較稀。
第616步，清除貧油移位標記。接著通過第618步，減小貧油轉(zhuǎn)移作用至另。貧油轉(zhuǎn)移時間的更新是作為獨立的任務去完成的(圖中未表示)。
根據(jù)圖15的實施例，只有當基本燃料噴射時間Tp短于空轉(zhuǎn)基本燃料噴射時間(空轉(zhuǎn)Tp)時，移位系數(shù)Ks才起作用，從而進一步根據(jù)方程(1)減小噴射時間Ti。因此避免了空燃比驟然降到富油態(tài)(否則，這種狀態(tài)有可能由于附在進口管壁的燃料，在突然減速時大量被吸入氣缸而引起)。從而使廢氣中的有害成分保持在規(guī)定限度內(nèi)。
移位系數(shù)Ks的幅度大小，可取一個比例于基本燃料噴射時間的變化值，而基本燃料噴射時間與突然減速或說與空燃比補償系數(shù)有關。
在沒有任何學習控制，而使用空氣-燃料比例反饋控制的情況中，甚至可通過設置一個移位系數(shù)，使空燃比補償系數(shù)固定在突然減速時的補償系數(shù)值，也可能除去廢氣里的有害成分。
為決定是否涉及一個突然減速，不僅可用基本燃料噴射時間，也可用進口管中的負壓值或節(jié)油門角度(除以發(fā)動機速度)，作出近似判定。
圖16是通過在突然減速期間的“學習”，來確定移位系數(shù)Ks的一個流程圖。其700和702步分別與圖15中的600和602步相同。第704步，檢查貧油移位標記的設置。若查明沒設置，則第706步設置貧油移位時間，接著通過第708步，設置貧油移位標志。第710步，檢查空燃比補償系數(shù)是否位于上、下限值間。若查明其在上、下限值之間，則程序越至第718步。反之，若查明其未在上、下限之間※，則程序至第712步。然后，如果空燃比補償系數(shù)高于上限，則進行第714步;若低于下限，則程序越至716步。第714步，將空燃比補償系數(shù)與1.0的偏差值加至該貧油移位存貯器;同時第716步，從貧油移位存貯器減去這一偏差，并將結(jié)果存入貧油移位存貯器。若第718步查明貧油移位時間不是另，則第720步，儲存在貧油移位起作用時，在714和716步所計算的值。第722步，清除在第708步所設置的貧油移位標記。按著第724步，減小貧油移位作用至另。
在此法中，補償作用是由于在突然減速時的“學習”所確定的轉(zhuǎn)移系數(shù)Ks而奏效的。
至于燃料噴射時間的計算，可參考貧油移位操作。
因此，根據(jù)本實施例，除了為控制空燃比的一系列穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)學習外，作為突然減速的補償(利用移位系數(shù)Ks補償)，也是有效的，以至一方面使在突然減速時產(chǎn)生的廢氣中以火花形式的一種有害成分，完全衰減掉，另一方面，運行狀態(tài)總是自動地受到校正-即使對于控制空燃比所必要的執(zhí)行機構(gòu)和探測器的特性及緩慢變化也同樣。所以，不僅可從廢氣中去掉了有害成分，而且由于通過穩(wěn)態(tài)學習映象，還補償了探測器和執(zhí)行機構(gòu)的變化，長期的或短期的即使在空燃比未受反饋控制的功率區(qū)，也不例外。這樣，就很容易為內(nèi)燃機提供一個能在所有時間，均有最佳功率補償效果的空燃比控制系統(tǒng)。
此外利用了這種條件穩(wěn)態(tài)學習映象的分割點保持不變，由計入的空燃比補償系數(shù)的變換次數(shù)計算穩(wěn)定條件下的穩(wěn)態(tài)學習補償值，從而產(chǎn)生一個精確的穩(wěn)態(tài)學習映象。
在建立穩(wěn)態(tài)學習映象后，在加速或減速時的空燃比補償系數(shù)α的變化，被用作一個相對于瞬時學習映象的學習補償值，以致有可能即使在※原文為未查明其超出上下限值間，有誤，校者注瞬態(tài)，為除去有害成分而去衰減在空燃比方面的變化，因而改善了駕駛性能?！鶠楸ｋU起見，對圖1這種眾所周知的結(jié)構(gòu)，仍參照圖17和18作如下說明圖17是整個發(fā)動機控制系統(tǒng)的一個部分截面圖。在圖17中，吸入的空氣通過空氣濾清器2，混合室4和進氣管6進入氣缸8。該氣體在氣缸8里燃燒消耗，再通過廢氣管10排入大氣。
混合室4包括一個為噴射燃料的噴油嘴12，由此噴油嘴12噴射的燃料在混合室4的空氣通道內(nèi)霧化，并與吸入的空氣混合形成混合氣體，該混合氣體通過進氣管6在進氣閥20打開時，供給氣缸8的燃燒室。
節(jié)油閥14安裝在接近噴油嘴12的出口，節(jié)油閥14的構(gòu)造，保證其同加速踏板構(gòu)成機械上的聯(lián)鎖，以便由司機操縱。
空氣通道22置于混合室4的節(jié)油閥的上游，并包括一個熱絲空氣流量計，即一個由熱電阻絲制成的流量探測器24，用來采集一個隨氣流速度而變的電信號AF。由于由熱電阻絲(熱絲)制成的流量探測器24，置于空氣旁路22中，一方面保護其免遭由氣缸8逆火時產(chǎn)生的高溫氣體;另一方面也使其免遭進氣中的灰塵沾染，空氣旁路22的出口開在接近于文丘里(Venturi)管的最窄部分的一點，而其入口開在文氏管的上游。
由燃油箱30，通過一臺輸油泵32向噴油嘴12供應增壓燃油。一旦一個來自控制電路60的噴射信號作用于噴油嘴12時，燃油由噴油嘴入進口管6。
吸入的混合氣體是利用進氣閥20受到活塞50壓縮的，并由火花※原文為Drivability有誤，應為Driveability。塞(圖上未標)上的火花燒盡。這種燃燒能量可被轉(zhuǎn)換成功能。氣缸8受冷卻水54冷卻。冷卻水的溫度是由水溫探測器56測量的，其測量結(jié)果TW被視為發(fā)動機的溫度。
廢氣管10有一個氧氣探測器142，用它來測量廢氣中的氧氣，并產(chǎn)生測量值λ。
圖中未標的曲軸，帶有一個曲軸角探測器，用以產(chǎn)生一個基準角信號和一個位置信號，分別作為對每個基準曲軸角和一個相對于發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的預定角(如0.5度)。
曲軸角探測器的輸出，水溫探測器56的輸出信號TW，氧氣探測器142的輸出信號λ和來自熱絲24的電信號AF，被用于包括一臺微型計算機等的控制電路60，其輸出驅(qū)動噴油嘴12和點火線圈。
通向進氣管6的旁路26，被安置于沿混合室4里的節(jié)油閥14的整個范圍，并包括一個控制開、閉的旁通閥61。
旁通閥61，面對安置在節(jié)油閥14附近的旁路26，由一脈沖電流控制其動作-通過閥的提升，改變該旁路的截面極。根據(jù)控制電路60的輸出，這一提升激勵和控制一個驅(qū)動單元。具體地說，控制電路60產(chǎn)生一個為控制驅(qū)動單元的周期性的操作信號，以使驅(qū)動單元根據(jù)這個周期性操作信號而調(diào)整旁通閥61的提升。
一個EGR控制閥90是為控制廢氣管10和進氣管6之間的通路，從而控制從廢氣管10到進氣管6的EGR的值。
在此方法中圖1的噴油嘴12被控制以調(diào)節(jié)空燃比和燃料增量，而發(fā)動機在空轉(zhuǎn)情況時(ISC)的速度，由旁通閥61和加入EGR控制量的噴油嘴12來控制。
圖2是應用一臺微型計算機的控制電路60的總圖。該微計算機包括一個中央處理器102(CPU)，一個只讀存貯器104(ROM)，一個隨機存取存貯器106(RAM)，和一個輸入/輸出電路108。CPU 102通過存貯在ROM104中的不同程序，計算來自輸入/輸出電路108的輸入數(shù)據(jù)，然后使計算結(jié)果返回到輸入/輸出電路108。RAM106是計算所必需的一個中間存儲器。在CPU102、ROM 104、RAM 106和輸入輸出電路108之間的數(shù)據(jù)交換是通過一根總線110來實現(xiàn)的，總線110包括一個數(shù)據(jù)總線，一個控制總線和一個地址總線。
輸入/輸出電路108包括輸入設備，例如第一模/數(shù)轉(zhuǎn)換器122(以下稱ADC1)，第二模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(以下稱ADC2)124，角度信號處理電路126和一個為輸入和輸出1位數(shù)據(jù)的獨立的輸入/輸出電路(以下稱DIO)128。
ADC1包括一個多路轉(zhuǎn)換器(以下稱MPX)，其輸入來自一個電池電壓探測器(以下稱VBS)132，一個冷卻水溫探測器(以下稱TMS)56，一個大氣溫度探測器(以下稱TAS)136，一個電壓調(diào)整發(fā)生器(以下稱VRS)138，一個節(jié)油閥探測器(以下稱OTHS)140和一個氧氣探測器(以下稱O2S)142。MPX162從上述輸入中選一個，將其傳給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器電路(以下稱ADC)164，ADC164的數(shù)字輸出儲存在一個寄存器里(以下稱REG)166。
另一方面，流量探測器的輸出(以下稱AFS)24，傳至ADC 2124，通過一個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器電路(以下稱ADC)172，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字值并置于一個寄存器內(nèi)(以下稱REG)174。
一個角度探測器(以下稱ANGLS)146，產(chǎn)生一個代表基準曲軸角度的信號，如180度(以下稱REF)和一個代表小角度如1度的信號(以下稱POS)，并將它們傳輸給一個角度信號處理電路126，作波形整形。
DIO128的信號來自一個空轉(zhuǎn)開關148(以下稱IDLE-SW)，該開關當節(jié)油閥14回到全關位置時，操縱一個最高檔※開關(以下稱TOP-SW)150和一個啟動器開關(以下稱START-SW)152。
現(xiàn)在說明一個根據(jù)CPU的計算結(jié)果和控制對象產(chǎn)生脈沖的電路。噴油嘴控制電路(以下稱INJC)1134是為將數(shù)字計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成脈沖輸出的電路。INJ脈沖具有一個與噴油量相應的寬度，它是由INJC 1134產(chǎn)生并通過與門1136傳給噴油嘴12的。
點火脈沖發(fā)生器電路(以下稱IGNC)1138包括一個為設定點火時間的寄存器(以下稱ADV)和一個為設定點火線圈初級電流啟動時間的寄存器。這些數(shù)據(jù)由CPU設定。脈沖IGN是根據(jù)這樣設定的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的，并通過一個與門1140傳給一個為給點火線圈提供一次電流的放大器62。
旁通閥61的打開速率是由脈沖ISC控制的。該脈沖來自控制電路1142(以下稱ISCC)，通過與門1144傳至該處。ISCC 1142有一個為設定脈沖寬度的寄存器ISCD和一個為設定脈沖周期的寄存器ISCP。
為控制EGR控制閥90的EGR量值控制脈沖產(chǎn)生器電路(以下稱EGRC)1178，包括一個為設定代表脈沖頻寬比值的寄存器EEGRD和一個為設定代表脈沖周期的寄存器EGRP。這個EGRC的輸出脈沖EGR是通過與門1156傳給晶體管90的。
另一方面，1位輸入/輸出信號是由電路DIO 128控制的。輸入信號包括IDLE-SW信號，START-SW和TOP-SW信號。而輸出信號包括一個為驅(qū)動燃油泵的脈沖輸出信號。這個DIO包括一個為確定某端是否被用作一個輸入端的寄存器DDR 192和為鎖存輸出數(shù)據(jù)的寄存器DOVT 194。
※指變速器的最高檔，校者注一個狀態(tài)寄存器(以下稱MOD)1160，是為在輸入/輸出電路108中存貯用于各種特定狀態(tài)的命令的。例如，由于在這個狀態(tài)寄存器1160中設定一個命令，所有與門1136，1140，1144和1156能按要求執(zhí)行或不動。因而，能通過在MOD寄存器1160里設定一個命令，去控制INSC，IGNC和ISCC的輸出啟動和停止。
DIO 128為控制燃油泵32產(chǎn)生一信號DIO1。
權利要求
1.在一種內(nèi)燃機的空燃比控制方法中，發(fā)動機的運行狀態(tài)是由補償系數(shù)來控制的，該系數(shù)是通過對多個運行區(qū)的學習來設定的，而在這些運行區(qū)內(nèi)的運行狀態(tài)是按運行項目，諸如發(fā)動機速度和負載大小等來劃分的，一種空燃比控制方法，其特征在于為存貯所述補償系數(shù)的方法，作為多個獨立存貯器的數(shù)據(jù)組包括第一組--由用于所述控制的補償系數(shù)組成，第二組--由根據(jù)基于反饋控制的學習結(jié)果，順序變化的補償系數(shù)組成，第三組由為確定通過第二組補償系數(shù)改寫第一組補償系數(shù)的時間補償系數(shù)組成。
2.根據(jù)權項1的空燃比控制方法，對彼此不同的運行項目提供了多個運行區(qū)，并將對各運行區(qū)設定的補償系數(shù)，用于控制。
3.按照空燃比的一種方法，特征在于根據(jù)內(nèi)燃機的運行條件中的進氣量，計算燃料噴射閥的燃料供應量的基本值，以及所述的基本值是根據(jù)其他運行狀態(tài)進行校正的，改進還包括僅僅當所述基本值減小至低于內(nèi)燃機空轉(zhuǎn)狀態(tài)下的燃料供應量的基本值時，才引起補償步驟，上述補償?shù)膶嵤┦菍νǔ５幕局党艘砸粋€系數(shù)，該系數(shù)取1或小于1。
4.根據(jù)權項3的控制空燃比的方法，其中所述取1或小于1的系數(shù)是按照在內(nèi)燃機減速時的空燃比的補償“學習”來確定的。
專利摘要
本文公開一種控制內(nèi)燃機的空燃比的新穎方法。該方法包括一個為存貯用于空燃比控制的區(qū)域補償系數(shù)的存貯器區(qū)；一個為存貯由學習得到的新的區(qū)域補償系數(shù)的存貯器區(qū)和一個為根據(jù)最新學習前的及時學習的結(jié)果而存貯區(qū)域補償系數(shù)的存貯器區(qū)，這樣，按照學習的結(jié)果，使區(qū)域補償系數(shù)的設定和更新過程合理化。
文檔編號F02D41/00GK85101109SQ85101109
公開日1987年1月17日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者天野松男, 志田正富, 阪本正英, 平山健, 笹山隆生 申請人:株式會社日立制作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan