УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Данное изобретение относится к устройству управления и к способу управления для двигателя внутреннего сгорания, которые управляют объемом впрыска топлива согласно объему всасываемого воздуха, который определяется посредством расходомера воздуха.
Уровень техники
[0002] В общем, объем впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания управляется посредством определения объема всасываемого воздуха в единицу времени посредством расходомера воздуха, который располагается во впускном канале, и регулирования таким образом, чтобы иметь надлежащий состав смеси "воздух-топливо" (например, теоретический состав смеси "воздух-топливо") относительно объема всасываемого воздуха в расчете на один цикл, который вычисляется из объема всасываемого воздуха в единицу времени и частоты вращения двигателя. Например, расходомер воздуха, который предоставляется непосредственно после воздушного фильтра, позиционируется на большом расстоянии от контроллера двигателя, который выполняет этап для того, чтобы вычислять объем впрыска топлива, и соединяется с контроллером двигателя через жгут проводов.
[0003] Патентный документ 1 раскрывает расположение расходомера воздуха с быстрым откликом, который может определять пульсацию всасываемого воздуха или мгновенный противоток во впускном канале.
[0004] Как описано выше, поскольку расходомер воздуха соединяется с контроллером двигателя через жгут проводов, имеется вероятность того, что тракт передачи сигналов может отсоединяться. Обычно предусмотрен некоторый тип отказоустойчивого режима для того, чтобы противостоять потерям сигнала объема всасываемого воздуха вследствие разъединения расходомера воздуха, при котором режим переходит в отказоустойчивый режим, который не зависит от расходомера воздуха, такой как получение объема впрыска топлива просто из величины открытия дроссельного клапана и частоты вращения двигателя или задание величины открытия дроссельного клапана фиксированно равной предварительно определенной величине открытия и логический вывод объема всасываемого воздуха согласно частоте вращения двигателя.
[0005] Тем не менее, определенное количество времени задержки необходимо после того, как расходомер воздуха отсоединяется, для того чтобы переходить в отказоустойчивый режим, включающее в себя время, требуемое для диагностики, с тем чтобы предотвращать ошибочный переход в отказоустойчивый режим вследствие шума и т.д. Следовательно, поскольку сигнал, который создает видимость того, что объем всасываемого воздуха является нулевым (или отрицательным потоком), выводится из расходомера воздуха в течение этого времени задержки, объем впрыска топлива становится чрезвычайно небольшим, и имеется вероятность того, что может возникнуть пропуск зажигания до перехода в отказоустойчивый режим.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
[0006] Патентный документ 1. Выложенная заявка на патент Японии № 2009-270483
Сущность изобретения
[0007] Это изобретение представляет собой устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, содержащее расходомер воздуха, обеспеченный во впускном канале, и контроллер двигателя, который управляет объемом впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания согласно объему всасываемого воздуха, который определяется посредством этого расходомера воздуха, при этом:
- расходомер воздуха выполнен с возможностью выводить положительный объем воздуха для потоков в прямом направлении и отрицательный объем воздуха для потоков в противоположном направлении в качестве частотного сигнала, имеющего предварительно определенные признаки, так что частота увеличивается в соответствии с увеличениями абсолютной величины положительного объема воздуха и частота уменьшается в соответствии с увеличениями абсолютного значения отрицательного объема воздуха; и
- контроллер двигателя имеет таблицу преобразования для преобразования частотного сигнала в объем воздуха, и в этой таблице, положительный объем воздуха назначается в качестве фиктивного вывода в частотной области, которая ниже предварительно определенной частоты, которая соответствует отрицательному объему воздуха.
[0008] В вышеописанной конфигурации, когда расходомер воздуха находится в нормальном состоянии, сигнал, имеющий частоту, соответствующую объему воздуха, который протекает во впускном канале, отправляется из расходомера воздуха в контроллер двигателя, который преобразуется в объем воздуха на стороне двигателя с использованием таблицы и затем используется для управления объемом впрыска топлива.
[0009] С другой стороны, если возникает разъединение между расходомером воздуха и контроллером двигателя, частота сигнала, который принимается посредством контроллера двигателя, становится близкой к нулевой. В настоящем изобретении, более надлежащий положительный объем воздуха выводится в качестве фиктивного вывода посредством преобразования через таблицу в такой частотной области около нуля.
[0010] Следовательно, объем впрыска топлива не становится чрезвычайно небольшим, даже когда расходомер воздуха отсоединяется.
[0011] Согласно этому изобретению, поскольку надлежащий положительный объем воздуха выводится в качестве фиктивного вывода, когда расходомер воздуха отсоединяется, можно не допускать пропуска зажигания, вызываемого посредством уменьшения объема впрыска топлива. В частности, поскольку изобретение фактически может применяться только посредством задания таблицы и не требует диагностики разъединения, можно немедленно реагировать на разъединение расходомера воздуха без последствий в виде задержки.
Краткое описание чертежей
[0012] Фиг. 1 является схематическим видом, иллюстрирующим конфигурацию системы двигателя внутреннего сгорания, к которому применяется настоящее изобретение.
Фиг. 2 является характеристическим графиком, иллюстрирующим взаимосвязь между объемом воздуха в расходомере воздуха и выходным сигналом.
Фиг. 3 является характеристическим графиком, иллюстрирующим характеристику таблицы преобразования в контроллере двигателя.
Фиг. 4 является парой временных графиков, иллюстрирующих сравнения между (a) изменением входных данных и (b) определенным объемом воздуха во время разъединения.
Варианты осуществления для выполнения изобретения
[0013] Ниже подробно описывается один вариант осуществления этого изобретения на основе чертежей.
[0014] Фиг. 1 иллюстрирует конфигурацию системы автомобильного двигателя 1 внутреннего сгорания, к которому применяется это изобретение. Двигатель 1 внутреннего сгорания представляет собой, например, двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием на основе впрыска во впускные порты, содержащий, для каждого цилиндра, клапан 3 впрыска топлива, который впрыскивает топливо во впускной порт 2. Помимо этого, камера сгорания каждого цилиндра оснащена впускным клапаном 6 и выпускным клапаном 7 и также содержит свечу 4 зажигания в центральном участке. Свеча 4 зажигания отдельно соединяется с блоком 5 зажигания, который предоставляется для каждого цилиндра. Клапан 3 впрыска топлива и блок 5 зажигания управляются посредством контроллера 10 двигателя.
[0015] Дроссельный клапан 13 с электронным управлением, величина открытия которого управляется посредством управляющего сигнала из контроллера 10 двигателя, располагается на стороне впуска коллектора 12 всасываемого воздуха во впускном канале 11, который соединяется с впускным портом 2, и расходомер 14 воздуха, который определяет объем всасываемого воздуха, располагается дальше на стороне впуска.
[0016] Каталитическое устройство 16, состоящее из трехкомпонентного катализатора, располагается в выпускном канале 15, и датчик 17 состава смеси "воздух-топливо", который определяет состав отработанной смеси "воздух-топливо", располагается на стороне впуска.
[0017] Помимо расходомера 14 воздуха и датчика 17 состава смеси "воздух-топливо", описанных выше, сигналы определения из датчиков, таких как датчик 18 угла поворота коленчатого вала для определения частоты вращения двигателя, датчик 19 температуры воды для определения температуры охлаждающей воды и датчик 20 величины открытия позиции педали акселератора для определения величины нажатия педали акселератора, которая управляется водителем, вводятся в контроллер 10 двигателя. Контроллер 10 двигателя оптимально управляет объемом впрыска топлива и регулированием впрыска посредством клапана 3 впрыска топлива, распределением зажигания посредством свечи 4 зажигания и величиной открытия дроссельного клапана 13 и т.д. на основе этих сигналов определения.
[0018] За исключением части области приведения в движение, объем впрыска топлива управляется таким образом, чтобы соответствовать теоретическому составу смеси "воздух-топливо", посредством управления с обратной связью. В частности, с использованием объема Qa всасываемого воздуха, который определяется посредством расходомера 14 воздуха, и частоты N вращения двигателя, которая определяется посредством датчика 18 угла поворота коленчатого вала, базовый объем Tp впрыска топлива вычисляется как Tp=Qa*K/N (K является константой). Затем с использованием поправочного коэффициента α по обратной связи, который основан на сигнале определения датчика 17 состава смеси "воздух-топливо", фактическая ширина Ti импульса впрыска, который применяется к клапану 3 впрыска топлива, вычисляется как Ti=Tp*(1+COEF)*α. COEF представляет собой различные весовые поправочные коэффициенты на основе температуры воды и т.п. Этот тип этапа для того, чтобы вычислять объем впрыска топлива, выполняется в контроллере 10 двигателя.
[0019] Расходомер 14 воздуха, который определяет объем всасываемого воздуха, состоит, например, из массового расходомера с быстрым откликом на основе тепловых лучей, и его модуль определения располагается в проточном канале впускного канала 11. Помимо этого, этот расходомер 14 воздуха имеет встроенный процессор 14a сигналов, который преобразует сигнал текущего значения, который получается посредством модуля определения, в частотный сигнал, имеющий предварительно определенную характеристику, и выводит его, и частотный сигнал вводится в контроллер 10 двигателя, с которым расходомер 14 воздуха соединяется через жгут проводов, в качестве сигнала, который указывает объем воздуха. Контроллер 10 двигателя имеет таблицу 10a преобразования для преобразования частотного сигнала в объем воздуха и считывает значение, преобразованное в объем воздуха через эту таблицу 10a преобразования, например, в расчете на каждый цикл дискретизации. Таким образом, устойчивость к шуму увеличивается посредством выполнения отправки и приема сигналов датчиков между контроллером 10 двигателя и расходомером 14 воздуха, которые позиционируются отдельно друг от друга, посредством преобразования в частотный сигнал.
[0020] Фиг. 2 является характеристическим графиком, иллюстрирующим взаимосвязь между объемом воздуха, который протекает во впускном канале 11, и частотой частотного сигнала, который выводится через процессор 14a сигналов, при этом вертикальная ось указывает объем воздуха (другими словами, текущее значение, которое получается посредством модуля определения), а горизонтальная ось указывает частоту частотного сигнала. Помимо возможности определять объем воздуха, который протекает во впускном канале 11 в прямом направлении (в направлении от отверстия на дальнем конце впускного канала 11 к камере сгорания) (оно должно быть положительным объемом воздуха) с высокой скоростью отклика, расходомер 14 воздуха может определять объем воздуха, который мгновенно протекает в обратном направлении вследствие пульсации всасываемого воздуха и т.п., в качестве отрицательного объема воздуха, и предварительно определенный частотный диапазон (проиллюстрированный на фиг. 2 в качестве диапазона RFr от минимального значения Frmin до максимального значения Frmax) назначается относительно предварительно определенного диапазона определения объема воздуха, который охватывает от положительного объема воздуха до отрицательного объема воздуха (проиллюстрированного на фиг. 2 в качестве диапазона RQa от минимального значения Qamin до максимального значения Qamax), с тем чтобы иметь требуемое разрешение. В частности, расходомер воздуха имеет такую характеристику, что частота увеличивается в соответствии с увеличениями абсолютной величины положительного объема воздуха, и частота уменьшается в соответствии с увеличениями абсолютного значения отрицательного объема воздуха. Дополнительно, когда объем воздуха является нулевым, частота становится определенной промежуточной частотой Fr1. Диапазон RQa определения объема воздуха охватывает весь диапазон объемов воздуха, которые могут формироваться в качестве системы впуска, и поток в прямом направлении, который превышает максимальное значение Qamax, или поток в обратном направлении, который превышает абсолютное значение минимального значения Qamin, по существу не формируется.
[0021] Здесь, минимальное значение Frmin частоты, которая соответствует минимальному значению Qamin объема воздуха, не равно 0 (Гц). Следовательно, хотя считается, что частотный сигнал в низкочастотной области от 0 (Гц) до минимального значения Frmin соответствует минимальному значению Qamin объема воздуха с точки зрения обработки сигналов, при условии, что расходомер 14 воздуха и процессор 14a сигналов функционируют нормально, область на стороне нижних частот минимального значения Frmin не используется.
[0022] Как описано выше, выходной сигнал расходомера 14 воздуха, который преобразуется в частотный сигнал, вводится в контроллер 10 двигателя через жгут проводов и преобразуется снова в объем воздуха в контроллере 10 двигателя.
[0023] Фиг. 3 иллюстрирует характеристики таблицы 10a преобразования для преобразования частотного сигнала в объем воздуха в контроллере 10 двигателя. По существу, это имеет идентичные характеристики в качестве процессора 14a сигналов расходомера 14 воздуха, проиллюстрированного на фиг. 2, и значения объема воздуха (положительные и отрицательные значения) в диапазоне RQa объемов воздуха от минимального значения Qamin до максимального значения Qamax, соответственно, назначаются каждому значению в частотном диапазоне RFr от минимального значения Frmin до максимального значения Frmax. Следовательно, контроллер 10 двигателя допускает считывание объема воздуха, например, в расчете на каждый цикл дискретизации на основе частотного сигнала, который выводится посредством расходомера 14 воздуха. Поскольку отрицательный объем воздуха указывает компонент мгновенного противотока вследствие, например, пульсации, истинный объем воздуха может получаться посредством вычитания суммы отрицательного объема воздуха из суммы положительного объема воздуха в течение предварительно определенного периода (например, в течение одного цикла).
[0024] Здесь, в настоящем варианте осуществления, предварительно определенное значение Qa1 положительного объема воздуха назначается в качестве фиктивного вывода для частот ниже предварительно определенного порогового значения Frsh, в области на стороне нижних частот минимального значения Frmin частоты, как проиллюстрировано на фиг. 3. Как описано выше, эта область на стороне нижних частот порогового значения Frsh частоты не используется в обычных ситуациях.
[0025] Положительный объем Qa1 воздуха, который выводится в качестве фиктивного вывода, задается таким образом, что можно получать объем впрыска топлива, который равен или больше предела пропуска зажигания, когда, по меньшей мере, величина открытия дроссельного клапана 13 составляет величину открытия на холостом ходу. Интервал между пороговым значением Frsh и минимальным значением Frmin частоты является только допустимым запасом в силу шума и т.д. и не обязательно требуется; тем не менее, поскольку пороговое значение Frsh должно задаваться равным только относительно низкой частоте, предпочтительно предоставлять надлежащий допустимый запас между пороговым значением Frsh и минимальным значением Frmin частоты, как указано в проиллюстрированном примере.
[0026] Согласно конфигурации вышеописанного варианта осуществления, если расходомер 14 воздуха, процессор 14a сигналов и жгут проводов находятся в нормальном состоянии, частота изменяется в частотном диапазоне RFr, который соответствует диапазону RQa определения объема воздуха, и объем воздуха надлежащим образом определяется.
[0027] Напротив, если жгут проводов отсоединяется между расходомером 14 воздуха и контроллером 10 двигателя, частота частотного сигнала, который вводится в контроллер 10 двигателя, становится равной практически 0 Гц. Следовательно, значение объема воздуха, которое считывается через таблицу 10a преобразования, становится положительным объемом Qa1 воздуха, который является фиктивным выводом. Как описано выше, базовый объем Tp впрыска топлива вычисляется в контроллере 10 двигателя на основе положительного объема Qa1 воздуха. Соответственно, обеспечивается объем впрыска топлива, который составляет, по меньшей мере, больше предела пропуска зажигания во время холостого хода, и можно подавлять пропуски зажигания, вызываемые посредством становления чрезмерно бедным.
[0028] Также в случае, если жгут проводов между расходомером 14 воздуха и контроллером 10 двигателя замыкается накоротко, поскольку частота частотного сигнала становится равной практически 0 Гц, положительный объем Qa1 воздуха, который является фиктивным выводом, должен считываться аналогичным образом.
[0029] Фиг. 4 является временной диаграммой для пояснения изменения сигнала в ходе разъединения (или короткого замыкания) жгута проводов; на чертеже (a) иллюстрирует частоту частотного сигнала, который вводится из процессора 14a сигналов расходомера 14 воздуха в контроллер 10 двигателя, и (b) иллюстрирует объем воздуха, который считывается посредством стороны контроллера 10 двигателя через таблицу 10a преобразования.
[0030] В примере по фиг. 4, разъединение или короткое замыкание жгута проводов возникает во время t1, и частота частотного сигнала, который вводится в контроллер 10 двигателя, становится равной практически 0 Гц в непосредственно следующее время t2. В контроллере 10 двигателя, такое разъединение или короткое замыкание жгута проводов диагностируется из анормальности в частотном сигнале, и режим переходит из нормального режима в предварительно определенный отказоустойчивый режим во время t3. Отказоустойчивый режим представляет собой режим для работы независимо от расходомера 14 воздуха, к примеру, посредством простого получения объема впрыска топлива из величины открытия дроссельного клапана 13 и частоты N вращения двигателя или задания величины открытия дроссельного клапана 13 фиксированно равной предварительно определенной величине открытия и логического вывода объема всасываемого воздуха согласно частоте N вращения двигателя. Во избежание ошибочной диагностики вследствие шума и т.п., время задержки, например, приблизительно в несколько сотен мс существует между временем t2 и временем t3.
[0031] С другой стороны, поскольку частота сигнала, который вводится в контроллер 10 двигателя, становится равной или меньше порогового значения Frsh, объем воздуха, который считывается посредством контроллера 10 двигателя через таблицу 10a преобразования, становится положительным объемом Qa1 воздуха, который является фиктивным выводом, после времени t2. Соответственно, до времени t3, в которое режим переходит в отказоустойчивый режим, объем топлива, который вычисляется на основе этого объема Qa1 воздуха, впрыскивается из клапана 3 впрыска топлива. Соответственно, пропуски зажигания не допускаются, и самоподдерживающийся режим работы продолжается между временем t2 и временем t3.
[0032] Таким образом, в вышеописанном варианте осуществления, когда входной сигнал становится равным или меньше порогового значения Frsh вследствие разъединения или короткого замыкания, положительный объем Qa1 воздуха, который является фиктивным выводом, выводится немедленно без необходимости диагностики разъединения или короткого замыкания. Следовательно, необязательно активировать комплексное управление для диагностики, и более того, проблемы задержки реакции по существу не существует.
[0033] Здесь, если фиктивный вывод не задается, как указано в сравнительном примере, показанном посредством пунктирной линии, объем воздуха считывается, как если он является отрицательным значением в соответствии с уменьшением частоты входного сигнала, и как результат, объем впрыска топлива чрезмерно уменьшается. Следовательно, даже если поддерживается отказоустойчивый режим, имеется вероятность того, что пропуск зажигания может возникать в течение времени до времени t3, в которое режим фактически переходит в отказоустойчивый режим.
[0034] В настоящем изобретении, присутствие/отсутствие отказоустойчивого режима является произвольным, и настоящее изобретение может применяться даже при отсутствии отказоустойчивого режима. Если отказоустойчивый режим не предоставляется, например, то режим работы посредством фиктивного вывода должен продолжаться вместе с загоранием лампы аварийной сигнализации.