用于內燃發動機的控制系統和控制方法

用于內燃發動機的控制系統和控制方法
【專利摘要】在用于能使用包括壓縮天然氣的多種燃料的內燃發動機的控制系統中，本發明禁止在從CNG在內燃發動機的起動之后被首次使用時到判定為不需要學習CNG的性狀時的期間或從CNG在內燃發動機的起動之后被首次使用時到學習CNG的性狀的處理結束時的期間中進行從CNG向另一種燃料的切換。
【專利說明】
用于內燃發動機的控制系統和控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及用于能使用包括壓縮天然氣(CNG)的多種燃料的內燃發動機的控制系統和控制方法。
【背景技術】
[0002]近年來，已得知使用CNG作為燃料來運轉的內燃發動機。在這種內燃發動機中，已提出在當內燃發動機在CNG的補給之后首次運轉時空燃比反饋控制的修正量大于閾值的情況下判定為CNG的性狀已改變并學習CNG的性狀的技術(例如，參見WO 2013/076811)。

【發明內容】

[0003]順便說一下，在能使用包括CNG和其它類型的燃料(例如，汽油、輕油等)的多種燃料的內燃發動機中，可在學習CNG的性狀的同時做出向另一種燃料切換的要求。這種情況下，當容許從CNG向另一種燃料的切換時，當進行從該燃料再次向CNG的切換時混合物的空燃比可能偏離適合于CNG的性狀的空燃比。結果，可能引起駕駛性能的惡化或排氣排放性能的惡化。
[0004]本發明的一個目的是，在用于能使用包括CNG的多種燃料的內燃發動機的控制系統和控制方法中，最大限度地抑制駕駛性能和排氣排放性能由于CNG的性狀變化而惡化。
[0005]根據本發明的第一方面，提供了一種用于能使用包括壓縮天然氣的多種燃料的內燃發動機的控制系統。在該用于內燃發動機的控制系統中，在從壓縮天然氣在內燃發動機的起動之后被首次使用時到學習壓縮天然氣的性狀的處理結束時的期間中禁止進行從壓縮天然氣向另一種燃料的切換。
[0006]更具體地，根據本發明的第一方面，提供了一種用于能使用包括壓縮天然氣的多種燃料的內燃發動機的控制系統。該控制系統配備有判定裝置、學習裝置和禁止裝置。所述判定裝置判定是否需要學習所述壓縮天然氣的性狀。所述學習裝置在所述判定裝置判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀時執行學習所述壓縮天然氣的性狀的學習處理。在從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到所述判定裝置判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀時的期間中，或在從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到在所述判定裝置判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀之后所述學習處理完成時的期間中，所述禁止裝置禁止進行從所述壓縮天然氣向另一種燃料的切換。
[0007]壓縮天然氣(CNG)的性狀不一定是一樣的，并且可因CNG的補給場所(充填場所)而異。當燃料箱被補給(充填)CNG時，燃料箱中殘留的CNG(以下稱為“殘留CNG”)和充填燃料箱的CNG(以下稱為“充填CNG”)彼此相混合。在充填CNG的性狀與殘留CNG的性狀不同的情況下，在燃料箱被充填以充填燃料之后從燃料箱供給到內燃發動機的CNG(作為充填CNG與殘留CNG的混合物的CNG(以下稱為“混合CNG” ))的性狀與殘留CNG的性狀不同。
[0008]這里應當注意的是，CNG的性狀變化對內燃發動機的運轉狀態的影響的例子包括理論空燃比的變化、沃泊指數(通過將CNG的總發熱量除以CNG的比重的平方根而獲得的值)的變化等。例如，當氣態燃料中包含的惰性氣體(例如，二氧化碳(CO2)或氮(N2))的濃度改變時，混合物中的CNG和氧以正確比例彼此反應的空燃比(理論空燃比)改變，并且沃泊指數改變。
[0009]因此，當內燃發動機在通過混合CNG運轉時基于殘留CNG的性狀而運轉時，混合物的空燃比不會變成等于期望空燃比。結果，可能引起駕駛性能的惡化或排氣排放性能的惡化。因此，在CNG的性狀已改變的情況下，內燃發動機需要基于混合CNG的性狀而運轉。
[0010]當補給CNG時，CNG的性狀會改變。于是，CNG在內燃發動機的起動之前(在內燃發動機的運轉停止期間)補給。因此，當CNG在內燃發動機的起動之后被首次使用時，CNG的性狀可能改變。
[0011]相比而言，根據本發明的第一方面的用于內燃發動機的控制系統在CNG在內燃發動機的起動之后被首次使用的情況下判定是否需要學習CNG的性狀。換言之，根據本發明的用于內燃發動機的控制系統在CNG在內燃發動機的起動之后被首次使用的情況下判定CNG的性狀是否已改變。
[0012]當需要學習CNG的性狀時，執行學習CNG的性狀的處理(學習處理)。這里提到的“學習處理”例如是獲得用于將與混合物的空燃比有關的控制參數(例如，燃料噴射量、進氣量、EGR氣體量等)修正為適合于CNG的性狀的值的修正值或學習值的處理。
[0013]順便說一下，在關于是否需要學習CNG的性狀的判定結束之前或在用于學習CNG的性狀的學習處理結束之前可能作出從CNG向另一種燃料的切換要求。當在這種情況下容許從CNG向另一種燃料的切換時，在進行從該燃料再次向CNG的切換時混合物的空燃比不會變得等于期望空燃比。結果，引起了駕駛性能的惡化或排氣排放性能的惡化。
[0014]相比而言，根據本發明的第一方面的用于內燃發動機的控制系統禁止從壓縮天然氣向另一種燃料的切換在從壓縮天然氣在內燃發動機的起動之后被首次使用時到判定裝置判定為不需要學習壓縮天然氣的性狀時的期間或從壓縮天然氣在內燃發動機的起動之后被首次使用時到在判定裝置判定為需要學習壓縮天然氣的性狀之后學習處理完成時的期間中進行。
[0015]根據此構型，從CNG向另一種燃料的切換在判定為不需要學習CNG的性狀之后或在用于學習CNG的性狀的學習處理結束之后進行。結果，能使混合物的空燃比在進行從CNG向另一種燃料的切換且然后進行從該燃料再次向CNG的切換時等于期望空燃比。結果，能抑制由于CNG的性狀變化而引起駕駛性能的惡化或排氣排放性能的惡化。
[0016]所述用于內燃發動機的控制系統還可配備有用于檢測從所述內燃發動機排出的排氣的空燃比的檢測裝置和用于基于通過所述檢測裝置檢測出的空燃比與目標空燃比之差來執行燃料噴射量的反饋控制的控制裝置。
[0017]這種情況下，所述判定裝置可在所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時通過所述反饋控制對所述燃料噴射量的修正量在閾值以下的情況下判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀，而在所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時所述修正量大于所述閾值的情況下判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀。
[0018]CNG的性狀變化，換言之，CNG中的惰性氣體的濃度的變化，由通過反饋控制對燃料噴射量的修正量反映。更具體地，當理論空燃比由于CNG的性狀變化而改變時，排氣的空燃比(氧濃度)相應改變。因此，當CNG的性狀(惰性氣體的濃度)由于CNG的補給而改變時，通過檢測裝置檢測到的排氣的空燃比改變，從而通過反饋裝置獲得的修正量也改變。
[0019]例如，當補給了惰性氣體的濃度比殘留CNG高的充填CNG時，混合CNG中的惰性氣體的濃度變得比殘留CNG中的惰性氣體的濃度高。這種情況下，混合CNG的理論空燃比變得比殘留CNG的理論空燃比低(濃)。結果，通過檢測裝置檢測出的排氣的空燃比從目標空燃比偏向稀側。因此，基于反饋控制的修正量變成用于增加燃料噴射量的值。修正量的大小變得比在CNG的性狀恒定時該修正量可采取的最大值大。
[0020]當補給了惰性氣體的濃度比殘留CNG低的充填CNG時，混合CNG中的惰性氣體的濃度變得比殘留CNG中的惰性氣體的濃度低。這種情況下，混合CNG的理論空燃比變得比殘留CNG的理論空燃比高(稀)。結果，通過檢測裝置檢測出的排氣的空燃比從目標空燃比偏向濃偵U。因此，基于反饋控制的修正量變成用于減少燃料噴射量的值。燃料噴射量的大小變得比在CNG的性狀恒定時該修正量采取的最大值大。
[0021]因此，當基于反饋控制的修正量大于閾值時，能判定為CNG的性狀已改變。順便說一下，這里提到的“閾值”指通過將例如在CNG的性狀恒定的條件下基于反饋控制的修正值能采取的最大值加上一裕量而獲得的值。
[0022]在所述用于內燃發動機的控制系統中，所述判定裝置還可執行判定在內燃發動機的起動之前是否已補給所述壓縮天然氣的處理。然后，所述判定裝置在所述判定裝置判定為在所述內燃發動機的起動之前已補給所述壓縮天然氣的情況下可基于通過所述反饋控制對所述燃料噴射量的修正量來判定是否需要學習所述壓縮天然氣的性狀，并且在所述判定裝置判定為在所述內燃發動機的起動之前尚未補給所述壓縮天然氣的情況下可判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀。
[0023]如上所述，當補給CNG時，CNG的性狀會改變。因此，除非在內燃發動機的起動之前(在內燃發動機的運轉停止期間)補給了CNG，否貝IjCNG的性狀尚未改變。因此，如果在內燃發動機的起動之前尚未補給CNG，則不需要執行基于通過反饋控制獲得的修正量來判定是否需要學習壓縮天然氣的性狀的處理和用于學習CNG的性狀的學習處理。結果，不需要禁止進行從CNG向另一種燃料的切換。因此，從CNG向另一種燃料的切換能在期望時間進行。
[0024]所述用于內燃發動機的控制系統也能應用于在駕駛者輸入在用燃料的切換要求時進行在用燃料的切換的內燃發動機。例如，當所述在用燃料的切換要求在兩個期間之中的一個期間的中途輸入時，所述禁止裝置可禁止在所述兩個期間之中的一個期間之前切換燃料。所述兩個期間可以是(i)從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到所述判定裝置判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀時的期間，和(ii)從在所述內燃發動機的起動之后所述壓縮天然氣被首次使用時到在所述判定裝置判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀之后所述學習處理完成時的期間。
[0025]所述用于內燃發動機的控制系統也能應用于具有被分為CNG使用區域和另一種燃料使用區域的運轉區域并根據這些區域進行燃料切換的內燃發動機。例如，當內燃發動機的運轉狀態在以下兩個期間中的一個期間的中途從CNG使用區域轉入另一種燃料使用區域時，禁止裝置可禁止在所述兩個期間中的一個期間之前切換燃料:從壓縮天然氣在內燃發動機的起動之后被首次使用時到判定裝置判定為不需要學習壓縮天然氣的特性時的期間，和從壓縮天然氣在內燃發動機的起動之后被首次使用時到在判定裝置判定為需要學習壓縮天然氣的性狀之后學習處理完成時的期間。
[0026]本發明的第二方面提供了一種用于能使用包括壓縮天然氣的多種燃料的內燃發動機的控制系統。所述控制系統包括電子控制單元。所述電子控制單元配置成，(i)判定是否需要學習所述壓縮天然氣的性狀，(ii)在所述電子控制單元判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀的情況下執行學習處理，亦即學習所述壓縮天然氣的性狀的處理，并且(iii)禁止從所述壓縮天然氣向另一種燃料的切換在第一期間或第二期間中進行。所述第一期間是從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到所述電子控制單元判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀時的期間。所述第二期間是從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到在所述電子控制單元判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀之后執行的學習處理完成時的期間。
[0027]本發明的第三方面提供了一種用于能使用包括壓縮天然氣的多種燃料的內燃發動機的控制方法。所述控制方法包括:(i)判定是否需要學習所述壓縮天然氣的性狀；(ii)在判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀的情況下執行學習處理，亦即學習所述壓縮天然氣的性狀的處理；以及(iii)禁止從所述壓縮天然氣向另一種燃料的切換在第一期間或第二期間中進行。所述第一期間是從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀時的期間。所述第二期間是從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到在判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀之后執行的學習處理完成時的期間。
[0028]根據本發明，能在用于能使用包括CNG的多種燃料的內燃發動機的控制系統中最大限度地抑制駕駛性能和排氣排放性能由于CNG的性狀變化而惡化。
【附圖說明】
[0029]下面將參照【附圖說明】本發明的一個示例性實施方式的特征、優點以及技術和工業意義，在附圖中相似的附圖標記表示相似的要素，并且其中:
[0030]圖1是示出本發明適用的車輛的總體構型的視圖；
[0031]圖2是示出CNG中包含的惰性氣體的濃度與理論空燃比之間的關系的視圖；
[0032]圖3包括顯示在從CNG向另一種燃料的切換在學習處理結束之前進行的情況下空燃比(A/F)如何隨時間變化的時間圖；
[0033]圖4包括顯示在從CNG向另一種燃料的切換在學習處理結束之前被禁止進行的情況下空燃比(A/F)如何隨時間變化的時間圖；
[0034]圖5是顯示在內燃發動機起動時由ECU執行的處理例程的流程圖；以及
[0035]圖6是顯示內燃發動機的運轉區域被分為CNG使用區域和液體燃料使用區域的一個例子的視圖。
【具體實施方式】
[0036]以下將基于【附圖說明】本發明的一個具體實施例。在本發明的實施例中提到的部件的尺寸、材質、形狀、相對配置等并非旨在將本發明的技術范圍局限于它們，除非另外指定。
[0037]圖1是顯示本發明適用的內燃發動機的總體構型的視圖。圖1所示的內燃發動機I是能使用CNG和液體燃料(汽油、乙醇燃料等)的火花點火式內燃發動機。順便說一下，內燃發動機I可以是能使用CNG和輕油的壓燃式內燃發動機。
[0038]進氣通路3和排氣通路4與內燃發動機I連接。進氣通路3是用于將從大氣吸入的新鮮空氣(空氣)導入各個氣缸2中的通路。在進氣通路3的中途安裝有空氣濾清器30。空氣濾清器30捕集空氣中包含的灰塵、塵埃等。空氣流量計31在空氣濾清器30的下游安裝在進氣通路3上。空氣流量計31輸出與流經進氣通路3的空氣的量(質量)有關的電信號。在空氣流量計31的下游在進氣通路3上安裝有節氣門32。節氣門32通過改變進氣通路3的通路截面積來改變供給到內燃發動機I的空氣的量。
[0039]順便說一下，節氣門32下游的進氣通路3分支成分別與氣缸2連接的四個支管。進氣通路3的支管安裝有分別將CNG噴射到各支管內的第一燃料噴射閥5和分別將液體燃料噴射到各支管內的第二燃料噴射閥6。
[0040]第一燃料噴射閥5與第一輸送管50連接。第一輸送管50經由第一燃料通路51與第一燃料箱52連接。第一燃料箱52經由輸入管54與安裝在車輛的車身上的充填口 53連接。充填口 53在配置于氣站等的充填噴嘴插入到其中時開口，并且將從充填噴嘴供給的CNG導入輸入管54中。從充填口 53導入輸入管54中的CNG被儲存在第一燃料箱52中。
[0041 ]儲存在第一燃料箱52中的CNG經由第一燃料通路51供給到第一輸送管50，然后從第一輸送管50分配到四個第一燃料噴射閥5。順便說一下，在第一燃料通路51的中途配置有切斷閥55。切斷閥55在第一燃料通路51的導通和切斷之間進行切換。切斷閥55在內燃發動機I的運轉停止期間(例如，在點火開關關閉的期間)關閉，而在內燃發動機I運轉期間(例如，在點火開關接通期間)打開。作為切斷閥55，可以采用例如電磁閥裝置，該電磁閥裝置在被施加驅動電力時打開，而在未被施加驅動電力時關閉。
[0042]在切斷閥55下游的第一燃料通路51中配置有調節器56。調節器56將從第一燃料箱52供給的CNG的壓力降至預設壓力(設定壓力)。換言之，調節器56是將第一燃料通路51的通路截面積調節成使得調節器56下游的第一燃料通路51中的燃料壓力一一即施加至第一燃料噴射閥5和第一輸送管50的燃料壓力(以下稱為“燃料噴射壓力”)一一變得等于設定壓力的閥裝置。作為調節器56，可以采用例如通過將隔膜和彈簧彼此組合而制作的機械閥裝置。此外，在第一燃料箱52上安裝有壓力傳感器57。壓力傳感器57輸出與第一燃料箱52中的壓力相關的電信號。
[0043]第二燃料噴射閥6與第二輸送管60連接。第二輸送管60經由第二燃料通路61與第二燃料箱62連接。第二燃料箱62是儲存液體燃料的箱。在第二燃料通路61的中途安裝有用于向上栗吸儲存在第二燃料箱62中的液體燃料的燃料栗63。燃料栗63例如是由電動機驅動的渦輪式的栗。由燃料栗63向上栗吸的液體燃料經由第二燃料通路61供給到第二輸送管60，然后從第二輸送管60分配給四個燃料噴射閥6。
[0044]排氣通路4是用于將從各氣缸2排出的燃燒氣體(排氣)經由排氣控制設備40、消聲器等排出到大氣中的通路。在排氣通路4的中途安裝有輸出與空燃比相關的電信號的A/F傳感器41(空燃比傳感器)。
[0045]這樣構成的內燃發動機I安裝有ECU7A⑶7是由CPU、R0M、RAM、備用RAM等構成的電子控制單元。除上述空氣流量計31、上述A/F傳感器41和上述壓力傳感器57外，各種傳感器如加速器位置傳感器8、曲柄位置傳感器9、切換按鈕10等與E⑶7電連接。順便說一下，加速器位置傳感器8是輸出與加速器踏板的操作量(加速器開度)相關的電信號的傳感器。曲柄位置傳感器9是輸出與內燃發動機的曲軸的旋轉位置相關的電信號的傳感器。切換按鈕10是設置在車輛的車廂中以允許駕駛者輸入在用燃料的切換要求的裝置。切換按鈕10相當于輸入裝置。
[0046]各種部件如第一燃料噴射閥5、第二燃料噴射閥6、節氣門32、切斷閥55、燃料栗63等與ECU 7電連接。ECU 7基于上述各種傳感器的輸出信號來控制各種部件。
[0047]例如，E⑶7基于上述各種傳感器的輸出信號來計算內燃發動機I的運轉條件(例如，發動機負荷、發動機轉速等)，并基于該運轉條件來獲得與混合物的燃燒狀態有關的控制參數(例如，燃料噴射量、進氣量、點火正時等)。然后，ECU 7根據這些控制參數來控制各種部件。此外，ECU7在駕駛者操作切換按鈕10時(在切換要求被輸入時)進行在用燃料的切換。
[0048]順便說一下，儲存在第一燃料箱52中的CNG的性狀不一定是一樣的，并且可因CNG的補給場所(充填場所)等而異。混合物中的CNG和氧以正確的比例彼此反應時的空燃比(理論空燃比)因CNG的性狀而異。特別地，CNG中包含的惰性氣體(二氧化碳(CO2)和氮(N2))的濃度的差異也引起理論空燃比的差異。
[0049]這里應當注意的是，圖2顯示了CNG中包含的惰性氣體的濃度與理論空燃比之間的關系。在圖2中，CNG的理論空燃比在CNG中的惰性氣體的濃度高時比在CNG中的惰性氣體的濃度低時低。因此，如果在第一燃料箱52被充填以性狀與第一燃料箱52中殘留的CNG(殘留CNG)不同的CNG(充填CNG)時按照殘留CNG的理論空燃比來控制充填后控制參數，則實際空燃比可能變得與期望的目標空燃比不同，或由內燃發動機I產生的轉矩可能變得與目標轉矩不同。
[0050]例如，當第一燃料箱52被充填以惰性氣體的濃度比殘留CNG高的充填CNG時，充填后CNG(作為殘留CNG和充填CNG的混合物的CNG(混合CNG))的理論空燃比變得比殘留CNG的理論空燃比低(濃)。因此，當按照殘留CNG的理論空燃比來控制被充填以充填CNG之后的控制參數時，實際空燃比變得比目標空燃比高(稀)。
[0051 ]另一方面，當第一燃料箱52被充填以惰性氣體的濃度比殘留CNG低的充填CNG時，混合CNG的理論空燃比變得比殘留CNG的理論空燃比高(稀)。因此，當按照殘留CNG的理論空燃比來控制被充填以充填CNG之后的控制參數時，實際空燃比變得比目標空燃比低(濃)。
[0052]因此，在CNG的性狀(惰性氣體的濃度)已改變的情況下，有必要學習CNG的性狀以補償理論空燃比的變化。更具體地，與混合物的空燃比有關的控制參數需要被修正為適合于CNG的性狀的值。以下將說明修正燃料噴射量的例子。
[0053]首先，在本實施例中，當內燃發動機I利用CNG運轉時，利用以下示出的式(I)計算CNG的燃料噴射量(燃料噴射時間)etau。
[0054]etau = etp*ekaf*ekin*k...(I)
[0055]式(I)中的etp是從采用進氣量、發動機轉速等作為參數的脈譜圖導出的基本噴射量。這里提到的脈譜圖是通過利用預先的實驗等的適合處理獲得的，并存儲在ECU 7的ROM中。
[0056]式(I)中的ekaf是用于消除目標空燃比與實際空燃比(通過A/F傳感器41檢測出的空燃比)之間的偏差的修正系數(空燃比反饋修正系數)。例如，根據以下示出的式(2)計算該ekafο
[0057]ekaf=(efaf+efgaf+100)/100...(2)
[0058]式(2)中的efaf是基于目標空燃比與實際空燃比之差確定的修正值(空燃比反饋修正值)。式(2)中的efgaf是用于補償目標空燃比與實際空燃比之間的持久偏差(第一燃料噴射閥5的噴射特性的隨時間變化等所引起的偏差)的空燃比學習值。
[0059]式(I)中的k是按照冷卻劑溫度或加速器開度確定的增量修正系數。此外，式(I)中的ekin是用于補償CNG的性狀變化(惰性氣體的濃度的變化)所引起的理論空燃比的變化的修正系數(惰性氣體濃度學習修正系數)。
[0060]基于下式(3)來計算惰性氣體濃度學習修正系數ekin。
[0061 ] ekin = (eknco2+l00)/100...(3)
[0062]式(3)中的eknco2是用于補償CNG中的惰性氣體的濃度所引起的目標空燃比與實際空燃比之間的持久偏差的學習值(惰性氣體濃度學習值)。以下將說明確定惰性氣體濃度學習值eknco2的方法。
[0063]當第一燃料箱52被補給以CNG時，CNG的性狀改變。例如，當第一燃料箱52被補給以惰性氣體的濃度比殘留CNG高的充填CNG時，混合CNG中的惰性氣體的濃度變得比殘留CNG中的惰性氣體的濃度高。此外，當第一燃料箱52被補給以惰性氣體的濃度比殘留CNG低的充填CNG時，混合CNG中的惰性氣體的濃度變得比殘留CNG中的惰性氣體的濃度低。
[0064]混合CNG的性狀變化由在被充填以充填CNG之后首次使用CNG時的空燃比反饋修正值efaf反映。例如，當第一燃料箱52被補給以惰性氣體的濃度比殘留CNG高的充填CNG時，混合CNG的理論空燃比變得比殘留CNG的理論空燃比低(濃)。因此，通過A/F傳感器41檢測出的空燃比從目標空燃比偏向稀側。這種情況下，空燃比反饋修正值efaf變成用于增加燃料噴射量的值(正值)。空燃比反饋修正值efaf的大小變得比CNG的性狀恒定時該修正值能采取的最大值大。
[0065]另一方面，當第一燃料箱52被補給以惰性氣體的濃度比殘留CNG低的充填CNG時，混合CNG的理論空燃比變得比殘留CNG的理論空燃比高(稀)。因此，通過A/F傳感器41檢測出的空燃比從目標空燃比偏向濃側。這種情況下，空燃比反饋修正值efaf變成用于減少燃料噴射量的值(負值)。空燃比反饋修正值efaf的大小變得比CNG的性狀恒定時該修正值能采取的最大值大。
[0066]順便說一下，CNG的充填在內燃發動機I的起動之前(在內燃發動機I的運轉停止期間)執行。因此，如果當CNG在內燃發動機I的起動之后被首次使用時空燃比反饋修正值efaf的大小在一閾值以上，則第一燃料箱52能被視為已被充填以性狀與殘留CNG不同的充填CNG。順便說一下，這里提到的“閾值”例如是通過在CNG的性狀恒定的條件下將空燃比反饋修正值efaf的絕對值能采取的最大值加上一裕量而獲得的值。
[0067]因此，如果當CNG在內燃發動機I的起動之后被首次使用時空燃比反饋修正值efaf的大小在閾值以上，則ECU 7執行用于學習CNG的性狀的處理(學習處理)。這里提到的學習處理是將惰性氣體濃度學習值eknco2更新為適合于CNG的性狀的值的處理。
[0068]更具體地，E⑶7將惰性氣體濃度學習值eknco2加上一預定值a。預定值a在空燃比反饋修正值efaf為正值時被設定為正值，而在空燃比反饋修正值efaf為負值時被設定為負值。順便說一下，預定值a的大小可以是按照空燃比反饋修正值efaf的大小(或空燃比反饋修正值efaf的絕對值與閾值之差)而確定的可變值，或可以是通過利用預先的實驗等的適合處理而確定的固定值。
[0069]當惰性氣體濃度學習值eknco2更新時，E⑶7將空燃比反饋修正值efaf減去惰性氣體濃度學習值eknco2的更新值(預定值a)。這是因為CNG的性狀變化所引起的修正值被包含在惰性氣體濃度學習值eknco2和空燃比反饋修正值efaf兩者內。
[0070]順便說一下，學習惰性氣體濃度學習值eknco2的處理以比學習空燃比學習值efgaf的處理高的優先度執行。這是因為，當在充填CNG的補給之后在學習惰性氣體濃度學習值eknco2的處理之前執行學習空燃比學習值efgaf的處理時，即使CNG的性狀已改變，空燃比反饋修正值efaf的絕對值也變得小于閾值。
[0071 ]此外，當充填CNG中的惰性氣體的濃度與殘留CNG中的惰性氣體的濃度之差小時，或當充填CNG的量小于殘留CNG的量時，混合CNG的性狀與殘留CNG的性狀之間的差異可能小。此外，空燃比學習值efgaf是按照負荷的大小等針對互相分離開的多個運轉區域中的每個運轉區域設定的。因此，在一些運轉區域中，CNG的性狀變化可能不會由空燃比反饋修正值efaf的大小清楚地反映。
[0072]因此，當全部運轉區域中的空燃比學習值efgaf的平均ef gaf ave的絕對值即使在空燃比反饋修正值efaf不超過閾值的情況下也超過閾值時，E⑶7可認為CNG的特性已改變，并且可更新惰性氣體濃度學習值eknco2。具體地，E⑶7可在平均efgaf ave的絕對值在閾值以上時將惰性氣體濃度學習值eknco2加上一預定值b。預定值b在平均efgaf ave為正值時被設定為正值，而在平均efgaf ave為負值時被設定為負值。預定值b的絕對值的大小可以是按照平均efgafave的絕對值的大小而確定的可變值，或可以是通過利用預先的實驗等的適合處理而確定的固定值。然而，應當注意的是，預定值b的絕對值的大小被設定為比預定值a的絕對值小的值。
[0073]此外，與平均efgafave相比較的閾值是通過將當CNG的性狀恒定時的平均efgafave的絕對值能采取的最大值加上一裕量而獲得的值。與空燃比反饋修正值efaf的絕對值相比較的閾值在下文中將被稱為第一閾值，而與空燃比學習值efgaf的平均efgaf ave的絕對值相比較的閾值在下文中將被稱為第二閾值。
[0074]當惰性氣體濃度學習值eknco2在平均efgafave的絕對值在第二閾值以上的條件下更新時，ECT 7將空燃比學習值efgaf減去惰性氣體濃度學習值eknco2的更新值(預定值b)。這種場合下，ECU 7針對全部運轉區域將空燃比學習值efgaf減去惰性氣體濃度學習值eknco2的更新值。
[0075]當根據上述方法執行學習惰性氣體濃度學習值eknco2的處理時，根據式(I)計算出的燃料噴射量(燃料噴射時間)etau變成能補償由于CNG的性狀變化所引起的理論空燃比的變化和沃泊指數的變化的值。結果，在CNG的性狀已改變的情況下，混合物的空燃比能迅速收斂為目標空燃比，并且能使混合物燃燒時產生的熱能的量與期望量一致。
[0076]順便說一下，當CNG在內燃發動機I的起動之后被首次使用時，駕駛者可能在關于CNG的性狀是否已改變的判定結束之前或在學習處理的結束之前操作切換按鈕10(輸入從CNG向另一種燃料的切換要求)。
[0077]這里應當注意的是，圖3顯示了在從CNG向另一種燃料的切換在學習處理結束之前進行且然后進行從該燃料向CNG的切換的情況下CNG的性狀、空燃比(A/F)、空燃比反饋修正值efaf和惰性氣體濃度學習值eknco2的隨時間變化。
[0078]從第一燃料噴射閥5噴射的CNG的性狀是從CNG在內燃發動機I的起動之后被首次使用(CNG的使用開始)時充填一段時間(至圖3中的tl的期間)之前的CNG的性狀。這是因為預充填CNG殘留在從第一燃料箱52到第一燃料噴射閥5的路徑(第一燃料通路51)中。
[0079 ]當第一燃料通路51中殘留的預充填CNG被消耗(在圖3中的11)時，從第一燃料噴射閥5噴射的CNG的性狀開始改變。這種情況下，從第一燃料噴射閥5噴射的CNG的理論空燃比也開始改變。然而，空燃比反饋修正值efaf通過空燃比反饋控制改變，因此空燃比(A/F)接近目標A/F。此外，空燃比反饋修正值efaf的大小變得大于第一閾值。因此，判定為CNG的性狀已改變(判定為需要執行學習處理)，并且學習處理開始。
[0080]順便說一下，從CNG向另一種燃料的切換在學習處理結束之前(在圖3中的t2)進行，空燃比反饋修正值efaf被重置。因此，當進行從該燃料再次向CNG的切換時(在圖3中的t3)，空燃比(A/F)偏離目標A/F。然后，當空燃比反饋修正值efaf變得大于第一閾值時，惰性氣體濃度學習值eknco2的更新(學習處理)開始(在圖3中的t4)。然后，當惰性氣體濃度學習值eknco2變成適合于充填后CNG的性狀的值時(在圖3中的t5)，空燃比反饋修正值efaf變成在第一閾值以下，并且空燃比(A/F)向目標A/F收斂。然后，空燃比(A/F)穩定在接近目標A/F的值(在圖3中的t6)，學習完成標記開啟(完成)。
[0081]如圖3所示，如果當進行從該燃料再次向CNG的切換時空燃比(A/F)偏離目標A/F，則引起駕駛性能的惡化或排氣排放性能的惡化。
[0082]相比而言，根據本發明的實施例，當CNG在內燃發動機I的起動之后被首次使用時，禁止進行從CNG向另一種燃料的切換，直至判定為CNG的特性未改變或學習處理結束。例如，如圖4所示，在從CNG在內燃發動機I的起動之后被首次使用(CNG的使用開始)時到學習完成標記開啟(完成)時(在圖4中的tlO)的期間中，即使當駕駛者操作切換按鈕10時，也禁止進行從CNG向另一種燃料的切換。
[0083]順便說一下，當第一燃料箱52在內燃發動機I的起動之前(在內燃發動機I的運轉停止期間)未被充填以CNG時，或當充填CNG的性狀與殘留CNG的性狀基本上相同時，空燃比反饋修正值efaf的大小在第一閾值以下，并且空燃比學習值efgaf的平均efgaf ave在第二閾值以下。這種情況下，不需要執行學習處理。因此，只要判定為空燃比反饋修正值efaf在第一閾值以下并且平均efgafave在第二閾值以下，就可開啟學習完成標記。
[0084]此外，如果在內燃發動機I的起動之前未執行CNG的充填(或補給)，則CNG的性狀不改變。因此，只要CNG在內燃發動機I的起動之后被首次使用，就可開啟學習完成標記。這種情況下，向另一種燃料的切換能在CNG的使用開始之后立即進行。順便說一下，作為判定在內燃發動機I的起動之前是否已執行CNG的充填的方法，可以采用這樣的方法，即該方法包括:將最近一次運轉停止時(例如，當點火開關關閉時)壓力傳感器57的測定值與當前起動時(例如，當點火開關接通時)壓力傳感器57的測定值彼此進行比較，在測定值之差在預定值以下的情況下判定為尚未執行CNG的充填，而在測定值之差已超過預定值的情況下判定為已執行CNG的充填。
[0085]以下將參照圖5說明本發明的實施例中的執行學習處理的例程。圖5是顯示了內燃發動機I起動時(點火開關接通時)由ECU 7執行的處理例程的流程圖。該處理例程被預先存儲在ECU 7的ROM中。順便說一下，假設在內燃發動機I起動時使用CNG以外的燃料。
[0086]在圖5的處理例程中，E⑶7首先在SlOl的處理中判定在內燃發動機I的起動之前是否已執行CNG的充填(補給)。例如，當最后一次運轉停止時壓力傳感器57的測定值與當前起動時壓力傳感器57的測定值之差大于預定值時，ECU 7判定為在內燃發動機I的起動之前已執行CNG的充填。另一方面，當該差在預定值以下時，ECU 7判定為在內燃發動機I的起動之前尚未執行CNG的充填。
[0087]當在內燃發動機I的起動之前尚未執行CNG的充填時，CNG的性狀不變，因此不必學習CNG的性狀。因而，當步驟SlOl中的判定結果為否定時，E⑶7轉入S109的處理，并且關閉(OFF)禁止標記。禁止標記是在禁止進行從CNG向另一種料的切換時開啟(ON)并且在容許進行從CNG向另一種燃料的切換時關閉(OFF)的標記。亦即，只要禁止標記開啟(ON)，就禁止從CNG向另一種燃料的切換，即使做出進行從CNG向另一種燃料的切換要求(駕駛者操作切換按鈕10)。
[0088]另一方面，當在內燃發動機I的起動之前已執行CNG的充填時，CNG的性狀可能改變，因此存在對判定是否需要執行學習處理(CNG的性狀是否已改變)的需求。因而，當SlOl中的判定結果為肯定時，E⑶7執行S102以后的處理。
[0089]在S102的處理中，E⑶7判定進行從另一種燃料向CNG的切換要求是否已輸入。更具體地，E⑶7判定切換按鈕10是否已被操作。當S102的處理中的判定結果為否定時，E⑶7重復執行S102的處理。另一方面，當S102的處理中的判定結果為肯定時，E⑶7轉入S103的處理。
[0090]在S103的處理中，E⑶7判定CNG的使用條件是否成立。例如，當A/F傳感器41和排氣控制設備40已被啟用并且冷卻劑溫度在預定溫度(例如，判定為內燃發動機I已暖機的最低冷卻劑溫度)以上時，E⑶7判定為能使用CNG。當S103的處理中的判定結果為否定時，E⑶7返回S102的處理。另一方面，當S103中的判定結果為肯定時，E⑶7轉入S104的處理。
[0091]在S104的處理中，E⑶7將在用燃料從另一種燃料切換為CNG。更具體地，E⑶7停止第二燃料噴射閥6和燃料栗63。此外，ECU 7打開切斷閥55，并且操作第一燃料噴射閥5。隨后，E⑶7轉入S105的處理，并且開啟(ON)禁止標記。
[0092]在S106的處理中，E⑶7判定是否已進行從殘留CNG向混合CNG的切換。亦即，E⑶7判定第一燃料通路51中殘留的殘留CNG是否已全部消耗。具體地，當從第一燃料噴射閥5噴射的CNG的累積量變成大于第一燃料通路51中殘留的殘留CNG的量時，ECU 7判定為第一燃料通路51中殘留的殘留CNG已全部消耗。順便說一下，能基于第一燃料通路51的容量來獲得第一燃料流51中殘留的殘留CNG的量。當S106的處理中的判定結果為否定時，ECU 7重復執行S106的處理。另一方面，當S106中的判定結果為肯定時，E⑶7轉入S107的處理。
[0093]在S107的處理中，E⑶7讀取通過根據上述方法執行的空燃比反饋控制獲得的空燃比反饋修正值efaf，并且判定空燃比反饋修正值efaf的大小(絕對值)是否在第一閾值以下。當S107的處理中的判定結果為肯定時，E⑶7轉入S108的處理。
[0094]在S108的處理中，E⑶7獲得通過空燃比反饋控制獲得的空燃比學習值efgaf的平均ef gaf ave，并且判定平均ef gaf ave的大小(絕對值)是否在第二閾值以下。當S108的處理中的判定結果為肯定時，充填CNG的性狀和CNG的性狀基本上相同，因此不存在對執行學習處理的需求。因而，當S108的處理中的判定結果為肯定時，E⑶7轉入S109的處理，并且關閉(OFF)禁止標記。
[0095]此外，當S107的處理中的判定結果為否定時，或當S108的處理中的判定結果為否定時，充填CNG的性狀與殘留CNG的性狀不同，因此存在對執行學習處理的需求。因而，ECU 7轉入SI 10的處理，并執行學習處理。具體地，E⑶7首先按照空燃比反饋修正值efaf的正負和空燃比反饋修正值efaf的絕對值的大小來計算預定值a。隨后，ECU 7將惰性氣體濃度學習值eknco2加上預定值a，并且將計算結果(=eknco2+a)設定為新的惰性氣體濃度學習值eknco2。此外，E⑶7將空燃比反饋修正值efaf減去預定值a。順便說一下，本發明的學習值是通過由E⑶7執行SI 10的處理實現的。
[0096]在步驟Slll的處理中，判定學習處理是否已結束。具體地，當空燃比反饋修正值efaf已降至第一閾值以下時，E⑶7判定為學習處理已結束。當Slll的處理中的判定結果為否定時，E⑶7返回SllO的處理。亦即，E⑶7重復執行SllO和Slll的處理，直至空燃比反饋修正值efaf的絕對值變成在第一閾值以下。然后，當空燃比反饋修正值efaf的絕對值變成在第一閾值以下時，E⑶7在Slll中做出肯定的判定。這種情況下，E⑶7轉入S109的處理，并且關閉(OFF)禁止標記。
[0097]當根據上述處理例程執行學習處理時，從CNG向另一種燃料的切換禁止在從CNG在內燃發動機I的起動之后被首次使用時到判定為不存在對執行學習處理的需求時的期間中(在從S104的處理的執行到S108的處理中做出肯定判定的期間中)或在從CNG在內燃發動機I的起動之后被首次使用時到學習處理完成時的期間中(在從S104的處理的執行到Slll的處理中做出的肯定判定的期間中)進行。
[0098]結果，從CNG向另一種燃料的切換在判定為不存在對執行學習處理的需求之后或在學習處理完成之后進行。因此，當進行從CNG向另一種燃料的切換且然后進行從該燃料再次向CNG的切換時，能抑制混合物的空燃比偏離適合于CNG的性狀的空燃比。結果，能抑制由于CNG的性狀變化而引起駕駛性能的惡化或排氣排放性能的惡化。
[0099]此外，當判定為在內燃發動機I的起動之前尚未執行CNG的充填時，禁止標記關閉(OFF)。因此，向另一種燃料的切換能在CNG的使用開始之后立即進行。因此，能縮短對抗駕駛者的要求而限制在用燃料切換的期間。
[0100]順便說一下，本發明的判定裝置是通過由ECU 7執行S10US107或S108的處理實現的。此外，本發明的禁止裝置是通過由E⑶7執行S105和S109的處理實現的。
[0101]在本發明的上述實施例中，已說明了本發明應用于通過駕駛者的手動操作來切換在用燃料的內燃發動機的例子。然而，本發明也可應用于在用燃料自動切換的內燃發動機。
[0102]在例如如圖6所示的能使用CNG和液體燃料兩者的內燃發動機中，CNG使用區域被設定為低負荷/低轉速運轉區域，并且液體燃料使用區域被設定為高負荷/高轉速運轉區域。在此構型中，在用燃料在內燃發動機的運轉狀態從CNG使用區域轉入液體燃料使用區域時或在內燃發動機的運轉狀態從液體燃料使用區域轉入CNG使用區域時自動切換。
[0103]順便說一下，內燃發動機的運轉狀態可在關于CNG的性狀是否已改變的判定結束之前或在學習處理結束之前從CNG使用區域轉入液體燃料使用區域。如果這種情況下容許從CNG向液體燃料的切換，則導致了與通過駕駛者的手動操作切換在用燃料的內燃發動機中一樣的不便。
[0104]因此，適合的是，在CNG從在內燃發動機的起動之后被首次使用時到判定為CNG的性狀尚未改變(不存在對執行學習處理的需求)時的期間中或在從CNG在內燃發動機的起動之后被首次使用時到學習處理結束的期間中，即使內燃發動機的運轉狀態從CNG使用區域轉入液體燃料使用區域也禁止進行從CNG向液體燃料的切換。
【主權項】
1.一種用于能使用包括壓縮天然氣的多種燃料的內燃發動機的控制系統，所述控制系統包括: 判定裝置，用于判定是否需要學習壓縮天然氣的性狀； 學習裝置，用于在所述判定裝置判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀的情況下執行學習處理，所述學習處理是學習所述壓縮天然氣的性狀的處理； 禁止裝置，用于禁止從所述壓縮天然氣向另一種燃料的切換在以下期間中進行:(i)從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到所述判定裝置判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀時的期間，或(ii)從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到在所述判定裝置判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀之后執行的所述學習處理完成時的期間。2.根據權利要求1所述的控制系統，還包括: 檢測裝置，用于檢測從所述內燃發動機排出的排氣的空燃比； 控制裝置，用于基于由所述檢測裝置檢測出的空燃比與目標空燃比之差而執行燃料噴射量的反饋控制，其中 所述判定裝置在所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時在通過所述反饋控制對所述燃料噴射量的修正量在閾值以下的情況下判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀，并且在所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時在所述修正量大于所述閾值的情況下判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀。3.根據權利要求2所述的控制系統，其中 所述判定裝置執行判定在上述內燃發動機的起動之前是否已補給所述壓縮天然氣的處理， 所述判定裝置在所述判定裝置判定為在所述內燃發動機的起動之前已補給所述壓縮天然氣的情況下基于通過所述反饋控制對所述燃料噴射量的修正量來判定是否需要學習所述壓縮天然氣的性狀，并且 所述判定裝置在所述判定裝置判定為在所述內燃發動機的起動之前尚未補給所述壓縮天然氣的情況下判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀。4.根據權利要求1至3中任一項所述的控制系統，還包括: 輸入裝置，所述輸入裝置允許由所述內燃發動機使用的所述燃料的切換要求輸入到所述輸入裝置，其中 當所述燃料的切換要求在兩個期間中的一個期間的中途輸入到所述輸入裝置時，所述禁止裝置禁止在所述兩個期間中的一個期間結束之前切換所述燃料， 所述兩個期間是(i)從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到所述判定裝置判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀時的期間和(ii)從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到在所述判定裝置判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀之后完成所述學習處理時的期間。5.—種用于能使用包括壓縮天然氣的多種燃料的內燃發動機的控制系統，所述控制系統包括: 電子控制單元，所述電子控制單元配置成: (i)判定是否需要學習所述壓縮天然氣的性狀； (ii)在所述電子控制單元判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀的情況下執行學習處理，所述學習處理是學習所述壓縮天然氣的性狀的處理;并且 (iii)禁止從所述壓縮天然氣向另一種燃料的切換在第一期間或第二期間中進行，所述第一期間是從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到所述電子控制單元判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀時的期間，且所述第二期間是從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到在所述電子控制單元判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀之后執行的所述學習處理完成時的期間。6.根據權利要求5所述的控制系統，還包括: 空燃比傳感器，所述空燃比傳感器檢測從所述內燃發動機排出的排氣的空燃比， 其中，所述電子控制單元配置成基于由所述空燃比傳感器檢測出的空燃比與目標空燃比之差來執行燃料噴射量的反饋控制，并且 所述電子控制單元配置成在通過所述反饋控制對所述燃料噴射量的修正量在閾值以下且所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用的情況下判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀，并且 所述電子控制單元配置成在所述修正量大于所述閾值且所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用的情況下判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀。7.根據權利要求6所述的控制系統，其中 所述電子控制單元配置成執行判定在所述內燃發動機的起動之前是否已補給所述壓縮天然氣的處理，并且 所述電子控制單元配置成在所述電子控制單元判定為在所述內燃發動機的起動之前已補給所述壓縮天然氣的情況下基于通過所述反饋控制對所述燃料噴射量的修正量來判定是否需要學習所述壓縮天然氣的性狀，并且 所述電子控制單元配置成在所述電子控制單元判定為在所述內燃發動機的起動之前尚未補給所述壓縮天然氣的情況下不需要學習所述壓縮天然氣的性狀。8.根據權利要求5至7中任一項所述的控制系統，還包括: 輸入裝置，所述輸入裝置允許由所述內燃發動機使用的所述燃料的切換要求輸入到所述輸入裝置，其中 所述電子控制單元配置成在所述燃料的切換要求在所述第一期間和所述第二期間中的一者的中途輸入到所述輸入裝置的情況下禁止所述燃料的切換在所述第一期間和所述第二期間中的一者結束之前進行。9.一種用于能使用包括壓縮天然氣的多種燃料的內燃發動機的控制方法，所述控制方法包括: (i)判定是否需要學習所述壓縮天然氣的性狀； (ii)在判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀的情況下執行學習處理，所述學習處理是學習所述壓縮天然氣的性狀的處理；以及 (iii)禁止從所述壓縮天然氣向另一種燃料的切換在第一期間或第二期間中進行，所述第一期間是從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到判定為不需要學習所述壓縮天然氣的性狀時的期間，且所述第二期間是從所述壓縮天然氣在所述內燃發動機的起動之后被首次使用時到在判定為需要學習所述壓縮天然氣的性狀之后執行 的所述學習處理完成時的期間。
【文檔編號】F02D19/06GK105940206SQ201580006535
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年1月28日
【發明人】鈴木直樹, 谷口聰
【申請人】豐田自動車株式會社