用于内燃发动机的控制系统和控制方法
【专利摘要】在用于能使用包括压缩天然气的多种燃料的内燃发动机的控制系统中，本发明禁止在从CNG在内燃发动机的起动之后被首次使用时到判定为不需要学习CNG的性状时的期间或从CNG在内燃发动机的起动之后被首次使用时到学习CNG的性状的处理结束时的期间中进行从CNG向另一种燃料的切换。
【专利说明】
用于内燃发动机的控制系统和控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及用于能使用包括压缩天然气(CNG)的多种燃料的内燃发动机的控制系统和控制方法。
【背景技术】
[0002]近年来，已得知使用CNG作为燃料来运转的内燃发动机。在这种内燃发动机中，已提出在当内燃发动机在CNG的补给之后首次运转时空燃比反馈控制的修正量大于阈值的情况下判定为CNG的性状已改变并学习CNG的性状的技术(例如，参见WO 2013/076811)。
【发明内容】
[0003]顺便说一下，在能使用包括CNG和其它类型的燃料(例如，汽油、轻油等)的多种燃料的内燃发动机中，可在学习CNG的性状的同时做出向另一种燃料切换的要求。这种情况下，当容许从CNG向另一种燃料的切换时，当进行从该燃料再次向CNG的切换时混合物的空燃比可能偏离适合于CNG的性状的空燃比。结果，可能引起驾驶性能的恶化或排气排放性能的恶化。
[0004]本发明的一个目的是，在用于能使用包括CNG的多种燃料的内燃发动机的控制系统和控制方法中，最大限度地抑制驾驶性能和排气排放性能由于CNG的性状变化而恶化。
[0005]根据本发明的第一方面，提供了一种用于能使用包括压缩天然气的多种燃料的内燃发动机的控制系统。在该用于内燃发动机的控制系统中，在从压缩天然气在内燃发动机的起动之后被首次使用时到学习压缩天然气的性状的处理结束时的期间中禁止进行从压缩天然气向另一种燃料的切换。
[0006]更具体地，根据本发明的第一方面，提供了一种用于能使用包括压缩天然气的多种燃料的内燃发动机的控制系统。该控制系统配备有判定装置、学习装置和禁止装置。所述判定装置判定是否需要学习所述压缩天然气的性状。所述学习装置在所述判定装置判定为需要学习所述压缩天然气的性状时执行学习所述压缩天然气的性状的学习处理。在从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到所述判定装置判定为不需要学习所述压缩天然气的性状时的期间中，或在从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到在所述判定装置判定为需要学习所述压缩天然气的性状之后所述学习处理完成时的期间中，所述禁止装置禁止进行从所述压缩天然气向另一种燃料的切换。
[0007]压缩天然气(CNG)的性状不一定是一样的，并且可因CNG的补给场所(充填场所)而异。当燃料箱被补给(充填)CNG时，燃料箱中残留的CNG(以下称为“残留CNG”)和充填燃料箱的CNG(以下称为“充填CNG”)彼此相混合。在充填CNG的性状与残留CNG的性状不同的情况下，在燃料箱被充填以充填燃料之后从燃料箱供给到内燃发动机的CNG(作为充填CNG与残留CNG的混合物的CNG(以下称为“混合CNG” ))的性状与残留CNG的性状不同。
[0008]这里应当注意的是，CNG的性状变化对内燃发动机的运转状态的影响的例子包括理论空燃比的变化、沃泊指数(通过将CNG的总发热量除以CNG的比重的平方根而获得的值)的变化等。例如，当气态燃料中包含的惰性气体(例如，二氧化碳(CO2)或氮(N2))的浓度改变时，混合物中的CNG和氧以正确比例彼此反应的空燃比(理论空燃比)改变，并且沃泊指数改变。
[0009]因此，当内燃发动机在通过混合CNG运转时基于残留CNG的性状而运转时，混合物的空燃比不会变成等于期望空燃比。结果，可能引起驾驶性能的恶化或排气排放性能的恶化。因此，在CNG的性状已改变的情况下，内燃发动机需要基于混合CNG的性状而运转。
[0010]当补给CNG时，CNG的性状会改变。于是，CNG在内燃发动机的起动之前(在内燃发动机的运转停止期间)补给。因此，当CNG在内燃发动机的起动之后被首次使用时，CNG的性状可能改变。
[0011]相比而言，根据本发明的第一方面的用于内燃发动机的控制系统在CNG在内燃发动机的起动之后被首次使用的情况下判定是否需要学习CNG的性状。换言之，根据本发明的用于内燃发动机的控制系统在CNG在内燃发动机的起动之后被首次使用的情况下判定CNG的性状是否已改变。
[0012]当需要学习CNG的性状时，执行学习CNG的性状的处理(学习处理)。这里提到的“学习处理”例如是获得用于将与混合物的空燃比有关的控制参数(例如，燃料喷射量、进气量、EGR气体量等)修正为适合于CNG的性状的值的修正值或学习值的处理。
[0013]顺便说一下，在关于是否需要学习CNG的性状的判定结束之前或在用于学习CNG的性状的学习处理结束之前可能作出从CNG向另一种燃料的切换要求。当在这种情况下容许从CNG向另一种燃料的切换时，在进行从该燃料再次向CNG的切换时混合物的空燃比不会变得等于期望空燃比。结果，引起了驾驶性能的恶化或排气排放性能的恶化。
[0014]相比而言，根据本发明的第一方面的用于内燃发动机的控制系统禁止从压缩天然气向另一种燃料的切换在从压缩天然气在内燃发动机的起动之后被首次使用时到判定装置判定为不需要学习压缩天然气的性状时的期间或从压缩天然气在内燃发动机的起动之后被首次使用时到在判定装置判定为需要学习压缩天然气的性状之后学习处理完成时的期间中进行。
[0015]根据此构型，从CNG向另一种燃料的切换在判定为不需要学习CNG的性状之后或在用于学习CNG的性状的学习处理结束之后进行。结果，能使混合物的空燃比在进行从CNG向另一种燃料的切换且然后进行从该燃料再次向CNG的切换时等于期望空燃比。结果，能抑制由于CNG的性状变化而引起驾驶性能的恶化或排气排放性能的恶化。
[0016]所述用于内燃发动机的控制系统还可配备有用于检测从所述内燃发动机排出的排气的空燃比的检测装置和用于基于通过所述检测装置检测出的空燃比与目标空燃比之差来执行燃料喷射量的反馈控制的控制装置。
[0017]这种情况下，所述判定装置可在所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时通过所述反馈控制对所述燃料喷射量的修正量在阈值以下的情况下判定为不需要学习所述压缩天然气的性状，而在所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时所述修正量大于所述阈值的情况下判定为需要学习所述压缩天然气的性状。
[0018]CNG的性状变化，换言之，CNG中的惰性气体的浓度的变化，由通过反馈控制对燃料喷射量的修正量反映。更具体地，当理论空燃比由于CNG的性状变化而改变时，排气的空燃比(氧浓度)相应改变。因此，当CNG的性状(惰性气体的浓度)由于CNG的补给而改变时，通过检测装置检测到的排气的空燃比改变，从而通过反馈装置获得的修正量也改变。
[0019]例如，当补给了惰性气体的浓度比残留CNG高的充填CNG时，混合CNG中的惰性气体的浓度变得比残留CNG中的惰性气体的浓度高。这种情况下，混合CNG的理论空燃比变得比残留CNG的理论空燃比低(浓)。结果，通过检测装置检测出的排气的空燃比从目标空燃比偏向稀侧。因此，基于反馈控制的修正量变成用于增加燃料喷射量的值。修正量的大小变得比在CNG的性状恒定时该修正量可采取的最大值大。
[0020]当补给了惰性气体的浓度比残留CNG低的充填CNG时，混合CNG中的惰性气体的浓度变得比残留CNG中的惰性气体的浓度低。这种情况下，混合CNG的理论空燃比变得比残留CNG的理论空燃比高(稀)。结果，通过检测装置检测出的排气的空燃比从目标空燃比偏向浓侦U。因此，基于反馈控制的修正量变成用于减少燃料喷射量的值。燃料喷射量的大小变得比在CNG的性状恒定时该修正量采取的最大值大。
[0021]因此，当基于反馈控制的修正量大于阈值时，能判定为CNG的性状已改变。顺便说一下，这里提到的“阈值”指通过将例如在CNG的性状恒定的条件下基于反馈控制的修正值能采取的最大值加上一裕量而获得的值。
[0022]在所述用于内燃发动机的控制系统中，所述判定装置还可执行判定在内燃发动机的起动之前是否已补给所述压缩天然气的处理。然后，所述判定装置在所述判定装置判定为在所述内燃发动机的起动之前已补给所述压缩天然气的情况下可基于通过所述反馈控制对所述燃料喷射量的修正量来判定是否需要学习所述压缩天然气的性状，并且在所述判定装置判定为在所述内燃发动机的起动之前尚未补给所述压缩天然气的情况下可判定为不需要学习所述压缩天然气的性状。
[0023]如上所述，当补给CNG时，CNG的性状会改变。因此，除非在内燃发动机的起动之前(在内燃发动机的运转停止期间)补给了CNG，否贝IjCNG的性状尚未改变。因此，如果在内燃发动机的起动之前尚未补给CNG，则不需要执行基于通过反馈控制获得的修正量来判定是否需要学习压缩天然气的性状的处理和用于学习CNG的性状的学习处理。结果，不需要禁止进行从CNG向另一种燃料的切换。因此，从CNG向另一种燃料的切换能在期望时间进行。
[0024]所述用于内燃发动机的控制系统也能应用于在驾驶者输入在用燃料的切换要求时进行在用燃料的切换的内燃发动机。例如，当所述在用燃料的切换要求在两个期间之中的一个期间的中途输入时，所述禁止装置可禁止在所述两个期间之中的一个期间之前切换燃料。所述两个期间可以是(i)从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到所述判定装置判定为不需要学习所述压缩天然气的性状时的期间，和(ii)从在所述内燃发动机的起动之后所述压缩天然气被首次使用时到在所述判定装置判定为需要学习所述压缩天然气的性状之后所述学习处理完成时的期间。
[0025]所述用于内燃发动机的控制系统也能应用于具有被分为CNG使用区域和另一种燃料使用区域的运转区域并根据这些区域进行燃料切换的内燃发动机。例如，当内燃发动机的运转状态在以下两个期间中的一个期间的中途从CNG使用区域转入另一种燃料使用区域时，禁止装置可禁止在所述两个期间中的一个期间之前切换燃料:从压缩天然气在内燃发动机的起动之后被首次使用时到判定装置判定为不需要学习压缩天然气的特性时的期间，和从压缩天然气在内燃发动机的起动之后被首次使用时到在判定装置判定为需要学习压缩天然气的性状之后学习处理完成时的期间。
[0026]本发明的第二方面提供了一种用于能使用包括压缩天然气的多种燃料的内燃发动机的控制系统。所述控制系统包括电子控制单元。所述电子控制单元配置成，(i)判定是否需要学习所述压缩天然气的性状，(ii)在所述电子控制单元判定为需要学习所述压缩天然气的性状的情况下执行学习处理，亦即学习所述压缩天然气的性状的处理，并且(iii)禁止从所述压缩天然气向另一种燃料的切换在第一期间或第二期间中进行。所述第一期间是从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到所述电子控制单元判定为不需要学习所述压缩天然气的性状时的期间。所述第二期间是从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到在所述电子控制单元判定为需要学习所述压缩天然气的性状之后执行的学习处理完成时的期间。
[0027]本发明的第三方面提供了一种用于能使用包括压缩天然气的多种燃料的内燃发动机的控制方法。所述控制方法包括:(i)判定是否需要学习所述压缩天然气的性状；(ii)在判定为需要学习所述压缩天然气的性状的情况下执行学习处理，亦即学习所述压缩天然气的性状的处理；以及(iii)禁止从所述压缩天然气向另一种燃料的切换在第一期间或第二期间中进行。所述第一期间是从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到判定为不需要学习所述压缩天然气的性状时的期间。所述第二期间是从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到在判定为需要学习所述压缩天然气的性状之后执行的学习处理完成时的期间。
[0028]根据本发明，能在用于能使用包括CNG的多种燃料的内燃发动机的控制系统中最大限度地抑制驾驶性能和排气排放性能由于CNG的性状变化而恶化。
【附图说明】
[0029]下面将参照【附图说明】本发明的一个示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中:
[0030]图1是示出本发明适用的车辆的总体构型的视图；
[0031]图2是示出CNG中包含的惰性气体的浓度与理论空燃比之间的关系的视图；
[0032]图3包括显示在从CNG向另一种燃料的切换在学习处理结束之前进行的情况下空燃比(A/F)如何随时间变化的时间图；
[0033]图4包括显示在从CNG向另一种燃料的切换在学习处理结束之前被禁止进行的情况下空燃比(A/F)如何随时间变化的时间图；
[0034]图5是显示在内燃发动机起动时由ECU执行的处理例程的流程图；以及
[0035]图6是显示内燃发动机的运转区域被分为CNG使用区域和液体燃料使用区域的一个例子的视图。
【具体实施方式】
[0036]以下将基于【附图说明】本发明的一个具体实施例。在本发明的实施例中提到的部件的尺寸、材质、形状、相对配置等并非旨在将本发明的技术范围局限于它们，除非另外指定。
[0037]图1是显示本发明适用的内燃发动机的总体构型的视图。图1所示的内燃发动机I是能使用CNG和液体燃料(汽油、乙醇燃料等)的火花点火式内燃发动机。顺便说一下，内燃发动机I可以是能使用CNG和轻油的压燃式内燃发动机。
[0038]进气通路3和排气通路4与内燃发动机I连接。进气通路3是用于将从大气吸入的新鲜空气(空气)导入各个气缸2中的通路。在进气通路3的中途安装有空气滤清器30。空气滤清器30捕集空气中包含的灰尘、尘埃等。空气流量计31在空气滤清器30的下游安装在进气通路3上。空气流量计31输出与流经进气通路3的空气的量(质量)有关的电信号。在空气流量计31的下游在进气通路3上安装有节气门32。节气门32通过改变进气通路3的通路截面积来改变供给到内燃发动机I的空气的量。
[0039]顺便说一下，节气门32下游的进气通路3分支成分别与气缸2连接的四个支管。进气通路3的支管安装有分别将CNG喷射到各支管内的第一燃料喷射阀5和分别将液体燃料喷射到各支管内的第二燃料喷射阀6。
[0040]第一燃料喷射阀5与第一输送管50连接。第一输送管50经由第一燃料通路51与第一燃料箱52连接。第一燃料箱52经由输入管54与安装在车辆的车身上的充填口 53连接。充填口 53在配置于气站等的充填喷嘴插入到其中时开口，并且将从充填喷嘴供给的CNG导入输入管54中。从充填口 53导入输入管54中的CNG被储存在第一燃料箱52中。
[0041 ]储存在第一燃料箱52中的CNG经由第一燃料通路51供给到第一输送管50，然后从第一输送管50分配到四个第一燃料喷射阀5。顺便说一下，在第一燃料通路51的中途配置有切断阀55。切断阀55在第一燃料通路51的导通和切断之间进行切换。切断阀55在内燃发动机I的运转停止期间(例如，在点火开关关闭的期间)关闭，而在内燃发动机I运转期间(例如，在点火开关接通期间)打开。作为切断阀55，可以采用例如电磁阀装置，该电磁阀装置在被施加驱动电力时打开，而在未被施加驱动电力时关闭。
[0042]在切断阀55下游的第一燃料通路51中配置有调节器56。调节器56将从第一燃料箱52供给的CNG的压力降至预设压力(设定压力)。换言之，调节器56是将第一燃料通路51的通路截面积调节成使得调节器56下游的第一燃料通路51中的燃料压力一一即施加至第一燃料喷射阀5和第一输送管50的燃料压力(以下称为“燃料喷射压力”)一一变得等于设定压力的阀装置。作为调节器56，可以采用例如通过将隔膜和弹簧彼此组合而制作的机械阀装置。此外，在第一燃料箱52上安装有压力传感器57。压力传感器57输出与第一燃料箱52中的压力相关的电信号。
[0043]第二燃料喷射阀6与第二输送管60连接。第二输送管60经由第二燃料通路61与第二燃料箱62连接。第二燃料箱62是储存液体燃料的箱。在第二燃料通路61的中途安装有用于向上栗吸储存在第二燃料箱62中的液体燃料的燃料栗63。燃料栗63例如是由电动机驱动的涡轮式的栗。由燃料栗63向上栗吸的液体燃料经由第二燃料通路61供给到第二输送管60，然后从第二输送管60分配给四个燃料喷射阀6。
[0044]排气通路4是用于将从各气缸2排出的燃烧气体(排气)经由排气控制设备40、消声器等排出到大气中的通路。在排气通路4的中途安装有输出与空燃比相关的电信号的A/F传感器41(空燃比传感器)。
[0045]这样构成的内燃发动机I安装有ECU7A⑶7是由CPU、R0M、RAM、备用RAM等构成的电子控制单元。除上述空气流量计31、上述A/F传感器41和上述压力传感器57外，各种传感器如加速器位置传感器8、曲柄位置传感器9、切换按钮10等与E⑶7电连接。顺便说一下，加速器位置传感器8是输出与加速器踏板的操作量(加速器开度)相关的电信号的传感器。曲柄位置传感器9是输出与内燃发动机的曲轴的旋转位置相关的电信号的传感器。切换按钮10是设置在车辆的车厢中以允许驾驶者输入在用燃料的切换要求的装置。切换按钮10相当于输入装置。
[0046]各种部件如第一燃料喷射阀5、第二燃料喷射阀6、节气门32、切断阀55、燃料栗63等与ECU 7电连接。ECU 7基于上述各种传感器的输出信号来控制各种部件。
[0047]例如，E⑶7基于上述各种传感器的输出信号来计算内燃发动机I的运转条件(例如，发动机负荷、发动机转速等)，并基于该运转条件来获得与混合物的燃烧状态有关的控制参数(例如，燃料喷射量、进气量、点火正时等)。然后，ECU 7根据这些控制参数来控制各种部件。此外，ECU7在驾驶者操作切换按钮10时(在切换要求被输入时)进行在用燃料的切换。
[0048]顺便说一下，储存在第一燃料箱52中的CNG的性状不一定是一样的，并且可因CNG的补给场所(充填场所)等而异。混合物中的CNG和氧以正确的比例彼此反应时的空燃比(理论空燃比)因CNG的性状而异。特别地，CNG中包含的惰性气体(二氧化碳(CO2)和氮(N2))的浓度的差异也引起理论空燃比的差异。
[0049]这里应当注意的是，图2显示了CNG中包含的惰性气体的浓度与理论空燃比之间的关系。在图2中，CNG的理论空燃比在CNG中的惰性气体的浓度高时比在CNG中的惰性气体的浓度低时低。因此，如果在第一燃料箱52被充填以性状与第一燃料箱52中残留的CNG(残留CNG)不同的CNG(充填CNG)时按照残留CNG的理论空燃比来控制充填后控制参数，则实际空燃比可能变得与期望的目标空燃比不同，或由内燃发动机I产生的转矩可能变得与目标转矩不同。
[0050]例如，当第一燃料箱52被充填以惰性气体的浓度比残留CNG高的充填CNG时，充填后CNG(作为残留CNG和充填CNG的混合物的CNG(混合CNG))的理论空燃比变得比残留CNG的理论空燃比低(浓)。因此，当按照残留CNG的理论空燃比来控制被充填以充填CNG之后的控制参数时，实际空燃比变得比目标空燃比高(稀)。
[0051 ]另一方面，当第一燃料箱52被充填以惰性气体的浓度比残留CNG低的充填CNG时，混合CNG的理论空燃比变得比残留CNG的理论空燃比高(稀)。因此，当按照残留CNG的理论空燃比来控制被充填以充填CNG之后的控制参数时，实际空燃比变得比目标空燃比低(浓)。
[0052]因此，在CNG的性状(惰性气体的浓度)已改变的情况下，有必要学习CNG的性状以补偿理论空燃比的变化。更具体地，与混合物的空燃比有关的控制参数需要被修正为适合于CNG的性状的值。以下将说明修正燃料喷射量的例子。
[0053]首先，在本实施例中，当内燃发动机I利用CNG运转时，利用以下示出的式(I)计算CNG的燃料喷射量(燃料喷射时间)etau。
[0054]etau = etp*ekaf*ekin*k...(I)
[0055]式(I)中的etp是从采用进气量、发动机转速等作为参数的脉谱图导出的基本喷射量。这里提到的脉谱图是通过利用预先的实验等的适合处理获得的，并存储在ECU 7的ROM中。
[0056]式(I)中的ekaf是用于消除目标空燃比与实际空燃比(通过A/F传感器41检测出的空燃比)之间的偏差的修正系数(空燃比反馈修正系数)。例如，根据以下示出的式(2)计算该ekafο
[0057]ekaf=(efaf+efgaf+100)/100...(2)
[0058]式(2)中的efaf是基于目标空燃比与实际空燃比之差确定的修正值(空燃比反馈修正值)。式(2)中的efgaf是用于补偿目标空燃比与实际空燃比之间的持久偏差(第一燃料喷射阀5的喷射特性的随时间变化等所引起的偏差)的空燃比学习值。
[0059]式(I)中的k是按照冷却剂温度或加速器开度确定的增量修正系数。此外，式(I)中的ekin是用于补偿CNG的性状变化(惰性气体的浓度的变化)所引起的理论空燃比的变化的修正系数(惰性气体浓度学习修正系数)。
[0060]基于下式(3)来计算惰性气体浓度学习修正系数ekin。
[0061 ] ekin = (eknco2+l00)/100...(3)
[0062]式(3)中的eknco2是用于补偿CNG中的惰性气体的浓度所引起的目标空燃比与实际空燃比之间的持久偏差的学习值(惰性气体浓度学习值)。以下将说明确定惰性气体浓度学习值eknco2的方法。
[0063]当第一燃料箱52被补给以CNG时，CNG的性状改变。例如，当第一燃料箱52被补给以惰性气体的浓度比残留CNG高的充填CNG时，混合CNG中的惰性气体的浓度变得比残留CNG中的惰性气体的浓度高。此外，当第一燃料箱52被补给以惰性气体的浓度比残留CNG低的充填CNG时，混合CNG中的惰性气体的浓度变得比残留CNG中的惰性气体的浓度低。
[0064]混合CNG的性状变化由在被充填以充填CNG之后首次使用CNG时的空燃比反馈修正值efaf反映。例如，当第一燃料箱52被补给以惰性气体的浓度比残留CNG高的充填CNG时，混合CNG的理论空燃比变得比残留CNG的理论空燃比低(浓)。因此，通过A/F传感器41检测出的空燃比从目标空燃比偏向稀侧。这种情况下，空燃比反馈修正值efaf变成用于增加燃料喷射量的值(正值)。空燃比反馈修正值efaf的大小变得比CNG的性状恒定时该修正值能采取的最大值大。
[0065]另一方面，当第一燃料箱52被补给以惰性气体的浓度比残留CNG低的充填CNG时，混合CNG的理论空燃比变得比残留CNG的理论空燃比高(稀)。因此，通过A/F传感器41检测出的空燃比从目标空燃比偏向浓侧。这种情况下，空燃比反馈修正值efaf变成用于减少燃料喷射量的值(负值)。空燃比反馈修正值efaf的大小变得比CNG的性状恒定时该修正值能采取的最大值大。
[0066]顺便说一下，CNG的充填在内燃发动机I的起动之前(在内燃发动机I的运转停止期间)执行。因此，如果当CNG在内燃发动机I的起动之后被首次使用时空燃比反馈修正值efaf的大小在一阈值以上，则第一燃料箱52能被视为已被充填以性状与残留CNG不同的充填CNG。顺便说一下，这里提到的“阈值”例如是通过在CNG的性状恒定的条件下将空燃比反馈修正值efaf的绝对值能采取的最大值加上一裕量而获得的值。
[0067]因此，如果当CNG在内燃发动机I的起动之后被首次使用时空燃比反馈修正值efaf的大小在阈值以上，则ECU 7执行用于学习CNG的性状的处理(学习处理)。这里提到的学习处理是将惰性气体浓度学习值eknco2更新为适合于CNG的性状的值的处理。
[0068]更具体地，E⑶7将惰性气体浓度学习值eknco2加上一预定值a。预定值a在空燃比反馈修正值efaf为正值时被设定为正值，而在空燃比反馈修正值efaf为负值时被设定为负值。顺便说一下，预定值a的大小可以是按照空燃比反馈修正值efaf的大小(或空燃比反馈修正值efaf的绝对值与阈值之差)而确定的可变值，或可以是通过利用预先的实验等的适合处理而确定的固定值。
[0069]当惰性气体浓度学习值eknco2更新时，E⑶7将空燃比反馈修正值efaf减去惰性气体浓度学习值eknco2的更新值(预定值a)。这是因为CNG的性状变化所引起的修正值被包含在惰性气体浓度学习值eknco2和空燃比反馈修正值efaf两者内。
[0070]顺便说一下，学习惰性气体浓度学习值eknco2的处理以比学习空燃比学习值efgaf的处理高的优先度执行。这是因为，当在充填CNG的补给之后在学习惰性气体浓度学习值eknco2的处理之前执行学习空燃比学习值efgaf的处理时，即使CNG的性状已改变，空燃比反馈修正值efaf的绝对值也变得小于阈值。
[0071 ]此外，当充填CNG中的惰性气体的浓度与残留CNG中的惰性气体的浓度之差小时，或当充填CNG的量小于残留CNG的量时，混合CNG的性状与残留CNG的性状之间的差异可能小。此外，空燃比学习值efgaf是按照负荷的大小等针对互相分离开的多个运转区域中的每个运转区域设定的。因此，在一些运转区域中，CNG的性状变化可能不会由空燃比反馈修正值efaf的大小清楚地反映。
[0072]因此，当全部运转区域中的空燃比学习值efgaf的平均ef gaf ave的绝对值即使在空燃比反馈修正值efaf不超过阈值的情况下也超过阈值时，E⑶7可认为CNG的特性已改变，并且可更新惰性气体浓度学习值eknco2。具体地，E⑶7可在平均efgaf ave的绝对值在阈值以上时将惰性气体浓度学习值eknco2加上一预定值b。预定值b在平均efgaf ave为正值时被设定为正值，而在平均efgaf ave为负值时被设定为负值。预定值b的绝对值的大小可以是按照平均efgafave的绝对值的大小而确定的可变值，或可以是通过利用预先的实验等的适合处理而确定的固定值。然而，应当注意的是，预定值b的绝对值的大小被设定为比预定值a的绝对值小的值。
[0073]此外，与平均efgafave相比较的阈值是通过将当CNG的性状恒定时的平均efgafave的绝对值能采取的最大值加上一裕量而获得的值。与空燃比反馈修正值efaf的绝对值相比较的阈值在下文中将被称为第一阈值，而与空燃比学习值efgaf的平均efgaf ave的绝对值相比较的阈值在下文中将被称为第二阈值。
[0074]当惰性气体浓度学习值eknco2在平均efgafave的绝对值在第二阈值以上的条件下更新时，ECT 7将空燃比学习值efgaf减去惰性气体浓度学习值eknco2的更新值(预定值b)。这种场合下，ECU 7针对全部运转区域将空燃比学习值efgaf减去惰性气体浓度学习值eknco2的更新值。
[0075]当根据上述方法执行学习惰性气体浓度学习值eknco2的处理时，根据式(I)计算出的燃料喷射量(燃料喷射时间)etau变成能补偿由于CNG的性状变化所引起的理论空燃比的变化和沃泊指数的变化的值。结果，在CNG的性状已改变的情况下，混合物的空燃比能迅速收敛为目标空燃比，并且能使混合物燃烧时产生的热能的量与期望量一致。
[0076]顺便说一下，当CNG在内燃发动机I的起动之后被首次使用时，驾驶者可能在关于CNG的性状是否已改变的判定结束之前或在学习处理的结束之前操作切换按钮10(输入从CNG向另一种燃料的切换要求)。
[0077]这里应当注意的是，图3显示了在从CNG向另一种燃料的切换在学习处理结束之前进行且然后进行从该燃料向CNG的切换的情况下CNG的性状、空燃比(A/F)、空燃比反馈修正值efaf和惰性气体浓度学习值eknco2的随时间变化。
[0078]从第一燃料喷射阀5喷射的CNG的性状是从CNG在内燃发动机I的起动之后被首次使用(CNG的使用开始)时充填一段时间(至图3中的tl的期间)之前的CNG的性状。这是因为预充填CNG残留在从第一燃料箱52到第一燃料喷射阀5的路径(第一燃料通路51)中。
[0079 ]当第一燃料通路51中残留的预充填CNG被消耗(在图3中的11)时，从第一燃料喷射阀5喷射的CNG的性状开始改变。这种情况下，从第一燃料喷射阀5喷射的CNG的理论空燃比也开始改变。然而，空燃比反馈修正值efaf通过空燃比反馈控制改变，因此空燃比(A/F)接近目标A/F。此外，空燃比反馈修正值efaf的大小变得大于第一阈值。因此，判定为CNG的性状已改变(判定为需要执行学习处理)，并且学习处理开始。
[0080]顺便说一下，从CNG向另一种燃料的切换在学习处理结束之前(在图3中的t2)进行，空燃比反馈修正值efaf被重置。因此，当进行从该燃料再次向CNG的切换时(在图3中的t3)，空燃比(A/F)偏离目标A/F。然后，当空燃比反馈修正值efaf变得大于第一阈值时，惰性气体浓度学习值eknco2的更新(学习处理)开始(在图3中的t4)。然后，当惰性气体浓度学习值eknco2变成适合于充填后CNG的性状的值时(在图3中的t5)，空燃比反馈修正值efaf变成在第一阈值以下，并且空燃比(A/F)向目标A/F收敛。然后，空燃比(A/F)稳定在接近目标A/F的值(在图3中的t6)，学习完成标记开启(完成)。
[0081]如图3所示，如果当进行从该燃料再次向CNG的切换时空燃比(A/F)偏离目标A/F，则引起驾驶性能的恶化或排气排放性能的恶化。
[0082]相比而言，根据本发明的实施例，当CNG在内燃发动机I的起动之后被首次使用时，禁止进行从CNG向另一种燃料的切换，直至判定为CNG的特性未改变或学习处理结束。例如，如图4所示，在从CNG在内燃发动机I的起动之后被首次使用(CNG的使用开始)时到学习完成标记开启(完成)时(在图4中的tlO)的期间中，即使当驾驶者操作切换按钮10时，也禁止进行从CNG向另一种燃料的切换。
[0083]顺便说一下，当第一燃料箱52在内燃发动机I的起动之前(在内燃发动机I的运转停止期间)未被充填以CNG时，或当充填CNG的性状与残留CNG的性状基本上相同时，空燃比反馈修正值efaf的大小在第一阈值以下，并且空燃比学习值efgaf的平均efgaf ave在第二阈值以下。这种情况下，不需要执行学习处理。因此，只要判定为空燃比反馈修正值efaf在第一阈值以下并且平均efgafave在第二阈值以下，就可开启学习完成标记。
[0084]此外，如果在内燃发动机I的起动之前未执行CNG的充填(或补给)，则CNG的性状不改变。因此，只要CNG在内燃发动机I的起动之后被首次使用，就可开启学习完成标记。这种情况下，向另一种燃料的切换能在CNG的使用开始之后立即进行。顺便说一下，作为判定在内燃发动机I的起动之前是否已执行CNG的充填的方法，可以采用这样的方法，即该方法包括:将最近一次运转停止时(例如，当点火开关关闭时)压力传感器57的测定值与当前起动时(例如，当点火开关接通时)压力传感器57的测定值彼此进行比较，在测定值之差在预定值以下的情况下判定为尚未执行CNG的充填，而在测定值之差已超过预定值的情况下判定为已执行CNG的充填。
[0085]以下将参照图5说明本发明的实施例中的执行学习处理的例程。图5是显示了内燃发动机I起动时(点火开关接通时)由ECU 7执行的处理例程的流程图。该处理例程被预先存储在ECU 7的ROM中。顺便说一下，假设在内燃发动机I起动时使用CNG以外的燃料。
[0086]在图5的处理例程中，E⑶7首先在SlOl的处理中判定在内燃发动机I的起动之前是否已执行CNG的充填(补给)。例如，当最后一次运转停止时压力传感器57的测定值与当前起动时压力传感器57的测定值之差大于预定值时，ECU 7判定为在内燃发动机I的起动之前已执行CNG的充填。另一方面，当该差在预定值以下时，ECU 7判定为在内燃发动机I的起动之前尚未执行CNG的充填。
[0087]当在内燃发动机I的起动之前尚未执行CNG的充填时，CNG的性状不变，因此不必学习CNG的性状。因而，当步骤SlOl中的判定结果为否定时，E⑶7转入S109的处理，并且关闭(OFF)禁止标记。禁止标记是在禁止进行从CNG向另一种料的切换时开启(ON)并且在容许进行从CNG向另一种燃料的切换时关闭(OFF)的标记。亦即，只要禁止标记开启(ON)，就禁止从CNG向另一种燃料的切换，即使做出进行从CNG向另一种燃料的切换要求(驾驶者操作切换按钮10)。
[0088]另一方面，当在内燃发动机I的起动之前已执行CNG的充填时，CNG的性状可能改变，因此存在对判定是否需要执行学习处理(CNG的性状是否已改变)的需求。因而，当SlOl中的判定结果为肯定时，E⑶7执行S102以后的处理。
[0089]在S102的处理中，E⑶7判定进行从另一种燃料向CNG的切换要求是否已输入。更具体地，E⑶7判定切换按钮10是否已被操作。当S102的处理中的判定结果为否定时，E⑶7重复执行S102的处理。另一方面，当S102的处理中的判定结果为肯定时，E⑶7转入S103的处理。
[0090]在S103的处理中，E⑶7判定CNG的使用条件是否成立。例如，当A/F传感器41和排气控制设备40已被启用并且冷却剂温度在预定温度(例如，判定为内燃发动机I已暖机的最低冷却剂温度)以上时，E⑶7判定为能使用CNG。当S103的处理中的判定结果为否定时，E⑶7返回S102的处理。另一方面，当S103中的判定结果为肯定时，E⑶7转入S104的处理。
[0091]在S104的处理中，E⑶7将在用燃料从另一种燃料切换为CNG。更具体地，E⑶7停止第二燃料喷射阀6和燃料栗63。此外，ECU 7打开切断阀55，并且操作第一燃料喷射阀5。随后，E⑶7转入S105的处理，并且开启(ON)禁止标记。
[0092]在S106的处理中，E⑶7判定是否已进行从残留CNG向混合CNG的切换。亦即，E⑶7判定第一燃料通路51中残留的残留CNG是否已全部消耗。具体地，当从第一燃料喷射阀5喷射的CNG的累积量变成大于第一燃料通路51中残留的残留CNG的量时，ECU 7判定为第一燃料通路51中残留的残留CNG已全部消耗。顺便说一下，能基于第一燃料通路51的容量来获得第一燃料流51中残留的残留CNG的量。当S106的处理中的判定结果为否定时，ECU 7重复执行S106的处理。另一方面，当S106中的判定结果为肯定时，E⑶7转入S107的处理。
[0093]在S107的处理中，E⑶7读取通过根据上述方法执行的空燃比反馈控制获得的空燃比反馈修正值efaf，并且判定空燃比反馈修正值efaf的大小(绝对值)是否在第一阈值以下。当S107的处理中的判定结果为肯定时，E⑶7转入S108的处理。
[0094]在S108的处理中，E⑶7获得通过空燃比反馈控制获得的空燃比学习值efgaf的平均ef gaf ave，并且判定平均ef gaf ave的大小(绝对值)是否在第二阈值以下。当S108的处理中的判定结果为肯定时，充填CNG的性状和CNG的性状基本上相同，因此不存在对执行学习处理的需求。因而，当S108的处理中的判定结果为肯定时，E⑶7转入S109的处理，并且关闭(OFF)禁止标记。
[0095]此外，当S107的处理中的判定结果为否定时，或当S108的处理中的判定结果为否定时，充填CNG的性状与残留CNG的性状不同，因此存在对执行学习处理的需求。因而，ECU 7转入SI 10的处理，并执行学习处理。具体地，E⑶7首先按照空燃比反馈修正值efaf的正负和空燃比反馈修正值efaf的绝对值的大小来计算预定值a。随后，ECU 7将惰性气体浓度学习值eknco2加上预定值a，并且将计算结果(=eknco2+a)设定为新的惰性气体浓度学习值eknco2。此外，E⑶7将空燃比反馈修正值efaf减去预定值a。顺便说一下，本发明的学习值是通过由E⑶7执行SI 10的处理实现的。
[0096]在步骤Slll的处理中，判定学习处理是否已结束。具体地，当空燃比反馈修正值efaf已降至第一阈值以下时，E⑶7判定为学习处理已结束。当Slll的处理中的判定结果为否定时，E⑶7返回SllO的处理。亦即，E⑶7重复执行SllO和Slll的处理，直至空燃比反馈修正值efaf的绝对值变成在第一阈值以下。然后，当空燃比反馈修正值efaf的绝对值变成在第一阈值以下时，E⑶7在Slll中做出肯定的判定。这种情况下，E⑶7转入S109的处理，并且关闭(OFF)禁止标记。
[0097]当根据上述处理例程执行学习处理时，从CNG向另一种燃料的切换禁止在从CNG在内燃发动机I的起动之后被首次使用时到判定为不存在对执行学习处理的需求时的期间中(在从S104的处理的执行到S108的处理中做出肯定判定的期间中)或在从CNG在内燃发动机I的起动之后被首次使用时到学习处理完成时的期间中(在从S104的处理的执行到Slll的处理中做出的肯定判定的期间中)进行。
[0098]结果，从CNG向另一种燃料的切换在判定为不存在对执行学习处理的需求之后或在学习处理完成之后进行。因此，当进行从CNG向另一种燃料的切换且然后进行从该燃料再次向CNG的切换时，能抑制混合物的空燃比偏离适合于CNG的性状的空燃比。结果，能抑制由于CNG的性状变化而引起驾驶性能的恶化或排气排放性能的恶化。
[0099]此外，当判定为在内燃发动机I的起动之前尚未执行CNG的充填时，禁止标记关闭(OFF)。因此，向另一种燃料的切换能在CNG的使用开始之后立即进行。因此，能缩短对抗驾驶者的要求而限制在用燃料切换的期间。
[0100]顺便说一下，本发明的判定装置是通过由ECU 7执行S10US107或S108的处理实现的。此外，本发明的禁止装置是通过由E⑶7执行S105和S109的处理实现的。
[0101]在本发明的上述实施例中，已说明了本发明应用于通过驾驶者的手动操作来切换在用燃料的内燃发动机的例子。然而，本发明也可应用于在用燃料自动切换的内燃发动机。
[0102]在例如如图6所示的能使用CNG和液体燃料两者的内燃发动机中，CNG使用区域被设定为低负荷/低转速运转区域，并且液体燃料使用区域被设定为高负荷/高转速运转区域。在此构型中，在用燃料在内燃发动机的运转状态从CNG使用区域转入液体燃料使用区域时或在内燃发动机的运转状态从液体燃料使用区域转入CNG使用区域时自动切换。
[0103]顺便说一下，内燃发动机的运转状态可在关于CNG的性状是否已改变的判定结束之前或在学习处理结束之前从CNG使用区域转入液体燃料使用区域。如果这种情况下容许从CNG向液体燃料的切换，则导致了与通过驾驶者的手动操作切换在用燃料的内燃发动机中一样的不便。
[0104]因此，适合的是，在CNG从在内燃发动机的起动之后被首次使用时到判定为CNG的性状尚未改变(不存在对执行学习处理的需求)时的期间中或在从CNG在内燃发动机的起动之后被首次使用时到学习处理结束的期间中，即使内燃发动机的运转状态从CNG使用区域转入液体燃料使用区域也禁止进行从CNG向液体燃料的切换。
【主权项】
1.一种用于能使用包括压缩天然气的多种燃料的内燃发动机的控制系统，所述控制系统包括: 判定装置，用于判定是否需要学习压缩天然气的性状； 学习装置，用于在所述判定装置判定为需要学习所述压缩天然气的性状的情况下执行学习处理，所述学习处理是学习所述压缩天然气的性状的处理； 禁止装置，用于禁止从所述压缩天然气向另一种燃料的切换在以下期间中进行:(i)从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到所述判定装置判定为不需要学习所述压缩天然气的性状时的期间，或(ii)从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到在所述判定装置判定为需要学习所述压缩天然气的性状之后执行的所述学习处理完成时的期间。2.根据权利要求1所述的控制系统，还包括: 检测装置，用于检测从所述内燃发动机排出的排气的空燃比； 控制装置，用于基于由所述检测装置检测出的空燃比与目标空燃比之差而执行燃料喷射量的反馈控制，其中 所述判定装置在所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时在通过所述反馈控制对所述燃料喷射量的修正量在阈值以下的情况下判定为不需要学习所述压缩天然气的性状，并且在所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时在所述修正量大于所述阈值的情况下判定为需要学习所述压缩天然气的性状。3.根据权利要求2所述的控制系统，其中 所述判定装置执行判定在上述内燃发动机的起动之前是否已补给所述压缩天然气的处理， 所述判定装置在所述判定装置判定为在所述内燃发动机的起动之前已补给所述压缩天然气的情况下基于通过所述反馈控制对所述燃料喷射量的修正量来判定是否需要学习所述压缩天然气的性状，并且 所述判定装置在所述判定装置判定为在所述内燃发动机的起动之前尚未补给所述压缩天然气的情况下判定为不需要学习所述压缩天然气的性状。4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制系统，还包括: 输入装置，所述输入装置允许由所述内燃发动机使用的所述燃料的切换要求输入到所述输入装置，其中 当所述燃料的切换要求在两个期间中的一个期间的中途输入到所述输入装置时，所述禁止装置禁止在所述两个期间中的一个期间结束之前切换所述燃料， 所述两个期间是(i)从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到所述判定装置判定为不需要学习所述压缩天然气的性状时的期间和(ii)从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到在所述判定装置判定为需要学习所述压缩天然气的性状之后完成所述学习处理时的期间。5.—种用于能使用包括压缩天然气的多种燃料的内燃发动机的控制系统，所述控制系统包括: 电子控制单元，所述电子控制单元配置成: (i)判定是否需要学习所述压缩天然气的性状； (ii)在所述电子控制单元判定为需要学习所述压缩天然气的性状的情况下执行学习处理，所述学习处理是学习所述压缩天然气的性状的处理;并且 (iii)禁止从所述压缩天然气向另一种燃料的切换在第一期间或第二期间中进行，所述第一期间是从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到所述电子控制单元判定为不需要学习所述压缩天然气的性状时的期间，且所述第二期间是从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到在所述电子控制单元判定为需要学习所述压缩天然气的性状之后执行的所述学习处理完成时的期间。6.根据权利要求5所述的控制系统，还包括: 空燃比传感器，所述空燃比传感器检测从所述内燃发动机排出的排气的空燃比， 其中，所述电子控制单元配置成基于由所述空燃比传感器检测出的空燃比与目标空燃比之差来执行燃料喷射量的反馈控制，并且 所述电子控制单元配置成在通过所述反馈控制对所述燃料喷射量的修正量在阈值以下且所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用的情况下判定为不需要学习所述压缩天然气的性状，并且 所述电子控制单元配置成在所述修正量大于所述阈值且所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用的情况下判定为需要学习所述压缩天然气的性状。7.根据权利要求6所述的控制系统，其中 所述电子控制单元配置成执行判定在所述内燃发动机的起动之前是否已补给所述压缩天然气的处理，并且 所述电子控制单元配置成在所述电子控制单元判定为在所述内燃发动机的起动之前已补给所述压缩天然气的情况下基于通过所述反馈控制对所述燃料喷射量的修正量来判定是否需要学习所述压缩天然气的性状，并且 所述电子控制单元配置成在所述电子控制单元判定为在所述内燃发动机的起动之前尚未补给所述压缩天然气的情况下不需要学习所述压缩天然气的性状。8.根据权利要求5至7中任一项所述的控制系统，还包括: 输入装置，所述输入装置允许由所述内燃发动机使用的所述燃料的切换要求输入到所述输入装置，其中 所述电子控制单元配置成在所述燃料的切换要求在所述第一期间和所述第二期间中的一者的中途输入到所述输入装置的情况下禁止所述燃料的切换在所述第一期间和所述第二期间中的一者结束之前进行。9.一种用于能使用包括压缩天然气的多种燃料的内燃发动机的控制方法，所述控制方法包括: (i)判定是否需要学习所述压缩天然气的性状； (ii)在判定为需要学习所述压缩天然气的性状的情况下执行学习处理，所述学习处理是学习所述压缩天然气的性状的处理；以及 (iii)禁止从所述压缩天然气向另一种燃料的切换在第一期间或第二期间中进行，所述第一期间是从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到判定为不需要学习所述压缩天然气的性状时的期间，且所述第二期间是从所述压缩天然气在所述内燃发动机的起动之后被首次使用时到在判定为需要学习所述压缩天然气的性状之后执行 的所述学习处理完成时的期间。
【文档编号】F02D19/06GK105940206SQ201580006535
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年1月28日
【发明人】铃木直树, 谷口聪
【申请人】丰田自动车株式会社