CN101438040B - 用于操作内燃机的控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种控制系统，包括：检测设备，其基于在膨胀冲程中燃烧室内的压力来检测燃烧室中产生的热累积量的变化；以及控制器，其控制所述燃烧室中的混合气所含的废气的量，以使经过预定曲轴转角范围在所述燃烧室中产生的热累积量的变化量成为预定值。

Description

用于操作内燃机的控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的控制系统和方法。 
背景技术
公开号为JP-A-2004-225650的日本专利申请公开了一种用于估算内燃机的燃烧室中的混合气中废气的量的设备。基于认识到能够基于燃烧室内的压力来估算燃烧室中产生的热的量，根据公开号为JP-A-2004-225650的日本专利申请的设备基于燃烧室中产生的热的量来估算燃烧室中的混合气中废气的量。 
但是，如上所述，公开号为JP-A-2004-225650的日本专利申请是基于认识到燃烧室中产生的热的量与燃烧室内的压力有关，以及燃烧室中的混合气中废气的量与燃烧室中产生的热的量有关，而不是基于认识到燃烧室中的混合气中废气的量与燃烧室中的燃烧模式有关并且因此与从燃烧获得的转矩有关。 
发明内容
本发明的目的是基于认识到燃烧室中的混合气中废气的量与燃烧室中的燃烧模式有关并且因此与从燃烧获得的转矩有关，来精确地控制燃烧室中的燃烧模式。 
本发明的第一方案提供了一种用于内燃机的控制系统，其包括：用于基于在膨胀冲程中燃烧室内的压力来检测所述燃烧室中产生的热累积量的变化的器件；以及用于控制所述燃烧室中的混合气所含 的废气的量，以使经过预定曲轴转角范围在燃烧室中产生的热累积量的变化量成为预定值的器件。 
本发明的第二方案提供了根据上述第一方案的用于内燃机的控制系统，其进一步包括：用于根据内燃机的运行情况来控制燃烧室中燃料的点火正时的器件，其中，经过预定曲轴转角范围在燃烧室中产生的热累积量的变化量的预定值是根据燃烧室中的燃料的点火正时来设定的。 
本发明的第三方案提供了根据上述第二方案的用于内燃机的控制系统，其中，控制燃烧室中的燃料的点火正时，以使燃烧室中产生的热累积量在预定曲轴转角成为预定值。 
本发明的第四方案提供了根据上述第二方案的用于内燃机的控制系统，其中，在当燃烧室中产生的热累积量遵循累积量在预定曲轴转角变成预定值的轨迹时燃料的燃烧率为最高的情况下，当与燃烧室中产生的热累积量能够遵循累积量在预定曲轴转角变成预定值的轨迹时相比，燃烧室中的燃料的点火正时被延迟时，经过预定曲轴转角范围在燃烧室中产生的热累积量的变化量的预定值被设定为更小。 
本发明的第五方案提供了根据上述第一至第四方案中任一方案的用于内燃机的控制系统，其中，为经过预定曲轴转角范围在燃烧室中产生的热累积量的变化量的预定值设定上限和下限，并且基于内燃机的运行情况将变化量的预定值设定为在上限和下限之间的值。 
本发明的第六方案提供了根据上述第五方案的用于内燃机的控制系统，其中，当内燃机的运行情况表明需优先增加从内燃机输出的转矩时，将经过预定曲轴转角范围在燃烧室中产生的热累积量的变化量的预定值设定为接近上限而不是下限的值。
本发明的第七方案提供了根据上述第五或第六方案的用于内燃机的控制系统，其中，当内燃机的运行情况表明需优先减少来自燃烧室的废气排放时，将经过预定曲轴转角范围在燃烧室中产生的热累积量的变化量的预定值设定为接近下限而不是上限的值。 
本发明的第八方案提供了根据上述第一至第七方案中任一方案的用于内燃机的控制系统，其中，随着经过预定曲轴转角范围在燃烧室中产生的热累积量的变化量的预定值被设定为更小，燃烧室中的混合气所含的废气的量被控制为更大。 
本发明的第九方案提供了根据上述第一至第八方案中任一方案的用于内燃机的控制系统，其中，根据燃烧室中的燃料的点火正时来设定预定曲轴转角范围。 
本发明的第十方案提供了一种用于内燃机的控制系统，包括：多个转矩控制器件；以及控制器件。多个转矩控制器件彼此不同并且能够改变从内燃机输出的转矩。对各个转矩控制器件的转矩响应和转矩灵敏度彼此不同。转矩响应是表示从每个转矩控制器件开始试图改变转矩直到转矩实际被改变的持续时间的参数。转矩灵敏度是表示转矩能够被每个转矩控制器件改变到最大程度的参数。控制器件根据转矩响应和转矩灵敏度来确定将由每个转矩控制器件实现的控制量，转矩响应和转矩灵敏度是当内燃机所需的转矩被改变时根据内燃机的运行情况被选择的。 
本发明的第十一方案提供了根据上述第十方案的用于内燃机的控制系统，其中，当内燃机的运行情况表明需优先减少来自燃烧室的废气排放时，选择较高的转矩响应。 
本发明的第十二方案提供了根据上述第十方案的用于内燃机的控制系统，其中，基于加速踏板的偏移量来确定内燃机所需的转矩，且当内燃机的运行情况表明加速踏板的偏移量或者其单位时间内的变化量大于预定值时，选择较高的转矩灵敏度。 
本发明的第十三方案提供了根据上述第十方案的用于内燃机的控制系统，其中，当内燃机的运行情况表明内燃机所需的转矩小于预定值时，选择较高的转矩灵敏度。 
本发明的第十四方案提供了一种用于内燃机的控制系统，包括：控制器件，其用于通过控制燃烧室中的燃料的点火正时、点火后的燃烧的进行速度、以及燃料的燃烧所产生的转矩在时间上的累积量或平均值，将燃烧室中的燃烧模式控制为根据内燃机所需的转矩而设定的燃烧室中的目标燃烧模式。 
本发明的第十五方案提供了根据上述第十四方案的用于内燃机的控制系统，其中，通过控制燃烧室中的混合气所含的废气的量来控制点火后的燃烧的进行速度。 
本发明的第十六方案提供了一种用于内燃机的控制方法，包括：基于在膨胀冲程中燃烧室内的压力来检测在燃烧室中产生的热累积量的变化；以及控制燃烧室中的混合气所含的废气的量，以使经过预定曲轴转角范围在燃烧室中产生的热累积量的变化量成为预定值。
本发明的第十七方案提供了一种用于内燃机的控制方法，所述内燃机具有彼此不同并且能够改变从内燃机输出的转矩的多个转矩控制器件。对各个转矩控制器件的转矩响应和转矩灵敏度彼此不同。转矩响应是表示从每个转矩控制器件开始试图改变转矩直到转矩实际被改变的持续时间的参数。转矩灵敏度是表示转矩能够被每个转矩控制器件改变到最大程度的参数。所述控制方法包括：当内燃机所需的转矩被改变时根据内燃机的运行情况来选择转矩响应和转矩灵敏度；以及根据被选择的转矩响应和转矩灵敏度来确定将由每个转矩控制器件实现的控制量。 
本发明的第十八方案提供了一种用于内燃机的控制方法，包括：根据内燃机所需的转矩来设定燃烧室中的目标燃烧模式；以及通过控制燃烧室中的燃料的点火正时、点火后的燃烧的进行速度、以及燃料的燃烧所产生的转矩在时间上的累积量或平均值，将燃烧室中的燃烧模式控制为燃烧室中的目标燃烧模式。 
根据本发明的上述方案，能够更精确地控制燃烧室中的燃烧模式。 
附图说明
结合附图通过下述优选实施例的描述，本发明的上述和/或进一步的目的、特征和优势变得更加明显，其中使用相同的标记来代表相同的元件，其中： 
图1示出了应用根据本发明的实施例的控制系统的内燃机； 
图2示出了曲轴转角与燃烧比之间的关系；
图3示出了曲轴转角与输出转矩之间的关系； 
图4是示出了本发明的第一实施例中内燃机的控制的图表； 
图5示出了所需转矩的轨迹与从每个气缸输出的转矩之间的关系； 
图6示出了进气门的气门开启正时与燃烧率之间的关系； 
图7示出了进气行程中的进气门的气门开启正时与泵气损失之间的关系； 
图8示出了8°燃烧比与目标15°燃烧比变化量之间的关系； 
图9示出了进气门的气门开启正时与15°燃烧比变化量的平均值之间的关系； 
图10示出了进气门的气门开启正时与燃烧之间的15°燃烧比变化量的波动之间的关系；以及 
图11是根据本发明的第二实施例的用于控制内燃机的示意流程图。 
具体实施方式
下文将结合附图对本发明实施例进行描述。图1示出了应用根据本发明的实施例的控制系统的内燃机。图1所示的内燃机是4缸火花点火内燃机。图1示出了发动机机体1、气缸体2、活塞3、气缸盖4、燃烧室5、进气门6、进气口7、排气门8、排气口9、火花塞10和燃料喷射阀11。燃料喷射阀11安装在气缸盖4上以将燃料喷入进气口7。
各个气缸的进气口7经由相应的进气支管13连接到浪涌调节槽14。浪涌调节槽14经由进气导管15和空气流量计16连接到空气滤清器(未示出)。由步进电动机17驱动的节流阀18设置在进气导管15中。各个气缸的排气口9连接到相应的排气支管19。排气支管19和浪涌调节槽14经由废气再循环(以下称为“EGR”)导管26彼此连接，EGR控制阀27设置在EGR导管26中。 
电子控制单元31由数字计算机构成，该数字计算机包括经由双向数据总线32互连的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(中央处理器)35、输入端口36和输出端口37。空气流量计16产生与进气量(导入燃烧室5的空气的量)成比例的输出电压。该输出电压经由相应的AD转换器38输入到输入端口36。负载传感器41产生与加速踏板40的偏移量也即内燃机所需的转矩(以下称为“所需转矩”)成比例的输出电压。该输出电压经由相应的AD转换器38输入到输入端口36。曲轴转角传感器42检测曲轴转角，并且其输出被输入到输入端口36。 
图1所示的进气门6连接到所谓的可变进气门操作机构，该可变进气门操作机构能够线性地改变进气门6开始开启的正时(以下称为“气门开启正时”)、进气门6关闭的正时(以下称为“气门关闭正时”)，以及由进气门6实现的升程的最大量(以下称为“最大升程量”)。当可变进气门操作机构改变进气门6的气门开启特性也即进气门6的气门开启正时、气门关闭正时和最大升程量时，待导入燃烧室5的空气的量(以下称为“进气量”)会改变。也就是说，通过由可变进气门操作机构来控制进气门6的气门开启特性能够控制进气量。随着进气门6的气门开启正时被可变进气门操作机构提前以增加排气门8 开启的时间段与进气门6开启的时间段之间的重叠或者所谓的气门重叠，燃烧室5中的混合气中剩余的废气的量增加了。也就是说，通过由可变进气门操作机构控制进气门6的气门开启正时能够控制燃烧室5中的混合气中剩余的废气的量。 
如下，用于将内燃机输出的转矩(以下称为“输出转矩”)调节到所需转矩的传统的控制方案利用了加速踏板40的偏移量表示所需转矩的关系。当所需转矩大时，相应地导入大量空气，且从燃料喷射阀11喷射对应量的燃料。另一方面，当所需转矩小时，相应地导入少量空气，且从燃料喷射阀11喷射对应量的燃料。以下事实为真：通过根据所需转矩来控制进气量和从燃料喷射阀11喷射的燃料的量(以下称为“燃料喷射量”)，也即燃烧室5中产生的热的量，能够将输出转矩调节到所需转矩。但是，本发明人已发现，输出转矩根据燃烧室5中的燃烧的进行模式而变化，以及不单是通过控制燃烧室5中产生的热的量，还能够通过控制燃烧的进行模式，更准确或更迅速地将输出转矩调节到所需转矩。现在，将结合图2和图3来描述该控制。 
在图2中，横轴表示曲轴转角，纵轴表示燃烧比(其表示在已到达对应的曲轴转角时燃烧的燃料与导入燃烧室5的全部燃料的比，并对应于在已到达对应的曲轴转角时在燃烧室5中产生的热累积量，例如能从燃烧室5中的压力估算出该燃烧比)。在燃烧模式遵循图2所示的实线X的情况下，输出转矩曲线遵循图3所示的实线X。在燃烧模式遵循图2所示的点划线Y的情况下，输出转矩曲线遵循图3所示的点划线Y。在燃烧模式遵循图2所示的双点划线Z的情况下，输出转矩曲线遵循图3所示的双点划线Z。
比较图2中实线X指示的模式(以下称为“模式X”)中的燃烧与图2中点划线Y指示的模式(以下称为“模式Y”)中的燃烧，这两个燃烧模式在相同的正时开始。在燃烧开始后，在模式Y中的燃烧比增加的速度快于在模式X中燃烧比增加的速度。因而，在模式Y中的燃烧比比在模式X中的燃烧比在较早的正时达到100％。同时，与模式Y中的燃烧对应的由图3中点划线Y指示的输出转矩曲线较与模式X中的燃烧对应的由图3中实线X指示的输出转矩曲线具有更高的峰值。因而，能够理解的是，模式Y中的燃烧的输出转矩高于模式X中的燃烧的输出转矩。 
同样，将模式Y中的燃烧与图2的双点划线Z指示的模式(以下称为“模式Z”)中的燃烧进行比较，在燃烧开始后，这两个燃烧模式以相同的速度增加。在模式Z中的燃烧较在模式Y中的燃烧在较早的正时开始。因而，在模式Z中的燃烧比比在模式Y中的燃烧比以较早的正时达到100％。同时，与模式Z中的燃烧对应的由图3中双点划线Z所指示的输出转矩曲线较与模式Y中的燃烧对应的由图3的点划线Y指示的输出转矩曲线具有更高的峰值。因而，能够理解的是，模式Z中的燃烧的输出转矩高于模式Y中的燃烧的输出转矩。 
如上所述，输出转矩根据燃烧开始时的正时(以下称为“燃烧开始正时”)、在燃烧开始后燃烧比增加的速度(以下称为“燃烧比增加速度”)也即燃烧速度(其对应于在燃料已点燃后燃烧进行的速度)，以及产生的热的最大量(以下称为“转矩峰值”)而变化。也就是说，通过控制燃烧开始正时、燃烧速度和转矩峰值应该更准确或更迅速地将输出转矩调节到所需转矩。本发明是通过将焦点集中在以下 假设而做出的：通过控制燃烧开始正时、燃烧速度和转矩峰值能够将输出转矩调节到所需转矩。 
通过控制火花塞10点燃燃料的正时(以下称为“点燃正时”)能够控制燃烧开始正时。通过控制燃烧室5中的混合气中所含的废气的量能够控制燃烧速度。通过控制进气量和燃料喷射量也即燃烧室5中的混合气的量，能够控制转矩峰值。基于上述，在本发明的第一实施例中，通过根据作为目标的燃烧开始正时来控制点燃正时，根据作为目标的燃烧速度来控制燃烧室5中的混合气所含的废气的量，以及根据作为目标的转矩峰值来控制燃烧室5中的混合气的量，输出转矩被调节到所需转矩。现在，将结合图4来描述这些控制。 
如图4所示，首先，基于加速踏板40的偏移，具体来说基于加速踏板40被下压的量和速度，确定作为目标的输出转矩(所需转矩)。然后，考虑如避免发生爆燃、将废气排放减少到规定要求的程度和将泵气损失最小化的限制条件，确定为了获得所需转矩而应被设定为目标的燃烧模式(以下称为“目标燃烧模式”)。然后，确定为了获得目标燃烧模式而应被设定为目标的燃烧室5中的混合气的量(其对应于作为目标的峰值转矩值，以下称为“目标混合气量”)，应被设定为目标的点火正时(其对应于作为目标的燃烧开始正时，以下称为“目标点火正时”)，以及作为目标的燃烧速度(以下称为“目标燃烧速度”)。 
然后，基于目标混合气量来确定作为目标的进气量(以下称为“目标进气量”)和作为目标的燃料喷射量(以下称为“目标燃料喷射量”)。同样，基于目标点火正时来确定作为目标的点燃正时(以下简称为“目标点燃正时”)。另外，基于目标燃烧速度来确定EGR率(其 对应于燃烧室5中的混合气中所含的废气的量，其是废气的量与导入燃烧室5中的空气的量的比，以下称为“目标EGR率”)。 
然后，由此确定出的目标进气量、目标燃料喷射量、目标点燃正时和目标EGR率被发送到内燃机的电子控制单元。控制节流阀18和可变进气门操作机构中至少一个，以使由确定出的目标进气量指示的空气量将被导入燃烧室5。控制燃料喷射阀11以便喷射由确定出的目标燃料喷射量指示的燃料量。控制火花塞10以便在确定出的目标点燃正时点燃燃料。控制EGR控制阀27和可变进气门操作机构中至少一个，以便实现确定出的目标EGR率。 
如上所述，在本发明的第一实施例中，燃料喷射阀11、节流阀18和可变进气门操作机构中至少一个、火花塞10、EGR控制阀27和可变进气门操作机构中至少一个被控制。实际转矩峰值、实际燃烧开始正时、实际燃烧速度和实际输出转矩被监测。基于实际转矩峰值与从目标混合气量预计的转矩峰值之间的差值，反馈校正目标混合气量，以使实际转矩峰值变为目标转矩峰值。基于实际燃烧开始正时与从目标点火正时估算的燃烧开始正时之间的差值，反馈校正目标点火正时，以使实际燃烧开始正时变为目标燃烧开始正时。基于实际燃烧速度与目标燃烧速度之间的差值，反馈校正目标燃烧速度，以使实际燃烧速度变为目标燃烧速度。基于实际输出转矩与目标转矩之间的差值，反馈校正目标转矩，以使实际输出转矩变为目标转矩。 
通过执行这种反馈校正，能够更准确地将燃烧模式控制到目标燃烧模式，因而对将产生的转矩进行适当控制。
在本发明的第一实施例中，同样监测爆燃的发生、缸内温度(可能影响废气排放的因素)和泵气损失，以反馈用于目标燃烧模式的确定以及在目标燃烧模式的确定中被考虑。 
在本发明的第一实施例中，在各个气缸中顺序执行燃烧。确定用于每个气缸的目标燃烧模式，以使由各个气缸中的燃烧输出的转矩的轨迹遵循由加速踏板40的偏移所确定的所需转矩的轨迹。也就是说，如图5所示，当所需转矩随时间的推移遵循轨迹T时，确定用于每个气缸的目标燃烧模式，以使从各个气缸输出的转矩(在图5中，每个竖条对应从每个气缸输出的转矩)遵循轨迹T。然后，基于由此确定出的目标燃烧模式，确定用于每个气缸的目标混合气量、目标点火正时和目标燃烧速度。 
如上所述通过确定用于每个气缸的目标混合气量、目标点火正时和目标燃烧速度，与常规顺序控制的情况相比，可以显著地减少在设计阶段中开发者所需的工时数。 
当每个气缸中的燃烧的转矩峰值为预定值或更大时，或当从连续发生燃烧的气缸输出的转矩的差值(或所谓的转矩波动)为预定值或更大时，可能发生爆燃或转矩冲击。当每个气缸中的燃烧的转矩峰值为预定值或更大时，或当从连续发生燃烧的气缸输出的转矩的差值为预定值或更大时，目标点火正时可以被校正以便被延迟。 
如上所述，在确定用于每个气缸的目标燃烧模式以使输出转矩的轨迹将遵循所需转矩的轨迹的情况下，以及在控制用于每个气缸的目标混合气量、目标点火正时和目标燃烧速度以使燃烧模式变为目 标燃烧模式的情况下，可以如下所述校正用于每个气缸的目标混合气量、目标点火正时和目标燃烧速度。 
当确定用于每个气缸的目标燃烧模式以使输出转矩的轨迹将遵循所需转矩的轨迹时，以及当控制用于每个气缸的目标混合气量、目标点火正时和目标燃烧速度以使燃烧模式变为目标燃烧模式时，不管从每个气缸实际输出的转矩是否等于所需转矩。在从某个气缸输出的转矩不等于而是低于所需转矩的情况下，可以校正用于将发生下一次燃烧的气缸(以下称为“下一气缸”)的目标燃烧模式，以使下一气缸输出的转矩比所需转矩高出的量与从某个气缸输出的转矩比所需转矩低的量相同，以便能够相应地校正下一气缸的目标混合气量、目标点火正时和目标燃烧速度。另一方面，在从某个气缸输出的转矩不等于而是高于所需转矩的情况下，可以校正下一气缸的目标燃烧模式，以使下一气缸输出的转矩比所需转矩低的量与从某个气缸输出的转矩比所需转矩高出的量相同，以便能够相应地校正下一气缸的目标混合气量、目标点火正时和目标燃烧速度。通过这种方法，可以使将实际输出的转矩的轨迹尽可能近地接近所需转矩的轨迹。 
在校正下一气缸的目标燃烧模式以使下一气缸将输出的转矩高于或低于所需转矩的量与从某个气缸输出的转矩低于或高于所需转矩的量相同，使得能够相应地校正下一气缸的目标混合气量、目标点火正时和目标燃烧速度的情况下，当输出转矩的变化量大于预定值时(当发生所谓的转矩冲击时)，可以校正下一气缸的目标混合气量、目标点火正时和目标燃烧速度，使得输出转矩的变化量将小于预定值。 
如上所述，通过控制燃烧室5中的混合气的量也即进气量和燃料喷射量、点火正时等，能够控制从每个气缸输出的转矩。通过控 制节流阀18的开度，或通过控制进气门6的升程特性能够控制进气量。通过控制点燃正时能够控制点火正时。(在内燃机是压缩自动点火型的所谓柴油内燃机的情况下，通过控制燃料喷射量或点火正时而不是进气量，能够控制从每个气缸输出的转矩。通过控制燃料从燃料喷射阀喷入气缸的正时能够控制点火正时)。 
在试图通过改变节流阀18的开度以改变进气量来将输出转矩调节到所需转矩、试图通过改变进气门6的升程特性以改变进气量来将输出转矩调节到所需转矩，以及试图通过改变点火正时也即点燃正时来将输出转矩调节到所需转矩之间进行比较。术语“灵敏度”定义为输出转矩能够被改变到的最大程度，输出转矩表现出对试图通过改变节流阀18的开度的最高灵敏度、对试图通过改变进气门6的升程特性的次高灵敏度，及对试图通过改变点燃正时的最低灵敏度。另一方面，术语“响应”定义为从已经开始试图改变输出转矩直到转矩实际被改变的持续时间，输出转矩表现出对试图通过改变点燃正时的最高响应、对试图通过改变进气门6的升程特性的次高响应，及对试图通过改变节流阀18的开度的最低响应。 
因此，在试图将输出转矩的轨迹调节为已经被改变的所需转矩的轨迹中，例如，改变节流阀18的开度可能无法使输出转矩跟随所需转矩的快速变化。同样，例如，改变点燃正时可能无法使输出转矩跟随所需转矩的大的变化。 
因此，在上述第一实施例中，考虑到输出转矩对试图通过改变节流阀18的开度、试图通过改变进气门6的升程特性，以及试图通过改变点燃正时的灵敏度和响应，可以选择这样一种目标燃烧模式以使输出转矩的轨迹尽可能近地接近所需转矩的轨迹。也就是说，在上 述第一实施例中，在不考虑输出转矩的这种灵敏度或响应的同时能够将输出转矩调节到所需转矩的多个燃烧模式中，可以将在考虑输出转矩的这种灵敏度或响应的同时能够使输出转矩最接近所需转矩的燃烧模式选择为目标燃烧模式。 
在上述第一实施例中，可以根据转矩响应和转矩灵敏度来确定将由每个控制器件也即节流阀18、可变进气门操作机构和火花塞10实现的控制量，该转矩响应和转矩灵敏度是当内燃机的所需转矩被改变时根据内燃机的运行情况被选择的。在这种情况的具体实例中，当内燃机的运行情况表明需优先减少来自燃烧室5的废气排放时，选择较高的转矩响应。在另一实例中，当内燃机的运行情况表明加速踏板40的偏移量或者其单位时间内的变化量大于预定值时，选择较高的转矩灵敏度。在又一实例中，当内燃机的运行情况表明所需转矩小于预定值时，选择较高的转矩灵敏度。 
现在将对本发明的第二实施例进行描述。在第二实施例中，基于同上述第一实施例的通过控制点火正时、燃烧速度和混合气量来控制输出转矩的假定，来执行以下控制。已发现，通过控制点火正时(或点燃正时)以使在压缩上止点后的特定曲轴转角处的燃烧比成为特定值，能够维持高的燃烧效率。具体来说，已通过实验发现，通过控制点火正时(或点燃正时)以使在压缩上止点后8°曲轴转角处的燃烧比(以下称为“8°燃烧比”)成为50％(或以使在压缩上止点后10°曲轴转角处的燃烧比成为53％)能够维持最高的燃烧效率(见公开号为JP-A-2006-144645的日本专利申请)。因此，在第二实施例中，控制点火正时(或点燃正时)以使8°燃烧比成为50％。
此外，本发明人已经发现，通过控制燃烧速度以使经过特定曲轴转角范围的燃烧比的变化量成为特定值，能够使从燃烧室5排出的HC的量维持较小且能够增加输出转矩。具体来说，已发现，通过控制燃烧速度以使从压缩上止点(也即0°曲轴转角)至压缩上止点后15°曲轴转角的燃烧比的变化量(以下称为“15°燃烧比变化量”)成为68％，能够使从燃烧室5排出的HC的量维持较小且能够增加输出转矩。 
如上所述，当进气门6的气门开启正时被提前时，排气门8开启的时间段与进气门6开启的时间段的重叠或所谓的气门重叠被增加，这增加了燃烧室5中的混合气所含的废气的量，从而降低了燃烧速度。如图6所示，因为燃料在较低的燃烧速度更易燃，所以随着进气门6的气门开启正时被提前，燃烧率(膨胀冲程中燃烧的燃料与燃烧室5中的混合气中的燃料的比值)逐渐增加，并在特定气门开启正时达到其峰值。因为燃烧室5中的混合气所含的废气的增加的量使燃料的燃烧不稳定，所以随着进气门6的气门开启正时被进一步提前，燃烧率逐渐降低。当燃烧率处于其峰值时，燃烧室5中混合气中的待燃烧的燃料的比例最大，从而使从燃烧室5排出的燃料(HC)的量最小。同时，如图7所示，随着进气门6的气门开启正时被提前以使所谓的气门重叠增加，进气行程中的泵气损失逐渐减少。已发现，当15°燃烧比变化量被控制到约68％时(取决于发动机的型号)，燃烧率最接近峰值(或从燃烧室5排出的HC的量小)并且进气行程中的泵气损失最小(或输出转矩大)。 
因而，在第二实施例中，如上所述，控制点火正时也即点燃正时以使8°燃烧比成为50％，同时，控制燃烧速度也即进气门6的气门开启正时以使15°燃烧比变化量成为68％。这样，从燃烧室5排出 的HC的量能够维持较小，并且能够增加输出转矩。 
在第二实施例中，如同在第一实施例中，基于作为目标的峰值转矩值来控制混合气量(也即进气量和燃料喷射量)。 
当发动机的运行情况表明内燃机所需的负载过重时，试图控制点火正时(或点燃正时)以使8°燃烧比成为50％，可能导致发生爆燃。为避免这种情况，可能无法控制点火正时以使8°燃烧比成为50％。因此，在第二实施例中，当发动机的运行情况表明内燃机所需的负载重于预定值时(也即当不可能控制点火正时以使8°燃烧比为50％时)，在不会发生爆燃的范围内且尽可能接近50％的值可以被设定为目标8°燃烧比，并且可以控制点火正时以使8°燃烧比成为目标8°燃烧比。 
在这种情况下，试图控制燃烧速度(也即进气门6的气门开启正时)以使15°燃烧比变化量成为68％将不可避免地导致故障。因此，在第二实施例中，在内燃机的运行情况表明内燃机所需的负载重于预定值的情况下，在不会发生爆燃的范围内且尽可能接近50％的值可以设定为目标8°燃烧比，并且控制点火正时以使8°燃烧比成为目标8°燃烧比，例如可以利用图8所示的关系根据所设定的目标8°燃烧比来设定目标15°燃烧比变化量，并可以控制燃烧速度(也即进气门6的气门开启正时)以使15°燃烧比变化量成为目标15°燃烧比变化量。如图8所示，随着8°燃烧比变小，目标15°燃烧比变化量也变小。 
在这种情况下，根据8°燃烧比也即点火正时来设定目标15°燃烧比变化量。此时，考虑到来自燃烧室5的废气排放和进气行程中的泵气损失(也即输出转矩)，可以为目标15°燃烧比变化量(也即进气门6的气门开启正时)设定上限和下限。 
在这种情况的具体实例中，当内燃机的运行情况表明需优先 增加输出转矩而不是减少来自燃烧室5的废气排放时，目标15°燃烧比变化量被设定为更接近上限而不是下限的值。另一方面，当内燃机的运行情况表明需优先减少来自燃烧室5的废气排放而不是增加输出转矩时，目标15°燃烧比变化量被设定为更接近下限而不是上限的值。 
如上所述，当进气门6的气门开启正时被提前以使所谓的气门重叠增加时，燃烧室5中的混合气中的废气的量增加，并且燃烧速度降低。因而，如图9所示，当进气门6的气门开启正时被提前时，燃烧中的15°燃烧比变化量的平均值逐渐减小。同时，燃烧室5中的混合气中的废气的增加的量使燃烧不稳定。因而，当进气门6的气门开启正时被提前时，在燃烧之间的15°燃烧比变化量的波动变大。也就是说，当进气门6的气门开启正时被提前以减少15°燃烧比变化量时，在燃烧之间的15°燃烧比变化量的波动变大。 
因而，在第二实施例中，可以控制进气门6的气门开启正时以使15°燃烧比变化量成为68％，同时，可以监测燃烧之间的15°燃烧比变化量的差值，以使：当所述差值小于固定值时，进气门6的气门开启正时将被提前，或允许被提前；以及当所述差值大于固定值时，进气门6的气门开启正时将被延迟，禁止被提前，或延迟并且禁止提前。 
图11是执行第二实施例中的控制的示意流程图。在图11的流程图中，首先，在步骤10中读取发动机的运行情况。然后，在步骤11中，执行控制点火正时(或点燃正时)以使8°燃烧比成为50％的MBT控制(最大转矩时的最小点火提前角控制)。然后，程序进入步骤12和步骤22。在步骤12中，判断8°燃烧比MFB是否为50％(MFB8＝50％)。如果判定出MFB8＝50％成立，则程序进入步骤13。如果判定出MFB8＝50％不成立，则程序进入步骤17。
在步骤13中，计算15°燃烧比变化量ΔMFB15。然后，在步骤14中，判断在步骤13中计算出的15°燃烧比变化量ΔMFB15是否大于68％(ΔMFB15＞68％)。如果判定出ΔMFB15＞68％，则程序进入步骤16，在步骤16中，进气门6的气门开启正时被提前以减少15°燃烧比变化量。另一方面，如果判定出ΔMFB15≤68％，则程序进入步骤15，在步骤15中，进气门6的气门开启正时被延迟以增加15°燃烧比变化量。 
同时，如果在步骤12中判定出MFB8＝50％不成立，则目标8°燃烧比已经被设定为小于50％的值。在随后的步骤17中，例如利用图8所示的关系，基于已经被设定为小于50％的值的目标8°燃烧比TMFB8来计算目标15°燃烧比变化量ΔMFBtrg。然后，在步骤18中，计算15°燃烧比变化量ΔMFB15。然后，在步骤19中，判断在步骤18中计算出的15°燃烧比变化量ΔMFB15是否大于在步骤17中计算出的目标15°燃烧比变化量ΔMFBtrg(ΔMFB15＞ΔMFBtrg)。如果判定出ΔMFB15＞ΔMFBtrg，则程序进入步骤21，在步骤21中，进气门6的气门开启正时被提前以减少15°燃烧比变化量。另一方面，如果判定出ΔMFB15≤ΔMFBtrg，则程序进入步骤20，在步骤20中，进气门6的气门开启正时被延迟以增加15°燃烧比变化量。 
同时，在步骤22中，计算燃烧之间的15°燃烧比变化量的差值σ。然后，在步骤23中，判断差值σ是否大于固定值β(σ＞β)。如果判定出σ＞β，则程序进入步骤24，在步骤24中，进气门6的气门开启正时被延迟。另一方面，如果判定出σ≤β，则程序进入步骤25，在步骤25中，进气门6的气门开启正时被提前。 
在上述第二实施例中，当发动机的运行情况表明内燃机所需的负载重于预定值时(也即，当不可能控制点火正时以使8°燃烧比成为50％时)，利用图8所示的关系，基于已被设定为在不会发生爆燃的范围内且尽可能接近50％的值的目标8°燃烧比来设定目标15°燃烧比变化量，并且控制燃烧速度(也即，进气门6的气门开启正时)以使15°燃烧比变化量将成为目标15°燃烧比变化量。但是，在第二实施例中，利用图8所示的关系，可以基于当点火正时(或点燃正时)被控制以使8°燃烧比成为已被设定为在不会发生爆燃的范围内且尽可能接近50％的值的目标8°燃烧比时使用的实际8°燃烧比来设定目标15°燃烧比变化量，并且可以控制燃烧速度以使15°燃烧比变化量成为目标15°燃烧比变化量。这改善了控制响应。 
同样，在上述第二实施例中，不管目标8°燃烧比也即目标点火正时，从压缩上止点到压缩上止点后15°的曲轴转角范围内的燃烧比的变化量被用作15°燃烧比变化量。但是，在第二实施例中，当目标8°燃烧比小于预定值(例如，20％)时，在相对于从压缩上止点到压缩上止点后15°的曲轴转角范围的提前侧的范围内的燃烧比的变化量，例如，从压缩上止点前5°的曲轴转角到压缩上止点后10°的曲轴转角范围内的燃烧比的变化量，可以被用作15°燃烧比变化量，从而延迟目标点火正时。这提高了可控性。 
如上所述，根据本发明的实施例，使用燃烧室本身的燃烧模式，或将是其组成部分的8°燃烧比(点火正时)、15°燃烧比变化量(燃烧速度)及转矩峰值作为目标值，来控制点燃正时、进气门的气门开启正时(燃烧室中混合气中废气的量)以及混合气量。因此，不考虑发动机之间的波动的影响从而执行预先获得目标值的步骤，或不考虑内燃机随时间的变化的影响，就能够执行点燃正时、进气门的气门开启正时和混合气量的这种控制。

Claims (14)

1.一种用于内燃机的控制系统(31)，包括：
用于通过控制燃烧室(5)中的燃料的点火正时、点火后的燃烧的进行速度、以及所述燃料的燃烧所产生的转矩在时间上的累积量或平均值，将燃烧室(5)中的燃烧模式控制为根据所述内燃机所需的转矩而设定的所述燃烧室(5)中的目标燃烧模式的器件；
用于基于在膨胀冲程中所述燃烧室(5)内的压力来检测所述燃烧室(5)中产生的热累积量的变化的器件；
用于控制所述燃烧室(5)中的混合气所含的废气的量，以使经过预定曲轴转角范围在所述燃烧室(5)中产生的热累积量的变化量成为预定值的器件；
彼此不同并且能够改变从所述内燃机输出的转矩的多个转矩控制器件(10、18)，其中对所述各个转矩控制器件(10、18)的转矩响应和转矩灵敏度彼此不同，所述转矩响应是表示从每个转矩控制器件(10、18)开始试图改变所述转矩直到所述转矩实际被改变的持续时间的参数，所述转矩灵敏度是表示所述转矩能够被每个转矩控制器件(10、18)改变到最大程度的参数；以及
用于根据所述转矩响应和所述转矩灵敏度来确定将由每个转矩控制器件(10、18)实现的控制量的器件，所述转矩响应和所述转矩灵敏度是当所述内燃机所需的转矩被改变时根据所述内燃机的运行情况被选择的。
2.根据权利要求1所述的控制系统(31)，还包括：
用于根据所述内燃机的运行情况来控制所述燃烧室(5)中燃料的点火正时的器件，
其中，经过所述预定曲轴转角范围在所述燃烧室(5)中产生的热累积量的所述变化量的预定值是根据所述燃烧室(5)中的燃料的所述点火正时来设定的。
3.根据权利要求2所述的控制系统(31)，其中，控制所述燃烧室(5)中的燃料的所述点火正时，以使所述燃烧室(5)中产生的热累积量在预定曲轴转角成为预定值。
4.根据权利要求2所述的控制系统(31)，其中，在当所述燃烧室(5)中产生的热累积量遵循所述累积量在预定曲轴转角变成预定值的轨迹时燃料的燃烧率为最高的情况下，当与所述燃烧室(5)中产生的热累积量能够遵循所述累积量在所述预定曲轴转角变成所述预定值的轨迹时相比，所述燃烧室(5)中的燃料的所述点火正时被延迟时，经过所述预定曲轴转角范围所述燃烧室(5)中产生的热累积量的所述变化量的预定值被设定为更小。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制系统(31)，其中
为经过所述预定曲轴转角范围在所述燃烧室(5)中产生的热累积量的所述变化量的预定值设定上限和下限，并且基于所述内燃机的所述运行情况将所述变化量的预定值设定为在所述上限和所述下限之间的值。
6.根据权利要求5所述的控制系统(31)，其中，当所述内燃机的所述运行情况表明需优先增加从所述内燃机输出的转矩时，将经过所述预定曲轴转角范围在所述燃烧室(5)中产生的热累积量的所述变化量的预定值设定为接近所述上限而不是所述下限的值。
7.根据权利要求5所述的控制系统(31)，其中，当所述内燃机的所述运行情况表明需优先减少来自所述燃烧室(5)的废气排放时，将经过所述预定曲轴转角范围在所述燃烧室(5)中产生的热累积量的所述变化量的预定值设定为接近所述下限而不是所述上限的值。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的控制系统(31)，其中
随着经过所述预定曲轴转角范围在所述燃烧室(5)中产生的热累积量的所述变化量的预定值被设定为更小，所述燃烧室(5)中的所述混合气所含的废气的量被控制为更大。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的控制系统(31)，其中
根据所述燃烧室(5)中的燃料的所述点火正时来设定所述预定曲轴转角范围。
10.根据权利要求1所述的控制系统(31)，其中，当所述内燃机的所述运行情况表明需优先减少来自燃烧室(5)的废气排放时，选择较高的转矩响应。
11.根据权利要求1所述的控制系统(31)，其中，基于加速踏板(40)的偏移量来确定所述内燃机所需的所述转矩，且当所述内燃机的所述运行情况表明所述加速踏板(40)的所述偏移量或者其单位时间内的变化量大于预定值时，选择较高的转矩灵敏度。
12.根据权利要求1所述的控制系统(31)，其中，当所述内燃机的所述运行情况表明所述内燃机所需的所述转矩小于预定值时，选择较高的转矩灵敏度。
13.根据权利要求1所述的控制系统(31)，其中，通过控制所述燃烧室(5)中的混合气所含的废气的量来控制所述点火后的燃烧的所述进行速度。
14.一种用于内燃机的控制方法，所述内燃机具有彼此不同并且能够改变从所述内燃机输出的转矩的多个转矩控制器件(10、18)，其中对所述各个转矩控制器件(10、18)的转矩响应和转矩灵敏度彼此不同，所述转矩响应是表示从每个转矩控制器件(10、18)开始试图改变所述转矩直到所述转矩实际被改变的持续时间的参数，所述转矩灵敏度是表示所述转矩能够被每个转矩控制器件(10、18)改变到最大程度的参数，所述方法包括：
根据所述内燃机所需的转矩来设定燃烧室(5)中的目标燃烧模式；
通过控制所述燃烧室(5)中的燃料的点火正时、点火后的燃烧的进行速度、以及所述燃料的燃烧所产生的转矩在时间上的累积量或平均值，将所述燃烧室(5)中的燃烧模式控制为所述燃烧室(5)中的目标燃烧模式；
基于在膨胀冲程中燃烧室(5)内的压力来检测在所述燃烧室(5)中产生的热累积量的变化；
控制所述燃烧室(5)中的混合气所含的废气的量，以使经过预定曲轴转角范围在所述燃烧室(5)中产生的热累积量的变化量成为预定值；
当所述内燃机所需的转矩被改变时根据所述内燃机的运行情况来选择所述转矩响应和所述转矩灵敏度；以及
根据被选择的所述转矩响应和所述转矩灵敏度来确定将由每个转矩控制器件(10、18)实现的控制量。
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