CN102037224A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明具有：可变阀机构(30)，其设置在内燃机的排气侧，将最提前角状态设为初始状态；运转状态检测单元(71、72、73)，其对运转状态进行检测；可变阀控制单元(70)，其与运转状态相对应，对该可变阀机构(30)的动作进行控制；内燃机状态判定单元(70)，其对内燃机是冷机状态还是暖机状态进行判定；以及停止要求判定单元(70)，其对有无内燃机的停止要求进行判定，在冷机状态下存在停止要求的情况下，在可变阀机构(30)恢复至初始状态后将内燃机停止。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的控制，该内燃机在排气侧具有可变阀机构。
背景技术
已知一种可变阀机构，其为了提高车辆用内燃机的输出性能、排气性能、燃料消耗性能等，而改变进气阀或者排气阀的开闭定时(阀定时)。
例如，在日本专利厅1994年发行的JP06042379A中公开了以下技术，其利用由油压进行驱动的可变阀机构，通过控制为在冷机时使进气阀开阀期间和排气阀开阀期间的重叠期间增大，而降低HC排出量。
发明内容
但是，在油压式可变阀机构的情况下，如果在阀定时的变换操作过程中发动机停止，则由于伴随着发动机停止而油压下降，所以可能在阀定时达到作为目标的角度之前的中间位置处中止。如果在该状态下发动机再起动，则在阀定时到达目标角度之前的凸轮相位处进行再起动，发动机的燃烧变得不稳定。另外，由于在刚刚再起动之后油压没有上升，所以可变阀机构内的叶轮无法追随凸轮链轮的旋转，还可能与内部壁面等碰撞而产生异常声音。
但是，在所述现有技术中，没有对于将发动机的运转停止时的可变阀机构的控制进行公开。
本发明的目的在于，可以防止由于发动机再起动时的阀定时的设定而引起的燃烧的不稳定和异常声音的发生。
为了实现上述目的，本发明具有：可变阀机构，其设置在内燃机的排气侧，将最提前角状态作为初始状态；运转状态检测单元，其对运转状态进行检测；可变阀控制单元，其与运转状态相对应，控制该可变阀机构的动作；内燃机状态判定单元，其对所述内燃机是冷机状态还是暖机状态进行判定；以及停止要求判定单元，其对有无所述内燃机的停止要求进行判定，在冷机状态下存在停止要求的情况下，可变阀机构恢复至初始状态后，将内燃机停止。
本发明的详细内容以及其他特征和优点，在说明书的以下记载中进行说明，并且利用附图示出。
附图说明
图1是使用本实施方式所涉及的控制装置的概略构成图。
图2是表示控制装置所具有的控制器执行的控制程序的流程图。
图3是储存在控制器中的冷机状态用的变换角度对应图。
图4是储存在控制器中的暖机状态用的变换角度对应图。
具体实施方式
参照图1，本发明所涉及的车辆用内燃机的控制装置1具有：可变阀机构30；电磁阀40，其利用油泵41的喷出油，对可变阀机构30进行操作；以及控制器70，其对电磁阀40进行切换。
发动机具有凸轮轴31以及凸轮轴驱动用链轮(以下称为“链轮”)33，该链轮33与凸轮轴31同轴，经由传动带或者链条与发动机的曲轴进行同步旋转。控制装置1通过利用油压对凸轮轴31和凸轮轴驱动用链轮33之间的相对相位角(以下称为变换角度)进行变更，而对排气阀的开闭定时进行提前角/延迟角控制。
可变阀机构31具有与凸轮轴31一体旋转的多个(在图1中为4个)叶轮32。另外，发动机运转时的凸轮轴31的旋转方向，在图1中为顺时针旋转方向。
在凸轮轴驱动用链轮33中设有容许叶轮32旋转的空间。该空间被叶轮32划分为提前角油压室33a和延迟角油压室33b。
提前角油压室33a经由提前角油路43a与电磁阀40连接。延迟角油压室33b经由延迟角油路43b与电磁阀40连接。
另外，电磁阀40除了与提前角油路43a以及延迟角油路43b连接之外，还与油供给路42、以及泄油通路44连接，该油供给路42在中途设有对发动机的油盘45的动作油进行加压输送的油泵41，该泄油通路44使动作油返回至油盘45。
电磁阀40具有：区间A，其向提前角油路43a供给油泵41的喷出油，将泄油通路44与延迟角油路43b连接；区间B，其向延迟角油路43b供给油泵41的喷出油，将泄油通路44与提前角油路43a连接；以及隔断区间A，其将提前角油路43a和延迟角油路43b均隔断。
控制器70控制对电磁阀40的通电量而对上述区间进行切换，从而适当地变更或保持提前角油压室33a以及延迟角油压室33b的油压。可变阀机构30与提前角油压室33a以及延迟角油压室33b相对应，对排气阀的开闭定时(阀定时)进行提前角/延迟角控制。
另外，初始状态的阀定时为最提前角的状态，通过利用固定在凸轮轴驱动用链轮33上的扭转弹簧34，将叶轮32向弹簧的反作用力方向施压，而施加维持初始状态的力。即，在发动机停止时，即使停止油压控制，也可以由扭转弹簧34施加使叶轮32恢复至初始状态的力。
作为提前角/延迟角控制，具体地如下所述进行。如果控制器70将电磁阀40切换至区间B，则油盘45内的动作油通过延迟角油路43b向延迟角油压室33b供给。另一方面，提前角油压室33a的动作油通过提前角油路43a以及泄油通路44向油盘45排出。由此，延迟角油压室33b的油压相对变高，抵抗扭转弹簧34的弹力，叶轮32旋转，阀定时成为延迟角。
另一方面，如果控制器70将电磁阀40切换至区间A，则油盘45的动作油通过提前角油路43a向提前角油压室33a供给。另一方面，延迟角油压室33b的动作油通过延迟角油路43b以及泄油通路44向油盘45排出。由此，提前角油压室33a的油压相对变高，阀定时成为提前角。
电磁阀40的切换由控制器70控制。控制器70由微型计算机构成，具有中央运算装置(CPU)、读出专用存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入/输出接口(I/O接口)。控制70也可以由多个微型计算机构成。
控制器70与作为运转状态检测单元的曲轴角传感器71、凸轮角传感器72、水温传感器73、以及车辆的主开关74连接。曲轴角传感器71输出曲轴的角度信号，并且在曲轴的基准旋转位置处输出曲轴位置信号。凸轮角传感器72在凸轮轴31的基准旋转位置处输出基准凸轮轴位置信号。水温传感器73输出发动机水温。主开关74输出发动机的起动要求和停止要求。
控制器70基于曲轴角传感器71以及凸轮角传感器72的输出值，计算阀定时的延迟量，将该延迟角量作为可变阀机构30当前的变换角度(以下称为“实际变换角度”)θ。
具体地说，在凸轮轴31或者与凸轮轴31连结的部件上设有凸部或者凹部的被检测部，该被检测部由凸轮角传感器72进行检测，输出凸轮轴31的旋转信号，基于该凸轮轴的旋转位置信号、和来自曲轴角传感器71的基准曲轴角位置信号之间的相位差，检测实际的延迟角量。该延迟角量作为相对于基准位置(在这里将最提前角侧的限制位置设为基准位置)的延迟角量而被检测出，该基准位置是凸轮轴31的旋转被机械止动器限制的位置。通过学习该基准位置的相位偏移，可以在阀定时控制中，相对于学习后的基准位置检测出实际的延迟角量(实际变换角度θnow)。控制器70控制向电磁阀40的通电量，使得该实际变换角度θnow追随基于发动机的运转条件而设定的目标变换角度θcom。
上述机械止动器，是指用于机械地限制凸轮轴31相对于曲轴的相对相位角的机构。即，阀定时的最提前角状态以及最延迟状态，均是凸轮轴31与机械止动器抵接的状态。另外，图1表示最延迟角状态。
另外，在凸轮轴31中，排气阀用阀弹簧的弹性力、和与凸轮支架的摩擦力等，作为抵抗力而在图1中向逆时针旋转方向、即使阀定时成为延迟角的方向作用。
并且，如果在发动机停止时，伴随着发动机转速的下降，油泵41的转速也下降而油压下降，则上述抵抗力的影响变大。
由此，凸轮轴31可能停止在利用上述扭转弹簧34恢复至初始状态即最提前角状态之前的最提前角和最延迟角的中间状态。
另外，从发动机起动开始至油泵41的喷出压上升之前存在时间差。由此，在发动机刚起动后油压较低的状态下，因上述抵抗力，阀定时会向延迟角方向变化。此时，可能由于叶轮32与延迟角侧的机械止动器碰撞而产生异常声音。
由此，与可变阀机构30的特性相关联，发动机再起动时的阀定时变得不稳定，或者存在产生异常声音的可能性。
由此，为了消除上述问题，控制器70执行以下说明的控制。
图2是对控制器70执行的控制程序进行说明的流程图。控制器70，在发动机运行中，以一定间隔执行该程序。一定间隔例如设为10毫秒。
在步骤S1中，对发动机是否是冷机状态进行判定。例如，对冷却水温进行检测，基于此进行该判定。
如果冷却水温是与规定阈值相比较低的状态(以下称为“冷机状态”)，则程序进入步骤S2，如果是较高的状态(以下称为“暖机状态”)，则程序进入步骤S5。
在步骤S2中，控制器70使用预先储存在ROM中的冷机状态用的变换角对应图执行阀定时控制。作为冷机状态用变换角对应图，例如如图3所示，具有以下特性，即，在包括怠速运转区域在内的低转速·低负载区域取得最大变换角，发动机扭矩或者发动机旋转速度越远离低转速·低负载区域，变换角越小。控制器70基于由曲轴角传感器检测的发动机旋转速度、和由加速器开度传感器检测的发动机负载，由该对应图对变换角进行检索，将其作为目标变换角度θcom，对变换角进行控制。
即，在怠速运转区域附近，进行使排气阀的阀定时延迟角量增大的控制。另外，进气侧的可变阀机构控制为，在怠速运转区域内较大地成为提前角。由此，在怠速运转区域内，阀门重叠期间增大。
由于冷机状态是不利于燃料气化的状态，所以预料到燃料会附着在发动机的进气管壁面等上，通常要增加燃料喷射量。由此，与暖机状态相比，排气气体中的碳氢化合物(HC)浓度有增高的趋势。
另一方面，由于在怠速运转区域内发动机的吸入负压较高，所以如果设置阀门重叠期间，则进气阀开阀时的吸入空气不会向排气侧吹入，相反，会将高温的排气气体从排气侧返吹至燃烧室。
由此，通过在冷机状态的怠速运转区域内，使阀门重叠期间增大，而可以将高温排气气体返吹至燃烧室，从而促进燃烧室内燃料的雾化，可以使排气气体中的HC浓度下降。
在步骤S3中，控制器70对有无发动机停止要求进行判定。其基于主开关74的输出值等进行判定。其中，在具有所谓怠速中止机构的车辆的情况下，自动停止条件的成立也被认为是停止要求，该怠速中止机构是指，以燃油消耗和排放性的提高为目的，在规定的自动停止条件成立时，自动地使发动机停止，并且，在发动机的自动停止过程中，规定的再起动条件成立时，自动地使该发动机起动。
在存在发动机停止要求的情况下程序进入步骤S4，在不存在的情况下结束处理。
在步骤S4中，控制器70为了使凸轮轴31成为最提前角状态而设定目标变换角度θcom，在经过规定的延时后将发动机停止。延时设定为对于使凸轮轴31恢复至最提前角状态来说充分的时间，例如1秒左右。如果将延时设定为1秒，则延时将超过程序的执行间隔。但是，由于在执行步骤S4后发动机停止，至发动机再起动之前不执行程序，所以不存在问题。
另外，也可以在判定为存在发动机停止要求后，基于发动机停止要求时的变换角和油压等对延时进行运算。另外，也可以基于凸轮角传感器71和凸轮角传感器72的检测值等，在实际确认凸轮轴31恢复至最提前角状态后将发动机停止。
由此，通过在经过延时后将发动机停止，而在发动机停止时可靠地使可变阀机构30成为最提前角状态。由此，可以防止下次发动机起动时的异常声音发生。
另外，与设置的延时相对应，从车辆的操作者进行用于发动机停止的主开关74的操作至发动机停止的时间变长。但是，由于冷机状态时油温低，所以油泵41的喷出相对变高，可变阀机构30的动作速度相对较高。延时例如在1秒左右的较短时间内结束，延时使操作者产生的不适感较小。另外，由于在发动机起动后的冷机状态下将发动机停止的机会较少，所以使操作者产生不适感的机会也较少。
另一方面，在暖机状态的情况下执行的步骤S5中，控制器70使用预先储存在ROM中的暖机状态用变换角对应图执行配气控制。作为暖机状态用变换角对应图，例如具有如图4所示的特性。该暖机状态用对应图与图3的冷机状态用对应图的不同点在于，在低转速区域内设置禁止可变阀机构30的动作的动作禁止区域。另外，动作禁止区域只要至少包含怠速运转区域即可。
在动作禁止区域中，控制器70，通过将电磁阀40切换至隔断区间，禁止可变阀机构30的动作。
在步骤S6中，控制器70与步骤S3相同地，对有无发动机的停止要求进行判定。在存在发动机停止要求的情况下程序进入步骤S7，在不存在的情况下结束处理。
在步骤S7中，不设置延时而将发动机停止。
如果是暖机状态，则发动机的排气净化催化剂也充分地被加热，在此基础上，由于发动机的HC排出量本身较少，所以降低排气气体中的HC浓度的效果较小。即，即使在怠速运转区域内禁止可变阀机构30的动作，对排气性能产生的影响也较小。
另一方面，发动机停止要求通常是在暖机状态下的怠速运转时发出的。由此，如果假设在暖机状态下允许可变阀机构30动作，在发出发动机停止要求后至发动机停止之前设置延时，则使操作者产生不适感的可能性增高。
由此，在暖机状态的怠速运转区域内禁止可变阀机构30动作而成为最前进角的状态，并且在存在发动机停止要求时，不设置延时而将发动机停止。
本控制在以下方面具有特征，即，在冷机状态下在全部运转区域内使可变阀机构30动作，与此相对，在暖机状态下在包含怠速运转区域在内的低转速区域内禁止动作，在存在发动机停止要求时，如果为冷机状态，则经过延时后将发动机停止，与此相对，如果是暖机状态则立刻停止。
另外，本发明不限定于上述实施方式，在权利要求书记载的技术思想的范围内当然可以进行各种变更。例如，初始状态的阀定时也可以不是最提前角位置，也可以使用可以进行向延迟角方向的控制的可变阀机构，即成为规定的提前角位置的可变阀机构。
关于以上说明，在这里通过引用而编入申请日为2008年5月19日的日本的特愿2008-130449的内容。
工业实用性
如上所述，根据本发明，由于在发动机再起动时可变阀机构成为最提前角状态，所以刚刚再起动后的燃烧稳定，另外，还可以防止异常声音的发生。
本发明的实施例所包含的排他的性质或者特征，如前所述成为权利要求。

Claims (7)

1.一种内燃机的控制装置，其对内燃机的排气阀的开闭定时进行控制，其特征在于，具有：
排气阀的可变阀机构(30)，其将排气阀的开闭定时为规定的提前角状态的状态作为初始状态；
检测内燃机是冷机状态还是暖机状态的传感器(73)；
检测可变阀机构(30)是否处于初始状态的传感器(70、71、72)；
检测有无所述内燃机的停止要求的传感器(70、74)；以及
可编程控制器(70)，其进行如下处理，即，在冷机状态下存在停止要求的情况下，将可变阀机构(30)向初始状态控制(S2-S4)，判定可变阀机构(30)是否处于初始状态(S4)，仅在判定可变阀机构(30)处于初始状态的情况下将内燃机停止(S4)。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
控制器(70)进一步进行如下处理，即，在内燃机为冷机状态下，至少在包含怠速运转区域在内的内燃机的低转速区域中，将可变阀机构(30)向与其它转速区域相比使排气阀的开闭定时延迟的方向控制(S2)。
3.根据权利要求1或者2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
控制器(70)进一步进行如下处理，即，对将可变阀机构(30)向初始状态控制后的经过时间进行测量，在经过时间到达规定的延时时，判定可变阀机构(30)处于初始状态(S4)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
控制器(70)进一步进行如下处理，即，在所述内燃机处于暖机状态的情况下，在至少包含怠速运转区域在内的内燃机的低转速区域中，禁止可变阀机构(30)的动作(S5)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
控制器(70)进一步进行如下处理，即，在内燃机处于暖机状态下存在所述停止要求的情况下，立刻将所述内燃机停止(S7)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
可变阀机构(30)具有：叶轮(32)，其使进行排气阀的开闭的凸轮轴(31)的初始相位变化；以及弹簧(34)，其将叶轮(32)向与可变阀机构(30)的初始状态相对应的位置施压，
控制装置还具有利用油压对叶轮(32)进行驱动的电磁阀(40)，
控制器(70)进一步进行如下处理，即，利用电磁阀(40)的控制，对可变阀机构(30)进行控制。
7.一种内燃机的控制方法，其对内燃机的排气阀的开闭定时进行控制，该内燃机具有排气阀的可变阀机构(30)，其将排气阀的开闭定时为规定的提前角状态的状态设为初始状态，其特征在于，
检测内燃机处于冷机状态还是暖机状态，
检测可变阀机构(30)是否处于初始状态，
检测有无所述内燃机的停止要求，
在冷机状态下存在停止要求的情况下，将可变阀机构(30)向初始状态控制(S2-S4)，判定可变阀机构(30)是否处于初始状态(S4)，仅在判定可变阀机构(30)处于初始状态的情况下将内燃机停止(S4)。
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