CN102536471A - 内燃机的停止位置控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的停止位置控制装置，对于应用现有的停止位置控制方法的话在进气门和排气门均开启的交叠状态下停止的可能性较高的内燃机，能够可靠地避免在交叠状态下停止。在内燃机的停止指令后将节气门关闭(S14)，并在内燃机转速(NE)低于规定转速(NEICOFPRE)且阶段编号STG为“0”、某个气缸的进气行程刚开始后，将节气门开启(S11～S13)。由此，在内燃机停止时处于进气行程的最终进气行程气缸的吸入空气量增加，使内燃机将要停止前的反转方向的转矩减小，避免了在交叠状态下停止。

Description

内燃机的停止位置控制装置
技术领域
本发明涉及对内燃机停止时的活塞的停止位置进行控制的停止控制装置。
背景技术
在存在内燃机停止时进气门和排气门均处于开启状态(以下称为“交叠状态”)的气缸的情况下，有时排气倒流至进气管内而使下次起动时难以顺畅地起动。在专利文献1中示出了如下的停止位置控制方法：在内燃机将要停止前使节气门开启而增加吸入空气量，以使内燃机不在交叠状态下停止。根据该方法，在内燃机停止时，在处于压缩行程的气缸(最终压缩行程气缸)的、比将要停止前的进气行程开始时刻靠前的时刻，开启节气门。由此，最终压缩行程气缸和最终膨胀行程气缸的吸入空气量增加，通过将要停止前的反转来避免在交叠状态下停止。
专利文献1：日本专利第4435844号公报
根据上述现有的停止位置控制方法，对于四缸内燃机和六缸内燃机，能够避免交叠状态下的停止，然而在应用到三缸内燃机的情况下，反而存在着在交叠状态下停止的可能性升高的课题。
参考图5和图6详细地说明这一点。图5和图6将在内燃机不进行燃烧且节气门开度维持一定值的状态下膨胀行程气缸中产生的正转方向转矩TRQF和压缩行程气缸中产生的反转方向转矩TRQR以粗虚线示出，并且将这两者的合成转矩TRQT以细实线示出，图5对应于三缸内燃机，图6对应于四缸内燃机。以单点划线示出合成转矩TRQT为“0”的旋转相位(以下称作“转矩平衡角度”)CAB1和CAB2。以粗单点划线示出的第一转矩平衡角度CAB1表示停止可能性最高的角度位置(相位)，以细单点划线示出的第二转矩平衡角度CAB2表示停止可能性次高的角度位置。此外，在图5和图6的下部示出各气缸的行程。此外，标号ROVL表示进气门和排气门均开启的角度范围(以下称作“交叠范围”)。
如图6所示，在四缸内燃机中，第一转矩平衡角度CAB1与进气行程及排气行程的中心角度一致，因此通过使最终膨胀行程气缸的吸入空气量增加，并使内燃机停止于第一转矩平衡角度CAB1，由此能够避免交叠状态下的停止。
与此相对地，在三缸内燃机中，如图5所示，第一转矩平衡角度CAB1与进气行程的开始时刻一致，因此，当使内燃机停止于第一转矩平衡角度CAB1的话，必然在交叠状态下停止。此外，在第一转矩平衡角度CAB1相当于第一气缸的膨胀行程与第二气缸的压缩行程相重叠的角度范围的大致中心的角度位置、并且第一转矩平衡角度CAB1处于第三气缸的进气门和排气门的开启期间交叠的交叠范围ROVL内的内燃机(例如五缸内燃机)中，产生与三缸内燃机同样的问题(参照图7)。
发明内容
本发明正是考虑到上述方面而完成的，其目的在于提供一种内燃机的停止位置控制装置，对于应用现有的停止位置控制方法的话在交叠状态下停止的可能性较高的内燃机，能够可靠地避免在交叠状态下的停止。
为了达成上述目的，第一方面记载的发明为在内燃机停止时对所述内燃机的活塞的停止位置进行控制的内燃机的停止位置控制装置，其特征在于，所述内燃机为具有三个气缸或五个气缸的内燃机，或者为具有多于五个气缸并且能够在下述动作模式下进行动作的内燃机，该动作模式为，在第一气缸的膨胀行程与第二气缸的压缩行程相重叠的内燃机轴角度范围，大致中心的内燃机轴角度CAB1位于第三气缸的进气门和排气门的开启期间交叠的交叠范围ROVL内，该内燃机的停止位置控制装置具备：进气控制阀3，所述进气控制阀3设于所述内燃机的各气缸所具备的进气门的上游侧，并对所述内燃机的进气量进行控制；以及进气控制单元，在所述内燃机的停止指令后所述进气控制单元将所述进气控制阀3关闭，在所述内燃机停止时，在处于压缩行程的最终压缩行程气缸的进气门关闭后所述进气控制单元将所述进气控制阀3开启。
第二方面记载的发明为，在内燃机停止时对所述内燃机的活塞的停止位置进行控制的内燃机的停止位置控制装置，其特征在于，所述内燃机为具有三个气缸或五个气缸的内燃机，或者为具有多于五个气缸并且能够在下述动作模式下进行动作的内燃机，该动作模式为，在第一气缸的膨胀行程与第二气缸的压缩行程相重叠的内燃机轴角度范围，大致中心的内燃机轴角度CAB1位于第三气缸的进气门和排气门的开启期间交叠的交叠范围ROVL内，该内燃机具备：进气控制阀3，所述进气控制阀3设于所述内燃机的各气缸所具备的进气门的上游侧并对所述内燃机的进气量进行控制；以及进气控制单元，在所述内燃机的停止指令后所述进气控制单元将所述进气控制阀3关闭，在与所述内燃机停止时，与处于进气行程的最终进气行程气缸的进气门的开启时刻同时或者在该最终进气行程气缸的进气门的开启期间中，所述进气控制单元将所述进气控制阀3开启。
第三方面记载的发明的特征在于，在第一方面或第二方面记载的内燃机的停止位置控制装置中，该停止位置控制装置具备：旋转速度检测单元，所述旋转速度检测单元对所述内燃机的旋转速度NE进行检测；以及内燃机轴旋转角度检测单元，该内燃机轴旋转角度检测单元对所述内燃机轴的旋转角度CA进行检测，所述内燃机的停止位置控制装置基于所述内燃机旋转速度NE以及所述内燃机轴旋转角度CA来判断所述进气控制阀3的开启时间CATHO。
根据第一方面记载的发明，在内燃机的停止指令后进气控制阀关闭，在最终压缩行程气缸的进气门关闭后将进气控制阀开启。由此，吸入最终压缩行程气缸和最终膨胀行程气缸的空气量不增加，而吸入最终进气行程气缸的空气量增加。该空气量的增加促进了下降的活塞的动作，并且即使在将要停止前内燃机开始反转，使增加的空气回到进气管所需的力也会使反转方向的转矩减小，能够防止反转至活塞达到进气行程开始上止点附近，即能够防止交叠状态下的停止。
根据第二方面记载的发明，在内燃机的停止指令后将进气控制阀关闭，与最终进气行程气缸的进气门的开启时刻同时或者在该最终进气行程气缸的进气门的开启期间中将进气控制阀开启。由此，吸入最终压缩行程气缸和最终膨胀行程气缸的空气量不增加，而吸入最终进气行程气缸的空气量增加，因此能够得到与第一方面的发明相同的效果。
根据第三方面记载的发明，基于检测出的内燃机旋转速度和内燃机轴旋转角度判断进气控制阀的开启时刻。内燃机旋转速度与内燃机旋转的惯性能相关，另一方面，能够根据内燃机轴旋转角度确定进气门的开闭状态(动作相位)，因此通过基于检测出的内燃机旋转速度和内燃机轴旋转角度判断进气控制阀的开启时刻，从而能够在第一方面或第二方面记载的恰当的定时使进气控制阀开启。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的内燃机及其控制装置的结构的图。
图2是示出本实施方式中的进气门和排气门的升程曲线、各气缸的行程以及阶段编号(STG)的图。
图3是用于将本实施方式中的停止位置控制与现有的控制相比较并说明的时序图。
图4是停止位置控制处理的流程图。
图5是示出内燃机未进行燃烧的状态下的惯性转矩(TRQT、TRQF、TRQR)以及各气缸的行程的时序图(三缸内燃机)。
图6是示出内燃机未进行燃烧的状态下的惯性转矩(TRQT、TRQF、TRQR)以及各气缸的行程的时序图(四缸内燃机)。
图7是示出内燃机未进行燃烧的状态下的惯性转矩(TRQT、TRQF、TRQR)以及各气缸的行程的时序图(五缸内燃机)。
图8是示出内燃机未进行燃烧的状态下的惯性转矩(TRQT、TRQF、TRQR)以及各气缸的行程的时序图(六缸内燃机)。
标号说明
1：内燃机；
2：进气管；
3：节气门(进气控制阀)；
5：电子控制单元(进气控制单元)；
7：致动器(进气控制单元)；
8：曲轴角度位置传感器(旋转速度检测单元、内燃机轴旋转角度检测单元)。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是示出本发明的一个实施方式的内燃机及其控制装置的结构的图。内燃机(以下仅称为“发动机”)1是三缸发动机，其具有进气管2，在进气管2的中途配置有节气门3。在节气门3上设有对节气门3的开度TH进行检测的节气门开度传感器4，该节气门开度传感器4的检测信号被提供给电子控制单元(以下称为“ECU”)5。对节气门3进行驱动的致动器7与节气门3连接，致动器7的动作被ECU5控制。
燃料喷射阀6设置在各气缸的未图示的进气门的略上游侧，各喷射阀与未图示的燃料泵连接并且与ECU5电连接，通过来自该ECU5的信号对燃料喷射阀6的开启时间进行控制。在发动机1的各气缸设有火花塞9，从ECU5对火花塞9供给点火信号。
在ECU5上连接有对发动机1的曲轴(内燃机轴)的旋转角度CA进行检测的曲轴角度位置传感器8，该曲轴角度位置传感器8对ECU5提供与曲轴的旋转角度CA对应的信号。曲轴角度位置传感器8由气缸判别传感器、TDC传感器以及CRK传感器构成，该气缸判别传感器在发动机1的特定气缸的规定曲轴角度位置处输出脉冲(以下称为“CYL脉冲”)，该TDC传感器在关于各气缸的进气行程开始时的上止点(TDC)提前规定曲轴角度的曲轴角度位置(在三缸发动机中为每240度的曲轴角)输出TDC脉冲，该CRK传感器以比TDC脉冲短的一定曲轴角周期(例如以6度为周期)产生CRK脉冲，CYL脉冲、TDC脉冲以及CRK脉冲被提供给ECU5。这些信号脉冲被用于燃料喷射时刻、点火时刻等各种定时控制以及发动机转速(发动机旋转速度)NE的检测。
在ECU5上连接有对由发动机1驱动的车辆的油门踏板的踩下量(以下称为“油门踏板操作量”)AP进行检测的油门传感器10，该油门传感器10的检测信号被提供给ECU5。
ECU5由以下电路等构成：输入电路，其具有对来自各种传感器的输入信号波形进行整形，并将电压电平修正为规定电平，将模拟信号值转换为数字信号值等的功能；中央运算处理电路(以下称为“CPU”)；存储电路，其存储由CPU执行的各种运算程序和运算结果等；以及输出电路，其对燃料喷射阀6等提供驱动信号。ECU5基于上述的传感器的检测信号进行如下控制：燃料喷射阀6的开启时间的控制；火花塞9的点火时刻控制；以及计算节气门3的目标开度THCMD，对致动器7进行驱动控制，以使检测到的节气门开度TH与目标开度THCMD一致。
接着，说明本实施方式的发动机停止时的活塞位置的控制(以下称为“停止位置控制”)的概要。
图2是用于说明在停止位置控制中采用的参数的图，图中曲线L1和L2分别是#1气缸的排气门的升程曲线和进气门的升程曲线。图2还示出了阶段编号STG和各气缸(#1气缸、#2气缸、以及#3气缸)的行程。阶段编号STG是表示曲轴的每30度旋转角度的曲轴角度范围的参数，其以下述方式定义：设各气缸的从进气行程开始时刻起至30度的期间为STG＝0，并顺次增加至“7”，然后回到“0”。
CAIO和CAIC分别为进气门开启时刻和进气门关闭时刻，CAEC为排气门关闭时刻。因此，从进气门开启时刻CAIO至排气门关闭时刻CAEC的角度范围相当于交叠范围ROVL。
图3是用于将本实施方式中的停止位置控制与现有的停止位置控制相比较并进行说明的时序图，实线对应于本实施方式的控制，虚线对应于专利文献1所示的控制(以下称作“现有控制”)，单点划线对应于将节气门开度维持在全闭状态的例子。图3(a)～图3(d)分别表示发动机转速NE、进气压力PBA、节气门开度TH以及曲轴角度CAR(以如下方式定义：设发动机停止时处于进气行程的气缸的进气行程开始时刻为0度并在达到240度后回到0度。)的推移。
在时刻t0点火开关断开，同时执行节气门的关闭指令。在现有控制中，在时刻t1执行开启指令，如图3(c)中以虚线所示地，节气门开度TH增加。在本实施方式中，在时刻t2执行开启指令，如实线所示地，节气门开度TH增加。随着节气门开度TH的增加，进气压力PBA增加(图3(b))。其结果是，在现有控制中，最终压缩行程气缸和最终膨胀行程气缸的吸入空气量增加，如图3(d)中以虚线所示地反转并回到进气行程开始角度位置(CAR＝0)。即，发动机1在交叠状态下停止。
与此相对地，在本实施方式中，最终进气行程气缸的吸入空气量增加，促进了下降的活塞的动作，并且即使在将要停止前开始反转，使增加的空气回到进气管所需的力也会使反转方向的转矩减少。其结果是，如图3(d)中以实线所示地，反转被抑制，能够防止反转至活塞达到进气行程开始上止点附近为止，即能够防止在交叠状态下停止。
另外，在将节气门3维持在全闭状态的例子中，如图3(d)中以单点划线所示地，与现有控制大致同样地，活塞停止于进气行程开始上止点附近。
作为用于使最终进气行程气缸的吸入空气量增加的控制方法，存在以下两种控制方法。另外，在下述第一和第二方法中的任一方法中，节气门的开启状态均维持至发动机停止为止。
第一方法：在最终压缩行程气缸的进气门关闭后将节气门开启。
第二方法：与最终进气行程气缸的进气门的开启同时或者在最终进气行程气缸的进气门开启期间中将节气门开启。
参照图2说明这些方法。首先，设#1气缸为最终压缩行程气缸的话，通过在进气门关闭时刻CAIC后的比较早的时刻(例如至阶段编号STG为“1”的期间结束的时刻(CA＝60度))将节气门开启，从而使作为最终进气行程气缸的#2气缸的吸入空气量增加。此外，设#1气缸为最终进气行程气缸的话，通过与进气门开启时刻CAIO同时或者在进气门开启时刻CAIO后的比较早的时刻(例如至阶段编号STG为“0”的期间结束的时刻(CA＝30度))将节气门开启，从而使#1气缸的吸入空气量增加。即，优选的是，在第一方法中，从最终压缩行程气缸的进气门的关闭时刻起在规定期间TTHO(例如相当于曲轴角度40度的期间)内将节气门开启，在第二方法中，从最终进气行程气缸的进气门的开启时刻起在预定期间TTHO内将节气门开启。
图4是利用上述的第二方法进行停止位置控制的处理的流程图。在从执行发动机1的停止指令的时刻、即点火开关断开的时刻，或者发出用于使怠速运转暂时停止的怠速停止指令的时刻起至发动机1停止的期间中，每隔规定时间(例如10毫秒)由ECU5的CPU执行该处理。
在步骤S11中，判断发动机转速NE是否低于规定转速NEICOFPRE(例如400rpm)。最初其结果是否定(NO)，因此前进至步骤S14，将节气门3的目标开度THCMD设为“0”。
当发动机转速NE降低，步骤S11的结果为肯定(YES)时，判断阶段编号STG是否为“0”(步骤S12)。当其结果为否定(NO)时，前进至所述步骤S14。
当步骤S12的结果为肯定(YES)时，前进至步骤S13，将目标开度THCMD设定为规定开度THOF(例如20deg)。
根据图4的处理，能够根据发动机转速NE推测发动机旋转的惯性能，进而能够根据阶段编号STG判断最佳的节气门开启时间CATHO。
另外，上述第一方法能够在图4的步骤S12中通过例如判断阶段编号STG是否为“1”来实现。
图5是用于说明现有技术的课题的图，在三缸发动机中，第一转矩平衡角度CAB1处于交叠范围ROVL内。因此，在本实施方式中，进行上述的停止位置控制，以避开第一转矩平衡角度CAB1而使发动机1停止。另外，在三缸发动机中，由于第二转矩平衡角度CAB2处的合成转矩TRQT相对于曲轴角度的变化率(图中所示的合成转矩曲线的倾斜度)较大，因此在维持节气门开度为一定的情况下，在第二转矩平衡角度CAB2停止的可能性非常小。
图7是与图5同样地示出五缸发动机的转矩变化的图。由该图可以明确，第一转矩平衡角度CAB1与三缸发动机同样地位于交叠范围ROVL内。因此，上述的第一和第二方法对于五缸发动机也是有效的，能够防止交叠状态下的停止。
图8是与图5同样地示出六缸发动机的转矩变化的图。由该图可以明确，在六缸发动机中，第二转矩平衡角度CAB2处于交叠范围ROVL内。因此，通过利用专利文献1所示的控制方法使发动机在第一转矩平衡角度CAB1停止，从而能够避免在交叠状态下停止。但是，在六缸发动机中，表示合成转矩TRQT的推移的曲线的、第一转矩平衡角度CAB1处的倾斜度的绝对值与第二转矩平衡角度CAB2处的倾斜度均比较大且大致相等，因此在转矩平衡角度CAB1和CAB2中的任一处停止的可能性大致相同，且与五缸以下的发动机相比，在角度CAB1或CAB2处停止的可能性变小。进而，由于发动机的摩擦增大，因此在六缸发动机中，在转矩平衡角度CAB1、CAB2以外的角度停止的可能性变大。
因此，对于六缸发动机，不能说本实施方式的停止位置控制方法特别有效，但是在六缸发动机进行三缸休止运转(仅使三个气缸动作的运转)时，显示出与三缸发动机相同的转矩变化特性(图5的特性)，因此本实施方式中的停止位置控制方法是有效的。此外，例如在十缸发动机中从进行五缸休止运转的状态停止时也是同样的。
在本实施方式中，节气门3相当于进气控制阀，ECU5和致动器7构成进气控制单元。此外，曲轴角度位置传感器8相当于旋转速度检测单元和内燃机轴旋转角度检测单元。此外，六缸发动机的三缸休止运转或者十缸发动机的五缸休止运转相当于“第一气缸的膨胀行程与第二气缸的压缩行程相重叠的内燃机轴角度范围的大致中心的内燃机轴角度位于第三气缸的进气门和排气门的开启期间交叠的交叠范围内的动作模式”。
另外，本发明不限于上述的实施方式，能够进行各种变形。例如，实现第一方法或第二方法的停止位置控制并不限于图4所示情况，例如也可以采用专利文献1所示的其他控制方法。这是因为，节气门开启时刻CATHO的发动机转速NE、曲轴角度CA(阶段编号STG)以及节气门开度THOF与活塞停止位置之间的关系能够实验性地预先求得。
此外，本发明还可以应用于将曲轴设为铅直方向的船外机等那样的船舶推进器用发动机等的停止位置控制。

Claims (3)

1.一种内燃机的停止位置控制装置，所述内燃机的停止位置控制装置在内燃机停止时对所述内燃机的活塞的停止位置进行控制，所述内燃机的停止位置控制装置的特征在于，
所述内燃机为具有三个气缸或五个气缸的内燃机，或者为具有多于五个气缸并且能够以下述动作模式进行动作的内燃机，该动作模式为，在第一气缸的膨胀行程与第二气缸的压缩行程相重叠的内燃机轴角度范围，大致中心的内燃机轴角度位于第三气缸的进气门和排气门的开启期间交叠的交叠范围内，
该内燃机的停止位置控制装置具备：
进气控制阀，所述进气控制阀设于所述内燃机的各气缸所具备的进气门的上游侧，并对所述内燃机的进气量进行控制；以及
进气控制单元，在所述内燃机的停止指令后所述进气控制单元将所述进气控制阀关闭，在所述内燃机停止时，在处于压缩行程的最终压缩行程气缸的进气门关闭后，所述进气控制单元将所述进气控制阀开启。
2.一种内燃机的停止位置控制装置，所述内燃机的停止位置控制装置在内燃机停止时对所述内燃机的活塞的停止位置进行控制，其特征在于，
所述内燃机为具有三个气缸或五个气缸的内燃机，或者为具有多于五个气缸并且能够以下述动作模式进行动作的内燃机，该动作模式为，在第一气缸的膨胀行程与第二气缸的压缩行程相重叠的内燃机轴角度范围，大致中心的内燃机轴角度位于第三气缸的进气门和排气门的开启期间交叠的交叠范围内，
该内燃机的停止位置控制装置具备：
进气控制阀，所述进气控制阀设于所述内燃机的各气缸所具备的进气门的上游侧，并对所述内燃机的进气量进行控制；以及
进气控制单元，在所述内燃机的停止指令后所述进气控制单元将所述进气控制阀关闭，在所述内燃机停止时，与处于进气行程的最终进气行程气缸的进气门的开启时刻同时或在该最终进气行程气缸的进气门开启期间中，所述进气控制单元将所述进气控制阀开启。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的停止位置控制装置，其特征在于，
该内燃机的停止位置控制装置具备：
旋转速度检测单元，所述旋转速度检测单元对所述内燃机的旋转速度进行检测；以及
内燃机轴旋转角度检测单元，该内燃机轴旋转角度检测单元对所述内燃机轴的旋转角度进行检测，
所述内燃机的停止位置控制装置基于所述内燃机旋转速度以及所述内燃机轴旋转角度来判断所述进气控制阀的开启时刻。
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