CN102733962A - 可变压缩比发动机的控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可变压缩比发动机的控制装置。该可变压缩比发动机的控制装置在伴随着燃料切断的减速运转状态下，通过确保燃料切断后的发动机再次启动时的燃烧稳定性、并且根据发动机转速将目标压缩比抑制为较低值，从而抑制压缩压力并谋求提高燃油消耗性能。该可变压缩比发动机的控制装置包括能够改变内燃机压缩比的可变压缩比装置(20)和用于向进气口喷射供给燃料的燃料喷射阀(10)，控制部(11)根据车辆运转状态设定目标压缩比，并朝向该目标压缩比驱动控制内燃机压缩比。在燃料切断运转状态下，根据发动机转速设定目标压缩比。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够改变内燃机压缩比的可变压缩比发动机的控制装置。
背景技术
作为能够改变内燃机压缩比的可变压缩比型的发动机，例如专利文献1所述，公知了一种具有利用了多连杆式的活塞-曲柄机构的可变压缩比装置的发动机。在该发动机中，在处于减速运转状态时，进行使燃料喷射停止的燃料切断控制，并且为了避免燃料切断后的下一次的发动机再次启动时的发动机停车并确保启动稳定性，当在燃料切断中将发动机转速减少至恢复(recover)转速时，再次开始燃料喷射。另外，由于内燃机压缩比的不同导致发动机转矩不同，下一次的发动机再次启动时的启动稳定性也不同，因此可以根据内燃机压缩比而改变上述恢复转速。
专利文献1：日本特开2005-30223号公报
作为发动机的运转状态，在进行燃料喷射而输出发动机转矩的普通运转状态和像车辆减速时那样地使燃料喷射停止的燃料切断运转状态下，为了提高燃油消耗(fuel consumption)性能、输出性能等发动机运转性能而要求的内燃机压缩比是不同的。因此，当将燃料切断运转状态下的目标压缩比设定为与普通运转状态相同、或者将该目标压缩比设定为规定值时，不能充分地提高发动机运转性能，留有改进的余地。
例如，在伴随着燃料切断的减速运转状态下，作用有由泵气损失(pumping loss)等引起的规定的发动机制动，此时，进行如下控制，通过降低内燃机压缩比来抑制压缩压力而抑制泵气损失，通过利用例如交流发电机(发电机)将与该抑制部分相当的能量再生为电力，施加规定的发动机制动，从而能够有效地回收没有消耗掉的能量，谋求提高燃油消耗性能。另外，作为伴随着燃料切断的减速运转状态，在不踩踏加速踏板而利用惯性使车辆行驶的惯性运转状态下，能够通过降低内燃机压缩比来缓和、抑制减速转矩(发动机制动)的过度作用，延长车辆行驶距离，进而提高燃油消耗性能。然而，当如上所述地过度降低燃料切断运转状态下的内燃机压缩比时，例如在发动机转速较低的情况下，有可能在下一次的发动机再次启动时，由于降低了有效压缩比而不能良好地进行点火、燃烧，导致燃烧不稳定。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于通过适当地控制伴随着燃料切断的运转状态下的内燃机压缩比来确保燃料切断后的发动机再次启动时的燃烧稳定性、并且谋求提高伴随着燃料切断的运转状态下的燃油消耗性能。
在本发明的可变压缩比发动机中，设有用于向发动机的燃烧室或进气口喷射供给燃料的燃料喷射装置和能够改变内燃机压缩比的可变压缩比装置。另外，利用发动机控制单元等控制装置，根据车辆运转状态设定目标压缩比，朝向该目标压缩比驱动控制内燃机压缩比。而且，在使燃料喷射停止的燃料切断运转状态下，根据上述发动机转速设定目标压缩比。
如上所述地采用本发明，在燃料切断运转状态下，根据发动机转速设定目标压缩比，从而能够抑制压缩压力而抑制浪费的能量消耗。
附图说明
图1是表示本发明的可变压缩比发动机的控制装置的一实施例的系统图。
图2是表示上述实施例的可变压缩比装置的截面对应图。
图3是表示上述可变压缩比装置的高压缩比位置(A)及低压缩比位置(B)处的连杆姿势的说明图。
图4是表示上述可变压缩比装置的高压缩比位置(A)及低压缩比位置(B)处的活塞运动的特性图。
图5是表示上述实施例的目标压缩比的设定处理流程的流程图。
图6是表示图5的燃料切断顺序标志处理的详细过程的流程图。
图7是表示图5的燃料切断标志处理的详细过程的流程图。
图8是表示图5的旋转追踪压缩比控制的详细过程的流程图。
图9是表示图5的负压追踪压缩比控制的详细过程的流程图。
图10是表示图5的动力运转压缩比控制的详细过程的流程图。
图11是表示用于在上述旋转追踪压缩比控制中设定目标压缩比的旋转追踪压缩比控制映射的说明图。
图12是表示上述负压追踪压缩比控制下的目标压缩比等的变化的时序图。
图13是表示用于在上述动力运转压缩比控制中设定目标压缩比的动力运转压缩比控制映射的说明图。
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明的优选实施例。参照图1，该发动机大致由气缸盖1和气缸体2构成，并且该发动机是具有点火火花塞9的汽油发动机等火花点火式发动机，该点火火花塞9用于对在活塞3的上方划分而成的燃烧室4内的混合气体进行火花点火。众所周知，该发动机包括：进气气门5，其被进气凸轮12驱动而用于开闭进气口7；排气气门6，其被排气凸轮13驱动而用于开闭排气口8；燃料喷射阀10，其作为用于向进气口7喷射供给燃料的燃料喷射装置；节气门15，其用于开闭进气收集器14的上游侧而调整吸入空气量；而且，该发动机包括能够改变内燃机压缩比的可变压缩比装置20。另外，作为发动机的形态，并不限于图示的形态，例如也能够在利用燃料喷射阀10直接向发动机的燃烧室内喷射供给燃料的气缸内直接喷射式的发动机中应用本发明。
控制部11是包括CPU、ROM、RAM及输入输出接口的公知的数字计算机，根据来自用于检测排气的空燃比的空燃比传感器16的空燃比传感器信号、来自用于检测节气门开度的节气门传感器的节气门传感器信号、来自用于检测发动机水温的水温传感器的水温传感器信号、来自用于检测发动机转速的曲轴角度传感器的曲轴角度传感器信号、来自用于检测有无爆燃的爆震传感器的爆震传感器信号、来自利用从蓄电池17供给的电力对可变压缩比装置20的控制轴27进行驱动的可变压缩比致动器21的旋转角传感器信号、负荷传感器信号等各种信号，向燃料喷射阀10、点火火花塞9、节气门15及可变压缩比装置20的可变压缩比致动器21等各种致动器输出控制信号，控制燃料喷射量、燃料喷射时间、点火时间、节气门开度以及内燃机压缩比等。
参照图2及图3，可变压缩比装置20利用了由多个连杆将活塞3与曲轴22的曲柄销23关联起来的多连杆式活塞-曲柄机构，该可变压缩比装置20包括能够旋转地安装在曲柄销23上的下连杆24、连结该下连杆24与活塞3的上连杆25、设有偏心轴部28的控制轴27及连结偏心轴部28与下连杆24的控制连杆26。上连杆25的一端借助于活塞销30能够旋转地与活塞3相连结，该上连杆25的另一端借助于第1连结销31能够旋转地与下连杆24相连结。控制连杆26的一端借助于第2连结销32能够旋转地与下连杆24相连结，该控制连杆26的另一端能够旋转地安装在偏心轴部28上。
通过利用可变压缩比致动器21改变控制轴27的旋转位置，从而也如图3所示，使由控制连杆26带动的下连杆24的姿势发生改变，伴随着活塞3的活塞运动(冲程特性)、即活塞3的上止点位置及下止点位置的变化，连续地改变、控制内燃机压缩比。
采用利用了上述多连杆式活塞-曲柄机构的可变压缩比装置20，在能够根据发动机运转状态使内燃机压缩比适当化而谋求提高燃油消耗、输出之外，与利用一根连杆将活塞与曲柄销连结起来的单连杆机构相比，还能够使活塞冲程特性(参照图4)自身适当变为例如接近简谐振动的特性。另外，与单连杆机构相比，能够增长相对于曲柄行程的活塞冲程，能够谋求发动机整体高度的缩短化、高压缩比化。另外，通过使上连杆25的倾斜适当化，能够减少作用在活塞3、气缸上的推力负荷而使该推力负荷适当化，谋求活塞3、气缸的轻量化。另外，作为致动器并不限于电动式的可变压缩比致动器21，本发明的致动器例如也可以是使用了液压控制阀的液压式的驱动装置。
图5是表示本实施例的燃料切断时的目标压缩比的设定控制流程的流程图。利用上述控制部11每隔规定时间(例如每隔10ms)重复执行本程序。在步骤S11中，利用图6的子程序进行燃料切断顺序标志的设定处理。该燃料切断顺序标志在应进行燃料切断的车辆运转状态的情况下被设定为“1”，在不处于应进行燃料切断的车辆运转状态的情况下被设定为“0”。具体来说，如图6所示，在步骤S21中读取加速踏板开度APO与车速VSP，当在步骤S22中判断的结果是加速踏板开度APO为规定值thAPO以下、并且在步骤S23中判断的结果是车速VSP为规定值thVSP以上的情况下，转入步骤S24，作为应进行燃料切断的车辆运转状态，将燃料切断顺序标志设定为“1”，在除此之外的情况下转入步骤S25，作为不处于应进行燃料切断的车辆运转状态的情况，将燃料切断顺序标志设定为“0”。
再次参照图5，在步骤S12中，判断上述燃料切断顺序标志是否为“1”。在燃料切断顺序标志为“1”的情况下，转入步骤S13，利用图7的子程序进行燃料切断标志的设定处理。该燃料切断标志用于判断发动机是否处于能够进行燃料切断的运转状态，在能够执行燃料切断的发动机运转状态的情况下该燃料切断标志被设定为“1”，在不能够执行燃料切断的发动机运转状态的情况下该燃料切断标志被设定为“0”。具体来说，如图7所示，在步骤S31中，读取发动机压力(负压)与发动机转速，当在步骤S32中判断的结果是发动机压力(负压)为规定值thBoost(负值)以下、并且在步骤S33中判断的结果是发动机转速Ne为规定值thNe以上的情况下，转入步骤S34，作为能够执行燃料切断的发动机运转状态，将燃料切断标志设定为“1”，在除此之外的情况下转入步骤S35，作为不能够执行燃料切断的发动机运转状态，将燃料切断标志设定为“0”。
再次参照图5，在步骤S14中，判断该燃料切断标志是否为“1”。在处于应进行燃料切断的车辆运转状态、并且处于能够执行燃料切断的发动机运转状态的情况下，使燃料的喷射供给停止而执行燃料切断，并且在步骤S12及S14两者的判断处理结果为肯定的情况下，转入步骤S15，进行图8所示的旋转追踪压缩比控制处理。在处于应进行燃料切断的车辆运转状态，但又处于不能够执行燃料切断的发动机运转状态的情况下，不进行燃料切断，也就是说，使由喷射供给燃料形成的发动机的实际运转状态持续，并且在步骤S12的判断处理结果为肯定、步骤S14的判断处理结果为否定的情况下，转入步骤S16，进行图9所示的负压追踪压缩比控制。在不处于应进行燃料切断的车辆运转状态的情况下，不进行燃料切断，使由喷射供给燃料导致的发动机实际运转状态持续，并且在步骤S12的判断处理结果为否定的情况下转入步骤S17，进行图10所示的动力运转压缩比控制处理。
参照图8，在旋转追踪压缩比控制处理中，首先在步骤S41中读取发动机转速，在步骤S42中，根据读取的发动机转速与进气温度，检索如图11所示地预先适当设定的旋转追踪压缩比控制映射，设定目标压缩比(步骤S43)。如图11所示，由于发动机转速越高，在相同时间内进行点火的机会越多，发动机启动性越好，因此在发动机转速较高的情况下将目标压缩比设定得较低，发动机转速越低，为了确保发动机启动性(燃烧稳定性)，需要将目标压缩比设定得越高。另外，由于进气温度越高，发动机启动性越好，因此在进气温度较高的情况下将目标压缩比设定得较低，由于进气温度越低，发动机启动性越恶化，因此为了确保发动机启动性，在进气温度较低的情况下将目标压缩比设定得较高。
即，在根据发动机转速与进气温度能够确保优良的发动机启动性的范围内，尽可能地将目标压缩比设定得较低。由此，降低了压缩压力，抑制了泵气损失，因此抑制了减速转矩、即发动机制动。从而，以补偿如上所述地被抑制的减速转矩部分的方式，通过利用交流发电机(省略图示)进行发电而使剩余能量再生，从而能够确保预期的减速转矩(发动机制动)，并且使剩余能量再生而谋求提高燃油消耗。另外，通过如上所述地抑制减速转矩，例如在未踩踏加速踏板而利用惯性行驶的伴随着燃料切断的惯性行驶中，由于降低了减速转矩，从而抑制了过度减速并延长了车辆的行驶距离，因此提高了燃油消耗性能。
上述进气温度可以通过设置进气温度传感器来直接进行检测，或者也可以根据上述发动机水温或发动机润滑油温等发动机油温水温来推测该进气温度。另外，也可以代替上述进气温度而使用发动机油温水温，即发动机油温水温越高，将目标压缩比设定得越低。
在接下来的步骤S44中，判断产生急加速的可能性，根据该判断结果改变、修正目标压缩比。产生急加速的可能性的判断例如是根据加速踏板开度的变化率(上升率)而得出的，或者根据从公知的车载巡航系统获得的信息而得出的。具体来说，在加速踏板开度的上升率超过规定值的情况下，或者在由来自车载巡航系统的信息得知前方的行驶路径从下坡路或平坦路转向上坡路这样的情况下，判断为具有产生急加速的可能性。
在判断为具有产生急加速的可能性的情况下，从步骤S44转入步骤S45，如图13所示，参照用于设定不进行燃料切断的发动机实际运转状态下的目标压缩比的动力运转压缩比控制映射，根据当前的发动机转速Ne和与全开输出(NA-WOT)相当的发动机负荷，进行目标压缩比的设定。即，在判断为具有产生急加速的可能性的情况下，使用发动机实际运转状态下的动力运转压缩比控制映射来设定目标压缩比，使得之后可能产生的发动机再次启动所具有的目标压缩比接近于预先发动机实际运转时的目标压缩比的值，因此抑制了无效的压缩比改变，并且预先使目标压缩比接近于发动机再次启动时的目标压缩比的值，从而较少地改变发动机再次启动时的压缩比即可，能够提高响应性并抑制转矩阶梯变化。另外，通过将压缩比设定为与相当于全开输出(NA-WOT)的发动机负荷相对应的目标压缩比，从而能够可靠地抑制、避免由过度的高压缩比化导致的爆燃或早燃的产生。
参照图9，由于发动机处于即使在应进行燃料切断的车辆运转状态下也不能实现燃料切断的运转状态，因此，该负压追踪压缩比控制处理是在未进行燃料切断的运转状态、即从喷射供给燃料的普通发动机运转状态向燃料切断运转状态转换的过渡期的运转状态下进行的。在该负压追踪压缩比控制处理中，在步骤S51中，在燃料切断前预先降低目标压缩比，特别是在该实施例中将目标压缩比设定为最低压缩比εmin。
参照图12说明该负压追踪压缩比控制处理的作用效果。在车速为规定值Ne以上的车辆行驶过程中，在驾驶员使加速踏板复位的车辆减速行驶时，如图12所示，首先在加速踏板开度为规定值thAPO以下(参照图6的步骤S22)的时刻t1，燃料切断顺序标志为“1”，即处于应进行燃料切断的车辆运转状态，之后，在为了不产生转矩阶梯变化而将发动机压力降低(负压发展)至规定值thBoost的时刻t2，燃料切断标志为“1”并开始进行燃料切断。从而，在从时刻t1到时刻t2的期间内进行上述负压追踪压缩比控制。
这里，在处于应进行燃料切断的车辆运转状态的时刻t1，即使根据加速踏板开度的降低而使节气门开度TVO降低，在残存在进气收集器内的进气的响应延迟的影响下，发动机负压不会急剧降低，因此，如图中的虚线的特性所示，之后的燃料切断开始时刻t2的发动机转矩升高，有可能产生转矩阶梯变化，在本实施例中，如图中的实线的特性所示，通过使目标压缩比降低至最低压缩比εmin，从而促进了发动机转矩的降低，与未修正目标压缩比的图中的虚线的特性相比，能够使燃料切断开始时刻t2的发动机转矩仅降低规定部分ΔTe。如上所述，能够通过在燃料切断前预先降低目标压缩比，从而抑制或消除之后的发动机再次启动时的转矩阶梯变化的产生。
另外，虽然在该实施例中使负压追踪压缩比控制中的目标压缩比降低至最低压缩比εmin，但是并不限于上述方法，例如也可以根据发动机负压来调整目标压缩比的降低部分。具体来说，发动机压力越低(负压发展)，发动机转矩越降低而转矩高低差越小，因此只要减小目标压缩比的降低部分、即增大目标压缩比即可。
参照图10，在上述动力运转压缩比控制中，首先，在步骤S61中读取发动机负荷与发动机转速Ne。在步骤S62中，根据读取的发动机负荷与发动机转速Ne，检索预先适当设定的图13所示的动力运转压缩比控制映射，设定目标压缩比(步骤S63)。如图13所示，目标压缩比以基本上发动机负荷越低越提高有效压缩比并提高燃油消耗的方式被设定为较高的值。另外，在发动机转速Ne较低的低速区域中，为了避免早燃的产生，将目标压缩比抑制为较低的值(在图例中为10)，另外，在接近全开输出(NA-WOT)的高负荷区域中，为了避免爆燃的产生，将目标压缩比抑制为较低的值(在图例中为11或12)。
图13所示的动力运转压缩比控制映射用于在喷射供给燃料的普通发动机实际运转时设定目标压缩比，在本实施例中，如上所述，由于使用该动力运转压缩比控制映射而设定了在燃料切断时具有急加速的可能性的情况下的目标压缩比，因此与单独设定控制映射的情况相比，能够抑制存储容量的消耗。
Claims (7)
1.一种可变压缩比发动机的控制装置，其特征在于，
该可变压缩比发动机的控制装置包括：
燃料喷射装置，其用于向发动机的燃烧室或进气口喷射供给燃料；
可变压缩比装置，其能够改变内燃机压缩比；
目标压缩比设定部件，其用于设定目标压缩比；
压缩比控制部件，其用于朝向上述目标压缩比控制内燃机压缩比；
上述目标压缩比设定部件在停止燃料喷射的燃料切断运转状态下，根据发动机转速设定目标压缩比。
2.根据权利要求1所述的可变压缩比发动机的控制装置，其特征在于，
上述目标压缩比设定部件在上述燃料切断运转状态下，在能够确保下一次的发动机再次启动时的燃烧稳定性的范围内，根据发动机转速尽可能地将目标压缩比设定得较低。
3.根据权利要求1或2所述的可变压缩比发动机的控制装置，其特征在于，
上述目标压缩比设定部件在上述燃料切断运转状态下，上述发动机转速越高，将上述目标压缩比设定得越低。
4.根据权利要求1或2所述的可变压缩比发动机的控制装置，其特征在于，
上述目标压缩比设定部件在上述燃料切断运转状态下，即使发动机转速相同，也是进气温度或油温水温越高，将上述目标压缩比设定得越低。
5.根据权利要求1或2所述的可变压缩比发动机的控制装置，其特征在于，
上述目标压缩比设定部件在进行燃料喷射的普通运转状态下，根据发动机负荷与发动机转速，参照预先设定的动力运转压缩比控制映射来设定目标压缩比，
并且在上述燃料切断运转状态下，判断是否具有发动机急加速的可能性，在判断为具有急加速的可能性的情况下，根据当前的发动机转速与全开输出时的发动机负荷，参照上述普通运转状态所使用的上述动力运转压缩比控制映射来设定目标压缩比。
6.根据权利要求1或2所述的可变压缩比发动机的控制装置，其特征在于，
该可变压缩比发动机的控制装置包括：
第1判断部件，其用于判断是否处于应进行上述燃料切断的车辆运转状态；
第2判断部件，其用于判断是否处于能够执行上述燃料切断的发动机运转状态；
上述目标压缩比设定部件在利用上述第1判断部件判断为处于应进行燃料切断的车辆运转状态、并利用上述第2判断部件判断为未处于能够执行上述燃料切断的发动机运转状态的情况下，在燃料切断前预先降低目标压缩比。
7.一种可变压缩比发动机的控制方法，该控制方法用于根据发动机的运转状态控制该内燃机压缩比，其特征在于，
该可变压缩比发动机的控制方法包括：
在停止向发动机的燃烧室或进气口进行燃料喷射的燃料切断运转状态下，根据发动机转速设定目标压缩比的工序；
朝向上述目标压缩比控制内燃机压缩比的工序。
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