CN103306840A - 带有涡轮增压器的柴油发动机的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有涡轮增压器的柴油发动机的控制装置及方法。在本发明中，喷射控制部至少在发动机稳定运行时，在由运算部设定的基本喷射正时（Ta）从喷射器喷射燃料。由上述运算部设定的基本喷射正时（Ta）设定为在发动机转速相同的条件下，负荷低时与负荷高时相比更靠近提前侧。上述喷射控制部在发动机负荷从高负荷向低负荷转移时，限于从该转移至规定期间内执行在设定为比上述基本喷射正时（Ta）更靠近延迟侧的安全喷射正时（Tb）喷射燃料的安全喷射控制。

Description

带有涡轮增压器的柴油发动机的控制装置及方法

技术领域

本发明涉及控制具备向汽缸内喷射燃料的喷射器、和利用排气能量以压缩吸入空气的涡轮增压器的柴油发动机的装置。

背景技术

在因压缩而处于高温、高压化的汽缸内喷射燃料以自动点火的柴油发动机一般与像汽油发动机那样的火花点火式发动机相比，热效率优越，排出的CO₂的量也少，因此近年来，不仅作为像卡车那样的大型车辆用的发动机，而且还作为轿车用发动机正广泛普及。

作为上述柴油发动机的控制装置，例如在下述专利文献1中公开。如该专利文献1中所记载，在柴油发动机中，向汽缸内喷射的燃料的喷射量及喷射正时基于发动机的负荷和转速等决定，例如发动机越是高速旋转且高负荷，其燃料的喷射量越增大。

专利文献1：日本特开平10-274088号公报。

发明内容

如上所述，尽管根据发动机的负荷和转速等而决定燃料的喷射量和喷射正时等，但是例如通过粗暴的加速器操作而使发动机的负荷急剧变化时，存在由汽缸内的压缩空气量和燃烧热量等决定的最大缸内压力暂时变得过大的可能性。尤其是，在上述专利文献1的柴油发动机中具备包含通过排气能量驱动的涡轮和压缩吸入空气的压缩器的涡轮增压器，因此由于该涡轮增压器的响应延迟而可能导致增压量变得过剩，并且容易引起上述现象（最大缸内压力的过度上升）。

本发明是鉴于上述情况而形成的，其目的在于提供能够有效地防止因涡轮增压器的响应延迟而导致的最大缸内压力的过度上升，并且能够进一步提高发动机的可靠性的带有涡轮增压器的柴油发动机的控制装置。

作为解决上述问题的手段，本发明是控制具备向汽缸内喷射燃料的喷射器、和利用排气能量压缩吸入空气的涡轮增压器的柴油发动机的装置，其中，具备：设定作为上述喷射器的燃料喷射正时的根据发动机的运行状态而规定的基本喷射正时的运算部；和至少在发动机稳定运行时，在由上述运算部设定的基本喷射正时从上述喷射器喷射燃料的喷射控制部；由上述运算部设定的上述基本喷射正时设定为在发动机转速相同的条件下，负荷低时与负荷高时相比更靠近提前侧；上述喷射控制部在发动机负荷从高负荷向低负荷转移时，限于从该转移至规定期间内执行在设定为比上述基本喷射正时更靠近延迟侧的安全喷射正时喷射燃料的安全喷射控制。

根据本发明，从高负荷向低负荷转移时，由于执行暂时延迟喷射器的喷射正时的安全喷射控制，因此即使存在相对于负荷的降低使增压量的下降延迟的响应延迟，也可以防止发动机的最大缸内压力（缸内压力的最大值）过度上升的情况。因此，即使使用具备大的增压能力的涡轮增压器，也可以确实地保护发动机以防止活塞和汽缸盖等部件的损伤，并且可以改善发动机的可靠性。

在本发明中，优选的是上述喷射控制部在发动机转速为高于怠速速度的基准速度以上且负荷从高负荷向低负荷转移时，执行上述安全喷射控制。

根据该结构，在涡轮增压器实质性地工作的旋转域（至少除去极低旋转域的旋转域）中，通过安全喷射控制可以适当地避免因如上述那样的涡轮增压器的响应延迟而引起的最大缸内压力的过度上升。

在上述结构中，更优选的是在上述涡轮增压器中包含小型涡轮增压器、和比小型涡轮增压器大型的大型涡轮增压器，上述大型涡轮增压器至少在发动机转速为上述基准速度以上时工作。

根据该结构，至少大型涡轮增压器工作的区域能够期待上述安全喷射控制的执行，因此即使发动机中具备质量大而容易引起响应延迟的大型涡轮增压器，也可以防止最大缸内压力的过度上升以确实地保护发动机。

在本发明中，优选的是上述安全喷射正时是考虑了作为发动机的缸内压力的最大值的最大缸内压力而由上述运算部求出的；上述运算部基于至少包含发动机的进气压力和燃料喷射量的各种参数求出上述最大缸内压力与预先规定的允许值一致的燃料喷射正时，并且将该正时设定为上述安全喷射正时。

根据该结构，在安全喷射控制时，由于在最大缸内压力不超过允许值的范围的正时喷射燃料，因此可以有效地防止喷射正时所需以上的延迟而引起动力减低（powering down）的情况。

适用本发明的柴油发动机优选的是几何压缩比设定为12以上且小于16的柴油发动机。

在几何压缩比小于16的柴油发动机中，与现有的柴油发动机（一般压缩比为18以上）相比可以抑制最大缸内压力的值。在此基础上，在本发明中，通过上述的安全喷射控制抑制最大缸内压力的过度上升，因此与现有的相比可以降低发动机所需要的强度，并且可以谋求发动机的轻量化、低成本化。另一方面，从燃料的点火性的极限考虑几何压缩比为12以上是必要的。

如上所述的低压缩比的柴油发动机中，从改善点火性等的观点来看，优选的是作为上述喷射器的燃料喷射执行用于引起在压缩上死点附近开始的主燃烧的主喷射、和用于引起作为比上述主燃烧提前的预备性燃烧的预燃烧的先导喷射。此时，由于对最大缸内压力的上升最能产生影响的是主喷射，因此在上述安全喷射控制时所调节的喷射正时至少是上述主喷射的正时。

又，根据本发明的带有涡轮增压器的柴油发动机的控制方法是具备向汽缸内喷射燃料的喷射器、和利用排气能量压缩吸入空气的涡轮增压器的柴油发动机的控制方法，其中，具备：设定作为上述喷射器的燃料喷射正时的根据发动机的运行状态而规定的基本喷射正时的步骤；和至少在发动机稳定运行时，在通过设定上述基本喷射正时的步骤而被设定的基本喷射正时从上述喷射器喷射燃料的步骤；通过设定上述基本喷射正时的步骤而被设定的上述基本喷射正时设定为在发动机转速相同的条件下，负荷低时与负荷高时相比更靠近提前侧；喷射上述燃料的步骤在发动机负荷从高负荷向低负荷转移时，限于从该转移至规定期间内执行在设定为比上述基本喷射正时更靠近延迟侧的安全喷射正时喷射燃料的安全喷射控制。

如以上所述，根据本发明的带有涡轮增压器的柴油发动机的控制装置，可以防止因涡轮增压器的响应延迟而引起的最大缸内压力的过度上升，并且可以提高发动机的可靠性。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施形态的控制装置所适用的带有涡轮增压器的柴油发动机的整体结构的图；

图2是示出上述发动机的控制系统的框图；

图3是示出使用于上述涡轮增压器的控制中的控制图的一个示例的图；

图4是示出向上述发动机的燃烧室喷射燃料的控制（燃料喷射控制）的具体内容的流程图；

图5是示出燃料的喷射模式的一个示例的示意图；

图6是示出根据发动机负荷如何设定燃料喷射量的图；

图7是示出在压缩上死点前后的缸内压力及热释放率的变化的图，其中，图7（a）示出缸内压力，图7（b）示出热释放率；

图8是示出为了验证本发明的作用而进行的实验的结果的时序图。

具体实施方式

（1）发动机的整体结构

图1是示出根据本发明的一个实施形态的控制装置所适用的带有涡轮增压器的柴油发动机的整体结构的图。本图中示出的柴油发动机是作为行驶用的动力源搭载在车辆上的四冲程柴油发动机。该发动机的发动机主体1是直列多汽缸型的发动机主体，并且具有：具备多个汽缸11a（图1中仅图示一个）的汽缸体11；配设在该汽缸体11上的汽缸盖12；以及配设在汽缸体11的下侧，并贮留润滑油的油底壳13。

在上述发动机主体1的各汽缸11a中嵌插有可往复运动的活塞14，并且在该活塞14的顶面上形成有区划为凹形的燃烧室14a的腔室（cavity）。

上述活塞14通过连杆14b与曲轴15连接，并且与该活塞14的往复运动相对应地，上述曲轴15绕中心轴旋转。

在上述汽缸盖12上形成有向各汽缸11a的燃烧室14a开口的进气道16及排气道17，并且设置有用于开闭这些进气道16及排气道17的进气门21及排气门22。

在上述汽缸盖12上，对于各汽缸11a设置有一个喷射以轻油作为主成分的燃料的喷射器18。喷射器18配置为使在其梢端配备的喷口（燃料的喷射口）面对活塞14顶面的腔室，并且在压缩上死点（压缩行程的结束时）前后的适宜的正时，面向燃烧室14a喷射燃料。

在这里，该实施形态的发动机主体1的几何压缩比（活塞14位于下死点时的燃烧室容积和活塞14位于上死点时的燃烧室容积之比）设定为14。即，一般的车载用柴油发动机的几何压缩比设定为18或者其以上的情况较多，相对于此，本实施形态中几何压缩比设定为14、即相当低的值。

上述发动机主体1的一侧面与各汽缸11a的进气道16连通地与进气通路30连接，上述发动机主体1的另一侧面与各汽缸11a的排气道17连通地与排气通路40连接。即，来自于外部的吸入空气通过上述进气通路30及进气道16导入至燃烧室14a，并且在燃烧室14a中产生的排气（燃烧气体）通过上述排气道17及排气通路40排出至外部。

在上述进气通路30及排气通路40上设置有大型涡轮增压器61及小型涡轮增压器62。

上述大型涡轮增压器61具有配设在进气通路30上的压缩器61a、和与压缩器61a同轴连接且配设在排气通路40上的涡轮61b。

同样地，上述小型涡轮增压器62具有配设在进气通路30上的压缩器62a、和与压缩器62a同轴连接且配设在排气通路40上的涡轮62b。

上述大型涡轮增压器61和小型涡轮增压器62通过排气能量驱动并压缩吸入空气。即，发动机的运行中，高温·高速的排气通过排气通路40时，该排气的能量被接受以使各涡轮增压器61、62的涡轮61b、62b旋转，并且使与其连接的压缩器61a、62a也同时旋转。借助于此，通过进气通路30的空气（吸入空气）被压缩而高压化，并压送至发动机主体1的各汽缸11a。

上述大型涡轮增压器61的压缩器61a及涡轮61b以大于小型涡轮增压器62的压缩器62a及涡轮62b的尺寸形成。尤其是，设置于排气通路40中的涡轮由耐热性的合金等形成，因此大型涡轮增压器61的涡轮61b所具有的质量（惯性（inertia））大于小型涡轮增压器62的涡轮62b所具有的质量（惯性）。

上述大型涡轮增压器61的压缩器61a配设在比小型涡轮增压器62的压缩器62a更靠近进气通路30的上游侧的位置上，并且上述大型涡轮增压器61的涡轮61b配设在比小型涡轮增压器62的涡轮62b更靠近排气通路40的下游侧的位置上。

在上述进气通路30中设置有绕过小型涡轮增压器62的压缩器62a的进气旁通通路63，并且在该进气旁通通路63上设置有可开闭的进气旁通阀63a。

在上述排气通路40中设置有绕过小型涡轮增压器62的涡轮62b的第一排气旁通通路64、和绕过大型涡轮增压器61的涡轮61b的第二排气旁通通路65。在这些第一排气旁通通路64及第二排气旁通通路65中分别设置有可开闭的调节阀64a及废气旁通阀65a（wastegate valve）。

在上述进气通路30的上游端部设置有用于过滤吸入空气的空气滤清器31，在进气通路30的下游端附近（发动机主体1的附近）设置有缓冲罐33。缓冲罐33的下游侧的进气通路30形成为向每个汽缸11a分歧的独立通路，各独立通路的下游端分别与各汽缸11a的进气道16连接。

在上述进气通路30中的空气滤清器31和缓冲罐33之间，从上游侧依次设置有大型涡轮增压器61及小型涡轮增压器62的各压缩器61a、62a、用于冷却通过各压缩器61a、62a压缩的空气的中冷器35、用于调节进气通路30的通路截面面积的可开闭的节气门36。另外，节气门36在发动机运行中基本上维持全开或者接近全开的高开度，并且仅在发动机停止时等必要时才闭阀以阻断进气通路30。

在上述排气通路40中，与发动机主体1相邻的上游侧部分形成为包含与各汽缸11a的排气道17连通地分歧的独立通路和各独立通路集合的集合部的排气歧管。

在上述排气通路40中排气歧管的下游侧，从上游侧依次设置有小型涡轮增压器62及大型涡轮增压器61的各涡轮62b、61b、用于净化排气中的有害成分的排气净化装置41、和用于降低排气声音的消声器42。

在上述排气净化装置41中包含具有氧化排气中的CO及HC的功能的氧化催化器41a、和具有捕集排气中的PM（黑烟）的功能的DPF 41b。

在上述进气通路30和排气通路40之间设置有使排气的一部分回流至进气通路30的EGR通路51。即，缓冲罐33和节气门36之间的进气通路30与排气歧管和小型涡轮增压器62的涡轮62b之间的排气通路40通过上述EGR通路51相连接。又，EGR通路51中设置有用于调节向进气通路30的排气的回流量的可开闭的EGR阀51a、和通过发动机冷却水冷却排气的EGR冷却器52。

（2）控制系统

如以上构成的发动机由动力传动系统控制模块（powertrain control module；以下称为PCM）10控制。PCM 10由具有CPU、存储器、计数器定时器群、接口及连接这些单元的总线的微处理器构成。

在PCM 10中输入来自于图2所示的各种传感器的各种信息。即，在发动机或者车辆中设置有用于检测发动机主体1的冷却水的温度（发动机水温）的水温传感器SW1、用于检测通过进气通路30的吸入空气的流量（吸入空气量）的空气流量传感器SW2、用于检测缓冲罐33内的吸入空气的压力（进气压力）的进气压力传感器SW3、用于检测吸入空气的温度（进气温度）的进气温度传感器SW4、用于检测发动机主体1的曲轴15的转速（发动机转速）的发动机转速传感器SW5、和用于检测与车辆的加速器踏板（图示省略）的操作量相对应的加速器开度的加速器开度传感器SW6，这些各传感器SW1～SW6与PCM 10电气连接。PCM 10基于来自上述各传感器SW1～SW6的输入信号，得到发动机水温、进气流量、进气压力、进气温度、发动机转速及加速器开度的各种信息。

又，PCM 10基于来自上述各传感器SW1～SW6的输入信号执行各种运算等，并且控制发动机的各部分。即，PCM 10与喷射器18、节气门36、EGR阀51a、进气旁通阀63a、调节阀64a及废气旁通阀65a电气连接，基于上述运算结果等向这些器件分别输出驱动用的控制信号。

对上述PCM 10所具有的更具体的功能进行说明。如图2所示，PCM 10具有功能性的运算部10a、喷射控制部10b、EGR控制部10c及增压控制部10d。

上述运算部10a基于上述各传感器SW1～SW6的检测信号执行各种运算，并且判定发动机及车辆的状态。

上述喷射控制部10b驱动控制喷射器18以能够按照由上述运算部10a的运算等决定的喷射量及喷射正时向各汽缸11a喷射燃料。另外，关于从该喷射器18喷射燃料的控制的具体内容在下述的“（3）燃料喷射控制”中进行说明。

上述EGR控制部10c通过控制上述EGR阀51a的开度，以此调节从排气通路40回流至进气通路30的排气的量（EGR量）。

上述增压控制部10d通过控制上述进气旁通阀63a、调节阀64a及废气旁通阀65a的开度，以此控制上述大型涡轮增压器61及小型涡轮增压器62的工作。

上述各涡轮增压器61、62之间的工作的切换基于图3所示的控制图执行。在该图3中，发动机转速位于相对低的低速侧的第一区域A被设定为大型涡轮增压器61及小型涡轮增压器62两者工作的区域。另一方面，位于比上述第一区域A更靠近高速侧的位置上的第二区域B被设定为仅大型涡轮增压器61工作的区域。而且，通过上述运算部10a判定发动机到底在这些第一区域A及第二区域B中的哪一个运行区域中运行，并且基于该结果，上述增压控制部10d控制上述各阀63a、64a、65a。

具体地，在低速侧的第一区域A中，进气旁通阀63a、调节阀64a及废气旁通阀65a基本上全部设置为全闭，以此使上述大型涡轮增压器61及小型涡轮增压器62两者工作。另一方面，在高速侧的第二区域B中，排气量比较多，小型涡轮增压器62的涡轮62b成为排气阻力，因此进气旁通阀63a及调节阀64a设定为全开，并且废气旁通阀65a设定为全闭，以此仅使大型涡轮增压器61工作，而小型涡轮增压器62处于非工作状态。另外，在上述第二区域B中，为了防止大型涡轮增压器61的过度旋转，也可以暂时打开废气旁通阀65a。

（3）燃料喷射控制

接着，利用图4的流程图说明发动机运行中通过PCM 10执行的燃料喷射控制的具体内容。

图4中所示的处理开始，PCM 10的运算部10a执行读取各种传感器值的控制（步骤S1）。具体地是，从水温传感器SW1、空气流量传感器SW2、进气压力传感器SW3、进气温度传感器SW4、发动机转速传感器SW5及加速器开度传感器SW6分别读取检测信号，并且基于这些信号得到发动机的冷却水温、吸入空气量、进气压力、进气温度、发动机转速、加速器开度等的信息。

接着，运算部10a基于在上述步骤S1中得到的各种信息执行决定应从喷射器18喷射的燃料的喷射量及喷射模式，并且决定作为燃料的基本的喷射正时的基本喷射正时Ta的控制（步骤S2、S3）。这些喷射量、喷射模式、喷射正时（基本喷射正时Ta）是参照规定了与加速器开度和发动机转速等的各种参数相对应的适合的燃料喷射的形态的燃料喷射图Mf而决定。即，通过参照该燃料喷射图Mf，至少基于加速器开度（即发动机的要求转矩）决定燃料喷射量，并且至少基于该决定的喷射量和发动机转速决定燃料的喷射模式及喷射正时。此时，通过进气温度和发动机水温等，对喷射量、喷射模式、喷射正时实施修改。

在这里，上述步骤S2中所说的喷射模式是指将应从喷射器18喷射的喷射量分成几次、以怎样的比例进行喷射。具体地是，在该实施形态中，如图5中示意性地示出，称为先导喷射及主喷射的至少两次的燃料喷射Ip、Im在多个运行区域中执行。主喷射Im是指在压缩上死点前或者附近喷射燃料以使喷射的燃料从压缩上死点附近起开始燃烧的情况，先导喷射Ip是指为了使预备性的燃烧（预燃烧）在基于上述主喷射Im的燃烧（主燃烧）之前发生，而在上述主喷射Im之前喷射少量的燃料的情况。另外，根据运行区域，也可以在上述主喷射Im之后执行称为后喷射的附加的燃料喷射。

作为在上述步骤S2中喷射模式的决定，例如决定是否将燃料喷射设置为仅有先导喷射Ip的一次喷射、是否设置为先导喷射Ip及主喷射Im的两次喷射、是否还增加后喷射而设置为三次喷射，并且在多次喷射的情况下还决定喷射量的分割比例。

另一方面，在上述步骤S3中，决定考虑了必要转矩和燃料消耗量、EM（排放性）等的最适合的喷射正时以作为基本喷射正时Ta。即，在燃料喷射图Mf中，对于各种条件存储有考虑了转矩和燃料消耗量等的最适合的喷射正时，并且从其中读取适合于当前的运行条件的喷射正时，从而决定将其作为上述基本喷射正时Ta。因此，至少在发动机稳定运行时，上述基本喷射正时Ta必然被采用作为喷射器18的喷射正时。

另外，喷射模式为多次喷射时（例如分成先导喷射Ip、主喷射Im以进行燃料喷射时），在上述步骤S3（基本喷射正时Ta的决定）中，分别决定多次喷射中各次喷射的正时。但是，在以下说明中，喷射正时只要不特别说明，是指主喷射的正时。

上述基本喷射正时Ta设定为在发动机转速相同这一条件下，如图6所示，越靠近喷射量增多的高负荷侧越延迟。具体地是，在图6的示例中，基本喷射正时Ta（多次喷射时为主喷射的正时）在低负荷域中设定为相对于压缩上死点（TDC）以一定程度提前的正时，相对于此，从该处随着负荷上升而向延迟侧转移，并且在最高负荷Lmax（加速器开度100%）中设定为在压缩上死点附近。像这样，负荷越高基本喷射正时Ta越延迟的原因是，为了在需要高转矩的高负荷域中，防止汽缸11a内的压力（以下称为缸内压力）变得过大，同时得到必要的燃烧能量。另外，发动机转速不同时基本喷射正时Ta不同于图6的基本喷射正时，但是越靠近高负荷侧正时越延迟的倾向是相同的。

如上所述完成基本喷射正时Ta的设定时，运算部10a基于在上述步骤S1中取得的各种信息判定发动机转速为图3中虚线示出的基准速度Nex以上且进气压力为预先规定的基准压力INx以上这一条件是否成立（步骤S4）。另外，基准速度Nex是大于怠速速度的值，例如设定为1000～2000rpm中的任意值。又，基准压力INx例如设定为150kPa左右。

上述步骤S4中的判定用于判定是否存在发动机主体1的缸内压力变得过大的危险。即，可以说发动机转速≥Nex且进气压力≥INx这一状态是通过大型涡轮增压器61的增压以某种程度发挥作用的状态。大型涡轮增压器61的涡轮61b是大型的且质量也大，因此发动机负荷急剧变化等时，因上述涡轮61b的旋转减少的延迟而暂时地使增压量变得过剩，存在缸内压力超过预估的可能性。为了判定是否存在这样的危险而执行上述步骤S4的判定。

图7（a）、图7（b）是分别示出发动机负荷（基于加速器开度的要求转矩）较高时和较低时压缩上死点前后的缸内压力及热释放率的变化的图表。具体地是，图7（a）的波形A1及图7（b）的波形B1示出加速器开度为50%的状态下稳定运行时的缸内压力及热释放率，图7（a）的波形A2及图7（b）的波形B2示出加速器开度为100%（全负荷）状态下稳定运行时的缸内压力及热释放率。另外，在任何波形的数据中，发动机转速都是相同的3200rpm。

在上述图7（a）中所示的缸内压力的图表中，各波形A1、A2的顶部是缸内压力成为最大的点，并且将此时的值设定为最大缸内压力Pmax。又，图表的纵轴中所示的Xp表示考虑发动机主体1（活塞14、汽缸体11、汽缸盖12）的材质和强度等而预先规定的作为能够确保发动机的可靠性的上限的允许值。

如上述波形A2所示，即使加速器开度为100%（全负荷），最大缸内压力Pmax也低于允许值Xp。这是因为如上所述，基本喷射正时Ta设定为越靠近高负荷侧（即喷射量越多）越延迟（图6），因此加速器开度为100%时的燃烧峰值（图7（b）的波形B2的顶部）成为比压缩上死点相当延迟的时期，借助于此抑制最大缸内压力Pmax的上升。

另一方面，加速器开度为50%时，尽管基本喷射正时Ta提前（图6），但是燃料喷射量少，产生热量少。因此，如图7（a）的波形A1所示，加速器开度为50%时的最大缸内压力Pmax低于加速器开度为100%时的Pmax，当然低于允许值Xp。

像这样，无论加速器开度是100%还是50%，只要在该状态下稳定地运行，最大缸内压力Pmax不会超过允许值Xp。但是，例如加速器开度从100%急剧下降至50%的情况（即，如发动机负荷从高负荷急剧转变为低负荷的情况）下，伴随与此基本喷射正时Ta急剧提前，另一方面增压压力暂时维持较高值，因此如图7（a）中以波形A1’所示，存在最大缸内压力Pmax超过允许值Xp的可能性。即，因喷射正时的提前使燃烧峰值靠近压缩上死点，而且以高的增压压力压送的大量空气导入至缸内而被压缩，因而存在最大缸内压力Pmax过度上升，而超过上述允许值Xp的可能性。尤其是，在该实施形态中，由于包含大型且质量大的涡轮61b的大型涡轮增压器61配备在发动机中，因此在高负荷域中以高速旋转的涡轮61b转移至低负荷域后也暂时利用惰性旋转，以此增压压力保持较高状态，容易引起如上所述的最大缸内压力Pmax的过度上升。

考虑以上方面，在上述步骤S4中，基于发动机转速及进气压力判定通过大型涡轮增压器61的增压是否起作用，借助于此判定是否存在引起最大缸内压力Pmax的过度上升的可能性。

在上述步骤S4中判定为“否”而确认到不存在缸内压力过度上升的危险的情况下，上述PCM 10的喷射控制部10b执行按照在上述步骤S3中运算部10a决定的基本喷射正时Ta从喷射器18喷射燃料的通常喷射控制（步骤S8）。即，控制喷射器18的喷射动作以使喷射器18的燃料的喷射正时与由发动机的运行状态（负荷、转速等）利用燃料喷射图Mf而决定的基本喷射正时Ta一致。

另一方面，在上述步骤S4中判定为“是”而确认到存在缸内压力过度上升的危险的情况下，上述运算部10a通过运算求出作为不引起缸内压力的过度上升的喷射正时的安全喷射正时（步骤S5）。具体地是，基于在上述步骤S1中取得的发动机的吸入空气量、进气压力、进气温度、转速及冷却水温，和在上述步骤S2中决定的燃料的喷射量及喷射模式，求出最大缸内压力Pmax与允许值Xp一致的燃料喷射正时，并将其决定为安全喷射正时Tb。另外，喷射模式为多次喷射（例如分成先导喷射Ip及主喷射Im以进行喷射燃料）的情况下，至少对于主喷射Im运算安全喷射正时。

在这里，作为最大缸内压力Pmax与允许值Xp一致的正时的上述完全喷射正时Tb可以通过从实验等导出的规定的运算式求出。例如，发动机的吸入空气量、进气压力、进气温度、转速、燃料喷射量等不相同的多个条件下重复燃烧实验和模拟等，以此在多个条件下算出最大缸内压力Pmax与允许值Xp一致的正时，基于该结果，设定用于求出最大缸内压力Pmax与允许值Xp一致的喷射正时（即安全喷射正时Tb）的一般化的运算式。在上述步骤S5的控制中，使用通过这种方法预先设定的运算式求出上述安全喷射正时Tb。

通过上述方法完成安全喷射正时Tb的算出时，上述运算部10a判定算出的安全喷射正时Tb是否比在上述步骤S3中决定的基本喷射正时Ta延迟（步骤S6）。

在上述步骤S6中判定为“是”而确认到安全喷射正时Tb比基本喷射正时Ta延迟的情况下，上述喷射控制部10b执行在安全喷射正时Tb从喷射器18喷射燃料的安全喷射控制（步骤S7）。即，安全喷射正时Tb比基本喷射正时Ta延迟意味着假设在基本喷射正时Ta喷射燃料则最大缸内压力Pmax超过允许值Xp。在这里，为了避免这样的情况，在上述步骤S7中，不是在基本喷射正时Ta，而是在安全喷射正时Tb从喷射器18喷射燃料。

另一方面，在上述步骤S6中判定为“否”而确认到安全喷射正时Tb与基本喷射正时Ta为同时或者比基本喷射正时Ta提前的情况下，上述喷射控制部10b执行在上述步骤S3中决定的基本喷射正时Ta从喷射器18喷射燃料的通常喷射控制（步骤S8）。

（4）作用等

如以上所说明，在该实施形态的柴油发动机中，其运行中，通过运算求出作为最大缸内压力Pmax与允许值Xp一致的正时的安全喷射正时Tb，如果该安全喷射正时Tb比根据发动机的运行状态（负荷、转速等）而决定的基本喷射正时Ta延迟，则执行在上述安全喷射正时Tb从喷射器18喷射燃料的安全喷射控制。根据这样的结构，由于控制发动机以使最大缸内压力Pmax总是为允许值Xp以下，因此即使例如因负荷的变动而暂时性地供给过量的增压量，也可以防止最大缸内压力Pmax的过度上升，确实地保护发动机以防止活塞14和汽缸盖12等部件的损伤。

图8是示出为了验证这样的作用而进行的实验的结果的时序图。在该实验中，将发动机转速保持固定的状态下，使加速器开度急剧变化，以研究在其前后的各种状态量（进气压力、喷射量、最大缸内压力、喷射正时）的变化。另外，在实验中使用的发动机中，在图8的任意时刻，也都以包含先导喷射Ip及主喷射Im（图5）的喷射模式喷射燃料，但是图8所示的喷射正时是指主喷射Im的正时。

在图8的实验中，在到达时刻t1之前，发动机以加速器开度为100%的高负荷状态稳定运行，在时刻t1加速器开度从100%急剧减少为50%。该时刻t1之后，保持加速器开度为50%的低负荷状态下稳定运行。又，不论时刻t1的前后，发动机转速为固定的3200rpm。

对应于这样的实验的运行状态的变化在图3的图上示出。图8的时刻t1前的状态（加速器开度为100%，转速为3200rpm）相当于点D1，时刻t1之后的状态（加速器开度为50%、转速为3200rpm）相当于点D2。由此可知点D1、D2中的任意一个都属于仅有大型涡轮增压器61工作的第二区域B，并且是通过大型涡轮增压器61的增压量较大的区域。

如图8所示，在比加速器开度为100%的时刻t1提前的期间，进气压力设置为P1，燃料喷射量设置为Q1，喷射正时（主喷射的正时）设置为θ1。另外，喷射量Q1及喷射正时θ1是作为与加速器开度为100%、转速为3200rpm这样的运行状态相对应的喷射量及喷射正时基于燃料喷射图Mf而决定的。因此，喷射正时θ1与在图4的步骤S3中决定的基本喷射正时Ta一致，并且在该时刻执行通常喷射控制。

而且，在该时刻t1，加速器开度从100%急剧下降至50%时，与此联动地燃料喷射量从Q1急剧减少为Q2。像这样喷射量急剧减少时，燃料的喷射正时原本应该是如虚线的波形所示急剧提前至正时θ2。即，与加速器开度为50%相对应地喷射量急剧减少至Q2时，按照上述燃料喷射图Mf，与该喷射量的急剧减少相对应地喷射正时急剧提前至θ2。但是，实际上如实线的波形所示，从时刻t1至t2的期间喷射正时只是慢慢地提前。这是因为从上述时刻t1至t2的期间，在图4的步骤S5中算出的安全喷射正时Tb是作为比基于上述燃料喷射图Mf的基本喷射正时Ta延迟的正时而算出的，以此安全喷射正时Tb作为实际喷射正时被采用。

图8的双点划线的波形示出安全喷射正时Tb。如图所示，在时刻t1之前，安全喷射正时Tb比θ1更靠近提前侧。因此，在时刻t1之前，实际喷射正时设定为与基本喷射正时Ta一致的上述θ1。另一方面，在时刻t1～t2，安全喷射正时Tb比时刻t1以后的基本喷射正时Ta（=θ2）更靠近延迟侧。因此，时刻t1～t2的实际喷射正时并不设定为θ2，而是设定为比θ2更靠近延迟侧的安全喷射正时Tb（安全喷射控制）。

像这样，在时刻t1～t2，安全喷射正时Tb设定为比时刻t1以后的基本喷射正时Ta（=θ2）更靠近延迟侧的原因是，考虑到在时刻t1以后，通过大型涡轮增压器61的增压压力也维持较高值。即，如能够从时刻t1以后的进气压力的波形中所理解，在急剧减少加速器开度的时刻t1以后，进气压力只是慢慢地下降。这是因为大型涡轮增压器61的涡轮61b在时刻t1以后也以高速继续旋转，并维持较高的增压压力。即，大型且质量大的涡轮61b即使因加速器开度（喷射量）的急剧减少而排气能量下降，也通过惯性暂时以高速继续旋转。时刻t1以后的进气压力只是慢慢地下降的原因就是因为这个，进而考虑到该点（进气压力的下降延迟）成为使安全喷射正时Tb作为延迟的正时而被算出的原因。根据以上情况，在图8中，在时刻t1～t2，实施在比基本喷射正时Ta更靠近延迟侧的安全喷射正时Tb喷射燃料的安全喷射控制。

之后，在时刻t2以后，安全喷射正时Tb再次移动至比基本喷射正时Ta更靠近提前侧，因此实际喷射正时设定为与基本喷射正时Ta一致的正时θ2（通常喷射控制）。

在图8的最下段示出最大缸内压力Pmax的变化。如图所示，作为如上所述控制喷射正时的结果，最大缸内压力Pmax在任意时刻都被抑制在允许值Xp以下。相对于此，在没有执行上述时刻t1～t2的安全喷射控制的情况下，如虚线的波形所示，最大缸内压力Pmax超过允许值Xp，从而在确保发动机的可靠性的方面成为问题。

如以上所述，在该实施形态的柴油发动机中，发动机负荷从高负荷向低负荷转移时（图8的时刻t1），限于从该转移至规定期间（t1～t2）内，执行在比基本喷射正时Ta更靠近延迟侧的安全喷射正时Tb喷射燃料的安全喷射控制，因此即使因大型涡轮增压器61的响应延迟而暂时使增压量变得过剩，也可以避免最大缸内压力Pmax超过允许值Xp的情况，可以改善发动机的可靠性。

另外，在图8中，虽然示出使加速器开度从100%下降至50%时的喷射量和喷射正时等的数据，但是同样的倾向的数据在上述以外的加速器操作时当然也可能发生。总之，在主要大型涡轮增压器61工作的旋转域（在该实施形态中为图3的基准速度Nex以上的旋转域）中，发动机负荷从高负荷向低负荷转移时，有与图8的时刻t1～t2相同地执行暂时延迟喷射正时的安全喷射控制的可能性。但是，此时，“高负荷”、“低负荷”意味着负荷的高低差以某种程度存在的情况，并且其绝对值不是特别成问题。即，如果在负荷方面存在规定以上的差距（例如以加速器开度为30%以上的差异），则高的一方为高负荷，低的一方为低负荷。

又，在上述实施形态的柴油发动机中，由于将发动机主体1的几何压缩比设定为14，因此与现有的柴油发动机（一般为压缩比18以上）不同，并且可以抑制最大缸内压力Pmax的值。在此基础上，在上述实施形态中，通过安全喷射控制抑制最大缸内压力Pmax的过度上升，因此与现有的相比可以降低发动机主体1所需的强度，可以谋求发动机的轻量化、低成本化。

又，在上述实施形态中，至少在一部分的运行区域执行用于引起在压缩上死点附近开始的主燃烧的主喷射Im、和用于引起作为比主燃烧提前的预备性燃烧的预燃烧的先导喷射Ip。像这样，通过领先于主喷射Im而执行先导喷射Ip，以此对于几何压缩比设定为14的低压缩比的该实施形态的柴油发动机，也可以改善燃料的点火性，可以确实地防止失火。

又，在上述实施形态中，通过基于发动机的吸入空气量、进气压力、进气温度、转速、冷却水温、燃料喷射量、喷射模式的各参数的运算，求出最大缸内压力Pmax与允许值Xp一致的燃料喷射正时，并决定将其作为上述安全喷射正时Tb，因此执行上述安全喷射控制时，可以在最大缸内压力Pmax不超过允许值Xp的范围的正时喷射燃料，并且可以有效地防止喷射正时所需以上的延迟而引起动力减低的情况。

另外，在上述实施形态中，如图3所示，在低速侧的第一区域A使大型涡轮增压器61、小型涡轮增压器62两者工作，在高速侧的第二区域B仅使大型涡轮增压器61工作，但是也可以在低速侧的第一区域A，仅使小型涡轮增压器62工作而使大型涡轮增压器61停止（即，将废气旁通阀65a设置为全开）。像这样，仅在高速侧的第二区域B使大型涡轮增压器61工作的情况下，安全喷射正时Tb的算出（图4的步骤S5）只要在该第二区域B运行时执行即可。即，如果大型涡轮增压器61仅在第二区域B工作，则存在最大缸内压力Pmax过度上升的可能性的也仅是第二区域B。因此，仅在该第二区域B执行安全喷射正时Tb的算出，并且根据需要只要执行安全喷射控制（该正时Tb的燃料喷射）即可。总之，在如上述实施形态具备大型涡轮增压器61和小型涡轮增压器62两种涡轮增压器的柴油发动机中，至少在大型涡轮增压器61实质性地工作时执行安全喷射控制即可。

又，也可以替代将大型涡轮增压器61、小型涡轮增压器62两种涡轮增压器设置在发动机中的上述实施形态的结构，设置为将单一的涡轮增压器设置在发动机中的结构。此时，只要不是很重视低速的配置，该涡轮增压器的涡轮必然在某种程度上变得大型，因此尽管在程度上有差异，但是同样可能发生因涡轮旋转减少的延迟而导致的最大缸内压力Pmax的过度上升的问题。因此，从高负荷向低负荷转移时暂时延迟喷射正时的本发明的结构，只要是带有涡轮增压器的发动机，就不论涡轮增压器的数量而能够适用。

又，在上述实施形态中，通过基于发动机的吸入空气量、进气压力、进气温度、转速、冷却水温、燃料喷射量、喷射模式的各参数的运算，求出作为最大缸内压力Pmax与允许值Xp一致的燃料喷射正时的安全喷射正时Tb，但是并不一定必须基于所有这些参数求出安全喷射正时Tb。例如，需要算出安全喷射正时Tb的状况被限定的情况下，即，存在最大缸内压力Pmax暂时性地超过允许值Xp的可能性的运行条件被限定的情况下，也可以除去几个参数而求出安全喷射正时Tb。但是，至少需要考虑进气压力和燃料喷射量，并且用于求出上述安全喷射正时Tb的运算式中一定包含这两个参数（进气压力和燃料喷射量）。

又，在上述实施形态中，燃料喷射模式为包含先导喷射Ip和主喷射Im的多次喷射的情况下，至少对于主喷射Im运算安全喷射正时Tb，并且根据需要将主喷射Im的正时延迟至该安全喷射正时Tb，但是延迟喷射正时的对象并不限于主喷射Im，也可以是先导喷射Ip。虽然最能左右最大缸内压力Pmax的是在压缩上死点附近喷射的主喷射Im的正时，但是先导喷射Ip的正时也有可能多少左右最大缸内压力Pmax。此时，也可以通过延迟先导喷射Ip的正时，以此降低最大缸内压力Pmax。

又，在上述实施形态中，柴油发动机的几何压缩比为14，但是本发明的结构也可以较好地适用于其以外的几何压缩比的柴油发动机中。但是，如果与现有的柴油发动机相比降低几何压缩比以谋求轻量化等，则柴油发动机的几何压缩比至少应设置为小于16。另一方面，从燃料的点火性极限考虑几何压缩比为12以上是必要的。从这样的观点来看，在本发明中，理想的是柴油发动机的几何压缩比为12以上且小于16。

Claims (7)

1.一种带有涡轮增压器的柴油发动机的控制装置，是控制具备向汽缸内喷射燃料的喷射器、和利用排气能量压缩吸入空气的涡轮增压器的柴油发动机的装置，其特征在于，具备：

设定作为所述喷射器的燃料喷射正时的根据发动机的运行状态而规定的基本喷射正时的运算部；和

至少在发动机稳定运行时，在由所述运算部设定的基本喷射正时从所述喷射器喷射燃料的喷射控制部；

由所述运算部设定的所述基本喷射正时设定为在发动机转速相同的条件下，负荷低时与负荷高时相比更靠近提前侧；

所述喷射控制部在发动机负荷从高负荷向低负荷转移时，限于从该转移至规定期间内执行在设定为比所述基本喷射正时更靠近延迟侧的安全喷射正时喷射燃料的安全喷射控制。

2.根据权利要求1所述的带有涡轮增压器的柴油发动机的控制装置，其特征在于，所述喷射控制部在发动机转速为高于怠速速度的基准速度以上且负荷从高负荷向低负荷转移时，执行所述安全喷射控制。

3.根据权利要求2所述的带有涡轮增压器的柴油发动机的控制装置，其特征在于，

在所述涡轮增压器中包含小型涡轮增压器、和比小型涡轮增压器大型的大型涡轮增压器；

所述大型涡轮增压器至少在发动机转速为所述基准速度以上时工作。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的带有涡轮增压器的柴油发动机的控制装置，其特征在于，

所述安全喷射正时是考虑了作为发动机的缸内压力的最大值的最大缸内压力而由所述运算部求出的；

所述运算部基于至少包含发动机的进气压力和燃料喷射量的各种参数求出所述最大缸内压力与预先规定的允许值一致的燃料喷射正时，并且将该正时设定为所述安全喷射正时。

5.根据权利要求1所述的带有涡轮增压器的柴油发动机的控制装置，其特征在于，所述发动机是几何压缩比设定为12以上且小于16的柴油发动机。

6.根据权利要求5所述的带有涡轮增压器的柴油发动机的控制装置，其特征在于，

所述喷射控制部执行用于引起在压缩上死点附近开始的主燃烧的主喷射、和用于引起作为比所述主燃烧提前的预备性燃烧的预燃烧的先导喷射；

所述安全喷射控制时所调节的喷射正时至少是所述主喷射的正时。

7.一种带有涡轮增压器的柴油发动机的控制方法，是具备向汽缸内喷射燃料的喷射器、和利用排气能量压缩吸入空气的涡轮增压器的柴油发动机的控制方法，其特征在于，具备：

设定作为所述喷射器的燃料喷射正时的根据发动机的运行状态而规定的基本喷射正时的步骤；和

至少在发动机稳定运行时，在通过设定所述基本喷射正时的步骤而被设定的基本喷射正时从所述喷射器喷射燃料的步骤；

通过设定所述基本喷射正时的步骤而被设定的所述基本喷射正时设定为在发动机转速相同的条件下，负荷低时与负荷高时相比更靠近提前侧；

喷射所述燃料的步骤在发动机负荷从高负荷向低负荷转移时，限于从该转移至规定期间内执行在设定为比所述基本喷射正时更靠近延迟侧的安全喷射正时喷射燃料的安全喷射控制。

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