CN104321517A - 内燃机的控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

在使进气阀(2)和排气阀(3)的气门重叠时间增加，从而使实际吸入空气量增加的状况下，通过使实际压缩比暂时降低为低于稳定状态下的目标压缩比(S24)，从而以进气阀(2)以及排气阀(3)不与活塞(8)干涉的方式，实现所述气门重叠时间的增加。

Description

内燃机的控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机的控制装置以及控制方法，其具有：能够变更气门正时的可变动阀机构；以及能够通过变更活塞上止点位置而变更压缩比的压缩比可变机构。

背景技术

已知一种内燃机，其具有：可变压缩比机构，其对燃烧室的容积进行变更而变更压缩比；以及可变动阀机构，其能够变更进气阀或者排气阀的气门正时，该内燃机与运转状态相对应而对压缩比、进气阀或者排气阀的气门正时进行变更。

例如在专利文献1中公开有如下技术，即，设定上限压缩比，以使得活塞不与根据运转状态设定出气门正时的进气阀干涉，在目标压缩比大于该上限压缩比的情况下，通过将目标压缩比限制为上限压缩比，从而使进气阀和活塞之间不发生干涉。

然而，在上述的专利文献1中，在目标压缩比较高的状态下，在根据要求负载的增大而试图使实际吸入空气量增大的情况下，通过使进气阀和排气阀的气门重叠时间增大，无法使扫气量增加、使实际吸入空气量增大。

即，在目标压缩比较高的状态时，如果为了使实际吸入空气量增大而变更进气阀的气门正时，以使得进气阀和排气阀的气门重叠时间增大，则进气阀和活塞有可能发生干涉。

专利文献：日本特开2007-120464号公报。

发明内容

本发明的特征在于，内燃机的控制装置在为了使进气阀和排气阀的气门重叠时间增加，而使气缸内的扫气量增加、使实际吸入空气量增加时，使实际压缩比低于稳定状态下的目标压缩比。

根据本发明，能够在使进气阀和排气阀的气门重叠时间增加而使扫气量增加，从而使实际吸入空气量增加时，以活塞和进气阀以及排气阀之间不发生干涉的方式，使上述气门重叠时间增加，而使实际吸入空气量增加。

附图说明

图1是表示本发明涉及的内燃机的控制装置的系统结构的概略的说明图。

图2是示意地表示在本发明涉及的内燃机的控制装置中应用的可变压缩比机构的说明图。

图3是示意地表示可变压缩比机构的连杆姿态的说明图，(A)表示高压缩比位置，(B)表示低压缩比位置。

图4是表示可变压缩比机构的活塞运动的特性图。

图5是示意地表示可变压缩比机构中的低压缩比位置和高压缩比位置处的控制连杆和控制轴等的位置关系的说明图。

图6是表示本发明涉及的控制的概略的框图。

图7是表示扫气气门正时要求值的计算过程的详细内容的框图。

图8是APO扫气气门正时要求值的特性图。

图9是旋转扫气气门正时要求值的特性图。

图10是表示可变动阀目标值和可变压缩比机构目标值的计算过程的详细内容的框图。

图11是可变动阀上限值的特性图。

图12是气门正时校正值的特性图。

图13是压缩比上限值的特性图。

图14是压缩比校正值的特性图。

图15是表示本发明涉及的控制的概略的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明的一个实施例。首先，使用图1说明应用本发明的内燃机1的基本结构。该内燃机1作为驱动源而搭载在车辆上，具有：进气阀侧可变动阀机构4，其能够变更进气阀2的气门正时；排气阀侧可变动阀机构5，其能够变更排气阀3的气门正时；以及可变压缩比机构9，其能够通过对在气缸体6的缸体7内往复运动的活塞8的上止点位置进行变更，从而变更内燃机压缩比。

进气阀侧可变动阀机构4以及排气阀侧可变动阀机构5是例如在日本特开2002-285876号公报等中公开的公知的相位可变机构(VTC)，通过使凸轮轴11、12相对于曲轴10的相位发生变化，而变更气门正时。即，进气阀侧可变动阀机构4设置在具有进气凸轮13的进气凸轮轴11的一端，通过变更进气凸轮轴11相对于曲轴10的相对相位角即变换角，从而变更进气阀2的开闭定时。此外，排气阀侧可变动阀机构5设置在具有排气凸轮14的排气凸轮轴12的一端，通过变更排气凸轮轴12相对于曲轴10的相对相位角即变换角，从而变更排气阀3的开闭定时。另外，本实施例的可变动阀机构能够应用公知的各种形式的可变动阀机构。

在经由进气阀2而与燃烧室15连接的进气通路16中设有：节气门阀18，其对进气收集器17的上游侧进行开闭而调整吸入空气量；以及燃料喷射阀19，其位于进气收集器17的下流侧，并进行燃料喷射。

在经由排气阀3而与燃烧室15连接的排气通路20中设有用于检测排气空燃比的空燃比传感器21。

发动机控制模块(ECM)22是具有CPU、ROM、RAM以及输入输出接口的公知的数字计算机，其输入有：来自空燃比传感器21的空燃比传感器信号、来自检测节气门阀开度的节气门传感器23的节气门传感器信号、来自检测内燃机水温的水温传感器24的水温传感器信号、来自检测内燃机转速的曲轴转角传感器25的曲轴转角传感器信号、来自检测有无爆震的爆震传感器26的爆震传感器信号、来自对相当于负载(驾驶者的要求负载)的加速器踏板的踏入量进行检测的加速器开度传感器27的加速器开度信号、来自检测吸入空气量的空气流量计28的信号、来自对进气阀侧可变动阀机构4的进气凸轮轴11的相位进行检测的进气凸轮角传感器29的信号、来自对排气阀侧可变动阀机构5的排气凸轮轴12的相位进行检测的排气凸轮角传感器30的信号、来自对可变压缩比机构9进行驱动的电动机31的旋转角传感器信号等各种信号。而且，ECM22基于这些输入信号，向燃料喷射阀19、对燃烧室15内的混合气进行点火的火花塞32、节气门阀18、进气阀侧可变动阀机构4、排气阀侧可变动阀机构5、可变压缩比机构9等输出控制信号，并对燃料喷射量、燃料喷射定时、点火定时、节气门开度、进气阀2的提升中心角的相位、排气阀3的提升中心角的相位、内燃机压缩比等进行集中控制。

可变压缩比机构9如图2以及图3所示，利用了通过多个连杆将活塞8和曲轴10的曲轴销40连接而得到的多连杆式活塞-曲轴机构，该可变压缩比机构9具有：下连杆41，其可旋转地安装在曲轴销40上；上连杆42，其连结该下连杆41和活塞8；控制轴43，其设有偏心轴部44；以及控制连杆45，其连结偏心轴部44和下连杆41。上连杆42的一端可旋转地安装在活塞销46上，另一端通过第1连结销47可旋转地与下连杆41连结。控制连杆45的一端通过第2连结销48可旋转地与下连杆41连结，另一端可旋转地安装在偏心轴部44上。

控制轴43与曲轴10平行地配置，并且可旋转地支撑在气缸体6上。而且，该控制轴43经由齿轮机构49被该电动机31旋转驱动，对其旋转位置进行控制。

通过利用电动机31变更控制轴43的旋转位置，从而如图3所示，利用控制连杆45使得下连杆41的姿态发生变化，伴随着活塞8的活塞运动(行程特性)，即活塞8的上止点位置以及下止点位置的变化，而对内燃机压缩比连续地进行变更·控制。

根据利用了如上所述的多连杆式活塞-曲轴机构的可变压缩比机构9，能够通过与内燃机运转状态相对应地优化内燃机压缩比，从而实现改善燃油消耗、提高输出，在此基础上，与通过一根连杆连结活塞和曲轴销的单连杆机构相比，还能够将活塞行程特性(参照图4)本身优化为例如接近简谐运动的特性。此外，与单连杆机构相比，能够加长相对于曲拐的活塞行程，能够实现内燃机整个高度的缩短化、高压缩比化。此外，能够通过对上连杆42的倾斜进行优化，而使作用到活塞8、缸体7上的推力载荷降低·优化，实现活塞8、缸体7的轻量化。

此外，如图5所示，如果该可变压缩比机构9从高压缩比侧向低压缩比侧的变更发生延迟，则有可能瞬间发生爆震等，因此构成为，使高压缩比侧的压缩比变更速度大于低压缩比侧的压缩比变更速度。具体而言，在高压缩比位置的设定中，与低压缩比位置的设定相比，构成为：控制连杆45的连杆中心线、与将控制轴43的旋转中心和偏心轴部44的中心连结的偏心线所形成的角度接近直角，力臂变大，电动机31的驱动力矩变大，进而变更速度变大。

在如上所述的内燃机1中，在本实施例中，设定为实际吸入空气量(填充效率)越多，稳定状态下的目标压缩比越小。因此，在从实际吸入空气量较少的状态要求负载增大的情况下，活塞上止点位置较高，所以如果为了应对要求负载的增大而增加实际吸入空气量，成为使进气阀2和排气阀3中的气门重叠时间增加的气门正时，则进气阀2以及排气阀3的至少一者与活塞8干涉，有可能无法使上述气门重叠时间增加。而且，对于即使在压缩比较高的状态下要求负载增大，仍无法使上述气门重叠时间增加的情况，由于不能使实际吸入空气量增加，所以目标压缩比保持为较高，实际吸入空气量无法增加的状态会一直持续。

因此，在本发明中，在应该通过使进气阀2和排气阀3的气门重叠时间增加而使实际吸入空气量增加的情况下，通过使实际压缩比暂时降低为低于稳定状态下的目标压缩比，从而能够使得进气阀2以及排气阀3不与活塞8干涉，实现上述气门重叠时间的增加。

图6作为框图表示在利用ECM22执行的控制中，使进气阀侧可变动阀机构4、排气阀侧可变动阀机构5以及可变压缩比机构9彼此不干涉地动作的控制的概略。

在S1的扫气气门正时要求推定单元中，使用作为要求负载的加速器开度(APO)和内燃机1的内燃机转速，计算作为扫气要求值的扫气气门正时要求值。

在S2的可变动阀干涉避免单元中，使用内燃机转速、实际压缩比以及扫气气门正时要求值，作为可变动阀目标值，分别计算进气阀侧可变动阀机构4以及排气阀侧可变动阀机构5的提升中心角的目标值。实际压缩比根据例如来自对可变压缩比机构9的控制轴43的旋转位置进行检测的传感器的输出信号、向对控制轴43进行旋转驱动的电动机31输出的控制指令值等进行计算。

在S3的压缩比干涉避免单元中，使用内燃机转速、进气阀2的实际提升中心角位置、排气阀3的实际提升中心角位置以及扫气气门正时要求值，作为可变压缩比机构目标值，计算可变压缩比机构9的目标压缩比。进气阀2的实际提升中心角位置使用进气凸轮角传感器29的检测值而计算。排气阀3的实际提升中心角位置使用排气凸轮角传感器30的检测值而计算。

使用图7，对利用上述图6的扫气气门正时要求推定单元计算出的扫气气门正时要求值的计算过程进行详细叙述。

在S11中，根据加速器开度(APO)计算作为加速器开度的变化率的ΔAPO。

在S12的APO扫气气门正时要求推定单元中，使用如图8所示的APO扫气气门正时要求值计算对应图，根据加速器开度(APO)和ΔAPO计算APO扫气气门正时要求值。APO扫气气门正时要求值计算对应图设定为，ΔAPO越大，此外加速器开度(APO)越大，APO扫气气门正时要求值越大。

在S13的旋转扫气气门正时要求推定单元中，使用如图9所示的旋转扫气气门正时要求值计算对应图，根据内燃机转速计算旋转扫气气门正时要求值。旋转扫气气门正时要求值计算对应图设定为内燃机转速越大，旋转扫气气门正时要求值越小。

而且，在S14中，将在S13中计算出的旋转扫气气门正时要求值与在S12中计算出的APO扫气气门正时要求值相乘，而计算扫气气门正时要求值。

下面，使用图10，对在上述的图6的可变动阀干涉避免单元中计算出的可变动阀目标值的计算过程，以及在上述的图6的压缩比干涉避免单元中计算出的可变压缩比机构目标值的计算过程进行详细说明。

在S21的可变动阀干涉避免运算中，使用如图11所示的可变动阀上限值计算对应图，根据实际压缩比，计算作为进气阀2的提升中心角的上限提前角位置的进气VTC上限提前角位置、以及作为排气阀3的提升中心角的上限延迟角位置的排气VTC上限延迟角位置。

进气VTC上限提前角位置相对于由实际压缩比决定的上止点附近的活塞8的运动，是进气阀2不与活塞8发生干涉的提升中心角的上限提前角位置，实际压缩比越大，则越小。此外，排气VTC上限延迟角位置相对于由实际压缩比决定的上止点附近的活塞8的运动，是排气阀3不与活塞8发生干涉的提升中心角的上限延迟角位置，实际压缩比越大，则越小。

在S22的可变动阀稳定状态运算中，根据内燃机转速和加速器开度(APO)，计算稳定状态中的进气阀2的提升中心角的控制量(相对于最大延迟角位置的提前量)、以及稳定状态中的排气阀3的提升中心角的控制量(相对于最大提前角位置的延迟量)。

在S23的气门正时校正运算中，使用图12所示的气门正时校正值计算对应图，根据扫气气门正时要求值计算气门正时校正值。气门正时校正值计算对应图设定为扫气气门正时要求值越大，气门正时校正值越大。

在S24中，将在S23中计算出的气门正时校正值与在S22中计算出的稳定状态中的进气阀2的提升中心角的控制量相加，计算作为进气阀侧可变动阀目标值的进气阀2的提升中心角的目标值。此外，将在S23中计算出的气门正时校正值与在S22中计算出的稳定状态中的排气阀3的提升中心角的控制量相加，计算作为排气阀侧可变动阀目标值的排气阀3的提升中心角的目标值。

因此，扫气气门正时要求值越大，气门正时校正值越大，所以能够与扫气气门正时要求值相对应地使上述气门重叠时间的增加幅度变大。即，扫气气门正时要求值越大，越能够迅速地使实际吸入空气量增加。

在S25中，对在S21中计算出的进气VTC上限提前角位置、和在S24中计算出的进气阀侧可变动阀目标值进行比较，将较小的一者作为进气阀侧可变动阀目标值。此外，在S25中，对在S21中计算出的排气VTC上限延迟角位置、和在S24中计算出的排气阀侧可变动阀目标值进行比较，将较小的一者作为排气阀侧可变动阀目标值。即，在S25中，实施上限限制，以使得进气阀侧可变动阀机构4的提升中心角的目标提前角位置和排气阀侧可变动阀机构5的提升中心角的目标延迟角位置，小于或等于在上止点附近进气阀2以及排气阀3不与活塞8发生干涉的各自的上限值(控制极限值)。

而且，在S26中，对作为可变动阀下限值的进气VTC下限提前角位置、和在S25中计算出的进气阀侧可变动阀目标值进行比较，将较大的一者作为进气阀侧可变动阀目标值。此外，在S26中，对作为可变动阀下限值的排气VTC下限延迟角位置、和在S25中计算出的排气阀侧可变动阀目标值进行比较，将较大的一者作为进气阀侧可变动阀目标值。即，在S26中，在对进气阀侧可变动阀机构4的提升中心角的目标提前角位置以及排气阀侧可变动阀机构5的提升中心角的目标延迟角位置进行计算时，实施各自的下限限制。另外，作为可变动阀下限值的进气VTC下限提前角位置以及排气VTC下限延迟角位置，是进气阀侧可变动阀机构4以及排气阀侧可变动阀机构5的可控制范围的下限值，作为固定值而被预先设定。

并且，将进气阀侧可变动阀机构4以及排气阀侧可变动阀机构5控制为成为在S26中计算出的进气阀侧可变动阀目标值以及排气阀侧可变动阀目标值。

在S31的压缩比干涉避免运算中，使用如图13所示的压缩比上限值计算对应图，根据实际提升中心角位置计算压缩比上限值。在该S31中，使用进气阀2和排气阀3之中的在上止点附近与活塞8发生干涉的风险较大的一者的实际提升中心角位置。

压缩比上限值是活塞8在上止点附近不与进气阀2以及排气阀3发生干涉的压缩比的上限值，是基于进气阀2以及排气阀3之中的在上止点附近与活塞8发生干涉的风险较大的一者的实际提升中心角位置而计算出的。压缩比上限计算对应图设定为进气阀2或者排气阀3的实际提升中心角位置(在进气阀2的情况下，是相对于进气阀2的最大延迟角位置的提前量，在排气阀3的情况下，是相对于排气阀3的最大提前角位置的延迟量)越大，压缩比上限值越小。

在S32的压缩比稳定状态运算中，根据填充效率(实际吸入空气量)和内燃机转速，计算稳定状态中的目标压缩比。

在S33的压缩比校正运算中，使用如图14所示的压缩比校正值计算对应图，根据扫气气门正时要求值计算压缩比校正值。压缩比校正值计算对应图设定为扫气气门正时要求值越大，压缩比校正值越大。

在S34中，从在S32中计算出的稳定状态中的目标压缩比减去在S33中计算出的压缩时校正值，而计算作为可变压缩比机构目标值的目标压缩比。

在S35中，对在S31中计算出的压缩比上限值、和在S34中计算出的目标压缩比进行比较，将较小的一者作为可变压缩比机构目标值。即，在S35中，实施上限限制，以使得可变压缩比机构目标值小于或等于在上止点附近进气阀2以及排气阀3不与活塞8发生干涉的上限值(控制极限值)。

而且，在S36中，对压缩比下限值和在S35中计算出的可变压缩比机构目标值进行比较，将较大的一者作为可变压缩比机构目标值。即，在S36中，在对可变压缩比机构目标值进行计算时，实施规定压缩比的下限的下限限制。另外，压缩比下限值是可变压缩比机构9的可控范围的下限值，作为固定值而被预先设定。

而且，将可变压缩比机构9控制为成为在S36中计算出的可变压缩比机构目标值。

在如上所述的实施例中，在内燃机转速较小时，如果踏下加速器踏板，加速器开度(APO)和加速器开度的变化率(ΔAPO)二者均变大，则在图7的S14中计算出的扫气气门正时要求值变大(接近1)，在图10的S33中计算出的压缩比校正值变大，使实际压缩比降低的校正实质上开始。

而且，如果其后ΔAPO变为0或者内燃机转速上升而变为大于或等于规定转速，则扫气气门正时要求值变为0，在图10的S33中计算出的压缩比校正值变为0，使实际压缩比降低的校正实质上结束。

因此，在为了使进气阀2和排气阀3的气门重叠时间增加而使扫气量增加、使实际吸入空气量增加时，由于能够使实际压缩比暂时降低为低于稳定状态下的目标压缩比，所以能够在活塞上止点位置降低、且活塞8与进气阀2以及排气阀3不发生干涉的情况下，使上述气门重叠时间增加，而使实际吸入空气量增加。

即，只要能够使实际吸入空气量暂时增加，则伴随着上述气门重叠时间的增加，稳定状态下的目标压缩比降低，所以即使在从实际吸入空气量较少的状态要求负载增大的情况下，也能够以活塞8和进气阀2以及排气阀3不发生干涉的方式，使上述气门重叠时间增加。

此外，如果扫气气门正时要求值变大(变为接近1时)，则同时进行使实际压缩比暂时降低为低于稳定状态下的目标压缩比，以及使进气阀2和排气阀3的气门重叠时间增加，所以在为了通过使进气阀2和排气阀3的气门重叠时间增加而使实际吸入空气量增加时，能够使实际吸入空气量迅速增加。

图15是表示上述的本实施例的控制的概略的流程图。在S101的扫气气门正时要求推定单元中，使用作为要求负载的加速器开度(APO)、以及内燃机1的内燃机转速，计算扫气气门正时要求值。在S102的可变动阀干涉避免单元中，使用内燃机转速、实际压缩比以及扫气气门正时要求值，作为可变动阀目标值，而分别计算进气阀侧可变动阀机构4以及排气阀侧可变动阀机构5的提升中心角的目标值。在S103的压缩比干涉避免单元中，使用内燃机转速、进气阀2的实际提升中心角位置、排气阀3的实际提升中心角位置以及扫气气门正时要求值，作为可变压缩比机构目标值，而计算可变压缩比机构9的目标压缩比。在S104中，使用在S102中计算出的可变动阀目标值，对进气阀侧可变动阀机构4和排气阀侧可变动阀机构5进行控制，使用在S103中计算出的可变压缩比机构目标值对可变压缩比机构9进行控制。

Claims (8)

1.一种内燃机的控制装置，其具有：

可变压缩比机构，其能够通过对在气缸内往复运动的活塞的上止点位置进行变更，从而变更内燃机的压缩比；

可变动阀机构，其能够通过对进气阀和排气阀的至少一者的气门正时进行变更，从而变更所述进气阀和所述排气阀的气门重叠时间；

目标压缩比设定单元，其将稳定状态下的目标压缩比设定为，实际吸入空气量越多，稳定状态下的目标压缩比越低；

可变动阀控制单元，其在所述活塞和所述进气阀以及排气阀之间不发生干涉的范围内，对所述可变动阀机构进行控制；以及

压缩比校正单元，其在使所述气门重叠时间增加而使所述气缸内的扫气量增加，从而使所述实际吸入空气量增加时，使实际压缩比低于稳定状态下的目标压缩比。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，

所述压缩比校正单元使实际压缩比暂时低于稳定状态下的目标压缩比。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其中，

该内燃机的控制装置具有：

目标气门正时设定单元，其与要求负载对应，对所述进气阀以及所述排气阀的稳定状态下的目标气门正时进行设定；以及

气门正时校正单元，其对所述目标气门正时进行校正，以使得在利用所述压缩比校正单元进行实际压缩比的校正时，所述气门重叠时间与稳定状态时相比增加。

4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其中，

该内燃机的控制装置具有对扫气要求值进行计算的扫气要求值计算单元，该扫气要求值表示使所述气门重叠时间增加而使实际吸入空气量增加的要求的大小，

所述压缩比校正单元将实际压缩比的降低量设为，所述扫气要求值越大，该实际压缩比的降低量越大，

所述气门正时校正单元将所述重叠时间的增加量设定为，所述扫气要求值越大，所述重叠时间的增加量越大。

5.根据权利要求4所述的内燃机的控制装置，其中，

所述扫气要求值计算单元基于加速器开度计算所述扫气要求值，

所述加速器开度越大，所述扫气要求值越大。

6.根据权利要求4所述的内燃机的控制装置，其中，

所述扫气要求值计算单元基于加速器开度变化率计算所述扫气要求值，

所述加速器开度变化率越大，所述扫气要求值越大。

7.根据权利要求4所述的内燃机的控制装置，其中，

所述扫气要求值计算单元基于内燃机的内燃机转速计算所述扫气要求值，

所述内燃机转速越小，所述扫气要求值越大。

8.一种内燃机的控制方法，其中，该内燃机具有：

可变压缩比机构，其能够通过对在气缸内往复运动的活塞的上止点位置进行变更，从而变更内燃机的压缩比；

可变动阀机构，其能够通过对进气阀和排气阀的至少一者的气门正时进行变更，从而变更所述进气阀和所述排气阀的气门重叠时间；以及

可变动阀控制单元，其在所述活塞和所述进气阀以及排气阀之间不发生干涉的范围内，对所述可变动阀机构进行控制，

在该内燃机的控制方法中，

实际吸入空气量越多，将稳定状态下的目标压缩比设定得越低，并且，在使所述气门重叠时间增加而使所述气缸内的扫气量增加，从而使所述实际吸入空气量增加时，使实际压缩比低于稳定状态下的目标压缩比。