CN104471216B - 内燃机的控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的控制装置及控制方法，在非增压区运转状态从高负荷切换为低负荷并停止外部EGR的情况下，在关闭EGR控制阀(21)的时间T01，在暂时缩小方向控制进气门和排气门的气门重叠度，将进气门和排气门的气门重叠量作为低负荷过渡时暂定值控制。而且，在从因EGR控制阀(21)的开度的变更而使缸内的外部EGR率变化的时间T31提前可变气门机构(28)的响应时间Δt量的时间T21，将进气门和排气门的气门重叠量的目标值从所述低负荷过渡时暂定值变更为低负荷时的目标值。

Description

内燃机的控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及使废气的一部分向增压器的上游侧回流的内燃机的控制装置及控制方法。
背景技术
一直以来，公知有通过进行根据运转状态将废气(排气)导入进气系的所谓EGR，实现内燃机的废气性能提高及油耗改善的技术。另外，一直以来，还公知有在进行EGR时，使废气的一部分向配置于进气通路的增压器的压缩机上游侧回流的构成。
例如，专利文献1中公开有下述技术：在从配置于进气通路的增压器的压缩机上游侧导入的EGR气体量切换到比实际增大的运转状态时，通过可变气门正时机构变更气门正时使内部EGR增加，在切换过渡时通过内部EGR补充外部EGR的不足量。
但是，在该专利文献1中没有具体公开在通过可变气门正时机构使内部EGR增加时，在哪个时间结束使内部EGR增加的气门正时。因此，例如，如果在缸内的EGR率达到目标值之后，结束补充缸内的外部EGR率的过度不足量的内部EGR的气门正时，则有可能因可变气门机构的动作延迟，缸内的EGR率相对于目标值过度调节或欠调节。
专利文献1：(日本)特开2008－150957号公报
发明内容
于是，本发明的内燃机的控制装置的特征在于，具有预先预测通过EGR控制阀的开度的变更而产生的内燃机的汽缸内的EGR率的变化的EGR率预测单元和可变更发动机阀的气门正时的气门正时控制器件，基于在所述EGR率预测单元的预测，控制所述气门正时控制器件，以所述汽缸内的EGR率为目标EGR率的方式调节内部EGR气体量。
根据本发明，在变更EGR控制阀的开度的情况下，可以高精度地使内燃机的缸内的EGR率追随目标EGR率，可以避免运转性恶化。
附图说明
图1是表示本发明的内燃机的控制装置的整体构成的系统图；
图2是表示停止外部EGR时的状况的时间图；
图3是表示开始外部EGR时的状况的时间图；
图4是表示可变气门机构的控制内容的块图。
具体实施方式
下面，基于附图详细地说明本发明的一实施例。图1是表示本发明的内燃机的控制装置的整体构成的系统图。
内燃机1是作为驱动源搭载于汽车等车辆的装置，在内燃机1的汽缸1a连接有进气通路2和废气通路(排气通路)3。在经由进气总管4a及进气歧管4b与内燃机1连接的进气通路2上设置有通过电动机驱动的电控制的节气阀5，并且在其上游侧设置有检测吸入空气量的空气流量计6、空气滤清器7。在经由废气歧管8与内燃机1连接的废气通路3上设有三元催化剂等废气催化剂9作为废气净化用。
另外，该内燃机1具有在同轴上具备配置于进气通路2的压缩机11和配置于废气通路3的涡轮12的涡轮增压器10。压缩机11位于节气阀5的上游侧，并且位于空气流量计6的下游侧。涡轮12位于废气催化剂9的上游侧。另外，图1中的13是设置于节气阀5的上游侧的中冷器。
在进气通路2上连接有迂回压缩机11连接压缩机11的上游侧和下游侧的再循环通路14。在再循环通路14介装有控制再循环通路14内的进气流量的电控制的再循环阀15。再循环阀15由电动机驱动。此外，作为再循环阀15可使用仅在压缩机11下游侧的压力为规定压力以上时开阀的所谓的逆止阀。
在废气通路3上连接有迂回涡轮12连接涡轮12的上游侧和下游侧的废气旁通通路16。在废气旁通通路16中介装有控制废气旁通通路16内的废气流量的电控制的废气旁通阀17。废气旁通阀17由电动机驱动。因此，在增压区，通过调节废气旁通阀17的开度，可控制增压压力，可根据废气旁通阀17的开度控制吸入空气量。
另外，内燃机1是可实施废气回流(EGR)的装置，在废气通路3和进气通路2之间设置有EGR通路20。EGR通路20，其一端在废气催化剂9的下游侧的位置与废气通路3连接，其另一端在空气滤清器7的下游侧且压缩机11的上游侧的位置与进气通路2连接。在该EGR通路20介装有电控制的EGR控制阀21和EGR冷却器22。EGR控制阀21由电动机驱动。另外，EGR控制阀21的开度由控制单元25控制，以获得与运转条件相对应的目标EGR率。
控制单元25除输入上述的空气流量计6的检测信号外，还输入有检测曲柄轴(未图示)的曲柄角的曲柄角传感器26、检测油门踏板(未图示)的踩踏量的油门开度传感器27等传感器类的检测信号。
控制单元25基于这些检测信号，实施内燃机1的点火时期及空燃比等控制，并且实施控制EGR控制阀21的开度使废气的一部分从废气通路3向进气通路2回流的废气回流控制(EGR控制)。
另外，控制单元25根据运转条件还控制节气阀5、再循环阀15、废气旁通阀17的开度。
而且，在增压区，将节气阀5的开度设为全开，通过控制废气旁通阀17的开度，以向缸内供给为实现发动机请求转矩所需要的新气的方式进行控制。在非增压区，将废气旁通阀17的开度设为规定的一定开度，以向缸内供给为实现发动机请求转矩所需要的新气的方式控制节气阀5的开度。即，在增压区，废气旁通阀17控制吸入空气量，在非增压区，节气阀5控制吸入空气量。
另外，本实施例中，驱动内燃机1的进气门(未图示)的气门机构为作为可变更进气门的气门正时的气门正时控制器件的可变气门机构28。可变气门机构28公知的是各种形式，但在本实施例中，为通过连续地延迟或提前进气门的动作角(开闭期间)的中心角，可变更进气门的打开时期的形式的装置。该可变气门机构28由控制单元25控制，通过变更进气门的打开时期，可使进气门的开阀期间和排气门(未图示)的开阀期间重叠的气门重叠量变化。
在此，缸内的EGR率由通过开阀而向EGR控制阀21导入的外部EGR、和进气门与排气门的气门重叠度的内部EGR(缸内的残留气体量)确定。本实施例中，为便于说明，将外部EGR相对于进气系的任意的位置的全部的气体的比率设为外部EGR率，将内部EGR相对于缸内的全部的气体的比率设为内部EGR率，将缸内的外部EGR率和缸内的内部EGR率之和设为缸内的合计EGR率(缸内合计EGR率)。
本实施例中，在实施EGR的情况下，在高负荷状态下主要导入外部EGR，在低负荷状态下主要导入内部EGR。即，在高负荷状态下实施EGR的情况下，相对增大EGR控制阀21的开度，相对减小进气门和排气门的气门重叠量。另外，在低负荷状态下实施EGR的情况下，相对减小EGR控制阀21的开度，相对增大进气门和排气门的气门重叠量。
在这样的内燃机1中，例如在非增压区运转状态从高负荷切换为低负荷而停止外部EGR的情况下，以调节外部EGR的EGR控制阀21闭阀，调节内部EGR的进气门和排气门的气门重叠度相对增大的方式进行控制。
然而，如图2中用特性线Ec所示，从变更EGR控制阀21的开度之后，至实际上在缸内的外部EGR率出现变化产生响应延迟。因此，如图2中用虚线所示，如果在将EGR控制阀21闭阀的时间T01，将可变气门机构28的目标值(指令值)以扩大进气门和排气门的气门重叠度(作为低负荷时的目标气门重叠量)的方式变更，则在缸内的外部EGR率变化(减少)前，缸内的内部EGR率变化(增加)，缸内合计EGR率大幅超过过渡地作为目标的EGR率。
另外，如图2中用点划线所示，在变更EGR控制阀21的开度的时间T01，将可变气门机构28的目标值(指令值)变更为进气门和排气门的气门重叠量比目前的气门重叠量小的低负荷过渡时暂定值，在变更EGR控制阀21的开度之后在缸内的外部EGR率上出现变化的时间T31，如果从上述低负荷过渡时暂定值变更为低负荷时的目标值，则就可以抑制EGR控制阀21的开度的变更后缸内合计EGR率大幅高于暂时过渡地作为目标的EGR率。然而，可变气门机构28上，变更目标值之后至实际上进气门的打开时期开始变化具有响应延迟(进气门的打开时期开始变化的是时间T11)，因此，在缸内的外部EGR率上出现变化的时间T31之后，缸内的内部EGR率的变化(增加)不追随缸内的外部EGR率的变化(减少)，缸内合计EGR率大幅低于过渡地作为目标的EGR率。此外，低负荷过渡时暂定值在关闭EGR控制阀21的情况下，以缸内合计EGR率不大于目标EGR率的方式进行设定，成为比将EGR控制阀21闭阀时的气门重叠量小的值。
因此，例如在非增压区运转状态从高负荷切换为低负荷停止外部EGR的情况下，如图2中用实线所示，不在节气阀5的开度变小将EGR控制阀21闭阀的时间T01，将进气门和排气门的气门重叠量变量为低负荷时的目标值，而是通过作为上述低负荷过渡时暂定值将进气门和排气门的气门重叠度控制在暂时缩小的方向，能够抑制在EGR控制阀21的开度变更后缸内合计EGR率大幅高于过渡地作为目标的EGR率。
而且，在从通过EGR控制阀21的开度的变更而使缸内的外部EGR率变化的时间T31提前了可变气门机构28的响应时间Δt(变更可变气门机构28的目标值之后至实际上进气门的打开时期变化进气门和排气门的气门重叠量开始变化的时间)量的时间T21，在可变气门机构28的控制上反映EGR率变化的进气系的规定位置的EGR率。即，通过EGR控制阀21的闭阀，在上述规定位置的外部EGR率变化的时间T21，将进气门和排气门的气门重叠量的目标值从上述低负荷过渡时暂定值变更为低负荷时的目标值。
由此，可以使缸内的内部EGR率的变化(增加)追随缸内的外部EGR率的变化(减少)，可以抑制缸内合计EGR率大幅低于过渡地作为目标的EGR率，可以避免运转性恶化的情况。
上述规定位置的EGR率基于例如吸入空气量、EGR通路20和进气通路2的合流部31的EGR率、从EGR控制阀21至上述规定位置的流路的体积来推定。另外，上述规定位置的EGR率也可以利用传感器直接检测。
此外，上述规定位置为根据进气系的规格规定的位置。另外，图2中，特性线Ef表示上述规定位置的推定EGR率的变化。图2中，特性线Et表示缸内合计EGR率的目标值。
另外，预测变更EGR控制阀21的开度之后至在上述规定位置EGR率开始变化为止的延迟时间Td，经过该延迟时间Td后即使将进气门和排气门的气门重叠量的目标值从上述低负荷过渡时暂定值变更为低负荷时的目标值，也可以使缸内的内部EGR率的变化(增加)追随缸内的外部EGR率的变化(减少)。延迟时间Td可基于例如吸入空气量、从EGR控制阀21至上述规定位置的流路的体积来推定。
另一方面，在这样的内燃机1中，例如从在非增压区运转状态从低负荷切换为高负荷并停止外部EGR的状态开始外部EGR的情况，以调节外部EGR的EGR控制阀21开阀，调节内部EGR的进气门和排气门的气门重叠度相对减小的方式进行控制。
但是，如图3中用特性线Ec所示，变更EGR控制阀21的开度之后至实际上在缸内的外部EGR率上出现变化产生响应延迟。因此，如图3用虚线所示，如果在将EGR控制阀21开阀的时间T02，以减小进气门和排气门的气门重叠度(作为高负荷时的目标气门重叠量)的方式变更可变气门机构28的目标值(指令值)时，则在缸内的外部EGR率变化(增加)之前，缸内的内部EGR率变化(减少)，缸内合计EGR率大幅低于过渡地作为目标的EGR率。此外，图3中，特性线Ef表示上述规定位置的推定EGR率的变化。图3中，特性线Et表示缸内合计EGR率的目标值。
另外，如图3中用点划线所示，在变更EGR控制阀21的开度的时间T02，将可变气门机构28的目标值(指令值)变更为使进气门和排气门的气门重叠量比目前的气门重叠量大的高负荷过渡时暂定值，如果在变更EGR控制阀21的开度之后到缸内的外部EGR率上出现变化的时间T32，从上述高负荷过渡时暂定值变更为高负荷时的目标值，则可以抑制EGR控制阀21的开度变更后缸内合计EGR率大幅低于过渡地作为目标的EGR率。然而，如上述，由于在可变气门机构28动作时具有响应延迟(进气门的打开时期开始变化的是时间T12)，因此，在缸内的外部EGR率上出现变化的时间T32以后，缸内的内部EGR率的变化(减少)不追随缸内的外部EGR率的变化(增加)，缸内合计EGR率大幅高于过渡地作为目标的EGR率。此外，高负荷过渡时暂定值在打开EGR控制阀21的情况下，以缸内合计EGR率不比目标EGR率小的方式进行设定，成为比将EGR控制阀21开阀时的气门重叠量大的值。
因此，例如在非增压区运转状态从低负荷切换为高负荷并开始外部EGR的情况下，如图3用实线所示，不是在节气阀5的开度变大将EGR控制阀21开阀的时间T02，将进气门和排气门的气门重叠量变更为高负荷时的目标值，而是通过作为上述高负荷过渡时暂定值将进气门和排气门的气门重叠度控制在暂时扩大的方向，抑制EGR控制阀21的开度变更后，缸内合计EGR率大幅低于过渡地作为目标的EGR率的情况。
而且，在从通过EGR控制阀21的开度的变更而缸内的外部EGR率变化的时间T32提前了上述的可变气门机构28的响应时间Δt量的时间T22，在可变气门机构28的控制上反映EGR率变化的上述规定位置的EGR率。即，在通过EGR控制阀21的开阀而上述规定位置的外部EGR率变化的时间T22将进气门和排气门的气门重叠量的目标值从上述高负荷过渡时暂定值变更为高负荷时的目标值。
由此，可以使缸内的内部EGR率的变化(减少)追随缸内的外部EGR率的变化(增加)，抑制缸内合计EGR率大幅高于过渡地作为目标的EGR率，可以避免运转性恶化。
此外，预测变更EGR控制阀21的开度之后至在上述规定位置EGR率开始变化的延迟时间Td，即使经过该延迟时间Td后，将进气门和排气门的气门重叠量的目标值从上述高负荷过渡时暂定值向高负荷时的目标值变更，也可以使缸内的内部EGR率的变化追随缸内的外部EGR率的变化。
另外，在可变气门机构28的上述响应时间Δt变化的情况下，也可以根据该响应时间Δt变更上述规定位置。例如，在油压驱动可变气门机构28的情况下，油温及冷却水温越低，可变气门机构28的响应速度相对地越延迟，因此，只要将上述规定位置相对地变更为进气系内的上游侧即可。
而且，可变气门机构28进行的内部EGR气体量的调节在可变气门机构28的可动作范围内实施，在请求可变气门机构28的目标值超出上述可动作范围的动作的情况下，以上述可动作范围的动作界限为限度进行内部EGR气体量的调节。即，控制单元25在计算出的可变气门机构28的目标值与最提前位置相比进一步提前进气门的打开时期的情况下，以进气门的打开时期为最提前位置的方式控制可变气门机构28。另外，控制单元25在计算出的可变气门机构28的目标值与最延迟位置相比进一步延迟进气门的打开时期的情况下，以将进气门的打开时期为最延迟位置的方式控制可变气门机构28。
图4是表示上述实施例的可变气门机构28的控制内容的块图。在S1中，根据发动机转速和吸入空气量计算出恒定状态的可变气门机构28的基本目标值(气门正时)。在S2中，使用根据运转条件确定的目标EGR率、吸入空气量、从EGR控制阀21至进气系内的上述规定位置的流路的体积计算出进气系的上述规定位置的EGR率。在S3中，计算出在S2计算出的EGR率、和根据运转条件确定的目标EGR率的差异(偏离量)。在S4中，使用在S3计算出的偏离量和发动机转速，以进气系内的上述规定位置的EGR率为在S2计算出的EGR率的方式计算出与可变气门机构28的恒定状态下的目标值对应的气门正时修正量。在S5中，以S4中计算出的气门正时修正量修正在S1中计算出的基本目标值，作为可变气门机构28的目标值进行设定。
此外，在上述的实施例中，仅将进气门侧的气门机构作为可变气门机构，但在驱动排气门的气门机构中，也适用通过使排气门的提升中心角相位(相对于未图示的曲轴的相位)提前或延迟，可变更排气门的打开时期的可变气门机构，在使内部EGR增加的情况下，也可以利用进气门侧的可变气门机构提前进气门的打开时期，并且利用排气门侧的可变气门机构延迟排气门的关闭时期，使进气门和排气门的气门重叠度增大。作为进气门侧的气门机构及排气门侧的气门机构，也可以是可使进气门或排气门的提升量和动作角两者同时且连续扩大减小的可变气门机构。
另外，在上述实施例中，对非增压时的情况的气门正时控制器件进行了说明，但在增压时的情况下，在变更EGR控制阀21的开度时，与非增压时同样，只要控制气门正时控制器即可变气门机构28，就能够使缸内的内部EGR率的变化追随于缸内的外部EGR率的变化，可以抑制缸内合计EGR率大幅度偏离目标值。

Claims (13)

1.一种内燃机的控制装置，具备位于节气阀的上游侧的增压器、从该增压器的上游侧使废气的一部分作为EGR回流的EGR通路、配置于所述EGR通路的中途的EGR控制阀，其中，具有：
EGR率预测单元，其预先预测通过所述EGR控制阀的开度的变更而产生的内燃机的汽缸内的EGR率的变化；
气门正时控制器件，其可变更发动机气门的气门正时，
基于在所述EGR率预测单元的预测，控制所述气门正时控制器件，以所述汽缸内的EGR率为目标EGR率的方式调节内部EGR气体量，
所述EGR率预测单元是预测在所述EGR通路与进气通路的合流部的下游侧的进气系的规定位置的EGR率的装置，
根据变更所述气门正时控制器件的目标值之后至发动机气门的气门正时变化为止的时间，变更所述规定位置。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，
所述EGR率预测单元预测如下的EGR率，即、在比通过所述EGR控制阀的开度的变更而使所述汽缸内的EGR率变化的时间提前了从变更所述气门正时控制器件的目标值之后至发动机气门的气门正时变化为止的气门正时控制器件响应时间量的时间EGR率变化的进气系的规定位置的EGR率，
基于所述规定位置的EGR率控制所述气门正时控制器件。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其中，
在变更所述气门正时控制器件的目标值之后至发动机气门的气门正时变化为止的时间变长的运转条件下，将所述规定位置相对地变更为进气系内的上游侧。
4.一种内燃机的控制装置，具备位于节气阀的上游侧的增压器、从该增压器的上游侧使废气的一部分作为EGR回流的EGR通路、配置于所述EGR通路的中途的EGR控制阀，其中，具有：
EGR率预测单元，其预先预测通过所述EGR控制阀的开度的变更而产生的内燃机的汽缸内的EGR率的变化；
气门正时控制器件，其可变更发动机气门的气门正时，
基于在所述EGR率预测单元的预测，控制所述气门正时控制器件，以所述汽缸内的EGR率为目标EGR率的方式调节内部EGR气体量，
所述EGR率预测单元预测在所述EGR控制阀的开度变更开始至在所述EGR通路与进气通路的合流部的下游侧的进气系的规定位置EGR率变化为止的延迟时间，
根据变更所述气门正时控制器件的目标值之后至发动机气门的气门正时变化为止的时间，变更所述规定位置。
5.如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其中，
所述EGR率预测单元预测如下的延迟时间，即、在比通过所述EGR控制阀的开度的变更而使所述汽缸内的EGR率变化的时间提前了从变更所述气门正时控制器件的目标值之后至发动机气门的气门正时变化为止的气门正时控制器件响应时间量的时间EGR率变化的进气系的规定位置，变更所述EGR控制阀的开度之后至EGR率变化为止的延迟时间，
在变更所述EGR控制阀的开度时，变更所述EGR控制阀的开度之后经过所述延迟时间后，变更所述气门正时控制器件的目标值。
6.如权利要求4或5所述的内燃机的控制装置，其中，
在变更所述气门正时控制器件的目标值之后至发动机气门的气门正时变化为止的时间变长的运转条件下，将所述规定位置相对地变更为进气系内的上游侧。
7.如权利要求1、2、4、5中任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
所述气门正时控制器件是变更进气门的打开时期的装置，
在使内部EGR增加的情况下，提前所述进气门的打开时期增大进气门和排气门的气门重叠度，在减少内部EGR的情况下，延迟所述进气门的打开时期减少所述气门重叠度。
8.如权利要求1、2、4、5中任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
所述气门正时控制器件是变更进气门的打开时期和排气门的关闭时期的装置，
在增加内部EGR的情况下，提前所述进气门的打开时期，并且延迟所述排气门的关闭时期，增大所述进气门和所述排气门的气门重叠度，
在减少内部EGR的情况下，延迟所述进气门的打开时期，并且提前所述排气门的关闭时期，减少所述气门重叠度。
9.如权利要求1、2、4、5中任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
所述气门正时控制器件是油压驱动的装置，在油温或冷却水温低的运转条件下，将所述规定位置相对地变更为进气系内的上游侧。
10.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其中，
所述规定位置的EGR率基于吸入空气量、所述EGR通路与所述进气通路的合流部的EGR率、从所述EGR控制阀至所述规定位置的流路的体积来推定。
11.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其中，
所述规定位置的EGR率由可检测EGR率的传感器检测。
12.如权利要求1、2、4、5中任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
所述气门正时控制器件的内部EGR气体量的调节在该气门正时控制器件的可动作范围内实施，
在请求该气门正时控制器件的目标值超出所述可动作范围的动作的情况下，以所述可动作范围的动作界限为限度进行内部EGR气体量的调节。
13.一种内燃机的控制方法，其中，
预先预测通过从位于节气阀的上游侧的增压器的更靠上游侧使废气的一部分作为EGR回流的EGR通路上配置的EGR控制阀的开度的变更而产生的内燃机的汽缸内的EGR率的变化，基于该预测控制可变更发动机气门的气门正时的气门正时控制器件，并以所述汽缸内的EGR率为目标EGR率的方式调节内部EGR气体量，
预测在所述EGR通路与进气通路的合流部的下游侧的进气系的规定位置的EGR率，并根据变更所述气门正时控制器件的目标值之后至发动机气门的气门正时变化为止的时间，变更所述规定位置。
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