CN104603427A - 内燃机的控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

减速时，在具有可变压缩比机构的内燃机中抑制爆震的发生。减速时，判断为可变压缩比机构的目标压缩比在阈值PRSL以上时，使在旁通排气涡轮增压器的压缩机的通路上安装的空气旁通阀开阀，使节气阀上游(压缩机与节气阀之间)的吸入空气返回到压缩机的上游，减小节气阀上游的进气压，减小缸内压缩压力，抑制爆震的发生。

Description

内燃机的控制装置及方法
技术领域
本发明涉及一种具有可变压缩比机构的内燃机的控制装置及方法。
背景技术
为了改善内燃机的燃料经济性，开发有一种使压缩比可变的可变压缩比机构。在具有可变压缩比机构的内燃机中，通常，在高负荷区域达到低压缩比而避免爆震及提前点火(爆震等)，在低负荷区域达到高压缩比而提高燃料经济性。
在此，在进行从高负荷状态向低负荷状态过渡的减速运转时，与吸入空气量减少的响应延迟相比，可变压缩机机构的压缩比变更的响应延迟较小，因此成为吸入空气的高压缩状态且吸入空气量过多的状态，从而易于发生爆震等。
作为其对策，专利文献1公开了在具有可变压缩比机构的内燃机中，在油门开度降低的内燃机减速运转中，根据要求扭矩降低量，使目标压缩比或目标节气阀开度中的至少一方暂时向降低侧修正，从而谋求抑制爆震的发生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)日本特许公报：特开昭2005-155507号
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，如果降低压缩比，则可变压缩比机构所带来的燃料经济性提高的效果受损。
另外，如果使节气阀开度暂时降低而低于目标开度时，则有时吸入空气量比要求值减小，导致使减速度达到必要程度以上。另外，即使节气阀开度降低，也会因涡轮的惯性旋转而进行增压，因此在目标开度恢复时，成为高压缩比，有可能发生爆震。
本发明着眼于该现有课题而提出，目的在于提供一种具有可变压缩比机构的内燃机的控制装置及控制方法，减速运转时确保燃料经济性及减速性能的同时，能够抑制爆震等。
用于解决技术问题的技术方案
为了达到上述目的，本发明提供一种具有进气节气阀和使压缩比可变的可变压缩比机构的内燃机的控制装置及控制方法，构成为如下：
检测内燃机的减速运转(减速运转检测部)，在内燃机减速运转且可变压缩比机构工作时，进行控制使得进气节气阀上游的进气压减少(进气压控制部)。
发明效果
通过在内燃机减速运转时使进气节气阀上游的进气压减小，即使可变压缩比机构工作，也能够抑制缸内空气的压缩压力的上升，从而能够控制爆震。另外，能够利用可变压缩比机构的工作确保良好的燃料经济性，还能够确保吸入空气量的过度减少，因此也能够确保减速性能。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的发动机系统的结构图。
图2是表示第一实施方式的控制流程图。
图3是表示进行同上控制时的各种状态量的变化的时间图。
图4是表示本发明第一实施方式的发动机系统的结构图。
图5是第二实施方式的控制流程图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。
图1表示第一实施方式的发动机系统的概要。
在发动机(内燃机)1的进气通路2上，从上游侧起安装有空气滤清器3、排气涡轮增压器21的压缩机22、调节吸入空气量的电子控制式节气阀4，并且在进气口2a部分安装有燃料喷射阀5。
在排气通路6上，从上游侧起安装有排气涡轮增压器21的涡轮23、净化排气的排气净化催化装置7、消音器8。
另外，配置有连结发动机1与排气净化催化装置7之间的排气通路6和节气阀4下游的进气通路2的EGR通路9，在该EGR通路9上安装有调节EGR量的EGR控制阀10。
在进气通路2中旁通压缩机22的通路上安装有在规定条件下开阀的空气旁通阀11，在排气通路6总旁通涡轮23的旁通通路上安装有在规定条件下开阀的废气旁通阀12。
如下所述，发动机1具有曲柄机构利用多个连杆改变活塞的下死点位置而改变压缩比的可变压缩比机构31。
作为检测发动机1的运转状态的各种传感器，配置有检测油门开度的油门传感器13、检测发动机转速的曲柄角传感器、检测排气中的空燃比的空燃比传感器15、检测吸入空气量的空气流量计16、检测节气阀4开度的节气阀开度传感器17等，来自这些传感器类的检测信号被输入到ECU(发动机控制装置)41。
ECU41基于各种信号进行计算，控制节气阀4、EGR控制阀10、可变压缩比机构31及燃料喷射阀5等。
可变压缩比机构31构成为如下。
曲轴61具有多个轴颈部62、曲柄销部63及配重部64，在成为发动机主体的未图示的气缸体的主轴承上支承有轴颈部62，该轴颈部62旋转自如。所述曲柄销部63从轴颈部62以规定量偏心，在该曲柄销部63上连结有成为第二连杆的下部连杆65，该下部连杆65旋转自如。
所述下部连杆65为大致T形，其构成为可分割成主体65a和盖部65b，在其大致中央的连结孔上嵌合有所述曲柄销部63。
成为第一连杆的上部连杆66的下端侧利用连结销67能够转动地与下部连杆65的一端连结，上端侧利用活塞销68能够转动地与活塞69连结。所述活塞69承受燃烧压力，在气缸体的缸70内往复运动。
成为第三连杆的控制连杆71的上端侧利用连结销72能够转动地与下部连杆65的另一端连结，下端侧经由控制轴73能够转动地与发动机主体例如气缸体的适当位置连结。具体而言，控制轴73支承在发动机主体上以小径部73b为中心旋转，在相对于该小径部42b偏心的大径部73a上嵌合有所述控制连杆71的下端部，该控制连杆71的下端部能够转动。
所述小径部73b被压缩比控制促动器51控制其转动位置。小径部73b一转动，相对于小径部73b偏心的大径部73a的轴中心位置，特别是相对于发动机主体的相对位置就发生变化。由此，控制连杆71的下端的摆动支承位置发生变化。
并且，所述控制连杆71的摆动支承位置一变化，活塞69的行程就发生变化，活塞上死点(TDC)的活塞69的位置上下移动。
由此，能够改变发动机压缩比。所述压缩比控制促动器51克服从控制连杆71施加的反作用力，能够在任意转动位置保持小径部73b。作为压缩比控制促动器71，使用液压叶片式促动器、电动促动器等。
接着，说明如上所述地构成的可变压缩比机构31的控制。
基本上，基于发动机4的运转条件即发动机转速、发动机负荷(油门开度、节气阀开度、吸入空气量等)，通过从脉谱图进行检索等，计算出可变压缩比机构31的目标压缩比。由此，使控制连杆71的另一端(小径部73b)位置相对于发动机主体位移，从而将压缩比变更为目标值。
在此，目标压缩比在高负荷区域中为了避免爆震等而设定为低压缩比，在低负荷区域中为了提高燃料经济性而设定为高压缩比。
但是，在进行降低油门开度的减速运转时，节气阀4上游的进气压暂时上升，接着供给至气缸的吸入空气的压力、吸入空气量暂时增加。因此，在进行减速运转的低负荷区域，如果利用可变压缩比机构31设定为高压缩比，则缸内压缩压力增大，发生爆震等的倾向增大。特别是，在像本实施方式这样具有增压器21的发动机中进行减速运转时，由于节气阀4上游的进气压(增压压力)暂时较大幅度地增大，从而发生爆震等的倾向增大。
于是，在本实施方式中，进行减速运转时可变压缩比机构31工作而变更为高压缩比的情况下，进行使节气阀4上游的进气压减小的控制，抑制缸内压缩压力的上升，从而抑制爆震等。
图2表示ECU41进行上述控制的流程图。
在步骤S1中，判断发动机1是否在减速运转中。例如，以节气阀开度传感器17所检测出的节气阀开度TVO的减小率ΔTVO在阈值ΔTVO1以上为减速判定的成立条件。或者，除了该条件之外，还可以以发动机转速NE或者车速在规定值以上为成立条件。
在步骤S1中判断为减速运转中时，进入步骤S2。
在步骤S2中，判断可变压缩比机构31的目标压缩比是否在阈值PRSL以上。
需要说明的是，在进行减速运转时，因为负荷比减速运转之前减小，目标压缩比增加，所以可变压缩比机构31以从不足阈值PRSL的状态向阈值PRSL以上增加的方式工作。
然后，在步骤S2的判断为“是”时，也就是在进行减速运转时可变压缩比机构31工作的情况下，进入步骤S3，使空气旁通阀11开阀。利用该空气旁通阀11的开阀，在压缩机22与节气阀4之间被增压的吸入空气的一部分返回到压缩机22的上游侧，使节气阀4上游(压缩机22与节气阀4之间)的进气压(增压压力)减小。
在步骤S4中，判断节气阀开度TVO的减小率ΔTVO是否降低到阈值ΔTVO2以下。
在步骤S4中，判断为节气阀开度TVO的减小率ΔTVO降低到阈值ΔTVO2以下时，进入步骤S5。
在步骤S5中，判断从降低到阈值ΔTVO1以下起所经过的时间是否经过了规定时间t，在判断为经过了规定时间t时，使空气旁通阀11闭阀。即，在结束减速操作之后，涡轮23的惯性旋转结束，在经过了规定时间t后，使空气旁通阀11闭阀，其中规定时间t设定为即使空气旁通阀11闭阀也能够抑制节气阀4上游的进气压上升。
这样，在进行减速运转时，即使随着节气阀开度的减小而节气阀4上游的进气压(增压压力)上升，该部分的吸入空气也会经由开阀的空气旁通阀11返回到压缩机22的上游侧。
由此，节气阀4上游的进气压(增压压力)的上升受到抑制，从而能够抑制向气缸吸入的吸入压力及吸入空气量的增大。因此，如图3所示，即使在进行减速运转时随着可变压缩比机构31的目标压缩比的增加而压缩比增大，也能够抑制缸内空气的压缩压力的上升，从而抑制爆震等的发生。
另外，能够通过使可变压缩比机构31和正常一样工作来确保良好的燃料经济性。另外，由于使节气阀开度最大程度地减少也只达到目标开度而不会低于目标开度，因此还能够抑制吸入空气量的过度减小，从而也确保减速性能。
需要说明的是，即使是正常控制，空气旁通阀11由于能够抑制在进行减速运转时节气阀4上游压力的过度上升对部件等的影响，因此被开阀，但是在该正常控制中并没有考虑要抑制可变压缩比机构31的压缩比增加所带来的爆震等并且要确保减速性能等。因此，正常控制中的开阀条件除了节气阀的减小率之外，还有发动机转速等，但是并不包括可变压缩机构31的工作。
在上述实施方式中，即使在正常控制下空气旁通阀11不开阀的情况下，在可变压缩比机构工作而提高压缩比的条件下，通过使空气旁通阀11开阀，能够确保燃料经济性、减速性能的同时抑制爆震等。
在步骤S2中，可以判断目标压缩比的增加量是否在阈值以上。需要说明的是，虽然可以判断实际压缩比(或者其增加量)是否在阈值以上，但是通过使用目标压缩比(或者其增加量)，能够更快速地判断可变压缩比机构31的工作，从而更快速地使节气阀上游的进气压减小，从而能够提高避免爆震的效果。
另外，在步骤S3中，可以取代空气旁通阀11，使废气旁通阀12开阀，减小涡轮23的转速，从而使节气阀4上游的进气压减小，但是通过利用空气旁通阀11的开阀，直接减小节气阀上游的进气压，能够响应性更好地避免爆震等。另外，可以并用空气旁通阀11的开阀和废气旁通阀12的开阀，例如目标压缩比(实际压缩比)在第一阈值以上时空气旁通阀11开阀，目标压缩比在比第一阈值大的第二阈值以上时，使废气旁通阀12也开阀。
需要说明的是，在正常控制下，当产生使吸入歧管内的进气压减小的要求时，废气旁通阀12开阀，但是与空气旁通阀11的正常控制同样地，不以可变压缩比机构31的工作为开阀的条件。因此，即使在正常控制下不开阀的情况下，以可变压缩比机构31工作而提高压缩比为条件，通过使废气旁通阀12开阀，能够确保减速性能的同时抑制爆震等。
如上所述的第一实施方式那样，在适用于附带增压器的发动机的情况下，通过抑制减速运转时节气阀4上游的增压压力的上升，能够得到更好的抑制爆震的效果。然而，通过适用于虽不具备增压器但具备在减速运转时也能够抑制进气压的上升的机构的装置，能够得到抑制爆震的效果。
例如，利用惯性增压(或共鸣增压，以下以惯性增压为代表)在低负荷时向缸内吸入具有高的正压力波(脉动压)的空气而具有高填充率的发动机具有可变压缩机构而对压缩比进行可变控制的情况下，在进行低负荷的减速运转时，压缩比的增加与吸入空气量的增加赶在一起，从而发生爆震的倾向增大。
于是，在这种发动机中，通过在减速运转时停止惯性增压，能够抑制进气压的增加，从而得到抑制爆震的效果。
以下说明适用于进行惯性增压且具有可变压缩比机构的发动机的第二实施方式。
图2表示该第二实施方式的发动机系统的概要。对与第一实施方式共同的结构，省略其说明。
发动机100在进气通路101上具有惯性增压机构110。
进气通路101从空气滤清器102经由节气阀103到达进气总管104，在从该进气总管104到进气口105的部分配置有惯性增压机构110。
在惯性增压机构110中，从进气总管104到进气口105的进气通路中位于通路切换阀113的上游侧的进气通路将通路长度长的第一通路111和通路长度短的第二通路112并联连接而构成，并且在第一通路111和第二通路112的分歧点具有选择性地使第一通路111和第二通路112开通而进行切换控制的通路切换阀113。
在正常控制中，根据来自ECU120的指令，利用通路切换阀113在发动机100的低速低负荷域使通路长度长的第一通路111开通，从而进行适用于该低速低负荷域的惯性增压。另外，在高速高负荷域使通路长度短的第二通路112开通，从而进行适用于该高速高负荷域的惯性增压，或者进行不利用惯性增压的正常的进气。
在此，即使在进行低负荷的减速运转，当可变压缩比机构31工作而提高压缩比时，利用通路切换阀113使通路长度短的第二通路112开通。
图6表示本第二实施方式的控制流程图。
步骤S11，S12与第一实施方式的步骤S1,S2相同，在减速运转中判断为可变压缩比机构31的目标压缩比在阈值PRSL以上时，进入步骤S13。
在步骤S13中，利用通路切换阀113选择第二通路112使其开通。
在步骤S14中，与第一实施方式的步骤S4同样地，判断为节气阀开度TVO的减小率ΔTVO降低到阈值ΔTVO2以下时，进入步骤S15。
在步骤S15中，利用通路切换阀113选择与低负荷时对应的第一通路111使其开通。
这样，在减速运转时可变压缩比机构31工作而增加压缩比时，通过第二通路112的选择，停止与低负荷域对应的惯性增压，减小吸入空气量，抑制缸内压缩压力的增加，从而能够抑制爆震等。另外，能够使可变压缩比机构31工作而确保良好的燃料经济性，不会由于惯性增压的停止而使吸入空气量过度减少，因此能够确保与要求相应的减速性能。
符号说明
1,100 发动机
2,101 进气通路
4 节气阀
17 节气阀开度传感器
21 排气涡轮增压器
31 可变压缩比机构
41 ECU(发动机控制装置)
51 压缩比控制促动器
110 惯性增压机构
111 第一通路
112 第二通路
113 通路切换阀

Claims (19)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，所述内燃机具有进气节气阀和使压缩比可变的可变压缩比机构，该控制装置包括：
减速运转检测部，其检测所述内燃机的减速运转；
进气压控制部，在内燃机进行减速运转且所述可变压缩比机构工作时，其使所述进气节气阀的上游的进气压减小。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述进气压控制部在所述可变压缩比机构向提高压缩比的方向工作时，使所述进气节气阀的上游的进气压减小。
3.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
压缩比越高，所述进气压控制部越使所述进气节气阀的上游的进气压较大程度地减小。
4.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述进气压控制部在减速运转且所述可变压缩比机构的目标压缩比在阈值以上时，使所述节气阀的上游的进气压减小。
5.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述进气压控制部在减速运转且所述可变压缩比机构的目标压缩比的增加量在阈值以上时，使所述节气阀的上游的进气压减小。
6.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述内燃机具有排气涡轮增压器，
所述进气压控制部通过使在旁通所述增压器的通路上安装的空气旁通阀开阀，来减小所述进气节气阀的上游的进气压。
7.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述内燃机具有排气涡轮增压器，
所述进气压控制部通过使在旁通所述增压器的涡轮的通路上安装的废气旁通阀开阀，来减小所述进气节气阀的上游的进气压。
8.如权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述进气压控制部在所述减速运转时，所述空气旁通阀开阀后且经过了规定时间后，使所述空气旁通阀闭阀。
9.如权利要求7所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述进气压控制部在所述减速运转时，所述废气旁通阀开阀后且经过了规定时间后，使所述废气旁通阀闭阀。
10.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述内燃机具有排气涡轮增压器，
所述进气压控制部在减速运转时且所述可变压缩比机构的目标压缩比在第一阈值以上时，使在旁通所述增压器的压缩机的通路上安装的空气旁通阀开阀，所述目标压缩比在比所述第一阈值大的第二阈值以上时，使在旁通所述增压器的涡轮的通路上安装的废气旁通阀开阀，从而使所述进气节气阀的上游的进气压减小。
11.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述内燃机具有惯性增压机构，
所述惯性增压机构构成为，进气通路的下游部分将通路长度短的第一通路和通路长度长的第二通路并联地连接而构成，在所述第一通路和所述第二通路的分岐点具有通路切换阀，该通路切换阀有选择性地使所述第一通路和所述第二通路开通，从而进行切换控制；
所述进气压控制部在所述减速运转且所述可变压缩比机构向提高压缩比的方向工作时，选择所述第二通路并使其开通。
12.一种内燃机的控制方法，所述内燃机具有进气节气阀和使压缩比可变的可变压缩比机构，该内燃机的控制方法的特征在于，
检测所述内燃机的减速运转；
在内燃机减速运转且所述可变压缩比机构工作时，以使所述进气节气阀的上游的进气压减小的方式进行控制。
13.如权利要求12所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
以使所述进气压减小的方式进行控制的步骤在所述可变压缩比机构向提高压缩比的方向工作时，使所述进气节气阀的上游的进气压减小。
14.如权利要求12所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
以使所述进气压减小的方式进行控制的步骤在压缩比越高时，越使所述进气节气阀的上游的进气压较大程度地减小。
15.如权利要求12所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
以使所述进气压减小的方式进行控制的步骤在进行减速运转且所述可变压缩比机构的目标压缩比在阈值以上时，使所述节气阀的上游的进气压减小。
16.如权利要求12所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
以使所述进气压减小的方式进行控制的步骤在进行减速运转且所述可变压缩比机构的目标压缩比的增加量在阈值以上时，使所述节气阀的上游的进气压减小。
17.如权利要求12所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
所述内燃机具有排气涡轮增压器，
以使所述进气压减小的方式进行控制的步骤通过使在旁通所述增压器的压缩机的通路上安装的空气旁通阀开阀，来减小所述进气节气阀上游的进气压。
18.如权利要求12所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
所述内燃机具有排气涡轮增压器，
以使所述进气压减小的方式进行控制的步骤通过使在旁通所述增压器的涡轮的通路上安装的废气旁通阀开阀，来减小所述进气节气阀的上游的进气压减小。
19.如权利要求12所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
所述内燃机具有排气涡轮增压器，
以使所述进气压减小的方式控制的步骤在进行减速运转且所述可变压缩比机构的目标压缩比在第一阈值以上时，使在旁通所述增压器的压缩机的通路上安装的空气旁通阀开阀，并且所述目标压缩比在比所述第一阈值大的第二阈值以上时，使在旁通所述增压器的涡轮的通路上安装的废气旁通阀开阀，从而使所述进气节气阀的上游的进气压减小。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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