CN104919165B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机的控制装置(100)，具有：点火能量计算部，其基于燃料的十六烷值而对内燃机(5)的气缸(11)内的燃料的点火所需的能量、即点火能量进行计算；缸内能量累计值计算部，其对缸内能量的累计值进行计算；点火延迟时间计算部，其将从燃料被喷射至气缸内起至缸内能量的累计值成为点火能量以上所需的时间作为点火延迟时间而进行计算。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的控制装置。
背景技术
目前已知一种对从燃料自燃料喷射阀被喷射起至燃料点火为止的时间、即点火延迟时间进行计算的技术。例如在专利文献1中公开了如下技术，即，基于基本燃料喷射正时处的缸内温度以及缸内压力，而对在基本燃料喷射正时喷射了燃料的情况下的点火延迟时间进行计算的技术。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-101591号公报
发明内容
发明所要解决的课题
另外，虽然认为点火延迟时间会根据燃料的十六烷值而发生变化，但在专利文献1所涉及的技术中，由于在点火延迟时间的计算时所使用的参数中没有被用到十六烷值，因而未必能够高精度地计算出与十六烷值相对应的点火延迟时间。
本发明的目的在于，提供一种能够高精度地计算出与十六烷值相对应的点火延迟时间的内燃机的控制装置。
用于解决课题的方法
本发明所涉及的内燃机的控制装置具有：点火能量计算部，其基于燃料的十六烷值，而对内燃机的气缸内的燃料的点火所需的能量、即点火能量进行计算；缸内能量累计值计算部，其对缸内能量的累计值进行计算；点火延迟时间计算部，其将从燃料被喷射至所述气缸内起至所述缸内能量的累计值成为所述点火能量以上所需的时间作为点火延迟时间而进行计算。
根据本发明所涉及的内燃机的控制装置，能够将从燃料被喷射至气缸内起至缸内能量的累计值成为基于十六烷值而计算出的点火能量以上所需的时间作为点火延迟时间而进行计算。由此，能够高精度地计算出与十六烷值相对应的点火延迟时间。
上述构成还可以具备控制部，其基于由所述点火延迟时间计算部计算出的所述点火延迟时间，而对燃料的喷射正时进行控制。
根据该构成，能够基于与十六烷值相对应的点火延迟时间而对燃料的喷射正时进行控制。由此，即使作为内燃机的燃料而使用了十六烷值与最初设定的十六烷值不同的的燃料，也能够对耗油率及排放物等的燃烧状态的恶化进行抑制。
发明效果
根据本发明能够提供一种可高精度地计算出与十六烷值相对应的点火延迟时间的内燃机的控制装置。
附图说明
图1为表示应用了控制装置的内燃机的一个示例的模式图。
图2为表示控制装置执行点火延迟时间计算控制时的流程图的一个示例的图。
图3(a)为表示将点火能量与十六烷值进行关联并规定的映射图的一个示例的模式图。图3(b)为用于视觉性地说明点火延迟时间的计算方法的模式图。
具体实施方式
下面，对用于实施本发明的方式进行说明。
实施例
对本发明实施例所涉及的内燃机的控制装置(以下，称为控制装置100)进行说明。首先，对应用了控制装置100的内燃机的结构的一个示例进行说明，接下来，对控制装置100的详细情况进行说明。图1为表示应用了控制装置100的内燃机5的一个示例的模式图。图1所示的内燃机5被搭载在车辆上。在本实施例中，作为内燃机5的示例，使用了压缩点火式内燃机、具体而言使用了柴油机。内燃机5具备内燃机主体10、进气通道20、排气通道21、节气门22、燃料喷射阀30、共轨40、泵41、EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)通道50、EGR阀51、增压器60、内部冷却器70、空气流量传感器80、温度传感器81、缸内压力传感器82、燃料特性传感器83、控制装置100。
内燃机主体10具有形成有气缸11的气缸体、配置于气缸体的上部处的气缸盖、配置于气缸11中的活塞。在本实施例中，气缸11的数量为多个(具体而言为4个)。进气通道20的下游侧分支并与各个气缸11连接。从进气通道20中的上游侧的端部流入有新鲜空气。排气通道21的上游侧分支并与各个气缸11连接。节气门22被配置于进气通道20上。节气门22通过接收来自控制装置100的指示而进行开闭，从而对被导入到气缸11内的空气量进行调节。
燃料喷射阀30、共轨40以及泵41通过配管而被连通。搭载在车辆上的燃料罐42中所贮存的燃料(本实施例中使用轻油作为燃料)通过泵41而被加压输送并被供给至共轨40，并在共轨40中成为高压后被供给至燃料喷射阀30。本实施例所涉及的燃料喷射阀30为了向各个气缸11直接喷射燃料而在内燃机主体10中被配置有多个。
EGR通道50为将从气缸11被排出的排气的一部分再循环到气缸11中的通道。以下，有时将被导入到气缸11中的排气称为EGR气体。本实施例所涉及的EGR通道50对进气通道20的通道中途与排气通道21的通道中途进行连接。EGR阀51被配置在EGR通道50上。EGR阀51通过接收来自控制装置100的指示而进行开闭，从而调节EGR气体的量。
增压器60是对被吸入到内燃机5中的空气进行压缩的装置。增压器60具备被配置在排气通道21上的汽轮机61和被配置在进气通道20上的压缩机62。汽轮机61以及压缩机62通过连接部件而被连接。在汽轮机61受到来自从排气通道21通过的排气的力而进行旋转时，与汽轮机61连接的压缩机62也将进行旋转。通过压缩机62进行旋转，从而使进气通道20中的空气被压缩。由此，流入气缸11的空气被增压。内部冷却器70被配置在进气通道20中的与压缩机62相比靠下游侧且与节气门22相比靠上游侧处。内部冷却器70中被导入有冷却剂。内部冷却器70通过被导入至内部冷却器70中的冷却剂而对进气通道20的空气进行冷却。另外，被导入到内部冷却器70中的冷却剂的流量由控制装置100进行控制。
空气流量传感器80为，对进气通道20的空气量(g/s)进行检测的传感器。空气流量传感器80将检测结果向控制装置100传输。另外，虽然本实施例所涉及的空气流量传感器80被配置在进气通道20中的与压缩机62相比靠上游侧处，但空气流量传感器80的配置位置并不限定于此。温度传感器81为，对进气通道20中的空气的温度进行检测的传感器。温度传感器81将检测结果向控制装置100传输。虽然本实施例所涉及的温度传感器81被配置在进气通道20中的与节气门22相比靠下游侧的部位处，但温度传感器81的配置位置并非限定于此位置。缸内压力传感器82为，对气缸11内的压力即缸内压力进行检测的传感器。缸内压力传感器82将检测结果向控制装置100传输。本实施例所涉及的缸内压力传感器82被配置在内燃机主体10上。燃料特性传感器83为，对燃料的特性进行检测的传感器。燃料特性传感器83将检测结果向控制装置100传输。虽然本实施例所涉及的燃料特性传感器83被配置在燃料罐42中并检测燃料罐42的燃料的特性，但燃料特性传感器83的配置位置并非限定于此位置。另外，除了这些传感器以外，内燃机5还具备曲轴位置传感器等的各种传感器。
控制装置100为，对内燃机5进行控制的装置。本实施例所涉及的控制装置100对内燃机5的节气门22、燃料喷射阀30、泵41、EGR阀51以及内部冷却器70进行控制。此外，控制装置100计算燃料的点火延迟时间，并基于被计算出的点火延迟时间而对燃料的喷射正时进行控制(以下、将此控制处理称为点火延迟时间计算控制)。在本实施例中，作为控制装置100的一个示例，使用具备CPU(Central Processing Unit：中央处理器)101、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)102以及RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)103的电子控制装置(Electronic Control Unit:ECU)。另外，后述的各个流程图中的各个步骤由CPU101执行。此外，ROM102以及RAM103具有作为存储CPU101的动作所需的信息的存储部的功能。
接着，使用流程图而对控制装置100的点火延迟时间计算控制的详细内容进行说明。图2为表示控制装置100执行点火延迟时间计算控制时的流程图的一个示例的图。控制装置100以预定周期而反复执行图2的流程图。首先，控制装置100取得燃料的十六烷值(CN)(步骤S10)。此处，所谓十六烷值是指表示点火性的指标，其值越增大则燃料越变得容易点火，其值越减小则燃料越变得难以点火。本实施例所涉及的控制装置100基于燃料特性传感器83的检测结果而取得十六烷值。另外，由于根据燃料特性传感器83的检测结果而取得十六烷值的具体方法能够应用公知的方法，从而在此省略详细说明。
另外，通过控制装置100而取得十六烷值的具体的取得方法，并非限定于上述的方法。下面列举其他示例，由于具有十六烷值越低则内燃机5中越容易发生失火的倾向，因而十六烷值越低则预定期间中的失火次数(即失火频率)越增多。因此，控制装置100还能够用公知的方法来检测出预定期间中的失火次数，并基于该检测结果来取得十六烷值。
在步骤S10之后，控制装置100基于在步骤S10中所取得的十六烷值来计算点火能量(Ei)(步骤S20)。所谓点火能量是指，气缸11内的燃料的点火(具体而言为压缩点火)所需的能量，更详细而言为，从燃料自燃料喷射阀30被喷射到气缸11内起至被喷射的燃料点火为止的期间内需要向气缸11内的空气施加的热能。
具体而言，本实施例所涉及的步骤S20以以下方式被执行。图3(a)为表示将点火能量与十六烷值进行关联并规定的映射图的一个示例的模式图。图3(a)中所图示的曲线表示点火能量(Ei)，其在十六烷值(CN)越高时越采用较低的值。即，图3(a)的映射为，以十六烷值越升高则点火能量越降低的方式而将点火能量与十六烷值进行关联并规定的映射图。图3(a)的映射图通过实验、模拟等预先求得，并存储到存储部中。在步骤S20中，控制装置100通过从图3(a)的映射图中提取出在步骤S10中所取得的与十六烷值相对应的点火能量，并将所提取出的点火能量了临时性地存储到存储部中，从而基于十六烷值而取得点火能量。下面列举图3(a)的映射图的使用例，例如在步骤S10中所取得的十六烷值为A的情况下，控制装置100取得B的值以作为点火能量。另外，步骤S20所涉及的点火能量的具体的取得方法，并不限定于基于这种映射图而取得的方法，例如控制装置100也可以基于预定的运算式来计算点火能量。
在步骤S20之后，控制装置100对缸内能量的累计值、即缸内能量累计值(Ea)进行计算(步骤S30)。所谓缸内能量累计值是指，从燃料被喷射至气缸11内起的气缸11内(即缸内)被施加的能量(即缸内能量)的累计值。如果为了更容易理解而用其他表述进行说明的话，则所谓缸内能量累计值是指，从向气缸11内的燃料喷射开始时刻起开始被施加至缸内的能量(缸内能量)的累计值，更具体而言为，将向气缸11内的燃料喷射开始时刻作为累计的起算点，并对向气缸11内的空气、燃料以及混合气体(燃料+空气)所施加的热能进行累计而得的值。
关于步骤S30的具体的执行方法，虽然只要是能够计算出缸内能量累计值的方法则并未被特别地限定，但本实施例所涉及的控制装置100中作为示例而通过以下的方法来计算缸内能量累计值。具体而言，本实施例所涉及的控制装置100基于缸内压力(气缸11内的压力)与缸内温度(气缸11内的温度)来计算缸内能量累计值。更具体而言，控制装置100基于下面所示的数学式1(这是作为Livengood-Wu的公式而已知的数学式)来计算缸内能量累计值(Ea)。数学式1所涉及的Livengood-Wu的公式为，基于缸内压力以及缸内温度来计算缸内能量累计值的运算式，其被预先存储于控制装置10的存储部中。
【数学式1】
E a = ∫ τ 0 τ 1 [ 1 a P n × e b T ] d t
在数学式1中，τ0为燃料被喷射到气缸11内的时间，这是燃料喷射阀30喷射燃料的时间。另外，虽然对此将在后文进行叙述，但本实施例所涉及的控制装置100将执行步骤S30直到在步骤S40中被判断为发生了点火为止。所以，在本实施例中τ1成为在步骤S40中被判断为发生了点火的时间。因此，本实施例所涉及的缸内能量累计值(Ea)还可以为，从燃料被喷射到气缸11内起至被判断为发生了点火为止的期间内的缸内能量的累计值。
另外，在数学式1中，P为缸内压力，T为缸内温度。本实施例所涉及的控制装置100基于缸内压力传感器82的检测结果而取得缸内压力。但是，缸内压力的具体的取得方法并非限定于此，例如控制装置100也可以基于与缸内压力相关的指标而取得缸内压力。此外，本实施例所涉及的控制装置100基于与缸内温度相关的指标而取得缸内温度。作为该指标的一个示例，控制装置100使用了进气通道20中的空气的温度(空气温度)以及内燃机5的负载。另外，空气温度越高则缸内温度越升高，负载越高则缸内温度也越升高。在此情况下，控制装置100的存储部中存储有缸内温度与空气温度以及负载(本实施例中作为负载的一个示例而使用转速)关联而被规定的映射图。控制装置100基于温度传感器81的检测结果而取得进气通道20中的空气温度，并基于曲轴位置传感器的检测结果而取得内燃机5的转速。控制装置100基于所取得的空气温度以及转速而从存储部的映射图中提取缸内温度，并将所提取的缸内温度作为数学式1中的缸内温度(T)而使用。
但是，控制装置100所实施的缸内温度的取得方法并不限定于上述方法。如果列举其他示例，则例如由于缸内压力与缸内温度具有相关关系，因此控制装置100能够基于缸内压传感器82所检测出的缸内压力而取得缸内温度。此外，在假设内燃机5具有可直接检测缸内温度的温度传感器的情况下，控制装置100也可以基于该温度传感器的检测结果而取得缸内温度。
此外，在数学式1中，a、b以及n是预定的常数。在本实施例中，作为数学式1的a、b以及n，使用了与具有预定的十六烷值的燃料相对应的a、b以及n的值。具体而言，在本实施例中，作为预定的十六烷值的一个示例，使用了燃料的一般十六烷值、即53。并且，在使用十六烷值为53的燃料的情况下，预先求得满足数学式1的a、b以及n，并以该a、b以及n的值作为数学式1的a、b以及n而使用。如此，在本实施例所涉及的控制装置100中，作为数学式1的a、b以及n，并未使用根据十六烷值而有所不同的值，而是使用与预定的十六烷值(具体而言为燃料的一般十六烷值、即53)的燃料相对应的a、b以及n的值(常数)。
在步骤S30之后，控制装置100对步骤S30中所取得的缸内能量累计值(Ea)是否为步骤S20中所取得的点火能量(Ei)以上进行判断(步骤S40)。此外，控制装置100在判断为缸内能量累计值(Ea)为点火能量(Ei)以上时(是(Yes)时)，判断为气缸11内的燃料已点火(即发生了点火)。控制装置100在未判断为缸内能量累计值(Ea)在点火能量(Ei)以上时(否(No)时)，判断为未发生点火。此外，控制装置100在步骤S40中判断为否的情况下，执行步骤S30，接着执行步骤S40。其结果为，本实施例所涉及的控制装置100反复执行步骤S30中数学式1的运算，直至在步骤S40中被判断为是为止。
在步骤S40中被判断为是的情况下，控制装置100对点火延迟时间(步骤S50)进行计算。本实施例所涉及的控制装置100将从燃料自燃料喷射阀30被喷射到气缸11内起至步骤S30中所取得的缸内能量累计值(Ea)成为步骤S20中所取得的点火能量(Ei)以上所需的时间，作为点火延迟时间而进行计算。具体而言，本实施例所涉及的控制装置100取得从燃料自燃料喷射阀30被喷射起至步骤S40的判断处理被判断为是为止所需要的时间，并将该取得的时间作为点火延迟时间而取得。
根据附图对步骤S50进行说明如下。图3(b)为用于视觉性地说明点火延迟时间的计算方法的模式图。图3(b)的纵轴表示缸内能量累计值(Ea)，横轴表示从喷射开始起的经过时间。图3(b)中所图示的斜线表示缸内能量累计值的时间变化的直线，在横轴中越趋向右侧则越上升。此处设为，在从喷射开始起的经过时间成为C的时刻处，缸内能量累计值(Ea)成为点火能量(Ei)以上。在此情况下，在时间C处，步骤S40中被判断为是且被判断为发生了点火。在此情况下，控制装置100在步骤S50中将时间C作为点火延迟时间而进行计算。
参照图2，在步骤S50之后，控制装置100基于在步骤S50中所计算出的点火延迟时间而对燃料的喷射正时进行控制(步骤S60)。具体而言，控制装置100根据步骤S50中所计算出的点火延迟时间，以使耗油率或排气等的表示内燃机5的燃烧状态的指标成为适当的值的方式，而对燃料的喷射正时进行补正。更具体而言，控制装置100的存储部中预先存储有成为基准的点火延迟时间(以下，称为基准点火延迟时间)。在步骤S60中，控制装置100在步骤S50中所计算的点火延迟时间与基准点火延迟时间之差越大(即步骤S50中所计算出的点火延迟时间与预先设定的基准点火延迟时间相比而越长)时，越将燃料的喷射正时变更为较早的正时。但是，步骤S60的具体的控制内容只需为能够根据步骤S50中所计算的点火延迟时间而使耗油率及排放物等适当化的控制即可，而并非限定于此。在步骤S60之后，控制装置100结束流程图的执行。
另外，执行步骤S10的控制装置100的CPU101具有作为取得内燃机5中所使用的燃料的十六烷值的十六烷值取得部的功能。执行步骤S20的CPU101具有作为基于十六烷值来计算点火能量的点火能量计算部的功能。执行步骤S30的CPU101具有作为计算缸内能量累计值的缸内能量累计值计算部的功能。执行步骤S40的CPU101还具有作为如下的判断部和点火判断部的功能，所述判断部对通过缸内能量累计值计算部而被计算出的缸内能量累计值是否为通过点火能量计算部而计算出的点火能量以上进行判断；所述点火判断部基于该判断结果来判断是否发生了点火。执行步骤S50的CPU101具有作为点火延迟时间计算部的功能，所述点火延迟时间计算部将从燃料被喷射至气缸11内起至缸内能量累计值成为点火能量以上所需要的时间，作为点火延迟时间而进行计算。执行步骤S60的CPU101具有作为控制部的功能，所述控制部基于由点火延迟时间计算部而计算出的点火延迟时间来对燃料的喷射正时进行控制。
如上述说明所示，本实施例所涉及的控制装置100将从燃料被喷射到气缸11内起至缸内能量累计值成为基于十六烷值而被计算出的点火能量以上所需要的时间作为点火延迟时间而进行计算。由此，能够高精度地计算出与十六烷值相对应的点火延迟时间。
另外，燃料的点火延迟时间也可以以如下方式进行计算，例如，使用分析器来分析内燃机5中所使用的燃料的粘性等的物理特性以及燃料的组成比例等的化学组成，并基于该分析结果来进行计算。但是，将这种分析器搭载在车辆上并在每次补给燃料时通过分析器来计算点火延迟时间，并不能说是容易的事情。相对于此，根据本实施例所涉及的控制装置100，能够通过电子控制装置(ECU)来计算与十六烷值相对应的点火延迟时间，从而使得向内燃机5以及车辆搭载的搭载性良好。如此，通过被搭载在内燃机5或车辆上的车载仪器(即ECU)能够容易地计算出点火延迟时间，在这一点上可以说本实施例所涉及的控制装置100在产业上的可利用性较高。
另外，根据本实施例所涉及的控制装置100，由于基于由点火延迟时间计算部所计算出的点火延迟时间而对燃料的喷射正时进行控制(步骤S60)，因而能够基于与十六烷值相对应的点火延迟时间而对燃料的喷射正时进行控制。由此，即使使用了十六烷值与最初设定的十六烷值不同的燃料来作为内燃机5的燃料，也能够对耗油率及排放物等的燃烧状态发生恶化的情况进行抑制。
以上虽然对本发明优选的实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于所涉及的特定的实施方式，在被记载在权利要求书中的本发明的宗旨的范围内，可以进行各种改变或变更。
符号说明
5……内燃机
10……内燃机主体
11……气缸
20……进气通道
21……排气通道
22……节气门
30……燃料喷射阀
40……共轨
50……EGR通道
51……EGR阀
60……增压器
70……内部冷却器
100……控制装置

Claims (2)

1.一种内燃机的控制装置，具备：
点火能量计算部，其基于燃料的十六烷值，而对内燃机的气缸内的燃料的点火所需的能量、即点火能量进行计算；
缸内能量累计值计算部，其对缸内能量的累计值进行计算，该缸内能量的累计值为，对从燃料被喷射至所述气缸内起向所述气缸内施加的热能量进行累计而得的值；
点火延迟时间计算部，其将从燃料被喷射至所述气缸内起至所述缸内能量的累计值达到所述点火能量所需的时间作为点火延迟时间而进行计算。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，
具备控制部，所述控制部根据由所述点火延迟时间计算部计算出的所述点火延迟时间，而对燃料的喷射正时进行控制。
CN201380070692.0A 2013-01-18 2013-10-21 内燃机的控制装置 Expired - Fee Related CN104919165B (zh)

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