CN104956048B - 可变压缩比内燃机的控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

在时间(t1)执行减速时的燃料切断，基于排气空燃比以及吸入空气量，对伴随于该燃料切断而增加的氧吸藏量(rOS)进行推定，在氧吸藏量(rOS)达到阈值时(时间t2)，将目标压缩比(tCR)校正为低于基本目标压缩比(tCR)。在时间(t4)执行燃料恢复，燃烧温度因机械压缩比的降低而降低，在燃烧室中的NOx的生成得到抑制，因此，即使排气净化催化剂(4)的氧吸藏量(rOS)过大，NOx的恶化也得到抑制。

Description

可变压缩比内燃机的控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及能够对机械压缩比进行变更的可变压缩比内燃机，特别是涉及为了降低NOx排出量而对可变压缩比单元进行控制的控制装置以及控制方法。

背景技术

在内燃机的领域，当前已知各种形式的可变压缩比机构。例如，通过使活塞和气缸的相对位置关系发生变化而使机械压缩比可变的可变压缩比机构、利用辅助活塞·气缸使燃烧室的容积发生变化的形式的结构等广为人知。

另一方面，专利文献1中公开有如下技术，即，在排气净化催化剂的温度在燃料切断的过程中降低至小于或等于阈值的情况下，从燃料恢复起规定期间内，利用这种可变压缩比机构使机械压缩比降低。即，在燃料切断的过程中，催化剂中的氧吸藏量增加，但是，如果排气净化催化剂的温度因该燃料切断而过度降低，则在燃料恢复之后，吸藏的氧并不高效地减少，在该期间内，NOx的还原作用降低。在专利文献1的技术中，在排气净化催化剂的温度降低至小于或等于阈值时，通过降低机械压缩比而实现催化剂温度的早期升温，在燃料恢复之后，通过急速地消耗吸藏于催化剂中的氧而抑制NOx的增加。

在专利文献1中，在排气净化催化剂的温度小于或等于阈值时，通过机械压缩比的降低而实现催化剂温度的升温，但是，在燃料切断时间较短的情况下、怠速停止时间较短等的情况下，还能够想到如下状况，即，催化剂温度的降低幅度较小，另一方面，排气净化催化剂中的氧吸藏量变得足够多。在这种情况下，上述专利文献1的技术失去效果，在减少从内燃机排出的NOx这方面还存在改善的余地。

专利文献1：日本特开2009-250163号公报

发明内容

本发明所涉及的可变压缩比内燃机具有：可变压缩比单元，其能够对内燃机的机械压缩比进行变更；以及氧吸藏量获取单元，其求出在上述内燃机的排气系统中设置的排气净化催化剂的氧吸藏量，该可变压缩比内燃机的控制装置与上述氧吸藏量相对应地对上述机械压缩比进行变更。

例如，通过使机械压缩比降低并使燃烧温度降低，从而伴随于燃烧的NOx的生成量本身减少，从燃烧室流入到排气净化催化剂的NOx量减少。因此，以与受到氧吸藏量影响的排气净化催化剂的实际的NOx净化能力相对应的方式对机械压缩比进行变更，由此能够实现向外部排出的NOx排出量的降低。

根据本发明，在排气净化催化剂中的氧吸藏量较多且NOx净化能力较低时，通过机械压缩比的变更而抑制在燃烧室中产生的NOx，因此，向外部排出的NOx排出量降低。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例的结构说明图。

图2是关于该实施例的压缩比控制的框图。

图3是表示该实施例的压缩比控制的流程图。

图4是用于说明该实施例的作用的时序图。

图5是表示冷却水温上升的情况下的作用的例子的时序图。

图6是表示伴随着燃料切断以及燃料恢复的情况下的作用的例子的时序图。

具体实施方式

图1是表示具备本发明所涉及的控制装置的可变压缩比内燃机1的系统结构的结构说明图。

内燃机1具备公知的可变压缩比机构2，该可变压缩比机构2通过多连杆式活塞曲柄机构的连杆几何形状的变更而使活塞上止点位置上下位移，为了连杆几何形状的变更即机械压缩比的变更，具备例如由电动机等构成的压缩比控制致动器3。

在该内燃机1的排气系统中例如安装由三元催化剂构成的排气净化催化剂4。另外，除了具备加速器踏板传感器5以及转速传感器6以外，还具备空气流量计7、水温传感器8以及空燃比传感器9等各种各样的传感器类，其中，作为内燃机1的运转条件，加速器踏板传感器5对由驾驶者操作的加速器踏板的开度(要求负荷tT)进行检测，转速传感器6对内燃机1的转速Ne进行检测，空气流量计7在进气通路中对吸入空气量Qa进行测量，水温传感器8对内燃机1的冷却水温进行检测，空燃比传感器9在排气通路的排气净化催化剂4上游侧对排气空燃比进行测量。这些传感器类的检测信号输入到发动机控制单元10，基于这些检测信号而对控制机械压缩比的压缩比控制致动器3进行驱动，以使得成为目标压缩比。

图2示出利用上述发动机控制单元10实现的压缩比控制的控制框图。基本目标压缩比运算部11基于由加速器踏板传感器5检测出的要求负荷tT、和由转速传感器6检测出的内燃机转速Ne，对机械压缩比的基本值即基本目标压缩比btCR进行计算。氧吸藏量运算部12根据由空气流量计7检测出的吸入空气量Qa、和由空燃比传感器9检测出的空燃比(A/F)，对此时排气净化催化剂4所吸藏的氧吸藏量rOS进行计算。如果作为排气空燃比的稀空燃比的气体流经排气净化催化剂4，则氧吸藏量不断增加，相反，如果作为排气空燃比的浓空燃比的气体流经排气净化催化剂4，则氧吸藏量不断减少，因此，根据吸入空气量Qa和空燃比(A/F)能够逐次求出氧吸藏量rOS。如后文所述，目标压缩比校正部13基于上述的基本目标压缩比btCR、氧吸藏量rOS以及冷却水温Tw而对校正后目标压缩比(tCR)进行计算，并据此对压缩比控制致动器3进行驱动。

图3是表示上述发动机控制单元10中的压缩比控制的处理的流程的流程图。在步骤1中，分别读入要求负荷tT、内燃机转速Ne、吸入空气量Qa、空燃比A/F、冷却水温Tw。在步骤2中，针对此时的要求负荷tT和内燃机转速Ne，对预先作为关系图而存储的基本目标压缩比btCR进行计算。在步骤3中，根据吸入空气量Qa和空燃比A/F，对此时的排气净化催化剂4中的氧吸藏量rOS进行计算。

在下一个步骤4中，判定氧吸藏量rOS是否大于规定的阈值，如果大于阈值则进入步骤5，如果小于或等于阈值则进入步骤8。在步骤5中，判定与排气净化催化剂4的温度相关的冷却水温Tw是否处于高温侧的第1阈值和低温侧的第2阈值之间，如果处于第1阈值和第2阈值之间则进入步骤6，在大于或等于第1阈值的情况下以及小于或等于第2阈值的情况下，进入步骤8。

在步骤6中，基于氧吸藏量rOS而对目标压缩比校正值进行计算。在一个实施例中，相对于从氧吸藏量rOS减去上述阈值得到的差值成正比地对目标压缩比校正值进行赋值。即，超过阈值的氧吸藏量rOS越大，对目标压缩比校正值赋予越大的值。并且，在步骤7中，根据基本目标压缩比btCR和目标压缩比校正值而对最终的校正后目标压缩比tCR进行计算。在一个实施例中，从基本目标压缩比btCR减去目标压缩比校正值，由此求出校正后目标压缩比tCR。

另一方面，在步骤4或者步骤5中为NO时进入的步骤8中，将目标压缩比校正值设为零，并进入步骤7。即，在该情况下，不进行基于氧吸藏量rOS的校正，基本目标压缩比btCR直接成为最终的校正后目标压缩比tCR。

接下来，基于图4的时序图对上述的压缩比控制的作用进行说明。在该图4中，假定冷却水温Tw在高温侧的第1阈值和低温侧的第2阈值之间大致保持恒定。此外，排气净化催化剂4中的氧吸藏量rOS，通过未图示的其他处理流程的氧吸藏量控制即空燃比控制而维持在基本适当的范围内，图4对氧吸藏量rOS因某种理由而以较大的幅度不断增加的状况进行说明。

如图所示，逐渐增加的氧吸藏量rOS在时间t1超过规定的阈值。因此，在时间t1，开始进行使目标压缩比tCR降低的校正，直至时间t2为止，伴随着氧吸藏量rOS的增加，目标压缩比tCR以与相对于阈值的差值成正比的目标压缩比校正值而降低。在时间t2，通过未图示的处理流程的氧吸藏量控制而浓空燃比化，由此，氧吸藏量rOS在此后逐渐减少。氧吸藏量rOS以该方式减少的结果，目标压缩比校正值逐渐减小，因此，目标压缩比tCR不断上升而接近基本目标压缩比btCR。在时间t3，氧吸藏量rOS低于阈值，因此，目标压缩比校正值变为零，在时间t3之后，基本目标压缩比btCR和校正后目标压缩比tCR一致。此外，直至时间t4为止，持续进行浓空燃比化。

图5是用于对基于冷却水温Tw的压缩比校正的限制进行说明的时序图，如图所示，示出了冷却水温Tw从冷机状态不断逐渐上升的状态。此外，在该图5中，为了简化说明，在图示的温度上升期间内，使氧吸藏量rOS保持超过阈值的状态，但是，实际上如图4所示，由于作为氧吸藏量控制的空燃比的控制而产生氧吸藏量rOS的降低。

在该例子中，在时间t1之前，冷却水温Tw比低温侧的第2阈值低。因此，即使氧吸藏量rOS超过阈值，也禁止进行基于该氧吸藏量rOS的目标压缩比tCR的校正。在这种未暖机时即排气净化催化剂4的温度较低的状况下，优先执行用于未图示的其他处理流程的催化剂升温的压缩比控制。

在从时间t1至时间t2期间，冷却水温Tw处于高温侧的第1阈值和低温侧的第2阈值的范围内。因此，执行基于氧吸藏量rOS的目标压缩比tCR的校正。即，相对于基本目标压缩比btCR，使校正后目标压缩比tCR降低。

在图5的例子中，冷却水温Tw在时间t2超过高温侧的第1阈值。因此，禁止进行目标压缩比tCR的校正，成为与基本目标压缩比btCR相等的目标压缩比tCR。这样，在替代性地表示排气净化催化剂4的温度的冷却水温Tw较高时，禁止进行目标压缩比tCR的降低校正，由此能够抑制由排气净化催化剂4的过热而引起的劣化。

此外，在上述实施例中，将冷却水温Tw用作表示排气净化催化剂4的温度的温度参数，但是本发明不限定于此，可以利用温度传感器直接对排气净化催化剂4的温度进行检测，或者可以使用润滑油温度等其他温度参数。

接下来，图6是对减速时的燃料切断时以及其后的燃料恢复时的作用进行说明的时序图。在该图6中，未对冷却水温Tw进行图示，但是，与图4相同，冷却水温Tw在低温侧的第2阈值和高温侧的第1阈值之间保持恒定。另外，假定与运转条件相对应的基本目标压缩比btCR也恒定。

在时间t1之前，进行将氧吸藏量rOS控制为规定的目标值的空燃比反馈控制，伴随着空燃比的变化，氧吸藏量rOS在目标值附近反复地增加·减少。

在时间t1执行燃料切断。如果进行燃料切断，则只有空气流入到排气净化催化剂4，因此，氧吸藏量rOS急剧地增加。

在时间t2，氧吸藏量rOS达到规定的阈值，伴随与此，开始进行目标压缩比tCR的降低校正控制。在该时序图的例子中，在氧吸藏量rOS较多的状态即接近阈值的状态下，开始进行燃料切断(时间t1下的氧吸藏量rOS较多)，因此，如果开始进行燃料切断，则氧吸藏量rOS立即达到阈值，其结果，开始进行目标压缩比tCR的降低校正。即，与前述的专利文献1不同，即使燃料切断的持续时间较短，只要氧吸藏量rOS达到阈值，也进行目标压缩比tCR的降低校正控制。由此，可靠地避免因氧吸藏量rOS过大而导致的燃料刚恢复之后的NOx排出量的恶化。

另外，与上述情况相反，在氧吸藏量rOS较少的状态下开始燃料切断的情况下，直至氧吸藏量rOS达到阈值为止，需要花费某种程度的时间，因此，如果假设燃料切断条件在该期间内不成立而重新开始燃料喷射，则不进行目标压缩比tCR的降低校正。因此，避免了无用的压缩比降低。

在从时间t2至时间t3期间，伴随着燃料切断，氧吸藏量rOS逐渐增加，对应于此而目标压缩比校正值也逐渐增加。并且，在时间t3，氧吸藏量rOS达到排气净化催化剂4的最大氧吸藏量，此后，氧吸藏量rOS变为恒定。因此，在时间t3之后，目标压缩比校正值也变为恒定。

在时间t4，燃料切断的条件不成立，重新开始燃料喷射(燃料恢复)。在燃料刚恢复之后，为了使氧吸藏量rOS尽快恢复为规定的目标值，实施未图示的其他处理流程的浓空燃比化控制。由此，氧吸藏量rOS以较大的斜率减少。直至氧吸藏量rOS返回到规定的目标值附近的范围为止(直至时间t6为止)，持续地进行该浓空燃比化控制。

在执行浓空燃比化控制的中途的定时即时间t5，氧吸藏量rOS变为小于或等于阈值。在从进行燃料恢复的时间t4至该时间t5期间，目标压缩比校正值也与氧吸藏量rOS的减少相对应地不断减少。在从时间t4至时间t5期间，氧吸藏量rOS与阈值相比变得过多，形成为排气净化催化剂4的NOx净化能力较低的状态，但进行目标压缩比tCR的降低校正，从内燃机1的燃烧室排出的NOx量因燃烧温度的降低而得到抑制，因此，从排气净化催化剂4通过并向外部释放的NOx量也减少，排放情况变得良好。此外，在氧吸藏量rOS过多的状况下，仅在实际上进行燃烧的从时间t4至时间t5期间实施用于抑制在燃烧室中产生的NOx的压缩比的降低校正就足够，但是，可变压缩比机构2的压缩比控制伴随有延迟，因此，在该例子中，从燃料切断过程中的时间t2起开始进行压缩比的降低校正。

在时间t6，氧吸藏量rOS返回到规定的目标值附近的范围。燃料刚恢复之后的浓空燃比化控制在该时刻结束，此后，重新开始基于氧吸藏量rOS的空燃比反馈控制。

这样，根据上述实施例，基于排气净化催化剂4的氧吸藏量rOS而进行目标压缩比tCR的降低校正，因此，例如即使在短时间的燃料切断中，在氧吸藏量rOS变得过大的状况下，也执行压缩比降低校正，能够可靠地抑制燃料刚恢复之后的NOx的恶化。另外，反之即使在长时间的燃料切断中，只要处于氧吸藏量rOS未变得过大的状况下，也不进行无用的压缩比降低，例如能够抑制排气净化催化剂4的过热。

此外，本发明不仅能够应用于上述实施例那样的利用多连杆式活塞曲柄机构的可变压缩比机构上，还能够应用于具备各种形式的可变压缩比机构的内燃机上。

Claims (3)

1.一种可变压缩比内燃机的控制装置，其具有：

可变压缩比单元，其能够对内燃机的机械压缩比进行变更；

氧吸藏量获取单元，其求出在所述内燃机的排气系统中设置的排气净化催化剂的氧吸藏量；以及

对与所述排气净化催化剂的温度相关的温度参数进行检测的单元，

该可变压缩比内燃机的控制装置与所述氧吸藏量相对应地，对所述机械压缩比进行变更，

并且，在处于所述温度参数比规定的阈值低的低温侧的情况下，禁止基于氧吸藏量的机械压缩比的变更，

与内燃机运转条件相对应地，对所述机械压缩比的基本值进行设定，

在所述氧吸藏量比阈值多的情况下，使机械压缩比低于所述基本值，

在氧吸藏量比阈值多的情况下，氧吸藏量越多，使机械压缩比相对于所述基本值的降低幅度越增大。

2.根据权利要求1所述的可变压缩比内燃机的控制装置，其中，

在处于所述温度参数比规定的高温侧阈值高的高温侧的情况下，禁止基于氧吸藏量的机械压缩比的变更。

3.一种可变压缩比内燃机的控制方法，该可变压缩比内燃机能够对内燃机的机械压缩比进行变更，

在该控制方法中，

求出在所述内燃机的排气系统中设置的排气净化催化剂的氧吸藏量，并且，求出与所述排气净化催化剂的温度相关的温度参数，

与所述氧吸藏量相对应地对所述机械压缩比进行变更，

并且，在处于所述温度参数比规定的阈值低的低温侧的情况下，禁止基于氧吸藏量的机械压缩比的变更，

与内燃机运转条件相对应地，对所述机械压缩比的基本值进行设定，

在所述氧吸藏量比阈值多的情况下，使机械压缩比低于所述基本值，

在氧吸藏量比阈值多的情况下，氧吸藏量越多，使机械压缩比相对于所述基本值的降低幅度越增大。