CN105164390A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

控制装置应用于如下的内燃机(1)：在排气通路(4)设置有能够调整排气通路(4)的排气的流量的排气节流阀(23)，具备能够变更开闭进气门(40)的正时的进气开闭气门机构(42)或能够变更开闭排气门(41)的正时的排气气门机构(43)，能够设置进气门(40)的打开期间与排气门(41)的打开期间重叠的重叠期间，所述控制装置控制排气节流阀(23)，以使得重叠期间中的排气节流阀(23)的开度比没有设置重叠期间的情况下的排气节流阀(23)的开度小。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及应用于在排气通路具备排气节流阀的内燃机的控制装置。

背景技术

已知有如下一种内燃机的控制装置：将设置于EGR通路的EGR阀关闭而使与排气歧管相通的空间的容积缩小，由此，扩大排气歧管压力脉动的振幅，能够使各气缸的进气门打开期间与排气门打开期间相重叠的重叠期间内的排气歧管压力降低(参照专利文献1)。另外，作为与本发明相关联的现有技术文献，还存在专利文献2。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-091917号

专利文献2：日本特开2009-180204号

发明内容

发明要解决的课题

当在内燃机的重叠期间内进气压力比排气压力高时，进气会穿过气缸，催化剂由于氧过剩、温度上升而劣化，催化剂的净化效率降低。但是，若为了抑制催化剂劣化而通过使关闭排气门的正时提前或者使打开进气门的正时延迟来缩短或消除重叠期间，则进气的填充效率会降低。因此，高负荷时的内燃机的性能降低。

因此，本发明的目的在于，提供一种既能够抑制内燃机在高负荷时的性能降低又能够抑制催化剂劣化的内燃机的控制装置。

用于解决课题的手段

本发明的内燃机的控制装置，应用于如下的内燃机：在排气通路设有能够调整所述排气通路的排气的流量的排气节流阀，具备能够变更开闭进气门的正时的进气可变气门机构和能够变更开闭排气门的正时的排气可变气门机构的至少一方，能够设置所述进气门的打开期间与所述排气门的打开期间重叠的重叠期间，所述控制装置具备控制所述排气节流阀的阀控制单元，其中，所述阀控制单元控制所述排气节流阀，以使得在所述重叠期间中的所述排气节流阀的开度比没有设置所述重叠期间的情况下的所述排气节流阀的开度小。

根据本发明的内燃机的控制装置，重叠期间中的排气节流阀的开度比没有设置重叠期间的情况下的开度小，因此，重叠期间中的排气压力比没有设置重叠期间的情况下高。因此，能够减少或消除进气的穿过，所以能够抑制催化剂劣化。

在本发明的内燃机的控制装置的一个方案中，可以还具备：检测进气通路的进气压力的进气压检测单元、和检测所述排气通路的比所述排气节流阀靠上游侧的排气压力的排气压检测单元，所述阀控制单元在所述重叠期间中且所述排气压力为所述进气压力以下的情况下，向关闭方向控制所述排气节流阀。。

根据该方案，在重叠期间中且排气压力为进气压力以下的情况下，阀控制单元向关闭方向控制排气节流阀，由此，能够在重叠期间中减少排气压力与进气压力之差，或者使排气压力比进气压力高。由此，能够减少或消除进气的穿过，所以能够抑制催化剂劣化。

在本发明的内燃机的控制装置的一个方案中，可以还具备：检测进气通路的进气压力的进气压检测单元、和检测所述排气通路的比所述排气节流阀靠上游侧的排气压力的排气压检测单元，所述阀控制单元控制所述排气节流阀，以使得在所述重叠期间中所述排气压力比所述进气压力高。

根据该方案，在重叠期间中排气压力比进气压力高，因此，不会产生进气穿过气缸。因此，能够抑制催化剂劣化。

附图说明

图1是示出本发明的一实施方式的内燃机的控制装置的图。

图2是在沿着气缸的中心线的平面切断应用了本发明的一实施方式的控制装置的内燃机得到的剖视图。

图3是示出ECU所执行的控制例程的一例的流程图。

图4是示出在第2实施方式中ECU所执行的控制例程的流程图。

图5是示出第2实施方式中的排气节流阀的动作的一例的时序图。

图6是示出自然进气直列3缸发动机的节气门全开时的产生转矩的图。

图7是示出将排气节流阀保持着全开的状态使用的情况下的进气压力和排气压力的变化的图。

图8是示出第2实施方式中的进气压力和排气压力的变化的图。

图9是示出对催化剂应力进行比较的图。

图10是示出对节气门全开时的产生转矩进行比较的图。

具体实施方式

(第1实施方式)

图1所示的内燃机1作为行驶用动力源而搭载于未图示的车辆。内燃机1构成为第1气缸2a、第2气缸2b以及第3气缸2c沿着一个方向排列的直列3缸式火花点火内燃机。内燃机1的点火顺序设定为气缸2a→气缸2b→气缸2c。以下，在无需将气缸2a、气缸2b以及气缸2c彼此进行区别的情况下，表述为气缸2。在各气缸2分别连接有进气通路3和排气通路4。

进气通路3具备节气门10、稳压罐11以及分支管12。对每个气缸2设置一个分支管12从而设置共计3个分支管12。3个分支管12各设置有1个进气压传感器13作为进气压检测单元。内燃机1经由节气门10和稳压罐11通过分支管12向每个气缸2分配吸入空气而将吸入空气填充于各气缸2。节气门10能够调整在进气通路3中流动的进气的流量。

排气通路4具备排气歧管20、第1催化剂21、第2催化剂22、排气节流阀23、副消声器24以及主消声器25。在排气歧管20的按每个气缸2分支出的3个部分各设置有1个排气压传感器26作为排气压检测单元。从各气缸2排出的排气在排气歧管20集合，该集合后的排气被催化剂21和催化剂22净化有害物质，之后，经由排气节流阀23、副消声器24以及主消声器25而排出至大气。排气节流阀23能够调整在排气通路4中流动的排气的流量。

如图2所示，内燃机1具备形成有各气缸2的气缸体30和封闭各气缸2的开口部的气缸盖31。并且，通过在各气缸2插入活塞32，在各气缸2的活塞32与气缸盖31之间形成了燃烧室33。在气缸盖31按每个气缸2形成有朝向燃烧室33开口的进气口34和排气口35。进气口34构成进气通路3的一部分，排气口35构成排气通路4的一部分。在气缸盖31设置有向进气口34内喷射燃料的燃料喷射阀36和在燃烧室33内将燃料与进气的混合气体点燃的火花塞37。在进气口34设置有进气门40，在排气口35设置有排气门41。

如图1所示，内燃机1具备能够变更开闭进气门40的正时的进气可变气门机构42和能够变更开闭排气门41的正时的排气可变气门机构43。进气可变气门机构42和排气可变气门机构43是使分别驱动进气门40和排气门41的凸轮的相位连续可变的周知的机构。此外，也可以代替这些机构42和43而采用具有其他构造的机构。通过进气可变气门机构42和排气可变气门机构43，能够变更进气门40打开期间与排气门41打开期间相重叠的重叠期间的长度。

在内燃机1设置有使排气再次循环到进气系统的EGR装置50。EGR装置50具备：EGR通路51，其从排气通路4的催化剂21与催化剂22之间取出排气的一部分作为EGR气体而将其引导至各分支管12内；EGR冷却器52，其将引导至EGR通路51的EGR气体冷却；以及EGR阀53，其调整在EGR通路41中流动的EGR气体的流量。

内燃机1的各部分的控制由作为计算机而构成的发动机控制单元(ECU)60控制。ECU60包括微型处理器和其工作所需的RAM、ROM等外围设备。ECU60对排气节流阀23、进气可变气门机构42以及排气可变气门机构43等进行各种控制。对ECU60输入进气压传感器13的输出信号、排气压传感器26的输出信号以及曲轴角传感器61的输出信号等。根据曲轴角传感器61的输出，能够检测曲轴的旋转位置和/或发动机旋转速度(发动机转速)。

图3是示出ECU60所实施的控制例程的一例的流程图。图3的控制例程的程序保持于ECU60，被适时读取而以预定间隔反复执行。ECU60通过执行图3的控制例程，作为本发明的阀控制单元而发挥功能。

在该控制例程中，ECU60首先在步骤S1中，进行如下控制：根据由曲轴角传感器61检测到的发动机转速等，分别使进气可变气门机构42和排气可变气门机构43提前或延迟，变更开闭进气门40和排气门41的正时。

在接下来的步骤S2中，ECU60判定有无进气门40打开期间与排气门41打开期间相重叠的重叠期间。进气门40打开期间能够根据存储于ROM等的作为基准的打开期间、和在步骤S1中控制得到的进气可变气门机构42的提前量或延迟量而算出。同样，排气门41的打开期间也能够根据存储于ROM等的作为基准的打开期间、和在步骤S1中控制得到的排气可变气门机构43的提前量或延迟量而算出。ECU60根据通过这些方法算出的进气门40打开期间和排气门41打开期间来判定有无重叠期间。在没有重叠期间的情况下，不使排气节流阀动作而结束本次例程。而在存在重叠期间的情况下，前进至步骤S3。在步骤S3中，ECU60算出重叠期间。ECU60根据通过上述方法算出的进气门40打开期间和排气门41打开期间来算出重叠期间。

在接下来的步骤S4中，ECU60算出第n个点火了的气缸2的重叠期间中的进气压力Pin与排气压力Pex之差的最大值M(n)。ECU60在气缸2的重叠期间中，一边持续检测进气压力Pin和排气压力Pex，一边算出进气压力Pin与排气压力Pex之差。然后，算出第n个点火了的气缸2的重叠期间内的该差的最大值作为M(n)。最大值M(n)由下式1定义。

M(n)＝((Pin-Pex)max)n.....1

进气压力Pin能够由进气压传感器13检测，该进气压传感器13设置在与各气缸2连接的分支管12。排气压力Pex能够由排气压传感器26检测，该排气压传感器26设置在排气歧管20的按每个气缸2分支出的部分中与各气缸2连接的部分。ECU60根据这些检测到的进气压力Pin和排气压力Pex来算出最大值M(n)。

在接下来的步骤S5中，ECU60判定是否使排气节流阀23向关闭方向动作。具体地说，判定最大值M(n)是否为0以上。最大值M(n)为0以上即M(n)≥0的情况是进气压力Pin为排气压力Pex以上的情况。最大值M(n)为0以上的情况下，前进至步骤S6，ECU60使排气节流阀23向关闭方向动作。然后，结束本次例程。而在最大值M(n)小于0的情况下，前进至步骤S7，ECU60使排气节流阀23向打开方向动作。然后，结束本次例程。

通过ECU60执行图3的控制例程，由此，若在重叠期间内，产生排气压力成为进气压力以下的状态，则排气节流阀23被向关闭方向控制。通过该控制，能够在重叠期间内使排气压力与进气压力之差缩小，或者使排气压力比进气压力高。由此，能够减少或消除进气的穿过，所以能够抑制催化剂劣化。

(第2实施方式)

接着，对本发明的第2实施方式进行说明。本实施方式除了ECU60对排气节流阀23的控制方法与第1实施方式不同之外，具有与第1实施方式相同的构成。以下，对第2实施方式的特征部分进行说明，对与第1实施方式相同的部分在图中标注相同的附图标记而省略说明。

图4是示出ECU60所实施的控制例程的一例的流程图。图4的控制例程的程序保持于ECU60，被适时读取而以预定间隔反复执行。ECU60通过执行图4的控制例程，作为本发明的阀控制单元而发挥功能。

在该控制例程中，ECU60首先在步骤S21中，与图3的步骤S1同样地，进行如下控制：根据由曲轴角传感器61检测到的发动机转速等，分别使进气可变气门机构42和排气可变气门机构43提前或延迟，变更开闭进气门40和排气门41的正时。

在接下来的步骤S22中，ECU60与图3的步骤S2同样地，判定有无重叠期间。并且，在不存在重叠期间的情况下，不使排气节流阀动作而结束本次例程。而在存在重叠期间的情况下，前进至步骤S23。在步骤S23中，ECU60与图3的步骤S3同样地，算出进气门40打开期间与排气门41打开期间相重叠的重叠期间。

在接下来的步骤S24中，ECU60算出用于判断是否应该将排气节流阀23向关闭方向控制的判定基准C(n)。为了算出该判定基准C(n)，ECU60算出最大值M(n)和变化量ΔM(n)。ECU60与图3的步骤S3同样地，算出第n个点火了的气缸2的重叠期间内的进气压力Pin与排气压力Pex之差的最大值M(n)。然后，ECU60算出最大值M(n)的变化量ΔM(n)。变化量ΔM(n)是第n个点火了的气缸2的重叠期间内的进气压力Pin与排气压力Pex之差的最大值M(n)和第n个的前一个即第n-1个点火后的气缸2的重叠期间内的进气压力Pin与排气压力Pex之差的最大值M(n-1)的差。变化量ΔM(n)由下式2定义。

ΔM(n)＝M(n)-M(n-1)··.··2

在此基础上，ECU60算出判定基准C(n)。判定基准C(n)是最大值M(n)与变化量ΔM(n)之和。判定基准C(n)由下式3定义。

C(n)＝M(n)+ΔM(n)　·　·　·　·　·3

这样，判定基准C(n)是根据第n个和第n-1个点火了的气缸中的进气压力Pin和排气压力Pex的值而预测了第n+1个的气缸的最大值M(n+1)的基准。也就是说，即使第n个点火了的气缸的最大值M(n)小于0，在判定基准C(n)为0以上的情况下，也推定为接着的第n+1个点火的气缸的最大值M(n+1)为0以上。因此，如以下说明那样，通过使用判定基准C(n)，能够在重叠期间中进气压力Pin变得比排气压力Pex高之前开始使排气节流阀23向关闭方向动作。

在接下来的步骤S25中，ECU60判定是否使排气节流阀23向关闭方向动作。具体地说，判定判定基准C(n)是否为0以上。判定基准C(n)为0以上即C(n)≥0的情况下，前进至步骤S26，ECU60使排气节流阀23向关闭方向动作。然后，结束本次例程。而在判定基准C(n)小于0的情况下，前进至步骤S27，ECU60使排气节流阀23向打开方向动作。然后，结束本次例程。

图5是示出在开始使节气门10向打开方向动作后使该动作停止的情况下、M(n)等如何变化、根据该变化排气节流阀23如何动作的时序图。图5在最上方标出了气缸2a～2c，其下方的数字表示是第几个点火后的气缸2。例如，在2a的下方标出了1是表示气缸2a第1个点火。在图5中，将在即将开始使节气门10向打开方向动作之前点火了的气缸2a设为第1个。然后，气缸2b第2个点火，气缸2c第3个点火，第4个以后也同样，按气缸2a、气缸2b、气缸2c的顺序点火。图5的纵向虚线示出气缸2点火后的排气行程结束、排气门41关闭而重叠期间结束的时刻。例如，在图5的数字1的下方画出的纵向虚线示出气缸2a第1个点火后的排气行程结束、排气门41关闭而重叠期间结束的时刻。在重叠期间结束的时刻，M(n)更新，因此，M(n)的曲线呈阶梯状上升或下降，不发生变化，直到下一气缸2的重叠期间结束时更新。如图5所示，若从第1个点火了的气缸2b的重叠期间结束的时刻t1起使节气门10的开度逐渐增大，则稳压罐11内部的压力Ps接近大气压Po，伴随于此，每当气缸2的重叠期间结束时，M(n)更新而上升。

并且，伴随M(n)的上升，C(n)也上升，图5的情况下，到第7个点火了的气缸2a为止C(n)<0，但在第8个点火了的气缸2b中，变为C(8)≥0，因此，虽然到第8个点火了的气缸2b的重叠期间结束的时刻t2为止，排气节流阀23全开，但从t2起，ECU60开始使排气节流阀23向关闭方向动作。并且，即使开始使排气节流阀23向关闭方向动作，在第9个点火了的气缸2c中，C(9)≥0，因此，在第9个点火了的气缸2c的重叠期间结束的时刻t3，ECU60也继续使排气节流阀23向关闭方向动作。并且，在第10个点火了的气缸2a中，也是C(10)≥0，因此，在第10个点火了的气缸2a的重叠期间结束的时刻t4，ECU60也继续使排气节流阀23向关闭方向动作。

这样，在C(n)≥0的时刻，ECU60开始使排气节流阀23向关闭方向动作，由此，能够在M(n)≥0之前开始使排气压力Pex上升。因此，ECU60能够进行控制以使得在重叠期间内排气压力Pin比进气压力Pex高。

ECU60执行以上所说明的图4的控制例程，由此，进行控制以使得在重叠期间内排气压力比进气压力高。因此，在重叠期间不会产生进气的穿过，能够抑制催化剂劣化。

假设不进行ECU60对排气节流阀23的控制而将排气节流阀23保持着全开的状态来使用，则尤其是在如图6的由圆圈围起的区域那样内燃机1的发动机转速处于低速区域且高负荷的条件下使用的情况下，在重叠期间会产生进气的穿过。图7示出在这样的低速区域高负荷的条件下将排气节流阀23保持着全开的状态使用时的进气压力和排气压力的变化。图7的实线L1示出排气门41的阀提升量，实线L2示出进气门40的阀提升量。图7的实线L3示出进气压力，虚线L4示出排气压力。如图7所示，在重叠期间内，存在排气压力低于进气压力的期间，因此产生进气的穿过。

另一方面，图8示出了在与图7相同的低速区域高负荷的条件下，进行了ECU60的本实施方式的排气节流阀23的控制时的进气压力和排气压力的变化。图8的实线L1示出排气门41的阀提升量，实线L2示出进气门40的阀提升量。图8的实线L3示出进气压力，实线L5示出排气压力。虚线L4为了与实线L5进行比较而示出将排气节流阀23保持着全开的状态使用的情况下的排气压力。通过进行本实施方式的排气节流阀23的控制，排气压力从虚线L4上升为实线L5，在重叠期间排气压力始终比进气压力高，因此不会产生进气的穿过。

图9和图10的比较例1是通过进气可变气门机构42的延迟和排气可变气门机构43的提前而使重叠期间消失的情况。图9和图10的比较例2是维持重叠期间、在重叠期间也将排气节流阀23保持着全开的状态使用，在重叠期间中产生进气的穿过的情况。图9示出催化剂应力的大小，催化剂应力越大则催化剂的劣化发展得越快。如图9所示，本实施方式中，关于催化剂应力，与比较例2相比性能提高，具有与比较例1同等的性能。另外，图10是在发动机转速为低速区域中比较节气门10的全开时的产生转矩。如图10所示，本实施方式中，关于节气门10的全开时的产生转矩，与比较例1相比性能提高，具有接近比较例2的性能。也就是说，本实施方式中，关于内燃机1的高负荷时的性能，与比较例1相比性能提高，具有接近比较例2的性能。

本发明不限于上述各实施方式，在本发明的要旨的范围内能够以各种实施方式实施。在上述各实施方式中将本发明应用于3气缸的内燃机，但无论气缸数多少都能应用本发明。另外，在上述各实施方式中，本发明应用于不具备增压装置的自然进气的内燃机，但也能够应用于具备增压装置的内燃机。另外，在上述各实施方式中具备EGR装置，但无论有无EGR装置、也无论EGR装置的构成如何，都能应用本发明。另外，在上述各实施方式中，本发明应用于向进气口喷射燃料并在燃烧室将混合气体点燃的内燃机，但也能够应用于向燃烧室直接喷射燃料并在燃烧室将混合气体点燃的内燃机。另外，也可以采取如下实施方式：不对进气压力和排气压力进行检测或推定，控制排气节流阀以使重叠期间中的排气节流阀的开度比不设置重叠期间的情况下小。根据该实施方式，在设置了重叠期间的状态下，排气节流阀的开度与没有设置重叠期间的情况相比缩小，因此，能够在重叠期间中减少或消除进气的穿过。

Claims (3)

1.一种内燃机的控制装置，应用于如下的内燃机：在排气通路设有能够调整所述排气通路的排气的流量的排气节流阀，具备能够变更开闭进气门的正时的进气可变气门机构和能够变更开闭排气门的正时的排气可变气门机构的至少一方，能够设置所述进气门的打开期间与所述排气门的打开期间重叠的重叠期间，所述控制装置具备控制所述排气节流阀的阀控制单元，其特征在于，

所述阀控制单元控制所述排气节流阀，以使得在所述重叠期间中的所述排气节流阀的开度比没有设置所述重叠期间的情况下的所述排气节流阀的开度小。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，

还具备：检测进气通路的进气压力的进气压检测单元、和检测所述排气通路的比所述排气节流阀靠上游侧的排气压力的排气压检测单元，

所述阀控制单元在所述重叠期间中且所述排气压力为所述进气压力以下的情况下，向关闭方向控制所述排气节流阀。

3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，

还具备：检测进气通路的进气压力的进气压检测单元、和检测所述排气通路的比所述排气节流阀靠上游侧的排气压力的排气压检测单元，

所述阀控制单元控制所述排气节流阀，以使得在所述重叠期间中所述排气压力比所述进气压力高。