CN105264211A - 内燃机的控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

为了防止以机油为起因的异常燃烧，在内燃机(1)的低速高负载侧设置限制区域(B)，执行节气门阀(12)的开度的限制等以使得内燃机运转条件不会进入限制区域(B)内。以包含限制区域(B)在内的方式设定规定的指定检查区域(A)，在内燃机(1)在指定检查区域(A)内运转时，判定是否实际上发生了异常燃烧。如果检测出异常燃烧，则使限制区域(B)扩大，在未检测出异常燃烧的情况下，使扩大后的限制区域(B)逐渐缩小。在以比阈值更短的间隔发生异常燃烧的情况下，判定为机油劣化等的异常，使限制区域(B)直接扩大至规定的大小，并使警告单元(26)工作。

Description

内燃机的控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机的控制装置及控制方法，其在火花点火式内燃机中，可以抑制在内燃机的低速高负载区域时以机油为起因的异常燃烧。
背景技术
在火花点火式内燃机中，在气缸壁温较低的暖机运转时，有时以进入燃烧室内的机油成分为起因而发生比本来的点火定时更早地开始着火燃烧的异常燃烧(有时也被称作超级爆震)。该异常燃烧只会在低速高负载区域发生，因此在专利文献1、2中公开了下述技术：当进入气缸内的机油的量等条件成为可能引起异常燃烧的条件时，对内燃机的运转区域进行限制，避免在异常燃烧成为问题的低速高负载区域内的实际的内燃机的运转。
但是，即使是将上述的低速高负载区域作为限制区域，限制实际的内燃机运转条件(扭矩及转速)进入该区域，也可能由于各种条件而偶尔地发生异常燃烧。如果为了可靠地防止这样偶尔地发生的异常燃烧而将限制区域设定得过大，则可能在车辆加速时等时候发生扭矩的不足，并不优选。另一方面，如果过度地限定限制区域，也会导致异常燃烧频繁地发生，同样并不优选。
专利文献1：日本特开第2012-92718号公报
专利文献2：日本特开第2011-231741号公报
发明内容
本发明涉及的内燃机的控制装置，其具有：
运转区域限制单元，其具有对应于可能发生以机油为起因的异常燃烧的低速高负载区域而预先设定的限制区域，进行限制以使得实际的内燃机运转条件不会进入该限制区域内；
异常燃烧检测单元，其在作为比上述限制区域宽的运转区域而设定于低速高负载侧的指定检查区域内，对上述异常燃烧的实际发生的情况进行检测；以及
限制区域可变设定单元，其在由该异常燃烧检测单元检测出异常燃烧时，将上述限制区域扩大。
上述指定检查区域，一般情况下被设定为包含以机油为起因的异常燃烧可能会偶尔发生的内燃机运转条件，在其中的低速高负载侧的一部分处可变地设定限制区域。当限制区域设定在某个范围内时，为了使得实际的内燃机运转条件不会进入该限制区域内，进行内燃机扭矩的限制或自动变速器的变速线的换挡等。因而，内燃机在上述限制区域以外的内燃机运转条件下进行运转，但万一在指定检查区域内实际的异常燃烧被检测出时，限制区域被扩大。由此，以后的异常燃烧的多发会被抑制。
根据本发明，由于在异常燃烧实际发生的情况下扩大限制区域，因此作为初始设定的限制区域，可以是比较狭小的区域，因此，可以防止由于过大的限制区域的设定而导致的扭矩不足，并且可以可靠地防止异常燃烧连续地发生。
附图说明
图1是表示本发明涉及的控制装置的一个实施例的结构说明图。
图2是表示限制区域及指定检查区域的一个例子的说明图。
图3是表示限制区域的扩大的说明图。
图4是表示异常燃烧的发生频率与异常燃烧发生时的限制区域扩大的扩大量之间的关系的特性图。
图5是表示异常燃烧发生时的一个例子的时间变化图。
图6是表示异常燃烧发生时的不同例的时间变化图。
图7是表示本实施例的控制的流程的流程图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的一个实施例进行详细说明。
图1是表示将本发明应用于带涡轮增压器的内燃机1的一个实施例的系统结构的结构说明图。例如，由4冲程循环的火花点火式汽油内燃机构成的内燃机1，具有进气通路2和排气通路3，在进气通路2中配置涡轮增压器4的压缩机5，并且在排气通路3中配置涡轮增压器4的排气涡轮6。上述排气涡轮6具有用于控制增压压力的公知的排气泄压阀8。在排气通路3的排气涡轮6的下游侧，配置使用了例如三元催化剂的催化剂转换器7。
内燃机1例如是缸内直喷型的结构，向气缸内喷射燃料的未图示的燃料喷射阀被设置在每个气缸内，并且分别具有火花塞9。上述燃料喷射阀的喷射定时及喷射量、以及上述火花塞9的点火定时由发动机控制单元10控制。
在进气通路2的与压缩机5相比的下游侧，配置对吸入空气量进行控制的电子控制型的节气门阀12。该节气门阀12位于集气管部2a的入口部处，在与该集气管部2a相比的下游侧，进气通路2作为进气歧管分支到每个气缸。在上述进气通路2的上述压缩机5与上述节气门阀12之间，设置对增压进气进行冷却的中间冷却器13。
另一方面，在上述进气通路2的最上游部配置空气滤清器14，在该空气滤清器14的下游侧，配置进行吸入空气量的检测的空气流量计15。
上述节气门阀12具备电动机等致动器，基于对由驾驶者所操作的未图示的加速器踏板的开度APO进行检测的加速器开度传感器21的检测信号，利用来自上述发动机控制单元10的控制信号，对其开度进行控制。在一个优选的实施例中，相对于由加速器踏板开度APO示出的要求扭矩，对节气门阀14的开度TVO进行限制，从而实现在限制区域中的扭矩限制。
在上述发动机控制单元10中，除了上述的传感器类的检测信号之外，还被输入表示内燃机转速Ne的来自曲轴角传感器22的检测信号、表示内燃机1的冷却水温Tw的来自水温传感器23的检测信号等。另外，在本实施例中，作为内燃机1的以机油为起因的异常燃烧的检测单元，直接使用用于对内燃机1的爆燃进行检测的爆燃传感器24的检测信号。该爆燃传感器24安装在内燃机1的气缸体上，以对气缸内的燃烧所伴有的振动进行检测。
并且，在本实施例中，设置有机油更换开关25，其是在对内燃机1的润滑用的机油进行了更换时，为了表示已经更换了机油而由工作人员手动输入的，并且，设置有向驾驶者报知异常的由警告灯或声音警告等构成的警告单元26。这些机油更换开关25以及警告单元26与发动机控制单元10相连接。
图2是将内燃机1的扭矩Te和转速Ne作为参数，对指定检查区域A以及限制区域B进行图示的说明图。图中的线WOT表示在不特别地施加限制的情况下的内燃机1整体的全开特性。作为本发明对象的异常燃烧，是指在暖机没有充分完成的状态下，以经由进气系统或者气缸壁面等进入气缸内的机油为起因，在低速高负载时，在本来的点火定时之前开始着火燃烧的一种提前点火。由图中的边界线a表示的指定检查区域A，对应于像这样以机油为起因的异常燃烧依旧可能偶尔发生的低速高负载侧的区域而固定地设定。此外，该指定检查区域A存在于涡轮增压器4的增压压力为正压的增压区域内。
由图中的边界线b表示的限制区域B，以包含于指定检查区域A中的方式，在低速高负载侧的区域内可变地设定。该限制区域B，其最小的时候可以为0，最大的时候可以达到指定检查区域A的紧内侧(即紧邻高负载侧)。换言之，即使限制区域B达到最大，指定检查区域A也成为比其略大的运转区域。作为其它的实施例，也可以使限制区域B在最大时与指定检查区域A一致。
此外，在图2所示的例子中，指定检查区域A以及限制区域B均作为大致三角形状的区域被图示，但本发明并不局限于这样的形态，例如，也可以由恒定的扭矩Te或者恒定的转速Ne对指定检查区域A或限制区域B进行划分的形态等，以任意的方式中对各区域A、B进行设定。
如上所述，如果设定限制区域B，则即使由加速器踏板的开度APO所示的驾驶者的要求扭矩处于该限制区域B内，也会被施加扭矩限制，实际的扭矩会成为与边界线b相比略倾向于低负载侧(实质上在边界线b上)的值。因此，与对运转区域不施加限制的情况相比，异常燃烧发生的风险会大幅地降低。但是，如果该限制区域B被设置得过大，则不能实现进入该限制区域B的要求扭矩，导致在车辆的加速时等时候发生扭矩Te的不足，并不优选。
因此，在本实施例中，在存在异常燃烧发生的可能性的指定检查区域A内实际发生异常燃烧时，将限制区域B扩大，相反，即使是在指定检查区域A内的运转，在实际异常燃烧没有发生时，将限制区域B缩小，使限制区域B成为适当的大小。例如，基于爆燃传感器24的检测信号，当指定检查区域A内在本来的点火定时前发生着火燃烧的情况下，可以判定发生了异常燃烧。
图3表示限制区域B的扩大的样式的一个例子，例如，在与边界线b1相比高负载侧是限制区域B的状态下，在实际异常燃烧发生的情况下，限制区域B扩大至由边界线b2所示的范围。即，限制区域B扩大为包含更低负载侧以及更高速侧的区域。
另外，上述限制区域B的扩大，基于指定检查区域A内的异常燃烧的发生频率而可变地进行。发生频率在一个实施例中，由从前次的异常燃烧的发生开始直至本次的异常燃烧的发生为止在指定检查区域A内的累计运转时间(Ti)表示。即，直至1次异常燃烧发生为止的累计运转时间较长则是低频率，累计运转时间较短则是高频率。
并且，如图4所示，发生频率越高，使1次异常燃烧发生所伴有的限制区域B的扩大量越大。这是因为，在实际的异常燃烧以比较短的间隔发生的情况下，迅速将限制区域B扩大，可以在早期对实际的异常燃烧进行抑制。
另外，如图4所示，在发生频率比某个阈值更高的情况下(具体地说，在直至1次异常燃烧发生为止在指定检查区域A内的累计运转时间Ti比阈值Tc短的情况下)，限制区域B被直接扩大至异常时用的规定的大小。例如，在机油过度劣化(粘性降低)的情况下、或者在燃烧室内沉积物大量堆积的情况下等，由于容易发生异常燃烧，因此高频率地(即以短时间间隔)检测出异常燃烧的情况下，将这些判定为异常，使限制区域B扩大至实质上的最大限度。并且，同时使由警告灯或声音警告等构成的警告单元26工作，向驾驶者报知异常。
另一方面，基于上述异常燃烧的检测而被扩大的限制区域B，在直至下次异常燃烧发生为止的期间，慢慢地被缩小。但是，在判定为机油劣化等的异常而将限制区域B扩大至实质上的最大限度的大小时，如果在异常的原因没有解决的状态下将限制区域B缩小，则会再次以高频率发生异常燃烧，并不优选，因此不进行限制区域B的缩小。
在这里，本实施例中，限制区域B的缩小时的缩小速度，同样地基于异常燃烧的发生频率而可变地设定。这是基于下述想法：在异常燃烧的发生频率低的情况下，为了在早期解除扭矩限制，优选使限制区域B的缩小速度变大，相反，在发生频率高的情况下，由于在缩小限制区域B时异常燃烧再次发生的可能性大，因此优选使限制区域B慢慢地缩小。
图5以及图6对上述缩小速度的不同进行说明。图5表示发生频率高的情况下的例子。图中的(a)表示从前次的异常燃烧检测开始在指定检查区域A内的累计运转时间Ti。在时间t0处，内燃机运转条件再次进入指定检查区域A，以在之前的积累运转时间Ti上追加的方式，累计运转时间Ti逐渐增加，但在该图5的例子中，累计运转时间Ti在比较短的阶段如(b)所示，检测出下次的异常燃烧。响应于该异常燃烧的检测，限制区域B扩大，且累计运转时间Ti被重置为0。(c)将限制区域B的大小的变化由限制区域B的下限扭矩(参照图2的边界线b)的值表示，如图所示，在异常燃烧检测时限制区域B扩大(这时的扩大量比较大)，之后，在直至下次发生异常燃烧为止的期间，其慢慢地缩小。这时的缩小速度比较小，下限扭矩的上升缓慢。
与之相对，图6表示发生频率低的情况下的例子。图中的(a)表示从前次的异常燃烧检测开始在指定检查区域A内的累计运转时间Ti，同样在时间t0处，内燃机运转条件再次进入指定检查区域A，但因为之前的累计运转时间Ti较长，所以(b)中所示的直至下次的异常燃烧被检测时的累计运转时间Ti与图5的例子相比更长。响应于该异常燃烧的检测，限制区域B扩大，且累计运转时间Ti被重置为0。如(c)的下限扭矩所示，限制区域B在异常燃烧检测时扩大(这时的扩大量比较小)，之后，直至下次发生异常燃烧为止的期间，其慢慢地缩小，但这时的缩小速度被设定得比较大。因此，下限扭矩迅速地上升。
如上所述，限制区域B对应于指定检查区域A内的实际的异常燃烧的有无而反复进行扩大·缩小。此外，以机油为起因的异常燃烧，在气缸壁温比较低的时候发生，在气缸壁温变高后的暖机完成后基本上不会发生，因此基本的限制区域B的大小，基于内燃机1的温度条件、例如水温传感器23检测出的冷却水温Tw而进行设定。因而，实际上，基于该冷却水温Tw的基本的限制区域B的大小，对应于异常燃烧的有无而进一步地被扩大·缩小。
另一方面，以与规定的阈值相比更高的频率检测出异常燃烧而将限制区域B扩大到实质上的最大限度时，如果无机油更换的检测或者燃烧室内的沉积物已消失等发动机状态改善判定，则限制区域B不被缩小。在一个实施例中，基于机油更换时被手动输入的机油更换开关25的信号，限制区域B恢复到初期的大小(对应于冷却水温Tw的基本的限制区域B)。此外，例如，由在同一运转条件下的油压的变化、或者油底壳内机油水平的变化等，也可以检测机油更换。另外，例如，当燃烧室内沉积物堆积，在通常不会发生爆燃的低中负载区域会发生爆燃。因而，在低中负载区域的爆燃在某个时候急剧减少的这种情况下，可以判定为燃烧室内沉积物消失。在具备缸内压力传感器的情况下，如果燃烧时的压缩端温度在某个时候降到正常水平，则可以判定为燃烧室内沉积物消失。
下面，图7是表示上述发动机控制单元10所执行的控制的流程的流程图，以下进行说明。该图7所示的程序在内燃机1的运转中被反复执行，在最初的步骤1中，进行限制区域B的初始设定。具体地说，对应于此时的内燃机1的温度条件例如冷却水温Tw，以越是低温则越大的方式对限制区域B进行设定。在这里，在前次的里程中基于机油劣化等异常判定而限制区域B被扩大到实质的最大限的情况下，该状态在本次的里程中也继续。
在步骤2中，对内燃机1的运转条件(扭矩Te以及转速Ne)是否处于指定检查区域A内进行判定。此外，该扭矩Te并不是要求扭矩，而是由限制区域B施加扭矩限制后的扭矩。如果处于指定检查区域A内，则进入步骤3，在之前的积累运转时间Tiz上加上本程序的执行时间间隔△T，求出累计运转时间Ti。如果处于指定检查区域A以外，则保持之前的累计运转时间Ti。
在步骤4中，对是否发生了异常燃烧进行判断。如上所述，可以使用爆燃传感器24检测异常燃烧。另外，也可以使用缸内压力传感器或离子电流传感器等检测异常燃烧。
在发生了异常燃烧的情况下，进入步骤5，对累计运转时间Ti是否大于阈值Tc进行判定。即，在这里对异常燃烧的频率进行判定。如果累计运转时间Ti大于阈值Tc，则表示是低频率，进入步骤6，基于累计运转时间Ti决定限制区域B的扩大程度(参照图4)以及限制区域B的缩小速度(参照图5、图6)，在此基础上，在步骤7中，执行限制区域B的扩大。这时的限制区域B的扩大，是容许之后的缩小的通常时用的范围。并且，在步骤8中，将累计运转时间Ti重置为0。此外，虽然限制区域B的初始值是对应于内燃机温度而在步骤1中所设定的，但该通常时用的限制区域B的扩大·缩小在接下来的程序的步骤1的设定中也有反映。
另一方面，如果在步骤5中的累计运转时间Ti小于或等于阈值Tc，则是异常高的频率，因此进入步骤9，将限制区域B直接扩大至异常时用的规定的大小(实质上的最大限度的大小)为止(参照图4)。同时，使警告灯等警告单元26工作。
在步骤4中没有检测出异常燃烧的情况下，进入步骤10，对限制区域B是否已经被扩大(换言之，限制区域B是否还是步骤1中设定的初始状态)进行判定。如果还是初始状态，则使程序结束。如果限制区域B与初始状态相比已经扩大，则在步骤11中，对限制区域B的扩大是通常时用还是异常时用进行判定。如果限制区域B的扩大是步骤7中的通常时用，则进入步骤12，使用步骤6中规定的缩小速度执行限制区域B的缩小。因而，如果没有检测出异常燃烧的状态继续，则限制区域B慢慢地缩小，最终恢复到对应于内燃机温度的初始值。
在步骤11中判定为异常时用的区域扩大的情况下，进入步骤13，对解除条件是否成立进行判定。如果解除条件成立，则在步骤14中，将限制区域B恢复到初始状态。如果解除条件不成立，则使限制区域B的扩大继续。该解除条件如上所述，是机油更换或者沉积物的消失等发动机状态改善。
以上，对本发明的一个实施例详细地进行了说明，但本发明并不局限于上述实施例，可以存在各种变更。
例如，在上述实施例中，相对于加速器踏板开度APO而限制节气门阀开度TVO，从而限制为使内燃机1的运转条件进入限制区域B内，但在具备自动变速器(包含CVT在内)的情况下，也可以对变速线进行变更以使得运转点进入限制区域B内。或者可以由增压压力的限制，对限制区域B内的运转进行限制。
另外，在上述实施例中，使用从前次的异常燃烧的发生开始直至本次的异常燃烧的发生为止的时间间隔表示频率，但是也可以根据多次异常燃烧的时间间隔的平均值，对频率是否高进行判定。

Claims (12)

1.一种内燃机的控制装置，其具有：
运转区域限制单元，其具有对应于可能发生以机油为起因的异常燃烧的低速高负载区域而预先设定的限制区域，进行限制以使得实际的内燃机运转条件不会进入该限制区域内；
异常燃烧检测单元，其在作为比所述限制区域宽的运转区域而设定于低速高负载侧的指定检查区域内，对所述异常燃烧实际发生的情况进行检测；以及
限制区域可变设定单元，其在由该异常燃烧检测单元检测出异常燃烧时，将所述限制区域扩大。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，
所述限制区域可变设定单元，直至异常燃烧检测为止在所述指定检查区域内的累计运转时间越短，将所述限制区域扩大得越大。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其中，
所述限制区域可变设定单元，在未检测出异常燃烧的期间，将所述限制区域逐渐缩小。
4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其中，
所述限制区域可变设定单元，相对于在所述指定检查区域内的运转时间的异常燃烧检测的频率越高，使限制区域缩小时的缩小速度越低。
5.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其中，
所述限制区域可变设定单元，在直至异常燃烧检测为止在所述指定检查区域内的累计运转时间小于或等于规定阈值的情况下，将所述限制区域扩大至异常时用的规定的大小。
6.根据权利要求5所述的内燃机的控制装置，其具有，
还具有警报单元，其在直至异常燃烧检测为止在所述指定检查区域内的累计运转时间小于或等于规定阈值的情况下，对异常进行报知。
7.根据权利要求5所述的内燃机的控制装置，其中，
所述限制区域可变设定单元，以机油更换判定或发动机状态改善判定中的至少一个作为条件，使所述限制区域恢复到初始状态。
8.根据权利要求7所述的内燃机的控制装置，其中，
基于内燃机的油压的测量、机油水平的测量、或者机油更换后的手动输入，进行所述机油更换判定。
9.根据权利要求7所述的内燃机的控制装置，其中，
基于内燃机的缸内压力的测量、或者低中负载时的爆燃的测量，进行所述发动机状态改善判定。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
所述运转区域限制单元，通过相对于驾驶者的要求的内燃机扭矩的限制、或者自动变速器的变速线的换挡，进行内燃机运转条件的限制。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的内燃机的控制装置，其中，
所述异常燃烧检测单元根据爆燃传感器的信号、或缸内压力传感器的信号，检测以机油为起因的异常燃烧的发生。
12.一种内燃机的控制方法，其中：
对应于可能发生以机油为起因的异常燃烧的低速高负载区域而预先设定限制区域，进行限制以使得实际的内燃机运转条件不会进入该限制区域内，并且
在作为比所述限制区域宽的运转区域而设定于低速高负载侧的指定检查区域内，对所述异常燃烧的实际发生的情况进行检测，
在由该异常燃烧检测单元检测出异常燃烧时，将所述限制区域扩大。
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