CN105917104A

CN105917104A - 发动机

Info

Publication number: CN105917104A
Application number: CN201580004667.1A
Authority: CN
Inventors: 大谷知广; 岩濑敦仁
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Power Technology Co Ltd
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2035-02-25
Also published as: WO2015129262A1; KR101833349B1; CA2939475A1; EP3112642A4; US20160363086A1; CN105917104B; EP3112642A1; JP2015161185A; KR20160081983A; JP6129097B2; US10502156B2

Abstract

本发明涉及发动机，该发动机具备燃料喷射装置、状态判定部(58)、大气压传感器和喷射时期控制部。状态判定部(58)判定发动机状态是稳定状态还是过渡状态。大气压传感器检测大气压。喷射时期控制部进行计算在稳定状态下的燃料喷射时期的稳定处理、计算在过渡状态下的燃料喷射时期的过渡处理、和根据大气压校正燃料喷射时期的大气压校正处理。喷射时期控制部在发动机状态为稳定状态的情况下和为过渡状态的情况下，使大气压校正处理的有无、或者大气压校正处理的内容不同。

Description

发动机

技术领域

本发明涉及根据过渡状态和大气压来控制燃料喷射时期的发动机。

背景技术

现有已知有一种发动机，其具备共轨等，并且能够控制燃料喷射时期。专利文献1公开了这种发动机。

专利文献1的发动机根据各种数据来控制燃料喷射时期。以下，参照图6对专利文献1的结构进行说明。专利文献1中，通过对发动机转数和燃料喷射量应用标准喷射时期MAP图91，计算出作为标准的燃料喷射时期(标准喷射时期)。专利文献1中，通过在该标准喷射时期上加上各种校正量来计算出最终喷射时期。

此处，在如高地(高海拔地区)这种大气压低的地域，由于筒内压力的下降而导致点火的稳定性降低(参照图8的高地/稳定)。因此，在专利文献1中，通过由大气压传感器检测出大气压，并对检测出的大气压应用大气压校正量MAP图92而计算出大气压校正量。利用加法器93在标准喷射时期上加上该大气压校正量，由此计算出最终喷射时期。

另外，虽然在专利文献1中未有记载，但是在加速时等过渡状态中，由于残留在气缸上的气体的温度降低导致气缸内的温度降低，所以点火的稳定性降低。因此，在例如高地且过渡状态的情况下，筒内压力大大降低，点火的稳定性大幅度降低(参照图8的高地/过渡)。这样一来，即使是在大气压相同的情况下，稳定状态和过渡状态下的最佳燃料喷射时期也会不同。因此，已知有一种进行图7所示的处理来计算燃料喷射时期的结构。

在图7的框图中，除了基于大气压的校正以外，还考虑发动机状态(稳定状态或者过渡状态)来计算燃料喷射时期。具体而言，通过对发动机转数以及燃料喷射量应用标准喷射时期MAP图94来计算出标准喷射时期，并且对发动机转数和燃料喷射量应用过渡喷射时期MAP图95来计算出过渡喷射时期。

然后，开关96在稳定状态的情况下输出标准喷射时期，在过渡状态的情况下输出过渡喷射时期。另外，在图7的框图中，通过对大气压应用大气压校正量MAP图97来计算出大气压校正量。大气压校正量通过加法器98而与开关96的输出值相加。通过以上方式计算出最终喷射时期。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开2011-163251号公报

发明内容

但是，在图7的框图中，由大气压校正量MAP图97计算出的大气压校正量并没有考虑是稳定状态还是过渡状态。因此，只要大气压相同，则不论是稳定状态还是过渡状态，计算出的大气压校正量均相同。

此处，如上所述需要在稳定状态和过渡状态设定不同的燃料喷射时期。但是，根据图7的结构，在稳定状态和过渡状态被设定为相同的大气压校正量。因此，例如在稳定状态下，校正量不足，存在发生失火的可能性。或者，在过渡状态下，校正量过大，有可能导致超出筒内压力的容许值。

本发明鉴于以上情况而研发，其主要目的在于，提供一种在大气压较低的状况下，能够对稳定状态和过渡状态计算出适当的燃料喷射时期的发动机。

本发明所要解决的课题如以上所述，接下来对用于解决该课题的手段及其效果进行说明。

根据本发明的观点，提供以下的结构的发动机。即，该发动机具备燃料喷射装置、状态判定部、大气压传感器和喷射时期控制部。上述状态判定部判定发动机状态是稳定状态还是过渡状态。上述大气压传感器检测大气压。上述喷射时期控制部进行计算在稳定状态下的燃料喷射时期的稳定处理、计算在过渡状态下的燃料喷射时期的过渡处理、和根据大气压校正燃料喷射时期的大气压校正处理。上述喷射时期控制部在发动机状态为稳定状态的情况下和为过渡状态的情况下，使上述大气压校正处理的有无、或者上述大气压校正处理的内容不同。

由此，因为现有技术中对稳定状态和过渡状态计算出相同的大气压校正量，所以难以避免稳定状态的失火和过渡状态下的筒内压力超出容许值这两种情况的任意一种，但是通过采用上述的结构能够避免这两种事态发生。

在上述的发动机中，优选采用以下的结构。即，在稳定状态的情况下，以基于大气压计算出的第一校正量校正在上述稳定处理中计算出的燃料喷射时期。在过渡状态的情况下，以基于大气压计算出的第二校正量校正在上述过渡处理中计算出的燃料喷射时期。上述第一校正量与上述第二校正量不同。

由此，能够计算出与稳定状态和过渡状态分别相对应的校正量。因此，能够在避免失火和筒内压力超出容许值这两方面的同时，还能够抑制NOx的产生。

在上述的发动机中，优选采用以下的结构。即，在稳定状态的情况下，以基于大气压计算出的校正量校正在上述稳定处理中计算出的燃料喷射时期。在过渡状态的情况下，不利用基于大气压的校正量，而是使用在上述过渡处理中计算出的燃料喷射时期。

由此，能够以简单的结构避免失火和筒内压力超出容许值这两方面。

在上述的发动机中，优选上述喷射时期控制部在发动机状态为过渡状态的情况下，并且上述大气压传感器检测到的大气压为规定的范围的情况下，不利用基于大气压的校正量，而是使用在上述过渡处理中计算出的燃料喷射时期。

由此，能够仅在过渡状态且大气压处于适当范围的情况下(即使无视基于大气压的校正量也没有问题的情况下)，进行上述的控制。

附图说明

图1为发动机的概略俯视图。

图2为示意性地表示气体的流向以及各种传感器的说明图。

图3为表示第一实施方式涉及的计算燃料喷射时期的处理的框图。

图4为表示第一实施方式涉及的状态判定部的处理的流程图。

图5为表示第二实施方式涉及的计算燃料喷射时期的处理的框图。

图6为表示现有例涉及的计算燃料喷射时期的处理的框图。

图7为表示别的现有例涉及的计算燃料喷射时期的处理的框图。

图8为表示高度(大气压)以及发动机状态不同的情况下的筒内压力的变化的图表。

具体实施方式

接着，参照附图对本发明的实施方式进行说明。发动机100为柴油机，搭载于作业设备和船舶等。

如图1所示，发动机100具备吸入管20、增压机21、增压管24、吸气节流阀25、吸气歧管26和通气软管27，作为吸气系统的部件。

吸入管20从外部吸入气体。吸入管20具备去除气体中的尘埃等的过滤器。

增压机21具备涡轮机壳体22和压缩机壳体23。涡轮机壳体22内的省略图示的涡轮机叶轮构成为利用排气气体而旋转。压缩机壳体23内的省略图示的压缩机叶轮与涡轮机叶轮同样地与传动轴21a(图2)相连，伴随涡轮机叶轮的旋转而旋转。通过压缩机叶轮旋转，增压机21能够将空气压缩而强制地进行吸气。

由增压机21吸入的气体在增压管24中流动。增压管24的一侧与增压机21相连，增压管24的另一侧与吸气节流阀25相连。

吸气节流阀25具备吸气阀。吸气节流阀25能够通过对吸气阀的开度进行调整而使供给至气缸的气体的量发生变化。通过吸气节流阀25的气体向吸气歧管26输送。吸气阀的开度通过图2所示的ECU(发动机控制部)50而控制。

吸气歧管26将从吸气节流阀25供给的气体分为与气缸数量相应的数量(在本实施方式中为4个)而向气缸盖10供给。在气缸盖10配置有气缸盖罩11和喷注器(燃料喷射装置)12。

喷注器12以规定的时间向燃烧室喷射燃料。具体而言，喷注器12以在上止点(TDC)的附近进行主喷射的方式构成。另外，喷注器12能够在即将进行该主喷射之前进行用于降低噪音的预喷射，或者在预喷射的更之前的时间进行用于降低氮氧化物(Nox)和用于降低噪音的引导喷射。另外，喷注器12能够在紧接着主喷射之后进行以PM的降低和促进排气气体的净化为目的的后喷射，或者在后喷射的更之后的时间进行以温度上升等为目的的次后喷射(Post Injection)。

通过像这样喷射燃料而驱动活塞能够使动力产生。在燃烧室中，产生吹漏气体和排气气体等。

通气软管27将在燃烧室中产生的吹漏气体供给至吸入管20。由此，能够防止未燃烧气体向外部排出。

另外，如图2所示，在吸气歧管26安装有吸气压力传感器51和吸气温度传感器52。

吸气压力传感器51检测吸气歧管26内的气体的压力并向ECU50输出。ECU50将所输入的压力识别为吸气压。吸气温度传感器52检测吸气歧管26内的气体的温度并向ECU50输出。而且，吸气压力传感器51和吸气温度传感器52也可以不配置在吸气歧管26，而是配置在吸气歧管上游的管等。

发动机100具备排气歧管30、排气管31和排气气体净化装置32作为排气系统的部件。像这样，将具备排气气体净化装置32的发动机100特别称为排气气体净化系统。而且，排气气体净化装置32也可以配置在与发动机100稍微偏离的位置。

排气歧管30将在多个燃烧室中产生的排气气体汇总并供给至增压机21的涡轮机壳体22。另外，在排气歧管30安装有排气压力传感器53和排气温度传感器54。

排气压力传感器53检测排气歧管30内的气体的压力并向ECU50输出。ECU50将所输入的压力识别为排气压。排气温度传感器54检测排气歧管30内的气体的温度并向ECU50输出。

通过了排气歧管30和涡轮机壳体22的气体，一部分经由EGR管41被供给至EGR(排气再循环)装置40，而剩余的气体则经由排气管31被供给至排气气体净化装置32。

另外，发动机100具备EGR装置40作为吸气系统和排气系统的部件。

EGR装置40具备EGR冷气设备42和EGR阀43。EGR冷气设备42对排气气体进行冷却。EGR装置40能够通过对EGR阀43的开度进行调整而使供给至吸气歧管26的排气气体的量发生变化。EGR阀43的开度通过ECU50而控制。ECU50根据例如吸气压与排气压的差压而对EGR阀43的开度进行调整。

排气气体净化装置32将排气气体净化并排出。排气气体净化装置32具备氧化催化剂33和过滤器34。氧化催化剂33由铂金等构成，为用于将排气气体中包含的未燃烧燃料、一氧化碳、一氧化氮等氧化(燃烧)的催化剂。过滤器34例如构成为壁流式过滤器，捕集在由氧化催化剂33处理过的排气气体中包含的PM(颗粒状物质)。

另外，在排气气体净化装置32安装有温度传感器55和差压传感器56。温度传感器55检测排气气体净化装置32内的温度。差压传感器56检测过滤器34的上游侧(氧化催化剂33的排气下游侧)与过滤器34的下游侧的压力差并向ECU50输出。

ECU50根据差压传感器56的检测结果计算出堆积在过滤器34中的PM堆积量。其中，作为PM堆积量的计算方法，除了使用差压以外，还能够根据发动机100的动作历史记录等计算由排气气体净化装置32引起的氧化反应，并据此求出PM堆积量。

另外，发动机100具备大气压传感器57(图2)。吸气温度传感器52检测大气压并向ECU50输出。

ECU50控制发动机100的各部分。在本说明书中，特别对燃料喷射时期的控制进行说明。ECU50具备状态判定部58和喷射时期控制部59作为控制燃料喷射时期的结构。另外，它们所进行的处理在后面叙述。

接着，参照图3和图4对控制燃料喷射时期的处理进行说明。图3所示的框图为将ECU50进行的处理以功能化进行表示的图。

ECU50对发动机转数和燃料喷射量应用标准喷射时期MAP图(点火控制曲线图)61，计算出标准喷射时期(稳定处理)。标准喷射时期是在发动机状态为稳定状态的情况下成为燃料喷射时期的基础的值。

ECU50为了考虑大气压的影响，对发动机转数和燃料喷射量应用大气压校正量MAP图62来计算出校正量，并且对大气压应用大气压校正系数曲线63来计算出校正系数。通过对两者采用乘法器64进行乘法计算，计算出大气压校正量(大气压校正处理)。

标准喷射时期和大气压校正量通过加法器65相加后被输出至开关67。

另外，ECU50对发动机转数和燃料喷射量应用过渡喷射时期MAP图66，计算出过渡喷射时期(过渡处理)。过渡喷射时期是在发动机状态为过渡状态的情况下成为燃料喷射时期的基础的值。过渡喷射时期被输出至开关67。

状态判定部58进行各种判定处理，并根据其判定结果切换开关67。以下，参照图4的流程图，对状态判定部58进行的处理进行说明。

状态判定部58首先判定发动机状态是否为过渡状态(S101)。该判定例如根据油门开度的变化量、燃料喷射量的变化量和发动机转数的变化量中的至少任意一种而进行。

状态判定部58在判定这些变化量小且不为过渡状态的情况下(即判定为稳定状态的情况下)，切换该开关67，以使得标准侧的输出值(在标准喷射时期上加上了大气压校正量的值)从开关67输出(S102)。

状态判定部58在判定油门开度等的变化量大且为过渡状态的情况下，判定大气压传感器检测到的大气压是否在规定的范围内(S103)。该处理判定大气压的影响的大小。

状态判定部58在大气压处于规定的范围内的情况下，判断大气压的影响小，切换该开关67，以使得过渡侧的输出值(过渡喷射时期)从开关67输出(S104)。状态判定部58在大气压不处于规定的范围内的情况下，进行采用其他的校正方法等的处理(S105)。

ECU50对开关67输出的最终喷射时期进行其他的校正(例如在产生涡轮迟滞的情况下应用该校正量)来控制喷注器12等。

此处，在本实施方式中，与现有例不同，仅在稳定状态时进行基于大气压的校正。因此，不会双重应用基于过渡状态的校正量和基于大气压的校正量，所以能够防止超前角，能够防止筒内压力超过容许值。

接着，对第二实施方式进行说明。第二实施方式在过渡时也进行基于大气压的校正这一点与第一实施方式不同。以下，参照图5具体地进行说明。

ECU50与上述相同，对发动机转数和燃料喷射量应用标准喷射时期MAP图71，计算出标准喷射时期(稳定处理)。ECU50与上述相同，对发动机转数和燃料喷射量应用标准大气压校正量MAP图72来计算出校正量，并且对大气压应用标准大气压校正系数曲线73来计算出校正系数。通过对两者采用乘法器74进行乘法计算，计算出标准大气压校正量(大气压校正处理)。其中，标准大气压校正量MAP图72和标准大气压校正系数曲线73创建用于稳定状态。

标准喷射时期和标准大气压校正量通过加法器75相加后被输出至开关81。

另外，ECU50与上述相同，对发动机转数和燃料喷射量应用过渡喷射时期MAP图76，计算出过渡喷射时期(过渡处理)。ECU50对发动机转数和燃料喷射量应用过渡大气压校正量MAP图77来计算出校正量，并且对大气压应用过渡大气压校正系数曲线78来计算出校正系数。通过对两者采用乘法器79进行乘法计算，计算出过渡大气压校正量(大气压校正处理)。其中，过渡大气压校正量MAP图77和过渡大气压校正系数曲线78创建用于过渡状态。因此，即使是相同大气压，标准大气压校正量和过渡大气压校正量的值也不同。

过渡喷射时期和过渡大气压校正量通过加法器80相加后被输出至开关81。

状态判定部58判定发动机状态是稳定状态还是过渡状态，在稳定状态的情况下，切换该开关81，以使得标准侧的输出值(在标准喷射时期上加上了标准大气压校正量的值)从开关81输出。另一方面，状态判定部58在发动机状态为过渡状态的情况下，切换该开关81，以使得过渡侧的输出值(在过渡喷射时期上加上了过渡大气压校正量的值)从开关81输出。

而且，在第二实施方式中，因为在过渡状态中也进行基于大气压的校正，所以不进行大气压是否处于规定的范围的判断。

在本实施方式中，能够计算出与稳定状态和过渡状态分别相对应的大气压校正量。因此，能够在避免失火和筒内压力超出容许值这两者的同时，还能够抑制NOx的产生。

此处，在上述实施方式中，通过对喷射时期进行调整来使点火的稳定性提高。作为使点火的稳定性提高的处理，已经有各种处理。例如，因为通过使共轨低压力化而使喷雾的蒸发缓慢从而能够抑制气化潜热，所以能够使点火的稳定性提高。

因此，也可以使发动机如以下这样构成。即，该发动机的特征在于，具备：共轨装置；判定发动机状态是稳定状态还是过渡状态的状态判定部；检测大气压的大气压传感器；和共轨压力控制部，该共轨压力控制部进行计算稳定状态下的共轨压力的稳定处理、计算过渡状态下的共轨压力的过渡处理、和根据大气压来校正共轨压力的大气压校正处理，上述共轨压力控制部在发动机状态为稳定状态的情况下以及为过渡状态的情况下，使上述大气压校正处理的有无、或者上述大气压校正处理的内容不同。

另外，上述共轨压力控制部还可以具有以下特征：在稳定状态的情况下，以基于大气压计算出的第一校正量校正在上述稳定处理中计算出的共轨压力；在过渡状态的情况下，以基于大气压计算出的第二校正量校正在上述过渡处理中计算出的共轨压力，上述第一校正量与上述第二校正量不同。

另外，上述共轨压力控制部还可以具有以下特征：在稳定状态的情况下，以基于大气压计算出的校正量校正在上述稳定处理中计算出的共轨压力；在过渡状态的情况下，不利用基于大气压的校正量，而是使用在上述过渡处理中计算出的共轨压力。

另外，共轨压力控制部还可以具有以下特征：在发动机状态为过渡状态的情况下，并且上述大气压传感器检测到的大气压为规定的范围的情况下，不利用基于大气压的校正量，而是使用在上述过渡处理中计算出的共轨压力。

而且，代替燃料喷射时期或者共轨压力，通过使预喷射量增加，能够使筒内温度上升，使点火的稳定性提高。而且，即使在使预喷射间隔短的情况下也能够使点火的稳定性提高。另外，通过进行引导喷射，能够降低每一次喷射的喷射量，所以能够使喷雾的温度上升，能够使点火的稳定性提高。

另外，也可以是发动机如以下这样构成。即，该发动机的特征在于，具备：燃料喷射装置；判定发动机状态是稳定状态还是过渡状态的状态判定部；检测大气压的大气压传感器；和燃料喷射控制部，该燃料喷射控制部进行计算在稳定状态下的“预喷射和引导喷射的实施的有无、实施情况下的喷射量或喷射时期的任意一种”的稳定处理、计算在过渡状态下的“预喷射和引导喷射的实施的有无、实施情况下的喷射量或喷射时期的任意一种”的过渡处理、和根据大气压校正“预喷射和引导喷射的实施的有无、实施情况下的喷射量或喷射时期的任意一种”的大气压校正处理，上述燃料喷射控制部在发动机状态为稳定状态的情况下和为过渡状态的情况下，使上述大气压校正处理的有无、或者上述大气压校正处理的内容不同。

另外，上述燃料喷射控制部还可以具有以下特征：在稳定状态的情况下，以基于大气压计算出的第一校正量校正在上述稳定处理中计算出的“预喷射和引导喷射的实施的有无、实施情况下的喷射量或喷射时期的任意一种”；在过渡状态的情况下，以基于大气压计算出的第二校正量校正在上述过渡处理中计算出的“预喷射和引导喷射的实施的有无、实施情况下的喷射量或喷射时期的任意一种”，上述第一校正量与上述第二校正量不同。

另外，上述燃料喷射控制部还可以具有以下特征：在稳定状态的情况下，以基于大气压计算出的校正量校正在上述稳定处理中计算出的“预喷射和引导喷射的实施的有无、实施情况下的喷射量或喷射时期的任意一种”；在过渡状态的情况下，不利用基于大气压的校正量，而是使用在上述过渡处理中计算出的“预喷射和引导喷射的实施的有无、实施情况下的喷射量或喷射时期的任意一种”。

另外，燃料喷射控制部还可以具有以下特征：在发动机状态为过渡状态的情况下，并且上述大气压传感器检测到的大气压为规定的范围的情况下，不利用基于大气压的校正量，而是使用在上述过渡处理中计算出的“预喷射和引导喷射的实施的有无、实施情况下的喷射量或喷射时期的任意一种”。

因为上述的处理的优点、缺点、能够使用的条件(高度等)各不相同，所以通过根据优先事项和条件等区分使用，能够适当地使点火的稳定性提高。该区分使用可以在ECU50侧自动地进行，也可以由用户进行指示。

如以上所说明的那样，发动机100具备喷注器12、状态判定部58、大气压传感器57和喷射时期控制部59。状态判定部58判定发动机状态是稳定状态还是过渡状态。大气压传感器57检测大气压。喷射时期控制部59进行计算在稳定状态下的燃料喷射时期的稳定处理、计算在过渡状态下的燃料喷射时期的过渡处理、和根据大气压校正燃料喷射时期的大气压校正处理。喷射时期控制部59在发动机状态为稳定状态的情况下和为过渡状态的情况下，使大气压校正处理的有无不同(第一实施方式)、或者使大气压校正处理的内容不同(第二实施方式)。

以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但上述的结构能够例如以下所示进行变更。

判定是稳定状态还是过渡状态的方法为任意，也可以使用上述说明的方法以外的方法进行判定。

在上述实施方式中，分别计算出校正量和校正系数来求出大气压校正量，但也可以例如仅基于大气压来求出大气压校正量。

另外，发动机100的结构和ECU50进行的处理在不脱离本发明的宗旨的范围内能够适当变更。例如，自然吸气式的发动机也能够应用本发明。

符号的说明

12 喷注器(燃料喷射装置)

50 ECU

57 大气压传感器

58 状态判定部

59 喷射时期控制部

61 标准喷射时期MAP图

62 大气压校正量MAP图

63 大气压校正系数曲线

66 过渡喷射时期MAP图

Claims

1.一种发动机，其特征在于，具备：

燃料喷射装置；

判定发动机状态是稳定状态还是过渡状态的状态判定部；

检测大气压的大气压传感器；和

喷射时期控制部，该喷射时期控制部进行计算在稳定状态下的燃料喷射时期的稳定处理、计算在过渡状态下的燃料喷射时期的过渡处理、和根据大气压校正燃料喷射时期的大气压校正处理，

所述喷射时期控制部在发动机状态为稳定状态的情况下和为过渡状态的情况下，使所述大气压校正处理的有无、或者所述大气压校正处理的内容不同。

2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于：

所述喷射时期控制部，

在稳定状态的情况下，以基于大气压计算出的第一校正量校正在所述稳定处理中计算出的燃料喷射时期；

在过渡状态的情况下，以基于大气压计算出的第二校正量校正在所述过渡处理中计算出的燃料喷射时期，

所述第一校正量与所述第二校正量不同。

3.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于：

所述喷射时期控制部，

在稳定状态的情况下，以基于大气压计算出的校正量校正在所述稳定处理中计算出的燃料喷射时期；

在过渡状态的情况下，不利用基于大气压的校正量，而是使用在所述过渡处理中计算出的燃料喷射时期。

4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于：

所述喷射时期控制部在发动机状态为过渡状态的情况下，并且所述大气压传感器检测到的大气压为规定的范围的情况下，不利用基于大气压的校正量，而是使用在所述过渡处理中计算出的燃料喷射时期。