CN106030081A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的控制装置，一边适当地抑制异常燃烧，一边使内燃机能够发挥本来具有的输出性能。控制装置对附带有能够变更进气门的开阀正时和/或闭阀正时来使气缸的实际压缩比变化的可变气门正时机构的内燃机进行控制，其中，将气缸的实际压缩比高的状况下的节气门的开度的上限设定为比气缸的实际压缩比低的状况下的节气门的开度的上限高，在当前的节气门的开度超过应有的上限且两者之差扩大到了规定程度以上时，执行燃料喷射量的增量修正或燃料喷射的暂时停止。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及对附带有能够使进气门的开阀正时和/或闭阀正时变化的可变气门正时(Variable Valve Timing)机构的内燃机进行控制的控制装置。
背景技术
关于搭载于车辆等的内燃机，具备能够对进气门的开闭正时进行可变控制的VVT机构的内燃机是公知的(例如，参照下述专利文献)。
作为可变气门正时机构的用途之一，可举出米勒循环(阿特金森循环)的实现。即，通过将气门正时设定成在比排气上止点晚的正时打开进气门和/或在比进气下止点晚的正时关闭进气门，从而有效地使压缩行程的行程长缩短为比膨胀行程的行程长短。使实际膨胀比比实际压缩比大的米勒循环在能够使排热量减少而提高热效率这一点上是有利的。
进行米勒循环运转的内燃机具有气缸的理论压缩比(活塞位于下止点时的燃烧室容积与活塞位于上止点时的燃烧室容积之比)变高的倾向。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-125881号公报
发明内容
发明要解决的课题
随着近来的高压缩比化，在内燃机的气缸中引起早燃、严重爆震这样的异常燃烧的风险正在升高。这种异常燃烧容易在发动机转速低且加速器开度大的低旋转高负荷的运转区域中产生。
于是，可考虑设置如下的预防对策：对作为进气节流阀的节气门的开度设置上限，使得不会迁移到引起异常燃烧的风险高的运转区域。气缸的实际压缩比受此时具体实现的进气门正时的影响。在使进气门正时大幅延迟了的情况下，异常燃烧的发生风险降低，所以即使缩小节气门的开度也无助于异常燃烧的抑制，仅仅会不必要地抑制内燃机的输出转矩。因此，节气门的开度的上限优选根据VVT机构具体实现的当前的进气门正时即气缸的实际压缩比来进行调整。
在VVT机构发生了故障或者产生了其他的进气门正时发生骤变的现象的情况下，节气门的开度有时可能成为暂时地大幅超过应有的上限的状态。这样一来，在气缸中发生早燃等异常燃烧的可能性升高。而且，即使执行将节气门的开度限制至应有的上限的操作，在节气门的开度的缩小与实际流入气缸的进气量的减少之间也存在时滞。因此，直到气缸的实际压缩比降低为止，有可能会连续发生异常燃烧。
本发明是首次着眼于以上情况而完成的发明，其预期的目的在于适当地抑制异常燃烧的连续发生。
用于解决课题的技术方案
在本发明中，构成了一种内燃机的控制装置，对附带有能够变更进气门的开阀正时和/或闭阀正时来使气缸的实际压缩比变化的可变气门正时机构的内燃机进行控制，其中，与气缸的实际压缩比低的状况下的节气门的开度的上限相比，将气缸的实际压缩比高的状况下的节气门的开度的上限设定得较高，在当前的节气门的开度超过应有的上限且当前的节气门的开度与应有的上限之差扩大到了规定程度以上时，执行燃料喷射量的增量修正或燃料喷射的暂时停止。
更具体而言，优选，在当前的节气门的开度与应有的上限之差小于阈值的情况下执行燃料喷射量的增量修正，在当前的节气门的开度与应有的上限之差为阈值以上的情况下执行燃料喷射的暂时停止。
发明效果
根据本发明，能够适当地抑制气缸中的异常燃烧的连续发生。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式中的内燃机和控制装置的概略结构的图。
图2是示出该实施方式的控制装置所设定的节气门开度的上限与发动机转速和进气门正时的关系的图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的一实施方式进行说明。在图1中示出本实施方式中的车辆用内燃机的概要。本实施方式中的内燃机是火花点火式的4冲程汽油发动机，具备多个气缸1(在图1中示出了其中之一)。在各气缸1的进气口附近设置有喷射燃料的喷射器11。另外，在各气缸1的燃烧室的天顶部安装有火花塞12。火花塞12是接受由点火线圈产生的感应电压的施加而在中心电极与接地电极之间引起火花放电的部件。点火线圈与作为半导体开关元件的点火器一起一体地内置于线圈壳体。
用于供给进气的进气通路3从外部取入空气并将其向各气缸1的进气口引导。在进气通路3上从上游起依次配置有空气滤清器31、电子节气门32、平衡罐(surge tank)33、进气歧管34。
用于排出排气的排气通路4将在气缸1内通过使燃料燃烧而产生的排气从各气缸1的排气口向外部引导。在该排气通路4上配置有排气歧管42和排气净化用的三元催化剂41。
废气再循环(Exhaust Gas Recirculation)装置2是实现所谓的高压环EGR的装置，以将排气通路4中的催化剂41的上游侧与进气通路3中的节气门32的下游侧连通的外部EGR通路21、在EGR通路21上设置的EGR冷却器22、以及对EGR通路21进行开闭来控制在该EGR通路21中流动的EGR气体的流量的EGR阀23为要素。EGR通路21的入口连接于排气通路4中的排气歧管42或者其下游的规定部位。EGR通路21的出口连接于进气通路3中的节气门32的下游的规定部位，特别地，连接于平衡罐33。
本实施方式的内燃机附随有能够对各气缸1的进气门的开闭正时进行可变控制的VVT机构6。VVT机构6是利用电动机来使驱动各气缸1的进气门的进气凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化的已知的机构(电动机驱动VVT)。众所周知，内燃机的进气凸轮轴从作为内燃机的输出轴的曲轴接受旋转驱动力的供给，从动于曲轴而进行旋转。在曲轴与进气凸轮轴之间介有用于传递旋转驱动力的卷挂传动装置(未图示)。卷挂传动装置以设置于曲轴侧的曲轴链轮(或者滑轮)、设置于进气凸轮轴侧的凸轮链轮(或者滑轮)、以及卷挂于这些链轮(或者滑轮)的正时链条(或者皮带)为要素。VVT机构6通过使进气凸轮轴相对于凸轮链轮进行相对转动来使进气凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化，从而变更进气门的开闭正时。
本实施方式中的内燃机能够根据需要而使进气门的闭阀正时大幅晚于进气下止点(例如，晚55℃A(曲轴角度)以上)来进行米勒循环运转。进行米勒循环运转时的进气门的开阀正时延迟至排气上止点附近或从排气上止点稍微(例如，5℃A左右)延迟后的正时。
作为本实施方式的内燃机的控制装置的ECU(Electronic ControlUnit)0是具有处理器、存储器、输入接口、输出接口等的微型计算机系统。
ECU0的输入接口被输入从检测车辆的实际车速的车速传感器输出的车速信号a、从检测曲轴的旋转角度和发动机转速的发动机旋转传感器输出的曲轴角信号b、从检测加速器踏板的踩踏量或节气门32的开度作为加速器开度(换言之，要求负荷)的传感器输出的加速器开度信号c、从检测反映内燃机的温度的冷却水温的水温传感器输出的冷却水温信号d、从检测包含气缸1的气缸体的振动的大小的振动式的爆震传感器输出的振动信号e、从检测进气通路3(特别地，平衡罐33)内的进气温和进气压的温度/压力传感器输出的进气温/进气压信号f、在进气凸轮轴的多个凸轮角下从凸轮角传感器输出的凸轮角信号g、检测制动器踏板正被踩踏这一情况或者检测制动器踏板的踩踏量的传感器(制动器开关、主缸压传感器等)输出的制动器信号h等。
曲轴角传感器对固定于曲轴的轴端部而与曲轴一体旋转的转子的旋转角度进行传感检测(sensing)。在该转子上沿着曲轴的旋转方向每隔规定角度形成有齿或突起。典型地，曲轴每旋转10°时，就配置齿或突起。曲轴角传感器面对转子的外周，在每检测到各个齿或突起经过该传感器的附近这一情况时发送脉冲信号作为曲轴角信号b。不过，曲轴角传感器并不是在曲轴旋转一圈的期间输出三十六次脉冲。曲轴的转子的齿或突起有一部分是缺损的。缺齿部分分别对应于曲轴的特定的旋转相位角。并且，曲轴角信号b的脉冲列也因缺齿部分而有一部分缺损。基于该脉冲的缺损，能够得知曲轴的绝对角度(姿势)、即各气缸1的活塞的当前位置。
另外，凸轮角传感器对固定于进气凸轮轴的轴端部而与进气凸轮轴一体旋转的转子的旋转角度进行传感检测。在该转子上沿着进气凸轮轴的旋转方向每隔规定角度形成有齿或突起。凸轮角传感器面对转子的外周，在每检测到各个齿或突起经过该传感器的附近这一情况时发送脉冲信号作为凸轮角信号g。若同时参照曲轴角信号b和凸轮角信号g，则除了能够判别而得知各气缸1的当前的行程之外，还会知晓VVT机构6具体实现的当前的进气门正时(的提前量)。
从ECU0的输出接口对点火器输出点火信号i，对喷射器11输出燃料喷射信号j，对节气门32输出开度操作信号k，对EGR阀23输出开度操作信号l，对VVT机构6输出进气门正时的控制信号n等。
ECU0的处理器对预先保存于存储器的程序进行解译并执行，运算运转参数来控制内燃机的运转。ECU0经由输入接口取得内燃机的运转控制所需的各种信息a、b、c、d、e、f、g、h，得知发动机转速并且推算向气缸1填充的进气量。然后，基于该发动机转速和进气量等，决定所要求的燃料喷射量、燃料喷射正时(包括相对于一次燃烧的燃料喷射的次数)、燃料喷射压、点火正时、要求EGR率(或者EGR量)、以及进气门的开闭正时等各种运转参数。ECU0经由输出接口来施加与运转参数对应的各种控制信号i、j、k、l、n。
作为进气节流阀的节气门32通常根据驾驶员对加速器踏板的踩踏量来进行操作。即，加速器踏板的踩踏量越大，则越扩大节气门32的开度。然而，若在发动机转速低时，换言之，在各气缸1的活塞的运动速度慢时大幅打开节气门32，则可能会引起早燃、严重爆震这样的异常燃烧。于是，本实施方式的ECU0对节气门32的开度设置上限，不管加速器踏板的踩踏量多大都不使节气门32打开到该上限开度以上，从而谋求防止异常燃烧的发生。
在图2中例示ECU0所设定的节气门32的开度的上限。基本上，发动机转速越降低，则节气门32的开度的上限越低。在图2中，标注有网点(上色：tone)的区域是产生早燃等异常燃烧的风险高的运转区域。ECU0通过将节气门32的开度抑制为上限以下的控制，来使得内燃机的状态不会迁移到这样的运转区域。在发动机转速成为了一定程度以上的高旋转的情况下，不容易发生早燃，所以撤销节气门32的开度的上限，或者将开度100％作为上限来操作节气门32。
于是，在本实施方式中，根据当前VVT机构6具体实现的进气门的开闭正时来变更节气门32的开度的上限。
在经由VVT机构6使进气凸轮轴相对于曲轴的旋转相位返回到了最延迟的位置时，也就是说，在使进气门正时成为了最延迟的正时时，进气门在排气上止点附近或者从排气上止点稍微延迟的正时开阀，在从进气下止点大幅延迟的正时闭阀。并且，若经由VVT机构6使进气凸轮轴相对于曲轴的旋转相位从最延迟的位置提前，则进气门的开阀正时变得比排气上止点早，而且进气门的闭阀正时接近进气下止点。结果，向气缸1填充的进气量(以及燃料喷射量)增加。
进气门正时从最延迟正时的提前量越小，则ECU0将节气门32的开度的上限提升得越高(越缓和节气门32的开度的制限)，将节气门32的可动范围扩张。图2中，实线表示进气门正时的提前量大的情况下的节气门32的开度的上限，点划线表示进气门正时的提前量小的情况下的节气门32的开度的上限。另外，虚线表示进气门正时的提前量为中等程度的情况下的节气门32的开度的上限。节气门32的开度的上限按照实线、虚线、点划线的顺序依次变高。
进气门正时的提前量越小，则进气门的闭阀正时越晚，气缸1的实际压缩比降低而向气缸1填充的进气量变少。这意味着在该气缸1中引起早燃等的风险降低。因此，ECU0随着气缸1的实际压缩比的降低而提升节气门32的开度的上限，使得即使在低中旋转域中也能够大幅扩开节气门32，从而发挥内燃机本来的输出性能。
相反，若进气门正时的提前量变大，则进气门的闭阀正时变早而气缸1的实际压缩比上升，向气缸1填充的进气量变多。这意味着在该气缸1中引起早燃等的风险增大。因此，ECU0随着气缸1的实际压缩比的上升而降低节气门32的开度的上限，限制低中旋转域中的节气门32的开度的扩大，从而抑制早燃等的发生。
提升节气门32的开度的上限时的每单位时间或者每单位发动机旋转(气缸1中的膨胀行程的次数)的上限的变化量(上升量)优选设定为略少。反过来，降低节气门32的开度的上限时的每单位时间或者每单位发动机旋转的上限的变化量(下降量)优选设定为比提升上限时的变化量(上升量)多。这样，在提升节气门32的开度的上限时缓慢地提升，而在降低时迅速地降低，对于异常燃烧的切实的防止是有效的。
在提升节气门32的开度的上限时，可以基于对时刻t的进气门正时f(t)的时序进行平滑处理(取移动平均等)或者低通滤波处理而得到的时序f’(t)来决定节气门32的开度的上限。在该情况下，f’(t)越延迟，则使节气门32的开度的上限越高。与此相对，在降低节气门32的开度的上限时，基于未经过平滑处理或低通滤波处理的进气门正时f(t)来决定节气门32的开度的上限。在该情况下，自不必说，f(t)越提前，则使节气门32的开度的上限越低。
此外，在感知到VVT机构6发生了某种故障(进气凸轮轴的旋转相位在最提前的位置发生了粘连等)的情况下，立即将节气门32的开度的上限降低至图2中由实线表示的最低位。ECU0例如在通过控制信号n的输入而向VVT机构6指示的进气门正时与参照曲轴角信号b和凸轮角信号g而得知的实际的进气门正时的偏差成为规定量以上的状态持续了一定时间或者一定的旋转次数(气缸1中的膨胀行程的次数)时，判断为VVT机构6发生了故障。
也可以在感知到在气缸1中发生了早燃等异常燃烧的情况下，也立即将节气门32的开度的上限降低至图2中由实线表示的最低位。ECU0能够参照振动信号e来判定在气缸1中是否发生了异常燃烧。
另外，在因VVT机构6的故障或者其他理由而导致进气门的开闭正时发生了骤变的情况和感知到异常燃烧的发生的情况等的情况下，有时当前的节气门32的开度会成为暂时地大幅超过应有的上限的状态。例如，在当前的内燃机的运转区域处于图2所示的点划线上的点A或虚线上的点B时，若假设进气门正时急速地提前到了与实线相当的提前量，则与该进气门正时对应的本来应有的能够避免引起异常燃烧的节气门32的开度的上限会成为实线上的点A’或点B’。即，通过进气门正时急速地提前，会在当前的节气门32的开度与应有的其上限之间产生差ΔA或差ΔB。
当然，在进气门正时这样提前了时，会执行将节气门32的开度从点A缩小为点A’或者从点B缩小为点B’的操作，但在节气门32的开度的缩小与实际流入气缸1的进气量的减少之间存在时滞。因而，可能会连续发生异常燃烧，直到气缸1的实际压缩比实际降低为止。
为了适当地抑制异常燃烧的连续发生，本实施方式的ECU0在当前的节气门32的开度A或B超过应有的上限A’或B’且两者之差ΔA或ΔB扩大到了规定程度以上时，与节气门32的开度的缩小同时，或者在节气门32的开度的缩小之前，执行燃料喷射量的增量修正或燃料喷射的暂时停止。
使混合气的空燃比浓化的燃料喷射量的增量会带来由燃料的气化热(潜热)引起的气缸1的燃烧室内温度的下降，会使引起早燃等异常燃烧的风险降低。另外，自不必说，中断燃料喷射的燃料切断有助于避免异常燃烧。
关于对内燃机所输出的发动机转矩的影响，燃料喷射的暂时停止当然比燃料喷射量的增量修正大。于是，优选将当前的节气门32的开度A或B与应有的其上限A’或B’之间的差ΔA或ΔB与阈值进行比较，在该差ΔA或ΔB小于阈值的情况下选择燃料喷射量的增量修正，在为阈值以上的情况下选择燃料喷射的暂时停止。如参照图2所示的例子所述那样，在当前的节气门32的开度为点A而与应有的其上限A’之差ΔA比较大的状况下，执行暂时停止燃料喷射的燃料切断。与此相对，在当前的节气门32的开度为点B而与应有的其上限B’之差ΔB比较小的状况下，执行使空燃比浓化的燃料喷射量的增量修正。
除此以外，也可考虑将当前的节气门32的开度A或B、换言之发动机负荷自身与阈值进行比较，在该开度A或B小于阈值的情况下选择燃料喷射量的增量修正，在为阈值以上的情况下选择燃料喷射的暂时停止。虽然不能否定燃料切断会招致发动机旋转的不稳定化和/或发动机失速的可能性，但可以仅在当前的发动机转速为阈值以上的情况下执行燃料切断，否则就不执行燃料切断而是执行燃料喷射量的增量修正。
在与进气门正时的骤变相伴的燃料喷射量的增量修正或燃料喷射停止之后，在节气门32的开度A或B缩小至应有的大小A’或B’的时刻，或者在从该时刻经过了一定的时间或一定的旋转次数后的时刻，结束燃料喷射量的增量修正，或者使停止的燃料喷射再次开始。
在本实施方式中，构成了一种内燃机的控制装置0，其对附带有能够变更进气门的开闭正时来使气缸1的实际压缩比变化的VVT机构6的内燃机进行控制，其中，将气缸1的实际压缩比高的状况下的节气门32的开度的上限设定为比气缸1的实际压缩比低的状况下的节气门32的开度的上限高，在当前的节气门32的开度超过应有的上限且两者之差扩大到了规定程度以上时，执行燃料喷射量的增量修正或燃料喷射的暂时停止。
根据本实施方式，能够适当地抑制气缸1中的异常燃烧的连续发生。因而，能够尽量提高节气门32的开度的上限，使内燃机最大限度地发挥本来具有的输出性能，谋求车辆的加速性能的提高。
此外，本发明不限于以上详述的实施方式。特别是，用于使内燃机的各气缸1的进气门的开阀正时和/或闭阀正时变化的VVT机构6的具体形态是任意的，不限定于唯一。除了使进气凸轮轴相对于曲轴的旋转相位提前/延迟的机构以外，还已知有准备多个对进气门进行开阀驱动的凸轮并适当分开使用这些凸轮的机构、经由电动机使摇杆的杠杆比(lever ration)变化的机构、将进气门设为电磁阀的机构等，可以从这些机构中选择机构来采用。
在使进气凸轮轴相对于曲轴的旋转相位提前/延迟的形态的VVT机构6中，进气门的开阀正时和闭阀正时同步地变化，但在将其以外的形态的VVT机构6安装于内燃机的情况下，能够使进气门的开阀正时和闭阀正时非同步地变化，或者仅使开阀正时或闭阀正时变化。因此，进气门的开阀正时从最延迟正时的提前量和相同的进气门的闭阀正时从最延迟正时的提前量有时不同。
即使仅使进气门的闭阀正时提前/延迟，也能够对向气缸1的燃烧室填充的进气量进行增量/减量。另外，若是能够使进气门的开阀正时大幅晚于排气上止点而进行米勒循环运转的内燃机，则通过仅使进气门的开阀正时提前/延迟，能够对向气缸1的燃烧室填充的进气量进行增量/减量。在这些情况下，也与上述实施方式同样地根据进气门的开阀正时或闭阀正时(的提前量)来调整节气门32的开度的上限即可。即，气缸1的实际压缩比越低，则越提高节气门32的开度的上限。
另外，检测早燃等异常燃烧的单元不限于振动式的爆震传感器。例如，也可以检测在气缸1的燃烧室内燃料燃烧时在火花塞12的电极中流动的离子电流，参照该离子电流信号的波形来判定是否发生了异常燃烧。
其他各部分的具体结构能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形。
产业上的可利用性
本发明能够应用于搭载于车辆等的内燃机的控制。
标号说明
0…控制装置(ECU)
1…气缸
11…喷射器
32…节气门
6…可变气门正时(VVT)机构
b…曲轴角信号
c…加速器开度信号
e…振动信号
g…凸轮角信号
k…开度操作信号
n…进气门正时的控制信号

Claims (2)

1.一种内燃机的控制装置，对附带有可变气门正时机构的内燃机进行控制，所述可变气门正时机构能够通过变更进气门的开阀正时或闭阀正时来使气缸的实际压缩比变化，
其中，
与气缸的实际压缩比低的状况下的节气门的开度的上限相比，将气缸的实际压缩比高的状况下的节气门的开度的上限设定得较高，
在当前的节气门的开度超过应有的上限且当前的节气门的开度与应有的上限之差扩大到了规定程度以上时，执行燃料喷射量的增量修正或燃料喷射的暂时停止。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，
在当前的节气门的开度与应有的上限之差小于阈值的情况下执行燃料喷射量的增量修正，在当前的节气门的开度与应有的上限之差为阈值以上的情况下执行燃料喷射的暂时停止。
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