CN107044353A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机的控制装置，其目的在于，在为了抑制爆燃而使点火正时滞后之际，以从抑制爆燃以及抑制扭矩波动的增加的观点出发能够适当控制增量的值的方式相伴进行用于空燃比浓化的喷射燃料的增量。其基于缸内压力传感器(30)的输出值算出表示燃烧稳定性的燃烧指标值。在抑制爆燃时，使点火正时滞后。以表示进行点火正时的滞后的燃烧循环即滞后执行循环的实际的燃烧稳定性的燃烧指标值接近表示滞后前循环的燃烧稳定性的燃烧指标值的目标值的方式使喷射燃料增量。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置。
背景技术
例如在专利文献1中公开了一种具备直接向气缸内喷射燃料的燃料喷射阀的火花点火式内燃机。在该内燃机中，在发生爆燃时，点火正时发生滞后且压缩冲程中的燃料喷射量增加。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4－187851号公报
专利文献2：日本特开2011－174409号公报
发明内容
在为了抑制爆燃而使点火正时滞后之际，相伴进行用于浓化空燃比的喷射燃料的增量，该情况下需要适当确定该增量的值。其原因在于，若增量的值过大则因燃烧速度的增加反而具有诱发爆燃的可能性，而增量的值过小则具有容易到达扭矩波动极限的可能性。
本发明是为了应对上述这样的课题而作出的，其目的在于提供一种内燃机的控制装置，其在为了抑制爆燃而使点火正时滞后之际，能够以从抑制爆燃以及抑制扭矩波动的增加的观点出发可适当控制增量的值的方式相伴进行用于浓化空燃比的喷射燃料的增量。
本发明的内燃机的控制装置对具备点火装置、燃料喷射阀以及缸内压力传感器的内燃机进行控制，所述点火装置对气缸内的混合气体进行点火，所述燃料喷射阀向所述气缸内供给燃料，所述缸内压力传感器检测缸内压力。上述控制装置具备爆燃检测单元、指标值算出单元、燃料喷射量控制单元、点火滞后执行单元以及燃料增量执行单元。所述爆燃检测单元检测爆燃。所述指标值算出单元基于所述缸内压力传感器的输出值算出表示燃烧稳定性的燃烧指标值的实际燃烧指标值。所述燃料喷射量控制单元控制燃料喷射量，以使所述实际燃烧指标值接近基于发动机运转条件的目标燃烧指标值。在基于所述爆燃检测单元的检测结果抑制爆燃时，所述点火滞后执行单元使点火正时滞后。所述燃料增量执行单元以使由所述点火滞后执行单元进行点火正时的滞后的燃烧循环即滞后执行循环的所述实际燃烧指标值接近即将进行所述滞后执行循环之前的1个或多个燃烧循环即滞后前循环的所述目标燃烧指标值的方式使喷射燃料增量。
可以基于所述滞后执行循环的发动机负荷率的值相对于所述滞后前循环的发动机负荷率的值的变化量来修正所述目标燃烧指标值。
可以基于所述滞后执行循环的发动机旋转速度的值相对于所述滞后前循环的发动机旋转速度的值的变化量来修正所述目标燃烧指标值。
根据本发明，在为了抑制爆燃而使点火正时滞后时，以滞后执行循环的实际燃烧指标值接近滞后前循环的目标燃烧指标值的方式使喷射燃料增量。由此，能够减小点火滞后的实施前后的燃烧循环中的实际燃烧指标值的差。通过与因这样的方式的增量而引起的空燃比的浓化相伴使点火正时滞后，与仅执行点火滞后的情况相比，能够不易到达扭矩波动极限并使点火正时滞后。并且，通过以抑制伴随点火滞后执行的实际燃烧指标值的变化的方式进行增量，能够抑制因过度的增量导致的燃烧速度的增加。由此，能够抑制使增量与点火正时的滞后相伴进行反而会诱发爆燃的问题。如此，根据本发明，能够以从抑制爆燃和抑制扭矩波动的增加的观点出发可适当控制增量的值的方式，将用于浓化空燃比的喷射燃料的增量与点火滞后相伴进行。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统构成的图。
图2是表示点火正时与燃烧质量比例的波形的图。
图3是用于说明基本点火正时的设定的图。
图4是表示比理论空燃比稀薄侧的稀薄空燃比区域中的点火正时以及空燃比与扭矩波动极限值的关系的图。
图5是以CA50以及空燃比(稀薄空燃比区域的空燃比)A/F的关系来表示扭矩波动极限线、基本点火正时的线(目标爆燃级别线)以及等SA－CA10线的图。
图6是表示实施方式1中执行的控制例程的流程图。
图7是表示空燃比与SA－CA10的关系的图。
图8是用于说明使用SA－CA10来作为用于确定与点火滞后相伴的增量值F的燃烧指标值时的效果的图。
具体实施方式
实施方式1.
首先，参照图1～图8对本发明的实施方式1进行说明。
[实施方式1的系统构成]
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统构成的图。图1所示的系统具备火花点火式的内燃机(作为其一个例子为汽油发动机)10。内燃机10的缸内设有活塞12。在缸内的活塞12的顶部侧形成有燃烧室14。燃烧室14与进气通道16以及排气通道18连通。
在进气通道16的进气口设有开闭该进气口的进气门20，在排气通道18的排气口设有开闭该排气口的排气门22。并且，在进气通道16设有电子控制式的节气门24。内燃机10的各气缸中分别设有用于向燃烧室14内(缸内)直接喷射燃料的燃料喷射阀26以及用于对混合气体进行点火的点火装置(仅图示火花塞)28。而且，各气缸中组装有用于检测缸内压力的缸内压力传感器30。需要说明的是，向内燃机10的气缸内供给燃料的燃料喷射阀可以是代替缸内喷射式的燃料喷射阀26或者与其一同向进气口喷射燃料的进气口喷射式燃料喷射阀。
而且，本实施方式的系统作为控制内燃机10的控制装置，与电子控制单元(ECU)40一同还具备用于驱动下述各种致动器的驱动电路(省略图示)等。ECU40具备输入输出接口、存储器40a和运算处理装置(CPU)40b。输入输出接口是为了从安装于内燃机10或搭载有该内燃机10的车辆上的各种传感器获取传感器信号并向内燃机10所具备的各种致动器输出操作信号而设置的。存储器40a中存储有用于控制内燃机10的各种控制程序以及映射等。CPU40b基于存储器40a所存储的控制程序等执行各种运算处理，根据获取的传感器信号生成各种致动器的操作信号。
供ECU40获取信号的传感器除了上述的缸内压力传感器30之外，还包括配置于曲轴(省略图示)附近的曲轴角传感器42、配置于进气通道16的入口附近的气流传感器44以及用于检测爆燃的爆燃传感器46等用于取得发动机运转状态的各种传感器。作为爆燃传感器46的一例，可以使用将向缸体传递的内燃机10的振动通过压电元件进行检测的方式的传感器。
ECU40发出操作信号的致动器包括上述的节气门24、燃料喷射阀26以及点火装置28等用于控制发动机运转的各种致动器。并且，ECU40具有使缸内压力传感器30的输出信号与曲轴角度同步地进行AD转换并获得该输出信号的功能。由此，可以在AD转换的分辨能力所允许的范围内检测任意曲轴角时刻的缸内压力。而且，ECU40存储有确定曲轴角度与缸内容积的关系的映射，参照这种映射能够算出与曲轴角度对应的缸内容积。
[实施方式1的控制]
(利用缸内压力传感器的MFB的实测数据的算出)
图2是表示点火正时与燃烧质量比例的波形的图。根据具备缸内压力传感器30和曲轴角传感器42的本实施方式的系统，在内燃机10的各循环中，能够取得与曲轴角度同步的缸内压力P的实测数据(更具体为作为每个规定曲轴角度的值算出的缸内压力P的集合)。可以使用得到的缸内压力P的实测数据和热力学第一定律，依照下式(1)、(2)算出任意曲轴角度θ下的缸内的发热量Q。进而，可使用算出的缸内的发热量Q的实测数据(作为每个规定曲轴角度的值算出的发热量Q的集合)，依照下式(3)算出任意曲轴角度θ下的燃烧质量比例(以下称为“MFB”)。在此基础上，通过对每个规定曲轴角度执行MFB的算出处理，能够算出与曲轴角度同步的MFB的实测数据(实测MFB的集合)。MFB的实测数据是在燃烧期间及其前后的规定曲轴角期间(在此，作为一例为从进气门20的关闭正时IVC到排气门22的开启正时EVO为止的曲轴角期间)算出的。
【数1】
其中，在上述式(1)中，V为缸内容积，κ为缸内气体的比热比。并且，上述(3)式中，θmin为燃烧开始点，θmax为燃烧结束点。
根据通过上述方法算出的MFB的实测数据，能够算出MFB成为特定比例α％时的曲轴角度(以下称为“特定比例燃烧点”，标注“CAα”进行表示)。下面，参照图2说明代表性的特定比例燃烧点CAα。缸内的燃烧是在点火正时SA对混合气体进行点火后伴随着火延迟而开始的。将该燃烧的开始点(上述(3)式中的θmin)即MFB上升时的曲轴角度称为CA0。从CA0到MFB成为10％时的曲轴角度CA10为止的曲轴角期间(CA0－CA10)相当于初始燃烧期间，从CA10到MFB成为90％时的曲轴角度CA90为止的曲轴角期间(CA10－CA90)相当于主燃烧期间。并且，本实施方式中，将MFB成为50％时的曲轴角度CA50作为燃烧重心点进行使用。MFB成为100％时的曲轴角度CA100相当于发热量Q到达最大值的燃烧结束点(上述(3)式中的θmax)。燃烧期间被确定为从CA0到CA100为止的曲轴角期间。
(基本点火正时)
基本点火正时作为对应于内燃机10的运转条件(主要是发动机负荷(发动机扭矩)和发动机旋转速度)的值预先设定并存储于存储器40a。发动机扭矩例如可以利用通过缸内压力传感器30取得的缸内压力P的实测数据进行算出。
图3是用于说明基本点火正时的设定的图，表示作为一例的规定发动机旋转速度中的基本点火正时与发动机负荷的关系。图3中表示有成为基本点火正时的候补的2个点火正时、即MBT(Minimum Advance for Best Torque，最佳扭矩的最小点火提前角)点火正时和爆燃点火正时。
在此所述的爆燃点火正时是得到规定的目标爆燃级别的点火正时。爆燃级别是基于爆燃强度和爆燃频率的指标(更具体而言是爆燃强度越大爆燃级别越高且爆燃频率越高爆燃级别越高的指标)。作为一例，爆燃强度可以作为与基于爆燃传感器46的输出信号算出的振动强度相对应的值而进行算出。爆燃频率是所关注的爆燃强度的爆燃在规定的多个循环中发生的频率。因此，在规定的多个循环中发生的爆燃的爆燃强度越高，且该多个循环中的爆燃频率越高，则爆燃级别越高。
由于发动机负荷越高，燃烧时的缸内压力以及缸内温度越高，因此容易发生爆燃。因此，发动机负荷越高，MBT点火正时越向滞后侧偏移。并且，发动机负荷越高，越容易发生爆燃强度大的爆燃，并且，爆燃频率也容易变高。因此，发动机负荷越高，爆燃点火正时(即，如上所述，得到目标爆燃级别的点火正时)越向滞后侧偏移。而且，如图3所示，在低负荷侧，MBT点火正时成为滞后侧的值，在高负荷侧，爆燃点火正时成为滞后侧的值。作为各发动机负荷中的基本点火正时，选择这些MBT点火正时以及爆燃点火正时中的滞后侧的值。
(爆燃控制的概要)
内燃机10中的点火正时的控制是将在上述的基本点火正时上加算点火正时滞后量(修正量)得到的点火正时作为目标点火正时而执行的。本实施方式中假设的滞后要求是以抑制爆燃(更具体而言，降低爆燃级别)为目的的滞后要求。
在本实施方式中执行爆燃控制。爆燃控制是以使爆燃级别接近目标爆燃级别的方式控制点火正时的。以降低爆燃级别为目的的滞后要求是在爆燃控制的执行中可能发生的要求。作为与燃烧相关的条件为标准条件(更具体而言，是进气温度、发动机冷却水温度以及燃料的辛烷值等为标准值的条件)下的值，将基本点火正时存储于存储器40a。内燃机10若是以与该标准条件相近的状态进行运转，则可通过相当于基本点火正时的目标点火正时来实现目标爆燃级别。另一方面，当内燃机10例如在高外部气温地域进行运转而使进气温度高于标准值、或者使用了辛烷值低于标准值的燃料时，若直接使用基本点火正时，则爆燃级别与目标爆燃级别相比有可能变高。其结果是，为了将爆燃级别下降到目标爆燃级别，需要使点火正时滞后。
在此，具体说明爆燃控制的一例。该爆燃控制中利用的点火正时滞后量通过以下的处理而进行学习并存储于存储器40a。该点火正时滞后量对应于爆燃级别(根据爆燃传感器46的爆燃检测结果算出的爆燃强度和爆燃频率)而进行增减。更具体而言，当爆燃级别高于目标爆燃级别时(具体而言，爆燃强度大于目标爆燃级别的爆燃强度时或爆燃频率高于目标级别的爆燃频率时)，将点火正时滞后量提高规定量R1地进行修正并存储于存储器40a。其结果是，本判断后进行燃烧的气缸的目标点火正时相对于当前值被滞后。如果点火正时被滞后，则可以通过降低混合气体的燃烧速度而将缸内压力的最大值Pmax抑制得较低，由此，能够降低爆燃强度和爆燃频率。其结果是，能够降低爆燃级别。另一方面，当判断为爆燃级别在目标爆燃级别以下的期间到达规定期间时，出现点火正时的提前要求，将点火正时滞后量减小规定量R2地进行修正并存储于存储器40a。其结果是，本判断后进行燃烧的气缸的目标点火正时相对于当前值被提前。需要说明的是，点火正时滞后量的最小值为零，因此，目标点火正时的提前侧的极限值为基本点火正时。
根据以上说明的爆燃控制，即使进气温度等与燃烧相关的条件相对于标准条件向从爆燃的观点看属于严峻的一侧变化，也能够维持目标爆燃级别。
(稀薄燃烧运转时的基本点火正时与扭矩波动极限的关系)
在本实施方式中，作为前提，以大于理论空燃比的稀薄空燃比进行稀薄燃烧运转。图4是表示比理论空燃比靠稀薄侧的稀薄空燃比区域中的点火正时以及空燃比和扭矩波动极限值的关系的图。需要说明的是，图4表示作为一例选择爆燃点火正时作为基本点火正的高负荷区域内的相同的发动机负荷以及发动机旋转速度下的关系。进一步说明，图4中所示的基本点火正时的线相当于爆燃级别与目标爆燃级别相等的等爆燃级别的线。
图4中所示的工作点p1是作为目标点火正时使用基本点火正时(图4中为爆燃点火正时)时的工作点p(提前设定的适合点)。需要说明的是，不同于图4所示的一例，在将MBT点火正时作为基本点火正时使用的低负荷侧的区域中，工作点p1(适合点)处的点火正时为MBT点火正时。
在通过上述爆燃控制而仅执行规定量R1的点火正时滞后时，如图4中的箭头A1所示，工作点p从工作点p1向位于图4的正下方的工作点p2移动。
另一方面，为了确保使点火正时滞后时的燃烧稳定性，有与点火正时的滞后相伴进行用于浓化空燃比的喷射燃料的增量的方法。在执行滞后之后执行增量的情况下，工作点p1的移动除了箭头A1的移动，还有因增量引起的箭头A2的移动。因此，工作点p最终移动至相对于工作点p1位于浓侧且滞后侧的工作点p3。在此，当在稀薄燃烧运转中使点火正时滞后时，与在理论空燃比燃烧运转中使点火正时滞后的情况相比，扭矩波动容易变大。因此，在稀薄燃烧运转时，与理论空燃比燃烧运转的情况相比，从基本点火正时到扭矩波动极限线为止的点火正时的幅度变短(即，用于进行滞后的余裕量变小)。更具体而言，空燃比越稀薄，稀薄空燃比区域中的余裕量越小。因此，如图4所示，与仅进行滞后的情况相比，通过与点火正时的滞后相伴进行喷射燃料的增量，能够增加滞后同量(规定量R1)之后的从工作点p3到扭矩波动极限线为止的距离(余裕量)。
(进行点火滞后时的实施方式1的喷射燃料的增量值F的确定方法)
在与用于抑制爆燃的点火滞后相伴进行喷射燃料的增量时，增量的值过大则因燃烧速度的增加反而存在诱发爆燃的可能性，另一方面，增量的值过小则存在容易到达扭矩波动极限的可能性。因此，需要适当确定增量的值。本实施方式中，通过下面的参照图5进行说明的方法来确定为了抑制爆燃而使点火正时滞后时的喷射燃料的增量值F。
图5是以CA50以及空燃比(稀薄空燃比区域的空燃比)A/F的关系表示扭矩波动极限线、基本点火正时的线(目标爆燃级别线)以及等SA－CA10线的图。图5中所示的SA－CA10是在本实施方式中作为表示燃烧稳定性的燃烧指标值而使用的参数。SA－CA10是从点火正时到CA10为止的曲轴角期间(更具体而言，是从CA10减去点火正时(SA)而得到的差)。另外，图5的纵轴即CA50(燃烧重心点)在使点火正时滞后时滞后，在使点火正时提前时提前。
更具体而言，SA－CA10与着火延迟期间的长度成比例。空燃比越稀薄，着火延迟期间越大。因此，如图5所示，空燃比越稀薄，在相同的CA50的SA－CA10值越大。这样，SA－CA10是如上所述表示燃烧稳定性的燃烧指标值，尤其可以说是表示混合气体的着火性的指标值。如图5所示，各个等SA－CA10线具有CA50越为滞后侧，SA－CA10越变小的趋势。
图5中所示的工作点p1是作为目标点火正时使用基本点火正时(图5中为爆燃点火正时)时的工作点p(预先设定的适合点)。需要说明的是，不同于图5所示的一例，在将MBT点火正时作为基本点火正时使用的低负荷侧的区域中，工作点p1(适合点)处的点火正时为MBT点火正时。穿过工作点p1的基本点火正时的线相当于目标爆燃级别线。
在本实施方式中，当为了抑制爆燃(更具体而言，为了降低爆燃级别)而使点火正时滞后时，确定喷射燃料的增量值F，以使进行该滞后的燃烧循环(以下，称为“滞后执行循环”)的实际SA－CA10接近滞后即将开始之前的1个或多个燃烧循环(以下称为“滞后前循环”)的SA－CA10(更具体而言为后述的目标SA－CA10)。需要说明的是，滞后执行循环因爆燃发生的形态而不同，其结果是，成为1个或多个燃烧循环。
作为上述的增量值F的确定方法的具体实施方式之一，在本实施方式中使用如下的方式。即，在本实施方式中，作为前提，在稀薄燃烧运转中控制燃料喷射量，以使实际SA－CA10接近对应于发动机运转条件(作为一例为发动机负荷率以及发动机旋转速度)的目标SA－CA10。为了方便将该控制称为“SA－CA10反馈控制”。
在确定本实施方式中的增量值F时，使用在该燃料喷射量的控制中使用的目标SA－CA10。具体而言，在滞后执行循环中也继续执行上述SA－CA10反馈控制。由此，以滞后执行循环的实际SA－CA10接近滞后前循环的目标SA－CA10的方式修正燃料喷射量。如上所述，仅使点火正时滞后则实际SA－CA10变大。另一方面，可通过使空燃比浓化而减小实际SA－CA10。因此，当通过SA－CA10反馈控制而使滞后执行循环的实际SA－CA10接近滞后前循环的目标SA－CA10时，向增量侧修正燃料喷射量。该修正量与上述的增量值F对应。这样，能够利用SA－CA10反馈控制来确定上述增量值F。
在使点火正时从工作点p1滞后规定量R1后以上述增量值F相伴进行增量时，如图5所示，工作点p向穿过工作点p1的等SA－CA10线上的工作点p4移动。在有滞后要求的期间，使点火正时滞后量增加规定量R1并重复执行用于抑制爆燃的点火滞后。其结果是，工作点p移动以追踪穿过工作点p1的等SA－CA10线。这样，通过利用增量值F，能够在点火滞后的实施前后使实际SA－CA10接近恒定。需要说明的是，与图5所述的方法不同地在没有相伴进行喷射燃料的增量而仅执行点火正时的滞后时，从图5所示关系可知，与滞后开始前相比，SA－CA10变大。
在此，对点火滞后的实施前后使实际SA－CA10接近恒定的上述控制进行补充说明。图5所示的工作点p的移动的例子是在点火滞后的实施前后发动机运转条件未变化的情况。若为了确定目标SA－CA10而使用的发动机运转条件发生变化，则目标SA－CA10发生变化。因此，在点火滞后的实施前后上述发动机运转条件发生变化时，目标SA－CA10也在点火滞后的实施前后变化与发动机运转条件的变化量相当的量。但是，可以说，与未应用本控制的情况相比，即使在这样的上述发动机运转条件在点火滞后实施前后发生变化而伴有目标SA－CA10的变化的情况下，也能使实际SA－CA10在点火滞后的实施前后接近恒定。并且，在这种情况下也能以维持目标燃烧稳定度的方式控制点火滞后的实施前后的燃烧。
并且，本实施方式中，即使在爆燃控制中出现点火正时的提前要求，也与出现滞后要求的情况相同地控制燃料喷射量，以使提前执行前后的燃烧循环的SA－CA10接近恒定。更具体而言，以使执行提前的燃烧循环的实际SA－CA10接近提前即将开始之前的燃烧循环中使用的目标SA－CA10的方式修正燃料喷射量。不过，在进行点火提前时，喷射燃料会减量。
(实施方式1中的具体的处理)
下面，图6是表示实施方式1中执行的控制例程的流程图。需要说明的是，本例程是在各气缸中经过了排气门22的开启正时后的时机(即，结束作为算出MFB实测数据的基础的、缸内压力P的数据的获取的时机)启动，且在每个燃烧循环中重复执行。
在图6所示的例程中，ECU40首先判断是否为稀薄燃烧运转中(步骤100)。在内燃机10中，在规定的运转区域以大于理论空燃比的(稀薄的)空燃比进行稀薄燃烧运转。在此，判断当前的运转区域是否属于进行这样的稀薄燃烧运转的运转区域。在此所述的运转区域例如可基于发动机负荷率与发动机旋转速度进行规定。发动机负荷率例如可基于使用气流传感器44获得的吸入空气量和发动机旋转速度进行算出。
当ECU40在步骤100中判断为是在稀薄燃烧运转中时，算出爆燃强度以及爆燃频率(步骤102)。具体而言，基于爆燃传感器46的输出信号算出本次燃烧循环的燃烧时的爆燃强度。并且，爆燃频率作为预先设定的目标爆燃级别的爆燃强度的爆燃在规定的多个循环(包括本次燃烧循环)中发生的频率被算出。
接着，ECU40判断是否有用于降低爆燃级别的点火正时的滞后要求(步骤104)。滞后要求是在当前的爆燃级别高于目标爆燃级别时(具体而言，在步骤102算出的爆燃强度大于目标爆燃级别的爆燃强度或步骤102中算出的爆燃频率高于目标爆燃级别的爆燃频率时)发出指令。
ECU40在步骤104中判断为有滞后要求时，对点火装置28输出点火正时的滞后指令(步骤106)。其结果是，在本滞后指令后进行的各气缸的燃烧循环中使用的点火正时被滞后。如上所述，目标点火正时是在基本点火正时上加算点火正时滞后量而得到的值。基本点火正时可参照确定了发动机运转条件(例如，发动机负荷以及发动机旋转速度)和基本点火正时的关系的映射(省略图示)而进行算出。该映射所规定的基本点火正时是考虑各发动机运转条件下的目标空燃比而设定的。
根据本步骤106的处理，收到上述滞后要求，加算与当前的点火正时相比用于增大滞后量的规定量R1。通过上述规定量R1的加算，首先从当前值(存储器40a所存储的值)修正点火正时滞后量并将其存储于存储器40a。进而，通过将修正后的点火正时滞后量加算于基本点火正时来修正目标点火正时。从而，根据上述滞后指令，发出这样修正后的目标点火正时的指令。需要说明的是，上述规定量(1次的滞后量)R1可以是固定值，或者也可以是例如对应于爆燃强度以及爆燃频率中的至少一方而可变的值。
另一方面，ECU40在步骤104中判断为没有滞后要求时，接着判断是否有点火正时的提前要求(步骤108)。提前要求例如可基于爆燃级别被判断为目标爆燃级别以下的期间是否到达了规定期间来进行判断。其结果是，当有提前要求时，ECU40输出点火正时的提前指令(步骤110)。由此，反映到基本点火正时的点火正时滞后量被修正为减小规定量R2。即，目标点火正时相对于当前值提前。需要说明的是，该规定量R2可以与用于滞后的规定量R1相同，也可以是不同的值。
并且，在图6所示的例程中，不论是输出滞后指令(步骤106)的情况、输出提前指令(步骤110)的情况、还是判断为滞后要求和提前要求均没有的情况，ECU40均进入步骤112。
在步骤112中，ECU40算出目标SA－CA10。图7是表示空燃比和SA－CA10的关系的图。该关系是相对于理论空燃比为稀薄侧的稀薄空燃比区域中的关系，并且，是相同运转条件(更具体而言，发动机负荷率以及发动机旋转速度相同的发动机运转条件)下的关系。如图7所示，在实际SA－CA10与空燃比之间存在一定的相关性，空燃比越稀薄，实际SA－CA10越大。并且，即使空燃比相同，实际SA－CA10也根据发动机运转条件(在此为发动机负荷率以及发动机旋转速度)而发生变化。因此，ECU40的存储器40a中存储有考虑了各发动机运转条件中的目标空燃比而规定了发动机运转条件(更具体而言，发动机负荷率以及发动机旋转速度)与目标SA－CA10的关系的映射(省略图示)。
更具体而言，若发动机负荷率变高，则因燃烧时的缸内压力以及缸内温度的上升而使着火性提高，所以实际SA－CA10变小。因此，发动机负荷越高，目标SA－CA10被设定为越大的值。并且，若发动机旋转速度变高，则每单位时间的曲轴角度的变化量变大，所以实际SA－CA10也变大。因此，发动机旋转速度越高，目标SA－CA10被设定为越小的值。根据这样的设定，不论发动机负荷率以及发动机旋转速度如何变化，都能够以得到目标着火延迟期间(燃烧稳定度)的方式设定目标SA－CA10。在本步骤112中，参照这样的映射算出对应于当前的发动机运转条件的目标SA－CA10。
对步骤112的处理进一步进行说明。通过步骤112的处理，将目标SA－CA10作为对应于当前的发动机运转条件(发动机负荷率以及发动机旋转速度)的值进行算出。通过这样的处理，在本实施方式中，当上述发动机运转条件在点火滞后的实施前后(即，滞后前循环与滞后执行循环之间)发生变化时，将SA－CA10相对于滞后前循环的值以对应于发动机运转条件的变化量的量进行修正。更具体而言，以发动机负荷率的增加量越大，目标SA－CA10越变大的方式来修正目标SA－CA10，反之，以发动机负荷率的减少量越大，目标SA－CA10越变小的方式来修正目标SA－CA10。并且，以发动机旋转速度的增加量越大，目标SA－CA10越变小的方式来修正目标SA－CA10，反之，以发动机旋转速度的减少量越大，目标SA－CA10越变大的方式来修正目标SA－CA10。
接下来，ECU40算出实际SA－CA10(步骤114)。实际SA－CA10可通过从本次的燃烧循环的实际CA10中减去在本次的燃烧循环中使用的目标点火正时而算出。如参照图2进行的说明那样，实际CA10可利用缸内压力传感器30的输出值而算出。尤其是在本次的燃烧循环为滞后执行循环时，通过本步骤114的处理可算出该滞后执行循环的实际SA－CA10。
接下来，ECU40算出在步骤112以及114中分别算出的目标SA－CA10与实际SA－CA10的差ΔSA－CA10，并算出用于使该差ΔSA－CA10接近零的燃料喷射量的修正量(步骤116)。更具体而言，当实际SA－CA10大于目标SA－CA10时，为了减小实际SA－CA10(即，为了使空燃比浓化)而增加上述修正量。当在滞后执行循环中执行了本步骤116的处理时，由于实际SA－CA10大于目标SA－CA10，因此上述修正量相当于上述增量值F。另一方面，当实际SA－CA10小于目标SA－CA10时，为了增大实际SA－CA10(即，为了使空燃比稀薄化)而减小上述修正量。当在执行点火提前的燃烧循环中执行本步骤116的处理时，由于实际SA－CA10小于目标SA－CA10，因此如上所述地减少上述修正量。需要说明的是，最终发送指令给燃料喷射阀26的目标燃料喷射量是在基本燃料喷射量上加算各种燃料喷射修正量而得到的值。基本燃料喷射量可以参照考虑了各发动机运转条件中的目标空燃比并确定了发动机运转条件(例如，发动机负荷率以及发动机旋转速度)与基本燃料喷射量的关系的映射(省略图示)而算出。
根据以上说明的图6所示的例程，当在执行SA－CA10反馈控制的状况下发出点火滞后指令时，继续执行该反馈控制。其结果是，能以滞后执行循环的实际SA－CA10接近目标SA－CA10的方式确定增量值F，并能够使用所确定的增量值F与点火正时的滞后相伴地进行喷射燃料的增量。由此，在点火滞后实施前后的燃烧循环中，能够利用上述反馈控制中使用的目标SA－CA10而使实际SA－CA10接近恒定。根据本方法，首先通过伴随空燃比的浓化使点火正时滞后，从而与仅执行点火滞后的情况相比，不易到达扭矩波动极限且能使点火正时滞后。而且，由于以伴随点火滞后的执行的实际SA－CA10的变化被抑制的方式使喷射燃料增量，所以能够抑制因过度的增量导致的燃烧速度的增加。因此，能抑制相伴进行增量反而诱发爆燃的问题。这样，根据增量值F，能够适当确定与点火滞后相伴进行的增量的值。
并且，如参照图5所述那样，等SA－CA10线具有CA50越在滞后侧，SA－CA10越变小的倾向。因此，当从基本点火正时的工作点p1使点火正时滞后时，在滞后初期，与以规定量R1进行的滞后相伴的空燃比的变化变小，并且，通过重复执行以规定量R1进行的滞后，空燃比浓化的程度变大。由此，在相对于扭矩波动极限线的余裕较大的滞后初期，能够抑制因空燃比浓化所致的燃料消耗的增加。并且，在接近扭矩波动极限线的状况下，也能利用适当且与滞后初期相比多的增量值F来抑制扭矩波动的增加并进行点火滞后。
而且，图8是用于说明使用SA－CA10来作为用于确定与点火滞后相伴的增量值F的燃烧指标值时的效果的图。在图8中，在与图5同样地以CA50与空燃比A/F进行整理的关系中，与等SA－CA10线一起示出了等NOx排出浓度线。如图8所示，等NOx排出浓度线可以说与等SA－CA10线大致平行。而且，对于稀薄空燃比区域中的等NOx排出浓度线而言，在图8的左侧(即，浓侧)NOx排出浓度高。由此，可以说从NOx排出浓度的观点出发，以工作点p向比等SA－CA10线浓的一侧移动的方式确定增量值F也是不优选的。由此，例如本实施方式中使用的SA－CA10这样，通过将使等燃烧指标值线和等NOx排出浓度线成为基本平行的关系的燃烧指标值接近恒定并执行点火正时的滞后，从而在燃烧稳定性的维持和抑制废气排放增加的观点方面，也能够以平衡良好的方式使喷射燃料的增量与点火滞后相伴进行。
并且，根据图6所述的例程，在出现点火正时的提前要求的情况下，也与出现滞后要求的情况一样，在点火提前实施前后的燃烧循环中，利用在上述反馈控制中使用的目标SA－CA10，使实际SA－CA10接近恒定。
并且，根据上述例程，能够适当修正在滞后燃烧循环中使用的目标SA－CA10，以使滞后燃烧循环的燃烧稳定度不伴随点火滞后的实施前后的发动机运转条件(发动机负荷率以及发动机旋转速度)的变化而变化。
并且，在上述的实施方式1的图6所示的例程中，不论是出现点火正时的滞后要求还是提前要求，在点火正时的变更的实施前后的燃烧循环中，以使实际SA－CA10接近恒定的方式将喷射燃料增量或减量。然而，例程的处理也可以为与这种构成不同的如下构成：仅在出现点火正时的滞后要求的情况下，在点火正时滞后的实施前后的燃烧循环中以使实际SA－CA10接近恒定的方式将喷射燃料增量。
并且，在上述的实施方式1中，在继步骤106的处理而执行步骤112的处理时算出的目标SA－CA10，相当于本发明中的“目标燃烧指标值”。并且，ECU40通过执行步骤114的处理而实现本发明中的“指标值算出单元”，ECU40通过执行步骤106的处理而实现本发明中的“点火滞后执行单元”，ECU40通过继步骤106的处理执行步骤116的处理而实现本发明中的“燃料增量执行单元”。并且，在实施方式1中，ECU40通过执行上述的SA－CA10反馈控制而实现本发明中的“燃料喷射量控制单元”。
并且，在上述实施方式1中，作为表示燃烧稳定性的燃烧指标值例示了SA－CA10。然而，本发明中的“燃烧指标值”只要是代表燃烧稳定性(更具体而言，主燃烧的稳定性)的参数即可，例如也可以代替SA－CA10而使用从点火正时(SA)到除CA10以外的任意的特定比例燃烧点CAα为止的曲轴角期间。并且，“燃烧指标值”除了上述的例子以外，例如还可以举出主燃烧的速度或主燃烧的速度的波动值。主燃烧的速度可以通过使用主燃烧期间(例如，CA10－90或CA10－50)，作为该主燃烧期间越短则主燃烧的速度越高的值进行算出，该主燃烧期间是利用基于缸内压力传感器30的输出值的MFB的实测数据算出的。并且，主燃烧的速度的波动值例如可通过使用上述主燃烧期间的波动值进行算出。进一步进行说明，例如在作为燃烧指标值使用上述主燃烧期间时，若执行用于抑制爆燃的点火滞后，则实际主燃烧期间将长于目标主燃烧期间。在这种情况下，为了使实际主燃烧期间接近目标主燃烧期间而进行喷射燃料的增量，由此能够在点火滞后实施前后使实际主燃烧期间接近恒定。这对于主燃烧的速度的波动值也相同，若执行点火滞后，则主燃烧的速度的实际波动值变得比其目标波动值大。因此，在这种情况下，也为了使实际波动值接近目标波动值而进行喷射燃料的增量，由此能够在点火滞后实施前后使主燃烧的速度的实际波动值接近恒定。
并且，在实施方式1中，以在稀薄燃烧运转中进行与以增量值F进行喷射燃料的增量相伴的点火正时的滞后控制为例进行了说明。然而，本控制的应用对象并不局限于稀薄燃烧运转，例如还可以是理论空燃比燃烧运转。更具体而言，即使在基本上与稀薄燃烧运转相比燃烧稳定性变高的理论空燃比燃烧运转中，例如在导入大量的EGR气体的情况下，扭矩波动也容易变大。因此，本控制在这样的情况下也能很好地得到应用。
并且，在实施方式1中，对以下的例子进行了说明：在发动机负荷率以及发动机旋转速度在点火滞后的实施前后发生了变化的情况下，基于发动机负荷率以及发动机旋转速度双方的变化量来修正目标SA－CA10。然而，这样的修正并不是必须进行，或者，也可以是基于发动机负荷率和发动机旋转速度中的任一方的变化量修正目标SA－CA10。并且，除发动机负荷率以及发动机旋转速度以外，在进气温度以及发动机冷却水温度的至少一方在点火滞后实施前后发生了变化的情况下，也可以基于进气温度以及发动机冷却水温度的至少一方来修正目标SA－CA10。
并且，在实施方式1中，以出现用于抑制爆燃的滞后要求时的点火正时的滞后控制(爆燃控制中进行的滞后控制)为例进行了说明。在此，也可以代替如上所述基于爆燃强度以及爆燃频率双方来规定爆燃级别的情况，而是基于爆燃强度和爆燃频率的任一方来规定爆燃级别。因此，在用于抑制爆燃的滞后要求中例如还包括在下述简单的结构中发出的要求：当爆燃强度在判断阈值以上时判断为发生了爆燃，并在判断为发生了爆燃的情况下进行滞后。
并且，在实施方式1中，对使用检测传到缸体的振动的方式的爆燃传感器46进行爆燃检测的例子进行了说明。然而，本发明的“爆燃检测单元”可以代替上述方式的爆燃传感器46而例如为使用缸内压力传感器30检测爆燃的装置。具体而言，例如，可以将用于检测爆燃的规定曲轴角期间中的缸内压力传感器30的输出信号(即，爆燃判断用信号)的强度峰值作为爆燃强度进行算出，或者将爆燃判断用信号的强度的积分值作为爆燃强度进行算出。
并且，在实施方式1中，以在各气缸中具备缸内压力传感器30的结构的内燃机10为例，对利用了基于各气缸的缸内压力传感器30的输出值的SA－CA10的点火滞后时的喷射燃料的增量控制进行了说明。然而，本控制只要是在至少一个气缸具备缸内压力传感器30就能执行。因此，例如可以是将特定的1个气缸作为代表气缸设置缸内压力传感器30，算出基于该缸内压力传感器30的输出值的SA－CA10等的燃烧指标值。进而，也可以利用算出的燃烧指标值，对包括代表气缸在内的其他气缸的喷射燃料的增量值进行控制。
符号说明
10 内燃机
12 活塞
14 燃烧室
16 进气通道
18 排气通道
20 进气门
22 排气门
24 节气门
26 燃料喷射阀
28 点火装置
30 缸内压力传感器
40 电子控制单元(ECU)
40a 存储器
42 曲轴角传感器
44 气流传感器
46 爆燃传感器

Claims (3)

1.一种内燃机的控制装置，对具备点火装置、燃料喷射阀以及缸内压力传感器的内燃机进行控制，所述点火装置对气缸内的混合气体进行点火，所述燃料喷射阀向所述气缸内供给燃料，所述缸内压力传感器检测缸内压力，
所述内燃机的控制装置的特征在于，具备：
爆燃检测单元，所述爆燃检测单元检测爆燃；
指标值算出单元，所述指标值算出单元基于所述缸内压力传感器的输出值算出表示燃烧稳定性的燃烧指标值的实际燃烧指标值；
燃料喷射量控制单元，所述燃料喷射量控制单元控制燃料喷射量，以使所述实际燃烧指标值接近基于发动机运转条件的目标燃烧指标值；
点火滞后执行单元，在基于所述爆燃检测单元的检测结果抑制爆燃时，所述点火滞后执行单元使点火正时滞后；以及
燃料增量执行单元，所述燃料增量执行单元以使由所述点火滞后执行单元进行点火正时的滞后的燃烧循环即滞后执行循环的所述实际燃烧指标值接近即将进行所述滞后执行循环之前的1个或多个燃烧循环即滞后前循环的所述目标燃烧指标值的方式使喷射燃料增量。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
基于所述滞后执行循环的发动机负荷率的值相对于所述滞后前循环的发动机负荷率的值的变化量来修正所述目标燃烧指标值。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
基于所述滞后执行循环的发动机旋转速度的值相对于所述滞后前循环的发动机旋转速度的值的变化量来修正所述目标燃烧指标值。
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