CN107709738A - 内燃机的控制方法以及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于，例如在请求负荷升高的加速过渡期，如果增压压力在机械压缩比降低之前升高而变为高负荷状态，则有可能产生爆震、缸内压力有可能过度升高。具有：可变压缩比机构，其能够对机械压缩比进行变更；涡轮增压器(2)，其利用排气能量对进气进行增压；以及作为增压压力调整机构的排气旁通阀(7)，其对增压压力进行调整。利用控制轴传感器(34)对机械压缩比进行检测，基于该机械压缩比而限制增压压力。

Description

内燃机的控制方法以及控制装置

技术领域

本发明涉及具有能够对机械压缩比进行变更的可变压缩比机构的内燃机的控制。

背景技术

作为具有能够对内燃机的作为几何学的压缩比的机械压缩比进行变更的可变压缩比机构的内燃机的控制，专利文献1中记载有如下技术，即，为了降低配置于排气通路的催化剂的温度，基于负荷关联值和机械压缩比而确定防止催化剂过热增量值。

专利文献1：日本特开2009-185669号公报

发明内容

在具有利用排气能量对进气进行增压的涡轮增压器的内燃机中，例如在加速过渡期，为了防止爆震的产生、缸内压力的过度升高，利用可变压缩比机构使机械压缩比从高压缩比侧向低压缩比侧变更，但是如果增压压力在该机械压缩比变得足够低之前升高，则有可能导致爆震的产生、缸内压力的过度升高。

作为避免这样的爆震的产生、缸内压力的过渡升高的对策，考虑例如以增大点火时机的滞后角量、且抑制与该点火时机的滞后角相伴的排气温度的升高的方式进行燃料的增量。然而，如果点火时机的滞后角量变得过大，则燃料增量的程度变得过大，除了因混合比过浓而引起油耗性能的降低以外，还有可能产生排烟、燃烧不良、火花塞的闷烧的问题。

因此，本发明具有：可变压缩比机构，其能够对机械压缩比进行变更；增压器，其对进气进行增压；以及增压压力调整机构，其对增压压力进行调整，对机械压缩比进行，基于该机械压缩比而限制上述增压压力。

这样，基于机械压缩比而限制增压压力，从而例如在增压压力升高的加速过渡期，能够避免增压压力在机械压缩比降低之前升高而变为高负荷状态。

发明效果

根据本发明，能够抑制相对于增压压力的变化的机械压缩比的变化的滞后，能够抑制伴随与此的内燃机运转性的恶化。

附图说明

图1是简略地表示本发明的一个实施例所涉及的具有涡轮增压器的内燃机的结构图。

图2是简略地表示上述实施例的可变压缩比机构的结构图。

图3是表示第1限制值以及第2限制值的说明图。

图4是表示请求负荷升高的缓急判定的说明图。

图5是表示上述实施例的增压压力控制的流程的流程图。

图6是表示上述实施例的压缩比控制的流程的流程图。

图7是表示起始自低负荷的急加速时的动作的说明图。

图8是表示起始自低负荷的缓加速时的动作的说明图。

图9是表示向低负荷、稳定负荷以及高负荷进行缓加速时的动作的说明图。

具体实施方式

下面，利用图示的实施例对本发明进行说明。如图1所示，在应用了本发明的一个实施例的内燃机1中，在排气通路4与进气通路3之间设置有利用排气能量对进气进行增压的涡轮增压器2。利用自动变速器8对内燃机的输出进行变速并向驱动轮传递。

控制部6具有存储并执行各种内燃机控制的功能，基于从内燃机转速传感器11、检测驾驶者对加速器踏板的踏入量以及踏入速度的加速器踏板传感器12等输入的信号，向节流阀13、燃料喷射阀14以及火花塞15等输出控制信号，对节流开度、燃料喷射量、燃料喷射时机以及点火时机等进行控制。另外，控制部6基于由增压压力传感器5检测出的增压压力，对作为增压压力调整机构的排气旁通阀7的开度进行调整，由此将增压压力控制为期望的目标增压压力。

图2表示利用多连杆式活塞-曲柄机构的可变压缩比机构20。其中，该机构还如日本特开2006-226133号公报等中记载的那样是公知的，因此，仅对其进行简单的说明。在构成内燃机的内燃机主体的一部分的气缸体21，各气缸的活塞22可滑动地嵌合于气缸23内，并且曲轴24被支撑为能够旋转。可变压缩比机构20具有：下连杆25，其可旋转地安装于曲轴24的曲柄销24A；上连杆26，其将上述下连杆25和活塞22连结；控制轴27，其可旋转地支撑于气缸体21等的内燃机主体侧；以及控制连杆28，其将偏心设置于上述控制轴27的控制偏心轴部和下连杆25连结。活塞22和上连杆26的上端经由活塞销30而可相对旋转地连结，上连杆26的下端和下连杆25经由第1连结销31而可相对旋转地连结，控制连杆28的上端和下连杆25经由第2连结销32而可相对旋转地连结，控制连杆28的下端可旋转地安装于控制轴27的控制偏心轴部。

在控制轴27连结有作为致动器的驱动电机33，利用该驱动电机33对控制轴27的旋转位置进行变更、保持，从而随着下连杆25的姿势的变化，包含活塞上止点位置、活塞下止点位置的活塞行程特性发生变化而机械压缩比发生变化。因此，通过利用上述的控制部6(参照图1)对驱动电机33进行驱动控制，能够根据内燃机运转状态而对机械压缩比进行控制。具体而言，作为对利用可变压缩比机构20而变更的实际的机械压缩比进行检测的装置，设置有对与该机械压缩比对应的控制轴27的旋转位置进行检测的控制轴传感器34(参照图1)，控制部6基于由该控制轴传感器34检测出的机械压缩比对驱动电机33进行反馈控制，以将实际的机械压缩比维持在目标压缩比的附近。

图3是表示机械压缩比和对应于增压压力的负荷之间的关系的说明图。图中的比第1限制值L1更靠高负荷侧的区域R1是为了使排气温度降低而需要进行燃料增量的区域(比理论空燃比更靠浓厚侧)，比第1限制值L1更靠低负荷侧的区域R0是能够实现理论空燃比或者比理论空燃比更靠稀薄侧的运转的区域。另外，比第2限制值L2更靠高负荷侧的区域R2是由燃料增量引起的混合比过大而导致烟尘等的产生的区域。

图4表示用于进行与驾驶者对加速器踏板的踏入操作相伴的加速过渡期中的请求负荷的缓急判定的控制对应图。如该图所示，在加速过渡期中，基于加速器踏板的踏入速度、以及加速器踏板的踏入量而对用于限制增压压力的上限的第1限制值L1和第2限制值L2进行切换，将增压压力限制为小于或等于所选择的限制值。具体而言，在加速器踏板踏入量超过规定的第1阈值S1、且加速器踏板踏入速度超过规定的第2阈值S2的情况下，将增压压力限制为小于或等于第2限制值L2。在除此以外的情况下、即加速器踏板踏入量小于或等于第1阈值S1、或者加速器踏板踏入速度小于或等于第2阈值S2的情况下，将增压压力限制为小于或等于第1限制值L1。

此外，如图3所示，在最低压缩比(可变范围的最低值)下，将第1限制值L1的一部分L1A设定为进入燃料增量区域R1内而能够达到与第2限制值L2相同的增压压力。此外，只要处于非增压区域即可，即使是最高压缩比也能够以理论空燃比而进行运转，仅在被施加增压压力的状况下进行基于限制值L1、L2的负荷限制。

图5是表示本实施例所涉及的限制增压压力的流程的流程图。首先，在步骤S1中读入发动机旋转速度、加速器踏板踏入量、加速器踏板踏入速度以及机械压缩比。在接下来的步骤S2中，基于发动机旋转速度和加速器踏板踏入量，参照预先设定·存储的控制对应图对基本目标增压压力进行计算。在步骤S3中判定加速器踏板踏入量是否大于第1阈值S1。在步骤S4中判定加速器踏板踏入速度是否大于第2阈值S2。在步骤S3、S4这二者的结果为肯定的情况下进入步骤S5，在步骤S3、S4中的至少一者的结果为否定的情况下进入步骤S6。

在步骤S5中，基于发动机旋转速度和机械压缩比，参照预先设定·存储的控制对应图对上述的第2限制值L2进行计算，将该第2限制值L2设定为增压压力上限值，进入步骤S7。在步骤S6中，基于发动机旋转速度和机械压缩比，参照预先设定·存储的控制对应图对上述的第1限制值L1进行计算，将该第1限制值L1设定为增压压力上限值，进入步骤S7。

在步骤S7中，判定增压压力上限值是否大于基本目标增压压力。在增压压力上限值大于基本目标增压压力的情况下，从步骤S7进入步骤S8，将目标增压压力设定为基本目标增压压力。在增压压力上限值小于或等于基本目标增压压力的情况下，进入步骤S9，将目标增压压力设定为上述的步骤S5或步骤S6中设定的增压压力上限值。在步骤S10中，基于步骤S8或步骤S9中设定的目标增压压力而对涡轮增压器2的排气旁通阀7的开度进行驱动控制。

图7是表示从低负荷状态起存在急加速请求时的动作的说明图。直至时刻t1为止以低负荷稳定地进行运转，请求负荷在时刻t1的定时阶段性地升高，请求负荷的升高率较高，因此根据上述的图5的控制而选择第2限制值L2。时刻t1至时刻t2的期间是如后所述那样机械压缩比几乎无法响应的无用时间，负荷(增压压力)升高直至保持高压缩比状态不变地限制为第2限制值L2为止。在时刻t2至时刻t3的期间，在机械压缩比响应而向低压缩比侧变换的同时，负荷(增压压力)按照第2限制值L2而升高。

这样，根据本实施例，在急加速时也不会成为随着混合比的过大而产生问题的区域R2，因此不会随着混合比的过大而产生问题。

图8是表示从低负荷状态起存在缓加速请求时的动作的说明图。直至时刻t1为止，以低负荷稳定地进行运转，请求负荷在该时刻t1的定时开始缓慢地升高，请求负荷的升高率较低，因此根据上述的图5的控制而选择第1限制值L1。时刻t1至时刻t2的期间是机械压缩比几乎无法响应的无用时间，负荷升高直至保持高压缩比状态不变地限制为第1限制值L1为止。在时刻t2至时刻t3的期间，在机械压缩比响应的同时负荷按照第1限制值L1而升高。如果在时刻t3达到最低压缩比，则第1限制值L1变为与第2限制值L2相同的值，因此从时刻t3至时刻t4而负荷(增压压力)在机械压缩比恒定(最低压缩比)不变的状态下升高。另外，在时刻t3以后，在伴随有燃料增量的同时负荷(增压压力)升高。

这样，在缓加速时，机械压缩比直至降低至最低压缩比为止不会进入增量域R1，因此能够实现油耗的改善。

图9表示存在从低负荷至中等负荷的缓加速请求、且在一旦变为稳定的运转状态之后存在从中等负荷至高负荷的缓加速请求的情况下的时序图。直至时刻t1为止，以低负荷而稳定地进行运转，请求负荷在该时刻t1的定时开始缓慢地升高，从而选择第1限制值L1。时刻t1至时刻t2的期间是机械压缩比几乎无法响应的无用时间，负荷升高直至保持高压缩比状态不变地限制为第1限制值L1的时刻t2为止。在时刻t2至时刻t3的期间，压缩比在负荷(增压压力)保持恒定的状态下朝向目标压缩比而降低。如果压缩比在时刻t3达到目标压缩比，则在时刻t3至时刻t4的期间保持中等负荷下的稳定的运转状态。如果在时刻t4再次存在缓加速请求，则由于时刻t4至时刻t5的期间是机械压缩比无法响应的无用期间，因此负荷(增压压力)升高至第1限制值L1。如果负荷(增压压力)在时刻t5达到第1限制值L1，则在时刻t5至时刻t6的期间将增压压力限制为第1限制值L1，从而在机械压缩比按照该第1限制值L1而降低的同时负荷(增压压力)逐渐升高。如果在时刻t6达到最低压缩比，则进入增量区域R1，在时刻t6至时刻t7的期间，增压压力在机械压缩比保持为最低压缩比的状态下升高。

这样，在本实施例中，在从低负荷至高负荷的广阔的运转区域内，能够尽量避免运转点进入增量区域R1，因此能够实现油耗的改善。

但是，对于可变压缩比机构20这样的可变装置，通常因使驱动对象加速的期间、电子控制的运算、通信延迟等而在存在变更的请求之后存在实质上无法响应的无用时间。

因此，在如本实施例这样基于机械压缩比而限制增压压力的情况下，如果在稳定的运转状态下设定的增压压力和机械压缩比的组合与压缩比和负荷制限值的组合相同或者过度接近，则即使请求负荷升高，在可变压缩比机构20的无用时间的期间内也无法提高负荷。这是因为，在车辆用的内燃机中，车辆的动作相对于驾驶员的加速操作滞后，导致驾驶性降低，根据情况的不同而引发不必要的对加速器踏板的进一步的踏入，导致油耗变差。为了抑制这样的驾驶性的降低、油耗变差，只要在稳定的运转状态下与压缩比和负荷制限值的组合相比设定为足够低的压缩比而实现距负荷制限值的余量即可，在该情况下，使得稳定状态下的压缩比下降，稳定状态下的油耗会变差。

因此，优选地，在稳定的负荷的运转状态下，与受到该负荷的限制的机械压缩比相比以规定量降低机械压缩比而进行运转，自动变速器8的减速比越大，越减小机械压缩比的降低量。即，越是即使是小幅的负荷升高也容易作为车辆的动作而传递至驾驶员的状态，越减小机械压缩比的降低量。由此，与统一地设定机械压缩比的降低量的情况相比，能够改善油耗而不会给驾驶员带来不适感。

图6是表示机械压缩比的控制流程的流程图。在步骤S11中，读入发动机旋转速度、加速器踏板踏入量以及自动变速器8的减速比。在步骤S12中，作为发动机旋转速度和加速器踏板踏入量的对应图而对预先存储的基本目标压缩比进行计算。在步骤S12中，判定自动变速器8的减速比是否小于预先设定的规定的第3阈值S3，在小于第3阈值S3的情况下进入步骤S14，在不小于第3阈值S3的情况下进入步骤S15。在步骤S14中，根据自动变速器8的减速比而对压缩比校正量进行计算。作为减速比越大则使得该压缩比校正量变为越小的值的函数，利用预先设定·存储的对应图、表对该压缩比校正量进行计算。在步骤S15中，将压缩比校正量设为0(零)并进入步骤S16。其理由在于，例如在最低的齿轮比那样实现了足够大的驱动力但在稳定行驶中不大使用的减速比的情况下，不进行不必要的压缩比的降低。

在步骤S16中，从基本目标压缩比减去压缩比校正量而计算出目标压缩比。在流程图中进行了省略，但在目标压缩比低于可变范围的最低压缩比的情况下将目标压缩比设为最低压缩比。在步骤S17中，基于目标压缩比而对驱动电机33进行驱动控制。

此外，图9中的时刻t3至时刻t4的期间的机械压缩比是减速比足够小的状态的例子，在减速比较大的情况下，负荷(增压压力)接近以第1限制值L1运转的时刻t2时的机械压缩比。

在本实施方式中，作为增压器而使用了利用排气能量对进气进行增压的涡轮增压器，但并不限定于此，也可以应用于利用曲轴的旋转能量对进气进行增压的机械式增压器。

下面，对上述实施例的特征性的结构及其作用效果进行记述。

(1)具有：可变压缩比机构20，其能够对机械压缩比进行变更；涡轮增压器，其利用排气能量对进气进行增压；以及作为增压压力调整机构的排气旁通阀7，其对增压压力进行调整，

对机械压缩比进行检测，基于该机械压缩比而限制上述增压压力。

这样，通过基于机械压缩比而限制增压压力，在增压压力与请求负荷相应地变化的过渡状态下，在可变压缩比机构20的响应速度相对于增压压力较慢的情况下，也能够抑制增压压力变得过高。另外，能够抑制燃料增量，能够在不会随着混合比的过大而产生问题的范围内进行运转。

(2)更具体而言，上述机械压缩比越高，越降低所限制的增压压力。这样，机械压缩比越高则越降低所限制的增压压力，从而在具有涡轮增压器的内燃机的高负荷时能够抑制爆震的产生、缸内压力过度升高。另外，如果考虑到点火时机的滞后角，则在排气温度在比高压缩比低的压缩比时变低的运转状态下，能够在不会随着混合比的过大而产生问题的范围内进行运转。

(3)在请求负荷升高的加速时进行燃料增量的情况下，即使是排烟、燃烧不良、火花塞的闷烧这样的不会随着混合比的过大而产生问题的范围的燃料增量，燃料增量的程度越大，油耗性能、排气性能也会越下降。因此，在请求负荷升高的过渡状态下，判定上述请求负荷升高的缓急程度，与该请求负荷升高的缓急程度相应地对上述增压压力的限制值进行变更。

例如在请求负荷急剧升高时，为了尽早使增压压力升高，在不会产生问题的范围内允许燃料增量，另一方面，在请求负荷缓慢地升高时，使增压压力的升高滞后直至机械压缩比降低至足够低为止，由此能够将燃料增量的程度抑制为较小。

(4)在请求负荷升高的缓急程度缓慢的情况下，在上述机械压缩比下将上述增压压力限制为小于或等于能够以理论空燃比而运转的规定的第1限制值L1。另一方面，在请求负荷升高的缓急程度急剧的情况下，将增压压力限制为小于或等于增压压力比上述第1限制值L1高的第2限制值L2，并且在空燃比低于理论空燃比的浓厚的状态下进行运转。

这样，在请求负荷的升高缓慢的情况下限制为能够以理论空燃比而运转的增压压力，由此能够抑制进行燃料增量的机会而实现油耗的改善，并且在请求负荷的升高急剧的情况下利用增压压力比第1限制值L1高的第2限制值L2而使对增压压力的限制变得缓和，由此能够使增压压力迅速地升高。

标号的说明

1…内燃机

2…涡轮增压器

7…排气旁通阀(增压压力调整机构)

8…自动变速器

20…可变压缩比机构

34…控制轴传感器

Claims (5)

1.一种内燃机的控制方法，该内燃机具有：

可变压缩比机构，其能够对内燃机的机械压缩比进行变更；

增压器，其对进气进行增压；以及

增压压力调整机构，其对增压压力进行调整，

在所述内燃机的控制方法中，

对机械压缩比进行检测，基于该机械压缩比而限制上述增压压力。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其中，

上述机械压缩比越高，越降低所限制的上述增压压力。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

在请求负荷升高的过渡状态下，判定上述请求负荷升高的缓急程度，与该请求负荷升高的缓急程度相应地对所限制的上述增压压力进行变更。

4.根据权利要求3所述的内燃机的控制方法，其中，

在上述请求负荷升高的缓急程度缓慢的情况下，在机械压缩比下将上述增压压力限制为小于或等于能够以理论空燃比而运转的第1限制值，

在上述请求负荷升高的缓急程度急剧的情况下，将上述增压压力限制为小于或等于增压压力比上述第1限制值高的第2限制值，并且在空燃比低于理论空燃比的状态下进行运转。

5.一种内燃机的控制装置，其中，

上述内燃机的控制装置具有：

可变压缩比机构，其能够对机械压缩比进行变更；

增压器，其对进气进行增压；

增压压力调整机构，其对增压压力进行调整；

压缩比检测传感器，其对上述机械压缩比进行检测；以及

控制部，其基于检测出的上述机械压缩比而限制上述增压压力。