CN109072786A - 内燃机的控制装置和内燃机系统 - Google Patents

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Abstract

内燃机的控制装置(80)包括控制部(81)，该控制部(81)在内燃机(10)的暖机运转时执行使内燃机(10)的排气门(18)的开阀时期及闭阀时期比预先决定的基准值提前、且使内燃机(10)的燃料喷射时期比预先决定的基准值延迟的控制处理。根据该内燃机的控制装置(80)，因为能够有效地促进内燃机(10)的暖机，所以能够实现内燃机(10)的暖机运转时间的缩短。

Description

内燃机的控制装置和内燃机系统
技术领域
本公开涉及内燃机的控制装置和内燃机系统。
背景技术
以往，已知包括处理排气中的氮氧化物(NOx)的排气后处理装置的内燃机系统(例如参照专利文献1)。具体而言，在专利文献1中公开了在柴油引擎的排气通道中包括作为排气后处理装置的尿素SCR(Selective CatalyticReduction：选择性催化还原)装置的内燃机系统。在这样的内燃机系统中，例如，在如内燃机刚启动后那样内燃机为低温的情况下，难以充分发挥内燃机的性能。另外，因为在这样内燃机为低温的情况下，排气温度也为低温，所以也难以充分发挥排气后处理装置的性能。因此，通常，在内燃机为低温的情况下，通过使内燃机进行暖机运转从而实现内燃机的升温，并且也实现排气温度的升温。
此外，作为与本公开关联的其它文献，可举出专利文献2。在该专利文献2中公开了使用可变气门机构来变更排气门的开闭时期的技术。
现有技术文
献专利文献
专利文献1：日本特开2013－217351号公报
专利文献2：日本特开2007－309147号公报
发明内容
发明要解决的课题
顺便提及，如果能够使内燃机的暖机运转时间缩短，则能够使燃料经济性提高、或使排气后处理装置的性能提早提高。但是，在现有技术中，难以使内燃机的暖机运转时间缩短。
本公开是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于提供一种能够实现内燃机的暖机运转时间的缩短的内燃机的控制装置及内燃机系统。
用于解决课题的手段
用于达成上述的目的的本公开的内燃机的控制装置包括控制部，该控制部在内燃机的暖机运转时执行使上述内燃机的排气门的开阀时期及闭阀时期比预先设定的基准值提前、且使上述内燃机的燃料喷射时期比预先设定的基准值延迟的控制处理。
根据本公开的内燃机的控制装置，因为在内燃机的暖机运转时，排气门的开阀时期及闭阀时期提前，所以能够在内燃机的缸内使排气较多地残留(即，能够使残留气体增加)。由此，将该增加的残留气体在排气行程中暂时压缩而使其成为高温、高压状态，能够使残留气体的内部能量增加。然后，在下一个进气行程中的进气门的开阀初期，能够使增加了该内部能量的残留气体暂时放出到进气侧，在该进气行程中的进气门的开阀继续中，能够使增加了该内部能量的残留气体和新气导入到缸内。由此，因为能够使压缩行程中的缸内温度上升，所以能够使燃烧、膨胀行程中的燃烧温度上升。其结果，因为从缸内的气体向内燃机传递的热量增加，所以能够促进内燃机的暖机。
另外，根据本公开的内燃机的控制装置，因为通过缸内温度上升，从而即使使燃料喷射时期延迟也难以发生失火，所以还能够抑制失火的发生、并且使燃料喷射时期进一步延迟。
进一步，根据本公开的内燃机的控制装置，因为在内燃机的暖机运转时，内燃机的燃料喷射时期延迟，所以有效地使排气温度上升。由此，因为能够有效地使残留气体的内部能量上升，所以通过增加了该内部能量的增加的残留气体在进气行程中与新气一起被导入到缸内，从而能够有效地使缸内温度上升，能够有效地促进暖机。
如以上那样，根据本公开的内燃机的控制装置，因为能够有效地促进内燃机的暖机，所以能够实现内燃机的暖机运转时间的缩短。
另外，用于达成上述的目的的本公开的内燃机系统包括内燃机、以及上述内燃机的控制装置，上述控制装置具有控制部，该控制部在上述内燃机的暖机运转时执行使上述内燃机的排气门的开阀时期及闭阀时期比预先设定的基准值提前、且使上述内燃机的燃料喷射时期比预先设定的基准值延迟的控制处理。
根据本公开的内燃机系统，因为在内燃机的暖机运转时，排气门的开阀时期及闭阀时期提前、且内燃机的燃料喷射时期延迟，所以根据与上述同样的理由，能够有效地促进内燃机的暖机，能够实现内燃机的暖机运转时间的缩短。
上述构成也能够采用在上述内燃机的排气通道中包括排气后处理装置的构成。根据该构成，因为利用上述的排气门的开阀时期及闭阀时期的提前和燃料喷射时期的延迟实现了内燃机的暖机运转时间的缩短，所以能够提早使排气的温度成为高温，由此，能够提早使排气后处理装置的性能提高，能够提早处理NOx。
发明效果
根据本公开的内燃机的控制装置及内燃机系统，能够实现内燃机的暖机运转时间的缩短。另外，根据本公开，因为能够这样实现内燃机的暖机运转时间的缩短，所以能够使内燃机的燃料经济性提高。
附图说明
图1A是示意性地表示实施方式的内燃机系统的整体构成的概略图。
图1B是用于说明内燃机的构成的概略图。
图2是在内燃机的暖机运转时控制装置所执行的流程图的一个例子。
图3是表示通常时及执行排气门提前控制后的进气门及排气门的气门开口面积的变化的示意图。
图4A是用于说明执行了实施方式的排气门提前控制的情况下的压缩端附近的缸内温度的变化的示意图。
图4B是用于说明执行了实施方式的排气门提前控制及燃料喷射延迟控制的情况下的缸内温度的变化的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本公开的实施方式的内燃机10的控制装置80、及包括该控制装置80的内燃机系统1。此外，关于附图，为了使得构成容易理解而使尺寸从实际的产品发生变化，各构件、各零件的板厚或宽度或长度等的比率也不一定与实际的产品的比率一致。
图1A是示意性地表示本实施方式的内燃机系统1的整体构成的概略图。搭载有该内燃机系统1的车辆的具体种类没有特别限定，在本实施方式，使用公共汽车或卡车等大型车辆。
内燃机系统1包括内燃机10、进气通道(进气歧管20、与进气歧管20的上游侧端部连接的进气管21)、排气通道(排气歧管30、与排气歧管30的下游侧端部连接的排气管31)、EGR(Exhaust Gas Recirculation：排气再循环)系统(EGR通道40、EGR阀41及EGR冷却器42)、排气净化装置50、排气后处理装置60、可变气门机构70、以及控制装置80。
图1B是用于说明内燃机10的构成的概略图。内燃机10包括：缸体11；气缸盖12，其被配置在缸体11的上部；以及活塞14，其被配置在气缸13中，该气缸13被形成于缸体11。在气缸盖12上设置有：进气口15，其供进气通过；以及排气口16，其供排气通过。另外，内燃机10包括：进气门17，其开闭进气口15；以及排气门18，其开闭排气口16，并且，在气缸13上包括直接喷射燃料的燃料喷射阀19。
此外，在内燃机10中设置有供用于冷却内燃机10的冷却水通过的冷却通道(未图示)。该冷却通道的具体的构成没有特别限定，本实施方式的冷却通道被设置在缸体11的各气缸13的周边部、以及气缸盖12的进气口15及排气口16的周边部。冷却水由水泵加压输送，一边在该冷却通道中流动一边冷却内燃机10。
此外，内燃机10的种类没有特别限定，在本实施方式中，作为一个例子，使用柴油引擎。
如图1A所示，EGR通道40是将排气歧管30和进气歧管20连通以将排气通道的排气的一部分向进气通道引导的通道。将通过EGR通道40的排气称为EGR气体。EGR阀41及EGR冷却器42被连接在EGR通道40的中途。EGR阀41通过接受控制装置80的指示并进行开闭工作，从而调整EGR气体的流量。EGR冷却器42通过接受控制装置80的指示并进行工作，从而冷却EGR气体。
排气净化装置50被配置在排气管31中。本实施方式的排气净化装置50包括：柴油氧化催化剂51；以及过滤器52，其能够捕集排气中含有的灰尘等颗粒状物质(ParticulateMatter；PM)。过滤器52被配置在比柴油氧化催化剂51靠下游侧的位置。在本实施方式中，作为过滤器52的一个例子，使用柴油颗粒过滤器。柴油氧化催化剂51具有在排气能通过的过滤器中承载有铂金(Pt)、钯(Pd)等贵金属催化剂的构成。该柴油氧化催化剂51利用其贵金属催化剂的氧化催化剂作用来促进使排气中的一氧化氮(NO)变化成二氧化氮(NO2)的氧化反应。在排气温度变成预定温度以上的情况下，能够利用在该柴油氧化催化剂51中生成的二氧化氮使过滤器52的PM燃烧，并使其作为二氧化碳(CO2)而排出。
排气后处理装置60被配置在排气通道中。具体而言，排气后处理装置60被配置在比排气净化装置50靠下游侧的排气管31部分。在本实施方式中，作为排气后处理装置60的一个例子，使用尿素SCR(Selective Catalytic Reduction：选择性还原催化)装置。该尿素SCR装置包括尿素水供给部61、尿素SCR催化剂62、以及氨泄漏催化剂63。尿素水供给部61包括尿素水喷射阀，该尿素水喷射阀被配置在比尿素SCR催化剂62靠上游侧、且比过滤器52靠下游侧的排气管31中，接受控制装置80的指示并向排气中供给尿素水。
尿素SCR催化剂62是使用氨(NH3)而使排气中的NOx选择性地还原的催化剂。尿素SCR催化剂62的具体的种类没有特别限定，例如能够使用钒、钼、钨等卑金属氧化物、或沸石等贵金属等、公知的NOx选择还原催化剂。氨泄漏催化剂63被配置在比尿素SCR催化剂62靠下游侧的位置。该氨泄漏催化剂63是使通过了尿素SCR催化剂62的氨氧化的氧化催化剂。
在从尿素水供给部61向排气中供给了尿素水的情况下，尿素水中的尿素被水解，其结果，生成氨。该氨在尿素SCR催化剂62的催化剂作用下使NOx还原。其结果，生成氮及水。这样，作为排气后处理装置60的尿素SCR装置实现了排气中的NOx的减少。另外，根据本实施方式，因为包括氨泄漏催化剂63，所以有效地抑制了氨被排出到内燃机系统1的外部。
如图1A及图1B所示，可变气门机构70是由控制装置80控制、并能够变更与各个气缸13对应的排气门18的开阀时期及闭阀时期的机构。因为该可变气门机构70的构成自身能够使用公知的可变气门机构，所以省略详细的说明。
控制装置80通过控制内燃机10的燃料喷射阀19、EGR阀41、EGR冷却器42、尿素水供给部61、及可变气门机构70，从而综合地控制内燃机系统1的动作。这样的控制装置80包括微型计算机，该微型计算机具有：CPU81，其具有执行各种控制处理的作为控制部的功能；以及具有作为存储部的功能的ROM82、RAM83，其具有存储CPU81的动作所需要的各种信息或程序等。
接下来，说明内燃机10的暖机运转时的控制装置80的控制处理。图2是在内燃机10的暖机运转时控制装置80所执行的流程图的一个例子。控制装置80在内燃机10的启动后以预定周期重复执行图2的流程图。此外，图2的各步骤由控制装置80的具体而言是CPU81来执行。
在步骤S10中，控制装置80判定内燃机10是否为暖机运转时的状态。此处，本实施方式的控制装置80在从内燃机10的启动开始(起动(cranking)开始)到内燃机10的温度达到预定温度以上为止的期间，执行内燃机10的暖机运转。然后，在该内燃机10的暖机运转中，控制装置80控制内燃机10的尤其是燃料喷射阀19，使得内燃机10的转速(曲轴的转速)成为比怠速转速稍微高的预定转速。然后，在步骤S10中，控制装置80判定内燃机10的运转状态是否是暖机运转的执行中的状态，在判定为是暖机运转的执行中的状态的情况下，判定为“是”。此外，控制装置80将步骤S10重复执行到被判定为“是”为止。
此外，在本实施方式中，作为上述的内燃机10的温度的一个例子，使用内燃机10的冷却水的温度。具体而言，本实施方式的内燃机系统1包括对内燃机10的冷却水的温度进行检测的温度传感器(未图示)，控制装置80通过取得该温度传感器的检测结果，从而取得内燃机10的冷却水的温度。但是，内燃机10的温度不限定于这样的冷却水的温度，例如也可以将内燃机10的缸体11的温度或气缸盖12的温度等用作内燃机10的温度的代表例。
在步骤S10中被判定为“是”的情况下(即，内燃机10为暖机运转时的情况)，控制装置80执行使排气门18的开阀时期及闭阀时期提前的排气门提前控制(步骤S20)。具体而言，控制装置80通过控制可变气门机构70，从而使排气门18的开阀时期及闭阀时期分别比预先设定的基准值提前预定的提前量。此外，在本实施方式中，作为该基准值的一个例子，使用内燃机10的通常时的排气门18的开阀时期及闭阀时期。
若使用附图说明该步骤S20所涉及的排气门提前控制，则为如下这样。图3是示出通常时及执行排气门提前控制后的进气门17及排气门18的气门开口面积的变化的示意图。图3的纵轴表示进气门17或排气门18的开口面积，横轴表示曲轴转角。此外，在图3的纵轴中，越向上，进气门17或排气门18的阀升程量越增大，从而气门开口面积越变大。曲线100表示通常时的情况下的排气门18的气门开口面积的变化。曲线101表示通常时及执行排气门提前控制后的进气门17的气门开口面积的变化。曲线102表示执行排气门提前控制后的排气门18的气门开口面积的变化。
可变气门机构70在步骤S20所涉及的排气门提前控制中，将曲线100所示的排气门18的开阀时期及闭阀时期提前相同的角度(预定的提前量)。其结果，排气门提前控制执行后的排气门18的开口面积从曲线100变化成曲线102。此外，即使执行该排气门提前控制，如曲线101所示，进气门17的开阀时期及闭阀时期也不会变化。
再次参照图2，在步骤S20后，控制装置80执行使内燃机10的燃料喷射时期延迟的燃料喷射延迟控制(步骤S30)。具体而言，控制装置80控制内燃机10的燃料喷射阀19，使燃料喷射时期比预先设定的基准值延迟预定的延迟量。此外，在本实施方式中，作为该基准值的一个例子，使用内燃机10的通常时的燃料喷射时期。
另外，本实施方式的控制装置80在步骤S30中不使燃料喷射量从通常时的燃料喷射量变化，而使燃料喷射的开始时期及结束时期延迟。
但是，步骤S30的执行内容不限定于上述内容。举出其它例子，例如，控制装置80也能够采用如下构成：在步骤S30中使燃料喷射量比通常时增加预定喷射量、并且使燃料喷射时期比通常时延迟。通过这样使燃料喷射量增加，从而能够进一步使缸内温度上升。
此外，控制装置80将排气门18的开闭时期恢复到通常时的值的定时、或将燃料喷射时期恢复到通常时的值的定时没有特别限定，本实施方式的控制装置80在内燃机10的暖机运转的结束时将它们恢复到通常时。具体而言，控制装置80在步骤S20及步骤S30的执行后判定内燃机10的温度是否达到了预定温度以上，在判定为该内燃机10的温度达到了预定温度以上的情况下，使内燃机10的暖机运转结束，并且将排气门18的开阀时期及闭阀时期恢复到通常时的值，并将燃料喷射时期恢复到通常时的值。
此外，在本实施方式中，虽然在步骤S20的执行后执行了步骤S30，但是，步骤S20及步骤S30的执行顺序不限定于此。例如既可以将步骤S20所涉及的排气门提前控制和步骤S30所涉及的燃料喷射延迟控制同时执行，也可以将步骤S20所涉及的排气门提前控制在步骤S30所涉及的燃料喷射延迟控制之后执行。
但是，对此在后进行描述，通过执行步骤S20所涉及的排气门提前控制，从而能够抑制失火的发生并且使燃料喷射时期进一步延迟。因此，如本实施方式这样，将步骤S30在步骤S20的执行后执行时，在能够抑制失火的发生并且使步骤S30的燃料喷射时期的延迟量进一步加大这一点是优选的。
此外，在本实施方式中，执行步骤S20及步骤S30的控制装置80的CPU81相当于具有作为控制部的功能的构件，该控制部在内燃机10的暖机运转时，执行使排气门18的开阀时期及闭阀时期比基准值提前、且使燃料喷射时期比基准值延迟的控制处理。
接下来，说明本实施方式的作用效果。图4A是用于说明执行了本实施方式的排气门提前控制的情况下的压缩端附近的缸内温度的变化的示意图。具体而言，图4A的纵轴表示缸内温度(K)，横轴表示曲轴转角(°ATDC)。在纵轴中，温度Tb是燃料在缸内(气缸13内)能够燃烧的温度。即，在缸内温度比温度Tb低的情况下，燃料难以在缸内燃烧，在缸内温度达到温度Tb以上的情况下，燃料能够在缸内燃烧。曲线110表示未执行排气门提前控制的情况下(即通常时)的缸内温度的变化，曲线111表示执行了排气门提前控制的情况下的缸内温度的变化。
在将曲线111和曲线110比较的情况下，曲线111整体上比曲线110位于上方。这样，通过执行排气门提前控制，从而能够使缸内温度整体上上升。这是由于以下的理由。
具体而言，通过在内燃机10的暖机运转时提前排气门18的开阀时期及闭阀时期，从而能够在内燃机10的缸内使排气较多地残留(即，能够使残留气体增加)。由此，将该增加的残留气体在排气行程中暂时压缩而使其成为高温、高压状态，从而能够使残留气体的内部能量增加。然后，在下一个进气行程中的进气门17的开阀初期，能够使增加了该内部能量的残留气体暂时放出到进气侧。然后，在该进气行程中的进气门17的开阀继续中，能够使增加了该内部能量的残留气体和新气导入到缸内。由此，如曲线111所示，能够使压缩行程中的缸内温度上升。
通过这样压缩行程中的缸内温度上升，从而能够使燃烧、做功行程中的燃烧温度上升。由此，因为能够使从缸内的气体向内燃机10传递的热量(具体而言，从缸内的气体向内燃机10的冷却水传递的热量)增加，所以能够促进内燃机10的暖机。
另外，根据本实施方式，在曲线110中，与燃料能燃烧的缸内温度Tb对应的曲轴转角为A1，在曲线111中，与缸内温度Tb对应的曲轴转角延迟而成为A2。这样，通过执行排气门提前控制而使缸内温度上升，从而能够使不会产生失火的时期(曲轴转角)进一步延迟。因此，根据本实施方式，通过执行排气门提前控制，从而能够抑制失火的发生，并且能够使燃料喷射时期进一步延迟。
进一步，根据本实施方式，在内燃机10的暖机运转时，不仅执行步骤S20所涉及的排气门提前控制，还执行步骤S30所涉及的燃料喷射延迟控制。根据本实施方式，通过利用该燃料喷射延迟控制来延迟内燃机10的燃料喷射时期，从而能够有效地使从内燃机10排出的排气温度上升。其结果，因为能够有效地使残留气体的内部能量上升，所以通过增加了该内部能量的残留气体在进气行程中与新气一起被导入到缸内，从而能够有效地使缸内温度上升。由此，因为能够有效地促进暖机，所以能够实现内燃机10的暖机运转时间的缩短。
此外，若使用附图说明执行了上述的本实施方式的排气门提前控制及燃料喷射延迟控制的情况下的缸内温度的变化，则为如下这样。图4B是用于说明执行了本实施方式的排气门提前控制及燃料喷射延迟控制的情况下的缸内温度的变化的示意图。具体而言，图4B的纵轴表示缸内温度，横轴表示曲轴转角。曲线120表示排气门提前控制及燃料喷射延迟控制均未被执行的情况下的缸内温度的模拟结果。曲线121表示仅执行了排气门提前控制的情况下的缸内温度的模拟结果。曲线122表示执行了排气门提前控制及燃料喷射延迟控制这两者的情况下的缸内温度的模拟结果。此外，曲线122成为与曲线120相比较使燃料喷射时期延迟了4(°ATDC)的情况下的模拟结果。
在图4B的曲轴转角A3处比较曲线120～曲线122而可知，在曲线120中，为缸内温度T1，在曲线121中，为缸内温度T2(＞T1)，在曲线122中，为缸内温度T3(＞T2)。即，从该图4B也可知，通过如曲线121所示执行排气门提前控制从而能够使缸内温度上升，进一步，通过如曲线122所示执行排气门提前控制和燃料喷射延迟控制这两者从而能够进一步使缸内温度上升。
如以上那样，根据本实施方式，通过除了执行排气门提前控制之外还执行燃料喷射延迟控制，从而能够有效地使缸内温度上升，能够有效地促进暖机，由此，能够实现内燃机10的暖机运转时间的缩短。
另外，根据本实施方式，因为能够这样实现暖机运转时间的缩短，所以能够使内燃机10的燃料经济性提高。另外，暖机运转时间被缩短的结果，因为排气温度提早变成高温，所以能够提早使排气后处理装置60的性能提高，能够利用排气后处理装置60提早处理NOx。
以上，说明了本公开的优选的实施方式，但是，本公开不限定于该特定的实施方式，能够在权利要求书所记载的本公开的主旨的范围内进行各种变形、变更。
本申请基于2016年4月27日申请的日本国专利申请(特愿2016-088668)，将其内容作为参照援引于此。
工业实用性
本发明具有能够实现内燃机的暖机运转时间的缩短这样的效果，对内燃机的控制装置及内燃机系统等是有用的。
附图标记说明
1 内燃机系统
10 内燃机
17 进气门
18 排气门
19 燃料喷射阀
40 EGR通道
50 排气净化装置
60 排气后处理装置
70 可变气门机构
80 控制装置
81 CPU(控制部)

Claims (5)

1.一种内燃机的控制装置，
包括控制部，该控制部在内燃机的暖机运转时，执行使上述内燃机的排气门的开阀时期及闭阀时期比预先设定的基准值提前、且使上述内燃机的燃料喷射时期比预先设定的基准值延迟的控制处理。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，
上述控制部执行使上述内燃机的上述排气门的上述开阀时期及上述闭阀时期比上述基准值提前、然后使上述内燃机的上述燃料喷射时期比上述基准值延迟的控制处理。
3.一种内燃机系统，包括：
内燃机，以及
上述内燃机的控制装置；
上述控制装置具有控制部，该控制部在上述内燃机的暖机运转时，执行使上述内燃机的排气门的开阀时期及闭阀时期比预先设定的基准值提前、且使上述内燃机的燃料喷射时期比预先设定的基准值延迟的控制处理。
4.如权利要求3所述的内燃机系统，其中，
上述控制部执行使上述内燃机的上述排气门的上述开阀时期及上述闭阀时期比上述基准值提前、然后使上述内燃机的上述燃料喷射时期比上述基准值延迟的控制处理。
5.如权利要求4所述的内燃机系统，其中，
在上述内燃机的排气通道中包括排气后处理装置。
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