CN110360014B - 用于内燃发动机的控制设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于内燃发动机的控制设备。控制设备具有VVT机构，并且包含：检测装置，检测大气压力；第一计算装置，基于流过进气流路的空气量计算充气效率；第二计算装置，依据空气量和大气压力检测装置检测到的大气压力计算容积效率；和设定装置，通过可变气门正时机构设定进气门的气门打开正时。设定装置具有第一计算单元和第二计算单元，第一计算单元基于通过第一计算装置的充气效率计算进气门的气门打开正时，第二计算单元基于通过第二计算装置的容积效率计算进气门的气门打开正时；并且基于第一计算单元所计算出的气门打开正时和第二计算单元所计算出的气门打开正时中的一个设定进气门和排气门中的一个或两个的气门打开正时。

Description

用于内燃发动机的控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的控制设备，其控制可变气门正时机构，从而根据操作状态获得最佳气门重叠量，从而降低对于对催化器的热损坏的可能性同时确保发动机的足够输出。
背景技术
近年来，装载在汽车等上的一些发动机配备了有可变气门正时机构(VVT机构)，其可以持续地改变进气门打开时的正时(进气门打开正时)和排气门关闭时的正时(排气门关闭正时)。通过控制VVT机构，变成可以持续地改变气门重叠量(从进气门打开正时变化到排气门关闭正时的区段)。通常，在低到中负荷区域中，气门重叠量增加并且内部EGR量增加，由此实现排放气体净化性能的提高和由于泵送损失的减小造成的燃料经济性的增加。另一方面，在高负荷区域中，从增加输出的观点来看，进气门打开正时和排气门关闭正时通过VVT机构控制，并且根据发动机速度的增加，气门重叠量从相对小的状态改变到大的状态，再到小的状态。如这里示出的，进气门打开的正时(进气门打开正时)和排气门关闭的正时(排气门关闭正时)根据操作状态酌情控制(例如，参见专利文件1)。
[现有技术文件]
[专利文件]
[专利文件1]日本专利No.2749226
发明内容
[本发明要解决的问题]
上述气门重叠量常常与平地上的操作状态(标准状态)相符地设定，因而在平地操作状态下可以自然地设定而没有任何问题。然而，例如，在处于低大气压力的高地上，出现空气密度下降的问题，并且特别是在高负荷区域中，没有获得需要的进气量，并且无法获得所需输出。
鉴于上述情况完成了本发明。本发明的目的是提供一种用于内燃发动机的控制设备，其可以设定VVT相位角，从而即使在高地上也可以抑制输出的降低，同时确保发动机的足够输出。
[用于解决问题的手段]
用于解决以上问题的本发明的一个方面是一种用于内燃发动机的控制设备，其具有可变气门正时机构，可变气门正时机构改变进气门和排气门中的一个或两个的打开或关闭正时，包含：检测装置，用于检测大气压力；第一计算装置，用于基于流过进气流路的空气量来计算充气效率；第二计算装置，用于依据空气量和检测装置所检测到的大气压力来计算容积效率；和设定装置，用于通过可变气门正时机构设定进气门的气门打开正时，其中，设定装置具有第一计算单元和第二计算单元，第一计算单元用于基于通过第一计算装置的充气效率来计算进气门的气门打开正时，第二计算单元用于基于通过第二计算装置的容积效率来计算进气门的气门打开正时，并且设定装置基于第一计算单元所计算出的气门打开正时和第二计算单元所计算出的气门打开正时中的一个来设定进气门和排气门中的一个或两个的气门打开正时。
根据这一方面，提供有第一计算单元和第二计算单元，第一计算单元用于基于充气效率来计算进气门的气门打开正时，第二计算单元用于基于容积效率来计算进气门的气门打开正时，并且实行控制，使得进气门和排气门中的一个或两个的气门打开正时基于第一计算单元所计算出的气门打开正时和第二计算单元所计算出的气门打开正时中的一个来设定。通过该控制程序，可以设定VVT相位角，从而可以实现高地上的最大输出。
这里，优选地，设定装置将，通过第一计算单元的充气效率气门打开正时或通过第二计算单元的容积效率气门打开正时中设定至更提前角侧的那个，设定为进气门的气门打开正时。
根据以上特征，如果充气效率气门打开正时与容积效率气门打开正时之间存在偏差，即，如果因为海平面以上的高度引起的大气压力的影响，目标相位角在充气效率气门打开正时和容积效率气门打开正时之间不同，则，使用在更提前角侧的目标相位角，由此可以防止进气量减少，并且可以防止输出降低。
优选地，内燃发动机配备有增压装置，并且如果目标扭矩计算单元所计算出的目标扭矩在施行通过增压装置的增压的范围内，则，第二计算单元计算能够实现通过增压装置的增压的气门打开正时的最晚正时，作为进气门的气门打开正时。
根据该特征，通过第二计算装置的气门打开正时设定为可以施行增压的气门打开正时的最晚正时。通过这样做，即使可以增压的区域在大气压力(海平面以上的高度)的影响下改变，也可以实现输出，并且可以使用燃料经济性令人满意的容积效率气门打开正时。
优选地，如果目标扭矩计算单元所计算出的目标扭矩在未施行通过增压装置的增压的范围内，则第二计算单元将进气门的气门打开正时设定为最晚正时。
根据以上特征，在大气压力(海平面以上的高度)的影响最小的非增压区域中，将容积效率气门打开定时设定为最延迟角。通过这样做，可以可靠地选择充气效率气门打开正时，以防止由于气门重叠造成的燃烧劣化。
[本发明的效果]
如上所述，根据本发明的用于内燃发动机的控制设备具有第一计算单元和第二计算单元，第一计算单元用于基于充气效率来计算进气门的气门打开正时，第二计算单元用于基于容积效率来计算进气门的气门打开正时；并且实行控制，以便基于充气效率气门打开正时计算单元所计算出的气门打开正时和容积效率气门打开正时计算单元所计算出的气门打开正时中的一个来设定进气门和排气门中的一个或两个的气门打开正时。通过该控制，呈现出可以设定VVT相位角从而即使在高地上也可以抑制输出降低的效果。
附图说明
图1是包括根据实施例1的控制设备的发动机系统的示意性构造视图。
图2A和图2B是示出根据实施例1的平地和高地中的每一个上的充气效率与目标进气门打开正时之间的关系的视图。
图3A和图3B是示出根据实施例1的平地和高地中的每一个上的充气效率与排气门关闭正时之间的关系的视图。
图4是示出根据实施例1的时间表的示例的视图。
具体实施方式
现在将会基于其实施例描述本发明。
(实施例1)
图1是示出包括根据实施例1的控制设备的发动机系统的示意性构造的视图。在本实施例中，将会针对其中该控制设备应用于歧管燃料喷射汽油发动机的示例给出说明。
如图1所示的发动机11是歧管燃料喷射(多点喷射)发动机，其具有气缸盖12和气缸体13。在气缸体13的每个气缸14内，容纳有活塞15以便能够往复运动。活塞15、气缸14和气缸盖12形成燃烧室16。活塞15经由连接杆17连接到曲柄轴18。活塞15的往复运动经由连接杆17传输到曲柄轴18。
进气口19形成在气缸盖12中。进气歧管20连接到进气口19。进气门22设置在进气口19中，并且进气门22被构造成跟随根据发动机旋转而旋转的凸轮轴23的进气凸轮23a，由此使燃烧室16和进气口19彼此连通或阻断。例如，进气歧管20设置有电磁燃料喷射阀24，并且配备有燃料箱的燃料供应设备经由燃料阀连接到燃料喷射阀24，尽管未示出。
在气缸盖12中，进一步形成有排气口25。排气歧管25的一端连接到排气口25，排气管(排气通道)27连接到排气歧管26的另一端。排气门28设置在排气口25中。类似进气口19中的进气门22，排气门28被构造成跟随凸轮轴29的排气凸轮29a动作，由此使燃烧室16和排气口25彼此连通或阻断。
气缸盖12设置有可变气门正时机构(VVT机构)30，31，其使凸轮23a，29a的旋转相位提前或滞后，以重新键入进气门22和排气门28的打开/关闭正时。通过可变气门正时机构30，31改变驱动进气门和排气门的凸轮23a，29a相对于曲柄轴的相位。通过该手段，可以改变作为用于打开进气门22的正时的进气门打开正时和作为关闭排气门28的正时的排气门关闭正时。
可以应用各种公知的气门正时机构作为可变气门正时机构30，31。例如，优选地，使用能够持续地改变凸轮23a，29a的相位的液压件。在本实施例中，可变气门正时机构30，31分别设置用于进气凸轮23a和排气凸轮29a。然而，可变气门正时机构30，31可以设置用于进气凸轮23a和排气凸轮29a中的一个。
气缸盖12具有安装在其上的用于每个气缸的点火塞32。用于输出高压的点火线圈33连接到每个点火塞32。缓冲箱34设置在进气歧管20的上游侧。用于调节进气量的节气门35设置在缓冲箱34的上游侧，并且用于检测节气门35的开度的节气门位置传感器(TPS)36也设置在那儿。与加速器踏板的操作互锁地调节节气门35的开度，尽管未示出。用于测量流过进气流路的进气量的气流传感器21被置于节气门35的上游。
ECU(电子控制单元)41包括输入输出设备、存储设备(ROM、RAM等)，中央处理单元(CPU)和定时器/计数器。ECU 41实行发动机11的集成控制。ECU 41的输入侧连接有前述节气门位置传感器36和气流传感器37以及各种其他传感器，诸如，用于检测发动机11的曲柄角的曲柄角传感器42、用于检测发动机11的水温的水温传感器43及作为用于检测大气压力的大气压力检测装置的大气压力传感器44。这些传感器所检测到的信息被输入到ECU 41。
ECU 41的输出侧连接有各种输出设备，诸如前述燃料喷射阀24、点火线圈33、VVT机构30，31和节气门35。基于来自各种传感器的检测信息，预定信息从ECU 41输出到这些各种输出设备。
本实施例的控制设备100由这些各种传感器和ECU 41构成。下面将会给出对它们的详细说明。
控制设备100具有目标扭矩计算装置110，目标扭矩计算装置110基于诸如包括气流传感器37的各种传感器所检测到的发动机11的操作状态的信息来计算目标扭矩。基于作为操作状态检测装置的曲柄角传感器42所检测到的发动机11的发动机速度Ne和加速器的开度，目标扭矩计算装置110根据操作状态计算目标扭矩。
控制设备100还包括作为第一计算装置的充气效率计算装置120和作为第二计算装置的容积效率计算装置130，充气效率计算装置120用于基于目标扭矩计算装置110所计算出的目标扭矩来计算目标充气效率，容积效率计算装置130用于基于依据目标扭矩计算装置110所计算出的目标扭矩和大气压力传感器44所检测到的大气压力得出的目标扭矩来计算目标容积效率。充气效率计算装置120基于目标扭矩计算目标充气效率，但是，可以例如依据曲柄角传感器42所检测到的发动机11的发动机转速Ne和进气歧管20的压力来计算目标充气效率。
容积效率是表示四冲程发动机的抽吸能力的效率。充气效率是表示有助于燃烧的新鲜空气的绝对量的指标，并且表述为相对于标准大气条件下占据冲程容积的干燥新鲜空气质量的进气干燥新鲜空气质量。另一方面，容积效率表述为相对于冲程容积的进气干燥新鲜空气的容积，并且是不依赖于大气压力或大气温度的指标。
而且，控制设备100包括气门打开正时设定装置140，其使用可变气门正时机构30，31设定进气门22和排气门28的气门打开正时。
气门打开正时设定装置140配备有：充气效率气门打开正时计算单元141，作为第一计算单元，其基于目标充气效率，也即，基于映射图等等计算进气门22的气门打开正时(下文，这种气门打开正时将会称之为Ec目标相位角)，该映射图示出目标充气效率与能够相对于预定充气效率设定的进气门22的气门打开正时之间的关系；和容积效率气门打开正时计算单元142，作为第二计算单元，其基于目标容积效率，也即，基于映射图等等计算进气门22的气门打开正时(下文，这种气门打开正时将会称之为Ev目标相位角)，该映射图示出目标容积效率与能够相对于预定容积效率设定的进气门22的气门打开正时之间的关系。
在本实施例中，在设定进气门22的气门打开正时时，气门打开正时设定装置140使用充气效率气门打开正时计算单元141所计算出的Ec目标相位角或者容积效率气门打开正时计算单元142所计算出的Ev目标相位角。在本实施例中，如上所述，仅与进气门22关联地计算Ec目标相位角和Ev目标相位角。然而，同样可以与排气门28关联地计算Ec目标相位角和Ev目标相位角，并且它们中的一个可以用作用于排气门28的气门打开正时的基础。
在设定进气门22的气门打开正时时，气门打开正时设定装置140应当选择充气效率气门打开正时计算单元141所计算出的Ec目标相位角和容积效率气门打开正时计算单元142所计算出的Ev目标相位角中的哪一个可以基于预定条件来选择。例如，在可以选择所有气门打开正时的充气效率或容积效率的范围内，可以选择Ec目标相位角，而在不能选择某些气门打开正时的充气效率或容积效率的范围内，可以选择Ev目标相位角，尽管稍后将会叙述关于这个的细节。替换性地，如果通过大气压力传感器44的大气压力比预定压力低，也即，在等于或高于预定海拔高度的高地上，可以选择Ev目标相位角，并且，在其他情况下，可以选择Ec目标相位角。进一步替换性地，例如，能够允许不断地比较Ec目标相位角和Ev目标相位角，并且选择在提前角侧的气门打开正时。
在任何情况下，例如，如果在平地上行驶期间未出现问题，则，可以选择Ec目标相位角。例如，如果在高地上行驶期间无法获得必要的进气量，则，可以选择Ev目标相位角。在本实施例中，气门打开正时设定装置140被构造成在Ec目标相位角与Ev目标相位角之间进行不断的比较，并且选择在提前角侧的气门打开正时。
对于如上构造的控制设备100，目标扭矩计算装置110基于诸如发动机11的操作状态的信息来计算目标扭矩。基于该目标扭矩，充气效率计算装置120计算目标充气效率。容积效率计算装置130依据目标扭矩计算装置110所计算出的目标扭矩和大气压力传感器44所检测到的大气压力来计算目标容积效率。
然后，充气效率气门打开正时计算单元141使用前述映射图等等，依据目标充气效率来计算Ec目标相位角，同时容积效率气门打开正时计算单元142使用前述映射图等等，依据目标容积效率来计算Ev目标相位角。气门打开正时设定装置140使用Ec目标相位角或是Ev目标相位角。在本实施例中，如上所述，仅与进气门22相关联地计算Ec目标相位角和Ev目标相位角。然而，同样可以与排气门28相关联地计算Ec目标相位角和Ev目标相位角，并且可以采用它们中的一个作为排气门28的气门打开正时。
至于目标进气门打开正时(目标IO)和目标排气门关闭正时(目标EC)，选择Ec目标相位角和Ev目标相位角中的一个，从而设定进气门22的气门打开正时并且设定排气门23的气门关闭正时。如上所述，气门打开正时设定装置140酌情设定进气门打开正时和排气门关闭正时的目标值，并且实行VVT机构30，31的反馈控制，从而实际进气门打开正时和实际排气门关闭正时将会变成目标值。
图2A和图2A示出平地和高地中的每一个上的充气效率与进气门关闭正时之间的关系的示例。相位在负侧提前，在正侧延迟，并且区域C是如果气门打开正时设定在该区域内则不能达到目标进气量的区域。图2A是用于平地的图表，而图2B是用于高地的图表，区域C在高地上的范围内增加。
实线所指示的图表示出Ec目标相位角，其中充气效率用作因子，虚线所指示的图表示出Ev目标相位角，其中容积效率用作因子。在平地上，Ec目标相位角和Ev目标相位角两者几乎吻合。在高地上，在充气效率用作因子的情况下的Ec目标相位角进入超过点X的区域C，而在容积效率用作因子的情况下的Ev目标相角在区域C之外。
因此，在本实施例中，涉及充气效率作为因子的Ec目标相位角被选择用于平地并且直到高地上的点X。然而，如果Ev目标相位角相对于超过点X的Ec目标相位角位于提前角侧，则，选择Ev目标相位角。
图3A和图3B是每个皆示出充气效率与排气门关闭正时的相位之间的关系的示例的图表，图3A用于平地，图3B用于高地。如图3A所示，对于平地，最终在整个区域中选择涉及充气效率作为因子的Ec目标相位角。对于高地，选择涉及充气效率作为因子的Ec目标相位角，直到超过点X为止。然而，在超过点X的区域中，采用容积效率用作因子的Ev目标相位角，Ev目标相位角位于提前角侧，因为涉及充气效率作为因子的Ec目标相位角和容积效率用作因子的Ev目标相位角彼此不同。
图4是图示根据实施例的时间表的示例的视图，示出在高地上行驶期间加速器的开度、发动机的转速、进气歧管的压力、空气量和进气VVT相位角之中的关系。进气VVT相位角表示为，充气效率用作因子的情况下的Ec目标相位角以及容积效率用作因子的情况下的Ev目标相位角。空气量表述为充气效率和容积效率。时间表还示出这些参数作为实行实施例的前述控制的示例以及未施行这种控制的比较例。
图示有加速器打开以施行低压加速的状态。在该状态下，发动机速度上升，并且进气歧管的压力也增加。例如，在如图2A所示的大气压力相对高的平地上，在高负荷行驶期间(TPS的开度几乎全开的情况)，充气效率Ec也增加到接近其最大值的值。在该情况下，Ec目标相位角相对于Ev目标相位角存在于延迟角侧，从而选择Ec目标相位角。
当超过点X时，Ec目标相位角相对于Ev目标相位角位于提前角侧。因而，基于上述实施例的控制，采用容积效率用作因子的Ev目标相位角。结果，与采用Ec目标相位角的比较例比较，采用Ev目标相位角的实施例提供足够量的空气，并且具有比比较例中的容积效率和充气效率高的容积效率和充气效率。
(实施例2)
以上描述了本发明的实施例，但是不言而喻，本发明绝不限于前述实施例。
应用有本实施例的控制设备的发动机配备有涡轮增压器，涡轮增压器是增压装置，其通过排气使布置在排气系统中的涡轮旋转，以使布置在进气系统中的压缩机旋转，由此使进气增压。
在设置有这样的涡轮增压器的情况下，优选地，如果目标扭矩计算装置110所计算出的目标扭矩在施行通过涡轮增压器的增压的范围内，则，容积效率气门打开正时计算单元142计算能够实现通过涡轮增压器的增压的气门打开正时的最晚正时，作为进气门22的气门打开正时。
如上所示，如果通过容积效率气门打开正时计算单元142的气门打开正时被设定为能够进行增压的气门打开正时的最晚正时，则，即使在大气压力(海平面以上的高度)的影响下可增压区域改变，容积效率气门打开正时也可以用作能够稳定燃烧的气门打开正时。
如果通过涡轮增压器的增压发生的范围在图2A和图2B中示出，则，它从区域C开始存在之前一点的充气效率变化到区域C存在期间的充气效率。
优选地，即使目标扭矩计算装置110所计算出的目标扭矩位于未施行通过涡轮增压器的增压的范围内，也使容积效率气门打开正时计算单元142将进气门22的气门打开正时设定为最晚正时。
如以上所注的，在受大气压力(海平面以上的高度)影响最小的非增压区域中，将容积效率气门打开定时设定在最延迟角。通过这样做，可靠地选择充气效率气门打开正时，并且可以防止充气效率气门打开正时与容积效率气门打开正时之间的频繁切换。
(其他实施例)
在上述实施例中，描述了本发明，其中以歧管燃料喷射发动机为示例。然而，不用说，可以在其他类型的发动机，诸如直接喷射型中应用本发明。
[字母或数字的说明]
100 控制设备
11 发动机
12 气缸盖
13 气缸体
14 气缸
15 活塞
16 燃烧室
17 连接杆
18 曲柄轴
19 进气口
20 进气歧管
22 进气门
23 凸轮轴
23a 凸轮
24 燃料喷射阀
25 排气口
26 排气歧管
27 排气管
28 排气门
29 凸轮轴
29a 凸轮
30，31 可变气门正时机构(VVT机构)
32 点火塞
33 点火线圈
34 缓冲箱
35 节气门
36 节气门位置传感器(TPS)
37 气流传感器
40 温度传感器
41 ECU
42 曲柄角传感器
44 大气压力传感器

Claims (3)

1.一种用于内燃发动机的控制设备，所述内燃发动机具有可变气门正时机构，所述可变气门正时机构改变进气门和排气门中的一个或两个的打开或关闭正时，其特征在于，所述控制设备包含：
检测装置，所述检测装置用于检测大气压力；
第一计算装置，所述第一计算装置用于基于目标扭矩计算单元所计算出的目标扭矩来计算目标充气效率；
第二计算装置，所述第二计算装置用于依据所述目标扭矩和所述检测装置所检测到的所述大气压力来计算目标容积效率；和
设定装置，所述设定装置用于通过所述可变气门正时机构来设定所述进气门和所述排气门中的一个或两个的气门打开正时，
其中，所述设定装置具有
第一计算单元，所述第一计算单元用于基于通过所述第一计算装置的所述目标充气效率来计算所述进气门和所述排气门中的一个或两个的所述气门打开正时，和
第二计算单元，所述第二计算单元用于基于通过所述第二计算装置的所述目标容积效率来计算所述进气门和所述排气门中的一个或两个的所述气门打开正时，
并且基于所述第一计算单元所计算出的所述气门打开正时和所述第二计算单元所计算出的所述气门打开正时中的一个来设定所述进气门和所述排气门中的一个或两个的所述气门打开正时，
所述内燃发动机配备有增压装置，并且
如果所述目标扭矩在所述增压装置施行的增压的范围内，则所述第二计算单元计算能够实现通过所述增压装置的所述增压的所述气门打开正时的最晚正时，作为所述进气门和所述排气门中的一个或两个的所述气门打开正时。
2.如权利要求1所述的用于内燃发动机的控制设备，其特征在于，其中
所述设定装置将通过所述第一计算单元的目标充气效率气门打开正时或通过所述第二计算单元的目标容积效率气门打开正时中被设定至更提前角侧的那个，设定为所述进气门和所述排气门中的一个或两个的所述气门打开正时。
3.如权利要求1或2所述的用于内燃发动机的控制设备，其特征在于，其中
如果所述目标扭矩计算单元所计算出的所述目标扭矩在未施行通过所述增压装置的所述增压的范围内，则所述第二计算单元将所述进气门和所述排气门中的一个或两个的所述气门打开正时设定为所述最晚正时。
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