CN110603374A - 内燃机的控制方法以及内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

内燃机(1)能够通过对活塞(33)相对于缸孔(32)的滑动范围进行变更从而变更机械压缩比，且能够对设置于缸孔(32)的周围的水套(31a)内的冷却水的流动进行控制。而且，在与缸孔壁温相关的水套(31a)中的冷却水温度(Tw)低于规定温度(Twth)时，使水套(31a)内的冷却水的流动停止。由此，能够尽早使缸孔壁温上升，并能够尽早消除冷凝水附着于缸孔(32)的内周面(32a)的问题，因此能够延缓缸孔(32)的内周面(32a)的腐蚀的发展。

Description

内燃机的控制方法以及内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及能够对压缩比进行变更的内燃机的控制方法以及控制装置。

背景技术

例如，专利文献1中公开了如下内燃机，即，具有：缸内喷射用燃料喷射阀，其向燃烧室喷射燃料；端口喷射用燃料喷射阀，其向进气端口喷射燃料；以及可变压缩机构，其能够对机械压缩比进行变更。

在该专利文献1中，当有可能在缸内喷射用燃料喷射阀的喷嘴的前端部产生腐蚀时，提高内燃机的机械压缩比、或者对于燃料喷射量的总量都切换为从端口喷射用燃料喷射阀的端口喷射，由此抑制腐蚀的产生。

然而，专利文献1不过是抑制缸内喷射用燃料喷射阀的前端部的腐蚀的产生。

例如，在内燃机的冷却水温度较低的情况下，如果冷凝水附着于缸孔的内周面，则有可能因冷凝水和燃烧气体中的氮氧化物(NOx)生成的酸而在缸孔的内周面产生腐蚀。

在冷凝水附着于缸孔的内周面的状况下，如果对内燃机的机械压缩比进行可变控制，则活塞环在缸孔的腐蚀部滑动，腐蚀部位从腐蚀部剥落。而且，在机械压缩比降低时，腐蚀部位剥落后的部分重新被腐蚀而有可能导致缸孔的腐蚀发展。

即，在能够对机械压缩比进行变更的内燃机中，在抑制有可能在内燃机产生的腐蚀的发展的方面，存有进一步改善的余地。

专利文献1：日本特开2016-113945号公报

发明内容

本发明的内燃机能够通过对活塞相对于缸孔的滑动范围进行变更而变更机械压缩比，且能够对设置于上述缸孔的周围的水套内的冷却水的流动进行控制，其中，获取与缸孔壁温相关的温度，在与获取到的缸孔壁温相关的温度低于规定温度时，使得上述水套内的冷却水的流动停止。

根据本发明，能够尽早使缸孔壁温上升、且尽早消除冷凝水附着于缸孔的内周面的问题，因此能够在缸孔的内周面延缓腐蚀的发展。

附图说明

图1是示意性地表示本发明所涉及的内燃机的控制装置的概略结构的说明图。

图2是示意性地表示冷却水的循环路径的概略的说明图。

图3是示意性地表示流路切换阀的概略结构的说明图。

图4是表示缸孔壁温的温度上升的趋势的说明图。

图5是表示规定温度Twth和进气温度Ta的关联的说明图。

图6是表示本发明所涉及的内燃机的控制流程的流程图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的一个实施例进行详细说明。

图1是示意性地表示本发明所涉及的内燃机1的控制装置的概略结构的说明图。图1能够应用本发明所涉及的内燃机1的控制方法。

内燃机1作为驱动源而搭载于汽车等车辆，具有进气通路2以及排气通路3。进气通路2经由进气阀4而与燃烧室5连接。排气通路3经由排气阀6而与燃烧室5连接。

内燃机1具有：第1燃料喷射阀7，其向燃烧室5内直接喷射燃料；以及第2燃料喷射阀8，其向进气阀4上游侧的进气通路2内喷射燃料。从第1燃料喷射阀7以及第2燃料喷射阀8喷射的燃料在燃烧室5内利用火花塞9进行点火。

在进气通路2设置有：对进气中的异物进行捕集的空气滤清器10；对吸入空气量进行检测的空气流量计11；以及根据来自控制单元12的控制信号而对开度进行控制的电动的节流阀13。

空气流量计11配置于节流阀13的上游侧。空气流量计11内置有温度传感器，能够对进气导入口的进气温度Ta进行检测。即，空气流量计11是获取与吸入空气温度相关的温度的吸入空气温度获取部。空气滤清器10配置于空气流量计11的上游侧。

在排气通路3设置有：三元催化器等上游侧排气催化器14；以及NOx捕集催化器等下游侧排气催化器15。下游侧排气催化器15配置于上游侧排气催化器14的下游侧。

另外，该内燃机1具有涡轮增压器18，该涡轮增压器18在同轴上具有设置于进气通路2的压缩机16、以及设置于排气通路3的排气涡轮17。压缩机16配置于节流阀13的上游侧、且配置为比空气流量计11更靠下游侧。排气涡轮17配置为比上游侧排气催化器14更靠上游侧。

再循环通路19与进气通路2连接。再循环通路19的一端在压缩机16的上游侧与进气通路2连接，另一端在压缩机16的下游侧与进气通路2连接。

在该再循环通路19配置有能够从压缩机16的下游侧向压缩机16的上游侧释放增压压力的电动的再循环阀20。此外，作为再循环阀20，还可以采用仅在压缩机16下游侧的压力大于或等于规定压力时打开的所谓止回阀。

另外，在进气通路2设置有中间冷却器21，该中间冷却器21在压缩机16的下游侧对利用压缩机16压缩(加压)后的进气进行冷却，改善填充效率。中间冷却器21位于比再循环通路19的下游侧端更靠下游、且比节流阀13更靠上游侧的位置。

绕过排气涡轮17而将排气涡轮17的上游侧和下游侧连接的排气旁通通路22与排气通路3连接。排气旁通通路22的下游侧端在比上游侧排气催化器14更靠上游侧的位置与排气通路3连接。在排气旁通通路22配置有对排气旁通通路22内的排气流量进行控制的电动的废气门阀23。废气门阀23能够使向排气涡轮17引导的废气的一部分向排气涡轮17的下游侧分流，能够对内燃机1的增压压力进行控制。

另外，内燃机1能够实施将排气的一部分作为EGR气体从排气通路3向进气通路2导入(回流)的排气回流(EGR)，具有从排气通路3分支而与进气通路2连接的EGR通路24。EGR通路24的一端在上游侧排气催化器14与下游侧排气催化器15之间的位置处与排气通路3连接，另一端在空气流量计11的下游侧、且压缩机16的上游侧的位置处与进气通路2连接。在该EGR通路24设置有对EGR通路24内的EGR气体的流量进行控制的电动的EGR阀25、以及能够对EGR气体进行冷却的EGR冷却器26。此外，图1中的27是进气通路2的集气管部。

另外，内燃机1具有可变压缩比机构34，该可变压缩比机构34能够对在气缸体31的缸孔32内进行往返运动的活塞33的上止点位置进行变更而变更内燃机1的机械压缩比。即，内燃机1能够对活塞33相对于缸孔32的内周面32a的滑动范围进行变更而变更机械压缩比。换言之，内燃机1能够对活塞33相对于气缸的滑动范围进行变更而变更机械压缩比。机械压缩比是指由活塞33的上止点位置和下止点位置决定的压缩比。

活塞33具有活塞冠面侧的第1活塞环35、比第1活塞环更远离活塞冠面的第2活塞环36。第1活塞环35以及第2活塞环36是所谓压缩环，用于消除活塞33与缸孔32的内周面32a之间的间隙而进行气密保持。

可变压缩比机构34利用由多根连杆对活塞33和曲轴37的曲柄销38进行连接卡合的多连杆式活塞-曲柄机构，具有：下连杆39，其以能够旋转的方式安装于曲柄销38；上连杆40，其将该下连杆39和活塞33连结；控制轴41，其设置有偏心轴部41a；以及控制连杆42，其将偏心轴部41a和下连杆39连结。

曲轴37具有多个轴颈部43以及曲柄销38。轴颈部43以能够旋转的方式支撑于气缸体31与曲轴轴承托架44之间。

上连杆40的一端以能够旋转的方式安装于活塞销45，另一端利用第1连结销46以能够旋转的方式与下连杆39连结。控制连杆42的一端利用第2连结销47以能够旋转的方式与下连杆39连结，另一端以能够旋转的方式安装于控制轴41的偏心轴部41a。第1连结销46以及第2连结销47压入固定于下连杆39。

控制轴41与曲轴37平行地配置，且以能够旋转的方式支撑于气缸体31。详细而言，控制轴41以能够旋转的方式支撑于曲轴轴承托架44与控制轴轴承托架48之间。

在气缸体31的下部安装有上方油盘49。另外，在上方油盘49的下部安装有下方油盘50。

经由致动器连杆51以及驱动轴臂部件52而将驱动轴53的旋转传递至控制轴41。驱动轴53处于上方油盘49的外侧、且与控制轴41平行地配置。在驱动轴53固定有驱动轴臂部件52。

致动器连杆51的一端经由销部件54a而以能够旋转的方式与驱动轴臂部件52连结。致动器连杆51是以与控制轴41正交的方式配置的细长的棒状的部件，另一端经由销部件54b以能够旋转的方式与控制轴41的相对于控制轴41的旋转中心而偏心的位置连结。

驱动轴53、驱动轴臂部件52以及致动器连杆51的一端侧收容于在上方油盘49的侧面安装的壳体55。

驱动轴53的一端经由减速器(未图示)而与作为致动器的电动机56连结。即，能够利用电动机56对驱动轴53进行旋转驱动。驱动轴53的转速是利用减速器对电动机56的转速进行减速后的转速。

如果通过电动机56的驱动而使得驱动轴53旋转，则致动器连杆51沿着与驱动轴53正交的平面进行往返运动。而且，致动器连杆51的另一端和控制轴41的连结位置随着致动器连杆51的往返运动而摆动，控制轴41旋转。如果控制轴41旋转而其旋转位置发生变化，则成为控制连杆42的摆动支点的偏心轴部41a的位置发生变化。即，利用电动机56对控制轴41的旋转位置进行变更，由此下连杆39的姿势发生变化，伴随着活塞33的活塞运动(行程特性)的变化、即活塞33的上止点位置以及下止点位置的变化，内燃机1的机械压缩比连续地变更。

利用控制单元12对电动机56的旋转进行控制。即，利用作为压缩比控制部的控制单元12控制基于可变压缩比机构34实现的内燃机1的机械压缩比的变更。

根据内燃机1的运转条件(内燃机运转条件)对内燃机1的机械压缩比进行控制。例如，内燃机1的运转条件越是处于高转速高负荷时，可变压缩比机构34将所设定的机械压缩比控制为越低的压缩比。

控制单元12是具有CPU、ROM、RAM以及输入输出接口的周知的电子计算机。

除了上述空气流量计11的检测信号以外，控制单元12中还输入有对曲轴37的曲轴转角进行检测的曲轴转角传感器61、对加速器踏板的踏入量进行检测的加速器开度传感器62、对驱动轴53的旋转角度进行检测的旋转角度传感器63、对冷却水温度Tw进行检测的水温传感器64等各种传感器类的检测信号。控制单元12利用加速器开度传感器62的检测值对内燃机的请求负荷(发动机负荷)进行计算。

曲轴转角传感器61能够对内燃机1的内燃机转速进行检测。

水温传感器64获取在缸孔32的周围流动的冷却水的温度作为与缸孔壁温相关的温度，相当于壁温获取部。换言之，水温传感器64获取在气缸的内周面的周围流动的冷却水的温度作为与缸孔壁温相关的温度。缸孔壁温是指缸孔32的内周面32a的壁面温度。换言之，缸孔壁温是指气缸的内周面的壁面温度。在本实施例中，水温传感器64对气缸体31内的水套31a中的冷却水的温度进行检测。

而且，控制单元12基于各种传感器类的检测信号，对第1燃料喷射阀7、第2燃料喷射阀8的燃料喷射量以及燃料喷射时机、火花塞9的点火时机、节流阀13的开度、再循环阀20的开度、废气门阀23的开度、EGR阀25的开度、基于可变压缩比机构34实现的内燃机1的机械压缩比等进行优化控制。

另外，控制单元12对作为能够控制水套31a内的冷却水的流动的冷却水控制部的电动的流路切换阀(MCV)66进行控制。

图2是示意性地表示配置有流路切换阀66的冷却水的循环路径71的概略的说明图。

循环路径71是供对内燃机1进行冷却的冷却水循环的路径。循环路径71内的冷却水通过由内燃机1驱动的水泵72而循环。

循环路径71的冷却水向节流阀13、加热器73、对内燃机1的发动机油进行冷却的机油冷却器(发动机油冷却器)74、对自动变速器(未图示)的工作油进行冷却的机油冷却器(变速器机油冷却器)75、散热器76等供给。

加热器73是供内燃机1搭载的车辆的车室内的空调装置的结构要素。散热器76在冷却水与外部空气之间进行热交换。

从水泵72排出的冷却水向内燃机1供给。供给至内燃机1的冷却水经由气缸体31内的水套31a而到达流路切换阀66。在循环路径71内，在流路切换阀66的下游侧配置有加热器73、机油冷却器74、75、散热器76。即，向加热器73、机油冷却器74、75、散热器76流动的冷却水流量由流路切换阀66控制。

图3是示意性地表示流路切换阀66的概略结构的说明图。流路切换阀66具有剖面呈圆弧形状的阀体67、以及成为阀体67的旋转中心的旋转轴68。

图3示出了该流路切换阀66使得朝向下游侧的冷却水的流动完全停止的完全关闭时的状态。

流路切换阀66能够通过使阀体67绕旋转轴68旋转而实现如下状态：使得朝向下游侧的冷却水的流动完全停止的完全关闭状态；使得冷却水仅向加热器73流动的状态；使得冷却水向加热器73以及机油冷却器74、75流动的状态；以及使得冷却水向加热器73、机油冷却器74、75以及散热器76流动的完全打开状态。

如果冷却水的温度低于后述的规定温度Twth，则流路切换阀66使得阀体67形成为完全关闭状态。而且，如果冷却水的温度高于规定温度Twth，则流路切换阀66将冷却水控制为分阶段地按顺序向加热器73、机油冷却器74、75以及散热器76流动。

详细而言，例如，如果冷却水的温度小于规定的规定温度Twth，则流路切换阀66将冷却水控制为向加热器73、机油冷却器74、75以及散热器76的流动完全切断的状态(完全关闭状态)。例如，如果冷却水的温度大于或等于规定温度Twth且小于规定的第1切换温度，则流路切换阀66进行如下控制，即，向加热器73供给冷却水、且不向机油冷却器74、75以及散热器76供给冷却水。例如，如果冷却水的温度大于或等于上述第1切换温度且小于规定的第2切换温度，则流路切换阀66进行如下控制，即，向加热器73以及机油冷却器74、75供给冷却水、且不向散热器76供给冷却水。而且，例如，如果冷却水的温度大于或等于上述第2切换温度，则流路切换阀66进行如下控制，即，向加热器73、机油冷却器74、75以及散热器76供给冷却水。

在加热器73、机油冷却器74、75以及散热器76流动的冷却水在水泵壳体77汇合，然后向水泵72流入。

此外，在内燃机1的水套31a内流过的冷却水的一部分不经过流路切换阀66而向节流阀13供给。然而，在节流阀13流动的冷却水的量极少。即，在流路切换阀66处于上述完全关闭状态时，水套31a内的冷却水的流动成为实质上停止的状态(所谓零流量状态)。在循环路径71内，供给至节流阀13的冷却水在加热器73的下游侧与在加热器73流过的冷却水汇合、并向水泵壳体77流入。

在内燃机1的冷却水温Tw较低时，缸孔壁温的温度也降低。在这种低水温时，有可能在燃烧室5产生冷凝水。如果产生冷凝水、且冷凝水附着于缸孔32的内周面32a，则有可能因冷凝水和燃烧气体中的氮氧化物(NOx)生成的酸而导致缸孔32的内周面腐蚀。

这里，在能够使得机械压缩比可变的内燃机1中，如果上止点位置发生变动，则有时第1活塞环35等在缸孔32的内周面32a的腐蚀部位滑动。即，反复因第1活塞环35等的滑动而引起腐蚀部位的磨损、并因磨损而引起腐蚀部位被削除后的部分的新的腐蚀，缸孔32的内周面32a的腐蚀有可能发展。

因此，在缸孔壁温较低的期间，使在缸孔32的周围设置的水套31a内的冷却水的流动停止，由此使得缸孔壁温尽量迅速地上升，并尽早消除冷凝水附着于缸孔32的内周面32a的问题。

图4是表示缸孔壁温的温度上升的趋势的说明图。图4中的特性线A表示使得流路切换阀66形成为上述完全关闭状态、且使得水套31a内的冷却水的流动实质上停止的情况下的缸孔壁温的变化。图4中的特性线B表示以使得冷却水仅向加热器73流动的方式对流路切换阀66进行控制的情况下的缸孔壁温的变化。

为了使缸孔壁温迅速地上升，如图4所示，使水套31a内的冷却水的流动停止的方式较为有效。即，在使得缸孔壁温上升至规定的温度的情况下，如果使得水套31a内的冷却水的流动停止，则与未使得水套31a内的冷却水的流动停止的情况相比而能够在短时间内使得缸孔壁温上升至规定的温度。

这样，使得在缸孔32的周围设置的水套31a内的冷却水的流动实质上停止，由此使得缸孔壁温迅速地上升、且尽早消除冷凝水附着于缸孔32的内周面32a的问题。即，在与缸孔壁温相关的冷却水温度Tw低于规定温度Twth时，通过使水套31a内的冷却水的流动实质上停止，从而能够延缓缸孔32的内周面32a的腐蚀的发展。在本实施例中，在冷却水温度Tw低于规定温度Twth时，将流路切换阀66控制为上述完全关闭状态。

规定温度Twth与相当于使得缸孔32的内周面32a产生冷凝水的缸孔壁温的温度相比而设定于高温侧。换言之，规定温度Twth设定于相当于不会使缸孔32的内周面32a产生冷凝水的缸孔壁温的温度的低温侧。由此，直至冷凝水变得不附着于缸孔32的内周面32a为止地使冷却水的流动停止，由此能够可靠地延缓缸孔32的内周面32a的腐蚀的发展。

另外，根据与进气温度Ta相关的温度而对规定温度Twth进行可变设定。在本实施例中，根据由空气流量计11检测出的进气导入口的进气温度Ta而进行可变设定。

露点(产生冷凝水的温度)根据进气温度Ta而改变，因此通过与此相应地设定规定温度Twth而能够更可靠地延缓腐蚀的发展。

另外，具体而言，如图5所示，由空气流量计11检测出的进气温度Ta越高，将规定温度Twth设定为越高。图5中由实线所示的特性线C表示规定温度Twth。图5中由虚线所示的特性线D表示不会在缸孔壁温产生冷凝水的冷却水温度Tw。如图5所示，以不会在缸孔32的内周面32a产生冷凝水的方式具有富余地设定规定温度Twth。

露点(产生冷凝水的温度)根据进气温度Ta而升高，因此通过与此相应地设定规定温度Twth而能够更可靠地延缓腐蚀的发展。

另外，如果因冷却水在水套31a内流动而使得缸孔壁温大于或等于产生冷凝水的温度，则缸孔32的内周面32a的腐蚀会发展。因此，规定温度Twth不会设定为邻近露点温度的值，而是设定为具有富余的值。

而且，如果冷却水温度Tw大于或等于规定温度Twth，则以使得冷却水在水套31a内流动的方式对流路切换阀66进行控制。

即，如果冷却水温度Tw大于或等于规定温度Twth，则结束使得水套31a内的冷却水的流动实质上停止的零流量控制，开始根据冷却水温度Tw而使冷却水向流路切换阀66的下游侧的加热器73、机油冷却器74、75、散热器76流动的通常控制。

零流量控制是指控制为，由流路切换阀66的阀体67将冷却水向加热器73、机油冷却器74、75以及散热器76的流动完全切断的状态。

通常控制是指控制为，由流路切换阀66的阀体67根据冷却水温度Tw而使得冷却水向加热器73、机油冷却器74、75、散热器76流动。

图6是表示上述实施例的控制流程的流程图。

在步骤S1中，读入进气温度Ta以及冷却水温度Tw。在步骤S2中，基于步骤S1中读入的进气温度Ta而设定规定温度Twth。在步骤S3中，判定步骤S1中读入的冷却水温度Tw是否低于规定温度Twth。在步骤S3中，在冷却水温度Tw小于规定温度Twth的情况下进入步骤S4。在步骤S3中，在冷却水温度Tw大于或等于规定温度Twth的情况下进入步骤S5。在步骤S4中，将流路切换阀66的阀体67控制(零流量控制)为使得水套31a内的冷却水的流动实质上停止。在步骤S5中，根据冷却水温度Tw而将流路切换阀66的阀体67控制(通常控制)为使得冷却水向加热器73、机油冷却器74、75、散热器76流动。

此外，在上述实施例中，利用空气流量计11的检测值作为与吸入空气温度相关的温度，但作为与吸入空气温度相关的温度还可以利用外部气温、比空气流量计11更靠下游侧的进气温度。即，吸入空气温度获取部可以是对外部气温进行检测的温度传感器、对空气流量计11的下游侧的进气温度进行检测的温度传感器等。

Claims (6)

1.一种内燃机的控制方法，该内燃机能够通过对活塞相对于缸孔的滑动范围进行变更从而变更机械压缩比，且能够对设置于上述缸孔的周围的水套内的冷却水的流动进行控制，其中，

获取与缸孔壁温相关的温度，

在与获取到的缸孔壁温相关的温度低于规定温度时，使得上述水套内的冷却水的流动停止。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其中，

上述规定温度与相当于使得上述缸孔产生冷凝水的上述缸孔壁温的温度相比而设定于高温侧。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

获取与吸入空气温度相关的温度，

根据与获取到的吸入空气温度相关的温度而对上述规定温度进行可变设定。

4.根据权利要求3所述的内燃机的控制方法，其中，

与获取到的吸入空气温度相关的温度越高，上述规定温度设定为越高。

5.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

如果与获取到的缸孔壁温相关的温度大于或等于上述规定温度，则使得冷却水在上述水套内流动，

上述规定温度设定为如下温度，即，即使冷却水在上述水套内流动也使得缸孔壁温不低于产生冷凝水的温度。

6.一种内燃机的控制装置，该内燃机能够通过对活塞相对于缸孔的滑动范围进行变更从而变更机械压缩比，且能够对设置于上述缸孔的周围的水套内的冷却水的流动进行控制，其中，

上述内燃机的控制装置具有：

壁温获取部，其获取与缸孔壁温相关的温度；以及

冷却水控制部，在与获取到的缸孔壁温相关的温度低于规定温度时，该冷却水控制部使得上述水套内的冷却水的流动停止。