CN110621860B - 内燃机的控制方法以及内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

在缸孔(32)的内周面(32a)的壁温较低的期间，将内燃机(1)的机械压缩比固定。即，在与缸孔壁温相关的气缸体(31)内的水套(31a)中的冷却水温度(Tw)低于规定温度(Twth)的情况下，无论运转条件如何，都将内燃机(1)的机械压缩比固定为规定压缩比。由此，能够避免第1活塞环(35)在缸孔(32)的腐蚀的部分滑动，延缓腐蚀的发展。

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，其具有：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，在延缓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
本发明是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的内燃机，其中，获取与缸孔壁温相关的温度，在获取到的温度低于规定温度时，将机械压缩比固定为规定压缩比。
根据本发明，在缸孔的壁温较低的期间将机械压缩比固定，由此能够避免活塞环在缸孔的腐蚀面滑动而延缓腐蚀的发展。
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是示意性地表示因冷机时的压缩比可变而导致的缸孔的腐蚀以及磨损的机理的说明图。
图3是示意性地表示因冷机时的压缩比固定而导致的缸孔的腐蚀以及磨损的机理的说明图。
图4是本发明所涉及的内燃机的要部的说明图。
图5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进行检测。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。
通常，通过与内燃机1的运转条件(内燃机运转条件)相应的压缩比通常控制而对内燃机1的机械压缩比进行控制。在压缩比通常控制中，例如，内燃机1的运转条件越是处于高转速高负荷时，设定的机械压缩比越变为低的压缩比。
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，对基于可变压缩比机构34的内燃机1的机械压缩比的变更以及固定进行控制。
控制单元12是具有CPU、ROM、RAM以及输入输出接口的公知的电子计算机。
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。
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)生成的酸而导致比上止点时的活塞环更靠上方的缸孔的内周面发生腐蚀。此外，关于比上止点时的活塞环更靠上方的缸孔的内周面，即使由冷凝水和燃烧气体中的氮氧化物生成酸，也会因活塞环而溅起，因此不存在腐蚀的可能性。
这里，在能够将机械压缩比设为可变的内燃机中，如果上止点位置发生变动，则活塞环在缸孔的内周面的腐蚀部位会滑动。因此，如图2所示，反复因活塞环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，缸孔的内周面的腐蚀有可能发展。
图2是示意性地表示因冷机时的压缩比可变而导致的缸孔的腐蚀以及磨损的机理的说明图。图2(a)～图2(f)分别表示活塞上止点时。
此外，在图2中，71是内燃机的活塞，72是缸孔的内周面，73是活塞环，74是在缸孔的内周面72形成的腐蚀部，75是在利用活塞环73将腐蚀部74削除后的部分形成的凹部。另外，“ε8”表示压缩比为“8”，“ε14”表示压缩比为“14”。
如图2(a)～图2(c)所示，如果内燃机的机械压缩比从较低的状态(ε8)向较高的状态(ε14)变化，则活塞上止点位置上升，腐蚀部74的下端被活塞环73削除，在缸孔的内周面72形成凹部75。在腐蚀部74被削除之后形成凹部75，该凹部75具有未被腐蚀的面(非腐蚀面)。另外，在图2(a)～图2(c)中，凹部75形成于机械压缩比较高的状态下的处于活塞上止点位置时的活塞环73的外周侧。
而且，如果从图2(c)的状态向内燃机的机械压缩比较低的状态(ε8)变更，则活塞上止点位置下降。因此，如图2(d)所示，凹部75的未被腐蚀的面(非腐蚀面)因冷凝水和燃烧气体中的氮氧化物(NOx)生成的酸而重新腐蚀。
而且，如果从图2(d)的状态向内燃机的机械压缩比较高的状态(ε14)变更，则活塞上止点位置上升。因此，如图2(e)所示，凹部75的重新被腐蚀的部分被活塞环73削除，凹部75增大。
而且，如果从图2(e)的状态向内燃机的机械压缩比较低的状态(ε8)变更，则活塞上止点位置下降。因此，如图2(f)所示，凹部75的未被腐蚀的面(非腐蚀面)因冷凝水和燃烧气体中的氮氧化物(NOx)生成的酸而重新腐蚀。
这样，在产生冷凝水的状况下，如果对内燃机的机械压缩比进行可变控制，则每当机械压缩比变更时腐蚀都在缸孔的内周面72发展。
图3是示意性地表示因冷机时的压缩比固定而导致的缸孔的腐蚀以及磨损的机理的说明图。图3(a)～图3(d)分别表示活塞上止点时。另外，图3(a)为冷机时，图3(b)～图3(d)为暖机完毕后的状态。
此外，在图3中，71是内燃机的活塞，72是缸孔的内周面，73是活塞环，74是在缸孔的内周面72形成的腐蚀部，75是在利用活塞环73削除腐蚀部74后的部分形成的凹部。另外，“ε8”意味着压缩比为“8”，“ε14”意味着压缩比为“14”。
如图3(a)所示，如果在冷机时使得内燃机的机械压缩比固定为规定压缩比(例如ε8)，则活塞环73不会在形成于比上止点时的活塞环73更靠上方的缸孔的内周面72的腐蚀部74滑动。因此，在冷机时，缸孔的内周面72的腐蚀不会发展。
而且，在内燃机的暖机完毕之后，如图3(b)～图3(d)所示，对内燃机的机械压缩比进行可变控制。如果处于暖机完毕之后，则不会产生冷凝水，因此即使对内燃机的机械压缩比进行变更、并利用活塞环73将腐蚀部74的下端削除而形成凹部75，凹部75的未被腐蚀的面(非腐蚀面)也不会重新腐蚀。
因此，在本实施例中，在缸孔32的内周面32a的壁温较低的期间，将内燃机1的机械压缩比固定。即，在与缸孔壁温相关的气缸体31内的水套31a的冷却水温度Tw低于规定温度Twth的情况下，无论运转条件如何都将内燃机1的机械压缩比固定为规定压缩比。
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设定于与不会使缸孔32的内周面32a产生冷凝水的缸孔壁温相当的温度的低温侧。例如，规定温度Twth可以设为与不会使缸孔32的内周面32a产生冷凝水的缸孔壁温相当的温度的最低温度。
由此，能够避免第1活塞环35在缸孔32的腐蚀的部分滑动而延缓腐蚀的发展。此外，缸孔32的腐蚀的部分成为缸孔32的内周面32a中的比第1活塞环35更靠气缸盖侧(上侧)的部分。换言之，可以将缸孔32的腐蚀的部分称为比活塞顶环更靠上方的缸孔面。
因附着于缸孔32的内周面32a的冷凝水和燃烧气体中的氮氧化物(NOx)生成酸而产生缸孔32的腐蚀。因此，在有可能产生冷凝水的期间，将内燃机1的机械压缩比固定为规定压缩比，由此能够可靠地延缓腐蚀的发展。
而且，在冷机时，将使得内燃机1的机械压缩比固定的规定压缩比，设为控制范围内的最低压缩比与最高压缩比之间的中间压缩比，规定压缩比时的第1活塞环35的位置设定为比将机械压缩比控制为控制范围内的最高压缩比时的第2活塞环36的位置更高。此外，为了便于说明，在下面的记载中，将控制范围内的最低压缩比简记作最低压缩比，将控制范围内的最高压缩比简记作最高压缩比，将控制范围内的最低压缩比与最高压缩比之间的中间压缩比简记作中间压缩比。
图4是以对比的方式示出机械压缩比为最高压缩比时的活塞位置、以及机械压缩比为中间压缩比时的活塞位置的说明图，且是本发明所涉及的内燃机的要部的说明图。详细而言，图4的左半部分表示机械压缩比为最高压缩比的情况，图4的右半部分表示机械压缩比为中间压缩比的情况。
如图4所示，如果将规定压缩比设定为中间压缩比、且将规定压缩比时的第1活塞环35的位置设定为比控制为最高压缩比时的第2活塞环36的位置更高，则第2活塞环36在最高压缩比的上止点的活塞位置以及规定压缩比的上止点的活塞位置这两个位置不会与缸孔32的腐蚀部65接触。
即，在允许使机械压缩比可变的控制而将机械压缩比设为最高压缩比时，第2活塞环36可靠地与缸孔32的非腐蚀面接触，因此能够确保密封性。
此外，腐蚀部65是缸孔32的内周面32a的腐蚀后的部分。因冷凝水和燃烧气体中的氮氧化物(NOx)生成酸而产生该腐蚀。
另外，规定压缩比并非最高压缩比，因此能够进行某种程度的高负荷运转。
规定压缩比还可以设为最高压缩比而并非中间压缩比。在该情况下，第1、第2活塞环35、36不会在缸孔32的内周面32a的腐蚀部65滑动，因此能够延缓因缸孔32的内周面32a的腐蚀部65磨损而使得腐蚀发展。但是，在将规定压缩比设为最高压缩比的情况下，根据避免爆燃的请求而对高负荷运转进行限制。
另外，缸孔壁温和在缸孔32的周围流动的冷却水的温度具有较高的关联性，因此通过利用水温传感器64的检测值作为与缸孔壁温相关的温度，还能够应用于不具有直接对缸孔32的内周面32a的温度进行检测的传感器的内燃机。
而且，如果冷却水温度Tw大于或等于规定温度Twth，则结束将可变压缩比机构34的压缩比固定为规定压缩比的状态，开始压缩比通常控制。
由此，如果变为不会产生腐蚀的条件(不会产生冷凝水的条件)，则能够迅速地向通常的压缩比控制变换。
图5是表示上述实施例的控制流程的流程图。
在步骤S1中，读入冷却水温度Tw。在步骤S2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S2中，在冷却水温度Tw小于规定温度Twth的情况下进入步骤S3。在步骤S2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S4。在步骤S3中，将内燃机1的机械压缩比固定为规定压缩比。在步骤S4中，实施根据运转条件而使得内燃机1的机械压缩比可变的压缩比通常控制。

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，其中，
获取与缸孔壁温相关的温度，
在获取到的温度低于规定温度时，将机械压缩比固定为规定压缩比，
与相当于使得在上述缸孔产生冷凝水的上述缸孔壁温的温度相比，上述规定温度设定于高温侧。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其中，
上述活塞具有：活塞冠面侧的第1活塞环；以及与该第1活塞环相比更远离活塞冠面的第2活塞环，
上述规定压缩比为控制范围内的最低压缩比与最高压缩比之间的中间压缩比，
上述规定压缩比时的上述第1活塞环的位置，高于将机械压缩比控制为控制范围内的最高压缩比时的上述第2活塞环的位置。
3.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其中，
上述规定压缩比为控制范围内的最高压缩比。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制方法，其中，
作为与上述缸孔壁温相关的温度，获取在上述缸孔的周围流动的冷却水的温度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制方法，其中，
如果获取到的与上述缸孔壁温相关的温度大于或等于上述规定温度，则进行基于内燃机运转条件的压缩比的可变控制。
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，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
压缩比控制部，在利用上述壁温获取部获取到的温度低于规定温度时，该压缩比控制部将机械压缩比固定为规定压缩比，
与相当于使得在上述缸孔产生冷凝水的上述缸孔壁温的温度相比，上述规定温度设定于高温侧。
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