CN111065805B - 内燃机的控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

内燃机(1)具有对机械压缩比进行变更的可变压缩比机构(2)、和对进气阀(4)的气门正时进行变更的可变气门正时机构(7)。在请求了用于可变气门正时机构(7)的系统的校正的基准位置处的学习(步骤21)时，以机械压缩比高于阈值VCRth(步骤22)为条件允许学习。在可变压缩比机构(2)中存在任意的异常的情况下，禁止可变气门正时机构(7)的学习(步骤23、25)。

Description

内燃机的控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于在内燃机中进行可变气门正时机构的基准位置处的学习的控制方法及控制装置，该内燃机具有对内燃机的机械压缩比进行变更的可变压缩比机构和对进气阀的关闭时机进行变更的所述可变气门正时机构。

背景技术

在专利文献1中记载了如下内容，即，在请求了可变气门正时机构的学习时，将可变气门正时机构暂时控制于作为基准位置的最大延迟位置，读入此时的凸轮角传感器的值，进行学习。

在专利文献2中记载了一种可变压缩比机构，其利用多连杆式活塞曲柄机构使活塞的上止点位置上下移位，由此，对内燃机的机械压缩比进行变更。并且，公开了如下内容，即，在检测出该可变压缩比机构的任意的异常时，为了避免爆震，视为实际压缩比处于最高压缩比而控制点火时机。

在内燃机具有进气阀的可变气门正时机构和可变压缩比机构的情况下，在机械压缩比被控制得低的条件下，有可能产生可变气门正时机构的学习请求。在这种情况下，如果为了执行学习而将可变气门正时机构控制于例如在最大延迟位置或相对延迟侧设定的基准位置，则由于在机械压缩比低的基础上因进气阀关闭时机的延迟而引起的有效压缩比的降低，燃烧室内的压缩端温度有可能变低、燃烧变得不稳定。

此外，在专利文献2所公开的控制方法中，不能避免这样的问题。

专利文献1：日本特开2006-220079号公报

专利文献2：日本特开2006-161583号公报

发明内容

本发明在请求了将可变气门正时机构控制于规定的基准位置而读入传感器值的学习时，以可变压缩比机构的机械压缩比高于规定的压缩比为条件，允许所述基准位置的学习。

因此，即使气门正时暂时向用于学习的基准位置延迟，也能够通过提高基本机械压缩比来避免压缩端温度过低。因此，能够抑制执行学习时的燃烧的不稳定化。

附图说明

图1是表示本发明涉及的内燃机的系统结构的结构说明图。

图2是表示设定VTC控制用压缩比的处理的流程的流程图。

图3是表示VTC控制的处理的流程的流程图。

图4是表示VTC基准位置学习的处理的流程的流程图。

具体实施方式

下面，基于附图详细说明本发明的一个实施例。

图1表示应用了本发明的汽车用内燃机1的系统结构。该内燃机1例如是具有利用了多连杆式活塞曲柄机构的可变压缩比机构2的四冲程循环的火花点火式内燃机，在各气缸3的顶壁面配置有一对进气阀4以及一对排气阀5，并且在被上述进气阀4以及排气阀5包围的中央部配置有火花塞6。另外，图示例的内燃机1具有涡轮增压器8。

上述进气阀4具有能够可变地控制该进气阀4的开闭时机的进气侧可变气门正时机构7。作为可变气门正时机构7，只要至少关闭时机延迟即可，但是在本实施例中是如下结构，即，通过使凸轮轴的相位延迟，从而使打开时机以及关闭时机同时延迟。对于这样的可变气门正时机构，已知有各种类型，本发明不限定于特定形式的可变气门正时机构。

例如，可变气门正时机构7构成为具有：链轮，其同心状地配置于凸轮轴的前端部；以及液压式的旋转型致动器，其使该链轮与凸轮轴在规定角度范围内相对地旋转。上述链轮经由未图示的正时链或者正时带与曲轴联动。因此，通过链轮与凸轮轴相对旋转，凸轮轴相对于曲轴转角的相位发生变化。上述旋转型致动器是如下的结构，即，具有通过液压向提前侧施力的提前侧液压室、和通过液压向延迟侧施力的延迟侧液压室，通过来自发动机控制器10的控制信号，经由未图示的液压控制阀而控制对这些液压室的液压供给，由此，使凸轮轴的相位提前或者延迟。通过该可变气门正时机构7可变地控制的凸轮轴的实际控制位置(这与实际的气门正时对应)由响应于凸轮轴的旋转位置的凸轮角传感器11检测。经由液压控制阀的液压供给被闭环控制，以使得由凸轮角传感器11检测出的实际控制位置与根据运转条件设定的目标控制位置一致。

在经由上述进气阀4与燃烧室13连接的进气通道14，针对每个气缸配置有端口喷射用燃料喷射阀15。另外，为了向各气缸3中直接喷射燃料，设置有缸内喷射用燃料喷射阀16。即，图示例是所谓双喷射方式的燃料喷射系统，根据负荷等适当使用端口喷射用燃料喷射阀15和缸内喷射用燃料喷射阀16进行燃料供给。在进气通道14的比进气总管18靠上游侧的位置，安装有电子控制型节气门19，该电子控制型节气门19的开度由来自发动机控制器10的控制信号进行控制，涡轮增压器8的压缩机8a位于该电子控制型节气门19的上游侧。在进气通道14的比压缩机8a靠上游的位置，配置有对进入空气量进行检测的空气流量计20以及空气滤清器21。在压缩机8a与节气门19之间设置有中间冷却器22。另外，设置有再循环阀23以将压缩机8a的喷出侧和进入侧连通。该再循环阀23在节气门19关闭的减速时打开。

在经由上述排气阀5与燃烧室13连接的排气通路25安装有涡轮增压器8的涡轮8b，在涡轮8b的下游侧分别配置有由三元催化剂构成的预催化剂装置26以及主催化剂装置27。在排气通路25的比涡轮8b靠上游侧的位置，配置有检测空燃比的空燃比传感器28。涡轮8b具有废气旁通阀29，该废气旁通阀29为了对增压压力进行控制而与增压压力相应地对排气的一部分进行旁通。

在排气通道25的涡轮8b下游侧的位置与进气通道14的压缩机8a上游侧的位置之间，设置有将排气的一部分回流至进气系统的排气回流通道30。该排气回流通道30具有EGR气体冷却器31以及EGR阀32。

除了上述凸轮角传感器11、空气流量计20、空燃比传感器28之外，还向上述发动机控制器10输入下述传感器类的检测信号，即，用于检测内燃机转速的曲轴转角传感器34、检测冷却水温的水温传感器35、对由驾驶者操作的加速器踏板的踏入量进行检测的加速器开度传感器36等。发动机控制器10基于这些检测信号，最适度地对燃料喷基于射阀15、16的燃料喷射量以及喷射时机、基于火花塞6的点火时机、基于可变压缩比机构2的机械压缩比、基于可变气门正时机构7得到的进气阀4的开闭时机、节气门19的开度、EGR阀32的开度等进行控制。

另一方面，可变压缩比机构2利用了专利文献2、日本特开2004-116434号等中记载的公知的多连杆式活塞曲柄机构，以下连杆42、上连杆45、控制连杆47和控制轴48为主体构成，该下连杆42可自由旋转地支撑于曲轴41的曲柄销41a，该上连杆45将该下连杆42的一端部的上销43与活塞44的活塞销44a相互连结，该控制连杆47的一端与下连杆42的另一端部的控制销46连结，该控制轴48将该控制连杆47的另一端支撑为可摆动。上述曲轴41以及上述控制轴48在气缸体49下部的曲轴箱49a内经由未图示的轴承构造而被支撑为可自由旋转。上述控制轴48具有位置随着该控制轴48的旋转而变化的偏心轴部，详细而言，上述控制连杆47的端部可旋转地与该偏心轴部嵌合。在上述可变压缩比机构2中，活塞44的上止点位置随着控制轴48的转动而上下移位，因此，机械压缩比发生变化。

另外，在本实施例中，作为对上述可变压缩比机构2的压缩比进行可变控制的驱动机构，具有与曲轴41平行的旋转中心轴的电动致动器51配置于曲轴箱49a的外壁面，并且电动致动器51和控制轴48经由在该电动致动器51的输出旋转轴固定的第1臂52、在控制轴48固定的第2臂53以及将第1臂52和第2臂53连结的中间连杆54而联动。电动致动器51包含在轴向上串联配置的电动机以及变速机构。

通过实际压缩比检测传感器56对如上所述由可变压缩比机构2可变地控制的机械压缩比的实际值即实际压缩比进行检测。该实际压缩比检测传感器56例如由对控制轴48的转动角或者电动致动器51的输出旋转轴的转动角进行检测的旋转式电位器、旋转编码器等构成。或者，也可以根据向构成电动致动器51的电动机发送的指令信号来求出该电动机的旋转量，根据该旋转量来确定控制轴48的转动角，由此，不使用另外的传感器而检测实际压缩比。

上述电动致动器51通过发动机控制器10进行驱动控制，以使得如上所述求出的实际压缩比成为与运转条件对应的目标压缩比。例如，发动机控制器10具有作为运转条件而以内燃机1的负荷和转速为参数的目标压缩比对应图，基于该对应图设定目标压缩比。目标压缩比基本上在低负荷侧为高压缩比，负荷越高则为了抑制爆震等而越成为低压缩比。

下面，参照图2～图4的流程图，对上述发动机控制器10执行的可变气门正时机构7的控制进行说明。此外，这些流程图所示的程序以适当的间隔(例如微小时间间隔)反复执行。

图2是用于设定VTC控制用压缩比aVCR的流程图，该VTC控制用压缩比aVCR是可变气门正时机构7(VTC)的控制参数之一。在步骤1(图中记为S1等)中，判定可变压缩比机构2(VCR)的异常的有无。此外，异常的有无的判定对象除了可变压缩比机构2的机械机构之外，还包含关联的传感器、致动器等硬件、控制系统的软件等。换言之，包含可变压缩比机构2的整个可变压缩比系统成为诊断对象。作为典型的异常，举出可变压缩比机构2的电动致动器51的异常、实际压缩比检测传感器56的异常等。这些异常的有无通过由未图示的其他程序实现的自我诊断功能逐次或者在适当的时机进行诊断，在步骤1中，参照其诊断结果。

如果可变压缩比系统正常，则进入步骤2，将此时通过实际压缩比检测传感器56检测出的实际压缩比rVCR直接设为VTC控制用压缩比aVCR。与此相对，如果在可变压缩比系统中存在任意的异常，则进入步骤3，将能够通过可变压缩比机构2控制的最高压缩比VCRmax设定为VTC控制用压缩比aVCR。即，在系统中存在任意的异常的情况下，检测出的实际压缩比rVCR的可靠性低，因此，为了可靠地避免上止点附近的活塞44与进气阀4的干扰，在可变气门正时机构7的控制上，视为机械压缩比处于最高压缩比VCRmax。

图3是表示可变气门正时机构7的控制的主要部分的流程图，在步骤11中，作为内燃机运转条件，读入目标发动机扭矩tTq和内燃机转速Ne，并且，作为用于避免活塞44与进气阀4的干扰的附加参数，读入上述VTC控制用压缩比aVCR。此外，目标发动机扭矩tTq相当于内燃机1的负荷，例如根据加速器开度传感器36检测出的加速器开度(加速器踏板踏入量)、空气流量计20检测出的进入空气量等求出。在步骤12中，基于上述的目标发动机扭矩tTq、内燃机转速Ne、VTC控制用压缩比aVCR，设定可变气门正时机构7的目标控制位置tVTC。目标控制位置tVTC在根据VTC控制用压缩比aVCR确定的活塞44与进气阀4不干扰的范围内设定为根据目标发动机扭矩tTq和内燃机转速Ne确定的最佳值。而且，在步骤13中，基于目标控制位置tVTC控制可变气门正时机构7。

如上所述，在可变压缩比系统正常的情况下，VTC控制用压缩比aVCR相当于实际压缩比rVCR，因此，即使在内燃机1的加速等过渡时在实际压缩比变化中存在响应延迟，也能够可靠地避免活塞44与进气阀4之间的干扰。另外，如果在可变压缩比系统中存在任意的异常，则VTC控制用压缩比aVCR成为最高压缩比VCRmax，因此，即使假设实际的压缩比不确定，也能够可靠地避免活塞44与进气阀4之间的干扰。

图4是与可变气门正时机构7的基准位置处的学习相关的流程图。该基准位置处的学习是如下的处理，即，为了校正可变气门正时机构7的控制系统，将例如由液压驱动的旋转型致动器暂时移动至机械地规定的基准位置，读入此时的凸轮角传感器11的检测值。在一个实施例中，使旋转型致动器向延迟侧移动至物理上受限制的极限位置，将此最大延迟位置作为基准位置进行学习。此外，也可以在紧挨物理上受限制的延迟侧的极限位置之前设置锁定机构，将由该锁定机构限制的最大延迟位置用作基准位置。

在步骤21中，判定是否存在可变气门正时机构7的学习的请求。学习请求通过未图示的其他程序而在内燃机1的运转开始后规定的条件成立时输出。在步骤21中，判定有无该输出。例如，优选在一个行程(trip)期间至少进行一次学习。此外，也可以在内燃机1的运转开始后(例如刚开始独立运转后)，立即输出学习请求。

如果没有学习请求，则从步骤21进入步骤25，不进行基准位置处的学习，继续内燃机1的运转即可变气门正时机构7的通常的控制。

当在步骤21中判定为存在学习请求的情况下，进入步骤22，将VTC控制用压缩比aVCR与规定的压缩比阈值VCRth进行比较。如果VTC控制用压缩比aVCR小于或等于压缩比阈值VCRth，则从步骤22进入步骤25，不进行学习。即，在VTC控制用压缩比aVCR小于或等于压缩比阈值VCRth时，禁止基准位置处的学习。假设，如果为了在机械压缩比被控制得低的条件下执行可变气门正时机构7的学习而使可变气门正时机构7到达最大延迟位置，则由于在机械压缩比低的基础上因进气阀关闭时机的延迟而引起的有效压缩比的降低，有可能燃烧室内的压缩端温度变低、燃烧变得不稳定。因此，在相当于实际压缩比rVCR的VTC控制用压缩比aVCR小于或等于压缩比阈值VCRth时，不进行学习。压缩比阈值VCRth被设定为即使将可变气门正时机构7控制于用于学习的基准位置即最大延迟位置也不会产生燃烧不稳定化的水平的机械压缩比。

如果VTC控制用压缩比aVCR高于压缩比阈值VCRth，则进入步骤23，判定可变压缩比机构2(VCR)是否正常。这与上述步骤1相同，参照自我诊断的诊断结果，该自我诊断是除了对在可变压缩比机构2的机械机构中是否存在任意的异常进行诊断之外，还对在关联的传感器、致动器等硬件、控制系统的软件等中是否存在任意的异常进行诊断。如果在可变压缩比系统中存在任意的异常，则进入步骤25，不进行学习。即，在可变压缩比系统中存在任意的异常的情况下，经过步骤3，VTC控制用压缩比aVCR成为最高压缩比VCRmax，但是内燃机1的实际机械压缩比有可能小于或等于压缩比阈值VCRth，因此，禁止可变气门正时机构7的学习。

如果在步骤23中判定为可变压缩比机构2的系统正常，则进入步骤24，执行可变气门正时机构7的学习。即，如上所述，使可变气门正时机构7暂时移动至成为基准位置的最大延迟位置，读入此时的凸轮角传感器11的检测值。此外，在学习结束后，恢复至通常的控制。

这样，在上述实施例中，以可变压缩比机构2正常并且实际机械压缩比高于压缩比阈值VCRth为条件而允许可变气门正时机构7的学习。在可变压缩比机构2异常时，在可变气门正时机构7的控制上，通过将机械压缩比(VTC控制用压缩比aVCR)视为最高压缩比VCRmax，能够可靠地避免活塞44与进气阀4之间的干扰，另一方面，关于可变气门正时机构7的学习，不依赖于VTC控制用压缩比aVCR的值而禁止学习。由此，在可变压缩比机构2异常时，能够避免因用于学习的气门正时的延迟而引起的燃烧的不稳定化。

此外，作为用于学习的基准位置，不限于上述实施例那样的最大延迟位置，例如在可变气门正时机构7的旋转型致动器具有锁定机构的情况下，也可以将通过锁定机构规定的任意的控制位置设定为基准位置。

Claims (3)

1.一种内燃机的控制方法，该内燃机具有对内燃机的机械压缩比进行变更的可变压缩比机构、和对进气阀的关闭时机进行变更的可变气门正时机构，该内燃机在机械压缩比低并且进气阀关闭时机处于延迟侧的情况下有燃烧变得不稳定的可能性，在该内燃机的控制方法中，

与内燃机的运转条件相应地对所述可变压缩比机构的目标压缩比以及所述可变气门正时机构的目标控制位置进行设定，这里，判定所述可变压缩比机构有无异常，在判定为所述可变压缩比机构是正常时，将此时的机械压缩比包含于参数而设定所述可变气门正时机构的所述目标控制位置，在判定为所述可变压缩比机构有异常时，将机械压缩比视为处于基于所述可变压缩比机构的最高压缩比而设定所述可变气门正时机构的所述目标控制位置，

在请求了将所述可变气门正时机构控制于最大延迟位置而读入传感器值的学习时，以基于所述可变压缩比机构的机械压缩比高于规定的压缩比阈值为条件，允许成为基准位置的所述最大延迟位置的学习，这里，所述压缩比阈值是即使将所述可变气门正时机构控制于最大延迟位置也不会产生燃烧不稳定的机械压缩比，

并且，在判定为所述可变压缩比机构有异常时，禁止所述基准位置的学习。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其中，

所述可变压缩比机构是通过使活塞和气缸的相对位置关系变化而对机械压缩比进行变更的结构。

3.一种内燃机的控制装置，该内燃机具有对内燃机的机械压缩比进行变更的可变压缩比机构、和对进气阀的关闭时机进行变更的可变气门正时机构，该内燃机在机械压缩比低并且进气阀关闭时机处于延迟侧的情况下有燃烧变得不稳定的可能性，该内燃机的控制装置具有：

压缩比控制部，其与内燃机的运转条件相应地对所述可变压缩比机构的目标压缩比进行设定；

气门正时控制部，其与内燃机的运转条件相应地对所述可变气门正时机构的目标控制位置进行设定；

学习控制部，在请求了所述可变气门正时机构的学习时，该学习控制部以基于所述可变压缩比机构的机械压缩比高于规定的压缩比阈值为条件，将所述可变气门正时机构控制于成为基准位置的最大延迟位置而学习此时的传感器值；以及

异常判定部，其判定所述可变压缩比机构有无异常，

所述压缩比阈值是即使将所述可变气门正时机构控制于最大延迟位置也不会产生燃烧不稳定的机械压缩比，

在所述异常判定部判定为所述可变压缩比机构是正常时，所述气门正时控制部将此时的机械压缩比包含于参数而设定所述可变气门正时机构的所述目标控制位置，在所述异常判定部判定为所述可变压缩比机构有异常时，所述气门正时控制部将机械压缩比视为处于基于所述可变压缩比机构的最高压缩比而设定所述可变气门正时机构的所述目标控制位置，

在所述异常判定部判定为所述可变压缩比机构有异常时，所述学习控制部禁止所述基准位置的学习。

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