CN111120134B - 内燃机的控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的控制系统，提供用于将通过内燃机的起动前的点火装置的放电动作生成的臭氧无浪费地用于汽缸内的混合气的燃烧的技术。在起动控制中，控制点火装置的第1及第2放电动作。第1放电动作以对汽缸内的混合气进行点火为目的而进行。第2放电动作以生成臭氧为目的而进行。第1放电动作在起转刚开始后进行。第1放电动作在属于第1及第2汽缸组的汽缸中进行。第2放电动作在起转开始前进行。第2放电动作在属于第2汽缸组的汽缸中进行。发动机的汽缸属于第1或第2汽缸组。发动机的汽缸属于哪一个汽缸组基于按每个汽缸设定的曲轴角区间SCA来进行分类。

Description

内燃机的控制系统
技术领域
本发明涉及应用于火花点火式内燃机的控制系统。
背景技术
日本特开2007-146777号公报公开了一种控制火花点火式内燃机的控制装置。该控制装置控制点火装置的第1及第2放电动作。第1放电动作以对汽缸内的混合气进行点火为目的而进行。第2放电动作以生成臭氧为目的而进行。第2放电动作在进气行程中进行。在第2放电动作之后紧接着进行第1放电动作。若进行第2放电动作，则在汽缸内生成臭氧。因此，若在第2放电动作之后紧接着进行第1放电动作，则汽缸内的燃烧状态改善。此外，形成混合气的燃料在第1放电动作与第2放电动作之间向汽缸内供给。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-146777号公报
发明内容
发明要解决的课题
通过第2放电动作实现的汽缸内的燃烧状态的改善是通过臭氧所具有的高反应性实现的。因此，认为上述的以往的技术对汽缸内的燃烧状态变得较不稳定的内燃机的起动控制也有效。即，若进行在第2放电动作之后紧接着进行第1放电动作的起动控制，则能够改善起动时的汽缸内的燃烧状态。
然而，若在第2放电动作与第1放电动作之间进行内燃机的排气动作，则通过第2放电动作生成的臭氧会向汽缸外排出。也就是说，本应该促进混合气的燃烧的臭氧向汽缸外排出而被浪费。另外，若反复进行这样的无用的第2放电动作，则会缩短点火装置的寿命，所以不优选。
本发明的目的之一在于提供一种用于将通过内燃机起动前的点火装置的放电动作生成的臭氧无浪费地用于汽缸内的混合气的燃烧的技术。
用于解决课题的技术方案
第1发明是内燃机的控制系统。
所述系统具备内燃机、点火装置以及控制装置。
所述内燃机具备多个汽缸。
所述点火装置设置于所述汽缸中的各汽缸。
所述控制装置构成为按每个汽缸对所述点火装置的放电动作进行控制。
所述放电动作包括用于对汽缸内的混合气进行点火的第1放电动作、和用于生成臭氧的第2放电动作。
所述控制装置构成为还进行所述内燃机的起动控制。
所述控制装置在所述起动控制中，
将所述汽缸分类为第1或第2汽缸组，
在被分类为所述第1汽缸组的汽缸中控制所述点火装置，以使得在所述第1放电动作开始前不进行所述第2放电动作，
在被分类为所述第2汽缸组的汽缸中控制所述点火装置，以使得在所述第1放电动作开始前进行所述第2放电动作。
属于所述第1汽缸组的汽缸是该汽缸内的混合气的初次的燃烧在通过了设定于该汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间之后发生的汽缸。
属于所述第2汽缸组的汽缸是该汽缸内的混合气的初次的燃烧在通过设定于该汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间之前发生的汽缸。
第2发明在第1发明中，还具有以下特征。
所述系统还具备喷射器。
所述喷射器设置于所述汽缸中的各汽缸。
所述控制装置构成为还进行所述内燃机的停止控制。
所述控制装置在所述停止控制中控制该预定汽缸的所述点火装置及所述喷射器，以使得预定汽缸的活塞在设定于该预定汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间停止。
所述控制装置在所述起动控制中控制所述点火装置，以使得在通过设定于所述预定汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间之前开始所述预定汽缸中的所述第1放电动作。
发明的效果
根据第1发明，在进行起动控制的情况下，在被分类为第1汽缸组的汽缸中在第1放电动作开始前不进行第2放电动作。因此，在被分类为第1汽缸组的汽缸中，在第1放电动作开始前在该汽缸内不会存在臭氧。在此，属于第1汽缸组的汽缸是该汽缸内的混合气的初次的燃烧在通过了设定于该汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间之后发生的汽缸。也就是说，在属于第1汽缸组的汽缸中，在该汽缸内的混合气的初次的燃烧之前进行排气动作。但是，在被分类为第1汽缸组的汽缸中，在该汽缸内不存在臭氧，所以也不存在通过该排气动作排出的臭氧。
另一方面，在被分类为第2汽缸组的汽缸中在第1放电动作开始前进行第2放电动作。因此，在被分类为第2汽缸组的汽缸中，在第1放电动作开始前在汽缸内存在臭氧。在此，属于第2汽缸组的汽缸是该汽缸内的混合气的初次的燃烧在通过设定于该汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间之前发生的汽缸。也就是说，在属于第2汽缸组的汽缸中，在该汽缸内的混合气的初次的燃烧之后进行排气动作。因此，在被分类为第2汽缸组的汽缸中，能够通过臭氧来改善该汽缸内的燃烧状态。
由上可知，根据第1发明，能够将在被分类为第2汽缸组的汽缸中通过第2放电动作生成的臭氧无浪费地用于该汽缸内的混合气的燃烧。另外，也能够减少以第2放电动作为目的而驱动的点火装置的驱动次数。因此，也能够预先防止被分类为第1汽缸组的汽缸的点火装置的寿命的缩短。
根据第2发明，在进行停止控制的情况下，预定汽缸的活塞在设定于该预定汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间停止。另外，在进行起动控制的情况下，在通过设定于预定汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间之前，在预定汽缸中开始第1放电动作。在进行这样的停止及起动控制的情况下，预定汽缸一定被分类为第2汽缸组。因此，能够可靠地改善预定汽缸内的燃烧状态。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式的控制系统的构成例的框图。
图2是说明曲轴角区间SCA的图。
图3是说明起动控制的第1例的图。
图4是说明起动控制的第2例的图。
图5是说明起动控制的比较例的图。
图6是说明ECU20执行停止控制及起动控制时的处理的流程的流程图。
标号说明
10：发动机；
12：点火装置；
14：喷射器；
16：起动马达；
20：电子控制单元；
22：曲轴位置传感器；
100：控制系统。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在各图中对相同或相当的部分标注相同的标号而简化或省略其说明。
1.控制系统的构成
本发明的实施方式的控制系统应用于搭载于车辆的内燃机(以下，简称为“发动机”)。该发动机具有多个汽缸。对汽缸的总数及排列没有特别限定。图1是说明本实施方式的控制系统的构成例的框图。控制系统100具备发动机10和电子控制单元(ECU)20。发动机10具备点火装置12、喷射器14以及起动马达16。
在发动机10的每个汽缸均设置点火装置12。点火装置12具有点火线圈和火花塞。火花塞具有中心电极和GND电极。当驱动点火线圈时，向中心电极施加电压，在中心电极与GND电极之间发生放电。
向中心电极施加的电压包括点火用的高电压和生成臭氧用的低电压。点火用的高电压被设定为能够对混合气进行点火的电压(例如为20kV以上)。另一方面，生成臭氧用的电压被设定为可生成臭氧并且未达到对混合气进行点火的程度的电压(例如，小于5kV)。
与点火装置12同样，也在发动机10的每个汽缸均设置喷射器14。喷射器14既可以是直接向汽缸内进行喷射的方式的喷射器，也可以是向进气口进行喷射的方式的喷射器。
起动马达16是在发动机10的起动时使发动机10起转的起动装置。起动马达16具有转子轴及变换器。转子轴经由带机构等周知的机构向发动机10的曲轴传递动力。变换器与蓄电池以它们之间能够进行电力的授受的方式连接。
ECU20是具备处理器、存储器以及输入/输出接口的微计算机。ECU20作为控制系统100的控制装置发挥作用。ECU20取入搭载于车辆的各种传感器的信号并进行处理。ECU20基于所取入的各种传感器的信号，根据预定的程序来控制各种致动器。
各种传感器中包括输出与曲轴的旋转角相应的信号的曲轴位置传感器22。由ECU20操作的致动器中包括点火装置12、喷射器14以及起动马达16。
2.起动控制
2.1起动控制的概要
ECU20所执行的发动机控制中包括起动发动机10的控制(以下，也称为“起动控制”)。此处所说的“起动”不仅包括冷起动，也包括自动停止后的再起动。在起动控制中，通过起动马达16的驱动而开始起转。并且，在刚开始该起转后，为了使汽缸内的混合气燃烧而驱动点火装置12及喷射器14。
更具体而言，当驱动喷射器14时，在汽缸内产生混合气。并且，为了对该混合气进行点火而驱动点火装置12。当通过点火装置12的驱动而向中心电极施加点火用的高电压时，汽缸内的混合气燃烧，发动机10自主旋转。以下，将向中心电极施加一次点火用的高电压的动作称为第1放电动作。
在起动控制中，在第1放电动作以外另行进行第2放电动作。第2放电动作是多次向中心电极施加产生臭氧用的低电压的动作。第2放电动作在起转开始前进行。该第2放电动作不在属于第1汽缸组的汽缸中进行，而在属于第2汽缸组的汽缸中进行。
发动机10的汽缸属于第1或第2汽缸组。发动机10的汽缸属于哪一个汽缸组基于按每个汽缸设定的曲轴角区间SCA来进行分类。图2是说明曲轴角区间SCA的图。如图2所示，曲轴角区间SCA被设定为以排气上止点(ATDC＝0°)为终点的，比该终点靠提前侧的曲轴角区间。排气上止点相当于成为排气行程与进气行程的边界的曲轴角。曲轴角θ1是曲轴角区间SCA的起点。曲轴角θ1被设定为发动机的燃烧室的容积的每曲轴角的变化量成为预定值以下的曲轴角(例如，ATDC＝-20°)。
在此，着眼于发动机10的#k汽缸来说明汽缸的分类方法(k是满足k≦汽缸总数n的自然数)。首先，设定以#k汽缸的排气行程结束的曲轴角为终点的曲轴角区间SCA。然后，判定#k汽缸内的混合气的初次的燃烧是否在通过了曲轴角区间SCA之后发生。在此，“初次的燃烧”是指通过#k汽缸中的第1放电动作而第一次进行#k汽缸内的混合气的点火。
该通过的判定基于起转开始前的#k汽缸的停止曲轴角和起转开始后的#k汽缸中的第1放电动作的第一次开始正时来进行。并且，在判定为初次的燃烧在通过了曲轴角区间SCA之后发生的情况下，#k汽缸被分类为第1汽缸组。在判定为初次的燃烧在通过曲轴角区间SCA之前发生的情况下，#k汽缸被分类为第2汽缸组。
2.2起动控制的具体例
(1)第1例
图3是说明起动控制的第1例的图。在图3中跨及两个循环地描绘具有#1～#4汽缸的发动机的循环。#1～#4汽缸的进气行程按#1汽缸、#3汽缸、#4汽缸、#2汽缸的顺序发生。在图3的左侧描绘出发动机的停止位置。也就是说，在第1例中，#1汽缸的活塞在进气行程快要结束时停止，#2汽缸的活塞在压缩行程快要结束时停止，#3汽缸的活塞在排气行程快要结束时停止，#4汽缸的活塞在膨胀行程快要结束时停止。
在第1例中，#1汽缸及#3汽缸被分类为第2汽缸组。因此，在#1汽缸及#3汽缸中，在第一次第1放电动作(i)之前进行第2放电动作(ii)。在第1例中，在发动机的停止位置进行第2放电动作(ii)。这表示第2放电动作(ii)在起转开始前进行。在进行了第2放电动作(ii)后开始起转。在起转开始后，在即将进行第一次第1放电动作(i)之前进行燃料的喷射。这样一来，通过第2放电动作(ii)生成的臭氧(O3)在进行第一次第1放电动作(i)下与混合气一起被消耗。
在第1例中，另外，#2汽缸及#4汽缸被分类为第1汽缸组。因此，在#2汽缸及#4汽缸中，在第一次第1放电动作(i)之前不进行第2放电动作(ii)。这是因为：在#2汽缸及#4汽缸中，在发动机的停止位置与第一次第1放电动作(i)的位置之间存在曲轴角区间SCA。因此，在#2汽缸及#4汽缸中，在即将进行第一次第1放电动作(i)之前进行燃料的喷射，在该第一次第1放电动作(i)下仅混合气被消耗。
(2)第2例
图4是说明起动控制的第2例的图。与图3同样，在图4中跨及两个循环地描绘具有#1～#4汽缸的发动机的循环。图4所描绘的#1～#4汽缸的进气行程的发生顺序与图3的该顺序相同。在图4的左侧描绘出发动机的停止位置。也就是说，在第2例中，#1汽缸的活塞在进气行程的前半部分停止，#2汽缸的活塞在压缩行程的前半部分停止，#3汽缸的活塞在排气行程的前半部分停止，#4汽缸的活塞在膨胀行程的前半部分停止。
在第2例中，仅#1汽缸被分类为第2汽缸组。因此，在#1汽缸中，在进行第一次第1放电动作(i)之前进行第2放电动作(ii)。在进行了第2放电动作(ii)后开始起转。在起转开始后，在即将进行第一次第1放电动作(i)之前进行燃料的喷射。这样一来，通过第2放电动作(ii)生成的臭氧在第一次第1放电动作(i)期间与混合气一起被消耗。
第2例与第1例的不同之处在于#3汽缸被分类为第1汽缸组。原因在于#3汽缸的活塞的停止位置。在第2例中，#3汽缸的活塞在排气行程的前半部分停止。因此，在#3汽缸中，第一次第1放电动作(i)在通过了曲轴角区间SCA之后进行。由此，#3汽缸被分类为第1汽缸组，在#2～#4汽缸中，在进行第一次第1放电动作(i)之前不进行第2放电动作(ii)。
(3)比较例
图5是说明起动控制的比较例的图。与图3同样，在图5中跨及两个循环地描绘具有#1～#4汽缸的发动机的循环。图5所描绘的#1～#4汽缸的进气行程的发生顺序与图3的该顺序相同。另外，图5的左侧所描绘的发动机的停止位置也与图3相同。
与在图3中所说明的第1例不同，在该比较例中，在#1～#4汽缸的所有汽缸中，均在进行第一次第1放电动作(i)之前进行第2放电动作(ii)。这样一来，在#1汽缸及#3汽缸中在第一次第1放电动作(i)下消耗臭氧，与此相对，在#2汽缸及#4汽缸中在第一次第1放电动作(i)之前向汽缸外排出臭氧。
3.停止控制
ECU20所执行的发动机控制中包括发动机10停止时的控制(以下，也称为“停止控制”)。此处所说的“停止”包括手动停止和自动停止双方。停止控制不是单独执行的控制，而是以将来的起动控制的执行为前提而执行的控制。在停止控制中，在停止点火装置12及喷射器14的驱动之前，暂时继续它们的驱动。
在停止控制中，驱动该预定汽缸的点火装置12及喷射器14以使得预定汽缸的活塞在对该预定汽缸设定的曲轴角区间SCA停止。预定汽缸可以任意选择，也可以基于事先准备的评价函数来选择。作为评价函数，例示出以第2放电动作的累计次数为变量，并优先选择该次数少的汽缸的方式设计的函数。作为其他的评价函数，例示出以根据燃烧状态而发生变动的参数(例如，旋转变化率(rotational fluctuation ratio))为变量，并优先选择该参数的评价相对较低的汽缸的方式设计的函数。
4.具体的处理
图6是说明ECU20执行停止控制及起动控制时的处理的流程的流程图。此外，关于ECU20仅执行起动控制时的处理，请参照步骤S14～S24的处理的说明。图6所示的例程按预定的控制周期反复执行。
在图6所示的例程中，首先，判定是否有对发动机10的停止要求(步骤S10)。在点火开关从接通(ON)切换为了断开(OFF)的情况下，判断为有停止要求(手动停止要求)。即使在点火开关接通的情况下，例如在下述条件(i)～(iii)成立时，也判断为有停止要求(自动停止要求)。
(i)车速为预定车速(>0)以下，
(ii)加速器踏板没有被踩踏，
(iii)制动踏板的踩踏量为阈值以上。
在步骤S10的判定结果为是的情况下，使预定汽缸的活塞在对预定汽缸设定的曲轴角区间SCA停止(步骤S12)。预定汽缸的活塞的位置的检测例如基于从曲轴位置传感器取得的720℃A体系下的曲轴角来进行。
在步骤S12之后，判定是否有对发动机10的起动要求(步骤S14)。在点火开关从断开切换为了接通的情况下，判断为有起动要求。或者，在点火开关接通的情况下，在上述条件(i)～(iii)中的任一个不再成立的情况下，判断为有起动要求。
在步骤S14的判定结果为是的情况下，确定第1及第2汽缸组(步骤S16)。第1及第2汽缸组的确定例如通过将720℃A体系下的曲轴角应用于上述的分类方法来进行。此外，发生初次的燃烧的正时以在初爆汽缸中开始第1放电动作的正时(例如，曲轴从停止位置旋转了90°的正时)为基准而算出。在此，“初爆”意味着利用在起转刚开始后进行的第1放电动作，而在所有的汽缸中第一次进行混合气的点火。
在确定第1及第2汽缸组后，判定是否经过了规定时间(步骤S18)。规定时间是至少足以进行一次第2放电动作的时间。规定时间也可以是恒定时间。在基于上述的评价函数而选择了预定汽缸的情况下，也可以根据评价结果来变更规定时间。在步骤S18的判定结果为否的情况下，在被分类为第2汽缸组的汽缸中进行第2放电动作(步骤S20)。反复进行步骤S18及S20的处理，直到在步骤S18中得到“是”的判定结果。
在步骤S18的判定结果为“是”的情况下，开始起转(步骤S22)。然后，在所有的汽缸中进行第1放电动作，并且进行对所有的汽缸的燃料供给(步骤S24)。
5.起动控制的效果
根据以上所说明的起动控制，在被分类为第2汽缸组的汽缸中，能够利用在起转开始前生成的臭氧来改善该汽缸内的燃烧状态。另外，在被分类为第1汽缸组的汽缸中，不生成会浪费的臭氧，所以能够减少以臭氧的生成为目的的点火装置的驱动次数。因此，也能够避免被分类为第1汽缸组的汽缸的点火装置12的寿命的缩短。
另外，根据停止控制，预定汽缸的活塞在对该预定汽缸设定的曲轴角区间SCA停止。因此，通过将该停止控制与起动控制组合并执行，能够改善预定汽缸内的燃烧状态。
6.其他的实施方式
在上述的起动控制中，在起转开始前进行了第2放电动作。然而，第2放电动作也可以在被分类为第2汽缸组的汽缸中，在从开始起转的曲轴角到开始该汽缸中的燃料喷射的曲轴角为止的曲轴角区间中进行。也就是说，第2放电动作也可以在起转开始后且被分类为第2汽缸组的汽缸中的燃料喷射前进行。若在这样的时期进行第2放电动作，则能够利用臭氧来改善被分类为第2汽缸组的汽缸内的燃烧状态。
在上述的起动控制中，第2放电动作仅在起转开始前进行。但是，也可以在第二次第1放电动作以后，在所有的汽缸中进行第2放电动作。在该情况下，驱动点火装置12以使得在同一循环中在第2放电动作之前进行第1放电动作即可。
此外，在以上的实施方式中提及了各要素的个数、数量、量、范围等数值的情况下，除了特别明示的情况或者原理上明确地确定为上述数值的情况以外，本发明不被所提及的数值限定。另外，关于在该实施方式中说明的构造、步骤等，除了特别明示的情况或者原理上明确地确定为上述构造、步骤等的情况以外，并不一定是本发明所必需的。

Claims (2)

1.一种内燃机的控制系统，其特征在于，具备：
内燃机，其具备多个汽缸；
点火装置，其设置于所述多个汽缸中的每个汽缸；以及
控制装置，其构成为按每个汽缸对所述点火装置的放电动作进行控制，
所述放电动作包括用于对汽缸内的混合气进行点火的第1放电动作、和用于生成臭氧的第2放电动作，
所述控制装置构成为还进行所述内燃机的起动控制，
所述控制装置在所述起动控制中，
将所述汽缸分类为第1或第2汽缸组，
在被分类为所述第1汽缸组的汽缸中控制所述点火装置，以使得在所述第1放电动作开始前不进行所述第2放电动作，
在被分类为所述第2汽缸组的汽缸中控制所述点火装置，以使得在所述第1放电动作开始前进行所述第2放电动作，
属于所述第1汽缸组的汽缸是该汽缸内的混合气的初次的燃烧在通过了设定于该汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间之后发生的汽缸，
属于所述第2汽缸组的汽缸是该汽缸内的混合气的初次的燃烧在通过设定于该汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间之前发生的汽缸，
设定于汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间是以排气上止点为终点的，比该终点靠提前侧的曲轴角区间。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制系统，其特征在于，
还具备向所述多个汽缸中的每个汽缸供给燃料的喷射器，
所述控制装置构成为还进行所述内燃机的停止控制，
所述控制装置在所述停止控制中控制预定汽缸的所述点火装置及所述喷射器，以使得所述预定汽缸的活塞在设定于该预定汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间停止，
所述控制装置在所述起动控制中控制所述点火装置，以使得在通过设定于所述预定汽缸的排气行程的终点侧的曲轴角区间之前，在所述预定汽缸中开始所述第1放电动作。
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