CN115485468B - 内燃机的控制方法以及控制装置 - Google Patents

Abstract

作为与排气回流量及点火时机相应的爆震极限输出线(L1)和与排气回流量及点火时机相应的排气温度极限输出线(L2)的交点，求出第1输出极限值(P1)，作为爆震极限输出线(L1)、和与排气回流量、点火时机及大气压相应的空气量极限输出线(L3)的交点，求出第2输出极限值(P2)，作为爆震极限输出线(L1)、和与排气回流量、点火时机及车速相应的热管理极限输出线(L4)的交点，求出第3输出极限值(P3)(步骤3～5)。将处于“P1≥P2或者P1≥P3”的排气回流量设定为目标排气回流量(步骤6、8)。

Description

内燃机的控制方法以及控制装置

技术领域

本发明涉及一种搭载于车辆的内燃机的控制，特别是涉及具有排气回流装置的内燃机的排气回流量的控制。

背景技术

排气回流技术主要是为了中负荷区域的NOx的降低而发展起来的，但近年来，正逐渐以在更高速高负荷的运转区域中能够进行理论空燃比下的运转的爆震抑制以及降低排气温度为主要目的而进行排气回流。

对于这种高速高负荷区域的排气回流，在各种限制中，为了充分地获得内燃机的输出而需要对排气回流量进行控制。

专利文献1涉及柴油机，公开了在大气稀薄的高地将排气回流停止，抑制烟雾的发生的技术。但是，在该专利文献1中，没有记载在高地最大限度地抑制与大气密度的降低相伴的输出降低的内容。

专利文献1：日本特开2014－214639号公报

发明内容

本发明涉及的内燃机的控制将第1输出极限和第2输出极限相等时的排气回流量作为目标而对排气回流装置进行控制，该第1输出极限至少与爆震极限相关联，排气回流量越大则该第1输出极限为越大的值，该第2输出极限与包含大气压或者车速在内的输出限制因子相关联，该输出限制因子越低则该第2输出极限为越小的值，排气回流量越大则该第2输出极限为越小的值。

例如与爆震极限相关联的第1输出极限为排气回流量越大则其越大的值。即，能够将更高的输出作为目标输出。但是，如果作为输出限制因子而考虑例如大气压，则在高地处大气压越低，则内燃机能够输出的输出值越低，并且，该第2输出极限为排气回流量越大则其越小的值。即，如果在高地等处将排气回流量设得过大，则受到第2输出极限的限制，能够输出的输出值相反会变低。

车速在内燃机的热管理即与车速相关联的来自冷却系统的散热量和与排气回流量、输出相关联的冷却系统的吸热量之间的平衡点处成为输出限制因子。例如，在牵引运转等车速低、要求高输出时，车速越低、另外排气回流量越大，则第2输出极限越低。因此，如果将排气回流量设得过大，则受到第2输出极限的限制，能够输出的输出值变低。

因此，将排气回流量作为参数而进行改变的第1输出极限和第2输出极限相等时的排气回流量成为在考虑了大气压、车速之类的输出限制因子的基础上可以得到最高的输出的适当的排气回流量。

附图说明

图1是表示应用本发明的内燃机的系统结构的结构说明图。

图2是示出了与高负荷区域的内燃机的输出相关的几个限制的特性图。

图3是标高为0m且以足够的车速进行行驶的情况下的(a)没有排气回流、(b)有排气回流的特性图。

图4是标高高且以足够的车速进行行驶的情况下的(a)没有排气回流、(b)有排气回流的特性图。

图5是标高为0m且以低车速进行行驶的情况下的(a)没有排气回流、(b)有排气回流的特性图。

图6是表示用于在高速高负荷区域中设定适当的目标排气回流量的处理的时序图。

图7是用于获得第1输出极限值P1的对应图的说明图。

图8是用于获得第2输出极限值P2的对应图的说明图。

图9是用于获得第3输出极限值P3的对应图的说明图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明的一个实施例。

图1表示应用本发明的汽车用内燃机1的系统结构。该内燃机1例如是具有涡轮增压器2的4冲程循环的火花点火式内燃机，在各气缸3的顶棚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。在进气阀4的下方设置有向气缸3内供给燃料的燃料喷射阀7。火花塞6的点火时机以及基于燃料喷射阀7的燃料的喷射时机以及喷射量由发动机控制器9进行控制。气缸3由供冷却水流动的水冷却套8包围。

经由上述进气阀4与燃烧室10连接的进气通路11具有进气总管11a，在比该进气总管11a更靠上游侧设置有通过来自发动机控制器9的控制信号而控制开度的电子控制型节流阀12。涡轮增压器2的压缩机2a位于节流阀12的上游侧，在比该压缩机2a更靠上游处配置有对吸入空气量进行检测的空气流量计14以及空气滤清器15。在压缩机2a和节流阀12之间，为了对高温高压的进气进行冷却而设置有例如水冷式的中间冷却器16。另外，以将压缩机2a的喷出侧和吸入侧连通的方式设置有再循环阀17。该再循环阀17在节流阀12关闭的减速时打开。

在经由上述排气阀5与燃烧室10连接的排气通路20安装有涡轮增压器2的涡轮2b，在其下游侧分别配置有由三元催化剂构成的预催化剂装置21以及主催化剂装置22。在排气通路20的比涡轮2b更靠上游侧处配置有对空燃比进行检测的空燃比传感器23。涡轮2b为了对增压进行控制而具有根据增压使排气的一部分旁通的废气旁通阀24。废气旁通阀24例如使用由发动机控制器9对开度进行控制的电动型的结构。

作为排气回流装置，设置有使排气的一部分从排气通路20向进气通路11回流的排气回流通路25。例如，排气回流通路25的一端连接于排气通路20的预催化剂装置21和主催化剂装置22之间，排气回流通路25的另一端连接于进气通路11的压缩机2a上游侧的位置。该排气回流通路25具有对回流排气进行冷却的例如水冷式的EGR气体冷却器27、和对排气回流量进行控制的EGR阀28。EGR阀28的开度由发动机控制器9进行控制。

在上述发动机控制器9中，除了上述空气流量计14、空燃比传感器23的检测信号以外，还输入有用于对内燃机旋转速度进行检测的曲轴转角传感器31、对冷却水温进行检测的水温传感器32、对由驾驶员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33、直接或间接地对车速进行检测的车速传感器34、对大气压进行检测的大气压传感器35、对外气温度进行检测的外气温度传感器36、对增压进行检测的增压传感器37等传感器类的检测信号。发动机控制器9基于上述检测信号，将燃料喷射量以及喷射时机、点火时机、节流阀12的开度、EGR阀28的开度、增压等控制为最佳。

另外，内燃机1具有公知的水冷式冷却装置，在水冷却套8和未图示的散热器之间供冷却水循环。上述中间冷却器16、EGR气体冷却器27的热量也经由冷却水而由散热器进行散热。散热器在车体前部配置为可以接收车辆行驶风。

下面，对本发明的主要部分即排气回流量的控制、特别是为了在高速高负荷区域中确保更高的输出的排气回流量的控制进行说明。此外，以下，作为表示排气回流或排气回流量的用语，适当地使用“EGR”的术语。

首先，使用图2的特性图，对与内燃机1的输出相关的几个限制进行说明。图2的纵轴是内燃机1的输出(kW)，横轴是燃烧重心即MB50(°ATDC)。MB50与点火时机相关，在这里，假定为可以通过点火时机的变更而任意地控制的参数。

图2作为一个例子而示出标高为0m且以足够的车速进行行驶、另外进行适当的排气回流量(例如，对应于内燃机1的负荷/旋转速度而设定的基本的排气回流量)的排气回流时的例子。火花点火式内燃机即内燃机1的高速高负荷区域中的输出首先受到线L11所示的爆震极限的限制。在图2中，在比爆震极限L11靠左上的区域，由于爆震发生而运转不成立，仅能够在比爆震极限L11靠右下的区域进行运转。点火时机越早则越容易产生爆震，因此输出受到限制，爆震极限L11成为如图示那样倾斜的特性线。在这里，线L10是EGR为0即没有进行排气回流时的爆震极限的特性。由于EGR而抑制了爆震，因此排气回流量越大则表示爆震极限的特性线L11越向上或左上移动。

同样地，在高速高负荷区域中排气温度升高，因此从排气系统部件的保护等观点出发，内燃机1的输出受到线L21所示的排气温度极限的限制。MB50越处于滞后侧，则排气温度越高，因此排气温度极限L21在图2中，成为如图示那样向右下的特性线，仅能够在比该排气温度极限L21更靠左下的区域进行运转。在这里，线L20是EGR为0即没有进行排气回流时的排气温度极限的特性。由于EGR而排气温度下降，因此排气回流越大，则表示排气温度极限的特性线L21越向上或右上移动。

因此，从爆震极限以及排气温度极限的观点出发，仅在由特性线L11和特性线L21包围的区域运转成立，基本上内燃机1能够输出的最大的输出值由特性线L11和特性线L21的交点C1确定。即，在图2中，通过设为与交点C1对应的MB50，能得到与交点C1对应的输出。

如果排气回流量变大，则特性线L11以及特性线L21分别向上方转移，因此与交点C1对应的能够输出的最大输出变大。即，基本上，排气回流量越大，则爆震越受到抑制且排气温度越下降，因此能够成为更大的输出。

内燃机1的输出还受到基于涡轮增压器2的空气量极限的限制。该空气量极限在图2中成为如作为线L31而示出的那样靠右下的曲线。通过涡轮增压器2而压入至气缸3的气体量是由大气压决定的恒定量，排气回流量越大则空气量(氧气量)越少。因此，空气量极限L31成为排气回流量越大则其越小的值，在图2中，排气回流量越大则越向下侧移动。另外，大气压越低，则空气量极限L31成为越小的值，在图2中，越向图下侧移动。此外，更严格来讲，希望进一步以外气温度对大气压进行校正，但在这里，为了简化说明，无论基于温度的校正的有无，都简单设为“大气压”。

并且，内燃机1的高速高负荷区域的输出在热管理上也受到限制，该热管理是在内燃机1侧发生的从散热器应当散热的热量和从散热器实际散热的热量(还包含从其他高温部位表面的散热等)之间的平衡。即，如果不能将在内燃机1发生的热量从散热器进行散热，成为所谓过热状态，因此，从该观点出发，输出受到热管理极限的限制。热管理极限在图2中成为如作为线L41所示出的那样向右下的曲线。排气回流量越大，则中间冷却器16、EGR气体冷却器27的热交换热量越大，因此为了将总热量设为恒定，与其对应地限制内燃机1自身(气缸3等)的热量(即，输出)。因此，热管理极限L41成为排气回流量越大则其越小的值，在图2中，排气回流量越大，则越向下侧移动。另外，热管理极限L41大幅地受到车速影响。如果车速低，则基于车辆行驶风的来自散热器等的散热量下降，与其相应地热管理极限L41变低。

图2如前述那样，与标高为0m且以足够的车速进行行驶、进行适当的排气回流量的EGR这样的条件对应，此时空气量极限L31以及热管理极限L41的特性线与交点C1相比处于上方。这表示与交点C1相对应的最大输出不受空气量极限L31以及热管理极限L41限制。因此，可以得到由与排气回流量对应的爆震极限L11和排气温度极限L21确定的输出，该能够输出的最大输出成为排气回流量越大则其越大的值。

图3、图4以及图5汇总示出排气回流的有无对各限制的变化和大气压以及车速的影响。图3是标高为0m且以足够的车速进行行驶的情况，(a)为没有排气回流、(b)为有排气回流的特性。此外，前述的图2实质上与图3(b)的特性相同。

图3的情况是如果没有排气回流，则通过爆震极限L10和排气温度极限L20而限制交点C0的输出(图(a))。但是，通过进行排气回流，从而输出可以增大直至交点C1的输出为止(图(b))。空气量极限L30、L31以及热管理极限L40、L41在任意情况下都不对输出进行限制。

图4是标高高(即，大气压低)且以足够的车速进行行驶的情况，(a)为没有排气回流、(b)为有排气回流的特性。如果没有排气回流，则如图(a)所示地规定爆震极限L12和排气温度极限L22的交点C2，在进行排气回流时，如图(b)所示地规定爆震极限L13和排气温度极限L23的交点C3，交点C3成为比交点C2高的输出值。但是，如果大气压低，则在由涡轮增压器2压入至气缸3的气体量恒定的期间空气量(氧气量)下降，因此空气量极限如特性线L32、L33所示那样分别下降。大气压越低，则空气量极限L32、L33越低。而且，如2个线L32、L33的对比所示那样，排气回流量越大，则空气量极限越下降。

因此，如图4(b)所示，在大气压低且排气回流量大到某种程度时，空气量极限L33位于比交点C3更靠下方的位置，在这种情况下，输出受到空气量极限L33的限制。即，会被限制为比交点C3低的输出值即与交点C3a对应的输出值。在这里，在图4的例子中，图4(b)的交点C3a比图4(a)的交点C2低，因此，这种情况表示通过进行排气回流而能够输出的输出值反而下降。

图5对标高为0m且车速低的条件的情况进行说明，(a)为没有排气回流、(b)为有排气回流的特性。这相当于例如对其他车辆等进行牵引而行驶之类的高速高负荷且低车速的行驶。如果没有排气回流，则如图(a)所示地规定爆震极限L14和排气温度极限L24的交点C4，在进行排气回流时，如图(b)所示地规定爆震极限L15和排气温度极限L25的交点C5，交点C5成为比交点C4高的输出值。但是，在车速低的牵引行驶之类的情况下，热管理极限如特性线L44、L45所示分别下降。车速越低，则热管理极限L44、L45越低。而且，如2个线L44、L45的对比所示那样，排气回流量越大，则热管理极限越下降。

因此，如图5(b)所示，在车速低且排气回流量大到某个程度时，热管理极限L45位于比交点C5更靠下方的位置，在这种情况下，输出受到热管理极限L45的限制。即，会被限制为比交点C5低的输出值即与交点C5a对应的输出值。在这里，在图5的例子中，图5(b)的交点C5a低于图5(a)的交点C4，因此，这种情况表示通过进行排气回流而能够输出的输出值反而下降。

通过上述，为了在高速高负荷区域中避免爆震、排气温度的限制并且确保高的输出，排气回流成为有效的方法，但例如在标高高而大气压低的情况、如牵引行驶这样车速低的情况等，过度的排气回流反而会限制输出。因此，在这样的条件下，需要适当地控制排气回流量以得到高输出。

图6是为了在高速高负荷区域中设定适当的目标排气回流量而由发动机控制器9执行的处理的时序图。在该时序图中，取得第1输出极限值P1、第2输出极限值P2和第3输出极限值P3，根据它们的大小比较而进行最佳的目标排气回流量的设定。此外，第1输出极限值P1相当于权利要求的“第1输出极限”，第2输出极限值P2相当于“第2输出极限的一者”，第3输出极限值P3相当于“第2输出极限的另一者”。

在步骤1中，读入包含标高(大气压)、车速、外气温度在内的所需的参数。然后，在步骤2中，将目标排气回流量(EGR)初始化为0。

接着，在步骤3中，根据与排气回流量(初始值为0)对应的前述的爆震极限和排气温度极限而求出第1输出极限值P1。具体而言，使用图7所示的特性的对应图，作为与排气回流量及点火时机相应的爆震极限输出线L1、和与排气回流量及点火时机相应的排气温度极限输出线L2的交点而求出第1输出极限值P1。图7的对应图具有与前述的图2～图5相同的关系。横轴的点火时机对应于前述的MB50(燃烧重心)。如果排气回流量大，则爆震极限输出线L1以及排气温度极限输出线L2如虚线L1’、L2’所示那样变化。即，爆震极限输出线L1以及排气温度极限输出线L2呈与排气回流量相应的等高线状，根据排气回流量而得到第1输出极限值P1。

接着，在步骤4中，根据与排气回流量(初始值为0)对应的前述的爆震极限和空气量极限而求出第2输出极限值P2。具体而言，使用图8所示的特性的多维的对应图，作为与排气回流量及点火时机相应的爆震极限输出线L1、和与排气回流量、点火时机及大气压相应的空气量极限输出线L3的交点而求出第2输出极限值P2。如果排气回流量大，则爆震极限输出线L1如虚线L1’所述那样，向输出增大的方向上变化。另一方面，排气回流量越大，另外大气压越低，则空气量极限输出线L3如虚线L3’所示那样，向输出减小的方向上变化。即，空气量极限输出线L3呈与排气回流量及大气压相应的等高线状，作为与爆震极限输出线L1的交点，根据排气回流量以及大气压而得到第2输出极限值P2。

接着，在步骤5中，根据与排气回流量(初始值为0)对应的前述的爆震极限和热管理极限而求出第3输出极限值P3。具体而言，使用图9所示的特性的多维的对应图，作为与排气回流量及点火时机相应的爆震极限输出线L1、和与排气回流量、点火时机及车速相应的热管理极限输出线L4的交点而求出第3输出极限值P3。如果排气回流量大，则爆震极限输出线L1如虚线L1’所示那样，向输出增大的方向上变化。另一方面，排气回流量越大，另外车速越低，则热管理极限输出线L4如虚线L4’所示那样，向输出越减小的方向上变化。即，热管理极限输出线L4呈与排气回流量及车速相应的等高线状，作为与爆震极限输出线L1的交点，根据排气回流量以及车速而得到第3输出极限值P3。

接着，在步骤6中，判定“P1≥P2”和“P1≥P3”这2个OR条件是否成立。即，判定是否为“P1≥P2或者P1≥P3”。如果该判定为NO(否定)，则进入步骤7，使目标排气回流量(EGR)增加。而且，反复进行步骤3～6的处理。因此，直至步骤6的判定为YES(肯定)为止，目标排气回流量(EGR)的值逐渐增加。

如果步骤6的判定为YES，则进入步骤8。将该时间点的目标排气回流量(EGR)的值设定为目标排气回流量。包含EGR阀28的内燃机1的排气回流装置根据该目标排气回流量而受到控制。此外，当成为“P1＝P2或者P1＝P3”时，在步骤6中最初成为YES，在与此时的大气压以及车速相关联的第2输出极限值P2和第3输出极限值P3中的任一较小的值与第1输出极限值P1相等时，从步骤6进入步骤8。换言之，求出在由几个因子而受到限制的输出值中成为最高的输出值的条件的排气回流量。

另外，通过未图示的其他处理流程，设定与在步骤8中设定的目标排气回流量对应的内燃机1的目标输出，按照该目标输出而对内燃机1的燃料喷射量、点火时机、废气旁通阀24的开度等进行控制。

此外，在上述实施例中，说明了使用对应图求出第1～第3输出极限值P1～P3，但也可以分别通过运算进行计算。

由此，根据上述实施例，在作为与高速高负荷区域的排气回流相关的输出限制因子而高地且大气压低的情况、如牵引运转这样的高负荷且车速低的情况下，能够控制为可以得到最高输出的排气回流量，实现有效的输出确保。

此外，在作为输出限制因子而应当考虑大气压以及车速以外的因子的情况下，同样地求出该限制下的输出极限值而进行与第1输出极限值P1的比较，由此能够同样地应对。

另外，大气压的信息除了可以通过传感器直接进行检测以外，还可以使用通过汽车导航系统得到的标高的信息。

另外，在上述实施例中，设为回流排气在涡轮增压器2的比压缩机2a更靠上游侧处流入至进气系统的所谓低压EGR系统，但回流排气在比压缩机2a更靠下游侧处流入至进气系统的所谓高压EGR系统也可以同样地应用本发明。

并且，本发明还可以应用于不具有增压器的自然进气内燃机。对于自然进气内燃机，也可以设为与大气压的下降相伴而空气量极限输出线向低输出侧移动的方式。

Claims (10)

1.一种内燃机的控制方法，该内燃机具有排气回流装置，并且搭载于车辆，

在所述内燃机的控制方法中，

将第1输出极限和第2输出极限相等时的排气回流量作为目标而对所述排气回流装置进行控制，该第1输出极限至少与爆震极限相关联，排气回流量越大则该第1输出极限为越大的值，该第2输出极限与包含大气压或者车速在内的输出限制因子相关联，该输出限制因子越低则该第2输出极限为越小的值，排气回流量越大则该第2输出极限为越小的值。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其中，

将所述第1输出极限和所述第2输出极限相等时的输出值设为目标而对内燃机的输出进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

根据爆震极限和排气温度极限，求出与排气回流量对应的所述第1输出极限。

4.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

所述第2输出极限被设定为与大气压以及排气回流量相关的基于涡轮增压器的空气量极限。

5.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

所述第2输出极限被设定为至少考虑了由车速引起的来自冷却系统的散热量的变化、以及与排气回流相伴的向冷却系统的热量的变化的热管理上的输出极限。

6.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

将与大气压相关联的输出极限和与车速相关联的输出极限中相对较小的值设为第2输出极限。

7.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

作为与排气回流量及点火时机相应的爆震极限输出线、和与排气回流量及点火时机相应的排气温度极限输出线的交点，求出所述第1输出极限，

作为所述爆震极限输出线、和与排气回流量、点火时机及大气压相应的空气量极限输出线的交点，求出所述第2输出极限。

8.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

作为与排气回流量及点火时机相应的爆震极限输出线、和与排气回流量及点火时机相应的排气温度极限输出线的交点，求出所述第1输出极限，

作为所述爆震极限输出线、和与排气回流量、点火时机及车速相应的热管理极限输出线的交点，求出所述第2输出极限。

9.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

作为与排气回流量及点火时机相应的爆震极限输出线、和与排气回流量及点火时机相应的排气温度极限输出线的交点，求出所述第1输出极限，

作为所述爆震极限输出线、和与排气回流量、点火时机及大气压相应的空气量极限输出线的交点，求出所述第2输出极限的一者，

作为所述爆震极限输出线、和与排气回流量、点火时机及车速相应的热管理极限输出线的交点，求出所述第2输出极限的另一者，

将所述第1输出极限和2个所述第2输出极限之中的相对较小的值相等时的排气回流量作为目标而对所述排气回流装置进行控制。

10.一种内燃机的控制装置，其具有：

内燃机，其具有排气回流装置，并且搭载于车辆；

控制器，其对所述排气回流装置以及所述内燃机的输出进行控制；以及

1个或多个传感器，其取得包含大气压或者车速在内的输出限制因子的信息，

所述控制器将第1输出极限和第2输出极限相等时的排气回流量作为目标而对所述排气回流装置进行控制，该第1输出极限至少与爆震极限相关联，排气回流量越大则该第1输出极限为越大的值，所述输出限制因子越低则该第2输出极限为越小的值，排气回流量越大则该第2输出极限为越小的值。