TWI822629B - 四衝程引擎 - Google Patents

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TWI822629B
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杉本剛史
浜松茂
伊藤正彦
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日商山葉發動機股份有限公司
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Abstract

本發明之四衝程引擎100具備：至少一個汽缸11，其具備燃燒室13；進氣通路21，其連接於燃燒室13；至少1個進氣閥31，其打開及關閉作為燃燒室13與進氣通路21之連接部之進氣開口17；節流閥33，其設置於進氣通路21之內部，調整被燃燒室13吸入之空氣量；節流閥位置檢測器42，其檢測節流閥33之位置；燃料噴射裝置50，其向進氣通路21噴射燃料；及控制裝置60，其至少基於節流閥位置檢測器42之信號，控制燃料噴射裝置50；且控制裝置60係以進氣閉閥時噴射量與進氣閉閥時噴射開始前之節流閥33之位置變化率即第1節流閥位置變化率相對應，進氣開閥時噴射量與進氣閉閥時噴射開始後之節流閥33之位置變化率即第2節流閥位置變化率相對應之方式，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。

Description

四衝程引擎
本發明係關於一種四衝程引擎。
四衝程引擎為具備如下構件之構成：至少一個汽缸，其具備燃燒室；進氣通路，其連接於燃燒室；進氣閥，其打開及關閉作為燃燒室與進氣通路之連接部之進氣開口；節流閥，其設置於進氣通路之內部，調整被燃燒室吸入之空氣量；及燃料噴射裝置，其向進氣通路噴射燃料。
關於四衝程引擎，提出有在1個燃燒循環內，於進氣閥關閉之閉閥期間及進氣閥打開之開閥期間分別噴射燃料之燃料噴射控制。要實施該燃料噴射控制，需分別控制閉閥期間之燃料之噴射量、及開閥期間之燃料之噴射量。
例如，專利文獻1中記載有如下內容：於閉閥期間按照在基本噴射量計算階段算出之基本噴射量進行噴射，於開閥期間按照根據在基本噴射量計算階段算出之噴射量α、及在追加噴射量計算階段算出之噴射量β而算出之追加噴射量進行噴射。基本噴射量係藉由在基本噴射量計算階段將節流開度及引擎旋轉速度應用於基本噴射用圖而取得。噴射量α係藉由將在基本噴射量計算階段計測出之節流開度應用於追加噴射用圖而取得。噴射量β係藉由將在追加噴射量計算階段計測出之節流開度應用於追加噴射用圖而取得。於在追加噴射量計算階段α＜β，即為所謂之加速時之情形時，藉由β－α而取得追加燃料噴射量。根據該構成，即便於基本噴射量計算階段與追加噴射量計算階段之間，節流閥被大幅打開，遷移至加速狀態，亦會以良好精度執行與節流開度之變化細緻地對應之噴射量修正，且能提高引擎輸出對節流閥操作之回應性。專利文獻1所述技術之特徵點在於：藉由使用在基本噴射量計算階段計測出之節流開度、及在追加噴射量計算階段計測出之節流開度來算出追加噴射量，能根據節流開度之變化量而調整追加噴射量。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4636564號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，用以加速之節流閥之開度之增大有可能發生於各種時序。參照專利文獻1對具體例示進行說明。例如，跨及複數個燃燒循環地，探討自節流閥開度較小之低負荷狀態延續地使節流閥之開度以固定且較小之變化率緩慢地增大之緩加速情境。專利文獻1中，於此種情境下，在基本噴射量計算階段計測出之節流開度、及在追加噴射量計算階段計測出之節流開度均較小，且兩者之差亦較小。因此，噴射量β與噴射量α之差即追加噴射量非常小。再者，燃料供給裝置設有最小噴射量限制，即無法按照較最小噴射量更小之噴射量進行噴射。因此，於緩加速情境下，即便藉由β－α能算出追加噴射量，亦有可能因最小噴射量限制而無法精密地供給所需之燃料。又，例如探討於基本噴射量計算階段之後且追加噴射量計算階段之前及其鄰近時間段節流閥之開度自較小之狀態急遽地增大之開閥前時序之急加速情境。專利文獻1中，於此種情境下，在基本噴射量計算階段計測出之節流開度與在追加噴射量計算階段計測出之節流開度之差較小。於此種時序之急加速情境下，追加噴射量相對於加速程度而言有可能較小。該等加速情境下之現象起因於：專利文獻1所述技術係根據在基本噴射量計算階段計測出之節流開度、及在追加噴射量計算階段計測出之節流開度來算出追加噴射量。
本發明係鑒於上述問題而完成者，目的在於提供一種四衝程引擎，其於節流閥之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，能進一步提高於1個燃燒循環內之進氣閥關閉之閉閥期間及進氣閥打開之開閥期間分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。 [解決問題之技術手段]
根據本發明之一個觀點，四衝程引擎具備：至少一個汽缸，其具備燃燒室；進氣通路，其連接於上述燃燒室；至少1個進氣閥，其打開及關閉作為上述燃燒室與上述進氣通路之連接部之進氣開口；節流閥，其設置於上述進氣通路之內部，調整被上述燃燒室吸入之空氣量；節流閥位置檢測器，其檢測上述節流閥之位置；燃料噴射裝置，其向上述進氣通路噴射燃料；及控制裝置，其至少基於上述節流閥位置檢測器之信號，控制上述燃料噴射裝置；將自以活塞位置界定之壓縮行程開始，經膨脹行程、排氣行程及進氣行程後結束之4個行程定義為1個燃燒循環之情形時，上述控制裝置於上述節流閥之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，取得於上述1個燃燒循環內之壓縮行程以後之上述進氣閥關閉之閉閥期間自上述燃料噴射裝置噴射之進氣閉閥時噴射量、及於上述閉閥期間之後之上述進氣閥打開之開閥期間自上述燃料噴射裝置噴射之進氣開閥時噴射量，並以達到所取得之上述進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量之方式，控制上述燃料噴射裝置；且上述控制裝置係以上述進氣閉閥時噴射量與上述進氣閉閥時噴射開始前之上述節流閥之位置變化率即第1節流閥位置變化率相對應，上述進氣開閥時噴射量與上述進氣閉閥時噴射開始後之上述節流閥之位置變化率即第2節流閥位置變化率相對應之方式，取得上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量。
根據該構成，例如即便為自節流閥開度較小之低負荷狀態延續地使節流閥之開度以固定且較小之變化率緩慢地增大之緩加速情境，亦取得與第1節流閥位置變化率相對應之進氣閉閥時噴射量。於該緩加速情境下，第1節流閥位置變化率與第2節流閥位置變化率大致相同，藉由與第1節流閥位置變化率相對應，能取得反映出緩加速情境之進氣閉閥時噴射量。例如，即便為於追加噴射量計算階段之前及其鄰近時間段節流閥之開度自較小之狀態急遽地增大之更晚時序之急加速情境，亦取得與第2節流閥位置變化率相對應之進氣開閥時噴射量。再者，藉由與第2節流閥位置變化率相對應，能取得反映出開閥前時序之急加速情境之進氣開閥時噴射量。從而，於節流閥之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，能進一步提高於1個燃燒循環內之進氣閥關閉之閉閥期間及進氣閥打開之開閥期間分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本發明之一個觀點，於四衝程引擎中，上述第1節流閥位置變化率係每第1單位時間、或每第1單位曲軸旋轉角度之上述節流閥位置之變化量，上述第2節流閥位置變化率係每較上述第1單位時間短之第2單位時間、或每較上述第1單位曲軸旋轉角度小之第2單位曲軸旋轉角度之上述節流閥位置之變化量。
根據該構成，以於1個燃燒循環內，截至進氣閥之閉閥時期之時間較短之進氣開閥時噴射量與達到較第1單位時間或第1單位曲軸旋轉角度小之第2單位時間或第2單位曲軸旋轉角度之第2節流閥位置變化率相對應之方式構成。根據該構成，例如即便為開閥前時序之急加速情境，第2節流閥位置變化率亦可為進一步反映出開閥前時序之急加速情境之變化率。因此，即便為開閥前時序之急加速情境，亦能取得進一步反映出開閥前時序之急加速情境之進氣開閥時噴射量。例如，於緩加速情境下，因節流閥位置之變化緩慢，故若由於振動或雜訊等之影響，使變化率之單位時間或單位曲軸旋轉角度變小，則節流閥位置變化率有可能變得不穩。然而，根據該構成，以於1個燃燒循環內，截至進氣閥之開閥時期之時間較長之進氣閉閥時噴射量與達到較第2單位時間或第2單位曲軸旋轉角度大之第1單位時間或第1單位曲軸旋轉角度之第1節流閥位置變化率相對應之方式構成。根據該構成，例如即便為緩加速情境，亦能一面抑制振動或雜訊等之影響，一面以良好精度進行燃料噴射控制。從而，於節流閥之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，能進一步提高於1個燃燒循環內之進氣閥關閉之閉閥期間及進氣閥打開之開閥期間分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本發明之一個觀點，於四衝程引擎中，上述控制裝置算出上述節流閥之位置之每隔特定時間之差分值或時間之微分值，且上述第1節流閥位置變化率係以第1平滑化程度對所算出之上述差分值或上述微分值進行平滑化處理所得之值，上述第2節流閥位置變化率係以較上述第1平滑化程度低之第2平滑化程度對所算出之上述差分值或上述微分值進行上述平滑化處理所得之值。
根據該構成，算出節流閥之位置之每隔特定時間之差分值或時間之微分值，以第1平滑化程度對差分值或微分值進行平滑化處理，求出第1節流閥位置變化率，以較第1平滑化程度低之第2平滑化程度進行平滑化處理，求出第2節流閥位置變化率。從而，能進一步提高於閉閥期間及開閥期間分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本發明之一個觀點，於四衝程引擎中，上述第1節流閥位置變化率係針對以第3平滑化程度對每隔特定時間之上述節流閥之位置之檢測值進行平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值所得之值，上述第2節流閥位置變化率係針對以較上述第3平滑化程度低之第4平滑化程度對每隔上述特定時間之上述節流閥之位置之檢測值進行上述平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值所得之值。
根據該構成，針對以第3平滑化程度對每隔特定時間之節流閥之位置之檢測值進行平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值，求出第1節流閥位置變化率，針對以較第3平滑化程度低之第4平滑化程度對每隔特定時間之節流閥之位置之檢測值進行平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值，求出第2節流閥位置變化率。從而，能進一步提高於閉閥期間及開閥期間分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本發明之一個觀點，於四衝程引擎中，上述平滑化處理係計算移動平均值之處理，且上述第1節流閥位置變化率係將取樣項數設為第1項數、或將取樣週期設為第1取樣週期而計算上述移動平均值所得之值，上述第2節流閥位置變化率係將取樣項數設為較上述第1項數少之第2項數、或將取樣週期設為較上述第1取樣週期短之第2取樣週期而計算上述移動平均值所得之值。
根據該構成，平滑化處理係計算移動平均值之處理，將取樣項數設為第1項數、或將取樣週期設為第1取樣週期，計算移動平均值，求出第1節流閥位置變化率，將取樣項數設為較第1項數少之第2項數、或將取樣週期設為較第1取樣週期短之第2取樣週期，計算移動平均值，求出第2節流閥位置變化率。從而，能進一步提高於閉閥期間及開閥期間分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本發明之一個觀點，於四衝程引擎中，上述平滑化處理係針對上述差分值或上述微分值之低通濾波處理，且上述第1節流閥位置變化率係將截止頻率設為第1截止頻率而進行上述低通濾波處理所得之值，上述第2節流閥位置變化率係將截止頻率設為較上述第1截止頻率高之第2截止頻率而進行上述低通濾波處理所得之值。
根據該構成，平滑化處理係針對差分值或微分值之低通濾波處理，將截止頻率設為第1截止頻率，進行低通濾波處理，求出第1節流閥位置變化率，將截止頻率設為較第1截止頻率高之第2截止頻率，進行低通濾波處理，求出第2節流閥位置變化率。從而，能進一步提高於閉閥期間及開閥期間分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本發明之一個觀點，四衝程引擎具備檢測上述進氣通路內部之壓力即進氣通路內壓力之進氣通路內壓力檢測器，且上述控制裝置於上述加速情境下，以至少上述進氣閉閥時噴射量與上述第1節流閥位置變化率及上述進氣通路內壓力相對應之方式，取得上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量。
根據該構成，以上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量除了與第1節流閥位置變化率相對應以外，還與低負荷狀態之進氣通路壓力相對應之方式構成。低負荷狀態之進氣通路壓力與被燃燒室吸入之空氣量之關係性較大。因此，至少能進一步提高進氣閉閥時噴射量之精度。即便以進氣閉閥時噴射量與達到較第2單位時間或第2單位曲軸旋轉角度大之第1單位時間或第1單位曲軸旋轉角度之第1節流閥位置變化率相對應之方式構成時，亦能進一步提高進氣閉閥時噴射量之回應性及精度。
根據本發明之一個觀點，於四衝程引擎中，上述節流閥係以使上述進氣閥與上述節流閥之間之距離短於上述節流閥與上述進氣通路之面向大氣的開放口之間之距離之方式設置之近接式節流閥，且上述控制裝置於上述加速情境下，以與上述近接式節流閥之位置之變化率相對應之方式，取得上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量。
根據該構成，於近接式節流閥之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，近接式節流閥設置於靠近進氣閥之位置，因此能提高被燃燒室吸入之空氣量之回應性。此外，能與對空氣量回應性較高之近接式節流閥之位置之變化率相對應地，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。藉由該等構成之疊加效果，能進一步提高燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本發明之一個觀點，於四衝程引擎中，上述節流閥係以使較上述節流閥靠下游之上述進氣通路之容積小於上述汽缸之行程容積之方式設置之近接式節流閥，且上述控制裝置於上述加速情境下，以與上述近接式節流閥之位置之變化率相對應之方式，取得上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量。
根據該構成，於近接式節流閥之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，近接式節流閥設置於靠近進氣閥之位置，因此能提高被燃燒室吸入之空氣量之回應性。此外，能與對空氣量回應性較高之近接式節流閥之位置之變化率相對應地，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。藉由該等構成之疊加效果，能進一步提高燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本發明之一個觀點，四衝程引擎之上述節流閥設置於上述進氣通路中供被單一之燃燒室吸入之空氣流通之獨立進氣通路部，且上述控制裝置於上述加速情境下，以與上述節流閥之位置之變化率相對應之方式，取得上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量。
根據該構成，於獨立節流閥之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，獨立節流閥設置於靠近進氣閥之位置，因此能提高被燃燒室吸入之空氣量之回應性。此外，能與對空氣量回應性較高之獨立節流閥之位置之變化率相對應地，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。藉由該等構成之疊加效果，能進一步提高燃料噴射控制之回應性及精度。 [發明之效果]
根據本發明，可提供一種四衝程引擎，其於節流閥之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，能進一步提高於1個燃燒循環內之進氣閥關閉之閉閥期間及進氣閥打開之開閥期間分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
以下，基於圖式對四衝程引擎之實施方式進行說明。再者，並不藉由該實施方式來限定本發明。又，下述實施方式內之構成要素中包含業者能夠且容易替換者、或實質上相同者。
圖1係模式性地表示四衝程引擎100之一例之圖。四衝程引擎100具備引擎本體10、進氣通路21及排氣通路22、進氣閥31及排氣閥32、節流閥33、曲軸角度檢測器41、節流閥位置檢測器42、進氣通路內壓力檢測器43、燃料噴射裝置50及控制裝置60。
引擎本體10具有汽缸11及曲軸箱12。汽缸11至少設置有1個。汽缸11之數量並不特別限定，單汽缸、雙汽缸、三汽缸、四汽缸等皆可。汽缸11具有燃燒室13。燃燒室13具有進氣開口17及排氣開口18。又，於燃燒室13配置有火星塞19。火星塞19將供給至燃燒室13之內部之混合氣體點燃，藉此混合氣體燃燒。
於燃燒室13配置有活塞14。活塞14藉由包含供給至燃燒室13之燃料之混合氣體之燃燒，而於汽缸11內往返移動。藉由活塞14之往返移動，燃燒室13之容積增減。活塞14經由連桿15而連接於曲軸16。曲軸16與活塞14之往返移動連動而旋轉。曲軸16配置於曲軸箱12內。
進氣通路21連接於燃燒室13之進氣開口17。進氣開口17為燃燒室13與進氣通路21之連接部。進氣通路21具有面向大氣之開放口即大氣開放口21a。
排氣通路22連接於燃燒室13之排氣開口18。排氣開口18為燃燒室13與排氣通路22之連接部。
進氣閥31打開及關閉進氣開口17。排氣閥32打開及關閉排氣開口18。進氣閥31及排氣閥32由例如凸輪軸等驅動機構34驅動，藉此進行開關動作。
節流閥33配置於進氣通路21之內部。節流閥33調整被燃燒室13吸入之空氣量。節流閥33可配置於進氣閥31與節流閥33之間之距離L1短於節流閥33與進氣通路21之大氣開放口21a之間之距離L2的位置。又，節流閥33亦可配置於較該節流閥33靠下游之進氣通路21之容積V1小於汽缸11之行程容積V2的位置。節流閥33如此地設置於靠近進氣閥31之位置之情形時，被燃燒室13吸入之空氣量之回應性提高。
曲軸角度檢測器41檢測曲軸16之旋轉角度即曲軸旋轉角度。
節流閥位置檢測器42檢測節流閥33之位置即節流閥位置。
進氣通路內壓力檢測器43檢測進氣通路21之內部之壓力即進氣通路內壓力。
作為檢測器，除了上述檢測器以外，還可設置例如檢測進氣通路21之內部之溫度之檢測器、檢測引擎本體10之內部之溫度之檢測器、檢測引擎轉數之檢測器等未圖示之各種檢測器。
燃料噴射裝置50向進氣通路21噴射燃料。燃料噴射裝置50藉由噴射燃料，而向進氣通路21之內部供給燃料。
控制裝置60具有CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)等處理裝置、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)或ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)等記憶裝置、計時器等。控制裝置60被輸入來自曲軸角度檢測器41、節流閥位置檢測器42、進氣通路內壓力檢測器43等各檢測器之檢測結果。
控制裝置60控制燃料噴射裝置50及火星塞19。控制裝置60控制燃料噴射裝置50噴射燃料之噴射量、及其噴射燃料之時序。控制裝置60控制火星塞19點火之時序。
上述構成之四衝程引擎100重複燃燒循環。1個燃燒循環包含自以活塞位置界定之壓縮行程開始，經膨脹行程、排氣行程及進氣行程後結束之4個行程。於進氣行程之前，自燃料噴射裝置50向進氣通路21之內部噴射燃料。於進氣行程中，進氣閥31打開，藉此通過節流閥33之空氣與自燃料噴射裝置50噴射之燃料之混合氣體被供給至汽缸11之燃燒室13。於壓縮行程中，活塞14壓縮燃燒室13內之混合氣體。於膨脹行程中，被火星塞19點燃之混合氣體燃燒，同時推動活塞14。於排氣行程中，排氣閥32打開，藉此燃燒後之廢氣自燃燒室13向排氣通路22排出。
參照圖2，對控制裝置60中之控制進行說明。圖2係表示時間與節流閥位置P及節流閥位置變化率之關係之一例之圖。於圖2之上段，縱軸表示節流閥位置P，於圖2之下段，縱軸表示節流閥位置變化率。於圖2之上段及下段，橫軸均表示時間。於圖2中，橫軸亦可為曲軸旋轉角度。
控制裝置60於節流閥33之位置不遷移之穩態情境、及自節流閥開度較小之低負荷狀態延續地使節流閥33之開度以固定且較小之變化率緩慢地增大之緩加速情境下，以進行進氣閉閥時噴射J1之方式實施控制。進氣閉閥時噴射J1係指於1個燃燒循環內之壓縮行程以後之進氣閥31關閉之閉閥期間T1自燃料噴射裝置50進行燃料之噴射。
控制裝置60於節流閥33之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，可進行進氣閉閥時噴射J1及進氣開閥時噴射J2。進氣開閥時噴射J2係指於1個燃燒循環內之閉閥期間T1之後之進氣閥31打開之開閥期間T2自燃料噴射裝置50進行燃料之噴射。再者，節流閥33之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境例如包含節流閥33之位置自低負荷狀態向高負荷狀態遷移之加速情境。低負荷狀態例如可為負荷轉矩低於1個燃燒循環內之負荷轉矩之平均值之狀態。又，高負荷狀態可為負荷轉矩高於1個燃燒循環內之負荷轉矩之平均值之狀態。控制裝置60於此種加速情境下，能以進行進氣閉閥時噴射J1及進氣開閥時噴射J2之方式實施控制，亦能以進行進氣閉閥時噴射J1但不進行進氣開閥時噴射J2之方式實施控制。
控制裝置60於上述加速情境下，以進行進氣閉閥時噴射J1及進氣開閥時噴射J2之方式實施控制時，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。進氣閉閥時噴射量係於進氣閉閥時噴射J1中自燃料噴射裝置50噴射之燃料之噴射量之目標值。進氣開閥時噴射量係於進氣開閥時噴射J2中自燃料噴射裝置50噴射之燃料之噴射量之目標值。
控制裝置60係以進氣閉閥時噴射量與進氣閉閥時噴射J1開始前之節流閥33之位置變化率即第1節流閥位置變化率R1相對應之方式，取得該進氣閉閥時噴射量。控制裝置60係以進氣開閥時噴射量與進氣開閥時噴射J1開始後之節流閥33之位置變化率即第2節流閥位置變化率R2相對應之方式，取得該進氣閉閥時噴射量及該進氣開閥時噴射量。
第1節流閥位置變化率R1係每第1單位時間、或每第1單位曲軸旋轉角度之節流閥位置P之變化量。第2節流閥位置變化率R2係每較第1單位時間短之第2單位時間、或每較第1單位曲軸旋轉角度小之第2單位曲軸旋轉角度之節流閥位置P之變化量。
求解第1節流閥位置變化率R1及第2節流閥位置變化率R2時，控制裝置60會算出節流閥33之位置之每隔特定時間之差分值或時間之微分值。
該情形時，控制裝置60可藉由以第1平滑化程度對所算出之差分值或微分值進行平滑化處理，而算出第1節流閥位置變化率R1。又，控制裝置60可藉由以較第1平滑化程度低之第2平滑化程度對所算出之差分值或微分值進行平滑化處理，而算出第2節流閥位置變化率R2。
又，控制裝置60亦可藉由針對以第3平滑化程度對每隔特定時間之節流閥33之位置之檢測值進行平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值，而求出第1節流閥位置變化率R1。又，控制裝置60亦可藉由針對以較第3平滑化程度低之第4平滑化程度對每隔特定時間之節流閥33之位置之檢測值進行平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值，而求出第2節流閥位置變化率R2。
作為平滑化處理，控制裝置60例如可進行計算移動平均值之處理。該情形時，第1節流閥位置變化率R1係將取樣項數設為第1項數、或將取樣週期設為第1取樣週期而計算移動平均值所得之值。又，第2節流閥位置變化率R2係將取樣項數設為較第1項數少之第2項數、或將取樣週期設為較第1取樣週期短之第2取樣週期而計算移動平均值所得之值。
作為平滑化處理，控制裝置60例如亦可進行針對差分值或微分值之低通濾波處理。該情形時，第1節流閥位置變化率R1係將截止頻率設為第1截止頻率而進行低通濾波處理所得之值，第2節流閥位置變化率R2係將截止頻率設為較第1截止頻率高之第2截止頻率而進行低通濾波處理所得之值。
控制裝置60可基於所算出之第1節流閥位置變化率R1及第2節流閥位置變化率R2，例如根據特定之燃料噴射量圖，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。又，控制裝置60可基於所算出之第1節流閥位置變化率R1及第2節流閥位置變化率R2，例如根據特定之計算式，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。
於穩態情境及緩加速情境下，第1節流閥位置變化率R1與第2節流閥位置變化率R2大致相同。於穩態情境及緩加速情境下，控制裝置60藉由與第1節流閥位置變化率R1相對應，能取得反映出穩態情境及緩加速情境之進氣閉閥時噴射量。
於加速情境下，取得與第2節流閥位置變化率R2相對應之進氣開閥時噴射量。例如，即便為於追加噴射量計算階段之前及其鄰近時間段節流閥33之開度自較小之狀態急遽地增大之開閥前時序之急加速情境，亦取得與第2節流閥位置變化率R2相對應之進氣開閥時噴射量。控制裝置60藉由與第2節流閥位置變化率R2相對應，能取得反映出開閥前時序之急加速情境之進氣開閥時噴射量。
進氣開閥時噴射J2之截至進氣閥31之閉閥時期之時間較短。此種進氣開閥時噴射J2中之進氣開閥時噴射量係以與達到較第1單位時間或第1單位曲軸旋轉角度小之第2單位時間或第2單位曲軸旋轉角度之第2節流閥位置變化率R2相對應之方式取得。例如，即便為開閥前時序之急加速情境，第2節流閥位置變化率R2亦可為進一步反映出開閥前時序之急加速情境之變化率。因此，即便為開閥前時序之急加速情境，亦取得進一步反映出該急加速情境之進氣開閥時噴射量。
又，進氣閉閥時噴射J1之截至進氣閥31之開閥時期之時間較長。例如，於緩加速情境下，因節流閥位置P之變化緩慢，故若由於振動或雜訊等之影響，使變化率之單位時間或單位曲軸旋轉角度變小，則節流閥位置變化率有可能變得不穩。本實施方式中，進氣閉閥時噴射量係以與達到較第2單位時間或第2單位曲軸旋轉角度大之第1單位時間或第1單位曲軸旋轉角度之第1節流閥位置變化率R1相對應之方式取得。因此，例如即便為緩加速情境，亦獲得振動或雜訊等之影響受到抑制之進氣閉閥時噴射量。
以使進氣閥31與節流閥33之間之距離L1短於節流閥33與進氣通路21之大氣開放口21a之間之距離L2之方式配置節流閥33之情形時，會與對空氣量回應性較高之節流閥33之位置之變化率相對應地，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。
再者，第1節流閥位置變化率R1及第2節流閥位置變化率R2可在基於特定之圖或特定之計算式來推定節流閥位置P之變化之情形時使用。又，第1節流閥位置變化率R1及第2節流閥位置變化率R2可在基於特定之空氣量圖或特定之計算式來推定所要吸入之空氣量之情形時使用。
控制裝置60係以按照所取得之進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量噴射燃料之方式，控制燃料噴射裝置50。該情形時，於節流閥33之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，能進一步提高於1個燃燒循環內之進氣閥31關閉之閉閥期間T1及進氣閥31打開之開閥期間T2分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
圖3係表示四衝程引擎100之控制裝置60中之控制的一例之流程圖。如圖3所示，控制裝置60於閉閥期間T1之特定之時序t1(參照圖2)，取得與第1節流閥位置變化率R1相對應之進氣閉閥時噴射量(步驟S10)。控制裝置60基於所取得之進氣閉閥時噴射量，於特定時序進行進氣閉閥時噴射J1(步驟S20)。
於進氣閉閥時噴射J1之後，控制裝置60對是否進行進氣開閥時噴射J2加以判定(步驟S30)。控制裝置60於判定為不進行進氣開閥時噴射J2之情形時(步驟S30中為否)，結束處理。
另一方面，於控制裝置60判定為進行進氣開閥時噴射J2之情形時(步驟S30中為是)，控制裝置60於開閥期間T2之特定之時序t2(參照圖2)，取得與第2節流閥位置變化率R2相對應之進氣開閥時噴射量(步驟S40)。控制裝置60基於所取得之進氣開閥時噴射量，於特定時序進行進氣開閥時噴射J2(步驟S50)。
圖4係表示本實施方式之四衝程引擎100之一例之圖。如圖4所示，四衝程引擎100為獨立節流型引擎。獨立節流型之四衝程引擎100於每個汽缸11中分別具有供被單一之燃燒室13吸入之空氣流通之獨立進氣通路部21R。每個獨立進氣通路部21R各自設置有節流閥33。控制裝置60於加速情境下，以與各個節流閥33之位置之變化率相對應之方式，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。於獨立節流型引擎中，可將節流閥33設置於靠近進氣閥31之位置。因此，能提高被燃燒室13吸入之空氣量之回應性。此外，能與對空氣量回應性較高之節流閥33之位置之變化率相對應地，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。
再者，四衝程引擎100並不限定於獨立節流型引擎。四衝程引擎100亦可為具有單一之節流閥33及單數個或複數個汽缸11之單一節流型引擎。
如上所述，根據本實施方式，四衝程引擎100具備：至少一個汽缸11，其具備燃燒室13；進氣通路21，其連接於燃燒室13；至少1個進氣閥31，其打開及關閉作為燃燒室13與進氣通路21之連接部之進氣開口17；節流閥33，其設置於進氣通路21之內部，調整被燃燒室13吸入之空氣量；節流閥位置檢測器42，其檢測節流閥33之位置；燃料噴射裝置50，其向進氣通路21噴射燃料；及控制裝置60，其至少基於節流閥位置檢測器42之信號，控制燃料噴射裝置50；將自以活塞位置界定之壓縮行程開始，經膨脹行程、排氣行程及進氣行程後結束之4個行程定義為1個燃燒循環之情形時，控制裝置60於節流閥33之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，取得於1個燃燒循環內之壓縮行程以後之進氣閥31關閉之閉閥期間T1自燃料噴射裝置50噴射之進氣閉閥時噴射量J1、及於閉閥期間T1之後之進氣閥31打開之開閥期間T2自燃料噴射裝置50噴射之進氣開閥時噴射量J2，並以達到所取得之進氣閉閥時噴射量J1及進氣開閥時噴射量J2之方式，控制燃料噴射裝置50；且控制裝置60係以進氣閉閥時噴射量與進氣閉閥時噴射J1開始前之節流閥33之位置變化率即第1節流閥位置變化率R1相對應，進氣開閥時噴射量與進氣閉閥時噴射J1開始後之節流閥33之位置變化率即第2節流閥位置變化率R2相對應之方式，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。
根據該構成，於節流閥33之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，能進一步提高於1個燃燒循環內之進氣閥31關閉之閉閥期間T1及進氣閥31打開之開閥期間T2分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本實施方式，於四衝程引擎100中，第1節流閥位置變化率R1係每第1單位時間、或每第1單位曲軸旋轉角度之節流閥位置P之變化量，第2節流閥位置變化率R2係每較第1單位時間短之第2單位時間、或每較第1單位曲軸旋轉角度小之第2單位曲軸旋轉角度之節流閥位置P之變化量。
根據該構成，於急加速情境下，取得進一步反映出該急加速情境之進氣開閥時噴射量，於緩加速情境下，獲得振動或雜訊等之影響受到抑制之進氣閉閥時噴射量。從而，於節流閥33之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，能進一步提高於1個燃燒循環內之進氣閥31關閉之閉閥期間T1及進氣閥31打開之開閥期間T2分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本實施方式，於四衝程引擎100中，控制裝置60算出節流閥33之位置之每隔特定時間之差分值或時間之微分值，且第1節流閥位置變化率R1係以第1平滑化程度對所算出之差分值或微分值進行平滑化處理所得之值，第2節流閥位置變化率R2係以較第1平滑化程度低之第2平滑化程度對所算出之差分值或微分值進行平滑化處理所得之值。
根據該構成，算出節流閥33之位置之每隔特定時間之差分值或時間之微分值，以第1平滑化程度對差分值或微分值進行平滑化處理，求出第1節流閥位置變化率R1，以較第1平滑化程度低之第2平滑化程度進行平滑化處理，求出第2節流閥位置變化率R2。從而，能進一步提高於閉閥期間T1及開閥期間T2分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本實施方式，於四衝程引擎100中，第1節流閥位置變化率R1係針對以第3平滑化程度對每隔特定時間之節流閥33之位置之檢測值進行平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值所得之值，第2節流閥位置變化率R2係針對以較第3平滑化程度低之第4平滑化程度對每隔特定時間之節流閥33之位置之檢測值進行平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值所得之值。
根據該構成，針對以第3平滑化程度對每隔特定時間之節流閥33之位置之檢測值進行平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值，求出第1節流閥位置變化率R1，針對以較第3平滑化程度低之第4平滑化程度對每隔特定時間之節流閥33之位置之檢測值進行平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值，求出第2節流閥位置變化率R2。從而，能進一步提高於閉閥期間T1及開閥期間T2分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本實施方式，於四衝程引擎100中，平滑化處理係計算移動平均值之處理，且第1節流閥位置變化率R1係將取樣項數設為第1項數、或將取樣週期設為第1取樣週期而計算移動平均值所得之值，第2節流閥位置變化率R2係將取樣項數設為較第1項數少之第2項數、或將取樣週期設為較第1取樣週期短之第2取樣週期而計算移動平均值所得之值。
根據該構成，平滑化處理係計算移動平均值之處理，將取樣項數設為第1項數、或將取樣週期設為第1取樣週期，計算移動平均值，求出第1節流閥位置變化率R1，將取樣項數設為較第1項數少之第2項數、或將取樣週期設為較第1取樣週期短之第2取樣週期，計算移動平均值，求出第2節流閥位置變化率R2。從而，能進一步提高於閉閥期間T1及開閥期間T2分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本實施方式，於四衝程引擎100中，平滑化處理係針對差分值或微分值之低通濾波處理，且第1節流閥位置變化率R1係將截止頻率設為第1截止頻率而進行低通濾波處理所得之值，第2節流閥位置變化率R2係將截止頻率設為較第1截止頻率高之第2截止頻率而進行低通濾波處理所得之值。
根據該構成，平滑化處理係針對差分值或微分值之低通濾波處理，將截止頻率設為第1截止頻率，進行低通濾波處理，求出第1節流閥位置變化率R1，將截止頻率設為較第1截止頻率高之第2截止頻率，進行低通濾波處理，求出第2節流閥位置變化率R2。從而，能進一步提高於閉閥期間T1及開閥期間T2分別噴射燃料之燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本實施方式，四衝程引擎100具備檢測進氣通路內部之壓力即進氣通路內壓力之進氣通路內壓力檢測器43，且控制裝置60於加速情境下，以至少進氣閉閥時噴射量與第1節流閥位置變化率R1及進氣通路內壓力相對應之方式實施控制。
根據該構成，以上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量除了與第1節流閥位置變化率R1相對應以外，還與低負荷狀態之進氣通路內壓力相對應之方式構成。低負荷狀態之進氣通路內壓力與被燃燒室13吸入之空氣量之關係性較大。因此，至少能進一步提高進氣閉閥時噴射量之精度。即便以進氣閉閥時噴射量與達到較第2單位時間或第2單位曲軸旋轉角度大之第1單位時間或第1單位曲軸旋轉角度之第1節流閥位置變化率R1相對應之方式構成時，亦能進一步提高進氣閉閥時噴射量之回應性及精度。
根據本實施方式，於四衝程引擎100中，節流閥33係以使進氣閥31與節流閥33之間之距離短於節流閥33與進氣通路21之面向大氣的開放口之間之距離之方式設置之近接式節流閥，且控制裝置60於加速情境下，以與節流閥33之位置之變化率相對應之方式，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。
根據該構成，於節流閥33之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，節流閥33設置於靠近進氣閥31之位置，因此能提高被燃燒室13吸入之空氣量之回應性。此外，能與對空氣量回應性較高之節流閥33之位置之變化率相對應地，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。藉由該等構成之疊加效果，能進一步提高燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本實施方式，於四衝程引擎100中，節流閥33係以使較節流閥33靠下游之進氣通路21之容積小於汽缸11之行程容積之方式設置之近接式節流閥，且控制裝置60於加速情境下，以與節流閥33之位置之變化率相對應之方式，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。
根據該構成，於節流閥33之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，節流閥33設置於靠近進氣閥31之位置，因此能提高被燃燒室13吸入之空氣量之回應性。此外，能與對空氣量回應性較高之近接式節流閥之位置之變化率相對應地，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。藉由該等構成之疊加效果，能進一步提高燃料噴射控制之回應性及精度。
根據本實施方式，四衝程引擎100之節流閥33設置於進氣通路21中供被單一之燃燒室13吸入之空氣流通之獨立進氣通路部，且控制裝置60於加速情境下，以與節流閥33之位置之變化率相對應之方式，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。
根據該構成，於節流閥33之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下，節流閥33設置於靠近進氣閥31之位置，因此能提高被燃燒室13吸入之空氣量之回應性。此外，能與對空氣量回應性較高之節流閥33之位置之變化率相對應地，取得進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量。藉由該等構成之疊加效果，能進一步提高燃料噴射控制之回應性及精度。
本發明之技術範圍並不限定於上述實施方式，可於不脫離本發明主旨之範圍內適當加以變更。
10:引擎本體 11:汽缸 12:曲軸箱 13:燃燒室 14:活塞 15:連桿 16:曲軸 17:進氣開口 18:排氣開口 19:火星塞 21:進氣通路 21R:獨立進氣通路部 21a:大氣開放口 22:排氣通路 31:進氣閥 32:排氣閥 33:節流閥 34:驅動機構 41:曲軸角度檢測器 42:節流閥位置檢測器 43:進氣通路內壓力檢測器 50:燃料噴射裝置 60:控制裝置 100:四衝程引擎 α, β:噴射量 J1:進氣閉閥時噴射 J2:進氣開閥時噴射 L1, L2:距離 P:節流閥位置 R1:第1節流閥位置變化率 R2:第2節流閥位置變化率 S10, S20, S30, S40, S50:步驟 T1:閉閥期間 T2:開閥期間 t1, t2:時序 V1:容積 V2:行程容積
圖1係模式性地表示四衝程引擎之一例之圖。 圖2係表示時間與節流閥位置及節流閥位置變化率之關係之一例之圖。 圖3係表示四衝程引擎之控制裝置中之控制的一例之流程圖。 圖4係表示本實施方式之四衝程引擎之一例之圖。
10:引擎本體 11:汽缸 12:曲軸箱 13:燃燒室 14:活塞 15:連桿 16:曲軸 17:進氣開口 18:排氣開口 19:火星塞 21:進氣通路 21a:大氣開放口 22:排氣通路 31:進氣閥 32:排氣閥 33:節流閥 34:驅動機構 41:曲軸角度檢測器 42:節流閥位置檢測器 43:進氣通路內壓力檢測器 50:燃料噴射裝置 60:控制裝置 100:四衝程引擎 L1, L2:距離 V1:容積 V2:行程容積

Claims (10)

  1. 一種四衝程引擎，其具備： 至少一個汽缸，其具備燃燒室； 進氣通路，其連接於上述燃燒室； 至少1個進氣閥，其打開及關閉作為上述燃燒室與上述進氣通路之連接部之進氣開口； 節流閥，其設置於上述進氣通路之內部，調整被上述燃燒室吸入之空氣量； 節流閥位置檢測器，其檢測上述節流閥之位置； 燃料噴射裝置，其向上述進氣通路噴射燃料；及 控制裝置，其至少基於上述節流閥位置檢測器之信號，控制上述燃料噴射裝置； 將自以活塞位置界定之壓縮行程開始，經膨脹行程、排氣行程及進氣行程結束之4個行程定義為1個燃燒循環之情形時， 上述控制裝置於上述節流閥之位置向更大之開閥狀態遷移之加速情境下， 取得於上述1個燃燒循環內之壓縮行程以後之上述進氣閥關閉之閉閥期間自上述燃料噴射裝置噴射之進氣閉閥時噴射量、及於上述閉閥期間之後之上述進氣閥打開之開閥期間自上述燃料噴射裝置噴射之進氣開閥時噴射量，並 以達到所取得之上述進氣閉閥時噴射量及進氣開閥時噴射量之方式，控制上述燃料噴射裝置；且 上述控制裝置係以 上述進氣閉閥時噴射量與上述進氣閉閥時噴射開始前之上述節流閥之位置變化率即第1節流閥位置變化率相對應， 上述進氣開閥時噴射量與上述進氣閉閥時噴射開始後之上述節流閥之位置變化率即第2節流閥位置變化率相對應之方式，取得上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量。
  2. 如請求項1之四衝程引擎，其中 上述第1節流閥位置變化率係每第1單位時間、或每第1單位曲軸旋轉角度之上述節流閥位置之變化量， 上述第2節流閥位置變化率係每較上述第1單位時間短之第2單位時間、或每較上述第1單位曲軸旋轉角度小之第2單位曲軸旋轉角度之上述節流閥位置之變化量。
  3. 如請求項1之四衝程引擎，其中 上述控制裝置算出上述節流閥之位置之每隔特定時間之差分值或時間之微分值，且 上述第1節流閥位置變化率係以第1平滑化程度對所算出之上述差分值或上述微分值進行平滑化處理所得之值， 上述第2節流閥位置變化率係以較上述第1平滑化程度低之第2平滑化程度對所算出之上述差分值或上述微分值進行上述平滑化處理所得之值。
  4. 如請求項1之四衝程引擎，其中 上述第1節流閥位置變化率係針對以第3平滑化程度對每隔特定時間之上述節流閥之位置之檢測值進行平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值所得之值， 上述第2節流閥位置變化率係針對以較上述第3平滑化程度低之第4平滑化程度對每隔上述特定時間之上述節流閥之位置之檢測值進行上述平滑化處理所得之處理結果，計算每隔特定時間之差分值或時間之微分值所得之值。
  5. 如請求項3或4之四衝程引擎，其中 上述平滑化處理係計算移動平均值之處理，且 上述第1節流閥位置變化率係將取樣項數設為第1項數、或將取樣週期設為第1取樣週期而計算上述移動平均值所得之值， 上述第2節流閥位置變化率係將取樣項數設為較上述第1項數少之第2項數、或將取樣週期設為較上述第1取樣週期短之第2取樣週期而計算上述移動平均值所得之值。
  6. 如請求項3或4之四衝程引擎，其中 上述平滑化處理係針對上述差分值或上述微分值之低通濾波處理，且 上述第1節流閥位置變化率係將截止頻率設為第1截止頻率而進行上述低通濾波處理所得之值， 上述第2節流閥位置變化率係將截止頻率設為較上述第1截止頻率高之第2截止頻率而進行上述低通濾波處理所得之值。
  7. 如請求項1至4中任一項之四衝程引擎，其 具備檢測上述進氣通路內部之壓力即進氣通路內壓力之進氣通路內壓力檢測器，且 上述控制裝置於上述加速情境下，以至少上述進氣閉閥時噴射量與上述第1節流閥位置變化率及上述進氣通路內壓力相對應之方式，取得上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量。
  8. 如請求項1至4中任一項之四衝程引擎，其中 上述節流閥係以使上述進氣閥與上述節流閥之間之距離短於上述節流閥與上述進氣通路之面向大氣的開放口之間之距離之方式設置之近接式節流閥，且 上述控制裝置於上述加速情境下，以與上述近接式節流閥之位置之變化率相對應之方式，取得上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量。
  9. 如請求項1至4中任一項之四衝程引擎，其中 上述節流閥係以使較上述節流閥靠下游之上述進氣通路之容積小於上述汽缸之行程容積之方式設置之近接式節流閥，且 上述控制裝置於上述加速情境下，以與上述近接式節流閥之位置之變化率相對應之方式，取得上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量。
  10. 如請求項1至4中任一項之四衝程引擎，其中 上述節流閥設置於上述進氣通路中供被單一之燃燒室吸入之空氣流通之獨立進氣通路部，且 上述控制裝置於上述加速情境下，以與上述節流閥之位置之變化率相對應之方式，取得上述進氣閉閥時噴射量及上述進氣開閥時噴射量。
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