專利名稱:內燃機控制裝置的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及內燃機控制裝置。
背景技術:
以往,例如在專利文獻1中公開了具備可變動閥機構的內燃機氣門正時(Valve Timing)控制裝置,該可變動閥機構能夠通過改變進排氣門至少一方的氣門正時,來改變進 氣門開閥期間與排氣門開閥期間相重疊的氣門重疊期間。在這一現(xiàn)有控制裝置中,改變進 排氣門的氣門正時以使得因排氣壓力脈動而產(chǎn)生的負壓波到達排氣口的時期與進排氣門 的氣門重疊期間相吻合。通過這種控制,就能夠使新空氣易于從進氣門流入氣缸內,并且借 助于從進氣門流入的新空氣將氣缸內的已燃氣體可靠地趕出至排氣門。亦即、能夠發(fā)揮掃 氣效果。其結果,就能夠使殘留氣體量減少,提高吸入氣缸內的新空氣量。也就是說,能夠 提高進氣填充效率。專利文獻1 日本特開平11-022499號公報已知有同時具備上述以往的內燃機所具備的那樣的可變動閥機構和可變噴嘴式 渦輪增壓機的內燃機。另外,例如在車輛加速初期等進氣量比較少的狀況下,所生成的排氣 壓力脈動比較弱。因此,在如上述那樣同時具備可變動閥機構和可變噴嘴式渦輪增壓機的 內燃機中,可以考慮在要求生成較強的排氣壓力脈動的情況下,將可變噴嘴的開度向全閉 位置等關閉側進行控制以增加進氣量。然而,若在排氣壓力脈動較弱的狀況下將可變噴嘴 向關閉側進行控制之際,進行伺機利用上述排氣壓力脈動的氣門重疊期間的調整,則通過 該可變噴嘴的開度控制將會導致排氣壓力上升而難以獲得掃氣效果,并且因設定了氣門重 疊期間將發(fā)生廢氣向進氣側吹回的情況而使體積效率惡化。另一方面,希望,在想要在充分生成排氣壓力脈動的基礎上利用掃氣效果之際,考 慮在內燃機中不產(chǎn)生較大的轉矩高低差。
發(fā)明內容
本發(fā)明就是為了解決上述那樣的問題而完成的,其目的是提供一種內燃機控制裝 置,在具備能夠改變氣門重疊期間的可變動閥機構;和可變噴嘴式渦輪增壓機的內燃機中, 在發(fā)出了提高排氣壓力脈動的要求的情況下,能夠在抑制體積效率惡化的同時提前形成排 氣壓力脈動,且能夠在使轉矩高低差緩和的同時有效利用掃氣效果。第1發(fā)明提供一種內燃機控制裝置,其特征在于,具備可變動閥機構,使進氣門開閥期間和排氣門開閥期間相重疊的氣門重疊期間可 變;重疊期間控制單元,通過控制上述可變動閥機構來控制上述氣門重疊期間;渦輪增壓機,具有由內燃機的排氣能量驅動的渦輪和用于調整供給到該渦輪的廢 氣的流量的可變噴嘴;噴嘴開度控制單元,控制上述可變噴嘴的開度;
脈動生成要求檢測單元,檢測有無提高排氣壓力脈動的要求;排氣容積調整單元,調整排氣系統(tǒng)容積;以及脈動生成狀態(tài)取得單元,取得判斷為排氣壓力脈動已提高的判斷時間點、或者預測為排氣壓力脈動已提高的預測時間點,上述噴嘴開度控制單元包括噴嘴關閉控制執(zhí)行單元,該噴嘴關閉控制執(zhí)行單元用 于在從檢測到提高排氣壓力脈動的要求的檢測時間點到上述判斷時間點或者上述預測時 間點的期間,將上述可變噴嘴的開度控制成比上述檢測時間點的該可變噴嘴的開度靠關閉 側的第1規(guī)定開度,上述重疊期間控制單元包括重疊期間限制單元,用于在從上述檢測時間點到上述判斷時間點或者上述預測時 間點的期間,將氣門重疊期間控制成短于上述檢測時間點的氣門重疊期間;以及重疊期間設定單元,用于在上述判斷時間點或者上述預測時間點經(jīng)過以后,以與 排氣壓力脈動成為谷底的正時相重疊的方式設定氣門重疊期間,上述排氣容積調整單元,在以上述重疊期間設定單元的氣門重疊期間的設定開始 時間點為始點或者為終點的規(guī)定時間內、或者跨越上述設定開始時間點的規(guī)定時間內,暫 時擴大上述排氣系統(tǒng)容積。另外,第2發(fā)明的特征是,在第1發(fā)明的基礎上,還具備廢氣回流通路,將上述排氣通路和進氣通路連通;以及EGR閥,被配置于上述廢氣回流通路的途中,對從上述排氣通路向上述進氣通路的 廢氣再循環(huán)量進行控制,其中,上述排氣容積調整單元是如下的切換閥被配置于比上述EGR閥靠近上述 排氣通路側的上述廢氣回流通路中,在使上述排氣通路和上述廢氣回流通路成為連通狀態(tài) 和成為切斷狀態(tài)之間進行切換。另外,第3發(fā)明的特征是,在第1或者第2發(fā)明的基礎上,提高排氣壓力脈動的上述要求是內燃機的加速要求,上述脈動生成要求檢測單元基于油門開度的變化來檢測上述要求。另外,第4發(fā)明的特征是,在第1至第3發(fā)明的任意一個的基礎上,上述重疊期間限制單元,在從上述檢測時間點到上述判斷時間點或者上述預測時 間點的期間,將氣門重疊期間限制為零或者實際上為零。另外,第5發(fā)明的特征是,在第1至第4發(fā)明的任意一個的基礎上,上述噴嘴開度控制單元還包括噴嘴打開控制執(zhí)行單元,該噴嘴打開控制執(zhí)行單 元,在上述判斷時間點經(jīng)過以后,將上述可變噴嘴的開度控制成比上述第1規(guī)定開度靠打 開側的第2規(guī)定開度,上述重疊期間設定單元,在由上述噴嘴打開控制執(zhí)行單元將上述可變噴嘴的開度 控制成上述第2規(guī)定開度以后,以與排氣壓力脈動成為谷底的正時相重疊的方式設定氣門
重疊期間。根據(jù)第1發(fā)明,在發(fā)出了提高排氣壓力脈動的要求的情況下,通過將可變噴嘴的 開度向關閉側進行控制來促進進氣量的增加,據(jù)此就能夠提前提高排氣壓力脈動。進而,根 據(jù)本發(fā)明,在發(fā)出了該要求的情況下,通過以使氣門重疊期間變短的方式進行控制,能夠很好地防止廢氣向進氣側吹回。這樣,根據(jù)本發(fā)明,能夠在抑制體積效率惡化的同時提前形成排氣壓力脈動。另外,在本發(fā)明中,在判斷為排氣壓力脈動已提高的判斷時間點、或者預測 為排氣壓力脈動已提高的預測時間點經(jīng)過后,在以與排氣壓力脈動成為谷底的正時相重疊 的方式設定氣門重疊期間之時,在以氣門重疊期間的設定開始時間點為始點或者為終點的 規(guī)定時間內、或者跨越該設定開始時間點的規(guī)定時間內,暫時擴大排氣系統(tǒng)容積。據(jù)此,就 能夠在使轉矩高低差緩和的同時有效利用掃氣效果。根據(jù)第2發(fā)明,可以使用被配置于比廢氣回流通路途中所配置的EGR閥靠排氣通 路側的廢氣回流通路中的、在使排氣通路和廢氣回流通路成為連通狀態(tài)和成為切斷狀態(tài)之 間進行切換的切換閥,很好地調整排氣系統(tǒng)容積。根據(jù)第3發(fā)明,能夠在發(fā)出了內燃機的加速要求的情況下,在抑制體積效率惡化 的同時提前形成排氣壓力脈動。進而,還能夠在使轉矩高低差緩和的同時有效利用掃氣效
果 ο根據(jù)第4發(fā)明,能夠在發(fā)出了提高排氣壓力脈動的要求的情況下,在可靠抑制廢 氣向進氣側吹回的同時提前形成排氣壓力脈動。根據(jù)第5發(fā)明,能夠在排氣上止點附近可靠地確保了進氣壓力比排氣壓力高的區(qū) 域以后,設定氣門重疊期間。因此,就能夠避免發(fā)生廢氣向進氣側吹回的情況,并能夠充分 地利用掃氣效果。
圖1是用于說明本發(fā)明的實施方式1的系統(tǒng)構成的圖。圖2是表示體積效率提高控制執(zhí)行過程中的進氣歧管壓力和排氣歧管壓力與曲 軸轉角之間的關系的圖。圖3是用于說明排氣壓力脈動的強度帶給上述體積效率提高控制的影響的圖。圖4是用于說明可變噴嘴的開度對使用圖2所說明的掃氣效果的影響的圖。圖5是用于說明本發(fā)明的實施方式1中的特征性控制的時間圖。圖6是用于說明通過執(zhí)行圖5所示的控制所獲得的效果的概念圖。圖7是用于說明圖5所示的控制的課題的圖。圖8是在本發(fā)明的實施方式1中執(zhí)行的程序的流程圖。附圖標記說明10柴油發(fā)動機18排氣歧管20排氣通路22可變噴嘴式渦輪增壓機22a 渦輪22b壓縮機22c可變噴嘴26進氣通路32進氣歧管38 EGR 通路
42EGR 閥44切換閥46進氣可變動閥機構48排氣可變動閥機構50進氣凸輪轉角傳感器52排氣凸輪轉角傳感器54油門開度傳感器56進氣壓力傳感器58排氣壓力傳感器60ECU (Electronic Control Unit)62曲軸轉角傳感器
具體實施例方式實施方式1[實施方式1的系統(tǒng)構成]圖1是用于說明本發(fā)明的實施方式1的系統(tǒng)構成的圖。圖1所示的系統(tǒng)具備4沖 程柴油發(fā)動機(壓縮點火式內燃機)10。柴油發(fā)動機10被搭載于車輛并作為其動力源。雖 然本實施方式的柴油發(fā)動機10是串聯(lián)4氣缸式,但本發(fā)明中的柴油發(fā)動機的氣缸數(shù)以及氣 缸配置并不限定于此。在柴油發(fā)動機10的各氣缸上設置有對氣缸內直接噴射燃料的噴射器12。各氣缸 的噴射器12被連接到共同的共軌(common rail) 14。在共軌14內存積著由供給泵16加壓 后的高壓燃料。而且,從此共軌14向各氣缸的噴射器12供給燃料。從各氣缸排出的廢氣 由排氣歧管18集合起來流入排氣通路20。柴油發(fā)動機10具備可變噴嘴式渦輪增壓機22。渦輪增壓機22具有借助于廢氣 的排氣能量而作動的渦輪22a ;與渦輪22a —體地連結并由輸入到渦輪22a的廢氣的排氣 能量旋轉驅動的壓縮機22b。進而,渦輪增壓機22具有用于調整供給到渦輪22a的廢氣的 流量的可變噴嘴(VN) 22c??勺儑娮?2c能夠通過省略圖示的致動器(例如電動機)進行開閉動作。若使可 變噴嘴22c的開度減小,則渦輪22a的入口面積變小,可以使吹到渦輪22a上的廢氣的流速 加快。其結果,壓縮機22b以及渦輪22a的轉速(以下稱之為“渦輪轉速”)上升,從而可以 使增壓壓力上升。反之,若使可變噴嘴22c的開度加大,則渦輪22a的入口面積變大,吹到 渦輪22a上的廢氣的流速變慢。其結果,渦輪轉速降低,從而可以使增壓壓力下降。渦輪增壓機22的渦輪22a配置于排氣通路20的途中。在渦輪22a下游側的排氣 通路20中設置有用于捕捉廢氣中的PM(Particulate Matter 顆粒物質)的DPF24。此外, 除DPF24外還可以在排氣通路20中設置用于凈化廢氣中的有害成分的催化劑?;蛘撸€可 以在DPF24上擔載催化劑成分。在柴油發(fā)動機10的進氣通路26的入口附近設有空氣濾清器28。通過空氣濾清器 28而吸入的空氣在渦輪增壓機22的壓縮機22b中被壓縮后,在內部冷卻器30中被冷卻。 通過了內部冷卻器30的進氣在進氣歧管32中被分配后流入各氣缸。
在進氣通路26上的內部冷卻器30和進氣歧管32之間設置有進氣節(jié)氣門34。另 外,在進氣通路26上的空氣濾清器28的下游附近設置有檢測進氣量的空氣流量計36。在進氣歧管32的附近連接著EGR通路38的一端。EGR通路38的另一端被連接到 排氣通路20的排氣歧管18。在本系統(tǒng)中,能夠通過此EGR通路38使一部分廢氣(已燃氣 體)回流到進氣通路26、即能夠進行外部EGR (Exhaust Gas Recirculation)。在EGR通路38的途中設有用于對通過EGR通路38的廢氣(EGR氣體)進行冷卻 的EGR冷卻器40。在EGR通路38上的EGR冷卻器40的下游設有EGR閥42。通過改變此 EGR閥42的開度,就可以調整通過EGR通路38的廢氣量、亦即外部EGR氣體量。進而,在排氣歧管18和EGR通路38之間的連接部位設置有用于調整排氣系統(tǒng)容 積(更具體而言,渦輪22a上游側的排氣系統(tǒng)容積)的切換閥44。此切換閥44構成為,可 以在EGR閥42上游側、進一步在EGR冷卻器40的上游側(排氣歧管18側)切斷EGR通路 38。在通過這種切換閥44切斷了排氣歧管18和EGR通路38的狀態(tài)下,因EGR通路38 及EGR冷卻器40的容積不被加入到排氣系統(tǒng)容積中,故與開閥時相比就能夠使排氣系統(tǒng)容 積相應地減小將EGR通路38和EGR冷卻器40合并起來的容積的量。這樣,借助于切換閥 44就能夠使排氣系統(tǒng)容積可變。另外,柴油發(fā)動機10具備使進氣門(省略圖示)的開閥特性可變的進氣可變動 閥機構46 ;和使排氣門(省略圖示)的開閥特性可變的排氣可變動閥機構48。并不特別限 定進氣可變動閥機構46以及排氣可變動閥機構48的具體構成,除通過使凸輪軸的相位變 化來使開閉時期連續(xù)可變的相位可變機構外,還能夠采用通過電動機來驅動凸輪的機構、 電磁驅動閥、油壓驅動閥等。借助于進氣可變動閥機構46及排氣可變動閥機構48,就能夠 使排氣門的開閥期間和進氣門的開閥期間相重疊的氣門重疊期間(以下簡稱為“氣門重疊 期間”)的長度變化。另外,在進氣凸輪軸以及排氣凸輪軸的附近分別配置有用于對各個凸輪軸的旋轉 角度、亦即進氣凸輪轉角和排氣凸輪轉角進行檢測的進氣凸輪轉角傳感器50和排氣凸輪 轉角傳感器52。另外,本實施方式的系統(tǒng)進一步具備對搭載了柴油發(fā)動機10的車輛的油門踏板 踏入量(油門開度)進行檢測的油門開度傳感器54 ;對進氣歧管壓力(進氣壓力)進行檢 測的進氣壓力傳感器56 ;對排氣歧管壓力(排氣壓力)進行檢測的排氣壓力傳感器58 ;以 及ECU^lectronicControl Unit) 60。另外,上述各種傳感器和致動器以及對曲軸轉角進行 檢測的曲軸轉角傳感器62與ECU60連接。ECU60還能夠基于曲軸轉角傳感器62的檢測信 號來計算發(fā)動機轉速。進而,ECU60還能夠基于上述凸輪轉角傳感器50、52的檢測信號來 計算進氣門以及排氣門的開閉時期的提前量。ECU60通過基于各傳感器的輸出按照規(guī)定的 程序使各致動器作動,來控制柴油發(fā)動機10的運行狀態(tài)。[利用了排氣壓力脈動的體積效率提高控制]本實施方式的系統(tǒng),通過具備上述的進氣可變動閥機構46以及排氣可變動閥機 構48,可以任意地調整氣門重疊期間。據(jù)此,在本實施方式的系統(tǒng)中,能夠在規(guī)定的運行區(qū) 域(例如低轉速高負載區(qū)域),執(zhí)行利用排氣歧管壓力的脈動以使柴油發(fā)動機10的體積效 率nv(缸內空氣量)提高的體積效率提高控制。圖2是表示體積效率提高控制執(zhí)行過程中的進氣歧管壓力和排氣歧管壓力與曲軸轉角之間的關系的圖。如圖2所示那樣,進氣歧管壓力不論曲軸轉角如何都大致恒定。相對于此,排氣歧 管壓力伴隨于廢氣從各氣缸的排氣門間歇性地排出而進行脈動(周期性地變動)。更具體 而言,隨著排氣門的打開時期推遲,廢氣向排氣歧管18內排出的時期推遲,排氣歧管壓力 脈動的波形向圖2中的右側移動。也就是說,通過使排氣門的打開時期變化,來使排氣歧管 壓力脈動的波形向圖2中的左右移動。另外,排氣歧管壓力脈動的波形還因伴隨于發(fā)動機 轉速的變化在排氣歧管內流動的廢氣的流速變化而發(fā)生變化。圖2所示的波形表示,以使排氣歧管壓力脈動的谷底部分與存在于排氣上止點 (TDC)附近的氣門重疊期間(0/L期間)一致的方式,考慮與發(fā)動機轉速之間的關系的同時 對排氣門的打開時期進行了控制的狀態(tài)。另外,圖2所示的波形表示通過在渦輪效率良好 的狀態(tài)下實施增壓供氣,從而相對于排氣壓力提高了進氣壓力(增壓壓力)的狀態(tài)。在這 種狀態(tài)下,充分地確保圖2中用陰影表示的區(qū)域、亦即在氣門重疊期間進氣壓力高于排氣 壓力的區(qū)域。其結果,充分地獲得使得新空氣易于流入氣缸內,并且借助于流入的新空氣將 氣缸內的已燃氣體迅速地趕出至排氣口的效果(所謂掃氣效果)。圖2中用陰影所示的區(qū)域越大則上述那樣的掃氣效果就越大。從而,只要以確保 該區(qū)域較大的方式進行氣門重疊期間的調節(jié)就能夠充分獲得掃氣效果,其中,氣門重疊期 間的調節(jié)是基于使用了進氣可變動閥機構46的進氣門打開時期的調整或使用了排氣可變 動閥機構48的排氣門關閉時期的調整進行的。這樣一來,通過執(zhí)行利用掃氣效果的體積效 率提高控制,就能夠使殘留氣體量充分減少,而相應地能夠增加氣缸內所填充的新空氣的 量。也就是說,能夠使體積效率(填充效率)nv增大。其結果,可以很好地提高柴油發(fā)動 機10的轉矩。[對具備可變噴嘴式渦輪增壓機的系統(tǒng)適用體積效率提高控制時的課題]圖3是用于說明排氣壓力脈動的強度給上述體積效率提高控制帶來的影響的圖。在圖3中表示加速初期等進氣量較少(換言之,發(fā)動機負載較低),尚未形成強度 充分的排氣壓力脈動的情形。另外,在圖3中還表示了進氣量變多(換言之,發(fā)動機負載變 高),已形成強度充分的排氣壓力脈動,并且以渦輪效率良好的狀態(tài)使用了渦輪增壓機22, 從而,相對于排氣壓力很好地提高了進氣壓力的情形。更具體而言,若如圖3中下側所示的 波形那樣,在加速初期等排氣壓力脈動較弱的運行條件下,因發(fā)出了向高負載側轉移的要 求而伴隨著增壓供氣使柴油發(fā)動機10的負載提高了,則如圖3中上側所示的波形那樣,排 氣壓力脈動增強,并且相對于排氣壓力很好地提高了進氣壓力(增壓壓力)。如圖3中下側的波形所示那樣,在排氣壓力脈動較弱(脈動的振幅較小)的條件 下,在設定了氣門重疊期間的排氣上止點附近,進氣壓力高于排氣壓力的區(qū)域變小。因此, 在此情況下,掃氣效果變小,無法滿意地獲得上述體積效率提高控制所帶來的效果。本實施方式的系統(tǒng)如前文所述具備可變噴嘴式渦輪增壓機22。在具備這種渦輪增 壓機的現(xiàn)有內燃機中,為了在加速時迅速地提高內燃機的轉矩而通過將可變噴嘴的開度向 全閉附近進行控制來提高增壓壓力,由此進行增加進氣量之類的控制。但是,本實施方式的 系統(tǒng)除了這種可變噴嘴式渦輪增壓機22外還具備能夠調整氣門重疊期間的可變動閥機構 46、48。在具有上述那種構成的本實施方式的系統(tǒng)中,在加速時,若在可變噴嘴22c的開度已被控制到全閉附近的狀態(tài)下設定了氣門重疊期間,則在加速初期因排氣壓力脈動較 弱,故如上述那樣無法獲得充分的掃氣效果。另外,在加速時,若在可變噴嘴22c的開度已被控制到全閉附近的狀態(tài)下設定了 氣門重疊期間,則因可變噴嘴22c的開度已被控制到全閉附近,而在加速過程中導致排氣 壓力的上升,難以獲得掃氣效果,并且因已設定了氣門重疊期間而發(fā)生廢氣向進氣口側吹 回的情況。其結果,與在加速時將可變噴嘴的開度向全閉附近進行控制的同時未設定氣門 重疊期間的情況相比,體積效率n V將會惡化。關于這種問題點,下面參照圖4進一步詳述。圖4是用于說明可變噴嘴的開度對于使用上述圖2所說明的掃氣效果之影響的 圖。此外,圖4中的體積效率nv的提高量意味著以未設定氣門重疊期間的情況為基準 (零)的、設定了氣門重疊期間時的體積效率nv的提高量。隨著可變噴嘴22c的開度(VN開度)接近全閉,排氣壓力上升,所以如圖4所示那 樣可知,差壓(排氣壓力一進氣壓力)變大。這樣,若將VN開度向關閉側進行控制,則因排 氣壓力過度升高而使渦輪效率惡化。若渦輪效率較差,則相對于排氣壓力進氣壓力就不會 很好地升高,所以就難以獲得充分的掃氣效果,進氣壓力高于排氣壓力的區(qū)域將會變小。其 結果,若將VN開度向關閉側進行控制,則上述的掃氣效果將會變無,與未設定氣門重疊期 間的情況相比,體積效率n v就會下降。相對于此,若將VN開度向打開側進行控制,則因渦輪效率變好而使進氣壓力相對 于排氣壓力很好地提高,就能夠充分獲得上述的掃氣效果。因此,如根據(jù)圖4亦可知道那 樣,若將VN開度向打開側進行控制,則與未設定氣門重疊期間的情況相比,就會使體積效 率nv很好地提高。但是,在進氣量較少的加速初期階段,若將可變噴嘴22c的開度向打開 側的開度進行控制,則直到排氣壓力脈動變強為止所需要的時間將會變長。[實施方式1的特征部分]圖5是用于說明本發(fā)明實施方式1中的特征性控制的時間圖。在本實施方式的系統(tǒng)中,在具備可變噴嘴式渦輪增壓機22 ;能夠調整氣門重疊期 間的可變動閥機構46、48的構成的基礎上,在發(fā)出了需要較強的排氣壓力脈動這一要求的 加速開始時,進行如下控制以便能夠解決上述的各種問題。亦即、在本實施方式中,在檢測到來自駕駛者的加速要求的時間點to,如圖5中 (A)所示那樣控制可變噴嘴22c以使VN開度成為全閉,并且如圖5中(B)所示那樣控制可 變動閥機構46、48以使氣門重疊期間成為零。此外,在圖5所示的控制例中,為說明上的方 便而采用如下的例子在加速要求的檢測時間點t0已經(jīng)如上述那樣對VN開度以及氣門重 疊期間進行了控制。在本實施方式中,在直到到達能夠判斷為排氣壓力脈動已變強的時間點tl的期 間,亦即在加速初期階段,如上述那樣繼續(xù)進行將VN開度設為全閉,將氣門重疊期間設為 零的控制。其結果,柴油發(fā)動機10的轉矩就如圖5中(C)所示那樣逐漸開始上升。之后,在到達了能夠判斷為排氣壓力脈動已變強的上述時間點tl的情況下,將VN 開度向規(guī)定的中間開度(更具體而言就是渦輪效率良好的開度)進行打開。關于另一方面 的氣門重疊期間,在此時間點tl仍然保持為零不變。在到達了時間點t2之時開始進行氣 門重疊期間的調整,該時間點t2是能夠判斷為隨著時間點tl之后的時間經(jīng)過渦輪效率逐 漸提高而達到了進氣壓力比排氣壓力高的條件的時間點。更具體而言,就是不斷擴大氣門
10重疊期間以使其與排氣壓力脈動成為谷底的正時相重疊。圖6是用于說明通過執(zhí)行上述圖5所示的控制所獲得的效果的概念圖。此外 ,在 圖6中,實線所表示的波形對應于上述的本實施方式的控制。另外,虛線所表示的波形對應 于在不具有氣門重疊期間調整機構的內燃機中,在加速時將VN開度維持于全閉時的控制。 進而,單點劃線所表示的波形對應于從加速最初開始將VN開度維持于全閉、且設定了氣門 重疊期間時的控制。進而,雙點劃線所表示的波形對應于從加速最初開始將VN開度打開一 定量、且設定了氣門重疊期間時的控制。相對于圖6所示的其他控制模式,本實施方式的控制能夠起到如以下所示那樣的 出色效果。首先,對本實施方式的控制(實線)和虛線所表示的控制進行比較。如圖6所示 那樣,在加速初期階段,虛線所表示的控制與本實施方式的控制相同,所以兩者沒有差。但 是,在本實施方式的控制中,在判斷為排氣壓力脈動已變強的時間點tl,VN開度被打開、且 之后設定氣門重疊期間,相對于此,在虛線所表示的控制中,即便在上述時間點tl以后也 一直未設定氣門重疊期間。因此,在虛線所表示的控制中,對于利用了已變強的排氣壓力脈 動的掃氣效果,就無法利用,與此相應,其結果是,相對于本實施方式的控制,轉矩上升相應 地需要時間。接著,對本實施方式的控制(實線)和單點劃線所表示的控制進行比較。在單點劃 線所表示的控制中,由于在進氣壓力因排氣壓力脈動較弱之類的理由而未變得比排氣壓力 高的加速初期階段,設定了氣門重疊期間,所以體積效率nv因廢氣向進氣側吹回而惡化。 另外,在單點劃線所表示的控制中,即便在排氣壓力脈動變強的加速中期以后vn開度也維 持于全閉而導致渦輪效率的惡化,無法相對于排氣壓力使進氣壓力充分升高,所以就難以 獲得掃氣效果,并且體積效率nv因廢氣向進氣側吹回而惡化。因此,在單點劃線所表示的 控制中,結果也是,相對于本實施方式的控制,轉矩的上升需要時間,并且轉矩的大小本身 也無法充分地提高。接著,對本實施方式的控制(實線)和雙點劃線所表示的控制進行比較。在雙點 劃線所表示的控制中,在加速初期階段,由于VN開度被打開一定量,所以相對于本實施方 式的控制,直到排氣壓力脈動變強為止所需要的時間變長。因此,對于雙點劃線所表示的控 制,結果是,相對于本實施方式的控制,與這種排氣壓力脈動的形成延遲時間相應,轉矩的 上升需要時間。如以上所說明那樣,根據(jù)本實施方式的控制,在加速初期階段,通過將VN開度縮 小以使其成為全閉來促進進氣量的增加,據(jù)此就能夠提前提高排氣壓力脈動,并能夠提前 利用掃氣效果。進而,通過在加速初期階段將氣門重疊期間設為零,就能夠很好地防止廢氣 向進氣側吹回而引起的體積效率nv的惡化。另外,根據(jù)本實施方式的控制,在排氣壓力脈動已變強的加速中期以后,通過將 VN22c打開至渦輪效率好的開度,就能夠使排氣壓力相對于進氣壓力(增壓壓力)降低,能 夠充分地利用掃氣效果。另外,還能夠謀求兼顧這種掃氣效果的實現(xiàn)和渦輪效率的確保。進而,根據(jù)本實施方式的控制,在加速中期將設定氣門重疊期間的時刻設為VN開 度的打開動作后,從而能夠在在排氣上止點附近可靠地確保了進氣壓力比排氣壓力高的區(qū) 域以后,設定氣門重疊期間。因此,就能夠避免發(fā)生廢氣向進氣側吹回,能夠充分地利用掃氣效果。[用于使開始利用掃氣效果時的轉矩高低差緩和的方法]圖7是用于說明上述圖5所示的控制的課題的圖。根據(jù)以上所說明的本實施方式的控制,可以通過利用掃氣效果在加速時較大地提 高柴油發(fā)動機10的轉矩。但是,能夠有效利用這種掃氣效果的期間是,接受排氣壓力脈動 已充分變強這一事實并設定了氣門重疊期間后的加速中期以后的期間。換言之,在為了利 用掃氣效果已開始氣門重疊期間的設定的時期,轉矩增加較大。其結果,就有可能如圖7的 (A)中細線所示那樣,隨著氣門重疊期間的設定開始將會產(chǎn)生轉矩高低差。因而,在本實施方式中,為了使開始利用掃氣效果時的轉矩高低差緩和,而在加速 時利用切換閥44來調整排氣系統(tǒng)容積。更具體而言,就是如圖7的(B)所示那樣,首先,當 在加速初期檢測到提高排氣壓力脈動的要求的情況下,關閉切換閥44以減少排氣系統(tǒng)容 積。據(jù)此,就能夠有效地提高排氣壓力脈動。在這一點上,本實施方式中如圖7的(B)所示那樣,在為了利用掃氣效果而設定氣 門重疊期間的時刻,在柴油發(fā)動機10的數(shù)循環(huán)(cycle)內(在規(guī)定時間內)將切換閥44 暫時性地打開。而且,在該數(shù)循環(huán)經(jīng)過后再次將切換閥44關閉,由此,在之后的加速期間最 大限度地利用掃氣效果。根據(jù)以上的控制,通過在氣門重疊期間的上述設定時刻將切換閥44暫時性地打 開,而使排氣壓力脈動暫時性地減弱。據(jù)此,就能夠在氣門重疊期間的設定最初暫時性地減 少掃氣效果。因此,如在圖7的(A)中粗線所示那樣,能夠使轉矩高低差緩和的同時使之后 的加速(轉矩上升)變得良好。進一步補充,則,根據(jù)這種切換閥44的控制,由于在事先充 分地提高排氣壓力脈動的基礎上暫時性減少排氣系統(tǒng)容積以使排氣壓力脈動變小,所以, 能夠在再次關閉了切換閥44以后立即利用較強的排氣壓力脈動。因此,就能夠在開始利用 掃氣效果時使轉矩高低差緩和的同時充分高地維持加速時的最終轉矩的達到水平。另外,還可以不同于上述采用了切換閥44的控制的方法,在保持將切換閥44關 閉的狀態(tài)不變的條件下降低燃料噴射量,以使氣門重疊期間的設定開始時的轉矩高低差緩 和。但是,上述采用了切換閥44的控制的方法與這種方法相比,因如下理由而在耗油量方 面具有優(yōu)點。亦即、在采用了在保持將切換閥44關閉的狀態(tài)不變的條件下降低燃料噴射 量的方法的狀態(tài)下,與上述進行了切換閥44的控制的狀態(tài)相比,成為排氣壓力較高的狀態(tài) (也就是說泵氣損失較大的狀態(tài))。從而,在采用了降低燃料噴射量的方法的情況下,與上 述采用了切換閥44的控制的方法的情況相比,為了輸出相同轉矩將需要更多的燃料噴射 量。因此,上述采用了切換閥44的控制的方法就在耗油量方面具有優(yōu)點。[實施方式1中的具體處理]圖8是為了實現(xiàn)以上所說明的本實施方式的控制,而由ECU60執(zhí)行的程序的流程 圖。在圖8所示的程序中,首先基于油門開度傳感器54的輸出,來判別是否有來自駕 駛者的車輛加速要求(步驟100)。在其結果是判定為有加速要求的情況下,接下來,對可變 噴嘴(VN) 22c的開度進行控制,以使其從當前時間點的開度變成全閉(步驟102),并且,對 氣門重疊期間進行控制,以使其從當前時間點的期間變成零(步驟104)。進而,在此情況 下,為了縮小排氣系統(tǒng)容積而將切換閥44閉閥(步驟106)。
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接著,基于進氣壓力傳感器56的輸出取得進氣壓力(進氣歧管壓力)(步驟108),并且,基于排氣壓力傳感器58的輸出取得排氣壓力(排氣歧管壓力)(步驟110)。接著,判別排氣壓力和進氣壓力的差壓是否為小于等于規(guī)定的判定值的值(步驟 112)。這一判定值是作為用來判斷排氣壓力脈動是否已充分變強的值而預先設定的值。其 結果,在該步驟112的判定不成立的期間,分別繼續(xù)進行將VN開度設為全閉的控制、將氣門 重疊期間設為零的控制以及將切換閥44關閉的控制。另一方面,在因上述步驟112中的判定成立而能夠判斷為排氣壓力脈動已充分變 強的情況下,接下來,將VN開度打開為渦輪效率優(yōu)良的中間開度(步驟114)。ECU50存儲 著根據(jù)與發(fā)動機轉速及進氣量等柴油發(fā)動機10的運行條件之間的關系決定了渦輪效率良 好的VN開度的映射(省略圖示)。在本步驟114中,參照這種映射,將VN開度打開,以成為 在存在加速要求后的運行條件下渦輪效率良好的開度。接著,取得當前時間點的進氣壓力以及排氣壓力(步驟116、118)。接下來,判別排 氣壓力是否已低于規(guī)定的判定值(步驟120)。因在上述步驟114中已經(jīng)執(zhí)行了將VN開度 打開至渦輪效率良好的開度的控制,故排氣壓力開始下降。本步驟120中的判定值是作為 用來判斷排氣壓力是否已下降至充分地獲得使用上述圖2所說明的掃氣效果那樣的條件 的值而預先設定的值。其結果,在判定為該步驟120的判定成立、亦即能夠判斷為已滿足獲得充分的掃 氣效果那樣的壓力條件的情況下,以與排氣壓力脈動成為谷底的正時相重疊的方式設定正 的氣門重疊期間(步驟122)。更具體而言,就是在本步驟122中,利用由上述步驟116以及 118所檢測出的進氣壓力以及排氣壓力的各自的壓力波形,取得在排氣上止點附近產(chǎn)生的 排氣壓力脈動的谷底的排氣壓力和進氣壓力的2個交點(參照圖3中所示的交點PI、P2) 處的曲軸轉角。而且,使用可變動閥機構46、48來調整氣門重疊期間,以使得進氣門的打開 時期為上述交點P1,且排氣門的關閉時期為上述交點P2。更詳細地進行說明,這些交點PI、P2的位置(曲軸轉角)根據(jù)上述步驟114中的 VN開度的變化而變化。這是因為,進氣壓力相對于排氣壓力的關系因VN開度發(fā)生變化而 變化。根據(jù)本步驟122的處理,與起因于VN開度變化的交點PI、P2的位置變化相應,氣門 重疊期間慢慢地發(fā)生改變。具體而言,根據(jù)本步驟122的處理,隨著將VN開度打開,在排氣 上止點附近產(chǎn)生的排氣壓力脈動的谷底,進氣壓力高于排氣壓力的區(qū)域慢慢地擴大(換言 之,圖3中的交點Pl和交點P2的距離慢慢地離開),伴隨于此,氣門重疊期間慢慢地擴大。 此外,在本步驟122中,基于實際的排氣壓力和進氣壓力的各自的檢測值,取得應當作為進 氣門的打開時期和排氣門的關閉時期的曲軸轉角亦即上述交點P1、P2。但是,這些交點PI、 P2的取得方法并不限定于這種方法,例如根據(jù)與發(fā)動機轉速、VN開度、進氣量、發(fā)動機負載
(轉矩N燃料噴射量)以及排氣門的打開時期之間的關系預先通過實驗等來決定該 交點P1、P2。而且,還可以將該關系作為映射預先存儲在E⑶60中,并通過在實際機器上根 據(jù)與發(fā)動機轉速、VN開度、進氣量、發(fā)動機負載以及排氣門的打開時期之間的關系來參照這 種映射,取得該交點P1、P2。另外,在判定為在上述步驟120的判定成立的情況下(亦即在能夠判斷為已滿足 獲得充分的掃氣效果那樣的壓力條件的情況下),進一步將切換閥44在數(shù)循環(huán)內(規(guī)定時 間)暫時性地開閥(步驟124)。
根據(jù)以上說明的圖8所示的程序,在發(fā)出了作為提高排氣壓力脈動的要求的一例 的加速要求的情況下,首先,在加速初期階段將VN開度控制為全閉并且將氣門重疊期間控 制為零。另外,在此情況下,關閉切換閥44。之后,在能夠判斷為排氣壓力脈動已變強的時 間點,將VN開度打開為渦輪效率良好的開度。而且,在進行了這種VN22c的打開動作以后, 在能夠判斷為已成為獲得充分的掃氣效果那樣的壓力條件的時間點,設定與VN開度相應 的氣門重疊期間。進而,在進行此氣門重疊期間的設定的同時使切換閥44暫時性地打開。 根據(jù)以上處理,能夠在使開始利用掃氣效果時的轉矩高低差緩和的同時在存在加速要求時 有效利用掃氣效果。然而,在上述實施方式1中,在將利用掃氣效果時的氣門重疊期間的設定開始時 間點作為起點的規(guī)定時間內(數(shù)循環(huán)),將切換閥44暫時性地打開以使開始利用掃氣效果 時的轉矩高低差緩和。但是,通過本發(fā)明中的排氣容積調整單元使排氣系統(tǒng)容積暫時性地 擴大的規(guī)定時間并不限定于這種設定,例如,還可以將氣門重疊期間的設定開始時間點作 為終點來設定。進而,還可以將該規(guī)定時間設定成跨越氣門重疊期間的設定開始時間點的 時間。但是,為了通過上述變形例的方法在氣門重疊期間的設定開始時間點之前開始排 氣系統(tǒng)容積的暫時性擴大,就需要在檢測到提高排氣壓力脈動的要求以后預測排氣壓力脈 動充分變高的時間點。這種預測,例如能夠通過以下方法來進行。亦即,例如,還可以預先 取得根據(jù)與VN開度、發(fā)動機轉速以及燃料噴射量之間的關系而決定了將來的排氣壓力脈 動的強度的映射(省略圖示),并參照這種映射對排氣壓力脈動將來充分地變高的時間點 進行預測?;蛘?,在具備對排氣壓力和進氣壓力的每個進行計測或者推定的單元的基礎上, 基于當前和過去的規(guī)定循環(huán)量的排氣壓力和進氣壓力的各自的計測值(或者推定值),通 過外插方式分別預測將來的排氣壓力以及進氣壓力的值。而且,還可以基于它們的壓力差 來預測排氣壓力脈動將來充分地變高的時間點。另外,在上述實施方式1中,在加速中期伴隨于VN開度調整對氣門重疊期間進行 設定時,基于實際的排氣壓力和進氣壓力的各自的檢測值,取得應當作為進氣門的打開時 期和排氣門的關閉時期的曲軸轉角亦即上述交點P1、P2,并結合起因于VN開度變化的該交 點PI、P2的位置變化,慢慢地改變氣門重疊期間。但是,在加速中期伴隨于VN開度調整所 進行的氣門重疊期間的具體設定方法并不限定于此。亦即,例如還可以采用如下簡便方法 在設定氣門重疊期間之際,在將進氣門的打開時期的提前量和排氣門的關閉時期的延遲量 同時且同量地進行控制的基礎上,隨著將VN22c打開,慢慢地擴大氣門重疊期間。此外,在上述實施方式1中,分別地,E⑶60通過使用進氣可變動閥機構46以及排 氣可變動閥機構48對氣門重疊期間進行控制來實現(xiàn)上述第1發(fā)明中的“重疊期間控制單 元”,通過對省略圖示的致動器提供指令來控制可變噴嘴22c的開度來實現(xiàn)上述第1發(fā)明中 的“噴嘴開度控制單元”,通過執(zhí)行上述步驟100的處理來實現(xiàn)上述第1發(fā)明中的“脈動生成 要求檢測單元”,通過執(zhí)行上述步驟106以及124的處理來實現(xiàn)上述第1發(fā)明中的“排氣容 積調整單元”,通過執(zhí)行上述步驟112的處理來實現(xiàn)上述第1發(fā)明中的“脈動生成狀態(tài)取得 單元”,通過執(zhí)行上述步驟102的處理來實現(xiàn)上述第1發(fā)明中的“噴嘴關閉控制執(zhí)行單元”, 通過執(zhí)行上述步驟104的處理來實現(xiàn)上述第1發(fā)明中的“重疊期間限制單元”,而且通過執(zhí) 行上述步驟122的處理來實現(xiàn)上述第1發(fā)明中的“重疊期間設定單元”。另外,可變噴嘴22c的全閉幵度相當于上述第1發(fā)明中的“第1規(guī)定開度”。 另外,渦輪效率良好的開度相當于上述第5發(fā)明中的“第2規(guī)定開度”。另外,ECU60通過執(zhí)行上述步驟114的處理來實現(xiàn)上述第5發(fā)明中的“噴嘴打開控制執(zhí)行單元”。
權利要求
一種內燃機控制裝置,其特征在于,具備可變動閥機構,使進氣門開閥期間和排氣門開閥期間相重疊的氣門重疊期間可變;重疊期間控制單元,通過控制上述可變動閥機構來控制上述氣門重疊期間;渦輪增壓機,具有由內燃機的排氣能量驅動的渦輪和用于調整供給到該渦輪的廢氣的流量的可變噴嘴;噴嘴開度控制單元,控制上述可變噴嘴的開度;脈動生成要求檢測單元,檢測有無提高排氣壓力脈動的要求;排氣容積調整單元,調整排氣系統(tǒng)容積;以及脈動生成狀態(tài)取得單元,取得判斷為排氣壓力脈動已提高的判斷時間點、或者預測為排氣壓力脈動已提高的預測時間點,上述噴嘴開度控制單元包括噴嘴關閉控制執(zhí)行單元,該噴嘴關閉控制執(zhí)行單元用于在從檢測到提高排氣壓力脈動的要求的檢測時間點到上述判斷時間點或者上述預測時間點的期間,將上述可變噴嘴的開度控制成比上述檢測時間點的該可變噴嘴的開度靠關閉側的第1規(guī)定開度,上述重疊期間控制單元包括重疊期間限制單元,用于在從上述檢測時間點到上述判斷時間點或者上述預測時間點的期間,將氣門重疊期間控制成短于上述檢測時間點的氣門重疊期間;以及重疊期間設定單元,用于在上述判斷時間點或者上述預測時間點經(jīng)過以后,以與排氣壓力脈動成為谷底的正時相重疊的方式設定氣門重疊期間,上述排氣容積調整單元,在以上述重疊期間設定單元的氣門重疊期間的設定開始時間點為始點或者為終點的規(guī)定時間內、或者跨越上述設定開始時間點的規(guī)定時間內,暫時擴大上述排氣系統(tǒng)容積。
2.按照權利要求1所述的內燃機控制裝置,其特征在于,還具備 廢氣回流通路,將排氣通路和進氣通路連通;以及EGR閥,被配置于上述廢氣回流通路的途中,對從上述排氣通路向上述進氣通路的廢氣 再循環(huán)量進行控制,其中,上述排氣容積調整單元是如下的切換閥被配置于比上述EGR閥靠近上述排氣 通路側的上述廢氣回流通路中,在使上述排氣通路和上述廢氣回流通路成為連通狀態(tài)和成 為切斷狀態(tài)之間進行切換。
3.按照權利要求1或者2所述的內燃機控制裝置,其特征在于, 提高排氣壓力脈動的上述要求是內燃機的加速要求,上述脈動生成要求檢測單元基于油門開度的變化來檢測上述要求。
4.按照權利要求1至3中任意一項所述的內燃機控制裝置,其特征在于,上述重疊期間限制單元,在從上述檢測時間點到上述判斷時間點或者上述預測時間點 的期間,將氣門重疊期間限制為零或者實際上為零。
5.按照權利要求1至4中任意一項所述的內燃機控制裝置,其特征在于,上述噴嘴開度控制單元還包括噴嘴打開控制執(zhí)行單元,該噴嘴打開控制執(zhí)行單元,在 上述判斷時間點經(jīng)過以后,將上述可變噴嘴的開度控制成比上述第1規(guī)定開度靠打開側的 第2規(guī)定開度,上述重疊期間設定單元,在由上述噴嘴打開控制執(zhí)行單元將上述可變噴嘴的開度控制成上述第2規(guī)定開度以后,以與排氣壓力脈動成為谷底的正時相重疊的方式設定氣門重疊 期間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種內燃機控制裝置,在具備能夠改變氣門重疊期間的可變動閥機構和可變噴嘴式渦輪增壓機的內燃機中,在發(fā)出了提高排氣壓力脈動的要求的情況下,能夠在抑制體積效率惡化的同時提前生成排氣壓力脈動,且能夠在使轉矩高低差緩和的同時有效利用掃氣效果。在檢測到提高排氣壓力脈動的要求(加速要求)的情況下,將可變噴嘴(22c)的開度設為全閉,將氣門重疊期間設為零,進而將切換閥(33)關閉。之后,在判斷為排氣壓力脈動已提高后,將可變噴嘴(22c)的開度打開至渦輪效率良好的開度。而且,在進行了此可變噴嘴(22c)的開度控制以后,在渦輪效率已提高上來的階段以與排氣壓力脈動成為谷底的正時相重疊的方式設定氣門重疊期間,并且將切換閥(44)在數(shù)循環(huán)內暫時性地打開。
文檔編號F02D23/00GK101828016SQ200880102500
公開日2010年9月8日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權日2008年12月26日
發(fā)明者伊藤勝廣, 小鄉(xiāng)知由, 小川孝, 巖田一康 申請人:豐田自動車株式會社