專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，特別是涉及怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的控制裝置。
背景技術(shù)：
在內(nèi)燃機(jī)，特別是柴油機(jī)中，如專利文獻(xiàn)1所示，在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，反饋控制燃料噴射量，使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速與目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速一致。
專利文獻(xiàn)1特開2002-030962號公報(bào)但是，在柴油機(jī)的過量空氣系數(shù)(λ)與通常的稀混合比區(qū)域相比低的區(qū)域，由于燃燒期間變長、定容度大幅度降低，燃料噴射量的反饋控制就難以控制轉(zhuǎn)速。
在燃料的點(diǎn)火時(shí)期推遲、燃燒期間變長的情況下，及氣缸內(nèi)的壓縮端溫度降低、燃燒期間變長的情況下，定容度也會大幅度降低，故燃料噴射量的反饋控制也難以控制轉(zhuǎn)速。
另外，定容度是指，當(dāng)在定容燃燒(在壓縮壓力構(gòu)成峰值的上死點(diǎn)，不改變?nèi)莘e而一直進(jìn)行的假想的燃燒)中的熱效率為100％時(shí)，實(shí)際的圖示的熱效率的比例。
另一方面，若過量空氣系數(shù)恒定而減小EGR率，則收集壓力降低，吸氣阻力增大，但在由于這樣的吸氣阻力的增大，或由于摩擦阻力的增大而運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載增大的情況下，燃料噴射量的反饋控制也難以控制轉(zhuǎn)速。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而構(gòu)成的，其目的在于，提供內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其可在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)響應(yīng)優(yōu)良地進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。
因此，在本發(fā)明中，為以下結(jié)構(gòu)，分別預(yù)測怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中的定容度和運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載，由此計(jì)算怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的燃料噴射量。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)?shù)∷龠\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在定容度降低的情況及運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載增大的情況下，通過預(yù)先前饋地增大怠速噴射量，而可響應(yīng)性良好地進(jìn)行怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速控制。


圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施例的發(fā)動機(jī)的系統(tǒng)圖；圖2是表示過量空氣系數(shù)降低的情況下的問題點(diǎn)的圖；圖3是表示過量空氣系數(shù)改變引起的缸內(nèi)壓力波形的變化的圖；圖4是表示點(diǎn)火時(shí)期改變引起的缸內(nèi)壓力波形的變化的圖；圖5是表示壓縮端溫度改變引起的缸內(nèi)壓力波形的變化的圖；圖6是表示EGR率降低后的情況下的問題點(diǎn)的圖；圖7是怠速噴射量控制的流程圖；圖8(A)、(B)和(C)是分別表示過量空氣系數(shù)、點(diǎn)火時(shí)期以及壓縮端溫度和定容度的關(guān)系的圖；圖9(A)、(B)、(C)和(D)是分別表示吸氣壓力、EGR率、新氣溫度以及過量空氣系數(shù)和壓縮端溫度的關(guān)系的圖；圖10(A)、(B)和(C)是分別表示吸氣壓力、EGR率、過量空氣系數(shù)、和轉(zhuǎn)速以及水溫與運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載的關(guān)系的圖；圖11是表示定容度和修正系數(shù)的關(guān)系的圖；圖12是表示運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載和修正系數(shù)的關(guān)系的圖。
符號說明1 柴油機(jī)2 吸氣通路3 增壓器5 吸氣節(jié)流閥9 燃料噴射閥10 排氣通路11 EGR通路12 EGR閥13 NOX捕集催化劑14 DPF20 控制單元21 轉(zhuǎn)速傳感器
22 油門開度傳感器23 空氣流量計(jì)24 水溫傳感器25 吸氣壓力傳感器26 吸氣溫度傳感器27 輔機(jī)負(fù)載開關(guān)具體實(shí)施方式
下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)(在此為柴油機(jī))的系統(tǒng)圖。
在柴油機(jī)1的吸氣通路2上設(shè)有增壓器(渦輪增壓器)3的吸氣壓縮機(jī)，吸入空氣通過吸氣壓縮機(jī)增壓，并由中間冷卻器4冷卻，通過吸氣節(jié)流閥5，然后，經(jīng)過收集器6，流入各氣缸的燃燒室內(nèi)。燃料通過共軌型燃料噴射裝置，即高壓燃料泵7而被形成高壓，并送給共軌8，從各氣缸的燃料噴射閥9直接噴射到燃燒室內(nèi)。流入燃燒室內(nèi)的空氣和噴射的燃料在此利用壓縮點(diǎn)火而燃燒，排氣流向排氣通路10。
流到排氣通路10的排氣的一部分作為EGR氣體，通過EGR裝置，即EGR通路11，經(jīng)由EGR閥12，向吸氣側(cè)(收集器6內(nèi))回流。剩余排氣通過增壓器3的排氣葉輪，對其進(jìn)行驅(qū)動。
另外，在排氣通路10的排氣葉輪下游，為進(jìn)行排氣凈化，而配置有NOX捕集催化劑13，其通過向三元催化劑中添加NOX捕集材料而成，能夠在排氣空燃比稀混合比時(shí)將排氣中的NOX捕集，在排氣空燃比理論乃至濃混合比時(shí)將捕集到的NOX進(jìn)行脫離凈化。
另外，在該NOX捕集催化劑13的下游配置有捕集排氣中的粒子狀物質(zhì)即PM的柴油機(jī)微粒過濾器(DPF)14。
為控制發(fā)動機(jī)1，從發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne檢測用轉(zhuǎn)速傳感器21、油門開度APO檢測用油門開度傳感器22、吸入空氣量Qa檢測用空氣流量計(jì)23、發(fā)動機(jī)冷卻水溫Tw檢測用水溫傳感器24、吸氣壓力(收集器6內(nèi)的吸氣壓力)Pc檢測用吸氣壓力傳感器25、吸氣溫度(新氣溫度)Ta檢測用吸氣溫度傳感器26、輔機(jī)負(fù)載開關(guān)27向控制單元20輸入信號。
控制單元20基于這些輸入信號對由燃料噴射閥9進(jìn)行的燃料噴射的燃料噴射量及用于噴射時(shí)期控制的燃料噴射閥9輸出燃料噴射指令信息、對吸氣節(jié)流閥5輸出開度指令信號、對EGR閥12輸出開度指令信號等。
在柴油機(jī)中，目前，通常在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速一致而反饋控制燃料噴射量。
但是，在柴油機(jī)的比通常的稀混合比區(qū)域過量空氣系數(shù)(λ)低的區(qū)域，如圖2所示，隨著λ降低，燃燒期間延長，定容度大幅度降低，換言之，通過延長燃燒期間，轉(zhuǎn)矩降低。因此，靠燃料噴射量的反饋控制，難以進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。
即，當(dāng)過量空氣系數(shù)低時(shí)，若噴射量一定，由于空氣量減少，壓縮力不會上升，缸內(nèi)溫度也會降低，所以難以點(diǎn)火、難以燃燒、且燃燒期間變長，其結(jié)果，轉(zhuǎn)矩降低，在反饋控制中產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩降低后，由于增大燃料噴射量，而不能抑制轉(zhuǎn)矩降低，或產(chǎn)生擺動。另外，若降低λ，則缸內(nèi)壓力波形如圖3(虛線→實(shí)線)所示。
在燃料的點(diǎn)火時(shí)期推遲、燃燒期間變長的情況下，及缸內(nèi)的壓縮端溫度降低、燃燒期間變長的情況下，由于定容度也大幅度降低，故在燃料噴射量的反饋控制中，難以進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。另外，當(dāng)使點(diǎn)火時(shí)期延遲時(shí)，缸內(nèi)壓力波形如圖4所示，若降低壓縮端溫度，則缸內(nèi)壓力波形如圖5所示。
另一方面，如圖6所示，若過量空氣系數(shù)一定而減小EGR率時(shí)，收集壓力(吸氣壓力)降低，吸氣阻力增加，但在由于這樣的吸氣阻力的增大，而運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載增大的情況下，燃料噴射量的反饋控制就難以控制轉(zhuǎn)速。在由于摩擦阻力的增大而運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載增大的情況下也是一樣的。
因此，本發(fā)明分別預(yù)測怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中的定容度和運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載，由此，前饋地計(jì)算并控制怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的燃料噴射量。
圖7是通過控制單元20怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的燃料噴射量(怠速噴射量)控制的流程圖。另外，本流程以怠速運(yùn)轉(zhuǎn)條件在時(shí)間同步或旋轉(zhuǎn)同步下進(jìn)行。
在S1中，根據(jù)過量空氣系數(shù)(λ)、燃料點(diǎn)火時(shí)期、或缸內(nèi)的壓縮端溫度，或根據(jù)它們的組合預(yù)測計(jì)算定容度CVOL。
作為過量空氣系數(shù)，使用目標(biāo)過量空氣系數(shù)根據(jù)圖8(A)的過量空氣系數(shù)-定容度圖表算出對應(yīng)過量空氣系數(shù)的定容度CVOL。在此，設(shè)定為隨著過量空氣系數(shù)的增大定容度CVOL變大，隨著過量空氣系數(shù)降低定容度CVOL降低。
作為燃料點(diǎn)火時(shí)期，可使用燃料噴射時(shí)期，根據(jù)圖8(B)的點(diǎn)火時(shí)期-定容度圖表算出對應(yīng)點(diǎn)火時(shí)期的定容度CVOL。在此設(shè)定為，當(dāng)點(diǎn)火時(shí)期處于某適當(dāng)位置時(shí)定容度CVOL變?yōu)樽畲?，而隨著比其提前或滯后，定容度CVOL降低。
由于壓縮端溫度依存于吸氣壓力(收集壓力)、EGR率、新氣溫度、過量空氣系數(shù)，故根據(jù)它們之中的至少一個(gè)進(jìn)行預(yù)測。
圖9(A)表示吸氣壓力-壓縮端溫度圖表，吸氣壓力越高，壓縮端溫度越高。
圖9(B)表示EGR率-壓縮端溫度圖表，在EGR為某值時(shí)，壓縮端溫度最低，而伴隨增大或減小，壓縮端溫度變高。
圖9(C)表示新氣溫度-壓縮端溫度圖表，新氣溫度越高，壓縮端溫度越高。
圖9(D)表示過量空氣系數(shù)-壓縮端溫度圖表，過量空氣系數(shù)越高，壓縮端溫度越高。
另外，可根據(jù)吸氣壓力(收集壓力)、EGR率、新氣溫度、過量空氣系數(shù)中的至少一個(gè)進(jìn)行預(yù)測，但通過更多地使用，可提高預(yù)測精度。
當(dāng)預(yù)測壓縮端溫度時(shí)，根據(jù)圖8(C)的壓縮端溫度-定容度圖表算出對應(yīng)壓縮端溫度的定容度CVOL。在此設(shè)定成，隨著壓縮端溫度的上升，定容度CVOL變大，伴隨壓縮端溫度的降低，定容度CVOL降低。
在S2中，根據(jù)吸氣壓EGR率、過量空氣系數(shù)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、輔機(jī)負(fù)載中的至少一個(gè)預(yù)測計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載(吸氣阻力及摩擦阻力)FMOT。
圖10(A)是表示吸氣壓力、EGR率、過量空氣系數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT的關(guān)系的圖表，由于隨著吸引壓力變高，吸氣阻力減小，故運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT減小。另外，在EGR率變高后的情況下，由于吸氣阻力減小，故運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT也減小。另外，在過量空氣系數(shù)升高后的情況下，由于吸氣阻力減小，故運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT也減小。
圖10(B)表示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速-運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載圖表，隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變高，摩擦電阻增大，因此運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT增大。
圖10(C)表示水溫-運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載圖表，由于隨著水溫變高，摩擦阻力減小，故運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT減小。
關(guān)于輔機(jī)負(fù)載，隨著加入的輔機(jī)負(fù)載的總值變高，運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT自然會增大。另外在此，也可通過使用更多的參量，提高預(yù)測精度。
在S3中，根據(jù)由S1求出的定容度CVOL，參照圖11的COVL-HQcovl圖表算出相對于怠速噴射量的修正系數(shù)HQcovl。在此，定容度CVOL越大，越減小修正系數(shù)HQcovl，來減量修正怠速噴射量，定容度CVOL越低，越增大修正系數(shù)HQcovl增大，以增量修正怠速噴射量。
在S4中，根據(jù)由S2求出的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT，參照圖12的FMOT-HQfmot圖表算出相對于怠速噴射量的修正系數(shù)HQfmot。在此，運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT越大，越增大修正系數(shù)HQfmot，以增量修正怠速噴射量。
在S5中，根據(jù)由S3求出的修正系數(shù)HQcvol和由S4求出的修正系數(shù)HQfmot，通過將它們相乘，算出相對于怠速噴射量的最終修正系數(shù)HQidle＝HQcvol×GQfmot。
在S6中，將由S5求出的修正系數(shù)HQidle與根據(jù)油門開度APO和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne設(shè)定的怠速噴射量的基本值BQidle相乘，算出并控制怠速噴射量Qidle＝BQidle×HQidle。
根據(jù)本實(shí)施例，由于具有預(yù)測怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中的定容度CVOL的裝置(S1)、預(yù)測怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT的裝置(S2)、根據(jù)定容度CVOL和運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT計(jì)算怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的燃料噴射量的裝置(S3～S6)，從而在定容度CVOL降低的情況下，及運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT增大的情況下，可通過預(yù)先前饋地將怠速噴射量Qidle增大，而可響應(yīng)性優(yōu)良地進(jìn)行怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速控制。
另外，根據(jù)本實(shí)施例，上述定容度CVOL根據(jù)過量空氣系數(shù)、燃料的點(diǎn)火時(shí)期、缸內(nèi)的壓縮端溫度中的至少一個(gè)進(jìn)行預(yù)測，從而可簡單且可靠地進(jìn)行預(yù)測。
根據(jù)本實(shí)施例，根據(jù)吸氣壓力、EGR率、新氣溫度、過量空氣系數(shù)中的至少一個(gè)預(yù)測上述壓縮端溫度，從而可簡單且可靠地進(jìn)行預(yù)測。
根據(jù)本實(shí)施例，根據(jù)吸氣阻力和摩擦阻力中的至少一個(gè)預(yù)測上述運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT，從而可簡單且可靠地進(jìn)行預(yù)測。
根據(jù)本實(shí)施例，根據(jù)吸氣壓力、EGR率、過量空氣系數(shù)中的至少一個(gè)預(yù)測上述吸氣阻力，從而可簡單且可靠地進(jìn)行預(yù)測。
根據(jù)本實(shí)施例，根據(jù)發(fā)動機(jī)冷卻水溫和輔機(jī)負(fù)載中的至少一個(gè)預(yù)測上述摩擦阻力，從而可簡單且可靠地進(jìn)行預(yù)測。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，包括預(yù)測怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中的定容度的裝置；預(yù)測怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載的裝置；根據(jù)所述定容度和運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載計(jì)算怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的燃料噴射量的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，根據(jù)過量空氣系數(shù)、燃料的點(diǎn)火時(shí)期、缸內(nèi)的壓縮端溫度中的至少一個(gè)預(yù)測所述定容度。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，根據(jù)吸氣壓力、EGR率、新氣溫度、過量空氣系數(shù)中的至少一個(gè)預(yù)測所述壓縮端溫度。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，根據(jù)吸氣阻力和摩擦阻力中的至少一個(gè)預(yù)測所述運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載。
5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，根據(jù)吸氣壓力、EGR率、過量空氣系數(shù)中的至少一個(gè)預(yù)測所述吸氣阻力。
6.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，根據(jù)發(fā)動機(jī)冷卻水溫和輔機(jī)負(fù)載中的至少一個(gè)預(yù)測所述摩擦阻力。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，在柴油機(jī)中，即使在過量空氣系數(shù)降低、定容度低下的情況等，也能夠在怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行響應(yīng)優(yōu)良地轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)過量空氣系數(shù)、燃料的點(diǎn)火時(shí)期、缸內(nèi)的壓縮端溫度中的至少一個(gè)預(yù)測怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中的定容度CVOL(S1)。根據(jù)吸氣壓力、EGR率、過量空氣系數(shù)、水溫、輔機(jī)負(fù)載中的至少一個(gè)預(yù)測怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT(S2)。根據(jù)定容度CVOL和運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)載FMOT計(jì)算怠速噴射量(S3～S6)。
文檔編號F02D41/08GK1793632SQ20051013612
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月22日
發(fā)明者三浦學(xué) 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社