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內燃機的控制裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380070692.0

申請日:

2013.10.21

公開號:

CN104919165A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F02D 45/00申請日:20131021|||公開
IPC分類號: F02D45/00; F02D41/04; F02D41/40 主分類號: F02D45/00
申請人: 豐田自動車株式會社
發明人: 鈴木直樹; 中島俊哉
地址: 日本愛知縣
優先權: 2013-006891 2013.01.18 JP
專利代理機構: 北京金信知識產權代理有限公司11225 代理人: 黃威; 蘇萌萌
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380070692.0

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2016.08.24|||2015.10.14|||2015.09.16

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種內燃機的控制裝置(100),具有:點火能量計算部,其基于燃料的十六烷值而對內燃機(5)的氣缸(11)內的燃料的點火所需的能量、即點火能量進行計算;缸內能量累計值計算部,其對缸內能量的累計值進行計算;點火延遲時間計算部,其將從燃料被噴射至氣缸內起至缸內能量的累計值成為點火能量以上所需的時間作為點火延遲時間而進行計算。

權利要求書

權利要求書
1.  一種內燃機的控制裝置,其具備,
點火能量計算部,其基于燃料的十六烷值,而對內燃機的氣缸內的燃料的點火所需的能量、即點火能量進行計算;
缸內能量累計值計算部,其對缸內能量的累計值進行計算;
點火延遲時間計算部,其將從燃料被噴射至所述氣缸內起至所述缸內能量的累計值成為所述點火能量以上所需的時間作為點火延遲時間而進行計算。

2.  如權利要求1所述的內燃機的控制裝置,其中,
具備控制部,所述控制部根據由所述點火延遲時間計算部計算出的所述點火延遲時間,而對燃料的噴射正時進行控制。

說明書

說明書內燃機的控制裝置
技術領域
本發明涉及一種內燃機的控制裝置。
背景技術
目前已知一種對從燃料自燃料噴射閥被噴射起至燃料點火為止的時間、即點火延遲時間進行計算的技術。例如在專利文獻1中公開了如下技術,即,基于基本燃料噴射正時處的缸內溫度以及缸內壓力,而對在基本燃料噴射正時噴射了燃料的情況下的點火延遲時間進行計算的技術。
在先技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2008-101591號公報
發明內容
發明所要解決的課題
另外,雖然認為點火延遲時間會根據燃料的十六烷值而發生變化,但在專利文獻1所涉及的技術中,由于在點火延遲時間的計算時所使用的參數中沒有被用到十六烷值,因而未必能夠高精度地計算出與十六烷值相對應的點火延遲時間。
本發明的目的在于,提供一種能夠高精度地計算出與十六烷值相對應的點火延遲時間的內燃機的控制裝置。
用于解決課題的方法
本發明所涉及的內燃機的控制裝置具有:點火能量計算部,其基于燃料的十六烷值,而對內燃機的氣缸內的燃料的點火所需的能量、即點火能量進行計算;缸內能量累計值計算部,其對缸內能量的累計值進行計算;點火延遲時間計算部,其將從燃料被噴射至所述氣缸內起至所述缸內能量的累計值成為所述點火能量以上所需的時間作為點火延遲時間而進行計算。
根據本發明所涉及的內燃機的控制裝置,能夠將從燃料被噴射至氣缸內起至缸內能量的累計值成為基于十六烷值而計算出的點火能量以上所需的時間作為點火延遲時間而進行計算。由此,能夠高精度地計算出與十六烷值相對應的點火延遲時間。
上述構成還可以具備控制部,其基于由所述點火延遲時間計算部計算出的所述點火延遲時間,而對燃料的噴射正時進行控制。
根據該構成,能夠基于與十六烷值相對應的點火延遲時間而對燃料的噴射正時進行控制。由此,即使作為內燃機的燃料而使用了十六烷值與最初設定的十六烷值不同的的燃料,也能夠對耗油率及排放物等的燃燒狀態的惡化進行抑制。
發明效果
根據本發明能夠提供一種可高精度地計算出與十六烷值相對應的點火延遲時間的內燃機的控制裝置。
附圖說明
圖1為表示應用了控制裝置的內燃機的一個示例的模式圖。
圖2為表示控制裝置執行點火延遲時間計算控制時的流程圖的一個示例的圖。
圖3(a)為表示將點火能量與十六烷值進行關聯并規定的映射圖的一個示例的模式圖。圖3(b)為用于視覺性地說明點火延遲時間的計算方法的模式圖。
具體實施方式
下面,對用于實施本發明的方式進行說明。
實施例
對本發明實施例所涉及的內燃機的控制裝置(以下,稱為控制裝置100)進行說明。首先,對應用了控制裝置100的內燃機的結構的一個示例進行說明,接下來,對控制裝置100的詳細情況進行說明。圖1為表示應用了控制裝置100的內燃機5的一個示例的模式圖。圖1所示的內燃機5被搭載在車 輛上。在本實施例中,作為內燃機5的示例,使用了壓縮點火式內燃機、具體而言使用了柴油機。內燃機5具備內燃機主體10、進氣通道20、排氣通道21、節氣門22、燃料噴射閥30、共軌40、泵41、EGR(Exhaust Gas Recirculation:廢氣再循環)通道50、EGR閥51、增壓器60、內部冷卻器70、空氣流量傳感器80、溫度傳感器81、缸內壓力傳感器82、燃料特性傳感器83、控制裝置100。
內燃機主體10具有形成有氣缸11的氣缸體、配置于氣缸體的上部處的氣缸蓋、配置于氣缸11中的活塞。在本實施例中,氣缸11的數量為多個(具體而言為4個)。進氣通道20的下游側分支并與各個氣缸11連接。從進氣通道20中的上游側的端部流入有新鮮空氣。排氣通道21的上游側分支并與各個氣缸11連接。節氣門22被配置于進氣通道20上。節氣門22通過接收來自控制裝置100的指示而進行開閉,從而對被導入到氣缸11內的空氣量進行調節。
燃料噴射閥30、共軌40以及泵41通過配管而被連通。搭載在車輛上的燃料罐42中所貯存的燃料(本實施例中使用輕油作為燃料)通過泵41而被加壓輸送并被供給至共軌40,并在共軌40中成為高壓后被供給至燃料噴射閥30。本實施例所涉及的燃料噴射閥30為了向各個氣缸11直接噴射燃料而在內燃機主體10中被配置有多個。
EGR通道50為將從氣缸11被排出的排氣的一部分再循環到氣缸11中的通道。以下,有時將被導入到氣缸11中的排氣稱為EGR氣體。本實施例所涉及的EGR通道50對進氣通道20的通道中途與排氣通道21的通道中途進行連接。EGR閥51被配置在EGR通道50上。EGR閥51通過接收來自控制裝置100的指示而進行開閉,從而調節EGR氣體的量。
增壓器60是對被吸入到內燃機5中的空氣進行壓縮的裝置。增壓器60具備被配置在排氣通道21上的汽輪機61和被配置在進氣通道20上的壓縮機62。汽輪機61以及壓縮機62通過連接部件而被連接。在汽輪機61受到來自從排氣通道21通過的排氣的力而進行旋轉時,與汽輪機61連接的壓縮機62也將進行旋轉。通過壓縮機62進行旋轉,從而使進氣通道20中的空氣被壓縮。由此,流入氣缸11的空氣被增壓。內部冷卻器70被配置在進氣通道20中的與壓縮機62相比靠下游側且與節氣門22相比靠上游側處。內部冷卻器70中被導入有冷卻劑。內部冷卻器70通過被導入至內部冷卻器70中的冷卻 劑而對進氣通道20的空氣進行冷卻。另外,被導入到內部冷卻器70中的冷卻劑的流量由控制裝置100進行控制。
空氣流量傳感器80為,對進氣通道20的空氣量(g/s)進行檢測的傳感器。空氣流量傳感器80將檢測結果向控制裝置100傳輸。另外,雖然本實施例所涉及的空氣流量傳感器80被配置在進氣通道20中的與壓縮機62相比靠上游側處,但空氣流量傳感器80的配置位置并不限定于此。溫度傳感器81為,對進氣通道20中的空氣的溫度進行檢測的傳感器。溫度傳感器81將檢測結果向控制裝置100傳輸。雖然本實施例所涉及的溫度傳感器81被配置在進氣通道20中的與節氣門22相比靠下游側的部位處,但溫度傳感器81的配置位置并非限定于此位置。缸內壓力傳感器82為,對氣缸11內的壓力即缸內壓力進行檢測的傳感器。缸內壓力傳感器82將檢測結果向控制裝置100傳輸。本實施例所涉及的缸內壓力傳感器82被配置在內燃機主體10上。燃料特性傳感器83為,對燃料的特性進行檢測的傳感器。燃料特性傳感器83將檢測結果向控制裝置100傳輸。雖然本實施例所涉及的燃料特性傳感器83被配置在燃料罐42中并檢測燃料罐42的燃料的特性,但燃料特性傳感器83的配置位置并非限定于此位置。另外,除了這些傳感器以外,內燃機5還具備曲軸位置傳感器等的各種傳感器。
控制裝置100為,對內燃機5進行控制的裝置。本實施例所涉及的控制裝置100對內燃機5的節氣門22、燃料噴射閥30、泵41、EGR閥51以及內部冷卻器70進行控制。此外,控制裝置100計算燃料的點火延遲時間,并基于被計算出的點火延遲時間而對燃料的噴射正時進行控制(以下、將此控制處理稱為點火延遲時間計算控制)。在本實施例中,作為控制裝置100的一個示例,使用具備CPU(Central Processing Unit:中央處理器)101、ROM(Read Only Memory:只讀存儲器)102以及RAM(Random Access Memory:隨機存取存儲器)103的電子控制裝置(Electronic Control Unit:ECU)。另外,后述的各個流程圖中的各個步驟由CPU101執行。此外,ROM102以及RAM103具有作為存儲CPU101的動作所需的信息的存儲部的功能。
接著,使用流程圖而對控制裝置100的點火延遲時間計算控制的詳細內容進行說明。圖2為表示控制裝置100執行點火延遲時間計算控制時的流程圖的一個示例的圖。控制裝置100以預定周期而反復執行圖2的流程圖。首先,控制裝置100取得燃料的十六烷值(CN)(步驟S10)。此處,所謂十六 烷值是指表示點火性的指標,其值越增大則燃料越變得容易點火,其值越減小則燃料越變得難以點火。本實施例所涉及的控制裝置100基于燃料特性傳感器83的檢測結果而取得十六烷值。另外,由于根據燃料特性傳感器83的檢測結果而取得十六烷值的具體方法能夠應用公知的方法,從而在此省略詳細說明。
另外,通過控制裝置100而取得十六烷值的具體的取得方法,并非限定于上述的方法。下面列舉其他示例,由于具有十六烷值越低則內燃機5中越容易發生失火的傾向,因而十六烷值越低則預定期間中的失火次數(即失火頻率)越增多。因此,控制裝置100還能夠用公知的方法來檢測出預定期間中的失火次數,并基于該檢測結果來取得十六烷值。
在步驟S10之后,控制裝置100基于在步驟S10中所取得的十六烷值來計算點火能量(Ei)(步驟S20)。所謂點火能量是指,氣缸11內的燃料的點火(具體而言為壓縮點火)所需的能量,更詳細而言為,從燃料自燃料噴射閥30被噴射到氣缸11內起至被噴射的燃料點火為止的期間內需要向氣缸11內的空氣施加的熱能。
具體而言,本實施例所涉及的步驟S20以以下方式被執行。圖3(a)為表示將點火能量與十六烷值進行關聯并規定的映射圖的一個示例的模式圖。圖3(a)中所圖示的曲線表示點火能量(Ei),其在十六烷值(CN)越高時越采用較低的值。即,圖3(a)的映射為,以十六烷值越升高則點火能量越降低的方式而將點火能量與十六烷值進行關聯并規定的映射圖。圖3(a)的映射圖通過實驗、模擬等預先求得,并存儲到存儲部中。在步驟S20中,控制裝置100通過從圖3(a)的映射圖中提取出在步驟S10中所取得的與十六烷值相對應的點火能量,并將所提取出的點火能量了臨時性地存儲到存儲部中,從而基于十六烷值而取得點火能量。下面列舉圖3(a)的映射圖的使用例,例如在步驟S10中所取得的十六烷值為A的情況下,控制裝置100取得B的值以作為點火能量。另外,步驟S20所涉及的點火能量的具體的取得方法,并不限定于基于這種映射圖而取得的方法,例如控制裝置100也可以基于預定的運算式來計算點火能量。
在步驟S20之后,控制裝置100對缸內能量的累計值、即缸內能量累計值(Ea)進行計算(步驟S30)。所謂缸內能量累計值是指,從燃料被噴射至氣缸11內起的氣缸11內(即缸內)被施加的能量(即缸內能量)的累計值。 如果為了更容易理解而用其他表述進行說明的話,則所謂缸內能量累計值是指,從向氣缸11內的燃料噴射開始時刻起開始被施加至缸內的能量(缸內能量)的累計值,更具體而言為,將向氣缸11內的燃料噴射開始時刻作為累計的起算點,并對向氣缸11內的空氣、燃料以及混合氣體(燃料+空氣)所施加的熱能進行累計而得的值。
關于步驟S30的具體的執行方法,雖然只要是能夠計算出缸內能量累計值的方法則并未被特別地限定,但本實施例所涉及的控制裝置100中作為示例而通過以下的方法來計算缸內能量累計值。具體而言,本實施例所涉及的控制裝置100基于缸內壓力(氣缸11內的壓力)與缸內溫度(氣缸11內的溫度)來計算缸內能量累計值。更具體而言,控制裝置100基于下面所示的數學式1(這是作為Livengood-Wu的公式而已知的數學式)來計算缸內能量累計值(Ea)。數學式1所涉及的Livengood-Wu的公式為,基于缸內壓力以及缸內溫度來計算缸內能量累計值的運算式,其被預先存儲于控制裝置10的存儲部中。
【數學式1】
Ea=∫τ0τ1[1aPn×ebT]dt]]>
在數學式1中,τ0為燃料被噴射到氣缸11內的時間,這是燃料噴射閥30噴射燃料的時間。另外,雖然對此將在后文進行敘述,但本實施例所涉及的控制裝置100將執行步驟S30直到在步驟S40中被判斷為發生了點火為止。所以,在本實施例中τ1成為在步驟S40中被判斷為發生了點火的時間。因此,本實施例所涉及的缸內能量累計值(Ea)還可以為,從燃料被噴射到氣缸11內起至被判斷為發生了點火為止的期間內的缸內能量的累計值。
另外,在數學式1中,P為缸內壓力,T為缸內溫度。本實施例所涉及的控制裝置100基于缸內壓力傳感器82的檢測結果而取得缸內壓力。但是,缸內壓力的具體的取得方法并非限定于此,例如控制裝置100也可以基于與缸內壓力相關的指標而取得缸內壓力。此外,本實施例所涉及的控制裝置100基于與缸內溫度相關的指標而取得缸內溫度。作為該指標的一個示例,控制裝置100使用了進氣通道20中的空氣的溫度(空氣溫度)以及內燃機5的負 載。另外,空氣溫度越高則缸內溫度越升高,負載越高則缸內溫度也越升高。在此情況下,控制裝置100的存儲部中存儲有缸內溫度與空氣溫度以及負載(本實施例中作為負載的一個示例而使用轉速)關聯而被規定的映射圖。控制裝置100基于溫度傳感器81的檢測結果而取得進氣通道20中的空氣溫度,并基于曲軸位置傳感器的檢測結果而取得內燃機5的轉速。控制裝置100基于所取得的空氣溫度以及轉速而從存儲部的映射圖中提取缸內溫度,并將所提取的缸內溫度作為數學式1中的缸內溫度(T)而使用。
但是,控制裝置100所實施的缸內溫度的取得方法并不限定于上述方法。如果列舉其他示例,則例如由于缸內壓力與缸內溫度具有相關關系,因此控制裝置100能夠基于缸內壓傳感器82所檢測出的缸內壓力而取得缸內溫度。此外,在假設內燃機5具有可直接檢測缸內溫度的溫度傳感器的情況下,控制裝置100也可以基于該溫度傳感器的檢測結果而取得缸內溫度。
此外,在數學式1中,a、b以及n是預定的常數。在本實施例中,作為數學式1的a、b以及n,使用了與具有預定的十六烷值的燃料相對應的a、b以及n的值。具體而言,在本實施例中,作為預定的十六烷值的一個示例,使用了燃料的一般十六烷值、即53。并且,在使用十六烷值為53的燃料的情況下,預先求得滿足數學式1的a、b以及n,并以該a、b以及n的值作為數學式1的a、b以及n而使用。如此,在本實施例所涉及的控制裝置100中,作為數學式1的a、b以及n,并未使用根據十六烷值而有所不同的值,而是使用與預定的十六烷值(具體而言為燃料的一般十六烷值、即53)的燃料相對應的a、b以及n的值(常數)。
在步驟S30之后,控制裝置100對步驟S30中所取得的缸內能量累計值(Ea)是否為步驟S20中所取得的點火能量(Ei)以上進行判斷(步驟S40)。此外,控制裝置100在判斷為缸內能量累計值(Ea)為點火能量(Ei)以上時(是(Yes)時),判斷為氣缸11內的燃料已點火(即發生了點火)。控制裝置100在未判斷為缸內能量累計值(Ea)在點火能量(Ei)以上時(否(No)時),判斷為未發生點火。此外,控制裝置100在步驟S40中判斷為否的情況下,執行步驟S30,接著執行步驟S40。其結果為,本實施例所涉及的控制裝置100反復執行步驟S30中數學式1的運算,直至在步驟S40中被判斷為是為止。
在步驟S40中被判斷為是的情況下,控制裝置100對點火延遲時間(步驟S50)進行計算。本實施例所涉及的控制裝置100將從燃料自燃料噴射閥30被噴射到氣缸11內起至步驟S30中所取得的缸內能量累計值(Ea)成為步驟S20中所取得的點火能量(Ei)以上所需的時間,作為點火延遲時間而進行計算。具體而言,本實施例所涉及的控制裝置100取得從燃料自燃料噴射閥30被噴射起至步驟S40的判斷處理被判斷為是為止所需要的時間,并將該取得的時間作為點火延遲時間而取得。
根據附圖對步驟S50進行說明如下。圖3(b)為用于視覺性地說明點火延遲時間的計算方法的模式圖。圖3(b)的縱軸表示缸內能量累計值(Ea),橫軸表示從噴射開始起的經過時間。圖3(b)中所圖示的斜線表示缸內能量累計值的時間變化的直線,在橫軸中越趨向右側則越上升。此處設為,在從噴射開始起的經過時間成為C的時刻處,缸內能量累計值(Ea)成為點火能量(Ei)以上。在此情況下,在時間C處,步驟S40中被判斷為是且被判斷為發生了點火。在此情況下,控制裝置100在步驟S50中將時間C作為點火延遲時間而進行計算。
參照圖2,在步驟S50之后,控制裝置100基于在步驟S50中所計算出的點火延遲時間而對燃料的噴射正時進行控制(步驟S60)。具體而言,控制裝置100根據步驟S50中所計算出的點火延遲時間,以使耗油率或排氣等的表示內燃機5的燃燒狀態的指標成為適當的值的方式,而對燃料的噴射正時進行補正。更具體而言,控制裝置100的存儲部中預先存儲有成為基準的點火延遲時間(以下,稱為基準點火延遲時間)。在步驟S60中,控制裝置100在步驟S50中所計算的點火延遲時間與基準點火延遲時間之差越大(即步驟S50中所計算出的點火延遲時間與預先設定的基準點火延遲時間相比而越長)時,越將燃料的噴射正時變更為較早的正時。但是,步驟S60的具體的控制內容只需為能夠根據步驟S50中所計算的點火延遲時間而使耗油率及排放物等適當化的控制即可,而并非限定于此。在步驟S60之后,控制裝置100結束流程圖的執行。
另外,執行步驟S10的控制裝置100的CPU101具有作為取得內燃機5中所使用的燃料的十六烷值的十六烷值取得部的功能。執行步驟S20的CPU101具有作為基于十六烷值來計算點火能量的點火能量計算部的功能。執行步驟S30的CPU101具有作為計算缸內能量累計值的缸內能量累計值計 算部的功能。執行步驟S40的CPU101還具有作為如下的判斷部和點火判斷部的功能,所述判斷部對通過缸內能量累計值計算部而被計算出的缸內能量累計值是否為通過點火能量計算部而計算出的點火能量以上進行判斷;所述點火判斷部基于該判斷結果來判斷是否發生了點火。執行步驟S50的CPU101具有作為點火延遲時間計算部的功能,所述點火延遲時間計算部將從燃料被噴射至氣缸11內起至缸內能量累計值成為點火能量以上所需要的時間,作為點火延遲時間而進行計算。執行步驟S60的CPU101具有作為控制部的功能,所述控制部基于由點火延遲時間計算部而計算出的點火延遲時間來對燃料的噴射正時進行控制。
如上述說明所示,本實施例所涉及的控制裝置100將從燃料被噴射到氣缸11內起至缸內能量累計值成為基于十六烷值而被計算出的點火能量以上所需要的時間作為點火延遲時間而進行計算。由此,能夠高精度地計算出與十六烷值相對應的點火延遲時間。
另外,燃料的點火延遲時間也可以以如下方式進行計算,例如,使用分析器來分析內燃機5中所使用的燃料的粘性等的物理特性以及燃料的組成比例等的化學組成,并基于該分析結果來進行計算。但是,將這種分析器搭載在車輛上并在每次補給燃料時通過分析器來計算點火延遲時間,并不能說是容易的事情。相對于此,根據本實施例所涉及的控制裝置100,能夠通過電子控制裝置(ECU)來計算與十六烷值相對應的點火延遲時間,從而使得向內燃機5以及車輛搭載的搭載性良好。如此,通過被搭載在內燃機5或車輛上的車載儀器(即ECU)能夠容易地計算出點火延遲時間,在這一點上可以說本實施例所涉及的控制裝置100在產業上的可利用性較高。
另外,根據本實施例所涉及的控制裝置100,由于基于由點火延遲時間計算部所計算出的點火延遲時間而對燃料的噴射正時進行控制(步驟S60),因而能夠基于與十六烷值相對應的點火延遲時間而對燃料的噴射正時進行控制。由此,即使使用了十六烷值與最初設定的十六烷值不同的燃料來作為內燃機5的燃料,也能夠對耗油率及排放物等的燃燒狀態發生惡化的情況進行抑制。
以上雖然對本發明優選的實施方式進行了詳細說明,但本發明并不限定于所涉及的特定的實施方式,在被記載在權利要求書中的本發明的宗旨的范圍內,可以進行各種改變或變更。
符號說明
5……內燃機
10……內燃機主體
11……氣缸
20……進氣通道
21……排氣通道
22……節氣門
30……燃料噴射閥
40……共軌
50……EGR通道
51……EGR閥
60……增壓器
70……內部冷卻器
100……控制裝置

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內燃機 控制 裝置
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