内燃机的控制装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种内燃机的控制装置，其能够抑制废气再循环量变为过剩的情况，从而抑制燃烧的不稳定化。首先，根据运行条件的变化，而对影响废气再循环量的多个作动器的动作量进行设定。而且，在所述多个作动器的动作量已被设定的情况下，在使减少废气再循环量（所指的是外部废气再循环量和内部废气再循环量中的至少一方。以下相同）的作动器的动作开始之后（S140），使增加废气再循环量的其他作动器的动作开始（S150）。
【专利说明】内燃机的控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内燃机的控制装置，尤其涉及一种适于执行被搭载于车辆中的内燃机的控制的、内燃机的控制装置。
【背景技术】
[0002]一直以来，例如，如专利文献I (日本特开2000 — 110628号公报)中所公开的那样，已知一种安装有增压器和废气再循環装置(以下，简称为EGR (Exhaust GasRecirculation)装置)的内燃机。此外，在本公报中，公开了一种根据吸入空气量及增压效率而对EGR阀进行控制的内燃机的控制装置。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2000 - 110628号公报
[0006]专利文献2:日本特开2001 - 020793号公报
【发明内容】
[0007]发明所要解决的课题
[0008]在上述的内燃机中，以满足与运行条件相对应的目标EGR量(EGR率)的方式而设定了多个作动器的动作量。然而，每个作动器对于EGR量变化的响应性有所不同。因此，在同时实施了由响应性较高的作动器进行的EGR量增加控制、和由响应性较低的作动器进行的EGR量减少控制的情况下，EGR量会临时性地变为高于目标EGR量(过冲)。若EGR量临时性地变为过剩，则会使燃烧变得不稳定从而成为发生失火等的主要原因。
[0009]本发明是为了解决如上所述的课题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制EGR量变为过剩的情况从而抑制燃烧的不稳定化的内燃机的控制装置。
[0010]用于解决课题的方法
[0011]为了达成上述目的，第一发明为一种的如下的内燃机的控制装置，其特征在于，具备:
[0012]设定单元，其根据运行条件的变化，而对影响EGR量的多个作动器的动作量进行设定；
[0013]作动器依次控制单元，其在所述多个作动器的动作量已被设定的情况下，在使减少EGR量的作动器的动作开始之后，使增加EGR量的其他作动器的动作开始，其中，所述废气再循环量指的是外部废气再循环量和内部废气再循环量中的至少一方，且下文中也为相同含义。
[0014]此外，第二发明的特征在于，在第一发明中，
[0015]所述作动器依次控制单元在所述多个作动器的动作量已被设定的情况下，在使减少EGR量的作动器的动作完成之后，使增加EGR量的作动器的动作开始。
[0016]此外，第三发明的特征在于，在第二发明中，还具备:[0017]推断单元，其根据所述设定的多个作动器的动作量，而对所述多个作动器的动作同时开始的情况下的EGR量的变化过程进行推断；
[0018]判断单元，其在所述变化过程中EGR量变为大于容许值的情况下设为判断条件成立；
[0019]作动器同时控制单元，其在所述判断条件不成立的情况下，使所述多个作动器的动作同时开始，
[0020]所述作动器依次控制单元在所述判断条件成立的情况下，在使减少EGR量的作动器的动作完成之后，使增加EGR量的作动器的动作开始。
[0021 ] 此外，第四发明的特征在于，在第一至第三发明中，
[0022]所述多个作动器至少包括:
[0023]废气旁通阀，其能够任意地对旁通通道进行开闭，所述旁通通道为，对被配置于所述内燃机的排气通道上的增压器的上游和下游进行旁通的通道；
[0024]EGR阀，其能够任意地对EGR通道进行开闭，所述EGR通道为，对所述排气通道中的所述增压器的上游与所述内燃机的进气通道进行连接的通道；
[0025]节气门，其能够任意地对所述进气通道进行开闭。
[0026]发明效果
[0027]根据第一发明，在多个作动器的动作量已被设定的情况下，在使减少EGR量的作动器的动作开始之后，使增加EGR量的其他作动器的动作开始。因此，根据本发明，能够抑制EGR量变为过剩的情况，从而能够抑制燃烧的不稳定化。
[0028]根据第二发明，在多个作动器的动作量已被设定的情况下，在使减少EGR量的作动器的动作完成之后，使增加EGR量的作动器的动作开始。因此，根据本发明，不会使EGR量变为过剩，而会将EGR量控制为目标EGR量。
[0029]根据第三发明，在变化过程中的EGR量在容许值以下的情况下，使多个作动器的动作同时开始。因此，不会使EGR量变为过剩，从而能够及早将EGR量控制为目标EGR量。此外，在变化过程中的EGR量大于容许值的情况下，使减少EGR量的作动器的动作完成之后，使增加EGR量的作动器的动作开始。因此，能够抑制EGR量变为过剩的情况，从而能够抑制燃烧的不稳定化。因此，根据本发明，能够同时实现EGR量的控制性和燃烧稳定性。
[0030]根据第四发明，能够对废气旁通阀、EGR阀、节气门进行协调控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为用于说明本发明的实施方式I的系统结构的图。
[0032]图2为表示根据运行条件而使多个作动器进行动作时的EGR量变化的图。
[0033]图3为用于说明各种作动器的动作速度、和动作对EGR量的影响的图。
[0034]图4为在本发明的实施方式I中ECU50所执行的控制程序的流程图。
【具体实施方式】
[0035]以下，参照附图来对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对各个附图中共同的要素标记相同的符号，并省略重复的说明。
[0036]实施方式1.[0037]实施方式I的系统结构
[0038]图1为用于说明本发明的实施方式I的系统结构的图。图1所示的系统具备内燃机10。内燃机10为，被搭载于车辆等上且被设为车辆的动力源的四循环发动机。虽然图1所示的内燃机10为直列四缸型，但是在本发明中，气缸数以及气缸配置并不限定于此。
[0039]在内燃机10的各气缸中，设置有将燃料直接喷射到缸内的喷射器12。另外，本发明并不限定于这样的缸内喷射式的内燃机，也同样可以应用于如下的进气口喷射式的内燃机、或并用喷射器12和进气口喷射器的内燃机中，所述进气口喷射式的内燃机具备使燃料通过进气口喷射至进气口内的进气口喷射器。
[0040]在内燃机10的各气缸上，连接有进气通道16以及排气通道18。在进气通道16的下游端，设置有对气缸内与进气通道16之间进行开闭的进气门20。同样地，在排气通道18的上游端，设置有对气缸内与排气通道18之间进行开闭的排气门22。
[0041]从内燃机10的各气缸排出的废气流入到排气通道18中。内燃机10具备，通过废气的能量来实施增压的涡轮增压器24。涡轮增压器24具有:涡轮24a，其通过废气的能量而进行旋转；压缩机24b，其被涡轮24a驱动而进行旋转。涡轮24a被配置于排气通道18的中途，而压缩机24b被设置于进气通道16的中途。
[0042]涡轮24a上游的排气通道18通过外部EGR通道26而与进气通道16连接。在外部EGR通道26的中途设置有EGR冷却器28。在EGR冷却器28的下游处，设置有能够任意地对外部EGR通道26进行开闭的电子控制式的EGR阀30。
[0043]在涡轮24a的附近设置有旁通通道32，该旁通通道32对涡轮24a的入口附近的排气通道18与涡轮24a的出口附近的排气通道18进行连接。在旁通通道32中，设置有能够任意地对旁通通道32进行开闭的电子控制式废气旁通阀(以下，称为WGV (Waste GateValve))34。
[0044]在涡轮24a下游的排气通道18中，设置有对废气中的有害成分进行净化的催化剂36。对于催化剂36，例如可使用三元催化剂等。
[0045]在进气通道16的入口附近设置有空气滤清器38。此外，在空气滤清器38的下游附近，设置有对吸入空气量进行检测的空气流量计40。在空气流量计40的下游处设置有压缩机24b。在压缩机24b的下游处设置有内部冷却器42。
[0046]经过空气滤清器38而被吸入的新气在通过涡轮增压器24的压缩机24b而被压缩后，通过内部冷却器42而被冷却。在内部冷却器42的下游处，设置有电子控制式的节气门44。穿过节气门44的新气流入到形成于进气通道16下游的浪涌调整槽46中。流入到浪涌调整槽46中的新气被分配且流入至各气缸内。在浪涌调整槽46中设置有对该部位的进气压力进行检测的进气压力传感器48。
[0047]本实施方式的系统还具备EQXElectronic Control Unit:电子控制单元)50。在E⑶50的输入部上，除了上述的空气流量计40、进气压力传感器48以外，还连接有曲轴转角传感器52和加速器开度传感器54等的用于对内燃机10的运行状态进行检测的各种传感器，其中，所述曲轴转角传感器52对曲轴转角进行检测，所述加速器开度传感器54对与操作者所操作的加速器的踩踏量相对应的值进行检测。
[0048]此外，在E⑶50的输出部上，除了上述的喷射器12、EGR阀30、WGV34、节气门44以夕卜，还连接有可变气门装置(以下，称为“进气VVT”)56和可变气门装置58 (以下，称为“排气VVT”)等的用于对内燃机10的运行状态进行控制的各种作动器，其中，所述可变气门装置56能够对进气门20的气门正时或升程量进行变更，所述可变气门装置58能够对排气门22的气门正时进行变更。进气VVT56以及排气VVT58使用能够通过油压而改变气门正时或升程量的公知的结构。ECU50通过根据上述的各种传感器的输出而按照预定的程序来使各种作动器工作，从而对内燃机10的运行状态进行控制。
[0049]E⑶50根据运行条件而对目标EGR量(应当经由外部EGR通道26而被导入至进气通道16中的废气的量，进而应当被供给至燃烧室中的废气的量)进行计算。目标EGR量例如根据发动机转速和负载率而被计算出。此外，ECU50为了实现目标EGR量，从而计算出上述的各种作动器的动作量。但是，在上述的各种作动器中，对于每种作动器其动作速度及对EGR量造成的影响有所不同。因此，在同时实施了由动作速度较快的作动器进行的EGR量增加控制和由动作速度较慢的作动器进行的EGR量减少控制的情况下，将会使EGR量临时性地变为过多(过冲)。如果EGR量临时性地变为过多，则会使燃烧变得不稳定且成为发生失火等的主要原因。
[0050]利用图2，对具体的示例进行说明。图2为表示根据运行条件而使多个作动器进行动作时的EGR量的变化的图。其中，实线60表示输出请求，实线62表示EGR阀30的开度，实线64表示WGV34的开度，实线66表示节气门44的开度，实线68表示外部EGR量。
[0051]在时刻t0处，当如实线60所示从输出请求较大的运行条件变化至输出请求较小的运行条件时，运行状态从稳态运行变化至过渡运行。ECU50根据运行条件的变化而计算出目标EGR量,从而确定满足该目标EGR量的各种作动器的控制量。在图2所示的示例中，EGR阀30向开度减少的方向被控制(实线62)，WGV34从闭合状态向打开状态被控制(实线64)，节气门44向开度减少的方向被控制(实线66)。在此，对EGR阀30以及WGV34的控制为，使EGR量减少的控制。对节气门44的控制为，使EGR量增加的控制。
[0052]在一般情况下，节气门44的动作速度快于EGR阀30或WGV34的动作速度。因此，虽然在时刻tl处完成了节气门44的动作，但是EGR阀30和WGV34的动作尚未完成。因此，如实线68所示，有时外部EGR量会临时性地变为过多。若EGR量变为过多，则燃烧稳定性将会受损。为了解决这样的课题，优选为，以与稳态运行时相比使过渡运行时的外部EGR量较小的方式来使各作动器进行动作。
[0053][实施方式I中的特征性控制]
[0054]因此，在本实施方式的系统中设为，使被控制在EGR量减少的方向上的、动作速度较慢的作动器的动作顺序提前，且使被控制在EGR量增大的方向上的、动作速度较快的作动器的动作顺序延后。
[0055](各种作动器的动作速度、和动作对EGR量的影响)
[0056]在确定各种作动器的动作顺序时，利用图3而对各种作动器的动作速度、和动作对EGR量的影响进行说明。(a) EGR阀30与节气门44及WGV34等相比动作速度较慢。此夕卜，阀开度越增大则EGR量越增加，阀开度越减小则EGR量越减少。(b)WGV34的开阀对EGR量的影响较快，其闭阀对EGR量的影响较慢。此外，阀的开度越减小EGR量越增加，阀的开度越增大EGR量越减少。(c)进气VVT56根据油压而使得动作速度发生变化。此外，进气门20的气门正时越靠近中间位置(基准位置)则EGR量越增加，越从中间位置提前或滞后则EGR量越减少。(d)排气VVT58根据油压而使得动作速度发生变化。此外，排气门22的气门正时越靠近中间位置(基准位置)则EGR量越增加，越从中间位置提前或滞后则EGR量越减少。(e)进气门20的作用角与EGR阀30等相比动作速度较快。此外，作用角越增大则EGR量越增加，作用角越减小则EGR量越减少。(f)节气门44与EGR阀30或WGV34等相比动作速度较快。此外，节气门的开度越减小则EGR量越增加，节气门的开度越增大则EGR量越减少。
[0057]根据这样的作动器的特性，ECU50中以如下方式而预先设定了优先顺序，即，使被控制在EGR量减少的方向上的、动作速度较慢的作动器的动作顺序，能够优先于被控制在EGR量增大的方向上的、动作速度较快的作动器的动作顺序。 [0058]另外，在EGR量未过冲的情况下不需要如上所述的作动器的动作限制。因此，在使多个作动器同时进行动作的情况下，优选为仅在EGR量被推断为发生过冲的情况下执行。因此，在本实施方式的系统中，对与运行条件的变化相对应的EGR量的变化过程进行推断，而在不能容许过渡的EGR量变化的情况下，设为对增大EGR量的作动器的动作加以限制。
[0059](EGR量的变化过程的推断方法)
[0060]在此，对EGR量的变化过程的推断方法进行说明。EGR量的变化过程能够根据过渡运行中的各时刻处的EGR气体流量来进行推断。EGR气体流量能够根据(I)式来计算。在(I)式中，G egr表示EGR气体流量的相关值，Λ P表示EGR阀30的前后差压，Segr表示EGR阀30的通道面积。
[0061]Gegr=APXSegr …(I)
[0062]EGR阀30的前后差压Λ P通过背压(润轮24a上游的排气压力)Pex和进气压Pin之差来表示。因此，EGR气体流量的相关值G㈣可根据(2)式来进行计算。
[0063]G egr = (Pex — Pin) XSegr …(2)
[0064](2)式的背压Pex为无外部EGR时的背压，且从预先存储的映射表中获得。具体而言，在ECU50中，预先存储有针对每种WGV34的开闭条件而确定了发动机转速、负载率、背压Prai之间的关系的映射表。发动机转速根据曲轴转角传感器52的检测值而计算出。负载率例如根据吸入空气量或进气压等而计算出。ECU50将WGV34的开闭条件、发动机转速和负载率作为输入参数，从而从映射表中获得背压PM。
[0065]此外，(2)式的进气压Pin为无外部EGR时的进气压，且从预先存储的映射表中获得。具体而言，在ECU50中，预先存储有针对每种进气VVT56的角度和排气VVT58的角度的组合而确定了发动机转速、负载率、进气压Pin之间的关系的映射表。ECU50将进气VVT56的角度(从中央位置提前或滞后的角度)、排气VVT58的角度(从中央位置提前或滞后的角度)、发动机转速和负载率作为输入参数，从而从映射表中获得进气压Pin。
[0066]而且，在(2)式中的EGR阀30的通道面积Segr可根据(3)式来进行计算。Segr为与EGR阀开度相关的EGR阀30的通道面积的相关值。同样，WGV34、节气门44等各时刻处的开度也根据当前位置和各作动器的动作速度来进行计算，并设定为上述映射表的输入参数。
[0067]Segr =当前的开度+时间XEGR阀动作速度 *..(3)
[0068]通过以上方式，根据(2)式，能够计算出EGR量从当前的EGR量变化至目标EGR量的期间内的各时刻处的EGR气体流量的相关值G㈣。如此，能够推断出将来的EGR量的变化过程。在该EGR量的变化过程中，在EGR气体流量的相关值G㈣超过容许值(例如，成为过渡运行之前的、稳态运行中的EGR量)的情况下，能够判断为，不能容许过渡的EGR量变化。
[0069]因此，在本实施方式的系统中，根据(2)式而对过渡运行时的EGR量的变化过程进行推断，在该变化过程中的EGR量被预想为超过容许值的情况下，设为使减少EGR量的作动器先进行动作。另一方面，在预想EGR量未超过容许值的情况下，设为使各作动器同时进行动作。
[0070](控制程序)
[0071]图4为，ECU50为了实现上述的动作而执行的控制程序的流程图。在图4所示的程序中，首先，在步骤SlOO中，判断运行条件是否发生了变化。在持续进行着稳态运行的情况下，本程序的处理将结束。
[0072]另一方面，在判断为运行条件发生变化的情况下，接下来，推断出从当前的EGR量变化至目标EGR量的EGR量的变化过程(步骤S110)。另外，目标EGR量根据运行条件来设定，而EGR量的变化过程通过上述的推断方法来进行推断。
[0073]接下来，判断在EGR量的变化过程中EGR量是否变为大于容许值(步骤S120)。在该容许值中，设定了大于成为过渡运行之前的稳态运行中的EGR量的值、且大于目标EGR量的值。在判断为变化过程中的EGR量在容许值以下的情况下，本程序的处理将结束。之后，在其他程序中，使根据运行条件而被设定了动作量的多个作动器的动作同时开始。
[0074]另一方面，在判断为变化过程中的EGR量大于容许值的情况下，首先，使对EGR的减少具有影响的作动器进行动作(步骤S130)。如上所述，ECU50对于作动器的动作而预先存储了优先顺序，并使优先顺序较早的作动器先进行动作。
[0075]接下来，判断对EGR量的减少具有影响的作动器的动作是否已完成(步骤S140)。在不为动作已完成的情况下，则等待至确认到动作结束为止。
[0076]在步骤S140中，在判断为对EGR量的减少产生影响的作动器的动作已完成的情况下，使其他所有的作动器进行动作(步骤S150)。之后，本程序的处理结束。
[0077]如以上说明所述，根据图4所示的程序，推断过渡运行时的EGR量的变化过程，并在预想为该变化过程中的EGR量超过容许值的情况下，使对EGR量的减少产生影响的作动器先进行动作。因此，能够抑制EGR量变为过剩的情况，从而抑制因过剩的EGR量的增加而导致的燃烧不稳定化。此外，在预想为EGR量未超过容许值的情况下，使各作动器同时进行动作。因此，EGR量不会变为过剩，而能够及早实现目标EGR量。
[0078]然而，在上述的实施方式I的系统中，EGR量的变化过程的推断方法并不限定于上述的推断方法，也可以替换为其他的推断方法。
[0079]另外，在上述的实施方式I中，WGV34相当于所述第四发明中的“废气旁通阀”，EGR阀30相当于所述第四发明中的“EGR阀”，节气门44相当于所述第四发明中的“节气门”。此夕卜，在此，E⑶50通过执行上述步骤SllO的处理而实现了所述第三发明中的“推断单元”，通过执行上述步骤S120的处理而实现了所述第三发明中的“判断单元”，通过执行上述步骤S120以及步骤S150的处理而实现了所述第三发明中的“作动器同时控制单元”，通过执行上述步骤S140以及步骤S150的处理而实现了所述第一发明中的“作动器依次控制单元”。
[0080]符号说明
[0081]10内燃机[0082]12喷射器
[0083]16进气通道
[0084]18排气通道
[0085]20进气门
[0086]22排气门
[0087]24 涡轮增压器
[0088]24a 涡轮
[0089]24b压缩机
[0090]26 外部EGR通道
[0091]30 EGR 阀
[0092]30 EGR 阀
[0093]32 旁通通道
[0094]34 WGV
[0095]36 催化剂
[0096]40 空气流量计
[0097]44 节气门
[0098]48 进气压力传感器
[0099]52 曲轴转角传感器
[0100]54 加速器开度传感器
[0101]56 进气 VVT (IN —VVT)
[0102]58 排气 WT (EX —WT)
【权利要求】
1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备: 设定单元，其根据运行条件的变化，而对影响废气再循环量的多个作动器的动作量进行设定； 作动器依次控制单元，其在所述多个作动器的动作量已被设定的情况下，在使减少废气再循环量的作动器的动作开始之后，使增加废气再循环量的其他作动器的动作开始，其中，所述废气再循环量指的是外部废气再循环量和内部废气再循环量中的至少一方，且下文中也为相同含义。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 所述作动器依次控制单元在所述多个作动器的动作量已被设定的情况下，在使减少废气再循环量的作动器的动作完成之后，使增加废气再循环量的作动器的动作开始。
3.如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还具备: 推断单元，其根据所述设定的多个作动器的动作量，而对所述多个作动器的动作同时开始的情况下的废气再循环量的变化过程进行推断； 判断单元，其在所述变化过程中废气再循环量变为大于容许值的情况下设为判断条件成立； 作动器同时控制单元，其在所述判断条件不成立的情况下，使所述多个作动器的动作同时开始， 所述作动器依次控制单元在所述判断条件成立的情况下，在使减少废气再循环量的作动器的动作完成之后，使增加废气再循环量的作动器的动作开始。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于， 所述多个作动器至少包括: 废气旁通阀，其能够任意地对旁通通道进行开闭，所述旁通通道为，对被配置于所述内燃机的排气通道上的增压器的上游和下游进行旁通的通道； 废气再循环阀，其能够任意地对废气再循环通道进行开闭，所述废气再循环通道为，对所述排气通道中的所述增压器的上游与所述内燃机的进气通道进行连接的通道； 节气门，其能够任意地对所述进气通道进行开闭。
【文档编号】F02D21/08GK103547781SQ201180070988
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2011年5月19日 优先权日:2011年5月19日
【发明者】宫下茂树 申请人:丰田自动车株式会社