内燃机的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种内燃机的控制装置。
【背景技术】
[0002] 在专利文献1中，记载了一种柴油发动机的燃烧控制用闭环电子控制系统。在该 专利文献1中，记载了如下内容，即，通过基于燃烧过程的重心及其基准值来改变燃料喷 射，从而能够有效地对均质充量压缩点燃燃烧进行控制。
[0003] 在先技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2009-209943号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开2011-202629号公报
[0007] 专利文献3 :日本特开2003-500596号公报
[0008] 专利文献4 :日本特开平8-232820号公报
【发明内容】
[0009] 发明所要解决的课题
[0010] 另外，开发出了以耗油率的降低为目的的内燃机（以下，称为"内燃机"）的各种各 样的控制装置。对此，由于影响耗油率的内燃机控制参数的种类较多，因此，至少需要根据 内燃机负载来设定不同的目标值。对此，通过本申请的发明人们的研究而明确了如下内容， 即，将耗油率设为最小的热释放率重心位置不依赖于内燃机负载而为固定。因此明确了如 果将热释放率重心位置应用于燃烧控制中，则能够非常简便地以耗油率成为最小的方式对 内燃机控制参数进行控制。
[0011]另外，耗油率较小是指，冷却损耗与排气损耗的总计值较小。即，耗油率较小是指， 从燃烧室内部被传递至内燃机主体的热量较少，且与排气一起从燃烧室被排出的热量较 少。因此，在内燃机暖机要求时将热释放率重心位置控制为基准位置（即，将耗油率设为最 小的热释放率重心位置）的情况下，从燃烧室内部被传递至内燃机主体的热量较少，因此， 内燃机暖机的进展可能会变慢。另一方面，由于在催化剂暖机要求时将热释放率重心位置 控制为基准位置的情况下，与排气一起从燃烧室被排出的热量较少，因此，催化剂暖机的进 行可能会变慢。无论采用哪种方式，为了在内燃机暖机要求时或者催化剂暖机要求时较早 地使内燃机暖机或者催化剂暖机完毕，将热释放率重心位置控制为基准位置均并非优选。
[0012] 因此，本发明的目的在于，在具备排气净化催化剂并在燃烧控制中使用热释放率 重心位置的内燃机的控制装置中，使内燃机或催化剂较早地暖机。
[0013] 用于解决课题的方法
[0014] 本发明涉及一种在燃烧控制中使用热释放率重心位置的内燃机的控制装置。此 处，热释放率重心位置是指以下的位置。
[0015] 即，如图2所示，热释放率重心位置G为与如下区域A(图2的阴影部分）的几何 学的重心Gg相对应的曲轴转角角度，所述区域A为，通过热释放率相对于曲轴转角角度的 波形W而被划定的区域。更具体而言，热释放率重心位置为与如下区域的几何学的重心相 对应的曲轴转角角度，所述区域为，在以横轴作为曲轴转角角度且以纵轴作为热释放率的 坐标系中所描绘的热释放率的波形、和所述横轴所包围的区域。另外，所述横轴与所述纵轴 为相互正交的轴。
[0016] 如采用其他的说法，则热释放率重心位置为与如下区域的几何学的重心相对应的 曲轴转角角度，所述区域为，由将各循环中的曲轴转角角度设定于一个轴（例如，上述横 轴）上且将热释放率设定于与所述一个轴正交的其他轴（例如，上述纵轴）上的曲线图（例 如，上述坐标系）中所描绘的热释放率的波形、和所述一个轴所包围的区域。即，所述热释 放率重心位置为与如下区域的几何学的重心相对应的曲轴转角角度，所述区域为，通过热 释放率相对于曲轴转角角度的波形而被划定的区域。
[0017] 如采用另外的其他说法，则热释放率重心位置为如下的特定曲轴转角角度G，所述 特定曲轴转角角度为，将与从各循环中的任意的曲轴转角角度减去所述特定的曲轴转角角 度所得到的值和所述任意的曲轴转角角度处的热释放率的乘积相对应的值，关于所述曲轴 转角角度而进行积分（即，累计）所得到的值成为零的曲轴转角角度。即，热释放率重心位 置为，下式（1)成立时的特定曲轴转角角度G。另外，特定曲轴转角角度为，在一个膨胀冲程 中从燃烧开始起至燃烧结束之间的曲轴转角角度。
[0020] 如采用另外的其他说法，则热释放率重心位置为如下的特定曲轴转角角度，所述 特定曲轴转角角度为，将与所述特定曲轴转角角度相比靠提前角侧的任意的曲轴转角角度 与该特定曲轴转角角度之间的曲轴转角角度差分和该任意的曲轴转角角度处的热释放率 的乘积关于曲轴转角角度进行积分所得到的值，等于将与所述特定曲轴转角角度相比靠滞 后角侧的任意的曲轴转角角度与该特定曲轴转角角度之间的曲轴转角角度差分和该任意 的曲轴转角角度处的热释放率的乘积关于曲轴转角角度进行积分所得到的值时的曲轴转 角角度。
[0021 ] 即，热释放率重心位置为如下的任意的曲轴转角角度，所述任意的曲轴转角角度 为，与所述任意的曲轴转角角度相比靠提前角侧的各热释放率和分别与该热释放率对应的 曲轴转角角度距离的乘积的总和，等于与所述任意的曲轴转角角度相比靠滞后角侧的各热 释放率和分别与该热释放率对应的曲轴转角角度距离的乘积的总和时的曲轴转角角度。另 外，所述曲轴转角角度距离为，所述任意的曲轴转角角度与各曲轴转角角度之间的曲轴转 角角度差。因此，在以热释放率重心位置作为支点、以曲轴转角角度距离作为距支点的距 离、以热释放率作为力的情况下，支点的两侧的力矩（=力X距离=曲轴转角角度距离X 热释放率）互为相等。
[0022] 即，热释放率重心位置为如下的特定曲轴转角角度，所述特定曲轴转角角度为，从 燃烧开始起至所述特定曲轴转角角度而将"燃烧开始后的任意的第一曲轴转角角度与特定 曲轴转角角度之差的大小"和"所述任意的第一曲轴转角角度处的热释放率"的乘积关于曲 轴转角角度进行积分（累计）所得到的值，等于从所述特定曲轴转角角度起至燃烧结束而 将"所述特定曲轴转角角度后的任意的第二曲轴转角角度与所述特定曲轴转角角度之差的 大小"和"所述任意的第二曲轴转角角度处的热释放率"的乘积关于曲轴转角角度进行积分 (累计）所得到的值时的曲轴转角角度。
[0023] 即，热释放率重心位置为，下式（2)成立时的特定曲轴转角角度G。在下式（2)中， "CAS"为"燃烧开始曲轴转角角度（即，燃烧开始的曲轴转角角度）"，"CAe"为"燃烧结束曲 轴转角角度（即，燃烧结束的曲轴转角角度）"，" Θ "为"任意的曲轴转角角度"，"dQ( Θ ) " 为"任意的曲轴转角角度处的热释放率"。另外，特定曲轴转角角度为，在一个膨胀冲程中从 燃烧开始起至燃烧结束之间的曲轴转角角度。
[0024] [数学式2]
[0026] 如采用另外的其他说法，则热释放率重心位置为如下的热释放率重心位置G，所述 热释放率重心位置G为，在各循环中，在燃料燃烧开始的曲轴转角角度由CAS来表示、所述 燃烧结束的曲轴转角角度由CAe来表示、任意的曲轴转角角度由Θ来表示、且所述曲轴转 角角度Θ处的热释放率由dQ(0)来表示时，通过基于下式（3)的运算而取得的热释放率 重心位置。
[0027] [数学式3]
[0029] 即，热释放率重心位置为，在将任意的曲轴转角角度与燃烧开始曲轴转角角度之 差和该任意的曲轴转角角度处的热释放率的乘积关于曲轴转角角度的积分值除以通过热 释放率相对于曲轴转角角度的波形而被划定的区域的面积所得到的值上，加上该燃烧开始 曲轴转角角度所得到的值。
[0030] 即，热释放率重心位置为，在将曲轴转角角度距离和与其相对应的热释放率的乘 积的关于曲轴转角角度的积分值除以通过热释放率相对于曲轴转角角度的波形而被划定 的区域的面积所得到的值上，加上燃烧开始曲轴转角角度所得到的值。另外，曲轴转角角度 距离为，燃烧开始曲轴转角角度与各曲轴转角角度之间的曲轴转角角度差。
[0031] 而且，本发明的控制装置具备控制部，所述控制部在内燃机冷却水温为基准冷却 水温以上的情况下，将所述热释放率重心位置控制为基准位置，而在内燃机冷却水温低于 所述基准冷却水温的情况下，将所述热释放率重心位置控制为与所述基准位置相比靠提前 角侧的曲轴转角角度。
[0032] 通过采用这种方式，从而在内燃机冷却水温低于基准冷却水温的情况下，使热释 放率重心位置与基准位置相比而被提前。在热释放率重心位置为与基准位置相比靠提前角 侧的曲轴转角角度的情况下，与热释放率重心位置为基准位置的情况相比，冷却损耗增大。 因此，由于从燃烧室内被传递至内燃机主体的热量增多，因此内燃机温度上升。因此，在内 燃机冷却水温较低从而内燃机温度也较低时，能够使内燃机温度上升。
[0033] 或者，本发明的控制装置在所述内燃机具备排气净化催化剂的情况下具备控制 部，所述控制部在催化剂温度为基准催化剂温度以上的情况下，将所述热释放率重心位置 控制为基准位置，而在所述催化剂温度低于所述基准催化剂温度的情况下，将所述热释放 率重心位置控制为与所述基准位置相比靠滞后角侧的曲轴转角角度。
[0034] 通过采用这种方式，在催化剂温度低于基准催化剂温度的情况下，使热释放率重 心位置与基准位置相比而被滞后。在热释放率重心位置为与基准位置相比靠滞后角侧的曲 轴转角角度的情况下，与热释放率重心位置为基准位置的情况相比，排气损耗增大。因此， 流入催化剂中的排气的温度增高，进而催化剂温度上升。因此，在催化剂温度较低时，能够 使催化剂温度上升。
[0035] 或者，本发明的控制装置在所述内燃机具备排气净化催化剂的情况下具备控制 部，所述控制部在内燃机冷却水温为基准冷却水温以上的情况下，将所述热释放率重心位 置控制为基准位置，而在内燃机冷却水温低于重心位置切换温度的情况下，将所述热释放 率重心位置控制为与所述基准位置相比靠提前角侧的曲轴转角角度，其中，所述重心位置 切换温度为低于所述基准冷却水温的温度，此外在内燃机冷却水温低于所述基准冷却水温 且为所述重心位置切换温度以上的情况下，将所述热释放率重心位置控制为与所述基准位 置相比靠滞后角侧的曲轴转角角度。
[0036] 通过采用这种方式，在内燃机冷却水温与基准冷却水温相比而非常低的情况 (即，内燃机冷却水温低于重心位置切换温度的情况）下，使热释放率重心位置与基准位置 相比而被提前。因此，如上文所述，内燃机温度将上升。因此，在内燃机冷却水温极低因而 内燃机温度也极低时，能够使内燃机温度上升。另一方面，在内燃机冷却水温与基准冷却水 温相比而比较低的情况（即，内燃机冷却水温低于基准冷却水温且为重心位置切换温度以 上的情况）下，使热释放率重心位置与基准位置相比而被滞后。因此，如上文所述，催化剂 温度将上升。因此，在内燃机冷却水温较低因而催化剂温度也较低时，能够使催化剂温度上 升。
[0037] 另外，所述控制部也可以采用如下方式，即，在内燃机冷却水温低于所述基准冷却 水温的情况下，并在内燃机冷却水温高于预定冷却水温、且进气温度低于预定进气温度的 情况下，通过废气再循环量的增量而将所述热释放率重心位置控制为与所述基准位置相比 靠提前角侧的曲轴转角角度，其中，所述预定冷却水温为低于所述基准冷却水温的温度，而 在内燃机冷却水温低于所述基准冷却水温的情况下，并在内燃机冷却水温为所述预定冷却 水温以上且进气温度为所述预定进气温度以上的情况下，或者，内燃机冷却水温为所述预 定冷却水温以下的情况下，通过引燃喷射量的增量而将所述热释放率重心位置控制为与所 述基准位置相比靠提前角侧的曲轴转角角度。
[0038] 通过采用这种方式，将获得以下的效果。即，由于当内燃机冷却水温较低时，内燃 机温度也较低，从而燃烧性也较低，因此，即使废气再循环量被增量而使进气温度升高，燃 烧性也不会变得较高，从而不会实现热释放率重心位置的提前。并且，尽管燃烧性较低，但 当废气再循环量被增量时，被吸入到燃烧室中的新鲜气体的量（即，氧的量）减少。因此， 也可能会发生失火。即，在该情况下，优选为，通过废气再循环量的增量以外的方法，使热释 放率重心位置被提前。此外，由于在内燃机冷却水温较高（即，内燃机温度较高）且进气温 度较高的情况下，燃烧性已经较高，因此，当废气再循环量被增量时，燃烧性反而降低，其结 果为，不会实现热释放率重心位置的提前。并且，根据废气再循环量的增量的量，也可能会 发生失火。即，在该情况下，优选为，通过废气再循环量的增量以外的方法，而使热释放率重 心位置被提前。
[0039] 然而，在内燃机冷却水温高于预定冷却水温且进气温度低于预定进气温度的情况 (即，燃烧室内的温度未达到扩散燃烧所需的温度的情况）下，如果使废气再循环量增量， 则存在进气温度上升且燃料的着火性被改善的情况。在该情况下，燃烧性升高。其结果为， 由于热释放率重心位置被提前角，因而内燃机温度将上升。并且，通过废气再循环量的增 量，会使N0X生成量减少。即，在内燃机冷却水温较高且进气温度较低的情况下，将同时实 现内燃机温度的上升和^^(生成量的减少。
[0040] 此外，在内燃机冷却水温低于预定冷却水温且进气温度为预定进气温度以下的情 况下，或者，在内燃机冷却水温低于预定冷却水温且进气温度高于预定进气温度的情况下， 或者，在内燃机冷却水温为预定冷却水温以上且进气温度为预定进气温度以上的情况下， 如果通过引燃喷射量的增量而使热释放率重心位置被提前，则内燃机温度将上升。因此，将 同时实现内燃机温度的上升和失火的抑制。
[0041] 或者，本发明的控制装置具备控制部，所述控制部在内燃机暖机完毕的情况下，将 所述热释放率重心位置控制为基准位置，而在要求了内燃机暖机的情况下，将所述热释放 率重心位置控制为与所述基准位置相比靠提前角侧的曲轴转角角度。
[0042] 通过采用这种方式，在要求了内燃机暖机的情况下，使热释放率重心位置与基准 位置相比被提前。因此，如上文所述，内燃机温度将上升。因此，在要求了内燃机暖机的情 况下，能够使内燃机较早地暖机。
[0043] 或者，本发明的控制装置具备控制部，在所述内燃机具备排气净化催化剂的情况 下且催化剂暖机已完毕的情况下，所述控制部将所述热释放率重心位置控制为基准位置， 而在要求了催化剂暖机的情况下，将所述热释放率重心位置控制为与所述基准位置相比靠 滞后角侧的曲轴转角角度。
[0044] 通过采用这种方式，在要求了催化剂暖机的情况下，使热释放率重心位置与基准 位置相比靠滞后角。因此，如上文所述，催化剂温度将上升。因此，在要求了催化剂暖机的 情况下，能够使催化剂较早地暖机。
[0045] 或者，本发明的控制装置具备控制部，在所述内燃机具备排气净化催化剂的情况 下且在内燃机暖机以及催化剂暖机已完毕的情况下，所述控制部将所述热释放率重心位置 控制为基准位置，而在要求了内燃机暖机的情况下，将所述热释放率重心位置控制为与所 述基准位置相比靠提前角侧的曲轴转角角度，并且在要求了催化剂暖机的情况下，将所述 热释放率重心位置控制为与所述基准位置相比靠滞后角侧的曲轴转角角度。
[0046] 通过采用这种方式，在要求了内燃机暖机的情况下，使热释放率重心位置与基准 位置相比被提前。因此，如上文所述，内燃机温度将上升。因此，在要求了内燃机暖机的情 况下，能够使内燃机较早地暖机。另一方面，在要求了催化剂暖机的情况下，使热释放率重 心位置与基准位置相比而被滞后。因此，如上文所述，催化剂温度将上升。因此，在要求了 催化剂暖机的情况下，能够使催化剂较早地暖机。
[0047] 另外，所述控制部也可以采用如下方式，即，在要求了内燃机暖机的情况下，在内 燃机冷却水温高于预定冷却水温且进气温度低于预定进气温度的情况下，通过废气再循环 量的增量而将所述热释放率重心位置控制为与所述基准位置相比靠提前角侧的曲轴转角 角度，在内燃机冷却水温高于所述预定冷却水温且进气温度为所述预定进气温度以上的情 况下，或者，在内燃机冷却水温为所述预定冷却水温以下的情况下，通过引燃喷射量的增量 而将所述热释放率重心位置控制为与所述基准位置相比靠提前角侧的曲轴转角角度。
[0048] 通过采用这种方式，将获得以下的效果。即，由于当内燃机冷却水温较低时，内燃 机温度也较低，从而燃烧性也较低，因此，即使废气再循环量被增量而使进气温度升高，燃 烧性也不会变得较高，因此，不会实现热释放率重心位置的提前。并且，尽管燃烧性较低，当 废气再循环量被增量时，被吸入到燃烧室中的新鲜气体的量（即，氧量）减少。因此，也可 能会发生失火。即，在该情况下，优选为，通过废气再循环量的增量以外的方法，使热释放率 重心位置被提前。此外，由于在冷却水温较高（即，内燃机温度较高）且进气温度较高的情 况下，燃烧性已经较高，因此，当废气再循环量被增量时，燃烧性反而降低，其结果为，不会 实现热释放率重心位置的提前。并且，根据废气再循环量的增加的量，也可能会发生失火。 即，在该情况下，优选为，通过废气再循环量的增量以外的方法，而使热释放率重心位置被 提前。
[0049] 然而，在内燃机冷却水温高于预定冷却水温且进气温度低于预定进气温度的情况 (即，燃烧室内的温度未达到扩散燃烧所需的温度的情况）下，如果使废气再循环量增量， 则存在进气温度上升且燃料的着火性被改善的情况。在该情况下，燃烧性将升高。其结果 为，由于使热释放率重心位置被提前，因而促进了内燃机暖机。并且，通过废气再循环量的 增量也会使N0X生成量减少。即，在内燃机冷却水温较高且进气温度较低的情况下，将同时 实现内燃机暖机的促进和^^(生成量的减少。
[0050] 此外，在内燃机冷却水温低于预定冷却水温且进气温度为预定进气温度以下的情 况下，或者，在内燃机冷却水温低于预定冷却水温且进气温度高于预定进气温度的情况下， 或者，在内燃机冷却水温为预定冷却水温以上且进气温度为预定进气温度以上的情况下， 如果通过引燃喷射量的增量而使热释放率重心位置被提前，则促进了内燃机暖机。因此，将 同时实现内燃机暖机的促进和失火的抑制。
[0051] 此外，优选为，所述基准位置至少在内燃机负载处于预定的范围内的情况下，不依 赖于内燃机负载、或者不依赖于内燃机转速、或者既不依赖于内燃机负载也不依赖于内燃 机转速，而为固定的曲轴转角角度或者固定的范围内的曲轴转角角度。
【附图说明】
[0052] 图1表示具备第一实施方式的控制装置的内燃机。
[0053] 图2为用于对热释放率重心位置进行说明的图。
[0054] 图3表示具备第一实施方式的控制装置的其他的内燃机。
[0055] 图4