专利名称：内燃机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的控制装置，具体而言涉及具备EGR装置且能将工作汽缸数在 全部汽缸和部分汽缸之间切换的内燃机的控制装置。
背景技术：
已知使废气的一部分回流至进气系统的EGR装置。EGR装置由将排气通道和进气 通道连接起来的EGR通道和设于EGR通道的EGR阀构成。回流至进气系统的EGR气体的量 (以下，EGR量)是能通过EGR阀的开度来进行调整的。有关具备这种EGR装置的内燃机， 提出了如下所述各种控制技术，例如日本特开平7-332165号公报、日本特开2007-309298 号公报或日本特开2004-27971号公报。此外，已知能将工作汽缸数在全部汽缸与部分汽缸之间切换的内燃机。如上述的 日本特开2004-27971号公报所公开的那样，EGR装置还被搭载于这种内燃机。在具备EGR装置的内燃机中，在负载变化的过渡运转时，在使节气门的开度变化 的同时也使EGR阀的开度一并变化。这是由于虽然回流至进气系统的EGR气体的量取决于 稳压罐的负压与EGR阀的开度，但是只要节气门的开度变化，则稳压罐的负压也会变化。通 过与负载的变化相适应地使EGR阀的开度变化，能够控制回流至进气系统的EGR气体的量， 能够保持在过渡运转时作为目标的EGR率。这样与负载的变化相适应地使EGR阀的开度变化的动作，在能切换工作汽缸数的 内燃机中也能同样地进行。然而，即使负载相同，全部汽缸工作时与部分汽缸工作时稳压罐 的负压也存在差别。此外，即使负载的变化量相同，所需的稳压罐的负压的变化量在全部汽 缸工作时与部分汽缸工作时也不同。若考虑EGR量与稳压罐的负压密切相关，则为了与全 部汽缸工作和部分汽缸工作无关地适当地保持过渡运转时的EGR率，优选为以与工作汽缸 数对应的方法来控制EGR阀的开度。
发明内容
本发明是为解决上述课题而作出的，其目的在于提供一种内燃机的控制装置，在 全部汽缸工作时与部分汽缸工作时均能适当地保持过渡运转时的EGR率。本发明所涉及一种控制装置，其以内燃机为控制对象，该内燃机在比稳压罐靠向 上游的进气通道上具备节气门，在将比节气门靠向下游的进气通道与排气通道连接起来 的EGR通道上设置EGR阀，并且能将工作汽缸数在全部汽缸与部分汽缸之间切换。本发明 所涉及的控制装置，作为用于控制这种内燃机的装置具备节气门操作机构和EGR阀操作机 构。节气门操作机构，将节气门操作到与加速踏板操作量和工作汽缸数对应的开度，以使得 在全部汽缸工作时和部分汽缸工作时针对加速踏板操作量的输出相等。EGR阀操作机构将 EGR阀操作到与节气门的开度和工作汽缸数对应的开度，以使得EGR率达到目标值。详细来 讲，EGR阀操作机构在由加速踏板操作量的变化而导致节气门的开度变化时，在全部汽缸工 作时以较快的速度使EGR阀的开度变化，而在部分汽缸工作时以较慢的速度使EGR阀的开度变化。优选，以与稳压罐内的压力的变化速度对应的速度来使EGR阀的开度变化。在全部汽缸工 作时与部分汽缸工作时，用于使一定输出产生的每单位时间的空气 量大致相同，但是与每汽缸的空气的填充效率差相应地，稳压罐内的压力不同，存在于稳压 罐内的空气量也不同。在加速踏板操作量变化时，以实现与该变化量对应的输出的变化的 方式通过节气门的操作来调整稳压罐内的压力。此时，通过节气门而使稳压罐内的压力变 化所需的空气量，根据工作汽缸数不同而不同。具体来讲，全部汽缸工作时所需的空气量 少，部分汽缸工作时所需的空气量多。由于空气通过节气门时的通过速度大致一定，所以若 压力变化所需的空气量不同则压力变化所需的时间也不同。也就是说，全部汽缸工作时压 力变化所需的时间短，部分汽缸工作时压力变化所需的时间长。按照本发明所涉及的控制装置，由于在全部工作汽缸工作时以较快的速度使EGR 阀的开度变化，因此能使EGR阀的开度的变化适应稳压罐内的快速的压力变化。另一方面， 由于在部分汽缸工作时以迟缓的速度使EGR阀的开度变化，因此能使EGR阀的开度的变化 适应稳压罐内的迟缓的压力变化。这样，按照本发明所涉及的控制装置，能够适应稳压罐内 的压力变化来使EGR阀的开度变化，因此在全部汽缸工作时与部分汽缸工作时均能适当地 保持过渡运转时的EGR率。此外，在本发明的其他方式中，在将工作汽缸数从部分汽缸切换为全部汽缸的情 况下，在将工作汽缸数切换为全部汽缸之后或在切换为全部汽缸的时刻，将节气门关闭至 与全部汽缸工作对应的开度，在将节气门关闭至与全部汽缸工作对应的开度之前，将上述 EGR阀关闭至与全部汽缸工作时的节气门开度对应的开度。通过在这种时刻进行节气门的关闭操作及EGR阀的关闭操作，能够防止工作汽缸 数从部分汽缸向全部汽缸切换的过渡时产生转矩不足的情况下，并且能够防止EGR率过 大。按照本发明的另一方式，在将工作汽缸数从全部汽缸切换为部分汽缸的情况下， 在将工作汽缸数切换为部分汽缸之前或切换为部分汽缸的时刻，将节气门打开至与部分汽 缸工作对应的开度，在将节气门打开至与部分汽缸工作对应的开度之后，将EGR阀打开至 与部分汽缸工作时的节气门开度对应的开度。通过在这种时刻进行节气门的打开操作及EGR阀的打开操作，能够防止工作汽缸 数从全部汽缸切换为部分汽缸的过渡时产生转矩不足，并且能够防止EGR率过大。
图1为表示应用了本发明的内燃机的简要结构图。图2为用于对本发明实施方式所涉及的EGR阀的动作速度的设定进行说明的图。图3为表示将工作汽缸数从部分汽缸切换为全部汽缸时的节气门的关闭时刻及 EGR阀的关闭时刻的时序图。图4为作为图3的比较例的时序图。图5为表示将工作汽缸数从全部汽缸切换为部分汽缸时的节气门的打开时刻及 EGR阀的打开时刻的时序图。图6为作为图5的比较例的时序图。标号说明
2...内燃机；4...进气通道；6...稳压罐；8...节气门；10...排气通道；
12. . . EGR 通道；14. . . EGR 阀；20. . . ECU。
具体实施例方式参照图1至图6的各图，对本发明的实施方式进行说明。图1为应用了本发明的实施方式的控制装置的内燃机的简要结构图。本实施方式 的内燃机2为具有8个汽缸的V型火花点火式四冲程发动机。内燃机2所具有的8个汽缸 以单排(bank)两汽缸的方式被分为A、B组。属于B组的4个汽缸具备未图示的阀停止机 构，能使该汽缸的进气阀及排气阀以关闭状态停止。当进气阀及排气阀停止时汽缸处于休 止状态，向该汽缸的燃料供给也停止。也就是说，本实施方式的内燃机2为能将工作汽缸数 在全部汽缸(8汽缸)与部分汽缸(4汽缸)之间切换的可变汽缸发动机。其中，对于本发 明，只要至少能切换工作汽缸数即可，因此阀停止机构的结构、构造没有限定。在向各汽缸供给空气的进气通道4上形成有稳压罐6。在稳压罐6上游的进气通 道上设有电子控制式的节气门8。此外，在稳压罐6上连接有与排气通道10连接的EGR通 道12。在EGR通道12上设有EGR阀14。节气门8及EGR阀14的操作是通过E⑶(电子控 制单元，Electronic Control Unit) 20来进行的。ECU20为综合控制内燃机2的整个系统 的控制装置，并且工作汽缸数的切换也由E⑶20来进行。E⑶20根据车速、内燃机2的负载状态进行判断而实施工作汽缸数的切换。此外， 将用于根据加速踏板操作量决定节气门开度的映像与工作汽缸数来对应地进行切换。这是 因为根据8汽缸工作还是4汽缸工作的不同，以一定的节气门开度所能够实现的内燃机2 的输出8汽缸4汽缸会产生差异。ECU20将节气门8操作到与加速踏板操作量与工作汽缸 数对应的开度，以使得在8汽缸工作时和4汽缸工作时针对加速踏板操作量的内燃机2的 输出相等。此外，E⑶20将用于根据负载决定EGR阀开度的映像与工作汽缸数对应地进行切 换。在8汽缸工作时和4汽缸工作时，用于使内燃机2产生一定输出的每单位时间的空气 量(单位g/s)大致相同，然而每个汽缸的空气的填充效率存在差别。例如，若8汽缸工作 时的填充效率为25%，则4汽缸工作时需要大致50%的填充效率。与填充效率差相应地， 稳压罐6内的压力也会产生差异，所以达成相同EGR率所需的EGR阀开度，在8汽缸工作时 与4汽缸工作时不同。E⑶20将EGR阀14操作成与负载和工作汽缸数对应的开度，以使得 在8汽缸工作时和4汽缸工作时针对负载的EGR率一定。其中，负载是根据节气门开度计 算出来的。图2为将加速踏板操作量和节气门开度及EGR阀开度的关系针对8汽缸工作时与 4汽缸工作时分别进行表示的图。如图2所示，与同一加速踏板操作量对应的节气门开度，4 汽缸工作时比8汽缸工作时大。此外，与同一加速踏板操作量对应的EGR阀开度，4汽缸工 作时比8汽缸工作时大。因此，加速踏板操作量增大时的节气门开度的增大量以及EGR阀 开度的增大量，4汽缸工作时均比8汽缸工作时大。ECU20在加速踏板操作量增大的情况下，对应加速踏板操作量的变化量使节气门 8的开度变化，并且对应根据节气门开度决定的负载的变化使EGR阀14的开度变化。此时， ECU20，对于节气门8，无论工作汽缸数有几个，都以与加速踏板操作量的变化速度对应的速度来使节气门开度变化。另一方面，对于EGR阀14，ECU20在8汽缸工作时以较快的速度使 EGR阀开度变化，而在4汽缸工作时以较慢的速度使EGR阀开度变化。 对应工作汽缸数来使EGR阀14的动作速度不同，其理由如下。在加速踏板操作量 变化时，以实现与该变化量对应的输出的变化的方式变更节气门8的开度，并调整稳压罐6 内的压力。此时，通过节气门8而使稳压罐6内的压力变化所需的空气量(单位g)，根据 汽缸数不同而不同。8汽缸工作时所需的空气量少，4汽缸工作时所需的空气量多。例如， 若8汽缸工作时所需的稳压罐6内的空气量的增量为2g，则4汽缸工作时需要大致4g的 空气量的增量。由于空气通过节气门8时的通过速度大致一定，所以若压力变化所需的空 气量不同则压力变化所需的时间也不同。也就是说，8汽缸工作时压力变化所需的时间短， 4汽缸工作时压力变化所需的时间长。例如，若8汽缸工作时所需的稳压罐6内的压力的变 化时间为0. 1秒，则4汽缸工作时需要大致0. 2秒的变化时间。通过以上内容可知，若在8汽缸工作时以较快的速度打开EGR阀14，则能使EGR阀 14的开度的变化配合稳压罐6内的快速的压力上升。相反，若在4汽缸工作时以较慢的速 度打开EGR阀14，则能使EGR阀14的开度的变化配合稳压罐6内的迟缓的压力上升。这 样，通过与稳压罐6内的压力上升配合地使EGR阀14的开度变化，能够在8汽缸工作时与 4汽缸工作时均能适当地保持加速时的EGR率。另外，上述的有关EGR阀14的动作速度的决定也适用于加速踏板操作量减少的情 况。也就是说，在加速踏板操作量减少的情况下，8汽缸工作时以较快的速度关闭EGR阀14， 4汽缸工作时以较慢的速度关闭EGR阀14。这样，能使EGR阀14的开度变化与稳压罐6内 的压力下降配合，从而能在8汽缸工作时与4汽缸工作时均适当地保持减速时的EGR率。接着，对切换工作汽缸数时的节气门8及EGR阀14的各操作进行说明。在一边保 持内燃机2的输出不变一边切换工作汽缸数的情况下，需要使节气门8的开度变化而调整 稳压罐6内的压力，同时使EGR阀14的开度变化而保持EGR率为目标值。作为此时的节气 门8及EGR阀14的各操作时刻，如图4、图6的各时序图所示，作为一个案例可想到与工作 汽缸数的切换相同的时刻。在图4的时序图所示的例子中，对应从4汽缸工作到8汽缸工作的切换时刻，将节 气门8操作到关闭侧，并且在相同的时刻将EGR阀14操作到关闭侧。此外，在图6的时序 图所示的例子中，对应从8汽缸工作到4汽缸工作的切换时刻，将节气门8操作到打开侧， 并且在相同的时刻将EGR阀14操作到打开侧。然而，从各图所示EGR率的随时间变化的图 表可知，在采用这种时刻的情况下，由于过渡性的压力平衡被打破而有可能发生EGR率较 大变动。在这种EGR率的变动中需要特别注意的是EGR率的快速增大。在EGR率快速增大 时，存在燃烧不稳定而发生失火的可能性。失火会造成转矩变动、使大量未燃气体发生，甚 至还存在使催化剂劣化的可能性。另一方面，在EGR率快速减少时，存在发生爆震的可能 性，但爆震，可用其他方法例如使点火正时滞后来进行应对。此外，在工作汽缸数的切换时刻与节气门8的操作时刻不大匹配的情况下，存在 发生转矩变动的可能性。例如，在完成从4汽缸工作到8汽缸工作的切换之前稳压罐压力 下降的情况下，由于过渡性的空气不足而造成内燃机2的输出下降。输出的下降是不能用 其他方式来弥补的。此外，与此相反，还存在由于空气过剩而造成内燃机2的输出过大的情况。然而，对于这种情况，可以通过使点火正时滞后等来对输出进行调整。按照以上所进行的研究，有关切换工作汽缸数时的节气门8及EGR阀14的各操 作，如何防止EGR率的变动尤其防止EGR率的快速增大尤为重要。此外，如何防止内燃机2 的输出下降也非常重要。为此， 在本实施方式中，在切换工作汽缸数时，在下述时刻实施节 气门8的操作及EGR阀14的操作。图3为表示将工作汽缸数从4汽缸切换到8汽缸时的节气门8的关闭操作的时刻 与EGR阀14的关闭操作的时刻的时序图。图3中一并表示了稳压罐压力和EGR率的各时 间变化的图表。在图3中，将工作汽缸数从4汽缸切换为8汽缸的时刻标记为t1(l，将节气门 8关闭至与8汽缸工作对应的开度为止的时刻标记为tn，而且将EGR阀14关闭至与8汽缸 工作时的节气门开度对应的开度为止的时刻标记为t12。如图3所示，将节气门8的关闭操作的时刻tn设定为与工作汽缸数的切换时刻tm 相同的时刻，或设定为切换时刻之后的时刻。也就是说，ECU20在完成从4汽缸工作到8汽 缸工作的切换之后将节气门8操作到关闭侧。若在这种时刻对节气门8进行关闭操作，则 在工作汽缸数的切换时不发生空气量不足，能防止过渡时的输出下降。将EGR阀14的关闭操作的时刻t12设定为节气门8的关闭操作的时刻tn之前的 时刻。也就是说，ECU20将EGR阀14操作到关闭侧之后，将节气门8操作到关闭侧来使稳 压罐压力减少。按照这种时刻的设定，能够回避在EGR阀14关闭之前稳压罐压力减少的情 况，因此防止了因EGR量的增大而使EGR率过大的情况。其中，在从EGR阀14被操作到关 闭侧起到节气门8被操作到关闭侧为止的期间，由于EGR量减少而使EGR率成为低于目标 值的状态。这种情况下，由于EGR率不足而存在发生爆震的可能性，但是对于爆震能够通过 使点火正时滞后来进行抑制。工作汽缸数的切换时刻t1(l与EGR阀14的关闭操作的时刻t12之间的前后关系没 有限定。在图3中，首先进行了 EGR阀14的关闭操作，但是也可以在完成工作汽缸数的切 换之后将EGR阀14操作到关闭侧。图5为表示将工作汽缸数从8汽缸切换为4汽缸时的节气门8的打开操作的时刻 与EGR阀14的打开操作的时刻的时序图。图5中一并表示了稳压罐压力与EGR率的各时 间变化的图表。在图5中，将工作汽缸数从8汽缸切换为4汽缸的时刻标记为t2(l，将节气门 8打开至与4汽缸工作对应的开度为止的时刻标记为t21，而且将EGR阀14打开至与4汽缸 工作时的节气门开度对应的开度为止的时刻标记为t22。如图5所示，将节气门8的打开操作的时刻t21设定为与工作汽缸数的切换时刻 相同的时刻，或设定为切换时刻之前的时刻。也就是说，ECU20在完成8汽缸工作到4汽缸 工作的切换之前将节气门8操作到打开侧。若在这种时刻进行节气门8的打开操作，则在 工作汽缸数的切换时不产生空气量的不足，能够防止过渡时的输出下降。将EGR阀14的打开操作的时刻t22设定为节气门8的打开操作的时刻t21之后的 时刻。也就是说，ECU20在将节气门8操作到打开侧而使稳压罐压力增大之后，将EGR阀14 操作到打开侧。按照这种时刻的设定，能够回避在稳压罐压力低的状态下EGR阀14被打开 的情况，因此防止了由于EGR量的增大而使EGR率过大的情况。其中，在从节气门8被操作 到打开侧起到EGR阀14被操作到打开侧为止的期间，由于EGR量减少而使EGR率成为低于 目标值的状态。这种情况下，由于EGR率不足而存在发生爆震的可能性，然而通过使点火正时滞后能够抑制爆震。
工作汽缸数的切换时刻t2(l与EGR阀14的打开操作的时刻t22之间的前后关系没 有限定。在图3中，EGR阀14的打开操作是后进行的，但是也可以在完成工作汽缸数的切 换之前将EGR阀14操作到打开侧。以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述的实施方式，在不脱 离本发明的主旨的范围内可进行各种变形来实施。例如，本发明还可应用于除8汽缸发动 机之外的其他多汽缸发动机，例如6汽缸发动机、4汽缸发动机。
权利要求
1.一种内燃机的控制装置，该内燃机在比稳压罐靠向上游的进气通道上具备节气门， 在将比上述节气门靠向下游的进气通道与排气通道连接起来的EGR通道上设置EGR阀，并 且能将工作汽缸数在全部汽缸与部分汽缸之间切换，其特征在于，该控制装置具备节气门操作机构，其将上述节气门操作到与加速踏板操作量和工作汽缸数对应的开 度，以使得在全部汽缸工作时和部分汽缸工作时针对加速踏板操作量的输出相等；以及EGR阀操作机构，其将上述EGR阀操作到与上述节气门的开度和工作汽缸数对应的开 度，以使得EGR率达到目标值，上述EGR阀操作机构，在由加速踏板操作量的变化而导致上述节气门的开度变化时， 在全部汽缸工作时以较快的速度来使上述EGR阀的开度变化，而在部分汽缸工作时以较慢 的速度来使上述EGR阀的开度变化。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，上述EGR阀操作机构，以与上述稳压罐内的压力的变化速度对应的速度来使上述EGR 阀的开度变化。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，上述内燃机的工作汽缸数从部分汽缸被切换为全部汽缸时，上述节气门操作机构，在工作汽缸数被切换为全部汽缸后或在切换为全部汽缸的时 亥IJ，将上述节气门关闭至与全部汽缸工作对应的开度，上述EGR阀操作机构，在上述节气门被关闭至与全部汽缸工作对应的开度之前，将上 述EGR阀关闭至与全部汽缸工作时的节气门开度对应的开度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，上述内燃机的工作汽缸数从全部汽缸被切换为部分汽缸时，上述节气门操作机构，在工作汽缸数被切换为部分汽缸之前或在切换为部分汽缸的时 亥IJ，将上述节气门打开至与部分汽缸工作对应的开度，上述EGR阀操作机构，在上述节气门被打开至与部分汽缸工作对应的开度之后，将上 述EGR阀打开至与部分汽缸工作时的节气门开度对应的开度。
全文摘要
本发明的内燃机的控制装置，能将工作汽缸数在全部汽缸与部分汽缸之间切换的内燃机中，在全部汽缸工作时与部分汽缸工作时均能适当地保持过渡运转时的EGR率。将节气门操作到与加速踏板操作量和工作汽缸数对应的开度，以使得在全部汽缸工作时与部分汽缸工作时针对加速踏板操作量的输出相等。而且，在通过加速踏板操作量的变化而使节气门的开度变化的情况下，全部汽缸工作时以较快的速度使EGR阀的开度变化，部分汽缸工作时以较慢的速度使EGR阀的开度变化。优选为，以与稳压罐内的压力的变化速度对应的速度来使EGR阀的开度变化。
文档编号F02M25/07GK102046943SQ20098011892
公开日2011年5月4日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者宫下茂树 申请人:丰田自动车株式会社