专利名称：用于内燃机的点火正时控制设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的点火正时控制设备和方法。
背景技术：
具有排气再循环(EGR)机构的内燃机是众所周知的，所述排气再循环机构使从燃烧室排出的排气再循环回到进气侧(并因此返回到燃烧室中)。已知的排气再循环机构包括外部再循环机构和内部再循环机构。外部再循环机构通过控制设置在排气再循环通道中的排气再循环阀的打开量，来控制从排气通道经过排气再循环通道到达进气通道的再循环的排气量，所述排气再循环通道连接进气通道与排气通道。内部再循环机构通过控制进气阀和排气阀同时都保持开启的时间长度(即，重叠期)，来控制从排气通道经过燃烧室到达进气通道的再循环的排气量。使用排气再循环机构返回进入燃烧室中的再循环排气使得既能够由于燃烧温度降低而抑制氮氧化物(NOx)的排放，还能够由于被称作泵气损失的降低而提高燃料效率。当排气再循环进入燃烧室中时，由于燃烧温度的降低等，燃烧室中的燃烧率(即， 燃烧传播)降低，由火花塞开始产生火花直到燃料点火的时间(即，点火延迟时间)变得更长。结果，燃烧产生的燃烧压力的峰值的正时推迟，这会引起诸如输出扭矩减小或不点火等之类的问题。一种可想到的防止上述问题产生的方法是使点火正时提前(即，输出点燃燃烧室中的空气燃料混合物的命令的正时)。此外，即使点火正时提前了，燃烧温度的降低也能抑制爆震。因此，当排气再循环进入燃烧室中时使点火正时提前的技术是众所周知的 (例如，参见日本专利申请公开No. 2007-16609 (JP-A-2007-16609))。但是，当排气再循环进入燃烧室中的同时使点火正时提前时，点火正时被提前的程度(即，如何设定提前量)很关键。在下文中，所有被吸入燃烧室中的气体(每一进气冲程)将被称作“气体总量”，通过排气再循环机构再循环进入燃烧室中的排气的总量(每一进气冲程)将被称作“再循环气体总量”，再循环气体总量与气体总量的比率将被称作“排气再循环率”。提前量通常被设定成与排气再循环率成比例。在这种情况下，不论排气再循环率是多少，提前量设定成使得提前量的增加相对于排气再循环率的增加的梯度是常数。在这种情况下，当提前量的增加的梯度(常数)小时，在排气再循环率特别高的运转区域中提前量将不足，可能导致诸如不点火之类的问题。这被认为是因为在排气再循环率特别高的运转区域中燃料燃烧率快速降低并且点火延迟时间变得极其长。如果增大提前量的增加的梯度(常数)来防止上述问题，则在排气再循环率特别低的运转区域中提前量将过大，这会导致诸如输出扭矩降低以及爆震之类的问题。也就是说，当不论排气再循环率是多少、提前量的增加相对于排气再循环率的增加的梯度是常数时，不论如何设定提前量的增加的梯度(常数)，都不能同时解决在排气再循环率特别高的运转区域中提前量不足的问题和在排气再循环率特别低的运转区域中提前量过大的问题。
发明内容
因此，本发明提供了用于内燃机的点火正时控制设备和方法，其能够设定可以稳定的抑制输出扭矩降低以及爆震和不点火等的点火正时，而不用考虑当排气再循环进入燃烧室中时的排气再循环率。本发明的第一方面涉及内燃机的点火正时控制设备，其包括排气再循环机构和用于根据内燃机的运转状态设定点火正时的点火正时设定装置。在此方面中，排气再循环机构可以包括外部再循环机构和/或内部再循环机构。第一方面的点火正时控制装置的特征在于点火正时设定装置设定点火正时，使得点火正时的提前量的增加相对于排气再循环率的增加的梯度随着排气再循环率的增加而增大。具体来说，点火正时设定装置可以包括基准点火正时设定装置，所述基准点火正时设定装置用于根据内燃机的运转状态设定基准点火正时，所述基准点火正时是(与当排气再循环率为零时相对应的)点火正时；和提前量设定装置，所述提前量设定装置用于设定提前量，使得点火正时的提前量的增加相对于排气再循环率的增加的梯度随着排气再循环率的增加而增大。此外，点火正时设定装置可以将点火正时设定成以提前量从基准点火正时提前的正时。根据该结构，提前量的增加相对于排气再循环率的增加的特性是所谓的“下凸”特性。因此，与上述的当提前量的增加相对于排气再循环率的增加的梯度是常数时不同，提前量的增加相对于排气再循环率的增加的特性可以设定成，使得可以同时解决在排气再循环率特别高的运转区域中提前量不足的问题和在排气再循环率特别低的运转区域中提前量过大的问题。结果，可以将点火正时设定成能够稳定的抑制输出扭矩降低以及爆震和不点火等的正时，而不用考虑排气再循环率。在上述结构中，排气再循环机构和内部再循环机构都可以提供作为排气再循环机构。通过外部再循环机构再循环进入燃烧室中的排气量(每一进气冲程)将被称作“外部排气再循环量”，通过内部再循环机构再循环进入燃烧室中的排气量(每一进气冲程)将被称作“内部排气再循环量”，外部排气再循环量与外部排气再循环量和内部排气再循环量的总和(即，再循环排气总量)的的比率将被称作“外部排气再循环率”。同时，通过外部再循环机构再循环进入燃烧室中的排气将被称作“外部再循环气体”，通过内部再循环机构再循环进入燃烧室中的排气将被称作“内部再循环气体”。在这种情况下，外部排气再循环率越高，则可以将点火正时设定成越提前的正时。 具体来说，外部排气再循环率越高，则可以将提前量设定成越大的值。外部再循环气体是从排气通道经过排气再循环通道(排气再循环通道可以具有放置在其中的冷却器等)再循环到进气通道(并因此到燃烧室)的处于相对低的温度的气体。内部再循环气体是从排气通道经过燃烧室再循环到进气通道(并因此到燃烧室)的处于相对高的温度的气体。因此，外部再循环气体的温度通常低于内部再循环气体的温度。当排气再循环率是常数时，随着外部排气再循环率增加，在压缩冲程的下止点处燃烧室中未燃烧气体的温度(在下文中称作“压缩终点温度”)变得更低。结果，如上所述，燃烧温度降低，所以燃烧率变得更慢，点火延迟时间变得更长。在上述结构中，当排气再循环率是常数时，外部排气再循环率越高，则可以将点火正时设定成越提前的正时(或具体来说，可以将提前量设定成越大的值)。因此，即使当外部排气再循环率特别高时，也可以抑制诸如不点火之类的问题。同时，在该结构中，气体总量越小，则可以将点火正时设定成越提前的正时。具体来说，气体总量越小，则可以将提前量设定成越大的值。通常，当排气再循环率是常数时，压缩终点温度随着气体总量的减小而降低。在该结构中，当排气再循环率是常数时，气体总量越小，则可以将点火正时设定成越提前的正时 (或具体来说，可以将提前量设定成越大的值)。因此，即使当气体总量特别小时，也可以抑制诸如不点火之类的问题。同时，在该结构中，内燃机的运转速度越低，则可以将点火正时设定成越提前的正时。具体来说，运转速度越低，则可以将提前量设定成越大的值。运转速度越低，则压缩冲程时间越长，所以更多的热量从燃烧室中的压缩气体通过燃烧室的壁流出到外部。结果，当排气再循环率是常数时，压缩终点温度随着运转速度降低而减小。在该结构中，当排气再循环率是常数时，运转速度越低，则可以将点火正时设定成越提前的正时(或具体来说，可以将提前量设定成越大的值)。因此，即使当运转速度特别低时，也可以抑制诸如不点火之类的问题。此外，在上述结构中，还提供了进气阀关闭正时控制机构，其根据内燃机的运转状态改变进气阀的关闭正时。在这种情况下，进气阀的关闭正时越延迟，则可以将点火正时设定成越提前的正时。具体来说，进气阀的点火正时越延迟，则可以将提前量设定成越大的值。在压缩冲程中燃烧室内部的气体开始被压缩的正时(S卩，曲柄转角)越延迟，并因此实际压缩比越小，则进气阀的关闭正时越延迟。结果，当排气再循环率是常数时，进气阀的关闭正时越延迟，则压缩终点温度变得越低。在该结构中，当排气再循环率是常数时，进气阀的关闭正时越延迟，则可以将点火正时设定成越提前的正时(或具体来说，可以将提前量设定成越大的值)。因此，即使当进气阀的关闭正时特别延迟时，也可以抑制诸如不点火之类的问题。同时，在该结构中，还可以提供发动机压缩比控制机构，其根据内燃机的运转状态改变发动机压缩比(即，通过将在压缩冲程的下止点处燃烧室的体积除以在压缩冲程的上止点处燃烧室的体积所获得的值)。在这种情况下，发动机压缩比越小，则可以将点火正时设定成越提前的正时。具体来说，发动机压缩比越小，则可以将提前量设定成越大的值。随着发动机压缩比变得越小，压缩终点温度变得越低。在此结构中，当排气再循环率是常数时，发动机压缩比越低，则可以将点火正时设定成越提前的正时(或具体来说，可以将提前量设定成越大的值)。因此，即使当发动机压缩比特别低时，也可以抑制诸如不点火之类的问题。同时，上述的点火正时控制设备还可以具有流速控制机构，所述流速控制机构根据内燃机的运转状态改变从进气通道流入燃烧室中的气体的流速(或改变进气通道的最小开启面积)。在这种情况下，流速越小(或进气通道的最小开启面积越大)，则可以将点火正时设定成越提前的正时。具体来说，流速越小(或进气通道的最小开启面积越大)，则可以将提前量设定成越大的值。随着进气的流速降低，被吸入燃烧室中的气体的湍流降低。随着气体的湍流降低，在燃烧室中燃料与氧气接触的机会减小，所以燃烧率减慢，点火延迟时间变得更长。在上述结构中，气体流速越小(或进气通道的最小开启面积越大)，则可以将点火正时设定成越提前的正时(或具体来说，可以将提前量设定成越大的值)。该结构基于相关知识。因此，即使当气体流速小时(或当进气通道的最小开启面积大时)，也可以抑制不点火之类的问题。在上述结构中，流速控制机构可以通过改变i)多个进气阀(32)当中开启的阀的数量或ii)进气通道的最小开启面积来改变流入燃烧室中的气体的流速。本发明的第二方面涉及内燃机的点火正时控制设备的控制方法，所述内燃机包括排气再循环机构，所述排气再循环机构使从内燃机的燃烧室排出的排气再循环进入燃烧室中；以及点火正时设定装置，所述点火正时设定装置用于根据内燃机的运转状态设定点火正时，所述点火正时是在燃烧室中点燃空气燃料混合物的正时。该控制方法包括计算排气再循环率，所述排气再循环率是再循环排气总量(即，通过排气再循环机构再循环进入燃烧室中的排气的总量)与气体总量(即，被吸入燃烧室中的气体的总量)的比率；和设定点火正时，使得点火正时的提前量的增加相对于由排气再循环率计算装置计算出的排气再循环率的增加的梯度随着由排气再循环率计算装置计算出的排气再循环率的增加而增大。
根据下面参考附图对优选实施例的描述，本发明的前述和其他目的、特征和优势将显而易见，其中相同的附图标记用于表示相同的元素，并且其中图1是示意性示出将根据本发明的实施例的点火正时设备应用于火花点火多缸内燃机的系统的框图；图2是示出用于执行点火正时控制的程序的流程图，所述程序由图1中所示的CPU 所执行；图3是示出限定排气再循环率和点火正时的提前量之间的关系的表的示图，所述表由图1中所示的CPU所访问；图4是示出用于执行点火正时控制的程序的流程图，所述程序由根据本发明的示例性实施例的第一修改示例的点火正时控制设备的CPU所执行；图5是示出限定外部排气再循环率和用于校正提前量的系数之间的关系的表的示图，所述表由根据本发明的示例性实施例的第一修改示例的点火正时控制设备的CPU所访问；图6是示出用于执行点火正时控制的程序的流程图，所述程序由根据本发明的示例性实施例的第二修改示例的点火正时控制设备的CPU所执行；图7是示出限定气体总量和用于校正提前量的系数之间的关系的表的示图，所述表由根据本发明的示例性实施例的第二修改示例的点火正时控制设备的CPU所访问；图8是示出用于执行点火正时控制的程序的流程图，所述程序由根据本发明的示例性实施例的第三修改示例的点火正时控制设备的CPU所执行；图9是示出限定发动机速度和用于校正提前量的系数之间的关系的表的示图，所述表由根据本发明的示例性实施例的第三修改示例的点火正时控制设备的CPU所访问；图10是示出用于执行点火正时控制的程序的流程图，所述程序由根据本发明的示例性实施例的第四修改示例的点火正时控制设备的CPU所执行；
图11是示出限定进气阀的关闭正时和用于校正提前量的系数之间的关系的表的示图，所述表由根据本发明的示例性实施例的第四修改示例的点火正时控制设备的CPU所方法；图12是示出用于执行点火正时控制的程序的流程图，所述程序由根据本发明的示例性实施例的第五修改示例的点火正时控制设备的CPU所执行；图13是示出限定发动机压缩比和用于校正提前量的系数之间的关系的表的示图，所述表由根据本发明的示例性实施例的第五修改示例的点火正时控制设备的CPU所方法；图14是示出用于执行点火正时控制的程序的流程图，所述程序由根据本发明的示例性实施例的第六修改示例的点火正时控制设备的CPU所执行；图15是示出限定涡流控制阀的状态和用于校正提前量的系数之间的关系的表的示图，所述表由根据本发明的示例性实施例的第六修改示例的点火正时控制设备的CPU所方法；和图16是示出用于执行点火正时控制的程序的流程图，所述程序由根据本发明的示例性实施例的第七修改示例的点火正时控制设备的CPU所执行。
具体实施例方式将参考附图在下面描述本发明的内燃机的点火正时控制设备的示例性实施例及其修改示例。图1是示意性示出将根据本发明的示例性实施例的点火正时控制设备应用于火花点火多缸(例如，四缸)内燃机10的系统的框图。该内燃机10包括气缸体部分20，所述气缸体部分20包括气缸体和油底壳等；气缸盖部分30，所述气缸盖部分30固定在气缸体部分20的顶部上；进气系统40，所述进气系统40用于将汽油(汽油)混合物供应到气缸体部分20 ；和排气系统50，所述排气系统50用于将来自气缸体部分20的排气排出到内燃机10的外部。气缸体部分20包括气缸21、活塞22、连杆23、和曲轴M。气缸21和活塞22的头部，连同气缸盖部分30 —起限定了燃烧室25。气缸盖部分30包括进气口 31，所述进气口 31与燃烧室25连通；进气阀32，所述进气阀32开启和关闭进气口 31 ；可变进气阀正时机构33，所述可变进气阀正时机构包括进气凸轮轴，所述进气凸轮轴驱动进气阀32并且连续改变进气阀32的开启和关闭正时；可变进气阀正时机构33的致动器33a ；排气口 34，所述排气口 34与燃烧室25连通；排气阀35， 所述排气阀35开启和关闭排气口 34 ；排气凸轮轴36，所述排气凸轮轴36驱动排气阀35 ； 火花塞37 ；点火器38，所述点火器38包括点火线圈，所述点火线圈产生施加到火花塞37的高压；和燃料喷射阀39，所述燃料喷射阀39将燃料喷射进入进气口 31中。进气系统40包括进气管41，所述进气管41包括进气歧管，所述进气歧管与进气口 31连通并且与进气口 31 —起形成进气通道；空气过滤器42，所述空气过滤器42设置在进气管41的端部；节流阀43，所述节流阀43设置在进气管41内部并且能够改变进气通道的开启截面积；节流阀致动器43a，所述节流阀致动器43a驱动节流阀43 ；涡流控制阀(SC 阀)44，所述涡流控制阀44能够改变从进气通道流入燃烧室25中的进气的流速；和SC阀致动器44a，所述SC阀致动器驱动SC阀44。排气系统50包括排气歧管51，所述排气歧管51与排气口 34连通；排气管52，所述排气管52连接到排气歧管51 (实际上，连接到排气歧管51的与排气34连通的部分都聚集在一起的部分)；三元催化器53，所述三元催化器53设置(S卩，插入)在排气管52中；和 EGR气体通道M。排气口 34、排气歧管51和排气管52 —起组成排气通道。通过将三元催化剂53的排气通道上游与节流阀43的进气通道下游连通来形成 EGR气体通道M。EGR气体冷却器55、EGR阀56、和EGR阀56的致动器56a都设置在EGR 气体通道M中。EGR阀56的致动器56a使得能够调整EGR阀56的开启面积。上述系统包括空气流量计61、节气门位置传感器62、凸轮位置传感器63、曲柄位置传感器64、冷却剂温度传感器65、空气燃料比率传感器66、EGR阀开启量传感器67、和加速操作量传感器68，所述空气燃料比率传感器66设置在三元催化剂53的排气通道上游中 (在本示例中，设置在排气歧管51的与排气口 34连通的部分都聚集在一起的部分)。空气流量计61检测流过进气通道的新鲜空气的流速(即，质量流速)并输出表征该新鲜空气流速( 的信号。节气门位置传感器62检测节流阀43的开启量并输出表征该节流阀开启量TA的信号。凸轮位置传感器63检测进气阀32的开启和关闭正时，并输出表征该开启和关闭正时VVT的信号。曲柄位置传感器64检测曲轴M的旋转速度，并输出表征发动机转速NE的信号。冷却剂温度传感器65检测内燃机10中的冷却剂的温度，并输出表征该冷却剂温度THW的信号。空气燃料比率传感器66检测排气的空气燃料比率，并输出表征该空气燃料比率的信号。EGR阀开启量传感器67检测EGR阀56的开启量，并输出表征该EGR阀开启量Aegr的信号。加速操作量传感器68检测由驾驶员所操作的加速器踏板 81的操作量，并输出表征加速器踏板81的该操作量Accp的信号。电子控制设备70是微型计算机，所述微型计算机例如包括CPU 71、ROM 72、RAM 73、备份RAM 74、和接口 75，所有这些都通过总线连接在一起，在所述ROM 72中预先存储由 CPU 71所执行的常量、表(图)、和例程(程序，编码指令)，所述接口 75包括AD转换器。接口 75连接到传感器61到68，并将来自传感器61到68的信号提供到CPU 71， 以及根据来自CPU 71的指令将驱动信号输出到可变进气阀正时机构33的致动器33a、点火器38、燃料喷射阀39、节流阀致动器43a、SC阀致动器44a、和EGR阀56的致动器56a。根据上述结构，根据运转状态(即，加速器踏板操作量Accp和发动机转速NE)调整进气阀32的开启和关闭正时、EGR阀56的开启量、SC阀44的开启量。附带的，(每一进气冲程)被吸入燃烧室中的新鲜空气的量(即，新鲜进气量Ma)或者由新鲜进气量Ma所计算的负载率KL可以用作操作状态，以取代加速器踏板操作量Accp。同时，根据操作状态 (即，加速器踏板操作量Accp)调节节流阀开启量。同时，在预定正时(例如在排气冲程的后一半过程中)从燃料喷射阀39喷射与新鲜进气量Ma相对应的量的燃料。之后将描述点火正时(例如，CPU 71输出点火指令到点火器38的正时)的调节。根据本示例性实施例的点火正时控制设备具有外部再循环机构和内部再循环机构。对于外部再循环机构，通过调节EGR阀56的开启量来调节(每一进气冲程)从排气通道再循环到进气通道(并因此到燃烧室25)的排气(外部再循环气体)的量(即，外部排气再循环量Megre)。对于内部再循环机构，通过调节进气阀32的开启和关闭正时(即，进气阀和排气阀都开启的重叠期0L)来调节(每一进气冲程)从排气通道再循环到进气通道(并因此到燃烧室25)的排气(内部再循环气体)的量(即，内部排气再循环量Megri)。当排气在燃烧室中再循环时，燃烧温度降低。因此，燃烧室内部的燃料的燃烧率降低，从火花塞37产生火花直到燃料点燃的时间(即，点火延迟时间)变得更长。结果，燃烧室25中的压力的峰值的正时推迟，这会引起诸如输出扭矩降低或不点火之类的问题。在此情况下，(每一进气冲程)被吸入燃烧室25中的气体总量将被称作“气体总量Mc”，通过内部和外部排气再循环机构(每一进气冲程)再循环到燃烧室25中的排气总量将被称作“再循环气体总量Megrt”，再循环气体总量Megrt与气体总量Mc的比率将被称作“排气再循环率Regr”。因此，Megrt = Megre+Megri,并且 Mc = Ma+Megrt。燃烧温度下降的程度随着排气再循环率Regr的增大而增大，使得诸如不点火之类的问题更容易发生。因此，对于根据本示例性实施例的点火正时控制设备，点火正时被调整为使得其随着排气再循环率Regr的增大而越提前。在下文中，将参考图2中的流程图所示出的程序来描述该点火正时的控制。在每一进气冲程通过CPU 71执行图2中所示的程序。同时，在下文中，MapX(a，b，…)指为获取X而预先准备的表(即，图)，其中a，b，… 是参数。首先在步骤205中，根据当前发动机转速NE和当前新鲜空气流速( 和MapMa (NE， Ga)，电子控制设备70获得新鲜进气量Ma，所述新鲜进气量Ma是在当前进气冲程过程中被吸入燃烧室25中的新鲜空气的量。然后在步骤210中，根据当前EGR阀开启量Aegr、进气通道中的当前压力Rn、排气通道中的当前压力Pe、和当前发动机转速NE和MapMegre (Aegr，Pm, Pe, NE)，电子控制设备 70获得外部排气再循环量Megre，所述外部排气再循环量Megre是在当前进气冲程过程中再循环进入燃烧室25中的外部再循环气体的量。然后在步骤215中，根据当前重叠期0L、进气通道中的当前压力Pm、排气通道中的当前压力Pe、和当前发动机转速NE与MapMegri (0L、Pm, Pe, NE)，电子控制设备70获得内部排气再循环量Megri，所述内部排气再循环量Megri是在当前进气冲程过程中再循环进入燃烧室25中的内部再循环气体的量。这里，例如，Rii和Pe可以直接由传感器(未示出) 检测出，或者使用已知计算技术(模型等)通过计算来估计。然后在步骤220中，电子控制设备70通过把如上所述获得的Ma、Megre和Megri 加起来计算气体总量Mc。然后在步骤225中，电子控制设备70通过将如上所述获得的Megre和Megri加起来计算再循环气体总量Megrt。然后在步骤230中，电子控制设备70通过将如上所述获得的Megrt除以Mc来计算排气再循环率Regr。然后在步骤235中，电子控制设备70根据发动机转速NE、新鲜进气量Ma和 MapIGbase (Ne,Ma)来设定基准点火正时Igbase。基准点火正时Igbase是当排气再循环率 Regre为0时所应用的点火正时。然后在步骤240中，电子控制设备70根据排气再循环率Regr和MapIGad (Regr)来设定提前量IGad。如图3所示，在MapIfeid(Regr)中，提前量IGad设定为使得提前量IGad 的增加相对于排气再循环率Regr的增加的梯度随着排气再循环率Regr的增大而逐渐增大。即，提前量IGad的增加相对于排气再循环率Regr的增加的特性是所谓的“下凸”特性。 提前量IGad是当排气再循环率Regr大于0时点火正时从基准点火正时Kbase提前时的提前量。当Regr等于0时，IGad等于0。S卩，在下一步骤，步骤对5中，电子控制设备70将最终点火正时IG设定成从 IGbase提前IGad的正时。然后在步骤250中，电子控制设备70指示火花塞37(即，点火器38)在点火正时 IG时点燃燃烧室25中的空气燃料混合物。因此，点火正时IG设定为使得点火正时IG从基准点火正时Kbase的提前量的增加相对于排气再循环率Regr的增加的梯度随着排气再循环率Regr的增大而增大。在下文中，将描述用这种方式设定点火正时IG的操作和效果。通常，随着排气再循环率的增大，燃烧率减慢并且点火延迟时间变得更长。但是， 在排气再循环率特别高的运转区域中，随着排气再循环率的增大，存在燃料的燃烧率快速降低和点火延迟时间变得极其长的倾向。因此，如果提前量IGad设定成使得不论排气再循环率Regr是多少、提前量IGad的增加相对于排气再循环率Regr的增加的梯度是常数(即， 如果提前量IGad设定成使得提前量IGad的增加相对于排气再循环率Regr的增加的特性表现为直线)，则不论如何设定提前量IGad的增加的梯度(常数)，都不能同时解决在排气再循环率特别高的运转区域中提前量不足的问题和在排气再循环率特别低的运转区域中提前量过大的问题。但是，对于根据本示例性实施例的点火正时控制设备，提前量IGad的增加相对于排气再循环率Regr的增加的特性是所谓的“下凸”特性(参见图幻。结果，提前量的增加相对于排气再循环率的增加的特性可以设定成使得在排气再循环率特别高的区域中提前量足够大并且在排气再循环率特别低的区域中提前量足够小。因此，能够同时解决在排气再循环率特别高的运转区域中提前量不足的问题和在排气再循环率特别低的运转区域中提前量过大的问题。即，不论排气再循环率Regr是多少，提前量IGad可以设定成既不过大又不过小的适当值。因此，不论排气再循环率Regr是多少，点火正时Ig可以设定成使得能够稳定的抑制输出扭矩降低，以及抑制爆震和不点火等。本发明不限于上述示例性实施例。即，在本发明的范围内还可以采用各种修改示例。例如，如在图4所示的本发明的示例性实施例的第一修改示例中，图2中所示的程序中的步骤245可以被步骤405和410所取代。在下面的描述中，Megre/Megrt将被称为“外部排气再循环率”。在步骤405中，电子控制设备70使用图5所示的MapKl (Megre/Megrt)获得系数 K1(>0)。如图5所示，外部排气再循环率Regre越高，则系数Kl设定成越大的值。在此情况下，值A是在提前量IGad的验证检验过程中外部排气再循环率保持常数的值，所述提前量IGad被应用以生成如图3所示的MapIfeid(Regr)。在步骤410中，电子控制设备70将最终点火正时IG设定成从基准点火正时 Kibase提前IGadXKl的正时。S卩，IGadXKl用于代替提前量IGad作为从基准点火正时 IGbase提前的量。结果，当排气再循环率Regr为常数时外部排气再循环率越高，提前量设定成越大的值，并因此点火正时IG设定成越提前的正时。将在下面描述用这种方式使用系数Kl校正点火正时IG的原因。电子控制设备70比较外部再循环气体和内部再循环气体。外部再循环气体是从排气通道经过EGR气体通道M到达进气通道(并因此到达燃烧室2 再循环的气体，所述 EGR气体通道M具有设置于其中的EGR气体冷却器55。因此，外部再循环气体的温度相对低。另一方面，内部再循环气体是从排气通道经过处于高温的燃烧室25到达进气通道(并因此到达燃烧室2 再循环的气体。因此，内部再循环气体的温度相对高。即，外部再循环气体的温度低于内部再循环气体的温度。因此，当排气再循环率Regr为常数时，压缩终点温度随着外部排气再循环率Regre的增大而降低。当压缩终点温度降低时，燃烧温度也降低，所以燃烧率变得更慢并且点火延迟时间变得更长。因此，在修改示例中，当排气再循环率Regr为常数时，外部排气再循环率越高，则点火正时设定成越提前的正时。因此，使用系数Kl来校正点火正时IG。结果，即使当外部排气再循环率Regre特别高时，也能抑制诸如不点火之类的问题。在图4所示的修改示例中，通过使用图3所示的MapIfeid(Regr)获得提前量Ifeid， 然后用使用图5所示的MapKl (Megre/Megrt)获得的系数Kl来校正该提前量Ifed，设定最终提前量(=IGadXKl)。但是，也可以使用MapIfeid(Regr，Megre/Megrt)在给定时刻设定与IGadXKl相对应的最终提前量IGad。同时，如图6中所示的本发明的示例性实施例的第二修改示例，图2中所示的程序中的步骤245还可以由步骤605和610所取代。在步骤605中，电子控制设备70使用图7所示的MapK2 (Mc)获得系数K2 ( > 0)。 从图7明显可以看出，气体总量Mc越小，则系数K2设定成越大的值。在此情况下，值b是在提前量IGad的验证检验过程中气体总量Mc保持常数的值，所述提前量IGad被应用以生成图3所示的MapIGad(Regr)。在步骤610中，电子控制设备70将最终点火正时IG设定成从基准点火正时 IGbase提前IGadXK2的正时。S卩，IGadXK2用于替代提前量Ifeid，作为从基准点火正时 IGbase提前的量。结果，当排气再循环率Regr为常数时，气体总量Mc越小，则提前量设定成越大的值，并因此点火正时IG设定成越提前的正时。将在下面描述用这种方式使用系数 K2校正点火正时IG的原因。通常，压缩终点温度倾向于随着气体总量Mc的减小而降低。因此，在修改实施例中，当排气再循环率Regr为常数时，气体总量Mc越小，则点火正时设定成越提前的正时。因此，使用系数K2来校正点火正时IG。结果，即使气体总量Mc特别小，也能够抑制诸如不点火之类的问题。在图6所示的修改示例中，通过使用图3所示的MapIfeid (Regr)获得提前量Ifeid， 然后用使用如图7所示的MapK2(Mc)获得的系数K2校正该提前量IGad，设定最终提前量 (=IGadXK2)。但是，也可以使用MapIfeid (Regr，Mc)在给定时刻设定与IGadXK2相对应的最终提前量IGad。同时，如图8中所示的本发明的示例性实施例的第三修改示例所示，图2中所示的程序中的步骤245还可以由步骤805和810所取代。在步骤805中，电子控制设备70使用如图9所示的MapK3 (NE)获得系数K3(> 0)。从图9明显可以看出，发动机转速NE越低，则系数Κ3设定成越大的值。在此情况下，值c是在提前量IGad的验证检验过程中发动机转速NE保持常数的值，所述提前量IGad被应用以生成图3所示的MapIfeid(Regr)。在步骤810中，电子控制设备70将最终点火正时IG设定成从基准点火正时 IGbase提前IGadXK3的正时。S卩，IGadXK3用于替代提前量Ifeid，作为从基准点火正时 IGbase提前的量。结果，当排气再循环率Regr为常数时，发动机转速NE越低，则提前量设定成越大的值，并因此点火正时IG设定成越提前的正时。将在下面描述用这种方式使用系数K3校正点火正时IG的原因。发动机转速NE越低，则压缩冲程时间越长。这意味着更多的热量从燃烧室内部的压缩空气通过燃烧室的壁流出到外部。结果，压缩终点温度随着发动机转速NE的降低而降低。因此，在本修改示例中，当排气再循环率Regr为常数时，发动机转速NE越低，则点火正时设定成越提前的正时。因此，使用系数K3校正点火正时IG。结果，即使当发动机转速NE 特别低时，也可以抑制诸如不点火之类的问题。在图8所示的修改示例中，通过使用图3所示的MapIfeid (Regr)获得提前量Ifeid， 然后用使用图9中所示的MapK3(NE)所获得的系数K3来校正该提前量Ifed，来设定最终提前量(=IGadXK3)。但是，也可以使用MapIfeid (Regr，NE)在给定时刻设定与IGadXK3 相对应的最终提前量IGad。同时，如图10中所示的本发明的示例性实施例的第四修改示例所示，图2中所示的程序中的步骤245还可以由步骤1005和1010所取代。在下面的描述中，进气阀32的关闭正时将被称作“IVC”。在步骤1005中，电子控制设备70使用如图11所示的MapK4 (IVC)获得系数K4(> 0)。从图11明显可以看出，IVC延迟越多，则系数Κ4设定成越大的值。在此情况下，值d是在提前量IGad的验证检验过程中IVC保持常数的值(即，正时)，所述提前量IGad被应用以生成图3所示的MapIGad(Regr)。在步骤1010中，电子控制设备70将最终点火正时IG设定成从基准点火正时 Kbase提前IGadXK4的正时。S卩，IGadXK4用于替代提前量IGad，作为从基准点火正时 IGbase提前的量。结果，当排气再循环率Regr为常数时，IVC延迟越多，则提前量设定成越大的值，并因此点火正时IG设定成越提前的正时。将在下面描述用这种方式使用系数K4 校正点火正时IG的原因。IVC延迟越多，则在压缩冲程过程中燃烧室内部的气体开始被压缩的正时越推迟。 这意味着实际压缩率变得更小。因此，IVC延迟越多，则压缩终点温度越低。因此，在本修改示例中，当排气再循环率Regr为常数时，IVC延迟越多，则点火正时设定成越提前的正时。 因此，使用系数K4校正点火正时IG。结果，即使当发动机转速NE特别低时，也可以抑制诸如不点火之类的问题。在图10所示的修改示例中，通过使用图3所示的MapIfeicKRegr)获得提前量 IGad，然后用使用图11中所示的MapM(IVC)所获得的系数K4来校正该提前量IGad，来设定最终提前量(=IGadXK4)。但是，也可以使用MapKiad(Regr，IVC)在给定时刻设定与 IGadXK4相对应的最终提前量IGad。同时，当内燃机具有根据运转状况改变发动机压缩比ε的发动机压缩比控制机构时，如图12所示的本发明的示例性实施例的第五修改示例，图2中所示的程序中的步骤245可以由步骤1205和1210所取代。发动机压缩比ε是通过将在压缩冲程的下止点(BDC) 处燃烧室25的体积除以在压缩冲程的上止点(TDC)处燃烧室25的体积所获得的值。任何已知的发动机压缩比控制机构都可以用作发动机压缩比控制机构，例如改变活塞22的冲程的机构或改变燃烧室25的形状的机构。这些发动机压缩比控制机构的结构是众所周知的，所以将不再对其详细描述。在步骤1205中，电子控制设备70使用如图13所示的MapK5 ( ε )获得系数K5 ( > 0)。从图13明显可以看出，ε越小，则系数Κ5设定成越大的值。在此情况下，值e是在提前量IGad的验证检验过程中ε保持常数的值，所述提前量IGad被应用以生成图3所示的 MapIGad(Regr)。在步骤1210中，电子控制设备70将最终点火正时IG设定成从基准点火正时 Kbase提前IGadXΚ5的正时。S卩，IGadXK5用于替代提前量IGad，作为从基准点火正时 Kbase提前的量。结果，当排气再循环率Regr为常数时，ε越小，则提前量设定成越大的值，并因此点火正时IG设定成越提前的正时。将在下面描述用这种方式使用系数Κ5校正点火正时IG的原因。压缩终点温度随着发动机压缩比ε变得更小而降低。因此，在该修改示例中，当排气再循环率Regr为常数时，ε越小，则点火正时设定成越提前的正时。因此，使用系数 Κ5校正点火正时IG。结果，即使当发动机压缩比ε特别小时，也可以抑制诸如不点火之类的问题。在图12所示的修改示例中，通过使用图3所示的MapIfeicKRegr)获得提前量 Ifed，然后用使用图13中所示的MapK5( ε )所获得的系数K5来校正该提前量Ifed，来设定最终提前量(=IGadXK5)。但是，也可以使用MapIfeid(Regr，ε )在给定时刻设定与 IGadXK5相对应的最终提前量IGad。同样，如图14中所示的本发明的示例性实施例的第六修改示例，图2中所示的程序的步骤245可以由步骤1405和1410所取代。在本示例中，为每个气缸设置两个进气阀 32。在进气通道中靠近进气阀32的部分处沿着进气通道设置分隔壁，分隔壁用于将进气通道分隔成通向进气阀32的两个通道。所使用的SC阀44是根据运转状态选择性的开启或关闭的阀。当SC阀44关闭时，通向两个进气阀32的两个通道中的一个被关闭。当SC阀 44开启时，通向两个进气阀32的两个通道都不关闭。即，当SC阀44开启时，进气通道(节流阀43的下游)的最小开启面积较大，所以从进气通道流入燃烧室25中的进气的流速较小。另一方面，当SC阀44关闭时，进气通道(节流阀43的下游)的最小开启面积较小，所以从进气通道流入燃烧室25中的进气的流速较小。在步骤1405中，电子控制设备70使用如图15所示的MapK6 (SC阀开启或关闭)获得系数K6 ( > 0)。从图15明显可以看出，当SC阀44关闭时系数K6设定成1，当SC阀44 关闭时系数K6设定成大于1的值。在提前量IGad的验证检验过程中SC阀44保持关闭， 所述提前量IGad被应用以生成图3所示的MapIfed (Regr)。在步骤1410中，电子控制设备70将最终点火正时IG设定成从基准点火正时 Kbase提前IGadXK6的正时。S卩，IGadXK6用于替代提前量IGad，作为从基准点火正时 IGbase提前的量。结果，当排气再循环率Regr为常数时，在SC阀44开启时，则提前量设定成越大的值，并因此点火正时IG设定成越提前的正时。将在下面描述用这种方式使用系数K6校正点火正时IG的原因。被吸入燃烧室中的气体的湍流度随着进气流速的降低而降低。随着气体湍流度的降低，燃烧室中燃料与氧气接触的机率降低，所以燃烧率变慢并且点火延迟时间变得更长。 因此，在该修改示例中，当排气再循环率Regr为常数时，在SC阀44开启时，点火正时设定成越提前的正时。因此，使用系数K6校正点火正时IG。结果，即使当SC阀44开启并且进气流速小时，也可以抑制诸如不点火之类的问题。在图14所示的修改示例中，通过使用图3所示的MapIfeicKRegr)获得提前量 IGad,然后用使用图15中所示的MapK6 (SC阀开启或关闭)所获得的系数K6来校正该提前量IGad，来设定最终提前量(=IGadX K6)。但是，也可以使用MapIfeid (Regr，SC阀开启或关闭)在给定时刻设定与IGadXK6相对应的最终提前量IGad。同时，本修改示例中所使用的SC阀44是根据运转状态选择性关闭或开启的阀。但是，可选的，所使用的SC阀可以替代为能够根据运转状况逐渐改变进气通道的最小开启面积的阀。在此情况下，设定系数K6(>0)使得系数Κ6随着最小开启面积的增大而逐渐增大的表可以用于代替图15中所示的MapK(SC阀开启或关闭)。同时，如图16所示的本发明的示例性实施例的第七修改示例所示，图2中所示的程序的步骤245还可以由步骤1605和1610所代替。即，将所有上述系数Kl到Κ6都考虑进去，IGadX Kl X Κ2 X Κ3 X Κ4 X Κ5 X Κ6可以用于代替IGad作为从基准点火正时IGbase提前的量。同时，可以将系数Kl到Κ6中的两个到五个系数考虑进来以计算从基准点火正时 IGbase提前的量。同时，在上述修改示例中，通过将系数乘以提前量IGad来计算最终提前量，然后使用最终提前量来校正点火正时IG。但是，可选的，可以通过将与系数等价的校正量加到提前量IGad来计算最终提前量，然后使用最终提前量来校正点火正时IG。同时，在该示例性实施例中，在图2中的步骤235中获得基准点火正时Kibase，最终点火正时IG设定成从基准点火正时Kbase以提前量IGad提前的正时。但是，可选的， 可以使用MapIG (NE，Ma，Regr)在给定时刻设定将基准点火正时Kbase和提前量IGad考虑进来的最终点火正时IG。同时，在该示例性实施例中，如图3所示，提前量IGad设定成使得提前量IGad的增加相对于排气再循环率Regr的增加的梯度随着排气再循环率Regr的增大而逐渐增大。 即，提前量IGad的增加相对于排气再循环率Regr的增加的特性是所谓的“下凸”特性。但是，取而代之的，提前量IGad可以设定成使得当Regr等于或小于第一预定值时提前量IGad 的增加的梯度是处于第一梯度的常数，当Regr大于第一预定值时提前量IGad的增加的梯度是处于第二梯度的常数，第二梯度大于第一梯度。即，提前量IGad的增加相对于排气再循环率Regr的特性可以是类似于图3中所示的下凸特性的由两个线段所形成的折线所表示的特性，同时，提前量IGad的增加相对于排气再循环率Regr的增加的特性可以是类似于图3中所示的下凸特性的由三个火多个线段所形成的折线所表示的特性。此外，在上述示例性实施例中，提供外部再循环机构和内部再循环机构。但是，本发明还可以应用于只具有上述再循环机构中的一个的内燃机，例如只具有外部再循环机构或只具有内部再循环机构。虽然参考本发明的示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所描述的实施例或构造。相反，本发明应当涵盖各种修改和等价布置。此外，虽然以各种示例组合和构造示出了所述发明的各种元素，但是其他组合和构造(包括更多、更少或单一元素)也在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种内燃机的点火正时控制设备，所述内燃机包括排气再循环机构，所述排气再循环机构使从所述内燃机的燃烧室排出的排气再循环进入所述燃烧室中；以及点火正时设定装置，所述点火正时设定装置用于根据所述内燃机的运转状态设定点火正时，所述点火正时是在所述燃烧室中点燃空气燃料混合物的正时，所述点火正时控制设备的特征在于所述点火正时设定装置包括排气再循环率计算装置，所述排气再循环率计算装置用于计算排气再循环率，所述排气再循环率是再循环排气总量与气体总量的比率，所述再循环排气总量是通过所述排气再循环机构再循环进入所述燃烧室中的排气的总量，所述气体总量是被吸入所述燃烧室中的气体的总量；和所述点火正时设定装置设定所述点火正时，使得所述点火正时的提前量的增加相对于由所述排气再循环率计算装置计算出的所述排气再循环率的增加的梯度随着由所述排气再循环率计算装置计算出的所述排气再循环率的增加而增大。
2.根据权利要求1所述的点火正时控制设备，其中所述排气再循环机构包括i)外部再循环机构，所述外部再循环机构通过控制置于排气再循环通道中的排气再循环阀的开启量，来控制从所述内燃机的排气通道经过所述排气再循环通道再循环到所述内燃机的进气通道的排气量，所述排气再循环通道将所述排气通道与所述进气通道连通；和ii)内部再循环机构，所述内部再循环机构通过控制所述内燃机的进气阀和排气阀同时都保持开启的时间长度，来控制从所述排气通道经过所述燃烧室再循环到所述进气通道的排气量；点火正时设定装置包括外部排气再循环率计算装置，所述外部排气再循环率计算装置用于计算外部排气再循环率，所述外部排气再循环率是外部排气再循环量与所述再循环排气总量的比率，所述外部排气再循环量是通过所述外部再循环机构再循环进入所述燃烧室中的排出气体的量，所述再循环排气总量是所述外部排气再循环量与内部排气再循环量的总和，所述内部排气再循环量是通过所述内部再循环机构再循环进入所述燃烧室的排气量；禾口所述外部排气再循环率越高，所述点火正时设定装置将所述点火正时设定成越提前的正时。
3.根据权利要求1或2所述的点火正时控制设备，其中，所述气体总量越小，所述点火正时设定装置将所述点火正时设定成越提前的正时。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的点火正时控制设备，其中，所述点火正时设定装置包括运转速度获取装置，所述运转速度获取装置用于获取所述内燃机的运转速度；并且所述运转速度越低，所述点火正时设定装置将所述点火正时设定成越提前的正时。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的点火正时控制设备，其中，所述点火正时设定装置包括进气阀关闭正时控制机构，所述进气阀关闭正时控制机构用于根据所述内燃机的运转状态来改变所述进气阀的关闭正时；并且所述进气阀的关闭正时越延迟，所述点火正时设定装置将所述点火正时设定成越提前的正时。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的点火正时控制设备，其中，所述点火正时设定装置包括发动机压缩比控制机构，所述发动机压缩比控制机构根据所述内燃机的运转状态改变发动机压缩比，所述发动机压缩比是通过将压缩冲程的下止点处的所述燃烧室的体积除以所述压缩冲程的上止点处的所述燃烧室的体积而获得的值；并且所述发动机压缩比越小，所述点火正时设定装置将所述点火正时设定成越提前的正时。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的点火正时控制设备，其中，所述点火正时设定装置包括流速控制机构，所述流速控制机构根据所述内燃机的运转状态改变从所述进气通道流入所述燃烧室中的气体的流速；并且所述流速越小，所述点火正时设定装置将所述点火正时设定成越提前的正时。
8.根据权利要求7所述的点火正时控制设备，其中，所述流速控制机构通过改变i)多个所述进气阀中被开启的阀的数量或ii)所述进气通道的最小开启面积，来改变流入所述燃烧室中的气体的流速。
9.一种内燃机的点火正时控制设备的控制方法，所述内燃机包括排气再循环机构，所述排气再循环机构使从所述内燃机的燃烧室排出的排气再循环进入所述燃烧室中；以及点火正时设定装置，所述点火正时设定装置用于根据所述内燃机的运转状态设定点火正时， 所述点火正时是在所述燃烧室中点燃空气燃料混合物的正时，所述方法的特征在于包括以下步骤计算排气再循环率，所述排气再循环率是再循环排气总量与气体总量的比率，所述再循环排气总量是通过所述排气再循环机构再循环进入所述燃烧室中的排气的总量，所述气体总量是被吸入所述燃烧室中的气体的总量；和设定所述点火正时，使得所述点火正时的提前量的增加相对于由所述排气再循环计算装置计算出的所述排气再循环率的增加的梯度随着由所述排气再循环计算装置所计算出的所述排气再循环率的增加而增大。
10.一种内燃机的点火正时控制设备，其包括排气再循环机构，所述排气再循环机构使从所述内燃机的燃烧室排出的排气再循环进入所述燃烧室中；以及点火正时设定部分，所述点火正时设定部分根据所述内燃机的运转状态来设定点火正时，所述点火正时是在所述燃烧室中点燃空气燃料混合物的正时；其中，所述点火正时设定部分包括排气再循环率计算部分，所述排气再循环率计算部分计算排气再循环率，所述排气再循环率是再循环排气总量与气体总量的比率，所述再循环排气总量是通过所述排气再循环机构再循环进入所述燃烧室中的排气的总量，所述气体总量是被吸入所述燃烧室中的气体的总量；并且其中，所述点火正时设定部分设定所述点火正时，使得所述点火正时的提前量的增加相对于由所述排气再循环率计算部分计算出的所述排气再循环率的增加的梯度随着由所述排气再循环率计算部分计算出的所述排气再循环率的增加而增大。
全文摘要
当被吸入燃烧室中的新鲜空气的量表示为Ma并且通过外部和内部再循环机构再循环进入燃烧室中的排气量分别表示为Megre和Megri时，排气再循环率(Regre)定义为(Megre+Megri)/(Ma+Megre+Megri)。根据内燃机的运转状态设定当Regr＝0时所应用的基准点火正时。设定提前量(IGad)，使得IGad的增加相对于Regr的增加的特性是下凸特性。最终点火正时设定为从基准点火正时提前了提前量(IGad)的正时。
文档编号F02D37/02GK102177327SQ200980140424
公开日2011年9月7日 申请日期2009年9月2日 优先权日2008年10月10日
发明者品川知广, 细川阳平 申请人:丰田自动车株式会社