内燃机的控制装置及控制方法
【专利摘要】一种内燃机的控制装置。在增压区开始EGR的情况下，通过EGR控制阀(21)开阀，在第一规定位置的EGR率变化时间T1变更废气旁通阀(17)的开度。在非增压区开始EGR的情况下，通过EGR控制阀(21)开阀，在第二规定位置的EGR率变化的时间T2变更节气阀(5)的开度。由此，不存在增压区、非增压区的区别，能抑制在EGR开始时产生转矩阶梯差的情况。
【专利说明】内燃机的控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使废气的一部分向增压器的上游侧回流的内燃机的控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]一直以来，已知的是通过进行根据运转状态将废气(排气)导入进气系的所谓EGR，实现内燃机的废气性能提高及油耗改善的技术。
[0003]例如，专利文献I中公开有如下的技术:即使是EGR实施中，可以以实际的增压压力为基于发动机转速和发动机负荷计算出的目标增压压力的方式控制可变容量型的涡轮增压器的喷嘴叶片的开度。
[0004]但是，在这样的专利文献I中，在从涡轮增压器的压缩机壳体的上游侧导入EGR时，虽然可以满足恒定的转矩要求，但可能不能避免EGR开始时或EGR停止时产生的缸内的过渡的吸入空气量变化导致的转矩阶梯差。
[0005]专利文献1:(日本)特开2007 - 303380号公报
【发明内容】
[0006]于是，本发明的内燃机的控制装置的特征在于，具有预测因EGR控制阀的开度的变更而产生的内燃机的汽缸内的EGR率的EGR率预测单元和控制吸入空气量的进气控制器件，基于在上述EGR率预测单元的EGR率的变化预测，控制上述进气控制器件。
[0007]根据本发明，在变更EGR控制阀的开度的情况下，预测缸内的EGR率变化的时间，通过基于该预测控制进气控制器件，不存在增压区、非增压区的区别，而能够抑制转矩阶梯差的产生。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是表示本发明的内燃机的控制装置的整体构成的系统图；
[0009]图2是表不第一实施例的增压区的EGR开始时的状况的时间图；
[0010]图3是表不第一实施例的非增压区的EGR开始时的状况的时间图；
[0011]图4是表示第一实施例的控制内容的块图；
[0012]图5是表示第二实施例的增压区的EGR开始时的状况的时间图；
[0013]图6是表示第二实施例的非增压区的EGR开始时的状况的时间图；
[0014]图7是表示第二实施例的控制内容的块图；
[0015]图8是延迟时间计算图。
【具体实施方式】
[0016]下面，基于附图详细地说明本发明的一实施例。图1是表示本发明的内燃机的控制装置的整体构成的系统图。
[0017]内燃机I是作为驱动源搭载于汽车等车辆的装置，在内燃机I的汽缸Ia连接有进气通路2和废气通路(排气通路)3。在经由进气总管4a及进气歧管4b与内燃机I连接的进气通路2上设置有通过电动机驱动的电控制的节气阀5，并且在其上游侧设置有检测吸入空气量的空气流量计6、空气滤清器7。在经由废气歧管8与内燃机I连接的废气通路3上设有三元催化剂等废气催化剂9作为废气净化用。
[0018]另外，该内燃机I具有在同轴上具备配置于进气通路2的压缩机11和配置于废气通路3的涡轮12的涡轮增压器10。压缩机11位于节气阀5的上游侧，并且位于空气流量计6的下游侧。涡轮12位于废气催化剂9的上游侧。另外，图1中的13是设置于节气阀5的上游侧的中冷器。
[0019]在进气通路2上连接有迂回压缩机11连接压缩机的上游侧和下游侧的再循环通路14。在再循环通路14介装有控制再循环通路14内的进气流量的电控制的再循环阀15。再循环阀15由电动机驱动。此外，作为再循环阀15可使用仅在压缩机11下游侧的压力为规定压力以上时开阀的所谓的逆止阀。
[0020]在废气通路3上连接有迂回涡轮12连接涡轮12的上游侧和下游侧的废气旁通通路16。在废气旁通通路16中介装有控制废气旁通通路16内的废气流量的电控制的废气旁通阀17。废气旁通阀17由电动机驱动。因此，在增压区，通过调节废气旁通阀17的开度，可控制增压压力，可根据废气旁通阀17的开度控制吸入空气量。
[0021]另外，内燃机I是可实施废气回流(EGR)的装置，在废气通路3和进气通路2之间设置有EGR通路20。EGR通路20，其一端在废气催化剂9的下游侧的位置与废气通路3连接，其另一端在空气滤清器7的下游侧且压缩机11的上游侧的位置与进气通路2连接。在该EGR通路20介装有电控制的EGR控制阀21和EGR冷却器22。EGR控制阀21由电动机驱动。另外，EGR控制阀21的开度由控制单元25控制，以获得与运转条件相对应的目标EGR率。
[0022]控制单元25除输入上述的空气流量计6的检测信号外，还输入有检测曲柄轴(未图示)的曲柄角的曲柄角传感器26、检测油门踏板(未图示)的踩踏量的油门开度传感器27等传感器类的检测信号。
[0023]控制单元25基于这些检测信号，实施内燃机I的点火时期及空燃比等控制，并且实施控制EGR控制阀21的开度使废气的一部分从废气通路3向进气通路2回流的废气回流控制(EGR控制)ο
[0024]另外，控制单元25根据运转条件还控制节气阀5、再循环阀15、废气旁通阀17的开度。
[0025]而且，在增压区，将节气阀5的开度设为全开，通过控制废气旁通阀17的开度，以向缸内供给为实现发动机请求转矩所需要的新气的方式进行控制。在非增压区，将废气旁通阀17的开度设为规定的一定开度，以向缸内供给为实现发动机请求转矩所需要的新气的方式控制节气阀5的开度。
[0026]S卩，在增压区，废气旁通阀17作为进气控制器件控制吸入空气量，在非增压区，节气阀5作为进气控制器件控制吸入空气量。
[0027]在这样的内燃机I中，例如在增压区开始EGR的情况下，内燃机I为实现请求转矩，需要以补充因导入EGR而不足的缸内的新气量的方式控制废气旁通阀17。
[0028]然而，从变更EGR控制阀21的开度开始到实际上在缸内的EGR率上显现出变化为止产生响应延迟，因此，在开始EGR的时间将吸入空气量的目标值切换为进行EGR的情况的目标值时，在缸内的EGR率变化前，缸内的新气量(汽缸吸入新气量)变化，成为产生转矩阶梯差使驾驶性恶化的原因。
[0029]于是，在增压区，在开始或停止EGR的情况下，实施先预测因EGR控制阀21的开度的变更而产生的缸内的EGR率的变化，基于该预测控制废气旁通阀17的开度的协调控制。
[0030]例如，在增压区的恒定驾驶中(发动机请求转矩为一定的驾驶中)开始EGR的情况下，如图2所示，在废气旁通阀17的控制上反映如下的EGR率，S卩、在从通过EGR控制阀21的开度的变更而使缸内的EGR率变化的时间T3提前了根据废气旁通阀17的缸内空气量响应时间Δ-- (从变更废气旁通阀17的目标值开始至缸内的新气量开始变化为止的时间)量的时间Tl，EGR率变化的进气系的第一规定位置的EGR率。
[0031]S卩、在增压区开始EGR的情况下，不是在EGR控制阀21开阀的同时(时间T0)变更废气旁通阀17的开度，而如图2中实线所示，通过EGR控制阀21的开阀，在上述第一规定位置的EGR率变化的时间Tl，变更废气旁通阀17的开度。由此，在增压区的恒定驾驶中的EGR开始时能够将缸内的新气量保持一定。
[0032]上述第一规定位置的EGR率例如基于吸入空气量、EGR通路20与进气通路2的合流部31的EGR率、从EGR控制阀21至上述第一规定位置的流路的体积来推定。
[0033]另外，上述第一规定位置为根据进气系的规格而不同的位置。例如，在本实施例中，进气控制器件为废气旁通阀17的情况的上述第一规定位置为与进气系内的节气阀5大体相同的位置，在节气阀5的位置，在EGR率变化的时间，变更废气旁通阀17的开度。
[0034]此外，图2中的虚线表示在开始EGR的时间TO将吸入空气量的目标值切换为进行EGR的情况的目标值，控制废气旁通阀17的情况(无协调控制)。另外，在图2中，特性线Ea表示EGR通路20和进气通路2的合流部31的推定EGR率的变化，特性线Ef表示上述第一规定位置的推定EGR率的变化，特性线Ec表示缸内的推定EGR率的变化。
[0035]另一方面，在这样的内燃机I中，例如在非增压区开始EGR的情况下，内燃机I为实现请求转矩，需要以补充因导入EGR而不足的缸内的新气量的方式控制节气阀5。该情况下，在开始EGR的时间将吸入空气量的目标值切换为进行EGR的情况的目标值时，在开始EGR的时间，节气阀5的开度向开阀方向变更，缸内的EGR率变化前，缸内的新气量(汽缸吸入新气量)变化，成为转矩阶梯差产生而使驾驶性恶化的原因。
[0036]因此，在非增压区，在开始或停止EGR的情况下，实施预先取得通过EGR控制阀21的开度的变更而产生的缸内的EGR率的变化进行预测，并基于该预测控制节气阀5的开度的协调控制。
[0037]例如，在非增压区的恒定驾驶中(发动机请求转矩为一定的驾驶中)开始EGR的情况下，如图3所示，在节气阀5的控制上反映如下的EGR率，即、在从通过EGR控制阀21的开度的变更而使缸内的EGR率变化的时间T3提前了根据节气阀5的缸内进气量响应时间At2(从变更节气阀5的目标值开始至缸内的新气量开始变化为止的时间)量的时间T2，EGR率变化的进气系的第二规定位置的EGR率。
[0038]S卩，在非增压区开始EGR的情况下，不是在EGR控制阀21开阀的同时(时间T0)变更节气阀5的开度，而如图3中实线所示，通过EGR控制阀21的开阀，在上述第二规定位置的EGR率变化的时间T2，变更节气阀5的开度。由此，在非增压区的恒定驾驶中的EGR开始时能够将缸内的新气量保持一定。
[0039]上述第二规定位置的EGR率例如基于吸入空气量、EGR通路20与进气通路2的合流部31的EGR率、从EGR控制阀21至上述第二规定位置的流路的体积来推定。
[0040]本实施例中，进气控制器件为节气阀5的情况的上述第二规定位置为与进气系内的总管4a前大体相同的位置，在该总管4a前的位置，在EGR率变化的时间，变更节气阀5的开度。
[0041]此外，根据节气阀5的缸内空气量响应时间At2比根据废气旁通阀17的缸内空气量响应时间Atl短，因此，上述第二规定位置位于比上述第一规定位置更靠汽缸Ia侧。
[0042]另外，图3中的虚线表示在开始EGR的时间TO将吸入空气量的目标值切换为进行EGR的情况的目标值并控制节气阀5的情况(无协调控制)。图3中，特性线Es表示上述第二规定位置的推定EGR率的变化。
[0043]这样，在变更EGR控制阀21的开度的情况下，预测缸内的EGR率变化的时间，基于该预测控制进气控制器件即节气阀5及废气旁通阀17，在EGR控制阀21的开度变更时，以缸内的新气量未变化的方式调节吸入空气量。由此，即使是有可能因向涡轮增压器10的压缩机11上游侧导入EGR，至缸内的EGR输送路径相对增长，从变更EGR控制阀21的开度开始至缸内的EGR率上显现出变化为止的响应延迟相对增大的系统，也不存在增压区、非增压区的区别，可以抑制在EGR控制阀21的开度变更时产生转矩阶梯差。
[0044]此外，上述第一及第二规定位置分别是系统固有的值，在未分别变化的情况下，也可以在上述第一及第二规定位置配置直接检测EGR率的传感器。
[0045]另外，从变更节气阀5或废气旁通阀17的目标开度开始至在缸内的新气量上产生变化为止的响应时间变化，在缸内新气量响应速度变化的情况下，也可以根据缸内新气量响应速度变更上述第一及第二规定位置。例如，在要根据发动机负荷使缸内新气量响应速度变化的情况下，只要根据发动机负荷变更上述第一及第二规定位置即可。
[0046]图4是表示上述的第一实施例的节气阀5和废气旁通阀17的控制内容的块图。
[0047]在SI，使用根据驾驶条件确定的目标EGR率、吸入空气量、从EGR控制阀21至上述第一规定位置的流路的体积，计算出上述第一规定位置的EGR率。即，在SI，计算出进气控制器件为废气旁通阀17时的上述第一规定位置的EGR率。在S2，使用在SI计算出的EGR率，计算出应导入缸内的新气量。
[0048]在S3，使用根据驾驶条件确定的目标EGR率、吸入空气量、从EGR控制阀21至上述第二规定位置的流路的体积，计算出上述第二规定位置的EGR率。S卩，在S3，计算出进气控制器件为节气阀5时的上述第二规定位置的EGR率。在S4，使用在SI计算出的EGR率，计算出应导入缸内的新气量。在S5，选择进气控制器件。
[0049]在S6，根据选择了发动机请求转矩的进气控制器件，控制节气阀5和废气旁通阀17。即，所选择的进气控制器件为废气旁通阀17的情况下，根据发动机请求转矩和在S2计算出的新气量来计算出目标吸入空气量，在所选择的进气控制器件为节气阀5的情况下，根据发动机请求转矩和在S4计算出的新气量来计算出目标吸入空气量，以成为计算出的目标吸入空气量的方式控制节气阀5及废气旁通阀17的开度。
[0050]接着，对本发明的第二实施例进行说明。第二实施例与上述的第一实施例同样，是预先取得通过EGR控制阀21的开度的变更而产生的缸内的EGR率的变化进行预测，基于该预测控制进气控制器件的例子，但在该第二实施例中，在进气控制器件的控制上反映从EGR控制阀21的开度变更开始至在上述第一规定位置EGR率变化为止的延迟时间或从EGR控制阀21的开度变更开始至在上述第二规定位置EGR率变化为止的延迟时间。
[0051]例如，在增压区的恒定驾驶中(发动机请求转矩为一定的驾驶中)开始EGR的情况下，如图5所示，预测从变更EGR控制阀21的开度的时间TO至EGR率在上述第一规定位置变化的时间Tl为止的经过时间即第一延迟时间(延迟时间I)，不在EGR控制阀21的开度变更的同时变更废气旁通阀17的开度，而实施在EGR控制阀21的开度变更后，在经过该第一延迟时间的时间Tl变更废气旁通阀17的开度的协调控制。
[0052]换言之，在增压区，在开始EGR的情况下，计算出通过EGR控制阀21的EGR到达上述第一规定位置的第一延迟时间(延迟时间I)，在经过该第一延迟时间的时间Tl变更废气旁通阀17的开度。由此，在增压区的恒定驾驶中的EGR开始时，能够将缸内的新气量保持一定。
[0053]第一延迟时间例如基于吸入空气量、从EGR控制阀21至上述第一规定位置的流路的体积来推定。
[0054]另外，图5中的虚线表示在开始EGR的时间TO将吸入空气量的目标值切换为进行EGR的情况的目标值而控制废气旁通阀17的情况(无协调控制)。图5中，特性线Ea表示EGR通路20与进气通路2的合流部31的实际EGR率的变化，特性线Ef表示上述第一规定位置的实际EGR率的变化，特性线Ec表示缸内的实际EGR率的变化。
[0055]另外，例如，在非增压区的恒定驾驶中(发动机请求转矩为一定的驾驶中)开始EGR的情况下，如图6所示，预测从变更EGR控制阀21的开度的时间TO至EGR率在上述第二规定位置变化的时间T2为止的经过时间即第二延迟时间(延迟时间2)，不在EGR控制阀21的开度变更的同时变更节气阀5的开度，而在EGR控制阀21的开度变更后，实施在经过该第二延迟时间的时间T2变更节气阀5的开度的协调控制。
[0056]换言之，在非增压区，在开始EGR的情况下，计算出通过EGR控制阀21的EGR到达上述第二规定位置的第二延迟时间(延迟时间2)，在经过该第二延迟时间的时间T2变更节气阀5的开度。由此，在非增压区的恒定驾驶中的EGR开始时，能将缸内的新气量保持一定。
[0057]第二延迟时间例如基于吸入空气量、从EGR控制阀21至上述第二规定位置的流路的体积来推定。
[0058]此外，第二延迟时间相当于通过EGR控制阀21的EGR到达比上述第一规定位置更靠汽缸Ia侧的上述第二规定位置的时间，为比第一延迟时间大的值。
[0059]另外，图6中的虚线表示在开始EGR的时间TO将吸入空气量的目标值切换为进行EGR的情况的目标值并控制节气阀5的情况(无协调控制)。图6中，特性线Es表示上述第二规定位置的实际EGR率的变化。
[0060]图7是表示第二实施例的节气阀5和废气旁通阀17的控制内容的块图。
[0061]Sll中，使用吸入空气量、和从EGR控制阀21至上述第一规定位置的流路的体积，计算出从驱动EGR控制阀21开始至在上述第一规定位置EGR率变化为止的第一延迟时间。
[0062]在S12，使用吸入空气量、和从EGR控制阀21至上述第二规定位置的流路的体积计算出从驱动EGR控制阀21开始至在上述第二规定位置EGR率变化为止的第二延迟时间。在S13，选择进气控制器件。
[0063]在S14，根据发动机请求转矩和EGR控制阀21的开度计算出目标吸入空气量，以成为计算出的目标吸入空气量的方式控制节气阀5及废气旁通阀17。
[0064]而且，在进气控制器件为废气旁通阀17的情况下，在EGR开始时，在S15中，在从驱动EGR控制阀21开始仅延迟在Sll计算出的第一延迟时间的时间，以成为在S14计算出的目标吸入空气量的方式控制废气旁通阀17的开度。
[0065]另外，在进气控制器件为节气阀5的情况下，在EGR开始时，在S16中，在从驱动EGR控制阀21开始仅延迟在S12计算出的第二延迟时间的时间，以成为S14计算出的目标吸入空气量的方式控制节气阀5的开度。
[0066]在这样的第二实施例中，也在EGR控制阀21的开度变更时以缸内的新气量未变化的方式调节吸入空气量，因此，与上述的第一实施例同样，不存增压区、非增压区的区别，能够抑制EGR控制阀21的开度变更时产生转矩阶梯差的情况。
[0067]此外，该第二实施例的第一延迟时间及第二延迟时间根据吸入进气量、从EGR控制阀21至上述第一规定位置的流路的体积、从EGR控制阀21至上述第二规定位置的流路的体积计算出，但也可以根据发动机负荷和发动机转速和进气流速计算出第一延迟时间及第二延迟时间。该情况下，也可以根据发动机负荷和发动机转速和进气流速在每次计算出延迟时间，但也可以预先根据实验求出将发动机负荷和发动机转速和进气流速和延迟时间关联起来的图8所示的延迟时间计算图，参照这样的延迟时间计算图而计算出。在该图8中，以发动机负荷越大，发动机转速越大，进气流速越大，延迟时间越小的方式进行设定。
[0068]另外，在上述的各实施例中，节气阀5、废气旁通阀17及EGR控制阀21当目标值变更时，则大致没有响应延迟地变更为目标的开度。
【权利要求】
1.一种内燃机的控制装置，具有位于节气阀的上游侧的增压器、从该增压器的上游侧使废气的一部分作为EGR回流的EGR通路、配置于所述EGR通路的中途的EGR控制阀，其中，并具有: EGR率预测单元，其预先预测通过所述EGR控制阀的开度的变更而产生的内燃机的汽缸内的EGR率的变化； 进气控制器件，其控制吸入空气量， 基于在所述EGR率预测单元的预测，控制所述进气控制器件。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中， 所述EGR率预测单元预测在所述EGR通路与所述进气通路的合流部的下游侧的进气系的规定位置的EGR率。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其中， 所述EGR率预测单元预测如下的EGR率，即、在比通过所述EGR控制阀的开度的变更而使所述汽缸内的EGR率变化的时间提前了通过所述进气控制器件变更吸入空气量之后至缸内的新气量变化为止的进气控制器件响应时间量的时间EGR率变化的进气系的规定位置的EGR率， 基于所述规定位置的EGR率，控制所述进气控制器件。
4.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中， 所述EGR率预测单元预测从所述EGR控制阀的开度变更之后至在所述EGR通路与所述进气通路的合流部的下游侧的进气系的规定位置EGR率变化为止的延迟时间。
5.如权利要求1或4所述的内燃机的控制装置，其中， 所述EGR率预测单元预测如下的延迟时间，即、在比通过所述EGR控制阀的开度的变更而使所述汽缸内的EGR率变化的时间提前了通过所述进气控制器件变更吸入空气量之后至缸内的新气量变化为止的进气控制器件响应时间量的时间EGR率变化的进气系的规定位置，变更所述EGR控制阀的开度之后至EGR率变化为止的延迟时间， 在变更所述EGR控制阀的开度时，从变更所述EGR控制阀的开度开始经过所述延迟时间后，变更所述进气控制器件的目标值。
6.如权利要求2?5中任一项所述的内燃机的控制装置，其中， 具有多个所述进气控制器件，并根据所述进气控制器件设定所述规定位置。
7.如权利要求2?6中任一项所述的内燃机的控制装置，其中， 根据从变更所述进气控制器件的目标值开始至在所述汽缸内的新气量产生变化为止的时间，变更所述规定位置。
8.如权利要求1?7中任一项所述的内燃机的控制装置，其中， 所述增压器是通过设置于废气通路的涡轮驱动设置于所述进气通路的压缩机的装置， 在所述废气通路连接有介装废气旁通阀的旁通通路，该废气旁通阀控制迂回所述涡轮的废气流量， 在作为所述进气控制器件使用所述废气旁通阀的情况下，与作为所述进气控制器件使用所述节气阀的情况下相比，所述规定位置更靠上游侧。
9.如权利要求2或3所述的内燃机的控制装置，其中， 所述规定位置的EGR率基于吸入空气量、所述EGR通路与所述进气通路的合流部的EGR率、从所述EGR控制阀至所述规定位置的流路的体积来推定。
10.如权利要求2或3所述的内燃机的控制装置，其中， 所述规定位置的EGR率通过可检测EGR率的传感器检测出。
11.一种内燃机的控制方法，其中， 预先预测通过从位于节气阀的上游侧的增压器的更靠上游侧使废气的一部分作为EGR回流的EGR通路上配置的EGR控制阀的开度的变更而产生的内燃机的汽缸内的EGR率的变化，基于该预测控制进气控制器件，该进气控制器件控制吸入空气量。
【文档编号】F02B37/00GK104471217SQ201380037797
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年6月10日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】古宫亚友美, 土田博文, 赤木三泰 申请人:日产自动车株式会社