发动机的控制方法以及控制装置与流程

1.本发明涉及发动机的控制方法以及控制装置。


背景技术：

2.在具有多个气缸的发动机中，在检测出爆震(knock)的产生的情况下，为了抑制接下来的燃烧周期的爆震的产生，使产生了爆震的气缸的点火时机滞后。另一方面，如果分别对各气缸的点火时机进行控制，则点火时机的波动有可能增大而导致气缸间的转矩差变得过大。因此，在专利文献1的控制装置中，以最大滞后角侧的点火时机即最大滞后点火时机为基准，将各气缸的点火时机设定为处于以转矩容许点火时机差而更靠提前角侧的范围内。
3.专利文献1：日本特开2018-178927号公报


技术实现要素：

4.然而，关于专利文献1的控制装置，将各气缸的点火时机差的容许范围的设定基准设为最大滞后点火时机，因此在因爆震传感器的误动作等将最大滞后点火时机设定为过度靠近滞后角侧的情况下，会将所有气缸的点火时机都向滞后角侧过度校正。因此，发动机的输出转矩有可能降低。
5.本发明要解决的问题在于，提供在进行抑制每个气缸的点火时机的波动的控制时能够抑制发动机的输出转矩降低的发动机的控制方法以及控制装置。
6.本发明将点火时机比最大滞后点火时机更靠提前角侧、且比最大提前角点火时机更靠滞后角侧的任一气缸的点火时机，设定为基准点火时机，以使得相对于基准点火时机的时机差落入于容许时机差范围的方式对各气缸的点火时机进行控制，由此解决了上述问题。
7.发明的效果
8.根据本发明，将成为控制基准的点火时机设为除了最大滞后点火时机、以及最大提前角点火时机以外的点火时机，因此在进行抑制每个气缸的点火时机的波动的控制时能够抑制发动机的输出转矩降低。
附图说明
9.图1是表示利用本发明的实施方式所涉及的控制装置控制的发动机的构造的一部分的图。
10.图2是表示本发明的实施方式所涉及的控制装置的结构的框图。
11.图3是表示图2的控制装置的发动机的控制方法的次序的流程图。
12.图4是表示由图2的控制装置进行的发动机的气缸的点火时机的校正的例子的图。
具体实施方式
13.下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
14.如图1所示，发动机(内燃机)100由控制装置50(ecu)控制。本实施方式的发动机100是具有4个气缸的直列4气缸发动机，图1中示出了其中的1个气缸101。此外，本发明所涉及的发动机100并不限定于直列4气缸发动机，只要是直列3气缸、直列6气缸、v型6气缸、v型8气缸等具有大于或等于3个的气缸即可。
15.发动机100具有进气通路111以及排气通路125。在进气通路111设置有空气滤清器112、对吸入空气流量进行检测的空气流量计113、对吸入空气流量进行控制的节流阀114以及总管115。另外，并未图示，但在进气通路111设置有增压器的压缩机轮以及中间冷却器。在节流阀114设置有对该节流阀114的开度进行调整的dc电机等致动器116。另外，在从总管115向各气缸101分支出的进气通路111a设置有燃料喷射阀118。另外，在排气通路125设置有空燃比传感器126、排气净化催化剂127以及消声器129。另外，虽然并未图示，但在排气通路125设置有增压器的涡轮、以及使得涡轮迂回的迂回路，在迂回路设置有用于对相对于涡轮迂回的废气的量进行调整的废气门阀。
16.气缸101具有在气缸体形成的缸孔119，活塞120能够往返移动地设置于缸孔119内。另外，在安装于气缸体的上表面的气缸盖102设置有进气阀121以及排气阀122。由缸孔109、活塞120以及气缸盖102包围的空间构成燃烧室123。另外，在气缸盖102以面对燃烧室123的方式安装有火花塞124。并且，在气缸体设置有对气缸101中产生的振动进行检测、对爆震的产生的有无进行检测的爆震传感器150。爆震传感器150构成为包含压电元件、磁致伸缩材料，提取出与爆震相当的特定频率的振动(爆震振动)而变换为电信号。爆震传感器150的检测信号输出至控制装置50。
17.在发动机100的曲轴130设置有曲轴转角传感器131，该曲轴转角传感器131的检测信号输出至控制装置50。除了对曲轴转角进行检测以外，曲轴转角传感器131还作为对发动机100的旋转速度(每单位时间的转速)进行检测的发动机旋转速度检测单元起作用。此外，曲轴转角传感器131的输出信号与各气缸101的活塞120的行程位置(上止点等)对应，因此能够根据利用爆震传感器150检测出爆震振动的定时的曲轴转角传感器131的输出信号以及火花塞124的点火时机而确定产生了爆震的气缸101。
18.控制装置50从空气流量计113接收检测信号并获取吸入空气流量。另外，控制装置50从空燃比传感器126接收检测信号并获取空燃比。另外，控制装置50在恒定时间内对曲轴转角传感器131的曲轴单位角信号进行计算、或者对曲轴基准角信号的周期进行测量，从而获取发动机100的旋转速度ne。
19.另外，控制装置50将控制信号输出至致动器116，以达成基于驾驶者的加速器踏板操作量等运算出的请求转矩的方式，对节流阀114以及废气门阀的开度进行电子控制。另外，控制装置50将控制信号输出至燃料喷射阀118，燃料喷射阀118以将控制为规定压力的燃料向进气通路111a内喷射的方式进行控制。并且，控制装置50将控制信号输出至火花塞124，针对燃烧室123的吸入混合气体进行点火。
20.接下来，利用图2对控制装置50的结构进行说明。
21.控制装置50具有点火时机计算部51、基准气缸设定部52、基准点火时机设定部53、容许时机差范围设定部54、点火时机判定部55以及点火时机校正部56。控制装置50由具有
cpu、rom以及ram的计算机构成。点火时机计算部51、基准气缸设定部52、基准点火时机设定部53、容许时机差范围设定部54、点火时机判定部55以及点火时机校正部56作为用于执行控制装置50的功能的程序而储存于rom。
22.点火时机计算部51基于运转条件获取部57获取到的发动机100的运转条件以及爆震传感器150检测出的爆震的产生的有无，对各气缸101的点火时机进行计算。具体而言，在爆震传感器150检测出爆震的产生的情况下，点火时机计算部51使得下一次的燃烧周期的该气缸101的点火时机与当前设定的气缸101的点火时机相比以规定时机而滞后。另一方面，在爆震传感器150未检测出爆震的产生的情况下，点火时机计算部51使得下一次的燃烧周期的气缸101的点火时机根据发动机100的运转条件，相对于当前设定的气缸101的点火时机相比维持原样或提前。点火时机计算部51基于当前的气缸101的点火时机、下一次的燃烧周期的点火时机的滞后角量、或者提前角量，对下一次的燃烧周期的气缸101的点火时机进行计算。此外，气缸101的点火时机由曲轴转角表示点火时机相对于上止点的总滞后角量。
23.基准气缸设定部52将任意定时的4个气缸101的点火时机中的、点火时机设定为比最大滞后角侧的点火时机(下面，也称为最大滞后点火时机)更靠提前角侧的气缸、且是点火时机设定为比最大提前角侧的点火时机(下面，也称为最大提前角点火时机)更靠滞后角侧的1个或多个气缸101中的任1个，设定为基准气缸。换言之，基准气缸设定部52将达到最大滞后点火时机的气缸以及达到最大提前角点火时机的气缸以外的气缸中的任一个，设为基准气缸。本实施方式的基准气缸是指在对点火时机进行校正时达到基准的点火时机的气缸。图4是表示气缸的点火时机的校正例的图，具体而言，如图4的左侧所示，发动机100具有4个气缸101a、101b、101c、101d，在各自的点火时机从提前角侧趋向滞后角侧为d0a、d0b、d0c、d0d的顺序的情况下，本实施方式的基准气缸设定部52将气缸101b设定为基准气缸101s。此外，在点火时机d0a、d0b、d0c、d0d中，点火时机d0a为最大滞后角侧的最大滞后点火时机，点火时机d0b为第2大的滞后角侧的点火时机，点火时机d0c为第3大的滞后角侧的点火时机，点火时机d0d为最大提前角侧的最大提前角点火时机。即，基准气缸设定部52将在最大滞后点火时机d0a之后设定为第2大的滞后角侧的点火时机d0b的气缸101b设定为基准气缸101s。
24.此外，基准气缸设定部52并不限定于此，还可以将设定了最大滞后点火时机d0a之后第3大的滞后角侧的点火时机d0c的气缸101c，设定为基准气缸101s。同样地，在6气缸发动机的情况下，在任意定时的6个气缸中，将除了达到最大滞后点火时机的气缸以及达到最大提前角点火时机的气缸以外的4个气缸的任一个设为基准气缸。另外，在8气缸发动机的情况下，将任意定时的8个气缸中的、除了达到最大滞后点火时机的气缸以及达到最大提前角点火时机的气缸以外的6个气缸的任一个设为基准气缸。
25.基准点火时机设定部53将利用基准气缸设定部52求出的基准气缸101s的点火时机设定为基准点火时机ds。即，基准点火时机设定部53将在最大滞后点火时机d0a之后第2大的滞后角侧的气缸101b的点火时机d0b设定为基准点火时机ds。
26.容许时机差范围设定部54基于运转条件获取部57获取到的发动机100的运转条件，设定以基准点火时机ds为基准能容许的时机差的范围即容许时机差范围r。具体而言，如图4所示，容许时机差范围设定部54设定容许时机差范围r的滞后角侧的阈值即滞后角侧
容许时机差l1，设定容许时机差范围r的提前角侧的阈值即提前角侧容许时机差l2。这里，如果以基准点火时机ds为基准将以滞后角侧容许时机差l1滞后的曲轴转角设为dr、将以提前角侧容许时机差l2提前的曲轴转角设为da，则容许时机差范围r是设定于曲轴转角dr与曲轴转角da之间的范围。
27.运转条件获取部57获取的发动机100的运转条件是空气流量计113检测出的吸入空气流量以及曲轴转角传感器131检测出的发动机100的旋转速度。即，基于根据吸入空气流量推定出的发动机100的输出转矩(发动机负荷)以及旋转速度，设定容许时机差范围r。此外，容许时机差范围r可以基于发动机100的输出转矩(发动机负荷)或者旋转速度的任一者而设定。另外，发动机100的输出转矩(发动机负荷)的推定可以基于驾驶者的加速器踏板操作量等而计算，也可以基于节流阀114的开度而计算。另外，运转条件获取部57获取的发动机100的运转条件可以包含空燃比传感器126检测的空燃比等。而且，根据这种运转条件而设定容许时机差范围r的滞后角侧容许时机差l1以及提前角侧容许时机差l2。
28.此外，在图4中，滞后角侧容许时机差l1小于提前角侧容许时机差l2，但并不限定于此，滞后角侧容许时机差l1和提前角侧容许时机差l2可以彼此相等，滞后角侧容许时机差l1也可以大于提前角侧容许时机差l2。
29.另外，容许时机差范围r可以是与发动机100的运转条件无关地预先设定的时机差的范围。
30.点火时机判定部55判定各气缸101的点火时机是否落入于以基准点火时机ds为基准的容许时机差范围r。点火时机判定部55具有判定比基准点火时机ds更靠滞后角侧的点火时机是否落入于容许时机差范围r的第1点火时机判定部55a、以及判定比基准点火时机ds更靠提前角侧的点火时机是否落入于容许时机差范围r的第2点火时机判定部55b。
31.具体而言，第1点火时机判定部55a判定各气缸101的点火时机是否设定为相对于基准点火时机ds比滞后角侧容许时机差l1更靠滞后角侧。例如，如图4的左侧所示，判定为气缸101a的点火时机d0a设定为相对于基准点火时机ds比滞后角侧容许时机差l1更靠滞后角侧即未落入于容许时机差范围r。
32.另外，第2点火时机判定部55b判定各气缸101的点火时机是否设定为相对于基准点火时机ds比提前角侧容许时机差l2更靠提前角侧。例如，如图4的左侧所示，判定为气缸101c的点火时机d0c设定为相对于基准点火时机ds比提前角侧容许时机差l2更靠提前角侧、即落入于容许时机差范围r。另一方面，判定为气缸101d的点火时机d0d相对于基准点火时机ds设定为比提前角侧容许时机差l2更靠提前角侧、即未落入于容许时机差范围r。
33.此外，气缸101c的点火时机d0b设定为基准点火时机ds，因此判定为落入于容许时机差范围r。
34.在点火时机判定部55判定为气缸101的点火时机未落入于容许时机差范围r的情况下，点火时机校正部56以使得气缸101的点火时机相对于基准点火时机ds的时机差落入于容许时机差范围r的方式，对该气缸101的点火时机进行校正。点火时机校正部56具有：第1点火时机校正部56a，其对比基准点火时机ds更靠滞后角侧的点火时机进行校正；以及第2点火时机校正部56b，其对比基准点火时机ds更靠提前角侧的点火时机进行校正。
35.即，在气缸101的点火时机设定为相对于基准点火时机ds比滞后角侧容许时机差l1更靠滞后角侧的情况下，第1点火时机校正部56a以使得气缸101的点火时机相对于基准
点火时机ds的滞后角侧的时机差达到滞后角侧容许时机差l1的方式，对气缸101的点火时机进行校正。具体而言，如图4的右侧所示，设定为相对于基准点火时机ds比滞后角侧容许时机差l1更靠滞后角侧的气缸101a的点火时机d0a，以与将基准点火时机ds作为基准而以滞后角侧容许时机差l1滞后的曲轴转角dr一致的方式进行校正。即，点火时机d0a被以d0a-d0b-l1向提前角侧进行校正。
36.另外，在气缸101的点火时机设定为相对于基准点火时机ds比提前角侧容许时机差l2更靠提前角侧的情况下，第2点火时机校正部56b以使得气缸101的点火时机相对于基准点火时机ds的提前角侧的时机差达到提前角侧容许时机差l2的方式对气缸101的点火时机进行校正。具体而言，如图4的右侧所示，设定为相对于基准点火时机ds比提前角侧容许时机差l2更靠提前角侧的气缸101d的点火时机d0d，以与将基准点火时机ds作为基准而以提前角侧容许时机差l2提前的曲轴转角da一致的方式进行校正。即，将点火时机d0d以d0d-d0b-l2向滞后角侧校正。
37.此外，在本实施例中，点火时机d0a相对于基准点火时机ds的滞后角侧的时机差被校正为与滞后角侧容许时机差l1一致，但并不限定于此，只要点火时机d0a相对于基准点火时机ds的滞后角侧的时机差小于或等于滞后角侧容许时机差l1即可。另外，点火时机d0d相对于基准点火时机ds的提前角侧的时机差被校正为与提前角侧容许时机差l2一致，但并不限定于此，点火时机d0d相对于基准点火时机ds的提前角侧的时机差只要小于或等于提前角侧容许时机差l2即可。即，只要以使得气缸101的点火时机相对于基准点火时机ds的时机差落入于容许时机差范围r的方式对气缸101的点火时机进行校正即可。
38.接下来，利用图3对控制装置50的发动机100的控制方法的次序进行说明。作为该控制流程的前提，发动机100的点火时机设定为与由运转条件获取部57获取的发动机100的运转条件相应的时机。
39.首先，在步骤s1中，控制装置50的点火时机计算部51判定爆震传感器150是否检测出爆震的产生并确定产生了爆震的气缸101。即，根据利用爆震传感器150检测出爆震振动的定时的曲轴转角传感器131的输出信号以及火花塞124的点火时机而确定产生了爆震的气缸101。
40.在判定为检测出爆震的产生的情况下，控制进入步骤s2，点火时机计算部51对产生了爆震的气缸101的接下来的燃烧周期的点火时机的滞后角量进行计算。另一方面，在判定为未检测出爆震的产生的情况下，控制进入步骤s3，点火时机计算部51对未产生爆震的气缸101的接下来的燃烧周期的点火时机的提前角量(包含零)进行计算。然后，在步骤s4中，点火时机计算部51对各气缸101的点火时机分别进行计算。具体而言，点火时机计算部51使检测出爆震的气缸101的当前的点火时机以步骤s3中计算出的滞后角量滞后，使未检测出爆震的气缸101的当前的点火时机维持不变或以步骤s4中计算出的提前角量提前，由此对各气缸101的点火时机分别进行计算。
41.接下来，在步骤s5中，控制装置50的基准气缸设定部52设定基准气缸101s。如上所述，在本实施方式中，基准气缸101s是设定了最大滞后点火时机d0a之后的第2大的滞后角侧的点火时机d0b的气缸101b(参照图4)。另外，在步骤s6中，控制装置50的基准点火时机设定部53将气缸101b的点火时机d0b设定为基准点火时机ds。
42.接下来，在步骤s7中，容许时机差范围设定部54设定滞后角侧容许时机差l1以及
提前角侧容许时机差l2。如上所述，滞后角侧容许时机差l1是容许时机差范围r的滞后角侧的阈值，提前角侧容许时机差l2是容许时机差范围r的提前角侧的阈值。
43.接下来，在步骤s8中，第1点火时机判定部55a判定各气缸10的点火时机是否相对于基准点火时机ds向滞后角侧比滞后角侧容许时机差l1更大幅地偏离。即，第1点火时机判定部55a判定各气缸101的点火时机是否设定为相对于基准点火时机ds比滞后角侧容许时机差l1更靠滞后角侧。在判定为气缸10的点火时机相对于基准点火时机ds向滞后角侧比滞后角侧容许时机差l1更大幅地偏离的情况下，控制进入步骤s10，第1点火时机校正部56a将气缸101的点火时机校正为dr＝ds+l1。即，如图4所示，第1点火时机校正部56a将气缸101a的点火时机d0a重新设定为相对于基准点火时机ds以滞后角侧容许时机差l1的量偏向滞后角侧。然后，控制进入步骤s12。
44.在步骤s8中，在判定为气缸10的点火时机没有相对于基准点火时机ds向滞后角侧比滞后角侧容许时机差l1更大幅地偏离的情况下，控制进入步骤s9。
45.在步骤s9中，第2点火时机判定部55b判定各气缸10的点火时机是否相对于基准点火时机ds向提前角侧比提前角侧容许时机差l2更大幅地偏离。即，第2点火时机判定部55b判定各气缸101的点火时机是否设定为相对于基准点火时机ds比提前角侧容许时机差l2更靠提前角侧。在判定为气缸10的点火时机相对于基准点火时机ds向提前角侧比提前角侧容许时机差l2更大幅地偏离的情况下，控制进入步骤s11，第2点火时机校正部56b将气缸101的点火时机校正为da＝ds-l2。即，如图4所示，第2点火时机校正部56b将气缸101d的点火时机d0d重新设定为相对于基准点火时机ds以提前角侧容许时机差l2的量更靠提前角侧。然后，控制进入步骤s12。
46.另一方面，在步骤s9中，在判定为气缸10的点火时机没有相对于基准点火时机ds向提前角侧比提前角侧容许时机差l2更大幅地偏离的情况下，点火时机校正部56不对步骤s4中设定的点火时机进行校正，控制进入步骤s12。
47.在步骤s12中，控制装置50基于通过步骤s1～s11的控制最终设定的点火时机而对各气缸101的火花塞124的点火时机进行控制。
48.如上所述，本实施方式的发动机100的控制装置50，将点火时机比最大滞后角侧的最大滞后点火时机更靠提前角侧、且点火时机比最大提前角侧的最大提前角点火时机更靠滞后角侧的气缸101的任一个，设定为基准气缸101s。而且，控制装置50判定各气缸101的点火时机是否落入于以基准气缸101s的基准点火时机ds为基准的容许时机差范围r，在判定为未落入于容许时机差范围r的情况下，以使其落入于容许时机差范围r的方式对气缸101的点火时机进行校正。因此，即使在因爆震传感器150的爆震的产生的误检测等而导致最大滞后点火时机过度靠近滞后角侧的情况下，控制装置50也不将最大滞后点火时机设定为基准点火时机，因此能够防止将发动机100的所有气缸101的点火时机过度向滞后角侧校正。即，在控制装置50执行的控制方法中，在进行抑制每个气缸101的点火时机的波动的控制时，能够抑制发动机100的输出转矩降低。另外，控制装置50不将最大提前角点火时机设定为基准点火时机，由此能够将产生了爆震的情况下的发动机100的所有气缸101的平均点火时机向滞后角侧设定。因此，控制装置50对于各气缸101能够抑制点火时机的波动、且防止爆震的产生。
49.另外，控制装置50设定作为容许时机差范围r的滞后角侧的阈值的滞后角侧容许
时机差l1、以及作为提前角侧的阈值的提前角侧容许时机差l2。控制装置50以使得气缸101的点火时机相对于基准点火时机ds的滞后角侧的时机差小于或等于滞后角侧容许时机差l1的方式对气缸101的点火时机进行校正。另外，控制装置50以使得气缸101的点火时机相对于基准点火时机ds的提前角侧的时机差小于或等于提前角侧容许时机差l2的方式对气缸101的点火时机进行校正。这样，以基准点火时机ds为基准而分别执行滞后角侧的点火时机的控制以及提前角侧的点火时机的控制，由此能够根据各条件而适当地抑制滞后角侧的点火时机的波动以及提前角侧的点火时机的波动。
50.并且，在气缸101的点火时机被计算为相对于基准点火时机ds比滞后角侧容许时机差l1更向滞后角侧的情况下，控制装置50以使得点火时机相对于基准点火时机ds的滞后角侧的时机差与滞后角侧容许时机差l1一致的方式对气缸101的点火时机进行校正。由此，关于需要防止爆震的产生的气缸101，能够在容许时机差范围r中，将点火时机最大限度地向滞后角侧校正而防止爆震的产生。
51.另外，在气缸101的点火时机被计算为相对于基准点火时机ds比提前角侧容许时机差l2更向提前角侧的情况下，控制装置50以使得点火时机相对于基准点火时机ds的提前角侧的时机差与提前角侧容许时机差l2一致的方式对气缸101的点火时机进行校正。由此，关于未产生爆震的气缸101，以在容许时机差范围r中最大限度地将点火时机维持于提前角侧的方式对点火时机进行校正，能够抑制发动机100的输出转矩降低。
52.另外，如图4所示，控制装置50将设定了最大滞后点火时机d0a之后的第2大的滞后角侧的点火时机d0b的气缸101b设定为基准气缸101s。由此，控制装置50能够抑制发动机100的输出转矩降低、且使得所有气缸101的平均点火时机靠向滞后角侧，因此能够防止爆震的产生。
53.另外，基于发动机100的旋转速度以及负荷(输出转矩)中的至少任一者而设定容许时机差范围r。由此，控制装置50能够根据发动机100的运转状况而对各气缸101的点火时机进行控制。
54.标号的说明
55.50
…
控制装置
56.51
…
点火时机计算部
57.53
…
基准点火时机设定部
58.54
…
容许时机差范围设定部
59.55
…
点火时机判定部
60.56
…
点火时机校正部
61.100
…
发动机
62.101
…
气缸
63.101s
…
基准气缸
64.ds
…
基准点火时机
65.r
…
容许时机差范围
66.l1
…
滞后角侧容许时机差
67.l2
…
提前角侧容许时机差