内燃机的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种对内燃机的燃烧状态进行控制的控制装置。
【背景技术】
[0002] -般而言，在柴油发动机等的内燃机（以下，也称为"内燃机"）的运转时，通过混 合气的燃烧而产生的全部能量不会都被转换成使曲轴旋转的功，必然会产生损失。在该损 失中，具有被转换为内燃机主体以及冷却水的温度上升的冷却损失、通过废气而被排放到 大气中的排气损失、进气以及排气时所产生的栗损失、以及机械阻力损失等。其中，冷却损 失以及排气损失在全部损失中占较大的比例。因此，为了改善内燃机的燃料消耗率，减少冷 却损失以及排气损失是有效的方法。
[0003] 但是，一般而言，冷却损失和排气损失存在此消彼长的关系，很多情况下，难以同 时减少冷却损失和排气损失。例如，在内燃机具备增压器的情况下，由于随着增加增压而使 废气中所含有的能量被有效利用，因此排气损失降低。可是，由于实质上的压缩率的提高而 使得燃烧温度上升，因此冷却损失增加，从而根据情况有时这些损失的总量是增加的。
[0004] 为了降低损失的总量，对向内燃机供给的燃料的燃烧状态（以下，仅称为"内燃机 的燃烧状态"）进行控制的控制装置，除了对于上述增压之外，还需要根据内燃机的运转状 态（转速以及输出等）而对燃料喷射量及喷射正时、以及对EGR气体的量等的燃烧状态进 行变更的各种参数进行最佳控制。对内燃机的燃烧状态进行变更的参数（即，给内燃机的 燃烧状态带来影响的参数）仅被称为"燃烧参数"。但是，多个燃烧参数在各个运转状态中 的最佳值很难通过实验等而预先求出，为了决定这些参数，从而需要实施庞大的实验。因 此，开发出了系统性地决定燃烧参数的方法。
[0005] 例如，现有的一种内燃机的燃烧控制装置（以下，也称为"现有装置"）为，对"燃烧 行程中所产生的总热量中的、产生其一半热量的时间点的曲轴转角角度（以下，也称为"燃 烧重心角度"）"进行计算。而且，现有装置在该燃烧重心角度与预定的基准值背离的情况 下，通过对燃料喷射正时进行补正、或者通过对EGR率（EGR气体的量）进行调节而对燃烧 室内（气缸内）的氧浓度进行调节，从而使燃烧重心角度与基准值一致（例如，参照专利文 献1) 〇
[0006] 在先技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :日本特开2011-202629号公报
【发明内容】
[0009] 发明所要解决的课题
[0010] 但是，例如，在柴油内燃机中，存在针对一个循环的燃烧而实施多次喷射燃料的多 级喷射的情况。如果更具体地进行陈述，则在柴油内燃机中，存在先于主喷射（主要喷射） 之前实施引燃喷射，并在主喷射之后实施后喷射的情况。该情况下的曲轴转角角度和热释 放率（每单位曲轴转角角度通过燃烧而产生的热量）之间的关系，例如通过由图8(A)的曲 线C1所表示的波形来表示。该波形在下文中也被称为"燃烧波形"。在图8的（A)所示的 波形中，通过将以曲轴转角角度θ 1开始的引燃喷射而取得极大值Lp，通过以曲轴转角角 度Θ 2开始的主喷射而取得极大值Lm。
[0011] 而且，图8(B)表示曲轴转角角度与"通过曲线Cl所示的燃烧而产生的热量的累计 值的、相对于总产生热量的比率（产热量比率）"之间的关系。如图8(B)所示，前文所述的 燃烧重心角度（产热量比率成为50%的曲轴转角角度）为曲轴转角角度Θ 3。
[0012] 相对于此，如图9(A)中通过曲线C2所示的那样，在仅使引燃喷射的开始正时从曲 轴转角角度Θ 1向曲轴转角角度Θ 〇、即向提前了 △ Θ的提前角侧移动了的情况下，通过引 燃喷射的燃料的燃烧而开始产生热量的曲轴转角角度（产热开始角度）向提前了 △ Θ的 提前角侧移动。但是，在图8(A)以及图9(A)所示的燃烧中，由于燃烧重心角度在主喷射的 燃料的燃烧开始之后（曲轴转角角度Θ 2以后），因此根据表示曲线C2所示的燃烧的产热 量比率的图9(B)可理解到，燃烧重心角度仍为曲轴转角角度Θ3,并未发生变化。即，即使 通过引燃喷射正时向提前角侧移动而使燃烧波形发生变化，也存在燃烧重心角度也不发生 变化的情况。换言之，可以说燃烧重心角度不一定是准确反映各个循环的燃烧的方式的指 标。
[0013] 实际上，发明人针对各种的内燃机转速，而对燃烧重心角度与"燃料消耗率变得最 低的燃烧重心角度（最佳燃油经济点）中的相对于燃料消耗率的任意的燃烧重心角度的燃 料消耗率之比、即耗油率恶化率"之间的关系进行了测量。其测量结果表示在图10中。图 10的曲线Hbl至曲线Hb3分别为，低转速且低负载、中转速且中负载、以及高转速且高负载 的情况下的测量结果。根据图10可理解到，发明人得出了当内燃机转速以及负载不同时耗 油率恶化率成为最小的燃烧重心角度也不同的见解。换言之，辨明了如下内容，g卩，即使以 燃烧重心角度与固定的基准值一致的方式对燃烧状态实施了控制，但只要内燃机转速以及 负载不同，则耗油率恶化率也不会变得最小。
[0014] 因此，作为表示燃烧状态的指标值，发明人着眼于"热释放率重心位置"以代替现 有的燃烧重心角度。该热释放率重心位置如下文所述那样，通过各种方法而被定义。热释 放率重心位置通过曲轴转角角度来表示。
[0015] (定义1)如图1⑷所示，热释放率重心位置Gc为，与通过在"将各个循环中的曲 轴转角角度设定为横轴（一个轴）、且将热释放率（每单位曲轴转角角度的热的释放量）设 定为纵轴（与所述一个轴正交的其他轴）的坐标系"中所描绘出的该热释放率的波形和所 述横轴包围而成的区域的几何学的重心G相对应的曲轴转角角度。
[0016] 例如，在以热释放率重心位置Gc为支点，并将热释放率重心位置Gc与任意的曲轴 转角角度之间的差分即曲轴转角角度距离设为距支点的距离，并且将热释放率设为力的情 况下，支点的提前角侧与滞后角侧的力矩（=力X距离=曲轴转角角度距离X热释放率） 的大小互为相等。
[0017] (定义2)热释放率重心位置Gc为，从燃烧开始起到燃烧结束为止的期间内的特定 曲轴转角角度，且为对"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"与"该任意的第一曲轴转角角度下的热释放率"之积从燃烧开始起到特定曲轴转角 角度为止关于曲轴转角角度进行积分（累计）而得到的值、和对"特定曲轴转角角度后的任 意的第二曲轴转角角度和特定曲轴转角角度之差的大小"与"该任意的第二曲轴转角角度 下的热释放率"之积从该特定曲轴转角角度起到燃烧结束为止关于曲轴转角角度进行积分 (累计）而得到的值相等的特定曲轴转角角度。
[0018] 换言之，热释放率重心位置Gc为，在各循环中，在以CAs表示所述燃料的燃烧开始 的曲轴转角角度、以CAe表示所述燃烧结束的曲轴转角、以Θ表示任意的曲轴转角角度、且 以dQ( Θ )表示所述曲轴转角角度Θ下的热释放率时，下式（1)成立时的曲轴转角角度。例 如，曲轴转角角度Θ通过压缩上止点后的角度来表示，在曲轴转角角度位于与压缩上止点 相比靠提前角侧时，曲轴转角角度Θ成为负值。
[0019] [数学式1]
[0021] (定义3)如果对上述式⑴进行整理，则能够得到下式（2)。因此，关于定义2,如 果用另一种方式表示，则热释放率重心位置Gc为，关于一个燃烧行程的从燃烧开始到燃烧 结束的特定曲轴转角角度，且为使与从任意的曲轴转角角度中减去特定曲轴转角角度而得 到的值和所述任意的曲轴转角角度下的热释放率之积所对应的值，从燃烧开始到燃烧结束 为止而关于曲轴转角角度进行积分（累计）而得到的值成为"零"的这种特定曲轴转角角 度。
[0022] [数学式2]
[0024] (定义4)上述的定义2也能够理解为如下内容。即，热释放率重心位置Gc为，使 "与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和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下的热释放率"之积关于曲轴转角角度进 行积分而得到的值、和"所述特定曲轴转角角度和与该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之间的曲轴转角角度差分"和"该任意的曲轴转角角度下的热释放 率"之积关于曲轴转角角度进行积分而得到的值相等时的所述特定曲轴转角角度。
[0025] (定义5)热释放率重心位置Gc为，因存在上述的燃烧波形的几何学的重心而能够 通过基于下式（3)的运算而取得的曲轴转角角度。
[0026] [数学式3]
[0028] (定义6)上述的定义5也能够理解为如下内容。即，热释放率重心位置Gc为，使 "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下的热释 放率"之积的关于曲轴转角角度的积分值除以由通过相对于曲轴转角角度的热释放率的波 形而划定的区域的面积而得到的值加上燃烧开始曲轴转角角度之后而得到的值。
[0029] 该热释放率重心位置例如为，在图1的（A)所示的示例中，与被曲线C2和表示曲 轴转角角度的横轴包围的区域A1的几何学的重心G相对应的曲轴转角角度θ 3。而且，如 图1 (Β)所示，当引燃喷射的开始正时从曲轴转角角度θ 1向提前角侧移动△ θ ρ而被设定 为曲轴转角角度Θ0时，热释放率重心位置Gc随之向提前角侧移动曲轴转角角度△ 0g，从 而成为曲轴转角角度Θ 3'。如此，可以说，热释放率重心位置为，与现有的作为燃烧状态的 指标值的燃烧重心角度相比，更准确地反映了还包含由引燃喷射产生的热释放的燃烧状态 的指标。
[0030] 而且，关于各种内燃机转速和负载的组合，发明人也对热释放率重心位置和耗油 率恶化率之间的关系进行了测量。将其结果表示在图2中。图2的曲线Gel至曲线Gc3分 别为低转速且低负载、中转速且中负载、以及高转速且高负载的情况下的测量结果。根据图 2可理解到，即使在转速以及负载不同的情况下，耗油率恶化率成为最小的热释放率重心位 置也成为了特定的曲轴转角角度（在图2的示例中为，压缩上止点后7度）。换言之，发明 人获得了如下的见解，即，由于热释放率重心位置为良好地表示燃烧状态的指标值，因此通 过使热释放率重心位置不依存于负载和/或内燃机转速，从而能够使内燃机的燃烧状态维 持在特定的状态。而且，发明人通过将热释放率重心位置维持在"燃料消耗率成为最小的特 定的目标曲轴转角角度"或其附近值，从而能够改善内燃机的燃料消耗率。
[0031] 本发明是基于上述见解而完成的发明。即，本发明的一个目的在于，提供一种实现 了将热释放率重心位置作为"表示燃烧状态的指标值"来考虑的内燃机的燃烧状态的控制 装置（以下，也称为"本发明装置"）。
[0032] 如果更具体地进行叙述，则本发明装置在根据上文所述的定义1至6的各个定义 而被定义的热释放率重心位置至少在负载处于预定的范围内的情况下，以不依存于负载而 成为固定的目标曲轴转角角度的方式（成为包括目标曲轴转角角度的固定的宽度内的值 的方式）而对内燃机的燃烧状态进行控制。
[0033] 由此，能够通过更少的适当的工时来决定可能维持所期望的燃烧状态的"后文所 述的多个燃烧参数"。