CN105008697B - 内燃机的控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

内燃机(1)具有可变压缩比机构(2)，并且，具有共轨式燃料喷射装置，该共轨式燃料喷射装置使用以机械方式驱动的高压燃料泵(46)。读入共轨(45)内的燃料压力(P)(步骤1)，如果超过上限燃料压力(Pmax)(步骤3)，且与目标燃料压力(tP)的差值(ΔP)超过阈值(ΔPmax)(步骤4)，则判定为燃料压力(P)异常上升，将可变压缩比机构的目标压缩比设为最低压缩比(εmin)(步骤6)。由此，曲轴(21)的旋转变动变小，因此，缓和链条(43)的张力变动，抑制链条(43)的耐久性降低。

Description

内燃机的控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种具有共轨式燃料喷射装置的内燃机，特别是涉及具有可变压缩比机构的内燃机的控制装置以及控制方法，该共轨式燃料喷射装置使用从曲轴经由链条而驱动的高压燃料泵。

背景技术

已知一种共轨式燃料喷射装置，该共轨式燃料喷射装置使用通过内燃机的输出而以机械方式驱动的高压燃料泵，向共轨内供给高压燃料，通过利用驱动脉冲信号使与该共轨连接的各气缸的燃料喷射阀进行打开动作，从而进行燃料喷射。

如专利文献1所述，所述的高压燃料泵例如构成为，大多使用由设置在进气阀侧或者排气阀侧的凸轮轴处的凸轮所驱动的柱塞泵，在由凸轮按压柱塞的喷出行程的中途，通过溢流阀释放泵室，从而调整该柱塞泵的实际的喷出量，进而调整共轨内的燃料压力。

在是所述凸轮轴经由链条而从动于曲轴的结构的情况下，所述高压燃料泵经由所述链条而被曲轴以机械方式驱动。

如上所述，在高压燃料泵经由链条而被曲轴以机械方式驱动的结构中，伴随泵驱动的反作用力作用于链条，因此，如果由于所述溢流阀的故障等某种异常而导致共轨内的燃料压力异常上升，则会使链条的张力变动以及张力峰值过大，对链条的耐久性等不利。

此外，在专利文献2中，公开了在检测出燃料喷射装置的异常时，为了保护内燃机而直接停止燃料喷射的内容，但是，如上所述，直接停止内燃机的运转对于需要车辆持续行驶的情况是不利的。

专利文献1:日本特开2010－248997号公报

专利文献2:日本特开平10－238391号公报

发明内容

本发明的目的在于，在高压燃料泵的共轨内的燃料压力异常时，在能够使内燃机的运转持续的同时，保护链条。

本发明是内燃机的控制装置，该控制装置具有对机械压缩比进行变更的可变压缩比机构，并且，从曲轴经由链条而驱动向共轨供给高压燃料的高压燃料泵，

该内燃机的控制装置具有燃料压力异常检测单元，该燃料压力异常检测单元对所述共轨内的燃料压力的异常进行检测，

在该燃料压力异常时使压缩比降低。

在内燃机的曲轴的旋转中，存在与各气缸的压缩行程、膨胀行程等相伴的微观的旋转变动。在从曲轴经由链条而驱动高压燃料泵、进气排气阀的情况下，由于曲轴的旋转变动而引起链条的张力变动，该张力变动是使链条的耐久性降低的一个主要原因。

在这里，如果共轨内的燃料压力异常地上升，则与高压燃料泵的驱动相伴的反作用力的增加，所述的链条的张力增大。特别是，在高压燃料泵是由凸轮间歇性地按压的柱塞泵的情况下，由间歇性施加的反作用力导致的链条的张力变动会与伴随于所述旋转变动的张力变动叠加，因此，能够产生非常大的张力变动。

在本发明中，在共轨内的燃料压力异常时，通过可变压缩比机构进行机械压缩比的降低。通过如上所述的压缩比的降低，使与各气缸的压缩行程、膨胀行程相伴的曲轴的旋转变动变小，对施加有高压燃料泵的反作用力的链条整体的张力变动以及张力峰值进行抑制。

根据本发明，在由于某种异常而导致燃料压力异常地上升时，通过利用可变压缩比机构使压缩比降低，从而能够保护链条，并且，虽然会导致热效率降低等稍许不利，但能够使内燃机的运转持续。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的内燃机的控制装置的一个实施例的***结构的结构说明图。

图2是表示该实施例中的控制流程的流程图。

图3是表示将高压燃料泵的驱动扭矩的通常时和异常高压时的情况进行对比的特性图。

图4是表示该实施例中的压缩比等的变化的时序图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明的一个实施例进行详细说明。

图1表示应用本发明的汽车用内燃机1的***结构。该内燃机1是4冲程循环的缸内直接喷射式的火花塞点火内燃机，该内燃机具有例如利用多连杆式活塞曲轴机构的可变压缩比机构2，在燃烧室3的顶棚壁面处配置有一对进气阀4以及一对排气阀5，并且，在这些进气阀4以及排气阀5所包围的中央部配置有火花塞6。

所述进气阀4以及排气阀5作为所谓DOHC型动阀机构，构成为分别由配置在气缸盖上部的进气凸轮轴41以及排气凸轮轴42进行开闭驱动。而且，这些凸轮轴41、42经由链条43而被曲轴21驱动。所述链条43卷挂在曲轴21前端的曲轴链轮21a与凸轮轴41、42前端的凸轮轴链轮41a、42a之间，以相对于曲轴21以360℃A旋转1次而凸轮轴41、42以720℃A旋转1次的方式，设定各自的齿数。

此外，有时在凸轮轴链轮41a、42a与凸轮轴41、42之间设置VTC机构，该VTC机构通过在规定角度范围内变更两者的相位关系，从而使阀门开闭的时刻提前或延迟。另外，图示的例子是链条43卷挂在曲轴21与凸轮轴41、42之间的所谓1段型的链条驱动机构，但是，也可以是经由中间的链轮而通过2根链条使曲轴21与凸轮轴41、42联动的2段型的链条驱动机构。

在通过所述进气阀4进行开闭的进气口7的下方，配置有向燃烧室3内直接喷射燃料的燃料喷射阀8。在与所述进气口7连接的未图示的进气通路中安装有电子控制型节流阀(未图示)，该电子控制型节流阀根据来自内燃机控制器9的控制信号而控制开度，并且，在该电子控制型节流阀的上游侧配置有对吸入空气量进行检测的空气流量计10。

所述燃料喷射阀8是通过施加驱动脉冲信号而开阀的电磁式或者压电式的喷射阀，其喷射实质上与该驱动脉冲信号的脉冲宽度成正比的量的燃料。各气缸的燃料喷射阀8分别与兼用作蓄压室的共用的共轨45连接。由高压燃料泵46加压后的高压燃料经由高压燃料配管47向该共轨45供给，由燃料压力传感器48检测该共轨45内的燃料压力。

所述高压燃料泵46由机械驱动式的柱塞泵构成，该柱塞泵通过柱塞(未图示)的往复直线运动，对由图外的供给泵通过低压燃料配管49而导入的燃料进行加压，所述高压燃料泵46形成为下述结构，即，一体地设置于所述排气凸轮轴42处的泵驱动用凸轮(未图示)按压所述柱塞。例如，在排气凸轮轴42每隔90℃设置有泵驱动用凸轮，由此，柱塞每隔180℃A被按压。另外，所述高压燃料泵46内置有未图示的溢流阀，该溢流阀基于来自所述内燃机控制器9的控制信号，在柱塞进行的喷出行程的中途释放泵室，通过经由该溢流阀而变更向共轨45的喷出量，从而能够将共轨45内的燃料压力可变控制为希望的燃料压力。

此外，能够形成下述结构，即，通过在共轨45侧设置燃料压力控制阀，使高压燃料的一部分从共轨45内返回至低压侧，从而对燃料压力进行可变控制。

另外，在与排气口11连接的排气通路12中，安装有由三元催化器构成的催化剂装置13，在该催化剂装置13的上游侧配置有对空燃比进行检测的空燃比传感器14。

在所述的内燃机控制器9中除了输入有所述的空气流量计10、空燃比传感器14、燃料压力传感器48的检测信号以外，还输入有用于对内燃机旋转速度进行检测的曲轴角传感器15、对冷却水温进行检测的水温传感器16、对由操作者进行操作的加速器踏板的踩踏量进行检测的加速度开度传感器17等的传感器类的检测信号。内燃机控制器9基于这些检测信号，将燃料喷射阀8的燃料喷射量以及喷射时期、火花塞6的点火时期、未图示的节流阀的开度、共轨45内的燃料压力等控制为最佳。

另一方面，可变压缩比机构2是利用日本特开2004－116434号公报等记载的公知的多连杆式活塞曲轴机构的结构，构成为以下述部件为主体：下部连杆22，其以自由旋转的方式支撑于曲轴21的曲轴销21a；上部连杆25，其将该下部连杆22的一端部的上部销23和活塞24的活塞销24a彼此连结；控制连杆27，其一端与下部连杆22的另一端部的控制销26连结；以及控制轴28，其将该控制连杆27的另一端支撑为能够摆动。所述曲轴21以及所述控制轴28在气缸座29下部的曲轴壳体内经由未图示的轴承构造而而支撑为自由旋转。所述的控制轴28具有偏心轴部28a，该偏心轴部28a的位置伴随着该控制轴28的转动而变化，详细地说，所述的控制连杆27的端部以能够旋转的方式与该偏心轴部28a嵌合。在所述的可变压缩比机构2中，活塞24的上止点位置伴随着控制轴28的转动而上下地位移，由此，机械压缩比发生变化。

另外，作为对所述可变压缩比机构2的压缩比进行可变控制的驱动机构，具有与曲轴21平行的旋转中心轴的电动机31配置于气缸座29下部，以与该电动机31在轴向上串联排列的方式连接有减速器32。作为该减速器32，使用减速比较大的例如波动齿轮机构，该减速器输出轴32a与电动机31的输出轴(未图示)位于同轴上。因此，减速器输出轴32a和控制轴28处于彼此平行的位置，以使得两者联动地转动的方式利用中间连杆35将固定于减速器输出轴32a上的第1臂33和固定于控制轴28上的第2臂34彼此连结

即，如果电动机31旋转，则利用减速器32以大幅减速的方式使减速器输出轴32a的角度发生变化。该减速器输出轴32a的转动从第1臂33经由中间连杆35而向第2臂34传递，使得控制轴28进行转动。由此，如上所述，内燃机1的机械压缩比发生变化。此外，在图示例中，第1臂33以及第2臂34彼此沿相同方向延伸，因此，例如形成为如下关系，即，如果减速器输出轴32a绕顺时针方向转动，则控制轴28也绕顺时针方向转动，但也能够以绕相反方向转动的方式构成连杆机构。

在发动机控制器9中，基于内燃机运转条件(例如要求负荷和内燃机旋转速度)而对所述可变压缩比机构2的目标压缩比进行设定，并以实现该目标压缩比的方式对所述电动机31进行驱动控制。

图2是表示在所述内燃机控制器9中，在内燃机1的运转过程中反复执行的本实施例的控制流程的流程图。这是在监视燃料压力异常以及燃料压力异常时，用于对链条43进行保护的处理流程，在步骤1中，通过燃料压力传感器48，读入此时的实际的燃料压力P。在步骤2中，读入根据此时的内燃机运转条件而设定的目标燃料压力tP。此外，通过未图示的其他燃料压力控制处理流程，控制所述的高压燃料泵46的溢流阀，以使得燃料压力P与目标燃料压力tP一致。

在步骤3中，判定燃料压力P是否超过规定的上限燃料压力Pmax。在这里，在燃料压力P小于或等于上限燃料压力Pmax的情况下，正常地进行燃料压力控制，进入步骤5，进行通常的压缩比控制。即，作为可变压缩比机构2的目标压缩比，使用与内燃机运转条件相对应的基本目标压缩比。

在燃料压力P超过上限燃料压力Pmax的情况下，进入步骤4，判定从此时的燃料压力P中减去目标燃料压力tP而得到的差值ΔP是否超过规定的阈值ΔPmax。所述的阈值ΔPmax是考虑到通常由燃料压力控制的响应延迟、共轨45内的压力脉动等所产生的背离的大小而设定的。在步骤4中，如果差值ΔP小于或等于阈值ΔPmax，则作为正常地进行燃料压力控制的处理，进入步骤5，进行通常的压缩比控制。

与其相对，如果在步骤4中差值ΔP超过阈值ΔPmax，则判定为没有正常地进行燃料压力控制且燃料压力P异常地上升，而进入步骤6，将可变压缩比机构2的目标压缩比设定为最低压缩比εmin。该最低压缩比εmin是在可变压缩比机构2中能够控制的最低的压缩比。然后，在步骤7中，进行警告灯的亮灯，以对燃料压力控制异常的情况进行通知。此外，虽然由于压缩比低于最佳的基本目标压缩比而产生热效率降低等，但是，对于内燃机1的运转本身而言，即使在燃料压力异常时也不会特别地受到限制而持续运转。燃料喷射阀8的驱动脉冲的脉冲宽度是基于所需的燃料喷射量和实际的燃料压力P而设定的，因此，不会特别地妨碍空燃比控制。

如上所述，当燃料压力P异常地上升时，通过经由可变压缩比机构2使机械压缩比降低，从而实现链条43的保护。

图3表示泵驱动用凸轮例如每隔180℃A按压柱塞的结构的高压燃料泵46中的驱动扭矩，作为“通常时”所示出的特性表示共轨45内的燃料压力P在正常范围内的情况下的驱动扭矩的变化。如图所示，在泵驱动用凸轮按压柱塞时产生反作用力，驱动扭矩每隔180℃A变高。此外，在与泵驱动用凸轮降低相当的区间中，通过泵室内的液压，经由柱塞而将泵驱动用凸轮向与旋转方向相反的方向上施压，因此，驱动扭矩暂时变为负值。

在这里，如果共轨45内(进而泵室内)的燃料压力P由于某种异常例如在喷出行程的中途进行释放的泵室的溢流阀无法动作等而异常地上升，则如图3中的“异常时”所示出的特性所示，由于每个180℃A的柱塞按压时的反作用力增加，因此驱动扭矩的峰值变高，另外，相反地在驱动扭矩为负值的区间，驱动扭矩的绝对值变大。因此，对驱动高压燃料泵46的链条43作用的张力的变动幅度变大，并且，该张力的峰值变高，对链条43的耐久性造成不良影响。

特别是，在内燃机1的曲轴21的旋转中，存在与各气缸的压缩行程、膨胀行程等相伴的微观的旋转变动，由该曲轴21的旋转变动也引起链条的张力变动。因此，如果由于共轨45内的燃料压力P的异常的上升而导致如图3所示高压燃料泵46的驱动扭矩的峰值及变动幅度的增加，则作为两者的张力变动相互叠加的结果，会导致张力变动的变动幅度、张力的峰值过度地增加。

对于如上所述的燃料压力P的异常上升，在所述实施例中，使用可变压缩比机构2而进行机械压缩比的降低。通过如上所述的压缩比的降低，与各气缸的压缩行程、膨胀行程相伴的曲轴21的旋转变动变小。由此，与燃料压力P的上升相伴的链条43的张力增加至少得到局部性缓和，张力变动的变动幅度变小，并且，张力的峰值变低。由此，保护链条43。

而且，在所述实施例中，如上所述，能够在保护链条43的同时，使内燃机1的运转持续，进而使车辆的行驶持续。

此外，随着由所述压缩比的降低引起的热效率的降低，为了得到相同的扭矩所需的燃料量增加。因此，高压燃料泵46的喷出量和燃料喷射量的收支平衡发生变化，与没有使压缩比降低的情况相比较，能够少量地抑制高压燃料泵46故障时的共轨45内的燃料压力P的上升程度。

下面，图4是用于说明所述实施例的作用的时序图，对比地示出共轨45内的燃料压力P、链条43的张力(更详细的说是瞬时的峰值)、可变压缩比机构2的压缩比的变化。在附图的例子中，在时间t1，在燃料压力控制***中发生某种故障，燃料压力P渐渐地上升。而且，与之相伴，链条43的张力渐渐地上升。在时刻t2，通过所述的步骤3、4，判定为燃料压力P异常上升，压缩比变为最低压缩比εmin。因此，链条43的张力(峰值)降低。此外，张力的变动幅度也同时变小。

以上，说明了本发明的一个实施例，但是，本发明并不限定于所述的实施例，而能够进行各种变更。例如，在所述实施例中，判定燃料压力P的值本身是否超过上限燃料压力Pmax以及判定从此时的燃料压力P中减去目标燃料压力tP而得到的差值ΔP(即与目标燃料压力tP的背离)是否超过规定的阈值ΔPmax，当这2个条件同时成立时，判定为燃料压力异常，但是，也可以当仅是其中某一个成立时，判定为燃料压力异常，并且，可以仅判定某一个条件。另外，在所述实施例中，使用了由多连杆式活塞曲轴机构构成的可变压缩比机构2，但是，不管何种形式的可变压缩比机构均能够应用本发明。并且，作为高压燃料泵46，并不限定于所述的柱塞泵，只要是经由链条43而由曲轴21以机械方式驱动的结构，则可以是任意形式的高压燃料泵。另外，本发明能够同样适用于共轨式柴油内燃机。

Claims (4)

1.一种内燃机的控制装置，该内燃机具有对机械压缩比进行变更的可变压缩比机构，并且，从曲轴经由链条而驱动向共轨供给高压燃料的高压燃料泵，

该内燃机的控制装置具有燃料压力异常检测单元，该燃料压力异常检测单元对所述共轨内的燃料压力的异常上升进行检测，

在该燃料压力异常时使所述机械压缩比降低。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，

基于共轨内的燃料压力的值、或者目标燃料压力与共轨内的实际的燃料压力的差值中的至少某一个值，检测所述燃料压力异常上升。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其中，

所述高压燃料泵是由泵驱动用凸轮驱动的柱塞泵，该泵驱动用凸轮设置在进气阀侧或者排气阀侧的凸轮轴上。

4.一种内燃机的控制方法，该内燃机具有对机械压缩比进行变更的可变压缩比机构，并且，从曲轴经由链条而驱动向共轨供给高压燃料的高压燃料泵，

在该内燃机的控制方法中，

进行所述共轨内的燃料压力的异常上升的检测，

在该燃料压力异常时使所述机械压缩比降低。