CN110094268A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的控制装置，具备控制部，所述控制部构成为以使得进气门的相位成为目标值的方式控制可变气门装置。控制部构成为执行将稳定用相位或过渡用相位设定为相位的目标值的处理、和算出负荷变化率的处理、以及设定过渡用相位的变更量的处理。在内燃机运转状态为过渡状态并且负荷变化率为预定的阈值以上时，将第1变更量设定为过渡用相位的变更量。在内燃机运转状态为过渡状态并且负荷变化率小于阈值时，将比第1变更量小的第2变更量设定为过渡用相位的变更量。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本公开涉及内燃机的控制装置。
背景技术
已知有一种具备通过变更进气凸轮轴相对于曲轴的相位来变更进气门的气门正时的可变气门装置的内燃机。
这样的内燃机的控制装置以获得基于内燃机运转状态算出的要求负荷(目标负荷)的方式设定进气凸轮轴的目标相位。例如，参照日本特开2013-142339号公报。
考虑到如下情况：在内燃机运转状态为稳定状态时设定燃料经济性优先的目标相位，另一方面，在过渡状态时为了快速满足要求负荷而将输出转矩优先的过渡用相位设定为目标相位。
但是，在将上述过渡用相位设定为了目标相位的情况下所获得的实际的输出转矩由于各种原因(例如运算误差、构成内燃机的部件的随时间经过的劣化等)而不同，所以即使在过渡状态时设定输出转矩优先的目标相位，输出转矩也可能不会那么地增大，而燃料经济性可能会恶化。
发明内容
本公开的目的在于提供一种能够抑制将过渡用相位设定为目标相位的情况下的燃料经济性的恶化的内燃机的控制装置。
达成上述目的的内燃机的控制装置应用于具备通过变更进气凸轮轴相对于曲轴的相位来变更进气门的气门正时的可变气门装置的内燃机。控制装置具备控制部，所述控制部以使得所述相位成为目标值的方式控制所述可变气门装置。该控制部构成为执行将稳定用相位或过渡用相位设定为相位的目标值的处理、和算出负荷变化率的处理、以及设定过渡用相位的变更量的处理。控制部，在内燃机运转状态为稳定状态时将稳定用相位设定为所述相位的目标值，在内燃机运转状态为过渡状态时，将向偏离所述稳定用相位的方向变更的过渡用相位设定为所述相位的目标值从而使内燃机的输出转矩增大。控制部算出使所述过渡用相位变更了第1变更量时的内燃机负荷的增加比例的预测值作为负荷变化率。控制部，在内燃机运转状态为过渡状态并且所述负荷变化率为预定的阈值以上时，将所述第1变更量设定为所述过渡用相位的变更量，在内燃机运转状态为过渡状态并且所述负荷变化率小于所述阈值时，将比所述第1变更量小的第2变更量设定为所述过渡用相位的变更量。
根据该构成，在内燃机运转状态为过渡状态并且上述负荷变化率为阈值以上的情况下，将变更了第1变更量的过渡用相位设定为目标相位(上述相位的目标值)。由此，过渡时的目标相位被设定为输出转矩优先的相位。这样一来，在将目标相位设定为输出转矩优先的相位的情况下，内燃机的输出转矩会增大，直到目标相位一定程度上偏离稳定用相位为止，但是燃料经济性会伴随这样的输出转矩的增大而恶化。然而，由于内燃机的输出转矩增大，在过渡时实际的内燃机负荷达到要求负荷为止的时间会变短，所以过渡特性会提高。
与此相对，在内燃机运转状态为过渡状态并且上述负荷变化率小于阈值的情况下，即使使过渡用相位变更了第1变更量，内燃机负荷(＝内燃机的输出转矩)也为不那么地增大的状态。因此，在该状态时，将变更了被设定为比第1变更量小的值的第2变更量的过渡用相位设定为目标相位。由此，可抑制目标相位偏离稳定用相位的情况。因此，能够抑制设定过渡用相位的情况下的燃料经济性的恶化。
在上述控制装置中，所述第2变更量可以被设定为“0”。在该情况下，变更了第2变更量的过渡用相位与当前设定的目标相位相同，所以在过渡时原样地维持目标相位。因此，能够适当地抑制目标相位偏离稳定用相位的情况。
在上述控制装置中，所述控制部可以构成为执行如下处理：在内燃机运转状态为过渡状态时所述负荷变化率是表示内燃机负荷的降低的值的情况下，将所述稳定用相位设定为所述相位的目标值。
根据该构成，在上述负荷变化率是表示内燃机负荷的降低的值时，也就是说在使过渡用相位变更了第1变更量时内燃机负荷降低的情况下，将稳定用相位设定为目标相位。通过这样，在过渡时目标相位快速回到稳定用相位，所以能够抑制因设定过渡用相位引起的燃料经济性的恶化。
在上述控制装置中，所述内燃机可以具备增压器和对排出到排气通路的排气进行净化的催化剂。所述控制部可以构成为，执行在内燃机运转状态为过渡状态时，以使得与将所述稳定用相位设定为了所述相位的目标值的情况相比进气门与排气门的气门重叠量变多的方式设定所述过渡用相位的处理，并且执行以使得吸入空气量越多则所述阈值越小的方式可变地设定该阈值的处理。
吸入空气量越多，则伴随上述气门重叠量的增大而向内燃机的排气通路排出的未燃燃料的量越多。因此，吸入空气量越多，则越容易发生因未燃燃料的燃烧引起的催化剂温度的过度上升。因此，通过如该构成那样，以使得吸入空气量越多则上述阈值越小的方式可变地设定该阈值α，从而在内燃机运转状态为过渡状态时容易判定为上述负荷变化率小于上述阈值，所以容易将变更了上述第2变更量的过渡用相位设定为目标相位。在此，在将变更了第2变更量的过渡用相位设定为目标相位的情况下，如上所述可抑制目标相位偏离稳定用相位的情况，所以可抑制上述气门重叠量的增大。由此，可抑制向排气通路排出的未燃燃料的量，所以能够抑制催化剂的过度的温度上升。
此外，作为判定内燃机运转状态是过渡状态还是稳定状态的处理，所述控制部可以构成为执行如下处理：在基于内燃机运转状态算出的要求负荷为实际的内燃机负荷以上时判定为内燃机运转状态为过渡状态，在所述要求负荷小于实际的内燃机负荷时判定为内燃机运转状态为稳定状态。
附图说明
图1是示出一实施方式涉及的内燃机的控制装置和内燃机的示意图。
图2是示出在该实施方式中用于设定目标相位的处理步骤的流程图。
图3是示出在该实施方式中变更了进气门相位时的内燃机负荷的变化的图表。
图4是示出该实施方式中的过渡时的目标相位的设定方案的图表。
图5是示出该实施方式的变形例中的阈值的设定方案的图表。
具体实施方式
以下，参照图1～图3对将内燃机的控制装置具体化了的一实施方式进行说明。
如图1所示，在内燃机1中，空气通过进气通路3和进气口3a而被吸入燃烧室2，并且从燃料喷射阀4喷射的燃料向燃烧室2供给。当对由空气和燃料构成的混合气进行由火花塞5进行的点火时，混合气燃烧而活塞6往复移动，作为内燃机1的输出轴的曲轴7旋转。燃烧后的混合气作为排气从燃烧室2向排气通路8排出。
在内燃机1的进气通路3设置有调节吸入空气量的节气门29。该节气门29的开度由电动机来调整。
在连结于进气通路3的进气口3a设置有进气门9。在连结于排气通路8的排气口8a设置有排气门10。上述的进气门9和排气门10伴随传递曲轴7的旋转的进气凸轮轴11和排气凸轮轴12的旋转而进行开闭动作。
在进气凸轮轴11设置有通过变更进气凸轮轴11相对于曲轴7的相位来变更进气门9的气门正时(开闭正时)的可变气门装置13。此外，以下，将进气凸轮轴11相对于曲轴7的相位称为进气门相位。
在比节气门29靠上游的进气通路3连接有对吸入空气进行增压的增压器50的压缩机壳体51，在压缩机壳体51与节气门29之间的进气通路3设置有对通过增压而温度上升了的空气进行冷却的中冷器60。
在排气通路8设置有对从燃烧室2排出的排气进行净化的催化剂70。在比催化剂70靠下游的排气通路连接有增压器50的涡轮机壳体52。
控制装置100应用于内燃机1，构成为控制内燃机1。详细而言，控制装置100构成为通过对节气门29、燃料喷射阀4、火花塞5、可变气门装置13等各种操作对象设备进行操作来控制内燃机1的控制量(吸入空气量、喷射燃料量等)。
控制装置100在控制控制量时，参照由空气流量计31检测出的吸入空气量GA、由节气门传感器30检测出的节气门29的开度即节气门开度TA、由水温传感器33检测出的冷却水温度THW、以及根据曲轴角传感器34的输出信号Scr算出的内燃机转速NE。另外，控制装置100参照检测进气凸轮轴11的旋转角度的进气凸轮角传感器35的输出信号Sca、以及由设置于节气门29与中冷器60之间的进气通路3的进气压力传感器32检测出的进气压力PM。另外，控制装置100参照检测由车辆的驾驶员操作的加速器踏板27的操作量(加速器操作量ACCP)的加速器位置传感器28的输出信号。控制装置100具备CPU120、ROM130以及RAM140，通过CPU120执行存储于ROM130的程序来执行上述控制量的控制。另外，控制装置100是由CPU120、ROM130以及RAM140等构成的功能部，具备构成为以使得进气门相位成为目标值的方式控制可变气门装置13的控制部110。
作为进气门9的气门正时控制，控制部110基于内燃机转速NE和内燃机负荷KL算出进气门相位的目标值即目标相位VTt。并且，以使得基于曲轴角传感器34的输出信号Scr和进气凸轮角传感器35的输出信号Sca检测出的进气门相位的实际值即实际相位VTf成为目标相位VTt的方式进行可变气门装置13的驱动控制。此外，在本实施方式中，将进气门相位成为最延迟侧的相位的状态设为“0”，通过控制距该最延迟相位的气门正时的提前量来变更进气门9的气门正时。另外，内燃机负荷KL是1汽缸的每1燃烧循环的流入空气量相对于基准流入空气量的比。在此，基准流入空气量是将节气门29的开度设为最大时的1汽缸的每1燃烧循环的流入空气量，根据内燃机转速NE可变地设定。另外，在本实施方式的控制装置100中，使用作为内燃机1的进气***的物理模型的周知的空气模型来算出1汽缸的每1燃烧循环的流入空气量。在算出该流入空气量时，节气门29的开度、进气门相位、进气压力PM、吸入空气量GA、内燃机转速NE等作为空气模型的输入值被取入。
在图2中示出控制装置100的控制部110所执行的上述目标相位VTt的设定步骤。图2所示的处理通过CPU120执行存储于ROM130的程序来实现。此外，图2所示的处理按预定周期反复执行。另外，以下，由在开头标注有“S”的数字来表示步骤编号。
当开始图2所示的处理时，首先，控制部110判定根据加速器操作量ACCP和内燃机转速NE等内燃机运转状态算出的内燃机负荷KL(相当于上述流入空气量)的要求值即要求负荷KLd是否为当前的内燃机负荷KL即实际负荷KLf以上(S100)。
然后，在判定为要求负荷KLd小于实际负荷KLf的情况下(S100：否(NO))，控制部110判断为当前的内燃机运转状态为内燃机负荷恒定的稳定状态，将稳定用相位VTc设定为目标相位VTt(S170)，暂时结束本处理。该稳定用相位VTc是基于内燃机转速NE和要求负荷KLd可变地设定的进气门相位，并且是能够用尽可能少量的燃料来满足要求负荷KLd的燃料经济性优先的相位。
另一方面，在S100中判定为要求负荷KLd为实际负荷KLf以上的情况下(S100：是(YES))，要求负荷KLd未达到实际负荷KLf，所以控制部110判断为当前的内燃机运转状态为内燃机负荷发生变化的过渡状态，算出负荷变化率R(S110)。该负荷变化率R为以下的值。
即，在本实施方式中，在内燃机运转状态为过渡状态时，将向偏离上述稳定用相位VTc的方向变更的过渡用相位VTk设定为进气门相位的目标值，从而使内燃机的输出转矩增大。并且，上述负荷变化率R作为在过渡时使过渡用相位VTk变更了预先确定的第1变更量A的情况下的内燃机负荷的增加比例的预测值来算出，基于下式(1)来算出。
负荷变化率R＝(预测负荷KLa-当前的实际负荷KLf)/(过渡用相位VTk的第1变更量A)…(1)
如图3所示，上述预测负荷KLa是在通过使当前设定的过渡用相位VTk提前第1变更量A，从而实际相位VTf从现状值提前了第1变更量A的情况下预想的内燃机负荷KL，控制部110使用上述的空气模型来算出该预测负荷KLa。
然后，控制部110判定所算出的负荷变化率R是否比“0”小(S120)。在负荷变化率R比“0”小而该负荷变化率R为表示内燃机负荷的降低的值时(S120：是)，控制部110将上述的稳定用相位VTc设定为目标相位VTt(S170)，暂时结束本处理。
另一方面，在负荷变化率R为“0”以上时(S120：否)，控制部110判定负荷变化率R是否为阈值α以上(S130)。该阈值α是以能够判定在基于负荷变化率R为阈值α以上这一情况而使进气门9的气门正时变更了上述第1变更量A的情况下内燃机负荷(换言之，内燃机1的输出转矩)会充分地增大的方式预先设定的固定值。
然后，在负荷变化率R为阈值α以上的情况下(S130：是)，控制部110将相对于当前设定的目标相位VTt提前了上述第1变更量A的相位算出为新的过渡用相位VTk(S140)，并且将所算出的过渡用相位VTk设定为目标相位VTt(S160)，暂时结束本处理。在本实施方式中，每次在S140中更新过渡用相位VTk时，目标相位VTt均向提前侧变化第1变更量A。
另一方面，在负荷变化率R小于阈值α的情况下(S130：否)，控制部110将相对于当前设定的目标相位VTt提前了比上述第1变更量A小的第2变更量B的相位算出为新的过渡用相位VTk(S150)，并且将所算出的过渡用相位VTk设定为目标相位VTt(S160)。然后，暂时结束本处理。
上述第2变更量B是在“0”以上且小于上述第1变更量A的范围内设定的值，在本实施方式中例如被设定为“0”。因此，在S150的处理中算出过渡用相位VTk的情况下，原样地维持当前设定的目标相位VTt。
接着，对本实施方式的作用和效果进行说明。
在图4中示出内燃机运转状态为过渡状态时的目标相位VTt的设定方案。
(1)在如图4中的实线L1所示那样，负荷变化率R为阈值α以上的情况下，将在图2所示的S140的处理中算出的过渡用相位VTk设定为目标相位VTt。也就是说，将相对于当前设定的目标相位VTt提前了上述第1变更量A的相位设定为新的目标相位VTt。因此，实际相位VTf也向提前侧变化第1变更量A，进气门9的打开正时提前，所以进气门9与排气门10的气门重叠量逐渐增加。已知当气门重叠量变多时，在具备增压器50的内燃机1中，增压时的输出转矩会增加，在本实施方式中，通过在过渡时使目标相位VTt每次向提前侧变更第1变更量A，从而将过渡时的目标相位VTt设定为输出转矩优先的相位。在此，在将目标相位VTt设定为输出转矩优先的相位的情况下，内燃机的输出转矩会增大，直到目标相位VTt一定程度上偏离稳定用相位VTc为止，所以燃料经济性伴随这样的输出转矩的增大而恶化。但是，由于内燃机的输出转矩增大，从而实际负荷KLf达到要求负荷KLd为止的时间变短，所以过渡特性提高。
(2)另一方面，在如图4中的双点划线L2所示那样，负荷变化率R小于阈值α的情况下，即使使目标相位VTt变更了第1变更量A，内燃机负荷(＝内燃机的输出转矩)也是不会那么地增大的状态，在这种状态下可能不伴随内燃机负荷的增大而仅燃料经济性恶化。因此，在该状态时，将在图2所示的S150的处理中算出的过渡用相位VTk设定为目标相位VTt。也就是说，将相对于当前设定的目标相位VTt提前了上述第2变更量B的相位设定为新的目标相位VTt。在此，第2变更量B被设定为“0”，所以在负荷变化率R小于阈值α的情况下，原样地维持当前设定的目标相位VTt，所以可抑制目标相位VTt偏离稳定用相位VTc的情况。因此，能够抑制在将过渡用相位VTk设定为目标相位VTt的情况下的燃料经济性的恶化。
(3)另外，通过在过渡时将过渡用相位VTk设定为目标相位VTt，从而目标相位VTt偏离稳定用相位VTc，气门重叠量变多。在此，在负荷变化率R小于阈值α的情况下，伴随气门重叠量的增大而向排气通路8排出的未燃燃料的量变多，所以例如由于这样的未燃燃料的燃烧而催化剂70的温度可能会变得过高。关于这一点，在本实施方式中，在负荷变化率R小于阈值α的情况下，将在图2所示的S150的处理中算出的过渡用相位VTk设定为目标相位VTt，从而原样地维持当前设定的目标相位VTt，所以可抑制目标相位VTt偏离稳定用相位VTc的情况。因此，可抑制气门重叠量的增大，由此，可抑制向排气通路8排出的未燃燃料的量，所以能够抑制催化剂70的过度的温度上升。
(4)另一方面，在如图4中的双点划线L3所示那样，负荷变化率R比“0”小时，也就是说在使目标相位VTt变更了第1变更量A时内燃机负荷降低的情况下，通过图2所示的S170的处理，将稳定用相位VTc设定为目标相位VTt。通过这样，在过渡时目标相位VTt快速回到稳定用相位VTc，所以能够抑制因过渡用相位VTk的设定引起的燃料经济性的恶化。
本实施方式可以像以下那样进行变更而实施。本实施方式和以下的变更例可以在技术上不矛盾的范围内彼此进行组合而实施。
·在上述实施方式中，阈值α为固定值。另一方面，吸入空气量GA越多，伴随进气门9与排气门10的气门重叠量的增大而向排气通路8排出的未燃燃料的量越多，所以，吸入空气量GA越多，越容易发生因未燃燃料的燃烧引起的催化剂70的过度的温度上升。
因此，也可以如图5所示那样以使得吸入空气量GA越多则上述阈值α越小的方式可变地设定该阈值α。在该情况下，吸入空气量GA越多，阈值α越小，从而在图2的S130中容易判定为否，所以容易进行基于图2所示的S150的处理进行的过渡用相位VTk的算出。在将在该S150的处理中算出的过渡用相位VTk设定为目标相位VTt的情况下，如上所述可抑制气门重叠量的增大，所以能够更适当地抑制催化剂70的过度的温度上升。
·在上述实施方式中，将第2变更量B设定为“0”，但也可以将该第2变更量B设定为比“0”大且比上述第1变更量A小的值。在该变形例中也是，在图2所示的S150的处理中设定过渡用相位VTk的情况下，与在S140的处理中设定过渡用相位VTk的情况相比，可抑制目标相位VTt偏离稳定用相位VTc的情况。因此，能够抑制不伴随内燃机负荷的增大且燃料经济性恶化的情况。
·上述内燃机1具备增压器50，但也可以是不具备这样的增压器50的内燃机。总之，只要是进行在内燃机运转状态为过渡状态时，将向偏离稳定用相位VTc的方向变更的过渡用相位VTk设定为进气门相位的目标值，从而使内燃机的输出转矩增大的处理的设备，就同样能够应用上述实施方式。
·控制装置100不限于具备CPU120和ROM130，并且执行软件处理这一构成。例如，也可以具备对在上述实施方式中执行的软件处理中的至少一部分进行处理的专用的硬件电路(例如ASIC等)。即，控制装置100是以下的(a)～(c)中的任一构成即可。(a)具备根据程序执行上述处理中的所有处理的处理装置、和存储程序的ROM等程序存储装置。(b)具备根据程序执行上述处理中的一部分的处理装置和程序存储装置、以及执行剩余的处理的专用的硬件电路。(c)具备执行上述处理中的所有处理的专用的硬件电路。在此，具备处理装置和程序存储装置的软件处理电路、专用的硬件电路也可以是多个。即，上述处理由具备1个或多个软件处理电路与1个或多个专用的硬件电路中的至少一方的处理电路(processingcircuitry)来执行即可。

Claims (5)

1.一种内燃机的控制装置，所述控制装置应用于具备通过变更进气凸轮轴相对于曲轴的相位来变更进气门的气门正时的可变气门装置的内燃机，
所述控制装置具备控制部，所述控制部构成为以使得所述相位成为目标值的方式控制所述可变气门装置，
所述控制部构成为执行如下处理：
在内燃机运转状态为稳定状态时将稳定用相位设定为所述相位的目标值，在内燃机运转状态为过渡状态时，将向偏离所述稳定用相位的方向变更的过渡用相位设定为所述相位的目标值从而使内燃机的输出转矩增大；
算出使所述过渡用相位变更了第1变更量时的内燃机负荷的增加比例的预测值作为负荷变化率；以及
在内燃机运转状态为过渡状态并且所述负荷变化率为预定的阈值以上时，将所述第1变更量设定为所述过渡用相位的变更量，在内燃机运转状态为过渡状态并且所述负荷变化率小于所述阈值时，将比所述第1变更量小的第2变更量设定为所述过渡用相位的变更量。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，
所述第2变更量被设定为“0”。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，
所述控制部构成为执行如下处理：在内燃机运转状态为过渡状态时所述负荷变化率是表示内燃机负荷的降低的值的情况下，将所述稳定用相位设定为所述相位的目标值。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的内燃机的控制装置，
所述内燃机具备增压器和对排出到排气通路的排气进行净化的催化剂，
所述控制部，
构成为执行如下处理：在内燃机运转状态为过渡状态时，以使得与将所述稳定用相位设定为了所述相位的目标值的情况相比进气门与排气门的气门重叠量变多的方式设定所述过渡用相位，
并且构成为执行如下处理：以使得吸入空气量越多则所述阈值越小的方式可变地设定该阈值。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的内燃机的控制装置，
所述控制部构成为执行如下处理：在基于内燃机运转状态算出的要求负荷为实际的内燃机负荷以上时判定为内燃机运转状态为过渡状态，在所述要求负荷小于实际的内燃机负荷时判定为内燃机运转状态为稳定状态。
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