阅读说明：本技术 内燃机的控制方法及控制装置 (Method and device for controlling internal combustion engine ) 是由 铃木健儿 大滝绫一 山田幸誉 小野雅司 高田洋司 于 2017-06-28 设计创作，主要内容包括：内燃机(1)具有对机械压缩比进行变更的可变压缩比机构(2)和对进气阀(4)的气门正时进行变更的可变气门正时机构(7)。在加速请求时,与稳定时的目标值相比将目标压缩比设为低压缩比,将气门正时设为提前侧。可变压缩比机构(2)在规定的中间压缩比区域中容许燃烧压力变低,因此,在伴随加速的压缩比变化的过程中,在实际压缩比(rVCR)处于规定的中间压缩比区域时,通过废气旁通阀(29)的开度增大或者节气门(19)的开度减小等来限制进气压力。(An internal combustion engine (1) is provided with a variable compression ratio mechanism (2) that changes a mechanical compression ratio, and a variable valve timing mechanism (7) that changes the valve timing of an intake valve (4). At the time of the acceleration request, the target compression ratio is set to a low compression ratio and the valve timing is set to an advanced side as compared with the target value at the time of stabilization. The variable compression ratio mechanism (2) allows the combustion pressure to be made lower in a predetermined intermediate compression ratio region, and therefore, during the compression ratio change accompanying acceleration, when the actual compression ratio (rVCR) is in the predetermined intermediate compression ratio region, the intake pressure is limited by an increase in the opening degree of the wastegate valve (29), a decrease in the opening degree of the throttle valve (19), or the like.)

内燃机的控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及一种在具有对内燃机的机械压缩比进行变更的可变压缩比机构的内燃机中进行针对加速请求的控制的控制方法及控制装置。

背景技术

在专利文献1中，在具有利用了多连杆式活塞曲柄机构的可变压缩比机构的内燃机中，在存在内燃机的加速请求时，与稳定时的特性相比将可变压缩比机构的目标压缩比向低压缩比侧进行控制。

通过这样的控制，可变压缩比机构的目标压缩比随着加速请求阶梯式地变化，但是利用了多连杆式活塞曲柄机构的可变压缩比机构的实际压缩比比较缓慢地变化。另外，随着加速，作用于活塞的燃烧压力增大。

作为可变压缩比机构的机械机构，在某些中间压缩比区域，在机构相对于施加于活塞的燃烧压力的强度或者耐性与其他压缩比区域相比相对低的情况下，有时在压缩比变化的过程中最大燃烧压力会过渡性地超过能够容许的水平的燃烧压力，非优选。

专利文献1：日本特开2005-127200号公报

发明内容

本发明在有加速请求时，使可变压缩比机构的目标压缩比低于与稳定时的内燃机运转条件相应的基准目标压缩比，在上述可变压缩比机构的压缩比向上述目标压缩比变化的过程中，在规定的中间压缩比区域进行最大燃烧压力的限制。

即，在容许燃烧压力在中间压缩比区域中低的情况下，通过在该中间压缩比区域进行最大燃烧压力的限制，能够避免对可变压缩比机构的耐久性的不良影响。

附图说明

图1是表示本发明涉及的内燃机的系统结构的结构说明图。

图2是表示加速时的控制流程的流程图。

图3是表示加速时的实际压缩比和进气压力的变化的时序图。

图4是表示第2实施例的加速时的控制流程的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的一个实施例。

图1表示应用了本发明的汽车用内燃机1的系统结构。该内燃机1是具有利用了多连杆式活塞曲柄机构的可变压缩比机构2的四冲程循环的火花点火式内燃机，在各气缸3的顶壁面配置有一对进气阀4以及一对排气阀5，并且在被这些进气阀4以及排气阀5包围的中央部配置有火花塞6。另外，内燃机1具有利用排气能量进行增压的涡轮增压器8。

上述进气阀4具有能够可变地控制该进气阀4的开闭时机的进气侧可变气门正时机构7。作为可变气门正时机构7，在本实施例中，是通过使凸轮轴的相位提前或者延迟而同时使打开时机及关闭时机提前或者延迟的结构。已知有各种类型的可变气门正时机构，本发明不限定于特定形式的可变气门正时机构。

例如，可变气门正时机构7构成为具有：链轮，其同心状地配置于凸轮轴的前端部；以及液压式的旋转型致动器，其使链轮和凸轮轴在规定角度范围内相对地旋转。上述链轮经由未图示的正时链或者正时带与曲轴联动。因此，通过链轮与凸轮轴相对旋转，凸轮轴相对于曲轴转角的相位发生变化。上述旋转型致动器是如下的结构，即，具有通过液压向提前侧施力的提前侧液压室、和通过液压向滞后侧施力的滞后侧液压室，通过来自发动机控制器10的控制信号，经由未图示的液压控制阀而控制对这些液压室的液压供给，由此，使凸轮轴的相位提前或者延迟。通过该可变气门正时机构7可变地控制的凸轮轴的实际控制位置(这与实际的气门正时对应)由响应于凸轮轴的旋转位置的凸轮角传感器11检测。经由液压控制阀的液压供给被闭环控制，以使得由凸轮角传感器11检测出的实际控制位置与根据运转条件设定的目标控制位置一致。

发动机控制器10具有作为运转条件而将内燃机1的负荷和转速作为参数的目标控制位置对应图，基于该对应图设定目标控制位置。目标控制位置基本上是低转速侧的相对延迟侧的气门正时，具有转速越大气门正时越提前的特性。

基本的进气阀打开时机设定于上止点前，进气阀关闭时机设定于下止点后，因此，如果可变气门正时机构7进行提前动作，则进气阀打开时机从上止点向提前侧偏离，与排气阀5的气门重叠扩大，进气阀关闭时机接近下止点，体积效率提高。此外，虽然在图示例中，排气阀5的气门机构是开闭时机不变化的结构，但在本发明中，也可以是除了进气阀4侧的可变气门正时机构7之外在排气阀5侧也设置了可变气门正时机构的结构。

在经由上述进气阀4与燃烧室13连接的进气通道14，针对每个气缸配置有端口喷射用燃料喷射阀15。另外，为了向各气缸3中直接喷射燃料，设置有缸内喷射用燃料喷射阀16。即，图示例是所谓双喷射方式的燃料喷射系统，根据负荷等适当使用端口喷射用燃料喷射阀15和缸内喷射用燃料喷射阀16进行燃料供给。在进气通道14的进气总管18的上游侧安装有电子控制型节气门19，该电子控制型节气门19的开度由来自发动机控制器10的控制信号进行控制，涡轮增压器8的压缩机8a位于该电子控制型节气门19的上游侧。在进气通道14的压缩机8a的上游配置有对进入空气量进行检测的空气流量计20以及空气滤清器21。在压缩机8a与节气门19之间设置有中间冷却器22。另外，设置有再循环阀23以连通压缩机8a的喷出侧和进入侧。该再循环阀23在节气门19关闭的减速时打开。

在经由上述排气阀5而与燃烧室13连接的排气通道25安装有涡轮增压器8的涡轮8b，在其下游侧分别配置有由三元催化剂构成的预催化剂装置26以及主催化剂装置27。在排气通道25的比涡轮8b更上游侧配置有检测空燃比的空燃比传感器28。涡轮8b具有废气旁通阀29，该废气旁通阀29为了对增压压力进行控制而与增压压力相应地对排气的一部分进行旁通。该废气旁通阀29是电子控制型废气旁通阀，其开度通过经由由电动机构成的致动器而来自发动机控制器10的控制信号进行控制。

在排气通道25的涡轮8b下游侧的位置与进气通道14的压缩机8a上游侧的位置之间，设置有将排气的一部分回流至进气系统的排气回流通道30。该排气回流通道30具有EGR气体冷却器31以及EGR阀32。

除了上述凸轮角传感器11、空气流量计20、空燃比传感器28之外，还向上述发动机控制器10输入下述传感器类的检测信号，即，用于检测内燃机转速的曲轴转角传感器34、检测冷却水温的水温传感器35、作为对驾驶者的扭矩请求进行检测的传感器而对由驾驶者操作的加速踏板的踏入量进行检测的加速器开度传感器36、对进气总管18中的增压压力(进气压力)进行检测的增压传感器37等。发动机控制器10基于这些检测信号，最适度地对燃料喷射阀15、16的燃料喷射量以及喷射时机、火花塞6的点火时机、可变压缩比机构2的机械压缩比、可变气门正时机构7的进气阀4的开闭时机、节气门19的开度、废气旁通阀29的开度、EGR阀32的开度等进行控制。

另一方面，可变压缩比机构2利用了专利文献1、日本特开2004-116434号等中记载的公知的多连杆式活塞曲柄机构，以下连杆42、上连杆45、控制连杆47和控制轴48为主体构成，该下连杆42可旋转自由地支撑于曲轴41的曲柄销41a，上连杆45将该下连杆42的一端部的上销43与活塞44的活塞销44a相互连结，该控制连杆47的一端与下连杆42的另一端部的控制销46连结，该控制轴48可摆动地支撑该控制连杆47的另一端。上述曲轴41及上述控制轴48在气缸体49下部的曲轴箱49a内经由未图示的轴承构造而可旋转自由地被支撑。上述控制轴48具有位置随着该控制轴48的旋转而变化的偏心轴部，详细而言，上述控制连杆47的端部可旋转地与该偏心轴部嵌合。即，随着控制轴48的转动，控制连杆47的摆动支撑位置发生移位。在具有这种结构的可变压缩比机构2中，活塞44的上止点位置随着控制轴48的转动而上下移位，因此，机械压缩比发生变化。

另外，在本实施例中，作为对上述可变压缩比机构2的压缩比进行可变控制的驱动机构，具有与曲轴41平行的旋转中心轴的电动致动器51配置于曲轴箱49a的外壁面，并且电动致动器51和控制轴48经由在该电动致动器51的输出旋转轴固定的第1臂52、在控制轴48固定的第2臂53以及将第1臂52和第2臂53连结的中间连杆54而联动。电动致动器51包含在轴向上串联配置的电动机以及变速机构。

通过实际压缩比检测传感器56对如上所述由可变压缩比机构2可变地控制的机械压缩比的实际值即实际压缩比进行检测。该实际压缩比检测传感器56例如由对控制轴48的转动角或者电动致动器51的输出旋转轴的转动角进行检测的旋转式电位器或者旋转编码器等构成。或者，也可以根据向构成电动致动器51的电动机发送的指令信号来求出该电动机的旋转量，根据该旋转量来确定控制轴48的转动角，由此，不使用另外的传感器而检测实际压缩比。

上述电动致动器51通过发动机控制器10进行驱动控制，以使得如上所述求出的实际压缩比成为与运转条件对应的目标压缩比。例如，发动机控制器10具有作为运转条件而以内燃机1的负荷和转速为参数的目标压缩比对应图，基于该对应图设定目标压缩比。目标压缩比基本上在低负荷侧为高压缩比，负荷越高则为了抑制爆震等而越成为低压缩比。

利用了上述多连杆式活塞曲柄机构的可变压缩比机构2具有如下特性，即，由于连杆几何结构的关系，机构相对于施加于活塞44的燃烧压力的强度或者耐性在最高压缩比与最低压缩比之间的中间压缩比区域相对降低。即，作为作用于活塞44的燃烧压力，如果包含适当的安全率而将可变压缩比机构2的机械机构不会损伤的燃烧压力定义为“容许燃烧压力”，则该容许燃烧压力与最高压缩比附近以及最低压缩比附近的容许燃烧压力相比，具有在中间的压缩比区域变低的特性。

因此，如果最大燃烧压力即使在运转中过渡性地超过容许燃烧压力，则在可变压缩比机构2的耐久性等方面也非优选。在本发明中，由于这样，在加速时，在容许燃烧压力变低的中间压缩比区域，最大燃烧压力不会超过容许燃烧压力。

以下，基于图2的流程图，具体说明加速时发动机控制器10执行的控制。另外，该流程图所示的程序以适当的间隔(例如微小时间间隔)反复执行。

在步骤1(在图1中记为S1等)，读取由实际压缩比检测传感器56检测到的实际压缩比rVCR。在步骤2中，判定是否有加速请求。该加速请求例如基于加速器开度传感器36检测到的加速器踏板开度的变化量、变化速度来判定。详细地说，通过未图示的其他程序，逐次判定有无大于或等于规定水平的急剧的加速请求，在步骤2中，参照该诊断结果。此外，也可以一并求出加速请求的大小(加速器踏板开度的变化量的大小、变化速度的大小)。

在步骤2中判定为没有加速请求的情况下，进入步骤3，进行稳定时的通常的控制。即，将可变气门正时机构7的目标控制位置tVTC控制在与此时的运转条件(负荷以及转速)相应的稳定时的基准目标控制位置，将可变压缩比机构2的目标压缩比tVCR同样地控制在与此时的运转条件(负荷以及转速)相应的稳定时的基准目标压缩比。然后，从步骤3进入步骤4，不进行后述的进气压力限制控制。

在有加速请求的情况下，从步骤2进入步骤5，将可变气门正时机构7的目标控制位置tVTC校正为比与此时的运转条件(负荷以及转速)相应的稳定时的基准目标控制位置更靠提前侧。另外，将可变压缩比机构2的目标压缩比tVCR校正为比与此时的运转条件(负荷以及转速)相应的稳定时的基准目标压缩比更靠低压缩比侧。通过这样的设定，抑制爆震的发生并且提高输出扭矩。特别是，在具有涡轮增压器8的实施例中，在加速初期存在涡轮增压器8的响应延迟，但通过上述设定，实现该响应延迟期间中的输出扭矩的提高，能够得到良好的加速性能。此外，这样的加速请求时的可变气门正时机构7的目标控制位置tVTC的提前校正量、以及可变压缩比机构2的目标压缩比tVCR向低压缩比侧的校正量可以分别是恒定量，也可以根据加速请求的大小进行设定。

通过如上所述对目标压缩比tVCR进行设定，可变压缩比机构2经由电动致动器51从此时的机械压缩比向目标压缩比tVCR逐渐变化，在接下来的步骤6中，判断此时的实际压缩比rVCR是否处于上述容许燃烧压力变低的规定的中间压缩比区域(第1中间压缩比VCR1和第2中间压缩比VCR2之间)内。如果此时的实际压缩比rVCR在规定的中间压缩比区域的范围外(即，rVCR≥VCR1或者rVCR≤VCR2)，则从步骤6进入步骤4，不进行后述的进气压力限制控制。

在步骤6中VCR1＞rVCR＞VCR2的情况下，从步骤6进入步骤7，基于此时的实际压缩比rVCR的值对进气压力限制值Plim进行设定。该进气压力限制值Plim相当于进气压力的上限值，该进气压力的上限值被设定成使内燃机1的燃烧循环中的最大燃烧压力不超过此时的实际压缩比rVCR下的容许燃烧压力，发动机控制器10具有预先将机械压缩比作为参数对进气压力限制值Plim进行分配的表，在步骤7中，参照该表求出相对于此时的实际压缩比rVCR的进气压力限制值Plim。该进气压力限制值Plim可以是节气门19下游的进气压力(增压压力)的值本身，或者也可以是与进气压力相当的替代参数。

接着，从步骤7进入步骤8，基于在步骤7中设定的进气压力限制值Plim来执行进气压力限制控制。即，在加速请求时，进气压力急剧上升以满足扭矩请求，但在该进气压力超过与实际压缩比rVCR关联的进气压力限制值Plim的情况下，将进气压力限制为进气压力限制值Plim。例如，作为进气压力变更设备，通过对涡轮增压器8的废气旁通阀29的开度进行增加校正而降低增压压力，或者对节气门19的开度进行减少校正，而将节气门19下游的进气压力限制为进气压力限制值Plim。因此，燃烧循环中的最大燃烧压力不会超过此时的实际压缩比rVCR下的容许燃烧压力。

即，在有加速请求时，在实际压缩比rVCR从加速前的机械压缩比向目标压缩比tVCR逐渐降低的压缩比变化过程中，在实际压缩比rVCR通过第1中间压缩比VCR1与第2中间压缩比VCR2之间的中间压缩比区域期间，通过涡轮增压器8的旁通量的增加、节气门19的开度减少来限制进气压力，以使得最大燃烧压力不超过此时的实际压缩比rVCR下的可变压缩比机构2的容许燃烧压力。

图3是将上述加速请求时的压缩比(实际压缩比rVCR)的变化和进气压力的变化进行对比而示出的时序图。在该例中，在内燃机1以较低负荷运转且目标压缩比tVCR高的稳定状态中，在时间t1产生加速请求。由于目标压缩比tVCR随着该加速请求而阶梯式地下降，因此，可变压缩比机构2经由电动致动器51被朝向目标压缩比tVCR驱动。利用了多连杆式活塞曲柄机构的可变压缩比机构2的实际压缩比rVCR的变化比较缓慢，即使目标压缩比tVCR阶梯式地下降，实际压缩比rVCR也如图所示那样逐渐下降。此外，在一个实施例中，从检测到加速请求的时间点(t1)起直至实际压缩比rVCR最终收敛为目标压缩比tVCR需要1至2秒左右。这样，在实际压缩比rVCR变化至最终的目标压缩比tVCR的过程中，实际压缩比rVCR通过容许燃烧压力变低的规定的中间压缩比区域(VCR1-VCR2)。

图3中的线PLIM表示可变压缩比机构2的容许燃烧压力的特性，更具体地，表示将容许燃烧压力换算成进气压力而示出的容许进气压力的特性。如上所述，在利用了多连杆式活塞曲柄机构的可变压缩比机构2中，由于连杆几何结构的关系，在规定的中间压缩比区域(其上限为第1中间压缩比VCR1，下限为第2中间压缩比VCR2)中，容许燃烧压力降低。因此，从容许燃烧压力的观点看，容许的进气压力同样降低。即，图3中划有斜线而示出的区域表示容许燃烧压力的下降。此外，如上所述，上述进气压力限制值Plim是基于在规定的中间压缩比区域内变低的线PLIM的特性而设定的。换言之，在VCR1～VCR2的中间压缩比区域内的容许进气压力PLIM和进气压力限制值Plim实质上相等。

如线Pin所示，进气压力在时间t1以后响应于加速请求而上升。即，通过针对加速请求的节气门19的开度的增加、涡轮增压器8的工作(转速上升)、进气阀4的开闭时机的提前等，进气压力比较迅速地上升。因此，根据各种条件，进气压力有时如虚线Pin2所示会超过在中间压缩比区域内与容许燃烧压力对应的容许进气压力PLIM。在上述实施例中，在这样进气压力超过容许进气压力PLIM的情况下，通过增大废气旁通阀29的开度或者减小节气门19的开度来执行进气压力限制控制，并且如实线Pin所示，基于容许进气压力PLIM(即，进气压力限制值Plim)来限制进气压力。由此，实际产生的最大燃烧压力不会超过可变压缩比机构2的容许燃烧压力，能够抑制对可变压缩比机构2的耐久性等带来的不良影响。

这样，在上述实施例中，由于能够避免在加速请求时最大燃烧压力过渡性地超过容许燃烧压力的现象，所以不需要过度地提高构成可变压缩比机构2的各部分的强度、刚性，能够成为具有最小必要限度的强度、刚性的结构。例如，为了提高各部分的强度、刚性，会导致结构部件的大型化、重量增加，随之而来的是压缩比变更时的响应性的降低、电动致动器51的耗电的增加等不利。在上述实施例中，可实现可变压缩比机构2的耐久性的提高而没有这种不利。

此外，在实际压缩比rVCR大于或等于第1中间压缩比VCR1的区域以及实际压缩比rVCR小于或等于第2中间压缩比VCR2的区域内，容许燃烧压力都高。例如，即使进气压力随着加速而上升至最大限度，但如果实际压缩比rVCR小于或等于第2中间压缩比VCR2，则由于容许燃烧压力高，所以也不需要进气压力限制控制。

另外，也能够不依赖于加速请求而在稳定运转下使目标压缩比tVCR成为规定的中间压缩比区域(VCR1～VCR2)的范围内的值，但如果不是加速时，则不会成为最大燃烧压力超过容许燃烧压力的高进气压力，因此，不需要进气压力限制控制。

图4表示第2实施例的流程图。本实施例的步骤1～5与上述图2的流程图的各步骤相比没有特别的变化。

即，读取实际压缩比rVCR(步骤1)，判断有无加速请求(步骤2)，在没有加速请求的情况下，在步骤3、4中进行通常控制。

如果有加速请求，则从步骤2进入步骤5，将可变气门正时机构7的目标控制位置tVTC校正为比与此时的运转条件(负荷以及转速)相应的稳定时的基准目标控制位置更提前，将可变压缩比机构2的目标压缩比tVCR校正为比与此时的运转条件(负荷以及转速)相应的稳定时的基准目标压缩比更靠低压缩比侧。

接着，进入步骤7A，基于实际压缩比rVCR的值对进气压力限制值Plim进行设定。该进气压力限制值Plim相当于进气压力的上限值，该进气压力的上限值被设定成使内燃机1的燃烧循环中的最大燃烧压力不超过此时的实际压缩比rVCR下的容许燃烧压力，发动机控制器10具有预先将机械压缩比作为参数而对进气压力限制值Plim进行分配的表，在步骤7中，参照该表求出相对于此时的实际压缩比rVCR的进气压力限制值Plim。

这里，在本实施例中，不仅是规定的中间压缩比区域(VCR1～VCR2)，还将与可变压缩比机构2的整个控制范围内的机械压缩比的值相对应的进气压力限制值Plim预先设定为表。而且，在该表中，进气压力限制值Plim与将例如由图3中的线PLIM所示的可变压缩比机构2的容许燃烧压力换算成进气压力而示出的容许进气压力的特性对应地被设定。即，在大于或等于第1中间压缩比VCR1的高压缩比区域以及小于或等于第2中间压缩比VCR2的低压缩比区域，进气压力限制值Plim被设定为基于由涡轮增压器8等确定的最高进气压力的值，在第1中间压缩比VCR1与第2中间压缩比VCR2之间的中间压缩比区域，进气压力限制值Plim被设定为基于容许燃烧压力或者容许进气压力PLIM的特性的相对低的值。

在步骤7A之后的步骤8A中，基于在步骤7A中设定的进气压力限制值Plim来执行进气压力限制控制。即，在加速请求时，进气压力急剧上升以满足扭矩请求，但在该进气压力超过与实际压缩比rVCR关联的进气压力限制值Plim的情况下，将进气压力限制为进气压力限制值Plim。例如，通过对涡轮增压器8的废气旁通阀29的开度进行增大校正而降低增压压力，或者对节气门19的开度进行减小校正，将节气门19下游的进气压力限制为进气压力限制值Plim。由此，燃烧循环中的最大燃烧压力不会超过此时的实际压缩比rVCR下的容许燃烧压力。

这里，在第2实施例的流程图中，不依赖于实际压缩比rVCR的值而执行步骤8A的处理，但如前所述，在大于或等于第1中间压缩比VCR1的高压缩比区域以及小于或等于第2中间压缩比VCR2的低压缩比区域，进气压力限制值Plim为较高的值，因此，实质上不进行进气压力的限制。在实际压缩比rVCR处于第1中间压缩比VCR1和第2中间压缩比VCR2之间的中间压缩比区域，与进气压力限制值Plim相应地进行实质上与前述实施例相同的进气压力限制控制。因此，在本实施例中，不需要在前述第2实施例的流程图中的步骤6中的实际压缩比rVCR的区域判定。