專利名稱：內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))的裝置，該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有用于改變進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥重疊狀態(tài)的可變氣閥正時(shí)(驅(qū)動(dòng))機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出具有可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，用以通過減少由內(nèi)部EGR(整體式EGR，即內(nèi)部排氣再循環(huán))造成的泵氣損失來提高進(jìn)氣效率、減少NOx或排氣排放以及改善燃料消耗?？勺儦忾y正時(shí)機(jī)構(gòu)按照發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)改變進(jìn)氣閥和排氣閥的正時(shí)。例如，可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)和可變氣閥升程機(jī)構(gòu)廣泛用于車載內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)?？勺儦忾y正時(shí)機(jī)構(gòu)(可變配氣相位裝置)改變進(jìn)氣閥和排氣閥的正時(shí)，即氣閥正時(shí)(配氣正時(shí)，配氣相位)?？勺儦忾y升程機(jī)構(gòu)改變進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥升程。
在具有這樣一種可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，存留在氣缸中的氣體數(shù)量，即內(nèi)部EGR量，按照該機(jī)構(gòu)的操作，例如按照進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥重疊的變動(dòng)而變?？紤]到內(nèi)部EGR量根據(jù)可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行的變動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)例如點(diǎn)火正時(shí)的設(shè)定也變動(dòng)。例如，日本延遲公開專利公報(bào)No.9-209895公開了一種用于控制具有這樣一種可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置。該公報(bào)的裝置考慮到(計(jì)及)內(nèi)部EGR量根據(jù)可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行的變動(dòng)而改變點(diǎn)火正時(shí)。氣閥重疊是指進(jìn)氣閥(進(jìn)氣門)和排氣閥(排氣門)同時(shí)開啟時(shí)的狀態(tài)。
內(nèi)部EGR量按照發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷以及可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)以復(fù)雜方式變動(dòng)。但是，上述公報(bào)的裝置沒有清楚限定可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)與內(nèi)部EGR量的變動(dòng)之間的關(guān)系。因此，該裝置難于使與內(nèi)部EGR量的變動(dòng)有關(guān)的點(diǎn)火正時(shí)最優(yōu)化。
由于可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行影響內(nèi)部EGR量，因此可考慮用可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)控制內(nèi)部EGR量。但是，由于沒有清楚限定可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)與內(nèi)部EGR量的變動(dòng)之間的關(guān)系，因此無法高度精確控制內(nèi)部EGR量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，該裝置能根據(jù)可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)與內(nèi)部EGR量之間的關(guān)系容易和適當(dāng)?shù)乜刂圃摪l(fā)動(dòng)機(jī)。
為實(shí)現(xiàn)上述和其他目的，并且按照本發(fā)明的目的，提供一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣閥、排氣閥和可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)。該可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述氣閥中的至少一個(gè)以改變所述氣閥兩者都開啟的氣閥重疊狀態(tài)。內(nèi)部EGR量根據(jù)所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)變動(dòng)。該內(nèi)部EGR量為空氣-燃料混合氣在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中燃燒時(shí)存在于該氣缸中的燃燒后氣體的數(shù)量。所述裝置包括計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)根據(jù)所述內(nèi)部EGR量隨所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的正時(shí)操作的變動(dòng)，校正受所述內(nèi)部EGR量的變動(dòng)影響的發(fā)動(dòng)機(jī)控制量。該計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際內(nèi)部EGR量與目標(biāo)內(nèi)部EGR量之比、實(shí)際氣閥重疊面積與目標(biāo)氣閥重疊面積之比或?qū)嶋H氣閥重疊量的平方數(shù)與目標(biāo)氣閥重疊量的平方數(shù)之比，計(jì)算在所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制量的校正中使用的校正量。
本發(fā)明提供另一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣閥、排氣閥和可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)。該可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述氣閥中的至少一個(gè)以改變所述氣閥兩者都開啟的氣閥重疊狀態(tài)。內(nèi)部EGR量根據(jù)所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)變動(dòng)。該內(nèi)部EGR量為空氣-燃料混合氣在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中燃燒時(shí)存在于該氣缸中的燃燒后氣體的數(shù)量。所述裝置包括控制器，該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，以把所述內(nèi)部EGR量調(diào)節(jié)到一預(yù)定目標(biāo)內(nèi)部EGR量。該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，使得所述進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥重疊面積變成一個(gè)由實(shí)際氣閥重疊面積乘以所述目標(biāo)內(nèi)部EGR量與實(shí)際內(nèi)部EGR量之比得出的值，或使得所述進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥重疊量變成一個(gè)由實(shí)際氣閥重疊量乘以所述目標(biāo)內(nèi)部EGR量與實(shí)際EGR量之比的平方根得出的值。
此外，本發(fā)明提供一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣閥、排氣閥和可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)。該可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述氣閥中的至少一個(gè)以改變所述氣閥兩者都開啟的氣閥重疊狀態(tài)。內(nèi)部EGR量根據(jù)所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)變動(dòng)。該內(nèi)部EGR量為空氣-燃料混合氣在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中燃燒時(shí)存在于該氣缸中的燃燒后氣體的數(shù)量。所述裝置包括控制器，該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，以把所述內(nèi)部EGR量調(diào)節(jié)到一預(yù)定目標(biāo)內(nèi)部EGR量。該控制器根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和施加給所述發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷計(jì)算基本氣閥重疊面積。該控制器還計(jì)算基本內(nèi)部EGR量，該基本內(nèi)部EGR量為所述進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥重疊面積等于所述基本氣閥重疊面積時(shí)的內(nèi)部EGR量。該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，使得所述氣閥重疊面積變成一個(gè)由所述基本氣閥重疊面積乘以所述目標(biāo)內(nèi)部EGR量與所述基本內(nèi)部EGR量之比得出的值。
本發(fā)明還提供另一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣閥、排氣閥和可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)。該可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述氣閥中的至少一個(gè)以改變所述氣閥兩者都開啟的氣閥重疊狀態(tài)。內(nèi)部EGR量根據(jù)所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)變動(dòng)。該內(nèi)部EGR量為空氣-燃料混合氣在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中燃燒時(shí)存在于該氣缸中的燃燒后氣體的數(shù)量。所述裝置包括控制器，該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，以把所述內(nèi)部EGR量調(diào)節(jié)到一預(yù)定目標(biāo)內(nèi)部EGR量。該控制器根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和施加給所述發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷計(jì)算基本氣閥重疊量。該控制器還計(jì)算基本內(nèi)部EGR量，該基本內(nèi)部EGR量為所述進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥重疊量等于所述基本氣閥重疊量時(shí)的內(nèi)部EGR量。該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，使得所述氣閥重疊量變成一個(gè)由所述基本氣閥重疊量乘以所述目標(biāo)內(nèi)部EGR量與所述基本內(nèi)部EGR量之比的平方根得出的值。
從以下結(jié)合附圖通過示例示出本發(fā)明原理的說明中可清楚理解本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)。


從以下結(jié)合附圖對優(yōu)選實(shí)施例的說明中可最好地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖1為示出本發(fā)明第一實(shí)施例總體結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為示出根據(jù)第一實(shí)施例的氣閥正時(shí)的設(shè)定示例的曲線圖；圖3A-3C為示出一內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒后氣體的性狀的示意圖；圖4為示出燃燒后氣體從排氣管的回流的視圖；圖5A和5B為示出從排氣管回流的燃燒后氣體的性狀的示意圖；圖6為示出進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥升程的變動(dòng)的曲線圖；圖7為示出函數(shù)f3(NE，Pm)的示例的曲線圖；圖8為示出內(nèi)部EGR量與最佳點(diǎn)火正時(shí)之間的關(guān)系的曲線圖；圖9為示出氣閥升程曲線隨氣閥重疊量的變動(dòng)而變的曲線圖；圖10為示出實(shí)際氣閥重疊量與VVT(可變氣閥正時(shí)，即可變配氣相位)校正量(修正量)之間關(guān)系的曲線圖；圖11為示出用于計(jì)算第一實(shí)施例的VVT校正量的邏輯(算法)的方框圖；圖12為示出內(nèi)部EGR量隨氣閥重疊量的變動(dòng)而變的曲線圖；圖13為示出根據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)部EGR限值控制程序的流程圖；圖14為示出圖13所示用于控制目標(biāo)內(nèi)部EGR量的程序的工作情況示例的時(shí)序圖；以及圖15為示出內(nèi)部EGR量隨氣閥重疊量的變動(dòng)而變的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在結(jié)合

根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置。
如圖1所示，該實(shí)施例的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10包括一個(gè)或多個(gè)氣缸15，每一氣缸裝有一活塞16；至少一個(gè)進(jìn)氣閥17和至少一個(gè)排氣閥18。每一進(jìn)氣閥17和每一排氣閥18與氣缸15之一對應(yīng)。一個(gè)作為進(jìn)氣通道的進(jìn)氣管25與氣缸15連接。進(jìn)氣閥17選擇性地將進(jìn)氣管25與氣缸15連接和斷開。一個(gè)作為排氣通道的排氣管26與氣缸15連接。排氣閥18選擇性地將排氣管26與氣缸15連接和斷開。
發(fā)動(dòng)機(jī)10具有檢測發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的各種傳感器。例如，在作為發(fā)動(dòng)機(jī)10輸出軸的曲軸附近設(shè)有一曲軸轉(zhuǎn)角傳感器21。在進(jìn)氣閥凸輪軸和排氣閥凸輪軸附近分別設(shè)有凸輪角度傳感器22m、22e。此外，在進(jìn)氣管25中設(shè)有一進(jìn)氣管壓力傳感器23和一作為流量傳感器的空氣流量計(jì)24。這些傳感器檢測到的信號(hào)傳送至一對發(fā)動(dòng)機(jī)10進(jìn)行各種控制的電子控制單元20。該電子控制單元20為一包括計(jì)算機(jī)的控制器。
電子控制單元20根據(jù)這些傳感器檢測到的信號(hào)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。例如，從曲軸轉(zhuǎn)角傳感器21的檢測信號(hào)獲得曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)相位，計(jì)曲軸轉(zhuǎn)角。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE也從曲軸轉(zhuǎn)角傳感器21的輸出信號(hào)獲得。從凸輪角度傳感器22m、22e的檢測信號(hào)獲得進(jìn)氣閥凸輪軸和排氣閥凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)相位，即凸輪角度。此外，從進(jìn)氣壓力傳感器23的檢測信號(hào)獲得進(jìn)氣管25中的壓力Pm，從空氣流量計(jì)24的檢測信號(hào)獲得進(jìn)氣量GA。
根據(jù)基于這些傳感器的檢測結(jié)果監(jiān)控的發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，電子控制單元20對發(fā)動(dòng)機(jī)10進(jìn)行各種控制。例如，電子控制單元20根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)向發(fā)動(dòng)機(jī)10的噴油器12、火花塞14和節(jié)氣閥(節(jié)氣門)13發(fā)出指令信號(hào)，從而控制燃料噴射、點(diǎn)火正時(shí)和進(jìn)氣量。
發(fā)動(dòng)機(jī)10具有兩個(gè)可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e?？勺儦忾y正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e分別改變進(jìn)氣閥17和排氣閥18的氣閥正時(shí)。在此實(shí)施例中，可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e改變進(jìn)氣閥和排氣閥17、18相對于作為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸的曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)相位，從而改變進(jìn)氣閥和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)。
根據(jù)可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e的控制，電子控制單元20控制或改變進(jìn)氣閥和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)。在此實(shí)施例中電子控制單元20以如下方式進(jìn)行氣閥正時(shí)控制。
首先，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，計(jì)算作為進(jìn)氣閥和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)的目標(biāo)值的目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm和目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTe。操縱可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e，使得由凸輪角度傳感器22m、22e檢測的進(jìn)氣閥和排氣閥17、18的實(shí)際氣閥正時(shí)realVTm、realVTe以求達(dá)到計(jì)算出的目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe。
在該實(shí)施例中，如圖2所示，氣閥正時(shí)VTm是指用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)氣閥17開啟正時(shí)的提前量。此外，如圖2所示，氣閥正時(shí)Vte是指用曲軸轉(zhuǎn)角表示的排氣閥18開啟正時(shí)的遲后量(延遲量)。進(jìn)氣閥17的氣閥正時(shí)VTm用相對于最遲后角位置的提前量[℃A]表示，在該最遲后角位置上，進(jìn)氣閥17的開啟和關(guān)閉在由可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m變動(dòng)的氣閥正時(shí)范圍中最遲后。排氣閥18的氣閥正時(shí)VTe用相對于最提前角位置的遲后量[℃A]表示，在該最提前角位置上，排氣閥18的開啟和關(guān)閉在由可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11e變動(dòng)的氣閥正時(shí)范圍中最提前。
當(dāng)進(jìn)氣閥和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)改變時(shí)，內(nèi)部EGR量增加或減小。相應(yīng)地，最佳點(diǎn)火正時(shí)改變。因此，在該實(shí)施例中，利用可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e，考慮到隨著進(jìn)氣閥和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)的變化而變的內(nèi)部EGR量的變化來校正點(diǎn)火正時(shí)。下文中將說明根據(jù)該實(shí)施例的點(diǎn)火正時(shí)的校正。
現(xiàn)在說明給定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的內(nèi)部EGR量MegrALL的計(jì)算。如上所述，內(nèi)部EGR量MegrALL不僅隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變動(dòng)，還隨可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e的狀態(tài)變動(dòng)?？墒褂眠M(jìn)氣閥和排氣閥17、18的氣閥重疊面積AOL或氣閥重疊量OL容易和適當(dāng)?shù)貦z測內(nèi)部EGR量MegrALL的這種變動(dòng)。
氣缸15中燃燒后氣體的性狀現(xiàn)在說明發(fā)動(dòng)機(jī)10的氣缸15中燃燒后氣體的性狀。
燃料在氣缸15中燃燒生成燃燒后氣體。排氣閥18開啟時(shí)(見圖3A)燃燒后氣體排進(jìn)排氣管26中。然后，進(jìn)氣閥17開啟，從而開始?xì)忾y重疊。由于排氣管中壓力Pe與進(jìn)氣管中壓力Pm之間的壓差，一些燃燒后氣體從排氣管26流回氣缸15(見圖3C)。此時(shí)，一部分燃燒后氣體經(jīng)氣缸15流入進(jìn)氣管25。這部分燃燒后氣體在下一進(jìn)氣行程中與新鮮空氣一起被抽入氣缸15中。在本說明中，在進(jìn)氣閥17開啟后的氣閥重疊過程中從排氣管26流回氣缸15的該部分燃燒后氣體稱為回流燃燒后氣體?；亓魅紵髿怏w的數(shù)量稱為燃燒后氣體回流量Megr2。
另一方面，緊接在進(jìn)氣閥17開啟之前，一些燃燒后氣體存留在氣缸15中而不排放到排氣管26(見圖3B)。在氣閥重疊期間中，一部分存留的燃燒后氣體繼續(xù)留在氣缸15中，而其余存留的燃燒后氣體由于排氣的回流暫時(shí)回流入進(jìn)氣管25中，然后在下一進(jìn)氣行程中重新被抽入氣缸15中。因此，緊接在進(jìn)氣閥17開啟之前存留于氣缸15中的燃燒后氣體在下一燃燒中將全部存在于氣缸15中。緊接在進(jìn)氣閥17開啟之前存在于氣缸15中的該部分燃燒后氣體稱為存留燃燒后氣體。存留燃燒后氣體的數(shù)量稱為燃燒后氣體存留量Megr1。
因此，用下式(1)計(jì)算燃燒中存在于氣缸15中的內(nèi)部EGR量，在式(1)中，推定(估定)的內(nèi)部EGR量用MegrALL表示。在式(1)中，推定的內(nèi)部EGR量MegrALL表示為燃燒后氣體存留量Megr1與燃燒后氣體回流量Megr2之和。
MegrALL＝Megr1+Megr2(1)燃燒后氣體存留量Megr1的計(jì)算燃燒后氣體存留量Megr1用下式(2)表示，式(2)為基于緊接在進(jìn)氣閥17開啟之前氣缸15狀態(tài)的氣體狀態(tài)方程式。在式(2)中，Pm為進(jìn)氣管壓力；Pe為排氣管26中壓力；Re為燃燒后氣體的氣體常數(shù)；Te為排氣溫度(流經(jīng)排氣管26的燃燒后氣體的溫度，即排氣溫度)；V為緊接在進(jìn)氣閥17開啟之前的氣缸15的容積。
Megr1=Pe·VRe·Te---(2)]]>
緊接在進(jìn)氣閥17開啟之前的氣缸容積V根據(jù)進(jìn)氣閥開啟正時(shí)Topen(BTDC)、氣缸孔徑rb、活塞16的行程S和活塞16在上止點(diǎn)時(shí)的燃燒室容積即余隙容積VC用下式(3)計(jì)算。
V=Vc+πrb24S2{1-sin(Topen)}---(3)]]>在式(3)中，氣缸孔徑rb、活塞行程S和余隙容積VC為由設(shè)計(jì)尺寸確定的常數(shù)。因此，在具有可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m，11e的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣缸容積V為進(jìn)氣閥開啟正時(shí)Topen的函數(shù)f2(Topen)。
燃燒后氣體回流量Megr2的計(jì)算在氣閥重疊期間，由于排氣管壓力Pe與進(jìn)氣管壓力Pm之差，燃燒后氣體從排氣管26流到進(jìn)氣管25。即，燃燒后氣體從排氣管流過氣缸。在該狀態(tài)下，在燃燒后氣體的流路中，由進(jìn)氣閥17限定的進(jìn)氣管25與氣缸15之間的開口(進(jìn)氣閥開口)和由排氣閥18限定的排氣管26與氣缸15之間的開口(排氣閥開口)用作各自具有減小的面積的節(jié)流口(限流口，限流器)。因此，經(jīng)燃燒后氣體流的性狀用圖4表示?？墒褂靡挥?jì)算節(jié)流口截面上的流量的公式計(jì)算燃燒后氣體的流量Q。
下式(4)用于計(jì)算用作節(jié)流口的部位處流量的公式。在式(4)中，k為燃燒后氣體比熱比，μ為流動(dòng)系數(shù)，A為氣閥的開口面積。
Q=μAPeRe·TeΦ(PmPe)---(4)]]>當(dāng)不等式1/(k+1)＜Pm/Pe成立時(shí)，式(4)中的Φ(Pm/Pe)由下式(5)表達(dá)。
Φ(PmPe)={κ-12κ·(1-PmPe)+PmPe}·(1-PmPe)---(5)]]>
當(dāng)不等式1/(k+1)≥Pm/Pe成立時(shí)，式(4)中的Φ(Pm/Pe)由下式(6)表達(dá)。
Φ(PmPe)=κ2(κ+1)---(6)]]>因此，可用氣閥重疊期間節(jié)流口處燃燒后氣體的流量的時(shí)間積分來計(jì)算抽回氣缸15中的燃燒后氣體的數(shù)量，即燃燒后氣體回流量Megr2。由于進(jìn)氣管壓力Pm、排氣管壓力Pe、排氣溫度Te和比熱比k不突變，因此可假定這些值在氣閥重疊期間基本恒定。因此，將燃燒后氣體回流量Megr2作為一個(gè)與氣閥的有效開口面積μA(μA＝流動(dòng)系數(shù)×氣閥開口面積A)的時(shí)間積分∑(μA)成正比的值來計(jì)算。這樣，燃燒后氣體回流量Megr2可表達(dá)為下式(7)。
Megr2=Σ(μA)·PeRe·Te·Φ(PmPe)---(7)]]>氣閥的有效開口面積的時(shí)間積分∑(μA)的計(jì)算氣閥重疊期間排氣回流時(shí)，如果如圖5A所示進(jìn)氣閥17的氣閥的有效開口面積μiAi小于排氣閥18的氣閥的有效開口面積μeAe，則進(jìn)氣閥用作節(jié)流口。如果如圖5B所示排氣閥18的氣閥的有效開口面積μeAe小于進(jìn)氣閥17的氣閥的有效開口面積μiAi，則排氣閥18用作節(jié)流口。總之，排氣閥18和進(jìn)氣閥17中氣閥的有效開口面積μA較小的一個(gè)氣閥用作節(jié)流口。這樣，氣閥的有效開口面積(有效的節(jié)流口開口面積)的時(shí)間積分∑(μA)由下式(8)表達(dá)。時(shí)間積分∑(μA)為氣閥重疊期間的時(shí)間積分。
Σ(μA)=ΣμeAe<μiAi(μeAe)+ΣμiAi≤μeAe(μiAi)---(8)]]>如果假定排氣閥18與進(jìn)氣閥17具有相同的流動(dòng)系數(shù)μ(μi＝μe＝μ)，式(8)可變?yōu)橄率?9)。在式(9)中，右邊括號(hào)中的式子表示由圖4中氣閥升程曲線界定的氣閥重疊陰影區(qū)，即氣閥重疊面積AOL。
Σ(μA)=μ(μAe<AiAe+ΣAi≤AEAi)---(9)]]>在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有改變進(jìn)氣閥17和排氣閥18的開啟和關(guān)閉正時(shí)即氣閥正時(shí)的可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m，11e的情況下，氣閥重疊面積AOL根據(jù)進(jìn)氣閥17和排氣閥18的氣閥正時(shí)的設(shè)定而變。由于氣閥的有效開口面積μA的瞬時(shí)值由設(shè)計(jì)尺寸如凸輪輪廓來確定，因此時(shí)間積分∑(μA)作為進(jìn)氣閥17和排氣閥18的氣閥重疊量OL和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE的函數(shù)來計(jì)算。即，氣閥重疊量OL代表以曲軸轉(zhuǎn)角表示的氣閥重疊。因此，如果將氣閥的有效開口面積μA對曲軸轉(zhuǎn)角積分，即得到只與氣閥重疊量OL相關(guān)的函數(shù)f1(OL)。然后，如果將曲軸轉(zhuǎn)角積分除以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE，則得到氣閥重疊面積AOL，即氣閥的有效開口面積的時(shí)間積分∑(μA)。因此，式(9)可變成下式(10)。如果把式(10)代入式(7)中，則得出下式(11)。
Σ(μA)=f1(OL)NE---(10)]]>Megr2=f1(OL)NE×PeRe·Te·Φ(PmPe)---(11)]]>內(nèi)部EGR量MegrALL的計(jì)算燃燒過程中存在于氣缸15中的內(nèi)部EGR量MegrALL為由式(2)表示的燃燒后氣體存留量Megr1和由式(11)表示的燃燒后氣體回流量Megr2之和。即，內(nèi)部EGR量MegrALL用下式(12)表示。
MegrALL=PeRe·Te×f2(Topen)+f1(OL)NE×PeRe·Te·Φ(PmPe)---(12)]]>
排氣管壓力Pe和排氣溫度Te可從發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)來推定。即，排氣管壓力Pe和排氣溫度Te作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的函數(shù)來計(jì)算。因此，如果不測定或推定排氣管壓力Pe和排氣溫度Te，這些值可作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和一表示發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷如發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)KL(當(dāng)前負(fù)荷與最大負(fù)荷之比(WOT))、進(jìn)氣量GA和進(jìn)氣管壓力Pm的參數(shù)的函數(shù)來得到。
如果把進(jìn)氣管壓力Pm用做發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的指標(biāo)，式(11)可表達(dá)為下式(13)，式(13)為氣閥重疊量OL、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和進(jìn)氣管壓力Pm的函數(shù)。圖7示出這一函數(shù)f3(NE，Pm)設(shè)置的一個(gè)例子。
Megr2=f1(OL)NE×f3(NE,Pm)---(13)]]>如果把式(2)中的(Pe/(Re×Te))表示為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和進(jìn)氣管壓力Pm的函數(shù)f4(NE，Pm)，則燃燒后氣體存留量Megr1用下式(14)表示。
Megr1＝f4(NE，Pm)×f2(Topen) (14)此時(shí)，內(nèi)部EGR量MegrALL用下式(15)，即一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE、進(jìn)氣管壓力Pm、氣閥重疊量OL和進(jìn)氣閥開啟正時(shí)Topen的函數(shù)來表示。
MegrALL=f4(NE,Pm)×f2(Topen)+f1(OL)NE×f3(NE,Pm)---(15)]]>[點(diǎn)火正時(shí)的VVT校正量AVVT的計(jì)算]如上所述，在發(fā)動(dòng)機(jī)10的給定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的內(nèi)部EGR量可用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE、進(jìn)氣管壓力Pm、以及進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥重疊量OL(或氣閥重疊面積AOL)表示。因此，可按照與可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e的操作對應(yīng)的內(nèi)部EGR量以如下方式校正點(diǎn)火正時(shí)。
圖8示出在給定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和給定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下的最佳點(diǎn)火正時(shí)tSA的變動(dòng)，該點(diǎn)火正時(shí)tSA與內(nèi)部EGR量的變動(dòng)對應(yīng)。隨著內(nèi)部EGR量增加，如圖8所示，最佳點(diǎn)火正時(shí)tSA提前。這部分是因?yàn)閮?nèi)部EGR量的增加減小了氣缸15中燃料的燃燒速度。
如果進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)只取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的給定值，則內(nèi)部EGR量只取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的給定值。但是，在發(fā)動(dòng)機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e伴隨進(jìn)氣和排氣閥17、18的點(diǎn)火正時(shí)變動(dòng)的響應(yīng)遲后，因此實(shí)際氣閥正時(shí)VTm、VTe可與目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe不同。因此，為了按照實(shí)際內(nèi)部EGR量校正點(diǎn)火正時(shí)，必須考慮到由實(shí)際氣閥正時(shí)VTm、VTe與目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe之間的差值所造成的內(nèi)部EGR量的變動(dòng)。
在本說明中，內(nèi)部EGR量為0時(shí)的最佳點(diǎn)火正時(shí)稱為基準(zhǔn)點(diǎn)火正時(shí)tSA0。進(jìn)氣和排氣閥17、18的實(shí)際氣閥正時(shí)VTm、VTe等于目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe時(shí)的內(nèi)部EGR量稱為目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR。內(nèi)部EGR量等于目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR時(shí)的最佳點(diǎn)火正時(shí)tSAb與基準(zhǔn)點(diǎn)火正時(shí)tSA0之間的差值稱為基本校正量AVVTb?；鶞?zhǔn)點(diǎn)火正時(shí)tSA0、目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR以及基本校正量AVVTb只取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷。目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR和基本校正量AVVTb與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的關(guān)系可預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)得出。
使用基準(zhǔn)點(diǎn)火正時(shí)tSA0、目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR和基本校正量AVVTb，點(diǎn)火正時(shí)tSAb用下式(16)表示。
tSAb＝tSA0+AVVTb (16)此外，如果最佳點(diǎn)火正時(shí)tSA和內(nèi)部EGR如圖8所示呈線性關(guān)系，則與由可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e的操作所造成的內(nèi)部EGR量的變動(dòng)相對應(yīng)的點(diǎn)火正時(shí)的校正量，即VVT校正量AVVT，用下式(17)表示。即，VVT校正量AVVT可視作一值，該值與實(shí)際內(nèi)部EGR量realEGR和目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR之比regr(realEGR/tEGR)成正比。
AVVT=AVVTb×realEGRtEGR---(17)]]>如式(1)所示，給定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的內(nèi)部EGR量用燃燒后氣體存留量Megr1和燃燒后氣體回流量Megr2之和表示。因此，比regr用下式(18)表示。在式(18)中，realMegr1和realMegr2為燃燒后氣體存留量和燃燒后氣體回流量的當(dāng)前值。tMegr1和tMegr2為進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)等于目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe時(shí)的燃燒后氣體存留量和燃燒后氣體回流量。
regr(=realEGRtEGR)=realMegr1+realMegr2tMegr1+tMegr2---(18)]]>由于進(jìn)氣閥17開啟時(shí)存留在氣缸15中的燃燒后氣體的溫度非常高，因此氣體的密度低，與燃燒后氣體回流量Megr2相比，燃燒后氣體存留量Megr1一般極小(Megr1＜＜Megr2)。因此，如果假設(shè)該比采用上述值，則式(18)可近似為下式(19)。
regr=realMegr2tMegr2---(19)]]>如果把表示燃燒后氣體回流量Megr2的式(13)代入式(19)，則得出下式(20)。在式(20)中，real0L、realNE和realPm分別表示氣閥重疊量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣管壓力的當(dāng)前值。tOL、tNE、tPm分別表示進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)等于目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe時(shí)的氣閥重疊量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣管壓力的值。
regr=f1(realOL)/realNE×f3(realNE,realPm)f1(tOL)/tNE×f3(tNE,tPm)---(20)]]>由于進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)的暫態(tài)變動(dòng)不直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和進(jìn)氣管壓力Pm，因此氣閥正時(shí)變動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和進(jìn)氣管壓力Pm可基本視為恒定。因此，式realNE＝tNE和realPm＝tPm成立，式(20)可簡化為下式(21)。
regr(=realEGRtEGR)=f1(realOL)f1(tOL)---(21)]]>如上所述，函數(shù)f1(OL)表示進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥重疊面積AOL。因此，比regr可表示為實(shí)際氣閥重疊面積realAOL，即氣閥重疊面積的當(dāng)前值，與目標(biāo)氣閥重疊面積tAOL，即進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)等于目標(biāo)值時(shí)的氣閥重疊面積值，之比。
如圖9所示，盡管氣閥重疊量OL變動(dòng)，氣閥重疊面積AOL1和氣閥重疊面積AOL2的幾何形狀基本相似。如果不考慮氣閥重疊量的差值而假定氣閥重疊面積AOL1和AOL2的幾何形狀相似，則氣閥重疊量OL給定值的氣閥重疊面積AOL可近似成一個(gè)與氣閥重疊量OL的平方成正比的值。因此，式(21)可表示為下式(22)。
regr(=realEGRtEGR)=(realOL)2(tOL)2---(22)]]>如果把式(21)、(22)代入式(17)中，則得出下式(23)、(24)。即，根據(jù)實(shí)際氣閥重疊面積realAOL與目標(biāo)氣閥重疊面積tAOL之比，或根據(jù)實(shí)際氣閥重疊量realOL的平方數(shù)與目標(biāo)氣閥重疊量tOL的平方數(shù)之比，計(jì)算點(diǎn)火正時(shí)的VVT校正量AVVT。
AVVT=AVVTb×f1(realOL)f1(tOL)---(23)]]>AVVT=AVVTb×(realOL)2(tOL)2---(24)]]>圖10示出給定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和給定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷下的VVT校正量AVVT與氣閥重疊量OL之間的關(guān)系。該關(guān)系用式(24)表示。如圖10所示，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷保持不變(恒定)時(shí)，VVT校正量AVVT與實(shí)際氣閥重疊量realOL的平方數(shù)成正比。
在該實(shí)施例中，在設(shè)定點(diǎn)火正時(shí)時(shí)，電子控制單元20利用用式(24)計(jì)算的VVT校正量AVVT校正點(diǎn)火正時(shí)?，F(xiàn)在結(jié)合圖11說明根據(jù)該實(shí)施例的用于計(jì)算VVT校正量AVVT的方法。
圖11為用于計(jì)算VVT校正量AVVT的過程(處理)的方框圖。如圖11所示，利用在上述氣閥正時(shí)控制中計(jì)算的進(jìn)氣和排氣閥17、18的目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe計(jì)算目標(biāo)氣閥重疊量tOL。在上述氣閥正時(shí)控制中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)KL計(jì)算目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe。在圖11的示例中，使用計(jì)算圖MO1和MO2計(jì)算目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe。計(jì)算圖MO1定義(限定)目標(biāo)進(jìn)氣閥正時(shí)tVTm與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)KL之間的關(guān)系。計(jì)算圖MO2定義目標(biāo)排氣閥正時(shí)tVTe與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)KL之間的關(guān)系。
此外，根據(jù)凸輪角度傳感器22m、22e的檢測結(jié)果，計(jì)算進(jìn)氣和排氣閥17、18的實(shí)際氣閥正時(shí)VTm、VTe。根據(jù)實(shí)際氣閥正時(shí)VTm、Vte，計(jì)算實(shí)際氣閥重疊量realOL。
此外，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)KL，計(jì)算基本校正量AVVTb。使用一定義基本校正量AVVTb與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)KL之間關(guān)系的計(jì)算圖MO3，計(jì)算基本校正量AVVTb。
根據(jù)基本校正量AVVTb、目標(biāo)氣閥重疊量tOL和實(shí)際氣閥重疊量realOL的計(jì)算值，用式(24)計(jì)算VVT校正量AVVT。然后使用算出的VVT校正量AVVT校正點(diǎn)火正時(shí)。因此，點(diǎn)火正時(shí)按照由可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e的操作所造成的內(nèi)部EGR量的變動(dòng)被適當(dāng)?shù)匦Ｕ?br> 該實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)。
(1)在上面示出的實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際氣閥重疊量realOL的平方數(shù)與目標(biāo)氣閥重疊量tOL的平方數(shù)之比，計(jì)算點(diǎn)火正時(shí)的VVT校正量AVVT。該平方數(shù)之比代表由式(22)所示的實(shí)際內(nèi)部EGR量realEGR與目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR之比。這樣，使用算出的VVT校正量AVVT可按照內(nèi)部EGR量隨著可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e的操作的變動(dòng)容易且恰當(dāng)?shù)匦Ｕc(diǎn)火正時(shí)。
由于抽入氣缸15中的新鮮空氣量隨內(nèi)部EGR量的變動(dòng)而變，因此在精確控制新鮮空氣量時(shí)，需要按照內(nèi)部EGR量的變動(dòng)校正進(jìn)氣量和節(jié)氣閥的開度。為控制與引入的新鮮空氣量的變動(dòng)相對應(yīng)的空氣-燃料比，需要按照內(nèi)部EGR量的變動(dòng)校正燃料噴射量。為處理受內(nèi)部EGR量變動(dòng)影響的燃燒狀態(tài)的變動(dòng)，需要按照內(nèi)部EGR量校正噴射正時(shí)。為控制進(jìn)行外部EGR的存在于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸15中的燃燒后氣體，需要按照內(nèi)部EGR量的變動(dòng)校正外部EGR量。外部EGR是指燃燒后氣體從排氣管26經(jīng)一專用EGR通道(外部EGR通道)到進(jìn)氣管25的再循環(huán)。
以這種方式，發(fā)動(dòng)機(jī)除點(diǎn)火正時(shí)之外的控制參數(shù)受內(nèi)部EGR量隨可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的操作的變動(dòng)的影響。在校正這類參數(shù)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際氣閥重疊面積與目標(biāo)氣閥重疊面積之比，或?qū)嶋H氣閥重疊量的平方數(shù)與目標(biāo)氣閥重疊量的平方數(shù)之比，計(jì)算校正量。
現(xiàn)在說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置。下面主要說明與第一實(shí)施例的差別之處。
按照上式(21)，實(shí)際內(nèi)部EGR量realEGR與目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR之比regr等于實(shí)際氣閥重疊面積realAOL與目標(biāo)氣閥重疊面積tAOL之比。此外，按照上式(22)，該比regr等于實(shí)際氣閥重疊量realOL的平方數(shù)與目標(biāo)氣閥重疊量tOL的平方數(shù)之比。因此，式(25)、(26)成立。即，內(nèi)部EGR量MegrALL與氣閥重疊面積AOL成正比，和與氣閥重疊量OL的平方數(shù)成正比。在這兩式中，k1、k2為預(yù)定常數(shù)。
MegrALL＝k1·AOL (25)MegrALL＝k2·(OL)2(26)
按照這兩式，可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e的狀態(tài)，特別是按照這些狀態(tài)確定的氣閥重疊面積AOL，以及氣閥重疊量OL與內(nèi)部EGR量之間的關(guān)系得到可靠檢測(把握)。例如，如圖12所示，如果內(nèi)部EGR量MegrALL減小到當(dāng)前值的1/4，則氣閥重疊量OL需要減小到當(dāng)前值的一半。
因此，按照以下(a)和(b)中所述的方式控制可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e。因此，內(nèi)部EGR量簡便而可靠地受到控制，以求調(diào)整到目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR。
(a)控制可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e，使得進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥重疊面積AOL達(dá)到(成為)一個(gè)由實(shí)際氣閥重疊面積realAOL乘以目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR與實(shí)際內(nèi)部EGR量realEGR之比算出的值。
(b)控制可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e，使得進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥重疊量OL達(dá)到一個(gè)由實(shí)際氣閥重疊量realOL乘以目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR與實(shí)際內(nèi)部EGR量realEGR之比的平方根算出的值。
從上式(25)、(26)導(dǎo)出下式(27)、(28)。在式(27)、(28)中，基本氣閥重疊面積baseAOL、基本氣閥重疊量baseOL、基本內(nèi)部EGR量baseEGR分別表示進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)為基本目標(biāo)氣閥正時(shí)tbVTm和tbVTe時(shí)的氣閥重疊面積、氣閥重疊量和內(nèi)部EGR量。
tAOL=baseAOL×tEGRbaseEGR---(27)]]>tOL=baseOL×tEGRbaseEGR---(28)]]>由于基本氣閥重疊面積baseAOL和基本氣閥重疊量baseOL只取決于基本目標(biāo)氣閥正時(shí)tbVTm、tbVTe，因此可只根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷計(jì)算baseAOL和baseOL。此外，由于基本內(nèi)部EGR量baseEGR只取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，因此可預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算baseEGR。
按照式(27)、(28)，可容易且可靠地得到用來把內(nèi)部EGR量設(shè)定成期望值的氣閥重疊面積和氣閥重疊量。即，如果控制可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e使得實(shí)際氣閥重疊面積和實(shí)際氣閥重疊量達(dá)到由式(27)、(28)計(jì)算的目標(biāo)氣閥重疊面積tAOL和目標(biāo)氣閥重疊量tOL，則可精確地控制內(nèi)部EGR量。
下面說明把該方法用于內(nèi)部EGR的限值控制的示例。
圖13示出根據(jù)該實(shí)施例的內(nèi)部EGR限值控制程序的流程圖。電子控制單元20周期性地執(zhí)行作為一次中斷(插入)的圖13的程序。
開始該程序時(shí)，在步驟S100計(jì)算進(jìn)氣和排氣閥17、18的基本目標(biāo)氣閥正時(shí)tbVTm、tbVTe。利用基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的計(jì)算圖執(zhí)行氣閥正時(shí)tbVTm、tbVTe的計(jì)算。此外，在步驟S100，使用算出的基本目標(biāo)氣閥正時(shí)tbVTm、tbVTe計(jì)算基本氣閥重疊量baseOL。基本氣閥重疊量baseOL表示進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥正時(shí)為基本目標(biāo)氣閥正時(shí)tbVTm、tbVTe時(shí)的氣閥重疊量。
在步驟S110，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)KL，計(jì)算基本內(nèi)部EGR量baseEGR?；緝?nèi)部EGR量baseEGR表示假設(shè)進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥正時(shí)等于氣閥正時(shí)tbVTm、tbVTe并在當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)KL下的內(nèi)部EGR量。
在步驟S120，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE的變動(dòng)計(jì)算轉(zhuǎn)矩波動(dòng)量ΔTL。在步驟S130，判定算出的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)量ΔTL是否不小于一判定值α。該判定值α略小于轉(zhuǎn)矩波動(dòng)量ΔTL的允許范圍的上限值，或略小于表示燃燒不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)量ΔTL的最低值。
如果轉(zhuǎn)矩波動(dòng)量ΔTL等于或大于該判定值α(步驟S130中判定為“是”)，則在步驟S150中把一預(yù)定值γ加到內(nèi)部EGR減量值ΔEGR上。如果轉(zhuǎn)矩波動(dòng)量ΔTL小于判定值α，(步驟S130中判定為“否”)，則在步驟S140中從內(nèi)部EGR減量值ΔEGR減去一預(yù)定值β。預(yù)定值β小于預(yù)定值γ。
內(nèi)部EGR減量值ΔEGR表示應(yīng)從基本內(nèi)部EGR量baseEGR中減去的內(nèi)部EGR量的量。在內(nèi)部EGR減量值ΔEGR為負(fù)值時(shí)，內(nèi)部EGR量與基本內(nèi)部EGR量baseEGR相比增加。
設(shè)定內(nèi)部EGR減量值ΔEGR后，在步驟S160，根據(jù)下式(29)，使用基本內(nèi)部EGR量baseEGR和內(nèi)部EGR減量值ΔEGR，計(jì)算目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR。
tEGR＝baseEGR-ΔEGR (29)圖14示出用于按照圖13中所示程序設(shè)定目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR的程序的示例。如圖14所示，目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)量ΔTL小于判定值α?xí)r以預(yù)定值β遞增。另一方面，在內(nèi)部EGR量過量且轉(zhuǎn)矩波動(dòng)量ΔTL由于燃燒不穩(wěn)定而達(dá)到并超過判定值α?xí)r(圖14中時(shí)刻t1、t2)，把目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR顯著地減小(降低)該預(yù)定值γ。因此，目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR增加到一值，該值接近一不造成燃燒不穩(wěn)定的范圍中的最大值。
因此，通過控制可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e使得內(nèi)部EGR量達(dá)到目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR，內(nèi)部EGR量可在一保持有利燃燒的范圍中最大化。因此，燃料消耗和排氣排放量減小。在步驟S170和S180中計(jì)算控制內(nèi)部EGR量所需的目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe。
在步驟S170中，使用下式(30)計(jì)算限值校正量ΔOL。該限值校正量ΔOL表示基本氣閥重疊量baseOL與目標(biāo)氣閥重疊量tOL之間的差值。
ΔOL=baseOL×(1-tEGRbaseEGR)---(30)]]>在步驟S180中，校正基本目標(biāo)氣閥正時(shí)tbVTm、tbVTe使得將氣閥重疊量減小該限值校正量ΔOL，從而計(jì)算最終目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe。在該示例中，把排氣閥18的基本目標(biāo)氣閥正時(shí)tbVTe提前該限值校正量ΔOL，以得出最終目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTe(tVTe＝tbVTe+ΔOL)。另一方面，把進(jìn)氣閥17的基本目標(biāo)氣閥正時(shí)tbVTm用作最終氣閥正時(shí)tVTm(tVTm＝tbVTm)。
電子控制單元20如此設(shè)定進(jìn)氣和排氣閥17、18的最終目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe后暫時(shí)中止當(dāng)前程序。當(dāng)根據(jù)最終目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe控制可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e時(shí)，進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥重疊量OL將成為目標(biāo)氣閥重疊量tOL，并將內(nèi)部EGR量調(diào)節(jié)到目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR。
此實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)。
(1)在此實(shí)施例中，控制可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e，使得目標(biāo)氣閥重疊量tOL的值為基本氣閥重疊量baseOL與目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR和基本內(nèi)部EGR量baseEGR之比的平方根的乘積。因此，把內(nèi)部EGR量控制成為目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR。在本實(shí)施例中，根據(jù)由式(22)表示的內(nèi)部EGR量與氣閥重疊量之間的關(guān)系，控制可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)內(nèi)部EGR量。這樣，可精確控制內(nèi)部EGR量。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然可知，可在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)以許多其他具體形式實(shí)施本發(fā)明。特別是，應(yīng)理解，可以如下形式實(shí)施本發(fā)明。在圖11所示的計(jì)算邏輯中，根據(jù)實(shí)際氣閥重疊量realOL和目標(biāo)氣閥重疊量tOL用式(24)計(jì)算VVT校正量AVVT。但是，也可用式(23)得出VVT校正量AVVT。在這種情況下，可從進(jìn)氣和排氣閥17、18的氣閥正時(shí)的目標(biāo)值和當(dāng)前值計(jì)算實(shí)際氣閥重疊面積realAOL和目標(biāo)氣閥重疊面積tAOL。因此，即使不能假設(shè)氣閥重疊面積AOL與氣閥重疊量OL的平方數(shù)成正比，也能應(yīng)用本發(fā)明。
在圖13所示內(nèi)部EGR的限值控制程序中，根據(jù)用式(28)表示的氣閥重疊量與內(nèi)部EGR量之間的關(guān)系，計(jì)算進(jìn)氣和排氣閥17、18的目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe?？筛鶕?jù)式(27)所示的氣閥重疊面積與內(nèi)部EGR量之間的關(guān)系，計(jì)算目標(biāo)氣閥正時(shí)tVTm、tVTe。因此，即使不能假設(shè)氣閥重疊面積AOL與氣閥重疊量OL的平方數(shù)成正比，也能應(yīng)用本發(fā)明。
可用以下方式得到第一實(shí)施例中的VVT校正量AVVT的計(jì)算。首先，利用例如式(15)計(jì)算實(shí)際內(nèi)部EGR量realEGR和目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR。然后，如式(17)所示，根據(jù)實(shí)際內(nèi)部EGR量realEGR與目標(biāo)內(nèi)部EGR量tEGR之比，計(jì)算VVT校正量AVVT。
只要通過用可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)改變氣閥重疊狀態(tài)來調(diào)節(jié)內(nèi)部EGR量，第二實(shí)施例中可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)相對于內(nèi)部EGR量的調(diào)節(jié)的控制，就可應(yīng)用于除參照圖13所述的內(nèi)部EGR的限值控制之外的控制。在任何情況下，只要根據(jù)式(21)、(22)所表示的關(guān)系控制可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e，就可方便和精確地控制內(nèi)部EGR量。
在示出的實(shí)施例中，本發(fā)明應(yīng)用于在其中可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)11m、11e分別改變進(jìn)氣閥17和排氣閥18的氣閥正時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)10。但是，本發(fā)明也可應(yīng)用于在其中只在進(jìn)氣閥或排氣閥設(shè)有一單個(gè)可變閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，本發(fā)明還可用于具有其他類型的可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)例如氣閥升程改變機(jī)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)。即，本發(fā)明可應(yīng)用于在其中通過可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)改變進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥重疊的任何類型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
因此，這些示例和實(shí)施例應(yīng)看成是示例性的而非限制性的，并且本發(fā)明不限于在此給出的細(xì)節(jié)，而是可在后附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)作出變更。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其中，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣閥、排氣閥和可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，其中，該可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述氣閥中的至少一個(gè)以改變所述氣閥兩者都開啟的氣閥重疊狀態(tài)，其中，內(nèi)部EGR量根據(jù)所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)變動(dòng)，其中，該內(nèi)部EGR量為空氣-燃料混合氣在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中燃燒時(shí)存在于該氣缸中的燃燒后氣體的數(shù)量，所述裝置的特征在于包括計(jì)算機(jī)，其中，該計(jì)算機(jī)根據(jù)所述內(nèi)部EGR量隨所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的正時(shí)操作的變動(dòng)，校正受所述內(nèi)部EGR量的變動(dòng)影響的發(fā)動(dòng)機(jī)控制量；其中，該計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際內(nèi)部EGR量與目標(biāo)內(nèi)部EGR量之比、實(shí)際氣閥重疊面積與目標(biāo)氣閥重疊面積之比或?qū)嶋H氣閥重疊量的平方數(shù)與目標(biāo)氣閥重疊量的平方數(shù)之比，計(jì)算在所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制量的校正中使用的校正量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)確定所述氣閥重疊狀態(tài)的控制目標(biāo)，并且其中，所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述進(jìn)氣閥和排氣閥中的至少一個(gè)，使得所述氣閥重疊狀態(tài)達(dá)到所確定的控制目標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)包括所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和施加給所述發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和施加給所述發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷得出一基本校正量，并且其中，所述計(jì)算機(jī)通過把該基本校正量乘以所述比來計(jì)算所述校正量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述實(shí)際內(nèi)部EGR量為所述內(nèi)部EGR量的當(dāng)前值，并且其中，所述目標(biāo)內(nèi)部EGR量對應(yīng)于所述氣閥重疊狀態(tài)等于所述控制目標(biāo)時(shí)的所述內(nèi)部EGR量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和施加給所述發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷得出所述目標(biāo)內(nèi)部EGR量。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述實(shí)際氣閥重疊面積為所述氣閥重疊面積的當(dāng)前值，并且其中，所述目標(biāo)氣閥重疊面積為所述氣閥重疊狀態(tài)等于所述控制目標(biāo)時(shí)的氣閥重疊面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述氣閥重疊面積對應(yīng)于所述進(jìn)氣閥和排氣閥的有效開口面積在所述氣閥兩者都開啟期間中的時(shí)間積分。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述實(shí)際氣閥重疊量為所述氣閥重疊量的當(dāng)前值，并且其中，所述目標(biāo)氣閥重疊量為所述氣閥重疊狀態(tài)等于所述控制目標(biāo)時(shí)的氣閥重疊量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和施加給所述發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷得出所述目標(biāo)氣閥重疊量。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制量包括所述氣缸中空氣-燃料混合氣的點(diǎn)火正時(shí)、抽入所述氣缸中的空氣量、燃料噴射量和燃料噴射正時(shí)中的至少之一。
12.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其中，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣閥、排氣閥和可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，其中，該可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述氣閥中的至少一個(gè)以改變所述氣閥兩者都開啟的氣閥重疊狀態(tài)，其中，內(nèi)部EGR量根據(jù)所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)變動(dòng)，其中，該內(nèi)部EGR量為空氣-燃料混合氣在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中燃燒時(shí)存在于該氣缸中的燃燒后氣體的數(shù)量，所述裝置的特征在于包括控制器，該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，以把所述內(nèi)部EGR量調(diào)節(jié)到一預(yù)定目標(biāo)內(nèi)部EGR量，其中，該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，使得所述進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥重疊面積變成一個(gè)由實(shí)際氣閥重疊面積乘以所述目標(biāo)內(nèi)部EGR量與實(shí)際內(nèi)部EGR量之比得出的值，或使得所述進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥重疊量變成一個(gè)由實(shí)際氣閥重疊量乘以所述目標(biāo)內(nèi)部EGR量與實(shí)際EGR量之比的平方根得出的值。
13.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其中，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣閥、排氣閥和可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，其中，該可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述氣閥中的至少一個(gè)以改變所述氣閥兩者都開啟的氣閥重疊狀態(tài)，其中，內(nèi)部EGR量根據(jù)所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)變動(dòng)，其中，該內(nèi)部EGR量為空氣-燃料混合氣在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中燃燒時(shí)存在于該氣缸中的燃燒后氣體的數(shù)量，所述裝置的特征在于包括控制器，該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，以把所述內(nèi)部EGR量調(diào)節(jié)到一預(yù)定目標(biāo)內(nèi)部EGR量，其中，該控制器根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和施加給所述發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷計(jì)算基本氣閥重疊面積，其中，該控制器還計(jì)算基本內(nèi)部EGR量，該基本內(nèi)部EGR量為所述進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥重疊面積等于所述基本氣閥重疊面積時(shí)的內(nèi)部EGR量，并且其中，該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，使得所述氣閥重疊面積變成一個(gè)由所述基本氣閥重疊面積乘以所述目標(biāo)內(nèi)部EGR量與所述基本內(nèi)部EGR量之比得出的值。
14.一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其中，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括進(jìn)氣閥、排氣閥和可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，其中，該可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述氣閥中的至少一個(gè)以改變所述氣閥兩者都開啟的氣閥重疊狀態(tài)，其中，內(nèi)部EGR量根據(jù)所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)變動(dòng)，其中，該內(nèi)部EGR量為空氣-燃料混合氣在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中燃燒時(shí)存在于該氣缸中的燃燒后氣體的數(shù)量，所述裝置的特征在于包括控制器，該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，以把所述內(nèi)部EGR量調(diào)節(jié)到一預(yù)定目標(biāo)內(nèi)部EGR量，其中，該控制器根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和施加給所述發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷計(jì)算基本氣閥重疊量，其中，該控制器還計(jì)算基本內(nèi)部EGR量，該基本內(nèi)部EGR量為所述進(jìn)氣閥和排氣閥的氣閥重疊量等于所述基本氣閥重疊量時(shí)的內(nèi)部EGR量，其中，該控制器控制所述可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)，使得所述氣閥重疊量變成一個(gè)由所述基本氣閥重疊量乘以所述目標(biāo)內(nèi)部EGR量與所述基本內(nèi)部EGR量之比的平方根得出的值。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的裝置，其特征在于，所述氣閥重疊面積對應(yīng)于所述進(jìn)氣閥和排氣閥的有效開口面積在所述氣閥兩者都開啟期間中的時(shí)間積分。
16.根據(jù)權(quán)利要求12或14所述的裝置，其特征在于，所述氣閥重疊量對應(yīng)于所述進(jìn)氣閥和排氣閥兩者都開啟的期間，該期間用所述發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)角表示。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述控制器根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)程度確定所述目標(biāo)內(nèi)部EGR量。
全文摘要
本發(fā)明涉及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置。電子控制單元根據(jù)內(nèi)部EGR量隨著用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的正時(shí)操作而發(fā)生的變動(dòng)校正點(diǎn)火正時(shí)。該電子控制單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷系數(shù)KL計(jì)算基本校正量AVVTb。該控制單元把該基本校正量AVVTb乘以實(shí)際氣閥重疊量rea 10L的平方數(shù)和目標(biāo)氣閥重疊量t0L的平方數(shù)之比，從而計(jì)算點(diǎn)火正時(shí)的VVT校正量AVVT。結(jié)果，可根據(jù)可變氣閥正時(shí)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)與內(nèi)部EGR量的變動(dòng)之間的關(guān)系容易和適當(dāng)?shù)乜刂圃摪l(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)F02P5/15GK1523225SQ20041000437
公開日2004年8月25日 申請日期2004年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月19日
發(fā)明者內(nèi)田武文, 文, 武藤晴文 申請人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社