专利名称：发动机控制方法以及发动机控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机控制方法以及发动机控制系统，根据运转区域 而将发动机切换为扩散燃烧和预混合燃烧。
背景技术：
近年，为了改善发动机的废气，提出了被称为预混合燃烧(以下称PCI燃烧)的新燃烧方式，该预混合燃烧使燃料喷射时间比通常的柴油机燃烧(以下称扩散燃烧)提前，而充分地促进燃料和空气的混合。在该PCI燃烧中， 以较高的EGR率进行排气回流(以下称EGR)而成为低氧环境，由此抑制过 早着火，从而实现低NOx且低SOOT(煤)的燃烧。一般，可进行PCI燃烧的运转区域被限定在低负载的运转区域。因此， 以往已知一种根据发动机的运转区域来切换扩散燃烧和PCI燃烧的燃烧控 制方法。例如，在专利文献l中提出了一种根据运转区域来切换PCI燃烧和扩 散燃烧的柴油机。在该专利文献1的柴油机中，在从扩散燃烧向PCI燃烧切换时，进行 强制地变更空气量(氧量)的控制，以便成为最适于PCI燃烧的空气量。 专利文献1:日本特开2002-327638号公报但是，在上述燃烧控制方法中存在的问题为，在将发动机的控制模式 从扩散燃烧模式向PCI燃烧模式切换时，废气性能或燃烧音恶化。例如，在车辆的减速时等发动机处于拖动(燃料喷射量为O)状态时，当 开始PCI燃烧时(当在PCI燃烧模式下喷射燃料时)，进气歧管等中的吸气 中的氧浓度为较高的状态，因此燃料过早着火，排出较多的NOx、或者燃 烧音恶化。并且，即使进行了强制地变更空气量的控制，由于控制的复杂度增加， 所以实际上也发生响应延迟等，结果，可能保持未成为最适于PCI燃烧的 空气量的状态，而喷射燃料，NOx等增多。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种发动机控制方法以及发动机控制系统，
解决上述课题，在从扩散燃烧向预混合燃烧的转换时，能够抑制NOx的排 出，且实现低噪音。
为了实现上述目的，本发明的发动机控制方法为，使发动机在通常时 进行扩散燃烧，且在发动机低负载时从扩散燃烧向预混合燃烧切换；在该 发动机控制方法中，在使上述发动机从上述扩散燃烧向上述预混合燃烧切 换时，求出上述发动机的吸气中的氧浓度，并且在所求出的氧浓度超过预 先设定的NOx产生氧浓度阈值时，中止从上述扩散燃烧向上述预混合燃烧 的燃料喷射方式的切换，之后，在所求出的氧浓度成为上述NOx产生氧浓 度阈值以下时，切换为上述预混合燃烧。
优选的是，根据上述发动机的转速以及燃料喷射量，分别设定上述NOx 产生氧浓度阈值。
优选的是，在上述发动机从拖动(千一夕y y夕、')状态向空转状态转换时，
将该发动机切换为上述预混合燃烧。
优选的是，至少在上述预混合燃烧时进行将上述发动机的排气的一部 分回流到吸气中的排气回流，并且将该预混合燃烧时的预混合目标排气回 流率设定得比上述扩散燃烧时的扩散目标排气回流率高，在将上述发动机 从上述扩散燃烧向上述预混合燃烧切换时，在向上述预混合燃烧切换之前， 以上述预混合目标排气回流率进行排气回流，使上述发动机的吸气中的氧 浓度降低。
为了实现上述目的，本发明的发动机控制系统为，使发动机在通常时 进行扩散燃烧，且在发动机低负载时从扩散燃烧向预混合燃烧切换，在该 发动机控制系统中，具有负载测定机构，用于测定上述发动机的负载； 燃烧控制机构，用于将上述发动机在上述扩散燃烧和上述预混合燃烧之间 切换而进行燃烧控制；以及，氧浓度测定机构，用于测定上述发动机的吸 气中所含有的氧浓度；在由上述负载测定机构测定的发动机负载为规定的 切换负载以下，且由上述氧浓度检测机构检测的氧浓度为规定的NOx产生 氧浓度阈值以下时，上述燃烧控制机构将上述发动机切换为预混合燃烧。
发明的效果根据本发明能够发挥的优良效果为，在从扩散燃烧向预混合燃烧转换 时，能够抑制发动机的NOx的排出，且实现低噪音。
图1表示本发明的一个实施方式的发动机控制系统。
图2是本实施方式的发动机控制方法的流程图。
图3表示本实施方式的发动机控制方法的流程图。
图4是本实施方式的发动机控制方法的吸气02浓度的计算流程图。
图5是本实施方式的发动机控制方法的02浓度阈值的计算逻辑图。
图6是说明02浓度和NOx排出量之间的关系的图。
图7是说明02浓度和NOx排出量之间的关系的图。
图8是说明02浓度和NOx排出量之间的关系的图。
图9是其他实施方式的发动机控制方法的02浓度阈值的计算逻辑图。
图IO是其他实施方式的发动机控制方法的Cb浓度阈值的计算逻辑图。
符号说明
1发动机控制系统
2发动机
11升压传感器
12吸气温度传感器
13MAF传感器
14排气温度传感器
15ECU(燃烧控制机构)
16发动机转速传感器
17油门开度传感器
18冷却水温传感器
具体实施例方式
以下，根据附图详细说明本发明的一个优选实施方式。 本实施方式的发动机控制系统适用于例如在卡车等车辆中搭载的车辆
用柴油机(以下称为发动机)等。
根据图1对本实施方式的发动机控制系统进行说明。如图l所示，在发动机2中形成有多个气缸21，在各气缸21中设置有 用于喷射燃料的喷射器22。在这些气缸21上经由进气歧管31连接有吸气 通路3，并经由排气歧管41连接有排气通路4。
在发动机2中设置有将吸气增压并供给到各气缸21的增压器5。该增 压器5具有配置在排气通路4上、由排气旋转驱动的涡轮51;配置在吸 气通路3上、用于压縮吸入空气的压縮机52;以及，将涡轮51与压縮机 52连结的旋转轴53。
在吸气通路3的进气歧管31中设置有用于对压縮机52的升压进行 检测的升压传感器lh和用于检测吸气温度的吸气温度传感器12。在该进 气歧管31上流侧的吸气通路3上，从发动机2侧(下流侧)开始按顺序设置 有空气冷却器32、增压器5的压縮机52、以及用于检测吸入空气量(新气 量)的MAF传感器13。
在排气通路4上从发动机2侧(上流侧)开始按顺序设置有用于检测排气 温度的排气温度传感器14和增压器5的涡轮51。
并且，在发动机2中设置有用于将排气的一部分回流到吸气中的EGR 装置6。该EGR装置6具有用于连通排气通路4和吸气通路3的EGR 通路61;配置在该EGR通路61上、用于调整EGR通路61的排气流量的 EGR阀62;以及，用于对EGR通路61的排气进行冷却的EGR冷却器63。 在排气通路3上设置有用于进一步提高EGR率的节流阀64。
以上的发动机2，可通过本实施方式的发动机控制系统1，根据其运转 状态来切换燃烧方式(例如扩散燃烧和PCI燃烧)。
具体地说，本实施方式的发动机控制系统1为，基本上使发动机2在 通常时进行扩散燃烧，且在发动机低负载时从扩散燃烧向PCI燃烧切换， 该发动机控制系统1具有用于对上述发动机2的负载进行测定的负载测 定机构；燃烧控制机构，用于将上述发动机2在上述扩散燃烧和上述PCI 燃烧之间切换而进行燃烧控制；以及，氧浓度测定机构，用于对上述发动 机2的吸气中所含有的氧浓度(以下称为吸气02浓度)进行测定。
本实施方式的燃烧控制机构由用于控制发动机2的发动机控制单元(以 下称为ECU)15构成，具体情况后述，但是，在由上述负载测定机构测定 的发动机负载为规定的切换负载以下，且由上述氧浓度检测机构检测的吸 气02浓度为规定的NOx产生氧浓度阈值(以下称为02浓度阈值)以下时，将上述发动机2切换为PCI燃烧。
本实施方式的氧浓度测定机构由ECU15、升压传感器ll、吸气温度传 感器12以及MAF传感器13构成。另外，氧浓度测定机构也可以是安装在 进气歧管31上的02浓度传感器。
升压传感器11 、吸气温度传感器12和MAF传感器13与ECU15连接， ECU15根据从各传感器11 13输入的检测值，对吸入气缸21的吸气中含 有的02浓度(吸气02浓度)进行计算、推测。
并且，根据上述发动机2的转速以及燃料喷射量分别设定02浓度阈值。
例如，预先通过实验等求出如图5所示的表示发动机转速Ne和燃料喷 射量Qfm、与02浓度阈值之间的关系的02浓度阈值映像。ECU15中设置 有用于存储该02浓度阈值映像的存储机构(未图示)。
返回到图1，本实施方式的负载测定机构由ECU15、发动机转速传感 器16以及油门开度传感器17构成。
发动机转速传感器16、油门开度传感器17与ECU15连接，ECU15根 据从这些传感器16、 17输入的检测值，计算、推测发动机2的负载。
并且，冷却水温传感器18及排气温度传感器14与ECU15连接，并将 它们的检测值输入ECU15。
根据以上的传感器类11~14、 16~18的输入，ECU15以与扩散燃烧及 PCI燃烧等应执行的燃烧方式相对应的控制模式(扩散燃烧模式、PCI燃烧 模式)，对喷射器22等燃料系统促动器进行控制。
具体地说，ECU15为了对喷射器22输出控制信号而与喷射器22连接， 并根据发动机负载、燃烧方式(扩散燃烧、PCI燃烧)等来决定该喷射器22 的燃料喷射量以及燃料喷射时间。
并且，ECU15与EGR装置6的EGR阀62等空气系统促动器连接，并 根据发动机2的负载、燃烧方式等来对这些空气系统促动器进行开关控制。
本实施方式的ECU15至少在上述PCI燃烧时进行EGR装置6的EGR， 并且将该PCI燃烧时的预混合目标EGR率设定得比上述扩散燃烧时的扩散 目标EGR率高。在此，在扩散燃烧时不进行EGR的情况下，使该扩散目 标EGR率为0%。
其次，根据图2~图8说明本实施方式的发动机控制方法。
首先，说明本实施方式的发动机控制方法的概略。本实施方式的发动机控制方法为，基本上使发动机2在通常时进行扩 散燃烧，在发动机低负载时从扩散燃烧向PCI燃烧切换，但在该切换时， 监控吸气02浓度，在该浓度不是某阈值(02浓度阈值)以下的情况下，例如
即使在可进行PCI燃烧的运转区域中，也不进行PCI燃烧模式下的燃料喷
射，而进行以往的扩散燃烧模式下的燃料喷射。
艮口，在本实施方式中，在由ECU15将上述发动机2从上述扩散燃烧向 上述PCI燃烧切换时，由氧浓度检测机构求出上述发动机2的吸气02浓度， 并且在该所求出的吸气02浓度超过预先设定的02浓度阈值时，通过ECU15 中止从上述扩散燃烧向上述PCI燃烧的切换，之后，在所求出的吸气02 浓度成为上述02浓度阈值以下时，将燃料喷射方式切换到上述PCI燃烧。
根据图2详细说明本实施方式的发动机控制方法。
图2从上层开始按顺序表示燃料喷射量Qfin、发动机转速Ne、吸气 02浓度02化、燃烧模式PCIflag(PCIflag二l时为PCI燃烧模式、PCIflag=0 时为扩散燃烧模式)、NOx排出量，横轴表示时间t。
在从车辆的减速状态(tO tl)开始燃料喷射(tl )而开始空转时，执行本实 施方式的发动机控制方法。即，在上述发动机2从拖动状态向空转状态转 换时，ECU15将该发动机2切换为预混合燃烧模式。
在时刻t0 tl，车辆为减速过程中，燃烧喷射量Qfin为O(参照图2的1 层、Qfm=0)。当如该减速时那样、拖动(即、燃烧喷射量为0而发动机2 旋转的状态)较长地持续时，EGR气体中的02浓度变高，进气歧管31内的 吸气02浓度02in返回到大气水平(约21%)02&(参照图2的3层)。
在以上的时刻t0 tl，吸气02浓度02in超过预先设定的02浓度阈值 02t，因此ECU15暂时中止燃料喷射方式从扩散燃烧模式向PCI燃烧模式 的切换。
在时刻tl， ECU15为了使发动机2成为空转状态而开始燃料喷射 (Qfm>0)。
并且，ECU15在时刻tl以预混合目标EGR率进行排气回流，而使发 动机2的吸气02浓度02in降低(参照图2的3层)。具体地说，ECU15将 EGR阀62控制到开放侧。这样，本实施方式的ECU15，在使发动机2从 拖动状态向空转状态转换时，即使是在发动机2的扩散燃烧模式时(即、即 使是在PCI燃烧模式切换前)，也以预混合目标EGR率进行EGR。在时刻tl以后，吸气02浓度02&由于EGR而降低，在时刻t2，吸气 02浓度成为02浓度阈值021以下。因此，ECU15在时刻t2将发动机2从 扩散燃烧模式向PCI燃烧模式切换。具体地说，ECU15切换喷射器22的 燃烧喷射时间或燃料喷射量等的控制。这样，在本实施方式中，当进气歧管31内的吸气中的02浓度02in不 变得比吸气02浓度阈值021低时，不进入PCI燃烧模式。结果，由PCI燃 烧的过早着火引起的NOx产生减少，燃烧噪音也降低。在此，在图2的最下层的NOx排出量的图表中，用点划线表示在时刻 t0以前将发动机2从扩散燃烧模式向PCI燃烧模式切换的例子。在该例子 中，当在时刻tl开始PCI燃烧模式下的燃料喷射时，由于吸气02浓度较 高而发生过早着火，并产生过多的NOx。与此相对，在本实施方式中，防止了过早着火，并抑制NOx的排出量 (参照图2的最下层)。其次，根据图3的流程图说明本实施方式的发动机控制方法的一例。如图3所示，ECU15在步骤Sl中判断由发动机转速传感器16检测的 发动机转速和本身计算的燃料喷射量、是否处于可使发动机2以PCI燃烧 进行运转的范围内。即，判断发动机负载是否是低负载。具体地说，判断 由负载测定机构测定的发动机负载是否为规定的切换负载以下。在步骤Sl中，在判断为发动机转速和燃料喷射量处于可进行PCI燃烧 的范围时，ECU15在步骤S2中判断冷却水温传感器18的7令却水温、吸气 温度传感器12的吸气温、以及排气温度传感器14的排气温度是否处于设 定范围内。在步骤S2中，如果冷却水温、吸气温度以及排气温度在设定范围内， 则ECU15在步骤S3中判断车辆是否是急加速状态。例如，ECU15根据发 动机转速传感器16及油门开度传感器17的检测值判断是否是急加速状态。在步骤S3中，在判断为不是急加速状态时，在步骤S4中，ECU15判 断根据升压传感器11、吸气温度传感器12以及MAF传感器13的输入值 计算的吸气02浓度是否超过规定的02浓度阈值。具体地说，ECU15根据计算的燃料喷射量和发动机转速传感器16的发 动机转速，从ECU15内存储的02浓度阈值映像(参照图5)读取02浓度阈 值。ECU15将其读取的02浓度阈值与计算、推测的吸气02浓度进行比较。在歩骤S4中，在判断为吸气02浓度为规定的02浓度阈值以下时，ECU15以PCI燃烧模式喷射燃料。另一方面，ECU15在步骤Sl中判断为发动机转速和燃料喷射量不处 于可进行PCI燃烧的范围内时，在步骤S2中判断为冷却水温、吸气温度以 及排气温度不处于设定范围内时，在步骤S3中判断为车辆为急加速状态 时，以及在步骤S4中判断为吸气02浓度超过规定的吸气02浓度阈值时， 使发动机2以扩散燃烧模式喷射燃料。这样，本实施方式的ECU15，在步骤S1 S3中根据发动机2的旋转、 燃料喷射量、冷却水温、吸气温度、排气温度以及加速状态等，来对是PCI 燃烧还是以往燃烧的燃烧模式进行判定，在此基础上，在步骤S4中根据吸 气02浓度进行判定。其次，根据图4对吸气02浓度的计算、推测进行详细说明。如图4所示，首先，ECU15根据容积效率、由升压传感器11检测的升 压、由吸气温度传感器12检测的进气歧管31内的吸气温度，计算吸入气 缸21内的气体(新气和EGR气体的合计)的总摩尔数N。ECU15根据由MAF 传感器13检测的吸气量(新气量)计算新气摩尔数Nair。ECU15根据由MAF 传感器13检测的吸气量和燃料喷射量Qfin，计算废气(EGR气体)中的02 浓度(以下称为废气CV浓度)
exh。其次，ECU15考虑EGR系统的路径延迟，对废气02浓度
exh进行 修正。ECU15根据该所修正的废气02浓度
exh、总摩尔数N和新气摩 尔数Nair，求出吸气02浓度
in。如上所述，ECU15根据MAF传感器13的输出或燃料喷射量等，对进 气歧管31内的吸气02浓度进行推测并进行监控。其次，根据图6至图8对02浓度阈值(NOx产生氧浓度阈值)进行详细 说明。图6至图8表示PCI燃:^的吸气02浓度和NOx排出量之间的关系。 在图6至图8中，发动机转速为1500rpm，燃料喷射量在图6中为10mmVst、 在图7为20mm3/st、在图8中为25mm3/st。在图6至图8中，线L20表示NOx排出量成为20ppm的进气歧管31 内02浓度(以下称为20pprn浓度)。并且，在图7中，线Pl表示从20ppm 浓度增加+1%的02浓度、线P2表示增加了+2°/。的02浓度。如图7所示，在PCI燃烧中，当使进气歧管31内的02浓度增加+1%时NOx排出量上升到约30ppm，当使02浓度增加+2%时NOx排出量上升 到约50ppm。由此，在PCI燃烧中，如果O2浓度在20ppm的+2。/。以内，则 能够实现与扩散燃烧的NOx排出量相比的低NOx化。根据以上说明，本实施方式的02浓度阈值被设定为，在使发动机2进 行PCI燃烧时、NOx排出量成为20ppm时的02浓度的大约1.2倍的值。这样，在本实施方式中， 一边监控吸气中的02浓度一边控制燃烧模式， 由此能够减少NOx排出，且能够实现低噪音的燃烧。并且，以往，例如在将发动机的运转状态认定为PCI燃烧区域的情况 下，在以能够进行PCI燃烧的方式、根据吸入空气量以及EGR量的映像等 进行了强制地使吸入空气量变更的控制时，由于使吸入空气量变化，因此 与其关联地被控制的燃料喷射量或EGR量等变化，运转状态可能从应进行 预混合燃烧的状态偏离，但在本实施方式中，能够可靠地进行PCI燃烧。另外，本发明不限于上述实施方式，还可考虑到各种变形例或应用例。例如，在上述实施方式中，由升压传感器11、吸气温度传感器12、 MAF传感器13和ECU15构成氧浓度检测机构，但不限于此，也可以在进 气歧管31等的吸气通路3上安装作为氧浓度检测机构的02传感器，而测 定发动机2的吸气中所含有的氧浓度。此时，能够使ECU15的控制简单。并且，在上述实施方式中，将02浓度阈值直接存储在ECU15中，但 不限于此。例如，也可以预先在ECU15内存储表示PCI燃烧时的目标吸气 02浓虔与发动机转速及燃料喷射量之间的关系的目标吸气02浓度映像，在 将上述发动机2从上述扩散燃烧向上述预混合燃烧切换时，根据发动机转 速传感器16以及由ECU15计算的燃料喷射量，从上述目标吸气02浓度映 像中读取目标吸气02浓度，并根据该目标吸气02浓度求出02浓度阈值。具体地说，可以考虑如图9所示，对目标吸气02浓度加上规定的系数 (在图例中为2%)而计算02浓度阈值；或如图10所示，对目标吸气02浓度 乘以规定的系数(在图例中为L2)而计算02浓度阈值。并且，在本实施方式中，在使发动机2从拖动状态向空转状态转换时， 在PCI燃烧模式切换之前以预混合目标EGR率进行了 EGR，但不限于此， 也可以在PCI燃烧模式切换前以扩散目标EGR率进行EGR，在PCI燃烧 模式切换后以预混合目标EGR率进行EGR。
权利要求
1.一种发动机控制方法，使发动机在通常时进行扩散燃烧、且在发动机低负载时从扩散燃烧向预混合燃烧切换，其特征在于，在将上述发动机从上述扩散燃烧向上述预混合燃烧切换时，求出上述发动机的吸气中的氧浓度，并且在该所求出的氧浓度超过预先设定的NOx产生氧浓度阈值时，中止从上述扩散燃烧向上述预混合燃烧的燃料喷射方式的切换，之后，在所求出的氧浓度成为上述NOx产生氧浓度阈值以下时，切换为上述预混合燃烧。
2. 如权利要求1所述的发动机控制方法，其特征在于， 根据上述发动机的转速以及燃料喷射量分别设定上述NOx产生氧浓度阈值。
3. 如权利要求1或2所述的发动机控制方法，其特征在于， 在上述发动机从拖动状态向空转状态转换时，将该发动机切换为上述预混合燃烧。
4. 如权利要求3所述的发动机控制方法，其特征在于， 至少在上述预混合燃烧时进行将上述发动机的排气的一部分回流到吸气中的排气回流，并且将该预混合燃烧时的预混合目标排气回流率设定得比上述扩散燃烧时的扩散目标排气回流率高，在将上述发动机从上述扩散燃烧向上述预混合燃烧切换时， 在向上述预混合燃烧的切换前，以上述预混合目标排气回流率进行排气回流，而使上述发动机的吸气中的氧浓度降低。
5. —种发动机控制系统，使发动机在通常时进行扩散燃烧、且在发动 机低负载时从扩散燃烧向预混合燃烧切换，其特征在于，具有负载测定机构，用于测定上述发动机的负载-，燃烧控制机构，将上述发动机在上述扩散燃烧和上述预混合燃烧之间 切换而进行燃烧控制；以及氧浓度测定机构，用于测定上述发动机的吸气中所含有的氧浓度； 在由上述负载测定机构测定的发动机负载为规定的切换负载以下、且 由上述氧浓度检测机构检测的氧浓度为规定的NOx产生氧浓度阈值以下 时，上述燃烧控制机构将上述发动机切换为预混合燃烧。
全文摘要
本发明提供一种发动机控制方法以及发动机控制系统，能够抑制NOx的排出且实现低噪音。该发动机控制方法为，使发动机(2)在通常时进行扩散燃烧、且在发动机低负载时从扩散燃烧切换到预混合燃烧，其中，在将上述发动机(2)从上述扩散燃烧切换到上述预混合燃烧时，求出上述发动机(2)的吸气中的氧浓度，并且在所求出的氧浓度超过预先设定的NOx产生氧浓度阈值时，中止从上述扩散燃烧向上述预混合燃烧的燃料喷射方式的切换，之后在所求出的氧浓度成为上述NOx产生氧浓度阈值以下时，切换到上述预混合燃烧。
文档编号F02D41/04GK101336340SQ200680052448
公开日2008年12月31日 申请日期2006年12月8日 优先权日2006年2月7日
发明者石川直也 申请人:五十铃自动车株式会社