内燃机控制装置的制作方法

本发明涉及一种火花点火式内燃机的控制装置。

背景技术：

在汽车等所使用的火花点火式内燃机(发动机)中，会根据发动机的运转状态而供给与吸入的空气量相应的燃料，并在最佳正时进行火花点火，由此谋求燃油效率和输出的提高等。

此外，像日本专利特开平5-86988号公报(专利文献1)所示那样，通过egr(exhaustgasrecirculation(废气再循环))来谋求有害的废气成分即nox的减少的情况通常为人所知，所述egr是在发动机的排气管与进气管之间设置外部egr通道，使废气通过该外部egr通道回流。在上述公报所示的装置中，将通过配备有egr冷却器的外部egr通道而冷却后的egr气体导入至燃烧室106，除了能够减少nox以外，还能抑制燃烧温度的上升。这种燃烧温度的上升抑制对于燃烧效率的提高、爆震抑制、废气净化用催化剂的可靠性提高等较为有利。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平5-86988号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在前文所述的火花点火式内燃机中，在导入有egr气体的燃烧中存在因燃烧速度的降低而导致燃烧状态变得不稳定，或者发生混合气的发火不良，或者因失火而得不到燃油效率提高效果的情况。在这种情况下，对于未导入egr气体的状态或者egr气体较少的状态，可以使点火正时提前(提早)而将点火正时设定为燃烧效率最佳的mbt(minimumsparkadvanceforbesttorque(最大扭矩的点火时刻))，由此提高发火性和燃烧稳定性。

成为上述mbt的点火正时受在从大气中吸入的空气(新气)中混合从排气管回流至进气管的egr气体而成的、即将进入燃烧室106之前的吸入空气中的水分量的影响较大。

本发明的目的在于提供一种缸内燃料喷射式内燃机的控制装置，其在不改变能够实现最佳燃油效率的egr量或egr率的情况下以点火正时成为mbt、点火始终达到最佳正时的方式进行控制，从而获得最佳燃油效率以及稳定的燃烧状态。

解决问题的技术手段

为了达成上述目的，本发明的内燃机控制装置对连接有检测大气中的湿度的湿度传感器和对燃烧室内的混合气进行点火的点火装置的内燃机进行控制，该内燃机控制装置的特征在于，具备：水分量算出部，其根据所述湿度传感器的检测值来算出流入至燃烧室的吸入空气中所含的水分量；以及点火正时控制部，其控制所述点火装置的点火正时，所述点火正时控制部以由所述水分量算出部算出的吸入空气中的水分量越高、越朝提前方向移动所述点火装置的点火正时的方式进行控制。

发明的效果

根据本发明，在火花点火式内燃机中，即便大气中的环境以及从排气管回流至进气管的egr的状态发生了变化，也始终能够控制为最佳点火正时，从而实现稳定的燃烧以及油耗性能的提高。

上述以外的课题、构成及效果将通过以下实施方式的说明来加以明确。

附图说明

图1为表示本发明的火花点火式发动机的控制系统的一实施方式的整体的构成概略图。

图2为表示本发明的火花点火式发动机的控制系统所使用的发动机控制单元的输入输出信号关系的一实施方式的框图。

图3为表示egr率和点火正时与燃油效率的关系的图。

图4为表示egr率和点火正时与燃烧稳定性的关系的图。

图5为表示大气中的水分量和egr率与成为mbt的点火正时的关系的图。

图6为本发明的火花点火式发动机控制系统所使用的点火控制框图。

图7为表示与图6所示的点火正时的设定有关的处理内容的流程图。

图8为说明步骤704的与吸入空气中的水分量相应的点火正时修正量算出部的图。

具体实施方式

下面，使用附图，对本发明的实施方式进行详细说明。

图1为成为本发明的一实施方式的缸内燃料喷射式内燃机1的控制系统整体的构成概略图。本实施例是利用缸内直喷式内燃机(di)进行说明，但并不限定于di，也能运用于进气道喷射式内燃机(pfi)。

从空气滤清器102的入口部导入的吸入空气(新气)通过配置有吸入空气流量计(气流传感器)103的流量测量部而测量其流量。进而通过气流传感器中附带或者单独设置的湿度传感器207来测量新气中的湿度。其后，吸入空气通过对吸入空气流量进行控制的电控节气门104，经进气管内的吸入空气温度传感器208测量吸入空气温度，之后被分配至与各汽缸连接的进气管105。吸入空气在被分配至进气管105之后通过各汽缸上设置的进气阀119而被导入至燃烧室106。燃烧室106由汽缸124的内壁面和在汽缸124内往复动作的活塞125的冠面125a形成，活塞125的往复动作使得其容积发生变化。表示吸入空气流量的输出信号从吸入空气流量计103输入至发动机控制单元(ecu)101。在电控节气门104上安装有检测电控节气门104的开度的节气门开度传感器107，其输出信号也被输入至发动机控制单元101。

燃料经低压燃料泵(未图示)进行1次加压之后经高压燃料泵108进行2次加压而被加压至更高压力，并经由共轨117而从各汽缸上设置的燃料喷射阀(喷射器)109喷射至燃烧室106。喷射进燃烧室106的燃料生成与吸入空气的混合气，来自点火线圈110的点火能量使得火花塞111发火，从而在燃烧室106内进行燃烧。

因混合气的燃烧而产生的废气从燃烧室106通过各汽缸上设置的排气阀122排出至排气管123。在排气管123的途中形成有废气循环(egr)装置的egr导出口。在排气管123中流动的废气的一部分(egr气体)从egr导入口流至egr冷却器126而得到冷却，之后通过egr管112流至egr控制阀113，并经过egr导入口回流至进气管105内。

egr气体流量由egr控制阀113加以调节。在egr管112内安装有用以测量egr气体流量的egr气体流量传感器114。egr气体流量传感器114的输出信号(流量检测信号)被输入至发动机控制单元101。

安装在发动机的曲轴115上的曲轴转角传感器116将表示曲轴115的转动位置的信号输出至发动机控制单元101。

安装在发动机的凸轮轴120上的凸轮转角传感器121将表示凸轮轴的转动位置的信号输出至发动机控制单元101。凸轮轴120及凸轮转角传感器121是针对进气阀119及排气阀122中的各方而设置。

图2表示发动机控制单元的输入输出关系。

发动机控制单元101由包含a/d转换器101a-1的i/o用lsi101a、执行运算处理的cpu(centralprocessingunit：中央运算处理装置)101b等构成。发动机控制单元101导入来自包括气流传感器103、节气门传感器107、凸轮转角传感器121、曲轴转角传感器116、水温传感器202、空燃比传感器203、燃料压力传感器204、油温传感器205、egr气体流量传感器114在内的各种传感器等的信号作为输入，执行规定的运算处理。算出的运算结果作为控制信号被供给至作为执行器的电控节气门104、高压泵螺线管206、点火线圈110、多个喷射器109，执行共轨内燃料压力控制、燃料喷射量控制及点火时间控制等。在i/o用lsi101a中设置有驱动各喷射器109的驱动电路101a-2。驱动电路101a-2利用升压电路(未图示)对从电池供给的电压进行升压，并利用未图示的ic(integratedcircuit：集成电路)进行电流控制，由此供给至各喷射器109而驱动各喷射器109。

使用图3，对egr率和点火正时与燃油效率的关系进行说明。

所谓egr率，表示流入至燃烧室106的吸入空气中所含的egr气体的比例。相对于egr率较低(也包括egr被切断而未回流有egr气体的0％)的情况，随着egr率升高，泵送损耗减少，从而获得油耗降低效果。此时，若点火正时固定，则废气中所含的惰性气体会导致燃烧速度降低，从而无法获得与泵送损耗减少量相应的油耗效果。因此，为了与燃烧速度的降低量相应地使燃烧开始时间提早，可以通过使点火正时提早(提前)来获得油耗效果。

使用图4，对egr率和点火正时与燃烧稳定性的关系进行说明。燃烧稳定性与所述燃油效率一样，相对于egr率较低(也包括egr被切断而未回流有egr气体的0％)的情况，随着egr率升高，燃烧速度降低而导致燃烧稳定性劣化。因燃烧稳定性的劣化所引起的振动、声音经由汽车的车体等传递至驾驶员而使驾驶员感到不舒服，有可能明显损害汽车的销售性。因此，与所述燃油效率一样，为了与燃烧速度的降低量相应地使燃烧开始时间提早，通过使点火正时提早(提前)来防止燃烧稳定性的劣化。

图4中，将曲轴角度中的上止点tdc(topdeadcentre)设为0°，将下止点bdc(bottomdeadcentre)设为180°，将再次到达上止点tdc的角度设为360°。曲轴角度中的上止点tdc与活塞125的上止点tdc一致，曲轴角度中的下止点bdc与活塞125的下止点bdc一致。

在本实施例中，进气行程设为活塞125从上止点tdc到达下止点bdc的期间，压缩行程设为活塞125从下止点bdc到达上止点tdc的期间。燃烧行程是经火花塞111点火后的混合气进行燃烧的期间，但考虑到向混合气的火焰传播的时滞，有时将点火正时设定在压缩行程中的上止点前。在该情况下，燃烧行程在上止点前便开始，从而在一部分期间内与像上述那样定义的压缩行程发生重叠。

使用图5，对吸入至发动机的大气中所含的水分量与燃油效率的关系进行说明。

成为mbt的点火正时受吸入至发动机的空气(新气)中所含的水分量的影响较大。在新气中的水分量较多的情况下，相对于新气中的水分量较少的情况而言，成为mbt的点火正时朝提前侧变化。

此外，由新气中的水分量所引起的成为mbt的点火正时的变化量还因这时的从排气管回流至进气管的egr率的不同而不同，在egr率较高的情况下，相对于egr率较低的情况下而言，变化量增大。

使用图6，对本实施方式的点火正时控制的概要进行说明。

图6为具有所述点火线圈控制装置的控制单元101的cpu101b所实施的点火线圈110的控制框图的一形态。

点火线圈控制装置具备：燃料性状判定部601，其判定供给至发动机的燃料性状；基本点火正时算出部602，其根据发动机转速和发动机负载而算出在其动作点最佳的点火正时；与发动机的运转状态相应的点火时间修正部603；与egr等各种设备的动作状态相应的点火时间修正部604；以及与吸入至燃烧室106的吸入空气中所含的水分量相应的点火时间修正部605。此外，点火线圈控制装置由最终点火正时确定部606和点火线圈驱动部607构成，所述最终点火正时确定部606对上述内容全部进行综合而确定最终点火正时，所述点火线圈驱动部607对点火线圈给予驱动电流。

使用图7，对本实施方式的内燃机的点火正时控制的具体控制内容(控制流程)进行说明。

图7为针对本发明的点火正时控制的一实施方式而展示其控制内容的流程图。

图7所示的控制流程由发动机控制单元101的cpu编写，以预先规定的周期反复执行。发动机控制单元101根据通过图6的处理内容算出的最终点火正时对各点火线圈供给规定的控制信号，在一燃烧循环中执行一次点火。再者，在以下的说明中，点火正时是相当于角度的量，尤其在本实施方式中是相当于曲轴角度的量。

在步骤701中，判定供给至发动机的燃料的性状。此处，检测燃料的辛烷值，判定所供给的燃料是高辛烷燃料还是常规燃料。辛烷值检测除了使用直接进行检测的燃料性状传感器(未图示)以外，例如还使用爆震传感器(未图示)而根据发生爆震时的爆震的大小(级别)和爆震的发生频率来进行判定。

在步骤702中，算出与发动机的运转状态相应的基本点火正时。关于算出，例如从数据中进行检索，所述数据按照高辛烷燃料、常规燃料的不同辛烷值预先存储在发动机控制单元101的cpu中，是利用发动机转速和表示发动机负载的参数映射而得。

在步骤703中，根据所供给的燃料和发动机的运转状态来确定基本点火正时。

在步骤704中，进行与由水温传感器202检测到的发动机冷却水温度、由油温传感器205检测到的发动机润滑油温等发动机状态相应的点火正时的修正值的计算。

在步骤705中，进行与发动机上安装的各种设备的动作状态相应的点火正时的修正值的计算。所谓设备，可列举改变气门正时的可变气门正时机构(未图示)、改变流入至燃烧室106的吸入空气的滚流、涡流等空气流动特性的可变空气通道机构(未图示)等。

在步骤706中，进行与流入至燃烧室106内的吸入空气中所含的水分量相应的点火正时的修正。吸入空气中水分量是基于由大气导入部中设置的湿度传感器207检测到的水分量，根据由进气温度传感器208检测到的即将进入燃烧室106之前的进气温度、从排气管123回流的egr气体中的水分量来算出。

在步骤707中，根据所述步骤704到步骤706中算出的点火正时修正值，对修正值进行综合而确定最终的点火正时。

在步骤708中，根据所述步骤707中确定的点火正时来控制点火线圈110的驱动电流，利用火花塞111在所期望的时刻对燃烧室106内的混合气进行点火。

使用图8，对前文所述的步骤704的与吸入空气中的水分量相应的点火正时修正量算出部进行更详细的说明。

在步骤801中，通过湿度传感器207来测量从大气中吸入至发动机的吸入空气中的水分量。湿度传感器有仅测量湿度的湿度传感器，有与温度传感器组合的湿度传感器，还有与测量吸入空气量的气流传感器组合的一体型湿度传感器，可为任一类型。

此外，湿度传感器较理想为绝对湿度传感器，但也可为相对湿度传感器，也可为与温度传感器进而与压力传感器的组合。

在步骤802中，算出egr气体量。本实施例是使用egr流量传感器114来进行计量，但也可通过包括差压在内的压力传感器与温度传感器的组合来计量。此外，也可利用egr调整阀的开口量或开口比例来推断egr气体量。

在步骤803中，通过egr管112中设置的egr气体温度传感器209来检测egr气体温度。

在步骤804中，算出egr气体中的水分量。根据前文所述的步骤802中算出的egr气体量和前文所述的步骤803中检测到的egr气体温度来算出egr气体中的水分量。此外，通过测量egr管的压力，使得流量测量精度进一步提高。

在步骤805中，利用吸入空气温度传感器208来检测吸入至燃烧室106的吸入空气温度。吸入空气温度检测的是从大气中吸入的新气与从排气管回流的egr气体混合之后的温度。

在步骤806中，算出流入至燃烧室106的含有egr气体的吸入空气中的水分量。根据前文所述步骤806中检测到的大气中的水分量、前文所述步骤804中算出的egr气体中的水分量、以及前文所述步骤805中检测到的吸入空气温度来算出最终吸入至燃烧室106的水分量。

如以上说明过的那样，本实施例的内燃机控制装置101对连接有检测大气中的湿度的湿度传感器207和对燃烧室106的内部的混合气进行点火的点火装置(点火线圈110、火花塞111)的内燃机1进行控制。并且，内燃机控制装置101具备水分量算出部和点火正时控制部(最终点火正时确定部606)，所述水分量算出部根据湿度传感器207的检测值来算出流入至燃烧室106的吸入空气中所含的水分量，所述点火正时控制部控制点火装置的点火正时。并且，通过点火时间修正部605而根据水分量来确定点火正时的修正量，由此点火正时控制部(最终点火正时确定部606)以由水分量算出部算出的吸入空气中的水分量越高、越朝提前方向移动点火装置(点火线圈110、火花塞111)的点火正时的方式进行控制。

此外，本实施例的内燃机1与将排气管123内的废气的一部分回流至进气管105的废气回流部(egr管112)连接，根据由废气回流部(egr管112)加以回流的回流气体(egr气体)的状态来修正流入至燃烧室106的吸入空气中所含的水分。

此外，点火正时控制部(最终点火正时确定部606)以如下方式进行控制：相对于由水分量算出部算出的吸入空气中的水分量为第1算出值的情况下的点火装置(点火线圈110、火花塞111)的第1点火正时而言，由水分量算出部算出的吸入空气中的水分量为大于第1算出值的第2算出值的情况下的点火装置(点火线圈110、火花塞111)的第2点火正时朝提前方向移动。

此外，水分量算出部根据由湿度传感器207检测到的大气湿度、由废气回流部(egr管112)加以回流的回流气体(egr气体)中所含的水分量、以及进气管105中的废气回流部(egr管112)的导入部的下游的进气温度来算出流入至燃烧室106的吸入空气中所含的水分量。

此外，由废气回流部(egr管112)加以回流的回流气体中所含的水分量是根据回流气体(egr气体)的温度和回流气体(egr气体)的量来算出。

点火正时控制部(最终点火正时确定部606)以如下方式进行控制：在由水分量算出部算出的吸入空气中的水分量为固定值的情况下，在内燃机1的负载发生了变化时变更点火装置(点火线圈110、火花塞111)的点火正时的修正量。

点火正时控制部(最终点火正时确定部606)以如下方式进行控制：在由水分量算出部算出的吸入空气中的水分量为固定值的情况下，在内燃机1的负载增大时减少点火装置(点火线圈110、火花塞111)的点火正时的修正量。

点火正时控制部(最终点火正时确定部606)以如下方式进行控制：在由水分量算出部算出的吸入空气中的水分量为固定值的情况下，相对于内燃机1的负载为第1检测值的情况下的点火装置的点火正时的第1修正量而言，内燃机1的负载为大于第1检测值的第2检测值的情况下的点火装置的点火正时的第2修正量朝减少方向移动。

点火正时控制部(最终点火正时确定部606)以如下方式进行控制：相对于由水分量算出部算出的水分量在算出第1算出值之后检测到低于第1算出值的第2算出值的情况下的内燃机1的点火正时的每单位时间的修正速度而言，由水分量算出部算出的水分量在算出第2算出值之后检测到第1算出值的情况下的内燃机1的点火正时的每单位时间的修正速度变小。

以如此方式算出吸入至燃烧室的水分量，从而控制为与该水分量相应的最佳点火正时，由此能在不改变作为目标的最佳egr量或egr率的情况下提高燃油效率而不会有损运转性能。

再者，本发明包含各种变形例，并不限定于上述实施例。例如，上述实施例是为了以易于理解的方式说明本发明而作的详细说明，并非一定限定于具备所有构成。此外，可以对实施例的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、替换。

符号说明

1缸内燃料喷射式内燃机

101发动机控制单元

101ai/o用lsi

101a-1a/d转换器

101a-2驱动电路

101bcpu

102空气滤清器

103气流传感器

104电控节气门

105进气管

106燃烧室

107节气门传感器

108高压燃料泵

109喷射器(燃料喷射阀)

110点火线圈

111火花塞

112egr管

113egr控制阀

114egr流量传感器

115曲轴

116曲轴转角传感器

117共轨

119进气阀

120凸轮轴

121凸轮转角传感器

122排气阀

123排气管

124汽缸

125活塞

126egr冷却器

202水温传感器

203空燃比传感器

204燃料压力传感器

205油温传感器

206高压泵螺线管

207湿度传感器

208进气温度传感器

209egr气体温度传感器。