УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству управления, которое управляет состоянием сгорания для двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
В целом, энергия, получающаяся в результате сгорания воздушно-топливной смеси, когда двигатель внутреннего сгорания (далее в данном документе также называемый "двигателем"), такой как дизельный двигатель, находится в работе, неминуемо ведет к потерям, без полного преобразования в работу вращения коленчатого вала. Эти потери включают в себя потери при охлаждении, которая преобразуется в рост температур основного блока двигателя и охлаждающей жидкости, выхлопные потери, которые высвобождаются в атмосферу посредством отработавшего газа, насосные потери, которые получаются во время всасывания и выпуска воздуха, и потери на механическое сопротивление. Потери при охлаждении и выхлопные потери составляют большие доли всех потерь. Соответственно, необходимо эффективно уменьшать потери при охлаждении и выхлопные потери, при этом интенсивность расхода топлива двигателя внутреннего сгорания должна быть улучшена.
Однако потери при охлаждении и выхлопные потери имеют компромиссное соотношение, в целом, и, таким образом, трудно уменьшать потери при охлаждении и насосные потери в одно и то же время во многих случаях. В случае, когда двигатель снабжен турбонагнетателем, например, выхлопная потеря уменьшается, поскольку энергия, содержащаяся в выхлопном газе, эффективно используется, когда давление турбонаддува увеличивается. Однако фактическое улучшение в степени сжатия вызывает увеличение температуры сгорания, и, таким образом, потери при охлаждении увеличиваются. Соответственно, общая величина потерь увеличивается в зависимости от случаев.
Устройство управления, которое управляет состоянием сгорания топлива, подаваемого в двигатель (далее в данном документе просто называемым "состоянием сгорания двигателя" в некоторых случаях), так, чтобы уменьшать общую величину потерь, требуется, чтобы надлежащим образом управлять различными параметрами, изменяющими состояние сгорания, включающими в себя количество впрыска топлива, момент впрыска топлива и количество EGR-газа, а также давление турбонаддува, в соответствии с рабочим состоянием (скоростью вращения, выходной мощностью или т.п.) двигателя. Параметры, изменяющие состояние сгорания двигателя (т.е. параметры, влияющие на состояние сгорания двигателя), просто называются "параметрами сгорания" в некоторых случаях. Однако трудно иметь множество параметров сгорания, полученных заранее посредством эксперимента или т.п., в качестве значений, оптимальных для соответствующих рабочих состояний, и необходимо выполнять крупномасштабный эксперимент для того, чтобы определять эти параметры сгорания. Соответственно, были разработаны способы для систематического определения параметров сгорания.
Например, устройство управления сгоранием для двигателя внутреннего сгорания согласно предшествующему уровню техники (далее в данном документе также называемое "традиционным устройством") вычисляет "угол поворота коленчатого вала в момент времени, когда половина общего количества тепла, получающегося в течение рабочего такта, формируется (далее в данном документе называемый "углом центра тяжести сгорания")". В случае, когда угол центра тяжести сгорания и предварительно определенное опорное значение отклоняются друг от друга, традиционное устройство вынуждает угол центра тяжести сгорания соответствовать опорному значению, корректируя момент впрыска топлива или регулируя степень EGR (количество EGR-газа) и регулируя концентрацию кислорода в камере сгорания (в цилиндре) (например, см. JP 2011-202629).
Сущность изобретения
В дизельном двигателе многоступенчатый впрыск выполняется, например, в некоторых случаях, так что топливо впрыскивается множество раз в течение одного цикла сгорания. Более конкретно, в дизельном двигателе, предварительный впрыск выполняется перед основным впрыском, и подвпрыск выполняется после основного впрыска в некоторых случаях. Соотношение между углом поворота коленчатого вала и интенсивностью теплообразования (количеством тепла, формируемого посредством сгорания на единицу измерения угла поворота коленчатого вала), свойственное этому случаю, выражается, например, как форма волны, которая иллюстрируется посредством кривой C1 на фиг. 8A. Эта форма волны также будет называться "формой волны сгорания" ниже. Форме волны, которая иллюстрируется на фиг. 8A, предоставляется возможность достигать максимального значения Lp посредством предварительного впрыска, который инициируется при угле θ1 поворота коленчатого вала, и достигать максимального значения Lm посредством основного впрыска, который инициируется при угле θ2 поворота коленчатого вала.
Фиг. 8B иллюстрирует соотношение между углом поворота коленчатого вала и "отношением объединенного значения количества тепла, сформированного посредством сгорания", иллюстрированным посредством кривой C1, к общему количеству сформированного тепла (процент теплотворной способности)". Как иллюстрировано на фиг. 8B, угол центра тяжести сгорания, описанный выше (угол поворота коленчатого вала, при котором процент теплотворной способности равен 50%), является углом θ3 поворота коленчатого вала.
В случае, когда только момент инициирования предварительного впрыска смещается в сторону опережения на Δθ от угла θ1 поворота коленчатого вала к углу θ0 поворота коленчатого вала, как иллюстрируется посредством кривой C2 на фиг. 9A, угол поворота коленчатого вала, при котором тепло начинает формироваться посредством сгорания топлива предварительно впрыска (угол инициирования теплообразования) смещается в сторону опережения на Δθ. Во время сгорания, которое иллюстрируется на фиг. 8A и 9A, однако, угол центра тяжести сгорания находится после инициирования сгорания топлива основного впрыска (после угла θ2 поворота коленчатого вала), и, таким образом, угол центра тяжести сгорания остается неизменным в угле θ3 поворота коленчатого вала, как очевидно из фиг. 9B, иллюстрирующем процент теплотворной способности сгорания, иллюстрированного посредством кривой C2. Другими словами, угол центра тяжести сгорания не изменяется в некоторых случаях, даже когда форма волны сгорания изменяется посредством смещения момента предварительного впрыска в сторону опережения. Другими словами, нельзя сказать, что угол центра тяжести сгорания является показателем, который точно отражает, как сгорание каждого цикла выполняется в зависимости от случаев.
Изобретатель фактически измерил соотношение между углом центра тяжести сгорания и "степенью ухудшения топливной экономичности в качестве отношения интенсивности расхода топлива при произвольном угле центра тяжести сгорания к интенсивности расхода топлива при угле центра тяжести сгорания, при котором интенсивность расхода топлива минимизируется (идеальная точка топливной экономичности)" относительно различных скоростей вращения двигателя. Результаты измерения иллюстрируются на фиг. 10. Кривые Hb1 по Hb3 на фиг. 10 показывают результаты измерений, свойственные случаю низкой скорости вращения и низкой нагрузки, случаю средней скорости вращения и средней нагрузки и случаю высокой скорости вращения и высокой нагрузки, соответственно. Изобретатель обнаружил, что угол центра тяжести сгорания, при котором степень ухудшения топливной экономичности минимизируется, изменяется при различных скоростях вращения и нагрузках двигателя, как показано на фиг. 10. Другими словами, изобретатель обнаружил, что степень ухудшения топливной экономичности не минимизируется, даже когда состояние сгорания управляется так, что угол центра тяжести сгорания соответствует постоянному опорному значению, когда скорость вращения и нагрузка двигателя варьируется.
Изобретатель сфокусировался на "позиции центра тяжести интенсивности теплообразования" вместо угла центра тяжести сгорания согласно предшествующему уровню техники в качестве индексного значения, представляющего состояние сгорания. Позиция центра тяжести интенсивности теплообразования определяется посредством различных способов, как описано ниже. Позиция центра тяжести интенсивности теплообразования выражается как угол поворота коленчатого вала.
(Определение 1) Как иллюстрировано на фиг. 1A, позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования является углом поворота коленчатого вала, соответствующим геометрическому центру тяжести области, окруженной формой волны интенсивности теплообразования, начерченной в "системе координат, в которой угол поворота коленчатого вала для каждого цикла задан по горизонтальной оси (первой оси), а интенсивность теплообразования (количество теплообразования на единицу измерения угла поворота коленчатого вала) задана по вертикальной оси (другой оси, ортогональной первой оси)", и горизонтальной осью.
В случае, когда позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования является центром вращения, расстояние угла поворота коленчатого вала, которое является разницей между позицией Gc центра тяжести интенсивности теплообразования и произвольного угла поворота коленчатого вала, является расстоянием от центра вращения, и интенсивность теплообразования является силой, например, величины моментов (=сила×расстояние=расстояние угла поворота коленчатого вала×интенсивность теплообразования) на стороне опережения и стороне запаздывания от центра вращения равны друг другу.
(Определение 2) Позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования является конкретным углом поворота коленчатого вала между инициированием сгорания и завершением сгорания, и конкретный угол поворота коленчатого вала, при котором значение, полученное посредством интегрирования произведения "величины различия между произвольным первым углом поворота коленчатого вала после инициирования сгорания и конкретным углом поворота коленчатого вала" и "интенсивности теплообразования при произвольном первом угле поворота коленчатого вала" относительно угла поворота коленчатого вала от инициирования сгорания до конкретного угла поворота коленчатого вала, и значение, полученное посредством интегрирования произведения "величины различия между произвольным вторым углом поворота коленчатого вала после конкретного угла поворота коленчатого вала и конкретным углом поворота коленчатого вала" и "интенсивности теплообразования при произвольном втором угле поворота коленчатого вала" относительно угла поворота коленчатого вала от конкретного угла поворота коленчатого вала до завершения сгорания, равны друг другу.
Другими словами, позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования является углом поворота коленчатого вала, доступным, когда следующее уравнение (1) удовлетворяется, когда угол поворота коленчатого вала, при котором сгорание топлива начинается, выражается как CAs, угол поворота коленчатого вала, при котором сгорание топлива завершается, выражается как CAe, произвольный угол поворота коленчатого вала выражается как θ, и интенсивность теплообразования при угле θ поворота коленчатого вала выражается как dQ(θ) для каждого цикла. Например, угол θ поворота коленчатого вала выражается как угол после верхней мертвой точки, и угол θ поворота коленчатого вала является отрицательным значением, когда угол поворота коленчатого вала находится дальше на стороне опережения, чем верхняя мертвая точка.
(Определение 3) Следующее уравнение (2) получается, когда уравнение (1) выше организуется. Чтобы выразить определение 2 другим образом, позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования является конкретным углом поворота коленчатого вала от инициирования сгорания до завершения сгорания относительно одного рабочего такта и конкретным углом поворота коленчатого вала, при котором значение, полученное посредством интегрирования значения, соответствующего произведению значения, полученного посредством вычитания конкретного угла поворота коленчатого вала из произвольного угла поворота коленчатого вала, и интенсивности теплообразования при произвольном угле теплообразования относительно угла поворота коленчатого вала относительно угла поворота коленчатого вала от инициирования сгорания до завершения сгорания, становится "0".
(Определение 4) Определение 2, описанное выше, может также пониматься как следующее. Позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования является конкретным углом поворота коленчатого вала, доступным, когда значение, полученное посредством интегрирования произведения "различия угла поворота коленчатого вала между произвольным углом поворота коленчатого вала дальше на стороне опережения, чем конкретный угол поворота коленчатого вала", и "интенсивности теплообразования при произвольном угле поворота коленчатого вала" относительно угла поворота коленчатого вала, и значение, полученное посредством интегрирования произведения "разницы угла поворота коленчатого вала между конкретным углом поворота коленчатого вала и произвольным углом поворота коленчатого вала дальше на стороне запаздывания, чем конкретный угол поворота коленчатого вала" и "интенсивности теплообразования при произвольном угле поворота коленчатого вала" относительно угла поворота коленчатого вала, равны друг другу.
(Определение 5) Позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования является углом поворота коленчатого вала, который получен на основе следующего уравнения (3), поскольку позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования является геометрическим центром тяжести формы волны сгорания, описанной выше.
(Определение 6) Определение 5, описанное выше, может также пониматься как следующее. Позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования является значением, полученным посредством сложения угла поворота коленчатого вала для инициирования сгорания со значением, полученным посредством деления интегрального значения произведения "разности между произвольным углом поворота коленчатого вала и углом поворота коленчатого вала для инициирования сгорания" и "интенсивности теплообразования при произвольном угле поворота коленчатого вала" относительно угла поворота коленчатого вала на площадь области, определенной формой волны интенсивности теплообразования относительно угла поворота коленчатого вала.
В примере, который иллюстрируется на фиг. 1A, например, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования является углом θ3 поворота коленчатого вала, который соответствует геометрическому центру G тяжести области A1, окруженной кривой C2 и горизонтальной осью, представляющей угол поворота коленчатого вала. Когда момент инициирования предварительно впрыска смещается в сторону опережения на Δθp от угла θ1 поворота коленчатого вала и задается в угол θ0 поворота коленчатого вала, как иллюстрировано на фиг. 1B, позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования смещается в сторону опережения на угол Δθg поворота коленчатого вала и становится углом θ3' поворота коленчатого вала в результате этого. Как описано выше, можно сказать, что позиция центра тяжести интенсивности теплообразования является показателем, более точно отражающим состояния сгорания, включающие в себя теплообразование, свойственное предварительному впрыску, чем угол центра тяжести сгорания в качестве показательного значения для состояний сгорания согласно предшествующему уровню техники.
Изобретатель также измерил соотношение между позицией центра тяжести интенсивности теплообразования и степенью ухудшения топливной экономичности относительно различных комбинаций скоростей вращения и нагрузок двигателя. Результаты измерения иллюстрируются на фиг. 2. Кривые Gc1 по Gc3 на фиг. 2 показывают результаты измерений, свойственные случаю низкой скорости вращения и низкой нагрузки, случаю средней скорости вращения и средней нагрузки и случаю высокой скорости вращения и высокой нагрузки, соответственно. Как показано на фиг. 2, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования, в которой степень ухудшения топливной экономичности минимизируется, становится конкретным углом поворота коленчатого вала (7° после верхней мертвой точки в примере, иллюстрированном на фиг. 2) даже в случае, когда скорости вращения и нагрузки варьируются. Другими словами, изобретатель обнаружил, что состояние сгорания двигателя может поддерживаться в качестве конкретного состояния, когда постоянная позиция центра тяжести интенсивности теплообразования поддерживается независимо от нагрузки и/или скорости вращения двигателя, поскольку позиция центра тяжести интенсивности теплообразования является индексным значением, которое хорошо показывает состояние сгорания. Кроме того, изобретатель обнаружил, что интенсивность расхода топлива двигателя может быть улучшена, когда позиция центра тяжести интенсивности теплообразования поддерживается в "конкретном целевом угле поворота коленчатого вала, при котором интенсивность расхода топлива минимизируется", или значении, которое близко к этому.
Изобретение было выполнено на основе связанного знания, и целью изобретения является предоставление устройства управления (далее в данном документе также называемого "устройством согласно изобретению"), которое реализует состояние сгорания двигателя, в котором позиция центра тяжести интенсивности теплообразования принимается во внимание в качестве "индексного значения, показывающего состояние сгорания".
Более конкретно, устройство согласно изобретению управляет состоянием сгорания двигателя так, что позиция центра тяжести интенсивности теплообразования определяется посредством каждого из определений 1-6, описанных выше, соответствует постоянному целевому углу поворота коленчатого вала (становится значением в постоянном диапазоне, включающем в себя целевой угол поворота коленчатого вала) независимо от нагрузки в случае, когда, по меньшей мере, нагрузка находится в предварительно определенном диапазоне.
В этом случае, "множество параметров сгорания, описанных позже", с которыми желаемое состояние сгорания может поддерживаться, могут быть определены с помощью уменьшенной и соответствующей рабочей нагрузки.
В этом случае, предпочтительно, чтобы целевой угол поворота коленчатого вала определялся как угол поворота коленчатого вала, при котором сумма потерь при охлаждении двигателя и выхлопных потерь двигателя минимизируется.
В этом случае, устройство согласно изобретению может поддерживать интенсивность расхода топлива двигателя на низком уровне независимо от нагрузки и/или скорости вращения двигателя.
Когда двигатель снабжен, по меньшей мере, двумя цилиндрами, устройство согласно изобретению может изменять состояние сгорания так, что все цилиндры имеют одинаковый целевой угол поворота коленчатого вала.
В этом случае, устройство согласно изобретению может управлять состояниями сгорания всех цилиндров. Кроме того, устройство согласно изобретению может поддерживать интенсивность расхода топлива двигателя на низком уровне, когда целевой угол поворота коленчатого вала определяется как угол поворота коленчатого вала, при котором сумма потерь при охлаждении двигателя и выхлопных потерь двигателя минимизируется.
Позиция центра тяжести интенсивности теплообразования может быть смещена в сторону опережения или сторону запаздывания различными способами. Например, устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения или сторону запаздывания, регулируя один или более параметров (1)-(6), описанных ниже. "Смещение в сторону опережения" и "смещение в сторону запаздывания" относительно значений, касающихся угла поворота коленчатого вала, таких как момент основного впрыска и позиция центра тяжести интенсивности теплообразования, будут также называться "опережением" и "запаздыванием" ниже, соответственно.
(1) Момент основного впрыска
(2) Давление впрыска топлива в качестве давления, доступного, когда клапан для впрыска топлива двигателя впрыскивает топливо
(3) Единица количества впрыска для предварительного впрыска в качестве впрыска, который выполняется дальше на стороне опережения, чем основной впрыск
(4) Позиция центра тяжести интенсивности теплообразования относительно предварительно впрыска, которая определяется на основе тепла, которое образуется посредством сгорания топлива, подаваемого в цилиндр посредством предварительно впрыска (далее в данном документе также называемая "позицией центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования")
(5) Количество впрыска для подвпрыска в качестве впрыска, который выполняется дальше на стороне запаздывания, чем основной впрыск
(6) Момент подвпрыска
Другими словами, устройство согласно изобретению может применять один или более параметров (1)-(6), описанных выше, в качестве параметра сгорания, который изменяет состояние сгорания. Что касается параметра (4), например, устройство согласно изобретению может регулировать позицию центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования, изменяя, по меньшей мере, одно из числа предварительных впрысков и количеств впрыска соответствующих предварительных впрысков.
Более конкретно, устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения, выполняя одну или более из операций (1a)-(6a), описанных ниже.
(1a) Операция смещения момента основного впрыска в сторону опережения
(2a) Операция увеличения давления впрыска топлива
(3a) Операция увеличения единицы количества впрыска для предварительного впрыска
(4a) Операция смещения позиции центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования в сторону опережения
(5a) Операция уменьшения количества впрыска для подвпрыска
(6a) Операция смещения момента подвпрыска в сторону опережения
Устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону запаздывания, выполняя одну или более из операций (1b)-(6b), описанных ниже.
(1b) Операция смещения момента основного впрыска в сторону запаздывания
(2b) Операция уменьшения давления впрыска топлива
(3b) Операция уменьшения единицы количества впрыска для предварительного впрыска
(4b) Операция смещения позиции центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования в сторону запаздывания
(5b) Операция увеличения количества впрыска для подвпрыска
(6b) Операция смещения момента подвпрыска в сторону запаздывания
Что касается операций (2a) и (2b), топливо быстро очищается в цилиндре, чтобы вызывать увеличение в интенсивности сгорания после впрыска топлива, когда давление впрыска топлива увеличивается. В результате, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования смещается в сторону опережения. Позиция центра тяжести интенсивности теплообразования смещается в сторону запаздывания, когда давление впрыска топлива уменьшается.
Что касается операций (4a) и (4b), устройство согласно изобретению может смещать в сторону опережения или запаздывания позицию центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования, изменяя, по меньшей мере, одно из числа предварительных впрысков и моментов впрыска и количеств впрыска соответствующих предварительных впрысков. Например, устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования в сторону опережения, смещая момент предварительного впрыска в сторону опережения. Устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования в сторону запаздывания, смещая момент предварительного впрыска в сторону запаздывания.
Альтернативно, когда количества впрыска соответствующих предварительных впрысков равны друг другу, устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования в сторону опережения по сравнению с текущей позицией, увеличивая число предварительных впрысков, которые выполняются перед текущей позицией центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования. Кроме того, устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования в сторону опережения по сравнению с текущей позицией, уменьшая число предварительных впрысков, которые выполняются после текущей позиции центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования.
Когда количества впрыска соответствующих предварительных впрысков равны друг другу, устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования в сторону запаздывания по сравнению с текущей позицией, уменьшая число предварительных впрысков, которые выполняются перед текущей позицией центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования. Кроме того, устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования в сторону запаздывания по сравнению с текущей позицией, увеличивая число предварительных впрысков, которые выполняются после текущей позицией центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования.
Соответственно, устройство согласно изобретению может управлять состоянием сгорания, выполняя одну или более операций (1a')-(6a'), описанных ниже, так, что позиция центра тяжести интенсивности теплообразования не смещается в сторону запаздывания, когда скорость вращения двигателя увеличивается.
(1a') Операция смещения момента основного впрыска в сторону опережения, когда скорость вращения двигателя увеличивается
(2a') Операция увеличения давления впрыска топлива, когда скорость вращения двигателя увеличивается
(3a') Операция увеличения количества впрыска для предварительного впрыска, когда скорость вращения двигателя увеличивается
(4a') Операция смещения позиции центра тяжести интенсивности предварительного теплообразования в сторону опережения, когда скорость вращения двигателя увеличивается
(5a') Операция уменьшения количества впрыска для подвпрыска или невыполнения подвпрыска, когда скорость вращения двигателя увеличивается
(6a') Операция смещения момента подвпрыска в сторону опережения, когда скорость вращения двигателя увеличивается
Другой способ смещения позиции центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения или сторону запаздывания относится к турбонагнетателю. Более конкретно, концентрация кислорода в цилиндре на единицу объема возрастает, когда давление турбонаддува увеличивается. В результате, интенсивность сгорания возрастает, и позиция центра тяжести интенсивности теплообразования смещается в сторону опережения. Когда давление турбонаддува уменьшается, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования смещается в сторону запаздывания. Например, давление турбонаддува регулируется, когда площадь отверстия регулируемого сопла, которое расположено в турбине турбонагнетателя, изменяется. Альтернативно, давление турбонаддува регулируется, когда степень открытия регулятора давления наддува, который расположен в выпускном канале турбонагнетателя, изменяется.
Другими словами, когда двигатель снабжается турбонагнетателем, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования может быть смещена в сторону опережения или сторону запаздывания, когда параметр (7), описанный ниже, регулируется.
(7) Давление турбонаддува турбонагнетателя
Другими словами, устройство согласно изобретению может применять параметр (7), описанный выше, в качестве параметра сгорания, который изменяет состояние сгорания.
Более конкретно, устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения, выполняя операцию (7a), описанную ниже.
(7a) Операция увеличения давления турбонаддува
Устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону запаздывания, выполняя операцию (7b), описанную ниже.
(7b) Операция уменьшения давления турбонаддува
Соответственно, устройство согласно изобретению может управлять состоянием сгорания, выполняя операцию (7a'), описанную ниже, так, что позиция центра тяжести интенсивности теплообразования не смещается в сторону запаздывания, когда скорость вращения двигателя увеличивается.
(7a') Операция увеличения давления турбонаддува, когда скорость вращения двигателя увеличивается.
Другой способ смещения позиции центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения или сторону запаздывания относится к EGR-устройству, которое предоставляет возможность некоторой части отработавшего газа двигателя протекать назад во впускной канал двигателя в качестве EGR-газа. Более конкретно, количество инертного газа в цилиндре увеличивается, когда количество EGR-газа, которому предоставляется возможность протекать назад, увеличивается. В результате, сгорание замедляется, и позиция центра тяжести интенсивности теплообразования смещается в сторону запаздывания. Когда количество EGR-газа уменьшается, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования смещается в сторону опережения. Количество EGR-газа может быть выражено как степень EGR, которая является отношением количества EGR-газа к количеству газа, втекающего в цилиндр.
В случае, когда двигатель снабжается и "EGR-устройством низкого давления, предоставляющим возможность отработавшему газу дальше ниже по потоку, чем турбина турбонагнетателя, размещенная в выпускном канале двигателя, протекать назад по направлению к впускному каналу двигателя", и "EGR-устройством высокого давления, предоставляющим возможность отработавшему газу дальше выше по потоку, чем турбина, протекать назад по направлению к впускному каналу", позиция центра тяжести интенсивности теплообразования может быть смещена в сторону опережения или сторону запаздывания, когда отношение "количества EGR-газа высокого давления, которому предоставлена возможность протекать назад посредством EGR-устройства высокого давления", к "количеству EGR-газа низкого давления, которому предоставлена возможность протекать назад посредством EGR-устройства низкого давления" (далее в данном документе также называемое "отношением EGR высокого/низкого давления"), регулируется.
Другими словами, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования может быть смещена в сторону опережения или сторону запаздывания, когда, по меньшей мере, один из параметров (8)-(9), описанных ниже, регулируется.
(8) Количество EGR-газа или степень EGR
(9) Отношение EGR высокого/низкого давления
Другими словами, устройство согласно изобретению может применять один или более параметров (8)-(9), описанных выше, в качестве параметра сгорания, который изменяет состояние сгорания.
Кроме того, устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения, выполняя одну или более из операций (8a)-(9a), описанных ниже.
(8a) Операция уменьшения количества EGR-газа или степени EGR
(9a) Операция уменьшения отношения EGR высокого/низкого давления
Устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону запаздывания, выполняя одну или более из операций (8b)-(9b), описанных ниже.
(8b) Операция увеличения количества EGR-газа или степени EGR
(9b) Операция увеличения отношения EGR высокого/низкого давления
Соответственно, устройство согласно изобретению может управлять состоянием сгорания, выполняя одну или более операций (8a')-(9a'), описанных ниже, так, что позиция центра тяжести интенсивности теплообразования не смещается в сторону запаздывания, когда скорость вращения двигателя увеличивается.
(8a') Операция уменьшения количества EGR-газа или степени EGR, когда скорость вращения двигателя увеличивается
(9a') Операция уменьшения отношения EGR высокого/низкого давления, когда скорость вращения двигателя увеличивается
Другой способ для смещения позиции центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения или сторону запаздывания относится к температуре воздуха, всасываемого в цилиндр во время такта впуска. Более конкретно, сгорание замедляется, когда температура на впуске уменьшается. В результате, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования смещается в сторону запаздывания. Когда температура на впуске повышается, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования смещается в сторону опережения.
Например, температура всасываемого воздуха может быть уменьшена, когда "эффективность охлаждения промежуточного охладителя, который охлаждает всасываемый воздух, который сжимается посредством турбонагнетателя, увеличивается", и/или "эффективность охлаждения EGR-охладителя, который охлаждает одно или более из EGR-газа, EGR-газа высокого давления и EGR-газа низкого давления, увеличивается".
Эффективность охлаждения промежуточного охладителя имеет корреляцию с разницей между температурой газа, который вводится в промежуточный охладитель, и температурой газа, который выпускается из промежуточного охладителя. Эффективность охлаждения EGR-охладителя имеет корреляцию с разницей между температурой газа, который вводится в EGR-охладитель, и температурой газа, который выпускается из EGR-охладителя.
В частности, эффективность охлаждения промежуточного охладителя или EGR-охладителя может быть изменена, когда степень открытия обходного клапана и/или расход охлаждающей жидкости регулируется. Другими словами, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования может быть смещена в сторону опережения или сторону запаздывания, когда, по меньшей мере, один из параметров (10)-(11), описанных ниже, регулируется.
(10) Эффективность охлаждения промежуточного охладителя
(11) Эффективность охлаждения EGR-охладителя
Другими словами, устройство согласно изобретению может применять один или более параметров (10)-(11), описанных выше, в качестве параметра сгорания, который изменяет состояние сгорания.
Кроме того, устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения, выполняя одну или более из операций (10a)-(11a), описанных ниже.
(10a) Операция уменьшения эффективности охлаждения промежуточного охладителя
(11a) Операция уменьшения эффективности охлаждения EGR-охладителя
Устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону запаздывания, выполняя одну или более из операций (10b)-(11b), описанных ниже.
(10b) Операция уменьшения эффективности охлаждения промежуточного охладителя
(11b) Операция увеличения эффективности охлаждения EGR-охладителя
Соответственно, устройство согласно изобретению может управлять состоянием сгорания, выполняя одну или более операций (10a')-(11a'), описанных ниже, так, что позиция центра тяжести интенсивности теплообразования не смещается в сторону запаздывания, когда скорость вращения двигателя увеличивается.
(10a') Операция уменьшения эффективности охлаждения промежуточного охладителя, когда скорость вращения двигателя увеличивается
(11a') Операция уменьшения эффективности охлаждения EGR-охладителя, когда скорость вращения двигателя увеличивается
Другой способ смещения позиции центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения или сторону запаздывания относится к интенсивности закрученного потока в цилиндре двигателя. Более конкретно, скорость распространения сгорания возрастает, когда интенсивность закрученного потока увеличивается. В результате, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования смещается в сторону опережения. Когда интенсивность закрученного потока уменьшается, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования смещается в сторону запаздывания. Другими словами, когда двигатель снабжается устройством регулирования закрученного потока, таким как клапан регулирования завихрения, который регулирует интенсивность завихрения в цилиндре, позиция центра тяжести интенсивности теплообразования может быть смещена в сторону опережения или сторону запаздывания с помощью параметра (12), описанного ниже.
(12) Интенсивность закрученного потока
Другими словами, устройство согласно изобретению может применять параметр (12), описанный выше, в качестве параметра сгорания, который изменяет состояние сгорания.
Кроме того, устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения, выполняя операцию (12a), описанную ниже.
(12a) Операция увеличения интенсивности закрученного потока
Устройство согласно изобретению может смещать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону запаздывания, выполняя операцию (12b), описанную ниже.
(12b) Операция уменьшения интенсивности закрученного потока
Соответственно, устройство согласно изобретению может управлять состоянием сгорания, выполняя операцию (12a'), описанную ниже, так, что позиция центра тяжести интенсивности теплообразования не смещается в сторону запаздывания, когда скорость вращения двигателя увеличивается.
(12a') Операция увеличения интенсивности закрученного потока, когда скорость вращения двигателя увеличивается
Устройство согласно изобретению предоставляет возможность управления позицией центра тяжести интенсивности теплообразования, чтобы становиться целевым углом поворота коленчатого вала (7° после верхней мертвой точки), например, посредством изменения параметра, который управляет состоянием сгорания. Соответственно, итоговое значение потерь при охлаждении и выхлопных потерь уменьшается. В результате, интенсивность расхода топлива двигателя может поддерживаться на низком уровне. Другими словами, устройство согласно изобретению может задавать угол поворота коленчатого вала, при котором сумма потерь при охлаждении двигателя и выхлопных потерь двигателя минимизируется, в качестве целевого угла поворота коленчатого вала.
Более конкретно, управление позицией центра тяжести интенсивности теплообразования может выполняться со ссылкой на "таблицу соответствия моментов впрыска топлива относительно рабочих состояний", которое получается заранее посредством эксперимента или т.п., так что позиция центра тяжести интенсивности теплообразования соответствует целевому углу поворота коленчатого вала.
Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, которое вычисляет теплотворную способность в цилиндре на основе выходного сигнала датчика давления в цилиндре, раскрывается, например, в публикации японской патентной заявки № 2005-54753 и публикации японской патентной заявки № 2007-285194. Другими словами, устройство согласно изобретению может вычислять фактическую интенсивность теплообразования с помощью датчика давления в цилиндре. Устройство согласно изобретению может вычислять фактическую интенсивность теплообразования другим способом (таким как способ измерения ионного тока в цилиндре с помощью датчика).
Соответственно, предпочтительно, чтобы устройство согласно изобретению управляло по обратной связи состоянием сгорания так, что позиция центра тяжести интенсивности теплообразования, полученная на основе значения параметра, полученного посредством датчика двигателя, способного обнаруживать параметр, имеющего корреляцию с позицией центра тяжести интенсивности теплообразования, приближалась к целевому углу поворота коленчатого вала.
Более конкретно, устройство согласно изобретению вычисляет фактическую позицию центра тяжести интенсивности теплообразования и смещает позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения, выполняя одну или более из операций (1a)-(12a), описанных выше, когда позиция центра тяжести интенсивности теплообразования находится дальше на стороне запаздывания, чем целевой угол поворота коленчатого вала, и разница превышает предварительно определенную пороговую разницу. Альтернативно, устройство согласно изобретению смещает позицию центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения, выполняя одну или более операций (1b)-(12b), описанных выше, когда фактическая позиция центра тяжести интенсивности теплообразования находится дальше на стороне опережения, чем целевой угол поворота коленчатого вала, и разница превышает пороговую разницу. Пороговая разница может быть "0".
Согласно этому аспекту, устройство согласно изобретению может управлять состоянием сгорания так, что позиция центра тяжести интенсивности теплообразования соответствует целевому углу поворота коленчатого вала, даже когда информация, относящаяся к оптимальной комбинации различных параметров для каждого рабочего состояния, полученная заранее посредством эксперимента или т.п., не сохраняется, или даже в случае индивидуального различия между двигателями или зависящего от времени их изменения. В результате устройство согласно изобретению может поддерживать интенсивность расхода топлива двигателя на низком уровне.
В случае, когда частотная составляющая звука двигателя изменяется со временем, слуховое восприятие человека имеет тенденцию ощущать дискомфорт со звуком. Частотная составляющая звука двигателя имеет корреляцию с величиной изменения в давлении в цилиндре (степенью изменения в давлении в цилиндре) в единицу времени. Когда инициируется основной впрыск, давление в цилиндре круто увеличивается, и, таким образом, степень изменения в давлении в цилиндре достигает максимума.
Соответственно, слышимость звука двигателя улучшается, когда степень изменения в давлении в цилиндре при инициировании основного сгорания является постоянной в каждом цикле. Степень изменения в давлении в цилиндре при произвольном угле поворота коленчатого вала имеет корреляцию с крутизной формы волны сгорания при угле поворота коленчатого вала. Соответственно, когда формы волн сгорания в соответствующих циклах аналогичны друг другу, степень изменения в давлении в цилиндре при инициировании основного сгорания является постоянной в каждом цикле, и, таким образом, слышимость звука двигателя улучшается.
Например, кривая GcA на фиг. 3 представляет форму волны сгорания при низкой выходной мощности. Многоступенчатый впрыск также выполняется относительно этого сгорания. Интенсивность теплообразования временно повышается в результате сгорания посредством предварительно впрыска и понижается после этого. Затем, интенсивность теплообразования повышается снова в результате инициирования сгорания посредством основного впрыска (основного сгорания). Штрих-пунктирная линия GrA является касательной к форме GcA волны сгорания при инициировании основного сгорания, и крутизна штрих-пунктирной линии GrA равна крутизне формы GcA волны сгорания при инициировании основного сгорания, т.е., степени увеличения в интенсивности теплообразования при инициировании основного сгорания.
Кривая GcB представляет форму волны сгорания при высокой выходной мощности. Многоступенчатый впрыск также выполняется относительно этого сгорания. Крутизна штрих-пунктирной линии GrB равна крутизне формы GcB волны сгорания при инициировании основного сгорания, т.е. степени увеличения в интенсивности теплообразования при инициировании основного сгорания.
Даже когда выходная мощность двигателя изменяется, и форма волны сгорания изменяется с кривой GcA на кривую GcB, слышимость звука двигателя улучшается, в сравнении со случаем, когда крутизна штрихпунктирной линии GrA и крутизна штрихпунктирной линии GrB отличаются друг от друга, поскольку крутизна штрихпунктирной линии GrA и крутизна штрихпунктирной линии GrB эквивалентны друг другу.
Другими словами, в устройстве согласно изобретению предпочтительно, чтобы параметр сгорания для изменения состояния сгорания изменялся так, что степени увеличения в интенсивности теплообразования были равны друг другу в соответствующих циклах. Далее в данном документе это управление также будет называться "управлением сходством формы волны".
Согласно этому аспекту, устройство согласно изобретению может улучшать слышимость звука двигателя, который создается двигателем.
Устройство согласно изобретению может выполнять управление сходством формы волны, поддерживая, по меньшей мере, одно из давления впрыска топлива в качестве давления топлива, доступного, когда клапан впрыска топлива двигателя впрыскивает топливо, и давления турбонаддува, свойственного турбонагнетателю двигателя, в предварительно определенном значении независимо от скорости вращения двигателя в случае, когда выходная мощность двигателя является постоянной.
Альтернативно, устройство согласно изобретению может выполнять управление сходством формой волны, предоставляя возможность, по меньшей мере, одному из давления впрыска топлива в качестве давления и давления турбонаддува, свойственного турбонагнетателю двигателя, быть пропорциональным выходной мощности двигателя.
Как описано выше, устройство согласно изобретению может поддерживать интенсивность расхода топлива на низком уровне и улучшать слышимость звука двигателя, выполняя управление сходством формы волны.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - график для показа позиции центра тяжести интенсивности теплообразования;
Фиг. 2 - график, иллюстрирующий соотношение между позицией центра тяжести интенсивности теплообразования и степенью ухудшения топливной экономичности для каждой комбинации скорости вращения и нагрузки;
Фиг. 3 - график, иллюстрирующий соотношение между углом поворота коленчатого вала и интенсивностью теплообразования при различных выходных мощностях;
Фиг. 4 - схематичный чертеж конфигурации двигателя согласно варианту осуществления изобретения;
Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая процесс управления с прямой связью позицией центра тяжести интенсивности теплообразования;
Фиг. 6 - график, иллюстрирующий давление впрыска топлива и давление турбонаддува, которые заданы относительно требуемой выходной мощности;
Фиг. 7 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая процесс управления с обратной связью позицией центра тяжести интенсивности теплообразования;
Фиг. 8 - график, показывающий угол центра тяжести сгорания;
Фиг. 9 - график для показа угла центра тяжести сгорания в изменившемся состоянии сгорания; и
Фиг. 10 - график, иллюстрирующий соотношение между углом центра тяжести сгорания и степенью ухудшения топливной экономичности для каждой скорости вращения.
Способы осуществления изобретения
Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно варианту осуществления изобретения (далее в данном документе также называемое "этим устройством управления") будет описано со ссылкой на сопровождающие чертежи. Это устройство управления применяется к двигателю 10, который иллюстрируется на фиг. 4. Двигатель 10 является многоцилиндровым (четырехцилиндровым) дизельным двигателем.
Клапаны (инжекторы) 20 для впрыска топлива размещаются в верхних фрагментах соответствующих цилиндров двигателя 10. Топливный нагнетательный насос (подающий насос) 21 подает топливо, которое хранится в топливном баке (не иллюстрирован) в аккумулятор (аккумуляторную топливную систему высокого давления) 22 в состоянии высокого давления. Клапаны 20 для впрыска топлива впрыскивают топливо в аккумуляторе 22 в цилиндры в момент времени, указанный посредством электронного блока 70 управления (ЭБУ 70) двигателя (описывается позже).
Впускной коллектор 30, который соединяется с каждым из цилиндров и впускной трубой 31, которая соединяется с находящимся выше по потоку собирающим фрагментом впускного коллектора 30, составляет впускной канал.
Дроссельная заслонка 32 удерживается с возможностью поворота во впускной трубе 31. Актуатор 33 дроссельной заслонки приводит в действие дроссельную заслонку 32, чтобы поворачиваться в ответ на возбуждающий сигнал от ЭБУ 70 двигателя. Промежуточный охладитель 34 и компрессор 35a турбонагнетателя 35 вставляются в таком порядке во впускную трубу 31 на стороне выше по потоку от дроссельной заслонки 32. Воздушный фильтр 36 размещается в крайнем фрагменте впускной трубы 31.
Клапаны управления воздушным потоком (не проиллюстрированы) располагаются во фрагментах впускного коллектора 30, которые соединяются с соответствующими цилиндрами (впускными отверстиями). Клапаны управления воздушным потоком имеют степень открытия, изменяющуюся в ответ на управляющий сигнал от ЭБУ 70 двигателя. Интенсивность закрученных потоков в цилиндрах регулируется в результате изменения в степени открытия клапанов управления воздушным потоком. Другими словами, "управление интенсивностью закрученным потоком" согласно этой спецификации означает изменение интенсивности закрученного потока посредством регулирования степени открытия клапана регулирования воздушного потока.
Выпускной коллектор 40, который соединяется с каждым из цилиндров и выпускной трубой 41, которая соединяется с находящимся ниже по потоку собирающим фрагментом выпускного коллектора 40, составляет выпускной канал. Турбина 35b турбонагнетателя 35 и каталитический нейтрализатор 42 для очистки отработавшего газа вставляются в выпускную трубу 41.
Турбонагнетатель 35 является известным турбонагнетателем переменной производительности. Множество сопловых лопаток (регулируемых сопел, не иллюстрированы) располагается в турбине 35b турбонагнетателя 35. Турбина 35b турбонагнетателя 35 снабжается "обходным каналом турбины 35b и обходным клапаном, расположенным в обходном канале" (не иллюстрирован). Степени открытия сопловых лопаток и обходного клапана изменяются, как указано посредством ЭБУ 70 двигателя. В результате, давление турбонаддува изменяется (управляется). Другими словами, "управление турбонагнетателем 35" согласно этой спецификации означает изменение давления турбонаддува посредством изменения угла сопловой лопатки и/или степени открытия обходного клапана.
Труба 50 рециркуляции отработавшего газа высокого давления, которая составляет канал (EGR-канал), который предоставляет возможность отработавшему газу частично протекать назад, и клапан 51 управления EGR высокого давления и EGR-охладитель 52 высокого давления, которые вставляются в трубу 50 рециркуляции отработавшего газа высокого давления, составляют EGR-устройство высокого давления. Труба 50 рециркуляции отработавшего газа высокого давления предоставляет возможность расположенному выше по потоку выпускному каналу турбины 35b (выпускному коллектору 40) и расположенному ниже по потоку впускному каналу дроссельной заслонки 32 (впускному коллектору 30) сообщаться друг с другом. Клапан 51 управления EGR высокого давления может изменять количество отработавшего газа, который рециркулирует через трубу 50 рециркуляции отработавшего газа высокого давления, в ответ на управляющий сигнал от ЭБУ 70 двигателя.
Труба 53 рециркуляции отработавшего газа низкого давления, которая составляет канал (EGR-канал), который предоставляет возможность отработавшему газу протекать назад частично, и клапан 54 управления EGR низкого давления и EGR-охладитель 55 низкого давления, которые вставляются в трубу 53 рециркуляции отработавшего газа низкого давления, составляют EGR-устройство низкого давления. Труба 53 рециркуляции отработавшего газа низкого давления предоставляет возможность расположенному ниже по потоку выпускному каналу турбины 35b (выпускной трубе 41) и расположенному выше по потоку впускному каналу компрессора 35a (впускной трубе 31) сообщаться друг с другом. Клапан 54 управления EGR низкого давления может изменять количество отработавшего газа, который рециркулирует через трубу 53 рециркуляции отработавшего газа низкого давления, в ответ на управляющий сигнал от ЭБУ 70 двигателя.
Выпускная дроссельная заслонка 56 вставляется в выпускную трубу 41. Выпускная дроссельная заслонка 56 может повышать температуру отработавшего газа, который протекает в каталитический нейтрализатор 42 для очистки отработавшего газа, и изменять количество отработавшего газа, который рециркулирует через трубу 53 рециркуляции отработавшего газа низкого давления, в ответ на управляющий сигнал от ЭБУ 70 двигателя. Другими словами, количество отработавшего газа, который рециркулирует посредством EGR-устройства низкого давления, изменяется посредством клапана 54 управления EGR низкого давления и/или выпускной дроссельной заслонки 56.
Двигатель 10 снабжается датчиком 60 степени открытия дроссельной заслонки, который выводит сигнал, который представляет степень открытия дроссельной заслонки 32, расходомером 61 воздуха, который выводит сигнал, который представляет массовый расход всасываемого воздуха, проходящего через впускной канал, датчиком 62 давления во впускной трубе, который выводит сигнал, который представляет давление Pm газа, всасываемого в цилиндры (камеры сгорания) двигателя 10, датчиком 63 давления топлива, который выводит сигнал, который представляет давление Ep топлива в аккумуляторе 22, датчиком 64 давления в цилиндре, который выводит сигнал, который представляет давление в цилиндре (давление Pc в цилиндре) каждого из цилиндров, датчиком 65 угла поворота коленчатого вала, который выводит сигнал, который представляет скорость NE вращения двигателя в качестве скорости вращения двигателя 10 вместе с углом θ поворота коленчатого вала, датчиком 66a степени открытия клапана управления EGR высокого давления, который выводит сигнал, который представляет степень открытия клапана 51 управления EGR высокого давления, датчиком 66b степени открытия клапана управления EGR низкого давления, который выводит сигнал, который представляет степень открытия клапана 54 управления EGR низкого давления, и датчиком 67 температуры жидкости, который выводит сигнал, который представляет температуру THW охлаждающей жидкости.
Транспортное средство, на которое устанавливается двигатель 10, снабжается датчиком 68 степени открытия акселератора, который выводит сигнал, который представляет степень Ap открытия педали акселератора (не иллюстрирована), и датчиком 69 скорости, который выводит сигнал, который представляет скорость Vs движения транспортного средства.
ЭБУ 70 двигателя включает в себя ЦП 71, ПЗУ 72, которое хранит программу, которая выполняется посредством ЦП 71, таблицу соответствия и т.п., и ОЗУ 73, которое временно хранит данные. Выходные сигналы от датчиков, описанных выше, передаются в ЭБУ 70 двигателя. ЦП 71 выполняет процесс вычисления на основе сигналов, передаваемых от соответствующих датчиков, и таблицы соответствия (карты) и т.п., сохраненных в ПЗУ 72, и управляет различным оборудованием так, что двигатель 10 находится в желаемом рабочем состоянии.
Работа этого устройства управления будет описана ниже. Во-первых, процесс управления состоянием сгорания, который выполняется посредством центрального процессора 71 (далее в данном документе просто называемого "ЦП" в некоторых случаях), будет описан со ссылкой на фиг. 5. В этом процессе ЦП задает различные параметры сгорания так, что позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования соответствует целевой позиции Gc* центра тяжести, одновременно, когда двигатель 10 формирует выходную мощность, эквивалентную требуемой выходной мощности Pr двигателя. В этом варианте осуществления целевая позиция Gc* центра тяжести находится на 7° после верхней мертвой точки.
Когда двигатель 10 находится в работе, ЦП инициирует процесс с этапа 500 и предоставляет возможность процессу переходить к этапу 505 каждый раз, когда истекает предварительно определенный период времени. На этапе 505 ЦП определяет требуемую выходную мощность Pr двигателя на основе степени Ap открытия акселератора и скорости Vs движения. Более конкретно, ЦП выполняет настройку так, что требуемая выходная мощность Pr двигателя увеличивается, когда степень Ap открытия акселератора увеличивается, и требуемая выходная мощность Pr двигателя увеличивается, когда скорость Vs движения увеличивается.
Затем ЦП предоставляет возможность процессу переходить к этапу 510 и определяет требуемое количество tau впрыска, которое требуется для двигателя 10, чтобы создавать требуемую выходную мощность Pr двигателя. Более конкретно, ЦП выполняет настройку так, что требуемое количество tau впрыска увеличивается, когда требуемая выходная мощность Pr двигателя увеличивается.
Затем ЦП предоставляет возможность процессу переходить к этапу 515 и определяет давление Fp впрыска топлива. Более конкретно, ЦП задает давление Fp впрыска топлива в значение, пропорциональное требуемой выходной мощности Pr, как иллюстрировано на фиг. 6A. Затем, ЦП предоставляет возможность процессу переходить к этапу 520 и определяет давление Tp турбонаддува. Более конкретно, ЦП задает давление Tp турбонаддува в значение, пропорциональное требуемой выходной мощности Pr, как иллюстрировано на фиг. 6B.
Затем ЦП предоставляет возможность процессу переходить к этапу 525 и определяет отношение α топлива, впрыснутого посредством предварительного впрыска, к требуемому количеству tau впрыска (коэффициент предварительного впрыска 0≤α≤1). Другими словами, ЦП впрыскивает количество топлива, вычисленное как α×tau, посредством предварительного впрыска и впрыскивает количество топлива, вычисленное как (1-α)×tau, посредством основного впрыска. Коэффициент α определяется на основе температуры THW охлаждающей жидкости, скорости NE вращения двигателя и т.п.
Затем ЦП предоставляет возможность процессу переходить к этапу 530 и определяет момент CAinj впрыска топлива. Более конкретно, момент CAinj впрыска топлива, который коррелирует с "требуемой выходной мощностью Pr, требуемым количеством tau впрыска, давлением Fp впрыска топлива, давлением Tp турбонаддува и коэффициентом α предварительного впрыска", определяется заранее посредством эксперимента или т.п. так, что позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования соответствует целевой позиции Gc* центра тяжести, и сохраняется в ПЗУ 72 в форме таблицы соответствия. Другими словами, комбинации этих значений, которые "предоставляют возможность двигателю 10 создавать выходную мощность, эквивалентную требуемой выходной мощности Pr" и "предоставляют возможность позиции Gc центра тяжести интенсивности теплообразования соответствовать целевой позиции Gc* центра тяжести", сохраняются в ПЗУ 72 в форме таблицы соответствия. Момент CAinj впрыска топлива может быть отрегулирован посредством управления с обратной связью для позиции центра тяжести интенсивности теплообразования, которая иллюстрируется на фиг. 7 (описана ниже).
В течение фактического впрыска топлива посредством клапанов 20 впрыска топлива предварительный впрыск выполняется, когда угол θ поворота коленчатого вала для каждого из цилиндров находится дальше на стороне опережения, чем момент CAinj впрыска топлива, на допуск предварительно определенной величины (фиксированное значение), и основной впрыск выполняется, когда угол θ поворота коленчатого вала соответствует моменту CAinj впрыска топлива после этого.
Затем ЦП предоставляет возможность процессу переходить к этапу 535 и управляет топливным нагнетающим насосом 21 на основе выходного сигнала датчика 63 давления топлива так, что давление Ep в аккумуляторе 22 становится значением, соответствующим давлению Fp впрыска топлива. Затем ЦП предоставляет возможность процессу переходить к этапу 540 и управляет турбонагнетателем 35 на основе выходного сигнала от датчика 62 давления во впускной трубе так, что давление Pm во впускном коллекторе 30 становится значением, соответствующим давлению Tp турбонаддува. Затем ЦП предоставляет возможность процессу переходить к этапу 595 и временно завершает эту программу.
Управление с обратной связью для позиции центра тяжести интенсивности теплообразования, которое выполняется посредством ЦП, будет описано ниже со ссылкой на фиг. 7. В этой программе ЦП корректирует момент CAinj впрыска топлива посредством управления с обратной связью так, что позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования двигателя 10 соответствует целевой позиции Gc* центра тяжести. В этой программе угол θ поворота коленчатого вала выражается как угол после верхней мертвой точки, и, таким образом, угол θ поворота коленчатого вала дальше на стороне опережения, чем верхняя мертвая точка, является отрицательным значением. Эта программа выполняется для каждого из цилиндров двигателя 10.
Когда двигатель 10 находится в работе, ЦП инициирует процесс с этапа 700 и предоставляет возможность процессу переходить к этапу 705 каждый раз, когда истекает предварительно определенный период времени. На этапе 705 ЦП вычисляет интенсивность теплообразования на основе выходного сигнала от датчика 64 давления в цилиндре и вычисляет фактическую позицию Gc центра тяжести интенсивности теплообразования на основе интенсивности теплообразования. В частности, ЦП вычисляет интенсивность dQ(θ) [J/CA°] теплообразования, которая является теплотворной способностью на единицу измерения угла поворота коленчатого вала относительно угла θ [CA°] поворота коленчатого вала, на основе давления Pc в цилиндре. Затем ЦП вычисляет позицию Gc центра тяжести интенсивности теплообразования на основе интенсивности dQ(θ) теплообразования.
Более конкретно, позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования получается посредством вычисления, которое основано на следующем уравнении (4).
При этом CAs является углом поворота коленчатого вала, при котором сгорание начинается (угол поворота коленчатого вала для инициирования сгорания), а CAe является углом поворота коленчатого вала, при котором сгорание завершается (угол поворота коленчатого вала для окончания сгорания). Фактическая позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования вычисляется на основе уравнения (4), преобразованного в цифровое арифметическое выражение.
Угол CAs поворота коленчатого вала для инициирования сгорания является углом поворота коленчатого вала, при котором сгорание, получающееся в результате предварительного впрыска, инициируется. В случае, когда трудно прогнозировать угол CAs поворота коленчатого вала для инициирования сгорания и угол CAe поворота коленчатого вала для окончания сгорания для каждого цикла, угол CAs поворота коленчатого вала для инициирования сгорания задается в угол дальше на стороне опережения, чем угол поворота коленчатого вала, при котором сгорание фактически начинается (например, 20° к верхней мертвой точке), а угол CAe поворота коленчатого вала для окончания сгорания задается в угол дальше на стороне запаздывания, чем угол поворота коленчатого вала, при котором сгорание фактически завершается (например, 90° после верхней мертвой точки).
В этом варианте осуществления теплообразование, свойственное "дожигающему впрыску, который выполняется дальше на стороне запаздывания (например, 90° после верхней мертвой точки), чем подвпрыск, для увеличения в температуре отработавшего газа и активизации каталитического нейтрализатора 42 для очистки отработавшего газа", не принимается во внимание во время получения позиции Gc центра тяжести интенсивности теплообразования. Более конкретно, ЦП не задает значение угла CAe поворота коленчатого вала для окончания сгорания в значение дальше на стороне запаздывания, чем 90° после верхней мертвой точки.
Интенсивность dQ(θ) теплообразования в позиции Gc центра тяжести интенсивности теплообразования получается посредством вычисления, которое основано на следующем уравнении (5).
Затем ЦП предоставляет возможность процессу переходить к этапу 710 и определяет, меньше или нет позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования, чем целевая позиция Gc* центра тяжести. В случае, когда позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования меньше целевой позиции Gc* центра тяжести, ЦП выполняет положительное определение на этапе 710 и предоставляет возможность процессу переходить к этапу 715. В этом случае, позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования отклоняется дальше в сторону опережения, чем целевая позиция Gc* центра тяжести, и, таким образом ЦП регулирует момент CAinj впрыска топлива в сторону запаздывания на допуск, равный разнице ΔCA угла поворота коленчатого вала, на этапе 715. Другими словами, ЦП увеличивает значение момента CAinj впрыска топлива на допуск ΔCA (CAinj+ΔCA). В этом варианте осуществления разница ΔCA угла поворота коленчатого вала равна 0,5°. Затем ЦП предоставляет возможность процессу переходить к этапу 795 и временно завершает эту программу.
В случае, когда позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования является, по меньшей мере, целевой позицией Gc* центра тяжести, ЦП выполняет отрицательное определение на этапе 710 и предоставляет возможность процессу переходить к этапу 720. На этапе 720 ЦП определяет, превышает или нет позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования целевую позицию Gc* центра тяжести.
В случае, когда позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования превышает целевую позицию Gc* центра тяжести, ЦП выполняет положительное определение на этапе 720 и предоставляет возможность процессу переходить к этапу 725. В этом случае, позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования отклоняется дальше в сторону запаздывания, чем целевая позиция Gc* центра тяжести, и, таким образом ЦП регулирует момент CAinj впрыска топлива в сторону опережения на допуск, равный разнице ΔCA угла поворота коленчатого вала, на этапе 725. Другими словами, ЦП уменьшает значение момента CAinj впрыска топлива на допуск ΔCA (CAinj-ΔCA). Затем ЦП предоставляет возможность процессу переходить к этапу 795 и временно завершает эту программу.
В случае, когда позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования соответствует целевой позиции Gc* центра тяжести, ЦП выполняет отрицательное определение на этапе 720 и предоставляет возможность процессу переходить к этапу 795. В этом случае позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования соответствует целевой позиции Gc* центра тяжести, и, таким образом, ЦП не должен корректировать момент CAinj впрыска топлива. На этапе 795 ЦП временно завершает эту программу.
Как описано выше, устройство управления (ЭБУ 70 двигателя) для управления состоянием сгорания двигателя внутреннего сгорания (двигателя 10) согласно этому варианту осуществления изменяет состояние сгорания так, что позиция центра тяжести интенсивности теплообразования соответствует постоянному целевому углу поворота коленчатого вала (целевой позиции Gc* центра тяжести) независимо от нагрузки.
Кроме того, устройство управления (ЭБУ 70 двигателя) измеряет величину, соответствующую фактическому значению интенсивности теплообразования, и оценивает фактическую позицию центра тяжести интенсивности теплообразования на основе измеренной величины (этап 705 на фиг. 7), и управляет с обратной связью параметром сгорания так, что оцененная фактическая позиция центра тяжести интенсивности теплообразования приближается к целевому углу поворота коленчатого вала (этап 710-725 на фиг. 7).
Кроме того, устройство управления (ЭБУ 70 двигателя) предоставляет возможность, по меньшей мере, одному из давления впрыска топлива (давления Fp впрыска топлива), которое является давлением топлива, соответствующим случаю, когда клапан впрыска топлива (клапан 20 впрыска топлива) двигателя (двигателя 10) впрыскивает топливо, и давления турбонаддува (давления Tp турбонаддува), свойственного турбонагнетателю двигателя, быть пропорциональным выходной мощности двигателя (этап 515 и этап 520 на фиг. 5 и фиг. 6).
Другими словами, устройство управления (ЭБУ 70 двигателя) поддерживает, по меньшей мере, одно из давления впрыска топлива (давления Fp впрыска топлива), которое является давлением топлива, соответствующим случаю, когда клапан впрыска топлива двигателя (двигателя 10) впрыскивает топливо, и давления турбонаддува (давления Tp турбонаддува), свойственного турбонагнетателю двигателя, в предварительно определенном постоянном значении независимо от скорости вращения двигателя в случае, когда выходная мощность двигателя постоянна.
Управление давлением Fp впрыска топлива и/или давлением Tp турбонаддува предоставляет возможность устройству управления (ЭБУ 70 двигателя) изменять параметр сгорания для изменения состояния сгорания так, что степень увеличения интенсивности теплообразования относительно угла поворота коленчатого вала является постоянной в течение предварительно определенного периода времени, начинающегося от инициирования основного сгорания для каждого цикла.
Соответственно, это устройство управления (ЭБУ 70 двигателя) может поддерживать низкую интенсивность расхода топлива двигателя 10 независимо от рабочего состояния двигателя 10. Кроме того, это устройство управления может пресекать изменение в частотной составляющей звука двигателя, даже когда требуемая выходная мощность двигателя 10 изменяется. В результате, слышимость звука двигателя для двигателя 10 улучшается.
Вариант осуществления устройства управления для двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению был описан выше. Изобретение не ограничивается вариантом осуществления и может быть модифицировано в различных формах без отступления от духа изобретения. Например, ЦП может получать позицию Gc центра тяжести интенсивности теплообразования на основе любого определения из определений 1-6 позиции центра тяжести интенсивности теплообразования, описанных выше, вместо получения позиции Gc центра тяжести интенсивности теплообразования посредством вычисления, которое основывается на уравнении (4), как в этом варианте осуществления.
В этом варианте осуществления целевая позиция Gc* центра тяжести находится на 7° после верхней мертвой точки. Однако это устройство управления может задавать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования, в которой интенсивность расхода топлива минимизируется, в качестве целевой позиции Gc* центра тяжести в зависимости от двигателей, к которым это устройство управления применяется. Альтернативно, это устройство управления может задавать целевую позицию Gc* центра тяжести так, что целевая позиция Gc* центра тяжести становится значением в постоянном диапазоне, включающем в себя позицию центра тяжести интенсивности теплообразования, в которой интенсивность расхода топлива минимизируется.
В этом варианте осуществления ЦП сохраняет момент CAinj впрыска топлива, в который позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования соответствует целевой позиции Gc* центра тяжести, одновременно, когда двигатель 10 создает выходную мощность, эквивалентную требуемой выходной мощности Pr двигателя, в ПЗУ 72. Другими словами, ЦП принимает параметр (1), описанный выше, в качестве параметра для изменения состояния сгорания двигателя 10. Однако ЦП может принимать один или более параметров (1)-(12), описанных выше, в качестве параметра для изменения состояния сгорания.
В этом варианте осуществления ЦП управляет позицией Gc центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения или сторону запаздывания, когда позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования и целевая позиция Gc* центра тяжести отличаются друг от друга. Однако ЦП может пропускать управление позицией Gc центра тяжести интенсивности теплообразования в случае, когда "разница между позицией Gc центра тяжести интенсивности теплообразования и целевой позицией Gc* центра тяжести (=Gc*-Gc)" меньше предварительно определенного значения.
В этом варианте осуществления разница ΔCA угла поворота коленчатого вала является фиксированным значением. Однако ЦП может изменять значение разницы ΔCA угла поворота коленчатого вала. Например, ЦП может задавать разницу ΔCA угла поворота коленчатого вала в значение, которое имеет корреляцию с "разницей между позицией Gc центра тяжести интенсивности теплообразования и целевой позицией Gc* центра тяжести (=Gc*-Gc)".
В этом варианте осуществления ЦП выполняет предварительный впрыск перед основным впрыском. Однако ЦП может выполнять только основной впрыск без выполнения предварительного впрыска.
В этом варианте осуществления ЦП определяет момент CAinj впрыска топлива и выполняет управление с обратной связью моментом CAinj впрыска топлива так, чтобы регулировать позицию Gc центра тяжести интенсивности теплообразования каждый раз, когда требуемая выходная мощность Pr двигателя изменяется. Однако ЦП может узнавать результат управления с обратной связью моментом CAinj впрыска топлива и сохранять результат в ОЗУ 73. Другими словами, ЦП может узнавать момент CAinj впрыска топлива, в который позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования соответствует целевой позиции Gc* центра тяжести для каждой требуемой выходной мощности Pr двигателя и затем определяет момент CAinj впрыска топлива на основе результата изучения, когда требуемая выходная мощность Pr двигателя изменяется.
В этом варианте осуществления ЦП регулирует момент CAinj впрыска топлива так, чтобы управлять с обратной связью позицией Gc центра тяжести интенсивности теплообразования. Другими словами, ЦП смещает позицию Gc центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения или сторону запаздывания, выполняя операцию (1a) или (1b), описанные выше. Однако ЦП может смещать позицию Gc центра тяжести интенсивности теплообразования в сторону опережения или сторону запаздывания посредством одной или более из операций (1a)-(12a) или (1b)-(12b), описанных выше.
В этом варианте осуществления двигатель 10 снабжается EGR высокого давления (трубой 50 рециркуляции отработавшего газа высокого давления или т.п.) и EGR низкого давления (трубой 53 рециркуляции отработавшего газа низкого давления или т.п.). Однако двигатель 10 может быть снабжен только одним из EGR высокого давления и EGR низкого давления.
В этом варианте осуществления ЦП оценивает позицию центра тяжести интенсивности теплообразования на основе выходного сигнала датчика 64 давления в цилиндре. Однако ЦП может оценивать позицию центра тяжести интенсивности теплообразования, например, способом измерения ионного тока в цилиндре.
В этом варианте осуществления ЦП регулирует позицию Gc центра тяжести интенсивности теплообразования посредством управления с обратной связью моментом CAinj впрыска топлива (фиг. 7). Однако ЦП может регулировать позицию Gc центра тяжести интенсивности теплообразования посредством только процесса, иллюстрированного на фиг. 5 с пропущенным этим управлением с обратной связью.
В этом варианте осуществления ЦП регулирует позицию Gc центра тяжести интенсивности теплообразования посредством управления с обратной связью моментом CAinj впрыска топлива (фиг. 7). Однако ЦП может пропускать управление с обратной связью в случае, когда разница между требуемой выходной мощностью Pr двигателя, определенной на этапе 510 на фиг. 5, и выходной мощностью двигателя, требуемой в предварительно определенном периоде времени ранее, равна или меньше предварительно определенного порога, т.е. в случае, когда величина изменения в требуемой выходной мощности Pr двигателя в единицу времени равна или меньше предварительно определенного порога. Этот предварительно определенный порог может быть "0".
В этом варианте осуществления ЦП выполняет управление сгоранием так, что позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования становится постоянной целевой позицией Gc* центра тяжести независимо от рабочего состояния двигателя, определенного на основе нагрузки, скорости вращения двигателя или т.п. Однако ЦП может выполнять управление сгоранием, чтобы предоставлять возможность позиции Gc центра тяжести интенсивности теплообразования соответствовать постоянной целевой позиции Gc* центра тяжести только в случае, когда нагрузка находится в предварительно определенном диапазоне, и выполнять управление сгоранием для изменения целевой позиции Gc* центра тяжести по направлению к позиции, отличной от постоянной целевой позиции Gc* центра тяжести, в случае, когда нагрузка не находится в предварительно определенном диапазоне.
В этом варианте осуществления ЦП задает каждое из давления Fp впрыска топлива и давления Tp турбонаддува в значение, пропорциональное требуемой выходной мощности Pr, так, чтобы пресекать изменение в частотной составляющей звука двигателя. Однако ЦП может пропускать этот процесс, поскольку позиция Gc центра тяжести интенсивности теплообразования соответствует целевой позиции Gc* центра тяжести в случае, когда звук двигателя не должен приниматься во внимание.
В этом варианте осуществления ЦП задает каждое из давления Fp впрыска топлива и давления Tp турбонаддува в значение, пропорциональное требуемой выходной мощности Pr, так, чтобы пресекать изменение в частотной составляющей звука двигателя. Однако просто одно из давления Fp впрыска топлива и давления Tp турбонаддува может быть задано в значение, пропорциональное требуемой выходной мощности Pr.