УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ
MOTOR CONTROL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Изобретение относится к устройству управления двигателем, применяемому в двигателе внутреннего сгорания, имеющем устройство EGR, которое управляет состояниями сгорания топлива в двигателе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В общем, когда двигатель внутреннего сгорания, такой как дизельный двигатель (далее в этом документе называемый «двигателем») работает, вся энергия, сформированная посредством сгорания смешиваемого газа, не может быть преобразована в работу по вращению коленчатого вала, и в силу этого неизбежно формируются потери. Потери включают в себя потери на охлаждении, преобразованные в увеличение температуры самого двигателя и охлаждающей воды, потери на выхлопе, выделяемые в атмосферу посредством выхлопного газа, насосные потери, формируемые в виде всасывания и выхлопа, потери на механическое сопротивление и т.д. Из них потери на охлаждении и потери на выхлопе составляют значительную долю всех потерь. Таким образом, чтобы улучшать степень потребления топлива, представляется эффективным уменьшать потери на охлаждении и потери на выхлопе.
[0003] Тем не менее, потери на охлаждении и потери на выхлопе находятся в общем в компромиссном соотношении, и, следовательно, в большинстве случаев трудно уменьшить одновременно как потери на охлаждении, так и потери на выхлопе. Например, в случае, если двигатель имеет нагнетатель, потери на выхлопе снижаются по мере того, как возрастает давление наддува, поскольку энергия выхлопного газа используется эффективно. С другой стороны, температура сгорания увеличивается по мере того, как существенно увеличивается степень сжатия, и в силу этого увеличиваются потери на охлаждении. Соответственно, в некоторых случаях, сумма этих потерь может увеличиваться.
[0004] Чтобы уменьшать сумму потерь, устройство управления, которое управляет состоянием сгорания топлива, подаваемого (впрыскиваемого) в двигатель (далее в этом документе называемым просто «состоянием сгорания в двигателе»), должно оптимально управлять различными параметрами, которые изменяют состояние сгорания, такими как объем впрыска топлива и момент впрыска и количество газа EGR, в дополнение к давлению наддува, описанному выше, в ответ на рабочее состояние двигателя (частоту вращения, выходную мощность и т.д.). Параметры, которые изменяют состояние сгорания (т.е. параметры, которые влияют на состояние сгорания, описанное выше), называются просто «параметрами сгорания». Тем не менее, затруднительно определять параметры сгорания посредством экспериментов и т.п. заранее таким образом, что они совпадают с оптимальными значениями в отношении каждого рабочего состояния, и в силу этого необходимо проводить огромное количество экспериментов, чтобы определить их. Следовательно, разработаны способы систематического определения параметров сгорания.
[0005] Например, одно из традиционных устройств управления для двигателя внутреннего сгорания (далее в этом документе называемое «традиционным устройством») вычисляет угол поворота коленчатого вала, при котором формируется половина общего количества тепла, сформированного во время хода сгорания (далее в этом документе, угол поворота коленчатого вала называется «барицентрическим углом сгорания»). Кроме того, когда барицентрический угол сгорания отличается/отступает от заданного опорного значения, традиционное устройство заставляет барицентрический угол сгорания становиться равным опорному значению посредством коррекции момента впрыска либо посредством регулирования плотности кислорода в камерах сгорания (в цилиндрах) через регулирование отношения EGR (количества газа EGR) (например, см. патентный документ 1).
СПИСОК БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ССЫЛОК
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0006] Патентный документ 1. Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии № 2011-202629
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] В этой связи, например, что касается дизельных двигателей, в некоторых случаях выполняется многофазный впрыск, при котором топливо впрыскивается несколько раз для сгорания в одном цикле. Более конкретно, что касается дизельных двигателей, предварительные впрыски выполняются до основного впрыска в некоторых случаях. В этом случае взаимосвязь между углом поворота коленчатого вала и скоростью тепловыделения (скоростью теплообразования, количеством тепла, вырабатываемого посредством сгорания в расчете на единичный угол поворота коленчатого вала), например, показана посредством формы волны в качестве кривой линии CL1 на фиг. 17(A). Эта форма волны называется «формой волны сгорания». Форма волны, показанная на фиг. 17(A), достигает локального максимального значения Lp вследствие предварительного впрыска, инициированного при угле θ1 поворота коленчатого вала, и достигает максимального значения Lm вследствие основного впрыска, инициированного при угле θ2 поворота коленчатого вала.
[0008] Кроме того, фиг. 17(B) показывает взаимосвязь между углом поворота коленчатого вала и «отношением интегрированного значения количества тепла, сформированного посредством сгорания, показанного посредством кривой линии CL1, к общему количеству теплообразования (причем отношение представляет собой отношение количества вырабатываемого тепла)». Как показано на фиг. 17(B), барицентрический угол сгорания (угол поворота коленчатого вала, при котором отношение количества вырабатываемого тепла становится равным 50%), описанный выше, представляет собой угол θ3 поворота коленчатого вала.
[0009] Напротив, как показано посредством кривой линии CL2 на фиг. 18(A), в случае, если обеспечивается опережение момента инициирования предварительного впрыска от угла θ1 поворота коленчатого вала до угла θ0 поворота коленчатого вала только на Δθ, угол поворота коленчатого вала (начальный угол теплообразования), при котором теплообразование начинается посредством сгорания топлива, подаваемого посредством предварительного впрыска, перемещается к стороне опережения на Δθ. Тем не менее, что касается сгорания, показанного на фиг. 17(A) и фиг. 18(A), поскольку барицентрические углы сгорания находятся после начала сгорания топлива, подаваемого посредством основного впрыска (т.е. после угла θ2 поворота коленчатого вала), барицентрический угол сгорания остается углом θ3 поворота коленчатого вала без изменения, как следует понимать из фиг. 18(B), который показывает отношение количества вырабатываемого тепла сгорания с использованием кривой линии CL2. Иными словами, возникают случаи, в которых барицентрический угол сгорания не изменяется, даже если форма волны сгорания изменяется посредством перемещения момента предварительного впрыска к стороне опережения. Другими словами, барицентрический угол сгорания не обязательно является индексом, который может точно отражать аспект (или состояние) сгорания каждого цикла.
[0010] В действительности, авторы изобретения измерили взаимосвязи между барицентрическим углом сгорания и «степенью ухудшения эффективности использования топлива» для/относительно различных частот вращения двигателя, причем степень ухудшения эффективности представляет собой отношение на основании отношения расхода топлива относительно (при) различных барицентрических углов сгорания к отношению расхода топлива относительно (при) барицентрического угла сгорания (точки наилучшей эффективности использования топлива), при котором отношение расхода топлива становится наименьшим. Результаты показаны на фиг. 19. Кривые линии Hb1-Hb3 на фиг. 19 являются результатами измерений в случае низкой частоты вращения и низкой нагрузки на двигатель, средней частоты вращения и средней нагрузки на двигатель и высокой частоты вращения и высокой нагрузки на двигатель, соответственно. Как следует понимать из фиг. 19, авторы изобретения получили сведения, что барицентрический угол сгорания, при котором степень ухудшения эффективности использования топлива становится наименьшим, изменяется по мере того, как изменяется частота вращения двигателя и нагрузка на двигатель. Другими словами, обнаружено, что даже когда состояние сгорания управляется таким образом, что барицентрический угол сгорания совпадает с постоянным опорным значением, степень ухудшения эффективности использования топлива может не становиться наименьшей, если изменяются частота вращения двигателя и нагрузка на двигатель.
[0011] С учетом вышеизложенного, авторы изобретения акцентируют внимание на «барицентрическом положении скорости тепловыделения» в качестве значения индекса, представляющего состояние сгорания, вместо барицентрического угла сгорания, который традиционно используется. Барицентрическое положение скорости тепловыделения определяется посредством различных способов, описанных ниже. Барицентрическое положение скорости тепловыделения выражается посредством угла поворота коленчатого вала.
[0012] Определение 1. Барицентрическое положение скорости тепловыделения представляет собой угол поворота коленчатого вала, соответствующий геометрическому барицентрическому положению (геометрическому центру тяжести) области, обведенной посредством «формы волны скорости тепловыделения, нарисованной на графике, на котором одна ось соответствует углам поворота коленчатого вала для каждого цикла, а другая ось, ортогональная к одной оси, соответствует скорости тепловыделения» и «одной оси».
[0013] Определение 2. Барицентрическое положение скорости тепловыделения представляет собой угол поворота коленчатого вала, при котором:
- интегрированное значение, относительно угла поворота коленчатого вала, произведений «разности углов поворота коленчатого вала между «каждым произвольным углом поворота коленчатого вала на стороне опережения относительно конкретного угла поворота коленчатого вала» и «конкретным углом поворота коленчатого вала»» и «скоростью тепловыделения при произвольном угле поворота коленчатого вала»
и
- интегрированное значение, относительно угла поворота коленчатого вала, произведений «разности углов поворота коленчатого вала между «каждым произвольным углом поворота коленчатого вала на стороне запаздывания относительно конкретного угла поворота коленчатого вала» и «конкретным углом поворота коленчатого вала»» и «скоростью тепловыделения при произвольном угле поворота коленчатого вала»
- равны друг другу.
[0014] Другими словами, барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения представляет собой угол поворота коленчатого вала, при котором следующая формула (1) выполняется в каждом цикле, при этом:
CAs является углом поворота коленчатого вала (начальным углом сгорания), при котором начинается сгорание топлива, CAe является углом поворота коленчатого вала, при котором завершается сгорание, θ является произвольным углом поворота коленчатого вала и dQ(θ) является скоростью тепловыделения при угле θ поворота коленчатого вала. Следует отметить, что угол θ поворота коленчатого вала выражается как угол после того, как верхняя мертвая точка сжатия и в силу этого угол θ поворота коленчатого вала является отрицательным значением, когда угол поворота коленчатого вала находится на стороне опережения относительно верхней мертвой точки сжатия.
Математическое выражение 1
[0015] Определение 3. Посредством надлежащего изменения формулы (1), описанной выше, получается следующая формула (2). Следовательно, при выражении определения 2 по-другому, барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения может задаваться как конкретный угол поворота коленчатого вала, при котором значение, полученное посредством интегрирования, относительно угла поворота коленчатого вала, произведений «значения (θ-Gc), полученного посредством вычитания конкретного угла (Gc) поворота коленчатого вала из каждого произвольного угла (θ) поворота коленчатого вала для каждого цикла» и «скорости (dQ(θ)) тепловыделения при произвольном угле (θ) поворота коленчатого вала», становится равным 0.
Математическое выражение 2
[0016] Определение 4. Барицентрическое положение скорости тепловыделения является значением Gc, полученным посредством вычисления для каждого цикла на основе следующей формулы (3), при этом CAs является углом поворота коленчатого вала, в/с которого начинается сгорание топлива, CAe является углом поворота коленчатого вала, при котором завершается сгорание, θ является произвольным углом поворота коленчатого вала, и dQ(θ) является скоростью тепловыделения при угле θ поворота коленчатого вала.
Математическое выражение 3
[0017] Определение 5. Определение 4, описанное выше, также может рассматриваться следующим образом. Иными словами, барицентрическое положение скорости тепловыделения является значением, полученным посредством суммирования начального угла (CAs) сгорания со значением, полученным посредством деления «интегрированного значения произведений «разности (θ-CAs) между каждым произвольным углом (θ) поворота коленчатого вала и начальным углом (CAs) сгорания»» и «скоростью тепловыделения при произвольном угле (θ) поворота коленчатого вала» относительно угла поворота коленчатого вала» на «площадь области, определяемой формой волны скорости тепловыделения относительно угла поворота коленчатого вала».
[0018] Барицентрическое положение скорости тепловыделения, например, представляет собой угол θ3 поворота коленчатого вала, соответствующий геометрическому барицентрическому положению G области A1, обведенной посредством кривой линии C1 и оси абсциссы, представляющей углы поворота коленчатого вала в примере, показанном на фиг. 1(A). Помимо этого, как показано на фиг. 1(B), в случае, в котором обеспечивается опережение момента инициирования предварительного впрыска от угла θ1 поворота коленчатого вала до угла θ0 поворота коленчатого вала на Δθp, барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения перемещается к стороне опережения на Δθg таким образом, что она становится углом θ3' поворота коленчатого вала вследствие изменения момента инициирования предварительного впрыска. Таким образом, можно сказать, что барицентрическое положение скорости тепловыделения является значением индекса, которое отражает состояние сгорания точнее барицентрического угла сгорания, который является традиционным значением индекса, причем состояние сгорания изменяется вследствие тепла, сформированного посредством предварительного впрыска.
[0019] Предусмотрены различные средства (т.е. параметры сгорания) для перемещения/изменения барицентрического положения скорости тепловыделения к стороне опережения или стороне запаздывания. Например, можно обеспечивать опережение барицентрического положения скорости тепловыделения посредством осуществления/выполнения по меньшей мере одной из нижеперечисленных операций:
(1a) операции для перемещения момента основного впрыска к стороне опережения;
(2a) операции для увеличения давления впрыска топлива;
(3a) операции для увеличения объема впрыска (топлива) каждого из предварительных впрысков;
(4a) операции для перемещения «барицентрического положения скорости тепловыделения предварительного впрыска(ов)», определенной на основании тепла, вырабатываемого посредством сгорания топлива, подаваемого посредством предварительного впрыска в цилиндр, к стороне опережения;
(5a) операции для увеличения давления наддува; и
(6a) операции для снижения количества газа EGR (отношение EGR).
[0020] С другой стороны, можно обеспечивать запаздывание барицентрического положения скорости тепловыделения посредством осуществления/выполнения по меньшей мере одной из нижеперечисленных операций:
(1b) операции для перемещения момента основного впрыска к стороне запаздывания;
(2b) операции для снижения давления впрыска топлива;
(3b) операции для снижения объема впрыска (топлива) каждого из предварительных впрысков;
(4b) операции для перемещения «барицентрического положения скорости тепловыделения предварительного впрыска(ов)» к стороне запаздывания;
(5b) операции для снижения давления наддува; и
(6b) операции для увеличения количества газа EGR.
[0021] Кроме того, авторы изобретения измерили «взаимосвязи между барицентрическим положением скорости тепловыделения и степенью ухудшения эффективности использования топлива» для различных комбинаций нагрузки на двигатель (требуемого крутящего момента) и частот вращения двигателя. Результаты показаны на фиг. 2. Кривые линии Gc1-Gc3 на фиг. 2 являются результатами измерений в случае низкой частоты вращения и низкой нагрузки на двигатель, средней частоты вращения и средней нагрузки на двигатель и высокой частоты вращения и высокой нагрузки на двигатель, соответственно. Как следует понимать из фиг. 2, даже если частота вращения двигателя и/или нагрузка на двигатель изменяется, барицентрическое положение скорости тепловыделения, соответствующая случаю, в котором степень ухудшения эффективности использования топлива является минимальной, совпадает с конкретным (постоянным) углом θa поворота коленчатого вала (в примере по фиг. 2, θa представляет собой угол поворота коленчатого вала в 7° после верхней мертвой точки сжатия). Другими словами, обнаружено, что в отличие от барицентрического угла сгорания, показанного на фиг. 17, степень ухудшения эффективности использования топлива остается/становится приблизительно постоянным значением, которое является близким к минимальному значению, при условии что барицентрическое положение скорости тепловыделения находится в окружении угла θa поворота коленчатого вала, даже если частота вращения двигателя и/или нагрузка на двигатель изменяются.
[0022] С учетом вышеизложенного, авторы изобретения получили сведения, что барицентрическое положение скорости тепловыделения является хорошим индексом (значением), который точно отражает состояние сгорания, и в силу этого состояние сгорания в двигателе может поддерживаться как конкретное состояние, и эффективность использования топлива (отношение расхода топлива) может повышаться посредством поддержания барицентрического положения скорости тепловыделения равной заданному постоянному значению (например, опорному углу поворота коленчатого вала в окружении угла θa поворота коленчатого вала, описанного выше) независимо от нагрузки на двигатель (и/или частоты вращения двигателя). Соответственно, авторы изобретения разработали устройство управления двигателем, которое поддерживает барицентрическое положение скорости тепловыделения при постоянном угле поворота коленчатого вала (опорном угле поворота коленчатого вала) независимо от нагрузки на двигатель (и/или частоты вращения двигателя). Тем не менее, обнаружено, что в случае, в котором двигатель оснащен устройством EGR, шум при сгорании может быть чрезмерно громким, если выполняется управление для поддержания барицентрического положения скорости тепловыделения при постоянном угле поворота коленчатого вала (далее в этом документе называемое «управлением барицентрическим положением скорости тепловыделения» или «управлением барицентрическим положением»). Ниже описана причина этого.
[0023] Хорошо известно, что устройство EGR (рециркуляции выхлопных газов) представляет собой устройство, которое обеспечивает рециркуляцию части выхлопного газа в качестве газа EGR в цилиндры, чтобы снижать максимальную температуру в цилиндрах в ходе сгорания топлива и за счет этого снижать плотность NOx, содержащегося в выхлопном газе.
[0024] Тем не менее, в случае, если выполняется EGR, период времени от впрыска топлива до зажигания топлива может становиться более длительным по сравнению со случаем, в котором газ EGR не присутствует/вводится, поскольку плотность кислорода в цилиндрах снижается вследствие наличия газа EGR. Этот период времени от впрыска топлива до зажигания называется «задержкой зажигания». Иными словами, задержка зажигания может становиться более длительной вследствие наличия газа EGR в цилиндре.
[0025] Кроме того, задержка зажигания может становиться более длительной по мере того, как объем впрыска топлива становится меньшим. Например, задержка зажигания может становиться более длительной, когда нагрузка на двигатель является низкой, чем тогда, когда нагрузка на двигатель является высокой, поскольку объем топлива, впрыскиваемый в цилиндр, становится более низким по мере того, как нагрузка на двигатель становится более низкой. Задержка зажигания также может становиться более длительной, когда частота вращения двигателя является низкой, чем тогда, когда частота вращения двигателя является высокой, поскольку объем воздуха, введенный в цилиндр, становится меньшим по мере того, как частота вращения двигателя является более низкой. Помимо этого, даже если двигатель оснащен нагнетателем, задержка зажигания может становиться более длительной, когда нагрузка на двигатель является низкой, или частота вращения двигателя является низкой, чем тогда, когда нагрузка на двигатель является высокой, или частота вращения двигателя является высокой, поскольку частоты вращения турбины и компрессора нагнетателя становятся более низкими по мере того, как нагрузка на двигатель становится более низкой, или частота вращения двигателя становится более низкой. Иными словами, более вероятно, что задержка зажигания становится чрезмерно длительной, в случае, если газ EGR присутствует в цилиндре, и помимо этого, рабочее состояние двигателя определяется при низкой нагрузке на двигатель или низкой частоте вращения.
[0026] Если задержка зажигания является относительно короткой, топливо, впрыскиваемое из клапана впрыска топлива, быстро загорается и начинает сгорать. После этого топливо, которое дополнительно впрыскивается из клапана впрыска топлива, начинает сгорать сразу, с использованием топлива, которое уже начало сгорать, в качестве источника зажигания.
[0027] Напротив, если задержка зажигания является относительно длительной, топливо, впрыскиваемое из клапана впрыска топлива, не загорается быстро и распространяется в цилиндре 22 таким образом, что оно смешивается с воздухом. После этого топливо, которое уже смешано с воздухом, сгорает полностью сразу после того, как топливо загорается. В результате давление в цилиндре (т.е. давление в цилиндре) увеличивается радикально/быстро, и в силу этого шум при сгорании становится чрезмерно громким.
[0028] Более конкретно, объем шума при сгорании коррелируется с величиной увеличения давления в цилиндре в единицу времени. По мере того, как задержка зажигания становится длительнее, давление в цилиндре увеличивается быстро/радикально вследствие сгорания топлива в цилиндре, которое возникает одновременно. Соответственно, величина увеличения давления в цилиндре в единицу времени становится большой, когда начинается сгорание. В результате шум при сгорании становится громче, когда задержка зажигания является длительной, чем тогда, когда задержка зажигания является короткой.
[0029] Как описано выше, когда управление барицентрическим положением выполняется для двигателя, имеющего устройство EGR, шум при сгорании может становиться относительно громким, в частности, в случае, если нагрузка на двигатель или частота вращения двигателя является низкой. Следовательно, например, в случае, если такой двигатель монтируется на автомобиле, возникает проблема в том, что водитель автомобиля испытывает некомфортное ощущение из-за шума.
[0030] С учетом вышеизложенного, одна из задач настоящего изобретения состоит в создании «устройства управления для двигателя, оснащенное устройством EGR», которое может повышать эффективность использования топлива и снижать/понижать шум при сгорании с использованием управления барицентрическим положением.
[0031] Устройство управления двигателем (далее в этом документе называемое «устройством по настоящему изобретению») для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению, с тем чтобы достигать цели, описанной выше, применяется к двигателю внутреннего сгорания, имеющему устройство EGR. Кроме того, устройство по настоящему изобретению содержит модуль управления, который задает параметр(ы) сгорания для управления состоянием сгорания в двигателе.
[0032] Кроме того, модуль управления:
- осуществляет/выполняет управление барицентрическим положением, которое задает (устанавливает) параметр(ы) сгорания таким образом, что барицентрическое положение скорости тепловыделения, которая представляет состояние сгорания, совпадает (становится равной) с постоянным опорным углом поворота коленчатого вала, когда двигатель находится в заданном рабочем состоянии.
[0033] Кроме того, модуль управления:
- осуществляет/выполняет конкретное управление вместо управления барицентрическим положением, когда конкретное условие выполняется, причем конкретное условие представляет собой условие, в котором EGR посредством устройства EGR выполняется (EGR работает), и нагрузка двигателя ниже заданного порогового значения нагрузки, или частота вращения двигателя ниже заданного порогового значения частоты вращения.
[0034] Здесь, конкретное управление представляет собой управление, которое задает (устанавливает) параметры сгорания таким образом, что максимальное значение величины увеличения в единицу времени давления в цилиндре (т.е. «скорость увеличения давления в цилиндрах») в произвольном рабочем состоянии в случае, если выполняется конкретное условие, ниже максимального значения величины увеличения давления в цилиндре в произвольном рабочем состоянии в случае, если выполняется управление барицентрическим положением.
[0035] Согласно устройству по настоящему изобретению, когда конкретное условие, описанное выше, выполняется (т.е. когда имеется вероятность того, что шум при сгорании становится чрезмерно громким, если выполняется (в противном случае должно выполняться) управление барицентрическим положением), максимальное значение скорости увеличения давления в цилиндрах снижается. В результате эффективность использования топлива может повышаться вследствие управления барицентрическим положением при том, что конкретное условие не выполняется, и шум при сгорании может подавляться при том, что конкретное условие выполняется.
[0036] В одном из аспектов устройства по настоящему изобретению:
- модуль управления выполняет управление, в качестве конкретного управления, которое сокращает время, требуемое для зажигания топлива, впрыскиваемого в цилиндр, с тем чтобы начинать сгорать (т.е. задержка зажигания, которая является периодом времени от впрыска топлива до начала сгорания впрыскиваемого топлива).
[0037] Согласно этому аспекту, поскольку задержка зажигания не становится чрезмерно длительной, можно уменьшать объем топлива, который распространяется в цилиндре 22 до того, как начинается сгорание. Таким образом, можно не допускать быстрого увеличения давления в цилиндре, когда сгорание начинается, так что может подавляться шум при сгорании.
[0038] Более конкретно:
- двигатель содержит нагнетатель, и
- модуль управления вышеуказанного аспекта выполняет управление, в качестве конкретного управления, чтобы увеличивать давление наддува, которое представляет собой один из параметров сгорания.
[0039] Согласно аспекту, описанному выше, объем кислорода, протекающего в цилиндр, увеличивается вследствие увеличения давления наддува. Увеличение объема кислорода заставляет топливо в цилиндре загораться более легко, и в силу этого задержка зажигания не становится более длительной. Кроме того, увеличение давления наддува повышает давление в цилиндре. Увеличение давления в цилиндре повышает температуру в цилиндре, так что стимулируются распыление и испарение топлива, впрыскиваемого в цилиндр. В результате впрыскиваемое топливо начинает быстро сгорать. Следовательно, может исключаться рост задержки зажигания.
[0040] В другом аспекте устройства по настоящему изобретению:
- модуль управления выполняет, в качестве конкретного управления, управление, которое продлевает время (период времени) от «предварительного впрыска (в частности, конечного момента времени предварительного впрыска), выполняемого непосредственно перед основным впрыском», до «основного впрыска (в частности, начального момента времени основного впрыска)».
[0041] Согласно аспекту, описанному выше, можно не допускать состояния, в котором «количество тепла, вырабатываемого в единицу времени (скорость тепловыделения при основном впрыске) посредством сгорания топлива основного впрыска» становится большим в период, в который «количество тепла, вырабатываемого в единицу времени (скорость тепловыделения при предварительном впрыске) посредством сгорания топлива предварительного впрыска» является большим. Другими словами, можно не допускать возникновения периода, в который сумма скорости тепловыделения при предварительном впрыске и скорости тепловыделения при основном впрыске является высокой. В результате можно не допускать быстрого увеличения давления в цилиндре.
[0042] Помимо этого, поскольку основной впрыск инициируется после увеличения температуры в цилиндре вследствие сгорания топлива, впрыскиваемого посредством предварительного впрыска, топливо, впрыскиваемое посредством основного впрыска, начинает сгорать сразу. Следовательно, можно снижать максимальное значение скорости увеличения давления в цилиндрах в момент сгорания топлива, впрыскиваемого посредством основного впрыска.
[0043] Более конкретно:
- модуль управления аспекта выполняет, в качестве конкретного управления по меньшей мере одно из следующего:
- управление, которое обеспечивает опережение момента предварительного впрыска (конечного момента времени предварительного впрыска), который представляет собой один из параметров сгорания; и
- управление, которое обеспечивает запаздывание момента основного впрыска (начального момента времени основного впрыска), который представляет собой один из параметров сгорания.
[0044] Согласно аспекту, описанному выше, можно бесперебойно продлевать время (период) от конечного момента времени предварительного впрыска до начального момента времени основного впрыска.
[0045] В другом аспекте устройства по настоящему изобретению:
- модуль управления выполняет, в качестве конкретного управления, управление, которое увеличивает скорость увеличения объема камеры сгорания в момент времени начала сгорания топлива, впрыскиваемого посредством основного впрыска.
[0046] В частности, поршень перемещается вверх в ходе сжатия и начинает перемещаться вниз после того, как он достигает верхней мертвой точки сжатия. Скорость поршня движения вниз увеличивается в течение периода от момента времени, в который положение поршня находится в верхней мертвой точке сжатия, до момента времени, в который положение поршня достигает угла поворота коленчатого вала 90° после верхней мертвой точки сжатия. В течение этого периода, возрастает величина увеличения в единицу времени объема камеры сгорания в цилиндре (т.е. скорость увеличения объема камеры сгорания). По мере того, как скорость увеличения объема камеры сгорания в момент формирования сгорания становится большей, увеличение давления в цилиндре, вызываемое посредством сгорания, сдерживается в большей степени за счет увеличения объема камеры сгорания. Таким образом, согласно аспекту, описанному выше, может снижаться максимальное значение скорости увеличения давления в цилиндрах, когда топливо, впрыскиваемое посредством основного впрыска, сгорает.
[0047] Более конкретно, модуль управления аспекта:
- выполняет управление, в качестве конкретного управления, которое обеспечивает запаздывание момента основного впрыска, причем момент впрыска представляет собой один из параметров сгорания.
[0048] Согласно аспекту, описанному выше, можно легко управлять «моментом (моментом времени), при котором топливо, впрыскиваемое посредством основного впрыска, начинает сгорать», таким образом, что момент совпадает с «моментом (моментом времени), при котором скорость увеличения объема камеры сгорания является высокой».
[0049] В другом аспекте устройства по настоящему изобретению:
- модуль управления выполняет, в качестве конкретного управления, управление, которое снижает скорость сгорания топлива, впрыскиваемого посредством основного впрыска.
[0050] Согласно аспекту, описанному выше, скорость сгорания снижается, и в силу этого снижается скорость тепловыделения. В результате быстрое увеличение давления в цилиндре подавляется, и в силу этого может понижаться максимальное значение скорости увеличения давления в цилиндрах.
[0051] Более конкретно, модуль управления аспекта выполняет, в качестве конкретного управления, управление, которое снижает давление впрыска топлива (т.е. давление впрыска топлива), которое представляет собой один из параметров сгорания.
[0052] Согласно аспекту, описанному выше, диаметр частиц впрыскиваемого топлива становится большим по мере того, как давление впрыска топлива становится более низким. Требуемое время для распыления и выпаривания топлива становится более длительным по мере того, как диаметр частиц топлива становится большим, и, следовательно, вышеуказанный аспект позволяет снижать скорость сгорания.
[0053] Следует отметить, что настоящее изобретение может применяться в автомобиле, оснащенном двигателем внутреннего сгорания, в котором применяется устройство по настоящему изобретению, описанное выше, и может дополнительно включать в себя способ, используемый в устройстве по настоящему изобретению, описанном выше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0054] Фиг. 1 является графиком для пояснения барицентрического положения скорости тепловыделения.
Фиг. 2 является графиком, показывающим взаимосвязи между барицентрическим положением скорости тепловыделения и степенью ухудшения эффективности использования топлива для различных комбинаций нагрузки на двигатель и частоты вращения двигателя.
Фиг. 3 является принципиальной схемой двигателя внутреннего сгорания, в котором применяется устройство управления (первое устройство) согласно первому варианту осуществления по настоящему изобретению.
Фиг. 4 является графиком, показывающим шум при сгорании для каждого рабочего состояния двигателя.
Фиг. 5 является графиком, показывающим изменения давления в цилиндрах относительно углов поворота коленчатого вала для каждой из различных нагрузок на двигатель в случае, если частота вращения является высокой.
Фиг. 6 является графиком, показывающим изменения давления в цилиндрах относительно углов поворота коленчатого вала для каждой из различных нагрузок на двигатель в случае, если частота вращения является низкой.
Фиг. 7 является графиком, показывающим взаимосвязи между углом поворота коленчатого вала и давлением в цилиндрах в случае, если первое устройство выполняет управление для недопущения увеличения шума, и в случае, если оно не выполняет управление.
Фиг. 8 является блок-схемой, показывающей процесс задания параметров сгорания, который выполняет первое устройство.
Фиг. 9 является графиком, показывающим взаимосвязи между углом поворота коленчатого вала и давлением в цилиндрах в случае, если устройство управления (второе устройство) согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения выполняет управление для недопущения увеличения шума, и в случае, если оно не выполняет управление.
Фиг. 10 является блок-схемой, показывающей процесс задания параметров сгорания, который выполняет второе устройство.
Фиг. 11 является графиком, показывающим взаимосвязи между углом поворота коленчатого вала и давлением в цилиндрах в случае, если устройство управления (третье устройство) согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения выполняет управление для недопущения увеличения шума, и в случае, если оно не выполняет управление.
Фиг. 12 является блок-схемой, показывающей процесс задания параметров сгорания, который выполняет третье устройство.
Фиг. 13 является графиком, показывающим взаимосвязи между углом поворота коленчатого вала и давлением в цилиндрах в случае, если устройство управления (четвертое устройство) согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения выполняет управление для недопущения увеличения шума, и в случае, если оно не выполняет управление.
Фиг. 14 является блок-схемой, показывающей процесс задания параметров сгорания, который выполняет четвертое устройство.
Фиг. 15 является графиком, показывающим взаимосвязи между углом поворота коленчатого вала и давлением в цилиндрах в случае, если устройство управления (пятое устройство) согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения выполняет управление для недопущения увеличения шума, и в случае, если оно не выполняет управление.
Фиг. 16 является блок-схемой, показывающей процесс задания параметров сгорания, который выполняет пятое устройство.
Фиг. 17 является графиком для пояснения барицентрического угла сгорания.
Фиг. 18 является графиком для пояснения барицентрического угла сгорания в случае, если изменяются состояния сгорания.
Фиг. 19 является графиком, показывающим взаимосвязи между барицентрическим углом сгорания и степенью ухудшения эффективности использования топлива для различных комбинаций нагрузки на двигатель и частоты вращения двигателя.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0055] Ниже описано каждое из устройств управления двигателем согласно вариантам осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.
[0056] ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Устройство управления двигателем (далее в этом документе называемое «первым устройством») согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения применяется к двигателю 10, показанному на фиг. 3. Двигатель 10 представляет собой многоцилиндровый (4-цилиндровый) дизельный двигатель. Двигатель 10 монтируется на не показанном автомобиле.
[0057] Двигатель 10 включает в себя основную часть 20 двигателя, систему 30 подачи топлива, систему 40 впуска, систему 50 выпуска выхлопных газов и систему 60 EGR.
[0058] Основная часть 20 двигателя включает в себя корпус 21 двигателя, включающий в себя блок цилиндров, головку блока цилиндров, картер двигателя и т.д. В корпусе 21 двигателя, формируются 4 цилиндра 22 (камеры сгорания). В верхней части каждого из цилиндров 22, располагается каждый из клапанов 23 впрыска топлива (инжекторов). Клапан 23 впрыска топлива выполнен с возможностью открываться в ответ на инструкции из ECU 70 (электронного блока управления), описанного ниже, чтобы впрыскивать топливо непосредственно в каждый из цилиндров 22.
[0059] Система 30 подачи топлива включает в себя насос 31 сжатия под давлением топлива (насос подачи), трубу 32 подачи топлива и аккумулятор (общую топливную магистраль) 33. Выпускное отверстие насоса 31 сжатия под давлением топлива соединяется с трубой 32 подачи топлива. Труба 32 подачи топлива соединяется с аккумулятором 33. Аккумулятор 33 соединяется с клапанами 23 впрыска топлива.
[0060] Насос 31 сжатия под давлением топлива выполнен с возможностью накачивать топливо, запасенное/накопленное в не показанном топливном баке, повышать давление топлива и затем подавать топливо под давлением в аккумулятор 33 через трубу 32 подачи топлива. Насос 31 сжатия под давлением топлива управляется посредством ведущего вала вместе с не показанным коленчатым валом двигателя 10. Насос 31 сжатия под давлением топлива выполнен с возможностью позволять регулировать давление топлива в аккумуляторе 33 (т.е. давление Fp впрыска топлива (магистральное давление), которое представляет собой давление впрыска топлива) в ответ на инструкции из ECU 70.
[0061] Система 40 впуска включает в себя впускной коллектор 41, впускную трубу 42, воздушный фильтр 43, компрессор 44a нагнетателя 44, промежуточный охладитель 45, дроссельный клапан 46 и исполнительный механизм 47 дроссельного клапана.
[0062] Впускной коллектор 41 включает в себя разветвленные части, которые соединяются с каждым из цилиндров 22, и объединенную часть, в которую объединяются разветвленные части. Впускная труба 42 соединяется с объединенной частью впускного коллектора 41. Впускной коллектор 41 и впускная труба 42 составляют впускной канал. Во впускной трубе 42, воздушный фильтр 43, компрессор 44a, промежуточный охладитель 45 и дроссельный клапан 46 располагаются от стороны ближе по ходу к стороне дальше по ходу относительно потока всасываемого воздуха. Исполнительный механизм 47 дроссельного клапана выполнен с возможностью изменять степень открытия дроссельного клапана 46 в ответ на инструкции из ECU 70.
[0063] Промежуточный охладитель 45 выполнен с возможностью снижать температуру всасываемого воздуха (температуру всасываемого воздуха). Промежуточный охладитель 45 содержит не показанный обводной канал и не показанный перепускной клапан, расположенный в обводном канале. Кроме того, промежуточный охладитель 45 выполнен с возможностью позволять регулировать объем охлаждающей воды (хладагента), который циркулирует из промежуточного охладителя 45 в не показанное охлаждающее устройство (или наоборот).
[0064] Система 50 выпуска выхлопных газов включает в себя выпускной коллектор 51, выхлопную трубу 52, турбину 44b нагнетателя 44 и катализатор 53 очистки выхлопных газов.
[0065] Выпускной коллектор 51 включает в себя разветвленные части, которые соединяются с каждым из цилиндров 22, и объединенную часть, в которую объединяются разветвленные части. Выхлопная труба 52 соединяется с объединенной частью выпускного коллектора 51. Выпускной коллектор 51 и выхлопная труба 52 составляют выпускной канал. В выхлопной трубе 52, турбина 44b и катализатор 53 очистки выхлопных газов располагаются от стороны ближе по ходу к стороне дальше по ходу относительно потока горючего/выхлопного газа.
[0066] Нагнетатель 44 представляет собой известный нагнетатель с изменяемой геометрией. Турбина 44b оснащена не показанным множеством сопловых лопаток (регулируемым соплом). Кроме того, турбина 44b нагнетателя 44 содержит «обводной канал турбины 44b и перепускной клапан, расположенный в обводном канале», которые не проиллюстрированы. Степень открытия сопловых лопаток и степень открытия перепускного клапана сконфигурированы с возможностью изменяться в ответ на инструкции из ECU 70, за счет этого варьируя (управляя) давлением Tp наддува. Иными словами, в настоящем описании изобретения, «управление нагнетателем 44» означает варьирование давления Tp наддува посредством изменения угла сопловых лопаток и/или степени открытия перепускного клапана.
[0067] Система 60 EGR включает в себя трубу 61 рециркуляции выхлопов, регулирующий клапан 62 EGR и охладитель 63 EGR. Труба 61 рециркуляции выхлопов соединяет положение выпускного канала (выпускного коллектора 51) перед турбиной 44b и положение впускного канала (впускного коллектора 41) за дроссельным клапаном 46. Труба 61 рециркуляции выхлопов составляет канал для газа EGR.
[0068] Регулирующий клапан 62 EGR располагается в трубе 61 рециркуляции выхлопов. Регулирующий клапан 62 EGR выполнен с возможностью изменения количества (количество газа EGR) выхлопного газа, который рециркулирует из выхлопного канала во впускной канал, посредством варьирования площади поперечного сечения канала для газа EGR в ответ на инструкции из ECU 70. охладитель 63 EGR располагается в трубе 61 рециркуляции выхлопов и выполнен с возможностью снижать температуру газа EGR, проходящего через трубу 61 рециркуляции выхлопов.
[0069] ECU 70 включает в себя CPU 75, ROM 76, в котором заранее сохраняются программы, выполняемые посредством CPU 75, и карты, RAM 77, в котором временно сохраняются данные. ECU 70 соединяется с датчиками, описанными ниже, и выполнен с возможностью принимать (входные) сигналы (данные) из этих датчиков. Кроме того, ECU 70 выполнен с возможностью отправки (передачи) управляющих сигналов (приведения в действие) в различные исполнительные механизмы.
[0070] ECU 70 соединяется с датчиком 81 открытия дроссельного клапана, расходомером 82 воздуха, датчиком 83 давления во впускной трубе, датчиком 84 давления топлива, датчиками 85 давления в цилиндрах, датчиком 86 угла поворота коленчатого вала, датчиком 87 открытия регулирующего клапана EGR и датчиком 88 температуры воды. ECU 70 также соединяется с датчиком 91 открытия акселератора и датчиком 92 скорости.
[0071] Датчик 81 открытия дроссельного клапана определяет степень открытия дроссельного клапана 46 и выводит сигнал, представляющий открытие TA дроссельного клапана. Расходомер 82 воздуха измеряет удельный массовый расход (расход всасываемого воздуха) всасываемого воздуха (нового воздуха, содержащего газ EGR), протекающего через впускной канал, и выводит сигнал, представляющий расход Ga всасываемого воздуха. Датчик 83 давления во впускной трубе выводит сигнал, представляющий давление Pm газа, введенного в каждый из цилиндров 22 (камер сгорания) двигателя 10. Датчик 84 давления топлива определяет давление топлива в аккумуляторе 33 и выводит сигнал, представляющий давление Ep топлива. Каждый из датчиков 85 давления в цилиндрах располагается таким образом, что он соответствует каждому из цилиндров 22. Каждый из датчиков 85 давления в цилиндрах определяет давление в соответствующем цилиндре (т.е. давление в цилиндрах) и выводит сигнал, представляющий давление Pc в цилиндрах.
[0072] Датчик 86 угла поворота коленчатого вала выводит сигнал, представляющий положение вращения не показанного коленчатого вала (т.е. угол θ поворота коленчатого вала) двигателя 10. ECU 70 получает угол θ поворота коленчатого вала (абсолютный угол поворота коленчатого вала) двигателя 10 относительно верхней мертвой точки сжатия заданного цилиндра на основании сигналов из датчика 86 угла поворота коленчатого вала и не показанного датчика положения кулачка. Кроме того, ECU 70 получает частоту NE вращения двигателя на основе сигнала из датчика 86 угла поворота коленчатого вала. Датчик 87 открытия регулирующего клапана EGR выводит сигнал, представляющий коэффициент Er открытия клапана (степень открытия) регулирующего клапана 62 EGR. Датчик 88 температуры воды выводит сигнал, представляющий температуру THW охлаждающей воды.
[0073] Датчик 91 открытия акселератора выводит сигнал, представляющий степень Ap открытия не показанной педали акселератора автомобиля, на котором монтируется двигатель 10. Датчик 92 скорости выводит сигнал, представляющий скорость Vs движения автомобиля, на котором монтируется двигатель 10.
[0074] УПРАВЛЕНИЕ БАРИЦЕНТРИЧЕСКИМ ПОЛОЖЕНИЕМ
Ниже описана работа первого устройства. Первое устройство осуществляет/выполняет управление сгоранием (т.е. управление для задания параметров сгорания) таким образом, что барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения, заданное согласно любому из определений 1-5, описанных выше, совпадает (равно или становится равным) с заданным целевым барицентрическим положением Gc* скорости тепловыделения (которая представляет собой опорный угол поворота коленчатого вала и далее в этом документе называется просто «целевым барицентрическим положением»). В настоящем описании изобретения это управление называется «управлением барицентрическим положением». Целевое барицентрическое положение Gc* определяется как угол поворота коленчатого вала, при котором отношение расхода топлива двигателя 10 является минимальным (или угол поворота коленчатого вала является близким к углу). Следует отметить, что барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения остается идентичной (становится конгруэнтной или совпадает сама с собой) при условии, что форма волны сгорания остается идентичной, независимо от того, какое из определений из определений 1-5, описанных выше, используется.
[0075] В первом устройстве, параметры сгорания определяются заранее и сохраняются в ROM 76 относительно каждого рабочего состояния (частоты NE вращения, нагрузки KL на двигатель и т.д.) двигателя таким образом, что барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения становится равным (совпадает) целевому барицентрическому положению Gc*. Первое устройство считывает параметры сгорания из ROM 76 согласно (на основании) фактического рабочего состояния двигателя 10 и осуществляет/выполняет управление для использования этих параметров сгорания считывания (т.е. управление с прямой связью), таким образом, чтобы задавать барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения равной (совпадающей) целевой барицентрической позиции Gc*.
[0076] ШУМ ПРИ СГОРАНИИ В ХОДЕ УПРАВЛЕНИЯ БАРИЦЕНТРИЧЕСКИМ ПОЛОЖЕНИЕМ
Ниже описан шум при сгорании, формируемый двигателем 10, когда выполняется управление барицентрическим положением. Авторы изобретения измерили шум при сгорании в двигателе 10, во время выполнения управления барицентрическим положением и выполнения EGR (т.е. в случае, если коэффициент открытия клапана Er>0). Результат показан на фиг. 4.
[0077] Фиг. 4 показывает каждый из шумов при сгорании для каждого из рабочих состояний (причем состояние представляется посредством комбинации частоты NE вращения и нагрузки KL на двигатель), в то время как EGR выполняется, посредством ломаных линий V1-V14 (контурных линий), соединяющих рабочие состояния, имеющие равную громкость. Ломаная линия V1 представляет рабочие состояния, в которых шум при сгорании является минимальным. Шум становится громче в порядке ломаной линии V2, ломаной линии V3,..., а ломаная линия V14 представляет рабочие состояния с максимальным шумом. Как следует понимать из фиг. 4, в общем, шум при сгорании становится громче по мере того, как частота Ne вращения и/или нагрузка KL на двигатель становится более высокой. Тем не менее, как следует понимать из области S4, существует область, в которой шум при сгорании является относительно громким, хотя частота NE вращения и нагрузка KL на двигатель являются относительно низкими.
[0078] Например, что касается рабочих состояний P1, P2 и P3, которые находятся на прямой линии L4, шум при сгорании в рабочем состоянии P2 громче шума при сгорании в рабочем состоянии P1, тогда как шум при сгорании в рабочем состоянии P3 ниже/меньше шума при сгорании в рабочем состоянии P2. Соответственно, когда рабочее состояние двигателя 10 переходит/изменяется с состояния P1 на P3 состояние через состояние P2, шум при сгорании становится громче однократно, а затем становится более низким. Другими словами, когда автомобиль, на котором монтируется двигатель 10, ускоряется из состояния низкой частоты вращения и низкой нагрузки на двигатель, может возникать случай/явление, при котором шум при сгорании становится громче однократно и затем становится более низким. Очень вероятно, что водитель автомобиля испытывает неестественное и некомфортное ощущение из-за такого изменения шума при сгорании.
[0079] Кроме того, авторы изобретения измерили изменения давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала (т.е. форму волны давления в цилиндрах) для каждой из различных комбинаций частоты NE вращения и нагрузки KL на двигатель, в то время когда осуществляются/выполняются управление барицентрическим положением и управление EGR. Фиг. 5 показывает измеренный результат, когда частота NE вращения составляет 2400 оборотов в минуту из этих измеренных результатов. Кривая линия Cf1-Cf6, показанная на фиг. 5, представляет изменения давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала для каждой из нагрузок KL на двигатель для двигателя 10. Кривая линия Cf1 представляет давление Pc в цилиндрах, когда нагрузка KL на двигатель является минимальной. Нагрузка KL на двигатель становится более высокой в порядке кривой линии Cf2, кривой линии Cf3,..., и кривая линия Cf6 представляют давление Pc в цилиндрах, когда нагрузка KL на двигатель является максимальной.
[0080] В этом варианте осуществления, два предварительных впрыска выполняются в момент на стороне опережения относительно основного впрыска, и после этого выполняется основной впрыск. Как следует понимать из области S5 на фиг. 5, давление Pc в цилиндрах повышается посредством сгорания топлива, впрыскиваемого посредством предварительных впрысков, и после этого, до того как давление Pc в цилиндрах падает однократно, топливо, впрыскиваемое посредством основного впрыска, зажигается, так что дополнительно повышается давление Pc в цилиндрах.
[0081] Напротив, фиг. 6 показывает измеренный результат, когда частота NE вращения составляет 1400 оборотов в минуту. Кривые линии Cs1-Cs6, показанные на фиг. 6, представляют изменение давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала для каждой нагрузки KL на двигатель для двигателя 10. Кривая линия Cs1 представляет давление Pc в цилиндрах, когда нагрузка KL на двигатель является минимальной. Нагрузка KL на двигатель становится более высокой в порядке кривой линии Cs2, Cs3,..., и кривая линия Cs6 представляют давление Pc в цилиндрах, когда нагрузка KL на двигатель является максимальной. В части кривой линии Cs1 и кривой линии Cs2, причем часть обведена посредством области S6, градиент формы волны давления в цилиндрах является большим/крутым.
[0082] Между тем, если частота NE вращения является/остается постоянной, величина изменения угла θ поворота коленчатого вала в единицу времени также является постоянной, и в силу этого величина увеличения «в единицу времени» давления Pc в цилиндрах становится большей по мере того, как положительный градиент формы волны давления в цилиндрах, показанной на фиг. 5 и фиг. 6, становится более высоким (т.е. по мере того, как величина увеличения «в расчете на единичный угол поворота коленчатого вала» давления Pc в цилиндрах становится большей). Помимо этого, поскольку громкость шума при сгорании коррелируется с величиной увеличения в единицу времени давления Pc в цилиндрах (т.е. скоростью увеличения давления в цилиндрах), шум при сгорании становится большим по мере того, как положительный градиент формы волны давления в цилиндрах становится более высоким. Иными словами, в области S6, показанной на фиг. 6, возникает увеличение шума при сгорании.
[0083] Авторы изобретения изучили/проанализировали причину этого увеличения шума. В результате авторы изобретения выявили (получили сведения), что шум повышается (становится большим) вследствие увеличения задержки зажигания, причем увеличение задержки зажигания возникает, когда EGR выполняется, объем EGR является относительно большим, и частота NE вращения или нагрузка KL на двигатель является относительно низкой. Более конкретно, топливо, впрыскиваемое посредством клапана 23 впрыска топлива, не загорается быстро/сразу, и в силу этого топливо распространяется в цилиндре 22, когда задержка зажигания становится более длительной. После этого, когда топливо загорается, топливо, которое распространяется, начинает сгорать взрывообразно, и в силу этого радикально (круто) увеличивается давление Pc в цилиндрах. Предполагается/делается вывод, что это является причиной, по которой возникает увеличение шума при сгорании.
[0084] С учетом вышеизложенного, авторы изобретения дополнительно изучили/проанализировали причину увеличения задержки зажигания. Ниже описан результат исследования.
(1) В то время, когда EGR выполняется, концентрация кислорода в цилиндре 22 становится более низкой вследствие газа EGR, введенного в цилиндр 22 через трубу 61 рециркуляции выхлопов. Таким образом, задержка зажигания становится более длительной.
(2) Помимо этого, в случае, если частота NE вращения является низкой, объем воздуха, введенный в цилиндр 22 (удельный массовый расход), становится более низким, по сравнению со случаем, в котором частота NE вращения является высокой. Таким образом, задержка зажигания становится более длительной.
(3) В случае, если нагрузка KL на двигатель является низкой, объем топлива, впрыскиваемый из клапана 23 впрыска топлива в цилиндр 22, становится более низким, по сравнению со случаем, в котором нагрузка KL на двигатель является высокой. Таким образом, задержка зажигания становится более длительной.
В настоящем описании изобретения, условие, при котором задержка зажигания с большой вероятностью должна становиться более длительной, называется «конкретным условием». Иными словами, конкретное условие представляет собой условие, которое выполняется, когда «EGR работает (выполняется), и частота NE вращения или нагрузка KL на двигатель является низкой».
[0085] КОНКРЕТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
На основе сведений/представлений, описанных выше, первое устройство осуществляет/выполняет конкретное управление (управление для недопущения увеличения шума) вместо управления барицентрическим положением, чтобы предотвратить увеличение шума при сгорании, когда выполняется конкретное условие выполнено. Более конкретно, когда имеется вероятность (вероятно то) того, что шум при сгорании становится громче, первое устройство увеличивает давление Tp наддува на заданную величину, по сравнению со случаем, в котором выполняется управление барицентрическим положением. Поскольку объем воздуха, вводимого в цилиндр 22, увеличивается и в силу этого температура цилиндра 22 повышается посредством увеличения давления Tp наддува, топливо, впрыскиваемое посредством клапана 23 впрыска топлива, загорается легко и, следовательно, может предотвращаться увеличение задержки зажигания.
[0086] Фиг. 7 показывает формы волны давления в цилиндрах в случае, если увеличение шума при сгорании возникает в ходе управления барицентрическим положением, и в случае, если увеличение шума при сгорании предотвращается посредством управления для недопущения увеличения шума. Кривая линия Lp1, показанная на фиг. 7, является формой волны давления в цилиндрах, идентичной форме волны кривой линии Cs2, показанной на фиг. 6, и представляет изменение давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала в случае, если увеличение шума при сгорании возникает вследствие увеличения задержки зажигания. Напротив, кривая линия Ls1 представляет изменение давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала в случае, если первое устройство осуществляет/выполняет управление для недопущения увеличения шума.
[0087] Помимо этого, впрыски топлива посредством клапана 23 впрыска топлива представляются/иллюстрируются посредством прямоугольников R1-R3 под формами волны давления в цилиндрах на фиг. 7. В настоящем примере, два предварительных впрыска и один основной впрыск выполняются для каждого цикла. Прямоугольники от R1 до R3 соответствуют первому предварительному впрыску, второму предварительному впрыску и основному впрыску, соответственно. Каждый из прямоугольников от R1 до R3 представляет момент инициирования/начала впрыска топлива, период впрыска топлива и давление Fp впрыска топлива (т.е. момент инициирования/начала впрыска топлива представлен положением левой стороны каждого из прямоугольников (см., например, момент CAinj1 инициирования основного впрыска топлива, показанный прямоугольником R3), период впрыска топлива представлен посредством длины по горизонтали каждого из прямоугольников (см., например, период Du1 впрыска топлива, показанный посредством прямоугольника R3), и давление Fp впрыска топлива представлено посредством длины по вертикали каждого из прямоугольников (см., например, давление Fp1 впрыска топлива, показанное посредством прямоугольника R3).
[0088] Как показано в части кривой линии Lp1 в области S7, основной впрыск выполняется, когда угол θ поворота коленчатого вала достигает момента CAinj основного впрыска топлива, и после этого давление Pc в цилиндрах увеличивается круто/радикально. В течение этого времени, максимальное значение величины увеличения давления Pc в цилиндрах в единицу времени (т.е. скорость увеличения давления в цилиндрах) составляет θp1. Напротив, как показано посредством кривой линии Ls1, топливо, впрыскиваемое посредством основного впрыска, начинает сгорать раньше, и в силу этого давление Pc в цилиндрах начинает увеличиваться раньше, по сравнению с кривой линией Lp1. Это обусловлено тем, что давление Tp наддува увеличивается посредством управления для недопущения увеличения шума, и в силу этого объем кислорода в цилиндре 22 увеличивается, и температура в цилиндре 22 увеличивается.
[0089] Иными словами, посредством управления для недопущения увеличения шума, задержка зажигания сокращается по сравнению со случаем, в котором не выполняется управление для недопущения увеличения шума. В результате увеличение давления Pc в цилиндрах в начале основного сгорания становится более постепенным (более медленным, более умеренным) по сравнению со случаем, в котором управление для недопущения увеличения шума не выполняется, максимальное значение θs1 величины увеличения давления Pc в цилиндрах в единицу времени становится меньше значения θp1 (θp1>θs1). Соответственно, увеличение шума при сгорании подавляется.
[0090] ПРОЦЕСС ЗАДАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СГОРАНИЯ
Ниже описан процесс (процесс задания параметров сгорания), который выполняет CPU 75 ECU 70 (далее в этом документе называемый просто "CPU") для управления состоянием сгорания в цилиндре 22, со ссылкой на блок-схему по фиг. 8. В этом процессе, CPU задает параметры сгорания таким образом, что барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения становится равным (совпадает) целевому барицентрическому положению Gc*. Иными словами, CPU осуществляет/выполняет управление барицентрическим положением. Тем не менее, в случае, если имеется вероятность того, что шум при сгорании становится громче (т.е. конкретное условие выполняется), CPU увеличивает давление Tp наддува, как описано выше. Иными словами, в этом случае CPU осуществляет/выполняет управление для недопущения увеличения шума. Конкретное условие выполняется, когда EGR выполняется (т.е. коэффициент открытия клапана Er>0), и частота NE вращения ниже порогового значения NEth частоты вращения, или нагрузка KL на двигатель ниже порогового значения KLth нагрузки.
[0091] Предполагается, что конкретное условие не выполняется. Иными словами, предполагается, что выполняется по меньшей мере одно из следующего (a) и (b):
(a) EGR не выполняется (т.е. коэффициент открытия клапана Er=0), и
(b) частота NE вращения превышает или равна пороговому значению NEth частоты вращения, и нагрузка KL на двигатель превышает или равна пороговому значению KLth нагрузки.
В этом случае фактически отсутствует вероятность того, что возникает увеличение шума при сгорании.
[0092] Когда двигатель 10 работает, CPU начинает обработку при каждом истечении заданного времени с этапа 800 и переходит к этапу 805. На этапе 805, CPU определяет требуемую выходную мощность Pr двигателя на основе степени Ap открытия акселератора и скорости Vs движения. Более конкретно, CPU задает требуемую выходную мощность Pr двигателя таким образом, что мощность Pr становится большей по мере того, как степень Ap открытия акселератора становится более высокой, и мощность Pr становится большей по мере того, как скорость Vs движения становится более высокой.
[0093] Затем CPU переходит к этапу 810, чтобы определять требуемый объем tau впрыска, который необходим с тем, чтобы формировать требуемую выходную мощность Pr двигателя. Более конкретно, CPU задает требуемый объем tau впрыска таким образом, что объем tau становится большим по мере того, как требуемая выходная мощность Pr двигателя становится более высокой.
[0094] Затем CPU переходит к этапу 815, чтобы определять отношение α (коэффициент предварительного впрыска) (0≤α<1) объема впрыска топлива посредством предварительного впрыска к требуемому объему tau впрыска. Иными словами, CPU два раза впрыскивает топливо в объеме, вычисленном согласно 0,5×α×tau, посредством предварительных впрысков, и впрыскивает топливо в объеме, вычисленном посредством (1-α) x tau, посредством основного впрыска. Отношение α задается/определяется на основании температуры THW охлаждающей воды, частоты NE вращения и т.д.
[0095] Затем CPU переходит к этапу 820, чтобы определять давление Fp впрыска топлива. Более конкретно, CPU задает давление Fp впрыска топлива таким образом, что давление Fp становится более высоким по мере того, как требуемая выходная мощность Pr двигателя становится большей.
[0096] Затем CPU переходит к этапу 825, чтобы определять давление Tp наддува. Более конкретно, CPU задает давление Tp наддува таким образом, что давление Tp становится более высоким по мере того, как требуемая выходная мощность Pr двигателя становится большей.
[0097] После этого CPU переходит к этапу 830, чтобы определять коэффициент Er открытия клапана для регулирующего клапана 62 EGR на основе частоты NE вращения и нагрузки KL на двигатель. Затем CPU переходит к этапу 835, чтобы определять интервал Pint предварительного впрыска.
[0098] Затем CPU переходит к этапу 840 определения момента CAinj основного впрыска топлива. Более конкретно, момент CAinj основного впрыска топлива в зависимости от (согласно) «требуемой выходной мощности Pr двигателя, требуемого объема tau впрыска, коэффициента α предварительного впрыска, давления Fp впрыска топлива, давления Tp наддува, коэффициента Er открытия клапана EGR и интервала Pint предварительного впрыска» определяется заранее согласно экспериментам и т.п. таким образом, что барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения становится равным (совпадает) целевому барицентрическому положению Gc*. Момент CAinj основного впрыска топлива сохраняется в ROM 76 в форме карты. Иными словами, CPU определяет момент CAinj основного впрыска топлива посредством обращения к карте, так что двигатель 10 формирует выходную мощность, равную требуемой выходной мощности Pr двигателя, и барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения становится равным (совпадает с) целевому барицентрическому положению Gc*.
[0099] Следует отметить, что фактический впрыск топлива с использованием клапана 23 впрыска топлива выполняется посредством не показанной процедуры. Соответственно, первый предварительный впрыск инициируется/начинается, когда угол θ поворота коленчатого вала каждого цилиндра 22 достигает угла поворота коленчатого вала, который находится на стороне опережения, посредством суммы интервала Pint предварительного впрыска и заданного (постоянного) значения Pb от (относительно) момента CAinj основного впрыска топлива (т.е. θ=CAinj-Pint-Pb). После этого второй предварительный впрыск инициируется/начинается, когда угол θ поворота коленчатого вала достигает угла поворота коленчатого вала, который находится на стороне запаздывания посредством заданного значения Pb (т.е. θ=CAinj-Pint), и после этого основной впрыск инициируется/начинается, когда угол θ поворота коленчатого вала достигает угла поворота коленчатого вала, равного моменту CAinj основного впрыска топлива (т.е. θ=CAinj).
[0100] Затем CPU переходит к этапу 845, чтобы определять то, выполняется или нет конкретное условие. Согласно допущению, описанному выше, конкретное условие не выполняется, и в силу этого CPU выполняет определение «Нет» на этапе 845, чтобы непосредственно переходить к этапу 895, при котором CPU условно завершает настоящую процедуру. В результате выполняется управление барицентрическим положением.
[0101] Следует отметить, что CPU выполняет не показанную процедуру с тем, чтобы управлять каждым из различных исполнительных механизмов на основании каждого из параметров сгорания, которые задаются в настоящей процедуре. Например, CPU управляет насосом 31 сжатия под давлением топлива на основе выходного сигнала из датчика 84 давления топлива таким образом, что давление Ep в аккумуляторе 33 становится равным значению, которое соответствует давлению Fp впрыска топлива. Помимо этого, CPU управляет нагнетателем 44 на основе выходного сигнала из датчика 83 давления во впускной трубе таким образом, что давление Pm во впускном коллекторе 41 становится равным значению, которое соответствует давлению Tp наддува. Кроме того, CPU управляет регулирующим клапаном 62 EGR на основе выходного сигнала из датчика 87 открытия регулирующего клапана EGR таким образом, что его коэффициент открытия клапана становится равным Er.
[0102] Далее предполагается, что конкретное условие выполняется. Иными словами, предполагается, что выполняются оба из следующего (a') и (b'):
(a') EGR выполняется (т.е. коэффициент открытия клапана Er>0); и
(b') частота NE вращения ниже порогового значения NEth частоты вращения, или нагрузка KL на двигатель меньше порогового значения KLth нагрузки.
В этом случае имеется вероятность (вероятно то) того, что возникает увеличение шума при сгорании. В отличие от случая, описанного выше, CPU выполняет определение «Да» на этапе 845, чтобы переходить к этапу 850, согласно этому допущению.
[0103] На этапе 850 CPU задает давление Tp наддува равным значению выше (на ΔTp) значения, определенного на этапе 825. Иными словами, давление Tp наддува задается более высоким на ΔTp по сравнению со случаем, в котором конкретное условие не выполняется. Затем CPU переходит к этапу 895, чтобы условно завершать настоящую процедуру. В результате выполняется конкретное управление.
[0104] Как описано выше, первое устройство согласно первому варианту осуществления представляет собой устройство управления двигателем (ECU 70), применяемое в двигателе внутреннего сгорания (10), имеющему устройство EGR (система 60 EGR), причем устройство управления двигателем содержит модуль управления, который задает параметр сгорания, который управляет состоянием сгорания в двигателе, при этом:
- модуль управления выполнен с возможностью:
- выполнять управление барицентрическим положением для задания параметра сгорания (этапы 810-840, показанные на фиг. 8) таким образом, что барицентрическое положение (Gc) скорости тепловыделения, которое представляет состояние сгорания, становится равным постоянному опорному углу поворота коленчатого вала (целевому барицентрическому положению Gc*), когда двигатель находится в заданном рабочем состоянии (определение «Нет» на этапе 845, показанном на фиг. 8); и
- выполнять вместо управления барицентрическим положением конкретное управление для задания параметра сгорания (этап 850, показанный на фиг. 8) таким образом, что максимальное значение величины увеличения в единицу времени давления в цилиндрах ниже максимального значения величины увеличения давления в цилиндрах, в то время как выполняется управление барицентрическим положением, когда выполняется EGR, и нагрузка двигателя ниже заданного порогового значения нагрузки, или частота вращения двигателя ниже заданного порогового значения частоты вращения (определение «Да» на этапе 845, показанном на фиг. 8).
[0105] Кроме того, модуль управления выполняет управление, в качестве конкретного управления, которое сокращает время, требуемое для зажигания топлива, впрыскиваемого в цилиндр, с тем чтобы начинать сгорать (этап 850, показанный на фиг. 8).
[0106] Кроме того, двигатель (10) содержит нагнетатель (44), и
- модуль управления выполнен с возможностью осуществлять, в качестве конкретного управления, управление для повышения давления наддува, служащего в качестве параметра сгорания (этап 850, показанный на фиг. 8).
[0107] Таким образом, первое устройство может подавлять увеличение шума при сгорании посредством предотвращения задержки зажигания топлива, впрыскиваемого в цилиндр 22 из клапана 23 впрыска топлива из увеличения.
[0108] ВТОРОЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Ниже описано устройство управления для двигателя внутреннего сгорания (далее в этом документе называемое «вторым устройством») согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Первое устройство выполняет управление, которое увеличивает давление Tp наддува в качестве управления для недопущения увеличения шума. Напротив, второе устройство отличается от первого устройства только тем, что второе устройство выполняет управление, которое продлевает время (период) от предварительного впрыска, который выполняется непосредственно перед основным впрыском, до основного впрыска, в качестве управления для недопущения увеличения шума. Далее в этом документе описано главным образом отличие.
[0109] Изменение давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала, когда ECU 71 второго устройства осуществляет/выполняет управление для недопущения увеличения шума, описано со ссылкой на фиг. 9. Фиг. 9, аналогично фиг. 7, представляет изменение давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала с использованием формы волны давления в цилиндрах. Кривая линия Ls2 является формой волны давления в цилиндрах, когда ECU 71 осуществляет/выполняет управление для недопущения увеличения шума.
[0110] Когда имеется вероятность (или вероятно то) того, что увеличение шума при сгорании возникает (т.е. когда конкретное условие выполняется), второе устройство задает интервал Pint предварительного впрыска равным «интервалу Pint2», который превышает интервал предварительного впрыска Pint1, используемый, когда управление барицентрическим положением выполняется посредством CA в 7°, чтобы выполнять, в качестве управления для недопущения увеличения шума (конкретного управления), управление для продления времени (периода) от конечного момента времени предварительного впрыска, выполняемого непосредственно перед основным впрыском, до начального момента времени основного впрыска. Интервал Pint предварительного впрыска является периодом времени, соответствующим Pint1 и Pint2, показанному на фиг. 9 и время (период) от конечного момента времени предварительного впрыска, выполняемого непосредственно перед (сразу до) основным впрыском, до начального момента времени основного впрыска. Второе устройство задает момент CAinj основного впрыска топлива как «момент CAinj2, который запаздывает по отношению к моменту CAinj1, используемому, когда управление барицентрическим положением выполняется посредством CA» в 7°, с тем чтобы реализовать продление интервала Pint предварительного впрыска.
[0111] С другой стороны, второе устройство не изменяет требуемый объем tau впрыска и давление Fp впрыска топлива в зависимости от того, что выполняется: управление барицентрическим положением или управление для недопущения увеличения шума. Следовательно, как период предварительного впрыска, так и период основного впрыска не изменяются. Таким образом, как результат продления интервала Pint предварительного впрыска, продлевается период t времени от конечного момента времени предварительного впрыска, выполняемого непосредственно перед (сразу до) основным впрыском, до начального момента времени основного впрыска.
[0112] В результате период, когда «количество тепла, вырабатываемого в единицу времени посредством сгорания топлива посредством основного впрыска» является высоким, возникает после того, как истекает период, когда «количество тепла, вырабатываемого в единицу времени посредством сгорания топлива посредством предварительного впрыска» является высоким. Таким образом, период, когда «сумма этого тепла» является очень высокой, не возникает. Помимо этого, температура в цилиндре 22 повышается посредством сгорания топлива, впрыскиваемого посредством предварительного впрыска, и, следовательно, топливо, впрыскиваемое посредством основного впрыска, начинает загораться быстро. По вышеприведенным причинам, быстрое увеличение давления Pc в цилиндрах подавляется.
[0113] Как следует понимать из кривой Lp1, в случае, если второе устройство не выполняет управление для недопущения увеличения шума (т.е. в случае, если второе устройство выполняет управление барицентрическим положением), давление Pc в цилиндрах увеличивается быстро, когда период, соответствующий задержке зажигания, истекает после того, как основной впрыск начинается/инициируется. Напротив, как следует понимать из кривой линии Ls2, в случае, если второе устройство выполняет управление для недопущения увеличения шума, топливо, впрыскиваемое посредством основного впрыска, начинает сгорать быстро (сразу после впрыска), и в силу этого увеличение давления Pc в цилиндрах (вследствие сгорания того впрыскиваемого топлива) становится постепенным (медленным, умеренным), по сравнению с кривой линией Lp1. Соответственно, подавление быстрого увеличения давления Pc в цилиндрах дает возможность/обеспечивает максимальное значение θs2 скорости увеличения давления в цилиндрах, меньшее θp1 (т.е. θp1>θs2).
[0114] Ниже описан процесс задания параметров сгорания, который выполняет CPU 75 ECU 71 (далее в этом документе называемый просто "CPU"), со ссылкой на блок-схему, показанную на фиг. 10. Каждому этапу, показанному на фиг. 10, на котором выполняется обработка, идентичная обработке каждого этапа, показанного на фиг. 8, присваивается ссылка с номером этапа, идентичная ссылке с номером, присвоенной такому этапу, показанному на фиг. 8. CPU начинает обработку при каждом истечении заданного времени с этапа 1000, выполняет процессы этапов от этапа 805 до этапа 840 и переходит к этапу 845.
[0115] Когда CPU выполняет определение «Да» на этапе 845 (т.е. конкретное условие выполняется), он переходит к этапу 1050. В этом случае имеется вероятность (вероятно то) того, что возникает увеличение шума при сгорании.
[0116] На этапе 1050 CPU задает интервал Pint предварительного впрыска равным значению, которое превышает интервал Pint предварительного впрыска, заданный на этапе 835, на ΔPint. В результате интервал Pint предварительного впрыска удлиняется (продлевается) на ΔPint. Кроме того, CPU устанавливает момент CAinj основного впрыска топлива равным значению, которое превышает значение момента CAinj основного впрыска топлива, заданного на этапе 840, на ΔCAinj. В результате обеспечивается запаздывание момента CAinj основного впрыска топлива на ΔCAinj. Затем CPU переходит к этапу 1095 для условного завершения настоящей процедуры. В результате, выполняется упомянутое конкретное управление.
[0117] С другой стороны, когда CPU выполняет определение «Нет» на этапе 845 (т.е. конкретное условие не выполняется), он непосредственно переходит к этапу 1095. В результате выполняется управление барицентрическим положением.
[0118] Как описано выше, модуль управления (ECU 71) второго устройства выполнен с возможностью осуществления, в качестве конкретного управления, управления для продления времени от предварительного впрыска, выполняемого непосредственно перед основным впрыском, до основного впрыска (этап 1050, показанный на фиг. 10).
[0119] Кроме того, модуль управления выполнен с возможностью осуществления управления для обеспечения запаздывания момента основного впрыска, служащего в качестве параметра сгорания, в качестве конкретного управления (запаздывание момента CAinj основного впрыска топлива на этапе 1050, показанном на фиг. 10).
[0120] Следует отметить, что модуль управления может быть выполнен с возможностью осуществления управления для обеспечения опережения момента предварительного впрыска, служащего в качестве параметра сгорания, в качестве конкретного управления. Кроме того, модуль управления может быть выполнен с возможностью осуществлять как управление для обеспечения опережения момента предварительного впрыска, служащего в качестве параметра сгорания, так и управление для обеспечения запаздывания момента основного впрыска, служащего в качестве параметра сгорания, в качестве упомянутого конкретного управления.
[0121] Согласно второму устройству, шум при сгорании может подавляться посредством продления периода времени от предварительного впрыска, выполняемого непосредственно перед (сразу до) основным впрыском, до основного впрыска (т.е. посредством продления периода времени от конечного момента времени предварительного впрыска до начального момента времени основного впрыска).
[0122] ТРЕТИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Ниже описано устройство управления для двигателя внутреннего сгорания (далее в этом документе называемое «третьим устройством») согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Второе устройство, описанное выше, осуществляет/выполняет управление, которое продлевает интервал Pint предварительного впрыска, в качестве управления для недопущения увеличения шума. Напротив, третье устройство отличается от второго устройства только тем, что третье устройство не изменяет интервал Pint предварительного впрыска, тем не менее, оно выполняет, в качестве управления для недопущения увеличения шума, управление, которое обеспечивает запаздывание момента CAinj основного впрыска топлива. Далее в этом документе описано главным образом отличие.
[0123] Изменение давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала, когда ECU 72 третьего устройства выполняет управление для недопущения увеличения шума, описано со ссылкой на фиг. 11. Фиг. 11, аналогично фиг. 7, показывает изменение давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала посредством формы волны давления в цилиндрах. Кривая линия Ls3 является формой волны давления в цилиндрах, когда ECU 72 выполняет управление для недопущения увеличения шума.
[0124] В случае, если момент начала/инициирования основного впрыска запаздывает посредством управления для недопущения увеличения шума, поршень достигает более нижнего положения, когда начинается основной впрыск, по сравнению со случаем, в котором не выполняется управление для недопущения увеличения шума. Перемещение поршня вниз означает то, что положение поршня приближается к нижней мертвой точке. Таким образом, согласно третьему устройству, основной впрыск выполняется (в момент), когда объем камеры сгорания в цилиндре 22 становится большим. Кроме того, основной впрыск выполняется, когда положение поршня находится между верхней мертвой точкой сжатия и 90° после верхней мертвой точки сжатия независимо от того, выполняется или нет управление для недопущения увеличения шума, и в силу этого скорость увеличения объема камеры сгорания во время выполнения основного впрыска является более высокой, когда управление для недопущения увеличения шума выполняется (чем тогда, когда управление не выполняется).
[0125] В качестве результата, как показано посредством кривой линии Ls3, увеличение давления Pc в цилиндрах в начале сгорания топлива, впрыскиваемого посредством основного впрыска, становится постепенным (умеренным, медленным) по сравнению с кривой линией Lp1. Следовательно, максимальное значение θs3 скорости увеличения давления в цилиндрах меньше θp1 (т.е. θp1>θs3).
[0126] Ниже описан процесс задания параметров сгорания, который выполняет CPU 75 ECU 72 (далее в этом документе называемый просто "CPU"), со ссылкой на блок-схему, показанную на фиг. 12. Каждому этапу, показанному на фиг. 12, на котором выполняется обработка, идентичная обработке каждого этапа, показанного на фиг. 8, присваивается ссылка с номером этапа, идентичная ссылке с номером, присвоенной такому этапу, показанному на фиг. 8. CPU начинает обработку при каждом истечении заданного времени с этапа 1200, выполняет процессы этапов от этапа 805 до этапа 840 и переходит к этапу 845.
[0127] Когда CPU выполняет определение «Да» на этапе 845 (т.е. конкретное условие выполняется), он переходит к этапу 1250. В этом случае имеется вероятность (вероятно то) того, что возникает увеличение шума при сгорании.
[0128] На этапе 1250 CPU задает момент CAinj основного впрыска топлива равным значению, которое превышает значение момента CAinj основного впрыска топлива, заданного на этапе 840, на ΔCAinj. В результате основной впрыск и предварительный впрыск запаздывают на ΔCAinj. Далее CPU переходит к этапу 1295 для условного завершения настоящей процедуры. В результате выполняется упомянутое конкретное управление.
[0129] С другой стороны, когда CPU выполняет определение «Нет» на этапе 845 (т.е. конкретное условие не выполняется), он непосредственно переходит к 1295. В результате выполняется управление барицентрическим положением.
[0130] Как описано выше, модуль управления (ECU 72) третьего устройства согласно третьему варианту осуществления выполняет, в качестве конкретного управления, управление, которое увеличивает скорость увеличения объема камеры сгорания в момент времени начала сгорания топлива, впрыскиваемого посредством основного впрыска (этап 1250, показанный на фиг. 12).
[0131] Кроме того, модуль управления выполнен с возможностью осуществлять, в качестве конкретного управления, управление для обеспечения запаздывания момента основного впрыска, служащего в качестве параметра сгорания (этап 1250, показанный на фиг. 12).
[0132] Согласно третьему устройству, скорость увеличения объема камеры сгорания в начале сгорания топлива, впрыскиваемого посредством основного впрыска, становится более высокой, и, следовательно, шум при сгорании может подавляться.
[0133] ЧЕТВЕРТЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Ниже описано устройство управления для двигателя внутреннего сгорания (далее в этом документе называемое «четвертым устройством») согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. Первое устройство выполняет управление, которое увеличивает давление Tp наддува, в качестве управления для недопущения увеличения шума. Напротив, четвертое устройство отличается от первого устройства только тем, что четвертое устройство выполняет, в качестве управления для недопущения увеличения шума, управление, которое снижает давление Fp впрыска топлива. Далее в этом документе описано главным образом отличие.
[0134] Изменение давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала, когда ECU 73 четвертого устройства осуществляет/выполняет управление для недопущения увеличения шума, описано со ссылкой на фиг. 13. Фиг. 13, аналогично фиг. 7, показывает изменение давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала посредством формы волны давления в цилиндрах. Кривая линия Ls4 является формой волны давления в цилиндрах, когда ECU 73 выполняет управление для недопущения увеличения шума.
[0135] В настоящем примере, давление впрыска топлива снижается с Fp1 до Fp4 (т.е. Fp1>Fp4) посредством управления для недопущения увеличения шума. С другой стороны, четвертое устройство не изменяет требуемый объем tau впрыска в зависимости от того, что выполняется: управление барицентрическим положением или управление для недопущения увеличения шума. Таким образом, четвертое устройство продлевает период (длительность) впрыска топлива от Du1 до Du4 (т.е. Du1<Du4) по сравнению со случаем, в котором оно не выполняет управление для недопущения увеличения шума.
[0136] Как результат снижения давления Fp впрыска топлива, диаметр частиц топлива, впрыскиваемого из клапана 23 впрыска топлива, становится большим, и, следовательно, скорость сгорания становится более низкой. Таким образом, как показано посредством кривой линии Ls4, увеличение давления Pc в цилиндрах в начале основного сгорания становится постепенным (умеренным, медленным) по сравнению со случаем, в котором управление для недопущения увеличения шума не выполняется, и, следовательно, максимальное значение θs4 скорости увеличения давления в цилиндрах меньше θp1 (т.е. θp1>θs4).
[0137] Ниже описан процесс задания параметров сгорания, который выполняет CPU 75 ECU 73 (далее в этом документе называемый просто "CPU"), со ссылкой на блок-схему, показанную на фиг. 14. Каждому этапу на фиг. 14, на котором выполняется обработка, идентичная обработке каждого этапа, показанного на фиг. 8, присваивается ссылка с номером этапа, идентичная ссылке с номером, присвоенной такому этапу, показанному на фиг. 8. CPU начинает обработку при каждом истечении заданного времени с этапа 1400, выполняет процессы этапов от этапа 805 до этапа 840 и переходит к этапу 845.
[0138] Когда CPU выполняет определение «Да» на этапе 845 (т.е. конкретное условие выполняется), он переходит к этапу 1450. В этом случае имеется вероятность (вероятно то) того, что возникает увеличение шума при сгорании.
[0139] На этапе 1450 CPU задает давление Fp впрыска топлива равным значению, которое ниже давления Fp впрыска топлива, заданного на этапе 820, на ΔFp. В результате давление впрыска топлива становится более низким на ΔFp. Далее CPU переходит к этапу 1495, чтобы условно завершать настоящую процедуру. В результате выполняется конкретное управление.
[0140] С другой стороны, когда CPU выполняет определение «Нет» на этапе 845 (т.е. конкретное условие не выполняется), он непосредственно переходит к 1495. В результате выполняется управление барицентрическим положением.
[0141] Как описано выше, модуль управления (ECU 74) четвертого устройства согласно четвертому варианту осуществления выполняет, в качестве конкретного управления, управление, которое снижает скорость сгорания топлива, впрыскиваемого посредством основного впрыска (этап 1450, показанный на фиг. 14).
[0142] Кроме того, модуль управления выполнен с возможностью осуществления, в качестве конкретного управления, управления для снижения давления впрыска топлива, служащего в качестве параметра сгорания (этап 1450, показанный на фиг. 14).
[0143] Согласно четвертому устройству, скорость сгорания топлива, впрыскиваемого посредством основного впрыска, становятся более низкой, шум при сгорании может подавляться.
[0144] ПЯТЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Ниже описано устройство управления для двигателя внутреннего сгорания (далее в этом документе называемое «пятым устройством») согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения. Четвертое устройство, описанное выше, не поддерживает барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения в целевом барицентрическом положении Gc* в случае, если оно выполняет управление для недопущения увеличения шума. Напротив, пятое устройство задает параметры сгорания таким образом, что барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения поддерживается в целевом барицентрическом положении Gc*, даже когда оно выполняет управление для недопущения увеличения шума.
[0145] Более конкретно, пятое устройство снижает давление Fp впрыска топлива аналогично четвертому устройству, но отличается от четвертого устройства только тем, что пятое устройство выполняет управление, которое обеспечивает опережение момента CAinj основного впрыска топлива. Согласно управлению, описанному выше, пятое устройство выполняет управление для недопущения увеличения шума, в то время как оно поддерживает барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения в целевом барицентрическом положении Gc*. Далее в этом документе описано главным образом отличие.
[0146] Изменение давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала, когда ECU 74 пятого устройства выполняет управление для недопущения увеличения шума, описано со ссылкой на фиг. 15. Фиг. 15, аналогично фиг. 7, показывает изменение давления Pc в цилиндрах относительно угла θ поворота коленчатого вала посредством формы волны давления в цилиндрах. Кривая линия Ls5 является формой волны давления в цилиндрах, когда ECU 74 выполняет управление для недопущения увеличения шума.
[0147] В настоящем примере, давление Fp впрыска топлива снижается с Fp1 до Fp5 (т.е. Fp1>Fp5) посредством управления для недопущения увеличения шума. Кроме того, в настоящем примере, обеспечивается опережение момента CAinj основного впрыска топлива от CAinj1 до CAinj5 (т.е. CAinj1>CAinj5) посредством управления для недопущения увеличения шума.
[0148] Как результат снижения давления Fp впрыска топлива, диаметр частиц топлива, впрыскиваемого из клапана 23 впрыска топлива, становится большим, и, следовательно, скорость сгорания становится более низкой. Таким образом, барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения запаздывает (перемещается к стороне запаздывания) относительно целевого барицентрического положения Gc*. Соответственно, чтобы поддерживать барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения в целевом барицентрическом положении Gc*, ECU 74 обеспечивает опережение момента основного впрыска топлива от CAinj1 до CAinj5.
[0149] Поскольку давление Fp впрыска топлива снижается (становится более низким), увеличение давления Pc в цилиндрах в начале основного сгорания становится постепенным (умеренным, медленным) по сравнению со случаем, в котором не выполняется управление для недопущения увеличения шума. Таким образом, максимальное значение θs5 скорости увеличения давления в цилиндрах меньше θp1 (т.е. θp1>θs5).
[0150] Ниже описан процесс задания параметров сгорания, который выполняет CPU 75 ECU 74 (далее в этом документе называемый просто "CPU"), со ссылкой на блок-схему, показанную на фиг. 16. Каждому этапу, показанному на фиг. 16, на котором выполняется обработка, идентичная обработке каждого этапа, показанного на фиг. 8, присваивается ссылка с номером этапа, идентичная ссылке с номером, присвоенной такому этапу, показанному на фиг. 8. CPU начинает обработку при каждом истечении заданного времени с этапа 1600, выполняет процессы этапов от этапа 805 до этапа 840 и переходит к этапу 845.
[0151] Когда CPU выполняет определение «Да» на этапе 845 (т.е. конкретное условие выполняется), он переходит к этапу 1650. В этом случае имеется вероятность (вероятно то) того, что возникает увеличение шума при сгорании.
[0152] На этапе 1650 CPU задает давление Fp впрыска топлива равным значению, которое ниже давления Fp впрыска топлива, заданного на этапе 820, на ΔFp. В результате давление Fp впрыска топлива становится более низким на ΔFp. Помимо этого, CPU задает момент CAinj основного впрыска топлива равным значению, которое меньше значения момента CAinj основного впрыска топлива, заданного на этапе 840, на ΔCAinj. В результате обеспечивается опережение момента CAinj основного впрыска топлива на ΔCAinj. Затем CPU переходит к этапу 1695 условного завершения настоящей процедуры. В результате выполняется упомянутое конкретное управление.
[0153] Эти значения коррекции, ΔFp и ΔCAinj, определяются заранее согласно экспериментам и т.п. таким образом, что барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения становится равным (совпадает) целевому барицентрическому положению Gc*, когда сгорание в цилиндре 22 управляется с использованием «скорректированного давления Fp впрыска топлива и скорректированного момента CAinj основного впрыска топлива». Значения коррекции, ΔFp и ΔCAinj, сохраняются в ROM 76 в форме карты.
[0154] С другой стороны, когда CPU выполняет определение «Нет» на этапе 845 (т.е. конкретное условие не выполняется), он непосредственно переходит к 1695. В результате выполняется управление барицентрическим положением.
[0155] Как описано выше, согласно пятому устройству, шум при сгорании может подавляться, в то время как барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения поддерживается в целевом барицентрическом положении Gc*.
[0156] Выше описаны варианты осуществления устройств управления двигателем для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению, но настоящее изобретение не ограничено вариантами осуществления, описанными выше, и возможны различные модификации без отступления от задач настоящего изобретения. Например, настоящее изобретение включает в себя устройства управления двигателем для двигателя внутреннего сгорания, установленного на гибридном транспортном средстве, оснащенном внутренним двигателем и электромотором, а также на транспортном средстве, оснащенном для приведения в движение только двигателем внутреннего сгорания.
[0157] Кроме того, каждый из ECU согласно каждому из вариантов осуществления определяет то, выполняет он или нет управление для недопущения увеличения шума, на основе коэффициента Er открытия клапана, частоты NE вращения и нагрузки KL на двигатель. Тем не менее, каждый из ECU может определять, следует ли выполнять управление для недопущения увеличения шума, на основе величины изменения в единицу времени давления Pc в цилиндрах, измеряемого посредством датчика 85 давления в цилиндрах.
[0158] Помимо этого, каждый из ECU согласно каждому из вариантов осуществления определяет то, что имеется вероятность (вероятно то) того, что увеличение шума при сгорании возникает, когда коэффициент Er открытия клапана превышает 0. Тем не менее, каждый из ECU может определять то, что имеется вероятность (вероятно то) того, что увеличение шума при сгорании возникает, когда коэффициент Er открытия клапана превышает заданное пороговое значение.
[0159] Кроме того, каждый из ECU согласно каждому из вариантов осуществления определяет то, что конкретное условие выполняется, когда EGR работает (выполняется), и «частота NE вращения ниже порогового значения NEth частоты вращения, или нагрузка KL на двигатель ниже порогового значения KLth нагрузки». Тем не менее, каждый из ECU может определять то, что конкретное условие выполняется, когда EGR выполняется, и «частота NE вращения ниже порогового значения NEth частоты вращения, и нагрузка KL на двигатель ниже порогового значения KLth нагрузки».
[0160] Кроме того, каждый из ECU согласно каждому из вариантов осуществления определяет параметры сгорания, такие как момент CAinj основного впрыска топлива и интервал Pint предварительного впрыска, посредством обращения к карте, сохраненной в ROM 76, для задания барицентрического положения Gc скорости тепловыделения равным (совпадающим) целевому барицентрическому положению Gc*. Иными словами, каждый из ECU выполняет управление с прямой связью. Тем не менее, каждый из ECU может осуществлять/выполнять управление с обратной связью для параметров сгорания, описанных выше, таким образом, что фактическое барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения, вычисленное на основании давления Pc в цилиндрах, измеряемого посредством датчика 85 давления в цилиндрах, становится равным (совпадает) целевому барицентрическому положению Gc*. В качестве альтернативы, каждый из ECU может выполнять как управление с прямой связью, так и управление с обратной связью для параметров сгорания.
[0161] Каждый из ECU согласно каждому из вариантов осуществления выполняет управление сгоранием таким образом, что барицентрическое положение Gc скорости тепловыделения становится равным (совпадает) целевому барицентрическому положению Gc* при любой нагрузке KL на двигатель, тем не менее, он может выполнять управление сгоранием, когда нагрузка KL на двигатель и частота NE вращения находятся в конкретном диапазоне.
[0162] Помимо этого, каждый из ECU согласно каждому из вариантов осуществления выполняет два предварительных впрыска и один основной впрыск, тем не менее он может выполнять подвпрыски и/или дожигающие впрыски в дополнение к этим впрыскам. Кроме того, число предварительных впрысков может отличаться от двух (т.е. один раз или число раз, большее или равное трем). В качестве альтернативы, предварительные впрыски могут не выполняться.
[0163] Кроме того, двигатель 10 согласно каждому из вариантов осуществления содержит систему 60 EGR (систему EGR высокого давления), которая соединяет положение выпускного канала (выпускного коллектора 51) перед турбиной 44b и положение впускного канала (впускного коллектора 41) после дроссельного клапана 46. Тем не менее, двигатель 10 также может содержать систему EGR низкого давления, которая соединяет положение выпускного канала (выхлопной трубы 52) за турбиной 44b и положение впускного канала (впускной трубы 42) перед компрессором 44a. Помимо этого, двигатель 10 может содержать только систему EGR низкого давления вместо системы EGR высокого давления.