內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置以及轉(zhuǎn)速控制方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于，同時使用進(jìn)氣量的變更和機(jī)械壓縮比的變更，迅速地使轉(zhuǎn)速控制中的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速之間的偏差減少。具有能夠變更進(jìn)氣量的電控的節(jié)氣門閥（23）、以及能夠變更機(jī)械壓縮比的可變壓縮比機(jī)構(gòu)（30）。ECU（40）在怠速運轉(zhuǎn)時，計算出目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速之間的偏差，與該偏差的大小相對應(yīng)，選擇進(jìn)氣量和機(jī)械壓縮比中的某一者或兩者作為控制對象，通過變更所選擇的進(jìn)氣量和機(jī)械壓縮比中的某一者或兩者而使所述偏差減少。
【專利說明】內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置以及轉(zhuǎn)速控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。
【背景技術(shù)】
[0002]對于在車輛中搭載的內(nèi)燃機(jī)，如公知所示，進(jìn)行所謂的怠速轉(zhuǎn)速控制，S卩，與由曲軸角傳感器等檢測出的內(nèi)燃機(jī)的實際轉(zhuǎn)速和目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速的偏差相對應(yīng)，利用節(jié)氣門閥等對進(jìn)氣量(吸入空氣量)進(jìn)行增減，從而使內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速收斂為目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速。
[0003]另一方面，本 申請人:等提出了一種可變壓縮比機(jī)構(gòu)，其通過與內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)狀態(tài)相對應(yīng)地使活塞行程特性變化，從而變更內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械壓縮比(膨脹比)。作為利用上述可變壓縮比機(jī)構(gòu)的怠速轉(zhuǎn)速控制的一個例子，在專利文獻(xiàn)I中記載了下述技術(shù):為了抑制與壓縮比變更的響應(yīng)遲緩相伴的怠速轉(zhuǎn)速控制的收斂性的惡化，通過壓縮比傳感器對實際壓縮比進(jìn)行檢測，與該實際壓縮比相對應(yīng)，對進(jìn)氣量進(jìn)行校正。
[0004]另外，在專利文獻(xiàn)2中記載了下述技術(shù):在通過節(jié)氣門閥進(jìn)行進(jìn)氣量控制的基礎(chǔ)上，同時使用點火定時控制，進(jìn)行怠速轉(zhuǎn)速控制。在怠速運轉(zhuǎn)時，為了維持目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速而調(diào)整節(jié)氣門開度并對進(jìn)氣量進(jìn)行增減，另一方面，基于由空氣流量計檢測出的實際進(jìn)氣量，對點火定時進(jìn)行校正。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-239146號公報
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特許第2709061號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]由于節(jié)氣門閥配置在距離氣缸比較遠(yuǎn)的進(jìn)氣通路的上游側(cè)，因此，對于由節(jié)氣門閥進(jìn)行進(jìn)氣量調(diào)整，伴有某種程度的響應(yīng)遲緩。因此，如果僅通過由節(jié)氣門閥進(jìn)行進(jìn)氣量的增減而進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，則特別地，在目標(biāo)轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速之間的偏差比較小的情況下，存在偏差的收斂性惡化的問題。另一方面，如上述專利文獻(xiàn)2所示，在轉(zhuǎn)速控制中同時使用點火定時控制的情況下，為了能夠成為點火定時的提前角，而必須預(yù)先將點火定時成為延遲角，與此相對應(yīng)地，使相對于適當(dāng)?shù)狞c火定時(MBT)的延遲角量增加，燃料消耗性能下降。
[0008]本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其同時使用進(jìn)氣量的變更控制和機(jī)械壓縮比的變更控制，使轉(zhuǎn)速控制中的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速的偏差良好地收斂。即，本發(fā)明的特征在于，在使內(nèi)燃機(jī)的所述實際轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速控制中，計算出目標(biāo)轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速之間的偏差，與所述偏差的大小相對應(yīng)，選擇所述進(jìn)氣量和所述機(jī)械壓縮比中的某一者或兩者作為控制對象，通過變更所選擇的所述進(jìn)氣量和所述機(jī)械壓縮比中的某一者或兩者，從而使所述偏差減少。
[0009]發(fā)明的效果
[0010]根據(jù)本發(fā)明，能夠同時使用進(jìn)氣量的變更控制和機(jī)械壓縮比的變更控制，使轉(zhuǎn)速控制中的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速之間的偏差良好地收斂?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1是使用本發(fā)明的一個實施例所涉及的怠速轉(zhuǎn)速控制裝置的內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2是表示上述內(nèi)燃機(jī)的可變壓縮比機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖3是上述可變壓縮比機(jī)構(gòu)的說明圖，(A)、(B)是表示高壓縮比位置、低壓縮比位置的各自的連桿布局的說明圖，(O是控制軸附近的放大圖，(D)表示活塞動作的說明圖。
[0014]圖4是表示本實施例所涉及的怠速轉(zhuǎn)速控制的流程的流程圖。
[0015]圖5是表示圖4的怠速判定標(biāo)志的設(shè)定處理的詳細(xì)情況的流程圖。
[0016]圖6是表示圖4的怠速轉(zhuǎn)速控制的詳細(xì)情況的流程圖。
[0017]圖7是表示圖6的怠速旋轉(zhuǎn)分配控制的詳細(xì)情況的流程圖。
[0018]圖8是表示圖7的壓縮比上限值設(shè)定處理的詳細(xì)情況的流程圖。
[0019]圖9是表示壓縮比上限值設(shè)定用的對應(yīng)圖的說明圖。
[0020]圖10是表示加權(quán)系數(shù)設(shè)定用的表的說明圖。
[0021]圖11是簡略地表示上述怠速轉(zhuǎn)速控制的處理內(nèi)容的框圖。
[0022]圖12是表示圖11的怠速旋轉(zhuǎn)分配單元的詳細(xì)情況的框圖。
[0023]圖13是表示該圖11的怠速旋轉(zhuǎn)分配單元的詳細(xì)情況的框圖。
【具體實施方式】
[0024]下面，參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明。圖1是表示使用本發(fā)明的端口噴射方式的火花點火式汽油內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。內(nèi)燃機(jī)10具有:氣缸體11，其設(shè)置有多個氣缸(缸徑)11A ;以及氣缸蓋12，其固定在該氣缸體11的上側(cè)。在氣缸體11的下偵牝作為儲存發(fā)動機(jī)油的油盤14，安裝被分割為兩部分的油盤上部14A和油盤下部14B。另夕卜，在該圖1中，僅描繪出一個氣缸的氣缸11A,但實際上在氣缸列方向上設(shè)置有多個氣缸11A。
[0025]在各氣缸IlA中可滑動地設(shè)置活塞15,在各活塞15的上方,在其與屋脊型的氣缸蓋12的下表面之間形成燃燒室13。在各燃燒室13中經(jīng)由進(jìn)氣閥16連接進(jìn)氣口 17，并且經(jīng)由排氣閥18連接排氣口 19，并且，在燃燒室13內(nèi)的頂部中央設(shè)置有對混合氣進(jìn)行火花點火的火花塞20。
[0026]在與各氣缸的進(jìn)氣口 17連接的進(jìn)氣通路21中，在進(jìn)氣集氣管22的上游側(cè)設(shè)置對進(jìn)氣量(吸入空氣量)進(jìn)行調(diào)整的電子控制式的節(jié)氣門閥23，并且，設(shè)置有向各氣缸的進(jìn)氣口 17噴射燃料的燃料噴射閥24。另外，不限于上述的端口噴射型的結(jié)構(gòu)，也可以是向燃料室內(nèi)直接噴射燃料的缸內(nèi)直噴式的結(jié)構(gòu)。另外，雖未進(jìn)行圖示，但在節(jié)氣門閥23的上游側(cè)設(shè)置有對進(jìn)氣量進(jìn)行檢測的空氣流量計、和對進(jìn)氣中的異物進(jìn)行捕集的空氣濾清器等。
[0027]在各氣缸的排氣口 19所連接并集合的排氣通路25中，安裝有三元催化劑等催化劑26，并且，在該催化劑26的上游側(cè)(以及下游側(cè))，設(shè)置對排氣的空燃比進(jìn)行檢測的氧濃度傳感器等空燃比傳感器27?；谠摽杖急葌鞲衅?7的檢測信號，進(jìn)行對燃料噴射量進(jìn)行增減的空燃比反饋控制，以使得將排氣的空燃比維持為目標(biāo)空燃比(理論空燃比)。
[0028]另外，在該內(nèi)燃機(jī)10中，作為可變更進(jìn)氣量的裝置，除了上述的電控的節(jié)氣門閥23以外，還設(shè)置有能夠變更進(jìn)氣閥16的閥升程特性的進(jìn)氣側(cè)可變動閥機(jī)構(gòu)28、和能夠變更排氣閥18的閥升程特性的排氣側(cè)可變動閥機(jī)構(gòu)29。在這些可變動閥機(jī)構(gòu)28、29中，如在日本特開2002-235567號公報等中記載所示，能夠利用通過使凸輪軸相對于曲軸的旋轉(zhuǎn)相位成為延遲角或提前角，從而使閥定時成為延遲角或提前角的可變閥定時機(jī)構(gòu)、和能夠同時且連續(xù)地變更進(jìn)氣閥或排氣閥的動作角和閥升程量這兩者的升程動作角變更機(jī)構(gòu)等。這些機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)通過上述公報等而成為公知，因此，在這里省略說明。
[0029]并且，作為能夠變更內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械壓縮比(膨脹比)的裝置，設(shè)置有可變壓縮比機(jī)構(gòu)30，其能夠通過改變包含活塞15的上死點位置以及下死點位置在內(nèi)的活塞行程特性，從而變更機(jī)械壓縮比。在作為驅(qū)動該可變壓縮比機(jī)構(gòu)30的致動器的電動機(jī)31中，內(nèi)置有:電動機(jī)旋轉(zhuǎn)角傳感器32，其檢測與實際的機(jī)械壓縮比相對應(yīng)的電動機(jī)31的旋轉(zhuǎn)角；以及電動機(jī)負(fù)載傳感器33，其對電動機(jī)31的負(fù)載進(jìn)行檢測。
[0030]作為檢測內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)狀態(tài)的各種傳感器類，除了上述的傳感器類以外，還設(shè)置有:節(jié)氣門開度傳感器34，其檢測節(jié)氣門閥23的節(jié)氣門開度；曲軸角傳感器35，其檢測曲軸41的曲軸角；水溫傳感器37，其檢測水套36內(nèi)的冷卻水的溫度即內(nèi)燃機(jī)水溫；爆燃傳感器38，其對爆燃進(jìn)行感知；以及加速器開度傳感器39等，其對由駕駛員操作的加速器踏板的加速器開度APO進(jìn)行檢測。
[0031]作為控制部的ECU (發(fā)動機(jī)控制單元)40具有微型計算機(jī)，該微型計算機(jī)具有儲存以及執(zhí)行各種控制處理的功能，基于來自上述各種傳感器類的輸入信號，向節(jié)氣門閥23、火花塞20、燃料噴射閥24、可變動閥機(jī)構(gòu)28、29以及可變壓縮比機(jī)構(gòu)30的電動機(jī)31等輸出控制信號，對其動作進(jìn)行控制。
[0032]參照圖2?圖4，上述的可變壓縮比機(jī)構(gòu)30利用多連桿式的活塞-曲軸機(jī)構(gòu)，對機(jī)械壓縮比進(jìn)行變更，其中，該活塞-曲軸機(jī)構(gòu)將各氣缸的活塞15受到的燃料壓力作為旋轉(zhuǎn)動力而機(jī)械地傳遞至曲軸41。如圖2所示，在曲軸41中，針對每個氣缸分別設(shè)置有相對于軸頸中心偏心的曲柄銷42?？勺儔嚎s比機(jī)構(gòu)30具有:下連桿43，其可旋轉(zhuǎn)地安裝在曲柄銷42上；以及上連桿44，其將該下連桿43和活塞15連結(jié)；以及控制連桿45，其將下連桿43和控制軸46連結(jié)。上連桿44是棒狀的連桿部件，其上端經(jīng)由活塞銷47可擺動地連結(jié)在活塞15上，并且，其下端經(jīng)由第I連結(jié)銷48可擺動地連結(jié)在下連桿43上。下連桿43隔著曲柄銷42分為兩個部件而構(gòu)成?？刂七B桿45的上端經(jīng)由第2連結(jié)銷49可擺動地連結(jié)在下連桿43上，第I連結(jié)銷48和第2連結(jié)銷49相對于曲柄銷42的中心彼此配置在相反側(cè)?？刂七B桿45的下端可擺動地安裝在與控制軸46偏心設(shè)置的偏心軸部50上。
[0033]控制軸46利用主軸承蓋53以及輔助軸承蓋54，可旋轉(zhuǎn)地支撐在氣缸體11側(cè)，并且在其外周形成有齒輪51，該齒輪51與設(shè)置在電動機(jī)31的旋轉(zhuǎn)軸52上的齒輪52A嚙合。通過利用該電動機(jī)31對控制軸46的旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行變更，從而使偏心軸部50的位置位移，伴隨該偏心軸部50的位移，經(jīng)由控制連桿45使下連桿43的姿態(tài)變化，從而使包含活塞上死點位置以及活塞下死點位置在內(nèi)的活塞行程特性變化。
[0034]如圖3所示，在控制軸46的旋轉(zhuǎn)位置處于高壓縮比位置(A)的情況下，活塞上死點位置(在圖中為了方便而表示為活塞銷47的中心位置)處于較高的位置，在控制軸旋轉(zhuǎn)位置處于低壓縮比位置(B)的情況下，活塞上死點位置處于比上述的高壓縮比位置(A)低規(guī)定量AD的位置。圖3 (D)示出高壓縮比位置(A)以及低壓縮比位置(B)各自的活塞動作、即活塞行程特性。[0035]上述的可變壓縮比機(jī)構(gòu)30，在能夠與內(nèi)燃機(jī)運轉(zhuǎn)狀態(tài)相對應(yīng)而變更機(jī)械壓縮比的基礎(chǔ)上，通過如圖3 (A)、(B)所示適當(dāng)?shù)卦O(shè)定連桿布局，從而如圖3 (D)所示，能夠?qū)⒒钊谐烫匦员旧碓O(shè)定為接近簡諧振動的適當(dāng)特性。另外，通過將上連桿44相對于活塞銷47的擺動角度抑制得較小，從而能夠抑制向活塞和氣缸壁面的接觸部分作用的推力-反推力方向的負(fù)荷。而且，由于連桿部件的連結(jié)部分的大部分為面接觸，因此，易于進(jìn)行潤滑，可靠性?耐久性優(yōu)異。另外，由于將控制軸46配置在曲軸41的斜下方，且位于油盤上部14A的側(cè)壁附近，因此控制軸46周圍的潤滑性優(yōu)異，并且能夠簡化安裝在油盤上部14A的外側(cè)的電動機(jī)31和控制軸46的連結(jié)機(jī)構(gòu)。另外，在本例中，作為致動器而利用能夠獲得較高響應(yīng)性的電動機(jī)31，但也可以利用油壓式的致動器。
[0036]下面，參照圖5~圖13，對成為本實施例的主要部分的怠速轉(zhuǎn)速控制進(jìn)行說明。在內(nèi)燃機(jī)處于怠速運轉(zhuǎn)中的怠速運轉(zhuǎn)時，進(jìn)行用于使內(nèi)燃機(jī)的實際轉(zhuǎn)速rNe收斂為目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe的怠速轉(zhuǎn)速控制。在這里，在本實施例的怠速轉(zhuǎn)速控制中，同時使用進(jìn)氣量的變更控制和機(jī)械壓縮比的變更控制，使目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe和實際轉(zhuǎn)速rNe的偏差A(yù)Ne(ΔNe=tNe 一 rNe)減少、收斂。即，與偏差ΔΝθ的大小相對應(yīng)，選擇進(jìn)氣量和機(jī)械壓縮比中的某一者或者兩者作為控制對象，通過對選擇的進(jìn)氣量和機(jī)械壓縮比中的某一者或兩者進(jìn)行變更，從而使偏差ΔNe減少。[0037]圖4是表示上述的怠速轉(zhuǎn)速控制的處理流程的流程圖。該程序儲存在上述E⑶40中，每隔規(guī)定期間(例如，每隔IOms)反復(fù)執(zhí)行。在步驟Sll中，執(zhí)行表示怠速運轉(zhuǎn)判定結(jié)果的怠速判定標(biāo)志的設(shè)定處理。圖5是表示該怠速判定標(biāo)志的設(shè)定處理的詳細(xì)情況的子程序。在該步驟S21中，讀取通過上述加速器開度傳感器39檢測出的加速器開度APO和實際轉(zhuǎn)速rNe。實際轉(zhuǎn)速rNe是檢測出或推定出內(nèi)燃機(jī)的實際轉(zhuǎn)速而得的值，例如利用上述的曲軸角傳感器35的輸出信號而求出，或者同時使用對凸輪軸的凸輪角進(jìn)行檢測的凸輪角傳感器和上述的曲軸角傳感器35的輸出信號而求出(轉(zhuǎn)速檢測單元)。
[0038]在步驟S22中，對加速器開度APO是否小于或等于預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的閾值thAPO進(jìn)行判定。該閾值thAPO是用于判定加速器開度APO是否大致全閉的值，因此，設(shè)定為“O”或者接近“O”的值。在步驟S23中，對實際轉(zhuǎn)速rNe是否小于或等于規(guī)定的閾值thNe進(jìn)行判定。將該閾值thNe設(shè)定為比目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe稍高的值，以使得不會由于頻繁地進(jìn)行怠速轉(zhuǎn)速控制和通常控制的切換而妨礙駕駛性能。
[0039]在加速器開度APO小于或等于閾值thAPO、且實際轉(zhuǎn)速rNe小于或等于閾值thNe的情況下，進(jìn)入步驟S24，將怠速判定標(biāo)志設(shè)定為表示處于怠速運轉(zhuǎn)狀態(tài)的“I”。在除此以外的情況下，即，在加速器開度APO超過閾值thAPO或者實際轉(zhuǎn)速rNe超過閾值thNe的情況下，進(jìn)入步驟S25，將怠速判定標(biāo)志設(shè)定為表示不處于怠速運轉(zhuǎn)狀態(tài)的“O”。
[0040]另外，怠速運轉(zhuǎn)的判定不限于此，也可以將停車/空檔開關(guān)的0N、制動器踏板的0N、車速小于或等于規(guī)定閾值等其他條件組合而進(jìn)行判定。
[0041]再次參照圖4，在步驟S12中，對通過圖5的子程序而設(shè)定的怠速判定標(biāo)志是否是“I”進(jìn)行判定。如果怠速判定標(biāo)志為“1”，則進(jìn)入步驟S13，執(zhí)行怠速轉(zhuǎn)速控制。另一方面，如果怠速判定標(biāo)志為“0”，則進(jìn)入步驟S14，禁止怠速轉(zhuǎn)速控制的執(zhí)行，實施通常控制。在該通常控制中，對節(jié)氣門開度進(jìn)行控制，以使得獲得與加速器開度APO相對應(yīng)的要求扭矩?進(jìn)氣量，并且，通過上述的空燃比反饋控制，以保持目標(biāo)空燃比的方式使燃料噴射量增減，并且，與加速器開度APO和實際轉(zhuǎn)速rNe等相對應(yīng)，對可變動閥機(jī)構(gòu)28、29進(jìn)行驅(qū)動控制。
[0042]圖6是表示圖4的步驟S13的怠速轉(zhuǎn)速控制的詳細(xì)情況的子程序。在步驟S31中，讀取目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe和實際轉(zhuǎn)速rNe。目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe與冷卻水溫度、空調(diào)等輔助設(shè)備類的動作狀態(tài)、自動變速器的齒輪位置等相對應(yīng)而設(shè)定，另外，與電池電壓等相對應(yīng)而被校正。在步驟S32中，求出上述目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe和實際轉(zhuǎn)速rNe之間的偏差A(yù)Ne。
[0043]并且，在步驟S33中，基于該偏差A(yù)Ne，實施怠速旋轉(zhuǎn)分配控制。即，與偏差A(yù)Ne的大小相對應(yīng)，選擇通過節(jié)氣閥23變更的進(jìn)氣量、和通過可變壓縮比機(jī)構(gòu)30變更的機(jī)械壓縮比中的某一者或者兩者作為控制對象。具體地說，如后所述，基于偏差A(yù)Ne的絕對值的大小，將偏差A(yù)Ne分配為通過進(jìn)氣量的變更控制而收斂的進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa、和通過機(jī)械壓縮比的變更控制而收斂的壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ ε。由此，即使作為使同一偏差A(yù)Ne收斂的控制對象而同時使用進(jìn)氣量和機(jī)械壓縮比，也能夠抑制由于兩種控制的干涉而產(chǎn)生的振蕩。
[0044]另外，與由可變壓縮比機(jī)構(gòu)30進(jìn)行的機(jī)械壓縮比的變更相對應(yīng)，對向各氣缸的氣缸內(nèi)供給的實際進(jìn)氣量進(jìn)行增減，但是作為上述控制對象的“進(jìn)氣量”不是上述的實際進(jìn)氣量，而是表示與在怠速轉(zhuǎn)速控制中使用的節(jié)氣門閥23的開度相對應(yīng)進(jìn)行增減的“進(jìn)氣量”。對作為控制對象的“進(jìn)氣量”進(jìn)行變更的設(shè)備，不限于上述的節(jié)氣門閥23，例如可以是單獨或者同時使用上述可變動閥機(jī)構(gòu)28、29或節(jié)氣門閥23的結(jié)構(gòu)。
[0045]然后，在步驟S34中，通過對利用上述的怠速旋轉(zhuǎn)分配控制而選擇的進(jìn)氣量和機(jī)械壓縮比中的某一者或兩者進(jìn)行變更，從而以使上述的偏差A(yù)Ne減少的方式，實施后述的壓縮比?進(jìn)氣量反饋(FB)控制。在通過進(jìn)氣量反饋控制而使偏差A(yù)Ne減少的情況下，以在實際轉(zhuǎn)速rNe低于目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe時使進(jìn)氣量增加，在實際轉(zhuǎn)速rNe高于目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe時使進(jìn)氣量減少的方式，對節(jié)氣門閥23進(jìn)行驅(qū)動控制。另外，在通過利用壓縮比反饋控制使機(jī)械壓縮比變更，從而使偏差△ Ne減少的情況下，以在實際轉(zhuǎn)速rNe低于目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe時提高機(jī)械壓縮比，在`實際轉(zhuǎn)速rNe高于目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe時降低機(jī)械壓縮比的方式，對可變壓縮比機(jī)構(gòu)30進(jìn)行驅(qū)動控制。
[0046]圖7是表示圖6的步驟S33的怠速旋轉(zhuǎn)分配控制的詳細(xì)情況的子程序。在步驟S41中，在怠速運轉(zhuǎn)條件下,設(shè)定壓縮比上限值ε max,該壓縮比上限值ε max相當(dāng)于在不發(fā)生爆燃以及早燃的范圍內(nèi)的最大機(jī)械壓縮比。圖8是表示該壓縮比上限值ε max的設(shè)定處理的詳細(xì)情況的子程序。在步驟S51中，基于上述的水溫傳感器37的檢測信號，讀取與內(nèi)燃機(jī)溫度相當(dāng)?shù)膬?nèi)燃機(jī)水溫。在步驟S52中，利用該內(nèi)燃機(jī)水溫，對預(yù)先設(shè)定以及儲存的如圖9所示的壓縮比上限值設(shè)定用的對應(yīng)圖進(jìn)行檢索，計算考慮了內(nèi)燃機(jī)水溫的影響在內(nèi)的校正值ε I。
[0047]在步驟S53中，通過從預(yù)先設(shè)定的基本壓縮比上限值ε O中減去上述的校正值ε I,從而求出最終的壓縮比上限值ε max ( ε max = ε 0 — ε I)。在這里,基本壓縮比上限值ε O是與在內(nèi)燃機(jī)水溫是預(yù)熱完成后的穩(wěn)定水溫(例如80°C)時，在怠速運轉(zhuǎn)條件下不會發(fā)生爆燃以及早燃的最大壓縮比相當(dāng)?shù)闹怠ＰＵ郸?I是相當(dāng)于與內(nèi)燃機(jī)水溫的上升相伴的壓縮比下降量的值，內(nèi)燃機(jī)水溫越高，越易發(fā)生爆燃和早燃，因此校正值ε I也成為越大的值。另外，在本例中，作為與內(nèi)燃機(jī)溫度相當(dāng)?shù)膮?shù)而使用內(nèi)燃機(jī)水溫，但也可以單獨地使用通過傳感器等檢測出或推定出的內(nèi)燃機(jī)油溫或進(jìn)氣溫度，或者將它們組合而進(jìn)行使用。
[0048]再次參照圖7，在步驟S42中，對內(nèi)燃機(jī)水溫是否超過預(yù)先設(shè)定的規(guī)定閾值進(jìn)行判定。在步驟S43中，對機(jī)械壓縮比ε是否達(dá)到上述的壓縮比上限值ε max進(jìn)行判定。在這里的機(jī)械壓縮比ε是控制目標(biāo)值，但也可以利用通過電動機(jī)旋轉(zhuǎn)角傳感器32等檢測出或推定出的機(jī)械壓縮比的檢測值.推定值。
[0049]在內(nèi)燃機(jī)水溫沒有超過閾值，并且機(jī)械壓縮比ε沒有達(dá)到壓縮比上限值emax的情況下，進(jìn)入步驟S44，利用偏差A(yù)Ne的絕對值，參照預(yù)先設(shè)定以及儲存的如圖10所示的加權(quán)系數(shù)設(shè)定用的表，計算出加權(quán)系數(shù)K。利用該加權(quán)系數(shù)K，將總體的偏差Λ Ne分配為通過進(jìn)氣量的變更控制而減少的進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa、和通過機(jī)械壓縮比的變更控制而減少的壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε。另外，進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa和壓縮比控制用偏差ΔΝθ_ ε的和為總體偏差A(yù)Ne。
[0050]圖10的虛線的特性A表示加權(quán)系數(shù)K的一個例子。該情況下的加權(quán)系數(shù)K是相當(dāng)于進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa相對于總體偏差A(yù)Ne的比例的系數(shù)，設(shè)定為偏差A(yù)Ne的絕對值的大小越大，越連續(xù)地變大的值。但是，也可以與偏差Δ Ne的絕對值相對應(yīng)，階段性地變更加權(quán)系數(shù)K。
[0051]如圖10所示，在偏差A(yù)Ne的絕對值是范圍α內(nèi)的中間大小的情況下，加權(quán)系數(shù)K成為比O大而比I小的值，進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa和壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε這兩者成為比O大的值。因此，在該情況下，通過利用了進(jìn)氣量和機(jī)械壓縮比這兩者的變更控制的怠速轉(zhuǎn)速控制，從而使偏差Λ Ne減少.收斂。
[0052]在步驟S45中，基于上述的加權(quán)系數(shù)K和偏差A(yù)Ne，分別計算出壓縮比控制用偏差ΔΝθ_ε和進(jìn)氣量控制用 偏差A(yù)Ne_Qa。將偏差Λ Ne與加權(quán)系數(shù)K相乘而求出進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa。另一方面，壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε是從偏差A(yù)Ne中減去進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa而得到的值，將偏差A(yù)Ne與(I 一 K)相乘而求出。
[0053]因此，目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe和實際轉(zhuǎn)速rNe之間的偏差A(yù)Ne越大，加權(quán)系數(shù)K越成為較大的值，進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa的比例越大，偏差Λ Ne越小，加權(quán)系數(shù)K越成為較小的值，壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε的比例越大。如上所述，在偏差A(yù)Ne的絕對值比較大時，通過使進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa大于壓縮比控制用偏差Λ Ne_ ε，從而抑制機(jī)械壓縮比的過度變動，抑制與此相伴的燃料消耗的惡化和駕駛性能的下降，并且能夠抑制爆燃和早燃的發(fā)生。另一方面，在偏差A(yù)Ne的絕對值比較小時，通過使壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ ε大于進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)N^Qa，從而使響應(yīng)性優(yōu)異的機(jī)械壓縮比的變更量增大，能夠迅速地使偏差A(yù)Ne收斂。
[0054]再次參照圖7，在內(nèi)燃機(jī)水溫超過閾值，或者機(jī)械壓縮比ε達(dá)到壓縮比上限值ε max的情況下，從步驟S42或步驟S43進(jìn)入步驟S46，將加權(quán)系數(shù)K固定為“I”。由此，壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε成為“0”，進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa成為與偏差A(yù)Ne相等的值。
[0055]即，在機(jī)械壓縮比ε達(dá)到壓縮比上限值ε max的情況下，無論偏差A(yù)Ne的大小如何，均禁止變更機(jī)械壓縮比ε，將機(jī)械壓縮比ε固定為壓縮比上限值ε max，僅通過變更進(jìn)氣量而使偏差A(yù)Ne減少。由此，防止機(jī)械壓縮比ε超過壓縮比上限值emax，能夠抑制?避免爆燃和早燃的發(fā)生，并且，能夠通過進(jìn)氣量的變更控制而使偏差A(yù)Ne收斂。
[0056]另外，在內(nèi)燃機(jī)水溫超過閾值的情況下，從步驟S42進(jìn)入步驟S46，將加權(quán)系數(shù)K設(shè)定為I。由此，無論偏差A(yù)Ne的大小如何，均禁止變更機(jī)械壓縮比ε，將機(jī)械壓縮比ε固定為壓縮比上限值ε max或者比壓縮比上限值ε max小的規(guī)定的機(jī)械壓縮比，通過變更進(jìn)氣量而使偏差A(yù)Ne減少。由此，防止與內(nèi)燃機(jī)水溫的上升相伴而機(jī)械壓縮比ε超過壓縮比上限值ε max,能夠抑制.避免爆燃和早燃的發(fā)生，并且，能夠通過進(jìn)氣量的變更控制而使偏差A(yù)Ne收斂。另外，也可以省略步驟S42的判定處理，與內(nèi)燃機(jī)水溫相對應(yīng)，對校正系數(shù)K進(jìn)行校正。在該情況下，為了獲得上述的作用效果，在內(nèi)燃機(jī)水溫超過閾值的情況下，以使加權(quán)系數(shù)K成為“I”的方式進(jìn)行校正。
[0057]圖10的實線的特性B示出加權(quán)系數(shù)K的其他例子，該情況下的加權(quán)系數(shù)K是相當(dāng)于壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε相對于總體偏差A(yù)Ne的比例的系數(shù)，偏差A(yù)Ne的絕對值的大小越大，該加權(quán)系數(shù)K越連續(xù)地成為較小的值。另外，也可以與偏差A(yù)Ne的絕對值相對應(yīng)，階梯狀地變更加權(quán)系數(shù)K。
[0058]在該情況下，與上述的步驟S45不同，將偏差A(yù)Ne與加權(quán)系數(shù)K相乘而求出壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε。進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa是從總體偏差A(yù)Ne中減去壓縮比控制用偏差ΔΝθ_ε而得的值,通過將偏差A(yù)Ne與(I 一 K)相乘而求出。另外，與上述的步驟S46不同，在內(nèi)燃機(jī)水溫超過閾值或者機(jī)械壓縮比ε達(dá)到壓縮比上限值emax的情況下，將加權(quán)系數(shù)設(shè)定為“O”。
[0059]在該特性B的情況下，作為結(jié)果，也與上述的特性A的情況相同地，目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe和實際轉(zhuǎn)速rNe的偏差Λ Ne越大，進(jìn)氣量控制用偏差Λ Ne_Qa的比例越大，偏差A(yù)Ne越小，壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε的比例越大。
[0060]圖11?圖13是簡略地表示上述的怠速轉(zhuǎn)速控制的處理流程的框圖。在怠速旋轉(zhuǎn)分配單元BI中，基于目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe和實際轉(zhuǎn)速rNe之間的偏差Λ Ne，將壓縮比控制電流輸出至作為壓縮比變更單元Β12的可變壓縮比機(jī)構(gòu)30的電動機(jī)31，以減少壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε的方式對機(jī)械壓縮比進(jìn)行控制，并且，將進(jìn)氣量控制電流輸出至作為進(jìn)氣量變更單元Β13的電控節(jié)氣門閥23，以使進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa減少的方式控制進(jìn)氣量。
[0061]圖12以及圖13是表示圖11的怠速旋轉(zhuǎn)分配單元BI的詳細(xì)情況的框圖。在加權(quán)系數(shù)運算部B21中，與圖7的步驟S44相同地，基于偏差A(yù)Ne的絕對值的大小，對加權(quán)系數(shù)K進(jìn)行運算，并輸出至壓縮比控制用偏差運算部B22以及進(jìn)氣量控制用偏差運算部B23。在壓縮比控制用偏差運算部B22以及進(jìn)氣量控制用偏差運算部B23中，與步驟S45同樣地，基于加權(quán)系數(shù)K和偏差A(yù)Ne，對壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε以及進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa進(jìn)行運算。如圖13所示，在壓縮比反饋控制部B31中，基于求出的壓縮比控制用偏差A(yù)Ne_ε，實施公知的PID控制等偏差降低控制，求出壓縮比控制電流，并將其輸出至可變壓縮比機(jī)構(gòu)30的電動機(jī)31，以使壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ ε接近“O”的方式，對可變壓縮比機(jī)構(gòu)30的電動機(jī)31進(jìn)行驅(qū)動控制。具體地說，以在實際轉(zhuǎn)速rNe低于目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe時提高機(jī)械壓縮比，在實際轉(zhuǎn)速rNe高于目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe時降低機(jī)械壓縮比的方式，對可變壓縮比機(jī)構(gòu)30進(jìn)行驅(qū)動控制。
[0062]同樣地，在進(jìn)氣量反饋控制部B32中，基于求出的進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa，實施公知的PID控制等偏差降低控制，求出進(jìn)氣量控制電流，并將其輸出至電控節(jié)氣門閥23，以使進(jìn)氣量控制用偏差A(yù)Ne_Qa接近“O”的方式對電控節(jié)氣門閥23進(jìn)行驅(qū)動動作。具體地說，以在實際轉(zhuǎn)速rNe低于目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe時使進(jìn)氣量增加，在實際轉(zhuǎn)速rNe高于目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速tNe時使進(jìn)氣量減少的方式，對節(jié)氣門閥23進(jìn)行驅(qū)動控制。
[0063]如上所述在本實施例中，在怠速轉(zhuǎn)速控制中同時使用進(jìn)氣量和機(jī)械壓縮比，為了使目標(biāo)控制轉(zhuǎn)速tNe和實際轉(zhuǎn)速rNe之間的偏差Δ Ne減少,而利用兩者的特性迅速地使偏差A(yù)Ne收斂。另外，將總體偏差A(yù)Ne分配為通過進(jìn)氣量的變更而減少的進(jìn)氣量控制偏差A(yù)Ne_Qa、和通過機(jī)械壓縮比的變更而減少的壓縮比控制用偏差ΛNe_ ε，因此，能夠各自獨立地進(jìn)行反饋控制，能夠抑制兩種控制的干涉和振蕩的發(fā)生。另外，在偏差A(yù)Ne的絕對值較大的情況下，進(jìn)氣量控制偏差A(yù)Ne_Qa變大，并且壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε變小，因此，抑制由于過度的機(jī)械壓縮比的變更而導(dǎo)致的爆燃和早燃的發(fā)生，并且，主要通過進(jìn)氣量的變更而將內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定并保持在目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速的附近。另一方面，在偏差A(yù)Ne的絕對值較小的情況下，提高壓縮比控制量偏差A(yù)Ne，通過優(yōu)先地進(jìn)行響應(yīng)性優(yōu)異的機(jī)械壓縮比的變更控制，從而能夠迅速地使偏差Λ Ne收斂。并且，通過使相當(dāng)于進(jìn)氣量控制偏差A(yù)Ne_Qa和壓縮比控制用偏差ΛΝθ_ε的分配比例的加權(quán)系數(shù)K，與偏差A(yù)Ne的絕對值的大小相對應(yīng)，連續(xù)地或階段性地變化，從而能夠抑制由于分配比例的劇烈變動而導(dǎo)致的駕駛性能下降。
[0064]另外，在上述中，針對在怠速轉(zhuǎn)速控制中使用本發(fā)明的實施例進(jìn)行了說明，但例如在混合動力車輛等中，在通過內(nèi)燃機(jī)使發(fā)電機(jī)以目標(biāo)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動而進(jìn)行發(fā)電的情況等下，針對使內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速這樣的控制，也可以使用本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其具有: 進(jìn)氣量變更單元，其對內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣量進(jìn)行變更； 壓縮比變更單元，其對內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械壓縮比進(jìn)行變更； 轉(zhuǎn)速檢測單元，其對內(nèi)燃機(jī)的實際轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測；以及 控制單元，其在使內(nèi)燃機(jī)的所述實際轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速控制中，計算目標(biāo)轉(zhuǎn)速和所述實際轉(zhuǎn)速之間的偏差，與所述偏差的大小相對應(yīng)，選擇所述進(jìn)氣量和所述機(jī)械壓縮比中的某一者或兩者作為控制對象，通過變更所選擇的所述進(jìn)氣量和所述機(jī)械壓縮比中的某一者或兩者，從而使所述偏差減少。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其中， 所述控制單元在所述偏差的絕對值較大時，主要通過變更所述進(jìn)氣量而使所述偏差減少，另一方面，在所述偏差的絕對值較小時，主要通過變更所述機(jī)械壓縮比而使所述偏差減少。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其中， 所述控制單元在所述偏差的絕對值是中間大小時，通過變更所述進(jìn)氣量和所述機(jī)械壓縮比這兩者而使所述偏差減少。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其中， 所述控制單元基于所述偏差和所述偏差的絕對值的大小，將所述偏差分配為進(jìn)氣量控制用偏差和壓縮比控制用偏差，與所述進(jìn)氣量控制用偏差相對應(yīng)而變更所述進(jìn)氣量，并且與所述壓縮比控制用偏差相對應(yīng)而變更所述機(jī)械壓縮比。`
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其中， 所述控制單元在所述偏差的絕對值較大時，與所述壓縮比控制用偏差相比提高所述進(jìn)氣量控制用偏差，在所述偏差的絕對值較小時，與所述進(jìn)氣量控制用偏差相比提高所述壓縮比控制用偏差。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其中， 所述控制單元計算加權(quán)系數(shù)，在所述偏差上乘以所述加權(quán)系數(shù)而計算所述進(jìn)氣量控制用偏差，將從所述偏差中減去所述進(jìn)氣量控制用偏差而得的值作為所述壓縮比控制用偏差而進(jìn)行計算，其中，所述偏差的絕對值的大小越大，所述加權(quán)系數(shù)的值越大。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其中， 所述加權(quán)系數(shù)設(shè)定為，隨著所述偏差的絕對值的大小變大而成為連續(xù)或階段性變大的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其中， 所述控制單元計算加權(quán)系數(shù)，在所述偏差上乘以所述加權(quán)系數(shù)而計算所述壓縮比控制用偏差，將從所述偏差中減去所述壓縮比控制用偏差而得的值作為所述進(jìn)氣量控制用偏差而進(jìn)行計算，其中，所述偏差的絕對值的大小越大，所述加權(quán)系數(shù)的值越小。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其中， 所述加權(quán)系數(shù)設(shè)定為，隨著所述偏差的絕對值的大小變大而成為連續(xù)或階段性變小的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其中， 所述控制單元，在使內(nèi)燃機(jī)的所述實際轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速控制中，在所述機(jī)械壓縮比達(dá)到壓縮比上限值的情況下，無論所述偏差的大小如何，均通過變更所述進(jìn)氣量而使所述偏差減少。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其中， 所述控制單元與內(nèi)燃機(jī)溫度相對應(yīng)，對所述壓縮比上限值進(jìn)行校正。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制裝置，其中， 所述控制單元，在內(nèi)燃機(jī)溫度比規(guī)定閾值高的情況下，無論所述偏差的大小如何，均主要通過變更所述進(jìn)氣量而使所述偏差減少。
13.一種內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法，該內(nèi)燃機(jī)具有: 進(jìn)氣量變更單元，其對內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣量進(jìn)行變更； 壓縮比變更單元，其對內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械壓縮比進(jìn)行變更；以及 轉(zhuǎn)速檢測單元，其對內(nèi)燃機(jī)的實際轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測， 在該內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法中， 在使內(nèi)燃機(jī)的所述實際轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速控制中，計算目標(biāo)轉(zhuǎn)速和所述實際轉(zhuǎn)速之間的偏差，與所述偏差的大小相對應(yīng)，選擇所述進(jìn)氣量和所述機(jī)械壓縮比中的某一者或兩者作為控制對象，通過變更所選擇的所述進(jìn)氣量和所述機(jī)械壓縮比中的某一者或兩者，從而使所述偏差減少。`
【文檔編號】F02D41/08GK103874839SQ201280049664
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月24日
【發(fā)明者】釜田忍 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社