УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2011 года по МПК F02D43/00 F02D41/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству управления двигателя внутреннего сгорания и, в частности, к вычислению множества управляющих величин, с помощью которых можно регулировать энергию, вырабатываемую в двигателе внутреннего сгорания.

Уровень техники

Из уровня техники известно устройство для управления функциональными элементами двигателя внутреннего сгорания, осуществляемого для достижения расчетного крутящего момента, основанного на величине ускорения движения, задаваемой водителем, и требовании к приводной системе или к чему-либо подобному (см., например, Патентный Документ 1).

Из уровня техники также известно устройство для управления количеством впрыскиваемого топлива, осуществляемого для реализации требуемой рабочей нагрузки, которая запрашивается в соответствии с величиной ускорения движения (см., например, Патентный Документ 2). Устройство, раскрытое в Патентном Документе 2, осуществляет дополнительный впрыск наряду с основным впрыском. Более конкретно, рабочий эквивалент дополнительного впрыска вычисляется для регулирования основного впрыска, так что сумма вычисленного рабочего эквивалента и рабочего эквивалента основного впрыска становится равной описанной выше требуемой рабочей нагрузке.

Патентный Документ 1: выложенная заявка на патент Японии №2006-183506.

Патентный Документ 2: выложенная заявка на патент Японии №2003-97330.

Задача, решаемая изобретением

Функция, требуемая для двигателя внутреннего сгорания, не ограничена созданием крутящего момента (работы) для движения транспортного средства в соответствии с намерением водителя. Помимо создания крутящего момента (работы) для улучшения характеристики выброса также требуются функция для повышения энергии выхлопных газов и функция для оптимального регулирования отношения количества воздуха к количеству топлива.

Однако ни в одном из двух Патентных Документов 1 и 2 не раскрыты функции, требуемые для двигателя внутреннего сгорания, за исключением создания требуемого крутящего момента.

Настоящее изобретение создано для решения упомянутой выше задачи. Задача настоящего изобретения заключается в создании устройства управления двигателя внутреннего сгорания, которое позволяет получать множество функций, требуемых для двигателя внутреннего сгорания.

Средства для решения задачи

Для решения упомянутой выше задачи первый аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления двигателя внутреннего сгорания, содержащее:

средство вычисления управляющих величин для вычисления множества управляющих величин, с помощью которых регулируется энергия, вырабатываемая двигателем внутреннего сгорания; и

средство управления приводами для осуществления воздействия на органы управления множества исполнительных механизмов на основании множества управляющих величин, вычисленных средством вычисления управляющих величин указанных управляемых переменных, вычисленных средством вычисления управляемых переменных,

при этом средство вычисления управляющих величин содержит:

средство вычисления требуемого значения для вычисления требуемого значения, относящегося к энергии двигателя внутреннего сгорания, требуемого значения, относящегося к выхлопу двигателя внутреннего сгорания, и требуемого значения, относящегося к тепловым потерям при охлаждении двигателя внутреннего сгорания, соответственно в виде энергии; и

средство суммирования требуемых значений для суммирования каждого требуемого значения, вычисленного средством вычисления требуемого значения, для определения суммарного требуемого значения,

при этом средство вычисления управляющих величин определяет множество управляющих величин на основании суммарного требуемого значения.

Второй аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, в котором

множество управляющих величин представляет собой количество всасываемого воздуха и установку опережения зажигания, и

средство вычисления управляющих величин дополнительно содержит:

средство вычисления количества подаваемого топлива для вычисления количества подаваемого топлива, необходимого для выработки суммарного требуемого количества;

средство вычисления количества всасываемого воздуха для вычисления количества всасываемого воздуха, необходимого для реализации заданного отношения количества воздуха к количеству топлива, при использовании указанного количества подаваемого топлива; и

средство вычисления установки опережения зажигания для вычисления установки опережения зажигания при использовании требуемого значения, относящегося к выхлопу.

Третий аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления двигателя внутреннего сгорания в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, в котором средство вычисления установки опережения зажигания содержит:

средство вычисления количества выхлопного газа для вычисления количества выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания при использовании количества подаваемого топлива и количества всасываемого воздуха; и

средство вычисления температуры в цилиндре для вычисления температуры в цилиндре на основании количества выхлопного газа и требуемого значения, относящегося к выхлопу,

при этом средство вычисления установки опережения зажигания вычисляет установку опережения времени зажигания на основании температуры в цилиндре.

Четвертый аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления двигателя внутреннего сгорания в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, в котором

двигатель внутреннего сгорания установлен на транспортном средстве, и

средство вычисления управляющих величин содержит:

средство вычисления второй установки опережения зажигания для вычисления второй установки опережения зажигания на основании указанного требуемого значения, относящегося к мощности; и

средство выбора установки опережения зажигания для выбора установки опережения зажигания, вычисленной средством вычисления установки опережения зажигания, или второй установки опережения зажигания, основанной на условии движения транспортного средства.

Пятый аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления двигателя внутреннего сгорания в соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения, в котором средство вычисления управляющих величин дополнительно содержит корректирующее средство для коррекции требуемого значения, относящегося к выхлопу, когда установка опережения зажигания снова выбирается средством выбора установки опережения зажигания после того, как вторая установка опережения зажигания выбирается средством выбора установки опережения зажигания.

Шестой аспект настоящего изобретения представляет собой устройство управления двигателя внутреннего сгорания в соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения, в котором

средство вычисления управляющих величин дополнительно содержит средство оценивания энергии выхлопных газов для оценивания фактической энергии выхлопных газов, создающейся в течение периода времени, на котором вторая установка опережения зажигания выбирается средством выбора установки опережения времени зажигания, и

корректирующее средство корректирует требуемое значение, относящееся к выхлопу, с учетом фактической энергии выхлопных газов, оцененной средством оценивания энергии выхлопных газов.

Преимущества изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения требуемое значение, относящееся к мощности двигателя, требуемое значение, относящееся к выхлопу, и требуемое значение, относящееся к тепловым потерям при охлаждении, вычисляются в виде энергии, соответственно, для определения суммарного требуемого значения для двигателя внутреннего сгорания путем суммирования каждого вычисленного требуемого значения. Затем множество управляющих величин, с помощью которых энергия, вырабатываемая в двигателе внутреннего сгорания, может регулироваться, вычисляется на основании суммарного требуемого значения. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения воздействие на органы управления множества исполнительных механизмов выполняется на основании множества управляющих величин, вычисленных с учетом не только мощности двигателя, но также выхлопа и тепловых потерь при охлаждении. Поэтому множество функций, требуемых для двигателя внутреннего сгорания, может быть реализовано путем приведения в действие множества исполнительных механизмов.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения количество подаваемого топлива вычисляется так, что удовлетворяются требуемое значение, относящееся к мощности двигателя, требуемое значение, относящееся к выхлопу, и требуемое значение, относящееся к тепловым потерям при охлаждении. Кроме того, количество всасываемого воздуха вычисляется так, что отношение количества воздуха к количеству топлива согласуется с заданным отношением количества воздуха к количеству топлива, тогда как установка опережения зажигания вычисляется так, что удовлетворяется требуемое значение, относящееся к выхлопу. В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения функция, относящаяся к выхлопу, может быть реализована в дополнение к функции, относящейся к мощности двигателя.

В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения количество выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания вычисляется на основании количества подаваемого топлива и количества всасываемого воздуха, которые определяются на основании суммарного требуемого значения, затем вычисляется температура в цилиндре при использовании указанного количества выхлопного газа и требуемого значения, относящегося к выхлопу. Требование, относящееся к выхлопу, может быть точно реализовано путем вычисления установки опережения зажигания с учетом температуры в цилиндре, поскольку температура в цилиндре находится в связи с установкой опережения зажигания.

В четвертом аспекте настоящего изобретения двигатель внутреннего сгорания установлен на транспортном средстве; вторая установка опережения зажигания вычисляется на основании требуемого значения, относящегося к мощности двигателя, и выбирается установка опережения зажигания на основе требуемого значения, относящегося к выхлопу, или вторая установка опережения зажигания. В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения можно реагировать на быстрое изменение требуемого значения, относящегося к мощности двигателя, путем выбора второй установки опережения зажигания.

Требуемое значение, относящееся к выхлопу, не может удовлетворяться в течение периода времени, когда выбирается упомянутая выше вторая установка опережения зажигания. В соответствии с пятым аспектом настоящего изобретения требуемое значение, относящееся к выхлопу, корректируется в случае, когда снова выбирается установка опережения зажигания. Вследствие этого функция, относящаяся к выхлопу, может быть реализована даже в случае, когда выбирается вторая установка опережения зажигания.

В соответствии с шестым аспектом настоящего изобретения оценивается фактическая энергия выхлопных газов, создающаяся в течение периода времени, на котором выбирается вторая установка опережения зажигания. Затем требуемое значение, относящееся к выхлопу, корректируется с учетом оцененной фактической энергии выхлопных газов. В результате функция, относящаяся к выхлопу, может быть реализована с высокой точностью.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - чертеж для пояснения структуры системы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 - чертеж для пояснения распределения энергии, вырабатываемой в двигателе;

фиг.3 - чертеж для пояснения процесса вычисления управляющих величин, выполняемого в электронном блоке 60 управления, согласно первому варианту осуществления;

фиг.4(А)-4(С) - временные диаграммы, показывающие изменения расчетной энергии выхлопных газов и расчетную установку опережения зажигания согласно первому варианту осуществления;

фиг.5 - чертеж для пояснения процесса вычисления управляющих величин, выполняемого в электронном блоке 60 управления, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения; и

фиг.6(A)-6(D) - временные диаграммы, показывающие изменение расчетной энергии выхлопных газов в момент времени, когда установка времени опережения изменяется для быстрого изменения расчетного крутящего момента, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

На чертежах:

1 - двигатель

18 - инжектор

20 - свеча зажигания

24 - впускной клапан

26 - механизм регулирования клапана

32 - дроссельная заслонка

34 - двигатель дроссельной заслонки

60 - электронный блок управления

61 - блок вычисления расчетной работы

62 - блок вычисления расчетной энергии выхлопных газов

63 - блок вычисления тепловых потерь при охлаждении

64 - суммирующий блок

65 - блок вычисления расчетного количества подаваемого топлива

66 - блок вычисления расчетного количества всасываемого воздуха

67 - блок вычисления расчетной установки опережения зажигания

67А - блок вычисления количества выхлопного газа

67В - блок вычисления расчетной температуры в цилиндре

67С - блок определения расчетной установки опережения зажигания

68 - блок вычисления второй расчетной установки опережения зажигания

69 - селекторный блок

70 - блок оценивания энергии выхлопных газов

Наилучший способ осуществления изобретения

Теперь варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи. Одинаковые элементы на чертежах обозначены одинаковыми позициями, и повторяющиеся части описания будут опускаться.

Первый вариант осуществления

[Описание конфигурации системы]

На фиг.1 представлен чертеж, предназначенный для пояснения структуры системы согласно первому осуществлению настоящего изобретения. Система, показанная на фиг.1, снабжена двигателем 1 внутреннего сгорания, который представляет собой бензиновый двигатель с искровым зажиганием (в дальнейшем называемый «двигателем»). Двигатель 1 имеет множество цилиндров 2. На фиг.1 показан только один цилиндр из числа множества цилиндров.

Двигатель 1 имеет блок 6 цилиндров, имеющий поршень 4. Поршень 4 соединен с коленчатым валом 8 через кривошипный механизм. Датчик 10 угла поворота кривошипа установлен вблизи коленчатого вала 8. Датчик 10 угла поворота кривошипа введен в конструкцию для обнаружения угла поворота коленчатого вала 8 (угла СА поворота кривошипа). Кроме того, на блоке 6 цилиндров предусмотрен датчик 12 температуры охлаждающей воды для обнаружения температуры Tw воды, охлаждающей двигатель 1.

Головка 14 цилиндров установлена на верхней части блока 6 цилиндров. Пространство между верхней поверхностью поршня 4 и головкой 14 цилиндров образует камеру 16 сгорания. Головка 14 цилиндров снабжена инжектором 18, который впрыскивает топливо непосредственно в камеру 16 сгорания. Кроме того, головка 14 цилиндров снабжена свечой 20 зажигания для воспламенения смеси топлива и воздуха в камере 16 сгорания.

Головка 14 цилиндров снабжена впускным отверстием 22, которое находится в сообщении с камерой 16 сгорания. Впускной клапан 24 установлен на соединительном участке между впускным отверстием 22 и камерой 16 сгорания. Впускной клапан 24 снабжен механизмом 26 регулирования клапана, который способен изменять характеристики открытия (установку моментов открытия и закрытия клапана, величину хода) впускного клапана 24.

Впускное отверстие 22 соединено с впускным путем 28. Уравнительный бачок 30 установлен во впускном пути 28. Дроссельная заслонка 32 установлена выше по потоку от уравнительного бачка 30. Использована дроссельная заслонка 32 электрически управляемого типа, которая приводится в действие двигателем 34 дроссельной заслонки. Дроссельная заслонка 32 приводится в действие на основании угла АА акселератора, определяемого датчиком 38 угла акселератора или чем-либо подобным. Датчик 36 угла дроссельной заслонки для обнаружения угла ТА дроссельной заслонки установлен вблизи дроссельной заслонки 32.

Расходомер 40 воздуха установлен выше по потоку от дроссельной заслонки 32. Расходомер 40 воздуха введен в конструкцию для обнаружения количества Ga всасываемого воздуха (в дальнейшем называемого «количеством всасываемого воздуха»).

Кроме того, головка 14 цилиндров включает в себя выхлопное отверстие 42, которое находится в сообщении с камерой 16 сгорания. Выпускной клапан 44 установлен на соединительном участке между выхлопным отверстием 42 и камерой 16 сгорания. Выпускной клапан 44 снабжен механизмом 46 регулирования клапана, который способен изменять характеристики открытия (установку моментов открытия и закрытия клапана, величину хода) выпускного клапана 44. Выхлопное отверстие 42 соединено с путем 48 выхлопа. Путь выхлопа снабжен катализатором 50 очистки выхлопных газов (в дальнейшем называемым «катализатором»), предназначенным для очистки выхлопного газа. Катализатор 50 снабжен датчиком 52 температуры слоя катализатора, который обнаруживает температуру Тc слоя катализатора. Кроме того, датчик 54 отношения количества воздуха к количеству топлива, предназначенный для обнаружения отношения количества воздуха к количеству топлива в выхлопных газах, установлен выше по потоку от катализатора 50.

Система согласно представленному варианту осуществления включает в себя управляющее устройство, то есть электронный блок 60 управления (ЭБУ). Выходная сторона электронного блока 60 управления подключена к инжектору 18, свече 20 зажигания, механизмам 26, 46 регулирования клапана и двигателю 34 дроссельной заслонки или чему-либо подобному. Входная сторона электронного блока 60 управления подключена к датчику 10 угла поворота кривошипа, датчику 12 температуры охлаждающей воды, датчику 36 угла дроссельной заслонки, датчику 38 угла акселератора, расходомеру 40 воздуха, датчику 52 температуры слоя катализатора и датчику 54 отношения количества воздуха к количеству топлива или чему-либо подобному.

Электронный блок 60 управления вычисляет число NE оборотов двигателя на основании угла СА поворота кривошипа. Кроме того, электронный блок 60 управления вычисляет нагрузку KL, требуемую для двигателя 1, на основании угла АА акселератора.

Электронный блок 60 управления выполняет управление двигателем 1 на основании выходных сигналов различных датчиков. Более конкретно, расчетное количество подаваемого топлива, расчетное количество всасываемого воздуха и расчетная установка опережения зажигания вычисляются способом, описанным ниже, для осуществления воздействия на органы управления различных исполнительных механизмов (инжектора 18, двигателя 34 дроссельной заслонки, механизмов 26, 46 регулирования клапана, свечи 20 зажигания).

[Характеристика первого варианта осуществления]

Как показано в Патентных Документах 1 и 2, выполнение управления количеством подаваемого топлива и управления установкой опережения зажигания или чего-либо подобного известно как способ реализации расчетного крутящего момента, определяемого на основании угла акселератора или чего-либо подобного.

Однако функция, требуемая для двигателя, не ограничена работой (мощностью) для приведения в движение транспортного средства, точнее включает в себя функцию повышения энергии выхлопных газов, а также функцию оптимального регулирования отношения количества воздуха к количеству топлива для улучшения характеристик выброса. При управлении, требующем крутящего момента, описанном в упомянутых выше Патентных Документах 1 и 2, нельзя получить все функции, требуемые для двигателя.

Известно, что, как показано на фиг.2, энергия, вырабатываемая двигателем, подразделяется на (А) работу, (В) энергию выхлопных газов и (С) потери при охлаждении.

Поэтому в представленном варианте осуществления делается попытка вычислять суммарную энергию, вырабатываемую двигателем 1, при полном учете отдельных требований, вытекающих из работы, энергии выхлопных газов и тепловых потерь при охлаждении, для реализации всех функций, требуемых для двигателя 1. Кроме того, для реализации этой энергии в представленном осуществлении делается попытка определять управляющие величины, такие как количество впрыскиваемого топлива, количество всасываемого воздуха и установка опережения зажигания. Ниже будет описан способ вычисления управляющих величин.

На фиг.3 представлен чертеж, предназначенный для пояснения процесса вычисления управляющих величин, выполняемого в электронном блоке 60 управления в представленном первом варианте осуществления.

Блок 61 вычисления расчетной работы, показанный на фиг.3, вычисляет расчетный крутящий момент на основании требования водителя (например, поворота АА акселератора), различных органов управления транспортного средства (например, системы движения с постоянной скоростью) или чего-либо подобного, при этом дополнительно вычисляет расчетную работу в виде энергии на основании вычисленного расчетного крутящего момента. То есть вычисляет энергию, которая является необходимой для реализации расчетной работы. Вычисленная расчетная работа подается на суммирующий блок 64.

Кроме того, блок 62 вычисления расчетной энергии выхлопных газов вычисляет расчетную энергию выхлопных газов на основании условия нагрева катализатора 50 при использовании модели или диаграммы. Иначе говоря, вычисляет энергию, которая является необходимой для нагрева катализатора. Условие нагрева катализатора 50 может быть получено на основании температуры Тc слоя катализатора. Вычисленная расчетная энергия выхлопных газов подается на суммирующий блок 64. Кроме того, расчетная энергия также подается на блок 67 вычисления расчетной установки опережения зажигания, описанный ниже.

Следует отметить, что в случае, когда двигатель снабжен нагнетателем, расчетная энергия выхлопных газов может быть вычислена с учетом расчетного давления наддува, расчетного числа оборотов турбины или чего-либо подобного вдобавок к условию нагрева. В этом случае вычисляется энергия, которая является необходимой для нагрева катализатора и достижения требуемого условия повышения давления.

Кроме того, блок 63 вычисления тепловых потерь при охлаждении оценивает механическое трение на основании числа NE оборотов двигателя и температуры Tw охлаждающей воды при использовании модели и диаграммы, при этом дополнительно вычисляет тепловые потери при охлаждении в виде энергии на основании оцениваемого механического трения. Иначе говоря, вычисляет энергию, потребляемую вследствие тепловых потерь при охлаждении. Вычисленные тепловые потери при охлаждении подаются на суммирующий блок 64.

Суммирующий блок 64 суммирует расчетную работу, расчетную энергию выхлопных газов и тепловые потери при охлаждении. Как установлено выше, расчетная работа и расчетная энергия выхлопных газов вычисляются в виде энергии. Поэтому расчетная суммарная энергия (в дальнейшем называемая «Е_суммарной»), которая должна вырабатываться двигателем 1, может быть вычислена с помощью суммирующей обработки, выполняемой суммирующим блоком 64. Вычисленная Е_суммарная подается в блок 65 вычисления расчетного количества подаваемого топлива.

Блок 65 вычисления расчетного количества подаваемого топлива вычисляет количество подаваемого топлива (в дальнейшем называемое «расчетным количеством подаваемого топлива»), которое является необходимым для выработки Е_суммарной, в соответствии с нижеследующим выражением (1). Затем электронный блок 60 управления определяет управляющую величину воздействия на инжектор 18, который является исполнительным механизмом для реализации расчетного количества подаваемого топлива.

Расчетное количество подаваемого топлива = Е_суммарная/(низшая теплотворная способность на единицу объема топлива) (1)

Следует отметить, что в приведенном выше выражении (1) «низшая теплотворная способность на единицу объема топлива» изменяется в зависимости от состава топлива. Поэтому ее можно получать, определяя состав топлива путем обнаружения и оценки и получая низшую теплотворную способность в соответствии с определенными компонентами, используя диаграмму или функцию.

Расчетное количество подаваемого топлива, вычисленное в соответствии с приведенным выше выражением (1), подается на блок 66 вычисления расчетного количества всасываемого воздуха. На блок 66 вычисления расчетного количества всасываемого воздуха подается расчетное отношение количества воздуха к количеству топлива (В/Т) в дополнение к расчетному количеству подаваемого топлива. Хотя отношение количества воздуха к количеству топлива обычно полагают равным теоретическому отношению количества воздуха к количеству топлива (=14,6), его можно полагать равным отношению количества воздуха к количеству топлива в богатой смеси или отношению количества воздуха к количеству топлива в бедной смеси в случае, когда реализуется такая способность двигателя 1, как экономичная работа.

Блок 66 вычисления расчетного количества всасываемого воздуха вычисляет требуемое количество всасываемого воздуха (в дальнейшем называемое «расчетным количеством всасываемого воздуха») для реализации расчетного отношения количества воздуха к количеству топлива с использованием расчетного количества подаваемого топлива. Конкретно, как показано нижеследующим выражением, расчетное количество всасываемого воздуха получается умножением расчетного отношения количества воздуха к количеству топлива на заданное количество подаваемого топлива.

Расчетное количество всасываемого воздуха = расчетное количество подаваемого топлива × расчетное отношение количества воздуха к количеству топлива (2)

Затем электронный блок 60 управления определяет угол ТА дроссельной заслонки и характеристику открывания впускного клапана (установку моментов открытия и закрытия клапана и величину хода) для реализации указанного выше расчетного количества всасываемого воздуха, при этом дополнительно определяет воздействующие управляющие величины для исполнительных механизмов, то есть для двигателя 34 дроссельной заслонки и механизма 26 регулирования клапана.

Кроме того, блок 67 вычисления расчетной установки опережения зажигания вычисляет расчетную установку опережения зажигания с использованием упомянутой выше расчетной энергии выхлопных газов. В примере, показанном на фиг.3, расчетная установка опережения зажигания вычисляется с использованием корреляции между энергией выхлопных газов и температурой отработавшего газа в цилиндре (в дальнейшем называемой «температурой в цилиндре») и корреляции между температурой в цилиндре и установкой опережения зажигания. Следует отметить, что температура в цилиндре, определение которой дано в настоящей заявке, является температурой, которая превалирует, когда выпускной клапан открыт.

Как показано на фиг.3, блок 67 вычисления расчетной установки опережения зажигания включает в себя блок 67А вычисления количества выхлопного газа, блок 67В вычисления расчетной температуры в цилиндре и блок 67С определения расчетной установки опережения зажигания.

Сначала блок 67А вычисления количества выхлопного газа вычисляет количество газа, выпускаемого из двигателя 1 (в дальнейшем называемое «количеством выхлопного газа») путем суммирования расчетного количества подаваемого топлива и расчетного количества всасываемого воздуха, которые вводятся в него. Вычисленное количество выхлопного газа подается на блок 67В вычисления расчетной температуры в цилиндре. Затем блок 67В вычисления расчетной температуры в цилиндре вычисляет расчетную температуру в цилиндре с использованием зависимости из нижеследующего выражения (3), то есть в соответствии с нижеследующим выражением (4), которое получено путем преобразования нижеследующего выражения (3). Здесь следует отметить, что «С» в нижеследующих выражениях (3) и (4) является коэффициентом.

Энергия выхлопных газов = С × температура в цилиндре × количество выхлопного газа (3)

Расчетная температура в цилиндре = расчетная энергия выхлопных газов/(С × количество выхлопного газа) (4)

Расчетная температура в цилиндре, вычисленная в соответствии с приведенным выше выражением (4), подается на блок 67С определения расчетной установки опережения зажигания. Блок 67С определения расчетной установки опережения сохраняет диаграмму, на которой отображены расчетная температура в цилиндре и установка опережения зажигания для реализации расчетной температуры в цилиндре (то есть расчетной установки опережения зажигания). Блок 67С определения расчетной установки опережения зажигания определяет расчетную установку опережения зажигания в соответствии с вводимой расчетной температурой в цилиндре при обращении к этой диаграмме.

Затем электронный блок 60 управления определяет воздействующую управляющую величину для свечи 20 зажигания, которая является исполнительным механизмом для реализации найденной расчетной установки опережения зажигания.

На фиг.4(А)-4(С) представлены временные диаграммы, показывающие изменения расчетной энергии выхлопных газов и расчетной установки опережения зажигания согласно первому осуществлению. Более конкретно, на фиг.4(А) показано изменение интегрального значения расчетной энергии выхлопных газов; на фиг.4(В) показано изменение мгновенной расчетной энергии выхлопных газов; и на фиг.4(С) показано изменение расчетной установки опережения зажигания.

Расчетная энергия выхлопных газов, вычисляемая блоком 62 вычисления расчетной энергии выхлопных газов, представляет собой мгновенную расчетную энергию выхлопных газов, изменения которой показаны на фиг.4(В).

Во время процесса нагрева катализатора 50 невозможно мгновенно повысить температуру Тc слоя катализатора до расчетной температуры. Поэтому управление осуществляется для повышения температуры слоя катализатора до расчетной температуры, которое занимает некоторый промежуток времени. Более конкретно, электронный блок 60 управления определяет в момент t1 времени расчетную энергию выхлопных газов (интегральную) Еа (t2), показанную на фиг.4(А), которая должна быть учтена в момент t2 времени, который является моментом времени после прохождения заданного периода А времени от момента t1 времени.

Затем осуществляется деление расчетной энергии выхлопных газов (интегральной) на заданный период А времени с тем, чтобы вычислить расчетную энергию выхлопных газов (мгновенную) в момент t1 времени, которая показана на фиг.4(В). Блок 67 вычисления расчетной установки опережения зажигания вычисляет расчетную установку опережения зажигания для реализации вычисленной расчетной энергии выхлопных газов (мгновенной), показанной на фиг.4(С).

Как описывалось выше, в представленном первом осуществлении расчетная суммарная энергия Е_суммарная вычисляется путем суммирования расчетной работы, расчетной энергии выхлопных газов и тепловых потерь при охлаждении, при этом дополнительно вычисляются расчетное количество подаваемого топлива, расчетное количество всасываемого воздуха и расчетная установка опережения зажигания на основании Е_суммарной. В соответствии с представленным первым осуществлением множество исполнительных механизмов, таких как инжектор 18, свеча 20 зажигания, механизм 26 регулирования клапана и двигатель 38 дроссельной заслонки, приводится в действие на основании расчетного количества подаваемого топлива, расчетного количества всасываемого воздуха и расчетной установки опережения зажигания, которые вычисляются с учетом энергии выхлопных газов и тепловых потерь при охлаждении в дополнение к мощности двигателя. Когда, как описано выше, множество исполнительных механизмов приводится в действие, расчетная работа может быть реализована двигателем 1, отношение количества воздуха к количеству топлива может регулироваться до расчетного отношения количества воздуха к количеству топлива, и может быть получена энергия выхлопных газов, которая является необходимой для нагрева катализатора. Поэтому можно реализовать множество функций, требуемых для двигателя 1.

Хотя в представленном первом осуществлении блок 67С определения расчетной установки опережения зажигания определяет расчетную установку опережения зажигания путем обращения к диаграмме, расчетная установка опережения зажигания может быть определена путем использования вместо диаграммы функции, которая задает зависимость между расчетной температурой в цилиндре и расчетной установкой опережения зажигания.

Кроме того, при определении расчетной установки опережения зажигания блок 67С определения расчетной установки опережения зажигания может учитывать нагрузку KL, число NE оборотов двигателя и температуру Tw охлаждающей воды, которые оказывают влияние на зависимость между расчетной температурой в цилиндре и расчетной установкой опережения зажигания. То есть блок 67С определения расчетной установки опережения зажигания может иметь входы для упомянутой выше нагрузки KL или чего-либо подобного.

Кроме того, хотя в представленном первом осуществлении тепловые потери при охлаждении вычисляются на основании NE и Tw, вариант способа, в котором температура Tw охлаждающей воды регулируется до расчетного значения ее, может быть пригодным для использования в случае, когда система является способной регулировать температуру Tw охлаждающей воды.

Кроме того, способ вычисления расчетной установки опережения зажигания для реализации расчетной энергии выхлопных газов не ограничен способом, описанным в представленном первом осуществлении, и другой способ может быть пригодным для использования.

Следует отметить, что в представленном первом варианте осуществления двигатель 1 соответствует «двигателю внутреннего сгорания» в первом аспекте настоящего изобретения; электронный блок 60 управления соответствует «средству вычисления управляющих величин» и «средству управления приводами» в первом аспекте настоящего изобретения; а инжектор 18, свеча 20 зажигания, механизм 26 регулирования клапана и двигатель 34 дроссельной заслонки соответствуют «множеству исполнительных устройств» в первом аспекте настоящего изобретения.

Кроме того, в первом аспекте настоящего изобретения блок 61 вычисления расчетной работы, блок 62 вычисления расчетной энергии выхлопных газов и блок 63 вычисления тепловых потерь при охлаждении соответствуют «средству вычисления требуемого значения»; и суммирующий блок 64 соответствует «средству суммирования требуемого значения» в первом аспекте настоящего изобретения.

Кроме того, в первом аспекте настоящего изобретения блок 65 вычисления расчетного количества подаваемого топлива соответствует «средству вычисления количества подаваемого топлива» во втором аспекте настоящего изобретения; блок 66 вычисления расчетного количества всасываемого воздуха соответствует «средству вычисления количества всасываемого воздуха» во втором аспекте настоящего изобретения; блок 67 вычисления расчетной установки опережения зажигания соответствует «средству вычисления установки опережения зажигания» во втором аспекте настоящего изобретения; блок 67А вычисления количества выхлопного газа соответствует «средству вычисления количества выхлопного газа» в третьем аспекте настоящего изобретения; и блок 67В вычисления расчетной температуры в цилиндре соответствует «средству вычисления температуры в цилиндре» в третьем аспекте настоящего изобретения.

Второй вариант осуществления

Далее второй вариант осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на фиг.5 и фиг.6(A)-6(D).

Технические средства, показанные на фиг.1, могут быть использованы для системы согласно представленному второму варианту осуществления.

[Характеристика второго варианта осуществления]

В описанном выше первом варианте осуществления расчетная работа реализуется в основном с помощью расчетного количества подаваемого топлива и расчетного количества всасываемого воздуха. Иначе говоря, установка опережения зажигания определяется так, что в основном реализуется расчетная энергия выхлопных газов. В описанном выше первом варианте осуществления не имеется особой проблемы в случае, когда расчетный крутящий момент не изменяется быстро или не требуется быстрое реагирование, поскольку характеристика движения транспортного средства в достаточной степени удовлетворяется регулированием количества всасываемого воздуха, как например, во время равномерного движения или автоматического поддержания скорости движения.

Следует отметить, что расчетный крутящий момент может быстро изменяться в зависимости от условия движения транспортного средства. Такое изменение может происходить, например, в момент переключения передач или во время выполнения контроля устойчивости транспортного средства. В таком случае ответная реакция, вытекающая из расчетного крутящего момента, может не получаться достаточной только при регулировании количества всасываемого воздуха. То есть последующее быстрое изменение расчетного крутящего момента может быть невозможным даже в случае, если регулируется угол ТА дроссельной заслонки и выполняется переменное регулирование характеристик открывания клапана (установка моментов открытия и закрытия клапана и величины хода).

Поэтому в представленном втором варианте осуществления будет описан случай, в котором может быть выбрана одна из расчетной установки опережения зажигания, основанной на расчетной энергии выхлопных газов, и второй расчетной установки опережения зажигания, основанной на расчетной работе, чтобы можно было иметь дело с быстрыми изменениями расчетного крутящего момента и расчетной работы.

На фиг.5 представлен чертеж, предназначенный для пояснения процесса вычисления управляющих величин, выполняемого в электронном блоке 60 управления в представленном втором варианте осуществления.

Электронный блок 60 управления, показанный на фиг.5, включает в себя средство 68 вычисления второй расчетной установки опережения зажигания, селекторный блок 69 и блок 70 оценивания энергии выхлопных газов в дополнение к конструкции, показанной на фиг.3. Ниже в основном будут описаны эти отличительные элементы.

Расчетная работа, вычисляемая блоком 61 вычисления расчетной работы, подается не только на суммирующий блок 64, но также и на средство 68 вычисления второй расчетной установки опережения зажигания. Средство 68 вычисления второй расчетной установки опережения зажигания вычисляет установку опережения зажигания для реализации расчетной работы (в дальнейшем называемую «второй расчетной установкой опережения зажигания»).

Вторая расчетная установка опережения зажигания, вычисляемая блоком 68 вычисления второй расчетной установки опережения зажигания, подается на селектор 69. Селектор 69 также принимает расчетную установку опережения зажигания, вычисляемую описанным выше блоком 67 вычисления расчетной установки опережения зажигания, то есть расчетную установку опережения зажигания для реализации расчетной энергии выхлопных газов.

Селекторный блок 69 в зависимости от условия работы двигателя 1 выбирает одну из «расчетной установки опережения зажигания» для реализации расчетной энергии выхлопных газов и «второй расчетной установки опережения зажигания» для реализации расчетной работы. Выбор выполняется селекторным блоком 69 на основании, например, результата разрешения конфликтных ситуаций между требованиями различных органов управления транспортного средства.

Более конкретно, селекторный блок 69 выбирает вторую расчетную установку опережения зажигания в случае, когда необходимо иметь дело с быстрыми изменениями расчетного крутящего момента и расчетной работы (например, в момент переключения передач и контроля устойчивости транспортного средства). С другой стороны, то есть в случае, когда нет необходимости иметь дело с быстрыми изменениями расчетного крутящего момента и расчетной работы (например, во время вождения с автоматическим поддержанием скорости), селекторный блок 69 выбирает расчетную установку опережения зажигания.

Выбор селекторного блока 69 подается на блок 70 оценивания энергии выхлопных газов. Когда селекторным блоком 69 выбирается «вторая расчетная установка опережения зажигания», фактическая энергия выхлопных газов, как описано ниже, отклоняется от расчетной энергии выхлопных газов (интегральной). Поэтому интегральное значение фактической энергии выхлопных газов (в дальнейшем называемой «энергией выхлопных газов (интегральной)») оценивается блоком 70 оценивания энергии выхлопных газов на основании второй расчетной установки опережения зажигания. Оцененная фактическая энергия выхлопных газов (интегральная) подается на блок 62 вычисления расчетной установки опережения зажигания. Когда селекторным блоком 69 снова выбирается расчетная установка опережения зажигания, блок 62 вычисления расчетной энергии выхлопных газов вычисляет расчетную энергию выхлопных газов (мгновенную) с учетом фактической энергии выхлопных газов (интегральной).

На фиг.6(A)-6(D) даны временные диаграммы, показывающие в представленном втором варианте осуществления изменение расчетной энергии выхлопных газов в момент времени, когда установка опережения зажигания изменяется для быстрого изменения расчетного крутящего момента. Конкретно, на фиг.6(А) показано изменение расчетного крутящего момента; на фиг.6(В) показано изменение интегрального значения расчетной энергии выхлопных газов; на фиг.6(С) показано изменение мгновенного значения расчетной энергии выхлопных газов; и на фиг.6(D) показано изменение расчетной установки опережения зажигания.

Нагрев катализатора начинается в момент t11 времени. В этот момент t11 времени определяется расчетная (интегральная) энергия Ea(t14) выхлопных газов для момента t14 времени, который наступает по прошествии заданного периода А времени. Кроме того, производится деление этой расчетной (интегральной) энергии Ea(t14) выхлопных газов на заданный период А времени с тем, чтобы вычислить расчетную энергию выхлопных газов (мгновенную) для момента t11 времени, показанную на фиг.6(С). Кроме того, как показано на фиг.6(D), вычисляется расчетная установка опережения зажигания для реализации расчетной энергии выхлопных газов (мгновенной).

Следует отметить, что, хотя это не показано, вторая расчетная установка опережения зажигания для реализации расчетной работы вычисляется блоком 68 вычисления второй расчетной установки опережения зажигания в то же самое время, когда вычисляется упомянутая выше расчетная установка опережения зажигания. В момент t11 времени селекторный блок 69 выбирает «расчетную установку опережения зажигания», поскольку нет быстрого изменения расчетного крутящего момента, с которым необходимо иметь дело.

Как показано на фиг.6(А) расчетный крутящий момент быстро изменяется (неожиданно падает) в момент t12 времени. В настоящем примере расчетный крутящий момент возвращается обратно к предшествующему значению в момент t13 времени, который наступает по прошествии заданного периода В времени от момента t12 времени. Поэтому расчетный крутящий момент реализуется по приоритету в течение периода В времени от момента t12 времени до момента t13 времени. В результате селекторный блок 69 рассматривает упомянутый выше выбор «второй расчетной установки опережения зажигания», чтобы иметь дело с этим быстрым изменением расчетного крутящего момента.

В частности, как показано на фиг.6(D), расчетная установка опережения зажигания, которая является в большей степени запаздывающей, чем та, которая превалирует с момента t11 времени до момента t12 времени, задается в момент t12 времени. Это вызывает повышение отношения энергии выхлопных газов к суммарной энергии, вырабатываемой в двигателе 1. Вследствие этого фактическая энергия выхлопных газов (мгновенная) становится больше, чем расчетная энергия выхлопных газов (мгновенная) в течение заданного периода В времени, как показано штриховкой Н на фиг.6(С). Иначе говоря, расчетная энергия выхлопных газов (мгновенная) не реализуется в течение заданного периода В времени, когда по приоритету реализуется расчетный крутящий момент.

Еще более конкретно, как показано на фиг.6(В), фактическая энергия выхлопных газов (интегральная) становится больше, чем расчетная энергия выхлопных газов (интегральная) в течение этого периода В времени. То есть расчетная энергия выхлопных газов (интегральная) не реализуется в течение периода В времени.

Затем расчетная энергия выхлопных газов (мгновенная) пересчитывается в момент t13 времени, когда расчетный крутящий момент возвращается обратно к предшествующему значению, и период В времени, в течение которого расчетный крутящий момент реализуется по приоритету, заканчивается. В этот момент блок 70 оценивания энергии выхлопных газов вычисляет фактическую энергию выхлопных газов (интегральную) на основании второй расчетной энергии выхлопных газов в течение периода В времени. В соответствии с этим блок 70 оценивания расчетной энергии выхлопных газов в момент t13 времени вычисляет расчетную энергию выхлопных газов (мгновенную) с учетом фактической энергии выхлопных газов (интегральной), так что ранее вычисленная расчетная (интегральная) энергия Ea(t14) выхлопных газов будет достигаться в момент t14 времени.

Конкретно, блок 62 вычисления расчетной энергии выхлопных газов вычисляет расчетную энергию выхлопных газов (мгновенную) для момента t14 времени путем деления разности между фактической энергией выхлопных газов (интегральной) в момент t13 времени и расчетной (интегральной) энергией Ea(t14) выхлопных газов на период времени от момента t13 времени до момента t14 времени.

Еще более конкретно, расчетная установка опережения зажигания для реализации пересчитанной расчетной энергии выхлопных газов (мгновенной) вычисляется описанным выше блоком 67 вычисления расчетной установки опережения зажигания. Затем «расчетная установка опережения зажигания» для реализации расчетной энергии выхлопных газов (мгновенной) выбирается селекторным блоком 69.

Как описывалось выше, в представленном втором варианте осуществления может выполняться выбор между расчетной установкой опережения зажигания и второй расчетной установкой опережения зажигания для отслеживания быстрого изменения расчетного крутящего момента, который не может отслеживаться при использовании регулирования количества всасываемого воздуха. В течение периода В времени, когда выбирается вторая расчетная установка опережения зажигания, оценивается фактическая энергия выхлопных газов (интегральная) в этот период В времени, поскольку невозможно достичь расчетной энергии выхлопных газов (мгновенной, интегральной). В таком случае, когда опять выбирается расчетная установка опережения зажигания, расчетная энергия выхлопных газов (интегральная) пересчитывается с учетом оцененной фактической энергии выхлопных газов (интегральной). Поэтому ранее вычисленная расчетная (интегральная) энергия Ea(t14) выхлопных газов может быть достигнута даже в случае, когда расчетный крутящий момент изменяется быстро.

В представленном втором варианте осуществления блок 68 вычисления второй расчетной установки опережения зажигания соответствует «средству вычисления второй установки опережения зажигания» в четвертом аспекте настоящего изобретения; селекторный блок 69 соответствует «средству выбора установки опережения зажигания» в четвертом аспекте настоящего изобретения; блок 62 вычисления расчетной энергии выхлопных газов соответствует «корректирующему средству» в пятом или шестом аспекте настоящего изобретения; и блок 70 оценивания энергии выхлопных газов соответствует «средству оценивания энергии выхлопных газов» в шестом аспекте настоящего изобретения.

Изобретение относится к устройству управления двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Устройство управления ДВС содержит средство вычисления управляющих величин и средство управления приводами. Средство вычисления управляющих величин вычисляет множество управляющих величин, с помощью которых регулируется энергия, вырабатываемая ДВС. Средство управления приводами осуществляет воздействия на органы управления множества исполнительных механизмов на основании множества управляющих величин. Средство вычисления управляющих величин содержит средства вычисления требуемого значения относящиеся к: энергии ДВС (61), выхлопу ДВС (62), тепловым потерям при охлаждении ДВС (63) и средству суммирования требуемых значений (64). Средство суммирования требуемых значений суммирует каждое требуемое значение для определения суммарного требуемого значения. Управляющими величинами могут также являться количество всасываемого воздуха и установка опережения зажигания. Средство вычисления управляющих величин может дополнительно содержать средства вычисления количества подаваемого топлива, количества всасываемого воздуха, установки опережения зажигания (67), оценивания энергии выхлопных газов (70), второй установки опережения зажигания (68) и корректирующее средство (69). Технический результат заключается в создании устройства управления ДВС, которое позволит реализовать множество функций. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство управления двигателя внутреннего сгорания, содержащее:
средство вычисления управляющих величин для вычисления множества управляющих величин, с помощью которых регулируется энергия, вырабатываемая двигателем внутреннего сгорания; и
средство управления приводами для осуществления воздействия на органы управления множества исполнительных механизмов на основании множества управляющих величин, вычисленных средством вычисления управляющих величин,
при этом средство вычисления управляющих величин содержит:
средство вычисления требуемого значения для вычисления требуемого значения, относящегося к энергии двигателя внутреннего сгорания, требуемого значения, относящегося к выхлопу двигателя внутреннего сгорания, и требуемого значения, относящегося к тепловым потерям при охлаждении двигателя внутреннего сгорания, соответственно в виде энергии; и
средство суммирования требуемых значений для суммирования каждого требуемого значения, вычисленного средством вычисления требуемого значения, для определения суммарного требуемого значения,
при этом средство вычисления управляющих величин определяет множество управляющих величин на основании суммарного требуемого значения.

2. Устройство по п.1, в котором
множество управляющих величин представляет собой количество всасываемого воздуха и установку опережения зажигания, и
средство вычисления управляющих величин дополнительно содержит:
средство вычисления количества подаваемого топлива для вычисления количества подаваемого топлива, необходимого для выработки суммарного требуемого количества;
средство вычисления количества всасываемого воздуха для вычисления количества всасываемого воздуха, необходимого для реализации заданного отношения количества воздуха к количеству топлива, при использовании количества подаваемого топлива; и
средство вычисления установки опережения зажигания для вычисления установки опережения зажигания при использовании требуемого значения, относящегося к выхлопу.

3. Устройство по п.2, в котором средство вычисления установки опережения зажигания содержит:
средство вычисления количества выхлопного газа для вычисления количества выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания при использовании количества подаваемого топлива и количества всасываемого воздуха; и
средство вычисления температуры в цилиндре для вычисления температуры в цилиндре на основании количества выхлопного газа и требуемого значения, относящегося к выхлопу,
при этом средство вычисления установки опережения зажигания вычисляет установку опережения зажигания на основании температуры в цилиндре.

4. Устройство по п.2, в котором
двигатель внутреннего сгорания установлен на транспортном средстве, и
средство вычисления управляющих величин содержит:
средство вычисления второй установки опережения зажигания для вычисления второй установки опережения зажигания на основании требуемого значения, относящегося к энергии; и
средство выбора установки опережения зажигания для выбора установки опережения зажигания, вычисленной средством вычисления установки опережения зажигания, или второй установки опережения зажигания, основанной на условии движения транспортного средства.

5. Устройство по п.4, в котором средство вычисления управляющих величин дополнительно содержит корректирующее средство для коррекции требуемого значения, относящегося к выхлопу, когда установка опережения зажигания снова выбирается средством выбора установки опережения зажигания после того, как вторая установка опережения зажигания выбрана средством выбора установки опережения зажигания.

6. Устройство по п.5, в котором
средство вычисления управляющих величин дополнительно содержит средство оценивания энергии выхлопных газов для оценивания фактической энергии выхлопных газов, создающейся в течение периода времени, на котором вторая установка опережения зажигания выбирается средством выбора установки опережения времени зажигания, и
корректирующее средство корректирует требуемое значение, относящееся к выхлопу, с учетом фактической энергии выхлопных газов, оцененной средством оценивания энергии выхлопных газов.