УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F02D41/34 F02D13/02 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания и способу управления для двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

[0002] JP2011-231741A раскрывает изменение области ограниченного крутящего момента согласно объему масла, втекающего из расширительного бачка. Это предотвращает возникновение ненормального сгорания вызванного маслом снаружи цилиндра.

Сущность изобретения

[0003] Если масло распространяется в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, это масло будет служить источником зажигания, и будет возникать ненормальное сгорание. Однако, масло в цилиндре остается в объеме, который формирует масляную пленку на поверхности стенки внутри цилиндра; следовательно, это будет лишь небольшим объемом и он считается разжиженным настолько, что фактически становится распределенным. С другой стороны, топливо впрыскивается из инжектора, и, таким образом, топливо, прилипшее к поверхности стенки внутри цилиндра относительно больше по объему, чем масло. Когда топливо, прилипшее к поверхности стенки внутри цилиндра, увеличивается, независимо от того, что только небольшой объем масла прилипает к поверхности стенки цилиндра, масло будет распределяться в цилиндре как смесь с топливом, сформированная поршневым кольцом.

[0004] По существу, масло, которое, как правило, не распределяется, но при этом в значительной степени распределяется в камере сгорания в качестве смеси с топливом, вызвано топливом, накопившимся на поверхности стенки внутри цилиндра. Поскольку масло, содержащееся в смеси, также служит в качестве источника для возникновения ненормального сгорания в цилиндре в двигателе внутреннего сгорания, ненормальное сгорание может легко возникать, если смесь является распределенной. При таких обстоятельствах становится предпочтительным предотвращать возникновение ненормального сгорания в цилиндре в двигателях внутреннего сгорания.

[0005] Целью настоящего изобретения является предотвращение возникновения ненормального сгорания в цилиндре в двигателях внутреннего сгорания.

[0006] Согласно одному варианту осуществления этого изобретения, устройство управления двигателя внутреннего сгорания содержит средство оценки, приспособленное для того, чтобы оценивать объем смеси топлива и масла, распределяющейся согласно движению поршня в цилиндре; и ограничительное средство, приспособленное для того, чтобы ограничивать верхний предельный крутящий момент двигателя внутреннего сгорания согласно оцененному объему смеси.

Краткое описание чертежей

[0007] Фиг. 1 - это пояснительный чертеж, описывающий диапазон низкой частоты вращения и высокой нагрузки.

Фиг. 2 - это вид в разрезе двигателя внутреннего сгорания, описывающий механизм возникновения преждевременного зажигания.

Фиг. 3 - это частично укрупненный вид двигателя внутреннего сгорания, описывающий механизм возникновения преждевременного зажигания.

Фиг. 4 - это пояснительный чертеж концепции ограничения верхнего предельного крутящего момента, в настоящем варианте осуществления.

Фиг. 5 - это пояснительный чертеж моментов впрыска в многоступенчатых впрысках топлива.

Фиг. 6 - это блок-схема последовательности операций, описывающая процесс задания верхнего предельного крутящего момента в первом варианте осуществления.

Фиг. 7 - это пояснительный чертеж соотношения между числом впрысков топлива и верхним предельным крутящим моментом в первом варианте осуществления.

Фиг. 8 - это блок-схема последовательности операций, описывающая модификацию процесса задания верхнего предельного крутящего момента в модификации первого варианта осуществления.

Фиг. 9 - это пояснительный чертеж соотношения между числом впрысков топлива и верхним предельным крутящим моментом в модификации первого варианта осуществления.

Фиг. 10 - это блок-схема последовательности операций, описывающая процесс задания верхнего предельного крутящего момента во втором варианте осуществления.

Фиг. 11 - это пояснительный чертеж одного примера характеристики накопления во втором варианте осуществления.

Фиг. 12 - это пояснительный чертеж верхнего предельного крутящего момента, идентифицированного согласно характеристике накопления.

Фиг. 13 - это пояснительный чертеж модификации верхнего предельного крутящего момента, идентифицированного согласно характеристике накопления.

Фиг. 14 - это блок-схема последовательности операций, описывающая процесс задания верхнего предельного крутящего момента в третьем варианте осуществления.

Фиг. 15 - это карта, представляющая характеристики расхода в третьем варианте осуществления.

Фиг. 16 - это пояснительный чертеж соотношения между объемами накопившегося топлива и верхним предельным крутящим моментом в третьем варианте осуществления.

Фиг. 17 - это пояснительный чертеж скорости вращения, крутящего момента и объемов накопившегося топлива относительно прохождения времени, в третьем варианте осуществления.

Фиг. 18 - это пояснительный чертеж двигателя внутреннего сгорания в четвертом варианте осуществления.

Фиг. 19 - это блок-схема последовательности операций, описывающая процесс задания верхнего предельного крутящего момента в четвертом варианте осуществления.

Фиг. 20 - это пояснительный чертеж соотношения между интенсивностью светящегося пламени и верхним предельным крутящим моментом в четвертом варианте осуществления.

Подробное описание вариантов осуществления

[0008] Далее описывается вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на присоединенные чертежи.

[0009] (Первый вариант осуществления)

Фиг. 1 - это пояснительный чертеж, описывающий диапазон низкой частоты вращения и высокой нагрузки. Фиг. 1 показывает скорости вращения и крутящие моменты двигателя внутреннего сгорания. В целом, преждевременное зажигание может легко возникать в диапазоне, в котором скорость вращения двигателя внутреннего сгорания является низкой, и в диапазоне, в котором требуется высокий крутящий момент. Этот диапазон, в котором скорость вращения двигателя внутреннего сгорания является низкой и который требует высокого крутящего момента, далее в данном документе называется "диапазоном R1 с низкой частотой вращения и высокой нагрузкой".

[0010] Преждевременное зажигание - это явление, в котором смесь воздух/топливо в камере сгорания начинает свое сгорание (распространение пламени), прежде чем свеча зажигания зажигается. Когда сгорание выполняется в более ранний момент времени, чем момент зажигания, заданный согласно рабочему состоянию двигателя, провоцируется самовоспламенение несгоревшего газа, и происходит ненормальное сгорание большой интенсивности (супердетонация). Следовательно, преждевременное зажигание препятствует работе с высокой выходной мощностью двигателя внутреннего сгорания.

[0011] Далее описывается механизм возникновения преждевременного зажигания.

[0012] Фиг. 2 - это вид в разрезе двигателя внутреннего сгорания, описывающий механизм возникновения преждевременного зажигания. Двигатель 1 внутреннего сгорания включает в себя инжектор 11 (соответствующий средству впрыска топлива), свечу 12 зажигания, цилиндр 13, впускной клапан 14 и выпускной клапан 15. Кроме того, двигатель 1 внутреннего сгорания включает в себя впускной коллектор 16, выпускной коллектор 17, дроссельную заслонку 18, кулачковый вал 19a на стороне впускного клапана 14 и кулачковый вал 19b на стороне выпускного клапана 15. Кроме того, двигатель 1 внутреннего сгорания включает в себя поршень 20 и поршневое кольцо 21.

[0013] Инжектор 11, свеча 12 зажигания и дроссельная заслонка 18 соединяются с контроллером 50, который включает в себя блок управления двигателем и аналогичные компоненты. Контроллер 50 управляет впрыском топлива из инжектора 11. Кроме того, контроллер 50 управляет моментом зажигания свечи 12 зажигания. Кроме того, контроллер 50 управляет позицией дроссельной заслонки 18 и наблюдает за этой позицией.

[0014] Инжектор 11 в настоящем варианте осуществления является инжектором с множеством отверстий. Инжектор 11 располагается на верхней крайней стороне цилиндра 13 в двигателе 1 внутреннего сгорания и располагается так, что его отверстие для впрыска обращено диагонально вниз. А именно, инжектор 11 имеет свое отверстие для впрыска, обращенное к поверхности стенки цилиндра 13.

[0015] Когда топливо впрыскивается из инжектора 11, сконфигурированного таким образом, топливо может достигать поверхности стенки цилиндра 13. На поверхности стенки цилиндра 13 масляная пленка формируется посредством масла, чтобы предоставлять возможность скольжения с поршнем 20. Соответственно, смесь масла и топлива формируется на поверхности стенки цилиндра 13, и эта смесь становится распределенной в камере сгорания посредством поршневого кольца 21, поднимающегося с поршнем 20.

[0016] Фиг. 3 - это частично укрупненный вид двигателя внутреннего сгорания, описывающий механизм возникновения преждевременного зажигания. Далее описывается ход распределения смеси со ссылкой на фиг. 3. Фиг. 3 показывает цилиндр 13, поршень 20 и поршневое кольцо 21.

[0017] Кроме того, фиг. 3 показывает состояние, в котором масло 32 для смазочной способности прилипает к поверхности стенки цилиндра 13. Кроме того, фиг. 3 показывает состояние, в котором топливо 31, впрыскиваемое из вышеупомянутого инжектора 11, прилипает образом, перекрывающим масло 32. Эти топливо 31 и масло 32, смешанные вместе, формируют смесь 35. Кроме того, смесь 35 накапливается на и вокруг поршневого кольца 21.

[0018] В целом, масло 32, прилипшее к поверхности стенки цилиндра 13, существует в небольшом объеме, поскольку масло существует лишь в такой степени, чтобы формировать масляную пленку, и его вязкость также является высокой. Следовательно, даже если поршень 20 поднимается, масло 32 остается прилипшим к поверхности стенки цилиндра 13, и масло 32 редко становится распределенным в цилиндре.

[0019] Однако, как описано выше, топливо 31, впрыснутое из инжектора 11, может достигать поверхности стенки цилиндра 13. Топливо 31, достигшее поверхности стенки цилиндра 13, смешивается с маслом 32, прилипшим к поверхности стенки цилиндра 13, и становится смесью 35. Объем топлива 31, достигающего поверхности стенки цилиндра 13, больше объема масла 32. Кроме того, хотя вязкость масла 32 является высокой, вязкость топлива 31 является низкой, и, таким образом, смесь 35 снижается по вязкости.

[0020] Поскольку вязкость смеси 35 является низкой, адгезивность относительно поверхности стенки для смеси 35 является слабой. Следовательно, смесь 35 становится распределенной вверх вследствие подъема поршневого кольца 21 вместе с поршнем 20. Кроме того, ее распределенный объем увеличивается, поскольку объем топлива 31, достигающего и накапливающегося на поверхности стенки цилиндра 13, увеличивается. В частности, когда накопившийся объем топлива 31 является большим, не только объем самой смеси 35 увеличивается, но также вязкость смеси 35 снижается; следовательно, считается, что распределенный объем будет резко увеличиваться.

[0021] Масло 32 содержит различные типы добавок. Следовательно, в случае, в котором смесь 35 распределяется в цилиндре, жидкие капли распределенной смеси 35 будут служить источником зажигания для преждевременного зажигания. Так как распределенный объем смеси 35 увеличивается, поскольку накопленный объем топлива 31 увеличивается, вероятность того, что преждевременное зажигание будет возникать, увеличивается с более значительным накопленным объемом топлива 31. Кроме того, вероятность того, что может возникнуть детонация (супердетонация), вызванная этим преждевременным зажиганием, также будет увеличиваться.

[0022] Как отмечено выше, желательно предотвращать преждевременное зажигание, вызванное распределением смеси, поскольку преждевременное зажигание препятствует работе двигателя 1 внутреннего сгорания с высокой выходной мощностью.

[0023] Фиг. 4 - это пояснительный чертеж концепции ограничения верхнего предельного крутящего момента, в настоящем варианте осуществления. Фиг. 4 показывает верхний предельный крутящий момент относительно скоростей вращения двигателя 1 внутреннего сгорания. Как описано выше, преждевременное зажигание может легко возникать в диапазоне R1 с низкой частотой вращения и высокой нагрузкой.

[0024] Соответственно, контроллер 50 (соответствующий устройству управления двигателя внутреннего сгорания) оценивает объем смеси из топлива и масла, который распределяется согласно перемещению поршня в цилиндре 13 (он эквивалентен средству оценки). Кроме того, контроллер 50 ограничивает верхний предельный крутящий момент UT (фиг. 4) двигателя внутреннего сгорания, согласно оцененному объему смеси (соответствует ограничительному средству). В частности, в это время, контроллер 50 ограничивает верхний предельный крутящий момент UT двигателя внутреннего сгорания более низким значением (направление, показанное стрелкой A1 на фиг. 4), когда оцениваемый объем смеси увеличивается.

[0025] Как отмечено выше, чем больший объем смеси распределяется, тем более легко преждевременное зажигание может возникать. В частности, преждевременное зажигание может легко возникать в диапазоне R1 с низкой частотой вращения и высокой нагрузкой. Однако, контроллер 50 настоящего варианта осуществления оценивает распределенный объем смеси согласно перемещению поршня и ограничивает верхний предельный крутящий момент двигателя внутреннего сгорания согласно оцененному объему смеси.

[0026] Контроллер 50 не может выполнять управление, чтобы выводить крутящий момент, более высокий, чем верхний предельный крутящий момент, при управлении двигателем 1 внутреннего сгорания. Т.е., даже если формируется запрос на вывод более высокого крутящего момента, чем верхний предельный крутящий момент, контроллер 50, например, ограничивает объем впрыскиваемого топлива и не реагирует на этот запрос. Следовательно, задавая верхний предельный крутящий момент как таковой, контроллер 50 может предотвращать возникновение ненормального сгорания, управляя двигателем 1 внутреннего сгорания только в диапазонах, в которых преждевременное зажигание не может легко произойти.

[0027] Далее описываются настройки для этого верхнего предельного крутящего момента более подробно.

[0028] Фиг. 5 - это пояснительный чертеж моментов впрыска в многоступенчатых впрысках топлива. Фиг. 5 показывает моменты впрыска топлива от верхней мертвой точки такта впуска до верхней мертвой точки такта сжатия. Топливо не впрыскивается в такте расширения или такте выпуска, и, таким образом, их описания были опущены.

[0029] Кроме того, фиг. 5 показывает характеристики AT прилипания и характеристики PN смачивания поршня. Характеристики AT прилипания представляют, что топливо легко прилипает к поверхности стенки цилиндра 13, при их более высоком значении. Кроме того, характеристики PN смачивания поршня представляют, что топливо легко прилипает к поршню, при их более высоком значении.

[0030] В двигателе 1 внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления топливо впрыскивается в одном такте в трех моментах времени: первый впрыск IT1, второй впрыск IT2 и третий впрыск IT3, как показано на фиг. 5. Моменты впрыска топлива являются двумя моментами времени, являющимися первым впрыском IT1 и вторым впрыском IT2 в такте впуска, и однократно в процессе сжатия, являющимся третьим впрыском IT3.

[0031] Причина того, почему впрыск топлива делится на несколько стадий, заключается в том, что объем топлива, достигающий поверхности стенки цилиндра 13, становится меньше, когда впрыск делится на несколько раз. Объем топлива, достигающего поверхности стенки цилиндра 13, относится к способности топлива достигать поверхности стенки цилиндра 13. С более высокой способностью топлива достигать поверхности стенки цилиндра 13, объем топлива, достигающего поверхности стенки цилиндра 13, будет также увеличиваться. Способность топлива достигать поверхности стенки цилиндра 13 может также называться длиной факела топлива.

[0032] Имея впрыск топлива, являющийся многоступенчатым впрыском, впрыснутый объем топлива в момент времени уменьшается, и, таким образом, топливо легко не достигает поверхности стенки цилиндра 13. В сравнении, попытка впрыскивать топливо объемом для трех стадий только в одной стадии будет вызывать увеличение объема топлива, впрыскиваемого в момент времени, и это топливо будет улетать подобно основной массе. Поскольку топливу, улетающему как одна основная масса, трудно атомизироваться, топливо может легко достигать поверхности стенки цилиндра 13.

[0033] Кроме того, моменты впрыска задаются, как показано на фиг. 5, по следующим причинам. Сначала, существует потребность для впрыска топлива, когда значения характеристики AT прилипания и характеристики PN смачивания поршня являются низкими. Это обусловлено тем, что топливо легко накапливается на поверхности стенки цилиндра 13, когда характеристика AT прилипания является высокой, и топливо легко прилипает к поршню 20, когда характеристика PN смачивания поршня является высокой.

[0034] Когда топливо накапливается на поверхности стенки цилиндра 13, смесь становится легко распределяющейся, как описано выше. Кроме того, когда топливо прилипает к поршню 20, сажа формируется во время сгорания. Следовательно, желательно выполнять впрыск топлива, когда значение характеристики AT прилипания и значение характеристики PN смачивания поршня являются низкими.

[0035] Следовательно, из компромисса между характеристикой AT прилипания и характеристикой PN смачивания поршня, момент времени впрыска для первого впрыска IT1 ограничивается моментом времени после момента времени, показанного как NG1. Кроме того, желательно, чтобы момент зажигания для второго зажигания IT2 был моментом времени, настолько близким, насколько возможно, к первому впрыску IT1. Следовательно, хотя зависит от характеристики инжектора, момент впрыска для второго впрыска IT2 наступает непосредственно после первого впрыска IT1.

[0036] Окно KW детонации должно избегаться для момента впрыска для третьего впрыска IT3. Кроме того, вследствие компромисса между характеристикой AT прилипания и характеристикой PN смачивания поршня, момент впрыска для третьего впрыска IT3 ограничивается моментом времени перед моментом времени, показанным как NG2. Из этих ограничений, когда топливо впрыскивается в трехступенчатых впрысках топлива в настоящем варианте осуществления, топливо впрыскивается в момент впрыска, показанный на фиг. 5.

[0037] Однако, число стадий впрыска уменьшается согласно условиям, в двигателе 1 внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления. Когда число впрысков топлива уменьшается, порядок впрыска, который не будет выполняться, решается заранее. В двигателе 1 внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления, сначала, третий впрыск IT3 не будет выполняться. Далее, второй впрыск IT2 не будет выполняться.

[0038] Когда число впрысков уменьшается как таковое, топливо может достигать поверхности стенки цилиндра 13 более легко каждый раз, когда число впрысков топлива уменьшается, как описано выше.

[0039] Контроллер 50 в настоящем варианте осуществления уменьшает число впрысков топлива в соответствии с предварительно определенным условием. Например, когда расходомер воздуха ломается, измерение объема всасываемого воздуха становится неточным, и, таким образом, число впрысков топлива уменьшается. Кроме того, когда инжектор ломается, дополнительная нагрузка предоставляется на инжекторе, если выполняется многоступенчатый впрыск, и, таким образом, число впрысков топлива уменьшается.

[0040] Когда топливный насос ломается, давление топлива не может поддерживаться в давлении предварительно определенного диапазона, и, таким образом, продолжительность импульса впрыска становится длительной. Это соответственно делает невозможным выполнение самого многоступенчатого впрыска, и, таким образом, число впрысков топлива уменьшается. Кроме того, когда датчик угла поворота коленчатого вала ломается, момент впрыска может быть ошибочным, и, таким образом, число впрысков топлива уменьшается.

[0041] Когда напряжение аккумулятора уменьшается, невозможно увеличивать давление несколько раз в течение короткого периода в схеме возбуждения инжектора; таким образом, число впрысков топлива уменьшается. Кроме того, когда контроллер формирует тепло, выполнение многоступенчатого впрыска будет вынуждать инжектор приводиться в действие множество раз в течение короткого времени и будет дополнительно вынуждать контроллер 50 формировать тепло. Соответственно, число впрысков топлива уменьшается.

[0042] Вследствие различных условий, как описано выше, двигатель 1 внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления работает, в то время как число впрысков топлива изменяется. Соответственно, как описано выше, топливо, достигающее и накапливающееся на поверхности стенки цилиндра 13, также изменяется в соответствии с этим.

[0043] Объем смеси, распределяемой перемещением поршня, увеличивается, когда объем топлива, достигающего поверхности стенки, увеличивается, и накопленный объем смеси, накопленный поблизости от поршневого кольца, увеличивается. Следовательно, контроллер 50 оценивает, что распределенный объем смеси больше, когда объем топлива, впрыскиваемого из инжектора 11, достигающий поверхности стенки цилиндра 13, увеличивается, и ограничивает верхний предельный крутящий момент низким значением для двигателя 1 внутреннего сгорания. Посредством выполнения этого, по существу, верхний предельный крутящий момент UT может изменяться согласно объему топлива, достигающего поверхности стенки, как показано стрелкой A1 на фиг. 4; следовательно, представляется возможным предотвращать возникновение преждевременного зажигания.

[0044] Фиг. 6 - это блок-схема последовательности операций, описывающая процесс задания верхнего предельного крутящего момента в первом варианте осуществления. Фиг. 7 - это пояснительный чертеж соотношения между числом впрысков топлива и верхним предельным крутящим моментом в первом варианте осуществления. Соотношение между числом впрысков топлива и верхним предельным крутящим моментом, показанное на фиг. 7, сохраняется в области хранения контроллера 50 заранее. Далее описывается процесс задания верхнего предельного крутящего момента в первом варианте осуществления со ссылкой на эти чертежи. В первом варианте осуществления процессы с этапа S102 по этап S108, описанные ниже, повторяющимся образом выполняются в каждое предварительно определенное время.

[0045] Когда процесс задания верхнего предельного крутящего момента начинается, контроллер 50 получает текущее число впрысков топлива (S102). Причина того, почему текущее число впрысков топлива получается здесь, заключается в том, что число впрысков топлива изменяется в реальном времени вследствие предварительно определенных условий, как описано выше.

[0046] Далее, контроллер 50 определяет, является ли текущее число впрысков топлива базовым числом впрысков топлива (S104). Базовое число впрысков топлива здесь является числом впрысков топлива, когда топливо впрыскивается с наибольшим числом стадий в двигателе 1 внутреннего сгорания. В настоящем варианте осуществления базовое число впрысков топлива равно трем стадиям.

[0047] Далее, на этапе S104, когда текущее число впрысков топлива является базовым числом впрысков топлива (когда текущее число впрысков топлива равно трем стадиям), контроллер 50 инструктирует обратный переход верхнего предельного крутящего момента к наивысшему верхнему предельному крутящему моменту (фиг. 7) (S106), и инструктирует переход процесса обратно к этапу S102. В этом случае, число впрысков топлива является большим, и, таким образом, объем топлива, достигающего поверхности стенки, является небольшим. Соответственно, контроллер 50 управляет двигателем 1 внутреннего сгорания без уменьшения верхнего предельного крутящего момента.

[0048] С тем же объемом топлива, впрыскиваемого в одном такте двигателя 1 внутреннего сгорания, чем больше число впрысков топлива, тем меньший объем топлива впрыскивается на каждой стадии. Следовательно, топливо атомизируется до достижения поверхности стенки цилиндра 13. Соответственно, может быть оценено, что топливо, накапливающееся на поверхности стенки цилиндра 13, является небольшим по объему. Если объем топлива, накапливающегося на поверхности стенки цилиндра 13, является небольшим, смесь, состоящая из топлива и масла, не может быть легко распределена посредством поршневого кольца 21. Следовательно, преждевременное зажигание не может происходить легко, даже если верхний предельный крутящий момент ограничивается низким значением.

[0049] С другой стороны, на этапе S104, когда текущее число впрысков топлива не является базовым числом впрысков топлива, контроллер 50 изменяет верхний предельный крутящий момент на более низкое значение (S1080. В этом случае, контроллер 50 выполняет изменение до верхнего предельного крутящего момента случая, в котором число впрысков топлива меньше трех стадий (фиг. 7). В это время, число впрысков топлива является небольшим, и, таким образом, большой объем топлива достигает поверхности стенки. Следовательно, контроллер 50 ограничивает верхний предельный крутящий момент более низким значением.

[0050] С тем же объемом топлива, впрыскиваемого в одном такте двигателя 1 внутреннего сгорания, чем меньше число впрысков топлива, тем больший объем топлива впрыскивается на каждой стадии. Таким образом, когда объем топлива, впрыскиваемого на каждой стадии, является большим, топливо не может легко атомизироваться. Соответственно, может быть оценено, что большой объем топлива накапливается на поверхности стенки цилиндра 13. С большим объемом топлива, накапливающегося на поверхности стенки цилиндра 13, смесь, состоящая из топлива и масла, может быть легко распределена посредством поршневого кольца 21. Следовательно, верхний предельный крутящий момент ограничивается более низким значением, и двигатель 1 внутреннего сгорания работает в диапазоне, далеком от диапазона, в котором преждевременное зажигание может легко происходить, чтобы предотвращать возникновение преждевременного зажигания.

[0051] По существу, в первом варианте осуществления, когда текущее число впрысков топлива меньше базового числа впрысков топлива, верхний предельный крутящий момент ограничивается более низким значением, чем в случае, имеющем базовое число впрысков топлива, как показано на фиг. 7. Посредством выполнения этого, по существу, выходная мощность двигателя 1 внутреннего сгорания становится ограниченной, чтобы избегать перемещения в диапазон, в котором преждевременное зажигание может легко возникать. Это, таким образом, предоставляет возможность предотвращения возникновения ненормального сгорания в цилиндре двигателя 1 внутреннего сгорания.

[0052] Фиг. 8 - это блок-схема последовательности операций, описывающая модификацию процесса задания верхнего предельного крутящего момента в модификации первого варианта осуществления. Фиг. 9 - это пояснительный чертеж соотношения между числом впрысков топлива и верхним предельным крутящим моментом в модификации первого варианта осуществления. Также в модификации первого варианта осуществления процессы с этапа S202 по этап S204, описанные ниже, повторяющимся образом выполняются в каждое предварительно определенное время.

[0053]] В варианте осуществления, описанном выше, верхний предельный крутящий момент изменяется на основе того, является или нет текущее число впрысков топлива базовым числом впрысков топлива; в модификации, однако, верхний предельный крутящий момент изменяется постепенно согласно текущему числу стадий впрыска.

[0054] Когда процесс задания верхнего предельного крутящего момента начинается, контроллер 50 получает текущее число впрысков топлива (S202). Далее, контроллер 50 изменяет верхний предельный крутящий момент на основе текущего числа впрысков топлива (S204).

[0055] При изменении верхнего предельного крутящего момента выполняется обращение к карте, показанной на фиг. 9, для соотношения между числом стадий впрыска и верхним предельным крутящим моментом. Как показано на фиг. 9, в модификации, верхний предельный крутящий момент задается более низким, когда число впрысков топлива уменьшается. Соотношение между числом впрысков топлива и верхним предельным крутящим моментом, показанное на фиг. 9, сохраняется заранее в области хранения контроллера 50.

[0056] Обращаясь к карте на фиг. 9, когда число впрысков топлива является большим, контроллер 50 может выполнять управление выходной мощностью двигателя 1 внутреннего сгорания без уменьшения верхнего предельного крутящего момента, поскольку объем топлива, достигающего поверхности стенки, является небольшим. Кроме того, когда число впрысков топлива является небольшим, контроллер 50 может выполнять управление выходной мощностью двигателя 1 внутреннего сгорания посредством уменьшения верхнего предельного крутящего момента, поскольку объем топлива, достигающего поверхности стенки, является большим.

[0057] По существу, контроллер 50 может оценивать, что объем топлива, достигающего поверхности стенки, является более значительным с меньшим числом для числа впрысков топлива для топлива, впрыскиваемого в цилиндре 13. Следовательно, контроллер 50 может задавать верхний предельный крутящий момент на основе числа впрысков топлива и предотвращать возникновение преждевременного зажигания.

[0058] (Второй вариант осуществления)

Фиг. 10 - это блок-схема последовательности операций, описывающая процесс задания верхнего предельного крутящего момента во втором варианте осуществления. Фиг. 11 - это пояснительный чертеж одного примера характеристики накопления во втором варианте осуществления. Фиг. 12 - это пояснительный чертеж верхнего предельного крутящего момента, идентифицированного согласно характеристике накопления. Во втором варианте осуществления также процессы с этапа S302 по этап S306, описанные ниже, повторяющимся образом выполняются в каждое предварительно определенное время.

[0059] Во втором варианте осуществления характеристики накопления получаются на основе условий впрыска, и верхний предельный крутящий момент задается согласно полученным характеристикам накопления. Легкость достижения топливом поверхности стенки цилиндра 13, по меньшей мере, связана с числом впрысков, моментами впрыска и давлением топлива. Следовательно, во втором варианте, число впрысков топлива, моменты впрыска и давление топлива становятся условиями впрыска, и объем накопившегося топлива оценивается по характеристикам накопления, полученным на основе этих условий впрыска, чтобы изменять верхний предельный крутящий момент. Характеристики накопления указывают легкость накопления впрыснутого топлива на поверхности стенки цилиндра 13, и, таким образом, могут считаться эквивалентом оцененному объему накопившегося топлива. Легкость накопления на поверхности стенки цилиндра 13 показывает легкость достижения топливом поверхности стенки цилиндра 13; таким образом, характеристика накопления может считаться эквивалентом объему топлива, достигающего поверхности стенки цилиндра 13.

[0060] Когда процесс задания верхнего предельного крутящего момента начинается, контроллер 50 получает текущие условия впрыска (S302). В настоящем варианте осуществления условиями впрыска являются, как описано выше, число впрысков топлива, моменты впрыска и давление топлива.

[0061] Далее, контроллер 50 получает характеристику накопления согласно полученным текущим условиям впрыска (S304). Когда характеристика накопления получена, контроллер 50 обращается к карте, показанной на фиг. 11. Фиг. 11 является картой, показывающей характеристики накопления, когда число впрысков равно одной стадии. Такая карта сохраняется заранее в области хранения контроллера 50. В этом варианте осуществления, хотя только карта, показывающая характеристики накопления, когда число впрысков топлива равно одной стадии, показана в качестве примера на фиг. 11, отличная от этой карта, когда число впрысков топлива равно двум стадиям, и карта, когда число впрысков топлива равно трем стадиям, сохраняются заранее в области хранения контроллера 50.

[0062] Контурные линии, показанные в карте на фиг. 11, представляют характеристики накопления. Кроме того, эти контурные линии показывают, что топливо легко накапливается, когда линии приближаются в направлении, показанном стрелкой A2 на фиг. 11. Например, чем ниже давление топлива, тем топливу труднее атомизироваться в камере сгорания, и, таким образом, топливо может легко достигать поверхности стенки цилиндра 13. Соответственно, более низкое давление топлива будет проявлять более высокую характеристику накопления. Кроме того, поверхность стенки цилиндра 13 раскрывается по направлению к инжектору 11 больше всего, когда число впрысков топлива равно одной стадии и во время, когда момент впрыска находится в нижней мертвой точке. Следовательно, чем ближе момент впрыска топлива к нижней мертвой точке, тем выше характеристика накопления.

[0063] Когда выполняется обращение к карте, и характеристика накопления получается, контроллер 50 изменяет верхний предельный крутящий момент согласно характеристикам накопления (S306). При изменении верхнего крутящего момента выполняется обращение к карте, которая показана на фиг. 12. Карта, показанная на фиг. 12, сохраняется заранее в области хранения контроллера 50.

[0064] Карта, показанная на фиг. 12, показывает верхний предельный крутящий момент относительно характеристик накопления. Кроме того, эта карта задает верхний предельный крутящий момент более высоким с более низкой характеристикой накопления. Это представляет, что, чем меньше объем топлива, прилипшего к поверхности стенки цилиндра 13, тем меньше преждевременное зажигание может возникать согласно принципам, описанным выше. Другими словами, чем выше характеристики накопления, тем более низким задается верхний предельный крутящий момент. Это представляет, что чем больший объем топлива прилипает на поверхности стенки цилиндра 13, тем легче преждевременное зажигание может возникать согласно принципам, описанным выше.

[0065] По существу, когда верхний предельный крутящий момент изменяется, двигатель 1 внутреннего сгорания управляется в диапазоне выходной мощности, не превышающем этого верхнего предельного крутящего момента.

[0066] По существу, контроллер 50 оценивает, что объем топлива, достигающего поверхности стенки, больше с меньшим давлением топлива для топлива, впрыснутого в цилиндр 13, и ограничивает верхний предельный крутящий момент двигателя 1 внутреннего сгорания низким значением; следовательно, это предоставляет возможность предотвращения возникновения преждевременного зажигания. Кроме того, контроллер 50 оценивает, что объем топлива, достигающего поверхности стенки, больше, когда момент впрыска топлива, впрыскиваемого в цилиндр 13, ближе к нижней мертвой точке поршня 20, и ограничивает верхний предельный крутящий момент двигателя 1 внутреннего сгорания низким значением; следовательно, это предоставляет возможность предотвращения возникновения преждевременного зажигания.

[0067] Кроме того, в настоящем варианте осуществления, характеристика накопления получается на основе трех элементов, а именно, числа впрысков топлива, момента впрыска и давления топлива. Таким образом, представляется возможным получать характеристику накопления более точно. Кроме того, верхний предельный крутящий момент изменяется на основе более точно полученной характеристики накопления. Таким образом, представляется возможным ограничивать верхний предельный крутящий момент более точно. Кроме того, представляется возможным управлять двигателем 1 внутреннего сгорания без ограничения верхнего предельного крутящего момента больше, чем необходимо.

[0068] В этом варианте осуществления, хотя объем накопившегося топлива умножается согласно числу впрысков топлива, моменту впрыска и давлению топлива, характеристика накопления может быть получена согласно любому одному или двум из числа впрысков топлива, момента впрыска и давления топлива.

[0069] Фиг. 13 - это пояснительный чертеж модификации верхнего предельного крутящего момента, идентифицированного согласно характеристике накопления. Во втором варианте осуществления, описанном выше, соотношение между характеристиками накопления и верхним предельным крутящим моментом является линейным соотношением. Однако, как показано на фиг. 13, соотношение между характеристиками накопления и верхним предельным крутящим моментом может быть нелинейным. Форма нелинейного соотношения между характеристиками накопления и верхним предельным крутящим моментом не ограничивается формой, показанной на фиг. 13.

[0070] Во втором варианте осуществления характеристика накопления однократно получается на основе условий впрыска, и верхний предельный крутящий момент получается на основе этой характеристики накопления. Причина того, почему верхний предельный крутящий момент получается через характеристику накопления, по существу, заключается в том, что, например, существуют случаи, в которых соотношение между характеристиками накопления и верхним предельным крутящим моментом, которое показано на фиг. 12, и соотношение между характеристиками накопления и верхним предельным крутящим моментом, которое показано на фиг. 13, предпочтительно используются при переключении между обоими, в зависимости от некоторых условий. Даже в таком случае верхний предельный крутящий момент может быть получен посредством характеристик накопления; таким образом, представляется возможным легко получать верхний предельный крутящий момент согласно переключению.

[0071] (Третий вариант осуществления)

Фиг. 14 - это блок-схема последовательности операций, описывающая процесс задания верхнего предельного крутящего момента в третьем варианте осуществления. Фиг. 15 - это карта, представляющая характеристики расхода в третьем варианте осуществления. Фиг. 16 - это пояснительный чертеж соотношения между объемами накопившегося топлива и верхним предельным крутящим моментом в третьем варианте осуществления. В третьем варианте осуществления также процессы с этапа S402 по этап S412, описанные ниже, повторяющимся образом выполняются в каждое предварительно определенное время.

[0072] В первом варианте осуществления, описанном выше, верхний предельный крутящий момент задается согласно текущему числу впрысков топлива. Кроме того, во втором варианте осуществления, верхний предельный крутящий момент задается согласно текущим условиям впрыска. В сравнении, третий вариант осуществления получает характеристики накопления в условиях впрыска и характеристики расхода в рабочих условиях и оценивает текущий объем накопившегося топлива, постоянно умножая и вычитая объем накопившегося топлива на основе этих характеристик. Кроме того, верхний предельный крутящий момент изменяется на основе объема накопившегося топлива, оцененного более точно.

[0073] Когда процесс задания верхнего предельного крутящего момента начинается, контроллер 50 получает текущие условия впрыска и рабочие условия (S402). В третьем варианте осуществления также условиями впрыска являются число впрысков топлива, моменты впрыска и давление топлива. Кроме того, рабочими условиями являются крутящие моменты двигателя 1 внутреннего сгорания и скорости вращения.

[0074] Далее, контроллер 50 получает характеристику накопления и характеристику расхода на основе полученных условий впрыска и рабочих условий (S404). Характеристика накопления служит в качестве элемента, вынуждающего объем накопившегося топлива увеличиваться. С другой стороны, величина расхода топлива служит в качестве элемента, вызывающего уменьшение в умноженном объеме накопившегося топлива.

[0075] Характеристика накопления может быть получена способом, аналогичным способу во втором варианте осуществления, описанном выше. Более конкретно, контроллер 50 применяет условия впрыска к карте характеристик накопления, показанной на фиг. 11, и получает характеристику накопления.

[0076] С другой стороны, когда получается характеристика расхода, выполняется обращение к карте, которая показана на фиг. 15. Фиг. 15 показывает характеристики расхода относительно скоростей вращения и крутящих моментов. Кроме того, контурные линии характеристик расхода показаны на внутренней стороне кривых крутящего момента. Кроме того, характеристики расхода увеличиваются, когда линии продвигаются в направлении стрелки A3. Карта, показанная на фиг. 15, сохраняется заранее в области хранения контроллера 50.

[0077] Далее, контроллер 50 получает объем накопившегося топлива на основе полученной характеристики накопления и характеристики расхода (S406). Объем накопившегося топлива получается умножением характеристики накопления на объем накопившегося топлива, полученный ранее, и дальнейшим вычитанием характеристики расхода. Представляя элемент времени как t, это соотношение будет иметь следующую формулу:

Объем накопившегося топлива (t)=объем накопившегося топлива (t-1)+характеристика топлива (t) -характеристика расхода (t)

[0078] Далее, контроллер 50 изменяет верхний предельный крутящий момент на основе полученного объема накопившегося топлива (S408). Верхний предельный крутящий момент изменяется посредством обращения к карте, показанной на фиг. 16. Фиг. 16 показывает верхние предельные крутящие моменты, соответствующие объемам накопившегося топлива. Кроме того, на фиг. 16 соотношение между объемами накопившегося топлива и верхними предельными крутящими моментами является соотношением, когда объем накопившегося топлива является высоким, верхний предельный крутящий момент становится низким. Карта, как показано на фиг. 16, сохраняется в области хранения контроллера 50 заранее.

[0079] Далее, контроллер 50 определяет, удовлетворяется или нет условие сброса (S410). В этом варианте осуществления условием сброса является, например, то, прошло или нет предварительно определенное время, после того как ключ зажигания был вынут.

[0080] Когда условие сброса удовлетворяется, контроллер 50 сбрасывает объем накопившегося топлива (S412). Сброс объема накопившегося топлива должен делать объем накопившегося топлива равным "0", например. Однако, сброс объема накопившегося топлива не ограничивается этим, и, например, значение сброса может быть изменено согласно времени, дополнительно прошедшему после истечения предварительно определенного времени.

[0081] По существу, объем накопившегося топлива сбрасывается, когда условие сброса удовлетворяется, поскольку считается, что, после того как предварительно определенное время проходит, после того как ключ зажигания вынимается, накопившееся топливо испаряется и исчезает.

[0082] В случае, в котором условие сброса не удовлетворяется, или после того как выполняется этап S412, контроллер 50 выполняет этап S402. После этого, процессы с этапа S402 по этап S412, описанные выше, повторяются.

[0083] По существу, когда верхний предельный крутящий момент изменяется, двигатель 1 внутреннего сгорания управляется в диапазоне выходной мощности, не превышающем этого верхнего предельного крутящего момента.

[0084] Фиг. 17 - это пояснительный чертеж скорости вращения, крутящего момента и объема накопившегося топлива согласно прошедшему времени, в третьем варианте осуществления. Эти чертежи показывают, как скорость вращения, крутящий момент и объем накопившегося топлива переходят с истечением времени, когда выходная мощность двигателя внутреннего сгорания изменяется, как указано стрелкой A4 на фиг. 15. На фиг. 17 показаны временные интервалы T1, T2 и T3; они соответствуют T1, T2 и T3, показанным на фиг. 15, соответственно.

[0085] Обращаясь к стрелке A4 на фиг. 15, скорость вращения сначала увеличивается постепенно с прохождением времени, и, кроме того, крутящий момент также увеличивается (T1 на фиг. 15 и фиг. 17). Соответственно, стрелка A4 постепенно продвигается в диапазон, в котором топливу трудно расходоваться.

[0086] После этого, когда скорость вращения увеличивается, крутящий момент достигает верхнего предельного крутящего момента (T2 на фиг. 15 и фиг. 17). Следовательно, хотя скорость вращения увеличивается, крутящий момент не может превышать увеличивающийся крутящий момент. В это время, стрелка A4 входит в диапазон характеристики расхода, в котором топливо легко не расходуется; таким образом, объем накопившегося топлива также увеличивается (T2 на фиг. 15 и фиг. 17).

[0087] Когда скорость вращения дополнительно увеличивается, стрелка A4 входит в диапазон характеристики расхода, в котором топливо легко расходуется (T3 на фиг. 15 и фиг. 17). Соответственно, объем накопившегося топлива также постепенно уменьшается.

[0088] По существу, в третьем варианте осуществления, контроллер 50 оценивает текущий объем накопившегося топлива, умножая характеристику накопления на объем накопившегося топлива и вычитая характеристику расхода, в каждый момент времени. Соответственно, объем накопившегося топлива может быть оценен более точно. Это предоставляет возможность получения верхнего предельного крутящего момента и выполнения управления верхним предельным крутящим моментом на основе более точного объема накопившегося топлива.

[0089] В это время, контроллер 50 уменьшает объем накопившегося топлива с помощью более высокой скорости вращения двигателя 1 внутреннего сгорания. Выполняя это, по существу, представляется возможным уменьшать объем накопившегося топлива согласно скорости вращения двигателя 1 внутреннего сгорания и изменять объем накопившегося топлива в каждый момент времени.

[0090] Кроме того, контроллер 50 сбрасывает объем накопившегося топлива в предварительно определенное значение по истечении предварительно определенного времени с момента, когда двигатель 1 внутреннего сгорания останавливается. Выполняя это, по существу, представляется возможным сопоставлять фактический объем накопившегося топлива, испарившийся и уменьшившийся во время остановки двигателя внутреннего сгорания, с оцененным объемом накопившегося топлива.

[0091] В этом варианте осуществления, хотя объем накопившегося топлива умножается согласно трем условиям впрыска, являющимися давлением топлива, числом впрысков топлива и моментами впрыска, объем впрыскиваемого топлива может быть умножен согласно любому одному или двум из давления топлива, числа впрысков топлива и моментов впрыска.

[0092] (Четвертый вариант осуществления)

Фиг. 18 - это пояснительный чертеж двигателя внутреннего сгорания в четвертом варианте осуществления. Фиг. 19 - это блок-схема последовательности операций, описывающая процесс задания верхнего предельного крутящего момента в четвертом варианте осуществления. Фиг. 20 - это пояснительный чертеж соотношения между интенсивностями светящегося пламени и верхними предельными крутящими моментами в четвертом варианте осуществления. В четвертом варианте осуществления верхний предельный крутящий момент ограничивается согласно интенсивности светящегося пламени, обнаруживаемой в камере сгорания. В четвертом варианте осуществления также процессы с этапа S502 по этап S504, описанные ниже, повторяющимся образом выполняются в каждое предварительно определенное время.

[0093] При проведении четвертого варианта осуществления ионный датчик 90 располагается в двигателе 1 внутреннего сгорания, как показано на фиг. 18. Ионный датчик 90 электрически соединяется с контроллером 50. Ионный датчик 90 может быть предусмотрен в головке цилиндра, как показано на фиг. 18. Может быть использован ионный датчик 90 типа объединенного со свечой зажигания.

[0094] Когда процесс задания верхнего предельного крутящего момента начинается, контроллер 50 получает интенсивность светящегося пламени, отправленную от ионного датчика 90 (S502). Предположим, что топливо уже накапливается поблизости от поршневого кольца в цилиндре, в таком случае распределение смеси также уже должно будет произойти. Кроме того, вероятность того, что преждевременное зажигание может возникать при наличии смеси, служащей в качестве источника зажигания, также будет увеличиваться. Соответственно, ионный датчик 90 обнаруживает интенсивность светящегося пламени, вызванного распределением смеси. Кроме того, контроллер 50 получает интенсивность светящегося пламени, обнаруженную посредством ионного датчика 90.

[0095] Контроллер 50 ограничивает верхний предельный крутящий момент согласно интенсивности светящегося пламени, обнаруженной посредством ионного датчика 90 (S504). В это время выполняется обращение к карте, показанной на фиг. 20. Карта, показанная на фиг. 20, сохраняется в области хранения контроллера 50.

[0096] Согласно карте, показанной на фиг. 20, чем более слабой является интенсивность светящегося пламени, тем более низким значением ограничивается верхний предельный крутящий момент. Поскольку распределенный объем смеси оценивается как больший по объему при более сильной интенсивности светящегося пламени, представляется возможным определять, что существует высокая вероятность того, что преждевременное зажигание может произойти. Следовательно, для того, чтобы предотвращать возникновение преждевременного зажигания, верхний предельный крутящий момент ограничивается.

[0097] По существу, двигатель 1 внутреннего сгорания в четвертом варианте осуществления включает в себя ионный датчик 90, приспособленный, чтобы обнаруживать светящееся пламя в цилиндре, и контроллер 50 оценивает объем смеси, который распределяется, на основе выходного сигнала от ионного датчика и ограничивает верхний предельный крутящий момент двигателя 1 внутреннего сгорания больше при большей величине распределения объема смеси. Таким образом, представляется возможным предотвращать возникновение ненормального сгорания в цилиндре, в двигателе 1 внутреннего сгорания.

[0098] В вышеописанных вариантах осуществления описывается форма, в которой топливо прилипает к поверхности стенки цилиндра 13 относительно легко, однако, она не ограничивается формой, как таковой, в которой отверстие для впрыска инжектора 11 прикрепляется к двигателю 1 внутреннего сгорания, чтобы быть обращенным к поверхности стенки цилиндра 13.

[0099] Варианты осуществления настоящего изобретения описываются выше, однако, настоящие варианты осуществления просто показывают одну часть применений настоящего изобретения, и не предназначены, чтобы ограничивать технические рамки настоящего изобретения конкретными конфигурациями в вышеописанных вариантах осуществления.

[0100] Каждый из вариантов осуществления, описанных выше, объясняется как отдельный вариант осуществления, однако, они могут быть объединены при необходимости.

Изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания. Технический результат заключается в предотвращении возникновения ненормального сгорания в цилиндре в двигателях внутреннего сгорания. Предложено устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, которое содержит: средство оценки, приспособленное оценивать объем смеси топлива и масла, распределяющейся согласно движению поршня в цилиндре; и ограничительное средство, приспособленное ограничивать верхний предельный крутящий момент (UT) двигателя внутреннего сгорания согласно оцененному объему смеси. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, содержащее:

средство оценки, приспособленное оценивать объем смеси топлива и масла, распределяющейся согласно перемещению поршня в цилиндре; и

ограничительное средство, приспособленное ограничивать верхний предельный крутящий момент двигателя внутреннего сгорания согласно оцененному объему смеси, при этом средство оценки оценивает, что распределенный объем смеси больше при меньшем числе впрысков топлива, впрыскиваемого в цилиндр, при более низком давлении топлива для топлива, впрыскиваемого в цилиндр, или когда момент впрыска топлива, впрыскиваемого в цилиндр, находится ближе к нижней мертвой точке поршня.

2. Устройство по п.1, в котором ограничительное средство ограничивает верхний предельный крутящий момент двигателя внутреннего сгорания более низким значением при большей величине оцениваемого объема смеси.

3. Устройство по п.2, в котором средство оценки оценивает, что распределенный объем смеси больше при большем объеме топлива, достигшего поверхности стенки цилиндра, топливо распределяется средством впрыска топлива.

4. Способ управления для двигателя внутреннего сгорания,
содержащий этапы, на которых:

оценивают объем смеси топлива и масла, распределяющейся согласно перемещению поршня в цилиндре; и

ограничивают верхний предельный крутящий момент двигателя внутреннего сгорания согласно оцененному объему смеси, при этом упомянутая оценка оценивает, что распределенный объем смеси больше при меньшем числе впрысков топлива, впрыскиваемого в цилиндр, при более низком давлении топлива для топлива, впрыскиваемого в цилиндр, или когда момент впрыска топлива, впрыскиваемого в цилиндр, находится ближе к нижней мертвой точке поршня.