СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F02D13/02 F02D41/18 F02M26/02 

Уровень техники

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к системам двигателя внутреннего сгорания и к способам управления для двигателей внутреннего сгорания, а более конкретно, относится к системе двигателя внутреннего сгорания и к способу управления для двигателя внутреннего сгорания, которые управляют выходной мощностью двигателя посредством изменения функциональных характеристик впускного клапана.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] В публикации заявки на патент (Япония) номер 6-108860 раскрыт контроллер двигателя внутреннего сгорания, причем контроллер выполнен с возможностью изменять время закрытия впускного клапана посредством переключения двух типов кулачков впускного клапана в соответствии с рабочим состоянием двигателя с нагнетателем. В этом обычном контроллере, кулачок впускного клапана низкой частоты вращения выбирается на стороне низких частот вращения области высокой нагрузки, и кулачок впускного клапана высокой частоты вращения выбирается на стороне высоких частот вращения области высокой нагрузки. Когда выбирается кулачок низкой частоты вращения, впускной клапан закрывается в предписанное время, которое раньше нижней мертвой точки. Когда выбирается кулачок высокой частоты вращения, впускной клапан закрывается во время позднее предписанного времени.

[0003] Когда используется кулачок низкой частоты вращения, впускной клапан закрывается раньше нижней мертвой точки, так что температура в конце сжатия понижается. Это позволяет увеличивать предел детонации. Помимо этого, эффекты нагнетания нагнетателя также могут увеличивать объем воздуха, нагнетаемого в цилиндр. Следовательно, согласно обычному контроллеру, выходная мощность двигателя может повышаться на стороне низких частот вращения области высокой нагрузки. Тем не менее, когда частота вращения двигателя увеличивается, и рабочее состояние сдвигается к стороне высоких частот вращения области высокой нагрузки, существенный элемент впуска сокращается, и объем воздуха, нагнетаемого в цилиндр, уменьшается. Кроме того, когда объем воздуха, всасываемого посредством двигателя, уменьшается относительно объема воздуха, выпускаемого из нагнетателя, давление нагнетания увеличивается пропорционально уменьшенному объему воздуха. В такой ситуации, когда используется кулачок высокой частоты вращения, впускной клапан может закрываться позднее, чем в случае использования кулачка низкой частоты вращения. Следовательно, обычный контроллер может компенсировать снижение объема воздуха, нагнетаемого в цилиндр на стороне высоких частот вращения области высокой нагрузки. Также можно подавлять чрезмерное увеличение давления нагнетания.

Сущность изобретения

[0004] Предел детонации также может повышаться посредством введения внешнего EGR-газа в цилиндр. Кроме того, когда вводится внешний EGR-газ, предел детонации может повышаться без базирования на раннем закрытии впускного клапана с использованием кулачка низкой частоты вращения. Таким образом, когда используется внешний EGR-газ, объем воздуха, нагнетаемого в цилиндр, по-прежнему может увеличиваться, даже если закрытие впускного клапана задерживается посредством использования кулачка высокой частоты вращения на стороне низких частот вращения области высокой нагрузки. Помимо этого, когда нагнетатель приводится в действие, операция нагнетания дополнительно может увеличивать объем воздуха, нагнетаемого в цилиндр. Следовательно, дополнительно может повышаться выходная мощность двигателя с нагнетанием на стороне низких частот вращения области высокой нагрузки.

[0005] Тем не менее, EGR-пропорция, выражаемая как отношение внешнего EGR-газа к всасываемому воздуху, в общем, рассчитывается таким образом, что оптимальное целевое значение выбирается в соответствии с рабочим состоянием двигателя, как и в случае двух типов кулачков впускного клапана, описанных выше. Целевая EGR-пропорция, в общем, задается равной наибольшему значению в области средней нагрузки, которая является смежной с областью высокой нагрузки. Соответственно, возникает проблема, когда рабочее состояние двигателя сдвигается из области средней нагрузки в область высокой нагрузки. В частности, проблема заключается в пониженном пределе детонации вследствие уменьшения целевой EGR-пропорции, когда рабочее состояние двигателя сдвигается из области средней нагрузки в область высокой нагрузки. Следовательно, улучшение, отличающееся от обычного улучшения, должно вноситься, чтобы повышать выходную мощность двигателя с нагнетанием, который комбинирует переключение множества типов кулачков впускного клапана с EGR-пропорцией.

[0006] Настоящее изобретение подавляет уменьшение выходной мощности двигателя в двигателе с турбонагнетателем, когда рабочее состояние сдвигается из рабочей области, в которой целевое значение EGR-пропорции является высоким, в рабочую область, в которой целевое значение EGR-пропорции является низким, причем двигатель с турбонагнетателем выполнен с возможностью повышать выходную мощность двигателя на основе комбинации кулачка впускного клапана, выбранного в соответствии с рабочим состоянием и EGR-пропорцией.

[0007] Первый аспект настоящего изобретения относится к системе двигателя. Система двигателя внутреннего сгорания включает в себя двигатель с турбонагнетателем и электронный модуль управления. Двигатель с турбонагнетателем включает в себя множество кулачков впускного клапана, отличающихся по профилю кулачка, EGR-систему и устройство зажигания. Кулачки впускного клапана выполнены с возможностью приводить в действие впускной клапан. EGR-система выполнена с возможностью вводить выхлопной газ, протекающий через систему выпуска выхлопных газов, в качестве внешнего EGR-газа, в систему впуска. Устройство зажигания выполнено с возможностью зажигать воздушно-топливную смесь в цилиндре. Электронный модуль управления выполнен с возможностью задавать целевое значение EGR-пропорции в соответствии с рабочим состоянием, идентифицированным с помощью крутящего момента двигателя и частоты вращения двигателя. EGR-пропорция выражается как отношение внешнего EGR-газа к всасываемому воздуху. В первой рабочей области, в которой целевое значение EGR-пропорции задается равным указанной EGR-пропорции, электронный модуль управления выполнен с возможностью выбирать первый кулачок в качестве приводного кулачка впускного клапана и выполнен с возможностью задавать время закрытия впускного клапана в первой секции угла поворота коленчатого вала. Первая секция угла поворота коленчатого вала включает в себя угол поворота коленчатого вала, который предлагает наибольшую эффективность всасывания в состоянии, в котором частота вращения двигателя и давление турбонагнетателя являются фиксированными. Во второй рабочей области, электронный модуль управления выполнен с возможностью выбирать второй кулачок в качестве приводного кулачка, второй кулачок имеет меньшую длительность и высоту подъема клапана, чем первый кулачок, и выполнен с возможностью задавать время закрытия во второй секции угла поворота коленчатого вала и изменять распределение зажигания устройства зажигания к стороне большего опережения, чем распределение зажигания устройства зажигания в первой рабочей области. Вторая рабочая область позиционируется ближе к стороне высоких частот вращения, чем первая рабочая область. Вторая рабочая область имеет целевое значение EGR-пропорции, заданное равным значению ниже указанной EGR-пропорции. Вторая секция угла поворота коленчатого вала позиционируется на стороне большего опережения, чем первая секция угла поворота коленчатого вала, и имеет более низкую эффективность всасывания, чем первая секция угла поворота коленчатого вала.

[0008] При этой конфигурации, когда рабочее состояние находится в первой рабочей области, первый кулачок может выбираться в качестве приводного кулачка впускного клапана, и впускной клапан может закрываться в первой секции угла поворота коленчатого вала. Когда рабочее состояние находится в первой рабочей области, высокое целевое значение EGR-пропорции задается высоким, и в силу этого предел детонации является высоким. Первая секция угла поворота коленчатого вала включает в себя угол поворота коленчатого вала, который предлагает наибольшую эффективность всасывания в состоянии, в котором частота вращения двигателя и давление турбонагнетателя являются фиксированными. Соответственно, выходная мощность двигателя может повышаться посредством выбора первого кулачка и закрытия впускного клапана в первой секции угла поворота коленчатого вала.

[0009] При этой конфигурации, когда рабочее состояние находится во второй рабочей области, второй кулачок может выбираться в качестве приводного кулачка впускного клапана, впускной клапан может закрываться во второй секции угла поворота коленчатого вала, и воздушно-топливная смесь может зажигаться при распределении зажигания с большим опережением, чем распределение зажигания в первой рабочей области. Когда рабочее состояние находится во второй рабочей области, целевое значение EGR-пропорции задается ниже целевого значения, заданного, когда рабочее состояние находится в первой рабочей области. Соответственно, предел детонации понижается. В этом отношении, второй кулачок имеет меньшую длительность и высоту подъема клапана, чем первый кулачок, и вторая секция угла поворота коленчатого вала позиционируется на стороне большего опережения, чем первая секция угла поворота коленчатого вала, и имеет более низкую эффективность всасывания, чем первая секция угла поворота коленчатого вала. Соответственно, когда выбирается второй кулачок, и впускной клапан закрывается во второй секции угла поворота коленчатого вала, эффективность всасывания понижается, и может подавляться снижение предела детонации. Кроме того, когда воздушно-топливная смесь зажигается при распределении зажигания с большим опережением, чем распределение зажигания в первой рабочей области, уменьшенная эффективность всасывания может компенсироваться, и может подавляться снижение предела детонации.

[0010] В системе двигателя внутреннего сгорания, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью ожидать переключения приводного кулачка до тех пор, пока изменение фактической EGR-пропорции не завершится при переключении приводного кулачка с первого кулачка на второй кулачок со сдвигом рабочего состояния из первой рабочей области во вторую рабочую область.

[0011] Когда целевое значение EGR-пропорции изменяется, изменение отражается на фактической EGR-пропорции с запаздыванием во времени. Когда приводной кулачок переключается в то время, когда фактическая EGR-пропорция изменяется, сгорание становится нестабильным, и флуктуация крутящего момента увеличивается. При этой конфигурации, переключение с первого кулачка на второй кулачок может ожидаться для переключения приводного кулачка до тех пор, пока изменение фактической EGR-пропорции не завершится. Следовательно, может достигаться устойчивое сгорание и меньшая флуктуация крутящего момента.

[0012] В системе двигателя внутреннего сгорания, двигатель с турбонагнетателем может включать в себя инжектор, который подает топливо в цилиндр. Электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью управлять инжектором таким образом, что топливо впрыскивается во время хода сжатия, когда рабочее состояние находится в первом диапазоне приведения в движение. Электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью управлять инжектором таким образом, что топливо впрыскивается во время хода впуска, когда рабочее состояние находится во втором диапазоне приведения в движение.

[0013] Второй кулачок имеет меньшую длительность и высоту подъема клапана, чем первый кулачок. Соответственно, когда второй кулачок выбирается в качестве приводного кулачка, турбулентность в цилиндре становится меньше турбулентности, сформированной, когда первый кулачок выбирается в качестве приводного кулачка, что приводит к уменьшению скорости сгорания. При этой конфигурации, инжектор может управляться таким образом, что топливо впрыскивается во время хода впуска, когда рабочее состояние находится во второй рабочей области. Это стимулирует смешение всасываемого воздуха и топлива, так что может подавляться уменьшение выходной мощности двигателя.

[0014] В системе двигателя внутреннего сгорания, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью ожидать переключения приводного кулачка до тех пор, пока изменение регулирования впрыска инжектора не завершится при переключении приводного кулачка с первого кулачка на второй кулачок со сдвигом рабочего состояния из первой рабочей области во вторую рабочую область.

[0015] Когда приводной кулачок переключается в то время, когда регулирование впрыска топлива инжектора изменяется, сгорание становится нестабильным, и флуктуация крутящего момента увеличивается. При этой конфигурации, переключение с первого кулачка на второй кулачок может ожидаться до тех пор, пока изменение регулирования впрыска топлива инжектора не завершится. Следовательно, может достигаться устойчивое сгорание и меньшая флуктуация крутящего момента.

[0016] В системе двигателя внутреннего сгорания, двигатель с турбонагнетателем может включать в себя кулачковый вал, который поддерживает множество кулачков впускного клапана, и механизм изменения фазы вращения, который изменяет фазу вращения кулачкового вала относительно коленчатого вала. При переключении приводного кулачка с первого кулачка на второй кулачок со сдвигом рабочего состояния из первой рабочей области во вторую рабочую область, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью изменять фазу вращения таким образом, что эффективности всасывания до и после переключения приводного кулачка совпадают, и ожидать переключения приводного кулачка до тех пор, пока изменение фазы вращения не завершится.

[0017] При этой конфигурации, фаза вращения кулачкового вала относительно коленчатого вала может изменяться таким образом, что эффективности всасывания до и после переключения приводного кулачка совпадают. Переключение приводного кулачка может ожидаться до тех пор, пока изменение фазы вращения не завершится. Следовательно, может стабилизироваться сгорание до и после переключения приводного кулачка, и может уменьшаться флуктуация крутящего момента.

[0018] В системе двигателя внутреннего сгорания, двигатель с турбонагнетателем может включать в себя промежуточный охладитель с жидкостным охлаждением, который охлаждает всасываемый воздух, протекающий через систему впуска, и теплообменник, который совместно использует охлаждающую жидкость с промежуточным охладителем. Электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью не выполнять переключение приводного кулачка, когда следующие условия i) и ii) удовлетворяются: i) переключение приводного кулачка с первого кулачка на второй кулачок со сдвигом рабочего состояния из первой рабочей области во вторую рабочую область и ii) температура охлаждающей жидкости, подаваемой в промежуточный охладитель и теплообменник, выше указанной температуры.

[0019] При этой конфигурации, переключение самого приводного кулачка может запрещаться, когда температура охлаждающей жидкости, подаваемой в промежуточный охладитель и в теплообменник, выше указанной температуры. Следовательно, может подавляться чрезмерное возрастание температуры в теплообменнике.

[0020] В системе двигателя внутреннего сгорания, в третьей рабочей области, электронный модуль управления может быть выполнен с возможностью выбирать третий кулачок в качестве приводного кулачка, третий кулачок имеет меньшую высоту подъема, чем первый кулачок, и меньшую длительность подъема клапана, чем второй кулачок, и может быть выполнен с возможностью задавать время закрытия в третьей секции угла поворота коленчатого вала и изменять распределение зажигания устройства зажигания к стороне большего опережения, чем распределение зажигания устройства зажигания в первой рабочей области. Третья рабочая область может позиционироваться ближе к стороне низких частот вращения, чем первая рабочая область. Третья рабочая область может иметь целевое значение EGR-пропорции, заданное равным значению ниже указанной EGR-пропорции. Третья секция угла поворота коленчатого вала может позиционироваться на стороне большего опережения, чем первая секция угла поворота коленчатого вала, и может быть более узкой, чем вторая секция угла поворота коленчатого вала.

[0021] При этой конфигурации, когда рабочее состояние находится в третьей рабочей области, третий кулачок может выбираться в качестве приводного кулачка впускного клапана, впускной клапан может закрываться в третьей секции угла поворота коленчатого вала, и воздушно-топливная смесь может зажигаться при распределении зажигания с большим опережением, чем распределение зажигания в первой рабочей области. Когда рабочее состояние находится в третьей рабочей области, целевое значение EGR-пропорции задается ниже целевого значения, заданного, когда рабочее состояние находится в первой рабочей области. Соответственно, предел детонации понижается. В этом отношении, третий кулачок имеет меньшую высоту подъема, чем первый кулачок, и меньшую длительность подъема клапана, чем второй кулачок. Третья секция угла поворота коленчатого вала также позиционируется на стороне большего опережения, чем первая секция угла поворота коленчатого вала, и является более узкой, чем вторая секция угла поворота коленчатого вала. Соответственно, когда выбирается третий кулачок, и впускной клапан закрывается в третьей секции угла поворота коленчатого вала, эффективность всасывания может понижаться, и может подавляться снижение предела детонации. Кроме того, когда воздушно-топливная смесь зажигается при распределении зажигания с большим опережением, чем распределение зажигания в первой рабочей области, уменьшенная эффективность всасывания может компенсироваться, и может подавляться уменьшение выходной мощности двигателя.

[0022] В системе двигателя внутреннего сгорания, двигатель с турбонагнетателем может иметь геометрическую степень сжатия в 11 или более.

[0023] При этой конфигурации, может повышаться выходная мощность двигателя для двигателя с турбонагнетателем, имеющего геометрическую степень сжатия в 11 или более.

[0024] Второй аспект настоящего изобретения относится к способу управления для двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя двигатель с турбонагнетателем и электронный модуль управления. Двигатель с турбонагнетателем включает в себя множество кулачков впускного клапана, отличающихся по профилю кулачка, EGR-систему и устройство зажигания. Кулачки впускного клапана выполнены с возможностью приводить в действие впускной клапан. EGR-система выполнена с возможностью вводить выхлопной газ, протекающий через систему выпуска выхлопных газов, в качестве внешнего EGR-газа, в систему впуска. Устройство зажигания выполнено с возможностью зажигать воздушно-топливную смесь в цилиндре. Электронный модуль управления выполнен с возможностью задавать целевое значение EGR-пропорции в соответствии с рабочим состоянием, идентифицированным с помощью крутящего момента двигателя и частоты вращения двигателя. EGR-пропорция выражается как отношение внешнего EGR-газа к всасываемому воздуху. Способ управления включает в себя, в первой рабочей области, в которой целевое значение EGR-пропорции задается равным указанной EGR-пропорции, выбор, посредством электронного модуля управления, первого кулачка в качестве приводного кулачка впускного клапана и задание, посредством электронного модуля управления, времени закрытия впускного клапана в первой секции угла поворота коленчатого вала, включающей в себя угол поворота коленчатого вала, который предлагает наибольшую эффективность всасывания в состоянии, в котором частота вращения двигателя и давление турбонагнетателя являются фиксированными, и, во второй рабочей области, выбор, посредством электронного модуля управления, второго кулачка в качестве приводного кулачка, задание, посредством электронного модуля управления, времени закрытия во второй секции угла поворота коленчатого вала, позиционированной на стороне большего опережения, чем первая секция угла поворота коленчатого вала, и изменение, посредством электронного модуля управления, распределения зажигания устройства зажигания к стороне большего опережения, чем распределение зажигания устройства зажигания в первой рабочей области. Вторая рабочая область позиционируется ближе к стороне высоких частот вращения, чем первая рабочая область. Вторая рабочая область имеет целевое значение EGR-пропорции, заданное равным значению ниже указанной EGR-пропорции. Второй кулачок имеет меньшую длительность и высоту подъема клапана, чем первый кулачок. Вторая секция угла поворота коленчатого вала имеет более низкую эффективность всасывания, чем первая секция угла поворота коленчатого вала.

[0025] При этой конфигурации, когда рабочее состояние находится в первой рабочей области, первый кулачок может выбираться в качестве приводного кулачка впускного клапана, и впускной клапан может закрываться в первой секции угла поворота коленчатого вала. Когда рабочее состояние находится в первой рабочей области, целевое значение EGR-пропорции задается высоким, и в силу этого предел детонации является высоким. Первая секция угла поворота коленчатого вала включает в себя угол поворота коленчатого вала, который предлагает наибольшую эффективность всасывания в состоянии, в котором частота вращения двигателя и давление турбонагнетателя являются фиксированными. Соответственно, выходная мощность двигателя может повышаться посредством выбора первого кулачка и закрытия впускного клапана в первой секции угла поворота коленчатого вала.

Краткое описание чертежей

[0026] Ниже описываются признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:

Фиг. 1 является схематичным видом, иллюстрирующим пример конфигурации системы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 является пояснительным видом, иллюстрирующим один пример профилей кулачка для двух типов кулачков впускного клапана, включенных в систему согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 иллюстрирует один пример взаимосвязи между рабочей областью двигателя и целевой EGR-пропорцией;

Фиг. 4 иллюстрирует один пример взаимосвязи между рабочей областью двигателя и кулачками, которые приводят в действие впускной клапан;

Фиг. 5 является пояснительным видом, иллюстрирующим один пример времени закрытия впускного клапана;

Фиг. 6 является пояснительным видом, иллюстрирующим преимущества, полученные посредством управления двигателем в первом варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 7 иллюстрирует один пример взаимосвязи между временем закрытия впускного клапана и турбулентностью в цилиндре;

Фиг. 8 является временной диаграммой, иллюстрирующей пример управления двигателем в первом варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 9 является пояснительным видом, иллюстрирующим один пример взаимосвязи между временем закрытия клапана для впускного клапана и эффективностью всасывания;

Фиг. 10 иллюстрирует один пример процедуры обработки, выполняемой посредством ECU в первом варианте осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 11 является пояснительным видом, иллюстрирующим один пример профилей кулачка для трех типов кулачков впускного клапана, включенных в систему согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 12 иллюстрирует один пример взаимосвязи между рабочей областью двигателя и кулачками, которые приводят в действие впускной клапан;

Фиг. 13 является пояснительным видом, иллюстрирующим один пример времени закрытия впускного клапана;

Фиг. 14 является пояснительным видом, иллюстрирующим систему охлаждения в системе согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг. 15 является пояснительным видом, иллюстрирующим систему охлаждения в системе согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

[0027] Ниже описываются варианты осуществления настоящего изобретения на основе чертежей. Следует отметить, что элементы, идентичные на каждом из чертежей, обозначены посредством идентичных ссылок с номерами, чтобы опускать избыточное описание. Нижеприведенные варианты осуществления не имеют намерение ограничивать настоящий вариант осуществления.

[0028] Сначала, описывается первый вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 1-10.

[0029] Фиг. 1 является схематичным видом, иллюстрирующим пример конфигурации системы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Система, проиллюстрированная на фиг. 1, представляет собой систему для двигателя внутреннего сгорания, смонтированного на транспортном средстве. Система, проиллюстрированная на фиг. 1, включает в себя двигатель 10 внутреннего сгорания в качестве источника приведения в движение. Двигатель 10 внутреннего сгорания представляет собой четырехтактный поршневой двигатель, а также представляет собой рядный трехцилиндровый двигатель. Число цилиндров и расположение цилиндров двигателя 10 внутреннего сгорания не ограничены конкретным образом. Двигатель 10 внутреннего сгорания имеет относительно высокую геометрическую степень сжатия в 11 или более. Каждый цилиндр двигателя 10 внутреннего сгорания сообщается с впускной трубой 12 и выхлопной трубой 14.

[0030] Сначала приводится описание системы впуска двигателя 10 внутреннего сгорания. Около впускного отверстия впускной трубы 12 присоединяется воздушный фильтр 16. После воздушного фильтра 16 предусмотрен компрессор 18a турбонагнетателя 18. Компрессор 18a, который приводится в действие посредством вращения турбины 18b, предоставленной в выхлопной трубе 14, сжимает всасываемый воздух. После компрессора 18a предусмотрен дроссельный клапан 20 с электронным управлением. После дроссельного клапана 20 предусмотрен впускной коллектор 22, соединенный с впускным портом каждого цилиндра. Впускной коллектор 22 включает промежуточный охладитель 24 с жидкостным охлаждением. Всасываемый воздух, протекающий в промежуточный охладитель 24, охлаждается посредством теплообмена с охлаждающей жидкостью, протекающей через охлаждающую трубу 26.

[0031] Далее приводится описание системы выпуска выхлопных газов двигателя 10 внутреннего сгорания. Выхлопная труба 14 оснащена турбиной 18b турбонагнетателя 18. Турбина 18b соединяется с компрессором 18a. Турбина 18b вращается с помощью энергии выхлопного газа, протекающего через выхлопную трубу 14. В середине выхлопной трубы 14 предоставляется перепускная труба 28, которая перепускает турбину 18b. Перепускная труба 28 содержит запорный клапан 30 регулирования давления наддува (waste gate valve - WGV). WGV 30 открывается, когда давление в выхлопной трубе (противодавление) на вышерасположенной стороне турбины 18b становится выше заданного значения. Когда WGV 30 открывается, часть выхлопного газа, протекающего в вышерасположенный участок турбины 18b, протекает через перепускную трубу 28 в нижерасположенный участок турбины 18b. После турбины 18b предусмотрены катализаторы 32, 34 для очистки выхлопного газа.

[0032] Далее описывается EGR-система двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя EGR-систему 36 с контуром низкого давления (low pressure loop-EGR - LPL-EGR). LPL-EGR-система 36 включает в себя EGR-трубу 38, которая соединяет участок выхлопной трубы 14, позиционированный между катализатором 32 и катализатором 34, с участком впускной трубы 12 на вышерасположенной стороне компрессора 18a. В середине EGR-трубы 38 предоставляется EGR-охладитель 40 с жидкостным охлаждением. Выхлопной газ (т.е. внешний EGR-газ), протекающий в EGR-охладитель 40, охлаждается посредством теплообмена с охлаждающей жидкостью, протекающей через трубку 42 конденсатора. После EGR-охладителя 40 предусмотрен EGR-клапан 44 с электрическим управлением. Когда степень открытия EGR-клапана 44 изменяется, расход внешнего EGR-газа, вытекающего из EGR-трубы 38 во впускную трубу 12, изменяется. По мере того, как степень открытия EGR-клапана 44 становится большей, EGR-пропорция становится более высокой.

[0033] Далее приводится описание системы клапанов двигателя 10 внутреннего сгорания. Фиг. 2 является пояснительным видом, иллюстрирующим примеры профилей кулачка (профили кулачка представляют, по меньшей мере, одно из высоты подъема и длительности подъема клапана, и это применяется к нижеприведенному описанию) для двух типов кулачков впускного клапана, включенных в систему согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что "длительность подъема клапана" означает продолжительность, в градусах, в течение которой клапан поддерживается открытым. Как проиллюстрировано на фиг. 2, система согласно первому варианту осуществления включает в себя два типа кулачков впускного клапана: нормальный кулачок; и малый кулачок. Малый кулачок имеет меньшую длительность и высоту подъема клапана, чем нормальный кулачок. Нормальный кулачок и малый кулачок поддерживаются посредством кулачкового вала, вращающегося синхронно с коленчатым валом. Две пары нормальных и малых кулачков поддерживаются в каждом цилиндре. Это обусловлено тем, что два впускных клапана предоставляются в каждом цилиндре. Тем не менее, число впускных клапанов в расчете на цилиндр может составлять один либо может составлять три или более в настоящем изобретении.

[0034] Кулачковый вал, который поддерживает нормальный кулачок и малый кулачок, содержит механизм регулируемых фаз газораспределения (variable valve timing - VVT). VVT представляет собой механизм, который изменяет характеристики открытия клапана для впускного клапана посредством изменения разности фаз вращения кулачкового вала относительно коленчатого вала. VVT включает в себя кожух, который соединяется с коленчатым валом через цепь механизма газораспределения и т.п., и лопастной корпус, который предоставляется в кожухе и присоединяется к концевому участку кулачкового вала. Когда гидравлическое давление подается во внутреннюю часть камеры нагнетания гидравлического давления, секционированной посредством кожуха и лопастного корпуса, лопастной корпус может вращаться относительно кожуха. Как результат, может изменяться разность фаз вращения кулачкового вала относительно коленчатого вала. Гидравлическое давление, поданное в VVT, управляется с помощью гидравлического регулирующего клапана, предоставленного в линии подачи гидравлического давления. Конструкция VVT является общеизвестной. Поскольку отсутствуют ограничения на конфигурацию VVT в настоящем изобретении, дополнительное описание относительно VVT опускается.

[0035] Со ссылкой снова на фиг. 1, дополнительно описывается пример конфигурации системы. Система, проиллюстрированная на фиг. 1, включает в себя электронный модуль 50 управления (electronic control unit - ECU) в качестве контроллера. ECU 50 включает в себя оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM) и микропроцессор (CPU). ECU 50 принимает и обрабатывает сигналы различных датчиков, смонтированных на транспортном средстве. Различные датчики включают в себя расходомер 52 воздуха, датчик 54 угла поворота коленчатого вала, датчик 56 давления турбонагнетателя, датчик 58 температуры охлаждающей жидкости, датчик 60 противодавления и датчик 62 температуры газа. Расходомер 52 воздуха предоставляется около воздушного фильтра 16, чтобы определять объем всасываемого воздуха. Датчик 54 угла поворота коленчатого вала выводит сигнал, соответствующий углу вращения коленчатого вала. Датчик 56 давления турбонагнетателя определяет давление участка впускной трубы (давление турбонагнетателя) на вышерасположенной стороне дроссельного клапана 20. Датчик 58 температуры охлаждающей жидкости определяет температуру охлаждающей жидкости в двигателе 10 внутреннего сгорания. Датчик 60 противодавления определяет давление участка выхлопной трубы (противодавление) на вышерасположенной стороне турбины 18b. Датчик 62 температуры газа определяет температуру выхлопного газа в выпускном участке EGR-охладителя 40.

[0036] ECU 50 обрабатывает принимаемые сигналы различных датчиков и управляет различными исполнительными устройствами в соответствии с указанными управляющими программами. Различные исполнительные устройства включают в себя дроссельный клапан 20 и WGV 30. Различные исполнительные устройства также включают в себя инжектор 70, который впрыскивает топливо в цилиндр, устройство 72 зажигания, которое зажигает воздушно-топливную смесь в цилиндре, VVT 74 и механизм 76 переключения кулачков, который переключает кулачки впускного клапана (также называемые "приводными кулачками" ниже), которые приводят в действие впускной клапан.

[0037] Фиг. 3 иллюстрирует один пример взаимосвязи между рабочей областью двигателя и целевой EGR-пропорцией (целевым значением EGR-пропорции). Взаимосвязь по фиг. 3 подготовлена на основе предыдущего моделирования. Как указано посредством контурных линий на фиг. 3, целевая EGR-пропорция задается равной наибольшему значению в области среднего крутящего момента и средних частот вращения. Это служит для того, чтобы повышать EGR-пропорцию в области среднего крутящего момента и средних частот вращения, которая имеет особенно высокую частоту использования, с тем чтобы повышать термическую эффективность. Более низкие целевые EGR-пропорции задаются для периферийных областей, более удаленных от области среднего крутящего момента и средних частот вращения, причем периферийные области имеют относительно низкую частоту использования. В частности, в области высокого крутящего момента и области низкого крутящего момента, целевая EGR-пропорция задается равной меньшему значению, чем целевая EGR-пропорция в области среднего крутящего момента. Аналогично, в области высоких скоростей или в области низких частот вращения, целевая EGR-пропорция задается равной меньшему значению, чем целевая EGR-пропорция в области средних частот вращения. В первом варианте осуществления, взаимосвязь, проиллюстрированная на фиг. 3, сохраняется в ROM ECU. Степень открытия EGR-клапана управляется посредством применения фактического рабочего состояния к взаимосвязи.

[0038] В первом варианте осуществления, чтобы повышать выходную мощность двигателя, выполняется управление двигателем, которое комбинирует целевую EGR-пропорцию со временем закрытия впускного клапана. Фиг. 4 иллюстрирует один пример взаимосвязи между рабочей областью двигателя и кулачками, которые приводят в действие впускной клапан. Как проиллюстрировано на фиг. 4, в большинстве рабочих областей, выбирается нормальный кулачок. Малый кулачок выбирается только в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения. В первом варианте осуществления, взаимосвязь, проиллюстрированная на фиг. 4, сохраняется в ROM ECU. Операция переключения посредством механизма переключения кулачков управляется посредством применения фактического рабочего состояния к взаимосвязи.

[0039] Фиг. 5 является пояснительным видом, иллюстрирующим один пример времени закрытия впускного клапана. Как проиллюстрировано на фиг. 5, когда приводной кулачок представляет собой нормальный кулачок, впускной клапан закрывается в секции CA₁ угла поворота коленчатого вала, которая позднее нижней мертвой точки (ABDC=0). Когда приводной кулачок представляет собой малый кулачок, впускной клапан закрывается рано в секции CA₂ угла поворота коленчатого вала, которая включает в себя нижнюю мертвую точку. Секции CA₁, CA₂ угла поворота коленчатого вала, проиллюстрированные на фиг. 5, имеют ширины, поскольку время закрытия впускного клапана изменяется посредством VVT. Тем не менее, когда нормальный кулачок с большой высотой подъема используется в качестве приводного кулачка, чтобы повышать выходную мощность двигателя в часто используемой рабочей области, секция CA₁ угла поворота коленчатого вала задается таким образом, что она включает в себя угол поворота коленчатого вала, который предлагает максимальную эффективность всасывания. Когда малый кулачок с небольшой высотой подъема используется в качестве приводного кулачка, секция CA₂ угла поворота коленчатого вала задается таким образом, чтобы она исключает угол поворота коленчатого вала, который предлагает максимальную эффективность всасывания. Эффективность всасывания, проиллюстрированная на фиг. 5, может получаться, например, в условии работы, в котором частота вращения двигателя и давление турбонагнетателя являются фиксированными.

[0040] На фиг. 5, малый кулачок выбирается в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения, поскольку детонация имеет тенденцию возникать, когда нормальный кулачок выбирается в этой рабочей области. Детонация имеет тенденцию возникать в диапазоне от области среднего крутящего момента до области высокого крутящего момента. Как описано на фиг. 3, в области среднего крутящего момента и средних частот вращения, целевая EGR-пропорция задается равной высокому значению. Это означает то, что предел детонации увеличивается. Как описано на фиг. 3, в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения, целевая EGR-пропорция задается равной значению ниже целевой EGR-пропорции в области среднего крутящего момента и средних частот вращения. Соответственно, когда рабочее состояние двигателя сдвигается, как указано посредством линии рабочих состояний, проиллюстрированной на фиг. 3, целевая EGR-пропорция постепенно увеличивается до максимального значения и затем уменьшается до текущей рабочей точки. Следовательно, если нормальный кулачок должен продолжать выбираться за период линии рабочих состояний, состояние, в котором фактическая степень сжатия является высокой, продолжается, хотя предел детонации уменьшается с уменьшением целевой EGR-пропорции. Следовательно, отсутствует другой вариант, помимо задержки распределения зажигания, и это приводит к ситуации, когда уменьшение выходной мощности двигателя является неизбежным.

[0041] Чтобы преодолевать эту ситуацию, в первом варианте осуществления, малый кулачок выбирается в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения. Соответственно, может исключаться состояние, в котором фактическая степень сжатия является высокой, и может уменьшаться эффективность всасывания. Это позволяет подавлять снижение предела детонации и в силу этого не допускать задержки распределения зажигания. В области высокого крутящего момента и высоких частот вращения, противодавление является высоким. Соответственно, когда выбирается нормальный кулачок, противодавление сильно превышает заданное значение, и в силу этого WGV открывается. Тем не менее, когда нормальный кулачок переключается на малый кулачок, эффективность всасывания намеренно уменьшается, что приводит к уменьшению противодавления. Как результат, степень открытия WGV уменьшается по мере того, как противодавление становится меньше заданного значения. Следовательно, появляется возможность увеличивать давление турбонагнетателя и в силу этого компенсировать уменьшение эффективности всасывания, вызываемое посредством выбора малого кулачка. Это позволяет повышать выходную мощность двигателя.

[0042] Фиг. 6 является пояснительным видом, иллюстрирующим преимущества, полученные посредством управления двигателем в первом варианте осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг. 6, когда нормальный кулачок непрерывно выбирается, когда EGR-пропорция уменьшается, максимальная выходная мощность двигателя уменьшается после уменьшения EGR-пропорции (линия с пунктирной стрелкой). В первом варианте осуществления, поскольку нормальный кулачок переключается на малый кулачок, когда EGR-пропорция уменьшается, может подавляться уменьшение максимальной выходной мощности двигателя (линия со сплошной стрелкой). Значение уменьшенной EGR-пропорции может быть равным нулю или может превышать нуль.

[0043] Теперь, когда приводной кулачок переключается с нормального кулачка на малый кулачок, и время закрытия впускного клапана изменяется, уменьшается не только эффективность всасывания, но также и скорость сгорания. Фиг. 7 иллюстрирует один пример взаимосвязи между временем закрытия впускного клапана и турбулентностью в цилиндре. Как проиллюстрировано на фиг. 7, когда приводной кулачок представляет собой малый кулачок, турбулентность в цилиндре становится меньше, чем когда приводной кулачок представляет собой нормальный кулачок. Соответственно, когда приводной кулачок переключается с нормального кулачка на малый кулачок, может уменьшаться скорость сгорания, и может уменьшаться выходная мощность двигателя. Тем не менее, в двигателе внутреннего сгорания с высокой геометрической степенью сжатия, аналогично первому варианту осуществления, увеличение давления турбонагнетателя, связанное с уменьшением эффективности всасывания, оказывает большее влияние, чем уменьшение скорости сгорания. Как результат, подавляется уменьшение выходной мощности двигателя (см. фиг. 6). В этой связи, в общих двигателях с турбонагнетателем, имеющих геометрическую степень сжатия приблизительно в 10, влияние уменьшения скорости сгорания становится относительно большим. Как результат, выходная мощность двигателя имеет тенденцию уменьшаться.

[0044] Далее, со ссылкой на фиг. 8, описывается конкретный пример управления двигателем в первом варианте осуществления. Фиг. 8 является временной диаграммой, иллюстрирующей пример управления двигателем в первом варианте осуществления настоящего изобретения. Временная диаграмма по фиг. 8 иллюстрирует переход различных физических значений и управляющих параметров, когда рабочее состояние двигателя сдвигается из области с высокой EGR-пропорцией (т.е. из области среднего крутящего момента и средних частот вращения) в область с низкой целевой EGR-пропорцией (т.е. в область высокого крутящего момента и высоких частот вращения) вдоль линии рабочих состояний, описанной на фиг. 3. Соответственно, EGR-пропорция, проиллюстрированная на фиг. 8, уменьшается во время t₁ в то время, когда давление турбонагнетателя и объем воздуха в цилиндре, проиллюстрированном на фиг. 3, продолжают увеличиваться, в общем.

[0045] Как проиллюстрировано на фиг. 8, EGR-пропорция уменьшается в период от времени t₁ до времени t₂. Это обусловлено тем, что степень открытия EGR-клапана изменяется к закрытой стороне с уменьшением целевой EGR-пропорции, описанной на фиг. 3. Когда EGR-пропорция уменьшается, предел детонации понижается. Соответственно, в то время, когда EGR-пропорция изменяется, распределение зажигания продолжает изменяться к стороне задержки. При задержке распределения зажигания, угол θ_Pmax поворота коленчатого вала, при котором давление в цилиндре становится максимальным, перемещается к стороне задержки.

[0046] В первом варианте осуществления, приводной кулачок не переключается в то время, когда изменяется EGR-пропорция. Причина состоит в том, что сгорание становится нестабильным, и флуктуация крутящего момента увеличивается, когда приводной кулачок переключается с нормального кулачка на малый кулачок одновременно с изменением фактического EGR-клапана. Кроме того, переключение приводного кулачка еще не начинается во время t₂, в которое завершается изменение EGR-пропорции. Переключение приводного кулачка находится в режиме ожидания вплоть до времени t₃. Во время t₂, вместо переключения приводного кулачка, регулирование впрыска топлива изменяется к стороне опережения. Регулирование впрыска изменяется с угла поворота коленчатого вала во время хода сжатия на угол поворота коленчатого вала во время хода впуска. Причина состоит в том, что когда приводной кулачок представляет собой нормальный кулачок, турбулентность в цилиндре может обеспечиваться, и выходная мощность двигателя может увеличиваться, тогда как после того, как приводной кулачок переключается на малый кулачок, турбулентность в цилиндре уменьшается. Следовательно, во время t₂, когда регулирование впрыска выполняется к фазе опережения и изменяется на угол поворота коленчатого вала во время хода впуска, смешение всасываемого воздуха и топлива может стимулироваться, так что может подавляться уменьшение выходной мощности двигателя.

[0047] В первом варианте осуществления, время закрытия клапана для впускного клапана начинает изменяться к стороне задержки во время t₂. Время закрытия клапана изменяется к стороне задержки в то время, когда приводной кулачок представляет собой нормальный кулачок, посредством управления гидравлическим регулирующим клапаном VVT таким образом, что эффективности всасывания до и после переключения приводного кулачка совпадают. Фиг. 9 является пояснительным видом, иллюстрирующим один пример взаимосвязи между временем закрытия клапана для впускного клапана и эффективностью всасывания. Как проиллюстрировано на фиг. 9, эффективность всасывания демонстрирует характеристики фактической симметричности относительно центра угла поворота коленчатого вала около нижней мертвой точки. Угол поворота коленчатого вала в центре симметрии не совпадает с нижней мертвой точкой вследствие влияния давления турбонагнетателя. Разность длительности подъема клапана между нормальным кулачком и малым кулачком уже известна в фазе конструирования кулачка. Соответственно, на основе характеристик, проиллюстрированных на фиг. 9, может идентифицироваться время закрытия клапана для впускного клапана, в которое эффективности всасывания до и после переключения приводного кулачка совпадают.

[0048] Переключение приводного кулачка начинается во время t₃, когда завершается изменение времени закрытия клапана для впускного клапана посредством VVT. Причина состоит в том, что сгорание становится нестабильным, и флуктуация крутящего момента увеличивается, когда приводной кулачок переключается с нормального кулачка на малый кулачок одновременно с изменением регулирования впрыска или изменением времени закрытия клапана для впускного клапана. Во время t₃, распределение зажигания также изменяется к стороне опережения. Степень опережения распределения зажигания во время t₃ задается равной значению, которое приводит к тому, что угол θ_Pmax поворота коленчатого вала, который максимизирует давление в цилиндре, практически равен углу θ_Pmax поворота коленчатого вала во время t₁. Тем не менее, распределение зажигания во время t₃ изменяется к стороне большего опережения, чем распределение зажигания во время t₁. Посредством такого изменения распределения зажигания к стороне опережения, компенсируется уменьшение эффективности всасывания и скорости сгорания, связанное с переключением приводного кулачка, и подавляется уменьшение выходной мощности двигателя.

[0049] Как описано выше, когда малый кулачок выбирается в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения, может подавляться снижение предела детонации. Соответственно, распределение зажигания, измененное во время t₃, продолжает изменяться дополнительно к стороне опережения некоторое время после времени t₃. После времени t₄ при переключении на малый кулачок завершается, степень открытия WGV уменьшается с намеренным уменьшением эффективности всасывания. Соответственно, давление турбонагнетателя, которое имеет тенденцию увеличиваться до времени t₃, дополнительно увеличивается после t₄. Объем воздуха в цилиндре также увеличивается с увеличением давления турбонагнетателя после времени t₄. Следовательно, как проиллюстрировано в самом верхнем столбце на фиг. 8, появляется возможность непрерывно увеличивать выходную мощность двигателя до и после переключения с нормального кулачка на малый кулачок.

[0050] Фиг. 10 иллюстрирует один пример процедуры обработки, выполняемой посредством ECU в первом варианте осуществления настоящего изобретения. Настоящая процедура выполняется в каждый предписанный период управления (например, каждый раз, когда коленчатый вал вращается на 120°).

[0051] В процедуре, проиллюстрированной на фиг. 10, сначала определяется то, может или нет вводиться EGR-газ (этап S10). То, может или нет вводиться EGR-газ, определяется, например, на основе ограничения по охлаждению и ограничения по конденсированной воде EGR-охладителя. Примеры ограничения по охлаждению EGR-охладителя включают в себя то, что температура газа в выпускном участке EGR-охладителя, температура охлаждающей жидкости в выпускном участке EGR-охладителя или температура газа в вышерасположенном участке компрессора равна или ниже указанной температуры. Примеры ограничения по конденсированной воде включают в себя то, что температура газа в выпускном участке промежуточного охладителя равна или выше температуры точки росы. Когда ограничение по охлаждению EGR не удовлетворяется, определяется то, что повышение термической эффективности посредством введения EGR-газа не является ожидаемым. Когда ограничение по конденсированной воде не удовлетворяется, определяется то, что конденсированная вода формируется в выпускном участке промежуточного охладителя. Соответственно, когда ограничение по охлаждению или ограничение по конденсированной воде не удовлетворяется, определяется то, что существует ограничение на внешний EGR-газ, и выполняется обработка этапа S12 и последующая обработка (подробнее описана далее).

[0052] Когда результат определения этапа S10 является положительным, определяется то, что существует ограничение на внешний EGR-газ, и выполняется обработка этапа S14 и последующая обработка. На этапе S14, определяется то, находится или нет рабочее состояние двигателя в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения. Область высокого крутящего момента и высоких частот вращения соответствует рабочей области, описанной на фиг. 4. Когда результат определения этапа S14 является отрицательным, верхний предел целевой EGR-пропорции задается равным максимальному значению (этап S16), регулирование впрыска задается равным углу поворота коленчатого вала во время хода сжатия (этап S18), и нормальный кулачок выбирается в качестве приводного кулачка (этап S20). Следовательно, управление двигателем выполняется в рабочих областях, отличных от области высокого крутящего момента и высоких частот вращения, описанной на фиг. 3-4.

[0053] Когда результат определения этапа S14 является положительным, определяется то, может или нет использоваться малый кулачок (этап S22). То, может или нет использоваться малый кулачок, определяется, например, на основе ограничения в работе турбонагнетателя. Примеры ограничения в работе турбонагнетателя включают в себя то, что атмосферное давление равно или выше указанного значения, или то, что противодавление равно или ниже указанного давления. Когда ограничение в работе турбонагнетателя не удовлетворяется, определяется то, что повышение выходной мощности двигателя не является ожидаемым, даже когда нормальный кулачок переключается на малый кулачок. Соответственно, когда ограничение в работе турбонагнетателя не удовлетворяется, выполняется обработка этапа S24 и последующая обработка. Таким образом, верхний предел целевой EGR-пропорции задается равным относительно небольшому значению (этап S24), регулирование впрыска задается равным углу поворота коленчатого вала во время хода сжатия (этап S26), и нормальный кулачок выбирается в качестве приводного кулачка (этап S28).

[0054] Когда результат определения этапа S22 является положительным, верхний предел целевой EGR-пропорции задается равным относительно небольшому значению (этап S30), регулирование впрыска задается равным углу поворота коленчатого вала во время хода впуска (этап S32), и малый кулачок выбирается в качестве приводного кулачка (этап S34). Следовательно, управление двигателем выполняется в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения, описанной на фиг. 3-4. Когда рабочее состояние сдвигается из области среднего крутящего момента и средних частот вращения в область высокого крутящего момента и высоких частот вращения, изменение целевой EGR-пропорции или другая обработка выполняется в соответствии с процедурой, описанной на фиг. 9. Таким образом, до переключения на малый кулачок, изменяются целевая EGR-пропорция и регулирование впрыска. После этого, когда завершается изменение времени закрытия клапана для впускного клапана, начинается переключение на малый кулачок.

[0055] Ниже описывается обработка этапа S12 и последующая обработка. Обработка этапа 12 является идентичной обработке этапа 14, описанной выше. Обработка этапов S36-S54 после этапа S12, по существу, является идентичной обработке этапов S16-S34, описанной выше. На предмет подробностей обработки этапов S12, S36-S54, см. описание соответствующих этапов. Подробности обработки этапов S36, S44, S50 отличаются от подробностей обработки этапов S16 в S34 тем, что верхний предел целевой EGR-пропорции задается равным нулю. Это основано на результате определения этапа S10.

[0056] Как описано выше, согласно процедуре, проиллюстрированной на фиг. 10, когда удовлетворяются как условие по введению EGR-газа, так и условие по использованию малого кулачка, может выполняться управление двигателем на основе рабочих областей, описанных на фиг. 3-4. Следовательно, появляется возможность подавлять уменьшение выходной мощности двигателя, когда рабочее состояние сдвигается из области среднего крутящего момента и средних частот вращения в область высокого крутящего момента и высоких частот вращения.

[0057] В первом варианте осуществления, описанном выше, LPL-EGR-система 36, проиллюстрированная на фиг. 1, представляет собой один пример "EGR-системы" в разделе "Сущность изобретения". Область среднего крутящего момента и средних частот вращения, описанная на фиг. 3-4, представляет собой один пример "первой рабочей области" в разделе "Сущность изобретения". Область высокого крутящего момента и высоких частот вращения на фиг. 3-4 представляет собой один пример "второй рабочей области" в разделе "Сущность изобретения". Нормальный кулачок представляет собой один пример "первого кулачка" в разделе "Сущность изобретения". Малый кулачок представляет собой один пример "второго кулачка" раздела "Сущность изобретения". Секция CA₁ угла поворота коленчатого вала описана на фиг. 5, представляет собой один пример "первой секции угла поворота коленчатого вала" в разделе "Сущность изобретения". Секция CA₂ угла поворота коленчатого вала представляет собой один пример "второй секции угла поворота коленчатого вала" раздела "Сущность изобретения".

[0058] В первом варианте осуществления, описанном выше, VVT 74, проиллюстрированный на фиг. 1, представляет собой один пример "механизма изменения фазы вращения" в разделе "Сущность изобретения".

[0059] Далее описывается второй вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 11-13. Принципиальная конфигурация системы второго варианта осуществления является общей с примером конфигурации, описанным на фиг. 1. Следовательно, описание относительно общей конфигурации системы опускается.

[0060] Фиг. 11 является пояснительным видом, иллюстрирующим один пример профилей кулачка для трех типов кулачков впускного клапана, включенных в систему согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на фиг. 11, система согласно второму варианту осуществления включает в себя три типа кулачков впускного клапана: нормальный кулачок; и два типа малых кулачков. Два типа малых кулачков имеют меньшую длительность и высоту подъема клапана, чем нормальный кулачок. Тем не менее, один из малых кулачков имеет длительность и высоту подъема клапана, идентичные длительности и высоте подъема клапана малого кулачка первого варианта осуществления. Другой малый кулачок имеет меньшую длительность подъема клапана, чем малый кулачок первого варианта осуществления, и имеет высоту подъема, равную или выше высоты подъема малого кулачка первого варианта осуществления. В дальнейшем в этом документе, для целей описания, один малый кулачок, имеющий профиль кулачка в качестве малого кулачка первого варианта осуществления, также называется "малым кулачком (большей длительностью подъема клапана)". Другой малый кулачок также называется "малым кулачком (небольшой длительностью подъема клапана)".

[0061] Нормальный кулачок, малый кулачок (большая длительность подъема клапана) и малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана) поддерживаются посредством кулачкового вала, вращающегося синхронно с коленчатым валом. Кулачковый вал содержит VVT, как и в случае первого варианта осуществления.

[0062] Во втором варианте осуществления, выполняется управление двигателем с использованием комбинации целевой EGR-пропорции, описанной на фиг. 3, и времени закрытия впускного клапана на основе трех типов кулачков впускного клапана. Фиг. 12 иллюстрирует один пример взаимосвязи между рабочей областью двигателя и кулачками, которые приводят в действие впускной клапан. Как проиллюстрировано на фиг. 12, в большинстве рабочих областей, выбирается нормальный кулачок. Малый кулачок (большая длительность подъема клапана) выбирается только в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения. Управление двигателем до сих пор является идентичным управлению двигателем первого варианта осуществления. При управлении двигателем второго варианта осуществления, малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана) выбирается в области низких частот вращения. Более конкретно, малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана) выбирается в области высокого крутящего момента и низких частот вращения и области низкого крутящего момента и низких частот вращения. Во втором варианте осуществления, взаимосвязь, проиллюстрированная на фиг. 12, сохраняется в ROM ECU. Операция переключения посредством механизма переключения кулачков управляется посредством применения фактического рабочего состояния к взаимосвязи.

[0063] Фиг. 13 является пояснительным видом, иллюстрирующим один пример времени закрытия впускного клапана. Как проиллюстрировано на фиг. 13, когда приводной кулачок представляет собой нормальный кулачок, впускной клапан закрывается в секции CA₁ угла поворота коленчатого вала. Когда приводной кулачок представляет собой малый кулачок (большую длительность подъема клапана), впускной клапан закрывается рано в секции CA₂ угла поворота коленчатого вала. Операция управления двигателем является идентичной управлению двигателем первого варианта осуществления. При управлении двигателем второго варианта осуществления, когда приводной кулачок представляет собой малый кулачок (небольшую длительность подъема клапана), впускной клапан закрывается рано в секции CA₃ угла поворота коленчатого вала, которая является более узкой, чем секция CA₂ угла поворота коленчатого вала. Эффективность всасывания, проиллюстрированная на фиг. 13, может получаться, например, в условии работы, в котором частота вращения двигателя и давление турбонагнетателя являются фиксированными. В случае низкой частоты вращения двигателя, угол поворота коленчатого вала, который максимизирует эффективность всасывания, позиционируется на стороне большего опережения, чем угол поворота коленчатого вала в случае высокой частоты вращения двигателя. Соответственно, хотя длина самой секции не изменяется, секция CA₃ угла поворота коленчатого вала позиционируется на стороне большего опережения в случае низкой частоты вращения двигателя, чем в случае высокой частоты вращения двигателя.

[0064] Как описано в первом варианте осуществления, детонация имеет тенденцию возникать в области от среднего крутящего момента до высокого крутящего момента. Чтобы преодолевать эту ситуацию, во втором варианте осуществления, задание целевой EGR-пропорции выполняется, как описано на фиг. 3. Помимо этого, малый кулачок (большая длительность подъема клапана), имеющий идентичный профиль кулачка с малым кулачком, описанным в первом варианте осуществления, выбирается в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения. Следовательно, может подавляться снижение предела детонации в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения. Тем не менее, тот факт, что детонация имеет тенденцию возникать в области высокого крутящего момента, обозначает то, что область высокого крутящего момента и низких частот вращения также включается в целевую область для подавления снижения предела детонации. Соответственно, когда рабочее состояние двигателя сдвигается, как указано посредством линии рабочих состояний, проиллюстрированной на фиг. 12, целевая EGR-пропорция уменьшается с максимального значения до текущей рабочей точки. Следовательно, если нормальный кулачок должен продолжать выбираться за период линии рабочих состояний, состояние, в котором фактическая степень сжатия является высокой, продолжается, хотя предел детонации понижается с уменьшением целевой EGR-пропорции. Следовательно, во избежание возникновения детонации, отсутствует другой вариант, помимо задержки распределения зажигания, и это приводит к ситуации, когда уменьшение выходной мощности двигателя является неизбежным.

[0065] Чтобы преодолевать эту ситуацию, во втором варианте осуществления, малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана) выбирается в области высокого крутящего момента и низких частот вращения, так что может исключаться состояние, в котором фактическая степень сжатия является высокой. Как уже описано, малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана) имеет меньшую длительность подъема клапана, чем малый кулачок (большая длительность подъема клапана). Соответственно, когда малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана) используется в качестве приводного кулачка, впускной клапан может закрываться раньше, чем в случае использования малого кулачка (большей длительности подъема клапана) в качестве приводного кулачка, так что могут значительно понижаться фактическая степень сжатия и эффективность всасывания. Следовательно, может подавляться снижение предела детонации. В области высокого крутящего момента и низких частот вращения, противодавление меньше заданного значения. Соответственно, WGV практически не открывается до и после переключения на малый кулачок (небольшую длительность подъема клапана). Таким образом, в области высокого крутящего момента и низких частот вращения, намеренно уменьшается эффективность всасывания, и задержка распределения зажигания не допускается посредством переключения на малый кулачок (небольшую длительность подъема клапана), так что выходная мощность двигателя повышается.

[0066] Во втором варианте осуществления, малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана) выбирается также в области низкого крутящего момента и низких частот вращения. Следовательно, также можно уменьшать насосные потери в области низкого крутящего момента и низких частот вращения и в силу этого повышать выходную мощность двигателя в рабочей области.

[0067] Конкретный пример управления двигателем, в котором малый кулачок (большая длительность подъема клапана) выбирается в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения, может описываться посредством замены термина "малый кулачок" термином "малый кулачок (большая длительность подъема клапана)" в вышеприведенном описании фиг. 8-10. Конкретный пример управления двигателем, в котором малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана) выбирается в области высокого крутящего момента и низких частот вращения, может описываться посредством замены термина "малый кулачок" термином "малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана)" в вышеприведенном описании фиг. 8-10 и посредством дополнительной замены термина "область высокого крутящего момента и высоких частот вращения" термином "область высокого крутящего момента и низких частот вращения". Конкретный пример управления двигателем, в котором малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана) выбирается в области низкого крутящего момента и низких частот вращения, может описываться посредством замены термина "малый кулачок" термином "малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана)" в вышеприведенном описании фиг. 8-10 и посредством дополнительной замены термина "область высокого крутящего момента и высоких частот вращения" термином "область низкого крутящего момента и низких частот вращения".

[0068] Во втором варианте осуществления, описанном выше, область высокого крутящего момента и низких частот вращения, описанная на фиг. 12, представляет собой один пример "третьей рабочей области" в разделе "Сущность изобретения". Малый кулачок (большая длительность подъема клапана) представляет собой один пример "второго кулачка" раздела "Сущность изобретения". Малый кулачок (небольшая длительность подъема клапана) представляет собой один пример "третьего кулачка" раздела "Сущность изобретения". Секция CA₃ угла поворота коленчатого вала, описанная на фиг. 13, представляет собой один пример "третьей секции угла поворота коленчатого вала" в разделе "Сущность изобретения".

[0069] Далее описывается третий вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 14-15. Принципиальная конфигурация системы третьего варианта осуществления является общей с примером конфигурации, описанным на фиг. 1. Следовательно, описание относительно общей конфигурации системы опускается.

[0070] Система третьего варианта осуществления представляет собой гибридную систему, включающую в себя двигатель внутреннего сгорания и, помимо этого, электромотор-генератор (MG) в качестве источника приведения в движение транспортного средства. Гибридная система включает в себя общеизвестную конфигурацию, включающую в себя ведущий вал, устройство деления мощности, модуль управления мощностью (PCU) и аккумулятор, помимо MG. Поскольку конфигурация гибридной системы является общеизвестной, и отсутствуют ограничения на конфигурацию в настоящем изобретении, дополнительное описание относительно гибридной системы опускается.

[0071] Фиг. 14-15 являются пояснительными видами, иллюстрирующими систему охлаждения в системе согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Система третьего варианта осуществления включает в себя две системы охлаждения. Система охлаждения, проиллюстрированная на фиг. 14, обеспечивает циркуляцию относительно высокотемпературной охлаждающей жидкости между двигателем 10 внутреннего сгорания, EGR-охладителем 40 и радиатором 78. В системе охлаждения, охлаждающая жидкость, протекающая в водяной насос 80 из радиатора 78, отправляется в двигатель 10 внутреннего сгорания и EGR-охладитель 40 и возвращается в радиатор 78. Система охлаждения, проиллюстрированная на фиг. 15, обеспечивает циркуляцию относительно низкотемпературной охлаждающей жидкости между системным HV-устройством 82 (например, повышающим преобразователем и инвертором PCU), промежуточным охладителем 24 и радиатором 84. В системе охлаждения охлаждающая жидкость, протекающая в водяной насос 86 из радиатора 84, отправляется в системное HV-устройство 82 и промежуточный охладитель 24 и возвращается в радиатор 84.

[0072] Как описано в первом варианте осуществления, когда приводной кулачок переключается на малый кулачок в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения, противодавление уменьшается с уменьшением эффективности всасывания. Поскольку степень открытия WGV уменьшается по мере того, как снижается противодавление, появляется возможность увеличивать давление турбонагнетателя. Тем не менее, когда давление турбонагнетателя увеличивается, запрос на охлаждение в промежуточном охладителе увеличивается пропорционально. Соответственно, в случае системы охлаждения, в которой охлаждающая жидкость совместно используется посредством промежуточного охладителя 24 и системного HV-устройства 82, аналогично системе охлаждения, проиллюстрированной на фиг. 15, системное HV-устройство 82 может недостаточно охлаждаться. Соответственно, в третьем варианте осуществления, такое условие, что температура охлаждающей жидкости, подаваемой в систему охлаждения, проиллюстрированную на фиг. 15, равна или ниже указанной температуры, добавляется в условие использования малого кулачка в первом варианте осуществления, описанном выше. Когда такие условия использования задаются для малого кулачка, появляется возможность не допускать недостаточного охлаждения системного HV-устройства.

[0073] Конкретный пример управления двигателем в третьем варианте осуществления может описываться посредством добавления определения относительно температуры охлаждающей жидкости, подаваемой в систему охлаждения, проиллюстрированную на фиг. 15, в определение относительно ограничения в работе турбонагнетателя в обработке этапа S22 на фиг. 10.

[0074] Другие варианты осуществления

В первом-третьем вариантах осуществления, в качестве примера описан турбонагнетатель, который вращает турбину с помощью энергии выхлопного газа. Тем не менее, турбонагнетатель может заменяться электрическим нагнетателем, который приводит в действие компрессор с помощью электромотора, или заменяться механическим нагнетателем, который приводит в действие компрессор с помощью двигателя внутреннего сгорания.

[0075] В третьем варианте осуществления, в качестве примера описана система охлаждения, в которой промежуточный охладитель и системное HV-устройство совместно используют охлаждающую жидкость. Тем не менее, теплообменник, который совместно использует охлаждающую жидкость с промежуточным охладителем, не ограничен системным HV-устройством. Когда другие теплообменники включены в систему охлаждения, проиллюстрированную на фиг. 15, может приспосабливаться конфигурация третьего варианта осуществления, и определение относительно температуры охлаждающей жидкости, подаваемой в систему охлаждения, проиллюстрированную на фиг. 15, может добавляться в условия использования малого кулачка.

Изобретение относится к управлению выходной мощностью двигателя внутреннего сгорания посредством изменения характеристик впускного клапана. Технический результат заключается в подавлении уменьшения выходной мощности двигателя с турбонагнетателем, когда рабочее состояние сдвигается из рабочей области, в которой целевое значение рециркуляции отработавших газов (EGR)-пропорции является высоким, в рабочую область, в которой целевое значение EGR-пропорции является низким. Предложен электронный модуль управления, который выбирает первый кулачок в качестве приводного кулачка впускного клапана в первом рабочем диапазоне, где целевое значение EGR-пропорции задается равным указанной EGR-пропорции, и выбирает второй кулачок в качестве приводного кулачка во втором рабочем диапазоне, имеющем меньшую длительность и высоту подъема клапана, чем первый кулачок. В рабочих областях первый и второй кулачки выбираются только в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения. Когда второй кулачок выбирается в области высокого крутящего момента и высоких частот вращения, может исключаться состояние, в котором фактическая степень сжатия является высокой, и может уменьшаться эффективность всасывания. Следовательно, также может подавляться снижение предела детонации. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Система двигателя внутреннего сгорания, содержащая:

двигатель с турбонагнетателем, включающий в себя множество кулачков впускного клапана, отличающихся по профилю кулачка, систему рециркуляции выхлопных газов (EGR) и устройство зажигания, причем кулачки впускного клапана выполнены с возможностью приводить в действие впускной клапан, причем EGR-система выполнена с возможностью вводить выхлопной газ, протекающий через систему выпуска выхлопных газов, в качестве внешнего EGR-газа, в систему впуска, причем устройство зажигания выполнено с возможностью зажигать воздушно-топливную смесь в цилиндре; и

электронный модуль управления, причем электронный модуль управления выполнен с возможностью задавать целевое значение EGR-пропорции в соответствии с рабочим состоянием, идентифицированным с помощью крутящего момента двигателя и частоты вращения двигателя, причем EGR-пропорция выражается как отношение внешнего EGR-газа к всасываемому воздуху,

причем в первой рабочей области, в которой целевое значение EGR-пропорции задается равным указанной EGR-пропорции, электронный модуль управления выполнен с возможностью выбирать первый кулачок в качестве приводного кулачка впускного клапана и выполнен с возможностью задавать время закрытия впускного клапана в первой секции угла поворота коленчатого вала, причем первая секция угла поворота коленчатого вала включает в себя угол поворота коленчатого вала, который предлагает наибольшую эффективность всасывания в состоянии, в котором частота вращения двигателя и давление турбонагнетателя являются фиксированными, и

причем во второй рабочей области электронный модуль управления выполнен с возможностью выбирать второй кулачок в качестве приводного кулачка, причем второй кулачок имеет меньшую длительность и высоту подъема клапана, чем первый кулачок, и выполнен с возможностью задавать время закрытия во второй секции угла поворота коленчатого вала и изменять распределение зажигания устройства зажигания к стороне большего опережения, чем распределение зажигания устройства зажигания в первой рабочей области, причем вторая рабочая область позиционируется ближе к стороне высоких частот вращения, чем первая рабочая область, причем вторая рабочая область имеет целевое значение EGR-пропорции, заданное равным значению ниже указанной EGR-пропорции, причем вторая секция угла поворота коленчатого вала позиционируется на стороне большего опережения, чем первая секция угла поворота коленчатого вала, и имеет более низкую эффективность всасывания, чем первая секция угла поворота коленчатого вала.

2. Система двигателя внутреннего сгорания по п. 1, в которой:

электронный модуль управления выполнен с возможностью ожидать переключения приводного кулачка до тех пор, пока изменение фактической EGR-пропорции не завершится при переключении приводного кулачка с первого кулачка на второй кулачок со сдвигом рабочего состояния из первой рабочей области во вторую рабочую область.

3. Система двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой:

двигатель с турбонагнетателем включает в себя инжектор, который подает топливо в цилиндр,

электронный модуль управления выполнен с возможностью управлять инжектором таким образом, что топливо впрыскивается во время хода сжатия, когда рабочее состояние находится в первом рабочем диапазоне, и

электронный модуль управления выполнен с возможностью управлять инжектором таким образом, что топливо впрыскивается во время хода впуска, когда рабочее состояние находится во втором рабочем диапазоне.

4. Система двигателя внутреннего сгорания по п. 3, в которой:

электронный модуль управления выполнен с возможностью ожидать переключения приводного кулачка до тех пор, пока изменение регулирования впрыска инжектора не завершится при переключении приводного кулачка с первого кулачка на второй кулачок со сдвигом рабочего состояния из первой рабочей области во вторую рабочую область.

5. Система двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой:

двигатель с турбонагнетателем включает в себя кулачковый вал, который поддерживает множество кулачков впускного клапана, и механизм изменения фазы вращения, который изменяет фазу вращения кулачкового вала относительно коленчатого вала, и

при переключении приводного кулачка с первого кулачка на второй кулачок со сдвигом рабочего состояния из первой рабочей области во вторую рабочую область электронный модуль управления выполнен с возможностью изменять фазу вращения таким образом, что эффективности всасывания до и после переключения приводного кулачка совпадают, и ожидать переключения приводного кулачка до тех пор, пока изменение фазы вращения не завершится.

6. Система двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой:

двигатель с турбонагнетателем включает в себя промежуточный охладитель с жидкостным охлаждением, который охлаждает всасываемый воздух, протекающий через систему впуска, и теплообменник, который совместно использует охлаждающую жидкость с промежуточным охладителем, и

электронный модуль управления выполнен с возможностью не выполнять переключение приводного кулачка, когда следующие условия i) и ii) удовлетворяются:

i) переключение приводного кулачка с первого кулачка на второй кулачок со сдвигом рабочего состояния из первой рабочей области во вторую рабочую область, и

ii) температура охлаждающей жидкости, подаваемой в промежуточный охладитель и теплообменник, выше указанной температуры.

7. Система двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой:

в третьей рабочей области электронный модуль управления выполнен с возможностью выбирать третий кулачок в качестве приводного кулачка, третий кулачок имеет меньшую высоту подъема, чем первый кулачок, и меньшую длительность подъема клапана, чем второй кулачок, и выполнен с возможностью задавать время закрытия в третьей секции угла поворота коленчатого вала и изменять распределение зажигания устройства зажигания к стороне большего опережения, чем распределение зажигания устройства зажигания в первой рабочей области, причем третья рабочая область позиционируется ближе к стороне низких частот вращения, чем первая рабочая область, причем третья рабочая область имеет целевое значение EGR-пропорции, заданное равным значению ниже указанной EGR-пропорции, причем третья секция угла поворота коленчатого вала позиционируется на стороне большего опережения, чем первая секция угла поворота коленчатого вала, и является более узкой, чем вторая секция угла поворота коленчатого вала.

8. Система двигателя внутреннего сгорания по п. 1 или 2, в которой:

двигатель с турбонагнетателем имеет геометрическую степень сжатия, заданную как 11 или более.

9. Способ управления для двигателя внутреннего сгорания,

причем двигатель внутреннего сгорания включает в себя двигатель с турбонагнетателем и электронный модуль управления,

причем двигатель с турбонагнетателем включает в себя множество кулачков впускного клапана, отличающихся по профилю кулачка, EGR-систему и устройство зажигания, причем кулачки впускного клапана выполнены с возможностью приводить в действие впускной клапан, причем EGR-система выполнена с возможностью вводить выхлопной газ, протекающий через систему выпуска выхлопных газов, в качестве внешнего EGR-газа, в систему впуска, причем устройство зажигания выполнено с возможностью зажигать воздушно-топливную смесь в цилиндре,

причем электронный модуль управления выполнен с возможностью задавать целевое значение EGR-пропорции в соответствии с рабочим состоянием, идентифицированным с помощью крутящего момента двигателя и частоты вращения двигателя, причем EGR-пропорция выражается как отношение внешнего EGR-газа к всасываемому воздуху,

при этом способ управления содержит этапы, на которых:

в первой рабочей области, в которой целевое значение EGR-пропорции задается равным указанной EGR-пропорции, выбирают посредством электронного модуля управления первый кулачок в качестве приводного кулачка впускного клапана и задают посредством электронного модуля управления время закрытия впускного клапана в первой секции угла поворота коленчатого вала, включающей в себя угол поворота коленчатого вала, который предлагает наибольшую эффективность всасывания в состоянии, в котором частота вращения двигателя и давление турбонагнетателя являются фиксированными; и

во второй рабочей области выбирают посредством электронного модуля управления второй кулачок в качестве приводного кулачка, задают посредством электронного модуля управления время закрытия во второй секции угла поворота коленчатого вала, позиционированной на стороне большего опережения, чем первая секция угла поворота коленчатого вала, и изменяют посредством электронного модуля управления распределение зажигания устройства зажигания к стороне большего опережения, чем распределение зажигания устройства зажигания в первой рабочей области,

причем вторая рабочая область позиционируется ближе к стороне высоких частот вращения, чем первая рабочая область, причем вторая рабочая область имеет целевое значение EGR-пропорции, заданное равным значению ниже указанной EGR-пропорции, причем второй кулачок имеет меньшую длительность и высоту подъема клапана, чем первый кулачок, причем вторая секция угла поворота коленчатого вала имеет более низкую эффективность всасывания, чем первая секция угла поворота коленчатого вала.