內燃機的控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種內燃機的控制裝置。
【背景技術】
[0002] 在專利文獻1中，記載了一種柴油發動機的燃燒控制用閉環電子控制系統。在該 專利文獻1中，記載了如下內容，即，通過基于燃燒過程的重心及其基準值來改變燃料噴 射，從而能夠有效地對均質充量壓縮點燃燃燒進行控制。
[0003] 在先技術文獻
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1 :日本特開2009-209943號公報
[0006] 專利文獻2 :日本特開2011-202629號公報
[0007] 專利文獻3 :日本特開2003-500596號公報
[0008] 專利文獻4 :日本特開平8-232820號公報
【發明內容】
[0009] 發明所要解決的課題
[0010] 另外，開發出了以耗油率的降低為目的的內燃機（以下，稱為"內燃機"）的各種各 樣的控制裝置。對此，由于影響耗油率的內燃機控制參數的種類較多，因此，至少需要根據 內燃機負載來設定不同的目標值。對此，通過本申請的發明人們的研究而明確了如下內容， 即，將耗油率設為最小的熱釋放率重心位置不依賴于內燃機負載而為固定。因此明確了如 果將熱釋放率重心位置應用于燃燒控制中，則能夠非常簡便地以耗油率成為最小的方式對 內燃機控制參數進行控制。
[0011]另外，耗油率較小是指，冷卻損耗與排氣損耗的總計值較小。即，耗油率較小是指， 從燃燒室內部被傳遞至內燃機主體的熱量較少，且與排氣一起從燃燒室被排出的熱量較 少。因此，在內燃機暖機要求時將熱釋放率重心位置控制為基準位置（即，將耗油率設為最 小的熱釋放率重心位置）的情況下，從燃燒室內部被傳遞至內燃機主體的熱量較少，因此， 內燃機暖機的進展可能會變慢。另一方面，由于在催化劑暖機要求時將熱釋放率重心位置 控制為基準位置的情況下，與排氣一起從燃燒室被排出的熱量較少，因此，催化劑暖機的進 行可能會變慢。無論采用哪種方式，為了在內燃機暖機要求時或者催化劑暖機要求時較早 地使內燃機暖機或者催化劑暖機完畢，將熱釋放率重心位置控制為基準位置均并非優選。
[0012] 因此，本發明的目的在于，在具備排氣凈化催化劑并在燃燒控制中使用熱釋放率 重心位置的內燃機的控制裝置中，使內燃機或催化劑較早地暖機。
[0013] 用于解決課題的方法
[0014] 本發明涉及一種在燃燒控制中使用熱釋放率重心位置的內燃機的控制裝置。此 處，熱釋放率重心位置是指以下的位置。
[0015] 即，如圖2所示，熱釋放率重心位置G為與如下區域A(圖2的陰影部分）的幾何 學的重心Gg相對應的曲軸轉角角度，所述區域A為，通過熱釋放率相對于曲軸轉角角度的 波形W而被劃定的區域。更具體而言，熱釋放率重心位置為與如下區域的幾何學的重心相 對應的曲軸轉角角度，所述區域為，在以橫軸作為曲軸轉角角度且以縱軸作為熱釋放率的 坐標系中所描繪的熱釋放率的波形、和所述橫軸所包圍的區域。另外，所述橫軸與所述縱軸 為相互正交的軸。
[0016] 如采用其他的說法，則熱釋放率重心位置為與如下區域的幾何學的重心相對應的 曲軸轉角角度，所述區域為，由將各循環中的曲軸轉角角度設定于一個軸（例如，上述橫 軸）上且將熱釋放率設定于與所述一個軸正交的其他軸（例如，上述縱軸）上的曲線圖（例 如，上述坐標系）中所描繪的熱釋放率的波形、和所述一個軸所包圍的區域。即，所述熱釋 放率重心位置為與如下區域的幾何學的重心相對應的曲軸轉角角度，所述區域為，通過熱 釋放率相對于曲軸轉角角度的波形而被劃定的區域。
[0017] 如采用另外的其他說法，則熱釋放率重心位置為如下的特定曲軸轉角角度G，所述 特定曲軸轉角角度為，將與從各循環中的任意的曲軸轉角角度減去所述特定的曲軸轉角角 度所得到的值和所述任意的曲軸轉角角度處的熱釋放率的乘積相對應的值，關于所述曲軸 轉角角度而進行積分（即，累計）所得到的值成為零的曲軸轉角角度。即，熱釋放率重心位 置為，下式（1)成立時的特定曲軸轉角角度G。另外，特定曲軸轉角角度為，在一個膨脹沖程 中從燃燒開始起至燃燒結束之間的曲軸轉角角度。
[0020] 如采用另外的其他說法，則熱釋放率重心位置為如下的特定曲軸轉角角度，所述 特定曲軸轉角角度為，將與所述特定曲軸轉角角度相比靠提前角側的任意的曲軸轉角角度 與該特定曲軸轉角角度之間的曲軸轉角角度差分和該任意的曲軸轉角角度處的熱釋放率 的乘積關于曲軸轉角角度進行積分所得到的值，等于將與所述特定曲軸轉角角度相比靠滯 后角側的任意的曲軸轉角角度與該特定曲軸轉角角度之間的曲軸轉角角度差分和該任意 的曲軸轉角角度處的熱釋放率的乘積關于曲軸轉角角度進行積分所得到的值時的曲軸轉 角角度。
[0021 ] 即，熱釋放率重心位置為如下的任意的曲軸轉角角度，所述任意的曲軸轉角角度 為，與所述任意的曲軸轉角角度相比靠提前角側的各熱釋放率和分別與該熱釋放率對應的 曲軸轉角角度距離的乘積的總和，等于與所述任意的曲軸轉角角度相比靠滯后角側的各熱 釋放率和分別與該熱釋放率對應的曲軸轉角角度距離的乘積的總和時的曲軸轉角角度。另 外，所述曲軸轉角角度距離為，所述任意的曲軸轉角角度與各曲軸轉角角度之間的曲軸轉 角角度差。因此，在以熱釋放率重心位置作為支點、以曲軸轉角角度距離作為距支點的距 離、以熱釋放率作為力的情況下，支點的兩側的力矩（=力X距離=曲軸轉角角度距離X 熱釋放率）互為相等。
[0022] 即，熱釋放率重心位置為如下的特定曲軸轉角角度，所述特定曲軸轉角角度為，從 燃燒開始起至所述特定曲軸轉角角度而將"燃燒開始后的任意的第一曲軸轉角角度與特定 曲軸轉角角度之差的大小"和"所述任意的第一曲軸轉角角度處的熱釋放率"的乘積關于曲 軸轉角角度進行積分（累計）所得到的值，等于從所述特定曲軸轉角角度起至燃燒結束而 將"所述特定曲軸轉角角度后的任意的第二曲軸轉角角度與所述特定曲軸轉角角度之差的 大小"和"所述任意的第二曲軸轉角角度處的熱釋放率"的乘積關于曲軸轉角角度進行積分 (累計）所得到的值時的曲軸轉角角度。
[0023] 即，熱釋放率重心位置為，下式（2)成立時的特定曲軸轉角角度G。在下式（2)中， "CAS"為"燃燒開始曲軸轉角角度（即，燃燒開始的曲軸轉角角度）"，"CAe"為"燃燒結束曲 軸轉角角度（即，燃燒結束的曲軸轉角角度）"，" Θ "為"任意的曲軸轉角角度"，"dQ( Θ ) " 為"任意的曲軸轉角角度處的熱釋放率"。另外，特定曲軸轉角角度為，在一個膨脹沖程中從 燃燒開始起至燃燒結束之間的曲軸轉角角度。
[0024] [數學式2]
[0026] 如采用另外的其他說法，則熱釋放率重心位置為如下的熱釋放率重心位置G，所述 熱釋放率重心位置G為，在各循環中，在燃料燃燒開始的曲軸轉角角度由CAS來表示、所述 燃燒結束的曲軸轉角角度由CAe來表示、任意的曲軸轉角角度由Θ來表示、且所述曲軸轉 角角度Θ處的熱釋放率由dQ(0)來表示時，通過基于下式（3)的運算而取得的熱釋放率 重心位置。
[0027] [數學式3]
[0029] 即，熱釋放率重心位置為，在將任意的曲軸轉角角度與燃燒開始曲軸轉角角度之 差和該任意的曲軸轉角角度處的熱釋放率的乘積關于曲軸轉角角度的積分值除以通過熱 釋放率相對于曲軸轉角角度的波形而被劃定的區域的面積所得到的值上，加上該燃燒開始 曲軸轉角角度所得到的值。
[0030] 即，熱釋放率重心位置為，在將曲軸轉角角度距離和與其相對應的熱釋放率的乘 積的關于曲軸轉角角度的積分值除以通過熱釋放率相對于曲軸轉角角度的波形而被劃定 的區域的面積所得到的值上，加上燃燒開始曲軸轉角角度所得到的值。另外，曲軸轉角角度 距離為，燃燒開始曲軸轉角角度與各曲軸轉角角度之間的曲軸轉角角度差。
[0031] 而且，本發明的控制裝置具備控制部，所述控制部在內燃機冷卻水溫為基準冷卻 水溫以上的情況下，將所述熱釋放率重心位置控制為基準位置，而在內燃機冷卻水溫低于 所述基準冷卻水溫的情況下，將所述熱釋放率重心位置控制為與所述基準位置相比靠提前 角側的曲軸轉角角度。
[0032] 通過采用這種方式，從而在內燃機冷卻水溫低于基準冷卻水溫的情況下，使熱釋 放率重心位置與基準位置相比而被提前。在熱釋放率重心位置為與基準位置相比靠提前角 側的曲軸轉角角度的情況下，與熱釋放率重心位置為基準位置的情況相比，冷卻損耗增大。 因此，由于從燃燒室內被傳遞至內燃機主體的熱量增多，因此內燃機溫度上升。因此，在內 燃機冷卻水溫較低從而內燃機溫度也較低時，能夠使內燃機溫度上升。
[0033] 或者，本發明的控制裝置在所述內燃機具備排氣凈化催化劑的情況下具備控制 部，所述控制部在催化劑溫度為基準催化劑溫度以上的情況下，將所述熱釋放率重心位置 控制為基準位置，而在所述催化劑溫度低于所述基準催化劑溫度的情況下，將所述熱釋放 率重心位置控制為與所述基準位置相比靠滯后角側的曲軸轉角角度。
[0034] 通過采用這種方式，在催化劑溫度低于基準催化劑溫度的情況下，使熱釋放率重 心位置與基準位置相比而被滯后。在熱釋放率重心位置為與基準位置相比靠滯后角側的曲 軸轉角角度的情況下，與熱釋放率重心位置為基準位置的情況相比，排氣損耗增大。因此， 流入催化劑中的排氣的溫度增高，進而催化劑溫度上升。因此，在催化劑溫度較低時，能夠 使催化劑溫度上升。
[0035] 或者，本發明的控制裝置在所述內燃機具備排氣凈化催化劑的情況下具備控制 部，所述控制部在內燃機冷卻水溫為基準冷卻水溫以上的情況下，將所述熱釋放率重心位 置控制為基準位置，而在內燃機冷卻水溫低于重心位置切換溫度的情況下，將所述熱釋放 率重心位置控制為與所述基準位置相比靠提前角側的曲軸轉角角度，其中，所述重心位置 切換溫度為低于所述基準冷卻水溫的溫度，此外在內燃機冷卻水溫低于所述基準冷卻水溫 且為所述重心位置切換溫度以上的情況下，將所述熱釋放率重心位置控制為與所述基準位 置相比靠滯后角側的曲軸轉角角度。
[0036] 通過采用這種方式，在內燃機冷卻水溫與基準冷卻水溫相比而非常低的情況 (即，內燃機冷卻水溫低于重心位置切換溫度的情況）下，使熱釋放率重心位置與基準位置 相比而被提前。因此，如上文所述，內燃機溫度將上升。因此，在內燃機冷卻水溫極低因而 內燃機溫度也極低時，能夠使內燃機溫度上升。另一方面，在內燃機冷卻水溫與基準冷卻水 溫相比而比較低的情況（即，內燃機冷卻水溫低于基準冷卻水溫且為重心位置切換溫度以 上的情況）下，使熱釋放率重心位置與基準位置相比而被滯后。因此，如上文所述，催化劑 溫度將上升。因此，在內燃機冷卻水溫較低因而催化劑溫度也較低時，能夠使催化劑溫度上 升。
[0037] 另外，所述控制部也可以采用如下方式，即，在內燃機冷卻水溫低于所述基準冷卻 水溫的情況下，并在內燃機冷卻水溫高于預定冷卻水溫、且進氣溫度低于預定進氣溫度的 情況下，通過廢氣再循環量的增量而將所述熱釋放率重心位置控制為與所述基準位置相比 靠提前角側的曲軸轉角角度，其中，所述預定冷卻水溫為低于所述基準冷卻水溫的溫度，而 在內燃機冷卻水溫低于所述基準冷卻水溫的情況下，并在內燃機冷卻水溫為所述預定冷卻 水溫以上且進氣溫度為所述預定進氣溫度以上的情況下，或者，內燃機冷卻水溫為所述預 定冷卻水溫以下的情況下，通過引燃噴射量的增量而將所述熱釋放率重心位置控制為與所 述基準位置相比靠提前角側的曲軸轉角角度。
[0038] 通過采用這種方式，將獲得以下的效果。即，由于當內燃機冷卻水溫較低時，內燃 機溫度也較低，從而燃燒性也較低，因此，即使廢氣再循環量被增量而使進氣溫度升高，燃 燒性也不會變得較高，從而不會實現熱釋放率重心位置的提前。并且，盡管燃燒性較低，但 當廢氣再循環量被增量時，被吸入到燃燒室中的新鮮氣體的量（即，氧的量）減少。因此， 也可能會發生失火。即，在該情況下，優選為，通過廢氣再循環量的增量以外的方法，使熱釋 放率重心位置被提前。此外，由于在內燃機冷卻水溫較高（即，內燃機溫度較高）且進氣溫 度較高的情況下，燃燒性已經較高，因此，當廢氣再循環量被增量時，燃燒性反而降低，其結 果為，不會實現熱釋放率重心位置的提前。并且，根據廢氣再循環量的增量的量，也可能會 發生失火。即，在該情況下，優選為，通過廢氣再循環量的增量以外的方法，而使熱釋放率重 心位置被提前。
[0039] 然而，在內燃機冷卻水溫高于預定冷卻水溫且進氣溫度低于預定進氣溫度的情況 (即，燃燒室內的溫度未達到擴散燃燒所需的溫度的情況）下，如果使廢氣再循環量增量， 則存在進氣溫度上升且燃料的著火性被改善的情況。在該情況下，燃燒性升高。其結果為， 由于熱釋放率重心位置被提前角，因而內燃機溫度將上升。并且，通過廢氣再循環量的增 量，會使N0X生成量減少。即，在內燃機冷卻水溫較高且進氣溫度較低的情況下，將同時實 現內燃機溫度的上升和^^(生成量的減少。
[0040] 此外，在內燃機冷卻水溫低于預定冷卻水溫且進氣溫度為預定進氣溫度以下的情 況下，或者，在內燃機冷卻水溫低于預定冷卻水溫且進氣溫度高于預定進氣溫度的情況下， 或者，在內燃機冷卻水溫為預定冷卻水溫以上且進氣溫度為預定進氣溫度以上的情況下， 如果通過引燃噴射量的增量而使熱釋放率重心位置被提前，則內燃機溫度將上升。因此，將 同時實現內燃機溫度的上升和失火的抑制。
[0041] 或者，本發明的控制裝置具備控制部，所述控制部在內燃機暖機完畢的情況下，將 所述熱釋放率重心位置控制為基準位置，而在要求了內燃機暖機的情況下，將所述熱釋放 率重心位置控制為與所述基準位置相比靠提前角側的曲軸轉角角度。
[0042] 通過采用這種方式，在要求了內燃機暖機的情況下，使熱釋放率重心位置與基準 位置相比被提前。因此，如上文所述，內燃機溫度將上升。因此，在要求了內燃機暖機的情 況下，能夠使內燃機較早地暖機。
[0043] 或者，本發明的控制裝置具備控制部，在所述內燃機具備排氣凈化催化劑的情況 下且催化劑暖機已完畢的情況下，所述控制部將所述熱釋放率重心位置控制為基準位置， 而在要求了催化劑暖機的情況下，將所述熱釋放率重心位置控制為與所述基準位置相比靠 滯后角側的曲軸轉角角度。
[0044] 通過采用這種方式，在要求了催化劑暖機的情況下，使熱釋放率重心位置與基準 位置相比靠滯后角。因此，如上文所述，催化劑溫度將上升。因此，在要求了催化劑暖機的 情況下，能夠使催化劑較早地暖機。
[0045] 或者，本發明的控制裝置具備控制部，在所述內燃機具備排氣凈化催化劑的情況 下且在內燃機暖機以及催化劑暖機已完畢的情況下，所述控制部將所述熱釋放率重心位置 控制為基準位置，而在要求了內燃機暖機的情況下，將所述熱釋放率重心位置控制為與所 述基準位置相比靠提前角側的曲軸轉角角度，并且在要求了催化劑暖機的情況下，將所述 熱釋放率重心位置控制為與所述基準位置相比靠滯后角側的曲軸轉角角度。
[0046] 通過采用這種方式，在要求了內燃機暖機的情況下，使熱釋放率重心位置與基準 位置相比被提前。因此，如上文所述，內燃機溫度將上升。因此，在要求了內燃機暖機的情 況下，能夠使內燃機較早地暖機。另一方面，在要求了催化劑暖機的情況下，使熱釋放率重 心位置與基準位置相比而被滯后。因此，如上文所述，催化劑溫度將上升。因此，在要求了 催化劑暖機的情況下，能夠使催化劑較早地暖機。
[0047] 另外，所述控制部也可以采用如下方式，即，在要求了內燃機暖機的情況下，在內 燃機冷卻水溫高于預定冷卻水溫且進氣溫度低于預定進氣溫度的情況下，通過廢氣再循環 量的增量而將所述熱釋放率重心位置控制為與所述基準位置相比靠提前角側的曲軸轉角 角度，在內燃機冷卻水溫高于所述預定冷卻水溫且進氣溫度為所述預定進氣溫度以上的情 況下，或者，在內燃機冷卻水溫為所述預定冷卻水溫以下的情況下，通過引燃噴射量的增量 而將所述熱釋放率重心位置控制為與所述基準位置相比靠提前角側的曲軸轉角角度。
[0048] 通過采用這種方式，將獲得以下的效果。即，由于當內燃機冷卻水溫較低時，內燃 機溫度也較低，從而燃燒性也較低，因此，即使廢氣再循環量被增量而使進氣溫度升高，燃 燒性也不會變得較高，因此，不會實現熱釋放率重心位置的提前。并且，盡管燃燒性較低，當 廢氣再循環量被增量時，被吸入到燃燒室中的新鮮氣體的量（即，氧量）減少。因此，也可 能會發生失火。即，在該情況下，優選為，通過廢氣再循環量的增量以外的方法，使熱釋放率 重心位置被提前。此外，由于在冷卻水溫較高（即，內燃機溫度較高）且進氣溫度較高的情 況下，燃燒性已經較高，因此，當廢氣再循環量被增量時，燃燒性反而降低，其結果為，不會 實現熱釋放率重心位置的提前。并且，根據廢氣再循環量的增加的量，也可能會發生失火。 即，在該情況下，優選為，通過廢氣再循環量的增量以外的方法，而使熱釋放率重心位置被 提前。
[0049] 然而，在內燃機冷卻水溫高于預定冷卻水溫且進氣溫度低于預定進氣溫度的情況 (即，燃燒室內的溫度未達到擴散燃燒所需的溫度的情況）下，如果使廢氣再循環量增量， 則存在進氣溫度上升且燃料的著火性被改善的情況。在該情況下，燃燒性將升高。其結果 為，由于使熱釋放率重心位置被提前，因而促進了內燃機暖機。并且，通過廢氣再循環量的 增量也會使N0X生成量減少。即，在內燃機冷卻水溫較高且進氣溫度較低的情況下，將同時 實現內燃機暖機的促進和^^(生成量的減少。
[0050] 此外，在內燃機冷卻水溫低于預定冷卻水溫且進氣溫度為預定進氣溫度以下的情 況下，或者，在內燃機冷卻水溫低于預定冷卻水溫且進氣溫度高于預定進氣溫度的情況下， 或者，在內燃機冷卻水溫為預定冷卻水溫以上且進氣溫度為預定進氣溫度以上的情況下， 如果通過引燃噴射量的增量而使熱釋放率重心位置被提前，則促進了內燃機暖機。因此，將 同時實現內燃機暖機的促進和失火的抑制。
[0051] 此外，優選為，所述基準位置至少在內燃機負載處于預定的范圍內的情況下，不依 賴于內燃機負載、或者不依賴于內燃機轉速、或者既不依賴于內燃機負載也不依賴于內燃 機轉速，而為固定的曲軸轉角角度或者固定的范圍內的曲軸轉角角度。
【附圖說明】
[0052] 圖1表示具備第一實施方式的控制裝置的內燃機。
[0053] 圖2為用于對熱釋放率重心位置進行說明的圖。
[0054] 圖3表示具備第一實施方式的控制裝置的其他的內燃機。
[0055] 圖4