用於控制發動機的設備和方法
2023-05-15 04:17:46
專利名稱：用於控制發動機的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於控制發動機的設備和方法，特別是涉及一種適應於防止燃燒噪聲發生快速變化的設備和方法。
背景技術：
發動機的燃燒噪聲特性一般對應於發動機的輸出，即扭矩與轉速的乘積。也就是說，如圖9所示，在轉速-扭矩平面圖上的發動機輸出等高線和燃燒噪聲等高線，即恆定輸出曲線Pp和恆定燃燒噪聲曲線Cp在預定的範圍內相互對應，即兩者幾乎是相互重疊，並且在近似弧形的恆定輸出曲線Pp和恆定燃燒噪聲曲線Cp的中心側上存在一個基本共同的峰值點，從而展示出基本相似的特性。
另一方面，在一臺例如裝備有手動變速器的車輛上，在駕駛過程，當加速踏板被踩下但不換檔的情況下，工作軌跡Dp是這樣的，首先是扭矩迅速增大，然後是轉速增大，如圖9所示。
在這種情況下，在加速的初始階段，如圖10中由橢圓圈起來的那部分所示，燃燒噪聲會在短時間內迅速升高，在一定加速程度的情況下可能會損害駕駛的舒適性。
作為一種抑制燃燒噪聲的技術，常見的是引燃噴射，其中在主噴射前，預先裝載微量燃料。根據這種引燃噴射，預先裝載的微量燃料先燃燒而成為引燃器，從而改善主噴射中的燃料可燃性，主噴射的初始燃燒也變得緩慢。這樣，避免了由於點火延遲的爆燃，從而能夠抑制發動機的燃燒噪聲。
另一方面，由於在高負荷和高轉速等區域中進行引燃噴射會更加容易產生黑煙，因此在輸出增大的任何時刻都有必要停止引燃噴射。
日本專利申請公開公報2002-206447號但是，若在所有氣缸內同時停止引燃噴射，燃燒噪聲就會迅速增大，這會給駕駛員帶來不舒服的感覺，從而損害駕駛舒適性。為了解決這個問題，專利文件1公開了以下技術由轉速和扭矩所確定的工作區域分為兩個區域，即需要進行引燃噴射的工作區域和不需要進行引燃噴射的工作區域，而從需要進行引燃噴射的工作區域變換到不需要進行引燃噴射的工作區域中時，每個氣缸在不同的時刻下停止引燃噴射，以避免燃燒噪聲的迅速增大。
但是，對於上述的技術，由於引燃噴射是在一定的轉速-扭矩區域下統一進行的，在迅速加速等類似情況下引起的燃燒噪聲迅速變化依然會發生，在一定加速程度的情況下也可能會損害駕駛的舒適性。
因此本發明的一個目的是防止快速運行下燃燒噪聲的迅速變化，以改善駕駛舒適性。
發明內容
本發明提供了一種用於控制發動機的設備，包括燃燒噪聲抑制裝置，它用於抑制燃燒室的燃燒噪聲；以及用於控制燃燒噪聲抑制裝置的控制裝置，其特徵在於該設備進一步包括控制量設定裝置，用於設定燃燒噪聲抑制裝置的控制量，使得對應於加減速要求量的目標燃燒噪聲特性比對應於加速或減速前後發動機輸出特性的燃燒噪聲特性具有更緩慢的燃燒噪聲變化，並且，該控制裝置根據由控制量設定裝置所設定的控制量而控制燃燒噪聲抑制裝置。
在本發明中，控制量設定裝置設定燃燒噪聲抑制裝置的控制量，使得對應於加減速要求量的目標燃燒噪聲特性比對應於加速或減速前後發動機輸出特性的燃燒噪聲特性具有更緩慢的燃燒噪聲變化。控制裝置根據所設定的控制量而控制燃燒噪聲抑制裝置。因此，本發明能夠防止急加速等情況下燃燒噪聲的突變，從而改善駕駛舒適性。
在本發明的一個優選實施例中，發動機與手動變速器連接，並且這樣設定目標燃燒噪聲特性，以發動機轉速和扭矩為坐標軸的坐標平面上，恆定燃燒噪聲曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機燃燒噪聲值的分布，恆定輸出曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機輸出值的分布，相對於從該坐標平面上任意點開始的扭矩變化，該恆定燃燒噪聲曲線比該恆定輸出曲線具有較小的轉速變化的絕對值。
在該實施例中，目標燃燒噪聲特性設定為，使得在發動機轉速和扭矩為坐標軸的坐標平面上表示發動機燃燒噪聲大小分布的穩定燃燒噪聲曲線C1相對於在同一個坐標平面上表示發動機輸出大小分布的穩定輸出曲線P1，從該坐標平面上的任意點，轉速比扭矩增大得更慢，如圖2所示。也就是說，目標燃燒噪聲特性設定為，使得從該坐標平面上的任意點，恆定燃燒噪聲曲線C1比恆定輸出曲線P1具有更小的轉速變化相對於扭矩變化的絕對值，即，相對於恆定輸出曲線P1，作為目標燃燒噪聲特性的恆定燃燒噪聲曲線C1更接近於「下斜曲線」或「垂直條紋」。如上所述，在根據本發明的改進之前，恆定輸出曲線P1大致與恆定燃燒噪聲曲線Cp重疊(參見圖9)，而在配備有手動變速器的車輛上，發動機的工作軌跡D1是如上所述那樣，在初始階段先是扭矩快速增大，然後轉速升高。因此，設定此控制量以獲得如本實施例那樣的目標燃燒噪聲特性，可以使描畫工作軌跡D1時目標燃燒噪聲的時間特性CL1(參見圖4)在初始階段具有減小的斜率並整體上具有更緩的變化。因此，由控制裝置根據此控制量設定而對燃燒噪聲抑制裝置進行的控制使得本發明能夠以簡單的構造獲得理想的效果。
在本發明的另一個實施例中，發動機與自動變速器連接，並且這樣設定目標燃燒噪聲特性，以發動機轉速和扭矩為坐標軸的坐標平面上，恆定燃燒噪聲曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機燃燒噪聲值的分布，恆定輸出曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機輸出值的分布，相對於從該坐標平面上任意點開始的扭矩變化，該恆定燃燒噪聲曲線比該恆定輸出曲線具有較大的轉速變化的絕對值。
在該實施例中，目標燃燒噪聲特性設定為，使得在發動機轉速和扭矩為坐標軸的坐標平面上表示發動機燃燒噪聲大小分布的恆定燃燒噪聲曲線，相對於在同一個坐標平面上表示發動機輸出大小分布的恆定輸出曲線，從該坐標平面上的任意點，轉速比扭矩增大得更快，如圖6所示。也就是說，目標燃燒噪聲特性設定為，使得從該坐標平面上的任意點，恆定燃燒噪聲曲線C2比恆定輸出曲線P2具有更大的轉速變化相對於扭矩變化的絕對值，即，相對於恆定輸出曲線，作為目標燃燒噪聲特性的恆定燃燒噪聲曲線更接近於「上斜曲線」或「水平條紋」。如上所述，在根據本發明的改進之前，恆定輸出曲線大致與恆定燃燒噪聲曲線Cp有所重疊(參見圖9)，而在配備有自動變速器的車輛上，結合自動變速器的發動機控制為了以最佳燃料消耗特性而實現由輸入所需的驅動，發動機的工作軌跡D2通常設定為在初始階段先是轉速快速升高，然後扭矩增大。因此，設定此控制量以獲得本實施例中的目標燃燒噪聲特性，可以使描畫工作軌跡D2時目標燃燒噪聲的時間特性CL2(參見圖8)在初始階段具有增大的斜率，隨之是減小的斜率，從而整體上具有更緩的變化。因此，由控制裝置根據此控制量設定而對燃燒噪聲抑制裝置進行的控制使得本發明能夠以簡單的方式獲得理想的效果。
在本發明的另一個實施例中，預定的範圍為，發動機的轉速和扭矩都在各自的預定值之下。
在快速操作下燃燒噪聲的快速變化主要是在低轉速和小扭矩範圍內成為問題。因此，在用發動機轉速和扭矩為坐標軸的坐標平面上，將給出恆定輸出曲線和作為目標燃燒噪音的恆定燃燒噪聲曲線之間的預定關係的範圍限定為發動機轉速和扭矩都在各自預定值之下的範圍，如本實施例那樣，就可以在相應的範圍內獲得本發明的有利效果。
本發明的另一個優選實施例進一步包括所需輸出計算裝置，用於根據所需的加速或減速量而計算一個所需的輸出；過渡時間計算裝置，用於計算達到所需輸出之前的過渡時間；判斷裝置，用於判斷當前輸出和所需輸出之間的差是否等於或大於一個預定值；以及修正裝置，用於根據過渡時間而修正控制量，使得當上述的差等於或大於預定值時，燃燒噪聲的變化較慢。
根據本實施例，當所需輸出計算裝置根據加減速要求量而計算一個所需輸出時，過渡時間計算裝置計算達到所需輸出前的過渡時間。然後判斷裝置判斷當前輸出與所需輸出是否等於或大於一個預定值，若所述的差等於或大於該預定值，修正裝置根據過渡時間而修正控制量，使得燃燒噪聲的變化較慢(圖8中的符號CL2a)。因此，在本實施例中，在駕駛員的快速操作如急加速的時候，可以更有效地防止燃燒噪聲的快速變化。
本發明的另一個優選實施例是一種方法，包括設定燃燒噪聲抑制裝置控制量的設定步驟，該燃燒噪聲抑制裝置用於抑制燃燒室的燃燒噪聲；在車輛配備有手動變速器的情況下，所述設定步驟這樣設定控制量，以發動機轉速和扭矩為坐標軸的坐標平面上，恆定燃燒噪聲曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機燃燒噪聲值的分布，恆定輸出曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機輸出值的分布，使得相對於從該坐標平面上任意點開始的扭矩變化，該恆定燃燒噪聲曲線比該恆定輸出曲線具有較小的轉速變化的絕對值，並且在車輛配備有自動變速器的情況下，所述設定步驟這樣設定控制量，使得相對於從該坐標平面上任意點開始的扭矩變化，該恆定燃燒噪聲曲線比該恆定輸出曲線具有較大的轉速變化的絕對值；以及根據該設定的控制量控制燃燒噪聲抑制裝置的控制步驟。
根據本實施例，對於配備有手動變速器的車輛，控制量設定為，使得作為目標燃燒噪聲特性的恆定燃燒噪聲曲線相對於恆定輸出曲線具有轉速變化比扭矩變化更慢的特性，而對於配備有自動變速器的車輛，控制量設定為，使得作為目標燃燒噪聲特性的恆定燃燒噪聲曲線相對於恆定輸出曲線具有轉速變化比扭矩變化的更快的特性。也就是說，對於配備有手動變速器的車輛，控制量設定為，使得作為目標燃燒噪聲特性的恆定燃燒噪聲曲線比恆定輸出曲線具有更小的轉速變化相對扭矩變化的絕對值，而對於配備有自動變速器的車輛，控制量設定為，使得作為目標燃燒噪聲特性的恆定燃燒噪聲曲線比恆定輸出曲線具有更大的轉速變化相對扭矩變化的絕對值。因此，在本實施例中，可以容易地實現對應於權利要求2和3的設定。
圖1是顯示了本發明第一優選實施例的示意構造圖；圖2是一組在轉速-扭矩平面圖上顯示的第一優選實施例的工作軌跡、輸出特性和燃燒噪聲特性的曲線圖；圖3A是顯示了在不進行引燃噴射時到達燃料噴射閥的命令脈衝信號的時間圖；圖3B是顯示了在進行一次引燃噴射時到達燃料噴射閥的命令脈衝信號的時間圖；圖3C是顯示了在進行多次引燃噴射時到達燃料噴射閥的命令脈衝信號的時間圖；圖4是一組顯示第一優選實施例的和根據本發明的改善之前的目標燃燒噪聲的時間特性圖；圖5顯示了本發明第二優選實施例的示意構造圖；圖6是一組在轉速-扭矩平面圖上顯示的第二優選實施例的工作軌跡、輸出特性和燃燒噪聲特性的曲線圖；圖7是顯示在第二優選實施例中的一個控制例子的流程圖；
圖8是一組顯示第二優選實施例的和根據本發明的改善之前的目標燃燒噪聲的時間特性圖；圖9是一組顯示在根據本發明的改善之前的工作軌跡、輸出特性和燃燒噪聲特性的曲線圖；圖10是顯示在根據本發明的改善之前的目標燃燒噪聲的時間特性圖。
具體實施例方式
下面將說明本發明的優選實施例。參見圖1，根據本發明第一個優選實施例的車輛1配備有發動機10，它是一臺缸內直噴內燃機，如柴油機或汽油機。該發動機10包括形成於氣缸體內的氣缸2，在該氣缸內嵌有可滑動的活塞3。由氣缸2、活塞3和氣缸蓋(沒有顯示)限定了燃燒室。
活塞3通過連杆(沒有顯示)連接到曲軸5上。對於每個氣缸，在氣缸蓋內都形成有一個進氣口和一個排氣口(沒有顯示)，分別設有一個進氣閥和一個排氣閥(沒有顯示)。在進氣口的上遊處的進氣道的一部分設有一個由節氣門執行器控制的節氣門或進氣節氣門(沒有顯示)。
燃料噴射閥4設置為指向每個氣缸2。燃料噴射閥4以分支的方式連接到公共輸送管6上。低壓管8將該輸送管6連接到燃料箱7上。該低壓管8配有用於輸送燃料的低壓泵9a和一個用於將燃料加壓到噴射壓力的高壓泵9b。
用於驅動進氣閥和排氣閥的凸輪軸配有一個可變氣門正時機構(下面將簡稱為VVT)11。VVT11是這樣的一個機構，它改變凸輪軸與曲軸5的相對轉動相位，以持續地改變進氣閥和排氣閥的氣門正時，該機構是液壓驅動的。VVT11包括多個佔空比可控(duty-controllable)的電磁閥，用於控制其本身。
本實施例中的車輛1配備有離合器20和手動變速器30。離合器20根據駕駛員對離合器踏板(沒有顯示)的操縱而與傳動系接合或分離。手動變速器30根據駕駛員對換檔手柄(沒有顯示)的操縱而選擇性地接合多個前進檔和一個倒檔的其中一個，以機械地將輸入發動機速度轉變為優選的輸出發動機速度。手動變速器30輸出軸的動力通過差速機構31傳遞到驅動輪32上。
發動機10的操作控制是這樣進行的，例如通過電子控制單元(下面將簡稱為ECU)對燃料噴射閥4的開啟時刻和節氣門的打開程度進行控制。
ECU40包含執行各種算數運算的CPU，存放控制程序和控制變量初始值的ROM，臨時存放控制程序和數據的RAM，輸入和輸出埠，A/D和D/A轉換器，以及存儲器單元等，這些都沒有詳細顯示。
輸入到ECU40中的是各種傳感器的輸出信號，如與由駕駛員操縱的加速踏板50連接的油門開度傳感器51，設置成與曲軸5某部分相對的曲柄角度傳感器52，以及位於輸送管6內的燃料壓力傳感器Pd。此外，上述的燃料噴射閥4、VVT11、節氣門等均受ECU40控制信號所控制。
在ECU40的存儲器單元中，預先存儲了一個控制量圖，其中設定了根據加速或減速所需(所需的轉速和扭矩)的控制量(主噴射量，是否進行引燃噴射，以及引燃噴射的量和次數)。
在本實施例中，作為用於抑制燃燒室的燃燒噪聲的燃燒噪聲抑制裝置，上述的引燃噴射是否進行、引燃噴射的量(引燃噴射量)以及次數(引燃噴射次數)均受到控制。至於由ECU40發出給燃料噴射閥4的命令信號，當不進行引燃噴射時，就會只輸出主噴射脈衝51，如圖3A的脈衝信號Pa所示。但是，當需要進行引燃噴射而防止燃燒噪聲時，在主脈衝51前會輸出引燃噴射脈衝52，如圖3B的脈衝信號Pb所示。此外，當有更高需要防止燃燒噪聲時，就會進行兩次或多次的引燃噴射(所謂的多次引燃噴射)，如圖3C的脈衝信號Pc所示。更多次數的引燃噴射，即更多的引燃噴射次數，基本上可以給抑制燃燒噪聲帶來更好的效果，但是由於燃料噴射閥4的機械限制，引燃噴射的次數是有限制的。此外，每次引燃噴射的較少量噴射，即，較小的引燃噴射量，並不一定會給抑制燃燒噪聲帶來更好的效果。在本實施例中的控制量圖中，考慮這些因素，提前為每個轉速-扭矩的範圍實驗性地確定了對應於上述目標燃燒噪聲特性的是否進行引燃噴射、引燃噴射量以及引燃噴射次數，使用該控制量圖可以獲得如圖2的恆定燃燒噪聲曲線C1所示的燃燒噪聲特性。
本實施例中的目標燃燒噪聲特性如圖2的恆定燃燒噪聲曲線C1所設定，使得在以發動機轉速和扭矩作為坐標軸的坐標平面上，該恆定燃燒噪聲曲線C1從該坐標平面上任意點開始的轉速變化相比扭矩變化的絕對值比恆定輸出曲線P1的小，該恆定輸出曲線P1在相同坐標平面上表示發動機輸出值的分布。也就是說，目標燃燒噪聲特性設定為，使得恆定燃燒噪聲曲線C1相對於恆定輸出曲線P1更接近於「下斜曲線」或「垂直條紋」。換句話說，在本實施例中，預先提供了一個控制量圖，從而通過控制進行或不進行引燃噴射、引燃噴射量和引燃噴射次數，抑制對應於如圖9的恆定燃燒噪聲曲線Cp(它通常與恆定輸出曲線P1重疊)所示的燃燒噪聲抑制前的燃燒噪聲水平與如圖2的恆定燃燒噪聲曲線C1所示的燃燒噪聲水平兩者之差的燃燒噪聲，並且燃料噴射閥4則根據該控制量圖而受到控制。此外，應當注意，在圖2中，近似弧線形的恆定輸出曲線P1和恆定燃燒噪聲曲線C1在接近於中心(圖中的右上方)處有更大的值。
在如上述結構所示的第一個優選實施例中，當駕駛員踩下加速踏板50時，ECU40首先基於油門開度傳感器51和曲柄角度傳感器52的檢測值以及當前扭矩所需大小而準備從此時到加速結束的工作軌跡。此外，基於該工作軌跡的轉速和扭矩，通過查找控制量圖，ECU40計算出在工作軌跡上一直到加速結束的各點時刻下的燃料噴射量(一直到加速結束的各點時刻下的主噴射量以及是否進行上述的引燃噴射、引燃噴射量、引燃噴射次數)。然後ECU40根據所計算的主噴射量、是否進行引燃噴射、引燃噴射量和引燃噴射次數而連續給燃料噴射閥4發送控制輸出。
在配備有手動變速器的車輛上，發動機的工作軌跡D1是這樣的，首先在初始階段扭矩快速增大，然後轉速升高，如圖2所示。在根據本發明的改善之前，在這種情況下，在初始階段燃燒噪聲也快速增大，然後再變得恆定，如圖4的符號CLp所示。因此，在初始階段(圖2上由橢圓圈起的範圍)，燃燒噪聲會在短時間內快速增大，取決於加速程度，可能會損害駕駛舒適性。相反，對於本實施例，在控制量圖上設定這樣的控制量，它能夠獲得如圖2的恆定燃燒噪聲曲線C1所示的燃燒噪聲特性，從而使得目標燃燒噪聲的時間特性CL1(參見圖4)在初始階段具有減小的斜率，從而整體上具有較緩的變化。
如上所述，在本實施例中，由於燃燒噪聲抑制裝置的控制量是在控制量圖上設定的，使得在加速前後，燃燒噪聲的變化都比對應於發動機10的輸出特性的燃燒噪聲特性的變化慢，並且由於ECU40根據該控制量圖而控制燃料噴射閥4，可以防止如圖4由橢圓包圍的加速初始階段燃燒噪聲的急速變化，從而可以改善在急加速等類似情況下的駕駛舒適性。
另外，在本實施例中，目標燃燒噪聲特性設定為，使得作為目標燃燒噪聲特性的恆定燃燒噪聲曲線C1從該坐標平面上任意點開始的轉速變化相比扭矩變化的絕對值比恆定輸出曲線P1的小，如圖2所示，該恆定輸出曲線P1在同一個坐標平面上表示發動機輸出值的分布。也就是說，目標燃燒噪聲特性設定為，使得作為目標燃燒噪聲特性的恆定燃燒噪聲曲線C1比恆定輸出曲線P1更接近於「下斜曲線」或「垂直條紋」。如上所述，恆定輸出曲線P1基本與根據本發明的改善之前的恆定燃燒噪聲曲線Cp(參見圖9)相似，而在配備有手動變速器的車輛上，如上所述，發動機的工作軌跡D1是這樣的，在初始階段首先是扭矩急速增大，然後轉速升高。因此，建立這樣一個控制量圖以獲得如本實施例所示的目標燃燒噪聲特性，可以使相應於工作軌跡D1的目標燃燒噪聲輸出的時間特性CL1(參見圖4)在初始階段具有減小的斜率，從而整體上具有更緩慢的變化。因此，由ECU40根據該控制量圖而控制燃料噴射閥4，使本發明能夠以簡單的構造獲得理想的效果。
此外，由於引燃噴射會引起例如黑煙的問題，因此要進行例如延遲噴射定時的噴射控制，以防止產生黑煙。在這種情況下，燃料消耗量可能會增加。但是，對於本實施例，取代了在預定轉速-扭矩範圍以固定量而進行引燃噴射的方式，控制量是根據在預定時間內的加速操作速度或加速操作量而變化的，因此在基本不損害駕駛性能的同時，可以降低燃料消耗量。
下面將說明第二個優選實施例。參見圖5，根據第二個實施例的車輛101配備有一種用作無級變速器的皮帶式連續可變變速器(下面將簡稱為CVT)130。
與發動機10的曲軸5連接並作為驅動源的是一種常見的液力變矩器121，它通過將循環機油的向後傳遞而放大扭矩，前進-倒退切換機構122包含有行星齒輪組等類似機構，另外有一臺常見的CVT130，它通過液壓而改變驅動側和從動側的滑輪的V槽寬度，從而改變環繞在兩個滑輪上的驅動皮帶的有效直徑來實現變速。CVT130的輸出軸通過減速機構131(包括差速齒輪機構)而傳遞至驅動輪132。
對於本實施例的ECU140，為了使發動機10工作於儘可能接近最佳燃料消耗曲線的範圍(能提供良好燃料消耗率的預定高扭矩範圍)內，在發動機10和CVT130的協作下，單獨執行最佳燃料消耗控制。由於該最佳燃料消耗控制，發動機轉速和扭矩、以及CVT130的變速比被設定和實現為，使得要求加速時的工作軌跡D2如下在初始階段發動機轉速首先急速升高，然後扭矩增大，如圖6所示。
在ECU140的存儲單元中，預先存放有控制量圖，其中設定了取決於加減速要求量(所需的轉速和扭矩)的控制量(主噴射量、是否進行引燃噴射、引燃噴射量和次數)。
另外在本實施例中，作為用於抑制燃燒室內燃燒噪聲的燃燒噪聲抑制裝置，執行是否進行上述的引燃噴射、數量(引燃噴射量)和次數的控制。在本實施例的控制量圖中，針對每種速度-扭矩範圍而預先通過試驗確定了是否進行引燃噴射、引燃噴射量和次數，而通過利用該控制量圖，獲得了如圖6的恆定燃燒噪聲曲線C2所示的燃燒噪聲特性。
在本實施例中，目標燃燒噪聲特性設定為，使得在發動機轉速和扭矩作為坐標軸的坐標平面上，目標燃燒噪聲特性從該坐標平面上任意點開始的轉速變化相比扭矩變化的絕對值比恆定輸出曲線P2的大，如圖6的恆定燃燒噪聲曲線C2所示，該恆定輸出曲線P2在同一坐標平面上表示發動機輸出大小的分布。也就是說，目標燃燒噪聲特性設定為，使得恆定燃燒噪聲曲線C2相比於恆定輸出曲線P2更接近於「上斜曲線」或「水平條紋」。換句話說，在本實施例中，預先提供了一個控制量圖(沒有顯示)，從而通過控制是否進行引燃噴射、引燃噴射量和引燃噴射次數，抑制對應於如圖9的恆定燃燒噪聲曲線Cp(它通常與恆定輸出曲線P2重疊)所示的燃燒噪聲抑制前的燃燒噪聲水平與如圖2的恆定燃燒噪聲曲線C2所示的燃燒噪聲水平兩者之差的燃燒噪聲，並且燃料噴射閥4則根據該控制量圖而受到控制。此外，應當注意，在圖6中，近似弧線形的恆定輸出曲線P2和恆定燃燒噪聲曲線C2在接近於中心(圖中的右上方)處均有更大的值。
下面將說明如上述構造的第二個優選實施例的工作原理。圖7是顯示了第二個優選實施例的工作過程的流程圖。首先，ECU140根據曲柄角度傳感器52和油門開度傳感器等的檢測值或直接從ECU140的ROM存儲區間中讀出的值而計算出當前的發動機輸出、轉速和油門開度(S10)。然後，計算出所需的輸出和油門開度的變化率(S20)。所需的輸出是基於當前轉速和當前油門開度而計算得出的。油門開度的變化率是基於以預定時間間隔而獲取的當前油門開度的時間序列而計算得出的。
然後，判斷所需的輸出與當前輸出之間的差是否超出預定的參考值(S30)。若判定為「否」，就會判定出加速操作並不急速，程序進而轉到步驟S90，在此進行燃料噴射量的普通計算，即基於當前轉速和當前油門開度的基本噴射量的計算。
若在步驟S30中判定為「是」，就會判定出每段預定時間下的操作量過大，即加速操作急速，從而進行利用控制量圖的控制量計算和基於達到所需輸出所需要的時間的控制變量修正。特別地，首先從當前輸出和所需輸出而計算出工作軌跡(S40)。在該步驟中，在轉速-扭矩平面圖上的工作軌跡的開始點和結束點是根據當前輸出和所需輸出而確定的，而連接這兩點的軌跡則是通過為上述的最佳燃料消耗控制而設定一個目標值而確定，即通過設定一個目標轉速-扭矩值而令發動機10工作於儘可能接近於最佳燃料消耗曲線的範圍內來確定。這種最佳燃料消耗控制使得發動機的轉速和扭矩、以及CVT130的傳動比被設定為工作軌跡D2沿著這樣的一條線路變化，首先在初始階段發動機轉速快速升高，然後扭矩增大，如圖6所示。
然後，基於所計算得到的工作軌跡D2和控制量圖而計算出控制量(S50)。在該步驟中，利用作為輸入變量並表示轉速-扭矩平面圖上工作軌跡D2的對應下一步的一點的坐標值而對控制量圖進行查找，然後讀出對應的控制量(是否進行引燃噴射、引燃噴射量和引燃噴射次數)。
若僅基於在步驟S50中計算得出的控制量而進行修正，燃燒噪聲就會具有如圖8上的符號CL2所示的時間特性。
然後，基於油門開度的變化率，計算出達到所需輸出的所需時間(S60)。這個計算是通過一個預定函數進行的，該函數以當前轉速、當前輸出和油門開度變化率作為輸入變量。
然後，基於步驟S40中所計算得到的工作軌跡和在步驟S60中計算得到的所需時間而對步驟S50中所計算得到的控制量進行修正(S70)。這個修正是利用一個預定的圖或函數而進行的，使得燃燒噪聲的變化更慢(即，從加速操作的起始點到達到所需輸出的時間點之間，燃燒噪聲的變化更接近於線性)，如圖8的燃燒噪聲CL2a所示。在該圖或函數中，設定了與達到所需輸出的所需時間相對應的修正量，使得例如所需時間越長，修正量增加得越緩和。
然後，根據在步驟S90中計算得到的基本噴射量或在步驟S70修正過的控制量，由ECU40向燃料噴射閥4發送一個控制輸出(S80)。
在配備有自動變速器的車輛上，由於上述的最佳燃料消耗控制，發動機的工作軌跡D2如此變化，首先在初始階段發動機轉速快速升高，然後扭矩增大，如圖6所示。在根據本發明的改善之前，在初始階段燃燒噪聲也快速增大，然後再變得恆定，如圖8上的符號CLp所示。因此，在初始階段，燃燒噪聲會在短時間內快速增大(圖8上由橢圓包圍的範圍)，取決於加速程度，可能會損害駕駛舒適性。相比之下，對於本實施例，在控制量圖上設定這樣的控制量，它能夠獲得如圖6的恆定燃燒噪聲曲線C2所示的燃燒噪聲特性，從而使得目標燃燒噪聲的時間特性CL2在初始階段具有減小的斜率，從而整體上具有更緩慢的變化。
如上所述，在本實施例中，在控制量圖上設定了燃燒噪聲抑制裝置的控制量，使得在加速前後，燃燒噪聲的變化都比對應於發動機10輸出特性的燃燒噪聲特性的變化慢，另外由於ECU40根據該控制量圖而對燃料噴射閥4進行控制，因此可以消除如圖4由橢圓包圍的加速初始階段燃燒噪聲的急速變化，從而可以改善在急加速等類似情況下的駕駛舒適性。
另外，在本實施例中，作為目標燃燒噪聲特性的恆定燃燒噪聲曲線C2偏斜(即，更接近於「上斜曲線」或「水平條紋」)，使得相對於由發動機轉速和扭矩所確定的恆定燃燒噪聲曲線Cp(參見圖9)，其扭矩值隨著發動機轉速的變化而增加得更緩慢，如圖6所示。在配備有自動變速器的車輛上，由於燃料噴射控制與自動變速器的共同協調而實現最佳燃料消耗特性的行駛，發動機的工作軌跡D2通常是這樣的，在初始階段首先是發動機轉速快速升高，然後轉速增大。因此，建立這樣一個控制量圖以獲得如本實施例所示的目標燃燒噪聲特性，可以使相應於工作軌跡D2的目標燃燒噪聲輸出的時間特性CL2(參見圖8)在初始階段具有減小的斜率，從而整體上具有更緩慢的變化。因此，由ECU40根據該控制量圖而控制燃料噴射閥4，使本發明能夠以簡單的構造獲得理想的效果。
此外，在本實施例中，還計算了達到基於加減速要求量而計算得到的所需輸出的所需時間，而基於該過渡時間，ECU140對控制量進行修正，使燃燒噪聲的變化更慢(圖8上的符號CL2a)。因此，在本實施例中，可以更有效地防止由於駕駛員快速操作如急加速而引起燃燒噪聲的急速變化。此外，由於僅在所需輸出與當前輸出之間的差等於或大於一個預定值時才執行基於控制量圖的控制和基於過渡時間的修正，因此在非急加速的情況下是不進行這些操作的，從而避免了燃料消耗特性變差。
在上述的實施例中，對於配備有手動變速器30的車輛1，設定了如圖2所示接近於「下斜曲線」或「垂直條紋」的燃燒噪聲特性，而對於配備有CVT130的車輛101，設定了如圖6所示接近於「上斜曲線」或「水平條紋」的燃燒噪聲特性。取決於變速器的類型，反轉燃燒噪聲特性的每條恆定燃燒噪聲曲線C1，C2的斜率，可以容易地獲得或估計出理想的燃燒噪聲抑制效果。也就是說，本發明可以實現為設定燃燒噪聲特性或利用該現象為燃燒噪聲抑制設定控制量的方法，或包括這些的一種發動機控制方法。
此外，在上述的每個實施例中，引燃噴射被用作抑制燃燒室內的燃燒噪聲的燃燒噪聲抑制方法，是否進行引燃噴射、引燃噴射量和引燃噴射次數都受到控制，以在任何時刻和水平下控制燃燒噪聲，但是，作為本發明的燃燒噪聲抑制方法，也可以使用其它能夠控制燃燒條件或抑制噪聲的方法，例如通過控制高壓泵9b而選擇性地降低輸送管6的內壓，或選擇性地降低配備有可變噴嘴渦輪增壓器(一種增壓器，帶有一個可滑動的噴嘴葉片，位於排氣側渦輪機的轉子周圍，用於使升壓可變)的車輛的升壓，或通過控制VVT11而改變氣門正時或氣門升程，改變利用火花塞點火的發動機(如汽油機)的點火時刻，以及這些方法的任意組合。
此外，在上述的每個實施例中，發動機的目標燃燒噪聲特性設計為在關於其轉速和扭矩的整個範圍內設定，但本實施例中的目標燃燒噪聲特性也可以僅在當發動機的轉速和扭矩處於各自的預定值之下時的範圍內設定。主要是在低轉速和低扭矩的範圍內，快速操作引起的燃燒噪聲快速變化才會成為需要解決的問題。因此，對於在發動機轉速和扭矩作為坐標軸的平面上的恆定輸出曲線和作為目標燃燒噪聲的恆定燃燒噪聲曲線兩者之間具有預定關係的範圍並不一定是關於轉速和扭矩的整個範圍，因此將該範圍限定為需要防止由於快速操作而引起的燃燒噪聲快速變化，即發動機的轉速和扭矩均處於各自的預定值之下的範圍，使得可以在該範圍內獲得本發明的有利效果。
另外，在上述的每個實施例中，作為目標燃燒噪聲特性的恆定燃燒噪聲曲線C1，C2設定為在轉速-扭矩平面上相對於恆定輸出曲線P1，P2而形成「下斜曲線」(第一個優選實施例)或「上斜曲線」(第二個優選實施例)，從而可以有利地在不改變輸出特性的情況下改善燃燒噪聲特性。但是，本實施例中的目標燃燒噪聲特性的設定可以在對應於恆定輸出曲線的燃燒噪聲特性或恆定燃燒噪聲曲線Cp的基礎上實現，在這種情況下，可以在輸出特性和燃燒噪聲特性之間的一致性或相關性較低的發動機中(由於其它控制等因素)獲得本發明的有利效果。
雖然在上述每個實施例中以本發明應用於急加速操作為例進行了說明，但本發明同樣適用於急減速操作的情況，例如為了發動機制動的減檔操作。
另外，雖然上述每個實施例中以本發明應用於手動變速車輛(具有手動換檔變速器的車輛)或配有CVT的車輛為例進行了說明，但本發明同樣適用於配有多檔液力自動變速器或非皮帶式CVT的無級變速器的車輛。此外，雖然上述每個實施例中以本發明應用於燃料噴射式發動機10為例進行了說明，但本發明同樣適用於其它的發動機，如化油器式或混合式發動機，這些結構都屬於本發明的範圍。
工業適用性本發明能用於防止發動機燃燒噪聲的快速變化。
權利要求
1.一種用於控制發動機的設備，包含燃燒噪聲抑制裝置，用於抑制燃燒室的燃燒噪聲；以及用於控制燃燒噪聲抑制裝置的控制裝置，其特徵在於該設備進一步包括控制量設定裝置，用於設定燃燒噪聲抑制裝置的控制量，使得在燃燒噪聲中，對應於加減速要求量的目標燃燒噪聲特性比對應於加速或減速前後的發動機輸出特性的燃燒噪聲特性具有更緩慢的變化，以及該控制裝置根據由控制量設定裝置所設定的控制量而控制燃燒噪聲抑制裝置。
2.根據權利要求1所述的用於控制發動機的設備，其中發動機與手動變速器連接，並且這樣設定目標燃燒噪聲特性，以發動機轉速和扭矩為坐標軸的坐標平面上，恆定燃燒噪聲曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機燃燒噪聲值的分布，恆定輸出曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機輸出值的分布，相對於從該坐標平面上任意點開始的扭矩變化，該恆定燃燒噪聲曲線比該恆定輸出曲線具有較小的轉速變化的絕對值。
3.根據權利要求1所述的用於控制發動機的設備，其中該發動機與自動變速器連接，並且這樣設定目標燃燒噪聲特性，以發動機轉速和扭矩為坐標軸的坐標平面上，恆定燃燒噪聲曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機燃燒噪聲值的分布，恆定輸出曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機輸出值的分布，相對於從該坐標平面上任意點開始的扭矩變化，該恆定燃燒噪聲曲線比該恆定輸出曲線具有較大的轉速變化的絕對值。
4.根據權利要求2或3所述的用於控制發動機的設備，其中所述的預定範圍是發動機轉速和扭矩均處於各自的預定值內的範圍。
5.根據權利要求1至4中任意一條所述的用於控制發動機的設備，還包括所需輸出計算裝置，用於基於加減速要求量而計算所需輸出；過渡時間計算裝置，用於計算達到所需輸出前的過渡時間；判斷裝置，用於判斷當前輸出與所需輸出之間的差值是否等於或大於一個預定值；以及修正裝置，用於基於所述的過渡時間而修正控制量，使得當所述的差值等於或大於預定值時，燃燒噪聲的變化較慢。
6.一種用於控制發動機的方法，包括設定燃燒噪聲抑制裝置控制量的設定步驟，該燃燒噪聲抑制裝置用於抑制燃燒室的燃燒噪聲；其中對於配備有手動變速器的車輛，所述的控制量設定為，以發動機轉速和扭矩為坐標軸的坐標平面上，恆定燃燒噪聲曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機燃燒噪聲值的分布，恆定輸出曲線表示在該坐標平面上預定範圍內發動機輸出值的分布，使得相對於從該坐標平面上任意點開始的扭矩變化，該恆定燃燒噪聲曲線比該恆定輸出曲線具有較小的轉速變化的絕對值，並且對於配備有自動變速器的車輛，所述的控制量設定為，使得相對於從該坐標平面上任意點開始的扭矩變化，該恆定燃燒噪聲曲線比該恆定輸出曲線具有較大的轉速變化的絕對值；以及根據該設定的控制量控制燃燒噪聲抑制裝置的控制步驟。
全文摘要
一種用於控制發動機的設備，該設備包括用於抑制燃燒室的燃燒噪聲的燃燒噪聲抑制裝置和用於控制該燃燒噪聲抑制裝置的控制器，該設備進一步包括控制量設定裝置，用於設定燃燒噪聲抑制裝置的控制量，使得對應於加減速要求量的目標燃燒噪聲特性比對應於加速或減速前後發動機輸出特性的燃燒噪聲特性具有更慢的燃燒噪聲變化，其中該控制器根據由控制量設定裝置設定的控制量而控制燃燒噪聲抑制裝置。在急加速的情況下，防止了在加速初期燃燒噪聲的快速變化，改善了駕駛舒適性。
文檔編號F02D29/00GK1946925SQ20058001319
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月26日 優先權日2004年4月26日
發明者曲田尚史, 石山忍 申請人:豐田自動車株式會社