專利名稱：用于內(nèi)燃機的控制設備和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的控制設備和控制方法。
背景技術(shù)：
日本專利申請公布No.2003-148225描述了一種用于柴油發(fā)動機的 排氣凈化設備，該排氣凈化設備包括改變進氣門和排氣門的氣門打開 特性的可變氣門操作機構(gòu)。在上述設備中，當排氣凈化催化劑的溫度 低于預定值時，通過調(diào)節(jié)正或負的氣門重疊時段來增加內(nèi)部EGR氣體 的量。在上述設備中，通過該控制升高排氣凈化催化劑的溫度。
已知一種方法，其中燃燒是以氣缸內(nèi)的濃空燃比執(zhí)行的(即，執(zhí) 行濃燃燒(rich combustion)),以升高布置在排氣通道中的排氣凈化催 化劑的溫度，或還原該排氣凈化催化劑。當執(zhí)行濃燃燒時，難以使燃 燒穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃機的控制設備和控制方法，當執(zhí)行濃燃 燒以控制排氣凈化催化劑時，所述控制設備和控制方法適當?shù)靥岣呷?燒穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第一方面涉及一種用于內(nèi)燃機的控制設備。該內(nèi)燃機包 括改變進氣門的氣門打開特性的可變進氣門操作機構(gòu)，并且在該內(nèi)燃 機中執(zhí)行濃燃燒，以控制設置在排氣通道中的排氣凈化催化劑。所述 控制設備包括進氣門控制裝置，該進氣門控制裝置用于控制進氣門的 氣門打開特性，使得與執(zhí)行非濃燃燒時相比，當執(zhí)行濃燃燒時，在進 氣行程的初期階段增加進氣的流量。1門 i門■y/r 、1, l丄.Z一-.Ufth .Ir^i* rt I. 、 n. / --《二工lj+"r7八r"TL I.iMi丄n 、44*
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氣的流量。因此，能夠在進氣行程的初期階段有效提高渦流強度，這 對于渦流的產(chǎn)生是重要的。因此，當執(zhí)行濃燃燒時，能夠適當?shù)靥岣?燃燒穩(wěn)定性。
在第一方面中，所述控制設備還包括可變排氣門操作機構(gòu)，該 可變排氣門操作機構(gòu)改變排氣門的氣門打開特性；以及排氣門控制裝 置，該排氣門控制裝置用于執(zhí)行如下控制與執(zhí)行非濃燃燒時相比，
當執(zhí)行所述濃燃燒時，將排氣門的關(guān)閉定時提前。
根據(jù)第一方面，與調(diào)節(jié)正或負的氣門重疊時段的傳統(tǒng)方法不同，
在排氣門關(guān)閉之后殘留在氣缸內(nèi)的幾乎全部氣體(EGR氣體)都返回
到進氣側(cè)。因此，與使用傳統(tǒng)方法時相比，在進氣行程期間吸入到氣
缸內(nèi)的空氣燃料混合物(新空氣和EGR氣體)的量變成最大。因此， 提高渦流強度的效果變成最大。
在第一方面中，所述控制設備還可以包括可變排氣門操作機構(gòu)， 該可變排氣門操作機構(gòu)改變排氣門的氣門打開特性；以及排氣門控制 裝置，該排氣門控制裝置用于執(zhí)行如下控制與執(zhí)行非濃燃燒時相比，
當執(zhí)行濃燃燒時，將排氣門的關(guān)閉定時提前。并且，與執(zhí)行非濃燃燒 時相比，當執(zhí)行濃燃燒時，進氣門控制裝置可執(zhí)行將進氣門的打開定 時提前的控制。
根據(jù)第一方面，當執(zhí)行濃燃燒時，通過將進氣門的打開定時提前， 能夠在進氣行程的初期階段增加進氣的流量。因此，能夠在進氣行程 的初期階段有效提高渦流強度，這對于渦流的產(chǎn)生是重要的。而且， 與調(diào)節(jié)正或負的氣門重疊時段的傳統(tǒng)方法不同，通過將排氣門的關(guān)閉 定時提前，當進氣門打開時，在排氣門關(guān)閉之后殘留在氣缸內(nèi)的幾乎
全部氣體(EGR氣體)都返回到進氣側(cè)。因此，與使用傳統(tǒng)方法相比，在進氣行程期間吸入到氣缸內(nèi)的空氣燃料混合物(新空氣和EGR氣體)
的量變^&±。 》h，提高渦流強度的效果，最大?！?，當執(zhí)行
濃燃燒時，能夠適當?shù)靥岣呷紵€(wěn)定性。
與執(zhí)行非濃燃燒時相比，當執(zhí)行濃燃燒時，排氣門控制裝置可以 執(zhí)行將排氣門的打開定時提前的控制。
根據(jù)第一方面，通過將排氣門的打開定時提前，能夠升高排氣的
溫度和EGR氣體的溫度。當執(zhí)行濃燃燒時，這進一步提高了燃燒穩(wěn)定 性。
在第一方面，與執(zhí)行非濃燃燒時相比，當執(zhí)行濃燃燒時，進氣門 控制裝置可以執(zhí)行將進氣門的關(guān)閉定時提前的控制。
根據(jù)第一方面，通過將進氣門的關(guān)閉定時提前，能夠增大實際壓 縮比。因此，通過壓縮端溫度的升高來使?jié)馊紵m當?shù)胤€(wěn)定。
在第一方面，在內(nèi)燃機處于低負荷運行狀態(tài)時執(zhí)行濃燃燒的情況 中，進氣門控制裝置可以設定進氣門的打開定時所提前的量以及進氣 門的關(guān)閉定時所提前的量，并且，排氣門控制裝置可以設定排氣門的 打開定時所提前的量以及排氣門的關(guān)閉定時所提前的量，使得不設置 氣門重疊時段，在該氣門重疊時段中，進氣門的氣門打開時段與排氣 門的氣門打開時段相重疊。
根據(jù)第一方面，在內(nèi)燃機處于低負荷狀態(tài)時執(zhí)行濃燃燒的情況中， 至少將進氣門的打開定時和排氣門的關(guān)閉定時提前，并且禁止設置氣 門重疊時段。因此，與使用其中調(diào)節(jié)負的氣門重疊時段的傳統(tǒng)方法時 相比，燃料效率由于泵送損失的增大而較大程度地惡化。然而，與使 用傳統(tǒng)方法時相比，提高了內(nèi)燃機的運行負荷，并因此使?jié)馊紵€(wěn)定。本發(fā)明的第二方面涉及一種用于內(nèi)燃機的控制方法。該內(nèi)燃機包括改變進氣門的氣門打開特性的可變進氣門操作機構(gòu)，并且在該內(nèi)燃機中執(zhí)行濃燃燒以控制布置在排氣通道中的排氣凈化催化劑。該控制方法包括控制進氣門的氣門打開特性，從而與執(zhí)行非濃燃燒時相比，當執(zhí)行濃燃燒時，在進氣行程的初期階段增加進氣的流量。


從以下參照附圖對實施例的描述，本發(fā)明的前述及其他特征和優(yōu)點將變得顯而易見，在附圖中，使用相同的附圖標記表示相同的元件，并且在附圖中
圖1是示出了本發(fā)明第一實施例中的系統(tǒng)的構(gòu)造；
圖2是示出了圖1所示的系統(tǒng)中的內(nèi)燃機的一個氣缸的截面圖3圖示了在本發(fā)明的第一實施例中對進氣門的特性控制；
圖4是在本發(fā)明的第 一 實施例中執(zhí)行的例程的流程圖5圖示了在本發(fā)明的第二實施例中對進氣門和排氣門的特性控
制；
圖6是在本發(fā)明的第二實施例中執(zhí)行的例程的流程圖；以及圖7是在本發(fā)明的第三實施例中執(zhí)行的例程的流程圖。
具體實施例方式
第一實施例[系統(tǒng)構(gòu)造的描述]
圖1示出在本發(fā)明的第一實施例中的系統(tǒng)的構(gòu)造。圖1所示的系統(tǒng)包括內(nèi)燃機10。內(nèi)燃機IO是四沖程循環(huán)柴油發(fā)動機(壓燃式內(nèi)燃機)。為內(nèi)燃機10的每個氣缸設置噴射器12，以將燃料直接噴射到氣缸內(nèi)。用于氣缸的噴射器12連接到共軌14，該共軌14對于噴射器12是公共的。燃料罐(未示出)中的燃料由供給泵16增壓至預定的燃料壓力，然后儲存在共軌14中。燃料從共軌14供給到噴射器12。
用于內(nèi)燃機10的排氣通道18連接到具有分支通道的排氣歧管20。所述分支通道連接到各個氣缸的排氣口。第一實施例中的內(nèi)燃機10包括渦輪增壓器22。排氣通道18連接到渦輪增壓器22的排氣渦輪機。
在排氣通道18中，凈化排氣的排氣凈化裝置24布置在渦輪增壓器22下游。例如，氧化催化劑、儲存還原型或選擇還原型NOx催化劑、柴油機微粒過濾器(DPF)以及柴油機微粒-NOx還原系統(tǒng)(DPNR)中的一種可以用作排氣凈化裝置24。替代地，氧化催化劑、儲存還原型或選擇還原型NOx催化劑、DPF以及DPNR中的兩種或兩種以上可以組合使用。而且，在排氣通道18中，檢測排氣溫度的排氣溫度傳感器26布置在渦輪增壓器22下游。
空氣濾清器30設置成靠近用于內(nèi)燃機10的進氣通道28的入口 。通過空氣濾清器30引入的空氣被渦輪增壓器22的進氣壓縮機壓縮，然后被中間冷卻器32冷卻。在進氣經(jīng)過中間冷卻器32之后，通過進氣歧管34將進氣分配到氣缸的進氣口 。
在進氣通道28中，進氣節(jié)流閥36設置在中間冷卻器32和進氣歧管34之間的位置處。而且，在進氣通道28中，檢測進氣量的空氣流量計38設置在濾清器30下游并靠近空氣濾清器30。
外部排氣再循環(huán)(EGR)通道40的一端在靠近進氣歧管34的位置處連接到進氣通道28。外部EGR通道40的另一端在靠近排氣歧管20的位置處連接到排氣通道18。在該系統(tǒng)中，排氣(燃燒后的氣體)的一部分能夠通過外部EGR通道40返回到進氣通道28中，即，能夠執(zhí)行外部排氣再循環(huán)(EGR)控制。
冷卻外部EGR氣體的EGR冷卻器42設置在外部EGR通道40中。在外部EGR通道40中，EGR閥44設置在EGR冷卻器42下游。通過增大EGR閥44的開度，能夠增加經(jīng)過外部EGR通道40的排氣的量，即外部EGR氣體的量。在進氣通道28中，檢測進氣壓力的進氣壓力傳感器46設置在進氣節(jié)流閥36下游。另外，該系統(tǒng)包括加速器踏板操作量傳感器48，該加速器踏板操作量傳感器48檢測其中設有內(nèi)燃機10的車輛的加速器踏板的下壓量(即，加速器踏板操作量)。
第一實施例中的系統(tǒng)包括電子控制單元(ECU) 50。 ECU50連接到上述傳感器和致動器。通過根據(jù)預定程序、基于信號和信息驅(qū)動所述致動器，ECU50控制內(nèi)燃機10的運行狀態(tài)。
圖2是示出了圖1所示的系統(tǒng)中的內(nèi)燃機10的一個氣缸的截面圖。以下，將進一步描述內(nèi)燃機IO。如圖2所示，檢測曲柄軸60的旋轉(zhuǎn)角度(曲柄角)的曲柄角傳感器62設置成靠近內(nèi)燃機10的曲柄軸60。曲柄角傳感器62連接到ECU 50?；趤碜郧莻鞲衅?2的信號來檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速等。
內(nèi)燃機10包括可變進氣門操作機構(gòu)66和可變排氣門操作機構(gòu)70?？勺冞M氣門操作機構(gòu)66連續(xù)改變進氣門64的氣門打開特性?？勺兣艢忾T操作機構(gòu)70連續(xù)改變排氣門68的氣門打開特性。在內(nèi)燃機10中，為每個氣缸設置兩個進氣門64和兩個排氣門68。
可變進氣門操作機構(gòu)66和可變排氣門操作機構(gòu)70連接到ECU50。該可變進氣門操作機構(gòu)66和可變排氣門操作機構(gòu)70的構(gòu)造不限于特定的構(gòu)造。可變進氣門操作機構(gòu)66是使用電磁力打開/關(guān)閉進氣門64的電磁驅(qū)動氣門機構(gòu)?？勺兣艢忾T操作機構(gòu)70是可變氣門定時(VVT)機構(gòu)，該機構(gòu)連續(xù)改變驅(qū)動排氣門68的凸輪(未示出)的相位。
在具有上述構(gòu)造的第一實施例的系統(tǒng)中，燃燒(在下文中稱為濃
燃燒)是在預定運行條件下以氣缸內(nèi)的濃空燃比執(zhí)行的，以升高諸如NOx催化劑的排氣凈化裝置24的排氣凈化催化劑的溫度，或還原該排氣凈化催化劑。濃燃燒的例子包括低溫燃燒和預混合壓燃式(pcci)燃燒。通過引入外部EGR氣體降低燃燒溫度，并相對于壓縮上止點將燃料噴射定時提前大約20° CA來執(zhí)行低溫燃燒。通過相對于壓縮上止點將燃料噴射定時提前大約90° CA來執(zhí)行PCCI燃燒。
圖3圖示了在本發(fā)明第一實施例中對進氣門64的特性控制。當執(zhí)行濃燃燒時，有可能難以使燃燒穩(wěn)定。而且，由于在為柴油發(fā)動機的內(nèi)燃機10中執(zhí)行壓縮自燃，所以，特別當缸內(nèi)溫度低時，例如當內(nèi)燃機IO處于低負荷運行狀態(tài)時，不可能使?jié)馊紵€(wěn)定。
因此，在第一實施例的系統(tǒng)中，與執(zhí)行非濃燃燒時(即，當執(zhí)行正常稀燃燒時)相比，當執(zhí)行濃燃燒時，在進氣行程的初期階段增加進氣門64的升程(lift)量。這在進氣行程的初期階段增加了進氣的流量。
圖4是在第一實施例中由ECU 50執(zhí)行以實現(xiàn)上述功能的例程的流程圖。在圖4所示的例程中，首先，基于來自連接到ECU50的傳感器的信號的處理結(jié)果來確定是否需要執(zhí)行濃燃燒來升高排氣凈化催化劑的溫度或還原該排氣凈化還原劑(步驟IOO)。
與執(zhí)行非濃燃燒時相比，當確定需要執(zhí)行濃燃燒時，執(zhí)行對進氣門64的控制，以在進氣行程的初期階段增加進氣門64的升程量(步驟102)。更具體而言，與執(zhí)行非濃燃燒時相比，通過使用可變進氣門操作機構(gòu)66增加進氣門64在氣門打開時的升程速度(lift speed)來實施對進氣門64的控制。
根據(jù)圖4所示的上述例程，當執(zhí)行濃燃燒時，能夠在進氣行程的初期階段增加進氣的流量。因此，能夠在進氣行程的初期階段有效提高渦流強度，這對于渦流的產(chǎn)生是重要的。而且，在此方法中，能夠提高從兩個進氣門64引入到氣缸內(nèi)的進氣的渦流強度。更具體而言，與通過限制流入兩個進氣口之一的進氣的流量、例 如通過執(zhí)行較早關(guān)閉渦流控制閥或進氣門的控制來提高渦流強度的普 通方法相比，第一實施例中的提高渦流強度的方法具有以下描述的有 利效果。
艮P，根據(jù)上述普通方法，能夠提高來自例如被構(gòu)造為三角形口的 主進氣口的流的強度。因此，在氣缸內(nèi)的外周部分處提高了渦流強度。 然而，在氣缸內(nèi)的中心部分處渦流強度沒有大幅提高。而且，由于僅 在外周部分處提高渦流強度，所以可能增大燃燒室的壁表面內(nèi)的熱損 失，并且可能降低缸內(nèi)溫度。
相比之下，根據(jù)第一實施例中的方法，不僅能夠提高來自主進氣 口的流的強度，而且能夠提高來自被構(gòu)造為螺旋形口的副進氣口的流 的強度。也就是說，不僅在氣缸內(nèi)的外周部分處而且在氣缸內(nèi)的中心 部分處也能夠有效提高渦流強度。因此，能夠直接提高氣缸內(nèi)的渦流 強度。而且，由于在中心部分處提高了渦流強度，所以能夠避免燃燒 室的壁表面內(nèi)的熱損失增大。這抑制了缸內(nèi)溫度的降低。所以，當內(nèi)
燃機io處于低負荷運行狀態(tài)時，能夠使?jié)馊紵m當?shù)胤€(wěn)定。
另外，根據(jù)第一實施例中的方法，由于在中心部分和外周部分處 提高了渦流強度，所以外周部分處的空氣密度增大。所以，提高了擠 流強度，并因此提高了氣缸內(nèi)氣體的紊流強度。結(jié)果，適當提高了渦 流強度和擠流強度。這提高了整個燃燒室內(nèi)的空氣利用率。
如上所述，根據(jù)第一實施例中的方法，當執(zhí)行濃燃燒時，能夠在
進氣行程的初期階段有效提高從兩個進氣門64引入到氣缸內(nèi)的進氣的 渦流強度。所以，當執(zhí)行濃燃燒時，能夠適當?shù)靥岣呷紵€(wěn)定性。
在第一實施例中，當執(zhí)行濃燃燒時，通過增加升程速度來在進氣 行程的初期階段增加進氣門64的升程量。然而，在本發(fā)明中，在進氣行程的初期階段增加進氣流量的方法不限于此方法。例如，能夠采用 如下方法其中可變進氣門操作機構(gòu)包括VVT機構(gòu)以及可變排氣門操 作機構(gòu)，并且與執(zhí)行非濃燃燒時相比，將進氣門64的打開定時提前。
通過將進氣門64的打開定時提前，能夠增加進氣門64的升程量， 并且能夠在進氣行程的初期階段增加進氣的流量。而且，通過采用此 方法，能夠提高從兩個進氣門64引入到氣缸內(nèi)的進氣的渦流強度。因 此，能夠獲得與在第一實施例中獲得的有利效果相同的有利效果。而 且，通過相對于進氣上止點提前進氣門64的打開定時，排氣流入到進 氣口中，并因此提高內(nèi)部EGR率。這抑制了由于渦流強度的提高而導 致的缸內(nèi)溫度的降低。
當將進氣門64的打開定時提前時，為了防止進氣門64接觸活塞， 有必要在活塞中設置氣門凹座。當設置了氣門凹座時，降低了擠流強 度，并因此降低了氣缸內(nèi)氣體的紊流強度。然而，根據(jù)第一實施例中 的方法，通過提高在氣缸內(nèi)的中心部分和外周部分處的渦流強度，能 夠提高擠流強度以及氣缸內(nèi)氣體的紊流強度，同時避免燃燒室的壁表 面內(nèi)的熱損失增大。因此，也能夠消除與氣門凹座有關(guān)的問題。
在第一實施例中，當ECU50執(zhí)行圖4所示的例程中的處理時，可 以實現(xiàn)第一方面中的"進氣門控制裝置"。
第二實施例
接下來，將參照圖5和圖6來描述本發(fā)明的第二實施例。除了可 變進氣門操作機構(gòu)66由與可變排氣門操作機構(gòu)70的VVT機構(gòu)相同的 VVT機構(gòu)構(gòu)成之外，第二實施例中的系統(tǒng)具有與圖l和圖2所示的相 同的硬件構(gòu)造。當ECU 50使用該硬件構(gòu)造執(zhí)行圖6所示的例程而不是 圖4所示的例程時，可以實現(xiàn)第二實施例中的系統(tǒng)。
圖5圖示了在本發(fā)明第二實施例中對進氣門64和排氣門68的特氣凈化催化劑的溫度或還原該排氣凈化催化劑時，相對于執(zhí)行非濃
燃燒時的進氣門64和排氣門68的氣門定時，將進氣門64的打開定時 和關(guān)閉定時以及排氣門68的打開定時和關(guān)閉定時全部提前。
圖6是在第二實施例中由ECU50執(zhí)行以實現(xiàn)上述功能的例程的流 程圖。在圖6中，與圖4中相同的步驟由相同的附圖標記表示，并且 將省略或簡化其描述。在圖6所示的例程中，當在步驟100中確定需 要執(zhí)行濃燃燒時，執(zhí)行控制以相對于執(zhí)行非濃燃燒時的進氣門64和排 氣門68的氣門定時將進氣門64的打開定時和關(guān)閉定時以及排氣門68 的打開定時和關(guān)閉定時提前(步驟200)。
此外，根據(jù)步驟200中的控制進氣門64和排氣門68的方法，將
進氣門64和排氣門68的氣門定時提前，也就是說，進氣門64和排氣
門68的氣門定時沿相同的方向改變。相比之下，根據(jù)調(diào)節(jié)正的氣門重
疊時段的傳統(tǒng)方法，當重疊時段增多時，排氣門的氣門定時被延后，
而進氣門的氣門定時被提前。也就是說，進氣門的氣門定時沿著與排
氣門的氣門定時所改變的方向相反的方向改變。根據(jù)設置負的氣門重
疊時段的傳統(tǒng)方法，當重疊時段增多時，排氣門的氣門定時被提前，
而進氣門的氣門定時被延后。同樣，在此情況下，進氣門的氣門定時 沿著與排氣門的氣門定時所改變的方向相反的方向改變。因此，當執(zhí)
行濃燃燒時控制進氣門64和排氣門68的方法大大不同于任何傳統(tǒng)方 法。
根據(jù)圖6所示的例程，當執(zhí)行濃燃燒時，將進氣門64和排氣門68 的氣門定時提前。因此，能夠獲得以下描述的有利效果。也就是說， 通過較早打開進氣門64并較早關(guān)閉排氣門68，能夠獲得足量的內(nèi)部 EGR氣體。而且，通過較早關(guān)閉進氣門64，能夠增大實際壓縮比。而 且，通過較早打開排氣門68，能夠升高排氣的溫度和EGR氣體的溫度。 此外，提高內(nèi)燃機10的運行負荷來補償由于較早打開排氣門68而引起的膨脹功的降低。因此，根據(jù)第二實施例中的方法，能夠通過組合 上述有利效果來使?jié)馊紵m當?shù)胤€(wěn)定。
此外，根據(jù)第二實施例中的方法，由于需要提高運行負荷，所以
與在執(zhí)行濃燃燒時通過增多正或負的氣門重疊時段來增加內(nèi)部EGR氣
體的量的方法相比，降低了燃料效率。然而，需要用于控制排氣凈化 催化劑的濃燃燒來減少廢氣排放。與調(diào)節(jié)正或負的氣門重疊時段的傳 統(tǒng)方法相比，根據(jù)第二實施例中的方法，能夠通過允許燃料效率惡化 和提高運行負荷來使?jié)馊紵m當?shù)胤€(wěn)定。
接下來，將詳細地單獨描述通過較早打開進氣門64、較早關(guān)閉排 氣門68、較早打開排氣門68以及較早關(guān)閉進氣門64獲得的有利效果。 在第一實施例中已經(jīng)描述了通過較早打開進氣門64獲得的有利效果。
首先，將描述除了較早打開進氣門64之外的通過較早關(guān)閉排氣門 68獲得的有利效果。除了較早打開進氣門64之外，通過執(zhí)行較早關(guān)閉 排氣門68的控制，增加了在排氣行程期間殘留在氣缸內(nèi)的排氣的量。 因此，與較早打開進氣門64但不較早關(guān)閉排氣門68時相比，增加了 內(nèi)部EGR氣體的量。而且，與調(diào)節(jié)正或負的氣門重疊時段的傳統(tǒng)方法 不同，當進氣門64打開時，在排氣門68關(guān)閉之后殘留在氣缸內(nèi)的幾 乎全部氣體(EGR氣體)都返回到進氣側(cè)。因此，與使用傳統(tǒng)方法時 相比，在進氣行程期間吸入到氣缸內(nèi)的空氣燃料混合物(新空氣和EGR 氣體)的量變成最大。因此，提高渦流強度的效果變成最大。當執(zhí)行 內(nèi)部EGR控制時，新空氣和EGR氣體可能彼此未充分混合(即，可 能執(zhí)行所謂的分層EGR操作)。然而，根據(jù)第二實施例中的方法，殘 留在氣缸內(nèi)的幾乎全部氣體都返回到進氣側(cè)。因此，新空氣和EGR氣 體在進氣歧管34中彼此適當混合。因此，能夠使用均質(zhì)的空氣燃料混 合物來執(zhí)行內(nèi)部EGR控制。另外，由于內(nèi)部EGR氣體僅返回到進氣 側(cè)，所以當通過進氣門64將氣體吹回進氣側(cè)時，氣體的溫度因節(jié)流損 失(泵送損失)而升高。由于其溫度已升高的EGR氣體被再次吸入氣缸，所以能夠提高通過較早打開進氣門64獲得的抑制缸內(nèi)溫度降低的
上述效果。
接下來，將描述通過較早打開排氣門68獲得的有利效果。如上所 述，通過較早打開排氣門68，排氣的溫度和EGR氣體的溫度升高。因 此，能夠進一步提高通過較早打開進氣門64和較早關(guān)閉排氣門68獲 得的抑制缸內(nèi)溫度降低的上述效果。而且，由于氣缸內(nèi)氣體與進氣之 間的溫度差因缸內(nèi)溫度的升高而增大，所以提高了當進氣門64打開時 噴射的在進氣歧管34中流動的氣體的噴射速度。因此，促進了新空氣 和EGR氣體的混合，并且當氣體經(jīng)過進氣門64時，氣體的溫度因節(jié) 流損失(泵送損失)的增大而升高。而且，通常，當使用內(nèi)部EGR控 制時，排出到排氣通道18的氣體量減少，且排氣能量因此降低。排氣 能量的降低導致增壓不足。結(jié)果，由于壓縮端壓力的降低，燃燒穩(wěn)定 性降低。由于燃燒穩(wěn)定性的降低，變得有必要減少EGR氣體的量。這 降低了缸內(nèi)溫度。當使用內(nèi)部EGR氣體控制時，該負循環(huán)可能發(fā)生。 然而，在第二實施例中，通過較早打開排氣門68，將足夠的排氣能量 供給至排氣通道18，因此當使用內(nèi)部EGR控制時，抑制了上述問題的 發(fā)生。
接下來，將描述通過較早關(guān)閉進氣門64獲得的有利效果。如上所 述，通過較早關(guān)閉進氣門64，能夠增大實際壓縮比。因此，通過壓縮 端溫度的升高，使?jié)馊紵m當?shù)胤€(wěn)定。而且，壓縮端溫度的升高導致 燃燒溫度的升高。這升高了排氣溫度和EGR氣體的溫度。因此，能夠 進一步提高抑制缸內(nèi)溫度降低的上述效果，該上述效果通過較早打開 進氣門64、較早關(guān)閉排氣門68以及較早打開排氣門68而獲得。而且， 由于擠流強度因?qū)嶋H壓縮比的增大而提高，所以進一步提高了壓縮行 程期間的渦流強度。因此，能夠進一步提高通過較早打開進氣門64和 較早關(guān)閉排氣門68獲得的提高渦流強度的上述效果。
在第二實施例中，僅改變進氣門64的打開定時的相位的VVT機構(gòu)用作可變進氣門操作機構(gòu)66，僅改變排氣門68的打開定時的相位的 VVT機構(gòu)用作可變排氣門操作機構(gòu)70。因此，當執(zhí)行較早打開進氣門 64和較早關(guān)閉排氣門68時，執(zhí)行較早打開排氣門68以及較早關(guān)閉進 氣門64。然而，本發(fā)明不限于這種配置其中，較早打開進氣門64、 較早關(guān)閉排氣門68、較早打開排氣門68以及較早關(guān)閉進氣門64都被 執(zhí)行。也就是說，例如，電磁驅(qū)動氣門機構(gòu)可以用作可變進氣門操作 機構(gòu)和可變排氣門操作機構(gòu)中的每一個，并且與較早打開進氣門64 — 起，執(zhí)行較早關(guān)閉排氣門68、較早打開排氣門68以及較早關(guān)閉進氣門 64中的至少一種。
在第二實施例中，當ECU50執(zhí)行圖6所示的例程中的處理時，可 以實現(xiàn)第一方面中的"排氣門控制裝置"和"進氣門控制裝置"。
第三實施例 接下來，將參照圖7描述本發(fā)明的第三實施例。當 ECU50執(zhí)行圖7所示的例程(以下描述)而不是圖6所示的例程時， 使用與第二實施例中相同的硬件構(gòu)造(即這種硬件構(gòu)造其中VVT機 構(gòu)用作可變進氣門操作機構(gòu)66和可變排氣門操作機構(gòu)70中的每一 個)，可以實現(xiàn)第三實施例中的系統(tǒng)。
如上所述，當內(nèi)燃機IO處于低負荷運行狀態(tài)時，缸內(nèi)溫度低，并 因此難以使?jié)馊紵€(wěn)定。因此，當內(nèi)燃機IO處于低負荷運行狀態(tài)時， 需要將進氣門64和排氣門68的氣門定時足夠提前。然而，限制進氣 門64的打開定時所提前的量，以防止進氣門64接觸活塞。而且，當 內(nèi)燃機IO處于低負荷運行狀態(tài)時，如果空氣和燃料彼此過度混合，則 燃燒可能變得不穩(wěn)定。因此，當內(nèi)燃機IO處于低負荷運行狀態(tài)時，需 要增加內(nèi)部EGR氣體的量來升高缸內(nèi)溫度，同時抑制渦流強度的過度 提高。
在第三實施例中，在內(nèi)燃機IO處于預定的低負荷狀態(tài)時執(zhí)行濃燃 燒的情況中，將進氣門64和排氣門68的氣門定時提前，同時禁止設置氣門重疊時段，在該氣門重疊時段中，進氣門64和排氣門68是打 開的(即，防止進氣門64和排氣門68同時打開)。而且，當內(nèi)燃機IO 處于中到高負荷運行狀態(tài)并且將進氣門64和排氣門68的氣門定時提 前時，允許設置氣門重疊時段。
圖7是在第三實施例中由ECU 50執(zhí)行以實現(xiàn)上述功能的例程的流 程圖。在圖7中，與圖4中相同的步驟由相同的附圖標記表示，并且 將省略或簡化其描述。在圖7所示的例程中，當在步驟100中確定為 需要執(zhí)行濃燃燒時，確定內(nèi)燃機10當前是否處于預定的低負荷運行狀 態(tài)(步驟300)。
當確定內(nèi)燃機IO當前處于預定的低負荷運行狀態(tài)時，執(zhí)行控制以 相對于執(zhí)行非濃燃燒時的進氣門64和排氣門68的氣門定時將進氣門 64的打開定時和關(guān)閉定時以及排氣門68的打開定時和關(guān)閉定時提前， 同時禁止設置氣門重疊時段(步驟302)。更具體而言，在步驟302中， 執(zhí)行控制，從而將進氣門64的打開定時和關(guān)閉定時不過多地提前，并 且與進氣門64的打開定時和關(guān)閉定時相比，將排氣門68的打開定時 和關(guān)閉定時足夠提前。
在步驟300中，當確定內(nèi)燃機當前不處于預定的低負荷運行狀態(tài) 時，也就是說，當確定內(nèi)燃機IO處于中到高負荷運行狀態(tài)時，執(zhí)行控 制以相對于執(zhí)行非濃燃燒時的進氣門64的氣門定時將進氣門64的打 開定時和關(guān)閉定時提前與運行狀態(tài)相對應的適當量，并相對于排氣門 68的氣門定時將排氣門68的打開定時和關(guān)閉定時提前與運行狀態(tài)相對 應的適當量，同時允許設置氣門重疊時段(步驟304)。
根據(jù)圖7所示的上述例程，在內(nèi)燃機IO處于低負荷運行狀態(tài)時執(zhí) 行濃燃燒的情況中，將進氣門64和排氣門68的氣門定時提前同時禁 止設置氣門重疊時段。當將進氣門64和排氣門68的氣門定時提前同 時防止進氣門64和排氣門68同時打開時，在排氣行程期間關(guān)閉排氣門68之后，殘留在氣缸內(nèi)的氣體被壓縮。然后，在殘留氣體被壓縮后，
進氣門64打開。因此，使內(nèi)部EGR氣體的量足夠增加。而且，當殘 留氣體通過進氣門64返回到進氣側(cè)時，氣體的流速增大。這增大了氣 體經(jīng)過進氣門64時的節(jié)流損失(泵送損失)。因此，能夠進一步提高 升高氣體溫度的上述效果，該效果在第二實施例中通過較早關(guān)閉排氣 門68而獲得。
由于難以使?jié)馊紵€(wěn)定，所以如果存在有氣缸之間分配的EGR氣 體量的變化，則可能在某一氣缸中發(fā)生失火。相比之下，根據(jù)第三實 施例中的方法，提高氣體經(jīng)過進氣門64時的流速，從而提高進氣歧管 34中的氣體的紊流強度。因此，能夠減小氣缸之間分配的EGR氣體量 的變化。這也使?jié)馊紵m當?shù)胤€(wěn)定。
另外，與使用其中調(diào)節(jié)負的氣門重疊時段的傳統(tǒng)方法時相比，如 第三實施例中那樣，當將進氣門64和排氣門68的氣門定時提前并且 不設置氣門重疊時段時，燃料效率由于泵送損失的增大而較大程度地 惡化。然而，由于提高了內(nèi)燃機10的運行負荷，所以與使用傳統(tǒng)方法 時相比，使?jié)馊紵€(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(10)的控制設備，其中，所述內(nèi)燃機(10)包括改變進氣門(64)的氣門打開特性的可變進氣門操作機構(gòu)(66)，并且在所述內(nèi)燃機(10)中執(zhí)行濃燃燒，以控制設置在排氣通道(18)中的排氣凈化催化劑(24)，所述控制設備的特征在于包括進氣門控制裝置(50)，所述進氣門控制裝置(50)用于控制所述進氣門(64)的氣門打開特性，以便與執(zhí)行非濃燃燒時相比，當執(zhí)行所述濃燃燒時在進氣行程的初期階段增加進氣的流量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制設備，其中，與執(zhí)行所述非濃燃燒 時相比，當執(zhí)行所述濃燃燒時，所述進氣門控制裝置(50)執(zhí)行將所 述進氣門(64)的打開定時提前的控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制設備，其中，與執(zhí)行所述非濃 燃燒時相比，當執(zhí)行所述濃燃燒時，所述進氣門控制裝置(50)執(zhí)行 將所述進氣門(64)的關(guān)閉定時提前的控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的控制設備，還包括 可變排氣門操作機構(gòu)(70)，所述可變排氣門操作機構(gòu)(70)改變排氣門(68)的氣門打開特性；以及排氣門控制裝置(50)，所述排氣門控制裝置(50)用于執(zhí)行如下 控制與執(zhí)行所述非濃燃燒時相比，當執(zhí)行所述濃燃燒時將所述排氣 門(68)的關(guān)閉定時提前。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制設備，其中，與執(zhí)行所述非濃燃燒 時相比，當執(zhí)行所述濃燃燒時，所述排氣門控制裝置(50)執(zhí)行將所 述排氣門(68)的打開定時提前的控制。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的控制設備，其中，在所述內(nèi)燃機(10)處于低負荷運行狀態(tài)時執(zhí)行所述濃燃燒的情況中，所述進氣門控制裝置<5&〉設定所述進氣門(64〉的打開定時所提前的量以及所述進氣 門(64)的關(guān)閉定時所提前的量，并且，所述排氣門控制裝置(50) 設定所述排氣門(68)的打開定時所提前的量以及所述排氣門(68) 的關(guān)閉定時所提前的量，使得不設置氣門重疊時段，在該氣門重疊時 段中，所述進氣門(64)的氣門打開時段與所述排氣門(68)的氣門 打開時段相重疊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制設備，其中，與執(zhí)行所述非濃燃燒 時相比，當執(zhí)行所述濃燃燒時，所述進氣門控制裝置(50)在所述進 氣行程的初期階段增加所述進氣門(64)的升程量。
8. —種用于內(nèi)燃機(10)的控制方法，其中，所述內(nèi)燃機(10) 包括改變進氣門(64)的氣門打開特性的可變進氣門操作機構(gòu)(66)， 并且在所述內(nèi)燃機(10)中執(zhí)行濃燃燒，以控制設置在排氣通道(18) 中的排氣凈化催化劑(24)，所述控制方法的特征在于包括控制所述進氣門(64)的氣門打開特性，以便與執(zhí)行非濃燃燒時 相比，當執(zhí)行所述濃燃燒時在進氣行程的初期階段增加進氣的流量。
9. 一種用于內(nèi)燃機的控制設備，包括可變進氣門操作機構(gòu)，所述可變進氣門操作機構(gòu)改變進氣門的氣 門打開特性；排氣凈化催化劑，所述排氣凈化催化劑設置在排氣通道中；以及 進氣門控制單元，所述進氣門控制單元控制所述進氣門的氣門打開特性，以便與執(zhí)行非濃燃燒時相比，當執(zhí)行濃燃燒時在進氣行程的初期階段增加進氣的流量。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃機(10)的控制設備，它包括進氣門控制裝置(50)。所述內(nèi)燃機(10)包括改變進氣門(64)的氣門打開特性的可變進氣門操作機構(gòu)(66)，并且，在內(nèi)燃機(10)中執(zhí)行濃燃燒以控制布置在排氣通道(18)中的排氣凈化催化劑(24)。所述進氣門控制裝置(50)控制進氣門(64)的氣門打開特性，以便與執(zhí)行非濃燃燒時相比，當執(zhí)行濃燃燒時在進氣行程的初期階段增加進氣的流量。
文檔編號F02D13/02GK101680371SQ200880017899
公開日2010年3月24日 申請日期2008年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者中谷好一郎, 久高良裕, 友田晃利, 小鄉(xiāng)知由, 小野智幸, 石山忍 申請人:豐田自動車株式會社