專利名稱：用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置和控制方法。
背景技術(shù)：
通常，配有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)具有在高速及高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)背壓變高的問(wèn) 題，因此使得難以將已燃燒氣體從氣缸排出，以致保留在氣缸中的氣體量?jī)A向于變大。如果 氣缸中的殘留氣體量變大，則燃燒速率變慢且缸內(nèi)溫度變高，使得有可能發(fā)生爆震。因而， 為了避免爆震，變得有必要執(zhí)行點(diǎn)火正時(shí)延遲，點(diǎn)火正時(shí)延遲導(dǎo)致燃料經(jīng)濟(jì)性下降以及發(fā) 動(dòng)機(jī)輸出減小。此外，殘留氣體量增大相應(yīng)地減少了空氣量。由于這些情況，不易于增大配 有渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)的輸出。 為了解決上述問(wèn)題，例如，日本專利申請(qǐng)公開No. 10-89106 (JP-A-10-89106)公開 了一種發(fā)動(dòng)機(jī)，在該發(fā)動(dòng)機(jī)中，每個(gè)氣缸都設(shè)置有渦輪側(cè)排氣門和旁通側(cè)排氣門，所述渦輪 側(cè)排氣門打開和關(guān)閉與通向渦輪增壓器的渦輪機(jī)入口的渦輪側(cè)排氣通道連通的排氣口 ，所 述旁通側(cè)排氣門打開和關(guān)閉與不通向渦輪機(jī)入口的旁通側(cè)排氣通道連通的排氣口。
除了在高速運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)難以獲得高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的問(wèn)題之外，配有渦輪增壓器的發(fā) 動(dòng)機(jī)還具有在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)催化劑預(yù)熱需要長(zhǎng)時(shí)間的問(wèn)題。此外，依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，存 在有可能發(fā)生爆震或失火的問(wèn)題、火花塞的所需電壓傾向于由于升高的缸內(nèi)溫度而變高的 問(wèn)題等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置和控制方法，所述控制裝置和控制方法 能夠改善配有渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的各種特性。 本發(fā)明的第一方面是一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置 包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，第一氣缸設(shè)置有渦輪側(cè)排氣門、旁通側(cè)排氣門、第 一進(jìn)氣門以及第二進(jìn)氣門，所述渦輪側(cè)排氣門打開和關(guān)閉與通向渦輪增壓器的渦輪機(jī)入口 的渦輪側(cè)排氣通道連通的排氣口 ，所述旁通側(cè)排氣門打開和關(guān)閉與旁通所述渦輪機(jī)的旁通 側(cè)排氣通道連通的排氣口 ，所述第一進(jìn)氣門設(shè)置成與所述渦輪側(cè)排氣門對(duì)置，所述第二進(jìn) 氣門設(shè)置成與所述旁通側(cè)排氣門對(duì)置；渦輪側(cè)排氣門停止機(jī)構(gòu)，所述渦輪側(cè)排氣門停止機(jī) 構(gòu)將所述渦輪側(cè)排氣門停止于關(guān)閉狀態(tài)而允許所述旁通側(cè)排氣門操作；第一進(jìn)氣門停止機(jī) 構(gòu)，所述第一進(jìn)氣門停止機(jī)構(gòu)將所述第一進(jìn)氣門停止于關(guān)閉狀態(tài)而允許所述第二進(jìn)氣門操 作；以及停止機(jī)構(gòu)控制部，所述停止機(jī)構(gòu)控制部在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)和/或在所述內(nèi) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷時(shí)將所述渦輪側(cè)排氣門和所述第一進(jìn)氣門停止于關(guān)閉狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的前述方面，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)和/或低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，能夠?qū)⒌谝粴?缸中的渦輪側(cè)排氣門和設(shè)置成與渦輪側(cè)排氣門對(duì)置的第一進(jìn)氣門停止于關(guān)閉狀態(tài)。因此， 當(dāng)?shù)谝粴飧字械囊讶紵龤怏w被新鮮空氣替代時(shí)，缸內(nèi)氣體從第二進(jìn)氣門朝向旁通側(cè)排氣門 流動(dòng)，因而能夠產(chǎn)生在該方向上轉(zhuǎn)動(dòng)的強(qiáng)勁的渦流。因而，促進(jìn)了氣缸內(nèi)的混合，并能夠改善燃燒。因此，能夠執(zhí)行良好燃燒，即使在諸如低溫、低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、稀燃運(yùn)轉(zhuǎn)、EGR(排氣再 循環(huán))運(yùn)轉(zhuǎn)等嚴(yán)峻的燃燒條件下也如此。因此，能夠獲得改善燃料經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)良效果以及 防止爆震的優(yōu)良效果。 在第一方面中，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的中等負(fù)荷時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù) 荷時(shí)，可使所述渦輪側(cè)排氣門的氣門開啟持續(xù)時(shí)間比所述旁通側(cè)排氣門的氣門開啟持續(xù)時(shí) 間長(zhǎng)，并可使所述第一進(jìn)氣門的氣門開啟持續(xù)時(shí)間比所述第二進(jìn)氣門的氣門開啟持續(xù)時(shí)間 長(zhǎng)。 因此，就從第一氣缸排出的已燃燒氣體的流動(dòng)而言，渦輪側(cè)排氣門側(cè)的流動(dòng)變?yōu)?主流。流進(jìn)入第一氣缸的新鮮空氣的流動(dòng)而言，第一進(jìn)氣門側(cè)的流動(dòng)變?yōu)橹髁鳌Ｒ虼?，就?一氣缸中的氣體流動(dòng)而言，從第一進(jìn)氣門朝向渦輪側(cè)排氣門的流動(dòng)變?yōu)橹髁?，以致能夠產(chǎn) 生沿主流方向轉(zhuǎn)動(dòng)的強(qiáng)勁渦流。因而，促進(jìn)了第一氣缸中的混合，并能夠改善燃燒。因此， 能夠執(zhí)行良好燃燒，即使在諸如低溫、低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、稀燃運(yùn)轉(zhuǎn)、EGR運(yùn)轉(zhuǎn)等嚴(yán)峻的燃燒條件 下也如此。 在前述構(gòu)造中，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷時(shí)在
所述第一氣缸中所形成的渦流的轉(zhuǎn)動(dòng)方向可以與在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的中等負(fù)荷時(shí)和/或
在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)荷時(shí)在所述第一氣缸中所形成的渦流的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。 因此，可根據(jù)進(jìn)氣門和排氣門的操作狀態(tài)，沿渦流能夠更容易地轉(zhuǎn)動(dòng)的方向產(chǎn)生
渦流，因此，可使渦流足夠強(qiáng)勁。 此外，在前述構(gòu)造中，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的中等負(fù)荷時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) 的高負(fù)荷時(shí)，所述旁通側(cè)排氣門可晚于所述渦輪側(cè)排氣門打開，且所述旁通側(cè)排氣門可晚 于所述渦輪側(cè)排氣門關(guān)閉。 因此，在高速及高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)，可以較高的效率將第一氣缸中的已燃燒氣體 排到旁通側(cè)排氣通道中，因而能夠充分減少第一氣缸中的殘留氣體量。因此，能夠獲得增大 的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。 此外，在前述構(gòu)造中，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可具有用于所述第一氣缸的兩個(gè)火花塞，且
所述兩個(gè)火花塞中的一個(gè)火花塞可設(shè)置成靠近所述第一氣缸的中心，所述兩個(gè)火花塞中的
另一火花塞可設(shè)置于距離所述旁通側(cè)排氣門比距離所述渦輪側(cè)排氣門更近的位置處。 因此，在第一氣缸中設(shè)置兩個(gè)火花塞的情況下，所述兩個(gè)火花塞中的一個(gè)可設(shè)置
在溫度相對(duì)較低的旁通側(cè)排氣門附近。因此，可延長(zhǎng)該火花塞的使用壽命。此外，為了有助
于成本降低，代替經(jīng)受高電壓的昂貴的火花塞，可采用便宜的低電壓火花塞。 此外，在前述構(gòu)造中，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可包括將燃料直接噴射到所述第一氣缸中
的直噴式噴射器，且所述直噴式噴射器的末端可設(shè)置在距離所述渦輪側(cè)排氣門比距離所述
旁通側(cè)排氣門更近的位置處。 根據(jù)這種構(gòu)造，第一氣缸中的直噴式噴射器的末端可設(shè)置在溫度相對(duì)較高的渦輪 側(cè)排氣門附近。由于這種設(shè)置，燃料被噴射至靠近渦輪側(cè)排氣門的高溫位置，因而燃料蒸發(fā) 的潛熱將降低渦輪側(cè)排氣門的周圍溫度。因此，能夠可靠地防止諸如因存在高溫點(diǎn)而引起 的提前點(diǎn)火等異常燃燒的發(fā)生。此外，由于燃料被噴射到高溫位置，所以能夠促進(jìn)燃料的霧 化，因而能夠?qū)嵤┝己萌紵?此外，在前述構(gòu)造中，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)可具有設(shè)置成與所述第一氣缸相鄰的第二氣缸。所述渦輪側(cè)排氣門和所述旁通側(cè)排氣門的位置在所述相鄰的氣缸之間可以相反，且 與所述第一氣缸的所述旁通側(cè)排氣門相連通的排氣口和與所述第二氣缸的所述旁通側(cè)排 氣門相連通的排氣口可在氣缸蓋內(nèi)匯合。 根據(jù)這種構(gòu)造，可使經(jīng)由每個(gè)氣缸的旁通側(cè)排氣門排出的排氣的通道長(zhǎng)度和通道 表面積變小。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，可使從自旁通側(cè)排氣通道流至排氣凈 化催化劑的排氣中去除的熱量變得盡可能少，因而能夠促使溫度盡可能高的排氣流入排氣 凈化催化劑中。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)排氣凈化催化劑的快速預(yù)熱和溫度保持，因而能夠進(jìn)一步改 善排放性能。 本發(fā)明的第二方面是一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣 缸設(shè)置有渦輪側(cè)排氣門、旁通側(cè)排氣門、第一進(jìn)氣門以及第二進(jìn)氣門，所述渦輪側(cè)排氣門打 開和關(guān)閉與通向渦輪增壓器的渦輪積入口的渦輪側(cè)排氣通道連通的排氣口 ，所述旁通側(cè)排 氣門打開和關(guān)閉與旁通所述渦輪機(jī)的旁通側(cè)排氣通道連通的排氣口 ，所述第一進(jìn)氣門設(shè)置 成與所述渦輪側(cè)排氣門對(duì)置，所述第二進(jìn)氣門設(shè)置成與所述旁通側(cè)排氣門對(duì)置。在該控制 方法中，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷時(shí)，將所述渦輪側(cè)排 氣門停止于關(guān)閉狀態(tài)而允許所述旁通側(cè)排氣門操作，而且還將所述第一進(jìn)氣門停止于關(guān)閉 狀態(tài)而允許所述第二進(jìn)氣門操作。 因此，當(dāng)氣缸內(nèi)的已燃燒氣體被新鮮空氣替代時(shí)，缸內(nèi)氣體從第二進(jìn)氣門朝向旁 通側(cè)排氣門流動(dòng)，因而能夠產(chǎn)生沿該方向轉(zhuǎn)動(dòng)的強(qiáng)勁的渦流。因而，促進(jìn)了氣缸內(nèi)的混合， 并能夠改善燃燒。因此，能夠執(zhí)行良好燃燒，即使在諸如低溫、低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、稀燃運(yùn)轉(zhuǎn)、EGR 運(yùn)轉(zhuǎn)等嚴(yán)峻的燃燒條件下也如此。因此，能夠獲得改善燃料經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)良效果以及防止爆 震的優(yōu)良效果。


根據(jù)參考附圖的實(shí)施方式的以下描述，本發(fā)明的前述及另外的目的、特征以及優(yōu) 點(diǎn)將變得清楚，其中，相同的數(shù)字用于表示相同的元件，且其中
圖1是示意性示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的系統(tǒng)構(gòu)造的圖； 圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式1中的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門和排氣門的氣門升程圖；
圖3是用于說(shuō)明在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)的氣缸內(nèi)的氣體流動(dòng)的圖；
圖4是用于說(shuō)明在中等發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷或高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)的氣缸內(nèi)的氣體流動(dòng)的圖；
圖5是用于說(shuō)明火花塞和直噴式噴射器的設(shè)置的示意圖；以及
圖6是示意性示出內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋的圖。
具體實(shí)施例方式
K實(shí)施方式1〗 圖1是示意性示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的系統(tǒng)構(gòu)造的圖。如圖1所示，本實(shí)施方 式的系統(tǒng)包括安裝在車輛等中的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10配裝有渦輪增壓器12，渦 輪增壓器12具有排氣渦輪機(jī)12a和進(jìn)氣壓縮機(jī)12b。本實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10是六缸 V型發(fā)動(dòng)機(jī)。圖l示出了 V-6發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸列中的一列(兩側(cè)中的一側(cè)的三個(gè)氣缸)。另 外，本發(fā)明中的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)不局限于這種類型，而是可以具有成任意氣缸設(shè)置的任意數(shù)目的氣缸。 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)氣缸設(shè)置有兩個(gè)排氣門，S卩，渦輪側(cè)排氣門EX2和旁通側(cè)排 氣門EXl 。在本實(shí)施方式中，氣缸的這些氣門設(shè)置成使得相鄰氣缸的渦輪側(cè)排氣門EX2和旁 通側(cè)排氣門EX1的位置彼此相反。具體地，在圖1中，中間氣缸的渦輪側(cè)排氣門EX2和旁通 側(cè)排氣門EX1的位置與兩側(cè)氣缸的渦輪側(cè)排氣門EX2和旁通側(cè)排氣門EX1的位置相反。另 外，在本發(fā)明中，前述構(gòu)造不是限制性的，渦輪側(cè)排氣門EX2和旁通側(cè)排氣門EX1的位置在 相鄰氣缸之間可以是相同的。 與渦輪側(cè)排氣門EX2連通的排氣口與通向渦輪增壓器12的排氣渦輪機(jī)12a的進(jìn) 氣口的渦輪側(cè)排氣通道14連通。另一方面，與旁通側(cè)排氣門EX1連通的排氣口與不通向排 氣渦輪機(jī)12a的進(jìn)氣口的旁通側(cè)排氣通道16—換言之，旁通排氣渦輪機(jī)12a的旁通側(cè)排氣 通道16—相連通。 已經(jīng)過(guò)排氣渦輪機(jī)12a的排氣以及已經(jīng)過(guò)旁通側(cè)排氣通道16的排氣匯集成單一 氣流，該單一氣流流入排氣凈化催化劑18內(nèi)。 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)氣缸設(shè)置有兩個(gè)進(jìn)氣門，S卩，第一進(jìn)氣門IN1和第二進(jìn)氣門 IN2。第一進(jìn)氣門IN1設(shè)置成與渦輪側(cè)排氣門EX2對(duì)置(相鄰)，而第二進(jìn)氣門IN2設(shè)置成 與旁通側(cè)排氣門EX1對(duì)置(相鄰)。 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10配裝有渦輪側(cè)排氣門停止機(jī)構(gòu)20，該渦輪側(cè)排氣門停止機(jī)構(gòu)20僅 將每個(gè)氣缸的渦輪側(cè)排氣門EX2停止于關(guān)閉狀態(tài)而允許旁通側(cè)排氣門EX1操作。此外，內(nèi) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)10還配裝有第一進(jìn)氣門停止機(jī)構(gòu)22和第二進(jìn)氣門改變機(jī)構(gòu)24，所述第一進(jìn)氣門 停止機(jī)構(gòu)22僅將每個(gè)氣缸的第一進(jìn)氣門IN1停止于關(guān)閉狀態(tài)而允許第二進(jìn)氣門IN2操作， 所述第二進(jìn)氣門改變機(jī)構(gòu)24改變每個(gè)氣缸的第二進(jìn)氣門IN2的氣門開啟持續(xù)時(shí)間(工作 角度)。這些機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是公知的，所以在本說(shuō)明書中省略其描述。 如上所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10可以是運(yùn)轉(zhuǎn)于比化學(xué)計(jì)量空燃比稀的空燃比的稀薄燃 燒發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10還可配裝有執(zhí)行EGR(排氣再循環(huán))操作的EGR裝置，在 EGR操作中，部分排氣回流至進(jìn)氣通道中。 本實(shí)施方式的系統(tǒng)配裝有ECU(電子控制單元)50。包括渦輪側(cè)排氣門停止機(jī)構(gòu) 20、第一進(jìn)氣門停止機(jī)構(gòu)22和第二進(jìn)氣門改變機(jī)構(gòu)24以及燃料噴射裝置、點(diǎn)火裝置、節(jié)氣 門等(均未在圖中示出)的致動(dòng)器、還有諸如加速器位置傳感器26、曲柄轉(zhuǎn)角傳感器、空氣 流量計(jì)等各種傳感器在內(nèi)的各種裝置等都電連接至ECU 50。加速器位置傳感器26檢測(cè)加 速器踏板的位置。根據(jù)由加速器位置傳感器26檢測(cè)到的值，能夠計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷。
圖2是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)氣缸的進(jìn)氣門和排氣門的氣門升程圖。如圖2所示， 旁通側(cè)排氣門EX1的開啟正時(shí)晚于渦輪側(cè)排氣門EX2的開啟正時(shí)，而且旁通側(cè)排氣門EX1 的關(guān)閉正時(shí)晚于渦輪側(cè)排氣門EX2的關(guān)閉正時(shí)。具體地，旁通側(cè)排氣門EX1在排氣行程的 后半程中打開，并在進(jìn)氣門打開之后關(guān)閉。此外，旁通側(cè)排氣門EX1的氣門開啟持續(xù)時(shí)間比 渦輪側(cè)排氣門EX2的氣門開啟持續(xù)時(shí)間短。 另外，如圖2所示，第二進(jìn)氣門IN2的氣門開啟持續(xù)時(shí)間通過(guò)第二進(jìn)氣門改變機(jī)構(gòu) 24的操作而連續(xù)改變。ECU 50控制第二進(jìn)氣門改變機(jī)構(gòu)24使得在高速及高負(fù)荷工作時(shí)， 使第二進(jìn)氣門IN2的氣門開啟持續(xù)時(shí)間變?yōu)榛镜扔诘谝贿M(jìn)氣門IN1的氣門開啟持續(xù)時(shí)間 的最大氣門開啟持續(xù)時(shí)間，并使得第二進(jìn)氣門IN2的氣門開啟持續(xù)時(shí)間隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷減小而縮短。 另一方面，根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的工作狀況來(lái)如下所述地控制渦輪側(cè)排氣門停止 機(jī)構(gòu)20和第一進(jìn)氣門停止機(jī)構(gòu)22。
(在起動(dòng)、低負(fù)荷時(shí)) 在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，ECU 50經(jīng)由渦輪側(cè)排氣門停止機(jī)構(gòu)20將每個(gè) 氣缸的渦輪側(cè)排氣門EX2停止于關(guān)閉狀態(tài)，并經(jīng)由第一進(jìn)氣門停止機(jī)構(gòu)22將第一進(jìn)氣門 INI停止于關(guān)閉狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，每個(gè)氣缸中的已燃燒氣體經(jīng)由旁通側(cè)排氣門EX1完全 排出。因此，全部的排氣量流入旁通側(cè)排氣通道16中，并在不經(jīng)過(guò)排氣渦輪機(jī)12a的情況 下流入排氣凈化催化劑18中。因此，能夠避免排氣渦輪機(jī)12a中的氣體溫度的下降，因而 能夠促使高溫排氣流入排氣凈化催化劑18中。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，排氣凈化催化劑18 能夠快速預(yù)熱。此外，可在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷低時(shí)將排氣凈化催化劑18的溫度保持為高溫。由于 這些特征，排放性能可得以充分改善。 圖3是用于說(shuō)明在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)的氣缸內(nèi)的氣體流動(dòng)的圖。如上 所述，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，渦輪側(cè)排氣門EX2和第一進(jìn)氣門IN1停止，而只有 旁通側(cè)排氣門EX1和第二進(jìn)氣門IN2進(jìn)行操作。因此，當(dāng)氣缸內(nèi)的已燃燒氣體被新鮮空氣所 替代時(shí)，已燃燒氣體經(jīng)由旁通側(cè)排氣門EX1排出，而新鮮空氣經(jīng)由第二進(jìn)氣門IN2流入。因 此，缸內(nèi)氣體沿圖3中的箭頭方向流動(dòng)。因此，能夠產(chǎn)生在圖3中順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的強(qiáng)勁渦流。
(在中等負(fù)荷、高負(fù)荷時(shí)) 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷上升至中等負(fù)荷區(qū)域或高負(fù)荷區(qū)域時(shí)，ECU 50切換第一進(jìn)氣門停止 機(jī)構(gòu)22和渦輪側(cè)排氣門停止機(jī)構(gòu)20以操作渦輪側(cè)排氣門EX2和第一進(jìn)氣門IN1。在這種 狀態(tài)期間，渦輪側(cè)排氣門EX2先于旁通側(cè)排氣門EX1打開。因此，缸內(nèi)的高溫已燃燒氣體首 先被供應(yīng)至排氣渦輪機(jī)12a。因此，渦輪增壓器12操作，因而能夠執(zhí)行增壓。在排氣行程的 后半程期間，旁通側(cè)排氣門EX1打開。因?yàn)榕酝▊?cè)排氣門EX1不通向排氣渦輪機(jī)12a的入 口，所以旁通側(cè)排氣門EX1中的背壓低。因此，缸內(nèi)的已燃燒氣體可經(jīng)由旁通側(cè)排氣門EX1 有效排出。因此，能夠使缸內(nèi)殘留氣體量變得非常小，而空氣量能夠相應(yīng)增加，因而能夠?qū)?現(xiàn)高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。此外，因?yàn)闅埩魵怏w量小，所以能夠抑制爆震，并能夠避免點(diǎn)火正時(shí)延遲。 因此，能夠獲得增大的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出和改善的燃料經(jīng)濟(jì)性。 圖4是用于說(shuō)明在中等發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷或高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)的氣缸內(nèi)的氣體流動(dòng)的圖。 在中等發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷或高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，每個(gè)氣缸的渦輪側(cè)排氣門EX2和旁通側(cè)排氣門EX1 都打開。渦輪側(cè)排氣門EX2的氣門開啟持續(xù)時(shí)間比旁通側(cè)排氣門EX1的氣門開啟持續(xù)時(shí)間 長(zhǎng)。因此，就從氣缸排出的已燃燒氣體的流動(dòng)而言，渦輪側(cè)排氣門EX2側(cè)的流動(dòng)變?yōu)橹髁?動(dòng)。此外，在進(jìn)氣側(cè)，第一進(jìn)氣門IN1和第二進(jìn)氣門IN2都打開。如上所述，在除高速及高 負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域之外的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中，第二進(jìn)氣門IN2的氣門開啟持續(xù)時(shí)間比第一進(jìn)氣門IN1 的氣門開啟持續(xù)時(shí)間短。因此，就進(jìn)入每個(gè)氣缸中的新鮮空氣的流動(dòng)而言，第一進(jìn)氣門IN1 側(cè)的流動(dòng)變?yōu)橹髁鲃?dòng)。因此，當(dāng)缸內(nèi)的已燃燒氣體被新鮮空氣所替代時(shí)，缸內(nèi)氣體沿圖4中 的箭頭方向流動(dòng)。具體地，能夠產(chǎn)生在圖4中逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的強(qiáng)勁渦流。
如上所述，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10能夠在圖3和圖4所示的狀態(tài)中的任一狀態(tài)下在氣缸內(nèi) 產(chǎn)生強(qiáng)勁渦流，因此能夠促進(jìn)氣缸內(nèi)的混合。因而，能夠改善燃燒，從而獲得良好燃燒，即使 在具體為在低溫、低負(fù)荷、稀燃運(yùn)轉(zhuǎn)、EGR運(yùn)轉(zhuǎn)等嚴(yán)峻的燃燒條件下也如此。因此，能夠獲得改善燃料經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)良效果以及防止爆震的優(yōu)良效果。 本實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10具有用于每個(gè)氣缸的兩個(gè)火花塞28、30。這會(huì)在兩個(gè) 點(diǎn)處點(diǎn)火。因此，能夠?qū)嵤┓€(wěn)定的燃燒，即使在例如稀燃運(yùn)轉(zhuǎn)、EGR運(yùn)轉(zhuǎn)等不易于點(diǎn)火的條 件下也如此。此外，本實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的每個(gè)氣缸具有將燃料直接噴射到氣缸中 的直噴式噴射器32。圖5是用于說(shuō)明火花塞28、30和直噴式噴射器32的設(shè)置的示意圖。
如圖5所示，在兩個(gè)火花塞中，火花塞28基本設(shè)置于中心處，而另一火花塞30設(shè) 置在遠(yuǎn)離渦輪側(cè)排氣門EX2而靠近旁通側(cè)排氣門EX1的位置處。通常，周圍溫度越高則火 花塞的所需電壓變得越高。在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10中，如下所述，旁通側(cè)排氣門EX1的周圍溫度 低于渦輪側(cè)排氣門EX2的周圍溫度。因此，由于火花塞30設(shè)置于靠近低溫的旁通側(cè)排氣門 EX1的位置處，而不是靠近高溫的渦輪側(cè)排氣門EX2的位置處，所以可使火花塞30的所需電 壓變得相對(duì)較低。 在中等負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域或高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)，渦輪側(cè)排氣門EX2較早打開，而旁通 側(cè)排氣門EX1在缸內(nèi)溫度已充分下降的排氣行程的后半程期間打開。因此，盡管經(jīng)過(guò)渦輪 側(cè)排氣門EX2的排氣具有相對(duì)較高的溫度，但是經(jīng)過(guò)旁通側(cè)排氣門EX1排氣的溫度相對(duì)較 低，而且量少。因而，旁通側(cè)排氣門EX1的溫度顯著低于渦輪側(cè)排氣門EX2的溫度，以致旁 通側(cè)排氣門EX1的周圍溫度也變得顯著低于渦輪側(cè)排氣門EX2的周圍溫度。因而，可減小 設(shè)置在旁通側(cè)排氣門EX1附近的火花塞30的所需電壓。因此，能夠延長(zhǎng)火花塞30的使用 壽命。此外，為了有助于成本降低，代替經(jīng)受高電壓的昂貴的火花塞，可采用便宜的低電壓 火花塞。 就直噴式噴射器32而言，其末端(噴射孔)設(shè)置在遠(yuǎn)離旁通側(cè)排氣門EX1而靠近 渦輪側(cè)排氣門EX2的位置。由于這種設(shè)置，將燃料噴射至靠近渦輪側(cè)排氣門EX2的高溫位 置，因而燃料蒸發(fā)的潛熱將降低渦輪側(cè)排氣門EX2的周圍溫度。因此，能夠可靠地防止諸如 因存在高溫點(diǎn)而引起的提前點(diǎn)火等異常燃燒的發(fā)生。此外，由于燃料被噴射到高溫位置，所 以能夠促進(jìn)燃料的霧化，從而能夠?qū)嵤┝己萌紵?圖6是示意性示出內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的氣缸蓋34的圖。如上所述，在本實(shí)施方式的內(nèi) 燃發(fā)動(dòng)機(jī)10中，氣缸的氣門設(shè)置成使得相鄰氣缸的渦輪側(cè)排氣門EX2和旁通側(cè)排氣門EX1 的位置彼此相反。因此，中間氣缸的旁通側(cè)排氣門EX1與左側(cè)氣缸的旁通側(cè)排氣門EX1定位 成彼此相鄰。此外，與中間氣缸的旁通側(cè)排氣門EX1相連通的排氣口 36和與左側(cè)氣缸的旁 通側(cè)排氣門EX1相連通的排氣口 38形成為在氣缸蓋34內(nèi)匯合。由于本實(shí)施方式的這種構(gòu) 造，可以減小經(jīng)由每個(gè)氣缸的旁通側(cè)排氣門EX1排出的排氣的通道長(zhǎng)度和通道表面積。因 此，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，可使從自旁通側(cè)排氣通道14流至排氣凈化催化劑18 的排氣中去除的熱量變得盡可能少，因而能夠促使溫度盡可能高的排氣流入排氣凈化催化 劑18中。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)排氣凈化催化劑18的快速預(yù)熱和溫度保持，從而能夠進(jìn)一步改善 排放性能。 此外，在本實(shí)施方式中，圖6中的中間氣缸的渦輪側(cè)排氣門EX2和右側(cè)氣缸的渦輪 側(cè)排氣門EX2定位成彼此相鄰。與中間氣缸的渦輪側(cè)排氣門EX2相連通的排氣口 40和與 右側(cè)氣缸的渦輪側(cè)排氣門EX2相連通的排氣口 42形成為在氣缸蓋34內(nèi)匯合。因此，可以 減小經(jīng)由每個(gè)氣缸的渦輪側(cè)排氣門EX2排出的排氣的通道長(zhǎng)度和通道表面積，從而能夠升 高流入排氣渦輪機(jī)12a的排氣的溫度(能量)。因此，能夠迅速升高渦輪增壓器12的轉(zhuǎn)速。
盡管已參考圖中所示的實(shí)施方式描述了本發(fā)明的用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，但 是本發(fā)明并不局限于前述實(shí)施方式。例如，盡管在上述實(shí)施方式中，旁通側(cè)排氣門EX1的氣 門開啟持續(xù)時(shí)間是固定的，但內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10還可設(shè)置有改變旁通側(cè)排氣門EX1的氣門開啟 持續(xù)時(shí)間的可變氣門機(jī)構(gòu)。此外，還可以在旁通側(cè)排氣通道16的中間部分中設(shè)置旁通控制 閥。 另外，在上述實(shí)施方式1中，ECU 50通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)經(jīng)由渦 輪側(cè)排氣門停止機(jī)構(gòu)20將渦輪側(cè)排氣門EX2停止于關(guān)閉狀態(tài)、并經(jīng)由第一進(jìn)氣門停止機(jī)構(gòu) 22將第一進(jìn)氣門INI停止于關(guān)閉狀態(tài)而用作為本發(fā)明中的"停止機(jī)構(gòu)控制部"。
權(quán)利要求
一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，第一氣缸設(shè)置有渦輪側(cè)排氣門、旁通側(cè)排氣門、第一進(jìn)氣門以及第二進(jìn)氣門，所述渦輪側(cè)排氣門打開和關(guān)閉與通向渦輪增壓器的渦輪機(jī)入口的渦輪側(cè)排氣通道連通的排氣口，所述旁通側(cè)排氣門打開和關(guān)閉與旁通所述渦輪機(jī)的旁通側(cè)排氣通道連通的排氣口，所述第一進(jìn)氣門設(shè)置成與所述渦輪側(cè)排氣門對(duì)置，所述第二進(jìn)氣門設(shè)置成與所述旁通側(cè)排氣門對(duì)置；渦輪側(cè)排氣門停止機(jī)構(gòu)，所述渦輪側(cè)排氣門停止機(jī)構(gòu)將所述渦輪側(cè)排氣門停止于關(guān)閉狀態(tài)而允許所述旁通側(cè)排氣門操作；第一進(jìn)氣門停止機(jī)構(gòu)，所述第一進(jìn)氣門停止機(jī)構(gòu)將所述第一進(jìn)氣門停止于關(guān)閉狀態(tài)而允許所述第二進(jìn)氣門操作；以及停止機(jī)構(gòu)控制部，所述停止機(jī)構(gòu)控制部在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷時(shí)將所述渦輪側(cè)排氣門和所述第一進(jìn)氣門停止于關(guān)閉狀態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的中等負(fù)荷時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)荷時(shí)，使所述渦輪側(cè) 排氣門的氣門開啟持續(xù)時(shí)間比所述旁通側(cè)排氣門的氣門開啟持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，并使所述第一進(jìn) 氣門的氣門開啟持續(xù)時(shí)間比所述第二進(jìn)氣門的氣門開啟持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷時(shí)在所述第一氣缸中所 形成的渦流的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的中等負(fù)荷時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的高 負(fù)荷時(shí)在所述第一氣缸中所形成的渦流的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的中等負(fù)荷時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)荷時(shí)，所述旁通側(cè)排氣門晚于所述渦輪側(cè)排氣門打開，且所述旁通側(cè)排氣門晚于所述渦輪側(cè)排氣門關(guān)閉。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有用于所述第一氣缸的兩個(gè)火花塞，并且所述兩個(gè)火花塞中的一個(gè)火花塞設(shè)置成靠近所述第一氣缸的中心，所述兩個(gè)火花塞中 的另一火花塞設(shè)置于距離所述旁通側(cè)排氣門比距離所述渦輪側(cè)排氣門更近的位置處。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括將燃料直接噴射到所述第一氣缸中的直噴式噴射器，且所述直噴式噴射器的末端設(shè)置在距離所述渦輪側(cè)排氣門比距離所述旁通側(cè)排氣門更近的位置處。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有設(shè)置成與所述第一氣缸相鄰的第二氣缸；所述第一氣缸和所述第二氣缸的所述渦輪側(cè)排氣門和所述旁通側(cè)排氣門的位置在所 述第一氣缸與所述第二氣缸之間相反，而且與所述第一氣缸的所述旁通側(cè)排氣門相連通的 排氣口和與所述第二氣缸的所述旁通側(cè)排氣門相連通的排氣口在氣缸蓋內(nèi)匯合。
8. 如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有設(shè)置成與所述第二氣缸相鄰的第三氣缸；所述第二氣缸和所述第三氣缸的所述渦輪側(cè)排氣門和所述旁通側(cè)排氣門的位置在所 述第二氣缸與所述第三氣缸之間相反，而且與所述第二氣缸的所述渦輪側(cè)排氣門相連通的排氣口和與所述第三氣缸的所述渦輪側(cè)排氣門相連通的排氣口在氣缸蓋內(nèi)匯合。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于進(jìn)一步包括 第二進(jìn)氣門改變機(jī)構(gòu)，所述第二進(jìn)氣門改變機(jī)構(gòu)改變所述第二進(jìn)氣門的氣門開啟持續(xù)時(shí)間；其中，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的中等負(fù)荷時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)荷時(shí)，所述第 二進(jìn)氣門的氣門開啟持續(xù)時(shí)間設(shè)定成比所述第一進(jìn)氣門的所述氣門開啟持續(xù)時(shí)間短，而且其中，所述第二進(jìn)氣門改變機(jī)構(gòu)隨著所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷增大而將所述第二進(jìn)氣門 的氣門開啟持續(xù)時(shí)間變得更長(zhǎng)。
10. —種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣缸設(shè)置有渦輪側(cè)排氣 門、旁通側(cè)排氣門、第一進(jìn)氣門以及第二進(jìn)氣門，所述渦輪側(cè)排氣門打開和關(guān)閉與通向渦輪 增壓器的渦輪機(jī)入口的渦輪側(cè)排氣通道連通的排氣口 ，所述旁通側(cè)排氣門打開和關(guān)閉與旁 通所述渦輪機(jī)的旁通側(cè)排氣通道連通的排氣口 ，所述第一進(jìn)氣門設(shè)置成與所述渦輪側(cè)排 氣門對(duì)置，所述第二進(jìn)氣門設(shè)置成與所述旁通側(cè)排氣門對(duì)置，所述控制方法的特征在于包 括在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷時(shí)，將所述渦輪側(cè)排氣門 停止于關(guān)閉狀態(tài)而允許所述旁通側(cè)排氣門操作，而且還將所述第一進(jìn)氣門停止于關(guān)閉狀態(tài) 而允許所述第二進(jìn)氣門操作。
11. 如權(quán)利要求10所述的控制方法，其特征在于進(jìn)一步包括在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的中等負(fù)荷時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)荷時(shí)，相比所述旁通 側(cè)排氣門長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間打開所述渦輪側(cè)排氣門，而且以比所述第二進(jìn)氣門長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間打 開所述第一進(jìn)氣門。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的控制方法，其特征在于，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷時(shí)在所述氣缸中所形成 的渦流的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的中等負(fù)荷時(shí)和/或在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)荷 時(shí)在所述氣缸中所形成的渦流的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。
13. 如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于進(jìn)一步包括 晚于所述渦輪側(cè)排氣門打開所述旁通側(cè)排氣門，且晚于所述渦輪側(cè)排氣門關(guān)閉所述旁通側(cè)排氣門。
全文摘要
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸設(shè)置有渦輪側(cè)排氣門、旁通側(cè)排氣門、第一進(jìn)氣門以及第二進(jìn)氣門，所述渦輪側(cè)排氣門打開和關(guān)閉與通向渦輪增壓器的渦輪機(jī)入口的渦輪側(cè)排氣通道連通的排氣口，所述旁通側(cè)排氣門打開和關(guān)閉與旁通渦輪機(jī)的旁通側(cè)排氣通道連通的排氣口，所述第一進(jìn)氣門設(shè)置成與所述渦輪側(cè)排氣門對(duì)置，所述第二進(jìn)氣門設(shè)置成與所述旁通側(cè)排氣門對(duì)置。在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)和/或在低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷時(shí)，所述渦輪側(cè)排氣門和所述第一進(jìn)氣門停止于關(guān)閉狀態(tài)。
文檔編號(hào)F02D13/02GK101730790SQ200880023949
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
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