專利名稱：用于內(nèi)燃發(fā)動機的控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的控制設(shè)備。
背景技術(shù)：
日本專利特許公開No. 2007-16766 (例如，參考第0047至0049段) 中所公開的可變氣門機構(gòu)是一種用于每個氣缸具有兩個進氣門的內(nèi)燃發(fā) 動機的可變氣門機構(gòu)。該可變氣門機構(gòu)能夠在雙氣門可變控制狀態(tài)與單氣 門可變控制狀態(tài)之間切換，在雙氣門可變控制狀態(tài)下，兩個進氣門的操作 角都是連續(xù)可變的，在單氣門可變控制狀態(tài)下， 一個進氣門的操作角是連 續(xù)可變的而另一個進氣門的操作角保持為大。在高負荷、高轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)，
定于大操作角。但是，在其它區(qū)域內(nèi)，該可變氣門機構(gòu)i^單氣門可變控 制狀態(tài)并實施控制使得一個進氣門的操作角小于另一進氣門的操作角(例 如，參考第0069段以及圖9 )。
〖專利文獻12日本專利特許z^開No. 2007-16766

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題
上述可變氣門機構(gòu)能夠通過在單氣門可變控制狀態(tài)(以下將結(jié)果狀態(tài) 稱為"單氣門小操作角狀態(tài)")中在兩個進氣門的操作角之間產(chǎn)生大的差 異的方式而在兩個進氣口的流率之間產(chǎn)生大的差異。因而，來自具有高流 率的進氣口的流量超過來自另一進氣口的流量，從而在氣缸內(nèi)產(chǎn)生渦流。 由此，可在稀薄燃燒或EGR (廢氣再循環(huán))操作中增強渦流以改善燃燒。
但是，在單氣門小操作角狀態(tài)下，將一個進氣門設(shè)定于大操作角。由 此，在節(jié)氣門開度大時，大量空氣流入氣釭內(nèi)。因此，當(dāng)具有上述傳統(tǒng)的 可變氣門機構(gòu)的內(nèi)燃發(fā)動機處于極低負荷狀態(tài)時，有必要通過減小節(jié)氣門開度來調(diào)節(jié)負荷。因而，泵氣損失增大，進而減小了稀薄燃燒或EGR操 作的燃料效率提高的效果。
此外，在低負荷狀態(tài)下不加區(qū)別地執(zhí)行稀薄燃燒或EGR操作可能不 利地影響燃料效率、預(yù)熱、排放、以及驅(qū)動性能等。
鑒于以上情況已完成本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種用于內(nèi)燃發(fā) 動機的控制設(shè)備，該控制設(shè)備能夠提高該內(nèi)燃發(fā)動機的燃料效率，該內(nèi)燃 發(fā)動機具有能夠在雙氣門可變控制狀態(tài)與單氣門小操作角狀態(tài)之間切換 的進氣可變氣門機構(gòu)，在雙氣門可變控制狀態(tài)下，兩個進氣門的操作角都 是可變的，在單氣門小操作角控制狀態(tài)下， 一個進氣門的操作角小于另一 個進氣門的操作角。
解決問題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的第一方面是一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的控制設(shè)備，包括
內(nèi)燃發(fā)動機，所述內(nèi)燃發(fā)動機具有稀薄燃燒能力和/或外部EGR能力；
進氣可變氣門機構(gòu)，所述進氣可變氣門機構(gòu)能夠在雙氣門可變控制狀 態(tài)與單氣門小操作角狀態(tài)之間切換，在所述雙氣門可變控制狀態(tài)下，為用
于所述內(nèi)燃發(fā)動機的每個氣缸設(shè)置的第一進氣門和第二進氣門的操作角 都是可變的，在所述單氣門小操作角狀態(tài)下，所述第二進氣門的操作角小 于所述第 一進氣門的操作角；
運轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)定裝置，所述運轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)定裝置用于至少設(shè)定高負荷區(qū)域、 低負荷區(qū)域以及極低負荷區(qū)域作為用于所述內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)區(qū)域，在所 述低負荷區(qū)域中負荷比在所述高負荷區(qū)域中低，在所述極低負荷區(qū)域中負 荷比在所述低負荷區(qū)域中低；以及
運轉(zhuǎn)^^莫式控制裝置，所述運轉(zhuǎn)模式控制裝置用于在所述高負荷區(qū)域或 所述極低負荷區(qū)域中使用化學(xué)計量雙氣門可變控制模式以在所述雙氣門 可變控制狀態(tài)下提供處于理論空燃比的燃燒；并在所述低負荷區(qū)域中使用 稀薄單氣門小操作角模式以在所述單氣門小操作角狀態(tài)下提供稀薄燃燒 或使用EGR單氣門小操作角模式以在所述單氣門小操作角狀態(tài)下提供外 部EGR。
本發(fā)明的第二方面是一種根據(jù)第一方面的用于內(nèi)燃發(fā)動機的控制設(shè) 備，進一步包括溫度獲取裝置，所述溫度獲取裝置用于檢測或估算所述內(nèi)燃發(fā)動機的
其中，當(dāng)所述代表溫度低于預(yù)定溫度時，所述運轉(zhuǎn)模式控制裝置在所 述低負荷區(qū)域中也使用所述化學(xué)計量雙氣門可變控制模式。
本發(fā)明的第三方面是一種根據(jù)第一方面的用于內(nèi)燃發(fā)動機的控制設(shè)
備，進一步包括
溫度獲取裝置，所述溫度獲取裝置用于檢測或估算EGR氣體溫度或 進氣溫度；
其中，當(dāng)所述EGR氣體溫度或所述進氣溫度高于預(yù)定溫度時，所述 運轉(zhuǎn)模式控制裝置在所述低負荷區(qū)域中也使用所述化學(xué)計量雙氣門可變 控制模式。
發(fā)明的效果
本發(fā)明的第一方面在高負荷區(qū)域或極低負荷區(qū)域內(nèi)使用化學(xué)計量雙氣 門可變控制模式以在雙氣門可變控制狀態(tài)下提供處于理論空燃比的燃燒； 并在低負荷區(qū)域內(nèi)使用稀薄單氣門小操作角模式以在所述單氣門小操作 角狀態(tài)下提供稀薄燃燒或使用EGR單氣門小操作角模式以在所述單氣門 小操作角狀態(tài)下提供EGR。在低負荷區(qū)域內(nèi)，稀薄單氣門小操作角模式和 EGR單氣門小操作角模式經(jīng)受的冷卻損失比化學(xué)計量雙氣門可變控制模 式小。由此，前兩種模式表現(xiàn)出的燃料消耗比后一種模式低。因此，通過 在低負荷區(qū)域內(nèi)使用稀薄單氣門小操作角模式和EGR單氣門小操作角模 式可提高低負荷區(qū)域的燃料效率。另一方面，在極低負荷區(qū)域內(nèi)，使用稀 薄單氣門小操作角模式和EGR單氣門小操作角模式需要節(jié)流，從而增大 泵氣損失；因此，在化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中，燃料消耗較低。由 此，通it^L極低負荷區(qū)域內(nèi)使用化學(xué)計量雙氣門可變控制模式可進一步提 高燃料效率。如上所述，本發(fā)明的笫一方面使得能夠根據(jù)運轉(zhuǎn)區(qū)域來選擇 最低燃料消耗運轉(zhuǎn)模式。因此，可提高燃料效率。
本發(fā)明的第二方面在內(nèi)燃發(fā)動機的代表溫度或者安裝在所述內(nèi)燃發(fā)動 機的排氣通路中的催化劑的代表溫度低于預(yù)定溫度的情況下，能夠在低負 荷區(qū)域內(nèi)也使用化學(xué)計量雙氣門可變控制模式。燃燒溫度和排氣溫度在稀 薄單氣門小操作角模式和EGR單氣門小操作角模式中比在化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中低。因此，如果在內(nèi)燃發(fā)動機和催化劑未充，熱的狀
態(tài)下使用稀薄單氣門小操作角模式或EGR單氣門小操作角模式，則內(nèi)燃 發(fā)動機和催化劑的預(yù)熱可能延遲，進而不利地影響燃料效率、排放、驅(qū)動 性能等。本發(fā)明的第二方面能夠完全避免這樣的不利影響，因為其能夠在 內(nèi)燃發(fā)動機和催化劑未充^熱的狀態(tài)下，在不切換至稀薄單氣門小操作 角模式或EGR單氣門小操作角模式的情況下使用化學(xué)計量雙氣門可變控 制模式。
本發(fā)明的第三方面在EGR氣體溫度或進氣溫度高于預(yù)定溫度的情況 下，能夠在低負荷區(qū)域內(nèi)也使用化學(xué)計量雙氣門可變控制模式。如果在 EGR氣體溫度或進氣溫度高時使用EGR單氣門小操作角模式或稀薄單氣 門小操作角模式，則因為進氣溫度由于進氣節(jié)流而升高，所以有可能發(fā)生 爆震。本發(fā)明的第三方面能夠完全避免EGR爆震，因為其能夠在EGR氣 體溫度或進氣溫度高時，在不切換至EGR單氣門小操作角模式或稀薄單 氣門小操作角模式的情況下使用化學(xué)計量雙氣門可變控制模式。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的系統(tǒng)的構(gòu)造；
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)區(qū)域與運 轉(zhuǎn)模式之間的關(guān)系的圖3示出了扭矩、燃料消耗率(SFC)以及進氣管壓力之間的關(guān)系；
圖4是圖示由本發(fā)明的第一實施方式所執(zhí)行的程序的流程圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)區(qū)域與運 轉(zhuǎn)才莫式之間的關(guān)系的圖6是圖示由本發(fā)明的第二實施方式所執(zhí)行的程序的流程圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的笫三實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)區(qū)域與運 轉(zhuǎn)模式之間的關(guān)系的圖8示出了在稀薄單氣門小操作角模式和化學(xué)計量雙氣門可變控制模 式中的排氣溫度；
圖9是圖示由本發(fā)明的第三實施方式所執(zhí)行的程序的流程圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)區(qū)域與運轉(zhuǎn)模式之間的關(guān)系的圖ll是圖示由本發(fā)明的第四實施方式所執(zhí)行的程序的流禾呈圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)區(qū)域與 運轉(zhuǎn)模式之間的關(guān)系的圖；以及
圖13是圖示由本發(fā)明的第五實施方式所執(zhí)行的程序的流程圖。
具體實施例方式
第一實施方式
〖系統(tǒng)構(gòu)造的描述〗
圖l示出了4艮據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的系統(tǒng)的構(gòu)造。如圖l所示， 根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的系統(tǒng)包括安裝作為例如車輛動力源的火花
點火式內(nèi)燃發(fā)動機IO。內(nèi)燃發(fā)動機IO內(nèi)的氣缸數(shù)目和氣缸的布置未具體限定。
內(nèi)燃發(fā)動機IO中的每個氣釭具有活塞12、進氣門14、排氣門16、火 花塞18以及燃料噴射器22，該燃料噴射器22將燃料直接噴射至氣缸內(nèi)(至 燃燒室內(nèi))。
內(nèi)燃發(fā)動機10是稀薄燃M動機。更具體地，內(nèi)燃發(fā)動機10能夠在 化學(xué)計量空燃比燃燒模式與稀薄燃燒模式之間切換，化學(xué)計量空燃比燃燒 模式實施控制使得缸內(nèi)空燃比接近于化學(xué)計量空燃比，稀薄燃燒模式提供 比化學(xué)計量空燃比稀的缸內(nèi)空燃比。
根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機10不局限于圖中所示的直接噴射發(fā)動機。可 替代地，內(nèi)燃發(fā)動機10可以是將燃料噴射至進氣口內(nèi)的進氣口噴射發(fā)動 機、或者既設(shè)置了直接噴射發(fā)動機又設(shè)置了進氣口噴射的發(fā)動機。
內(nèi)燃發(fā)動機10的每個氣釭具有兩個進氣門14。如果在^的說明中 需要將兩個進氣門14彼此區(qū)分，則將它們分別稱為笫一進氣門14a和第二 進氣門14b。
內(nèi)燃發(fā)動機10包括改變進氣門14的氣門開啟特性的進氣可變氣門機 構(gòu)24。進氣可變氣門機構(gòu)24能夠在雙氣門可變控制狀態(tài)與單氣門可變控 制狀態(tài)之間切換，在雙氣門可變控制狀態(tài)下，第一進氣門14a和第二進氣門14b的操作角能夠同時并連續(xù)地改變，在單氣門可變控制狀態(tài)下，第二 進氣門14b的^Mt角能夠連續(xù)地改變而第一進氣門14a的操作角保持為 大。實現(xiàn)以上功能的進氣可變氣門機構(gòu)24的機構(gòu)未具體限定?？蓪⒏鞣N已 知機構(gòu)(例如，在日本專利特許公開No. 2007-16766中所公開的機構(gòu))用 作為進氣可變氣門機構(gòu)24。因此，本文省略了進氣可變氣門機構(gòu)24的詳 細描述。
圖中所示的內(nèi)燃發(fā)動機10還包括改變排氣門16的氣門開啟特性的排 氣可變氣門機構(gòu)26。但是，在本發(fā)明中，排氣門16的氣門開啟特性可以 是不變的。
根據(jù)本實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機IO包括渦輪增壓器28。渦輪增壓器28 包括進M縮機28a和排氣渦輪28b。進氣壓縮機28a i殳置于進氣通路30 的中部。排氣渦輪28b設(shè)置在排氣通路32的中部。
用于檢測進氣量的空氣流量計34安裝在設(shè)置于進氣壓縮機28a上游的 進氣通路30中。用于對由進氣壓縮機28a壓縮的進氣進行冷卻的中冷器 36安裝在進氣壓縮機28a的下游。用于檢測進氣溫度的進氣溫度傳感器38 安裝在中冷器36的下游。電子控制節(jié)氣門40安裝在進氣溫度傳感器38 的下游。用于檢測節(jié)氣門40的開度的節(jié)氣門位置傳感器42安^節(jié)氣門 40的附近。
內(nèi)燃發(fā)動機10還包括EGR通路44, EGR通路44通過促使排氣通路 32中的部分排氣流回至進氣通路30來提供所謂的外部EGR (排氣再循 環(huán))。EGR通路44具有用于冷卻EGR氣體的EGR冷卻器45、用于控制 EGR氣體量(EGR速率)的EGR閥46、以及用于對已經(jīng)過EGR冷卻器 46的EGR氣體的溫度進行檢測的EGR氣體溫度傳感器47。
用于凈化排氣的催化劑48安裝在排氣通路32中。催化劑溫度傳感器 49安裝在催化劑48中以檢測催化劑48的催化劑床溫度。
根據(jù)本實施方式的系統(tǒng)進一步包括ECU (電子控制單元)50、用于檢 測加速器踏板的位置的加速器位置傳感器52、用于檢測內(nèi)燃發(fā)動機10的 曲柄轉(zhuǎn)角的曲柄轉(zhuǎn)角傳感器54、以及用于檢測內(nèi)燃發(fā)動機10的冷卻水溫 度的水溫傳感器56。 ECU 50電連接至諸如進氣溫度傳感器38、 EGR氣 體溫度傳感器47、催化劑溫度傳感器49、以及水溫傳感器56這樣的各種 傳感器，并電連接至諸如火花塞18、燃料噴射器22、進氣可變氣門^J24、節(jié)氣門40、以及EGR閥46這樣的各種致動器。根據(jù)從傳感器饋送的 信號，ECU50通過調(diào)節(jié)致動器的操作來控制內(nèi)燃發(fā)動機10。
〖第一實施方式的特征2
當(dāng)以處于單氣門可變控制狀態(tài)的進氣可變氣門機構(gòu)24來減小第二進 氣門14b的操作角時，將第一進氣門14a設(shè)定于大操作角而且將第二進氣 門14b設(shè)定于小操作角。由此，第一進氣門14a和第二進氣門14b的操作 角不同。以下將這種狀態(tài)稱為"單氣門小操作角狀態(tài)"。在單氣門小操作 角狀態(tài)下，設(shè)置成朝向第一進氣門14a的進氣口具有高流率，而設(shè)置成朝 向第二進氣門14b的進氣口具有低流率。由此，來自設(shè)置成朝向第一進氣 門14a的進氣口的流量超過來自設(shè)置成朝向笫二進氣門14b的進氣口的流 量，從而在氣缸內(nèi)產(chǎn)生強勁的渦流。
根據(jù)本實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機10能夠選擇性地進入以下運轉(zhuǎn)模式 即，用于以置于雙氣門可變控制狀態(tài)的進氣可變氣門^ 24來執(zhí)行在化學(xué) 計量空燃比的燃燒操作的運轉(zhuǎn)模式(以下稱為"化學(xué)計量雙氣門可變控制 模式，，);用于以置于單氣門小操作角狀態(tài)的進氣可變氣門W^J 24來執(zhí)## 薄燃燒操作的運轉(zhuǎn)模式(以下稱為"稀薄單氣門小^Ht角模式")；以及用 于以置于單氣門小操作角狀態(tài)的進氣可變氣門機構(gòu)24來執(zhí)行外部EGR操 作的運轉(zhuǎn)模式(以下稱為"EGR單氣門小操作角模式，，)。
通常，執(zhí)行稀薄燃燒或外部EGR操作易于導(dǎo)致燃燒劣化，這會降低 燃燒速度并使燃燒過程不穩(wěn)定。渦流實現(xiàn)改進以使燃燒劣化的程度最小 化。在稀薄單氣門小操作角模式或EGR單氣門小操作角模式中，內(nèi)燃發(fā) 動機10產(chǎn)生強勁的渦流以提供優(yōu)良的燃燒狀態(tài)。
在化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中，內(nèi)燃發(fā)動機10還能夠通過改變兩 個進氣門14的操作角來調(diào)節(jié)Pil^氣釭中的空氣量。因此，不必使用節(jié)氣門 40來調(diào)節(jié)負荷(扭矩)。這使得能夠維持節(jié)氣門40的大開度，即使當(dāng)負荷 低時也如此。因此，能夠減小泵氣損失。
在化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中，是否執(zhí)行外部EGR操作無關(guān)緊 要。EGR單氣門小操作角模式能夠比化學(xué)計量雙氣門可變控制模式引入更 大量的外部EGR，因為前一模式通過如上所述產(chǎn)生強勁的渦流實現(xiàn)了燃燒 的改進。
假i殳上述第一實施方式以及稍后將描述的第二和第三實施方式在化學(xué)計量雙氣門可變控制模式與稀薄單氣門小操作角模式之間切換。但是，本
發(fā)明還可應(yīng)用于在化學(xué)計量雙氣門可變控制模式與EGR單氣門小操作角 模式之間實施切換的情況。
圖2是示出根據(jù)本實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機10的運轉(zhuǎn)區(qū)域與運轉(zhuǎn)模式之 間的關(guān)系的圖。本實施方式假設(shè)內(nèi)燃發(fā)動機10的運轉(zhuǎn)區(qū)域被劃分成高負荷 區(qū)域、低負荷區(qū)域、以及極低負荷區(qū)域。圖2使用T1和T2 (T1>T2)作 為閾值，而且將扭矩不低于T1的區(qū)域限定為高負荷區(qū)域；將扭矩低于T1 但不低于T2的區(qū)域限定為低負荷區(qū)域；并將扭矩低于T2的區(qū)域限定為極 低負荷區(qū)域。此外，如圖2所示，本實施方式在高負荷區(qū)域和極低負荷區(qū) 域內(nèi)使用化學(xué)計量雙氣門可變控制模式，而在低負荷區(qū)域內(nèi)使用稀薄單氣 門小操作角模式。
在化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中，通過如之前所述改變兩個進氣門 14的操作角來調(diào)節(jié)負荷(扭矩)。因此，在高負荷區(qū)域內(nèi)，將兩個進氣門 14都設(shè)定于大操作角以便根據(jù)負荷獲取大量空氣。另一方面，在極低負荷 區(qū)域內(nèi)，將兩個進氣門都設(shè)定于小操作角以便根據(jù)負荷僅獲取少量空氣。
圖3中的上部圖示出了在高負荷區(qū)域和極低負荷區(qū)域內(nèi)的扭矩與燃料
消耗率(SFC)之間的關(guān)系。在扭矩不低于Tl的高負荷區(qū)域內(nèi)，本實施
方式使用化學(xué)計量雙氣門可變控制模式，因為本實施方式難以在稀薄單氣 門小操作角模式中提供扭矩。
另一方面，在扭矩低于Tl的低負荷區(qū)域內(nèi)，稀薄單氣門小操作角模 式和化學(xué)計量雙氣門可變控制^=莫式兩者都可凈皮執(zhí)行。但是，如圖3中的上 部圖所示，相比化學(xué)計量雙氣門可變控制模式，稀薄單氣門小操作角模式 在扭矩低于Tl的低負荷區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)出較低的燃料消耗率。 一個原因是稀 薄單氣門小操作角模式經(jīng)受的冷卻損失比化學(xué)計量雙氣門可變控制模式 少。由此，如之前所提到的，本實施方式在扭矩低于Tl的低負荷區(qū)域內(nèi) 使用稀薄單氣門小操作角模式。這使得能夠提高燃料效率。
但是，在扭矩更低的區(qū)域內(nèi)，這兩種模式之間的燃料消耗率關(guān)系顛倒。 更具體地，如在圖中的橢圓形內(nèi)所表明，相比稀薄單氣門小操作角模式， 化學(xué)計量雙氣門可變控制模式表現(xiàn)出較低的燃料消耗率。原因如下所述。
圖3中的下部圖示出了扭矩與進氣管壓力之間的關(guān)系。在能夠如之前 所述通過改變兩個進氣門14的操作角來調(diào)節(jié)扭矩的化學(xué)計量雙氣門可變
ii控制模式中，可將節(jié)氣門40的開度保持為大開度，即使在扭矩低的區(qū)域內(nèi) 也如此。因此，如圖3中的下部圖所示，化學(xué)計量雙氣門可變控制;漠式能 夠維持高的進氣管壓力，即使在扭矩低的區(qū)域內(nèi)也如此。
另一方面，在稀薄單氣門小操作角模式中，將一個進氣門14 (第一進 氣門14a)設(shè)定于大操作角。因此，在扭矩低的區(qū)域內(nèi)，有必要通過減小 節(jié)氣門40的開度來限制pA^氣缸中的空氣量。因此，當(dāng)扭矩減小時，有必 要減小節(jié)氣門的開度。因此，如圖3中的下部圖所示，當(dāng)扭矩減小時，進 氣管壓力也減小(壓力負增長)。
因此，在稀薄單氣門小操作角模式中，燃料消耗率在扭矩減小時增大， 進而增加泵氣損失。因此，如圖3中的上部圖所示，當(dāng)扭矩低于特定值(T2) 時，相比化學(xué)計量雙氣門可變控制模式，稀薄單氣門小操作角模式表現(xiàn)出 較高的燃料消耗率。在這種情況下，本實施方式在扭矩低于T2的極低負 荷區(qū)域內(nèi)使用化學(xué)計量雙氣門可變控制模式，如之前所述。
如上所述，本實施方式能夠根據(jù)如圖2所示的運轉(zhuǎn)區(qū)域來改變內(nèi)燃發(fā) 動機IO的運轉(zhuǎn)模式，以選擇燃料消耗率最小化的運轉(zhuǎn)模式。這使得能夠提 高內(nèi)燃發(fā)動機10的燃料效率。
〖由第一實施方式所執(zhí)行的過程的細節(jié)〗
圖4是根據(jù)本實施方式的ECU 50所執(zhí)行以實現(xiàn)上述功能的程序的流 程圖。首先，圖4所示程序執(zhí)行步驟100以根據(jù)例如來自加速器位置傳感 器52的信號來計算負荷(例如，請求扭矩)T，并判斷負荷T是否低于預(yù) 定的高負荷閣值T1。
如果在步驟100中獲得的判斷結(jié)果表明負荷T不低于高負荷閾值Tl (負荷T等于或高于高負荷閾值T1)，則可推定處于高負荷區(qū)域。在這種 情況下，隨后執(zhí)行步驟102以進行化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中的操作。 在步驟102中，才艮據(jù)負荷T實施控制使得兩個進氣門14的操作角都為大。
另一方面，如果在步驟IOO中獲得的判斷結(jié)果表明負荷T低于高負荷 閾值T1，則執(zhí)行步驟104以判斷負荷T是否低于低負荷閾值T2。如果在 步驟104中獲得的判斷結(jié)果表明負荷T不低于低負荷閾值T2 (負荷T等 于或高于低負荷閾值T2)，則可推定處于低負荷區(qū)域。在這種情況下，隨 后執(zhí)行步驟106以進行稀薄單氣門小操作角模式中的操作。在步驟106中， 根據(jù)負荷T控制節(jié)氣門40的開度，
12另一方面，如果在步驟104中獲得的判斷結(jié)果表明負荷T低于低負荷 閾值T2，則可推定處于極低負荷區(qū)域。在這種情況下，隨后執(zhí)行步驟108 以進行化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中的操作。在步驟108中，根據(jù)負荷 T實施控制使得兩個進氣門14的^^t角都為小。
如上所述，本實施方式能夠在極低負荷區(qū)域內(nèi)使用化學(xué)計量雙氣門可 變控制模式，在極低負荷區(qū)域內(nèi)，相比稀薄單氣門小操作角模式，化學(xué)計 量雙氣門可變控制模式表現(xiàn)出較低的燃料消耗率。因此，既能在低負荷區(qū) 域內(nèi)也能在極低負荷區(qū)域內(nèi)選擇使燃料消耗率最小化的運轉(zhuǎn)模式。這使得 能夠提供優(yōu)良的燃料效率。
如圖2所示，本實施方式假設(shè)高負荷閣值T1和低負荷閾值T2是不變 的，而不考慮發(fā)動機轉(zhuǎn)速。但是，本發(fā)明可使用例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速的函數(shù)作 為高負荷閾值Tl和低負荷閾值T2。
此夕卜，本實施方式能夠選擇內(nèi)燃發(fā)動機10的三種不同的運轉(zhuǎn)模式中的 一種，或者更具體地，選擇化學(xué)計量雙氣門可變控制模式、稀薄單氣門小 操作角模式、或者EGR單氣門小操作角模式。但是，本發(fā)明還可應(yīng)用于 能夠在兩種不同的運轉(zhuǎn)模式之間切換一一即，在稀薄單氣門小操作角模式 或EGR單氣門小操作角模式與化學(xué)計量雙氣門可變控制模式之間切換一 —的發(fā)動機；或者應(yīng)用于能夠切換至以上三種不同的運轉(zhuǎn)模式以及另外的 運轉(zhuǎn)模式的發(fā)動機。
此外，4艮據(jù)以上已描述的第一實施方式以及稍后將描述的第二和第三 實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機可以不總是包括外部EGR設(shè)備。
在以上已描述的笫一實施方式中，當(dāng)ECU 50執(zhí)^f亍圖4所示程序時， 實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的第一方面的"運轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)定裝置"和"運轉(zhuǎn)模式控制裝 置"。
第二實施方式
現(xiàn)在將參考圖5和圖6來描述本發(fā)明的第二實施方式。但是，將主要 描述笫二實施方式與之前已描述的第一實施方式之間的區(qū)別，而簡要描述 這兩個實施方式共有的內(nèi)容或略過這種內(nèi)容的描述。當(dāng)使用圖l所示的系 統(tǒng)以使ECU50執(zhí)行圖6所示程序時，可實現(xiàn)第二實施方式。
〖第二實施方式的特征2圖5是示出根據(jù)本實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機10的運轉(zhuǎn)區(qū)域與運轉(zhuǎn)模式之 間的關(guān)系的圖。之前已描述的第一實施方式在低負荷區(qū)域內(nèi)使用稀薄單氣 門小操作角模式。另一方面，如圖5所示，笫二實施方式在低負荷區(qū)域內(nèi) 根據(jù)發(fā)動機冷卻水溫度在稀薄單氣門小操作角模式與化學(xué)計量雙氣門可 變控制才莫式之間進4亍選擇。
在相比化學(xué)計量雙氣門可變控制模式而言提供較低的燃燒溫度的稀薄 單氣門小操作角模式中，少量熱從燃燒室傳遞至發(fā)動機冷卻水等。因此， 如果在內(nèi)燃發(fā)動機10未充^5熱時使用稀薄單氣門小操作角模式，則預(yù)熱 延遲，進而增大冷卻損失和摩擦引起的WM員失。這會不利地影響燃料效 率。此外，如果在未充分進行預(yù)熱時使用稀薄單氣門小操作角模式，則有 可能由于點火性能劣化而出現(xiàn)燃燒劣化，從而對驅(qū)動性能施加有害影響。
在以上情況下，本實施方式在內(nèi)燃發(fā)動機10預(yù)熱至一定程度之前，在 不切換至稀薄單氣門小操作角模式的情況下使用化學(xué)計量雙氣門可變控 制模式而無論是否處于低負荷區(qū)域。
〖由第二實施方式所執(zhí)行的過程的細節(jié)3
圖6是示出根據(jù)本實施方式的ECU 50所執(zhí)行以實現(xiàn)上述功能的程序 的流程圖。關(guān)于圖6中的與圖2中的步驟相同的步驟，在標(biāo)記相同的參考 數(shù)字的情況下省略或刪節(jié)其描述。
如果在步驟104中獲得的判斷結(jié)果表明負荷T不低于低負荷闊值T2， 即，處于低負荷區(qū)域內(nèi)，則圖6所示程序執(zhí)行步驟110以將由水溫傳感器 56檢測到的發(fā)動機冷卻水溫度Tw與預(yù)定的發(fā)動機水溫閾值Twl進行比 較。
如果在步驟110中獲得的比較結(jié)果表明當(dāng)前的水溫Tw不低于閾值 Twl，則可推定內(nèi)燃發(fā)動機10被預(yù)熱至i^不產(chǎn)生不利影響的稀薄單氣門 小操作角模式的程度。在這種情況下，It^執(zhí)行步驟106以進行稀薄單氣 門小操作角模式中的操作。
另一方面，如果在步驟110中獲得的比較結(jié)果表明當(dāng)前的水溫Tw低 于閾值Twl，則可推定內(nèi)燃發(fā)動機10未被充分預(yù)熱至允許iiA^稀薄單氣 門小操作角模式。在這種情況下，ISt^執(zhí)行步驟108以進行化學(xué)計量雙氣 門可變控制模式中的操作。以上已描述的第二實施方式使用發(fā)動機冷卻水溫度作為用于判斷內(nèi)燃 發(fā)動機預(yù)熱程度的代表溫度。但是，除發(fā)動機冷卻水溫度之外的溫度也可 用于判斷目的，只要該溫度用作為用于確定預(yù)熱程度的指標(biāo)即可。
在以上已描述的第二實施方式中，水溫傳感器56相當(dāng)于才艮據(jù)本發(fā)明的 第二方面的"溫度獲取裝置"。此外，當(dāng)ECU50執(zhí)行圖6所示程序時，實 現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的笫二方面的"運轉(zhuǎn)模式控制裝置"。
第三實施方式
現(xiàn)在將參考圖7至圖9來描述本發(fā)明的第三實施方式。但是，將主要 描述第三實施方式與之前所描述的實施方式之間的區(qū)別，而簡要描述這些 實施方式共有的內(nèi)容或略過這種內(nèi)容的描述。當(dāng)使用圖l所示的系統(tǒng)以使 ECU 50執(zhí)行圖9所示程序時可實現(xiàn)第三實施方式。
K第三實施方式的特征I]
圖7是示出根據(jù)本實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機10的運轉(zhuǎn)區(qū)域與運轉(zhuǎn)模式之 間的關(guān)系的圖。如圖7所示，在低負荷區(qū)域內(nèi)，本實施方式根據(jù)催化劑床 溫度選##薄單氣門小操作角模式或化學(xué)計量雙氣門可變控制模式。
圖8示出了在稀薄單氣門小操作角模式和化學(xué)計量雙氣門可變控制模 式中的排氣溫度。在其中的燃燒溫度比在化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中 低的稀薄單氣門小操作角模式中，如圖8所示，排氣溫度也比在化學(xué)計量 雙氣門可變控制模式中低。因此，如果當(dāng)催化劑48未充^熱時使用稀薄 單氣門小操作角模式，則催化劑48的預(yù)熱將延遲，進而不利地影響排放。
在以上情況下，本實施方式在催化劑床溫度升高至一定水平之前，在 不切換至稀薄單氣門小操作角模式的情況下使用化學(xué)計量雙氣門可變控 制模式而無論是否處于低負荷區(qū)域。
〖由第三實施方式所執(zhí)行的過程的細節(jié)〗
圖9是示出由根據(jù)本實施方式的ECU 50所執(zhí)行以實現(xiàn)上述功能的程 序的流程圖。關(guān)于圖9中的與圖2中的步驟相同的步驟，在標(biāo)記相同的參 考數(shù)字的情況下省略或刪節(jié)其描述。
如果在步驟104中獲得的判斷結(jié)果表明負荷T不低于低負荷閾值T2， 即，處于低負荷區(qū)域內(nèi)，則圖9所示程序執(zhí)行步驟112以將由催化劑溫度傳感器49檢測到的催化劑床溫度Tc與預(yù)定的催化劑床溫度閾值Tcl進行 比較。
如果在步驟U2中獲得的比較結(jié)果表明當(dāng)前的催化劑床溫度Tc不低于 催化劑床溫度閾值Tcl，則可推定因為催化劑48已被充分預(yù)熱，所以稀薄 單氣門小操作角模式的使用不會不利地影響排放。在這種情況下，Nl^執(zhí) 行步驟106以進行稀薄單氣門小操作角模式中的操作。
另一方面，如果在步驟112中獲得的比較結(jié)果表明當(dāng)前的催化劑床溫 度Tc低于催化劑床溫度閾值Tcl,則可推定催化劑48未凈皮充分預(yù)熱。在 這種情況下，隨后執(zhí)行步驟108以進行化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中的 操作。
以上已描述的第三實施方式以催化劑溫度傳感器49直接檢測催化劑 床溫度Tc。但是，可替代地，可根據(jù)例如內(nèi)燃發(fā)動機10的工作條件歷史 或排氣溫度來估算催化劑床溫度Tc (代表性催化劑溫度)。
在以上已描述的第三實施方式中，催化劑溫度傳感器49相當(dāng)于根據(jù)本 發(fā)明的第二方面的"溫度獲取裝置"。此外，當(dāng)ECU50執(zhí)行圖9所示程序 時，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的第二方面的"運轉(zhuǎn)模式控制裝置"。
第四實施方式
現(xiàn)在將參考圖10和圖11來描述本發(fā)明的第四實施方式。但是，將主 要描述第四實施方式與之前所描述的實施方式之間的區(qū)別，而簡要描述這 些實施方式共有的內(nèi)容或略過這種內(nèi)容的描述。當(dāng)使用圖l所示的系統(tǒng)以 使ECU50執(zhí)行圖11所示程序時可實現(xiàn)第四實施方式。
〖第四實施方式的特征〗
圖10是示出根據(jù)本實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機10的運轉(zhuǎn)區(qū)域與運轉(zhuǎn)模式 之間的關(guān)系的圖。如圖10所示，本實施方式在扭矩不低于T1的高負荷區(qū) 域內(nèi)以及在扭矩低于T2的極低負荷區(qū)域內(nèi)進行化學(xué)計量雙氣門可變控制 模式中的操作。但是，在扭矩不低于T2但是低于T1的低負荷區(qū)域內(nèi)，本 實施方式根據(jù)EGR氣體溫度來選擇EGR單氣門小操作角模式或化學(xué)計量 雙氣門可變控制模式。
如果在EGR單氣門小操作角模式中，通過EGR通路44流回至進氣 通路30的EGR氣體具有高溫(例如，高轉(zhuǎn)速區(qū)域)，則可能由于高的壓縮終點溫度而發(fā)生爆震(EGR爆震)。如果發(fā)生爆震，則實施控制以通過 延遲點火正時來避免爆震。因而，點火正時變?yōu)檫h離MBT(用于最佳扭 矩的最小提前)正時，從而導(dǎo)致燃料效率降低。
在以上情況下，如果EGR氣體溫度超過一定點，則本實施方式在不 切換至EGR單氣門小操作角模式的情況下使用化學(xué)計量雙氣門可變控制 模式而無論是否處于低負荷區(qū)域。在相比EGR單氣門小操作角模式而言 由節(jié)氣門40提供較低程度的進氣節(jié)流的化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中， 可避免進氣溫度的增加。因此，可降低壓縮終點溫度。這使得能夠完全阻 止EGR爆震的發(fā)生，即使在提供外部EGR時也如此。
〖由第四實施方式所執(zhí)行的過程的細節(jié)〗
圖11是示出由根據(jù)本實施方式的ECU 50所執(zhí)行以實現(xiàn)上述功能的程 序的流程圖。關(guān)于圖11中的與圖2中的步斜目同的步驟，在標(biāo)記相同的參 考數(shù)字的情況下省略或刪節(jié)其描述。
如果在步驟104中獲得的判斷結(jié)果表明負荷T不低于低負荷閾值T2, 即，處于低負荷區(qū)域內(nèi)，則圖11所示程序執(zhí)行步驟114以將由EGR氣體 溫度傳感器47檢測到的EGR氣體溫度Tg與預(yù)定的EGR氣體溫度閾值 Tgl進行比較。
如果在步驟114中獲得的比較結(jié)果表明當(dāng)前的EGR氣體溫度Tg不高 于EGR氣體溫度閾值Tgl，則可推定EGR單氣門小操作角模式的使用不 易于引起爆震或降低燃料效率。在這種情況下，1^執(zhí)行步驟116以進行 EGR單氣門小操作角才莫式中的操作。
另 一方面，如果在步驟114中獲得的比較結(jié)果表明當(dāng)前的EGR氣體溫 度Tg高于EGR氣體溫度閾值Tgl，則可推定優(yōu)選化學(xué)計量雙氣門可變控 制模式，因為EGR單氣門小操作角模式易于引,震。在這種情況下， 隨后執(zhí)行步驟108以進行化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中的操作。
以上已描述的第四實施方式以EGR氣體溫度傳感器47直接檢測EGR 氣體溫度Tg。但是，可替代地，可根據(jù)例如內(nèi)燃發(fā)動機IO的工作條件歷 史來估算EGR氣體溫度Tg。
在以上已描述的笫四實施方式中，EGR氣體溫度傳感器47相當(dāng)于根 據(jù)本發(fā)明的第三方面的"溫度獲取裝置"。此外，當(dāng)ECU 50執(zhí)行圖11所示程序時，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的第三方面的"運轉(zhuǎn)模式控制裝置"。第五實施方式
現(xiàn)在將參考圖12和圖13來描述本發(fā)明的第五實施方式。但是，將主要描述第五實施方式與之前所描述的實施方式之間的區(qū)別，而簡要描述這些實施方式共有的內(nèi)容或略過這種內(nèi)容的描述。當(dāng)使用圖l所示的系統(tǒng)以使ECU50執(zhí)行圖13所示程序時可實現(xiàn)第五實施方式。
〖第五實施方式的特征〗
圖12是示出根據(jù)本實施方式的內(nèi)燃發(fā)動機IO的運轉(zhuǎn)區(qū)域與運轉(zhuǎn)模式之間的關(guān)系的圖。如圖12所示，本實施方式在扭矩不低于T1的高負荷區(qū)域內(nèi)以及在扭矩低于T2的極低負荷區(qū)域內(nèi)進行化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中的操作。但是，在扭矩不低于T2但是低于Tl的低負荷區(qū)域內(nèi)，本實施方式根據(jù)進氣溫度來選擇EGR單氣門小操作角模式或化學(xué)計量雙氣門可變控制模式。
如果在EGR單氣門小操作角模式中進氣溫度高(例如，由于車輛速度低且中冷器36中的空氣運動無力)，則壓縮終點溫度高使得有可能發(fā)生爆震(EGR爆震)。在這種情況下，如果進氣溫度超過一定點，則本實施方式在不切換至EGR單氣門小操作角模式的情況下使用化學(xué)計量雙氣門可變控制模式而無論是否處于低負荷區(qū)域。在相比EGR單氣門小操作角模式而言提供用于小操作角側(cè)的較小量的氣門升程并能夠相應(yīng)地減小進氣節(jié)流的程度的化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中，可防止進氣溫度因為與氣門的摩擦而升高。因此，可降低壓縮終點溫度。這使得能夠完全阻止EGR爆震的發(fā)生，即使在提供外部EGR時也如此。 〖由第五實施方式所執(zhí)4亍的過程的細節(jié)〗
圖13是示出由根據(jù)本實施方式的ECU 50所執(zhí)行以實現(xiàn)上述功能的程序的流程圖。關(guān)于圖13中的與圖2中的步斜目同的步驟，在標(biāo)記相同的參考數(shù)字的情況下省略或刪節(jié)其描述。
如果在步驟104中獲得的判斷結(jié)果表明負荷T不低于低負荷闊值T2，即，處于低負荷區(qū)域內(nèi)，則圖13所示程序執(zhí)行步驟118以將由進氣溫度傳感器38檢測到的進氣溫度Tin與預(yù)定的進氣溫度閾值Tinl進行比較。
如果在步驟118中獲得的比較結(jié)果表明當(dāng)前的進氣溫度Tin不高于進
18氣溫度閾值Tinl,則可推定EGR單氣門小操作角模式的使用不易于引起爆震或降低燃料效率。在這種情況下，隨后執(zhí)行步驟116以進行EGR單氣門小操作角模式中的操作。
另 一方面，如果在步驟118中獲得的比較結(jié)果表明當(dāng)前的進氣溫度Tin高于進氣溫度閾值Tinl，則可推定優(yōu)選化學(xué)計量雙氣門可變控制模式，因為EGR單氣門小操作角模式易于引起爆震。在這種情況下，1^執(zhí)行步驟108以進行化學(xué)計量雙氣門可變控制模式中的操作。
在以上已描述的第五實施方式中，進氣溫度傳感器38相當(dāng)于根據(jù)本發(fā)明的第三方面的"溫度獲取裝置"。此外，當(dāng)ECU 50執(zhí)行圖13所示程序時，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的第三方面的"運轉(zhuǎn)模式控制裝置"。
在低負荷狀態(tài)下，本實施方式根據(jù)進氣溫度Tin來選擇EGR單氣門小操作角模式或化學(xué)計量雙氣門可變控制模式。但是，在具有中冷器36的增壓發(fā)動機中，如之前提到的，進氣溫度Tin與車輛速度相互關(guān)聯(lián)。因此，在低負荷狀態(tài)下，本實施方式可以才艮據(jù)車輛速度來在EGR單氣門小操作角模式與化學(xué)計量雙氣門可變控制模式之間進行選擇。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的控制設(shè)備，包括內(nèi)燃發(fā)動機，所述內(nèi)燃發(fā)動機具有稀薄燃燒能力和/或外部EGR能力；進氣可變氣門機構(gòu)，所述進氣可變氣門機構(gòu)能夠在雙氣門可變控制狀態(tài)與單氣門小操作角狀態(tài)之間切換，在所述雙氣門可變控制狀態(tài)下，為用于所述內(nèi)燃發(fā)動機的每個氣缸設(shè)置的第一進氣門和第二進氣門的操作角都是可變的，在所述單氣門小操作角狀態(tài)下，所述第二進氣門的操作角小于所述第一進氣門的操作角；運轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)定裝置，所述運轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)定裝置用于至少設(shè)定高負荷區(qū)域、低負荷區(qū)域、以及極低負荷區(qū)域作為用于所述內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)區(qū)域，在所述低負荷區(qū)域中負荷比在所述高負荷區(qū)域中低，在所述極低負荷區(qū)域中負荷比在所述低負荷區(qū)域中低；以及運轉(zhuǎn)模式控制裝置，所述運轉(zhuǎn)模式控制裝置用于在所述高負荷區(qū)域或所述極低負荷區(qū)域內(nèi)，使用化學(xué)計量雙氣門可變控制模式以在所述雙氣門可變控制狀態(tài)下提供處于理論空燃比的燃燒；并在所述低負荷區(qū)域內(nèi)，使用稀薄單氣門小操作角模式以在所述單氣門小操作角狀態(tài)下提供稀薄燃燒，或使用EGR單氣門小操作角模式以在所述單氣門小操作角狀態(tài)下提供外部EGR。
2.如權(quán)利要求l所述的用于內(nèi)燃發(fā)動機的控制設(shè)備，進一步包括 溫度獲取裝置，所述溫度獲取裝置用于檢測或估算所述內(nèi)燃發(fā)動機的其中，當(dāng)所述代表溫度低于預(yù)定溫度時，所i^轉(zhuǎn)模式控制裝置在所 述低負荷區(qū)域中也使用所述化學(xué)計量雙氣門可變控制模式。
3.如權(quán)利要求l所述的用于內(nèi)燃發(fā)動機的控制設(shè)備，進一步包括溫度獲取裝置，所述溫度獲取裝置用于檢測或估算EGR氣體溫度或 進氣溫度；其中，當(dāng)所述EGR氣體溫度或所述進氣溫度高于預(yù)定溫度時，所述運轉(zhuǎn)模式控制裝置在所述低負荷區(qū)域中也使用所述化學(xué)計量雙氣門可變 控制模式。
全文摘要
在扭矩低于T1但不低于T2的低負荷區(qū)域內(nèi)，本發(fā)明使用稀薄單氣門小操作角模式以在所述單氣門小操作角狀態(tài)下提供稀薄燃燒，或使用EGR單氣門小操作角模式以在所述單氣門小操作角狀態(tài)下提供外部EGR。
文檔編號F02D41/30GK101688494SQ20088002059
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者太田篤治, 奧村大地 申請人:豐田自動車株式會社