内燃机的控制装置制造方法

内燃机的控制装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于基于燃料的性状和/或内燃机温度来适当地控制气门正时，提高排气排放。发动机10具备驱动可变气门机构36、38来执行进气门延迟打开控制和排气门提早关闭控制的功能。ECU60基于燃料中的乙醇浓度而可变地设定低温判定值T1。而且，在发动机的水温Thw为低温判定值T1以下的情况下，禁止进气门延迟打开控制，允许排气门提早关闭控制。由此，在冷机运转时，能够避免由进气门控制引起的燃烧性的恶化(缸内紊乱的恶化)，抑制排气排放的恶化。另外，因为允许排气门控制，所以例如能够通过使排气门34的关闭正时提前来确保满足控制上的要求的负的重叠期间。因此，能够提高排气排放和/或催化剂的预热性能。
【专利说明】内燃机的控制装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机的控制装置，特别是涉及具备进气侧和排气侧的可变气门机构的内燃机的控制装置。

【背景技术】
[0002]作为现有技术，已知有例如专利文献I (日本特开2010-185300号公报)所公开那样的、具备进气侧和排气侧的可变气门机构的内燃机的控制装置。在现有技术中，例如基于燃料中的乙醇浓度和/或发动机冷却水的水温来判断燃料的微粒化容易度，基于燃料的微粒化容易度来控制进气门和/或排气门的气门正时。
[0003]此外， 申请人:将包含上述文献的以下所述的文献认作为与本发明关联的文献。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2010-185300号公报
[0007]专利文献2:日本特开平5-272364号公报
[0008]专利文献3:日本特开2007-132326号公报
[0009]专利文献4:日本特开2000-87769号公报
[0010]专利文献5:日本特开2007-16710号公报
[0011]专利文献6:日本特开2006-97602号公报


【发明内容】

[0012]发明要解决的问题
[0013]然而，在上述的现有技术中，在变更进气门的打开正时时，存在缸内紊乱(turbulence)(由缸内的紊流带来的空气的搅拌度)恶化、燃烧性恶化这一问题。尤其是存在若在冷机运转时产生这样的燃烧性的恶化，则排气排放会显著恶化这一问题。
[0014]本发明是为了解决上述那样的问题而完成的发明，本发明的目的在于提供一种内燃机的控制装置，其基于燃料的性状和/或内燃机温度来适当地控制气门正时，能够提高排气排放。
[0015]用于解决问题的手段
[0016]第I技术方案的特征在于，具备:
[0017]进气可变气门机构，其变更进气门的气门正时；
[0018]排气可变气门机构，其变更排气门的气门正时；
[0019]内燃机温度取得单元，其取得内燃机的内燃机温度；
[0020]进气门控制单元，其驱动所述进气可变气门机构，来执行变更所述进气门的气门正时的进气门控制；
[0021]排气门控制单元，其驱动所述排气可变气门机构，来执行变更所述排气门的气门正时的排气门控制；
[0022]基于燃料性状而可变地设定低温判定值的低温判定值可变单元；
[0023]进气门控制禁止单元，其至少在所述内燃机温度为所述低温判定值以下的情况下，禁止执行所述进气门控制；以及
[0024]排气门控制允许单元，其至少在所述内燃机温度为所述低温判定值以下的情况下，允许执行所述排气门控制。
[0025]第2技术方案具备:
[0026]催化剂，其对从内燃机的气缸排出的排气进行净化；
[0027]排气空燃比取得单元，其取得内燃机的排气空燃比；以及
[0028]进气门控制允许单元，其在推定为即使执行所述进气门控制、所述排气空燃比也处于能够通过所述催化剂进行净化的预定的空燃比范围内的情况下，与所述内燃机温度无关地允许执行所述进气门控制。
[0029]第3技术方案具备:
[0030]乙醇浓度取得单元，其取得燃料中的乙醇浓度；以及
[0031]进气门控制允许单元，其在所述内燃机温度比所述低温判定值高、且所述乙醇浓度为基于排气排放设定的预定的允许浓度以上的情况下，允许执行所述进气门控制。
[0032]第4技术方案具备排气门提前控制单元，在执行所述进气门控制的情况下，该排气门提前控制单元在开始该控制之前使所述排气门的气门正时提前，在所述进气门控制的开始动作完成后，使所述排气门的气门正时恢复为提前之前的正时。
[0033]根据第5技术方案，构成为，所述进气门控制是使所述进气门的至少打开正时延迟的控制，所述排气门控制是使所述排气门的至少关闭正时提前的控制。
[0034]发明效果
[0035]根据第I发明，在冷机运转时，能够避免由进气门控制引起的燃烧性的恶化(缸内紊乱的恶化)，抑制排气排放的恶化。另外，因为允许排气门控制，所以例如能够通过使排气门的关闭正时提前来确保满足控制上的要求的负的重叠期间，即使在禁止进气门控制的状态下，也能提闻排气排放。
[0036]根据第2发明，即使内燃机温度为低温判定值以下，在处于能够容许由进气门控制引起的燃烧性的恶化的空燃比范围内的情况下，能够执行进气门控制。由此，既能抑制排气排放的恶化，又能快速地预热催化剂。因此，能够扩大能够执行进气门控制的运转区域，提高冷环境下运转时的发动机性能。
[0037]根据第3发明，即使燃烧性因执行进气门控制而恶化，在由该控制带来的排气排放的减低效果更大的情况下，也能够执行进气门控制。由此，既能抑制排气排放的恶化，又能快速地预热催化剂。因此，能够扩大能够执行进气门控制的运转区域，提高冷机运转时的发动机性能。
[0038]根据第4发明，即使在燃烧性因执行进气门控制而变得比预想的情况更加恶化的情况下，也能够使排气门的气门正时提前来抑制排气排放的恶化。即，能够使排气排放提高与使排气门的气门正时提前的量相当的量，由此能够扩大能够执行进气门控制的运转区域。
[0039]根据第5发明，进气门控制能够由使进气门的至少打开正时延迟的进气门延迟打开控制构成。另外，排气门控制能够由使排气门的至少关闭正时提前的排气门提早关闭控制构成。

【专利附图】

【附图说明】
[0040]图1是用于说明本发明的实施方式I的系统结构的结构图。
[0041]图2是不出现有技术的气门正时的一例的说明图。
[0042]图3是在本发明的实施方式I中示出进气门延迟打开控制下的气门正时的一例的说明图。
[0043]图4是分别关于非乙醇燃料和高浓度乙醇燃料，示出执行了进排气门同时控制的状态的时间图。
[0044]图5是示出进气门延迟打开控制的执行时的时间图。
[0045]图6是示出进气门延迟打开控制的执行时的缸内紊乱的产生状态的特性线图。
[0046]图7是示出本发明的实施方式I中的进气门延迟打开禁止控制的一例的时间图。
[0047]图8是示出各个水温以及乙醇浓度下的乙醇蒸馏比例的特性线图。
[0048]图9是示出燃料中的乙醇浓度和低温判定值的关系的特性线图。
[0049]图10是示出本发明的实施方式I中的通过第I进气门延迟打开允许控制来允许进气门延迟打开控制的状态的一例的时间图。
[0050]图11是示出在使用非乙醇燃料时在各运转区域中的气门正时控制和排气排放(NMOG+NOx排放)的说明图。
[0051]图12是示出在使用高浓度乙醇燃料(例如乙醇浓度为85%的燃料E85)时在各运转区域中的气门正时控制和排气排放的说明图。
[0052]图13是示出空燃比判定值α与燃料中的乙醇浓度的关系的特性线图。
[0053]图14是示出催化剂温度判定值β与乙醇浓度的关系的特性线图。
[0054]图15是示出本发明的实施方式I中的通过第2进气门延迟打开允许控制来允许进气门延迟打开控制的状态的一例的时间图。
[0055]图16是用于决定进气门延迟打开控制的允许浓度的特性线图。
[0056]图17是示出与进气门延迟打开控制同步地执行的排气门提前控制的一例的时间图。
[0057]图18是示出本发明的实施方式I中的由ECU执行的控制的流程图。

【具体实施方式】
[0058]实施方式1.
[0059][实施方式I的结构]
[0060]以下，参照图1至图18，说明本发明的实施方式I。图1是用于说明本发明的实施方式I的系统结构的结构图。本实施方式的系统具备作为多气缸型内燃机的发动机10。此夕卜，在图1中仅例示了发动机10的I个气缸，但是本发明可适用于包括单气缸的任意气缸数的发动机。另外，发动机10例如搭载于FFV(FleXible-Fuel Vehicle:灵活燃料汽车)等车辆，能够使用包含甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)等的乙醇(alcohol)燃料。在以下的说明中，作为乙醇燃料，例示包含乙醇的燃料。
[0061]在发动机10的各气缸中，通过活塞12划定出燃烧室14，活塞12与发动机的曲轴16连结。另外，发动机10具备向各气缸内吸入吸入空气的进气通路18和从各气缸排出排气的排气通路20。在进气通路18设置有基于加速器开度等来调整吸入空气量的电子控制式节气门22。在排气通路20配置有对排气进行净化的催化剂24、26。作为这些催化剂24、26，可以使用三元催化剂。
[0062]另外，在各气缸中设置有:向燃烧室14内喷射燃料的燃料喷射阀28 ;对缸内的混合气体进行点火的火花塞30 ;使进气通路18相对于缸内开闭的进气门32 ;以及使排气通路20相对于缸内开闭的排气门34。另外，发动机10具备可变地设定进气门32的气门正时(开闭正时、相位)的进气可变气门机构36、和可变地设定排气门34的气门正时的排气可变气门机构38。这些可变气门机构36、38由例如日本特开2007-132326号公报所述那样的摆臂型可变气门机构、和/或日本特开2000-87769号公报所述那样的VVT(VariableValve Timing system:可变气门正时系统)、或者日本特开2007-16710号公报所述那样的电磁驱动式气门机构等构成。另外，作为可变气门机构36、38，也可以使用例如日本特开2006-97602号公报所述那样能够与气门的开闭正时一并地使作用角也发生变化的作用角可变型可变气门机构。
[0063]另一方面，本实施方式的系统具备:传感器系统，其包括发动机和车辆运转所需的各种传感器；以及用于控制发动机10的运转状态的ECU (Electronic Control Unit:电子控制单元)60。首先，对传感器系统进行说明，曲轴角传感器40输出与曲轴16的旋转同步的信号，空气流量传感器42检测吸入空气量，水温传感器44检测发动机冷却水的水温Thw。在本实施方式中，水温传感器44构成内燃机温度取得单元，水温Thw相当于反映发动机的温度状态的内燃机温度。另外，主空燃比传感器46在催化剂24的上游侧将排气空燃比作为连续的值而进行检测，构成排气空燃比取得单元。副02传感器48在催化剂24、26之间检测排气中的氧浓度。
[0064]另外，催化剂温度传感器50检测催化剂24的温度(床层温度)Ts。此外，在本发明中，也可以构成为，不使用催化剂温度传感器50而是基于反映发动机的运转状态的参数(例如，吸入空气量的累计值、排气空燃比)来推定催化剂温度。另外，乙醇浓度传感器52构成检测燃料中的乙醇浓度的乙醇浓度检测单元。进而，传感器系统还包括检测节气门22的开度(节气门开度)的节气门传感器、检测加速器开度的加速器开度传感器、检测进气温度的进气温传感器等。
[0065]E⑶60由具备ROM、RAM、非易失性存储器等存储电路和输入输出电路的运算处理装置构成，在ECU60的输入侧连接有上述各种传感器。在ECU60的输出侧连接有包括节气门22、燃料喷射阀28、火花塞30、可变气门机构36、38等的各种致动器。而且，E⑶60通过传感器系统检测发动机的运转信息，基于该检测结果来驱动各致动器，从而进行运转控制。具体而言，基于曲轴角传感器40的输出来检测内燃机转速和曲轴角,基于由空气流量传感器42检测到的吸入空气量和所述内燃机转速来算出内燃机负荷。另外，基于曲轴角的检测值来决定燃料喷射正时、点火正时等。而且，基于吸入空气量、内燃机负荷等来算出燃料喷射量，驱动燃料喷射阀28，并且驱动火花塞30。
[0066][实施方式I的特征]
[0067]在本实施方式中，构成为基于发动机的运转状态来执行进气门延迟打开控制(进气门控制)以及/或者排气门提早关闭控制(排气门控制)。首先，对现有技术进行说明。图2是示出现有技术的气门正时的一例的说明图。在该图中，“IVO”、“IVC”分别表示进气门32的打开正时、关闭正时，“EVO”、“EVC”分别表示排气门34的打开正时、关闭正时。在现有技术中，在例如冷机运转时(尤其是冷机启动时)，将EVC设定在比IVO靠延迟侧，设置有进气门32和排气门34双方成为打开状态的重叠期间。此外，上述IVO、IVC, EVO以及EVC经由可变气门机构36、38而被E⑶60控制。
[0068](进气门延迟打开控制)
[0069]图3是示出本发明的实施方式I中进气门延迟打开控制下的气门正时的一例的说明图。在该图中，图3(A)示出进气侧和排气侧的气门正时，图3(B)示出进气侧的气门正时的设定范围。此外，图3(A)例示了同时执行进气门延迟打开控制和排气门提早关闭控制的控制(进排气门同时控制)。进气门延迟打开控制在例如水温为预定的控制开始温度以下的冷机运转时等、与现有技术相比较，使IVO延迟(延迟打开)。由此，产生进气门32和排气门34双方关闭的负的重叠期间(负0/L)，或者增加该期间。根据进气门延迟打开控制，能够在冷机运转时提高进气流速，促进喷射燃料和空气的混合，并且促进燃料的微粒化和气化。由此，既能提高排气排放，又能快速地预热催化剂。
[0070]另外，燃烧恶化点根据燃料性状(例如，燃料中的乙醇浓度)而变化。因而，进气门延迟打开控制的控制开始温度以及IVO的延迟量基于燃料中的乙醇浓度而可变地设定。举出一例，乙醇浓度越高，控制开始温度设定得越高，执行进气门延迟打开控制直到高的温度区域。另外，如图3(B)所示那样，延迟量的设定范围基于不受燃料性状影响的进气效率界限等而确定。另一方面，对于乙醇浓度为零的汽油等非乙醇燃料(EO)，若在冷机运转时执行进气门延迟打开控制，则燃烧温度上升而NOx的排出量增加，所以不执行进气门延迟打开控制。另外，如后述的图5所示那样，也可以构成为，在节气门开度超过预定值的情况下，判断为驾驶者的要求转矩大，结束进气门延迟打开控制而切换为转矩优先控制。进而，也可以构成为，在吸入空气量的累计值(累计GA)超过了预定值的情况下，判断为投入了催化剂的活性化所必须的能量，结束进气门延迟打开控制而切换为燃料经济性优先控制。
[0071](排气门提早关闭控制)
[0072]如图3(A)所示那样，排气门提早关闭控制在上述冷机运转时等，与现有技术相比较提前(提早关闭)EVC，增加缸内残留的排气的量(内部EGR量)。根据排气门提早关闭控制，即使在难以执行进气门延迟打开控制的情况下，也能够补充该控制的效果。即，例如在进气可变气门机构36由液压式VVT等构成的情况下，有时在冷机时不能执行进气门延迟打开控制。即使在该情况下，排气门提早关闭控制也能够通过EVC的提前来确保满足控制上的要求的大小的重叠期间。
[0073]另外，在执行了将进气门延迟打开控制和排气门提早关闭控制组合而成的进排气门同时控制的情况下，可得到以下这样的作用效果。根据进排气门同时控制，除了前述的进气门延迟打开控制的效果之外，还能够增加负的重叠期间，使缸内残留的高温的排气逆流(倒流)到进气口。由此，能够使进气口内的温度上升来促进燃料的气化，另外，能够将由活塞扬起的HC封入缸内而降低HC的排出量。
[0074]此外，优选，进排气门同时控制中的EVC的提前量基于燃料中的乙醇浓度(或者IV0)和负的重叠期间的大小来决定。另外，在基于负的重叠期间来决定EVC的提前量时，在EVC成为比进气上止点靠延迟侧的情况下，无法获得排气门提早关闭控制的效果，所以在该情况下，优选将EVC的提前量定义为从进气上止点的提前量。
[0075]进而，在燃料中的乙醇浓度高的状态下、执行进排气门同时控制的情况下，能够得到以下这样的作用效果。图4是分别关于非乙醇燃料和高浓度乙醇燃料示出执行了进排气门同时控制的状态的时间图。一般地，在使用非乙醇燃料时，虽然可得到由进气门延迟打开控制带来的燃烧改善效果，可是燃烧温度会上升，NOx的排出量容易增加。但是，在使用高浓度乙醇燃料时，与非乙醇燃料相比会产生大量的水分，所以燃烧温度会下降。结果，如图4中的(i)所示那样，能够缓和由进气门延迟打开控制引起的NOx排出量的增加。
[0076]另外，高浓度乙醇燃料的大部分由沸点高的乙醇成分构成，所以在低温区域中，燃料难以气化而NMOG排放(排气中所含的非甲烷有机气体、烃等的合计量)会恶化。但是，在执行进排气门同时控制时，能够有效地促进乙醇成分的气化，所以如图4中的(ii)所示那样，能够减低NMOG排放。由以上可知，如图4中的(iii)所示那样，对非乙醇燃料和高浓度乙醇燃料的(NMOG+NOx)排放进行比较，对于非乙醇燃料，在仅执行排气门提早关闭控制的情况下规格成为最小。与此相对，对于高浓度乙醇燃料，因上述(i)以及(ii)的效果，在执行进排气门同时控制的情况下规格成为最小。
[0077]另外，因为乙醇燃料是包含氧的燃料，所以燃烧速度快，与非乙醇燃料相比要求点火正时向延迟侧转移。进而，通过执行进气门延迟打开控制，如图4中的(iV)所示那样，可延迟区域扩大。因此，在使用高浓度乙醇燃料时，通过组合进气门延迟打开控制和排气门提早关闭控制，如图4中的(V)所示那样，与非乙醇燃料相比能够高效地提高催化剂温度。
[0078](进气门延迟打开控制的问题点)
[0079]图5是示出进气门延迟打开控制的执行时的时间图。如图5所示那样，在进气门延迟打开控制中，在IVO的延迟量超过某个量时，因进气时间的缩短和/或阀升程的减小等，吸入空气量不足，变得无法获得要求转矩。另外，在IVO的延迟量某种程度地变大时，活塞的速度减小，进气时的缸内负压变小而失去进气流速的提高效果，所以排放改善效果饱和。于是，IVO的延迟量设定为满足要求吸入空气量、且排放改善效果饱和之前的范围的延迟量。另外，IVO时的缸内负压会因执行排气门提早关闭控制而减小，所以，排气门提早关闭控制下的EVC的提前量越大,越增加进气门延迟打开控制下的IVO的目标延迟量这一做法是优选的。
[0080]另一方面，在通过上述方法设定IVO时，在IVO的延迟量比较小时，因向缸内的进气流速下降、且缸内的滚动气流变弱，可能存在缸内紊乱恶化的特定的ινο(缸内紊乱恶化点)。缸内紊乱恶化点根据EVC的提前量而变化。图6是示出进气门延迟打开控制的执行时的缸内紊乱的产生状态的特性线图。在缸内紊乱恶化点的附近，由缸内的紊乱引起的空气的搅拌度下降，所以存在燃烧性和排气排放恶化这一问题。
[0081](进气门延迟打开禁止控制)
[0082]因而，在本实施方式中，构成为，基于燃料中的乙醇浓度El来算出低温判定值Tl，在水温Thw为低温判定值Tl以下的情况下，执行进气门延迟打开禁止控制。图7是示出本发明的实施方式I中进气门延迟打开禁止控制的一例的时间图。如该图所示，在进气门延迟打开禁止控制中，禁止进气门延迟打开控制，允许排气门提早关闭控制。
[0083]根据进气门延迟打开禁止控制，在冷机运转时，能够避免由进气门延迟打开控制引起的燃烧性的恶化(缸内紊乱的恶化)，抑制排气排放的恶化。另外，因为允许排气门提早关闭控制，所以能够通过EVC的提前来确保满足控制上的要求的负的重叠期间，即使在禁止了进气门延迟打开控制的状态下，也能够提高排气排放。
[0084]接着，参照图8以及图9，说明低温判定值Tl的设定方法。图8是示出各个水温和乙醇浓度下的乙醇蒸馏比例的特性线图。另外，图9是示出燃料中的乙醇浓度与低温判定值的关系的特性线图。在使用乙醇燃料时，喷射燃料难以气化，尤其是在冷机运转时，燃料喷射量增加，所以未燃烧乙醇的排出量增加，匪OG排放恶化。在该情况下，为了确保要求转矩而使燃料喷射量增加的比例能够基于作为内燃机温度的水温(或者油温)和燃料中的乙醇浓度，根据图8所示的数据算出。
[0085]在图8中，在基于当前的水温和乙醇浓度、根据图8中的特性线算出的乙醇蒸馏比例比为了确保运转性所要求的蒸馏比例(图8中所示的运转性要求蒸馏比例)低的情况下，排气排放容易恶化。而且，若在该状态下IVO通过缸内紊乱恶化点，则排气排放的恶化变得显著。在本实施方式中，为了避免这样的情况，基于图8的数据等，设定低温判定值Tl。低温判定值Tl与排放的恶化超过容许范围的水温(排放恶化水温)对应，所以基于燃料中的乙醇浓度，例如如图9那样设定。如图9所示，燃料中的乙醇浓度越高，低温判定值Tl设定得越闻。
[0086](第I进气门延迟打开允许控制)
[0087]另外，在本实施方式中，构成为执行以下叙述的第1、第2进气门延迟打开允许控制。首先，对第I进气门延迟打开允许控制进行说明，该控制在推定为即使执行进气门延迟打开控制、排气空燃比也处于能够通过催化剂24、26进行净化的预定的空燃比范围内的情况下，与内燃机温度(水温)的大小无关地允许执行进气门延迟打开控制。图10是示出通过第I进气门延迟打开允许控制而允许进气门延迟打开控制的状态的一例的时间图。根据本控制，即使水温Thw为低温判定值Tl以下，在处于能够容许由进气门延迟打开控制引起的燃烧性的恶化的空燃比范围内的情况下，也能够执行进气门延迟打开控制。由此，既能抑制排气排放的恶化，又能快速地预热催化剂。因此，能够扩大可执行进气门延迟打开控制的运转区域，提高冷机运转时的发动机性能。
[0088]此处，包括上述“预定的空燃比范围”，对本实施方式的进气门延迟打开控制的控制区域的一例进行说明。图11是示出在使用非乙醇燃料时、在各运转区域中的气门正时控制和排气排放(NMOG+NOx排放)的说明图。图12是示出在使用高浓度乙醇燃料(例如乙醇浓度为85%的燃料E85)时、在各运转区域中的气门正时控制和排气排放的说明图。在这些图中，运转区域基于排气空燃比(A/F)和催化剂温度(床层温度)而设定，表现为，NMOG+NOx的净化率越高的区域，图中的涂抹的图案越浓。
[0089]如图11和图12所示，在本实施方式中，例如基于空燃比判定值α和催化剂温度判定值β将运转区域分割为3个区域，执行与各个区域相适的气门正时控制。此处，空燃比判定值α例如设定为催化剂的NMOG+NOx净化率满足要求那样的空燃比范围的下限值(最浓(rich)侧的值)。另外，催化剂温度判定值β例如设定为催化剂的NMOG+NOx净化率满足要求那样的催化剂温度的下限值。对各区域下的气门正时控制具体地进行叙述，首先，在当前的排气空燃比为比空燃比判定值α靠浓侧的情况下，由催化剂预热带来的排气污染物排放(NMOG+NOx排放)的减低效果小，所以气门正时控制与催化剂温度判定值β的大小无关地、向减低排气量的排气减低控制转变。
[0090]另外，在排气空燃比为比空燃比判定值α靠稀(lean)侦彳、且催化剂温度比催化剂温度判定值β高的情况下，催化剂已活性化，排气量的减低和/或催化剂的预热带来的排气污染物排放的减低效果低。在该情况下，气门正时控制向使燃料经济性的提高优先的燃料经济性优先控制转变。在燃料经济性优先控制中，使IVO提前(提早打开)，并且使EVC延迟(延迟关闭)，来增加气门重叠期间。由此，能够在排气时使未燃烧气体逆流到进气口，减小缸内压与进气管压(N曲轴室内压)的差压，能够使活塞的泵损失下降而提高燃料经济性。
[0091]另一方面，在排气空燃比为比空燃比判定值α靠稀侧、且催化剂温度为催化剂温度判定值β以下的情况下，由催化剂预热引起的排气污染物排放的减低量大。在该情况下，推定为即使燃烧性因执行前述的进气门延迟打开控制而(排气排放)恶化，其恶化量也能够通过催化剂的净化能力吸收。因此，在该情况下，执行进气门延迟打开控制来执行使催化剂的预热优先的催化剂预热优先控制，禁止排气门提早关闭控制。即，在所述第I进气门延迟打开允许控制中，所谓“推定为即使执行进气门延迟打开控制、排气空燃比也处于能够通过催化剂来进行净化的预定的空燃比范围内的情况”，与“排气空燃比为比空燃比判定值α靠稀侧的情况”相当，在图11和图12中，与NMOG+NOx净化率高的区域对应。
[0092]另外，由上述说明可知，执行第I进气门延迟打开允许控制的条件可以设为“排气空燃比为比空燃比判定值α靠稀侧的情况”，但更加严格地说，优选设为“排气空燃比为比空燃比判定值α靠稀侧、且催化剂温度为催化剂温度判定值β以下的情况”。
[0093]接着，对空燃比判定值α和催化剂温度判定值β进行说明。图13是示出空燃比判定值α与燃料中的乙醇浓度的关系的特性线图，图14是示出催化剂温度判定值β与乙醇浓度的关系的特性线图。此外，这些图是示出特性的一例，不对本发明进行限定。由所述图11和图12可知，空燃比判定值α具有乙醇浓度越高、则越向浓侧变化的特性。
[0094]另外，如图14所示那样，催化剂温度判定值β具有燃料中的乙醇浓度越高、则越下降的特性。这是因为，一般地，已知催化剂的净化开始温度大概与活性化温度(大约3000C )相等，但是在使用作为氧含有燃料的乙醇燃料时，尤其是在乙醇浓度高的情况下，NMOG的净化温度具有下降的倾向。该现象可推定为由于如下原因而产生:在催化剂温度达到乙醇的分解温度时，通过从燃料中的乙醇成分产生的氧而促进排气成分的氧化反应。因而，作为催化剂满足净化率的温度范围的下限值的催化剂温度判定值β随着乙醇浓度变高而下降。
[0095](第2进气门延迟打开允许控制)
[0096]如前述那样，在燃料中的乙醇浓度高的情况下，通过从乙醇成分产生的氧来促进排气成分的氧化反应。因而，第2进气门延迟打开允许控制构成为，在水温比所述低温判定值Tl高、且燃料中的乙醇浓度为基于排气排放设定的预定的允许浓度Ep以上的情况下，允许执行进气门延迟打开控制。图15是示出在本发明的实施方式I中、通过第2进气门控制允许控制来允许进气门延迟打开控制的状态的一例的时间图。
[0097]上述的允许浓度Ep基于排气排放而决定，例如设定为与由进气门延迟打开控制引起的燃烧性的恶化相比较，由该控制带来的排气排放的减低效果的有效性变高那样的乙醇浓度值。图16是用于决定进气门延迟打开控制的允许浓度的特性线图。如该图所示，在执行进气门延迟打开控制时，伴随燃烧性的恶化，排气排放也会恶化，在燃料中的乙醇浓度低的情况下，与执行进排气门同时控制的情况相比，具有单独执行排气门提早关闭控制的情况下的排气排放会提高的倾向。
[0098]但是，上述倾向会随着燃料中的乙醇浓度变高而通过前述的氧化反应得到改善，在乙醇浓度超过了允许浓度Ep的情况下，执行进排气门同时控制的情况与单独执行排气门提早关闭控制的情况相比，排气排放更加良好。因而，若仅考虑图16所示的特性，则优选，在燃料中的乙醇浓度为允许浓度Ep以上的情况下执行进气门延迟打开控制(进排气门同时控制)，在乙醇浓度不足允许浓度Ep的情况下，禁止进气门延迟打开控制而单独执行排气门提早关闭控制。
[0099]根据本控制，即使燃烧性因执行进气门延迟打开控制而恶化，在由该控制带来的排气排放的减低效果一方更大的情况下，也能够执行进气门延迟打开控制。由此，既能抑制排气排放的恶化，又能快速地预热催化剂。因此，能够扩大可执行进气门延迟打开控制的运转区域，提高冷机运转时的发动机性能。
[0100](控制切换时的处理)
[0101]在本实施方式中，在通过所述第1、第2进气门延迟打开允许控制、开始进气门延迟打开控制的情况下，与该控制同步地执行排气门提前控制。图17是示出与进气门延迟打开控制同步执行的排气门提前控制的一例的时间图。如该图所示那样，在排气门提前控制中，在开始进气门延迟打开控制前，使排气门的气门正时(至少EVC)提前。然后，在进气门延迟打开控制的开始动作(将气门正时向延迟侧变更的动作)完成后，使EVC恢复为提前之前的正时。
[0102]此外，在执行进排气门同时控制的情况下，在先于IVO的延迟而使EVC提前的基础上，在进气门延迟打开控制的开始动作完成后，还继续EVC的提前即可。另外，在本发明中，不仅可以在开始进气门延迟打开控制的情况下执行排气门提前控制，也可以在结束进气门延迟打开控制的情况下执行排气门提前控制。在该情况下，在进行使IVO恢复为延迟前的正时的结束动作之前，使EVC提前，在该结束动作完成后，使EVC恢复为原来的正时即可。
[0103]根据上述排气门提前控制，即使在燃烧性因进气门延迟打开控制的执行而比预想的情况更加恶化的情况下，也能够使排气门的气门正时提前来抑制排气排放的恶化。即，能够使排气排放提高与使排气门的气门正时提前相当的量，由此能够扩大可执行进气门延迟打开控制的运转区域。
[0104][用于实现实施方式I的具体的处理]
[0105]接着，参照图18，对用于实现上述控制的具体的处理进行说明。图18是示出本发明的实施方式I中由ECU执行的控制的流程图。该图所示的例程在发动机的运转期间反复执行。在图18所示的例程中，首先，在读入各传感器的输出后，在步骤100中，对是否空燃比比空燃比判定值大(空燃比为比空燃比判定值靠稀侧)且催化剂温度Ts比催化剂温度判定值β高进行判定。
[0106]在步骤100的判定成立的情况下，转移至步骤102，(I)执行燃料经济性优先控制(参照图11、图12)。另外，在步骤100的判定不成立的情况下，在步骤104中，对是否空燃比为比空燃比判定值α靠稀侧且催化剂温度Ts比催化剂温度判定值β低进行判定。
[0107]在步骤104的判定成立的情况下，(2)通过禁止排气门提早关闭控制而仅执行进气门延迟打开控制，来执行催化剂预热优先控制。在该情况下，首先，在步骤106中，对是否处于进气门延迟打开控制(In延迟)的执行期间进行判定。然后，在该控制处于执行期间的情况下，在步骤108中，对是否处于排气门提早关闭控制(Ex提前)的执行期间进行判定。在步骤108的判定成立的情况下，处于进排气门同时控制的执行期间，所以在步骤110中，结束排气门提早关闭控制来使排气门34的气门正时(至少EVC)恢复为通常的状态(与现有技术同样的正时)，在步骤112中，继续进气门延迟打开控制。另一方面，在步骤108的判定不成立的情况下，处于仅执行进气门延迟打开控制的状态，所以直接转移至步骤112。
[0108]另外，在步骤106的判定不成立的情况下，没有执行进气门延迟打开控制，所以转移至步骤114，对是否处于排气门提早关闭控制的执行期间进行判定。在该判定成立的情况下，已经执行了排气门提早关闭控制，所以首先，通过步骤116开始进气门延迟打开控制。然后，在步骤118中，与步骤110的处理同样地，结束排气门提早关闭控制。另外，在步骤114的判定不成立的情况下，没有执行排气门提早关闭控制，(9)所以一边执行排气门提前控制，一边开始进气门延迟打开控制。在排气门提前控制中，首先，通过步骤120来使EVC提前，在步骤116中进气门延迟打开控制的开始动作完成后，通过步骤118使EVC恢复为提前之前的状态。
[0109]另一方面，在步骤104的判定不成立的情况下，转移至步骤122，对燃料中的乙醇浓度El是否比前述的容许浓度Ep低进行判定。在该判定成立的情况下，在步骤124中，对水温Thw是否比低温判定值Tl低进行判定。在步骤124的判定成立的情况下，首先，转移至步骤126，禁止进气门的变位的变更(In变更禁止)。接着，在步骤128中，对是否处于排气门提早关闭控制的执行期间进行判定，在该判定不成立的情况下，在通过步骤130执行排气门提早关闭控制后，转移至步骤132。
[0110]接着，在步骤132中，对发动机转速Ne是否处于预定的怠速转速Na以上进行判定。在该判定成立的情况下，在步骤134中，(3)禁止包括进气门延迟打开控制的进气门的变位的变更、且保持执行排气门提早关闭控制后的状态。另外，在步骤132的判定不成立的情况下，通过步骤136执行进气门延迟打开控制。由此，(4)成为执行进排气门同时控制(In延迟+Ex提前)的状态，在步骤138中，保持该状态。
[0111]另外，在步骤124的判定不成立的情况下，在步骤140中，对是否处于排气门提早关闭控制的执行期间进行判定，在该判定不成立的情况下，通过步骤142执行排气门提早关闭控制，然后转移至步骤144。在步骤144中，对是否处于进气门延迟打开控制的执行期间进行判定，在该判定成立的情况下，通过步骤146结束(禁止)进气门延迟打开控制，使进气门32的气门正时恢复为通常的状态。结果，在步骤148中，(5)成为仅执行排气门提早关闭控制的状态，所以保持该状态。
[0112]另一方面，在步骤122中判定为燃料中的乙醇浓度El为容许浓度Ep以上的情况下，转移至步骤150，对水温Thw是否比低温判定值Tl低进行判定。在步骤150的判定成立的情况下，在步骤152?164中，执行与所述步骤126?138同样的处理。即，在乙醇浓度El为容许浓度Ep以上且水温Thw比低温判定值Tl低的条件下，在发动机转速Ne为怠速转速Na以上的情况下，(6)禁止包括进气门延迟打开控制的进气门的变位的变更，且保持执行排气门提早关闭控制后的状态。另外，在所述条件下，在发动机转速Ne低于怠速转速Na的情况下，(7)执行进排气门同时控制。
[0113]进而，在步骤150的判定不成立的情况下，即，水温Thw为低温判定值Tl以上的情况下，转移至步骤166，对是否处于进气门延迟打开控制的执行期间进行判定。在该判定成立的情况下，在步骤168中，对是否处于排气门提早关闭控制的执行期间进行判定，在步骤168的判定不成立的情况下，通过步骤170执行排气门提早关闭控制，然后，转移至步骤172。由此，在步骤172中，(8)成为执行进排气门同时控制的状态，所以保持该状态。另一方面，在步骤166的判定不成立的情况下，转移至步骤174，对是否处于排气门提早关闭控制的执行期间进行判定。然后，在该判定不成立的情况下，一边通过步骤176执行排气门提前控制，一边通过步骤178执行进气门延迟打开控制，汇合到步骤172。
[0114]另外，在执行步骤102、112、134、138、148、160、164、172后，转移至步骤180，对怠速控制的结束条件是否成立进行判定。在该判定成立的情况下，结束本例程。另外，在步骤180的判定不成立的情况下，返回步骤100而重复执行本例程。
[0115]重新总结图18所示的例程，成为如下这样。
[0116](I)在排气空燃比为比空燃比判定值α靠稀侧、且催化剂温度Ts比催化剂温度判定值β高的情况下，执行燃料经济性优先控制。
[0117](2)在排气空燃比为比空燃比判定值α靠稀侧、且催化剂温度Ts为催化剂温度判定值β以下的情况下，执行进气门延迟打开控制。
[0118](3以及6)在排气空燃比为比空燃比判定值α靠浓侧、且水温Thw为低温判定值Tl以下的情况下，禁止包括进气门延迟打开控制的进气门的变位的变更，执行排气门提早关闭控制。
[0119](4以及7)在上述(3或者6)的条件成立、且发动机转速Ne比怠速转速Na低的情况下，执行进气门延迟打开控制。
[0120](5)在排气空燃比为比空燃比判定值α靠浓侧、且水温为低温判定值Tl以下、进而燃料中的乙醇浓度El比容许浓度Ep低的情况下，禁止进气门延迟打开控制，执行排气门提早关闭控制。
[0121](8)在排气空燃比为比空燃比判定值α靠浓侧、且水温Thw为低温判定值Tl以下、进而燃料中的乙醇浓度El为容许浓度Ep以上的情况下，执行进排气门同时控制。
[0122](9)在开始和结束进气门延迟打开控制的情况下，先于该控制的开始和结束的动作而执行排气门提前控制，在使EVC提前的状态下开始进气门延迟打开控制并结束。
[0123]如以上详述那样，根据本实施方式，能够基于燃料性状和/或内燃机温度来适当地控制进气门32和排气门34的气门正时，能够提高排气排放和/或催化剂的预热性能。
[0124]此外，在所述实施方式I中，图18中的步骤112表示权利要求1的进气门控制单元的具体例，步骤148表示排气门控制单元的具体例。另外，步骤124、150以及图9表示权利要求I的低温判定值可变单元的具体例，步骤134、160表示进气门控制禁止单元和排气门控制允许单元的具体例。另外，步骤112表示权利要求2的进气门控制允许单元的具体例，步骤172表示权利要求3的进气门控制允许单元的具体例。进而，步骤114、116、118、120表示权利要求4的排气门提前控制单元的具体例。
[0125]另外，在所述实施方式I中，作为可变气门机构36、38，举出液压式VVT等为例进行了说明。但是，本发明不限于此，能够广泛应用于包括摆臂型可变气门机构和/或电磁驱动式气门机构等的、可变地设定气门正时的各种可变气门机构。另外，在实施方式I中，作为内燃机温度例示了水温Thw，但是本发明不限于此，也可以使用油温等。
[0126]另外，在实施方式I中，例示了通过催化剂温度传感器50来检测催化剂温度Ts的情况。但是，本发明不限于此，例如也可以构成为不使用催化剂温度传感器50、而基于反映发动机的运转状态的参数来推定实际催化剂温度。具体而言，例如能够基于吸入空气量的累计值(累计吸入空气量)和排气空燃比来算出投入能量，进而基于投入能量来推定催化剂温度。作为催化剂温度Ts，可以采用这样算出的催化剂温度的推定值。
[0127]另外，在实施方式I中，构成为使用主空燃比传感器46，但是本发明不限于此，例如也可以基于副02传感器48的输出来判定空燃比。进而，在本发明中，也可以构成为不使用乙醇浓度传感器52、而基于空燃比的学习结果等来推定燃料中的乙醇浓度。
[0128]附图标记说明
[0129]10发动机(内燃机)
[0130]12 活塞
[0131]14燃烧室
[0132]16 曲轴
[0133]18进气通路
[0134]20排气通路
[0135]22节气门
[0136]24、26 催化剂
[0137]28燃料喷射阀
[0138]30火花塞
[0139]32进气门
[0140]34排气门
[0141]36进气可变气门机构
[0142]38排气可变气门机构
[0143]40曲轴角传感器
[0144]42空气流量传感器
[0145]44水温传感器(内燃机温度取得单元)
[0146]46主空燃比传感器(排气空燃比取得单元)
[0147]48副02传感器
[0148]50催化剂温度传感器
[0149]52乙醇浓度传感器(乙醇浓度检测单元)
[0150]60 ECU
【权利要求】
1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备: 进气可变气门机构，其变更进气门的气门正时； 排气可变气门机构，其变更排气门的气门正时； 内燃机温度取得单元，其取得内燃机的内燃机温度； 进气门控制单元，其驱动所述进气可变气门机构，来执行变更所述进气门的气门正时的进气门控制； 排气门控制单元，其驱动所述排气可变气门机构，来执行变更所述排气门的气门正时的排气门控制； 基于燃料性状而可变地设定低温判定值的低温判定值可变单元； 进气门控制禁止单元，其至少在所述内燃机温度为所述低温判定值以下的情况下，禁止执行所述进气门控制；以及 排气门控制允许单元，其至少在所述内燃机温度为所述低温判定值以下的情况下，允许执行所述排气门控制。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，具备: 催化剂，其对从内燃机的气缸排出的排气进行净化； 排气空燃比取得单元，其取得内燃机的排气空燃比；以及 进气门控制允许单元，其在推定为即使执行所述进气门控制、所述排气空燃比也处于能够通过所述催化剂进行净化的预定的空燃比范围内的情况下，与所述内燃机温度无关地允许执行所述进气门控制。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其中，具备: 乙醇浓度取得单元，其取得燃料中的乙醇浓度；以及 进气门控制允许单元，其在所述内燃机温度比所述低温判定值高、且所述乙醇浓度为基于排气排放设定的预定的允许浓度以上的情况下，允许执行所述进气门控制。
4.根据权利要求2或3所述的内燃机的控制装置，其中， 具备排气门提前控制单元，在执行所述进气门控制的情况下，该排气门提前控制单元在开始该控制之前使所述排气门的气门正时提前，在所述进气门控制的开始动作完成后，使所述排气门的气门正时恢复为提前之前的正时。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机的控制装置，其中， 所述进气门控制是使所述进气门的至少打开正时延迟的控制，所述排气门控制是使所述排气门的至少关闭正时提前的控制。
【文档编号】F02D41/06GK104395587SQ201280074219
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2012年6月25日 优先权日:2012年6月25日
【发明者】松田和久, 富松亮, 冢越崇博, 森田晃司 申请人:丰田自动车株式会社