本发明涉及内燃机的控制装置。
背景技术
在日本特开2002-206442号公报中公开了一种内燃机的空燃比控制装置。作为空燃比控制装置的控制对象的发动机具备排气传感器、排气净化催化剂以及燃料喷射阀。当发动机在第一运转区域运转时，空燃比控制装置进行基于排气传感器的输出的反馈控制。在反馈控制中，控制燃料喷射阀的驱动时间以使得排气传感器的输出接近化学计量比(理论空燃比)。
另外，当发动机在第二运转区域运转时，空燃比控制装置进行浓运转控制。第二运转区域是位于比第一运转区域靠高负荷侧或高旋转侧的运转区域。当发动机在这样的第二运转区域运转时，排气净化催化剂的床温容易上升。在浓运转控制中进行基于开环控制的空燃比的浓化。当进行浓运转控制时，因剩余hc的气化潜热而排气温度降低。因此，能够抑制发动机在第二运转区域运转时的床温的过度上升。
另外，在发动机的运转状态从第一运转区域进入到第二运转区域时，在进入第二运转区域后的短暂期间，空燃比控制装置继续进行反馈控制。反馈控制的继续时间，根据进入第二运转区域前的在第一运转区域的运转持续期间而增减。运转持续期间越长，则在进入第二运转区域后床温越容易上升。若根据运转持续期间来使反馈控制的继续时间增减，则能够确保针对床温的过度上升的安全，并且能够将燃料消耗率抑制为较低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-206442号公报
发明的内容
发明要解决的问题
进入第二运转区域后的控制可以说是使第一运转区域暂时地扩大或缩小的控制。这样的区域可变控制对于第二运转区域也适用。这是因为，在第二运转区域的运转持续期间越长，则在运转状态从第二运转区域进入了第一运转区域时床温越容易上升。若针对第二运转区域适用区域可变控制，则成为第二运转区域暂时地扩大或缩小。
本发明人对基于根据发动机的运转状态所选择的进气门的关闭正时、点火装置的点火正时以及egr率的控制进行了研究。作为研究涉及的控制的控制对象的发动机具备驱动进气门的两种进气凸轮、增压egr系统、作为排气净化催化剂的三元催化剂以及点火装置。
两种进气凸轮是作用角以及升程量相对大的大凸轮和作用角以及升程量相对小的小凸轮。大凸轮构成为在第一曲轴角区间关闭进气门，所述第一曲轴角区间包括在预定条件下的进气效率最大的曲轴角。小凸轮构成为在第二曲轴角区间关闭进气门，所述第二曲轴角区间比第一曲轴角区间位于提前侧，并且在预定条件下的进气效率相对低。
增压egr系统是具备增压器和egr装置的系统(所谓的lpl-egr系统)，所述增压器具备排气透平和进气压缩机，所述egr装置使在排气净化催化剂的下游流动的排气向进气压缩机的上游侧回流。
在研究涉及的控制中，在egr率的目标值(以下，也称为“目标egr率”)被设定为预定的高值的高egr运转区域选择大凸轮。另外，在研究涉及的控制中，在目标egr率被设定为比预定的高值低的值的低egr运转区域选择小凸轮。而且，在研究涉及的控制中，在选择小凸轮时，与选择大凸轮时相比使点火正时提前。根据这样的控制，能够在高egr运转区域和低egr运转区域这两方实现发动机输出的提高。
当除了研究涉及的控制以外还进行上述的区域可变控制时，明确了会产生以下问题。即，当并行地进行这些控制时，会出现因区域可变控制而暂时地扩大了的浓运转区域与高egr运转区域重叠的情况。如此一来，就会在重叠的区域中的运转期间从缸内排出剩余hc。但是，在浓运转区域中的运转期间，三元催化剂无法发挥原本的净化能力。另外，在高egr运转区域中的运转期间，经过了三元催化剂的排气作为外部egr气体向进气系统回流。因此，在重叠的区域中的运转期间，容易在进气系统中产生由来于剩余hc的沉积物。
本发明是鉴于上述的问题而做出的发明。即，目的在于，找到在基于根据发动机的运转状态所选择的进气门的关闭正时、点火装置的点火正时以及egr率来进行谋求发动机输出的提高的控制的情况下，浓运转区域暂时地扩大而与目标egr率被设定为预定的高值的运转区域重叠时的对策。
用于解决问题的技术方案
第一发明是用于解决上述的问题的内燃机的控制装置。
所述控制装置控制发动机，所述发动机具备：凸轮轮廓不同的两种进气凸轮，所述进气凸轮驱动进气门；增压器，其具备排气透平和进气压缩机；排气净化催化剂，其设置于所述排气透平的下游；egr装置，其使在所述排气净化催化剂的下游流动的排气作为外部egr气体向所述进气压缩机的上游回流；以及点火装置，其对缸内的混合气进行点火。
所述控制装置基于由发动机转矩和发动机转速确定的所述发动机的运转状态来设定目标egr率和目标空燃比，并且选择所述进气门的驱动凸轮。
所述控制装置，当所述发动机在所述目标egr率被设定为预定的高egr率的高egr运转区域运转的情况下，选择第一凸轮作为所述驱动凸轮，并且将所述进气门的关闭正时设定在第一曲轴角区间，所述第一曲轴角区间包括在将发动机转速和增压压力固定了的条件下进气效率最高的曲轴角。
所述控制装置，当所述发动机在低egr运转区域运转的情况下，选择作用角以及升程量比所述第一凸轮小的第二凸轮作为所述驱动凸轮，将所述关闭正时设定在第二曲轴角区间，并且将所述点火装置的点火正时变更为比所述高egr运转区域中的点火正时靠提前侧，所述低egr运转区域是位于比所述高egr运转区域靠高转矩-高转速侧的运转区域且所述目标egr率被设定为比所述预定的高egr率低的值的区域，所述第二曲轴角区间是比所述第一曲轴角区间位于靠提前侧且进气效率比所述第一曲轴角区间的低的曲轴角区间。
所述控制装置，当所述发动机在所述高egr运转与所述目标空燃比被设为浓的浓运转区域重叠的区域运转的情况下，将所述目标egr率变更为比所述预定的高egr率低的值，选择所述第二凸轮作为所述驱动凸轮，将所述关闭正时设定在所述第二曲轴角区间，并且将所述点火正时变更为比所述高egr运转区域中的点火正时靠提前侧。
第二发明在第一发明的基础上具有以下的特征。
所述控制装置具备：
egr映射，其将所述高egr运转区域和所述低egr运转区域与所述发动机的运转状态相关联；
空燃比映射，其将所述浓运转区域和所述目标空燃比被设定为化学计量比的化学计量比运转区域与所述发动机的运转状态相关联；以及
驱动凸轮映射，其将选择所述第一凸轮作为所述驱动凸轮的第一凸轮运转区域和选择所述第二凸轮作为所述驱动凸轮的第二凸轮运转区域与所述发动机的运转状态相关联。
所述控制装置，判定在将所述egr映射与所述空燃比映射叠加后所述浓运转区域与所述高egr运转区域是否重叠。
所述控制装置，在判定为所述浓运转区域与所述高egr运转区域重叠的情况下，变更所述第一凸轮运转区域和所述第二凸轮运转区域的凸轮边界以使得所述浓运转区域的全部处于所述第二凸轮运转区域内。
第三发明在第二发明的基础上具有以下的特征。
所述发动机还具备设置于所述排气透平的旁通通路的废气旁通阀。
所述控制装置具备开度映射，
所述开度映射是将所述废气旁通阀的开度与所述发动机的运转状态相关联的开度映射，且按每个所述驱动凸轮设置并且规定有使所述废气旁通阀的开度全闭的全闭线。
所述控制装置，在判定为所述浓运转区域与所述高egr运转区域重叠的情况下，变更所述凸轮边界，以使得所述浓运转区域的全部处于所述第二凸轮运转区域内，并且所述凸轮边界位于比所述第二凸轮用的开度映射中的全闭线靠低转速侧。
发明效果
根据第一发明，当发动机在高egr运转区域运转的情况下，能够选择第一凸轮作为进气门的驱动凸轮，在第一曲轴角区间关闭进气门。当发动机在高egr运转区域运转的情况下，目标egr率被设定为高值，所以爆震极限高。另外，第一曲轴角区间包括在将发动机转速和增压压力固定了的条件下进气效率变为最高的曲轴角。因此，若选择第一凸轮并在第一曲轴角区间关闭进气门，则能够提高发动机输出。
另外，根据第一发明，当发动机在低egr运转区域运转的情况下，能够选择第二凸轮作为进气门的驱动凸轮、在第二曲轴角区间关闭进气门，并且能够在比高egr运转区域中的点火正时靠提前侧的点火正时对混合气进行点火。当发动机在低egr运转区域运转的情况下，目标egr率被设定为比运转状态处于高egr运转区域的情况低的值。因此，爆震极限会降低。关于这一点，第二凸轮的作用角以及升程量比第一凸轮的作用角以及升程量小，另外，第二曲轴角区间位于比第一曲轴角区间靠提前侧，并且所述第二曲轴角区间的进气效率比第一曲轴角区间的进气效率低。因此，若选择第二凸轮并在第二曲轴角区间关闭进气门，则能够降低进气效率从而能够抑制爆震极限的降低。另外，若在比高egr运转区域中的点火正时靠提前侧的点火正时对混合气进行点火，则能够补偿进气效率的降低量从而能够抑制发动机输出的降低。
另外，根据第一发明，当发动机在浓运转区域与高egr运转区域重叠的区域运转的情况下，能够将目标egr率变更为比预定的高egr率低的值、选择第二凸轮作为进气门的驱动凸轮、在第二曲轴角区间关闭进气门，并且能够在比高egr运转区域中的点火正时靠提前侧的点火正时对混合气进行点火。若将目标egr率变更为比预定的高egr率低的值，则能够减少外部egr的量，所以能够抑制由来于剩余hc的沉积物的产生。但另一方面，爆震极限会降低。关于这一点，若选择第二凸轮并在第二曲轴角区间关闭进气门，则能够降低进气效率从而能够抑制爆震极限的降低。另外，若在比高egr运转区域中的点火正时靠提前侧的点火正时对混合气进行点火，则能够补偿进气效率的降低量从而能够抑制发动机输出的降低。
根据第二发明，在判定为浓运转区域与高egr运转区域重叠的情况下，能够变更第一凸轮运转区域与第二凸轮运转区域的凸轮边界以使得浓运转区域的全部均处于第二凸轮运转区域内。因此，能够在发动机在浓运转区域与高egr运转区域重叠的区域运转的情况下，必然选择第二凸轮作为进气门的驱动凸轮。
根据第三发明，能够变更凸轮边界，以使得不仅浓运转区域的全部均处于第二凸轮运转区域内，而且所述凸轮边界位于比第二凸轮用的开度映射中的全闭线靠低转速侧。因此，能够避免在比第二凸轮用的开度映射中的全闭线靠低转速侧的运转区域选择第二凸轮来作为进气门的驱动凸轮的情况。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的系统的构成例的概略图。
图2是对本发明的实施方式1的系统所具备的两种进气凸轮的凸轮轮廓的一个例子进行说明的图。
图3是表示发动机的运转区域与目标egr率的关系的一个例子的图。
图4是表示发动机的运转区域与驱动进气门的凸轮的关系的一个例子的图。
图5是说明进气门的关闭正时的一个例子的图。
图6是说明作为本发明的实施方式1的控制的前提的发动机控制的效果的图。
图7是表示进气门的关闭正时与缸内湍流的关系的一个例子的图。
图8是说明作为本发明的实施方式1的控制的前提的发动机控制例的时间图。
图9是表示进气门的关闭正时与进气效率的关系的一个例子的图。
图10是表示发动机的运转区域与目标空燃比的关系的一个例子的图。
图11是说明在图10所说明的浓运转区域扩大了时的问题的图。
图12是说明与驱动凸轮相关的边界的变更方法的图。
图13是说明本发明的实施方式1的控制例的图。
图14是表示在本发明的实施方式1中ecu所执行的处理例程的一个例子的图。
图15是表示发动机的运转区域与wgv的开度的关系的一个例子的图。
图16是表示发动机的运转区域与wgv的开度的关系的其他例子的图。
图17是说明按照本发明的实施方式1的控制来变更与驱动凸轮相关的边界时的问题的图。
图18是说明本发明的实施方式2中的与驱动凸轮相关的边界的调整方法的图。
图19是说明本发明的实施方式2的控制例的图。
附图标记说明
10：内燃机
12：进气管
14：排气管
18：涡轮增压器
18a：压缩机
18b：透平
24：中冷器
26、42：冷却管
28：旁通管
36：lpl-egr装置
38：egr管
40：egr冷却器
44：egr阀
50：ecu
70：喷射器
72：点火装置
74：vvt
76：凸轮切换机构
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。另外，对各图中共通的要素标注相同的标号并省略重复的说明。另外，本发明不被以下的实施方式所限定。
实施方式1
首先，参照图1～图14对本发明的实施方式1进行说明。
[系统构成例的说明]
图1是表示本发明的实施方式1的系统的构成例的概略图。图1所示的系统是搭载于车辆的内燃机的系统。图1所示的系统具备作为驱动源的内燃机(以下，也称为“发动机”)10。发动机10是四冲程型往复发动机，也是直列三汽缸型的发动机。此外，发动机10的汽缸数和汽缸排列并不限定于图1的例子。发动机10的几何压缩比被设为较高的11以上。在发动机10的各汽缸连通有进气管12和排气管14。
首先，对发动机10的进气系统进行说明。在进气管12的入口附近安装有空气滤清器16。在空气滤清器16的下游设置有涡轮增压器18的压缩机18a。压缩机18a通过设置于排气管14的透平(涡轮)18b的旋转而驱动，对进气进行压缩。在压缩机18a的下游设置有电子控制式的节气门20。在节气门20的下游设置有连接于各汽缸的进气口的进气歧管22。在进气歧管22内置有水冷式的中冷器24。流入到中冷器24的进气通过与在冷却管26中流动的冷却水的热交换而被冷却。
接着，对发动机10的排气系统进行说明。在排气管14安装有涡轮增压器18的透平18b。透平18b与压缩机18a连结。透平18b通过在排气管14中流动的排气的能量而旋转。在排气管14的路径中设置有绕过透平18b的旁通管28。在旁通管28设置有wgv(废气旁通阀)30。根据图15所示的关系(后述)来控制wgv30的开度。但是，当比透平18b靠上游侧的排气管压(背压)比规定值高时，wgv30被强制地打开。当wgv30被打开时，在透平18b的上游流动的排气的一部分经由旁通管28而流入透平18b的下游。在透平18b的下游具备用于对排气进行净化的催化剂32、34。催化剂32、34是在催化剂气氛处于化学计量比附近时对排气中的nox、hc以及co进行净化的三元催化剂。
接着，对发动机10的egr系统进行说明。发动机10具备lpl-egr(低压回路-egr)装置36。lpl-egr装置36具备将催化剂32、34之间的排气管14与比压缩机18a靠上游侧的进气管12连接的egr管38。在egr管38的路径中设置有水冷式的egr冷却器40。流入到egr冷却器40的排气(即，外部egr气体)通过与在冷却管42中流动的冷却水的热交换而被冷却。在egr冷却器40的下游设置有电子控制式的egr阀44。当变更egr阀44的开度时，从egr管38流入进气管12的外部egr气体的流量发生变化。当egr阀44的开度变大时，egr率(外部egr气体占进气的比例，以下相同)变高。
接着，对发动机10的气门传动系统进行说明。图2是说明本发明的实施方式1涉及的系统所具备的两种进气凸轮的凸轮轮廓(意味着升程量和作用角中的至少一方)的一个例子的图。如图2所示，本实施方式1的系统具备通常凸轮和小凸轮这两种进气凸轮。小凸轮具有比通常凸轮小的作用角和升程量。通常凸轮(以下，也称为“大凸轮”)和小凸轮被支承于与曲轴同步旋转的凸轮轴。另外，在每个汽缸中支承两组大凸轮和小凸轮。其原因是每个汽缸配设有两个进气门。但是，本发明中的每个汽缸的进气门的数量也可以是一个，还可以是三个以上。
在支承大凸轮和小凸轮的凸轮轴设置有vvt(可变气门正时机构)。vvt是通过变更凸轮轴相对于曲轴的旋转相位差来变更进气门的开阀特性的机构。vvt具备经由正时链等与曲轴连结的壳体、和设置于壳体内并安装于凸轮轴的端部的叶片体。通过向由壳体和叶片体划分出的液压室内供给液压，能够使叶片体相对于壳体相对旋转，进而变更凸轮轴相对于曲轴的旋转相位差。向vvt供给的液压的控制由设置于液压供给管路的液压控制阀来进行。vvt的结构是公知的，另外，在本发明中，并不对其构成进行限定，所以省略与vvt相关的进一步的说明。
返回图1，继续说明系统的构成例。图1所示的系统具备作为控制装置的ecu(electroniccontrolunit：电子控制单元)50。ecu50具备ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)、rom(readonlymemory：只读存储器)以及cpu(microprocessor：微处理器)等。ecu50读取搭载于车辆的各种传感器的信号并进行处理。各种传感器包括空气流量计52、曲轴角传感器54、增压压力传感器56、水温传感器58、背压传感器60以及空燃比传感器62。空气流量计52设置于空气滤清器16的附近以检测进气空气量。曲轴角传感器54输出与曲轴的旋角度相应的信号。增压压力传感器56检测比节气门20靠上游侧的进气管压(增压压力)。水温传感器58检测发动机10的冷却水温。背压传感器60检测比透平18b靠上游侧的排气管压(背压)。空燃比传感器62检测在催化剂32的上游流动的排气的空燃比(a/f)。
ecu50处理被读取的各种传感器的信号并按照预定的控制程序或控制映射来对各种致动器进行操作。各种致动器包括上述的节气门20和wgv30。另外，各种致动器也包括向缸内喷射燃料的喷射器70、对缸内的混合气进行点火的点火装置72、vvt74、以及切换驱动进气门的进气凸轮(以下，也称为“驱动凸轮”)的凸轮切换机构76。
[作为实施方式1的控制的前提的发动机控制(以下，也称为“前提控制”)]
图3是表示发动机的运转区域与目标egr率的关系的一个例子的图。图3的关系是基于事先的仿真(模拟)而作成的。如图3中的等高线所示，目标egr率在中转矩-中转速区域被设定为最高值。这是为了提高使用频率特别高的中转矩-中转速区域的egr率而使热效率提高。另外，越是使用频率相对低的周边区域则目标egr率就越被设定为低的值。具体而言，在高转矩区域、低转矩区域，与中转矩区域相比，目标egr率被设定为低的值。同样地，在高转速区域、低转速区域，与中转速区域相比，目标egr率被设定为低的值。在本实施方式1中，图3所示的关系作为控制映射而被存储于ecu的rom，通过将实际的运转状态应用于该控制映射来控制egr阀的开度。
另外，在本实施方式1中，出于提高发动机输出的目的，进行将进气门的关闭正时与上述的目标egr率组合的发动机控制。图4是表示发动机的运转区域与驱动进气门的凸轮的关系的一个例子的图。如图4所示，在大多数的运转区域选择大凸轮。仅在高转矩-高转速区域选择小凸轮。在本实施方式1中，图4所示的关系作为控制映射而被存储于ecu的rom，通过将实际的运转状态应用于该控制映射来控制凸轮切换机构的切换动作。
图5是说明进气门的关闭正时的一个例子的图。如图5所示，在驱动凸轮是大凸轮的情况下，在比下止点(abdc＝0)晚的曲轴角区间ca1关闭进气门。另一方面，在驱动凸轮是小凸轮的情况下，在包括下止点的曲轴角区间ca2提前关闭进气门。图5所示的曲轴角区间ca1、ca2具有宽度是因为由vvt变更进气门的关闭正时。但是，在为了提高使用频率高的运转区域的发动机输出而将大凸轮作为驱动凸轮的情况下，将曲轴角区间ca1设定为包括进气效率为最大的曲轴角。另一方面，在将升程量小的小凸轮作为驱动凸轮的情况下，将曲轴角区间ca2设定为不包括进气效率为最大的曲轴角。此外，图5所示的进气效率例如能够在固定了发动机转速和增压压力的运转条件下求出。
在图5中，在高转矩-高转速区域选择小凸轮是因为若在该运转区域选择大凸轮则会容易产生爆震。爆震容易在中转矩～高转矩区域产生。另外如图3所说明的那样，在中转矩-中转速区域中将目标egr率设定为高值。这意味着提高了爆震极限。另外，如图3所说明的那样，在高转矩-高转速区域，与中转矩-中转速区域相比，目标egr率被设定为低的值。因此，在发动机的运转状态如图3的动作线所示那样推移了的情况下，目标egr率逐渐地增大而达到最大值，然后转向减少而到达当前动作点。因此，假设在该整个期间持续选择大凸轮的情况下，尽管爆震极限伴随着目标egr率的降低而下降，但实际压缩比持续处于高的状态。因此，不得不使点火正时延迟化，并且不再能避免发动机输出的降低。
关于这一点，在本实施方式1中，在高转矩-高转速区域选择小凸轮，所以能够消除实际压缩比高的状态、使进气效率降低。因此，能够抑制爆震极限的降低，避免点火正时的延迟化。另外，在高转矩-高转速区域背压高，在选择了大凸轮的情况下，背压大幅超过规定值从而会打开wgv。但是，若切换为小凸轮，则背压也伴随着进气效率的有意识的降低而降低，所以，背压低于规定值，从而wgv的开度变小。因此，能够提高增压压力，从而能够补偿选择小凸轮而带来的进气效率的降低。因此，能够使发动机输出提高。
图6是说明作为本发明的实施方式1的控制的前提的发动机控制的效果的图。如图6所示，在egr率降低时持续选择大凸轮的情况下，在egr率降低后发动机的最大输出降低(虚线箭头)。与此相对，根据本实施方式1的前提控制，在目标egr率降低时从大凸轮切换为小凸轮，所以能够抑制发动机的最大输出的降低(实线箭头)。此外，降低后的目标egr率的值可以是零，也可以比零大。
当将驱动凸轮从大凸轮切换为小凸轮并变更进气门的关闭正时时，不仅进气效率降低，燃烧速度也降低。图7是表示进气门的关闭正时与缸内湍流的关系的一个例子的图。如图7所示，在驱动凸轮是小凸轮的情况下，与驱动凸轮是大凸轮的情况相比，缸内湍流变小。因此，在将驱动凸轮从大凸轮切换为小凸轮的情况下，燃烧速度可能会变慢，并且发动机输出可能会降低。但是，在本实施方式1那样的几何压缩比高的内燃机中，与燃烧速度的降低相比，伴随进气效率的降低的增压压力的上升会带来更强的影响，所以，会抑制发动机输出的降低(参照图6)。附带一提，在几何压缩比是10左右的通常的增压发动机的情况下，燃烧速度降低的影响相对地变强，从而发动机输出容易降低。
接着，参照图8对本实施方式1的前提控制的具体例进行说明。图8是说明作为本发明的实施方式1的控制的前提的发动机控制例的时间图。在图8的时间图中描绘了：沿图3所说明的动作线，发动机的运转状态从目标egr率高的区域(即，中转矩-中转速区域)向目标egr率低的区域(即，高转矩-高转速区域)转变时的各种物理量、控制参数的推移。因此，图8所示的egr率以时刻t1为界降低，另一方面，该图所示的增压压力、缸内空气量大体上持续上升。
如图8所示，从时刻t1至时刻t2，egr率降低。这是因为，伴随着图3所说明的目标egr率的降低，egr阀的开度向关闭侧变更。当egr率降低时爆震极限下降，所以在egr率的变更期间点火正时持续向延迟侧变更。另外，伴随着点火正时的延迟化，缸内压力为最大的曲轴角θ_pmax向延迟侧移动。
在本实施方式1的前提控制中，在egr率的变更期间不进行驱动凸轮的切换。其原因是，当与egr阀的变更同时并行地进行从大凸轮向小凸轮的切换时，燃烧会变得不稳定并且转矩变动变大。进而言之，驱动凸轮的切换在egr率的变更完成的时刻t2也不开始，而是以待机状态直到时刻t3。代替驱动凸轮的切换，在时刻t2，燃料的喷射正时向提前侧变更。喷射正时从压缩行程中的曲轴角变更为进气行程中的曲轴角。其原因是，在驱动凸轮是大凸轮的情况下，能够确保缸内湍流并且能够提高发动机输出，另一方面，在将驱动凸轮切换为小凸轮后缸内湍流会降低。关于这一点，若在时刻t2使喷射正时提前而变更为进气行程中的曲轴角，则能够促进进气与燃料的混合，所以能够抑制发动机输出的降低。
另外，在本实施方式1的前提控制中，在时刻t2开始进气门的关闭正时向延迟侧的变更。关闭正时向延迟侧的变更在驱动凸轮是大凸轮的期间通过控制vvt的液压控制阀来进行以使得进气效率在驱动凸轮的切换前后一致。图9是表示进气门的关闭正时与进气效率的关系的一个例子的图。如图9所示，进气效率显示出以下止点附近的曲轴角为中心大致对称的特性。对称中心的曲轴角与下止点不一致是受到了增压压力的影响。大凸轮与小凸轮的作用角差在凸轮的设计阶段便已经知道。因此，基于图9所示的特性，能够确定进气效率在驱动凸轮的切换前后一致的进气门的关闭正时。
驱动凸轮的切换在vvt进行的进气门的关闭正时的变更完成的时刻t3开始。其原因是，若与喷射正时的变更、或者进气门的关闭正时的变更同时并行地进行从大凸轮向小凸轮的切换，则燃烧会变得不稳定并且转矩变动变大。另外，在时刻t3点火正时向提前侧变更。在时刻t3的点火正时的提前程度被设定为使得缸内压力为最大的曲轴角θ_pmax成为与在时刻t1的曲轴角θ_pmax大致相等的值。但是，在时刻t3的点火正时变更为比在时刻t1的点火正时靠提前侧。通过这样的点火正时的向提前侧的变更来补偿与驱动凸轮的切换相伴的进气效率和燃烧速度的降低，从而能抑制发动机输出的降低。
如已叙述的那样，当在高转矩-高转速区域选择小凸轮时，能够抑制爆震极限的降低。因此，在时刻t3变更了的点火正时在从时刻t3起的短暂的期间进一步继续向提前侧变更。另外，在完成了向小凸轮的切换的时刻t4以后，wgv的开度伴随着进气效率的有意识的降低而变小。因此，直到时刻t3为止都处于上升倾向的增压压力在时刻t4以后也进一步上升。另外，伴随着时刻t4以后的增压压力的上升缸内空气量也增加。因此，如图8的最上层所示，在从大凸轮向小凸轮的切换前后，能够使发动机输出持续上升。
[实施方式1的控制的特征]
在本实施方式1中，除了进行上述的发动机控制以外，还进行空燃比控制。在空燃比控制中，根据发动机的运转状态来设定目标空燃比(空燃比的目标值)。图10是表示发动机的运转区域与目标空燃比的关系的一个例子的图。如图10所示，在大多数的运转区域目标空燃比被设定为化学计量比。在高转矩-高转速区域目标空燃比被设为浓。其原因是，当发动机的运转状态处于高转矩-高转速区域时，催化剂的床温容易上升。关于这一点，通过将这样的运转区域中的目标空燃比设为浓，能够通过剩余hc的气化潜热来床温的过度上升。此外，这样的空燃比控制是公知的，所以省略与空燃比控制相关的进一步的说明。
但是，在本实施方式1的空燃比控制中，图10所示的浓运转区域扩大或缩小。例如，在除了进行空燃比控制之外还进行检测爆震的控制(kcs控制)的情况下，点火正时伴随着爆震的检测而延迟。另外，在除了空燃比控制之外还进行转矩控制的情况下，点火正时有时会延迟。当点火正时延迟时，排气温度变得容易上升。在车速风(因车辆行驶引起的气流)不足的情况、长时间持续高负荷运转的情况下也引起排气温度变得容易上升的状况。在本实施方式1中，图10所示的关系作为控制映射被存储于ecu的rom。另外，在本实施方式1中，在排气温度为阈值以上时，图10所示的关系变更为浓运转区域扩大。
图11是说明图10所说明的浓运转区域扩大时的问题的图。在图11中用实线描绘出了与图10所说明的空燃比运转相关的边界(i)、边界(ii)。另外，在图11中用虚线描绘出了图3所说明的目标egr率的等高线、和与图4所说明的驱动凸轮相关的边界(i)。也就是说，图11相当于将图3、图4以及图10叠加而得的图。边界(i)位于边界(i)与边界(ii)的中间。在此，假设与空燃比运转相关的边界从边界(i)变更为边界(ii)。如此一来，在边界变更后，目标egr率被设定为高值的区域(以下，也称为“高egr运转区域”)与浓运转区域部分重叠。
在边界变更后，在当前动作点到达了动作点op1时，大凸轮被选择作为驱动凸轮，目标egr率被设定为比较高的值，并且进行浓运转。当进行浓运转时，从缸内排出用于使排气温度降低的剩余hc。但是，在浓运转期间，三元催化剂无法发挥原本的净化能力。尽管如此，在动作点op1目标egr率还被设定为比较高的值。因此，经过了三元催化剂的排气作为外部egr气体向压缩机的上游回流。因此，在动作点op1进行浓运转的期间，容易在进气系统产生由来于剩余hc的沉积物。
因此，在本实施方式1中，判定在高egr运转区域与浓运转区域重叠的区域是否有当前动作点。并且，在判定为在高egr运转区域与浓运转区域重叠的区域(以下，也称为“重叠区域”)有当前动作点的情况下，进行强制性地降低目标egr率的控制。也就是说，不是基于图3所示的关系而是强制性地减小目标egr率。若目标egr率被强制性地减小则外部egr气体的量减少，所以也能够减少向压缩机的上游回流的剩余hc的量。由此，能够抑制上述的沉积物的产生。此外，减少后的目标egr率的值可以是零，也可以比零大。
另外，在本实施方式1中，除了强制性地减小目标egr率的控制以外，还进行变更图4所示的关系的控制以使得选择小凸轮作为驱动凸轮的区域(以下，也称为“小凸轮区域”)扩大。图12是说明与驱动凸轮相关的边界的变更方法的图。在图12中，用虚线描绘出了图11所说明的边界(i)、边界(ii)，用点划线描绘出了边界(i)。边界(i)、边界(ii)与边界(i)的位置关系如图11所说明。在本实施方式1中，在判定为当前动作点处于重叠区域的情况下，将与驱动凸轮相关的边界从边界(i)变更至边界(ii)。如此一来，边界(ii)与边界(ii)的位置关系、与边界(i)与边界(i)的位置关系相同。
这样，在本实施方式1的控制中，在变更与驱动凸轮相关的边界(边界(i)、边界(ii))和与空燃比运转相关的边界(边界(i)、边界(ii))的前后保持所述两边界的位置关系。若像这样保持两边界的位置关系，则能够使浓运转区域收敛于小凸轮区域的内侧。因此，在进行强制性地减小目标egr率的控制时，小凸轮必然被选择作为驱动凸轮。如在前提控制的说明中所述的那样，若将驱动凸轮从大凸轮切换为小凸轮则能够有意识地降低进气效率，结果，能够提高增压压力。因此，根据本实施方式1的控制，既能够抑制发动机的输出的降低，又能够抑制上述的沉积物的产生。
参照图13对本实施方式1的控制的具体例进行说明。图13是说明本发明的实施方式1的控制例的图。在图13中描绘出了在将发动机转速固定了的运转条件下发动机的运转状态向转矩的增加方向转变时的各种物理量、控制参数的推移。在图13所示的例子中，前提控制、空燃比控制以及kcs控制与本实施方式1的控制适当地并行进行。
图13的虚线表示在转矩的上升期间未检测出爆震的情况下的控制例。在转矩的上升期间未检测出爆震的情况下，进行与转矩的上升相伴的点火正时的延迟，与此相伴，排气温度以恒定速度上升。在该虚线的例子中，未检测出排气温度容易上升的状况。因此，不进行与空燃比运转相关的边界(参照图10的边界(i))的变更，仅进行前提控制。根据前提控制，在转矩上升到了转矩tq2的阶段egr率减小，驱动凸轮被切换为小凸轮。
图13的实线表示在转矩的上升期间检测出爆震的情况下的控制例。当检测出爆震时，通过kcs控制使点火正时延迟。因此，与伴随转矩上升的点火正时的延迟相互影响而点火正时大幅延迟。在比转矩tq1高的高转矩侧排气温度大幅上升是因为点火正时大幅延迟。在该实线的例子中，检测出排气温度容易上升的状况。因此，变更与空燃比运转相关的边界，浓运转区域扩大。当浓运转区域扩大时，化学计量比运转区域缩小。
浓运转区域扩大了的结果是，在判定为当前动作点处于重叠区域时，进行本实施方式1的控制。在图13的实线的例子中，判定为在转矩上升到了转矩tq3(＞转矩tq2)的阶段当前动作点处于重叠区域。结果，egr率被强制性地减小。另外，变更与驱动凸轮相关的边界(参照图12的边界(i)、边界(ii))，小凸轮区域扩大。结果，驱动凸轮从大凸轮切换为小凸轮。
图14是表示在本发明的实施方式1中ecu所执行的处理例程的一个例子的图。本例程按每预定的控制周期执行。
在图14所示的例程中，首先，推定或检测排气温度(步骤s10)。在步骤s10中ecu根据发动机的运转历史记录来推定排气温度。但是，也可以使用在排气管另外设置的排气温传感器直接检测排气温度。排气传感器例如可以设置于图1所说明的催化剂32的上游。
继步骤s10之后，判定在步骤s10中推定出的排气温度是否为阈值以上(步骤s12)。在步骤s12的判定结果为肯定的情况下，变更图10所示的关系以使得浓运转区域扩大(步骤s14)。在步骤s12的判定结果为否定的情况下，变更图10所示的关系以使得浓运转区域回到初始状态(步骤s16)。此外，“浓运转区域的初始状态”是指基于事先的仿真而作成的浓运转区域。
在步骤s18、s20中，进行与当前动作点相关的判定。在步骤s18中，ecu基于图4所示的关系来判定在选择大凸轮作为驱动凸轮的区域(以下，也称为“大凸轮区域”)是否有当前动作点。在步骤s20中，ecu基于当前时间点的图10所示的关系来判定当前动作点是否处于浓运转区域。
在步骤s18的判定结果为肯定的情况下，能够判断为当前动作点处于大凸轮区域。在步骤s20的判定结果为肯定的情况下，能够判断为当前动作点处于浓运转区域。因此，在步骤s18、s20的判定结果均为肯定的情况下，能够判定为当前动作点处于重叠区域。因此，在该情况下，ecu在步骤s22中，强制性地减小目标egr率。另外，ecu在步骤s24中变更图4所示的关系以使得小凸轮区域扩大。关于图4所示的关系的变更方法的具体例如图12所说明。
在步骤s18、s20的判定结果中的任一方为否定的情况下，能够判断为当前动作点不处于重叠区域。因此，在该情况下，ecu变更图4所示的关系以使得小凸轮区域回到初始状态(步骤s26)。此外，“小凸轮区域的初始状态”是指基于事先的仿真而作成的小凸轮区域。
以上，根据图14所示的例程，在判断为当前动作点处于重叠区域的情况下，能够降低目标egr率，并且选择小凸轮作为驱动凸轮。因此，既能够抑制发动机的输出的降低，又能够抑制上述的沉积物的产生。
此外，在上述的实施方式1中，图1所示的lpl-egr装置36相当于第一发明的“egr装置”。图1所示的催化剂32相当于该发明的“排气净化催化剂”。另外，图3～图4所说明的中转矩-中转速区域相当于第一发明的“高egr运转区域”。另外，图3～图4中的高转矩-高转速区域相当于该发明的“低egr运转区域”。另外，通常凸轮相当于该发明的“第一凸轮”。另外，小凸轮相当于该发明的“第二凸轮”。另外，图5所说明的曲轴角区间ca1相当于该发明的“第一曲轴角区间”。另外，曲轴角区间ca2相当于该发明的“第二曲轴角区间”。
另外，在上述的实施方式1中，表示图3所示的关系的控制映射相当于第二发明的“egr映射”。另外，表示图10所示的关系的控制映射相当于该发明的“空燃比映射”。另外，表示图4所示的关系的控制映射相当于该发明的“驱动凸轮映射”。另外，选择大凸轮作为驱动凸轮的区域相当于该发明的“第一凸轮运转区域”。另外，选择小凸轮作为驱动凸轮的区域相当于该发明的“第二凸轮运转区域”。
实施方式2.
接着，参照图15～图19对本发明的实施方式2进行说明。此外，本实施方式2的系统的基本的构成与图1所说明的构成例共通。因此，省略对与系统构成的共通的部分相关的说明。
[实施方式2的控制的特征]
在本实施方式2中，除了上述实施方式1所说明的各种控制以外，还进行wgv的开闭控制。在开闭控制中，根据发动机的运转状态来决定wgv的开度。图15是表示发动机的运转区域与wgv的开度的关系的一个例子的图。如图15所示，在低转矩侧的na区域(非增压区域)，使wgv全开(100％)。在高转矩侧的增压区域，发动机的运转状态越向高转矩-低转速区域则wgv的开度被设为越小。wgv全闭的全闭线(iii)与低转速侧的满负荷线wot一致。在本实施方式2中，图15所示的关系作为控制映射被存储于ecu的rom，通过将实际的运转状态应用于该控制映射来控制wgv的开度。
但是，图15所示的规定各开度的线的位置，在驱动凸轮是大凸轮的情况下与在驱动凸轮是小凸轮的情况下稍微不同。其原因是，如已述那样，在驱动凸轮是小凸轮的情况下，与驱动凸轮是大凸轮的情况相比，进气效率变小。关于进气效率小这一情况，必须提高增压压力来补偿进气效率以响应要求负荷率。也就是说，在驱动凸轮是小凸轮的情况下，与驱动凸轮是大凸轮的情况相比，需要进一步减小wgv的开度。
图16是表示发动机的运转区域与wgv的开度的关系的其他例子的图。图16表示假设图15所示的关系在选择大凸轮时成立时的选择小凸轮时的关系。对图15与图16进行比较可知，两者的全开线一致。但是，与图15的规定各开度的线相比，图16的规定各开度的线位于高转速侧。
可以说图16的全闭线(iv)与图15的全闭线(iii)之间的运转区域是在驱动凸轮为小凸轮的情况下增压做功被限定的运转区域。这是因为该运转区域是如下区域：尽管发动机转速比全闭线(iv)靠低转速侧，但必须提高增压压力以响应要求负荷率。基于这样的理由，在上述实施方式1中，在低转速侧不设置小凸轮区域。
在上述实施方式1的控制中，将与驱动凸轮相关的边界向低转速侧变更。因此，当变更后的与驱动凸轮相关的边界位于比图16所示的全闭线(iv)靠低转速侧时，增压做功会被限定。图17是说明按照本发明的实施方式1的控制来变更与驱动凸轮相关的边界时的问题的图。在图17中，用实线描绘出了图15、图16所说明的全闭线(iii)、(iv)。另外，在图17中，用虚线描绘出了图4所说明的与驱动凸轮相关的边界(i)、边界(ii)。与驱动凸轮相关的边界从边界(i)变更为边界(ii)。如此一来，在变更边界后，在接近满负荷线wot的区域，小凸轮区域会比全闭线(iv)位于低转速侧。
因此，在本实施方式2中，在执行上述实施方式1的控制时，调整与驱动凸轮相关的边界以使得所述边界比全闭线(iv)位于高转速侧。图18是说明本发明的实施方式2中的与驱动凸轮相关的边界的调整方法的图。在图18中，用虚线描绘出了图17所说明的全闭线(iii)、(iv)，用点划线描绘出了边界(i)、(ii)。在本实施方式2中，在判定为与驱动凸轮相关的边界(ii)与全闭线(iv)相交的情况下，将与驱动凸轮相关的边界修正为高转速侧的边界(iii)。
像这样，在本实施方式2的控制中，在变更与驱动凸轮相关的边界的前后保持与驱动凸轮相关的边界(边界(i)、边界(iii))与全闭线(iii)、(iv)的位置关系。若像这样保持与驱动凸轮相关的边界与全闭线的位置关系，则能够避免小凸轮区域位于比全闭线(iv)靠低转速侧的情况。也就是说，能够避免在变更与驱动凸轮相关的边界后，增压做功被限定的情况。
参照图19对本实施方式2的控制的具体例进行说明。图19是说明本发明的实施方式2的控制例的图。在图19中描绘出了在将转矩固定了的运转条件下发动机的运转状态向发动机转速的增加方向转变时的各种物理量、控制参数的推移。在图19所示的例子中，前提控制、空燃比控制、kcs控制以及上述实施方式1的控制与本实施方式2的控制适当地并行进行。
图19的虚线与实线的差异在于有没有执行上述实施方式1的控制。图19的虚线表示未进行上述实施方式1的控制时的控制例。在该虚线的例子中，在发动机转速上升到了速度ne1的阶段，使wgv打开。另外，在发动机转速上升到了速度ne2的阶段，减小目标egr率，并且驱动凸轮被切换为小凸轮。目标egr率的变更和驱动凸轮的切换基于前提控制进行。
图19的实线表示进行上述实施方式1的控制时的控制例。在该实线的例子中，伴随着检测出爆震，通过kcs控制使点火正时延迟。另外，伴随着点火正时的延迟，要求负荷率增加。当执行上述实施方式1的控制时，小凸轮区域伴随着浓运转区域的扩大而向低转速侧扩大。在该实线的例子中，在发动机转速上升到了速度ne3的阶段，使wgv打开。wgv的全闭状态持续到速度ne3为止是因为全闭线移动到了高转速侧。
另外，在该实线的例子中，在发动机转速上升到了速度ne4的阶段，目标egr率被强制性地减小，驱动凸轮被切换为小凸轮。目标egr率的强制性的变更和驱动凸轮的切换基于上述实施方式1的控制来进行。在发动机转速上升到了速度ne4的阶段进行目标egr率的强制性的变更和驱动凸轮的切换是因为进行了本实施方式2的控制。通过进行本实施方式2的控制，避免了在比速度ne3靠低转速侧进行目标egr率的强制性的变更和驱动凸轮的切换。
此外，在上述的实施方式2中，表示图15和图16所示的关系的控制映射相当于第三发明的“开度映射”。另外，表示图16所示的关系的控制映射相当于第三发明的“第二凸轮用的开度映射”。
其他实施方式
另外，在上述的实施方式1中，基于排气温度对浓运转区域的扩大进行了判定(参照图14的步骤s12)。但是，也可以是，代替排气温度，而基于内燃机的冷却水温度、油温、kcs的学习值(learningvalue)、缸内压力、背压、喷油嘴的液压、燃料中的乙醇浓度等与排气温度相关的参数来判定浓运转区域的扩大。