CN101379283B - 内燃发动机的控制设备及控制方法 - Google Patents

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Abstract

燃料切断期间，基于进气门和排气门的停止位置确定推荐的重新工作的气缸和可重新工作的气缸(步骤104)。然后基于曲柄角从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中确定最快的可重新工作的气缸(步骤108)。此外，还确定出当使所述最快的可重新工作的气缸成为重新工作的气缸时马达在可变气门驱动设备开始被再次驱动时的旋转方向。当重新工作指令输出时，在情形要求快速重新工作时运转从所述最快的可重新工作的气缸恢复(步骤124)。当情形不要求快速重新工作时运转从所述推荐的重新工作的气缸恢复(步骤118)。

Description

内燃发动机的控制设备及控制方法
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机的控制设备及控制方法。更具体地，本发明涉及这样一种内燃发动机的控制设备和控制方法，其在燃料切断期间控制所述内燃发动机以停止驱动进气门和排气门。
背景技术
例如日本专利申请公开公报No.JP-A-2004-143990描述了一种相关的设置有气门驱动机构的内燃发动机控制设备，所述驱动机构可暂停进气门和排气门的打开操作。该相关的控制设备在燃料切断期间通过暂停那些气门的打开操作而在多个气缸中使进气门或排气门或两者保持关闭，以防止由于新鲜空气在燃料切断期间流入排气通路而使废气控制催化剂劣化。
根据相关技术，进气门或排气门或两者在燃料切断期间保持关闭所以可防止新鲜空气流入排气通路。然而，在燃料切断后运转恢复时，进气门和/或排气门被再次驱动。如果此时在不给予特别考虑的某一时间开始再次驱动进气门和/或排气门，新鲜空气有可能流入排气通路。为了可靠地抑制催化剂劣化，即使在气缸恢复运转时也期望允许尽可能少的新鲜空气流入排气通路。因此从这方面考虑上述的相关技术仍有改进的空间。
发明内容
因此，本发明提供了一种内燃发动机的控制设备和控制方法，其能够在执行燃料切断时以及在燃料切断之后运转恢复时有效抑制催化剂的劣化(本说明书中，恢复运转指的是在燃料切断之后通过重启燃料喷射而使气缸再次以正常方式运转)。
本发明的第一方面涉及一种内燃发动机的控制设备，其包括选择性地驱动和停止具有多个气缸的内燃发动机的进气门和排气门的可变气门驱动设备、用于在燃料切断执行条件得到满足时在所述内燃发动机内执行燃料切断的燃料切断装置和用于停止所述可变气门驱动设备使得在所述燃料切断期间每个气缸内的进气门和排气门至少之一保持关闭的气门停止装置。该控制设备包括：重新工作的气缸确定装置，其用于基于所述可变气门驱动设备的停止位置和曲柄角至少之一确定在燃料切断之后恢复运转时首先重启燃料喷射的重新工作的气缸；气门驱动重启装置，其用于在燃料切断之后运转恢复时开始再次驱动所述可变气门驱动设备，使得留在所确定出的重新工作的气缸内的燃烧废气在运转恢复后在重新工作的气缸内执行第一进气冲程之前排入排气通路；以及燃料喷射重启装置，其用于在重新工作的气缸内重启燃料喷射使得在重新工作的气缸恢复运转后第一进气冲程期间吸入重新工作的气缸的新鲜空气能够被燃烧。在本说明书中，术语“重新工作”及其派生形式指的是燃料切断之后气缸恢复运转。类似地，术语“停止工作”及其派生形式指的是在气缸内执行燃料切断。
根据所述第一方面，每个气缸内的进气门和排气门至少之一可在燃料切断期间保持关闭，所以可避免新鲜空气流入废气控制催化剂的情形。由此，能够有效抑制所述催化剂的劣化。此外根据所述第一方面，能够基于所述可变气门驱动设备和曲柄角至少之一确定在燃料切断之后运转恢复时首先重启燃料喷射的重新工作的气缸。此外，可重启所述可变气门驱动设备的驱动，使得留在所述重新工作的气缸内的燃烧废气在运转恢复之后在重新工作的气缸内执行第一进气冲程之前排至排气通路。由此，能够抑制由于残余燃烧废气引起的不良燃烧，并且能够稳定紧接在重新工作之后的燃烧。此外，根据所述第一方面，能够在所述重新工作的气缸内重启燃料喷射，使得在所述重新工作的气缸恢复运转后的第一进气冲程期间吸入所述重新工作的气缸的新鲜空气能够被燃烧。因此，重新工作后第一进气冲程期间吸入所述重新工作的气缸的新鲜空气能够在燃烧后被输送至排气通路。由此，可以在恢复运转时抑制新鲜空气流至所述催化剂。相应地，能够抑制所述催化剂的劣化。
此外，根据本发明的第二方面，在所述第一方面中，重新工作的气缸确定装置包括推荐的重新工作的气缸确定装置，其用于基于在燃料切断期间所述可变气门驱动设备的停止位置确定推荐的重新工作的气缸。
根据所述第二方面，可基于在燃料切断期间所述可变气门驱动设备的停止位置确定推荐的重新工作的气缸。相应地，能够选择最佳的重新工作的气缸以在不向所述催化剂输送新鲜空气的情形下恢复运转。
此外，根据本发明的第三方面，在所述第一方面中，所述可变气门驱动设备具有至少一个以旋转方式驱动凸轮轴的电动马达，并且所述重新工作的气缸确定装置包括推荐的重新工作的气缸确定装置，其用于在燃料切断后运转恢复时当气缸的气门开始被再次驱动时所述电动马达仅正向旋转的条件下基于所述凸轮轴的停止位置将首先执行进气冲程的气缸确定为推荐的重新工作的气缸。
根据所述第三方面，可执行重新工作后的第一进气冲程而不会反向运转使所述可变气门驱动设备的凸轮轴旋转的电动马达的气缸可被设定为推荐的重新工作的气缸。在将推荐的重新工作的气缸作为重新工作的气缸的情况下进行燃料切断后的恢复运转避免了负荷施加在所述电动马达上。
此外，根据本发明的第四方面，在所述第一方面中，所述可变气门驱动设备具有至少一个以旋转方式驱动凸轮轴的电动马达，并且所述重新工作的气缸确定装置包括：i)推荐的重新工作的气缸确定装置，其用于在燃料切断后运转恢复时当气缸的气门开始被再次驱动时所述电动马达仅正向旋转的条件下基于所述凸轮轴的停止位置将首先执行进气冲程的气缸确定为推荐的重新工作的气缸；ii)可重新工作的气缸确定装置，其用于在燃料切断后运转恢复时当气缸的气门开始被再次驱动时所述电动马达被允许反向旋转时基于所述凸轮轴的停止位置将首先执行进气冲程的气缸确定为可重新工作的气缸；以及iii)最终确定装置，其用于从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中确定一个气缸作为重新工作的气缸。
根据所述第四方面，确定出推荐的重新工作的气缸，其中，可执行重新工作后的第一进气冲程而不会反向运转使所述可变气门驱动设备的凸轮轴旋转的电动马达，还确定出可重新工作的气缸，其中，当允许所述电动马达反向旋转时可在重新工作后执行第一进气冲程，并且所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸之一可被最终设定为重新工作的气缸。因此，可根据燃料切断后恢复运转时的情形确定最佳的重新工作的气缸。
此外，根据本发明的第五方面，在所述第四方面中，所述最终确定装置将所述推荐的重新工作的气缸优先于所述可重新工作的气缸确定为重新工作的气缸。
根据所述第五方面，将所述推荐的重新工作的气缸优先于所述可重新工作的气缸确定为重新工作的气缸。因此，可减少所述可变气门驱动设备的电动马达反向运转的机率，从而减少了施加在所述马达上的负荷。
此外，根据本发明的第六方面，在所述第五方面中，所述最终确定装置在燃料切断后应该快速恢复运转的预定情形下基于所述曲柄角从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中确定能够首先重启燃烧的气缸为重新工作的气缸，并且在非所述预定情形的情形下不论所述曲柄角如何都确定所述推荐的重新工作的气缸为重新工作的气缸。
根据所述第六方面，在运转应该快速恢复的情形下，从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中，使基于所述曲柄角首先再次执行燃烧的气缸作为重新工作的气缸。在任何其他情形下，不管所述曲柄角如何都使所述推荐的重新工作的气缸作为重新工作的气缸。因此，当情形要求运转快速恢复时，运转可无延迟地快速恢复。此外，在不要求快速执行重新工作的情形下，可避免所述可变气门驱动设备的电动马达的反转，从而使施加在所述电动马达上的负荷最小化。
此外，根据本发明的第七方面，在所述第六方面中，所述预定情形包括以下情形中的至少一种：由于发动机速度等于或小于预定的重新工作速度而引起的自然重新工作的情况下发动机速度的减小等于或大于预定值的情形，以及由于输出加速请求而引起的受迫重新工作的情况下所需的加速度等于或大于预定值的情形。
根据所述第七方面，当发动机速度在自然重新工作的情况下快速降低时，或当在受迫重新工作的情况下所需的加速程度较高时，燃料切断后运转可无延迟地快速恢复。
此外，根据本发明的第八方面，所述第四至第七方面的任一方面中的控制设备还包括：最快的可重新工作的气缸确定装置，其用于基于所述曲柄角从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中确定能够首先重启燃烧的最快的可重新工作的气缸；以及旋转方向确定装置，其用于确定在将所述最快的可重新工作的气缸作为重新工作的气缸的情况下在燃料切断后运转恢复时所述马达开始被再次驱动时的旋转方向。
根据所述第八方面，从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中选择出基于所述曲柄角能够首先再次执行燃烧的最快的可重新工作的气缸。此外，在使所述最快的可重新工作的气缸作为重新工作的气缸的情况下，在燃料切断后运转恢复时可确定所述电动马达开始被再次驱动时的旋转方向。因此，当执行快速重新工作时，可抑制燃料切断后恢复运转中的延迟，所以可平稳并快速地执行重新工作。
此外，根据本发明的第九方面，所述第一至第八方面的任一方面中的控制设备还包括气门重叠缩短装置，其用于在燃料切断后运转恢复时使气门重叠期与正常情况相比缩短，其中同一气缸的排气门和进气门在所述气门重叠期期间都打开。
根据所述第九方面，在燃料切断后运转恢复时，可缩短气门重叠期。因此，可抑制气缸和排气通路内的燃烧废气紧接在运转恢复后回流至进气通路。由此，所述燃烧废气将不会回流至所述气缸内，所以即使在燃烧倾向于不稳定的紧接在运转恢复后的时间中也可抑制不良燃烧和失火。
此外，根据本发明的第十方面，在所述第九方面中，所述气门重叠缩短装置在燃料切断后运转恢复后当被执行以校正扭矩的点火正时控制结束时取消气门重叠期的缩短。
根据所述第十方面，可在燃烧已充分稳定的最佳时间点取消运转恢复后的气门重叠期的缩短控制。
此外，根据本发明的第十一方面，在所述第一至第十方面的任一方面中，所述最快的可重新工作的气缸确定装置在曲轴旋转一周期间基于所述曲柄角反复确定能够首先重启燃烧的最快的可重新工作的气缸，并且所述重新工作的气缸确定装置包括所述最快的可重新工作的气缸确定装置以及用于将在输出重新工作指令时由所述最快的可重新工作的气缸确定装置所确定的成为最快的可重新工作的气缸的气缸设定为所述重新工作的气缸的装置。
根据所述第十一方面，在燃料切断期间，可在重新工作请求输出前基于所述曲柄角提前确定取决于所述曲柄角而连续变化的最快的可重新工作的气缸。然后在重新工作请求输出时，在该时点时的最快的可重新工作的气缸可被设定为重新工作的气缸。由此，可无延迟地立即恢复运转。
此外，根据本发明的第十二方面，在所述第一至第十一方面的任一方面中，燃料切断期间所述气门停止装置停止驱动所述可变气门驱动设备使得每个气缸中的进气门保持关闭并且没有新鲜空气留在任何气缸内。
根据所述第十二方面，燃料切断期间，可以将每个气缸的进气门关闭并且没有新鲜空气留在任何气缸内。因此，即使在运转恢复时，燃料切断期间已留在所述气缸内的新鲜空气也不能在流出到所述催化剂，所以可在运转恢复时抑制新鲜空气被输送至所述催化剂，从而进一步抑制了所述催化剂的劣化。
此外，根据本发明的第十三方面，在所述第一至第十二方面的任一方面中，在所述燃料切断期间所述气门停止装置停止驱动所述可变气门驱动设备，使得通过在活塞总是以相反方向移动的至少一对气缸内使进气门保持关闭并使排气门保持打开，燃烧废气通过所述排气通路在该对气缸之间流通。
根据所述第十三方面，燃料切断期间，可以进行气体交换，其中，燃烧废气在一对气缸之间通过排气通路流动。在其间执行气体交换的气缸内，允许燃烧废气自由进入和离开，这也抑制了新鲜空气从所述进气门轻微泄漏。因此，可以使燃料切断期间流至所述催化剂的空气量特别小，从而进一步抑制了所述催化剂的劣化。
此外，根据本发明的第十四方面，在所述第一至第十三方面的任一方面中，所述重新工作的气缸确定装置从排气门在燃料切断期间保持打开的气缸中确定一个气缸为重新工作的气缸。
根据所述第十四方面，可将燃料切断期间排气门保持打开的气缸中的一个气缸设定为重新工作的气缸。当运转恢复时，所述重新工作的气缸内的燃烧废气需要在所述重新工作的气缸内执行进气冲程前排入所述排气通路。因此，使排气门已经打开的气缸作为重新工作的气缸能够使燃烧废气在所述进气冲程前快速排出。由此，燃料切断后运转能够平稳并快速地恢复而不会延迟。
本发明的第十五方面涉及一种内燃发动机的控制方法，所述内燃发动机包括：可变气门驱动设备，其选择性地驱动和停止具有多个气缸的内燃发动机的进气门和排气门；燃料切断装置，其用于在燃料切断执行条件得到满足时在所述内燃发动机内执行燃料切断；以及气门停止装置，其用于停止所述可变气门驱动设备使得每个气缸内的进气门和排气门至少之一在燃料切断期间保持关闭。该控制方法包括以下步骤：基于所述可变气门驱动设备的停止位置和曲柄角至少之一确定在燃料切断后恢复运转时首先重启燃料喷射的重新工作的气缸；开始再次驱动所述可变气门驱动设备使得留在所确定出的重新工作的气缸内的燃烧废气在运转恢复后在所述重新工作的气缸内执行第一进气冲程前排入排气通路；以及在所述重新工作的气缸内重启燃料喷射使得在所述重新工作的气缸恢复运转后在第一进气冲程期间吸入所述重新工作的气缸的新鲜空气能够被燃烧。
附图说明
通过以下参照附图对优选实施方式的描述，本发明的前述及进一步的目的、特征和优势将变得显而易见，图中相似的标号用来表示相似的元件并且图中：
图1是根据本发明的示例实施方式的系统的结构的视图；
图2是可变进气门驱动设备的结构的立体图；
图3是进气凸轮轴从轴线方向观察的视图；
图4是可变排气门驱动设备的结构的视图；
图5是排气凸轮轴从轴线方向观察的视图；
图6是示出每个气缸内排气凸轮轴的旋转角和排气门的升程之间的关系的曲线图；
图7是图示在燃料切断开始时停止每个气缸内进气门和排气门的运转的控制的图表；
图8是图示其中所有气缸的进气门基于图7所示的停止所述气门运转的控制而保持关闭的发动机的状态的视图；
图9A是图示其中基于图7所示的停止所述气门运转的控制而使#1和#2气缸的排气门保持关闭并且使#3和#4气缸的排气门保持打开(即部分打开)的发动机的状态的视图；
图9B是图9A所示的状态中的所述排气凸轮轴从轴线方向观察的视图；
图10是图示在将#3气缸作为重新工作的气缸的情况下在燃料切断后恢复运转时再次开始燃料喷射和气门运转的控制的图表；
图11是图示在将#4气缸作为重新工作的气缸的情况下在燃料切断后恢复运转时再次开始燃料喷射和气门运转的控制的图表；
图12是示出在执行快速重新工作时要成为重新工作的气缸的气缸的图表；并且
图13是在本发明的示例实施方式中执行的程序的流程图。
具体实施方式
【系统结构】
图1是根据本发明的示例实施方式的系统的结构的视图。图中所示的结构包括内燃发动机10。这里，内燃发动机10是直列四缸内燃发动机。活塞12设置在内燃发动机10的每个气缸内并且进气通路16和排气通路18与每个气缸的燃烧室14连接。
节气门20设置在进气通路16中。检测节气门开度TA的节气门位置传感器22靠近节气门20布置。此外，净化废气的催化剂26布置在排气通路18中。
为内燃发动机10的每个气缸设置将燃料喷射至进气口内的燃料喷射阀28和点燃燃烧室14内的空燃混合物的火花塞30。此外，内燃发动机10包括驱动进气门32的可变进气门驱动设备34和驱动排气门36的可变排气门驱动设备38。靠近内燃发动机10的曲轴24设置了用于检测曲轴24的旋转角(曲柄角)和旋转速度(发动机速度NE)的曲柄角传感器42。
图1所示的系统包括ECU(电子控制单元)40。该ECU40连接到各种传感器例如上述的节气门位置传感器22和曲柄角传感器42，以及连接到例如燃料喷射阀38、火花塞30、可变进气门驱动设备34和可变排气门驱动设备38的各种致动器。
此外，在该示例实施方式的系统中，还设置了分别检测进气凸轮轴52和54及排气凸轮轴76的旋转角的凸轮角传感器84、86和88，稍后将对此进行描述。ECU40也与这些凸轮角传感器84、86和88接接。
【可变气门驱动设备的结构】
以下将参照图2至5描述根据本发明的示例实施方式的可变进气门驱动设备34和可变排气门驱动设备38的结构。
图2是图1所示的可变进气门驱动设备的结构的立体图。图2所示的可变进气门驱动设备34是用来驱动内燃发动机10的进气门32的设备。图2中，参考标号#1、#2、#3和#4分别表示内燃发动机10的第一、第二、第三和第四气缸。内燃发动机10的点火顺序与一般内燃发动机的点火顺序相同，即#1→#3→#4→#2。
如图2所示，为内燃发动机10的每个气缸设置两个进气门32。气门杆44固定到每个进气门32并且气门挺杆46安装到每个气门杆44的上端部。来自未示出的气门弹簧的推动力施加到每个气门杆44，从而迫使每个进气门32关闭。
相应的进气凸轮48或进气凸轮50布置在每一个气门挺杆46的上方。如图2所示，图中，与布置于#1和#4气缸的气门挺杆46对应的进气凸轮将称为进气凸轮48，并且与布置于#2和#3气缸的气门挺杆46对应的进气凸轮将称为进气凸轮50。与#1和#4气缸对应的进气凸轮48固定到进气凸轮轴52。与#2和#3气缸对应的进气凸轮50固定到进气凸轮轴54，进气凸轮轴54布置在与进气凸轮轴52相同的轴线上但能够独立于进气凸轮轴52旋转。亦即，由于具有图2所示的结构，其中点火正时相差达360°CA的气缸使用共同的凸轮轴。根据这种结构，这些进气凸轮轴即与#1和#4气缸对应的进气凸轮轴52和与#2和#3气缸对应的进气凸轮轴54能够彼此独立地沿圆周方向旋转或滑动。进气凸轮轴52和进气凸轮轴54由支撑构件例如未示出的气缸盖以旋转方式支撑。
第一从动齿轮56绕与一个进气凸轮轴52相同的轴线被固定到一个进气凸轮轴52。第一输出齿轮58与该第一从动齿轮56啮合。第一输出齿轮58绕与第一马达60的输出轴相同的轴线固定到所述输出轴。
第一马达60的运转由ECU40控制。第一马达60能够正向和反向旋转。正常运转期间，第一马达60被正向驱动使得来自所述马达的驱动力经由第一从动齿轮56和第一输出齿轮58传递至进气凸轮轴52，从而正向旋转进气凸轮轴52。由此，#1和#4气缸的进气门32能够被驱动成打开和关闭。通过基于曲柄角控制第一马达60的旋转量和旋转速度，由此能够适当控制#1和#4气缸的进气门32的打开和关闭正时。
第二从动齿轮62绕与另一进气凸轮轴54相同的轴线固定到另一进气凸轮轴54。第二输出齿轮66经由中间齿轮64与第二从动齿轮62啮合。第二输出齿轮66绕与第二马达68的输出轴相同的轴线固定到所述输出轴。
第二马达68的运转也由ECU40控制。第二马达68能够正向和反向旋转。正常运转期间，第二马达68被正向驱动使得来自所述马达的驱动力经由第二从动齿轮62、中间齿轮64和第二输出齿轮66传递至进气凸轮轴54，从而正向旋转进气凸轮轴54。由此，#2和#3气缸的进气门32能够被驱动成打开和关闭。通过基于曲柄角控制第二马达68的旋转量和旋转速度，由此能够适当控制#2和#3气缸的进气门32的打开和关闭正时。
图3是图2所示的进气凸轮48在进气凸轮轴52从轴线方向观察时的详细结构的视图。如上所述，进气凸轮48(#1)和进气凸轮48(#4)固定到进气凸轮轴52。如图3所示，每一个用于#1气缸的进气凸轮48(#1)具有两个进气凸轮面，即非工作面48a(#1)和工作面48b(#1)，其具有不同的轮廓。形成非工作面48a(#1)(即圆形基部)使得离进气凸轮轴52的中心的距离固定不变。另一方面，形成工作面48b(#1)使得更接近顶部48c(#1)时离进气凸轮轴52的中心的距离逐渐增加然后越过顶部48c(#1)后则逐渐减小。同样，#4气缸的每一个进气凸轮48(#4)也具有类似于进气凸轮48(#1)的非工作面48a(#4)和工作面48b(#4)。进气凸轮48(#1)的顶部48c(#1)和进气凸轮48(#4)的顶部48c(#4)被布置成沿进气凸轮轴52的圆周方向彼此偏离180°。
这种进气凸轮轴52使得#1气缸的进气凸轮48和#4气缸的进气凸轮48都能够通过非工作面48a(#1)而与气门挺杆46接触。在该状态下通过停止第一马达60而停止进气凸轮轴52，由此使#1和#4气缸的进气门32保持不打开，即，使#1和#4气缸的进气门32保持关闭。
虽然没有示出，进气轴54上的用于#2和#3气缸的进气凸轮50之间的关系与上述的关系相似。因此，通过适当控制第二马达68旋转停止的角度，可使#2和#3气缸的进气门32保持不打开即保持关闭。
接下来，图4是图1所示的可变排气门驱动设备38的结构的立体图。图4所示的可变排气门驱动设备是用来驱动内燃发动机10的排气门36的设备。如图4所示，为内燃发动机10的每个气缸设置两个排气门36。气门杆70固定到每个排气门36并且气门挺杆72安装到每个气门杆70的上端部。来自未示出的气门弹簧的推动力施加到每个气门杆70，从而迫使每个排气门36关闭。
在每个气门挺杆72的上方设置排气凸轮74。如图4所示，在排气侧，对于每个气缸，所有排气凸轮74以不同的预定安装角固定到单个排气凸轮轴76。从动齿轮78绕与排气凸轮轴76相同的轴线固定到排气凸轮轴76的一端，并且输出齿轮80与该从动齿轮78啮合。输出齿轮80绕与马达82的输出轴相同的轴线固定到所述输出轴。
第一马达82的运转由ECU40控制。正常运转期间，马达82被正向驱动使得来自所述马达的驱动力经由从动齿轮78和输出齿轮80传递至排气凸轮轴76，从而正向旋转排气凸轮轴76。由此，#1和#4气缸的排气门36可被驱动成打开和关闭。可通过基于所述曲柄角控制马达82的旋转量和转速适当控制#1和#4气缸的进气门36的打开和关闭正时。
图5是图4所示的排气凸轮轴76在从轴线方向观察排气凸轮轴76时的详细结构的视图。如上所述，每个气缸#1至#4的排气凸轮74固定到排气凸轮轴76。如图5所示，每一个排气凸轮74都具有非工作面74a(圆形基部)和工作面74b(#1至#4)，类似于进气凸轮48等。与所述气缸相应的顶部74c(#1至#4)布置成沿排气凸轮轴76的圆周方向以90°间隔偏离，以与内燃发动机10中的点火顺序即#1→#3→#4→#2匹配。
图6是示出排气凸轮轴76的旋转角和每个气缸的排气凸轮36的升程之间关系的曲线图。如图6所示，借助排气凸轮轴76，存在其中具有相邻的点火顺序的气缸的排气门36同时打开(部分打开)的重叠情况。因此，例如，当排气凸轮轴76的旋转停止在以图6所示的箭头标示的位置处时，#3和#4气缸的排气门36都可保持打开。
【示例实施方式的特征】
该示例实施方式的系统中，停止燃料喷射的程序即执行燃料切断(F/C)是在满足执行燃料切断的预定条件时例如车辆正在减速时执行的。在相关的内燃发动机系统中执行燃料切断时，空气(新鲜空气)流入排气通路18并流入催化剂26。催化剂26在高温环境下与氧气接触时易于劣化。因此，为了抑制催化剂26的劣化，根据该示例实施方式的系统通过在执行燃料切断时停止进气门32和排气门36的打开而抑制了含有氧气的新鲜空气流入排气通路18。
同样，在该示例实施方式中，在燃料切断开始时或在燃料切断后重启燃料供应时(本说明书中，在燃料切断后重启燃料供应也可称为“恢复运转”或“重新工作”)，可通过以下述方式控制可变进气门驱动设备34和可变排气门驱动设备38而使流入催化剂26的氧气量保持得极其低。由此，可抑制催化剂26的劣化。
(燃料切断开始时停止驱动气门的控制)
图7是图示了在燃料切断开始时在每个气缸内对停止进气门32和排气门36的运转进行控制的图表。图中，水平轴线代表所述曲柄角。两端都带箭头的实线表示进气门32是打开的，并且两端都带箭头的虚线表示排气门36是打开的。这些箭头只是大致的指示标记，并没有将气门重叠等考虑在内。
内燃发动机10中，#1和#4气缸的相位彼此偏差360°CA所以一个气缸到达上死点(TDC)而另一个气缸同时到达下死点(BDC)。类似地，#2和#3气缸的相位彼此偏差360°CA所以一个气缸到达TDC而另一个气缸同时到达BDC。
如图7所示，这里将描述其中当#1气缸处于排气冲程的终点(即排气TDC)时已输出启动燃料切断指令(下称“停止工作指令”)的例子。#1气缸中，在停止工作指令已经输出后立即执行进气冲程。驱动进气凸轮轴52的第一马达60的运转在随#1气缸的进气冲程照常打开和关闭进气门32后停止。然后在执行所述燃料切断时，#1和#4气缸的进气门32都保持关闭。
在#1气缸的进气冲程期间吸入该气缸的空燃混合物在压缩冲程期间被点燃并燃烧，然后在做功冲程(即膨胀冲程)期间膨胀。如稍后所描述，驱动排气凸轮轴76的马达82此时已经停止所以#1气缸的排气门36此后不会打开并在燃料切断期间也保持关闭。因此，#1气缸中，燃烧废气在燃料切断期间保持被截留在所述气缸内。
当输出所述停止工作指令时，#2气缸处于进气冲程的终点(即进气BDC)。在#2气缸的进气门32随着进气冲程的终点而关闭后，驱动进气凸轮轴54的第二马达68停止运转。此后，#2和#3气缸的进气门32在燃料切断期间都保持关闭。
在停止工作指令输出时，吸入#2气缸的空燃混合物在压缩冲程期间被点燃并燃烧，然后在膨胀冲程期间膨胀。排气凸轮轴76此时已经停止所以此后#2气缸的排气门36不会打开并且在燃料切断期间也保持关闭。因此，#2气缸中，燃烧废气在燃料切断期间与#1气缸中一样保持被截留在所述气缸内。
当输出所述停止工作指令时，#3气缸处于做功冲程(即膨胀冲程)的终点。此时，#3气缸的排气门36开始打开。然后驱动排气凸轮轴76的马达82在排气门36随着排气冲程的终点而处于关闭的中途时停止。更具体地说，马达82在排气凸轮轴76的旋转角处于图6中以箭头标示的位置---即处于#3和#4气缸的排气门36都部分打开时的位置---时停止。此后，#3和#4气缸的排气门36在燃料切断期间都保持打开。
当输出所述停止工作指令时，#4气缸处于压缩冲程的终点(即压缩TDC)。#4气缸中的空燃混合物此时被点燃并燃烧，然后在膨胀冲程中膨胀。在所述膨胀冲程的后半部分，#4气缸的排气门36开始打开，并且在它们部分打开时，排气凸轮轴76如上述停止。此后，#4气缸的排气门36保持打开。
图8是图示其中所有气缸的进气门基于上述停止所述气门运转的控制而保持关闭的发动机的状态的视图。该示例实施方式的可变进气门驱动设备34能够通过将第一马达60和第二马达68停止在进气凸轮48和50的圆形基部与气门挺杆46接触的状态的所述ECU而使所有气缸的进气门32保持关闭。由此，可防止新鲜空气在燃料切断期间被导入所述气缸，从而抑制催化剂26与新鲜空气接触。
图9A是图示内燃发动机10的状态的视图，其中基于上述停止所述气门运转的控制而使#1和#2气缸的排气门保持关闭并且#3和#4气缸的排气门保持打开(即部分打开)。图9B是图9A所示的状态中的排气凸轮轴76从轴线方向观察的视图。
内燃发动机10中，点火顺序是#1→#3→#4→#2所以#1和#4气缸内的活塞12与#2和#3气缸内的活塞12以180°CA的相位差上下移动。亦即，#3气缸内的活塞12与#4气缸内的活塞12总是沿不同的方向行进。燃料切断期间，#3和#4气缸的排气门36都是打开的。因此当#3气缸中的活塞12上升并且#4气缸中的活塞12下降时，从#3气缸排出的燃烧废气通过排气歧管(即排气通路18)被吸入#4气缸。反之，当#4气缸中的活塞12上升并且#3气缸中的活塞12下降时，从#4气缸排出的燃烧废气通过所述排气歧管被吸入#3气缸。这样，燃料切断期间，燃烧废气经由所述排气歧管在#3气缸和#4气缸之间来回流通。该现象在后文中将称为“气体交换”。
在没有进行气体交换时，即使进气门32关闭也会由于活塞12移动时产生缸内压力增大或减小而仍然存在部分泄漏。因此，部分空气，虽然量很小，仍在燃料切断期间流至排气通路18。相比之下，在进行气体交换的气缸中，可通过使所述燃烧废气自由进出所述气缸而抑制进气门32的轻微泄漏。由此，能够进一步减少流至排气通路18的空气量。因此，在本示例实施方式中，在燃料切断期间进行气体交换进一步减少了流至催化剂26的氧气量，从而更好地抑制了催化剂26的劣化。
在以上的描述中，描述了其中在#3气缸和#4气缸之间进行了气体交换的例子。然而，其间进行了气体交换的气缸不限于这些气缸。只要在其中流至排气通路18的气体沿相反方向流动的气缸之间进行了气体交换，就可在任何一对气缸之间进行气体交换。例如，可在#1气缸和#4气缸之间或在#2气缸和#4气缸之间进行气体交换。其间进行气体交换的一对气缸也可根据所述停止工作指令输出的时间而改变。
这里，检查当以上述图7所示的方式执行停止运转气门的控制时进气凸轮轴52和54的停止位置。#1气缸的进气门32已经关闭后用于#1和#4气缸的进气凸轮轴52停止。因此，当第一马达开始正向再次运转时，#4气缸的进气门首先打开。另一方面，在#2气缸的进气门32已经关闭后用于#2和#3气缸的进气凸轮轴54停止。因此，当第二马达开始正向再次运转时，#3气缸的进气门32首先打开。
当运转以上述方式在燃料切断后恢复时，首先需要确定其中燃料喷射应该首先执行并且进气门32和排气门36应该首先被驱动的气缸。下文中，其中在燃料切断后将首先执行燃料喷射的气缸将称为“重新工作的气缸”。为了最小化催化剂26劣化的可能性，在确定哪一个气缸将成为重新工作的气缸时必须紧记以下几点。
(1)为了最小化催化剂26劣化的可能性，优选的是即使在燃料切断后恢复运转时也要尽最大的可能使未燃烧的空气(即新鲜空气)不被送到排气通路18。因此，如果新鲜空气在进气门32开始被再次驱动时被吸入所述气缸，理想的是使所述新鲜空气燃烧。为了燃烧被吸入例如本示例实施方式的汽缸的进气口喷射式内燃发动机10中的气缸的新鲜空气，必须与所述新鲜空气一起将燃料供给至所述气缸。为了将燃料供给至所述气缸，可以在进气冲程的中途从燃料喷射阀28喷射燃料，但从促进燃料雾化状况等角度考虑，通常需要在进气门32打开前在排气冲程期间将燃料喷射到进气口内。亦即，在进气门32要开始被再次驱动时的被打开之前的排气冲程期间燃料必须提前喷射到所述气缸的进气口内。
(2)通常，紧接在燃料切断后的运转恢复之后，燃烧容易不稳定。在本示例实施方式的情况中，如上述在燃料切断期间在每个气缸中都存留有燃烧废气。如果所述气缸中的燃烧废气在进气门32开始被再次驱动时流出至所述进气口(即进气通路16)，所述燃烧废气将在进气冲程时再次流入所述气缸。如果发生该情况，空燃比中的燃烧废气的百分比将会增加，从而将会对燃烧造成不利影响，并且在最坏的情况下将会导致失火。为了避免这种情况，必须尽最大的可能将所述气缸中的燃烧废气在燃料切断结束后的第一个进气冲程之前排出至排气通路18。
(3)当气门以图7所示的方式停止时并且第一马达60和第二马达68在燃料切断后运转恢复时开始正向再次运转时，如上所述#4气缸或#3气缸的进气门32首先打开。因此，如果第一马达60和第二马达68仅正向运转，可选择作为重新工作的气缸的气缸自然会被限制。另一方面，如果运转恢复时第一马达60和第二马达68反向运转，#1气缸或#2气缸的进气门32也可首先打开。然而，从减少作用在第一马达60和第二马达68上的负荷的角度考虑，优选的是所述马达不经常被反向驱动。
因此，如果第一马达60和第二马达68仅正向旋转，将会首先打开的进气门32是#4气缸或#3气缸的进气门，所以重新工作的气缸必须是这两个气缸之一。如果#4气缸是重新工作的气缸，则基于点火顺序下一个执行进气冲程的气缸将是#2气缸。然而，为了使#2气缸的进气门32首先打开，第二马达68必须反向运转。因此，#4气缸不能够是重新工作的气缸。另一方面，如果#3气缸是重新工作的气缸，则下一个执行进气冲程的气缸将是#4气缸，所以#4气缸的进气门32可通过第一马达60正向运转打开。
这样，当所述气门以图7所示的方式停止时，在可变气门驱动设备34和38被再次驱动时通过仅正向运转的马达82、第一马达60和第二马达68首先执行进气冲程的气缸是#3气缸。该示例实施方式中，在可变气门驱动设备34和38被再次驱动时通过仅正向运转的马达82、60和68首先执行进气冲程的气缸将被称为“推荐的重新工作的气缸”。然而，如果所述气门以非图7所示的方式停止，另一个气缸会是推荐的重新工作的气缸。
下文将参照图10描述在成为推荐的重新工作的气缸的#3气缸作为重新工作的气缸的情况下，在燃料切断后恢复运转时为再次开始执行燃料喷射和驱动所述气门而进行的控制情况。图10和图11(图11将在后面描述)中，水平轴线代表所述曲柄角，两端都带箭头的实线表示进气门32是打开的，两端都带箭头的虚线表示排气门36是打开的，正如图7所示的一样。此外，带阴影线的部分表示正在执行燃料喷射。
这里，如图10所示，当#1和#4气缸处于TDC并且#2和#3气缸处于BDC时，输出燃料切断后恢复运转的指令(以下称为“重新工作指令”)。紧接在输出该重新工作指令之后，#3气缸内的活塞12上升使得#3气缸内的燃烧废气排入排气通路18。亦即，#3气缸执行排气冲程。在#3气缸的该排气冲程期间，再次开始#3气缸的燃料喷射。亦即，燃料从#3气缸的燃料喷射阀28喷入所述进气口内。
此外，在#3气缸的排气冲程的最后阶段期间，驱动排气凸轮轴76的马达82开始再次运转使得#3气缸的排气门36关闭。相应地，第二马达68开始正向再次运转使得#3气缸的进气门32打开。由此，#3气缸执行恢复运转后的第一进气冲程。此时，燃料已经喷入#3气缸的进气口所以含有该燃料的空燃混合物可被吸入#3气缸。因此，这种情况下被吸入#3气缸的气体可在燃烧后被传送至排气通路18。相应地，新鲜空气将不会被传送至催化剂26所以可抑制催化剂26的劣化。
当恢复运转后首先在#3气缸内执行进气冲程时，在#4气缸内执行排气冲程。在该排气冲程期间，燃料切断期间在#3气缸和#4气缸之间进行气体交换的燃烧废气从#4气缸排出至排气通路18。因此，新鲜空气将不会被传送至催化剂26所以可抑制催化剂26的劣化。此外，在该排气冲程期间，燃料从#4气缸的燃料喷射阀28喷射在进气口内。在排气冲程结束后，#4气缸的排气门36关闭并且第一马达60正向再次运转使得#4气缸的进气门32打开。由此，#4气缸执行恢复运转后的第一进气冲程，并且含有所述燃料的空燃混合物被吸入所述气缸。这里，被吸入#4气缸的气体在燃烧后被传送至排气通路18。因此，新鲜空气不会被传送至催化剂26，从而能够使催化剂26的劣化得到抑制。
接下来，根据点火顺序，同样地对#2气缸和#1气缸按顺序再次执行燃料喷射和驱动排气门36和进气门32。当运转恢复后在#2和#1气缸内最初执行排气冲程时，燃料切断期间截留在这些气缸内的燃烧废气排出至排气通路18。同样，运转已恢复后在第一进气冲程时被吸入#2和#1气缸内的气体在燃烧后被传送至排气通路18。这样，新鲜空气不会从#2和#1气缸传送至催化剂26所以可抑制催化剂26的劣化。
同样，如上所述，在该示例实施方式中，当每个气缸的排气门36和进气门32开始被再次驱动时，排气门36关闭的时间比正常的早并且进气门32打开的时间比正常的晚。由此，排气门36和进气门32都打开的重叠期比正常的短(所述缩短的期间也包括根本不重叠)。因此，可抑制所述气缸内和排气通路18内的燃烧废气回流至进气通路16。由此，所述燃烧废气不会再次流入所述气缸所以可抑制运转恢复后的不良燃烧和失火。
如以上参照图10所述，可通过对是推荐的重新工作的气缸(即这种情况中的#3气缸)的重新工作的气缸恢复运转而在运转恢复时防止新鲜空气进入催化剂26。由此，可抑制催化剂26的劣化。此外，不需要反向运转可变气门驱动设备34和38的第一马达60、第二马达68或马达82，所以可避免产生通过使它们反向运转而会施加于其上的负荷。
当在以图10中的实线箭头标示的时间点输出重新工作指令时，通过使是推荐的重新工作的气缸的#3气缸作为重新工作的气缸而无延迟地从而快速地使运转得以恢复。
反之，取决于所述重新工作指令输出的时间，如果#3气缸是重新工作的气缸，则运转可能会延迟恢复。例如，可能会存在这样的情况，其中重新工作指令在以图10中的虚线箭头标示的时间点即在#1和#4气缸处于BDC并且#2和#3气缸处于TDC时输出。在这种情况下，#3气缸在所述指令输出时处于TDC，所以如果马达82和第二马达68在该时点被再次驱动而使得#3气缸的排气门36关闭并且#3气缸的进气门32打开，则可在#3气缸内执行进气冲程。然而，如果空气在此时被吸入，则不含燃料的空气被吸入#3气缸，使得空气不能够燃烧并且最终导致作为新鲜空气而排出至排气通路18。因此，从抑制催化剂26劣化的角度考虑，空气不应该在此时被吸入#3气缸。相应地，即使在以所述虚线箭头标示的时间点输出了重新工作指令，也需要等到所述曲柄角前进360°CA并且与在以所述实线箭头标示的时间点输出重新工作指令时相同的时间点使空气吸入#3气缸。
这样，当重新工作指令在以图10中的虚线箭头标示的时间输出时，运转恢复的时间与当重新工作指令在以实线箭头标示的时间输出时运转恢复的时间相同，而与重新工作指令的输出比以实线箭头标示的时间早180°CA的事实无关。亦即，运转在大约180°CA的延迟后恢复。
当重新工作指令在以图10中的虚线箭头标示的时间输出时，通过使#4气缸---而不是使是推荐的重新工作的气缸的#4气缸---成为重新工作的气缸可使运转无延迟地恢复。通过在第二马达68开始被再次驱动时使其反向运转，能够使所述#4气缸成为重新工作的气缸。下面，将参照图11描述在#4气缸作为重新工作的气缸的情况下，在燃料切断后恢复运转时为恢复燃料喷射并开始再次驱动气门而进行的控制情况。
图11中，重新工作指令在#1和#4气缸处于BDC并且#2和#3气缸处于TDC时输出。亦即，重新工作指令在与图10中的以虚线箭头标示的时间相同的时间输出。在这种情况下，当输出重新工作指令时，驱动排气凸轮轴76的马达82首先开始正向再次运转。由此，#3气缸的排气门36关闭从而仅有#4气缸的排气门36是打开的。此时，#4气缸内的活塞12上升使得在#4气缸内执行排气冲程。在该排气冲程期间，在燃料切断期间在#3气缸和#4气缸之间进行气体交换的燃烧废气从#4气缸排至排气通路18。因此，新鲜空气未被传送至催化剂26所以可抑制催化剂26的劣化。此外，#4气缸中的燃料喷射在#4气缸的排气冲程期间恢复。亦即，燃料从#4气缸的燃料喷射阀28喷入进气口内。
在#4气缸的排气门36随着该气缸的排气冲程的结束而关闭后，第一马达60开始正向再次运转使得#4气缸的进气门32打开。由此，#4气缸执行运转恢复后的第一进气冲程。此时，燃料已经喷入#4气缸的进气口内，所以含有燃料的空燃混合物可被吸入#4气缸。因而，被吸入#4气缸的气体可在燃烧后被传送至排气通路18。因此，新鲜空气不会被传送至催化剂26所以可抑制催化剂26的劣化。
当#4气缸执行运转恢复后的第一进气冲程时，在#2气缸内执行排气冲程。在该排气冲程中，在燃料切断期间截留在所述气缸内的燃烧废气被排至排气通路18。因此，新鲜空气不会被传送至催化剂26所以可抑制催化剂26的劣化。
此外，在#2气缸的排气冲程期间，燃料从#2气缸的燃料喷射阀28喷入进气口内。随着该排气冲程的结束，#2气缸的排气门36关闭并且第二马达68开始反向再次运转。第二马达68的该反向运转使进气凸轮轴54旋转预定角度从而打开#2气缸的进气门32。由此，#2气缸执行运转恢复后的第一进气冲程，使得含有燃料的空燃混合物被吸入所述气缸。在该进气冲程期间，第二马达68运转的方向与正向相反使得随着该进气冲程的结束#2气缸的进气门32关闭。此后，第二马达68继续正向运转。由此，这里，通过首先使第二马达68开始反向运转，可首先打开#2气缸而不是#3气缸的进气门32。在#2气缸的运转恢复后的第一进气冲程期间被吸入该气缸的气体在燃烧后被传送至排气通路18。因此，新鲜空气不会被传送至催化剂26所以可抑制催化剂26的劣化。
接下来排气门36和进气门32开始被再次驱动，并且根据点火顺序，按顺序同样地为#1和#3气缸恢复燃料喷射。没有新鲜空气从#1或#3气缸传送至催化剂26所以可抑制催化剂26的劣化。
即使在以图11所示的方法开始从#4气缸进行运转恢复的情况下，当每个气缸的排气门36和进气门32开始被再次驱动时，排气门36关闭的时间也比正常的早并且进气门32打开的时间比正常的晚，正如图10所示的情况一样。相应地，其中排气门36和进气门32同时打开的气门重叠期可比正常的短，这抑制了气缸内和排气通路18内的燃烧废气回流至进气通路16内。由此，所述燃烧废气将不会再次流入所述气缸所以可抑制运转恢复后的不良燃烧和失火。
如以上参照图11所述，如果第二马达68在其开始再次运转时反向运转，可以将#4气缸而不是#3气缸作为重新工作的气缸而在燃料切断后使运转恢复。然后当重新工作指令在#1和#4气缸处于BDC并且#2和#3气缸处于TDC时输出时，通过使#4气缸成为重新工作的气缸可使运转无延迟地恢复。此外，即使#4气缸是重新工作的气缸，新鲜空气也不会在运转恢复时传送至催化剂26，所以可如同#3气缸是重新工作的气缸时一样抑制催化剂26的劣化。
在本说明书的下文中，当可变进气门驱动设备34被再次驱动时，在第一马达60或第二马达68被允许反向运转时将会在其中执行第一进气冲程的气缸将称为“可重新工作的气缸”。亦即，前面的示例中，#4气缸是可重新工作的气缸。然而，如果所述气门是以不同于图7所示的方式停止，则另一个气缸可以是可重新工作的气缸。此外，可以有多个可重新工作的气缸。
燃料切断后气缸运转以两种方式中的其一恢复，即自然重新工作或受迫重新工作。自然重新工作是当所述气缸随着车辆速度降低而发动机速度NE降低至预定的重新工作转速(例如1100rpm)时恢复运转时的重新工作方式。而受迫重新工作则是当所述气缸在驾驶员请求加速即在驾驶员踩踏加速器踏板时恢复运转时的重新工作方式。
对于自然重新工作，当发动机速度NE迅速降低时，从可靠地避免发动机熄火的角度考虑，优选的是尽可能快速地使运转恢复。此外，对于受迫重新工作，当加速器踏板被快速踩踏时，可确定驾驶员请求突然加速，优选的是尽可能快速地使运转恢复。在这些情况下，优选的是不发生延迟，即使如上所述的大约180°CA的延迟也不发生。另一方面，如果不是所述的情况，即运转不需要快速恢复，则恢复运转中大约180°CA的延迟不会成为问题。
鉴于此，对于该示例实施方式，当不需要快速恢复运转时，无论所述曲柄角如何，都使所述推荐的重新工作的气缸(在所述情况下是#3气缸)成为重新工作的气缸。当运转开始从所述推荐的重新工作的气缸恢复时，不需要使可变进气门驱动设备的第一马达60和第二马达68反向运转，所以可避免产生由于使它们反向运转而施加在这些马达上的负荷。
另一方面，当情形要求运转快速恢复时，在所述重新工作指令输出时基于所述曲柄角从所述推荐的重新工作的气缸(在所述情况下是#3气缸)和可重新工作的气缸(在所述情况下是#4气缸)中选择其中可发生燃烧最快的气缸作为重新工作的气缸。现在将参照图12更详细地描述以上所述的气门停止方式的示例。当重新工作指令在所述曲柄角处于#1和#4气缸的TDC前后90°CA以及#2和#3气缸的BDC前后90°CA的范围内时输出时，从#3气缸开始的重新工作将允许燃烧最快地再次开始，如图10所示。因此在这种情况下，如图12所示，使#3气缸成为重新工作的气缸。反之，当重新工作指令在所述曲柄角处于#1和#4气缸的BDC前后90°CA以及#2和#3气缸的TDC前后90°CA的范围内时输出时，从#4气缸开始的重新工作将允许燃烧最快地再次开始，如图11所示。因此在这种情况下，如图12所示，使#4气缸成为重新工作的气缸。这种控制在下文中将称为“快速重新工作”。
这样，根据该示例实施方式，当情形要求运转快速恢复时，执行快速重新工作使得不管重新工作指令在什么时间输出运转都能无延迟地恢复。此外，当运转不需要快速恢复时，则使所述推荐的重新工作的气缸优先于所述可重新工作的气缸，从而使所述推荐的重新工作的气缸成为重新工作的气缸，这样减少了反向驱动可变进气门驱动设备34的第一马达60和第二马达68的频度。由此，可减少由于使它们反向运转而将施加在这些马达上的负荷。
【示例实施方式的具体程序】
图13是为了实现前述功能而由示例实施方式中的ECU40执行的程序的流程图。该程序以预定循环---例如在曲轴24旋转一周内进行多次---反复执行。
根据图13所示的程序，首先确定是否执行了燃料切断(步骤100)，如果没有执行燃料切断，则该程序循环立即结束。如果执行了燃料切断，则获取进气门32和排气门36的停止位置即进气凸轮轴52和54以及排气凸轮轴76的停止位置(步骤102)。可基于例如从凸轮角传感器84、86和88的输出或基于来自第一马达60、第二马达68和马达82的信号而获取这些停止位置。
继续，基于在步骤102中获得的进气凸轮轴52和54及排气凸轮轴76的停止位置信息而从#1至#4气缸中确定推荐的重新工作的气缸(例如#3气缸)(步骤104)。此外在步骤104中，基于上述停止位置信息还确定当第一马达60和第二马达68在被再次驱动时而反向运转时的可重新工作的气缸(例如#4气缸)。
接下来，基于从曲柄角传感器42的输出获得当前曲柄角(步骤106)，并且基于所获得的当前曲柄角从所述推荐的重新工作的气缸和可重新工作的气缸中确定在恢复运转时其中可最快发生燃烧的气缸(下文称为“最快的可重新工作的气缸”)(步骤108)。例如，在图12所示的示例中，如果当前曲柄角处于#1和#4气缸的TDC前后90°CA以及#2和#3气缸的BDC前后90°CA的范围内，则确定#3气缸为最快的可重新工作的气缸。另一方面，如果当前曲柄角处于#1和#4气缸的BDC前后90°CA以及#2和#3气缸的TDC前后90°CA的范围内，则选择#4气缸为最快的可重新工作的气缸。
此外，在步骤108中，还确定出与所确定出的最快的可重新工作的气缸对应的第一马达60和第二马达68再次被驱动时的旋转方向。例如，在图12所示的示例中，当确定出#3气缸是所述最快的可重新工作的气缸时，则确定第一马达60和第二马达68都将正向运转。另一方面，当确定出#4气缸是所述最快的可重新工作的气缸时，则确定第一马达60将正向运转而第二马达68将反向运转。
继续，接着确定重新工作指令是否已经输出(步骤110)。如果还未输出重新工作指令，则该程序循环立即结束。然而，如果已经输出重新工作指令，则确定该重新工作指令基于自然重新工作还是基于受迫重新工作(步骤112)。
如果在步骤112中确定所述重新工作指令基于自然重新工作，则确定每单位时间发动机速度NE中的变化量ΔNE是否小于预定的确定值β(步骤114)。如果确定所述变化量等于或大于所述确定值β，则意味着发动机速度NE的减小(即减速)较小并且不用担心发动机熄火从而可确定出不需要快速重新工作。反之，如果变化量ΔNE小于确定值β，则意味着发动机速度NE的减小(即减速)较大从而确定所述情形要求快速重新工作以可靠地避免发动机熄火。
另一方面，如果在步骤112中确定所述重新工作指令基于受迫重新工作，则确定每单位时间加速器踏板的踩踏量(Δpedal)是否大于预定的确定值α(步骤116)。如果确定Δpedal等于或小于所述确定值α，则意味着所述加速器踏板的踩踏速率较慢并且驾驶员所需的加速程度较小从而可确定出所述情形不要求快速重新工作。反之，如果Δpedal大于所述确定值α，则意味着所述加速器踏板的踩踏速率较快并且驾驶员所需的加速程度较大从而可确定出所述情形要求快速重新工作。
这样，当在步骤114中变化量ΔNE等于或大于所述确定值β或者在步骤116中Δpedal等于或小于所述确定值α时，则不需要快速重新工作。因此，在这些情况下，将在步骤104中确定出的推荐的重新工作的气缸最终确定为重新工作的气缸，并且从所述推荐的重新工作的气缸开始恢复运转(步骤118)。在步骤118中执行的恢复燃料喷射和再次驱动气门的过程与上述图10所示的过程相同，所以在此省略对其的描述。此外，当运转在此时恢复时，则如上所述地执行通过提早关闭排气门36和推迟打开进气门32来缩短气门重叠期的过程(步骤120)。
另一方面，当在步骤114中变化量ΔNE小于所述确定值β或者在步骤116中Δpedal大于所述预定值α时，则需要快速重新工作。因此，在这些情况下，获取与在步骤108中选择的最新的最快的可重新工作的气缸有关的信息(步骤122)。该最新的最快的可重新工作的气缸被最终确定为重新工作的气缸，并且基于在步骤108中确定出的第一马达60和第二马达68的旋转方向从当前最快的可重新工作的气缸开始恢复运转(步骤124)。例如，当#3气缸(即所述推荐的重新工作的气缸)是当前最快的可重新工作的气缸时，则通过使第一马达60和第二马达68都开始正向运转来执行图10所示的恢复燃料喷射及再次驱动所述气门的过程。反之，例如，当#4气缸(即可重新工作的气缸)是当前最快的可重新工作的气缸时，则通过使第一马达60开始正向运转并且使第二马达68开始反向运转来执行图11所示的恢复燃料喷射和再次驱动所述气门的过程。
即使在运转开始从最快的可重新工作的气缸恢复时，也要与步骤120一样执行通过提早关闭排气门36并且推迟打开进气门32而缩短气门重叠期的过程(步骤126)。当燃烧稳定时，取消通过步骤120或步骤126中的过程来缩短气门重叠期的控制。例如，其正时可按如下方式设定。通常，在运转恢复后的片刻，执行参考基准点火正时改变点火正时的控制以校正扭矩。在该点火正时控制结束时可结束对缩短气门重叠期的控制。
根据上述图13所示的程序，燃料切断期间可在所述重新工作指令输出前基于所述曲柄角提前设定取决于所述曲柄角而连续变化的最快的可重新工作的气缸。因此，在需要快速重新工作时，可在重新工作指令输出时立即从最快的可重新工作的气缸开始进行恢复运转的过程。由此，可更好地抑制恢复运转中的延迟。
上述示例实施方式描述了一种其中燃料喷入进气口的进气口喷射式内燃发动机的控制设备。然而本发明不限于此，并且也可应用于其中燃料直接喷入气缸内的缸内直喷式内燃发动机。
此外，在上述示例实施方式中，驱动排气凸轮轴76的马达82总是仅正向运转，而从不反向运转。然而，根据本发明的另一示例实施方式，驱动排气门76的马达82也可反向旋转。
此外，在上述示例实施方式中，从两个气缸中确定最快的可重新工作的气缸。然而，根据另一示例实施方式，也可从三个或更多气缸中确定最快的可重新工作的气缸。
在上述示例实施方式中，所述第一方面中的“燃料切断装置”通过在内燃发动机10内执行燃料切断的ECU40来实现。所述第一、第十二和第十三方面中的“气门停止装置”通过以基于图7至9所述的方式停止可变进气门驱动设备34和可变排气门驱动设备38的ECU40来实现。所述第一方面中的“重新工作的气缸确定装置”通过执行步骤102、104、112至118、122和124中的过程的ECU40来实现。所述第一方面中的“气门驱动重启装置”通过以基于图10和11所述的方式开始再次驱动可变进气门驱动设备34和可变排气门驱动设备38的ECU40来实现，并且所述第一方面中的“燃料喷射重启装置”通过以基于图10和11所述的方式重启燃料喷射的ECU40来实现。
此外，在上述示例实施方式中，第一马达60、第二马达68和马达82对应于所述第三和第四方面中的电动马达。此外，所述第二、第三和第四方面中的“推荐的重新工作的气缸确定装置”通过在步骤104的过程中确定出推荐的重新工作的气缸的ECU40来实现，并且所述第四方面中的“最终确定装置”通过执行步骤112至118、122和124中的过程的ECU40来实现。
此外，在上述示例实施方式中，所述第八和第十一方面中的“最快的可重新工作的气缸确定装置”通过在步骤106和108的过程中确定出最快的可重新工作的气缸的ECU40来实现。所述“旋转方向确定装置”通过在步骤108的过程中确定出第一马达60和第二马达68的旋转方向的ECU40来实现。所述第九方面中的“气门重叠缩短装置”通过执行步骤120和126中的过程的ECU40来实现，并且所述第十一方面中的“用于将最快的可重新工作的气缸设定为重新工作的气缸的装置”通过执行步骤122和124中的过程的ECU40来实现。
修改示例
在上述示例实施方式中，借助马达直接驱动所述凸轮轴的可变进气门驱动设备34和可变排气门驱动设备38被用作用于驱动进气门32和排气门36的设备。然而，可应用于本发明的可变气门驱动设备不限于上述结构。例如，所述可变气门驱动设备也可以使用电磁驱动阀，所述电磁驱动阀使用电磁力驱动进气门或排气门。
此外，在上述示例实施方式中，为了方便起见所描述的内燃发动机是一种直列四缸内燃发动机。然而，可应用于本发明的内燃发动机不限于这种构形。
尽管已参照其示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应该理解本发明不限于所述示例性实施方式或构造。相反，本发明意在覆盖各种修改和同等装置。此外，尽管已以各种示例性组合和构形示出了示例性实施方式的各种元件，但是包括更多、更少或仅有单个元件的其他组合或构形也在本发明的精神和范围之内。

Claims (33)

1.一种内燃发动机(10)的控制设备，所述内燃发动机包括：可变气门驱动设备(34、38)，其选择性地驱动和停止具有多个气缸的所述内燃发动机的进气门(32)和排气门(36)；燃料切断装置(40)，其用于在燃料切断执行条件得到满足时在所述内燃发动机(10)内执行燃料切断；以及气门停止装置，其用于停止所述可变气门驱动设备(34、38)使得在所述燃料切断期间每个气缸内的所述进气门(32)和所述排气门(36)至少之一保持关闭，其特征在于所述内燃发动机的控制设备包括：
重新工作的气缸确定装置，其用于基于所述可变气门驱动设备(34、38)的停止位置和曲柄角至少之一确定在燃料切断后运转恢复时首先重启燃料喷射的重新工作的气缸；
气门驱动重启装置，其用于在燃料切断后运转恢复时开始再次驱动所述可变气门驱动设备(34、38)使得留在所确定出的重新工作的气缸内的燃烧废气在运转恢复后在所述重新工作的气缸内执行第一进气冲程前排入排气通路(18)；以及
燃料喷射重启装置，其用于在所述重新工作的气缸内重启燃料喷射使得在所述重新工作的气缸恢复运转后在所述第一进气冲程期间吸入所述重新工作的气缸的新鲜空气能够被燃烧。
2.如权利要求1所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中所述重新工作的气缸确定装置包括推荐的重新工作的气缸确定装置，其用于基于在所述燃料切断期间所述可变气门驱动设备(34、38)的所述停止位置确定推荐的重新工作的气缸。
3.如权利要求1所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中所述可变气门驱动设备(34、38)由驱动所述进气门(32)和所述排气门(36)至少之一的电磁驱动阀形成。
4.如权利要求1所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中所述可变气门驱动设备(34、38)具有至少一个以旋转方式驱动凸轮轴(52、54)的电动马达(60、68)，并且所述重新工作的气缸确定装置包括推荐的重新工作的气缸确定装置，其用于在燃料切断后运转恢复时当所述气缸的气门开始被再次驱动时所述电动马达(60、68)仅正向旋转的条件下基于所述凸轮轴(52、54)的停止位置将首先执行进气冲程的气缸确定为推荐的重新工作的气缸。
5.如权利要求1所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中所述可变气门驱动设备(34、38)具有至少一个以旋转方式驱动凸轮轴(52、54)的电动马达(60、68)，并且所述重新工作的气缸确定装置包括：i)推荐的重新工作的气缸确定装置，其用于在燃料切断后运转恢复时当所述气缸的气门开始被再次驱动时所述电动马达(60、68)仅正向旋转的条件下基于所述凸轮轴(52、54)的停止位置将首先执行进气冲程的气缸确定为推荐的重新工作的气缸；ii)可重新工作的气缸确定装置，其用于在燃料切断后运转恢复时当所述气缸的气门开始被再次驱动时所述电动马达(60、68)被允许反向旋转时基于所述凸轮轴(52、54)的所述停止位置将首先执行进气冲程的气缸确定为可重新工作的气缸；以及iii)最终确定装置，其用于从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中确定一个气缸作为所述重新工作的气缸。
6.如权利要求5所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中所述最终确定装置将所述推荐的重新工作的气缸优先于所述可重新工作的气缸确定为所述重新工作的气缸。
7.如权利要求6所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中所述最终确定装置在燃料切断后应该快速恢复运转的预定情形下基于所述曲柄角从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中确定能够首先重启燃烧的气缸为所述重新工作的气缸，并且在非所述预定情形的情形下不论所述曲柄角如何都确定所述推荐的重新工作的气缸为所述重新工作的气缸。
8.如权利要求7所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中所述预定情形包括以下情形中的至少一种：由于发动机速度等于或小于预定的重新工作速度而引起的自然重新工作的情况下发动机速度的减小等于或大于预定值的情形，以及由于输出加速请求而引起的受迫重新工作的情况下所需的加速度等于或大于预定值的情形。
9.如权利要求5至8中任一项所述的内燃发动机(10)的控制设备，进一步包括：
最快的可重新工作的气缸确定装置，其用于基于所述曲柄角从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中确定能够首先重启燃烧的最快的可重新工作的气缸；以及
旋转方向确定装置，其用于确定在将所述最快的可重新工作的气缸作为所述重新工作的气缸的情况下在燃料切断后运转恢复时所述电动马达(60、68)开始被再次驱动时的旋转方向。
10.如权利要求1至8中任一项所述的内燃发动机(10)的控制设备，进一步包括：
气门重叠缩短装置，其用于在燃料切断后运转恢复时使气门重叠期与正常情况相比缩短，其中同一气缸的所述排气门(36)和所述进气门(32)在所述气门重叠期期间都打开。
11.如权利要求10所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中所述气门重叠缩短装置消除所述气门重叠期。
12.如权利要求10所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中所述气门重叠缩短装置在燃料切断后运转恢复后当被执行以校正扭矩的点火正时控制结束时取消所述气门重叠期的缩短。
13.如权利要求1所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中所述重新工作的气缸确定装置包括：
最快的可重新工作的气缸确定装置，所述最快的可重新工作的气缸确定装置在曲轴旋转一周期间基于所述曲柄角反复确定能够首先重启燃烧的最快的可重新工作的气缸；以及
用于将在输出重新工作指令时由所述最快的可重新工作的气缸确定装置所确定的气缸设定为所述重新工作的气缸的装置。
14.如权利要求1至8中任一项所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中在所述燃料切断期间所述气门停止装置停止驱动所述可变气门驱动设备(34、38)使得每个气缸中的所述进气门(32)保持关闭并且没有新鲜空气留在任何气缸内。
15.如权利要求1至8中任一项所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中在所述燃料切断期间所述气门停止装置停止驱动所述可变气门驱动设备(34、38)，使得通过在活塞(12)总是以相反方向移动的至少一对气缸内使所述进气门(32)保持关闭并使所述排气门(36)保持打开，燃烧废气通过所述排气通路(18)在该对气缸之间流通。
16.如权利要求15所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中该对气缸根据所述燃料切断的开始正时而改变。
17.如权利要求1至8中任一项所述的内燃发动机(10)的控制设备，其中所述重新工作的气缸确定装置从所述排气门(36)在所述燃料切断期间保持打开的气缸中确定一个气缸为所述重新工作的气缸。
18.一种内燃发动机(10)的控制方法，所述内燃发动机包括：可变气门驱动设备(34、38)，其选择性地驱动和停止具有多个气缸的所述内燃发动机的进气门(32)和排气门(36)；燃料切断装置(40)，其用于在燃料切断执行条件得到满足时在所述内燃发动机(10)内执行燃料切断；以及气门停止装置，其用于停止所述可变气门驱动设备(34、38)使得每个气缸内的所述进气门(32)和所述排气门(36)至少之一在所述燃料切断期间保持关闭，所述内燃发动机的控制方法包括：
基于所述可变气门驱动设备(34、38)的停止位置和曲柄角至少之一确定在燃料切断后运转恢复时首先重启燃料喷射的重新工作的气缸；
在燃料切断后运转恢复时开始再次驱动所述可变气门驱动设备(34、38)使得留在所确定出的重新工作的气缸内的燃烧废气在运转恢复后在所述重新工作的气缸内执行第一进气冲程前排入排气通路(18)；以及
在所述重新工作的气缸内重启燃料喷射使得在所述重新工作的气缸恢复运转后在所述第一进气冲程期间吸入所述重新工作的气缸的新鲜空气能够被燃烧。
19.如权利要求18所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中基于所述燃料切断期间所述可变气门驱动设备(34、38)的所述停止位置确定推荐的重新工作的气缸。
20.如权利要求18所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中所述可变气门驱动设备(34、38)具有至少一个以旋转方式驱动凸轮轴(52、54)的电动马达(60、68)，并且在燃料切断后运转恢复时当所述气缸的气门开始被再次驱动时所述电动马达(60、68)仅正向旋转的条件下基于所述凸轮轴(52、54)的停止位置将首先执行进气冲程的气缸确定为推荐的重新工作的气缸。
21.如权利要求18所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中所述可变气门驱动设备(34、38)具有至少一个以旋转方式驱动凸轮轴(52、54)的电动马达(60、68)；在燃料切断后运转恢复时当所述气缸的气门开始被再次驱动时所述电动马达(60、68)仅正向旋转的条件下基于所述凸轮轴(52、54)的停止位置将首先执行进气冲程的气缸确定为推荐的重新工作的气缸；在燃料切断后运转恢复时当所述气缸的气门开始被再次驱动时所述电动马达(60、68)被允许反向旋转时基于所述凸轮轴(52、54)的所述停止位置将首先执行进气冲程的气缸确定为可重新工作的气缸；并且从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中确定一个气缸为所述重新工作的气缸。
22.如权利要求21所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中将所述推荐的重新工作的气缸优先于所述可重新工作的气缸确定为所述重新工作的气缸。
23.如权利要求22所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中在燃料切断后应该快速恢复运转的预定情形下基于所述曲柄角从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中确定能够首先重启燃烧的气缸为所述重新工作的气缸，并且在非所述预定情形的情形下不论所述曲柄角如何都确定所述推荐的重新工作的气缸为所述重新工作的气缸。
24.如权利要求23所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中所述预定情形包括以下情形中的至少一种：由于发动机速度等于或小于预定的重新工作速度而引起的自然重新工作的情况下发动机速度的减少等于或大于预定值的情形，以及由于输出加速请求而引起的受迫重新工作的情况下所需的加速度等于或大于预定值的情形。
25.如权利要求21至24中任一项所述的内燃发动机(10)的控制方法，进一步包括：
基于所述曲柄角从所述推荐的重新工作的气缸和所述可重新工作的气缸中确定能够首先重启燃烧的最快的可重新工作的气缸；以及
确定在将所述最快的可重新工作的气缸作为所述重新工作的气缸的情况下在燃料切断后运转恢复时所述马达(60、68)开始被再次驱动时的旋转方向。
26.如权利要求18至24中任一项所述的内燃发动机(10)的控制方法，进一步包括：
在燃料切断后运转恢复时使气门重叠期与正常情况相比缩短，其中同一气缸的所述排气门(36)和所述进气门(32)在所述气门重叠期期间都打开。
27.如权利要求26所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中所述气门重叠期被消除。
28.如权利要求26所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中在燃料切断后运转恢复后当被执行以校正扭矩的点火正时控制结束时所述气门重叠期的缩短被取消。
29.如权利要求18至24中任一项所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中在曲轴旋转一周期间基于所述曲柄角反复确定能够首先重启燃烧的最快的可重新工作的气缸，并且将在输出重新工作指令时确定为所述最快的可重新工作的气缸的气缸设定为所述重新工作的气缸。
30.如权利要求18至24中任一项所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中在所述燃料切断期间所述可变气门驱动设备(34、38)停止被驱动使得每个气缸内的所述进气门(32)保持关闭并且没有新鲜空气留在任何气缸内。
31.如权利要求18至24中任一项所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中在所述燃料切断期间所述可变气门驱动设备(34、38)停止被驱动，使得通过在活塞(12)总是以相反方向移动的至少一对气缸内使所述进气门(32)保持关闭并使所述排气门(36)保持打开，燃烧废气通过所述排气通路(18)在该对气缸之间流通。
32.如权利要求31所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中该对气缸根据所述燃料切断的开始正时而改变。
33.如权利要求18至24中任一项所述的内燃发动机(10)的控制方法，其中从所述排气门(36)在所述燃料切断期间保持打开的气缸中确定一个气缸为所述重新工作的气缸。
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