CN101520006A - 用于控制内燃发动机的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供一种用于控制内燃发动机方法和系统。一个示例方法可以包括在气缸循环过程中，比从进气通道导入气缸的空气量为最大的时刻更晚地关闭进气阀，且在气缸循环过程中，在发动机运转在给定的发动机转速时，随着要被导入气缸的想要的空气量的增加而更早关闭进气阀。该方法可以进一步包括当要被导入气缸的想要的空气量为最大时随着发动机转速的增加，在气缸循环过程中更早地关闭进气阀。

Description

用于控制内燃发动机的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种控制内燃发动机的方法。更具体地，本发明涉及一种用于操作能够切断空气从内燃发动机中的进气通道流入气缸的进气阀的关闭时刻(closing timing)的方法。

背景技术

近来，为了改善排放特性(emission characteristics)等，已经发展出根据运转状态对内燃发动机的进气阀的开启和/或关闭时刻进行的控制。美国专利No.6,626,164 B2描述了一种操作进气阀和排气阀的开启/关闭时刻的方法的实例。在该专利中描述的方法中，当发动机运转在中等负荷范围内时，在气缸循环过程中进气阀比下止点(bottom dead center)更晚地关闭。另一方面，当发动机运转在满负荷范围内时，该方法在气缸循环过程中比在中等负荷范围内时更早地关闭进气阀。也就是说，在发动机负荷较小时，通过迟延进气阀的关闭点来减少气缸空气充气量(cylinder air charge amount)。结果，通过使用该方法，降低了用于控制被导入的空气量的需求，从而伴随着进气通道内的压力下降的泵损(pumploss)将降低，且因此在进气冲程中气缸内的压力下降被抑制，这使得改进的发动机更有效地运转。

在该专利描述的方法中，当发动机在满负荷运转时，在基本没有导入的空气通过气缸的进口沿着相反方向倒流(blowing back)的范围内，随着发动机的速度增加，还延迟了进气阀的开启时刻。

该专利描述的方法能够增加发动机的输出，且改善内燃发动机的运转效率。然而，由于以下的原因，增加内燃发动机的膨胀率(expansion ratio)以进一步改善运转效率和输出是很难实现的。为了增加膨胀率，需要增加内燃发动机的几何压缩比(geometric compressionratio)。当内燃发动机的几何压缩比高时，如果气缸空气充气填充率(cylinder air chargefilling ratio)在低发动机转速状态(旋转数处于低的范围，且气缸内的气体流速也处于低的范围的状态)下处于高范围，气缸内的空气燃料混合物在压缩冲程中过热，导致非正常燃烧。在非正常燃烧中，可能会发生这样的现象，其中未燃烧的空气燃料混合物在火花点火之前自动点火，或气缸中的空气燃料混合物的未燃烧部分被过压缩，且由于过高的温度在火花点火之后而自动点火。

发明内容

出于这个原因，本发明的一个目的是改善内燃发动机的运转效率和输出，而不会发生任何非正常燃烧。

本发明的一个方面包括一种控制内燃发动机的方法，该内燃发动机具有气缸，该气缸容纳在其中往复运动的活塞，并限定燃烧室；通过其空气被导入气缸的进气通道；以及能够切断从该进气通道流入气缸的空气的进气阀。该方法可以包括，当发动机的发动机转速为给定的发动机转速时，在气缸循环过程中，比从进气通道导入气缸的空气量为最大的时刻更晚地关闭进气阀，且在气缸循环过程中，随着要被导入气缸的想要的空气量的增加而提早关闭该进气阀。该方法进一步可以包括，在气缸循环过程中，当要被导入气缸的想要的空气量是最大时，更早地关闭进气阀。

本方法至少克服了上述专利的部分缺点。

根据本方法，在高负荷和低速度范围，在气缸循环过程中，进气阀比从进气通道导入气缸的空气量为最大的时刻更晚地关闭，这导致了进气阀在充足的数量的空气从气缸倒流到进气通道的时刻被关闭。这样，在高负荷和低速度这样的容易发生非正常燃烧的发动机运转范围中，通过减少导入气缸的空气量而没有增加由于节流阀的关闭导致的泵损，可以避免非正常燃烧的发生。进一步，即使当为了改善发动机运转效率而增加压缩比、接着膨胀率增加而增加了非正常燃烧的可能性时，也可以避免非正常燃烧。结果，本方法能够在高负荷和低速度的发动机运转范围以及高膨胀率和低泵损的情况下进一步增强发动机运转效率。

进一步，在具有比上述的低发动机转速范围更高的发动机转速的运转范围中，非正常燃烧的可能性被减少。鉴于本事实，本方法能够包括在气缸循环过程中随着发动机转速变大(例如，发动机转速增加)而更早地关闭进气阀，这抑制了空气的倒流，并且，接着，增加了气缸充气量并且由于响应于增加的空气量而增加的燃料的燃烧，增加了发动机输出。结果，根据本方法，能够在发动机运转的广泛范围内增加发动机操作效率和发动机输出。

在示例性的实施例中，本方法进一步包含在发动机转速是第一预定速度或更小，并且要被导入所述气缸的想要的空气量为最大时，在气缸循环过程中，随着发动机转速增加而更早地关闭进气阀。本方法可以进一步包含，当发动机转速比第一预定速度更大，并且要被导入气缸的想要的空气量在该给定的发动机转速处于最大时，在气缸循环过程中，随着发动机转速增加而更晚地关闭进气阀。

根据本方法，响应于随着发动机转速增加而发生非正常燃烧的可能性的减小，当发动机转速小于或等于第一预定速度时，随着发动机转速增加而更早地关闭进气阀，这限制了空气的倒流并且增加了气缸空气充气量。

同时，当发动机转速大于第一预定速度时，响应于与发动机转速的增加相结合的导入的空气的流动的惯性的增加，并且当要被导入气缸的想要的空气量处于最大时，延迟进气阀关闭时刻，该进气阀随着发动机转速增加而更晚地被关闭。这会增加气缸空气充气量，并且接着通过燃烧响应于增加的空气量而增加的燃料量，增加发动机输出。结果，根据本方法，在发动机运转的广泛范围中增加了发动机运转效率和发动机输出。

在另一个示例实施例中，本方法进一步包含当要被导入气缸的想要的空气量是预先确定的空气量或更少时，在大致固定的时刻关闭进气阀的步骤。

在这种情况下，本方法可以进一步包含当要被导入气缸的想要的空气量是预先确定的空气量或更少时，随着要被导入气缸的想要的空气量的增加而增加进气通道中的压力的步骤。这能够确保气缸中的空气数量是想要的数量。

在另一个示例实施例中，本方法进一步包含当发动机转速是第一预定速度或更小，并且要被导入气缸的想要的空气量在给定的发动机转速处于最大时，在气缸循环过程中，随着发动机转速的增加而更早地开启气缸的进气阀并且更晚地关闭气缸的排气阀的步骤。

在这种情况下，如果发动机转速是第一预定速度或更小，并且当导入气缸的想要的空气量在该给定的发动机转速是最大时，在气缸循环过程中，排气阀可以在进气阀开启之前关闭。

通过随着发动机转速变小而缩短进气阀和排气阀都被开启的重叠期间，或随着发动机转速变小而延长进气阀和排气阀都被关闭的负重叠期间，在进气阀开启的时刻的气缸内压力被增加，这将增加进气口空气流速并且，因此，增加气缸内流动性，从而抑制非正常燃烧。

同时，因为随着发动机转速变大，非正常燃烧的可能性被减少，通过随着发动机转速变大而延长重叠期间，换气作用被增强，这导致进气中的氧气的浓度更高，从而增加了输出扭矩。

本发明的第二方面包括一种系统，包含：内燃发动机，该内燃发动机具有容纳在其中往复运动的活塞、并且限定燃烧室的气缸，通过其空气被导入气缸的进气通道，及能够切断从进气通道流入气缸的空气的进气阀；被构造为循环地开启和关闭进气阀的进气阀驱动机构；及构造为控制进气阀驱动机构的控制器，以：在气缸循环过程中，比从进气通道导入气缸的空气量是最大的时刻更晚地关闭进气阀，并且在给定的发动机转速随着导入气缸的想要的空气量变大而在气缸循环过程中更早地关闭进气阀；以及，在气缸循环过程中，随着发动机转速变大并且导入气缸的想要的空气量在给定的发动机转速是最大，更早地关闭进气阀。

本系统至少克服了如上所述的参考文献的一些缺点。

根据本系统，在高负荷和低速范围中，在气缸循环过程中，比从进气通道导入气缸的空气量是最大的时刻更晚地关闭进气阀，这使得进气阀在充足数量的空气从气缸倒流到进气通道的时刻被关闭。在非正常燃烧容易发生的高负荷和低速的发动机运转范围内，通过减少导入气缸的空气量而不会由于节流阀的关闭增加泵损，这使得可以避免非正常燃烧的发生。进一步，即使在由于为了改善发动机运转效率通过增加燃烧比、接着增加膨胀率而增加了非正常燃烧的可能性时，也能够避免非正常燃烧的发生。结果，本系统能够进一步在高负荷和低速的发动机运转范围中，具有更高的膨胀率和更低的泵损，增强发动机运转效率。

进一步，在具有比上述的低的发动机转速范围更高的发动机转速的运转范围中，非正常燃烧的可能性被减少。本系统随着发动机转速变大而在气缸循环过程中更早地关闭进气阀，这抑制了空气倒流，接着增加了气缸空气充气量，并且由于响应于增加的空气量而增加的燃料燃烧，增加了发动机输出。结果，根据本系统，发动机运转效率和发动机输出在发动机运转的广泛范围中被增加。

在示例实施例中，本系统中的内燃发动机具有13:1或更大的几何压缩比。

典型地，在具有更高的几何压缩比的内燃发动机中，气缸内温度能够被容易地通过压缩作用增加，并且因此，存在非正常燃烧的高可能性。因此，将本系统适用于具有更高的几何压缩比的内燃发动机是非常有效的。

在示例中，进气阀驱动机构包含凸轮轴，该凸轮轴由耦接到活塞的曲轴驱动并且该凸轮轴驱动进气阀，及相对于曲轴的角度相位改变凸轮轴的角度相位的相位改变机构，且其中控制器通过驱使该相位改变机构来变化进气阀的关闭时刻。

如上所述，根据本发明，在发动机运转的广泛范围内增加了发动机运转效率和发动机输出。

在与以下附图相结合进行描述或单独描述时，上述及其他优点，和本发明的特点将从以下详细说明中变得显而易见。

附图说明

图1是应用根据本发明的内燃发动机的进气阀控制方式的发动机系统的整体结构的示意图；

图2是用于说明根据本发明的控制方法的控制过程的流程图；

图3是显示进气阀的关闭时刻与发动机转速和目标空气充气量的关系的图表；

图4是显示节流阀的开度与发动机转速和目标空气充气量的关系的图表；

图5A-5D是显示进气阀的阀正时的图表，其中图5A显示低负荷中的阀正时，图5B显示高负荷和低速范围中的阀正时，图5C显示高负荷和中等速度范围中的阀正时，且图5D显示高负荷和高速范围的阀正时。

图6是显示进气阀的关闭时刻和空气充气量之间的关系的图表；

图7是显示在每个发动机转速进气阀的关闭时刻和空气充气量之间的关系的图表；

图8是根据本发明的第二实施例、用于说明根据本发明的控制方法的另一个控制过程的流程图；

图9是显示进气阀和排气阀的控制范围的图表；

图10是显示进气阀相对于发动机转速和目标空气充气量的开启时刻的图表；

图11是显示排气阀的关闭时刻与发动机转速和目标空气充气量的关系的图表；

图12是显示节流阀的开度与发动机转速和目标空气充气量的关系的图表；

图13A-13D是显示阀正时的图表，其中图13A显示低负荷范围中的阀正时，图13B显示低速范围中的阀正时，图13C显示高负荷和中等速度范围中的阀正时，且图13D显示高负荷和高速范围中的阀正时；

图14是显示进气凸轮轴和排气凸轮轴的角度相位与发动机转速和目标空气充气量的关系的图表；

图15是显示节流阀的开度与发动机转速和目标空气充气量的关系的图表；

图16A-16D是显示阀正时的图表，其中图16A显示低负荷范围中的阀正时，图16B显示低速范围中的阀正时，图16C显示高负荷和中等速度范围中的阀正时，且图16D显示高负荷和高速范围中的阀正时。

具体实施方式

下面参考附图描述本发明的较优实施方式。

图1示意性地显示了应用本发明的发动机系统的整体结构。该发动机系统包括发动机主体(内燃发动机)1和发动机控制器(控制模块)100，其构造为控制各种与发动机主体1关联的致动器。

发动机主体1是安装在车辆，例如汽车中的四冲程循环火花点火内燃发动机。发动机主体1的输出轴通过传动装置耦接到驱动轮，以驱动车辆。发动机主体1包括气缸体12和放置其上的气缸盖13。在气缸体12和气缸盖13内部，形成多个气缸11。气缸11的数目没有限制；然而，在本实施例中形成四个气缸11，作为一个示例。进一步，在气缸体11中，曲轴14通过轴颈、轴承等等被可旋转地支撑。

对于每个气缸11，活塞15被可滑动地插入并适配，燃烧室17被布置于其上方。

在本实施例中，发动机主体1的几何压缩比设定为大约14，这是当活塞15定位于下止点的燃烧室17的体积与当活塞15定位于上止点的燃烧室17的体积的比率。当然，几何压缩比的数值不限于14。例如，优选地，出于改善发动机效率的考虑，几何压缩比可以更高。然而，随着几何压缩比被设定的更高，气缸内温度在压缩冲程中会变得过高，从而增加在不希望的时刻发生自动点火的可能性。因此，该发动机主体1的几何压缩比可以较好地为13以上并且在16以下。

气缸盖13形成有与燃烧室中各自的那个燃烧室连通的两个进气口和两个排气口。在图1中，显示了一个进气口18和一个排气口19，尽管如上所述在本实施例每个气缸包括两个进气口和两个排气口。进一步，气缸盖13设置有从燃烧室17阻塞各个进气口18的进气阀21和从燃烧室17阻塞各个排气口19的排气阀22。进气阀21由接下来描述的进气阀驱动机构30驱动，以在预定时刻开启和关闭各个进气口18。另一方面，排气阀22由排气阀驱动机构40驱动，以开启和关闭各个排气口19。

进气阀驱动机构30和排气阀驱动机构40分别具有进气凸轮轴31和排气凸轮轴41。该进气凸轮轴31和排气凸轮轴41通过诸如已知的链-链轮机构等动力传动机构被耦接到曲轴14。该动力传动机构构造为凸轮轴31和41旋转一次的同时曲轴14旋转两次。

进一步，在进气阀驱动机构30中，在动力传动机构和进气凸轮轴31之间设置有进气凸轮轴相位改变机构32。该进气凸轮轴相位改变机构32被设定以改变进气阀21的阀正时，其中曲轴14和进气凸轮轴31之间的相位差通过改变从动轴和进气凸轮轴31之间的位相差而被改变，其中从动轴是和进气凸轮轴31同心排列且由曲轴14直接驱动的。

进气凸轮轴相位改变机构32包括，例如，在从动轴和进气凸轮轴31之间沿圆周方向排列多个液体室、且在液体室之间给定压差以改变该相位差的液压机构，和在传动轴和进气凸轮轴31之间设置电磁体的电磁机构，该电磁体被施加电流用来改变该相位差。进气凸轮轴相位改变机构32基于由稍后描述的发动机控制器100计算的进气阀21的阀正时改变该相位差。

在本实施例中，进气凸轮轴相位改变机构32在开启时刻和升起量(即，进气阀21的阀轮廓)保持恒定的同时通过改变该相位差来改变进气阀21的阀开启时刻IVO和阀关闭时刻IVC。进气凸轮轴31的相位角通过凸轮相位传感器39检测，且其信号θ_{IVC_A}被传输到发动机控制器100。

进气口18通过进气歧管55与缓冲罐55a连通。该缓冲罐55a的上游进气通道设置有节流体(节流阀致动器)56。节流阀57(压力控制模快)被枢轴地设置在节流体56内部，用于调整从外部流到缓冲罐55a的进气流量。该节流阀57能够改变进气通道的开口面积(即，流道面积)以改变进气流量，并且改变节流阀57的下游进气通道内的压力。节流阀57被节流阀致动器58驱使。节流阀致动器58驱使该节流阀57以使节流阀57的开度TVO成为发动机控制器100中计算的目标节流阀开度TVO_D，稍后将详细描述。这里，在权利要求中的进气通道可以包括节流阀57下游的进气口18、进气歧管55和缓冲罐55a中的全部。在本实施例中，要被导入气缸11的空气量，也就是气缸11内部的空气充气量CE通过调整节流阀57的开度和进气阀21的关闭时刻控制成具有足够的数值。

排气口19通过排气歧管60与排气管连通。在该排气管中，排列有排气处理系统。排气处理系统的具体组成，不限于此，但是可以包括具有三效尾气净化催化剂，稀NOx催化剂，氧化催化剂等等的催化转化器61。

进气歧管55和排气歧管60通过EGR管62彼此连通，构成为使得一部分排气循环到进口侧。EGR阀63设置在EGR管62中，用于调整通过EGR管62循环到进口侧的EGR气体的流量。该EGR阀63被EGR阀致动器64驱使。该EGR阀致动器64驱使EGR阀63，使得该EGR阀63的开度为通过发动机控制器100计算的EGR开度EGRopen，稍后将详细说明。这使得可以将EGR气体的流量调整到恰当的数值。

气缸盖13具有附接到其的火花塞51，使得每个火花塞的电极面对燃烧室17。基于通过稍后将详细描述的发动机控制器100计算的点火时刻SA，当通过点火系统52提供电流时，火花塞51在燃烧室17中产生火花。

进一步，气缸盖13具有附接于其的燃料喷射阀53，用于将燃料直接地喷射进入各个燃烧室17，使得每个燃料喷射阀的末端面对燃烧室17。更详细地，燃料喷射阀53被排列为其末端在垂直方向上定位于两个进气口18下方，且在水平方向上位于两个进气口18之间的中途。基于通过稍后将要描述的发动机控制器100计算的燃料喷射数量FP，当耦接到燃料喷射阀53的螺线管通过燃料系统54供给用于预定时段的电流时，燃料喷射阀53将预定数量的燃料喷射进入燃烧室17。

发动机控制器100是具有以已知的微型计算机作为基础的控制器，且包括用于执行程序的CPU、用于存储程序和数据的诸如RAM和ROM等的存储器，及用于输入与输出各种信号的I/O总线。

发动机控制器100通过I/O总线接收输入，具有各种信息，诸如通过气流计71检测的进气量AF、通过进气压力传感器72检测的进气歧管55内的气压MAP、通过曲轴转角传感器73检测的曲轴转角脉冲信号、通过氧浓度传感器74检测的排气的氧浓度EGO、通过加速踏板开启传感器75检测的汽车驾驶员压下加速踏板下压量α，以及通过车辆速度传感器76检测的车辆速度VSP。然后，发动机控制器100基于输入信息，根据运转状态，计算用于各种致动器的指令数值，从而气缸11中的充气数量，点火时刻等等可以是适当的数值。例如，诸如节流阀开度TVO、燃料喷射数量FP、点火时刻SA、进气阀正时的目标值θ_{VCT_D}和EGR开度EGRopen等的指令数值被计算并输出到节流阀致动器58、燃料系统54、点火系统52、进气凸轮轴相位改变机构32、EGR阀致动器64等等。

通过使用图2的流程图，描述发动机控制器100中的具体计算流程。

首先，诸如加速踏板下压量α等各种的信号被读取(步骤S1)。

接下来，基于加速踏板下压量α、发动机主体1的发动机转速N_ENG(由曲柄转角脉冲信号计算)和车辆速度VSP，计算目标扭矩TQ_D(步骤S2)。基于计算的目标扭矩TQ_D和发动机转速N_ENG，计算燃料喷射量FP、目标空气充气量CED(气缸11中的空气充气量CE的目标值)和点火时刻SA(步骤S3)。

然后，基于步骤S3中计算的目标空气充气量CE_D和发动机转速N_ENG，计算进气阀21的关闭时刻IVC的目标值θ_{IVC_D}(步骤S4)。进一步，基于计算的目标空气充气量CE_D和发动机转速N_ENG，计算作为节流阀57的开度TVO的目标值的目标节流阀开度TVO_D(步骤S5)。进气阀21的关闭时刻IVC的目标值θ_{IVC_D}和目标节流阀开度TVO_D的计算方法将在稍后进行描述。

然后，基于计算的燃料喷射量FP、点火时刻SA、目标进气阀关闭时刻数值θ_{IVC_D}和目标节流阀开度TVO_D，驱动各个致动器，以便满足这些目标值(步骤S6)。具体地，信号θ_{IVC_D}被输出到进气凸轮轴相位改变机构32。然后，进气凸轮轴相位改变机构32操作使得进气凸轮轴31相对于曲轴14的相位具有对应于θ_{IVC_D}的数值。信号TVO_D被输出到节流阀致动器58。然后，节流阀致动器58操作，以使得节流阀57的开度TVO具有对应于TVO_D的数值。信号FP被输出到燃料系统54。对应于每一个气缸循环的FP的燃料量从燃料喷射阀53被喷射。然后，信号SA被输出到点火系统52。在气缸循环中对应于SA的时刻火花塞51产生火花且空气燃料混合物在燃烧室17中被点火。这使得包括必要数量的空气和燃料的空气燃料混合物在适当的时刻被点火且燃烧使得发动机主体1产生主要由加速踏板下压量α确定的目标扭矩。

接下来，说明被提供用来计算进气阀21的关闭时刻IVC的目标值θ_{IVC_D}和目标节流阀开度TVO_D的方法。也就是，提供一种用于控制进气阀21和节流阀57的具体的方法。在下面的描述中，表示进气阀21的开启和关闭时刻的时间和期间等等的数值从曲柄转角获得。较好地，下止点之后在这里被称为ABDC。

在发动机负荷小且目标空气充气量CE_D比基准空气充气量CE_{D_base}更低的范围(图3和4中的范围A)中，进气阀21的关闭时刻IVC被控制为保持恒定，独立于发动机转速N_ENG，且节流阀开度TVO被控制为响应于目标空气充气量CE_D而变化。具体地，进气阀21的关闭时刻IVC被控制为大约100℃A ABDC(下止点之后100°曲柄转角)的数值，从如图5A所示的BDC充分地延迟，且节流阀开度TVO被控制为随着目标空气充气量CE_D增加而变大，也就是说，使得进气通道的开口面积大大地增加，如图4所示。这里，例如，基准空气充气量CE_{D_base}具有发动机主体1的最大空气充气量的大约一半的数值。

如图6所示，当在低速范围中进气阀21的关闭时刻IVC在BDC附近时，气缸11中的空气充气量CE被最大化，且因为气缸11中的空气倒流到进气通道，空气充气量CE随着关闭时刻IVC被延迟而从那(例如，图6中向右)减少。因此，如果进气阀21的关闭时刻IVC被如上所述控制为大约100℃A ABDC，即关闭时刻IVC从空气充气量CE是最大的时刻被延迟，气缸11中的空气充气量CE能够被限制为充分小的数值。

进一步，在发动机负荷高且目标空气充气量CE_D比基准空气充气量CE_{D_base}更高的范围(参见图3和4中的范围B)中，节流阀开度TVO被控制为独立于目标空气充气量CE_D对于每个发动机转速N_ENG保持恒定，且进气阀21的关闭时刻IVC被控制为响应于目标空气充气量CE_D变化。具体地，节流阀开度TVO被控制在完全开启附近。然后，进气阀21的关闭时刻IVC被控制为从空气充气量CE是最大的时刻延迟(参见图6)，且随着目标空气充气量CE_D的增加而提前，如通过图6的箭头所显示的。

如上所述，在从空气充气量CE是最大的时刻延迟的一侧上，由于进气阀21的关闭时刻IVC被进一步延迟，空气充气量CE被减少。因此，在范围B中，将进气阀21的关闭时刻IVC控制为提前，增加了空气充气量CE，且满足了目标空气充气量CE_D。特别是，在本实施例中，节流阀开度TVO被控制在完全开启附近，且节流阀57随后关闭了进气通道的开口区域以减少泵损，改善发动机运转效率。

这里，在所有的发动机运转范围内，节流阀开度TVO被控制为响应于发动机转速N_ENG可变的。具体地，节流阀开度被控制为随着发动机转速N_ENG增加而逐渐地开启。

此外，在范围B以及发动机的满负荷范围(范围C，其中图3和4中的目标空气充气量CE_D是最大)中，也就是说，在比基准目标空气充气量CE_{D_BASE}更大的范围中，进气阀21的关闭时刻IVC被控制为响应于发动机转速N_ENG而变化。具体地，在发动机转速N_ENG是基准发动机转速或更小的范围(例如，图3的N1和N2之间)中，关闭时刻被控制为随着发动机转速N_ENG的增加而提前，且在发动机转速N_ENG是基准发动机转速N2或以上(例如，图3的N2和N3之间)的范围B中，随着发动机转速的增加而延迟。以下将描述在范围B和C中控制进气阀21的关闭时刻IVC的细节。

首先，当发动机转速N_ENG和N1一样小，且目标空气充气量CE_D是最大(例如，高负荷状态)时，进气阀21的关闭时刻IVC被控制为从BDC充分地延迟，使得关闭时刻从空气充气量CE是最大的时刻被延迟。这可以是，例如，在80℃A ABDC附近，如图5B和图7中的点P1所示。

这里，气缸11中的空气流动性在低速范围中小；因此，由于通过压缩作用增加的温度，在气缸11中存在很高的发生自动点火的可能性。因此，更可取的，在该范围中，将气缸11中的空气充气量CE限制为小的且同时防止温度增加。如上所述，进气阀21的关闭时刻IVC控制为从空气充气量CE是最大的时刻被充分地延迟，空气充气量CE通过控制进气阀21的关闭时刻IVC被限制为小的。因此，气缸11中的空气充气量CE被减少，且由于填充的空气的压缩作用导致的气缸11中的(高)温度被抑制，阻止了自动点火的发生。特别是，例如在几何压缩比被设定为和14一样高的发动机主体1中，容易地发生自动点火；因此，以上描述的控制有效地减少了这样的副作用。

接下来，在从发动机转速N1到基准发动机转速N2(>N1)的范围中，进气阀21的关闭时刻IVC被控制为从空气充气量CE是最大的时刻延迟，且随着发动机转速N_ENG的增加而提前。例如，当在发动机转速N2，目标空气充气量CE_D为最大时，进气阀21的关闭时刻IVC被控制为提前到30℃A ABDC，即空气充气量CE最大化，如图5C和图7中的点P2所示。当发动机转速N_ENG增加且空气流动性增加，从而减少非正常燃烧发生的可能性时(例如，在发动机转速N2)，气缸11中的空气充气量CE能够被增加。因此，在该范围，随着发动机转速N_ENG增加到N2，进气阀21的关闭时刻IVC被控制为提前以增加气缸11中的空气充气量CE，且燃烧数量增加了的燃料，接着，发动机输出和发动机运转效率被增加。

这里，如图7所示，随着发动机转速N_ENG增加，进气惯性增加；因此，空气充气量CE为最大的时刻被转换为被延迟(例如，从图7的N1曲线的顶点转换到N2曲线的顶点P2)。进一步，如上所述，在气缸循环过程中从空气充气量CE最大化的时刻延迟的一侧上，随着进气阀21的关闭时刻IVC被提前，倒流到进气通道的空气的数量减少且空气充气量CE增加。因此，如上所述，当进气阀21的关闭时刻IVC随着发动机转速的增加而提前时，气缸11中的空气充气量CE可以充分地增加，且具有倒流的空气的数量被减少并且惯性增加的效果。特别是，如果进气阀21的关闭时刻IVC被提前至空气充气量CE被最大化的时刻(例如，至P2)附近，充气效率增加。

发动机转速N1具有例如大约1000rpm的数值，且基准发动机转速N2具有例如大约2500rpm的数值。然而，优选地可以通过实验预先获得用于N1和N2的适当的数值。

最后，在从发动机转速N2到发动机转速N3(>N2)的范围中，进气阀21的关闭时刻IVC被控制为随着发动机转速N_ENG的增加而延迟。当在发动机转速N3，目标空气充气量CE_D为最大时，关闭时刻被控制为延迟到60℃AABDC附近，即空气充气量CE最大化，如图5D和通过图7中的点P3所示。发动机转速N3具有例如大约7000rpm的数值。

在本实施例中，当目标空气充气量CE_D为最大且发动机转速N_ENG为N2时，进气阀21的关闭时刻IVC被控制为空气充气量CE被最大化的时刻周围。然后，如上所述，由于进气惯性随着发动机转速N_ENG的增加而增加，空气充气量CE被最大化的时刻被转换为被延迟(例如，从图7中的P2到P3)。出于这个原因，在从发动机转速N2到发动机转速N3的高发动机转速范围中，由于进气阀21的关闭时刻IVC被控制为随着发动机转速N_ENG的增加而延迟，空气充气量CE被保持恒定在最大值。

如上所述，随着发动机转速N_ENG的增加，降低了发生非正常燃烧的可能性；因此，几乎不存在发动机转速超过发动机转速N2的范围中发生非正常燃烧的可能性。因此，在发动机转速N_ENG为N2或以上且目标空气充气量CE_D为最大的范围中，由于进气阀21的关闭时刻IVC被控制为随着发动机转速N_ENG的增加而延迟，且空气充气量被保持在最大数值，能够被燃烧的燃料的数量以及发动机输出和发动机运转效率被保持尽可能地高。

利用如上所述的控制，在发动机主体1中，气缸11中的空气充气量CE在低速范围中被充分地限制以确保防止自动点火，且气缸11中的空气充气量CE在中高发动机转速范围内被保持地充分地高，以维持发动机输出。

这里，在从发动机转速N2到N3的范围中，进气阀21的关闭时刻IVC可以被控制为从空气充气量CE被最大化的时刻被延迟。另外地，关闭时刻IVC可以被控制为对于所有的发动机转速来说，随着速度增加到高发动机转速而仅仅被提前，而不会在从发动机转速N2到N3的范围中控制进气阀21的关闭时刻IVC被延迟。

进一步，进气阀21的关闭时刻IVC可以在低负荷范围A内变化。然而，如果进气阀21的关闭时刻IVC在低负荷范围A中保持恒定，进气阀21的阀正时IVC的控制范围能够被限制为小的。因此，能够阻止阀正时变化的负效果。例如，在进气阀21的开启时刻IVO对应于关闭时刻IVC的变化而变化的情况能够被阻止，从而保持进气阀21和排气阀22都被开启的阀重叠期间为适当的。这在进气阀21的开启期间被进气阀驱动机构设定为常数的情况下是非常有效地，如在本实施例中。

另外，各种致动器的组成不局限于如上所述的那些。

进一步，进气阀21的关闭时刻IVC、基准空气充气量、发动机转速N1、N2和N3，等等的具体数值并不仅仅限于上述那些。接下来，参照附图描述本发明的第二实施例。

在第二实施例中，除了如上述实施例中的对进气阀21的关闭时刻的控制，进气阀21的开启时刻和排气阀22的关闭时刻被控制。第二实施例的概要是当目标空气充气量CE_D为最大且发动机转速N_ENG是N5或更少时，随着发动机转速N_ENG的增加，进气阀21的开启时刻被控制为被提前，且气缸11中的排气阀22的关闭时刻被控制为被延迟。进一步，当发动机转速N_ENG是小于比N5更小的预定速度N4或更小时，排气阀22被控制为在进气阀21开启之前被关闭。

随着发动机转速变小缩短进气阀和排气阀都被开启的重叠期间，或者随着发动机转速变小延长进气阀和排气阀都被关闭的负重叠期间，在进气阀开启的时刻气缸内压力被减少，这将增加进气流速和气缸内流动性，从而抑制非正常燃烧。同时，因为非正常燃烧的可能性随着发动机转速变大被减少，通过随着发动机转速变大延长重叠期间，换气作用被增强，这使得导入气缸的空气中氧气的浓度更高，从而增加了输出扭矩。

接下来，参照附图具体地描述第二实施例，其与本发明相似，能够被用于发动机系统，且其整体组成的概貌在图1中被显示。因此，由于上面对图1的说明，省略了对发动机系统的整体组成的描述。进一步，进气阀21的关闭时刻的控制与上述实施例相同，其说明在这里被省略。这里，详细描述进气阀21的开启时刻和排气阀22的关闭时刻的控制。

首先，使用图8中的流程图描述了发动机控制器100中关于进气阀21的开启时刻和排气阀22的关闭时刻的具体的控制算法过程。

首先，诸如加速踏板下压量α等各种信号被读取(步骤S81)。

接下来，基于加速踏板下压数量α，发动机主体1的发动机转速_NENG(由曲柄转角脉冲信号计算)和车辆速度VSP计算目标扭矩TQ_D(步骤S82)。基于计算的目标扭矩TQ_D和发动机转速N_ENG，计算燃料喷射量FP、目标空气充气量CE_D(气缸11中的空气充气量CE的目标数值)和点火时刻SA(步骤S83)。

然后，基于目标空气充气量CE_D(在步骤S83中计算的)和发动机转速N_ENG计算进气阀21的开启时刻IVO的目标值θ_{IVO_D}(步骤S84)。进一步，基于计算的目标空气充气量CE_D和发动机转速N_ENG，计算排气阀22的关闭时刻EVC的目标值θ_{EVC_D}(步骤S85)。另外，基于计算的目标空气充气量CE_D和发动机转速N_ENG，计算作为节流阀57的开度TVO的目标值的目标节流阀开度TVO_D(步骤S86)。稍后将描述用于计算进气阀21的开启时刻IVO的目标值θ_{IVO_D}、排气阀22的关闭时刻EVC的目标值θ_{EVC_D}和目标节流阀开度TVO_D的方法的细节。

其后，基于计算的燃料喷射量FP、点火时刻SA、进气阀21的开启时刻IVO的目标值θ_{IVO_D}、排气阀22的关闭时刻EVC的目标值θ_{EVC_D}和节流阀57的开度TVO的目标值TVO_D，各个致动器被驱动使得这些目标值被满足(步骤S87)。具体地，信号θ_{IVO_D}被输出到进气凸轮轴相位改变机构32。然后，进气凸轮轴相位改变机构32运转使得进气凸轮轴31相对于曲轴14的相位具有对应于θ_{IVO_D}的数值。信号θ_{EVC_D}被输出到排气凸轮轴相位改变机构42。然后，排气凸轮轴相位改变机构42运转使得排气凸轮轴41相对于曲轴14的相位具有对应于θ_{EVC_D}的数值。信号TVO_D被输出到节流阀致动器58。然后，节流阀致动器58运转使得节流阀57的开度TVO具有对应于TVO_D的数值。信号FP被输出到燃料系统54。对应于每一个气缸循环的FP的燃料量从燃料喷射器53被喷射。然后，信号SA被输出到点火系统52。在气缸循环中对应于SA的时刻，火花塞51产生火花，且燃烧室17中的空气燃料混合物被点火。这样，包括必要数量的空气和燃料的空气燃料混合物在适当的期间被点火且燃烧。因此，发动机主体1产生主要由加速踏板下压量α确定的目标扭矩。

接下来是用于计算进气阀21的开启时刻IVO的目标开启时刻数值θ_{IVO_D}、排气阀22的关闭时刻EVC的目标关闭时刻数值θ_{EVC_D}和作为节流阀开度TVO的目标值的目标节流阀开度TVO_D的方法的说明。提供一种用于控制进气阀21、排气阀22和节流阀57的具体方法。在下面的描述中，表示进气阀21和排气阀22的开启持续时间、开启和关闭时刻等等从曲柄转角获得，并且上止点之前被称为BTDC，且上止点之后被称为ATDC。

现在参照图9，范围A包括发动机转速N_ENG为第四发动机转速(第四转速)N4或者以下的低速范围和发动机转速为比第四发动机转速N4更高且目标空气充气量CE_D比第一基准空气充气量CE_{D_base1}更小的高速范围。在范围A中，执行使得排气阀22在上止点之后被关闭，且此后排气阀22关闭，进气阀21开启的控制。换句话说，在如图13A和13B所示的范围A中，排气阀22的关闭时刻EVC被控制为在上止点之后，且进气阀21的开启时刻IVO被控制为从排气阀22的关闭时刻EVC延迟，使得进气阀21和排气阀22的开启期间被控制为不重叠。此后，阀开启期间没有重叠的状态被称为负重叠状态，且在该负重叠状态中从排气阀22的关闭时刻EVC到进气阀21的开启时刻IVO的期间被称为负重叠期间。

在负重叠状态中，气缸11基本被密封地关闭。在该基本密封地关闭状态中，当活塞15下降时，气缸11中的压力随着气缸11中的体积增加而降低，且在负重叠的时间端点，也就是进气阀21的开启时刻，气缸11中的压力充分地降低。结果，当进气阀21开启时，由于气缸11和进气通道之间的压差，空气以高流速从进气通道流入气缸11。这样，如果设置负重叠，进入气缸11的气体的流速被增加且气缸11中的气体流动性被保持为高的。因此，能够减少自动点火的风险。

进一步，排气阀22在上止点之后被关闭(同时活塞下降)。因此，当进气阀21开启时，气缸11中的压力被容易地形成为负的，进一步增强气体流动性。

这样，在燃烧趋向不稳定的范围A(发动机转速N_ENG低且气缸11中的气体流动性趋向于低下的范围，及发动机转速N_ENG高但是空气充气量CE_D小的范围)中，通过负重叠增加气体流动性，从而起作用阻止发生自动点火并改善燃烧稳定性。进一步，由于排气阀22在上止点之后被关闭，能够减少由于压缩气体带来的泵损。也就是，能够避免发动机效率的恶化。第四发动机转速N4可以被设定为例如大约1000rpm。

接下来将描述用于范围A中的控制方法的更多细节。

现在参照图10-11，范围A包括范围A1，A2，和A3。范围A1包括目标空气充气量CE_D小于第二基准空气充气量CE_{D_base2}的区域；这里，进气阀21的开启时刻IVO和排气阀22的关闭时刻EVC被控制为常数，处于负重叠发生的数值，且不会随着运行状态而变化。例如，如图13A所示，排气阀22的关闭时刻EVC被控制为5℃A ATDC附近，进气阀21的开启时刻IVO被控制为35℃A ATDC附近，因此负重叠被控制为大约30℃A。这里，图10显示进气阀21的开启时刻IVO相对于发动机转速N_ENG和目标空气充气量CE_D的示例，并且表示，沿着箭头的方向，开启时刻IVO被逐渐地提前。进一步，图13A-13D显示排气阀22的关闭时刻EVC的示例，并且图11显示相对于发动机转速N_ENG和目标空气充气量CE_D的排气阀22的关闭时刻EVC。在图11中，关闭时刻EVC沿着单向箭头的方向逐渐地被延迟。进一步，用于进气阀21的关闭时刻IVC的控制值没有具体地限定，并且，例如，如果该时刻被控制到100℃A ABDC附近并且为气缸11中的空气被送回到进气通道的时刻，根据目标空气充气量CE_D，能够使得气缸11中的空气充气量CE充分地小。

然后，在范围A1中，如图12所示，随着目标空气充气量CE_D增加，节流阀开度TVO被控制到开启侧，也就是说，到进气通道的开口面积增加的一侧，适当地控制气缸11中的空气充气量。图12显示节流阀开度TVO相对于发动机转速N_ENG和目标空气充气量CE_D的示例，并且表示，如范围A1中在开度侧的单向箭头所指示，节流阀开度TVO被控制为以给定的发动机转速随着目标空气充气量CE_D的增加而逐渐开启。然而，如稍后将描述的，在目标空气充气量CE_D比第二基准空气充气量CE_{D_base2}更大的范围中(图12中的范围C)，节流阀开度TVO被控制为对于每个发动机转速N_ENG是常数，且图12中的范围C中的两向箭头表示节流阀开度TVO是常数。

参照图10，范围A2包括发动机转速N_ENG小于第四发动机转速N4且目标空气充气量CE_D大于第二基准空气充气量CE_{D_base2}的范围。在范围A2中，排气阀22的关闭时刻EVC被控制为常数，且进气阀21的开启时刻IVO被控制为随着目标空气充气量CE_D的增加而提前。该进气阀21的开启时刻IVO被控制为，例如，如图13B所示，在满负荷时，范围A1中35℃A ATDC附近的开启时刻IVO提前到15℃A ATDC附近。这样，在该范围A2中，进气阀21的开启时刻IVO随着目标空气充气量CE_D的增加而提前，以控制负重叠期间更短，从而缩短负重叠期间。因此，在该范围A2中，进气阀21的开启时刻IVO随着目标空气充气量CE_D的减小而延迟，以控制负重叠期间变得更长，从而延长负重叠期间。也就是说，执行控制使得气缸11中的气体流动性随着目标空气充气量CE_D减少且燃烧变得更加不稳定而被维持，改善了用于整个发动机系统的燃烧稳定性。

参照图10，范围A3包括发动机转速N_ENG大于第四发动机转速N4且目标空气充气量CE_D大于第二基准空气充气量CE_{D_base2}的范围。在该范围A3中，排气阀22的关闭时刻EVC被延迟，并且进气阀21的开启时刻IVO被控制为随着目标空气充气量CE_D的增加而提前。在目标空气充气量CE_D是第二基准空气充气量CE_{D_base2}的情况下，排气阀22的关闭时刻EVC与进气阀21的开启时刻IVO一致，并且负重叠是0(零)。

参照图9，范围B包括发动机转速N_ENG处于第四发动机转速N4或以上的高速范围，且目标空气充气量CE_D是比基准目标空气充气量CE_{D_base1}更大的范围。在该范围B中，执行控制使得在进气阀21和排气阀22的阀开启期间存在重叠。也就是说，执行控制使得进气阀21在与排气阀22的关闭时刻的同时或更早开启。在范围B中，由于发动机转速N_ENG和空气充气量CE是充分地高，燃烧是稳定的且自动点火的可能性很小。因此，在该范围中，设置有重叠，确保气缸11中的空气量和发动机主体1的输出。

接下来将更加详细地描述用于范围B中的控制的方法。

参照图10-11，范围B包括范围B1和B2。范围B1包括发动机转速N_ENG是比第五发动机转速N5低的范围，且随着在范围B1中目标空气充气量CE_D增加，排气阀22的关闭时刻EVC被控制为被延迟，进气阀21的开启时刻IVO被控制为被提前，且排气阀22和进气阀21重叠。随着发动机转速N_ENG甚至进一步增加，排气阀22的关闭时刻EVC被控制为更加延迟，进气阀21的开启时刻IVO被控制为更加提前，且排气阀22和进气阀21更多重叠。例如，在发动机转速N_ENG是第五发动机转速N5的满负荷时，如图13C所示，排气阀22的关闭时刻EVC被控制为25℃A ATDC，进气阀21的开启时刻IVO被控制为30℃A BTDC，且重叠期间被控制为55℃A，这是在这些和所有其他运行状态(负荷和发动机转速)下的最大重叠期间。在一个示例中，第五发动机转速N5可以是大约2000rpm。

这样，在范围B1中，重叠期间随着发动机转速N_ENG的增加和目标空气充气量CE_D的增加而增加，改善气缸11中的换气作用，并且维持导入气缸11的空气的数量。因此，这确保了想要的发动机主体1的输出。进一步，换气作用的改善将气缸11中的剩余气体限制为小的，以防止由于高温剩余气体(即，内部EGR气体)的增加发生的冲击。

在设置重叠期间的情况下，如上所述，产生的效果能够包括改善气缸11中的换气作用并且减少内部EGR气体的数量。然而，作为排气流入进气通道侧的结果，存在气缸11中的内部EGR气体的数量可能增加的可能性。因此，对于图10，当在范围B2(包括发动机转速N_ENG比第五发动机转速N5更高的范围)中运行时，随着发动机转速N_ENG增加，重叠期间减少以减少内部EGR气体的数值。也就是说，在气体被完全地耗尽的之后，排气阀22关闭且进气阀21开启，使得气缸11中的剩余气体量被减少。具体地，在范围B2中，随着发动机转速N_ENG增加，排气阀22的关闭时刻EVC被控制为被提前，并且进气阀21的开启时刻IVO被控制为被延迟，从而减少排气阀22和进气阀21的重叠期间。例如，在发动机转速N_ENG为基本上最大的满负荷状态下，如图13D所示，排气阀22的关闭时刻EVC被控制为10℃A ATDC附近，进气阀21的开启时刻IVO被控制为10℃A ATDC附近，且重叠期间被控制为基本上是0(零)。

这样，在高速和高负荷范围的范围B2中，重叠期间被减少，以限制气缸11中的内部EGR气体并且确保了气缸11中有足够的新鲜空气。这保证了发动机主体1的输出。

这里，在除了范围A1的所有范围中(范围A2，A3，B1和B2)，进气阀21的开启时刻IVO随着目标空气充气量CE_D的增加被提前。如上所述，进气阀21的开启期间保持恒定，且当开启时刻IVO被提前时，进气阀21的关闭时刻IVC被提前。然后，当进气阀21的关闭时刻IVC被提前时，倒流到进气通道的空气量减少，以增加气缸11中的空气充气量CE。这样，在除了范围A1的那些范围中，进气阀21的开启和关闭时刻IVO和IVC被控制为提前，使得气缸11中的空气充气量CE被适当地保持在节流阀开度TVO保持恒定且泵损被抑制的状态。

利用如上所述的控制，在发动机主体1中，在低速范围中且在低负荷的状态，也就是低目标空气充气量范围中，进气阀21和排气阀22被控制为处于负重叠状态以增加气缸11中的气体流动性，更加确定地抑制自动点火，并且实现燃烧的稳定性。进一步，在高速和高负荷范围，进气阀21和排气阀22被控制为没有负重叠，以保证气缸11中的空气充气量CE和发动机的输出。

另外地，范围B2的控制可以与范围B1的控制一样。也就是说，通过在由于进气阀21和排气阀22的更大的重叠引起的改善换气作用的效果比由于更大的重叠引起的内部EGR的效果更大的情况下随着发动机转速的增加而增加重叠，可以确保发动机的新的空气。

一方面，用于进气阀21和排气阀22的负重叠被设置的范围可以仅仅是发动机转速是N4或者更少的范围。然而，在目标空气充气量CE_D小的运行范围中，独立于发动机转速，燃烧趋向不稳定。因此，如果在目标空气充气量CE_D小的运行范围中提供用于所有发动机转速的负重叠，能够有效地改善燃烧稳定性。

进一步，各种的致动器的细节组成不局限于如上所述的那些。

进一步，进气阀21的关闭时刻IVO、排气阀22的关闭时刻EVC、第四发动机转速N4、第五发动机转速N5等等的具体数值，不局限于如上所述的那些。

而且，在满负荷状态下，在整个发动机转速范围中，进气阀21和排气阀22可以被控制为没有负重叠期间。现在将描述这种控制应用于第三实施例。

该第三实施例具有如上所述的参考图1的发动机系统。通过发动机控制器100执行的控制过程与上述参照图8中的流程图的第二实施例相同。

发动机控制器100控制进气凸轮轴31和排气凸轮轴41相对于曲轴14的角度相位和节流阀开度，如图14到16所示。作为示例，进气阀21的开启持续时间是为250℃A的常数，且排气阀22的开启持续时间是为225℃A的常数。

如图14所示，在发动机转速N_ENG在N11(例如，空转速度为例如750rpm)和N12(例如2000rpm)之间、且目标空气充气量CE_D是最大的发动机运转范围中，随着发动机转速N_ENG的增加，进气凸轮轴31的角度相位被提前且排气凸轮轴41的角度相位而延迟。

另一方面，在发动机转速N_ENG大于速度N12的运转范围，随着发动机转速N_ENG降低，进气凸轮轴31的角度相位被提前且排气凸轮轴41的角度相位被延迟。

但是，在上述两个运转范围中，当目标空气充气量CE_D大于可以与第一实施例相同的CE_{D_base}时，随着目标空气充气量CE_D增加，进气凸轮轴31的角度相位被提前且排气凸轮轴41的角度相位被延迟。然而，在该运转范围中，节流阀开度TVO是常数，而不管目标空气充气量CE_D的变化，如图15所示。

回头参照图14，另一方面，当目标空气充气量CE_D是CE_{D_base}或者更少，进气凸轮轴31的角度相位和排气阀22的排气凸轮轴41的角度相位是常数，而不管目标空气充气量CE_D和发动机转速N_ENG的变化。然而，在该运转范围中，随着目标空气充气量CE_D的增加而增加节流阀开度TVO，如图15所示。

在目标空气充气量CE_D为CE_{D_base}或者更少的运转范围中，进气阀21在30℃A ATDC开启且在100℃A ABDC关闭，且排气阀31在25℃A BBDC开启且在20℃A ATDC关闭，如图16A所示。因此，进气阀21在排气阀22关闭之后开启5℃A。因此，在低负荷状态下存在负重叠期间。

在满负荷时，当发动机转速N_ENG是速度N11时，进气阀21在TDC开启且在70℃AABDC关闭，且排气阀31在40℃A BBDC和5℃A ATDC开启，如图16B所示。因此，，不存在负重叠期间，而是存在小正重叠期间。

在满负荷时，如上所述，当发动机转速N_ENG从N11增加到N12时，进气凸轮轴31的角度相位被提前而且排气凸轮轴41的角度相位被延迟。当发动机转速达到N12，进气阀21在40℃A BTDC开启且在30°ABDC关闭，并且排气阀在25℃A BTDC开启且在20℃AATDC关闭，如图16C所示。因此，随着发动机转速N_ENG从N11增加到N12，气门重叠期间从5℃A增加到60℃A。

进一步，在满负荷时，如上所述，当发动机转速N_ENG从N12增加时，进气凸轮轴31的角度相位被延迟而且排气凸轮轴41的角度相位被提前。当发动机转速到达N13，即，例如，6000rpm，进气阀21在10℃ABTDC开启并且在60℃A ABDC关闭，且排气阀22在35℃A BBDC开启且在10℃A ATDC关闭。因此，随着发动机转速N_ENG从N12增加到N13，气门重叠期间从60℃A减小到20℃A。

如上所述，本发明提供一种方法，用于控制内燃发动机，该内燃发动机具有容纳在其中往复运动的活塞，并且限定燃烧室的气缸，通过其空气被导入气缸的进气通道，切断从进气通道进入气缸的气流的进气阀，通过其排气被从气缸排出的排气通道，和切断从气缸流入排气通道的排气的排气阀，其中在发动机转速是预定的第一速度或者更少的运转范围中，至少在满负荷，在排气阀关闭之后，进气阀在上止点之后开启；但是，在发动机转速然后大于第四速度，至少在满负荷的运转范围中，在排气阀关闭之前开启进气阀。

根据本方法，在自动点火趋向发生的低速范围，气缸内气体流动性能够被增强，以抑制自动点火的发生，并且在高速范围，能够确保发动机输出。也就是说，在该方法中，在发动机转速是第四速度或者更少的低速范围，进气阀在排气阀关闭之后开启并且在上止点之后关闭。在基本上密封地关闭状态，气缸内压力随着活塞下降而降低的同时，进气阀开启；因此，从进气通道流入气缸的空气的流速保持在高数值，增加了气缸内的气体流动性。特别地，在该方法中，至少在满负荷范围中，进气阀在排气阀关闭之后且在上止点之后开启；从而，空气量大并且压缩的温度趋向上升。在该满负荷范围，自动点火的发生被更加确定地抑制。同时，在气体流动性被确保的高速范围，在排气阀关闭之前，进气阀开启。因此，气缸内的换气作用被改善，并且气缸内压力随着排气从气缸流出而降低，以允许进气容易地流入，增加了气缸内新鲜空气量。然后，对应于其的燃料被燃烧以确保想要的发动机输出。

进一步，本技术提供一种用于控制内燃发动机的方法，该内燃发动机具有容纳在其中往复运动的活塞，并且限定燃烧室的气缸，通过其空气被导入气缸的进气通道，切断空气从进气通道流入气缸的进气阀，通过其排气被从气缸排出的排气通道，及切断排气从气缸流入排气通道的排气阀，其中在发动机转速是预定的第四速度或者更少的运转范围中，在上止点之后关闭排气阀之后开启进气阀；但是在发动机转速比第四速度更大的运转范围中，进气阀在排气阀关闭之前开启。

根据本方法，在自动点火趋向发生的低速范围，气缸内的气体流动性能够被增强，以抑制自动点火的发生，并且在高速范围，能够确保发动机输出。也就是说，在该方法中，在发动机转速是第四速度或者更小的低速范围，在上止点后关闭排气阀之后进气阀开启。在基本上密封地关闭状态，通过随着活塞下降关闭排气阀和进气阀两者降低气缸内压力，然后开启进气阀。因此，从进气通道流入气缸的空气的流速保持在高数值，增加了气缸内的气体流动性。特别是，在本方法中，排气阀在上止点(活塞下降)之后关闭；因此，气缸内压力在进气阀的开启时刻是负的，以确保改善气体流动性。进一步，由于气缸内剩余气体的压缩导致的泵损能够被抑制，改善了发动机效率。另一方面，在已经确保气体流动性的高速范围中，进气阀在排气阀关闭之前开启，以改善气缸内的换气作用，确保气缸内的新空气的数量和想要的发动机输出。

此外，在本发明中，在发动机转速是第五速度或以上并且大于第四速度的运转范围中，发动机转速越大，排气阀和进气阀都被开启的期间越短。

据此，具体地在发动机转速是高的运转范围中，在内部EGR中的剩余空气被抑制，且气缸内的新空气量和想要的发动机输出被保证。

进一步，在本发明中，在发动机转速是第四速度或更少的运转范围中，作为导入气缸的空气量的目标值的目标空气充气量越小，从排气阀关闭到进气阀开启的期间越长。

随着从排气阀关闭到进气阀开启的期间延长，在气缸内压力更加降低之后进气阀开启；因此，空气流动性被增强。因此，如果按照此方法，该期间延长使得燃烧成为相对不稳定，目标空气充气量变小，对于每个目标空气充气量，更加确保了燃烧。

进一步，在本发明中，在发动机转速是第四速度或以上的运转范围中，在目标空气充气量(即导入气缸的空气量的目标值)比预定基准空气充气量更小的范围中，在上止点之后，进气阀在排气阀关闭之后开启。在目标空气充气量CE_D小的运转范围中，由于燃烧独立于发动机转速趋向不稳定，如果在目标空气充气量CE_D小的范围中为所有的发动机转速设置负重叠，能够有效地改善燃烧稳定性。

进一步，本发明中，显示了一种方法，其中进气阀在发动机转速是第四速度或以上的运转范围中的开启时刻被控制为比进气阀在发动机转速是第四速度或者更小的运转范围中的开启时刻提前，且排气阀在发动机转速是第四速度或以上的运转范围中的关闭时刻被控制为比排气阀在发动机转速是第四速度或更小的运转范围中的关闭时刻延迟。另外，在此方法中，能够在发动机转速是第四速度或更小的运转范围中实现控制，进气阀在排气阀关闭之后的上止点之后开启，但是在发动机转速是比第四速度更大的运转范围中，进气阀在排气阀关闭之前开启，进气阀的关闭时刻和排气阀的关闭时刻的变化量都被限制为很小。

进一步，此技术提供一种控制内燃发动机的系统，该内燃发动机具有容纳在其中往复运动的活塞的且限定燃烧室的气缸，通过其空气被导入气缸的进气通道，切断空气从进气通道流入气缸的进气阀，通过其排气被从气缸排出的排气通道，和切断从气缸流入排气通道的排气的排气阀，其中该系统包括构造为循环地开启和关闭该进气阀和排气阀的阀驱动机构，和构造为控制该阀驱动机构的控制模块，以：至少在满负荷范围中，在发动机转速是预定的第四速度或更小的运转范围中，在排气阀关闭之后开启进气阀；并且至少在满负荷范围中，在发动机转速比第四速度更大的运转范围中在排气阀关闭之前开启进气阀，并且进一步，该控制模块构造为控制阀驱动机构，以：在上止点之后关闭排气阀，且在发动机转速是预定的第四速度或更小的运转范围中在排气阀关闭之后开启进气阀；和在发动机转速是比第四速度更大的运转范围中在排气阀关闭之前开启进气阀。

这里，在具有高压缩比和该气缸的几何压缩比为13或以上的内燃发动机中，由于压缩，气缸内温度趋向上升，并且存在发生自动点火的高可能性。因此，在这里讨论的内燃发动机的控制系统应用到这样的具有高压缩比的内燃发动机是有效果的。

因此，本技术还可以提供一种用于控制内燃发动机的方法，其能够改善气缸内的气体流动性并且抑制自动点火。

应该理解的是，这里的实施例仅仅是说明性的，并非限定性的，本发明的范围由附加的权利要求而不是由之前说明书中的描述进行限定，且在权利要求及其等效的边界和范围内所进行所有变化，都应该包括在本发明的权利要求范围中。

Claims (14)

1.一种控制内燃发动机(1)的方法，该内燃发动机具有气缸(11)、进气通道(18)和进气阀(21)，所述气缸(11)容纳在所述气缸中往复运动的活塞(15)并限定燃烧室(17)；空气通过所述进气通道(18)导入所述气缸(11)；所述进气阀(21)能够切断空气从所述进气通道(18)流入所述气缸(11)；其特征在于，该方法包括：

在气缸循环过程中比从所述进气通道(18)导入所述气缸(11)的空气量为最大的时刻更晚地关闭所述进气阀(21)，和当所述内燃发动机的发动机转速(N_ENG)为给定的发动机转速时，在气缸循环过程中随着要被导入所述气缸(11)的期望空气量(CE_D)的增加而更早地关闭所述进气阀(21)；并且在气缸循环过程中，当要被导入所述气缸的期望空气量最大(C)时，随着所述发动机转速的增大而更早地关闭所述进气阀。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在要被导入所述气缸(11)的所述期望空气量(CE_D)为预定空气量(CE_{D_base})或更少的基本固定的时刻关闭所述进气阀(21)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

当所述发动机转速(N_ENG)为第一预定速度(N2，N5，N12)或者更小并且要被导入所述气缸的所述期望空气量(CE_D)最大(C)时，在气缸循环过程中，随着所述发动机转速的增加而更早地关闭所述进气阀(21)；以及

当所述发动机转速(N_ENG)大于所述第一预定速度(N2，N5，N12)并且在给定的发动机转速下要被导入所述气缸(11)的所述期望空气量(CE_D)最大(C)时，随着所述发动机转速(N_ENG)的增大而更晚地关闭所述进气阀(21)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包含在要被导入所述气缸(11)的所述期望空气量(CE_D)为预定空气量(CE_{D_base})或者更少的基本固定的时刻关闭所述进气阀(21)。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包含当要被导入所述气缸(11)的所述期望空气量(CE_D)小于或等于所述预定空气量(CE_{D_base})时，随着要被导入所述气缸(11)的所述期望空气量(CE_D)的增加而增大所述进气通道(18)中的压力。

6.如前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，进一步包含当所述发动机转速(N_ENG)小于或等于第二预定速度(N5，N12)并且在给定的发动机转速下要被导入所述气缸的所述期望空气量最大(C)时，在所述气缸循环过程中随着所述发动机转速(N_ENG)的增大而更早地开启所述进气阀(21)和更晚地关闭所述气缸的排气阀(22)。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当在给定的发动机转速下导入气缸的所述期望空气量(CE_D)最大时，如果所述发动机转速小于或等于第三预定速度(N4)，则在所述气缸循环过程中在所述进气阀(21)开启之前关闭所述排气阀。

8.一种系统，其特征在于，包含：

内燃发动机(1)，该内燃发动机(1)具有气缸(11)、进气通道(18)和进气阀(21)，所述气缸(11)容纳在所述气缸(11)中往复运动的活塞(15)并且限定燃烧室(17)；空气通过所述进气通道(18)导入所述气缸(11)；所述进气阀(21)能够切断空气从所述进气通道(18)流入所述气缸(11)；

进气阀驱动机构(30)，该进气阀驱动机构(30)构造成循环开启和关闭所述进气阀(21)；和

控制器(100)，该控制器(100)构造成控制所述进气阀驱动机构(30)，以便：

在气缸循环过程中比从所述进气通道(18)导入所述气缸(11)的空气量最大的时刻更晚地关闭所述进气阀(21)，和在所述内燃发动机(1)的发动机转速(N_ENG)为给定的发动机转速时，在气缸循环过程中随着导入所述气缸(11)的期望空气量(CE_D)的增加而更早地关闭所述进气阀(21)；并且

当在给定的发动机转速下导入所述气缸的期望空气量为最大(C)时，在所述气缸循环过程中，随着所述发动机转速(N_ENG)的增大而更早地关闭所述进气阀(21)。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，其中所述内燃发动机(1)具有13:1或者更大的几何压缩比。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，

所述控制器(100)进一步构造为控制所述进气阀驱动机构(30)，以便：

当所述发动机转速(N_ENG)小于或等于第一预定速度(N2，N5，N12)并且在给定的发动机转速下要被导入所述气缸(11)的所述期望空气量(CE_D)最大(C)时，在气缸循环过程中随着所述发动机转速(N_ENG)的增大而更早地关闭所述进气阀(21)；以及

当所述发动机转速(N_ENG)大于所述第一预定速度(N2，N5，N12)并且在给定的发动机转速下要被导入所述气缸(11)的所述期望空气量(CE_D)最大(C)时，在气缸循环过程中随着所述发动机转速(N_ENG)的增大而更晚地关闭所述进气阀(21)。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，其中所述内燃发动机(1)具有13:1或者更大的几何压缩比。

12.如权利要求8到11中的任意一项所述的系统，其特征在于，所述进气阀驱动机构(30)包含凸轮轴(31)和相位改变机构(32)，所述凸轮轴(31)由耦接到所述活塞(15)的曲轴(14)驱动并且驱动所述进气阀(21)，所述相位改变机构(32)相对于所述曲轴(14)的角度相位来改变所述凸轮轴(31)的角度相位，其中所述控制器(100)通过使所述相位改变机构(32)动作来使所述进气阀(21)的关闭时刻变化。

13.如权利要求8到11中任一项所述的系统，其特征在于，其中所述控制器(100)进一步构造成控制所述进气阀驱动机构(30)在要被导入所述气缸(11)的所述期望空气量小于或等于预定空气量(CE_{D_base})的基本固定的时刻关闭所述进气阀(21)。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，进一步包含节流阀(57)和节流致动器(58)，所述节流阀(57)布置在所述进气通道(55)中并且能够使所述进气通道的开口面积变化，所述节流致动器(58)使所述节流阀(55)动作，

并且其中所述控制器进一步被构造成当要被导入所述气缸(11)的所述期望空气量小于或等于预定空气数量(CE_{D_base})时，控制所述节流致动器(58)以增加所述进气通道(55)的开口面积。

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