CN101573517B - 用于内燃发动机的控制设备和控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于具有增压装置的内燃发动机(10)的控制设备，所述控制设备包括：气门驱动机构(74)，其以可变方式至少对进气门(72)进行气门正时控制；目标气门正时设定装置，用于根据处于发动机低转速范围内的所述发动机的运转状况来至少为所述进气门(72)设定目标气门正时；以及，气门驱动机构控制装置，用于基于所述目标气门正时来控制所述气门驱动机构。以不同方式设定每个目标气门正时使得：(a)在负压区域中设置气门重叠持续时间；(b)在第一增压区域中使所述负压区域中的所述气门重叠持续时间变短；以及(c)在要求较高发动机(10)负荷的第二增压区域中，使所述第一增压区域中的所述气门重叠持续时间变长。

Description

用于内燃发动机的控制设备和控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于具有增压装置的内燃发动机的控制设备和控制方法。 
背景技术
例如，日本专利申请公开No.05-296070描述了一种设备，当发动机正以发动机低转速运转于增压区域中时，缩减进气门和排气门都打开时所经历的时间段(以下称为“气门重叠持续时间”)。此设备配装有可变气门正时机构，并在发动机低转速范围内控制进气门的气门关闭正时以比在发动机高转速范围内延迟。通常，因为气门重叠持续时间在发动机低转速范围内比在发动机高转速范围内长，所以在发动机低转速范围内所喷射的燃料可能在未经燃烧的情况下部分地流出至排气口(需要处将此称为“所喷射燃料的流出”)。具体地，所喷射燃料的流出可能在具有增压器的发动机中显露出来。因此，通过缩减发动机低转速范围内的气门重叠持续时间，可以相应地抑制由于所喷射燃料的流出而引起的空燃比的波动，这能提高燃料效率。 
但是，如果为了缩减发动机低转速范围内的气门重叠持续时间而延迟用于关闭进气门的气门正时，则因为在发动机低转速范围内进气的惯性力弱，所以气缸中的进气可能流回至进气口中(需要处将此称为“进气的回流”)。由此，气缸中进气的充填效率可能降低，从而发动机输出可能降低，尤其当发动机负荷高时。 
发明内容
本发明提供了一种用于具有增压装置的内燃发动机的控制设备和控制方法，当发动机负荷高同时发动机低转速范围低时，其在确保发动机输出的同时抑制了有害废气排放的量。 
本发明的第一方面涉及一种用于具有增压装置的内燃发动机的控制设备，该控制设备包括：气门驱动机构，其以可变方式至少对进气门的气门 正时进行控制；目标气门正时设定装置，用于根据处于发动机低转速范围内的发动机的运转状况来至少为进气门设定目标气门正时；以及，气门驱动机构控制装置，用于基于目标气门正时来控制气门驱动机构。目标气门正时设定装置设定：(a)第一目标气门正时，使得当发动机正运转于增压装置未被驱动的负压区域中时，设置气门重叠持续时间，在气门重叠持续时间期间，进气门和排气门都打开；(b)第二目标气门正时，使得当发动机正运转于增压装置被驱动的增压区域的第一增压区域中时，使气门重叠持续时间比第一目标气门正时中设定的气门重叠持续时间短；以及，(c)第三目标气门正时，使得当发动机正运转于与第一增压区域中相比对发动机要求的负荷更高的第二增压区域中时，使气门重叠持续时间比第二目标气门正时中设定的气门重叠持续时间长。 
目标气门正时设定装置可以设定负压区域中的第一目标气门正时，使得气门重叠持续时间随着对发动机要求的负荷增大而变长。 
可以将负压区域中的第一目标气门正时提前，以使气门重叠持续时间随着对发动机要求的负荷增大而变长。 
当发动机的进气通道中的压力为正压力时，可以确定发动机正运转于增压区域中。 
可替代地，当发动机的负荷率超过第一基准值时，可以确定发动机正运转于增压区域中。 
目标气门正时设定装置可以设定第一增压区域中的第二目标气门正时，使得气门重叠持续时间随着发动机的转速降低而变短。 
控制设备可进一步包括：第二增压区域确定装置，用于当至少发动机中的节气门的开度大于第二基准值时，确定发动机正运转于第二增压区域中；以及，第二基准值计算装置，用于计算第二基准值，使得第二基准值随着发动机的转速降低而变小。 
当要求发动机的近似全负荷时，可以确定发动机正运转于第二增压区域中。 
控制设备可进一步包括：实际气门正时获取装置，用于获取增压区域中的至少进气门的实际气门正时；空燃比学习控制装置，用于执行：(a)基于目标空燃比与实际空燃比之间的偏差的空燃比反馈控制，从而使供给 至发动机的空燃混合气的空燃比等于目标空燃比；以及(b)空燃比学习程序，用于在空燃比反馈控制过程中使空燃比的误差最小化；以及，空燃比学习禁止装置，用于当目标气门正时与实际气门正时之间的偏差超过预定的量时，禁止执行空燃比学习程序。 
气门驱动机构可以是可变气门正时机构。 
可替代地，气门驱动机构可以是电磁阀机构。 
本发明的第二方面涉及一种用于内燃发动机的控制方法，内燃发动机具有增压装置以及气门驱动机构，气门驱动机构以可变方式至少对进气门的气门正时进行控制，该控制方法包括下列步骤：根据处于发动机低转速范围内的发动机的运转状况来至少为进气门设定目标气门正时；以及，基于目标气门正时来控制气门驱动机构。该控制方法进一步包括：(a)设定第一目标气门正时，使得当发动机正运转于增压装置未被驱动的负压区域中时，设置气门重叠持续时间，在气门重叠持续时间期间，进气门和排气门都打开；(b)设定第二目标气门正时，使得当发动机正运转于增压装置被驱动的增压区域的第一增压区域中时，使气门重叠持续时间比第一目标气门正时中设定的气门重叠持续时间短；以及(c)，设定第三目标气门正时，使得当发动机正运转于与第一增压区域中相比对发动机要求的负荷更高的第二增压区域中时，使气门重叠持续时间比第二目标气门正时中设定的气门重叠持续时间长。 
附图说明
从以下参考附图对实施方式的描述，本发明上述的及进一步的目的、特征和优点将变得明显，在附图中使用相同标号标示相同的元件，其中： 
图1是示出根据本发明第一实施方式的系统构造的视图； 
图2是示出结合有图1所示系统的发动机的其中一个气缸的截面的视图； 
图3是示出当发动机转速保持恒定时，VVT值是如何相对于发动机负荷率而变化的图表； 
图4是示出在本发明第一实施方式中执行的可变气门正时控制例程的流程图； 
图5是使用发动机负荷率和发动机转速作为参数来计算目标VVT值所依据的表格； 
图6是使用发动机转速作为参数来计算基准值β所依据的映射图； 
图7是使用发动机负荷率和发动机转速作为参数来计算VVT延迟量所依据的表格，设定所述VVT延迟量以便抑制进气的回流； 
图8是使用发动机转速作为参数来计算WOT要求VVT值所依据的表格；以及 
图9是示出在本发明第二实施方式中执行的可变气门正时控制例程的流程图。 
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的实施方式。在附图中，用相同的参考标号表示相同元件且不重复描述。 
图1是示意性示出结合有根据本发明第一实施方式的控制设备的内燃发动机10的构造的视图。内燃发动机10(以下简称“发动机10”)是火花点火式四冲程发动机。参考图1，排气歧管12连接至发动机10的排气侧，来自相应气缸的排气通过排气歧管12汇集。排气管14连接至排气歧管12的出口。废气排放控制催化剂16设置于排气管14的中间位置。检测排气空燃比的空燃比传感器18在排气管14中设置于废气排放控制催化剂16的上游。更具体地，空燃比传感器18测量排气中的氧浓度并基于所测量的氧浓度检测排气的空燃比。此外，在排气管14中，氧传感器20设置于废气排放控制催化剂16的下游。氧传感器20检测排气中的氧浓度是高于基准值还是低于该基准值。 
另一方面，进气歧管22连接至发动机10的进气侧，进气通过进气歧管22分配至相应的气缸。进气管24连接至进气歧管22的入口，空气经由进气管24从大气被吸入至进气歧管22内。空气滤清器26设置于进气管24的入口处。此外，在进气管24中，检测进气量Ga的空气流量计52设置为紧接空气滤清器26的下游，且节气门28设置于进气歧管22的上游。 
涡轮增压器32在进气管24中设置于节气门28的上游。涡轮增压器32具有压缩机34和涡轮36。涡轮36设置于排气管14部分且位于排气歧管12与废气排放控制催化剂16之间。压缩机34和涡轮36经由联接轴彼 此相联接，且压缩机34由经由涡轮36传送的排气的能量所驱动。对经压缩机34压缩的空气进行冷却的中间冷却器38在进气管24中设置于压缩机34的下游。 
ECU(电子控制单元)50管理发动机10的总控制。节气门28和图中未示出的各种致动器连接至ECU 50的输出部。另一方面，各种传感器，例如，空气流量计52、加速器操作量传感器54、发动机转速传感器56以及车辆速度传感器58，它们都连接至ECU 50的输入部。由此，从空气流量计52输入的进气量Ga(克/秒)、从发动机转速传感器56输入的发动机转速NE(转/分)、从加速器操作量传感器54输入的加速器操作量ACCP(％)、以及从车辆速度传感器56输入的车辆速度SPD(米/秒)都用作为发动机控制的参数。通过使用这样的参数，ECU 50基于对应的控制程序控制相应的部件。 
图2是示出发动机10的其中一个气缸的截面的视图。以下，将参考图2更详细地描述发动机10。参考图2，发动机10具有气缸体62，气缸体62中设置有活塞60，且气缸盖64安装于气缸体62上。由气缸体62的内表面、气缸盖64的内表面、以及相应活塞60的顶面所包围的空间形成燃烧室66。 
将燃料喷射至相应的进气口68中的喷射器70设置于进气歧管22处。控制进气口68与燃烧室66之间的连通的进气门72设置于进气口68与燃烧室66之间的分界处。此外，发动机10配装有以可变方式控制进气门72的气门正时的进气门正时控制设备74。另一方面，控制排气口76与燃烧室66之间的连通的排气门78设置于排气口76与燃烧室66之间的分界处。此外，发动机10配装有以可变方式控制排气门78的气门正时的排气门正时控制设备80。在第一实施方式中，在进气门正时控制设备74和排气门正时控制设备80上采用可变气门正时机构(以下简称为“VVT”)。VVT相对于曲轴82改变凸轮轴(未示出)的相位角，并因此在将凸轮持续时间(即，进气门或排气门的打开角度)保持为恒定的同时提前或延迟气门正时。在以下描述中，进气门正时控制设备74和排气门正时控制设备80将分别称为“进气侧VVT 74”和“排气侧VVT 80”。VVT 74和VVT 80都连接至ECU50。 
接下来，将参考图3描述第一实施方式的控制设备的操作。根据第一实施方式的控制设备，可以通过基于发动机10的各种运转条件控制进气侧 VVT 74的驱动来增大气门重叠持续时间。即，当进气侧VVT 74将凸轮轴的相位角(CA，即，曲柄转角)提前时，可以在将凸轮持续时间保持为恒定的同时提前进气门72的气门正时，由此增大气门重叠持续时间，所述相位角在以下将被称为“VVT值”。注意，通过用排气侧VVT 80来代替进气侧VVT 74、或者两者都使用，可以改变气门重叠持续时间。 
以下，将对负压区域内的进气侧VVT 74的VVT值的控制进行描述。图3图示了当发动机10的发动机转速NE为恒定(例如，NE＝2000转/分)时，进气侧VVT 74的VVT值是如何相对于发动机负荷率kl而变化的。参考图3，在涡轮增压器32未工作的负压区域中，在极低负荷运转(例如，怠速)过程中，不执行前述的使用进气侧VVT 74增大气门重叠持续时间的程序，因此，回流至进气口68和燃烧室66的已燃烧气体的量减少。因而，燃烧以稳定方式进行，且燃料经济性由此相应提高。 
但是，当气门重叠持续时间短时，泵气损失的影响随着发动机负荷增大而增大，因此燃料经济性相应降低。为了克服这种问题，如图3所示，在负压区域中，VVT 74的VVT值逐渐提前进气门72的气门正时，使得所需发动机负荷越大，则气门重叠持续时间越长。因而，泵气损失降低且燃料经济性由此提高。此外，因为保留在每个燃烧室66中的已燃烧气体的量随着气门重叠持续时间增加而增多，所以由燃料燃烧所产生的NOx的量减少，即，有害废气排放量减少。 
接下来，将对增压区域中的进气侧VVT 74的VVT值的控制进行描述。如稍早所提到的，第一实施方式的发动机10设置有涡轮增压器32。涡轮增压器32响应于超过图3所图示的基准水平α的发动机高负荷而启动，由此发动机10的运转区域转换至前面提到的增压区域，在所述增压区域中，进气通道压力为正压力。如同在前述负压区域的情况下一样，当发动机10在增压区域中运转时，若如图3中的虚线曲线所示改变VVT 74的VVT值以便为了增加气门重叠持续时间而提前进气门72的气门正时，则所喷射的燃料和进气会在未经燃烧的情况下流出至排气口76，这会导致废气排放量的增加。即，如果进气在未被用于燃烧的情况下流出至排气口76，则每个燃烧室6中的燃烧空燃比变为富燃料状态。但是，因为空燃比反馈控制是基于由空燃比传感器18所测量的排气空燃比来执行的，即，因为由空燃比传感器所测量的排气空燃比受到在未被用于燃烧的情况下流出至排气口的进气的影响，所以富燃料状态的燃烧继续，且其降低了燃料效率 以及废气排放控制催化剂16的排放控制效率，导致有害废气排放量的增加。 
此外，如果喷射的燃料在未经燃烧的情况下流出至排气口76，则由空燃比传感器18所测量的排气空燃比指示稀空燃比，因此燃料喷射量由空燃比反馈控制增加，这会引起空燃比学习值的误差以及有害废气排放量的增加。 
鉴于上述问题，在增压区域中，通过如图3中实曲线所示延迟进气门72的气门正时来缩减气门重叠持续时间。因而，可以有效抑制进气和所喷射燃料的流出，由此抑制了有害废气排放量的增加并提高了燃料经济性。 
如上所述，通过在增压区域中缩减气门重叠持续时间可以有效抑制进气和所喷射燃料的流出。但是，如果气门重叠持续时间由此缩减，则使得难以满足对发动机高负荷的需求。即，当进气门72的气门正时随着VVT 74的VVT值的延迟而延迟时，吸入每个燃烧室66中的进气部分地流回至进气口68，且燃烧室66的充填效率相应降低。因此，当所需发动机负荷接近发动机全负荷(即，对应于最大扭矩的发动机负荷)时，即使节气门28完全打开，发动机输出也可能不能增大到与所需发动机负荷对应的水平。 
鉴于上述问题，在第一实施方式中，控制进气侧VVT 74以便在接近近似发动机全负荷的运转区域(例如，处于最大扭矩的80％至100％范围内的运转区域)中提前用于关闭进气门72的气门正时，上述运转区域将被称为“WOT区域”。更具体地，当提前VVT 74的VVT值时，进气门72的气门正时得以提前。因而，在WOT区域中提前了用于关闭进气门72的气门正时，因此可以增大燃烧室66的充填效率，并且即使当所需发动机负荷高时也可以抑制发动机输出的弱化。因而，通过在WOT区域中增大气门重叠持续时间，可以在确保发动机输出的同时有效抑制有害废气排放量的增加。 
因为当在增压区域中缩减气门重叠持续时间时，在WOT区域中发动机输出不能满足所需发动机负荷，所以不能基于发动机负荷率kl来判定发动机10是否运转于WOT区域中。因此，可以基于例如从所需发动机负荷获取的发动机转速NE和节气门开度TA来判定发动机10是否运转于WOT区域中。 
接下来，将参考图4至图8详细描述在第一实施方式中执行的控制例 程。图4是示出由ECU 50执行的VVT控制例程的流程图。 
在图1所示的控制例程中，ECU 50首先读取节气门开度TA、发动机负荷率kl、以及发动机转速NE(步骤100)。更具体地，在步骤100中，ECU 50读取基于从空气流量计52、加速器操作量传感器54、发动机转速传感器56、以及车辆速度传感器58获取的信号等所计算的值。 
接下来，ECU 50计算目标VVT值(vvt)(步骤102)，目标VVT值是将进气侧VVT 74提前的目标量。图5是存储于ECU 50中且用于计算目标VVT值(vvt)的表格。即，制定该表格用于计算对应于在步骤100中读取的发动机转速NE和发动机负荷率kl的目标VVT值(vvt)。 
接下来，ECU 50判定发动机10是否运转于增压区域中(步骤104)。更具体地，在步骤104中，ECU 50判定在步骤100中读取的发动机负荷率kl是否大于基准值α。基准值α是为判定发动机10是否运转于增压区域中而预先确定的值，并将基准值α设定为例如相对于发动机的全负荷的80％。 
如果在步骤104中判定发动机负荷率kl大于基准值α，则ECU 50随后前进至步骤106并判定发动机10是否正运转于WOT区域中。更具体地，在步骤106中，ECU 50判定在步骤100中读取的节气门开度TA是否小于基准值β。 
图6是存储于ECU 50中并用于计算基准值β的映射图。在步骤106中，使用此映射图来计算基准值β。当发动机转速NE低时，即使实际的节气门开度TA不是最大水平(即，100％)，也可以确保进气量与在节气门开度TA的最大水平处所正常获取的进气量一样大。因此，制定图5所示映射图使得当发动机转速NE降低时，将基准值β设定为较小值。 
如果在步骤106中判定节气门开度TA小于基准值β，则指示发动机10正运转于增压区域中的非WOT区域的区域，因此ECU 50前进至步骤108。在步骤108中，ECU 50计算VVT延迟量(kvvt)，所述VVT延迟量(kvvt)表示用于抑制进气的回流所需的气门正时的延迟量。图7是存储于ECU 50中并用于计算VVT延迟量(kvvt)的表格。更具体地，ECU50使用图7所示表格来计算对应于在步骤100中读取的发动机转速NE和发动机负荷率kl的VVT延迟量(kvvt)的值。 
另一方面，如果在步骤104中判定发动机负荷率等于或低于基准值α， 则ECU 50随后前进至步骤110并将VVT延迟量(kvvt)设定为零。 
接下来，在步骤112中，ECU 50计算最终的目标VVT值(VT)。更具体地，在步骤112中，ECU 50通过从在步骤102中计算出的目标VVT值(vvt)中减去在步骤108或步骤110中计算出的VVT延迟量(kvvt)来计算最终的目标VVT值(VT)，如同在以下所示表达式(1)中一样。 
VT＝vvt-kvvt...(1) 
另一方面，如果在步骤106中判定节气门开度TA等于或大于基准值β，则指示发动机10正运转于WOT区域中，且因此ECU 50前进至步骤114。在步骤114中，ECU 50计算WOT所需VVT值(vvtwot)，所述WOT所需VVT值(vvtwot)表示在WOT区域中操作进气侧VVT 74以提前进气门72的气门正时所采用的VVT提前量。图8示出了存储于ECU 50中并用于计算WOT所需VVT值(vvtwot)的表格。在步骤114中，ECU 50使用图8所示表格来计算对应于在步骤100中读取的发动机转速NE的WOT区域中的VVT提前量(vvtwot)。 
随后，在步骤116中，ECU 50计算用于WOT区域的最终的目标VVT值(VT)。更具体地，在步骤116中，ECU 50将最终的目标VVT值(VT)设定为等于在步骤114中计算出的WOT所需VVT值(vvtwot)。 
随后，在步骤118中，ECU 50根据最终的目标VVT值(VT)控制进气侧VVT 74。更具体地，ECU 50基于在步骤112或步骤116中计算出的最终的目标VVT值(VT)来控制进气侧VVT 74，此后，ECU 50终止此例程的循环。 
如上所述，根据第一实施方式，以不同的方式计算用于发动机10的每个运转区域的最终的目标VVT值(VT)，即，用于负压区域、增压区域、以及WOT区域的最终的目标VVT值(VT)。因而，可以降低在负压区域中发动机10处的泵气损失，并且可以有效抑制增压区域中的所喷射燃料和进气的流出以及WOT区域中的进气的回流。由此，可以在确保发动机输出满足所需高发动机负荷的同时抑制有害废气排放量的增加。 
如上所述，在第一实施方式中，通过在发动机负荷率kl与基准值α之间进行比较来判定发动机10是否正运转于增压区域。但是，关于增压区域的判定不局限于此。即，可以各种其它方式来判定发动机10是否正运转于增压区域。例如，当进气通道压力可被估计或被测量为正压力时，可以判 定发动机10正运转于增压区域。此外，可以基于例如所需发动机负荷之类的各种运转条件来估计发动机10是否正运转于增压区域。 
此外，如上所述，在第一实施方式中，通过在计算出的节气门开度TA与使用发动机转速NE作为参数来设定的基准值β之间进行比较来判定发动机10是否正运转于WOT区域。但是，关于WOT区域的判定不局限于此。即，可以使用除了节气门开度TA之外的运转参数来判定发动机10是否正运转于WOT区域，假设所述参数是从所需发动机负荷等来计算的。 
此外，如上所述，在第一实施方式中，可变气门正时机构74、80用作为进气门正时控制设备和排气门正时控制设备。气门正时控制设备不局限于这种可变气门正时机构74、80。可替代地，可以将电磁阀机构用作为气门正时控制设备。 
此外，如上所述，在第一实施方式中，当计算最终的目标VVT值(VT)时，首先使用图5所示表格计算目标VVT值(vvt)，然后，如果已经确定发动机10正运转于增压区域，则使用图7中的表格来计算VVT延迟量(kvvt)，随后，如表达式(1)所示，从目标VVT值(vvt)中减去所计算的VVT延迟量(kvvt)，由此计算最终的目标VVT值(VT)。但是，用于计算最终的目标VVT值(VT)的方法不局限于此。可替代地，图5所示的表格中可以结合有图7的表格中所限定的VVT延迟量(kvvt)。在这种情况下，还可以使用结合了VVT延迟量(kvvt)的图5的表格来计算最终的目标VVT值(VT)。 
更具体地，结合有VVT延迟量(kvvt)的图5的表格可以替代地用于图4所示例程的步骤102中。在这种情况下，VVT延迟量(kvvt)结合于在步骤102中计算的目标VVT值(vvt)中，因此可以不需要步骤104的程序。 
在第一实施方式中，VVT 74、VVT 80可以被视为本发明的“气门驱动机构”，且增压区域可以被视为本发明的“第一增压区域”，而WOT区域可以被视为“第二增压区域”。此外，因为适于执行步骤112和步骤114的程序，所以ECU 50可被视为本发明的“目标气门正时设定装置”。此外，因为适于执行步骤118的程序，所以ECU 50可被视为本发明的“气门驱动机构控制装置”。 
此外，在上述第一实施方式中，适于执行步骤106的程序的ECU 50 可被视为本发明的“第二增压区域确定装置”。 
接下来，将参考图9描述本发明的第二实施方式。根据第二实施方式的控制设备的硬件构造与图1和图2所示相同，且调整第二实施方式的控制设备的ECU 50以执行图9所示的控制例程，稍后将详细描述。 
第二实施方式的控制设备执行空燃比反馈控制以及空燃比学习程序。更具体地，所述控制设备执行主反馈控制，在所述主反馈控制中，基于空燃比传感器18的输出来控制从每个喷射器70所喷射的燃料量，使得实际的空燃比等于目标空燃比。 
在主反馈控制过程中，基于实际的空燃比与目标空燃比之间的偏差来执行空燃比学习程序，以消除不断发生的空燃比误差。假设主反馈控制量刚好包括恒定的误差，则直至所述主反馈控制量更新为适当值为止要花费很长的时间。由此，通过经由空燃比学习程序来转换这种恒定的误差，可以显著减少将所述主反馈控制量更新为适当值所需的时间。 
在空燃比学习程序中，将与执行主反馈控制有关的各种元件因素考虑在内的各恒定误差都被学习作为学习值。更具体地，在空燃比学习程序中，在适当的时间，以主反馈学习量替代主反馈控制量的平均值。 
此外，即使在主反馈控制和空燃比学习程序都正在进行的情况下，空燃比也可以偏离至浓空燃比或者稀空燃比。如果这种空燃比的偏离持续，则废气排放控制催化剂16可能不能控制例如NOx之类的排放，由此有害废气排放量可能增加。为了克服这种问题，在第二实施方式中，执行次反馈控制以便补充主反馈控制。基于从氧传感器20输出的信号来执行次反馈控制，使得流经废气排放控制催化剂16的排气的空燃比等于目标空燃比。 
在次反馈控制过程中，如同在主反馈控制过程中一样，也执行空燃比学习程序。因而，只要空燃比反馈控制和空燃比学习程序得以正确执行，就可以将实际的空燃比稳定地控制为接近目标空燃比，由此可以抑制有害废气排放量的增加。 
以下，将描述进气侧VVT 74的VVT值的控制。在第二实施方式中，执行与第一实施方式相同的VVT控制。更具体地，当发动机10正在增压区域中以发动机低转速运转时，控制进气侧VVT 74以基于所计算的最终的目标VVT值(VT)来缩减气门重叠持续时间。因而，在增压区域中可以有效抑制所喷射燃料和进气的流出，且因此可以抑制有害废气排放量的 增加。 
但是，可能在VVT控制过程中发生进气侧VVT 74的响应滞后或运转故障，且这引起了最终的目标VVT值(VT)与实际的VVT值之间的偏差。在这样的情况下，因为没有准确进行VVT控制，所以实际的空燃比可能变得不适当，且由此，空燃比学习可能变得不正确。 
鉴于此，在第二实施方式中，在发动机10正在增压区域中以发动机低转速运转的同时，当未准确进行VVT控制时，禁止执行空燃比学习程序。因而，可以避免不正确的空燃比学习，且由此可以有效抑制由不适当的反馈控制所引起的有害废气排放量的增加。 
接下来，将参考图9详细描述在第二实施方式中所执行的控制例程。图9是示出由ECU 50执行的VVT控制例程的流程图。 
在图9所示的例程中，ECU 50首先根据最终的目标VVT值(VT)来控制进气侧VVT 74(步骤200)。更具体地，ECU 50基于通过图4所示例程的步骤100至步骤108的程序所计算的最终的目标VVT值(VT)来控制进气侧VVT 74。 
随后，ECU 50获取实际的VVT值(tv)(步骤202)。然后，ECU 50计算最终的目标VVT值(VT)与实际的VVT值(tv)之间的偏差(Δvvt)(步骤204)。即，ECU 50计算在步骤200中所计算的最终的目标VVT值(VT)与在步骤202中所计算的实际的VVT值(tv)之间的偏差。 
接下来，ECU 50判定是否正在进行空燃比反馈控制(步骤206)。当正在进行开环控制时(即，在步骤206中为“否”)，例如在发动机正在起动的时侯以及在发动机负荷高的时侯，存在空燃比变得不合适的可能性，因此禁止执行空燃比学习程序(步骤214)。更具体地，此时既禁止执行主反馈学习也禁止执行次反馈学习。 
另一方面，如果在步骤206中判定空燃比反馈控制正在进行，则ECU50判定发动机10是否正运转于增压区域(步骤208)。更具体地，在步骤208中，ECU 50执行与图4所示例程的步骤104中的程序相同的程序。 
如果在步骤208中判定发动机负荷率kl等于或低于基准值α，则指示发动机10正运转于负压区域，由此，ECU 50前进至步骤216并使得能够执行空燃比学习程序。另一方面，如果在步骤208中判定发动机负荷率kl 高于基准值α，则ECU 50前进至步骤210并判定发动机转速NE是否处于既定的发动机低转速范围内。更具体地，在步骤210中，ECU 50判定在步骤200中读取的发动机转速NE是否低于已设定的基准值γ以便判定发动机转速NE是否处于发动机低转速范围内。 
如果在步骤210中判定发动机转速NE等于或高于基准值γ，则ECU 50前进至步骤216并允许执行空燃比学习程序。另一方面，如果在步骤210中判定发动机转速NE低于基准值γ，则ECU 50前进至步骤212并判定最终的目标VVT值(VT)与实际的VVT值(tv)之间的偏差(Δvvt)是否大于基准值F。即，在步骤212中，ECU 50判定所述偏差(Δvvt)是否处于作为VVT控制的响应滞后的可允许范围内。如果偏差(Δvvt)等于或小于基准值F，则指示偏差(Δvvt)处于可允许范围内。因此，在这种情况下，ECU 50前进至步骤216并允许执行空燃比学习程序。 
另一方面，如果在步骤212中判定偏差(Δvvt)大于基准值F，则指示偏差(Δvvt)超出了可允许范围，且存在空燃比变得不合适的可能性。因此，在这种情况下，ECU 50前进至步骤214并禁止执行空燃比学习程序。 
如上所述，根据第二实施方式，在发动机10正以发动机低转速运转于增压区域时(即，在发动机10正运转于第一增压区域时)，在空燃比反馈控制过程中当VVT控制中发生超出可允许范围的响应滞后的时候，可以禁止执行空燃比学习程序。因而，可以防止不正确的空燃比学习，且由此可以有效抑制由不正确的反馈控制所引起的有害废气排放量的增加。 
在第二实施方式中，发动机10是否正运转于增压区域是通过在发动机负荷率kl与基准值α之间进行比较来判定的。但是，如在第一实施方式中所述，进气通道压力可能被估计或被测量为正压力时，可以判定发动机10正运转于增压区域。此外，可以基于例如所需发动机负荷之类的各种运转条件来估计发动机10是否正运转于增压区域。 
此外，在第二实施方式中，可变气门正时机构74、80用作为进气门正时控制设备和排气门正时控制设备。但是，如在第一实施方式中所述，可替代地，可以将电磁阀机构用作为气门正时控制设备。 
在上述第二实施方式中，因为适于执行步骤202的程序，所以ECU 50可被视为本发明的“实际气门正时获取装置”。此外，因为适于执行步骤214 的程序，所以ECU 50可被视为本发明的“空燃比学习禁止装置”。此外，因为适于执行步骤216的程序，所以ECU 50可被视为本发明的“空燃比学习控制装置”。 
尽管已经参考本发明的示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于所述示例性实施方式及构造。相反，本发明意图覆盖各种改型和等同布置。另外，尽管以各种组合及构造示出了实施方式的各种元件，但是包括更多、更少或者仅包括一个元件的其它组合及构造同样属于本发明的精神和范围内。 

Claims (12)

1.一种用于内燃发动机(10)的控制设备，所述内燃发动机(10)具有增压装置(32)，所述控制设备包括：气门驱动机构(74)，其以可变方式至少对进气门(72)的气门正时进行控制；目标气门正时设定装置(50)，用于根据处于发动机低转速范围内的所述发动机(10)的运转状况来至少为所述进气门(72)设定目标气门正时；以及，气门驱动机构控制装置(50)，用于基于所述目标气门正时来控制所述气门驱动机构，
所述用于内燃发动机(10)的控制设备的特征在于：
所述目标气门正时设定装置(50)设定：
(a)第一目标气门正时，使得当所述发动机(10)正运转于所述增压装置(32)未被驱动的负压区域中时，设置气门重叠持续时间，在所述气门重叠持续时间期间，所述进气门(72)和排气门(78)都打开；
(b)第二目标气门正时，使得当所述发动机(10)正运转于所述增压装置(32)被驱动的增压区域的第一增压区域中时，使气门重叠持续时间比所述第一目标气门正时中设定的所述气门重叠持续时间短；以及，
(c)第三目标气门正时，使得当所述发动机(10)正运转于与所述第一增压区域中相比对所述发动机(10)要求的负荷更高的第二增压区域中时，使气门重叠持续时间比所述第二目标气门正时中设定的所述气门重叠持续时间长，
其中，所述目标气门正时是在所述发动机的转速恒定时基于所述发动机的负荷进行设定的。
2.如权利要求1所述的控制设备，其中，
所述目标气门正时设定装置(50)设定所述负压区域中的所述第一目标气门正时，使得所述气门重叠持续时间随着对所述发动机(10)要求的负荷增大而变长。
3.如权利要求2所述的控制设备，其中，
将所述负压区域中的所述第一目标气门正时提前，以使所述气门重叠持续时间随着对所述发动机(10)要求的负荷增大而变长。
4.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，
当所述发动机(10)的进气通道(24)中的压力为正压力时，确定所述发动机(10)正运转于所述增压区域中。
5.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，
当所述发动机(10)的负荷率超过第一基准值时，确定所述发动机(10)正运转于所述增压区域中。
6.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，
所述目标气门正时设定装置(50)设定所述第一增压区域中的所述第二目标气门正时，使得所述气门重叠持续时间随着所述发动机(10)的转速降低而变短。
7.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备，进一步包括：
第二增压区域确定装置(50)，用于当至少所述发动机(10)中的节气门(28)的开度大于第二基准值时，确定所述发动机(10)正运转于所述第二增压区域中；以及
第二基准值计算装置(50)，用于计算所述第二基准值，使得所述第二基准值随着所述发动机(10)的转速降低而变小。
8.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，
当要求所述发动机(10)的近似全负荷时，确定所述发动机(10)正运转于所述第二增压区域中。
9.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备，进一步包括：
实际气门正时获取装置(50)，用于获取所述增压区域中的至少所述进气门(72)的实际气门正时；
空燃比学习控制装置(50)，用于执行：
(a)基于目标空燃比与实际空燃比之间的偏差的空燃比反馈控制，从而使供给至所述发动机(10)的空燃混合气的空燃比等于所述目标空燃比；以及
(b)空燃比学习程序，用于在所述空燃比反馈控制过程中使空燃比的误差最小化；以及
空燃比学习禁止装置(50)，用于当所述目标气门正时与所述实际气门正时之间的偏差超过预定的量时，禁止执行所述空燃比学习程序。
10.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，
所述气门驱动机构(74)是可变气门正时机构。
11.如权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，
所述气门驱动机构(74)是电磁阀机构。
12.一种用于内燃发动机(10)的控制方法，所述内燃发动机具有增压装置(32)以及气门驱动机构(74)，所述气门驱动机构(74)以可变方式至少对进气门(72)的气门正时进行控制，所述控制方法包括下列步骤：
根据处于发动机(10)低转速范围内的所述发动机(10)的运转状况来至少为所述进气门(72)设定目标气门正时；以及，基于所述目标气门正时来控制所述气门驱动机构(74)，
所述控制方法的特征在于包括：
设定第一目标气门正时，使得当所述发动机(10)正运转于所述增压装置(32)未被驱动的负压区域中时，设置气门重叠持续时间，在所述气门重叠持续时间期间，所述进气门(72)和排气门(78)都打开；
设定第二目标气门正时，使得当所述发动机(10)正运转于所述增压装置(32)被驱动的增压区域的第一增压区域中时，使气门重叠持续时间比所述第一目标气门正时中设定的所述气门重叠持续时间短；以及，
设定第三目标气门正时，使得当所述发动机(10)正运转于与所述第一增压区域中相比对所述发动机(10)要求的负荷更高的第二增压区域中时，使气门重叠持续时间比所述第二目标气门正时中设定的所述气门重叠持续时间长，
其中，所述目标气门正时是在所述发动机的转速恒定时基于所述发动机的负荷进行设定的。
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