CN101578447B - 内燃发动机的控制系统以及该控制系统的控制方法 - Google Patents

内燃发动机的控制系统以及该控制系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

当提出了用于促进催化剂预热的催化剂预热要求且未提出用于增大节气门下游的负压的负压增大要求时，内燃发动机的控制系统将点火正时控制为通过按照校正量(Δθ1)将正常点火正时(θ0)校正为延迟所获得的正时(θ0+Δθ1)，并将节气门的开度控制为比正常节气门开度(TA0)大了校正量(ΔTA1)的节气门开度(TA0+ΔTA1)。当点火位于延迟侧，必须增大进气负压以进行制动助力时，为避免扭矩冲击，减小节气门开度并在一些延迟之后逐渐提前点火。

Description

内燃发动机的控制系统以及该控制系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机的控制系统，所述控制系统进行延迟点火正时的控制以便促进设置于发动机排气通道中的催化剂的预热，本发明还涉及一种所述控制系统的控制方法。
背景技术
已知一种能够进行点火延迟控制的控制系统，所述控制系统可应用于安装在配装有制动助力器的车辆上的内燃发动机，所述制动助力器能够通过利用节气门下游的进气通道中空气的压力(节气门下游压力)与大气压力之间的差异进行操作以增大施加于制动系统的力(其将被称为“制动操作力”)以便增大车辆的制动力。在发动机起动过程中，所述控制系统执行使燃烧室中产生火花的时间(点火正时)相对于正常点火正时延迟的控制(点火延迟控制)，以便促进设置于排气通道中的排气处理催化剂的预热，从而使所述催化剂达到活化状态。
与未进行点火延迟控制的情况相比，在进行点火延迟控制的时长期间，供应以相同数量的燃料-空气混合物的发动机所产生的扭矩(输出扭矩)由于热效率的降低而减小。因此，在此时长期间，控制系统将节气门的开度(节气门开度)增大至大于正常节气门开度的值。由于节气门开度由此增大，引入每个燃烧室(气缸)内的空气量(其还可被称为“缸内空气量”)以及与所述空气量成比例供应的燃料量增大，从而使得在点火延迟控制的时长期间所产生的输出扭矩基本等于当未进行点火延迟控制时所产生的输出扭矩。
同时，随着节气门开度增大，节气门下游的压力变得更接近大气压力。因此，在上述控制系统中，制动助力器在进行点火延迟控制的时长期间由于节气门下游的压力与大气压力之间的差异减小可能不能充分增大制动操作力，这可能导致车辆制动力不足。鉴于这种情况，日本专利申请公开No.2002-327639(JP-A-2002-327639)中公开的控制系统适于通过在需要相对较大的制动力时将节气门开度控制为正常节气门开度并将点火正时控制为正常点火正时来停止点火延迟控制的执行，即使在应当进行点火延迟控制以便促进催化剂预热的时长期间也是如此。通过这种方式，避免了车辆制动力的不足。
在停止执行点火延迟控制且将节气门开度减小至正常节气门开度之后的即刻，相对较高压力的空气留在节气门下游的一部分进气通道中。因此，实际的缸内空气量(吸入气缸的实际空气量)在滞后情况下，即，在自节气门开度变化时起的时滞之后，变为等于与减小的节气门开度相对应的量。相应地，在控制系统开始禁止点火延迟控制的执行之后的即刻，缸内空气量可能变得过大，且输出扭矩可能变得过大，导致扭矩冲击的发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内燃发动机的控制系统及其控制方法，所述控制系统及控制方法能够在促进催化剂预热且避免车辆制动力不足的同时避免输出扭矩的过度增大。
本发明第一方面涉及一种车辆上安装的内燃发动机的控制系统，包括：(a)节气门，其设置在所述内燃发动机的进气通道中；(b)节气门驱动器，其响应于驱动指令信号驱动所述节气门；(c)制动助力装置，其通过利用在所述节气门下游的所述进气通道中形成的负压来增大制动操作力以便增大所述车辆的制动力；(d)点火装置，其响应于点火指令信号点燃供应至所述发动机的燃烧室的燃料-空气混合物；(e)排气处理催化剂，其设置在所述发动机的排气通道中；(f)节气门控制器，其将所述驱动指令信号传递至所述节气门驱动器，以便将所述节气门的开度控制为依据所述发动机的运转状态所确定的正常节气门开度；以及(g)点火正时控制器，其将所述点火指令信号传递至所述点火装置，以便将所述点火装置点燃所述燃料-空气混合物的点火正时控制为依据所述发动机的运转状态所确定的正常点火正时。
所述内燃发动机的控制系统进一步包括要求判定单元，其用于判定是否存在用于促进所述催化剂预热的催化剂预热要求以及是否存在用于增大所述节气门下游的负压的负压增大要求。另外，当所述要求判定单元判定存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求时，所述节气门控制器将所述节气门的开度控制为依据所述运转状态确定且大于相同运转状态下的正常节气门开度的点火延迟执行阶段节气门开度，并且，当所述要求判定单元判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求时，所述节气门控制器将所述节气门的开度控制为依据所述运转状态确定且小于相同运转状态下的点火延迟执行阶段节气门开度的点火延迟禁止阶段节气门开度。此外，当所述要求判定单元判定存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求时，所述点火正时控制器将所述点火正时控制为依据所述运转状态确定且处于相同运转状态下的正常点火正时延迟侧的点火延迟执行阶段点火正时，并且，在当所述要求判定单元判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求并且存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求的点火延迟控制执行时长结束时开始的第一预定时长期间，所述点火正时控制器将所述点火正时保持在所述点火延迟执行阶段点火正时。而且，在经过所述第一预定时长之后，所述点火正时控制器将所述点火正时朝着依据所述运转状态确定且处于相同运转状态下的点火延迟执行阶段点火正时提前侧的点火延迟禁止阶段点火正时改变。另外，当所述要求判定单元判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求时，在当所述点火延迟控制执行时长结束时开始的第二预定时长期间，所述节气门控制器采用依据所述运转状态确定且小于相同运转状态下的正常节气门开度的点火延迟禁止阶段初始节气门开度作为所述点火延迟禁止阶段节气门开度，并在经过所述第二预定时长之后，采用所述正常节气门开度作为所述点火延迟禁止阶段节气门开度。
通过如上所述构造的控制系统，当所述要求判定单元判定存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求时，所述点火正时控制为处于所述正常点火正时延迟侧的延迟执行阶段点火正时，并且所述节气门开度控制为大于所述正常点火正时的所述延迟执行阶段节气门开度。相应地，与点火正时控制为正常点火正时的情况相比，能够将排气温度保持在相对较高的温度。此外，燃料-空气混合物的量由于节气门开度的增大而增大。由此可以在避免发动机输出扭矩减小的同时，将排气处理催化剂的温度快速升高至其活化温度。因此，从发动机排出至外部的废气能够在早期阶段通过催化剂净化(转化成无害排放)。延迟点火正时并增大节气门开度所在的时长将称为“点火延迟控制执行时长”。
如果在点火延迟控制执行时长期间需要保证足够的制动力，则判定为既提出催化剂预热要求又提出负压增大要求。在这种情况下，节气门开度控制为小于所述延迟执行阶段节气门开度的所述点火延迟禁止阶段节气门开度。另一方面，在从做出判定的时间(即，当所述点火延迟控制执行时长结束时的时间)开始的第一预定时长期间，点火正时保持在所述延迟执行阶段点火正时，并在经过所述第一预定时长之后，点火正时朝着处于所述延迟执行阶段点火正时提前侧的点火延迟禁止阶段点火正时改变(提前)。
因此，在既提出催化剂预热要求又提出负压增大要求的时长内，由于节气门开度控制为小于所述延迟执行阶段节气门开度的所述延迟禁止阶段节气门开度，所以节气门下游的负压增大。因而，制动助力装置能够充分增大制动操作力，以便能够避免车辆的制动力不足。
而且，在节气门开度改变为小于所述延迟执行阶段节气门开度的所述延迟禁止阶段节气门开度之后紧随的第一预定时长中，实际吸入燃烧室内的空气量(缸内空气量)大于对应于所述延迟禁止阶段节气门开度的空气量。相应地，如上所述，在所述第一预定时长期间，点火正时保持在所述延迟执行阶段点火正时，并在经过所述第一预定时长之后，即，在缸内空气量接近对应于所述延迟禁止阶段节气门开度的空气量之后，点火正时朝着延迟禁止阶段点火正时提前，从而防止输出扭矩过大。
如上所述，在所述第一预定时长期间，点火正时保持在所述延迟执行阶段点火正时。因此，与点火正时在此时长期间控制为处于所述延迟执行阶段点火正时提前侧的正时的情况相比，能够将排气温度保持在较高的温度。因此，能够更加快速地加热排气处理催化剂，且能够使排气处理催化剂的温度迅速接近活化温度。
在根据本发明第一方面的控制系统中，当所述要求判定单元判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求时，在当所述点火延迟控制执行时长结束时开始的第二预定时长期间，所述节气门控制器采用依据所述运转状态确定且小于相同运转状态下的正常节气门开度的点火延迟禁止阶段初始节气门开度作为所述延迟禁止阶段节气门开度，并在经过所述第二预定时长之后，采用所述正常节气门开度作为所述延迟禁止阶段节气门开度。
通过上述设置，在当所述点火延迟控制执行时长结束时开始的第二预定时长期间，节气门开度控制为小于正常节气门开度的延迟禁止阶段初始节气门开度。因而，与在第二预定时长期间将节气门开度控制为正常节气门开度的情况相比，节气门下游的负压能够更加快速地接近如果将节气门开度保持在正常节气门开度达相当长的时长所应达到的负压。因此，能够使制动助力装置的运转状态快速进入一种制动助力装置能够充分增大制动操作力的状态。
在这种情况下，所述内燃发动机的控制系统可进一步包括节气门下游压力获取单元，其用于获取节气门下游压力作为所述节气门下游的所述进气通道中的压力；并且所述节气门控制器将所述第二预定时长结束时的时间设定为所获取的节气门下游压力减小至预定的阈值压力的时间点。
如果过度减小节气门下游的压力，则会过度减少缸内空气量，且因此可能过度减小发动机产生的输出扭矩。相应地，如上所述，在节气门下游的压力减小至阈值压力之后，将节气门开度控制为正常节气门开度，以便防止输出扭矩过小。
而且，在根据本发明第一方面的控制系统中，在经过所述第一预定时长之后，所述点火正时控制器将所述点火正时朝着所述延迟禁止阶段点火正时逐渐提前。
如果迅速改变点火正时，则输出扭矩会迅速改变。因而，可能发生扭矩冲击(即，由于扭矩的迅速改变而引起的车辆乘员感觉到的冲击或撞击)。因此，如上所述将点火正时逐渐改变至提前侧，以便能够逐渐改变输出扭矩，且能够避免或抑制扭矩冲击的发生。
在这种情况下，所述点火正时控制器可以获取扭矩-速度比率参数作为将扭矩-速度比率表示为车辆速度增量相对于由所述内燃发动机产生的输出扭矩增量的比率的参数，并设定在经过所述第一预定时长之后将所述点火正时朝着所述延迟禁止阶段点火正时逐渐提前的所述点火正时的提前率，使得随着对应于所获取的扭矩-速度比率参数的扭矩-速度比率减小，所述点火正时的提前率增大。
在车辆静止或车辆以极低的速度运行的情况下，随着输出扭矩增大，车辆的速度(车辆速度)以相对较大的比率增大。相应地，当车辆以低速运行时，如果在经过第一预定时间之后将点火正时提前时输出扭矩相对迅速地增大，则可能发生扭矩冲击。
另一方面，在车辆以相对较高速度运行的情况下，车辆速度不会随着输出扭矩的增大而增大太多。相应地，在高车速时，即使在经过第一预定时长之后将点火正时提前时输出扭矩相对快速地增大，也不太可能发生扭矩冲击。另外，由于缸内空气量在第一预定时长截止时减小，所以期望将点火正时快速返回至正常点火正时，以便缩短发动机输出扭矩减小的时长。
因此，如上所述，如果经过第一预定时长之后的点火正时提前率随着对应于扭矩-速度比率参数的扭矩-速度比率降低而增大，则可以缩短发动机输出扭矩减小的时长，同时避免或抑制扭矩冲击的发生。
另外，根据本发明第一方面的控制系统可进一步包括车辆速度检测器，其用于检测车辆速度作为所述车辆的行驶速度；并且当包括所检测的车辆速度高于预定的阈值速度的条件在内的条件得以满足时，所述要求判定单元判定存在所述负压增大要求。
使车辆减速或停止所需的制动力随着车辆速度的增大而增大。因此，如果在车辆速度高于阈值速度时判定存在所述负压增大要求，则仅能够在需要相对较大制动力的时长期间进行用于增大节气门下游的负压的上述控制。因此，由于能够在上述时长以外的其它时长内进行用于促进排气处理催化剂预热的控制，所以能够更加快速地加热排气处理催化剂。
根据本发明第一方面的控制系统可进一步包括冷却剂温度检测器，其用于检测冷却所述内燃发动机的冷却剂的温度；并且当所检测的冷却剂温度低于预定的阈值时，所述要求判定单元判定存在所述催化剂预热要求。
本发明第二方面涉及一种车辆上安装的内燃发动机的控制系统的控制方法。所述内燃发动机的控制系统包括：(a)节气门，其设置在所述内燃发动机的进气通道中；(b)节气门驱动器，其响应于驱动指令信号驱动所述节气门；(c)制动助力装置，其通过利用在所述节气门下游的所述进气通道中形成的负压来增大制动操作力以便增大所述车辆的制动力；(d)点火装置，其响应于点火指令信号点燃供应至所述发动机的燃烧室的燃料-空气混合物；(e)排气处理催化剂，其设置在所述发动机的排气通道中；(f)节气门控制器，其将所述驱动指令信号传递至所述节气门驱动器，以便将所述节气门的开度控制为依据所述发动机的运转状态所确定的正常节气门开度；以及(g)点火正时控制器，其将所述点火指令信号传递至所述点火装置，以便将所述点火装置点燃所述燃料-空气混合物的点火正时控制为依据所述发动机的运转状态所确定的正常点火正时。所述控制系统的控制方法包括以下步骤：判定是否存在用于促进所述催化剂预热的催化剂预热要求以及是否存在用于增大所述节气门下游的负压的负压增大要求；当判定存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求时，将所述节气门的开度控制为依据所述运转状态确定且大于相同运转状态下的正常节气门开度的点火延迟执行阶段节气门开度，并且，当判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求时，将所述节气门的开度控制为依据所述运转状态确定且小于相同运转状态下的点火延迟执行阶段节气门开度的点火延迟禁止阶段节气门开度；以及当判定存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求时，将所述点火正时控制为依据所述运转状态确定且处于相同运转状态下的正常点火正时延迟侧的点火延迟执行阶段点火正时，并且，在当判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求并且操作所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求的点火延迟控制执行时长结束时开始的第一预定时长期间，将所述点火正时保持在所述点火延迟执行阶段点火正时，以及在经过所述第一预定时长之后，将所述点火正时朝着依据所述运转状态确定且处于相同运转状态下的点火延迟执行阶段点火正时提前侧的点火延迟禁止阶段点火正时改变。另外，当判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求时，在当所述点火延迟控制执行时长结束时开始的第二预定时长期间，所述节气门控制器采用依据所述运转状态确定且小于相同运转状态下的正常节气门开度的点火延迟禁止阶段初始节气门开度作为所述点火延迟禁止阶段节气门开度，并在经过所述第二预定时长之后，采用所述正常节气门开度作为所述点火延迟禁止阶段节气门开度。
附图说明
从以下参考附图的示例性实施方式的描述，本发明的前述及进一步的目的、特征和优点将变得更加清楚，其中，同样的数字用于表示同样的元件，在附图中：
图1是示意性示出将根据本发明一个实施方式的内燃发动机控制系统应用于火花点火式多缸发动机的系统构造图；
图2是图示由图1所示中央处理器(CPU)所执行的用于判定是否存在催化剂预热要求的程序的流程图；
图3是示出车辆速度、冷却剂温度、催化剂预热要求标志、负压增大要求标志、节气门开度校正量、点火正时校正量以及节气门下游压力的变化的时间图；
图4是图示由图1所示中央处理器所执行的用于判定是否存在负压增大要求的程序的流程图；
图5是图示由图1所示中央处理器所执行的用于控制节气门开度的程序的流程图；
图6是图示由图1所示中央处理器所执行的用于控制点火正时的程序的流程图；以及
图7是图示由图1所示中央处理器所执行的用于在存在负压增大要求的情况下确定点火正时校正量的程序的流程图。
具体实施方式
将参考附图描述根据本发明一个示例性实施方式的内燃发动机的控制系统。图1示意性示出将根据本发明这一实施方式的内燃发动机控制系统应用于四冲程、火花点火式多缸(例如，四缸)内燃发动机10的系统构造。尽管图1图示了所述发动机的既定气缸的截面，但是其余气缸的构造与此类似。
内燃发动机10安装于车辆上。所述发动机10包括：气缸体部分20，其包括气缸体、气缸体下壳体(未示出)以及油底壳(未示出)；气缸盖部分30，其固定于气缸体部分20的顶部；进气系统40，其用于将燃料-空气混合物(在本实施方式中为汽油与空气的混合物)供应至气缸体部分20；以及排气系统50，其用于将废气从气缸体20排出至车辆外部。
图1所示气缸体部分20包括气缸21、活塞22、连杆23以及曲轴24。活塞22在气缸21中往复运动，且活塞22的往复运动经由连杆23传递至曲轴24，从而转动曲轴24。气缸21、活塞22的顶面以及气缸盖30合作形成或限定燃烧室25。
图1所示气缸盖部分30包括：进气口31，其与燃烧室25连通；进气门32，其用于打开和关闭进气口31；可变进气门正时装置33，其包括用于驱动进气门32的进气凸轮轴，且能够操作用于连续改变进气凸轮轴的相位角；以及可变进气门正时装置33的致动器33a。气缸盖部分30还包括：排气口34，其与燃烧室25连通；排气门35，其用于打开和关闭排气口34；可变排气门正时装置36，其包括用于驱动排气门35的排气凸轮轴，且能够操作用于连续改变排气凸轮轴的相位角；以及可变排气门正时装置36的致动器36a。气缸盖部分30进一步包括：点火塞或火花塞37；点火器38，其包括向火花塞37施加高电压的点火线圈；以及喷射器39，其通过将燃料喷射至进气口31内的方式将燃料供应至燃烧室25内。
火花塞37位于燃烧室25内以便产生火花，从而点火或点燃供应至燃烧室25的燃料-空气混合物。在电子控制装置80(稍后将描述)执行点火正时控制器(稍后将描述)的功能时，点火器38响应于从电子控制装置80发出的点火指令信号促使火花塞37产生火花。火花塞37和点火器38可被看作点火装置。
进气系统40包括：进气歧管41，其具有与各个气缸的进气口31连通的多个独立通道；稳压罐42，其与进气歧管41的所有通道连通；以及进气道43，其一端与稳压罐42相连接。进气系统40进一步包括：空气滤清器44、节气门45以及用作节气门驱动器的节气门致动器45a，这些部件依此顺序沿着从进气道43的另一端至其下游侧(稳压罐42)的方向设置在进气道43中。每个气缸的进气口31、进气歧管41、稳压罐42以及进气道43形成进气通道，经此进气通道将空气从发动机10的外部引入至气缸内。
节气门致动器45a为直流电机的形式。在电子控制装置80执行节气门控制器(稍后将描述)的功能时，节气门致动器45a适于响应于从电子控制装置80发出的驱动指令信号来驱动节气门45。
排气系统50包括：排气歧管51，其具有与各个气缸的排气口34连通的多个独立通道，以及所述通道连接至一起的下游集合部；以及排气管52，其连接于排气歧管51的所述集合部。排气系统50还包括：安装于排气管52中三元催化剂53(其还可称为“上游侧催化转化器”或“起动催化转化器”，但以下将称为“第一催化剂53”)，以及安装于第一催化剂53下游的排气管52中的下游侧三元催化剂54(由于其安装在车辆地板下，所以其还可称为“地板下催化转化器”，但以下将称为“第二催化剂54”)。每个气缸的排气口34、排气歧管51以及排气管52形成排气流经的排气通道。当包含燃料和空气的燃料-空气混合物在燃烧室25中燃烧时产生排气或燃烧气体。
第一催化剂53和第二催化剂54各自都适于吸附或储存排气中所包含的氧。第一催化剂53和第二催化剂54各自还都适于促进排气中燃料的未燃烧成分与排气中包含的或催化剂中储存的氧之间的反应，从而净化排气，即，净化排气中包含的有害物质。第一催化剂53和第二催化剂54构成排气处理催化剂。
内燃发动机10进一步包括负压蓄能器60。负压蓄能器60包括旁通通道61、旁通流量控制阀62、用于引入负压的真空引入主通道63、用于引入负压的真空引入副通道64、以及用作制动助力装置的制动助力器65。
旁通通道61的一端连接于节气门45上游的部分进气道43，且另一端连接于稳压罐42。旁通通道61包括上游部分61a、下游部分61b以及中间部分61c，所述上游部分61a具有固定的截面面积且包括旁通通道61的上游端部，所述下游部分61b具有与上游部分61a的截面面积相同的固定的截面面积且包括旁通通道61的下游端部，所述中间部分61c位于上游部分61a和下游部分61b之间且截面面积小于上游部分61a和下游部分61b的截面面积。
旁通通道61的中间部分61c形成有限制部分61c1，其具有旁通通道61中的最小截面面积。中间部分61c的邻近限制部分61c1的部分的截面面积从限制部分61c1向中间部分61c的纵向相反的端部逐渐增大。通过这种设置，当空气流经旁通通道61时所测量的旁通通道61中的空气压力在限制部分61c1处达到其最小水平。
旁通流量控制阀62设置于旁通通道61的上游部分61a中。旁通流量控制阀62具有阀体(未示出)，所述阀体响应于打开/关闭指令信号而受到驱动以便选择性将旁通通道61置于允许空气通过旁通通道61的连通状态或者禁止或限制空气流经旁通通道61的截止状态。
真空引入主通道63的一端连接于旁通通道61的下游部分61b，且另一端连接于制动助力器65。在所述主通道63的相反端部中分别设置有单向阀以允许空气从制动助力器65流动至旁通通道61，并禁止空气沿相反方向流动，即，从旁通通道61流动至制动助力器65。
真空引入副通道64的一端连接于旁通通道61的限制部分61c1，且另一端连接于真空引入主通道63的中间部分。在所述副通道64的中间部分设置有单向阀以允许空气从所述主通道63流动至限制部分61c1，并禁止空气沿相反方向流动，即，从限制部分61c1流动至所述主通道63。
制动助力器65是整体式真空制动助力器或伺服单元。在制动助力器65中形成有两个真空室(未示出)。制动助力器65运转以便将真空室中的空气经由真空引入主通道63和真空引入副通道64排出至旁通通道61，从而在真空室中储存压力低于大气压力(负压)的空气。
通过上述设置，当稳压罐42中的空气压力(其可被称为“节气门下游压力”)减小时，制动助力器65的真空室中的压力几乎没有滞后地变为等于节气门下游压力。此外，制动助力器65的真空室中的压力相对较慢地接近限制部分61c1中的空气压力，该处的压力低于节气门下游压力。因此，制动助力器65的真空室中的压力总是保持为等于或低于稳压罐42中的空气压力。
此外，当压下制动踏板BP时，大气被引入制动助力器65的其中一个真空室。制动助力器65设置成通过利用上述一个真空室中的大气压力与另一个真空室中空气压力(负压)之间的差异，增大施加于制动踏板BP的力(其将被称为“制动操作力”)以便增大车辆的制动力。换言之，当另一个真空室中的负压不是充分大时，制动助力器65不能产生辅助力以产生足够大的制动力。
在本说明书中，“节气门下游压力”在适当的时候可以称为“节气门下游负压”。在这种情况下，“节气门下游负压的增大”意味着“节气门下游压力的减小或降低”，且“节气门下游负压的减小”意味着“节气门下游压力的增大或升高”。
同时，图1的系统包括节气门位置传感器71、曲轴位置传感器72、冷却剂温度传感器73、设置于第一催化剂53上游的排气通道(在本实施方式中为排气歧管51的集合部)中的空燃比传感器74(其将被称为“上游侧空燃比传感器74”)、设置于第一催化剂53下游以及第二催化剂54上游的排气通道中的空燃比传感器75(其将被称为“下游侧空燃比传感器75”)、加速器位置传感器76、用作车辆速度检测器的车辆速度传感器77，以及电子控制装置80。
节气门位置传感器71检测节气门45的开度(节气门开度)，并输出表示节气门开度TA的信号。曲轴位置传感器72输出具有窄脉冲和宽脉冲的信号，其中，曲轴24每转动10°时出现窄脉冲，曲轴24每转动360°时出现宽脉冲。这种信号代表发动机转速NE。冷却剂温度传感器73检测在气缸21的侧壁中循环的冷却剂的温度(冷却剂温度)，并输出表示冷却剂温度Tw的信号。
上游侧空燃比传感器74是极限电流式空燃比传感器。上游侧空燃比传感器74基于作为检测目标的气体(在本实施方式中为第一催化剂53上游的排气)中的燃料的未燃烧成分(例如，碳氢化合物)的浓度和氧浓度来检测上游侧空燃比，并输出表示上游侧空燃比A/F的信号。
下游侧空燃比传感器75是电动势式(浓差电池式)空燃比传感器。下游侧空燃比传感器75基于作为检测目标的气体(在本实施方式中为第一催化剂53下游的排气)中的氧浓度来检测下游侧空燃比，并输出表示下游侧空燃比A/F的信号。
加速器位置传感器76检测由驾驶员操作的加速器踏板AP的操作量(压下量)，并输出表示加速器踏板AP的操作量(或者加速器踏板位置)Accp的信号。加速器踏板位置Accp和发动机转速NE代表发动机10的运转状态。
车辆速度传感器77输出根据车轮WH的转动所产生的特定信号。稍后描述的电子控制装置80基于从车辆速度传感器77传递的信号计算车辆速度V作为车辆行驶的速度。在本说明书中，上述表达“电子控制装置80基于从车辆速度传感器77传递的信号计算车辆速度V”可以用另一表达“车辆速度传感器77检测车辆速度V”来替换。
电子控制装置80是包括以总线相互连接的中央处理器(CPU)81、只读存储器(ROM)82、随机存取存储器(RAM)83、备份随机存取存储器(备份RAM)84以及接口85的微型计算机。只读存储器82预先存储由中央处理器81执行的程序(程式)、表(查找表、映射)、常数等，随机存取存储器83暂时存储中央处理器81所需的数据，同时，备份随机存取存储器84在通电时存储数据并在断电时保持所存储的数据。包括模数转换器的接口85与上述传感器71至77相连接，并将信号从传感器71至77提供至中央处理器81。而且，接口85响应于中央处理器81的指令，将指令信号传递至可变进气门正时装置33的致动器33a、可变排气门正时装置36的致动器36a、点火器38、喷射器39、节气门致动器45a以及旁通流量控制阀62。
接下来，将简要描述如上所述构造的内燃发动机控制系统的操作。所述控制系统判定是否存在用于促进第一催化剂53和第二催化剂54预热的催化剂预热要求以及是否存在用于增大节气门下游负压的负压增大要求，并基于判定结果，控制用火花塞37点燃供应至燃烧室25的燃料-空气混合物(即，火花塞37在燃烧室25中产生火花)的时间(点火正时)以及节气门45的开度(节气门开度)。
更具体地描述为，当冷却剂温度Tw低于预定的阈值温度α时，控制系统判定存在催化剂预热要求。另外，当车辆速度高于预定的阈值速度β2时，控制系统判定存在负压增大要求。
当存在催化剂预热要求且不存在负压增大要求时，控制系统将点火正时控制为依据发动机的运转状态所确定且处于相同运转状态下的正常点火正时延迟侧的点火延迟执行阶段点火正时，并且将节气门开度控制为依据所述运转状态所确定且大于相同运转状态下的正常节气门开度的点火延迟执行阶段节气门开度。通过这些控制，促进或加速了第一催化剂53和第二催化剂54的预热。因此，在发动机10起动之后，例如，能够减小从发动机10排出至外部的排气不能由第一催化剂53(和第二催化剂54)充分处理或净化的时长。
当存在催化剂预热要求且车辆从不存在负压增大要求的状况转换至提出负压增大要求的状况时，控制系统最初将节气门开度从点火延迟执行阶段节气门开度改变至小于所述延迟执行阶段节气门开度的点火延迟禁止阶段节气门开度。另外，控制系统将点火正时保持在所述延迟执行阶段点火正时直至从节气门开度的上述变化起经过特定的时长为止，然后，将点火正时改变至处于所述延迟执行阶段点火正时提前侧的点火延迟禁止阶段点火正时。
通过如上所述的控制，在引入燃烧室25的空气量(其将被称为“缸内空气量”)从对应于所述延迟执行阶段节气门开度的缸内空气量实际减小之后，点火正时改变至提前侧(即，得以提前)。因此，防止了输出扭矩过大。
其后，在提出所述催化剂预热要求且提出所述负压增大要求时，在将节气门开度控制为所述延迟禁止阶段节气门开度的同时，将点火正时控制为所述延迟禁止阶段点火正时。因而，与节气门开度控制为所述延迟执行阶段节气门开度的情况相比，增大了节气门下游的负压。因此，能够充分减小待引入负压的制动助力器45的真空室内的压力，且因此能够避免车辆的制动力不足。
接下来，将参考图2至图7描述电子控制装置80的实际操作。
催化剂预热要求的判定
电子控制装置80的中央处理器81以预定的计算间隔(在本实施方式中为8毫秒)执行图2的流程图中图示的催化剂预热要求判定程序。执行图2的程序的过程相当于执行要求判定单元的部分功能。
在特定时间点，中央处理器81从步骤200启动所述过程，并进入步骤205以便读取由冷却剂温度传感器73所检测的冷却剂温度Tw。然后，中央处理器81进入步骤210，判定在步骤205中读取的冷却剂温度Tw是否低于预定的阈值温度α。
图3的时间图图示了如下情况：车辆在从起动发动机10到紧接t0时刻之前的时间点的时长期间处于静止，在所述时长内，加速器踏板AP未被驾驶员压下，然后，驾驶员压下加速器踏板AP使得车辆速度V在t0时刻超过第二阈值速度β2。随后，驾驶员改变加速器踏板AP的操作量，使得车辆速度V在t4时刻变为等于或低于比第二阈值速度β2低的第一阈值速度β1，且冷却剂温度Tw在随后的时间点t5处超过阈值温度α。参考图3的情况，将参照t0时刻之前的时长A(图3中)内的特定时间点进一步说明图2的过程。
在紧接发动机10起动之后的时间点，冷却剂温度Tw低于上述阈值温度α。因此，中央处理器81在步骤210中作出肯定的判定(是)，并进入步骤215以便将催化剂预热要求标记Xd的值设定为“1”。
当表示是否存在催化剂预热要求的催化剂预热要求标记Xd的值为“1”时，表示提出了催化剂预热要求，且当其值为“0”时，表示未提出催化剂预热要求。当冷却剂温度Tw低于阈值温度α时，将催化剂预热要求标记Xd的值设定为“1”，且如稍后描述的，当冷却剂温度Tw等于或高于阈值温度α时，将催化剂预热要求标记Xd的值设定为“0”(参见稍后将描述的步骤220)。然后，中央处理器81进入步骤299且结束图2的程序一次。
负压增大要求的判定
在执行催化剂预热要求判定程序之后，中央处理器81进一步执行如图4的流程图所图示的负压增大要求判定程序。执行图4的程序的过程相当于执行要求判定单元的部分功能。
一旦催化剂预热要求判定程序(图2)执行完毕，则中央处理器81从步骤400启动图4的过程，并进入步骤405以读取由车辆速度传感器77所检测的车辆速度V。然后，中央处理器81进入步骤410以判定在步骤405中读取的车辆速度V是否低于预定的第一阈值速度β1。
由于车辆在图3的时长A内的这一时间点处是静止的，所以车辆速度V低于第一阈值速度β1。因此，中央处理器81在步骤410中作出肯定的判定(是)，并进入步骤415以便将负压增大要求标记Xp的值设定为“0”。当表示是否存在负压增大要求的负压增大要求标记Xp的值为“1”时，表示提出了负压增大要求，且当其值为“0”时，表示未提出负压增大要求。当车辆速度V低于第一阈值速度β1时，将负压增大要求标记Xp的值设定为“0”(参见步骤415)，且如稍后描述的，当车辆速度V高于比第一阈值速度β1高的预定的第二阈值速度β2时，将负压增大要求标记Xp的值设定为“1”(参见稍后将描述的步骤430)。
然后，中央处理器81进入步骤420以便将初始化标记Xpi的值设定为“1”，然后进入步骤499以便结束图4的程序一次。当表示是否应当执行存在负压增大要求的初始化过程的初始化标记Xpi的值为“1”时，表示应当执行所述初始化过程，且当其值为“0”时，表示不应当执行所述初始化过程。因此，当车辆速度V低于第一阈值速度β1时，将初始化标记Xpi的值设定为“1”(参见步骤420)，且如稍后描述的，在图7的程序中完成初始化过程之后，将初始化标记Xpi的值设定为“0”(参见稍后将描述的步骤740)。
在图3的时长A内的这一时间点处，判定提出了催化剂预热要求且未提出负压增大要求。在本说明书中，提出了催化剂预热要求且未提出负压增大要求的时长也称为“点火延迟控制执行时长”。
节气门开度的控制
在执行负压增大要求判定程序之后，中央处理器81进一步执行如图5流程图中所图示的节气门开度控制程序。执行图5的程序的过程相当于执行节气门控制器的功能。
一旦结束执行负压增大要求判定程序，则中央处理器81从步骤500启动图5的过程，并进入步骤505以便读取由加速器位置传感器76所检测的加速器踏板位置Accp(即，发动机10的负荷)。然后，中央处理器81进入步骤510以便读取由曲轴位置传感器72所检测的发动机转速NE。
随后，中央处理器81进入步骤515以便基于指定或限定了加速器踏板位置Accp、发动机转速NE以及基本节气门开度TA0之间关系的映射TA0表、在步骤505中读取的加速器踏板位置Accp及在步骤510中读取的发动机转速NE，确定基本节气门开度TA0作为上面所述的正常节气门开度。映射TA0表预先设定或设计成使得当节气门开度控制为在特定运转状态下基于映射TA0表所确定的基本节气门开度TA0时，向发动机10供应能够使发动机10产生所需扭矩而所需的空气量(燃料-空气混合物)。
在以下说明中，表示为映射X(a，b)的表，表示指定或限定变量a和变量b与X值之间关系的表。同样，基于映射X(a，b)表确定X值，表示基于在当前时间点所获取的变量a和变量b、以及映射X(a，b)表来获得(确定)X值。应当理解，所述变量可以是一个变量或者三个或更多变量。
然后，中央处理器81进入步骤520以便判定催化剂预热要求标记Xd的值是否为“1”。在此时间点处，催化剂预热要求标记的值设定为“1”。因此，中央处理器81在步骤520中作出肯定的判定(是)，并进入步骤525以便判定负压增大要求标记Xp的值是否为“0”。
在此时间点处，负压增大要求标记Xp的值设定为“0”。因此，中央处理器81在步骤525中作出肯定的判定(是)，并进入步骤530以便基于映射ΔTA1(Accp，NE)表获得点火延迟执行阶段节气门开度的校正量ΔTA1，并将节气门开度校正量ΔTA设定为由此获得的所述延迟执行阶段节气门开度的校正量ΔTA1。映射ΔTA1表预先设定或设计成使得所获得的所述延迟执行阶段节气门开度的校正量ΔTA1为正值。
随后，中央处理器81进入步骤535以便将步骤530中获得的节气门开度校正量ΔTA叠加至步骤515中获得的基本节气门开度TA0，从而计算(确定)出节气门开度TA。在此时间点计算的节气门开度TA是依据发动机10的运转状态确定且比相同运转状态下的正常节气门开度(即，基本节气门开度TA0)大了校正量ΔTA1的点火延迟执行阶段节气门开度(＝TA0+ΔTA1)。
然后，中央处理器81进入步骤540以便将用于使节气门45打开至步骤535中所确定的节气门开度TA的驱动指令信号传递至节气门致动器45a，使得节气门45的实际开度控制为在步骤535中所确定的节气门开度TA。然后，中央处理器81进入步骤S599以便结束图5的程序一次。
点火正时控制
另一方面，每次当特定气缸的曲柄角变为等于一个比所述气缸的压缩行程上止点提前预定曲柄角(例如，BTDC90°)的角度时，中央处理器81执行如图6的流程图中所图示的点火正时控制程序。“BTDC”表示从作为开始点的压缩行程上止点(TDC)测量的曲柄角，且沿着与曲轴24的旋转方向相反的方向测量时呈正值。执行图6的程序的过程相当于执行点火正时控制器的功能。
在特定的时间点处，中央处理器81从步骤600启动图6的过程，并进入步骤605以便读取由加速器位置传感器76所检测的加速器踏板位置Accp。然后，中央处理器81进入步骤610以便读取由曲轴位置传感器72所检测的发动机转速NE。
随后，中央处理器81进入步骤615以便基于映射θ0表确定基本点火正时θ0作为上述正常点火正时。映射θ0表预先设定或设计成使得当点火正时(即，火花塞37产生火花的时刻)控制为在特定运转状态下基于映射θ0表所确定的基本点火正时θ0时，发动机提供最大热效率且同时避免爆震。在本说明书中，点火正时用术语BTDC来表述。
然后，中央处理器81进入步骤620以便判定催化剂预热要求标记Xd的值是否为“1”。在此时间点处，催化剂预热要求标记Xd的值设定为“1”。因此，中央处理器81在步骤620中作出肯定的判定(是)，并进入步骤625以便判定负压增大要求标记Xp的值是否为“0”。
在此时间点处，负压增大要求标记Xp的值设定为“0”。因此，中央处理器81在步骤625中作出肯定的判定(是)，并进入步骤630以便基于映射Δθ1(Accp，NE)表来确定所述延迟执行阶段点火正时的校正量Δθ1，并将点火正时校正量Δθ设定为由此获得的所述延迟执行阶段点火正时的校正量Δθ1。映射Δθ1表预先设定或设计成使得所获得的所述延迟执行阶段点火正时的校正量Δθ1呈负值(即，使得点火正时延迟的值)。
随后，中央处理器81进入步骤635以便通过将步骤630中获得的点火正时校正量Δθ叠加至步骤615中获得的基本点火正时θ0，计算(确定)点火正时θ。在此时间点计算出的点火正时θ是依据发动机10的运转状态确定且从正常点火正时(即，基本点火正时θ0)向延迟侧偏移校正量Δθ1的绝对值而得到的延迟执行阶段点火正时(＝θ0+Δθ1)。
然后，中央处理器81进入步骤640以便将用于使火花塞37产生火花的时刻与在步骤635中确定的点火正时θ相一致的点火指令信号传递至点火器38，使得实际点火正时控制为在步骤635中所确定的点火正时θ。然后，中央处理器81进入步骤699以便结束图6的程序一次。
只要催化剂预热要求标记Xd的值为“1”且负压增大要求标记Xp的值为“0”(参见图5中的步骤520至步骤535以及图6中的步骤620至步骤635)，则上述的将节气门开度控制为延迟执行阶段节气门开度(＝TA0+ΔTA1)并将点火正时控制为延迟执行阶段点火正时(＝θ0+Δθ1)的情况将持续。
如果当前时间点到达图3中的t0时刻，则车辆速度V变为高于第二阈值速度β2。如果中央处理器81在此时间点启动图4的负压增大要求判定程序的处理并进入步骤410，则中央处理器81在步骤410中作出否定的判定(否)，并进入步骤425。然后，中央处理器81在步骤425中判定车辆速度V是否等于或低于第二阈值速度β2。
在t0时间点处，车辆速度V高于第二阈值速度β2。因此，中央处理器81在步骤425中作出否定的判定(否)，并进入步骤430以便将负压增大要求标记Xp的值设定为“1”。此后，中央处理器81结束图4的程序一次。
如果中央处理器81在此情况下启动执行图5的节气门开度控制程序，则中央处理器81在步骤525中作出否定的判定(否)，并进入步骤545以便读取节气门下游压力Pm，其通过执行用于估算节气门下游压力Pm的节气门下游压力估算程序(未示出)来估算。
中央处理器81以特定的计算间隔执行节气门下游压力估算程序，以便基于按照物理规律描述进气通道中的空气行为的空气模型来估算节气门45下游的进气通道中的空气的压力(即，节气门下游压力)Pm。在日本专利申请公开No.2003-184613(JP-A-2003-184613)和日本专利申请公开No.2001-41095(JP-A-2001-41095)中详细公开了此程序的示例，因此，在本说明书中不再赘述。节气门下游的压力Pm还可以通过设置于节气门45下游的进气通道中的压力传感器获取。
然后，中央处理器81进行到步骤550以便判定在步骤545中读取的节气门下游压力Pm是否高于预定的阈值压力γ。如图3所示，在此时间点(即，图3中的t0时刻)，节气门下游压力Pm几乎没有变化且高于阈值压力γ。
相应地，中央处理器81在步骤550中作出肯定的判定(是)，并进入步骤555以便基于映射ΔTA2(Accp，NE)表获得用于确定点火延迟禁止阶段初始节气门开度的校正量ΔTA2，并将节气门开度校正量ΔTA设定为由此获得的所述延迟禁止阶段初始节气门开度的校正量ΔTA2。映射ΔTA2表预先设定或设计成使得所获得的所述延迟禁止阶段初始节气门开度的校正量ΔTA2呈负值。
随后，中央处理器81进入步骤535和步骤540以便计算节气门开度TA，并将用于使节气门45的开度等于在步骤535中确定的节气门开度TA的驱动指令信号传递至节气门致动器45a。此后，中央处理器81进入步骤599以便结束图5的程序一次。在此时间点计算出的节气门开度TA是作为延迟禁止阶段节气门开度的、依据发动机10的运转状态确定且比相同运转状态下的正常节气门开度TA0小了校正量ΔTA2的绝对值而得到的延迟禁止阶段初始节气门开度(＝TA0+ΔTA2)。
只要催化剂预热要求标记Xd的值为“1”且负压增大要求标记Xp的值为“1”，同时节气门下游压力Pm高于阈值压力γ(参见图5中的步骤520、525以及545至555)，则上述的将节气门开度控制为延迟禁止阶段初始节气门开度(＝TA0+ΔTA2)的情况将持续。
如果除了图5的节气门开度控制程序之外，中央处理器81开始执行图6的点火正时控制程序，则中央处理器81在步骤625中作出否定的判定(否)，并进入步骤645，即，进入图7的流程图所示的步骤700，以便确定当提出负压增大要求时所采用的点火正时校正量。
然后，中央处理器81进入步骤S705以便判定表示当作出负压增大要求时是否应当执行初始化的初始化标记Xpi的值是否等于“1”。在此时间点，初始化标记Xpi的值设定为“1”(参见图4中的步骤420)。因此，中央处理器81在步骤705中作出肯定的判定(是)，并进入步骤710以便将负压增大要求时长τ设定为“0”。如稍后所描述的，随着时间推移而增大的负压增大要求时长τ代表自负压增大要求标记Xp的值从“0”变为“1”的时间点起所经过的时长。
随后，中央处理器81进入步骤715以便读取由加速器位置传感器76所检测的加速器踏板位置Accp，并进入步骤720以便读取由曲轴位置传感器72所检测的发动机转速NE。中央处理器81进一步进入步骤725以便读取由车辆速度传感器77所检测的车辆速度V。
此后，中央处理器81进入步骤730以便基于映射Th(Accp，NE)表获得点火正时保持时长Th，并进入步骤735以便基于映射Tv(Accp，NE，V)表获得点火正时改变时长Tv。映射Tv表预先设定或设计成使得所获得的点火正时改变时长Tv随着车辆速度V增大而缩短。
然后，中央处理器81进入步骤740以便将初始化标记Xpi的值设定为“0”。然后，中央处理器81进入步骤745以便判定负压增大要求时长τ是否比点火正时保持时长Th短。在此时间点(即，图3中的t0时刻)，负压增大要求时长τ设定为“0”。因此，中央处理器81在步骤745中作出肯定的判定(是)，并进入步骤750以便基于上述映射Δθ1(Accp，NE)表获得延迟执行阶段点火正时的校正量Δθ1，并将点火正时校正量Δθ设定为所获得的延迟执行阶段点火正时的校正量Δθ1。此步骤750与图6的上述步骤S630相同。因此，将点火正时校正量Δθ保持为与执行步骤630时所确定的值相同的值。
随后，中央处理器81进入步骤755以便通过将所述时长τ设定为通过将从执行此程序的上一循环的时间至执行此程序的当前循环的时间之间的时间Δt叠加到上一循环得到负压增大要求时长τ而获得的值来更新负压增大要求时长τ。
然后，中央处理器81经由图7的步骤799进入图6的步骤635和步骤640，以便通过将在步骤750中所获得的点火正时校正量Δθ叠加至在步骤S615中所确定的基本点火正时θ0来计算点火正时θ，并将用于使火花塞37产生火花的时刻与在步骤635中计算出的点火正时θ相一致的点火指令信号传递至点火器38。然后，中央处理器81进入步骤699以便结束图6的程序一次。在此时间点计算出的点火正时θ是依据发动机10的运转状态确定且从相同运转状态下的正常点火正时θ0向延迟侧偏移曲柄角Δθ1的绝对值的延迟执行阶段点火正时(＝θ0+Δθ1)。
当从t0时刻经过点火正时保持时长Th之后到达t1时刻时，负压增大要求时长τ变为等于点火正时保持时长Th。因此，当中央处理器81启动图7的程序的处理并进入步骤745时，中央处理器81在步骤745中作出否定的判定(否)，并进入步骤760。然后，中央处理器81在步骤S760中判定负压增大要求时长τ是否短于点火正时保持时长Th与点火正时改变时长Tv的总和(Th+Tv)。
在此时间点(即，图3中的t1时刻)，负压增大要求时长τ等于点火正时保持时长Th。因此，中央处理器81在步骤760中作出肯定的判定(是)，并进入步骤765以便基于上述映射Δθ1(Accp，NE)表获得延迟执行阶段点火正时的校正量Δθ1。
随后，中央处理器81进入步骤770以便根据步骤770的框中所示表达式来确定“点火正时校正量Δθ”。此点火正时校正量Δθ等于t1时刻在步骤765中所获得的延迟执行阶段点火正时的校正量Δθ1，且随着时间从t1时刻推移而成比例地增大(即，改变至提前侧)，直至在t3时刻，即，从t1时刻经过了所述时长Tv时的时间点，达到0。
然后，中央处理器81进入步骤755以及后续步骤以便更新负压增大要求时长τ，并通过将在步骤770中所获得的点火正时校正量Δθ叠加至在步骤S615中所确定的基本点火正时θ0，在图6的步骤S635中计算点火正时θ。然后，中央处理器81在步骤S640中将用于使火花塞37产生火花的时刻与在步骤S635中计算出的点火正时θ相一致的点火指令信号传递至点火器38，并在步骤S699中结束图6的程序一次。
只要催化剂预热要求标记Xd的值为“1”且负压增大要求标记Xp的值为“1”(参见图6的步骤620、625、645(图7)以及步骤635)，则上述点火正时的提前控制就会持续。因而，点火正时在时长Tv范围内，从将正常点火正时θ0向延迟侧偏移延迟执行阶段点火正时的校正量Δθ1的绝对值得到的正时(θ0+Δθ1)逐渐改变(提前)至正常点火正时θ0。
在当前时刻达到图3中的t2时刻时，节气门下游压力Pm变为低于阈值压力γ。当中央处理器81在此时间点t2启动图5的程序的处理并进入步骤550时，中央处理器81在步骤550中作出否定的判定(否)，并进入步骤560。在步骤560中，中央处理器81将节气门开度校正量ΔTA设定为“0”。
然后，中央处理器81进入步骤535和步骤540以便计算节气门开度TA，并将用于使节气门45的开度等于所计算的节气门开度TA的驱动指令信号传递至节气门致动器45a。此后，中央处理器81结束图5的程序一次。在此时间点所计算的节气门开度是作为点火延迟禁止阶段节气门开度的、依据发动机10的运转状态所确定的且小于相同运转状态下的延迟执行阶段节气门开度(＝TA0+ΔTA1)的正常节气门开度TA0。
当中央处理器81在从t0时刻经过时长(Th+Tv)之后的t3时刻启动图7的程序的处理并进入步骤760时，中央处理器81在步骤760中作出否定的判定(否)，并进入步骤775。在步骤775中，中央处理器81将点火正时校正量Δθ设定为“0”。
然后，中央处理器81进入步骤755以便更新负压增大要求时长τ，并进入步骤635和步骤640以便通过将在步骤775中所获得的点火正时校正量Δθ叠加至在步骤S615中所确定的基本点火正时θ0来计算点火正时θ，并将用于使火花塞37产生火花的时刻与所计算的点火正时θ相一致的点火指令信号传递至点火器38。然后，中央处理器81结束图6的程序一次。因而，在t3时刻及以后将点火正时控制为延迟禁止阶段点火正时(即，基本点火正时θ0)。
在当前时刻达到图3中的t4时刻时，车辆速度V变为低于第一阈值速度β1。因此，当中央处理器81在此t4时间点启动图4的负压增大要求判定程序的处理并进入步骤410时，中央处理器81在步骤410中作出肯定的判定(是)，并进入步骤415和步骤420以便将负压增大要求标记Xp的值设定为“0”并将初始化标记Xpi的值设定为“1”。此后，中央处理器81结束图4的程序一次。即，在此时间点，再次判定存在催化剂预热要求且不存在负压增大要求。
相应地，将节气门开度再次控制为比正常节气门开度TA0大了校正量ΔTA1的延迟执行阶段节气门开度(＝TA0+ΔTA1)，并将点火正时再次控制为从正常点火正时θ0向延迟侧偏移校正量Δθ1的绝对值的延迟执行阶段点火正时(＝θ0+Δθ1)。
在当前时刻达到图3中的t5时刻时，冷却剂温度Tw变为高于阈值温度α。因此，当中央处理器81在此t5时间点启动图2的催化剂预热要求判定程序的处理并进入步骤210时，中央处理器81在步骤210中作出否定的判定(否)，并进入步骤220以便将催化剂预热要求标记Xd的值设定为“0”。然后，中央处理器81进入步骤299以便结束图2的程序一次。即，在此时间点，判定既未提出催化剂预热要求也未提出负压增大要求。
如果中央处理器81在此时刻开始执行图5的节气门开度控制程序并进入步骤520，则中央处理器81在步骤520中作出否定的判定(否)，并进入步骤560以便将节气门开度校正量ΔTA设定为“0”。
然后，中央处理器81进入步骤535和步骤540以便计算节气门开度TA，并将用于使节气门45的开度等于由此计算的节气门开度TA的驱动指令信号传递至节气门致动器45a。此后，中央处理器81结束图5的程序一次。通过这种方式，将节气门开度控制为正常节气门开度TA0。
此外，如果中央处理器81在此时刻(即，t5时刻)开始执行图6的点火正时控制程序并进入步骤620，则中央处理器81在步骤620中作出否定的判定(否)，并进入步骤650以便将点火正时校正量Δθ设定为“0”。
然后，中央处理器81进入步骤635和步骤640以便计算点火正时θ，并将用于使火花塞37产生火花的时刻与由此所计算的点火正时θ相一致的点火指令信号传递至点火器38。此后，中央处理器81结束图6的程序一次。通过这种方式，将点火正时控制为正常点火正时θ0。
如上所述，在先于图3中的t0时刻的时长A(其中存在催化剂预热要求且不存在负压增大要求)中，点火正时控制为延迟执行阶段点火正时(θ0+Δθ1)。因此，与在时长A期间将点火正时控制为基本点火正时(正常点火正时)θ0的情况相比，缩短了自燃料-空气混合物燃烧到活塞22到达下止点的时刻所经历的时间长度。即，在燃料-空气混合物燃烧之后，燃烧气体(排气)确实减小了对活塞22的做功。因此，能够将排气温度保持在相对较高的温度。因而，能够更快速地加热第一催化剂53和第二催化剂54，且能够迅速地使第一催化剂53和第二催化剂54的温度接近它们的活化温度。因此，在起动发动机10之后，例如，能够缩短从发动机10排出至外部的排气不能由第一催化剂53(和第二催化剂54)充分处理或净化的时长。
此外，在时长A中，节气门开度控制为大于正常节气门开度TA0的延迟执行阶段节气门开度(＝TA0+ΔTA1)。因此可以通过增加空气量(燃料-空气混合物的量)来增大由于延迟点火正时而减小的输出扭矩。
如果满足车辆速度V高于第二阈值速度β2的条件，并因此判定在提出催化剂预热要求的条件下提出了负压增大要求，则在从判定时刻t0至节气门下游压力Pm变为低于阈值压力γ的t2时刻的时长(图3中的时长B1和时长B2)期间，节气门45的开度控制为小于正常节气门开度TA0的延迟禁止阶段初始节气门开度(＝TA0+ΔTA2)。
相应地，与节气门45的开度控制为正常节气门开度TA0的情况相比，节气门下游压力Pm更快速地接近于仅在将节气门45的开度保持在正常节气门开度TA0达相当长时间之后才能达到的压力Pm0。即，能够快速增大节气门下游负压。因而，能够使制动助力器65快速进入制动助力器65能够充分增大(增强)制动操作力的状态。因此可以避免车辆的制动力不足。
作为时长B1和时长B2的总和的上述时长还可称为“第二预定时长”。在t0时刻，判定既提出了催化剂预热要求，又提出了负压增大要求。换言之，在判定既提出了催化剂预热要求又提出了负压增大要求的t0时刻，结束了提出催化剂预热要求而未提出负压增大要求的点火延迟控制执行时长。
而且，如果满足车辆速度V高于第二阈值速度β2的条件，并因此判定在提出催化剂预热要求的条件下提出了负压增大要求，则将点火正时在如图3中的时长B1所指的在判定时刻t0与从t0时刻经过第一预定时长(点火正时保持时长Th)的t1时刻之间保持在延迟执行阶段点火正时(＝θ0+Δθ1)。然后在t1时刻及以后，点火正时在时长Tv内朝着延迟禁止阶段点火正时(本实施方式中为正常点火正时θ0)逐渐改变(即，提前)。
在时长B1(即，紧接将节气门开度改变至小于延迟执行阶段节气门开度(＝TA0+ΔTA1)的延迟禁止阶段初始节气门开度(＝TA0+ΔTA2)之后开始的第一预定时长)中，实际吸入燃烧室25的空气量大于对应于延迟禁止阶段节气门开度(本实施方式中的正常节气门开度TA0)的空气量。相应地，如上所述，在时长B1期间，将点火正时保持在延迟执行阶段点火正时，并在经过了时长B1之后，即，在缸内空气量变为接近对应于延迟禁止阶段节气门开度的空气量之后，的时长B2和时长B3(从t1时刻至t3时刻)的范围内，朝着延迟禁止阶段点火正时(本实施方式中的正常点火正时θ0)逐渐提前点火正时。通过这种方式，能够防止输出扭矩过大。此外，与在时长B1期间将点火正时控制为正常点火正时θ0的情况相比，能够更快速地加热第一催化剂53和第二催化剂54。
另外，在经过时长B1(第一预定时长)之后，将点火正时朝着延迟禁止阶段点火正时逐渐改变至提前侧(即，逐渐提前)。通过这种控制，能够逐渐改变输出扭矩，且因此能够防止扭矩冲击(使驾驶员感觉好似车辆突然向前运动的冲击)的发生。
此外，在经过时长B1(第一预定时长)之后朝着延迟禁止阶段点火正时逐渐提前点火正时的点火正时提前速率或速度等于通过将延迟执行阶段点火正时的校正量Δθ1除以点火正时改变时长Tv所获得的值(Δθ1/Tv)。如上所述，映射Tv表预先设定或设计成随着使得随着车辆速度V的增大，点火正时改变时长Tv变得更短。
在车辆处于静止或车辆以极低速度运行的情况下，随着输出扭矩增大，车辆速度V以相对较大的速率增大。即，作为车辆速度V的增量(即，由于输出扭矩的增大而引起的车辆速度的增大量)相对于输出扭矩的增量的比率的扭矩-速度比率较大。另一方面，在车辆以相对较高速度行驶的情况下，随着输出扭矩的增大，车辆速度V以相对较小的速率增大。即，扭矩-速度比率较小。
如从以上描述所理解的，车辆速度V可被看作是代表扭矩-速度比率的参数。因此可以说，映射Tv表预先设定或设计成使得随着对应于所述扭矩-速度比率参数的扭矩-速度比率减小，从该表获得的点火正时改变时长Tv变得较短。相应地，随着车辆速度V增大，即，随着扭矩-速度比率降低，提前速率Δθ1/Tv增大。
通过以上设置，当输出扭矩的变化更有可能以车辆速度的变化的形式出现时，相对较慢地增大输出扭矩，因此，能够避免扭矩冲击的出现。另一方面，当输出扭矩的变化较不可能以车辆速度的变化的形式出现时，相对较快地增大输出扭矩，因此，能够缩短发动机10的输出扭矩减小的时长。
如果在将节气门45的开度控制为小于正常节气门开度TA0的延迟禁止阶段初始节气门开度(＝TA0+ΔTA2)的情况(时长B2)下，节气门下游压力Pm变为低于(或减小降至)阈值压力γ，则立即将节气门45的开度增大至正常节气门开度TA0。
通过这样控制节气门开度，防止了节气门下游压力Pm过度减小。即，防止了缸内空气量(即，吸入气缸的空气量)过度减少。因而，能够避免输出扭矩过度减小。
因此，根据本实施方式的控制系统能够仅在车辆以相对较高的车辆速度V运行且因此要求相对较大的制动力以使车辆减速的时长期间，执行用于增大节气门下游负压的控制。因此，在除了上述时长之外的时长期间，该控制系统能够执行用于促进第一催化剂53和第二催化剂54预热的控制，使得第一催化剂53和第二催化剂54能够更加快速地预热。
如上所述，根据发明的本实施方式的内燃发动机的控制系统能够避免输出扭矩过度增大同时促进第一催化剂53和第二催化剂54预热并避免车辆的制动力不足。
应当理解，本发明并不局限于图示实施方式的细节，而是可以在本发明的范围内采用各种改进的示例。例如，尽管延迟禁止阶段点火正时θ0在图示实施方式中等于正常点火正时θ0，但延迟禁止阶段点火正时可以不同于正常点火正时θ0，只要其位于延迟执行阶段点火正时(θ0+Δθ1)的提前侧即可。而且，尽管延迟禁止阶段节气门开度TA0在图示实施方式中等于正常节气门开度TA0，但延迟禁止阶段节气门开度可以不同于正常节气门开度TA0，只要其小于延迟执行阶段节气门开度(TA0+ΔTA1)即可。
在图示实施方式中，控制系统构造成在由车辆速度传感器77所检测的车辆速度高于阈值速度β2时判定提出了负压增大要求。但是，该控制系统可以设置有检测车辆行驶的传感器，并且可以构造成在该传感器检测车辆行驶时判定提出了负压增大要求。
另外，本发明的控制系统可以构造成当点火正时在以下时间点改变时逐渐改变点火正时：在判定提出了催化剂预热要求而未提出负压增大要求并且既提出了催化剂预热要求又提出了负压增大要求的时长结束的时间点(图3中的t4时刻)，或者在判定既未提出催化剂预热要求又未提出负压增大要求并且提出了催化剂预热要求而未提出负压增大要求的时长结束的时间点(图3中的t5时刻)。
尽管已经参考被认为是本发明的优选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公开的实施方式或结构。相反，本发明试图覆盖各种改型以及等同方案。此外，尽管以各种示例性的组合及构造示出了所公开发明的各种元件，但是包括更多、更少或仅包括一个元件的其它组合及构造也落在所附权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种车辆上安装的内燃发动机(10)的控制系统，包括：
节气门(45)，其设置在所述内燃发动机的进气通道(41、42、43)中；
节气门驱动器(45a)，其响应于驱动指令信号驱动所述节气门；
制动助力装置(65)，其通过利用在所述节气门下游的所述进气通道中形成的负压来增大制动操作力以便增大所述车辆的制动力；
点火装置(37、38)，其响应于点火指令信号点燃供应至所述发动机的燃烧室的燃料-空气混合物；
排气处理催化剂(53、54)，其设置在所述发动机的排气通道(34、51、52)中；
节气门控制器(80)，其将所述驱动指令信号传递至所述节气门驱动器，以便将所述节气门的开度控制为依据所述发动机的运转状态所确定的正常节气门开度；以及
点火正时控制器(80)，其将所述点火指令信号传递至所述点火装置，以便将所述点火装置点燃所述燃料-空气混合物的点火正时控制为依据所述发动机的运转状态所确定的正常点火正时，其中：
设置有要求判定单元(81)，其用于判定是否存在用于促进所述催化剂预热的催化剂预热要求以及是否存在用于增大所述节气门下游的负压的负压增大要求；
当所述要求判定单元判定存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求时，所述节气门控制器将所述节气门的开度控制为依据所述运转状态确定且大于相同运转状态下的正常节气门开度的点火延迟执行阶段节气门开度，并且，当所述要求判定单元判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求时，所述节气门控制器将所述节气门的开度控制为依据所述运转状态确定且小于相同运转状态下的点火延迟执行阶段节气门开度的点火延迟禁止阶段节气门开度；并且
当所述要求判定单元判定存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求时，所述点火正时控制器将所述点火正时控制为依据所述运转状态确定且处于相同运转状态下的正常点火正时延迟侧的点火延迟执行阶段点火正时，并且，在当所述要求判定单元判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求并且存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求的点火延迟控制执行时长结束时开始的第一预定时长期间，所述点火正时控制器将所述点火正时保持在所述点火延迟执行阶段点火正时，以及在经过所述第一预定时长之后，所述点火正时控制器将所述点火正时朝着依据所述运转状态确定且处于相同运转状态下的点火延迟执行阶段点火正时提前侧的点火延迟禁止阶段点火正时改变；
其中，
当所述要求判定单元判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求时，在当所述点火延迟控制执行时长结束时开始的第二预定时长期间，所述节气门控制器采用依据所述运转状态确定且小于相同运转状态下的正常节气门开度的点火延迟禁止阶段初始节气门开度作为所述点火延迟禁止阶段节气门开度，并在经过所述第二预定时长之后，采用所述正常节气门开度作为所述点火延迟禁止阶段节气门开度。
2.如权利要求1所述的控制系统，其中，
设置有节气门下游压力获取单元，其用于获取节气门下游压力作为所述节气门下游的所述进气通道中的压力；并且
所述节气门控制器将所述第二预定时长结束时的时间设定为所获取的节气门下游压力减小至预定的阈值压力的时间点。
3.如权利要求1至2中任一项所述的控制系统，其中，
在经过所述第一预定时长之后，所述点火正时控制器将所述点火正时朝着所述点火延迟禁止阶段点火正时逐渐提前。
4.如权利要求3所述的控制系统，其中，
所述点火正时控制器获取扭矩-速度比率参数作为将扭矩-速度比率表示为车辆速度增量相对于由所述内燃发动机产生的输出扭矩增量的比率的参数，并设定在经过所述第一预定时长之后将所述点火正时朝着所述点火延迟禁止阶段点火正时逐渐提前的所述点火正时的提前率，使得随着对应于所获取的扭矩-速度比率参数的扭矩-速度比率减小，所述点火正时的提前率增大。
5.如权利要求1至2中任一项所述的控制系统，其中：
设置有车辆速度检测器，其用于检测车辆速度作为所述车辆的行驶速度；并且
当包括所检测的车辆速度高于预定的阈值速度的条件在内的条件得以满足时，所述要求判定单元判定存在所述负压增大要求。
6.如权利要求1至2中任一项所述的控制系统，其中：
设置有冷却剂温度检测器，其用于检测冷却所述内燃发动机的冷却剂的温度；并且
当所检测的冷却剂温度低于预定的阈值时，所述要求判定单元判定存在所述催化剂预热要求。
7.一种车辆上安装的内燃发动机(10)的控制系统的控制方法，所述控制系统包括：
节气门(45)，其设置在所述内燃发动机的进气通道(41、42、43)中；
节气门驱动器(45a)，其响应于驱动指令信号驱动所述节气门；
制动助力装置(65)，其通过利用在所述节气门下游的所述进气通道中形成的负压来增大制动操作力以便增大所述车辆的制动力；
点火装置(37、38)，其响应于点火指令信号点燃供应至所述发动机的燃烧室的燃料-空气混合物；
排气处理催化剂(53、54)，其设置在所述发动机的排气通道(34、51、52)中；
节气门控制器，其将所述驱动指令信号传递至所述节气门驱动器，以便将所述节气门的开度控制为依据所述发动机的运转状态所确定的正常节气门开度；以及
点火正时控制器，其将所述点火指令信号传递至所述点火装置，以便将所述点火装置点燃所述燃料-空气混合物的点火正时控制为依据所述发动机的运转状态所确定的正常点火正时，
所述控制方法包括以下步骤：
判定是否存在用于促进所述催化剂预热的催化剂预热要求以及是否存在用于增大所述节气门下游的负压的负压增大要求；
当判定存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求时，将所述节气门的开度控制为依据所述运转状态确定且大于相同运转状态下的正常节气门开度的点火延迟执行阶段节气门开度，并且，当判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求时，将所述节气门的开度控制为依据所述运转状态确定且小于相同运转状态下的点火延迟执行阶段节气门开度的点火延迟禁止阶段节气门开度；并且
当判定存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求时，将所述点火正时控制为依据所述运转状态确定且处于相同运转状态下的正常点火正时延迟侧的点火延迟执行阶段点火正时，并且，在当判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求并且存在所述催化剂预热要求且不存在所述负压增大要求的点火延迟控制执行时长结束时开始的第一预定时长期间，将所述点火正时保持在所述点火延迟执行阶段点火正时，以及在经过所述第一预定时长之后，将所述点火正时朝着依据所述运转状态确定且处于相同运转状态下的点火延迟执行阶段点火正时提前侧的点火延迟禁止阶段点火正时改变；
其中，
当判定既存在所述催化剂预热要求又存在所述负压增大要求时，在当所述点火延迟控制执行时长结束时开始的第二预定时长期间，所述节气门控制器采用依据所述运转状态确定且小于相同运转状态下的正常节气门开度的点火延迟禁止阶段初始节气门开度作为所述点火延迟禁止阶段节气门开度，并在经过所述第二预定时长之后，采用所述正常节气门开度作为所述点火延迟禁止阶段节气门开度。
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