CN101772630B - 用于内燃机的控制设备和控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃机的控制设备包括：相位改变装置(60)，其用于将进气门(62)的打开正时和关闭正时的相位提前或延迟；持续时间改变装置(60)，其用于增加或减少进气门(62)的持续时间；和EGR气体量增加装置(50)，其用于基于内燃机的运行状态来增加EGR气体量。该控制设备进一步包括进气门关闭正时提前装置(50)，该进气门关闭正时提前装置(50)用于当EGR气体量增加时将进气门关闭正时提前。进气门关闭正时提前装置(50)通过执行使用相位改变装置(60)将相位提前的第一操作和执行使用持续时间改变装置(60)减少持续时间的第二操作而提前进气门关闭正时，并且使得开始第二操作的正时晚于开始第一操作的正时。

Description

用于内燃机的控制设备和控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的控制设备和控制方法。更具体地，本发明涉及一种用于包括可变气门操作机构和EGR系统的内燃机的控制设备和控制方法。
背景技术
日本专利申请公布No.2002-89341(JP-A-2002-89341)描述了一种整体控制可变气门操作机构和排气再循环(EGR)的控制设备。该控制设备包括：增加或减少进气门升程和持续时间的持续时间改变机构；和提前或延迟升程中心角的相位的相位改变机构。根据内燃机的负荷变化的比率，通过控制所述机构来整体控制升程、持续时间、升程中心角的相位、和返回到用于内燃机的进气系统的排气量(即EGR气体量)。因此，控制设备通过减少泵损失来增加燃料效率，并且在内燃机处于任何运行状态时减少NOx量。
在包括EGR系统的内燃机中，当车辆的运行状态改变到低负荷运行状态时，EGR气体量增加，以减少排出的NOx量。当做出增加EGR气体量的需求时，各种控制参数的值被控制为对应于EGR气体目标量的适当值。更具体地，在包括可变气门操作机构的内燃机中，为了增加EGR气体量，将气门的打开正时提前预定量，以增加进气门和排气门均打开的气门重叠时段。同样，为了将实际压缩比增大到目标值，将进气门的关闭正时提前预定量。
在单独改变进气门的相位和持续时间的可变气门操作机构中，能够单独设定相位控制的执行正时和持续时间控制的执行正时。因此，优选的是将气门正时设定为使排出的NOx量最少。特别是当持续时间改变机构对控制的响应不同于相位改变机构对控制的响应时，例如当持续时间对控制的响应快于相位改变机构对控制的响应时，必须考虑响应。然而，在上述系统中，没有精确地控制控制的执行正时。因此，需要改进上述系统。
发明内容
本发明提供了一种用于内燃机的控制设备和控制方法，在包括可变气门操作机构和EGR系统的内燃机中，该控制设备和控制方法基于EGR气体量执行合适的气门正时控制。
本发明的第一方面涉及一种用于内燃机的控制设备，该控制设备包括：相位改变装置，该相位改变装置用于将进气门的打开正时和关闭正时的相位提前或延迟；持续时间改变装置，该持续时间改变装置用于增加或减少进气门的持续时间；和EGR气体量增加装置，该EGR气体量增加装置用于基于内燃机的运行状态来增加EGR气体量。该控制设备进一步包括进气门关闭正时提前装置，该进气门关闭正时提前装置用于当EGR气体量增加时将进气门的关闭正时提前。该进气门关闭正时提前装置通过执行使用相位改变装置将相位提前的第一操作和执行使用持续时间改变装置减少持续时间的第二操作而将进气门的关闭正时提前。该进气门关闭正时提前装置使开始第二操作的正时晚于开始第一操作的正时。
当对内燃机做出增加EGR气体量的需求时，执行提前进气门的关闭正时的控制(以下，将该控制称作“进气门关闭正时提前控制”)，以增大实际压缩比。根据第一方面，当在进气门关闭正时提前控制中执行将相位提前的第一操作和减少持续时间的第二操作时，在开始第一操作之后开始第二操作。因此，根据第一方面，能够避免在增加EGR气体量的EGR气体量增加控制的短暂时段中、即在EGR气体量不足的时段中增大实际压缩比的情况。因此，能够有效抑制排出的NOx量。
EGR气体量增加装置可通过将进气门的打开正时提前来增加EGR气体量。进气门关闭正时提前装置可使完成第二操作的正时与完成第一操作的正时基本上一致。
当执行提前相位的第一操作时，不仅提前了进气门的关闭正时而且也提前了进气门的打开正时。这增加了内部EGR气体量。根据第一方面，完成第二操作的正时与完成第一操作的正时基本上一致。因此，完成增加内部EGR气体量的操作的正时与完成进气门关闭正时提前控制的正时基本上一致。这避免了在EGR气体量不足时实际压缩比增大的情况。因此，能够有效抑制所排出的NOx量。
持续时间改变装置可包括致动器，该致动器对控制的响应比相位改变装置对控制的响应快。
根据第一方面，持续时间改变装置包括致动器，该致动器对控制的响应比相位改变装置对控制的响应快。因此，能够在进气门关闭正时提前控制中在期望的时段内有效地执行第二操作。
持续时间改变装置可改变持续时间，同时将进气门的打开正时维持在基本上恒定的值。
根据第一方面，通过操作持续时间改变装置，能够仅改变进气门的关闭正时，而不改变进气门的打开正时。因此，能够使用相位改变装置调节进气门的打开正时，并且能够使用相位改变装置和持续时间改变装置调节进气门的关闭正时。
进气门关闭正时提前装置可在第二操作开始之前执行使用持续时间改变装置来增加持续时间的第三操作。
根据第一方面，在第二操作开始之前，在进气门关闭正时提前控制中执行增加持续时间的第三操作。因此，能够进一步抑制在进气门关闭正时提前控制中的较早时段内实际压缩比增大。因此，能够在该时段内有效减少所产生的NOx的量。
EGR气体量增加装置可包括：EGR通道，该EGR通道将用于内燃机的排气通道连接到用于内燃机的进气通道；以及外部EGR气体量增加装置，该外部EGR气体量增加装置用于增加外部EGR气体量，该外部EGR气体从排气通道通过EGR通道返回到进气通道。进气门关闭正时提前装置可基于EGR气体量开始第二操作。
根据第一方面，当内部EGR气体量根据来自内燃机的需求增加时，在进气门关闭正时提前控制中基于EGR气体量开始第二操作。这有效避免了在EGR气体量不足的时段中实际压缩比过度增大的情况。
当EGR气体量或与EGR气体量相关的量的检测值或估算值达到预定目标值时，进气门关闭正时提前装置可开始第二操作。
根据第一方面，当根据来自内燃机的需求增加外部EGR气体量时，在与EGR气体量、EGR率或与EGR气体量或EGR率相关的量的检测值或估算值达到目标值的正时一致的正时，在进气门关闭正时提前控制中开始第二操作。这有效避免了在外部EGR气体未实际引入到气缸内的输送延迟时段、即EGR气体量不足的时段中实际压缩比过度增大的情况。
控制设备可进一步包括引燃喷射量增加装置，该引燃喷射量增加装置用于在进气门关闭正时提前装置将进气门关闭正时提前的量小于预定值的时段中增加引燃喷射量。
根据第一方面，在进气门关闭正时提前控制中在进气门的关闭正时被提前的量小于预定值的时段中增加引燃喷射量。在进气门的关闭正时被提前的量较小的时段内，实际压缩比较小，并且EGR气体量不足。因此，通过在该时段内增加引燃喷射量能够抑制产生烟和产生HC。
引燃喷射量增加装置在进气门关闭正时提前装置开始第二操作之前的时段中增加引燃喷射量。
根据第一方面，在进气门关闭正时提前控制中在开始第二操作之前的时段中增加引燃喷射量。在开始第二操作之前，实际压缩比较小，并且EGR气体量不足。因此通过在该时段内增加引燃喷射量能够有效抑制产生烟和产生HC。
本发明的第二方面涉及一种用于内燃机的控制方法，该内燃机包括：相位改变装置，该相位改变装置用于将进气门的打开正时和关闭正时的相位提前或延迟；持续时间改变装置，该持续时间改变装置用于增加或减少进气门的持续时间；和EGR气体量增加装置，该EGR气体量增加装置用于基于内燃机的运行状态来增加EGR气体量。该控制方法包括：当EGR气体量增加时，通过执行使用相位改变装置将相位提前的第一操作和执行使用持续时间改变装置减少持续时间的第二操作，而将进气门的关闭正时提前；以及使开始第二操作的正时晚于开始第一操作的正时。
附图说明
从下面参考附图对示例实施例的描述可以清楚本发明的上述和其他目标、特征和优点，其中类似的附图标记用于表示类似的元件，并且其中：
图1是示意性示出根据本发明的第一实施例的系统的视图；
图2是示出图1中所示系统中柴油机的一个气缸的横截面；
图3是示出EGR气体量增加时进气门的气门正时变化的时间图；
图4是示出EGR气体量增加时进气门的气门正时变化的时间图；
图5是在本发明的第一实施例中执行的例程的流程图；
图6是示出EGR气体量增加时进气门的气门正时变化的时间图；
图7是本发明的第二实施例中执行的例程的流程图；
图8是示出EGR气体量增加时进气门的气门正时变化的时间图；
图9是在本发明的第三实施例中执行的例程的流程图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本发明的实施例。附图中相同和相应的元件由相同的附图标记表示，并且不再重复其描述。本发明不限于以下所描述的实施例。
第一实施例[第一实施例的构造]图1是示意性示出根据本发明的第一实施例的内燃机系统的构造。如图1中所示，根据第一实施例的系统包括具有多个气缸(在图1中为四个气缸)的四冲程柴油发动机10(以下，四冲程柴油发动机10简称为“柴油机10”)。柴油机10设置在车辆中并用作动力源。
在本实施例中，本发明用于对柴油机(压缩点火式内燃机)进行控制。然而，本发明不限于柴油机。本发明可用于对汽油机(火花点火式内燃机)和其他内燃机进行控制。
为柴油机10的每个气缸设置喷射器12，以将燃料直接喷射到气缸内。用于气缸的喷射器12连接到与喷射器12共用的共轨14。燃料箱(未示出)中的燃料通过供给泵16加压到预定燃料压力，然后储存在共轨14中。将燃料从共轨14供给到喷射器12。
用于柴油机10的排气通道18连接到具有支路通道的排气歧管20。支路通道连接到各个气缸的排气口(未示出)。排气通道18连接到涡轮增压器24的排气涡轮。在排气通道18中，净化排气的后处理装置26布置在涡轮增压器24的下游。例如，氧化催化剂、NOx催化剂、柴油微粒过滤器(PDF)、和柴油微粒NOx还原系统(DPNR)可用作后处理装置26。
空气滤清器30靠近用于柴油机10的进气通道28的入口设置。通过空气滤清器30的空气由涡轮增压器24的进气压缩机压缩，然后由中冷器32冷却。在进气穿过中冷器32之后，进气通过进气歧管34分配到气缸的进气口(未示出)。
在进气通道28中，进气节气门36设置在中冷器32与进气歧管34之间的某一位置处。同样，在进气通道28中，检测进气量的空气流量计52设置在空气滤清器30的下游且靠近空气滤清器30。
排气再循环(EGR)通道40的一端在靠近进气歧管34的位置处连接到进气通道28。排气再循环(EGR)通道40的另一端在靠近排气歧管20的位置处连接到排气通道18。在该系统中，排气(经燃烧的气体)的一部分能够通过EGR通道40返回到进气通道28。也就是说，能够执行外部EGR控制。以下，将通过EGR通道40返回到进气通道28的排气称作“外部EGR气体”。
使外部EGR气体冷却的EGR冷却器42设置在EGR通道40中。在EGR通道40中，EGR气门44设置在EGR冷却器42的下游。通过改变EGR气门44的开度，能够调节穿过EGR通道40的排气量、即外部EGR气体量。
在进气通道28中，检测进气压力的进气压力传感器54设置在进气节气门36的下游。在排气通道18中，检测背压的背压传感器56设置在涡轮增压器24的上游。
如图1中所示，根据第一实施例的系统包括电子控制单元(ECU)50。ECU 50的输入部分连接到如上所述的空气流量计52、进气压力传感器54和背压传感器56。此外，ECU 50的输入部分连接到用于控制柴油机50的其他传感器。ECU 50的输出部分连接到如上所述的喷射器12、进气节气门36和EGR气门44。此外，ECU 50的输出部分连接到用于控制柴油机10的其他致动器。ECU 50基于输入到ECU 50的信息根据预定程序驱动这些装置。
图2是示出图1中所示柴油机10的一个气缸的横截面视图。下文将详细描述柴油机10。如图2中所示，柴油机10包括连续地或以步进方式改变进气门62和排气门64的气门正时(打开和关闭正时)的可变气门操作装置60。可变气门操作装置60包括相位改变机构和持续时间改变机构。相位改变机构改变气门正时(打开和关闭正时)的相位，即凸轮轴(未示出)相对于曲轴66的相位角。持续时间改变机构改变气门的升程和持续时间。
例如，相位改变机构使用液压压力提前或延迟凸轮轴相对于曲轴66的相位。持续时间改变机构包括将凸轮轴的旋转运动传递到气门以提升气门的振荡构件。因此，通过改变振荡构件的位置，能够增加或减少气门的持续时间，同时将气门的打开正时维持在基本恒定的值。使用与凸轮轴平行设置的控制轴(未示出)的旋转角来控制振荡构件的位置。可使用例如马达的致动器控制控制轴的旋转。可变气门操作装置60的构造、功能等是已知的技术，且不构成本发明的主要部分，因此省略其详细描述。
检测曲轴66的旋转角(曲柄角)的曲柄角传感器58靠近柴油机10的曲轴66设置。可变气门操作装置60和曲柄角传感器58连接到ECU 50。
[第一实施例中的操作](内部EGR控制)在根据第一实施例的柴油机10中，执行EGR控制以将排气的一部分返回到气缸内。当执行EGR控制时，在空气燃料混合物中增加了具有高比热的CO2的量，并且因此，降低了燃烧时的缸内温度。这减少了所产生的NOx的量。然而，因为O2的浓度降低，所以在柴油机10处于高负荷运行状态时烟的浓度和所排出的HC的量增加，并且因此，空气量不足。因此，仅在柴油机10处于中低负荷运行状态时执行EGR控制。同样，重要的是精确控制EGR气体量(EGR率)，以充分发挥EGR的作用。
执行内部EGR控制，使得用于在气缸内燃烧的排气(经燃烧的气体)滞留在气缸内或吸回到气缸内。更具体地，执行内部EGR控制，使得在完全关闭排气门之前打开进气门且因此进气门和排气门都打开时，即在气门重叠时段中，将排气(经燃烧的气体)吸回到气缸和进气口内。然后，当活塞移动时，吸回的排气与新的空气一起流入气缸内。内部EGR气体量随着气门重叠时段增加而增加。因此，通过使用可变气门操作装置60将进气门62的打开正时(下文称作“进气门打开正时”)提前，能够增加内部EGR气体量，由此增加了气门重叠时段。以下，将提前进气门打开正时的控制称作“进气门打开正时提前控制”。
在根据第一实施例的系统中，ECU 50预先存储有指示柴油机10的运行状态与进气门打开正时之间关系的映射，在该进气门打开正时时，内部EGR气体量等于对应于柴油机10运行状态的适当的量。通过相称的程序做出映射。根据柴油机10的运行状态，ECU 50通过基于映射操作可变气门操作装置60的相位改变机构执行内部EGR气体量的前馈控制，由此控制进气门62的气门正时(即气门重叠时段)。
[外部EGR的控制]执行外部EGR控制以通过EGR通道40将排气(经燃烧的气体)的一部分返回到进气通道28。更具体地，通过根据柴油机10的运行状态调节EGR气门44的开度将排气引入到EGR通道40中。引入到EGR通道40中的排气通过EGR冷却器42冷却，然后返回到进气通道28。
基于通入气缸内的气体中氧气的浓度来控制外部EGR气体量(以下，该浓度称作进气O2浓度)。也就是说，进气O2浓度与EGR率相关。能够基于由空气流量计52检测的进气量、EGR气门44的开度、由进气压力传感器54检测的进气压力(充气压力)、由背压传感器56检测的背压等来估算进气O2浓度。因此，基于上述值计算进气O2浓度的估算值，并且控制EGR气门44的开度，使得估算值变得等于对应于运行状态的目标值。因此，控制外部EGR气体，使得EGR率变得等于目标EGR率。
在根据第一实施例的系统中，ECU 50预先存储有指示柴油机10的运行状态与进气O2浓度之间关系的映射，在该进气O2浓度时，EGR率等于对应于运行状态的适当的EGR率。ECU 50执行EGR气门44的开度的反馈控制，使得估算的进气O2浓度变得等于根据映射设定的目标值。
(实际压缩比的控制)如上所述，根据第一实施例，对柴油机10执行EGR控制，以在柴油机10处于中低负荷运行状态时减少排出的NOx量。当执行EGR控制时，空气燃料混合物中的组分比被改变。因此，实际压缩比需要根据空气燃料混合物中组分比的改变而改变。更具体地，当EGR气体量增加时，具有高比热的CO2的量也增加，并且因此，缸内温度降低。因此，执行了增大实际压缩比的控制。
通过改变进气门62的关闭正时(以下，称作“进气门关闭正时”)来调节实际压缩比。更具体地，通过将进气门关闭正时提前来增大实际压缩比。在根据第一实施例的系统中，ECU 50预先存储有指示目标压缩比与进气门关闭正时的目标值之间关系的映射，在该进气门关闭正时的目标值时，实际压缩比等于目标值。通过相称的程序做出映射。ECU 50执行驱动可变气门操作装置60的控制，使得进气门关闭正时变得等于基于映射设定的目标值。
(用于可变气门操作装置的控制)能够使用根据第一实施例的可变气门操作装置60通过执行驱动相位改变机构和持续时间改变机构的控制来分开地控制进气门打开正时和进气门关闭正时。更具体地，当驱动可变气门操作装置60的相位改变机构时，气门正时的相位被提前或延迟，而气门持续时间被维持在恒定的值。因此，进气门打开正时和进气门关闭正时被提前或延迟相同的量。当驱动可变气门操作装置60的持续时间改变机构时，气门持续时间增加或减少，而进气门打开正时被维持为基本恒定的值。因此，仅将进气门关闭正时提前或延迟。因此，，基于相位改变量与进气门关闭正时之间的关系确定需要通过相位改变机构将相位改变的相位改变量。基于持续时间改变量与进气门打开正时之间的关系并考虑相位改变量，来确定需要通过持续时间改变机构将持续时间改变的持续时间改变量。
[第一实施例中的特征操作]接下来，参考图3和图4描述第一实施例中的特征操作。当柴油机10的运行状态例如由于车辆中做出用于减速的需求而改变成中低负荷运行状态时，执行增加EGR气体量的EGR气体量增加控制以减少NOx的量。更具体地，执行进气门打开正时提前控制以增加内部EGR气体的量，并且执行EGR气门44的开度的控制以增加外部EGR气体量。同样，根据EGR气体量的增加执行气门关闭正时提前控制以增大柴油机10的实际压缩比。
图3是示出在柴油机10的运行状态改变成中低负荷运行状态时进气门打开正时和进气门关闭正时的时间图。如图3中所示，当车辆中做出用于减速的需求、即做出增加EGR气体量的需求时，执行进气门打开正时提前控制和进气门关闭正时提前控制。更具体地，在进气门打开正时提前控制中，通过使用相位改变机构执行相位提前控制，进气门打开正时在从时间点t0到时间点t1的时段中提前且在时间点t1处达到目标值。因此，将内部EGR气体量增加到目标值。在进气门关闭正时提前控制中，通过使用相位改变机构执行相位提前控制并且使用持续时间改变机构执行持续时间减少控制，进气门关闭正时被提前到目标值。
如图3中所示，当持续时间改变机构在比时间点t0到时间点t1的时段短的时间点t0到时间点t2的时段内执行操作时，进气门关闭正时在进气门关闭正时提前控制开始之后立即被迅速提前。因此，在EGR气体量增加到期望的目标值之前，可增大实际压缩比，并且可排出NOx。在持续时间改变机构对控制的响应比相位改变机构对控制的响应更快时，可能显著出现这种现象。
因此，在第一实施例中，在进气门关闭正时提前控制中完成由持续时间改变机构执行的操作的正时基本上与完成进气门打开正时提前控制的正时一致。图4是示出在柴油机10的运行状态改变成中低负荷运行状态时进气门打开正时和进气门关闭正时的时间图。如图4中所示，当在从时间点t0到时间点t1的时段中执行进气门打开正时提前控制时，持续时间改变机构在从时间点t3到时间点t1的时段中在进气门关闭正时提前控制中执行操作。时间点t3设定成在时间点t1处完成由持续时间改变机构执行的操作。因此，实际压缩比仅在完成所述控制之前紧挨的时段内增大。因此，能够有效避免在内部EGR气体量不足的时间段内实际压缩增大的情形。这抑制了NOx的排出。
[第一实施例中的具体例程]接下来，参考图5描述第一实施例中执行的具体例程。图5是例程的流程图，在该例程中，ECU 50执行改变进气门62的气门正时的控制。
在图5中所示的例程中，首先，确定是否需要为柴油机10启动增加EGR气体量的EGR气体量增加控制(步骤100)。更具体地，基于柴油机10的运行状态确定柴油机10的运行状态是否改变成中低负荷运行状态。当确定不必启动EGR气体量增加控制时，例程立即结束。
当在步骤100中确定需要启动EGR气体量增加控制时，确定为需要执行改变进气门62的气门正时的控制。因此，例程进行到下一步骤，并且计算需要将进气门62的打开正时所提前的进气门打开正时提前量(步骤102)。更具体地，使用映射基于柴油机10的运行状态来确定需要将进气门打开正时提前以引入期望量的内部EGR气体的进气门打开正时提前量。接下来，计算需要将进气门62的关闭正时提前的进气门关闭正时提前量(步骤104)。更具体地，使用映射基于柴油机10的运行状态来确定需要将进气门关闭正时提前以使实际压缩比等于与EGR气体量相应的期望压缩比的进气门关闭正时提前量。
接下来，计算用于可变气门操作装置60的相位改变机构的控制变量和控制正时(步骤106)。进气门打开正时提前量仅由相位被提前的相位提前量组成。更具体地，计算相位提前量和相位改变机构执行操作的正时，以将进气门打开正时提前在步骤102中所计算的进气门打开正时提前量。
接下来，计算用于可变气门操作装置60的持续时间改变机构的控制变量和控制正时(步骤108)。进气门关闭正时提前量等于相位提前量和持续时间被减少的持续时间提前量之和。更具体地，基于在步骤104中所计算的进气门关闭正时提前量和在步骤106中所计算的相位提前量来计算持续时间减少量，以将进气门关闭正时提前期望的进气门关闭正时提前量。同样，确定启动用于持续时间改变机构的控制的正时，使得完成由持续时间改变机构执行的操作的正时与完成由相位改变机构执行的操作的正时基本上一致。
接下来，执行改变气门正时的操作(步骤110)。更具体地，基于在步骤106中确定的用于相位改变机构的相位提前量和控制正时来执行驱动相位改变机构的控制。同样，基于在步骤108中确定的用于持续时间改变机构的持续时间减少量和控制正时来执行驱动持续时间改变机构的控制。
如上所述，在根据第一实施例的系统中，当执行进气门打开正时提前控制和进气门关闭正时提前控制以增加EGR气体量时，实际压缩比仅在完成控制前紧挨的时段内增大。这避免了实际压缩比过度增大并因此排出的NOx量在内部EGR气体量不足的时段中、即在执行进气门打开正时提前控制的时段中增加的情形。
在第一实施例中，本发明用于其中持续时间改变机构对控制的响应比相位改变机构对控制的响应更快的可变气门操作装置60。然而，持续时间改变机构对控制的响应不是必须比相位改变机构对控制的响应更快。也就是说，只要在进气门关闭正时提前控制中需要驱动持续时间改变机构的时段比需要驱动相位改变机构的时段更短，则能够延迟持续时间改变机构启动操作的正时。
在第一实施例中，在进气门关闭正时提前控制中，完成使用持续时间改变机构的控制的正时与完成使用相位改变机构的控制的正时基本上一致。然而，用于持续时间改变机构的控制正时不限于这样的正时。也就是说，只要启动使用持续时间改变机构的控制的正时晚于启动使用相位改变机构的控制的正时，则能够抑制在EGR气体量不足的时段中的实际压缩比增大。
在第一实施例中，可将可变气门操作装置60的相位改变机构在第一方面中看作“相位改变装置”。可将可变气门操作装置60的持续时间改变机构在第一方面中看作“持续时间改变装置”。当ECU 50执行控制使得相位改变机构执行步骤110的程序中的正时提前操作时，可实施第一方面中的“进气门关闭正时提前装置”。更具体地，当ECU 50执行控制使得相位改变机构执行步骤110的程序中的操作时，可实施第一方面中的“第一操作”。当ECU 50执行控制使得持续时间改变机构执行步骤110的程序中的操作时，可实施第一方面中的“第二操作”。
在第一实施例中，当ECU 50执行控制使得相位改变机构执行步骤110的程序中的操作时，可实施第一方面中的“进气门打开正时提前装置”。
第二实施例[第二实施例的特征]接下来，参考图6和图7描述本发明的第二实施例。当ECU 50使用图1中所示的硬件构造来执行(以下描述的)图7中所示的例程时，可实施第二实施例。
在第一实施例中，在做出增加EGR气体量的需求时执行的进气门关闭正时提前控制中，由持续时间改变机构执行正时提前操作的正时晚于由相位改变机构执行正时提前操作的正时。这避免了其中实际压缩比过度增大并因此排出的NOx量在内部EGR气体量不足的时段中、即在执行进气门打开正时提前控制的时段内增加的情形。如上所述，持续时间改变机构能够与相位改变机构无关地操作。因此，能够在内部EGR气体量不足的时段中通过执行增加持续时间以延迟进气门关闭正时的控制(下文将该控制称作“进气门关闭正时延迟控制”)来进一步抑制实际压缩比的增大。
图6是示出在柴油机10的运行状态改变到中低负荷运行状态时进气门打开正时和进气门关闭正时的时间图。如图6中所示，当根据增加内部EGR气体量的需求在从时间点t0到时间点t1的时段中执行进气门打开正时提前控制时，在从时间点t0到时间点t4的时段中执行进气门关闭正时延迟控制。更具体地，执行控制，使得进气门关闭正时被持续时间改变机构所延迟的进气门关闭正时延迟量变得大于进气门关闭正时被相位改变机构所提前的进气门关闭正时提前量。时间点t4设定成在进气门关闭正时能够在时间点t1处被提前到目标值的范围内的值。因此，能够有效抑制从时间点t0到时间点t4的时段内实际压缩比的增大。这避免了实际压缩比过度增大且排出的NOx量在该时段中增加的情形。在执行进气门关闭正时延迟控制之后，执行进气门关闭正时提前控制，直到进气门关闭正时被提前到期望的正时。
[第二实施例中的具体例程]接下来，参考图7描述第二实施例中执行的具体例程。图7是示出ECU 50执行改变进气门62的气门正时的控制的例程的流程图。
在图7中所示的例程中，首先，确定是否需要为柴油机10启动增加EGR气体量的EGR气体量增加控制(步骤200)。更具体地，执行与步骤100中的程序相同的程序。当确定不必启动EGR气体量增加控制时，例程立即结束。
当在步骤200中确定需要启动EGR气体量增加控制时，确定需要执行改变进气门62的气门正时的控制。因此，例程进行到下一步骤，并且计算需要将进气门62的打开正时提前的进气门打开正时提前量(步骤202)。接下来，计算需要将进气门62的关闭正时提前的进气门关闭正时提前量(步骤204)。接下来，计算用于可变气门操作装置60的相位改变机构的控制变量和控制正时(步骤206)。更具体地，执行与图5中所示流程图的步骤102至106中的程序相同的程序。
计算用于可变气门操作装置60的持续时间改变机构的控制变量和控制正时(步骤208)。考虑到相位提前量来改变进气门关闭正时。更具体地，基于在步骤206中所计算的相位提前量和在步骤204中所计算的进气门关闭正时提前量，计算需要由进气门关闭正时延迟控制增加的持续时间的持续时间增加量、需要由后面执行的进气门关闭正时提前控制减少的持续时间的持续时间减少量、和控制正时(即执行控制的正时)。确定启动用于持续时间改变机构的控制的正时，使得完成由持续时间改变机构执行的操作的正时与完成由相位改变机构执行的操作的正时基本上一致。
接下来，执行改变气门正时的操作(步骤210)。更具体地，基于在步骤206中确定的用于相位改变机构的相位提前量和控制正时来执行驱动相位改变机构的控制。同样，基于在步骤208中确定的持续时间增加量、持续时间减少量、和执行进气门关闭正时延迟控制和进气门关闭正时提前控制的控制正时，来执行驱动持续时间改变机构的控制。
如上所述，在根据第二实施例的系统中，当执行进气门打开正时提前控制和进气门关闭正时提前控制以增加EGR气体量时，能够在启动进气门打开正时提前控制之后立即减小实际压缩比。这避免了实际压缩比过度增大并因此排出的NOx量在内部EGR气体量不足的时段中增加的情形。
在第二实施例中，本发明用于其中持续时间改变机构对控制的响应比相位改变机构对控制的响应更快的可变气门操作装置60。然而，持续时间改变机构对控制的响应不是必须比相位改变机构对控制的响应更快。也就是说，只要在使用相位改变机构执行进气门打开正时提前控制的时段中使用持续时间改变机构来执行进气门关闭正时延迟控制和进气门关闭正时提前控制，则能够在内部EGR气体量不足的时段中抑制排出的NOx量。
在第二实施例中，完成使用持续时间改变机构的进气门关闭正时提前控制的正时与完成使用相位改变机构的进气门打开正时提前控制的正时基本上一致。然而，用于持续时间改变机构的控制正时不限于这样的正时。基于内部EGR气体量与实际压缩比之间关系，将用于持续时间改变机构的控制正时设定为能够抑制NOx排出的范围内的值。
在第二实施例中，可将可变气门操作装置60的相位改变机构在第一方面中看作“相位改变装置”。可将可变气门操作装置60的持续时间改变机构在第一方面中看作“持续时间改变装置”。同样，当ECU 50执行控制使得相位改变机构执行步骤210的程序中的正时提前操作时，可实施第一方面中的“进气门关闭正时提前装置”。更具体地，当ECU50执行控制使得相位改变机构执行步骤210的程序中的操作时，可实施第一方面中的“第一操作”。当ECU 50执行控制使得持续时间改变装置执行步骤210中的减少持续时间的操作时，可实施第一方面中的“第二操作”。
在第二实施例中，当ECU 50执行控制使得相位改变机构执行步骤210的程序中的正时提前操作时，可实施第一方面中的“进气门打开正时提前装置”。
同样，在第二实施例中，当ECU 50执行步骤S210中的程序时，可实施第一方面中的“进气门关闭正时提前装置”。更具体地，当ECU50执行控制使得持续时间改变机构执行步骤210的程序中的增加持续时间的操作时，可实施第一方面中的“第三操作”。
第三实施例[第三实施例的特征]接下来，参考图8和图9描述本发明的第三实施例。当ECU 50使用图1中所示的硬件结构执行(以下描述的)图9中所示的例程时，可实施第三实施例。
在第一实施例中，在做出增加EGR气体量的需求时执行的进气门关闭正时提前控制中，由持续时间改变机构执行正时提前操作的正时晚于由相位改变机构执行正时提前操作的正时。这避免了实际压缩比过度增大并因此排出的NOx量在内部EGR气体量不足的时段中、即在完成进气门打开正时提前控制之前增加的情形。
如上所述，当执行EGR气体量增加控制时，也引入外部EGR气体以及内部EGR气体。因为外部EGR控制执行成将排气的一部分通过EGR通道40返回到进气通道28，所以在EGR气门44打开之后且在外部EGR气体实际引入到气缸内之前存在输送延迟时段。图8是示出当柴油机10的运行状态改变到中低负荷运行状态时进气门打开正时、进气门关闭正时和外部EGR率的时间图。如图8中所示，当在时间点t0处做出增加EGR气体量的需求时，执行进气门打开正时提前控制，以便为柴油机10增加内部EGR气体量。此外，执行用于EGR气门44的反馈控制以增加外部EGR气体量。因为存在外部EGR气体未实际引入到气缸内的输送延迟时段，所以EGR气体率在EGR气门44打开之后不会立即增大。因此，如果进气门关闭正时在输送延迟时段中大大提前，则即使外部EGR气体还未引入到气缸内实际压缩比也增大。于是，排出的NOx量增加。
因此，在第三实施例中，考虑输送延迟时段，使用持续时间改变机构的进气门关闭正时提前控制的正时被延迟。更具体地，如图8中所示，持续时间改变机构在进气门关闭正时提前控制中在外部EGR气体在输送延迟时段之后开始引入到气缸内的正时(图8中的时间点t5)启动操作。这有效避免了在外部EGR气体实际引入到气缸内之前实际压缩比增大的情形。因此，能够有效抑制NOx的排出。
[第三实施例中的具体例程]接下来，参考图9描述第三实施例中执行的具体例程。图9是示出ECU 50执行改变进气门62的气门正时的控制的例程的流程图。
在图9中所示的例程中，首先，确定是否需要为柴油机10启动增加EGR气体量的EGR气体量增加控制(步骤300)。更具体地，执行与图5中所示流程图的步骤100中的程序相同的程序。当确定不必启动EGR气体量增加控制时，立即结束例程。
当在步骤300中确定需要启动EGR气体量增加控制时，确定为需要执行改变进气门62的气门正时的控制。因此，例程进行到下一步骤，并且计算需要将进气门62的打开正时提前的进气门打开正时提前量(步骤302)。接下来，计算需要将进气门62的关闭正时提前的进气门关闭正时提前量(步骤304)。接下来，计算用于可变气门操作装置60的相位改变机构的控制变量和控制正时(步骤306)。更具体地，执行与图5中所示流程图的步骤102至106中的步骤的步骤。
接下来，计算用于可变气门操作装置60的持续时间改变机构的控制变量(步骤308)。更具体地，基于在步骤304中所计算的进气门关闭正时提前量和在步骤306中所计算的相位提前量来计算需要由可变气门操作装置60的持续时间改变机构减少的持续时间的持续时间减少量。
接下来，执行增加外部EGR气体量的控制(步骤310)。更具体地，EGR气门44控制成打开，以将外部EGR气体引入到EGR通道40中。同样，执行改变相位的操作，以改变气门正时(步骤312)。更具体地，基于在步骤306中确定的用于相位改变机构的相位提前量和控制正时来执行驱动相位改变机构的控制。
接下来，估算气缸内的EGR率(步骤314)。更具体地，首先，估算进气O2浓度。进气O2浓度与EGR率相关。因此，基于所估算的进气O2浓度估算气缸内的当前EGR率。接下来，确定EGR率是否等于或大于预定目标值(步骤316)。更具体地，将在步骤314中估算的实际EGR率与预定目标值进行比较。预定目标值设定为用于确定输送延迟时段是否已消逝的EGR率。当确定EGR率小于预定目标值时，例程返回到步骤314，并且重新估算EGR率。
当在步骤316中确定为EGR率等于或大于预定目标值时，确定输送延迟时段已消逝。因此，例程进行到下一步骤，并且执行改变持续时间的操作，以改变气门正时(步骤318)。更具体地，基于在步骤308中确定的持续时间减少量来执行驱动持续时间改变机构的控制。
如上所述，在根据第三实施例的系统中，当执行进气门关闭正时提前控制以增加EGR气体量时，在输送延迟时段消逝之后执行驱动持续时间改变机构的控制。这避免了在EGR气体量不足的时段中实际压缩比过度增大的情形。因此，能够有效抑制NOx的排出。
在第三实施例中，在输送延迟时段消逝的正时启动驱动持续时间改变机构的控制。然而，用于持续时间改变机构的控制正时不限于这样的正时。也就是说，只要根据输送延迟时段延迟用于持续时间改变机构的控制正时，例如完成用于持续时间改变机构的控制的正时可外部EGR气体量达到目标值的正时基本上一致。
在第三实施例中，基于进气O2浓度估算外部EGR率。然而，估算EGR率的方法不限于该方法。其他已知方法可用于估算EGR率。同样，在第三实施例中，基于EGR率确定用于持续时间改变机构的控制正时。然而，用于确定用于持续时间改变机构的控制正时的值不限于EGR率。也就是说，除了EGR率之外，EGR气体量的检测值或估算值或与EGR率或EGR气体量相关的量可用于确定用于持续时间改变机构的控制正时。
在第三实施例中，可将可变气门操作装置60的相位改变机构在第一方面中看作“相位改变装置”。可将可变气门操作装置60的持续时间改变机构在第一方面中看作“持续时间改变装置”。当ECU 50执行控制使得相位改变机构执行步骤312或318的程序中的正时提前操作时，可实施第一方面中的“进气门关闭正时提前装置”。更具体地，当ECU 50执行控制使得相位改变机构执行步骤312的程序中的操作时，可实施第一方面中的“第一操作”。当ECU 50执行控制使得持续时间改变装置执行步骤318的程序中的持续时间减少操作时，可实施第一方面中的“第二操作”。
在第三实施例中，当ECU 50执行控制使得相位改变机构执行步骤312的程序中的正时提前操作时，可实施第一方面中的“进气门打开正时提前装置”。
同样，在第三实施例中，当ECU 50执行步骤S310中的程序时，可实施第一方面中的“外部EGR气体量增加装置”。
第四实施例[第四实施例的特征]接下来，将描述本发明的第四实施例。在第三实施例中，当执行进气门关闭正时提前控制以增加EGR气体量时，在输送延迟时段消逝之后执行驱动持续时间改变机构的控制。这避免了在输送延迟时段中、即在EGR气体量不足的时段中实际压缩比过度增大的情形。因此，能够有效抑制NOx的排出。
然而，当EGR气体量少且压缩比低时，产生大量HC。因此，当如第三实施例那样在输送延迟时段内抑制实际压缩比的增大时，可以增加所排出的HC的量。因此，在第四实施例中，在输送延迟时段内增加引燃喷射量。当EGR气体量少时，不可能通过增加引燃喷射量而产生烟。因此，在该时段内抑制NOx的排出的同时，能够有效抑制HC的排出。
在第四实施例中，引燃喷射量在输送延迟时段中、即在持续时间改变机构执行进气门关闭正时提前操作之前的时段内增加。然而，其中引燃喷射量增加的喷射量增加时段不限于该时段。也就是说，进气门关闭正时的目标值可设定成另一个值，并且喷射量增加时段可设定成EGR气体量少并且因此所产生的烟不会引起问题的范围内的时段。同样，可基于EGR气体量设定喷射量增加时段。

Claims (12)

1.一种用于内燃机的控制设备，包括：相位改变装置(60)，所述相位改变装置(60)用于将进气门(62)的打开正时和关闭正时的相位提前或延迟；持续时间改变装置(60)，所述持续时间改变装置(60)用于增加或减少所述进气门(62)的持续时间；和EGR气体量增加装置(50)，所述EGR气体量增加装置(50)用于基于内燃机的运行状态来增加EGR气体量，所述控制设备的特征在于包括：
进气门关闭正时提前装置(50)，所述进气门关闭正时提前装置(50)用于当所述EGR气体量增加时将所述进气门(62)的关闭正时朝向进气下止点提前，其中：
所述进气门关闭正时提前装置(50)通过执行使用所述相位改变装置(60)将相位提前的第一操作和执行使用所述持续时间改变装置(60)减少持续时间的第二操作而将所述进气门(62)的关闭正时提前；并且
所述进气门关闭正时提前装置(50)使开始所述第二操作的正时晚于开始所述第一操作的正时。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其中：
所述EGR气体量增加装置(50)通过将所述进气门(62)的打开正时提前来增加EGR气体量；并且
所述进气门关闭正时提前装置(50)使完成所述第二操作的正时与完成所述第一操作的正时基本上一致。
3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，所述持续时间改变装置(60)包括致动器，所述致动器对控制的响应比所述相位改变装置(60)对控制的响应快。
4.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，所述持续时间改变装置(60)改变持续时间，同时将所述进气门(62)的打开正时维持在基本上恒定的值。
5.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，在开始所述第二操作之前，所述进气门关闭正时提前装置(50)执行使用所述持续时间改变装置(60)增加持续时间的第三操作。
6.根据权利要求5所述的控制设备，其中，所述进气门关闭正时提前装置(50)执行所述第三操作，使得使用所述持续时间改变装置(60)将所述进气门关闭正时延迟的量大于使用所述相位改变装置(60)将所述进气门关闭正时提前的量。
7.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中：
所述EGR气体量增加装置(50)包括：EGR通道(40)，所述EGR通道(40)将用于所述内燃机的排气通道(18)连接到用于所述内燃机的进气通道(28)；以及外部EGR气体量增加装置(50)，所述外部EGR气体量增加装置(50)用于增加外部EGR气体量，所述外部EGR气体从所述排气通道(18)通过所述EGR通道(40)返回到所述进气通道(28)；并且
所述进气门关闭正时提前装置(50)基于所述EGR气体量开始所述第二操作。
8.根据权利要求7所述的控制设备，其中，当所述EGR气体量或与所述EGR气体量相关的量的检测值或估算值达到预定目标值时，所述进气门关闭正时提前装置(50)开始所述第二操作。
9.根据权利要求7所述的控制设备，其中，当气缸中的EGR率达到预定目标EGR率时，所述进气门关闭正时提前装置(50)开始所述第二操作。
10.根据权利要求7所述的控制设备，进一步包括
引燃喷射量增加装置，所述引燃喷射量增加装置用于在所述进气门关闭正时提前装置(50)将进气门关闭正时提前的量小于预定值的时段中增加引燃喷射量。
11.根据权利要求10所述的控制设备，其中，所述引燃喷射量增加装置(50)在所述进气门关闭正时提前装置(50)开始所述第二操作之前的时段中增加所述引燃喷射量。
12.一种用于内燃机的控制方法，所述内燃机包括：相位改变装置(60)，所述相位改变装置(60)用于将进气门(62)的打开正时和关闭正时的相位提前或延迟；持续时间改变装置(60)，所述持续时间改变装置(60)用于增加或减少所述进气门(62)的持续时间；和EGR气体量增加装置(50)，所述EGR气体量增加装置(50)用于基于内燃机的运行状态来增加EGR气体量，所述控制方法的特征在于包括：
当所述EGR气体量增加时，通过执行使用所述相位改变装置(60)将相位提前的第一操作和执行使用所述持续时间改变装置(60)减少持续时间的第二操作，而将所述进气门(62)的关闭正时提前；以及
使开始所述第二操作的正时晚于开始所述第一操作的正时。
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