CN101828016B - 内燃机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机控制装置，在具备能够改变气门重叠期间的可变动阀机构和可变喷嘴式涡轮增压机的内燃机中，在发出了提高排气压力脉动的要求的情况下，能够在抑制体积效率恶化的同时提前生成排气压力脉动，且能够在使转矩高低差缓和的同时有效利用扫气效果。在检测到提高排气压力脉动的要求(加速要求)的情况下，将可变喷嘴(22c)的开度设为全闭，将气门重叠期间设为零，进而将切换阀(33)关闭。之后，在判断为排气压力脉动已提高后，将可变喷嘴(22c)的开度打开至涡轮效率良好的开度。而且，在进行了此可变喷嘴(22c)的开度控制以后，在涡轮效率已提高上来的阶段以与排气压力脉动成为谷底的正时相重叠的方式设定气门重叠期间，并且将切换阀(44)在数循环内暂时性地打开。

Description

内燃机控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机控制装置。
背景技术
以往，例如在专利文献1中公开了具备可变动阀机构的内燃机气门正时(Valve Timing)控制装置，该可变动阀机构能够通过改变进排气门至少一方的气门正时，来改变进气门开阀期间与排气门开阀期间相重叠的气门重叠期间。在这一现有控制装置中，改变进排气门的气门正时以使得因排气压力脉动而产生的负压波到达排气口的时期与进排气门的气门重叠期间相吻合。通过这种控制，就能够使新空气易于从进气门流入气缸内，并且借助于从进气门流入的新空气将气缸内的已燃气体可靠地赶出至排气门。亦即、能够发挥扫气效果。其结果，就能够使残留气体量减少，提高吸入气缸内的新空气量。也就是说，能够提高进气填充效率。
专利文献1：日本特开平11-022499号公报
已知有同时具备上述以往的内燃机所具备的那样的可变动阀机构和可变喷嘴式涡轮增压机的内燃机。另外，例如在车辆加速初期等进气量比较少的状况下，所生成的排气压力脉动比较弱。因此，在如上述那样同时具备可变动阀机构和可变喷嘴式涡轮增压机的内燃机中，可以考虑在要求生成较强的排气压力脉动的情况下，将可变喷嘴的开度向全闭位置等关闭侧进行控制以增加进气量。然而，若在排气压力脉动较弱的状况下将可变喷嘴向关闭侧进行控制之际，进行伺机利用上述排气压力脉动的气门重叠期间的调整，则通过该可变喷嘴的开度控制将会导致排气压力上升而难以获得扫气效果，并且因设定了气门重叠期间将发生废气向进气侧吹回的情况而使体积效率恶化。
另一方面，希望，在想要在充分生成排气压力脉动的基础上利用扫气效果之际，考虑在内燃机中不产生较大的转矩高低差。
发明内容
本发明就是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的是提供一种内燃机控制装置，在具备能够改变气门重叠期间的可变动阀机构；和可变喷嘴式涡轮增压机的内燃机中，在发出了提高排气压力脉动的要求的情况下，能够在抑制体积效率恶化的同时提前形成排气压力脉动，且能够在使转矩高低差缓和的同时有效利用扫气效果。
第1发明提供一种内燃机控制装置，其特征在于，具备：
可变动阀机构，使进气门开阀期间和排气门开阀期间相重叠的气门重叠期间可变；
重叠期间控制单元，通过控制上述可变动阀机构来控制上述气门重叠期间；
涡轮增压机，具有由内燃机的排气能量驱动的涡轮和用于调整供给到该涡轮的废气的流量的可变喷嘴；
喷嘴开度控制单元，控制上述可变喷嘴的开度；
脉动生成要求检测单元，检测有无提高排气压力脉动的要求；
排气容积调整单元，调整排气系统容积；以及
脉动生成状态取得单元，取得判断为排气压力脉动已提高的判断时间点、或者预测为排气压力脉动已提高的预测时间点，
上述喷嘴开度控制单元包括喷嘴关闭控制执行单元，该喷嘴关闭控制执行单元用于在从检测到提高排气压力脉动的要求的检测时间点到上述判断时间点或者上述预测时间点的期间，将上述可变喷嘴的开度控制成比上述检测时间点的该可变喷嘴的开度靠关闭侧的第1规定开度，
上述重叠期间控制单元包括：
重叠期间限制单元，用于在从上述检测时间点到上述判断时间点或者上述预测时间点的期间，将气门重叠期间控制成短于上述检测时间点的气门重叠期间；以及
重叠期间设定单元，用于在上述判断时间点或者上述预测时间点经过以后，以与排气压力脉动成为谷底的正时相重叠的方式设定气门重叠期间，
上述排气容积调整单元，在以上述重叠期间设定单元的气门重叠期间的设定开始时间点为始点或者为终点的规定时间内、或者跨越上述设定开始时间点的规定时间内，暂时扩大上述排气系统容积。
另外，第2发明的特征是，在第1发明的基础上，还具备：
废气回流通路，将上述排气通路和进气通路连通；以及
EGR阀，被配置于上述废气回流通路的途中，对从上述排气通路向上述进气通路的废气再循环量进行控制，
其中，上述排气容积调整单元是如下的切换阀：被配置于比上述EGR阀靠近上述排气通路侧的上述废气回流通路中，在使上述排气通路和上述废气回流通路成为连通状态和成为切断状态之间进行切换。
另外，第3发明的特征是，在第1或者第2发明的基础上，
提高排气压力脉动的上述要求是内燃机的加速要求，
上述脉动生成要求检测单元基于油门开度的变化来检测上述要求。
另外，第4发明的特征是，在第1至第3发明的任意一个的基础上，
上述重叠期间限制单元，在从上述检测时间点到上述判断时间点或者上述预测时间点的期间，将气门重叠期间限制为零或者实际上为零。
另外，第5发明的特征是，在第1至第4发明的任意一个的基础上，
上述喷嘴开度控制单元还包括喷嘴打开控制执行单元，该喷嘴打开控制执行单元，在上述判断时间点经过以后，将上述可变喷嘴的开度控制成比上述第1规定开度靠打开侧的第2规定开度，
上述重叠期间设定单元，在由上述喷嘴打开控制执行单元将上述可变喷嘴的开度控制成上述第2规定开度以后，以与排气压力脉动成为谷底的正时相重叠的方式设定气门重叠期间。
根据第1发明，在发出了提高排气压力脉动的要求的情况下，通过将可变喷嘴的开度向关闭侧进行控制来促进进气量的增加，据此就能够提前提高排气压力脉动。进而，根据本发明，在发出了该要求的情况下，通过以使气门重叠期间变短的方式进行控制，能够很好地防止废气向进气侧吹回。这样，根据本发明，能够在抑制体积效率恶化的同时提前形成排气压力脉动。另外，在本发明中，在判断为排气压力脉动已提高的判断时间点、或者预测为排气压力脉动已提高的预测时间点经过后，在以与排气压力脉动成为谷底的正时相重叠的方式设定气门重叠期间之时，在以气门重叠期间的设定开始时间点为始点或者为终点的规定时间内、或者跨越该设定开始时间点的规定时间内，暂时扩大排气系统容积。据此，就能够在使转矩高低差缓和的同时有效利用扫气效果。
根据第2发明，可以使用被配置于比废气回流通路途中所配置的EGR阀靠排气通路侧的废气回流通路中的、在使排气通路和废气回流通路成为连通状态和成为切断状态之间进行切换的切换阀，很好地调整排气系统容积。
根据第3发明，能够在发出了内燃机的加速要求的情况下，在抑制体积效率恶化的同时提前形成排气压力脉动。进而，还能够在使转矩高低差缓和的同时有效利用扫气效果。
根据第4发明，能够在发出了提高排气压力脉动的要求的情况下，在可靠抑制废气向进气侧吹回的同时提前形成排气压力脉动。
根据第5发明，能够在排气上止点附近可靠地确保了进气压力比排气压力高的区域以后，设定气门重叠期间。因此，就能够避免发生废气向进气侧吹回的情况，并能够充分地利用扫气效果。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统构成的图。
图2是表示体积效率提高控制执行过程中的进气歧管压力和排气歧管压力与曲轴转角之间的关系的图。
图3是用于说明排气压力脉动的强度带给上述体积效率提高控制的影响的图。
图4是用于说明可变喷嘴的开度对使用图2所说明的扫气效果的影响的图。
图5是用于说明本发明的实施方式1中的特征性控制的时间图。
图6是用于说明通过执行图5所示的控制所获得的效果的概念图。
图7是用于说明图5所示的控制的课题的图。
图8是在本发明的实施方式1中执行的程序的流程图。
附图标记说明
10 柴油发动机
18 排气歧管
20 排气通路
22 可变喷嘴式涡轮增压机
22a 涡轮
22b 压缩机
22c 可变喷嘴
26 进气通路
32 进气歧管
38 EGR通路
42 EGR阀
44 切换阀
46 进气可变动阀机构
48 排气可变动阀机构
50 进气凸轮转角传感器
52 排气凸轮转角传感器
54 油门开度传感器
56 进气压力传感器
58 排气压力传感器
60 ECU(Electronic Control Unit)
62 曲轴转角传感器
具体实施方式
实施方式1
[实施方式1的系统构成]
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统构成的图。图1所示的系统具备4冲程柴油发动机(压缩点火式内燃机)10。柴油发动机10被搭载于车辆并作为其动力源。虽然本实施方式的柴油发动机10是串联4气缸式，但本发明中的柴油发动机的气缸数以及气缸配置并不限定于此。
在柴油发动机10的各气缸上设置有对气缸内直接喷射燃料的喷射器12。各气缸的喷射器12被连接到共同的共轨(common rail)14。在共轨14内存积着由供给泵16加压后的高压燃料。而且，从此共轨14向各气缸的喷射器12供给燃料。从各气缸排出的废气由排气歧管18集合起来流入排气通路20。
柴油发动机10具备可变喷嘴式涡轮增压机22。涡轮增压机22具有：借助于废气的排气能量而作动的涡轮22a；与涡轮22a一体地连结并由输入到涡轮22a的废气的排气能量旋转驱动的压缩机22b。进而，涡轮增压机22具有用于调整供给到涡轮22a的废气的流量的可变喷嘴(VN)22c。
可变喷嘴22c能够通过省略图示的致动器(例如电动机)进行开闭动作。若使可变喷嘴22c的开度减小，则涡轮22a的入口面积变小，可以使吹到涡轮22a上的废气的流速加快。其结果，压缩机22b以及涡轮22a的转速(以下称之为“涡轮转速”)上升，从而可以使增压压力上升。反之，若使可变喷嘴22c的开度加大，则涡轮22a的入口面积变大，吹到涡轮22a上的废气的流速变慢。其结果，涡轮转速降低，从而可以使增压压力下降。
涡轮增压机22的涡轮22a配置于排气通路20的途中。在涡轮22a下游侧的排气通路20中设置有用于捕捉废气中的PM(Particulate Matter：颗粒物质)的DPF24。此外，除DPF24外还可以在排气通路20中设置用于净化废气中的有害成分的催化剂。或者，还可以在DPF24上担载催化剂成分。
在柴油发动机10的进气通路26的入口附近设有空气滤清器28。通过空气滤清器28而吸入的空气在涡轮增压机22的压缩机22b中被压缩后，在内部冷却器30中被冷却。通过了内部冷却器30的进气在进气歧管32中被分配后流入各气缸。
在进气通路26上的内部冷却器30和进气歧管32之间设置有进气节气门34。另外，在进气通路26上的空气滤清器28的下游附近设置有检测进气量的空气流量计36。
在进气歧管32的附近连接着EGR通路38的一端。EGR通路38的另一端被连接到排气通路20的排气歧管18。在本系统中，能够通过此EGR通路38使一部分废气(已燃气体)回流到进气通路26、即能够进行外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)。
在EGR通路38的途中设有用于对通过EGR通路38的废气(EGR气体)进行冷却的EGR冷却器40。在EGR通路38上的EGR冷却器40的下游设有EGR阀42。通过改变此EGR阀42的开度，就可以调整通过EGR通路38的废气量、亦即外部EGR气体量。
进而，在排气歧管18和EGR通路38之间的连接部位设置有用于调整排气系统容积(更具体而言，涡轮22a上游侧的排气系统容积)的切换阀44。此切换阀44构成为，可以在EGR阀42上游侧、进一步在EGR冷却器40的上游侧(排气歧管18侧)切断EGR通路38。
在通过这种切换阀44切断了排气歧管18和EGR通路38的状态下，因EGR通路38及EGR冷却器40的容积不被加入到排气系统容积中，故与开阀时相比就能够使排气系统容积相应地减小将EGR通路38和EGR冷却器40合并起来的容积的量。这样，借助于切换阀44就能够使排气系统容积可变。
另外，柴油发动机10具备：使进气门(省略图示)的开阀特性可变的进气可变动阀机构46；和使排气门(省略图示)的开阀特性可变的排气可变动阀机构48。并不特别限定进气可变动阀机构46以及排气可变动阀机构48的具体构成，除通过使凸轮轴的相位变化来使开闭时期连续可变的相位可变机构外，还能够采用通过电动机来驱动凸轮的机构、电磁驱动阀、油压驱动阀等。借助于进气可变动阀机构46及排气可变动阀机构48，就能够使排气门的开阀期间和进气门的开阀期间相重叠的气门重叠期间(以下简称为“气门重叠期间”)的长度变化。
另外，在进气凸轮轴以及排气凸轮轴的附近分别配置有用于对各个凸轮轴的旋转角度、亦即进气凸轮转角和排气凸轮转角进行检测的进气凸轮转角传感器50和排气凸轮转角传感器52。
另外，本实施方式的系统进一步具备：对搭载了柴油发动机10的车辆的油门踏板踏入量(油门开度)进行检测的油门开度传感器54；对进气歧管压力(进气压力)进行检测的进气压力传感器56；对排气歧管压力(排气压力)进行检测的排气压力传感器58；以及ECU(ElectronicControl Unit)60。另外，上述各种传感器和致动器以及对曲轴转角进行检测的曲轴转角传感器62与ECU60连接。ECU60还能够基于曲轴转角传感器62的检测信号来计算发动机转速。进而，ECU60还能够基于上述凸轮转角传感器50、52的检测信号来计算进气门以及排气门的开闭时期的提前量。ECU60通过基于各传感器的输出按照规定的程序使各致动器作动，来控制柴油发动机10的运行状态。
[利用了排气压力脉动的体积效率提高控制]
本实施方式的系统，通过具备上述的进气可变动阀机构46以及排气可变动阀机构48，可以任意地调整气门重叠期间。据此，在本实施方式的系统中，能够在规定的运行区域(例如低转速高负载区域)，执行利用排气歧管压力的脉动以使柴油发动机10的体积效率ηV(缸内空气量)提高的体积效率提高控制。图2是表示体积效率提高控制执行过程中的进气歧管压力和排气歧管压力与曲轴转角之间的关系的图。
如图2所示那样，进气歧管压力不论曲轴转角如何都大致恒定。相对于此，排气歧管压力伴随于废气从各气缸的排气门间歇性地排出而进行脉动(周期性地变动)。更具体而言，随着排气门的打开时期推迟，废气向排气歧管18内排出的时期推迟，排气歧管压力脉动的波形向图2中的右侧移动。也就是说，通过使排气门的打开时期变化，来使排气歧管压力脉动的波形向图2中的左右移动。另外，排气歧管压力脉动的波形还因伴随于发动机转速的变化在排气歧管内流动的废气的流速变化而发生变化。
图2所示的波形表示，以使排气歧管压力脉动的谷底部分与存在于排气上止点(TDC)附近的气门重叠期间(O/L期间)一致的方式，考虑与发动机转速之间的关系的同时对排气门的打开时期进行了控制的状态。另外，图2所示的波形表示通过在涡轮效率良好的状态下实施增压供气，从而相对于排气压力提高了进气压力(增压压力)的状态。在这种状态下，充分地确保图2中用阴影表示的区域、亦即在气门重叠期间进气压力高于排气压力的区域。其结果，充分地获得使得新空气易于流入气缸内，并且借助于流入的新空气将气缸内的已燃气体迅速地赶出至排气口的效果(所谓扫气效果)。
图2中用阴影所示的区域越大则上述那样的扫气效果就越大。从而，只要以确保该区域较大的方式进行气门重叠期间的调节就能够充分获得扫气效果，其中，气门重叠期间的调节是基于使用了进气可变动阀机构46的进气门打开时期的调整或使用了排气可变动阀机构48的排气门关闭时期的调整进行的。这样一来，通过执行利用扫气效果的体积效率提高控制，就能够使残留气体量充分减少，而相应地能够增加气缸内所填充的新空气的量。也就是说，能够使体积效率(填充效率)ηV增大。其结果，可以很好地提高柴油发动机10的转矩。
[对具备可变喷嘴式涡轮增压机的系统适用体积效率提高控制时的课题]
图3是用于说明排气压力脉动的强度给上述体积效率提高控制带来的影响的图。
在图3中表示加速初期等进气量较少(换言之，发动机负载较低)，尚未形成强度充分的排气压力脉动的情形。另外，在图3中还表示了进气量变多(换言之，发动机负载变高)，已形成强度充分的排气压力脉动，并且以涡轮效率良好的状态使用了涡轮增压机22，从而，相对于排气压力很好地提高了进气压力的情形。更具体而言，若如图3中下侧所示的波形那样，在加速初期等排气压力脉动较弱的运行条件下，因发出了向高负载侧转移的要求而伴随着增压供气使柴油发动机10的负载提高了，则如图3中上侧所示的波形那样，排气压力脉动增强，并且相对于排气压力很好地提高了进气压力(增压压力)。
如图3中下侧的波形所示那样，在排气压力脉动较弱(脉动的振幅较小)的条件下，在设定了气门重叠期间的排气上止点附近，进气压力高于排气压力的区域变小。因此，在此情况下，扫气效果变小，无法满意地获得上述体积效率提高控制所带来的效果。
本实施方式的系统如前文所述具备可变喷嘴式涡轮增压机22。在具备这种涡轮增压机的现有内燃机中，为了在加速时迅速地提高内燃机的转矩而通过将可变喷嘴的开度向全闭附近进行控制来提高增压压力，由此进行增加进气量之类的控制。但是，本实施方式的系统除了这种可变喷嘴式涡轮增压机22外还具备能够调整气门重叠期间的可变动阀机构46、48。
在具有上述那种构成的本实施方式的系统中，在加速时，若在可变喷嘴22c的开度已被控制到全闭附近的状态下设定了气门重叠期间，则在加速初期因排气压力脉动较弱，故如上述那样无法获得充分的扫气效果。
另外，在加速时，若在可变喷嘴22c的开度已被控制到全闭附近的状态下设定了气门重叠期间，则因可变喷嘴22c的开度已被控制到全闭附近，而在加速过程中导致排气压力的上升，难以获得扫气效果，并且因已设定了气门重叠期间而发生废气向进气口侧吹回的情况。其结果，与在加速时将可变喷嘴的开度向全闭附近进行控制的同时未设定气门重叠期间的情况相比，体积效率ηV将会恶化。关于这种问题点，下面参照图4进一步详述。
图4是用于说明可变喷嘴的开度对于使用上述图2所说明的扫气效果之影响的图。此外，图4中的体积效率ηV的提高量意味着以未设定气门重叠期间的情况为基准(零)的、设定了气门重叠期间时的体积效率ηV的提高量。
随着可变喷嘴22c的开度(VN开度)接近全闭，排气压力上升，所以如图4所示那样可知，差压(排气压力一进气压力)变大。这样，若将VN开度向关闭侧进行控制，则因排气压力过度升高而使涡轮效率恶化。若涡轮效率较差，则相对于排气压力进气压力就不会很好地升高，所以就难以获得充分的扫气效果，进气压力高于排气压力的区域将会变小。其结果，若将VN开度向关闭侧进行控制，则上述的扫气效果将会变无，与未设定气门重叠期间的情况相比，体积效率ηV就会下降。
相对于此，若将VN开度向打开侧进行控制，则因涡轮效率变好而使进气压力相对于排气压力很好地提高，就能够充分获得上述的扫气效果。因此，如根据图4亦可知道那样，若将VN开度向打开侧进行控制，则与未设定气门重叠期间的情况相比，就会使体积效率ηV很好地提高。但是，在进气量较少的加速初期阶段，若将可变喷嘴22c的开度向打开侧的开度进行控制，则直到排气压力脉动变强为止所需要的时间将会变长。
[实施方式1的特征部分]
图5是用于说明本发明实施方式1中的特征性控制的时间图。
在本实施方式的系统中，在具备可变喷嘴式涡轮增压机22；能够调整气门重叠期间的可变动阀机构46、48的构成的基础上，在发出了需要较强的排气压力脉动这一要求的加速开始时，进行如下控制以便能够解决上述的各种问题。
亦即、在本实施方式中，在检测到来自驾驶者的加速要求的时间点t0，如图5中(A)所示那样控制可变喷嘴22c以使VN开度成为全闭，并且如图5中(B)所示那样控制可变动阀机构46、48以使气门重叠期间成为零。此外，在图5所示的控制例中，为说明上的方便而采用如下的例子：在加速要求的检测时间点t0已经如上述那样对VN开度以及气门重叠期间进行了控制。
在本实施方式中，在直到到达能够判断为排气压力脉动已变强的时间点t1的期间，亦即在加速初期阶段，如上述那样继续进行将VN开度设为全闭，将气门重叠期间设为零的控制。其结果，柴油发动机10的转矩就如图5中(C)所示那样逐渐开始上升。
之后，在到达了能够判断为排气压力脉动已变强的上述时间点t1的情况下，将VN开度向规定的中间开度(更具体而言就是涡轮效率良好的开度)进行打开。关于另一方面的气门重叠期间，在此时间点t1仍然保持为零不变。在到达了时间点t2之时开始进行气门重叠期间的调整，该时间点t2是能够判断为随着时间点t1之后的时间经过涡轮效率逐渐提高而达到了进气压力比排气压力高的条件的时间点。更具体而言，就是不断扩大气门重叠期间以使其与排气压力脉动成为谷底的正时相重叠。
图6是用于说明通过执行上述图5所示的控制所获得的效果的概念图。此外，在图6中，实线所表示的波形对应于上述的本实施方式的控制。另外，虚线所表示的波形对应于在不具有气门重叠期间调整机构的内燃机中，在加速时将VN开度维持于全闭时的控制。进而，单点划线所表示的波形对应于从加速最初开始将VN开度维持于全闭、且设定了气门重叠期间时的控制。进而，双点划线所表示的波形对应于从加速最初开始将VN开度打开一定量、且设定了气门重叠期间时的控制。
相对于图6所示的其他控制模式，本实施方式的控制能够起到如以下所示那样的出色效果。
首先，对本实施方式的控制(实线)和虚线所表示的控制进行比较。如图6所示那样，在加速初期阶段，虚线所表示的控制与本实施方式的控制相同，所以两者没有差。但是，在本实施方式的控制中，在判断为排气压力脉动已变强的时间点t1，VN开度被打开、且之后设定气门重叠期间，相对于此，在虚线所表示的控制中，即便在上述时间点t1以后也一直未设定气门重叠期间。因此，在虚线所表示的控制中，对于利用了已变强的排气压力脉动的扫气效果，就无法利用，与此相应，其结果是，相对于本实施方式的控制，转矩上升相应地需要时间。
接着，对本实施方式的控制(实线)和单点划线所表示的控制进行比较。在单点划线所表示的控制中，由于在进气压力因排气压力脉动较弱之类的理由而未变得比排气压力高的加速初期阶段，设定了气门重叠期间，所以体积效率ηV因废气向进气侧吹回而恶化。另外，在单点划线所表示的控制中，即便在排气压力脉动变强的加速中期以后VN开度也维持于全闭而导致涡轮效率的恶化，无法相对于排气压力使进气压力充分升高，所以就难以获得扫气效果，并且体积效率ηV因废气向进气侧吹回而恶化。因此，在单点划线所表示的控制中，结果也是，相对于本实施方式的控制，转矩的上升需要时间，并且转矩的大小本身也无法充分地提高。
接着，对本实施方式的控制(实线)和双点划线所表示的控制进行比较。在双点划线所表示的控制中，在加速初期阶段，由于VN开度被打开一定量，所以相对于本实施方式的控制，直到排气压力脉动变强为止所需要的时间变长。因此，对于双点划线所表示的控制，结果是，相对于本实施方式的控制，与这种排气压力脉动的形成延迟时间相应，转矩的上升需要时间。
如以上所说明那样，根据本实施方式的控制，在加速初期阶段，通过将VN开度缩小以使其成为全闭来促进进气量的增加，据此就能够提前提高排气压力脉动，并能够提前利用扫气效果。进而，通过在加速初期阶段将气门重叠期间设为零，就能够很好地防止废气向进气侧吹回而引起的体积效率ηV的恶化。
另外，根据本实施方式的控制，在排气压力脉动已变强的加速中期以后，通过将VN22c打开至涡轮效率好的开度，就能够使排气压力相对于进气压力(增压压力)降低，能够充分地利用扫气效果。另外，还能够谋求兼顾这种扫气效果的实现和涡轮效率的确保。
进而，根据本实施方式的控制，在加速中期将设定气门重叠期间的时刻设为VN开度的打开动作后，从而能够在在排气上止点附近可靠地确保了进气压力比排气压力高的区域以后，设定气门重叠期间。因此，就能够避免发生废气向进气侧吹回，能够充分地利用扫气效果。
[用于使开始利用扫气效果时的转矩高低差缓和的方法]
图7是用于说明上述图5所示的控制的课题的图。
根据以上所说明的本实施方式的控制，可以通过利用扫气效果在加速时较大地提高柴油发动机10的转矩。但是，能够有效利用这种扫气效果的期间是，接受排气压力脉动已充分变强这一事实并设定了气门重叠期间后的加速中期以后的期间。换言之，在为了利用扫气效果已开始气门重叠期间的设定的时期，转矩增加较大。其结果，就有可能如图7的(A)中细线所示那样，随着气门重叠期间的设定开始将会产生转矩高低差。
因而，在本实施方式中，为了使开始利用扫气效果时的转矩高低差缓和，而在加速时利用切换阀44来调整排气系统容积。更具体而言，就是如图7的(B)所示那样，首先，当在加速初期检测到提高排气压力脉动的要求的情况下，关闭切换阀44以减少排气系统容积。据此，就能够有效地提高排气压力脉动。
在这一点上，本实施方式中如图7的(B)所示那样，在为了利用扫气效果而设定气门重叠期间的时刻，在柴油发动机10的数循环(cycle)内(在规定时间内)将切换阀44暂时性地打开。而且，在该数循环经过后再次将切换阀44关闭，由此，在之后的加速期间最大限度地利用扫气效果。
根据以上的控制，通过在气门重叠期间的上述设定时刻将切换阀44暂时性地打开，而使排气压力脉动暂时性地减弱。据此，就能够在气门重叠期间的设定最初暂时性地减少扫气效果。因此，如在图7的(A)中粗线所示那样，能够使转矩高低差缓和的同时使之后的加速(转矩上升)变得良好。进一步补充，则，根据这种切换阀44的控制，由于在事先充分地提高排气压力脉动的基础上暂时性减少排气系统容积以使排气压力脉动变小，所以，能够在再次关闭了切换阀44以后立即利用较强的排气压力脉动。因此，就能够在开始利用扫气效果时使转矩高低差缓和的同时充分高地维持加速时的最终转矩的达到水平。
另外，还可以不同于上述采用了切换阀44的控制的方法，在保持将切换阀44关闭的状态不变的条件下降低燃料喷射量，以使气门重叠期间的设定开始时的转矩高低差缓和。但是，上述采用了切换阀44的控制的方法与这种方法相比，因如下理由而在耗油量方面具有优点。亦即、在采用了在保持将切换阀44关闭的状态不变的条件下降低燃料喷射量的方法的状态下，与上述进行了切换阀44的控制的状态相比，成为排气压力较高的状态(也就是说泵气损失较大的状态)。从而，在采用了降低燃料喷射量的方法的情况下，与上述采用了切换阀44的控制的方法的情况相比，为了输出相同转矩将需要更多的燃料喷射量。因此，上述采用了切换阀44的控制的方法就在耗油量方面具有优点。
[实施方式1中的具体处理]
图8是为了实现以上所说明的本实施方式的控制，而由ECU60执行的程序的流程图。
在图8所示的程序中，首先基于油门开度传感器54的输出，来判别是否有来自驾驶者的车辆加速要求(步骤100)。在其结果是判定为有加速要求的情况下，接下来，对可变喷嘴(VN)22c的开度进行控制，以使其从当前时间点的开度变成全闭(步骤102)，并且，对气门重叠期间进行控制，以使其从当前时间点的期间变成零(步骤104)。进而，在此情况下，为了缩小排气系统容积而将切换阀44闭阀(步骤106)。
接着，基于进气压力传感器56的输出取得进气压力(进气歧管压力)(步骤108)，并且，基于排气压力传感器58的输出取得排气压力(排气歧管压力)(步骤110)。
接着，判别排气压力和进气压力的差压是否为小于等于规定的判定值的值(步骤112)。这一判定值是作为用来判断排气压力脉动是否已充分变强的值而预先设定的值。其结果，在该步骤112的判定不成立的期间，分别继续进行将VN开度设为全闭的控制、将气门重叠期间设为零的控制以及将切换阀44关闭的控制。
另一方面，在因上述步骤112中的判定成立而能够判断为排气压力脉动已充分变强的情况下，接下来，将VN开度打开为涡轮效率优良的中间开度(步骤114)。ECU50存储着根据与发动机转速及进气量等柴油发动机10的运行条件之间的关系决定了涡轮效率良好的VN开度的映射(省略图示)。在本步骤114中，参照这种映射，将VN开度打开，以成为在存在加速要求后的运行条件下涡轮效率良好的开度。
接着，取得当前时间点的进气压力以及排气压力(步骤116、118)。接下来，判别排气压力是否已低于规定的判定值(步骤120)。因在上述步骤114中已经执行了将VN开度打开至涡轮效率良好的开度的控制，故排气压力开始下降。本步骤120中的判定值是作为用来判断排气压力是否已下降至充分地获得使用上述图2所说明的扫气效果那样的条件的值而预先设定的值。
其结果，在判定为该步骤120的判定成立、亦即能够判断为已满足获得充分的扫气效果那样的压力条件的情况下，以与排气压力脉动成为谷底的正时相重叠的方式设定正的气门重叠期间(步骤122)。更具体而言，就是在本步骤122中，利用由上述步骤116以及118所检测出的进气压力以及排气压力的各自的压力波形，取得在排气上止点附近产生的排气压力脉动的谷底的排气压力和进气压力的2个交点(参照图3中所示的交点P1、P2)处的曲轴转角。而且，使用可变动阀机构46、48来调整气门重叠期间，以使得进气门的打开时期为上述交点P1，且排气门的关闭时期为上述交点P2。
更详细地进行说明，这些交点P1、P2的位置(曲轴转角)根据上述步骤114中的VN开度的变化而变化。这是因为，进气压力相对于排气压力的关系因VN开度发生变化而变化。根据本步骤122的处理，与起因于VN开度变化的交点P1、P2的位置变化相应，气门重叠期间慢慢地发生改变。具体而言，根据本步骤122的处理，随着将VN开度打开，在排气上止点附近产生的排气压力脉动的谷底，进气压力高于排气压力的区域慢慢地扩大(换言之，图3中的交点P1和交点P2的距离慢慢地离开)，伴随于此，气门重叠期间慢慢地扩大。此外，在本步骤122中，基于实际的排气压力和进气压力的各自的检测值，取得应当作为进气门的打开时期和排气门的关闭时期的曲轴转角亦即上述交点P1、P2。但是，这些交点P1、P2的取得方法并不限定于这种方法，例如根据与发动机转速、VN开度、进气量、发动机负载(
Figure GPA00001022132600161
)以及排气门的打开时期之间的关系预先通过实验等来决定该交点P1、P2。而且，还可以将该关系作为映射预先存储在ECU60中，并通过在实际机器上根据与发动机转速、VN开度、进气量、发动机负载以及排气门的打开时期之间的关系来参照这种映射，取得该交点P1、P2。
另外，在判定为在上述步骤120的判定成立的情况下(亦即在能够判断为已满足获得充分的扫气效果那样的压力条件的情况下)，进一步将切换阀44在数循环内(规定时间)暂时性地开阀(步骤124)。
根据以上说明的图8所示的程序，在发出了作为提高排气压力脉动的要求的一例的加速要求的情况下，首先，在加速初期阶段将VN开度控制为全闭并且将气门重叠期间控制为零。另外，在此情况下，关闭切换阀44。之后，在能够判断为排气压力脉动已变强的时间点，将VN开度打开为涡轮效率良好的开度。而且，在进行了这种VN22c的打开动作以后，在能够判断为已成为获得充分的扫气效果那样的压力条件的时间点，设定与VN开度相应的气门重叠期间。进而，在进行此气门重叠期间的设定的同时使切换阀44暂时性地打开。根据以上处理，能够在使开始利用扫气效果时的转矩高低差缓和的同时在存在加速要求时有效利用扫气效果。
然而，在上述实施方式1中，在将利用扫气效果时的气门重叠期间的设定开始时间点作为起点的规定时间内(数循环)，将切换阀44暂时性地打开以使开始利用扫气效果时的转矩高低差缓和。但是，通过本发明中的排气容积调整单元使排气系统容积暂时性地扩大的规定时间并不限定于这种设定，例如，还可以将气门重叠期间的设定开始时间点作为终点来设定。进而，还可以将该规定时间设定成跨越气门重叠期间的设定开始时间点的时间。
但是，为了通过上述变形例的方法在气门重叠期间的设定开始时间点之前开始排气系统容积的暂时性扩大，就需要在检测到提高排气压力脉动的要求以后预测排气压力脉动充分变高的时间点。这种预测，例如能够通过以下方法来进行。亦即，例如，还可以预先取得根据与VN开度、发动机转速以及燃料喷射量之间的关系而决定了将来的排气压力脉动的强度的映射(省略图示)，并参照这种映射对排气压力脉动将来充分地变高的时间点进行预测。或者，在具备对排气压力和进气压力的每个进行计测或者推定的单元的基础上，基于当前和过去的规定循环量的排气压力和进气压力的各自的计测值(或者推定值)，通过外插方式分别预测将来的排气压力以及进气压力的值。而且，还可以基于它们的压力差来预测排气压力脉动将来充分地变高的时间点。
另外，在上述实施方式1中，在加速中期伴随于VN开度调整对气门重叠期间进行设定时，基于实际的排气压力和进气压力的各自的检测值，取得应当作为进气门的打开时期和排气门的关闭时期的曲轴转角亦即上述交点P1、P2，并结合起因于VN开度变化的该交点P1、P2的位置变化，慢慢地改变气门重叠期间。但是，在加速中期伴随于VN开度调整所进行的气门重叠期间的具体设定方法并不限定于此。亦即，例如还可以采用如下简便方法：在设定气门重叠期间之际，在将进气门的打开时期的提前量和排气门的关闭时期的延迟量同时且同量地进行控制的基础上，随着将VN22c打开，慢慢地扩大气门重叠期间。
此外，在上述实施方式1中，分别地，ECU60通过使用进气可变动阀机构46以及排气可变动阀机构48对气门重叠期间进行控制来实现上述第1发明中的“重叠期间控制单元”，通过对省略图示的致动器提供指令来控制可变喷嘴22c的开度来实现上述第1发明中的“喷嘴开度控制单元”，通过执行上述步骤100的处理来实现上述第1发明中的“脉动生成要求检测单元”，通过执行上述步骤106以及124的处理来实现上述第1发明中的“排气容积调整单元”，通过执行上述步骤112的处理来实现上述第1发明中的“脉动生成状态取得单元”，通过执行上述步骤102的处理来实现上述第1发明中的“喷嘴关闭控制执行单元”，通过执行上述步骤104的处理来实现上述第1发明中的“重叠期间限制单元”，而且通过执行上述步骤122的处理来实现上述第1发明中的“重叠期间设定单元”。另外，可变喷嘴22c的全闭开度相当于上述第1发明中的“第1规定开度”。
另外，涡轮效率良好的开度相当于上述第5发明中的“第2规定开度”。另外，ECU60通过执行上述步骤114的处理来实现上述第5发明中的“喷嘴打开控制执行单元”。

Claims (5)

1.一种内燃机控制装置，其特征在于，具备：
可变动阀机构，使进气门开阀期间和排气门开阀期间相重叠的气门重叠期间可变；
重叠期间控制单元，通过控制上述可变动阀机构来控制上述气门重叠期间；
涡轮增压机，具有由内燃机的排气能量驱动的涡轮和用于调整供给到该涡轮的废气的流量的可变喷嘴；
喷嘴开度控制单元，控制上述可变喷嘴的开度；
脉动生成要求检测单元，检测有无提高排气压力脉动的要求；
排气容积调整单元，调整排气系统容积；以及
脉动生成状态取得单元，取得判断为排气压力脉动已提高的判断时间点、或者预测为排气压力脉动已提高的预测时间点，
上述喷嘴开度控制单元包括喷嘴关闭控制执行单元，该喷嘴关闭控制执行单元用于在从检测到提高排气压力脉动的要求的检测时间点到上述判断时间点或者上述预测时间点的期间，将上述可变喷嘴的开度控制成比上述检测时间点的该可变喷嘴的开度靠关闭侧的第1规定开度，
上述重叠期间控制单元包括：
重叠期间限制单元，用于在从上述检测时间点到上述判断时间点或者上述预测时间点的期间，将气门重叠期间控制成短于上述检测时间点的气门重叠期间；以及
重叠期间设定单元，用于在上述判断时间点或者上述预测时间点经过以后，以与排气压力脉动成为谷底的正时相重叠的方式设定气门重叠期间，
上述排气容积调整单元，在以上述重叠期间设定单元的气门重叠期间的设定开始时间点为始点或者为终点的规定时间内、或者跨越上述设定开始时间点的规定时间内，暂时扩大上述排气系统容积。
2.按照权利要求1所述的内燃机控制装置，其特征在于，还具备：
废气回流通路，将排气通路和进气通路连通；以及
EGR阀，被配置于上述废气回流通路的途中，对从上述排气通路向上述进气通路的废气再循环量进行控制，
其中，上述排气容积调整单元是如下的切换阀：被配置于比上述EGR阀靠近上述排气通路侧的上述废气回流通路中，在使上述排气通路和上述废气回流通路成为连通状态和成为切断状态之间进行切换。
3.按照权利要求1或者2所述的内燃机控制装置，其特征在于，
提高排气压力脉动的上述要求是内燃机的加速要求，
上述脉动生成要求检测单元基于油门开度的变化来检测上述要求。
4.按照权利要求1或者2所述的内燃机控制装置，其特征在于，
上述重叠期间限制单元，在从上述检测时间点到上述判断时间点或者上述预测时间点的期间，将气门重叠期间限制为零。
5.按照权利要求1或者2所述的内燃机控制装置，其特征在于，
上述喷嘴开度控制单元还包括喷嘴打开控制执行单元，该喷嘴打开控制执行单元，在上述判断时间点经过以后，将上述可变喷嘴的开度控制成比上述第1规定开度靠打开侧的第2规定开度，
上述重叠期间设定单元，在由上述喷嘴打开控制执行单元将上述可变喷嘴的开度控制成上述第2规定开度以后，以与排气压力脉动成为谷底的正时相重叠的方式设定气门重叠期间。
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