CN101981295B - 火花点火式内燃机 - Google Patents

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Abstract

在内燃机中，具备能够变更机械压缩比的可变压缩比机构(A)和能够控制进气门(7)的关闭正时的可变气门正时机构(B)。在向燃烧室(5)供给的吸入空气量较少时，将进气门(7)的关闭正时保持为界限关闭正时，通常在向燃烧室(5)供给的吸入空气量增大某一程度时，开始进气门(7)的关闭正时的提前作用。与此相对，当在向燃烧室(5)供给的吸入空气量较少时进行紧急加速运行时，立即开始进气门(7)的关闭正时的提前作用。

Description

火花点火式内燃机
技术领域
本发明涉及火花点火式内燃机。
背景技术
已知一种火花点火式内燃机，其具备能够变更机械压缩比的可变压缩比机构和能够控制进气门的关闭正时的可变气门正时机构，向燃烧室供给的吸入空气量主要是通过使进气门的关闭正时变化来控制的，随着向燃烧室供给的吸入空气量减少而使机械压缩比向最大机械压缩比增大，随着使进气门的关闭正时在从进气下止点离开的方向上向界限关闭正时移动而使向燃烧室供给的吸入空气量减少，并且在进气门的关闭正时达到界限关闭正时时，向燃烧室供给的吸入空气量变为作为基于可变气门正时机构的控制界限的控制界限吸入空气量，在向燃烧室供给的吸入空气量相比控制界限吸入空气量进一步减少时，通过节气门控制向燃烧室供给的吸入空气量，将此时进气门的关闭正时保持为界限关闭正时(参照专利文献1)。
在该内燃机中，如果在向燃烧室供给的吸入空气量相比控制界限吸入空气量少时、即向燃烧室供给的吸入空气量由节气门控制时，进行加速运行，则为了得到最良好的燃料经济性，不管加速的程度如何，首先最开始将节气门向全开方向打开，并且接下来在节气门变为全开时，为增大向燃烧室供给的吸入空气量，开始进气门的关闭正时的从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动。
专利文献1：特开2007-303423号公报
发明内容
然而，为了在要求迅速的加速时得到最良好的燃料经济性，首先最开始将节气门打开至全开，接下来使进气门的关闭正时向进气下止点移动，此时向燃烧室供给的吸入空气量增大需要时间，即发动机的输出转矩增大需要时间，存在虽然要求迅速的加速但不能得到良好的加速这样的问题。
本发明的目的在于提供一种在要求迅速的加速时能够得到良好的加速的火花点火式内燃机。
根据本发明，提供一种火花点火式内燃机，其具备能够变更机械压缩比的可变压缩比机构和能够控制进气门的关闭正时的可变气门正时机构，向燃烧室供给的吸入空气量主要是通过使进气门的关闭正时变化来控制的，随着向燃烧室供给的吸入空气量减少而使机械压缩比向最大机械压缩比增大，随着使进气门的关闭正时在从进气下止点离开的方向上向界限关闭正时移动而使向燃烧室供给的吸入空气量减少，并且在进气门的关闭正时达到界限关闭正时时，向燃烧室供给的吸入空气量变为作为可变气门正时机构的控制界限的控制界限吸入空气量，在向燃烧室供给的吸入空气量相比控制界限吸入空气量进一步减少时，将进气门的关闭正时保持为界限关闭正时，其中：在当向燃烧室供给的吸入空气量比控制界限吸入空气量少时进行加速运行的情况下，在要求加速程度比预先确定的程度高时，与要求加速程度比预先确定的程度低时相比，在向燃烧室供给的吸入空气量较少时，开始进气门的关闭正时从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动。
在要求加速度程度较高时，与要求加速度程度较低时相比，在向燃烧室供给的吸入空气量较少时，即在有了加速要求之后，在较早时间使进气门的关闭正时向进气下止点变化而开始向燃烧室供给的吸入空气量的增量作用。其结果，发动机输出转矩的上升提早，这样能够得到与要求相适合的良好的加速。
附图说明
图1是火花点火式内燃机的整体图；
图2是可变压缩比机构的分解立体图；
图3(A)以及3(B)是图解表示的内燃机的侧面剖视图；
图4是表示可变气门正时机构的图；
图5是表示进气门以及排气门的升程量的图；
图6(A)、6(B)以及6(C)是用于说明机械压缩比、实际压缩比以及膨胀比的图；
图7是表示理论热效率与膨胀比的关系的图；
图8(A)以及8(B)是用于说明通常的循环以及超高膨胀比循环的图；
图9是表示与发动机负载相应的机械压缩比等的变化的图；
图10是表示与向燃烧室供给的吸入空气量的目标值GAt相应的机械压缩比等的变化的图；
图11是表示向燃烧室供给的吸入空气量的GAO的要求值的曲线图的图；
图12是表示向燃烧室供给的吸入空气量的GAO、GAO2与目标值GAt1、GAt2的图；
图13是表示加速时的机械压缩比等的时间变化的图；
图14是用于进行运行控制的流程图；
图15是用于计算修正值KGA的流程图。
具体实施方式
在图1中表示火花点火式内燃机的侧面剖视图。
参照图1，1表示曲轴箱，2表示气缸体，3表示气缸盖，4表示活塞，5表示燃烧室，6表示配置在燃烧室5的顶面中央部的火花塞，7表示进气门，8表示进气口，9表示排气门，10表示排气口。进气口8经由进气支管11连结于稳压箱12，在各进气支管11上配置有用于分别向对应的进气口8内喷射燃料的燃料喷射阀13。另外，燃料喷射阀13也可以不安装于各进气支管11而配置于各燃烧室5内。
稳压箱12经由进气管14连结于空气滤清器15，在进气管14内配置有通过致动器16驱动的节气门17和例如使用红外线的吸入空气量检测器18。另一方面，排气口10经由排气歧管19连结于内装有例如三元催化剂的催化剂转换器20，在排气歧管19内配置有空燃比传感器21。
另一方面，在图1所示的实施例中，在曲轴箱1与气缸体2的连结部设有可变压缩比机构A，该可变压缩比机构A能够通过使曲轴箱1与气缸体2的气缸轴线方向的相对位置变化而变更活塞4位于压缩上止点时的燃烧室5的容积，还设有能够变更实际的压缩作用的开始正时的实际压缩作用开始正时变更机构B。另外，在图1所示的实施例中，该实际压缩作用开始正时变更机构B由能够控制进气门7的关闭正时的可变气门正时机构构成。
电子控制单元30由数字计算机构成，具备通过双向总线31互相连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35以及输出端口36。吸入空气量检测器18的输出信号以及空燃比传感器21的输出信号经由各自对应的AD转换器37被输入于输入端口35。另外，在加速踏板40上连接有产生与加速踏板40的踏入量L成比例的输出电压的负载传感器41，负载传感器41的输出电压经由对应的AD转换器37被输入于输入端口35。而且，在输入端口35上连接有曲轴每旋转例如30°就产生输出脉冲的曲柄转角传感器42。另一方面，输出端口36经由对应的驱动电路38连接于火花塞6、燃料喷射阀13、节气门驱动用致动器16、可变压缩比机构A以及可变气门正时机构B。
图2表示图1所示的可变压缩比机构A的分解立体图；图3表示图解表示的内燃机的侧面剖视图。参照图2，在气缸体2的两侧壁的下方形成有互相隔着间隔的多个突出部50，在各突出部50内分别形成有截面圆形的凸轮插入孔51。另一方面，在曲轴箱1的上壁面上形成有互相隔着间隔而分别嵌合于对应的突出部50之间的多个突出部52，在这些各突出部52内也分别形成有截面圆形的凸轮插入孔53。
如图2所示那样设有一对凸轮轴54、55，在各凸轮轴54、55上每隔一个地固定有能够旋转地插入各凸轮插入孔51内的圆形凸轮56。这些圆形凸轮56与各凸轮轴54、55的旋转轴线同轴。另一方面，在各圆形凸轮56之间，如图3中阴影所示那样延伸有相对于各凸轮轴54、55的旋转轴线偏心配置的偏心轴57，在该偏心轴57上偏心地能够旋转地安装有另外的圆形凸轮58。如图2所示那样，将这些圆形凸轮58配置在各圆形凸轮56之间，将这些圆形凸轮58能够旋转地插入对应的各凸轮插入孔53内。
在从图3(A)所示的状态下，将固定在各凸轮轴54、55上的圆形凸轮56如图3(A)中实线的箭头所示那样向互相相反方向旋转时，偏心轴57向下方中央移动，所以圆形凸轮58在凸轮插入孔53内如图3(A)中虚线的箭头所示那样向与圆形凸轮56相反方向旋转，在如图3(B)所示那样偏心轴57移动到下方中央时，圆形凸轮58的中心向偏心轴57的下方移动。
将图3(A)与图3(B)进行比较可知，曲轴箱1与气缸体2的相对位置由圆形凸轮56的中心与圆形凸轮58的中心的距离确定，圆形凸轮56的中心与圆形凸轮58的中心的距离变得越大，则气缸体2越从曲轴箱1远离。在气缸体2从曲轴箱1远离时，活塞4位于压缩上止点时的燃烧室5的容积增大，因此通过使各凸轮轴54、55旋转，能够变更活塞4位于压缩上止点时的燃烧室5的容积。
如图2所示，为了使各凸轮轴54、55分别向相反方向旋转，在驱动电机59的旋转轴上分别安装有螺旋方向反向的一对蜗轮61、62，在各凸轮轴54、55的端部分别固定有与这些蜗轮61、62啮合的齿轮63、64。在本实施例中，通过驱动驱动电机59，能够使活塞4位于压缩上止点时的燃烧室5的容积在较大的范围内变更。另外，图1至图3所示的可变压缩比机构A仅表示一例，也可以使用任何形式的可变压缩比机构。
另一方面，图4表示在图1中安装于用于驱动进气门7的凸轮轴70的端部的可变气门正时机构B。如果参照图4，该可变气门正时机构B具备：通过发动机的曲轴借助正时皮带向箭头方向旋转的正时轮(timingpulley)71；与正时轮71一起旋转的圆筒状外壳72；与进气门驱动用凸轮轴70一起旋转并且能够相对于圆筒状外壳72相对旋转的旋转轴73；从圆筒状外壳72的内周面延伸到旋转轴73的外周面的多个分隔壁74；和在各分隔壁74之间从旋转轴73的外周面延伸到圆筒状外壳72的内周面的叶片75，并且在各叶片75的两侧分别形成有提前角用油压室76与滞后角用油压室77。
工作油的向各油压室76、77的供给控制是由工作油供给控制阀78进行的。该工作油供给控制阀78具备：分别连结于各油压室76、77的油压口79、80；从油压泵81排出的工作油的供给口82；一对排油口83、84；和进行各口79、80、82、83、84之间的连通切断控制的滑阀85。
在应该使进气门驱动用凸轮轴70的凸轮的相位提前时，在图4中使滑阀85向右方移动，将从供给口82供给的工作油经由油压口79向提前角用油压室76供给，并且将滞后角用油压室77内的工作油从排油口84排出。此时，使旋转轴73相对于圆筒状外壳72向箭头方向相对旋转。
与此相对，在应该使进气门驱动用凸轮轴70的凸轮的相位滞后时，在图4中使滑阀85向左方移动，将从供给口82供给的工作油经由油压口80向滞后角用油压室77供给，并且将提前角用油压室76内的工作油从排油口83排出。此时，使旋转轴73相对于圆筒状外壳72向与箭头相反方向相对旋转。
在使旋转轴73相对于圆筒状外壳72相对旋转时，如果使滑阀85返回到图4所示的中立位置，则使旋转轴73的相对旋转动作停止，旋转轴73被保持为此时的相对旋转位置。因此，能够通过可变气门正时机构B使进气门驱动用凸轮轴70的凸轮的相位提前或者滞后所希望的量。
在图5中实线表示通过可变气门正时机构B使进气门驱动用凸轮轴70的凸轮的相位最提前时的状态，虚线表示使进气门驱动用凸轮轴70的凸轮的相位最滞后时的状态。因此，进气门7的打开正时能够在图5中实线所示的范围与虚线所示的范围之间任意地设定，因此进气门7的关闭正时也能够设定为在图5中箭头C所示的范围内的任意的曲柄转角。
图1以及图4所示的可变气门正时机构B表示一例，能够使用例如能够将进气门的打开正时维持为一定地仅改变进气门的关闭正时的可变气门正时机构等各种形式的可变气门正时机构。
接下来一边参照图6(A)至图6(C)一边对在本申请中使用的用语的意思进行说明。另外，在图6的(A)、(B)、(C)中，为了说明，表示了燃烧室容积为50ml且活塞的行程容积(排量)为500ml的发动机，在这些图6的(A)、(B)、(C)中，所谓燃烧室容积表示活塞位于上止点时的燃烧室的容积。
图6(A)对机械压缩比进行了说明。机械压缩比是仅根据压缩行程时的活塞的行程容积与燃烧室容积来机械地确定的值，该机械压缩比是通过(燃烧室容积+行程容积)/燃烧室容积来表示的。在图6(A)所示的例子中该机械压缩比为(50ml+500ml)/50ml＝11。
图6(B)对实际压缩比进行了说明。该实际压缩比是根据从实际开始压缩作用时起到活塞到达上止点为止的实际的活塞行程容积与燃烧室容积机械来确定的值，该实际压缩比是通过(燃烧室容积+实际的行程容积)/燃烧室容积来表示的。即，如图6(B)所示，在压缩行程中在活塞开始上升但进气门打开的期间内不进行压缩作用，从进气门关闭时开始实际的压缩作用。因此，实际压缩比使用实际的行程容积如上所述那样表示。在图6(B)所示的例子中实际压缩比为(50ml+450ml)/50ml＝10。
图6(C)对膨胀比进行了说明。膨胀比是根据膨胀行程时的活塞的行程容积与燃烧室容积来确定的值，该膨胀比是通过(燃烧室容积+行程容积)/燃烧室容积来表示的。在图6(C)所示的例子中该机械压缩比为(50ml+500ml)/50ml＝11。
接下来一边参照图7以及图8一边对本发明中最基本的特征进行说明。另外，图7表示理论热效率与膨胀比的关系，图8(A)以及8(B)表示在本发明中根据负载而分开使用的通常的循环与超高膨胀比循环的比较。
图8(A)表示进气门在下止点附近关闭、并且大致从进气下止点附近起开始基于活塞的压缩作用时的通常的循环。在该图8(A)所示的例子中，与图6的(A)、(B)、(C)所示的例子同样地，将燃烧室容积设为50ml，将活塞的行程容积设为500ml。从图8(A)可知，在通常的循环中，机械压缩比为(50ml+500ml)/50ml＝11，实际压缩比也大致为11，膨胀比也为(50ml+500ml)/50ml＝11。即，在通常的发动机中，机械压缩比、实际压缩比与膨胀比大致相等。
图7中的实线表示实际压缩比与膨胀比大致相等时的即通常的循环中的理论热效率的变化。可知，此时膨胀比变得越大、即实际压缩比变得越大，则理论热效率就变得越高。因此，在通常的循环中为了提高理论热效率，只要提高实际压缩比即可。然而，为了制约发动机高负载运行时的敲缸(ノツキング)的产生的，实际压缩比最大只能提高到12左右，这样在通常的循环中不能充分地提高理论热效率。
另一方面，在这样的状况下，本发明者对于严密区分机械压缩比与实际压缩比而提高理论热效率进行研究，结果发现，理论热效率受膨胀比支配，实际压缩比对于理论热效率几乎不给予影响。即，在提高实际压缩比时，爆炸力(爆発力)提高，但为了压缩就需要较大的能量，这样即使提高了实际压缩比，理论热效率也几乎不会提高。
与此相对，在增大膨胀比时，在膨胀行程时对活塞作用下压力的期间变长，这样活塞向曲轴给予旋转力的期间变长。因此，膨胀比越大，则理论热效率就变得越高。图7的虚线ε＝10表示在将实际压缩比固定为10的状态下提高了膨胀比时的理论热效率。可知，这样在将实际压缩比维持为较低的值的状态下提高膨胀比时的理论热效率的上升量，与图7的实线所示那样使实际压缩比与膨胀比一起增大时的理论热效率的上升量没有较大的差。
在这样将实际压缩比维持为较低的值时，不会发生敲缸，因此当在将实际压缩比维持为较低的值的状态下提高膨胀比时，能够一边阻止敲缸的发生一边大幅度地提高理论热效率。图8(B)表示使用可变压缩比机构A以及可变气门正时机构B一边将实际压缩比维持为较低的值一边提高了膨胀比时的一例。
参照图8(B)，在该例中通过可变压缩比机构A使燃烧室容积从50ml减少到20ml。另一方面，通过可变气门正时机构B使进气门的关闭正时滞后直到实际的活塞行程容积从500ml变为200ml。其结果，在该例中实际压缩比变为(20ml+200ml)/20ml＝11，膨胀比变为(20ml+500ml)/20ml＝26。可知，在图8(A)所示的通常的循环中，如前所述，实际压缩比大致为11并且膨胀比为11，与此情况相比，在图8(B)所示的情况下仅膨胀比提高到26。这是称为超高膨胀比循环的原因。
一般而言，在内燃机中发动机负载越低，热效率就变得越差，因此为了提高发动机运行时的热效率、即为了提高燃料经济性，就需要提高发动机负载较低时的热效率。另一方面，在图8(B)所示的超高膨胀比循环中，因为减小了压缩行程时的实际的活塞行程容积，所以能够吸入燃烧室5内的吸入空气量变少，因此该超高膨胀比循环仅能在发动机负载较低时采用。因此，在本发明中在发动机负载比较低时设为图8(B)所示的超高膨胀比循环，在发动机高负载运行时设为图8(A)所示的通常的循环。
接下来一边参照图9一边对运行控制整体进行说明。
在图9中表示某一发动机转速下的与发动机负载相应的机械压缩比、膨胀比、进气门7的关闭正时、实际压缩比、吸入空气量、节气门17的开度以及泵作用(pumping)损失的各变化。另外，图9表示为了能通过催化剂转换器20内的三元催化剂同时降低排气中的未燃烧HC、CO以及NOx而基于空燃比传感器21的输出信号将燃烧室5内的平均空燃比反馈控制为理论空燃比的情况。
而且，如上所述，在发动机高负载运行时执行图8(A)所示的通常的循环。因此如图9所示，此时降低了机械压缩比，所以膨胀比较低，如图9中实线所示，使进气门7的关闭正时如图5中实线所示那样提前了。另外，此时向燃烧室5供给的吸入空气量较多，此时节气门17的开度被保持为全开或者大致全开，所以泵作用损失变为零。
另一方面，如图9中实线所示，在发动机负载变低时，使进气门7的关闭正时滞后而减少向燃烧室5供给的吸入空气量。另外，此时为了将实际压缩比维持为大致一定，如图9所示那样随着发动机负载变低而增大机械压缩比，因此随着发动机负载变低，膨胀比也增大。另外，此时节气门17也被保持为全开或者大致全开，因此向燃烧室5供给的吸入空气量不是通过节气门17来控制的而是通过改变进气门7的关闭正时来控制的。此时泵作用损失也变为零。
在这样发动机负载从发动机高负载运行状态降低时，实际压缩比大致一定，基于此随着向燃烧室5供给的吸入空气量减少而使机械压缩比增大。即，与向燃烧室5供给的吸入空气量的减少成比例地减少活塞4到达压缩上止点时的燃烧室5的容积。因此，活塞4到达压缩上止点时的燃烧室5的容积与向燃烧室5供给的吸入空气量成比例地变化。另外，此时在图9所示的例子中燃烧室5内的空燃比变为理论空燃比，所以活塞4到达压缩上止点时的燃烧室5的容积与燃料量成比例地变化。
在发动机负载变得更低时，机械压缩比进一步增大，在发动机负载下降到稍稍靠近低负载的中负载L2为止时，机械压缩比达到作为燃烧室5的构造上限的最大机械压缩比。在机械压缩比达到最大机械压缩比时，在负载与机械压缩比已达到最大机械压缩比时的发动机负载L2相比低的区域，将机械压缩比保持为最大机械压缩比。因此，在低负载侧的发动机中负载运行时以及发动机低负载运行时、即在发动机低负载运行侧，机械压缩比变为最大，膨胀比也变为最大。如果用其他的说法，则在发动机低负载运行侧，为了得到最大的膨胀比而将机械压缩比设为最大。
另一方面，在图9所示的例子中，即使发动机负载变得比L2低，也如图9中实线所示，随着发动机负载降低而使进气门7的关闭正时滞后，在发动机负载下降到L1时，进气门7的关闭正时变为能够控制向燃烧室5供给的吸入空气量的界限关闭正时。在进气门7的关闭正时达到界限关闭正时时，在负载与进气门7的关闭正时已达到界限关闭正时时的发动机负载L1相比低的区域，将进气门7的关闭正时保持为界限关闭正时。
在将进气门7的关闭正时保持为界限关闭正时时，已经不能通过进气门7的关闭正时的变化来控制吸入空气量。在图9所示的实施例中，此时，即在负载与进气门7的关闭正时已达到界限关闭正时时的发动机负载L1相比低的区域，通过节气门17控制向燃烧室5供给的吸入空气量。但是，在进行基于节气门17的向燃烧室5供给的吸入空气量的控制时，如图9所示，泵作用损失增大。
另一方面，如图9所示，在发动机负载比L2高的发动机高负载运行侧，对于同一发动机转速，实际压缩比被维持为大致同一实际压缩比。与此相对，在发动机负载比L2低时、即机械压缩比被保持为界限机械压缩比时，实际压缩比由进气门7的关闭正时确定，如果如发动机负载处于L1与L2之间那样使进气门7的关闭正时滞后，则实际压缩比下降，如果如发动机负载处于比L1低的运行区域那样将进气门7的关闭正时保持为界限关闭正时，则实际压缩比被维持为一定。
但是如上所述，在图8(B)所示的超高膨胀比循环中膨胀比被设为26。该膨胀比越高越优选，但如从图7可知，相对于实际使用上能够使用的下限实际压缩比ε＝5，只要该膨胀比为20以上，便能够得到相当高的理论热效率。因此，在本发明中以使得膨胀比变为20以上的方式形成可变压缩比机构A。
另一方面，如图9中虚线所示，随着发动机负载降低，不借助于节气门17，通过使进气门7的关闭正时提前也能够控制向燃烧室5供给的吸入空气量。因此，如果以能够包含图9中实线所示的情况与虚线所示的情况的方式表达，则在本发明的实施例中，随着发动机负载降低，进气门7的关闭正时向从进气下止点BDC离开的方向移动到能够控制向燃烧室5供给的吸入空气量的界限关闭正时L1为止。
而且，在本发明的实施例中，以使得向燃烧室5供给的吸入空气量变为与发动机的运行状态相应的目标值(下面，称作目标吸入空气量)GAt的方式，控制进气门7的关闭正时以及节气门17的开度。图10表示与这样向燃烧室5供给的吸入空气量变为目标吸入空气量QAt时的目标吸入空气量GAt相对的机械压缩比、进气门7的关闭正时以及节气门17的开度的变化。另外，图10的横轴中的GL1、GL2对应于图9的横轴中的L1、L2。另外，在图10所示的例子中，随着目标吸入空气量GAt增大而使进气门7的关闭正时提前，即使其向接近进气下止点BDC的方向移动。图10所示的关系预先储存于ROM32内，机械压缩比、进气门7的关闭正时以及节气门17的开度与目标吸入空气量GAt的变化相应，通常根据图10所示的关系受控制。
即，如从图10可知，在本发明的实施例中，向燃烧室5供给的吸入空气量主要是通过使进气门7的关闭正时变化来控制的，随着向燃烧室5供给的吸入空气量减少，使机械压缩比向最大机械压缩比增大，随着使进气门7的关闭正时在从进气下止点离开的方向上向界限关闭正时GL1移动，使向燃烧室5供给的吸入空气量减少，并且在进气门7的关闭正时达到界限关闭正时时，向燃烧室5供给的吸入空气量变为作为基于可变气门正时机构B的控制界限的控制界限吸入空气量GL1，在向燃烧室5供给的吸入空气量比控制界限吸入空气量GL1进一步减少时，将进气门7的关闭正时保持为界限关闭正时。
进而，在本发明的实施例中，在向燃烧室5供给的吸入空气量变得比控制界限吸入空气量GL1少时，随着燃烧室5供给的吸入空气量减少，使节气门17的开度减小。即，在向燃烧室5供给的吸入空气量比控制界限吸入空气量GL1少时，通过节气门17控制向燃烧室5供给的吸入空气量。另外，如从图10可知，在向燃烧室5供给的吸入空气量减少而达到GL2时，机械压缩比变为最大，在向燃烧室5供给的吸入空气量变得比GL2更少时，将机械压缩比维持为最大机械压缩比。
车辆运行时的向燃烧室5供给的吸入空气量的要求值(下面称作要求吸入空气量)GAO，作为加速踏板40的踏入量Acc与发动机转速N的函数而以图11所示的曲线图的形态预先储存于ROM32内，通常该要求吸入空气量GAO被设为目标吸入空气量GAt。因此，通常，进气门7的关闭正时等与要求吸入空气量GAO相应地如图10所示那样变化。
然而，机械压缩比的变更、进气门7的关闭正时的变更以及节气门17的开度的变更需要时间，因此进行机械压缩比的变更、进气门7的关闭正时的变更以及节气门17的开度的变更的速度、即能够变更目标吸入空气量GAt的速度是受限制的。因此，在本发明的实施例中，在要求吸入空气量GAO迅速变化时，以能够变更机械压缩比、进气门7的关闭正时以及节气门17的开度的速度使目标吸入空气量GAt变化。接下来，参照图12对此进行说明。
图12表示进行加速运行时的要求吸入空气量GAO与目标吸入空气量Gat随时间变化的情况。另外，在图12中，点划线GAtmax表示能够变更机械压缩比、进气门7的关闭正时以及节气门17的开度的目标吸入空气量GAt的最大允许变化速度。如图12所示在本发明的实施例中，在加速程度较低时，即如虚线GAO2所示那样要求吸入空气量GAO的变化速度比最大允许变化速度GAt低时，使目标吸入空气量GAt如GAt2所示那样追随要求吸入空气量GAO的变化而变化。
与此相对，在加速程度较高时，即如虚线GAO1所示那样要求吸入空气量GAO的变化速度比最大允许变化速度GAtmax大时，如实线GAt1所示那样使目标吸入空气量GAt以最大允许变化速度GAtmax变化。此时机械压缩比、进气门7的关闭正时以及节气门17的开度是基于目标吸入空气量GAt的变化来控制的。另外，在本发明的实施例中，该最大允许变化速度GAtmax被设为一定值，但也可使该GAtmax与加速踏板40的踏入量Acc以及发动机转速N相应地变化。
在按照图10所示的关系与目标吸入空气量GAt相应地控制机械压缩比、进气门7的关闭正时以及节气门17的开度时，热效率变得最高，因此能够得到最良好的燃料经济性。因此在本发明的实施例中，通常机械压缩比、进气门7的关闭正时以及节气门17的开度与目标吸入空气量GAt的变化相应地，按照图10所示的关系受到控制。
因此，如从图10可知，例如在当目标吸入空气量GAt比控制界限吸入空气量GL1少时进行加速运行的情况下，首先最开始将节气门17向全开打开，接下来在节气门17变为全开时，开始进气门7的关闭正时的提前作用。在所要求的加速程度较低时，即使按照图10所示的关系控制机械压缩比、进气门7的关闭正时以及节气门17的开度也不会发生任何问题。
然而，在要求迅速的加速时，为了得到最良好的燃料经济性，按照图10所示的关系首先最开始将节气门17打开到全开，接下来在开始进气门7的关闭正时的提前作用时，向燃烧室5供给的吸入空气量增大需要时间，即发动机的输出转矩增大需要时间，就产生了即使要求迅速的加速也不能得到良好的加速的问题。
因此在本发明中，为了在要求迅速的加速时得到最良好的加速，在目标吸入空气量GAt上升到控制界限吸入空气量GL1之前开始进气门7的关闭正时的提前作用。接下来，参照图13对该情况进行说明。
图13表示进行迅速的加速运行、并且目标吸入空气量GAt如图12中GAt1所示那样变化时的机械压缩比、进气门7的关闭正时、节气门17的开度以及实际向燃烧室5供给的吸入空气量的随时间变化。另外，在图13中实线表示所要求的加速程度较低时、与目标吸入空气量GAt的变化相应地按照图10所示的关系来控制机械压缩比、进气门7的关闭正时以及节气门17的开度的情况，此时，实际向燃烧室5内供给的吸入空气量如图13所示，逐渐增大。
与此相对，在本发明的实施例中，如图13中虚线所示，在开始加速时，进气门7的关闭正时的提前作用立即开始。在这样开始加速时进气门7的关闭正时的提前作用立即开始的情况下，实际向燃烧室5供给的吸入空气量如虚线所示，以比实线所示时快的速度上升。这样发动机输出转矩迅速上升，结果能够得到良好的加速运行。
即，如果一般性表达，在本发明的实施例中，在当向燃烧室5供给的吸入空气量比控制界限吸入空气量GL1少时进行加速运行的情况下，在要求加速程度比预先确定的程度高时，立即开始进气门7的关闭正时的从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动，并且在要求加速程度比预先确定的程度低时，将进气门7的关闭正时保持为界限关闭正时直到向燃烧室5供给的吸入空气量达到控制界限吸入空气量GL1为止，并且在向燃烧室5供给的吸入空气量达到控制界限吸入空气量GL1之后，开始进气门7的关闭正时的从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动。
另外，如上所述，优选，进气门7的关闭正时的提前作用在开始加速时立即进行，但也可以使进气门7的关闭正时的提前作用的开始时间相对于开始加速时稍稍滞后。因此，如果也包含这样的情况地总括性地表达本发明，则在本发明中，在当向燃烧室5供给的吸入空气量比控制界限吸入空气量GL1少时进行加速运行的情况下，在要求加速程度比预先确定的程度高时，在与要求加速程度比预先确定的程度低时相比向燃烧室5供给的吸入空气量较少时，开始进气门7的关闭正时的从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动。
另外，在本发明的实施例中，在当向燃烧室5供给的吸入空气量比控制界限吸入空气量GL1少时进行加速运行的情况下，不管要求加速程度比预先确定的程度高还是低，都立即开始节气门17的开度的增大作用。
如果也包含该节气门17的动作，则在本发明的实施例中，在当向燃烧室5供给的吸入空气量比控制界限吸入空气量GL1少时进行加速运行的情况下，在要求加速程度比预先确定的程度高时，立即开始节气门开度的增大作用，并且开始进气门7的关闭正时的从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动，在要求加速程度比预先确定的程度低时，立即开始节气门开度的增大作用，并且在节气门开度变为最大后、开始进气门7的关闭正时的从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动。
另外，即使是在开始了加速时立即开始进气门7的关闭正时的提前作用的情况下，图10所示的进气门7的关闭正时与机械压缩比的关系也维持为原样。因此，如图13中虚线所示那样，在进气门7的关闭正时的提前作用的开始时间提前时，机械压缩比开始从最大机械压缩比下降的时间也提前。
另一方面，在本发明的实施例中，使进气门7的关闭正时的提前作用的开始时间提前时的进气门7的关闭正时与机械压缩比，是根据图10所示的关系求得的。即，在将加速运行开始时的目标吸入空气量GAt设为GL0时，此时使表观上的目标吸入空气量GAt从GL1开始增大，在基于该表观上的目标吸入空气量Gat而根据图10所示的关系求得进气门7的关闭正时以及机械压缩比时，能够在加速运行开始时立即开始进气门7的关闭正时的提前作用。因此在本发明的实施例中，作为用于基于图10求得机械压缩比以及进气门7的关闭正时的表观上的目标吸入空气量GAt，使用在此时的目标吸入空气量GAt上加上作为加速开始时的目标吸入空气量GL0与控制界限吸入空气量GL1的差的修正值KGA而得的值。
与此相对，节气门17的开度根据图10所示的关系并基于此时的目标吸入空气量Gat本身而受到控制。
图14表示用于控制发动机的运行的运行控制程序，图15表示用于求得作为上述的加速开始时的目标吸入空气量GL0与控制界限吸入空气量GL1的差的修正值KGA的程序。这些程序每隔一定时间执行。
如果参照图14，首先最开始，在步骤90中根据图11所示的曲线图计算出要求吸入空气量GAO。接下来，在步骤91中判别要求吸入空气量GAO是否比当前的目标吸入空气量GAt大预先确定的较小的一定值α以上。在GAO-GAt＞α时，进入步骤92，在目标吸入空气量GAt上加上预先确定的一定值ΔGA，接下来进入步骤95。因此，例如在图12中如GAO1所示，在使要求吸入空气量GAO急剧增大时，只要GAO-GAt＞α，便如GAt1所示，使目标吸入空气量GAt每隔一定时间增大一定值ΔGA。
另一方面，当在步骤91中判别为GAO-GAt≤α时，进入步骤93，判别要求吸入空气量GAO是否比当前的目标吸入空气量GAt小一定值α以上。在GAt-GAO＞α时，进入步骤94，从目标空燃比Gat中减去一定值ΔGA，接下来进入步骤95。与此相对，当在步骤93中判别为GAt-GAO≤α时，即GAt-α≤GAO≤GAt+α时，不变更目标吸入空气量GAt地进入步骤95。即，在如图12中GAO2所示那样加速程度较低时，在步骤91中判别为GAO-GAt＞α，但在数次的处理循环期间在步骤91中判别为GAO-GAt≤α，所以目标吸入空气量GAt追随要求吸入空气量GAt而变化。
在步骤95中，根据图10所示的关系并基于目标吸入空气量GAt而控制节气门17的开度。接下来，在步骤96中读取在图15所示的程序中计算出的修正值KGA，然后在步骤97中将该修正值KGA加在目标吸入空气量GAt上。除了在目标吸入空气量GAt比控制界限吸入空气量GL1低时进行紧急加速运行时以外，该修正值KGA设为零。接下来，在步骤98中根据图10所示的关系，基于在步骤97中计算出的目标吸入空气量GAt来控制机械压缩比，接下来在步骤99中根据图10所示的关系，基于在步骤97中计算出的目标吸入空气量GAt来控制进气门7的关闭正时。
接下来，对图15所示的修正值KGA的计算程序进行说明。
如果参照图15，则首先最开始在步骤100中根据图11所示的曲线图计算出要求吸入空气量GAO。接下来，在步骤101中判别是否设置了在紧急加速时设置的紧急加速标记。在没有设置紧急加速标记时，进入步骤102判别是否处于紧急加速时。
此时，在要求加速程度比预先设定的程度高时判别为处于紧急加速时。另外，此时，作为代表加速程度的量，可以使用例如要求吸入空气量GAO的增大量或变化速度，在例如要求吸入空气量GAO的增大量为设定量以上并且要求吸入空气量GAO的变化速度为设定速度以上时，判别为处于紧急加速时。在不处于紧急加速时，进入步骤108，将修正值KGA设为零。
与此相对，当在步骤102中判别为处于紧急加速时，进入步骤103，判别在图14所示的程序中计算出的当前的目标吸入空气量GAt是否比控制界限吸入空气量GL1少。在GAt≥GL1时，进入步骤108，将修正值KGA设为零。与此相对，当在步骤103中判别为GAt＜GL1时，进入步骤104，将从控制界限吸入空气量GL1减去当前的目标吸入空气量Gat而得的值(GL1-GAt)设为修正值KGA。接下来，进入步骤105，设置紧急加速标记。
在设置紧急加速标记后，在接下来的处理循环中，从步骤101进入步骤106，判别要求吸入空气量GAO与目标吸入空气量GAt的差(GAO-GAt)是否变为一定值α以下。在GAO-GAt≤α时，进入步骤107，重新设置紧急加速标记，接下来进入步骤108，将修正值KGA设为零。即，当在GAt＜GL1时进行紧急加速时，计算出修正值KGA，并维持该计算出的修正值直到目标吸入空气量GAt接近要求吸入空气量GAO为止。
附图标记说明
1：曲轴箱
2：气缸体
3：气缸盖
4：活塞
5：燃烧室
7：进气门
17：节气门
70：进气门驱动用凸轮轴
A：可变压缩比机构
B：可变气门正时机构

Claims (4)

1.一种火花点火式内燃机，其具备能够变更机械压缩比的可变压缩比机构和能够控制进气门的关闭正时的可变气门正时机构，向燃烧室供给的吸入空气量主要是通过使进气门的关闭正时变化来控制的，随着向燃烧室供给的吸入空气量减少而使机械压缩比向最大机械压缩比增大，随着使进气门的关闭正时在从进气下止点离开的方向上向界限关闭正时移动而使向燃烧室供给的吸入空气量减少，并且在进气门的关闭正时达到界限关闭正时时，向燃烧室供给的吸入空气量变为作为可变气门正时机构的控制界限的控制界限吸入空气量，在向燃烧室供给的吸入空气量相比控制界限吸入空气量进一步减少时，将进气门的关闭正时保持为界限关闭正时，其中：
在当向燃烧室供给的吸入空气量比控制界限吸入空气量少时进行加速运行的情况下，在要求加速程度比预先确定的程度高时，与要求加速程度比预先确定的程度低时相比，在向燃烧室供给的吸入空气量较少时，开始进气门的关闭正时从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动。
2.如权利要求1所述的火花点火式内燃机，其中：
在当向燃烧室供给的吸入空气量比控制界限吸入空气量少时进行加速运行的情况下，在要求加速程度比预先确定的程度高时，立即开始进气门的关闭正时从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动，在要求加速程度比预先确定的程度低时，将进气门的关闭正时保持为界限关闭正时，直到向燃烧室供给的吸入空气量达到控制界限吸入空气量，并且在向燃烧室供给的吸入空气量达到控制界限吸入空气量之后开始进气门的关闭正时从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动。
3.如权利要求1所述的火花点火式内燃机，其中：
在内燃机进气通路内配置有节气门，在向燃烧室供给的吸入空气量比控制界限吸入空气量少时，通过节气门控制向燃烧室供给的吸入空气量。
4.如权利要求3所述的火花点火式内燃机，其中：
在当向燃烧室供给的吸入空气量比控制界限吸入空气量少时进行加速运行的情况下，在要求加速程度比预先确定的程度高时，立即开始节气门开度的增大作用、并且开始进气门的关闭正时从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动，在要求加速程度比预先确定的程度低时，立即开始节气门开度的增大作用、并且在节气门开度变为最大后开始进气门的关闭正时从界限关闭正时向接近进气下止点的方向的移动。
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