CN102192023B - 内燃机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的控制方法，能够高精度地推定具备可变阀、涡轮增压器等的内燃机的排气器件温度的当前值，并基于排气器件温度的基准值与排气器件温度的当前值之差来控制排气温度的影响因素，从而适当地控制内燃机。基于转速、填充效率、点火时期、当量比、外部EGR率、排气阀打开时期、增压来计算排气温度，基于排气温度、吸入空气量、排气器件周围的流体温度和排气器件周围的流速来推定排气器件温度，基于所述推定值和所述基准值来对点火时期、当量比、外部EGR率、排气阀打开时期中的至少一个进行过渡修正。

Description

内燃机的控制方法
技术领域
本发明涉及基于内燃机的排气器件温度推定值进行的内燃机的控制方法。
背景技术
在专利文献1中公开了如下技术，即基于引擎的规格及表示其运转状态的各种参数来预测排气温度，然后基于该预测出的排气温度和排气系统零件信息来预测排气器件温度，在该预测出的排气器件温度在规定的容许界限值以上时，沿降低方向控制排气温度。基于引擎规格及表示其运转状态的各种参数，通过多变量分析而制成排气温度预测式。而且，在根据排气温度变化来预测排气器件温度的延迟举动时，由以上述排气温度预测值为输入的统计模型进行描述。在上述统计模型中，基于实验结果，并根据参数认定求出相当于热电容或热电阻的常数。在专利文献2中公开了如下技术，即基于空燃比传感器元件的内部电阻间接性检测排气温度，在该排气温度达到规定温度时，根据排气温度的变化率来设定直到燃料增量的延迟时间，并在该延迟时间之后，使向设备供给的燃料供给量增量。根据这些技术，能够在考虑保护对象的排气器件的温度上升延迟举动的情况下，实施燃料增量，能够在将燃料效率的劣化抑制为最小限度的同时实现排气器件的保护。
专利文献1：日本特开平6-33810号公报
专利文献2：日本特开2008-51092号公报
可是，在具备可变阀、涡轮增压器、空转停止机构、基于点火时期滞后化的排气催化剂早期活性化控制功能等的内燃机中，对排气温度造成影响的影响因素较多，而且因为排气温度的影响因素本身复杂地变化，因此，排气器件温度相对于排气温度的延迟举动并不能唯一确定。在这样的内燃机中，如果要以专利文献1公开的统计模型来预测排气器件温度的过渡举动，则需要根据运转条件来逐次切换相当于热电容或热电阻的常数，难以确保充分的精度。另外，在专利文献2公开的技术中，虽然能够基于空燃比传感器元件的内部电阻间接性检测排气温度，但是关于从检测出排气温度变化的定时起直至考虑排气器件温度的过渡延迟而实施燃料增量为止的延迟时间，却需要预先适当地设定其值，在运转自由度增加后的系统中，为了适当设定上述延迟时间，存在着所需工时庞大的课题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题进行的，其目的在于提供一种如下的方法，即高精度地推测具备可变阀、涡轮增压器等的内燃机的排气器件温度，并基于排气器件温度的基准值与排气器件温度的推定值之间的差异来控制排气温度的影响因素，从而适当地控制内燃机。
本发明的内燃机的控制方法的特征在于，具有：基于转速、填充效率、点火时期、当量比、外部EGR率、排气阀打开时期、增压来计算排气温度的步骤；基于排气温度、吸入空气量、排气器件周围的流体温度和排气器件周围的流速来计算排气器件温度的推定值的步骤；设定排气器件温度的基准值的步骤；和基于推定值和所述基准值来对点火时期、当量比、外部EGR率、排气阀打开时期中的至少一个进行过渡修正的步骤。
(发明效果)
根据技术方案1所述的发明，因为基于转速、填充效率、点火时期、当量比、外部EGR率、排气阀打开时期、增压来计算排气温度，基于所述排气温度、吸入空气量、排气器件周围的流体温度和排气器件周围的流速来计算排气器件温度，所以能够高精度地推定排气温度、排气器件温度的过渡性变化。另外，因为基于排气器件温度的基准值和排气器件温度的推定值来过渡修正点火时期、当量比、外部EGR率、排气阀打开时期中的至少一个，所以能够适当地控制内燃机。
根据技术方案2所述的发明，因为在排气器件温度的推定值成为排气器件温度的上限值以上时进行当量比的浓度修正和外部EGR的增量修正，所以能够防止因排气器件的过度温度上升引起的劣化或损伤，能够将用于抑制排气器件温度的燃料增量抑制在最小限度。
根据技术方案3所述的发明，因为在排气器件温度的推定值成为排气器件温度的下限值以下时，进行点火时期的滞后修正和排气阀打开时期的从下死点起的超前修正，所以既能够抑制因点火时期的过度滞后化引起的燃烧变动的增加，又能够迅速地让排气器件温度达到下限值。
根据技术方案4所述的发明，因为在涡轮增压器的涡轮叶片温度的推定值成为涡轮增压器的涡轮叶片温度的上限值以上时，进行当量比的浓度修正和外部EGR率的增量修正，所以能够防止因涡轮增压器的涡轮叶片的过度温度上升引起的劣化或损伤，能够将用于抑制涡轮增压器的涡轮叶片温度的燃料增量抑制在最小限度。
根据技术方案5所述的发明，因为在排气净化催化剂温度的推定值成为排气净化催化剂温度的上限值以上时，进行当量比的浓度修正和外部EGR率的增量修正，所以能够防止因排气净化催化剂的过度温度上升引起的劣化或损伤，能够将用于抑制排气净化催化剂温度的燃料增量抑制在最小限度。
根据技术方案6所述的发明，因为在排气净化催化剂温度的推定值成为催化剂活性化温度的下限值以下时，进行点火时期的滞后修正和排气阀打开时期的从下死点起的超前修正，所以既能够抑制因点火时期的过度滞后化引起的燃烧变动的增加，又能够迅速地让排气器件温度达到催化剂活性化温度。
根据技术方案7所述的发明，在排气阀具有使相位、升程及工作角可变的可变动阀机构，在排气器件温度的推定值成为排气器件温度的基准值以下时，通过可变动阀机构将排气阀关闭时期固定在上死点附近且对排气阀打开时期自下死点起进行超前修正。由于排气阀关闭时期对因余隙容积引起的内部EGR量的大小具有较强的影响，故通过固定排气阀关闭时期不会大幅度改变内部EGR量，能够仅控制排气温度，且通过排气可变动阀机构能够迅速地让排气器件温度达到催化剂活性化温度。
根据技术方案8所述的发明，因为在排气热交换器温度的推定值成为排气热交换器温度的目标值以下时，进行点火时期的滞后修正和排气阀打开时期的从下死点起的超前修正，所以既能够抑制因点火时期的过度滞后化引起的燃烧变动的增加，又能够迅速地让排气热交换器温度达到目标温度。
根据技术方案9所述的发明，因为在吸气阀和排气阀具有使相位、升程及工作角可变的可变动阀机构，具有与内燃机的曲柄轴连结的发电机，计算从发电机得到的发电量和经由排气热交换器得到的热量的总和及比率，基于所述总和通过吸气阀的可变动阀机构，将吸气阀打开时期固定在上死点附近且对吸气阀关闭时期自下死点起进行超前修正，基于所述比率通过排气阀的可变动阀机构，将排气阀关闭时期固定在上死点附近且对排气阀打开时期自下死点起进行超前修正，所以，能够根据电力需求、热需求的变化来使热供给量与电力供给量的总和、比率可变，从综合效率的观点出发，能够将内燃机控制在更合适的运转动作点。另外，因为能够迅速地让排气热交换器温度达到目标温度，所以能够对应热需求的急剧变化。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式1的构成的图。
图2是说明使吸气阀及排气阀的相位连续变化情况下的、吸气阀和排气阀的重叠期间的变化的图。
图3是用于说明使作为排气温度的影响因素之一的点火时期阶梯状向滞后侧变化情况下的、排气温度和排气器件温度随时间变化的图。
图4是用于说明在抑制排气器件温度的过程中仅仅进行燃料的浓度(rich)控制的情况、和进行燃料的浓度控制和外部EGR导入情况下的燃料效率性能的差异的图。
图5是用于说明点火时期、当量比、EVO、外部EGR率、增压(chargingpressure)给予排气温度的影响的图。
图6是用于说明考虑点火时期、当量比、EVO、外部EGR率、增压的影响来推定排气温度的部件的图。
图7是用于说明排气器件的热的动态(dynamic)的图。
图8是用于说明推定排气器件温度的部件的图。
图9是用于说明利用排气器件的过渡温度推定值进行燃料喷射量的过渡修正的部件的图。
图10是用于说明在抑制排气器件温度的过程中仅仅进行燃料的浓度控制的内燃机中、利用排气器件的过渡温度推定值进行了燃料喷射量的过渡修正情况下的燃料消耗率降低机理的图。
图11是用于说明在抑制排气器件温度的过程中进行燃料的浓度控制和外部EGR导入的内燃机中、利用排气器件的过渡温度推定值进行了燃料喷射量的过渡修正情况下的燃料消耗率降低机理的图。
图12是说明将能够让阀的工作角、升程(lift)及相位同时变化的可变阀机构设置在排气阀的情况下的阀升程模式的图。
图13是用于说明基于点火时期的滞后化和EVO的超前化的排气升温方法的图。
图14是用于说明利用排气器件的过渡温度推定值对点火时期和EVO进行过渡修正的排气升温部件的图。
图15是用于说明在刚刚起动之后排气净化催化剂未达到活性温度的情况下、利用排气升温部件进行了点火时期和EVO的过渡修正时的催化剂早期活性化机理的图。
图16是说明本发明的实施方式2的构成的图。
图17是说明将能够使阀的工作角、升程及相位同时变化的可动阀机构设置在吸气阀及排气阀的情况下的阀控制方法的图。
图18是用于说明在改变了IVC、EVO及点火时期的情况下的热·电力供给量的变化的图。
图19是用于说明利用排气热交换器的过渡温度推定值来对点火时期、EVO及IVC进行过渡修正的部件的图。
图20是用于说明热需求阶梯状增加的情况下、进行了点火时期、EVO及IVC的过渡修正时的热供给的响应性提高机理的图。
符号说明：1-内燃机，2-气流传感器及吸气温度传感器，3-涡轮增压器(turbocharger)，4-中间冷却器，5-增压温度传感器，6-节流阀，7-吸气总管(manifold)，8-增压传感器，9-翻滚(tumble)控制阀，10-燃料喷射阀，11-吸气可变阀机构，12-排气可变阀机构，13-吸气可变阀相位及升程传感器，14-排气可变阀相位及升程传感器，15-火花塞，16-爆震(knock)传感器，17-曲柄角度传感器，18-空燃比传感器，19-排气净化催化剂，20-EGR冷却机，21-外部EGR阀，22-空气旁通阀，23-废气门阀，24-ECU，25-排气热交换器，26-恒温器，27-发电机。
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是说明本发明的实施方式1的构成的图。本实施方式的系统具备内燃机1。内燃机1连通着吸气流路及排气流路。在吸气流路上安装有气流(air flow)传感器及吸气温度传感器2。吸气流路和排气流路上连接着涡轮增压器3。涡轮增压器3由用于将废气所具有的能量转换成涡轮叶片的旋转运动的涡轮、和用于通过与涡轮叶片连结的压缩机叶片的旋转来压缩吸入空气的压缩机构成。压缩机与吸气流路连接，涡轮与排气流路连接。在涡轮增压器3的压缩机侧的下游具备中间冷却器4，用于冷却被隔热压缩而上升的吸气温度。在中间冷却器4的下游安装有增压温度传感器5，用于测量冷却后的增压温度。在增压温度传感器5的下游具备节流阀6，用于缩窄吸气流路而控制流入汽缸的吸入空气量。节流阀6是能够与加速器踩踏量独立地控制节流阀开度的电子控制式节流阀。在节流阀6的下游连通着吸气总管7。在吸气总管7安装有增压传感器8。在吸气总管7的下游配置有翻滚控制阀9和燃料喷射阀10，该翻滚控制阀9通过让吸气产生偏流来强化汽缸内流向的紊乱，该燃料喷射阀10向吸气口内喷射燃料。内燃机1在吸气阀及排气阀中分别设置了使阀的开闭相位和最大升程可连续变化的可变阀机构11及12。在可变阀机构中，用于检测阀的开闭相位、最大升程或工作角的传感器13及14分别被安装于吸气阀及排气阀。在汽缸头部安装有使电极部露出在汽缸内的火花塞15。而且，在汽缸上安装有检测爆震发生的爆震传感器16。曲柄轴上安装有曲柄角度传感器17。能够基于从曲柄角度传感器17输出的信号检测内燃机1的转速。排气流路上安装有空燃比传感器18，基于空燃比传感器检测结果，按照从燃料喷射阀10供给的燃料喷射量成为理论空燃比的方式来进行反馈控制。在空燃比传感器18的下游设置有排气净化催化剂19，通过催化剂反应来净化一氧化碳、氮氧化物及未燃碳氢化合物等有害废气成分。内燃机1设置有外部EGR系统，用于通过使废气回流再次吸气来谋求因燃烧温度下降引起的氮氧化物的减少及泵损耗减少。在外部EGR系统中具备EGR冷却机20，用于冷却通过燃烧导致高温化的EGR。在EGR冷却机20的下游安装有EGR阀，用于调整外部EGR率。在涡轮增压器3中具备空气旁通阀22及废气门阀23。具备空气旁通阀22是为了防止从压缩机的下游部至节流阀6的上游部的压力过度地上升。在增压状态下急剧关闭节流阀6时，通过打开空气旁通阀22，从而能够使压缩机下游部的气体向压缩机上游部逆流，从而降低增压。另一方面，设置废气门阀23是用于防止内燃机1达到过度的增压等级。在由增压传感器8检测出的涡轮增压达到了规定值的情况下，通过打开废气门阀23，从而能够引导废气在排气涡轮迂回，从而对增压进行抑制或保持。本实施方式的系统如图1所示具备ECU(Electronic Control Unit)24。在ECU24上连接有上述的各种传感器。通过ECU24控制节流阀6、燃料喷射阀10、可变阀机构11及12等的促动器(actuator)。而且，基于从上述的各种传感器输入的信号来检测内燃机1的运转状态，根据运转状态，在由ECU24确定出的定时火花塞15进行点火。
图2是说明使吸气阀及排气阀的相位连续变化情况下的、吸气阀和排气阀的重叠期间的变化的图。随着使吸气阀的相位向超前侧变化，与排气阀的重叠期间增加。另外，随着使排气阀的相位向滞后侧变化，与吸气阀的重叠期间增加。在具备可变阀的内燃机中，在部分负载条件下，按照产生上述重叠期间的方式来控制可变阀，一旦将排气管中的废气倒吹进吸气管，则产生内部EGR。随着内部EGR的增加，能够降低部分负载条件下的泵损耗且能够降低燃烧气体温度，从而能够减少排气中的氮氧化物。如果仅改变相位，则除了上述重叠变化之外，吸气阀关闭时期(IVC：IntakeValve Close)和排气阀打开时期(Exhaust Valve Open)也同时变化。即使IVC以BDC为界向超前侧或滞后侧的任一侧变化，向汽缸吸入的空气量都减少，但是因为能够实现活塞压缩量相对于膨胀量变小的米勒循环，因此提高了燃料效率。另一方面，如果EVO以BDC为界向超前侧变化，则在膨胀行程中不执行高温高压气体对活塞作用的动作，气体向排气管流出，因此转矩减少、排气温度上升。如果EVO向BDC的滞后侧变化，则因为在排气行程中再次执行活塞压缩动作，因此汽缸内气体被再次高温高压之后被排出，从而转矩减少、排气温度上升。
图3是用于说明使作为排气温度的影响因素之一的点火时期阶梯状向滞后侧变化的情况下的、排气温度和排气器件温度随时间变化的图。如果将点火时期从MBT(Minimum spark advance for Best Torque)控制至滞后侧，则排气温度立刻上升，与此相对，排气器件温度带有延迟地增加然后收敛到一定值。表示了因转速不同而排气器件的延迟方式或收敛值不同的值。其原因在于，由排气器件的热电容、从废气至排气器件周围的流体为止的热电阻所确定的排气器件温度的变化率根据转速而变化。排气器件温度相对于排气温度的延迟举动能够用一次延迟系统的传递函数大致近似，但是其时间常数、增益常数会根据运转条件而不同。因此，需要按每个运转条件适当设定时间常数、增益常数，并预先将值存储为图等。
图4是用于说明在抑制排气器件温度的过程中仅仅进行燃料的浓度控制的情况、和进行燃料的浓度控制和外部EGR导入的情况下的燃料效率性能的差异的图。在排气器件温度高温化的高旋转高负载区域中，通常以防止排气器件的损伤或劣化为目的，进行燃料的浓度控制，来抑制排气器件温度。其原因在于，伴随着燃料的增加，燃烧气体的比热增加，燃烧温度下降。此时，如果产生多量的未变换成转矩而排出的未燃燃料，则燃料效率性能会显著劣化。除了由燃料的浓化实现的排气温度抑制效果之外，通过让由EGR冷却机充分冷却后的外部EGR循环而再次导入吸气，也能抑制排气温度。在由外部EGR导入实现的排气器件温度抑制方法中，因为能够将燃料喷射量保持在理论空燃比附近，故不会产生多量的未转换成转矩而排出的未燃燃料，并且高旋转高负载区域的燃料效率性能的劣化也变少。
图5是用于说明点火时期、当量比、EVO、外部EGR率、增压对于排气温度的影响的图。在本发明的实施方式1的系统中，存在多个给排气温度带来影响的影响因素，故为了用模型推定排气温度，需要适当地考虑这些因素的因果关系。点火时期通常被设定为MBT或轻度爆震点，随着从这些点向滞后侧进行设定，转矩减少且排气温度上升。当量比在低·中负载区域被设定为理论空燃比，在高负载区域被设定在浓侧。如果当量比被设定在浓侧，则燃烧气体的比热增加、燃烧温度下降，故排气温度下降。EVO被设定在排气行程开始时期即BDC附近，如果设定在该位置的超前侧，则燃烧气体不会对活塞进行动作而向排气管排出，故转矩减少且排气温度上升。另一方面，如果EVO与BDC相比被设定在滞后侧，则在排气行程应该排出的燃烧气体再次受到活塞压缩，并在高温高压化之后向排气管排出，故转矩减少且排气温度上升。如果执行让由EGR冷却机充分冷却后的燃烧气体循环而再次导入吸气的外部EGR，则隔热火焰温度下降，故外部EGR率增加，相应地排气温度下降。推定位于涡轮增压器的下游的排气净化催化剂上游的排气温度，需要考虑废气在涡轮增压器中进行的动作。废气在涡轮增压器中进行的动作能够用涡轮增压大致进行说明，涡轮增压越增加则涡轮增压器下游温度就越下降。
图6是用于说明考虑点火时期、当量比、EVO、外部EGR率、增压的影响来推定排气温度的部件的图。在模块601中，基于转速和填充效率来计算基准排气温度。在模块602中，基于转速和填充效率来计算基准点火时期。在模块603中，基于上述基准点火时期的排气温度和当前点火时期的排气温度来计算因点火时期引起的排气温度变化率。在模块604中，基于转速和填充效率来计算基准当量比。在模块605中，基于上述基准当量比的排气温度和当前当量比的排气温度来计算因当量比引起的排气温度变化率。在模块606中，基于转速和填充效率来计算基准EVO。在模块607中，基于上述基准EVO的排气温度和当前EVO的排气温度来计算因EVO引起的排气温度变化率。在模块608中基于转速和填充效率来计算基准EGR率。在模块609中，基于上述基准EGR率的排气温度和当前EVG率的排气温度来计算因EGR率引起的排气温度变化率。在模块610中，基于转速和填充效率来计算基准增压。在模块611中，基于上述基准增压的排气温度和当前增压的排气温度来计算因增压引起的排气温度变化率。通过将点火时期、当量比、EVO、EGR率及增压所相关的排气温度变化率与基准排气温度相乘，能够高精度地推定当前排气温度。在模块612中，判别当前内燃机的运转状态是点火(firing)状态还是燃料切断状态，通过在点火时输出上述排气温度，在燃料切断时输出大气温度，从而可推定包含非燃烧状态的过渡条件下的排气温度。
图7是用于说明排气器件的热的动态的图。对排气器件可设定排气管、涡轮增压器的涡轮叶片、排气净化催化剂等。在考虑排气器件的热的动态来推定排气器件温度之际，能够用一维的圆管内流动来代替上述排气器件内流动。与一维圆管内流动的能量相关的支配方程式用图7中的式子(a)表示。这样一来，排气温度能够在从流经管内的工作流体向管壁面传递的热量之中减去从管壁面向大气中传递的热量之后所求出的热量变化率，考虑排气器件的热容量和质量而求出。圆管内周围的流动除了内燃机停止时及车辆停止时等之外都是紊流场，故为了高精度地推定紊流热传递量，考虑了吸入空气量及车速的影响。
图8是用于说明推定排气器件温度的部件的图。在模块801中，基于式子(b)，利用气流传感器检测出的吸入空气量和在图6中求出的排气温度和排气器件温度的前次值，求出从在管内流动的工作流体向管壁面传递的热量。在模块802中，基于式子(c)，利用车速、大气温度和排气器件温度的前次值，求出从管壁面向大气中传递的热量。在模块803中，在从在管内流动的工作流体向管壁面传递的热量之中减去从管壁面向大气中传递的热量所求出的热量变化率中，考虑排气器件的热电容和质量求出了排气器件温度。在图8左下部分示出了吸入空气量与在管内流动的工作流体和管壁面的紊流热传递率之间的关系，在图8右下部分示出了车速与管壁面和大气的紊流热传递率之间的关系。示出伴随着吸入空气量及车速的增加而紊流热传递率增加的趋势。在实际运转的范围内，在管内流动的工作流体和管壁面之间的紊流热传递率，比管壁面和大气之间的紊流热传递率大。另外，由于在内燃机停止时及车辆停止时等，圆管内周围的流动表现出层流状态，故代替紊流热传递率而应用层流热传递率。通过采用上述的构成，能够考虑转速、填充效率、点火时期、当量比、EVO、外部EGR率、增压、吸入空气量、大气温度及车速的影响来高精度地求出如图3所示的排气器件温度的过渡举动。另外，与利用一次延迟系统的传递函数进行求取相比，无需按每个运转条件适当设定时间常数、增益常数，因此，能够降低保存时间常数及增益常数的图的存储容量。
图9是用于说明利用排气器件的过渡温度推定值进行燃料喷射量的过渡修正的部件的图。在模块901中，考虑转速、填充效率、点火时期、当量比、EVO、外部EGR率及增压的影响来推定排气温度。在模块902中，考虑上述排气温度与吸入空气量、大气温度及车速的影响来推定排气器件温度的过渡举动。在模块903中，基于转速和填充效率来推定排气器件的恒定温度。对于排气器件的恒定温度，设定了排气器件的上限温度。在上述排气器件的过渡温度比恒定温度小时，排气器件温度未达到该上限温度。在模块904中，基于转速和填充效率来计算当量比，基于上述排气器件的过渡温度和恒定温度之差，将上述当量比向理论空燃比侧修正。
图10是用于说明在抑制排气器件温度的过程中仅仅进行燃料的浓度控制的内燃机中、利用排气器件的过渡温度推定值进行了燃料喷射量的过渡修正情况下的燃料消耗率降低机理的图。在该图中示出运转动作点从A点变化至B点时的当量比、排气温度及排气器件温度随时间的变化。当运转动作点刚刚从A点变化至B点之际，排气器件温度未达到上限值，故无需立刻执行基于燃料的浓度控制的排气温度抑制。因此，在排气器件温度未达到上限值的期间，能够将当量比过渡修正成理论空燃比，能够抑制浪费的燃料喷射。由于在当量比的过渡修正期间中排气温度上升，故排气器件温度的上升速度变大。在本发明的系统中，因为能够考虑当量比给排气温度带来的影响而高精度地推定排气器件的过渡温度，故没有因排气器件的过度温度上升引起的劣化或损伤，能够实现低燃料消耗率运转。
图11是用于说明在抑制排气器件温度的过程中进行燃料的浓度控制和外部EGR导入的内燃机中、利用排气器件的过渡温度推定值进行了燃料喷射量的过渡修正情况下的燃料消耗率降低机理的图。在该图中示出运转动作点从A点变化至B点时的当量比、外部EGR率、排气温度及排气器件温度随时间的变化。与图10同样地，由于在运转动作点刚刚从A点变化至B点之际，排气器件温度未达到上限值，故将当量比过渡修正成理论空燃比。虽然在当量比的过渡修正期间中排气温度上升，但是由于导入外部EGR抑制了排气温度上升，故排气器件温度的上升速度比不进行外部EGR导入情况下的上升速度小。通过导入外部EGR能够延长当量比的过渡修正时间，即使在排气器件温度达到了上限值之后也能够相对性抑制当量比的浓化。因此，通过进行外部EGR导入和当量比的过渡修正，能够进一步实现低燃料消耗率运转。在本发明的系统中，因为能够考虑当量比和外部EGR给排气温度带来的影响而高精度地推定排气器件的过渡温度，故没有因排气器件的过度温度上升引起的劣化或损伤，能够实现低燃料消耗率运转。
图12是说明在排气阀中设置能够使阀的工作角、升程及相位同时变化的可变阀机构的情况下的阀升程模式的图。在图12上部所示的可变阀中，在排气阀中组合利用了使阀升程可连续变化的升程可变机构和使相位可连续变化的相位可变机构。在本升程可变机构中，具有伴随着阀工作角增加而最大升程增加的图12下部示出的关系。通过将上述的可变阀机构应用于排气阀，能够使阀打开时期(EVO)在BDC的超前侧变化，同时使阀关闭时期(EVC)固定在TDC附近。由于EVC对于因余隙容积引起的内部EGR量大小具有较强的影响，故通过固定EVC，能够在不使内部EGR量大幅度变化的情况下仅仅控制排气温度。
图13是用于说明因点火时期的滞后化和EVO的超前化引起的排气升温方法的图。越使点火时期滞后则排气温度越增加，另一方面，有因燃烧循环变动引起的转矩变动增加的趋势。另外，使EVO超前，排气温度会上升，但几乎看不出转矩变动率的增加。在排气净化催化剂未达到活性化温度的刚刚启动之后的暖机期间中，通过使点火时期滞后化能够使排气温度上升来谋求催化剂的早期活性化。可是，由于若使点火时期过度滞后则会产生运转性的劣化，故难以仅通过点火时期的滞后化来进一步谋求催化剂早期活性化(相当于图13中的o点→p点)。在本发明的实施方式的系统中，除了点火时期的滞后化之外，还通过进行将EVC固定在TDC附近且使EVO超前的控制，从而能够在将转矩变化率抑制在容许界限内的状态下进一步提高排气温度(相当于图13中的o点→q点)，从而实现了排气净化催化剂的早期活性化。
图14是用于说明利用排气器件的过渡温度推定值对点火时期和EVO进行过渡修正的排气升温部件的图。在模块1401中，考虑转速、填充效率、点火时期、当量比、EVO、外部EGR率及增压的影响来推定排气温度。在模块1402中，考虑上述排气温度和吸入空气量、大气温度及车速的影响来推定排气器件温度的过渡举动。在排气器件温度的下界限设定了催化剂活性化温度的下界限。在上述排气器件的过渡温度比排气器件温度的下界限小时，为了使排气器件温度更快地达到催化剂活性化温度，而进行点火时期和EVO的过渡修正。在模块1403中，基于转速和填充效率来计算点火时期，基于上述排气器件的过渡温度和排气器件温度的下界限之差来滞后修正上述点火时期。在模块1404中，基于转速和填充效率来计算EVO，基于上述排气器件的过渡温度和排气器件温度的下界限之差来超前修正上述EVO。
图15是用于说明在刚刚起动之后排气净化催化剂未达到活性温度的情况下、利用排气升温部件进行了点火时期和EVO的过渡修正时的催化剂早期活性化机理的图。在该图中示出刚刚启动之后的当量比、排气温度及排气器件温度随时间的变化。如果判断出排气器件温度未达到催化剂活性化温度的下界限，则除了点火时期的滞后化之外还执行EVO的超前化，故与不执行EVO的超前化的情况相比，排气温度高温化且能够使排气器件温度达到催化剂活性化温度的暖机期间早期化。
图16是说明本发明的实施方式2的构成的图。本实施方式的系统具备内燃机1。内燃机1连通着吸气流路及排气流路。在吸气流路上安装有气流传感器及吸气温度传感器2。在气流传感器2的下游具备节流阀6，用于缩窄吸气流路而控制流入到汽缸内的吸入空气量。节流阀6是能够与加速器踩踏量独立地控制节流阀开度的电子控制式节流阀。在节流阀6的下游连通着吸气总管7。在吸气总管7的下游配置有燃料喷射阀10，用于向吸气口内喷射燃料。内燃机1在吸气阀及排气阀中分别设置使阀的开闭相位和最大升程可连续变化的可变阀机构11及12。在可变阀机构中，用于检测阀的开闭相位和最大升程或工作角的传感器13及14分别安装于吸气阀及排气阀。在汽缸头部安装有使电极部露出在汽缸内的火花塞15。而且，在汽缸中安装有用于检测爆震发生的爆震传感器16。在曲柄轴上安装有曲柄角度传感器17。基于从曲柄角度传感器17输出的信号能够检测内燃机1的转速。在排气流路上安装有空燃比传感器18，基于空燃比传感器检测结果，按照由燃料喷射阀10供给的燃料喷射量成为理论空燃比的方式进行反馈控制。在空燃比传感器18的下游设置有排气净化催化剂19，通过催化剂反应来净化一氧化碳、氮氧化物及未燃碳氢化合物等有害废气成分。在排气净化催化剂19的下游具备排气热交换器25。在排气热交换器25中，排气所具有的热能通过排气热交换器25向载热体传递。另外，安装有用于进行上述载热体的温度调整的恒温器26。载热体接收到的热量被用于空调或供给热水等。在曲柄轴安装有发电机27，通过发电机27将来自内燃机1的轴输出变换成电力。本实施方式的系统如图16所示具备ECU(Electronic Control Unit)24。ECU24连接着上述的各种传感器。节流阀6、燃料喷射阀10、可变阀机构11及12、发电机27等的促动器受ECU24控制。
图17是说明在吸气阀及排气阀中设置了能够让阀的工作角、升程及相位同时变化的可动阀机构的情况下的阀控制方法的图。在图17上部所示的可变阀中，在吸气阀中通过组合利用使阀升程可连续变化的升程可变机构和使相位可连续变化的相位可变机构，从而能够将阀打开时期(IVO)固定在TDC附近，并且能够使阀关闭时期(IVC)在BDC的滞后侧变化。在现有的以节流阀作为主体来控制填充效率的内燃机中，利用由节流阀实现的缩窄来调整吸气阀的上游负压，故存在着因泵损失带来的燃料效率劣化的问题。通过将上述的可变阀机构应用于吸气阀，从而能够在不缩窄吸气阀的上游压力的情况下通过IVC控制吸气量，故也能够抑制伴随着上述泵损失引起的燃料效率劣化。通过使IVC早期化，能够使活塞压缩量与活塞膨胀量相比相对缩小，故除了泵损失的降低之外，还期待着因米勒循环效果带来的燃料效率提高的效果。在图17下部示出的可变阀中，通过在排气阀中组合利用使阀升程可连续变化的升程可变机构和使相位可连续变化的相位可变机构，从而既能够使阀打开时期(EVO)在BDC的超前侧变化，又能够将阀关闭时期(EVC)固定在TDC附近。通过将上述的可变阀机构应用于排气阀，从而能够在不大幅度改变内部EGR量的情况下控制排气温度。
图18是用于说明改变了IVC、EVO及点火时期情况下的热·电力供给量的变化的图。如果将IVO固定在TDC附近并且仅改变IVC，则越使IVC超前，热供给量与电力供给量的总和越减少。另外，热供给量与电力供给量之比即热电比表现出大致一定的值。如果将EVC固定在TDC附近并且仅改变EVO，则虽然热供给量和电力供给量的总和没有变化，但是EVO越超前则电力供给量越减少、热供给量越增加。如果固定IVO、IVC、EVO及EVC并且仅改变点火时期，则虽然热供给量和电供给量的总和没有变化，但是点火时期越滞后则电力供给量越减少、热供给量越增加。在本实施方式的系统中，通过控制可变阀机构和点火时期，能够使热供给量与电力供给量的总和或热电比可变，从综合效率的观点出发，能够根据电力需求和热需求的变化将内燃机控制在更合适的运转动作点。
图19是用于说明利用排气热交换器的过渡温度推定值来对点火时期、EVO及IVC进行过渡修正的部件的图。在模块1901中，考虑转速、填充效率、点火时期及EVO的影响来推定排气温度。在模块1902中，考虑上述排气温度和吸入空气量、载热体温度及载热体流量的影响来推定排气热交换器温度的过渡举动。在上述排气热交换器温度的当前值比排气热交换器温度的目标值小时，为了使排气热交换器温度更早地达到目标温度，进行点火时期、EVO及IVC的过渡修正。在模块1903中，基于转速和填充效率来计算点火时期，基于上述排气热交换器温度的当前值和目标值之差来滞后修正上述点火时期。在模块1904中，基于转速和填充效率来计算EVO，基于上述排气热交换器温度的当前值和目标值之差来超前修正上述EVO。在模块1905中，基于转速和填充效率来计算IVC，基于上述排气热交换器温度的当前值和目标值之差来滞后修正上述IVC。
图20是用于说明热需求阶梯状增加的情况下进行了点火时期、EVO及IVC的过渡修正时的热供给的响应性提高机理的图。在该图中示出了在电力需求一定的状态下热需求刚刚阶梯状增加之后IVC、EVO、点火时期、排气温度及排气热交换器温度随时间的变化。如果判断出排气热交换器温度的当前值未达到排气热交换器温度的目标值，则除了点火时期的滞后化之外还执行EVO的超前化，故能够使排气热交换器温度达到目标温度为止的期间早期化。另外，由于根据点火时期的滞后修正和EVO的超前修正，IVC进行了滞后修正，故能够迅速对应骤变的热需求并且能够将电力量保持为恒定。

Claims (7)

1.一种内燃机的控制方法，其特征在于，具有：
基于转速、填充效率、点火时期、当量比、外部EGR率、排气阀打开时期、增压来计算排气温度的步骤；
基于所述排气温度、吸入空气量、排气器件周围的流体温度和排气器件周围的流速来计算排气器件温度的推定值的步骤；
设定排气器件温度的基准值的步骤；和
基于所述推定值和所述基准值来对点火时期、当量比、外部EGR率、排气阀打开时期中的至少一个进行过渡修正的步骤，
将所述排气器件设为排气热交换器，在吸气阀和排气阀具有使相位、升程及工作角可变的可变动阀机构，具有与所述内燃机的曲柄轴连结的发电机，计算从所述发电机得到的发电量和经由所述排气热交换器得到的热量的总和及比率，基于所述总和通过所述吸气阀的可变动阀机构，将吸气阀打开时期固定在上死点附近且对吸气阀关闭时期自下死点起进行超前修正，基于所述比率通过所述排气阀的可变动阀机构，将排气阀关闭时期固定在上死点附近且对排气阀打开时期自下死点起进行超前修正。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
将所述排气器件设为涡轮增压器的涡轮叶片，将所述排气器件温度的基准值设为所述涡轮增压器的涡轮叶片温度的上限值，在所述涡轮增压器的涡轮叶片温度的推定值成为所述涡轮增压器的涡轮叶片温度的上限值以上时，进行当量比的浓度修正和外部EGR率的增量修正。
3.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
将所述排气器件设为排气净化催化剂，将所述排气器件温度的基准值设为所述排气净化催化剂温度的上限值，在所述排气净化催化剂温度的推定值成为所述排气净化催化剂温度的上限值以上时，进行当量比的浓度修正和外部EGR率的增量修正。
4.根据权利要求3所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
将所述排气器件设为排气净化催化剂，将所述排气器件温度的基准值设为所述催化剂活性化温度的下限值，在所述排气净化催化剂温度的推定值成为所述催化剂活性化温度的下限值以下时，进行点火时期的滞后修正和排气阀打开时期的从下死点起的超前修正。
5.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
将所述排气器件设为排气净化催化剂，将所述排气器件温度的基准值设为所述催化剂活性化温度的下限值，在所述排气净化催化剂温度的推定值成为所述催化剂活性化温度的下限值以下时，进行点火时期的滞后修正和排气阀打开时期的从下死点起的超前修正。
6.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
在排气阀具有使相位、升程及工作角可变的可变动阀机构，在所述排气器件温度的推定值成为所述排气器件温度的基准值以下时，通过所述可变动阀机构，将排气阀关闭时期固定在上死点附近且对排气阀打开时期自下死点起进行超前修正。
7.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其特征在于，
将所述排气器件设为排气热交换器，将所述排气器件周围的流体温度设为所述排气热交换器的制冷剂或载热体的温度，将所述排气器件周围的流速设为所述排气热交换豁的制冷剂或载热体的流速，将所述排气器件温度的基准值设为所述排气热交换器温度的目标值，在所述排气热交换器温度的推定值成为所述排气热交换器温度的目标值以下时，进行点火时期的滞后修正和排气阀打开时期的从下死点起的超前修正。
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