CN102325982A - 火花点火式内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明的内燃机的控制装置具有能够变更燃烧室的S/V比的S/V比变更机构、输出值根据伴随着S/V比的增大而增大的排气中的氢浓度而变化的检测装置，基于该检测装置的输出值控制内燃机。而且，根据S/V比变更机构的S/V比，对检测装置的输出值或关于内燃机的运行的参数进行修正。由此，即使伴随着S/V比的增大而排气中的氢浓度增大，也可以适当地控制内燃机。

Description

火花点火式内燃机
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置。
背景技术
本申请的申请人在日本特开2007-303423号公报中，提出了一种火花点火式内燃机，其具有能够变更机械压缩比的可变压缩比机构和能够变更进气门的关闭正时的可变气门正时机构，在内燃机低负荷运行时与内燃机高负荷运行时相比提高机械压缩比而将膨胀比被设为20以上。
在这种火花点火式内燃机中，在内燃机低负荷运行时将机械压缩比(膨胀比)设为20以上并且将进气门的关闭正时设为从吸气下止点离开的正时，由此相对于机械压缩比将实际压缩比维持为比较低，抑制实际压缩比变高而导致的爆震的发生，同时实现极高的热效率。
然而，在使用如日本特开2007-303423号公报所记载的可变压缩比机构的情况下，机械压缩比越高，活塞处于上止点时的燃烧室容积就越变小，因此面容比(サ一フエイスボリユ一ムレシオ)(燃烧室的表面积与容积的比。以下，称为“S/V比”)变得越大。若如此S/V比变大，火焰波及不到的区域(クエンチ(消炎)区域。越接近燃烧室的壁面则火焰越不能到达的区域)相对变大。由于即使是燃烧室内的混合气燃烧而火焰也到达不了，所以包含在该火焰波及不到的区域内的混合气中的HC不燃烧。另一方面，包含在该火焰波及不到的区域内的混合气中的HC伴随着混合气的燃烧而暴露于高温，所以一部分变换成氢(H2)。即，若使用可变压缩比机构来提高机械压缩比，则S/V比增大，由此排气中的H2增大。
另一方面，在较多的内燃机中以提高燃烧的效率化以及排气排放为目的，为了将供给到燃烧室内的混合气的空燃比维持为目标空燃比(例如，理论空燃比)，使用氧传感器以及空燃比传感器。然而，氧传感器和空燃比传感器对H2的灵敏度高，若H2的发生量变多，则具有输出值向浓侧偏移的倾向。
特别地，在上述那样的机械压缩比成为20以上的火花点火式内燃机中，S/V比极端地变大，伴随于此从燃烧室排出的H2的量也变多。因此，导致氧传感器及空燃比传感器的输出值以不能无视的程度较大地向浓侧偏移，从而不能正确地检测排气中的氧浓度等。其结果，不能适当地控制空燃比，存在招致燃烧效率的恶化及排气排放的恶化的情况。
发明内容
于是，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种内燃机的控制装置，即使伴随着S/V比的增大在排气中的氢浓度增大，也能适当地控制内燃机。
本发明作为解决上述课题的手段，提供如权利要求书的各权利要求所述的火花点火式内燃机。
在本发明的第1方式中，提供一种内燃机的控制装置，具有能够变更燃烧室的S/V比的S/V比变更机构、输出值根据伴随着S/V比的增大而增大的排气中的氢浓度而变化的检测装置，基于该检测装置的输出值控制内燃机，其中，根据上述S/V比变更机构的S/V比，对上述检测装置的输出值或关于内燃机的运行的参数进行修正。
在本发明的第2方式中，进行上述检测装置的输出值或关于内燃机的运行的参数的修正，使得伴随着S/V比的增大而增大的排气中的氢浓度的影响变小。
在本发明的第3方式中，上述检测装置是检测氢以外的排气中的特定的成分的浓度的装置，根据上述S/V比变更机构的S/V比，对由上述检测装置检测出的特定的成分的浓度进行修正。
在本发明的第4方式中，上述检测装置是检测氢以外的排气中的特定的成分的浓度的装置，根据上述S/V比变更机构的S/V比，对关于内燃机的运行的参数进行修正。
在本发明的第5方式中，上述检测装置是检测排气中的氧浓度或空燃比的氧传感器或空燃比传感器。
在本发明的第6方式中，关于上述内燃机的运行的参数是目标空燃比。
在本发明的第7方式中，上述检测装置是检测排气中的NOX浓度的NOX传感器。
在本发明的第8方式中，还具有能够控制进气门的关闭正时的可变气门正时机构，除了上述S/V比变更机构的S/V比以外，还根据进气门的关闭正时，对上述检测装置的输出值或关于内燃机的运行的参数进行修正。
在本发明的第9方式中，还具有连通内燃机吸气通路和内燃机排气通路的EGR通路、开闭该EGR通路的EGR阀，除了上述S/V比变更机构的S/V比以外，还根据EGR阀的开度，对上述检测装置的输出值或关于内燃机的运行的参数进行修正。
在本发明的第10方式中，还具有配置于内燃机排气通路内的排气净化催化剂，上述检测装置具有配置于上述排气净化催化剂的上游侧的上游侧的氧传感器或空燃比传感器、和配置于该排气净化催化剂的下游侧的下游侧的氧传感器或空燃比传感器，基于上述上游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值控制燃料供给量使得排气空燃比变为目标空燃比，在上述上游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值从实际的排气空燃比偏移了的情况下，基于上述下游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值对上游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值或者燃料供给量进行修正，根据上述S/V比变更机构的S/V比，对基于上述下游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值的上述上游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值或者燃料供给量的修正量进行修正。
在本发明的第11方式中，上述S/V比变更机构是能够变更机械压缩比的可变压缩比机构。
在本发明的第12方式中，还具有能够控制进气门的关闭正时的可变气门正时机构，供给到燃烧室内的吸入空气量主要通过改变进气门的关闭正时来控制，在内燃机低负荷运行时与内燃机高负荷运行时相比，机械压缩比被增高。
在本发明的第13方式中，在内燃机低负荷运行时机械压缩比被设定为最大机械压缩比。
在本发明的第14方式中，在内燃机低负荷运行时膨胀比被设为20以上。
以下，从附图和本发明的最佳实施方式的记载，可以进一步充分地理解本发明。
附图说明
图1是火花点火式内燃机的总体图。
图2是可变压缩比机构的分解立体图。
图3A及图3B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5A和图5B是表示进气门和排气门的升程(lift)量的图。
图6A～图6C是用于说明机械压缩比、实际压缩比和膨胀比的图。
图7是表示理论热效率和膨胀比的关系的图。
图8A及图8B是用于说明通常的循环和超高膨胀比循环的图。
图9是示出根据内燃机负荷的机械压缩比等的变化的图。
图10是示出算出来自燃料喷射阀的目标燃料供给量的控制的控制例程的流程图。
图11是示出算出燃料修正量的F/B控制的控制例程的流程图。
图12是示出机械压缩比和目标空燃比的关系的图。
图13是示出机械压缩比和目标空燃比的关系的图。
图14是示出机械压缩比和目标空燃比的关系的图。
图15是示出设定目标空燃比的控制的控制例程的流程图。
图16A～图16C是示出各参数和目标空燃比的修正量的映射的图。
图17是示出机械压缩比和空燃比传感器的输出值的向稀侧的修正量的关系的图。
图18是示出机械压缩比和空燃比传感器的输出值的向稀侧的修正量的关系的图。
图19是第四实施方式的火花点火式内燃机的全体图。
图20实际的排气空燃比、氧传感器的输出值、空燃比传感器的输出修正值的时间图。
图21是示出机械压缩比和升高修正值的关系的图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施例进行详细的说明。而且，在以下的说明中，对同样的构成元件赋予相同的参照标号。
图1表示火花点火式内燃机的侧面剖视图。
参照图1，附图标记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通过进气支管11被连接到调整槽(surge tank，稳压箱)12，在各进气支管11分别配置用于向对应的进气口8内喷射燃料的燃料喷射阀13。另外，也可代替将燃料喷射阀13安装于各进气支管11，而将燃烧喷射阀13配置在各燃烧室5内。
调整槽12通过进气道14被连接到空气滤清器15，在进气道14内配置由致动器16驱动的节气门17和使用例如红外线(热线)的吸入空气量检测器18。另一方面，排气口10通过排气歧管19被连接到内置了例如三元催化剂21的催化剂转换器20，在排气歧管19内配置空燃比传感器22。
排气歧管19和吸气支管11(或者进气口8、调整槽12)经由用于再循环排气(以下，称为EGR气体)的EGR通路23彼此连接，在该EGR通路23内配置有EGR控制阀24。此外在EGR通路23周围配置有用于冷却在EGR通路23内流动的EGR气体的EGR冷却装置25。在图1所示的内燃机中，内燃机冷却水被引导至EGR冷却装置25内，EGR气体由该内燃机冷却水冷却。而且，在以下的说明中，将进气口8、吸气支管11、调整槽12、吸气管道14总称为内燃机吸气通路。
另一方面，在如图1所示的实施例中，在曲轴箱1和气缸体2的连接部设置有可变压缩比机构A，该可变压缩比机构A可通过改变曲轴箱1和气缸体2的气缸轴线方向的相对位置来改变活塞4位于压缩上止点时的燃烧室5的容积；另外，还设置有能够控制进气门7的关闭正时的可变气门正时机构B。
电子控制单元30由数字计算机构成，具备通过双方向性总线31互相连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存储器)33、CPU(中央处理器)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、空燃比传感器22的输出信号分别经由对应的AD转换器37向输入端口35输入。另外，在加速踏板40上连接有产生与加速踏板40的踩踏量成比例的输出电压的负荷传感器41，负荷传感器41的输出电压经由对应的AD转换器37向输入端口35输入。进而，在输入端口35上连接有曲轴每旋转例如30°时产生输出脉冲的曲轴转角传感器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、EGR控制阀24、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3A及图3B示出图解性表示的内燃机的侧剖图。如果参照图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的上壁面上互相隔着间隔地形成有分别嵌合在对应的突出部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的旋转轴线共轴。另一方面，在各圆形凸轮56之间，如图3A及图3B中阴影所示，延长有相对于各凸轮轴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，这些圆形凸轮58配置在各圆形凸轮56之间，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3A所示的状态使固定在各凸轮轴54、55上的圆形凸轮56如图3A中实线的箭头所示那样互相向相反方向旋转时，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3A中虚线的箭头所示那样向与圆形凸轮56相反的方向旋转；在如图3B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3A与图3B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，气缸体2越远离曲轴箱1。在气缸体2远离曲轴箱1时，活塞4位于压缩上止点时的燃烧室5的容积增大，因此能够通过使各凸轮轴54、55旋转而变更活塞4位于压缩上止点时的燃烧室5的容积。
如图2所示那样，为了使各凸轮轴54、55分别向相反方向旋转，在驱动电机59的旋转轴上安装有螺旋方向分别相反的一对蜗轮61、62，与这些蜗轮61、62啮合的齿轮63、64分别固定于各凸轮轴54、55的端部。在该实施例中能够通过驱动驱动电机59而使活塞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，可以使用任何形式的可变压缩比机构。
另一方面，图4表示相对于在图1中用于驱动进气门7的凸轮轴70设置的可变气门正时机构B。如图4所示，可变气门正时机构B由安装在凸轮轴70的一端、用于变更凸轮轴70的凸轮的相位的凸轮相位变更部B1和配置在凸轮轴70与进气门7的气门挺杆26之间、将凸轮轴70的凸轮的作用角变更为不同的作用角而向进气门7传递的凸轮作用角变更部B2构成。另外，在图4中对于凸轮作用角变更部B2表示出侧剖图与俯视图。
首先，如果最先对可变气门正时机构B的凸轮相位变更部B1进行说明，该凸轮相位变更部B1具备：通过内燃机的曲轴经由正时带向箭头方向旋转的正时带轮71，与正时带轮71一起旋转的圆筒状外壳72，与凸轮轴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；在各叶片75的两侧分别形成有提前角用油压室76和延迟角用油压室77。
向各油压室76、77供给工作油的供给控制通过工作油供给控制阀78进行。该工作油供给控制阀78具备：分别连接于各油压室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(spool valve)。
在应该使凸轮轴70的凸轮的相位提前时，在图4中使滑阀85向下方移动，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，同时延迟角用油压室77内的工作油从排油口84排出。此时旋转轴73相对于圆筒状外壳72向箭头X方向相对旋转。
与此相对，在应该使凸轮轴70的凸轮的相位滞后时在图4中使滑阀85向上方移动，从供给口82供给的工作油经由油压口80向延迟角用油压室77供给，同时提前角用油压室76内的工作油从排油口83排出。此时旋转轴73相对于圆筒状外壳72向与箭头X相反的方向相对旋转。
在旋转轴73相对于圆筒状外壳72相对旋转时，若滑阀85返回到图4所示的中立位置，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。因此能够通过凸轮相位变更部B1如图5A所示使凸轮轴70的凸轮的相位提前或者滞后所希望的量。即，能够通过凸轮相位变更部B1使进气门7的开启正时任意地提前或者延迟(滞后)。
接下来，如果对可变气门正时机构B的凸轮作用角变更部B2进行说明，该凸轮作用角变更部B2具备：与凸轮轴70平行地并列配置并且通过致动器91而在轴线方向上移动的控制杆90，与凸轮轴70的凸轮92配合(接合)并且能够滑动地嵌合于被形成在控制杆90上的在轴线方向上延伸的花键93的中间凸轮94，和为了驱动进气门7而与气门挺杆26配合并且能够滑动地嵌合于被形成在控制杆90上的螺旋状地延伸的花键95的摆动凸轮96；在摆动凸轮96上形成有凸轮97。
在凸轮轴70旋转时，由凸轮92使中间凸轮94一直以一定的角度摆动(摇动)，此时也使摆动凸轮96以一定的角度摆动。另一方面，中间凸轮94以及摆动凸轮96被支撑得在控制杆90的轴线方向上不能移动，因此在通过致动器91使控制杆90在轴线方向上移动时，摆动凸轮96相对于中间凸轮94相对旋转。
在由中间凸轮94与摆动凸轮96的相对旋转位置关系使得凸轮轴70的凸轮92与中间凸轮94开始配合时，在摆动凸轮96的凸轮97开始与气门挺杆26配合的情况下，此时如图5B中a所示，进气门7的开启期间以及升程量变为最大。与此相对，在通过致动器91使摆动凸轮96相对于中间凸轮94向图4的箭头Y方向相对旋转时，凸轮轴70的凸轮92与中间凸轮94配合后，一段时间后摆动凸轮96的凸轮97与气门挺杆26配合。此时，如图5B中b所示，进气门7的开启期间以及升程量变得比a小。
在使摆动凸轮96相对于中间凸轮94向图4的箭头Y方向进一步相对旋转时，如图5B中c所示，进气门7的开启期间以及升程量进一步变小。即，通过致动器91变更中间凸轮94与摆动凸轮96的相对旋转位置，由此能够任意地变更进气门7的开启期间(作用角)。但是，此时，进气门7的开启期间变得越短，则进气门7的升程量变得越小。
这样通过凸轮相位变更部B1能够任意地变更进气门7的开启正时，通过凸轮作用角变更部B2能够任意地变更进气门7的打开期间，所以通过凸轮相位变更部B1与凸轮作用角变更部B2双方，即通过可变气门正时机构B，能够任意地变更进气门7的开启正时与打开期间，即进气门7的开启正时与关闭正时。
另外，图1以及图4所示的可变气门正时机构B表示一例，可以使用图1以及图4所示的例子以外的各种形式的可变气门正时机构。特别地，在本发明的实施方式中，只要是能够变更进气门7的关闭正时的可变关闭正时机构，可以使用任何形式的机构。此外，对于排气门9也可以设置与进气门7的可变气门正时机构B同样的可变气门正时机构。
接下来一边参照图6A～图6C一边对本申请中使用的用语的意思进行说明。另外，在图6A～图6C中，为了说明，表示了燃烧室容积为50ml、活塞的行程容积为500ml的发动机(内燃机)，在这些图6A～图6C中，所谓燃烧室容积，表示活塞位于压缩上止点时的燃烧室的容积。
图6A对机械压缩比进行说明。该机械压缩比是仅由压缩行程时的活塞的行程容积与燃烧室容积机械式确定的值，该机械压缩比通过(燃烧室容积+行程容积)/燃烧室容积表示。在图6A所示的例子中该机械压缩比为(50ml+500ml)/50ml＝11。
图6B对实际压缩比进行说明。该实际压缩比是由从实际开始压缩作用时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确定的值，该实际压缩比通过(燃烧室容积+实际的行程容积)/燃烧室容积表示。即，如图6B所示，在压缩行程中，在活塞开始上升但进气门开启的期间内不进行压缩作用，从进气门关闭了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6B所示的例子中实际压缩比为(50ml+450ml)/50ml＝10。
图6C对膨胀比进行说明。膨胀比是由膨胀行程时的活塞的行程容积与燃烧室容积确定的值，该膨胀比通过(燃烧室容积+行程容积)/燃烧室容积表示。在图6C所示的例子中该膨胀比为(50ml+500ml)/50ml＝11。
接下来一边参照图7以及图8A和图8B一边对本发明中的基本特征进行说明。另外，图7表示理论热效率与实际膨胀比的关系，图8A和图8B表示在本发明中根据负荷分别使用的通常的循环以及超高膨胀比循环的比较。
图8A表示进气门在下止点附近关闭、从大致压缩下止点附近开始由活塞引起的压缩作用时的通常的循环。在该图8A所示的例子中，与图6A～图6C所示的例子同样，燃烧室容积设为50ml，活塞的行程容积设为500ml。如从图8A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，在通常的内燃机中，机械压缩比、实际压缩比、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：此时膨胀比越大，即实际压缩比越高，理论热效率越高。因此在通常的循环中，为了提高理论热效率，提高实际压缩比即可。然而，为了制约内燃机高负荷运行时的爆震的产生，实际压缩比最大只能提高到12左右，这样一来在通常的循环中不能充分提高理论热效率。
另一方面，若严密区分机械压缩比与实际压缩比而对提高理论热效率进行研究，结果发现理论热效率受实际膨胀比支配，实际压缩比几乎不对理论热效率带来影响。即，在提高实际压缩比时，爆发力提高，但因为要进行压缩，需要较大的能量，这样一来，即使提高实际压缩比，理论热效率也几乎不提高。
与此相对，在增大膨胀比时，在膨胀行程时按压力对活塞进行作用的时间变长，这样一来活塞向曲轴给予旋转力的期间变长。因此膨胀比越增大，理论热效率越提高。图7的虚线ε＝10表示在将实际压缩比固定为10的状态下提高膨胀比时的理论热效率。这样可知，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如图7的实线所示那样实际压缩比也与膨胀比同时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，不会产生爆震，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，能够一边阻止爆震的产生一边大幅度提高理论热效率。图8B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膨胀比时的一例。
参照图8B，在该例中通过可变压缩比机构A将燃烧室容积从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减少到200ml。其结果，在该例中实际压缩比为(20ml+200ml)/20ml＝11，膨胀比成为(20ml+500ml)/20ml＝26。在图8A所示的通常的循环中如上所述，实际压缩比大致为11并且膨胀比为11，与此情况相比，在图8B所示的情况下，仅膨胀比提高到26。因此将图8B所示的循环称为超高膨胀比循环。
如前所述，一般而言，在内燃机中内燃机负荷越低，热效率越差，因此为了提高车辆行驶时的热效率，即为了提高燃料经济性，需要提高内燃机低负荷运行时的热效率。另一方面，在图8B所示的超高膨胀比循环中，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够在内燃机负荷比较低时采用。因此在本发明中在内燃机低负荷运行时设为图8B所示的超高膨胀比循环，在内燃机高负荷运行时设为图8A所示的通常的循环。
接下来一边参照图9一边对整个运行控制进行说明。
在图9中表示某一内燃机转速下的与内燃机负荷相适应的机械压缩比、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的开度以及泵送损失(抽吸动力损失)的各变化。另外，在本发明的实施例中为了能够通过催化转换器22内的三元催化剂21同时降低排气中的未燃烧HC(未燃HC)、一氧化炭(CO)以及氧化氮(NOX)，通常燃烧室5内的平均空燃比基于空燃比传感器22的输出信号反馈控制为理论空燃比。
而且，如上所述，在内燃机高负荷运行时执行图8A所示的通常的循环。因此如图9所示，此时机械压缩比降低，因此膨胀变低，在图9中如实线所示，进气门7的关闭正时提前。另外，此时吸入空气量较多，此时节气门17的开度保持为全开或者大致全开，所以泵送损失为零。
另一方面，如在图9中如实线所示，在内燃机负荷变低时，伴随于此，为了减少吸入空气量，使进气门7的关闭正时延迟。另外此时为了将实际压缩比大致保持为一定，如图9所示那样随着内燃机负荷变低而使机械压缩比增大，因此随着内燃机负荷变低，膨胀比也增大。另外，此时节气门17也保持为全开或者大致全开，因此不通过节气门17而通过变更进气门7的关闭正时而控制向燃烧室5内供给的吸入空气量。此时泵送损失也为零。
这样在内燃机负荷从内燃机高负荷运行状态降低时，在实际压缩比大致一定的情况下，随着吸入空气量减少而增大机械压缩比。即，与吸入空气量的减少成比例地减少活塞4到达了压缩上止点时的燃烧室5的容积。因此活塞4到达了压缩上止点时的燃烧室5的容积与吸入空气量成比例地变化。另外，此时燃烧室5内的空燃比为理论空燃比，所以活塞4到达了压缩上止点时的燃烧室5的容积与燃料量成比例地变化。
在内燃机负荷变得更低时，机械压缩比进一步增大，在内燃机负荷降低到稍偏靠低负荷附近的中负荷L1时，机械压缩比到达构成为燃烧室5的构造上限的界限机械压缩比。在机械压缩比到达界限机械压缩比时，在负荷比机械压缩比到达了界限机械压缩比时的内燃机负荷L1低的区域，机械压缩比被维持为界限机械压缩比。因此在低负荷侧的内燃机中负荷运行时以及内燃机低负荷运行时，机械压缩比变为最大，膨胀比也变为最大。换而言之，在低负荷侧的内燃机中负荷运行时和内燃机低负荷运行时，为了得到最大的膨胀比，将机械压缩比设为最大。
另一方面，在图9所示的实施例中，即使内燃机负荷变得比L1低，也如图9中实线所示，进气门7的关闭正时随着内燃机负荷变低而滞后，在内燃机负荷降低到L2时，进气门7的关闭正时变为能够控制向燃烧室5内供给的吸入空气量的界限关闭正时。在进气门7的关闭正时到达界限关闭正时时，在负荷比进气门7的关闭正时到达了界限关闭正时时的内燃机负荷L2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的关闭正时的变化控制吸入空气量。在图9所示的实施例中，在此时即负荷比进气门7的关闭正时到达了界限关闭正时时的内燃机负荷L2低的区域，通过节气门17控制向燃烧室5内供给的吸入空气量。但是，在通过节气门17进行吸入空气量的控制时，如图9所示，泵送损失增大。
而且，为了不发生这样的泵送损失，在负荷比进气门7的关闭正时达到了限界关闭正时时的内燃机负荷L2低的区域中，在将节气门17保持全开或大致全开的状态下，可以设置成内燃机负荷越低则使空燃比越大。此时优选将燃料喷射阀13配置于燃烧室5内进行成层燃烧。或者在负荷比进气门7的关闭正时达到了限界关闭正时时的内燃机负荷L2低的区域中，在将节气门17保持全开或大致全开的状态下，设置成内燃机负荷越低则使EGR阀24的开度越大。
而且，在负荷比机械压缩比达到了限界机械压缩比时的内燃机负荷L1低的运行区域中，也不必一定要如上述控制进气门7的关闭正时以及节气门17的开度，在这样的运行区域中，可以通过控制进气门7的关闭正时以及节气门17的开度中的任一方来控制吸入空气量。
另一方面，如图9所示，在内燃机负荷比L1高时，即在高负荷侧的内燃机中负荷运行时和内燃机高负荷运行时，实际压缩比相对于同一的内燃机转速维持于大致同一的实际压缩比。与此相对，在内燃机负荷比L1低时，即机械压缩比保持为限界机械压缩比时，实际压缩比由进气门7的关闭正时决定，若如内燃机负荷处于L1和L2之间那样延迟进气门7的关闭正时，则实际压缩比降低，若如内燃机负荷处于比L2低的运行区域那样将进气门7的关闭正时保持为限界关闭正时，则实际压缩比被维持为一定值。
而且，若内燃机转速变高则在燃烧室5内的混合气中发生紊乱流，所以难以发生爆震，因此，在本发明的实施方式中，内燃机转速越高，则使实际压缩比越高。
另一方面，如前述在图8B中所示的超高膨胀比循环中膨胀比设为26。虽然该膨胀比越高越好，但如从图7可知，即使对于实际上可使用的下限实际压缩比ε＝5，也只要为20以上就可得到相当高的理论热效率。因此，在本发明中以使膨胀比变为20以上的方式形成可变压缩比机构A。
此外，在图9所示示例中，使机械压缩比对应于内燃机负荷连续变化。然而，也可以使机械压缩比对应于内燃机负荷分阶段变化。
另一方面，如在图9中虚线所示，还可通过随着内燃机负荷的降低提前进气门7的关闭正时来控制吸入空气量而不是由节气门17来控制吸入空气量。因此，若表现为可包含图9中由实线表示的情况和由虚线表示的情况中任一种情况，则在根据本发明的实施例中，使进气门7的关闭正时随着内燃机负荷的降低，而向从压缩下止点离开的方向移动直到能够控制供给燃烧室内的吸入空气量的界限关闭正时L2。
然而，在本发明的实施方式中，如上所述，为了由三元催化剂21同时减低排气中的未燃HC，CO和NOX，基于空燃比传感器22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(以下称为“F/B控制”)。即，在本实施方式中，由配置在三元催化剂21的排气上游侧的空燃比传感器22检测排气空燃比(三元催化剂21上游侧的排气通路，供给燃烧室5和吸气通路的空气与燃料的比率)，并且，对来自燃料喷射阀13的燃料供给量进行F/B控制以使得空燃比传感器22的输出值成为理论空燃比。
以下，关于F/B控制具体地进行说明。首先，在本实施方式中，由下述式(1)算出应从燃料喷射阀13向各气缸供给的燃料量(以下，称为“目标燃料供给量”)Qft(n)。
Qft(n)＝Mc(n)/AFT+DQf(n-1)     …(1)
其中，在上述式(1)中，n是表示ECU30中的计算次数值，例如Qft(n)表示由第n次的计算(即在时刻n)算出的目标燃料供给量。而且，Mc(n)表示在进气门7的关闭时之前假想吸入各气缸的缸内的空气量(以下，称为“缸内吸入空气量”)。缸内吸入空气量Mc(n)例如通过预先实验性地或通过计算求出将内燃机转速Ne和由吸入空气量检测器18检测的空气流量mt作为参数的映射或计算式，将此映射或计算式保存于ECU30的ROM32，在内燃机运行期间检测内燃机转速Ne以及空气流量mt，基于这些检测值通过上述映射或计算式来算出。而且，AFT是目标空燃比，在本实施方式中为理论空燃比。而且，DQf是关于后述的F/B控制而算出的燃料修正量。在燃料喷射阀13中喷射与如此算出的目标燃料供给量相对应量的燃料。
而且，在上述说明中，缸内吸入空气量Mc(n)是基于将内燃机转速Ne和空气流量mt作为参数的映射等算出的，然而例如也可以由基于进气门7的关闭正时，节气门17的开度以及大气压等的计算式等其他的方法来求取。
图10是示出算出来自燃料喷射阀13的目标燃料供给量Qft(n)的目标燃料供给量算出控制的控制例程的流程图。图示的控制例程以预定时间间隔的中断进行。
首先，步骤11中，由曲轴转角传感器42以及吸入空气量检测器18检测内燃机转速Ne以及空气流量mt。接着，在步骤12基于在步骤11中检测的内燃机转速Ne以及吸气管通过空气流量mt通过映射或通过计算式算出时刻n的缸内吸入空气量Mc(n)。接着，在步骤13中，基于在步骤12中算出的缸内吸入空气量Mc(n)以及在后述F/B控制中算出的时刻n-1的燃料修正量DQf(n-1)，通过上述式(1)算出目标燃料供给量Qft(n)，结束控制例程。在燃料喷射阀13中喷射与如此算出的目标燃料供给量Qft(n)相当量的燃料。
其次，关于F/B控制进行说明。在本实施方式中，作为F/B控制，在各计算时算出基于空燃比传感器22的输出值而计算的实际的燃料供给量与上述的目标燃料供给量Qft之间的燃料偏差量ΔQf，以使得此燃料偏差量ΔQf成为零的方式算出燃料修正量DQf。具体地，燃料修正量DQf由下述式(2)算出。而且，在下述式(2)中，DQf(n-1)是第n-1次的计算，即前一次的计算的燃料修正量，Kmp表示比例增益，Kmi表示积分增益。这些比例增益Kmp、积分增益Kmi可以是预先确定的一定的值，也可以根据内燃机运行状态而变化的值。
DQf ( n ) = DQf ( n - 1 ) + Kmp · ΔQf ( n ) + Kmi · Σ k = 1 n ΔQf ( k ) . . . ( 2 )
图11是示出算出燃料修正量DQf的F/B控制的控制例程的流程图。图示的控制例程以预定时间间隔的中断进行。
首先，在步骤S21中，判定F/B控制的执行条件是否成立。所谓F/B控制的执行条件成立的情况，例如可以列举不是内燃机的冷态起动期间(即，内燃机冷却水温为一定温度以上且不进行起动时燃料增量等)，不是在内燃机运行中停止从燃料喷射阀的燃料喷射的燃料切断控制期间等。在步骤S21中判定F/B控制的执行条件成立的情况下进入步骤S22。
在步骤S22，检测第n次的计算时的空燃比传感器22的输出值VAF(n)。接着，在步骤S23，基于在步骤22检测的输出值VAF(n)算出时刻n的实际空燃比AFR(n)。如此算出的实际空燃比AFR(n)通常为与第n次的计算时的流入三元催化剂21的排气的实际的空燃比大致一致的值。
接着，在步骤S24中，通过下述式(3)，算出基于空燃比传感器22的输出值而算出的燃料供给量与目标燃料供给量Qft的燃料偏差量ΔQf。而且，在下述式(3)中，关于缸内吸入空气量Mc以及目标燃料供给量Qft使用第n次的计算时的值，然而也可使用第n次的计算时之前的值。
ΔQf(n)＝Mc(n)/AFR(n)-Qft(n)   …(3)
在步骤S25中，通过上述式(2)算出时刻n的燃料修正量DQf(n)，结束控制例程。算出的燃料修正量DQf(n)在算出目标燃料供给量时使用于上述式(1)中。另一方面，在步骤S21中判定F/B控制的执行条件不成立的情况，不更新燃料修正量DQf(n)而结束控制例程。
而且，在上述实施方式中，作为向基于空燃比传感器22的输出信号的理论空燃比的F/B控制，示出进行PI控制的情况，然而F/B控制不限于上述控制，可以进行各种各样的控制。
然而，在使用如上所述的可变压缩比机构A的情况下，机械压缩比越高，则活塞位于压缩上止点时的燃烧室容积越小，其结果，面容比(活塞位于压缩上止点时的燃烧室5的表面积与容积的比。以下，称为“S/V比”)越大。当如此S/V比变大时，占燃烧室5全体的火焰波及不到的区域(消炎区域。接近燃烧室的壁面等火焰不能到达的区域)相对地变大。由于基本上即使燃烧室5内的混合气燃烧时火焰也不能到达，所以此火焰波及不到的区域内的混合气中所包含的HC不燃烧。因此，若机械压缩比变高，S/V比增大，则即使是燃烧室5内的混合气发生燃烧，而不进行燃烧的HC的量相对地增大。
另一方面，若燃烧室5内的混合气发生燃烧，则燃烧室5内变成为高温。火焰波及不到的区域内的HC若如此暴露于高温，则一部分要变换成氢(H2)。该H2之后在燃烧室5内不进行燃烧而是从燃烧室5排出。因此，若通过可变压缩比机构A提高机械压缩比高，则S/V比增大，其结果，排气中所包含H2的量增大。特别地，在本实施方式中，机械压缩比被设为20以上很高的压缩比，所以，与通常的内燃机(机械压缩比被控制为12左右的内燃机)相比S/V比变得极端地大，与此相伴随，排气中所包含的H2的量也变多。
另一方面，在本实施方式中，在F/B控制空燃比时，使用空燃比传感器22的输出值。此外，此空燃比传感器22对H2灵敏度高。因此，若排气中的H2浓度高，则空燃比传感器22的输出值有向浓侧偏移的倾向。
即使是空燃比传感器22的输出值如此发生了偏移，只要不使用可变压缩比机构A，排气中所包含的H2的比例总是大致均一，由此空燃比传感器22的输出值的偏移程度总是大致均一，所以，通过予先进行一定的修正就可以适当地进行补偿。但是，若使用可变压缩比机构A，排气中所包含的H2的比例根据机械压缩比、即根据S/V比而变化，所以即使是进行一定的修正也不能适当地进行补偿。
而且，在通常的内燃机中，排气中所包含的H2的量并不是那么多，由此空燃比传感器22的输出值的偏移也是可以无视的程度的量。但是，在机械压缩比为20以上的很高压缩比的火花点火式内燃机中，存在S/V比极端地变大的情况，与此相伴随，排气中所包含的H2的比例也变高。因此，导致空燃比传感器22的输出值变成为不能无视的程度地增大而向浓侧偏移，不能够正确地检测排气的空燃比。其结果，存在不再能适当地控制空燃比，招致燃烧效率的恶化及排气排放的恶化的情况。
于是，在本发明的第一实施方式中，根据机械压缩比控制目标空燃比。
图12是示出机械压缩比和目标空燃比的关系的图。从图12可知，在机械压缩比高时与低时相比目标空燃比设定得较低(设定在浓侧)。更具体地，随着机械压缩比变高，目标空燃比设定成较低。换而言之，在本实施方式中，随着S/V比变高，目标空燃比设定成较低。
在此，如上所述，排气中所包含的H2的量随着机械压缩比变高而增多。而且，排气中所包含的H2的量变得越多，空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移的程度越大。因此，随着机械压缩比变高，空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移的程度变大。
在本实施方式中，随着机械压缩比变高，目标空燃比向浓侧设定。因此，即使是机械压缩比变高而空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移，由于目标空燃比以相应的量向浓侧设定，结果，就被F/B控制而使得排气的空燃比成为实际的目标空燃比(即理论空燃比)。即，根据本实施方式，通过以由机械压缩比变高而在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移的量来修正目标空燃比，在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移得到补偿。换而言之，在本实施方式中，对作为关于内燃机的运行的参数的目标空燃比进行修正，而使得由变更机械压缩比而变化的H2浓度的影响变小。
而且，在本发明的第一实施方式中，根据进气门7的关闭正时控制目标空燃比。
图13是示出机械压缩比和目标空燃比的关系的图。图中的实线是进气门7的关闭正时设定为延迟侧的情况，图中的虚线是进气门7的关闭正时设定为提前侧的情况，图中的单点划线示出进气门7的关闭正时设定为中间程度的正时的情况。从图13可知，进气门7的关闭正时处于提前侧时与处于延迟侧时相比，目标空燃比设定得低(浓侧)。更具体地，随着进气门7的关闭正时提前，目标空燃比设定为较低。
然而，若进气门7的关闭正时提前，则实际的压缩作用开始得早，其结果，实际压缩比变高。若实际压缩比变高，活塞位于压缩上止点时的燃烧室5内的混合气的密度变高。因此，火焰波及不到的区域内存在的HC的量增大，由此，燃烧室5内发生的H2的量也增大。若如此H2的量增大，空燃比传感器22产生的偏移变大。对以上进行综合，若进气门7的关闭正时提前，则空燃比传感器22产生的偏移变大。
在此，在本实施方式中，随着进气门7的关闭正时提前，目标空燃比设定在浓侧。因此，即使是进气门7的关闭正时提前而空燃比传感器22的输出值偏移到浓侧，目标空燃比以相应的量设定到浓侧，结果，被进行F/B控制使得排气的空燃比成为实际的目标空燃比(即，理论空燃比)。即，根据本实施方式，以由进气门7的关闭正时提前而在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移的量对目标空燃比修正，使得空燃比传感器22的输出值中产生的偏移得到补偿。换而言之，在本实施方式中，对作为关于内燃机的运行参数的目标空燃比进行了修正，使得由变更进气门7的关闭正时而变化的H2浓度的影响变小。
进而，在本发明的第一实施方式中，根据EGR阀24的开度控制目标空燃比。
图14是示出机械压缩比和目标空燃比的关系的图。图中的实线示出EGR阀24的开度大的情况，图中的虚线示出EGR阀的开度小的情况，图中的单点划线示出EGR阀24的开度为中间程度的情况。从图14可知，EGR阀24的开度小时与大时相比，目标空燃比设定得低(浓侧)。更具体地，随着EGR阀24的开度变小，目标空燃比设定得低。
然而，若EGR阀24的开度变大，供给到燃烧室5内的EGR气体的量增大。如此向燃烧室5内供给的EGR气体的量增大，相对地向燃烧室5内供给的空气和燃料的混合气的量减少，燃烧室5内的混合气的密度降低。因此，火焰波及不到的区域内存在的HC的量减少，由此在燃烧室5内发生的H2的量减少。若如此H2的量减少，则在空燃比传感器22中产生的偏移变小。结合以上可知，若EGR阀24的开度变大，则在空燃比传感器22中产生的偏移变小。逆而言之，若EGR阀24的开度小，则空燃比传感器22中产生的偏移变大。
在此，在本实施方式中，随着EGR阀24的开度变小，目标空燃比设定为浓侧。因此，即使EGR阀24的开度变小而空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移，目标空燃比以相应的量向浓侧设定，结果，被F/B控制使得排气的空燃比成为实际的目标空燃比(即，理论空燃比)。即，根据本实施方式，通过以由EGR阀24的开度变小而在空燃比传感器22的输出值产生的偏移的量对目标空燃比修正，在空燃比传感器22的输出值产生的偏移得到补偿。换言之，在本实施方式中，对作为关于内燃机的运行的参数的目标空燃比进行了修正，使得由变更EGR阀24的开度而变化的H2浓度的影响变小。
而且，在上述实施方式中，在执行F/B控制时，使用空燃比传感器22。但是，也可取代空燃比传感器22而使用氧传感器来执行F/B控制。而且，氧传感器和空燃比传感器22同样对H2的灵敏度高。因此，也可以取代空燃比传感器22而使用氧传感器，在此情况下，与使用上述空燃比传感器22的情况执行同样的控制。
而且，除了空燃比传感器及氧传感器以外，还存在对H2的灵敏度高的传感器。作为这样的传感器的例子，例如可以列举检测排气中的NOX的浓度的NOX传感器。在NOX传感器中，存在排气中的H2浓度越高则检测出越低的NOX浓度的倾向。
于是，在基于NOX传感器的输出值控制内燃机的运行的情况下，对关于内燃机的运行的参数进行修正，使得执行机械压缩比越高则NOX浓度越比NOX传感器检测的NOX浓度高时所进行的内燃机的运行控制。例如，在机械压缩比高时，将目标空燃比修正得低(浓侧)、或者进行修正使得执行使排气空燃比暂时变浓的暂时浓空燃比(リツチスパイク)控制的频度变多。
综上所述，在本发明的实施方式中，是以伴随着机械压缩比的增大而增大的排气中的H2浓度的影响变小的方式，根据机械压缩比对关于内燃机的运行的参数进行修正。
而且，在上述实施方式中，根据机械压缩比控制目标空燃比。但是，若S/V比发生变更则排气中的H2的浓度变化而产生同样的问题，所以，如上所述的控制，不限于可变压缩比机构A，也可以适用于具有能够变更S/V比的S/V比变更机构的内燃机。
而且，在上述实施方式中，作为排气净化催化剂使用了三元催化剂，也可以使用NOX吸藏还原催化剂等其他的排气净化催化剂。而且，在上述实施方式中，将目标空燃比设为理论空燃比，但是目标空燃比不一定非要设为理论空燃比，例如也可以将相比理论空燃比靠稀侧的空燃比设为目标空燃比。
图15是示出设定目标空燃比的控制的控制例程的流程图。如图15所示的，首先，在步骤S31检测机械压缩比。接着，在步骤S32中检测进气门7的关闭正时。接着，在步骤S33检测EGR阀24的开度。在步骤S34基于在步骤S31检测的机械压缩比使用图16A所示的映射算出基于机械压缩比的目标空燃比的修正量kεm。接着，在步骤S35基于在步骤S32检测的进气门7的关闭正时使用图16B所示的映射算出基于进气门关闭正时的目标空燃比的修正量kivc。在步骤S36中，基于在步骤S33检测的EGR阀24的开度使用图16C所示的映射算出基于EGR阀开度的目标空燃比的修正量kegr。接着，在步骤S37中将从实际的目标空燃比AFTbase减去在步骤S34～步骤S36中算出的修正量的值设为目标空燃比AFT。如此算出的目标空燃比AFT在图10的步骤S13中使用。
而且，在上述实施方式中，基于进气门7的关闭正时以及EGR阀24的开度算出目标空燃比的修正量，也可以基于进气门7的关闭正时以及EGR阀24的开度算出目标空燃比的修正系数，将如此算出的修正系数乘以基于机械压缩比算出的目标空燃比的修正量。
其次，关于本发明的第二实施方式的内燃机的控制装置进行说明。第二实施方式的内燃机的控制装置的构成基本上与第一实施方式的内燃机的控制装置的构成是同样的。但是，在第一实施方式的内燃机的控制装置中，是根据机械压缩比等来变更关于内燃机的运行的参数的值，与此相对，在第二实施方式的内燃机的控制装置中，根据机械压缩比等对检测装置的输出值进行修正。
图17是示出机械压缩比和空燃比传感器22的输出值的向稀侧的修正量的关系的图。图中的实线示出进气门7的关闭正时设定为延迟侧的情况，图中的虚线示出进气门7的关闭正时设定为提前侧的情况，图中的单点划线示出进气门7的关闭正时设定为中间程度的正时的情况。
从图17可知，在机械压缩比高时与低时相比，空燃比传感器22的向稀侧的修正量变大。更具体地，随着机械压缩比增高，空燃比传感器22的向稀侧的修正量变大。换言之，在本实施方式中，随着S/V比变高，空燃比传感器22的向稀侧的修正量变大。
根据本实施方式，即使机械压缩比变高而空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移，空燃比传感器22的输出值向稀侧修正相应的量，结果，空燃比传感器22的修正后的输出值示出实际的排气的空燃比。即，根据本实施方式，通过由机械压缩比变高而在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移的量来修正空燃比传感器22的输出值，从而在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移得到补偿。换言之，在本实施方式中，是以由变更机械压缩比而变化的H2浓度的影响变小的方式，来修正输出值根据H2的浓度变化的检测装置的输出值。
而且，从图17可知，在进气门7的关闭正时处于提前侧时与处于延迟侧时相比，空燃比传感器22的向稀侧的修正量变大。更具体地，随着进气门7的关闭正时提前，空燃比传感器22的向稀侧的修正量变大。
根据本实施方式，即使进气门7的关闭正时提前而空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移，空燃比传感器22的输出值也向稀侧修正相应的量，结果，空燃比传感器22的修正的输出值表示实际的排气的空燃比。即，根据本实施方式，通过以因进气门7的关闭正时提前而在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移的量对空燃比传感器22的输出值进行修正，使得在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移得到补偿。换言之，在本实施方式中，以因变更进气门7的关闭正时而变化的H2浓度的影响变小的方式，对输出值根据H2浓度而变化的检测装置的输出值进行修正。
而且，在EGR阀24的开度小时与大时相比，也可以使空燃比传感器22的向稀侧的修正量变大。在此情况下，更具体地，随着EGR阀24的开度变小，空燃比传感器22的向稀侧的修正量变大。由此，即使EGR阀24的开度变小而空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移，空燃比传感器22的输出值也向稀侧修正相应的量，所以空燃比传感器22的被修正的输出值成为表示实际的排气的空燃比。
而且，在本实施方式中，与上述第一实施方式同样地，在取代空燃比传感器22使用氧传感器及NOX传感器的情况下也进行同样的控制。因此，综上所述，在本发明的实施方式中，将检测排气中的特定的成分的浓度的检测装置、即输出值根据排气中的氢浓度而变化的检测装置的输出值(即，排气中的特定的成分的浓度)根据机械压缩比来修正。
其次，关于本发明的第三实施方式的内燃机的控制装置进行说明。第三实施方式的内燃机的控制装置的构成基本上与第二实施方式的内燃机的控制装置的构成同样。但是，在本实施方式的内燃机的控制装置中，空燃比传感器22的输出值根据目标空燃比而被修正。
然而，在上述实施方式的内燃机中，目标空燃比为理论空燃比被设为大致一定。与此相对，在本实施方式的内燃机中，根据内燃机运行状态变更目标空燃比。例如，在本实施方式中，作为排气净化催化剂使用NOX吸藏还原催化剂，在通常运行时目标空燃比设为稀，并且，在要使NOX吸藏还原催化剂所吸藏的NOX脱离时将目标空燃比设为浓。如此，对于目标空燃比根据内燃机运行状态而变化的内燃机，在第三实施方式的内燃机的控制装置中，根据目标空燃比变更空燃比传感器22的向稀侧的修正量。
图18是示出机械压缩比和空燃比传感器22的输出值的向稀侧的修正量的关系的图。图中的实线示出目标空燃比设定为稀侧的情况，图中的虚线示出目标空燃比设定为浓侧的情况，图中的单点划线示出目标空燃比设定为大致理论空燃比的情况。
从图18可知，在目标空燃比低(处于浓侧)时与高(处于稀侧)时相比将空燃比传感器22的向稀侧的修正量设为较大。更具体地，随着目标空燃比变低，空燃比传感器22的向稀侧的修正量变大。
在此，若燃烧室5内的混合气的空燃比变低，则混合气中的HC浓度增大。若混合气中的HC浓度高，则火焰波及不到的区域内存在的HC的量增大，由此燃烧室5内发生的H2的量增大。若如此H2的量增大，空燃比传感器22产生的偏移变大。综上所述，若燃烧室5内的混合气的空燃比降低，空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移。
在此，在本实施方式中，随着目标空燃比降低，将空燃比传感器22的向稀侧的修正量设为较大。因此，即使目标空燃比变低，空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移，空燃比传感器22的输出值也将向稀侧修正相应的量，结果，空燃比传感器22的修正后的输出值成为表示实际的排气的空燃比。即，根据本实施方式，通过以因目标空燃比变低而在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移的量对空燃比传感器22的输出值进行修正，使得在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移得到补偿。换言之，在本实施方式中，以因变更目标空燃比而变化的H2浓度的影响变小的方式，对输出值根据H2浓度变化的检测装置的输出值进行修正。
其次，关于本发明的第四实施方式的内燃机的控制装置进行说明。第四实施方式的火花点火式内燃机，如图19所示的，除了配置在三元催化剂21的排气上游侧的空燃比传感器22以外，还具备配置在三元催化剂21的排气下游侧的氧传感器22’。
此外，存在空燃比传感器22的输出值因空燃比传感器22由排气的热而劣化等而发生偏移的情况。若如此空燃比传感器22的输出值发生偏移，则会致使空燃比传感器22例如本来在排气空燃比为理论空燃比时所发生的输出电压在与理论空燃比相比为稀时发生。在本实施方式中，通过使用下游侧的氧传感器22’的副F/B控制对在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移进行补偿，使得空燃比传感器22的输出值成为与实际的排气空燃比对应的值。
即，氧传感器22’可以检测排气空燃比相比理论空燃比是浓还是稀，在实际的排气空燃比为稀时，氧传感器24的输出电压成为低值，在实际的排气空燃比为浓时，氧传感器24的输出电压成为高值。因此，在实际的排气空燃比为大致理论空燃比时，即在理论空燃比附近上下反复时，氧传感器22’的输出电压在高值和低值之间反复反转。从此观点看，在本实施方式中，对空燃比传感器22的输出值进行了修正，使得氧传感器22’的输出电压在高值和低值之间反复反转。
图20是实际的排气空燃比、氧传感器的输出值、空燃比传感器22的输出修正值efsfb的时间图。图20的时间图，与以实际的排气空燃比成为理论空燃比的控制无关，示出在空燃比传感器22发生偏移时实际的排气空燃比未成为理论空燃比的情况下，空燃比传感器22产生的偏移要得到补偿的状况。
在图20所示的例子中，在时刻t0，实际的排气空燃比未成为理论空燃比，相比理论空燃比为稀。这是因为，在空燃比传感器22发生偏移，实际的排气空燃比相比理论空燃比为稀的空燃比时，由空燃比传感器22输出与理论空燃比对应的输出值。此时氧传感器22’的输出值为低值。
空燃比传感器22的输出修正值efsfb是对在图11的步骤S22算出的输出值VAF进行加算的修正值，在图11的步骤S23中，基于对在步骤S22算出的输出值VAF加上该输出修正值efsfb而得到的值算出实际空燃比AFR(n)。因此，在此输出修正值efsfb为正值的情况下，空燃比传感器22的输出值向稀侧修正，为负值的情况下空燃比传感器22的输出值向浓侧修正。从而，输出修正值efsfb的绝对值越大，则空燃比传感器22的输出值进行越大的修正。
与空燃比传感器22的输出值为大致理论空燃比时无关地，在氧传感器22’的输出值为低值时，意味着空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移了。于是，在本实施方式中，在氧传感器22’的输出值为低值时，如图20所示的，使输出修正值efsfb的值增大，将空燃比传感器22的输出值向稀侧修正。另一方面，与空燃比传感器22的输出值为大致理论空燃比无关地，在氧传感器24的输出值为高值时，使输出修正值efsfb的值减少，将空燃比传感器22的输出值向浓侧修正。
具体地，输出修正值efsfb的值通过下述式(4)计算。而且，在下述式(4)中，efsfb(n-1)是第n-1次，即前一次的计算时的输出修正值，Ksp表示比例增益，Ksi表示积分增益。而且，ΔVO(n)表示第n次的计算时的氧传感器22’的输出值和目标输出值(在本实施方式中，与理论空燃比对应的值)的输出偏差。
efsfb ( n ) = efsfb ( n - 1 ) + Ksp · ΔVO ( n ) + Ksi · Σ k = 1 n ΔVO ( k ) . . . ( 4 )
如此，在图20所示的例子中，随着空燃比传感器22的输出修正值efsfb的值增大，在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移得到修正，实际的排气空燃比逐渐地接近理论空燃比。
此外，从燃烧室5排出的排气中所包含的H2在三元催化剂21内燃烧，所以，在三元催化剂21的排气下游侧流动的排气中基本上不包含H2。另一方面，如上所述，氧传感器22’配置三元催化剂21的排气下游侧。因此，氧传感器22’基本上不受排气中的H2的影响。因此，即使从燃烧室5排出的排气中包含H2，在氧传感器22’中也可以比较正确地检测出氧浓度。因此，即使在上游侧空燃比传感器22的输出值发生偏移，通过进行基于下游侧的氧传感器22’的输出值的副F/B控制，可以对上游侧的空燃比传感器22的输出值的偏移进行某种程度的补偿。
此外，基于下游侧的氧传感器22’的输出值的副F/B控制，对于机械压缩比等的变化速度的响应速度慢，即使机械压缩比等变化，直到由副F/B控制对空燃比传感器22的输出值的偏移进行补偿为止要花费时间。因此，不能够由如上所述的副F/B控制对空燃比传感器22的输出值的偏移迅速地进行补偿。
于是，在本实施方式中，在副F/B控制中，除了上述的输出修正值efsfb，算出基于机械压缩比等而算出的升高修正值efsfbh，对在图11的步骤S22算出的输出值VAF加上这些输出修正值efsfb以及升高修正值efsfbh。
图21是示出机械压缩比和升高修正值efsfbh的关系的图。图中的实线表示进气门7的关闭正时设定为延迟侧的情况，图中的虚线表示进气门7的关闭正时设定为提前侧的情况，图中的单点划线表示进气门7的关闭正时设定为中间程度的正时的情况。
从图21可知，在机械压缩比高时与低时相比，升高修正值efsfbh设定得大。更具体地，随着机械压缩比变高，升高修正值efsfbh设定成变大。换言之，在本实施方式中，随着S/V比变高，升高修正值efsfbh变设定成变大。
根据本实施方式，即使机械压缩比变高而空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移，升高修正值efsfbh也变大相应的量，基于副F/B控制的空燃比传感器22的输出值的修正量被增大，结果，空燃比传感器22的修正后的输出值表示实际的排气的空燃比。而且，升高修正值efsfbh根据机械压缩比而变化，可以对于机械压缩比的变化迅速地响应。即，根据本实施方式，通过用副F/B控制以因机械压缩比变高而在空燃比传感器22的输出值中产生的偏移的量迅速地进行修正，使得空燃比传感器22的输出值中产生的偏移迅速得到补偿。
而且，从图21可知，在进气门7的关闭正时位于提前侧时与位于延迟侧时相比，升高修正值efsfbh设定得大。更具体地，随着进气门7的关闭正时提前，升高修正值efsfbh变大。
根据本实施方式，即使进气门7的关闭正时提前而空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移，升高修正值efsfbh也变大相应的量，基于副F/B控制的空燃比传感器22的输出值的修正量被增大，结果，空燃比传感器22的输出值成为表示实际的排气的空燃比。而且，升高修正值efsfbh根据进气门7的关闭正时变化，所以可以对进气门7的关闭正时的变化迅速地进行响应。即，根据本实施方式，通过以因进气门7的关闭正时提前而在空燃比传感器22的输出值产生的偏移的量对空燃比传感器22的输出值进行修正，使得空燃比传感器22的输出值中产生的偏移得到补偿。
而且，在EGR阀24的开度小时与大时相比，也可以使升高修正值efsfbh变大。在此情况下，更具体地，随着EGR阀24的开度变小，升高修正值efsfbh变大。由此，即使EGR阀24的开度变小，空燃比传感器22的输出值向浓侧偏移，升高修正值efsfbh变大相应的量，结果，空燃比传感器22的输出值表示实际的排气的空燃比。
而且，在上述实施方式中，对在三元催化剂21的上游侧配置空燃比传感器22，在下游侧配置氧传感器22’的情况进行了说明，在上游侧使用氧传感器的情况、在下游侧使用空燃比传感器的情况也可以进行同样的控制。
而且，关于本发明基于特定的实施方式进行了详细的描述，然而只要是本领域技术人员不脱离本发明的权利要求书以及思想，就可以进行各种各样的变更，修正等。

Claims (14)

1.一种内燃机的控制装置，具有能够变更燃烧室的S/V比的S/V比变更机构、输出值根据伴随着S/V比的增大而增大的排气中的氢浓度而变化的检测装置，基于该检测装置的输出值控制内燃机，其中，
根据上述S/V比变更机构的S/V比，对上述检测装置的输出值或关于内燃机的运行的参数进行修正。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，进行上述检测装置的输出值或关于内燃机的运行的参数的修正，使得伴随着S/V比的增大而增大的排气中的氢浓度的影响变小。
3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，上述检测装置是检测氢以外的排气中的特定的成分的浓度的装置，根据上述S/V比变更机构的S/V比，对由上述检测装置检测出的特定的成分的浓度进行修正。
4.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，上述检测装置是检测氢以外的排气中的特定的成分的浓度的装置，根据上述S/V比变更机构的S/V比，对关于内燃机的运行的参数进行修正。
5.根据权利要求3或4所述的内燃机的控制装置，其中，上述检测装置是检测排气中的氧浓度或空燃比的氧传感器或空燃比传感器。
6.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，上述关于内燃机的运行的参数是目标空燃比。
7.根据权利要求3或4所述的内燃机的控制装置，其中，上述检测装置是检测排气中的NOX浓度的NOX传感器。
8.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，还具有能够控制进气门的关闭正时的可变气门正时机构，除了根据上述S/V比变更机构的S/V比以外，还根据进气门的关闭正时，对上述检测装置的输出值或关于内燃机的运行的参数进行修正。
9.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，还具有连通内燃机吸气通路和内燃机排气通路的EGR通路、开闭该EGR通路的EGR阀，除了根据上述S/V比变更机构的S/V比以外，还根据EGR阀的开度，对上述检测装置的输出值或关于内燃机的运行的参数进行修正。
10.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，还具有配置于内燃机排气通路内的排气净化催化剂，上述检测装置具有配置于上述排气净化催化剂的上游侧的上游侧的氧传感器或空燃比传感器、和配置于该排气净化催化剂的下游侧的下游侧的氧传感器或空燃比传感器，基于上述上游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值控制燃料供给量使得排气空燃比变为目标空燃比，在上述上游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值从实际的排气空燃比偏移了的情况下，基于上述下游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值对上游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值或者燃料供给量进行修正，
根据上述S/V比变更机构的S/V比，对基于上述下游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值的上述上游侧的氧传感器或空燃比传感器的输出值或者燃料供给量的修正量进行修正。
11.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，上述S/V比变更机构是能够变更机械压缩比的可变压缩比机构。
12.根据权利要求11所述的内燃机的控制装置，其中，还具有能够控制进气门的关闭正时的可变气门正时机构，供给到燃烧室内的吸入空气量主要通过改变进气门的关闭正时来控制，在内燃机低负荷运行时与内燃机高负荷运行时相比，机械压缩比被增高。
13.根据权利要求11所述的内燃机的控制装置，其中，在内燃机低负荷运行时，机械压缩比被设定为最大机械压缩比。
14.根据权利要求11所述的内燃机的控制装置，其中，在内燃机低负荷运行时，膨胀比被设为20以上。
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