CN102884300B - 火花点火引擎的控制方法以及火花点火引擎 - Google Patents

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Abstract

提供一种火花点火引擎的控制方法和一种火花点火引擎，该火花点火引擎能够使其更快速地升温且快速地激活催化剂。引擎起动后，直到催化剂（62）被激活为止，进行在点火时刻被设定在相对于MBT更滞后侧的时刻点燃混合气的控制，该MBT是引擎的输出扭矩成为最大的点火时刻。催化剂（62）被激活后，直到引擎升温为止，进行使包含于燃烧室（14）内的混合气中的已燃气体比例大于第一时期的混合气中的已燃气体比例的控制，并且针对包含比第一时期更多的已燃气体的混合气进行点燃的控制。

Description

火花点火引擎的控制方法以及火花点火引擎
技术领域
本发明涉及一种针对具有火花塞和催化剂的火花点火引擎进行控制的方法以及该火花点火引擎，其中，所述火花塞能够点燃形成于气缸中的燃烧室内的混合气，所述催化剂能够净化排气。
背景技术
通常，用于快速激活催化剂的技术已经开发用于包括引擎的车辆等等，从而防止在引擎中燃烧期间产生的有害物质排入大气中，并且该技术通过包含设置在排气通道并且能够净化来自引擎的排气的催化剂，可靠地防止这种有害物质的排放量。
例如，专利文献1公开了一种系统，该系统包括柴油引擎和催化剂，其中，在柴油引擎起动之后，流到催化剂的排气的热量高于正常工作期间的热量。利用这种系统，催化剂的温度更快速地上升到激活温度。
利用设置在车辆等等的引擎，该引擎可以快速地升温以便迅速地激活催化剂，以便提高燃烧稳定性，因此，这样将会提高燃料消耗性能和排气性能。另一方面，利用上述现有系统，起动引擎之后由引擎产生的大部分燃烧能量以排放能量的形式被排出到排放侧。因此，使引擎本身升温的能量变小，从而存在引擎无法快速升温的问题。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利No.4182770
发明内容
为了解决上述问题，本发明涉及的火花点火引擎的控制方法是控制火花点火引擎的方法，所述火花点火引擎具有：火花塞，能够点燃形成于气缸中的燃烧室内的混合气；催化剂，设置在排气通道，并且在所述排气通道内的空气燃料比接近理论空气燃料比的状态下，能够净化包含于排气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物；以及催化剂温度检测单元，用于检测或估算所述催化剂的温度；其中，所述火花点火引擎被构造成能够点燃所述燃烧室中的所述混合气并且能够改变所述引擎的至少排气门的开闭时刻；所述控制火花点火引擎的方法包括：第一步骤，在从所述引擎的起动完成且该引擎开始自动旋转的时点起直到所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点为止的期间内，在点火时刻被设定在相对于MBT(最大扭矩的最小点火提前角)更滞后侧的时刻点燃所述混合气，其中，所述MBT是所述引擎的输出扭矩成为最大的点火时刻；第二步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，改变所述排气门的气门开启时刻及/或气门关闭时刻，使得包含于所述燃烧室内的所述混合气中的已燃气体的比例高于在执行所述第一步骤时的已燃气体的比例；以及第三步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，点燃所述燃烧室内的所述混合气，其中，在所述第三步骤中，在点火时刻被设定在相对于所述第一步骤的点火时刻更提前侧的时刻，所述混合气被点燃。
另外，本发明还涉及火花点火引擎，其具有：引擎体，包括火花塞和可变气门正时机构，所述火花塞能够点燃形成于气缸中的燃烧室内的混合气，所述可变气门正时机构用于使排气门的开闭时刻可变；控制单元，用于控制所述引擎体；催化剂，设置在排气通道，并且在所述排气通道内的空气燃料比接近理论空气燃料比的状态下，能够净化包含于排气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物；以及催化剂温度检测单元，用于检测或估算所述催化剂的温度；其中，所述控制单元执行：第一步骤，在从所述引擎的起动完成且该引擎开始自动旋转的时点起直到所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点为止的期间内，在点火时刻被设定在相对于MBT更滞后侧的时刻，通过所述火花塞点燃所述混合气，其中，所述MBT是所述引擎的输出扭矩成为最大的点火时刻；第二步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，通过所述可变气门正时机构改变所述排气门的气门开启时刻及/或气门关闭时刻，使得包含于所述燃烧室内的所述混合气中的已燃气体的比例高于在执行所述第一步骤时的已燃气体的比例；以及第三步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，通过所述火花塞点燃所述燃烧室内的所述混合气，其中，在所述第三步骤中，在点火时刻被设定在相对于所述第一步骤的点火时刻更提前侧的时刻，所述控制单元通过所述火花塞点燃所述混合气。
根据本发明，能够快速地激活催化剂并且能够快速地使引擎升温。
附图说明
图1是显示本发明实施例的火花点火引擎的总体结构的示意图。
图2是显示三元催化剂体的排气温度和净化率(转换效率)的关系的图表。
图3是显示本发明第一实施例的火花点火引擎的控制方法的流程图。
图4是显示使用本发明第一实施例的火花点火引擎的控制方法来控制引擎时的结果的时间表。
图5是说明本发明第二实施例的火花点火引擎中的排气门的气门开启操作的示意图。
图6是显示本发明第二实施例的火花点火引擎的控制方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考图1至图4描述根据本发明的火花点火引擎的第一实施例。
图1是火花点火引擎100的简要结构示意图。火花点火引擎100包括：包括气缸盖9和气缸体11的引擎体1；ECU(控制单元)2，用于控制引擎；和各种配件。引擎体1是汽油引擎，其通过主要包含汽油的燃料的燃烧而被驱动。注意，上述燃料可以全部是汽油，或向汽油中增加乙醇(酒精)等等的混合物。
多个气缸12被形成在气缸体11和气缸盖9内部。活塞13被插入通过各个气缸12。在本实施例中，四个气缸12被形成在引擎体1上。燃烧室14分别被形成在各个活塞13和气缸盖9的顶面之间。活塞13被联接到曲柄轴3。在本实施例中，引擎体1的几何压缩比被设定为15以上。15以上的值相对于标准汽油引擎的几何压缩比9到11更高。
引擎体1设置有曲柄角传感器82，用于检测曲柄轴3的旋转角度。ECU 2根据从曲柄角传感器82输出的检测信号计算出引擎转数NE。引擎体1设置有引擎冷却液温度传感器(引擎冷却液温度检测单元)83，用于检测引擎冷却液的温度。引擎冷却液流经形成在气缸盖9和气缸体11中的水套(water jacket)。
火花塞15布置在各个气缸12的燃烧室14的顶端。各个火花塞15的顶部面向各个燃烧室14的内部。各个火花塞15被电气连接到点火电路装置27。点火电路装置27发电，用于火花放电。在预定时刻，各个火花塞15根据从点火电路装置27馈送的电力将火花释放到燃烧室14内的混合气。
喷射器16分别设置在每个燃烧室14一侧。各个喷射器16直接将主要包含汽油的燃料喷入各个燃烧室14中。
两个进气口17和两个排气口18分别设置在每个气缸12的上部分。各个口17、18与燃烧室14连通。进气经过进气口17并流入燃烧室14中。燃烧室14内部的气体经过排气口18并被释放到燃烧室14的外部。进气门19设置成联结各个进气口17和燃烧室14。进气门19开闭进气口17，以连通或阻隔进气口17和燃烧室14。排气门20设置成联结各个排气口18和燃烧室14。排气门20开闭排气口18，以连通或阻隔排气口18和燃烧室14。进气门19在预定时刻通过由进气门驱动机构30驱动而开闭进气口17。此外，排气门20在预定时刻通过由排气门驱动机构40驱动而开闭排气口18。
进气门驱动机构30包括联接到进气门19的进气凸轮轴31和进气VVT32。进气凸轮轴31经由例如已知的链/链轮机构的动力传动机构被联接到曲柄轴3。进气凸轮轴31通过随着曲柄轴3旋转而旋转以开闭进气门19。
进气VVT32改变进气门19的气门正时(valve timing)。进气VVT32与凸轮轴31同轴布置。进气VVT32改变直接由曲柄轴3驱动的预定从动轴和进气凸轮轴31之间的相位差(phase difference)。因此，进气VVT32通过改变曲柄轴3和进气凸轮轴31之间的相位差来改变进气门19的气门正时。例如，进气VVT32是液压机构、电磁机构等等。液压进气VVT包括在从动轴和进气凸轮轴31之间轴向排列的多个液体室。液压进气VVT通过引起上述液体室之间的压力差来改变相位差。电磁进气VVT包括设置在从动轴和进气凸轮轴31之间的电磁铁。电磁进气VVT通过向电磁铁施加动力来改变相位差。进气VVT32根据由ECU 2计算出的进气门19的目标气门正时来改变相位差。
排气门驱动机构40与进气门驱动机构30相同结构。具体地说，排气门驱动机构40包括联接到排气门20和曲柄轴3的排气凸轮轴41、和排气VVT(可变气门正时机构)42。排气VVT42改变排气凸轮轴41和曲柄轴3的相位差，和改变排气门20的气门正时。排气VVT42根据由ECU 2计算出的排气门20的目标气门正时来改变相位差。在目标气门正时，排气凸轮轴41驱动排气门20以使其开闭。
注意，在本实施例中，进气VVT32和排气VVT42在分别保持进气门19和排气门20的气门开启时间和升程恒定的同时，分别改变进气门19和排气门20的开启时刻(气门开启时刻)和关闭时刻(气门关闭时刻)。换句话说，进气门19和排气门20的气门轮廓(profile)保持不变。
进气口17被连接到进气管22。节气门(throttle valve)50设置到进气管22上。节气门50改变进气管22的开启面积，和改变通过从外部流经进气管22而流入各个气缸12的进气的量。节气门50通过节流致动器(throttle actuator)56驱动。节流致动器56驱动节气门50以便节气门50的孔径变为由ECU 2计算出的目标节流孔径。进气管22设置有进气量传感器86，用于检测进气量。
排气口18被连接到排气管(排气通道)24。排气管24设置有催化反应装置60。催化反应装置60包括壳体61和收容在壳体61中的三元催化剂体(催化剂)62。三元催化剂体62能够净化包含于排气中的HC(碳氢化合物)、CO(一氧化碳)和NOx(氮氧化物)，并且包括所谓的三元催化功能。三元催化剂体62通过将包含于排气中的HC、CO、和NOx分别变成H2O、CO2、和N2来而使它们解除毒性。当流入三元催化剂体62中的排气的空气燃料比变得大于理论空气燃料比时，三元催化剂体62的HC和CO的转换效率增加。当流入三元催化剂体62中的排气的空气燃料比变得小于理论空气燃料比时，三元催化剂体62的NOx的转换效率增加。当流入三元催化剂体62中的排气的空气燃料接近理论空气燃料比时，三元催化剂体62同时以较高的转换效率净化HC、CO和NOx。此外，只有当三元催化剂体62达到激活温度或更高温度时，才能被激活并净化HC等等。
排气温度传感器87和空气燃料比传感器88设置在排气管24的比催化反应装置60更上游的部分上。排气温度传感器87检测经过排气管24的排气的温度。空气燃料比传感器88检测经过排气管24的排气的空气燃料比。
ECU 2是基于现有的微计算机的控制器。ECU 2包括CPU、存储器和I/O总线。CPU执行程序。存储器由RAM、ROM等等构成，并存储程序和数据。I/O总线进行各种信号的输入/输出。
ECU 2经由I/O总线接收来自包括曲柄角传感器82、引擎冷却液温度传感器83、进气量传感器86和加速器传感器85的各个传感器的检测信号。ECU 2根据这些检测信号进行各种计算。加速器传感器85检测与驾驶员操作的加速器踏板的操纵变量对应的加速器孔径。
ECU 2分别向点火电路装置27、喷射器16、节气门50、进气VVT32和排气VVT42输出驱动控制信号。
ECU 2包括作为其主要功能元件的气门正时控制单元102、点火控制单元104、进气量控制单元106和喷射器控制单元108。
气门正时控制单元102控制排气VVT42和进气VVT32的操作。根据引擎的工作状态，气门正时控制单元102适当地改变排气门20的气门开启时刻和气门关闭时刻以及进气门19的气门开启时刻和气门关闭时刻。改变排气门20的气门关闭时刻和进气门19的气门开启时刻，从而改变排气门20和进气门19在接近排气上死点时都被开启的重叠期间，具体地说，从进气门19的气门开启时刻到排气门20的气门关闭时刻的时间。另外，改变排气门20的气门关闭时刻和进气门19的气门开启时刻，从而改变排气门20和进气门19在接近排气上死点时被关闭的时间，具体地说，从排气门20的气门关闭时刻和进气门19的气门开启时刻起的时间(未重叠期间)。通过改变排气门20的气门关闭时刻，气门正时控制单元102改变残留在燃烧室14内的已燃气体的量，即，内部EGR气体。
点火控制单元104控制从点火电路装置27馈送至火花塞15的动力。点火控制单元104改变火花塞15放出火花和点燃混合气的时刻(点火时刻)。
进气量控制单元106驱动节流致动器54和改变节气门50的孔径。这种变化改变流入燃烧室14中的进气(新鲜空气)的量。
这样，喷射器控制单元108改变从喷射器16喷射到燃烧室14中的燃料的喷射时刻、喷射量(喷射时间)等等。
通过喷射器控制单元108的喷射量的变化和通过进气量控制单元106或气门正时控制单元102的进气量的变化将改变燃烧室14内的混合气的空气燃料比。
具体地说，根据进气量传感器86检测的进气量，喷射器控制单元108控制喷射量以便混合气的空气燃料比成为预定空气燃料比。注意，在本实施例中，喷射器控制单元108根据空气燃料比传感器88检测的空气燃料比校正喷射量。这样，该校正使得空气燃料比更精确地变成目标空气燃料比。
现在将参考图3的流程图说明ECU 2如何根据驱动条件控制引擎。
在步骤S1，ECU 2读取通过引擎冷却液温度传感器83检测的引擎冷却液的温度、通过排气温度传感器87检测的、比催化反应装置60更上游的排气管24内的排气的温度、通过进气量传感器86检测的进气量、通过曲柄角传感器82检测的检测信号等等。此外，ECU 2根据来自曲柄角传感器82的检测信号计算出引擎转数NE。
随后，在步骤S2，ECU 2判定是否已经完成引擎体1的起动并且引擎体1已经开始自动旋转。在本实施例中，当引擎转数NE变成预定起动判定转数N1以上时，ECU 2判定完成引擎体1的起动。例如，起动判定转数被设定为500rpm。
当在步骤S2判定为否(未完成引擎体1的起动)时，ECU 2返回到步骤S1。并且，当在步骤S2判定为是(完成引擎体1的起动)时，ECU 2进行到步骤S3。
在步骤S3，ECU 2判定三元催化剂体62是否处于未激活状态。在本实施例中，ECU 2根据在起动引擎至当前时间之后流入催化反应装置60的排气的流速估算三元催化剂体62的温度Tc、该排气的温度、以及该排气的空气燃料比。当三元催化剂体62的估算温度Tc小于激活温度Tc1时，ECU 2判定三元催化剂体62处于激活状态。排气的流速由进气量传感器86等等的检测值进行计算。排气的温度通过排气温度传感器87进行检测。空气燃料比通过空气燃料比传感器88进行检测。激活温度Tc1被设定为例如300摄氏度。在本实施例中，进气量传感器86、排气温度传感器87、空气燃料比传感器88和ECU 2用作催化剂温度检测单元，其用于估算催化反应装置60的温度。
还可以提供用于直接检测催化反应装置60的温度的检测装置。在上述情况下，检测装置直接检测三元催化剂体62的温度Tc。ECU 2判定该检测温度是否小于激活温度Tc1。
当在步骤S3判定为是(三元催化剂体62的估算温度Tc小于激活温度Tc1并且判定三元催化剂体62处于未激活状态)时，ECU 2进行到步骤S10。在步骤S10，ECU 2进行第一控制，用于激活三元催化剂体62。
在第一控制中，喷射器控制单元108调节从喷射器16喷射的喷射量，并且将燃烧室14内的混合气的空气燃料比控制在第一参考空气燃料比(第四步骤)。第一参考空气燃料比在接近理论空气燃料比时被设定为在14.5以上并且在15.0以下之间的值。气门正时控制单元102驱动排气VVT42并将排气门20的气门关闭时刻CA_EVC控制在第一气门关闭时刻CA_EVC1。第一气门关闭时刻CA_EVC1被设定在排气上死点(TDC)的滞后侧。第一气门关闭时刻(曲柄角)CA_EVC1被设定为例如ATDC(在上止点后)5° CA。点火控制单元104进行第一步骤。具体地说，点火控制单元104驱动点火电路装置27并将点火时刻CA_ig控制在第一点火时刻CA_ig1。第一点火时刻CA_ig1被设定在MBT(引擎的输出变成最大值的点火时刻)的滞后侧。第一点火时刻(曲柄角)CA_ig1被设定为例如ATDC(在上止点后)25° CA。
如上所述，更多高温的排气朝着三元催化剂体62排出直到在步骤S3判定变成否，具体地说，在起动引擎之后的第一时期内且直到三元催化剂体62被激活为止。
具体地说，燃烧室14内的混合气的空气燃料比被设定成接近理论空气燃料比。因此，防止由于过量空气引起的混合气的热容量增加。这样，防止燃烧之后的气体温度降低。此外，由于过量燃料受到吸热反应，防止混合气的温度降低。这样，增加燃烧之后的气体温度。此外，点火时刻被设定在更滞后侧。因此，当打开排气门20时，流向排气管24的排气的温度增加。另外，排气门20的气门关闭时刻被设定在排气上死点的更滞后侧。因此，更多的高温排气流向排气管24。
因此，利用火花点火引擎100，因为包括第一步骤和第四步骤的第一控制在第一时期进行，所以通过混合气的燃烧产生的燃烧能量中的更多能量将流向排气管24。这样，导致三元催化剂体62被快速地加热。
注意，排气门20的气门关闭时刻CA_EVC是紧接着在气门升程曲线内的缓冲曲线部分(buffer curve portion)之前的曲柄角。该缓冲曲线部分被设置以缓冲当关闭排气门20时排气门20和气门片之间出现的碰撞噪音。具体地说，排气门20的气门关闭时刻CA_EVC是气门升程为0.5mm的点的曲柄角。类似地，进气门的气门关闭时刻是紧接着在气门升程曲线中的缓冲曲线部分之前的曲柄角。排气门20的气门开启时刻和进气门的气门开启时刻是紧接着在气门升程曲线的缓冲曲线部分之后的曲柄角。在缓冲曲线部分中，气门升程的变化相对较小，气门升程的绝对值也较小。进气门19的气门开启时间和排气门20的气门开启时间是气门升程曲线内除了气门开启侧的缓冲曲线部分和气门关闭侧的缓冲曲线部分之外的曲柄角时间，也是进气基本能够流入引擎体1的时间和排气基本能够从引擎排出的时间。
这里，当大量燃烧能量作为排气能量朝着排气管24排出时，冷却损失将会减少。具体地说，供应到气缸盖9和气缸体11的能量将会减少。因此，防止气缸盖9和气缸体11的温度上升。具体地说，防止燃烧室14的壁温上升。这样，延长用于使引擎体1升温所需的时间。
另一方面，本发明的发明人及其他人员注意到三元催化剂体62的转换效率相对于流入的排气温度具有滞后特性。图2显示代表排气温度和三元催化剂体62的转换效率的关系的图表。图2的水平轴显示流入三元催化剂体62中的排气的温度。图2的纵轴显示三元催化剂体62的转换效率。如该图表所示，三元催化剂体62的转换效率随着排气的温度上升而增加。然而，在转换效率变成最大值之后，三元催化剂体62的转换效率保持较高值，即使排气的温度有些低，也会激活三元催化剂体62。这是因为：即使流入的排气的温度减低，一旦激活的三元催化剂体62也能保持在其本身反应热的较高温下。此外，还因为：三元催化剂体62通过来自受热的壳体61的辐射热而保持在高温下。
根据上述发现：即使排气的温度降低，在三元催化剂体62激活之后也能保持三元催化剂体62的激活，本发明的发明人及其他人员在激活三元催化剂体62之后减少排气的温度。另外，本发明的发明人及其他人员实现了在通过利用能量保持三元催化剂体62的激活时快速地使引擎体1升温，用于使燃烧室14的壁温上升，该能量用作燃烧能量中的排气能量。
具体地说，当在步骤S3判定为否并且确定三元催化剂本体62处于激活状态时，ECU2进行到步骤S4。在步骤S4，ECU 2判定引擎体1是否已经升温。在本实施例中，如果引擎冷却液的温度Tw小于预定升温判定温度Tw1，则ECU 2判定引擎没有升温。升温判定温度Tw1被设定为例如80摄氏度。如果在步骤S4确定引擎体1还没有升温，则ECU 2进行到步骤S11。
在步骤S11，ECU 2进行第二控制，用于快速地使引擎体1升温。第二控制是降低排气的温度的控制，从而与步骤S10中进行的第一控制相比能减少排气能量，因此增加冷却损失。具体地说，ECU 2进行第二步骤和第三步骤，在第二步骤中增大包含于燃烧室14内的混合气中的已燃气体的比例，使其大于在第一控制期间的比例，该第三步骤点燃其中已燃气体的比例已经增加的混合气。
在第二控制中，喷射器控制单元108调节从喷射器16喷射的喷射量，并且将燃烧室14内的混合气的空气燃料比控制在第二参考空气燃料比。第二参考空气燃料比在接近理论空气燃料比时被设定为在14.5以上并且在15.0以下之间的值。因此，在本实施例中，将燃烧室14内的混合气的空气燃料比控制成接近理论空气燃料比的第四步骤在第二控制中继续进行。气门正时控制单元102进行第二步骤。具体地说，气门正时控制单元102驱动排气VVT42并将排气门20的气门关闭时刻CA_EVC控制在第二气门关闭时刻CA_EVC2。第二气门关闭时刻CA_EVC2被设定在排气上死点(TDC)的提前侧。第二气门关闭时刻(曲柄角)CA_EVC2被设定为例如BTDC(在上止点前)90° CA。此外，气门正时控制单元102驱动进气VVT32并将进气门19的气门开启时刻控制在排气门20的气门关闭时刻的更滞后侧。随后，ECU 2关闭进气门19和排气门20，并在排气上死点附近实现其未重叠。
另外，点火控制单元104进行第三步骤。具体地说，点火控制单元104驱动点火电路装置27并将点火时刻CA_ig控制在第二点火时刻CA_ig2。第二点火时刻CA_ig2被设定在第一点火时刻CA_ig的更提前侧。在本实施例中，与引擎冷却液的温度Tw成比例地第二点火时刻CA_ig2被设定为大致提前。例如，当引擎冷却液的温度Tw在20摄氏度到80摄氏度范围内时，第二点火时刻(曲柄角)CA_ig2被设定在从ATDC(在上止点后)的20° CA到作为MBT的BTDC的20° CA的范围内。
因此，增加冷却损失直到在步骤S4判定变成否，具体地说，在激活三元催化剂体62并且引擎体1升温，并且引擎冷却液的温度Tw成为升温判定温度Tw1以上之后的第二时期内，增加排入气缸体11和气缸盖9的能量。
具体地说，在第二时期内，排气门20的气门关闭时刻被控制在提前侧。因此，高温已燃气体，即残留在燃烧室14内没有朝着排气管24排出的内部EGR气体的量将会增加。由于高温内部EGR气体被压缩，所以会增加燃烧室14内的气体温度。燃烧室14内的气体温度的上升会增加排向气缸体11和气缸盖9的能量。特别地，排气门20和进气门19没有重叠期间。因此，由于抑制燃烧室14进行换气，所以内部EGR气体体积将会增加。此外，点火时刻比在第一控制期间更提前。因此，燃烧之后的高温气体将残留在燃烧室14中很长一段时间。这样导致更多的热能被供应到气缸体11和气缸盖9。另外，燃烧室14内的混合气的空气燃料比被设定成接近理论空气燃料比。因此，混合气的热容量将会减少。热容量的减少防止燃烧后的气体温度降低。此外，由于空气燃料比被设定成接近理论空气燃料比，所以可以避免由于过量燃料引起的吸热反应。这样，防止混合气的温度降低和增加燃烧后的气体温度，因此增加内部EGR气体的温度。
如上所述，利用火花点火引擎100，在第二时期，通过混合气的燃烧产生的燃烧能量中的更多能量被供应到气缸体11和气缸盖9。这样使引擎体1快速升温。此外，燃烧室14内的混合气的空气燃料比被设定成接近理论空气燃料比。因此，从引擎体1中排出的HC、CO、和NOx被三元催化剂净化。这样增加排气性能。
在步骤S11引擎体1通过第二控制而升温之后，ECU 2进行步骤S5和步骤S12、S13的正常控制。在本实施例中，均质充量压缩着火(homogeneous charge compression Ignition)燃烧在HCCI区域中进行，该HCCI区域被设定为引擎转数较低、引擎负载较低的低速、低负载区域。均质充量压缩着火燃烧是燃烧模式，在该燃烧模式中，在进气冲程等等喷射燃料，并且混合气在燃烧室14内的各个位置同时并反复地自动点火。火花点火燃烧在其他区域进行。火花点火燃烧是利用来自火花塞15的火花强制点燃混合气，从而根据火焰传播而燃烧所有混合气的燃烧模式。
具体地说，当在步骤S4判定为否并且确定引擎冷却液的温度Tw已经变成升温判定温度Tw1以上且引擎体1已经升温时，ECU 2进行到步骤S5。在步骤S5，ECU 2判定当前驱动条件是否处于HCCI区域中。当该判定为是，当前驱动条件处于HCCI区域时，ECU 2进行到S12并进行HCCI控制。
在HCCI控制中，喷射器控制单元108调节从喷射器16喷射的喷射量，并将燃烧室14内的混合气的过量空气比EAR控制在2以上(例如，2.5)的值(第七步骤)，或控制气体的总重量G和喷入燃烧室14中的燃料的重量F的关系G/F，使其变成30以上(第八步骤)。此外，在进气冲程期间，喷射器控制单元108喷射燃料。气体的总重量G是容纳于燃烧室14中的已燃气体的总重量，即内部EGR气体的重量和新鲜空气的重量之和。
此外，气门正时控制单元102将排气门20的气门关闭时刻CA_EVC控制在HCCI气门关闭时刻CA_EVC_HCCI(第五步骤)。气门正时控制单元102将进气门19的气门开启时刻控制在排气门20的气门关闭时刻的更滞后侧。随后气门正时控制单元102导致进气门19和排气门20互不重叠。HCCI气门关闭时刻CA_EVC_HCCI被设定为在第一气门关闭时刻CA_EVC1的更提前侧的时刻。
HCCI气门关闭时刻CA_EVC_HCCI被设定为在排气上死点的更提前侧的时刻。根据引擎转数和引擎负载，每个HCCI气门关闭时刻CA_EVC_HCCI被设定成适当值。例如，HCCI气门关闭时刻(曲柄角)CA_EVC_HCCI被设定成BTDC 60° CA。
点火控制单元104通过火花塞15点燃混合气以辅助均质充量压缩着火燃烧。点火控制单元104驱动点火电路装置27并将点火时刻控制在HCCI点火时刻CA_ig_HCCI。HCCI点火时刻CA_ig_HCCI被设定成接近压缩上死点(TDC)。根据引擎转数和引擎负载，每个HCCI点火时刻CA_ig_HCCI被设定成适当值。
如上所述，在HCCI区域内，燃烧室14内的混合气受到均质充量压缩着火燃烧，这样即使是在极度稀薄的环境下也不会导致不着火，极度稀薄的环境由于混合气的空气燃料比被设定为小于理论空气燃料比而产生。这种稀薄可以大程度地减少燃烧期间产生的NOx。
具体地说，排气门20的气门关闭时刻被控制在更提前侧。因此，内部EGR气体体积将会增加。这样增加内部EGR气体体积使得混合气的温度上升到能够自动点火的温度，并实现在减少NOx的同时进行均质充量压缩着火燃烧。注意，在本实施例中，如上所述，点火控制单元104点燃混合气和辅助燃烧。这种辅助能够可靠地避免不着火。
另一方面，当在步骤S5判定为否并且当前驱动条件不在HCCI区域中时，ECU 2进行到步骤S13并进行SI控制。
在SI控制中，喷射器控制单元108调节从喷射器16喷射的喷射量，并将燃烧室14内的混合气的过量空气比EAR控制在1.0以下。此外，点火控制单元104通过火花塞15点燃混合气。点火控制单元104将点火时刻CA_ig控制在SI燃烧点火时刻CA_ig_SI。SI燃烧点火时刻CA_ig_SI被设定为MBT。此外，气门正时控制单元102将排气门20的气门关闭时刻CA_EVC控制在SI气门关闭时刻CA_EVC_SI。就像HCCI气门关闭时刻CA_EVC_HCCI，SI气门关闭时刻CA_EVC_SI在第一气门关闭时间CA_EVC1的更提前侧。根据引擎转数和引擎负载，每个SI气门关闭时刻CA_EVC_SI被设定成适当值。
因此，在除了HCCI区域之外的区域，具体地说，在高旋转区域和高负载区域中，进行火花点火燃烧，进行适当燃烧，在高旋转区域中混合气的热接收时间较短并且混合气的自动点燃较困难，在高负载区域中容易出现例如与增加燃料相关的提前点火的异常燃烧。
注意，如果火花点火引擎包括增压器，则可以进行压缩自动点火，并且通过在基于增压增加进气量的同时减少引擎的有效压缩比，即使在高负载区域中也能避免提前点火，从而降低燃烧室14内的温度。在上述情况下，喷射器控制单元108将燃烧室14内的混合气的过量空气比EAR控制在2.0以上。点火控制单元104将点火时刻控制成在MBT的更滞后侧的时刻。
图4显示进行上述控制时的控制结果。
由于包含于第一控制中的第四步骤在起动引擎之后进行，所以燃烧室14内的混合气的空气燃料比被控制在理论空气燃料比(过量空气比EAR为1.0)。此外，由于进行了包含于第一控制中的第一步骤，点火时刻CA_ig被控制在MBT的更滞后侧的第一点火时刻CA_ig1。排气门20的气门关闭时刻CA_EVC被控制在TDC的更滞后侧的第一气门关闭时刻CA_EVC1。根据上述控制，排气的温度Tex能够快速地上升到更高温度Tex1(例如，800摄氏度)以上。从而，高能量被排向排气管24。这样防止引擎冷却液的温度Tw上升。此外，这样导致三元催化剂体62的温度迅速上升，并且在时间t1(例如，在起动引擎之后的20秒)达到激活温度Tc1。
当三元催化剂体62的温度Tc变成激活温度Tc1以上时，进行第二控制。如上所述，在第二控制中，继续进行第四步骤，燃烧室14内的混合气的空气燃料比被保持在理论空气燃料比(过量空气比EAR为1.0)。此外，由于进行包含于第二控制的第三步骤，所以点火时刻CA_ig被控制在第二点火时刻CA_ig2，和由于进行包含于第二控制中的第二步骤，所以排气门20的气门关闭时刻CA_EVC被控制在第二气门关闭时刻CA_EVC2。如上所述，第二点火时刻CA_ig2被设定在第一点火时刻CA_ig1的更提前侧。第二气门关闭时刻CA_EVC2在TDC的更提前侧。在第二控制中，排气的温度Tex被减少到接近Tex2(例如300摄氏度)。这样抑制排向排气管24的能量并增加冷却损失。这样增加冷却损失会增加引擎冷却液的温度Tw。因此，引擎冷却液温度Tw在时间t2(例如，在起动引擎之后的80秒)变成升温判定温度Tw1以上。这里，尽管排气的温度Tex将会减少，如图4所示，但是三元催化剂体62的温度Tc在时间t2被保持在激活温度Tc1以上，并且三元催化剂体62被保持在其激活状态。注意，图4中的排气的温度Tex是排气口18内的气体温度。
当引擎冷却液的温度Tw变成升温判定温度Tw1以上时，进行正常控制。在图4中，进行HCCI控制(第七或第八步骤)。具体地说，如上所述，燃烧室14内的混合气的过量空气比EAR被控制在2.5。此外，G/F被控制在30以上。点火时刻CA_ig被控制在HCCI点火时刻CA_ig_HCCI。排气门20的气门关闭时刻CA_EVC被控制在HCCI气门关闭时刻CA_EVC_HCCI(第五步骤)。上述控制实现燃烧室14内的均质充量压缩着火燃烧。HCCI气门关闭时刻CA_EVC_HCCI是在第一气门关闭时刻CA_EVC1的更提前侧且在TDC的更提前侧的时刻。
如上所述，根据火花点火引擎100，在起动引擎之后的第一时期且直到激活三元催化剂本体62，混合气的空气燃料比被设定成接近理论空气燃料比，点火时刻被设定在MBT的更滞后侧。这样，增加流入三元催化剂体62的排气能量，并可以更快速地激活三元催化剂体62。另外，根据火花点火引擎100，在激活三元催化剂体62的第二时期直到引擎体1升温期间为止，混合气的空气燃料比被设定成接近理论空气燃料比，并且内部EGR气体体积增加。这样减少排气能量和增加冷却损失，即，供应到气缸体11等等的能量。另外，这样，保持三元催化剂体62的激活，并使得引擎体1快速升温。
特别地，在第二时期内，排气门20的气门关闭时刻被控制在排气上死点和第一时期的提前侧。这样更可靠地增加内部EGR气体体积。
此外，在引擎体1升温之后，排气门20的气门关闭时刻被设定在第一时期内的排气门20的气门关闭时刻的更提前侧，并且被控制在接近第二时期内的排气门20的气门关闭时刻的值。因此，能够防止在第二时期结束之前和之后，即在引擎体1升温之前和之后的排气门20的气门关闭时刻发生变化。这样增强排气门20的可控性。具体地说，这样更快速地使排气门20的气门关闭时刻变成在引擎体1升温之后的适当时刻。
现在将参考图5和图描述根据本发明的火花点火引擎的控制单元的第二实施例。
根据第二实施例的火花点火引擎与第一实施例的不同之处在于排气门驱动机构40的结构。此外，根据第二实施例的气门正时控制单元102的控制方法与第一实施例不同。第二实施例剩下的结构与第一实施例相同。这里，只说明排气门驱动机构40的结构和气门正时控制单元102的控制程序。
根据第二实施例的排气门驱动机构40包括能够改变排气门19的升程的VVL，以代替排气VVT42。该VVL是开/关式可变气门升程机构，其使按压排气门20的功能在进气冲程期间工作或不工作。该VVL不仅能够在排气冲程期间，还能够在进气冲程期间开启排气门20。此外，该VVL能够在进气冲程期间是否执行或停止排气门20的气门开启操作进行切换。当在进气冲程期间开启排气门20时，在排气冲程期间曾排向排气口18的高温已燃气体再次回流到燃烧室14中。
这里，在本说明书中，在排气冲程期间开启排气门20意味着其气门开启时间主要与排气冲程重叠，而不是意味着排气门20的整个气门开启时间在排气冲程内。此外，在进气冲程期间开启排气门20意味着其气门开启时间主要与进气冲程重叠，而不是意味着排气门20的整个气门开启时间在进气冲程内。例如，在本说明书中，当在排气冲程期间开启排气门20时，包括紧接着在排气冲程之前(做功冲程结束)开始开启排气门20的情况。
VVL包括例如副凸轮和空转(lost motion)机构。副凸轮独立于用于驱动排气门20的普通凸轮(在排气冲程期间按压排气门20的凸轮)，在进气冲程期间按压排气门20。空转机构使副凸轮的驱动力不会被传输到排气门20。如上所述结构的VVL是已知的，例如，在日文公布的未经审查的专利申请No.2007-85241的一种VVL(在上述专利中称为“气门驱动切换机构”)。
根据第二实施例的气门正时控制单元102控制进气VVT32的操作，以及就像第一实施例一样，根据引擎的工作状态，适当地改变进气门19的气门开启时刻和气门关闭时刻。另一方面，与第一实施例不同的是：气门正时控制单元102驱动VVL并在进气冲程期间执行或停止排气门20的气门开启。当在进气冲程期间通过气门正时控制单元102执行排气门20的气门开启时，切换燃烧室14中的已燃气体的回流。这样，这样就改变包含于混合气中的内部EGR气体体积的比例。
现在将参考图6的流程图说明第二实施例中的控制程序。这里，只有第一控制、第二控制和正常控制的控制程序与第一实施例不同。因此，将省略其它控制的说明。具体地说，步骤S1到步骤S5与第一实施例相同。从步骤S20到步骤S23，除了气门正时控制单元102的控制程序之外的程序与第一实施例相同。
当在步骤S3判定为是时(当确定三元催化剂体62处于未激活状态时)，ECU 2进行到步骤20。在步骤S20，ECU 2进行包括第一步骤和第四步骤的第一控制，用于激活三元催化剂体62。在第二实施例中，在第一控制中，气门正时控制单元102停止在进气冲程期间排气门20的气门开启并且在排气冲程期间只开启排气门20。在第一控制中，在进气冲程期间排气门20的气门升程的时间区域被设定为0。
如上所述，只在排气冲程期间开启的排气门20抑制内部EGR气体体积，和增加流入三元催化剂体62的高温排气。该高温排气升温并且快速地激活三元催化剂体62。
如果引擎体1在通过第一控制激活三元催化剂体62(三元催化剂本体62的温度Tc变成激活温度Tc1以上)之后还没有升温，则ECU 2进行到步骤S4。在步骤S4确定引擎体1还没有升温的情况下，ECU 2进行到步骤S21。在步骤S21，ECU 2进行包括第二步骤、第三步骤和第四步骤的第二控制，用于快速地使引擎升温。
在第二实施例中，第二步骤中，气门正时控制单元102在进气冲程期间执行排气门20的气门开启，并在除了在排气冲程期间之外，还在进气冲程期间开启排气门20。具体地说，如图5所示，排气门20首先在做功下死点(图5中的左侧的BDC)附近开始开启，在排气上死点(TDC)附近关闭。随后，排气门20在从排气上死点(TDC)的规定延迟时刻再次开始开启，在进气下死点(图5中的左侧的BDC)附近关闭。
如上所述，当在进气冲程期间开启排气门20时，已燃气体回流到燃烧室14中。已燃气体的这种回流增加燃烧室14内的混合气中内部EGR气体体积的比例。当该大量的高温内部EGR气体被压缩时，燃烧室14内的气体温度将会增加。燃烧室14内的气体温度上升会增加排向气缸体11和气缸盖9的能量，并快速地使引擎体1升温。
就像第一实施例一样，在引擎体1通过第二控制升温之后，ECU 2进行正常控制，具体地说，其进行HCCI控制和SI控制。在第二实施例中，在HCCI控制中，气门正时控制单元102在进气冲程期间执行排气门20的气门开启，同样除在排气冲程期间之外，还在进气冲程期间开启排气门20(第六步骤)。在SI控制中，气门正时控制单元102在进气冲程期间停止排气门20的气门开启，并在排气冲程期间只开启排气门20。注意，在第二实施例中，在HCCI控制中，气门正时控制单元102将排气门在进气冲程期间的气门升程值控制成小于第二控制期间的区域。这样，增加燃烧室14内的新鲜空气量。
因此，在HCCI区域中，除在排气冲程期间之外，还在进气冲程期间开启排气门20，该HCCI区域被设定为低速、低负载。因此，保证较大的内部EGR气体体积。这样，使混合气上升到能够自动点火的温度并实现均质充量压缩着火燃烧。另一方面，在高旋转和高负载区域中，排气门20只在排气冲程期间开启。这样，增加燃烧室14内的新鲜空气量，以及实现适当的火花点火燃烧。
如上所述，根据第二实施例的火花点火引擎，在起动引擎直到激活三元催化剂体62的第一时期内，排气门20只在排气冲程期间开启。因此，流入三元催化剂体62的排气能量将会增加。这样导致快速地激活三元催化剂体62。此外，在激活三元催化剂体62直到引擎体1升温之后的第二时期内，排气门20除在排气冲程期间之外，还在进气冲程期间开启。因此，内部EGR气体体积将会增加。这样，就会增加被供应到气缸体11等等的能量，以及快速地使引擎体1升温，并且保持三元催化剂体62的激活。
这里，在引擎体1升温之后，在除设定为低速、低负载的HCCI区域之外的其他区域中，排气门20除在排气冲程期间之外，还可以在进气冲程期间开启。
此外，在第一控制中，排气门20除在排气冲程期间之外，还可以在进气冲程期间开启。然而，在上述情况下，如图5所示，在第一控制中的进气冲程期间的排气门20的气门升程的时间区域(图5中的虚线)被设定为小于在第二控制中的进气冲程期间排气门20的气门升程的时间区域。这样，抑制第一时期内的内部EGR气体体积的比例和增加第二时期内的内部EGR气体体积的比例。由于抑制内部EGR气体体积的比例，能够增加排气能量。这样可以快速地激活三元催化剂体62。由于内部EGR气体体积的比例增加，所以能够增加供应到气缸体11等等的能量。这样使得引擎体1快速地升温。
此外，优选地，在正常控制中的进气冲程期间的排气门20的气门升程的时间区域大于第一控制中的进气冲程期间的排气门20的气门升程的时间区域。根据上述构成，能够抑制排气门20的气门升程在完成第二时期(当引擎体1升温的时间)之前和之后，即在引擎体1升温之前和之后发生变化。这样提高排气门20的可控性。
此外，在本发明中，引擎体1升温之后的燃烧模式和控制方法并不局限于上述燃烧模式和控制方法。而是，利用本发明，引擎体1能够快速地升温。这样增加燃烧室14的壁温和使燃烧室14内的混合气的温度上升到能够自动点火的温度。因此，如上所述，当在引擎体1升温之后进行均质充量压缩着火燃烧时，因为能够更早地进行均质充量压缩着火燃烧，所以这样做特别有效。另外，当过量空气比EAR为2以上或G/F为30以上的情况下快速地进行均质充量压缩着火燃烧时，则会抑制NOx的产生。此外，与火花点火燃烧相比，均质充量压缩着火燃烧具有更高的热效率。因此，提高了燃料消耗性能。
此外，在由于在引擎体1升温之后这种过量空气比EAR为2以上或者G/F为30以上的混合气被点燃，使得该混合气受到分层火花点火燃烧的情况下(第九步骤，第十步骤)，所以本发明同样是有效的。利用分层火花点火燃烧，增加在火花塞15附近的混合气的空气燃料比，并且同时将全部混合气的过量空气比EAR保持在2以上或将全部混合气的G/F保持在30以上。利用分层火花点火燃烧，焰心在火花塞15附近产生，全部混合气基于该焰心的传播而燃烧。因此，燃烧室14的壁温需要足够高以便在燃烧室内的全部混合气中顺利地传播火焰。因此，能够使引擎快速升温的本发明能够迅速地实现良好的分层火花点火燃烧。实现分层火花点火燃烧将提高燃料消耗性能。注意，当进行分层火花点火燃烧时，气门正时控制单元102和喷射器控制单元108调节流入燃烧室14内的EGR气体体积和从喷射器16喷射的喷射量；相对于燃烧室14内的混合气的理论空气燃料比，将过量空气比EAR控制在2以上的值或将G/F控制在30以上的值；和在接近压缩上死点时将燃料喷入燃烧室14中。此外，点火控制单元104驱动点火电路装置27并将点火时刻控制在MBT。
此外，在排气的空气燃料比接近理论空气燃料比的状态下，三元催化剂体62足够用以净化HC、CO和NOx。除上述净化功能之外，三元催化剂体62还可以包括例如吸收NOx的功能。
如上所述，本发明提供一种控制火花点火引擎的方法，所述火花点火引擎具有：火花塞，能够点燃形成于气缸中的燃烧室内的混合气；催化剂，设置在排气通道，并且在所述排气通道内的空气燃料比接近理论空气燃料比的状态下，能够净化包含于排气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物；以及催化剂温度检测单元，用于检测或估算所述催化剂的温度；其中，所述火花点火引擎被构造成能够点燃所述燃烧室中的所述混合气并且能够改变所述引擎的至少排气门的开闭时刻；所述控制方法包括：第一步骤，在从所述引擎的起动完成且该引擎开始自动旋转的时点起直到所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点为止的期间内，在点火时刻被设定在相对于MBT更滞后侧的时刻点燃所述混合气，其中，所述MBT是所述引擎的输出扭矩成为最大的点火时刻；第二步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，改变所述排气门的气门开启时刻及/或气门关闭时刻，使得包含于所述燃烧室内的所述混合气中的已燃气体的比例高于在执行所述第一步骤时的已燃气体的比例；以及第三步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，点燃所述燃烧室内的所述混合气。
利用本发明，在从引擎起动完成并且引擎开始自动旋转的时点起直到催化剂温度达到预定温度的时点(直到催化剂被激活)的第一时期内进行第一步骤。在第一步骤中，在点火时刻被设定在MBT的滞后侧并且接近排气冲程的时刻点燃混合气。因此，能够增加在排气冲程中排出到排气通道的排气的温度。这样增加排气的温度能够快速地使催化剂上升到激活温度。
另外，利用本发明，在激活催化剂之后执行第二步骤和第三步骤。在第二步骤和第三步骤中，包含于混合气中的已燃气体的比例增加，并且具有高比例的已燃气体的混合气被点火而燃烧。当大量的高温已燃气体被压缩时，燃烧室内部的温度变成更高的温度。这样使燃烧室内的温度上升引起引擎更快速地升温(快速地完成引擎的升温)。
当进行第二步骤并且包含于混合气中的已燃气体的比例增加时，流入催化剂的排气能量减少。然而，能够净化碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物的催化剂的净化率相对于流入的排气具有滞后特性。因此，即使当进行第二步骤时，基于第一步骤的进行而上升到激活温度的催化剂也能保持其激活状态。这样使引擎快速地升温，并且保持催化剂的激活状态。
在本发明中，优选：在所述第三步骤中，在点火时刻被设定在相对于所述第一步骤的点火时刻更提前侧的时刻，所述混合气被点燃。
利用该方法，在催化剂变为激活状态之后进行的第三步骤中，点燃混合气的时刻被提前。该被提前的点火时刻，会减少排出到排气通道的能量并且导致燃烧室内部的温度到达更高温度。这样使引擎更快速地升温。
此外，在本发明中，优选：所述控制方法还包括：第四步骤，至少在从所述引擎的起动完成且该引擎开始自动旋转的时点起直到所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点为止的期间内，将所述燃烧室内的所述混合气的空气燃料比设定成接近理论空气燃料比。
在理论空气燃料比附近的混合气的燃烧增加在燃烧室内燃烧之后的气体温度。因此，利用该方法，至少在直到催化剂温度达到激化温度为止的期间，在燃烧室内燃烧之后的气体温度变得更高。这样使气体温度上升将促进催化剂的激活。
此外，优选：所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点后，仍然继续执行所述第四步骤。
根据该方法，在激活催化剂之后，催化剂更可靠地净化包含于排气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物。
此外，在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，其中，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起直到所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点为止，执行所述第二步骤，并且在所述第二步骤中，在气门关闭时刻被设定在相对于排气上死点更提前侧且相对于执行所述第一步骤时的所述排气门的气门关闭时刻更提前侧的时刻，所述排气门被关闭。
利用该方法，在第二步骤中，残留在燃烧室内而没有从燃烧室排出到排气通道的已燃气体(所谓的内部EGR气体)的量将会增加，包含于燃烧室内的混合气中的已燃气体的比例将会随之增加。因此，与采用从排气通道排出的已燃气体再次回流到进气通道侧，然后将再次从进气通道导入燃烧室中的方法(所谓的外部EGR)来增加已燃气体的比例的情况相比，已燃气体的温度被保持在较高温度。这样更可靠地增加燃烧室内的混合气的温度。
在上述方法中，优选：所述控制方法还包括：第五步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，在气门关闭时刻被设定在相对于所述第一步骤的气门关闭时刻更提前侧的时刻关闭所述排气门。
根据上述构成，在引擎冷却液的温度低于和高于预定温度的情况下，具体地说，在引擎升温之前和之后的情况下，排气门的气门关闭时刻的变化减小。这样，在引擎升温之后，更可靠地将排气门的气门关闭时刻改变成更适当的时刻。
此外，在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，其中，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起直到所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点为止，执行所述第二步骤，在所述第二步骤中，除了在排气冲程期间，还在进气冲程期间开启所述排气门，并且在所述进气冲程期间所述排气门的气门升程的时间区域变得大于所述第一步骤的时间区域。
利用该方法，在第二步骤中，在排气冲程期间排出到排气通道的高温已燃气体再次回流到燃烧室14中，包含于燃烧室内的混合气中的已燃气体的比例随之增加。因此，与采用从排气通道排出的已燃气体再一次回流到进气通道侧，然后将从进气通道再次导入燃烧室中的方法(所谓的外部EGR)来增加已燃气体的比例的情况相比，已燃气体的温度被保持在较高温度。这样更可靠地增加燃烧室内的混合气的温度。
在上述方法中，优选：所述控制方法还包括：第六步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，除了在排气冲程期间，还在进气冲程期间开启所述排气门，并且使在所述进气冲程期间所述排气门的气门升程的时间区域大于所述第一步骤的时间区域。
根据上述构成，在引擎冷却液的温度低于和高于预定温度的情况下，具体地说，在引擎升温之前和之后的情况下，排气门的气门升程和引擎升温之后的排气门的气门升程的差异减小。这样，在引擎升温之后，更可靠地将排气门改变成更适当的气门升程。
在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，所述控制方法还包括：第七步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，通过将所述燃烧室内的所述混合气的过量空气比EAR设定在2以上，且通过点燃所述燃烧室内的所述混合气，来进行分层火花点火燃烧。
此外，在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，所述控制方法还包括：第八步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，通过将所述燃烧室内包含已燃气体的气体总重量G与供应到所述燃烧室内部的燃料的重量F之比G/F设定为30以上，且通过点燃所述燃烧室内的所述混合气，来进行分层火花点火燃烧。
在将燃烧室内的混合气的过量空气比EAR设定在2以上或者将G/F设定为30以上，并且点燃燃烧室内的混合气，由此进行分层火花点火燃烧的情况下，需要在燃烧室内的全部混合气中顺利地传播火焰。为了实现上述需要，引擎需要充分地升温，燃烧室的壁温必须足够高。另一方面，如上所述，根据本发明，引擎快速地升温。因此，当通过将燃烧室内的混合气的过量空气比EAR设定在2以上或者将燃烧室内包含已燃气体的气体总重量G与供应到燃烧室内部的燃料的重量F之比G/F设定为30以上，并且在引擎升温之后，通过点燃燃烧室内的混合气，来进行分层火花点火燃烧时，本发明更加有效。具体地说，根据上述方法，能够快速地实现良好的分层火花点火燃烧。实现该分层火花点火燃烧将提高燃料消耗性能。
在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，所述控制方法还包括：第九步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，通过将所述燃烧室内的所述混合气的过量空气比EAR设定在2以上，来进行均质充量压缩着火燃烧。
此外，在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，所述控制方法还包括：第十步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，通过将所述燃烧室内包含已燃气体的气体总重量G与供应到所述燃烧室内部的燃料的重量F之比G/F设定为30以上，来进行均质充量压缩着火燃烧。
在将燃烧室内的混合气的过量空气比EAR设定在2以上或者将燃烧室内包含已燃气体的气体总重量G与供应到燃烧室内部的燃料的重量F之比G/F设定为30以上，由此进行均质充量压缩着火燃烧的情况下，燃烧室内的混合气的温度需要充分地增加，用于进行压缩自动点火，以在燃烧室内的全部混合气中实现均质充量压缩着火燃烧。另一方面，如上所述，根据本发明，引擎快速地升温，并且充分地增加燃烧室的壁温。因此，当通过将燃烧室内的混合气的过量空气比EAR设定在2以上或者将燃烧室内包含已燃气体的气体总重量G与供应到燃烧室内部的燃料的重量F之比G/F设定为30以上，来进行均质充量压缩着火燃烧时，本发明更加有效。具体地说，根据上述方法，通过将混合气的温度保持在较高温度，能够快速地实现良好的均质充量压缩着火燃烧。实现该均质充量压缩着火燃烧将减少从引擎排出的有害物质，尤其是NOx。
此外，本发明还提供一种火花点火引擎，具有：引擎体，包括火花塞和可变气门正时机构，所述火花塞能够点燃形成于气缸中的燃烧室内的混合气，所述可变气门正时机构用于使排气门的开闭时刻可变；控制单元，用于控制所述引擎体；催化剂，设置在排气通道，并且在所述排气通道内的空气燃料比接近理论空气燃料比的状态下，能够净化包含于排气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物；以及催化剂温度检测单元，用于检测或估算所述催化剂的温度；其中，所述控制单元执行：第一步骤，在从所述引擎的起动完成且该引擎开始自动旋转的时点起直到所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点为止的期间内，在点火时刻被设定在相对于MBT更滞后侧的时刻，通过所述火花塞点燃所述混合气，其中，所述MBT是所述引擎的输出扭矩成为最大的点火时刻；第二步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，通过所述可变气门正时机构改变所述排气门的气门开启时刻及/或气门关闭时刻，使得包含于所述燃烧室内的所述混合气中的已燃气体的比例高于在执行所述第一步骤时的已燃气体的比例；以及第三步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，通过所述火花塞点燃所述燃烧室内的所述混合气。
利用本发明，在从引擎起动完成并且引擎开始自动旋转的时点起直到催化剂达到预定温度(直到激活催化剂)的时点的第一时期内进行第一步骤。在第一步骤中，在在点火时刻被设定在MBT的更滞后侧并且接近排气冲程的时刻点燃混合气。因此，能够增加在排气冲程中排出到排气通道的排气的温度。排气的温度增加能够快速地使催化剂上升到激活温度。
另外，利用本发明，在激活催化剂之后执行第二步骤和第三步骤。在第二步骤和第三步骤中，包含于混合气中的已燃气体的比例增加，并且具有高比例的已燃气体的混合气被点火而燃烧。当大量的高温已燃气体被压缩时，燃烧室内部的温度变成更高的温度。这样使燃烧室内的温度上升导致引擎更快速地升温(快速地完成引擎的升温)。
当进行第二步骤并且包含于混合气中的已燃气体的比例增加时，流入催化剂的排气能量减少。然而，能够净化碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物的催化剂的净化率相对于流入的排气具有滞后特性。因此，即使当进行第二步骤时，基于第一步骤的进行而上升到激活温度的催化剂也能保持其激活状态。这样使引擎快速地升温，并且保持催化剂的激活状态。
在本发明中，优选：在所述第三步骤中，在点火时刻被设定在相对于所述第一步骤的点火时刻更提前侧的时刻，所述控制单元通过所述火花塞点燃所述混合气。
利用该装置，在催化剂变为激活状态之后进行的第三步骤中，点燃混合气的时刻被提前。该被提前的点火时刻，会减少排出到排气通道的能量并且导致燃烧室内部的温度到达更高温度。这样使引擎更快速地升温。
此外，在本发明中，优选：所述引擎包括：节气门，用于调节吸入所述燃烧室内的进气量；和喷射器，用于将燃料喷入所述燃烧室中；其中，所述控制单元执行：第四步骤，至少在从所述引擎的起动完成且该引擎开始自动旋转的时点起直到所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点为止的期间内，让所述喷射器喷射如下喷射量的燃料，其中，所述喷射量是相对于由所述节气门调节过的进气量，满足所述燃烧室内的所述混合气的空气燃料比接近理论空气燃料比的喷射量。
在理论空气燃料比附近的混合气的燃烧增加在燃烧室内燃烧之后的气体温度。因此，利用该装置，至少在直到催化剂温度达到激活温度为止的期间，在燃烧室内燃烧之后的气体温度变得更高。这样使气体温度上升促进催化剂的激活。
此外，优选：所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点后，所述控制单元仍然继续执行所述第四步骤。
根据该构成，在激活催化剂之后，催化剂更可靠地净化包含于排气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物。
此外，在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，其中，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起直到所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点为止，所述控制单元执行所述第二步骤，并且在所述第二步骤中，在气门关闭时刻被设定在相对于排气上死点更提前侧且相对于执行所述第一步骤时的所述排气门的气门关闭时刻更提前侧的时刻，通过所述可变气门正时机构关闭所述排气门。
利用该构成，在第二步骤中，残留在燃烧室内而没有从燃烧室排出到排气通道的已燃气体(所谓的内部EGR气体)的量将会增加，包含于燃烧室内的混合气中的已燃气体的比例将会随之增加。因此，与采用从排气通道排出的已燃气体再次回流到进气通道侧，然后将从进气通道再次导入燃烧室中的方法(所谓的外部EGR)来增加已燃气体的比例的情况相比，已燃气体的温度被保持在较高温度。这样更可靠地增加燃烧室内的混合气的温度。
在上述构成中，优选：所述控制单元执行：第五步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，在气门关闭时刻被设定在相对于所述第一步骤的气门关闭时刻更提前侧的时刻，通过所述可变气门正时机构关闭所述排气门。
根据上述构成，在引擎冷却液的温度低于和高于预定温度的情况下，具体地说，在引擎变热之前和之后的情况下，排气门的气门关闭时刻的变化减小。这样，在引擎变热之后，更可靠地将排气门的气门关闭时刻改变成更适当的时刻。
此外，在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，其中，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起直到所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点为止，所述控制单元执行所述第二步骤，在所述第二步骤中，通过所述可变气门正时机构，除了在排气冲程期间，还在进气冲程期间开启所述排气门，并且使在所述进气冲程期间所述排气门的气门升程的时间区域大于所述第一步骤的时间区域。
利用上述构成，在第二步骤中，在排气冲程期间排出到排气通道的高温已燃气体再次回流到燃烧室14中，包含于燃烧室内的混合气中的已燃气体的比例随之增加。因此，与采用从排气通道排出的已燃气体再次回流到进气通道侧，然后将从进气通道再次导入燃烧室中的方法(所谓的外部EGR)来增加已燃气体的比例的情况相比，已燃气体的温度被保持在较高温度。这样更可靠地增加燃烧室内的混合气的温度。
在上述构成中，优选：在所述第二步骤中，所述控制单元执行：第六步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，通过所述可变气门正时机构，除了在排气冲程期间，还在进气冲程期间开启所述排气门，并且使在所述进气冲程期间所述排气门的气门升程的时间区域大于所述第一步骤的时间区域。
根据上述构成，在引擎冷却液的温度低于和高于预定温度的情况下，具体地说，在引擎变热之前和之后的情况下，排气门的气门升程和引擎变热之后的排气门的气门升程的差异减小。这样，在引擎变热之后，更可靠地实现将排气门改变到更适当的气门升程。
在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，其中，所述控制单元执行：第七步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，通过让所述喷射器喷射如下喷射量的燃料，且通过所述火花塞点燃所述混合气，来进行分层火花点火燃烧，其中，所述喷射量是相对于由所述节气门调节过的进气量，满足所述燃烧室内的混合气的过量空气比EAR成为2以上的喷射量。
此外，在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，其中，所述控制单元执行：第八步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，通过让所述喷射器喷射如下喷射量的燃料，且通过所述火花塞点燃所述混合气，来进行分层火花点火燃烧，其中，所述喷射量是相对于由所述节气门调节过的所述进气量，满足所述燃烧室内包含已燃气体的气体总重量G与供应到所述燃烧室内部的燃料的重量F之比G/F成为30以上的喷射量。
在将燃烧室内的混合气的过量空气比EAR设定在2以上或者将G/F设定为30以上，并且点燃燃烧室内的混合气，由此进行分层火花点火燃烧的情况下，需要在燃烧室内的全部混合气中顺利地传播火焰。为了实现上述需要，引擎需要充分地升温，燃烧室的壁温必须足够高。另一方面，如上所述，根据本发明，引擎快速地升温。因此，当通过将燃烧室内的混合气的过量空气比EAR设定在2以上或者将燃烧室内包含已燃气体的气体总重量G与供应到燃烧室内部的燃料的重量F之比G/F设定为30以上，并且在引擎升温之后，通过点燃燃烧室内的混合气，来进行分层火花点火燃烧时，本发明更加有效。具体地说，根据上述装置，能够快速地实现良好的分层火花点火燃烧。实现该分层火花点火燃烧将改善燃料消耗性能。
此外，在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，其中，所述控制单元执行：第九步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，通过让所述喷射器喷射如下喷射量的燃料，来进行均质充量压缩着火燃烧，其中，所述喷射量是相对于由所述节气门调节过的所述进气量，满足所述燃烧室内的所述混合气的过量空气比EAR成为2以上的喷射量。
此外，在本发明中，优选：所述引擎还具有：引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，其中，所述控制单元执行：第十步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，通过让所述喷射器喷射如下喷射量的燃料，来进行均质充量压缩着火燃烧，其中，所述喷射量是相对于由所述节气门调节过的所述进气量，满足所述燃烧室内包含已燃气体的气体总重量G与供应到所述燃烧室内部的燃料的重量F之比G/F成为30以上的喷射量。
在将燃烧室内的混合气的过量空气比EAR设定在2以上或者将燃烧室内包含已燃气体的气体总重量G与供应到燃烧室内部的燃料的重量F之比G/F设定为30以上，由此进行均质充量压缩着火燃烧的情况下，燃烧室内的混合气的温度需要充分地增加，用于进行压缩自动点火，以在燃烧室内的全部混合气中实现均质充量压缩着火燃烧。另一方面，如上所述，根据本发明，引擎快速地升温，并且充分地增加燃烧室的壁温。因此，当通过将燃烧室内的混合气的过量空气比EAR设定在2以上或者将燃烧室内包含已燃气体的气体总重量G与供应到燃烧室内部的燃料的重量F之比G/F设定为30以上，来进行均质充量压缩着火燃烧时，本发明更加有效。具体地说，根据上述装置，通过将混合气的温度保持在较高温度，能够快速地实现良好的均质充量压缩着火燃烧。实现该均质充量压缩着火燃烧将减少排出到引擎的有害物质，尤其是NOx。

Claims (8)

1.一种控制火花点火引擎的方法，其特征在于，
所述火花点火引擎具有：
火花塞，能够点燃形成于气缸中的燃烧室内的混合气；
催化剂，设置在排气通道，并且在所述排气通道内的空气燃料比接近理论空气燃料比的状态下，能够净化包含于排气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物；以及
催化剂温度检测单元，用于检测或估算所述催化剂的温度；其中，
所述火花点火引擎被构造成能够点燃所述燃烧室中的所述混合气并且能够改变所述引擎的至少排气门的开闭时刻；
所述控制火花点火引擎的方法包括：
第一步骤，在从所述引擎的起动完成且该引擎开始自动旋转的时点起直到所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点为止的期间内，在点火时刻被设定在相对于MBT更滞后侧的时刻点燃所述混合气，其中，所述MBT是所述引擎的输出扭矩成为最大的点火时刻；
第二步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，改变所述排气门的气门开启时刻及/或气门关闭时刻，使得包含于所述燃烧室内的所述混合气中的已燃气体的比例高于在执行所述第一步骤时的已燃气体的比例；以及
第三步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，点燃所述燃烧室内的所述混合气，其中，在所述第三步骤中，在点火时刻被设定在相对于所述第一步骤的点火时刻更提前侧的时刻，所述混合气被点燃。
2.如权利要求1所述的控制火花点火引擎的方法，其特征在于还包括：
第四步骤，至少在从所述引擎的起动完成且该引擎开始自动旋转的时点起直到所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点为止的期间内，将所述燃烧室内的所述混合气的空气燃料比设定成接近理论空气燃料比。
3.如权利要求2所述的控制火花点火引擎的方法，其特征在于，
所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点后，仍然继续执行所述第四步骤。
4.如权利要求1至3中任一项所述的控制火花点火引擎的方法，其特征在于，
所述引擎还具有：
引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，其中，
从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起直到所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点为止，执行所述第二步骤，并且
在所述第二步骤中，在气门关闭时刻被设定在相对于排气上死点更提前侧且相对于执行所述第一步骤时的所述排气门的气门关闭时刻更提前侧的时刻，所述排气门被关闭。
5.如权利要求4所述的控制火花点火引擎的方法，其特征在于还包括：
第五步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，在气门关闭时刻被设定在相对于所述第一步骤的气门关闭时刻更提前侧的时刻关闭所述排气门。
6.如权利要求1至3中任一项所述的控制火花点火引擎的方法，其特征在于，
所述引擎还具有：
引擎冷却液温度检测单元，用于检测引擎冷却液的温度，其中，
从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起直到所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点为止，执行所述第二步骤，
在所述第二步骤中，除了在排气冲程期间，还在进气冲程期间开启所述排气门，并且在所述进气冲程期间所述排气门的气门升程的时间区域变得大于所述第一步骤的时间区域。
7.如权利要求6所述的控制火花点火引擎的方法，其特征在于还包括：
第六步骤，从所述引擎冷却液温度检测单元检测的所述引擎冷却液的温度超过预定温度的时点起，除了在排气冲程期间，还在进气冲程期间开启所述排气门，并且使在所述进气冲程期间所述排气门的气门升程的时间区域大于所述第一步骤的时间区域。
8.一种火花点火引擎，其特征在于具有：
引擎体，包括火花塞和可变气门正时机构，所述火花塞能够点燃形成于气缸中的燃烧室内的混合气，所述可变气门正时机构用于使排气门的开闭时刻可变；
控制单元，用于控制所述引擎体；
催化剂，设置在排气通道，并且在所述排气通道内的空气燃料比接近理论空气燃料比的状态下，能够净化包含于排气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物；以及
催化剂温度检测单元，用于检测或估算所述催化剂的温度；其中，
所述控制单元执行：
第一步骤，在从所述引擎的起动完成且该引擎开始自动旋转的时点起直到所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点为止的期间内，在点火时刻被设定在相对于MBT更滞后侧的时刻，通过所述火花塞点燃所述混合气，其中，所述MBT是所述引擎的输出扭矩成为最大的点火时刻；
第二步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，通过所述可变气门正时机构改变所述排气门的气门开启时刻及/或气门关闭时刻，使得包含于所述燃烧室内的所述混合气中的已燃气体的比例高于在执行所述第一步骤时的已燃气体的比例；以及
第三步骤，从所述催化剂温度检测单元检测或估算的所述催化剂的温度变得高于预定温度的时点起，通过所述火花塞点燃所述燃烧室内的所述混合气，其中，在所述第三步骤中，在点火时刻被设定在相对于所述第一步骤的点火时刻更提前侧的时刻，所述控制单元通过所述火花塞点燃所述混合气。
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