CN103189623A

CN103189623A - 发动机

Info

Publication number: CN103189623A
Application number: CN2010800699868A
Authority: CN
Inventors: 神山荣一
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2013-07-03
Also published as: JPWO2012063313A1; EP2639430A4; US20130213035A1; US8807100B2; JP5472482B2; WO2012063313A1; EP2639430A1

Abstract

发动机可以将膨胀比设定得比压缩比大，配备有被废气旋转驱动的增压器（废气涡轮增压器）。并且，配备有：运转状态判定机构，所述运转状态判定机构判定发动机的运转状态；对一个气缸设置的多个排气门；可变排气门正时机构，所述可变排气门正时机构，可以变更在所述多个排气门的至少一个排气门的打开正时；控制部，所述控制部，当借助所述运转状态判定机构判定为发动机以轻负荷运转并且加速时，向所述可变排气门正时机构发出指令，使所述一个排气门的打开正时比其它的排气门打开正时提前。借此，谋求保持增压响应和膨胀比。

Description

发动机

技术领域

本发明涉及发动机，特别是，涉及能够将膨胀比设定得比压缩比大、且配备有利用废气旋转驱动的增压器的高膨胀比发动机。

背景技术

过去，已知有将膨胀比设定得比压缩比大、并且配备有增压器的高膨胀比循环发动机。在这种高膨胀比循环发动机中，可以配备有能够变更排气门的打开正时的可变气门正时机构。并且，当判定为在低中速区域及低负荷区域运转、并且处于加速过渡时，该发动机以排气门的打开正时提前的方式使可变气门正时机构动作，防止增压器的响应降低（参照专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004－183510号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，当使排气门的打开正时提前时，可以保持增压响应，但是，另一方面，会使膨胀比降低，根据情况，很可能会放弃高膨胀比化的优点。放弃高膨胀比化的优点，会对油耗性能产生影响。

因此，本说明书公开的高膨胀比发动机，以兼顾保持、提高增压器的增压响应及通过保持高膨胀比而获得的油耗性能为课题。

解决课题的手段

为了解决这种课题，本说明书公开的高膨胀比发动机，能够将膨胀比设定得比压缩比大，并且，配备有利用废气旋转驱动的增压器，其中，所述发动机配备有：运转状态判定机构，所述运转状态判定机构对发动机的运转状态进行判定；对一个气缸设置的多个排气门；可变排气门正时机构，所述可变排气门正时机构能够变更所述多个排气门之中的至少一个排气门的打开正时；以及控制部，若由所述运转状态判定机构判定为发动机以轻负荷运转、并且处于加速时，则所述控制部向所述可变排气门正时机构发出指令，使所述一个排气门的打开正时比其它排气门的打开正时提前。

通过利用这种可变气门正时机构使一个排气门的打开正时提前，可以从早打开的排气门向增压器供给排气压力、排气温度高的废气。借此，可以保持增压器的增压响应。另一方面，能够利用其它的排气门、即提前的排气门以外的排气门，保持膨胀比，确保油耗性能。

这种高膨胀比发动机，还配备有：能够变更机械压缩比的可变压缩比机构；以及能够变更进气门的关闭正时的可变进气门正时机构，所述控制部借助所述可变压缩比机构及所述可变进气门正时机构来控制实际压缩比。

通过配备可变压缩比机构及可变进气门正时机构，能够提高低负荷时的油耗性能和获得高负荷时的输出。

进而，在本说明书公开的高膨胀比发动机中，可以目标进气量越少，所述控制部就越增大所述一个排气门的打开正时的提前量。

在向气缸内吸入的进气量少时，在气缸内膨胀的燃料气体的能量小，被用于增压器的驱动的废气能量变小。这里的意义在于，增大排气门的提前量，确保被用于增压器的驱动的废气能量的总量，保持增压器的增压响应。

本说明书公开的高膨胀比发动机的所述控制部，可以所述膨胀比越小，就越减小所述一个排气门的打开正时的提前量。

若提前排气门的打开正时，则进一步减小膨胀比，会对油耗性能产生影响。这里的意义在于，在膨胀比小时，减小排气门的打开正时的提前量以保持膨胀比，保持油耗性能。

在利用所述可变进气门正时机构将进气门的关闭正时向使所述压缩比降低的一侧变更了的状态下，当由所述运转状态判定机构判定为发动机处于加速时的时候，所述控制部借助所述可变进气门正时机构将进气门的关闭正时向使所述压缩比提高的方向变更。

其意义在于，当判断为发动机处于加速时的时候，增加贮存在气缸内的进气量，将该贮存的空气供应给增压器，进一步提高增压器的响应性。另外，为了使压缩比降低，进气门的关闭正时既可以早关闭也可以迟关闭。在通过早关闭进气门而形成使压缩比降低的状态时，通过延迟进气门的关闭正时，提高压缩比。与之相反，在通过迟关闭进气门而形成使压缩比降低的状态时，通过提前进气门的关闭正时，提高压缩比。

当由所述运转状态判定机构判定为发动机的加速要求减小了时，所述控制部使正使打开正时提前的所述一个排气门的打开正时滞后。

其意义在于，在发动机的加速要求弱时，增压器要求的做功量也降低。因此，在这种情况下，重视油耗效率，再次提高膨胀比。

在利用所述可变进气门正时机构将进气门的关闭正时向使所述压缩比降低的一侧变更了的状态下，当由所述运转状态判定机构判定为发动机的加速要求减小了时，所述控制部可以借助所述可变进气门正时机构将进气门的关闭正时向使所述压缩比降低的方向变更。

如前面所述，这是在判断为发动机处于加速时、且以增加气缸内贮存的进气量的方式控制进气门的关闭正时的时候，发动机的加速要求减少了的情况下的措施。其意义在于，再次提高膨胀比，提高油耗性能。

本说明书公开的高膨胀比发动机，能够将膨胀比设定得比压缩比大，并且，所述发动机配备有利用废气旋转驱动的增压器，其中，所述发动机配置有：运转状态判定机构，所述运转状态判定机构对发动机的运转状态进行判定；对一个气缸设置的多个排气门；可变排气门正时机构，所述可变排气门正时机构能够变更所述多个排气门之中的至少一个排气门的打开正时；控制部，若由所述运转状态判定机构判定为发动机以中负荷以上的负荷运转、并且处于由所述增压器进行了增压的稳定增压运转状态，则所述控制部向所述可变排气门正时机构发出指令，与所述增压器的无增压状态时相比，使所述一个排气门的打开正时比其它排气门的打开正时滞后。

增压时，与无增压时比较，气缸内的进气量变大。因此，即使迟打开进气门，给予增压器的增压响应的影响也很小。这里的意义在于，以提高油耗性能为目的，使膨胀比提高。即，其意义在于，以兼顾膨胀比的提高和保持增压响应为目标。

这种高膨胀比发动机，还配备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进气门正时机构，可以借助所述可变压缩比机构及所述可变进气门正时机构来控制实际压缩比。

通过配备有可变压缩比机构和可变进气门正时机构，能够提高低负荷时的油耗性能和获得高负荷时的输出。

进而，在本说明书公开的高膨胀比发动机中，可以所述进气量越少，所述控制部就越增大所述一个排气门的打开正时的提前量。

其意义在于，由于若在进气量少时，使气缸内的空气膨胀，则传递给增压器的废气能量变小，所以，提前排气门的打开正时，提高增压响应。

发明的效果

根据本说明书公开的发动机，可以谋求兼顾增压器的增压响应的保持和通过保持高膨胀比而获得的油耗性能。

附图说明

图1是表示实施例的发动机的概略结构的说明图。

图2是实施例的发动机配备的可变压缩比机构的分解透视图。

图3是示意地表示实施例的发动机的截面的说明图。

图4是表示可变排气门正时机构（可变进气门正时机构）的概略结构的说明图。

图5是表示驱动排气门的排气凸轮轴的说明图。

图6是用于说明机械压缩比、实际压缩比以及膨胀比的说明图。

图7是表示实施例中的发动机的控制的一个例子的流程图。

图8是决定目标进气量的映射的一个例子。

图9是决定修正目标进气量的第一修正值的映射的一个例子。

图10是决定修正目标进气量的第二修正值的映射的一个例子。

图11是对于目标进气量决定进气门关闭正时及排气门打开正时的映射的一个例子。

图12是对于目标进气量决定机械压缩比（≒膨胀比）的映射的一个例子。

图13是表示机械压缩比（≒膨胀比）与排气门打开正时的关系的曲线的一个例子。

图14是表示目标进气量和节气门开度的关系的一个例子的说明图。

图15是表示目标进气量和废气旁通阀开度的关系的一个例子的说明图。

图16是表示比较例的发动机中的各种参数的变化的一个例子的说明图。

图17是表示加速时的气门正时的一个例子的曲线图。

图18是表示实施例的发动机中的各种参数的变化的一个例子的说明图。

图19是表示实施例中的发动机的控制的一个例子的流程图。

图20是决定目标进气量的映射的一个例子。

图21是对于目标排气量决定排气门打开正时的映射的一个例子。

图22是表示加速时的气门正时的一个例子的曲线图。

图23是表示在实施例的发动机中的各种参数的变化的一个例子的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是，在图中，存在各个部分的尺寸、比例等并没有和实际的情况完全一致地在图中加以表示的情况。另外，存在着在图中省略了对细部的描绘的情况。

实施例1

图1中表示本实施例的发动机100的侧视剖视图。发动机100是四缸的火花点火式发动机。该发动机100，如后面详细描述的那样，是可以将膨胀比设定得比压缩比大的高膨胀比发动机。另外，发动机100配备有作为借助废气旋转驱动的增压器的一个例子的废气涡轮增压器15。

如图1所示，发动机100配备有曲轴箱1、气缸体2、气缸盖3、活塞4。另外，发动机100配备有燃烧室5、配置的燃烧室5的顶面中央部的火花塞6、进气门7、进气口8。进而，发动机100配备有排气门9、排气口10。进气口8经由进气歧管11连接到平衡箱12上，在各个进气歧管11上配置有向各自对应的进气口8内喷射燃料用的燃料喷射阀13。另外，也可以代替安装到各进气歧管11上，而以面临各个燃烧室5内的方式配置燃料喷射阀13。这里，排气门12对于一个气缸，可以装备多个，在本实施例中，装备两个排气门12。

平衡箱12经由进气管路14连接到废气涡轮增压器15的压缩机15a的出口上，压缩机15a的入口例如经由采用了热线的进气量检测器16连接到空气滤清器上。在进气管路14内，配置由促动器18驱动的节气门19。废气涡轮增压器15是利用废气旋转驱动的增压器的一个例子。进气量检测器16是进气量取得机构的一个例子。

另一方面，排气口10经由排气歧管20连接到废气涡轮增压器15的废气涡轮15b的入口上，废气涡轮15b的出口经由排气管21连接到内置例如三元催化剂的催化剂转换器22上。在排气管21内配置空燃比传感器23。在废气涡轮增压器15的废气涡轮机15b的附近，装备废气旁通阀24。废气旁通阀24可以取得关于其开度的信息，将该信息发送到后面描述的电子控制装置30中。

发动机100，如图1所示，配备有可变压缩比机构A。可变压缩比机构A设置在曲轴箱1和气缸体2的连接部。并且，可变压缩比机构A通过使曲轴箱1和气缸体2在气缸轴线方向上的相对位置变化，可以变更活塞4位于压缩上止点时的燃烧室5的容积（机械压缩比）。

另外，为了变更实际的压缩作用的开始时间，发动机100配备有能够变更进气门7的关闭正时的可变进气门正时机构B。

进而，发动机100配备有能够变更至少一个排气门9的关闭正时的可变排气门正时机构C。

发动机100配备有电子控制装置30。电子控制装置30相当于控制部，也具有判定发动机的运转状态的运转状态判定机构的功能。

电子控制装置30，如后面详细描述的那样，若判定为发动机1在轻负荷下运转、并且处于加速时，则向可变排气门正时机构C发出指令，使一个排气门的打开正时比其它的排气门的打开正时提前。

电子控制装置30由数字计算机构成，具有利用双方向性母线31相互连接起来的ROM（只读存储器）32、RAM（随机存取存储器）33、CPU（微处理器）34、输入口35及输出口36。进气量检测器16的输出信号及空燃比传感器23的输出信号经由各自对应的AD变换器37被输入到输入口35。另外，在加速踏板40上连接有产生与加速踏板40的踩下量L成比例的输出电压的加速踏板位置传感器41，加速踏板位置传感器41的输出电压经由对应的AD变换器37被输入到输入口35。进而，在输入口35上连接有曲柄角传感器42，曲轴例如每旋转30°，则所述曲柄角传感器产生输出脉冲。另一方面，输出口36经由对应的驱动回路38连接到火花塞6、燃料喷射阀13、节气门驱动用促动器18、可变压缩比机构A、可变进气门正时机构B以及可变排气门正时机构C上。

图2是图1所示的发动机100配备的可变压缩比机构A的分解透视图。图3是示意地表示发动机10的截面的说明图。如图2所示，在气缸体2的两侧壁的下方相互隔开间隔地形成多个突出部50，在各个突出部50内分别形成截面为圆形的凸轮插入孔51。另一方面，在曲轴箱1的上壁面上，相互隔开间隔形成嵌合到各自对应的突出部50之间的多个突出部52。在这些各个突出部52内分别形成截面为圆形的凸轮插入孔53。

如图2所示，设置有一对凸轮轴54、55，在各个凸轮轴54、55上，固定有每隔一个可旋转地插入到各个凸轮插入孔51内的圆形凸轮56。这些圆形凸轮56与各个凸轮轴54、55的旋转轴线同轴。另一方面，如图3中用阴影线所示，相对于各个凸轮轴54、55的旋转轴线偏心配置的偏心轴57延伸于各个圆形凸轮56之间，在该偏心轴57上，偏心并且可旋转地安装着另外的圆形凸轮58。如图2所示，这些圆形凸轮58配置在各个圆形凸轮56之间，这些圆形凸轮58可旋转地插入到对应的各个凸轮插入孔53内。

当从图3（A）所示的状态使固定到各个凸轮轴54、55上的圆形凸轮56如图3（A）中用虚线箭头表示那样旋转时，偏心轴57向下方中央移动。借此，圆形凸轮58在凸轮插入孔53内旋转，如图3（B）所示，当偏心轴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。

如比较图3（A）和图3（B）时可以看出的那样，曲轴箱1和气缸体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越远离曲轴箱1。若气缸体2远离曲轴箱1，则活塞4位于压缩上止点时的燃烧室5的容积增大。从而，通过使各凸轮轴54、55旋转，可以变更活塞4位于压缩上止点时的燃烧室5的容积。从而，可以变更机械压缩比。

如图2所示，为了使各个凸轮轴54、55分别向相反方向旋转，在驱动马达59的旋转轴上安装有各自的螺旋方向相反的一对蜗轮61、62，与这些蜗轮61、62啮合的齿轮63、64固定到各个凸轮轴54、55的端部上。在本实施例中，通过对驱动马达59进行驱动，可以在宽的范围内变更活塞4位于压缩上止点时的燃烧室5的容积。另外，图1至图3所示的可变压缩比机构A只是列举的一个例子，可以采用任何形式的可变压缩比机构。

图4表示对于在图1中用于驱动进气门7的凸轮轴70设置的可变进气门正时机构B。如图1所示，可变进气门正时机构B安装在凸轮轴70的一端，配备有凸轮轴70的凸轮的相位变更用的凸轮相位变更部。

下面对于可变进气门正时机构B的凸轮相位变更部进行说明。凸轮相位变更部配备有：借助发动机100的曲轴经由正时带沿着箭头方向旋转的正时带轮71；与正时带轮一起旋转的圆筒状壳体72；与凸轮轴一起旋转且相对于圆筒状壳体72能够相对旋转的旋转轴73；从圆筒状壳体72的内周面延伸到旋转轴73的外周面的多个间隔壁74；以及在各个间隔壁74之间从旋转轴73的外周面延伸到圆筒状壳体72的内周面的叶片75，在各个叶片75的两侧分别形成提前用油压室76和滞后用油压室77。

向各个油压室76、77供应的工作油的供应控制由工作油供应控制阀78执行。该工作油供应控制阀78具有：分别连接到各个油压室76、77上的油压泵79、80；从油压泵81排出的工作油的供应口82；一对排泄口83、84；以及进行各个口79、80、82、83、84之间的连通切断控制的滑阀85。

在使凸轮轴70的凸轮的相位提前时，在图4中，使滑阀85移动到下方，从供应口82供应的工作油经由油压口79被供应给提前用油压室76，并且，滞后用油压室77内的工作油被从排泄口84排出。这时，使旋转轴73相对于圆筒状壳体72向箭头X方向相对旋转。

与此相对，在使凸轮轴70的凸轮的相位滞后时，在图4中，使滑阀85移动到上方，从供应口82供应的工作油经由油压口80被供应给滞后用油压室77，并且，提前用油压室76内的工作油被从排泄口83排出。这时，使旋转轴73相对于圆筒状壳体72向与箭头X相反的方向相对旋转。

在使旋转轴73相对于圆筒状壳体72相对旋转时，若滑阀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被保持在这时的相对旋转位置。从而，借助凸轮相位变更部，可以使凸轮轴70的凸轮的相位提前或者滞后所希望的量。即，借助凸轮相位变更部，可以使进气门7的打开正时任意地提前或者滞后。

另外，图1及图4所示的可变进气门正时机构B表示的是一个例子，可以采用图1及图4所示的例子以外的各种形式的可变进气门正时机构。电子控制装置30借助可变压缩比机构A和可变进气门正时机构B控制实际压缩比。从而，无论发动机负荷如何，都将实际压缩比基本上保持恒定，可以提高低负荷时的油耗性能和获得高负荷时的输出。另外，对于实际压缩比，在后面进行详细描述。

接着，对于可变排气门正时机构C进行说明。图5是表示借助可变排气门正时机构C进行相位控制的排气凸轮轴90的说明图。排气凸轮轴90构成为能够使两个排气门9中的一个排气门的打开正时比另外一个排气门的打开正时提前。具体地说，形成内部轴91能够自由旋转地嵌入到外部轴92内的双重结构。第一凸轮93借助固定销94固定到内部轴91上。第一凸轮93成为从设置于外部轴92上的槽92a露出到外部的状态。通过内部轴91相对于外部轴92旋转，第一凸轮93可以进行相位变化。第二凸轮95通过压入被固定到外部轴92上。

另外，图1及图4所示的可变排气门正时机构C表示一个例子，可以使用图1及图4所示的例子以外的各种形式的可变排气门正时机构。

在内部轴91上安装与图4所示的可变进气门正时机构B同样的可变排气门正时机构C。即，如上所述，借助与可以进行进气门7的相位控制的可变进气门正时机构B同样的机构，可以进行固定到内部轴91上的第一凸轮93的相位控制。由于使第一凸轮93提前或者滞后的可变排气门正时机构C的动作与可变进气门正时机构B一样，所以省略其详细说明。

其次，参照图6对于本说明书中使用的用语的含意进行说明。另外，在图6的（A）、（B）、（C）中，为了进行说明，示出了燃烧室容积为50ml、活塞的行程容积为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压缩上止点时的燃烧室的容积。

图6（A）对于机械压缩比进行说明。机械压缩比是只由压缩行程时的活塞的行程容积和燃烧室容积机械地确定的值，该机械压缩比由（燃烧室容积＋行程容积）/燃烧室容积表示。在图6（A）所示的例子中，该机械压缩比为（50ml＋500ml）/50ml＝11。

图6（B）对于实际压缩比进行说明。该实际压缩比是由从实际上压缩作用开始时起活塞到达上止点为止的实际的活塞行程容积和燃烧室容积确定的值，该实际压缩比由（燃烧室容积＋实际的行程容积）/燃烧室容积表示。即，如图6（B）所示，在压缩行程，即使活塞开始上升，进气门打开的期间也不进行压缩作用，从进气门关闭了时起，开始实际的压缩作用。从而，实际压缩比采用实际的行程容积如上所述地表示。在图6（B）表示的例子中，实际压缩比为（50ml＋450ml）/50ml＝10。

图6（C）对于膨胀比进行说明。膨胀比是由膨胀行程时的活塞的行程容积和燃烧室容积确定的值，该膨胀比用（燃烧室容积＋行程容积）/燃烧室容积表示。在图6（C）所示的例子中，该膨胀比为（50ml＋500ml）/50ml＝11。

接着，对于本实施例的控制例进行说明。下面，根据发动机的运转状态按不同情况进行说明。

《判定为发动机以轻负荷运转、并且处于加速时的情况》

图7是表示判定为发动机100以轻负荷运转、并且处于加速时的情况下的电子控制装置30进行的控制的一个例子的流程图。在判定为发动机以轻负荷运转、并且处于加速时的情况下，保持膨胀比和保持并提高废气涡轮增压器15的响应性成为该控制的方针。从而，以兼顾增压器响应和提高油耗性能作为目标。

另外，图7所示的流程图中的各个步骤，根据其性质，可以更换其顺序，另外，存在着同时并行地进行处理的情况。另外，各个步骤反复进行，或者，存在着在某个步骤取得的值被用于其它的步骤的情况。

首先，在步骤S1，与加速踏板40连接的加速踏板位置传感器41读入加速踏板开度（θ）。然后，接着上述步骤，电子控制装置30在步骤S2计算出加速踏板开度变化率（dθ/dt）和加速踏板打开加速度（d²θ/dt²）。另外，在步骤S3，读取基于曲柄角传感器42取得的信息的发动机转速。

如果这样计算出来的加速踏板开度变化率（dθ/dt）和/或加速踏板打加速度（d²θ/dt²）在一定值以上，则可以判断为发动机100处于加速时。另外，也可以在变速器输出（rpm）的变化或利用发动机转速×变速比计算出的值的变化在＋（正）侧的情况下，判断为处于加速时。

另外，在步骤S4，考虑到加速踏板开度（θ）和发动机转速，计算出目标进气量。目标进气量可以根据图8中表示其一个例子的映射进行计算。这时，计算基于加速踏板开度变化率（dθ/dt）的目标进气量第一修正值。如图9中表示的其映射的一个例子那样，当加速踏板开度变化率、即加速踏板开度速度超过规定值时，伴随着它的增加，目标进气量第一修正值变大。进而，计算基于加速踏板打开加速度（d²θ/dt²）的目标进气量第二修正值。如图10中表示其映射的一个例子那样，当加速踏板打开加速度超过规定值时，伴随着它的增加，目标进气量第二修正值变大。考虑到这些目标进气量第一修正值及目标进气量第二修正值，确定目标进气量。之所以这样考虑基于加速踏板开度变化率、加速踏板打开加速度的修正值，是因为驾驶员的意愿通过加速踏板40的操作表现出来，并传达给发动机100。

发动机100是否是轻负荷，可以从目标进气量和发动机转速来判断。即，在目标进气量和发动机转速分别在规定值以下的情况下，可以判断为处于轻负荷的状态。

电子控制装置30，在步骤S5，计算由可变进气门正时机构B（进气VVT：进气可变气门正时）得到的提前目标值，进行提前控制。具体地说，如图11所示，根据目标进气量确定进气门7的关闭正时的提前量。进气门7的关闭正时，如图11所示，成为随着目标进气量变大而提前量变大的右肩下降的映射。

通过应用该映射，在利用可变进气门正时机构B将进气门的关闭正时向使压缩比降低的一侧变更的状态下，电子控制装置30进行下面所述的控制。即，在判定为发动机10处于加速时的时候，利用可变进气门正时机构B使进气门7的关闭正时向使压缩比上升的方向变更。例如，在变成使进气门7的关闭正时滞后、压缩比降低了的状态时，使进气门的关闭正时提前。这是由于下面的原因。

通过将进气门的关闭正时向使压缩比提高的方向变更，停留在发动机100的气缸内的空气量增加。进而，这是因为，可以增大从气缸内排出的废气的能量，可以提高废气涡轮增压器15的响应性。如果废气涡轮增压器15的响应性提高，则加速性能变得良好。

另一方面，通过采用图11所示的映射，电子控制装置30，在利用可变进气门正时机构B使进气门的关闭正时向使压缩比降低的一侧变更了的状态下，进行下面所述的控制。即，在判定为发动机100的加速要求减少了时，借助可变进气门正时机构B将进气门7的关闭正时向使压缩比降低的方向变更。例如，在成为使进气门7的关闭正时滞后、压缩比降低了的状态的情况下，在有加速要求，如上所述一度变成提前侧时，再次向滞后侧控制。通过再次提高暂时降低的膨胀率，可以提高热效率，使油耗性能提高。

在图11中表示，表示进气门关闭正时的线段的右肩上升的部分和大致水平的部分，由于在轻负荷状态下空气量少，所以，通过进行节流，调整进气量（负荷）。

电子控制装置30，在步骤S7，计算出由可变排气门正时机构B得到的排气门相位差提前目标值，进行提前。具体地说，如图11所示，根据目标进气量，确定排气门9的打开正时的提前量。排气门9的打开正时，如图11所示，成为随着目标进气量变大而提前量变小的右肩上升的映射，换句话说，变成随着目标进气量变小，提前量变大的左肩下降的映射。另外，在图11中，表示排气门打开正时的线段的右肩下降的部分，在怠速运转附近，显然表示没有必要增压的区域。因此，排气门9的打开正时的提前控制，怠速运转等不需要增压的负荷极低的区域被排除。其意图是，在没有必要增压的情况下，不进行使排气门的打开正时提前、使发动机的热效率降低的动作。

作为判定为发动机以轻负荷运转、并且处于加速时的情况下的基本的控制，电子控制装置30借助可变排气门正时机构C将图5所示的第一凸轮93的打开正时控制到提前侧。即，变成使一个排气门9的打开正时比其它的排气门9的打开正时提前的状态。使借助被早打开的第一凸轮93驱动的排气门9向废气涡轮增压器15供应的排气压力、排气温度上升，其结果是，可以提高废气涡轮增压器15的响应性。另一方面，由于变成被作为固定凸轮的第二凸轮95驱动的排气门的打开正时比被第一凸轮93驱动的排气门9滞后的状态，因此膨胀比得以保持。从而，可以谋求兼顾增压响应的保持和提高、以及油耗性能的保持和提高。

进而，通过应用图11所示的映射，电子控制装置30，借助可变排气门正时机构C，目标进气量越少，越增大一个排气门9的打开正时的提前量。即，增大被第一凸轮93驱动的排气门9的打开正时的提前量。这里，目标进气量可以采用利用进气量检测器16实际测量的进气量。

其意义在于，由于进气量越小，供应给废气涡轮增压器15的废气的能量越小，所以，将排气门9的打开正时提前，增加供应给废气涡轮增压器15的废气的量，使增压响应提高。另外，优选地，排气门9的打开正时的控制，在兼顾增压响应和油耗性能的范围内进行。因此，例如，可以预先在发动机的单体试验或实际中收集与车辆中的油耗或加速感相关的数据，使这些数据反映在表示排气门的打开正时特性的映射（例如，图11所示的映射）中。

另一方面，通过应用图11所示的映射，电子控制装置30，在判定为发动机100的加速要求减小时，使正在使打开正时提前的一个排气门9的打开正时滞后。借此，通过再次提高暂时降低了的膨胀率，提高热效率。其结果是，可以使油耗性能提高。

另外，在进行排气门9的打开正时的提前控制时，为了进一步使废气能量提高，也可以一并进行点火滞后控制。

另外，在排气门9的提前目标值的计算中，存在着包含有反映加入了在步骤S9中进行的废气旁通阀开度变更的增压状况的修正措施的情况。

进而，电子控制装置30可以根据图13中表示一个例子的映射，进行膨胀比越小，越减小一个排气门9的打开正时的提前量的控制。在参照图11所示的映射进行的控制中，在增大了排气门9的打开正时的提前量的情况下，在膨胀比小时，可以减小提前量。在膨胀比小的状态下，进一步使排气门9的打开正时提前，会增大对油耗性能的恶化给予的影响。因此，在这种情况下，其意义在于，减小提前量。由于和后面详细描述的步骤S7中计算出的机械压缩比基本上一致，因此，膨胀比可以采用在步骤S7中取得的值。

电子控制装置30在步骤S7中计算、执行目标机械压缩比。机械压缩比根据图12中表示一个例子的映射进行计算。目标进气量变得越大，机械压缩比变得越小。电子控制装置30通过向可变压缩比机构A发出指令，变更机械压缩比。

电子控制装置30在步骤S8中计算节气门开度目标值并执行。根据图14中表示一个例子的映射计算节气门开度。

电子控制装置30反复进行以上的控制。发动机100配备有废气旁通阀24，伴随着目标进气量的变化，废气旁通阀24的开度变化（步骤S9）。具体地说，目标进气量大，实际的进气量也大时，废气旁通阀24的开度变小，变成高增压的状态。该废气旁通阀24的开度有时也被考虑到步骤S6中的排气门相位差提前目标值中。

另外，对于在步骤S5中计算出的进气VVT提前目标值、在步骤S6中计算出的排气门相位差提前目标值、在步骤S7中计算出的目标机械压缩比、在步骤S8中计算出的节气门开度目标，有时分别进行基于环境数据的修正。这里，所谓环境数据，实际上，是为了高精度地计算出被向发动机100的气缸内导入的空气的质量而考虑的各种数据。作为可以包含在环境数据中的具体的数据，是和油温有关的数据、和水温有关的数据、和进气温度有关的数据、和大气压有关的数据、进而，和进气管压力有关的数据等。通过考虑到这些环境数据，可以高精度地预测压缩端的温度，可以避免爆震、获得良好的燃烧状态。

下面参照图16至图18，说明表示控制的一个例子的发动机100的特征。图16是表示比较例的发动机中的各种参数的变化的一个例子的说明图。图17是表示将加速时的气门正时的一个例子与通常时的气门正时进行比较的曲线图。图18是表示实施例的发动机100中的各种参数的变化的一个例子的说明图。

图16中表示各种参数的变化的比较例的发动机，配备有可变压缩比机构A及可变进气门正时机构B，但是，不配备可变排气门正时机构C。这样的发动机，在稳定行驶时，以尽可能确保膨胀比的方式进行控制。比较例的发动机的节气门开度，除了极轻负荷区域，当根据驾驶员的意愿调整加速踏板的踩下量时，保持在全开状态。另外，控制进气门的关闭正时（IVC）。之所以将节气门开度调整成全开，是为了降低吸入损失，控制空气量。

比较例的发动机，在极轻负荷以上，可变压缩比机构和可变压缩比机构协同动作，在轻负荷侧，通过提高机械压缩比并延迟关闭进气门，保持与高负荷侧同样的实际压缩比，可以将膨胀比设定得大。借此，可以提高热效率。

根据图16，在规定的发动机负荷以上，节气门开度保持在全开。进气量伴随着发动机负荷的增大而变大。IVC，即，进气门7的关闭正时，随着发动机负荷变成高负荷而变成提前侧。换句话说，以发动机负荷越是轻负荷就越变成滞后侧、关闭正时变成延迟的方式进行控制。机械压缩比随着发动机负荷变成高负荷而变低。换句话说，机械压缩比被控制成随着发动机负荷变成高负荷而变低，以便使实际压缩比恒定。膨胀比变成与机械压缩比基本上相同。另外，EVO，即，排气门的打开正时是恒定的。

另一方面，本实施例的发动机100与比较例不同，配备有可变排气门正时机构C。在配备有可变压缩比机构A和可变进气门正时机构B这一点上，与比较例是共同的。下面，参照图17，说明本实施例的发动机100的气门正时。首先，在通常时，被可变的第一凸轮93驱动的排气门9的打开正时E₁VO和被固定的第二凸轮95驱动的排气门的打开正时E₂VO相一致。与此相对，在加速时，使打开正时E₁VO比打开正时E₂VO提前。

下面参照图18，对于被以这种气门正时控制的本实施例的发动机100的各种参数的变化进行说明。根据图18，除了加速时的EVO和加速时的实际膨胀比之外，参数的变化基本上和比较例的发动机一样。通过对于一个排气门使加速时的EVO提前，加速时的实际膨胀比降低。在图中，与实际压缩比相比实际膨胀比下降的用阴影线表示的区域，表示用于通过早打开排气门提高废气涡轮增压器15的响应的能量。

如以上说明的那样，本实施例的发动机100可以谋求兼顾废气涡轮增压器15在增压响应的保持和提高、以及由高膨胀比的保持获得的油耗性能。

《发动机在中负荷以上的负荷下运转、并且由废气涡轮增压器进行了增压的稳定增压运转状态的情况》

图19是表示在发动机100在中负荷以上的负荷下运转、并且由废气涡轮增压器15进行了增压的稳定增压运转状态的情况下，电子控制装置30进行的控制的一个例子的流程图。在发动机在中负荷以上的负荷下运转、并且由废气涡轮增压器进行了增压的稳定增压运转状态的情况下，与没有增压时比较，气缸内的空气量多，增压响应被保持。因此，其控制方针是，通过将排气门9的打开正时控制到滞后侧提高膨胀比。

另外，图19中所示的流程图中的各个步骤，根据其性质，可以变换其顺序，另外，有时同时并行地进行处理。另外，各个步骤反复进行，有时在某个步骤取得的值被用于其它的步骤。

首先，在步骤S21，与加速踏板40连接的加速踏板位置传感器41读取加速踏板开度（θ）。另外，在步骤S22，读取基于曲柄角传感器42取得的信息的发动机转速。在步骤S23，计算出目标进气量。由于该目标进气量的计算与图7所示的流程图中的步骤S4的处理同样地进行，所以，省略其详细的说明。

电子控制装置30，在步骤S24，判定发动机是否在增压区域。具体地说，参照图20中表示一个例子的映射，判断由加速踏板开度及发动机转速获得的值是否超过了阈值。另外，也可以借助废气旁通阀开度、进气管压力进行判断。也可以利用该阈值判断发动机是否在中负荷以上。

在步骤S24中判断为否时，进行从步骤S25到步骤S29的处理。由于从步骤S25到步骤S29的处理与图7所示的流程图中的步骤S5至步骤S9的处理同样地进行，所以，省略其详细说明。

在步骤S24中判断为是时，进入步骤S30。在步骤S30，计算出排气门相位差滞后修正值。根据图21中表示一个例子的映射，计算该排气门相位差滞后修正值。具体地说，在增压区域，以目标进气量越大越使排气门9的打开正时滞后、目标进气量越小越使排气门的打开正时向提前侧返回的方式进行控制。其意义在于，当废气涡轮增压器15处于增压状态时，由于气缸内的空气量多、增压响应容易被保持，所以，晚打开排气门9，提高膨胀比，使油耗性能提高。另一方面，即使是在增压状态下目标进气量也变小的情况下，由于考虑到废气能量变小，所以，将排气门9的打开正时向提前侧控制，保持增压响应。

在进行了步骤S30的处理之后，与步骤S25至步骤S29一样地进行步骤S31至步骤S36的处理。但是，在步骤S32中的排气门相位差提前目标值的计算中，在步骤S30中计算出的修正值被予以考虑。

下面，参照图22、图23，对于表示出控制的一个例子的发动机100的特征进行说明。图22是表示将稳定增压运转时的气门正时的一个例子与没有增压时及加速时的气门正时进行比较的曲线图。图23是表示实施例的发动机100的各种参数变化的一个例子的说明图。

根据图17，在没有增压时及加速时，使打开正时E₁VO比打开正时E₂VO提前。与此相对，在稳定增压运转时，使打开正时E₁VO滞后，变成与打开正时E₂VO相同的正时。

下面，参照图23，对于以这种气门正时进行控制的本实施例的发动机100的各种参数的变化进行说明。根据图23，在规定发动机负荷以上，节气门开度被保持全开。进气量伴随着发动机负荷的增大而变大。IVC，即，进气量7的关闭正时随着发动机负荷变成高负荷而变成提前侧。换句话说，以发动机负荷越是轻负荷则越变成滞后侧、关闭正时变得滞后的方式进行控制。随着发动机负荷变成高负荷，机械压缩比变低。进而，换句话说，机械压缩比被控制成随着发动机负荷变成高负荷而变低，以便使实际压缩比恒定。通常时的EVO，即，排气门9的打开正时是恒定的。与此相对，在稳定增压时，被控制到滞后侧。伴随着这种排气门9的迟打开，膨胀比，机械压缩比变大。

这样，在以中负荷以上的负荷运转、并且由废气涡轮增压器进行了增压的稳定增压运转状态下，通过将实际膨胀比设定得大，可以谋求提高油耗性能。

上述实施例，不过是用于实施本发明的例子，本发明并不局限于此，在本发明的范围内，可以将这些实施例进行各种变形，进而，在本发明的范围内，从上述描述中，其它各种实施方式是可能的这一点是不言自明的。

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

9···排气门

A···可变压缩比机构

B···可变进气门正时机构

C···可变排气门正时机构

15···废气涡轮增压器

Claims

1.一种发动机，所述发动机能够将膨胀比设定得比压缩比大，并且，所述发动机配备有利用废气旋转驱动的增压器，其中，所述发动机配备有：

运转状态判定机构，所述运转状态判定机构对发动机的运转状态进行判定；

对一个气缸设置的多个排气门；

可变排气门正时机构，所述可变排气门正时机构能够变更所述多个排气门之中的至少一个排气门的打开正时；以及

控制部，若由所述运转状态判定机构判定为发动机以轻负荷运转、并且处于加速时，则所述控制部向所述可变排气门正时机构发出指令，使所述一个排气门的打开正时比其它排气门的打开正时提前。

2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述发动机还配备有：

能够变更机械压缩比的可变压缩比机构；以及

能够变更进气门的关闭正时的可变进气门正时机构，

所述控制部借助所述可变压缩比机构及所述可变进气门正时机构来控制实际压缩比。

3.如权利要求1或2所述的发动机，其特征在于，目标进气量越少，所述控制部就越增大所述一个排气门的打开正时的提前量。

4.如权利要求1至3中任何一项所述的发动机，其特征在于，所述膨胀比越小，所述控制部就越减小所述一个排气门的打开正时的提前量。

5.如权利要求2至4中任何一项所述的发动机，其特征在于，

6.如权利要求1至5中任何一项所述的发动机，其特征在于，

7.如权利要求5所述的发动机，其特征在于，

在利用所述可变进气门正时机构将进气门的关闭正时向使所述压缩比降低的一侧变更了的状态下，当由所述运转状态判定机构判定为发动机的加速要求减小了时，所述控制部借助所述可变进气门正时机构将进气门的关闭正时向使所述压缩比降低的方向变更。

8.一种发动机，所述发动机是高膨胀比发动机，能够将膨胀比设定得比压缩比大，并且，所述发动机配备有利用废气旋转驱动的增压器，其中，所述发动机配置有：

对一个气缸设置的多个排气门；

可变排气门正时机构，所述可变排气门正时机构能够变更所述多个排气门之中的至少一个排气门的打开正时；

控制部，若由所述运转状态判定机构判定为发动机以中负荷以上的负荷运转、并且处于由所述增压器进行了增压的稳定增压运转状态，则所述控制部向所述可变排气门正时机构发出指令，与所述增压器的无增压状态时相比，使所述一个排气门的打开正时比其它排气门的打开正时滞后。

9.如权利要求8所述的发动机，其特征在于，所述发动机还配备有：

能够变更机械压缩比的可变压缩比机构；以及

能够变更进气门的关闭正时的可变进气门正时机构，

10.如权利要求8或9所述的发动机，其特征在于，

所述发动机配备有取得向缸内吸入的进气量的进气量取得机构，

所述进气量越少，所述控制部就越增大所述一个排气门的打开正时的提前量。