CN103299050A - 带增压器的内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带增压器的内燃机的控制装置，其能够在发生经过了燃烧室的从进气通路向排气通路的新气的穿过的情况下，适当地兼顾防止配置于排气通路的催化剂的过热以及抑制涡轮迟滞。具备涡轮增压器（22）、排气旁通通路（36）、可切换排气旁通通路（36）的开闭的WGV（38）、以及使气门重叠期间能够改变的可变气门机构（46、48）。在新气的穿过量（Gsca）比预定的穿过判定值（Gjudge）大的情况下，为了使该穿过量（Gsca）成为穿过判定值（Gjudge）以下而使气门重叠期间缩短。在判定为缩短了气门重叠期间之后穿过量（Gsca）仍比穿过判定值（Gjudge）大的情况下，使得打开WGV（38）。

Description

带增压器的内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及带增压器的内燃机的控制装置，尤其涉及适合对具备可变气门机构和废气门阀的内燃机进行控制的带增压器的内燃机的控制装置，所述可变气门机构能够改变气门重叠期间。

背景技术

以往，例如在专利文献1中公开了内燃机的控制装置。在该以往的控制装置中，基于由空燃比传感器检测的排气通路的氧浓度，对经过了燃烧室的从进气通路向排气通路的新气的穿过量进行推定。并且，根据该新气的穿过量控制气门重叠期间。

此外，作为与本发明关联的文献，申请人已知有包含上述文献在内的以下所记载的文献。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2007-263083号公报

专利文献2：日本特开2008-175201号公报

专利文献3：日本特开2010-163915号公报

专利文献4：日本特开2008-297930号公报

发明内容

发明要解决的问题

当经过了燃烧室的从进气通路向排气通路的新气的穿过量过多时，担心配置于排气通路的催化剂会过热。根据上述以往的控制装置，在新气的穿过量多的情况下，通过使气门重叠期间缩短，能够使穿过量减少。然而，存在只是调整气门重叠期间时难以使穿过量减少至所期望的量的运转区域。在这样的运转区域中，在只是缩短气门重叠期间的情况下，有可能会无法满意地减少穿过量而结果会发生催化剂过热。

本发明是为了解决上述问题而完成的发明，目的在于提供一种带增压器的内燃机的控制装置，其能够经过了燃烧室而从进气通路向排气通路发生新气的穿过的情况下，适当地兼顾防止配置于排气通路的催化剂过热以及抑制涡轮迟滞（turbo lag）。

用于解决问题的手段

第一发明为带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，具备：

涡轮增压器，其在排气通路具备利用排气能量进行工作的涡轮；

排气旁通通路，其在比所述涡轮更靠上游侧的部位从所述排气通路分支，并在比所述涡轮更靠下游侧的部位与所述排气通路合流；

废气门阀，其能够切换所述排气旁通通路的开闭；

可变气门机构，其能够改变排气门的开阀期间与进气门的开阀期间重叠的气门重叠期间；

穿过量取得单元，其取得经过了燃烧室的从进气通路向所述排气通路的新气的穿过量；

重叠期间缩短单元，其在所述穿过量比预定的穿过判定值大的情况下，为了使该穿过量变为所述穿过判定值以下而使所述气门重叠期间缩短；

穿过量判定单元，其判定通过所述重叠期间缩短单元缩短了所述气门重叠期间之后所述穿过量是否仍比所述穿过判定值大；以及

废气门阀控制单元，其在通过所述穿过量判定单元判定为所述穿过量仍比所述穿过判定值大的情况下打开所述废气门阀。

另外，第二发明的特征在于，在第一发明中，

还具备空燃比传感器，该空燃比传感器配置在所述排气通路而检测排气气体的空燃比，

所述穿过量取得单元为基于所述空燃比传感器的输出值取得所述穿过量的单元。

发明的效果

根据第一发明，在新气的穿过量比穿过判定值大的情况下，能够在将废气门阀的开度控制量抑制为所需最小限度的同时使穿过量减少至穿过判定值以下。因此，根据本发明，能够在穿过量比穿过判定值大的情况下，适当地兼顾通过抑制穿过量而实现的防止催化剂过热、以及抑制涡轮迟滞。

根据第二发明，使用基于空燃比传感器的输出值取得上述穿过量的结构，能够在穿过量比穿过判定值大的情况下，适当地兼顾通过抑制穿过量而实现的防止催化剂过热、以及抑制涡轮迟滞。

附图说明

图1是用于说明本发明实施方式1的内燃机的系统结构的示意图。

图2是用于说明经过了燃烧室的从进气通路向排气通路的新气的穿过的图。

图3是在本发明实施方式1中执行的例程的流程图。

标号说明

10：内燃机；12：燃烧室；14：进气通路；16：排气通路；20：空气流量计；22：涡轮增压器；22a：压缩机；22b：涡轮；22c：涡轮轴；26：节气门；28：进气压力传感器；30：燃料喷射阀；32：火花塞；34：空燃比传感器；36：排气旁通通路；38：废气门阀；40：催化剂；42：进气门；44：排气门；46：进气可变气门机构；48：排气可变气门机构；50：进气凸轮角传感器；52：排气凸轮角传感器；54：ECU（Electronic Control Unit：电子控制单元）。

具体实施方式

实施方式1

［系统结构的说明］

图1是用于说明本发明实施方式1的内燃机10的系统结构的示意图。作为一个例子，本实施方式的系统具备火花点火式内燃机（汽油发动机）10。在内燃机10的缸内形成有燃烧室12。与燃烧室12连通有进气通路14和排气通路16。

在进气通路14的入口附近安装有空气滤清器18。在空气滤清器18的下游附近设有空气流量计20，该空气流量计20输出与吸入进气通路14的空气的流量对应的信号。在空气流量计20的下游设置有涡轮增压器22的压缩机（compressor，压气机）22a。压缩机22a经由涡轮轴22c与配置于排气通路16的涡轮22b一体地连结。

在压缩机22a的下游设有对被压缩的空气进行冷却的中间冷却器（intercooler）24。在中间冷却器24的下游设有电子控制式节气门26。在节气门26的下游（进气歧管部）配置有用于检测进气压力P1的进气压力传感器28。另外，在内燃机10的各气缸分别设置有用于向进气口喷射燃料的燃料喷射阀30、和用于对混合气进行点火的火花塞32。

另外，在排气通路16中的涡轮22b的上游侧配置有用于对排气气体的空燃比（氧浓度）进行检测的空燃比传感器34。进一步，在排气通路16连接有排气旁通通路36，该排气旁通通路36构成为在比涡轮22b更靠上游侧的部位从排气通路16分支、在比涡轮22b更靠下游侧的部位与排气通路16合流。在排气旁通通路36的途中设有废气门阀（WGV）38，该废气门阀38负责排气旁通通路36的开闭。在此，WGV38构成为能够由调压式或电动式致动器（省略图示）调整为任意开度。另外，在与比涡轮22b更靠下游侧的与排气旁通通路36连接的连接部位相比更靠下游侧的排气通路16配置有用于净化排气气体的催化剂40。

在进气口和排气口分别设有用于使燃烧室12与进气通路14或者燃烧室12与排气通路16成为导通状态或切断状态的进气门42和排气门44。进气门42和排气门44分别由进气可变气门机构46和排气可变气门机构48驱动。作为进气可变气门机构46，在此使用可变气门正时（VVT）机构，该可变气门正时机构通过使相对于曲轴的旋转相位的进气凸轮轴的旋转相位变化，从而使进气门42的开闭正时连续地可变，对于排气可变气门机构48也是具有同样结构的机构。另外，在进气凸轮轴和排气凸轮轴的附近分别配置有用于检测各个凸轮轴的旋转角度、即进气凸轮角和排气凸轮角的进气凸轮角传感器50和排气凸轮角传感器52。

进一步，图1所示的系统具备ECU（Electronic Control Unit：电子控制单元）54。除上述的空气流量计20、进气压力传感器28以及空燃比传感器34之外，在ECU54的输入部还连接有用于检测发动机转速的曲柄角传感器56等用于检测内燃机10的运转（运行）状态的各种传感器。另外，在ECU54的输出部连接有上述的节气门26、燃料喷射阀30、火花塞32、WGV38以及可变气门机构46、48等用于控制内燃机10的运转状态的各种执行机构（actuator，致动器）。ECU54基于上述的各种传感器的输出，按照预定的程序使各种执行机构工作，从而控制内燃机10的运转状态。

［实施方式1中的特征性的控制］

图2是用于说明经过了燃烧室12的从进气通路14向排气通路16的新气的穿过的图。

根据上述的进气可变气门机构46和排气可变气门机构48，通过调整进气门42的开闭正时的提前角量（提前量）和排气门44的开闭正时的延迟角量（延迟量）中的至少一方，能够使排气门44的开阀期间与进气门42的开阀期间重叠的气门重叠期间（以下仅称为“气门重叠期间”）的长度变化。

在设定了上述气门重叠期间的状态下，当通过涡轮增压器22的增压而进气压力P1高于排气压力P2时，如图2所示，会产生如下现象：新气（进气）从进气通路14经过燃烧室12朝向排气通路16穿过。当产生了新气的穿过时，由于能够对缸内的残留气体进行扫气，所以能够得到提高内燃机10的转矩等效果。

然而，当未燃烧而排出到排气通路16的新气的穿过量过多时，担心会产生排气通路16中由燃烧引起的催化剂40过热和/或内燃机10的燃料经济性恶化。因此，在新气的穿过量大的情况下，通过使用可变气门机构46、48使气门重叠期间缩短，能够使穿过量减少。但是，存在只是调整气门重叠期间时难以使穿过量减少至希望量的运转区域。在这样的运转区域中，当只是缩短气门重叠期间时，有可能无法满意地使穿过量减少而结果会发生催化剂过热。

因此，在本实施方式中，在内燃机10的运转期间，在利用空燃比传感器34的输出值算出新气的穿过量Gsca之后，在算出的穿过量Gsca比预定的穿过判定值Gjudge大的情况下，为了使穿过量Gsca变为穿过判定值Gjudge以下而缩短气门重叠期间。在该基础上，在尽管缩短了气门重叠期间但穿过量Gsca仍不成为穿过判定值Gjudge以下的情况下，使得打开WGV38。

图3是表示为了实现本发明实施方式1的控制而ECU54执行的控制例程的流程图。

在图3所示的例程中，首先，判定新气的穿过发生条件是否成立（步骤100）。具体而言，ECU54存储有通过与内燃机10的运转区域（基于负荷率和发动机转速的区域）的关系规定了在气门重叠期间的设定中发生新气的穿过的穿过发生条件成立的运转区域的映射（map，省略图示）。在本步骤100中，参照那样的映射，判定当前的运转区域是否为穿过发生条件成立的运转区域。此外，穿过发生条件是否成立的判定不限于上述方法，例如，如果在具备检测进气压力P1的进气压力传感器28和检测排气压力P2的排气压力传感器的情况下，则也可以比较那些的传感器值来进行判定。

在上述步骤100中判定为新气的穿过发生条件成立的情况下，基于空燃比传感器34的输出值算出新气的穿过量Gsca（步骤102）。在本步骤102中，按照下式算出穿过量Gsca。

Gsca=Sabyf/Iabyf×Ga

其中，在上述式中，Sabyf为使用空燃比传感器34取得的排气气体的空燃比，Iabyf为基于吸入空气量和燃料喷射量算出的目标空燃比，Ga为使用空气流量计20取得的吸入空气量。

接着，判定是否处于气门重叠期间缩短中（步骤104）。具体而言，在本步骤104中，在上述穿过发生条件成立期间，判定是否为通过后述的步骤108的处理而气门重叠期间缩短到预定值以下的状况。

在上述步骤104中，在判定为不是处于气门重叠期间缩短中的情况下，判定新气的穿过量Gsca是否比预定的判定值Gjudge大（步骤106）。本步骤106中的判定值Gjudge是作为用于判断当前的穿过量Gsca是否为会引起催化剂40过热的程度的量的阈值而预先设定的值。

在上述步骤106中，当判定为当前的穿过量Gsca比判定值Gjudge大的情况下，为了使气门重叠期间变为预定值以下，使用可变气门机构46、48缩短气门重叠期间（步骤108）。

另一方面，在上述步骤104中，在判定为处于气门重叠期间缩短中的情况下，接着，通过与上述步骤106同样的处理，判定当前的穿过量Gsca是否比判定值Gjudge大（步骤110）。其结果，在本步骤110中判定为当前的穿过量Gsca比判定值Gjudge大的情况下，也即是，在能够判断为尽管缩短了气门重叠期间、但穿过量Gsca仍不成为穿过判定值Gjudge以下的情况下，WGV38被打开为用于使增压压力下降到预定压力以下的开度（步骤112）。作为一个例子，能够如下所述那样进行本步骤112的处理。即，例如基于由进气压力传感器28检测的进气压力P1进行WGV开度的反馈控制，以使得成为为了使穿过量Gsca变为穿过判定值Gjudge以下所需的增压压力值（由映射等取得）。

根据以上说明的图3所示的例程，在进行了气门重叠期间的缩短之后穿过量Gsca仍不变为穿过判定值Gjudge以下的情况下，为了增压压力而打开WGV38。也即是，根据上述例程，在穿过量Gsca比穿过判定值Gjudge大的状况下，以缩短气门重叠期间、接着调整WGV38的顺序，执行用于使穿过量Gsca减少的控制。进一步，换句话说，在判断为通过缩短气门重叠期间而穿过量Gsca不变为穿过判定值Gjudge以下之前禁止以减少穿过量为目的打开WGV38，也即是，禁止以减少穿过量为目的打开WGV38，直至判断为通过缩短气门重叠期间而穿过量Gsca不变为穿过判定值Gjudge以下。

与上述例程不同，在穿过量Gsca比穿过判定值Gjudge大的情况下，若直接（立刻）打开WGV38，则为了使穿过量Gsca成为穿过判定值Gjudge以下所需的WGV38的开度控制量变大。其结果，由于通过涡轮22b的排气气体流量减少，涡轮迟滞会变大。与此相对，根据上述例程的方法，在需要通过WGV38抑制穿过量Gsca的情况下，能够将WGV38的开度控制量抑制为所需最小限度。因此，根据本实施方式的系统，在穿过量Gsca比穿过判定值Gjudge大的情况下，在能够获得扫气作用的同时，能够适当地兼顾通过抑制穿过量Gsca而实现的防止催化剂40过热、以及抑制涡轮迟滞。

此外，在上述实施方式1中，利用空燃比传感器34的输出值算出新气的穿过量。然而，本发明中的穿过量取得单元不限于使用了上述方法的单元。

另外，在上述实施方式1中，使用可改变进气门42的开闭正时的进气可变气门机构46、和可改变排气门44的开闭正时的排气可变气门机构48来改变气门重叠期间。然而，本发明中的可变气门机构不限于上述结构。即，也可以通过调整排气门的关闭正时和进气门的打开正时中的至少一方来调整气门重叠期间。

此外，在上述的实施方式1中，通过ECU54执行上述步骤102的处理而实现了所述第一发明中的“穿过量取得单元”，通过ECU54在上述步骤106的判定成立的情况下执行上述步骤108的处理而实现了所述第一发明中的“重叠期间缩短单元”，通过ECU54在上述步骤104的判定成立的情况下执行上述步骤110的处理而实现了所述第一发明中的“穿过量判定单元”，通过ECU54在上述步骤110的判定成立的情况下执行上述步骤112的处理而实现了所述第一发明中的“废气门阀控制单元”。

Claims (2)

1.一种带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，具备：

涡轮增压器，其在排气通路具备利用排气能量进行工作的涡轮；

排气旁通通路，其在比所述涡轮更靠上游侧的部位从所述排气通路分支，并在比所述涡轮更靠下游侧的部位与所述排气通路合流；

废气门阀，其能够切换所述排气旁通通路的开闭；

可变气门机构，其能够改变排气门的开阀期间与进气门的开阀期间重叠的气门重叠期间；

穿过量取得单元，其取得经过了燃烧室的从进气通路向所述排气通路的新气的穿过量；

重叠期间缩短单元，其在所述穿过量比预定的穿过判定值大的情况下，为了使该穿过量变为所述穿过判定值以下而使所述气门重叠期间缩短；

穿过量判定单元，其判定通过所述重叠期间缩短单元缩短了所述气门重叠期间之后所述穿过量是否仍比所述穿过判定值大；以及

废气门阀控制单元，其在通过所述穿过量判定单元判定为所述穿过量仍比所述穿过判定值大的情况下打开所述废气门阀。

2.根据权利要求1所述的带增压器的内燃机的控制装置，其特征在于，

还具备空燃比传感器，该空燃比传感器配置在所述排气通路而检测排气气体的空燃比，

所述穿过量取得单元为基于所述空燃比传感器的输出值取得所述穿过量的单元。

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