CN103348117B - 带有涡轮式增压器的内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种带有涡轮式增压器的内燃机的控制装置，其在进气侧或排气侧的至少一侧具有可变阀机构，其具有：扫气量设定单元，其确定在气门重叠时间从进气通路通过缸内并吹向排气通路的扫气量的、用于满足针对内燃机的性能要求的上限值；以及可变阀控制单元，其与扫气量相对应，控制气门重叠时间的长度。

Description

带有涡轮式增压器的内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及一种具有可变阀机构及涡轮增压器的内燃机的控制。

背景技术

已知下述技术，即，控制可变阀机构，设置气门重叠时间，在该气门重叠时间中，利用进气压力和排气压力之间的压差，将缸内残留气体向排气通路进行扫气，从而使缸内的新气量增加。

例如，在JP2006－283636A中公开了下述技术，即，以在气门重叠时间中使进气压力高于排气压力的方式控制节气阀开度，得到扫气效果。

发明内容

对于气门重叠时间中的扫气量，即使在相同的气门重叠时间长度下，也对应于内燃机的运转状态和运转的环境而不同。特别地，在具有涡轮式增压器的情况下，在增压器的转速为恒定的稳定状态、和转速上升的过渡状态下，由于排气压力不同，因此，即使在发动机转速和负载等运转状态相同且重叠时间长度相同，扫气量也不同。

由此，如果如JP2006－283636A所示，通过对将气门重叠时间与发动机转速及负载相关联的对应图进行检索而控制气门重叠时间，则不一定得到与该运转状态和运转环境相适应的扫气量。

由此，本发明的目的在于，即使在带有涡轮式增压器的内燃机中，也能够得到与运转状态和运转环境相适应的扫气量。

本发明的详细内容以及其它的特征和优点，在说明书的以下记载中进行说明，并且在添加的附图中示出。

附图说明

图1是使用本实施方式的系统的结构图。

图2是表示直列4气缸内燃机的冲程顺序的图。

图3是表示控制单元执行的用于设定燃料喷射量的运算内容的框图。

图4是控制单元执行的用于判断是否减少气门重叠时间的控制的框图。

图5是表示控制单元执行的用于求出扫气率的运算内容的框图。

图6是表示控制单元执行的用于求出排气压力的运算内容的框图。

图7是表示控制单元执行的用于求出过渡排气压力变动的运算内容的框图。

图8是表示控制单元执行的用于确定可变阀机构的变换角度的的运算内容的流程图。

图9是控制单元执行的用于计算基于催化剂温度的扫气量上限值的框图。

图10是控制单元执行的用于计算基于NOx排出量的扫气量上限值的框图。

图11是控制单元执行的用于计算扭矩急剧变化时的扫气量上限值的框图。

具体实施方式

（第1实施方式）

图1是使用本实施方式的内燃机的系统结构图。

在内燃机1的进气歧管2的入口处设有节气门室4，其用于调整流入内燃机1的空气量，在其上游连接有进气通路6。在进气通路6的与节气门室4相比的上游侧设置增压器5的压缩机5a，并且在其更上游设置用于检测吸入空气量的空气流量计8。

在内燃机1的各气缸中配置燃料喷射阀15，该燃料喷射阀15将燃料直接喷射至缸体内。在排气通路7中设置有增压器5的涡轮 5b。

增压器5是所谓涡轮式增压器，压缩机5a和涡轮5b经由旋转轴5c连接。由此，如果涡轮5b通过内燃机1的排气能量而旋转，则压缩机5a也旋转，将吸入空气向下游侧加压输送。

在涡轮5b的下游侧配置排气净化用的排气催化剂18。作为排气催化剂18而例如使用三元催化剂等。

再循环通路10，是将进气通路6a和与空气流量计8相比位于下游侧且与压缩机5a相比位于上游侧的进气通路（下面，称为进气通路6b）连接的通路，如果将在中途设置的再循环阀9打开，则两个进气通路6a、6b连通，如果关闭，则连通被切断。

再循环阀9与一般公知的再循环阀相同地，在增压压力和进气歧管2内的压力（下面，称为进气管压力）之间的压力差大于或等于规定值时开阀。例如，内置的弹簧的反作用力将设置在内部的阀体向闭阀方向预紧，并且，向阀体的开阀方向作用增压压力，向闭阀方向作用进气管压力，在增压压力和进气管压力之间的压力差超过弹簧的反作用力的情况下，再循环阀9开阀。由此，在行驶中的增压状态下节气门阀4成为完全关闭的情况下，能够防止增压压力的过度上升。另外，再循环阀9开阀时的增压压力和进气管压力之间的压力差能够通过弹簧的弹簧常数而设定为任意的值。

作为可变阀机构14，只要是能够使进气阀闭阀时机（IVC）变化，以产生排气阀和进气阀中的任一个均开阀的重叠时间的装置即可。例如，可以使用使进气凸轮轴相对于曲轴的旋转位置变化的装置、或使进气阀的动作角变化的装置等通常已知的可变阀机构。另外，也可以在排气阀侧也设置相同的可变阀机构14，对进气阀及排气阀的气门正时进行可变控制。

控制单元12读取由空气流量计8检测出的吸入空气量、由加速器开度传感器13检测出的加速器开度、及由曲轴转角传感器20检测出的发动机转速等与运转状态有关的参数，基于这些参数，对点火时机、气门正时、及空燃比等进行控制。

下面，对控制单元12进行的气门正时控制及空燃比控制进行说 明。

在进气歧管2内的压力高于排气歧管3内的压力的情况下，控制单元12使可变阀机构14动作，以成为产生进气阀及排气阀均开阀的气门重叠时间的气门正时。

这是为了在气门重叠时间中，利用从进气歧管2流入的新气作为扫气气体直接吹入排气歧管3的所谓的扫气效果，提高涡轮5B的转速，提高向缸体内的填充效率。

利用图2对该效果具体地进行说明。图2示出点火顺序为第1气缸－第3气缸－第4气缸－第2气缸的直列4气缸内燃机的冲程顺序。图中标注斜线的部分表示气门重叠时间。

如果设置气门重叠时间，则在排气歧管3中，排气冲程中从气缸排出的排气气体与此时处于进气冲程中的其它气缸的扫气气体合流。例如，图2的第3气缸的排气冲程#3ex中排出的排气气体、与此时为进气冲程的第1气缸的气门重叠时间#1sc中扫气的扫气气体合流。

由此，与不存在气门重叠时间的情况、即不存在扫气的情况相比，导入涡轮5b的气体量增加。由此，涡轮5b的转速升高，由压缩机5a产生的增压压力上升。另外，由于通过扫气而缸体内的残留气体与新气一起被排出，因此，其结果，气缸的新气的填充效率提高。

并且，在本实施方式中，通过利用后述的空燃比控制，使在排气歧管3中合流的排气气体和扫气气体的混合气体在流入涡轮5b之前燃烧，从而能够增大用于使涡轮5b旋转的能量。

由此，对燃料喷射量进行设定，以使得在排气冲程中从某个气缸排出的排气气体、和从成为同时进气冲程的气缸在气门重叠时间中进行扫气的扫气气体的混合气，在流入涡轮5b之前成为易于燃烧的空燃比。即，如下所述设定燃料喷射量：使缸体内的空燃比成为比理论空燃比更浓的空燃比，通过使含有未燃烧碳氢化合物的排气气体排出，将该排气气体和扫气气体混合，从而成为易于燃烧的空燃比、例如理论空燃比。

例如，在针对图2的第3气缸在进气冲程#3in中吸入的空气量 而设定燃料喷射量的情况下，如下所述设定燃料喷射量，即，使第3气缸的在排气冲程#3ex中排出的排气气体和第1气缸的在气门重叠时间#1sc中排出的扫气气体的混合气成为易于燃烧的空燃比。即，如果着眼于第3气缸的缸体内的空燃比，则成为比理论空燃比更浓的空燃比，在排气冲程中将含有未燃烧燃料的排气气体排出。

如上所述设定的燃料喷射量，在每一个冲程中进行一次燃料喷射而全部喷射出。燃料喷射时机为进气冲程中的气门重叠时间结束后即排气阀关闭后，或在压缩冲程中。另外，对于空燃比控制的详细内容，在后面进行叙述。

如果如上所述进行喷射，则由于成为排气气体中的未燃烧碳氢化合物的燃料，受到膨胀冲程中的燃烧热而从碳链较长的高级碳氢化合物变化为碳链较短的低级碳氢化合物，因此进一步提高燃烧性。另外，由于缸体内的空燃比与理论空燃比相比更浓，而接近输出空燃比，所以与以理论空燃比运转的情况相比，能够提高输出。并且，由于利用燃料在缸体内气化时的气化潜热而使缸体内冷却，因此有助于提高填充效率。

图3是表示设定向缸体内喷射的燃料喷射量的运算内容的框图。另外，在该框图中包含有利用所设定的燃料喷射量而进行的缸体内及排气歧管3内的空燃比的推定。

排气管内空燃比目标值设定部301设定排气歧管3内的目标空燃比即排气管内目标空燃比。将目标空燃比设定为排气气体和扫气气体的混合气体易于燃烧的空燃比，例如理论空燃比。

另外，不限于理论空燃比，例如也可以设定为，使排气气体和扫气气体的混合气体满足排气性能的要求值，即，形成为不使排气催化剂18的转换效率下降程度的空燃比。在该情况下，也能够利用扫气效果，提高缸体内的填充效率，使产生扭矩增大，且防止排气性能下降。

缸体内捕集吸入空气量推定部302基于由空气流量计8检测出的吸入空气量和扫气率，推定吸入空气量中在进气冲程结束定时被封入缸体内的量即缸体内捕集吸入空气量。另外，扫气率为新气量除以 缸体内气体量而得到的值。对于扫气率的计算方法，在后面进行叙述。

气缸扫气气体量推定部303针对在已计算出缸体内捕集吸入空气量的气缸处于排气冲程时成为进气冲程的气缸，基于扫气率和吸入空气量，推定吸入空气量中在气门重叠时间向排气歧管3流出的量即气缸扫气气体量。

缸体内燃料喷射量设定部304基于排气管内目标空燃比、缸体内捕集吸入空气量、气缸扫气气体量，确定向缸体内喷射的燃料喷射量。

如果排气气体在排气歧管3中与扫气气体混合，则由于被扫气气体稀释量而使空燃比相应地向稀薄侧变化。例如，如果以相对于缸体内捕集吸入空气量成为理论空燃比的方式设定燃料喷射量，则排气的空燃比成为理论空燃比，如果在排气歧管3中与扫气气体混合，则与理论空燃比相比成为更稀的空燃比。

由此，基于缸体内捕集吸入空气量及气缸扫气气体量，求出在被扫气气体稀释时为了成为排气管内目标空燃比而所需的碳水化合物量，基于缸体内捕集吸入空气量，设定产生该碳水化合物量所需的燃料喷射量。

缸体内空燃比推定部305根据燃料喷射量和缸体内捕集吸入空气量，推定缸体内的空燃比。排气管内空燃比推定部306根据缸体内空燃比和气缸扫气气体量，推定排气歧管3内的空燃比。如果基于上述的推定值和排气管内目标空燃比，对缸体内燃料喷射量进行反馈控制，则能够以更高精度控制排气歧管3内的空燃比。

图4是基于缸体内空燃比推定部305求出的缸体内空燃比推定值，对是否减小气门重叠时间进行判断的控制的框图。扫气量越大，用于使排气管内空燃比成为期望空燃比所需的燃料量越大，与此相伴，缸体内的空燃比也进一步变浓。通过图4的运算，在成为由图3的运算求出的燃料喷射量时，如果缸体内的空燃比超过燃烧极限，则缩短气门重叠时间而使扫气量减少。

在缸体内空燃比容许值计算部401中，设定基于燃烧极限等条件而求出的缸体内空燃比容许值。缸体内空燃比推定部402读取由图 3的缸体内空燃比推定部305推定出的缸体内空燃比。

在判定部403中，对缸体内空燃比容许值和缸体内空燃比推定值进行比较，如果判定为缸体内空燃比推定值更浓，则要求可变阀机构14的控制部即VTC控制部404减少气门重叠时间。由此，使气门重叠时间减少，从而减少扫气量。即，确定用于满足性能要求的扫气量的上限值。

通过上述的图3、图4的控制，将排气歧管3内的排气气体和扫气气体的混合气体的空燃比控制为易于燃烧的空燃比，且能够确保缸体内的燃烧稳定性。

下面，对于在图3中用于推定缸体内捕集吸入空气量及气缸扫气气体量的扫气率进行说明。

图5是表示用于计算扫气率的运算内容的框图。

如果是正常运转时，则基于从发动机转速和吸入空气量求出的发热量、或通过排气歧管3的气体量而确定扫气率。但是，由于在过渡运转时，相对于流过排气歧管3的气体量的增加速度而涡轮5b的转速上升延迟，因此产生压力损失。其结果，过渡运转时的排气压力与同一吸入空气量、同一发动机转速的正常运转时的排气压力相比升高。由此，在图5的运算中，与过渡运转时的排气压力变动量（以下称为过渡压力变动）的增减量相对应，对正常运转时的排气压力进行校正，计算扫气率。

在集气管压力读取部501中，作为集气管压力而读取进气歧管2内的压力。排气压力读取部502读取通过后述的运算求出的排气压力。过渡压力变动读取部503读取通过后述的运算求出的过渡排气压力变动量。

在排气阀前后压差计算部504中，从集气管压力中减去排气压力，向该得到的值中加上过渡压力变动，计算排气阀前后压差。由此，计算出包含过渡排气压力变动量在内的排气阀前后压差。

另一方面，在发动机转速读取部505中，基于曲轴转角传感器20的检测值读取发动机转速，重叠量读取部506读取由后述的运算求出的气门重叠量。

并且，在扫气率运算部507中，利用基于发动机转速、气门重叠量、及排气阀前后压差而预先设定的对应图，求出扫气率，由扫气率设定部508将该运算结果作为扫气率而读入。在此使用的对应图，如图5所示，将纵轴设为排气阀前后压差，将横轴设为气门重叠量，控制单元12针对每个发动机转速，存储多个该对应图。

图6是表示用于求出由排气压力读取部502读取的排气压力的运算内容的框图。排气压力受大气压力和排气温度的影响较大，因此通过进行基于上述条件的校正，从而提高排气压力的推定精度，进而提高扫气率的推定精度。具体地说，进行下述运算。

由排气温度读取部601读取排气温度传感器17的检测值，由吸入空气量读取部602读取空气流量计8的检测值。由基准排气压力计算部603基于上述读取出的值，利用预先生成的对应图，计算作为基准的排气压力。由此，能够将与吸入空气量及排气温度相对应的排气压力设为基准值。

另一方面，由基准大气压力读取部604读取计算出基准排气压力时的大气压力传感器16的检测值。并且，由大气压力读取部605读取大气压力传感器16的当前检测值。并且，由大气压力校正部606计算从基准排气压力中减去基准大气压力而得的值与大气压力之间的和，由排气压力计算部607将运算结果作为排气压力读取。由此，能够推定与大气压力相对应的排气压力。

图7是用于计算由过渡压力变动读取部读取的过渡排气压力变动量的框图。

在此，作为判定是否是过渡运转的条件而利用吸入空气量及节气阀开度的变化量，计算过渡排气压力变动量。

由吸入空气量读取部701读取空气流量计8的检测值。由节气阀开度读取部702读取节气阀开度。节气阀开度也可以由节气门位置传感器检测出，在电子控制节气门的情况下，也可以读取向驱动节气阀的致动器发送的指示值。

由进气变化速度计算部703基于由吸入空气量读取部701读取出的吸入空气量，计算吸入空气量的变化速度即进气变化速度△QA。 进气变化速度校正值运算部714利用下式（1），将对进气变化速度△QA施加一阶延迟而得到的值作为进气变化速度校正值QMv计算出。

QMv＝△QA×k＋（1－k）×QMvz…（1）

在过渡排气压力变化量推定部711中基于如上所述求出的进气变化速度校正值QMv，根据预先生成的对应图，计算出作为基准的过渡排气压力，将计算结果输入开关部712。

由进气量变化量计算部704计算出吸入空气量的变化量，由第1判定部708对预先储存在第1过渡判定标准设定部705中的第1过渡判定标准和进气量变化量进行比较。

节气阀开度变化量计算部706计算出节气阀开度的变化量，由第2判定部709对预先储存在第2过渡判定标准设定部707中的第2过渡判定标准和节气阀开度变化量进行比较。

第3判定部710读取第1判定部708及第2判定部709的判定结果。并且，如果在第1判定部708中进气量变化量大于第1过渡判定标准、或者在第2判定部709中节气门开度变化量大于第2过渡判定标准中的至少一者成立，则判定为处于过渡运转时。该判定结果输入至开关部712，在过渡运转时的情况下开关部712切换至施加过渡排气压力变动这一侧，在非过渡运转时的情况下，开关部712切换至不施加过渡排气压力变动至这一侧。过渡排气压力变动确定部713将从开关部712输出的值设定作为过渡排气压力变动量。

图8是表示控制单元12所执行的用于确定可变阀机构14的变换角度的控制流程的流程图。在该控制的中途计算节气门重叠时间。

在步骤S801中，控制单元12读取内燃机1的运转状态，例如集气管压力、发动机转速、进气温度、大气压力、基本喷射脉冲等。基本喷射脉冲是与内燃机1的输出存在相关性的值。

在步骤S802中，控制单元12计算由上述运转状态求出的扫气量上限值。在这里，对于扫气量上限值的求取方法的一个例子进行说明。

图9是用于计算基于催化剂温度的扫气量上限值的框图。

以包含扫气量在内的排气歧管3内的空燃比成为理论空燃比的方式进行燃料喷射，在排气歧管3内使排气气体和扫气气体的混合气体燃烧的情况下，燃烧能量越大，增压器5的效率越高。另外，扫气量越高，缸内的新气比例越高，填充效率提高。即，为了使内燃机1满足输出提高等的性能要求，使扫气量尽可能大即可。但是，如图4所示，由于节气门重叠时间被燃烧极限等条件限制，因此扫气量的上限也被限制。

另一方面，扫气量越多，越通过排气歧管3内的燃烧，使排气催化剂18进一步加热至高温。如果排气催化剂18的温度过度升高则排气净化性能恶化，因此，为了抑制排气催化剂18的温度上升而必须设定扫气量的上限值。

因此，将扫气量限制在不使排气催化剂18恶化的程度，并将其设定为扫气量上限值。

另外，作为运转状态而读取集气管压力Boost、发动机转速NE、基本喷射脉冲TP、进气温度TAN及大气压力PAMB。

催化剂上限温度计算部901计算出与运转状态相对应而确定的排气催化剂18的上限温度即催化剂上限温度。

同样地，由无扫气催化剂上限温度计算部902计算出在无扫气的通常运转状态、即不使扫气气体和排气气体的混合气体燃烧的运转状态下的排气催化剂18的推定温度即无扫气催化剂推定温度。

扫气时催化剂升温容许值计算部903计算出催化剂上限温度和无扫气催化剂推定温度的差即扫气时催化剂升温容许值。能够使扫气时的排气催化剂18的温度升高与该扫气时催化剂升温容许值相对应的量。

在催化剂温度容许扫气量计算部905中根据扫气时催化剂升温容许值、和由缸体内空燃比计算部904求出的内燃机1的缸体内的空燃比，利用预先生成的对应图，计算由排气催化剂18的温度确定的扫气量上限值即催化剂温度容许扫气量。在此使用的对应图，是针对各缸体内空燃比，示出扫气量和催化剂升温量之间的关系。

并且，催化剂温度容许扫气量确定部906将作为催化剂温度容 许扫气量的计算结果设定为扫气量上限值。

如上所述，在基于发动机转速等内燃机1的运转状态、和进气温度、大气压等内燃机1的运转环境，确定扫气量上限值的情况下，无扫气催化剂上限温度计算部902的计算结果与运转状态和环境相对应而不同。其结果，催化剂温度容许扫气量也是与运转状态和环境相对应的值。

另外，在图9的运算中，如果作为输入的发动机转速等而利用对下一次循环的状态进行推定而得到的值，则能够求出下一次循环中的扫气量上限值。由此，即使是要求前馈控制这样的过渡运转时的控制，也同样地能够通过计算出规定时间后的扫气量上限值而应对。

返回至图8的说明。

在图8的步骤S802中，控制单元12除了催化剂温度容许扫气量以外，还计算由图4的运算确定的满足性能要求的扫气量上限值。并且，将其中较小者设定为扫气量上限值。在图8的步骤S803中，控制单元12基于在步骤S802中求出的扫气量，确定气门重叠时间。如果与使用的内燃机的规格相对应，预先求出扫气量和气门重叠时间，则能够基于扫气量容易地设定气门重叠时间。并且，由图5的重叠量读取部506读取该值。

在步骤S804中，控制单元12确定用于实现在步骤S803中确定的气门重叠时间的可变阀机构14的变换角度。如果与所使用的内燃机1的进气凸轮、排气凸轮的轮廓等相对应，预先求出气门重叠时间和变换角度之间的关系，则能够与气门重叠时间相对应容易地确定变换角度。

如上所述，如果通过图3的运算，设定燃料喷射量，则能够将在排气歧管3内混合的扫气气体和排气气体的混合气体控制为易于燃烧的空燃比。

另外，本实施方式对于内燃机1为缸内直喷式的情况进行了说明，但不限于此，也可以适用于向与各气缸连通的进气口内喷射燃料的所谓进气口喷射式内燃机。在进气口喷射式内燃机的情况下，如果上述燃料喷射是在气门重叠时间结束后即排气阀闭阀后进行的，则喷 射出的燃料不会与扫气气体一起向排气歧管3排出，因此，能够直接使用上述的燃料喷射量的设定方法。

另外，在图3中，气缸扫气气体量推定部303针对在已计算出缸体内捕集吸入空气量的气缸处于排气冲程时成为进气冲程的气缸，推定气缸扫气气体量。这是因为还要与过渡运转状态相对应。但是，在正常运转的情况下，缸体内捕集吸入空气量及气缸扫气气体量在各气缸中均相同，因此，也可以利用已计算出缸体内捕集吸入空气量的气缸本身的气缸扫气气体量，确定燃料喷射量。

如上所述，在本实施方式中得到下述效果。

控制单元12设定用于使内燃机1满足性能要求的扫气量，与该扫气量相对应控制气门重叠时间的长度，因此通过扫气提高缸内新气的比例，即填充效率提高。

由于控制单元12基于排气催化剂18的推定温度，限制扫气量上限值，因此在使扫气气体在排气歧管3内与排气气体混合并燃烧时，防止排气催化剂18的温度过度上升。

由于控制单元12基于内燃机1的运转状态及所处的环境，限定扫气量上限值，因此能够设定适当的扫气量上限值。即，如果运转状态及所处的环境不同，则吸入空气量和排气温度等也不同，基于上述条件计算出的催化剂升温容许扫气量也不同，但通过控制，能够设定适当的扫气量上限值。

例如，由于在大气压力较低的情况下涡轮式增压器5易于旋转，因此与大气压力较高的状态相比，即使扫气量相同，转速也易于上升，可能导致过旋转。在该情况下，如果利用废气出口等使排气的一部分分流，则能够抑制过旋转，保护增压器5，但这样通过扫气气体和排气气体的燃烧而产生的能量被浪费。由此，如果基于内燃机1所处的环境设定扫气量上限值，则能够以不成为过旋转的方式设定扫气量，能够保护增压器5而不浪费能量。

控制单元12基于扫气未执行的状态和扫气执行后的状态设定扫气量上限值，其中，扫气未执行的状态是基于运转状态推定出的，扫气执行后的状态是基于缸内的目标空燃比推定出的。即，基于由进气 温度等运转状态确定的排气歧管3内的温度、和通过扫气气体和排气气体的混合气体燃烧而导致的温度上升量，设定催化剂温度容许扫气量，因此能够设定适当的扫气量上限值。

控制单元12基于经过根据运转状态推定值推定出的规定时间后、例如一次循环后的扫气未执行状态，和基于缸内的目标空燃比推定的扫气执行后的状态，设定扫气量的上限值。即，通过作为发动机转速和负载等而输入推定下一次循环状态而得到的值，从而能够设定下一次循环的扫气量上限值。即使是加速时那样要求前馈控制的过渡运转时，也能够设定适当的扫气量上限值。

控制单元12在基于多个条件计算出多个扫气量上限值的情况下，选择最小的扫气量上限值，因此能够可靠地防止系统的性能下降。

（第2实施方式）

下面，针对第2实施方式进行说明。

使用本实施方式的系统与第1实施方式相同。在控制中也基本上相同，但在基于NOx生成量计算扫气量上限值这一点上不同。以下，对于扫气量上限值的计算方法进行说明。

在缸内直接喷射式内燃机的情况下，由于从进气通路吹入排气通路的扫气气体中不包含燃料，因此，对于向排气催化剂18流入的气体的空燃比，扫气量越增加，越向稀空燃比侧偏移。如果排气催化剂18内与理论空燃比相比稀空燃比化，则NOx转换效率恶化，流入的NOx无法处理干净，可能导致排气性能恶化。

由此，设定扫气量上限值，以使得不会产生无法由排气催化剂18处理干净程度的NOx。

图10是表示在本实施方式中控制单元12执行的用于基于NOx生成量设定扫气量上限值的运算内容的框图。

由NOx生成量计算部1001读取发动机转速NE及基本喷射脉冲TP，基于上述内容对对应图进行检索，从而计算出在该运转状态下可容许的NOx生成量（扫气时NOx排出容许值）。在这里所谓的NOx生成量，是指从内燃机1排出的量。

在NOx生成量计算部1001中使用的对应图的纵轴为集气管压 力Boost。基本喷射脉冲TP与气缸吸入空气质量相对应而设定，与集气管压力Boost存在相关关系。由此，在对对应图进行检索时，基于上述相关关系，将读取出的基本喷射脉冲TP变换为集气管压力Boost。另外，也可以直接读取出集气管压力Boost。

由缸体内空燃比读取部1002读取由图3的缸体内空燃比推定部305推定出的缸体内空燃比。

扫气量计算部1003利用由NOx生成量计算部1001计算出的NOx生成量在对应图中进行检索，从而计算出在该运转状态下可容许的扫气量，其中，该对应图示出针对每个缸体内空燃比预先生成的扫气量和NOx生成量之间的关系。将该扫气量作为NOx发生容许扫气量。

NOx发生容许扫气量设定部1004将NOx发生容许扫气量设定为扫气量上限值。

通过如上所述设定扫气量上限值，从而能够防止在排气歧管3内扫气气体和排气气体的混合气体燃烧的情况下的排气催化剂18的NOx转换效率恶化。

另外，如上所述，如果基于发动机转速等内燃机1的运转状态，和进气温度、大气压力等内燃机1运转的环境确定扫气量上限值，则NOx生成量计算部1001的计算结果对应于运转状态和环境而不同。其结果，NOx发生容许扫气量也成为与运转状态和环境相对应的值。

如上所述，在本实施方式中，在与第1实施方式相同的效果的基础上，进一步得到以下效果。

控制单元12基于从内燃机1向排气歧管3排出的NOx排出量的推定值，限制扫气量上限值，因此，能够防止由于扫气导致的排气催化剂18的NOx转换效率的下降。

（第3实施方式）

下面，对于第3实施方式进行说明。

本实施方式涉及下述控制，即，在与第1实施方式等相同的系统中，在加速时这种扭矩要求急剧增加的情况下的控制。基本的控制与第1实施方式相同，但在图8的步骤S802中执行的扫气量上限值 的设定不同。以下，对扫气量上限值的设定进行说明。

图11是表示用于设定扫气量上限值的运算内容的框图。在这里，原则上将催化剂温度容许扫气量或NOx发生容许扫气量中的较小的扫气量设为扫气量上限值。但是，在如急剧加速时这种，在内燃机1的扭矩要求值急剧增大的情况下，在不向图1所示的内燃机1和增压器5这样的系统施加不良影响的范围内，切换至优先满足扭矩要求的更大的扫气量上限值。

如果如上所述使扫气量上限值增大，则在排气歧管3内扫气气体和排气气体的混合气体燃烧时的能量增大，其结果，涡轮5b的旋转上升速度提高，因此内燃机1的扭矩响应性提高。

图11的运算模块1101至1104及运算模块1105至1108分别为与图9、图10相同的内容，因此省略说明。

最小值选择部1109选择催化剂温度容许扫气量或者NOx发生容许扫气量中的较小者，将其结果输入至开关1113。

扭矩变化速度判定部1110例如基于加速器开度变化量等，对发动机1的扭矩要求值的变化速度是否超过预先设定的阈值进行判定。阈值是用于判定是否有必要与催化剂温度和NOx生成量相比使扭矩响应优先的值，是针对使用本控制的每种车辆而预先设定的值。

在扭矩要求值变化速度超过阈值的情况下，使计时器1111动作，仅在预先设定的计时器动作时间将开关1113切换至后述的扭矩响应容许扫气量侧。计时器动作时间能够任意地设定，但为了防止对系统产生不良影响，后述的扭矩响应容许扫气量越大，计时器动作时间设定得越短。

扭矩响应容许扫气量设定部1112基于内燃机1的运转状态及运转环境，设定使扭矩响应优先的情况下的扫气量上限值即扭矩响应容许扫气量。

扭矩响应容许扫气量设定为下述值，即，只要处于计时器1111动作的时间内，则即使保持该扫气量，也不会导致排气催化剂18和增压器5等性能下降。即，通常的扫气量上限值是即使稳定地动作也不导致性能下降的程度，与此相对应，扭矩响应容许扫气量是暂时容 许的程度值。

具体地说，扭矩响应容许扫气量与内燃机1和排气催化剂18的规格、排气路径长度等相对应而变化，因此将针对每种运转状态及运转环境的扭矩响应容许扫气量预先对应图化，对该对应图进行检索。例如，将扭矩响应容许扫气量设定为与催化剂温度容许扫气量及NOx发生容许扫气量相比较大，且能够确保燃烧稳定度的程度的值。

扫气量上限值设定部1114将由开关1113选择的扫气量设定为扫气量上限值。

如上所述，控制单元12计算出分别基于扭矩要求等这种内燃机1的性能要求、催化剂温度和NOx发生量等这种制约条件的扫气量上限值。并且，在如急剧加速时等所示，扭矩要求值变化速度超过阈值的情况下，从上述多个扫气量上限值中选择扭矩响应容许扫气量，在除此以外的情况下，选择基于制约条件的扫气量上限值的较小值。

如果处于正常运转状态，则选择基于制约条件的扫气量上限值的较小值，因此，在不对系统造成影响的范围内，设定最大的扫气量。

另一方面，如加速时所示，在扭矩要求急剧增大的情况下，在一定期间内，设定基于制约条件的与扫气量相比较大的扫气量上限值。即，在一定期间内提高扫气量的上限值。由此，向涡轮5b供给的能量增大，其结果，扭矩响应性提高。

如上所述，在本实施方式中，在与第1实施方式相同的效果的基础上，进一步具有下述效果。

在扭矩要求急剧增加的情况下，控制单元12使扫气量增大。由此，在排气歧管3内的燃烧能量，即向涡轮5b供给的能量增大，因此内燃机1的扭矩响应提高。

在扭矩要求急剧增加的情况下，控制单元12以一定期间使扫气量上限值缓和，因此能够提高扭矩响应，并且防止系统的性能下降。

以上，对于本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式仅表示本发明的适用例的一部分，不表示将本发明的技术范围限定在上述实施方式的具体结构中。

本申请基于2011年2月7日向日本专利局提出的特愿2011－ 24123申请并主张优先权，该申请的全部内容作为参照而并入本说明书中。

Claims (7)

1.一种带有涡轮式增压器的内燃机的控制装置，其在进气侧或排气侧的至少一侧具有可变阀机构，该控制装置具有：

排气燃烧单元，其在所述涡轮式增压器的上游侧、使从排气冲程中的气缸排出的排气气体和此时进气冲程中的其他气缸的扫气气体的混合气体燃烧，使用于使所述涡轮式增压器的涡轮旋转的能量增大；

用于推定在排气通路中设置的排气催化剂的温度的单元；

扫气量设定单元，其基于所述排气催化剂的上限温度和所述排气催化剂的推定温度，设定扫气量；以及

可变阀控制单元，其与所述扫气量相对应，控制气门重叠时间的长度，

该控制装置还具有用于推定NOx排出量的单元，该NOx排出量是从内燃机向排气通路排出的NOx的在当前运转状态下可容许的排出量，

所述扫气量设定单元还基于所述NOx排出量的推定值，计算扫气量，将基于该NOx排出量的推定值计算出的扫气量、和基于所述排气催化剂的上限温度和所述排气催化剂的推定温度计算出的扫气量中的较小者设定为扫气量。

2.根据权利要求1所述的带有涡轮式增压器的内燃机的控制装置，其中，

所述排气催化剂的推定温度是无扫气的运转状态下的推定温度。

3.根据权利要求1或2所述的带有涡轮式增压器的内燃机的控制装置，其中，

所述扫气量设定单元基于所述内燃机的运转状态及所述内燃机所处的环境，计算所述扫气量。

4.一种带有涡轮式增压器的内燃机的控制装置，其在进气侧或排气侧中的至少一侧具有可变阀机构，其中，

具有：

性能要求检测单元，其检测针对所述内燃机的性能要求；

扫气量设定单元，其确定在气门重叠时间中从进气通路通过缸内而吹向排气通路的扫气量的、用于满足所述性能要求的上限值；

可变阀控制单元，其与所述扫气量的上限值相对应，控制气门重叠时间的长度；

运转状态检测单元，其检测所述内燃机的运转状态；以及

目标空燃比设定单元，其设定缸内的目标空燃比，

所述扫气量设定单元基于扫气未执行的状态和扫气执行后的状态，设定所述扫气量的上限值，其中，扫气未执行的状态是基于所述运转状态推定的，所述扫气执行后的状态是基于所述目标空燃比推定的，

该控制装置还具有用于推定NOx排出量的单元，该NOx排出量是从内燃机向排气通路排出的NOx的在当前运转状态下可容许的排出量，

所述扫气量设定单元还基于所述NOx排出量的推定值，计算扫气量，将基于该NOx排出量的推定值计算出的扫气量、和基于所述排气催化剂的上限温度和所述排气催化剂的推定温度计算出的扫气量中的较小者设定为扫气量。

5.根据权利要求4所述的带有涡轮式增压器的内燃机的控制装置，其中，

还具有运转状态推定单元，其推定所述内燃机的经过规定时间后的运转状态，

所述扫气量设定单元基于经过规定时间后的扫气未执行的状态和扫气执行后的状态，设定所述扫气量的上限值，其中，经过规定时间后的扫气未执行的状态是基于运转状态推定值推定的，所述扫气执 行后的状态是基于所述目标空燃比推定的。

6.根据权利要求1或4所述的带有涡轮式增压器的内燃机的控制装置，其中，

在针对所述内燃机的扭矩要求的增加速度超过预先设定的阈值的情况下，所述扫气量设定单元使所述扫气量增大。

7.根据权利要求1或4所述的带有涡轮式增压器的内燃机的控制装置，其中，

在针对所述内燃机的扭矩要求的增加速度超过预先设定的阈值的情况下，所述扫气量设定单元在一定期间内使所述扫气量增加。