CN104093959A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种在检测到异常燃烧的情况下，能够兼顾抑制异常燃烧发生的控制和催化剂温度控制的内燃机的控制装置。取得配置在内燃机的排气通路上的催化剂的催化剂温度。检测在所述内燃机的燃烧室内产生的异常燃烧。包括：气体控制单元，其控制流入所述燃烧室内的进气量以及流入所述催化剂的排气的温度；燃料喷射量控制单元，其控制供给到燃烧室内的燃料喷射量。包括异常燃烧抑制模式选择单元，其在检测到异常燃烧的情况下，基于催化剂温度，选择第一模式、第二模式和第三模式中的任一模式，所述第一模式是利用所述气体控制单元使催化剂温度上升、并抑制异常燃烧的产生，所述第二模式是利用所述燃料喷射量控制单元抑制催化剂温度的上升、并抑制异常燃烧的产生，所述第三模式是利用所述气体控制单元和所述燃料喷射量控制单元来抑制异常燃烧的产生。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置，尤其涉及适于对搭载于车辆的内燃机执行控制的内燃机的控制装置。
背景技术
以往，如例如日本特开2006-046140号公报所公开的那样，公知有在内燃机的燃烧室可能发生早燃等异常燃烧（比点火正时提前开始燃烧，产生过大缸内压的现象）的情况下，抑制异常燃烧的产生。在该公报中公开了如下控制：在检测到早燃的前兆现象的情况下，执行燃料增量或点火正时的延迟，从而抑制早燃。
另外，申请人除了上述文献之外，还查到以下记载的文献，均与本发明关联。
专利文献1:日本特开2006-046140号公报
专利文献2:日本特开平11－050878号公报
专利文献3:日本特开昭61－244831号公报
发明内容
此外，在内燃机的排气通路设有对排气净化的催化剂。为了充分发挥催化剂的净化能力，需要使催化剂温度提前上升到活性温度。另一方面，若催化剂持续暴露于过高的高温，则由于该热量使催化剂物理性破损的可能性变高，因此需要进行控制使其不超过上限阈值。即，需要将催化剂温度控制在适当的温度范围内。上述的通过燃料增量或点火正时的延迟来抑制异常燃烧的发生的控制，会对催化剂温度带来影响。但是，在以往的控制中，未考虑催化剂温度，因此会因抑制异常燃烧发生的控制，使催化剂不能充分发挥其净化能力。
本发明是为解决上述课题而做出的，其目的在于提供一种内燃机的控制装置，在检测到异常燃烧的情况下，能够兼顾抑制异常燃烧发生的控制、和将催化剂温度控制在能够适当地发挥催化剂的净化能力的温度范围的催化剂温度控制。
为了达到上述目的，第一发明是一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
催化剂温度取得单元，其取得配置在内燃机的排气通路中的催化剂的催化剂温度；
异常燃烧检测单元，其检测在所述内燃机的燃烧室内产生的异常燃烧；
气体控制单元，其控制流入所述燃烧室内的进气量、以及流入所述催化剂的排气的温度；
燃料喷射量控制单元，其控制供给到燃烧室内的燃料喷射量；和
异常燃烧抑制模式选择单元，其在所述异常燃烧检测单元检测到异常燃烧的情况下，基于所述催化剂温度取得单元取得的催化剂温度，选择第一模式、第二模式和第三模式中的任一方，所述第一模式利用所述气体控制单元一边使催化剂温度上升一边抑制异常燃烧的产生，所述第二模式利用所述燃料喷射量控制单元一边抑制催化剂温度的上升一边抑制异常燃烧的产生，所述第三模式利用所述气体控制单元和所述燃料喷射量控制单元抑制异常燃烧的产生。
此外，第二发明是在第一发明中，
所述异常燃烧抑制模式选择单元，
在所述催化剂温度取得单元取得的催化剂温度为活性温度以下的情况下，在所述异常燃烧检测单元检测到异常燃烧时，选择所述第一模式，
在所述催化剂温度取得单元取得的催化剂温度为高于所述活性温度的上限阈值以上的情况下，在所述异常燃烧检测单元检测到异常燃烧时，选择所述第二模式，
在所述催化剂温度取得单元取得的催化剂温度高于所述活性温度、且低于所述上限阈值的情况下，在所述异常燃烧检测单元检测到异常燃烧时，选择所述第三模式。
此外，第三发明是在第一发明或第二发明中，
还包括：
增压器，其在所述催化剂上游的所述排气通路具有涡轮；
旁通通路，其将比所述涡轮靠上游的所述排气通路和从所述涡轮到所述催化剂之间的所述排气通路连接，绕过所述涡轮；和
废气旁通阀，其能够开闭所述旁通通路，
所述气体控制单元包括打开所述废气旁通阀的WGV控制单元，
所述第一模式中，利用所述WGV控制单元打开废气旁通阀，
所述第二模式中，利用所述燃料喷射量控制单元对燃料喷射量进行增量修正，
所述第三模式中，利用所述WGV控制单元打开废气旁通阀，且利用所述燃料喷射量控制单元对燃料喷射量进行增量修正。
此外，第四发明是在第三发明中，还包括能够改变点火正时的点火正时控制单元，
所述第一模式和所述第三模式还包括利用所述点火正时控制单元使点火正时延迟的控制。
此外，第五发明是在第四发明中，还包括：进气门，其将所述内燃机的进气通路与所述燃烧室之间开闭；
排气门，其将所述排气通路与所述燃烧室之间开闭；和
可变气门正时装置，其能够改变所述进气门和所述排气门中至少一方的气门正时，
所述第一模式和所述第三模式还包括利用所述可变气门正时装置使气门重叠量增大的控制。
根据第一发明或第二发明，在检测到异常燃烧的情况下，能够兼顾抑制异常燃烧发生的控制和将催化剂温度控制在能够合适地发挥催化剂的净化能力的温度范围的催化剂温度控制。
根据第三发明，在第一模式中废气旁通阀打开。通过打开废气旁通阀阀，从而高温的排气绕过热容量大的涡轮，从旁通通路流入催化剂。因此，能够在催化剂预热时促进催化剂温度的上升。此外，通过废气旁通阀阀打开，增压压力减少，吸入空气量减少。因此，能够抑制异常燃烧的发生。因此，能够兼顾催化剂预热和异常燃烧抑制。
此外，在第二模式中，燃料喷射量被增量修正。通过燃料喷射量被增量修正，从而缸内气氛温度降低，能够抑制异常燃烧的发生，并且能够抑制催化剂温度的上升。
此外，在第三模式中，废气旁通阀打开，且燃料喷射量被增量修正。由此，吸入空气量减少，且缸内气氛温度降低，因此，能够更可靠抑制异常燃烧的发生。
根据第四发明，在第一模式和第三模式增加了使点火正时延迟的控制，由此能够进一步提高燃料利用率、排放性能。
根据第五发明，在第一模式和第三模式增加了增大气门重叠量的控制，由此能够进一步提高燃料利用率、排放性能。
附图说明
图1是用于说明本发明实施方式1的系统构成的图。
图2是在本发明实施方式1中ECU50所安装的发动机模型之一。
图3是在本发明实施方式1中、ECU50所执行的控制例程的流程图。
图4是在本发明实施方式2中ECU50所安装的发动机模型之一。
图5是在本发明实施方式2中、ECU50所执行的控制例程的流程图。
图6是在本发明实施方式3中ECU50所安装的发动机模型之一。
图7是在本发明实施方式3中、ECU50所执行的控制例程的流程图。
图8是在本发明实施方式4中、ECU50所执行的控制例程的流程图。
图9是在本发明实施方式5中、ECU50所执行的控制例程的流程图。
图10是在本发明实施方式6中ECU50所安装的发动机模型之一。
图11是在本发明实施方式6中、ECU50所执行的控制例程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。另外，对在各图中共通的要素标注相同的附图标记，省略重复说明。
实施方式1
[实施方式1的系统构成]
图1是用于说明本发明实施方式1的系统构成的图。图1所示的系统，包括通过增压实现了小型化的内燃机10。内燃机10搭载于车辆等，作为其动力源。图1所示的内燃机10是串联四汽缸式内燃机，但在本发明中，汽缸数和汽缸配置不限于此。
在内燃机10的各汽缸设有将燃料向汽缸内（燃烧室内）直接喷射的喷射器12、用于对混合气体点火的火花塞13，以及输出与缸内压力相应的信号的缸内压传感器14。
在内燃机10的各汽缸连接有进气通路16和排气通路18。在进气通路16的下游端设有将汽缸内（燃烧室内）与进气通路16之间开闭的进气门20。在排气通路18的上游端设有将汽缸内（燃烧室内）与排气通路18之间开闭的排气门22。在排气通路18的合流部附近设有输出与排气空燃比相应的信号的空燃比传感器23。
从内燃机10的各汽缸排出的废气流入排气通路18。内燃机10具有借助废气的能量进行增压的涡轮增压器24。涡轮增压器24包括借助废气的能量而旋转的涡轮24a和被涡轮24a驱动而旋转的压缩机24b。涡轮24a配置在空燃比传感器23下游的排气通路18。压缩机24b设于进气通路16的中途。
在涡轮24a的附近设有旁通通路32，该旁通通路32将涡轮24a的入口附近的排气通路18与涡轮24a的出口附近的排气通路18连接，绕过涡轮24a。在旁通通路32设有可将旁通通路32任意开闭的电子控制式的废气旁通阀（以下记作WGV（Waste Gate Valve））34。
另外，在涡轮24a下游的排气通路18设有用于将废气中的有害成分净化的催化剂36。催化剂36例如使用三元催化剂。在催化剂36的附近设有输出与催化剂温度相应的信号的温度传感器37。
在进气通路16的入口附近设有空气滤清器38。此外，在空气滤清器38的下游附近设有输出与吸入进气通路16的空气的流量相应的信号的空气流量计40。在空气流量计40的下游设有压缩机24b。在压缩机24b的下游设有水冷式的中间冷却器42。在中间冷却器42的下游设有电子控制式的节气门44。
通过空气滤清器38而吸入的新鲜空气被涡轮增压器24的压缩机24b压缩后，被中间冷却器42冷却。冷却后的新鲜空气通过节气门44而被分配给各汽缸并流入各汽缸。
本实施方式的系统还包括ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）。ECU50由例如具有存储电路的运算处理装置构成，所述存储电路包括ROM、RAM等。在ECU50的输入侧除了连接有上述的缸内压传感器14、空燃比传感器23、空气流量计40之外，还连接有用于检测曲柄角和曲柄角速度的曲柄角传感器52等用于检测内燃机10的运转状态的各种传感器。ECU50的输出侧连接有上述的喷射器12、火花塞13、WGV34、节气门44等用于控制内燃机10的运转状态的各种执行器。
ECU50具有将相应于曲柄角而变化的各种数据与该曲柄角一起作为时序数据而存储的功能。该时序数据包括各种传感器输出、及基于该输出而算出的各种指标、参数等。
此外，ECU50安装有设定了各种执行器的动作量与燃料利用率（燃料经济性、燃料消耗量）、输出（转矩）、排放之间的关系的发动机模型。作为一例子，包括图2所示的发动机模型。ECU50可使用发动机模型算出满足燃料利用率、输出（转矩）、排放各要求的各种执行器的动作量。
ECU50基于各种传感器的输出按照预定程序驱动各种执行器，从而来控制内燃机10的运转状态。例如，基于曲柄角传感器52的输出计算曲柄角、发动机转速（内燃机转速），基于空气流量计40的输出计算吸入空气量。此外，基于吸入空气量、发动机转速等计算发动机的负荷（负荷率）。基于吸入空气量、负荷等计算燃料喷射量。作为燃料喷射量的基本量，例如设定使排气空燃比为理论空燃比（化学计量比）的燃料量。基于曲柄角决定燃料喷射正时（燃料喷射时期）、点火正时（点火时期）。并且，在这些正时到来时，驱动喷射器12和火花塞13。由此，能够使混合气体在缸内燃烧，使内燃机10运转。
[实施方式1中的特征性控制]
在如本实施方式的系统这样的增压小型化发动机中，在低旋转高负荷的运转区域，容易发生异常燃烧（比点火正时提前开始燃烧而产生过大缸内压力的现象）。异常燃烧会对内燃机造成损伤，因此需要进行抑制发生异常燃烧的控制。作为抑制发生异常燃烧的控制，有降低吸入空气量、修正燃料喷射量的增量等。降低吸入空气量、修正燃料喷射量的增量对催化剂36的催化剂温度带来影响。为了使催化剂36发挥其净化能力，需要使催化剂温度提前上升到活性温度。而另一方面，若催化剂36持续暴露于过高的高温，则由于其热量使催化剂36物理性破损的可能性提高，因此也需要进行控制以使其不超过上限阈值。即，需要进行将催化剂温度控制为合适范围内的催化剂温度控制。因此，在发生了异常燃烧的情况下，希望兼顾抑制异常燃烧发生的控制和催化剂温度控制。
因此，在本实施方式的系统中，在检测到异常燃烧的情况下，基于催化剂温度，选择如下的第一模式、第二模式和第三模式的任一模式，所述第一模式为利用气体控制单元使催化剂温度上升，并抑制异常燃烧的发生；所述第二模式为利用燃料喷射量控制单元抑制催化剂温度的上升，并抑制异常燃烧的发生；所述第三模式为利用气体控制单元和燃料喷射控制单元抑制异常燃烧的发生。
说明本实施方式的系统的特征性控制的概要。ECU50在检测到异常燃烧的情况下，基于催化剂温度选择第一～第三模式中的任一模式，进行如下控制。
（1）第一模式
在催化剂温度为活性温度以下的情况下选择“第一模式”。在第一模式，至少WGV34打开。通过打开WGV34，高温的排气绕过热容量大的涡轮24a，从旁通通路32流入催化剂36。因此，能够在催化剂预热时促进催化剂温度的上升。此外，通过打开WGV34，增压压力减少，吸入空气量减少。因此，能够抑制异常燃烧的发生。因此，能够兼顾催化剂预热和异常燃烧抑制。
（2）第二模式
在催化剂温度为高于活性温度的上限阈值以上的情况下选择“第二模式”。在第二模式，燃料喷射量被增量修正。通过使燃料喷射量增量修正，从而缸内气氛温度降低、能够抑制异常燃烧的发生，并能够抑制催化剂温度的上升。
（3）第三模式
在催化剂温度高于活性温度且比上限阈值低的情况下选择“第三模式”。在第三模式，至少WGV34被打开，且燃料喷射量被增量修正。由此，吸入空气量减少，且缸内气氛温度降低，因此能够更可靠低抑制异常燃烧的发生。
图3是为了实现上述动作而ECU50所执行的控制例程的流程图。例如在每一循环执行本例程。在图3所示的例程中，首先，ECU50判定是否发生了异常燃烧（步骤S100）。例如，在由发动机转速和负荷率决定的运转区域处于低旋转高负荷的异常燃烧发生区域、且点火正时附近的曲柄角处的缸内压传感器14的输出值大于通常燃烧时的设定上限值的情况下，ECU50判定为在燃烧室内发生了异常燃烧。在未发生异常燃烧的情况下，其后，结束本例程的处理。
另一方面，在发生了异常燃烧的情况下，ECU50判定催化剂预热是否完成（步骤S110）。例如，ECU50基于温度传感器37输出的信号而取得催化剂温度。ECU50在该催化剂温度达到活性温度的情况下，判定为催化剂预热完成。
在催化剂预热未完成的情况下，ECU50选择“第一模式”（步骤S120）。在第一模式，WGV34被打开。若WGV34被打开，则废气从旁通通路32流入催化剂36。排气绕过热容量大的涡轮24a，因此能够使高温的排气流入催化剂36。因此，即使在催化剂预热时发生了异常燃烧的情况下，也能提高催化剂温度。此外，通过打开WGV34而减少了增压压力，吸入空气量减少。因此，能够抑制异常燃烧的发生。因此，能够兼顾催化剂预热和异常燃烧抑制。另外，在步骤S120的处理中，为了满足要求转矩，打开WGV34并提高节气门44的节气门开度。ECU50基于发动机模型而计算出满足要求转矩的节气门开度和WGV开度。
另一方面，在步骤S110中，判定为催化剂预热完成的情况下，ECU50判定催化剂温度是否为上限阈值以上（步骤S130）。上限阈值是用于防止催化剂36的过度升温（OT）的上限值，设定为高于活性温度的值。在催化剂温度为上限阈值以上的情况下，ECU50选择“第二模式”（步骤S140）。在第二模式，燃料喷射量被增量修正。例如，设定在与负荷率相应的燃料喷射量的基本量加上修正量而成的新燃料喷射量。通过使燃料喷射量增量修正，从而缸内气氛温度降低、能够抑制异常燃烧的发生，并能抑制催化剂温度的上升。
另一方面，在步骤S130中判定为催化剂温度低于上限阈值的情况下，ECU50选择“第三模式”（步骤S150）。在第三模式，WGV34被打开，节气门44的开度提高，且燃料喷射量被增量修正。吸入空气量减少，且缸内气氛温度降低，因此，能够更可靠地抑制异常燃烧的发生。具体而言，ECU50使用图2所示的发动机模型，计算出满足如下条件的节气门44的开度、WGV34的开度以及燃料喷射量的组合，即：确保转矩≥阈值、且排放≤阈值，并且使燃料利用率为最高。由于步骤S150中的催化剂温度为合适的范围，因此，不需要提高或抑制催化剂温度。因此，在进行抑制发生异常燃烧的控制时，能够选择成为最高燃料利用率的执行器控制。
步骤S120、步骤S140或步骤S150的处理后，ECU50判定异常燃烧指标是否为阈值以下。异常燃烧阈值是指例如异常燃烧的发生次数、发生频率等。在异常燃烧指标为阈值以下的情况下，再次执行步骤S110以后的处理。在异常燃烧指标高于阈值的情况下，结束本例程的处理。
如以上所说明的那样，根据图3所示的例程，在异常燃烧发生时，可以基于催化剂温度选择第一模式、第二模式、第三模式的任一模式。因此，根据本实施方式的系统，即使在检测到异常燃烧的情况下，也能一边将催化剂温度控制在合适的温度范围，一边抑制异常燃烧的发生。
此外，在上述的实施方式1的系统中，从温度传感器37的输出信号取得催化剂温度，但催化剂温度的取得方法不限于此。例如，可以从内燃机10的运转履历推定催化剂温度。另外，关于这一点，在以下的实施方式中也是相同。
此外，在上述的实施方式1的系统中，关于是否发生了异常燃烧的判定（步骤S100）是基于缸内压传感器14的输出值来处理，但该判定方法不限于此。例如可以是，内燃机10包括用于检测爆震（knocking，爆燃）强度的爆震传感器，在运转区域处于异常燃烧发生区域、且爆震强度为爆震阈值以上的情况下，判定为发生了异常燃烧。另外，关于这一点，在以下的实施方式中也是相同。
此外，本发明不限于这样的缸内喷射式的内燃机，对于具有向进气口内喷射燃料的进气口喷射器的进气口喷射式的内燃机、并用喷射器12和进气口喷射器的内燃机也可同样适用。
另外，在上述实施方式1中，温度传感器37相当于上述第一发明的“催化剂温度取得单元”，WGV34和ECU50相当于上述第一发明的“气体抑制单元”；喷射器12和ECU50相当于上述第一发明的“燃料喷射量控制单元”，涡轮24a相当于上述第三发明的“涡轮”，旁通通路32相当于上述第三发明的“旁通通路”，WGV34相当于上述第三发明的“废气旁通阀”。
此外，在此，ECU50通过执行上述步骤S100的处理而实现上述第一发明的“异常燃烧检测单元”，通过执行上述步骤S100～步骤S150的处理而实现上述第一或第二发明的“异常燃烧抑制模式选择单元”。
而且，实施方式1中，上述步骤S120的处理对应于上述第一发明的“第一模式”，上述步骤S140的处理对应于上述第一发明的“第二模式”，上述步骤S150的处理对应于上述第一发明的“第三模式”。
实施方式2
[实施方式2的系统构成]
接着，参照图4和图5说明本发明的实施方式2。本实施方式是实施方式1的一个变形例。本实施方式的系统包括图1所示的系统构成，能够通过使ECU50执行后述的图5的例程而得以实现。
本实施方式的系统的ECU50包括可改变火花塞13的点火正时的点火正时控制装置。此外，在ECU50安装有设定了各种执行器的动作量与燃料利用率、输出（转矩）、排放之间的关系的发动机模型。作为一例，包括图4所示的发动机模型。ECU50可使用发动机模型计算出满足燃料利用率、输出（转矩）、排放的各要求的各种执行器的动作量。
[实施方式2中的特征性控制]
说明本实施方式的系统的特征性控制的概要。与实施方式1相同，ECU50在检测到异常燃烧的情况下，基于催化剂温度选择第一模式、第二模式、第三模式的任一模式。本实施方式的系统的主要特征在于，在第一模式和第三模式的异常燃烧抑制控制中加入点火延迟控制。
图5是在本实施方式的系统中，ECU50所执行的控制例程的流程图。该例程中，除了将步骤S120的处理置换为步骤S121、将步骤S150的处理置换为步骤S151的处理这一点，其余与图3所示的例程相同。以下，对在图5中与图3所示步骤相同的步骤，标注相同的附图标记而省略或简化其说明。
在图5所示的例程中，在步骤S110判定为催化剂预热未完成的情况下，ECU50选择“第一模式”（步骤S121）。本实施方式的第一模式中，WGV34被打开，且点火正时延迟。通过延迟点火正时，从而可抑制异常燃烧的发生，并可使催化剂温度提高。因此，可以兼顾异常燃烧抑制和催化剂预热。
此外，如在实施方式1说明的那样，通过WGV34打开，从而高温的废气流入催化剂36，可以使催化剂温度上升。此外，通过WGV34打开，增压压力减少、吸入空气量减少，从而能够抑制异常燃烧的发生。因此，能够兼顾催化剂预热和异常燃烧抑制。另外，与上述的步骤S120相同，步骤S121的处理中，为了满足要求转矩，打开WGV34，并提高节气门44的节气门开度。
此外，在图5所示的例程中，在步骤S130判定为催化剂温度低于上限阈值的情况下，ECU50选择“第三模式”（步骤S151）。在本实施方式的第三模式，WGV34被打开，节气门44的节气门开度提高，燃料喷射量被增量修正，并且点火正时延迟。在实施方式1的步骤S150的处理中还增加了点火延迟控制，由此能够更可靠地抑制异常燃烧的发生。具体而言，ECU50使用图4所示的发动机模型，计算出满足如下条件的节气门44的开度、WGV34的开度、燃料喷射量以及点火正时的组合，即：确保转矩≥阈值、且排放≤阈值，并且使燃料利用率为最高。通过追加点火正时，由此与实施方式1相比，能够进一步提高燃料利用率、排放性能。
如以上所说明的那样，根据图5所示的例程，在第一模式和第三模式增加了点火延迟控制，因此除了实施方式1的效果，还能够进一步提高燃料利用率、排放性能。
此外，本发明不限于这样的缸内喷射式的内燃机，对于具有向进气口内喷射燃料的进气口喷射器的进气口喷射式的内燃机、并用喷射器12和进气口喷射器的内燃机也可同样适用。
另外，上述实施方式2中，上述点火正时控制装置相当于上述第四发明的“点火正时控制单元”。而且，在实施方式2中，上述步骤S121的处理对应于上述第四发明的“第一模式”，上述步骤S151的处理对应于上述第四发明的“第三模式”。
实施方式3
[实施方式3的系统构成]
接着，参照图6和图7说明本发明的实施方式3。本实施方式是实施方式1的一个变形例。本实施方式的系统包括图1所示的系统构成，能够通过使ECU50执行后述的图7的例程而得以实现。
与实施方式2相同，本实施方式的系统的ECU50包括可改变火花塞13的点火正时的点火正时控制装置。而且，中间冷却器42具有冷却水路，ECU50包括可改变在冷却水路流动的冷却水流量的冷却水流量控制装置。除此之外，在ECU50的输出部连接有可改变进气门20和排气门22中至少一方的气门正时的可变气门正时装置（以下记作VVT（Variable ValveTiming））54。此外，在ECU50安装有设定了各种执行器的动作量与燃料利用率、输出（转矩）、排放之间的关系的发动机模型。作为一例，包括图6所示的发动机模型。ECU50可使用发动机模型计算出满足燃料利用率、输出（转矩）、排放的各要求的各种执行器的动作量。
[实施方式3中的特征性控制]
说明本实施方式的系统的特征性控制的概要。与实施方式2相同，ECU50在检测到异常燃烧的情况下，基于催化剂温度选择第一模式、第二模式、第三模式的任一模式。本实施方式的系统的主要特征在于，在实施方式2的第一模式以及第三模式的异常燃烧抑制控制中还加入气门重叠量增大控制这一点，以及在第二模式的异常燃烧抑制控制中加入冷却水流量增大控制这一点。
图7是在本实施方式的系统中，ECU50所执行的控制例程的流程图。该例程中，除了将步骤S121的处理置换为步骤S122、将步骤S140的处理置换为步骤S142、将步骤S151的处理置换为步骤S152这一点，其余与图5所示的例程相同。以下，对在图7中与图5所示步骤相同的步骤，标注相同的附图标记而省略或简化其说明。
在图7所示的例程中，在步骤S110判定为催化剂预热未完成的情况下，ECU50选择“第一模式”（步骤S122）。本实施方式的第一模式中，WGV34被打开，点火正时延迟，并且利用VVT54增大气门重叠量。通过增大气门重叠量，从而将混合气体吹出，可使催化剂温度提高。
此外，如在实施方式2说明的那样，通过点火正时延迟，可抑制异常燃烧的发生，并可使催化剂温度提高。通过WGV34打开，从而高温的废气流入催化剂36，可以使催化剂温度上升。此外，通过WGV34打开，增压压力减少、吸入空气量减少，从而能够抑制异常燃烧的发生。因此，能够兼顾催化剂预热和异常燃烧抑制。另外，与上述的步骤S121相同，步骤S122的处理中，为了满足要求转矩，打开WGV34，并提高节气门44的节气门开度。
此外，在图7所示的例程中，在步骤S130判定为催化剂温度为上限阈值以上的情况下，ECU50选择“第二模式”（步骤S142）。在本实施方式的第二模式中，燃料喷射量被增量修正，并且冷却效率提高。例如，通过增大在冷却中间冷却器42的冷却水路中流动的冷却水流量，从而能够提高冷却效率。通过提高冷却效率，由此进气温度降低，能够抑制异常燃烧的发生。
此外，与上述步骤S140相同，通过燃料喷射量被增量修正，缸内气氛温度降低，能够抑制异常燃烧的发生，并且能够抑制催化剂温度的上升。
在图7所示的例程中，在步骤S130判定为催化剂温度低于上限阈值的情况下，ECU50选择“第三模式”（步骤S152）。在本实施方式的第三模式中，WGV34被打开，节气门44的节气门开度提高，燃料喷射量被增量修正，点火正时延迟，并且气门重叠量增大。通过在实施方式2的步骤S151的处理中还增加了气门重叠量增大控制，由此能够更合适地抑制异常燃烧的发生。具体而言，ECU50使用图6所示的发动机模型，计算出满足如下条件的节气门44的开度、WGV34的开度、燃料喷射量、点火正时以及气门重叠量的组合，即：确保转矩≥阈值、且排放≤阈值，并且使燃料利用率为最高。通过追加气门重叠量，由此与实施方式2相比，能够进一步提高燃料利用率、排放性能。
此外，本发明不限于这样的缸内喷射式的内燃机，对于具有向进气口内喷射燃料的进气口喷射器的进气口喷射式的内燃机、并用喷射器12和进气口喷射器的内燃机也可同样适用。
另外，上述实施方式3中，上述VVT54相当于上述第五发明的“可变气门正时装置”。而且，在实施方式3中，上述步骤S122的处理对应于上述第五发明的“第一模式”，上述步骤S152的处理对应于上述第五发明的“第三模式”。
实施方式4
[实施方式4的系统构成]
接着，参照图8说明本发明的实施方式4。本实施方式的系统能够通过在实施方式1～3中任一构成中，使ECU50执行后述的图8的例程而得以实现。
[实施方式4中的特征性控制]
在上述实施方式1～3中，在第二模式的异常燃烧抑制控制中实施基于燃料喷射量的增量修正的异常燃烧抑制控制（步骤S140或步骤S142）。但是，若增量的燃料附着于缸内壁面，则无助于缸内气氛温度的降低，因此，希望抑制燃料的壁面附着。因此，本实施方式的系统中，以不会壁面附着的条件执行燃料喷射。
图8是在本实施方式的系统中，ECU50所执行的控制例程的流程图。该例程与实施方式1～3的步骤S140或步骤S142的处理一并执行。
图8所示的例程中，首先，ECU50判定是否选择了基于燃料喷射量的增量修正的异常燃烧抑制控制（第二模式）（步骤S200）。在选择了第二模式的情况下，取得对于与负荷率对应的燃料喷射量的基本量的修正量（增量值）（步骤S210）。增量值是基于安装于ECU50的发动机模型、ECU50中预先存储的映射（map）等而计算出。
接着，判定基于安装于ECU50的发动机模型等计算出的燃料喷射时期（燃料喷射正时）是处于进气行程还是压缩行程（步骤S220）。为进气行程的情况下，计算出喷射结束时刻的延迟量（步骤S230）。另一方面，在处于压缩行程的情况下，计算出喷射开始时刻的提前量（步骤S240）。ECU50基于在步骤S230或步骤S240计算出的延迟量、提前量而延长燃料喷射时期，由此对燃料喷射量增量修正。此后，执行燃料喷射（步骤S250）。判定异常燃烧指标是否为阈值以下（步骤S260）。异常燃烧阈值例如是异常燃烧的发生次数、发生频率等。在异常燃烧指标为阈值以下的情况下，再次执行步骤S210以后的处理。在异常燃烧指标大于阈值的情况下，结束本例程的处理。
如以上说明的那样，根据图8所示的例程，在进气行程喷射时，使喷射结束时期延迟侧延长，由此能够对燃料喷射量增量地修正。在进气行程时，延迟侧是喷射器12与活塞的距离变长的方向，因此，能够减小壁面附着的影响。此外，在压缩行程喷射时，使喷射开始时期向提前侧延长，由此能够对燃料喷射量增量地修正。在压缩行程时，提前侧是喷射器12与活塞的距离变长的方向，因此，能够减小壁面附着的影响。
实施方式5
[实施方式5的系统构成]
接着，参照图9说明本发明的实施方式5。本实施方式是实施方式4的一个变形例。本实施方式的系统能够通过在实施方式1～3中任一构成中，使ECU50实施后述的图9的例程而得以实现。此外，在ECU50的输出部连接有可改变向喷射器12供给的燃料压力的燃料泵56。
[实施方式5中的特征性控制]
在上述实施方式4中，使燃料喷射期间向提前侧或延迟侧延长来对燃料喷射量进行增量修正。但是，在通常燃料压力下，有时在延长后的燃料喷射期间内无法喷射被增量修正后的燃料喷射量。在该情况下，燃料的壁面附着的影响变大，可能无法充分抑制异常燃烧的发生。因此，本实施方式的系统中，对于在通常燃料压力下在延长后的燃料喷射期间内无法喷射被增量修正后的燃料喷射量的情况，提高燃料压力。
图9是在本实施方式的系统中，ECU50所执行的控制例程的流程图。该例程中，除了在步骤S230与步骤S250之间加入步骤S231～步骤S232的处理这一点、在步骤S240与步骤S250之间加入步骤S241～步骤S242的处理这一点，其余与图8所示的例程相同。以下，对在图9中与图8所示步骤相同的步骤，标注相同的附图标记而省略或简化其说明。
在图9所示的例程中，在步骤S230的处理后，判断在通过使喷射结束时期向延迟侧延长而被延长了的燃料喷射期间内，是否能喷射被增量修正后的燃料喷射量（步骤S231）。在判定为通常燃料压力下无法喷射的情况下，ECU50计算要求燃料压力（步骤S232）。ECU50使用发动机模型等，计算能在被延长了的燃料喷射期间内将被增量修正后的燃料喷射量喷射完的要求燃料压力，控制燃料泵56。
同样，在图9所示的例程中，在步骤S240的处理后，判断在通过使喷射开始时期向提前侧延长而被延长了的燃料喷射期间内，是否能喷射被增量修正后的燃料喷射量（步骤S241）。在判定为通常燃料压力下无法喷射的情况下，ECU50计算要求燃料压力（步骤S242）。ECU50使用发动机模型等，计算能在被延长了的燃料喷射期间内将被增量修正后的燃料喷射量喷射完的要求燃料压力，控制燃料泵56。
如以上所说明的那样，根据图9所示的例程，除了实施方式4的效果之外，通过提高燃料压力，从而即使在通常燃料压力下无法避免的异常燃烧中，也可以不使性能损失较大地抑制异常燃烧的发生。
实施方式6
[实施方式6的系统构成]
接着，参照图10和图11说明本发明的实施方式6。本实施方式是实施方式4的一个变形例。本实施方式的系统能够通过在实施方式1～3中任一构成中，使ECU50实施后述的图11的例程而得以实现。
此外，在本实施方式的系统的ECU50的输出部连接有可改变向喷射器12供给的燃料压力的燃料泵56。此外，在ECU50安装有设定了各种执行器的动作量与基于燃料泵56的燃料利用率损失、总燃料喷射量之间的关系的发动机模型。作为一例，包括图10所示的发动机模型。ECU50可使用发动机模型计算出满足基于燃料泵56的燃料利用率损失、总燃料喷射量的各要求的各种执行器的动作量。
[实施方式6中的特征性控制]
在上述实施方式5中，除了使燃料喷射期间向提前侧或延迟侧延长来对燃料喷射量进行增强修正之外，还根据需要而提高燃料压力。但是，有时在单次喷射中无法充分抑制异常燃烧的发生。因此，本实施方式的系统中，与实施方式5的提高要求燃料压力的控制一起实施分割喷射控制。
图11是在本实施方式的系统中，ECU50所执行的控制例程的流程图。该例程中，除了将步骤S232的处理置换为步骤S233、将步骤S242的处理置换为步骤S243这一点，其余与图9所示的例程相同。以下，对在图11中与图9所示步骤相同的步骤，标注相同的附图标记而省略或简化其说明。
在图11所示的例程中，在步骤S230，判定为通常燃料压力下在延长的燃料喷射期间内无法喷射增量修正后的燃料喷射量的情况下，ECU50计算出要求燃料压力和要求喷射次数（步骤S233）。具体而言，ECU50使用图10的发动机模型，计算在延长了的燃料喷射期间内能够喷射增量修正后的总燃料喷射量的条件下，满足使由于燃料泵56引起的燃料利用率损失为最小的条件的、燃料压力、喷射次数、喷射间隔的组合。另外，在步骤S243中也执行同样的处理。
如以上所说明的那样，根据图11所示的例程，除了实施方式5的效果之外，通过实施分割喷射控制，在单次喷射中不可避免的异常燃烧中，也可以不使性能损失较大地抑制异常燃烧的发生。
附图标记的说明
10 内燃机
12 喷射器
13 火花塞
14 缸内压传感器
16 进气通路
18 排气通路
20 进气门
22 排气门
23 空燃比传感器
24 增压器
24a 涡轮
24b 压缩机
32 旁通通路
34 废气旁通阀（WGV）
36 催化剂
37 温度传感器
38 空气滤清器
40 空气流量计
42 中间冷却器
44 节气门
52 曲柄角传感器
50 ECU
54 可变气门正时装置（VVT）
56 燃料泵

Claims (5)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：
催化剂温度取得单元，其取得配置在内燃机的排气通路中的催化剂的催化剂温度；
异常燃烧检测单元，其检测在所述内燃机的燃烧室内产生的异常燃烧；
气体控制单元，其控制流入所述燃烧室内的进气量、以及流入所述催化剂的排气的温度；
燃料喷射量控制单元，其控制供给到燃烧室内的燃料喷射量；和
异常燃烧抑制模式选择单元，其在所述异常燃烧检测单元检测到异常燃烧的情况下，基于所述催化剂温度取得单元取得的催化剂温度，选择第一模式、第二模式和第三模式中的任一方，所述第一模式利用所述气体控制单元一边使催化剂温度上升一边抑制异常燃烧的产生，所述第二模式利用所述燃料喷射量控制单元一边抑制催化剂温度的上升一边抑制异常燃烧的产生，所述第三模式利用所述气体控制单元和所述燃料喷射量控制单元抑制异常燃烧的产生。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述异常燃烧抑制模式选择单元，
在所述催化剂温度取得单元取得的催化剂温度为活性温度以下的情况下，在所述异常燃烧检测单元检测到异常燃烧时，选择所述第一模式，
在所述催化剂温度取得单元取得的催化剂温度为高于所述活性温度的上限阈值以上的情况下，在所述异常燃烧检测单元检测到异常燃烧时，选择所述第二模式，
在所述催化剂温度取得单元取得的催化剂温度高于所述活性温度、且低于所述上限阈值的情况下，在所述异常燃烧检测单元检测到异常燃烧时，选择所述第三模式。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还包括：
增压器，其在所述催化剂上游的所述排气通路具有涡轮；
旁通通路，其将比所述涡轮靠上游的所述排气通路和从所述涡轮到所述催化剂之间的所述排气通路连接，绕过所述涡轮；和
废气旁通阀，其能够开闭所述旁通通路，
所述气体控制单元包括打开所述废气旁通阀的WGV控制单元，
所述第一模式中，利用所述WGV控制单元打开废气旁通阀，
所述第二模式中，利用所述燃料喷射量控制单元对燃料喷射量进行增量修正，
所述第三模式中，利用所述WGV控制单元打开废气旁通阀，且利用所述燃料喷射量控制单元对燃料喷射量进行增量修正。
4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还包括能够改变点火正时的点火正时控制单元，
所述第一模式和所述第三模式还包括利用所述点火正时控制单元使点火正时延迟的控制。
5.根据权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，还包括：
进气门，其将所述内燃机的进气通路与所述燃烧室之间开闭；
排气门，其将所述排气通路与所述燃烧室之间开闭；和
可变气门正时装置，其能够改变所述进气门和所述排气门中至少一方的气门正时，
所述第一模式和所述第三模式还包括利用所述可变气门正时装置使气门重叠量增大的控制。
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