CN104204471A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，在执行停止供油时，在将排气净化催化剂保持为适合的温度的同时，提高燃烧性。发动机(10)具备可变气门机构(36、38)、压缩比可变机构(40)等。ECU(60)在停止供油被执行时，执行温度平衡控制。在温度平衡控制中，根据实际催化剂温度(Ts)与目标催化剂温度(催化剂劣化温度(T1)或活性降低温度(T2))之间的大小关系以及水温(Thw)与要求气缸壁温(Ty)之间的大小关系，而对排气阀(34)的开阀特性进行控制。由此，能够以使实际催化剂温度(Ts)收敛于适合于催化剂(24、25)的工作的温度区域(T1至T2)、且使水温Thw接近于要求气缸壁温(Ty)的方式，平衡性良好地对双方的温度进行控制。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的控制装置，特别是涉及一种在停止供油过程中对阀正时进行控制的内燃机的控制装置。
背景技术
作为现有技术，例如在专利文献1(日本特开2009-79517号公报)中所公开的那样，已知一种在停止供油过程中对阀正时进行控制的内燃机的控制装置。在现有技术中，在停止供油过程中催化剂成为过冷状态的状况被预测出来的情况下，将排气阀的开阀时刻或闭阀时刻向提前侧控制。由此，在现有技术中采用了如下方式，即，在停止供油过程中，使燃烧室周围的热量高效地向流入到缸内的空气(新鲜空气)进行传递，并通过使新鲜空气的温度上升从而抑制催化剂温度的降低。
另外，作为与本发明相关的文献，申请人认为，包括上述的文献在内而具有如下文献。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-79517号公报
专利文献2：日本特开2006-342680号公报
专利文献3：日本特开2007-132326号公报
专利文献4：日本特开2000-87769号公报
专利文献5：日本特开2007-16710号公报
专利文献6：日本特开2006-97602号公报
专利文献7：日本特开2012-7591号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在上述的现有技术中，采用通过在停止供油过程中对阀正时进行控制，从而以流入至缸内的新鲜空气为介质而将燃烧室周围的热量传递给催化剂的结构。然而，在燃烧室的壁面温度较低的情况下，将不产生向新鲜空气的热传导，而且通过缸内的压缩而被加热的新鲜空气的热量也将被燃烧室的壁面吸收。在该情况下，在现有技术的控制中存在如下问题，即，由于新鲜空气的温度未上升，因为无法充分地抑制催化剂温度的降低。另一方面，在将燃烧室周围的热量向新鲜空气过度地传递的情况下，由于燃烧室的温度会变得过低，因此在从停止供油的恢复时燃料在燃料室内将难以气化，从而存在燃烧性恶化的可能性。特别是，在使用醇燃料时，这些问题容易变得显著。
本发明是为了解决上述这种课题而完成的发明，本发明的目的在于，提供一种在停止供油的执行时，能够在将排气净化催化剂保持于适当的温度的同时，提高燃烧性的内燃机的控制装置。
用于解决课题的方法
第一发明的特征在于，具备：排气净化催化剂，其对从内燃机的气缸被排出的废气进行净化；
排气阀正时可变机构，其将排气阀的开阀特性设定为可变；
催化剂温度取得单元，其将所述排气净化催化剂的温度作为实际催化剂温度而进行检测或推断；
目标催化剂温度设定单元，其将适合于所述排气净化催化剂的工作的催化剂温度作为目标催化剂温度而进行设定；
气缸壁温检测单元，其对作为所述气缸的壁面温度的气缸壁温进行检测；
要求气缸壁温计算单元，其对在从停止供油的恢复时被设为必需的气缸壁温作为要求气缸壁温而进行计算；
温度平衡控制单元，其在停止供油被执行时，根据所述实际催化剂温度与所述目标催化剂温度的大小关系以及所述气缸壁温与所述要求气缸壁温的大小关系，通过所述排气阀正时可变机构来对所述排气阀的开阀特性进行控制。
第二发明具备对燃料中的醇浓度进行检测的醇浓度检测单元，
所述要求气缸壁温计算单元采用了如下结构，即，燃料中的乙醇浓度越高，则越将所述要求气缸壁温计算为较高的温度。
根据第三发明，所述内燃机的控制装置采用了如下结构，即，所述目标催化剂温度包括与所述排气净化催化剂活化的催化剂温度范围的下限值相对应的、预定的活性降低温度，
所述温度平衡控制单元具备催化剂低温与气缸高温时控制单元，所述催化剂低温与气缸高温时控制单元在所述实际催化剂温度与所述活性降低温度相比而较低、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较高的情况下，将所述排气阀的开阀正时设定于压缩上止点的紧后处。
第四发明具备将进气阀的开阀特性设定为可变的进气阀正时可变机构，
所述温度平衡控制单元具备催化剂极低温时控制单元，所述催化剂极低温时控制单元在所述实际催化剂温度和所述活性降低温度的温度差与预定的大温度差判断值相比而较大的情况下，通过所述进气阀正时可变机构而将所述进气阀的闭阀正时设定于进气下止点的附近。
第五发明具备能够将所述气缸的机械压缩比设定为可变的压缩比可变机构，
所述温度平衡控制单元具备温度上升单元，所述温度上升单元在所述实际催化剂温度与所述活性降低温度相比而较低、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较低的情况下，通过所述压缩比可变机构而使机械压缩比增加，并使所述气缸内的气体温度以及所述气缸壁温上升。
根据第六发明，所述温度平衡控制单元具备温度上升单元，所述温度上升单元在所述实际催化剂温度与所述活性降低温度相比而较低、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较低的情况下，将所述进气阀的闭阀正时设定于进气下止点的附近，并使所述气缸内的气体温度以及所述气缸壁温上升。
第七发明具备缸内温度推断单元，所述缸内温度推断单元至少根据燃料中的乙醇浓度，而对压缩上止点处的作为所述气缸内的温度的缸内温度进行推断，
所述温度平衡控制单元具备气缸壁温上升单元，所述气缸壁温上升单元将所述排气阀的开阀正时设定为所述气缸壁温与所述缸内温度相等的正时。
根据第八发明，所述内燃机的控制装置采用了如下结构，即，所述目标催化剂温度包括与所述排气净化催化剂的劣化进展的催化剂温度范围的下限值相对应的、预定的催化剂劣化温度，
所述温度平衡控制单元具备排气温度降低优先单元，所述排气温度降低优先单元在所述实际催化剂温度成为所述催化剂劣化温度以上、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较高的情况下，将所述排气阀的开阀正时设定为所述气缸壁温与所述缸内温度相等的正时。
第九发明具备能够将所述气缸的机械压缩比设定为可变的压缩比可变机构，
所述温度平衡控制单元具备温度调节单元，所述温度调节单元在所述实际催化剂温度成为所述催化剂劣化温度以上、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较低的情况下，通过所述压缩比可变机构而使机械压缩比增加，并使所述气缸壁温上升而使排气温度降低。
第十发明具备将进气阀的开阀特性设定为可变的进气阀正时可变机构，
所述温度平衡控制单元具备缸内温度上升单元，所述缸内温度上升单元在所述实际催化剂温度成为所述催化剂劣化温度以上、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较低的情况下，通过所述进气阀正时可变机构而将所述进气阀的闭阀正时设定于进气下止点的附近。
发明效果
根据第一发明，能够以使实际催化剂温度成为适合于排气净化催化剂的工作的温度，并使气缸壁温接近要求气缸壁温的方式，平衡性良好地对双方的温度进行控制。因此，能够在停止供油时，对催化剂因高温而劣化、或催化剂成为低温而使排气排放恶化的情况进行抑制，而且，能够对由于气缸壁温过低而在停止供油后燃烧状态发生恶化的情况进行抑制。
根据第二发明，在燃料中的醇浓度较高从而燃烧温度或气缸壁温容易降低的情况下，能够将要求气缸壁温计算为较高温度，并根据该计算结果而使气缸壁温上升。因此，能够根据燃料中的醇浓度而对气缸壁温适当地进行控制。
根据第三发明，在实际催化剂温度与活性降低温度相比而较低、且气缸壁温与要求气缸壁温相比而较高的情况下，即，在与气缸壁温的维持相比而欲使排气温度的上升优先的情况下，能够将排气阀的开阀正时设定于压缩上止点的紧后处。由此，能够使向催化剂被供给的废气的温度上升，并能够使催化剂的暖机性提高。
根据第四发明，在实际催化剂温度大幅度地低于活性降低温度的情况下，能够将进气阀的闭阀正时设定于进气下止点的附近。由此，能够使压缩上止点处的缸内温度上升，并提高排气温度从而进一步使催化剂的暖机性提高。
根据第五发明，在实际催化剂温度与活性降低温度相比而较低、且气缸壁温与要求气缸壁温相比而较低的情况下，能够通过压缩比可变机构而使机械压缩比增加。由此，能够使压缩上止点处的缸内温度上升，并通过冷却损失的增大来提高气缸壁温。此外，也能够与缸内气体温度一起使排气温度上升，从而使催化剂的暖机性提高。
根据第六发明，在实际催化剂温度以及气缸壁温较低的情况下，能够将进气阀的闭阀正时设定于进气下止点的附近，并使气缸内的气体温度以及气缸壁温上升。由此，能够使催化剂的暖机性提高。
根据第七发明，通过使排气阀的开阀正时与气缸壁温和缸内温度相等的正时同步，从而能够降低气缸壁面→向缸内气体的吸热量，并使气缸壁温上升。此时，由于缸内温度的推断值反映了燃料中的醇浓度，因此在醇浓度较高的情况下，能够使气缸壁温的上升量增加，并根据醇浓度而适当地控制气缸壁温。
根据第八发明，在实际催化剂温度成为催化剂劣化温度以上、且气缸壁温与要求气缸壁温相比而较高的情况下，能够将排气阀的开阀正时提前至气缸壁温与缸内温度相等的正时。由此，能够降低气缸壁面→向缸内气体的吸热量，并相对地降低缸内气体的温度以及排气温度。其结果为，能够使催化剂温度降低，并抑制催化剂的劣化。
根据第九发明，在实际催化剂温度成为催化剂劣化温度以上、且气缸壁温与要求气缸壁温相比而较低的情况下，能够通过压缩比可变机构而使机械压缩比增加，并使气缸壁温上升而使排气温度相对降低。由此，能够保护催化剂免受高温下的劣化的影响。
根据第十发明，在实际催化剂温度成为催化剂劣化温度以上、且气缸壁温与要求气缸壁温相比而较低的情况下，能够将进气阀的闭阀正时设定于进气下止点的附近，并使实际压缩比增加。由此，能够使缸内气体温度上升，并使催化剂的暖机性以及气缸壁温提高。
附图说明
图1为用于对本发明的实施方式一的系统结构进行说明的结构图。
图2为表示从停止供油的恢复时的各个控制参数的状态的时序图。
图3为表示各个水温以及醇浓度下的醇蒸馏比例的特性曲线图。
图4为表示燃料中的醇浓度与要求气缸壁温之间的关系的特性曲线图。
图5为表示燃料中的醇浓度与比热之间的关系的特性曲线图。
图6为表示发动机的一次循环的P-V特性曲线图。
图7为表示本发明的实施方式一中的温度平衡控制的流程图。
图8为表示在执行了催化剂低温与气缸高温时控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。
图9为表示作用角扩大控制的内容的说明图。
图10为表示在执行了催化剂低温时的气缸壁温上升控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。
图11为表示在催化剂低温时执行了IVC下止点控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。
图12为表示在执行了催化剂高温时的气缸壁温上升控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。
图13为表示在催化剂高温时执行了等Ga压缩比增加控制与催化剂高温时的气缸壁温上升控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。
图14为表示在催化剂高温时执行了IVC下止点控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。
具体实施方式
实施方式一
[实施方式一的结构]
以下，参照图1至图14而对本发明的实施方式一进行说明。图1为，用于对本发明的实施方式一的系统结构进行说明的结构图。本实施方式的系统具备作为多气缸型的内燃机的发动机10。另外，虽然在图1中仅例示了发动机10的一个气缸，但本发明可应用于包括单气缸在内的任意气缸数的发动机中。此外，由于发动机10例如被搭载于FFV(Flexible-Fuel Vehicle：机动燃料车)等的车辆上，因此能够使用包括乙醇等在内的醇类燃料。
在发动机10的各个气缸中，通过活塞12而划分形成了燃烧室14，并且活塞12与发动机的曲轴16连结。此外，发动机10具备向各个气缸内抽吸吸入空气的进气通道18、和从各个气缸中将废气排出的排气通道20。在进气通道18上，设置有根据加速器开度等而对吸入空气量进行调节的电子控制式的节气门22。在排气通道20上，配置有对废气进行净化的排气净化催化剂24、26。作为这些催化剂24、26，能够使用三元催化剂。
此外，在各个气缸中，设置有向燃烧室14内喷射燃料的燃料喷射阀28、对缸内的混合气体进行点火的火花塞30、使进气通道18相对于缸内而进行开闭的进气阀32、使排气通道20相对于缸内而进行开闭的排气阀34。此外，发动机10具备将进气阀32的开阀特性(开闭正时、相位等)设定为可变的作为进气阀正时可变机构的进气可变气门机构36、将排气阀34的开阀特性设定为可变的作为排气阀正时可变机构的排气可变气门机构38。这些可变气门机构36、38通过如下机构而被构成，即，例如日本特开2007-132326号公报中所记载的摆动臂型的可变气门机构、或日本特开2000-87769号公报中所记载的VVT(Variable Valve Timing system：可变气门正时系统)、又或日本特开2007-16710号公报中所记载的电磁驱动式的气门机构等。此外，作为可变气门机构36、38也可以使用例如日本特开2006-97602号公报所记载那种、能够与阀的开闭正时一起使作用角变化的作用角可变型的可变气门机构。
此外，发动机10具备能够将各个气缸的机械压缩比设定为可变的压缩比可变机构40。压缩比可变机构40具有例如日本特开2012-7591号公报中所记载的公知的构成。如果具体叙述，则压缩比可变机构40通过使气缸体与曲轴箱进行相对移动而使气缸体与曲轴之间的距离变化，从而将各个气缸的机械压缩比，即，(上止点气缸容积+行程容积)/上止点气缸容积的值设为可变。另外，上文所述的进气可变气门机构36与压缩比可变机构40并不是本发明中所必须具备的结构，在后述的各个控制中，仅在需要的情况下搭载即可。
另一方面，本实施方式的系统具备：包括在发动机以及车辆的运转中所需的各种传感器在内的传感器系统、和用于对发动机10的运转状态进行控制的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)60。首先，如果对传感器系统进行说明，则曲轴转角传感器42为输出与曲轴16的旋转同步的信号的传感器，空气流量传感器44对吸入空气量进行检测，水温传感器46对发动机冷却水的水温Thw进行检测。在本实施方式中，作为与气缸(燃烧室14)的壁面温度(气缸壁温)相当的参数而采用水温Thw，水温传感器46构成了气缸壁温检测单元。此外，主空燃比传感器48在排气净化催化剂24的上游侧将排气空燃比作为连续的值而进行检测。副O2传感器50在排气净化催化剂24、26之间对废气中的氧气浓度进行检测。
催化剂温度传感器52构成了将排气净化催化剂24的温度作为实际催化剂温度Ts而进行检测的催化剂温度取得单元。另外，在本发明中，也可以采用如下结构，即，不使用催化剂温度传感器52而根据可反映发动机的运转状态的参数(例如，吸入空气量的累计值、排气空燃比)而对实际催化剂温度进行推断的结构。此外，醇浓度传感器54构成了对燃料中的醇浓度进行检测的醇浓度检测单元。而且，在传感器系统中，包括对节气门开度进行检测的节气门传感器、对加速器开度进行检测的加速器开度传感器、对进气温度进行检测的进气温度传感器等。
ECU60由具备ROM、RAM、非易失性存储器等的存储电路与输入输出电路的运算处理装置构成，并且在ECU60的输入侧连接有上述的各种传感器。在ECU60的输出侧连接有包括节气门22、燃料喷射阀28、火花塞30、可变气门机构36、38、压缩比可变机构40等在内的各种作动器。而且，ECU60通过传感器系统而对发动机的运转信息进行检测，并通过根据该检测结果而对各个作动器进行驱动从而实施驾驶控制。具体而言，根据曲轴转角传感器42的输出而对内燃机转速与曲轴转角进行检测，根据通过空气流量传感器44所检测出的吸入空气量与所述内燃机转速而对内燃机负载进行计算。此外，根据曲轴转角的检测值来决定燃料喷射正时、点火正时等。而且，根据吸入空气量、内燃机负载等而对燃料喷射量进行计算，并对燃料喷射阀28进行驱动，且对火花塞30进行驱动。
此外，ECU60在例如发动机成为了减速状态的情况下，执行公知的停止供油，在发动机从减速状态转变为加速状态的情况下，结束停止供油并恢复至通常的燃料喷射控制。ECU60构成了目标催化剂温度设定单元，所述目标催化剂温度设定单元将适合于排气净化催化剂24的工作的催化剂温度作为目标催化剂温度而进行设定。如果详细叙述，则在ECU60中预先存储有如下温度，即，与排气净化催化剂24的劣化进展的催化剂温度范围的下限值相对应的预定的催化剂劣化温度T1、和与排气净化催化剂24活化的催化剂温度范围的下限值相对应的预定的活性降低温度T2。
在此，催化剂劣化温度T1例如被设定为800℃左右的高温，活性降低温度T2例如被设定为400℃左右的低温。当实际催化剂温度Ts与催化剂劣化温度T1相比而变高时，催化剂24、25的劣化将有所进展。此外，当实际催化剂温度Ts与活性降低温度T2相比而变低时，催化剂的排气净化能力将降低。因此，目标催化剂温度作为活性降低温度T2以上、且催化剂劣化温度T1以下的温度范围而被设定，实际催化剂温度Ts以收敛于该温度范围(T1≥Ts≥T2)内的方式而被控制。
[实施方式一的特征]
在本实施方式中，其特征在于，在停止供油被执行时，执行温度平衡控制。温度平衡控制以实际催化剂温度Ts以及气缸壁温(在本实施方式中为水温Thw)接近于各个目标温度的方式，平衡性良好地对双方的温度进行控制。如果更具体地叙述，则温度平衡控制是根据实际催化剂温度Ts与目标催化剂温度(催化剂劣化温度T1或活性降低温度T2)之间的大小关系、以及水温Thw与要求气缸壁温Ty之间的大小关系，而对进气阀32或排气阀34的开阀特性进行控制的。温度平衡控制的具体的处理将在后文叙述，首先，对在该控制中所使用的要求气缸壁温Ty与压缩时缸内温度Th进行说明。
(要求气缸壁温Ty)
要求气缸壁温Ty是指，与在从停止供油的恢复时被设为必需的气缸壁温(水温Thw)的目标值相对应的温度，如后述的图4所示，其至少根据燃料中的醇浓度而被计算出。根据醇浓度而对要求气缸壁温Ty进行计算的理由如下。首先，要求气缸壁温Ty相当于在从停止供油的恢复时能够实现与非醇燃料(汽油等)等同的排气排放的气缸壁温。由于醇的沸点较高而难以气化，因此特别是在冷启动时(气缸壁温较低时)，NMOG(non-methane organic gas：非甲烷有机气体)排放(废气中所包含的非甲烷有机气体、碳氢化合物等的总量)容易恶化。在该情况下，由于气缸壁温越低，喷射燃料越会附着于气缸的壁面而形成液膜，因此排气排放发生恶化。因此，要求气缸壁温Ty根据燃料中的醇浓度而被计算出来，且如图2所示，燃料中的醇浓度越高，则越设定为较高温度。
图2为，表示从停止供油的恢复时的各个控制参数的状态的时序图。该图中的实线表示在现有技术中的、燃料中的醇浓度较高的情况下的控制。此外，点划线表示在本实施方式中的、燃料中的醇浓度较高的情况下的控制，虚线表示在本实施方式中的、醇浓度较低的情况下的控制。在本实施方式中，作为基本的想法，在从停止供油(F/C)的恢复时执行图2所示的控制。即，在从停止供油的恢复时，通过将气缸壁温(水温Thw)保持为高温，从而防止NMOG(HC)的恶化。此外，在燃料中的醇浓度增加的情况下，由于NMOG的恶化有所进展，因此将要求气缸壁温Ty设定得较高。
此外，要求气缸壁温Ty也能够根据如下方法来进行设定。在燃料中的醇浓度较高的情况下，为了通过汽油成分的量(浓度)较少的燃料而确保转矩，而需要增加燃料喷射量。因此，未燃烧状态的醇将被更多地排放，从而NMOG排放将发生恶化。在该情况下，为了确保要求转矩而使燃料喷射量增加的比例，能够基于发动机的温度(水温或油温)和燃料中的醇浓度并根据图3所示的数据来进行计算。在此，图3为，表示各个水温以及醇浓度下的醇蒸馏比例的特性曲线图。如该图所示，在基于当前的水温以及醇浓度而根据图3中的特性曲线所计算出的醇蒸馏比例与为了确保运转性而被要求的蒸馏比例(图3中所示的运转性要求蒸馏比例)相比而较低的情况下，需要提高气缸壁温。根据这种想法，优选为，要求气缸壁温Ty根据燃料中的醇浓度而例如如图4那样进行设定。图4为，表示燃料中的醇浓度与要求气缸壁温的关系的特性曲线图。因此，在本实施方式中，通过参照例如预先被存储于ECU60中的图4的数据，从而根据燃料中的醇浓度而对要求气缸壁温Ty进行计算。
(压缩时缸内温度Th)
压缩时缸内温度Th是指，与压缩上止点处的气缸内的气体温度相对应的参数，其至少根据燃料中的醇浓度E1而被推断出。如果详加叙述，则压缩时缸内温度Th如下述(1)式所示的那样根据如下参数而被计算出来，所述参数为，停止供油前非醇燃料推断燃烧温度T0、由非醇燃料E0与使用中的燃料之间的比热差造成的燃烧温度降低量ΔT、从气缸壁面流向冷却水的热流量Qcw、由因阀正时引起的扫气效率(剩余气体比例)的变化所造成的比热差ΔCv。另外，非醇燃料E0是指醇浓度为零的汽油等。
Th＝T0-ΔT-Qcw-ΔCv    ···(1)
在该式中，停止供油前非醇燃料推断燃烧温度T0表示在使用了非醇燃料E0的情况下的停止供油开始前的燃烧温度，如果列举一个示例，则根据输入能量(吸入空气量Ga、总燃料喷射量Gf等)、点火正时、水温Thw等而进行计算。此外，燃烧温度降低量ΔT表示在使用非醇燃料E0的情况下的燃烧温度与使用当前的醇燃料(醇浓度E1)的情况下的燃烧温度的差异。燃烧温度降低量ΔT根据非醇燃料E0的比热与使用燃料中的醇成分的比热的差分(比热差)、以及燃料中的醇浓度E1而被计算。在此，虽然优选为，在燃烧温度降低量ΔT的计算处理中使用燃烧气体的比热，但由于燃烧气体的比热(气体成分)会随着运转状况而变化，因此难以对各个醇浓度下的燃烧气体的比热进行确定。因此，参考图5并根据非醇燃料E0的比热与使用燃料中的醇成分的比热之间的比热差、以及燃料中的醇浓度E1而对燃烧温度降低量ΔT进行计算。另外，图5为，表示燃料中的醇浓度与比热之间的关系的特性曲线图。
此外，从气缸壁面流向冷却水的热流量Qcw通过如下方法进行计算。图6为，表示发动机的一次循环的P-V特性曲线图。在该图中，由于1→2为绝热压缩，因此下述(2)式成立。在该式中，分别为t1、t2表示缸内温度、V1、V2表示缸内容积、k表示比热比。
t2＝t1(V1/V2)k-1    ···(2)
根据上述(2)式，能够求出停止供油时的压缩上止点处的缸内温度。但是，实际上，由于受从缸内气体向气缸壁面的热传递、与缸内的剩余气体的比热差的影响，因此根据该式来求出压缩上止点处的缸内温度较为困难。因此，在本实施方式中，通过使用下述(3)式所示的关于热传递的Woschni的式子等的实验式来对热传递率hg进行计算，从而求出从气缸壁面流向冷却水的热流量Qcw。
hg＝3.26D-0.2×P0.8×T-0.53×w0.8   ···(3)
其中，hg：空间平均瞬间热传递率(W/m2K)
D：气缸内径(m)
P：气体压力(kPa)
T：气体温度(K)
w：活塞平均速度(m/s)
此外，由于因阀正时而引起的扫气效率(剩余气体比例)的变化所造成的比热差ΔCv，是根据通过停止供油开始前的阀正时而被求出的剩余气体比例而进行计算的。ECU60能够根据以上参数而对压缩时缸内温度Th进行推断。
[温度平衡控制的具体处理]
接下来，参照图7来对温度平衡控制的具体处理进行说明。图7为，表示本发明的实施方式一中的温度平衡控制的流程图。该图所示的程序在发动机的运转中被反复执行。此外，在以下的说明中设为，“IVO”表示进气阀32的开阀正时、“IVC”表示进气阀32的闭阀正时、“EVO”表示排气阀34的开阀正时、“EVC”表示排气阀34的闭阀正时。上述IVO、IVC、EVO以及EVC经由可变气门机构36、38而被ECU60所控制。
在图7所示的程序中，首先，在步骤100中，对燃料中的醇浓度E1与发动机冷却水的水温Thw进行检测。接下来，在步骤102中，在由于发动机的减速等而产成了F/C要求的情况下，执行停止供油。而且，在步骤104中，如前文所述的那样，根据燃料中的醇浓度E1等而对要求气缸壁温Ty与压缩时缸内温度Th进行计算。
接下来，在步骤106中，对实际催化剂温度Ts是否低于活性降低温度T2进行判断，并且在该判断成立的情况下，在步骤108中，对水温Thw是否高于要求气缸壁温Ty进行判断。而且，在步骤106、108的判断都成立的情况下，转移至下文叙述的步骤110。此外，在步骤106的判断不成立的情况下转移至后述的步骤130，在步骤108的判断不成立的情况下转移至后述的步骤122。
(步骤110～的控制)
在步骤110中，在实际催化剂温度Ts与活性降低温度T2相比而较低、且水温Thw与要求气缸壁温Ty相比而较高的情况下，将EVO变更于压缩上止点(压缩TDC)的紧后处(催化剂低温与气缸高温时控制)。图8为，表示在执行了催化剂低温与气缸高温时控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。在该情况下，由于与气缸壁温的维持相比而欲优先进行排气温度的上升，因此将EVO设定于压缩上止点的紧后处(提前开启排气阀34)。由此，能够使向催化剂24、25被供给的废气的温度上升，从而使催化剂的暖机性提高。
此外，将EVO设为可变的控制能够在醇燃料的使用时取得显著的效果。如果详细叙述，则由于醇燃料含氧，因此层流火焰的速度较快。其结果为，当燃料中的醇浓度增加时，燃烧速度将提高，从而缩短燃烧温度的上升与下降时间。因此，能够根据燃料中的醇浓度而使EVO变化，从而应对燃烧速度的变化。即，在例如欲降低冷却损失并提高排气温度的情况下、或燃料中的醇浓度较高的情况下，能够通过使EVO提前从而适当地应对。
另一方面，在催化剂低温与气缸高温时控制的执行条件成立的状态下，在实际催化剂温度Ts大幅度地低于活性降低温度T2的情况下(Ts<<T2)，也可以进一步执行下文所述的催化剂极低温时控制。Ts<<T2是否成立的判断，可通过实际催化剂温度Ts与活性降低温度T2的温度差是否大于预定的大温度差判断值而被实现。而且，在催化剂极低温时控制中，如图8所示，将IVC设定于进气下止点的附近(提前关闭)，并将随着阀正时而变化的实际压缩比提高。由此，能够使压缩时的缸内温度Th上升，提高排气温度从而进一步提高催化剂的暖机性。
此外，在作为排气可变气门机构38而例如使用作用角可变型的可变气门机构的情况下，由于图7中的步骤112的判断成立，因此可以在步骤114中执行作用角扩大控制，从而通过作用角的扩大而将EVC变更于排气上止点之后。图9为，表示作用角扩大控制的内容的说明图。如该图所示，当通过催化剂低温与气缸高温时控制而使EVO提前时，在排气阀34的作用角固定的情况下，EVC也将提前。在该情况下，将产生进气阀32与排气阀34双方均闭阀的期间(负重叠)而增加泵损失，从而运转性将发生恶化。因此，在作用角扩大控制中，扩大排气阀的作用角而使EVC延迟，从而确保正重叠期间。此外，在进气阀的作用角也能够扩大的状态(采用作用角可变型的进气可变气门机构36)下，在不会发生阀爆的情况下，也可以将IVO仅提前EVO的提前角量。
而且，在完成图7中的步骤110～114之后，在步骤116中，对是否产生了从停止供油的恢复要求进行判断，在该判断成立的情况下，在步骤118中将压缩比、阀正时、节气门开度等变更为通常运转状态，并在步骤120中解除停止供油。此外，在步骤116的判断不成立的情况下，则返回步骤106并执行实际催化剂温度Ts的判断。
(步骤122～的控制)
在步骤106的判断成立而步骤108的判断不成立的情况下，即，在实际催化剂温度Ts与活性降低温度T2相比而较低、且水温Thw在要求气缸壁温Ty以下的情况下，转移至步骤122并对机械压缩比是否可变进行判断。在搭载有压缩比可变机构40的情况下，由于步骤122的判断成立，因此在步骤124中，将执行等Ga压缩比增加控制。等Ga压缩比增加控制为，在通过节气门22等而将吸入空气量保持为固定的状态下，通过压缩比可变机构40而使机械压缩比增加的控制。根据该控制，能够通过压缩比的增加而使压缩时缸内温度Th上升，并通过冷却损失的增大而提高气缸壁温。此外，能够使排气温度也与缸内气体温度一起上升，从而提高催化剂24、25的暖机性。
接下来，在步骤126中，执行将EVO变更为Th≤Thw的正时的控制，即，执行使EVO与如下正时同步的控制(催化剂低温时的气缸壁温上升控制)，所述正时为，水温Thw与压缩时缸内温度Th成为相等的正时。图10为，表示在执行了催化剂低温时的气缸壁温上升控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。在该图中，压缩上止点附近的斜线部表示在等Ga压缩比增加控制下的缸内气体→向气缸壁面的放热区域，而位于现有的EVO的附近的斜线部则表示在不执行气缸壁温上升控制的情况下的气缸壁面→向缸内气体的吸热区域。另外，IVC也可以设定为与现有的IVC相同。如图10所示，根据催化剂低温时的气缸壁温上升控制，通过使EVO与水温Thw和缸内温度相等的正时同步，从而能够降低气缸壁面→向缸内气体的吸热量，并使气缸壁温上升。此外，由于压缩时缸内温度Th反映出了燃料中的醇浓度，因此在醇浓度较高的情况下，能够使气缸壁温的上升量增加，并能够根据醇浓度而适当地控制气缸壁温。
此外，在步骤122的判断不成立的情况下，即，在未搭载有压缩比可变机构40的情况下，转移至步骤128，并执行将IVC设定于进气下止点的附近的IVC下止点控制。图11为，表示在催化剂低温时执行了IVC下止点控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。在该图中，压缩上止点附近的斜线部表示在IVC下止点控制中的缸内气体→向气缸壁面的放热区域，而位于现有的EVO的附近的斜线部则表示在未执行气缸壁温上升控制的情况下的气缸壁面→向缸内气体的吸热区域。根据IVC下止点控制，能够使实际压缩比增加，从而使缸内气体温度上升。由此，能够使催化剂的暖机性以及气缸壁温提高。此外，在IVC下止点控制的执行时，如图11所示，也可以执行催化剂低温时的气缸壁温上升控制(步骤126)。由此，能够顺利地使气缸壁温上升。
而且，IVC下止点控制能够在醇燃料的使用时取得显著的效果。如果详细叙述，则由于在醇燃料燃烧时，与汽油的燃烧时等相比将大量地生成比热较大的水，因此燃烧温度将降低。此外，由于醇的汽化潜热较大、发热量较小，因此例如在维持与汽油等同的转矩时需要大约1.5倍的燃料喷射量。其结果为，特别是在冷凉时喷射高浓度的醇燃料的情况下，由于伴随着燃料喷射量的增加大量的未燃燃料将混入机油中，从而会使停止供油时的压缩上止点处的缸内温度降低。因此，在使用醇浓度较高的燃料时，通过利用IVC下止点控制而使压缩端温度与实际压缩比、缸内温度上升，从而能够有效地抑制燃烧温度(缸内温度)的降低。
(步骤130～的控制)
另一方面，在图7中，在步骤106的判断不成立的情况下，转移至步骤130，并对实际催化剂温度Ts是否高于催化剂劣化温度T1进行判断。在该判断成立的情况下，在步骤132中，对水温Thw是否高于要求气缸壁温T进行判断。而且，在步骤132的判断成立的情况下，即，在实际催化剂温度Ts与催化剂劣化温度T1相比而较高、且水温Thw与要求气缸壁温Ty相比而较高的情况下，在步骤134中，执行催化剂高温时的气缸壁温上升控制。在该控制中，将EVO设定为水温Thw与缸内温度相等的正时。图12为，表示在执行了催化剂高温时的气缸壁温上升控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。在该图中，压缩上止点近傍的斜线部表示在现有的控制下的缸内气体→向气缸壁面的放热区域，而位于现有的EVO的附近的网线部则表示现有控制的EVO处的气缸壁面→向缸内气体的吸热区域。
根据催化剂高温时的气缸壁温上升控制，通过使EVO提前至缸内温度Th＝水温的正时，从而能够减小气缸壁面→向缸内气体的吸热量，并使废气的温度降低。即，在本控制中，能够使气缸壁温上升，并使缸内气体的温度以及排气温度相对降低。其结果为，能够使催化剂温度下降，从而对催化剂的劣化进行抑制。此外，在作为排气可变气门机构38而使用作用角可变型的可变气门机构的情况下，也可以在图7中的步骤136、138中，通过实施与步骤112、114同样的处理从而执行作用角扩大控制。
此外，在步骤132的判断不成立的情况下，在步骤140中，对机械压缩比是否可变进行判断。在搭载有压缩比可变机构40的情况下，由于步骤140的判断成立，因此在步骤142中执行等Ga压缩比增加控制，在步骤144中与步骤134同样地执行催化剂高温时的气缸壁温上升控制。图13为，表示在催化剂高温时、在执行了等Ga压缩比增加控制与催化剂高温时的气缸壁温上升控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。如该图所示，在步骤142中，在实际催化剂温度Ts与催化剂劣化温度T1相比而较高、且水温Thw与要求气缸壁温Ty相比而较低的情况下，通过压缩比可变机构40而使机械压缩比增加，并使气缸壁温上升而使排气温度相对降低。此外，在步骤144中，使EVO与水温Thw和缸内温度相等的正时同步。由此，如前文所述那样，能够使气缸壁温以及缸内气体温度上升，并使排气温度相对下降，从而能够保护催化剂24、25以免发生劣化。
此外，在步骤140的判断不成立的情况下，转移至步骤146并执行IVC下止点控制。图14为，表示在催化剂高温时的、执行了IVC下止点控制的情况下的缸内气体温度的变化的说明图。即，在步骤146中，在实际催化剂温度Ts与催化剂劣化温度T1相比而较高、且水温Thw与要求气缸壁温Ty相比而较低的情况下，将IVC设定于进气下止点的附近。根据该控制，能够使实际压缩比增加，并使缸内气体温度上升。由此，能够使催化剂的暖机性以及气缸壁温提高。
此外，在上文所说明的所有的控制的执行中，均在步骤116中，实施从停止供油的恢复要求是否产生的判断。而且，在该判断成立的情况下，如前文所述那样，首先，在步骤118中，在恢复为通常驾驶之后，在步骤120中解除停止供油。以此方式，根据温度平衡控制，而以使实际催化剂温度Ts收敛于适合于催化剂24、25的工作的温度区域(T1～T2)并使水温Thw接近要求气缸壁温Ty的方式，平衡性良好地对双方的温度进行控制。因此，在停止供油时，能够对催化剂因高温而劣化、或催化剂成为低温而使排气排放发生恶化的情况进行抑制，而且，能够对因气缸壁温下降过低而在停止供油后燃烧状态发生恶化的情况进行抑制。
另外，在上述实施方式一中，图7中的步骤104表示技术方案1中的要求气缸壁温算出单元以及技术方案7中的缸内温度推断单元的具体示例，步骤106～144表示技术方案1中的温度平衡控制单元的具体示例。此外，步骤110表示技术方案3中的催化剂低温与气缸高温时控制单元的具体示例，步骤124表示技术方案5中的温度上升单元的具体示例，步骤126表示技术方案7中的气缸壁温上升单元的具体示例，步骤128表示技术方案6中的温度上升单元的具体示例。此外，步骤134表示技术方案8中的排气温度降低优先单元的具体示例，步骤142表示技术方案9中的温度调节单元的具体示例，步骤146表示技术方案10中的缸内温度上升单元的具体示例。此外，图8表示技术方案4中的催化剂极低温时控制单元的具体示例。
此外，在上述实施方式一中，例示了对进气阀32、排气阀34、压缩比可变机构40等进行控制的情况。但是，本发明为至少对排气阀34的开阀特性进行控制的发明，不一定需要实施进气阀32或压缩比可变机构40的控制。此外，在实施方式一中，作为与气缸壁温相对应的参数的一个示例而例示了水温Thw。但是，本发明并不限定于此，作为气缸壁温也可以使用油温等。
此外，在实施方式一中，例示了通过催化剂温度传感器52而对实际催化剂温度Ts进行检测的情况。但是，本发明并不限于此，也可以采用如下结构，即，例如不使用催化剂温度传感器52，而根据可反映发动机的运转状态的参数来对实际催化剂温度进行推断。具体而言，例如能够根据吸入空气量的累计值(累计吸入空气量)与排气空燃比而对输入能量进行计算，进而根据输入能量而对催化剂温度进行推断。作为实际催化剂温度Ts也可以采用以此方式而计算出的催化剂温度的推断值。
符号说明
10  发动机(内燃机)
12  活塞
14  燃烧室
16  曲轴
18  进气通道
20  排气通道
22  节气门
24，26  催化剂
28  燃料喷射阀
30  火花塞
32  进气阀
34  排气阀
36  进气可变气门机构(进气阀正时可变机构)
38  排气可变气门机构(排气阀正时可变机构)
40  压缩比可变机构
42  曲轴转角传感器
44  空气流量传感器
46  水温传感器(气缸壁温检测单元)
48  主空燃比传感器
50  副O2传感器
52  催化剂温度传感器(催化剂温度取得单元)
54  醇浓度传感器(醇浓度检测单元)
60  ECU(目标催化剂温度设定单元)
Thw  水温(气缸壁温)
Ts  实际催化剂温度
T1  催化剂劣化温度(目标催化剂温度)
T2  活性降低温度(目标催化剂温度)
Ty  要求气缸壁温
Th  压缩时缸内温度(缸内温度)

Claims (10)

1.一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
排气净化催化剂，其对从内燃机的气缸被排出的废气进行净化；
排气阀正时可变机构，其将排气阀的开阀特性设定为可变；
催化剂温度取得单元，其将所述排气净化催化剂的温度作为实际催化剂温度而进行检测或推断；
目标催化剂温度设定单元，其将适合于所述排气净化催化剂的工作的催化剂温度作为目标催化剂温度而进行设定；
气缸壁温检测单元，其对作为所述气缸的壁面温度的气缸壁温进行检测；
要求气缸壁温计算单元，其对在从停止供油的恢复时被设为必需的气缸壁温作为要求气缸壁温而进行计算；
温度平衡控制单元，其在停止供油被执行时，根据所述实际催化剂温度与所述目标催化剂温度的大小关系以及所述气缸壁温与所述要求气缸壁温的大小关系，通过所述排气阀正时可变机构来对所述排气阀的开阀特性进行控制。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，
具备对燃料中的醇浓度进行检测的醇浓度检测单元，
所述要求气缸壁温计算单元采用了如下结构，即，燃料中的醇浓度越高，则越将所述要求气缸壁温计算为较高的温度。
3.如权利要求1或权利要求2所述的内燃机的控制装置，其中，
所述内燃机的控制装置采用了如下结构，即，所述目标催化剂温度包括与所述排气净化催化剂活化的催化剂温度范围的下限值相对应的、预定的活性降低温度，
所述温度平衡控制单元具备催化剂低温与气缸高温时控制单元，所述催化剂低温与气缸高温时控制单元在所述实际催化剂温度与所述活性降低温度相比而较低、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较高的情况下，将所述排气阀的开阀正时设定于压缩上止点的紧后处。
4.如权利要求3所述的内燃机的控制装置，其中，
具备将进气阀的开阀特性设定为可变的进气阀正时可变机构，
所述温度平衡控制单元具备催化剂极低温时控制单元，所述催化剂极低温时控制单元在所述实际催化剂温度和所述活性降低温度的温度差与预定的大温度差判断值相比而较大的情况下，通过所述进气阀正时可变机构而将所述进气阀的闭阀正时设定于进气下止点的附近。
5.如权利要求1至4中的任意一项所述的内燃机的控制装置，其中，
具备能够将所述气缸的机械压缩比设定为可变的压缩比可变机构，
所述温度平衡控制单元具备温度上升单元，所述温度上升单元在所述实际催化剂温度与所述活性降低温度相比而较低、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较低的情况下，通过所述压缩比可变机构而使机械压缩比增加，并使所述气缸内的气体温度以及所述气缸壁温上升。
6.如权利要求1至4中的任意一项所述的内燃机的控制装置，其中，
所述温度平衡控制单元具备温度上升单元，所述温度上升单元在所述实际催化剂温度与所述活性降低温度相比而较低、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较低的情况下，将所述进气阀的闭阀正时设定于进气下止点的附近，并使所述气缸内的气体温度以及所述气缸壁温上升。
7.如权利要求5或6所述的内燃机的控制装置，其中，
具备缸内温度推断单元，所述缸内温度推断单元至少根据燃料中的醇浓度，而对压缩上止点处的作为所述气缸内的温度的缸内温度进行推断，
所述温度平衡控制单元具备气缸壁温上升单元，所述气缸壁温上升单元将所述排气阀的开阀正时设定为所述气缸壁温与所述缸内温度相等的正时。
8.如权利要求1至7中的任意一项所述的内燃机的控制装置，其中，
所述内燃机的控制装置采用了如下结构，即，所述目标催化剂温度包括与所述排气净化催化剂的劣化进展的催化剂温度范围的下限值相对应的、预定的催化剂劣化温度，
所述温度平衡控制单元具备排气温度降低优先单元，所述排气温度降低优先单元在所述实际催化剂温度成为所述催化剂劣化温度以上、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较高的情况下，将所述排气阀的开阀正时设定为所述气缸壁温与所述缸内温度相等的正时。
9.如权利要求1至8中的任意一项所述的内燃机的控制装置，其中，
具备能够将所述气缸的机械压缩比设定为可变的压缩比可变机构，
所述温度平衡控制单元具备温度调节单元，所述温度调节单元在所述实际催化剂温度成为所述催化剂劣化温度以上、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较低的情况下，通过所述压缩比可变机构而使机械压缩比增加，并使所述气缸壁温上升而使排气温度降低。
10.如权利要求1至8中的任意一项所述的内燃机的控制装置，其中，
具备将进气阀的开阀特性设定为可变的进气阀正时可变机构，
所述温度平衡控制单元具备缸内温度上升单元，所述缸内温度上升单元在所述实际催化剂温度成为所述催化剂劣化温度以上、且所述气缸壁温与所述要求气缸壁温相比而较低的情况下，通过所述进气阀正时可变机构而将所述进气阀的闭阀正时设定于进气下止点的附近。
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