CN104428518B - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机，配备有：增压器、可变气门传动装置、设置于排气通路的空燃比传感器、空燃比反馈控制单元、和扫气空燃比控制单元。可变气门传动装置驱动进气门及排气门，能够进行在设置有气门重叠的开阀特性下的驱动。空燃比反馈控制单元基于空燃比传感器的输出来反馈修正燃料喷射量，从反馈修正的修正量取得与空燃比控制相关联的信息的学习值。扫气空燃比控制单元在以扫气开阀特性使可变气门传动装置动作的情况下，利用在并非扫气开阀特性的开阀特性下的内燃机运转中学习的学习值，实施空燃比控制。所谓扫气开阀特性是具有在增压器动作中的进气行程中产生吸入空气的串漏的程度的气门重叠量的开阀特性。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及内燃机。
背景技术
过去，例如，如日本特开2006－194112号公报所公开的那样，已知有发生吸入空气(新鲜空气)串漏的内燃机。这种内燃机配备有增压器，通过在增压器动作中的高进气压状况下设置规定量的气门重叠量，吸入空气的一部分向排气口串漏。当产生这种串漏时，与由空气流量计预测的吸入空气量相比，气缸内填充空气量变少。
这种新鲜空气的串漏也被称为“扫气”，有时也利用这种扫气实施“扫气控制”。所谓扫气控制是利用进气门和排气门两者开启的重叠期间，使吸入空气和气缸内的燃烧气体一起向排气通路流出的控制，具有将气缸内残留气体扫气的效果。下面，为了方便起见，也将产生扫气的运转区域称为“扫气成立区域”。
为了在扫气控制中高精度地进行空燃比控制，有必要在考虑到新鲜空气的串漏的量之后高精度地求出气缸内填充空气量。如果以气缸内压力传感器的输出值作为基础，则可以高精度地计算出实际的气缸内填充空气量。利用这一点，在上述公报涉及的现有技术中，在认识到新鲜空气的串漏的情况下，基于气缸内压力传感器的输出值计算气缸内填充空气量。借此，可以相对于气缸内填充空气量由控制目标空燃比计算出恰当的燃料喷射量，使气缸内空燃比与控制目标空燃比相一致。其结果是，可以保持空燃比控制性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006－194112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2006－250115号公报
发明内容
发明所要解决的课题
由于在排气通路中的空燃比传感器侧发生的事态，存在着空燃比控制性会降低的问题。即，在扫气控制中，串漏的新鲜空气到达排气通路的空燃比传感器，空燃比传感器发生稀输出。之后，利用没有串漏而残存在气缸内的新鲜空气进行燃烧，已经燃烧气体到达空燃比传感器。通过这样重复，空燃比传感器一度检测出由新鲜空气产生的稀空燃比，之后，重复检测已燃气体空燃比(浓空燃比或者理论空燃比)的检测动作。
在这种状况下，起因于新鲜空气产生的稀输出，高精度稳定地实施利用了空燃比传感器输出的空燃比反馈控制变得困难。假定，在扫气控制中，考虑中止利用了空燃比传感器输出的反馈控制而前馈地实施空燃比控制。但是，仅通过简单地中止反馈控制，未必能够确保良好的排放特性。现有技术对于这种扫气控制中的空燃比控制性降低的应对措施，还存在着改进的余地。
本发明是为了解决上述课题而做出的，其目的是提供一种内燃机，所述内燃机可以抑制在产生吸入空气的串漏的状况下的空燃比控制性降低。
解决课题的手段
与第一个发明相关的内燃机配备有增压器、可变气门传动装置、设置在排气通路上的空燃比传感器、空燃比反馈控制单元、扫气空燃比控制单元。可变气门传动装置驱动进气门及排气门，能够以设置有气门重叠的开阀特性进行的驱动。空燃比反馈控制单元基于所述空燃比传感器的输出反馈修正燃料喷射量，由所述反馈修正的修正量取得与空燃比控制相关的信息学习值。扫气空燃比控制单元，在以扫气开启气门特性使所述可变气门传动装置动作的情况下，利用在以并非所述扫气开阀特性的开阀特性的内燃机运转中学习到的所述学习值来实施空燃比控制。所谓扫气开阀特性，是具有在所述增压器动作中的进气行程中产生吸入空气的串漏的程度的气门重叠量的开阀特性。
第二个发明是上述第一个发明的更优选的方式，所述空燃比反馈控制单元配备有：基于所述空燃比传感器的输出对燃料喷射量进行反馈修正、以便使排气的空燃比与所述控制目标空燃比相一致的单元。进而，所述空燃比反馈控制单元配备有存储单元，所述存储单元学习对于在所述反馈修正中的燃料喷射量的修正量，将通过该学习获得的值作为与所述空燃比控制相关联的信息的学习值，与吸入空气量相对应地存储起来。进而，所述空燃比反馈控制单元配备有利用所述学习值修正由所述空燃比传感器的输出获得的空燃比与所述排气的空燃比之间的偏差的单元。
所述扫气空燃比控制单元，在有了在属于扫气负荷区域的特定负荷下的运转要求的情况下，从多个所述学习值中选择使用与对应于所述特定负荷的吸入空气量相对应的学习值。所谓扫气负荷区域是在所述增压器的动作中通过在所述扫气开阀特性下的驱动而产生所述串漏的负荷区域。该多个所述学习值是在以并非所述扫气开阀特性的开阀特性使所述可变气门传动装置动作时的内燃机运转中学习的值。所述扫气空燃比控制单元选择与对应于所述特定负荷的吸入空气量相对应的学习值，实施空燃比的反馈控制或者前馈控制。
第三个发明是上述第一或者第二发明的更优选的方式，配备有气门传动机构控制单元。气门传动机构在有了在属于扫气负荷区域的特定负荷下的运转要求的情况下，进行下面所述的任一控制。即，气门传动机构控制单元，在对于与所述特定负荷相对应的吸入空气量的学习值学习完毕时，以所述扫气开阀特性使所述可变气门传动装置动作。另一方面，气门传动机构控制单元，在对于与所述特定负荷相对应的吸入空气量的学习值没有学习完毕时，以并非是所述扫气开阀特性的开阀特性使所述可变气门传动装置动作。所谓扫气负荷区域是在所述增压器的动作中通过在所述扫气开阀特性下的驱动来产生所述串漏的负荷区域。
第四个发明是上述第三个发明的更优选的方式，所述扫气空燃比控制单元是实施空燃比的反馈控制的单元。这里，所述扫气空燃比控制单元实施调平处理。调平处理是在所述气门传动机构控制单元以所述扫气开阀特性使所述可变气门传动装置动作的期间内，将所述空燃比传感器的输出信号在时间方向上平滑化的处理。进而，所述扫气空燃比控制单元在所述气门传动机构控制单元以所述扫气开阀特性使所述可变气门传动装置动作的期间，基于所述学习值以及所述平滑化了的信号反馈修正燃料喷射量。
第五个发明是上述第一至第四个发明中的任一项的发明的更优选的方式，配备有空气流量计和在所述排气通路中设置于所述空燃比传感器的下游的催化剂。并且，所述扫气空燃比控制单元，在所述增压器的动作中以所述扫气开阀特性使所述可变气门传动装置动作的情况下，利用从所述空气流量计的输出获得的吸入空气量，基于控制目标空燃比计算燃料喷射量。
与第六个发明相关的内燃机配备有增压器、可变气门传动装置、设置于排气通路中的空燃比传感器、空燃比控制单元、和气门传动机构控制单元。可变气门传动装置驱动进气门及排气门，能够进行在设置了气门重叠量的开阀特性下的驱动。空燃比控制单元基于所述空燃比传感器的输出反馈修正燃料喷射量，由前述反馈修正的修正量取得与空燃比控制相关联的信息的学习值，利用所述学习值实施空燃比控制。
气门传动机构控制单元能够进行以扫气开阀特性驱动所述可变气门传动装置的控制。所谓扫气开阀特性是具有在所述增压器动作中的进气行程中产生吸入空气的串漏的程度的气门重叠量的开阀特性。进而，气门传动机构控制单元，在所述增压器的动作中有了在规定的高负荷区域内的特定负荷下的运转要求的情况下，进行接下来的控制。即，气门传动机构控制单元，在所述运转要求之前在所述特定负荷的等吸入空气量区域实施了由所述空燃比控制单元进行的控制的情况下，以所述扫气开阀特性使所述可变气门传动装置动作。另一方面，气门传动机构控制单元，在所述运转要求之前在所述特定负荷的等吸入空气量区域没有实施由所述空燃比控制单元进行的控制的情况下，以并非所述扫气开阀特性的开阀特性使所述气门传动装置动作。
发明的效果
根据第一个发明，在扫气控制中，也能够恰当地利用在非扫气控制中获得的学习值高精度地实施空燃比控制。
根据第二个发明，作为与空燃比控制相关联的信息的学习值利用与吸入空气量相对应地存储的单元，从存储的多个学习值中恰当地选择对应于吸入空气量的学习值。利用该选择的学习值，即使在扫气控制中，也能够高精度地修正排气空燃比与空燃比传感器输出之间的偏差。
根据第三个发明，在有了在扫气成立区域的运转要求的情况下，能够在正确地确认在空燃比控制中可以使用的学习值学习完毕之后，向扫气开阀特性切换。
根据第四个发明，在扫气控制中，也能够不过度地损害控制性地继续进行空燃比反馈控制。
根据第五个发明，通过在扫气控制中也进行基于空气流量计输出的空燃比控制，从排气口下游的催化剂来看，排气空燃比能够成为适合于控制目标空燃比的值。稀的气体以相当于串漏空气的量向催化剂流入。另一方面，能够以相当于串漏空气的量的浓空燃比进行燃烧，能够使气缸内空燃比向输出空燃比接近。其结果是，在享受通过向输出空燃比侧的转移等而产生的发动机输出改善效果的同时，另一方面，能够将通向催化剂的排气空燃比平均地保持在控制目标空燃比附近。从而，在扫气控制中，可以兼顾对输出性能的改善和对排放性能恶化的抑制。
根据第六个发明，在利用对应于运转要求的扫气开阀特性时，在已经实施了在扫气成立区域中的空燃比反馈控制的情况下，可以向扫气开阀特性切换。这是因为可以判断为存在进行对于与空燃比控制相关联的信息的学习的机会。反之，在尚未进行在扫气成立区域中的空燃比反馈控制的情况下，由于还没有获得学习机会，所以，不能进行向扫气开阀特性的切换。借此，能够基于空燃比反馈控制的履历，决定能否使用可变气门传动装置中的扫气开阀特性。
附图说明
图1是模式地表示根据本发明的实施方式的内燃机的结构的图。
图2是模式地表示根据本发明的实施方式的内燃机的结构的图。
图3是表示在本发明的实施方式中存储在ECU内置于RAM中的学习值映射的图。
图4是模式地表示在本发明的实施方式中在运转区域上以恒定间隔区分等吸入空气量的状态的模式图。
图5是表示在本发明的实施方式中的扫气开阀特性(图5(b))和非扫气开阀特性(图5(a))。
图6是用于说明在根据本发明的实施方式的内燃机中在扫气控制中实施空燃比反馈控制的状态用的图。
图7是说明在根据本发明的实施方式中的内燃机中，确保排放特性以及实现输出空燃比的输出的提高的结构用的模式图。
图8是在本发明的实施方式中ECU实施的程序的流程图。
具体实施方式
实施方式.
[实施方式的装置的结构]
图1及图2是模式地表示根据本发明的实施方式的内燃机的结构的图。根据本实施方式的内燃机配备有气缸体10。气缸体10是配备有第一气缸～第四气缸(为了方便起见，在图1中表示为“#1～#4”)的直列四缸式增压汽油发动机。第一气缸～第四气缸分别具备图2所示的气缸100的结构。
气缸体10的各个气缸的进气口与进气歧管12连通。进气歧管12经由节气门14与进气通路20连通。在进气通路20安装有进气压力传感器15。进气通路20与中间冷却器16连接，中间冷却器16与进气通路22连接。增压器60的压缩机62介于进气通路22与进气通路24之间。在进气通路24的上游，设置有空气流量计17及空气滤清器18。
气缸体10的各个气缸的排气口与排气歧管30连通。排气歧管30向增压器60的涡轮机64连通，在其下游连接有排气管32。排气管32与催化剂34连通，在催化剂34的下游还与排气管36连接。排气管36是可以同时净化CO、HC以及Nox的三元催化剂。在排气管32安装有A/F传感器38。A/F传感器38是对流入催化剂34的排气的空燃比A/F基本上产生线性输出的传感器。
根据本实施方式的内燃机配备有LPL(Low Pressure Loop：低压回路)－EGR装置以及HPL(High Pressure Loop：高压回路)－EGR装置。下面对LPL－EGR装置进行说明，LPL－EGR通路40的一端连接于排气管36，LPL－EGR通路40另一端经由EGR阀42连接于进气通路24。下面对HPL－EGR装置进行说明，HPL－EGR通路44的一端连接于排气歧管30，HPL－EGR通路44经由EGR冷却器46及EGR阀48连接于进气歧管12。
旁通通路66的一端连接于进气通路22，旁通通路66的另一端连接于进气通路24。在旁通通路66设置有空气旁通阀68。排气歧管30与排气管32经由废气旁通阀70相互连接。
如图2所示，在每个形成于气缸体10的气缸100中，组装有各种结构。在被气缸内壁102包围的空间，能够往复运动地配置有活塞104。在与气缸体10一体化的气缸盖上，设置有进气口106及排气口116。在进气管106设置有进气口喷射阀108，进而还配备有气缸内喷射阀110。这些都是电磁阀，能够由ECU(Electronic Control Unit：电子控制装置)80进行电子控制。
开闭进气口106的进气门112可以利用进气VVT装置120变更其相位角。开闭排气口116的排气门118也可以利用排气VVT装置122变更其相位角。由于相位角可变，所以，进气门112及排气门118可以设有用于使开阀期间重复而使两者处于打开状态的气门重叠量，能够调节该气门重叠量。
根据本实施方式的内燃机配备有发动机控制用的ECU80。ECU80内置有图中未示出的承担运算处理的CPU、ROM、RAM等存储装置及输入输出接口等各种结构。
向ECU80的输入部(输入接口)，提供进气压力传感器15的输出、空气流量计17的输出、转速传感器(图中未示出)的输出、以及A/F传感器38的输出。进气压力传感器15是检测进气通路20内的进气压力的传感器，在增压器60的动作中可以检测该增压。空气流量计17是检测内燃机的吸入空气量Ga的传感器。转速传感器是产生对应于内燃机转速Ne的输出的传感器。在ECU80的输入部(输入接口)，连接有检测加速踏板(图中未示出)的开度的加速器开度传感器82、以及其它图中未示出的各种传感器(发动机水温传感器，根据需要为凸轮角传感器等)。
ECU80的输出部(输出接口)与都是电磁阀的进气口喷射阀108及气缸内喷射阀110连接，对于这些电磁阀可以提供用于进行基于各自的燃料喷射量、喷射正时的电子控制的信号Inj。另外，ECU80的输出部与进气VVT装置120及排气VVT装置122各自的促动器连接，对于它们，根据ECU80内置的控制程序，给予对应于运转条件的控制信号VVTin、VVTex。借此，对于进气门112、排气门118各自可以将相位角、开阀时间以及气门重叠量等调节到所希望的量。
在ECU80的输出部，此外还连接有节气门14、EGR阀42、EGR阀48、火花塞114、空气旁通阀68，对它们提供控制信号。借此，对于节气门开度A、EGR量、点火正时SA、以及空气旁通阀68的开闭，进行来自于ECU80的控制。
ECU80将发动机运转控制用的程序存储于内置的存储装置中。利用传感器系统检测发动机的运转信息，通过基于其检测结果驱动各个促动器，进行运转控制。具体地说，通过驾驶员操作加速踏板，利用加速器开度传感器82检测其操作量，并输入到ECU80中。基于该输入值计算出要求负荷，ECU80在计入该要求负荷之后，估算正确的节气门开度TA，对节气门14给予控制信号，以实现该节气门开度TA。ECU80基于曲柄角传感器(图中未示出)的输出检测发动机转速Ne和曲柄角CA，利用空气流量计17计算吸入空气量Ga。另外，ECU80基于吸入空气量Ga、发动机转速Ne等计算发动机的负荷kl(负荷率)。并且，ECU80基于曲柄角CA计算燃料喷射正时、点火正时SA，在这些正时到来了时，输出用于驱动进气口喷射阀108、气缸内喷射阀110、火花塞114的控制信号(驱动信号)。借此，可以使混合气体在气缸内燃烧，将发动机运转。
进而，ECU80还存储有用于实施后面描述的空燃比反馈控制的程序。其中还包含有在空燃比反馈控制中用于将进行了理论空燃比点学习的学习值存储到RAM中的程序等。
[实施方式的装置的空燃比反馈控制]
本实施方式的装置基于A/F传感器38的输出实施空燃比反馈控制。更具体地说，该空燃比反馈控制实施下面所述的(a)及(b)的处理。另外，在下面的说明中，将从内燃机排出的排气的空燃比A/F也称为“排气A/F”。
(a)修正后A/F输出计算处理
修正后A/F输出计算处理是以A/F传感器38的输出evafbse为基础计算修正后A/F输出evabyf的处理。
A/F传感器38如已经描述过的那样，是作为对于排气A/F发出基本上线性输出的传感器而制造的。在该传感器显示出理想的特性的情况下，在其输出evafbse与排气A/F之间单值关系成立。在这种情况下，A/F传感器38的输出evabyf能够作为排气A/F的代用值使用。但是，在A/F传感器38的输出evafbse中，传感器本身的偏差、配线等的信号传送系统的偏差等引起的影响重叠。因此，在由ECU80检测的A/F传感器38的输出evafbse与排气A/F之间，单值关系并不一定成立。
因此，ECU80对A/F传感器38的输出evafbse施加适当的修正，生成修正后A/F输出evabyf，所述修正后输出evabyf具有作为A/F传感器38应当发出的理想的输出的含意。如果修正后A/F输出evabyf是A/F传感器38应当发出的理想的输出，则在修正后A/F输出evabyf与排气A/F之间，单值关系成立。在这种情况下，修正后A/F输出evabyf可以作为排气A/F的代用值来处理。
ECU80在计算修正后A/F输出evabyf时，在A/F传感器38的输出evafbse上加上理论空燃比学习量evafofs。如果这样处理，则能够从修正后A/F输出evabyf中排除配线等的偏差引起的恒定的误差。
具体地说，理论空燃比学习量evafofs的取得，是通过FB修正量学习部以及学习值存储部的协作来实现的。FB修正量学习部实施用于取得多个后面描述的反馈修正的修正量并学习其平均值的处理。学习值存储部是用于在ECU80内的RAM中的规定区域对于每个吸入空气量存储在FB修正量学习部中获得的学习值的以映射的形式提供的存储区域。在本实施方式中，FB修正量学习部以及学习值存储部都作为软件功能搭载于ECU80内。
图3是表示在本发明的实施方式中，ECU80存储在内置RAM中的学习值映射的图。在计算修正后A/F输出evabyf时，对于A/F传感器38的输出evafbse进行基于理论空燃比点学习的修正。为了修正配线的偏差等给予A/F传感器38的输出的影响，进行理论空燃比点学习。具体地说，求出在下面描述的(b)燃料喷射量控制处理中的反馈控制时的反馈修正量的平均值，由FB修正量学习部实施将其对于每个吸入空气量Ga作为学习值b存储起来的处理。其结果是，变成学习重叠到ECU80识别的A/F传感器38的输出evafbse上的恒定的误差部分。
这里视为问题的恒定的误差部分，在进行下面的(b)的燃料喷射量控制处理之后，会妨碍以控制目标空燃比(在本实施方式中为理论空燃比)为中心(基准)计算反馈修正量。因此，在本实施方式中，如上面所述，在计算修正后A/F输出evabyf时，在A/F传感器38的输出evafbse上加上理论空燃比学习量evafofs。借此，可以排除恒定的误差部分，正确地把握作为反馈修正量的计算的中心点(基准点)的理论空燃比。
ECU80的FB修正量学习部对于学习值存储部(具体地说，以映射的形式提供的规定存储区域内)，对每个吸入空气量Ga存储学习值b。在ECU80中存储有预先设定的多个等吸入空气量区域A1、A2、A3、···、Ak－1、Ak、Ak+1、Ak+2、···Am。图4是表示在本发明的实施方式中，在运转区域上以恒定间隔区分等吸入空气量的状态的模式图。在该每个等吸入空气量区域，一个个地存储以及更新学习值。其结果是，对于多个等吸入空气量区域A1、A2、A3、···Ak－1、Ak、Ak+1、Ak+2、···Am，存储学习值b1、b2、b3、···bk－1、bk、bk+1、bk+2、···bm。
ECU80首先实施判定程序，该判定程序判定在实施这次的反馈修正时的空气流量计17的吸入空气量Ga所属的区域属于A1～Am中的哪一个。例如，如果属于Ak，则ECU80实施如下的处理：读出与之对应的学习值bk，代入到理论空燃比学习量evafofs中，将理论空燃比学习量evafofs与输出evafbse相加以计算修正后A/F输出evabyf。借此，可以对应于吸入空气量Ga的值计算出正确的修正后A/F输出evabyf。
另外，图4是模式地表示的图，等吸入空气量的区分方法(区分的宽度，区域的个数等)可以对照实际的内燃机的机体适当地决定。
(b)燃料喷射量控制处理
ECU80基于空燃比传感器的输出实施修正燃料喷射量的燃料喷射量控制处理，以使排气的空燃比与控制目标空燃比相一致。更详细地说，燃料喷射量控制处理是基于修正后A/F输出evabyf控制燃料喷射量以使排气A/F与控制目标A/F实际上一致的处理。
在基于修正后A/F输出evabyf推定的排气A/F比控制目标A/F大的情况下，可以判断为该排气A/F为稀。在这种情况下，在ECU80实施的反馈控制中，在原理上，将燃料喷射量增加相当于通过将排气A/F与控制目标A/F之差乘以规定的浓的一侧的增益而获得的控制量的量。其结果是，排气A/F向浓的一侧变化，向控制目标A/F接近。
另一方面，在基于修正后A/F输出evabyf推定的排气A/F比控制目标A/F小的情况下，可以判断为该排气A/F浓。在这种情况下，在ECU80实施的反馈控制中，在原理上，将燃料喷射量减少相当于通过将排气A/F与控制目标A/F之差乘以规定的稀的一侧的增益而计算出的控制量的量。其结果是，排气A/F向浓的一侧变化，接近于控制目标A/F。这样，ECU80将排气A/F控制在控制目标A/F附近。
通过乘以该稀的一侧的增益或浓的一侧的增益而获得的控制量，相当于反馈修正的“修正量”。FB修正量学习部作为学习值读入该修正量的平均值。其结果是，如图3所示，获得存储了每个等吸入空气量区域的学习值的映射，并且在内燃机的运转中进行更新。使用学习值的处理的具体的内容在上面的“(a)修正后A/F输出计算处理”中已经说明过了。
[实施方式的装置中的扫气控制以及ECU实施的具体的处理]
(由扫气产生的课题)
下面，利用图2对于根据本实施方式的内燃机中发生吸入空气量的串漏(扫气)的状态以及其影响进行说明。图2(a)是表示排气行程的图。图2(b)是表示在进气行程中的气门重叠中的状态的图。图2(c)是表示在进气行程中排气门18关闭之后的燃料喷射时的状态的图。
在燃烧之后，如图2(a)所示，浓的排气流出到排气通路中。之后，如图2(b)所示，变成进气行程，但是，这时由于气门重叠而串漏的新鲜空气的一部分是稀的。其次，如图2(c)所示，没有串漏的空气残留在气缸内，对该气缸内空气喷射燃料，进行燃烧。
例如，将控制目标空燃比相对于基于空气流量计的吸入空气量设定成理论空燃比。但是，在产生新鲜空气的串漏的状况下，由于在空气不足相当于串漏的空气量的量的状态下燃烧，所以，排气变浓。其结果是，流出到排气口的排气的空燃比以浓、稀、浓的方式重复稀和浓。当A/F传感器38感知这样的排气时，输出会摆动，不能实施正确的空燃比反馈控制。假定，即使将气缸内的空燃比控制成理论空燃比，在新鲜空气的一部分串漏而反复出现稀输出方面也是一样的。
(空燃比反馈控制的学习值的利用)
为了防止这种A/F传感器38的摆动问题，抑制排放特性的恶化，根据本实施方式的装置实施下面的控制。在本实施方式中，ECU80实施的空燃比控制在扫气控制的实施中和非扫气控制的实施中使空燃比控制不同。
所谓“扫气控制”是以扫气开阀特性使进气VVT装置120及排气VVT装置122动作的控制。所谓“扫气开阀特性”是在增压器60动作中的进气行程中设置了产生吸入空气的串漏的程度的气门重叠量的开阀特性。在本实施方式中，通过调整进气VVT装置120及排气VVT装置122各自的相位角来实现扫气开阀特性。
另一方面，所谓“非扫气控制”意味着“并非扫气控制的控制”。即，所谓非扫气控制是以并非扫气开阀特性的开阀特性使进气VVT装置120以及排气VVT装置122动作的控制。利用非扫气控制，不产生新鲜空气的串漏的运转是可能的。
在本实施方式中，ECU80进行从在“非扫气控制期间”中的内燃机运转中学习的学习值中选择性地使用对应于吸入空气量Ga的学习值b实施空燃比控制的处理。例如，如果吸入空气量Ga属于图3的映射的AK，则在扫气控制中利用学习值bK进行空燃比控制。
图3是在本发明的实施方式中ECU80配备的存储了反馈修正量(也称为反馈要求量)的学习值的映射的一个例子。如前面所述，图4是表示根据实施方式的等吸入空气量的区域区分的一个例子的模式图。如图3所示，在本实施方式中，设定多个等吸入空气量区域A1、A2、A3、···Ak－1、Ak、Ak+1、Ak+2、···Am。对于每个等吸入空气量区域，各存储一个学习量b。该“等吸入空气量区域”意味着由空气流量计17的输出检测出的新鲜空气量同的运转区域。例如，在本实施方式中，在区域A1内中，由空气流量计17的输出检测出的新鲜空气量是同等的。同样地，在区域AK内，由空气流量计17的输出检测出的新鲜空气量是同等的。
对于图3的学习履历为“有”的等吸入空气量区域，已经进行了学习，对于“无”的等吸入空气量区域尚未进行学习。另外，在学习履历栏，为了完成标志的任务，例如，也可以根据学习履历的有无，保持在0或者1的值。
在图4中，模式地表示根据本实施方式的内燃机中的扫气成立区域。所谓“扫气成立区域”，是满足扫气控制成为可能的条件的区域，是对于每个内燃机预先设定的运转区域。另外，所谓“扫气控制是可能的”，意味着在使气门重叠量成为规定量的情况下用于产生新鲜空气的串漏的条件。例如，设想有在由负荷kl及发动机转速Ne决定的运转区域上是否属于规定运转区域的条件、或者通过增压器60的动作增压是否变高到规定值以上等各种条件。增压的检测基于进气压力传感器15的输出值进行即可。如可以从图4中看出的那样，根据本实施方式的扫气成立区域部分地与等吸入空气量区域Ak－1、Ak、Ak+1以及Ak+2重叠。
另外，图4所示的扫气区域是在本实施方式中表示的一个例子，本发明并不局限于此。根据机体的不同等，对于各个内燃机的每一个，扫气成立区域会变得不同。
在本实施方式中，ECU80在实施扫气控制时根据负荷kl选择学习值bk－1、bk、bk+1或者bk+2，实施空燃比控制。另外，ECU80在扫气控制的实施中也可以停止对于学习值bk－1、bk、bk+1以及bk+2的理论空燃比点学习(FB修正量学习部的处理)。借此，在扫气控制中不实施基于空燃比传感器输出的反馈控制以及学习。
根据以上说明的本实施方式，由于在扫气控制中使用在非扫气控制中获得的学习值，所以可以避免利用在存在着A/F传感器38的输出摆动的担忧的环境下的不稳定的学习值。即，在产生吸入空气的串漏的期间，由于该串漏空气碰撞空燃比传感器，在传感器输出中包含有急剧的稀输出振动。因此，依赖于空燃比传感器的空燃比控制变得困难。根据本实施方式，由于即使在这样的扫气控制中，也可以将在非扫气控制中已经取得的学习值用于扫气控制中的空燃比控制，所以，可以抑制空燃比控制性的降低。
另外，在属于图4中的等吸入空气量区域Ak－1、Ak、Ak+1或者Ak+2的各个运转区域(负荷及转速)，通过实施上述空燃比反馈控制以及理论空燃比点学习，完成bk－1、bk、bk+1以及bk+2各自的学习。即，在进行bk－1、bk、bk+1以及bk+2各自的学习中，大致设想下面的两种情况。
第一种情况是在扫气成立区域内以不设气门重叠的开阀特性进行内燃机的运转，实施空燃比反馈控制以及理论空燃比点学习的情况。
第二种情况是在扫气成立区域外并且在属于等吸入空气量区域Ak－1、Ak、Ak+1以及Ak+2中的任一个的运转区域(负荷及转速)进行内燃机的运转，实施空燃比反馈控制以及理论空燃比点学习的情况。
(进气VVT装置120以及排气VVT装置122的控制)
在图4中，模式地表示了作为规定的运转区域确定的扫气成立区域。在有了在属于扫气成立区域的负荷下的运转要求的情况下，如果对于等吸入空气量区域Ak－1、Ak、Ak+1以及Ak+2的每一个的学习值bk－1、bk、bk+1以及bk+2的学习已经完毕，则可以将它们的学习值用于空燃比控制。但是，在有的情况下，在要实施扫气控制的正时，学习值bk－1、bk、bk+1以及bk+2中的一部分或者全部的值还没有被存储在图3的映射中、或者没有变成适合于当前的状态的最新的值。具体地说，在内燃机起动后，在等吸入空气量区域Ak－1、Ak、Ak+1以及Ak+2的一部分或者全部中进行内燃机的运转之前的正时，也会有在属于扫气成立区域的负荷下的运转要求。在这种情况下，对于学习值bk－1、bk、bk+1以及bk+2中的一部分或者全部，不能将其值用于空燃比控制来实施扫气控制。
因此，在本发明中，在有了想要实施扫气控制这样的运转要求的情况下，在正确地确认想要使用的学习值是否学习完毕之后，切换到扫气开阀特性。即，在有了想要实施扫气控制这样的运转要求的情况下，当ECU80在学习值存储部内不存在必要学习值(根据本实施方式，为学习值bk－1、bk、bk+1以及bk+2之中在本次的控制中想要使用的值)时，即，当该学习值的学习履历为“无”时，ECU不实施扫气控制。并且，之后的运转以及学习进展的结果，变成已经取得必要学习值的情况下，在有了想要实施扫气控制这样的运转要求的情况下，与之相应地实施扫气控制。借此，能够可靠地抑制空燃比控制性的降低。
图5是表示本发明的实施方式中的扫气开阀特性(图5(b))和非扫气开阀特性(图5(a))的图。扫气开阀特性设有气门重叠量，非扫气开阀特性没有气门重叠量。ECU80以加速器开度传感器82的输出信号为基础，判定在增压器60的动作中是否有了在属于扫气成立区域的的负荷下的运转要求。当对于对应于该要求负荷的吸入空气量的学习值存在于ECU80内的学习值存储部中时，以扫气开阀特性(图5(b))使进气VVT装置120及排气VVT装置122动作，实施扫气控制。另一方面，在学习值存储部中没有对于对应于要求负荷的吸入空气量的学习值时，以不产生新鲜空气的串漏的开阀特性(图5(a))使进气VVT装置120及排气VVT装置122动作。
另外，在进行对应于运转要求的扫气控制时，也可以基于是否已经进行了在扫气成立区域的空燃比反馈控制的实施来决定是否向扫气开阀特性切换。即，也可以在还没有实施在扫气成立区域的空燃比反馈控制的情况下，禁止向扫气开阀特性的切换。借此，可以基于空燃比反馈控制的履历正确地决定是否能够使用进气VVT装置120及排气VVT装置122的扫气开阀特性。
(调平处理)
图6是用于说明在根据本发明的实施方式的内燃机中在扫气控制中实施空燃比反馈控制的状态的图。如图6所示，在扫气控制中，实际传感器输出在稀与浓之间产生大的变化。在这种情况下，由于A/F中心偏离等，空燃比反馈控制的控制性会受到大的损害。
因此，在本实施方式中，ECU80在扫气控制中实施“调平处理”。该“调平处理”是在时间方向上将A/F传感器38的输出信号平滑化的处理。并且，在扫气控制中的空燃比反馈控制中，分别利用学习值bk－1、bk、bk+1以及bk+2高精度地确定修正后FB中心(理论空燃比点)，进而，基于由调平处理部平滑化了的信号(图6的虚线)，反馈修正燃料喷射量。借此，在扫气控制中也可以不过分损害控制性地继续进行空燃比反馈控制。
(排放特性的确保，以及发动机输出的改善)
图7是说明在根据本发明的实施方式的内燃机中，实现排放特性的确保以及在输出空燃比下的输出改善的结构用的模式图。在扫气时，可以期待由于增压的增加、气缸内残留气体的扫气、气缸内空燃比的变浓引起的发动机输出改善。通过使气缸内空燃比接近于输出空燃比，可以提高发动机输出。
在图7中，将基于空气流量计17的吸入空气量图示为Aflw。在本实施方式中，ECU80在图7左侧的非扫气运转中(即，没有新鲜空气的串漏的情况下)，基于Aflw计算燃料喷射量F。当使气缸内空气量为Acyl时，由于在非扫气运转中没有新鲜空气的串漏，所以，Aflw与Acyl高精度地一致，因而，可以高精度地使排气空燃比AbyFcat与理论空燃比相一致。
另一方面，在图7的右侧的扫气运转中，在Aflw中，一部分新鲜空气变成串漏空气Ascv，残留的空气变成气缸内空气量A′cyl。由于发生串漏，可以享受气缸内残留气体的扫气等扫气时的利益。在本实施方式中，ECU80在扫气运转中也基于根据空气流量计17的吸入空气量Aflw计算燃料喷射量F。借此，扫气运转中的气缸内空燃比AbyFcyl变成A′cyl/F，其结果是，空气不足，进行在浓空燃比(优选地，接近于输出空燃比A/F＝12的值)下的燃烧。其结果是，可以提高发动机输出。进而，流入催化剂34的排气的空燃比作为平均值为排气空燃比AbyFcat。由于通过稀的串漏空气Ascv和浓的排气流入，Aflw/F的值平均地变成理论空燃比，因此，可以确保良好的排放特性。
如上面说明的那样，根据本实施方式，在扫气控制中，通过进行基于空气流量计17的输出的空燃比控制，从排气口116下游的催化剂34来看，平均的排气空燃比AbyFcat可以成为适合于控制目标空燃比(理论空燃比)的值。相当于串漏空气Ascv的量的稀的气体向催化剂34流入。另一方面，可以以相当于串漏空气Ascv的量的浓的空燃比进行燃烧，可以使气缸内空燃比AbyFcyl向输出空燃比接近。其结果是，在享受由于向输出空燃比侧的转移等而引起的发动机输出改善的效果的同时，另一方面，可以将通向催化剂34的排气空燃比平均地保持在理论空燃比附近。从而，在扫气控制中，可以兼顾输出性能的改善和排放性能恶化的抑制。
[在实施方式中ECU实施的具体的处理]
图8是在本发明的实施方式中ECU80实施的程序的流程图。图8的程序在根据本实施方式的内燃机的实施中以规定的周期重复实施。
在图8的程序中，首先，ECU80实施判定是否有了扫气负荷区域的使用要求的处理(步骤S1)。该步骤的处理，首先，基于加速器开度传感器82的输出信号计算出要求负荷，其次，进行判定该要求负荷在增压器60的动作中是否有了在属于扫气成立区域的负荷下的运转要求的处理。具体地说，可以判定要求负荷是否在规定负荷以上，以及，由曲柄角传感器输出获得的发动机转速Ne是否在规定转速以下。也可以将利用进气压力传感器15检测到的增压的值计算到判定处理中。可以判定要求运转条件是否属于图4的扫气成立区域内。在该扫气的条件不成立的情况下，结束本次的程序。
在步骤S1中的条件成立了的情况下，ECU80实施用于检测是否存在A/F学习履历的处理(步骤S2)。在该步骤中，具体地说，在图3中模式地表示的映射中，例如，如果要求负荷属于区域Ak，则确认是否存在学习值bk的学习履历，例如，如果要求负荷属于区域Ak+1，则对于bk+1确认是否存在学习履历。
在步骤S2的判定处理中，在没有学习履历的情况下，处理转移到步骤S3。在步骤S3，ECU80实施设定成不产生新鲜空气的串漏的气门正时的处理。即，ECU80对进气VVT装置120及排气VVT装置122的各促动器提供控制信号，以便利用实现图5中的非扫气开阀特性(图5(a))的相位角驱动进气门112及排气门118。之后，结束本次的程序，在该状态下实施空燃比反馈控制以及学习。
在步骤S2的判定处理中，在有学习履历的情况下，处理转移到步骤S4。在步骤S4，ECU80实施设定成产生新鲜空气的串漏的气门正时的处理。即，ECU80对进气VVT装置120及排气VVT装置122的各促动器提供控制信号，以便利用实现图5中的扫气开阀特性(图5(b))的相位角驱动进气门112及排气门118。
这样，在步骤S2、S3、S4的程序中，实施在上述“进气VVT装置120及排气VVT装置的控制”中说明的控制动作。
与扫气控制的开始一起，如在上述“空燃比反馈控制的学习值的利用”中说明的那样，在ECU80的空燃比反馈控制中，变成使用学习值bk－1、bk、bk+1以及bk+2。在扫气控制中也可以停止理论空燃比点学习等。
在步骤S4，进而，ECU80实施A/F传感器输出的调平处理。具体地，如利用图6说明的上述“调平处理”的说明内容所述，实施将A/F传感器38的输出信号在时间方向上平滑化的处理。
之后，结束本次的程序，在该状态下实施空燃比反馈控制。即，基于调平处理后的A/F传感器38的输出信号，利用各个学习值bk－1、bk、bk+1以及bk+2，实施(a)修正后A/F输出计算处理以及(b)燃料喷射量控制处理。另外，基于空气流量计17的输出的燃料喷射量计算也继续进行，实现上述的“排放特性的确保、以及发动机输出的改善”中描述的控制动作.
另外，在本实施方式中，在扫气控制开始之后，在步骤S4中实施“调平处理”，并且，继续空燃比反馈控制。但是，本发明并不局限于此。在扫气控制开始之后，也可以在上述步骤S4中向对空燃比进行前馈控制的控制处理进行切换。在这种情况下，也可以将学习值bk－1、bk、bk+1以及bk+2的值分别用于空燃比控制，例如，可以进行用于使“从吸入空气量以及控制目标空燃比计算出的燃料喷射量”与“使排气的空燃比实际上与理论空燃比相一致的燃料喷射量”相一致的燃料喷射量修正。从而，可以抑制在扫气控制中的空燃比控制性的降低。
另外，在本实施方式中，对于每个气缸，设置有配备进气口喷射阀108及气缸内喷射阀110的双喷射系统。但是，本发明并不局限于此，也可以是只配备进气口喷射阀108的结构，也可以是只配备气缸内喷射阀110的结构。另外，在本实施方式中，设置有LPL－EGR装置或HPL－EGR装置，但是，也可以省略这些EGR装置中的一个装置或者两者。
附图标记说明
10气缸体，12进气歧管，14节气门，15进气压力传感器，16中间冷却器，17空气流量计，18空气滤清器，20进气通路，22进气通路，24进气通路，30排气歧管，32排气管，34催化剂，36排气管，38A/F传感器，40LPL－EGR通路，42EGR阀，44HPL－EGR通路，46EGR冷却器，48EGR阀，60增压器，62压缩机，64涡轮机，66旁通通路，68空气旁通阀，70废气旁通阀，82加速器开度传感器，100气缸，102气缸内壁，104活塞，106进气口，108进气口喷射阀，110气缸内喷射阀，112进气门，114火花塞，116排气口，118排气门，120进气VVT装置，122排气VVT装置。

Claims (6)

1.一种内燃机，其特征在于，配备有：
增压器；
可变气门传动装置，所述可变气门传动装置驱动进气门及排气门，能够进行以设置了气门重叠的开阀特性进行的驱动；
空燃比传感器，所述空燃比传感器设置于排气通路；
空燃比反馈控制单元，所述空燃比反馈控制单元基于所述空燃比传感器的输出对燃料喷射量进行反馈修正，由所述反馈修正的修正量取得与空燃比控制相关联的信息的学习值；以及
扫气空燃比控制单元，在以扫气开阀特性使所述可变气门传动装置动作的情况下，所述扫气空燃比控制单元利用在以并非所述扫气开阀特性的开阀特性进行的内燃机运转中学习到的所述学习值来实施空燃比控制，所述扫气开阀特性是具有在所述增压器动作中的进气行程中产生吸入空气的串漏的程度的气门重叠量的开阀特性。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述空燃比反馈控制单元包含有：
基于所述空燃比传感器的输出对燃料喷射量进行反馈修正、以便使排气的空燃比与控制目标空燃比相一致的单元；
存储单元，所述存储单元学习对于在所述反馈修正中的燃料喷射量的修正量，将通过该学习获得的值作为与所述空燃比控制相关联的信息的学习值，与吸入空气量相对应地存储起来；以及
利用所述学习值修正由所述空燃比传感器的输出获得的空燃比与所述排气的空燃比之间的偏差的单元，
在所述增压器的动作中有了在特定负荷下的运转要求的情况下，所述扫气空燃比控制单元从在以并非所述扫气开阀特性的开阀特性使所述可变气门传动装置动作时的内燃机运转中学习到的多个所述学习值之中，选择与对应于所述特定负荷的吸入空气量相对应的学习值，实施空燃比的反馈控制或者前馈控制，所述特定负荷属于通过以所述扫气开阀特性进行的驱动而产生所述串漏的扫气负荷区域。
3.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，配备有气门传动机构控制单元，在所述增压器的动作中有了在特定负荷下的运转要求的情况下，在对于对应于所述特定负荷的吸入空气量的学习值学习完毕时，所述气门传动机构控制单元以所述扫气开阀特性使所述可变气门传动装置动作，在对于对应于所述特定负荷的吸入空气量的学习值没有学习完毕时，所述气门传动机构控制单元以并非所述扫气开阀特性的开阀特性使所述可变气门传动装置动作，所述特定负荷属于通过以所述扫气开阀特性进行的驱动而产生所述串漏的扫气负荷区域。
4.如权利要求3所述的内燃机，其特征在于，
所述扫气空燃比控制单元是实施空燃比的反馈控制的单元，
在所述气门传动机构控制单元以所述扫气开阀特性使所述可变气门传动装置动作的期间，所述扫气空燃比控制单元进行将所述空燃比传感器的输出信号在时间方向上平滑化的调平处理，
并且，
在所述气门传动机构控制单元以所述扫气开阀特性使所述可变气门传动装置动作的期间，所述扫气空燃比控制单元基于所述学习值及被平滑化后的所述空燃比传感器的输出信号，对燃料喷射量进行反馈修正。
5.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于，配备有：
空气流量计；以及
催化剂，所述催化剂在所述排气通路中设置在所述空燃比传感器的下游，
在所述增压器的动作中以所述扫气开阀特性使所述可变气门传动装置动作的情况下，所述扫气空燃比控制单元利用由所述空气流量计的输出获得的吸入空气量，基于控制目标空燃比来计算燃料喷射量。
6.一种内燃机，其特征在于，配备有：
增压器；
可变气门传动装置，所述可变气门传动装置驱动进气门及排气门，能够进行以设置了气门重叠的开阀特性进行的驱动；
空燃比传感器，所述空燃比传感器设置于排气通路；
空燃比控制单元，所述空燃比控制单元基于所述空燃比传感器的输出对燃料喷射量进行反馈修正，由所述反馈修正的修正量取得与空燃比控制相关联的信息的学习值，利用所述学习值实施空燃比控制；以及
气门传动机构控制单元，所述气门传动机构控制单元能够进行以扫气开阀特性使所述可变气门传动装置驱动的控制，所述扫气开阀特性是具有在所述增压器动作中的进气行程中产生吸入空气的串漏的程度的气门重叠量的开阀特性，并且，在所述增压器的动作中有了在规定的高负荷区域内的特定负荷下的运转要求的情况下，在所述运转要求之前实施了在所述特定负荷的等吸入空气量区域中由所述空燃比控制单元进行的控制的情况下，所述气门传动机构控制单元以所述扫气开阀特性使所述可变气门传动装置动作，在所述运转要求之前没有实施在所述特定负荷的等吸入空气量区域中由所述空燃比控制单元进行的控制的情况下，所述气门传动机构控制单元以并非所述扫气开阀特性的开阀特性使所述可变气门传动装置动作。
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