CN105121815A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于促进催化剂的温度上升。一种内燃机的控制装置，内燃机具备：催化剂，其设置于内燃机的排气通路，具有氧化能力；增压器；通路内喷射阀，其向进气通路内喷射燃料；缸内喷射阀，其向气缸内喷射燃料；以及可变气门装置，其变更进气门的打开正时或排气门的关闭正时的至少一方，其中，控制装置在内燃机的进气压比大气压高的情况下，进行产生内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在进气门关闭的期间完成来自通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自缸内喷射阀的燃料喷射的控制。

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。
背景技术
已知有如下技术：在具备增压器且向气缸内直接喷射燃料的内燃机中，为了催化剂的温度上升而在增压时使气门重叠产生，进而一边使燃料的喷射正时延迟一边实施分层燃烧(例如，参照专利文献1)。
另外，已知有如下技术：具备向燃烧室喷射燃料的第1燃料喷射阀和向内燃机的进气通路喷射燃料的第2燃料喷射阀，进行第1升温模式和第2升温模式，所述第1升温模式是将第1燃料喷射阀的喷射正时设定在压缩行程，将第2燃料喷射阀的喷射正时设定在排气行程来进行燃料喷射的模式，所述第2升温模式是在第1升温模式后将第1燃料喷射阀的喷射正时设定在压缩行程，将一部分气缸的第2燃料喷射阀的喷射正时设定在进气行程并且将其他气缸的第2燃料喷射阀的喷射正时设定在排气行程的模式(例如，参照专利文献2)。
另外，已知有如下技术：在具备增压器的内燃机中，在加速运转时通过使气门重叠量增大来使吸入空气吹到排气通路，从而使加速性能提高，在之后转变为稳态运转的情况下，一边使气门重叠减少，一边禁止将废气旁通阀向开阀侧驱动，直到该气门重叠量收敛于目标值(例如，参照专利文献3)。
另外，已知有如下技术：在产生气门重叠的期间内进行燃料喷射阀的燃料喷射，使喷射出的燃料的一部分从进气口吹到排气口，由此，将气缸内的空燃比抑制为不会失火的等级，通过二次空气使吹出的燃料燃烧，从而使排气温度上升(例如，参照专利文献4)。
在此，在进行稀燃运转的内燃机中，若产生重叠，则催化剂的温度可能会因温度低的进气流向排气通路而降低，或者催化剂的温度上升可能会因温度低的进气流向排气通路而而变得缓慢。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2010-112296号公报
专利文献2：日本特开2012-107588号公报
专利文献3：日本特开2011-190771号公报
专利文献4：日本特开2006-177189号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于如上所述的问题而完成的发明，其目的在于促进催化剂的温度上升。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明的内燃机的控制装置是如下内燃机的控制装置，所述内燃机能够进行稀燃运转，具备：
催化剂，其设置于内燃机的排气通路，具有氧化能力；
增压器；
通路内喷射阀，其向所述内燃机的进气通路内喷射燃料；
缸内喷射阀，其向所述内燃机的气缸内喷射燃料；以及
可变气门装置，其变更所述内燃机的进气门的打开正时和排气门的关闭正时的至少一方，
所述控制装置，在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，进行产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制。
在稀燃运转期间，排气的温度变低，因此，催化剂的温度可能降低。对此，通过向催化剂供给燃料，能够使催化剂的温度上升。在此，通过在进气门关闭的期间完成来自通路内喷射阀的燃料喷射，能够在进气门打开之前使混合气滞留在进气通路内。然后，在进气门打开的时刻，由于排气门也打开，进一步处于增压状态，所以混合气通过气缸而从进气通路向排气通路流动。这样流出到排气通路的氧和燃料在具有氧化能力的催化剂处反应而产生热。由此，能够使催化剂的温度上升。另外，由于来自缸内喷射阀的燃料喷射在活塞从排气上止点移动到进气下止点的进气行程中完成，所以能够抑制从该缸内喷射阀喷射的燃料向排气通路流出。另外，由于从通路内喷射阀喷射的燃料几乎都向排气通路流出，所以在气缸内燃烧的燃料的大部分成为从缸内喷射阀喷射出的燃料。此外，来自通路内喷射阀的燃料喷射只要在进气门关闭之后开始，在之后直到进气门打开为止的期间结束即可。
另外，在本发明中，在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，在产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制以及在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制全都进行时，和不进行其中的任意的一个以上的控制时，可以使所述内燃机的气缸内的燃烧时的空燃比相等。
即，在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，可以不管产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制以及在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制是否全都进行，都使燃烧时的空燃比不变化。这样，通过抑制空燃比变化，能够抑制产生失火，或者抑制NOx的排出量增大。此外，燃烧时的空燃比例如也可以根据内燃机的运转区域(也可以设为内燃机的运转状态)来决定。
另外，在本发明中，可以调整来自所述通路内喷射阀和所述缸内喷射阀的燃料喷射量，以使得整体空燃比成为比理论空燃比稀的稀空燃比，所述整体空燃比是将所述内燃机的吸入空气量除以所述通路内喷射阀和所述缸内喷射阀的合计燃料喷射量而得到的值。
若整体空燃比是比理论空燃比稀的空燃比，则在具有氧化能力的催化剂中，氧相对于燃料成为过剩，因此，能够抑制燃料通过催化剂。另外，在稀燃运转时，与在理论空燃比下的运转时相比，具有氧化能力的催化剂的温度较低，因此，能够在更广的运转区域中使催化剂的温度上升。
另外，在本发明中，在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，可以在具有氧化能力的所述催化剂的温度为作为燃料的反应温度的预定温度以上时，进行产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制。
在具有氧化能力的催化剂的温度不为预定温度以上的情况下，即使向该催化剂供给氧和燃料，也难以指望温度上升，因此，在该催化剂的温度为预定温度以上的情况下向该催化剂供给氧和燃料。于是，能够抑制在具有氧化能力的催化剂中燃料不反应而该燃料成为浪费。
另外，在本发明中，在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，可以在具有氧化能力的所述催化剂的温度为阈值以下时，进行产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制。
在此所说的阈值是催化剂不会过热的温度的上限值，或者是相对于催化剂过热的温度具有余裕的温度。另外，也可以将阈值设为耐热温度的上限值。通过仅在这样的情况下向催化剂供给燃料和氧，能够抑制具有氧化能力的催化剂过热。
另外，在本发明中，可以在具有氧化能力的所述催化剂的下游的排气通路具备吸藏还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂以及过滤器中的至少一方，
在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，在所述吸藏还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂以及过滤器中的至少一方的温度比阈值低时，进行产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制。
在此所说的阈值可以设为在吸藏还原型NOx催化剂或选择还原型NOx催化剂中能够净化NOx的温度的下限值。另外，也可以设为吸藏还原型NOx催化剂的硫中毒恢复的温度的下限值，或者设为使过滤器所捕集的PM氧化的温度的下限值。即，通过仅在通过吸藏还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂或者过滤器的温度上升能够使吸藏NOx的能力上升或者能够进行硫中毒的恢复或过滤器的再生的情况下向具有氧化能力的催化剂供给燃料和氧，能够抑制燃料成为浪费。
另外，在本发明中，可以在具有氧化能力的所述催化剂的下游的排气通路具备吸藏还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂以及过滤器中的至少一方，
在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，在所述吸藏还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂以及过滤器中的至少一方的温度为目标温度以上时，进行产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制。
在此所说的目标温度可以设为吸藏还原型NOx催化剂或选择还原型NOx催化剂能够净化NOx的温度。另外，也可以设为吸藏还原型NOx催化剂的硫中毒恢复的温度或者进行过滤器的再生的温度。即，目标温度是无需进一步使温度上升的情况下的温度。在达到了这样的温度之后，若不向具有氧化能力的催化剂供给燃料和氧，则能够抑制燃料成为浪费，另外，能够抑制吸藏还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂或者过滤器的过热。
另外，在本发明中，可以基于具有氧化能力的所述催化剂的温度以及燃料的低位发热量来决定从所述通路内喷射阀喷射的燃料量。
在此，使具有氧化能力的催化剂的温度上升的主要是从通路内喷射阀喷射出的燃料。因此，通过调整从通路内喷射阀喷射的燃料的量，能够调整具有氧化能力的催化剂的温度。并且，根据具有氧化能力的催化剂的温度和燃料的低位发热量，能够算出需要供给多少燃料才能够使具有氧化能力的催化剂上升到目标温度。并且，通过基于具有氧化能力的催化剂的温度和燃料的低位发热量来决定从通路内喷射阀喷射的燃料的量，能够使具有氧化能力的催化剂的温度充分地上升。
另外，在本发明中，在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，可以在产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制全都进行时，与不进行其中的任意的一个以上的控制时相比，将气门重叠量设得大。
在此，即使在无需向催化剂供给燃料和氧的情况下，有时也使气门重叠产生。但是，若使气门重叠量过大，则燃烧后的气体会残留在气缸内而导致燃烧状态变得不稳定。另一方面，在如上述那样向催化剂供给燃料和氧时，由于进气的压力比大气压高，所以空气在气缸内通过而从进气通路向排气通路流通。通过此时增大气门重叠量，能够向催化剂供给更多的空气。由此，能够促进燃料的氧化。另外，能够抑制进气通路内的燃料残留在进气通路和气缸内。即，在使催化剂的温度上升时，通过进一步增大气门重叠量，能够更有效地使催化剂的温度上升。
另外，在本发明中，所述内燃机中，可以在所述进气门关闭之后所述排气门打开，在所述排气门打开之后所述进气门打开，在所述进气门打开之后所述排气门关闭，在所述排气门关闭之后所述进气门关闭，
在所述进气门关闭之后且所述排气门打开之后，开始来自所述通路内喷射阀的燃料喷射，或者，在所述进气门关闭之后且所述排气门打开之前，开始来自所述通路内喷射阀的燃料喷射，
在开始来自所述通路内喷射阀的燃料喷射之后且所述进气门打开之前，完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射，
在所述进气门打开之后且所述排气门关闭之前，开始来自所述缸内喷射阀的燃料喷射，或者，在所述进气门打开之后且所述排气门关闭之后，开始来自所述缸内喷射阀的燃料喷射，
在开始来自所述缸内喷射阀的燃料喷射之后且所述进气门关闭之前，完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射。
排气门的打开和来自通路内喷射阀的燃料喷射的开始，哪一方都可以在前。并且，通过在排气门打开之后且进气门打开之前完成来自通路内喷射阀的燃料喷射，能够使混合气滞留在进气通路内。另外，来自缸内喷射阀的燃料喷射的开始和排气门的关闭，哪一方都可以在前。并且，通过在从进气门打开到进气门关闭为止期间且在进气行程中完成来自缸内喷射阀的燃料喷射，能够促进燃料的扩散。
发明的效果
根据本发明，能够促进催化剂的温度上升。
附图说明
图1是示出实施例的内燃机的概略结构的图。
图2是示出吸入空气量与压缩机效率的关系的图。
图3是示出相对于曲轴角的进气门和排气门打开的正时、从通路内喷射阀以及缸内喷射阀喷射燃料的正时的图。
图4是示出相对于进气侧VVT的气门正时的提前程度的吸入空气量、吸入气体量、内部EGR量的图。
图5是示出实施例的升温控制的流程的流程图。
图6是示出实施了实施例的升温控制时的各种值的推移的时间图。
图7是示出实施了实施例的升温控制时的各种值的推移的另一时间图。
具体实施方式
以下，参照附图，基于实施例例示性地对本发明的实施方式进行详细说明。但是，该实施例所记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，只要没有特别记载，就并非旨在仅将本发明的范围限定于此。
实施例1
图1是示出本实施例的内燃机1的概略结构的图。此外，在本实施例中，为了简洁地表示内燃机1而省略了一部分构成要素的表示。内燃机1是具有4个气缸2的4冲程汽油内燃机。
在内燃机1的气缸盖10连接有进气管4以及排气管8。在气缸盖10形成有从进气管4通到气缸2内的进气口3以及从排气管8通到气缸2内的排气口7。在进气口3的气缸2侧的端部具备进气门5。进气门5的开闭利用进气侧凸轮6来进行。另外，在排气口7的气缸2侧的端部具备排气门9。排气门9的开闭利用排气侧凸轮11来进行。
进气侧凸轮6安装于进气侧凸轮轴22，在进气侧凸轮轴22的端部还设置有进气侧滑轮24。在进气侧凸轮轴22与进气侧滑轮24之间设置有能够变更进气侧凸轮轴22与进气侧滑轮24的相对的旋转相位的可变旋转相位机构(以下，称作“进气侧VVT”)23。
另外，排气侧凸轮11安装于排气侧凸轮轴25，在排气侧凸轮轴25的端部还设置有排气侧滑轮27。在排气侧凸轮轴25与排气侧滑轮27之间设置有能够变更排气侧凸轮轴25与排气侧滑轮27的相对的旋转相位的可变旋转相位机构(以下，称作“排气侧VVT”)26。
并且，进气侧滑轮24以及排气侧滑轮27从曲轴13获得驱动力而旋转。进气侧VVT23通过变更曲轴13的旋转角与进气侧凸轮轴22的旋转角的关系，能够变更进气门5的开闭正时。另外，排气侧VVT26通过变更曲轴13的旋转角与排气侧凸轮轴25的旋转角的关系，能够变更排气门9的开闭正时。此外，在本实施例中，具备进气侧VVT23和排气侧VVT26的至少一方即可。另外，进气门5或者排气门9的开闭正时也可以利用其他机构来变更。此外，在本实施例中，进气侧VVT23或者排气侧VVT26相当于本发明中的可变气门装置。
并且，经由连杆14与内燃机1的曲轴13连结的活塞15在气缸2内进行往复。
在进气管4的中途设置有以排气的能量为驱动源来工作的涡轮增压器50的压缩机壳体51。此外，在本实施例中，涡轮增压器50相当于本发明中的增压器。另外，虽然在本实施例中使用涡轮增压器，但也可以取代其而使用由曲轴13驱动的机械式的增压器。
另外，在比压缩机壳体51靠上游的进气管4设置有调节在该进气管4中流动的进气的量的节气门16。在比该节气门16靠上游的进气管4安装有输出与在该进气管4内流动的空气的量相应的信号的空气流量计95。由该空气流量计95检测内燃机1的吸入空气量。另外，在比压缩机壳体51靠下游侧的进气管4安装有测定该进气管4内的压力的进气压传感器93。另外，在比涡轮壳体52靠上游侧的排气管8安装有测定该排气管8内的压力的排气压传感器94。此外，进气压传感器93以及排气压传感器94检测相对于大气压的相对压力。
另一方面，在排气管8的中途设置有涡轮增压器50的涡轮壳体52。在比涡轮壳体52靠下游的排气管8设置有三元催化剂31。此外，三元催化剂31只要是具备氧化能力的催化剂即可，也可以是氧化催化剂或者NOx催化剂。并且，在本实施例中，三元催化剂31相当于本发明中的具有氧化能力的催化剂。另外，在比三元催化剂31靠下游的排气管8设置有吸藏还原型NOx催化剂32(以下，称作NOx催化剂32)。该NOx催化剂32在流入的排气的氧浓度高时吸藏排气中的NOx，在流入的排气的氧浓度降低且存在还原剂时将所吸藏的NOx还原。此外，也可以取代NOx催化剂32而设置其他催化剂(例如，选择还原型NOx催化剂)。另外，也可以具备捕获排气中的粒子状物质的过滤器。也可以在该过滤器担载催化剂。
在内燃机1附近的进气管4安装有朝向进气口3喷射燃料的通路内喷射阀81。另外，在内燃机1安装有向气缸2内喷射燃料的缸内喷射阀82。进而，在内燃机1还安装有使气缸2内产生电火花的火花塞83。
并且，在内燃机1并设有用于控制该内燃机1的电子控制装置即ECU90。该ECU90除了CPU之外还具备存储各种程序以及映射的ROM、RAM等，根据内燃机1的运转条件和/或驾驶员的要求来控制内燃机1。
在此，除了上述各种传感器之外，加速器开度传感器91和曲轴位置传感器92与ECU90电连接。ECU90从加速器开度传感器91接收与加速器开度相应的信号，根据该信号算出内燃机1所要求的内燃机负荷等。另外，ECU90从曲轴位置传感器92接收与内燃机1的出力轴的旋转角相应的信号，算出内燃机1的内燃机转速。
另一方面，在ECU90经由电线连接有进气侧VVT23、排气侧VVT26、通路内喷射阀81、缸内喷射阀82以及火花塞83，由该ECU90来控制这些设备。
并且，ECU90在需要使三元催化剂31或NOx催化剂32的温度上升的情况下实施升温控制。在进行升温控制时，与不进行升温控制时相比，增大气门重叠量，并且使从通路内喷射阀81喷射的燃料量增加。此外，在不进行升温控制时，也可以禁止来自通路内喷射阀81的燃料喷射。在该情况下，在进行升温控制时使通路内喷射阀81喷射燃料。然后，在进气门5完全关闭的期间内使通路内喷射阀81喷射燃料，且在进气行程中使缸内喷射阀82喷射燃料。即，从通路内喷射阀81的燃料喷射的开始到结束，进气门5不打开。由此，从通路内喷射阀81喷射出的燃料滞留在进气口3内。另一方面，通过在进气行程中从缸内喷射阀82喷射燃料，能够抑制从缸内喷射阀82喷射出的燃料向排气口7流出。
另外，在本实施例中，在进气压传感器93显示正压时(即，在进气压比大气压高时)，认为处于增压状态而进行升温控制。此外，当内燃机转速变高时，排气口7内的压力上升，与进气口3内的压力之差变小。由此，空气变得难以从进气口3通向排气口7。对此，在本实施例中，在内燃机转速比较低时进行升温控制。
在此，图2是示出吸入空气量与压缩机效率的关系的图。如图2所示，压缩机效率由吸入空气量决定。并且，在涡轮增压器50中，存在压缩机效率成为极大的吸入空气量。即，不管实际的吸入空气量是比压缩机效率成为极大的吸入空气量多，还是比其少，压缩机效率都降低。通常，以压缩机效率成为极大吸入空气量与期望的内燃机转速的吸入空气量相一致的方式选择涡轮增压器。例如，选择在低旋转中压缩机效率成为最大的涡轮增压器。因而，在低旋转中，压缩机效率变高。另一方面，当成为高旋转时，排气的流量变多，从而排气的压力上升。在该情况下，排气的压力有可能比进气的压力高。在这样的状态下，即使增大气门重叠量，空气也不会从进气口3向排气口7流动。另外，即使是低旋转，若不处于增压状态，则空气也不会从进气口3向排气口7流动。因而，在本实施例中，在内燃机转速比较低且处于增压状态时实施升温控制。内燃机转速例如2000rmp为以下，但该值根据涡轮增压器的特性而改变，因此，预先通过实验或模拟等求出最佳值。
图3是示出相对于曲轴角的进气门5和排气门9打开的正时、从通路内喷射阀81和缸内喷射阀82喷射燃料的正时的图。曲轴角在膨胀行程开始时成为0。即，在压缩上止点时的曲轴角设为0。此外，将正在进行升温控制时表示为“升温”，将未进行升温控制时设为通常控制，用“通常”来表示。
在通常控制时和升温控制时，排气门9在从膨胀行程的后半部分到进气行程的前半部分的期间打开。另外，在通常控制时和升温控制时，进气门5在从排气行程的后半部分到压缩行程中途的期间打开。因而，在通常控制时和升温控制时，从排气行程的结束的稍前时刻到进气行程的开始的稍后时刻，排气门9和进气门5双方均打开。该排气门9和进气门5双方均打开的期间成为气门重叠量。
并且，与通常控制时相比，在升温控制时，在较晚的正时排气门9开始打开。排气门9关闭的正时也是升温控制时比通常控制时晚。也就是说，在升温控制时，使排气门9的开闭正时延迟。另外，与通常控制时相比，在升温控制时，在较早的正时进气门5开始打开。进气门5关闭的正时也是升温控制时比通常控制时早。也就是说，在升温控制时，使进气门5的开闭正时提前。这样一来，与通常控制时相比，在升温控制时，气门重叠量变大。
另外，在通常控制时，不使通路内喷射阀81喷射燃料，仅使缸内喷射阀82喷射燃料。在该情况下，在进气行程中喷射燃料。例如，在内燃机1在理论空燃比附近运转的情况下，排气的温度高，因此，若吸入空气与从通路内喷射阀81喷射出的燃料一起通过气缸2而到达三元催化剂31，则该三元催化剂31可能会过热。与此相对，若不从通路内喷射阀81喷射燃料，则能够抑制三元催化剂31的过热。
另一方面，在升温控制时，也使通路内喷射阀81喷射燃料。从通路内喷射阀81喷射燃料的正时比产生气门重叠的期间靠前，即，在进气门5打开之前。此外，开始从通路内喷射阀81喷射燃料的正时既可以是排气门打开之前，也可以是排气门打开之后。这样，在升温控制时，使得在进气门5打开时不从通路内喷射阀81喷射燃料。另外，从缸内喷射阀82喷射燃料的正时在进气行程中。即，是活塞15下降时，是从缸内喷射阀82喷射出的燃料难以向进气口3和排气口7流出时。此外，开始从缸内喷射阀82喷射燃料的正时既可以是排气门关闭之前，也可以是排气门关闭之后。虽然也可以是即使在通常控制时也从通路内喷射阀81喷射燃料，但在该情况下，与升温燃烧时相比，会减少燃料喷射量。由此，会减少到达三元催化剂31的燃料。
在此，在本实施例中，在进气的压力比大气压高的增压状态时进行升温控制。通过在增压状态时增大气门重叠量，在产生气门重叠时通过气缸2而从进气管4侧向排气管8侧流动的空气量变多。另外，通过在进气门5关闭的期间内使通路内喷射阀81喷射燃料，在进气门5打开之后，燃料提前从进气口3向排气口7移动。并且，通过增大气门重叠量，大量空气会直接向排气口7流出，因此，从通路内喷射阀81喷射出的燃料更多地向排气口7侧流出。即，通过增大气门重叠量，能够抑制从通路内喷射阀81喷射出的燃料残留于进气口3和气缸2。
并且，在产生气门重叠时向排气口7流出的燃料在排气管8中流动而流入三元催化剂31。此时，在向三元催化剂31流入的排气中，包含通过了气缸2的大量的氧，因此，在三元催化剂31中，燃料与氧反应而产生热。通过该热，能够使三元催化剂31和NOx催化剂32的温度上升。另外，由于氧多，所以燃料容易氧化，因此，能够抑制未燃燃料向大气中放出。
在此，若将“残留在气缸2内的空气量和通过气缸2内的空气量的合计值”除以“来自通路内喷射阀81的燃料喷射量和来自缸内喷射阀82的燃料喷射量的合计值”而得到的值设为整体空燃比，则使得该整体空燃比成为比理论空燃比稀的空燃比。此外，“残留在气缸2内的空气量和通过气缸2内的空气量的合计值”也可以设为由空气流量计95检测出的吸入空气量。
另外，若将残留在气缸2内的空气量除以来自缸内喷射阀82的燃料喷射量而得到的值设为缸内空燃比，则使得该缸内空燃比成为比理论空燃比稀的空燃比。此外，成为缸内空燃比的目标值的目标空燃比例如被设定为25。该缸内空燃比的目标值不管是否实施升温控制都设为相同的值。即，即使从通常控制向升温控制转变，另外，即使从升温控制向通常控制转变，缸内空燃比的目标值也不变化。实施升温控制的情况下的缸内空燃比的目标值与假定此时不实施升温控制的情况下的缸内空燃比的目标值相同。这样，能够不使内燃机1的输出、转矩变化，因此，能够抑制驾驶性能的恶化。此外，缸内空燃比的目标值也可以根据内燃机1的运转状态(例如，内燃机转速和内燃机负荷)来决定。该缸内空燃比的目标值也可以预先通过实验和/或模拟求出最佳值并将其存储于ECU90。
ECU90基于进气口3与排气口7的压力差来算出通过了气缸2的空气量。即，进气口3与排气口7的压力差与在产生气门重叠时通过了气缸2的空气量相关联，因此，基于进气口3与排气口7的压力差，能够求出在产生气门重叠时通过了气缸2的空气量。此外，也可以预先通过实验或模拟来求出进气口3与排气口7的压力差和通过了气缸2的空气量的关系并将其存储于ECU90。另外，残留在气缸2内的空气量能够通过从由空气流量计95检测到的吸入空气量减去通过了气缸2的空气量来求出。
此外，来自通路内喷射阀81的燃料喷射量设为三元催化剂31不会过热的量。例如，可以基于燃料的低位发热量以及三元催化剂31的当前时刻的温度与耐热温度之差，算出可增量的燃料量，基于该可增量的燃料量来求出来自通路内喷射阀81的燃料喷射量的增量比例。该关系也可以预先通过实验或模拟来求出。
另外，缸内空燃比通过来自缸内喷射阀82的燃料喷射量来调整。在此，从通路内喷射阀81喷射出的燃料的大部分会在产生气门重叠的期间流动至排气管8。因此，从通路内喷射阀81喷射出的燃料不会对气缸2内的空燃比产生影响。因此，在算出缸内空燃比时，不考虑来自通路内喷射阀81的燃料喷射量，仅考虑来自缸内喷射阀82的燃料喷射量即可。
另外，气门重叠量只要设为在升温控制时比在通常控制时(不进行升温控制时)大即可。另外，在升温控制时，也可以尽量增大气门重叠量。在此，在进气的压力比排气的压力高时，气门重叠量越大，则通过气缸2的空气量越多。由此，能够向三元催化剂31供给更多的燃料和氧，因而能够进一步促进三元催化剂31和NOx催化剂32的温度上升。
另一方面，在不处于增压状态的情况下，或者在虽然处于增压状态但内燃机转速比较高的情况下，排气的压力比进气的压力高，因此，气门重叠量越大，则气缸2内的燃烧后的气体的残留量(内部EGR气体量)越大。因而，吸入空气量减少。因此，在通常控制时，使排气门9的打开正时提前。另一方面，通常控制时的进气门5的开闭正时考虑吸入空气量和内部EGR气体量来决定。
在此，图4是示出相对于进气侧VVT23的气门正时的提前程度的吸入空气量、吸入气体量、内部EGR量的图。吸入空气量是吸入到气缸2内的空气量。吸入气体量是气缸2内的空气量和内部EGR气体量的总量。内部EGR气体是在气缸2内燃烧后的气体，是残留在气缸2内的气体。在该内部EGR气体中也包含向进气口3或排气口7流出之后返回到气缸2内的气体。
在图4中，在由A表示的提前程度时，吸入空气量最大。在该吸入空气量最大的提前程度的提前侧，产生了气门重叠。当产生气门重叠时，内部EGR气体量增加。即，如使进气门5的开闭正时过于提前，则内部EGR气体量增加，但若使其过于延迟，则吸入空气量减少。因而，进气门5的开闭正时考虑吸入空气量和内部EGR气体量来决定。该进气门5的开闭正时预先通过实验或模拟求出并存储于ECU90。
另外，也可以在NOx催化剂32的温度达到了目标温度的情况下结束升温控制。该目标温度例如可以设为净化窗的范围内的温度，例如可以设为400℃。另外，升温控制也可以在NOx催化剂32的温度比净化窗的范围的下限值(例如300℃)低的情况下进行。通过在NOx催化剂32的温度比净化窗的下限值低的情况下进行升温控制，能够提高NOx催化剂32的净化性能。另外，也可以调整来自通路内喷射阀81的燃料喷射量，以使NOx催化剂32的温度成为NOx的吸藏量最多的温度。在此，NOx催化剂32可吸藏的NOx量根据该NOx催化剂32的温度而变化，不管是比规定的温度低，还是比其高，可吸藏的NOx量都减少。通过调整来自通路内喷射阀81的燃料喷射量以使NOx催化剂32的温度成为规定的温度，能够提高NOx催化剂32的NOx净化率。
图5是示出本实施例的升温控制的流程的流程图。本例程由ECU90每隔预定的时间执行。
在步骤S101中，判定三元催化剂31的温度(TWC温度)是否低于预定温度(例如800℃)。在此所说的预定温度是三元催化剂31可能会过热的温度的下限值，例如是800℃。该预定温度被设定得比三元催化剂31的基材溶损的温度低。在三元催化剂31的温度为预定温度以上的情况下，为了抑制三元催化剂31的过热而不实施升温控制。即，在本步骤中，判定三元催化剂31的温度能否上升。即使在NOx催化剂32的温度低的情况下，三元催化剂31的温度有时也高，因此，在本步骤中，抑制这样的情况下的三元催化剂31的过热。在步骤S101判定为肯定的情况下进入步骤S102，另一方面，在判定为否定的情况下进入步骤S114。
在步骤S102中，判定升温标志是否激活。本实施例的升温控制在升温标志激活时实施，在升温标志非激活时不实施。在本实施例中，判定是否在实施升温控制。在步骤S101中判定为肯定的情况下进入步骤S103，另一方面，在判定为否定的情况下进入步骤S105。
在步骤S103中，判定NOx催化剂32的温度(NSR温度)是否为目标温度(例如400℃)以上。在此所说的目标温度是比NOx催化剂32的净化窗的上限值低的温度，是净化窗内的温度。NOx催化剂32的净化窗例如是300℃～450℃，因此在该范围内设定目标温度。即，在本步骤中，判定是否NOx催化剂32的温度足够高而无需进一步使温度上升。在步骤S103中判定为肯定的情况下进入步骤S104，另一方面，在判定为否定的情况下进入步骤S107。
在步骤S104中，将升温标志设为非激活。即，由于无需使NOx催化剂32的温度上升，所以将升温标志设为非激活。
在步骤S105中，判定NOx催化剂32的温度(NSR温度)是否比净化窗的下限值(例如300℃)低。在本步骤中，判定NOx催化剂32的温度是否低至无法在该NOx催化剂32中净化NOx的程度。即，在本步骤中，判定是否需要使NOx催化剂32的温度上升。在步骤S105中判定为肯定的情况下进入步骤S106，另一方面，在判定为否定的情况下进入步骤S114。
在步骤S106中，判定三元催化剂31的温度(TWC温度)是否为预定温度(例如400℃)以上。在此所说的预定温度是在三元催化剂31中燃料充分反应的温度的下限值。即，在本步骤中，判定从通路内喷射阀81供给的燃料是否能在三元催化剂31中反应。在燃料不能在三元催化剂31中充分反应的情况下，燃料可能会通过三元催化剂31，因此，不进行升温控制。在步骤S106判定为肯定的情况下进入步骤S107，另一方面，在判定为否定的情况下进入步骤S114。
在步骤S107中，判定内燃机转速是否为预定转速(例如，3000rpm)以下。在此所说的预定转速是能够实施本实施例的升温控制的内燃机转速的上限值。该预定转速考虑压缩机效率来决定。即，在本步骤中，判定是否是能够实施升温控制的内燃机转速。在步骤S107中判定为肯定的情况下进入步骤S108，另一方面，在判定为否定的情况下进入步骤S114。
在步骤S108中，判定进气压是否比大气压高。在本步骤中，判定是否处于增压状态。即，判定是否处于在产生气门重叠时从进气口3向气缸2内流入空气进而从气缸2内向排气口7流出空气的状态。在步骤S108中判定为肯定的情况下进入步骤S109，另一方面，在判定为否定的情况下进入步骤S114。
在步骤S109中，将升温标志设为激活。即，由于需要使NOx催化剂32的温度上升，所以激活升温标志来实施升温控制。
在步骤S110中，增大气门重叠量。在本步骤中，进行使进气门5的打开正时提前和使排气门9的关闭正时延迟的至少一方。气门重叠量例如可以与内燃机1的运转状态相关联而预先通过实验或模拟等求出并存储于ECU90。另外，气门重叠量可以设为通过气缸2的空气量最多的值。
在此，在进气口3内的压力比排气口7内的压力高的情况下，气门重叠量越大，通过气缸2的空气量越多，吸入空气量也越多。因此，也可以通过使进气门5的开闭正时尽可能提前、且使排气门9的开闭正时尽可能延迟，来使吸入空气量尽量多。
在步骤S111中，使通路内喷射阀81的燃料喷射正时提前。在本步骤中，变更燃料喷射正时，以使来自通路内喷射阀81的燃料喷射在进气门5的关闭的正时完成。此外，若是在从通路内喷射阀81喷射燃料时进气门5不打开的正时，则来自该通路内喷射阀81的燃料喷射的开始正时和结束正时没有特别的规定。
在步骤S112中，算出来自缸内喷射阀82的燃料喷射量。来自缸内喷射阀82的燃料喷射量通过将气缸2内的空气量除以目标空燃比(例如25)来得到。气缸2内的空气量通过从由空气流量计95检测出的吸入空气量减去通过了气缸2的空气量来求出。通过了气缸2的空气量与进气管4与排气管8的压力差相关联，因而基于该压力差来算出。
在步骤S113中，算出来自通路内喷射阀81的燃料喷射量。在本步骤中，将来自通路内喷射阀81的燃料喷射量设为适于三元催化剂31和NOx催化剂32的升温的燃料喷射量。即，决定来自通路内喷射阀81的燃料喷射量，以使整体空燃比成为比理论空燃比稀的空燃比。整体空燃比的目标值也可以预先通过实验或模拟求出最佳值并存储于ECU90。之后，结束本例程。
另一方面，在步骤S114中，将升温标志设为非激活。由此，实施通常控制。在此所说的通常控制是在不进行升温控制时的控制。该控制是进气门5和排气门9的开闭正时的控制、来自通路内喷射阀81和缸内喷射阀82的燃料喷射正时和燃料喷射量的控制。在该通常控制中，按照预先存储于ECU90的映射来设定进气门5和排气门9的开闭正时、以及来自通路内喷射阀81和缸内喷射阀82的燃料喷射正时和燃料喷射量。此外，为了抑制燃料向排气口7流出，也可以禁止来自通路内喷射阀81的燃料喷射。
并且，图6是示出实施了本实施例的升温控制时的各种值的推移的时间图。“加速器开度”是加速器开度传感器91的检测值。“车速”是搭载有内燃机1的车辆的速度。“内燃机转速”是内燃机1的每1分钟的转速，“上限”表示能够实施升温控制的内燃机转速的上限值。“气门重叠量”中的“通常时”表示假定不实施升温控制的情况下、即假定处于通常控制时的情况下的气门重叠量。“进气压”是进气压传感器93的检测值。“TWC温度”是三元催化剂31的温度，“NSR温度”是NOx催化剂32的温度。“目标空燃比”是整体空燃比的目标值。该目标空燃比预先通过实验或模拟求出最佳值。
在图6中，T1是加速器开度开始变大的时刻，是车辆的速度开始上升的时刻。从T1时刻起，进气压通过负荷的增加而上升，在T2时刻达到大气压。在T1～T2的期间，目标空燃比例如被设定为25。
从T2时刻起，成为进气压比大气压高的增压状态。此时，三元催化剂31的温度以及NOx催化剂32的温度低，因此，增大气门重叠量。然后，在T3所示的时刻，三元催化剂31的温度达到步骤S101中的预定温度(例如800℃)。于是，在T3时刻，在步骤S101中判定为否定而转变为通常控制。即，在T2～T3的期间，实施升温控制。通过升温控制，三元催化剂31以及NOx催化剂32的温度上升。此时的目标空燃比例如被设定为21。另外，从T3时刻起，气门重叠量被设定为与通常控制时相同的值。
然后，在T4所示的时刻，减小加速器开度，之后的加速器开度被设为一定。由此，车速变为一定，进气压比大气压低。在T3～T4的期间，目标空燃比例如被设为25。即，在车辆的加速中，在实施升温控制的期间，目标空燃比例如被设为21，在不实施升温控制的期间，目标空燃比例如被设定为25。
此外，在T1时刻之前，目标空燃比例如被设定为理论空燃比。此时，若从通路内喷射阀81喷射的燃料达到三元催化剂31，则该三元催化剂31可能会过热。因而，禁止来自通路内喷射阀81的燃料喷射，而仅使缸内喷射阀82喷射燃料，以使得燃料不会向排气管8侧流动。
另外，图7是示出实施了本实施例的升温控制时的各种值的推移的另一时间图。与图6所示的时间图相比，仅TWC温度和NSR温度不同。
在图6所示的时间图中，在T3时刻，三元催化剂31的温度成为了步骤S101中的预定温度(例如800℃)以上，但在图7所示的时间图中，在T3时刻，NOx催化剂32的温度比步骤S103中的目标温度(例如400℃)高。于是，在T3时刻，在步骤S103中判定为肯定而转变为通常控制。即，从图7所示的T3时刻起，进行通常控制。
在此，若缸内空燃比比目标空燃比高，则容易产生失火，若缸内空燃比比目标空燃比低，则NOx的排出量可能会增加。对此，缸内空燃比能够由缸内喷射阀82进行调整。并且，由于从缸内喷射阀82喷射的燃料难以向排气管8侧流出，所以能够使缸内空燃比与目标值高精度地一致。因此，能够抑制失火的产生，或者能够减少NOx排出量。
另外，由于在进气门5关闭时来自通路内喷射阀81的燃料喷射结束，所以从该通路内喷射阀81喷射的燃料成为混合气而滞留在进气门5的附近。然后，当进气门5打开后，大部分混合气通过气缸2而向排气口7流出。因而，容易控制向排气口7排出的燃料量，容易控制三元催化剂31和NOx催化剂32的温度。另外，由于从通路内喷射阀81喷射的燃料几乎不残留在气缸2内，所以也容易控制气缸内空燃比。
在此，在使内燃机1在比理论空燃比稀的空燃比下运转时，与使内燃机1在理论空燃比下运转时相比，NOx催化剂32的温度较低，因此，NOx催化剂32能够吸藏的NOx量容易减少。但是，根据本实施例，由于向进气口3内喷射的燃料被供给到三元催化剂31，在该三元催化剂31中使燃料氧化，所以能够使该三元催化剂31的温度上升。另外，通过三元催化剂31的温度上升，能够使比该三元催化剂31靠下游的NOx催化剂32的温度也上升。因此，能够使NOx催化剂32中能够吸藏的NOx量增加，因而能够抑制NOx向大气中的放出。
此外，在本实施例中，虽然为了使NOx催化剂32的温度上升而实施升温控制，但也可以为了其他目的而利用升温控制。例如，在过滤器的再生或者吸藏还原型NOx催化剂从硫中毒的恢复等需要使排气净化装置的温度上升的情况下，也能够利用升温控制。另外，在使选择还原型NOx催化剂的温度上升到净化窗内的目标温度的情况下也能够使用升温控制。例如，在过滤器的再生的情况下，可以在步骤S103中判定过滤器的温度是否达到了能够使PM氧化的温度，在步骤S105中判定过滤器的温度是否比能够氧化PM的温度低。另外，例如，在选择还原型NOx催化剂的情况下，可以在步骤S103中判定该催化剂的温度是否成为了净化窗的范围内的温度，在步骤S105中判定该催化剂的温度是否比净化窗的下限值低。另外，在NOx催化剂32的硫中毒恢复的情况下，可以在步骤S103中判定NOx催化剂32的温度是否达到了硫中毒恢复所需的温度，在步骤S105中判定NOx催化剂32的温度是否比硫中毒恢复所需的温度低。
标号说明
1内燃机
2气缸
3进气口
4进气管
5进气门
7排气口
8排气管
9排气门
13曲轴
15活塞
16节气门
22进气侧凸轮轴
23进气侧VVT
25排气侧凸轮轴
26排气侧VVT
31氧化催化剂
32吸藏还原型NOx催化剂
50涡轮增压器
81通路内喷射阀
82缸内喷射阀
83火花塞
90ECU
91加速器开度传感器
92曲轴位置传感器
93进气压传感器
94排气压传感器
95空气流量计

Claims (10)

1.一种内燃机的控制装置，所述内燃机能够进行稀燃运转，具备：
催化剂，其设置于内燃机的排气通路，具有氧化能力；
增压器；
通路内喷射阀，其向所述内燃机的进气通路内喷射燃料；
缸内喷射阀，其向所述内燃机的气缸内喷射燃料；以及
可变气门装置，其变更所述内燃机的进气门的打开正时和排气门的关闭正时的至少一方，其中，
所述控制装置，在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，进行产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，
在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，在产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制以及在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制全都进行时，和不进行其中的任意的一个以上的控制时，使所述内燃机的气缸内的燃烧时的空燃比相等。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，
调整来自所述通路内喷射阀和所述缸内喷射阀的燃料喷射量，以使得整体空燃比成为比理论空燃比稀的稀空燃比，所述整体空燃比是将所述内燃机的吸入空气量除以所述通路内喷射阀和所述缸内喷射阀的合计燃料喷射量而得到的值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机的控制装置，
在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，在具有氧化能力的所述催化剂的温度为作为燃料的反应温度的预定温度以上时，进行产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机的控制装置，
在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，在具有氧化能力的所述催化剂的温度为阈值以下时，进行产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机的控制装置，
在具有氧化能力的所述催化剂的下游的排气通路具备吸藏还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂以及过滤器中的至少一方，
在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，在所述吸藏还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂以及过滤器中的至少一方的温度比阈值低时，进行产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机的控制装置，
在具有氧化能力的所述催化剂的下游的排气通路具备吸藏还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂以及过滤器中的至少一方，
在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，在所述吸藏还原型NOx催化剂、选择还原型NOx催化剂以及过滤器中的至少一方的温度为目标温度以上时，进行产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的内燃机的控制装置，
基于具有氧化能力的所述催化剂的温度以及燃料的低位发热量来决定从所述通路内喷射阀喷射的燃料量。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的内燃机的控制装置，
在所述内燃机的进气压比大气压高的情况下，在产生所述内燃机的进气门和排气门均打开的状态即气门重叠的控制、在所述进气门关闭的期间完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射的控制和在进气行程中完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射的控制全都进行时，与不进行其中的任意的一个以上的控制时相比，将气门重叠量设得大。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的内燃机的控制装置，
所述内燃机中，在所述进气门关闭之后所述排气门打开，在所述排气门打开之后所述进气门打开，在所述进气门打开之后所述排气门关闭，在所述排气门关闭之后所述进气门关闭，
在所述进气门关闭之后且所述排气门打开之后，开始来自所述通路内喷射阀的燃料喷射，或者，在所述进气门关闭之后且所述排气门打开之前，开始来自所述通路内喷射阀的燃料喷射，
在开始来自所述通路内喷射阀的燃料喷射之后且所述进气门打开之前，完成来自所述通路内喷射阀的燃料喷射，
在所述进气门打开之后且所述排气门关闭之前，开始来自所述缸内喷射阀的燃料喷射，或者，在所述进气门打开之后且所述排气门关闭之后，开始来自所述缸内喷射阀的燃料喷射，
在开始来自所述缸内喷射阀的燃料喷射之后且所述进气门关闭之前，完成来自所述缸内喷射阀的燃料喷射。
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