CN107664072A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的控制装置，能够抑制气缸间的内部EGR量的不均，从而能够提高商品性。内燃机(3)的控制装置(1)包括ECU(2)，内燃机(3)具有电动涡轮增压器(5)与1号气缸(#1)～4号气缸(#4)。ECU(2)根据内燃机(3)的运转状态，对应于各气缸来设定电动涡轮增压器(5)的涡轮(5b)的目标旋转变化量(DN#i)(步骤35)，且在包含各气缸的一个燃烧循环中的排气行程的控制期间中，对电动涡轮增压器(5)的TC马达(5c)进行控制(步骤23)，以达到所述目标旋转变化量(DN#i)。

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，此内燃机的控制装置执行控制，以抑制多缸内燃机中的气缸间的内部排气再循环(Exhaust Gas Recirculation，EGR)量的不均。
背景技术
以往，已知有专利文献1所记载的内燃机的控制装置。此内燃机为多缸型内燃机，且包括可变气门特性装置。此可变气门特性装置无级地变更进气门的升程(lift)，且包括：进气凸轮轴；一对通常进气凸轮及三维进气凸轮，按气缸设置在所述进气凸轮轴上；以及液压致动器，沿着轴线方向驱动进气凸轮轴。
所述通常进气凸轮具有包含一个主凸轮凸部的一般的凸轮轮廓(cam profile)，三维进气凸轮具有包含高度彼此不同的主凸轮凸部及辅助凸轮凸部的凸轮轮廓。所述三维进气凸轮的辅助凸轮凸部是以如下方式构成，即，随着液压致动器沿着轴线方向驱动进气凸轮轴，所述辅助凸轮凸部的与进气门抵接的抵接部的高度发生变化，由此，使进气门的气门正时(最大扬程及气门打开时间)发生变化。另外，所述辅助凸轮凸部的形状是以如下方式构成，即，使因辅助凸轮凸部而产生的进气门的最大扬程达到较大的值，以减小气缸间的内部EGR量的不均。
所述控制装置根据内燃机的运转状态来驱动可变气门特性装置的液压致动器，由此，对因三维进气凸轮而产生的进气门的气门正时进行控制。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2001-123811号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
一般的内燃机具有如下特性，即，当随着排气门的开闭而产生了排气脉动时，由于各气缸的排气歧管(manifold)中的通路长度的差异，导致排气脉动的大小(振幅)不均，结果导致必然会产生内部EGR量的不均。
相对于此，根据专利文献1的内燃机的控制装置，存在如下问题，即，尽管想要通过三维进气凸轮的辅助凸轮凸部的形状来减小气缸间的内部EGR量的不均，但在可变气门特性装置的控制方面，无法抑制/减小气缸间的内部EGR量的不均，因此，导致必然会产生气缸间的内部EGR量的不均。原因在于：在可变气门特性装置的控制方面，无法按气缸，个别地对因三维进气凸轮的辅助凸轮凸部而产生的进气门的气门正时进行控制，导致全部气缸的三维进气凸轮沿着轴线方向同时由液压致动器驱动。
因此，根据专利文献1的控制装置，必然会产生如上所述的气缸间的内部EGR量的不均，由此，产生燃烧变动或转矩变动，导致运转性变差。结果导致商品性下降。
本发明是为了解决所述问题而成的发明，其目的在于提供如下内燃机的控制装置，即，能够抑制气缸间的内部EGR量的不均，从而能够提高商品性。
[解决问题的技术手段]
为了实现所述目的，第一发明是内燃机3的控制装置1，包括能够变更排气通路9内的压力即排气压Pex的排气压变更机构(电动涡轮增压器5)与多个气缸(1号气缸#1～4号气缸#4)，所述内燃机3的控制装置1包括：动作量设定单元(电子控制单元(ElectronicControl Unit，ECU)2、步骤35)，根据内燃机3的运转状态分别对应于多个气缸(1号气缸#1～4号气缸#4)来设定排气压变更机构1的动作量(目标旋转变化量DN#i)，所述排气压变更机构1用以变更排气压Pex；以及控制单元(ECU2、步骤23)，在包含各气缸的一个燃烧循环中的排气行程的控制期间中，对排气压变更机构(电动涡轮增压器5)进行控制，以达到对应于各气缸而设定的动作量(目标旋转变化量DN#i)。
根据所述内燃机的控制装置，根据内燃机的运转状态分别对应于多个气缸来设定排气压变更机构的动作量，此排气压变更机构用以变更排气压，且在包含各气缸的一个燃烧循环中的排气行程的控制期间中对排气压变更机构进行控制，以达到对应于各气缸而设定的动作量。这样，对排气压变更机构进行控制以达到按气缸而设定的动作量，因此，能够按气缸来控制排气压，由此，即使由于排气通路的长度的差异等，处于气缸间排气脉动的大小不均的状态时，也能够适当地对所述排气脉动的大小进行控制，从而能够适当地控制气缸间的内部EGR量的不均。结果是能够抑制燃烧变动及转矩变动，并能够提高运转性，由此，能够提高商品性。
根据第一发明所述的内燃机3的控制装置1，第二发明的特征在于：排气压变更机构包含电动涡轮增压器5，此电动涡轮增压器5包括电动机(TC马达5c)、能够由电动机(TC马达5c)驱动的涡轮5b及压缩机5a，动作量设定单元将涡轮5b的旋转变化量(目标旋转变化量DN#i)设定为动作量，控制单元在控制期间中对电动机(TC马达5c)进行控制，以达到所设定的涡轮5b的旋转变化量(目标旋转变化量DN#i)。
根据所述内燃机的控制装置，根据内燃机的运转状态对应于各气缸来设定电动涡轮增压器的涡轮的旋转变化量，且在控制期间中对电动涡轮增压器的电动机进行控制，以达到对应于各气缸而设定的涡轮的旋转变化量。在此情况下，与将液压、空气压及机械能作为动力的情况相比，电动涡轮增压器的电动机具备高响应性，因此，能够在包含各气缸的排气行程的控制期间中，迅速实现所设定的涡轮的旋转变化量，从而能够迅速地控制排气压。由此，能够恰当地抑制气缸间的内部EGR量的不均。
根据第一发明或第二发明所述的内燃机3的控制装置1，第三发明的特征在于：动作量设定单元根据作为内燃机3的运转状态的内燃机3的运转负载区来设定动作量(步骤35)。
一般在内燃机的情况下，若其运转负载区发生变化，则最佳的内部EGR量会随之发生变化。相对于此，根据所述内燃机的控制装置，因为根据内燃机的运转负载区来设定排气压变更机构的动作量，所以能够确保最佳的内部EGR量。
根据第一发明至第三发明中任一项所述的内燃机3的控制装置1，第四发明的特征在于：控制单元根据从各气缸排出的燃烧气体到达排气压变更机构为止的距离，对排气压变更机构进行控制(步骤33～步骤37、步骤80)。
根据所述内燃机的控制装置，因为根据从各气缸排出的燃烧气体到达排气压变更机构为止的距离，对排气压变更机构进行控制，所以即使在气缸间燃烧气体到达排气压变更机构为止的距离彼此不同的情况下，也能够反映此情况并对排气压变更机构进行控制，由此，能够更恰当地抑制气缸间的内部EGR量的不均。
根据第一发明至第四发明中任一项所述的内燃机3的控制装置1，第五发明的特征在于：内燃机3还包括气门正时变更机构(可变排气凸轮相位机构8)，此气门正时变更机构(可变排气凸轮相位机构8)能够变更排气门及进气门中的至少一个气门的气门正时，控制单元根据气门正时变更机构对于气门正时的变更状态(排气凸轮相位CAEX)，对排气压变更机构进行控制(步骤32～步骤39、步骤78～步骤80)。
一般在内燃机的情况下，若通过气门正时变更机构来变更排气门和/或进气门的气门正时，则内部EGR量会随之发生变化。相对于此，根据所述内燃机的控制装置，根据气门正时变更机构对于气门正时的变更状态对排气压变更机构进行控制，因此，能够反映与排气门和/或进气门的气门正时的变更相伴的内部EGR量的变化，并对排气压变更机构进行控制，由此，能够更恰当地抑制气缸间的内部EGR量的不均。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一实施方式的控制装置及应用了此控制装置的内燃机的结构的图。
图2是表示控制装置的电气结构的方框图。
图3是表示排气控制处理的流程图。
图4是表示用以对内燃机的运转负载区进行判定的映射的一例的图。
图5是表示TC马达控制处理的流程图。
图6是表示通电参数计算处理的流程图。
图7是表示计算气缸的设定处理的流程图。
图8是表示用以对马达控制执行期间进行计算的映射的一例的图。
图9是表示TC马达运转控制处理的流程图。
图10是用以对TC马达控制处理的原理进行说明的图。
图11是表示在内燃机的运转负载区处于运转区1的条件下执行排气控制处理时的控制结果的一例的正时图。
图12是表示在内燃机的运转负载区处于运转区2的条件下执行排气控制处理时的控制结果的一例的正时图。
图13是表示在内燃机的运转负载区处于运转区3的条件下执行排气控制处理时的控制结果的一例的正时图。
[符号的说明]
1：控制装置
2：ECU(动作量设定单元、控制单元)
3：内燃机
3a：燃料喷射阀
3b：火花塞
4：进气通路
5：电动涡轮增压器(排气压变更机构)
5a：压缩机
5b：涡轮
5c：TC马达(电动机)
5d、WGV：废气阀
6：中间冷却器
7：节流阀机构
7a：节流阀
7b：TH致动器
8：可变排气凸轮相位机构(气门正时变更机构)
9：排气通路
9a：涡轮旁通路径
20：曲柄角传感器
21：气缸判别传感器
22：气流传感器
23：排气温度传感器
24：排气凸轮角传感器
25：油门开度传感器
BMEP：制动平均有效压力
CA：曲柄角
CAcal1：1号气缸用的计算曲柄角
CAcal2：2号气缸用的计算曲柄角
CAca13：3号气缸用的计算曲柄角
CAcal4：4号气缸用的计算曲柄角
CAEX：排气凸轮相位(气门正时的变更状态)
CA#1～CA#4：1号曲柄角～4号曲柄角
DCA#i：马达控制执行期间
DN#i：目标旋转变化量(动作量、涡轮的旋转变化量)
Dt#i：马达控制执行时间
ENend#i：控制结束正时
ENst#i：控制开始正时
EVC#i：气门关闭正时
EVO#i：气门打开正时
F_AREA：运转区标志
F_EN_ON：通电控制中标志
Imot#i：马达控制电流
NE：发动机转速
Nt：涡轮转速
Nt_est：无控制时的涡轮转速
Pex：排气压
Pex_est：无控制时的排气压
Pex_nor：通常控制时的排气压
Q1：排气流量
Q2：排气流量
S1～S13、S20～S22、S30～S39、S50～S58、S70～S77：步骤
Tmot#i：要求马达转矩
#1：1号气缸
#2：2号气缸
#3：3号气缸
#4：4号气缸
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的一实施方式的内燃机的控制装置进行说明。图1及图2所示的控制装置1对内燃机3的运转状态或涡轮增压器5的动作状态等进行控制，且包括图2所示的ECU2等。如下所述，通过所述ECU2来执行排气控制处理等各种控制处理。
所述内燃机(以下称为“发动机”)3是搭载于未图示的车辆的直列四缸型汽油发动机，且包括1号气缸#1～4号气缸#4(多个气缸)。在所述发动机3的气缸盖(未图示)中，按气缸设置有燃料喷射阀3a及火花塞3b(在图2中均仅图示了一个)。
燃料喷射阀3a电连接于ECU2，通过ECU2来执行燃料喷射控制处理，对燃料喷射阀3a的燃料喷射量及喷射时期进行控制。另外，火花塞3b也电连接于ECU2，通过ECU2执行点火时期控制处理，控制火花塞3b对于混合气体的点火时期。
另一方面，在发动机3的进气通路4中，从上游侧依次设置有电动助力涡轮增压器(以下称为“电动涡轮增压器”)5、中间冷却器(intercooler)6及节流阀机构7等。
所述电动涡轮增压器5(排气压变更机构)包括压缩机5a、涡轮5b、TC马达5c(电动机)及废气阀(wastegate valve)5d等。压缩机5a设置在进气通路4的途中，涡轮5b设置得比排气通路9的排气歧管的合流部更靠下游侧。
另外，TC马达5c是直流(Direct Current，DC)马达型的马达，压缩机5a及涡轮5b同心地固定于所述TC马达5c的旋转轴的两端。所述TC马达5c经由未图示的电力分配单元(Power Distribution Unit，PDU)电连接于ECU2，通过ECU2来执行加力控制、再生控制及零电流控制等。
所述零电流控制是使TC马达5c与PDU之间保持于无电流流动的状态(不产生电力授受的状态)的控制。另外，在以下的说明中，将再生控制及加力控制一起称为“通电控制”。
在所述电动涡轮增压器5中，涡轮5b因排气通路9内的废气而旋转驱动后，压缩机5a也会与所述涡轮5b一体地旋转，由此，对进气通路4内的吸入气体进行加压。即，执行增压动作。
另外，当执行TC马达5c的加力控制时，处于涡轮5b及压缩机5a的转速上升的状态，另一方面，当执行TC马达5c的再生控制时，处于涡轮5b及压缩机5a的转速下降的状态。而且，当对TC马达5c进行零电流控制时，处于仅通过废气的热能来旋转驱动涡轮5b的状态。
另一方面，废气阀5d组合有阀体与电动致动器，且设置在排气通路9的绕过涡轮5b的涡轮旁通路径9a的途中。废气阀5d电连接于ECU2，当通过ECU2来对所述废气阀5d的开度进行控制时，使绕过涡轮5b而流经涡轮旁通路径9a的废气的流量发生变化，换句话说，使驱动涡轮5b的废气的流量发生变化，由此，使涡轮5b的转速即压缩机5a的转速发生变化。结果是增压压力受到控制。
另一方面，中间冷却器6是水冷式的冷却器，当吸入气体在所述中间冷却器6的内部通过时，对温度因电动涡轮增压器5中的增压动作而上升的吸入气体进行冷却。
另外，节流阀机构7包括节流阀7a及对此节流阀7a进行开闭驱动的TH致动器7b等。节流阀7a转动自如地设置在进气通路4的途中，通过伴随转动的开度变化，使通过节流阀7a的吸入气体的流量发生变化。
TH致动器7b是将连接于ECU2的马达与齿轮机构(均未图示)组合而成的致动器，且受到ECU2控制，由此，使节流阀7a的开度发生变化。结果是流入至气缸内的吸入气体量即吸入空气量发生变化。
而且，在发动机3中设置有可变排气凸轮相位机构8(参照图2)。此可变排气凸轮相位机构8无级地向提前角侧或迟后角侧变更排气凸轮轴(未图示)相对于曲柄轴(未图示)的相对相位(以下称为“排气凸轮相位”)CAEX，且设置在排气凸轮轴的未图示的排气链轮侧的端部。
具体来说，与本申请人在日本专利特开2000-227013号公报等中提出的可变排气凸轮相位机构同样地构成所述可变排气凸轮相位机构8，因此，省略其详细说明，但受到ECU2控制，由此，使排气凸轮相位CAEX在规定的最大迟后角值与规定的最大提前角值之间连续地发生变化。由此，在最大迟后角正时与最大提前角正时之间，无级地变更排气门的气门正时。
再者，在本实施方式中，可变排气凸轮相位机构8相当于气门正时变更机构，排气凸轮相位CAEX相当于气门正时的变更状态。
另外，如图2所示，曲柄角传感器20、气缸判别传感器21、气流传感器22、排气温度传感器23、排气凸轮角传感器24及油门开度传感器25电连接于ECU2。
所述曲柄角传感器20包含磁铁转子(magnet rotor)及磁阻元件(MagneticResistance Element，MRE)拾取器，随着曲柄轴的旋转，所述磁铁转子及磁阻元件均会将脉冲信号即CRK信号及TDC信号输出至ECU2。所述CRK信号按每1°的曲柄角输出一个脉冲，ECU2基于所述CRK信号，对发动机3的转速(以下称为“发动机转速”)NE进行计算。另外，TDC信号是表示各气缸的活塞处于比进气行程的TDC位置稍靠近前的规定的曲柄角位置的信号，且按规定曲柄角输出一个脉冲。
而且，气缸判别传感器21设置在未图示的分电器(distributor)内，将用以判别气缸的脉冲信号即气缸判别信号输出至ECU2。ECU2基于所述气缸判别信号、CRK信号及TDC信号，以如下所述的方式，对1号气缸#1～4号气缸#4各自的曲柄角CA进行计算。
具体来说，曲柄角CA在所述气缸的TDC信号产生时重置为0°，每当产生CRK信号时递增。结果是计算出各气缸的曲柄角CA在进气行程开始时的TDC位置处为0°，在压缩行程开始时的BDC位置处为180°，在膨胀行程开始时的TDC位置处为360°，在排气行程开始时的BDC位置处为540°，并且当到达进气行程开始时的TDC位置时，从720°重置为0°。再者，在以下的说明中，将1号气缸#1～4号气缸#4的曲柄角CA分别称为1号曲柄角CA#1～4号曲柄角CA#4。
另外，气流传感器22包含热丝式气流计，对在进气通路4内流动的吸入气体的流量(以下称为“进气流量”)GAIR进行检测，将表示此进气流量GAIR的检测信号输出至ECU2。ECU2基于所述气流传感器22的检测信号，对进气流量GAIR进行计算。
而且，排气温度传感器23配置在排气通路9的排气歧管的合流部、与涡轮旁通路径9a从排气通路9分支的部位之间，对在排气通路9内流动的废气的温度(以下称为“排气温度”)TEX进行检测，将表示此排气温度TEX的检测信号输出至ECU2。ECU2基于所述排气温度传感器23的检测信号，对排气温度TEX进行计算。
另一方面，排气凸轮角传感器24设置在排气凸轮轴的处于可变排气凸轮相位机构8相反侧的端部，并随着排气凸轮轴的旋转，按规定的凸轮角(例如1°)，将脉冲信号即排气CAM信号输出至ECU2。ECU2基于所述排气CAM信号及所述CRK信号，对排气凸轮相位CAEX进行计算。
而且，油门开度传感器25对未图示的油门踏板(accelerator pedal)的操作量即油门开度AP进行检测，将表示此油门开度AP的检测信号输出至ECU2。ECU2基于所述油门开度传感器25的检测信号，对油门开度AP进行计算。
另一方面，ECU2包含微电脑，此微电脑包含中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read OnlyMemory，ROM)及I/O接口(均未图示)等，所述ECU2根据所述各种传感器20～传感器25的检测信号等，对发动机3的运转状态进行判别，并根据此运转状态，以如下所述的方式执行各种控制处理。再者，在本实施方式中，ECU2相当于动作量设定单元及控制单元。
其次，参照图3来对排气控制处理进行说明。如下所述，此排气控制处理对废气阀5d及TC马达5c的动作状态进行控制，以与CRK信号的产生正时同步的控制周期，由ECU2执行所述排气控制处理。再者，在以下的说明中，计算出的各种值存储于ECU2的RAM内。
如图所示，首先，在步骤1(图中简称为“S1”。以下相同)中，根据发动机转速NE及油门开度AP，在未图示的映射中进行检索，由此，对制动平均有效压力BMEP进行计算。
其次，前进至步骤2，判别发动机3的运转负载区是否处于图4所示的运转区1。即，通过参照图4，判别发动机转速NE及制动平均有效压力BMEP的组合是否处于图4所示的运转区1。
当所述判别结果为是(YES)时，前进至步骤3，将运转区标志F_AREA设定为“1”，以表示发动机3的运转负载区处于运转区1。
其次，前进至步骤4，将废气阀5d(在图中标记为“WGV”)控制为全闭状态。
另一方面，当步骤2的判别结果为否(NO)时，前进至步骤5，通过参照所述图4，判别发动机3的运转负载区是否处于图4所示的运转区2。当所述判别结果为是时，前进至步骤6，将运转区标志F_AREA设定为“2”，以表示发动机3的运转负载区处于运转区2。
其次，前进至步骤7，将废气阀5d控制为全开状态。
另一方面，当步骤5的判别结果为否时，前进至步骤8，通过参照图4，判别发动机3的运转负载区是否处于图4所示的运转区3。当所述判别结果为是时，前进至步骤9，将运转区标志F_AREA设定为“3”，以表示发动机3的运转负载区处于运转区3。
其次，前进至步骤10，执行废气阀5d的开度控制处理。在此控制处理的情况下，虽未图示，但根据发动机转速NE及制动平均有效压力BMEP，在映射(未图示)中进行检索，由此，对成为废气阀5d的开度(以下称为“废气阀开度”)的目标的目标开度进行计算，以达到此目标开度的方式，对废气阀开度进行控制。
另一方面，当步骤8的判别结果为否时，判别为发动机3的运转负载区处于图4所示的运转区4，为了表示此情况，前进至步骤11，将运转区标志F_AREA设定为“4”。
其次，前进至步骤12，执行废气阀5d的通常控制处理。在此控制处理的情况下，虽未图示，但与所述步骤10同样地，根据发动机转速NE及制动平均有效压力BMEP，在映射(未图示)中进行检索，由此，对成为废气阀开度的目标的目标开度进行计算，以达到此目标开度的方式，对废气阀开度进行控制。
在继以上的步骤4、步骤7、步骤10、步骤12中的任一个步骤之后的步骤13中，如下所述，执行TC马达控制处理之后，结束排气控制处理。
其次，参照图5来对所述TC马达控制处理进行说明。如下所述，此TC马达控制处理对TC马达5c的动作状态进行控制。
如图5所示，首先，在步骤20中，判别所述运转区标志F_AREA是否为“4”。当所述判别结果为是，发动机3的运转负载区处于运转区4时，前进至步骤30，如上所述，执行TC马达5c的零电流控制处理之后，结束本处理。由此，TC马达5c保持于如下状态，即，与PDU之间无电流流动。
另一方面，当步骤20的判别结果为否，发动机3的运转负载区处于运转区1～运转区3中的任一个运转区时，前进至步骤21，基于所述曲柄角CA及气缸判别信号等，对1号曲柄角CA#1～4号曲柄角CA#4进行计算。
其次，前进至步骤22，执行通电参数计算处理。此通电参数计算处理对TC马达5c的控制开始正时或控制结束正时等进行计算，具体来说，如图6所示地执行此通电参数计算处理。
如图所示，首先，在步骤30中执行计算气缸的设定处理。此设定处理设定应对通电参数进行计算的气缸即计算气缸#i(更具体来说为其气缸号#i)，具体来说，如图7所示地执行此设定处理。
如图所示，首先，在步骤50中，判别1号曲柄角CA#1是否为1号气缸用的计算曲柄角CAcal1。将此1号气缸用的计算曲柄角CAcal1设定为1号气缸#1的膨胀行程初期的规定曲柄角。
当所述判别结果为是时，判定为应对1号气缸用的通电参数进行计算，为了表示此情况，前进至步骤51，将气缸号#i设定为#1之后，结束本处理。
另一方面，当步骤50的判别结果为否时，前进至步骤52，判别2号曲柄角CA#2是否为2号气缸用的计算曲柄角CAcal2。将此2号气缸用的计算曲柄角CAcal2设定为2号气缸#2的膨胀行程初期的规定曲柄角。
当所述步骤52的判别结果为是时，判定为应对2号气缸用的通电参数进行计算，为了表示此情况，前进至步骤53，将气缸号#i设定为#2之后，结束本处理。
另一方面，当步骤52的判别结果为否时，前进至步骤54，判别3号曲柄角CA#3是否为3号气缸用的计算曲柄角CAcal3。将此3号气缸用的计算曲柄角CAcal3设定为3号气缸#3的膨胀行程初期的规定曲柄角。
当所述步骤54的判别结果为是时，判定为应对3号气缸用的通电参数进行计算，为了表示此情况，前进至步骤55，将气缸号#i设定为#3之后，结束本处理。
另一方面，当步骤54的判别结果为否时，前进至步骤56，判别4号曲柄角CA#4是否为4号气缸用的计算曲柄角CAcal4。将此4号气缸用的计算曲柄角CAcal4设定为4号气缸#4的膨胀行程初期的规定曲柄角。
当所述步骤56的判别结果为是时，判定为应对4号气缸用的通电参数进行计算，为了表示此情况，前进至步骤57，将气缸号#i设定为#4。
另一方面，当步骤56的判别结果为否时，为了表示无需对通电参数进行计算，前进至步骤58，将气缸号#i设定为#0之后，结束本处理。
返回至图6，在步骤30中，以所述方式执行计算气缸的设定处理之后，前进至步骤31，判别步骤30所设定的气缸号#i是否为#0。当所述判别结果为是，无需对通电参数进行计算时，直接结束本处理。
另一方面，当步骤31的判别结果为否，#i≠#0时，前进至步骤32，根据排气凸轮相位CAEX，在未图示的映射中进行检索，由此，对计算气缸#i中的排气门的气门打开正时EVO#i进行计算。此气门打开正时EVO#i计算为曲柄角CA。
其次，前进至步骤33，根据发动机转速NE，在图8所示的映射中进行检索，由此，对马达控制执行期间DCA#i进行计算。此马达控制执行期间DCA#i相当于TC马达5c对于计算气缸#i的通电控制处理的执行期间，且计算为曲柄角CA。在所述图8的情况下，根据从计算气缸#i排出的燃烧气体到达电动涡轮增压器5的涡轮5b为止的距离，分别设定马达控制执行期间DCA#i。
其次，在步骤34中，基于发动机转速NE，将马达控制执行期间DCA#i的单位换算为时间，由此，对马达控制执行时间Dt#i进行计算。
在继步骤34之后的步骤35中，对目标旋转变化量DN#i进行计算。此目标旋转变化量DN#i(动作量)是涡轮5b的转速的变化量的目标值，具体来说，基于点火时期、排气温度TEX、进气流量GAIR及发动机转速NE等运转参数，对排气能量进行计算，并基于此排气能量与所述运转区标志F_AREA的值，对所述目标旋转变化量DN#i(动作量)进行计算。在此情况下，目标旋转变化量DN#i在运转区标志F_AREA＝1时，计算为负值，以执行TC马达5c的再生控制，在运转区标志F_AREA＝2时，计算为正值，以执行加力控制，并且在运转区标志F_AREA＝3时，根据运转状态而计算为正值和/或负值。
其次，前进至步骤36，对要求马达转矩Tmot#i进行计算。此要求马达转矩Tmot#i是TC马达5c所应产生的转矩(单位：Nm)，具体来说，根据下式(1)来对所述要求马达转矩Tmot#i进行计算。
Tmot#i＝(2π·J·DN#i)/(60·Dt#i)……(1)
在上式(1)中，J是惯性矩。所述要求马达转矩Tmot#i在执行TC马达5c的加力控制时计算为正值，在执行再生控制时计算为负值。
其次，在步骤37中，根据要求马达转矩Tmot#i，在未图示的映射中进行检索，由此，对马达控制电流Imot#i进行计算。此马达控制电流Imot#i在执行TC马达5c的加力控制时计算为正值，在执行再生控制时计算为负值。
在继步骤37之后的步骤38中，根据下式(2)来对控制开始正时ENst#i进行计算。此控制开始正时ENst#i是开始对TC马达5c进行控制的正时，且计算为排气行程中的曲柄角CA。
ENst#i＝EVO#i-DELAY#i……(2)
所述式(2)的DELAY#i是对TC马达5c进行控制时的用以补偿TC马达5c的响应延迟的补偿值(正值)。即，向TC马达5c输出的控制电流是以比排气门的气门打开正时EVO#i快补偿值DELAY#i的正时，从PDU输出至TC马达5c。
其次，前进至步骤39，根据下式(3)来对控制结束正时ENend#i进行计算之后，结束本处理。此控制结束正时ENend#i是结束对于TC马达5c的控制的正时，且计算为曲柄角CA。
ENend#i＝ENst#i+DCA#i……(3)
再者，在所述通电参数计算处理的情况下，当在所述步骤35中，运转区标志F_AREA＝3，目标旋转变化量DN#i计算为正值及负值这两者时，在所述步骤37中，将正负的两个值计算为马达控制电流Imot#i，并且在所述步骤39中，除了控制结束正时ENend#i之外，马达控制电流Imot#i的正负的两个值的切换正时也计算为控制开始正时ENst#i与控制结束正时ENend#i之间的正时。
返回至图5，在步骤22中，如上所述，执行通电参数计算处理之后，前进至步骤23，执行排气气缸控制处理。此排气气缸控制处理对应于处于排气行程的气缸(以下称为“排气气缸”)，对TC马达5c进行控制，具体来说，如图9所示地执行此排气气缸控制处理。
如图所示，首先，在步骤70中，基于1号曲柄角CA#1，判别1号气缸#1是否处于排气行程。此情况下的排气行程是根据排气凸轮相位CAEX的设定值而决定的曲柄角CA的规定期间。当所述判别结果为是时，判定为排气气缸是1号气缸#1，为了表示此情况，前进至步骤73，将排气气缸的气缸号#i设定为#1。
另一方面，当步骤70的判别结果为否时，前进至步骤71，基于2号曲柄角CA#2，判别2号气缸#2是否处于排气行程。当此判别结果为是时，判定为排气气缸是2号气缸#2，为了表示此情况，前进至步骤74，将排气气缸的气缸号#i设定为#2。
另一方面，当步骤71的判别结果为否时，前进至步骤72，基于3号曲柄角CA#3，判别3号气缸#3是否处于排气行程。当此判别结果为是时，判定为排气气缸是3号气缸#3，为了表示此情况，前进至步骤75，将排气气缸的气缸号#i设定为#3。
另一方面，当步骤72的判别结果为否时，判定为排气气缸是4号气缸#4，为了表示此情况，前进至步骤76，将排气气缸的气缸号#i设定为#4。
在继以上的步骤73～步骤76中的任一个步骤之后的步骤77中，判别后述的通电控制中标志F_EN_ON是否为“1”。当此判别结果为是，且正在执行后述的通电控制处理时，前进至后述的步骤79。
另一方面，当步骤77的判别结果为否，并非正在执行后述的通电控制处理时，前进至步骤78，判别排气气缸的曲柄角CA#i是否为RAM内所存储的排气气缸的控制开始正时ENst#i以上。
当所述判别结果为否，CA#i＜ENst#i成立时，判定为不应执行TC马达5c的通电控制处理，前进至步骤82，与所述步骤24同样地，执行TC马达5c的零电流控制处理。
其次，前进至步骤83，为了表示并非正在执行通电控制处理，将通电控制中标志F_EN_ON设定为“0”之后，结束本处理。
另一方面，当所述步骤78的判别结果为是，ENst#i≤CA#i成立时，或当所述步骤77的判别结果为是，F_EN_ON＝1时，前进至步骤79，判别CA#i＜ENend#i是否成立。
当所述判别结果为是，ENst#i≤CA#i＜ENend#i成立时，判定为应执行TC马达5c的通电控制处理，前进至步骤80，执行TC马达5c的通电控制处理。
具体来说，对应于在所述步骤37中计算出的马达控制电流Imot#i的正负，执行TC马达5c的加力控制处理或再生控制处理。另外，当在所述步骤37中马达控制电流Imot#i计算为正值及负值这两者，且在所述步骤39中除了控制结束正时ENend#i之外还对马达控制电流Imot#i的切换正时进行计算时，以所述切换正时切换地执行TC马达5c的加力控制处理及再生控制处理。
其次，前进至步骤81，为了表示正在执行通电控制处理，将通电控制中标志F_EN_ON设定为“1”之后，结束本处理。以所述方式执行通电控制处理，由此，以使涡轮5b的旋转变化量达到目标旋转变化量DN#i的方式控制TC马达5c。
另一方面，当步骤79的判别结果为否时，即，当ENst#i≤CA#i成立，通电控制处理的执行期间已结束时，如上所述，在执行步骤82、步骤83之后，结束本处理。
返回至图5，在步骤23中，以所述方式执行排气气缸控制处理之后，结束图5的TC马达控制处理。
其次，参照图10，对以所述方式执行的本实施方式的TC马达控制处理的原理进行说明。在图10中，Q1表示排气气缸#i的排气口中的排气流量，Q2表示流入至涡轮5b的排气流量。另外，实线所示的Pex表示执行本实施方式的TC马达控制处理中的通电控制处理(更具体来说是加力控制处理)时的排气压，虚线所示的Pex_est表示为了进行比较而故意未执行通电控制处理时的无控制时的排气压。
而且，实线所示的Nt表示执行本实施方式的TC马达控制处理中的通电控制处理时的涡轮转速，虚线所示的Nt_est表示为了进行比较而故意未执行通电控制处理时的无控制时的涡轮转速。此外，EVC#i表示排气气缸#i的排气门的气门关闭正时。
如图所示，在故意未执行通电控制处理的情况下，若随着曲柄轴的旋转，曲柄角CA达到排气气缸#i的排气门的气门打开正时EVO#i，则在排气流量Q1随着排气门的升程增大而上升之后，排气流量Q1随着排气门的升程减小而减小，在曲柄角CA到达气门关闭正时EVC#i的时间点，Q1＝0。
在以上的排气门的开闭动作中，排气流量Q2相对于排气流量Q1，随着与排气气缸#i的排气通路长度对应的空载时间而发生变化。另一方面，无控制时的排气压Pex_est成为如下状态，即，在以比排气门的气门打开正时EVO#i更迟的正时上升之后减小，因此，无控制时的涡轮转速Nt_est也成为如下状态，即，在以比无控制时的排气压Pex_est稍迟的正时上升之后减小。
相对于此，在执行了本实施方式的通电控制处理的情况下，为了补偿TC马达5c的响应延迟，以控制开始正时ENst#i开始TC马达5c的通电控制处理(具体来说为加力控制处理)，所述控制开始正时ENst#i是比排气门的气门打开正时EVO#i快补偿值DELAY#i的正时。由此，涡轮转速Nt与排气门的气门打开正时EVO#i同步地开始缓慢上升，此后仍会上升。接着，成为如下状态，即，在TC马达5c的通电控制处理以控制结束正时ENend#i结束之后，涡轮转速Nt因涡轮5b及TC马达5c的惯性矩，仍会在短期间内上升，达到其最大值之后下降。在此情况下，涡轮转速Nt的最大值被抑制得小于无控制时的涡轮转速Nt_est的最大值。
随着如上所述的涡轮转速Nt的变迁，排气压Pex与无控制时的排气压Pex_est相比，在其变动幅度(振幅)受到抑制的状态下变迁。因此，通过由各气缸执行以上的通电控制处理，能够抑制气缸间的排气脉动，从而能够抑制气缸间的内部EGR量的不均。
其次，参照图11～图13，对本实施方式的控制装置1执行了排气控制处理时的控制结果的一例进行说明。再者，在所述图11～图13中，虚线所示的Pex_nor是为了进行比较而故意未执行本实施方式的排气控制处理时的通常控制时的排气压。
首先，如图11所示，在发动机3的运转负载区处于运转区1的情况下，执行了排气控制处理时的排气压Pex通过将废气阀5d控制为全闭状态的控制、与TC马达5c的再生控制处理，与通常控制时的排气压Pex_nor相比，整体上被控制在高压侧。原因在于：通过使排气压Pex上升，内部EGR量的增加使热效率提高。
而且，在所述TC马达5c的再生控制处理中，TC马达5c的电力再生量在排气压Pex的变动过程中，在排气压Pex上升时，以随之增大的方式受到控制，在排气压Pex下降时，以随之减少的方式受到控制。结果是排气压Pex与通常控制时的排气压Pex_nor相比，成为振幅即排气脉动受到抑制的状态。原因在于：通过抑制排气脉动来抑制气缸间的内部EGR量的不均。
另外，如图12所示，在发动机3的运转负载区处于运转区2的情况下，通过将废气阀5d控制为全开状态的控制、与TC马达5c的加力控制处理，执行了排气控制处理时的排气压Pex与通常控制时的排气压Pex_nor相比，整体上被控制在低压侧。原因在于：通过使排气压Pex下降并使内部EGR量下降，来使压缩开始温度下降，由此，抑制爆震(knocking)的产生，使热效率提高。
而且，在所述TC马达5c的加力控制处理中，TC马达5c的转速在排气压Pex的变动过程中，在排气压Pex上升时，以随之增大的方式受到控制，在排气压Pex下降时，以随之减小的方式受到控制。结果是排气压Pex与通常控制时的排气压Pex_nor相比，成为其振幅即排气脉动受到抑制的状态。原因在于：如上所述，通过抑制排气脉动来抑制气缸间的内部EGR量的不均。
另一方面，如图13所示，在发动机3的运转负载区处于运转区3的情况下，通过TC马达5c的通电控制处理，执行了排气控制处理时的排气压Pex与通常控制时的排气压Pex_nor相比，成为其振幅即排气脉动受到抑制的状态。原因在于：如上所述，通过抑制排气脉动来抑制气缸间的内部EGR量的不均。
再者，在所述图13所示的控制结果的情况下，执行TC马达5c的加力控制处理及再生控制处理这两者作为TC马达5c的通电控制处理，在排气压Pex的变动过程中，在排气压Pex上升时，随之执行TC马达5c的加力控制处理。另外，在排气压Pex下降时，随之执行TC马达5c的再生控制处理。
如上所述，根据本实施方式的控制装置1，在TC马达控制处理中，根据排气凸轮相位CAEX，对计算气缸#i中的排气门的气门打开正时EVO#i进行计算，根据发动机转速NE，对马达控制执行期间DCA#i进行计算，基于气门打开正时EVO#i及马达控制执行期间DCA#i，对TC马达5c的控制开始正时ENst#i及控制结束正时ENend#i进行计算。
另外，根据发动机3的运转负载区来设定运转区标志F_AREA，基于运转区标志F_AREA及排气能量，对目标旋转变化量DN#i进行计算，基于将马达控制执行期间DCA#i换算为时间所得的马达控制执行时间Dt#i及目标旋转变化量DN#i等，对要求马达转矩Tmot#i进行计算，并且根据要求马达转矩Tmot#i，对马达控制电流Imot#i进行计算。接着，对于排气行程气缸#i，基于以所述方式计算出的马达控制电流Imot#i、控制开始正时ENst#i及控制结束正时ENend#i，执行TC马达5c的加力控制处理和/或再生控制处理。由此，以使涡轮5b的旋转变化量达到目标旋转变化量DN#i的方式控制TC马达5c。
因为以所述方式执行TC马达控制处理，所以能够按气缸控制排气压Pex，由此，即使由于从排气口到涡轮5b为止的排气通路的长度差异等，处于气缸间排气脉动的大小不均的状态时，也能够适当地对所述排气脉动的大小进行抑制。结果是能够适当地抑制气缸间的内部EGR量的不均，由此，能够抑制燃烧变动及转矩变动，从而能够提高运转性。结果是能够提高商品性。
另外，因为基于运转区标志F_AREA及排气能量，对目标旋转变化量DN#i进行计算，所以能够随着运转负载区的变化而反映最佳的内部EGR量的变化，并对目标旋转变化量DN#i进行计算，通过使用此种目标旋转变化量DN#i来控制TC马达5c，能够确保最佳的内部EGR量。
而且，与将液压、空气压及机械能作为动力的情况相比，电动涡轮增压器5的TC马达5c具备高响应性，因此，排气行程气缸#i能够迅速实现目标旋转变化量DN#i，从而能够迅速控制排气压Pex。由此，能够恰当地抑制气缸间的内部EGR量的不均。
另外，根据排气凸轮相位CAEX，对控制开始正时ENst#i及控制结束正时ENend#i进行计算，因此，即使当由于排气凸轮相位CAEX发生变化，且排气门的开闭正时发生变化，导致内部EGR量发生变化时，也能够根据所述变化而以适当的正时来控制TC马达5c。由此，能够更恰当地抑制气缸间的内部EGR量的不均。
再者，实施方式是使用了电动涡轮增压器5作为排气压变更机构的例子，但本发明的排气压变更机构不限于此，只要能够变更排气通路内的压力即可。例如，在包括通常的涡轮增压器的内燃机的排气通路中，也可以与涡轮增压器的涡轮并列或直列地设置作为排气压变更机构的电动式的动力涡轮(power turbine)。
另外，实施方式是使用了目标旋转变化量DN#i作为排气压变更机构的动作量的例子，但本发明的动作量不限于此，只要是相当于排气压变更机构的动作量的值即可。例如，在使用了作为排气压变更机构的电动式的动力涡轮的情况下，也可以使用此动力涡轮的旋转变化量。
而且，实施方式是使用了可变排气凸轮相位机构8作为气门正时变更机构的例子，但本发明的气门正时变更机构不限于此，只要能够变更排气门及进气门中的至少一个气门的气门正时即可。例如，除了可变排气凸轮相位机构8之外，也可以使用如下可变进气凸轮相位机构作为气门正时变更机构，此可变进气凸轮相位机构无级地向提前角侧或迟后角侧变更进气凸轮轴相对于曲柄轴的相对相位(以下称为“进气凸轮相位”)。这样，在使用了可变排气凸轮相位机构8及可变进气凸轮相位机构这两者的情况下，只要根据排气凸轮相位CAEX及进气凸轮相位来执行TC马达控制即可，在仅使用了可变进气凸轮相位机构的情况下，只要根据进气凸轮相位来执行TC马达控制即可。
另一方面，实施方式是将控制开始正时ENst#i计算为排气行程中的曲柄角CA的例子，但也可以将此控制开始正时ENst#i计算为膨胀行程后期的正时(曲柄角CA)。在此情况下，在步骤70～步骤72中，只要判别1号气缸～3号气缸是否处于从膨胀行程后期的正时到排气行程后期的正时(包含结束时的正时)之间即可。
另外，实施方式是将本发明的控制装置应用于车辆用的内燃机的例子，但本发明的控制装置不限于此，也能够应用于船舶用的内燃机、或其他工业设备用的内燃机。

Claims (5)

1.一种内燃机的控制装置，包括能够变更排气通路内的压力即排气压的排气压变更机构与多个气缸，所述内燃机的控制装置的特征在于包括：
动作量设定单元，根据所述内燃机的运转状态分别对应于所述多个气缸来设定所述排气压变更机构的动作量，所述排气压变更机构用以变更所述排气压；以及
控制单元，在包含所述各气缸的一个燃烧循环中的排气行程的控制期间中，对所述排气压变更机构进行控制，以达到对应于所述各气缸而设定的所述动作量。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于：
所述排气压变更机构包含电动涡轮增压器，所述电动涡轮增压器包括电动机、能够由所述电动机驱动的涡轮及压缩机，
所述动作量设定单元将所述涡轮的旋转变化量设定为所述动作量，
所述控制单元在所述控制期间中对所述电动机进行控制，以达到所述设定的涡轮的旋转变化量。
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：
所述动作量设定单元根据作为所述内燃机的运转状态的所述内燃机的运转负载区来设定所述动作量。
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，其特征在于：
所述控制单元根据从所述各气缸排出的燃烧气体到达所述排气压变更机构为止的距离，对所述排气压变更机构进行控制。
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，其特征在于：
所述内燃机还包括气门正时变更机构，所述气门正时变更机构能够变更排气门及进气门中的至少一个气门的气门正时，
所述控制单元根据所述气门正时变更机构对于气门正时的变更状态，对所述排气压变更机构进行控制。
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