CN109595085A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

内燃机的控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109595085A
CN109595085A CN201810991930.6A CN201810991930A CN109595085A CN 109595085 A CN109595085 A CN 109595085A CN 201810991930 A CN201810991930 A CN 201810991930A CN 109595085 A CN109595085 A CN 109595085A
Authority
CN
China
Prior art keywords
egr
valve
gas
cylinder
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810991930.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109595085B (zh
Inventor
青柳真介
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN109595085A publication Critical patent/CN109595085A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109595085B publication Critical patent/CN109595085B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0261—Controlling the valve overlap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0223—Variable control of the intake valves only
    • F02D13/0226—Variable control of the intake valves only changing valve lift or valve lift and timing
    • F02D13/023—Variable control of the intake valves only changing valve lift or valve lift and timing the change of valve timing is caused by the change in valve lift, i.e. both valve lift and timing are functionally related
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0276—Actuation of an additional valve for a special application, e.g. for decompression, exhaust gas recirculation or cylinder scavenging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0052—Feedback control of engine parameters, e.g. for control of air/fuel ratio or intake air amount
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0077—Control of the EGR valve or actuator, e.g. duty cycle, closed loop control of position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/09—Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0223—Variable control of the intake valves only
    • F02D13/0234—Variable control of the intake valves only changing the valve timing only
    • F02D13/0238—Variable control of the intake valves only changing the valve timing only by shifting the phase, i.e. the opening periods of the valves are constant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0261—Controlling the valve overlap
    • F02D13/0265—Negative valve overlap for temporarily storing residual gas in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0406—Intake manifold pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

一种内燃机的控制装置，在高进气压条件下，不另外具备EGR控制阀，并且在抑制新气经由EGR通路向排气通路窜气的同时，使通过外部EGR装置的排气气体的再循环实质上停止。在具备外部EGR装置(80)的内燃机(10)中，在满足高进气压条件并且没有EGR气体导入要求的情况下，使用可变气门驱动装置(100)执行EGR切断控制，该外部EGR装置具有将排气通路(60)与汽缸(12)连接的EGR通路(82)和设置于EGR通路的汽缸侧的端部的EGR阀(84)。在EGR切断控制中，进气门(50)比EGR阀靠后地在进气冲程中打开，并且，调整重叠面积以使得与EGR阀相关的流出气体量(Gout)与流入气体量(Gin)相等。EGR通路构成为储存在EGR切断控制的执行期间从汽缸内向EGR通路流出的气体。

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，更具体地涉及在对具备将排气通路与汽缸连接的EGR通路和设置于该EGR通路的汽缸侧的端部的EGR阀的内燃机进行控制方面适宜的控制装置。
背景技术
例如，在专利文献1中公开了柴油发动机的外部EGR装置。该外部EGR装置具备将排气通路与汽缸连接的EGR通路和设置在该EGR通路的汽缸侧的端部的EGR阀。EGR阀在进气冲程中打开。另外，该外部EGR装置，在排气通路与EGR通路的连接部具备用于控制EGR气体量的EGR控制阀。在该柴油发动机中，通过关闭EGR控制阀，能够停止通过外部EGR装置进行的排气气体向汽缸内的再循环。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-073875号公报
发明内容
如上所述，在专利文献1所记载的柴油发动机中，为了停止向汽缸内导入EGR气体而使用了EGR控制阀。另一方面，已知有使对内燃机的燃烧室进行开闭的气门(阀)的打开特性(气门的相位、提升量以及作用角等)可变的可变气门驱动装置。该气门典型地是进气门或排气门，专利文献1所记载的EGR阀也包含于其中。通过利用这样的可变气门驱动装置，若能够实质上停止通过外部EGR装置进行的排气气体向汽缸的再循环，则能够不需要上述EGR控制阀。
本发明鉴于上述那样的问题而做出，将具备外部EGR装置的内燃机作为对象，该外部EGR装置具有将排气通路与汽缸连接的EGR通路和设置于该EGR通路的汽缸侧的端部的EGR阀。并且，本发明的目的在于提供如下的内燃机的控制装置，即在进气通路的进气口内的压力比EGR通路的EGR口内的压力高的高进气压条件下，在EGR通路与排气通路的连接部不另外具备EGR控制阀，并且在抑制新气经由EGR通路从汽缸向排气通路的窜气的同时，使通过外部EGR装置进行的排气气体的再循环实质上停止。
用于解决问题的技术方案
本发明涉及的内燃机的控制装置，对如下的内燃机进行控制，
所述内燃机具备：
增压器，其对在进气通路中流动的进气进行增压；
设置于所述进气通路的汽缸侧的端部的进气门和设置于排气通路的所述汽缸侧的端部的排气门；
外部EGR装置，其具有将所述排气通路与所述汽缸连接的EGR通路和设置于所述EGR通路的所述汽缸侧的端部的EGR阀；以及
可变气门驱动装置，其使所述EGR阀的打开特性和所述进气门的打开特性中的至少一方可变。
所述EGR阀打开的EGR阀提升期间，设置为进气冲程的一部分或设置为跨排气冲程的一部分和进气冲程的一部分。
所述控制装置，在满足所述进气通路的进气口内的压力比所述EGR通路的EGR口内的压力高的高进气压条件、并且没有基于所述外部EGR装置的EGR气体导入要求的情况下，使用所述可变气门驱动装置来执行EGR切断控制。
所述控制装置，在所述EGR切断控制中，使所述进气门比所述EGR阀靠后地在所述进气冲程中打开，并且，调整所述EGR阀的提升曲线与所述进气门的提升曲线重叠的部分的面积即重叠面积，以使得经由所述EGR阀的从所述汽缸内向所述EGR通路的流出气体量与经由所述EGR阀的从所述EGR通路向所述汽缸内的流入气体量相等。
所述EGR通路构成为，储存在所述EGR切断控制的执行期间经由所述EGR阀从所述汽缸内向所述EGR通路流出的气体。
所述可变气门驱动装置也可以使所述进气门的相位可变。并且，所述控制装置，也可以在所述EGR切断控制中，通过所述进气门的相位的调整，调整所述重叠面积，以使得所述流出气体量与所述流入气体量相等。
所述可变气门驱动装置，也可以使所述进气门的提升量以及作用角中的至少一方可变。并且，所述控制装置，也可以在所述EGR切断控制中，通过所述进气门的提升量以及所述进气门的作用角中的至少一方的调整，调整所述重叠面积，以使得所述流出气体量与所述流入气体量相等。
所述内燃机也可以包括设置于所述进气通路的节气门。并且也可以是，所述控制装置，在所述节气门的开度小于全闭开度并且没有所述EGR气体导入要求时，在通过打开所述节气门可满足所述高进气压条件的情况下，打开所述节气门来满足所述高进气压条件并且执行所述EGR切断控制。
所述增压器也可以是具有配置于所述进气通路的压缩机和配置于所述排气通路的涡轮的涡轮增压器。并且，所述EGR通路也可以在比所述涡轮靠下游侧处连接于所述排气通路。
发明的效果
根据本发明，在满足高进气压条件、并且没有基于外部EGR装置进行的EGR气体导入的要求的情况下，使用可变气门驱动装置来执行EGR切断控制。在EGR切断控制中，使EGR阀比进气门先打开，并且调整关于EGR阀以及进气门的提升曲线的重叠面积，以使得经由EGR阀的从汽缸内向EGR通路的流出气体量与经由EGR阀的从EGR通路向汽缸内的流入气体量相等。并且，EGR通路构成为，储存在EGR切断控制的执行期间经由EGR阀从汽缸内向EGR通路流出的气体。因此，当执行EGR切断控制时，在EGR阀提升期间中，气体会经由EGR阀在汽缸与EGR通路之间出入。因此，根据本发明，在EGR通路与排气通路的连接部不另外具备EGR控制阀，便能够抑制新气经由EGR通路从汽缸向排气通路的窜气，同时，能够使通过外部EGR装置的排气气体的再循环(即，所谓的外部EGR气体的导入)实质上停止。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统的结构的图。
图2是将通过图1所示的可变气门驱动装置实现的进气门及EGR阀的提升曲线的一例与排气门的提升曲线一起表示的图。
图3是示出在EGR气体导入时使用的映射M1中的进气门及EGR阀的相位、提升量以及作用角的设定例的图。
图4是表示EGR阀的相位的调整例的图。
图5是表示关于高进气压条件下的进气门及EGR阀的气门通过气体量[g]和EGR阀与进气门的O/L期间的关系的图。
图6是利用图4所示的相位B2的例子，是表示各阀的通过气体流量[g/s]相对于曲轴角的变化的图。
图7是示出与本发明的实施方式1的EGR切断控制相关的处理的例程的流程图。
图8是表示高进气压条件下的EGR阀的通过气体量[g]和EGR阀与进气门的O/L期间的关系的图。
图9是表示高进气压条件下的EGR阀的通过气体量[g]和EGR阀与进气门的O/L期间的关系的图。
图10是用于说明图1所示的节气门的控制区域的一例的图。
图11是示出与本发明的实施方式5的EGR切断控制相关的处理的例程的流程图。
图12是用于说明在EGR切断控制的执行期间，EGR阀的打开正时处于排气冲程的例子的图。
附图标记的说明
10内燃机；12汽缸；14汽缸盖；20涡轮增压器；22涡轮；26可变喷嘴机构；30进气通路；34空气流量传感器；36湿度传感器；40节气门；42进气歧管；44进气口；50进气门；60排气通路；62排气歧管；64排气口；72排气门；80外部EGR装置；82EGR通路；84EGR阀；88EGR歧管；90EGR口；100可变气门驱动装置；102进气可变气门驱动装置；104EGR可变气门驱动装置；110电子控制单元(ECU)
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下所示的实施方式中提及各要素的个数、数量、量、范围等数的情况下，除了特别明示的情况、在原理上明确地确定为该数的情况之外，本发明不限定于该提及的数。另外，在以下所示的实施方式中要说明的构造、步骤等，除了特别明示的情况、明显地在原理上确定为该构造、步骤等的情况之外，在本发明中不是必须的。
实施方式1.
首先，参照图1～图7，对本发明的实施方式1进行说明。
1.实施方式1的系统的结构例
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统的结构的图。图1所示的系统，具备压缩点火式的内燃机(柴油发动机)10。内燃机10例如搭载于车辆。内燃机10作为一例是直列四缸型发动机，但内燃机的汽缸数也可以是四个以外的任意一个或多个。另外，作为本发明的对象的内燃机，也可以替代压缩点火式的内燃机，而例如是火花点火式的内燃机(例如，汽油发动机)。
1-1.增压器
内燃机10是增压发动机，作为增压器的一例，具备涡轮增压器20。更具体而言，作为一例，涡轮增压器20是具备涡轮22、压缩机24和可变喷嘴机构26的可变喷嘴式涡轮增压器。涡轮22通过排气能量驱动旋转。压缩机24与涡轮22一起旋转而对吸入空气进行增压。根据可变喷嘴机构26，通过变更多个可变喷嘴叶片的开度(VN开度)而使流入涡轮22的排气气体的流速变化，能够调整增压压。
1-2.进气系统
进气通路30与内燃机10的各汽缸12连通。具体而言，在进气通路30的入口附近安装有空气滤清器32。在空气滤清器32设置有输出与取入到进气通路30的空气(新气)的流量相应的信号的空气流量传感器34和输出与该空气的湿度相应的信号的湿度传感器36。
在比空气滤清器32靠下游侧的进气通路30配置有上述的压缩机24。在比压缩机24靠下游侧的进气通路30配置有用于对通过压缩机24压缩后的进气进行冷却的中间冷却器38。在中间冷却器38的下游设置有用于调整在进气通路30中流动的进气的流量的电子控制式节气门40。
在节气门40的下游侧设置有用于朝向各汽缸12分配进气的进气歧管42。在汽缸盖14的内部形成有将进气歧管42的各出口与各汽缸12(各燃烧室)连接的进气口44。进气歧管42以及进气口44内的通路作为进气通路30的一部分发挥功能。在图1所示的例子中，进气口44针对每个汽缸12设置有2个。
在进气歧管42的集合部安装有输出与进气压(进气歧管压(增压压力))相应的信号的进气压传感器46和输出与进气温度相应的信号的进气温度传感器48。
1-3.排气系统
另外，排气通路60与各汽缸12连通。具体而言，在汽缸盖14的内部，形成有将各汽缸12(各燃烧室)与排气歧管62连接的排气口64。排气歧管62以及排气口64内的通路作为排气通路60的一部分而发挥功能。在图1所示的例子中，排气口64针对每个汽缸12设置有1个。
在比排气歧管62靠下游侧的排气通路60配置有上述的涡轮22。通过排气歧管62收集到的来自各汽缸12的排气气体向涡轮22流入。在涡轮22的下游，为了对排气气体进行净化而配置有排气净化装置(后处理装置)66。
在排气歧管62的集合部安装有输出与排气压(排气歧管压)相应的信号的排气压传感器68和输出与排气温度相应的信号的排气温度传感器70。
1-4.外部EGR装置
图1所示的内燃机10具备外部EGR装置(以下，也单称为“EGR装置”)80。EGR装置80具备EGR通路82、EGR阀84和EGR冷却器86。EGR通路82将排气通路60与各汽缸12连接。EGR气体流量的控制如下述那样使用可变气门驱动装置100来进行。
更具体而言，EGR通路82将比涡轮22靠下游侧的排气通路60与各汽缸12连接，能够使在排气通路60内流动的排气气体的一部分作为EGR气体(所谓的外部EGR气体)向各汽缸12再循环。在图1所示的例子中，在汽缸盖14的内部形成有用于将EGR气体朝向各汽缸12分配的EGR歧管88和将EGR歧管88与各汽缸12连接的EGR口90。EGR歧管88以及EGR口90内的通路作为EGR通路82的一部分而发挥功能。在图1所示的例子中，EGR口90针对每个汽缸12设置有1个。
EGR阀84设置于EGR通路82的汽缸12侧的端部。即，EGR阀84对汽缸12(燃烧室)进行开闭。EGR冷却器86对从排气通路60流入到EGR通路82的排气气体(EGR气体)进行冷却。另外，在EGR通路82(更具体而言，比EGR冷却器86靠EGR气体流动的下游侧并且比EGR歧管88靠上游侧的部位)安装有输出与EGR气体的压力相应的信号的EGR气体压传感器92和输出与EGR气体的温度相应的信号的EGR气体温度传感器94。
(EGR通路的容积)
EGR通路82构成为储存在下述的EGR切断控制的执行期间经由EGR阀84从汽缸12内向EGR通路82流出的气体(主要是新气)。更具体而言，由于内燃机10具有多个(四个)汽缸12，因此EGR通路82构成为确保不使在EGR切断控制的执行期间从各汽缸12流出到EGR通路82的气体流出到EGR通路82外(即，排气通路60内)的大小的容积。
1-5.气门驱动系统
在图1所示的内燃机10的例子中，作为对汽缸12(燃烧室)进行开闭的气门，设置有四个阀。其中的两个是汽缸12侧的设置于进气通路30(进气口44)的端部的进气门50，另一个是汽缸12侧的设置于排气通路60的端部的排气门72，剩下的一个是上述的EGR阀84。这些阀50、72、84典型地都是提升型气门。此外，这些阀50、72、84各自的数量不限定于上述的例子，也可以是其他任意的数量。
内燃机10具备可变气门驱动装置100。可变气门驱动装置100包括使进气门50的打开特性可变的进气可变气门驱动装置102和使EGR阀84的打开特性可变的EGR可变气门驱动装置104。此外，排气门72例如通过图示省略的排气气门驱动装置而以一定的打开特性驱动。
通过进气可变气门驱动装置102以及EGR可变气门驱动装置104变更的打开特性的例子是进气门50以及EGR阀84的相位、提升量以及作用角。更具体而言，气门的相位的变更相当于变更相对于曲轴角的气门提升曲线的相位。另外，气门的提升量指气门提升曲线中的最大提升量。气门的作用角相当于气门打开了的曲轴角期间(曲轴角幅度)。
进气可变气门驱动装置102，具有使进气门50的相位在预定的曲轴角范围内连续地可变的相位可变功能和使进气门50的提升量以及作用角连续地可变的提升量&作用角连续可变功能。同样地，EGR可变气门驱动装置104也具有相位可变功能和提升量&作用角连续可变功能。
相位可变功能例如能够通过具备可以变更相对于曲轴的旋转相位的凸轮轴的旋转相位的相位可变机构(图示省略)来实现。另外，提升量&作用角连续可变功能例如能够通过具备使气门的提升量以及作用角能够连续地变更的周知的可变气门提升机构来实现。作为补充，例如，为了实现进气门50的上述的两个功能，可以具备利用进气门50用的凸轮轴的相位可变机构以及可变气门提升机构。另外，为了实现EGR阀84的上述的两个功能，可以在使排气门72用的凸轮轴和EGR阀84用的凸轮轴为双重构造的同时，具备利用EGR阀84用的凸轮轴的相位可变机构以及可变气门提升机构。
图2是将由图1所示的可变气门驱动装置100实现的进气门50以及EGR阀84的提升曲线的一例与排气门72的提升曲线一起表示的图。如图2所示，进气可变气门驱动装置102构成为利用相位可变功能来使进气门50的关闭正时与压缩冲程中的预定正时相匹配并且利用提升量&作用角连续可变功能来使进气门50的提升量以及作用角能够连续地变更。另外，EGR可变气门驱动装置104构成为利用相位可变功能来使EGR阀84的打开正时与排气上止点(TDC)相匹配并且利用提升量&作用角连续可变功能来使EGR阀84的提升量以及作用角能够连续地变更。另外，这样的进气门50以及EGR阀84的打开特性的变更，在使EGR阀84的提升曲线的一部分与进气门50的提升曲线的一部分能够在进气冲程中重合的同时进行。此外，排气门72例如在膨胀冲程的预定正时打开，在排气上止点附近关闭。
1-6.控制系统
如图1所示，本实施方式的系统还具备电子控制单元(ECU)110。ECU110与内燃机10以及搭载内燃机10的车辆所搭载的各种传感器和用于控制内燃机10的运转的各种致动器电连接。
上述的各种传感器除了包括上述的空气流量传感器34、湿度传感器36、压力传感器46、68、92以及温度传感器48、70、94之外，还包括输出与曲轴角相应的信号的曲轴角传感器112、外气温度传感器114、大气压传感器116、水温传感器118以及加速器位置传感器120。外气温度传感器114、大气压传感器116、水温传感器118、以及加速器位置传感器120分别输出与外气温度、大气压、发动机冷却水温度以及加速器踏板位置相应的信号。ECU110能够使用曲轴角传感器112来取得发动机转速。另外，上述的各种致动器，除了包括上述的可变喷嘴机构26、节气门40以及可变气门驱动装置100(102、104)之外，还包括向各汽缸12喷射燃料的燃料喷射阀122。
ECU110具备处理器、存储器以及输入输出接口。输入输出接口从上述的各种传感器取入传感器信号，并且对上述的各种致动器输出操作信号。存储器中存储有用于控制各种致动器的各种控制程序以及映射。处理器从存储器读出控制程序并执行。由此，本实施方式的“内燃机的控制装置”的功能得以实现。
1-7.内燃机的硬件上的特征
(高增压和EGR气体导入的兼顾)
与本实施方式的外部EGR装置80不同，在高压回路(HPL：High Pressure Loop)式的EGR装置中，EGR通路与比涡轮靠上游侧的排气通路连接。因此，在进行EGR气体的导入时，向涡轮流入的排气气体的量会减少。另外，若EGR通路与比涡轮靠上游侧的排气通路连接，则比涡轮靠上游侧的排气通路的容积增加与EGR通路相应的量。结果，排气脉动会衰减，有可能导致涡轮工作的降低。由于这些理由，若采用HPL式的EGR装置，则存在难以增高增压压力的可能性。
与此相对，根据本实施方式的EGR装置80，通过涡轮22后的排气气体作为EGR气体被取出到EGR通路82。因此，能够抑制通过涡轮22的排气气体的流量的减少。另外，由于EGR通路82的存在，涡轮22的上游侧的排气通路60的容积也不会增加。因此，能够在实现高增压的同时导入EGR气体。另外，在上述的HPL式的EGR装置中，通过EGR通路向比涡轮靠上游侧的排气通路的连接，各汽缸的排气通路会连通，因此，难以采用双涡管方式的涡轮增压器。与此相对，通过利用EGR装置80，能够容易地采用双涡管方式。
(进气压比排气压高的条件下的EGR气体的导入)
另外，在HPL式的EGR装置中，EGR通路与比节气门靠下游侧的进气通路连接。在这样的结构中，由于涡轮效率良好，在进气通路内的压力比排气通路内的压力高的条件下，若将对EGR通路进行开闭的EGR阀打开，则在进气通路中流动的新气会向EGR通路窜气。因此，在该条件下，难以进行EGR气体的导入。
与此相对，根据本实施方式的EGR装置80，通过适当地设定在进气冲程期间打开EGR阀84和进气门50的曲轴角期间(例如，如下述的图3那样)，即便在进气压(增压压力)比排气压高的条件下，也能够将EGR气体向汽缸12内导入。
(EGR气体的导入延迟的抑制)
在具备将排气通路与进气通路连接的EGR通路的结构(例如，上述的HPL式或低压回路(LPL：Low Pressure Loop)式的EGR装置)中，从EGR阀到汽缸的距离变长，因此，即便调整EGR阀的开度，到吸入汽缸内的EGR气体的量实际上发生变化为止也需要时间(即，EGR气体的导入延迟大)。
与此相对，根据本实施方式的EGR装置80，如后面详细说明那样，控制EGR阀84的打开特性以及进气门50的打开特性中的至少一方。由此，能够迅速进行EGR气体的导入有无的切换以及EGR气体流量的调整。
2.EGR控制
2-1.EGR气体的导入以及EGR气体流量的调整
在具备上述的外部EGR装置80以及可变气门驱动装置100的内燃机10中，EGR气体的导入以及EGR气体流量的调整，通过进气门50的打开特性的控制以及EGR阀84的打开特性的控制来执行。
更具体而言，通过进气门50的打开特性的控制以及EGR阀84的打开特性的控制，来控制向汽缸12内流入的EGR气体的流量，由此，控制EGR率。EGR率[％]是将向汽缸12内填充的EGR气体的量除以向汽缸12内填充的新气以及EGR气体的总量再乘以100而得到的值。
(进气门以及EGR阀的相位、提升量以及作用角的决定方法(适宜方法))
在内燃机10中，对于根据发动机负荷(燃料喷射量)和发动机转速确定的发动机运转区域内的各个发动机工作点，设定了目标EGR率。另外，在内燃机10中，对于发动机运转区域内的各个发动机工作点，设定了目标新气量。新气量的控制，例如能够通过节气门40的开度和VN开度的调整来进行。
在本实施方式中，在各个发动机工作点满足目标EGR率的进气门50以及EGR阀84的相位、提升量以及作用角，以在满足目标新气量的同时燃料消耗成为最少的方式(换言之，以发动机转矩成为最大的方式)决定。该决定方法例如如下。
即，在与EGR控制相关的各种参数A相同的条件下，一边变更进气门50以及EGR阀84的相位、提升量以及作用角，一边进行试验或模拟。并且，根据所得到的结果，来决定在满足目标EGR率以及目标新气量的同时燃料消耗成为最小的进气门50以及EGR阀84的相位、提升量以及作用角的组合。一边变更参数A一边执行这样的作业。由此，得到在内燃机10的运转期间设想的参数A的范围内，满足目标EGR率等上述要求的进气门50以及EGR阀84的相位、提升量以及作用角。在ECU110，这样得到的关系(参数A与进气门50以及EGR阀84的相位、提升量以及作用角的关系)作为映射M1被存储。由此，在内燃机10的运转期间通过参照那样的映射M1，能够以使得在参数A的当前条件下满足上述要求的方式，决定进气门50以及EGR阀84的相位、提升量以及作用角。此外，参数A，例如是发动机转速、燃料喷射量、新气量、外气温度、大气压、发动机冷却水温度、大气(进气)湿度、进气歧管42内的压力及温度、排气歧管62内的压力及温度、以及EGR歧管88内的压力及温度。
(进气门以及EGR阀的相位、提升量以及作用角的设定例)
图3示出在EGR气体导入时使用的映射M1中的进气门50以及EGR阀84的相位、提升量以及作用角的设定例。图3所示的例子，将进气口44内的压力比排气口64内的压力低的条件作为对象。在该例中，在进气冲程中，EGR阀84以及进气门50依次打开，并且，EGR阀84的提升曲线的一部分与进气门50的提升曲线的一部分重合。若EGR阀84和进气门50双方打开，则与EGR阀84单独打开时相比，EGR气体的流入量会减少与经由进气门50的新气的流入量相应的量。因此，若通过进气门50的打开特性以及EGR阀84的打开特性中的至少一方的调整而这些提升曲线重合的部分的面积即重叠面积(以下，称为“O/L面积”)变大，则EGR气体流量会减少，EGR率会变低。
另外，作为补充，根据具备EGR装置80和可变气门驱动装置100的内燃机10，与图3所示的例子不同，通过在进气冲程中EGR阀84开闭后进气门50开闭，不设置EGR阀84和进气门50的重叠。由此，即使在进气口44内的压力比排气口64内的压力高的条件下，也能够在避免新气向EGR通路82内的窜气的同时使得EGR气体的导入成为可能。其理由是因为，在EGR阀84打开的期间，由于活塞的下降而汽缸12内成为负压，而另一方面，比涡轮22靠下游侧的排气通路60内的压力成为大气压附近，因此，与EGR通路82内的压力相比，汽缸12内的压力变低。因此，经由EGR通路82，EGR气体向汽缸12内供给。并且，如果进气门50的打开正时与EGR阀84的关闭正时相比靠后，则即便进气门50打开而高压的进气向汽缸12内供给，进气也不会朝向EGR通路82窜气。
2-2.EGR切断控制
在内燃机10的运转期间，存在不需要EGR气体的导入的情况。在具备EGR装置80以及可变气门驱动装置100的内燃机10中，在进气口44内的压力比EGR口90内的压力高的压力条件(以下，简称为“高进气压条件”)下，在没有EGR气体导入要求的情况下，执行如下那样的“EGR切断控制”。
即，本实施方式的EGR切断控制中，与在进气冲程中打开的EGR阀84相比靠后地进气门50在进气冲程中打开，并且，为了调整关于EGR阀84的提升曲线和进气门50的提升曲线的O/L面积以使得流出气体量Gout与流入气体量Gin相等，使用可变气门驱动装置100。流出气体量Gout是经由EGR阀84从汽缸12内向EGR通路82流出的气体的量，流入气体量Gin是经由EGR阀84从EGR通路82向汽缸12内流入的气体的量。
2-2-1.不关闭EGR阀地使排气气体的再循环停止的原理
在本实施方式的EGR切断控制中，作为一例，上述的O/L面积的调整通过EGR阀84的相位、提升量以及作用角、以及进气门50的相位、提升量以及作用角这双方的调整来执行。但是，在以下参照图4～图6进行的关于排气气体的再循环停止的原理的说明中，为了使说明简单，利用作为EGR切断控制仅进行EGR阀84的相位的调整的例子。
图4是表示EGR阀84的相位的调整例的图。更具体而言，图4表示将进气门50(以及排气门72)的提升曲线固定不变，使EGR阀84的相位从基准相位B1逐渐延迟而得到的相位B2、B3、B4。此外，在基准相位B1，EGR阀84在排气上止点打开。
在图4所示的例子中，EGR阀84的相位的延迟量越大，则EGR阀84与进气门50的重叠期间(O/L期间)越长。图4中的O/L期间的例子O/L1～O/L4分别与EGR阀84的相位B1～B4对应。通过EGR阀84的相位的调整，若O/L期间越长，则O/L面积越大。
图5表示关于高进气压条件下的进气门50以及EGR阀84的气门通过气体量[g]和EGR阀84与进气门50的O/L期间的关系。更具体而言，图5所示的例子，示出在与EGR控制有关系的各种参数A相同的条件下进行了EGR阀84的相位的调整时的试验结果。图5中的气门通过气体量，是在气门提升期间中向汽缸12内流入的气体的量。因此，气门通过气体量，在气门提升期间中与向汽缸12内流入的气体的量相比从汽缸12流出的气体的量多的情况下，表现为负的值。
图5与图4中的四个O/L期间(O/L1～O/L4)对应。如图5所示，随着从EGR阀84的相位的基准相位B1起的延迟量的增加，O/L期间变长，与此相伴，EGR阀84的通过气体量的值变小，之后达到零后在负侧变大。
更具体而言，在与基准相位B1对应的O/L1的例子中，首先，在进气冲程中EGR阀84打开，EGR气体流入汽缸12内。由于是高进气压条件，因此若之后进气门50打开，则向汽缸12内流入新气，该新气的一部分向EGR通路82窜气。此时，新气一边与流入到汽缸12内的EGR气体的一部分混合，一边向EGR通路82窜气，但是窜气的气体的大部分是新气。
O/L2比O/L1长。因此，在O/L2的例子中，与O/L1的例子相比，仅EGR阀84打开的曲轴角期间变短，因此，向汽缸12内流入的EGR气体的量(＝流入气体量Gin)变少。另外，在EGR阀提升期间中向EGR通路82窜气的气体(主要是新气)的量(＝流出气体量Gout)与O/L1的例子相比变多。因此，EGR阀84的通过气体量的值与O/L1的例子相比变小。作为补充，O/L2的例子相当于EGR阀84的通过气体量的值为零的例子、即流入气体量Gin与流出气体量Gout相等的例子。
在O/L3的例子中，O/L期间更长。因此，仅EGR阀84打开的曲轴角期间更短，因此，向汽缸12内流入的EGR气体的量(＝流入气体量Gin)更少。另外，在EGR阀提升期间中向EGR通路82窜气的气体(主要是新气)的量(＝流出气体量Gout)更多。因此，EGR阀84的通过气体量的值更小，成为负值。
在O/L4的例子中，EGR阀84和进气门50同时打开。若EGR阀84的打开正时与进气门50的打开正时同时或比其晚，则由于从进气通路30向汽缸12内流入的高压的新气，来自EGR通路82的EGR气体的流入自身被妨碍。结果，在该例中，EGR阀84的通过气体量的值在负侧更大。
在图4所示的例子中，应在EGR切断控制中利用的EGR阀84的相位为相位B2。接着，参照图6，对在利用了相位B2的情况下产生的相对于汽缸12的气体的出入进行更详细地说明。此外，在图5所示的例子中，与EGR阀84的相位的调整无关地，进气门50的通过气体量成为恒定，其理由在于，通过节气门40的开度和VN开度的调整，另外控制新气量，以获得目标新气量。
图6是表示在利用图4所示的相位B2的例子中，各阀50、72、84的通过气体流量[g/s]相对于曲轴角的变化的图。此外，图6中的EGR阀84的通过气体流量的值，在气体向汽缸12内流入时为正。
首先，当排气门72打开时，排气气体从汽缸12向排气通路60排出。在图6所示的进气门50以及EGR阀84的提升曲线最初被使用的首次循环中，在EGR阀84单独打开时，EGR气体从EGR通路82向汽缸12内流入。结果，EGR阀84的通过气体流量，如图6所示那样成为正的值。
接着，当在EGR阀提升期间中进气门50打开时，新气从进气通路30向汽缸12内流入。由于是高进气压条件，因此，随着高压的新气向汽缸12内的流入，汽缸12内的气体(主要是流入到汽缸12内的高压的新气的一部分)会向EGR通路82窜气。结果，EGR阀84的通过气体流量，如图6所示那样成为负值。之后，当EGR阀提升期间结束时，EGR阀84的通过气体流量成为零。
在继上述的首次循环之后的循环中，在EGR阀84单独开着时，在上次的循环中窜气到EGR通路82的气体(主要是新气)再次流入汽缸12内。并且，当在之后进气门50打开时，汽缸12内的气体(主要是新气)在EGR阀提升期间中向EGR通路82窜气。在该循环的下次以后的循环中，也重复上述的工作。
如已说明的那样，在利用图4所示的相位B2时，在EGR阀提升期间中经由EGR阀84相对于汽缸12内出入的气体量成为零(即，流入气体量Gin与流出气体量Gout相等)。这样，当执行EGR切断控制时，在EGR阀提升期间中，只不过气体经由EGR阀84在汽缸12与EGR通路82之间出入。换言之，当执行EGR切断控制时，实质上不产生经由排气通路60从EGR通路82向汽缸12内再循环的排气气体(外部EGR气体)。另外，由于流入气体量Gin与流出气体量Gout相等，因此，在EGR阀84与进气门50之间的O/L期间中，高压的新气也不会通过EGR通路82而朝向排气净化装置66窜气。
如以上所述，根据EGR切断控制，即便EGR阀84保持打开的状态，也与使EGR阀84为全闭的状态为相同状态，也就是说，能够停止经由排气通路60以及EGR通路82的排气气体的再循环(外部EGR气体的导入)。
2-2-2.与实施方式1的EGR切断控制相关的ECU的处理
图7是示出与本发明的实施方式1的EGR切断控制相关的处理的例程的流程图。ECU110在内燃机10的运转期间以预定的周期反复执行本例程的处理。
在图7所示的例程中，ECU110，首先判定目标EGR率是否为零、即判定是否没有EGR气体导入要求(步骤S100)。如已经说明的那样，目标EGR率与根据发动机负荷(燃料喷射量)和发动机转速确定的发动机运转区域内的各个发动机工作点对应地设定。在发动机工作点中，也包含目标EGR率成为零的工作点。另外，目标EGR率有时也与同发动机工作点相应的设定无关地，例如根据车辆的环境条件(例如，外气温度或标高)而变更。
ECU110，在步骤S100的判定结果为否定的情况下，迅速结束本次的例程启动时的处理。另一方面，在步骤S100的判定结果为肯定的情况下，ECU110，判定是否满足高进气压条件(进气口压>EGR口压)(步骤S102)。在该判定中使用的进气口压以及EGR口压，例如分别利用进气压传感器46以及EGR气体压传感器92而取得。
ECU110，在步骤S102的判定结果为否定的情况下，迅速结束本次的例程启动时的处理。此外，在该情况下，例如也可以控制可变气门驱动装置100，以得到使EGR率最低的EGR阀84的打开特性以及进气门50的打开特性。
另一方面，在步骤S102的判定结果为肯定的情况下，ECU110，取得与EGR控制有关系的各种参数A(步骤S104)。参数A的一例如上所述。更具体而言，在本步骤S104中，取得与这些参数A分别对应的传感器值或致动器的指令值。
然后，ECU110取得目标新气量(步骤S106)。目标新气量，作为一例，与目标EGR率同样地，与根据发动机负荷(燃料喷射量)和发动机转速确定的发动机运转区域内的各个发动机工作点对应地被设定。因此，在本步骤S106中，取得与当前的发动机工作点对应的目标新气量。此外，ECU110在与本例程不同的另外的例程中，控制节气门40的开度以及VN开度，以使得满足目标新气量。
接着，ECU110执行EGR切断控制(步骤S108)。具体而言，在本步骤S108中，在EGR切断控制的执行期间使用的EGR阀84的相位、提升量以及作用角、以及进气门50的相位、提升量以及作用角的各指令值，作为一例，参照映射M2而取得。并且，控制可变气门驱动装置100(102、104)，以使得满足所取得的指令值。
更具体而言，保存于映射M2的上述指令值的各映射值决定为，满足在进气冲程中EGR阀84比进气门50先打开、并且使EGR阀提升期间中的流出气体量Gout与流入气体量Gin相等这一要件(EGR切断要件)。作为映射M2的决定方法(适宜方法)，例如可以使用与上述的映射M1同样的方法。因此，映射M2的各映射值也决定为，不仅满足EGR切断要件，还满足目标新气量这一要件和燃料消耗成为最少这一要件。此外，也可以是，在决定满足EGR切断要件的各指令值的基础上，不一定要考虑满足目标新气量以及满足燃料消耗成为最少这一要件中的至少一方。
此外，作为补充，在满足上述的EGR切断要件时，尽管EGR阀84打开着，但是，EGR通路82中的排气通路60侧的端部E(参照图1)的位置处的气体流量，以某时间内的平均值来看为零。因此，在进行试验来探索满足上述EGR切断要件的映射值的情况下，也可以在端部E安装气体流量计来对该端部E的平均气体流量成为零的情况进行确认。由此，能够掌握满足了上述EGR切断要件。
此外，在EGR切断控制的执行期间使用的EGR阀84的相位、提升量以及作用角、以及进气门50的相位、提升量以及作用角的各指令值的取得例，不限于使用映射M2。即，例如也可以使用流体力学的式子将EGR阀84的通过气体流量与各指令值的关系模型化，利用在内燃机10的运转期间进行的模型的运算结果来取得各指令值。
3.实施方式1的EGR切断控制的效果
根据以上说明的本实施方式的EGR切断控制，比在进气冲程中打开的EGR阀84靠后地，进气门50在进气冲程中打开，并且，调整关于EGR阀84的提升曲线和进气门50的提升曲线的O/L面积，以使得与EGR阀84相关的流出气体量Gout和流入气体量Gin相等。并且，EGR通路82构成为储存在EGR切断控制的执行期间经由EGR阀84从汽缸12内向EGR通路82流出的气体。因此，当执行EGR切断控制时，在EGR阀提升期间中，气体会经由EGR阀84在汽缸12与EGR通路82之间出入。因此，能够在抑制经由EGR通路82的从汽缸12向排气通路60的新气的窜气的同时，使通过外部EGR装置80进行的排气气体的再循环(即，外部EGR气体的导入)实质上停止。
此外，作为补充，根据本实施方式的EGR切断控制，无需为了停止排气气体的再循环，而在EGR通路82与排气通路60的连接部另外具备EGR控制阀。另外，如内燃机10那样，在具备具有将排气通路与汽缸连接的EGR通路和设置于该EGR通路的汽缸侧的端部的EGR阀的外部EGR装置、并且利用可变气门驱动装置来进行向汽缸内填充的外部EGR气体的调量的内燃机中，为了除了具有EGR气体的调量功能之外还具有EGR切断功能，也可考虑以能够使该EGR阀全闭的方式构成该可变气门驱动装置。但是，作为结果，可变气门驱动装置的结构复杂化，产生追加的成本。与此相对，根据本实施方式的EGR切断控制，无需为了满足EGR切断功能而使为了EGR气体的调量功能而具备的可变气门驱动装置100的结构复杂化，能够在高进气压条件下使排气气体的再循环实质上停止。
实施方式2.
接着，参照图8，对本发明的实施方式2进行说明。
1.实施方式2的系统的结构例
实施方式2的系统的结构，在可变气门驱动装置的结构上，与实施方式1的系统的结构不同。具体而言，在本实施方式中使用的可变气门驱动装置，具备进气可变气门驱动装置而不具备EGR可变气门驱动装置。并且，该进气可变气门驱动装置仅具备相位可变功能。EGR阀84通过EGR气门驱动装置以一定的打开特性驱动。
2.实施方式2的EGR切断控制
图8(A)、(B)表示高进气压条件下的EGR阀84的通过气体量[g]和EGR阀84与进气门50的O/L期间的关系。在图8所示的例子中，通过进气门50的相位的调整来变更O/L期间。
图8(A)表示将EGR阀84(以及排气门72)的提升曲线固定不变，使进气门50的相位从基准相位C1逐渐延迟而得到的相位C2、C3。在图8所示的例子中，进气门50的相位的延迟量越大，则EGR阀84与进气门50的O/L期间越长。图8中的O/L5～O/L7的例子分别与进气门50的相位C1～C3对应。通过进气门50的相位的调整，O/L期间也变化，结果，O/L面积变化。
在图8中的O/L5的例子中，O/L期间比较少，因此EGR阀84的通过气体量表现为正的值。即，在该例子中，EGR气体向汽缸12内填充。另一方面，在比O/L5长的O/L6的例子中，流入气体量Gin与流出气体量Gout相等，结果，EGR阀84的通过气体量成为零。另外，在比O/L6长的O/L7的例子中，与图5中的O/L4的例子同样地，O/L期间过长，因此与流入气体量Gin相比，流出气体量Gout变多，结果，EGR阀84的通过气体量的值成为负。
在本实施方式中，在图8所示的例子中设想的条件下，与O/L6对应的进气门50的相位C2用于EGR切断控制。在本实施方式中，如该例那样，能够使EGR阀84的通过气体量为零的进气门50的相位，基于一边变更与EGR控制有关的参数A一边进行的试验或模拟的结果而事先决定。并且，所得到的进气门50的相位的指令值例如作为映射而保存于ECU110。
3.实施方式2的EGR切断控制的效果
根据以上说明的实施方式2的EGR切断控制，只要具备能够仅调整进气门50的相位的简单的进气可变气门驱动装置，就能够在抑制新气经由EGR通路82从汽缸12向排气通路60窜气的同时，使通过外部EGR装置80进行的排气气体的再循环实质上停止。因此，能够将可变气门驱动装置所需要的成本抑制为低，并且能够实现EGR切断功能。
另外，如图4所示的例子那样，若为了实现EGR切断功能而利用EGR阀84的相位的调整，则通过EGR阀84的相位的延迟，EGR阀84的打开正时离开排气上止点。结果，在进气冲程期间存在EGR阀84以及进气门50都不打开的曲轴角期间，内燃机10的泵损失会增大。与此相对，根据利用进气门50的相位的调整的本实施方式，与利用EGR阀84的相位的调整的例子相比，能够在实现泵损失的降低的同时实现EGR切断功能。
实施方式3.
接着，参照图9，对本发明的实施方式3进行说明。
1.实施方式3的系统的结构例
实施方式3的系统的结构，在可变气门驱动装置的结构上与实施方式2的系统的结构不同。具体而言，在本实施方式中使用的进气可变气门驱动装置，具备相位可变功能以及提升量&作用角连续可变功能。此外，如果是利用在使进气门50的关闭正时大致恒定的同时使提升量以及作用角连续地可变的机构的情况，用于本实施方式的EGR切断控制的进气可变气门驱动装置也可以不具有相位可变功能。
2.实施方式3的EGR切断控制
图9(A)、(B)表示高进气压条件下的EGR阀84的通过气体量[g]和EGR阀84与进气门50的O/L期间的关系。在图9所示的例子中，通过进气门50的提升量以及作用角(以及相位)的调整来变更O/L期间。
图9(A)表示将EGR阀84(以及排气门72)的提升曲线固定不变，不改变进气门50的关闭正时地，使提升量以及作用角从基准提升曲线D1逐渐变大而得到的提升曲线D2、D3。在图9所示的例子中，进气门50的作用角越大，则EGR阀84与进气门50的O/L期间越长。图9中的O/L8～O/L10的例子分别与进气门50的提升曲线D1～D3对应。通过这样的进气门50的作用角的调整，O/L期间也变化，结果，O/L面积变化。另外，在该例中，提升量的变化也有助于O/L面积的变化。
在图9中示出的例子中，在选择了O/L9时，流入气体量Gin与流出气体量Gout相等，结果，EGR阀84的通过气体量成为零。在本实施方式中，在图9中示出的例子中设想的条件下，与O/L9对应的进气门50的提升曲线D2用于EGR切断控制。在本实施方式中，如该例那样，能够使EGR阀84的通过气体量为零的进气门50的相位、提升量以及作用角的组合，基于一边变更与EGR控制有关系的参数A一边进行的试验或模拟的结果而事先决定。并且，所得到的进气门50的相位、提升量以及作用角的指令值例如作为映射而保存于ECU110。
3.实施方式3的EGR切断控制的效果
通过以上说明的实施方式3的EGR切断控制，与利用EGR阀84的相位的调整的例子相比，也能实现泵损失的降低同时实现EGR切断功能。
实施方式4.
1.实施方式4的系统的结构例
实施方式4的系统的结构，在可变气门驱动装置的结构上与实施方式1的系统的结构不同。具体而言，在本实施方式中使用的可变气门驱动装置具备EGR可变气门驱动装置而不具备进气可变气门驱动装置。并且，该EGR可变气门驱动装置仅具备相位可变功能。进气门50通过进气气门驱动装置以一定的打开特性驱动。
2.实施方式4的EGR切断控制
在此，为了说明本实施方式的EGR切断控制，参照实施方式1的图4、5。如已经说明的那样，在图4、5所示的例子中，在选择了O/L2时，流入气体量Gin与流出气体量Gout相等，结果，EGR阀84的通过气体量成为零。
在本实施方式中，在图4、5中所示的例子中设想的条件下，与O/L2对应的EGR阀84的相位B2用于EGR切断控制。在本实施方式中，如该例那样，能够使EGR阀84的通过气体量成为零的EGR阀84的相位，基于一边变更与EGR控制有关的参数A一边进行的试验或模拟的结果而事先决定。并且，所得到的EGR阀84的相位的指令值例如作为映射而保存于ECU110。
3.实施方式4的EGR切断控制
根据以上说明的实施方式4的EGR切断控制，只要具备仅能够进行EGR阀84的相位的调整的简单的EGR可变气门驱动装置，就能够使排气气体的再循环实质上停止。因此，能够将可变气门驱动装置所需要的成本抑制为低，并且能够实现EGR切断功能。
实施方式5.
接着，参照图10以及图11，对本发明的实施方式5进行说明。此外，在以下的说明中，作为实施方式5的系统的结构的一例，使用图1所示的结构。
1.实施方式5的EGR切断控制
1-1.节气门的控制区域
图10是用于说明图1所示的节气门40的控制区域的一例的图。在图10中，在根据发动机负荷(燃料喷射量)和发动机转速确定的发动机运转区域内表示出节气门40的控制区域R1以及R2。另外，控制区域R2包含控制区域R3～R5。
控制区域R1是节气门40全开的区域，一般是高负荷高速侧的区域。控制区域R2是节气门40的开度小于全开开度的区域，一般是比控制区域R1靠低负荷低旋转侧的区域。在控制区域R2中，通过这样减小节气门40的开度而降低进气通路30内的压力，能促进EGR气体向汽缸12内流入。
节气门40的开度小于全开开度的控制区域R2，也包含不满足高进气压条件的区域。更具体而言，控制区域R3是在控制区域R2内位于高负荷侧的区域，满足了高进气压条件。控制区域R4，是与控制区域R3相比位于低负荷侧的区域，是通过与为了该区域而设定了的节气门开度相比进一步打开节气门40而满足高进气压条件的区域。控制区域R5是与控制区域R4相比位于低负荷侧的区域，是即使使节气门40全开也不满足高进气压条件的区域。
1-2.实施方式5的EGR切断控制的概要
本实施方式的EGR切断控制的基本的控制内容与实施方式1同样。而且，在该EGR切断控制中，ECU110，在节气门40的开度小于全开开度(即，节气门40的控制区域为R2)且没有EGR气体导入要求时，判定是否通过打开节气门40可满足高进气压条件。并且，ECU110，在通过打开节气门40可满足高进气压条件的情况下(即，控制区域为R4的情况下)，打开节气门40来满足高进气压条件，同时执行EGR切断控制。
1-3.与实施方式5的EGR切断控制相关的ECU的处理
图11是示出与本发明的实施方式5的EGR切断控制相关的处理的例程的流程图。关于图11所示的例程中的步骤S100～S108的处理，如在实施方式1中已经说明的那样。
在图11所示的例程中，ECU110，在步骤S102中判定为不满足高进气压条件的情况下，进入步骤S200。在步骤S200中，ECU110，通过与步骤S104同样的处理来取得与EGR控制有关系的各种参数A。
然后，ECU110，判定是否通过打开节气门40可满足高进气压条件(步骤S202)。该判定例如能够通过基于当前的发动机负荷(燃料喷射量)和当前的发动机转速判断当前的发动机工作点是否处于控制区域R4(参照图10)内来进行。结果，在步骤S202的判定结果为否定的情况下，迅速结束本次的例程启动时的处理。
另一方面，在步骤S202的判定结果为肯定的情况下，ECU110进入步骤S204。在步骤S204中，打开节气门40，以使得成为满足高进气压条件所需的开度。ECU110接着按顺序执行步骤S106以及步骤S108的处理。
2.实施方式5的EGR切断控制的效果
如以上说明的那样，根据本实施方式的EGR切断控制，在没有EGR导入要求时，即便节气门40的开度小于全开开度，在通过打开节气门40可满足高进气压条件的情况下，在打开节气门40满足高进气压条件的同时执行EGR切断控制。由此，与不进行这样的节气门40的控制的例子相比，能够拓宽成为EGR切断控制的对象的发动机运转区域。
其他的实施方式.
(EGR阀的打开正时处于排气冲程的例子)
在上述的实施方式1～5中，EGR阀提升期间仅设置于进气冲程期间。但是，本发明的EGR阀提升期间，也可以代替上述的例子，如以下的图12所示的例子那样设置成跨排气冲程的一部分和进气冲程的一部分。
图12是用于说明在EGR切断控制的执行期间、EGR阀84的打开正时处于排气冲程的例子的图。如图12所示，若EGR阀84的打开正时处于排气冲程期间，则在排气冲程期间，汽缸12内的已燃气体的一部分向EGR通路82排出。因此，如图12所示，EGR阀84的通过气体流量[g/s]在排气冲程期间的EGR阀提升期间表现为负的值。
之后，当从排气冲程移向进气冲程时，在排气冲程期间排出到EGR通路82的已燃气体作为所谓的内部EGR气体流入汽缸12内。更具体而言，在进气冲程期间EGR阀84单独打开的曲轴角期间中，该已燃气体与在上次的循环的进气冲程中从汽缸12内窜气到EGR通路82的气体(主要是新气)的混合气体向汽缸12内流入。之后，若进气门50打开，则高压的新气向EGR通路82窜气。更具体而言，新气一边与上述混合气体混合，一边向EGR通路82窜气。
如图12所示的例子那样，在EGR阀84的打开正时处于排气冲程的例子中，在排气冲程期间从汽缸12内向EGR通路82流出的气体的量与在之后的进气冲程期间从汽缸12内向EGR通路82流出的气体的量的合计相当于上述的流出气体量Gout。因此，在该例子中的EGR切断控制中，调整O/L面积，以使得该流出气体量Gout与在进气冲程期间从EGR通路82向汽缸12内流入的气体的量即流入气体量Gin相等。
根据上述那样执行的EGR切断控制，上述的内部EGR气体(也就是说，与外部EGR气体不同，是从与汽缸相连的口直接拉回到该汽缸内的排气气体)的一部分有时会残留在汽缸12内。但是，使经由排气通路60以及EGR通路82的排气气体向汽缸12的再循环(即，外部EGR气体的导入)实质上停止，这在本实施方式中，也与EGR阀84在进气冲程中打开的实施方式1～5同样。作为补充，在EGR阀84在进气冲程中打开的例子(实施方式1～5)中，不仅包含外部EGR气体还包含内部EGR气体地，使排气气体的再循环实质上停止。
(EGR切断控制中的其他的O/L面积的调整方法)
在本发明的EGR切断控制中用于使流出气体量Gout与流入气体量Gin相等的O/L面积的调整方法，只要是利用EGR阀84的打开特性以及进气门50的打开特性中的至少一方来进行调整的方法即可，不限定于上述的例子。并且，EGR阀84的打开特性的调整对象，例如也可以是EGR阀84的相位、提升量以及作用角中的至少1个，同样，进气门50的打开特性的调整对象，例如也可以是进气门50的相位、提升量以及作用角中的至少1个。此外，在仅EGR阀84以及进气门50中的至少一方的提升量被调整的例子中，通过提升量的调整，O/L期间不变化地使O/L面积调整。
另外，上述的内燃机10，为了调整EGR阀84以及进气门50的提升量以及作用角，分别具备能够使提升量以及作用角连续地变更的进气可变气门驱动装置102以及EGR可变气门驱动装置104。也可以是，代替这样的例子，相位、提升量以及作用角中的至少一个的调整例如使用能够切换轮廓不同的多个凸轮的可变气门驱动装置来进行。
另外，用于O/L面积的调整的EGR阀84以及进气门50的打开特性的调整对象，不一定限定于相位、提升量以及作用角，例如，也可以包含提升速度。在此所说的提升速度是指气门开闭时的每单位曲轴角的提升变化量[mm/deg]。
(与排气通路和EGR通路的连接位置相关的其他的例子)
在上述的内燃机10中，EGR通路82在比涡轮22靠下游侧处与排气通路60连接。由此，如已经说明的那样，能够在实现高增压的同时导入EGR气体，但是，本发明涉及的EGR通路，也可以代替上述的例子，在比涡轮靠上游侧处连接于排气通路。
(其他的增压器的例子)
在上述的实施方式1～5中，举出了具备可变喷嘴机构26的涡轮增压器20作为例子。但是，本发明的“增压器”也可以代替上述的例子，例如是不具备可变喷嘴机构的涡轮增压器、电动增压器、或者将内燃机的曲轴的转矩作为动力的机械式增压器。
另外，以上说明的各实施方式中记载的例子以及其他各变形例，除了明示出的组合以外也可以在可能的范围内进行适当组合，另外，也可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形。

Claims (5)

1.一种内燃机的控制装置，对如下的内燃机进行控制，
所述内燃机具备：
增压器，其对在进气通路中流动的进气进行增压；
设置于所述进气通路的汽缸侧的端部的进气门和设置于排气通路的所述汽缸侧的端部的排气门；
外部EGR装置，其具有将所述排气通路与所述汽缸连接的EGR通路和设置于所述EGR通路的所述汽缸侧的端部的EGR阀；以及
可变气门驱动装置，其使所述EGR阀的打开特性和所述进气门的打开特性中的至少一方可变，
所述控制装置的特征在于，
所述EGR阀打开的EGR阀提升期间，设置为进气冲程的一部分或设置为跨排气冲程的一部分和进气冲程的一部分，
所述控制装置，在满足所述进气通路的进气口内的压力比所述EGR通路的EGR口内的压力高的高进气压条件、并且没有基于所述外部EGR装置的EGR气体导入要求的情况下，使用所述可变气门驱动装置来执行EGR切断控制，
所述控制装置，在所述EGR切断控制中，
使所述进气门比所述EGR阀靠后地在所述进气冲程中打开，并且，
调整所述EGR阀的提升曲线与所述进气门的提升曲线重叠的部分的面积即重叠面积，以使得经由所述EGR阀的从所述汽缸内向所述EGR通路的流出气体量与经由所述EGR阀的从所述EGR通路向所述汽缸内的流入气体量相等，
所述EGR通路构成为，储存在所述EGR切断控制的执行期间经由所述EGR阀从所述汽缸内向所述EGR通路流出的气体。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述可变气门驱动装置使所述进气门的相位可变，
所述控制装置，在所述EGR切断控制中，通过所述进气门的相位的调整，调整所述重叠面积，以使得所述流出气体量与所述流入气体量相等。
3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述可变气门驱动装置使所述进气门的提升量以及作用角中的至少一方可变，
所述控制装置，在所述EGR切断控制中，通过所述进气门的提升量以及所述进气门的作用角中的至少一方的调整，调整所述重叠面积，以使得所述流出气体量与所述流入气体量相等。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述内燃机包括设置于所述进气通路的节气门，
所述控制装置，在所述节气门的开度小于全闭开度并且没有所述EGR气体导入要求时，在通过打开所述节气门可满足所述高进气压条件的情况下，打开所述节气门来满足所述高进气压条件并且执行所述EGR切断控制。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述增压器是具有配置于所述进气通路的压缩机和配置于所述排气通路的涡轮的涡轮增压器，
所述EGR通路，在比所述涡轮靠下游侧处连接于所述排气通路。
CN201810991930.6A 2017-10-02 2018-08-29 内燃机的控制装置 Expired - Fee Related CN109595085B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017192735A JP6614221B2 (ja) 2017-10-02 2017-10-02 内燃機関の制御装置
JP2017-192735 2017-10-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109595085A true CN109595085A (zh) 2019-04-09
CN109595085B CN109595085B (zh) 2021-04-23

Family

ID=65897793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810991930.6A Expired - Fee Related CN109595085B (zh) 2017-10-02 2018-08-29 内燃机的控制装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10584649B2 (zh)
JP (1) JP6614221B2 (zh)
CN (1) CN109595085B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021199411A1 (ja) * 2020-04-02 2021-10-07 日産自動車株式会社 内燃機関のｅｇｒ推定方法及び内燃機関のｅｇｒ推定装置
EP4043700A1 (en) * 2021-02-16 2022-08-17 C.R.F. Società Consortile per Azioni Internal combustion engine with fast combustion, and method for controlling an internal combustion engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040134192A1 (en) * 2002-06-28 2004-07-15 Tsutomu Umehara Apparatus and method for controlling EGR in an engine
CN103726936A (zh) * 2012-10-10 2014-04-16 福特环球技术公司 用于控制排气再循环的方法
CN104373229A (zh) * 2013-08-13 2015-02-25 福特环球技术公司 用于排气再循环控制的方法和系统
US20170276082A1 (en) * 2016-03-28 2017-09-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55128634A (en) * 1979-03-27 1980-10-04 Nissan Motor Co Ltd Apparatus for controlling operative cylinder number
JP3422033B2 (ja) * 1992-09-28 2003-06-30 マツダ株式会社 機械式過給機付エンジンの吸気装置
JP2000073875A (ja) 1998-08-26 2000-03-07 Hino Motors Ltd ディーゼルエンジンのｅｇｒ装置
JP2002276418A (ja) * 2001-03-23 2002-09-25 Hitachi Ltd ターボ過給機付き筒内噴射エンジン及びその制御方法
JP2003343312A (ja) * 2002-05-22 2003-12-03 Hitachi Ltd ターボ過給機を備えた筒内噴射型内燃機関の制御方法及びターボ過給機を備えた筒内噴射型内燃機関
JP4320684B2 (ja) * 2007-06-08 2009-08-26 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気還流装置
JP5673356B2 (ja) * 2011-05-27 2015-02-18 株式会社デンソー 内燃機関の制御装置
JP2018150894A (ja) 2017-03-14 2018-09-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040134192A1 (en) * 2002-06-28 2004-07-15 Tsutomu Umehara Apparatus and method for controlling EGR in an engine
CN103726936A (zh) * 2012-10-10 2014-04-16 福特环球技术公司 用于控制排气再循环的方法
CN104373229A (zh) * 2013-08-13 2015-02-25 福特环球技术公司 用于排气再循环控制的方法和系统
US20170276082A1 (en) * 2016-03-28 2017-09-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
US10584649B2 (en) 2020-03-10
JP2019065778A (ja) 2019-04-25
JP6614221B2 (ja) 2019-12-04
US20190101065A1 (en) 2019-04-04
CN109595085B (zh) 2021-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104755739B (zh) 内燃发动机系统及控制该系统的方法
US9945305B2 (en) Supercharging control device of internal combustion engine
US5396874A (en) Controller for supercharged engine
CN106168147B (zh) 内燃发动机和发动机系统
WO2001020136A1 (en) Internal combustion engine
US8627647B2 (en) Residual burnt gas scavenging method in a direct-injection supercharged internal-combustion multi-cylinder engine running under partial loads
CN101828016B (zh) 内燃机控制装置
CN103195593B (zh) 使用分流排气系统和方法的发动机
US9388770B2 (en) Exhaust gas recirculation system for engine
CN111788378B (zh) 内燃机及其控制方法
US20160084177A1 (en) Internal combustion engine with exhaust turbomachines
US9689305B2 (en) Method for operating a spark ignition internal combustion engine with an exhaust gas turbocharger
JP2010255603A (ja) 過給機付き内燃機関の制御装置
JP5974806B2 (ja) ターボ過給機付多気筒エンジン
JPH1089106A (ja) ターボ過給機付エンジン及びターボ過給機付エンジン搭載車のパワーユニット
JP3783765B2 (ja) 過給機付きエンジンのｅｇｒ装置
SE531208C2 (sv) Metod för reglering av återcirkulation av avgaserna hos en förbränningsmotor med laddningskompressor och en motor användande sådan metod
CN102216592B (zh) 控制活塞发动机的涡轮增压器速度的方法以及涡轮增压活塞发动机的控制系统
CN109595085A (zh) 内燃机的控制装置
US10060361B2 (en) Method for performing a charge exchange in an internal combustion engine
JP5212552B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2017166456A (ja) エンジン制御装置
JP2014214638A (ja) ターボ過給機付エンジン装置
CN109779770A (zh) Egr控制装置
CN104727932B (zh) 内燃机两级涡轮脉冲流动控制装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210423

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee