CN110872989B - 米勒循环发动机 - Google Patents

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Abstract

在具备使进气门的关闭正时连续可变的可变气门机构的米勒循环发动机中，能抑制在发动机启动后从延迟关闭模式切换为提前关闭米勒循环运转模式的过程中容易发生爆震的情形。作为米勒循环发动机的内燃机具备使进气门的关闭正时IVC连续可变的可变气门机构；配置于进气通路的节气门；以及执行控制可变气门机构以使进气门在进气下止点以前关闭的提前关闭米勒循环运转模式的控制装置。控制装置执行延迟关闭模式(减压模式)，使发动机启动时的关闭正时IVC比进气下止点延迟，并在发动机启动后进气通路内的压力初次降低至阈值Pth以下的情况下，执行从延迟关闭模式切换为提前关闭米勒循环运转模式的模式切换处理。

Description

米勒循环发动机
技术领域
本发明涉及米勒循环发动机，更详细而言，涉及使用使进气门的关闭正时连续可变的可变气门机构进行提前关闭米勒循环运转模式的米勒循环发动机。
背景技术
例如，在专利文献1中公开了混合动力车辆中的可变气门控制装置。在该可变气门控制装置中，在车辆行驶中，进气门的关闭正时比进气下止点提前(相当于提前关闭米勒循环运转模式的一例)。另一方面，在发动机启动时，进气门的关闭正时比进气下止点延迟(相当于延迟关闭模式的一例)。为了进行这样的关闭正时的控制，可变气门控制装置使用具有使进气门的作用角及提升量连续可变的功能和使作用角的中心相位连续可变的功能的可变气门机构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-190768号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在如专利文献1所记载的那样具备使进气门的关闭正时“连续”可变的可变气门机构的米勒循环发动机中，在发动机启动时执行延迟关闭模式之后切换为提前关闭米勒循环运转模式的过程中，关闭正时通过进气下止点。在关闭正时通过进气下止点时，实际压缩比上升。其结果是，容易发生爆震。
本发明是鉴于上述那样的课题而完成的，其目的在于，在具备使进气门的关闭正时连续可变的可变气门机构的米勒循环发动机中，能够抑制在发动机启动后从延迟关闭模式切换为提前关闭米勒循环运转模式的过程中容易发生爆震的情形。
用于解决课题的技术方案
本发明的米勒循环发动机具备：可变气门机构，所述可变气门机构使进气门的关闭正时连续可变；节气门，所述节气门配置于进气通路；以及控制装置，所述控制装置执行提前关闭米勒循环运转模式，所述提前关闭米勒循环运转模式对所述可变气门机构进行控制，以使所述进气门在进气下止点以前关闭。
所述控制装置执行延迟关闭模式，所述延迟关闭模式使发动机启动时的所述关闭正时比所述进气下止点延迟。另外，所述控制装置在所述发动机启动之后所述进气通路内的压力初次降低至第1阈值以下的情况下，执行从所述延迟关闭模式切换为所述提前关闭米勒循环运转模式的模式切换处理。
也可以是，所述控制装置在通过执行所述模式切换处理而所述关闭正时通过所述进气下止点之后，允许打开所述节气门。
也可以是，所述米勒循环发动机还具备对增压压力进行控制的增压压力控制致动器。并且，也可以是，所述控制装置在通过执行所述模式切换处理而所述关闭正时通过所述进气下止点之后，允许所述增压压力控制致动器的操作开始。
也可以是，所述控制装置在执行用于发动机停止的燃料切断之后，进行从所述提前关闭米勒循环运转模式向所述延迟关闭模式的切换。
也可以是，所述控制装置在发动机停止要求发出后所述进气通路内的压力降低至第2阈值以下的情况下，进行从所述提前关闭米勒循环运转模式向所述延迟关闭模式的切换。
也可以是，所述可变气门机构是具备使相对于曲轴的旋转相位的凸轮轴的旋转相位变化的电动马达的电动可变气门正时机构。并且，也可以是，所述控制装置在发动机停止中进行从所述提前关闭米勒循环运转模式向所述延迟关闭模式的切换。
也可以是，所述可变气门机构通过在固定所述进气门的作用角的同时使所述进气门的开闭正时可变来使所述关闭正时可变。
发明效果
根据本发明，从延迟关闭模式向提前关闭米勒循环运转模式的模式切换处理在等待到发动机启动后进气通路内的压力初次降低至第1阈值以下后执行。其结果是，在发动机启动后进气通路内的压力下降后，进气门的关闭正时通过(跨越)进气下止点。由此，在实际压缩比变高的进气下止点附近，缸内填充空气量(缸内压力)下降。因此，能够抑制在发动机启动后从延迟关闭模式切换为提前关闭米勒循环运转模式的过程中容易发生爆震的情形。
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是示出在本发明的实施方式1的提前关闭米勒循环运转模式和减压模式中选择的进气门的关闭正时IVC的例子的图。
图3是用于说明在本发明的实施方式1的减压模式的执行中选择的关闭正时IVC2的设定例的图。
图4是示出关闭正时IVC与压缩端温度的关系的图。
图5是用于说明发动机启动时及刚启动后的发动机控制的时序图。
图6是用于说明发动机停止时以及停止中的发动机控制的时序图。
图7是示出与本发明的实施方式1的发动机控制相关的处理的例程的流程图。
具体实施方式
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、原理上明显确定为该数的情况以外，本发明并不限定于该提及的数。另外，在以下所示的实施方式中说明的构造、步骤等除了特别明示的情况、原理上明确确定为其的情况以外，并不是本发明所必须的。
1.实施方式1
参照图1～图7，对本发明的实施方式1进行说明。
1-1.系统结构
图1是用于说明实施方式1的系统的结构的图。作为一例，图1所示的系统具备火花点火式的内燃机(例如汽油发动机)10。作为一例，搭载内燃机10的车辆是具备内燃机10和电动发电机(MG)12作为动力源的混合动力车辆。
在内燃机10的各气缸14配置有活塞16。活塞16在气缸14的内部往复移动。作为一例，内燃机10是增压发动机，在该进气通路18配置有涡轮增压器20的压缩机20a。压缩机20a由配置于排气通路22的涡轮20b旋转驱动。在压缩机20a的下游配置有电子控制式的节气门24。在排气通路22连接有对涡轮20b进行旁通的排气旁通通路26。在排气旁通通路26配置有用于控制增压压力的废气旁通阀(WGV)28。此外，WGV28相当于本发明的“增压压力控制致动器”的一例。
在位于节气门24的下游的进气歧管18a的集合部(稳压箱)配置有进气压力传感器30，该进气压力传感器30输出与节气门24的下游的进气通路18的压力(以下简称为“进气压力”)对应的信号。另外，内燃机10具备配置于各气缸14的燃料喷射阀32和点火装置34。作为一例，燃料喷射阀32向气缸14内直接喷射燃料。
对进气口18b进行开闭的进气门36由可变气门机构38驱动。可变气门机构38是能够使用电动马达(省略图示)来变更相对于曲轴的旋转相位的凸轮轴的旋转相位的电动可变气门正时机构(以下，简称为“电动VVT”)。根据电动VVT38，能够在固定进气门36的作用角(开阀期间(更详细而言，进气门36打开的曲轴角度宽度))的同时在预定的控制范围内连续地变更该进气门36的开闭正时(开阀期间的相位)。在本实施方式中，使用这样的电动VVT38使进气门36的关闭正时IVC连续可变。在所述凸轮轴的周围配置有输出与凸轮轴的旋转相位(凸轮角)对应的信号的凸轮角传感器40。
而且，本实施方式的系统具备控制内燃机10及MG12的控制装置50。控制装置50是具有处理器50a和存储器50b的电子控制单元(ECU)。存储器50b存储用于控制内燃机10及MG12的程序。处理器50a从存储器50b读取程序并执行。此外，控制装置50也可以由多个ECU构成。
控制装置50从各种传感器取入传感器信号。除了上述的进气压力传感器30及凸轮角传感器40之外，各种传感器例如还包括曲轴角传感器52、空气流量传感器54及加速器位置传感器56。曲轴角传感器52及空气流量传感器54分别输出与曲轴角及进气通路18内的吸入空气流量对应的信号。控制装置50能够使用来自曲轴角传感器52的信号算出发动机转速NE。加速器位置传感器56输出与车辆的加速器踏板的踏下量(加速器开度)对应的信号。另外，处理器50a使用取入的传感器信号执行各种程序，输出用于操作上述的致动器(节气门24、WGV28、燃料喷射阀32、点火装置34及电动VVT38)的操作信号。
1-2.发动机控制
由控制装置50进行的发动机控制包括空气量控制和使用电动VVT38的进气门正时控制(进气门36的关闭正时IVC的控制)。该进气门正时控制包括“提前关闭米勒循环运转模式”和“减压模式”。以下，提前关闭米勒循环运转模式被适当简称为“提前关闭模式”。
1-2-1.空气量控制
作为增压发动机的内燃机10中的空气量控制使用节气门24和WGV28来进行。更详细而言，控制装置50基于加速器开度来算出来自驾驶员的要求发动机转矩，并且，算出用于实现算出的要求发动机转矩所需的缸内填充空气量即要求空气量。此外，作为要求空气量的算出的前提，使用理论空燃比作为目标空燃比的一例，另外，点火正时被控制为最佳点火正时(例如，MBT和防爆震点火正时中的更延迟侧的点火正时)。实际缸内填充空气量(发动机负载率)例如能够基于发动机转速NE和由空气流量传感器54检测出的吸入空气流量，使用公知的进气系统的物理模型来算出。
在空气量控制中，为了满足要求空气量，控制装置50按照确定了要求空气量、发动机转速NE及节气门24的开度(节气门开度)之间的关系的信息(例如，映射)来控制节气门开度。而且，为了满足实现要求空气量所需的要求增压压力，控制装置50按照确定了要求增压压力、发动机转速NE、节气门开度及WGV28的开度(WGV开度)之间的关系的信息(例如映射)来控制WGV开度。另外，这些映射的关系根据进气门36的关闭正时IVC而变更。
1-2-2.提前关闭米勒循环运转模式(提前关闭模式)
图2是示出在实施方式1的提前关闭米勒循环运转模式和减压模式中选择的关闭正时IVC的例子的图。提前关闭模式通过以进气门36比进气下止点(以下，也简称为“BDC”)提前地(早地)关闭的方式控制电动VVT38来进行。即，内燃机10是利用了进气门36的提前关闭的“米勒循环发动机”。
更详细而言，在提前关闭模式中，进气门36的关闭正时IVC相对于BDC的提前量(＝IVC-BDC＞0)即提前关闭量根据发动机运转状态而变更。在图2中示出了在提前关闭模式下使用的关闭正时IVC的可变范围的一例。概略而言，关闭正时IVC的提前关闭量被控制为在要求发动机输出低的情况下变大。另一方面，在要求发动机输出高的情况下，提前关闭量被控制为为了提高进气的吸入效率(填充效率)而变小(即，关闭正时IVC接近BDC)。
(进气门的作用角及提升量的具体例)
在利用作用角固定型的机构来执行提前关闭模式的情况下能够利用的气门提升曲线是一种。因此，要求选定在不使打开正时IVO过度提前的同时能够实现期望的提前关闭量的作用角。为了满足该要求，在图2中的延迟关闭的比较例1与提前关闭的比较例3之间对进气门的作用角进行比较可知，提前关闭的例子的作用角必然比延迟关闭的例子的作用角小。另一方面，在利用作用角固定型的机构的情况下，还要求在一个气门提升曲线中适当地覆盖从低输出区域到高输出区域(确保较多空气量的要求高的区域)的较宽的发动机运转区域。如果还考虑后者的要求，还会限制减小作用角。
广泛而言，能够用作由作用角固定型的电动VVT38控制的本实施方式的进气门36的作用角的值没有特别限定。而且，作为在考虑了上述两个要求的情况下优选的进气门36的作用角，本发明的发明人所考虑的数值以曲轴角计为170～200°。在图5所示的一例中，该数值范围内所包含的180°被用作进气门36的作用角。
进一步补充，进气门的气门提升曲线的形状主要由作用角和提升量来确定。在此所说的提升量更详细而言是指气门提升曲线上的最大提升量。广泛而言，能够用作进气门36的提升量的值也没有特别限定。而且，如上所述，在作用角在170～200°的范围内选定的情况下，并不能自由地选定提升量。即，基于避免进气门36的异常举动(气门的跳跃或弹起)的产生的观点等理由，能够根据所选定的作用角限制能够选择的提升量。并且，作为在作用角在170～200°的范围内选定且关于提升量的选定也考虑了上述后者的要求的情况下优选的提升量，本发明的发明人所考虑的数值为6～10mm。在图2所示的一例中，该数值范围内所包含的8mm用作进气门36的提升量(最大提升量)。
1-2-3.减压模式
在发动机启动时(更详细而言，在起转中)，通过进行用于释放气缸内的压缩压力的减小压力(以下简称为“减压”)，能够实现由动力传动系(内燃机及与该内燃机连接的动力传递装置)的共振引起的车辆的地板振动的降低。
在本实施方式中，通过执行利用关闭正时IVC的控制的减压模式来实现减压。更详细而言，在发动机启动时进行减压的减压模式中，如图2所示，以使进气门36比BDC延迟地关闭的方式控制电动VVT38。详细情况参照图5在后面叙述，但关闭正时IVC在减压模式结束后被控制为提前关闭侧(在图2所示的例子中为关闭正时IVC4)。此外，减压模式相当于本发明的“延迟关闭模式”的一例。
图3是用于说明在实施方式1的减压模式的执行中选择的关闭正时IVC2的设定例的图。在图2、3中示出提前关闭量最大时(最提前时)的关闭正时IVC1和减压模式时的关闭正时IVC2。电动VVT38能够在从关闭正时IVC1到关闭正时IVC2的范围内连续地变更关闭正时IVC。
在本实施方式中，在减压模式时使用的关闭正时IVC2在与最提前时的关闭正时IVC1的比较中如下确定。即，减压模式时的延迟关闭量D(＝IVC2-BDC＞0)比最提前时的提前关闭量MAX(＝IVC1-BDC＞0)大。在图3所示的一例中，关闭正时IVC1为下止点后-50°(-50°ABDC)，关闭正时IVC2为100°ABDC。
广泛而言，在减压模式下使用的延迟关闭量并不限于如图3所示那样确定的延迟关闭量D。而且，在利用“作用角固定型”的电动VVT38的本实施方式中，通过利用延迟关闭量D，能够得到如下效果。
即，图3中的关闭正时IVC3相当于在与延迟关闭侧的关闭正时IVC2同等的压缩压力的降低等级下通过提前关闭来实现减压所需的关闭正时。在利用电动VVT38那样的“作用角固定型”的机构来进行提前关闭的米勒循环发动机中，若仅在提前关闭侧进行包括减压模式在内的关闭正时IVC的控制，则需要能够提前至关闭正时IVC3的发动机结构。然而，若为了利用作用角固定型的机构进行减压而使关闭正时IVC提前，则伴随于此，打开正时IVO也提前。其结果是，排气上止点(TDC)附近的气门提升量增大。这意味着为了避免阀踩踏(阀与活塞的碰撞)所需的活塞的阀凹槽扩大(变深)。在此，在维持等压缩比的同时欲加深阀凹槽时，需要提高活塞顶面上的阀凹槽以外的部位(主要是活塞顶面的中央部)的位置。其结果是，在同一曲轴角下的比较中，配置于燃烧室顶部的中央的火花塞与活塞顶面的距离变小。这会导致压缩行程中的滚流比的降低，其结果是，在压缩上止点附近生成的缸内气体的紊乱变弱。并且，缸内气体的紊乱的降低导致燃烧速度的降低(燃烧恶化)。与此相对，根据如上述那样确定的延迟关闭量D下进行减压模式的本实施方式，无需使提前侧的关闭正时的极限值比关闭正时IVC1提前，就能够以与关闭正时IVC3同等的减压等级实现减压。
另外，图2、3中的关闭正时IVC4是在减压模式结束后开始提前关闭模式时使用的关闭正时IVC的一例。更详细而言，为了提高实际压缩比(有效压缩比)来提高启动性，将该关闭正时IVC4设定在BDC的附近。在减压模式结束后，关闭正时IVC从IVC2跨越BDC而变更为IVC4。
(关闭正时IVC的变化量的具体例)
而且，参照图3，对本实施方式的减压模式的执行所伴随的关闭正时IVC的变化量的具体例进行说明。
根据本实施方式中使用的“作用角固定型”的电动VVT38，通过电动马达与凸轮轴的齿轮比的选定，能够在任意的宽的可变范围内变更关闭正时IVC。图3所示的例子的可变范围(＝IVC2-IVC1)的例子为150°。在本实施方式中，利用这样的电动VVT38，为了进行减压模式，确保了90°以上且小于180°的范围内的较大的延迟关闭量D(在图3所示的一例中为100°)。
因此，在进行减压模式的情况下，以从按照提前关闭模式的提前关闭侧的关闭正时IVC向关闭正时IVC2得到90°以上且小于180°的范围内的延迟关闭量D的方式控制关闭正时IVC。换言之，以跳过作为图3的坐标平面上的4个象限之一的第3象限(0°＜IVC＜90°ABDC)而得到第4象限(90°＜IVC＜180°ABDC)内或90°ABDC的关闭正时IVC2的方式控制关闭正时IVC。补充而言，在结束减压模式的情况下，也以从关闭正时IVC2朝向按照提前关闭模式的提前关闭侧的关闭正时(在图3所示的例子中为IVC4)跳过第3象限的方式控制关闭正时IVC。
1-2-4.由延迟关闭模式和提前关闭模式的切换引起的课题
首先，当使用使关闭正时IVC“连续”变化的电动VVT38时，在发动机启动后(更详细而言，在发动机启动刚完成(完爆判定)之后)从减压模式(延迟关闭模式)切换为提前关闭模式的过程中，关闭正时IVC通过(跨越)BDC。
图4是示出关闭正时IVC与压缩端温度的关系的图。更详细而言，图4示出在发动机启动刚完成之后，即发动机转速NE处于怠速区域(极低转速区域)时的关系。压缩端温度示出峰值的关闭正时IVC在发动机转速区域中不同。如图4所示，在发动机启动刚完成之后的例子中，由于发动机转速NE低，因此压缩端温度在实际压缩比成为最大的BDC中最高。若压缩端温度变高，则容易发生爆震。因此，期望抑制可能因这样的原因而产生的爆震。
另外，在上述空气量控制中，若在发动机启动后关闭正时IVC通过BDC时利用节气门24的打开动作来增加吸入空气量，则容易发生爆震。另外，在作为增压发动机的内燃机10的例子中，若在关闭正时IVC通过BDC时利用WGV28的关闭动作来提高增压压力，则容易发生爆震。因此，期望抑制可能因这些原因而产生的爆震。
而且，为了在发动机启动时能够利用减压模式，需要进行从提前关闭模式向减压模式的切换。该切换也可以在发动机停止要求发出后进行。这样，在从提前关闭模式切换为减压模式(延迟关闭模式)的过程中，也同样地期望在关闭正时IVC通过BDC时抑制爆震。
1-2-5.实施方式1的发动机控制的概要
鉴于上述的课题，在本实施方式中，控制装置50在发动机启动完成之后进气压力初次降低至阈值Pth以下的情况下，执行从减压模式(延迟关闭模式)切换为提前关闭模式的处理。以下，为了方便，将该处理称为“模式切换处理”。此外，阈值Pth是负压值，相当于本发明的“第1阈值”及“第2阈值”的一例。即，在本实施方式中，第1阈值与第2阈值相同，但第1阈值与第2阈值也可以不同。
另外，在本实施方式中，基于空气量控制的节气门24及WGV28的操作开始在发动机启动后在如下的正时下进行。即，控制装置50在通过执行模式切换处理而使关闭正时IVC通过BDC之后，允许打开节气门24。同样地，控制装置50在通过执行模式切换处理而使关闭正时IVC通过BDC之后，允许开始(关闭)WGV28的工作。因此，在本实施方式中，即使在关闭正时IVC通过BDC之前发出变更节气门开度及WGV开度的要求的情况下，也禁止节气门24及WGV28的操作开始，直到关闭正时IVC通过BDC。
而且，在本实施方式中，为了在发动机启动时能够利用减压模式，在满足以下三个执行条件中的任一个的情况下执行从提前关闭模式向减压模式的切换。即，该切换在用于发动机停止的燃料切断的执行后进行。另外，即使在该燃料切断的开始前，在发动机停止要求发出后进气压力降低至阈值Pth以下的情况下，也进行该切换。而且，在由于不满足这2个执行条件(执行了燃料切断、或者进气压力降低至阈值Pth以下)而在发动机停止前不进行(该切换)的情况下，或者，在未完成切换的状态下进行了发动机停止的情况下，在发动机停止中(即，在满足其它执行条件的情况下)进行该切换。
1-2-6.实施方式1的发动机控制的动作例
(发动机启动时及刚启动后)
图5是用于说明发动机启动时及刚启动后的发动机控制的时序图。图5中的时刻t1相当于接受发动机启动要求而开始起转的时刻。
在图5所示的例子中，使用MG12的转矩进行起转。随着起转的开始，发动机转速NE上升。另外，由于节气门24关闭，因此进气压力(进气管压力)从发动机停止中的大气压下降。
在图5中的缸内压力的波形中反复进行的缸内压力的上升及降低的各峰示意地示出按照预定的爆发顺序依次到来的各气缸的压缩行程及膨胀行程中的缸内压力的峰值(此外，图5中所示的缸内压力的峰值的数与实际的循环数不同)。在起转开始时，由于进气压力较高(与大气压相等)，因此如图5所示，缸内压力的峰值也变高。之后，随着进气压力的降低，缸内压力的峰值也降低。
当发动机转速NE超过共振频带时，开始燃料喷射及点火。共振频带是产生由各气缸的压缩(激振力)引起的动力传动系的共振的转速区域。时刻t2相当于随着燃料喷射及点火的开始而在某一气缸中产生初爆的时刻。发动机转速NE随着燃烧的开始，在时刻t2以后也继续上升，在预定转速(省略图示)中进行完爆判定(发动机启动完成)。之后，发动机转速NE到达怠速区域。此外，车辆的地板振动的等级与缸内压力成比例地变高，但在图5所示的例子中，通过执行减压，起转中的缸内压力不超过预定的NV(振动噪声)标准即可。该NV标准是与车辆的地板振动的允许上限相关联的缸内压力值。
时刻t2之后的时刻t3相当于在发动机启动完成(完爆判定)后进气压力初次降低至上述的阈值Pth的时刻。在本实施方式中，在这样的时刻t3中，开始从减压模式用的关闭正时IVC2向提前关闭模式用的关闭正时IVC4的切换(上述的模式切换处理)。向关闭正时IVC4的切换完成后的发动机运转中的关闭正时IVC由与发动机运转状态对应的提前关闭量控制(提前关闭模式)。
内燃机10的实际压缩比在关闭正时IVC通过BDC时成为最大，其结果是，如图5中示意地示出那样，缸内压力的峰值变高。由于进气压力高，因此在BDC通过时的该峰值变高时，压缩端温度也变高。因此，容易发生爆震。因此，进气压力的阈值Pth被决定为在所述切换的过程中关闭正时IVC通过BDC时能够抑制爆震(更详细而言，能够将爆震的强度以及频率分别抑制在预定等级以下)所需要的值。补充而言，发动机刚启动后的所述爆震的发生在为了米勒循环发动机的高膨胀比化而提高了机械压缩比(由气缸的最小容积与最大容积的关系决定的压缩比)的情况下变得显著。
时刻t4相当于关闭正时IVC在该控制开始后通过BDC的时刻。在时刻t4到来之后，开始节气门24及WGV28的操作。典型地，随着加速器踏板的踏下，节气门开度如图5所例示那样增加。同样地，在发动机启动时选择了预定的开度控制范围内的最大开度的WGV28在时刻t4经过后朝向与要求空气量(要求增压压力)对应的开度关闭。
补充而言，在时刻t4经过之后，进气压力随着节气门24及WGV28的操作开始而转变为上升。另外，发动机负载率(缸内填充空气量)在时刻t1经过后伴随着进气压力的降低而降低，在时刻t3经过后由于与关闭正时IVC的提前相伴的实际压缩比的增加而转变为上升。在时刻t4经过后，发动机负载率在因实际压缩比的降低的影响而暂时降低后，因进气压力的上升的影响而进一步上升。时刻t2下的初爆后的点火正时随着发动机负载率的降低而提前，随着发动机负载率的上升而延迟。
(发动机停止时及停止中)
图6是用于说明发动机停止时及停止中的发动机控制的时序图。图6中的时刻t5相当于通过加速器踏板OFF而从驾驶员发出发动机停止要求的时刻。
在图6所示的例子中，随着时刻t5下发动机停止要求的发出，节气门24关闭。另外，在该例子中，在增压中(进气压力＞大气压)发出发动机停止要求，因此也执行向最大开度打开WGV28的动作。其结果是，进气压力及发动机负载率降低。伴随于此，发动机转速NE降低。另外，随着发动机负载率的降低，点火正时提前。
时刻t6相当于节气门24及WGV28的操作完成的时刻。另外，在该时刻t6附近，进气压力降低至相当于大气压。
时刻t7相当于进气压力进一步降低而在发动机启动完成后初次达到阈值Pth的时刻。在该时刻t7到来时，在图6所示的例子中，如标注记号“A”而用实线示出那样，开始向减压模式用的关闭正时IVC2的切换。其结果是，由于实际压缩比的增加，发动机负载率增加(实线)。随着该发动机负载率的增加，点火正时延迟(实线)。另外，随着实际压缩比的增加(关闭正时IVC接近BDC)，在气缸14内容易填充空气，因此进气压力降低。
时刻t8相当于关闭正时IVC到达BDC的时刻。其结果是，缸内压力的峰值因实际压缩比的增加而变大(实线)。另外，在时刻t8的附近，为了抑制与发动机负载率的增加相伴的爆震，点火正时的延迟量变多。当经过时刻t8时，由于实际压缩比的降低，发动机负载率降低，其结果是，点火正时的延迟量减少，并且进气压力开始上升。
时刻t9相当于用于发动机停止的燃料切断的开始时刻。随着燃料切断的执行，发动机转速NE的降低速度变高。另外，由于发动机转速NE的降低，进气压力朝向大气压上升(进气负压降低)。伴随于此，缸内压力上升。另外，在图6所示的例子中，在向关闭正时IVC2的切换完成之后，发动机转速NE通过共振频带。时刻t10相当于发动机停止时刻(发动机转速NE＝0)。
另外，在图6中用实线表示的例子中，进气压力向阈值Pth的到达比燃料切断的实施更早地到来。与这样的例子不同，在燃料切断的实施更早的例子中，如标注记号“B”而用虚线所示那样，伴随燃料切断的实施而开始向关闭正时IVC2的切换。
而且，在图6中，如标注记号“C”而用虚线示出那样，示出在发动机停止中的任意的正时下执行向关闭正时IVC2的切换的例子。在具备能够进行关闭正时IVC的调整的电动VVT38的内燃机10中，向关闭正时IVC2的切换像这样即使在发动机停止中也能够进行。此外，图6示出在发动机停止前不开始向关闭正时IVC2的切换且在发动机停止后开始向关闭正时IVC2的延迟的例子。
1-2-7.由控制装置进行的处理
图7是示出与实施方式1的发动机控制相关的处理的例程的流程图。本例程的处理在具备内燃机10的混合动力车辆的系统启动中被反复执行。
在图7所示的例程中，控制装置50首先判定是否发出了发动机启动要求(步骤S100)。具体而言，在混合动力车辆中，判定从控制装置50向内燃机10发出的启动指令的有无。
在步骤S100的判定结果为否定的情况下，控制装置50接着判定是否发出了发动机停止要求(步骤S102)。具体而言，判定从控制装置50向内燃机10发出的运转停止指令的有无。该运转停止指令包括在车辆系统的启动中使内燃机10间歇地停止的指令。其结果是，在没有发动机停止要求的情况下，控制装置50判定是否处于发动机停止中(发动机转速NE＝0)(步骤S104)。
在步骤S104的判定结果为否定的情况下，即，在没有发动机启动要求及发动机停止要求中的任一个且不处于发动机停止中的情况下(处于发动机启动后的通常运转中的情况下)，处理进入到步骤S106。在步骤S106中，控制装置50控制电动VVT38，以得到与发动机运转状态对应的提前关闭量的关闭正时IVC(提前关闭模式)。此外，这样的关闭正时IVC的控制例如通过基于曲轴角传感器52及凸轮角传感器40的信号来变更相对于曲轴的旋转相位的凸轮轴的旋转相位来进行。
接着步骤S106的处理，控制装置50根据发动机负载(要求发动机转矩)来调整节气门开度及WGV开度，由此执行上述空气量控制(步骤S108)。
另一方面，在步骤S102的判定结果为肯定的情况下，处理进入到步骤S110。在步骤S110中，控制装置50按照发动机停止要求关闭节气门24，并且以最大开度打开WGV28。
接着，控制装置50判定用于发动机停止的燃料切断(F/C)的实施的有无(步骤S112)。其结果是，在实施了F/C的情况下，处理进入到步骤S114。在步骤S114中，控制装置50使用电动VVT38执行延迟关闭，以成为减压模式用的关闭正时IVC2(减压模式)。根据这样的处理，为了之后的发动机再启动时，能够事先将关闭正时IVC控制为减压模式用的关闭正时IVC2。此外，作为一例，关闭正时IVC2是固定值，但也可以根据任意的发动机运转条件来变更。
另一方面，在未实施F/C的情况下，处理进入到步骤S116。在步骤S116中，控制装置50判定在发动机停止要求的发出后进气压力是否成为阈值Pth以下。其结果是，在步骤S116的判定结果为肯定的情况下，处理进入到步骤S114，执行向关闭正时IVC2的切换。另一方面，在步骤S116的判定结果为否定的情况下，处理返回到步骤S112。
另外，控制装置50在步骤S104中判定为处于发动机停止中的情况下，指示向关闭正时IVC2的切换(步骤S118)。
另外，在步骤S100的判定结果为肯定的情况下，处理进入到步骤S120。当发出发动机启动要求时，基于来自控制装置50的指令，实施用于发动机启动的起转、燃料喷射及点火。在本步骤S120中，控制装置50判定在发动机启动完成后进气压力是否初次成为上述阈值Pth以下。
在进气压力未降低至阈值Pth以下的期间，反复执行步骤S120的判定。另一方面，在进气压力降低至阈值Pth以下的情况下，处理进入到步骤S122。在步骤S122中，控制装置50使用电动VVT38执行从IVC2向IVC4的关闭正时IVC的切换(提前)。然后，处理进入到步骤S124。
在步骤S124中，控制装置50判定关闭正时IVC是否为BDC以前。其结果是，在关闭正时IVC尚未到达BDC的期间，反复执行步骤S124的判定。另一方面，在关闭正时IVC提前到BDC以前的情况下，处理进入到步骤S126。
在步骤S126中，控制装置50允许节气门24的打开动作及WGV28的关闭动作。另外，当关闭正时IVC超过BDC时，开始提前关闭模式。
1-3.效果
根据以上说明的本实施方式的发动机控制，以如下方式执行从发动机启动后的减压模式(延迟关闭模式)向提前关闭模式的模式切换处理。即，控制装置50在发动机启动完成后等待进气压力初次降低至阈值Pth以下之后执行模式切换处理。其结果是，在发动机启动后进气压力下降后，关闭正时IVC通过(跨越)BDC。由此，在实际压缩比变高的BDC附近能够降低缸内填充空气量(缸内压力)，因此能够抑制在BDC附近容易产生爆震。其结果是，能够抑制点火正时的延迟，因此实现燃料效率提高。另外，由于在BDC附近降低缸内压力，因此也能够抑制车辆的地板振动。
另外，根据本实施方式的发动机控制，在通过执行所述模式切换处理而使关闭正时IVC通过BDC之后，允许打开节气门24。由此，在关闭正时IVC通过BDC时，能够通过节气门24的打开动作来避免缸内填充空气量变多。因此，能够更有效地抑制BDC附近的爆震的产生。
另外，根据本实施方式的发动机控制，在通过执行所述模式切换处理而使关闭正时IVC通过BDC之后，允许关闭WGV28。由此，在关闭正时IVC通过BDC时，能够通过WGV28的关闭动作来避免缸内填充空气量变多。因此，能够更有效地抑制BDC附近的爆震的产生。
另外，根据本实施方式的发动机控制，从提前关闭模式向减压模式的切换在用于发动机停止的燃料切断的执行后进行。由此，在未进行燃烧的状态下，关闭正时IVC通过BDC。因此，即使在向减压模式切换时关闭正时IVC通过(跨越)BDC的情况下，也能够避免爆震。另外，与此相伴，如图6中虚线所示，能够在BDC附近不需要点火正时的延迟。这有助于提高内燃机10的燃料效率。另外，由于在BDC附近不进行燃烧，因此如图6中虚线所示，在BDC附近使缸内压力降低。因此，也能够实现车辆的地板振动的降低。
另外，根据本实施方式的发动机控制，即使在燃料切断的执行前，在发动机停止要求的发出后进气压力下降至阈值Pth以下的情况下，也进行从提前关闭模式向减压模式的切换。由此，在由于进气压力的降低而缸内填充空气量降低之后，关闭正时IVC通过BDC。因此，即使在向减压模式切换时关闭正时IVC通过(跨越)BDC的情况下，也能够避免爆震。另外，如图6中虚线所示，在BDC附近，缸内压力的峰值下降，因此也能够实现车辆的地板振动的降低。
另外，根据利用电动VVT38的本实施方式的发动机控制，在发动机停止中也进行从提前关闭模式向减压模式的切换(向减压模式用的关闭正时IVC2的切换的指示)。通过在发动机停止中进行该切换，在关闭正时IVC通过BDC时能够避免爆震。另外，也不会产生由缸内压力的增加引起的车辆的地板振动的增加这样的问题。而且，即使在发动机停止要求发出后至发动机停止为止的期间向关闭正时IVC2的延迟(最大延迟)未完成的情况下，也能够可靠地进行向关闭正时IVC2的切换。
而且，在本实施方式中，为了控制关闭正时IVC，使用“作用角固定型”的机构。由此，与使用“作用角可变型”的机构来进行提前关闭米勒循环运转模式的米勒循环发动机相比，能够在抑制气门系统的成本的同时，进行起到上述效果的发动机控制。
2.其它实施方式
2-1.增压压力控制致动器的其它例子
在上述实施方式1中，作为本发明的“增压压力控制致动器”的一例，可列举WGV28。然而，“增压压力控制致动器”的其它例子也可以是能够通过使流入涡轮增压器的涡轮的排气的流速可变来调整由涡轮回收的排气能量的量的“可变喷嘴机构”。而且，“增压压力控制致动器”的其它例子也可以是使用电动马达来驱动压缩机的电动增压器的该电动马达。
2-2.节气门及增压压力控制致动器的操作开始正时的其它例子
在实施方式1中，节气门24的打开动作及WGV28的关闭动作在关闭正时IVC为BDC以前、即确认到关闭正时IVC到达BDC的情况下(迅速地)开始。然而，本发明的节气门及增压压力控制致动器的操作开始正时只要是“通过执行模式切换处理而使关闭正时通过进气下止点之后”即可，并不限于上述的例子。即，上述的操作开始正时例如也可以是关闭正时IVC到达“相对于BDC提前了预定量的曲轴角”的正时。
2-3.延迟关闭模式的其它例子
在实施方式1中，作为本发明的“延迟关闭模式”的一例，列举了“减压模式”。然而，“延迟关闭模式”不一定限于“减压模式”，因此，也可以以减压以外的其它任意目的，使发动机启动时的关闭正时IVC比BDC延迟。补充而言，在使用电动VVT38这样的“作用角固定型”的机构的米勒循环发动机中，为了满足发动机启动时的确保燃烧的要求的内部EGR气体量的限制，有时会减少气门重叠量，其结果是，关闭正时IVC比BDC延迟。这样的例子相当于“延迟关闭模式”的另一例。
2-4.从提前关闭米勒循环运转模式向延迟关闭模式的切换的其它例子
在实施方式1中，为了从提前关闭模式向延迟关闭模式(减压模式)的切换，选择性地利用全部3个执行条件(执行燃料切断、进气压力降低至阈值Pth以下、以及处于发动机停止中)。然而，向延迟关闭模式的切换也可以选择性地利用上述3个执行条件中的任意一个或两个来进行。补充而言，在为了进行关闭正时IVC的控制而使用不需要发动机旋转的可变气门机构(例如电动VVT38)的情况下，不一定要求基于执行燃料切断的切换如图6所示的例子那样在发动机停止前完成。即，该切换也可以在发动机停止前开始，在发动机停止后完成。
2-5.可变气门机构的其它例子
本发明的“可变气门机构”也可以是电动式(电动VVT38)以外的其它方式(例如，液压式)的“作用角固定型”的机构。另外，本发明的“可变气门机构”只要是使关闭正时IVC连续可变的机构即可，也可以是使进气门的作用角连续可变的“作用角可变型”的机构代替“作用角固定型”。
2-6.提前关闭米勒循环运转模式的其它例子
另外，本发明的“提前关闭米勒循环运转模式”中使用的关闭正时IVC的可变范围也可以包含BDC来代替不包含BDC的实施方式1的例子。即，提前关闭米勒循环运转模式只要以使进气门在进气下止点以前关闭的方式进行控制即可。
2-7.系统结构的其它例子
本发明的“米勒循环发动机”也可以应用于仅将米勒循环发动机用作动力源的车辆来代替在实施方式1中说明的混合动力车辆。另外，本发明的“米勒循环发动机”并不一定限于火花点火式，也可以是压缩点火式，另外，也可以是不具备涡轮增压器20等增压器的自然进气发动机。在不具备增压器的例子中，例如仅利用节气门24来控制吸入空气量。
以上说明的各实施方式所记载的例子及其它各变形例也可以在除了明示的组合以外还能够的范围内适当组合，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。
附图标记说明
10 内燃机(米勒循环发动机)
14 气缸
16 活塞
18 进气通路
20 涡轮增压器
22 排气通路
24 节气门
26 排气旁通通路
28 废气旁通阀(WGV)
30 进气压力传感器
32 燃料喷射阀
34 点火装置
36 进气门
38 可变气门机构(电动VVT)
40 凸轮角传感器
50 控制装置
52 曲轴角传感器
54 空气流量传感器

Claims (15)

1.一种米勒循环发动机，具备：
可变气门机构，所述可变气门机构使进气门的关闭正时连续可变；
节气门，所述节气门配置于进气通路；以及
控制装置，所述控制装置执行提前关闭米勒循环运转模式，所述提前关闭米勒循环运转模式对所述可变气门机构进行控制，以使所述进气门在进气下止点以前关闭，
所述米勒循环发动机的特征在于，
所述控制装置执行延迟关闭模式，所述延迟关闭模式使发动机启动时的所述关闭正时比所述进气下止点延迟，
所述控制装置在所述发动机启动之后所述进气通路内的压力初次降低至第1阈值以下的情况下，执行从所述延迟关闭模式切换为所述提前关闭米勒循环运转模式的模式切换处理。
2.根据权利要求1所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述控制装置在通过执行所述模式切换处理而所述关闭正时通过所述进气下止点之后，允许打开所述节气门。
3.根据权利要求1所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述米勒循环发动机还具备对增压压力进行控制的增压压力控制致动器，
所述控制装置在通过执行所述模式切换处理而所述关闭正时通过所述进气下止点之后，允许所述增压压力控制致动器的操作开始。
4.根据权利要求2所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述米勒循环发动机还具备对增压压力进行控制的增压压力控制致动器，
所述控制装置在通过执行所述模式切换处理而所述关闭正时通过所述进气下止点之后，允许所述增压压力控制致动器的操作开始。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述控制装置在执行用于发动机停止的燃料切断之后，进行从所述提前关闭米勒循环运转模式向所述延迟关闭模式的切换。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述控制装置在发动机停止要求发出后所述进气通路内的压力降低至第2阈值以下的情况下，进行从所述提前关闭米勒循环运转模式向所述延迟关闭模式的切换。
7.根据权利要求5所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述控制装置在发动机停止要求发出后所述进气通路内的压力降低至第2阈值以下的情况下，进行从所述提前关闭米勒循环运转模式向所述延迟关闭模式的切换。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述可变气门机构是具备使相对于曲轴的旋转相位的凸轮轴的旋转相位变化的电动马达的电动可变气门正时机构，
所述控制装置在发动机停止中进行从所述提前关闭米勒循环运转模式向所述延迟关闭模式的切换。
9.根据权利要求5所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述可变气门机构是具备使相对于曲轴的旋转相位的凸轮轴的旋转相位变化的电动马达的电动可变气门正时机构，
所述控制装置在发动机停止中进行从所述提前关闭米勒循环运转模式向所述延迟关闭模式的切换。
10.根据权利要求6所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述可变气门机构是具备使相对于曲轴的旋转相位的凸轮轴的旋转相位变化的电动马达的电动可变气门正时机构，
所述控制装置在发动机停止中进行从所述提前关闭米勒循环运转模式向所述延迟关闭模式的切换。
11.根据权利要求7所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述可变气门机构是具备使相对于曲轴的旋转相位的凸轮轴的旋转相位变化的电动马达的电动可变气门正时机构，
所述控制装置在发动机停止中进行从所述提前关闭米勒循环运转模式向所述延迟关闭模式的切换。
12.根据权利要求1～4中任一项所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述可变气门机构通过在固定所述进气门的作用角的同时使所述进气门的开闭正时可变来使所述关闭正时可变。
13.根据权利要求5所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述可变气门机构通过在固定所述进气门的作用角的同时使所述进气门的开闭正时可变来使所述关闭正时可变。
14.根据权利要求6所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述可变气门机构通过在固定所述进气门的作用角的同时使所述进气门的开闭正时可变来使所述关闭正时可变。
15.根据权利要求7所述的米勒循环发动机，其特征在于，
所述可变气门机构通过在固定所述进气门的作用角的同时使所述进气门的开闭正时可变来使所述关闭正时可变。
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