CN110998078A - 内燃机的可变动作系统及其控制装置 - Google Patents

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Abstract

具备对进气门(4)的开闭正时的相位进行控制的进气侧可变气门机构(1A)、以及对排气门(5)的开闭正时的相位进行控制的排气侧可变气门机构(1B)，在内燃机冷机起动时，通过排气侧可变气门机构(1B)，使排气门(5)的打开正时提前至上止点和下止点的“中间位置”附近，并使排气门(5)的关闭正时提前至上止点前的规定位置，并且，通过进气侧可变气门机构(1A)，使进气门(4)的打开正时延迟至上止点后的规定位置。通过使起动时的排气门的打开正时提前足够的量，从而可以提高从燃烧室排出的废气的温度，可以使后方气流的废气净化催化剂提前预热而提高催化剂的转化率。由此，可以使冷机起动时的废气的温度上升而促进废气净化催化剂的预热的进行。

Description

内燃机的可变动作系统及其控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的可变动作系统，涉及至少具备对排气门和进气门的气门正时进行控制的可变气门机构的内燃机的可变动作系统及其控制装置。
背景技术
在最近的内燃机中提出有如下的方案：通过对内燃机的几何压缩比及膨胀比、即机械压缩比及机械膨胀比进行可变控制的可变压缩比机构与对决定实际压缩比(有效压缩比)的、进气门及排气门的气门正时(开闭正时)进行可变控制的可变气门机构的组合，来改善内燃机的动作性能。在此，对可变压缩比机构而言，例如记载于日本特开2002-276446号公报(专利文献1)等中的可变压缩比机构是已知的。
另外，在“CO2-potential of a two-stage VCR system in combination withfuture gasoline powertrains(与未来汽油动力系结合的两级VCR系统的CO2潜力)”(非专利文献1)中，在图13～图14中示出机械压缩比映射，由此，越是低负荷则越提高机械压缩比。这是因为，越是低负荷则爆震产生的问题越减少，因此，可以增大机械压缩比，随之也可以增大机械膨胀比(＝机械压缩比)，其结果是，可以提高内燃机的热效率。因此，在起动时，机械压缩比也成为最大机械压缩比(＝最大机械膨胀比)附近。而且，在起动时增大机械压缩比会增高压缩上止点的温度，能够改善起动时的燃烧而带来良好的起动性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-276446号公报
非专利文献
非专利文献1：CO2-potential of a two-stage VCR system in combinationwith future gasoline powertrains；33rd International Vienna Motor Symposium26-27April 2012(第三十三届维也纳国际汽车研讨会2012年4月26-27日)
发明内容
发明要解决的课题
然而，在对内燃机进行冷机起动的冷机起动时，在非专利文献1中，将机械压缩比设定为最大机械压缩比，因此，会产生机械膨胀比也成为最大而使得从内燃机排出的废气的温度降低的现象。因此，在排气管的中途设置的废气净化催化剂的预热难以推进，导致废气净化催化剂中的废气有害成分的转化率降低。其结果是，存在从经过废气净化催化剂后的尾管向大气中排出的废气中的废气有害成分的排出量增加的课题。另外，在不使用可变压缩比机构的内燃机中，也受到来自油耗降低需求的机械膨胀比εE(＝机械压缩比εC)的增大倾向，从而会产生同样的问题。
本发明的一个目的在于，提供一种可以使内燃机冷机起动时的废气的温度上升而促进废气净化催化剂的预热的进行的新的内燃机的可变动作系统及其控制装置。
用于解决课题的方案
作为本发明的一个方案，其特征在于，至少具备：对进气门的开闭正时的相位进行控制的进气侧可变气门机构、以及对排气门的开闭正时的相位进行控制的排气侧可变气门机构，在内燃机冷机起动时，通过排气侧可变气门机构，使排气门的打开正时提前至上止点和下止点的中间位置附近，并使排气门的关闭正时提前至上止点前的规定位置，并且，通过进气侧可变气门机构，使进气门的打开正时延迟至上止点后的规定位置。
发明的效果
根据本发明的优选方案，即便内燃机的机械膨胀比为高机械膨胀比，通过使起动时的排气门的打开正时提前足够的量，从而也可以提高从燃烧室排出的废气的温度，可以使配置于燃烧室的后方气流的废气净化催化剂提前预热而提高催化剂的转化率。
即，通过在燃烧而燃烧温度高的状态中打开排气门，不仅能够排出高温的废气，而且由于气缸内从高压的状态打开排气门，因此，能够以高压的方式势头良好地排出高温的废气，废气净化催化剂的活性进一步提高，可以大幅减少冷机时的废气有害成分。
附图说明
图1是本发明的内燃机的可变动作系统的整体概略图。
图2A表示本发明中使用的可变压缩比机构的结构，是表示被控制为最小机械压缩比的状态的结构图。
图2B表示本发明中使用的可变压缩比机构的结构，是表示被控制为最大机械压缩比的状态的结构图。
图3A是说明具有通常的机械膨胀比(εE＝12)的情况下的“正的气门重叠”的进气门和排气门的气门特性的说明图。
图3B是说明具有高机械膨胀比(εE＝18)的情况下的“正的气门重叠”的进气门和排气门的气门特性的说明图。
图3C是说明具有高机械膨胀比(εE＝18)的情况下的“负的气门重叠”的进气门和排气门的气门特性的说明图。
图4A是说明本发明的第一实施方式的内燃机的可变动作系统的进气门和排气门的冷机起动时的气门特性的说明图。
图4B是说明本发明的第一实施方式的内燃机的可变动作系统的进气门和排气门的预热即将结束之前的气门特性的说明图。
图4C是说明本发明的第一实施方式的内燃机的可变动作系统的进气门和排气门的预热后的低负荷区域中的气门特性的说明图。
图4D是说明本发明的第一实施方式的内燃机的可变动作系统的进气门和排气门的预热后的高负荷区域中的气门特性的说明图。
图5是说明在本发明的第一实施方式的内燃机的可变动作系统中，从冷机起动时到预热后的高负荷区域为止的排气门的开闭正时、进气门的开闭正时、以及机械膨胀比的时间性变化状态的说明图。
图6是执行本发明的第一实施方式的内燃机的可变动作系统的停止时的控制的流程图。
图7A是表示在本发明的第一实施方式的内燃机的可变动作系统中，执行从起动时到高负荷区域为止的控制的控制流程的前半部分的流程图。
图7B是表示在本发明的第一实施方式的内燃机的可变动作系统中，执行从起动时到高负荷区域为止的控制的控制流程的后半部分的流程图。
图8A是说明本发明的第二实施方式的内燃机的可变动作系统的进气门和排气门的冷机起动时的气门特性的说明图。
图8B是说明本发明的第二实施方式的内燃机的可变动作系统的进气门和排气门的预热即将结束之前的气门特性的说明图。
图8C是说明本发明的第二实施方式的内燃机的可变动作系统的进气门和排气门的预热后的低负荷区域中的气门特性的说明图。
图8D是说明本发明的第二实施方式的内燃机的可变动作系统的进气门和排气门的预热后的高负荷区域中的气门特性的说明图。
具体实施方式
以下，使用附图详细说明本发明的实施方式，但本发明不限于以下的实施方式，在本发明的技术概念中在其范围内也包括各种变形例和应用例。
实施例1
对本发明的第一实施方式的内燃机的可变动作系统进行说明，图1示出应用本发明的内燃机的可变动作系统的整体结构。
首先，基于图1对内燃机的可变动作系统的基本结构进行说明，该内燃机的可变动作系统具备：在形成在气缸体SB内的缸膛内通过燃烧压力等而上下滑动自如地设置的活塞01；在气缸盖SH的内部分别形成的进气口IP及排气口EP；以及滑动自如地设置于气缸盖SH而对进气口IP及排气口EP的开口端进行开闭且每一个气缸分别设有一对的进气门4及排气门5。
活塞01经由由后述的下连杆42和上连杆43构成的连杆机构03与曲轴02连结，并且，在顶面与气缸盖SH的下表面之间形成有燃烧室04。另外，在气缸盖SH的大致中央设置有火花塞05。
进气口IP与未图示的空气滤清器连接，经由电控节气门72供给吸入空气。电控节气门72由控制器22控制，基本上与加速踏板的踩踏量对应地控制其开度。另外，排气口EP经由废气净化催化剂74将废气从尾管排放到大气中。
而且，在该内燃机中，如图1所示具备：对进气门4和排气门5的气门打开特性进行控制的进气侧可变气门机构、排气侧可变气门机构、以及对活塞位置特性进行控制的可变压缩比机构。
在进气侧设置有对进气门4的气门升程的中心相位角进行控制的作为“相位角可变机构”的进气侧可变气门机构(以下，标记为进气侧VTC机构)1A，另外，在排气侧设置有对排气门5的气门升程的中心相位角进行控制的作为“相位角可变机构”的排气侧可变气门机构(以下，标记为排气侧VTC机构)1B。而且，设置有对缸内的机械压缩比εC以及机械膨胀比εE进行控制的作为“活塞行程可变机构”的可变压缩比机构(以下，标记为VCR机构)3。另外，在该VCR机构3中，成为机械压缩比εC以及机械膨胀比εE都设定为相同的值的结构。
进气侧VTC机构1A以及排气侧VTC机构1B具备相位控制用液压促动器2A、2B，成为通过液压来控制进气门4和排气门5的开闭正时的结构。向相位控制用液压促动器2A、2B的液压供给基于来自控制器22的控制信号，由未图示的液压控制部控制。通过对该相位控制用液压促动器2A、2B的液压控制，将升程特性的中心相位θ控制在延迟侧或提前侧。
即，升程特性的整体的曲线自身不变，整体向提前侧或延迟侧移动。另外，该移动变化也可以连续地得到。作为进气侧VTC机构1A和排气侧VTC机构1B，不限于液压式，可以是利用电动马达或电磁式促动器的机构等各种结构。
控制器(＝控制构件)22根据来自曲轴转角传感器的输出信号、来自空气流量计的吸入空气量(负荷)、此外根据来自油门开度传感器、车速传感器、齿轮位置传感器、检测内燃机主体的温度的内燃机冷却水温传感器31的信息信号、进而根据来自大气湿度传感器的进气管内的湿度等各种信息信号，检测当前的内燃机状态，其中所述曲轴转角传感器根据曲轴转角来检测当前的内燃机的转速Ne(rpm)。而且，控制器22至少对进气侧VTC机构1A输出进气VTC控制信号，对排气侧VTC机构1B输出排气VTC控制信号。
接着，使用图1、图2A以及图2B对VCR机构3进行说明。另外，图2A示出预热后的高负荷区域中的最小机械压缩比下的压缩上止点的活塞位置，图2B示出冷机起动时以及低～中负荷时的最大机械压缩比下的压缩上止点的活塞位置。在此，最小机械压缩比以及最大机械压缩比双方的排气上止点的活塞位置都与图2A、图2B分别表示的压缩上止点的活塞位置一致。
该VCR机构3是以曲轴转角360作为一个循环的机构，因此，在原理上压缩上止点的活塞位置与排气上止点的活塞位置一致。另外，出于相同的理由，进气下止点的活塞位置与膨胀下止点的活塞位置也一致。这意味着，从进气下止点的活塞位置到压缩上止点的活塞位置之间的压缩行程和从压缩上止点的活塞位置到膨胀下止点的活塞位置之间的膨胀行程也不论控制位置如何，两者始终一致。因此，机械压缩比εC和机械膨胀比εE也不论控制位置如何，在原理上都一致(εC＝εE)。
VCR机构3是与之前作为现有技术已论述的专利文献1中记载的VCR机构相同的结构。简单说明其结构，曲轴02具备多个轴颈部40和曲柄销部41，轴颈部40旋转自如地支承于气缸体SB的主轴承。曲柄销部41从轴颈部40偏心规定量，在此旋转自如地连结有作为第二连杆的下连杆42。下连杆42构成为能够分割为左右的两个部件，并且，曲柄销部41与大致中央的连结孔嵌合。
作为第一连杆的上连杆43的下端侧通过连结销44能够转动地与下连杆42的一端连结，上端侧通过活塞销45能够转动地与活塞01连结。作为第三连杆的控制连杆46的上端侧通过连结销47能够转动地与下连杆42的另一端连结，下端侧经由控制轴48能够转动地与作为内燃机主体的一部分的气缸体SB的下部连结。
控制轴48能够旋转地支承于内燃机主体，并且具有从其旋转中心偏心的偏心凸轮部48a，控制连杆46的下端部能够旋转地嵌合于该偏心凸轮部48a。控制轴48基于来自控制器22的控制信号，通过使用电动马达的压缩比控制促动器49来控制转动位置。
在使用了这样的多连杆式活塞-曲柄机构的VCR机构3中，当控制轴48通过压缩比控制促动器49而转动时，偏心凸轮部48a的中心位置、尤其是相对于内燃机主体的相对位置发生变化。由此，控制连杆46的下端的摆动支承位置发生变化。而且，当控制连杆46的摆动支承位置发生变化时，如图2A、图2B所示，活塞上止点处的活塞01的位置变低或变高，另外，活塞01的行程S1、S2也发生变化。由此，可以改变机械压缩比(εC)以及机械膨胀比(εE)。
该机械压缩比(εC)是仅由活塞01的行程引起的燃烧室的容积变化确定的几何压缩比，是活塞01的进气行程下止点处的缸内容积与活塞01的压缩行程上止点处的缸内容积之比。图2A表示最小机械压缩比的状态，图2B表示最大机械压缩比的状态，但可以在它们之间使机械压缩比连续地变化。
在此，在将活塞压缩上止点处的缸内容积设为VO，将行程容积设为V时，活塞下止点处的缸内容积为“VO+V”，因此，机械压缩比(εC)表示为“εC＝(VO+V)/VO＝V/VO+1”。根据该想法，图2A所示的最小机械压缩比(εCmin＝最小机械膨胀比εEmin)为“εCmin＝V1/VO1+1”(例如，εCmin＝8)，图2B所示的最大机械压缩比(εCmax＝最大机械膨胀比εEmax)为“εCmax＝V2/VO2+1”(例如，εCmax＝18)。
然而，如上述“发明要解决的课题”那样，在内燃机冷机起动时，在非专利文献1中将机械压缩比(εC)设定为大的机械压缩比，因此，机械膨胀比(εE)也成为大的机械膨胀比，产生从内燃机排出的废气的温度降低的现象。因此，在排气管的中途设置的废气净化催化剂的预热难以推进，废气净化催化剂中的废气有害成分的转化率降低。其结果是，存在从经过废气净化催化剂后的尾管向大气排出的废气有害成分的排出量增加的课题。
为了应对这样的课题，在本实施方式中采用了如下结构：在内燃机冷机起动时，通过排气侧VTC机构，使排气门的打开正时提前至上止点和下止点的“中间角位置”附近，并使排气门的关闭正时提前至上止点前的规定位置，并且，通过进气侧VTC机构，使进气门的打开正时延迟至上止点后的规定位置。而且，如以下那样控制排气侧VTC机构和进气侧VTC机构。
首先，在本实施方式的进气侧VTC机构1A中，在有来自液压泵的液压供给的情况以及没有液压供给的情况这两种情况下，成为机械地稳定控制在作为默认位置的“中间角位置”附近的结构。在此，默认位置是机械地稳定的位置。
在相位控制用液压促动器2A中，使用对叶片向提前侧施力的偏置弹簧，但该施力载荷较小，叶片被气门反作用力机械地推回至“中间角位置”附近。若在该相位的状态下转速降低，则液压降低，以“中间角位置”附近的相位进行销锁定。即，“最延迟角位置”与“最提前角位置”之间的“中间角位置”附近成为默认位置。
因此，即便在电气系统中存在断线故障等的情况下，也具备机械故障保护的效果。如后所述，在内燃机停止的状态下，进气门4被设定在“中间角位置”附近。
接着，在本实施方式的排气侧VTC机构1B中，在有来自液压泵的液压供给的情况以及没有液压供给的情况下这两种情况下，成为机械地稳定控制在作为默认位置的“最提前角位置”附近的结构。
在相位控制用液压促动器2B中，使用对叶片向提前侧施力的偏置弹簧，在工作液压未作用于叶片的情况下，稳定在该“最提前角位置”附近。而且，若在该相位的状态下转速降低，则液压降低，以“最提前角位置”附近的相位进行销锁定。即，“最提前角位置”成为默认位置。
因此，即便在电气系统中存在断线故障等的情况下，也具备机械故障保护的效果。如后所述，在内燃机停止的状态下，排气门5被设定在“最提前角位置”附近。
另外，这些进气侧VTC机构1A以及排气侧VTC机构1B的基本结构在本申请人提出的日本特开2011-220349号公报、日本特开2013-170498号公报等中详细记载，因此，在此，省略进一步的说明。在本实施方式中，利用日本特开2011-220349号公报等中记载的进气侧VTC机构以及排气侧VTC机构将默认位置控制在上述位置。
接着，对进气门4和排气门5的包括冷机起动在内的冷机运转时的气门正时进行说明。图3A～图3C是说明冷机运转时的气门正时的图，表示相位控制用液压促动器2A、2B位于默认位置时的进气门4和排气门5的气门正时。
而且，图3A表示具有通常的机械膨胀比(εE＝12)的情况下的“正的气门重叠”的气门正时，图3B表示具有高机械膨胀比(εE＝18)的情况下的“正的气门重叠”的气门正时，图3C表示具有高机械膨胀比(εE＝18)的情况下的“负的气门重叠”的气门正时。
图3A是通常的机械膨胀比(εE＝12)的情况，将进气门4的打开正时IVO1设定在上止点前，将其关闭正时IVC1设定在下止点后，另外，将排气门5的打开正时EVO1设定在下止点前，将其关闭正时EVC1设定在上止点后。由此，形成“正的气门重叠”(以下，标记为PVO区间)，将高温的燃烧气体(EGR气体)在PVO区间内扫出到进气系统，在接下来的进气行程中再次导入到气缸内，从而提高混合气体温度，另外，使进气门4的关闭正时IVC稍微接近下止点，从而提高压缩上止点温度，因此，改善冷机运转时的燃烧而减少废气有害成分的产生。
然而，如上所述，通过在冷机运转时增大机械压缩比(＝机械膨胀比)来提高压缩上止点的温度，从而可以改善冷机运转时的燃烧而进行良好的起动、运转。因此，在将图3A所示的气门正时应用于设定为高机械膨胀比的内燃机的情况下，可考虑变更为图3B那样的气门正时。在该情况下，进气门4的打开正时IVO1和排气门5的关闭正时EVC1与图3A的情况相同，形成相同的PVO区间。但是，由于是高机械膨胀比，因此，存在排气门打开正时的燃烧气体温度、即排气温度降低而导致催化剂转化率降低的可能性，所以，使排气门5的打开正时从打开正时EVO1向打开正时EVO2提前，在燃烧气体温度高的期间打开排气门5。由此，能够实现与图3A所示的通常的机械膨胀比的情况相同程度的排气温度，能够维持相同程度的催化剂转化性能。
另外，通过增大机械压缩比，压缩增加，对起动马达的负荷有可能增加，但通过使进气门4的关闭正时从关闭正时IVC1延迟到关闭正时IVC2而从下止点离开，从而维持与通常的机械压缩比相同程度的压缩。
但是，由于PVO区间维持相同程度，因此，在设定上排气门5和进气门4的工作角(开阀期间)扩大，气门系统的机械摩擦力增大，有可能导致油耗恶化、废气有害成分的增加。
在本实施方式中，针对这样的课题，如图3C所示，使排气门5的打开正时提前到打开正时EVOc(＝EVO2)，在燃烧气体温度高的期间打开排气门5，并且，使进气门4的关闭正时延迟到关闭正时IVCc(＝IVC2)而设为从下止点离开的状态，而且，除此之外，使进气门4的打开正时延迟到上止点后而设为打开正时IVOc(第一延迟角侧规定位置)，使排气门5的关闭正时提前到上止点前而设为关闭正时EVCc(第一提前角侧规定位置)。
在此，排气门5的打开正时EVOc被设定在上止点与下止点之间的中间位置附近，例如，如图3C所示，优选设定在比膨胀下止点靠提前侧(逆时针方向)90°±20°～30°的范围。
另外，通过上述的EVCc提前和IVOc延迟，在排气门5与进气门4之间形成“负的气门重叠”(以下，标记为NVO区间)。因此，在设定上可以缩小排气门5和进气门4的工作角(开阀期间)，可以抑制气门系统的机械摩擦力增大。而且，通过执行图3C所示的气门正时，可以起到以下那样的作用、效果。
(1)在冷机运转时，即便是高机械膨胀比，通过使排气门5的打开正时EVO充分提前，从而也能够通过提高排气门打开正时的燃烧气体温度即排气温度来提前预热废气净化催化剂而提高催化剂的转化率。即，通过在燃烧而燃烧温度高的状态中打开排气门5，不仅能够排出高温的燃烧气体(废气)，而且由于气缸内从高压的状态打开排气门5，因此，能够以高压的方式势头良好地排出高温的燃烧气体，因此，与此相应地催化剂的活性进一步提高，可以有效地减少冷机运转时的废气有害成分。
(2)另外，在由排气门5的关闭正时EVCc和进气门4的打开正时IVOc形成的NVO区间，在气缸内封入高温的燃烧气体，并且利用活塞进行加压，从而气缸内气体以及内燃机主体被加热，大幅改善冷机运转时的燃烧而降低油耗、减少废气有害成分，并且提高内燃机预热性(内燃机温度的上升速度)，因此，可以进一步提高催化剂的预热速度。另外，油温也随之上升，因此，内燃机的机械摩擦力也可以与此相应地降低，冷机时的油耗也可以降低。
(3)进而，通过该NVO区间的形成，尽管为与图3B所示的进气门4的关闭正时IVC2相同的关闭正时IVCc，进气门4的打开正时IVOc相对于图3B也延迟，因此，可以将进气门4的工作角设定得较小，同样地，尽管为与图3B所示的排气门5的打开正时EVO2相同的打开正时EVOc，排气门5的关闭正时EVCc相对于图3B也提前，因此，可以将排气门5的工作角设定得较小，其结果是，可以与此相应地降低气门系统的机械摩擦力，也可以实现来自这方面的油耗降低。
这样，根据图3C所示的本实施方式的气门正时，通过NVO区间的形成，可以改善燃烧，而且，也可以降低气门系统的机械摩擦力，可以降低油耗以及减少废气有害成分。进而，将排气门5的打开正时如打开正时EVOc那样提前而设定为与上止点和下止点的中间位置相当的打开正时，因此，可以抑制由高机械膨胀比引起的废气温度的降低而使废气温度上升。
另外，由于能够以高压排出废气，因此，废气净化催化剂的预热以及催化剂的活化被促进，所以，催化剂的转化率也进一步提高，可以减少最终向大气中排出的废气有害成分。而且，图3C所示的气门正时根据曲轴旋转开始正时来设定，因此，可以从起动燃烧的初期获得上述减少废气有害成分的效果。进一步说，该NVO的相位中心在上止点(TDC)附近、即EVCc～TDC的期间与TDC～IVOc的期间大致相同，由此，可以得到显著的效果。即，在排气门关闭正时EVCc的时刻，缸内压力处于大气压附近，从此处开始缸内加压，但在TDC处压力上升后，再次在IVOc处回到大致相同的大气压附近，在此打开进气门，因此，可以抑制该EVCc～IVOc之间的泵损失的产生。其结果是，可以抑制由泵损失引起的油耗恶化。另外，若在此假设IVOc相对提前、即进气门提前打开，则被加压后的燃烧气体(EGR气体)被排出到进气系统中，不仅泵损失增加，而且特意被加热的燃烧气体在进气系统中冷却，当在下一个循环中被导入到了缸内时，由于该温度降低而导致燃烧恶化。这样，如果NVO的相位中心在上止点(TDC)附近、即EVCc～TDC的期间与TDC～IVOc的期间大致相同，则可以得到泵损失的抑制和燃烧改善这样的显著效果。
另外，虽然也可以通过PVO区间向气缸内导入燃烧气体，但在该情况下，经过将燃烧气体扫出到进气系统中并在此后的进气行程中再次导入到气缸内的过程，因此，该燃烧气体的温度在原理上低于本实施方式的NVO区间中的气体温度。另外，由于进气门4和排气门5的开阀期间(工作角)也被设定得较大，因此，由于气门系统的机械摩擦力的增加而产生不良影响，无法获得本实施方式的上述作用、效果。
接着，基于图4A～图4D以及图5对与运转状态的变更对应的气门正时以及机械膨胀比(机械压缩比)的控制动作进行说明。另外，图4A表示以高机械膨胀比从内燃机停止时到冷机起动时这期间的气门正时，图4B表示以高机械膨胀比从开始预热运转到预热即将结束时的气门正时，图4C表示以高机械膨胀比、预热后的低负荷时的气门正时，图4D表示以低机械膨胀比(低机械压缩比)、预热后的高负荷时的气门正时。另外，图5表示与它们对应的、排气门5的打开正时EVO和关闭正时EVC(用实线表示)、进气门4的打开正时IVO和关闭正时IVC(用虚线表示)、以及机械膨胀比(＝机械压缩比)的时间性变化状态。
《从内燃机停止到内燃机起动》如图4A、图5(0)(1)所示，使排气门5的打开正时提前到打开正时EVOc而在燃烧气体温度高的期间打开排气门5，并且使进气门4的关闭正时延迟到关闭正时IVCc而设为从下止点离开的状态，进而，使进气门4的打开正时延迟到上止点后而设为打开正时IVOc(第一延迟角侧规定值)，使排气门5的关闭正时提前到上止点前而设为关闭正时EVCc(第一提前角侧规定位置)。另外，排气门5的打开正时EVOc在比膨胀下止点靠提前侧(逆时针方向)设定在90°±20°～30°的范围。该状态为与图3C相同的状态，因此，省略说明(效果等的说明如上所述)。
另外，在本实施方式中，在冷机起动时，通过VCR机构3，控制为比最小机械膨胀比(εEmin)大的高机械膨胀比(例如，最大机械膨胀比εEmax)。因此，与热效率高相应地，废气温度的降低变大，催化剂转化率相对降低，因此，冷机时的废气有害成分有可能增加。即便在如上所述的情况下，通过将排气门5的打开正时(EVO)设为提前了的打开正时(EVOc)，从而也可以抑制废气温度降低而将催化剂转化率维持得较高，并提高减少废气有害成分的效果。
《从预热运转到预热即将结束》如图4B、图5(2)所示，当内燃机进行冷机起动且内燃机的温度通过预热运转而上升时，如图5所示，排气门5的打开正时EVO逐渐向延迟侧转移。由此，随着内燃机的温度上升，催化剂温度(催化剂转化率)上升，因此，将排气门5向延迟侧转移至打开正时EVOw，能够抑制催化剂温度超过所需温度的过度上升，并且通过该EVO延迟而设定为高有效膨胀比(膨胀功增大)，因此，可以降低油耗。
另外，由于排气门5的打开正时EVO逐渐向延迟侧转移，因此，排气门5的关闭正时EVC也与内燃机的温度上升相应地向延迟侧转移至关闭正时EVCw。由此，由于被封入在缸内的高温EGR气体量降低，因此，能够抑制内燃机、催化剂超过所需温度的过度的温度上升，并且，由于气缸内的废气量(EGR气体量)减少，因此，过渡运转时的燃烧稳定性提高，即便在例如存在急剧的加速要求的情况下，也可以得到良好的加速响应性。
而且，当内燃机达到规定温度T0时，结束预热运转，但即将结束预热运转之前的气门正时成为图4B所示那样的气门正时，排气门5的关闭正时EVCw延迟至与进气门4的打开正时IVOw大致一致，气门重叠大致为0，从而内部EGR量大幅减少。
《预热后的低负荷》如图4C、图5(3)所示，在预热结束后的低负荷时，进行控制以使排气门5向延迟侧转移至打开正时EVOl以及关闭正时EVCl(第二延迟角侧规定位置)，并且使进气门4向延迟侧转移至打开正时IVOl以及关闭正时IVCl。由此，使NVO区间大致为“0”或者形成PVO区间，并且使进气门4的关闭正时IVCl向延迟侧转移至上止点和下止点的中间位置附近。该进气门4的关闭正时IVCl在比进气下止点靠延迟侧(顺时针方向)设定在90°±20°～30°的范围。
由此，通过使排气门5向延迟侧转移至打开正时EVOl而增加膨胀功，并且使进气门4向延迟侧转移至关闭正时IVCl，利用所谓的进气门延迟关闭阿特金森循环效应来降低泵损失，进而，通过不形成NVO区间，还能够降低在TDC附近可能产生的进气行程初期的泵损失，因此，可以降低总泵损失而降低油耗。
《预热后的高负荷》如图4D、图5(4)所示，在预热结束后的高负荷时，进行控制以使排气门5向延迟侧转移至打开正时EVOh以及关闭正时EVCh(第三延迟角侧规定位置)，并且使进气门4向提前侧转移至关闭正时IVOh(第二提前角侧规定位置)以及关闭正时IVCh。由此，进行控制以便形成大的PVO区间并且使进气门4的打开正时IVCh朝向下止点侧向提前侧转移。
由此，通过将进气门4的关闭正时IVCh朝向下止点侧向提前侧转移，从而可以实现填充效率的提高，而且，由大的PVO区间的形成和排气门5的打开正时EVOh向延迟侧的转移带来的所谓的扫气功能(通过使排气脉动的负压波的产生延迟，从而使该负压波与PVO区间同步地向气缸内引导新鲜空气的方法)变大，可以充分提高内燃机转矩。并且，由于机械压缩比被控制为最小的机械压缩比εCmin(＝8左右)，因此，可以提高耐爆震性而进一步提高内燃机转矩。
另外，在本实施方式中，通过使用VCR机构3，从而可以起到下述作用、效果。例如，通过在低旋转/低负荷区域中利用VCR机构控制为高机械膨胀比，从而可以在该低旋转/低负荷区域中进一步提高油耗改善的效果。另外，通过在低旋转/高负荷区域中利用VCR机构控制为低机械压缩比，从而可以在低旋转/高负荷区域中防止爆震，进而实现内燃机转矩的提高。
接着，基于图6、图7A、图7B简单地说明用于执行上述的图4A～图4D所示的气门正时的控制的控制流程。该控制流程例如在每10ms的起动定时由内置于控制器22的微型计算机执行。
在图6中示出在使内燃机停止的停止转移时，使进气侧VTC机构1A、排气侧VTC机构1B以及VCR机构3机械地移动到默认位置的控制流程。
《步骤S10》首先，在步骤S10中，读入使内燃机停止的内燃机停止信息、内燃机的运转条件信息。作为使内燃机停止的内燃机停止信息，代表性地相当于怠速停止的要件一致的情况，此外，有时也是基于驾驶员的意志的钥匙断开信号。另外，作为表示内燃机的运转条件信息的信号有很多，但在本实施方式中，有内燃机的转速信息、进气量信息、水温信息、要求负荷信息(油门开度)等，进而有进气侧VTC机构1A、排气侧VTC机构1B的实际位置信息等。当在该步骤S10中读入各种信息时，转移到步骤S11。
《步骤S11》在步骤S11中，判断是否为内燃机停止转移条件，或者是否进行了钥匙断开。是否进行了钥匙断开的该判断例如只要监视钥匙断开信号即可，如果没有输入钥匙断开信号，则跳到结束而等待下一个起动定时。另一方面，如果输入钥匙断开信号，或者在判定为是内燃机停止转移条件的情况下，转移到步骤S12。
《步骤S12》在步骤S12中，将转换控制信号输出到进气侧VTC机构1A的相位控制用液压促动器2A、排气侧VTC机构1B的相位控制用液压促动器2B、以及VCR机构3的压缩比控制促动器49，以使进气侧VTC机构1A、排气侧VTC机构1B以及VCR机构3转移到默认位置。即，为了应对下次的起动，进行控制以便成为图4A的“内燃机停止时
Figure BDA0002384145600000141
冷机起动时”或图5(0)的气门开闭正时特性以及活塞位置特性。实际上，构成为如果切断转换控制信号则机械地返回到默认位置，该控制通过切断转换控制信号来进行即可。
因此，如图5(0)所示那样，进气门4的打开正时(IVO)被设定在打开正时(IVOo)附近，另外，进气门4的关闭正时(IVC)被设定在关闭正时(IVCo)附近，排气门5的打开正时(EVO)被设定在打开正时(EVOo)附近，排气门5的关闭正时(EVC)被设定在关闭正时(EVCo)附近。
另外，由VCR机构3得到的机械膨胀比(εE)被设定为高机械膨胀比(＝高机械压缩比)、在此为最大机械膨胀比(εEmax)。当基于进气侧VTC机构1A、排气侧VTC机构1B以及VCR机构3的向默认位置的设定输出结束时，转移到步骤S13。
《步骤S13》在步骤S13中，检测进气侧VTC机构1A的相位控制用液压促动器2A、排气侧VTC机构1B的相位控制用液压促动器2B、以及VCR机构3的压缩比控制促动器49的实际位置并监视控制状态。当这些实际位置的检测结束时，转移到步骤S14。
《步骤S14》在步骤S14中，在各实际位置基础上判断是否为如下情况：进气门4被设定在打开正时(IVOo)附近以及关闭正时(IVCo)附近，而且，排气门5被设定在打开正时(EVOo)附近、关闭正时(EVCo)附近，并且，机械膨胀比(εE)被设定为最大机械膨胀比(εEmax)。在不满足该条件的情况下，再次回到步骤S13，执行相同的控制。
另一方面，若在各实际位置基础上判断为进气门4被设定在打开正时(IVOo)附近以及关闭正时(IVCo)附近，而且，排气门5被设定在打开正时(EVOo)附近、关闭正时(EVCo)附近，并且，机械膨胀比(εE)被设定为最大机械膨胀比(εEmax)，则转移到步骤S15。
《步骤S15》在步骤S15中，为了使内燃机停止而向燃料喷射阀发送燃料切断信号，另外向点火装置发送点火切断信号。由此，内燃机的转速Ne降低，内燃机停止。这样，基于进气侧VTC机构1A、排气侧VTC机构1B以及VCR机构3的默认位置的实际上的设定结束，若内燃机也趋向停止时，则跳到结束而等待下一次的内燃机的起动。
接着，基于图7A、图7B对从该状态再次开始内燃机的运转的情况下的控制流程进行说明。该控制流程也由内置于控制器22的微型计算机执行。
《步骤S20》在步骤S20中，判断是否为内燃机起动条件。该判断例如只要监视钥匙信号或起动器起动信号即可，若没有输入钥匙接通起动信号，则跳到结束而等待下一个起动定时。另一方面，若输入钥匙接通起动信号，则判断为内燃机起动条件而转移到步骤S21。
《步骤S21》在步骤S21中，将转换控制信号输出到进气侧VTC机构1A的相位控制用液压促动器2A、以及排气侧VTC机构1B的相位控制用液压促动器2B，以使进气侧VTC机构1A以及排气侧VTC机构1B转移到起动位置(在此为默认位置)。另外，向VCR机构3的压缩比控制促动器49也输出转换控制信号。即，为了应对起动，以成为图4A的“冷机起动时”所示的气门开闭正时特性以及活塞位置特性的方式进行控制。
因此，如图5所示那样，进气门4的打开正时(IVO)被设定为打开正时(IVOc)，另外，进气门4的关闭正时(IVC)被设定为关闭正时(IVCc)，排气门5的关闭正时(EVC)被设定为关闭正时(EVCc)。进而，机械膨胀比(εE)被设定为最大机械膨胀比(εEmax)。
在此，冷机起动时的排气门5以及进气门4的开闭正时被设为停止时的默认的开闭正时，另外，机械膨胀比也被设为停止时的最大机械膨胀比(εEmax)，因此，不需要实质性的转换动作就能够实现顺畅的起动。另外，也一并具有机械故障保护效果。
而且，若将转换控制信号输出到进气侧VTC机构1A的相位控制用液压促动器2A、以及排气侧VTC机构1B的相位控制用液压促动器2B，另外，将转换控制信号输出到VCR机构3的压缩比控制促动器49，则转移到步骤S22、步骤S23。
《步骤S22、步骤S23》在步骤S22中，通过起动马达开始曲轴旋转，在此后的步骤S23中，判定转速Ne是否达到规定曲轴旋转转速。若转速Ne未达到规定曲轴旋转转速，则重复该判断。接着，若转速Ne达到规定曲轴旋转转速，则转移到步骤S24。
《步骤S24》在步骤S24中，为了与起动马达的旋转相应地起动内燃机，向燃料喷射阀、点火装置供给驱动信号。若向燃料喷射阀、点火装置供给驱动信号，则转移到步骤S25。
《步骤S25》在步骤S25中，判断曲轴旋转后是否经过了规定时间。若经过时间未经过规定时间，则重复该判断。接着，若经过时间经过规定时间，则转移到步骤S26、步骤27。
《步骤S26、步骤S27》在步骤S26中，检测内燃机的内燃机温度T(冷却水温度)，在此后的步骤S27中，与内燃机温度相应地如图5所示，通过排气VTC机构1B来执行使排气门5的打开正时(EVO)朝向“打开正时(EVOc)
Figure BDA0002384145600000161
打开正时(EVOw)”延迟、同样地使关闭正时(EVC)朝向“关闭正时(EVCc)
Figure BDA0002384145600000162
打开正时(EVCw)”延迟的控制。在该情况下的控制中，随着内燃机温度的上升，使排气门5的打开正时以及关闭正时延迟，从而尽可能地提高实际膨胀比(有效膨胀比)而提高热效率，另外，尽可能地缩小NVO期间来抑制内燃机温度、废气温度的不需要的温度上升来降低油耗。
另外，在该状态下，进气门4的打开正时(IVO)和关闭正时(IVC)分别维持为与内燃机停止时的定时相同的值，成为“IVOc＝IVOw”、“IVCc＝IVCw”。另外，排气门5的关闭正时(EVCw)变化至与进气门4的打开正时(IVOw)大致一致的定时，也几乎没有NVO期间，内部EGR量大幅减少。接着，在执行排气VTC机构1B的延迟控制的过程中执行下一个步骤。
《步骤S28》在步骤S28中，检测内燃机的内燃机温度(冷却水温度)并判断是否达到规定温度To。如果没有达到规定温度To，则判断为冷机状态，再次执行步骤S26、S27，继续进行步骤S26、S27的控制直至达到规定温度To为止。另外，预热即将结束之前的排气门5被设为打开正时(EVOw)、关闭正时(EVCw)，进气门4成为打开正时(IVOw)、关闭正时(IVCw)”。而且，若内燃机的预热进行而达到规定温度To，则判断为从冷机状态完成预热，并转移到步骤S29。
《步骤S29》在步骤S29中，检测内燃机运转状态(尤其是负荷状态)，与此相应地在后述的控制步骤中，对排气门5的打开正时(EVO)和关闭正时(EVC)、以及进气门4的打开正时(IVO)和关闭正时(IVC)、进而对机械膨胀比(εE)进行控制。在此，负荷状态例如通过横轴为转速、纵轴为吸入空气量的负荷映射来判定。若检测到负荷状态，则转移到步骤S30。
《步骤S30》在步骤S30中，判断当前的内燃机运转状态是否处于低负荷区域。如果判断为处于低负荷区域，则转移到步骤S31，如果判断为比低负荷状态大的负荷状态，则转移到步骤S32。
《步骤S31》在步骤S31中，将低负荷区域中的转换控制信号输出到进气侧VTC机构1A的相位控制用液压促动器2A、以及排气侧VTC机构1B的相位控制用液压促动器2B。另外，向VCR机构3的压缩比控制促动器49也输出转换控制信号。图5(3)所示的例子示出例如预热后的怠速状态。
因此，进气门4的打开正时(IVO)被设定为打开正时(IVOl)，另外，进气门4的关闭正时(IVC)被设定为关闭正时(IVCl)，排气门5的关闭正时(EVC)被设定为关闭正时(EVCl)。进而，机械膨胀比(εE)被设定为高机械膨胀比(εEmax)。
另外，排气门5的关闭正时(EVCl)与进气门4的打开正时(IVOl)被设为大致一致的状态，内部EGR量大幅减少。而且，若将转换控制信号输出到进气侧VTC机构1A的相位控制用液压促动器2A、以及排气侧VTC机构1B的相位控制用液压促动器2B，另外，将转换控制信号输出到VCR机构3的压缩比控制促动器49，则跳到结束而等待下一个起动定时。
《步骤S32》当在步骤S30中判断为内燃机的负荷超过预热后的低负荷区域的情况下，执行步骤S32。在步骤S32中，判断当前的内燃机运转状态是否处于高负荷区域。如果判断为比高负荷状态小的区域(所谓的负荷映射区域)，则转移到步骤S33，如果判断为处于高负荷区域，则转移到步骤S34。
《步骤S33》当在步骤S32中判定为内燃机的负荷未达到预热后的规定的高负荷区域的情况下，执行步骤S33。在步骤S33中，与负荷映射对应的转换控制信号被输出到进气侧VTC机构1A的相位控制用液压促动器2A、以及排气侧VTC机构1B的相位控制用液压促动器2B。另外，向VCR机构3的压缩比控制促动器49也输出转换控制信号。
例如，通过进气VTC机构1A来执行使进气门4的打开正时(IVO)朝向“打开正时(IVOl)
Figure BDA0002384145600000171
打开正时(IVOh)”提前、同样地使关闭正时(IVC)朝向“关闭正时(IEVCl)
Figure BDA0002384145600000181
打开正时(IVCh)”提前的控制。另外，在该状态下，排气门5的打开正时(EVO)和关闭正时(EVC)的变化被抑制，分别在EVOl～EVOh的范围、EVCl～EVCh的范围内变化，但成为“EVOl≈EVOh”、“EVCl≈EVCh”，变化被抑制。
另外，机械膨胀比(εE)通过VCR机构3的压缩比控制促动器49被控制为朝向高机械膨胀比(εEmax)
Figure BDA0002384145600000182
低机械膨胀比(εEmin)减小。其结果是，成为低机械压缩比(εCmin)，可以防止爆震。
而且，若将转换控制信号输出到进气侧VTC机构1A的相位控制用液压促动器2A、以及排气侧VTC机构1B的相位控制用液压促动器2B，另外，将转换控制信号输出到VCR机构3的压缩比控制促动器49，则跳到结束而等待下一个起动定时。
《步骤S34》当在步骤S32中判断为内燃机的负荷达到预热后的规定的高负荷区域的情况下，执行步骤S34。在步骤S34中，高负荷区域中的转换控制信号被输出到进气侧VTC机构1A的相位控制用液压促动器2A、以及排气侧VTC机构1B的相位控制用液压促动器2B。另外，向VCR机构3的压缩比控制促动器49也输出转换控制信号。
在预热后的高负荷时的情况下，进气门4的打开正时(IVO)被设定为打开正时(IVOh)，另外，进气门4的关闭正时(IVC)被设定为关闭正时(IVCh)，排气门5的打开正时(EVO)被设定为关闭正时(EVOh)，排气门5的关闭正时(EVC)被设定为关闭正时(EVCh)。进而，机械膨胀比(εE)被设定为低机械膨胀比(εEmin)。
而且，若将转换控制信号输出到进气侧VTC机构1A的相位控制用液压促动器2A、以及排气侧VTC机构1B的相位控制用液压促动器2B，另外，将转换控制信号输出到VCR机构3的压缩比控制促动器49，则跳到结束而等待下一个起动定时。
根据本实施方式，提出了如下结构：具备对进气门的开闭正时的相位进行控制的进气侧VTC机构、以及对排气门的开闭正时的相位进行控制的排气侧VTC机构，在内燃机冷机起动时，通过排气侧VTC机构，使排气门的打开正时提前至上止点和下止点的中间位置附近，并使排气门的关闭正时提前至上止点前的规定位置，并且，通过进气侧VTC机构，使进气门的打开正时延迟至上止点后的规定位置。
由此，即便内燃机的机械膨胀比为高机械膨胀比，通过使起动时的排气门的打开正时提前足够的量，从而也可以提高从燃烧室排出的废气的温度，可以使后方气流的废气净化催化剂提前预热而提高催化剂的转化率等，详细情况如上所述。
实施例2
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。在第一实施方式中，排气侧VTC机构和进气侧VTC机构采用工作角(开阀区间)恒定的气门机构。相比之下，本实施方式提出了如下的例子：除排气侧VTC机构以及进气侧VTC机构之外，还一同设置有可以调整工作角的可变工作角机构(以下，标记为VEL)。由此，可以得到超过第一实施方式的作用、效果。更具体而言，进气侧可变气门机构除第一实施方式中的进气侧VTC机构之外，还一同设置有进气侧VEL，排气侧可变气门机构除第一实施方式中的排气侧VTC机构之外，还一同设置有排气侧VEL。该进气/排气侧VEL与日本特开2016-003649等中记载的相同，因此，省略其工作角变化的原理等的说明。并且，在此，也可以应用于VEL以外的可变工作角机构。
图8A～图8D与图4A～图4D对应，尤其是在图8A、图8C中示出将排气门5或进气门4的工作角扩大的例子。
在图8A中，通过排气侧VEL机构扩大排气门5的工作角，将排气门5的打开正时(EVO)设为与第一实施方式的打开正时(EVOc)相比进一步向提前侧移动后的打开正时(EVOc＇)。由此，通过进一步提高废气的燃烧温度，从而可以进一步提前预热废气净化催化剂而减少废气有害成分。
另外，在图8C中，通过进气侧VEL机构扩大进气门4的工作角，使进气门4的关闭正时(IVC)与第一实施方式的打开正时(IVCl)相比进一步向延迟侧移动而设为关闭正时(IVCl＇)。由此，可以进一步利用阿特金森效应来降低泵损失，并降低油耗。
由以上的说明可知，本发明中的进气侧VTC机构以及排气侧VTC机构既可以是液压式的相位可变型，也可以是电动式的可变相位型，而且，也可以使用一同设置有可以控制升程的机构的VTC机构。另外，VCR机构是机械压缩比和机械膨胀比总是以相同的值被控制的形式，但也可以是例如日本特开2016-017489号公报所示那样的能够将机械压缩比和机械膨胀比控制为不同的值的形式。另外，根据不同情况也可以不使用。在此，在能够将机械压缩比和机械膨胀比控制为不同的值的形式的VCR机构中，在与图5(4)对应的预热后高负荷时，与第一实施方式同样地设为低机械压缩比εCmin而提高耐爆震性，另一方面，机械膨胀比εE被设定为比εCmin高。由此，可以防止在高负荷时成为问题的由高排气温度引起的催化剂热劣化的问题，也可以得到防止排放性能的时效老化等显著的效果。
如上所述，本发明的特征在于，具备：对进气门的开闭正时的相位进行控制的进气侧可变气门机构、以及对排气门的开闭正时的相位进行控制的排气侧可变气门机构，在内燃机冷机起动时，通过排气侧可变气门机构，使排气门的打开正时提前至上止点和下止点的中间位置附近，并使排气门的关闭正时提前至上止点前的规定位置，并且，通过进气侧可变气门机构，使进气门的打开正时延迟至上止点后的规定位置。
由此，即便内燃机的机械膨胀比为高机械膨胀比，通过使起动时的排气门的打开正时提前足够的量，从而也可以提高从燃烧室排出的废气的温度，可以使后方气流的废气净化催化剂提前预热而提高催化剂的转化率。
另外，本发明并不限于上述实施方式，可以包含各种各样的变形例。例如，上述实施方式为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明，但并不限定于必须具备已说明的全部结构。另外，可以将某实施方式的结构的一部分替换为其他实施方式的结构，另外，也可以在某实施方式的结构上增加其他实施方式的结构。另外，关于各实施方式的结构的一部分，可以进行其他结构的追加、删除、替换。
附图标记说明
01…活塞、02…曲轴、03…连杆机构、04…燃烧室、05…火花塞、1A…进气侧可变气门机构、1B…排气侧可变气门机构、2A、2B…相位控制用液压促动器、3…可变压缩比机构、4…进气门、5…排气门、2…控制器、49…压缩比控制促动器、72…节气门。

Claims (12)

1.一种内燃机的可变动作系统，其特征在于，至少具备：对内燃机的进气门的开闭正时进行控制的进气侧可变气门机构、对所述内燃机的排气门的开闭正时进行控制的排气侧可变气门机构、以及对所述进气侧可变气门机构和所述排气侧可变气门机构进行控制的控制构件，在冷机起动时，
通过所述排气侧可变气门机构，使所述排气门的打开正时(EVO)提前至上止点和下止点的中间位置附近，并使所述排气门的关闭正时(EVC)提前至上止点前的第一提前角侧规定位置，并且，通过所述进气侧可变气门机构，使所述进气门的打开正时(IVO)延迟至上止点后的第一延迟角侧规定位置。
2.如权利要求1所述的内燃机的可变动作系统，其特征在于，
所述排气侧可变气门机构随着从冷机起动时起所述内燃机的温度上升，使所述排气门的打开正时(EVO)向延迟侧转移。
3.如权利要求2所述的内燃机的可变动作系统，其特征在于，
所述排气侧可变气门机构随着从冷机起动时起所述内燃机的温度上升，使所述排气门的关闭正时(EVC)向延迟侧转移。
4.如权利要求3所述的内燃机的可变动作系统，其特征在于，
在所述内燃机的温度达到规定温度后的低负荷区域中，
所述排气侧可变气门机构使所述排气门的关闭正时(EVC)延迟至上止点后的第二延迟角侧规定位置，
所述进气侧可变气门机构使所述进气门的打开正时(IVO)向上止点后的延迟侧转移，并且使所述进气门的关闭正时(IVC)向延迟侧转移至上止点和下止点的中间位置附近，以便相对于所述排气门的关闭正时(EVC)使负的气门重叠大致为“0”或形成正的重叠。
5.如权利要求3所述的内燃机的可变动作系统，其特征在于，
在所述内燃机的温度达到规定温度后的高负荷区域中，
所述排气侧可变气门机构使所述排气门的关闭正时(EVC)延迟至上止点后的第三延迟角侧规定位置，
所述进气侧可变气门机构使所述进气门的打开正时(IVO)提前至上止点前的第二提前角侧规定位置，并且使所述进气门的关闭正时(IVC)相比上止点和下止点的中间附近向提前侧的下止点侧转移，以便相对于所述排气门的关闭正时(EVC)形成正的重叠。
6.如权利要求1～5中任一项所述的内燃机的可变动作系统，其特征在于，
所述内燃机的可变动作系统还设置有可变压缩比机构，所述可变压缩比机构对所述内燃机的活塞的位置进行变更来控制机械压缩比以及机械膨胀比，所述可变压缩比机构在冷机起动时控制为比最小机械膨胀比大的高机械膨胀比。
7.如权利要求1～5中任一项所述的内燃机的可变动作系统，其特征在于，
所述进气侧可变气门机构和所述排气侧可变气门机构中的至少一方或双方构成为包括能够调整工作角的工作角可变机构。
8.一种内燃机的可变动作系统的控制装置，其特征在于，至少具备：对内燃机的进气门的开闭正时进行控制的进气侧可变气门机构、对所述内燃机的排气门的开闭正时进行控制的排气侧可变气门机构、以及对所述进气侧可变气门机构和所述排气侧可变气门机构进行控制的控制构件，在冷机起动时，
所述控制构件具有如下功能：
对所述排气侧可变气门机构进行控制，以使所述排气门的打开正时(EVO)提前至上止点和下止点的中间位置附近，并使所述排气门的关闭正时(EVC)提前至上止点前的第一提前角侧规定位置；以及
对所述进气侧可变气门机构进行控制，以使所述进气门的打开正时(IVO)延迟至上止点后的第一延迟角侧规定位置。
9.如权利要求8所述的内燃机的可变动作系统的控制装置，其特征在于，
所述控制构件还具有如下功能：对所述排气侧可变气门机构进行控制，以便随着从冷机起动时起所述内燃机的温度上升，使所述排气门的打开正时(EVO)和关闭正时(EVC)向延迟侧转移。
10.如权利要求9所述的内燃机的可变动作系统的控制装置，其特征在于，
在所述内燃机的温度达到规定温度后的低负荷区域中，
所述控制构件具有如下功能：
对所述排气侧可变气门机构进行控制，以使所述排气门的关闭正时(EVC)延迟至上止点后的第二延迟角侧规定位置；以及
对所述进气侧可变气门机构进行控制，以使所述进气门的打开正时(IVO)向上止点后的延迟侧转移，并且使所述进气门的关闭正时(IVC)向延迟侧转移至上止点和下止点的中间附近，从而相对于所述排气门的关闭正时(EVC)使负的气门重叠大致为“0”或形成正的重叠。
11.如权利要求9所述的内燃机的可变动作系统的控制装置，其特征在于，
在所述内燃机的温度达到规定温度后的高负荷区域中，
所述控制构件具有如下功能：
对所述排气侧可变气门机构进行控制，以使所述排气门的打开正时(EVO)和关闭正时(EVC)延迟至上止点后的第三延迟角侧规定位置；以及
对所述进气侧可变气门机构进行控制，以使所述进气门的打开正时(IVO)提前至上止点前的第二提前角侧规定位置，并且使所述进气门的关闭正时(IVC)相比上止点和下止点的中间附近向提前侧的下止点侧转移，从而相对于所述排气门的关闭正时(EVC)形成正的重叠。
12.一种内燃机的可变动作系统的控制装置，其特征在于，至少具备：对内燃机的进气门的开闭正时进行控制的进气侧可变气门机构、对所述内燃机的排气门的开闭正时进行控制的排气侧可变气门机构、对所述内燃机的活塞的位置进行变更来控制机械压缩比以及机械膨胀比的可变压缩比机构、以及对所述进气侧可变气门机构、所述排气侧可变气门机构及所述可变压缩比机构进行控制的控制构件，在冷机起动时，
所述控制构件具有如下功能：
对所述可变压缩比机构进行控制，以便将所述内燃机的机械膨胀比设定为比最小机械膨胀比大的高机械膨胀比；
对所述排气侧可变气门机构进行控制，以使所述排气门的打开正时(EVO)提前至上止点和下止点的中间位置附近，并使所述排气门的关闭正时(EVC)提前至上止点前的规定位置；以及
对所述进气侧可变气门机构进行控制，以使所述进气门的打开正时(IVO)延迟至上止点后的规定位置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114576029A (zh) * 2020-11-30 2022-06-03 长城汽车股份有限公司 发动机启动方法、装置、电子设备及可读存储介质

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111550315B (zh) * 2020-04-22 2021-11-02 天津大学 一种可变残余废气率的汽油机冷启动燃烧改善方法
CN111550322B (zh) * 2020-04-22 2022-01-28 天津大学 一种可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法
US11473518B1 (en) 2021-08-24 2022-10-18 Ford Global Technologies, Llc Methods for reducing cold start emissions for engines
US11873774B2 (en) * 2021-10-27 2024-01-16 Ford Global Technologies, Llc Method and system for reactivating a catalyst
JP2023172442A (ja) 2022-05-24 2023-12-06 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
US11898512B1 (en) * 2023-02-14 2024-02-13 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for engine cold starting

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1354321A (zh) * 2000-11-21 2002-06-19 三菱自动车工业株式会社 可变阀门定时装置
JP2002276446A (ja) * 2001-03-19 2002-09-25 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の起動制御装置
US20080097685A1 (en) * 2006-10-23 2008-04-24 Hitachi, Ltd. Start control apparatus of internal combustion engine
CN102884300A (zh) * 2010-04-30 2013-01-16 马自达汽车株式会社 火花点火引擎的控制方法以及火花点火引擎
CN103119270A (zh) * 2010-09-16 2013-05-22 大众汽车有限公司 用于以可变的气门机构运行内燃机的方法
JP2016114042A (ja) * 2014-12-18 2016-06-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の可変動弁システム及び可変動弁制御装置
CN106032773A (zh) * 2014-09-11 2016-10-19 日立汽车系统株式会社 内燃机的可变燃烧系统
CN106050440A (zh) * 2015-04-13 2016-10-26 丰田自动车株式会社 用于内燃机的控制装置和控制方法
CN106988900A (zh) * 2015-12-11 2017-07-28 现代自动车株式会社 用于连续可变阀门持续发动机的阀门正时的控制方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1354321A (zh) * 2000-11-21 2002-06-19 三菱自动车工业株式会社 可变阀门定时装置
JP2002276446A (ja) * 2001-03-19 2002-09-25 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の起動制御装置
US20080097685A1 (en) * 2006-10-23 2008-04-24 Hitachi, Ltd. Start control apparatus of internal combustion engine
CN102884300A (zh) * 2010-04-30 2013-01-16 马自达汽车株式会社 火花点火引擎的控制方法以及火花点火引擎
CN103119270A (zh) * 2010-09-16 2013-05-22 大众汽车有限公司 用于以可变的气门机构运行内燃机的方法
CN106032773A (zh) * 2014-09-11 2016-10-19 日立汽车系统株式会社 内燃机的可变燃烧系统
JP2016114042A (ja) * 2014-12-18 2016-06-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の可変動弁システム及び可変動弁制御装置
WO2016098768A1 (ja) * 2014-12-18 2016-06-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の可変動弁システム及び可変動弁制御装置
CN106050440A (zh) * 2015-04-13 2016-10-26 丰田自动车株式会社 用于内燃机的控制装置和控制方法
CN106988900A (zh) * 2015-12-11 2017-07-28 现代自动车株式会社 用于连续可变阀门持续发动机的阀门正时的控制方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114576029A (zh) * 2020-11-30 2022-06-03 长城汽车股份有限公司 发动机启动方法、装置、电子设备及可读存储介质

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