专利名称：用于内燃发动机的阀门特性控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃发动机的阀门特性控制装置。
背景技术：
在内燃发动机中，通过催化剂对排气成分进行净化。但是，在发动机正在进行预热或类似情况，因而催化剂温度较低时，催化剂不能提供足够的净化性能。为了解决这个难题，采用了多种类型的催化剂预热控制以便迅速提高催化剂的温度。
例如，在可以向燃烧室直接喷射并供给燃料的缸内喷射式内燃发动机中，可以通过例如下述方式来提高燃烧气体的温度(1)延迟点火正时正时；(2)增大进气量以使空燃比较稀；以及(3)在压缩冲程的后半段执行燃料喷射。因此，在这种类型的内燃发动机中，在发动机预热过程中，燃料喷射正时被设定在压缩冲程的后半段。由此，提高了排气温度，从而使催化剂温度迅速提高。
同时，执行各种类型的控制以减少发动机预热过程中从燃烧室向排气通道排出的碳氢化合物(HC)排放量。例如，在日本专利公开No.2003-120348中公开的一种装置中，在发动机预热过程中将排气阀门的关闭正时设定在延迟侧，以使阀门的重叠量增大。结果，向排气通道排放的排气被再次吸入燃烧室。因此，所吸入的排气中含有的未燃烧HC在后续的燃烧冲程中再次燃烧，从而减少HC排放量。
但是，在以上述方式执行催化剂预热控制的内燃发动机中，如果在压缩冲程的后半段喷射的燃料喷射量过度增加，则火花塞附近的空燃比变得太浓，这会使空气燃料混合物的燃烧条件恶化。在此情况下，作为一种对策，可以将燃料喷射分开并以多次分开式喷射的形式来执行。这样可以在火花塞附近形成适当的空燃比。但是，如果这些分开式喷射中任何一次的燃料喷射量小于燃料喷射值的最小喷射量(可以对燃料喷射量进行控制的最少量)，就不能进行这样的分开式喷射。因此，会执行非分开式喷射，并在压缩冲程的后半段喷射所有燃料。注意，燃料喷射量是根据发动机负载、发动机转速等设定的。当燃料喷射量不能大到足以使得在火花塞附近形成浓的空燃比时，就执行非分开式喷射。
但是，在与上述类似的内燃发动机中，即在一个发动机循环(冲程顺序包括吸气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程)期间喷射燃料的次数发生改变的内燃发动机中，空气燃料混合物的燃烧条件随着喷射的次数而改变。因此，在如上所述对排气阀门的关闭正时执行延迟控制时，最佳延迟量随着喷射次数是不同的。但是，采用上述已知的延迟控制，延迟量不随着喷射次数而改变。因此，就需要进一步改进上述内燃发动机中对排气阀门的关闭正时执行的延迟控制。
发明内容
本发明是考虑到上述情况而构思的，其目的是提供一种用于内燃发动机的阀门特性控制装置，它根据一次发动机循环期间的燃料喷射次数来执行控制，减少预热操作期间的碳氢化合物的排放量。
根据本发明的第一方面，阀门特性控制装置应用到内燃发动机，所述内燃发动机(1)包括可变阀门机构，该可变阀门机构适于至少在排气阀门的阀门特性和排气阀门的关闭正时之间进行改变，并且(2)改变一次发动机循环期间的燃料喷射次数。阀门特性控制装置在内燃机预热操作期间将关闭正时设定到延迟侧，并包括延迟量设定装置，所述延迟量设定装置用于根据喷射次数在预热操作期间设定关闭正时延迟量。
根据第一方面，即使在预热操作期间改变燃料喷射次数，也可以根据燃料喷射次数设定排气阀门关闭正时延迟量。换句话说，相应于由喷射次数差异造成的燃烧条件差异而设定延迟量。因此，可以根据燃料喷射次数满意地控制预热操作期间的排气阀门关闭正时延迟量。
在第一方面，延迟量设定装置可以将延迟量设定为使得延迟量随着喷射次数的减少而减小。
即使在一次发动机循环中喷射的燃料量相同，随着燃料喷射次数的减少，每次喷射中喷射的燃料数目变大。由此，火花塞附近的空燃比倾向于更加变浓，这样接着造成空气燃料混合物的燃烧条件更易于恶化的倾向。由此，根据上述配置，随着燃料喷射次数的减少，即随着燃烧条件越来越可能恶化，可以将阀门重叠量减小并从而使内部EGR量减少。由此，即使喷射次数改变，也可以将燃烧条件维持在较好状态。此外，另一方面，随着喷射次数增加(即随着燃烧条件越来越良好)，排气阀门关闭正时延迟量R也增大。因此，可以增大再次吸入燃烧室中的未烧掉HC量，从而可以大大减少HC排放量。
在本发明的第一方面，延迟量设定装置可以包括延迟量设定对照表，用于根据喷射次数设定关闭正时延迟量。因此可以根据相应的对照表设定延迟量。
采用这种配置，可以根据延迟量设定对照表来设定排气阀门关闭正时延迟量以依照燃料喷射次数设定延迟量。因此，可以根据喷射次数可靠地设定关闭正时延迟量。
在第一方面，可以根据发动机冷却剂温度来设定延迟量。
当排气阀门关闭正时延迟量设定得更大时，再次吸入燃烧室的未烧掉HC量增大。同时，内部EGR量增大，这使得空气燃料混合物的燃烧条件趋向于更加不稳定。另一方面，当排气阀门关闭正时延迟量设定得较小时，再次吸入燃烧室的未烧掉HC量减小。但是，由于内部EGR量减少，可以形成更易于燃烧的良好空气燃料混合物。
注意，当发动机预热操作期间冷却剂温度较低时，空气燃料混合物具有变得更不稳定的趋势。因此，在这样的时候可以随着冷却剂温度升高而将延迟量设定得更大，从而使得(1)低温时空气燃料混合物的燃烧条件稳定，以及(2)HC排放量减少。
另一方面，当预热操作期间冷却剂温度略高时，由于催化剂得到活化，所以HC排放量减少，燃烧气体的温度较高。因此，在这样的时候，即使随着冷却剂温度的升高而将延迟量设定得较小，也足以减少HC排放量，并可以形成更易于燃烧的良好空气燃料混合物。
根据上面的说明可以明白，排气阀门关闭正时延迟量的最佳值与冷却剂温度有紧密的关系。因此，可以根据发动机冷却剂温度来设定排气阀门关闭正时延迟量，以便根据发动机冷却剂温度和燃料喷射次数来恰当地设定排气阀门关闭正时延迟量。此外，由此还可以满意地减少HC排放量并形成更易于燃烧的良好空气燃料混合物。
在第一方面，可以根据发动机外部负载水平来设定延迟量。
当发动机外部负载增加时，例如在驱动空调时或增大电力负载时，发动机工作状态趋向于变得更加不稳定。如果此时增大排气阀门关闭正时延迟量，则内部EGR量增大，造成空气燃料混合物的燃烧条件趋向于更容易恶化。由此，工作状态可能会甚至更加不稳定。为了解决这个问题，根据上述配置，根据燃料喷射次数和外部负载水平来设定延迟量。因此，可以以上述方式对工作状态变得更加不稳定进行抑制。注意，优选地，在上述配置中，随着发动机外部负载水平的增加而将延迟量设定得较小。
在第一方面，可以根据从发动机启动以来所经过的时间来设定延迟量。
如果减小内部EGR量，使得形成更易于燃烧的良好空气燃料混合物，即如果将排气阀门关闭正时延迟量设定得更小，则排放到排气通道的HC排放量增大。此外，随着发动机启动之后的时间流逝，催化剂温度升高，催化剂的净化性能也提高。因此，在这些情况下，即使延迟量设定得较小，催化剂也能对HC进行净化。由此，根据上述配置，依照从发动机启动以来所经过的时间来设定排气阀门关闭正时延迟量，从而根据催化剂的净化性能来设定延迟量。因此，根据上述配置，采用依照燃料喷射次数而设定的相应延迟量，可以抑制HC排放量增大，并形成更易于燃烧的良好空气燃料混合物。注意，在上述配置中，优选为随着从发动机启动之后经过的时间增加而将延迟量设定得更小。
根据本发明第二方面的阀门特性控制装置包括设在内燃发动机中的延迟量设定部分，所述内燃发动机(1)包括可变阀门机构，所述可变阀门机构能够至少在排气阀门的阀门特性和排气阀门的关闭正时之间进行改变，并(2)在一次发动机循环中改变燃料喷射次数。延迟量设定部分根据预热操作期间的喷射次数设定关闭正时延迟量。
根据对优选实施例进行的下述说明，参考附图，可以更明白本发明中前述的和另外的目的、特征和优点，在附图中，相同的标号用于表示相同的元件。
图1是示出一种示例的结构示意图，在该示例中，根据一种实施例的阀门特性控制装置应用到内燃发动机；图2是示出上述实施例中用于将目标位移角设定到排气侧所进行的操作程序的流程图；图3A示出了根据冷却剂温度对第一喷射和第二喷射的排气阀门关闭正时延迟量(对应于排气侧目标位移角)进行设定的对照表；图3B示出了根据外部负载因子对第一喷射和第二喷射的排气阀门关闭正时延迟量(对应于排气侧目标位移角)进行设定的对照表；图3C示出了根据从内燃发动机启动以来所经过的时间对第一喷射和第二喷射的排气阀门关闭正时延迟量(对应于排气侧目标位移角)进行设定的对照表；图4是示出执行目标位移角设定处理所带来的发动机预热操作期间实际排气侧位移角改变的时序图。
具体实施例方式
下文中，将参考图1到图4，对根据本发明用于内燃发动机阀门特性控制装置的示例性实施例进行说明。
图1示出了汽油发动机1的结构示意图，根据本实施例用于内燃机的阀门特性控制装置应用于汽油发动机1。
汽油发动机1的气缸体2设有多个汽缸3。(图1中只示出了汽缸3中的一个。为了简单起见，下面的说明将集中在这个汽缸3上，但是同样的描述也适用于其他汽缸3)。活塞4设在汽缸3中并通过控制杆6连接到曲轴5。控制杆6将活塞4的往复运动转化为曲轴5的旋转运动。用于对发动机冷却剂温度(冷却剂温度THW)进行检测的冷却剂温度传感器43安装到气缸体2。
气缸盖7安装到气缸体2的上部，燃烧室8形成于汽缸3中活塞4上端与气缸盖7之间。气缸盖7中设有用于将燃料直接喷射到燃烧室8中的喷射器16以及火花塞11。气缸盖7中对应于燃烧室8的位置处设有分别连接到进气通道14和排气通道15的进气端口12和排气端口13。
进气端口12和排气端口13分别由进气阀门17和排气阀门18开启和关闭，进气阀门17和排气阀门18设在对应于燃烧室8的位置处。进气阀门17和排气阀门18随着进气凸轮轴31和排气凸轮轴32的转动而开启和关闭，更具体地说，通过设在进气凸轮轴31和排气凸轮轴32上相应的凸轮转动而开启和关闭。正时滑轮33和34通过正时带35连接到曲轴35并由其驱动。当曲轴5转动两次，每个正时滑轮33和34转动一次。此外，在汽油发动机1工作时，曲轴5的转矩通过正时带35以及正时滑轮33和34传递到进气凸轮轴31和排气凸轮轴32。因此，随着曲轴5的转动而同步地驱动进气阀门17和排气阀门18开启和关闭，即在与活塞4往复运动对应的预定正时使它们开启和关闭。
曲轴角度传感器41设在曲轴5附近。这个曲轴角度传感器41对曲轴5的转动相位(曲轴角度)进行检测，并使用这种检测结果作为对汽油发动机1(曲轴5)的发动机转速NE进行检测的基础。进气侧凸轮角度传感器42a设在进气凸轮轴31附近。来自进气侧凸轮角度传感器42a和曲轴角度传感器41的输出信号用作对进气凸轮轴31的转动相位(凸轮角度)进行检测的基础。与之类似，排气侧凸轮角度传感器42b设在排气凸轮轴32附近。来自排气侧凸轮角度传感器42b和曲轴角度传感器41的输出信号用作对排气凸轮轴32的转动相位(凸轮角度)进行检测的基础。
从点火器(未具体示出)输出的高电压施加到火花塞11。火花塞11的点火正时是由来自点火器的高压输出正时确定的。在汽油发动机1中，来自进气通道14的吸入空气与从喷射器16喷射的燃料混合形成空气燃料混合物，通过火花塞11对所述混合物点火。然后空气燃料混合物燃烧，燃烧室8中造成的爆发产生汽油发动机1的动力。另外，当时形成的燃烧气体排放到排气通道15并由催化剂70净化。
缓冲罐51设在部分进气通道14中用于抑制吸入空气的脉动。节流阀53设在缓冲罐51的上游侧，其开度根据油门踏板(未示出)的操作而改变。通过改变节流阀53的开度，可以对吸入燃烧室8的空气量进行调节。此外，节流阀开度传感器54安装在节流阀53附近并对其开度进行检测。气流计55布置在节流阀53的上游侧并根据吸入汽油发动机1的进气量GA产生输出。
进气阀门可变正时机构60a作为可变阀门机构设置在进气凸轮轴31的正时滑轮33上。此外，排气阀门可变正时机构60b作为可变阀门机构也设置在排气凸轮轴32的正时滑轮34上。
进气阀门可变正时机构60a通过相对于曲轴5改变正时滑轮33和进气凸轮轴31的相对转动相位，而持续改变进气阀门17的阀门正时。排气阀门可变机构60b通过相对于曲轴5改变正时滑轮34和排气凸轮轴32的相对转动相位，而持续改变排气阀门18的阀门正时。
各种辅助设备90安装到汽油发动机1并用曲轴5的转动来驱动。这些辅助设备90包括用于空调(未示出)的压缩机90a、交流发电机90b、油泵90c和水泵90d。
汽油发动机1的各种控制是通过电子控制单元(下文中称为“ECU”)80来执行的。这些控制包括点火正时控制、燃料喷射量控制以及根据各个阀门正时机构的相位控制而进行的阀门正时控制。ECU 80设有微型计算机作为主要组成部件。微型计算机包括中央处理单元(CPU)。ECU 80设有例如只读存储器用于预先储存各种程序、对照表等的只读存储器(ROM)、以及随机访问存储器(RAM)用于临时储存CPU的计算结果等。ECU 80还包括备份RAM、输入接口和输出接口，即使在汽油发动机1停止时备份RAM也含有计算结果、预先存储的数据等。来自曲轴角度传感器41、进气侧凸轮角度传感器42a、排气侧凸轮角度传感器42b、冷却剂温度传感器43、节流阀开度传感器54、气流计55等的输出信号通过输入接口输入ECU 80。ECU 80能够根据来自传感器41到43、54和55等的输出信号来检测汽油发动机1的工作状态。
另一方面，输出接口通过各个相应的驱动电路连接到用于喷射器16、火花塞11所用的点火器、进气阀门可变正时机构60a和排气阀门可变正时机构60b等的各自驱动致动器。
ECU 80根据来自传感器41到43、54和55等的输出信号，依照存储在ROM中的控制程序以及初始数据，对喷射器16、点火器、进气阀门可变正时机构60a和排气阀门可变正时机构60b的驱动致动器进行正确的控制。
ECU 80通过对进气阀门可变正时机构60a进行驱动和控制来对进气阀门17执行阀门正时控制。在进气阀门17的阀门正时控制中，驱动进气阀门可变正时机构60a，使得进气阀门17的实际阀门正时变为根据发动机工作状态而设定的目标阀门正时。在这种控制中，采用进气侧实际位移角VTin(即进气凸轮轴31的实际位移角)作为进气阀门17的实际阀门正时。此外，采用进气侧目标位移角VTTin(即进气凸轮轴31的目标位移角)作为进气阀门17的目标阀门正时。根据进气侧实际位移角VTin与进气侧目标位移角VTTin之间的偏差ΔVTin对进气阀门可变正时机构60a的驱动进行反馈控制，从而将进气阀门17的阀门正时调整为目标阀门正时。
与之类似，ECU 80通过对排气阀门可变正时机构60b进行驱动和控制来对排气阀门18执行阀门正时控制。在排气阀门18的阀门正时控制中，驱动排气阀门可变正时机构60b，使得排气阀门18的实际阀门正时成为根据发动机工作状态而设定的目标阀门正时。在这种控制中，采用排气侧实际位移角VTex(即排气凸轮轴32的实际位移角)作为排气阀门18的实际阀门正时。此外，采用排气侧目标位移角VTTex(即排气凸轮轴32的目标位移角)作为排气阀门18的目标阀门正时。根据排气侧实际位移角VTex与排气侧目标位移角VTTex之间的偏差ΔVTex对排气阀门可变正时机构60b的驱动进行反馈控制，从而将排气阀门18的阀门正时调整为目标阀门正时。
注意，上述各个阀门正时控制中使用的相应位移角是表示凸轮轴31或32相对于曲轴5的相对转动相位的值。这些位移角转化为曲轴角度(℃A)。进气侧实际位移角VTin是根据曲轴角度传感器41和进气侧凸轮角度传感器42a的输出信号求出的。当进气阀门17的阀门正时延迟到最大程度(下文中称为“最大延迟正时”)时，进气侧实际位移角VTin为“零(0)℃A”。因此，进气侧实际位移角VTin是表示进气阀门17的阀门正时已经比最大延迟正时提前了多少的值。
排气侧实际位移角VTex是根据曲轴角度传感器41和排气侧凸轮角度传感器42b的输出信号求出的。当排气阀门18的阀门正时提前到最大程度(下文中称为“最大提前正时”)时，排气侧实际位移角VTex为“零(0)℃A”。因此，排气侧实际位移角VTex是表示排气阀门18的阀门正时已经比最大提前正时延迟了多少的值，也就是表示排气阀门18的关闭正时延迟了多少的值。
除了上述控制之外，在本实施例的汽油发动机1中，当汽油发动机在冷启动时，执行催化剂快速预热控制，使得催化剂70可以迅速表现出其排气净化性能。在这种催化剂快速预热控制中，(a)在压缩冲程的后半段(例如在25°BTDC)执行燃料喷射，(b)通过增大进气量来增大燃料喷射量，(c)将点火正时延迟。由此，可以提高排气温度，从而使催化剂70迅速活化。
注意，如果压缩冲程的后段喷射的燃料喷射量过度增加，则火花塞11附近的空燃比会过浓，这使得空气燃料混合物的燃烧条件恶化。在此情况下，作为一种对策，可以将燃料喷射分开并以多次分开式喷射的形式来执行，从而在火花塞11附近形成适当的空燃比。例如，在此实施例中，可以将燃料喷射作为两次喷射来执行，即在压缩冲程的前半段(180°BTDC)执行一次喷射，并在压缩冲程的后半段(30°BTDC)期间执行一次喷射。但是，在某些情况下，如果将一定大小的燃料喷射量分为两个燃料喷射量，则分成的燃料喷射量可能小于喷射器16的最小喷射量(可以对燃料喷射量进行控制的最小量)。在这些情况下，不能对燃料喷射量进行调整。结果，在这些时候，执行非分开式喷射(一次喷射)，在压缩冲程的后半段喷射所有的燃料。注意，即使在压缩冲程的后半段中喷射所有燃料时，如果可以在火花塞11附近形成适当的空燃比，就可以执行非分开式喷射。
以上述方式进行分开式喷射还是非分开式喷射是根据一个发动机循环(包括吸气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程的冲程顺序)中要喷射到单个气缸的总燃料喷射量Q确定的。为了获得预热工作过程中总燃料喷射量Q，首先根据发动机负载因子L(例如进气量GA、发动机转速NE等)计算基础燃料喷射量。然后，通过用启动后增加量校正系数和预热增加量校正系数对基本燃料喷射量进行校正而求得总燃料喷射量Q，所述这些系数是根据冷却剂温度THW等计算出的。
在进行催化剂快速预热控制时，为了减小从排气通道15排放的HC量，通过增大进气量而使空气燃料混合物的空燃比变浓，同时将排气阀门18的阀门正时设定在延迟侧。通过以此方式使空燃比变浓，可以促进未燃HC氧化并提高燃烧空气的温度。此外，排气阀门18的阀门正时被延迟，也就是将排气阀门18的一个阀门特性——关闭正时——设定在延迟侧，以便增大阀门重叠量。由此，排放到排气通道15的排气被再次吸入到燃烧室8。因此，排气中所含的未燃HC在随后的燃烧冲程中再次燃烧，由此减少了HC排放量。
但是，在一个发动机循环中改变燃料喷射次数时，空气燃料混合物的燃烧条件取决于喷射次数而改变。因此，在对排气阀门18的关闭正时延迟量进行控制时，最佳延迟量取决于喷射次数而改变。
因此，在根据冷却剂温度设定排气阀门关闭正时的基本延迟量的配置中，无法设定合适的延迟量。更具体地说，预热操作期间的发动机转速NE由于摩擦影响而变化。由此，即使冷却剂温度相同，发动机负载因子L也会变化。因此，根据发动机负载因子L计算的基本燃料喷射量也改变，从而使总燃料喷射量Q也改变。因此，即使冷却剂温度相同，也不能确定应当执行分开式喷射还是非分开式喷射，不能设定与空气燃料混合物的燃烧条件相符的适当延迟量。因此，如果根据冷却剂温度来设定排气阀门关闭正时延迟量，则即使改变喷射次数，延迟量也必须设定在足以维持良好燃烧条件的较小值。这样，在前述延迟控制中，设定的延迟量不能与燃料喷射次数的改变相对应。因此，针对汽油发动机1中排气阀门18的关闭正时进行的延迟控制还有进一步改进的余地。
为了解决这种问题，在本实施例中，根据与燃料喷射次数相符的控制来执行目标位移角设定过程，使得在预热操作期间可以有利执行对排气阀门18关闭正时的延迟量控制。下面将说明目标位移角设定过程。
图2示出了由ECU 80执行的排气阀门18的目标位移角设定处理的程序。这种处理在执行催化剂快速预热控制的时候(即发动机发生预热操作时)重复执行。注意，这种处理对应于本发明的延迟量设定装置。
当处理开始时，首先读取冷却剂温度THW、启动迄今时间ST、以及外部负载因子A(S100)。启动迄今时间ST是表示从发动机启动以来所经过时间的值，并由ECU 80定期更新。外部负载因子A是表示用于驱动辅助设备90等的发动机功率水平(即发动机外部负载水平)的值。例如，在驱动压缩机90时，或者当增大电力负载时，外部负载因子A具有较大的值。
接着，判定当前的燃料喷射状态是否为二次喷射(分开式喷射)(S110)。对于正在执行双喷射的情况(步骤S110得到“是”)，根据冷却剂温度THW、启动迄今时间ST和外部负载因子A，使用储存在ROM中的双喷射用对照表来计算排气侧目标位移角VTTex(S120)。
另一方面，对于并非正在执行二次喷射(步骤S110得到“否”)，即正在执行一次喷射(非分开式喷射)的情况，根据冷却剂温度THW、启动迄今时间ST和外部负载因子A，使用储存在ROM中的一次喷射用对照表来计算排气侧目标位移角VTTex(S130)。通过步骤S120或步骤S130的处理来设定与燃料喷射次数相应的排气侧目标位移角VTTex(即排气阀门关闭正时延迟量R的目标值)，然后终止本处理。此后，对排气阀门可变正时机构60b的驱动进行控制，使得排气侧实际位移角VTex变成步骤S120或步骤S130计算所得的排气侧目标位移角VTTex，由此将排气阀门关闭正时的实际延迟量设定为与燃料喷射次数对应的量。
接下来将参考图3A到图3C对二次喷射用对照表和一次喷射用对照表的设定进行说明。
图3A示出了用于根据冷却剂温度THW对排气阀门18关闭正时的延迟量R(即排气侧目标位移角VTTex)进行设定的对照表；图3B示出了用于根据外部负载因子A设定延迟量R的对照表；图3C示出了用于根据启动迄今时间ST来设定延迟量R的对照表。注意，在图3A到图3C中，用实线表示二次喷射用对照表，用点划线表示一次喷射用对照表。
首先，如图3A到图3C中的实线和点划线所示，一次喷射用对照表和二次喷射用对照表被分别设定为使得即使在相同条件下，执行一次喷射时(点划线)的延迟量R也要小于执行二次喷射时(实线)的延迟量。换句话说，延迟量R是根据燃料喷射次数设定的，使得延迟量R随着燃料喷射次数的减少而减小。进行这种设定是为了下述原因。
即使一个发动机循环期间喷射的燃料量相同，每次喷射中喷射的燃料量也随着燃料喷射次数的减少而增大。因此，火花塞11附近的空燃比倾向于变浓，这样接着造成空气燃料混合物的燃烧条件更易于恶化的倾向。由此，随着燃料喷射次数的减少，延迟量R可以设定得更小。在此情况下，随着喷射次数的减少(即随着燃烧条件越来越容易恶化)而减小阀门重叠量并减少内部EGR量。由此，即使喷射次数改变，也可以将燃烧条件维持在较好状态。此外，如果采用这种设定，随着喷射次数增加(即随着燃烧条件越来越良好)，排气阀门关闭正时延迟量R也增大。因此，可以增大再次吸入燃烧室8中的未燃HC量，从而可以大大减少HC排放量。
接下来将对一次喷射用对照表和二次喷射用对照表中根据冷却剂温度THW设定延迟量R的原因进行说明。
在将排气阀门18的关闭正时延迟量R设定得较大时，再次吸入燃烧室8的未燃HC量也增大。同时，内部EGR量增大，使得空气燃料混合物的燃烧条件具有变得更不稳定的趋势。另一方面，在将排气阀门18的关闭正时延迟量R设定得较小时，再次吸入燃烧室8的未燃HC量减小。但是，由于内部EGR量减小，会形成更加易于燃烧的良好的空气燃料混合物。
注意，在发动机预热操作期间，当冷却剂温度THW较低时，空气燃料混合物的燃烧具有变得更加不稳定的趋势。因此，在这种时候，可以随着冷却剂温度THW的升高而将延迟量R设定得较大，从而使得(1)低温时空气燃料混合物的燃烧条件更加稳定，(2)减少HC排放量。由图3A的实线可见，二次喷射用对照表设定为直到冷却剂温度THW达到温度TH1之前，延迟量R都随着冷却剂温度THW的升高而增大。另一方面，在执行一次喷射时，总喷射量Q大大减小。如果在这种时候将排气阀门18的关闭正时延迟，则发动机工作状态倾向于变得不稳定。由此，在本实施例中，如图3A中点划线所示，一次喷射用对照表设定为使得直到达到高于温度TH1的温度TH2之前，延迟量R都设定为“零(0)”。注意，在这个温度区域，可以将一次喷射用对照表和二次喷射用对照表设定得相同。
当预热操作期间冷却剂温度THW略高时，由于催化剂70得到活化，燃烧气体的温度较高，HC排放量减小。因此，在这样的时候，即使随着冷却剂温度THW的升高而将延迟量R设定得较小，也足以减少HC排放量并形成使燃烧更容易的良好的空气燃料混合物。由图3A所示实线可见，在二次喷射用对照表中，在冷却剂温度THW达到既高于温度TH1也高于温度TH2的温度TH3之后，随着冷却剂温度THW的升高而将延迟量R设定得越小。此外，由图3A所示点划线明显可见，一次喷射用对照表设定为使得在冷却剂温度THW达到高于温度TH3的温度TH4之后，随着冷却剂温度THW的升高，延迟量R变得越小。
注意，由图3A所示实线明显可见，二次喷射用对照表设定为使得当冷却剂温度THW处于从温度TH1到温度TH3之间的范围内时，延迟量具有与冷却剂温度THW无关恒定较大值。此外，由图3A所示点划线明显可见，当冷却剂温度THW处于从温度TH2到温度TH4之间的范围内时，延迟量R具有与冷却剂温度THW无关的恒定较大值。
根据上述说明可以理解，排气阀门18关闭正时延迟量R的最佳值与冷却剂温度THW具有紧密的关系。因此，排气阀门18关闭正时延迟量R可以根据冷却剂温度THW来设定，以便根据冷却剂温度THW和燃料喷射次数来恰当地设定排气阀门关闭正时延迟量。此外，由此可以满意地减少HC排放量，并形成更易于燃烧的良好空气燃料混合物。
注意，在本实施例中，设定了延迟量R为常数而与冷却剂温度THW无关的温度区域。不过，延迟量R也可以设定为使得(1)在冷却剂温度THW达到预定温度之前，延迟量R随着冷却剂温度THW的升高而增大，并且(2)在达到该预定温度之后，随着冷却剂温度THW的升高而减小。此外，上述温度TH1与TH2的值之间的关系以及温度TH3与TH4的值之间的关系仅仅是一种示例。但是可以对这些关系进行适当的更改。
接下来将对一次喷射用对照表和二次喷射用对照表中根据外部负载因子A设定延迟量R的原因进行说明。
当发动机外部负载增大时，例如当驱动压缩机90a时或增大电力负载时，发动机工作状态趋向于变得更不稳定。如果在这样的时候增大排气阀门关闭正时延迟量R，则内部EGR量增大，使得燃料空气混合物的燃烧条件趋向于更易于恶化。因此，可能使工作状态变得更加不稳定。为了解决这个难题，如图3B中实线和点划线所示，二次喷射用对照表和一次喷射用对照表分别设定为使得延迟量R随着外部负载因子A的增大而增大。进行这种设定的结果是将延迟量R设定为与外部负载水平相对应。因此，可以抑制发动机工作状态由于外部负载的增大而恶化。
接下来将对一次喷射用对照表和二次喷射用对照表中根据启动迄今时间ST来设定延迟量R的原因进行说明。
如果减小内部EGR量，使得形成更易于燃烧的良好空气燃料混合物，也就是如果将排气阀门关闭正时延迟量R设定得较小，则排放到排气通道15的HC排放量增大。此外，催化剂70的温度随着发动机启动之后经过的时间而升高，催化剂70的净化性能也提高。因此，在这些情况下，即使延迟量R设定得较小，催化剂70也能净化HC。由此，由图3C的实线和点划线明显可见，二次喷射用对照表和一次喷射用对照表设定为使得随着启动迄今时间ST的增加而变小。由此，根据启动迄今时间ST对排气阀门关闭正时延迟量R进行设定，并因此根据催化剂70的净化性能对延迟量R进行设定。这样，可以抑制HC排放量增加，并可以形成更易于燃烧的良好空气燃料混合物。
注意，在发动机启动之后的时间到达某个量之前，催化剂70都不会活化，因此在这段时间内不能净化HC。因此，在本实施例中，如图3C中实线和点划线所示，直到启动迄今时间ST达到预定长度之前，延迟量R都设定为与启动迄今时间ST无关的恒定较大值，从而抑制未燃HC的排放。此外，直到启动迄今时间ST达到预定长度之前，也就是在催化剂70处于未活化状态时，将延迟量R相对于启动迄今时间ST的下降率抑制在较小的值。在启动迄今时间ST达到预定长度之后，也就是催化剂70已经活化之后，可以增加这种下降率。此外，各个对照表可以设定为紧接在发动机启动之后，延迟量R随着启动迄今时间ST的增加而减小。
在上述方式中，根据燃料喷射次数选择用于设定延迟量R的延迟量设定对照表，并根据冷却剂温度THW、外部负载因子A和启动迄今时间ST来设定延迟量R。由此，可以在任何给定时间根据发动机工作状态来适当地设定延迟量R，即排气侧目标位移角VTTex。
接下来将参考图4对预热操作期间执行上述目标位移角设定处理造成的排气侧实际位移角VTex改变进行说明。
如图4所示，在预热操作期间，用预热增加量校正系数和启动后增加量校正系数对基本燃料喷射量进行校正，并且总燃料喷射量Q增大。因此，为了在火花塞11附近形成良好的空燃比而执行二次喷射。此外，随着发动机启动之后的时间流逝，预热增加量校正系数和启动后增加量校正系数随着冷却剂温度THW的升高而减小，进气量GA也减小，以减小发动机转速NE。由此，总燃料喷射量Q逐渐减小。当总燃料喷射量Q小于可以通过二次喷射进行喷射的量时(时刻t1)，燃料喷射次数改变为一次喷射。
执行二次喷射时与执行喷射相同量燃料的一次喷射时相比，空气燃料混合物的燃烧条件更好。因此，根据二次喷射用对照表，排气侧实际位移角VTex在延迟侧被设定为较大值，其延迟量R随着冷却剂温度THW的升高、启动迄今时间ST的增大等等而逐渐减小。此外，当燃料喷射次数从二次喷射改为一次喷射时(时刻t1)，用于对排气侧目标位移角VTTex进行设定的对照表随着燃料喷射次数的改变而切换，即二次喷射用对照表切换到一次喷射用对照表。因此，根据一次喷射用对照表来设定排气侧目标位移角VTTex，并改变排气侧实际位移角VTex，使得延迟量R对于此时的发动机工作状态而言是适当的。由此，当二次喷射用对照表切换到一次喷射用对照表时，即使冷却剂温度THW、外部负载因子A和启动迄今时间ST不变，排气侧目标位移角VTTex也要设定为使得延迟量R减小。因此，排气侧实际位移角VTex设定为在时刻t1突然减小。此后，延迟量R设置为随着冷却剂温度THW的升高、启动迄今时间ST的增加等而逐渐减小。
上述实施例可以获得下面的效果。
(1)在预热操作期间，根据燃料喷射次数来设定排气阀门18关闭正时延迟量R。也就是相应于喷射次数差异造成的燃烧条件差异来设定延迟量R。因此，可以有利地根据燃料喷射次数来控制预热操作期间的排气阀门18关闭正时延迟量R。
(2)随着燃料喷射次数减小，可以将排气阀门18关闭正时延迟量R设定得较小。因此，即使燃料喷射次数改变，也可以将燃烧条件维持在良好状态，并大大减少HC排放量。
(3)根据燃料喷射次数提供用于设定关闭正时延迟量R的延迟量设定对照表，并根据相应的对照表来设定延迟量R。换句话说，可以根据喷射次数来可靠地设定关闭正时延迟量R。
(4)排气阀门18关闭正时延迟量R的最佳值与冷却剂温度THW有密切关系。本实施例中，在二次喷射用对照表和一次喷射用对照表中，根据冷却剂温度THW来设定排气阀门18关闭正时延迟量R。因此，可以根据燃料喷射次数来恰当地设定排气阀门关闭正时延迟量R。
特别是在本实施例中，当冷却剂温度THW较低时，根据冷却剂温度THW将延迟量R设定得较大。由此，既可以使这种低温情况下空气燃料混合物的燃烧条件稳定，也可以减少HC排放量。另外，当冷却剂温度THW较高时，随着冷却剂温度THW的增大而将延迟量R设定得较小。因此，在高温时，可以形成更易于燃烧的良好空气燃料混合物。
(5)在二次喷射用对照表和一次喷射用对照表中，根据发动机外部负载水平(外部负载因子A)来设定延迟量R。因此，可以根据燃料喷射次数和外部负载水平来设定延迟量R，从而对发动机工作状态变得不稳定进行抑制。特别是在本实施例中，随着外部负载水平变大而将延迟量R设定得较小。由此可以对发动机工作状态变得不稳定进行满意的抑制。
(6)在二次喷射用对照表和一次喷射用对照表中，根据发动机启动之后经过的时间(启动迄今时间ST)来设定延迟量R。因此，可以根据催化剂70的净化性能来设定延迟量R。此外，采用根据催化剂70的净化性能和燃料喷射次数设定各自的延迟量R，可以抑制HC排放量增加，并形成更易于燃烧的良好空气燃料混合物。特别是在本实施例中，随着发动机启动后所经过时间的增加而将延迟量R设定得较小。因此，可以有利地促进抑制HC排放量增加和维持良好燃烧条件。
应当注意，本发明可以进行下列方式的修改。
在本实施例中，延迟量R，也就是排气侧目标位移角VTTex，是根据不同参数来设定的，这些参数是冷却剂温度THW、外部负载因子A和启动迄今时间ST。但是，延迟量R(排气侧目标位移角VTTex)也可以根据这些参数中任意一个或任意多个来进行设定。此外，也可以用排气温度或催化剂70的温度作为参数。在此情况下，以与根据启动迄今时间ST设定延迟量R相类似的方式，来根据排气温度或催化剂70的温度来设定延迟量R。
在上述实施例中，在分开喷射次数时执行了两次喷射。但是，本发明可以根据同样的原理应用到将燃料喷射分为更多次喷射的内燃发动机中。更具体地说，可以提供用于根据燃料喷射次数来设定延迟量R的设定对照表，并根据该设定对照表中所选择的一个来依照喷射次数设定延迟量R。采用这样的配置，可以获得与上面的实施例相同的操作效果。注意，即使喷射次数被分为三次喷射或更多次，设置对应于每种喷射次数的相应延迟量设定对照表也并不关键。因此，可以将设置的对照表数目保持在所需的最小限度。
也可以使用函数表达式来求出延迟量R，因此在此情况下，不需要将对照表储存在ROM中。
在上述实施例中，目标位移角设定处理是与催化剂快速预热控制一起执行的。但是，为了获得与上述实施例相同的操作效果，在发动机预热操作期间排气阀门18关闭正时被设定在延迟侧的情况下，最少只要执行目标位移角设定处理就足够了。
在上述实施例中，采用位移角作为表示排气阀门18阀门正时的值。但是，这只是一种示例，也可以采用表示排气阀门18关闭正时的其他参数。
上述可变阀门机构对发动机阀门(即进气阀门17和排气阀门18)的阀门正时进行改变。但是，本发明的阀门特性控制装置不限于应用到这种类型的可变阀门机构。例如，本发明可以应用到下述可变阀门机构，该阀门机构改变发动机阀门升程并由此改变发动机阀门的阀门正时。
在上述实施例中，所述汽油发动机1是缸内喷射式内燃发动机。但是，在向进气端口喷射燃料并改变燃料喷射次数的内燃发动机中，在燃烧条件与类似于上述方式改变的情况下，也可以以与上述类似的形式对排气阀门关闭正时延迟量进行设定。通过采用这样的配置，可以获得与上述实施例中所述同样的操作效果。
在上述实施例中，将根据本发明的阀门特性控制装置应用到包括可变阀门机构的汽油发动机1，所述可变阀门机构使得进气阀门和排气阀门的阀门特性可以改变。但是，本发明可以应用到的内燃发动机决不限于此。更具体地说，只要内燃发动机(a)设有可变阀门机构，该可变阀门机构至少能够在排气阀门的阀门特性和排气阀门的关闭正时进行改变，并且(b)设置为可以改变其一次循环期间的燃料喷射次数，就可以采用根据上述实施例的阀门特性控制装置及其变化形式。
阀门特性控制装置设在包括可变阀门机构的内燃发动机中，所述可变阀门机构至少可以在排气阀门的阀门特性和排气阀门的关闭正时之间进行改变，所述内燃发动机在一次发动机循环期间改变燃料喷射次数。阀门特性控制装置在发动机预热操作期间将排气阀门的关闭正时设定到延迟侧。在执行向延迟侧的设定时，如果执行两次喷射，则根据二次喷射用对照表来计算排气阀门的排气侧目标位移角VTTex。另一方面，如果执行一次喷射，则根据一次喷射用对照表来计算排气阀门的排气侧目标位移角VTTex。
权利要求
1.一种用于内燃发动机的阀门特性控制装置，所述内燃发动机具有可变阀门机构，所述可变阀门机构适于至少在排气阀门的阀门特性和所述排气阀门的关闭正时之间进行改变，所述内燃发动机设置为使得在一次发动机循环中改变燃料喷射次数，所述阀门特性控制装置在所述内燃发动机的预热操作期间将所述关闭正时设定到延迟侧，所述阀门特性控制装置的特征在于包括延迟量设定装置，用于根据所述喷射次数设定所述预热操作期间的关闭正时延迟量。
2.根据权利要求1所述的用于内燃发动机的阀门特性控制装置，其中，所述延迟量设定装置适于将所述延迟量设定为使得所述延迟量随着所述喷射次数的减少而变小。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃发动机的阀门特性控制装置，其中，所述延迟量设定装置包括多个延迟量设定对照表，用于根据所述喷射次数设定所述关闭正时延迟量，每一个所述设定对照表对应于所述喷射次数中相应的一个，所述延迟量根据所述相应的设定对照表来设定。
4.根据权利要求1到3中任意一项所述的用于内燃发动机的阀门特性控制装置，其中，所述延迟量是根据发动机冷却剂温度来设定的。
5.根据权利要求1到4中任意一项所述的用于内燃发动机的阀门特性控制装置，其中，所述延迟量是根据发动机外部负载水平来设定的。
6.根据权利要求1到5中任意一项所述的用于内燃发动机的阀门特性控制装置，其中，所述延迟量是根据从发动机启动经过的时间来设定的。
7.一种用于内燃发动机的阀门特性控制装置，所述内燃发动机具有可变阀门机构，所述可变阀门机构适于至少在排气阀门的阀门特性和所述排气阀门的关闭正时之间进行改变，所述内燃发动机设置为使得在一次发动机循环中改变燃料喷射次数，所述阀门特性控制装置包括延迟量设定部分，所述延迟量设定部分根据所述喷射次数设定所述发动在预热操作期间的关闭正时延迟量。
8.根据权利要求7所述的用于内燃发动机的阀门特性控制装置，其中，所述延迟量设定部分适于将所述延迟量设定为使得所述延迟量随着所述喷射次数的减少而变小。
9.根据权利要求7或8所述的用于内燃发动机的阀门特性控制装置，其中，所述延迟量设定部分包括多个延迟量设定对照表，用于根据所述喷射次数设定所述关闭正时延迟量，每一个所述设定对照表对应于所述喷射次数中相应的一个，所述延迟量根据所述相应的设定对照表来设定。
10.根据权利要求7到9中任意一项所述的用于内燃发动机的阀门特性控制装置，其中，所述延迟量是根据发动机冷却剂温度来设定的。
11.根据权利要求7到10中任意一项所述的用于内燃发动机的阀门特性控制装置，其中，所述延迟量是根据发动机外部负载水平来设定的。
12.根据权利要求7到11中任意一项所述的用于内燃发动机的阀门特性控制装置，其中，所述延迟量是根据从发动机启动经过的时间来设定的。
全文摘要
一种阀门特性控制装置设在包括可变阀门机构的内燃发动机中，所述可变阀门机构能够至少在排气阀门的阀门特性和排气阀门的关闭正时之间进行改变，所述发动机中在一次发动机循环期间改变燃料喷射次数。在发动机预热操作期间，阀门特性控制装置将排气阀门关闭正时设定到延迟侧。在执行向延迟侧的设定时，如果执行两次喷射，则根据二次喷射用对照表计算排气阀门的排气侧目标位移角VTTex。另一方面，如果执行一次喷射，则根据一次喷射用对照表计算排气阀门的排气侧目标位移角VTTex。
文档编号F02D35/00GK1993540SQ200580025823
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月16日 优先权日2004年12月20日
发明者井户侧正直, 细川修 申请人:丰田自动车株式会社