专利名称：内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机，特别涉及一种在空气相对于燃料的比例大于理论空燃比的稀薄空燃比下进行运转的内燃机。
背景技术：
开发出一种在空气相对于燃料的比例大于理论空燃比大的稀薄空燃比下进行运转的内燃机，并已经开始应用。
例如有特开平7-158462号公报所记载的一种装置。在该公报的装置中，在利用加速检测装置对加速状态进行检测的情况下，在使空燃比维持稀薄的状态下提高增压压力。但是，在该公报所记载的装置中，在该公报的图6的区域2所示的范围内以稀薄空燃比运转，在高速和高负荷条件下，不以稀薄空燃比运转。
虽然特开平3-23327号公报记载了一种在高速和高负荷条件下以稀薄空燃比运转的内燃机，但是在该公报的图5所示的低中速、低中负荷区域内，以理论空燃比运转。
另一方面，从节省能源的角度出发，希望采用一种燃料消耗量少的内燃机。但是在上述专利文件1的内燃机中，由于在高速、高负荷运转区域内不能以稀薄空燃比运转，所以在高速、高负荷运转区域内燃料消耗量大。另外，在上述专利文件2的内燃机中，在低中速、低中负荷区域内以理论空燃比运转，因而在低中速、低中负荷运转区域内的燃料消耗量多。
发明内容
鉴于上述情况，提出本发明。本发明的目的是提供一种可以在大范围的运转区域内以稀薄空燃比运转且燃料消耗量少的内燃机。
根据本发明提供一种下述内燃机在吸入空气量等于或低于规定值的运转区域内以预定的固定空燃比运转，在吸入空气量超过所述规定值的运转区域内，以随着吸入空气量的增大而比所述固定空燃比增大的可变稀薄空燃比运转。
在这种内燃机中，由于在吸入空气量在规定空气量以下的运转区域内以预定的固定空燃比运转，在吸入空气量超过上述规定空气量的运转区域内，对应于吸入空气量的增大，在比上述固定空燃比增大的可变稀薄空燃比下运转，因而燃料消耗量少。而且，由于对应于吸入空气量的增大而增大空燃比，所以NOx也不会增加。
在本发明的一个实施例中，利用吸入空气量控制装置对吸入空气量进行控制，吸入空气量控制装置是对应于加速踏板的踩踏量而对吸入空气量进行调整的装置，当将加速踏板的踩踏量与节气门开度的对应比作为加速对应比时，加速对应比对应于空燃比的增大而增大。
如上所述，在可变稀薄空燃比的运转区域内，以比固定空燃比运转区域增大的吸入空气量进行运转的泵送损失减少，燃料费改善。
在本发明的一个实施例中，吸入空气量控制装置是根据电信号对节气门的开度进行控制的电子节气门，将用于检测加速踏板踩踏量的踏板踩踏量检测装置设置在加速踏板上，电子节气门根据来自踏板踩踏量检测装置的电信号对节气门的开度进行控制。
在本发明的一个实施例中，包括对吸入空气进行加压的增压器，至少在可变稀薄空燃比的运转区域内，利用增压器增大吸入空气量。
在这种结构的内燃机中，在可变空燃比的运转区域内，利用增压器增大吸入空气量。
在本发明的一个实施例中，还包括对利用增压器加压后的吸入空气进行冷却的加压空气冷却装置、和控制该加压空气冷却装置对加压后的吸入空气的冷却程度的加压空气冷却装置；在可变稀薄空燃比下的运转区域内，对吸入空气的温度进行控制，使得吸入空气的温度随着空燃比的增大而升高。
在这种结构的内燃机中，在可变空燃比下的运转区域内，使得吸入空气的温度随着空燃比的增大而增高，从而促进燃料的微粒化。
在本发明的一个实施例中，包括使加压后的吸入空气不通过加压空气冷却装置而绕过该加压空气冷却装置的旁通吸气通路，加压空气冷却装置对通过该旁通吸气通路的吸入空气的量进行控制，并对加压后的吸入空气的温度进行控制。
在本发明的一个实施例中，加压空气冷却装置具有使冷媒流过的冷媒流路，加压空气冷却控制装置对冷媒的流量进行控制，并对加压后的吸入空气的温度进行控制。
图1是表示第1实施例的结构的图；图2是表示第2实施的例结构的图；图3是表示在使空燃比一定而增大吸入空气量时的排气的NOx排出量、排气温度的图；图4是表示排气温度与NOx净化率的关系的图；图5是表示在稀薄空燃比区域内，相同转矩时的与空燃比对应的吸入空气量、排气温度、NOx排出量的图；图6是表示本发明中的相对于吸入空气量而设定空燃比的图；
图7是表示如图6所示设定空燃比时，NOx排出量相对于吸入空气量的变化的图；图8是吸入空气量相对于转速和加速踏板踩踏量的映像图；图9是与图8对应的、空燃比相对于转速和加速踏板踩踏量的映像图；图10是与图8对应的、燃料喷射量相对于转速和加速踏板踩踏量的映像图；图11是与图8对应的、燃料喷射时间相对于转速和加速踏板踩踏量的映像图；图12是与图8对应的、点火时间相对于转速和加速踏板踩踏量的映像图；图13是与图8对应的、节气门开度相对于转速和加速踏板踩踏量的映像图；图14是表示加速对应比、即加速踏板踩踏量与节气门开度的关系的图；图15是第1实施例中的控制的流程图；图16是第1实施例中的控制的流程图；图17是要求空气温度的映像图。
具体实施例方式
下文参照附图对本发明的实施例进行说明。图1是表示本发明的控制装置的整体结构的图。内燃机1是V型6气缸类型的汽油机。对应于各个气缸安装了燃料喷射阀1a和火花塞1b。而且在内燃机1上安装有吸气歧管10和排气歧管20。
空气滤清器3的出口通过第1吸气管11而连接在涡轮增压器2的压缩室2b的入口上，其中在第1吸气管11上安装有对吸入空气量进行测量的空气流量计4上。涡轮增压器2的压缩室2b的出口通过第2吸气管12连接到中间冷却器通过空气量控制阀5的第1空气口5a上。
中间冷却器通过空气量控制阀5的第2空气口5b通过第3吸气管13连接到中间冷却器6的入口上。中间冷却器6的出口通过安装有吸气管压力传感器8和吸气温度传感器9的第4吸气管14连接到节气门体7上。另外，通过第5吸气管15使中间冷却器通过空气量控制阀5的第3空气口5c和第4吸气管14绕过中间冷却器6而相连。
中间冷却器6是水冷式，在内部具有未图示的冷却水回路，通过第1冷却水管6a从内燃机1输送冷却水，通过第2冷却水管6b使冷却水回流到内燃机1。另外，虽然在本实施例中中间冷却器6是上述的水冷式，但是也可以是空冷式。
另一方面，排气歧管20连接到涡轮增压器2的涡轮室2a的入口上。涡轮增压器2的压缩室2b的出口通过安装有空燃比传感器26的第1排气管21而连接到第1催化剂24的入口上。第1催化剂24的出口通过安装有第1氧气传感器27的第2排气管22而连接到第2催化剂25上。第2催化剂25的出口通过安装有第2氧气传感器28的第3排气管23而连接到未图示的消音器上。
由于排气净化方法已经实际应用，所以不再进行详细说明。第1催化剂24是三元催化剂，第2催化剂25是NOX吸留还原型三元催化剂。根据空燃比传感器26或第1氧气传感器27、第2氧气传感器28的信号进行反馈控制，使空燃比达到后述的目标值。
在加速踏板16上设置用于检测加速踏板踩踏量的加速踏板踩踏量传感器17。加速踏板踩踏量传感器17所检测出的踏板踩踏量被输送到ECU(电子控制单元)30中。ECU30产生与加速踏板踩踏量对应的信号并输送到节气门体7上，根据该信号对节气门7a进行驱动。
关于本发明，除了上述踏板踩踏量传感器31之外，还将空气流量计4、吸气温度传感器8、空燃比传感器26、第1氧气传感器27以及第2氧气传感器28的信号输入到ECU30中，向中间冷却器通过空气量控制阀5输送对中间冷却器通过空气量进行控制的信号。
此外，还有很多传感器、执行机构类与ECU30相连，因为与本发明无关，所以省略了对它们的说明。
根据上述结构，虽然利用ECU30抑制NOX的产生并进行稀薄空燃比运转，但是首先对空燃比的设定进行说明。
图3是表示在使空燃比为一定的稀薄空燃比而增加吸入空气量时的排气温度变化、排气NOX的排出量变化的图，如图3所示，一旦吸入空气量增大，则排气温度升高，排气的NOX排出量也增高。
如图4所示，当第2催化剂在某一温度以上时，净化率下降。
另一方而，图5是表示在稀薄空燃比区域内，相同转矩时的空燃比的变化所对应的吸入空气量、排气温度和NOx排出量的图。如图所示，随着空燃比增大，则排气温度、NOx排出量减少。
在本实施例中，如图6所示，相对于吸入空气量的增大，在达到某种程度之前一直维持固定的空燃比(稀薄空燃比)，但是一旦吸入空气量继续增大，则采用空燃比随着吸入空气量增大而增大的可变空燃比。在本实施例中，固定空燃比的数值例如是25左右。
图7是表示上述设定而产生的效果的图，一旦固定空燃比维持不变而吸入空气量增大，则NOx排出量剧增，相反，如图7所示，即使吸入空气量增大，而NOx排出量也只是微增。因而无需增大第2催化剂25的容量。
由于吸入空气量由转速和加速踏板开度决定，所以实际上是根据图8所示的映像图确定的。因而，对应于图8中的映像图，如图9所示，相对于转速和加速踏板开度而对空燃比进行设定，图8所示的吸入空气量和图9所示的空燃比的关系可以称作图6所示的关系。
对应于图8的吸入空气量，燃料喷射量TAU由图10所示的映像图设定。燃料喷射时间IT由图11所示的映像图设定。按照上述映像图所示，由燃料喷射阀1a喷射燃料。而且，点火时间SA由图12所示的映像图设定，点火栓1a按照该图所示进行点火。
节气门开度THA由图13所示的映像图设定。
图14是用于说明踏板踩踏量PA和吸入空气量GA的调整比、即加速对应比的图。横轴表示踏板踩踏量PA，纵轴表示吸入空气量GA，图中所示线的倾角表示加速对应比。如图中的多条线所示，加速对应比随着空燃比增大而变大。
如上所述，随着空燃比变大，更多的吸入空气量供应到内燃机1的各个气缸中，泵送损失减少，因而燃烧效率提高，燃料费改善。
对于吸入空气量的调整，除了调整节气门的开度之外，也可以采用对ISC(空转速度控制)装置之类的空气旁通量进行调整的装置、或对可变气门装置之类的气门的开启进行调整的装置等，只要可以调整吸入空气量，可以采用任一种装置。
如上所述，对空燃比和其他各种运转参数进行设定。通过上述设定，按照图15的流程图实行以下控制。
首先，在步骤1求出吸入空气量GA。根据此时的加速踏板开度PA和转速NE从图8的映像图中求出该吸入空气量GA。在步骤2，判断在步骤1中所求出的吸入空气量GA是否大于预定的规定值GAT。
当步骤2的判断结果是肯定时，即吸入空气量GA大于规定值GAT，对应于吸入空气量而以大的空燃比进行运转。
此时，进入步骤3，根据由吸气管压力传感器8所检测出的吸气管压力判断是否利用增压器2进行了增压。当步骤3的判断结果是肯定时，即进行了增压，则进入步骤4，读取由吸气温度传感器9所检测出的吸气温度TA。进而，进入步骤5，读取要求吸气温度TAR。要求吸气温度TAR对应于图9所示的空燃比，存储在图17所示的映像图中。
进入步骤6，判断吸气温度TA是否低于要求吸气温度TAR。当步骤6的判断结果是肯定时，即吸气温度TA低于要求吸气温度TAR时，则进入步骤7。在步骤7中，通过空气量控制阀5对中间冷却器进行控制。增大从第1空气口5a流向第3空气口5c的流量，减少从第1空气口5a流向第3空气口5b的流量，增大通过第5吸气通路15的空气量而使吸气温度升高。
结束步骤7后返回步骤6，反复实行步骤6、7，直到步骤6的判断结果为否定、即吸气温度TA高于要求吸气温度TAR。当步骤6的判断结果为否定时，则进入步骤8而结束。当步骤2的判断结果为否定时或步骤2的判断结果为否定时，则直接进入步骤8而结束。
第1实施例如上所述构成并进行作用，如果吸入空气量在规定值以上，则对应于吸入空气量的增大而增大空燃比，在可变空燃比下进行运转，如果实施了增压，则吸气温度变为要求吸气温度。因此，由于在大的空燃比下进行运转，所以排气温度下降，可以抑制NOX的产生。而且，在进行了增压的情况下，可以使吸气温度保持适当的温度，并且不会抑制燃料的微粒化，因而可以使燃烧稳定。
下面对第2实施例进行说明。图2是表示第2实施例的结构的图，与图1的第1实施例相比，没有旁通控制阀5和第5吸气管15，取而代之，在从中间冷却器6向内燃机1返回的冷却水流路6b的中间，设置了冷却水量控制阀6c。
按照图16所示的流程图进行控制。该流程图使图15所示的第1实施例的流程图的步骤7与上述结构的变化一致、即变成在步骤7A中减少中间冷却器的冷却水量。其他方面与图15所示的流程图相同。因而，在吸气温度TA低于要求吸气温度TAR时，在步骤7A中，对冷却水量控制阀6c进行控制，抑制中间冷却器对吸气温度的冷却程度，使吸气温度升高，其他方面与第1实施例相同，能够获得与第权利要求
1.一种内燃机，其特征在于在吸入空气量等于或低于规定值的运转区域内，以预定的固定空燃比运转；在吸入空气量超过所述规定值的运转区域内，随着吸入空气量的增大而以大于所述固定空燃比的可变稀薄空燃比运转。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于利用吸入空气量控制装置对吸入空气量进行控制；吸入空气量控制装置是对应于加速踏板的踩踏量而调整吸入空气量的装置；当将加速踏板的踩踏量与吸入空气量的调整比作为加速对应比时，加速对应比随着空燃比的增大而变大。
3.如权利要求2所述的内燃机，其特征在于吸入空气量控制装置是根据电信号对节气门的开度进行控制的电子节气门；在加速踏板上设置用于检测加速踏板踩踏量的踏板踩踏量检测装置，电子节气门根据来自踏板踩踏量检测装置的电信号控制节气门的开度。
4.如权利要求1～3中任一项所述的内燃机，其特征在于设置对吸入空气进行加压的增压器，至少在可变稀薄空燃比下的运转区域内利用增压器增大吸入空气量。
5.如权利要求4所述的内燃机，其特征在于还设置对利用增压器加压后的吸入空气进行冷却的加压空气冷却装置和控制该加压空气冷却装置对加压后的吸入空气的冷却程度的加压空气冷却控制装置；在可变稀薄空燃比下的运转区域内，对吸入空气的温度进行控制，使得吸入空气的温度随着空燃比的增大而升高。
6.如权利要求5所述的内燃机，其特征在于设置使加压后的吸入空气不通过加压空气冷却装置而绕过该加压空气冷却装置的旁通吸气通路，加压空气冷却控制装置对通过该旁通吸气通路的吸入空气的量进行控制，并对加压后的吸入空气的温度进行控制。
7.如权利要求5所述的内燃机，其特征在于加压空气冷却控制装置具有使冷媒流过的冷媒流路，加压空气冷却控制装置对冷媒的流量进行控制，并对加压后的吸入空气的温度进行控制。
全文摘要
本发明提供一种内燃机，在吸入空气量等于或低于规定值的运转区域内以预定的空燃比运转，在吸入空气量超过规定值的运转区域内，以随着吸入空气量的增大而比固定空燃比增大的可变稀薄空燃比运转。在根据踏板踩踏量传感器(17)的信号而控制其开度的节气门(7a)中，踏板踩踏量和开度的对应比随着空燃比的增大而变大。在可变稀薄空燃比的运转区域内，利用涡轮增压器(2)增大吸入空气量。因而，利用中间冷却器(6)对吸入空气的冷却进行控制，使得吸入空气的温度随着空燃比的增大而升高，从而促进燃料的微粒化。
文档编号F01N13/04GK1820136SQ20048001955
公开日2006年8月16日 申请日期2004年6月22日 优先权日2003年7月9日
发明者入泽泰之 申请人:丰田自动车株式会社