专利名称：用于具有可变气门机构的内燃发动机的控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于具有可变气门^J的内燃发动机的控制设备。
背景技术：
例如，专利文献1公开了 一种用于具有可变气门^的内燃发动机的控制设备，以使得进气门的开启和闭合正时及其升程量可以改变。如专利文献l中所述，传统的控制设备构造成使得当检测到爆震时所述设备执行控制以抑制爆震并抑制扭矩的改变。更具体地说，作为当检测爆震时执行的控制的示例，传统的控制设备运转以增大进气门的开启面积，并提前其闭合正时。
包括上述文献，申请人了解如下文献为本发明的相关技术。日本专利特开No. :200H80857[专利文献2日本专利特开No. 2004-116315[专利文献3日本专利特开平No. 4-246249
发明内容
在一种内燃发动机中，所述内燃发动机具有用于使进气门的开启和闭合正时及其升程量能够变化的可变气门机构，如在前述传统的内燃发动机中一样，可以进行如下面概述的这种进气量控制以减少泵气损失从而改善燃料效率。也就是说，可以将进气量控制为使得通过减小进气门的操作角以限制经过进气门的空气的量来提前进气门的闭合正时，同时节气门角度也相应地增大。
根据进气量的上述控制，当内燃发动机的运转范围从低负载范围改变到高负载范围时，通过根据内燃发动机所需的负载逐渐增大操作角来
5减少泵气损失。因此，在中等负载范围中将使用相当于正好在下止点附 近闭合进气门的正时的操作角。当在下止点附近进气门闭合时，实际缸 内压缩比将增大，并且更有可能发生爆震。
做出本发明是为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种控制设 备，其能够在适当地^具有可变气门^J的内燃发动机内的爆震的同 时控制内燃发动机的运转状态，所述可变气门机构使得进气门的至少闭 合正时可以改变。
上述目的通过用于具有可变气门机构的内燃发动机的控制设备实 现，所述可变气门机构至少使得进气门的闭合正时可变。进气门控制装 置设置有第一控制模式和第二控制模式，所述第一控制模式用于将进气 门的闭合正时相对于包括进气下止点的特定范围控制在角度提前侧，所 述第二控制模式用于将进气门的闭合正时相对于所述特定范围控制在
角度延迟侧。所述进气门控制装置以第 一控制模式或第二控制模式控制 进气门的闭合正时。还设置有控制模式选择装置以对于较低负载范围中 的运转选择第一控制模式，并对于较高负载范围中的运转选择第二控制 模式。
在本发明的第二方面中，所述第一控制模式和所述第二控制才莫式中 至少所述第一控制模式可以是根据所述内燃发动机的负载确定所述进 气门的闭合正时的控制。
在本发明的第三方面中，所述第二控制模式可以是进气门闭合延迟 控制，所述进气门闭合延迟控制确定所述进气门的闭合正时，使得即使 在稳定状态下也发生进气被吹回到进气通道内。
在本发明的第四方面中，所述第一控制模式可以是根据所述内燃发 动机的负载确定所述进气门的闭合正时的控制。
在本发明的第五方面中，在所逸良动机以等于或小于特定值的转速 以及等于或大于特定值的负载运行的运转范围中可以使用所述进气门 闭合延迟控制。
在本发明的第六方面中，所述控制模式选择装置可以选择所述第一 控制模式，直到所述内燃发动机的负载范围随着发动机转速的增加而达 到更高范围为止。本发明的第七方面可以包括扭矩控制装置，除了用于控制由所述进 气门控制装置进行的所述进气门的闭合正时控制之外，所述扭矩控制装 置用于控制所述内燃发动机的扭矩。可以设置扭矩控制改变装置以用于 在通过所述控制模式选择装置选择所述第二控制模式时将由所述进气 门控制装置执行的扭矩控制改变到由所述扭矩控制装置执行的扭矩控 制。
在本发明的第八方面中，所述扭矩控制装置可以是控制进气量的节 气门。并且所述扭矩控制装置可根据当所述第 一控制模式被改变到所述 第二控制模式时存在的所述进气门的闭合正时和操作角中的至少所述
进气门的闭合正时来调整所述节气门的开启位置。
本发明的第九方面可包括点火正时改变装置，所述点火正时改变装 置用于同步于在所述第 一控制模式和所述第二控制模式之间的控制模 式改变而改变所述内燃发动机的点火正时。
在本发明的第十方面中，所述点火正时改变装置可根据在执行所述 第一控制模式和所述第二控制模式之间的控制模式改变时存在的气门 重叠时间段来确定所述点火正时的提前量。
根据本发明的第一方面，因为取决于内燃发动机的具体负载状态选 择第一控制模式或第二控制模式，所以能够防止进气门在下止点附近闭 合。因此，根据本发明可以适当地控制内燃发动机的运转状态，同时适 当J^免爆震。
根据本发明的第二方面，能够实现通过泵气损失的减少来改善燃料 效率，同时适当地避免爆震。
根据本发明的第三方面，在高负载范围能够实现适于改善燃料效率 的进气门控制，同时适当地避免爆震。
根据本发明的第四方面，在适当地避免爆震的同时，能够根据内燃 发动机的负载状态选择适于改善燃料效率的进气门控制。
根据本发明的第五方面，在适当避免爆震的同时，能够在低速高负 载范围一一即为其中最容易发生爆震的范围一一中实现适于改善燃料 效率的进气门控制。
根据本发明的第六方面，能够选择适当的控制模式使得根据当前发动机转速更可靠地使用在燃料效率方面最优的进气门控制。
根据本发明的第七方面，在选择第二控制模式的高负载范围中，如
下运转是可能的，即在这种运转中，由特定的扭矩控制装置控制进气 量，同时使用进气闭合延迟控制充分地延迟进气门的闭合正时。
根据本发明的第八方面，当节气门用作第二控制模式中的扭矩控制 装置时能够适当地设定节气门的角度。
根据本发明的第九方面，与第一控制模式或第二控制模式的选择相 关联的扭矩改变能够得到适当地抑制。
根据本发明的第十方面，能够适当地抑制在控制模式选择期间由于 燃烧变差所导致的扭矩改变。
图l是说明根据本发明第一实施方式的内燃发动机的配置的图。
图2是图1中所示的系统上装备的进气可变气门机构的配置的图。
图3A和3B是示出进气门如何被凸轮驱动的示意图。
图4是示出发动机转速和内燃发动机的扭矩(负载)与凸轮的驱动 模式之间关系的示意图。
图5是示出设置为用于凸轮轴的两个凸轮的细节的示意图。
图6是说明为了控制进气门的闭合正时而用于本发明的第一实施方 式的技术的图。
图7A和7B是示出用于可变IVC正时控制中的进气门的开启/闭合 正时的示例的图。
图8是示出在可变IVC正时控制期间易于引^震的进气门的开启 /闭合正时的图。
图9是示出在本发明的第一实施方式中执行的程序的流程图。
图10是说明在本发明的第二实施方式中用作第二控制模式的进气 门的开启/闭合正时的图。
图11是说明进气门闭合延迟控制的使用对提高燃料效率有 的运转范围的示意图。
图12是示出在本发明的第二实施方式中执行的程序的流程图。 图13是示出在本发明的第三实施方式中执行的程序的流程图。
具体实施例方式
第一实施方式 [系统配置
图1是说明根据本发明的第一实施方式的内燃发动机10的配置的 图。本实施方式的系统包括内燃发动机IO。而且，本实施方式采用直列 四缸发动机作为内燃发动机10。内燃发动机10的每个气釭均包括活塞 12。内燃发动机10的每个气缸均具有形成在活塞12顶上的燃烧室14。 进气通道16和排气通道18与燃烧室14连通。
空气流量计20安装在进气通道16的入口附近以输出表示吸进进气 通道16的空气的流量的信号。节气门22安**空气流量计20的下游。 节气门22是电子控制的节气门，其能够独立于加速器的开启位置而控 制节气门的开启位置。检测节气门的开启位置TA的节气门位置传感器 24设置在节气门22附近。
用于将燃料喷射到进气口内的燃料喷射阀26相对于节气门22设置 在下游。在内燃发动机的气缸盖处，为每个气缸安装了火花塞28,火花 塞28的安装形式为从燃烧室14的上部伸入到燃烧室14内。进气门30 和排气门32分别设置在进气口和排气口处。进气门30建立了燃烧室14 和进气通道16之间的通断，排气门32建立了燃烧室14和排气通道18 之间的通断。
进气门30和排气门32分别由进气可变气门^J 34和排气可变气 门机构36驱动。后面将参照图2至5描述进气可变气门机构34和排气 可变气门^ 36的详细配置。
图1中的系统还包括电控单元(ECU) 40。除如上所述的各个传感 器外，用于检测发动机转速的曲轴转角传感器42以及用于检测加速器 开度PA的加速器开度传感器44也电连接到ECU40。另外，上述的各个致动器也电连接到ECU 40。 ECU 40能够基于各个传感器的输出来控 制内燃发动机10的运转状态。
本实施方式的系统的特征在于与当立即在IVC可变控制和进气门闭合延迟控制之间改变控制模式时执行的扭矩调整(在步骤300等中详细说明了所述扭矩调整)相关的技术。更具体地说，本实施方式基于IVC正时和控制模式改变后存在的进气门30的操作角调整节气门角度TA的改变范围。
当执行使用如图10中所示的进气门30的这种开启/闭合正时的进气门闭合延迟控制时，提前进气门的开启正时(即IVO正时)增加气门重叠时间段，从而增加内部EGR气体量。内部EGR气体量的适当增加^1供了燃料效率改善效果，但是使燃烧稍稍劣化。因此，在本实施方式中，点火正时与控制模式改变同步改变。另外，根据气门重叠时间段(进气门30的IVO正时)调整在执行了控制模式改变之后提前的点火正时的量。更具体地说，随着气门重叠时间段变长，点火正时更显著地提前。
图13是为了实现上述功能在第三实施方式中由ECU 40执行的程序的流程图。除了用步骤300、 302和304取代了步骤206、 210和218之夕卜，图13的程序的内容与图12的程序的内容类似。因此，对于图13中的与在图12中示出第二实施方式的步斜目同的步骤，使用了相同的附图标记，省略或简化了它们的描述。另外，该程序是通过结合图12的程序和本实施方式中的扭矩调整方法获得的。但是，替代地，该扭矩
调整方法可以与上述第一实施方式中的图9的程序相结合。
在图13的程序中，如果在步骤108中判定当前负载增加要求为来自易于爆震的气门正时范围的负载增加要求，并且在步骤204中立即执行从作为当前控制模式的第一控制模式到第二控制模式的控制模式改变，接下来在步骤300中调整节气门角度TA和点火正时以调整扭矩，4吏得控制模式改变不引起扭矩的不同。
在ECU 40中存储有映射(未图示)，在所述映射中，在已执行控制才莫式改变之后获得的进气门30的IVC正时和操作角的关系中预定义了节气门角度TA的变化。在控制模式改变之后，ECU 40参照此映射并且调整当前的节气门角度TA。在ECU40中还存储有映射(未图示)，在所述映射中，在与控制模式改变之后存在的气门重叠时间段(或者进气门30的IVO正时)相关的关系中预定义了点火正时的提前量。ECU40参照此映射并且调整在所述控制模式改变之后获得的点火正时的提前量。
在图13的程序中，执行基本上与步骤300相同的步骤302、 304，但是由于步骤302、 304中执行的过程基本上与步骤300中执行的过程相同，所以省略了这些过程的详细描述。
根据图13的上述程序，能够根据在控制模式改变之后建立于IVC正时和进气门30的操作角之间的关系适当地调整控制模式改变后的节气门角度。另夕卜，根据上述程序，根据在控制模式改变之后关于气门重叠时间段建立的关系，能够适当地调整控制模式改变后提前点火正时的量，以改善燃料经济性。因此，本实施方式的系统使得可以适当地抑制由于控制模式改变而产生的内燃发动机10的扭矩的不同。
在上述第一至第三实施方式中，通过进气可变气门机构34的马达50A、 50B驱动凸轮轴54A、 54B，从而驱动每个气缸的进气门30的开启/闭合。但是，在本发明中至少使进气门的IVC正时能够变化的可变气门机构可以并不总是局限于这种配置或受这种配置的限制。相反，可变气门W^可以采用例如电磁驱动阀致动器以由电磁力驱动进气门。替代地，可变气门机构可以具有一种机械配置，只要该机构具有至少在第一控制模式中持续改变进气门的IVC正时的功能并且能够通过例如接合或脱开销的连接而立即选择第一控制模式或第二控制模式即可。
2权利要求
1.一种用于具有可变气门机构的内燃发动机的控制设备，所述可变气门机构至少能够改变进气门的闭合正时，所述控制设备包括进气门控制装置，所述进气门控制装置具有第一控制模式和第二控制模式，所述第一控制模式用于将所述进气门的闭合正时相对于包括进气下止点的特定范围控制在角度提前侧，所述第二控制模式用于将所述进气门的闭合正时相对于所述特定范围控制在角度延迟侧，其中，所述进气门控制装置以所述第一控制模式或所述第二控制模式控制所述进气门的闭合正时；以及控制模式选择装置，所述控制模式选择装置对于较低负载范围的运转选择所述第一控制模式，并且对于较高负载范围的运转选择所述第二控制模式。
2.如权利要求1所述的用于具有可变气门^的内燃发动机的控 制设备，其中，所述第一控制模式和所述第二控制模式中至少所述第一控制模i
3.如权利要求1所述的用于具有可变气门^的内燃发动机的控 制设备，其中，所述第二控制模式是进气门闭合延迟控制，所述进气门闭合 延迟控制确定所述进气门的闭合正时，使得即使在稳定状态下也发生进 气被吹回到进气通道内。
4.如权利要求3所述的用于具有可变气门^的内燃发动机的控 制设备，其中，所述第一控制模式是根据所述内燃发动机的负载确定所述进 气门的闭合正时的控制。
5.如权利要求3或4所述的用于具有可变气门^I的内燃发动机 的控制设备，其中，在所述发动机以等于或小于特定值的转速以及等于或大于特 定值的负载运行的运转范围中使用所述进气门闭合延迟控制。
6.如权利要求4所述的用于具有可变气门^的内燃发动机的控 制设备，其中，所述控制模式选择装置选择所述第一控制模式，直到所述内 燃发动机的负载范围随着发动机转速的增加而已经达到更高范围为止。
7.如权利要求1至6中任一项所述的用于具有可变气门机构的内 燃发动机的控制设备，所述控制设备进一步包括扭矩控制装置，除了用于控制由所述进气门控制装置进行的所述进 气门的闭合正时控制之外，还用于控制所述内燃发动机的扭矩；以及扭矩控制改变装置，所述扭矩控制改变装置用于在当所述控制模式 选择装置选择了所述第二控制模式时，将由所述进气门控制装置执行的 扭矩控制改变到由所述扭矩控制装置执行的扭矩控制。
8. 如权利要求7所述的用于具有可变气门^的内燃发动机的控 制设备，其中，所述扭矩控制装置是控制进气量的节气门，所述扭矩控制装置根据当所述第 一控制模式被改变到所述第二控 制模式时存在的所述进气门的所述闭合正时和操作角中的至少所述进 气门的闭合正时来调整所述节气门的开启位置。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的用于具有可变气门^J的内 燃发动机的控制设备，所述控制设备进一步包括点火正时改变装置，所述点火正时改变装置用于同步于在所述第一 控制模式和所述第二控制模式之间的控制模式改变而改变所述内燃发动机的点火正时。
10.如权利要求9所述的用于具有可变气门^J的内燃发动机的控 制设备，其中，所述点火正时改变装置根据在执行所述第一控制模式和所述 第二控制模式之间的所述控制模式改变时存在的气门重叠时间段来确 定所述点火正时的提前量
全文摘要
一种进气可变气门机构(34)，其设置成允许进气门(30)的闭合正时改变。进气可变气门机构(34)具有第一控制模式和第二控制模式，所述第一控制模式将进气门(30)的IVC正时相对于包括进气下止点BDC的特定范围控制在角度提前侧，所述第二控制模式将进气门(30)的IVC正时相对于所述特定范围的角度控制在延迟侧。用于使进气门(30)的IVC正时根据负载变化的IVC可变控制(第一控制模式)被选择为用于在较低负载范围中的运转，并且用于以充分延迟的IVC正时控制进气门(30)的进气门闭合延迟控制(第二控制模式)被选择为用于在相对高负载范围中的运转。
文档编号F02D13/02GK101641505SQ200780045549
公开日2010年2月3日 申请日期2007年12月17日 优先权日2006年12月19日
发明者品川知广, 辻公寿 申请人:丰田自动车株式会社