用於內燃機的控制設備及控制方法
2023-06-11 06:11:31
專利名稱：用於內燃機的控制設備及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種用於內燃機的控制設備及控制方法。更具體地，本發明涉及一種用於減少內燃機起動時HC的排出量的控制技術。
背景技術：
在內燃機冷起動時，與內燃機暖機完畢後相比燃料的霧化惡化。結果，沒有參與燃燒的未燃HC(碳氫化合物)易附著在氣缸壁面上，當活塞在氣缸內上升時，附著在氣缸壁面上的未燃HC被活塞向上推並在排氣門開啟時與燃燒氣體一起被排出至排氣通路內。因此，在冷起動時，與內燃機暖機完畢後相比，從內燃機排出的燃燒氣體中，特別是緊接在TDC(上止點)前排出的燃燒氣體中，含有大量的未燃HC。
一種用於除去燃燒氣體中有害成分的催化劑被配置在內燃機的排氣通路內。但是，當該催化劑處在低溫狀態時，不能夠充分地淨化燃燒氣體。結果，當催化劑溫度低且催化劑處於非活性狀態時，如內燃機冷起動時，包含在燃燒氣體中的未燃HC在未被充分淨化的情況下被排放到大氣中。因此，為了防止冷起動時的排氣排放物惡化，有必要減少從內燃機排出的未燃HC的實際量。
日本專利申請特開JP-A-2003-120348號公報公開了減少冷起動時未燃HC的排出量的一個技術實例。該公報中所公開的相關技術目的是通過在發動機起動時將排氣門的關閉定時相對於進氣衝程的TDC提前，並在即將到達TDC時將所要排出的含有大量未燃HC的燃燒氣體關閉在燃燒室內，來減少未燃HC的排出量。日本專利申請特開JP-A-2001-159353號公報和日本專利申請特開JP-A-2001-263050號公報也公開了相關技術。
有必要在內燃機起動時的第一個周期中的燃燒過程中通過儘可能完全地燃燒用於初始燃燒所噴射的燃料來減少附著在氣缸壁面上的未燃HC的量。因此，充分地促進燃燒室內的HC氧化反應是必要的。
但是，在內燃機起動時，特別是在冷起動時，燃燒室內的溫度和壓力較低，這與促進HC氧化反應的高溫-高壓氛圍相反。另外，由於氣缸壁面的溫度較低，燃料容易附著在上面。日本專利申請特開JP-A-2003-120348號公報所公開的相關技術沒有考慮起動時第一個周期中的燃燒過程中所產生的未燃HC。因此，未燃HC的排出量的減少尚有改善的餘地。
發明內容
鑑於上述問題，本發明提供了一種用於內燃機的控制設備，該控制設備能夠減少內燃機起動時特別是冷起動時未燃HC的排出量。
因此，本發明的一個方面涉及一種用於內燃機的控制設備，所述控制設備設有作用角固定的氣門定時控制裝置，所述氣門定時控制裝置用於在所述作用角保持恆定的情況下改變排氣門的開啟定時及關閉定時，所述控制設備的特徵在於，在起動時的第一個周期結束之前，所述氣門定時控制裝置控制所述排氣門的開啟定時為比在第二個周期以及之後的周期中所設定的開啟定時延遲的一側。
此外，本發明的另一方面涉及一種用於內燃機的控制方法，在所述內燃機中作用角是固定的，所述控制方法用於在所述作用角保持恆定的情況下改變排氣門的開啟定時及關閉定時。所述控制方法的特徵在於包括以下步驟在起動時的第一個周期結束之前，控制所述排氣門的開啟定時為比在第二個周期以及之後的周期中所設定的開啟定時延遲的一側。
根據如上所述用於內燃機的控制設備及控制方法，在起動時的第一個周期結束之前，排氣門的關閉定時被控制為比在第二個周期以及之後的周期中所設定的開啟定時延遲的一側。結果，起動時的第一個周期中燃燒室內的空氣-燃料混合物的燃燒時間將會延長，這促進了HC的氧化反應，使得所產生的未燃HC的量能夠減少。
此外，在起動時的第二個周期以及之後的周期中，所述排氣門的關閉定時還可以被控制為比進氣衝程的上止點提前的一側。
根據如上所述對內燃機的控制，在起動時的第二個周期以及之後的周期中排氣門的關閉定時被控制為比進氣衝程的上止點提前的一側。結果，要排出的含有大量未燃HC的燃燒氣體可以緊接在進氣衝程的上止點之前被關閉在燃燒室內，從而使得從燃燒室排出的未燃HC的量能夠進一步減少。
此外，當發動機溫度超出預定溫度時或者當估計所述發動機溫度超出了所述預定溫度時，所述排氣門的氣門定時可以改變為由所述內燃機的工作狀態所確定的通常的氣門定時。
起動時的大多數未燃HC是由於燃料以液滴的形式附著在氣缸壁面上而產生的。但是，附著在氣缸壁面上的燃料的量隨著發動機溫度的升高而減少。根據如上所述對內燃機的控制，在發動機溫度上升至預定溫度之前通過控制排氣門的氣門定時為上述氣門定時，可以減少起動時未燃HC的排出量。一旦發動機溫度超出預定溫度，通過改變氣門定時為由內燃機的工作狀態所確定的通常的氣門定時，可以實現所期望的工作性能而沒有未燃HC的排出量的增長。
此外，在所述內燃機能夠進行控制從燃料噴射閥向進氣口的燃料噴射定時的燃料噴射定時控制的情況下，起動時的第一個周期中的燃料噴射定時可以被設定在進氣門關閉的期間內，而第二個周期以及之後的周期中的燃料噴射定時可以被設定為與所述進氣門的開啟定時相匹配。
根據如上所述對內燃機的控制，在燃燒室內無燃燒氣體的起動時的第一個周期中可以確保進氣口內燃料的氣化時間，而在燃燒室內具有殘留燃燒氣體的第二個周期以及之後的周期中可以通過從燃燒室內倒吹至進氣口的高溫燃燒氣體來促進燃料的霧化。因此，能夠促進燃燒室內燃料的燃燒，從而能夠減少未燃HC的生成量。
本發明的又一個方面涉及一種用於內燃機的控制設備，所述控制設備設有作用角可變的氣門定時控制裝置，所述氣門定時控制裝置用於獨立地或者與所述作用角關聯地改變排氣門的開啟定時及關閉定時。所述氣門定時控制裝置控制所述排氣門的開啟定時為比在從起動開始第N個周期(所述第N個周期是一預定周期，N為自然數)後接下來的第N+1個周期以及之後的周期中所設定的開啟定時延遲的一側，直至所述預定周期結束。
本發明的再一個方面涉及一種用於內燃機的控制方法，在所述內燃機中作用角是可變的，所述控制方法用於獨立地或者與所述作用角關聯地改變排氣門的開啟定時及關閉定時。所述控制方法的特徵在於，在從起動開始的預定周期結束之前，所述排氣門的開啟定時被控制為比所述預定周期後的下一個周期以及之後的周期中所設定的開啟定時延遲的一側。
根據如上所述用於內燃機的控制設備及控制方法，在第N個周期(預定周期)結束之前，排氣門的開啟定時被控制為比在從起動開始的第N+1個周期以及之後的周期中所設定的開啟定時延遲的一側。結果，在第N個周期之前，燃燒室內的空氣-燃料混合物的燃燒時間能夠延長，這促進了HC氧化反應，從而使得未燃HC的生成量能夠減少。
此外，最遲在起動時的第二個周期以及之後的周期中，所述排氣門的關閉定時可以被控制為比進氣衝程的上止點提前的一側。而且，在起動時的第一個周期以及之後的周期中，所述排氣門的關閉定時可以被控制為比進氣衝程的上止點提前的一側。
根據如上所述對內燃機的控制，最遲從起動時的第二個周期以及之後的周期開始，或者從起動時的第一個周期以及之後的周期開始，排氣門的關閉定時被控制為比進氣衝程的上止點提前的一側。結果，要排出的包含大量未燃HC的燃燒氣體能夠緊接在進氣衝程的上止點之前被關閉在燃燒室內，從而使得從燃燒室排出的未燃HC的量能夠減少。
此外，所述預定周期(第N個周期)可以被指定為當發動機溫度超出預定溫度或者當估計所述發動機溫度超出了所述預定溫度時的周期，並且在所述預定周期後的下一個周期(第N+1個周期)以及之後的周期中所述排氣門的氣門定時可以改變為由所述內燃機的工作狀態所確定的通常的氣門定時。
根據如上所述對內燃機的控制，在發動機溫度升高至預定溫度之前，排氣門的開啟定時被控制為延遲的一側。結果，在燃燒室內的溫度充分升高之前，能夠充分地確保燃燒室內的空氣-燃料混合物的燃燒時間，從而使得未燃HC的生成量能夠更加可靠地減少。此外，在內燃機溫度超出了預定溫度的第N+1個周期以及之後的周期中，氣門定時被改變為由內燃機的工作狀態所確定的通常的氣門定時。
此外，在所述內燃機能夠進行控制從燃料噴射閥向進氣口的燃料噴射定時的燃料噴射定時控制的情況下，起動時的第一個周期中的燃料噴射定時可以被設定為在進氣門關閉的期間內，並且起動時的第二個周期以及之後的周期中的燃料噴射定時可以被設定為與所述進氣門的開啟定時相匹配。
根據如上所述對內燃機的控制，在燃燒室內無殘留燃燒氣體的起動時的第一個周期中可以確保進氣口內燃料的氣化時間，而在燃燒室內具有殘留燃燒氣體的第二個周期以及之後的周期中可以通過從燃燒室內倒吹至進氣口的高溫燃燒氣體來促進燃料的霧化。結果，能夠促進燃燒室內燃料的燃燒，從而能夠減少未燃HC的生成量。
通過結合附圖閱讀以下對本發明的示例性實施例的詳細說明，將更好地理解本發明的特徵、優點、技術和工業意義，附圖中圖1是概略地示出應用了根據本發明第一示例性實施例的控制設備的內燃機的結構圖；圖2是在本發明的第一示例性實施例中執行的排氣門定時控制例程的流程圖；圖3A是示出根據本發明第一示例性實施例在起動時第一個周期中進、排氣門的氣門定時的視圖；圖3B是示出根據本發明第一示例性實施例在起動時第二個周期以及之後的周期中進、排氣門的氣門定時的視圖；
圖3C是示出根據本發明第一示例性實施例在通常工作時進、排氣門的氣門定時的視圖；圖4A、4B、4C和4D是說明圖2中所示例程的效果的時間圖；圖5是示出EVO與氣缸內壓力變化之間關係的視圖；圖6是在本發明的第二示例性實施例中執行的排氣門定時控制例程的流程圖；圖7A是示出根據本發明第二示例性實施例在起動時進、排氣門的氣門定時的視圖；圖7B是示出根據本發明第二示例性實施例在通常工作時進、排氣門的氣門定時的視圖；圖8A、8B、8C和8D是說明圖6中所示例程的效果的時間圖；圖9是在本發明的第三示例性實施例中執行的排氣門定時控制及燃料噴射定時控制例程的流程圖；圖10是說明根據本發明第三示例性實施例的進、排氣門定時及燃料噴射開始定時的視圖。
具體實施例方式
在下面的說明及附圖中，將參照示例性實施例對本發明進行更詳細地說明。下面將參照圖1至圖5來說明本發明的第一示例性實施例。
圖1是概略地示出應用了根據本發明第一示例性實施例的控制設備的內燃機的結構圖。根據本示例性實施例，所述內燃機是火花點火式四衝程內燃機。該內燃機設有氣缸體6和安裝在氣缸體6上的氣缸蓋4，氣缸體6內布置有活塞8。活塞8的上表面與氣缸蓋4之間的空間內形成燃燒室10。進氣管30和排氣管40連接至氣缸蓋4上，從而與燃燒室10相連通。在燃燒室10的頂部安裝有火花塞16。
在進氣管30與燃燒室10連接的部位設有控制進氣管30和燃燒室10之間連通狀態的進氣門12。該進氣門12設有可變地控制進氣門12的氣門定時的進氣門定時控制設備22。類似地，在排氣管40與燃燒室10連接的部位設有控制排氣管40和燃燒室10之間連通狀態的排氣門14。該排氣門14設有可變地控制排氣門14的氣門定時的排氣門定時控制設備24。在本示例性實施例中，使用可變氣門定時機構(VVT)作為進氣門定時控制設備22和排氣門定時控制設備24。該可變氣門定時機構在保持作用角恆定的情況下，通過相對於曲軸18改變未示出的凸輪軸的相位角來提前或延遲開啟和關閉定時。
進氣管30內配置有節氣門32。進氣管30的下遊部分分歧至各個氣缸。在每個岐管內設有用於噴射燃料的噴射器34。排氣管40內設有用於除去從燃燒室排出的燃燒氣體中的有害成分的催化劑42。
此外，根據本示例性實施例的內燃機還包括用作內燃機控制設備的ECU(電子控制單元)50。除上述氣門定時控制設備22和24、噴射器34、節氣門32和火花塞16外，諸如起動機20等的各種構件也都連接至ECU 50的輸出側。諸如曲柄轉角傳感器52和冷卻劑溫度傳感器54之類的各種傳感器，以及諸如點火開關58之類的各種開關，都連接至ECU 50的輸入側。曲柄轉角傳感器52是輸出表示曲軸18轉角的信號的傳感器，冷卻劑溫度傳感器54是輸出表示內燃機冷卻劑溫度的信號的傳感器。ECU 50基於所述傳感器及開關的輸出，根據預定的控制程序來控制各種構件。
圖2是說明本示例性實施例中由ECU 50執行的排氣門定時控制的詳細內容的流程圖。圖2中所示例程與點火開關58的打開以及內燃機起動的開始同時執行。對每個氣缸都執行該例程。
首先在該例程的步驟100中，排氣門定時控制設備24設定排氣門定時使得排氣門14遲開(即開啟被延遲)。也就是說，排氣門定時控制設備24設定排氣門14的開啟定時為比通常的開啟定時延遲的一側。術語排氣門14的通常的開啟定時在這裡是起動完成後所設定的開啟定時，並且是指由於氣體交換的性質使得在下一個周期中燃燒室內沒有殘留物的、對於排出燃燒氣體最優的開啟定時。更具體地，該最優開啟定時優選地接近排氣衝程的BBDC(下止點前)45度。在本示例性實施例中，排氣門14的通常的開啟定時被設定為BBDC 45度。
圖3A至3C是示出進氣門12和排氣門14的氣門定時的視圖。圖3C中所示的氣門定時是通常的氣門定時，圖3A中所示的氣門定時是在步驟100中設定的氣門定時。在附圖中，EVO表示排氣門14的開啟定時，EVC表示排氣門14的關閉定時，IVO表示進氣門12的開啟定時，IVC表示進氣門12的關閉定時。通過比較圖3A和3C可以明顯地看出，在步驟100中，EVO被設定為比通常工作時的EVO，即BBDC 45度，更接近BDC。進氣門定時被設定為與通常工作時相同。
在接下來的步驟102中，判斷起動時氣缸的第一個周期是否結束。可以基於由來自曲柄轉角傳感器52的信號測得的曲軸18的轉角作出該判斷。在點火開關58打開後，起動機20起動內燃機。當發動機轉速超出初始燃燒所需轉速時，噴射器34噴射用於初始燃燒的燃料。用於初始燃燒的燃料被噴射出的周期是起動時的第一個周期。從內燃機起動的開始直至起動時的第一個周期結束，排氣門定時保持為在步驟100中所設定的定時。
當起動時的第一個周期結束時，即在起動時的第二個周期以及之後的周期中，排氣門定時由遲開(即延遲開啟)轉變為早閉(步驟104)。圖3B中所示的氣門定時是在步驟104中所設定的氣門定時。通過比較圖3B和3C可以明顯地看出，在步驟104中，EVC被設定為比通常工作時提前的一側。更具體地，EVC被設定為比TDC超前的一側。從起動時的第二個周期開始直至接下來的步驟6中的條件被滿足，排氣門定時保持為在步驟104中所設定的氣門定時。進氣門定時不變，即被設定為與通常工作時相同，也就是與起動時的第一個周期中的進氣門定時相同。
在步驟106中，判斷由來自冷卻劑溫度傳感器54的信號測得的冷卻劑溫度Teng是否等於或大於預定基準溫度To。未燃HC是否附著在氣缸壁面上取決於氣缸壁面的溫度。冷卻劑溫度Teng代表了氣缸壁面溫度。基準溫度To是與未燃HC不再(或僅可忽略不計的量)附著於氣缸壁面時的壁面溫度相對應的冷卻劑溫度。如果在步驟106中冷卻劑溫度Teng等於或大於基準溫度To，則排氣門定時由早閉變為通常的氣門定時，即變為圖3C中所示的氣門定時(步驟108)。
圖4A至4D是示出執行上述排氣門定時控制例程的結果的時間圖。圖4A示出了發動機轉速Ne，圖4B示出了EVC相對於TDC的提前角(BTDC)，圖4C示出了EVO相對於BDC的提前角(BBDC)，圖4D示出了從燃燒室10排出的未燃HC的量。在圖4B和4C中，實線表示通過上述例程進行的排氣門定時設定，虛線表示常規的排氣門定時設定(與通常工作時的設定相同)。此外，在圖4D中，實線表示通過執行所述例程得到的未燃HC的排出量，虛線表示通過常規的排氣門定時設定得到的未燃HC的排出量。
如圖4A至4D所示，通過設定起動時的第一個周期中的EVO為相對於通常工作時的設定(即BBDC 45度)延遲的一側從而使其更接近BDC，當排氣門14開啟時從燃燒室10排出的未燃HC的量減少。其原因如下。
圖5是示出燃燒室10內燃燒氣體壓力(即氣缸內壓力)的變化的視圖。圖5中的實線表示當EVO被設定為比BBDC 45度延遲的一側時氣缸內壓力的變化。圖5中的虛線表示當EVO被設定為BBDC 45度時氣缸內壓力的變化(即示出通常工作時氣缸內壓力的變化)。當排氣門14開啟時氣缸內壓力急劇降低。但是，如附圖中所示，延遲EVO使得氣缸內壓力能夠增大與附圖中陰影線區域等價的量。也就是說，能夠更長時間地將用於初始燃燒的燃料關閉在高壓燃燒室10中，這使得能夠促進高溫-高壓氛圍中燃料的氧化反應。因此，能夠減少附著在氣缸壁面上的未燃HC的量，這使得從燃燒室10排出的未燃HC的量能夠減少。
此外，在燃燒室10中有殘留的燃燒氣體的起動時的第二個周期以及之後的周期中，即使由於活塞8的上升而將附著在氣缸壁面上的未燃HC上推時，也可以通過設定EVC為比TDC提前的一側來防止未燃HC與燃燒氣體一起從燃燒室10中排出。也就是說，可以將附著在氣缸壁面上的未燃HC和殘留氣體一起關閉在燃燒室10中，這使得從燃燒室10排出的未燃HC的量能夠減少。此外，關閉在燃燒室10中的未燃HC被殘留氣體減小至顆粒大小，所以還具有促進氧化作用的效果。
儘管在圖4A至4D的時間圖中有所省略，但是根據前述例程，當發動機溫度達到某一特定溫度時，排氣門定時變為通常的氣門定時，即排氣門開啟定時為BBDC 45度時的氣門定時。起動時的未燃HC大多數是由於以液滴形式附著在氣缸壁面上的燃料而產生的。然而，附著在氣缸壁面上的燃料的量隨著發動機溫度上升而減少。因此，通過在發動機溫度充分上升之前如圖4所示設定排氣門定時，可以減少起動時的未燃HC的排出量。一旦發動機溫度已充分上升，則可以通過改變氣門定時為通常的氣門定時來獲得期望的工作性能而沒有未燃HC的排出量的增加。
下面，將參照圖6至圖8A-8D來說明本發明的第二示例性實施例。與第一示例性實施例相同，採用根據本發明第二示例性實施例的控制設備的內燃機的概略結構如圖1中所示。但是，根據本示例性實施例的內燃機與第一示例性實施例中的內燃機不同之處在於，排氣門定時控制設備24的結構不同。在本示例性實施例中，使用作用角及氣門定時都可以改變的可變氣門機構作為排氣門定時控制設備24。該可變氣門機構可以是一種能夠彼此獨立地、可變地控制氣門關閉定時及氣門開啟定時的可變氣門機構如電磁驅動閥，或者可以是一種與作用角關聯地改變氣門關閉定時及氣門開啟定時的機械式可變氣門機構。
圖6是說明本示例性實施中由ECU 50執行的排氣門定時控制的詳細內容的流程圖。圖6中所示的例程與點火開關58的打開和內燃機起動的開始同時執行。此外，對每個氣缸都執行該例程。
首先在該例程的步驟200中，排氣門定時控制設備24設定排氣門定時使得排氣門14遲開(即開啟被延遲)及早閉(即關閉被提前)。也就是說，排氣門定時控制設備24設定排氣門14的開啟定時(EVO)為比通常的開啟定時(即BBDC 45度)延遲的一側，並設定關閉定時(EVC)為比TDC提前的一側。圖7A和7B是示出進氣門12和排氣門14的氣門定時的視圖。圖7B中所示的氣門定時是通常的氣門定時，而圖7A中所示的氣門定時是在步驟200中所設定的氣門定時。通過比較圖7A和7B可以明顯地看出，在步驟200中，EVO被設定為比通常工作時更接近BDC，而進氣門定時被設定為與通常工作時相同。
從內燃機起動開始直至接下來的步驟202中的條件被滿足，排氣門定時控制設備24保持排氣門定時為在步驟200中所設定的氣門定時。也就是說，在本示例性實施例中，在起動時的第一個周期和起動時的第二個周期以及之後的周期中，排氣門定時被設定為遲開(即開啟被延遲)及早閉(即關閉被提前)，直至步驟202中的條件被滿足。
在步驟202中，判斷由來自冷卻劑溫度傳感器54的信號測得的冷卻劑溫度Teng是否等於或大於預定基準溫度To。該基準溫度To是與未燃HC不再(或僅可忽略不計的量)附著在氣缸壁面上時的氣缸壁面的溫度相對應的冷卻劑溫度。如果在步驟202中冷卻劑溫度Teng等於或大於基準溫度To，則排氣門定時由遲開和早閉改變為通常的氣門定時，即改變為圖7B中所示的氣門定時(步驟204)。在本示例性實施例中，冷卻劑溫度Teng變為等於或大於所述基準溫度To時的周期對應於預定周期(即第N個周期)。
圖8A至8D是示出執行上述排氣門定時控制例程的結果的時間圖。圖8A示出了發動機轉速Ne，圖8B示出了EVC相對於TDC的提前角(BTDC)，圖8C示出了EVO相對於BDC的提前角(BBDC)，圖8D示出了從燃燒室10排出的未燃HC的量。在圖8B和8C中，實線表示通過上述例程進行的排氣門定時設定，虛線表示常規的排氣門定時設定(與通常工作時的設定相同)。此外，在圖8D中，實線表示通過執行上述例程得到的未燃HC的排出量，虛線表示通過常規的排氣門定時控制設定得到的未燃HC的排出量。
如圖8A至8D中所示，在起動時的第一個周期中設定EVO為比通常工作時的設定(即BBDC 45度)延遲的一側從而更接近BDC，使得能夠更長時間地將燃料關閉在燃燒室10中，這使得能夠促進高溫-高壓氛圍中燃料的氧化反應。結果，能夠減少附著在氣缸壁面上的未燃HC的量，這使得當排氣門14開啟時從燃燒室10排出的未燃HC的量能夠減少。不僅在起動時的第一個周期中，而且在起動時的第二個周期以及之後的周期中也能得到這樣的效果。
此外，從起動時的第一個周期開始設定EVC為比TDC提前的一側使得能夠實現下述效果。也就是說，即使在燃燒室10中有殘留燃燒氣體的起動時的第二個周期以及之後的周期中由於活塞8的上升而將附著在氣缸壁面上的未燃HC上推時，也能夠防止未燃HC和燃燒氣體一起從燃燒室10排出。即使從起動時的第二個周期開始EVC被設定為比TDC提前的一側，仍然能夠防止未燃HC和燃燒氣體一起從燃燒室10排出。也就是說，附著在氣缸壁面上的未燃HC能夠和殘留氣體一起被關閉在燃燒室10中，從而使得從燃燒室10排出的未燃HC的量能夠減少。此外，關閉在燃燒室10中的未燃HC被殘留氣體減小至顆粒大小，所以還具有促進氧化反應的效果。
儘管在圖8A至8D中的時間圖中有所省略，但是根據前述例程，當發動機溫度達到某一特定溫度時，排氣門定時被改變為通常的氣門定時。起動時的未燃HC大多數是由於燃料以液滴的形式附著在氣缸壁面上而產生的。但是，附著在氣缸壁面上的燃料的量隨著發動機溫度上升而減少。因此，通過在發動機溫度充分上升之前如圖8B和8C中所示設定排氣定時，可以減少起動時未燃HC的排出量。一旦發動機溫度已充分上升，則可以通過改變氣門定時為通常的氣門定時來獲得期望的工作性能而沒有未燃HC排出量的增加。
下面，將參照圖9至10來說明本發明的第三示例性實施例。根據本發明第三示例性實施例的控制設備3可以通過根據本發明的第二示例性實施例的內燃機結構中的ECU 50執行圖9中所示例程代替圖6中所示例程來實現。圖9中所示的例程除了如圖6中所示例程那樣執行排氣門定時控制之外，還執行燃料噴射定時控制。圖9中所示的例程與點火開關58的打開以及內燃機起動的開始同時執行。此外，對每個氣缸都執行該例程。
首先在該例程的步驟300中，排氣門定時控制設備24設定排氣門定時使得排氣門14遲開(即開啟被延遲)且早閉(即關閉被提前)。也就是說，排氣門定時控制設備24設定排氣門14的開啟定時(EVO)為比通常的開啟定時(即BBDC 45度)延遲的一側，並且設定關閉定時(EVC)為比TDC提前的一側。此時進氣門12及排氣門14的氣門定時與在第二示例性實施例中的相同並在圖7A中示出。此外，在步驟300中設定燃料噴射定時使得燃料在進氣門12開啟前被噴射。也就是說，燃料噴射與進氣非同期執行。
接下來在步驟302中，判斷相應氣缸內起動時的第一個周期是否已經結束。可以基於由來自曲柄轉角傳感器52的信號測得的曲軸18的轉角來作出該判斷。從內燃機的起動開始直至起動時的第一個周期結束，排氣門定時保持為在步驟300中所設定的定時。對於起動時的第一個周期的燃料噴射定時，執行在步驟300中設定的與進氣非同期的燃料噴射。
當起動時的第一個周期已經結束時，即在起動時的第二個周期以及之後的周期中，燃料噴射定時被設定為進氣門12開始開啟的定時(步驟304)。對於起動時的第二個周期以及之後的周期，進氣門12和排氣門14的氣門定時保持為在步驟300中設定的氣門定時。圖10是示出進氣門12和排氣門14的氣門定時以及燃料噴射開始定時的視圖。如圖10所示，進氣門12的開啟定時(IVO)被設定為接近TDC，且從噴射器34噴射燃料與IVO基本同時開始。
在接下來的步驟306中，判斷由來自冷卻劑溫度傳感器54的信號測得的冷卻劑溫度Teng是否等於或大於預定基準溫度To。該基準溫度To是與未燃HC不再(或僅可忽略不計的量)附著在氣缸壁面上時的氣缸壁面溫度相對應的冷卻劑溫度。如果在步驟306中冷卻劑溫度Teng等於或大於基準溫度To，則排氣門定時將由遲開早閉改變為通常的氣門定時，而且燃料噴射定時也由進氣門12開始開啟的定時改變為通常的燃料噴射定時(步驟308)。
根據上述例程，在燃燒室10中沒有殘留燃燒氣體的起動時的第一個周期中，通過以與進氣不同期的燃料噴射在進氣門12開啟前噴射燃料，可以確保進氣口內燃料的充分的氣化時間。此外，從起動時的第一個周期起設定EVO為相對於通常工作時的設定(即BBDC 45度)延遲的一側從而更接近BDC，使得能夠更長時間地將燃料關閉在高壓燃燒室10中，這能夠促進高溫高壓氛圍中燃料的氧化反應。結果，能夠減少附著在氣缸壁面上的未燃HC的量。
在燃燒室10中有殘留燃燒氣體的起動時的第二個周期以及之後的周期中，通過在進氣門12開始開啟的定時噴射燃料，可以通過從燃燒室10內倒吹至進氣口的高溫燃燒氣體促進燃料的霧化。此外，通過如在起動時的第一個周期中那樣設定EVO為相對於通常工作時的設定延遲的一側從而更接近BDC，可以延長燃燒室10內燃料的燃燒時間。結果，能夠促進燃燒室10內燃料的燃燒並減少附著在氣缸壁面上的未燃HC的量。
此外，從起動時的第一個周期開始設定EVC為比TDC提前的一側使得能夠實現以下效果。也就是說，即使在燃燒室10內有殘留燃燒氣體的起動時的第二個周期以及之後的周期中由於活塞8的上升而將附著在氣缸壁面上的未燃HC上推時，也能夠防止未燃HC和燃燒氣體一起從燃燒室10排出。即使從起動時的第二個周期開始將EVC設定為比TDC提前的一側，也能夠防止未燃HC和燃燒氣體一起從燃燒室10排出。也就是說，可以將附著在氣缸壁面上的未燃HC和殘留氣體一起關閉在燃燒室10內，從而使得從燃燒室10排出的未燃HC的量能夠減少。
儘管這裡參照具體實施例對本發明進行了說明，但是本發明不限於所述實施例，而是可以以不脫離其精神或本質特徵的其他具體形式實施。例如，前述的示例性實施例還可以在進行了以下改變後實施。
根據第三示例性實施例的燃料噴射定時控制也可以與根據第一示例性實施例的排氣門定時控制相結合。也就是說，在起動時的第一個周期中，排氣門定時可以被設定為遲開，且燃料噴射定時可以被設定為與進氣非同期的定時。然後在起動時的第二個周期以及之後的周期中，排氣門定時可以被設定為早閉，且燃料噴射定時可以被設定為進氣門12開始開啟的定時。
此外，在前述的示例性實施例中，發動機溫度是從冷卻劑溫度估計出的，但是發動機溫度也可以從排氣溫度估計出。此外，發動機溫度還可以通過從起動開始起的工作時間來估計出。
權利要求
1.一種用於內燃機的控制設備，所述控制設備設有作用角固定的氣門定時控制裝置，所述氣門定時控制裝置用於在所述作用角保持恆定的情況下改變排氣門的開啟定時及關閉定時，所述控制設備的特徵在於在起動時的第一個周期結束之前，所述氣門定時控制裝置控制所述排氣門(14)的開啟定時為比在第二個周期以及之後的周期中所設定的開啟定時延遲的一側。
2.根據權利要求1所述的用於內燃機的控制設備，其特徵在於在起動時的第二個周期以及之後的周期中，所述氣門定時控制裝置控制所述排氣門的關閉定時為比進氣衝程的上止點提前的一側。
3.根據權利要求1或2所述的用於內燃機的控制設備，其特徵在於當發動機溫度超出預定溫度時或者當估計所述發動機溫度超出了所述預定溫度時，所述氣門定時控制裝置改變所述排氣門的氣門定時為由所述內燃機的工作狀態所確定的通常的氣門定時。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的用於內燃機的控制設備，其特徵在於還包括用於控制從燃料噴射閥向進氣口的燃料噴射定時的燃料噴射定時控制裝置，其中，所述燃料噴射定時控制裝置設定起動時的第一個周期中的燃料噴射定時為在進氣門關閉的期間內，並且設定起動時的第二個周期以及之後的周期中的燃料噴射定時為與所述進氣門的開啟定時相匹配。
5.一種用於內燃機的控制設備，所述控制設備設有作用角可變的氣門定時控制裝置，所述氣門定時控制裝置用於獨立地或者與所述作用角關聯地改變排氣門的開啟定時及關閉定時，所述控制設備的特徵在於在從起動開始的預定周期結束之前，所述氣門定時控制裝置控制所述排氣門的開啟定時為比所述預定周期後的下一個周期以及之後的周期中所設定的開啟定時延遲的一側。
6.根據權利要求5所述的用於內燃機的控制設備，其特徵在於最遲在起動時的第二個周期以及之後的周期中，所述氣門定時控制裝置控制所述排氣門的關閉定時為比進氣衝程的上止點提前的一側。
7.根據權利要求6所述的用於內燃機的控制設備，其特徵在於在起動時的第一個周期以及之後的周期中，所述氣門定時控制裝置控制所述排氣門的關閉定時為比所述進氣衝程的上止點提前的一側。
8.根據權利要求5至7中任一項所述的用於內燃機的控制設備，其特徵在於所述氣門定時控制裝置指定所述預定周期為當發動機溫度超出了預定溫度或者當估計所述發動機溫度超出了所述預定溫度時的周期，並且在所述預定周期後的下一個周期以及之後的周期中改變所述排氣門的氣門定時為由所述內燃機的工作狀態所確定的通常的氣門定時。
9.根據權利要求5至8中任一項所述的用於內燃機的控制設備，其特徵在於還包括用於控制從燃料噴射閥向進氣口的燃料噴射定時的燃料噴射定時控制裝置，其中，所述燃料噴射定時控制裝置設定起動時的第一個周期中的燃料噴射定時為在進氣門關閉的期間內，並且設定起動時的第二個周期以及之後的周期中的燃料噴射定時為與所述進氣門的開啟定時相匹配。
10.一種用於內燃機的控制方法，在所述內燃機中作用角是固定的，所述控制方法用於在所述作用角保持恆定的情況下改變排氣門的開啟定時及關閉定時，其特徵在於包括以下步驟在起動時的第一個周期結束之前，控制所述排氣門的開啟定時為比在第二個周期以及之後的周期中所設定的開啟定時延遲的一側。
11.根據權利要求10所述的用於內燃機的控制方法，其特徵在於還包括以下步驟在起動時的第二個周期以及之後的周期中，控制所述排氣門的關閉定時為比進氣衝程的上止點提前的一側。
12.根據權利要求10或11所述的用於內燃機的控制方法，其特徵在於還包括以下步驟當發動機溫度超出預定溫度時或者當估計所述發動機溫度超出了所述預定溫度時，改變所述排氣門的氣門定時為由所述內燃機的工作狀態所確定的通常的氣門定時。
13.根據權利要求10至12中任一項所述的用於內燃機的控制方法，其特徵在於還包括以下步驟當所述內燃機控制從燃料噴射閥向進氣口的燃料噴射定時的時候，設定起動時的第一個周期中的燃料噴射定時為在進氣門關閉的期間內，並且設定起動時的第二個周期以及之後的周期中的燃料噴射定時為與所述進氣門的開啟定時相匹配。
14.一種用於內燃機的控制方法，在所述內燃機中作用角是可變的，所述控制方法用於獨立地或者與所述作用角關聯地改變排氣門的開啟定時及關閉定時，其特徵在於還包括以下步驟在從起動開始的預定周期結束之前，控制所述排氣門的開啟定時為比所述預定周期後的下一個周期以及之後的周期中所設定的開啟定時延遲的一側。
15.根據權利要求14所述的用於內燃機的控制方法，其特徵在於還包括以下步驟最遲在起動時的第二個周期以及之後的周期中，控制所述排氣門的關閉定時為比進氣衝程的上止點提前的一側。
16.根據權利要求15所述的用於內燃機的控制方法，其特徵在於還包括以下步驟在起動時的第一個周期以及之後的周期中，控制所述排氣門的關閉定時為比所述進氣衝程的上止點提前的一側。
17.根據權利要求14至16中任一項所述的用於內燃機的控制方法，其特徵還在於還包括以下步驟指定所述預定周期為當發動機溫度超出了預定溫度或者當估計所述發動機溫度超出了所述預定溫度時的周期，並且在所述預定周期後的下一個周期以及之後的周期中改變所述排氣門的氣門定時為由所述內燃機的工作狀態所確定的通常的氣門定時。
18.根據權利要求14至17中任一項所述的用於內燃機的控制方法，其特徵在於還包括以下步驟當所述內燃機控制從燃料噴射閥向進氣口的燃料噴射定時的時候，設定起動時的第一個周期中的燃料噴射定時為在進氣門關閉的期間內，並且設定起動時的第二個周期以及之後的周期中的燃料噴射定時為與所述進氣門的開啟定時相匹配。
全文摘要
本發明涉及一種用於內燃機的控制設備及控制方法。至少在起動時的第一個周期中，排氣門的開啟定時被控制為排氣衝程的下止點前45度，或者被控制為比暖機完成後所設定的通常的關閉定時延遲的一側。而且，最遲在起動時的第二個周期以及之後的周期中排氣門的關閉定時優選地被控制為比上止點提前的一側。因此，內燃機冷起動時未燃HC的排出量減少。
文檔編號F02D41/34GK101061296SQ200680001204
公開日2007年10月24日 申請日期2006年8月1日 優先權日2005年8月2日
發明者村瀨直, 一瀨宏樹, 加藤雄一 申請人:豐田自動車株式會社