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火花點火式內(nèi)燃機的制作方法

文檔序號:5178011閱讀:136來源:國知局
專利名稱:火花點火式內(nèi)燃機的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的控制裝置。
背景技術
本申請的申請人在日本特開2007-303423號公報中,提出了一種火花點火式內(nèi)燃機,其具有能夠變更機械壓縮比的可變壓縮比機構和能夠變更進氣門的關閉正時的可變氣門正時機構,在內(nèi)燃機低負荷運行時與內(nèi)燃機高負荷運行時相比提高機械壓縮比而將膨脹比被設為20以上。在這種火花點火式內(nèi)燃機中,在內(nèi)燃機低負荷運行時將機械壓縮比(膨脹比)設為20以上并且將進氣門的關閉正時設為從吸氣下止點離開的正時,由此相對于機械壓縮比將實際壓縮比維持為比較低,抑制實際壓縮比變高而導致的爆震的發(fā)生,同時實現(xiàn)極高的熱效率。然而,在使用如日本特開2007-303423號公報所記載的可變壓縮比機構的情況下,機械壓縮比越高,活塞處于上止點時的燃燒室容積就越變小,因此面容比(寸一 7工^ ^ # 'J工一K >〉才)(燃燒室的表面積與容積的比。以下,稱為“S/V比”)變得越大。若如此s/ν比變大,火焰波及不到的區(qū)域(々工> ★(消炎)區(qū)域。越接近燃燒室的壁面則火焰越不能到達的區(qū)域)相對變大。由于即使是燃燒室內(nèi)的混合氣燃燒而火焰也到達不了, 所以包含在該火焰波及不到的區(qū)域內(nèi)的混合氣中的HC不燃燒。另一方面,包含在該火焰波及不到的區(qū)域內(nèi)的混合氣中的HC伴隨著混合氣的燃燒而暴露于高溫,所以一部分變換成氫(H2)。即,若使用可變壓縮比機構來提高機械壓縮比,則S/V比增大,由此排氣中的吐增大。另一方面,在較多的內(nèi)燃機中以提高燃燒的效率化以及排氣排放為目的,為了將供給到燃燒室內(nèi)的混合氣的空燃比維持為目標空燃比(例如,理論空燃比),使用氧傳感器以及空燃比傳感器。然而,氧傳感器和空燃比傳感器對吐的靈敏度高,若吐的發(fā)生量變多, 則具有輸出值向濃側偏移的傾向。特別地,在上述那樣的機械壓縮比成為20以上的火花點火式內(nèi)燃機中,S/V比極端地變大,伴隨于此從燃燒室排出的H2的量也變多。因此,導致氧傳感器及空燃比傳感器的輸出值以不能無視的程度較大地向濃側偏移,從而不能正確地檢測排氣中的氧濃度等。其結果,不能適當?shù)乜刂瓶杖急?,存在招致燃燒效率的惡化及排氣排放的惡化的情況。

發(fā)明內(nèi)容
于是,鑒于上述問題,本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)燃機的控制裝置,即使伴隨著 S/ν比的增大在排氣中的氫濃度增大,也能適當?shù)乜刂苾?nèi)燃機。本發(fā)明作為解決上述課題的手段,提供如權利要求書的各權利要求所述的火花點火式內(nèi)燃機。在本發(fā)明的第1方式中,提供一種內(nèi)燃機的控制裝置,具有能夠變更燃燒室的S/V比的S/V比變更機構、輸出值根據(jù)伴隨著S/V比的增大而增大的排氣中的氫濃度而變化的檢測裝置,基于該檢測裝置的輸出值控制內(nèi)燃機,其中,根據(jù)上述S/V比變更機構的S/V比, 對上述檢測裝置的輸出值或關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)進行修正。在本發(fā)明的第2方式中,進行上述檢測裝置的輸出值或關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)的修正,使得伴隨著S/V比的增大而增大的排氣中的氫濃度的影響變小。在本發(fā)明的第3方式中,上述檢測裝置是檢測氫以外的排氣中的特定的成分的濃度的裝置,根據(jù)上述s/ν比變更機構的s/ν比,對由上述檢測裝置檢測出的特定的成分的濃度進行修正。在本發(fā)明的第4方式中,上述檢測裝置是檢測氫以外的排氣中的特定的成分的濃度的裝置,根據(jù)上述S/ν比變更機構的s/ν比,對關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)進行修正。在本發(fā)明的第5方式中,上述檢測裝置是檢測排氣中的氧濃度或空燃比的氧傳感器或空燃比傳感器。在本發(fā)明的第6方式中,關于上述內(nèi)燃機的運行的參數(shù)是目標空燃比。在本發(fā)明的第7方式中,上述檢測裝置是檢測排氣中的NOx濃度的NOx傳感器。在本發(fā)明的第8方式中,還具有能夠控制進氣門的關閉正時的可變氣門正時機構,除了上述s/ν比變更機構的s/ν比以外,還根據(jù)進氣門的關閉正時,對上述檢測裝置的輸出值或關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)進行修正。在本發(fā)明的第9方式中,還具有連通內(nèi)燃機吸氣通路和內(nèi)燃機排氣通路的EGR通路、開閉該EGR通路的EGR閥,除了上述S/V比變更機構的S/V比以夕卜,還根據(jù)EGR閥的開度,對上述檢測裝置的輸出值或關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)進行修正。在本發(fā)明的第10方式中,還具有配置于內(nèi)燃機排氣通路內(nèi)的排氣凈化催化劑,上述檢測裝置具有配置于上述排氣凈化催化劑的上游側的上游側的氧傳感器或空燃比傳感器、和配置于該排氣凈化催化劑的下游側的下游側的氧傳感器或空燃比傳感器,基于上述上游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值控制燃料供給量使得排氣空燃比變?yōu)槟繕丝杖急?,在上述上游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值從實際的排氣空燃比偏移了的情況下,基于上述下游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值對上游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值或者燃料供給量進行修正,根據(jù)上述S/ν比變更機構的s/ν比,對基于上述下游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值的上述上游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值或者燃料供給量的修正量進行修正。在本發(fā)明的第11方式中,上述S/V比變更機構是能夠變更機械壓縮比的可變壓縮比機構。在本發(fā)明的第12方式中,還具有能夠控制進氣門的關閉正時的可變氣門正時機構,供給到燃燒室內(nèi)的吸入空氣量主要通過改變進氣門的關閉正時來控制,在內(nèi)燃機低負荷運行時與內(nèi)燃機高負荷運行時相比,機械壓縮比被增高。在本發(fā)明的第13方式中,在內(nèi)燃機低負荷運行時機械壓縮比被設定為最大機械壓縮比。在本發(fā)明的第14方式中,在內(nèi)燃機低負荷運行時膨脹比被設為20以上。以下,從附圖和本發(fā)明的最佳實施方式的記載,可以進一步充分地理解本發(fā)明。


圖1是火花點火式內(nèi)燃機的總體圖。圖2是可變壓縮比機構的分解立體圖。圖3A及圖;3B是圖解表示的內(nèi)燃機的側面剖視圖。圖4是表示可變氣門正時機構的圖。圖5A和圖5B是表示進氣門和排氣門的升程(lift)量的圖。圖6A 圖6C是用于說明機械壓縮比、實際壓縮比和膨脹比的圖。圖7是表示理論熱效率和膨脹比的關系的圖。圖8A及圖8B是用于說明通常的循環(huán)和超高膨脹比循環(huán)的圖。圖9是示出根據(jù)內(nèi)燃機負荷的機械壓縮比等的變化的圖。圖10是示出算出來自燃料噴射閥的目標燃料供給量的控制的控制例程的流程圖。圖11是示出算出燃料修正量的F/B控制的控制例程的流程圖。圖12是示出機械壓縮比和目標空燃比的關系的圖。圖13是示出機械壓縮比和目標空燃比的關系的圖。圖14是示出機械壓縮比和目標空燃比的關系的圖。圖15是示出設定目標空燃比的控制的控制例程的流程圖。圖16A 圖16C是示出各參數(shù)和目標空燃比的修正量的映射的圖。圖17是示出機械壓縮比和空燃比傳感器的輸出值的向稀側的修正量的關系的圖。圖18是示出機械壓縮比和空燃比傳感器的輸出值的向稀側的修正量的關系的圖。圖19是第四實施方式的火花點火式內(nèi)燃機的全體圖。圖20實際的排氣空燃比、氧傳感器的輸出值、空燃比傳感器的輸出修正值的時間圖。圖21是示出機械壓縮比和升高修正值的關系的圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細的說明。而且,在以下的說明中,對同樣的構成元件賦予相同的參照標號。圖1表示火花點火式內(nèi)燃機的側面剖視圖。參照圖1,附圖標記1表示曲軸箱、2表示氣缸體、3表示氣缸蓋、4表示活塞、5表示燃燒室、6表示配置在燃燒室5的頂面中央部的火花塞、7表示進氣門、8表示進氣口、9表示排氣門、10表示排氣口。進氣口 8通過進氣支管11被連接到調(diào)整槽(surge tank,穩(wěn)壓箱)12,在各進氣支管11分別配置用于向?qū)倪M氣口 8內(nèi)噴射燃料的燃料噴射閥13。另外,也可代替將燃料噴射閥13安裝于各進氣支管11,而將燃燒噴射閥13配置在各燃燒室5 內(nèi)。調(diào)整槽12通過進氣道14被連接到空氣濾清器15,在進氣道14內(nèi)配置由致動器 16驅(qū)動的節(jié)氣門17和使用例如紅外線(熱線)的吸入空氣量檢測器18。另一方面,排氣口 10通過排氣歧管19被連接到內(nèi)置了例如三元催化劑21的催化劑轉(zhuǎn)換器20,在排氣歧管 19內(nèi)配置空燃比傳感器22。排氣歧管19和吸氣支管11 (或者進氣口 8、調(diào)整槽12)經(jīng)由用于再循環(huán)排氣(以下,稱為EGR氣體)的EGR通路23彼此連接,在該EGR通路23內(nèi)配置有EGR控制閥M。此外在EGR通路23周圍配置有用于冷卻在EGR通路23內(nèi)流動的EGR氣體的EGR冷卻裝置 25。在圖1所示的內(nèi)燃機中,內(nèi)燃機冷卻水被引導至EGR冷卻裝置25內(nèi),EGR氣體由該內(nèi)燃機冷卻水冷卻。而且,在以下的說明中,將進氣口 8、吸氣支管11、調(diào)整槽12、吸氣管道14 總稱為內(nèi)燃機吸氣通路。另一方面,在如圖1所示的實施例中,在曲軸箱1和氣缸體2的連接部設置有可變壓縮比機構A,該可變壓縮比機構A可通過改變曲軸箱1和氣缸體2的氣缸軸線方向的相對位置來改變活塞4位于壓縮上止點時的燃燒室5的容積;另外,還設置有能夠控制進氣門7 的關閉正時的可變氣門正時機構B。電子控制單元30由數(shù)字計算機構成,具備通過雙方向性總線31互相連接的 ROM (只讀存儲器)32、RAM(隨機存儲器)33、CPU(中央處理器)34、輸入端口 35以及輸出端口 36。吸入空氣量檢測器18的輸出信號、空燃比傳感器22的輸出信號分別經(jīng)由對應的 AD轉(zhuǎn)換器37向輸入端口 35輸入。另外,在加速踏板40上連接有產(chǎn)生與加速踏板40的踩踏量成比例的輸出電壓的負荷傳感器41,負荷傳感器41的輸出電壓經(jīng)由對應的AD轉(zhuǎn)換器 37向輸入端口 35輸入。進而,在輸入端口 35上連接有曲軸每旋轉(zhuǎn)例如30°時產(chǎn)生輸出脈沖的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42。另一方面,輸出端口 36經(jīng)由對應的驅(qū)動電路38連接于火花塞6、 燃料噴射閥13、節(jié)氣門驅(qū)動用致動器16、EGR控制閥24、可變壓縮比機構A以及可變氣門正時機構B。圖2表示圖1所示的可變壓縮比機構A的分解立體圖;圖3A及圖;3B示出圖解性表示的內(nèi)燃機的側剖圖。如果參照圖2,在氣缸體2的兩側壁的下方形成有互相隔著間隔的多個突出部50,在各突出部50內(nèi)分別形成有截面圓形的凸輪插入孔51。另一方面,在曲軸箱1的上壁面上互相隔著間隔地形成有分別嵌合在對應的突出部50之間的多個突出部 52,在這些各突出部52內(nèi)也分別形成有截面圓形的凸輪插入孔53。如圖2所示那樣設有一對凸輪軸M、55,在各凸輪軸M、55上每隔一個地固定有能夠旋轉(zhuǎn)地插入各凸輪插入孔51內(nèi)的圓形凸輪56。這些圓形凸輪56與各凸輪軸M、55的旋轉(zhuǎn)軸線共軸。另一方面,在各圓形凸輪56之間,如圖3A及圖;3B中陰影所示,延長有相對于各凸輪軸M、55的旋轉(zhuǎn)軸線偏心配置的偏心軸57,在該偏心軸57上偏心地能夠旋轉(zhuǎn)地安裝有另外的圓形凸輪58。如圖2所示,這些圓形凸輪58配置在各圓形凸輪56之間,這些圓形凸輪58能夠旋轉(zhuǎn)地插入對應的各凸輪插入孔53內(nèi)。在從圖3A所示的狀態(tài)使固定在各凸輪軸54、55上的圓形凸輪56如圖3A中實線的箭頭所示那樣互相向相反方向旋轉(zhuǎn)時,偏心軸57向下方中央移動,所以圓形凸輪58在凸輪插入孔53內(nèi)如圖3A中虛線的箭頭所示那樣向與圓形凸輪56相反的方向旋轉(zhuǎn);在如圖;3B 所示那樣,偏心軸57移動到下方中央時,圓形凸輪58的中心向偏心軸57的下方移動。將圖3A與圖;3B進行比較可知,曲軸箱1與氣缸體2的相對位置由圓形凸輪56的中心與圓形凸輪58的中心的距離確定,圓形凸輪56的中心與圓形凸輪58的中心的距離變得越大,氣缸體2越遠離曲軸箱1。在氣缸體2遠離曲軸箱1時,活塞4位于壓縮上止點時的燃燒室5的容積增大,因此能夠通過使各凸輪軸M、55旋轉(zhuǎn)而變更活塞4位于壓縮上止點時的燃燒室5的容積。如圖2所示那樣,為了使各凸輪軸M、55分別向相反方向旋轉(zhuǎn),在驅(qū)動電機59的旋轉(zhuǎn)軸上安裝有螺旋方向分別相反的一對蝸輪61、62,與這些蝸輪61、62嚙合的齒輪63、64 分別固定于各凸輪軸M、55的端部。在該實施例中能夠通過驅(qū)動驅(qū)動電機59而使活塞4 位于壓縮上止點時的燃燒室5的容積在較大的范圍內(nèi)變更。另外,圖1至圖3所示的可變壓縮比機構A僅表示一例,可以使用任何形式的可變壓縮比機構。另一方面,圖4表示相對于在圖1中用于驅(qū)動進氣門7的凸輪軸70設置的可變氣門正時機構B。如圖4所示,可變氣門正時機構B由安裝在凸輪軸70的一端、用于變更凸輪軸70的凸輪的相位的凸輪相位變更部Bl和配置在凸輪軸70與進氣門7的氣門挺桿沈之間、將凸輪軸70的凸輪的作用角變更為不同的作用角而向進氣門7傳遞的凸輪作用角變更部B2構成。另外,在圖4中對于凸輪作用角變更部B2表示出側剖圖與俯視圖。首先,如果最先對可變氣門正時機構B的凸輪相位變更部Bl進行說明,該凸輪相位變更部Bl具備通過內(nèi)燃機的曲軸經(jīng)由正時帶向箭頭方向旋轉(zhuǎn)的正時帶輪71,與正時帶輪71 一起旋轉(zhuǎn)的圓筒狀外殼72,與凸輪軸70 —起旋轉(zhuǎn)并且能夠相對于圓筒狀外殼72相對旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸73,從圓筒狀外殼72的內(nèi)周面延伸到旋轉(zhuǎn)軸73的外周面的多個分隔壁74, 和在各分隔壁74之間從旋轉(zhuǎn)軸73的外周面延伸到圓筒狀外殼72的內(nèi)周面的葉片75 ;在各葉片75的兩側分別形成有提前角用油壓室76和延遲角用油壓室77。向各油壓室76、77供給工作油的供給控制通過工作油供給控制閥78進行。該工作油供給控制閥78具備分別連接于各油壓室76、77的油壓口 79、80,從油壓泵81排出的工作油的供給口 82,一對排油口 83、84,和進行各口 79、80、82、83、84之間的連通切斷控制的滑閥 85 (spool valve)。在應該使凸輪軸70的凸輪的相位提前時,在圖4中使滑閥85向下方移動,從供給口 82供給的工作油經(jīng)由油壓口 79向提前角用油壓室76供給,同時延遲角用油壓室77內(nèi)的工作油從排油口 84排出。此時旋轉(zhuǎn)軸73相對于圓筒狀外殼72向箭頭X方向相對旋轉(zhuǎn)。與此相對,在應該使凸輪軸70的凸輪的相位滯后時在圖4中使滑閥85向上方移動,從供給口 82供給的工作油經(jīng)由油壓口 80向延遲角用油壓室77供給,同時提前角用油壓室76內(nèi)的工作油從排油口 83排出。此時旋轉(zhuǎn)軸73相對于圓筒狀外殼72向與箭頭X相反的方向相對旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)軸73相對于圓筒狀外殼72相對旋轉(zhuǎn)時,若滑閥85返回到圖4所示的中立位置,旋轉(zhuǎn)軸73的相對旋轉(zhuǎn)動作停止,旋轉(zhuǎn)軸73被保持為此時的相對旋轉(zhuǎn)位置。因此能夠通過凸輪相位變更部Bl如圖5A所示使凸輪軸70的凸輪的相位提前或者滯后所希望的量。 即,能夠通過凸輪相位變更部Bl使進氣門7的開啟正時任意地提前或者延遲(滯后)。接下來,如果對可變氣門正時機構B的凸輪作用角變更部B2進行說明,該凸輪作用角變更部B2具備與凸輪軸70平行地并列配置并且通過致動器91而在軸線方向上移動的控制桿90,與凸輪軸70的凸輪92配合(接合)并且能夠滑動地嵌合于被形成在控制桿90上的在軸線方向上延伸的花鍵93的中間凸輪94,和為了驅(qū)動進氣門7而與氣門挺桿沈配合并且能夠滑動地嵌合于被形成在控制桿90上的螺旋狀地延伸的花鍵95的擺動凸輪 96 ;在擺動凸輪96上形成有凸輪97。
在凸輪軸70旋轉(zhuǎn)時,由凸輪92使中間凸輪94 一直以一定的角度擺動(搖動),此時也使擺動凸輪96以一定的角度擺動。另一方面,中間凸輪94以及擺動凸輪96被支撐得在控制桿90的軸線方向上不能移動,因此在通過致動器91使控制桿90在軸線方向上移動時,擺動凸輪96相對于中間凸輪94相對旋轉(zhuǎn)。在由中間凸輪94與擺動凸輪96的相對旋轉(zhuǎn)位置關系使得凸輪軸70的凸輪92與中間凸輪94開始配合時,在擺動凸輪96的凸輪97開始與氣門挺桿沈配合的情況下,此時如圖5B中a所示,進氣門7的開啟期間以及升程量變?yōu)樽畲?。與此相對,在通過致動器91 使擺動凸輪96相對于中間凸輪94向圖4的箭頭Y方向相對旋轉(zhuǎn)時,凸輪軸70的凸輪92 與中間凸輪94配合后,一段時間后擺動凸輪96的凸輪97與氣門挺桿沈配合。此時,如圖 5B中b所示,進氣門7的開啟期間以及升程量變得比a小。在使擺動凸輪96相對于中間凸輪94向圖4的箭頭Y方向進一步相對旋轉(zhuǎn)時,如圖5B中c所示,進氣門7的開啟期間以及升程量進一步變小。即,通過致動器91變更中間凸輪94與擺動凸輪96的相對旋轉(zhuǎn)位置,由此能夠任意地變更進氣門7的開啟期間(作用角)。但是,此時,進氣門7的開啟期間變得越短,則進氣門7的升程量變得越小。這樣通過凸輪相位變更部Bl能夠任意地變更進氣門7的開啟正時,通過凸輪作用角變更部B2能夠任意地變更進氣門7的打開期間,所以通過凸輪相位變更部Bl與凸輪作用角變更部B2雙方,即通過可變氣門正時機構B,能夠任意地變更進氣門7的開啟正時與打開期間,即進氣門7的開啟正時與關閉正時。另外,圖1以及圖4所示的可變氣門正時機構B表示一例,可以使用圖1以及圖4 所示的例子以外的各種形式的可變氣門正時機構。特別地,在本發(fā)明的實施方式中,只要是能夠變更進氣門7的關閉正時的可變關閉正時機構,可以使用任何形式的機構。此外,對于排氣門9也可以設置與進氣門7的可變氣門正時機構B同樣的可變氣門正時機構。接下來一邊參照圖6A 圖6C—邊對本申請中使用的用語的意思進行說明。另外, 在圖6A 圖6C中,為了說明,表示了燃燒室容積為50ml、活塞的行程容積為500ml的發(fā)動機(內(nèi)燃機),在這些圖6A 圖6C中,所謂燃燒室容積,表示活塞位于壓縮上止點時的燃燒室的容積。圖6A對機械壓縮比進行說明。該機械壓縮比是僅由壓縮行程時的活塞的行程容積與燃燒室容積機械式確定的值,該機械壓縮比通過(燃燒室容積+行程容積)/燃燒室容積表示。在圖6A所示的例子中該機械壓縮比為(50ml+500ml)/50ml = 11。圖6B對實際壓縮比進行說明。該實際壓縮比是由從實際開始壓縮作用時到活塞到達上止點為止的實際的活塞行程容積與燃燒室容積確定的值,該實際壓縮比通過(燃燒室容積+實際的行程容積)/燃燒室容積表示。即,如圖6B所示,在壓縮行程中,在活塞開始上升但進氣門開啟的期間內(nèi)不進行壓縮作用,從進氣門關閉了時開始實際的壓縮作用。因此,實際壓縮比使用實際的行程容積如上所述那樣表示。在圖6B所示的例子中實際壓縮比為(50ml+450ml)/50ml = 10。圖6C對膨脹比進行說明。膨脹比是由膨脹行程時的活塞的行程容積與燃燒室容積確定的值,該膨脹比通過(燃燒室容積+行程容積)/燃燒室容積表示。在圖6C所示的例子中該膨脹比為(50ml+500ml)/50ml = 11。接下來一邊參照圖7以及圖8A和圖8B—邊對本發(fā)明中的基本特征進行說明。另外,圖7表示理論熱效率與實際膨脹比的關系,圖8A和圖8B表示在本發(fā)明中根據(jù)負荷分別使用的通常的循環(huán)以及超高膨脹比循環(huán)的比較。圖8A表示進氣門在下止點附近關閉、從大致壓縮下止點附近開始由活塞引起的壓縮作用時的通常的循環(huán)。在該圖8A所示的例子中,與圖6A 圖6C所示的例子同樣,燃燒室容積設為50ml,活塞的行程容積設為500ml。如從圖8A可知,在通常的循環(huán)中,機械壓縮比為(50ml+500ml)/50ml = 11,實際壓縮比也大致為11,膨脹比也為(50ml+500ml)/50ml =11。即,在通常的內(nèi)燃機中,機械壓縮比、實際壓縮比、膨脹比大致相等。圖7中的實線表示實際壓縮比與膨脹比大致相等時的、即通常的循環(huán)中的理論熱效率的變化??芍藭r膨脹比越大,即實際壓縮比越高,理論熱效率越高。因此在通常的循環(huán)中,為了提高理論熱效率,提高實際壓縮比即可。然而,為了制約內(nèi)燃機高負荷運行時的爆震的產(chǎn)生,實際壓縮比最大只能提高到12左右,這樣一來在通常的循環(huán)中不能充分提高理論熱效率。另一方面,若嚴密區(qū)分機械壓縮比與實際壓縮比而對提高理論熱效率進行研究, 結果發(fā)現(xiàn)理論熱效率受實際膨脹比支配,實際壓縮比幾乎不對理論熱效率帶來影響。即,在提高實際壓縮比時,爆發(fā)力提高,但因為要進行壓縮,需要較大的能量,這樣一來,即使提高實際壓縮比,理論熱效率也幾乎不提高。與此相對,在增大膨脹比時,在膨脹行程時按壓力對活塞進行作用的時間變長,這樣一來活塞向曲軸給予旋轉(zhuǎn)力的期間變長。因此膨脹比越增大,理論熱效率越提高。圖7 的虛線ε = 10表示在將實際壓縮比固定為10的狀態(tài)下提高膨脹比時的理論熱效率。這樣可知,在將實際壓縮比維持為較低的值的狀態(tài)下提高膨脹比時的理論熱效率的上升量與如圖7的實線所示那樣實際壓縮比也與膨脹比同時增大時的理論熱效率的上升量沒有較大的差。在這樣將實際壓縮比維持為較低的值時,不會產(chǎn)生爆震,因此當在將實際壓縮比維持為較低的值的狀態(tài)下提高膨脹比時,能夠一邊阻止爆震的產(chǎn)生一邊大幅度提高理論熱效率。圖8Β表示使用可變壓縮比機構A以及可變氣門正時機構B —邊將實際壓縮比維持為較低的值一邊提高膨脹比時的一例。參照圖8Β,在該例中通過可變壓縮比機構A將燃燒室容積從50ml減少到20ml。 另一方面,通過可變氣門正時機構B使進氣門的關閉正時滯后直到實際的活塞行程容積從 500ml減少到200ml。其結果,在該例中實際壓縮比為(20ml+200ml)/20ml = 11,膨脹比成為(20ml+500ml)/20ml = 26。在圖8A所示的通常的循環(huán)中如上所述,實際壓縮比大致為 11并且膨脹比為11,與此情況相比,在圖8B所示的情況下,僅膨脹比提高到26。因此將圖 8B所示的循環(huán)稱為超高膨脹比循環(huán)。如前所述,一般而言,在內(nèi)燃機中內(nèi)燃機負荷越低,熱效率越差,因此為了提高車輛行駛時的熱效率,即為了提高燃料經(jīng)濟性,需要提高內(nèi)燃機低負荷運行時的熱效率。另一方面,在圖8B所示的超高膨脹比循環(huán)中,減小了壓縮行程時的實際的活塞行程容積,所以能夠吸入燃燒室5內(nèi)的吸入空氣量變少,因此該超高膨脹比循環(huán)僅能夠在內(nèi)燃機負荷比較低時采用。因此在本發(fā)明中在內(nèi)燃機低負荷運行時設為圖8B所示的超高膨脹比循環(huán),在內(nèi)燃機高負荷運行時設為圖8A所示的通常的循環(huán)。 接下來一邊參照圖9 一邊對整個運行控制進行說明。
在圖9中表示某一內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速下的與內(nèi)燃機負荷相適應的機械壓縮比、膨脹比、 進氣門7的關閉正時、實際壓縮比、吸入空氣量、節(jié)氣門17的開度以及泵送損失(抽吸動力損失)的各變化。另外,在本發(fā)明的實施例中為了能夠通過催化轉(zhuǎn)換器22內(nèi)的三元催化劑 21同時降低排氣中的未燃燒HC(未燃HC)、一氧化炭(CO)以及氧化氮(N0X),通常燃燒室5 內(nèi)的平均空燃比基于空燃比傳感器22的輸出信號反饋控制為理論空燃比。而且,如上所述,在內(nèi)燃機高負荷運行時執(zhí)行圖8A所示的通常的循環(huán)。因此如圖 9所示,此時機械壓縮比降低,因此膨脹變低,在圖9中如實線所示,進氣門7的關閉正時提前。另外,此時吸入空氣量較多,此時節(jié)氣門17的開度保持為全開或者大致全開,所以泵送損失為零。另一方面,如在圖9中如實線所示,在內(nèi)燃機負荷變低時,伴隨于此,為了減少吸入空氣量,使進氣門7的關閉正時延遲。另外此時為了將實際壓縮比大致保持為一定,如圖 9所示那樣隨著內(nèi)燃機負荷變低而使機械壓縮比增大,因此隨著內(nèi)燃機負荷變低,膨脹比也增大。另外,此時節(jié)氣門17也保持為全開或者大致全開,因此不通過節(jié)氣門17而通過變更進氣門7的關閉正時而控制向燃燒室5內(nèi)供給的吸入空氣量。此時泵送損失也為零。這樣在內(nèi)燃機負荷從內(nèi)燃機高負荷運行狀態(tài)降低時,在實際壓縮比大致一定的情況下,隨著吸入空氣量減少而增大機械壓縮比。即,與吸入空氣量的減少成比例地減少活塞 4到達了壓縮上止點時的燃燒室5的容積。因此活塞4到達了壓縮上止點時的燃燒室5的容積與吸入空氣量成比例地變化。另外,此時燃燒室5內(nèi)的空燃比為理論空燃比,所以活塞 4到達了壓縮上止點時的燃燒室5的容積與燃料量成比例地變化。在內(nèi)燃機負荷變得更低時,機械壓縮比進一步增大,在內(nèi)燃機負荷降低到稍偏靠低負荷附近的中負荷L1時,機械壓縮比到達構成為燃燒室5的構造上限的界限機械壓縮比。在機械壓縮比到達界限機械壓縮比時,在負荷比機械壓縮比到達了界限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L1低的區(qū)域,機械壓縮比被維持為界限機械壓縮比。因此在低負荷側的內(nèi)燃機中負荷運行時以及內(nèi)燃機低負荷運行時,機械壓縮比變?yōu)樽畲?,膨脹比也變?yōu)樽畲?。換而言之,在低負荷側的內(nèi)燃機中負荷運行時和內(nèi)燃機低負荷運行時,為了得到最大的膨脹比, 將機械壓縮比設為最大。另一方面,在圖9所示的實施例中,即使內(nèi)燃機負荷變得比L1低,也如圖9中實線所示,進氣門7的關閉正時隨著內(nèi)燃機負荷變低而滯后,在內(nèi)燃機負荷降低到L2時,進氣門 7的關閉正時變?yōu)槟軌蚩刂葡蛉紵?內(nèi)供給的吸入空氣量的界限關閉正時。在進氣門7 的關閉正時到達界限關閉正時時,在負荷比進氣門7的關閉正時到達了界限關閉正時時的內(nèi)燃機負荷L2低的區(qū)域,將進氣門7的關閉正時保持為界限關閉正時。在將進氣門7的關閉正時保持為界限關閉正時時,已經(jīng)不能通過進氣門7的關閉正時的變化控制吸入空氣量。在圖9所示的實施例中,在此時即負荷比進氣門7的關閉正時到達了界限關閉正時時的內(nèi)燃機負荷L2低的區(qū)域,通過節(jié)氣門17控制向燃燒室5內(nèi)供給的吸入空氣量。但是,在通過節(jié)氣門17進行吸入空氣量的控制時,如圖9所示,泵送損失增大。而且,為了不發(fā)生這樣的泵送損失,在負荷比進氣門7的關閉正時達到了限界關閉正時時的內(nèi)燃機負荷L2低的區(qū)域中,在將節(jié)氣門17保持全開或大致全開的狀態(tài)下,可以設置成內(nèi)燃機負荷越低則使空燃比越大。此時優(yōu)選將燃料噴射閥13配置于燃燒室5內(nèi)進行成層燃燒?;蛘咴谪摵杀冗M氣門7的關閉正時達到了限界關閉正時時的內(nèi)燃機負荷1^2低的區(qū)域中,在將節(jié)氣門17保持全開或大致全開的狀態(tài)下,設置成內(nèi)燃機負荷越低則使EGR 閥對的開度越大。而且,在負荷比機械壓縮比達到了限界機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L1低的運行區(qū)域中,也不必一定要如上述控制進氣門7的關閉正時以及節(jié)氣門17的開度,在這樣的運行區(qū)域中,可以通過控制進氣門7的關閉正時以及節(jié)氣門17的開度中的任一方來控制吸入空氣量。另一方面,如圖9所示,在內(nèi)燃機負荷KL1高時,即在高負荷側的內(nèi)燃機中負荷運行時和內(nèi)燃機高負荷運行時,實際壓縮比相對于同一的內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速維持于大致同一的實際壓縮比。與此相對,在內(nèi)燃機負荷比L1低時,即機械壓縮比保持為限界機械壓縮比時,實際壓縮比由進氣門7的關閉正時決定,若如內(nèi)燃機負荷處于L1和L2之間那樣延遲進氣門7的關閉正時,則實際壓縮比降低,若如內(nèi)燃機負荷處于比L2低的運行區(qū)域那樣將進氣門7的關閉正時保持為限界關閉正時,則實際壓縮比被維持為一定值。而且,若內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速變高則在燃燒室5內(nèi)的混合氣中發(fā)生紊亂流,所以難以發(fā)生爆震,因此,在本發(fā)明的實施方式中,內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速越高,則使實際壓縮比越高。另一方面,如前述在圖8B中所示的超高膨脹比循環(huán)中膨脹比設為26。雖然該膨脹比越高越好,但如從圖7可知,即使對于實際上可使用的下限實際壓縮比ε =5,也只要為20以上就可得到相當高的理論熱效率。因此,在本發(fā)明中以使膨脹比變?yōu)?0以上的方式形成可變壓縮比機構Α。此外,在圖9所示示例中,使機械壓縮比對應于內(nèi)燃機負荷連續(xù)變化。然而,也可以使機械壓縮比對應于內(nèi)燃機負荷分階段變化。另一方面,如在圖9中虛線所示,還可通過隨著內(nèi)燃機負荷的降低提前進氣門7的關閉正時來控制吸入空氣量而不是由節(jié)氣門17來控制吸入空氣量。因此,若表現(xiàn)為可包含圖9中由實線表示的情況和由虛線表示的情況中任一種情況,則在根據(jù)本發(fā)明的實施例中,使進氣門7的關閉正時隨著內(nèi)燃機負荷的降低,而向從壓縮下止點離開的方向移動直到能夠控制供給燃燒室內(nèi)的吸入空氣量的界限關閉正時L2。然而,在本發(fā)明的實施方式中,如上所述,為了由三元催化劑21同時減低排氣中的未燃HC,CO和NOx,基于空燃比傳感器22的輸出信號將燃燒室5內(nèi)的平均空燃比反饋控制為理論空燃比(以下稱為“F/B控制”)。即,在本實施方式中,由配置在三元催化劑21的排氣上游側的空燃比傳感器22檢測排氣空燃比(三元催化劑21上游側的排氣通路,供給燃燒室5和吸氣通路的空氣與燃料的比率),并且,對來自燃料噴射閥13的燃料供給量進行 F/B控制以使得空燃比傳感器22的輸出值成為理論空燃比。以下,關于F/B控制具體地進行說明。首先,在本實施方式中,由下述式(1)算出應從燃料噴射閥13向各氣缸供給的燃料量(以下,稱為“目標燃料供給量”)Qft (η)。Qft (η) = Mc (η) /AFT+DQf (η-1) ... (1)其中,在上述式(1)中,η是表示ECU30中的計算次數(shù)值,例如Qft (η)表示由第η 次的計算(即在時刻η)算出的目標燃料供給量。而且,Mc (η)表示在進氣門7的關閉時之前假想吸入各氣缸的缸內(nèi)的空氣量(以下,稱為“缸內(nèi)吸入空氣量”)。缸內(nèi)吸入空氣量 Mc (η)例如通過預先實驗性地或通過計算求出將內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速Ne和由吸入空氣量檢測器18檢測的空氣流量mt作為參數(shù)的映射或計算式,將此映射或計算式保存于ECU30的R0M32,在內(nèi)燃機運行期間檢測內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速Ne以及空氣流量mt,基于這些檢測值通過上述映射或計算式來算出。而且,AFT是目標空燃比,在本實施方式中為理論空燃比。而且,DQf是關于后述的F/B控制而算出的燃料修正量。在燃料噴射閥13中噴射與如此算出的目標燃料供給量相對應量的燃料。而且,在上述說明中,缸內(nèi)吸入空氣量Mc (η)是基于將內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速Ne和空氣流量 mt作為參數(shù)的映射等算出的,然而例如也可以由基于進氣門7的關閉正時,節(jié)氣門17的開度以及大氣壓等的計算式等其他的方法來求取。圖10是示出算出來自燃料噴射閥13的目標燃料供給量Qft (η)的目標燃料供給量算出控制的控制例程的流程圖。圖示的控制例程以預定時間間隔的中斷進行。首先,步驟11中,由曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42以及吸入空氣量檢測器18檢測內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速Ne以及空氣流量mt。接著,在步驟12基于在步驟11中檢測的內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速Ne以及吸氣管通過空氣流量mt通過映射或通過計算式算出時刻η的缸內(nèi)吸入空氣量Mc(n)。接著,在步驟13中,基于在步驟12中算出的缸內(nèi)吸入空氣量Mc (η)以及在后述F/B控制中算出的時刻n-1的燃料修正量DQf (n-1),通過上述式(1)算出目標燃料供給量Qft (η),結束控制例程。在燃料噴射閥13中噴射與如此算出的目標燃料供給量Qft (η)相當量的燃料。其次,關于F/B控制進行說明。在本實施方式中,作為F/B控制,在各計算時算出基于空燃比傳感器22的輸出值而計算的實際的燃料供給量與上述的目標燃料供給量Qft 之間的燃料偏差量AQf,以使得此燃料偏差量AQf成為零的方式算出燃料修正量DQf。具體地,燃料修正量DQf由下述式⑵算出。而且,在下述式(2)中,DQf (n-1)是第n_l次的計算,即前一次的計算的燃料修正量,Kmp表示比例增益,Kmi表示積分增益。這些比例增益 Kmp、積分增益Kmi可以是預先確定的一定的值,也可以根據(jù)內(nèi)燃機運行狀態(tài)而變化的值。
ηDQf(n) = DQf(n-1) + Kmp · AQf(n) + Kmi. ^ AQf(k)
... (2)圖11是示出算出燃料修正量DQf的F/B控制的控制例程的流程圖。圖示的控制例程以預定時間間隔的中斷進行。首先,在步驟S21中,判定F/B控制的執(zhí)行條件是否成立。所謂F/B控制的執(zhí)行條件成立的情況,例如可以列舉不是內(nèi)燃機的冷態(tài)起動期間(即,內(nèi)燃機冷卻水溫為一定溫度以上且不進行起動時燃料增量等),不是在內(nèi)燃機運行中停止從燃料噴射閥的燃料噴射的燃料切斷控制期間等。在步驟S21中判定F/B控制的執(zhí)行條件成立的情況下進入步驟 S22。在步驟S22,檢測第η次的計算時的空燃比傳感器22的輸出值VAF (η)。接著,在步驟S23,基于在步驟22檢測的輸出值VAF(n)算出時刻η的實際空燃比AFR(η)。如此算出的實際空燃比AFR(η)通常為與第η次的計算時的流入三元催化劑21的排氣的實際的空燃比大致一致的值。接著,在步驟S24中,通過下述式C3),算出基于空燃比傳感器22的輸出值而算出的燃料供給量與目標燃料供給量Qft的燃料偏差量AQf。而且,在下述式C3)中,關于缸內(nèi)吸入空氣量Mc以及目標燃料供給量Qft使用第η次的計算時的值,然而也可使用第η次的計算時之前的值。
AQf (n) = Mc (η) /AFR (η) -Qft (η) ... (3)在步驟S25中,通過上述式(2)算出時刻η的燃料修正量DQf (η),結束控制例程。 算出的燃料修正量DQf (η)在算出目標燃料供給量時使用于上述式(1)中。另一方面,在步驟S21中判定F/B控制的執(zhí)行條件不成立的情況,不更新燃料修正量DQf (η)而結束控制例程。而且,在上述實施方式中,作為向基于空燃比傳感器22的輸出信號的理論空燃比的F/B控制,示出進行PI控制的情況,然而F/B控制不限于上述控制,可以進行各種各樣的控制。然而,在使用如上所述的可變壓縮比機構A的情況下,機械壓縮比越高,則活塞位于壓縮上止點時的燃燒室容積越小,其結果,面容比(活塞位于壓縮上止點時的燃燒室5的表面積與容積的比。以下,稱為“S/V比”)越大。當如此S/V比變大時,占燃燒室5全體的火焰波及不到的區(qū)域(消炎區(qū)域。接近燃燒室的壁面等火焰不能到達的區(qū)域)相對地變大。 由于基本上即使燃燒室5內(nèi)的混合氣燃燒時火焰也不能到達,所以此火焰波及不到的區(qū)域內(nèi)的混合氣中所包含的HC不燃燒。因此,若機械壓縮比變高,S/V比增大,則即使是燃燒室 5內(nèi)的混合氣發(fā)生燃燒,而不進行燃燒的HC的量相對地增大。另一方面,若燃燒室5內(nèi)的混合氣發(fā)生燃燒,則燃燒室5內(nèi)變成為高溫?;鹧娌安坏降膮^(qū)域內(nèi)的HC若如此暴露于高溫,則一部分要變換成氫(H2)。該H2之后在燃燒室5內(nèi)不進行燃燒而是從燃燒室5排出。因此,若通過可變壓縮比機構A提高機械壓縮比高,則S/ V比增大,其結果,排氣中所包含吐的量增大。特別地,在本實施方式中,機械壓縮比被設為 20以上很高的壓縮比,所以,與通常的內(nèi)燃機(機械壓縮比被控制為12左右的內(nèi)燃機)相比s/ν比變得極端地大,與此相伴隨,排氣中所包含的吐的量也變多。另一方面,在本實施方式中,在F/B控制空燃比時,使用空燃比傳感器22的輸出值。此外,此空燃比傳感器22對H2靈敏度高。因此,若排氣中的H2濃度高,則空燃比傳感器22的輸出值有向濃側偏移的傾向。即使是空燃比傳感器22的輸出值如此發(fā)生了偏移,只要不使用可變壓縮比機構 Α,排氣中所包含的吐的比例總是大致均一,由此空燃比傳感器22的輸出值的偏移程度總是大致均一,所以,通過予先進行一定的修正就可以適當?shù)剡M行補償。但是,若使用可變壓縮比機構Α,排氣中所包含的壓的比例根據(jù)機械壓縮比、即根據(jù)S/V比而變化,所以即使是進行一定的修正也不能適當?shù)剡M行補償。而且,在通常的內(nèi)燃機中,排氣中所包含的H2的量并不是那么多,由此空燃比傳感器22的輸出值的偏移也是可以無視的程度的量。但是,在機械壓縮比為20以上的很高壓縮比的火花點火式內(nèi)燃機中,存在S/V比極端地變大的情況,與此相伴隨,排氣中所包含的 H2的比例也變高。因此,導致空燃比傳感器22的輸出值變成為不能無視的程度地增大而向濃側偏移,不能夠正確地檢測排氣的空燃比。其結果,存在不再能適當?shù)乜刂瓶杖急?,招致燃燒效率的惡化及排氣排放的惡化的情況。于是,在本發(fā)明的第一實施方式中,根據(jù)機械壓縮比控制目標空燃比。圖12是示出機械壓縮比和目標空燃比的關系的圖。從圖12可知,在機械壓縮比高時與低時相比目標空燃比設定得較低(設定在濃側)。更具體地,隨著機械壓縮比變高, 目標空燃比設定成較低。換而言之,在本實施方式中,隨著S/ν比變高,目標空燃比設定成較低。在此,如上所述,排氣中所包含的H2的量隨著機械壓縮比變高而增多。而且,排氣中所包含的吐的量變得越多,空燃比傳感器22的輸出值向濃側偏移的程度越大。因此,隨著機械壓縮比變高,空燃比傳感器22的輸出值向濃側偏移的程度變大。在本實施方式中,隨著機械壓縮比變高,目標空燃比向濃側設定。因此,即使是機械壓縮比變高而空燃比傳感器22的輸出值向濃側偏移,由于目標空燃比以相應的量向濃側設定,結果,就被F/B控制而使得排氣的空燃比成為實際的目標空燃比(即理論空燃比)。 即,根據(jù)本實施方式,通過以由機械壓縮比變高而在空燃比傳感器22的輸出值中產(chǎn)生的偏移的量來修正目標空燃比,在空燃比傳感器22的輸出值中產(chǎn)生的偏移得到補償。換而言之,在本實施方式中,對作為關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)的目標空燃比進行修正,而使得由變更機械壓縮比而變化的壓濃度的影響變小。而且,在本發(fā)明的第一實施方式中,根據(jù)進氣門7的關閉正時控制目標空燃比。圖13是示出機械壓縮比和目標空燃比的關系的圖。圖中的實線是進氣門7的關閉正時設定為延遲側的情況,圖中的虛線是進氣門7的關閉正時設定為提前側的情況,圖中的單點劃線示出進氣門7的關閉正時設定為中間程度的正時的情況。從圖13可知,進氣門7的關閉正時處于提前側時與處于延遲側時相比,目標空燃比設定得低(濃側)。更具體地,隨著進氣門7的關閉正時提前,目標空燃比設定為較低。然而,若進氣門7的關閉正時提前,則實際的壓縮作用開始得早,其結果,實際壓縮比變高。若實際壓縮比變高,活塞位于壓縮上止點時的燃燒室5內(nèi)的混合氣的密度變高。 因此,火焰波及不到的區(qū)域內(nèi)存在的HC的量增大,由此,燃燒室5內(nèi)發(fā)生的H2的量也增大。 若如此吐的量增大,空燃比傳感器22產(chǎn)生的偏移變大。對以上進行綜合,若進氣門7的關閉正時提前,則空燃比傳感器22產(chǎn)生的偏移變大。在此,在本實施方式中,隨著進氣門7的關閉正時提前,目標空燃比設定在濃側。 因此,即使是進氣門7的關閉正時提前而空燃比傳感器22的輸出值偏移到濃側,目標空燃比以相應的量設定到濃側,結果,被進行F/B控制使得排氣的空燃比成為實際的目標空燃比(即,理論空燃比)。即,根據(jù)本實施方式,以由進氣門7的關閉正時提前而在空燃比傳感器22的輸出值中產(chǎn)生的偏移的量對目標空燃比修正,使得空燃比傳感器22的輸出值中產(chǎn)生的偏移得到補償。換而言之,在本實施方式中,對作為關于內(nèi)燃機的運行參數(shù)的目標空燃比進行了修正,使得由變更進氣門7的關閉正時而變化的H2濃度的影響變小。進而,在本發(fā)明的第一實施方式中,根據(jù)EGR閥M的開度控制目標空燃比。圖14是示出機械壓縮比和目標空燃比的關系的圖。圖中的實線示出EGR閥M的開度大的情況,圖中的虛線示出EGR閥的開度小的情況,圖中的單點劃線示出EGR閥M的開度為中間程度的情況。從圖14可知,EGR閥M的開度小時與大時相比,目標空燃比設定得低(濃側)。更具體地,隨著EGR閥M的開度變小,目標空燃比設定得低。然而,若EGR閥M的開度變大,供給到燃燒室5內(nèi)的EGR氣體的量增大。如此向燃燒室5內(nèi)供給的EGR氣體的量增大,相對地向燃燒室5內(nèi)供給的空氣和燃料的混合氣的量減少,燃燒室5內(nèi)的混合氣的密度降低。因此,火焰波及不到的區(qū)域內(nèi)存在的HC的量減少,由此在燃燒室5內(nèi)發(fā)生的H2的量減少。若如此H2的量減少,則在空燃比傳感器22中產(chǎn)生的偏移變小。結合以上可知,若EGR閥M的開度變大,則在空燃比傳感器22中產(chǎn)生的偏移變小。逆而言之,若EGR閥M的開度小,則空燃比傳感器22中產(chǎn)生的偏移變大。在此,在本實施方式中,隨著EGR閥M的開度變小,目標空燃比設定為濃側。因此, 即使EGR閥M的開度變小而空燃比傳感器22的輸出值向濃側偏移,目標空燃比以相應的量向濃側設定,結果,被F/B控制使得排氣的空燃比成為實際的目標空燃比(即,理論空燃比)。即,根據(jù)本實施方式,通過以由EGR閥M的開度變小而在空燃比傳感器22的輸出值產(chǎn)生的偏移的量對目標空燃比修正,在空燃比傳感器22的輸出值產(chǎn)生的偏移得到補償。換言之,在本實施方式中,對作為關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)的目標空燃比進行了修正,使得由變更EGR閥M的開度而變化的壓濃度的影響變小。而且,在上述實施方式中,在執(zhí)行F/B控制時,使用空燃比傳感器22。但是,也可取代空燃比傳感器22而使用氧傳感器來執(zhí)行F/B控制。而且,氧傳感器和空燃比傳感器22 同樣對吐的靈敏度高。因此,也可以取代空燃比傳感器22而使用氧傳感器,在此情況下, 與使用上述空燃比傳感器22的情況執(zhí)行同樣的控制。而且,除了空燃比傳感器及氧傳感器以外,還存在對吐的靈敏度高的傳感器。作為這樣的傳感器的例子,例如可以列舉檢測排氣中的NOxW濃度的NOx傳感器。在NOx傳感器中,存在排氣中的吐濃度越高則檢測出越低的NOx濃度的傾向。于是,在基于NOx傳感器的輸出值控制內(nèi)燃機的運行的情況下,對關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)進行修正,使得執(zhí)行機械壓縮比越高則NOx濃度越比NOx傳感器檢測的NOx濃度高時所進行的內(nèi)燃機的運行控制。例如,在機械壓縮比高時,將目標空燃比修正得低(濃側)、 或者進行修正使得執(zhí)行使排氣空燃比暫時變濃的暫時濃空燃比7 7 〃 4々)控制的
頻度變多。綜上所述,在本發(fā)明的實施方式中,是以伴隨著機械壓縮比的增大而增大的排氣中的吐濃度的影響變小的方式,根據(jù)機械壓縮比對關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)進行修正。而且,在上述實施方式中,根據(jù)機械壓縮比控制目標空燃比。但是,若S/V比發(fā)生變更則排氣中的H2的濃度變化而產(chǎn)生同樣的問題,所以,如上所述的控制,不限于可變壓縮比機構A,也可以適用于具有能夠變更S/V比的S/V比變更機構的內(nèi)燃機。而且,在上述實施方式中,作為排氣凈化催化劑使用了三元催化劑,也可以使用 NOxK藏還原催化劑等其他的排氣凈化催化劑。而且,在上述實施方式中,將目標空燃比設為理論空燃比,但是目標空燃比不一定非要設為理論空燃比,例如也可以將相比理論空燃比靠稀側的空燃比設為目標空燃比。圖15是示出設定目標空燃比的控制的控制例程的流程圖。如圖15所示的,首先, 在步驟S31檢測機械壓縮比。接著,在步驟S32中檢測進氣門7的關閉正時。接著,在步驟 S33檢測EGR閥M的開度。在步驟S34基于在步驟S31檢測的機械壓縮比使用圖16A所示的映射算出基于機械壓縮比的目標空燃比的修正量k ε m。接著,在步驟S35基于在步驟 S32檢測的進氣門7的關閉正時使用圖16B所示的映射算出基于進氣門關閉正時的目標空燃比的修正量kivc。在步驟S36中,基于在步驟S33檢測的EGR閥M的開度使用圖16C 所示的映射算出基于EGR閥開度的目標空燃比的修正量kegr。接著,在步驟S37中將從實際的目標空燃比AFTbase減去在步驟S34 步驟S36中算出的修正量的值設為目標空燃比 AFT。如此算出的目標空燃比AFT在圖10的步驟S13中使用。而且,在上述實施方式中,基于進氣門7的關閉正時以及EGR閥M的開度算出目標空燃比的修正量,也可以基于進氣門7的關閉正時以及EGR閥M的開度算出目標空燃比的修正系數(shù),將如此算出的修正系數(shù)乘以基于機械壓縮比算出的目標空燃比的修正量。其次,關于本發(fā)明的第二實施方式的內(nèi)燃機的控制裝置進行說明。第二實施方式的內(nèi)燃機的控制裝置的構成基本上與第一實施方式的內(nèi)燃機的控制裝置的構成是同樣的。 但是,在第一實施方式的內(nèi)燃機的控制裝置中,是根據(jù)機械壓縮比等來變更關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)的值,與此相對,在第二實施方式的內(nèi)燃機的控制裝置中,根據(jù)機械壓縮比等對檢測裝置的輸出值進行修正。圖17是示出機械壓縮比和空燃比傳感器22的輸出值的向稀側的修正量的關系的圖。圖中的實線示出進氣門7的關閉正時設定為延遲側的情況,圖中的虛線示出進氣門7 的關閉正時設定為提前側的情況,圖中的單點劃線示出進氣門7的關閉正時設定為中間程度的正時的情況。從圖17可知,在機械壓縮比高時與低時相比,空燃比傳感器22的向稀側的修正量變大。更具體地,隨著機械壓縮比增高,空燃比傳感器22的向稀側的修正量變大。換言之, 在本實施方式中,隨著S/V比變高,空燃比傳感器22的向稀側的修正量變大。根據(jù)本實施方式,即使機械壓縮比變高而空燃比傳感器22的輸出值向濃側偏移, 空燃比傳感器22的輸出值向稀側修正相應的量,結果,空燃比傳感器22的修正后的輸出值示出實際的排氣的空燃比。即,根據(jù)本實施方式,通過由機械壓縮比變高而在空燃比傳感器 22的輸出值中產(chǎn)生的偏移的量來修正空燃比傳感器22的輸出值,從而在空燃比傳感器22 的輸出值中產(chǎn)生的偏移得到補償。換言之,在本實施方式中,是以由變更機械壓縮比而變化的H2濃度的影響變小的方式,來修正輸出值根據(jù)吐的濃度變化的檢測裝置的輸出值。而且,從圖17可知,在進氣門7的關閉正時處于提前側時與處于延遲側時相比,空燃比傳感器22的向稀側的修正量變大。更具體地,隨著進氣門7的關閉正時提前,空燃比傳感器22的向稀側的修正量變大。根據(jù)本實施方式,即使進氣門7的關閉正時提前而空燃比傳感器22的輸出值向濃側偏移,空燃比傳感器22的輸出值也向稀側修正相應的量,結果,空燃比傳感器22的修正的輸出值表示實際的排氣的空燃比。即,根據(jù)本實施方式,通過以因進氣門7的關閉正時提前而在空燃比傳感器22的輸出值中產(chǎn)生的偏移的量對空燃比傳感器22的輸出值進行修正,使得在空燃比傳感器22的輸出值中產(chǎn)生的偏移得到補償。換言之,在本實施方式中,以因變更進氣門7的關閉正時而變化的H2濃度的影響變小的方式,對輸出值根據(jù)H2濃度而變化的檢測裝置的輸出值進行修正。而且,在EGR閥M的開度小時與大時相比,也可以使空燃比傳感器22的向稀側的修正量變大。在此情況下,更具體地,隨著EGR閥M的開度變小,空燃比傳感器22的向稀側的修正量變大。由此,即使EGR閥M的開度變小而空燃比傳感器22的輸出值向濃側偏移,空燃比傳感器22的輸出值也向稀側修正相應的量,所以空燃比傳感器22的被修正的輸出值成為表示實際的排氣的空燃比。而且,在本實施方式中,與上述第一實施方式同樣地,在取代空燃比傳感器22使用氧傳感器及NOx傳感器的情況下也進行同樣的控制。因此,綜上所述,在本發(fā)明的實施方式中,將檢測排氣中的特定的成分的濃度的檢測裝置、即輸出值根據(jù)排氣中的氫濃度而變化的檢測裝置的輸出值(即,排氣中的特定的成分的濃度)根據(jù)機械壓縮比來修正。
其次,關于本發(fā)明的第三實施方式的內(nèi)燃機的控制裝置進行說明。第三實施方式的內(nèi)燃機的控制裝置的構成基本上與第二實施方式的內(nèi)燃機的控制裝置的構成同樣。但是,在本實施方式的內(nèi)燃機的控制裝置中,空燃比傳感器22的輸出值根據(jù)目標空燃比而被修正。然而,在上述實施方式的內(nèi)燃機中,目標空燃比為理論空燃比被設為大致一定。與此相對,在本實施方式的內(nèi)燃機中,根據(jù)內(nèi)燃機運行狀態(tài)變更目標空燃比。例如,在本實施方式中,作為排氣凈化催化劑使用NOx吸藏還原催化劑,在通常運行時目標空燃比設為稀, 并且,在要使NOx吸藏還原催化劑所吸藏的NOx脫離時將目標空燃比設為濃。如此,對于目標空燃比根據(jù)內(nèi)燃機運行狀態(tài)而變化的內(nèi)燃機,在第三實施方式的內(nèi)燃機的控制裝置中, 根據(jù)目標空燃比變更空燃比傳感器22的向稀側的修正量。圖18是示出機械壓縮比和空燃比傳感器22的輸出值的向稀側的修正量的關系的圖。圖中的實線示出目標空燃比設定為稀側的情況,圖中的虛線示出目標空燃比設定為濃側的情況,圖中的單點劃線示出目標空燃比設定為大致理論空燃比的情況。從圖18可知,在目標空燃比低(處于濃側)時與高(處于稀側)時相比將空燃比傳感器22的向稀側的修正量設為較大。更具體地,隨著目標空燃比變低,空燃比傳感器22 的向稀側的修正量變大。在此,若燃燒室5內(nèi)的混合氣的空燃比變低,則混合氣中的HC濃度增大。若混合氣中的HC濃度高,則火焰波及不到的區(qū)域內(nèi)存在的HC的量增大,由此燃燒室5內(nèi)發(fā)生的H2 的量增大。若如此H2的量增大,空燃比傳感器22產(chǎn)生的偏移變大。綜上所述,若燃燒室5 內(nèi)的混合氣的空燃比降低,空燃比傳感器22的輸出值向濃側偏移。在此,在本實施方式中,隨著目標空燃比降低,將空燃比傳感器22的向稀側的修正量設為較大。因此,即使目標空燃比變低,空燃比傳感器22的輸出值向濃側偏移,空燃比傳感器22的輸出值也將向稀側修正相應的量,結果,空燃比傳感器22的修正后的輸出值成為表示實際的排氣的空燃比。即,根據(jù)本實施方式,通過以因目標空燃比變低而在空燃比傳感器22的輸出值中產(chǎn)生的偏移的量對空燃比傳感器22的輸出值進行修正,使得在空燃比傳感器22的輸出值中產(chǎn)生的偏移得到補償。換言之,在本實施方式中,以因變更目標空燃比而變化的H2濃度的影響變小的方式,對輸出值根據(jù)H2濃度變化的檢測裝置的輸出值進行修正。其次,關于本發(fā)明的第四實施方式的內(nèi)燃機的控制裝置進行說明。第四實施方式的火花點火式內(nèi)燃機,如圖19所示的,除了配置在三元催化劑21的排氣上游側的空燃比傳感器22以外,還具備配置在三元催化劑21的排氣下游側的氧傳感器22’。此外,存在空燃比傳感器22的輸出值因空燃比傳感器22由排氣的熱而劣化等而發(fā)生偏移的情況。若如此空燃比傳感器22的輸出值發(fā)生偏移,則會致使空燃比傳感器22例如本來在排氣空燃比為理論空燃比時所發(fā)生的輸出電壓在與理論空燃比相比為稀時發(fā)生。 在本實施方式中,通過使用下游側的氧傳感器22’的副F/B控制對在空燃比傳感器22的輸出值中產(chǎn)生的偏移進行補償,使得空燃比傳感器22的輸出值成為與實際的排氣空燃比對應的值。S卩,氧傳感器22’可以檢測排氣空燃比相比理論空燃比是濃還是稀,在實際的排氣空燃比為稀時,氧傳感器24的輸出電壓成為低值,在實際的排氣空燃比為濃時,氧傳感器24的輸出電壓成為高值。因此,在實際的排氣空燃比為大致理論空燃比時,即在理論空燃比附近上下反復時,氧傳感器22’的輸出電壓在高值和低值之間反復反轉(zhuǎn)。從此觀點看,在本實施方式中,對空燃比傳感器22的輸出值進行了修正,使得氧傳感器22’的輸出電壓在高值和低值之間反復反轉(zhuǎn)。圖20是實際的排氣空燃比、氧傳感器的輸出值、空燃比傳感器22的輸出修正值 efsfb的時間圖。圖20的時間圖,與以實際的排氣空燃比成為理論空燃比的控制無關,示出在空燃比傳感器22發(fā)生偏移時實際的排氣空燃比未成為理論空燃比的情況下,空燃比傳感器22產(chǎn)生的偏移要得到補償?shù)臓顩r。在圖20所示的例子中,在時刻t0,實際的排氣空燃比未成為理論空燃比,相比理論空燃比為稀。這是因為,在空燃比傳感器22發(fā)生偏移,實際的排氣空燃比相比理論空燃比為稀的空燃比時,由空燃比傳感器22輸出與理論空燃比對應的輸出值。此時氧傳感器 22’的輸出值為低值??杖急葌鞲衅?2的輸出修正值efsfb是對在圖11的步驟S22算出的輸出值VAF 進行加算的修正值,在圖11的步驟S23中,基于對在步驟S22算出的輸出值VAF加上該輸出修正值efsfb而得到的值算出實際空燃比AFR(η)。因此,在此輸出修正值efsfb為正值的情況下,空燃比傳感器22的輸出值向稀側修正,為負值的情況下空燃比傳感器22的輸出值向濃側修正。從而,輸出修正值efsfb的絕對值越大,則空燃比傳感器22的輸出值進行越大的修正。與空燃比傳感器22的輸出值為大致理論空燃比時無關地,在氧傳感器22’的輸出值為低值時,意味著空燃比傳感器22的輸出值向濃側偏移了。于是,在本實施方式中,在氧傳感器22’的輸出值為低值時,如圖20所示的,使輸出修正值efsfb的值增大,將空燃比傳感器22的輸出值向稀側修正。另一方面,與空燃比傳感器22的輸出值為大致理論空燃比無關地,在氧傳感器24的輸出值為高值時,使輸出修正值efsfb的值減少,將空燃比傳感器 22的輸出值向濃側修正。具體地,輸出修正值efsfb的值通過下述式(4)計算。而且,在下述式(4)中, efsfb (n-1)是第n-1次,即前一次的計算時的輸出修正值,Ksp表示比例增益,Ksi表示積分增益。而且,Δ VO(η)表示第η次的計算時的氧傳感器22’的輸出值和目標輸出值(在本實施方式中,與理論空燃比對應的值)的輸出偏差。
權利要求
1.一種內(nèi)燃機的控制裝置,具有能夠變更燃燒室的S/V比的s/ν比變更機構、輸出值根據(jù)伴隨著S/ν比的增大而增大的排氣中的氫濃度而變化的檢測裝置,基于該檢測裝置的輸出值控制內(nèi)燃機,其中,根據(jù)上述S/ν比變更機構的s/ν比,對上述檢測裝置的輸出值或關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)進行修正。
2.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,進行上述檢測裝置的輸出值或關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)的修正,使得伴隨著S/ν比的增大而增大的排氣中的氫濃度的影響變小。
3.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,上述檢測裝置是檢測氫以外的排氣中的特定的成分的濃度的裝置,根據(jù)上述S/ν比變更機構的s/ν比,對由上述檢測裝置檢測出的特定的成分的濃度進行修正。
4.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,上述檢測裝置是檢測氫以外的排氣中的特定的成分的濃度的裝置,根據(jù)上述S/V比變更機構的S/V比,對關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)進行修正。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,上述檢測裝置是檢測排氣中的氧濃度或空燃比的氧傳感器或空燃比傳感器。
6.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,上述關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)是目標空燃比。
7.根據(jù)權利要求3或4所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,上述檢測裝置是檢測排氣中的 NOx濃度的NOx傳感器。
8.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,還具有能夠控制進氣門的關閉正時的可變氣門正時機構,除了根據(jù)上述S/V比變更機構的S/V比以外,還根據(jù)進氣門的關閉正時,對上述檢測裝置的輸出值或關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)進行修正。
9.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,還具有連通內(nèi)燃機吸氣通路和內(nèi)燃機排氣通路的EGR通路、開閉該EGR通路的EGR閥,除了根據(jù)上述S/V比變更機構的S/ V比以外,還根據(jù)EGR閥的開度,對上述檢測裝置的輸出值或關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)進行修正。
10.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,還具有配置于內(nèi)燃機排氣通路內(nèi)的排氣凈化催化劑,上述檢測裝置具有配置于上述排氣凈化催化劑的上游側的上游側的氧傳感器或空燃比傳感器、和配置于該排氣凈化催化劑的下游側的下游側的氧傳感器或空燃比傳感器,基于上述上游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值控制燃料供給量使得排氣空燃比變?yōu)槟繕丝杖急?,在上述上游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值從實際的排氣空燃比偏移了的情況下,基于上述下游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值對上游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值或者燃料供給量進行修正,根據(jù)上述S/ν比變更機構的s/ν比,對基于上述下游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值的上述上游側的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出值或者燃料供給量的修正量進行修正。
11.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,上述S/ν比變更機構是能夠變更機械壓縮比的可變壓縮比機構。
12.根據(jù)權利要求11所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,還具有能夠控制進氣門的關閉正時的可變氣門正時機構,供給到燃燒室內(nèi)的吸入空氣量主要通過改變進氣門的關閉正時來控制,在內(nèi)燃機低負荷運行時與內(nèi)燃機高負荷運行時相比,機械壓縮比被增高。
13.根據(jù)權利要求11所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,在內(nèi)燃機低負荷運行時,機械壓縮比被設定為最大機械壓縮比。
14.根據(jù)權利要求11所述的內(nèi)燃機的控制裝置,其中,在內(nèi)燃機低負荷運行時,膨脹比被設為20以上。
全文摘要
本發(fā)明的內(nèi)燃機的控制裝置具有能夠變更燃燒室的S/V比的S/V比變更機構、輸出值根據(jù)伴隨著S/V比的增大而增大的排氣中的氫濃度而變化的檢測裝置,基于該檢測裝置的輸出值控制內(nèi)燃機。而且,根據(jù)S/V比變更機構的S/V比,對檢測裝置的輸出值或關于內(nèi)燃機的運行的參數(shù)進行修正。由此,即使伴隨著S/V比的增大而排氣中的氫濃度增大,也可以適當?shù)乜刂苾?nèi)燃機。
文檔編號F02D19/02GK102325982SQ200980157149
公開日2012年1月18日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權日2009年2月20日
發(fā)明者岡崎俊太郎, 加古純一 申請人:豐田自動車株式會社
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