專利名稱：用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常，在增壓式內(nèi)燃機中，在排氣通路中催化劑的上游處布置有渦輪增壓器渦輪機，因此內(nèi)燃機從排氣口到催化劑的排氣通路的長度變得比自然吸氣式內(nèi)燃機的長。此外，由于排氣通路的長度增大和渦輪增壓器的存在，所以排氣系統(tǒng)的熱容量增大，并且熱輻射表面積增大。因此，在增壓式內(nèi)燃機中，來自內(nèi)燃機的排氣的溫度降低，直至到達催化劑為止。尤其是，在內(nèi)燃機冷起動后，使催化劑曖機(也就是說，使催化劑的溫度升高至活性化溫度)需要時間，所以易于發(fā)生排氣排放惡化。
此外，已知一種處理該問題的方法，該方法提供用于繞過渦輪增壓器渦輪機的排氣旁通通路和打開/關(guān)閉該排氣旁通通路的排氣旁通閥，當(dāng)催化劑應(yīng)當(dāng)暖機時，使排氣繞過渦輪增壓器渦輪機，以便將高溫排氣供給到催化劑(例如，見日本專利公報(A)No.2001-107722)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，當(dāng)排氣以這種方式繞過渦輪增壓器渦輪機時，排氣到達催化劑之前的滯留時間縮短，所以排氣的后燃(更具體地，排氣中所包含的碳氫化合物在排氣通路內(nèi)的燃燒)不充分，到達催化劑的排氣中碳氫化合物(HC)的量變大，結(jié)果導(dǎo)致排放惡化。
本發(fā)明是考慮到上述問題而作出的，并且本發(fā)明的目的是提供一種使排氣繞過渦輪增壓器渦輪機以促進催化劑暖機的用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，該用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)能夠抑制排放惡化，同時促進催化劑早期暖機。
作為用于解決上述問題的手段，本發(fā)明提供一種如權(quán)利要求書中所述的用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)。
在本發(fā)明的第一方面中，提供一種用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，所述內(nèi)燃機設(shè)有主排氣通路、排氣旁通通路和排氣旁通閥，所述主排氣通路從所述內(nèi)燃機的排氣口延伸通過渦輪增壓器渦輪機并且進一步通過催化劑，以向外側(cè)空氣開放，所述排氣旁通通路通過在所述渦輪機上游側(cè)從所述主排氣通路分支并且在所述渦輪機下游側(cè)在到達所述催化劑之前與所述主排氣通路合并而繞過所述渦輪增壓器渦輪機，所述排氣旁通閥設(shè)置在所述排氣旁通通路處，所述用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機暖機狀態(tài)和催化劑暖機狀態(tài)中的至少一者控制點火定時，直至所述內(nèi)燃機機體的暖機和所述催化劑的暖機完成，并且所述控制系統(tǒng)還基于對所述點火定時的控制而控制所述排氣旁通閥的開度。
此外，在本發(fā)明的第二方面中，提供本發(fā)明的第一方面，其中當(dāng)所述內(nèi)燃機的點火定時被延遲(推遲，retard)到預(yù)定點火定時或被延遲得更多時，所述排氣旁通閥被打開以使所述催化劑暖機。
當(dāng)上述排氣旁通閥打開時，高溫排氣被供給到催化劑，使得催化劑的溫度升高，但由于排氣到達催化劑之前的滯留時間被縮短，所以排氣的后燃不充分，到達催化劑的排氣中碳氫化合物(HC)的量增大，結(jié)果在某些情況下導(dǎo)致排放惡化。另一方面，如果點火定時被延遲，則排氣的溫度升高并且后燃被促進，所以隨著點火定時被延遲，由于排氣旁通閥的打開/關(guān)閉狀態(tài)所引起的到達催化劑的排氣中碳氫化合物(HC)的量差別變小。當(dāng)點火定時被延遲到某個點火定時或被延遲得更多時，碳氫化合物(HC)的量不受排氣旁通閥的打開/關(guān)閉狀態(tài)的影響。然而，通常，如果內(nèi)燃機的點火定時被延遲，則燃燒變得不穩(wěn)定。此外，如果內(nèi)燃機尚未被暖機，則點火定時的延遲易于造成失火并且易于造成燃燒惡化。
從上文可知，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，可以抑制燃燒惡化，抑制排放惡化，并且促進催化劑早期暖機。此外，尤其在本發(fā)明的第二方面中，如果上述預(yù)定點火定時被設(shè)定為等于或延遲于使碳氫化合物(HC)的量不再受排氣旁通閥的打開/關(guān)閉狀態(tài)影響的點火定時，則排放的這種惡化能夠被可靠地抑制。也就是說，在這種情況下，即使上述排氣旁通閥被打開并且到達催化劑的排氣的滯留時間被縮短，排氣的后燃也是充分的，到達催化劑的排氣中的碳氫化合物(HC)的量不會變大，結(jié)果不再發(fā)生上述排放惡化。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，所述內(nèi)燃機設(shè)有主排氣通路、排氣旁通通路和排氣旁通閥，所述主排氣通路從所述內(nèi)燃機的排氣口延伸通過渦輪增壓器渦輪機并且進一步通過催化劑，以向外側(cè)空氣開放，所述排氣旁通通路通過在所述渦輪機上游側(cè)從所述主排氣通路分支并且在所述渦輪機下游側(cè)在到達所述催化劑之前與所述主排氣通路合并而繞過所述渦輪增壓器渦輪機，所述排氣旁通閥通過打開和關(guān)閉而打開和關(guān)閉所述排氣旁通通路，在所述內(nèi)燃機起動后，當(dāng)所述內(nèi)燃機的點火定時被延遲到預(yù)定點火定時或被延遲得更多時，所述用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)打開所述排氣旁通閥以使所述催化劑暖機。
如上所述，當(dāng)打開上述排氣旁通閥時，高溫排氣被供給到催化劑，催化劑的溫度升高被促進，但到達催化劑的排氣中碳氫化合物(HC)的量增大，結(jié)果在某些情況下導(dǎo)致排放惡化。另一方面，如果延遲點火定時，則由于上述排氣旁通閥的打開/關(guān)閉狀態(tài)所引起的到達催化劑的排氣中碳氫化合物(HC)的量的差別變小。當(dāng)點火定時被延遲到某個點火定時或被延遲得更多時，碳氫化合物(HC)的量不再受上述排氣旁通閥的打開/關(guān)閉狀態(tài)的影響。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定上述預(yù)定點火定時，可以抑制排放惡化并且促進催化劑早期暖機。此外，尤其在將上述預(yù)定點火定時設(shè)定為等于或延遲于使碳氫化合物(HC)的量不再受上述排氣旁通閥的打開/關(guān)閉狀態(tài)影響的點火定時的情況下，可以可靠地抑制上述排放惡化。也就是說，在這種情況下，即使打開上述排氣旁通閥并且排氣到達催化劑之前的滯留時間被縮短，排氣的后燃也是充分的，到達催化劑的排氣中的碳氫化合物(HC)的量不會變大，結(jié)果不再發(fā)生上述排放惡化。
在本發(fā)明的第四方面中，提供本發(fā)明的第二或第三方面，其中從所述內(nèi)燃機起動到所述內(nèi)燃機成為預(yù)定的發(fā)動機暖機狀態(tài)，使所述點火定時為提前于所述預(yù)定點火定時的定時。
在本發(fā)明的第五方面中，提供本發(fā)明的第二至第四方面中的任意一個，其中在所述內(nèi)燃機起動并且所述內(nèi)燃機機體處于預(yù)定的發(fā)動機暖機狀態(tài)后，所述點火定時被延遲到所述預(yù)定點火定時或被延遲得更多，并且所述排氣旁通閥被打開。
如上所述，通常，當(dāng)內(nèi)燃機的點火定時被延遲時，燃燒變得不穩(wěn)定。此外，如果內(nèi)燃機尚未被暖機，則點火定時的延遲易于造成失火并且易于造成燃燒惡化。因此，根據(jù)本發(fā)明的第四和第五方面，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定上述預(yù)定的發(fā)動機暖機狀態(tài)，可以可靠地抑制燃燒惡化，抑制排放惡化，并且促進催化劑早期暖機。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供本發(fā)明的第一、第二、第四和第五方面中的任意一個，其中所述內(nèi)燃機機體的發(fā)動機暖機狀態(tài)基于進氣壓力而被判斷。
如果內(nèi)燃機機體的溫度升高，則排氣的溫度升高。如果排氣的溫度升高，則渦輪增壓器渦輪機的轉(zhuǎn)速升高。如果渦輪增壓器渦輪機的轉(zhuǎn)速升高，則進氣壓力升高。因此，根據(jù)本發(fā)明的第六方面，通過使用進氣壓力，可以容易地并且準確地判斷內(nèi)燃機機體的發(fā)動機暖機狀態(tài)。
在本發(fā)明的第七方面中，提供本發(fā)明的第一至第六方面中的任意一個，其中在使進氣壓力成為預(yù)定的進氣壓力或更小后，為使所述催化劑暖機而打開的排氣旁通閥被關(guān)閉。
當(dāng)排氣旁通閥被關(guān)閉時，被供給到渦輪增壓器渦輪機的排氣的量增大，所以渦輪機的轉(zhuǎn)速升高。因此，當(dāng)上述排氣旁通閥被關(guān)閉時，進氣壓力迅速升高，并且在某些情況下發(fā)生轉(zhuǎn)矩沖擊。另一方面，如果使進氣壓力足夠低，則即使渦輪機的轉(zhuǎn)速升高，進氣壓力也不會受到大的影響。結(jié)果，轉(zhuǎn)矩也不會受到大的影響。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第七方面，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定預(yù)定的進氣壓力，可以抑制由于排氣旁通閥的關(guān)閉引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。


本發(fā)明的這些和其它目的及特征從以下參照附圖對優(yōu)選實施例的說明將變得更清楚，附圖中圖1是示出一內(nèi)燃機的整體構(gòu)造的說明圖，該內(nèi)燃機使用了本發(fā)明一實施例的用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)；圖2是內(nèi)燃機的點火定時Tf、排氣中碳氫化合物(HC)的量Qhc(更具體地，在到達催化劑的時間點排氣中HC的量)以及排氣旁通閥的打開/關(guān)閉狀態(tài)的關(guān)系圖；圖3是在本發(fā)明一實施例中作為整體執(zhí)行的暖機控制的控制例程的流程圖；圖4是在圖3的步驟200處執(zhí)行的發(fā)動機機體暖機處理的控制例程的流程圖；圖5是在圖3的步驟300處執(zhí)行的上游催化劑暖機處理的控制例程的流程圖；圖6是在圖3的步驟400處執(zhí)行的下游催化劑暖機處理的控制例程的流程圖；圖7示出在執(zhí)行圖3的流程圖中所示的暖機控制的情況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速Ne、點火定時Tf、排氣旁通閥開度(或打開/關(guān)閉狀態(tài))θb、排氣溫度Gt、進氣壓力Pm、節(jié)氣門開度θt以及進氣量累積值Ga隨時間變化的示例。
具體實施例方式
以下將參照附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖1是一內(nèi)燃機的整體構(gòu)造的說明圖，該內(nèi)燃機使用本發(fā)明一實施例的用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)。應(yīng)注意，圖示內(nèi)燃機是直噴式(將燃料直接噴射到燃燒室中的類型)汽油機。然而，例如，本發(fā)明也可應(yīng)用于進氣口噴射式(將燃料噴射到進氣口中的類型)汽油機或其它內(nèi)燃機。
在圖1中，1指示發(fā)動機機體，2指示氣缸體，3指示氣缸蓋，4指示活塞，5指示燃燒室，6指示電控式燃料噴射器，6b指示火花塞，7指示進氣門，8指示進氣口，9指示排氣門，10指示排氣口。氣缸體2設(shè)有用于檢測冷卻水的溫度的冷卻水溫度傳感器50，所述冷卻水用于冷卻內(nèi)燃機。
各進氣口8經(jīng)由對應(yīng)的進氣管11與穩(wěn)壓罐12相連。穩(wěn)壓罐12經(jīng)由進氣管13與渦輪增壓器(排氣渦輪增壓器)14的壓縮機15相連。穩(wěn)壓罐12設(shè)有用于檢測內(nèi)燃機的進氣壓力的進氣壓力傳感器51。此外，在上述壓縮機15上游側(cè)的進氣管13設(shè)有用于檢測被吸入燃燒室5的空氣的量(進氣量)的空氣流量計52。
在進氣管13內(nèi)布置有由步進馬達16驅(qū)動的節(jié)氣門17。此外，進氣管13周圍布置有冷卻系統(tǒng)18，該冷卻系統(tǒng)用于冷卻流過進氣管13內(nèi)部的進氣。在圖1所示的內(nèi)燃機中，發(fā)動機冷卻水被導(dǎo)入冷卻系統(tǒng)18。該發(fā)動機冷卻水被用于冷卻進氣。另一方面，排氣口10經(jīng)由排氣歧管19和排氣管20連接到渦輪增壓器14的渦輪機21。渦輪機21的出口經(jīng)由排氣管20與上游三元催化劑23和下游三元催化劑24(以下簡稱為“上游催化劑23”和“下游催化劑24”)相連。在渦輪機21上游側(cè)的排氣管20設(shè)有用于檢測空燃比的氧濃度傳感器(或空燃比傳感器)53。
此外，如圖1所示，從在渦輪機21上游側(cè)的排氣管20分支有旁通管25。該旁通管25在渦輪機21下游側(cè)在到達上游催化劑23之前與排氣管20合并。也就是說，旁通管25被設(shè)置為使得排氣能夠繞過上述渦輪機21。旁通管25設(shè)有排氣旁通閥26，該排氣旁通閥具有增壓壓力控制閥的功能。通過操作該排氣旁通閥，能夠控制經(jīng)過旁通管25的排氣。
應(yīng)注意，從以上說明可以清楚地看出，本實施例中內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)包括主排氣通路，該主排氣通路從排氣口10延伸通過渦輪增壓器14的渦輪機21并且進一步通過催化劑(上游催化劑23和下游催化劑24)，以向外側(cè)空氣開放；排氣旁通通路，該排氣旁通通路通過在渦輪機上游側(cè)從上述主排氣通路分支并且在渦輪機下游側(cè)在到達上游催化劑23之前與主排氣通路合并而繞過上述渦輪增壓器14的渦輪機21；以及排氣旁通閥26，該排氣旁通閥打開和關(guān)閉以打開和關(guān)閉上述排氣旁通通路。
另一方面，各燃料噴射器6都經(jīng)由燃料管6a與燃料儲蓄器，即所謂的輸送管27相連。輸送管27供給有來自電控式可變排出量(variabledischarge)燃料泵28的燃料。供給到輸送管27的燃料經(jīng)由各燃料管6a被供給到各燃料噴射器6。輸送管27設(shè)有用于檢測輸送管27內(nèi)的燃料壓力的燃料壓力傳感器29。燃料泵28的排出量基于燃料壓力傳感器29的輸出信號而被控制，使得輸送管27內(nèi)的燃料壓力成為目標(biāo)燃料壓力。
電子控制單元30由數(shù)字計算機組成，該數(shù)字計算機包括通過雙向總線31連接的部件，即，只讀存儲器(ROM)32、隨機存取存儲器(RAM)33、微處理器(CPU)34、輸入口35以及輸出口36。燃料壓力傳感器29、冷卻水溫度傳感器50、進氣壓力傳感器51、空氣流量計52以及氧濃度傳感器(或空燃比傳感器)53輸出經(jīng)由對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器37被輸入到輸入口35信號。
加速踏板40連接到負荷傳感器41，該負荷傳感器產(chǎn)生與加速踏板40的下壓量成比例的輸出電壓。負荷傳感器41輸出經(jīng)由對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器37被輸入到輸入口35的電壓。此外，輸入口35與曲柄轉(zhuǎn)角傳感器42相連，每當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)過例如15°時該曲柄轉(zhuǎn)角傳感器產(chǎn)生一輸出脈沖。另一方面，輸出口36經(jīng)由對應(yīng)的驅(qū)動電路38與燃料噴射器6、火花塞6b、節(jié)氣門驅(qū)動步進馬達16、排氣旁通閥26以及燃料泵28相連。
然而，通常在增壓式內(nèi)燃機中，如圖1所示，在催化劑上游側(cè)布置有渦輪增壓器渦輪機，所以從內(nèi)燃機的排氣口到催化劑的排氣通路長度比自然吸氣式內(nèi)燃機的長。此外，由于排氣通路長度的增大和渦輪增壓器的存在，排氣系統(tǒng)的熱容量增大，并且熱輻射表面積增大。因此，在增壓式內(nèi)燃機中，來自內(nèi)燃機的排氣的溫度在排氣到達催化劑之前降低。尤其是，緊接在內(nèi)燃機冷起動之后，使催化劑暖機(即，使催化劑的溫度升高至活性化溫度)需要很長時間，因此易于造成排氣排放惡化。
此外，為了應(yīng)對該問題，當(dāng)具有圖1所示的構(gòu)造時，即，當(dāng)設(shè)有用于繞過渦輪增壓器渦輪機的排氣旁通通路以及用于打開和關(guān)閉排氣旁通通路的排氣旁通閥時，在使催化劑暖機時，有時使排氣繞過渦輪增壓器渦輪機，以便將高溫排氣供給到催化劑，用于使催化劑早期暖機。
然而，通過以這種方式使排氣繞過渦輪增壓器渦輪機，排氣到達催化劑之前的滯留時間被縮短，所以排氣的后燃(更具體地，排氣中所包含的碳氫化合物在排氣通路內(nèi)的燃燒)不充分，到達催化劑的排氣中碳氫化合物(HC)的量變大，結(jié)果有時導(dǎo)致排放惡化。
因此，在本實施例中，考慮到這點，在內(nèi)燃機起動后，通過以下說明的控制使催化劑暖機，以抑制排放惡化并且促進催化劑早期暖機。該控制利用了這樣的事實，即，內(nèi)燃機的點火定時Tf、排氣中碳氫化合物(HC)的量Qhc(更具體地，在到達催化劑時排氣中HC的量)以及上述排氣旁通閥26的打開/關(guān)閉狀態(tài)處于圖2所示的關(guān)系中。
圖2示出上述三者的關(guān)系，橫軸示出上述點火定時Tf，縱軸示出HC量Qhc。在圖中，曲線Op示出上述排氣旁通閥26被打開的情況，而曲線Cs示出上述排氣旁通閥26被關(guān)閉的情況。參照該圖可見，如果延遲點火定時Tf，則由于排氣旁通閥26的打開/關(guān)閉狀態(tài)所引起的HC量Qhc的差別逐漸變小。此外，尤其是當(dāng)點火定時被延遲到點火定時Tfk或被延遲得更多時，上述HC量Qhc不再受上述排氣旁通閥26的打開/關(guān)閉狀態(tài)的影響。
這是因為如果延遲點火定時Tf，則排氣的溫度升高，結(jié)果促進了上述后燃。尤其是，如果點火定時Tf被延遲到上述點火定時Tfk或被延遲得更多，則即使上述排氣旁通閥26被打開并且到達催化劑之前排氣的滯留時間被縮短，排氣的后燃也是充分的，并且HC量Qhc也不會比排氣旁通閥26被關(guān)閉的情況多。
結(jié)果，如果點火定時Tf等于或延遲于點火定時Tfk，則即使上述排氣旁通閥26被打開，上述HC量Qhc也不會增大。因此，不再發(fā)生上述排放惡化。
因此，如果點火定時Tf能夠被延遲到點火定時Tfk或被延遲得更多，則通過將點火定時Tf延遲到點火定時Tfk或延遲得更多，然后打開排氣旁通閥26，上述排放惡化能夠被可靠地抑制，并且催化劑能夠被早期暖機。
接下來，將詳細說明在本實施例中執(zhí)行的暖機控制。圖3是在本實施例中作為整體執(zhí)行的暖機控制的控制例程的流程圖。該控制例程與內(nèi)燃機起動一起開始。當(dāng)該控制例程開始時，首先，在步驟100處，判斷內(nèi)燃機是否處于冷態(tài)起動后(即，冷起動后)的怠速狀態(tài)。更具體地，在本實施例中，為了進行該判斷，判斷發(fā)動機冷卻水溫度Tw是否是預(yù)定的基準冷卻水溫度Tc或更低，以及加速踏板40的下壓量L是否是預(yù)定的基準下壓量Lc或更小。也就是說，如果判斷出發(fā)動機冷卻水溫度Tw是預(yù)定的基準冷卻水溫度Tc或更低，以及加速踏板40的下壓量L是預(yù)定的基準下壓量Lc或更小，則判斷為內(nèi)燃機處于冷起動后的怠速狀態(tài)。
如果在步驟100處判斷出內(nèi)燃機不處于冷起動后的怠速狀態(tài)，則控制例程終止。另一方面，如果在步驟100處判斷出內(nèi)燃機處于冷起動后的怠速狀態(tài)，則例程進行到步驟200。在步驟200處，執(zhí)行用于使發(fā)動機機體暖機的處理(發(fā)動機機體暖機處理)。由于稍后必須較大地延遲點火定時(具體地，在后面的步驟S300處)，因此這是作為準備而進行的。
也就是說，如上所述，如果將點火定時Tf延遲到上述點火定時Tfk或延遲得更多，然后通過打開排氣旁通閥26，上述HC量Qhc不增大，則上述排放惡化能夠被可靠地抑制，并且催化劑能夠被早期暖機。然而，通常，如果內(nèi)燃機的點火定時被延遲，則燃燒變得不穩(wěn)定。此外，如果發(fā)動機機體尚未被暖機，則點火定時的延遲容易造成失火，并且容易造成燃燒惡化。此外，將點火定時Tf延遲到上述點火定時Tfk或延遲得更多，通常意味著點火定時相當(dāng)大的延遲，所以如果在發(fā)動機機體尚未被暖機的狀態(tài)下進行，則會發(fā)生失火并且燃燒惡化。
因此，在本實施例中，首先，執(zhí)行步驟200的處理以使發(fā)動機機體曖機。應(yīng)注意，在如本實施例中一樣的直噴式內(nèi)燃機中，這里執(zhí)行的發(fā)動機機體暖機更具體地是指升高活塞4頂面的溫度。而在進氣口噴射式內(nèi)燃機中，發(fā)動機機體暖機是指升高進氣口和進氣門的溫度。因此，例如，在直噴式內(nèi)燃機中當(dāng)活塞4頂面的溫度升高至預(yù)定溫度或更高時，以及在進氣口噴射式內(nèi)燃機中當(dāng)進氣口和進氣門的溫度升高至預(yù)定溫度或更高時，發(fā)動機機體被暖機，并且上述發(fā)動機機體暖機處理終止。
圖4是在步驟200處執(zhí)行的發(fā)動機機體暖機處理的控制例程的流程圖。當(dāng)控制例程開始時，首先，在步驟201處，控制點火定時Tf。這里執(zhí)行的點火定時控制向著預(yù)定的目標(biāo)點火定時Tfh延遲點火定時Tf。該目標(biāo)點火定時Tfh是被延遲到即使發(fā)動機機體尚未被暖機也不會發(fā)生燃燒惡化的程度的點火定時，優(yōu)選地是在被延遲到不會發(fā)生失火的范圍內(nèi)的限度的情況下的點火定時。該點火定時是預(yù)先通過試驗等得出的，并且被用作目標(biāo)點火定時Tfh。該目標(biāo)點火定時Tfh通常在比上述點火定時Tfk提前的一側(cè)(見圖2)。
當(dāng)在步驟201處開始上述點火定時延遲控制時，例程進行到步驟203。在步驟203處，關(guān)閉排氣旁通閥26。在本實施例中，當(dāng)內(nèi)燃機起動時，上述排氣旁通閥26被關(guān)閉，更具體地，排氣旁通閥26保持關(guān)閉。這是因為，如上所述，當(dāng)點火定時Tf在比點火定時Tfk提前的一側(cè)時，如果排氣旁通閥26被打開，則HC量Qhc變得較大，并且會發(fā)生上述排放惡化。也就是說，這里通過關(guān)閉排氣旁通閥26，優(yōu)先權(quán)被賦予抑制上述排放惡化，而不是被賦予催化劑的早期暖機。
在步驟203之后，例程進行到步驟205。在步驟205處，判斷是否滿足發(fā)動機機體暖機完成條件。這里，發(fā)動機機體暖機完成條件是發(fā)動機機體處于發(fā)動機暖機狀態(tài)，在該狀態(tài)下，即使在隨后的步驟300處將點火定時Tf延遲到目標(biāo)點火定時Tfj(該點火定時Tfj被設(shè)定在比上述點火定時Tfk延遲的一側(cè))也不會發(fā)生失火。這在原理上可限定為，在直噴式內(nèi)燃機中，活塞4頂面的溫度升高至預(yù)定溫度或更高；在進氣口噴射式內(nèi)燃機中，進氣口和進氣門的溫度升高至預(yù)定溫度或更高。
在本實施例中，對應(yīng)于上述發(fā)動機機體暖機完成條件的發(fā)動機暖機狀態(tài)以進氣壓力Pm為基準來表達。當(dāng)進氣壓力Pm是對應(yīng)于完成條件的進氣壓力Pme時，判斷為滿足發(fā)動機機體暖機完成條件。也就是說，在本實施例中，基于進氣壓力判斷內(nèi)燃機機體的發(fā)動機暖機狀態(tài)。可以這樣做是因為如果內(nèi)燃機機體的溫度(更具體地，在直噴式內(nèi)燃機中，活塞4的頂面的溫度，而在進氣口噴射式內(nèi)燃機中，進氣口和進氣門的溫度)Et升高，則排氣的溫度Gt升高；如果排氣的溫度Gt升高，則渦輪增壓器渦輪機的轉(zhuǎn)速Nt升高；如果渦輪增壓器渦輪機的轉(zhuǎn)速Nt升高，則進氣壓力Pm升高；更具體地，這些參數(shù)處于基本成比例關(guān)系(Et∝Gt∝Nt∝Pm)。此外，通過以這種方式使用進氣壓力Pm，可以容易地并且準確地判斷內(nèi)燃機機體的發(fā)動機暖機狀態(tài)。應(yīng)注意，上述進氣壓力Pme的適當(dāng)值是預(yù)先通過試驗等得到的。
當(dāng)在步驟205處判斷出不滿足發(fā)動機機體暖機完成條件時，例程返回到步驟201，從該步驟201重復(fù)該控制例程。另一方面，當(dāng)判斷出滿足發(fā)動機機體暖機完成條件時，該控制例程終止(即，發(fā)動機機體暖機處理終止)并且例程進行到圖3的控制例程的步驟300。
在步驟300處，執(zhí)行用于使上游催化劑23暖機的處理(上游催化劑暖機處理)。圖5是在步驟300處執(zhí)行的上游催化劑暖機處理的控制例程的流程圖。當(dāng)控制例程開始時，首先在步驟301處控制點火定時Tf。這里執(zhí)行的點火定時控制向著預(yù)定的目標(biāo)點火定時Tfj延遲點火定時Tf。這里的目標(biāo)點火定時Tfj在比上述點火定時Tfk延遲的一側(cè)(見圖2)，并且被設(shè)定為使得與上述發(fā)動機機體暖機完成條件具有上述關(guān)系。
當(dāng)上述點火定時延遲控制在步驟301處開始時，例程進行到步驟303。在步驟303處，判斷此時的點火定時Tf是否是允許打開排氣旁通閥26的點火定時。也就是說，判斷此時的點火定時是否等于或延遲于上述點火定時Tfk。也就是說，如果此時的點火定時Tf等于或延遲于上述點火定時Tfk，則判斷為可打開排氣旁通閥26。如果此時的點火定時Tf在比上述點火定時Tfk提前的一側(cè)，則判斷為不可打開排氣旁通閥26。
當(dāng)在步驟303處判斷出可打開排氣旁通閥26時，例程進行到步驟305，在該步驟305打開排氣旁通閥26。另一方面，當(dāng)在步驟303處判斷出不可打開排氣旁通閥26時，例程進行到步驟307，在該步驟307排氣旁通閥26保持關(guān)閉。此外，從以上說明可以清楚地看出，通過這么做，可以可靠地抑制排放惡化，同時促進催化劑早期暖機。應(yīng)注意，如上所述，這里的目標(biāo)點火定時Tfj在比上述點火定時Tfk延遲的一側(cè)，所以當(dāng)點火定時Tf延遲到上述目標(biāo)點火定時Tfj時，排氣旁通閥26被打開。
在步驟305和307后，例程進行到步驟309。在步驟309處，判斷是否滿足上游催化劑暖機完成條件。這里，上游催化劑暖機完成條件是上游催化劑23的溫度升高至活性化溫度。在本實施例中，該上游催化劑暖機完成條件以從本次內(nèi)燃機起動起進氣量的累積值Ga為基準表達。當(dāng)該累積值Ga成為對應(yīng)于完成條件的進氣量的累積值Gaj或更大時，判斷為滿足上游催化劑暖機完成條件。也就是說，當(dāng)通過本實施例中的方法升高上游催化劑23的溫度時，上述累積值Gaj是從內(nèi)燃機的冷起動直到上游催化劑23的溫度升高至活性化溫度所吸入空氣量的累積值。該值Gaj預(yù)先通過試驗等得到。
當(dāng)在步驟309處判斷出不滿足上游催化劑暖機完成條件時，控制例程返回步驟301，從該步驟301重復(fù)該控制例程。另一方面，當(dāng)判斷出滿足上游催化劑暖機完成條件時，該控制例程終止(即，上游催化劑暖機處理終止)，并且例程進行到圖3的控制例程的步驟400。應(yīng)注意，當(dāng)接近判斷出上游催化劑暖機完成條件成立時，點火定時Tf被延遲到上述目標(biāo)點火定時Tfj。因此，通常，例程在上述排氣旁通閥26被打開的狀態(tài)下進行到步驟400。
在步驟400處，執(zhí)行用于使下游催化劑24暖機的處理(下游催化劑暖機處理)。圖6是在步驟400處執(zhí)行的下游催化劑暖機處理的控制例程的流程圖。當(dāng)控制例程開始時，首先，在步驟401處，控制點火定時Tf。這里執(zhí)行的點火定時控制向著預(yù)定的目標(biāo)點火定時Tfe提前點火定時Tf。這里的目標(biāo)點火定時Tfe在比上述點火定時Tfk提前的一側(cè)。而且，通常，也在比上述目標(biāo)點火定時Tfh提前的一側(cè)(見圖2)。
當(dāng)上述點火定時提前控制在步驟401處開始時，例程進行到步驟403。在步驟403處，判斷排氣旁通閥26是否處于打開狀態(tài)。當(dāng)在步驟403處判斷出排氣旁通閥26不處于打開狀態(tài)，也就是說，處于關(guān)閉狀態(tài)時，例程進行到步驟411。另一方面，當(dāng)在步驟403處判斷出排氣旁通閥26處于打開狀態(tài)時，例程進行到步驟405。應(yīng)注意，如上所述，通常，例程在上述排氣旁通閥26被打開的狀態(tài)下進行到步驟400。因此，當(dāng)例程初次進行到步驟403時，排氣旁通閥26處于打開狀態(tài)，從而例程進行到步驟405。
當(dāng)例程進行到步驟405時，判斷是否有排氣旁通閥26的關(guān)閉要求。這判斷此時的點火定時Tf是否在比點火定時Tfk提前的一側(cè)。也就是說，如果此時的點火定時Tf在比點火定時Tfk提前的一側(cè)，則判斷為有排氣旁通閥26的關(guān)閉要求。如果點火定時Tf等于或延遲于點火定時Tfk，則判斷為沒有排氣旁通閥26的關(guān)閉要求。做出該判斷是由于，如上所述，當(dāng)點火定時Tf在比點火定時Tfk提前的一側(cè)時，排氣旁通閥26的打開會增大HC量Qhc，因此為了抑制排放惡化，最好關(guān)閉排氣旁通閥26。
當(dāng)在步驟405處判斷出有排氣旁通閥26的關(guān)閉要求時，例程進行到步驟407，而當(dāng)判斷出沒有排氣旁通閥26的關(guān)閉要求時，例程在排氣旁通閥26打開的狀態(tài)下進行到步驟411。當(dāng)例程進行到步驟407時，判斷進氣壓力Pm是否是預(yù)定的進氣壓力Pmc或更小。
也就是說，在本實施例中，當(dāng)點火定時Tf的提前控制在上述步驟401處開始時，節(jié)氣門17被控制到關(guān)閉側(cè)，從而轉(zhuǎn)矩不會伴隨點火定時Tf的提前而升高。因此，進氣壓力Pm逐漸下降，并且在該步驟407處判斷進氣壓力Pm是否成為預(yù)定的進氣壓力或更小。這里，上述進氣壓力Pmc是足夠低的進氣壓力Pm，以便即使排氣旁通閥26被關(guān)閉并且渦輪增壓器14渦輪機21的轉(zhuǎn)速Nt升高進氣壓力Pm也不受影響，所述進氣壓力Pmc是考慮了這點預(yù)先通過試驗等得到的。
當(dāng)在步驟407處判斷出此時的進氣壓力Pm是上述進氣壓力Pmc或更小時，例程進行到步驟409，在該步驟409關(guān)閉上述排氣旁通閥26。另一方面，當(dāng)在步驟407處判斷出此時的進氣壓力Pm大于上述進氣壓力Pmc時，例程在排氣旁通閥26被打開的狀態(tài)下進行到步驟411。在本實施例中，執(zhí)行該控制以抑制由于排氣旁通閥26的關(guān)閉而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩沖擊。也就是說，如果上述排氣旁通閥26被關(guān)閉，則供給到渦輪增壓器14的渦輪機21的排氣量增大，所以渦輪機的轉(zhuǎn)速升高。因此，當(dāng)排氣旁通閥26被關(guān)閉時，進氣壓力迅速升高，并且在某些情況下會發(fā)生轉(zhuǎn)矩沖擊，但如果使進氣壓力足夠低，則即使渦輪機的轉(zhuǎn)速升高，進氣壓力也根本不受到大的影響，結(jié)果轉(zhuǎn)矩也根本不受到大的影響。這里，僅當(dāng)判斷出進氣壓力Pm是上述進氣壓力Pmc或更小時上述排氣旁通閥26才被關(guān)閉，所以可以抑制由于排氣旁通閥26的關(guān)閉引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。
當(dāng)例程從上述步驟403、405和407進行到步驟411時，判斷是否滿足下游催化劑暖機完成條件。這里，下游催化劑暖機完成條件是下游催化劑24的溫度升高至活性化溫度。在本實施例中，與上述上游催化劑暖機完成條件相似，該下游催化劑暖機完成條件以從本次內(nèi)燃機起動起進氣量的累積值Ga為基準表達。當(dāng)該累積值Ga成為對應(yīng)于完成條件的進氣量的累積值Gak或更大時，判斷為滿足下游催化劑暖機完成條件。也就是說，當(dāng)通過本實施例中的方法升高下游催化劑24的溫度時，上述累積值Gak是從內(nèi)燃機的冷起動直到下游催化劑24的溫度升高至活性化溫度所吸入空氣量的累積值。該值Gak預(yù)先通過試驗等得到。
當(dāng)在步驟411處判斷出不滿足下游催化劑暖機完成條件時，例程返回步驟401，從該步驟401再次執(zhí)行該控制例程。另一方面，當(dāng)判斷出滿足下游催化劑暖機完成條件時，該控制例程終止(即，下游催化劑暖機處理終止)。因此，由圖3的控制例程所示的暖機控制終止。
圖7示出在執(zhí)行上述暖機控制的情況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速Ne、點火定時Tf、排氣旁通閥開度(或打開/關(guān)閉狀態(tài))θb、排氣溫度Gt、進氣壓力Pm、節(jié)氣門開度θt和進氣量累積值Ga隨時間變化的示例。在該示例中，從時刻t1到t2的間隔對應(yīng)于發(fā)動機機體暖機處理(步驟200)，從時刻t2到t5的間隔對應(yīng)于上游催化劑暖機處理(步驟300)，從時刻t5到t8的間隔對應(yīng)于下游催化劑暖機處理(步驟300)。
在本示例中，在時刻t1處，判斷出內(nèi)燃機處于冷起動后的怠速狀態(tài)(步驟100)，然后開始發(fā)動機機體暖機處理(步驟200)。也就是說，從時刻t1起，點火定時延遲控制開始，其中點火定時Tf被向著上述目標(biāo)點火定時Tfh延遲。此后，點火定時Tf被延遲到目標(biāo)點火定時Tfh。維持該點火定時Tfh直到時刻t2。在從時刻t1到t2的間隔中，上述排氣旁通閥26維持在關(guān)閉狀態(tài)。在從時刻t1到t2的間隔中，隨著排氣溫度Gt的升高，渦輪增壓器渦輪機的轉(zhuǎn)速Nt升高，所以進氣壓力Pm逐漸升高。當(dāng)在時刻t2進氣壓力Pm達到進氣壓力Pme時，判斷為發(fā)動機機體已進入預(yù)定的發(fā)動機暖機狀態(tài)，也就是說，發(fā)動機機體暖機完成條件滿足，并且發(fā)動機機體暖機處理(步驟200)終止，上游催化劑暖機處理(步驟300)繼而開始。
當(dāng)上游催化劑暖機處理(步驟300)開始時，點火定時延遲控制開始，其中點火定時Tf被向著上述目標(biāo)點火定時Tfj延遲。而且，在該示例中，在時刻t3處點火定時Tf被延遲到上述點火定時Tfk。如果點火定時Tf被延遲到上述點火定時Tfk，則如上所述，在本實施例中，判斷為上述排氣旁通閥26可以被打開，所以在時刻t3處，上述排氣旁通閥26被打開。因此，進氣壓力Pm開始下降。
此后，點火定時Tf被進一步延遲。在時刻t4處，點火定時Tf被延遲到上述目標(biāo)點火定時Tfj。而且，維持該點火定時Tfj直到時刻t5。應(yīng)注意，從時刻t2到t4，為了抑制轉(zhuǎn)矩隨點火定時Tf的延遲而下降，使節(jié)氣門開度θt較大。在時刻t5處，進氣量的累積值Ga達到上述累積值Gaj，并且上游催化劑暖機完成條件滿足。因此，上游催化劑暖機處理(步驟300)終止，下游催化劑暖機處理(步驟400)繼而開始。
當(dāng)下游催化劑暖機處理(步驟400)開始時，點火定時提前控制開始，其中點火定時Tf被向著上述目標(biāo)點火定時Tfe提前。而且，在該示例中，在時刻t6處點火定時Tf被提前到點火定時Tfk。如上所述，當(dāng)點火定時Tf被提前于上述點火定時Tfk時，判斷為存在對于上述排氣旁通閥26的關(guān)閉要求。因此，當(dāng)經(jīng)過時刻t6后，判斷為存在對于上述排氣旁通閥26的關(guān)閉要求。
然而，在時刻t6，進氣壓力Pm大于上述進氣壓力Pmc，所以排氣旁通閥26保持打開。然后當(dāng)在時刻t7處進氣壓力Pm下降到上述進氣壓力Pmc時，排氣旁通閥26被關(guān)閉。而且，在時刻t8處，進氣量的累積值Ga達到上述累積值Gak，并且下游催化劑暖機完成條件滿足。因此，下游催化劑暖機處理(步驟400)終止，并且暖機控制作為整體終止。應(yīng)注意，從時刻t5到t8，為了抑制轉(zhuǎn)矩隨點火定時Tf的提前而升高等，使節(jié)氣門開度θt較小。
如上所述，在本實施例中，在內(nèi)燃機機體的暖機和催化劑的暖機完成之前，點火定時根據(jù)發(fā)動機暖機狀態(tài)和催化劑暖機狀態(tài)中的至少一者而被控制，并且排氣旁通閥的開度基于點火定時的控制而被控制。
此外，更具體地，在本實施例中，在內(nèi)燃機起動后，在內(nèi)燃機進入預(yù)定的發(fā)動機暖機狀態(tài)之前，點火定時Tf被設(shè)定在比上述點火定時Tfk提前的定時，并且上述排氣旁通閥26被關(guān)閉。而且，在內(nèi)燃機進入預(yù)定的發(fā)動機暖機狀態(tài)后，點火定時Tf被延遲到上述點火定時Tfk或被延遲得更多，并且上述排氣旁通閥26被打開。而且，如上所述，通過這樣做，可以抑制燃燒惡化，同時可靠地抑制排放惡化，并且促進催化劑早期暖機。
此外，在本實施例中，為使催化劑暖機而打開的排氣旁通閥26在進氣壓力Pm等于上述進氣壓力Pmc或更小之后被關(guān)閉。而且，如上所述，通過這樣做，可以抑制由于排氣旁通閥26的關(guān)閉而引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。
應(yīng)注意，在上述實施例中，點火定時Tf至少被延遲到點火定時Tfk——其中HC量Qhc不再受排氣旁通閥26的打開/關(guān)閉狀態(tài)的影響，然后上述排氣旁通閥26被打開；但在另一個實施例中，如果點火定時Tf被延遲到設(shè)定在比點火定時Tfk提前的點火定時Tfx，則上述排氣旁通閥26可以被打開。也就是說，代替上述實施例中的點火定時Tfk，可以使用上述點火定時Tfx。
如上所述，如果點火定時被延遲，則由于上述排氣旁通閥26的打開/關(guān)閉狀態(tài)所引起的HC量Qhc差別逐漸變小，所以即使這樣做，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定點火定時Tfx(例如，通過將點火定時Tfx設(shè)定為較接近上述點火定時Tfk)，也可以獲得將排放惡化抑制到相當(dāng)程度的效果，并且還可以促進催化劑早期暖機。而且，在這種情況下，點火定時Tf的延遲量變小，所以可減小燃燒惡化的可能性。
此外，在另一個實施例中，在控制例程中，可以刪除圖3的步驟200的發(fā)動機機體暖機處理，代之以在步驟300的上游催化劑暖機處理中在步驟301處將點火定時Tf反復(fù)地延遲到此時不會發(fā)生失火的延遲最多的點火定時，從而將點火定時延遲到上述目標(biāo)點火定時Tfj。在這種情況下，實質(zhì)上，在該步驟301處執(zhí)行發(fā)動機機體暖機處理。
雖然已參照為了示意性目的而選擇的具體實施例說明了本發(fā)明，但顯而易見，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對其做出許多變型而不背離本發(fā)明的基本概念和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，所述內(nèi)燃機設(shè)有主排氣通路、排氣旁通通路和排氣旁通閥，所述主排氣通路從所述內(nèi)燃機的排氣口延伸通過渦輪增壓器渦輪機并且進一步通過催化劑，以向外側(cè)空氣開放，所述排氣旁通通路通過在所述渦輪機上游側(cè)從所述主排氣通路分支并且在所述渦輪機下游側(cè)在到達所述催化劑之前與所述主排氣通路合并而繞過所述渦輪增壓器渦輪機，所述排氣旁通閥設(shè)置在所述排氣旁通通路處，所述用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機暖機狀態(tài)和催化劑暖機狀態(tài)中的至少一者控制點火定時，直至所述內(nèi)燃機機體的暖機和所述催化劑的暖機完成，并且所述控制系統(tǒng)還基于對所述點火定時的控制而控制所述排氣旁通閥的開度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述內(nèi)燃機的點火定時被延遲到預(yù)定點火定時或被延遲得更多時，所述排氣旁通閥被打開以使所述催化劑暖機。
3.一種用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，所述內(nèi)燃機設(shè)有主排氣通路、排氣旁通通路和排氣旁通閥，所述主排氣通路從所述內(nèi)燃機的排氣口延伸通過渦輪增壓器渦輪機并且進一步通過催化劑，以向外側(cè)空氣開放，所述排氣旁通通路通過在所述渦輪機上游側(cè)從所述主排氣通路分支并且在所述渦輪機下游側(cè)在到達所述催化劑之前與所述主排氣通路合并而繞過所述渦輪增壓器渦輪機，所述排氣旁通閥通過打開和關(guān)閉而打開和關(guān)閉所述排氣旁通通路，在所述內(nèi)燃機起動后，當(dāng)所述內(nèi)燃機的點火定時被延遲到預(yù)定點火定時或被延遲得更多時，所述用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)打開所述排氣旁通閥以使所述催化劑暖機。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，其中，從所述內(nèi)燃機起動到所述內(nèi)燃機成為預(yù)定的發(fā)動機暖機狀態(tài)，使所述點火定時為提前于所述預(yù)定點火定時的定時。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，其中，在所述內(nèi)燃機起動并且所述內(nèi)燃機機體處于預(yù)定的發(fā)動機暖機狀態(tài)后，所述點火定時被延遲到所述預(yù)定點火定時或被延遲得更多，并且所述排氣旁通閥被打開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4和5中任一項所述的用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)燃機機體的發(fā)動機暖機狀態(tài)基于進氣壓力而被判斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，其中，在使進氣壓力成為預(yù)定的進氣壓力或更小后，為使所述催化劑暖機而打開的所述排氣旁通閥被關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)，該增壓式內(nèi)燃機設(shè)有主排氣通路(20)、排氣旁通通路(25)和排氣旁通閥(26)，所述主排氣通路延伸通過渦輪增壓器渦輪機(21)并且還通過催化劑(23，24)，以向外側(cè)空氣開放，所述排氣旁通通路通過在渦輪機的上游側(cè)從主排氣通路分支并在到達在渦輪機下游側(cè)的催化劑之前與主排氣通路合并而繞過渦輪增壓器渦輪機，所述排氣旁通閥設(shè)置在排氣旁通通路處，該用于增壓式內(nèi)燃機的控制系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)燃機暖機狀態(tài)和催化劑暖機狀態(tài)中的至少一者控制點火定時，直到內(nèi)燃機的暖機和所述催化劑的暖機完成為止，并且該控制系統(tǒng)還基于點火定時的控制而控制排氣旁通閥的開度。
文檔編號F01N3/24GK101091042SQ20068000158
公開日2007年12月19日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)明者入澤泰之, 久保田博文, 田中敏彥 申請人:豐田自動車株式會社, 株式會社電裝