專利名稱：發動機用氣門正時控制設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發動機用氣門正時控制設備，具體涉及一種用于當發動機處于冷態時無論燃料種類如何都能實現穩定的發動機旋轉的發動機用氣門正時控制設備。
背景技術：
一般來說，進氣門和排氣門的開啟/關閉正時對發動機功率有很大影響，并且可能會存在以下情況通過改變開啟/關閉正時的設定來設置氣門重疊范圍。在氣門重疊范圍內，為使進氣門和排氣門的操作角重疊而設定的氣門重疊量可實現進氣效率的改進，這是因為當發動機高速旋轉時，由于進氣的慣性而可把排氣向排氣通路壓出。
隨著發動機速度從低速變為高速，需要根據要求來改變氣門重疊范圍。具體地說，假定使用一種在活塞的排氣沖程中通過進氣口噴射燃料的MPI(多點噴射)型發動機，例如在發動機的冷態起動時，燃料將附著到進氣口的壁面，從而造成緩慢的加速。因此，需要根據發動機的運轉狀態來改變氣門重疊范圍。因此，公開了一種根據發動機的運轉狀態來開啟進氣門和排氣門并且改變重疊的氣門正時控制設備(例如，日本公開專利10-176557號公報)。
氣門正時控制裝置通過在發動機處于冷態時減少重疊量來減少內部EGR(廢氣再循環)。這可防止緩慢的加速，并可減少內部EGR，從而確保燃燒的穩定性。
而且，氣門正時控制裝置對發動機所用燃料的汽化特性做出判定。當判定為使用了汽化特性良好的輕質燃料時，重疊量增加到比在使用汽化特性不良的重質燃料的情況下的大。因此，即使在發動機處于冷態時，根據燃料種類，燃料也不大可能附著到進氣口的壁面等上。
而且，如果由于例如在發動機的冷態起動時空燃比的變化而使燃燒不穩定，則重疊量減少到接近零，以便在活塞的排氣上死點(TDC)使排氣門的關閉正時和進氣門的開啟正時彼此對應。這可減少內部EGR，從而確保燃燒的穩定性。
另外，如上所述，在發動機冷態起動時把重疊量減少到接近零可減少內部EGR，因此可確保燃燒穩定性。然而，在該情況下，向進氣口回吹的排氣量減少，并且一次排出并再吸入到氣缸內的排氣的百分率降低，從而產生某些問題。具體地說，減少內部EGR會產生以下問題當發動機進行冷態起動時，由于不能促進燃料霧化，所以燃料汽化惡化了。特別是在使用汽化特性不良的重質燃料的情況下，空燃比過度貧化，從而造成不穩定的發動機旋轉和發動機熄火。
為了解決該問題，可以設想通過增加燃料來使空燃比富化，但這會產生以下問題在發動機的冷態起動時，未燃燃料(HC)增加，從而使排氣性能惡化。
因此，有必要針對發動機冷態起動時的不穩定的發動機旋轉采取某些措施。然而，根據上述現有技術，盡管當發動機處于冷態時把重疊量設定得較小，但是重疊量的這種設定是在對燃料的汽化特性做出判定之后進行的。具體地說，盡管可以根據燃料的汽化特性來改變重疊量，但當發動機進行冷態起動時，卻未對重疊量加以特別考慮，從而由于燃料種類的變化，將造成不穩定的發動機旋轉和發動機熄火。
發明內容
因此，本發明的目的就是提供一種在發動機處于冷態時無論燃料種類如何都能實現穩定的發動機旋轉的發動機用氣門正時控制設備。
為了達到上述目的，提供了一種發動機用氣門正時控制設備，其包括可變氣門機構，其能夠使發動機中的進氣門的開啟正時和排氣門的關閉正時中的至少一個改變；經過時間檢測裝置，用于對發動機冷態起動后所經過的時間段進行檢測；以及正時控制裝置，用于對可變氣門機構進行控制；其中，正時控制裝置提供提前角控制，以把進氣門的開啟正時和排氣門的關閉正時中的至少一個提前得早于排氣上死點，直到由經過時間檢測裝置所檢測的經過時間段已達到預定時間段。
以下將參照附圖對本發明的性質以及其他目的和優點進行說明，在所有圖中，類似的參考符號表示相同或類似的部分，圖中圖1是示出根據本發明實施例的發動機系統的布置的圖；圖2是示出由圖1的氣門正時控制設備所執行的冷態起動控制例程的流程圖；圖3是示出由圖1的氣門正時控制設備所執行的冷態起動控制過程的正時圖；以及圖4是示出由所述氣門正時控制設備所執行的另一冷態起動控制過程的正時圖。
具體實施例方式
現在將參照示出本發明優選實施例的附圖對本發明進行詳細說明。
圖1是示出應用于根據本發明實施例的發動機氣門正時控制設備的發動機系統的布置的圖。
作為用于根據本實施例的氣門正時控制設備的內燃發動機(以下稱為“發動機”)1，例如采用一種其中可通過進氣口9噴射燃料的多點噴射型發動機(MPI型發動機)。
如圖1所示，在發動機1內的各氣缸的氣缸蓋2處，沿基本上水平的方向形成進氣口9。在各進氣口9的燃燒室5側設置有進氣門11，該進氣門11使各進氣口9與燃燒室5連通或隔絕。進氣門11使進氣口9a根據隨著發動機1的旋轉而旋轉的凸輪軸12的凸輪12a的運動而開啟和關閉。向各氣缸內噴射燃料的電磁式噴射器6裝設到各進氣口9上。包括燃料箱在內的燃料供給裝置(未示出)通過燃料管7與噴射器6相連接。噴射器6在活塞21的排氣沖程中向燃燒室5噴射燃料。
進氣歧管10的一端與各進氣口9連接。對進氣量進行調節的電磁式節氣門17設置在進氣歧管10內。對節氣門開度進行檢測的節氣門位置傳感器(TPS)18設置在節氣門17的附近。并且，對進氣量進行檢測的卡門渦旋式空氣流量傳感器19設置在進氣歧管10內的節氣門17的上游。
火花塞4裝設到各氣缸的氣缸蓋2上，并且輸出高電壓的點火線圈8與該火花塞4相連接，使得來自進氣歧管10的新鮮空氣和來自噴射器6的燃料的空氣-燃料混合物在燃燒室5內被火花點燃。
并且，在發動機1內的各氣缸的氣缸蓋2處，沿基本上水平的方向形成排氣口13。在各排氣口13的燃燒室5側設置排氣門15，該排氣門15使各排氣口13與燃燒室5連通或隔絕。排氣門13使排氣口13a根據隨著發動機1的旋轉而旋轉的凸輪軸16的凸輪16a的運動而開啟和關閉。
排氣歧管14的一端與各排氣口13相連接。排氣管20與排氣歧管14的另一端相連接，而在排氣管20內設置有三元催化轉化器30，該三元催化轉化器30能夠在空燃比接近化學計量空燃比的情況下有效地凈化HC、CO和NOx。并且，在排氣管20內的三元催化轉化器30的正上游設置有O2傳感器22，該O2傳感器22對排氣的空燃比以及排氣中的氧濃度進行檢測。
氣缸蓋2設有可變氣門機構40，該可變氣門機構40能夠通過使凸輪12a和凸輪16a的相位改變到提前角側或延遲角側來改變進氣門11和排氣門15的開啟/關閉正時。例如，將用于搖動凸輪軸12、16的擺動式可變氣門正時機構用作可變氣門機構40。應該注意，擺動式可變氣門正時機構是公知的，因此省略其詳細說明。
ECU(電子控制單元)60設有輸入/輸出裝置、存儲裝置、中央處理單元(CPU)等，并對發動機1的總體操作進行控制。
ECU 60的輸入側連接有各種傳感器，例如水溫傳感器62，用于對發動機1的冷卻水溫度進行檢測；曲軸轉角傳感器64，用于對發動機1的曲軸轉角進行檢測；以及上述TPS 18、空氣流量傳感器19以及O2傳感器22，并且來自這些傳感器的檢測信息都被輸入到ECU 60。發動機1的發動機速度(實際Ne)是根據曲軸轉角傳感器64的檢測結果來檢測的。并且，與燃料的預定汽化特性對應的發動機1的目標發動機速度(目標Ne)被設定在ECU 60的存儲裝置內；當使用汽化特性良好的輕質燃料時，把燃料量和空氣量設定成使實際Ne等于或大于目標Ne。
另一方面，ECU 60的輸出側連接有各種輸出裝置，例如上述噴射器6、點火線圈8、節氣門17以及可變氣門機構40。根據從各種傳感器提供的檢測信息來表示燃料噴射量、燃料噴射正時、點火正時以及節氣門開度的信號被輸出到噴射器6、點火線圈8以及節氣門17。結果，可在合適正時從噴射器6噴射合適量的燃料，可在合適正時由火花塞4執行火花點燃，并且可把節氣門開度控制到合適的開度。并且，可把合適的氣門正時指令發給可變氣門機構40。
特別是，在根據本發明的氣門正時控制設備中，ECU 60設有對可變氣門機構40進行控制的正時控制器(正時控制裝置)61。
正時控制器61包括經過時間檢測裝置，用于對發動機1冷態起動后所經過的時間段進行檢測；實際發動機速度檢測裝置，用于對發動機1的發動機速度(實際Ne)進行檢測；目標發動機速度設定裝置，用于根據發動機1中所用燃料的預定汽化特性來設定發動機1的目標發動機速度(目標Ne)；以及冷態起動目標正時設定裝置，用于根據來自經過時間檢測裝置、實際發動機速度檢測裝置和目標發動機速度設定裝置的輸出信號來設定發動機1的冷態中的目標VVT相位。
冷態起動目標正時設定裝置把目標VVT相位設定成使進氣門11的開啟正時位于活塞21的排氣沖程中的上死點(排氣上死點)TDC、并把排氣門15的關閉正時EC提前得早于排氣上死點TDC，直到由經過時間檢測裝置所檢測的經過時間段達到預定時間段(第一預定時間段)。
如上所述，首先，冷態起動目標正時設定裝置把排氣門15的關閉正時EC設定得比排氣上死點TDC早，直到從冷態起動經過了第一預定時間段，而不管使用的是輕質燃料還是重質燃料。因此，與新鮮空氣一起吹回到燃燒室5內的殘留氣體的流動促進了燃料的霧化，從而使發動機旋轉穩定。
然后，冷態起動目標正時設定裝置在第一預定時間段過去后的第一怠速運轉期間根據不同燃料種類間的發動機速度差來設定目標VVT相位。具體地說，如果在第一預定時間段過去后，實際Ne等于或大于目標Ne，則判定所用燃料的汽化特性是良好的，并且把可變氣門機構40控制成使排氣門15的關閉正時EC延遲到排氣上死點TDC，并禁止可變氣門機構40提供用于把排氣門15的關閉正時EC設定得比排氣上死點TDC早的提前角控制。如果在第一預定時間段過去后，實際Ne小于目標Ne，則判定所用燃料的汽化特性不良，并且把可變氣門機構40控制成繼續提前角控制，以把排氣門15的關閉正時EC設定得比排氣上死點TDC早。應該注意，排氣上死點TDC是活塞21在排氣沖程中最接近氣缸蓋2時的正時，并且第一怠速運轉對應于把N范圍設定成變速器的換檔位置的情況。
這樣，冷態起動目標正時設定裝置通過在第一預定時間段過去后的第一怠速運轉期間對實際Ne和目標Ne進行相互比較來判定所用燃料的汽化特性，并且根據判定結果來設定排氣門14的關閉正時EC，以便禁止或促進燃料的霧化，從而防止未燃燃料(HC)的排出，或者使發動機旋轉穩定。
圖2是示出由根據本發明的上述氣門正時控制設備所執行的冷態起動進氣/排氣VVT相位控制例程的流程圖。現在將參照圖2的流程圖對VVT相位控制過程進行說明。
在圖2中的步驟S201處，接通點火SW，并在步驟S202處，根據來自水溫傳感器62的輸出信號來判定冷卻水溫度是否低于預定溫度，即發動機1是否進行冷態起動。如果在步驟S202處判定冷卻水溫度低于預定溫度，即判定結果是肯定的(是)，則過程轉到步驟S203，在步驟S203處，冷態起動目標正時設定裝置把用于排氣門15的關閉正時EC的目標VVT相位設定得比排氣上死點TDC早，并且過程轉到步驟S204。另一方面，如果在步驟S202處判定冷卻水溫度等于或高于預定溫度，則過程轉到步驟S205。
在步驟S204，經過時間檢測裝置判定作為從發動機1冷態起動到第一怠速運轉開始的時間段的第一預定時間段是否已過去。如果在步驟S204處判定第一預定時間段已過去，即判定結果是肯定的(是)，則過程轉到步驟S205。另一方面，如果在步驟S204處判定第一預定時間段未過去，則過程轉到步驟S203，以便繼續提供用于排氣門15的關閉正時EC的提前角控制。
在步驟S205處，冷態起動目標正時設定裝置對由實際發動機速度檢測裝置所檢測到的實際Ne與由目標發動機速度設定裝置所設定的目標Ne進行相互比較，以判定實際Ne是否等于或大于目標Ne。如果判定實際Ne等于或大于目標Ne并且所用燃料的汽化特性良好，即，判定結果是肯定的(是)，則過程轉到步驟S206，在步驟S206處，把用于排氣門15的關閉正時EC的目標VVT相位設定在提前角側，以便可使排氣門15的關閉正時從比排氣上死點TDC早的正時延遲到排氣上死點TDC。因此，減少了內部EGR。
另一方面，如果在步驟S205處判定實際Ne小于目標Ne并且因此判定所用燃料的汽化特性不良，則過程轉到步驟S208，把用于排氣門15的關閉正時EC的目標VVT相位設定在與排氣上死點TDC相比更早的提前角側，以便繼續提供用于排氣門15的關閉正時EC的提前角控制。應該注意，為目標VVT相位設置了提前角限制值，這是出于以下原因盡管內部EGR將促進燃料的霧化，但是內部EGR的過度增加可能會造成發動機熄火。
在步驟S208處，經過時間檢測裝置判定第二預定時間段是否已經過去，該第二時間段用于指示第一怠速運轉結束并且確保即使使用重質燃料也能有充分的燃燒穩定性。如果判定第二預定時間段已經過去，即，判定結果是肯定的(是)，則使例程結束，以便準備起動。另一方面，如果判定第二預定時間段尚未過去，則過程返回到步驟S205，以便在第一怠速運轉期間繼續提供對排氣門15的關閉正時EC的控制。
圖3A和圖3B是示出由上述氣門正時控制設備所提供的冷態起動控制(步驟S203、S206和S207)的定時圖。在圖3A和圖3B中，縱軸表示氣門升程Lf，橫軸表示曲軸轉角θ。EO和EC分別表示排氣門15的開啟正時和關閉正時，IO和IC分別表示進氣門11的開啟正時和關閉正時。
如圖3A所示，如在步驟S203或S207中一樣，把進氣門11的開啟正時IO設定成緊跟在排氣上死點TDC之后，并把排氣門15的關閉正時EC提前得早于排氣上死點TDC，直到作為表示第一怠速運轉開始的時間段的第一預定時間段已經過去或者直到表示第一怠速運轉結束的第二預定時間段已經過去。把負重疊VOLn設定在進氣門11的開啟正時IO與排氣門15的關閉正時EC之間，并把燃燒室5密封起來。
這樣，如果把目標VVT相位設定成把排氣門15的關閉正時EC提前得早于排氣上死點TDC，則殘留氣體由于活塞21的向上運動而被壓縮并升溫，并且隨著進氣門11的開啟而通過進氣口9a從燃燒室5被一次吹出。然而，由于充分的負壓使殘留氣體與從進氣口9噴射的燃料和新鮮空氣一起返回到燃燒室5內。這將促進燃料和空氣的混合及燃料的霧化。
如圖3B所示，除了在發動機1的冷態起動期間以外，如在步驟S206中那樣，還把進氣門11的開啟正時IO設定成緊跟在排氣上死點TDC之后，并使排氣門15的關閉正時EC延遲到排氣上死點TDC，直到第一預定時間段已經過去、并且在使用輕質燃料的情況下表示第一怠速運轉結束的第二預定時間段已經過去。因此，消除了上述重疊VOLn。也就是說，使排氣門15的關閉正時EC與進氣門11的開啟正時IO一致，因此把重疊量減少到零。
這樣，如果把目標VVT相位設定成使排氣門15的關閉正時EC延遲到排氣上死點TDC，則減少了內部EGR，從而即使在使用汽化特性良好的輕質燃料時也可以防止燃料的過度霧化。
如上所述，根據本發明，包括對發動機1的進氣門11的開啟正時IO和排氣門15的關閉正時EC進行控制的正時控制器61在內的發動機1的氣門正時控制設備設有經過時間檢測裝置，用于對發動機1冷態起動后的經過時間段進行檢測；實際發動機速度檢測裝置，用于對發動機1的實際Ne進行檢測；目標發動機速度設定裝置，用于根據在發動機1中所用燃料的預定汽化特性來設定發動機1的目標Ne；以及冷態起動目標正時設定裝置，用于設定目標VVT相位，當發動機1處于冷態時，該冷態起動目標正時設定裝置對實際Ne與目標Ne進行比較，以設定目標氣門正時。冷態起動目標正時設定裝置把排氣門15的關閉正時EC設定得比排氣上死點TDC早，直到由經過時間檢測裝置所檢測的經過時間段已達到預定時間段。因此，快速地將經過壓縮和升溫的氣體再次吸入到燃燒室5內，從而使得無論使用何種燃料都可以促進燃料的霧化，并且使得緊隨發動機1的冷態起動之后可以確保穩定的發動機旋轉。
并且，在由經過時間檢測裝置所檢測的經過時間段已達到第一預定時間段之后，當實際Ne等于或大于目標Ne時，冷態起動目標正時設定裝置判定汽化特性良好，禁止排氣門15的開啟正時EC提前，并且把排氣上死點TDC附近的氣門重疊量減少到零。這將減少內部EGR，從而使燃燒穩定。換句話說，如果使用汽化特性良好的輕質燃料等，并且如果把排氣門15的關閉正時EC連續地控制成提前較長時間段，則將過度促進燃料的汽化，并且之后，空燃比變得過度貧化，從而使發動機旋轉不穩定。為防止這一點，可以設想增加燃料，但禁止上述提前角可防止空燃比變得過度貧化。這樣，可以減少未燃燃料(HC)而不增加燃料。
并且，在由經過時間檢測裝置所檢測到的經過時間段已達到第一預定時間段之后，當實際Ne小于目標Ne時，冷態起動目標正時設定裝置判定汽化特性不良，從而繼續對排氣門15的關閉正時EC的提前角進行控制。因此，如果使用汽化特性不良的重質燃料等，則即使在第一怠速運轉期間也將促進燃料的霧化，從而繼續確保穩定的發動機旋轉。
應該理解，本發明不限于上述實施例，而是可在不偏離本發明的精神的情況下對上述實施例進行各種變型。
例如，盡管在上述實施例中，僅把排氣門15的關閉正時EC提前得早于排氣上死點TDC，然而本發明不限于此，而是可以把進氣門11的開啟正時IO和排氣門15的關閉正時EC中的至少一個提前得早于排氣上死點TDC。
圖4A和圖4B是示出由所述氣門正時控制設備所提供的另一冷態起動控制的正時圖。具體地說，圖4A示出了使進氣門11的開啟正時IO以及排氣門15的關閉正時EC都提前的情況，而圖4B則示出了僅使進氣門11的開啟正時IO提前的情況。
如果把排氣門15的關閉正時EC和進氣門11的開啟正時IO都提前得早于排氣上死點TDC，如圖4A所示，則各氣缸內的殘留氣體將被更快速地再次吸入到燃燒室5內，從而與僅把排氣門15的關閉正時EC提前得早于排氣上死點TDC的情況相比，可確保更長的汽化時間。另外，如果如圖4B所示，把進氣門11的開啟正時IO提前得早于排氣上死點TDC，同時把排氣門15的關閉正時EC設定在排氣上死點TDC，則可確保更長的汽化時間。
并且，在上述把進氣門11的開啟正時IO和排氣門15的關閉正時EC中的至少一個提前得早于排氣上死點TDC的變型例中，在發動機1起動時，如圖3A所示，把進氣門11的開啟正時IO設定成緊跟在排氣上死點TDC之后，并把排氣門15的關閉正時EC提前得早于排氣上死點，之后，在排氣門15的關閉正時EC未改變的情況下，把進氣門11的開啟正時提前得早于排氣上死點TDC。在該情況下，與上述實施例一樣，可確保較長的汽化時間。
并且，盡管在上述實施例中使用了MPI型發動機，然而本發明不限于此，而是可以把所述氣門正時控制設備應用于氣缸噴射型發動機，而且在該情況下，與上述實施例一樣，在發動機1冷態起動時，無論燃料種類如何都能使發動機旋轉穩定。
權利要求
1.一種發動機用氣門正時控制設備，其包括可變氣門機構，其能夠使發動機中的進氣門的開啟正時和排氣門的關閉正時中的至少一個改變；經過時間檢測裝置，用于對發動機冷態起動后所經過的時間段進行檢測；以及正時控制裝置，用于對所述可變氣門機構進行控制；其中，所述正時控制裝置提供提前角控制，以把進氣門的開啟正時和排氣門的關閉正時中的至少一個提前得早于排氣上死點，直到由所述經過時間檢測裝置所檢測的經過時間段已達到預定時間段。
2.根據權利要求1所述的發動機用氣門正時控制設備，其中，所述正時控制裝置提供控制，以僅把排氣門的關閉正時提前得早于排氣上死點，直到所述經過時間段已達到預定時間段。
3.根據權利要求1所述的發動機用氣門正時控制設備，其中，所述正時控制裝置提供控制，以把排氣門的關閉正時和進氣門的開啟正時都提前得早于排氣上死點，直到所述經過時間段已達到預定時間段。
4.根據權利要求1所述的發動機用氣門正時控制設備，其中，所述正時控制裝置提供控制，以僅把進氣門的開啟正時提前得早于排氣上死點，直到所述經過時間段已達到預定時間段。
5.根據權利要求1所述的發動機用氣門正時控制設備，其中，所述正時控制裝置提供控制，以僅把排氣門的關閉正時提前得早于排氣上死點，并且之后僅把進氣門的開啟正時提前得早于排氣上死點，直到所述經過時間段已達到預定時間段。
6.根據權利要求1所述的發動機用氣門正時控制設備，還包括實際發動機速度檢測裝置，用于對發動機的發動機速度進行檢測；其中，在所述預定時間段已經過去之后，當由所述實際發動機速度檢測裝置所檢測到的發動機速度等于或高于目標發動機速度時，禁止所述正時控制裝置提供提前角控制。
7.根據權利要求6所述的發動機用氣門正時控制設備，其中，在所述預定時間段已經過去之后，當由所述實際發動機速度檢測裝置所檢測到的發動機速度小于目標發動機速度時，所述正時控制裝置繼續提前角控制。
8.根據權利要求7所述的發動機用氣門正時控制設備，其中，在所述預定時間段已經過去之后，當由所述實際發動機速度檢測裝置所檢測到的發動機速度等于或高于目標發動機速度時，所述正時控制裝置判定燃料具有良好的汽化特性，而當由所述實際發動機速度檢測裝置所檢測到的發動機速度小于目標發動機速度時，所述正時控制裝置判定燃料具有不良的汽化特性；并且所述正時控制裝置根據上述判定來控制所述可變氣門機構。
全文摘要
提供了一種發動機用氣門正時控制設備，其包括可變氣門機構，其能夠使發動機中的進氣門的開啟正時和排氣門的關閉正時中的至少一個改變；經過時間檢測裝置，用于對發動機冷態起動后所經過的時間段進行檢測；以及正時控制裝置，用于對可變氣門機構進行控制。正時控制裝置提供提前角控制，以便把進氣門的開啟正時和/或排氣門的關閉正時提前得早于排氣上死點，直到由經過時間檢測裝置所檢測到的經過時間段已達到預定時間段。
文檔編號F01L13/00GK1523214SQ20041000460
公開日2004年8月25日 申請日期2004年2月18日 優先權日2003年2月18日
發明者中井英夫, 宮本勝彥, 彥, 干場義幸, 幸, 前田勝幸, 二, 鹽田圣二 申請人:三菱自動車工業株式會社, 三菱自動車工程株式會社