内燃机的控制装置的制作方法

1.本发明涉及具备可变截面式(variable geometry turbocharger)涡轮增压器的内燃机的控制装置。


背景技术：

2.在日本特开2011-085048中公开了一种具备可变截面式涡轮增压器的内燃机的控制装置。其中公开了如下技术：该控制装置为了在发动机转速急剧降低时抑制因涡轮增压器的旋转而产生的噪音的显著化，通过关闭可变喷嘴(喷嘴叶片)而使涡轮转速迅速地降低。


技术实现要素：

3.在内燃机的高负荷区域(特别是低转速侧)中，排气噪音的主要原因是燃烧的爆发1阶成分，伴随着爆发的排气压力脉动的振幅值越大，则排气噪音变得越大。日本特开2011-085048所记载的技术无法应用于这样的高负荷区域(高空气量区域)中的排气噪音的抑制。
4.本发明是鉴于上述那样的课题而完成的，提供一种内燃机的控制装置，该内燃机的控制装置在具备可变截面式涡轮增压器的内燃机中能够利用包括可变喷嘴开度的控制在内的吸入空气量控制来抑制高负荷区域中的排气噪音，并且能够实现要求发动机转矩。
5.本发明的第一方案涉及一种应用于内燃机的控制装置，该内燃机包括可变截面式涡轮增压器和配置于进气通路的节气门，所述可变截面式涡轮增压器具有带有可变喷嘴的涡轮和构成为控制可变喷嘴开度的致动器。该控制装置具备如以下那样构成的电子控制单元。即，该电子控制单元包括作为吸入空气量的控制模式之一的第一控制模式。并且，所述电子控制单元构成为，在将包含内燃机的要求空气量的最大值的高流量侧的空气量区域称为高空气量区域时，在所述第一控制模式下，在所述高空气量区域中的最大值侧，相对于要求空气量的增加，以一边使可变喷嘴维持全闭开度或实质性的全闭开度，一边使节气门开度增加的方式，控制致动器及节气门，或者，在所述高空气量区域中的最大值侧，相对于要求空气量的增加，以一边使可变喷嘴开度减少，一边使节气门开度增加的方式，控制致动器及节气门。
6.在上述的第一方案的控制装置中，可以是，所述电子控制单元包括作为控制模式中的另一控制模式的第二控制模式。并且，可以是，所述电子控制单元构成为，在第二控制模式下，在所述高空气量区域中的最大值侧，相对于要求空气量的增加，以一边使节气门维持全开开度或实质性的全开开度，一边使可变喷嘴开度减少的方式，控制致动器及节气门。
7.本发明的第二方案涉及一种应用于内燃机的控制装置，该内燃机包括可变截面式涡轮增压器、配置于进气通路的节气门以及可变气门机构，所述可变截面式涡轮增压器具有带有可变喷嘴的涡轮和构成为控制可变喷嘴开度的致动器，所述可变气门机构构成为能够变更进气门的打开特性。所述控制装置具备如以下那样构成的电子控制单元。即，该电子控制单元包括作为吸入空气量的控制模式之一的第一控制模式。并且，所述电子控制单元
构成为，在将包含内燃机的要求空气量的最大值的高流量侧的空气量区域称为高空气量区域时，在第一控制模式下，在所述高空气量区域中的最大值侧，相对于要求空气量的增加，一边以使可变喷嘴维持全闭开度或实质性的全闭开度、或者使可变喷嘴开度减少的方式控制致动器，一边以满足要求空气量的方式控制节气门及可变气门机构。
8.在上述的第二方案的控制装置中，可以是，所述电子控制单元包括作为控制模式中的另一控制模式的第二控制模式。并且，可以是，所述电子控制单元构成为，在第二控制模式下，在所述高空气量区域中的最大值侧，相对于要求空气量的增加，以一边使节气门维持全开开度或实质性的全开开度，一边使可变喷嘴开度减少的方式，控制致动器及节气门。
9.在上述的第一方案和第二方案的控制装置的构成中，可以是，所述电子控制单元构成为，在第一控制模式下，相对于要求空气量的增加，以在与第二控制模式的执行过程中相比少的特定要求空气量值下，使可变喷嘴从全开开度起开始关闭的方式，控制致动器。
10.在上述的第一方案和第二方案的控制装置的构成中，可以是，所述电子控制单元构成为，在第一控制模式下，在比特定要求空气量值高的高流量侧的空气量区域中，相对于要求空气量的增加，以在使可变喷嘴开度朝向全闭开度逐渐减少之后使可变喷嘴维持全闭开度或实质性的全闭开度的方式，控制致动器。
11.在上述的第一方案和第二方案的控制装置中，可以是，内燃机包括点火装置。并且，可以是，所述电子控制单元构成为，在选择相对于最佳点火正时靠延迟侧的基本点火正时的发动机运转条件下选择第一控制模式的情况下，以为了接近最佳点火正时而使点火正时从基本点火正时提前的方式，控制点火装置。并且，可以是，所述电子控制单元构成为，使在第一控制模式下设定的可变喷嘴开度向关闭侧修正如下量，该量是抵消伴随着点火正时的提前的燃料经济性改善量的量。
12.在上述的第一方案和第二方案的控制装置中，可以是，搭载内燃机的车辆包括输入装置，该输入装置构成为从驾驶员受理使排气噪音降低比燃料经济性优先的噪音优先要求。并且，可以是，所述电子控制单元构成为，在输入装置受理了噪音优先要求的情况下，选择第一控制模式。
13.在上述的第一方案和第二方案的控制装置中，可以是，所述电子控制单元构成为，在搭载内燃机的车辆在应使排气噪音降低比燃料经济性优先的场所及时间段中的至少一方中行驶的情况下，选择第一控制模式。
14.在上述的第一方案和第二方案的控制装置中，可以是，搭载内燃机的车辆包括构成为测量从排气口放出的排气噪音的噪音计。并且，可以是，所述电子控制单元构成为，在由所述噪音计测量出的排气噪音的值高于阈值的情况下，选择第一控制模式。
15.根据本发明的第一方案的控制装置，在第一控制模式下，在所述高空气量区域中的最大值侧，相对于要求空气量的增加，以一边使可变喷嘴维持全闭开度或实质性的全闭开度，一边使节气门开度增加的方式，控制致动器及节气门、或者以一边使可变喷嘴开度减少，一边使节气门开度增加的方式，控制致动器及节气门。这样，在选择第一控制模式的情况下的高空气量区域中的最大值侧，在通过可变喷嘴使排气通路节流的状态下，以满足要求空气量的方式利用节气门来控制吸入空气量。因此，根据该第一方案，能够利用包括可变喷嘴开度的控制在内的吸入空气量控制来抑制高负荷区域中的排气噪音并且实现要求发动机转矩。
16.另外，根据本发明的第二方案的控制装置，在第一控制模式下，在所述高空气量区域中的最大值侧，相对于要求空气量的增加，一边以使可变喷嘴维持全闭开度或实质性的全闭开度、或者使可变喷嘴开度减少的方式控制致动器，一边以满足要求空气量的方式控制节气门及可变气门机构。这样，在选择第一控制模式的情况下的高空气量区域中的最大值侧，在通过可变喷嘴使排气通路节流的状态下，以满足要求空气量的方式利用节气门及可变气门机构控制吸入空气量。因此，根据该第二方案，也能够利用包括可变喷嘴开度的控制在内的吸入空气量控制来抑制高负荷区域中的排气噪音并且实现要求发动机转矩。
附图说明
17.以下将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术和产业意义，其中同样的附图标记表示同样的要素，并且其中：
18.图1是示出本发明的第一实施方式的内燃机的系统构成的一例的示意图。
19.图2是用于说明第一实施方式的燃料经济性优先模式及噪音优先模式的图表。
20.图3是示出第一实施方式的排气压力脉动与曲轴角的关系的一例的图表。
21.图4是示出第一实施方式的bsfc(有效燃料消耗率)及排气噪音的各声压等级与vn开度的关系的一例的图表。
22.图5是用于说明相对于第一实施方式的bsfc及排气噪音的各声压等级而言的vn开度向关闭侧的变化的影响的图表。
23.图6是示出与第一实施方式的吸入空气量控制相关的处理的流程图。
24.图7a是以所述燃料经济性优先模式为对象的图表，且是示出vn开度相对于要求空气量和发动机转速的关系的图表。
25.图7b是以所述燃料经济性优先模式为对象的图表，且是示出节气门开度相对于要求空气量和发动机转速的关系的图表。
26.图8a是以所述噪音优先模式为对象的图表，且是示出vn开度相对于要求空气量和发动机转速的关系的图表。
27.图8b是以所述噪音优先模式为对象的图表，且是示出节气门开度相对于要求空气量和发动机转速的关系的图表。
28.图9是用于说明在第一实施方式的噪音优先模式下使用的vn开度的其他设定例的图表。
29.图10是用于说明本发明的第二实施方式的燃料经济性优先模式及噪音优先模式的图表。
30.图11是示出本发明的第三实施方式的内燃机的系统构成的一例的示意图。
31.图12是用于说明所述第三实施方式的燃料经济性优先模式及噪音优先模式的图表。
32.图13是示出利用了本发明的第四实施方式的vn开度的修正方法的噪音优先模式下的vn开度的算出处理的流程图。
33.图14是示出所述第四实施方式的bsfc与点火正时的关系的图表。
34.图15是示出在图13的流程图所示的步骤s208中使用的bsfc与vn开度的关系的图表。
具体实施方式
35.在以下说明的各实施方式中，对各图中共用的要素标注相同的附图标记并省略或简化重复的说明。另外，在以下所示的实施方式中提及了各要素的个数、数量、量、范围等数值的情况下，除了特别明示的情况、原理上明确地确定为该数值的情况以外，本发明并不限定于该提及的数。另外，关于在以下所示的实施方式中说明的构造、步骤等，除了特别明示的情况或原理上明确地确定为上述构造、步骤等的情况以外，对于本发明而言不一定是必须的。
36.对本发明的第一实施方式进行说明。图1是示出第一实施方式的内燃机10的系统构成的一例的示意图。图1所示的内燃机10具备可变截面式的涡轮增压器12。涡轮增压器12具备配置于进气通路14的压缩机16和配置于排气通路18的涡轮20。涡轮20具有可变喷嘴22。涡轮20利用在排气通路18中流动的排气进行旋转。压缩机16由涡轮20驱动而旋转，对进气进行压缩。
37.涡轮增压器12还具备对可变喷嘴(vn)22的开度(vn开度α)进行控制的vn致动器24。vn致动器24例如是隔膜式或电动式。当vn开度α变小(被向关闭侧控制)时，涡轮20的入口面积变小，流入涡轮20的排气的流速变高。vn致动器24通过调整vn开度α而使流入涡轮20的排气的流速可变，从而能够调整由涡轮20回收的排气能量的量。vn致动器24在从全闭开度(最小开度)到全开开度(最大开度)为止的预定的开度控制范围内控制vn开度α。即，全闭开度及全开开度分别是以获得最小流路面积及最大流路面积的方式使vn22动作的状态的开度。
38.在进气通路14中的压缩机16的下游配置有对由压缩机16压缩后的进气进行冷却的中冷器26。在中冷器26的下游配置有电子控制式的节气门28。通过调整节气门28的开度来控制吸入空气量。
39.在排气通路18中的涡轮20的下游配置有1个或多个排气净化催化剂(典型的是三元催化剂)30。在排气净化催化剂30的下游配置有消音器32。搭载内燃机10的车辆具备对从与消音器32的出口(排气通路18的出口)相当的排气口34放出的排气噪音进行测量的噪音计36。
40.图1所示的系统还具备电子控制单元(ecu)40作为用于控制内燃机10的控制装置。ecu40具有处理器40a和存储器40b。在存储器40b中存储有包含在内燃机10的各控制中使用的映射的各种数据及各种控制程序。处理器40a通过从存储器40b读取并执行控制程序，从而实现ecu40的各种处理及控制。此外，ecu40也可以是多个。
41.ecu40从用于内燃机10的各控制的传感器类42取得传感器信号。这里所说的传感器类42包括搭载于内燃机10的各种传感器(例如，曲轴角传感器、发动机水温传感器、进气温度传感器及空气流量传感器)以及搭载于车辆的各种传感器(例如，加速器位置传感器)。另外，由ecu40控制的致动器除了上述的vn致动器24及节气门28之外，还包括内燃机10的燃料喷射装置44及点火装置46。
42.另外，在搭载内燃机10的车辆搭载有输入装置48和gnss(global navigation satellite system：全球导航卫星系统)接收机50。输入装置48是按钮或触摸面板等hmi(human machine interface：人机接口)设备。ecu40能够利用输入装置48接收后述的“噪音优先要求”或“燃料经济性优先要求”。而且，ecu40能够使用gnss接收机50取得车辆的位置
信息(行驶场所信息)。
43.接着，对考虑了排气噪音抑制的吸入空气量(发动机转矩)控制进行说明。基于ecu40的吸入空气量(g/s)的控制模式包括“燃料经济性优先模式”和“噪音优先模式”，所述“燃料经济性优先模式”是使燃料经济性比排气噪音降低优先的基本的(换言之，通常的)模式，所述“噪音优先模式”是使排气噪音降低比燃料经济性优先的模式。此外，燃料经济性优先模式及噪音优先模式分别相当于本发明中的“第二控制模式”及“第一控制模式”的一例。另外，吸入空气量的控制模式不仅可以包含这2个控制模式，还可以追加地包含其他目的下的任意1个或多个控制模式(例如，使发动机输出优先的控制模式)。
44.图2是用于说明第一实施方式的燃料经济性优先模式及噪音优先模式的图表。在上述各控制模式下，使用vn致动器24对vn开度α的控制和节气门28对节气门开度θ的控制，以满足要求空气量ga的方式控制吸入空气量。在图2中，示出了相对于横轴的要求空气量ga而言的节气门开度θ及vn开度α的设定。图2所示的节气门开度θ及vn开度α的波形示出恒定的发动机转速下的关系。
45.此外，如图2所示，发动机转矩基本上与要求空气量ga的增加成比例地变高(换言之，发动机负荷变高)。因此，即使在将横轴替换为发动机转矩的情况下，也能够得到与图2所示的构成同样的节气门开度θ及vn开度α的设定。这一点对于后述的图10及图12所示的设定而言也是同样的。
46.接着，对燃料经济性优先模式进行说明。如图2中实线所示，在燃料经济性优先模式下的低空气量侧，相对于要求空气量ga的增加，一边使vn22维持全开开度一边使节气门开度θ增加。另一方面，在包括后述的高空气量区域r1的高空气量侧，相对于要求空气量ga的增加，一边使节气门28维持全开开度一边使vn开度α减少。要求空气量ga的最大值gamax在节气门开度θ为全开开度且vn开度α为全闭开度时得到。此外，在图2中节气门28维持全开开度的空气量区域中，也可以与图2中所示的例子不同地设定为节气门开度θ相对于要求空气量ga的增加以微小的斜率增加，并在最大值gamax处达到全开开度(即，在该空气量区域中，节气门28也可以维持实质性的全开开度)。
47.在图2所示的例子中，相对于要求空气量ga的增加，在节气门开度θ接近全开开度的要求空气量值下，vn22开始从全开开度起关闭。也可以代替这样的例子，使vn22与“节气门开度θ达到全开开度”一致地开始关闭。
48.根据上述的燃料经济性优先模式，在低空气量侧，在将vn22设为全闭开度的状态下通过调整节气门开度θ来控制吸入空气量。并且，在高空气量侧，在使节气门28全开的状态下，通过调整vn开度α来控制吸入空气量。这样，根据燃料经济性优先模式，由于在各空气量区域中节气门开度θ极力增大，因此能够在降低泵损失(即，提高燃料经济性)的同时控制吸入空气量。
49.接着，对噪音优先模式进行说明。在对噪音优先模式进行具体说明之前，对第一实施方式中的作为降低对象的排气噪音、以及该排气噪音与vn开度α的关系进行说明。
50.在高负荷区域(更详细而言为中负荷至高负荷区域)中，排气噪音的主要原因尤其在低转速侧是燃烧的爆发1阶成分。并且，伴随着爆发的排气压力脉动的振幅值越大，则排气噪音变得越大。图3是示出排气压力脉动与曲轴角的关系的一例的图表。图3示出涡轮20的上游侧处的排气压力脉动(涡轮前)的波形和涡轮20的下游侧处的排气压力脉动(涡轮
后)的波形。在具备涡轮增压器12的情况下，排气能量的一部分通过涡轮20而被回收。因此，涡轮20的作功量越多，通过涡轮后的排气能量越减少。并且，伴随着该排气能量的减少，如图3所示，涡轮后的排气压力脉动的振幅比涡轮前的排气压力脉动的振幅小。结果，从排气口34放出的排气噪音降低。
51.图4是示出bsfc(有效燃料消耗率)及排气噪音的声压等级分别与vn开度α的关系的一例的图表。图4示出恒定的要求空气量ga及发动机转速下的关系。在图4中，作为一例，示出了相对于将基于vn致动器24的开度控制范围三等分为大开度区域(包括全开开度)、中开度区域及小开度区域(包括全闭开度)而示出的vn开度α的关系。在各开度区域中，随着向纸面右侧前进，vn开度α变小。
52.在具备可变截面式的涡轮增压器12的内燃机10中，通过向关闭侧控制vn开度α，能够有效地增加涡轮20中的排气能量的回收量，结果，如图4所示，能够降低排气噪音。另一方面，通过向关闭侧控制vn开度α，泵损失增加。因此，基本上当将vn22关闭时会导致bsfc(燃料经济性)的恶化。
53.因此，在噪音优先模式下，为了使排气噪音降低比燃料经济性优先，通过在容许燃料经济性恶化的范围内向关闭侧控制vn22，从而增加涡轮20中的排气能量的回收量。
54.具体而言，如图2中虚线所示，在噪音优先模式下，相对于要求空气量ga的增加，vn22在与燃料经济性优先模式的执行期间相比较少的特定要求空气量值ga1下开始从全开开度起关闭。在该特定要求空气量值ga1以下的低流量侧，噪音优先模式下的vn开度α及节气门开度θ的设定与燃料经济性优先模式下的设定相同。
55.另一方面，在比特定要求空气量值ga1高的高流量侧，相对于要求空气量ga的增加，为了在vn开度α减少的同时满足要求空气量ga，而使节气门开度θ增加。更详细而言，在图2所示的例子中，相对于要求空气量ga的增加，vn开度α在朝向全闭开度逐渐地(单调地)减少后维持在全闭开度。并且，像这样控制vn22和节气门28的空气量区域包括高空气量区域r1。如图2所示，该高空气量区域r1包含于包含最大值gamax的高流量侧的高空气量区域，更详细而言，是这样的高空气量区域中的最大值gamax侧的空气量区域。在高空气量区域r1中，相对于要求空气量ga的增加，一边使vn22维持全闭开度一边使节气门开度θ增加。更详细而言，在图2所示的例子中，相对于要求空气量ga的增加，节气门开度θ逐渐地(单调地)增加。
56.并且，在图2中还示出bsfc(燃料经济性)与要求空气量ga之间的关系。对图2中的实线和虚线的波形进行比较可知，在比噪音优先模式下的特定要求空气量值ga1靠高流量侧的空气量区域中，与燃料经济性优先模式下的该空气量区域相比，vn开度α及节气门开度θ双方被向关闭侧控制。因此，在噪音优先模式下，与燃料经济性优先模式相比bsfc(燃料经济性)恶化，另一方面，由于上述的理由，能够降低排气噪音。
57.图5是用于说明“vn开度α向关闭侧的变化”分别对bsfc及排气噪音的声压等级的影响的图表。图5示出恒定的要求空气量ga及发动机转速下的关系。在图5中示出3个vn开度的值α1～α3(α1》α2》α3)。在图5所示的例子中，在将vn22从vn开度值α1关闭到vn开度值α2时，bsfc为同等大小，但排气噪音降低了1db。并且，在将vn22从vn开度值α1关闭到vn开度值α3时，bsfc恶化了2.2％，但排气噪音降低了5db。
58.如图5所例示的那样，相对于vn开度α向关闭侧的变化，bsfc(燃料经济性)与排气
噪音处于无法同时兼顾(trade-off)的关系。即，“通过向关闭侧控制vn开度α而带来的排气噪音的降低量”根据“以何种程度容许燃料经济性的恶化”而不同。换言之，“能够以何种程度向关闭侧控制vn开度α来降低排气噪音”根据“以何种程度容许燃料经济性的恶化”而不同。因此，作为一例，在上述的图2中用虚线表示的噪音优先模式下的各要求空气量ga下的vn开度α，以在首先确定了燃料经济性恶化的容许范围的基础上，在燃料经济性恶化量收敛于其容许范围的范围内相对于燃料经济性优先模式下的vn开度α而言成为关闭侧的值的方式被事先决定。
59.接着，对ecu的处理进行说明。图6是示出与第一实施方式的吸入空气量控制相关的处理的流程图。该流程图的处理在内燃机10的运转期间被反复执行。
60.在图6中，ecu40首先在步骤s100中算出要求空气量ga。具体而言，ecu40例如算出为了实现与由加速器位置传感器检测出的加速器开度相应的要求发动机转矩所需的空气量作为要求空气量ga。然后，处理进入步骤s102。
61.在步骤s102中，ecu40判定是否是排气噪音降低比燃料经济性优先的状况。该判定例如能够利用以下的第一～第三方法来进行。
62.首先，在第一方法中，使用输入装置48。车辆的驾驶员能够利用输入装置48择一地输入使排气噪音降低比燃料经济性优先的噪音优先要求和使燃料经济性比排气噪音降低优先的燃料经济性优先要求。ecu40在输入装置48受理了噪音优先要求的情况下，判定为是排气噪音降低优先的状况(步骤s102：是)，另一方面，在输入装置48受理了燃料经济性优先要求的情况下，判定为是燃料经济性优先的状况(步骤s102：否)。即，根据第一方法，由驾驶员选择吸入空气量的控制模式。
63.接着，在第二方法中，使用利用gnss接收机50取得的车辆的当前位置信息(当前的行驶场所)。ecu40例如在车辆正在行驶于市区或住宅区的情况下，判定为该车辆正在行驶于应使排气噪音降低比燃料经济性优先的场所(即，判定为是排气噪音降低优先的状况)(步骤s102：是)。另一方面，ecu40例如在车辆正在行驶于郊外的情况下，判定为该车辆正在行驶于应使燃料经济性比排气噪音降低优先的场所(即，判定为是燃料经济性优先的状况)(步骤s102：否)。
64.另外，在第二方法中，使用利用ecu40的计时功能取得的当前的时间段。ecu40例如在当前的时间段为深夜或者早晨的情况下，判定为车辆正在应使排气噪音降低比燃料经济性优先的时间段行驶(即，判定为是排气噪音降低优先的状况)(步骤s102：是)。另一方面，ecu40例如在当前的时间段为白天的情况下，判定为该车辆正在应使燃料经济性比排气噪音降低优先的时间段行驶(即，判定为是燃料经济性优先的状况)(步骤s102：否)。此外，在第二方法中，也可以代替上述的例子，仅使用行驶场所及时间段中的一方。
65.接着，在第三方法中，ecu40使用噪音计36。ecu40在由噪音计36测量出的排气噪音的值(典型的是声压等级)高于预定的阈值的情况下，判定为是排气噪音降低优先的状况(步骤s102：是)，另一方面，在测量出的排气噪音的值为所述阈值以下的情况下，判定为是燃料经济性优先的状况(步骤s102：否)。
66.当在步骤s102中不是排气噪音降低优先的状况的情况下，ecu40选择燃料经济性优先模式，处理进入步骤s104。在步骤s104中，按照燃料经济性优先模式算出vn开度α。具体而言，在ecu40的存储器40b中，如以下的图7a所示，存储有根据与要求空气量ga和发动机转
速的关系来确定vn开度α的映射。ecu40根据这样的映射算出与当前的要求空气量ga和发动机转速相应的vn开度α(目标vn开度)。
67.图7a是在燃料经济性优先模式下使用的、示出vn开度α相对于要求空气量ga和发动机转速的关系的图表。在图7a中，示出了相对于将基于vn致动器24的开度控制范围三等分为大开度区域(包括全开开度)、中开度区域及小开度区域(包括全闭开度)而示出的vn开度α的关系。在此，在以同一发动机转速观察图7a所示的关系时，能够得到在各发动机转速下由图2中的实线所示出的那样的vn开度α的设定。另外，根据图7a所示的设定，如图7a中的相邻的2个开度区域的边界线那样，在vn开度α恒定时，发动机转速越高，则要求空气量ga的值变得越高。
68.另一方面，当在步骤s102中是排气噪音降低优先的状况的情况下，ecu40选择噪音优先模式，处理进入步骤s106。在步骤s106中，按照噪音优先模式算出vn开度α。具体而言，如接下来的图8a所示，在存储器40b中存储有根据与要求空气量ga和发动机转速的关系来确定vn开度α的映射。ecu40根据这样的映射算出与当前的要求空气量ga和发动机转速相应的vn开度α(目标vn开度)。
69.图8a是在噪音优先模式下使用的、示出vn开度α相对于要求空气量ga和发动机转速的关系的图表。在此，对图8a所示的设定相对于图7a所示的设定的不同点进行说明。如已经说明的那样，在噪音优先模式下使用的各要求空气量ga下的vn开度α(参照图2中的虚线)，考虑所容许的燃料经济性的恶化量而被决定为，在特定要求空气量值ga1的高流量侧，相对于在燃料经济性优先模式下使用的vn开度α(参照图2中的实线)成为关闭侧的值。基于这样的图2中的实线与虚线的vn开度α的波形的不同，图8a中的中开度区域与图7a所示的中开度区域相比向低空气量侧偏移。结果，图8a中的大开度区域与图7a中的大开度区域相比向低空气量侧缩小。另外，图8a中的小开度区域与图7a中的小开度区域相比向低空气量侧扩大。
70.在继步骤s104或s106之后的步骤s108中，ecu40算出节气门开度θ。具体而言，ecu40在步骤s104之后进入步骤s108的情况下，按照燃料经济性优先模式算出节气门开度θ。具体而言，如接下来的图7b所示，在存储器40b中存储有根据与要求空气量ga和发动机转速的关系来确定节气门开度θ的映射。ecu40根据这样的映射算出与当前的要求空气量ga和发动机转速相应的节气门开度θ(目标节气门开度)。
71.图7b是在燃料经济性优先模式下使用的、示出节气门开度θ相对于要求空气量ga和发动机转速的关系的图表。在图7b中，示出了相对于将基于节气门28的开度控制范围三等分为大开度区域(包括全开开度)、中开度区域及小开度区域(包括全闭开度)而示出的节气门开度θ的关系。在此，在以同一发动机转速观察图7b所示的关系时，能够得到在各发动机转速下由图2中的实线所示出的那样的节气门开度θ的设定。根据图7b所示的设定，如图7b中的相邻的2个开度区域的边界线那样，在节气门开度θ恒定时，发动机转速越高，则要求空气量ga的值变得越高。
72.另外，在步骤s108中，ecu40在步骤s106之后进入步骤s108的情况下，按照噪音优先模式算出节气门开度θ。具体而言，如接下来的图8b所示，在存储器40b中存储有根据与要求空气量ga和发动机转速的关系来确定节气门开度θ的映射。ecu40根据这样的映射算出与当前的要求空气量ga和发动机转速相应的节气门开度θ(目标节气门开度)。
73.图8b是在噪音优先模式下使用的、示出节气门开度θ相对于要求空气量ga和发动机转速的关系的图表。在此，对图8b所示的设定相对于图7b所示的设定的不同点进行说明。基于上述的图2中的实线与虚线的节气门开度θ的波形的不同，图8b中的中开度区域与图7b所示的中开度区域相比向高空气量侧扩大。结果，图8b中的大开度区域与图7b中的大开度区域相比向高空气量侧缩小。另一方面，图8b中的小开度区域与图7b中的小开度区域相同。
74.根据上述的步骤s108的处理，算出在步骤s104或s106中算出的vn开度α下为了满足要求空气量ga所需的节气门开度θ。
75.此外，ecu40以实现由图6所示的流程图的处理算出的vn开度α及节气门开度θ的方式，控制vn致动器24及节气门28。
76.接着，对效果进行说明。根据以上说明的第一实施方式的噪音优先模式，在包括要求空气量ga的最大值gamax的高空气量区域r1中，相对于要求空气量ga的增加，一边使vn22维持全闭开度一边使节气门开度θ增加。即，在高空气量区域r1(高负荷区域)中，在通过vn22缩小了排气通路18的状态(更详细而言，与燃料经济性优先模式相比缩小了排气通路18的状态)下，以满足要求空气量ga的方式，利用节气门28控制吸入空气量。因此，能够在降低排气噪音的同时实现要求发动机转矩。
77.如上所述，根据第一实施方式，能够利用包括vn开度α的控制在内的吸入空气量控制来抑制高负荷区域中的排气噪音并且实现要求发动机转矩。此外，由上述的燃烧的爆发一阶成分引起的排气噪音为低频。当想要利用消音器32降低这样的排气噪音时，消音器32的体积变大、或者排气通路18的压力损失变大。与此相对，根据第一实施方式，能够利用包括vn开度α的控制在内的吸入空气量控制来降低上述排气噪音，因此从排气系统部件向车辆的搭载性及排气通路18的压力损失降低的观点出发是优选的。
78.另外，第一实施方式的吸入空气量控制除了噪音优先模式以外，还能够选择燃料经济性优先模式。根据燃料经济性优先模式，在高空气量区域r1中，相对于要求空气量ga的增加，一边使节气门28维持全开开度一边使vn开度α减少。因此，不仅能够如上述那样选择噪音优先模式来抑制排气噪音，还能够通过选择燃料经济性优先模式，而在高负荷区域中的排气通路阻力小的状态(即，泵损失被抑制得较低的状态)下实现低燃耗的同时实现要求发动机转矩。
79.并且，根据第一实施方式，通过利用输入装置48，能够按照车辆的驾驶员的要求进行上述那样的噪音优先模式和燃料经济性优先模式的切换。另外，根据第一实施方式，能够从噪音优先模式和燃料经济性优先模式中，以成为适合车辆的行驶场所及时间段的控制模式的方式，自动地进行模式的切换。更详细而言，能够在市区等期望降低排气噪音的行驶场所、及深夜等期望降低排气噪音的时间段中，自动地选择噪音优先模式。而且，根据第一实施方式，通过利用噪音计36，能够在实际从排气口34放出的排气噪音大时，自动地选择噪音优先模式。
80.接着，对vn开度α的其他设定例进行说明。图9是用于说明在第一实施方式的噪音优先模式下使用的vn开度α的其他设定例的图表。图9所示的例子在高空气量区域r1中的vn开度α的设定上与图2所示的例子不同。具体而言，在图2所示的例子(虚线)中，在高空气量区域r1中，相对于要求空气量ga的增加，vn22维持全闭开度。与此相对，在图9所示的例子(单点划线)中，高空气量区域r1中的vn开度α被严格地设定为，以在最大值gamax处达到全
闭开度的方式，相对于要求空气量ga的增加以微小的斜率减少。但是，这样的微小的斜率下的vn开度α的变化是可以说“vn22相对于要求空气量ga的增加而实质性地维持全闭开度”的等级的变化。如该图9所示的单点划线的例子那样，在噪音优先模式下使用的高空气量区域r1中的vn开度α也可以设定为，相对于要求空气量ga的增加而实质性地维持在全闭开度。
81.接着，对第二实施方式进行说明。第二实施方式与第一实施方式的不同点在于“在使用vn开度α和节气门开度θ执行噪音优先模式时的、相对于要求空气量ga而言的vn开度α和节气门开度θ的设定”。
82.图10是用于说明第二实施方式的燃料经济性优先模式及噪音优先模式的图表。燃料经济性优先模式下的vn开度α及节气门开度θ的设定与第一实施方式相同。
83.如图10所示，在噪音优先模式下，在第二实施方式中也与第一实施方式同样地，相对于要求空气量ga的增加，使vn22在特定要求空气量值ga1下开始关闭。
84.对于相对于特定要求空气量值ga1的高流量侧，在第一实施方式中，相对于要求空气量ga的增加，vn开度α逐渐地(单调地)减少至全闭开度。与此相对，在第二实施方式中，vn开度α在相对于要求空气量ga的增加而逐渐减少之后，在达到全闭开度之前的要求空气量值ga2(＜gamax)以后的高流量侧，vn开度α以比低流量侧平缓的斜率，相对于要求空气量ga的增加而朝向全闭开度逐渐减少。节气门开度θ被调整为，在像这样相对于第一实施方式变更后的vn开度α的设定下满足要求空气量ga。
85.在图10中，将与图2所示相同的高空气量区域r1用作本发明的“高空气量区域”的一例。根据第二实施方式的噪音优先模式，在高空气量区域r1中，相对于要求空气量ga的增加，一边使vn开度α减少一边使节气门开度θ增加。更详细而言，在图10所示的例子中，在高空气量区域r1中，相对于要求空气量ga的增加，一边使vn开度α减少一边使节气门开度θ增加，直到要求空气量ga达到最大值gamax。
86.根据上述的图10所示的噪音优先模式的设定，在高空气量区域r1及其附近的高空气量区域(高负荷区域)中，与第一实施方式的设定相比，vn开度α成为打开侧，与此相伴地节气门开度θ增加。结果，虽然与第一实施方式的设定相比，排气噪音的降低量减少，但由于泵损失的降低，燃料经济性提高。
87.在此，在噪音优先模式下与燃料经济性优先模式相比向关闭侧设定vn开度α时所容许的燃料经济性恶化量有时根据发动机运转条件而不同。图10所示的噪音优先模式的设定适合在高空气量区域r1等高空气量区域中所容许的燃料经济性恶化量小的发动机运转条件下使用。此外，关于噪音优先模式，例如，也可以是，在高空气量区域中所容许的燃料经济性恶化量相对较小的发动机运转条件下使用图10所示的设定，在所容许的燃料经济性恶化量相对较大的发动机运转条件下使用图2所示的设定。
88.另外，根据按照以上说明的第二实施方式的噪音优先模式的vn开度α的设定，与燃料经济性优先模式相比时，也与第一实施方式同样地，在高空气量区域r1中vn开度α被向关闭侧控制。因此，根据第二实施方式的噪音优先模式，也能够在降低排气噪音的同时实现要求发动机转矩。
89.接着，对第三实施方式进行说明。图11是示出第三实施方式的内燃机60的系统构成的一例的示意图。该内燃机60在追加地具备可变气门机构62这一点上与图1所示的内燃机10不同。可变气门机构62构成为能够变更各气缸的进气门64的打开特性(例如进气门64
的升程量、打开定时及关闭定时)。
90.在第三实施方式中的吸入空气量控制(燃料经济性优先模式及噪音优先模式)中，为了在与要求空气量ga相应的vn开度α下以满足要求空气量ga的方式控制吸入空气量，与节气门28一起使用可变气门机构62。此外，为了进行这样的吸入空气量控制，也可以与可变气门机构62一起使用能够变更排气门66的打开特性的可变气门机构。
91.图12是用于说明第三实施方式中的燃料经济性优先模式及噪音优先模式的图表。燃料经济性优先模式下的vn开度α及节气门开度θ的设定与第一实施方式相同。
92.如图12所示，在噪音优先模式下，在第三实施方式中也与第一实施方式同样地，相对于要求空气量ga的增加，vn22在特定要求空气量值ga1下开始关闭。
93.对于相对于特定要求空气量值ga1而言的高流量侧，在第三实施方式中也与第一实施方式同样地，相对于要求空气量ga的增加，vn开度α逐渐地(单调地)减少至全闭开度。两者的不同点是“相对于要求空气量ga的增加而言的vn开度α的减少斜率”。即，如图12所示，在第三实施方式中，vn开度α以大于第一实施方式的斜率朝向全闭开度减少。
94.根据上述的第三实施方式的噪音优先模式下的vn开度α的设定，与第一实施方式的设定相比，能够将使用vn22的全闭开度的空气量区域(负荷区域)向低流量侧(低负荷侧)扩大。因此，第三实施方式的vn开度α的设定适合在“具有排气噪音降低的需求的发动机负荷区域存在于更低负荷侧”这一情况下使用。
95.此外，代替第三实施方式的vn开度α的设定，例如，通过使特定要求空气量值ga1向低流量侧偏移，能够在使上述斜率与第一实施方式相同的同时，也扩大使用vn22的全闭开度的空气量区域。然而，在该方法中，与图12所示的设定相比，会将相对于全开开度而言关闭vn22的空气量区域向低流量侧扩大。这会导致用于提高燃料经济性的泵损失的降低要求高的小空气量区域(低负荷区域)中的燃料经济性恶化。另外，在小空气量区域中，与高空气量侧相比，排气噪音值本身较小。因此，根据第三实施方式的vn开度α的设定，能够在也考虑了这些方面的同时提高排气噪音降低效果。
96.另外，在第三实施方式的噪音优先模式下，以在如上述那样设定的vn开度α下满足要求空气量ga的方式，控制节气门开度θ及进气门64的打开特性。具体而言，在特定要求空气量值ga1以下的低流量侧，作为一例，仅执行与第一实施方式同样的节气门开度θ的控制。
97.另一方面，在比特定要求空气量值ga1靠高流量侧且处于高空气量区域r1的低流量侧的空气量区域中，存在空气量区域r2。在该空气量区域r2中，相对于要求空气量ga的增加，一边使vn开度α及节气门开度θ维持恒定(或实质性恒定)，一边以满足要求空气量ga的方式，利用可变气门机构62控制进气门64的打开特性。更详细而言，为了相对于要求空气量ga的增加而使吸入空气量增多，例如对进气门64的升程量、打开定时及关闭定时中的至少1个进行控制。
98.另外，根据以上说明的第三实施方式的按照噪音优先模式的vn开度α的设定，与燃料经济性优先模式相比时，也与第一实施方式同样地，在高空气量区域r1中vn开度α被向关闭侧控制。因此，根据第三实施方式的噪音优先模式，也能够在降低排气噪音的同时实现要求发动机转矩。
99.此外，如以上与第一实施方式相关联地参照图9叙述的那样，在第三实施方式的噪音优先模式下的vn开度α的设定(参照图12)中，vn开度α也可以代替相对于要求空气量ga的
增加而被严格地维持全闭开度的例子，而被控制为实质性地维持全闭开度。
100.另外，“以在噪音优先模式中设定的vn开度α下满足要求空气量ga的方式，与节气门28一起使用可变气门机构62”需要留意以下的方面，并且，不限于第三实施方式的噪音优先模式，也可以应用于其他的第一实施方式及第二实施方式的噪音优先模式。即，关于图2所示的噪音优先模式，也可以是，以保持“在高空气量区域r1中，相对于要求空气量ga的增加，一边使vn22维持全闭开度一边使节气门开度θ增加”这一设定为条件，为了满足要求空气量ga，与节气门28一起使用可变气门机构62。另外，关于图10所示的噪音优先模式，也可以是，以保持“在高空气量区域r1中，相对于要求空气量ga的增加，一边使vn开度α减少一边使节气门开度θ增加”这一设定为条件，为了满足要求空气量ga，与节气门28一起使用可变气门机构62。
101.接着，对第四实施方式进行说明。在第四实施方式中，说明如下方法：在能够以接近最佳点火正时(mbt(minimum advance for the best torque)点火正时)的方式使点火正时提前的发动机运转条件下，以使噪音优先模式下的vn开度α的关闭量在不会导致燃料经济性恶化的状态下变大的方式，修正vn开度α。在以下的说明中，以第一实施方式的图2所示的噪音优先模式下的vn开度α的设定为对象来进行。然而，该修正方法能够同样应用于第二实施方式及第三实施方式的图10及图12各自所示的噪音优先模式下的vn开度α的设定。
102.具体而言，使用第四实施方式的vn开度α的修正方法的ecu40在选择相对于mbt点火正时靠延迟侧的基本点火正时的发动机运转条件下选择噪音优先模式的情况下，以使点火正时sa从基本点火正时sab提前而接近mbt点火正时的方式，控制点火装置46，并且以抵消“伴随着点火正时sa的该提前的燃料经济性改善量(后述的δbsfc)”的量，将在噪音优先模式下设定的vn开度α向关闭侧修正。此外，在图2所示的例子中，成为该修正方法的修正对象的vn开度α是伴随着要求空气量ga的增加而vn开度α从全开开度朝向全闭开度逐渐减少的空气量区域的vn开度α。
103.图13是示出利用了第四实施方式的vn开度α的修正方法的噪音优先模式下的vn开度α的算出处理的流程图。该流程图的处理与上述的图6所示的流程图中的步骤s106的处理联动地执行。
104.在图13中，ecu40首先在步骤s200中取得内燃机10的运转状态参数。这里所说的运转状态参数是影响点火正时的参数(例如，发动机水温tw和进气温度tb)。发动机水温tw及进气温度tb例如使用发动机水温传感器及进气温度传感器来检测。然后，处理进入步骤s202。
105.在步骤s202中，ecu40判定是否是能够以接近mbt点火正时的方式使点火正时sa提前的发动机运转条件。
106.图14是示出bsfc与点火正时sa的关系的图表。如图14所示，bsfc(燃料经济性)在mbt点火正时下成为最佳。图14与步骤s202的判定结果为是的发动机运转条件的一例对应。即，与图14对应的发动机运转条件下的基本点火正时(典型的是与发动机负荷及发动机转速相应的值)sab与mbt点火正时相比位于延迟侧。因此，存在以接近mbt点火正时的方式相对于基本点火正时sab对点火正时sa进行修正的余地，结果，能够改善bsfc。
107.另一方面，当使点火正时sa提前时，容易产生爆震。因此，在本步骤s202中，除了是否存在点火正时的提前的余地这样的判定之外，还进行是否是能够在不使爆震产生恶化的
状态下提前的发动机运转条件这一判定。具体而言，例如在由于处于发动机预热期间而发动机水温tw比预定值低的情况下，后者的判定结果为是。另外，例如在由于车辆处于高速行驶期间而中冷器26的能力存在富余的情况下，能够使进气温度tb从当前的检测值降低，因此后者的判定结果也成为是。
108.在步骤s202中的2个判定的结果为是的情况下，ecu40最终判定为能够进行点火提前，处理进入步骤s204。另一方面，在上述2个判定的结果中的一方或双方为否的情况下，ecu40最终判定为不能进行点火提前，结束图13所示的流程图的处理。在该情况下，如参照步骤s106已经说明的那样，vn开度α根据与图2所示的vn开度α的设定对应的图8a所示的关系(映射)来算出。
109.在步骤s204中，ecu40算出点火正时sa的提前量δsa。该提前量δsa例如基于发动机水温tw的基本值(与基本点火正时sab相关联的值)与当前值(在步骤s200中取得的值)的差值δtw来算出。具体而言，例如，以差值δtw越大，提前量δsa越大的方式算出提前量δsa。然后，处理进入步骤s206。
110.在步骤s206中，ecu40算出与所算出的提前量δsa相应的燃料经济性改善量δbsfc。燃料经济性改善量δbsfc能够利用图14所示那样的bsfc与点火正时sa之间的关系来算出。更详细而言，该关系根据要求空气量ga(发动机负荷)及发动机转速的每一个而变化。因此，在存储器40b中存储有确定了点火正时sa、要求空气量ga以及发动机转速与bsfc的关系的映射。ecu40根据这样的映射算出与当前的提前量δsa、要求空气量ga及发动机转速相应的燃料经济性改善量δbsfc。然后，处理进入步骤s208。
111.在步骤s208中，ecu40算出以抵消所算出的燃料经济性改善量δbsfc的量，从噪音优先模式的基本vn开度αb向关闭侧进行修正后的vn开度αc。在此所说的基本vn开度αb相当于根据与图2所示的vn开度α的设定对应的图8a所示的关系(映射)而算出的vn开度α。
112.图15是示出在步骤s208中使用的bsfc与vn开度α的关系的图表。如已经说明的那样，当vn开度α向关闭侧移动时，基本上会由于泵损失的增加而bsfc(燃料经济性)恶化。因此，通过利用图15所示的关系，能够相对于基本vn开度αb下的bsfc的值，确定使燃料经济性恶化燃料经济性改善量δbsfc的vn开度αc。更详细而言，该关系根据要求空气量ga(发动机负荷)及发动机转速的每一个而变化。因此，确定bsfc与vn开度α的关系的映射作为根据要求空气量ga及发动机转速而不同的映射存储于存储器40b。ecu40利用这样的映射来算出vn开度αc，该vn开度αc以“抵消燃料经济性改善量δbsfc的量”相对于基本vn开度αb靠关闭侧处。
113.此外，ecu40以实现从基本点火正时sab提前由图13所示的流程图的处理算出的提前量δsa而得到的点火正时sa的方式，控制点火装置46，并且，以实现由该流程图的处理算出的(即修正后的)vn开度αc的方式，控制vn致动器24。
114.根据以上说明的第四实施方式的vn开度α的修正方法，在能够以接近mbt点火正时的方式使点火正时sa提前的发动机运转条件下，能够无燃料经济性恶化地，使在噪音优先模式下使用的vn开度α的关闭量(以基本vn开度αb与修正后的vn开度αc的差量)增大。因此，能够在不伴随燃料经济性恶化的情况下提高通过利用噪音优先模式实现的排气噪音的降低效果。
115.此外，在作为上述发动机运转条件之一的低发动机水温条件下，由于发动机摩擦
力的增加，发动机噪音(机械噪音)变大，另外，由于由发动机摩擦力的增加引起的要求空气量ga的增加，燃烧噪音变大。关于这一点，通过在这样的低发动机水温条件下利用基于第四实施方式的修正方法的修正后的vn开度αc来降低排气噪音，从而能够降低车辆整体的噪音水平。