缸內燃料噴射式內燃機的控制裝置的製作方法

2023-10-21 06:18:12

專利名稱：缸內燃料噴射式內燃機的控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及缸內燃料噴射式內燃機的控制裝置。
背景技術：
在汽缸內直接噴射燃料的缸內噴射式內燃機已經廣泛熟識。缸內噴射式內燃機通過燃料噴射閥在燃燒室內直接進行燃料噴射，謀求氣體物質排放及燃料消耗量的削減、輸出的提高等。在缸內噴射式內燃機中，基於燃料噴射定時，存在噴射出的燃料附著在活塞頂面 (冠面)、汽缸內徑壁面上的情況。如果在汽缸內徑壁面上附著、殘留的燃料量較多，則有時到點火期間都不能完全汽化，就有未燃氣體增大的趨勢。為此，例如，在專利文獻1及專利文獻2中，公開了一種在汽缸內徑壁面溫度較低的情況下，為使燃料擴展到活塞頂面上容易汽化，而變更吸氣行程中來自噴射器的燃料噴射定時的技術。另外，在專利文獻3中，公開了一種通過在1個循環中執行多次燃料噴射來減小每一次的燃料噴射量，由此降低對汽缸內徑壁面的燃料附著，且相對於發動機的運轉條件的變化，通過將噴射與噴射的間隔大致保持在一定的曲柄角，即旋轉越慢噴射間隔越長、旋轉越快噴射間隔越短，由此使噴霧分散的技術。另一方面，如果在活塞頂面及汽缸內徑壁面上附著、殘留的燃料量較多，則粒子狀物質(WTSPM)的排出粒子數就有增大的趨勢。特別是，在活塞頂面上附著的燃料量較多的話，PM排出粒子數就有增大的趨勢。近年來，對於缸內噴射式內燃機，提高了降低PM排出粒子數的必要性。專利文獻1 日本特開2009-102997號公報專利文獻2 日本特開2009-102998號公報專利文獻3 日本特開2002-161790號公報在所述缸內噴射式內燃機中，如果為了降低汽缸內徑壁面上附著、殘留的燃料量而使噴射定時超前，則有活塞頂面上附著、殘留的燃料量增大，PM排出粒子數增大的趨勢。 另一方面，如果為了抑制PM排出粒子數的增大而使噴射定時滯後，則有汽缸內徑壁面上附著、殘留的燃料量增大，未燃氣體增大的趨勢。所涉及的技術問題，與在1個循環中執行多次燃料噴射的分割噴射的情況相同， 另外，在分割噴射中，因為噴射與噴射的間隔是必需的，所以與在1個循環中僅噴射1次燃料的情況相比較，噴射的終止時間為滯後側。如果所分割的最後一次噴射的終止時間與規定的曲柄角相比為滯後側，則有時直到點火期間都不能完全汽化，有降低缸內混合氣均質性的趨勢。

發明內容
本發明的目的在於，提供一種在缸內噴射式內燃機中，在1個循環中執行多次燃料噴射的情況下，儘可能使第1次噴射超前且抑制PM排出粒子數的增大的方式降低活塞頂面上附著、殘留的燃料量的缸內噴射式內燃機的控制裝置。為了達成所述目的，在本發明中，提供一種缸內燃料噴射式內燃機的控制裝置， 其特徵在於，在配置有向燃燒室內直接噴射燃料的燃料噴射閥的內燃機中，具備在1個循環中執行多次燃料噴射的分割多段噴射單元、使自燃燒室排出的廢氣再次回流到燃燒室的 EGR裝置和檢測或者算出回流到燃燒室的EGR量的單元，被分割為多次的各次噴射中的至少第1次噴射的燃料噴射在吸氣行程中執行，被分割為多次的各次噴射中的至少第1次噴射的噴射開始定時按照EGR量進行設定，EGR量多的情況與EGR量少的情況相比較第1次噴射的噴射開始定時超前。根據本發明，在將1個循環中噴射的燃料分割為多次的分割多段噴射中，因為被分割為多次的各次噴射中的第ι次噴射的噴射定時按照EGR量進行設定，所以能夠以能降低活塞頂面上附著、殘留的燃料量的噴射定時執行分割多段噴射，抑制PM排出粒子數的增大。


圖1是本發明的一個實施方式涉及的缸內噴射式發動機的控制系統整體的構成概略圖。圖2是表示在對本發明的一個實施方式涉及的缸內噴射式發動機的控制裝置的一個實施方式進行表示的系統構成中所用到的、發動機控制單元的輸入輸出信號關係的框圖。圖3是表示相對於燃料噴射定時的、燃料附著量和PM排出量的關係的圖。圖4是表示相對於燃料噴射定時的、PM排出量、燃料消耗率和油稀釋率的關係的圖。圖5是表示分割噴射次數和PM排出量的關係的圖。圖6是表示分割噴射間隔和PM排出量的關係的圖。圖7是表示EGR量和PM排出量的關係的圖。圖8是表示本發明的一個實施方式涉及的缸內噴射式發動機的分割多段噴射控制的控制內容的流程圖。圖9是表示圖8所示的分割噴射定時設定的處理內容的流程圖。圖10是表示用於算出圖9所示的基本噴射定時的映射(map)函數的圖。圖11是表示用於算出圖9所示的最終噴射定時的映射函數的圖。圖12是表示本發明的一個實施方式涉及的分割多段噴射控制的第1控制例的圖。圖13是表示本發明的一個實施方式涉及的分割多段噴射控制的第2控制例的圖。符號說明1-缸內噴射內燃機；101-發動機控制單元；102-空氣濾清器；103-空氣流量傳感器；104-電控節流閥；105-吸氣管；106-燃燒室；107-節流閥開度傳感器；108-高壓燃料泵；109-燃料噴射閥；110-點火線圈；111-火花塞；112-EGR管；113-EGR控制閥；114-EGR 流量傳感器；115-曲柄軸；116-曲柄角傳感器；117-公共軌道；201-凸輪角傳感器； 202-水溫傳感器；203-空燃比傳感器；204-燃料壓力傳感器；205-油溫傳感器；206-高壓
4泵螺線管；207-低壓泵。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。圖1為形成本發明的一個實施方式的、缸內噴射內燃機1的控制系統整體的構成概略圖。從空氣濾清器102的入口部吸進來的吸入空氣，通過吸入空氣流量計(空氣流量傳感器)103，在經過控制吸入空氣流量的電控節流閥104並分配給與各汽缸連接的各吸氣管105之後，被導入到各汽缸的燃燒室106中。另外，從上述吸入空氣流量計103向發動機控制單元101輸出表示上述吸入空氣流量的信號。安裝有檢測上述電控節流閥104的開度的節流閥開度傳感器107，且該信號也輸出到發動機控制單元101。燃料通過低壓燃料泵(未圖示)進行1次加壓後，由高壓燃料泵108將其2次加壓成更高的壓力，經由公共軌道117從設置在各汽缸中的燃料噴射閥109向燃燒室106噴射。噴射到上述燃燒室的燃料，生成與吸入空氣的混合氣，根據來自點火線圈110的點火能量，由火花塞111進行點火，在燃燒室106內燃燒。自燃燒室106排出的廢氣被排向排氣管，在排氣管中形成有EGR入口。在排氣管流動的廢氣的一部分(EGR氣體)，從EGR入口通過EGR管112流向EGR控制閥113，經由EGR 出口回流到吸氣管105內。EGR氣體流量由EGR控制閥113進行調節。在EGR管內裝有用於測量EGR氣體流量的EGR流量傳感器114。EGR流量傳感器的流量檢測信號輸出到發動機控制單元101。安裝於發動機的曲柄軸115上的曲柄角傳感器116，將表示曲柄軸的旋轉位置的信號輸出到發動機控制單元101。圖2示出發動機控制單元的輸入輸出關係。發動機控制單元101，由包含A/D轉換器的I/OLSIlOla、CPUlOlb等構成，將來自包括空氣流量傳感器103、節流閥開度傳感器 107、曲柄角傳感器116、水溫傳感器202、空燃比傳感器203、燃料壓力傳感器204、油溫傳感器205、EGR流量傳感器114在內的各種傳感器等的信號作為輸入進行接收，執行規定的運算處理，作為運算結果將所算出的各種控制信號進行輸出，將規定的控制信號提供給制動器(actuator)即電控節流閥104、高壓泵螺線管206、點火線圈110、各燃料噴射閥109，以執行公共軌道內燃料壓力控制、燃料噴射量控制及點火時期控制等。在I/0LSI中設有驅動各噴射器的驅動電路，使用升壓電路(未圖示)對由電池提供的電壓進行升壓來提供，通過 IC(未圖示)進行電流控制來驅動各噴射器。用圖3說明燃料噴射定時和PM排出量的關係。這表示在噴射1次燃料的情況下相對於噴射定時的、對活塞頂面的燃料附著量、 對汽缸內徑的燃料附著量、PM排出量的關係。在燃料噴射定時過早的情況下(靠近TDC)， 有對活塞頂面的燃料附著量增大，PM產生量也增大的趨勢。另一方面，在燃料噴射定時過晚的情況下(靠近BDC)，有對汽缸內徑的燃料附著量增大，PM產生量也增大的趨勢。另外， 對汽缸內徑的燃料附著相對於對活塞頂面的燃料附著，對PM產生量的影響較少。為了將噴射1次燃料情況下的PM產生量抑制到最小限度，優選在對活塞頂面的燃料附著量和對汽缸內徑的燃料附著量的合計最少的、吸氣行程中期進行燃料噴射。用圖4說明PM排出量、燃料消耗率和油稀釋率的關係。
這是燃料噴射定時發生變化情況下的PM排出量、燃料消耗率、油稀釋率。PM排出量最少的燃料噴射定時為吸氣行程中期，相對於此，燃料消耗率、油稀釋率最少的燃料噴射定時為吸氣行程初期。為了使它們均處於最佳，優選以較早的燃料噴射定時狀態使PM降低。用圖5說明分割噴射次數和PM排出量的關係。這表示在1個循環中將必需的燃料量分割為多次進行燃料噴射情況下的、相對於分割次數的PM排出量。因為每當分割次數增加時每1次的燃料噴射量就減少，所以對活塞頂面的燃料附著減少，PM排出量減少。用圖6說明分割噴射的間隔和PM排出量的關係。如果分割噴射的間隔過短(窄)，則無法充分獲得分割噴射的效果，實現不了 PM排出量的降低。因此為了降低PM排出量，需要空出噴射與噴射的間隔在某一規定間隔以上。用圖7說明EGR量和PM排出量的關係。該圖示出在以某一分割次數進行分割噴射中，EGR量按 ⑴一(II) — (III) — (IV)順序增加情況下的PM排出量。根據EGR量的增加，PM排出量在降低。這是因為由於EGR氣體使得吸入到燃燒室的空氣溫度上升，促進了噴射到缸內的燃料的汽化，降低了對活塞頂面的燃料附著量。在以某一 PM產生量等級進行比較的情況下，相對於EGR量為(I)時能達到其PM 排出量的燃料噴射定時(A)，如果EGR量按(II) — (III) — (IV)順序增加的話，則能達成 PM產生量的燃料噴射定時可按(B) — (C) — (D)順序提前。下面，用圖8 圖11說明本實施方式涉及的內燃機的分割多段噴射控制的具體控制內容。圖8是表示本發明的一個實施方式涉及的分割多段噴射控制的控制內容的流程圖。圖8的內容被發動機控制單元101的CPU編制為程序，以預先規定的周期反覆執行。發動機控制單元101基於在圖8處理內容中算出的噴射脈衝寬度和噴射定時，將規定的控制信號提供給各燃料噴射閥109，在1個循環中執行多次燃料噴射。在步驟801中，設定在1個循環中從各燃料噴射閥109中噴射出的總燃料量、即合計噴射脈衝寬度TI_T0TAL。合計噴射脈衝寬度TI_T0TAL，按照空氣流量傳感器103測量的吸入空氣、按運轉狀態等設定的空燃比、用燃料壓力傳感器204的信號算出的燃料壓力等進行設定。在步驟802中，算出最小噴射脈衝寬度TI MIN0這裡最小噴射脈衝寬度，是根據燃料噴射閥109的燃料壓力特性、電氣特性、機械特性以及噴射器的驅動電流波形等諸多特性進行設定的。在步驟803中，算出所分割的各噴射的噴射空隙、即噴射間隔。噴射間隔，是出於燃料附著及混合氣的均質性方面和確保噴射器驅動電流方面的考慮，設定在某一規定間隔以上的。如果噴射間隔過短(窄)，則呈現與1次噴射基本相同的燃料噴霧狀態，得不到分割噴射的效果，無法降低對活塞頂面、汽缸內徑的燃料附著。另外，噴射器驅動電路，因為每當驅動噴射器時升壓電路內的電壓就下降，所以需要恢復到原始電壓的時間，在這段升壓恢復時間中，需要等待下一次燃料噴射。
在步驟804中，進行分割數N的設定。用步驟801中設定的合計噴射脈衝寬度TI_ TOTAL、步驟802中設定的最小噴射脈衝寬度TI_MIN，執行TI_T0TAL + TI_MIN的除法運算， 設定其商為分割數N。在步驟805中，進行計數器η的初始化。在步驟806中，進行計數器η是否大於分割數N的判定，在大於的情況下(完成η =1 N的設定)終止處理。在計數器η為分割數N以下的情況下進行步驟807以後的處理。在步驟807中，算出各噴射的噴射脈衝寬度ΤΙ_η (η = 1 N)。用步驟801中算出的合計噴射脈衝寬度TIjOTAL和步驟804中算出的分割數N，執行TI_T0TAL + N的除法運算而算出其值。在步驟808中，算出EGR率。EGR率REGR，是用由EGR流量傳感器114測量出的 EGR氣體量QEGR和由空氣流量傳感器103測量出的吸入空氣量QA，執行QEGR+ (QA+QEGR) 的除法運算而求出的。在步驟809中，進行分割多段噴射的各噴射的噴射定時的設定。圖9示出步驟809 的詳細內容。在步驟810中，進行計數器η的增量處理，並返回步驟805。這樣，反覆進行η = 1 N的處理，設定各噴射脈衝寬度和各噴射定時。用圖9，說明圖8的步驟809(設定噴射定時)的詳細內容。在步驟901中，算出基本噴射定時。將在圖8的步驟807中算出的分割後噴射脈衝寬度TI_n和在圖8的步驟808中算出的EGR率REGR作為輸入，通過參照圖10所示那樣的映射ΜΙΤΒ，算出基本噴射定時ΙΤΒ。 映射ΜΙΤΒ，是考慮由分割後的燃料噴射量引發的燃料附著量和由EGR引發的汽化率提升度來設定基本的燃料噴射定時的。在步驟902中，算出施加了活塞頂面溫度修正的最終噴射定時。將在步驟901中算出的基本噴射定時ITB和活塞頂面溫度TPI作為輸入，通過參照圖11所示那樣的映射MITF，算出最終噴射定時ITF。映射MITF，是考慮由活塞頂面溫度 TPI引發的燃料附著量、汽化率的影響而設定的。另外，頂面溫度ΤΡΙ，優選用空氣量、空燃比、點火時期等，構成熱模型來進行推算的方法，從控制簡略化的觀點出發，可以採用將水溫傳感器202、油溫傳感器205檢測出的水溫、油溫作為輸入值來檢索映射MITF的構成。在步驟903中，判定是否設定了 1個循環的分割噴射中的、第1次噴射的噴射定時。在η = 1的情況下，進入步驟905，終止為第1次噴射定時ITl = ITF0在η興1的情況下(第2次以後的情況)，進入步驟904，算出第η次噴射可開始角度ΙΤη。將分割後噴射脈衝寬度ΤΙ_(η-1)和圖8的步驟803中算出的噴射間隔ΤΙ_ΙΝΤ加到上次ΙΤ_(η_1)上，算出第η次噴射可開始角度ΙΤ_η。用圖12 圖13，說明採用圖8 圖11所示構成時的具體控制例。圖12是表示在活塞頂面溫度為高溫，例如發動機完全暖機的情況下，I循環中分割為3次實施燃料噴射的噴射定時的圖。下段表示EGR量為少流量時的情況，中段表示EGR 量為中流量時的情況，上段表示EGR量為大流量時的情況。按照EGR量，使第1次噴射的噴射定時超前。第2次以後的噴射都保持著噴射間隔，按照第1次噴射的噴射定時超前量變更在超前側。 圖13是表示在活塞頂面溫度為低溫，例如發動機啟動後的暖機過程中，I循環中分割為3次實施燃料噴射的噴射定時的圖。下段表示EGR量為少流量時的情況，中段表示 EGR量為中流量時的情況，上段表示EGR量為大流量時的情況。按照EGR量，使第1次噴射的噴射定時超前，這和圖12的活塞頂面溫度為高溫的情況相同，但與第1次噴射的噴射定時為高溫的情況相比較為滯後側。第2次以後的噴射同樣，保持著噴射間隔，按照第1次噴射的噴射定時超前量變更在超前側。
權利要求
1.一種控制裝置，其特徵在於，在配置有燃料噴射閥和EGR裝置的內燃機的控制裝置中具備分割多段噴射單元，所述燃料噴射閥向燃燒室內直接噴射燃料，所述EGR裝置使自燃燒室排出的廢氣再次回流到燃燒室，所述分割多段噴射單元在1個循環中執行多次燃料噴射，被分割為多次的各次噴射中的至少第1次噴射的燃料噴射在吸氣行程中執行，被分割為多次的各次噴射中的至少第1次噴射的噴射開始定時按照EGR量進行設定，EGR量多的情況與EGR量少的情況相比較第1次噴射的噴射開始定時超前。
2.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於，檢測對所述內燃機所具備的活塞的頂面溫度有影響的參數，並基於所述參數設定被分割為多次的各次噴射中的至少第1次噴射的噴射定時。
3.根據權利要求2所述的控制裝置，其特徵在於，所述參數是所述缸內噴射式內燃機的冷卻水溫度或者所述缸內噴射式內燃機的潤滑油溫度。
4.根據權利要求2所述的控制裝置，其特徵在於，所述參數為低溫的情況與為常溫的情況相比較，被分割為多次的各次噴射中的至少第 1次噴射的噴射定時滯後。
全文摘要
本發明提供一種缸內燃料噴射式內燃機的控制裝置，在缸內噴射式發動機中，在1個循環中執行多次燃料噴射的情況下，儘可能使第1次噴射超前且抑制PM排出粒子數增大的方式降低活塞頂面上附著、殘留的燃料量。被分割為多次的各次噴射中的至少第1次噴射的燃料噴射在吸氣行程中執行，被分割為多次的各次噴射中的至少第1次噴射的噴射定時按照EGR量進行設定，EGR量多的情況與EGR量少的情況相比較第1次噴射的噴射定時超前。
文檔編號F02D41/40GK102278221SQ20111015220
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月8日 優先權日2010年6月11日
發明者有原儀信, 松村哲生 申請人:日立汽車系統株式會社