用於氣缸內直噴式內燃機的控制裝置的製作方法

2023-11-05 03:23:57 5

專利名稱：用於氣缸內直噴式內燃機的控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機的燃料噴射控制，具體地說，涉及向氣缸內直接噴射燃料的四 衝程氣缸內直噴式內燃機的控制裝置。
背景技術：
未審查的日本專利申請公開No. 10-231744披露了一種用於控制在向氣缸內直接 噴射燃料的所謂氣缸內直噴式內燃機中的燃料噴射量以及燃料噴射定時的構造。具體地 說，在這種構造中，當內燃機在例如中/高載荷的特定工作範圍內工作時，通過在壓縮衝程 中噴射燃料來執行分層燃燒。當執行分層燃燒時，在壓縮衝程中的噴射之前，在進氣衝程期 間執行燃料噴射。具體地說，所述噴射以如下方式執行防止在進氣衝程中噴射的燃料的預 點火，並且將由在壓縮衝程和進氣衝程中噴射的燃料的總量所確定的總空燃比設定為與理 論空燃比(化學計量的空燃比)相接近。在未審查的日本專利申請公開No. 10-231744中， 通過向設置於在氣缸中往復運動的活塞的頂面上的空腔噴射燃料來執行分層燃燒。已知一種可以通過改變活塞的上死點位置來改變內燃機壓縮比的內燃機。例如， 當已知的內燃機在高載荷下運行時，壓縮比降低至低值，以避免諸如爆震等異常燃燒。在該 可變壓縮比內燃機中，假設在內燃機壓縮比改變的過渡狀態期間，壓縮比的降低被延遲，可 以通過實施在未審查的日本專利申請公開No. 10-231744中所論述的燃料噴射控制，在該 過渡狀態期間防止發生爆震。

發明內容
本發明的目的是使由在內燃機載荷改變的過渡操作期間噴射燃料與活塞之間的 位置關係變化而導致的在氣缸內直噴式可變壓縮比內燃機中可能發生的排氣性能和燃燒 性能劣化的程度最小化。在本發明的一個實施例中，提供一種用於具有氣缸和設置在所述氣缸內的活塞的 四衝程氣缸內直噴式內燃機的控制裝置。該控制裝置包括可變壓縮比機構，其通過改變所 述活塞的上死點位置可變地控制內燃機壓縮比；燃料噴射裝置，其用於將燃料直接噴射入 所述氣缸內；以及控制器，其用於控制所述燃料噴射裝置和所述可變壓縮比機構。當所述 內燃機的實際壓縮比大於目標壓縮比時，所述控制器使所述可變壓縮比機構減小所述壓縮 比。此外，根據所述壓縮比的減小，所述控制器控制所述燃料噴射裝置在進氣衝程中噴射進 氣燃料噴射量並且在壓縮衝程中噴射壓縮燃料噴射量，並且延遲在壓縮衝程中啟動燃料噴 射的定時。
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在本發明的另一個實施例中，提供一種用於具有氣缸和設置在所述氣缸內的活塞 的四衝程氣缸內直噴式內燃機中的燃料噴射控制方法。所述方法包括當所述內燃機的實 際壓縮比大於目標壓縮比時，減小所述壓縮比，並且根據所述壓縮比的減小，在進氣衝程中 噴射進氣燃料噴射量並在壓縮衝程中噴射壓縮燃料噴射量，並且延遲在壓縮衝程中啟動燃 料噴射的定時。在本發明的另一個實施例中，提供一種用於具有氣缸和設置在所述氣缸內的活塞 的四衝程氣缸內直噴式內燃機的控制裝置。所述控制裝置包括可變壓縮比裝置，其通過改 變所述活塞的上死點位置可變地控制內燃機壓縮比；燃料噴射裝置，其用於將燃料直接噴 射入所述氣缸內；以及控制裝置，其用於控制所述燃料噴射裝置和所述可變壓縮比裝置。當 所述內燃機的實際壓縮比大於目標壓縮比時，所述可變壓縮比裝置減小所述壓縮比。此外， 根據所述壓縮比的減小，所述燃料噴射裝置在進氣衝程中噴射進氣燃料噴射量並且在壓縮 衝程中噴射壓縮燃料噴射量，並且所述控制裝置延遲在壓縮衝程中啟動燃料噴射的定時。因此，根據本發明，根據實際壓縮比控制所述壓縮衝程噴射的啟動定時，從而即使 在壓縮比改變的過渡操作期間，因噴射燃料與活塞之間的位置關係的改變而可能發生的排 氣性能和燃燒性能的劣化可以被最小化。


包含於本說明書中並作為本說明書的一部分的附圖示出本發明的優選實施例，並 且使用附圖連同上述整體說明以及下述詳細說明對本發明的特徵進行描述。圖IA和圖IB是應用了本發明的第一實施例的內燃機的正視圖，並且圖IC是活塞 的俯視圖；圖2示出可變壓縮比機構的一個實例；圖3A和圖3B示出可變壓縮比機構的操作，其中，圖3A示出當該機構設置在與高 壓縮比對應的位置上時的狀態，並且圖3B示出當該機構設置在與低壓縮比對應的位置上 時的狀態；圖4是示出用於本發明第一實施例中的各個操作範圍的燃燒方法的操作範圍圖；圖5是示出在本發明第一實施例的各個操作範圍中的內燃機壓縮比的操作範圍 圖；圖6包括跨過兩頁的圖6A和圖6B，圖6是示出在內燃機載荷增加的過渡期內執行 的燃料噴射控制的控制程序的流程圖；圖7是示出在各個壓縮比下的活塞位置的示意圖；圖8是總結各個操作條件下的燃料噴射方式的圖；圖9是示出燃料噴射定時的定時圖；圖10是示出在內燃機載荷增加的過渡期內的燃料噴射量的定時圖；圖11是示出在本發明第二實施例中的各個操作範圍的燃燒方法的操作範圍圖；圖12是示出在本發明第二實施例中的各個操作範圍中的內燃機壓縮比的操作範 圍圖；圖13示出可變閥系統的一個實例；圖14是示出進氣閥的操作角度和升程如何變化的圖15是示出在本發明第三實施例中的各個操作範圍的燃燒方法的操作範圍圖； 以及圖16是示出在本發明第三實施例中的各個操作範圍的內燃機壓縮比的操作範圍 圖。
具體實施例方式下面將參考附圖詳細說明本發明的實施例。第一實施例圖IA至圖IC示出了根據本發明第一實施例的系統構造。具體地說，圖IA是從內 燃機前方看到的內燃機的一個氣缸及其周圍區域的剖視圖。圖IB是從內燃機一側看到的 剖視圖。圖IC示出從內燃機上方看到的活塞頂面。所述內燃機是例如四衝程內燃機，每個氣缸具有進氣衝程，其中，在進氣閥打開 的同時，隨著活塞移動以擴大氣缸內的容積，空氣被吸入氣缸內；壓縮衝程，其中，在進氣閥 與排氣閥關閉的同時，隨著活塞移動以減小氣缸內的容積，對氣缸內的空氣進行壓縮；膨脹 衝程或做功衝程，其中，在進氣閥與排氣閥關閉的同時，使燃料-空氣混合物燃燒，從而迫 使活塞移動以擴大氣缸內的容積；以及排氣衝程，其中，在排氣閥打開的同時，隨著活塞移 動以減小氣缸內的容積，迫使燃燒產物排出。當活塞恰好處於進氣衝程與壓縮衝程之間，或 恰好處於膨脹衝程與排氣衝程之間時，由於活塞位於氣缸的底部並且將活塞連接至內燃機 曲柄的連杆位於活塞的中心，故該活塞位置被稱為「下死點」。當活塞恰好處於壓縮衝程與 膨脹衝程之間，或恰好處於排氣衝程與進氣衝程之間時，由於活塞位於氣缸的頂部並且將 活塞連接至內燃機曲柄的連杆位於活塞的中心，故該活塞位置被稱為「上死點」。從而，在下 死點處，活塞上方的氣缸容積為最大值，而在上死點處，活塞上方的氣缸容積為最小值，並 且，該最大容積與最小容積的比值被稱為氣缸的「壓縮比」。在附圖中，壓縮比標識為「 ε 」。 儘管術語「上」、「下」用於表示活塞在氣缸內的相對位置，但是這些術語並不必須表達活塞 在氣缸內往復運動時的絕對豎直位置。燃料噴射或點火的定時典型地由與處於壓縮衝程與 膨脹衝程之間的活塞的上死點位置相關的曲柄角度(即，內燃機曲柄的旋轉角度)來說明， 並且術語「提前」表示處於較早的曲柄角度的定時，而術語「延遲」表示處於較遲的曲柄角 度的定時。每個氣缸100由氣缸蓋1、氣缸體2和活塞3形成，活塞3以可滑動的方式設置在 氣缸體2內從而活塞3可在氣缸100內往復運動。燃燒室4由氣缸蓋1的底面、氣缸體2 以及活塞3的頂面所形成。氣缸100包括進氣通道5、排氣通道6、進氣閥7、排氣閥8、火花 塞9、燃料噴射裝置(閥)10、進氣凸輪軸11、節流閥12、排氣凸輪軸13、用作燃料噴射控制 裝置的控制單元14、爆震傳感器15以及點火線圈16。進氣通道5和排氣通道6分別具有開口以與燃燒室4相通。每個進氣閥7構造為 可開閉的，以允許進氣從相應的進氣通道5流入氣缸100內，並且每個排氣閥8構造為可開 閉的，以允許排氣從氣缸流入對應的排氣通道6。進氣閥7及排氣閥8分別由進氣凸輪軸 11和排氣凸輪軸13所驅動。本實施例為每個氣缸100採用了雙進氣閥7及雙排氣閥8，其中每個氣缸100不但 配置有兩個進氣閥7和兩個排氣閥8，還配置有兩個進氣通道5和兩個排氣通道6。具體地
8說，在氣缸蓋1的一個側面上具有開口的通道在氣缸蓋1內分叉，從而形成兩個進氣通道5。 另一方面，兩個排氣通道6在氣缸蓋1內合併為一個通道，並且該合併通道在氣缸蓋1的另 一個側面上具有開口。火花塞9以及燃料噴射閥10均設置為朝向燃燒室4頂部的中心區域。控制單元 14控制例如燃料噴射定時(即，每次燃料噴入氣缸100的開始時間和持續時間)、燃料噴射 量(即，在每次噴射中由燃料噴射閥10噴射的燃料量)、以及燃料噴射閥10的噴射壓力，並 且還計算火花塞9的點火定時，從而基於計算出的點火定時來控制供應至點火線圈16的電 力。節流閥12可旋轉地連接於與進氣通道5交叉地延伸的軸上，並且由例如驅動電動 機響應於來自控制單元14的信號而驅動節流閥12。爆震傳感器15構造為檢測燃燒室4內的振動，並且爆震傳感器15例如為壓電傳 感器。將來自爆震傳感器15的檢測信號輸入控制單元14，控制單元14基於檢測信號中的 振動頻率來判斷是否發生爆震。活塞3的頂面設置有空腔17。空腔17具有基本呈圓形的外周，並且設置在偏離活 塞3的頂面中心的位置。除了接收來自爆震傳感器15的檢測信號之外，控制單元14還接收來自曲柄角度 傳感器、加速器開度傳感器、空氣流量計(未示出)、以及監控內燃機工作狀況的其它電子 裝置的檢測信號。圖2示出用於本實施例的可變壓縮比機構的實例。在未審查的日本專利申請公開 No. 2001-227367以及No. 2002-61501中論述了可變壓縮比機構的實例。下面將描述該可變 壓縮比機構的示意性結構。在該可變壓縮比機構中，活塞3通過第一連杆20和第二連杆21與曲柄23相連。 第一連杆20與第二連杆21通過連接銷26彼此相連。第二連杆21的中心與曲柄23的曲 柄銷28可旋轉地連接，從而可隨曲柄23 —起旋轉。第二連杆21的遠離第一連杆20的一 側具有第三連杆22，第三連杆22通過連接銷27與第二連杆21可旋轉地連接。第三連杆 22通過連接銷29固定於控制軸24上。第三連杆22的固定部分的軸線偏心於控制軸24的 中心軸線。隨著控制軸24旋轉，連接銷29移動以改變第二連杆21的擺角，從而改變第一 連杆20的位置，以及改變活塞3的上死點在氣缸100內的位置。控制軸24由電動機致動 器25驅動旋轉。通過控制軸24的旋轉而改變活塞3的上死點在氣缸100內的位置，參考圖3A和圖 3B對此進行說明。圖3A和圖3B示意性地示出連杆20、21和22，連接銷26、27、28和29，以 及控制軸24之間的位置關係。具體地說，圖3A示出活塞3的上死點處於高位的狀態，即， 對應於高壓縮比的位置。圖3B示出活塞3的上死點處於低位的狀態，即，對應於低壓縮比 的位置。如圖3A所示，當控制軸24旋轉而使得連接銷29向比控制軸24的中心軸線(即， 所描述的控制軸24的水平軸線)低的位置移動時，連接銷27降低，從而使得第二連杆21 相對於曲柄銷28擺動至一個較陡的角度。第二連杆21較陡的擺動使得連接銷26向上移 動，從而使活塞3的上死點的位置向上移動，並增大了壓縮比。與之相反，如圖3B所示，當控制軸24旋轉而使得連接銷29向比控制軸24的中心軸線(即，所描述的控制軸24的水平軸線)高的位置移動時，連接銷27的位置升高，從而 使得第二連杆21相對於曲柄銷28擺動至一個較緩的角度。第二連杆21較緩的傾斜使得 連接銷26向下移動，從而使活塞3的上死點的位置向下移動，並減小了壓縮比。圖4示出了用於具有上述構造的內燃機的各個操作範圍的燃燒方法。圖5示出了 該內燃機的各個操作範圍中的內燃機壓縮比。本發明的方法使得由在內燃機載荷改變的 過渡操作期間噴射燃料與活塞之間的位置關係變化而導致的在氣缸內直噴式可變壓縮比 內燃機中因可能發生的排氣性能和燃燒性能的劣化程度最小化。換句話說，當內燃機的所 需載荷改變時，通過移動活塞在氣缸內的位置來改變內燃機的壓縮比，這樣在壓縮比改變 的過渡期內對內燃機的燃燒性能和排氣性能造成不利的影響。本發明旨在解決這一問題。在以下的說明中，術語「理論」、「稀薄」和「濃厚」用於表示供應至氣缸內的空氣與 燃料的相對比例。理論空燃比可理解為下述空氣與燃料的比例，其中，空氣中的氧氣足以使 燃料中的基本所有氫和碳完全燃燒，從而使得排氣主要包括燃燒產物(即，水蒸汽和二氧 化碳)以及氮氣，伴有少量的部分燃燒產物和汙染物(例如一氧化碳、氮氧化物、硫氧化物， 等等)，但是不包括大量過剩的未燃燃料或過剩的氧氣。稀薄空燃比或稀薄燃燒表示與理論 空燃比相比氧氣過量的情況，濃厚空燃比或濃厚燃燒表示與理論空燃比相比氧氣不足以進 行完全燃燒的情況。在內燃機的低轉數、低載荷的操作範圍內，在壓縮衝程中以與理論空燃比相比更 稀薄的空燃比(即，少的燃料)向活塞3的空腔17內噴射燃料。燃料噴射產生了分層混合 物，通過對該分層混合物火花點火來執行分層燃燒。在該情況下，內燃機壓縮比設定為最大 壓縮比(例如，18)，且引入大體積的排氣再循環(EGR)氣體。這既可以實現符合要求的燃 料消耗性能，又可以實現氮氧化物(NOx)排放低的燃燒。此外，引入的大量空氣幾乎相當於 在節流閥全開操作下的引入大量空氣，這樣泵送損失減小。作為選擇，可以在進氣衝程中執行燃料噴射，並且可執行利用高壓縮比的壓縮自 點火操作而無需火花塞9的火花點火。另一方面，在內燃機的高載荷、高轉數的操作範圍內，在整個燃燒室4中，通過對 具有大致均勻的理論空燃比的混合物火花點火來執行理論燃燒，從而基於空氣量來控制載 荷。在該範圍內，使內燃機的壓縮比隨著內燃機載荷的增加而降低，以避免諸如提前點火或 爆震等異常燃燒的發生。在內燃機轉速大於或等於預定轉速和/或載荷大於或等於預定載 荷的操作範圍內，將壓縮比設定為最小壓縮比。當內燃機在圖5所示的分層燃燒的範圍內運行時，當駕駛員要求加速而內燃機載 荷相應地增大時，可變壓縮比機構可能會發生響應延遲(例如電動機致動器25的響應延 遲)，其可能造成壓縮比沒有充分減小到適應增大的要求載荷的狀況。在這種狀況下，可能 會發生例如爆震等異常燃燒。為避免該情況下的異常燃燒，在壓縮衝程中執行燃料噴射以 產生分層燃燒，並且在執行分層燃燒時，在早於壓縮衝程中的噴射的進氣衝程中亦執行燃 料噴射。將進氣衝程中的燃料噴射量限制為可防止噴射燃料在火花塞的點火定時前自點 火的燃料量，即，防止發生提前點火的燃料量(提前點火進氣燃料噴射量)。將在壓縮衝程 和進氣衝程中所噴射的燃料的總量設定為使得整個燃燒室內的總空燃比接近理論空燃比 的燃料量。(注意，該總量也包括當以下述方法執行附加噴射時的附加噴射燃料量。)當將通過提供大量空氣而產生的稀薄空燃比轉換至通過限制空氣量而產生的理論空燃比時，由於節流閥12的響應延遲或由於空氣自身的行為造成的延遲，有時無法足夠 快地對空氣量進行限制。在該情況下，當基於空氣量來設定燃料噴射量時，由於空氣的實際 量相對於所需載荷較大，燃料噴射量也將過量，從而導致使駕駛員感覺不適的過度輸出。另 一方面，當根據所需載荷來設定燃料噴射量時，實際的空氣量大於適於所需載荷的空氣量， 因此將導致稀薄空燃比，這樣會不利地增加NOx的排放量。因此，利用下述方法來設定本實 施例中的燃料噴射量。圖6是示出在如圖4所示那樣從稀薄空燃比範圍轉換至理論空燃比範圍時，通過 控制單元14來控制燃料噴射的控制程序的流程圖。下面將逐步地說明該控制程序。在步驟SlOO中，判斷是否存在增加內燃機載荷的需求。如果存在該需求，則處理 進行至步驟S110。如果不存在該需求，則重複開始的操作。通過檢測傳感器信號是否改變 來執行判斷步驟S110，該傳感器例如為測量內燃機轉速或加速器踏板開度的傳感器。如果 基於傳感器信號而計算出的所需載荷在圖4所示的稀薄空燃比範圍之外，則判定存在增加 內燃機載荷的需求。在步驟SllO中，基於內燃機轉速及根據例如加速器踏板開度而計算出的目標內 燃機載荷，從如圖5所示的曲線圖中找出目標壓縮比。處理進行至步驟S120。在步驟S120中，根據電動機致動器25的操作量檢測內燃機的實際壓縮比。具體 地說，由於電動機致動器25是基於來自控制單元14的信號來進行操作的，從而可基於電動 機致動器25的操作量來檢測實際壓縮比。作為選擇，可通過設置氣缸壓力傳感器來檢測實 際壓縮比。處理進行至步驟S130。在步驟S130中，設定用於啟動在壓縮衝程中執行的燃料噴射的定時。圖7是示出 根據上述可變壓縮比機構中的若干內燃機壓縮比的活塞狀態的示意圖。該圖的縱坐標表示 活塞位置，而橫坐標表示曲柄角度。如圖7所示，當曲柄角度相同時，活塞的位置隨著內燃 機壓縮比的增大而變高。因此，用於啟動壓縮衝程噴射的最佳定時根據不同的內燃機壓縮比而變化。如果 將噴射啟動定時設定為與每個目標壓縮比下的曲柄角度相對應的定時，則噴射燃料與活塞 之間的位置關係發生改變。這會導致例如噴射燃料衝擊活塞的頂面，從而反彈並濺射於氣 缸孔的內壁上，或者噴射燃料從活塞的空腔中溢出。對於這種情況，根據內燃機壓縮比計算 出活塞的位置，以便根據活塞位置設置噴射啟動定時。最佳的噴射啟動定時隨著內燃機壓 縮比的減小而被延遲。在步驟S140中，對空氣進入量進行預計。應該理解，在多缸式內燃機中，氣缸以固 定的次序或稱「點火順序」進行操作，從而每個氣缸在任意給定時間中處於四衝程操作的不 同階段。相應地，通過檢測按照點火次序在當前氣缸之前的氣缸的進氣流量(例如，通過空 氣流量計)，也就是說，通過檢測從氣缸執行點火的順序上看的吸入在前氣缸內的空氣量， 可以接近地估算出用於當前氣缸的預計空氣進入量。將進入在前氣缸的進氣檢測量用作進 入當前氣缸的空氣量的預計值。然而，由於當前氣缸處於可變壓縮比控制的過程中，當前氣 缸就活塞的下死點位置而言與在前氣缸有所不同。基於這個原因，兩個氣缸之間在下死點 處的氣缸容量不同。因此，基於兩氣缸的下死點處的氣缸容量之差來修正空氣進入量。儘管令人期望的是如上所述使用在前氣缸的空氣進入量，也可以使用按照氣缸執 行點火的點火順序處於在前氣缸之前的氣缸的空氣進入量。作為另一種選擇，可以順次地
11計算進入空氣量的變化，從而可以基於該變化計算出或可以基於進氣通道內的氣壓以及關 閉進氣閥的定時預計出將要進入當前氣缸的空氣量。處理進行至步驟S150。在步驟S150中，計算用於產生所需載荷的所需燃料噴射量。處理進行至步驟 S160。在步驟S160中，根據步驟S140中所預計的空氣進入量以及步驟S150中所計算的 燃料噴射量來計算空燃比(「A/F比」)。處理進行至步驟S170。在步驟S170中，判斷計算 出的空燃比是否比理論空燃比稀薄。如果判定計算出的空燃比為稀薄，則操作進行至步驟S180，在該步驟中，將產生所 需載荷的所需燃料噴射量(由步驟S150所計算)設定為用於內燃機載荷的基本噴射量。 此外，將用於相對於產生理論空燃比補充計算出的噴射量的不足的噴射量設定為附加噴射 量。該附加噴射量是當基於計算的基本噴射量的空燃比為稀薄時，為使空燃比等於理論空 燃比所需要的噴射量。並且，AF標誌設定為0(AF_FLAG = 0)。在該情況下，基本噴射量與 附加噴射量的總和被認為是與將在每一周期中供應的燃料總量相等的目標燃料噴射量。如果判斷計算出的空燃比為非稀薄，則操作進行至步驟S190，在該步驟中，用於產 生理論空燃比的噴射量被設定為基本噴射量，且AF標誌設定為1 (AF_FLAG = 1)。特別地， 當計算出的空燃比比理論空燃比濃厚時，無論用於產生所需載荷的所需燃料噴射量(由步 驟S150所計算)是多少，都將噴射量限制為產生理論空燃比的噴射量，並將理論噴射量設 定為內燃機載荷的基本噴射量。這樣可以將因燃料富集燃燒造成的未燃燒的碳氫化合物的 排放降至最小。如果計算出的空燃比等於理論空燃比，將步驟S150算出的噴射量直接設定 為內燃機載荷的基本噴射量。在每種情況下，基本噴射量可認為是與將在每個周期中供應 的燃料總量相等的目標燃料噴射量。處理進行至步驟S200。在步驟S200中，判斷實際壓縮比是否高於預定壓縮比。這裡使用的預定壓縮比是 當例如在低載荷操作中響應載荷增加需求而執行可變壓縮比控制時，可變壓縮比機構的操 作延遲可能會導致諸如爆震或提前點火等異常燃燒的壓縮比的下限。例如，在最大壓縮比 為18而最小壓縮比為12的內燃機中，預定壓縮比的值設定為約14。基於步驟S200中的判 定結果，如果實際壓縮比低於預定壓縮比，則操作進行至步驟S270，而如果實際壓縮比高於 預定壓縮比，則操作進行至步驟S210。在步驟S210中，計算進氣衝程中的噴射燃料量的上限(進氣衝程噴射上限量A) 以及壓縮衝程中的噴射燃料量的上限(壓縮衝程噴射上限量B)。進氣衝程噴射上限量A 是可防止噴射所產生的燃料混合物發生預點火的噴射量。該噴射量是根據內燃機壓縮比而 設定的，並且例如隨著內燃機壓縮比的下降而上升。壓縮衝程噴射上限量B是在開始步驟 S130中設定的壓縮衝程的定時與結束噴射的預定定時之間可噴射的噴射量。壓縮衝程噴射 上限量B根據實際內燃機壓縮比而變化。將結束噴射的預定定時設定為，例如，可仍然防止 因不完全燃燒造成的在排氣中產生並噴射煙霧的閾值點(與煙度限值相對應)。處理進行 至步驟S220。在步驟S220中，確定進氣衝程噴射上限量A與壓縮衝程噴射上限量B之和是否大 於或等於基本噴射量，即，進氣衝程噴射上限量A與壓縮衝程噴射上限量B的總燃料噴射量 是否達到內燃機載荷的基本噴射量。如果總燃料噴射量大於或等於基本噴射量，則操作進 行至步驟S230，而如果總燃料噴射量小於基本噴射量，操作進行至步驟S240。
在步驟S230中，由於進氣衝程噴射上限量A與壓縮衝程噴射上限量B的總燃料噴 射量大於或等於內燃機載荷的基本噴射量，將進氣衝程噴射上限量A設定為進氣衝程噴射 量，將從基本噴射量或基本噴射量與附加噴射量(如果確定了附加噴射量)的總和中減去 進氣衝程噴射上限量A所得到的噴射量設定為壓縮衝程的噴射量。當存在用於補償產生理 論空燃比(AF_FLAG = 0)的噴射量的不足的附加噴射量並且進氣衝程噴射上限量A與壓縮 衝程噴射上限量B的總燃料噴射量大於或等於內燃機載荷的基本噴射量時，應該理解，內 燃機處於不必持續很長時間的過渡狀態。相應地，在進氣衝程與壓縮衝程期間噴射基本噴 射量與附加噴射量的總噴射量。例如，為控制加速期間的排氣排放，儘管只提供少量燃料用 於所需載荷，但在加速的初始階段提供大量的空氣(其減緩了加速)，因此，為解決燃料狀 態稀薄的問題，附加燃料有時是必需的。然而，在該情況下，由於車輛將適度地開始加速，壓 縮比將不會明顯改變，並且期望快速地經過過渡狀態。因此可以認為，在點火之前因噴射附 加燃料所引起的扭矩增加處於可忽略的範圍以內，並且本實施例允許通過在燃燒之前的進 氣衝程與壓縮衝程期間噴射全部燃料來簡化過程。如果進氣衝程噴射上限量A與壓縮衝程噴射上限量B的總燃料噴射量小於內燃機 載荷的基本噴射量，則操作進行至步驟S240，在步驟S240中，判斷是否AF_FLAG = 0。如果 AF_FLAG = 0,則操作進行至步驟S250，而如果AF_FLAG = 1，則操作進行至步驟S260。在步驟S250中，將進氣衝程噴射上限量A設定為進氣衝程噴射量，並且將壓縮衝 程噴射上限量B設定為壓縮衝程噴射量。此外，將從基本噴射量與附加噴射量的總和中減 去進氣衝程噴射上限量A與壓縮衝程噴射上限量B的總和所得到的噴射量設定為膨脹衝程 噴射量。在該情況下，所需加速的程度為，需要附加燃料量來補償用於得到理論空燃比的噴 射量的不足，並且所需載荷不應為非常高。因此，在燃燒後的膨脹衝程期間，基本噴射量中 的燃料餘量將作為附加噴射量被全部一同噴射，因此可允許控制的簡化。在步驟S260中，將進氣衝程噴射上限量A設定為進氣衝程噴射量，將壓縮衝程噴 射上限量B設定為壓縮衝程噴射量，並且將從基本噴射量中減去進氣衝程噴射上限量A與 壓縮衝程噴射上限量B的總和所得到的噴射量設定為第二進氣衝程噴射量。在該情況下， 緊接著進氣下死點(例如，在下死點與下死點之後45°之間的範圍，或在下死點之前45° 與下死點之後45°之間的範圍)執行第二進氣衝程噴射，下面將參考圖9對此進行說明。 具體地說，當基於活塞位置時，在壓縮衝程的初始階段執行第二進氣衝程噴射。然而，因為 考慮到例如進氣慣性的影響，通常將關閉進氣閥的定時設定在下死點之後的時刻，故此處 採用術語「第二進氣衝程噴射」。另一方面，如果在步驟S200中判定實際壓縮比小於預定壓縮比，則操作進行至步 驟S270，在步驟S270中判斷是否AF_FLAG = 0。如果AF_FLAG = 0，則操作進行至步驟S280， 而如果AF_FLAG = 1，則操作進行至步驟S290。在步驟S280中，將基本噴射量設定為進氣衝程噴射量，並且將附加噴射量設定為 膨脹衝程噴射量。在膨脹衝程的延遲定時(例如上死點之後90°或更遲)執行膨脹衝程 噴射，並且將膨脹衝程噴射的噴射開始定時設定為使得在膨脹衝程期間附加燃料被完全噴 射。在步驟S290中，將基本噴射量設定為進氣衝程噴射量。在完成步驟S250、S260、S280或S290中的任何一個步驟後，處理返回至開始。圖8為總結上述控制的圖，S卩，在內燃機壓縮比響應於內燃機載荷增加需求而減小的過渡時期內執行的燃料噴射控制。圖9是燃料噴射控制的噴射定時圖。圖9中所示的 低載荷高壓縮比操作時刻的噴射定時(即，圖中的頂線)與執行壓縮自點火操作的時刻相對應。當實際壓縮比大於預定壓縮比時，只要進氣衝程噴射上限量A與壓縮衝程噴射上 限量B的總和大於或等於基本噴射量，則無論空氣進入量與用於所需載荷的燃料噴射量之 間的空燃比稀於、濃於或等於理論空燃比，均執行進氣衝程噴射和壓縮衝程噴射(圖6中的 步驟S230以及圖8、圖9中的(1))。在該情況下，空燃比為理論空燃比。當實際壓縮比高於預定壓縮比並且進氣衝程噴射上限量A與壓縮衝程噴射上限 量B的總和小於基本噴射量時，如果空氣進入量與用於所需載荷的燃料噴射量之間的空燃 比為稀，則在進氣衝程和壓縮衝程期間噴射基本噴射量，此外，在膨脹衝程期間噴射附加噴 射量(圖6中的步驟S250以及圖8、圖9中的(2))。具體地說，如果判定燃料噴射量對於 所需載荷是足夠的並且空燃比為稀，則在膨脹衝程的延遲定時附加噴射燃料，從而使空燃 比等於理論空燃比。因此，可在不影響內燃機載荷的同時給予排氣理論空燃比。換言之，可 防止排氣質量的下降，同時保證駕駛者所需的載荷。在相同的條件下，如果空氣進入量與用 於所需載荷的燃料噴射量之間的空燃比等於或濃於理論空燃比，則在進氣衝程內執行兩次 噴射，並在壓縮衝程內執行另一次噴射(圖6中的步驟S260以及圖8、圖9中的(3))。具 體地說，如果進氣衝程噴射上限量A與壓縮衝程噴射上限量B的總和對所需載荷的噴射量 來說存在一定量的不足，則在進氣衝程中在下死點附近執行第二進氣衝程噴射，以補償上 述不足量。當實際壓縮比低於預定壓縮比時，如果空氣進入量與用於所需載荷的燃料噴射量 之間的空燃比為稀，則在進氣衝程期間噴射基本噴射量，並在膨脹衝程期間噴射附加噴射 量。從而，可使排氣的空燃比等於理論空燃比(圖6中的步驟S280以及圖8、圖9中的(4))。 在相同的條件下，如果空氣進入量與用於所需載荷的燃料噴射量之間的空燃比濃於或等於 理論空燃比，則在進氣衝程期間噴射基本噴射量(圖6中的步驟S290以及圖8、圖9中的 (5))。圖10是與執行圖6中所示的控制對應的定時圖。下面將對在低載荷高壓縮比操 作期間執進氣衝程噴射的情況進行說明。在存在內燃機載荷增加需求的時刻tl，儘管所需載荷的值以階躍的方式改變，實 際載荷由於例如空氣進入量的控制延遲的原因而以漸進的方式增加。同樣地，對於壓縮比 來說，壓縮比的實際值由於例如可變壓縮比機構的操作延遲而以漸進的方式改變。燃料噴 射模式切換至包括進氣衝程噴射和壓縮衝程噴射的分次噴射模式。在該情況下，由於對進氣衝程噴射量進行限制以避免發生提前點火，因此進氣衝 程噴射量隨著壓縮比的減小而逐漸增大。另一方面，為了防止噴射燃料由於衝擊活塞的頂 面而濺射於氣缸的內壁上，或防止噴射燃料從活塞的空腔中溢出，並且隨著為了降低壓縮 比而將活塞的位置降低，啟動壓縮衝程噴射的定時需要被延遲。由於結束噴射的定時由例 如煙度限值所限制，因此，可噴射的量隨著活塞位置降低而減少，或換句話說，隨著壓縮比 的降低而減少。當實現內燃機載荷所需的燃料量超過進氣衝程噴射上限量A與壓縮衝程噴射上 限量B之和時(即，在時刻t2與時刻t3之間的時間段)，在進氣衝程期間執行第二噴射或
14在膨脹衝程期間噴射不足的燃料量，如圖8中的(2)或(3)。當壓縮比充分減小，從而可以在進氣衝程噴射上限量A以內噴射用於達到所需載 荷所需的燃料量，之後(即，從前述時刻t3起)單獨地執行進氣衝程噴射。相應地，本實施例體現出下述優點。首先，由於用於啟動壓縮衝程噴射的定時根據 實際壓縮比的減小而被延遲，可以在過渡狀態內適當地保持活塞3與噴射燃料之間的位置 關係。這可以防止噴射燃料因猛烈衝擊活塞的頂面並從該頂面反彈而濺射於氣缸孔的壁 上，也可以防止噴射燃料從空腔17中溢出，從而將未燃燒的碳氫化合物的排放降至最少。第二，由於將在目標壓縮比發生改變的過渡操作狀態期間內的用於結束壓縮衝程 噴射的定時限制在與煙度限值相對應的時刻，可以可靠地防止在內燃機排氣中產生煙霧。第三，如果因將結束噴射的定時限制在與煙度限制相對應的時刻而使燃料噴射量 低於目標燃料噴射量，則獨立於壓縮衝程噴射來執行該不足量的燃料噴射，從而可防止每 個周期中的總噴射量低於用於所需載荷的燃料需求量。此外，由於在進氣衝程下死點附近 (即，在下死點之前45°與下死點之後45°之間的範圍)噴射該不足量的燃料，因此可防止 用於所需載荷的扭矩不足。第四，如果由於將結束噴射的定時限制在與煙度限值相對應的時刻而使燃料噴射 量小於目標燃料噴射量，則在膨脹衝程中的延遲定時執行該不足量的噴射，從而可防止每 個周期中的總噴射量小於用於達到目標空燃比的燃料需求量。第五，當進氣衝程噴射量與壓縮衝程噴射量的總燃料噴射量小於內燃機載荷的基 本噴射量時，將進氣衝程噴射量與壓縮衝程噴射量分別設定為各自的上限噴射量。此外，當 根據基本噴射量的空燃比為稀時，在膨脹衝程中的延遲定時執行附加燃料噴射，然而，當根 據基本噴射量的空燃比為非稀時，通過在進氣下死點附近噴射燃料來獨立於進氣衝程和壓 縮衝程地執行基本噴射量與總燃料噴射量之間的差量的噴射，該總燃料噴射量為進氣衝程 噴射量與壓縮衝程噴射量之和。相應地，可同時滿足適於所需載荷的轉矩和目標空燃比。第二實施例下面將描述本發明的第二實施例。圖11和圖12示出採用本實施例的內燃機的操作範圍圖。圖11、圖12與圖4、圖 5的不同之處在於，內燃機在整個轉速與載荷範圍內均在理論空燃比下運行，不存在在低載 荷範圍內令內燃機在稀的空燃比下運行的範圍。在該情況下，基於所需載荷設定空氣進入 量和內燃機壓縮比，並且相應地控制節流閥12和電動機致動器25。在以該方式運行的內燃機中，當內燃機載荷響應於例如當內燃機在低載荷範圍內 運行時所接收到的加速要求而增加時，如果節流閥12存在響應延遲，實際空氣量將小於適 於所需載荷的空氣量。因此，由於以適合所需載荷的量噴射燃料，空燃比將非期望地變得比 理論空燃比濃。此外，如果壓縮比的降低因響應延遲或可變壓縮比機構的操作時間而被延 遲，則可能會發生爆震。在該情況下，如第一實施例那樣執行圖6中所示出的控制程序。這樣，可以根據實 際空氣進入量和適合所需載荷的燃料噴射量計算出空燃比，並且如果空燃比為濃，將燃料 噴射量限制在獲得理論空燃比的量。因此，儘管犧牲了與所需載荷相關的輸出，但這可以防 止排氣質量因未燃燒的碳氫化合物的排放量的增大而降低，同時可防止由於執行壓縮衝程 噴射而發生爆震。
第三實施例下面將說明本發明的第三實施例。在第三實施例中，在圖1中所示的進氣凸輪軸11上應用圖13中所示的可變閥系 統90。該可變閥系統90用於連續地改變進氣閥7的閥門升程以及閥門操作角度，從而控制 空氣進入量。因此，沒有必要使用節流閥12。在該情況下，升程指的是最大升程，並且對升程的可變控制指的是對最大升程的 可變控制，但是需排除當進氣閥7隨曲柄的旋轉而同步地開、關時發生的升程改變。用於進氣閥7的可變閥系統90包括組合式的升程及操作角度改變機構43，其改 變進氣閥7的升程與操作角度，以及相位改變機構42，其提前或延後閥抬升的中心角的相 位(即，閥相對於曲柄轉動打開的相位)。例如從未審查的日本專利申請公開No. 2002-89303以及No. 2002-89341已知升程 及操作角度改變機構43及相位改變機構42。如圖13所示，下面將簡要描述該機構的示意 性構造。升程及操作角度改變機構43包括中空驅動軸31，其由設置在氣缸蓋上部的凸輪 支架(未示出)可旋轉地支撐；偏心凸輪32，其通過例如壓力配合固定在驅動軸31上；控 制軸37，其設置在驅動軸31上方並與驅動軸31平行，並且控制軸37由同一凸輪支架可旋 轉地支撐；可變閥搖臂34，其由控制軸37的偏心凸輪部分38可擺動地支撐；連接構件35， 其一端通過連接銷39與可變閥搖臂34的一端相連；以及擺動凸輪36，每個擺動凸輪36與 驅動軸31共軸地設置，並且通過連接銷41與連接構件35的另一端相連。此外，升程及操 作角度改變機構43還包括驅動軸角度傳感器47，其檢測驅動軸31的旋轉角度；以及控制 軸角度傳感器48，其檢測控制軸37的旋轉角度。這些傳感器的檢測值被讀入控制單元14。驅動軸31由內燃機的曲柄通過定時鏈或定時帶進行驅動。偏心凸輪32具有圓形 外表面。該外表面的中心相對於驅動軸31的軸線偏離預定的距離。圍繞該外表面可旋轉 地裝配連接臂33的環形部分。偏心凸輪部分38可旋轉地裝配在可變閥搖臂34的大致中部。可變閥搖臂34的一 端通過連接銷40連接在連接臂33上，而另一端通過連接銷39連接在連接構件35上。偏 心凸輪部分38相對於控制軸37的軸線是偏心的，從而可變閥搖臂34的旋轉中心根據控制 軸37的角度位置而改變。圍繞驅動軸31可旋轉地裝配每個擺動凸輪36。如上所述，擺動凸輪36的垂直於 驅動軸31的軸線方向而延伸的一端通過連接銷41與連接構件35的下端相連。擺動凸輪 36的下側設置有圓周基面，其形成與驅動軸31同心的圓弧；以及凸輪面，其從該圓周基面 連續地延伸至上述一端以形成預定曲面。圓周基面及凸輪面根據擺動凸輪36的擺動位置 與設置在每個進氣閥7上部的起閥器7a相接觸。具體地說，圓周基面限定了升程為零的圓周基部。當擺動凸輪36通過擺動使凸輪 面與對應的起閥器7a相接觸時，進氣閥7逐漸地向上提升。圓周基部與提升部之間設置有 窄的斜面部。控制軸37構造為可通過設置在控制軸37 —端的升程及操作角度控制電動機44 在預定的角度範圍內進行旋轉。基於來自控制單元14的控制信號來控制供應至電動機44 的電力。電動機44不僅具有在改變操作角度時將控制軸37轉動至目標角度的功能，還具有
16在內燃機運轉時將控制軸37保持在目標角度的功能。為將控制軸37保持在目標角度而向 電動機44供應的電流，即，用於產生將控制軸37保持在目標角度的所需轉矩(保持轉矩) 所需的電流，被稱為保持電流。下面將對升程及操作角度改變機構43的操作進行說明。當驅動軸31旋轉時，偏 心凸輪32的凸輪作用使連接臂33豎直移動，因此使可變閥搖臂34繞著作為擺動軸的控制 軸37而擺動。可變閥搖臂34的擺動通過連接構件35傳遞至每個擺動凸輪36，從而使擺動 凸輪36擺動。擺動凸輪36的凸輪作用使對應的進氣閥7向上提升。在該情況下，當通過 電動機44改變控制軸37的角度時，可變閥搖臂34的旋轉中心的位置發生改變，從而改變 了擺動凸輪36的初始擺動位置。例如，當將偏心凸輪部38設定在上方位置時，整個可變閥搖臂34被相應地設定在 上方位置，因此，連接銷41被提升至相對靠上方的位置。換句話說，擺動凸輪36的初始擺 動位置被傾斜為使其凸輪面的位置遠離起閥器7a。因此，當通過驅動軸31的轉動使擺動凸 輪36擺動時，圓周基面繼續與起閥器7a長時間接觸，然而凸輪面與起閥器7a僅短時間接 觸。因此，整個升程被減小，從而進氣閥7的開啟定時與關閉定時之間的角度範圍減小，即 進氣閥的操作角度減小。與之相反，當將偏心凸輪部38設定在下方位置時，整個可變閥搖臂34被相應地設 定在下方位置，從而將每個擺動凸輪36的上述端部按壓在相對靠下方的位置。換句話說， 擺動凸輪36的初始擺動位置被傾斜為使凸輪面的位置靠近起閥器7a。因此，當通過驅動 軸31的旋轉使擺動凸輪36擺動時，擺動凸輪36的與起閥器7a接觸的部分立即從圓周基 面轉換到凸輪面。因此，整個升程增大，從而進氣閥7的操作角度增大。由於可以以連續的方式改變偏心凸輪部38的初始位置，相應地可以以連續的方 式改變閥門提升特性。具體地說，如圖14所示，升程和操作角度都可以同時且連續地增大 和減小。相位改變機構42包括設置在驅動軸31前端部的鏈輪45和使鏈輪45及驅動軸31 在預定的角度範圍內相對旋轉的相位控制致動器46。鏈輪45通過定時鏈或定時帶(未示出)與曲柄同步地旋轉。基於控制單元14的 控制信號對相位控制致動器46進行控制。通過對相位控制致動器46的控制，使鏈輪45和 驅動軸31相對旋轉，從而使抬升中心角的相位提前或延後。換句話說，在不改變抬升特性 曲線本身的情況下使中心角的相位提前或延後。此外，可以以連續的方式實現這一變化。相 位改變機構42可具有多種形式，如配備有液壓致動器或電磁致動器的形式，儘管在本實施 例中的相位改變機構42為配備有液壓致動器的形式。在用於進氣閥7的可變閥系統90中，由控制單元14基於控制圖對進氣閥7的操 作角度進行控制，該控制圖中，操作角度是基於內燃機轉速和內燃機載荷而分配的。具體地 說，該控制圖設置為如圖15所示，例如，進氣閥關閉定時隨著內燃機載荷的增大而被延遲 (或變得更接近下死點)。換句話說，在該控制圖中，內燃機的載荷越大，操作角度就越大。如圖16所示，在本實施例中的壓縮比的設定與在第二實施例中相同。具體地說， 壓縮比隨著內燃機載荷的增大而減小。如上所述，當利用進氣閥關閉定時來控制空氣進入量時，如果關閉進氣閥7的定 時因載荷的增大而被延遲，那麼在向著目標控制值改變進氣閥關閉定時時所採用的微控制
17值成為一個問題。微控制值表示每單位時間內進氣閥關閉定時的改變量，並且微控制值是 當收到來自控制單元14的用於改變進氣閥關閉定時的命令時，基於電動機44與相位控制 致動器46在每單位時間(例如IOms)內的操作設定量而確定的。如果微控制值增大，那麼實際進氣閥關閉定時將非期望地超過目標控制值，這可 能導致空氣進入量超過目標空氣進入量。與之相反，如果微控制值減小，用於控制空氣進入 量的時間將被延長，這意味著將犧牲加速性能。如果空氣進入過量，存在空燃比在內燃機壓縮比隨著內燃機載荷的增大而減小的 過渡期內變得過稀的擔憂，如在第一實施例中那樣。另一方面，當進氣閥關閉定時的延遲 被延遲時，存在空燃比在內燃機壓縮比隨著內燃機載荷的增大而減小的過渡期內變濃的擔 憂，如在第二實施例中那樣。然而，在每種情況中，通過執行如圖6所示的控制程序，可以防止排氣質量的下 降，並且可以防止諸如爆震等異常燃燒的發生，如在第一實施例和第二實施例中那樣。相應 地，當像在本實施例中這樣應用可變閥系統90時，可將微控制值設定為較大值，從而防止 加速性能的降低。雖然參考特定的優選實施例而公開了本發明，但是可以在不偏離由所附權利要求 或其等同內容限定的本發明的範圍的前提下對上述實施例做出多種變形、修改和變化。相 應地，本發明不限於上述實施例，而是具有由所附權利要求的表達所限定的全部範圍。
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權利要求
一種用於具有氣缸和設置在所述氣缸內的活塞的四衝程氣缸內直噴式內燃機的控制裝置，所述控制裝置包括可變壓縮比機構，其通過改變所述活塞的上死點位置可變地控制內燃機壓縮比；燃料噴射裝置，其用於將燃料直接噴射入所述氣缸內；以及控制器，其用於控制所述燃料噴射裝置和所述可變壓縮比機構；其中，當所述內燃機的實際壓縮比大於目標壓縮比時，所述控制器使所述可變壓縮比機構減小所述壓縮比，並且根據所述壓縮比的減小，所述控制器控制所述燃料噴射裝置在進氣衝程中噴射進氣燃料噴射量並且在壓縮衝程中噴射壓縮燃料噴射量，並且所述控制器延遲在所述壓縮衝程中啟動燃料噴射的定時。
2.如權利要求1所述的控制裝置，其中，所述控制器將所述進氣燃料噴射量限制為比提前點火進氣燃料噴射量小的進氣衝程 噴射上限量；並且所述控制器將所述壓縮燃料噴射量限制為可在壓縮衝程中的與煙度限值相對應的時 刻之前進行噴射的壓縮衝程噴射上限量。
3.如權利要求2所述的控制裝置，其中，當所述進氣燃料噴射量與所述壓縮燃料噴射量之和小於目標燃料噴射量時，通過在所 述活塞的進氣下死點附近噴射一定的燃料量，所述控制器使所述燃料噴射裝置執行與所述 進氣衝程中的燃料噴射以及所述壓縮衝程中的燃料噴射獨立的附加燃料噴射，所述一定的 燃料量等於所述目標燃料噴射量與所述進氣燃料噴射量和所述壓縮燃料噴射量之和之間的差量。
4.如權利要求2所述的控制裝置，其中，當所述進氣燃料噴射量與所述壓縮燃料噴射量之和小於目標燃料噴射量時，所述控制 器使所述燃料噴射裝置在膨脹衝程中的延遲定時噴射附加燃料量，所述附加燃料量等於所 述目標燃料噴射量與所述進氣燃料噴射量和所述壓縮燃料噴射量之和之間的差量。
5.如權利要求2所述的控制裝置，其中，所述控制器判定與內燃機載荷相對應的基本燃料噴射量；當所述進氣衝程噴射上限量與所述壓縮衝程噴射上限量之和小於所述基本燃料噴射 量時，所述控制器將所述進氣燃料噴射量設定為所述進氣衝程噴射上限量，並將所述壓縮 燃料噴射量設定為所述壓縮衝程噴射上限量；當基於所述基本燃料噴射量的空燃比等於或濃於理論空燃比時，通過在所述活塞的進 氣下死點附近噴射一定的燃料量，所述控制器使所述燃料噴射裝置執行與所述進氣衝程中 的燃料噴射以及所述壓縮衝程中的燃料噴射獨立的附加燃料噴射，所述一定的燃料量等於 所述基本燃料噴射量與所述進氣燃料噴射量和所述壓縮燃料噴射量之和之間的差量；並且當基於所述基本燃料噴射量的空燃比稀於理論空燃比時，所述控制器使所述燃料噴射 裝置在膨脹衝程中的延遲定時噴射一定的燃料量，所述一定的燃料量等於所述基本燃料噴 射量與使空燃比等於理論空燃比的燃料量之間的差量。
6.如權利要求2所述的控制裝置，其中，所述控制器判定與內燃機載荷相對應的基本燃料噴射量；當所述進氣衝程噴射上限量與所述壓縮衝程噴射上限量之和小於所述基本燃料噴射量時，所述控制器將所述進氣燃料噴射量設定為所述進氣衝程噴射上限量，並將所述壓縮 燃料噴射量設定為所述壓縮衝程噴射上限量；當基於所述基本燃料噴射量的空燃比等於或濃於理論空燃比時，通過在所述活塞的進 氣下死點附近噴射一定的燃料量，所述控制器使所述燃料噴射裝置執行與所述進氣衝程中 的燃料噴射以及所述壓縮衝程中的燃料噴射獨立的附加燃料噴射，所述一定的燃料量等於 所述基本燃料噴射量與所述進氣燃料噴射量和所述壓縮燃料噴射量之和之間的差量；並且 當基於所述基本燃料噴射量的空燃比稀於理論空燃比時，所述控制器使所述燃料噴射 裝置在膨脹衝程中的延遲定時噴射使所述空燃比等於理論空燃比的附加燃料量。
7.如權利要求5所述的控制裝置，其中，當判定所述基本燃料噴射量大於所述使空燃比等於理論空燃比的燃料量時，所述控制 器將所述基本燃料噴射量限制為與所述使空燃比等於理論空燃比的燃料量相等。
8.如權利要求2所述的控制裝置，其中，所述控制器判定與內燃機載荷相對應的基本燃料噴射量；當所述進氣衝程噴射上限量與所述壓縮衝程噴射上限量之和大於或等於所述基本燃 料噴射量時，所述控制器將所述進氣燃料噴射量設定為進氣衝程噴射上限量；當基於所述基本燃料噴射量的空燃比等於或濃於理論空燃比時，所述控制器將所述壓 縮燃料噴射量設定為所述基本燃料噴射量與所述進氣燃料噴射量之間的差量；並且當基於所述基本燃料噴射量的空燃比稀於理論空燃比時，所述控制器將所述壓縮燃料 噴射量設定為使空燃比等於理論空燃比的附加燃料量與所述進氣燃料噴射量之間的差量。
9.如權利要求1所述的控制裝置，其中，所述控制器判定與內燃機載荷相對應的基本燃料噴射量；當基於所述基本燃料噴射量的空燃比稀於理論空燃比時，所述控制器將所述進氣燃料 噴射量設定為等於所述基本燃料噴射量，並將所述壓縮燃料噴射量設定為等於理論空燃比 所需的燃料量與所述基本燃料噴射量之間的差量；並且當基於所述基本燃料噴射量的空燃比等於或濃於理論空燃比時，所述控制器將所述基 本燃料噴射量限制為等於理論空燃比所需的燃料量，並將所述進氣燃料噴射量設定為等於 所述基本燃料噴射量，並且將所述壓縮燃料噴射量設定為零。
10.如權利要求1所述的控制裝置，其中，當所述實際壓縮比等於或大於可能發生異常燃燒的預定壓縮比時，所述控制器判定進 氣衝程噴射上限量以及壓縮衝程噴射上限量；並且當所述進氣衝程噴射上限量與所述壓縮衝程噴射上限量之和大於與內燃機載荷相對 應的基本燃料噴射量時，將所述進氣燃料噴射量設定為等於所述進氣衝程噴射上限量，並且 當所述基本燃料噴射量小於使空燃比等於理論空燃比的噴射量時，將所述壓縮燃料噴 射量設定為等於所述使空燃比等於理論空燃比的噴射量與所述進氣燃料噴射量之間的差 量，並且當所述基本燃料噴射量等於或大於所述使空燃比等於理論空燃比的噴射量時，將 所述壓縮燃料噴射量設定為等於所述基本燃料噴射量與所述進氣燃料噴射量之間的差量。
11.如權利要求1所述的控制裝置，其中，當所述實際壓縮比等於或大於可能發生異常燃燒的預定壓縮比時，所述控制器判定進氣衝程噴射上限量以及壓縮衝程噴射上限量；並且當所述進氣衝程噴射上限量與所述壓縮衝程噴射上限量之和不大於與內燃機載荷相 對應的基本燃料噴射量時，將所述進氣燃料噴射量設定為等於所述進氣衝程噴射上限量，將所述壓縮燃料噴射量設定為等於所述壓縮衝程噴射上限量，並且當所述基本燃料噴射量小於使空燃比等於理論空燃比的噴射量時，在膨脹衝程中的延 遲定時噴射膨脹燃料噴射量，所述膨脹燃料噴射量等於所述使空燃比等於理論空燃比的噴 射量與所述進氣燃料噴射量和所述壓縮燃料噴射量之和之間的差量，並且當所述基本燃料 噴射量等於或大於所述使空燃比等於理論空燃比的噴射量時，在所述活塞的進氣下死點附 近噴射分離的附加進氣燃料噴射量，所述分離的附加進氣燃料噴射量等於所述基本燃料噴 射量與所述進氣燃料噴射量和所述壓縮燃料噴射量之和之間的差量。
12.如權利要求1所述的控制裝置，其中，當所述實際壓縮比小於可能發生異常燃燒的預定壓縮比時，將所述進氣燃料噴射量設 定為與內燃機載荷相對應的基本燃料噴射量，並將所述壓縮燃料噴射量設定為零；並且當所述基本燃料噴射量小於使空燃比等於理論空燃比的噴射量時，在膨脹衝程中的延 遲定時噴射膨脹燃料噴射量，所述膨脹燃料噴射量等於所述使空燃比等於理論空燃比的噴 射量與所述進氣燃料噴射量和所述壓縮燃料噴射量之和之間的差量。
13.一種用於具有氣缸和設置在所述氣缸內的活塞的四衝程氣缸內直噴式內燃機中的 燃料噴射控制方法，所述方法包括當所述內燃機的實際壓縮比大於目標壓縮比時，減小所述壓縮比，並且根據所述壓縮 比的減小，在進氣衝程中噴射進氣燃料噴射量並在壓縮衝程中噴射壓縮燃料噴射量，並延 遲在所述壓縮衝程中啟動燃料噴射的定時。
14.如權利要求13所述的方法，進一步包括將所述進氣燃料噴射量限制為比提前點火進氣燃料噴射量小的進氣衝程噴射上限量；並且將所述壓縮燃料噴射量限制為可在壓縮衝程中的與煙度限值相對應的時刻之前進行 噴射的壓縮衝程噴射上限量。
15.如權利要求14所述的方法，進一步包括當所述進氣燃料噴射量與所述壓縮燃料噴射量之和小於目標燃料噴射量時，在所述活 塞的進氣下死點附近單獨地噴射附加燃料噴射量，所述附加燃料噴射量等於所述目標燃料 噴射量與所述進氣燃料噴射量和所述壓縮燃料噴射量之和之間的差量。
16.如權利要求14所述的方法，進一步包括當所述進氣燃料噴射量與所述壓縮燃料噴射量之和小於目標燃料噴射量時，在膨脹衝 程中的延遲定時噴射附加燃料量，所述附加燃料量等於所述目標燃料噴射量與所述進氣燃 料噴射量和所述壓縮燃料噴射量之和之間的差量。
17.如權利要求14所述的方法，進一步包括判定與內燃機載荷相對應的基本燃料噴射量；當所述進氣衝程噴射上限量與所述壓縮衝程噴射上限量之和小於所述基本燃料噴射 量時，將所述進氣燃料噴射量設定為所述進氣衝程噴射上限量，並將所述壓縮燃料噴射量設定為所述壓縮衝程噴射上限量；當基於所述基本燃料噴射量的空燃比等於或濃於理論空燃比時，在所述活塞的進氣下 死點附近單獨地噴射附加燃料噴射量，所述附加燃料噴射量等於所述基本燃料噴射量與所 述進氣燃料噴射量和所述壓縮燃料噴射量之和之間的差量；並且當基於所述基本燃料噴射量的空燃比稀於理論空燃比時，在膨脹衝程中的延遲定時噴 射附加燃料量，所述附加燃料量等於所述基本燃料噴射量與使空燃比等於理論空燃比的燃 料量之間的差量。
18.如權利要求14所述的方法，進一步包括 判定與內燃機載荷相對應的基本燃料噴射量；當所述進氣衝程噴射上限量與所述壓縮衝程噴射上限量之和小於所述基本燃料噴射 量時，將所述進氣燃料噴射量設定為所述進氣衝程噴射上限量，並將所述壓縮燃料噴射量 設定為所述壓縮衝程噴射上限量；當基於所述基本燃料噴射量的空燃比等於或濃於理論空燃比時，在所述活塞的進氣下 死點附近單獨地噴射附加燃料噴射量，所述附加燃料噴射量等於所述基本燃料噴射量與所 述進氣燃料噴射量和所述壓縮燃料噴射量之和之間的差量；並且當基於所述基本燃料噴射量的空燃比稀於理論空燃比時，在膨脹衝程中的延遲定時噴 射使所述空燃比等於所述理論空燃比的附加燃料量。
19.如權利要求17所述的方法，進一步包括當判定所述基本燃料噴射量大於所述使空燃比等於理論空燃比的燃料量時，將所述基 本燃料噴射量限制為等於所述使空燃比等於理論空燃比的燃料量。
20.一種用於具有氣缸和設置在所述氣缸內的活塞的四衝程氣缸內直噴式內燃機的控 制裝置，所述控制裝置包括可變壓縮比裝置，其通過改變所述活塞的上死點位置可變地控制內燃機壓縮比； 燃料噴射裝置，其用於將燃料直接噴射入所述氣缸內；以及 控制裝置，其用於控制所述燃料噴射裝置和所述可變壓縮比裝置； 其中，當所述內燃機的實際壓縮比大於目標壓縮比時，所述可變壓縮比裝置減小所述 壓縮比，並且根據所述壓縮比的減小，所述燃料噴射裝置在進氣衝程中噴射進氣燃料噴射 量並且在壓縮衝程中噴射壓縮燃料噴射量，並且所述控制裝置延遲在壓縮衝程中啟動燃料 噴射的定時。
全文摘要
本發明公開一種用於具有氣缸和設置在所述氣缸內的活塞四衝程氣缸內直噴式內燃機的控制裝置。所述控制裝置包括可變壓縮比機構，其通過改變所述活塞的上死點位置可變地控制內燃機壓縮比；以及燃料噴射裝置，其用於將燃料直接噴射入所述氣缸內。當所述內燃機的實際壓縮比高於目標壓縮比時，所述可變壓縮比機構減小所述壓縮比，並且根據所述壓縮比的減小，所述燃料噴射裝置在進氣衝程中噴射進氣燃料噴射量並且在壓縮衝程中噴射壓縮燃料噴射量，並且所述壓縮衝程中的啟動燃料噴射的定時被延遲。
文檔編號F02D15/02GK101960125SQ200980107371
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月19日 優先權日2008年3月3日
發明者土田博文, 平谷康治, 田中大輔, 重元俊介 申請人:日產自動車株式會社