用於直接噴射火花點火式內燃發動機的控制設備和控制方法

2023-05-31 18:28:16 4

專利名稱：用於直接噴射火花點火式內燃發動機的控制設備和控制方法
技術領域：
本發明涉及用於直接噴射火花點火式內燃發動機的控制設備和控制方法。
背景技術：
在直接噴射火花點火式內燃發動機中生成滾流，並利用在接近進氣行 程下止點的正時所噴射的燃料來適度增強所述滾流，使得滾流保持活動直 ，點火，止。增強後的滾流使得空氣「燃料混合物的運動在點火時刻比較
在涉及這種燃料噴射的技術中，例如，日本專利申請公開JP-A-2003-322022 描述了一種燃料噴射控制設備，其利用從燃料噴射閥噴射的燃料來增強每 個發動機氣釭中的循環流。進一步地，作為用於在均質燃燒過程中增強每 個氣缸中的進氣流的技術，例如，日本專利申請公開JP-A-2005-180247描 述了一種用於直接噴射火花點火式內燃發動機的進氣控制設備，所述設備 通過控制設置於進氣通道中的進氣流控制閥來增強進氣流。
近年來，已知能夠依靠包含汽油和乙醇的混合燃料(在適當的地方簡 稱為"乙醇混合燃料")以及普通汽油來運行的柔性燃料車輛(FFV)。由 於包含與汽油不同的碳原子量，所以乙醇混合燃料需務f氐於汽油的化學計 量空燃比的化學計量空燃比。更具體地，例如，當使用汽油時，化學計量 空燃比為大約14.5。另一方面，當使用乙醇混合燃料時，化學計量空燃比 取決於乙醇濃度而可能變為大約9。因此，當在直接噴射火花點火式內燃 發動機中使用其特性需要低於汽油的化學計量空燃比的化學計量空燃比 的燃料一一其可以是除了乙醇混合燃料之夕卜的燃料一一時，在均質燃燒過 程中吸入每個發動機氣缸內的每單位空氣量的燃料質量變為大於使用汽 油時的燃料質量，因此，噴射燃料的氣流增強效果變得更強。在這種情況 下，燃燒速度增大且因此冷卻損失增大。因而，在柔性燃料車輛中，存在 由於燃燒速度的過度增加而引起熱效率降低的可能性。同時，在燃料的特 性需要高於汽油的化學計量空燃比的化學計量空燃比的情況下，在均質燃燒過程中吸入每個發動機氣缸內的每單位空氣量的燃料質量變為小於使 用汽油時的燃料質量，因此，存在噴射燃料的氣流增強效果變弱且因此滾 流的強度變得不足的可能性。

發明內容
本發明提供了 一種用於直接噴射火花點火式內燃發動機的控制設備和 控制方法，當在均質燃燒過程中利用噴射燃料來增強滾流時，所述控制設件。
本發明第一方面涉及一種用於直接噴射火花點火式內燃發動機的控制 設備，所述內燃發動^發動機氣缸內生成滾流並在均質燃燒過程中利用 在接近進氣行程下止點的正時所噴射的燃料來增強所述滾流。所述控制設
備包括燃料特性判別裝置，其用於判別所述燃料的特性；以及燃燒狀態 改變裝置，其用於基於所判別的燃料特性來改變燃燒狀態。根據該控制i殳 備，通過基於燃料特性來改變燃燒狀態的方式改變燃燒速度。因此，可防 止燃燒i!JL過度增大或減小。因此，根據本發明，即使當使用具有不同特 性的燃料時，也能夠以良好M進行均質燃燒。
上述控制設備可以4吏得所述燃燒狀態改變裝置基於所判別的燃料特性 來改變所述滾流由所述燃料增強的程度。才艮據這種結構，通過基於燃料特 性來改變滾流的增強程度，防止了燃燒il^的過度增大和減小。因此，根 據本發明，即使當使用具有不同特性的燃料時，也能夠以良好M進行均 質燃燒。
進一步地，上述控制設備可以使得所述燃燒狀態改變裝置通過改變所 述燃料的推力來改變所述滾流的增強程度。根據這種結構，能夠通過改變 燃料的推力來改變滾流的增強程度。
進一步地，上述控制設備可以使得所述燃燒狀態改變裝置通過改變所 述燃料的噴射正時來改變所述滾流的增強程度。根據這種結構，能夠通過 改變燃料的噴射正時來改變滾流的增強程度。
進一步地，上述控制設備可以使得所述燃燒狀態改變裝置通過改變所 述燃料的噴射方向來改變所述滾流的增強程度。才艮據這種結構，能夠通過 改變燃料的噴射方向來改變滾流的增強程度。進一步地，上述控制設備可以使得所述燃料狀態判別裝置通過檢測所 述燃料中的乙醇濃度錄測所述燃料的特性，並且隨著由所述燃料特性判 別裝置檢測的所述乙醇濃度增大，所述燃燒狀態改變裝置偏移所述燃料的 噴射正時使其更加遠離所述進氣行程下止點附近。因為乙醇混合燃料的化 學計量空燃比低於汽油的化學計量空燃比，所以當使用乙醇混合燃料時， 如果在均質燃燒過程中在接近進氣行程下止點的正時噴射燃料來增強滾 流，則噴射燃料的滾流增強能量會變得過大。為了克服這一點，根據上述 結構，通過將點火正時從進氣^^下止點附近偏移，抑制了空氣-燃料混 合物在點火時刻的運動。這能防止燃燒速度的過度增大且因此減小了冷卻 損失，籍此改善了熱效率。因而，能夠以良好M進行均質燃燒。
進一步地，上述控制設備可以使得所述燃燒狀態改變裝置通過將所述
離所述進氣行程下止點附近。根據這種結構，延長了從燃料噴射至點火的 時長以便防止燃燒速度的過度增大且因此提高了空氣-燃料混合物的混 合度。這使得易於通過改變噴射正時來為均質燃燒提供良好條件。
進一步地，根據本發明第一方面的控制設備可以使得當所述燃料的特 性需要低於汽油的化學計量空燃比的化學計量空燃比時，所述燃燒狀態改 變裝置延遲點火正時。當燃料具有這種特性時，空氣-燃料混合物在點火 時刻的運動變得比較劇烈，因此，燃燒ily變將過度增大。為了克服這一點，
才艮據上述結構，通it^遲點火正時使得燃燒適度iiJL，防止了燃燒iUL的
過度增大。因而，能夠抑制熱效率的減小，因此能夠以良好*進行均質 燃燒。
進一步地，根據本發明第一方面的控制設備可以使得當所述燃料的特 性需要低於汽油的化學計量空燃比的化學計量空燃比時，所述燃燒狀態改
變裝置增大廢氣再循環(EGR)量。根據這種機構，當燃料具有這種特性 時，通過增大廢氣再循環量來減小燃燒速度。這能防止燃^il度的過度增 大且因此抑制了熱效率的減小，籍此能夠在良好條件下獲得均質燃燒。
本發明第二方面涉及一種用於控制直接噴射火花點火式內燃發動機的
在接近進氣行程下止點的正時所噴射的燃料來增強所述滾流。所述控制方 法包括判別所述燃料的特性；以及基於所判別的燃料特性來改變燃燒狀 態。因而，當在均質燃燒過程中利用噴射燃料來增強所述滾流時，根據本
均質燃燒提供了良好M。


通過以下參考附圖的示例性實施方式的描述將更加清楚本發明的前述
特徵和優點，其中，相同數字用於表示相同元件，在附圖中
圖1是示意性示出本發明第一示例性實施方式的電子控制單元(ECU) 和內燃發動機系統的視圖2是示意性示出圖1所示內燃發動機的主要部分的視圖3是示意性示出第一示例性實施方式的電子控制單元中存儲的嗩射 壓力映射數據的視圖4是圖示出第一示例性實施方式的電子控制單元執行的過程的流程
圖5是示意性示出第二示例性實施方式的電子控制單元中存儲的噴射 正時映射數據的視圖6是圖示出第二示例性實施方式的電子控制單元執行的過程的流程
圖7是示意性示出第三示例性實施方式的電子控制單元中存儲的噴射 方向映射數據的視圖8是圖示出第三示例性實施方式的電子控制單元執行的過程的流程
圖9是示意性示出本發明第四示例性實施方式的電子控制單元和內燃 發動機系統的視圖10是示意性示出第四示例性實施方式的電子控制單元中存儲的點 火正時映射數據的視圖11是圖示出第四示例性實施方式的電子控制單元執行的過程的流 程圖12是示意性示出第五示例性實施方式的電子控制單元中存儲的廢氣再循環映射數據的視圖13是圖示第五示例性實施方式的電子控制單元執行的過程的流程圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖詳細描述本發明的第一至第五示例性實施方式。 (第一示例性實施方式)
圖1是示意性示出才艮據本發明第一示例性實施方式的用於直接噴射火 花點火式內燃發動機的控制設備和內燃發動機系統100的視圖，所述控制 設備設置為電子控制單元(ECU) 1。內燃發動機系統100包括進氣系統 10、燃料噴射系統20以及內燃發動機50。進氣系統10用於將空氣引入至 內燃發動機50內。進氣系統IO包括用於過濾空氣的空氣濾清器ll、用於 測量空氣量的空氣流量計12、用於調節進氣流率的節氣門13、用於暫時儲 存進氣的穩壓罐14、經其將進氣分配至內燃發動機50的相應氣釭的進氣 歧管15、設置於進氣系統的這些部件之間的進氣管等。
燃料噴射系統20包括用於將燃料噴射至內燃發動機50的對應氣釭內 的燃料噴射閥21、用於將燃料供給至每個燃料噴射岡21的燃料泵22、燃 料箱23等。每個燃料噴射閥21在電子控制單元1的控制下開啟以便在適 當的噴射正時噴射燃料。燃料噴射量通過閥門開啟時長來調節，所述閥門 開啟時長是從燃料噴射閥21開啟時至其關閉時的時長並且在電子控制單 元1的控制下進行調節。燃料泵22用於通過對燃料增壓來產生噴射壓力。 燃料泵22在電子控制單元1的控制下將初始噴射壓力調節至所需噴射壓 力。燃料噴射岡21具有兩個噴孔並在電子控制單元1的控制下沿所需方向 噴射燃料。更具體地，當在電子控制單元l的控制下噴射燃料時，燃料噴 射閥21通過僅開啟兩個噴孔中的任一個的方式來控制燃料噴射方向。注 意除了在稍後將描述的第三示例性實施方式中之外，每個燃料噴射閥21 不必具有兩個噴孔。
乙醇濃度傳感器24設置於通向燃料箱23的燃料通道中。乙醇濃度傳 感器24用於檢測燃料中的乙醇濃度。乙醇濃度傳感器24包括一對電極等 並檢測當燃料的導電率隨著燃料中的乙醇濃度變化而變化時出現的電流 變化。可替代地，乙醇濃度傳感器24可以是其它類型的乙醇濃度檢測傳感器，例如電阻檢測式乙醇檢測傳感器、電容式乙醇檢測傳感器以及光學式
乙醇檢測傳感器等。為了獲得乙醇濃度，替代使用乙醇濃度傳感器24,可 以基於從圖中未示出的氧傳感器或空燃比傳感器的輸出信號獲得的排氣 中的空燃比來估算乙醇濃度。
圖2是示意性示出內燃發動機50的主要部分的視圖。內燃發動機50 包括氣缸體51、氣缸蓋52、活塞53、火花塞54、進氣門55以及排氣門 56。第一示例性實施方式的內燃發動機50是直列四缸直接噴射火花點火式 內燃發動機。注意本發明可應用的內燃發動機並不局限於任何特定的氣 缸布置或任何特定的氣釭數。同樣，注意圖2僅示出了四個氣缸51a中 的一個作為代表，其它氣釭的結構與圖2所示相同。基本呈筒形的氣釭51a 形成於氣釭體51中。活塞53容納於每個氣缸51a中。用於導引滾流T的 凹部53a形成於每個活塞53的頂面。燃燒室57是由氣缸體51、氣釭蓋52 以及每個氣缸51a中的活塞53所環繞的空間。用於將進氣導引至相應的燃 燒室57內的進氣口 52a以及用於將燃燒氣體W目應的燃燒室57排出的排 氣口 52b形成於氣缸蓋52中。此外，用於打開和關閉相應的進氣口 52a 的進氣門55以及用於打開和關閉相應的排氣口 52b的排氣門56設置於氣 缸蓋52中。注意每個氣缸的進氣門55的數目和排氣門56的數目並不局 限於任何特定的數目。
火花塞54安裝於氣釭蓋52中。每個火花塞54的電極向下突出至對應 燃燒室57的上部區域的大體中央。在每個氣釭51a中，燃料噴射閥21設 置成在上部區域中接近火花塞54，使得燃料噴射閥21突出至燃燒室57內。 每個燃料噴射閥21的位置不局限於此位置。例如，每個燃料噴射閥21可 替代地設置於氣缸蓋52中使得燃料噴射閥21的噴孑L部從進氣口 52a側(圖 2中的位置A)突出至燃燒室57內。此外，可以為每個氣缸設置兩個或更 多燃料噴射閥21。
氣流控制閥58 ^L置於相應的進氣口 52a中。氣流控制閥58用於在燃 燒室57內產生滾流T。氣流控制閥58在電子控制單元1的控制下通it^ 進氣口 52a中使進氣偏流而在燃燒室57中產生滾流T。用於在燃燒室57 中產生滾流T的裝置並不局限於氣流控制閥58。例如，可以將每個進氣口 52a形成為在氣缸51a中產生滾流的形狀。同樣，可以使用各種其它裝置 在氣缸51a中產生滾流T。在第一示例性實施方式中，每個燃料噴射閥21 在電子控制單元1的控制下在均質燃燒過程中在接近進氣行程的下止點(將稱為"進氣行程下止點")的正時噴射燃料。噴射燃料適度增強了滾
流T，使得增強後的滾流T保持活動直至點火為止。增強後的滾流T使空 氣-燃料混合物在點火時刻的運動更加劇烈，這會引起燃燒速度的適度增 大並因此為均質燃燒提供良好^Hf。注意在每個氣缸51a內，滾流T沿 正常方向迴旋，向上流動至燃燒室57的進氣門55側。
在均質燃燒過程中，通過將氣流控制閥58打開至一半開度或打開至完 全開度抑來簡單地增加進氣量或通過每個進氣口 52a的形狀難以產生足夠 強勁的滾流T。即，儘管使用了這些裝置，但是在空氣-燃料混合物的混 合度以及均質燃燒的火焰傳播方面，仍然存在改善空間。此外，內燃發動 機50設置有各種傳感器，例如，用於生成對應於發動機轉速Ne的輸出脈 衝的曲柄角傳感器71、以及用於檢測內燃發動機50的冷卻劑溫度的冷卻 劑溫度傳感器72。
電子控制單元l包括未在附圖中示出的中央處理器(CPU)、只讀存儲 器(ROM)、隨MM儲器(RAM)、輸X/輸出電路等。電子控制單元 l主要用於控制內燃發動機50。在第一示例性實施方式中，採用電子控制 單元1控制火花塞54 (更具體地，未在附圖中示出的點火器)、氣流控制 閥58(更具體地，未在附圖中示出的氣流控制閥58的致動器)等，以及 燃料噴射閥21和燃料泵22。像這些部件一樣，各種其它控制對象都經由 對應的驅動電路(圖中未示出)連接於電子控制單元1。此外，諸如空氣 流量計12、乙醇濃度傳感器24、曲柄角傳感器71、冷卻劑溫度傳感器72 以及未在附圖中示出的檢測加速器踏板的行程(操作量)的加速器傳感器 73等各種傳感器都連接於電子控制單元1。
只讀存儲器用於存儲各種程序，例如用於控制內燃發動機50的發動機 控制程序、用於判別燃料特性的燃料特性判別程序、以及用於控制燃料噴 射閥21的燃料噴射閥控制程序等，每種程序包括對應於中央處理器執行的 各種過程的指令。注意燃料特性判別程序和燃料噴射閥控制程序可以設 置為發動機控制程序的一部分。具體地，燃料特性判別程序表述為基於乙 醇濃度傳感器24的輸出信號檢測乙醇濃度並判定燃料是汽油還是乙醇混 合燃料。注意燃料特性判別程序可以表述為估算乙醇濃度並基於估算結 果判定燃料是汽油還是乙醇混合燃料。
燃料噴射閥控制程序包括用於控制燃料噴射量的噴射量控制程序、 用於控制燃料噴射壓力的噴射壓力控制程序、以及用於控制燃料噴射方向的噴射方向控制程序。根據第一示例性實施方式，燃料噴射壓力程序包括 噴射壓力指定控制程序，所述噴射壓力指定控制程序在均質燃燒過程中基 於燃料特性來改變燃料噴射壓力。
更具體地，根據所述噴射壓力指定控制程序，從限定了均質燃燒過程 中乙醇濃度與噴射壓力之間關係的映射數據(將簡稱為"噴射壓力映射")
中讀出對應於由乙醇濃度傳感器24檢測的乙醇濃度的噴射壓力，並控制燃 料噴射泵22從而以從噴射壓力映射中讀出的噴射壓力來噴射燃料。圖3 示意性示出了限定乙醇濃度與噴射壓力之間關係的噴射壓力映射。在第一 示例性實施方式中，該噴射壓力映射存儲於只讀存儲器中。當乙醇濃度是 本映射中的(T/。時，表示燃料是普通汽油。在這種情況下，在接近進氣行 程下止點的正時並以對應於0%乙醇濃度的噴射壓力來噴射燃料，籍此適 度增強滾流並以良好M進行均質燃燒。
但是，隨著乙醇濃度增大，化學計量空燃比變為低於汽油的化學計量 空燃比。因此，在這樣的情況下，如果在均質燃燒過程中在沒有基於乙醇 濃度改變噴射壓力的情況下噴射乙醇混合燃料，則燃燒速度會過度增大， 這會減小熱效率。因此，前述噴射壓力映射限定了乙醇濃度與燃料噴射壓 力之間的關係，使得燃料噴射壓力隨著乙醇濃度增大而減小。因此，燃料 的推力隨著乙醇濃度增大而減小，這能防止滾流T的過度增強並因此防止 燃燒速度的過度增大。注意噴射壓力映射不必一定表述為限定乙醇濃度 與燃料噴射壓力之間的線性關係。在第一示例性實施方式中，各種檢測裝 置和判定裝置i更置為中央處理器、只讀存儲器、隨MM儲器(將簡稱 為"中央處理器等")以及用於控制內燃發動機50的程序。特別地，"燃料 特性判別裝置"設置為中央處理器等以及燃料特性判別程序，"燃燒狀態 改變裝置"設置為中央處理器等以及噴射壓力指定控制程序。
接下來，將參考圖4的流程圖描述電子控制單元1執行的基於燃料特 性來改變滾流的增強程度的過程。電子控制單元1通過反覆執行流程圖中 所示過程來控制內燃發動機50。此時，中央處理器執行存儲於只讀存儲器 中的諸如發動機控制程序、燃料特性判別程序、燃料噴射閥控制程序等程 序。中央處理器判定當前在內燃發動機50中進行的燃燒是否是均質燃燒 (步驟Sll )。能夠例如基於從曲柄角傳感器71的輸出信號檢測到的發動 機轉速Ne、 #速器傳感器73的輸出信號檢測到的負荷、以及由發動機 轉速Ne和負荷所限定的燃燒模式映射數據來完成此判定。在第一示例性實施方式中，此燃燒模式映射數據也存儲於只讀存儲器中。如果在步驟Sll 中的判定是否定的，則中央處理器重複步驟Sll的過程直至做出肯定的判定。
另一方面，如果在步驟Sll中的判定是肯定的，則中央處理器執行用 於基於乙醇濃度傳感器24的輸出信號來判定當前使用的燃料是否是乙醇 混合燃料的過程，即用於判別燃料特性的過程(步驟S12 )。在步驟S12中， 檢測乙醇濃度，並判定燃料是汽油還是乙醇混合燃料。如果燃料判別為汽 油，則在步驟S12中做出否定判定。在這種情況下，控制程序返回步驟Sll。 另一方面，如果燃料判別為乙醇混合燃料，則在步驟S12中做出肯定判定。 在這種情況下，中央處理器從燃料噴射壓力映射中讀出對應於該乙醇濃度
驟S13A )。因而，按照燃料特性改變了燃料的推力4吏得滾流T的增強程度 相應變化。
然後，中央處理器執行用於控制燃料噴射閥21的過程以便在接近進氣 行程下止點的正時噴射燃料(步驟S14 )。因為已經在步驟S13A中基於燃 料特性改變了燃料的推力，所以在步驟S14中所噴射的燃料將適度增強滾 流T。這能防止燃燒速度過度增大並因此提高熱效率，籍此能夠以良好條 件進行均質燃燒。因而，當利用噴射燃料增強滾流時，第一示例性實施方 式的電子控制單元1通過按照燃料特性改變燃料噴射的方式為均質燃燒提 供了良好糾。
(第二示例性實施方式)
除了電子控制單元1不具有噴射壓力指定控制程序並且噴射正時控制 程序包括以下將描述的噴射正時指定控制程序之外，第二示例性實施方式 的電子控制單元1的結構與第一示例性實施方式的電子控制單元1的結構 相同。注意第二示例性實施方式的電子控制單元l也可以具有第一示例 性實施方式的噴射壓力指定控制。同樣，注意結合有第二示例性實施方 式的電子控制單元1的內燃發動機系統100的構造與圖1所示相同。噴射 正時指定控制程序表述如下。從限定乙醇濃度與噴射正時之間關係的映射 數據(將筒稱為"噴射正時映射")讀出對應於檢測到的乙醇濃度的噴射 正時，且隨後將燃料的噴射正時控制成從噴射正時映射讀出的正時。
圖5示意性示出限定乙醇濃度與燃料噴射正時之間關係的噴射正時映射。在第二示例性實施方式中，此映射也存儲於只讀存儲器中。根據此映
射，當乙醇濃>^10%時，噴射正時設定成接近進氣行程下止點。但是，
因為化學計量空燃比隨著乙醇濃度增大而減小，所以如果在均質燃燒過程 中在沒有基於乙醇濃度改變噴射正時的情況下噴射乙醇混合燃料，則燃燒 速度會過度增大，這會減小熱效率。因此，噴射正時映射表述為使得噴射 正時隨著乙醇濃度增大而提前。因而，隨著乙醇濃度增大，延長了從燃料 噴射至點火的時長，這能防止燃燒速度過度增大，且因此能提高空氣-燃 料混合物的混合度。
同時，隨著乙醇濃度增大可以延遲噴射正時。即，當在均質燃燒過程
中增強滾流T以便增大燃燒速度時，將噴射正時設定為接近進氣行程下止 點的最佳正時。因此，通it^進氣行程下止點附近偏移噴射正時，能夠防 止燃燒it^過度增大，同樣，噴射正時映射不必一定表述為限定乙醇濃度 與燃料噴射正時之間線性關係。在第二示例性實施方式中，"燃燒狀態改 變裝置"設置為中央處理器等以及噴射正時指定控制程序，"用於直接噴 射火花點火式內燃發動機的控制設備"設置為電子控制單元1。
接下來，將參考圖6中的流程圖來詳細描述電子控制單元1執行的基 於燃料特性來改變滾流的增強程度的控制程序。除用步驟S13B代替步驟 S13A之外，圖6所示控制程序與圖4所示控制程序相同，因此在以下描 述中將集中在步驟S13B的過程。如果在步驟S12中做出肯定判定，則中 央處理器隨後從噴射正時映射中讀出對應於步驟S12檢測到的乙醇濃度的 噴射正時(步驟S13B)。然後，中央處理器執行用於控制燃料噴射閥21 的過程以便在步驟S13B中讀取的噴射正時噴射燃料(步驟S14 )。因而， 基於燃料特性改變了噴射正時使得滾流的增強程度相應變化。此外，根據 上述控制，燃燒it^被抑制到適度水平，因此，能夠以良好4Hf進行均質 燃燒。因而，當利用噴射燃料來增強滾流時，第二示例性實施方式的電子
統
(第三示例性實施方式)
除了噴射壓力控制程序不包括第一示例性實施方式的噴射壓力指定控 製程序並且噴射方向控制程序包括以下將描述的噴射方向指定控制程序 之外，第三示例性實施方式的電子控制單元l的結構與第一示例性實施方 式的電子控制單元l的結構相同。注意第三示例性實施方式的電子控制單元1可以具有第一示例性實施方式的噴射壓力指定控制和/或第二示例
性實施方式的噴射正時指定控制。同樣，注意結合有第三示例性實施方 式的電子控制單元1的內燃發動機系統100的構造與圖1所示相同。噴射 方向指定控制程序表述如下。從限定乙醇濃度與噴射方向之間關係的映射 數據(將簡稱為"噴射方向映射")讀出對應於檢測到的乙醇濃度的噴射 方向，並通過控制燃料噴射閥21將噴射方向控制成從噴射方向映射讀出的 方向。
圖7示意性示出限定乙醇濃度與燃料噴射方向之間關係的噴射方向映 射。在第三示例性實施方式中，此映射也存儲於只讀存儲器中。根據此映 射，當乙醇濃度是0%時，噴射方向設定成接近用於噴射汽油的方向。但 是，因為隨著乙醇濃度增大化學計量空燃比變為低於汽油的化學計量空燃 比，所以如果在均質燃燒過程中在沒有基於乙醇濃度改變噴射方向的情況 下噴射乙醇混合燃料，則燃燒il^會過度增大，這會減小熱效率。因此， 噴射方向映射表述為使得當乙醇濃度等於或高於oc時，燃料噴射方向設定 成與用於噴射汽油的燃料噴射方向不同的方向。通過沿著與用於噴射汽油 的燃料噴射方向不同的燃料噴射方向噴射乙醇混合燃料，防止了滾流的過 度增強，因此，能夠防止燃燒速度過度增大。在第三示例性實施方式中， "燃燒狀態改變裝置"設置為中央處理器等以及噴射方向指定控制程序， "用於直接噴射火花點火式內燃發動機的控制設備"設置為電子控制單元
接下來，將參考圖8中的流程圖來描述電子控制單元1執行的基於燃 料特性來改變滾流的增強程度的過程。除了已用步驟S13C代替步驟S13A 之外，圖8所示控制程序與圖4所示控制程序相同，因此在以下描述中將 集中在步驟S13C的過程。如果在步驟S12中獲得肯定判定，則中央處理 器隨後從噴射方向映射中讀出對應於步驟S12中檢測到的乙醇濃度的噴射 方向並執行用於將噴射方向改變至用於噴射乙醇混合燃料的方向的過程 (步驟S13C)。因而，基於燃料特性改變了噴射方向使得滾流的增強程度 相應變化。然後，中央處理器執行用於控制燃料噴射閥21的過程以便在接 近進氣行程下止點的正時噴射燃料(步驟S14 )。因為已在步驟S13C中基 於燃料特性改變了噴射方向，所以在步驟S14中噴射的燃料將適度增強滾 流T。因而，防止了燃燒it^過度增大並相應提高熱效率，籍此能夠以良 好4Hf進行均質燃燒。儘管在上述示例性實施方式中參考圖8的力錄圖M基於燃料特性改 變噴射方向的情況進行了詳細描述，但是在步驟S12a中獲得了否定判定 之後或在步驟S13c的過程之後，可以執行第一示例性實施方式的噴射壓力 改變過程和/或第二示例性實施方式的噴射正時改變過程。例如，當在乙醇 濃度低於預定濃度oc時執行噴射壓力改變過程和噴射正時改變過程的情 況下，能夠通過適當改變噴射壓力和噴射正時來改善均質燃燒的條件。另 一方面，當在步驟S13C中改變噴射方向之後一一即當乙醇濃度等於或高 於預定濃度a時一一進行噴射壓力改變過程和噴射正時改變過程的情況 下，噴射正時和噴射壓力需要改變以獲得良好的均質燃燒條件的量小於它 們在噴射方向未改變時的改變量。注意在這樣的情況下，需要在考慮噴 射方向改變的因素的情況下表述噴射壓力映射和噴射正時映射。因而，當 使用噴射燃料來增強滾流時，第三示例性實施方式的電子控制單元1通過 按照燃料特性改變燃料噴射的方式為均質燃燒提供良好條件。
(第四示例性實施方式)
圖9是示意性示出才艮據本發明第四示例性實施方式的用於直接噴射火 花點火式內燃發動機的控制設備和內燃發動機系統100的視圖，所述控制 設備設置為電子控制單元(ECU) 1。在圖9中，與第一示例性實施方式 中的組件和部件相同的組件和部件用相同的數字表示，並省略其描述。
除了第一示例性實施方式的內燃發動機系統100的部件之外，第四示 例性實施方式的內燃發動機系統100具有廢氣再循環系統30、廢氣再循環 (EGR)冷卻器31、廢氣再循環閥32、設置於廢氣再循環冷卻器31與廢 氣再循環閥32之間的連接管等。廢氣再循環冷卻器31用於冷卻再循環的 廢氣。廢氣再循環閥32用於使廢氣再循環。廢氣再循環閥32在電子控制 單元1的控制下通過根據需要調節其開度來關閉和開啟廢氣再循環通道。
在第四示例性實施方式中，燃料噴射岡21在電子控制單元1的控制下 在均質燃燒過程中在接近進氣行程下止點的正時噴射燃料。噴射燃料適度 增強滾流T，且增強後的滾流T保持活動直至點火為止。增強後的滾流T 使空氣—燃料混合物在點火時刻的運動更加劇烈，這會引起燃M度的適 度增大並因此為均質燃燒提供良好條件。
在第四示例性實施方式中，燃燒狀態改變程序包括點火正時指定控制 程序，如果當前燃料的特性需要不同於汽油的化學計量空燃比的化學計量空燃比，則所述點火正時指定控制程序延遲點火正時。具體地，根據所述 點火正時指定控制程序，從限定了均質燃燒過程中乙醇濃度與點火正時之 間關係的映射數據(將簡稱為"點火正時映射")中讀出對應於基於乙醇
濃度傳感器24的輸出信號所檢測到的乙醇濃度的點火正時，並因此將點火 正時調節至從點火正時映射讀出的正時。圖10示意性示出了限定乙醇濃度 與點火正時之間關係的點火正時映射數據。在第四示例性實施方式中，此 映射也存儲於只讀存儲器中。當乙醇濃^1本映射中的0%時，表示燃料 是普通汽油。在這種情況下，在接近進氣行程下止點的正時噴射燃料，籍 此適度增強滾流並以良好4Ht進行均質燃燒。
但是，因為隨著乙醇濃度增大，化學計量空燃比變為低於汽油的化學 計量空燃比，所以如果在與汽油相同的正時點燃乙醇混合燃料，則燃燒狀 態將類似於通過提前的點火正時所獲得的燃燒狀態。在這種情況下，燃燒 速度會過度增大，且這會減小熱效率。因此，點火正時映射表述為使得點 火正時隨著乙醇濃度增大而延遲。由此，通過隨著乙醇濃度增大而延遲點 火正時，改變了燃燒狀態使得燃燒適度i^艮。因而防止了燃燒iOL過度增 大。注意，點火正時映射不必一定表述為限定乙醇濃度與點火正時之間的 線性關係。在第四示例性實施方式中，各種檢測裝置和判定裝置設置為中 央處理器、只讀存儲器、隨M取存儲器以及用於控制內燃發動機50的程 序。具體地，"燃料特性判別裝置"設置為中央處理器等以及燃料特性判 別程序，"燃燒狀態改變裝置"設置為中央處理器等以及點火正時指定控 製程序。
接下來，將參考圖11中的流程圖來描述電子控制單元1執行的基於燃 料特性來改變點火正時的過程。除了已用步驟S13D代替步驟S13A之夕卜， 圖11所示控制程序與圖4所示控制程序相同，因此在以下描述中將集中在 步驟S13D的過程。如果在步驟S12中獲得肯定判定，則中央處理器l^ 從點火正時映射中讀出對應於在步驟S12中檢測到的乙醇濃度的點火正時 並隨後執行用於將點火正時改變至從點火正時映射中讀出的正時的過程 (步驟S13D)。即，基於燃料特性改變點火正時使得燃燒狀態相應變化。
然後，中央處理器執行用於控制燃料噴射閥21的過程以便在接近進氣 行程下止點的正時噴射燃料(步驟S14 )。因為已在步驟S13D中基於燃料 特性改變了點火正時，所以在步驟S14中噴射的燃料在新的點火正時被點 燃，使得燃燒適度悉艮。這能防止燃燒iUL過度增大並由此提高熱效率，籍此能夠以良好^ff進行均質燃燒。因而，當使用噴射燃料來增強滾流時, 第四示例性實施方式的電子控制單元1通迚基於燃料特性改變燃燒狀態為
均質燃燒提供良好4Hf。 (第五示例性實施方式)
除了燃燒狀態改變程序不包括第四示例性實施方式的點火正時指定控 製程序並且燃燒狀態改變程序包括以下將描述的廢氣再循環指定控制程 序之外，第五示例性實施方式的電子控制單元l的結構與第四示例性實施 方式的電子控制單元l的結構相同。注意第五示例性實施方式的電子控 制單元l也可以具有第四示例性實施方式的點火正時指定控制。同樣，注 意結合有第五示例性實施方式的電子控制單元1的內燃發動機系統100 的構造與圖9所示相同。廢氣再循環指定控制程序表述如下。在均質燃燒 過程中，從限定乙醇濃度與廢氣再循環率之間關係的映射數據(將簡稱為 "廢氣再循環映射")中讀出對應於檢測到的乙醇濃度的廢氣再循環率(廢 氣再循環量/ (缸內空氣量+廢氣再循環量))，並通過控制廢氣再循環閥32 將廢氣再循環率因此調節到從廢氣再循環映射讀出的比率。
在內燃發動機50設置有可變氣門^的情況下，廢氣再循環指定控制 程序可以表述為通過控制可變氣門機構來代替控制廢氣再循環閥32來改 變進氣門55和排氣門56的氣門重疊量，使得廢氣再循環率調節至從廢氣 再循環映射讀出的比率。同樣，廢氣再循環指定控制可以表述為使得能夠 對廢氣再循環閥32和可變氣門機構二者進行控制。同樣，代替廢氣再循環 指定控制程序，可以使用增大缸內氣體量與噴射燃料量比率的程序來作為 燃燒狀態改變程序。
圖12示意性示出了限定乙醇濃度與廢氣再循環率之間關係的廢氣再 循環映射。在第五示例性實施方式中，此映射也存儲於只讀存儲器中。當 乙醇濃度是本映射中的0%時，表示燃料是普通汽油。在這種情況下，根 據廢氣再循環映射，在接近進氣行程下止點的正時噴射燃料，籍此以當前 設定的廢氣再循環率來適度增強滾流並以良好4Ht進行均質燃燒。但是， 因為隨著乙醇濃度增大，化學計量空燃比變為低於汽油的化學計量空燃 比，所以在均質燃燒過程中燃燒速度會過度增大，且這會減小熱效率。因 此，廢氣再循環映射表述為使得廢氣再循環率隨著乙醇濃度增大而增大。 由此，通過改變燃燒狀態，降低了燃燒溫度，籍此防止了燃燒iUL過度增 大。注意，廢氣再循環映射不必一定表述為限定乙醇濃度與廢氣再循環率之間的線性關係。在第五示例性實施方式中，"燃燒狀態改變裝置"設置 為中央處理器等以及廢氣再循環指定控制程序，"用於直接噴射火花點火 式內燃發動機的控制設備"設置為電子控制單元l。
接下來，將參考圖13中的流程圖來描述電子控制單元1執行的基於燃 料特性來改變燃燒狀態的過程。除了已用步驟Sl犯代替步驟S13A之夕卜， 圖13所示控制程序與圖4所示控制程序相同，因此在以下描述中將集中在 步驟S13E的過程。如果在步驟S12中獲得肯定判定，則中央處理器l^ 從廢氣再循環映射中讀出對應於在步驟S12中檢測到的乙醇濃度的廢氣再 循環率並l^執行用於控制廢氣再循環閥32的過程以便將廢氣再循環率 調節至從廢氣再循環映射中讀出的比率(步驟S13E)。即，基於燃料特性 改變了廢氣再循環率。此時，如果燃料是乙醇混合燃料，則因為這種乙醇 混合燃料的化學計量空燃比低於汽油的化學計量空燃比，所以增大了廢氣 再循環率。接著，中央處理器執行用於控制燃料噴射閥21的過程以便在接 近進氣行程下止點的正時噴射燃料(步驟S14)。此時，因為已在步驟S1犯 中基於燃料特性改變了廢氣再循環率，所以在步驟S14中噴射的燃料的燃 燒溫度低。這能防止燃燒iUL過度增大並由此提高熱效率，籍此能夠以良 好^Ht進行均質燃燒。因而，當使用噴射燃料來增強滾流時，第五示例性 實施方式的電子控制單元1通迚基於燃料特性改變燃燒狀態為均質燃燒提 供良好沐
儘管已參考第一至第五示例性實施方式對本發明進行了描述，但是本 發明並不局限於這些示例性實施方式，而是可以在本發明的精神範圍內以 各種形式進行修改。特別地，儘管在第一至第五示例性實施方式中使用乙 醇混合燃料，但是本發明可以應用於特性不同於汽油的各種其它燃料。
權利要求
1. 一種用於直接噴射火花點火式內燃發動機的控制設備，所述內燃發動機在發動機氣缸內生成滾流並在均質燃燒過程中利用在接近進氣行程下止點的正時所噴射的燃料來增強所述滾流，所述控制設備的特徵在於包括燃料特性判別裝置(24)，其用於判別所述燃料的特性；以及燃燒狀態改變裝置(1)，其用於基於所判別的燃料特性來改變燃燒狀態。
2. 如權利要求1所述的控制設備，其中，所述燃燒狀態改變裝置(1)基於所判別的燃料特性來改變所述滾流由所述燃料增強的程度。
3. 如權利要求2所述的控制設備，其中，所述燃燒狀態改變裝置(l)通過改變所述燃料的推力來改變所述滾流的增強程度。
4. 如權利要求3所述的控制設備，其中，所述燃燒狀態改變裝置(1)通過改變所述燃料的噴射壓力來改變所述燃料的推力。
5. 如權利要求3所述的控制設備，其中所述燃料特性判別裝置(24)通過檢測所述燃料中的乙醇濃度來判別所述燃料的特性；並且隨著由所述燃料特性判別裝置(24)檢測的所述乙醇濃度增大，所述燃燒狀態改變裝置(1)減小所述燃料的推力。
6. 如權利要求2所述的控制設備，其中，所述燃燒狀態改變裝置(l)通過改變所述燃料的噴射正時來改變所述滾流的增強程度。
7. 如權利要求2所述的控制設備，其中，所述燃燒狀態改變裝置(l)通過改變所述燃料的噴射方向來改變所述滾流的增強程度。
8. 如權利要求7所述的控制設備，進一步包括燃料噴射閥(21)，所 述燃料噴射閥(21)包括至少兩個具有不同噴射方向的噴孔，其中所述燃燒狀態改變裝置(1)通過從其中一個所述噴孔切換至另 一個所 述噴孔來改變所述燃料的噴射方向。
9. 如權利要求6所述的控制設備，其中所述燃料狀態判別裝置(24)通過檢測所述燃料中的乙醇濃度來檢測 所述燃料的特性；並且隨著由所述燃料特性判別裝置(24)檢測的所述乙醇濃度增大，所述 燃燒狀態改變裝置(1)偏移所述燃料的噴射正時使其更加遠離所述進氣行 程下止點附近。
10.如權利要求9所述的控制設備，其中，所述燃燒狀態改變裝置(1) 通過將所述噴射正時從所述進氣行程下止點提前來偏移所述燃料的噴射 正時使其遠離所^氣行程下止點附近。
11.如權利要求1所述的控制設備，其中，當所述燃料的特性為需要 低於汽油的化學計量空燃比的化學計量空燃比時，所述燃燒狀態改變裝置 (1)延遲點火正時。
12.如權利要求1所述的控制設備，其中，當所述燃料的特性為需要 低於汽油的化學計量空燃比的化學計量空燃比時，所述燃燒狀態改變裝置 (1)增大廢氣再循環量。
13.如權利要求12所述的控制設備，其中所述燃料特性判別裝置(24)通過檢測所述燃料中的乙醇濃度來判別所述燃料的特性；並且隨著由所述燃料特性判別裝置(1)檢測的所述乙醇濃度增大，所述燃 燒狀態改變裝置(1)增大所述廢氣再循環量。
14. 如權利要求1所述的控制設備，其中，所述燃料特性判別裝置(24) 是檢測所述燃料中的所述乙醇濃度的乙醇濃度傳感器。
15. —種用於控制直接噴射火花點火式內燃發動機的方法，所述內燃程下止點的正時所噴射的燃料來增強所述滾流，所述控制方法的特徵在於 包括判別所述燃料的特性；以及 基於所判別的燃料特性來改變燃燒狀態。
全文摘要
本發明提供了一種電子控制單元(1)，其控制內燃發動機(50)，所述內燃發動機在每個發動機氣缸內生成滾流(T)並在均質燃燒過程中利用在接近進氣行程下止點的正時所噴射的燃料來增強所述滾流。所述電子控制單元(1)包括用於判別燃料特性的燃料特性判別裝置(24)，以及用於改變燃燒狀態的燃燒狀態改變裝置(1)。當所述燃料的特性為需要低於汽油的化學計量空燃比的化學計量空燃比時，所述燃燒狀態改變裝置(1)通過例如延遲點火正時來改變燃燒狀態，使得燃燒適度進行。這防止了燃燒速度的過度增大。
文檔編號F02D41/00GK101490395SQ200780027574
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月19日 優先權日2006年7月20日
發明者蘆澤剛 申請人:豐田自動車株式會社