CN101120167A - 用于内燃机的控制设备 - Google Patents

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Abstract

发动机ECU执行包括以下步骤的程序：计算缸内喷射器的燃料喷射比率(S100)；使用当缸内喷射器具有为一的燃料喷射比率时采用的第一图来计算点火提前量，所述第一图提供了具有最大点火提前量的点火正时(S220)；使用当燃料喷射比率为零时采用的第二图来计算点火提前量，所述第二图提供了具有最小点火提前量的点火正时(S230)；并且使用当燃料喷射比率大于零并小于一时采用的第三图来计算点火提前量，所述第三图对于更大的比率提供具有更大点火提前量的点火正时(S240)。

Description

用于内燃机的控制设备
技术领域
本发明涉及用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有用于将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构(缸内喷射器)和用于将燃料喷射到进气歧管或进气口中的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)，具体而言，本发明涉及考虑第一燃料喷射机构和第二燃料喷射机构之间的燃料喷射比率来确定点火正时的技术。
背景技术
公知一种内燃机，其具有用于将燃料喷射到发动机的进气歧管中的进气歧管喷射器和用于将燃料喷射到发动机的燃烧室中的缸内喷射器，并且被设置成用于当发动机负载低于预设负载时停止由进气歧管喷射器进行燃料喷射，而当发动机负载高于该设定负载时使得由进气歧管喷射器进行燃料喷射。
在这种内燃机中，公知一种被设置成用于根据其运转状态在层状燃烧与均匀燃烧之间进行切换的内燃机。在层状燃烧时，为了燃料的稀燃，在压缩行程期间从缸内喷射器喷射燃料以在火花塞周围局部地形成层状空燃混合物。在均匀燃烧时，为了燃料的燃烧，在燃烧室内使燃料扩散以形成均匀的空燃混合物。
日本专利早期公开号2001-020837揭示了一种用于发动机的燃料喷射控制设备，其根据运转状态在层状燃烧与均匀燃烧之间切换，并且具有用于将燃料直接喷射到燃烧室中的主燃料喷射阀以及用于将燃料喷射到各个气缸的进气口的次燃料喷射阀。上述用于发动机的燃料喷射控制设备的特征在于基于发动机的运转状态以可变方式来设定主燃料喷射阀和次燃料喷射阀之间的燃料喷射比率。
根据上述用于发动机的燃料喷射控制设备，仅利用将燃料直接喷射到燃烧室中的主燃料喷射阀来实现层状燃烧，而利用主燃料喷射阀和次燃料喷射阀两者(或在某些情况下仅利用次燃料喷射阀)来实现均匀燃烧。这样甚至在高功率发动机的情况下也可将主燃料喷射阀的容量保持得较小。提高了在诸如怠速期间之类的低负载区域中主燃料喷射阀的喷射时段/喷射量特性的线性，其因而提高了对燃料喷射量的控制精确性。因此，能够维持有利的层状燃烧，由此提高诸如怠速之类的低负载运转的稳定性。在均匀燃烧时，利用主次燃料喷射阀两者，由此可以获益于直接燃料喷射的优点和进气口喷射的优点两者。因此，也可以维持有利的均匀燃烧。
在日本专利早期公开号2001-020837揭示的用于发动机的燃料喷射控制设备中，根据状况来采用层状燃烧和均匀燃烧，这使点火控制、喷射控制和节气门控制变复杂，并需要对应于各个燃烧方式的控制程序。具体而言，基于燃烧方式之间的切换，这些控制要求很多变化，由此在转变时难以实现(对燃料效率、排放净化性能)所期望的控制。此外，在实现稀燃的层状燃烧区域中，三元催化剂不工作，在此情况下需要使用稀NOx催化剂，由此导致成本的增加。
着眼于上述问题，已经研发出了一种发动机，其不提供层状燃烧，由此不需要在层状燃烧与均匀燃烧之间切换的控制，由此不需要昂贵的稀NOx催化剂。
在对其冷却剂具有较低的温度的、待点火的发动机进行控制时，为修正引入点火提前。这是因为当冷却剂具有较低温度时(提供了较差的雾化)，会产生较低的燃烧速率，且发动机不太容易爆燃。点火提前可提供在点火与排气之间延长的时段，且尽管燃烧速率较低，但空燃混合物可以充分燃烧。
但是，对于使缸内喷射器和进气歧管喷射器分别承担燃料喷射的范围，缸内喷射器将燃料直接喷射到燃烧室中且燃烧室的内部温度会显著有效地降低，而进气歧管喷射器将燃料喷射在进气歧管中由此燃烧室的内部温度降低相对较小。通过缸内喷射器喷射的燃料将燃烧室的内部温度降低到一定程度，而通过进气歧管喷射器喷射的燃料将燃烧室的内部温度降低不同的一个程度。如果燃烧室的温度差异改变，则防爆震性能改变，并且且燃烧室的内部温度降低，而提高了防爆震性能。如果防爆震性能改变，则最优的点火正时也改变。因此，仅利用冷却剂温度来计算点火提前量并不能提供精确的点火正时(或精确的点火提前量)。注意，日本专利早期公开号2001-020837仅揭示了驱动各个喷射器以对应于所需运转状态来实现燃料喷射比率，并设定点火正时，但该文献并未提出对上述问题的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于内燃机的控制设备，该内燃机具有第一和第二燃料喷射机构，其分别分担将燃料分别喷射到气缸和进气歧管中的份额，该控制设备可计算精确的点火正时。
本发明的一个方面提供了一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构和将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机构.所述控制设备包括：控制器，其控制所述第一和第二燃料喷射机构以基于所述内燃机所需的状况计算得到的比率来分别承担喷射燃料的份额，所述比率包括禁止所述燃料喷射机构中的一者喷射燃料；以及点火正时控制器，其控制点火装置以改变点火正时。所述点火正时控制器基于由所述比率确定的所述内燃机的基本点火正时来控制所述点火装置。
根据本发明，对于使第一燃料喷射机构(例如缸内喷射器)和第二燃料喷射机构(例如进气歧管喷射器)分别分担喷射燃料的份额的范围，通过缸内喷射器喷射的燃料降低了燃烧室的内部温度。如果燃烧室的内部温度降低，则提高了防爆震性能，可使得点火正时提前。相反，通过进气歧管喷射器喷射的燃料以小于通过缸内喷射器喷射的燃料的程度降低燃烧室的内部温度。因此具有两个分别分担喷射燃料的份额并分别以不同程度降低燃烧室的内部温度的燃料喷射机构的内燃机，可实现精确设定的点火正时。因此，可以为内燃机设置可计算精确点火正时的控制设备，该内燃机具有分别将燃料喷射到气缸和进气歧管中的分别分担燃料喷射的份额的第一和第二燃料喷射机构，该第一和第二燃料喷射机构由不同地喷射燃料的两类燃料喷射机构来实现。
本发明的另一方面提供了一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构和将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机构。所述控制设备包括：控制器，其控制所述第一和第二燃料喷射机构以基于所述内燃机所需的状况计算得到的比率来分别承担喷射燃料的份额，所述比率包括禁止所述燃料喷射机构中的一者喷射燃料；存储器，其存储基本点火正时；以及点火正时控制器，其利用所述基本点火正时来控制点火装置。所述存储器存储基于所述比率计算得到的所述基本点火正时。
根据本发明，存储器存储的基本点火正时对当缸内喷射器(其通过自身喷射的燃料可较大程度地降低燃烧室的内部温度)具有较高的燃料喷射比率(包括仅通过缸内喷射器喷射燃料)时比对当进气歧管喷射器(其通过自身喷射的燃料可较小程度地降低燃烧室的内部温度)具有更高的燃料喷射比率(包括仅通过进气歧管喷射器喷射燃料)时允许点火正时更快。因此，具有两个分别分担喷射燃料的份额并分别以不同程度降低燃烧室的内部温度的燃料喷射机构的内燃机，可以实现精确设定的点火正时。因此，可以为内燃机设置可计算精确点火正时的控制设备，该内燃机具有分别将燃料喷射到气缸和进气歧管中的分别分担燃料喷射的份额的第一和第二燃料喷射机构，该第一和第二燃料喷射机构通过不同地喷射燃料的两类燃料喷射机构来实现。
优选地，所述存储器以图的形式存储预先基于所述比率计算得到的所述基本点火正时。
根据本发明，可以基于缸内喷射器和进气歧管喷射器的燃料喷射比率，从存储在图中的点火正时确定基本点火正时。
优选地，所所述存储器存储划分为第一图、第二图和第三图的所述基本点火正时，当仅所述第一燃料喷射机构喷射燃料时应用所述第一图，当仅所述第二燃料喷射机构喷射燃料时应用所述第二图，并当所述第一和第二燃料喷射机构均喷射燃料时应用所述第三图。
根据本发明，当其喷射燃料时分别以不同程度降低燃烧室温度的、对应于第一燃料喷射机构的一个示例的缸内喷射器和对应于第二燃料喷射机构的一个示例的进气歧管喷射器分别分担燃料喷射的份额，且基本点火正时被存储在划分为第一图、第二图和第三图的图中，当仅缸内喷射器喷射燃料时应用所述第一图，当仅进气歧管喷射器喷射燃料时应用所述第二图，并当缸内喷射器和进气歧管喷射器均喷射燃料时应用所述第三图。可基于缸内喷射器和进气歧管喷射器之间的燃料喷射比率来选择图以确定存储的基本点火正时。
优选地，所述第一图提供的所述基本点火正时被设定为提供点火提前。
根据本发明，在仅第一燃料喷射机构(例如缸内喷射器)喷射燃料时应用的第一图中，通过其喷射的燃料以较大的程度降低了燃烧室的温度，从而提高了防爆震性能。由此可以将基本点火正时设定的更快。
优选地，所述第二图提供的所述基本点火正时被设定为提供点火延迟。
根据本发明，在仅第二燃料喷射机构(例如进气歧管喷射器)喷射燃料时应用的第二图中，通过其喷射的燃料以较小的程度降低了燃烧室的温度，从而未能提高防爆震性能。由此将基本点火正时设定的更慢。
优选地，所述第三图提供的所述基本点火正时被设定为当所述第一燃料喷射机构的所述比率增大时提供点火提前。
根据本发明，当可以通过自身喷射的燃料以较大程度降低燃烧室温度的第一燃料喷射机构(例如缸内喷射器)具有较高燃料喷射比率时的情况，相较于当通过自身喷射的燃料以较小程度降低燃烧室温度的第二燃料喷射机构(例如进气歧管喷射器)具有较高燃料喷射比率时的情况，可以具有更好的防爆震性能。因此可以将基本点火正时提前。由此对于具有分别分担燃料喷射的份额并且当其喷射燃料时分别提供具有不同状态的空燃混合物的两个燃料喷射机构的内燃机，可以实现精确设定的点火正时。
优选地，所述第三图提供的所述基本点火正时被设定为当所述第二燃料喷射机构的所述比率增大时提供点火延迟。
根据本发明，当通过自身喷射的燃料以较小程度降低燃烧室温度的第二燃料喷射机构(例如进气歧管喷射器)具有较高燃料喷射比率时的情况，相较于当通过自身喷射的燃料以较大程度降低燃烧室温度的第一燃料喷射机构(例如缸内喷射器)具有较高燃料喷射比率时的情况，防爆震性能提高得较小。因此，将基本点火正时设定得更慢。由此对于具有分别分担燃料喷射的份额并且当其喷射燃料时分别提供具有不同状态的空燃混合物的两个燃料喷射机构的内燃机，可以实现精确设定的点火正时。
优选地，所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器，所述第二燃料喷射机构是进气歧管喷射器。
根据本发明，可以提供一种控制设备，其对于具有分别由独立设置并分担喷射燃料的缸内喷射器和进气歧管喷射器所实现的第一和第二燃料喷射机构的内燃机，可以在冷态以及从冷态到暖态的转变期间分担燃料喷射时，计算精确的点火提前量。
附图说明
图1是由根据本发明实施例的控制设备控制的发动机系统的示意性结构图。
图2是由发动机ECU执行的程序的流程图(1)。
图3示出了用于分担喷射的图的示例。
图4示出了发动机运转状态是如何改变的。
图5是由发动机ECU执行的程序的流程图(2)。
图6是表示用于发动机的暖态的DI比率图的视图(1)，其中本发明的控制设备适用于该发动机。
图7是表示用于发动机的冷态的DI比率图的视图(1)，其中本发明的控制设备适用于该发动机。
图8是表示用于发动机的暖态的DI比率图的视图(2)，其中本发明的控制设备适用于该发动机。
图9是表示用于发动机的冷态的DI比率图的视图(2)，其中本发明的控制设备适用于该发动机。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的实施例。在以下描述中对相同的元件赋予相同的标号。其名称及功能也均相同。
注意，虽然以下描述首先涉及冷态时的点火正时，但然后涉及其他非冷态时的点火正时(随着燃烧室内部温度的降低，防爆震性能得到提高且由此提前点火正时)。
注意，虽然以下描述仅涉及冷态时的点火提前，但本发明并不限于这种提前。本发明还包括首先引入点火提前，然后是点火延迟，并引入从点火的基本正时起的点火延迟。此外，可以使对于通过缸内喷射器喷射的较高比率燃料而言较小的点火提前与对于通过进气歧管喷射器喷射的较高比率燃料而言较大的点火提前之间的关系倒转。例如，如果作为独立喷射器的缸内喷射器100的性能与作为独立喷射器的进气歧管喷射器120的性能导致对于相同的发动机冷却剂温度THW，通过缸内喷射器100喷射的燃料的雾化比通过进气歧管喷射器120喷射的燃料的雾化更不充分，则可以倒转上述燃料喷射比率与点火提前之间的关系。
图1是由发动机ECU(电子控制单元)控制的发动机系统的示意性结构视图，该发动机ECU实现了根据本发明实施例的用于内燃机的控制设备。尽管在图1中示出了直列式4缸汽油发动机，但本发明的应用并不限于这种发动机。
如图1所示，发动机10包括四个气缸112，每个气缸112都经由相应的进气歧管20连接至共用的稳压罐30。稳压罐30经由进气导管40连接至空气滤清器50。气流计42布置在进气导管40中，且由电机60驱动的节气门70也布置在进气导管40中。独立于加速器踏板100，节气门70根据发动机ECU 300的输出信号来控制其开度。每个气缸112均连接至共用的排气歧管80，排气歧管80连接至三元催化转化器90。
每个气缸112均设置有将燃料喷射到气缸中的缸内喷射器110以及将燃料喷射到进气口和/或进气歧管中的进气歧管喷射器120。根据来自发动机ECU 300的输出信号来控制这些喷射器110和120。此外，每个气缸的缸内喷射器110均连接至共用的燃料输送管130。燃料输送管130经由允许朝向燃料输送管130的方向流动的单向阀140连接至发动机驱动型高压燃料泵150。在本实施例中，将对具有两个独立设置的喷射器的内燃机进行描述，不过本发明并不限于这种内燃机。例如，内燃机可具有能够进行缸内喷射和进气歧管喷射两者的单个喷射器。
如图1所示，高压燃料泵150的排放侧经由电磁溢流阀152连接至高压燃料泵150的吸入侧。随着电磁溢流阀152的开度变小，从高压燃料泵150供应到燃料输送管130的燃料量将增大。当电磁溢流阀152完全打开时，从高压燃料泵150至燃料输送管130的燃料供应将停止。根据发动机ECU 300的输出信号来控制电磁溢流阀152。
每个进气歧管喷射器120均连接至低压侧的共用燃料输送管160。燃料输送管160和高压燃料泵150经由共用燃料压力调节器170连接至电机驱动型低压燃料泵180。此外，低压燃料泵180经由燃料滤清器190连接至燃料箱200。燃料压力调节器170被设置成在从低压燃料泵180排放的燃料压力变得高于预设燃料压力时将从低压燃料泵180排放的一部分燃料返回至燃料箱200。这可防止供应至进气歧管喷射器120的燃料压力以及供应至高压燃料泵150的燃料压力两者变得高于上述预定燃料压力。
发动机ECU 300利用数字计算机来实现，并包括经由双向总线310彼此连接的ROM(只读存储器)320、RAM(随即访问存储器)330、CPU(中央处理单元)340、输入端口350、以及输出端口360。
气流计42产生与进气量成比例的输出电压，且该输出电压经由A/D转换器370被输入至输入端口350。冷却剂温度传感器380安装至发动机10，并产生与发动机冷却剂温度成比例的输出电压，该输出电压经由A/D转换器390被输入至输入端口350。
燃料压力传感器400安装至燃料输送管130，并产生与燃料输送管130内燃料压力成比例的输出电压，该输出电压经由A/D转换器410被输入至输入端口350。空燃比传感器420在三元催化转化器90的上游安装至排气歧管80。空燃比传感器420产生与排气中氧气浓度成比例的输出电压，而该输出电压经由A/D转换器430被输入至输入端口350。
本实施例的发动机系统中的空燃比传感器420为产生与发动机10中燃烧的空燃混合物的空燃比成比例的输出电压的全范围空燃比传感器(线性空燃比传感器)。可以使用O2传感器作为空燃比传感器420，该传感器以开/关的方式检测在发动机10中燃烧的空燃混合物的空燃比相对于理论空燃比是浓还是稀。
加速器踏板100连接至产生与加速器踏板100的下压程度成比例的输出电压的加速器踏板位置传感器440，该输出电压经由A/D转换器450被输入至输入端口350。此外，产生表示发动机速度的输出脉冲的发动机速度传感器460连接至输入端口350。发动机ECU 300的ROM 320预先以图的形式储存了与运转状态相关设定的燃料拍摄了的值以及基于发动机冷却剂温度设定的其修正值，其中运转状态基于由上述加速器踏板位置传感器440和发动机速度传感器460获得的发动机负载率和发动机速度。
参考图2的流程图，如下所述，图1的发动机ECU 300执行具有控制用结构的程序。
在步骤(S)100，发动机ECU 300采用图3所示的图以计算缸内喷射器110的喷射比率。以下将该比率称为“DI比率r”，其中0≤r≤1。将在稍后描述用来计算该比率的图。
在S110，发动机ECU 300判定DI比率r是否为1、或0、或大于0并小于1。如果DI比率r为1(在S110中r＝1.0)，则处理进行至S120。如果DI比率r为0(在S110中r＝0)，则处理进行至S130。如果DI比率r大于0并小于1(在S110中0＜r＜1)，则处理进行至S140。
在S120，发动机ECU 300计算与当缸内喷射器110单独喷射燃料时在冷态下的修正用点火提前量相对应的冷态点火提前量。例如通过采用函数f(1)来计算冷态点火提前量＝f(1)(THW)以完成上述处理。注意，“THW”表示由冷却剂温度传感器380检测的发动机10的冷却剂温度。
在S130，发动机ECU 300计算与当进气歧管喷射器120单独喷射燃料时在冷态下的修正用点火提前量相对应的冷态点火提前量。例如通过采用函数f(2)来计算冷态点火提前量＝f(2)(THW)以完成上述处理。
在S140，发动机ECU 300计算与当缸内喷射器110和进气歧管喷射器120分别分担喷射燃料的份额时在冷态下的修正用点火提前量相对应的冷态点火提前量。例如通过采用函数f(3)来计算冷态点火提前量＝f(3)(THW，r)以完成上述处理。注意“r”表示DI比率。
在S150，发动机ECU 300例如通过采用函数g来计算点火正时＝g(冷态点火提前量)来计算点火正时。
现将参考图3来描述缸内喷射器110的喷射比率(0≤DI比率r≤1)，其中以发动机10的发动机速度NE和负载率KL作为参数。
在低发动机速度高负载范围内，通过缸内喷射器110喷射的燃料未与空气充分混合，且在燃烧室内空燃混合物趋于不均匀并造成不稳定燃烧。因此，对于该范围，减小DI比率r以增大进气歧管喷射器120的喷射比率(1-r)以在将空燃混合物引入燃烧室之前将其充分混合。
在高发动机速度低负载范围内，通过缸内喷射器110喷射的空燃混合物易于均匀化。因此，增大DI比率r。通过缸内喷射器110喷射的燃料在燃烧室内汽化，该汽化涉及汽化潜热(通过从燃烧室吸收热量)。因此，在压缩侧，空燃混合物的温度降低，并提供了提高的抗爆震性能。此外，因为燃烧室的温度降低，故可以实现提高的进气效率并将获得高动力输出。此外，缸内喷射器110的暴露在燃烧室内的端部可被燃料冷却，由此防止其喷射孔被沉积物附着。
基于上述结构和流程图，本实施例的发动机10以以下方式运转。注意，在以下描述中，“如果发动机的冷却剂温度改变”及其他类似表述表示从冷态到暖态的转变时段。
DI比率r未改变但发动机冷却剂温度改变
当发动机10起动时，通常冷却剂的温度会升高。具体而言，在图4中，冷却剂的温度从对应于点A的温度TH(1)升高至对应于点B的温度TH(2)。计算DI比率(S100)，如果发现DI比率r并未改变(例如，r＝0.7)，则判定其大于0并小于1(在S＝110中0＜r＜1)，并因此利用函数f(3)以通过f(3)(THW，r)来计算冷态点火提前量(S140)。
在图4中，对于点A，通过f(3)(TH(1)，r)(其中r＝0.7)来计算冷态点火提前量作为修正用点火提前(1)。在设定为修正用点火提前(1)的冷态点火提前量的情况下，发动机10运转，且温度THW从TH(1)升高至TH(2)以到达点B。对于点B，通过f(3)(TH(2)，r)(其中r＝0.7)来计算冷态点火提前量作为修正用点火提前(2)。换言之，修正用点火提前量从修正用点火提前(1)到修正用点火提前(2)，减小了修正用点火提前量的变化量，通过修正用点火提前(1)减去修正用点火提前(2)获得修正用点火提前量的变化量。
DI比率r改变但发动机冷却剂温度不变
在发动机10起动时，基于车辆周围环境(具体而言为温度)，冷却剂的温度可能不会改变。如果在此情况下发动机10运转状态改变且DI比率r从0.7下降，即在图4中，在保持对应于点A的温度TH(1)时，获得使DI比率r小于0.7的点C(或相反)。计算DI比率(S100)，如果发现DI比率r已经改变(例如从0.7到0.5)，则判定DI比率r依然大于0且小于1(在S100中0＜r＜1)，并利用函数f(3)以通过f(3)(THW，r)来计算冷态点火提前量(S140)。
在图4中，对于点A，通过f(3)(TH(1)，r)(其中r＝0.7)计算冷态点火提前量。发动机10在此状况下运转，且在温度THW保持在TH(1)时，DI比率r减小到达点C。对于点C，通过f(3)(TH(1)，r)(其中r＝0.5)计算冷态点火提前量。具体而言，通过修正用点火提前量的改变来引入点火提前。这表示当进气口的温度低于气缸内部温度且通过进气歧管喷射器120喷射的燃料难以雾化时，引入较大的点火提前。
DI比率r改变且发动机冷却剂温度改变
当发动机10起动时，冷却剂温度和DI比率r两者可能均改变。在此情况下，在图4中，对应于温度TH(1)以及DI比率r＝0.7的点A转变至对应于高于TH(1)的温度TH(2)以及小于0.7的DI比率r的点D。计算DI比率(S100)，如果发现DI比率r已经改变(例如从0.7变为0.5)，则依然判定DI比率r大于0且小于1(在S110中0＜r＜1)，并利用函数f(3)以通过f(3)(THW，r)来计算冷态点火提前量(S140)。
在图4中，对于点A，通过f(3)(TH(1)，r)(其中r＝0.7)计算冷态点火提前量。发动机10在此状况下运转，且在温度THW从TH(1)变为TH(2)时，DI比率也减小到达点D。对于点D，通过f(3)(TH(2)，r)(其中r＝0.5)计算冷态点火提前量。具体而言，点火正时改变了修正用点火提前量的改变量。这表示当DI比率既非0也非1时，通过冷却剂温度和DI比率r的函数来计算冷态点火提前量，且修正用点火提前量的改变量也取决于冷却剂温度的改变量和DI比率r各自的改变量。
因此，在冷态时以及从冷态到暖态的转变期间，当缸内喷射器和进气歧管喷射器分别分担喷射燃料的份额时，不仅使用发动机的冷却剂温度THW，还使用DI比率r来计算冷态点火提前量。如果气缸内部与进气口的温度不同且由此其中的燃料雾化状态不同，则可以提供精确点火提前以使燃料令人满意地燃烧。
并不限于冷态的、取决于燃料喷射比率的基本点火正时的图
以下将描述不限于发动机10的低温(即冷态)的实施例。在本实施例中，缸内喷射器110具有分为三个值(即r＝0，r＝1及0＜r＜1)的燃料喷射比率(即DI比率r)，由此可以在ROM 320、RAM 340等处将基本点火正时预先存储在发动机ECU 300中。
通过缸内喷射器110喷射的燃料和通过进气歧管喷射器120喷射的燃料分别以显著不同的程度降低燃烧室内的温度。具体而言，作为直接喷射到燃烧室中的燃料的前者以及作为喷射在进气歧管中并被引入燃烧室的燃料的后者将燃烧室降低不同的温度。具体而言，后者以较小的程度降低燃烧室的温度，而直接喷射到燃烧室中的前者则以较大的程度降低燃烧室的温度。当燃烧室具有较低温度时，可以提高防爆震性能，并且点火正时被设定为提前。
第一图被设定作为适用于DI比率r＝1(即，当缸内喷射器110单独喷射燃料时)的、用于允许点火正时被最大程度提前的基本点火正时的图。通过缸内喷射器110喷射的燃料最大程度地降低了燃烧室的温度，并最大程度地提高了防爆震性能。可以使点火正时提前且发动机可懒令人满意地显示其特性。
第二图被设定作为适用于DI比率r＝0(即，当进气歧管喷射器120单独喷射燃料时)的、用于允许点火正时被最大程度地延迟的基本点火正时的图。通过进气歧管喷射器120喷射的燃料较小程度地降低了燃烧室的温度。就燃烧室由此降低的温度而言，很难预期防爆震性能的提高。由此使点火正时延迟以防止发动机发生爆震。
第三图被设定作为适用于DI比率r大于0并小于1(即，当缸内喷射器110和进气歧管喷射器120分别承担喷射燃料的份额时)的、用于允许点火正时对于更高的DI比率而被提前的基本点火正时的图。随着DI比率r增大，缸内喷射器110将喷射更多的燃料，由此更大程度地降低燃烧室的温度。可以改进防爆震性能，并使点火正时提前。
发动机ECU 300为上述基本点火正时准备三个图，并根据缸内喷射器110承担喷射燃料的份额(即DI比率r)来选择一个图以切换基本点火正时的图。根据选择的映射图，发动机ECU 300计算基本点火正时。具体而言，第三图提供了通过DI比率r来改变的基本点火正时。因此，不仅映射图，还可预先计算并对图中设定的中间部分进行插值的函数，并使用该函数提供插值(interpolation)。
以下将参考图5的流程图描述图1中发动机ECU 300执行的具有用于控制的结构的程序。注意，在图5的流程图中，与图2的流程图相同的步骤被赋予相同的标号。
在S220，在考虑防爆震性能的情况下，发动机ECU 300根据对应于DI比率r＝1的第一图来计算点火提前量。
在S230，在考虑防爆震性能的情况下，发动机ECU 300根据对应于DI比率r＝0的第二图来计算点火提前量。
在S240中，在考虑防爆震性能的情况下，发动机ECU 300根据对应于0＜DI比率r＜1的第三图来计算点火提前量。具体而言，例如通过利用函数F(3)以计算考虑防爆震性能的点火提前量＝F(3)(r)，其中r表示DI比率。
在S250，发动机ECU 300计算点火正时。具体而言，例如通过利用函数G来计算点火正时＝G(考虑防爆震性能的点火提前量)来计算点火正时。
因此，不仅仅对于冷态，对于其他状态，都可以根据DI比率r来选择三个图(DI比率r＝1，0，或大于0并小于1)并使用所选择的图来计算基本点火正时。由此可对应于DI比率r来计算适当的基本点火正时。因此可以对应于DI比率r来设定最优的基本点火正时，并可以防止过度点火延迟及提前造成的缺点。
适于应用本控制设备的发动机(1)
以下将描述适于应用本实施例中的控制设备的发动机(1)。
现在参考图6和图7，将描述每个均表明缸内喷射器110和进气歧管喷射器120之间的燃料喷射比率的图，其被表示为与发动机10的运转状态相关联的信息。在这里，两个喷射器之间的燃料喷射比率还将被表示为从缸内喷射器110喷射的燃料量占总喷射燃料量的比率，称为“缸内喷射器110的燃料喷射比率”或“DI(直接喷射)比率(r)”。图存储在发动机ECU 300的ROM 320中。图6示出了用于发动机10的暖态的映射图，而图7示出了用于发动机10的冷态的映射图。
在图6和图7所示的映射图中，横轴表示发动机10的发动机速度，而纵轴表示负载率，以百分率来表示缸内喷射器110的燃料喷射比率(或DI比率r)。
如图6和图7所示，为由发动机10的发动机速度和负载率确定的每个运转区域设定DI比率r。“DI比率r＝100％”表示仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射的区域，而“DI比率r＝0％”表示仅使用进气歧管喷射器120进行燃料喷射的区域。“DI比率r≠0％”、“DI比率r≠100％”以及“0％＜DI比率r＜100％”每个都表示使用缸内喷射器110和进气歧管喷射器120两者进行燃料喷射的区域。总体而言，缸内喷射器110有助于提高输出性能，而进气歧管喷射器120有助于空燃混合物的均匀化。根据发动机10的发动机速度和负载率来适当地选择具有不同特性的这两种喷射器，由此在发动机10的普通运转状态(而非诸如怠速期间的催化剂预热状态之类的非普通运转状态)下仅进行均匀燃烧。
此外，如图6和图7所示，分别在用于发动机的暖态和冷态的图中将缸内喷射器110与进气歧管喷射器120之间的燃料喷射比率定义为DI比率r。这些图被设置成表明缸内喷射器110和进气歧管喷射器120随着发动机10的温度改变而不同的控制区域。当检测到的发动机10的温度等于或高于预定温度阈值时，就选择图6所示的用于暖态的图，否则就选择图7所示的用于冷态的图。根据发动机10的发动机速度和负载率并基于所选择的图来控制缸内喷射器110和进气歧管喷射器120中的一者或两者。
现在将描述在图6和图7中设定的发动机10的发动机速度和负载率。在图6中，NE(1)被设定为2500rpm至2700rpm，KL(1)被设定为30％至50％，并且KL(2)被设定为60％至90％。在图7中，NE(3)被设定为2900rpm至3100rpm。即，NE(1)＜NE(3)。还适当地设定图6中的NE(2)及图7中的KL(3)和KL(4)。
当对比图6和图7时，图7所示的用于冷态的图的NE(3)高于图6所示的用于暖态的图的NE(1)。这表明，随着发动机10的温度的降低，进气歧管喷射器120的控制区域扩展以包含较高发动机速度的区域。即，在发动机10较冷的情况下，沉积物不太可能蓄积在缸内喷射器110的喷射孔中(即使未从缸内喷射器110喷射燃料)。因此，可以扩展使用进气歧管喷射器120进行燃料喷射的区域，以由此提高均匀性。
当对比图6和图7时，“DI比率r＝100％”位于用于暖态的图中发动机100的发动机速度为NE(1)或更高的区域中、以及位于用于冷态的图中发动机速度为NE(3)或更高的区域中。此外，“DI比率r＝100％”位于用于暖态的图中负载率为KL(2)或更大的区域中、以及位于用于冷态的图中负载率为KL(4)或更大的区域中。这意味着在发动机速度处于预定高水平的区域中仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射，并在发动机负载处于预定高水平的区域中仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射，这是因为对于高速度区域和高负载区域，发动机10的速度和负载很高并吸入大量空气，可以单独地使用缸内喷射器110喷射燃料以提供均匀的空燃混合物。在此情况下，在燃烧室内对从缸内喷射器110喷射的燃料，涉及汽化潜热地(通过从燃烧室吸收热量)进行雾化。因此，在压缩侧空燃混合物的温度降低，由此提高防爆震性能。此外，因为燃烧室内的温度降低，故提高了进气效能，由此产生较高的动力输出。
在图6的用于暖态的图中，当负载率为KL(1)或更小时，也仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射。这表明当发动机10的温度较高时在预定低负载区域中仅使用缸内喷射器110。当发动机10处于暖态时，沉积物容易在缸内喷射器110的喷射孔中蓄积。但是，当使用缸内喷射器110进行燃料喷射时，可以降低喷射孔的温度，由此防止沉积物的蓄积。此外，在确保其最小燃料喷射量的同时可防止阻塞缸内喷射器110。因此，在相关区域中仅使用缸内喷射器110。
当对比图6和图7时，仅在图7的用于冷态的图中存在“DI比率r＝0％”的区域。这表明当发动机10的温度较低时在预定低负载区域(KL(3)或更小)中仅使用进气歧管喷射器120进行燃料喷射。当发动机10较冷、负载较低、且进气量较小时，不太容易产生对燃料的雾化。在该区域中，难以利用由缸内喷射器110进行的燃料喷射来确保有利的燃烧。此外，特别是在低负载低速区域中，不需要使用缸内喷射器110获得的高输出。因此，在相关区域中，仅使用进气歧管喷射器120而不使用缸内喷射器110来进行燃料喷射。
此外，在除了普通运转之外的其他运转中，即，在发动机10怠速期间的催化剂预热状态(非普通工作状态)下，控制缸内喷射器110以进行层状燃烧。通过在催化剂预热工作期间进行层状燃烧，可以促进对催化剂的预热，并由此改善排气排放。
适于应用本控制设备的发动机(2)
以下将描述适于应用本实施例中的控制设备的发动机(2)。在以下对发动机(2)的描述中，将不再重复与发动机(1)相同的描述。
参考图8和图9，将描述每个均表明缸内喷射器110和进气歧管喷射器120之间的燃料喷射比率的映射图，其是与发动机10的运转状态关联的信息。图存储在发动机ECU 300的ROM 320中。图8示出了用于发动机10的暖态的图，而图9示出了用于发动机10的冷态的图。
当对比图8和图9时，它们不同于图6和图7，如下所述：在用于暖态的图中在发动机10的发动机速度等于或高于NE(1)的区域中保持“DI比率r＝100％”，并在用于冷态的图中在发动机10的发动机速度等于或高于NE(3)的区域中保持“DI比率r＝100％”。此外，除了低速区域，在用于暖态的图中在负载率为KL(2)或更大的区域中保持“DI比率r＝100％”，并在用于冷态的映射图中在负载率为KL(4)或更大的区域中保持“DI比率r＝100％”。这意味着在发动机速度处于预定高水平的区域中仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射，而在发动机负载处于预定高水平的区域中通常仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射。但是，在低速高负载区域中，由缸内喷射器110喷射的燃料形成的空燃混合物的混合较差，在燃烧室内这种不均匀的空燃混合物会导致不稳定燃烧。因此，随着发动机速度升高(在此情况下不太可能发生上述问题)，缸内喷射器110的燃料喷射比率增大，而随着发动机负载降低(在此情况下容易发生上述问题)，缸内喷射器110的燃料喷射比率减小。通过图8和图9中的十字箭头来示出缸内喷射器110的燃料喷射比率的变化，即DI比率r的变化。以此方式，可以抑制因不稳定燃烧所导致的发动机输出转矩的波动。注意，这些方法近似等同于当发动机10的状态朝向预定低速区域移动时降低缸内喷射器110的燃料喷射比率的方法，或者当发动机10的状态朝向预定低负载区域移动时增大缸内喷射器110的燃料喷射比率的方法。此外，除了相关区域(由图8和图9中的十字箭头表示)之外，在仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射的区域中(在高速侧和在低负载侧)，即使在仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射时，也可以容易地获得均匀空燃混合物。在此情况下，在燃烧室内涉及汽化潜热地(通过从燃烧室吸收热量)对从缸内喷射器110喷射的燃料进行雾化。因此，在压缩侧空燃混合物的温度会降低，由此提高防爆震性能。此外，因为燃烧室的温度降低，故提高了了进气效能，由此产生较高的动力输出。
在参考图6至图9描述的发动机10中，通过将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在进气行程来实现均匀燃烧，而通过将其设定在压缩行程来实现层状燃烧。即，当缸内喷射器110的燃料喷射正时被设定在压缩行程时，可以将浓空燃混合物围绕火花塞局部地布置，由此燃烧室内总体为稀的空燃混合物被点燃以实现层状燃烧。即使缸内喷射器110的燃料喷射正时被设定在进气行程，如果能够局部地围绕火花塞提供浓的空燃混合物，仍然可以实现层状燃烧。
如这里所使用的，层状燃烧包括层状燃烧和半层状燃烧两者。在半层状燃烧中，进气歧管喷射器120在进气行程喷射燃料以在整个燃烧室内部产生稀且均匀的空燃混合物，接着缸内喷射器110在压缩行程喷射燃料以围绕火花塞产生浓的空燃混合物，由此改善燃烧状态。因为以下原因，这种半层状燃烧在催化剂预热操作中是优选的。在催化剂预热操作中，需要显著地延迟点火正时并维持有利的燃烧状态(怠速状态)，由此使得高温燃烧气体到达催化剂。此外，需要供应特定量的燃料。如果采用层状燃烧以满足上述要求，燃料的量将不充足。如果采用均匀燃烧，为了维持有利的燃烧所需的延迟量相较于层状燃烧的情况较短。为此，尽管既可采用层状燃烧也可采用半层状燃烧，但优选地在催化剂预热操作中采用上述半层状燃烧。
此外，在结合图6至图9描述的发动机中，优选地，缸内喷射器110被定时为在压缩行程喷射燃料，这是由于以下原因：虽然在上述发动机10中，在对应于几乎整个区域的基本区域中，缸内喷射器110的燃料喷射正时被设定在进气行程(在这里，基本区域指除了通过在进气行程是使进气歧管喷射器120喷射燃料并在压缩行程使缸内喷射器110喷射燃料来进行半层状燃烧(其仅在催化剂预热工作中进行)的区域之外的其他区域)。但是，因为以下原因，为了稳定燃烧，可将缸内喷射器110的燃料喷射正时临时地设定在压缩行程。
当缸内喷射器110的燃料喷射正时被设定压缩行程时，在气缸的温度相对较高的同时，空燃混合物被喷射燃料冷却。这提高了冷却效果，并由此提高了抗爆震性能。此外，当缸内喷射器110的燃料喷射正时被设定在压缩行程时，从燃料喷射至点火的时间较短，这确保了喷射燃料较强的渗透性，由此提高了燃烧率。对抗爆震性能的提高以及对燃烧率的提升可防止燃烧波动，由此提高燃烧稳定性。
注意，在上述流程图中，在S150或S250，只要执行流程图，就可以根据发动机10的运转状态来计算基本点火正时，并可以使用将基本点火正时修正了冷态点火提前量的函数g来计算点火正时。
此外，无论发动机10的温度如何(即，无论发动机10处于暖态或处于冷态)，都可在怠速关闭状态期间(当怠速开关关闭，或当加速器踏板被下压时)使用图6或图8所示的用于暖态的图。(无论发动机处于冷态或暖态，都在低负载区域采用缸内喷射器110)。
需要理解的是，这里揭示的实施例在各个方面均为解释性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的条款而非上述描述界定，且本发明的范围意在包含落入与权利要求的条款相等同的范围和含义内的任何改变。

Claims (18)

1.一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构和将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机构，所述控制设备包括：
控制器，其控制所述第一和第二燃料喷射机构以基于所述内燃机所需的状况计算得到的比率来分别承担喷射燃料的份额，所述比率包括禁止所述燃料喷射机构中的一者喷射燃料；以及
点火正时控制器，其控制点火装置以改变点火正时，其中所述点火正时控制器基于由所述比率确定的所述内燃机的基本点火正时来控制所述点火装置。
2.一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构和将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机构，所述控制设备包括：
控制器，其控制所述第一和第二燃料喷射机构以基于所述内燃机所需的状况计算得到的比率来分别承担喷射燃料的份额，所述比率包括禁止所述燃料喷射机构中的一者喷射燃料；
存储器，其存储基本点火正时；以及
点火正时控制器，其利用所述基本点火正时来控制点火装置，其中所述存储器存储基于所述比率计算得到的所述基本点火正时。
3.根据权利要求2所述的控制设备，其中所述存储器以图的形式存储预先基于所述比率计算得到的所述基本点火正时。
4.根据权利要求3所述的控制设备，其中所述存储器存储划分为第一图、第二图和第三图的所述基本点火正时，当仅所述第一燃料喷射机构喷射燃料时应用所述第一图，当仅所述第二燃料喷射机构喷射燃料时应用所述第二图，并当所述第一和第二燃料喷射机构均喷射燃料时应用所述第三图。
5.根据权利要求4所述的控制设备，其中所述第一图提供的所述基本点火正时被设定为提供点火提前。
6.根据权利要求4所述的控制设备，其中所述第二图提供的所述基本点火正时被设定为提供点火延迟。
7.根据权利要求4所述的控制设备，其中所述第三图提供的所述基本点火正时被设定为当所述第一燃料喷射机构的所述比率增大时提供点火提前。
8.根据权利要求4所述的控制设备，其中所述第三图提供的所述基本点火正时被设定为当所述第二燃料喷射机构的所述比率增大时提供点火延迟。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的控制设备，其中所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器，所述第二燃料喷射机构是进气歧管喷射器。
10.一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有用于将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射装置和用于将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射装置，所述控制设备包括：
控制装置，其用于控制所述第一和第二燃料喷射装置以基于所述内燃机所需的状况计算得到的比率来分别承担喷射燃料的份额，所述比率包括禁止所述燃料喷射装置中的一者喷射燃料；以及
点火正时控制装置，其用于控制点火装置以改变点火正时，其中所述点火正时控制装置包括基于由所述比率确定的所述内燃机的基本点火正时来控制所述点火装置的装置。
11.一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有用于将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射装置和用于将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射装置，所述控制设备包括：
控制装置，其用于控制所述第一和第二燃料喷射装置以基于所述内燃机所需的状况计算得到的比率来分别承担喷射燃料的份额，所述比率包括禁止所述燃料喷射装置中的一者喷射燃料；
存储装置，其用于存储基本点火正时；以及
点火正时控制装置，其利用所述基本点火正时来控制点火装置，其中所述存储装置存储基于所述比率计算得到的所述基本点火正时。
12.根据权利要求11所述的控制设备，其中所述存储装置包括用于以图的形式存储预先基于所述比率计算得到的所述基本点火正时的装置。
13.根据权利要求12所述的控制设备，其中所述存储装置包括用于存储划分为第一图、第二图和第三图的所述基本点火正时的装置，当仅所述第一燃料喷射装置喷射燃料时应用所述第一图，当仅所述第二燃料喷射装置喷射燃料时应用所述第二图，并当所述第一和第二燃料喷射装置均喷射燃料时应用所述第三图。
14.根据权利要求13所述的控制设备，所述第一图提供的所述基本点火正时被设定为提供点火提前。
15.根据权利要求13所述的控制设备，其中所述第二图提供的所述基本点火正时被设定为提供点火延迟。
16.根据权利要求13所述的控制设备，其中所述第三图提供的所述基本点火正时被设定为当所述第一燃料喷射装置的所述比率增大时提供点火提前。
17.根据权利要求13所述的控制设备，其中所述第三图提供的所述基本点火正时被设定为当所述第二燃料喷射装置的所述比率增大时提供点火延迟。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的控制设备，其中所述第一燃料喷射装置是缸内喷射器，所述第二燃料喷射装置是进气歧管喷射器。
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