CN101142390B

CN101142390B - 用于内燃机的控制设备

Info

Publication number: CN101142390B
Application number: CN2006800085910A
Authority: CN
Inventors: 木野濑贤一
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: WO2006100865A1; US20060207561A1; JP2006258038A; JP4453584B2; EP1859144B1; US7273035B2; EP1859144A1; DE602006014371D1; CN101142390A

Abstract

在可以使用缸内喷射器和进气歧管喷射器的内燃机中，响应于发动机ECU的电源接通，主要根据发动机的状态进行燃料喷射比(DI比)的初始设定(步骤S120)。此外，在电源接通已经经过预定时间段之后，检测做出的发动机起动请求(步骤S140)。在这样的情况下，根据该时间点的发动机的状态更新燃料喷射比的初始设定值。因此，在起动发动机时可以适当地设定喷射器之间的燃料喷射比，使得发动机平稳起动。

Description

用于内燃机的控制设备

技术领域

本发明一般地涉及用于内燃机的控制设备，更具体地涉及起动内燃机时的燃料喷射控制，该内燃机包括将燃料喷射到气缸的第一燃料喷射机构(缸内喷射器)和将燃料喷射到进气歧管或进气端口的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)。

背景技术

在具有用于将燃料直接喷射到燃烧室的缸内喷射器和将燃料喷射到每个气缸进气端口的进气端口喷射器的内燃机的情况下，在进行仅从进气端口喷射器喷射燃料的燃烧时，缸内喷射器总是暴露至高温的燃烧气体，而并未通过喷射的燃料的汽化进行冷却。因此，其端部的温度总是很高，并且堆积物可能聚集在喷射孔中。

因此，已经提出这样的控制设备，在均匀燃烧驱动模式下，其将打开进气端口喷射器以将燃料喷射到进气端口，并且其同时打开缸内喷射器以将燃料喷射到燃烧室，使得缸内喷射器的端部免于总是处于高温下(例如，日本专利公开No.2002-364409)。即，优选地在发动机处于暖态下的均匀燃烧驱动模式下确保缸内喷射器的燃烧喷射。

另一方面，在低温下难以促进气缸内的燃料汽化。因此，如果在低温下从缸内喷射器喷射燃料，喷射的燃料可能大量地粘附到发动机活塞的顶部(活塞顶部)或粘附到气缸内的内周表面(气缸内周表面(孔))。粘附到活塞顶部的燃料在发动机的后续燃烧中逐渐汽化，造成不完全燃烧，由此引起排气排放的恶化，诸如产生黑烟和增大未燃烧成分。粘附到气缸内周表面的燃料和施加到表面用于润滑活塞的润滑油混合并稀释润滑油，由此可能损害润滑性能。因此，优选地最小化在发动机处于冷态下均匀燃烧驱动模式下从缸内喷射器的燃料喷射。

在使用缸内喷射器和进气歧管喷射器两者的内燃机中，需要基于发动机的状态(诸如温度、发动机速度和负载)设定喷射器间的燃料喷射比。具体而言，因为在起动发动机时发动机示出是一致的，所以需要适当地根据发动机温度设定燃料喷射比。

通常将起动发动机时的燃料喷射设定(即，燃料喷射比初始设定)作为控制设备(ECU：电子控制单元)的电源接通的起动程序的一部分来执行。但是，如果ECU的电源接通和发动机的实际起动之间存在延迟，则这样的设定安排不能确保优选的初始设定。因此，仍然存在发动机的燃烧状态恶化和发动机不能平稳起动的可能性。

发明内容

本发明针对于解决这样的问题，并且其为本发明的目的，对于具有将燃料喷射到气缸的第一燃料喷射机构(缸内喷射器)和将燃料喷射到进气歧管和/或端口的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)的内燃机，在起动发动机时适当地设定燃料喷射比，使得发动机平稳起动。

根据本发明的一种用于内燃机的控制设备，该内燃机包括将燃料喷射到气缸的第一燃料喷射装置(缸内喷射器)以及将燃料喷射到进气歧管的第二燃料喷射装置(进气歧管喷射器)，而控制设备包括：电源接通检测部、起动请求检测部和喷射比初始设定部。电源接通检测部用于对控制设备的电源接通进行检测。起动请求检测部用于对从电源接通已经经过预定时段之后做出用于起动内燃机的请求进行检测。喷射比率初始设定部用于基于起动内燃机中喷射的燃料总量来设定从第一燃料喷射装置喷射的燃料量与从第二燃料喷射装置喷射的燃料量之间的比率(DI比)。具体而言，在电源接通检测部检测到电源接通以及起动请求检测部检测到起动内燃机的请求的时间点，喷射比率初始设定部基于内燃机在时间点的状态来设定比率。

根据用于内燃机的控制设备，即使在控制设备的电源接通已经经过较长时间段之后的时间点，可以根据该时间点的状态设定喷射比(DI比)。因此，可以提高起动发动机时的燃烧状态，以平稳起动发动机。

优选地，在根据本发明用于内燃机的控制设备中，喷射比初始设定部至少使用内燃机的温度作为内燃机的状态。

根据用于内燃机的控制设备，通过根据内燃机的温度进行喷射比(DI比)的初始设定，可以防止在发动机冷态时燃料粘附到气缸和在发动机暖态时第一燃料喷射机构(缸内喷射器)的堵塞，以由此平稳起动发动机。

更优选地，至少在产生内燃机的起动器(500)的操作指令时，做出用于起动内燃机的请求。

根据用于内燃机的控制设备，可以容易和精确地检测发动机实际起动的时间点。

附图说明

图1是根据本发明实施例由用于内燃机的控制设备控制下的发动机系统的示意性结构图。

图2是表示根据本发明实施例的燃烧喷射比初始设定控制的流程图。

图3是表示基于发动机温度的燃烧率喷射比的优选初始设定的概念图。

具体实施方式

下面，参考附图详细描述本发明的实施例。在下文中，原则上，相同或对应的部件赋予相同的标号，并且不再重复其详细描述。

图1是根据本发明实施例由用于内燃机的发动机ECU(作为控制设备)控制下的发动机系统的示意性结构图。在图1中，虽然示出单列4缸汽油发动机，但本发明并不局限于这样的发动机。

如图1中所示，发动机(内燃机)10包括四个气缸112，每个气缸112经由对应的进气歧管20连接到共用稳压罐30。稳压罐30经由进气管40连接空气滤清器50。进气管40中布置有空气流量表42，进气管40中亦布置有由电机60驱动的节流阀70。独立于加速器踏板100，节流阀70根据发动机ECU300的输出信号来控制其开度。每个气缸112均连接至共用排气歧管80，排气歧管80连接至三元催化转化器90。

每个气缸112均设置有用于将燃料喷射到气缸的缸内喷射器110以及用于将燃料喷射到进气端口及/或进气歧管的进气歧管喷射器120。基于来自发动机ECU 300的输出信号来控制这些喷射器110、120。

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，尽管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及进气歧管喷射两者的单一喷射器。

如图1所示，每个气缸的缸内喷射器110均连接至共用燃料输送管130。燃料输送管130经由允许朝向燃料输送管130流动的单向阀140连接至发动机驱动型高压燃料泵150。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的进气侧。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。基于发动机ECU300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及高压燃料泵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经由燃料过滤器190连接至燃料箱200。在从低压燃料泵180排出的燃料压力变得高于预设燃料压力时，燃料压力调节器170被构造成将从低压燃料泵180排出的一部分燃料返回至燃料箱200。由此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设定燃料压力。

由数字计算机来实现发动机ECU 300，发动机ECU 300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。

空气流量表42产生和进气量成比例的输出电压，该输出电压经由A/D转换器370被输入至输入端口350。将冷却剂温度传感器380安装至发动机10，该传感器产生和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。

将燃料压力传感器400安装至燃料输送管130，燃料压力传感器400产生和燃料输送管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。将空燃比传感器420安装至位于三元催化转化器90的上游的排气歧管80。空燃比传感器420产生和排气中氧气浓度成比例的输出电压，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为产生和发动机10中燃烧的空燃混合气体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)。空燃比传感器420可以使用O₂传感器，该传感器以接通/切断的方式检测在发动机10中燃烧的空燃混合气体的空燃比相对于化学计量比是富还是贫。

加速器踏板100连接至产生和加速器踏板100的压下程度成比例的输出电压的加速踏板位置传感器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转速传感器460连接至输入端口350。发动机ECU 300的ROM 320基于由上述加速踏板位置传感器440及转速传感器460获得的发动机负载因子及发动机速度，以映射图的形式预先存储对应于工作状态而设定的燃料喷射量的值以及基于发动机冷却剂温度设定的其修正值。

发动机ECU300执行预定程序，以由此基于来自传感器的信号产生用于控制发动机系统的所述操作的各种控制信号。这些控制信号经由输出端口和驱动电路发送到构成发动机系统的设备和电路。

在根据本发明实施例的发动机10中，每个气缸均设置有缸内喷射器110和进气歧管喷射器120。因此，对于如上计算的需要的总燃料喷射量来说，需要提供缸内喷射器110和进气歧管喷射器120之间的燃料喷射比控制。

在下文中，喷射器之间的燃料喷射比表述为缸内喷射器110喷射的燃料量和喷射的燃料总量的比，称为“DI(直接喷射)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，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。“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及进气歧管喷射器120两者进行燃料喷射。缸内喷射器110通过由汽化潜热的效应获得的提高防爆震性能而有助于提高输出性能。进气歧管喷射器120通过提高空燃混合气体的均匀化获得的一种转动(转矩)的变动而有助于提高输出性能。

此外，起动设备500设置到发动机10。一般而言，起动设备500由电机构成，电机响应于发动机ECU300的操作指令而被供电。当发动机ECU300发出操作指令时，通过起动设备(起动器)来旋转发动机10的飞轮510，以起动发动机10。

一般而言，驾驶员的起动操作可以分成多个阶段。例如，在常规车辆中，响应于起动发动机，操作陆续经过钥匙锁定状态、诸如音频设备的辅助设备的电压接通的ACC开启状态、包括发动机ECU300的车辆驱动线路的电源接通的点火开启状态以及从点火开启的钥匙位置克服预定阻力的进一步钥匙操作(发动机开启)。此外，当驾驶员在起动器开启的位置松开钥匙，钥匙自动回到点火开启状态。

因此，发动机ECU300的电源接通和产生起动设备500的操作指令的总是不同时发生。另外，当已经先后发生点火开启和起动器开启状态并接着发动机起动失败时、或者由于某些原因发动机刚起动就停止(例如，称为发动机失速)时，驾驶员将钥匙再次操作到起动器开启位置。响应于驾驶员的钥匙操作的起动器启动的指令，发动机ECU300产生起动设备500的操作指令。

图2是表示根据本发明实施例的燃料喷射比(DI比)的初始设定控制的流程图。

参考图2，在发动机ECU300的电源接通时，主要执行DI比的初始设定。具体而言，判断发动机ECU300的电源是否从关闭改变到开启(步骤S100)，在ECU300的电源接通时(步骤S100中“是”)，执行如图3所示的DI比初始设定(步骤S120)。

参考图3，将发动机温度(代表性地，由冷却剂温度传感器380测量的发动机冷却剂温度)和预定基准温度Tth进行比较，发动机温度比基准温度Tth低对应于“发动机冷态”，而发动机温度比基准温度Tth高对应于“发动机暖态”。在发动机冷态，设定DI比r＝0％，以避免缸内喷射。在发动机暖态，设定DI比r＝100％，以避免缸内喷射器的堵塞。

步骤S120中的DI比初始设定并不局限于图3所示的示例。考虑到发动机10的平稳起动，发动机温度范围可以进一步分割成为DI比设定提供三个或多个阶段。或者，可以进一步使用发动机温度的其它参数，或根据其它参数执行DI比初始设定。此外，不管是冷态还是暖态，在低负载区域可以使用缸内喷射器110。换而言之，DI比r＞0％可以设在冷态或暖态。

但是，在DI比初始设定仅包括步骤S100和S120的情况下，如果在发动机ECU300的电源接通到发动机起动已经经过较长时间段之后，或者如果刚起动的发动机停止或失速而需要重新起动，在发动机实际起动的时间点不能基于发动机状态进行初始设定(在本实施例中，代表性为发动机温度)。

因此，根据本发明的DI比初始设定控制包括步骤S140：在电源接通已经经过预定时间段之后做出用于起动发动机的请求，由于某些故障等，即使在除了发动机ECU的电压接通之外的时间点(步骤S100中“否”)。当检测到起动发动机这样的请求时(步骤S140中“是”)，再次执行步骤S120。因此，DI比初始设定从对应于发动机ECU300电源起动时的发动机状态的值更新到对应于实际起动时间点的发动机状态的值。

例如，在步骤S140，基于检测电源接通经过预定时间的定时器输出和发动机ECU300产生的起动设备500的操作指令，检测如上所述用于起动发动机的请求。不仅在通过驾驶员的钥匙操作起动发动机时，而且当例如由于安装到发动机10的曲柄角传感器的输出信号故障而不能正常运行发动机控制时，自动产生用于起动发动机的请求。对于手动变速器车辆(M/T车辆)，虽然发动机也可以不通过重新开启起动器而通过连接离合器来重新起动发动机，但是注意，在这样的情况下，也产生在步骤S140中检测用于起动发动机的请求。

当没有检测到如上所述的用于起动发动机的请求时(步骤S140中“否”)，保持在电源接通时执行的步骤S120中的DI比初始设定值。

至于图2的流程图和本发明的构造的对应性，步骤S100对应于本发明的“电源接通检测装置”，步骤S120对应于本发明的“喷射比初始设定装置”，而步骤S140对应于本发明的“起动请求检测装置”。

在这样的构造下，即使当在发动机ECU300的电源接通已经经过较长时间段之后的时间点起动发动机时，也可以基于该时间点的发动机状态做出DI比初始设定。因此，可以提高起动发动机时的燃烧状态，以平稳起动发动机。

具体而言，根据发动机温度进行DI比初始设定，可以防止在发动机冷态时气缸内部的燃料粘附和在发动机暖态时气缸中的堵塞，以由此平稳地起动发动机。

应当注意，这里公开的实施例仅为示例性，而非限制性。本发明的范围由权利要求限定，而不是上述的说明书，并且意欲包括权利要求的范围内和等同的任何修改。

Claims

1.一种用于内燃机的控制设备(300)，所述内燃机包括将燃料喷射到气缸的第一燃料喷射装置(110)以及将燃料喷射到进气歧管及/或进气端口的第二燃料喷射装置(120)，所述控制设备包括：

电源接通检测装置(S100)，用于对所述控制设备的电源接通进行检测；

起动请求检测装置(S140)，用于对从所述电源接通已经经过预定时段之后做出用于起动所述内燃机的请求进行检测；以及

喷射比率初始设定装置(S120)，在起动所述内燃机时，所述喷射比率初始设定装置(S120)用于基于喷射的燃料总量来设定从所述第一燃料喷射装置喷射的燃料量与从所述第二燃料喷射装置喷射的燃料量之间的比率；(i)在从所述电源接通经过所述预定时段之前，当做出用于起动所述内燃机的所述请求时，所述喷射比率初始设定装置根据所述内燃机在所述电源接通检测装置检测到所述电源接通的时间点的状态来设定所述比率；并且(ii)在从所述电源接通已经经过所述预定时段之后，当做出用于起动所述内燃机的所述请求时，所述喷射比率初始设定装置根据所述内燃机在所述起动请求检测装置检测到用于起动所述内燃机的所述请求的时间点的状态来设定所述比率。

2.如权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中：

所述喷射比率初始设定装置(S120)至少将所述内燃机的温度用作所述内燃机的所述状态。

3.如权利要求1或2所述的用于内燃机的控制设备，其中：

至少在产生所述内燃机的起动器(500)的操作指令时，做出用于起动所述内燃机的所述请求。