CN101142396B - 用于内燃机的控制设备 - Google Patents

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Abstract

驱动控制电路(520d)响应于燃料喷射信号(IJt-d1-IJt-d4)将电力供应到气缸(#1-#4)的缸内喷射器中的电磁线圈(111#1-111#4)。检测缸内喷射器的断路故障的故障检测电路(530d、535d)布置成在每个行程的相位相差360度曲轴角度的气缸之间共用。发动机ECU300基于来自故障检测电路(530d、535d)的故障检测信号(IJf-da、IJf-db)和由曲轴角度传感器(480)检测的曲轴角度(CA)检测故障，包括识别具有断路故障的喷射器。通过发动机ECU300将该故障检测结果通知驾驶员。

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，尤其是涉及包括燃料喷射器的断路故障检测功能的控制设备。
背景技术
内燃机的燃料喷射通常由设置在每个气缸的喷射器(燃料喷射阀)执行。喷射器形成包括电磁线圈，该电磁线圈用作响应于燃料喷射信号而施加电流的电磁铁。必须对应于内燃机的运行状态精确地设定喷射器喷射燃料的时段，以实现适合的燃料喷射正时和燃料喷射量。
一般构造的喷射器具有通过调节施加到电磁线圈(当施加电流时其用作电磁铁)的电流来控制的燃料喷射时段。具体地，当电流没有施加到电磁线圈时，喷射器的喷射孔被响应于布置在柱塞芯体的后侧的弹簧力从后面推着的针阀堵住。当电流施加到电磁线圈时，柱塞芯体被所产生的磁力吸住。柱塞芯体的运动使针阀从喷射孔移开，由此燃料以预定的压力从喷射孔喷射。
在由于喷射器发生断路故障而当产生燃料喷射信号时电流没有施加到电磁线圈的情况下，燃料喷射不能够以所需的方式进行。这会使发动机输出恶化，导致了对车辆的运行状况产生不利影响的可能性。因而，必须迅速地识别喷射器的断路故障，包括哪个喷射器已经发生故障，并且将该故障通知驾驶员。
鉴于以上所述，提出了一种在多缸内燃机中检测和识别每个气缸的传输燃料喷射信号的每个信号线的断路的系统(例如，日本专利公开No.2004-137938；以下称为专利文献1)。在专利文献1中公开的用于内燃机的断路检测设备具有产生的历史标记，其表示在每个气缸中从主控制电路并行接收的每个燃料喷射信号是否已经接收到。通过监视存储在存储器中的历史状况，能够识别信号线断路的气缸。
作为一种类型的发动机，公知的内燃机包括用于每个气缸的直接将燃料喷入内燃机的缸内喷射器和将燃料喷入进气口(进气通路)的进气通路喷射器。对于这样的内燃机，提出了一种构造，在该构造中在均匀燃烧运行模式下适合地使用缸内喷射器和进气通路喷射器以分担燃料喷射(例如，日本专利公开No.2002-364409；以下称为专利文献2)。
如专利文献2所公开，在具有包括缸内喷射器和进气通路喷射器两者的构造的内燃机中，为整个内燃机布置的喷射器数目比较大。在内燃机采用其中对应于每个喷射器设置机构的构造的情况下，必须布置的故障检测机构的数量也比较大。因而，必须有效地布置能够识别已经发生断路故障的喷射器的故障检测构造。
发明内容
鉴于以上所述，本发明的目的是提供一种控制设备，其能够在包括多个喷射器的内燃机中(尤其是具有每个气缸包括缸内喷射器和进气通路喷射器两者的内燃机)，有效检测喷射器断路故障(包括识别具有断路故障的喷射器)。
根据发明一个方面的控制设备涉及的内燃机包括多个连接到共用的曲轴的气缸，并具有用于当施加电流时喷射燃料并且布置在每个气缸处的燃料喷射机构。控制设备包括控制电路、驱动控制电路、故障检测电路、和曲轴角度检测器。控制电路构造成产生表示燃料喷射机构的燃料喷射时段的控制信号。驱动控制电路构造成响应于来自控制电路的控制信号向燃料喷射机构供应电力。故障检测电路电连接到燃料喷射机构中至少一者，并且构造成当驱动控制电路将电力供应到所连接的燃料喷射机构时检测燃料喷射机构的断路故障。曲轴角度检测器检测曲轴的转动角度。故障检测电路布置成共同地电连接到燃料喷射时段在时间上不重叠的多个燃料喷射机构。控制电路基于故障检测电路检测的结果和曲轴角度检测器检测的转动角度识别具有断路故障的燃料喷射机构。
以上所述的用于内燃机的控制设备构造成故障检测电路由多个气缸的燃料喷射机构中多个燃料喷射时段在时间上不重叠的多个燃料喷射机构共用，并且能够基于由共用的故障检测电路的断路故障检测和内燃机的曲轴角度识别具有断路故障的燃料喷射机构(喷射器)。结果，通过抑制相对于燃料喷射机构(喷射器)的数量布置故障检测电路的数量的有效构造而能够降低内燃机的制造成本。
根据本发明的另一发明的控制设备涉及的内燃机包括多个连接到共用的曲轴的气缸，并具有布置在每个气缸处的用于当施加电流时将燃料喷入气缸的第一燃料喷射机构和用于当施加电流时将燃料喷入进气通路的第二燃料喷射机构。控制设备包括控制电路、驱动控制电路、第一故障检测电路、第二故障检测电路和曲轴角度检测器。控制电路构造成根据运行状态控制第一燃料喷射机构和第二燃料喷射机构的燃料喷射量占燃料喷射总量的燃料喷射比率，并且根据燃料喷射总量和燃料喷射比率产生多个分别表示每个气缸处的第一和第二燃料喷射机构的燃料喷射时段的控制信号。驱动控制电路构造成响应于来自控制电路的多个控制信号将电力供应到每个气缸处的第一和第二燃料喷射机构。第一故障检测电路电连接到第一燃料喷射机构中至少一者，并且构造成当驱动控制电路将电力供应到所连接的第一燃料喷射机构时检测所连接的第一燃料喷射机构的断路故障。第二故障检测电路电连接到所述第二燃料喷射机构中至少一者，并且构造成当驱动控制电路将电力供应到所连接的第二燃料喷射机构时检测所连接的第二燃料喷射机构的断路故障。曲轴角度检测器检测曲轴的转动角度。第一和第二故障检测电路中的至少一者布置成共同地电连接到燃料喷射时段在时间上不重叠的多个相应的燃料喷射机构。控制电路基于故障检测电路检测的结果和曲轴角度检测器检测的转动角度识别具有断路故障的第一燃料喷射机构和第二燃料喷射装置的机构。
在以上所述的用于内燃机的控制设备中，针对具有布置在每个气缸处的用于缸内喷射的第一燃料喷射机构(喷射器)和用于进气通路的第二燃料喷射机构(喷射器)的内燃机，设置检测第一燃料喷射机构的断路故障的第一故障检测电路和检测第二燃料喷射机构的断路故障的第二故障检测电路。因而，即使在仅仅一个燃料喷射机构(喷射器)的断路故障由于第一和第二燃料喷射机构分担燃料喷射的操作而不导致发动机速度变化的运行状况下也能够可靠地检测燃料喷射机构的断路故障。
借助于在燃料喷射时段不重叠的多个燃料喷射机构(喷射器)之间共用故障检测电路，与第一和第二燃料喷射机构的布置数量相比，能够减小第一和第二燃料喷射电路的布置数量。结果，不用显著增加布置在具有每个气缸包括多个燃料喷射机构的构造的内燃机中的故障检测电路，就能够识别具有断路的燃料喷射机构。
优选地，在本发明的用于内燃机的控制设备中，第一故障检测电路布置用于相同行程中相位差是360度曲轴转动角度的每两个气缸，并且共同地电连接到布置在两个气缸的每个中的第一燃料喷射机构。
根据以上所述的用于内燃机的控制设备，对于第一燃料喷射机构(缸内喷射器)，通过针对相同行程中相位差是360度曲轴转动角度的每两个气缸布置故障检测电路，能够实现其中在燃料喷射时段在时间上不重叠的第一燃料喷射机构中共用故障检测电路的构造。因而，能够检测第一燃料喷射机构的断路故障，并且能够用更少的故障检测电路(即，气缸数的一半)识别具有断路故障的气缸。
进一步优选地，在本发明的用于内燃机的控制设备中，第二故障检测电路布置成共同地电连接到布置在每个气缸中的第二燃料喷射机构。
根据以上所述的用于内燃机的控制设备，对于第二燃料喷射机构(进气通路喷射器)，故障检测电路由所有气缸共用。在发动机的输出由于断路故障而恶化而变成问题的运行区域中，能够实现其中故障检测电路由燃料喷射时段在时间上不重叠的多个燃料喷射机构共用的机构，这是因为主要由第一燃料喷射机构(缸内喷射器)进行燃料喷射，并且第二燃料喷射机构(进气通路喷射器)的燃料喷射量降低(即，燃料喷射时段变短)。因而，能够检测所有气缸中的第二燃料喷射机构的断路故障，并且能够由单一的故障检测电路来识别具有断路故障的气缸。
附图说明
图1是在作为根据本发明实施例的用于内燃机的控制设备的发动机ECU(电子控制单元)的控制下发动机系统的示意图。
图2是描述图1的发动机的构造的图。
图3是描述每个气缸连接到的曲轴的构造的图。
图4是描述每个气缸的发动机循环的图。
图5是描述根据本发明实施例的发动机系统的每个喷射器的驱动电路的构造的框图。
图6是发动机ECU300的喷射器断路故障检测例程的流程图。
图7是描述在6缸发动机中每个气缸连接到的曲轴的构造的示意图。
图8是描述6缸发动机中每个气缸的发动机循环的图。
图9是描述6缸发动机中断开检测电路的示例性构造的框图。
图10是描述在图1的发动机系统中DI比率设定对照图(发动机冷机时)的第一示例的图
图11是描述在图1的发动机系统中DI比率设定对照图(发动机暖机时)的第二示例的图。
图12描述在图1的发动机系统中DI比率设定对照图(发动机暖机时)的第二示例的图。
图13是描述在图1的发动机系统中DI比率设定对照图(发动机冷机时)的第二示例的图。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的实施例。附图中相同或者相应的元件具有相同的参考标号，因而将不再重复该描述的细节。
图1是在作为用于内燃机的控制设备的发动机ECU的控制下发动机系统的构造的示意视图。尽管图1示出了直列四缸汽油发动机，但是本发明的应用不限于这样的发动机。
参照图1，发动机(内燃机)10包括四个气缸112#1-112#4。以下，在不区分气缸112#1-112#4而一般地表示这些气缸时，将简称为“气缸112”或者“每个气缸112”。
公共稳压箱30经由相应的进气通路20连接到每个气缸112。稳压箱30经由进气管40连接到空气滤清器50。空气流量计42和由电动机60驱动的节流阀70布置在进气管40中。独立于加速踏板100，节流阀70具有基于发动机ECU300的输出信号控制的开度。每个气缸112连接到公共的排气歧管80。排气歧管80连接到三元催化剂转换器90。
每个气缸112设置有将燃料喷入气缸的缸内喷射器110和将燃料喷入进气口和/或者进气通路的进气通路喷射器120。喷射器110和120在来自发动机ECU300的输出信号的控制下。
如图1所示，缸内喷射器110连接到公共的燃料输送管130。燃料输送管130经由能够与燃料输送管130连通的止回阀140连接到发动机驱动式高压燃料泵150。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的燃料量增大。当电磁溢流阀152全开时，抑制了燃料从高压燃料泵150供应到燃料输送管130。电磁溢流阀152由来自发动机ECU300的输出信号控制。
每个进气通路喷射器120连接到低压侧的公共燃料输送管160。燃料输送管160和高压燃料泵150经由公共燃料压力调节器170连接到电动机驱动式低压燃料泵180。低压燃料泵180经由之间的燃料过滤器190连接到燃料箱195。燃料压力调节器构造成当从低压燃料泵180排出的燃料压力变得高于预定的设定压力时，燃料压力调节器使从低压燃料泵180排出的燃料的一部分回流到燃料箱195。因而，这防止供应到进气通路喷射器120的燃料压力和供应到高压燃料泵150的燃料压力变得高于设定燃料压力。
发动机ECU300由数字计算机形成，并且包括经由双向总线310彼此连接的ROM(只读存储器)320、RAM(随机存储器)330、CPU(中央处理单元)340、输入端口350和输出端口360。
空气流量计42产生与吸入空气成比例的输出电压。空气流量计42的输出电压经由A/D转换器370施加到输入端口350。冷却剂温度传感器380附装到发动机10，并且产生与发动机冷却剂温度成比例的输出电压。冷却剂温度传感器380的输出电压经由A/D转换器390施加到输入端口350。
燃料压力传感器400附装到燃料输送管130，并且产生与燃料输送管130内的燃料压力成比例的输出电压。燃料压力传感器400的输出电压经由A/D转换器410施加到输入端口350。空燃比传感器420附装到位于三元催化转换器90上游的排气歧管80，并且产生与排气气体中的氧浓度成比例的输出电压。空燃比传感器420的输出电压经由A/D转换器430施加到输入端口350。
本实施例的发动机系统中的空燃比传感器420是全量程空燃比传感器(线性空燃比传感器)，其产生与在发动机10中燃烧的空气燃料混合气的空燃比成比例的输出电压。空燃比传感器420可以是O2传感器，该O2传感器以开/关的方式检测在发动机10中燃烧的空气燃料混合气的空燃比相对于理论空燃比是浓还是稀。
加速踏板位置程度传感器440安装到加速踏板100，并产生与加速踏板100的踏板位置成比例的输出电压。加速踏板位置传感器440的输出电压经由A/D转换器450施加到输入端口350。发动机速度传感器460产生表示发动机速度的输出脉冲，并且连接到输入端口350。发动机ECU300的ROM320存储对应于运转状态设定的燃料喷射量的值和基于发动机冷却剂温度的校正值等，这些值基于分别由上述加速踏板位置传感器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预先制成映射图。
空气温度传感器405设置在到进气通路20、稳压箱30和进气管40的任何一个通道处。空气温度传感器405产生对应于吸入空气温度的输出电压。来自空气温度传感器405的输出电压经由A/D转换器415施加到进气口350。
曲轴角度传感器480形成包括安装到发动机10的曲轴的转子和布置在转子附近来检测设置在转子外周的凸起经过的电磁拾取器。曲轴传感器480用来检测曲轴的旋转相位。来自曲轴角度传感器480的输出作为凸起每次经过时产生的脉冲信号施加到输出端口350。
发动机ECU300基于通过执行预定的程序获得的来自各个传感器的信号产生控制发动机系统的整个运行的各种控制信号。控制信号经由输出端口360和驱动电路470传输到构成发动机系统的装置和电路组。
口360和驱动电路470传输到构成发动机系统的装置和电路组。
在本发明的实施例的发动机10中，每个气缸112设置缸内喷射器110和进气通路喷射器120两者。因而，对于如上计算出的全部所需燃料喷射量，必须进行缸内喷射器110和进气通路喷射器120之间的燃料喷射分担控制。
以下，两个喷射器之间的燃料喷射比率表示为“DI比率r”，即为缸内喷射器110的燃料喷射量占全部燃料喷射量的比率。“DI比率r＝100％”表示仅仅使用缸内喷射器110执行燃料喷射，“DI比率r＝0％”表示仅仅使用进气通路喷射器120执行燃料喷射。“Di比率r≠0％”、“Di比率r≠100％”和“0％＜DI比率r＜100％”每个表示使用缸内喷射器110和进气通路喷射器120两者执行燃料喷射。注意，缸内喷射器110因汽化潜热改进了防爆震性能而有助于增大输出性能，而进气通路喷射器120因空气燃料混合气的均质效果的提高抑制了旋转(扭矩)振动而增大输出性能。
将参照图2进一步描述发动机的结构。
参照图2，每个气缸包括气缸体101、气缸108和在气缸108中往复运动的活塞103，其中气缸108具有连接到气缸体101的上部的气缸盖102。
在气缸108中，形成有用于燃烧空气燃料混合气的燃烧室107，该燃烧室107由气缸体101和气缸盖102的内壁和活塞顶面分隔成。气缸盖102设置有向燃烧室107凸起以点燃空气燃料混合气的火花塞114和将燃料喷入燃烧室107的缸内喷射器110。进气通路喷射器120布置成朝进气口22和/或进气通路20喷射燃料，其中进气口22是进气通路20和燃烧室107之间的连通部分。
包括喷入到进气通路20和/或进气口22的燃料的空气燃料混合气在进气阀24打开期间引入到燃烧室107。通过火花塞114点火而使燃料燃烧之后的排气在排气阀84打开期间经由排气通道80输送到三元催化转换器90。
通过燃料在燃烧室107燃烧，活塞103在气缸108中往复运动。活塞103经由连杆106连接到曲轴200，曲轴200是发动机10的输出轴。曲轴200包括曲柄销205、曲柄臂210和曲轴主轴颈220。
参照图3，曲轴200设置成对发动机10的每个气缸112是共用的。气缸112#1-#112#4的每个借助于连杆106与曲轴销205相连的一端连接到曲轴200。曲轴主轴颈220相当于曲轴200的主轴。曲柄臂210连接曲柄销205和曲轴主轴颈220。
活塞103在顺次点火的气缸112#1-112#4中的往复运动转换成以曲轴的旋转轴线202作为中心轴线的曲轴200的旋转运动。
如图4所示，每个气缸112的一个发动机循环由进气行程、压缩行程、燃烧行程和排气行程组成。每个行程对应于180度的曲轴转动角度。气缸112#1-112#4以#1→#2→#4→#3的顺序顺次点火，并且顺次在每个气缸中执行相应的行程。曲轴200的两转(720度)对应于一个发动机循环。通过将图1所示的曲轴角度传感器480安装到曲轴200，曲轴200的相位(即，旋转的角度)(以下称为“曲轴转动角度(0-720度)”)能够在对应于0-720度的范围内所布置的突起的间距的预定角度刻度处检测到。
进气通路喷射器120的燃料喷射时段设定在每个气缸112的排气行程(当进气阀24关闭时)或者进气行程，而缸内喷射器110的燃料喷射时段根据运行状况设定在进气行程和压缩行程中至少一者中。对应于时间点在哪个行程中设定燃料喷射时段由发动机ECU300在各个气缸112中共同地设定。
图5是描述根据本发明实施例的发动机系统中，每个气缸的驱动电路的构造的框图。
参照图5，喷射器驱动单元500d和喷射器驱动单元500p分别对应于缸内喷射器110和进气通路喷射器120设置。
喷射器驱动单元500d响应于来自发动机ECU300的燃料喷射信号IJt-d1-IJt-d4控制到电磁线圈111#1-111#4的电力供应。电磁线圈111#1-111#4分别包括在气缸112#1-112#4的每个缸内喷射器110中。
电磁线圈111#1连接在节点COM-db和节点INj-d1之间。电磁线圈111#2连接在节点COM-da和节点INj-d2之间。电磁线圈111#3连接在节点COM-da和节点INj-d3之间。电磁线圈111#4连接在节点COM-db和节点INj-d4之间。当电流施加到电磁线圈111#1-111#4中每个时，相应的缸内喷射器110朝着燃烧室喷射燃料。
以类似的方式，喷射器驱动单元500p响应于来自发动机ECU300的燃料喷射信号IJt-p1-IJt-p4控制到电磁线圈121#1-121#4的电力供应。电磁线圈121#1-121#4分别包括在气缸112#1-112#4的每个进气通路喷射器120中。
电磁线圈121#1-121#4分别连接在节点COM-p和节点INj-p1-INj-p4之间。当电流施加到电磁线圈121#1-121#4中每个时，相应的进气通路喷射器120朝着进气通路和/或进气口喷射燃料。
燃料喷射信号IJt-d1-IJt-d4分别对应于气缸112#1-112#4的每个缸内喷射器110。燃料喷射信号在相应的缸内喷射器110的燃料喷射时段期间设定为合理的高水平(以下，表示为H水平)，并且在非燃料喷射时段设定为合理的低水平(以下，表示为L水平)。以类似的方式，燃料喷射信号IJt-p1-IJt-p4分别对应于气缸112#1-112#4的每个进气通路喷射器120。燃料喷射信号在相应的进气通路喷射器120的燃料喷射时段期间设定为H水平，并且在非燃料喷射时段设定为L水平。
以下将描述由喷射器驱动单元500d和500p对喷射器的电力供应控制的构造。
喷射器驱动单元500d包括高电压产生电路510d、驱动控制电路520d、高电压供应晶体管HTda、HTdb、供应控制晶体管Td1-Td4和电压供应晶体管KTda和KTdb。
高电压产生电路510d接收电力供应电压+B以产生高电压VH。高电压供应晶体管HTda和HTdb布置成在导通时将高电压VH供应到节点COM-da和COM-db。电压供应晶体管KTda和KTdb布置成在导通时将电力供应电压+B供应到节点COM-da和COM-db。供应控制晶体管Td1-Td4经由电阻元件Rd14或者Rd23连接在节点INj-d1-INj-d4和接地电压GND之间。通过驱动控制电路520d使高电压供应晶体管HTda、HTdb、电压供应晶体管KTda、KTdb和供应控制晶体管Td1-Td4导通(开)和不导通(关)。
喷射器驱动单元500p包括高电压产生电路510p、驱动控制电路520p、高电压供应晶体管HTp、供应控制晶体管Tp1-Tp4和电压供应晶体管KTp。
高电压产生电路510p接收电力供应电压+B以产生高电压VH。高电压供应晶体管HTp布置成在导通期间将高电压VH供应到节点COM-p。电压供应晶体管KTp布置成在导通期间将电力供应电压+B供应到节点COM-p。供应控制晶体管Tp1-Tp4经由电阻元件Rd连接在节点INj-p1-INj-p4和接地电压GND之间。通过驱动控制电路520p使高电压供应晶体管HTp、电压供应晶体管KTp和供应控制晶体管Tp1-Tp4导通(开)和不导通(关)。
将基于作为代表性示例的响应于喷射器驱动单元500d的燃料喷射信号IJt-d1将电力供应到电磁线圈111#1来描述喷射器驱动单元500d和500p对喷射器的电力供应操作。
当燃料喷射信号IJt-d1从L水平上升到H水平时，驱动控制电路520使高电压供应晶体管HTdb和供应控制晶体管Td1导通。因而，节点COM-db连接到高电压VH，节点INj-d1连接到接地电压GND。结果，高电压VH驱动电磁线圈111#1，开始对电磁线圈111#1的电流供应，由此，相应缸内喷射器开始喷射燃料。
在开始电流供应之后，驱动控制电路520d使电压供应晶体管KTdb而不是高电压供应晶体管HTdb导通。供应控制晶体管Td1的导通得到维持。因而，到电磁线圈111#1的电流供应得到维持，使得相应缸内喷射器110继续喷射燃料。
当燃料喷射信号IJt-d1从H水平下降到L水平时，驱动控制电路520d使高电压供应晶体管HTdb、电压供应晶体管KTdb和供应控制晶体管Td1中每个不导通。因此，到电磁线圈111#1的电流供应结束，相应缸内喷射器110停止喷射燃料。
到其它电磁线圈111#2-111#4和121#1-121#4的供电操作以类似于上述电磁线圈111#1的方式进行。通过由驱动控制电路520d和520p进行到电磁线圈111#1-111#4和121#1-121#4的供电操作，设定每个缸内喷射器110和每个进气通路喷射器120的燃料喷射时段。
以下将说明“断路故障”的检测，“断路故障”对应于相应的电磁线圈响应于燃料喷射信号而不正常地通电，使得在燃料喷射时段不进行从气缸的燃料喷射的状态。
喷射器驱动单元500d包括共同地设置到气缸112#2和112#3的断路检测电路530d。和共同地设置到气缸112#1和112#4的断路检测电路535d。
由于缸内喷射器110的燃料喷射时段设定在每个气缸112的进气行程和压缩行程中至少一者中，针对每两个相同行程上的相位差是360度曲轴转动角度的气缸设置断路检测电路允许断路检测电路在燃料喷射时段的时间不重叠的缸内喷射器110之间共用。
断路检测电路530d经由供应控制晶体管Td2和Td3分别连接到电磁线圈111#2和111#3。具体地，断路检测电路530d共同地电连接到电磁线圈111#2和111#3。断路检测电路535d经由供应控制晶体管Td1和Td4分别连接到电磁线圈111#1和111#4。换言之，断路检测电路535d共同地电连接到电磁线圈111#1和111#4。
每个电磁线圈111#1-111#4由在驱动控制电路520d的供电操作期间被导通的供应控制晶体管Td1-Td4中的相应一个连接到相应的断路检测电路530d或者535d。因而，断路检测电路530d和535d的每个能够借助于与作为驱动控制电路520的供电对象的电磁线圈电连接来监视在到每个电磁线圈的供电操作模式期间的电输出(例如，反电动势的发生)。
断路检测电路530d监视是否已经产生了反电动势，该反电动势应该在各燃料喷射信号IJt-d2和IJt-d3的H水平期间，在连接的电磁线圈111#2或者111#3的正常通电状态期间产生，并且当反电动势没有正常地检测到时，将故障检测信号IJf-da设定为H水平。以类似的方式，断路检测电路535d监视是否已经产生了反电动势，该反电动势应该在各燃料喷射信号IJt-d1和IJt-d4的H水平期间，在连接的电磁线圈111#1或者111#4的正常的通电状态期间产生，并且当反电动势没有正常地检测到时，将故障检测信号IJf-db设定为H水平。
当没有检测到故障(包括正常检测反电动势的情况)时，故障检测信号IJf-da和IJf-db设定为L水平。故障检测信号IJf-da和IJf-db从断路检测电路530d和535d传输到发动机ECU300。
因而，当在气缸112#2或者112#3中的缸内喷射器处发生断路故障时，故障检测信号IJf-da设定为H水平。类似地，当在气缸112#1或者112#4中的缸内喷射器处发生断路故障时，故障检测信号IJf-db设定为H水平。
喷射器驱动单元500p包括共同地设置到气缸112#1-112#4的断路检测电路530p。如上所述，进气通路喷射器120的燃料喷射时段设定在每个气缸112的排气行程或者进气行程。由于缸内喷射器110的燃料喷射比率增大有助于增大高输出区域中的输出性能，所以在发动机输出由于断路故障而引起的恶化变成问题的运行区域处主要从缸内喷射器110进行燃料喷射，并且从进气通路喷射器120的燃料喷射量易于变低。由于每个进气通路喷射器120的燃料喷射时段在该运行区域设定较短，在多个气缸112#1-112#4之间进气通路喷射器120的燃料喷射时段的连续的可能性较低。
因而，即使在喷射器驱动单元500b共同地设置到气缸112#1-112#4的构造中，断路检测电路也能够在燃料喷射时段的时间不重叠的进气通路喷射器120之间共用。
断路检测电路530p经由供应控制晶体管Tp1-Tp4连接到电磁线圈121#1-121#4。换言之，断路检测电路530p共同地电连接到电磁线圈121#1-121#4。电磁线圈121#1和121#4的每个由在驱动控制电路520d的供电操作期间被导通的供应控制晶体管Tp1-Tp4中的相应一个共同地电连接到断路检测电路530d。因而，在燃料喷射信号IJt-d1-IJt-d4的H水平期间，断路检测电路530p监视是否已经产生了反电动势，该反电动势在对连接的电磁线圈111#1-111#4的每个正常通电时产生，并且当没有检测到反电动势时，将故障检测信号IJf-p定为H水平。当没有检测到故障(包括正常检测反电动势的情况)时，将故障检测信号IJf-p设定为L水平。故障检测信号IJf-p从断路检测电路530p传输到发动机ECU300。
当在气缸112的任何一个进气通路喷射器120处发生断路故障时，故障检测信号IJf-p设定为H水平。
发动机ECU300基于来自断路检测电路530d、535d和530p的故障检测信号IJf-da、IJf-db和IJf-p以及由曲轴角度传感器480检测的曲轴转动角度CA来检测每个喷射器110和120的断路故障。
图6是由发动机ECU300进行的、周期性致动的断路故障检测例程的流程图。
在图6的断路故障检测例程中，判定来自断路检测电路530d、535d和530p的故障检测信号IJf-da、IJf-db和IJf-p是否设定在H水平(步骤S100)。
当所有故障检测信号IJf-da、IJf-db和IJf-p是L水平(在步骤S100中判定结果为“否”)时，发动机ECU300判定每个喷射器110和120“没有发生断路故障”(步骤S110)，然后断路故障检测例程结束。
当故障检测信号IJf-da、IJf-db和IJf-p中任何一个是H水平(在步骤S100中判定结果为“是”)时，通过参照曲轴转动角度CA识别具有断路故障的气缸(步骤S120)。而且，将喷射器断路故障检测结果(包括对具有断路故障的喷射器的识别)通过诊断监视器(未示出)的显示通知驾驶员。然后，断路故障检测例程结束。
例如，处于H水平的故障检测信号IJf-da意思是在气缸112#1或者112#4的缸内喷射器110处已经发生了断路故障。从图4可以理解到，根据存在哪个范围0-360°和360°-720°的曲轴转动角度CA而能够识别气缸112#1和112#4中哪个发生了断路故障。类似地，当故障检测信号IJf-da处于H水平时，根据存在哪个范围0-180°、540°-720°和180°-540°的曲轴转动角度CA而能够识别气缸112#2或者112#3中哪个发生了断路故障。
通过针对每两个在相同行程上相位差是360度曲轴转动角度的气缸的缸内喷射器提供断路检测电路，能够有效地进行喷射器断路故障检测(包括识别具有断路故障的气缸(喷射器))。
假设故障检测信号IJf-p处于H水平时气缸112中的任何一个中的进气通路喷射器120已经发生了断路故障。对于燃料喷射时段一般限制在一个行程(排气行程或者进气行程)的进气通路喷射器120，能够根据存在哪个范围0-180°、180°-360°、360°-540°和540°-720°的曲轴转动角度CA而识别具有断路故障的气缸。
因而，尽管断路检测电路530p共同地设置到进气通路120，能够有效地进行进气通路喷射器120的断路故障的检测，和识别具有断路故障的气缸。
由于对应于缸内喷射器110和进气通路喷射器120设置断路检测电路530d、535d和530p，即使在仅仅其中一个喷射器的断路故障通过缸内喷射器110和进气通路喷射器120分担燃料喷射的操作而不会导致发动机速度变化的运行状况的下，也能够可靠地检测到燃料喷射机构的断路故障。
此处将描述图5的构造和本发明的构造之间的相应关系。发动机ECU300对应于本发明的“控制电路”。驱动控制电路520d和520p对应于本发明的“驱动控制电路”。曲轴角度传感器480对应于本发明的“曲轴角度检测器”。断路检测电路530d、535d和530p对应于本发明的“故障检测电路”。尤其是，断路检测电路530d和535d的每个对应于“第一故障检测电路”，而断路检测电路530p对应于本发明的“第二故障检测电路”。
以上描述是基于对应于直列4缸发动机的断路检测电路的构造。作为本发明的修改，以下将描述对应于直列6缸发动机的断路检测电路的构造。
参照图7，曲轴200共同地设置到发动机10的每个气缸112。每个气缸#1-#6通过用曲柄销205连接连杆106的一端而连接到曲轴200。因而，在被顺次点火的气缸#1-#6中活塞103的往复运动转换成以曲柄的旋转轴线202作为中心轴线的曲轴200的旋转运动。
如图8所示，气缸#1-#6以#1→#5→#3→#6→#2→#4的顺序顺次点火，并且顺次在每个气缸中执行相应的行程。按照点火顺序的相邻气缸之间的每个行程的相位差是120度曲轴转动角度。
如同在图4中，曲轴200的两转(720度)对应于一个发动机循环。通过图1的曲轴角度传感器480，能够在对应于0°-720°曲轴转动角度的范围内布置的突起的间距的预定角度刻度的处检测曲轴转动角度。
根据以上所述的点火顺序，相同行程上的相位差是气缸#1和#6之间、气缸#2和#5之间和气缸#3和#4之间是360度曲轴转动角度。
因而，在直列6缸发动机的故障检测系统600中，如图9所示，三个断路检测电路530d、540d和550d相对于设置在每个气缸#1-#6处的缸内喷射器110布置。断路检测电路530d电连接到包括在气缸#1和#6的缸内喷射器110的每个中的电磁线圈111#1和111#6。类似地，断路检测电路540d电连接到包括在气缸#3和#4的缸内喷射器110的每个中的电磁线圈111#3和111#4。断路检测电路550d电连接到包括在气缸#2和#5的缸内喷射器110的每个中的电磁线圈111#2和111#5。
断路检测电路530d、540d和550d的每个以类似于图5所示的断路检测电路530d和535d的方式构造。针对通过供应控制晶体管(图5)的导通而连接的电磁线圈，监视响应于相应的燃料喷射信号是否正常地施加电流。
因而，当气缸#1或者#6的缸内喷射器110中发生断路故障时，来自断路检测电路530d的故障检测信号IJf-da设定为H水平。类似地，当在气缸#3或者#4的缸内喷射器110发生断路故障时，来自断路检测电路540d的故障检测信号IJf-db设定为H水平。故障检测信号IJf-da、IJf-db和IJf-dc从断路检测电路530d、540d和550d传输到发动机ECU300。
相反，针对每个进气通路喷射器120设置共同的断路检测电路530p。断路检测电路530p共同地电连接到包括在气缸#1-#6的进气通路喷射器120的每个中的电磁线圈121#1-121#6。
如图5所示，断路检测电路530p针对通过供应控制晶体管(图5)的导通而连接的电磁线圈，监视响应于相应的燃料喷射信号，是否正常地施加电流。因而，当气缸#1-#6中任何一个的进气通路喷射器120发生断路故障时，来自断路检测电路530p的故障检测信号IJf-p设定为H水平。故障检测信号IJf-p传输到发动机ECU300。
通过以上所述的构造，能够在发动机ECU300，根据图6所示的断路故障检测例程基于故障检测信号IJf-da、IJf-db、IJf-dc、IJf-p和来自曲轴角度传感器480的曲轴转动角度CA检测每个喷射器110和120的断路故障。
由于在发动机输出由于断路故障而引起的恶化变成问题的运行区域每个进气通路喷射器120的燃料喷射时段设定得较短，在多个气缸#1-#6之间进气通路喷射器120的燃料喷射时段的连续的可能性较低。因而，能够实现将断路检测电路530p共同地设置到直列6缸发动机的气缸#1-#6的构造。
如果要更精确地进行进气通路喷射器120的断路故障检测，则增大所布置的断路检测电路的数量。例如，从图8理解到，能够针对进气行程不重叠的气缸#1-#3组和气缸#4-#6组建立独立的断路检测电路。
如上所述，能够针对直列6缸发动机的缸内喷射器110和进气通路喷射器120进行类似于图5的断路故障检测。
此处将描述构造图9和本发明的构造之间的相应关系。断路检测电路530d、540d、550d和530p对应于本发明的“故障检测电路”。具体地，断路检测电路530d、540d和550d的每个对应于“第一故障检测电路”，断路检测电路530p对应于本发明的“第二故障检测电路”。
在以上所描述的实施例中，故障检测电路在燃料喷射时段不重叠、且对应于缸内喷射器110和进气通路喷射器120两者的喷射器之间共用。然而，本发明的应用不限于这样的构造。故障检测电路能够在燃料喷射时段不重叠、且关于缸内喷射器110和进气通路喷射器120中仅仅一者的喷射器之间共用，并且针对缸内喷射器110和进气通路喷射器120的另一者设置用于每个喷射器的故障检测电路。
进一步地，能够不限制每个气缸设置的喷射器的数量(类型)而应用本发明。例如，针对每个气缸设置单一喷射器的发动机，故障检测电路能够在燃料喷射时段不重叠的喷射器之间共用。作为用于每个气缸设置三个或者更多个(不同类型)的喷射器的发动机的可选的构造，通过针对每个喷射时段不重叠的喷射器之间共用。
以下将描述用于本发明实施例的优选DI比率设定。
图10和图11是描述在图1的发动机系统中DI比率设定对照图的第一示例的图示。
图10和图11所示的对照图储存在发动机ECU 300的ROM 320中。图10是发动机10暖机状态的对照图，图11是发动机10冷机状态的对照图。
在图10和图11所示的对照图中，缸内喷射器110的燃料喷射比率作为DI比率r以百分比表示，其中横轴表示发动机10的发动机速度，纵轴表示负载率。
如图10和图11所示，基于暖机状态对照图和冷机状态对照图设定用于由发动机10的发动机速度和负载率确定的每个运行区域的DI比率r。这些图构造成随着发动机10的温度变化表示缸内喷射器110和进气通路喷射120的不同的控制区域。当所检测的发动机10的温度等于或者高于预定温度阈值时，选定图10所示的暖机状态对照图；否则，选择图11所示的冷机状态对照图。根据选定的对照图基于发动机10的发动机速度和负载率控制缸内喷射器110和/或进气通路喷射器120。
现在将描述图10和图11中设定的发动机10的发动机速度和负载率。在图10中，NE(1)设定为2500rpm到2700rpm，KL(1)设定为30％到50％，KL(2)设定为60％到90％。在图11中，NE(3)设定为2900rpm到3100rpm。即，NE(1)＜NE(3)。还根据需要来设定图10中的NE(2)以及图3中的KL(3)和KL(4)。
图10和图11相比，图11所示的冷机状态的对照图中NE(3)大于图10所示暖机状态的对照图中的NE(1)。这表明，随着发动机10的温度降低，进气通路喷射器120的控制区域扩大到包括了更高发动机速度的区域。即，在发动机10处于冷机的情况下，缸内喷射器110的喷射孔中不太可能堆积沉积物(即使不从缸内喷射器110喷射燃料)。因此，使用进气通路喷射器120执行燃料喷射的区域能够得到扩大，从而提高均质性。
图10与图11相比，在暖机状态的对照图中发动机10的发动机速度为NE(1)或更高的区域中，以及冷机状态的对照图中发动机速度为NE(3)或更高的区域中，“DI比率r＝100％”。对于负载率，在暖机状态的对照图中负载率为KL(2)或更高的区域中，以及冷机状态的对照图中负载率为KL(4)或更高的区域中，“DI比r＝100％”。这意味着在预定高发动机速度区域中以及预定的高发动机负荷区域中只使用缸内喷射器110。即，在高速区域或高负荷区域，即使只用缸内喷射器110来执行燃料喷射，由于发动机10的发动机速度和负载率较高，也确保了足够的进气量，使得即使只使用缸内喷射器110也可以容易地获得均质的空气燃料混合气。由此，从缸内喷射器110喷射的燃料在燃烧室内伴随着汽化潜热(即从燃烧室吸收热量)而雾化。这样，在压缩末期，空气燃料混合气的温度降低，从而改善了抗爆震性能。此外，由于降低了燃烧室内的温度，所以提高了进气效率，造成较高的功率输出。
在图10的暖机状态的对照图中，当负载率为KL(1)或更小时，只使用缸内喷射器110执行燃料喷射。这表明，当发动机10的温度较高时，在预定的低负荷区域中只使用缸内喷射器110。当发动机10处于暖机状态时，缸内喷射器110的喷射孔中可能堆积沉积物。但是，在使用缸内喷射器110执行燃料喷射时，可以降低喷射孔的温度，从而防止沉积物堆积。此外，还可以防止缸内喷射器110堵塞，同时确保最小燃料喷射量。因此，在有关区域中只使用缸内喷射器110。
图10与图11相比，只有图11的冷机状态的对照图中才存在“DI比率r＝0％”的区域。这表明，当发动机10的温度较低时，在预定的低负荷区域(KL(3)或更小)中只使用进气通路喷射器120执行燃料喷射。当发动机10处于冷机、负荷较低且进气量较小时，不可能发生燃料雾化。在这样的区域，难以利用来自缸内喷射器110的燃料喷射确保良好的燃烧。此外，特别是在低负荷且低速的区域中，使用缸内喷射器110获得的高输出不是必须的。因此，在有关区域中，只使用进气通路喷射器120执行燃料喷射，而不使用缸内喷射器110。
此外，在非正常运行的运行中，即，在发动机10怠速期间的催化剂
此外，在非正常运行的运行中，即，在发动机10怠速期间的催化剂预热状态(异常运行状态)下，对缸内喷射器110进行控制以执行分层充气燃烧。通过只在催化剂预热运行期间造成分层充气燃烧，可以促进催化剂预热，从而改善排气排放。
图12和图13表示图1的发动机系统的DI比率设定对照图的第二示例。
图12(暖机状态)和图3(冷机状态)的设定对照图与图10和图11的设定对照图不同之处在于：低发动机速度区域的高负荷区域的DI比率设定不同。
在发动机10的低速高负荷区域，从缸内喷射器110喷射的燃料形成的空气燃料混合气混合较差，燃烧室内这种不均质的空气燃料混合气可能造成不稳定燃烧。因此，伴随着过渡到高速区域(其中不太可能发生这种问题)而增大缸内喷射器110的燃料喷射比率。伴随着过渡到高负荷区域(其中可能发生这种问题)而减小缸内喷射器110的燃料喷射比率。DI比率r的这种改变由图12和图13中的十字箭头表示。
以此方式，可以抑制由不稳定燃烧引起的输出扭矩变化。注意，这些措施大体上等价于下述措施：随着过渡到预定低速区域而减小缸内喷射器110的燃料喷射比率，或者随着过渡到预定低负荷区域而增大缸内喷射器110的燃料喷射比率。此外，除了有关区域(由图12和图13中的十字箭头表示)外，在只使用缸内喷射器110执行燃料喷射的区域中(在高速侧以及低负荷侧)，即使在只使用缸内喷射器110执行燃料喷射时也能容易地获得均质的空气燃料混合气。在此情况下，从缸内喷射器110喷射的燃料在燃烧室内伴随汽化潜热(通过从燃烧室吸收热量)而雾化。因此，在压缩末期，空气燃料混合气的温度降低，从而改善了抗爆震性能。此外，通过降低燃烧室温度，改善了进气效率，造成了较高的功率输出。
在图12和图13的设定对照图的其它区域的DI比率设定类似于图10(暖机状态)和图11(冷机状态)。因而，将不重复其详细描述。
在结合图10-图13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冲程中来实现均质燃烧，而通过将其设定在压缩冲程中来实现分层充气燃烧。即，在将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在压缩冲程中时，浓的空气燃料混合气可能局部地位于火花塞周围，使得将燃烧室中稀的空气燃料混合气作为一个整体进行点火，以实现分层充气燃烧。即使将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在进气冲程中，如果可以在火花塞周围局部提供浓的空气燃料混合气，也可以实现分层充气燃烧。
这里所用的“分层充气燃烧”既包括分层充气燃烧也包括半分层充气燃烧。在半分层充气燃烧中，进气通路喷射器120在进气冲程中喷射燃料，以在燃烧室中产生整体上稀的均质的空气燃料混合气；然后缸内喷射器110在压缩冲程中喷射燃料，以在火花塞周围产生浓的空气燃料混合气，从而改善燃烧状态。由于下述原因，在催化剂预热操作中优选采用这种半分层充气燃烧。在催化剂预热操作中，必须大大延迟点火正时并维持良好的燃烧状态(怠速状态)，以使高温燃烧气体到达催化剂。此外，还需要供应一定量的燃料。如果采用分层充气燃烧来满足这些需求，则燃料量会不足。如果采用均质燃烧，则与分层充气燃烧的情况相比，用于维持良好燃烧的延迟量较小。由于这些原因，尽管可以采用分层充气燃烧以及半分层充气燃烧中的任何一种，但催化剂预热操作中优选采用上述半分层充气燃烧。
此外，在结合图10-图13描述的发动机10中，由于下述原因缸内喷射器110的燃料喷射正时优选地设定在压缩行程。要注意，对于大部分基本区域中，缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在进气冲程中(这里，基本区域是指除了执行半分层充气燃烧的区域之外的区域，所述半分层充气燃烧只在催化剂预热状态中执行并通过进气通路喷射器120在进气冲程中喷射燃料和缸内喷射器110在压缩冲程中喷射燃料来执行)。但是，出于使燃烧稳定的目的，缸内喷射器110的燃料喷射正时也可以临时地设定在压缩冲程中，这将在以下进行描述。
当缸内喷射器110的燃料喷射正时被设定在压缩冲程中时，在缸内温度较高的时候，空气燃料混合气被所喷射的燃料冷却。这改善了冷却效果并从而改善了抗爆震性能。此外，当缸内喷射器110的燃料喷射正时被设定在压缩冲程中时，从燃料喷射到点火经过的时间较短，这确保了雾化空气流得到增强，从而提高了燃烧速率。抗爆震性能的改善和燃烧速率的提高可以防止燃烧变化，从而改善了燃烧稳定性。
无论发动机10的温度如何(即，无论发动机10处于暖机状态还是冷机状态)，都可以在怠速关闭状态(当怠速开关关闭时，或者当加速踏板被压下时)期间使用图10或图12所示的暖机状态对照图(无论发动机10处于冷机状态还是暖机状态，在低负荷区域中，都使用缸内喷射器110)。
应当明白，这里所公开的实施例在任何方面都是示意性而非限制性的。本发明的范围由权利要求的术语来限定，而不是由上述说明来限定，并且应当包括权利要求范围内及其等同含义内的任何改变。

Claims (4)

1.一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机包括多个连接到共用的曲轴(200)的气缸(112)，并具有用于当施加电流时喷射燃料并且布置在每个所述气缸处的燃料喷射机构(110、120)，所述控制设备包括：
控制电路(300)，构造成产生表示所述燃料喷射机构的燃料喷射时段的控制信号，
驱动控制电路(520d、520p)，构造成响应于来自所述控制电路的所述控制信号向所述燃料喷射机构供应电力，
故障检测电路(530d、535d、530p)，其电连接到至少一个所述燃料喷射机构，并且构造成当所述驱动控制电路将电力供应到所连接的燃料喷射机构时检测所连接的燃料喷射机构的断路故障，和
曲轴角度检测器(480)，其检测所述曲轴的转动角度(CA)，
其中，
所述控制电路包括用于基于所述故障检测电路检测的结果以及所述曲轴角度检测器检测的所述转动角度来识别具有所述断路故障的燃料喷射机构的装置(S120)，
所述燃料喷射机构包括布置在每个所述气缸处的用于当施加电流时将燃料喷入所述气缸的第一燃料喷射机构(110)和用于当施加电流时朝进气口和/或进气通路喷射燃料的第二燃料喷射机构(120)，
所述控制电路(300)还构造成根据工作状态来控制所述第一燃料喷射机构与所述第二燃料喷射机构的燃料喷射量占燃料喷射总量的燃料喷射比率，并且根据所述燃料喷射总量和所述燃料喷射比率来产生表示用于每个所述气缸的每个所述第一和第二燃料喷射机构的燃料喷射时段的所述控制信号(IJt-d1-d4、IJt-p1-p4)，
所述驱动控制电路(520d、520p)还构造成响应于来自所述控制电路的每个所述控制信号而将电力供应到每个所述气缸处的每个所述第一和第二燃料喷射机构，
所述故障检测电路包括
第一故障检测电路(530d、535d)，其电连接到至少一个所述第一燃料喷射机构，并且构造成当所述驱动控制电路将电力供应到所连接的第一燃料喷射机构时检测所连接的第一燃料喷射机构的断路故障，和
第二故障检测电路(530p)，其电连接到至少一个所述第二燃料喷射机构，并且构造成当所述驱动控制电路将电力供应到所连接的第二燃料喷射机构时检测所连接的第二燃料喷射机构的断路故障，
其中，所述第一故障检测电路和第二故障检测电路中的至少一者布置成电连接到燃料喷射时段在时间上不重叠的多个相应的燃料喷射机构，
并且，所述控制电路基于每个所述第一和第二故障检测电路检测的结果以及所述曲轴角度检测器检测的所述转动角度来识别具有所述断路故障的第一燃料喷射机构和第二燃料喷射机构。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述第一故障检测电路(530d、535d)布置用于相同行程中相位差是360度所述转动角度(CA)的每两个气缸(112)，并且电连接到布置在所述两个气缸的每个中的所述第一燃料喷射机构(110)。
3.根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述第二故障检测电路(530p)布置成电连接到布置在每个所述气缸(112)中的所述第二燃料喷射机构(120)。
4.根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中，设置有至少一个所述第二故障检测电路(530p)。
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