CN101142399B - 用于内燃机的燃料供应设备 - Google Patents

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Abstract

高压燃料泵(200)根据电磁溢流阀(250)的关闭周期来对燃料进行增压以排放一定量燃料。燃料输送管道(130)接收从高压燃料泵(200)排放的燃料并将其输送至缸内喷射器(110)。压力测量单元(400)测量燃料输送管道(160)内的燃料压力(Pt)。即使在不从缸内喷射器(110)喷射燃料的缸内喷射抑制期间，也以与缸内喷射执行类似的方法来实现根据燃料压力(Pt)对电磁溢流阀(250)的打开/关闭进行控制。因此，在缸内喷射抑制期间并在随后的缸内喷射恢复时，可以极精确地控制燃料压力。

Description

用于内燃机的燃料供应设备
技术领域
本发明涉及用于内燃机的燃料供应设备，具体涉及用于下述内燃机的燃料供应设备，所述内燃机包括用于将燃料喷射进入气缸的第一燃料喷射机构(缸内喷射器)以及用于将燃料向进气歧管及/或进气口喷射的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)。
背景技术
公知一种燃料供应设备(燃料喷射设备)，其包括用于将燃料喷射进入进气口的进气歧管喷射器以及用于将燃料喷射进入气缸的缸内喷射器，以通过根据驱动状态控制进气歧管喷射器及缸内喷射器来通过进气歧管喷射以及缸内直接喷射的结合来喷射燃料。
这种燃料供应设备必须使来自缸内喷射器的燃料喷射压力增大以将燃料直接喷入气缸。为此，揭示了一种通过低压燃料泵从燃料泵排放燃料的构造，用于缸内喷射的高压燃料供应系统与用于进气歧管喷射的低压燃料供应系统共用所述低压燃料泵，其中来自低压燃料泵的燃料在高压燃料供应系统被高压燃料泵进一步增压以供应至缸内喷射器(例如，日本专利早期公开No.2001-336439；以下称为专利文献1)。
专利文献1揭示了在考虑具有上述燃料供应设备的内燃机的气缸内喷射的燃料雾化的情况下，适当地设定向气缸的燃料喷射量与进入进气歧管的燃料喷射量之间的燃料喷射比率的技术。
在该内燃机中，缸内喷射器与进气歧管喷射器之间的燃料喷射比率根据内燃机的状态而改变。为了根据该燃料喷射比率从缸内喷射器适当地喷射燃料，在高压燃料供应系统中将燃料压力控制在目标压力的设置是非常重要的。如果未将燃料压力控制在目标压力，则因为雾化状态及/或燃料喷射量的改变将导致燃烧劣化，由此可能导致内燃机的不稳定输出。
特别是在上述内燃机中，根据对燃料喷射比率的设定，可能产生缸内喷射抑制期间，在该期间从缸内喷射器的燃料喷射被抑制。为了在缸内喷射抑制期间之后恢复从缸内喷射器的燃料喷射时适当地进行燃料喷射，在缸内喷射抑制期间以及在恢复缸内喷射时的燃料压力的可控性将成为问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于内燃机的燃料供应设备，该内燃机包括用于向缸内喷射燃料的第一燃料喷射机构(缸内喷射器)以及用于向进气歧管及/或进气口喷射燃料的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)，特别是在缸内喷射抑制期间并在随后的缸内喷射恢复时，所述燃料供应设备能够极精确地控制从缸内喷射器喷射的燃料压力。
根据本发明的用于内燃机的燃料供应设备包括第一燃料喷射机构、第二燃料喷射机构、燃料喷射比率控制部、燃料泵、燃料输送管道、压力测量单元以及燃料压力控制部。第一燃料喷射机构被设置用于将燃料喷射进入所述内燃机的气缸。第二燃料喷射机构被设置用于将燃料喷射进入所述内燃机的进气歧管。燃料喷射比率控制部被设置用于基于所述内燃机的需求状态来控制所述第一燃料喷射机构与第二燃料喷射机构之间的燃料喷射量相对于在所述内燃机中的总燃料喷射量的燃料喷射比率。燃料泵对燃料进行增压以根据打开/关闭控制来排放燃料量。燃料输送管道被设置用于接收从所述燃料泵排放的燃料并将其输送至所述第一燃料喷射机构。压力测量单元测量所述燃料输送管道内的燃料压力。燃料压力控制部被设置用于根据由所述压力测量单元测量的燃料压力相对于目标压力的不足燃料压力来控制所述调量阀的打开/关闭。具体而言，所述燃料压力控制部控制所述调量阀的打开/关闭，使得即使在不从所述第一燃料喷射机构喷射燃料的缸内喷射抑制期间，当所述测量的燃料压力不大于所述目标压力时也从所述燃料泵排放增压燃料。
根据上述用于内燃机的燃料供应设备，即使在缸内喷射抑制期间，当燃料压力并未超过目标压力时，也根据不足燃料压力打开/关闭调量阀以控制燃料压力。因此，即使在缸内喷射抑制期间，也可以将燃料输送管道(高压输送管道)内的燃料压力维持在目标压力及以上。在缸内喷射抑制期间之后开始从第一燃料喷射机构(缸内喷射器)进行燃料喷射时，可以适当地从第一燃料喷射机构喷射燃料而不存在对燃料压力的控制迟滞。
在根据本发明的用于内燃机的燃料供应设备中，燃料压力控制部优选地包括燃料压力判定部、第一打开及关闭控制部以及第二打开及关闭控制部。燃料压力判定部被设置用于在所述缸内喷射抑制期间通过比较所述测量的燃料压力和所述目标压力来判定所述测量的燃料压力是否处于压力确保状态或压力不足状态。第一打开及关闭控制部被设置用于控制所述调量阀的打开/关闭，使得当所述燃料压力判定部做出所述压力不足状态的判定时，从所述燃料泵排放的燃料量达到预定的固定值。第二打开及关闭控制部被设置用于控制所述调量阀的打开/关闭，使得当所述燃料压力判定部做出所述压力确保状态的判定时，从所述燃料泵排放的燃料量大致为零。
根据上述用于内燃机的燃料供应设备，在第一燃料喷射机构(缸内喷射器)不消耗燃料的缸内喷射抑制期间，在压力不足状态从燃料泵排放的燃料量被设定为预定固定值。因此，可以防止在缸内喷射抑制期间燃料压力的过度升高。因此，通过无需切换控制增益的简单的控制设置，可以在缸内喷射抑制期间之后在开始从第一燃料喷射机构进行燃料喷射时从第一燃料喷射机构更稳定地喷射燃料。
更优选地，在根据本发明的用于内燃机的燃料供应设备中，将在所述缸内喷射抑制期间的所述目标压力设定为在所述压力确保状态与所述压力不足状态之间不同的值。将在所述压力确保状态下的目标压力设定为低于在所述压力不足状态下的目标压力的值。
根据上述用于内燃机的燃料供应设备，可在对压力确保状态(从燃料泵排放的燃料量被设定大致为零)与压力不足状态(从燃料泵排放的燃料量被设定为预定固定值)之间的过渡提供迟滞。因此，通过防止燃料泵因燃料泵在缸内喷射抑制期间的工作的间歇改变所导致的不稳定工作，在缸内喷射抑制期间可以稳定地维持燃料压力。
在根据本发明的用于内燃机的燃料供应设备中，除了根据燃料压力的所述不足燃料压力之外，所述燃料压力控制部还根据所述第一燃料喷射机构的燃料喷射量来具体控制所述调量阀的打开/关闭。
根据上述用于内燃机的燃料供应设备，可以基于反馈控制(根据相对于目标压力的不足燃料压力)与前馈控制(反映第一燃料喷射机构(缸内喷射器)的燃料喷射量的改变)的结合来进行燃料压力控制。在第一燃料喷射机构的燃料消耗增大的情况下，可以预先控制而非在测量燃料压力因实际燃料消耗而减小之后才控制调量阀，以反映第一燃料喷射装置的燃料消耗的增大。因此，可以极精确地控制燃料压力以允许从第一燃料喷射机构更稳定地喷射燃料。
根据本发明的另一设置的用于内燃机的燃料供应设备包括第一燃料喷射机构、第二燃料喷射机构、燃料喷射比率控制部、燃料泵、燃料输送管道、压力测量单元以及燃料压力控制部。第一燃料喷射机构被设置用于将燃料喷射进入所述内燃机的气缸。第二燃料喷射机构被设置用于将燃料喷射进入所述内燃机的进气歧管。燃料喷射比率控制部被设置用于基于所述内燃机的需求状态来控制所述第一燃料喷射机构与第二燃料喷射机构之间的燃料喷射量相对于在所述内燃机中的总燃料喷射量的燃料喷射比率。燃料泵对燃料进行增压以根据调量阀的打开/关闭控制来排放燃料量。燃料输送管道被设置用于接收从所述燃料泵排放的燃料并将其输送至所述第一燃料喷射机构。压力测量单元测量所述燃料输送管道内的燃料压力。燃料压力控制部被设置用于根据由所述压力测量单元测量的燃料压力相对于目标压力的不足燃料压力以及所述第一燃料喷射机构的燃料喷射量的设定值来控制所述调量阀的打开/关闭。
根据上述用于内燃机的燃料供应设备，可以基于反馈控制(根据相对于目标压力的不足燃料压力)与前馈控制(反映第一燃料喷射机构(缸内喷射器)的燃料喷射量设置值的改变)的结合来进行燃料压力控制。因此，可以反映第一燃料喷射机构处的燃料消耗以控制调量阀。在第一燃料喷射机构处的燃料消耗增大的情况下，可以预先控制而非在测量燃料压力因实际燃料消耗而减小之后才控制调量阀，以反映第一燃料喷射机构处的燃料消耗的增大。因此，可以极精确地控制燃料压力以允许从第一燃料喷射机构更稳定地喷射燃料。
在根据本发明的另一设置的用于内燃机的燃料供应设备中，燃料压力控制部优选地根据所述内燃机的所述总燃料喷射量与由所述燃料喷射比率控制部设定的所述燃料喷射比率的乘积来计算所述第一燃料喷射机构的燃料喷射量设定值。
根据上述用于内燃机的燃料供应设备，可以通过燃料压力控制部的简单处理来计算第一燃料喷射机构的燃料喷射量设定值。
根据本发明中用于内燃机的燃料供应设备，其中内燃机包括用于向缸内喷射燃料的第一燃料喷射机构(缸内喷射器)以及用于向进气歧管及/或进气口喷射燃料的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)，特别是在缸内喷射抑制期间并在随后的缸内喷射恢复时，可以极精确地控制从缸内喷射器喷射的燃料压力。
附图说明
图1是设置有根据本发明的实施例的燃料供应设备的发动机系统的示意性视图。
图2是用于说明与图1的发动机系统的燃料喷射量设定控制相关的映射图设置的示意性视图。
图3是说明图1的燃料供应系统的设置的框图。
图4是说明图3的高压燃料泵的运转的示意性视图。
图5是说明在根据本发明的燃料供应设备的高压燃料供应系统处的根据第一实施例的燃料压力控制的框图。
图6是说明在根据本发明的燃料供应设备的高压燃料供应系统处，根据第二实施例的燃料压力控制的流程图。
图7是表示根据本发明的第二实施例的燃料压力控制的示例性操作的波形图。
图8是说明在根据第二实施例的燃料压力控制中，溢流阀占空比设定的示意性视图。
图9是说明在根据本发明的燃料供应设备的高压燃料供应系统处，根据三实施例的燃料压力控制的框图。
图10是说明在图9的缸内喷射燃料量计算单元中采用的映射图设置的示例的视图。
图11是说明图1的发动机系统中DI比率设定映射图(发动机暖态时期)的第一示例的视图。
图12是说明图1的发动机系统中DI比率设定映射图(发动机冷态时期)的第一示例的视图。
图13是说明图1的发动机系统中DI比率设定映射图(发动机暖态时期)的第二示例的视图。
图14是说明图1的发动机系统中DI比率设定映射图(发动机冷态时期)的第二示例的视图。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的实施例。附图中相同元件被赋予相同的参考标号，且基本上将不再重复对其的详细描述。
第一实施例
图1是设置有根据本发明实施例的燃料供应系统的发动机系统结构的示意性视图。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。
参考图1，发动机(内燃机)10包括四个气缸112。每个气缸112均经由对应的进气歧管20连接至共用稳压罐30。稳压罐30经由进气导管40连接至空气滤清器50。空气流量表42与由电机60驱动的节气门70布置在进气导管40中。节气门70的开度根据发动机ECU 300的输出信号而独立于加速踏板100受到控制。各个气缸112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。
为每个气缸112均设置有将燃料朝向气缸喷射的缸内喷射器110以及将燃料朝向进气口及/或进气歧管喷射的进气歧管喷射器120。
根据来自发动机ECU的输出信号来控制喷射器110、120。各个缸内喷射器110均连接至共用燃料输送管道130(以下也称为高压输送管道)。各个进气歧管喷射器120均连接至共用燃料输送管道160(以下也称为低压输送管道)。以下将详细描述，通过燃料供应系统150来执行向燃料输送管道130及160的燃料供应。
利用数字计算机来实现发动机ECU 300，该计算机包括经由双向总线310彼此连接的ROM(只读存储器)320、RAM(随机访问存储器)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产生与进气量成比例的输出电压。空气流量表42的输出电压经由A/D转换器370被施加至输入端口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被施加至输入端口350。
将燃料压力传感器400安装至高压输送管道130，该传感器产生与高压输送管道130内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被施加至输入端口350。将空燃比传感器420安装至位于三元催化转化器90上游的排气歧管80，该传感器产生与排气中氧气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被施加至输入端口350。
本实施例的发动机系统中的空燃比传感器420是全范围空燃比传感器(线性空燃比传感器)，它产生与发动机10中燃烧的空气燃料混合物的空燃比成比例的输出电压。可以使用O2传感器作为空燃比传感器420，该传感器以接通/切断的方式检测在发动机10中燃烧的空气燃料混合物的空燃比相对于理论空燃比是浓还是稀。
加速踏板位置传感器440被安装至加速踏板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被施加至输入端口350。产生表示发动机转速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根据由上述加速踏板位置传感器440以及发动机转速传感器460获得的发动机载荷因子及发动机转速，以映射图的形式预先存储了对应于驱动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的修正值等。
发动机ECU 300通过执行预定程序，基于来自各个传感器的信号来产生各种控制信号以控制发动机系统的整体运转。这些控制信号经由输出端口360及驱动电路470被传输至构成发动机系统的设备及电路群组。
发动机ECU 300根据基于发动机载荷因子及发动机转速的驱动状态来计算总燃料喷射量Qinj#。例如，根据发动机10的当前运转状态，通过图2(a)所示发动机转速-载荷因子的二维映射图上的映射图值Qinj#(0，0)到Qinj#(m，n)的选择性设定，从而产生总燃料喷射量Qinj#。
此外，发动机ECU 300根据在正常驱动状态模式下的发动机10的发动机转速及载荷因子来设定表示缸内喷射器110与进气歧管喷射器120之间相对于总燃料喷射量Qinj#的燃料喷射量比率的DI比率r。例如通过参考图2(b)所示发动机转速-载荷因子的二维映射图，根据发动机10的当前运转状态基于映射图值r(0，0)到r(m，n)来选择性地设定DI比率。
假定“DI比率r＝100％”表示仅从缸内喷射器110进行燃料喷射的状态，而“DI比率r＝0％”表示仅从进气歧管喷射器120进行燃料喷射的状态。还假定“DI比率r≠0％”、“DI比率r≠100％”以及“0％＜DI比率r＜100％”表示使用缸内喷射器110及进气歧管喷射器120两者分担燃料喷射的状态。
缸内喷射器110有助于提高输出性能，而进气歧管喷射器120有助于改进空气燃料混合物的均匀性。根据内燃机的发动机转速及载荷因子来选择性地应用具有不同特性的这两种喷射器，由此在内燃机的正常驱动状态(正常工作)期间(例如，怠速期间的催化剂预热状态可被视为不同于正常工作状态的异常状态示例)主要进行均匀燃烧工作。下面将详细描述对优选DI比率r的设定。
以下将描述图1的发动机系统的燃料供应系统的设置。
图3是表示图1的燃料供应系统150的设置的框图。
在图3中，缸内喷射器110、高压输送管道130、进气歧管喷射器120以及低压输送管道160之外的其他部件对应于图1的燃料供应系统150。
低压燃料泵170排放从燃料箱165抽吸的处于预定压力(低压设定值)的燃料。从低压燃料泵170的燃料输出在压力下经由燃料滤清器175及燃料压力调节器180被输送至低压燃料通道190。当低压系统的燃料压力将被提升时打开燃料压力调节器180以形成通道，通过该通道使低压燃料通道190内接近燃料压力调节器180的燃料(即刚刚由低压燃料泵170抽起的燃料)被返回至燃料箱165。因此，将低压燃料通道190的燃料压力设定在预定压力。因为其刚刚从燃料箱165被抽起，故返回至燃料箱165的燃料可防止燃料箱165中的温度上升。
气缸体盖(未示出)安装至高压燃料泵200，以通过泵凸轮202的旋转驱动来驱动泵缸210中的柱塞220往复运动，所述泵凸轮202设置于用于发动机10的进气阀(未示出)或排气阀(未示出)的凸轮轴204处。高压燃料泵200还包括由泵缸210及柱塞220分隔出的高压泵腔230、与低压燃料通道190连接的廊道(gallery)245、以及被视为“调量阀(metering valve)”的电磁溢流阀250。打开/关闭电磁溢流阀250以控制廊道245与高压泵腔230之间的连通/切断。
高压燃料泵200的排放侧连接至高压输送管道130，高压输送管道130经由高压燃料通道260向缸内喷射器110输送燃料。高压燃料通道260设置有单向阀(不可返回阀)240，由此限制燃料向高压燃料泵200回流。高压燃料泵200的吸入侧经由低压燃料通道190与设置在燃料箱165中的低压燃料泵170连接。
参考图4，在进气冲程中，即柱塞220的提升量因泵凸轮202的旋转而降低期间，通过柱塞220的往复驱动而增大高压泵腔230的体积。在进气冲程，电磁溢流阀250保持为打开状态。
再参考图3，因为在电磁溢流阀250打开期间廊道245与高压泵腔230连通，故在进气冲程中燃料经由廊道245从低压燃料通道190抽吸进入高压泵腔230。
再参考图4，通过在排气冲程中柱塞220的往复驱动来减小高压泵腔230的体积，在排气冲程期间因泵凸轮202的旋转而增大了柱塞220的提升量。在排气冲程中，通过来自发动机ECU 300的打开/关闭控制信号来控制电磁溢流阀250的打开/关闭。
再参考图3，因为在排气冲程中电磁溢流阀250打开期间廊道245与高压泵腔230连通，故抽吸进气高压泵腔230的燃料经由廊道245朝向低压燃料通道190流出。换言之，将燃料经由廊道245向低压燃料通道190排放回去，而不经由高压燃料通道260输送至高压输送管道130。
在电磁溢流阀250关闭期间，廊道245并未与高压泵腔230连通。因此，在排气冲程期间被增压的燃料在压力下经由高压燃料通道260向高压输送管道130输送而不会回流至廊道245。来自设置于高压输送管道130的燃料压力传感器400的测量压力(即，测量燃料压力Pt)被传输至发动机ECU 300。电磁溢流阀250的阀关闭时段Tc与排气冲程时段T的比率(即，u＝Tc/T)被称为“占空比”。具体而言，当占空比u＝0时从高压燃料泵200排放的燃料量变为零。随着占空比变大，从高压燃料泵200排放的燃料量将变大。
将描述图1-4的设置与本发明的设置之间的对应关系。缸内喷射器110对应于本发明的“第一燃料喷射装置”。进气歧管喷射器120对应于本发明的“第二燃料喷射装置”。高压燃料泵200对应于本发明的“燃料泵”。电磁溢流阀250对应于本发明的“调量阀”。此外，高压输送管道130对应于“燃料输送管道”，而燃料压力传感器400对应于本发明的“压力测量单元”。根据图2(b)的映射图设定发动机ECU 300中的DI比率r的功能元件对应于本发明的“喷射比率设定装置”。
根据用于根据本发明的实施例的内燃机的燃料供应设备，可以通过电磁溢流阀250的打开/关闭控制(具体而言，通过占空比控制)来进行高压燃料供应系统处的燃料压力控制。
图5是表示在高压燃料供应系统处的根据第一实施例的燃料压力控制系统的框图。通过预先在发动机ECU 300中编程的控制操作处理来实现根据图5的燃料压力控制系统的控制操作。换言之，根据发动机ECU 300中的燃料压力控制系统500来执行控制操作的功能元件对应于本发明的“燃料压力控制装置”。
参考图5，燃料压力控制系统500包括目标压力设定单元510、功能单元515、反馈增益设定单元520、占空比设定单元530、以及受到控制的高压燃料供应系统150#。高压燃料供应系统150#可以类似于图2所示的高压燃料泵200、高压燃料通道260、以及高压输送管道130那样。
目标压力设定单元510设定目标压力Pref，作为高压燃料供应系统的燃料压力目标值。目标压力Pref可以是固定值，也可以是根据发动机运转状态等的可变值。
功能单元515计算高压燃料供应系统150#处的实际燃料压力(即，通过燃料压力传感器400获得的测量燃料压力Pt)与目标压力Pref之间的差异，以获得测量燃料压力Pt相对于目标压力Pref的不足燃料压力ΔPt。当燃料压力充足时(当Pt≥Pref时)，设定ΔPt＝0。当燃料压力不足时(当Pt＜Pref时)，设定ΔPt＝Pref-Pt。
反馈增益设定单元520设定反馈增益Kfb以进行公知的PID控制等。可以根据常规反馈控制技术来设定反馈增益Kfb。
占空比设定单元530基于预定工作表达式或映射图，根据控制量Kfb·ΔPt(表示反馈增益Kfb与不足燃料压力ΔPt的乘积)来设定电磁溢流阀250的占空比u。
在高压燃料供应系统150#处，电磁溢流阀(调量阀)250的打开/关闭是根据由占空比设定单元530设定的占空比u来控制的。在电磁溢流阀250关闭期间，高压燃料泵200向高压输送管道130排放增压燃料。根据控制量Kfb·ΔPt来设定从高压燃料泵200排放的燃料量。通过上述反馈控制，将高压燃料供应系统150#的燃料压力控制在目标压力Pref的水平。
发动机ECU 300在缸内喷射抑制期间操作燃料压力控制系统500，在缸内喷射抑制期间从缸内喷射器110喷射的燃料量为0并且设定DI比率r＝0％。因此，即使在缸内喷射抑制期间，也将高压燃料供应系统150#处的燃料压力维持在目标压力。即使运转状态改变使得切换至DI比率r＞0％的设定状况，也可从各个缸内喷射器110合适地进行燃料喷射而不会存在燃料压力控制迟滞。
第二实施例
上文描述了第一实施例，其中即使在缸内喷射抑制期间，也基于与缸内喷射执行的控制操作类似的控制操作来进行燃料压力控制。注意，因为不存在从缸内喷射器110的燃料喷射导致的燃料消耗，故在缸内喷射抑制期间不存在很大的压力减小因素。如果进行与缸内喷射执行的控制操作类似的控制操作，则燃料压力会过大，且过量燃料状态会持续。第二实施例涉及将上述问题考虑在内的燃料压力控制。
图6是描述根据本发明的第二实施例的燃料压力控制的流程图。通过预先在发动机ECU 300中编程的控制操作处理来实现根据图6的流程图的燃料压力控制。
参考对应于第二实施例的燃料压力控制的图6，从燃料压力传感器400输入测量燃料压力Pt(步骤S100)，然后基于是否DI比率r＝0％来判定发动机是否处于缸内喷射抑制状态(步骤S110)。
当DI比率r≠0％时(即，在缸内喷射执行期间)(在步骤S110为否)，通过图5的燃料压力控制系统500，根据不足燃料压力ΔPt来执行闭环控制，以设定电磁溢流阀250的占空比u(步骤S120)。
当DI比率r＝0％时(即，在缸内喷射抑制期间)(在步骤S110为是)，将测量燃料压力Pt与目标压力Pref进行比较(步骤S130)。
当ΔPt≥Pref时(即，当燃料压力充足时)(在步骤S130为是)，将占空比设定为u＝0，使得从高压燃料泵200排放的燃料量大致为0(步骤S150)。因此，不会再将增压燃料输送进入高压输送管道130。因此，抑制了增压压力的升高。
相反，当ΔPt＜Pref(即，当燃料压力不足时)(在步骤S130为否)，将占空比u设定为与不足燃料压力ΔPt无关的预定固定值(uc)，使得从高压燃料泵200排放的燃料量达到预定固定值。
因为在缸内喷射抑制期间在高压燃料供应系统处不发生燃料消耗，故在高压燃料供应系统处燃料压力不会轻易减小。因此，通过比缸内喷射执行的占空比更低的占空比可以确保燃料压力。相反，如果通过与缸内喷射执行的增益类似的增益根据反馈控制来设定占空比u，则在高压燃料供应系统处可能存在过高燃料压力。因此，可将固定占空比uc设定得低于在缸内喷射执行期间由反馈控制(图5)设定的占空比。因此，将在缸内喷射抑制期间从高压燃料泵200排放的燃料量设定得比其他时段更小。可以基于实验等预先将固定占空比uc界定为适当的值。
通过上述燃料压力控制，可以避免在缸内燃料喷射抑制期间过高的燃料压力。因为在缸内喷射抑制期间将占空比选择性地设定为固定值uc或0，故可以简化控制设置而不必切换控制增益。
这里将描述图6的流程图与本发明的设置之间的对应关系。步骤S130对应于本发明的“燃料压力判定装置”。步骤S140对应于本发明的“第一打开及关闭控制装置”。步骤S150对应于本发明的“第二打开及关闭控制装置”。
根据图6的燃料压力控制，占空比会根据测量燃料压力Pt与目标压力之间的差异在0与固定值uc之间以非连续(分级)方式改变。在第二实施例的燃料压力控制中，在步骤S130进行的判定中所使用的目标压力在压力确保状态与压力不足状态之间取不同的值。因此，可以对压力确保状态(u＝0)与压力不足状态(u＝uc)之间的过渡设置迟滞(hysteresis)。
参考图7中所示的工作波形，根据时间t1时的驱动状态来设定DI比率r＝0％，由此抑制缸内喷射。在DI比率r＝0％的缸内喷射抑制期间，通过测量燃料压力Pt与目标压力之间的比较，将压力状态标志FLG设定在表示压力不足状态的L水平或表示压力确保状态的H水平。此外，目标压力在压力不足状态被设定为Pref，而在压力确保状态被设定为低于基本目标压力Pref的Pref#(Pref#＜Pref)。与缸内喷射执行的情况类似，将缸内喷射抑制期间开始时的目标压力(初始值)设定为Pref。
在对应于向缸内喷射抑制期间过渡的时间t1，因为Pt＜Pref，故设定压力状态标志FLG＝L水平(压力不足状态)，并对应于压力状态标志FLG＝L水平设定高压燃料供应系统处的占空比u＝uc(固定状态)。因此，在时间t1测量燃料压力Pt逐渐升高，并随后在时间t2达到目标压力Pref。
相应地，在时间t2压力状态标志FLG＝H水平(压力确保状态)成立，由此，从时间t2起占空比u＝0成立。
将压力确保状态下的目标压力Pref#设定得低于压力不足状态下的目标压力Pref值。具体而言，当在过渡至压力状态标志FLG＝H水平(压力确保状态)之后Pt＜Pref#成立时，再次将标志FLG设定为L水平。
根据图8所示的第二实施例的燃料压力控制，根据缸内喷射抑制期间测量燃料压力Pt与目标压力之间的比较来界定压力不足状态501(FLG＝L水平)以及压力确保状态502(FLG＝H水平)，由此对应于各个状态将占空比u设定为固定值uc或0。将从压力不足状态501至压力确保状态502的过渡条件设定为Pt≥Pref，而将从压力确保状态502至压力不足状态501的过渡条件设定为Pt≤Pref#(Pref#＜Pref)，在各个状态之间的过渡设置迟滞。
再参考图7，在时间t2以及此后在Pref#≤Pt＜Pref的范围内维持压力状态标志FLG＝H水平。因此，即使测量压力值Pt在目标压力Pref附近改变，压力状态标志FLG也不会间歇地改变。因此，可以防止占空比设定的振荡(hunting)从而导致高压燃料泵200的不稳定工作。
当随后测量燃料压力Pt逐渐减小变得低于目标压力Pref#时，将压力标志再次设定为FLG＝L水平，由此将占空比u设定为固定值uc。此后的操作类似于时间t1-t2的操作。因此，将不再重复对其的详细描述。
第二实施例的燃料压力控制防止了在缸内喷射抑制期间高压燃料供应系统150#处的过高压力以维持目标压力。因此，响应于驱动状态的改变，从向DI比率r＞0％的设定进行切换的时间开始，可以从各个缸内喷射器110适当地进行燃料喷射。此外，可以防止缸内喷射抑制期间高压燃料泵200的不稳定工作。
第三实施例
图9是示出高压燃料供应系统处的根据第三实施例的燃料压力控制系统的框图。通过预先在发动机ECU 300编程的控制操作处理来实现图9的燃料压力控制系统的控制操作。执行根据发动机ECU 300的燃料压力控制系统500#的控制操作的功能元件对应于本发明的“燃料压力控制装置”。
参考图9，除了图5的燃料压力控制系统500的结构之外，根据本发明的第三实施例的燃料压力控制系统500#还包括缸内喷射燃料量计算单元540、前馈增益(feed forward gain)设定单元550、以及加法器555。
缸内喷射燃料量计算单元540计算由总燃料喷射量Qinj#与DI比率r的乘积表示的缸内燃料喷射量设定值Qdi。前馈增益设定单元550设定前馈增益Kff以根据缸内喷射燃料量来进行前馈控制。根据常规的前馈控制增益技术来设定前馈增益Kff。
加法器555获得不足燃料压力ΔPt与反馈增益Kfb的乘积Kfb·ΔPt以及前馈增益Kff与缸内燃料喷射量设定值Qdi的乘积Kff·Qdi的总和。
在燃料压力控制系统500#，占空比设定单元530根据加法器555的输出(即，控制量Kff·Qdi+Kfb·ΔPt)来设定电磁溢流阀(调量阀)250的占空比u。具体而言，第三实施例的燃料压力控制可实现一种控制系统，其将反映了缸内燃料喷射量设定值Qdi改变的前馈控制增加至根据第三实施例的测量燃料压力Pt进行的反馈控制。
因此，可以设定占空比u反映出来自缸内喷射器110的缸内燃料喷射量设定值Qdi，即，高压燃料供应系统150#处的燃料消耗。在缸内燃料喷射量设定值Qdi变高的情况下，可以增大占空比u以预先反映缸内燃料喷射量设定值Qdi的增量而非在测量燃料压力Pt因实际燃料消耗变低之后才提高占空比u。因此，高压燃料供应系统150#的燃料压力可以较高的精确性遵循目标压力Pref。
可通过图10所示的映射图而非Qinj#·r的操作来实施缸内喷射燃料量计算单元540。具体而言，如图2(a)及(b)所示，可以综合总燃料喷射量Qinj#的映射图与DI比率r以产生关联于Qdi(＝Qinj#·r)的发动机转速-载荷因子的二级映射图。具体而言，通过参考图11的映射图，可以通过根据发动机10的当前驱动状态(发动机转速及载荷因子)从映射图值Qdi(0，0)至Qdi(m，n)中进行选择来设定缸内燃料喷射量设定值Qdi。着眼于发动机ECU 300的工作负载，优选地通过参考图11所示的映射图来计算缸内燃料喷射量设定值Qdi。
可以结合第二实施例来采用第三实施例的燃料压力控制系统500#。换言之，为了燃料压力控制，可以在图6的流程图中的步骤S120进行通过图9所示的燃料压力控制系统500#进行的燃料压力控制。
DI比率的优选设定
以下将描述根据图11的发动机系统中的发动机10的运转状态的DI比率的优选设定。
图11及图12是描述用于图1的发动机系统中的DI比率的设定映射图的第一示例的视图。
图11及图12的映射图存储在发动机ECU 300的ROM 320中。图11是用于发动机10的暖态的映射图，而图12是用于发动机10的冷态的映射图。
在图11及图12的映射图中，以百分率来表示缸内喷射器110的燃料喷射比率作为DI比率r，其中横轴表示发动机10的发动机转速，而纵轴表示载荷因子。
如图11及图12所示，区分为用于暖态的映射图以及用于冷态的映射图，为由发动机10的发动机转速及载荷因子确定的每个工作区域均设定DI比率r。设置上述映射图以表明随着发动机10的温度改变缸内喷射器110与进气歧管喷射器120的不同的控制区域。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11所示的用于暖态的映射图，否则就选择图12所示的用于冷态的映射图。根据发动机10的发动机转速及载荷因子并基于所选择的映射图来控制缸内喷射器110及/或进气歧管喷射器120。
现将描述在图11及图12中设定的发动机10的发动机转速及载荷因子。在图11中，设定NE(1)为2500rpm至2700rpm，设定KL(1)为30％至50％，并设定KL(2)为60％至90％。在图12中，设定NE(3)为2900rpm至3100rpm。即，NE(1)＜NE(3)。还适当地设定图11中的NE(2)及图12中的KL(3)及KL(4)。
当对比图11及图12时，图12所示的用于冷态的映射图的NE(3)高于图11所示的用于暖态的映射图的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转速的区域。即，在发动机10较冷的情况下，堆积物不太可能聚集在缸内喷射器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，由此改进均匀性。
当对比图11及图12时，在用于暖态的映射图中发动机10的发动机转速为NE(1)或更高的区域中、以及在用于冷态的映射图中发动机转速为NE(3)或更高的区域中“DI比率r＝100％”成立。就载荷因子而言，在用于暖态的映射图中载荷因子为KL(2)或更大的区域中、以及在用于冷态的映射图中载荷因子为KL(4)或更大的区域中“DI比率r＝100％”成立。这意味着在预定高发动机转速的区域并在预定高发动机负载的区域中仅使用缸内喷射器110。换言之，在高速度区域或高负载区域中(即，仅通过缸内喷射器110进行燃料喷射)，发动机10的发动机转速和负载很高并且吸入空气量充足，故单独使用缸内喷射器110即可方便地获得均匀的空气燃料混合物。以此方式，在燃烧室内对从缸内喷射器110喷射的燃料进行涉及汽化潜热(即从燃烧室吸收热量)的雾化。因此，在压缩末期空气燃料混合物的温度会降低，由此改进防爆震性能。此外，因为燃烧室内的温度降低，故改进了进气效率，由此产生较高的动力输出。
在图11的用于暖态的映射图中，当载荷因子为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，堆积物容易在缸内喷射器110的喷射孔中积累。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，由此防止堆积物的积累。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11及图12时，仅在图12中用于冷态的映射图中存在“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较冷由此负载较低且进气量较小时，不太容易实现对燃料的雾化。在该区域中，难以通过缸内喷射器110的燃料喷射来确保合适的燃烧。此外，特别是在低负载且低转速的区域中，不需要使用缸内喷射器110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，在正常工作之外的其他工作情况下，例如在发动机10怠速期间的催化剂预热状态(异常工作状态)，控制缸内喷射器110以进行层状燃烧。通过仅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，并由此改进排气排放。
图13及图14示出了在图1的发动机系统中的DI比率设定映射图的第二示例。
相较于图11及图12所示的设定映射图，在高负载区域及低速区域，图13(暖态)及图14(冷态)所示的设定映射图具有不同的DI比率设定。
在发动机10的低速和高负载区域中，对由缸内喷射器110喷射的燃料形成的空气燃料混合物的混合较差，在燃烧室内这种不均匀的空气燃料混合物会导致不稳定燃烧。因此，随着向高发动机转速区域(这里不太可能发生上述问题)过渡，缸内喷射器的燃料喷射比率增大，而随着向低发动机负载区域(这里容易发生上述问题)过渡，缸内喷射器110的燃料喷射比率降低。通过图13及图14中的十字箭头来示出DI比率r的这些变化。
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改变。注意，这些方法大致等同于当发动机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，或等同于当发动机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，除了上述区域(由图13及图14中的十字箭头表示)之外的区域，以及在仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射的区域中(于高速侧及低负载侧)，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气燃料混合物。在此情况下，在燃烧室内对从缸内喷射器110喷射的燃料进行雾化涉及汽化潜热(通过从燃烧室吸收热量)。因此，在压缩末期空气燃料混合物的温度会降低，由此改进防爆震性能。此外，因为燃烧室内的温度降低，故改进了进气效率，由此产生较高的动力输出。
根据图13及图14的设定映射图在其他区域中的DI比率设定与图11(暖态)及图12(冷态)的DI比率设定类似。因此，将不再重复对其的详细描述。
在参考图11-图14描述的发动机10中，通过在进气冲程设定缸内喷射器110的燃料喷射正时来实现均匀燃烧，同时通过在压缩冲程对其进行设定来实现层状燃烧。即，当在压缩冲程设定对缸内喷射器110的燃料喷射正时时，可以使浓空气燃料混合物围绕火花塞局部地布置，由此燃烧室内总体上稀的空气燃料混合物被点燃以实现层状燃烧。即使在进气冲程设定对缸内喷射器110的燃料喷射正时，如果能够局部地围绕火花塞提供浓的空气燃料混合物，还是可以实现层状燃烧。
如这里所使用的，层状燃烧包括层状燃烧及下述半层状燃烧两者。在半层状燃烧中，进气歧管喷射器120在进气冲程喷射燃料以在燃烧室内部产生总体上稀的均匀的空气燃料混合物，缸内喷射器110然后在压缩冲程喷射燃料以围绕火花塞产生浓的空气燃料混合物，由此改进燃烧状态。因为以下原因，这种半层状燃烧在催化剂预热工作中是优选的。在催化剂预热工作中，需要显著延迟点火正时并维持需要的燃烧状态(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，为了维持需要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工作中采用上述半层状燃烧。
此外，在结合图11-图14描述的发动机中，因以下原因优选地在进气冲程设定缸内喷射器110的燃料喷射正时。注意，在大部分基本区域(在这里，基本区域指除了使用在进气冲程从进气歧管喷射器120的燃料喷射以及在压缩冲程中从缸内喷射器110的燃料喷射进行半层状燃烧(仅在催化剂预热状态中进行)的区域之外的其他区域)中，在进气冲程中设定缸内喷射器110的燃料喷射正时。但是，如下所述，为了稳定燃烧，可在压缩冲程中临时地设定缸内喷射器110的燃料喷射正时。
当在压缩冲程中设定缸内喷射器110的燃料喷射正时时，在气缸的温度相对较高的时段内，空气燃料混合物被喷射燃料冷却。这改进了冷却效果，并由此改进了抗爆震性能。此外，当在压缩冲程中设定缸内喷射器110的燃料喷射正时时，从燃料喷射至点燃的所需时间较短，由此通过雾化可加强气流，由此提高了燃烧率。对抗爆震性能的改进以及对燃烧率的提升可防止燃烧变化，由此改进燃烧稳定性。
此外，无论发动机10的温度如何(即，无论处于暖态或处于冷态)，都可在怠速关闭状态期间(当怠速开关切断时下压加速踏板的情况下)使用图11或图13所示的用于暖态的DI比率映射图。具体而言，无论处于冷态或暖态，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示意非限制性质。本发明的范围由权利要求的术语而非上述描述界定，且本发明的范围意在包含落入权利要求的范围及与其术语等同的含义内的任何改变。
工业实用性
本发明可应用于车辆的发动机等。

Claims (6)

1.一种用于内燃机的燃料供应设备，包括：
第一燃料喷射装置(110)，用于将燃料喷射进入所述内燃机的气缸；
第二燃料喷射装置(120)，用于将燃料喷射进入所述内燃机的进气口及/或进气歧管；
燃料喷射比率控制装置，用于基于所述内燃机的需求状态来控制所述第一燃料喷射装置与第二燃料喷射装置之间的燃料喷射量相对于在所述内燃机中的总燃料喷射量的燃料喷射比率；
燃料泵(200)，其对燃料进行增压以排放对应于调量阀(250)的打开/关闭控制的燃料量；
燃料输送管道(130)，其接收从所述燃料泵排放的燃料并将其输送至所述第一燃料喷射装置；
压力测量单元(400)，其测量所述燃料输送管道内的燃料压力，以及
燃料压力控制装置(500)，用于根据由所述压力测量单元测量的燃料压力相对于目标压力的不足燃料压力来控制所述调量阀的打开/关闭，其由
所述燃料压力控制装置控制所述调量阀的打开/关闭，使得即使在所述总燃料喷射量从所述第二燃料喷射装置喷射的缸内喷射抑制期间，当所述测量的燃料压力不大于所述目标压力时也从所述燃料泵排放增压燃料，并且
在从所述第一燃料喷射装置喷射燃料期间以及在所述缸内喷射抑制期间的每个期间中，将所述目标压力设定为可以适当地从所述第一燃料喷射装置进行燃料喷射的值。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的燃料供应设备，其中，所述燃料压力控制装置包括：
燃料压力判定装置(S130)，用于在所述缸内喷射抑制期间通过比较所述测量的燃料压力和所述目标压力来判定所述测量的燃料压力是否处于压力确保状态或压力不足状态；
第一打开及关闭控制装置(S140)，用于控制所述调量阀的打开/关闭，使得当所述燃料压力判定装置做出所述压力不足状态的判定时，从所述燃料泵排放的燃料量达到预定的固定值；以及
第二打开及关闭控制装置(S150)，用于控制所述调量阀的打开/关闭，使得当所述燃料压力判定装置做出所述压力确保状态的判定时，从所述燃料泵排放的燃料量大致为零。
3.根据权利要求2所述的用于内燃机的燃料供应设备，其中，
将在所述缸内喷射抑制期间的所述目标压力设定为在所述压力确保状态与所述压力不足状态之间不同的值，并且
将在所述压力确保状态下的目标压力(Pref#)设定为低于在所述压力不足状态下的目标压力(Pref)的值。
4.根据权利要求1所述的用于内燃机的燃料供应设备，其中，除了根据所述测量的燃料压力的所述不足燃料压力之外，所述燃料压力控制装置(500#)还根据对所述第一燃料喷射装置的燃料喷射量的设定来控制所述调量阀的打开/关闭。
5.一种用于内燃机的燃料供应设备，包括：
第一燃料喷射装置(110)，用于将燃料喷射进入所述内燃机的气缸；
第二燃料喷射装置(120)，用于将燃料喷射进入所述内燃机的进气口及/或进气歧管；
燃料喷射比率控制装置，用于基于所述内燃机的需求状态来控制所述第一燃料喷射装置与第二燃料喷射装置之间的燃料喷射量相对于在所述内燃机中的总燃料喷射量的燃料喷射比率；
燃料泵(200)，其对燃料进行增压并根据调量阀(250)的打开/关闭控制来排放燃料量；
燃料输送管道(130)，用于接收从所述燃料泵排放的燃料并将其输送至所述第一燃料喷射装置；
压力测量单元(400)，其测量所述燃料输送管道内的燃料压力，以及
燃料压力控制装置(500#)，用于根据由所述压力测量单元测量的燃料压力相对于目标压力的不足燃料压力以及所述第一燃料喷射装置的燃料喷射量的设定值来控制所述调量阀的打开/关闭，其中
即使在所述总燃料喷射量从所述第二燃料喷射装置喷射的缸内喷射抑制期间，所述燃料压力控制装置也控制所述调量阀的打开/关闭，并且
在从所述第一燃料喷射装置喷射燃料的期间以及在不从所述第一燃料喷射装置喷射燃料的期间的每个期间中，将所述目标压力设定为可以适当地从所述第一燃料喷射装置进行燃料喷射的值。
6.根据权利要求5所述的用于内燃机的燃料供应设备，其中，所述燃料压力控制装置(500#)根据所述内燃机的所述总燃料喷射量与由所述燃料喷射比率控制装置设定的所述燃料喷射比率的乘积来计算所述第一燃料喷射装置的燃料喷射量设定值。
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