CN101163872B - 用于内燃机的控制设备 - Google Patents
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Abstract
在具有缸内喷射器(110)和进气歧管喷射器(120)的发动机起动时，基于前次发动机停止时曲轴(200)的转角来判定初次压缩行程期间提前点火的危险性。当提前点火的危险性较高时，除了对于常规发动机起动时由进气歧管喷射器(120)喷射燃料之外，还由缸内喷射器(110)的燃料喷射，该燃料喷射已经被设定成使燃烧室(107)内的空燃比变为在能够燃烧的范围之外(以获得过浓的状况)。因而，防止了提前点火，并且确保了发动机平滑起动。
Description
技术领域
本发明涉及用于内燃机的控制设备，更具体而言，涉及内燃机起动时的燃料喷射控制，该内燃机设置有用于将燃料喷射到气缸中(燃料室中)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和/或进气口中的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)。
背景技术
已经提出了一种内燃机，其具有对于每个气缸的用于将燃料直接喷射到燃烧室中的缸内喷射器和用于将燃料喷射到进气口(进气歧管)的进气歧管喷射器。还已经提出了在均匀燃烧运转期间使用缸内喷射器和进气歧管喷射器两者进行燃料喷射的用于该内燃机的控制设备(例如，日本专利公开No.2002-364409；以下称为“专利文献1”)。具体地，专利文献1公开了一种确保由缸内喷射器喷射燃料来抑制由于缸内喷射器的末端温度的升高而使燃料蓄积在其中的构造。
同时，在发动机冷态下，不太可能促进气缸内燃料的汽化。因而，如果由缸内喷射器喷射燃料，则大量燃料会沉积在发动机活塞的顶表面上和气缸的内周表面上。这样沉积的燃料由于产生了石墨或者未燃成分的增大而劣化了排气排放，或者由于与发动机活塞的润滑油混合而劣化润滑性能。因而，优选地，避免在发动机冷态期间由缸内喷射器喷射燃料。
发明内容
如上所述，在使用缸内喷射器和进气歧管喷射器两者的内燃机中，应该根据发动机状况(温度、转数、负荷等)设定气缸之间的燃料喷射比率。具体地，在发动机起动时，发动机输出较小，使得必须根据发动机温度适当地设定燃料喷射比率。
然而，当发动机在发动机冷态期间起动时，例如在内燃机的运转停止时由于从缸内喷射器渗漏燃料而处于气缸内的残余燃料会导致提前点火，即因为活塞开始工作时的压缩操作使燃料在点火正时之前点火。
此外，当发动机在发动机暖态期间起动时，由于燃烧室内过高的温度而会引起爆震的发生。
因而，在具有缸内喷射器和进气歧管喷射器的内燃机中，优选地，通过考虑以上所述方面，适当地设定两种喷射器之间的燃料喷射比率以稳定起动时的燃烧控制。
已经进行了本发明来解决以上所述的温度。本发明的目的是通过防止提前点火和爆震的发生来确保内燃机的平滑起动，其中该内燃机设置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和/或进气口中的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)。
根据本发明的用于内燃机的控制设备是一种用于内燃机的控制设备，一种用于内燃机的控制设备，并且包括燃料喷射控制部分和提前点火检测部分，所述内燃机具有用于将燃料喷射到燃烧室中的第一燃料喷射机构和用于将燃料喷射到用于气缸的进气歧管中的第二燃料喷射机构。燃料喷射控制部分控制由第一和第二燃料喷射机构进行的燃料喷射。提前点火检测部分在内燃机起动时，基于内燃机前次停止时活塞的停止位置来检测在气缸的初次压缩行程期间发生提前点火的危险性。燃料喷射控制部分包括起动时控制部分和提前点火防止部分。起动时控制部分在内燃机起动时，使第一和第二燃料喷射机构中的一个喷射内燃机运转所需量的燃料。提前点火防止部分在提前点火检测部分检测到发生提前点火的危险性较高时，使第一和第二燃料喷射机构中的另一个喷射规定量的燃料，该规定量被设定成使燃烧室内的空燃比变为在能够燃烧的范围(燃烧极限)之外。
根据此用于内燃机的控制设备，在内燃机起动时，经由一个燃料喷射机构进行燃料喷射。当发生提前点火的危险性较高时，经由其它燃料喷射机构额外地进行燃料喷射(缸内喷射)，以将燃烧室内的空燃比设定成在能够燃烧的范围之外。因而，在内燃机起动时，能够防止提前点火，以确保发动机平滑起动。
优选地，在本发明的用于内燃机的控制设备中，在内燃机在冷态期间起动时，起动时控制部分使第二燃料喷射机构喷射内燃机运转所需量的燃料。此外，在内燃机在冷态期间起动时，当提前点火检测部分检测到发生提前点火的危险性较高时，提前点火防止部分使第一燃料喷射机构在初次压缩行程期间喷射规定量的燃料。
根据此用于内燃机的控制设备，当内燃机在发动机冷态期间起动时，基本上进行从第二燃料喷射机构的燃料喷射(即，进气口喷射)。当发生提前点火的危险性较高时，额外地进行从第一燃料喷射机构的燃料喷射(即，缸内喷射)。结果，在通过基本以进气口喷射进行起动来抑制排气排放性能以及润滑性能的劣化的同时，还能够防止提前点火的发生。因而，可以防止在发动机冷态期间发生提前点火，以确保内燃机平滑起动。
还优选地，在本发明的用于内燃机的控制设备中，提前点火检测部分通过由内燃机的前次停止时曲轴角度传感器的输出估计活塞的停止位置，来检测发生提前点火的危险性。
根据此用于内燃机的控制设备，可以不用布置诸如空燃比传感器之类新的设备，通过考虑提前点火主要是由于在发动机停止期间缸内喷射器渗漏的燃料引起的情况，来有效地判定发生提前点火的危险性。
可选地，在本发明的用于内燃机的控制设备中，内燃机具有多个气缸，并且提前点火检测部分从多个气缸中有选择地识别提前点火的危险性较高的气缸。
根据此用于内燃机的控制设备，在具有多个气缸的内燃机中，能够确定提前点火的危险性较高的一个或多个气缸的位置，并且针对相关的一个或多个气缸进行从第一燃料喷射机构(缸内喷射器)的额外燃料喷射，以防止提前点火。这确保了在发动机冷态期间内燃机的平滑起动。
根据本发明的另一个构造的用于内燃机的控制设备是一种用于内燃机的控制设备，并且包括燃料喷射控制部分和爆震检测部分，所述内燃机具有用于将燃料喷射到燃烧室中的第一燃料喷射机构和用于将燃料喷射到用于气缸的进气歧管中的第二燃料喷射机构。燃料喷射控制部分控制由第一和第二燃料喷射机构进行的燃料喷射。爆震检测部分在内燃机起动时，基 于燃烧室内的温度来检测在气缸中发生爆震的危险性。燃料喷射控制部分包括起动时控制部分和爆震防止部分。起动时控制部分在内燃机起动时，使第一和第二燃料喷射机构中的至少一个喷射内燃机运转所需量的燃料。爆震防止部分在内燃机起动时，在由爆震检测部分检测到发生爆震的危险性较高时工作，以将第一燃料喷射机构进行的燃料喷射设定成使得由所喷射燃料的汽化引起的燃烧室内的冷却效果得到增强。
根据此用于内燃机的控制设备，在内燃机起动时，如果发生爆震的危险性较高，进行缸内喷射，以增强所喷射燃料的汽化引起的燃烧室内的冷却效果。以此方式，燃烧室内的温度降低，因此，能够防止内燃机起动时发生爆震。
优选地，在根据本发明另一个构造的用于内燃机的控制设备中，当内燃机在暖态期间起动时，起动时控制部分使第一燃料喷射机构喷射内燃机运转所需量的燃料。此外，当内燃机在暖态期间起动时，爆震防止部分将第一燃料喷射机构设定成在压缩行程期间进行燃料喷射。
根据此用于内燃机的控制设备，当内燃机在发动机暖态期间起动时，基本上进行从第一燃料喷射机构的燃料喷射(即，缸内喷射)。当发生爆震的危险性较高时，在压缩行程期间进行缸内喷射。在压缩行程期间进行的喷射能够减小从燃料喷射正时到点火正时的时间，使得所喷射燃料的汽化引起的燃烧室内的冷却效果得到增强。这抑制了爆震的危险性。这样，在发动机暖态期间，基本上用缸内喷射进行内燃机的起动，以防止第一燃料喷射机构(缸内喷射器)的堵塞，并且附加地，防止了爆震的发生，从而确保内燃机的平滑起动。
可选地，在根据本发明另一个构造的用于内燃机的控制设备中，燃料喷射控制部分还可以包括起动时燃料喷射修正部分。当爆震防止部分正在工作时，与当爆震防止部分未工作时相比，起动时燃料喷射修正部分增大由第一燃料喷射机构喷射的燃料量。
根据此用于内燃机的控制设备，增大第一燃料喷射机构喷射的燃料量以补偿发动机输出转矩的减小，当出于防止爆震的目的在压缩行程期间进 行缸内喷射时可以预期到此转矩减小。因而，能够进一步使发动机在发动机暖态期间的起动平滑。
还可选地，在根据本发明另一个构造的用于内燃机的控制设备中，燃料喷射控制部分还可以包括起动时燃料喷射修正部分。当爆震防止部分正在工作时，起动时燃料喷射修正部分除了使第一燃料喷射机构喷射内燃机运转所需量的燃料之外，还使第二燃料喷射机构喷射规定量的燃料。
根据此用于内燃机的控制设备，增加从第二燃料喷射机构进行的规定量的燃料喷射(进气口喷射)，以补偿发动机输出转矩的减小，当出于防止爆震的目的在压缩行程期间进行缸内喷射时可以预期到此转矩减小。因而，能够进一步使发动机在发动机暖态期间的起动平滑。
优选地，在根据本发明另一个构造的用于内燃机的控制设备中，爆震检测部分基于内燃机的冷却剂温度和进气温度中至少一个来检测发生爆震的危险性。
根据此用于内燃机的控制设备，可以通过使用通常设置在内燃机中的并且用于测量冷却剂温度和进气温度的传感器的输出，来有效地检测爆震的危险性。
附图说明
图1是由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)控制的发动机系统的示意性构造图。
图2图示了图1所示的发动机的构造。
图3是图示了气缸所连接到的曲轴的构造的示意图。
图4图示了气缸的燃烧循环。
图5是发动机起动时的工作波形图。
图6是图示根据本发明的第一实施例在发动机冷态期间的起动时燃料喷射控制的流程图。
图7是图示了根据本发明第二实施例在发动机暖态期间的起动时燃料喷射控制的流程图。
图8是图示了根据本发明第二实施例在暖态期间的起动时燃料喷射控 制的另一个示例的流程图。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的实施例。以下，附图中相同或者相应的元件具有相同的参考标号，因而在合适处将不再重复该详细的描述。
第一实施例
图1是由构成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)所控制的发动机系统的示意性构造图。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。
如图1所示，发动机(内燃机)10设置有四个气缸112#1-112#4。以下，气缸112#1-112#4可以统称为“气缸112”。
气缸112经由相应的进气歧管20连接到公共的稳压罐30。稳压罐30经由进气管40连接到空气滤清器50。气流计42和由电动机60驱动的节气门70布置在进气管40中。独立于加速踏板100，基于发动机ECU 300的输出信号来控制节气门70的开度。气缸112连接到公共的排气歧管80。排气歧管80接着连接到三元催化转化器90。
对于每个气缸112，均设置有将燃料喷射到气缸中的缸内喷射器110和将燃料喷射到进气歧管和/或进气口中的进气歧管喷射器120。基于来自发动机ECU 300的输出信号控制喷射器110和120。
尽管在本实施例中对具有两种单独设置的喷射器的内燃机进行了说明，本发明不限于这样的发动机。例如，内燃机可以具有一个能够进行缸内喷射和进气歧管喷射两者的喷射器。
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1 30经由允许朝向燃料输送管130方向的流动的止回阀140连接到发动机驱动式的高压燃料泵150。高压燃料泵150的排出侧经由电磁溢流阀152连接到高压燃料泵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的燃料量增大。当电磁溢流阀152全开时，从高压燃料泵150到燃料输送管130的燃料供应停止。基于来自发动机ECU 300的输出信号控制电磁溢流阀152。
进气歧管喷射器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的低压燃料泵180。此外，低压燃料泵180经由燃料滤清器190连接到燃料箱195。燃料压力调节器170被构造成当从低压燃料泵180排出的燃料压力变得高于预设燃料压力时，使从低压燃料泵180排出的燃料的一部分回流到燃料箱195。这防止供应到进气歧管喷射器120的燃料压力和供应到高压燃料泵1 50的燃料压力变得高于上述预设燃料压力。
发动机ECU 300由数字计算机实现，并且包括经由双向总线310彼此连接的ROM(只读存储器)320、RAM(随机访问存储器)330、CPU(中央处理单元)340、输入端口350和输出端口360。
气流计42产生与进气量成比例的输出电压，并且气流计42的输出电压经由A/D转换器370输入到输入端口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输入到输入端口350。
燃料压力传感器400附装到燃料输送管1 30，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输入到输入端口350。空燃比传感器420附装到位于三元催化转化器90上游的排气歧管80。空燃比传感器420产生与排气中的氧浓度成比例的输出电压，并且空燃比传感器420的输出电压经由A/D转换器430输入到输入端口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中燃烧的空燃混合物的空燃比成比例的输出电压。可以将O2传感器用作空燃比传感器420，该O2 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。
加速踏板100连接到加速器下压程度传感器440，其产生与加速踏板100的下压程度成比例的输出电压。加速器下压程度传感器440的输出电压经由A/D转换器450输入到输入端口350。发动机转速传感器460产生表示发动机转速的输出脉冲，并且连接到输入端口350。发动机ECU 300 的ROM 320以对照图的形式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修正值，该运转状态基于分别由上述加速器下压程度传感器440和发动机转速传感器460获得的发动机负荷率和发动机转速。
此外，环境温度传感器405设置在延伸到进气管40、稳压罐30和进气歧管20的进气路径中的给定位置处。环境温度传感器405产生对应于进气温度的输出电压，并且该输出电压经由A/D转换器415输入到输入端口350。
曲轴转角传感器480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处的凸起经过的电磁拾取器。曲轴转角传感器480检测曲轴的旋转相位(曲轴转角)。曲轴转角传感器480的输出作为转子的凸起每次经过传感器时产生的脉冲信号提供到输入端口350。
发动机ECU 300基于来自各个传感器的信号通过执行规定的程序来产生用于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。
在根据本发明的实施例的发动机10中，对于每个气缸112均设置缸内喷射器110和进气歧管喷射器120两者。因而，必须进行对缸内喷射器110和进气歧管喷射器120之间相对于所需总燃料喷射量的燃料喷射比率进行控制。在发动机ECU 300中，涉及喷射器110和120的燃料喷射控制(包括对其间燃料喷射比率的控制)的功能部分对应于本发明的“燃料喷射控制装置”。
以下，两个喷射器之间的燃料喷射比率将表示为“DI(直接喷射)比率r”，即为缸内喷射器110的燃料喷射量占燃料喷射总量的比率。更具体地，“DI比率r＝100％”表示仅由缸内喷射器110喷射燃料，“DI比率r＝0％”表示仅由进气歧管喷射器120喷射燃料。“DI比率r≠0％”、“DI比率r≠100％”和“0％＜DI比率r＜100％”每个均表示使用缸内喷射器110和进气歧管喷射器120两者执行燃料喷射。一般而言，缸内喷射器110通过利用汽化潜热来提高防爆震性能，而对改善输出性能作出贡献。进气歧管喷射器120通过利用空燃混合物的均匀性的提高来抑制旋转(转 矩)的波动，而对改善输出性能作出贡献。
此外，发动机10设置起动装置500。一般，起动装置500由响应于发动机ECU 300的工作指令而通电的电动机形成。例如，当驾驶员操纵钥匙接通点火开关时，发动机ECU 300产生起动装置500的工作指令。在混合动力车辆或者包括经济行驶系统(其中发动机间歇运转)的车辆中，发动机ECU 300根据运转状态、电池充电状态等自动产生起动装置500的致动指令。
当从发动机ECU 300产生工作指令时，起动装置500驱动和旋转发动机10的飞轮510，以起动发动机10。当发动机转速已经达到规定喷射允许发动机转速时，进行燃料喷射和点火以开始通过燃料燃烧来驱动发动机。
以下，将参照图2进一步描述发动机的结构。
参照图2，每个气缸被构造成设置有气缸111和在气缸111中进行往复运动的活塞103，其中气缸111包括气缸体101和连接上述气缸体101的气缸盖102。
在气缸111中，由气缸体101和气缸盖102的内壁以及活塞103的顶表面构成用于燃烧室107的空间，空燃混合物在该燃烧室107中燃烧。气缸盖102设置有向燃烧室107突伸的用于点燃空燃混合物的火花塞114和将燃料喷射到燃烧室107中的缸内喷射器110。还设置进气歧管喷射器120，其布置成将燃料喷射到进气歧管20和/或进气口22中，其中进气口22是进气歧管20和燃烧室107之间的连通部分。
包括被喷射到进气歧管20和/或进气口22中的燃料的空燃混合物在进气门24打开时被引入燃烧室107。通过火花塞114点火而使燃料燃烧之后的排气在排气门84打开时经由排气通道80输送到三元催化转化器90。
随着燃料在燃烧室107燃烧，活塞103在气缸108中上下运动。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和曲轴轴颈220。
如图3所示，曲轴200设置成对发动机10的气缸112是共用的。气缸112#1-112#4的每个经由连杆106的与曲轴销205相连的一端连接到曲轴 200。曲轴轴颈220相当于曲轴200的主轴。曲柄臂210将曲柄销205与曲轴轴颈220相连接。
利用此构造，活塞103在顺次点火的气缸112#1-112#4的每个中的往复运动被转换成曲轴200绕曲轴的旋转轴线202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度的曲轴转角。气缸112#1-112#4以例如#1、#2、#4和#3的顺序顺次点火，并且顺次在每个气缸中执行四个行程。曲轴200的两转(720度)对应于一个发动机循环。图1所示的曲轴转角传感器480可以安装到曲轴200，从而以与转子的突起的布置间距相对应的预定转角间隔来检测在0-720度的范围内的曲轴200的相位或者转角(以下称为“曲轴转角”)。
以下，将描述根据本发明第一实施例的在发动机冷态期间的起动时燃料喷射控制。
参照图5，在时刻t1，通过驾驶员操纵起动器开关等接通起动装置500。响应于此，通过起动装置500的驱动力，发动机转速开始升高。在时刻t2，通过起动装置500的驱动力，发动机转速达到燃料喷射允许发动机转速Np，因而，开始由发动机10通过燃料燃烧进行的驱动。起动装置500在此时刻前后关闭。
随着发动机转速通过燃料喷射而进一步升高，发动机转速在时刻t3达到判定起动已经完成的发动机转速Nc。然后，起动时燃料喷射控制结束。此后，基于相应于加速器下压程度等的节气门开度，进行响应于到发动机10的输出请求的通常工作模式下的燃料喷射控制。
图6是图示根据本发明第一实施例的在发动机冷态期间的起动时燃料喷射控制的流程图。用于实施图6所示的流程图的程序预先存储在发动机ECU 300中。当在发动机起动时启动有关程序时，执行第一实施例的起动时燃料喷射控制。
参照图6，在发动机起动时(即，从图5中的时刻t1到时刻t3)进行起动时燃料喷射控制(步骤S100)。例如基于发动机转速进行在步骤S100中的判定。更具体地，在步骤S100，将从发动机起动程序开始的时 刻(时刻t1)到发动机转速已经达到判定起动已经完成的发动机转速Nc的时刻(时刻t3)的时段期间判定为处于“发动机起动”时。在其它时段期间(在步骤S100的“否”)，不进行起动时燃料喷射控制。
在发动机起动时(在步骤S100的“是”)，例如基于由冷却剂温度传感器380测量的发动机冷却剂温度来确定发动机10的温度。
在发动机的冷态期间，例如当发动机冷却剂温度低于基准温度Tr(在步骤S110的“否”)时，顺次进行后述的步骤S120-S150，以根据第一实施例在发动机冷态期间进行起动时燃料喷射控制。在发动机暖态期间，例如当发动机冷却剂温度等于或者高于基准温度Tr(在步骤S110的“是”)，不进行图6所示的起动时燃料喷射控制。
在发动机冷态期间，不太可能促进气缸内燃料的汽化，使得优选地避免缸内喷射器110喷射燃料。因而，用DI比率r＝0％(即，100％进气口喷射)计算要喷射的燃料量。响应于此，将缸内燃料喷射量Qd设定为0，而将进气口燃料喷射量Qp设定为Q1。规定量Q1对应于发动机起动时所需的总燃料喷射总量(步骤S120)。
此外，基于前次发动机停止时活塞103的停止位置判定每个气缸中提前点火的危险性，以识别气缸112# 1-112#4中发生提前点火的危险性较高的气缸(步骤S130)。
在前次发动机停止时正处于压缩行程前或者压缩行程期间的气缸中，燃烧室107内的空燃比会由于发动机停止期间缸内喷射器110渗漏燃料而增大。这样的残余燃料会在发动机起动运转开始时被活塞103的压缩操作压缩，导致发生不期望的提前点火的危险性较高。因而，对于每个气缸，通过结合前次发动机停止时曲轴转角和在发动机停止期间对活塞103的惯性行为的估计，来估计活塞103的停止位置，以设定发生提前点火的危险性较高的曲轴转角范围。更具体地，可以根据在前次发动机停止时，曲轴200停止在与曲轴200的两转相对应的曲轴转角0-720度中的哪个相位，来确定在每个气缸中发生提前点火的危险性。即，通过将发动机ECU 300设置有用于存储和保留发动机停止时的每个气缸的曲轴转角的机构，并通过在步骤S130中判定前次发动机停止时的曲轴转角是否在上述高危险性 范围内，来从气缸112#1-112#4中识别提前点火危险性高的气缸。
由发动机起动运转的开始(时刻t1)而触发步骤S100-S130中的处理。这确保了对发生提前点火的危险性的判定能够在时刻t2之前完成，在时刻t2，发动机转速达到燃料喷射允许发动机转速Np(图5)，并且开始实际的燃料喷射。
当发动机转速达到燃料喷射允许发动机转速Np时，开始通过燃料喷射驱动发动机。此时，在初次燃烧循环中(在步骤S140的“是”)，在步骤S130确定的提前点火危险性高的气缸中，除了已经在步骤S120中设定的由进气歧管喷射120(Q1)喷射燃料之外，还在压缩行程期间由缸内喷射器110进行的燃料喷射。
这样，原来是Qd＝0的缸内燃料喷射量在提前点火危险性高的一个或多个气缸中被设定为Qd＝Q2。规定量Q2设定成在初次压缩行程期间，使燃烧室107内的空燃混合物变得过浓，使得空燃比在能够燃烧的范围之外(例如，约8-9或者更大的A/F)(步骤S150)。
对是否是初次燃烧循环的判定可以通过在每个气缸112中检查在开始燃料喷射时的时刻t2之后是否经过与上止点(TDC)相对应的曲轴转角来进行的。即，对在时刻t2之后已经到达上止点(TDC)的气缸112，在步骤S140中的判定为“否”。
在除了处于初次燃烧循环中气缸以外的一个或多个气缸中，和在除了提前点火危险性较高的气缸以外的一个或多个气缸的首次燃烧循环中，可以采用在步骤S120中进行的燃料喷射的设定而无需进行改变。即，仅进行进气口喷射，而不附加地进行缸内喷射(Qp＝Q1，Qd＝0)。在进行附加的缸内燃料喷射的一个或多个气缸中，在初次燃烧循环的排气行程期间，燃烧室内过浓的气体从排气门84排出。因而，从下一个燃烧循环起，根据步骤S120的设定进行燃料喷射。
在图6所示的流程图中，步骤S120对应于本发明的“起动时控制装置”。步骤S130对应于“提前点火检测装置”，步骤S150对应于本发明的“提前点火防止装置”。
根据上述的起动时燃料喷射控制，在发动机冷态期间，基本上用进气 口喷射进行发动机起动以抑制排气排放性能的劣化，以及由于润滑油的稀释引起的润滑性能的劣化。此外，在发生提前点火的危险性较高的气缸中，附加地进行缸内喷射，以防止发生提前点火。这确保了发动机的平滑起动。
尽管提前点火的危险性的判定可以通过另一个方法来进行，例如通过将空燃比传感器布置在每个气缸112的燃烧室中，但是例如基于前次发动机停止时的曲轴转角的上述判定方法确保了有效的判定，且不需要设置新的传感器。
在第一实施例中，对起动时燃料喷射控制进行了说明，该起动时燃料喷射控制用于在发动机已经停止达较长的时间并且更可能发生提前点火的发动机冷态期间，防止提前点火。然而，类似控制也可以在暖态期间进行。在发动机暖态期间，燃料喷射比率优选设定为：DI比率r＝100％(即，100％缸内喷射)，这将在以下详细描述。因而，在对应于图6的步骤S130的处理中已经被确定具有较高的提前点火的危险性的一个或多个气缸中，在初次燃烧循环中附加地由进气歧管喷射器120进行进气口喷射，以控制燃料喷射，使得燃烧室内的气体变得过浓。这样，在暖态期间能够同样防止提前点火的发生，从而实现发动机的平滑起动。
换言之，根据本发明第一实施例的起动时燃料喷射控制，在发动机起动时，基本上使用缸内喷射器110和进气歧管喷射器120中的一个进行燃料喷射，在提前点火的危险性较高的一个或多个气缸中，使用在发动机起动时基本上不使用的喷射器进行附加燃料喷射。以此方式，在发动机冷态和发动机暖态期间均能够防止提前点火，从而确保了发动机平滑起动。
第二实施例
在本发明的第二实施例中，将描述在如图1所示的发动机系统中，用于通过防止在发动机暖态期间发生爆震来确保发动机平滑起动的起动时燃料喷射控制。
图7是图示根据本发明第二实施例在发动机暖态期间的起动时燃料喷射控制的流程图。图7所示的起动时燃料喷射控制也通过启动预先存储在发动机ECU 300中的程序来进行。
参照图7，步骤S100和S110与图6所示的相同。当在步骤S110得到“是”时(即，在发动机暖态期间)，进行以下步骤S220-S270。
当发动机在发动机暖态期间起动时，如果仅由进气歧管喷射器120进行燃料喷射，缸内喷射器110将时常暴露于高温燃烧气体，因而不能获得通过所喷射的燃料的汽化进行的冷却效果。喷射器110的末端将达到高温，燃料将沉积在喷射孔中。因此，优选地，在发动机暖态期间经由缸内喷射器110进行燃料喷射。因而，当发动机在发动机暖态期间起动时，燃料喷射比率被设定为DI比率r＝100％(即，100％缸内喷射)。这表示进气口燃料喷射量Qp被设定为0，而缸内燃料喷射量Qd设定为Q1(步骤S220)。
进一步，当发动机在发动机暖态期间起动时，估计燃烧室内的温度(步骤S230)。根据发动机冷却剂温度和进气温度(由环境温度传感器405检测)中的至少一个，基于规定的函数表达式或者表，进行对燃烧室107内的温度的估计。即，基于发动机冷却剂温度或者进气温度，或者基于其组合，来判定发生爆震的危险性。
将在步骤S230中估计的燃烧室内的温度与用于判定发生爆震的危险性的判定温度Tjd进行比较(步骤S240)。例如，判定温度Tjd可以预先通过利用实际装置的实验预先确定，以确认是否发生爆震。
如果燃烧室内的温度低于判定温度Tjd(在步骤S240的“否”)，则判定“爆震危险性较低”，在此情况下，在进气行程期间由缸内喷射器110以已经在步骤S220中设定的缸内燃料喷射量Qd喷射燃料，从而提高了空燃混合物的均匀性，稳定了燃烧(步骤S270)。
如果燃烧室内的温度等于或者高于判定温度Tjd(在步骤S240的“是”)，则判定“爆震危险性较高”，在此情况下，处理进行到步骤S250。在步骤S250，缸内喷射器110喷射的燃料量被设定成使得通过喷射的燃料汽化带来的燃烧室内的冷却效果增大。例如，缸内喷射器110的燃料喷射正时被设定成在压缩行程期间喷射具有已经在步骤S220中设定的缸内燃料喷射量Qd的燃料。
当在压缩行程期间进行缸内喷射时，从燃料喷射到点火正时的时间缩 短，这能够提高通过所喷射燃料的汽化引起的燃烧室内的冷却效果。以此方式，能够降低燃烧室内的温度，因而，抑制了爆震的危险性。
不太可能的是，仅一些气缸将经历燃烧室中的温度升高(其将导致发生爆震)。因而，在图7所示的流程图中，针对各气缸共同地进行步骤S230-S270中的处理。然而，如果附加地布置温度传感器，使得可以针对每个气缸估计燃烧室的温度，则可以针对各个气缸112#1-112#4独立地进行步骤S230-S270的处理。
在压缩行程中已经进行缸内喷射的气缸112经历了发动机输出转矩的降低。因而，在相关气缸中，附加地进行规定量的进气口燃料喷射，以补偿降低的输出转矩(步骤S260)。具体地，已经在步骤S220中设定的进气口燃料喷射量Qp从Qp＝0改变为Qp＝Q2#(规定值)。
当根据步骤S260和S270中的燃料喷射设定进行燃料喷射时，通过在压缩行程期间进行缸内喷射，并且通过补偿输出转矩的变化，发动机起动可以变得平滑。尽管为了便于说明而描述了在步骤S250中在压缩行程期间进行缸内喷射之后接着在步骤S260中进行附加的进气口喷射，实际上可以在压缩行程期间进行缸内喷射(S250)之前，进行在进气行程期间的进气口喷射(S260)。
根据以上所述的起动时燃料喷射控制，在发动机暖态期间基本上利用缸内喷射进行发动机起动，以防止缸内喷射器110堵塞，同时能够减小爆震的危险性。此外，可以通过对当在压缩行程期间为了防止爆震而进行缸内喷射时将发生的输出转矩的变化进行补偿来确保发动机的平滑起动。
可选地，如图8所示，可以使用另一个方法对判定爆震危险性较高时的发动机输出转矩进行补偿。
参照图8，可以在步骤S250之前进行步骤S245，来代替图7所示的步骤S260。在步骤S245，缸内燃料喷射量Qd本身增大，其目的是对在步骤S250中在压缩行程期间进行缸内喷射时预测的发动机输出转矩的降低进行补偿。
更具体地，缸内燃料喷射量Qd从已经在步骤S220中设定的发动机起动时的规定量Q1改变为加上了用于修正输出转矩的规定量Q2#的“Q1+ Q2#”。图8流程图中的其它步骤的处理与图7所示的起动时燃料喷射控制的类似。因而，其详细描述就不再重复。
如同图7所示的起动时燃料喷射控制的情况那样，根据图8中的起动时燃料喷射控制，通过抑制在发动机暖态期间爆震的发生，并且通过防止输出转矩的降低，确保了发动机的平滑起动。
在图7和图8的流程图中，步骤S220对应于本发明的“起动时控制装置”。此外，步骤S230、S240对应于“爆震检测装置”，步骤S250对应于“爆震防止装置”，并且步骤S245、S260对应于本发明的“起动时燃料喷射修正装置”。
此外，在图7所示的步骤S250中，通过将缸内喷射器110的燃料喷射设定成增强利用所喷射燃料的汽化得到的燃烧室内的冷却效果，可以在维持进气行程内的缸内喷射正时的同时，增大缸内燃料喷射量Qd。在此情况下，可以根据需要省略用于修正输出转矩的步骤S260。
在第二实施例中，已经对用于防止在发动机暖态期间(在发动机暖态下，爆震更可能发生)爆震的发生的起动时燃料喷射控制进行了说明。类似的控制也能够在发动机冷态期间进行。如在第一实施例中所示，在发动机冷态期间，优选地，将燃料喷射比率DI比率r设定为0％(即，100％进气口喷射)。因而，当在发动机冷态期间爆震危险性较高时(在步骤S240的“是”)，如对应于图7中的步骤S250的处理那样，可以经由缸内喷射器110进行附加的燃料喷射，以增强通过所喷射燃料的汽化引起的燃烧室内的冷却效果。在此情况下，可以根据需要省略对应于用于修正输出转矩的步骤S260的处理。因而，同样在发动机冷机期间，能够通过防止爆震发生实现发动机平滑起动。
如上所述，根据本发明第二实施例的起动时燃料喷射控制，在发动机起动时爆震危险性较高的情况下，将缸内喷射器110喷射的燃料量设定成增强利用所喷射燃料的汽化带来的燃烧室内的冷却效果。因而，可以减小发动机冷态和发动机暖态期间发生爆震的危险性，以确保发动机平滑起动。
应该理解到，此处公开的实施例在各个方向是示例性的，而不是限制
Claims (9)
1.一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燃烧室(107)中的第一燃料喷射装置(110)和用于将燃料喷射到用于气缸(112)的进气歧管和/或进气口中的第二燃料喷射装置(120)，所述控制设备包括：
燃料喷射控制装置(S120、S150)，其用于控制由所述第一和第二燃料喷射装置进行的燃料喷射；和
提前点火检测装置(S130)，其用于在所述内燃机起动时，基于所述内燃机前次停止时活塞(103)的停止位置来检测在所述气缸的初次压缩行程期间发生提前点火的危险性；其中
所述燃料喷射控制装置包括：
起动时控制装置(S120)，其用于在所述内燃机起动时，使所述第一和第二燃料喷射装置中的一个喷射所述内燃机运转所需量(Q1)的燃料，和
提前点火防止装置(S150)，其用于当所述提前点火检测装置检测到发生所述提前点火的危险性较高时，使所述第一和第二燃料喷射装置中的另一个喷射规定量(Q2)的燃料，所述规定量被设定成使所述燃烧室内的空燃比变为在能够燃烧的范围之外。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中
在所述内燃机在冷机状态期间起动时，所述起动时控制装置(S120)使所述第二燃料喷射装置(120)喷射所述内燃机运转所需量(Q1)的燃料，并且
在所述内燃机在冷机状态期间起动时，当所述提前点火检测装置(S130)检测到发生所述提前点火的危险性较高时，所述提前点火防止装置(S150)使所述第一燃料喷射装置(110)在所述初次压缩行程期间喷射所述规定量(Q2)的燃料。
3.根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中所述提前点火检测装置(S130)通过由所述内燃机的前次停止时曲轴角度传感器的输出估计所述活塞(103)的停止位置，来检测发生所述提前点火的危险性。
4.根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中
所述内燃机具有多个所述气缸(112#1-112#4)，并且
所述提前点火检测装置(S130)从所述多个气缸中有选择地识别所述提前点火的危险性较高的气缸。
5.一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燃烧室(107)中的第一燃料喷射装置(110)和用于将燃料喷射到用于气缸的进气歧管和/或进气口中的第二燃料喷射装置(120)，所述控制设备包括：
燃料喷射控制装置(S220、S250)，其用于控制由所述第一和第二燃料喷射装置进行的燃料喷射；和
爆震检测装置(S230、S240)，其用于在所述内燃机起动时，基于所述燃烧室内的温度来检测在所述气缸中发生爆震的危险性；其中，
所述燃料喷射控制装置包括：
起动时控制装置(S220)，其用于在所述内燃机起动时，使所述第一和第二燃料喷射装置中的至少一个喷射所述内燃机运转所需量(Q1)的燃料，和
爆震防止装置(S250)，其在所述内燃机起动时，在由所述爆震检测装置检测到发生所述爆震的危险性较高时工作，以将所述第一燃料喷射装置进行的燃料喷射设定成使得由所喷射燃料的汽化引起的燃烧室内的冷却效果得到增强。
6.根据权利要求5所述的用于内燃机的控制设备，其中
在所述内燃机在暖机状态期间起动时，所述起动时控制装置(S220)使所述第一燃料喷射装置(110)喷射所述内燃机运转所需量(Q1)的燃料，并且
在所述内燃机在暖机状态期间起动时，所述爆震防止装置(S250)将所述第一燃料喷射装置设定成在压缩行程期间进行燃料喷射。
7.根据权利要求6所述的用于内燃机的控制设备，其中所述燃料喷射控制装置还包括起动时燃料喷射修正装置(S245)，当所述爆震防止装置(S250)正在工作时，与当所述爆震防止装置未工作时相比，所述起动时燃料喷射修正装置增大由所述第一燃料喷射装置(110)喷射的燃料量。
8.根据权利要求6所述的用于内燃机的控制设备，其中所述燃料喷射控制装置还包括起动时燃料喷射修正装置(S260)，当所述爆震防止装置(S250)正在工作时，所述起动时燃料喷射修正装置除了使所述第一燃料喷射装置(110)喷射所述内燃机运转所需量(Q1)的燃料之外，还使所述第二燃料喷射装置(120)喷射规定量(Q2#)的燃料。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述爆震检测装置(S230、S240)基于所述内燃机的冷却剂温度和进气温度中至少一个来检测发生所述爆震的危险性。
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