CN101449044A - 用于内燃发动机的燃料喷射控制设备和燃料喷射控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃发动机的燃料喷射控制设备，包括：燃料喷射部，其执行用于进行分层进气燃烧的第一燃料喷射和用于进行均质进气燃烧的第二燃料喷射中的每一种燃料喷射；以及喷射分配比控制部，其控制喷射分配比。所述喷射分配比控制部在发动机起动后将喷射分配比控制为基于预定发动机状态设定的目标喷射分配比(Atgt)。基于发动机起动时的发动机状态设定初始喷射分配比(Ai)，并且在喷射分配比从初始喷射分配比(Ai)改变为目标喷射分配比(Atgt)时，通过参照发动机起动后的发动机状态控制喷射分配比的变化。

Description

用于内燃发动机的燃料喷射控制设备和燃料喷射控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的燃料喷射控制设备和一种用于内燃发动机的燃料喷射控制方法，其通过改变燃料喷射模式来控制分层进气燃烧与均质进气燃烧之间的燃烧状态。
背景技术
日本专利申请公报No.2005-220887(JP-A-2005-220887)描述了一种用于内燃发动机的燃料喷射控制设备，其根据内燃发动机的运转状态通过选择性地利用用于气缸喷射的喷射器和用于进气口喷射的喷射器来将燃料供应至燃烧室。当内燃发动机的运转状态从其中一个喷射器喷射燃料的运转状态改变为另一喷射器喷射燃料的运转状态时，燃料喷射控制设备在预定的过渡时段逐渐降低要从一个喷射器喷射的燃料量的比例并逐渐增加要从另一喷射器喷射的燃料量的比例以抑制扭矩波动。此外，日本专利申请公报No.2000-8916(JP-A-2000-8916)描述了一种涉及该发明的技术。
包括两种喷射器——亦即用于气缸喷射的喷射器和用于进气口喷射的喷射器——的燃料喷射控制设备的示例已投入实际使用。燃料喷射控制设备在一个燃烧冲程中结合使用来自用于进气口喷射的喷射器的燃料喷射和来自用于气缸喷射的喷射器的燃料喷射以实现最佳燃烧状态。在燃烧喷射控制设备中，燃烧状态根据喷射分配比——亦即要从上述喷射器喷射的燃料量之间的比值——变化。从内燃发动机排放的污染物的量根据燃烧状态的变化而变化。相应地，例如通过适应性测试提前确定适于以下运转状态的喷射分配比：其中在该运转状态中，结合使用了来自用于进气口喷射的喷射器的燃料喷射和来自用于气缸喷射的喷射器的燃料喷射(例如，发动机起动后的第一怠速状态)，并且将确定的值设定为目标喷射分配比。控制喷射器的燃料喷射操作以实现目标喷射分配比。
当发动机起动时的发动机状态与确定目标喷射分配比所基于的发动机状态不同并且根据该目标喷射分配比执行燃料喷射控制时，不一定能实现最佳燃烧状态。例如，由于稀薄极限的影响，该稀薄极限是对燃烧控制产生制约的因素之一，可能不适于将喷射分配比控制为目标喷射分配比。上述稀薄极限是空燃比的极限值，高于该极限值，燃烧不会被执行。亦即，如果空燃比处于稀薄极限的稀薄侧(空燃比高于稀薄极限，亦即，空气量相对于燃料量过大)，则燃烧不会被执行。稀薄极限随着发动机温度降低向浓侧移动(亦即，稀薄极限降低)。因此，当发动机起动时发动机温度低于设定目标喷射分配比所基于的发动机温度并且喷射分配比控制为目标喷射分配比时，空燃比超过稀薄极限，并且燃烧可能不会被执行。在这种情况下，通过改变喷射分配比使得要从气缸喷射喷射的燃料量得以增加，控制喷射分配比可有效促进空气燃料混合物的分层并确保空燃比等于或低于稀薄极限的空气燃料混合物出现在火花塞周围。
然而，喷射分配比只是暂时需要从目标喷射分配比改变。因而，优选的是当发动机状态变成设定目标喷射分配比所基于的预定发动机状态时将喷射分配比返回至目标喷射分配比。在这种情况下，当喷射分配比如公报No.2005-220887所述只在预定的过渡时期改变时，喷射分配比不一定在所述预定过渡时期按照发动机状态的变化而改变。所以，例如可能发生失火，或者排气中包含的污染物的量可能根据发动机的运转状态而增加。
发明内容
本发明提供一种用于内燃发动机的燃料喷射控制设备和一种用于内燃发动机的燃料喷射控制方法，其在所述内燃发动机起动后适当地改变喷射分配比同时适当地维持所述内燃发动机的运转状态。
本发明的第一方面涉及一种用于内燃发动机的燃料喷射控制设备。该燃料喷射控制设备包括：燃料喷射部，其执行用于进行分层进气燃烧的第一燃料喷射和用于进行均质进气燃烧的第二燃料喷射中的每一种燃料喷射；以及喷射分配比控制部，其控制喷射分配比，所述喷射分配比是在一个燃烧冲程中要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量与在所述一个燃烧冲程中要在所述第二燃料喷射中喷射的燃料量之间的比值。当所述内燃发动机处于预定的发动机状态时，所述喷射分配比控制部将所述喷射分配比控制为基于所述预定的发动机状态设定的目标喷射分配比。所述喷射分配比控制部包括：初始喷射分配比设定部，其基于所述内燃发动机起动时的发动机状态设定初始喷射分配比；以及变化控制部，当所述喷射分配比从所述初始喷射分配比改变为所述目标喷射分配比时，所述变化控制部通过参照所述内燃发动机起动后的发动机状态控制所述喷射分配比的变化。
根据第一方面，当由于所述发动机起动时的发动机状态与设定所述目标喷射分配比所基于的预定发动机状态不同而不适于将所述喷射分配比控制为所述目标喷射分配比时，所述初始喷射分配比设定部根据所述发动机起动时的发动机状态设定不同于所述目标喷射分配比的初始喷射分配比。所述喷射分配比控制部根据所述初始喷射分配比控制所述喷射分配比。在所述发动机起动后，所述变化控制部通过参照所述发动机起动后的发动机状态的变化控制所述喷射分配比的变化。当所述发动机状态改变为预定发动机状态时，所述变化控制装置将所述喷射分配比控制为所述目标喷射分配比。当所述喷射分配比从所述初始喷射分配比改变为所述目标喷射分配比时，通过参照所述发动机起动后的发动机状态控制所述喷射分配比的变化。因此，所述喷射分配比按照所述发动机状态的变化适当地改变。因而，可适当地改变所述喷射分配比同时适当地维持所述内燃发动机的运转状态。
在第一方面中，所述燃料喷射部可包括将燃料喷射到气缸内的第一喷射器，以及将燃料喷射到进气口内的第二喷射器。所述第一燃料喷射可以是在压缩冲程中来自所述第一喷射器的燃料喷射。所述第二燃料喷射可以是来自所述第二喷射器的燃料喷射。可选地，在所述第一方面中，所述燃料喷射部可包括将燃料喷射到气缸内的喷射器。所述第一燃料喷射可以是在压缩冲程中来自所述喷射器的燃料喷射。所述第二燃料喷射可以是在进气冲程中来自所述喷射器的燃料喷射。
在上述方面中，所述变化控制部可通过参照与发动机温度相关的物理量作为发动机状态来控制所述喷射分配比的变化。
根据上述方面，当所述发动机起动时的发动机温度低于设定所述目标喷射分配比所基于的发动机温度时，根据所述发动机起动时的发动机温度设定不同于所述目标喷射分配比的初始喷射分配比。同样，根据所述发动机温度的升高将所述喷射分配比从所述初始喷射分配比控制为所述目标喷射分配比。
进一步地，在上述方面中，所述变化控制部可参照用于所述内燃发动机的冷却液的温度和进气量的累加值中的至少其中一个作为与所述发动机温度相关的物理量，所述进气量的累加值通过累加从所述内燃发动机起动时起的进气量得出。
根据上述方面，所述内燃发动机的温度相对容易确定，并且确定的内燃发动机温度在喷射分配比的控制中得以反映。
在上述方面中，当发动机温度处于预定的温度范围时，所述目标喷射分配比设定为以下喷射分配比：即在所述喷射分配比处，从所述内燃发动机排出的碳氢化合物的量最小。当所述发动机温度低于所述预定的温度范围的下限时，所述初始喷射分配比设定部可设定所述初始喷射分配比使得要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量的比例与所述目标喷射分配比相比得以增加。
根据上述方面，当所述初始喷射分配比设定为其中要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量的比例与所述目标喷射分配比相比得以增加时所处的喷射分配比时，亦即，当用于执行分层进气燃烧而要喷射的燃料量的比例增加时，排出的HC(碳氢化合物)量与当根据所述目标喷射分配比执行控制时相比增加。然而，排出的HC量增加的程度小于当要在所述第二燃料喷射中喷射的燃料量的比例增加时排出的HC量增加的程度。
进一步地，在上述方面中，当所述内燃发动机起动时的发动机温度低于所述预定的温度范围的下限使得如果所述喷射分配比被控制为所述目标喷射分配比则空燃比高于稀薄极限时，所述初始喷射分配比设定部设定所述初始喷射分配比使得要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量的比例得以增加直到所述空燃比等于或低于所述稀薄极限。
根据上述方面，当所述发动机起动时的发动机温度低于设定所述目标喷射分配比时基于的发动机温度时，可确保所述空燃比等于或小于所述稀薄极限，并且可确保所述内燃发动机运转的稳定性。
在上述方面中，所述变化控制部根据所述内燃发动机起动后所述发动机温度的增加来控制所述喷射分配比的变化使得排出的碳氢化合物的量最小时所处的喷射分配比选自以下范围：即在所述范围内，所述空燃比维持在所述稀薄极限或者低于所述稀薄极限。
根据上述方面，可根据所述发动机温度的增加适当地将所述喷射分配比控制为所述目标喷射分配比以使所述空燃比维持在所述稀薄极限或低于所述稀薄极限，并且使排出的HC量最小。
在上述方面中，要在由所述燃料喷射部进行的所述第一燃料喷射中喷射的燃料量与要在由所述燃料喷射部进行的所述第二燃料喷射中喷射的燃料量的总和设定为实现以下空燃比：即在所述空燃比，所述内燃发动机中的排气净化率最高。
本发明的第二方面涉及一种用于内燃发动机的燃料喷射控制方法。在该燃料喷射控制方法中，执行用于进行分层进气燃烧的第一燃料喷射，并且执行用于进行均质进气燃烧的第二燃料喷射；并且控制喷射分配比，所述喷射分配比是在一个燃烧冲程中要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量与在所述一个燃烧冲程中要在所述第二燃料喷射中喷射的燃料量之间的比值。所述燃料喷射控制方法包括：当所述内燃发动机处于预定的发动机状态时，将所述喷射分配比控制为基于所述预定的发动机状态设定的目标喷射分配比；基于所述内燃发动机起动时的发动机状态设定初始喷射分配比；以及当所述喷射分配比从所述初始喷射分配比改变为所述目标喷射分配比时通过参照所述内燃发动机起动后的发动机状态来控制所述喷射分配比的变化。
在上述方面中，当发动机温度处于预定的温度范围内时，所述目标喷射分配比可设定为这样的喷射分配比：即在该喷射分配比，从所述内燃发动机排出的碳氢化合物的量最小。当所述发动机温度低于所述预定温度范围的下限时，可设定所述初始喷射分配比使得要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量的比例与所述目标喷射分配比相比得以增加。
在上述方面中，当所述内燃发动机起动时的发动机温度低于所述预定温度范围的下限使得如果所述喷射分配比被控制为所述目标喷射分配比则空燃比高于稀薄极限时，可设定所述初始喷射分配比使得要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量的比例得以增加直到所述空燃比等于或低于所述稀薄极限。
在上述方面中，可根据所述内燃发动机起动后所述发动机温度的增加来控制所述喷射分配比的变化使得排出的碳氢化合物的量最小时所处的喷射分配比选自以下范围：即在所述范围中，所述空燃比维持在所述稀薄极限或低于所述稀薄极限。
本发明的第三方面涉及一种用于内燃发动机的燃料喷射控制设备。所述燃料喷射控制设备包括：燃料喷射装置，所述燃料喷射装置用于执行用于进行分层进气燃烧的第一燃料喷射和用于进行均质进气燃烧的第二燃料喷射中的每一种燃料喷射；以及喷射分配比控制装置，所述喷射分配比控制装置用于控制喷射分配比，所述喷射分配比是在一个燃烧冲程中要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量与在所述一个燃烧冲程中要在所述第二燃料喷射中喷射的燃料量之间的比值。当所述内燃发动机处于预定的发动机状态时，所述喷射分配比控制装置将所述喷射分配比控制为基于所述预定的发动机状态设定的目标喷射分配比。在所述燃料喷射控制设备中，所述喷射分配比控制装置包括：初始喷射分配比设定装置，其基于所述内燃发动机起动时的发动机状态设定初始喷射分配比；以及变化控制装置，当所述喷射分配比从所述初始喷射分配比改变为所述目标喷射分配比时，所述变化控制装置通过参照所述内燃发动机起动后的发动机状态来控制所述喷射分配比的变化。
如以上所述，当所述喷射分配比从所述初始喷射分配比改变为所述目标喷射分配比时，根据本发明的燃料喷射控制设备通过参照所述发动机起动后的发动机状态控制喷射分配比的变化，所述喷射分配比是要在用于执行所述分层进气燃烧的第一燃料喷射中喷射的燃料量与要在用于执行所述均质进气燃烧的第二燃料喷射中喷射的燃料量之间的比值。因而，所述喷射分配比按照所述发动机状态的变化适当地改变。相应地，可适当地改变所述喷射分配比同时适当地维持所述内燃发动机的运转状态。
附图说明
通过以下参照附图对示例实施方式的说明，本发明的上述及进一步的目的、特征和优点将显现，其中相同的数字代表相似的元件并且其中：
图1是示出应用了根据本发明一个实施方式的燃料喷射控制设备的内燃发动机的主要部分的图；
图2是示出在本发明的实施方式中在所述内燃发动机起动之后即刻的喷射分配比与排气中包含的HC量之间的关系以及喷射分配比与空燃比之间的关系的图；
图3是示出在本发明的实施方式中在所述内燃发动机的第一怠速运转期间喷射分配比与排气中包含的HC量之间的关系以及喷射分配比与空燃比之间的关系的图；
图4是示出图1所示ECU(发动机控制单元)执行的喷射分配比控制程序的图；
图5是示出在本发明的实施方式中起动时冷却液温度与初始喷射分配比之间对应关系的示例的图；
图6是示出在本发明的实施方式中当前冷却液温度与喷射分配比之间对应关系的示例的图；
图7是示出在本发明的实施方式中累加的空气量与喷射分配比之间对应关系的示例的图；
图8是示出应用了根据本发明另一个实施方式的燃料喷射控制设备的内燃发动机的主要部分的图。
具体实施方式
图1示出应用了根据本发明一个实施方式的燃料喷射控制设备的内燃发动机的主要部分。该内燃发动机(下文简称为“发动机”)1是火花点火式内燃发动机，其中适当地设置了多个气缸2。图1只示出一个气缸2。每个气缸2设置有进气通路3和排气通路4。经由连杆6连接于曲轴(未示出)的活塞5插入到每个气缸2内，因此活塞5能够往复运动。在每个气缸2内，火花塞(未示出)设置在气缸2大致的中心轴线上使得所述火花塞的电极部分突出。进气通路3包括用于每个气缸2的进气口3a。排气通路4包括用于每个气缸2的排气口4a。进气口3a和排气口4a通向燃烧室7。进气门8打开和关闭以允许和中断进气口3a与燃烧室7之间的连通。排气门9打开和关闭以允许和中断排气口4a与燃烧室7之间的连通。进气门8和排气门9由公知的气门操作机构或公知的可变气门操作机构驱动。通常公知的是，在排气通路4中设置排气净化催化剂(未示出)。
第一喷射器11和第二喷射器12设置在内燃发动机1内以供应燃料至每个气缸2。第一喷射器11是将燃料直接喷射到气缸2内的燃料喷射阀。第二喷射器12是将燃料喷射到进气口3a(进气通路3)内的燃料喷射阀。
发动机控制单元(ECU)20控制由喷射器11和喷射器12执行的燃料喷射操作。ECU 20被构造成计算机单元，其包括微处理器和诸如微处理器进行操作所需的存储设备之类的周边设备。如图1所示，ECU 20与曲柄角传感器21、空气流量计22、冷却液温度传感器23和其他传感器相连。曲柄角传感器21输出对应于发动机速度(发动机转数)Ne的信号。空气流量计22输出对应于进气量Ga的信号。冷却液温度传感器23检测冷却液温度Tw，该温度是用于内燃发动机1的冷却液的温度。其他传感器未在图1中示出。
ECU 20基于发动机速度Ne——该速度基于从曲柄角传感器21输出的信号确定——以及基于从空气流量计22输出的信号确定的进气量Ga计算基本燃料喷射量。然后，ECU 20通过根据各种信息块校正所述基本燃料喷射量计算最终燃料喷射量。然后，ECU 20基于最终燃料喷射量通过控制每个喷射器11和喷射器12喷射燃料的时段将发动机1的运转状态控制为目标运转状态。
ECU 20通过适当地结合使用来自第一喷射器11的燃料喷射和来自第二喷射器12的燃料喷射或者选择性地使用来自第一喷射器11的燃料喷射和来自第二喷射器12的燃料喷射来适当地控制发动机1在分层进气燃烧与均质进气燃烧之间的燃烧状态。例如，在发动机冷起动后的即刻，结合使用在压缩冲程的晚期阶段来自第一喷射器11的燃料喷射和来自第二喷射器12的燃料喷射。因此，空气燃料混合物被分层，并且执行弱分层进气燃烧。在低负荷至中负荷运转期间，结合使用在进气冲程的早期阶段来自第一喷射器11的燃料喷射和来自第二喷射器12的燃料喷射，或者选择性地使用来自第二喷射器12的燃料喷射和来自第一喷射器11的燃料喷射。因而，所述空气燃料混合物被均匀地分散在燃烧室7中，并且相应地执行所述均质进气燃烧。
当结合使用在压缩冲程的晚期阶段中来自第一喷射器11的燃料喷射和来自第二喷射器12的燃料喷射时，ECU 20根据预定的控制规则控制喷射分配比，所述喷射分配比是要从第二喷射器12喷射的燃料量与要从第一喷射器11和第二喷射器12喷射的燃料量的总和的比值。所述喷射分配比是以百分比表示的值(Wp/(Wd+Wp))，该值通过将燃料量Wp除以燃料量Wd和燃料量Wp的总和(Wd+Wp)得出。燃料量Wd是在一个燃烧冲程的压缩冲程中要从第一喷射器11喷射的燃料按重量计算的量，并且燃料量Wp是在一个燃烧冲程中要从第二喷射器12喷射的燃料按重量计算的量。下文中，燃料量Wd，其为在压缩冲程中要从第一喷射器11喷射的燃料量，可称为“气缸喷射量”。燃料量Wp，其为要从第二喷射器12喷射的燃料量，可称为“进气口喷射量”。
作为上述喷射分配比控制的一方面，将在下文中说明在发动机1起动时执行的喷射分配比控制。图2示出了在发动机1起动之后的即刻所述喷射分配比与从发动机1排出的排气中包含的HC(碳氢化合物)量之间的关系以及所述喷射分配比与空燃比之间的关系。在图2中，水平轴表示喷射分配比，垂直轴表示排出的HC量和空燃比。如图2所示，排出的HC量与所述喷射分配比相关联。当气缸喷射量的比例极高时，并且当进气口喷射量的比例极高时，排出的HC量大。相应地，优选的是在发动机起动时将所述喷射分配比设定为目标喷射分配比Atgt。目标喷射分配比Atgt是排出的HC量最小时所处的喷射分配比。在发动机1起动后即刻的运转状态中，存在必需的稀薄极限。考虑到诸如喷射器11和12之类的组件的公差，所述必需的稀薄极限是基于大约15.0的空燃比确定的空燃比，在大约15.0的空燃比下，排气净化催化剂的排气净化率最高。当考虑10％的公差时所述必需的稀薄极限是约16.5的空燃比。设定要从喷射器11和12喷射的燃料量以实现所述必需的稀薄极限空燃比。
在控制发动机1中的燃烧期间，存在上述稀薄极限。所述稀薄极限随着发动机1的温度(发动机温度)的降低而向浓侧改变(即，稀薄极限降低)。在图2中，曲线示出在代表发动机温度的三个冷却液温度Twa、Twb和Twc(Twa>Twb>Twc)处的稀薄极限空燃比。当所述喷射分配比设定为目标喷射分配比Atgt并且在所述发动机起动时的冷却液温度(下文称为“起动时冷却液温度”)处的稀薄极限空燃比在示出所述必需的稀薄极限空燃比的实线上或者在所述实线的稀薄侧(即，起动时冷却液温度处的稀薄极限空燃比等于或高于所述必需的稀薄极限空燃比)时，燃烧被执行。例如，冷却液温度Twa处的稀薄极限在点Pa处，其在示出所述必需的稀薄极限的实线的稀薄侧(即，冷却液温度Twa处的稀薄极限高于所述必需的稀薄极限)。冷却液温度Twb处的稀薄极限在点Pb处，其在示出所述必需的稀薄极限的实线上(即，冷却液温度Twb处的稀薄极限与所述必需的稀薄极限匹配)。因此，当所述冷却液温度等于或高于冷却液温度Twb时，通过在发动机1起动之后的即刻将所述喷射分配比设定为目标喷射分配比Atgt并且将所述空燃比控制为所述必需的稀薄极限，确保了发动机1的运转稳定性。亦即，当所述冷却液温度等于或高于冷却液温度Twb时，通过将所述喷射分配比设定为目标喷射分配比Atgt使发动机1稳定地运转。
然而，当所述起动时冷却液温度低于冷却液温度Twb时，示出目标喷射分配比Atgt的虚线与示出所述稀薄极限的曲线之间的交点处于示出所述必需的稀薄极限的点Pb的浓侧(即，所述交点低于点Pb)。因此，当所述起动时冷却液温度低于冷却液温度Twb时，如果所述喷射分配比设定为目标喷射分配比Atgt并且所述空燃比被控制为所述必需的稀薄极限，则不会执行燃烧并且可能出现失火或类似现象。相应地，例如，当所述起动时冷却液温度等于冷却液温度Twc时，通过如图2中的箭头Ya所示增加所述气缸喷射量的比例将所述喷射分配比设定为初始喷射分配比Ai，在所述初始喷射分配比Ai，所述空燃比维持在所述稀薄极限或低于所述稀薄极限。燃料以初始喷射分配比Ai和所述必需的稀薄极限空燃比(即，在图3中示出初始喷射分配比Ai的虚线和示出所述必需的稀薄极限的实线之间的交点Pc)进行喷射。通过增加所述气缸喷射量的比例，在所述压缩冲程中喷射的燃料量得以增加，并且促进了所述空气燃料混合物的分层。这确保了空燃比等于或低于所述必需稀薄极限的空气燃料混合物出现在火花塞的周围。当所述气缸喷射量的比例增加时，排出的HC量与根据所述目标喷射分配比执行控制时相比增加。然而，排出的HC量增加的程度小于当所述进气口喷射量的比例增加时排出的HC量增加的程度。
图3示出在发动机1起动后第一怠速运转期间所述喷射分配比与从发动机1排出的排气中包含的HC量之间的关系以及所述喷射分配比与所述空燃比之间的关系。在图3中，水平轴表示喷射分配比，垂直轴表示排出的HC量以及空燃比。所述第一怠速运转是发动机1起动成功后首次执行的怠速运转。如图3所示，同样在所述第一怠速运转期间，在目标喷射分配比Atgt处，排出的HC量最小。所述稀薄极限随着所述起动时冷却液温度以Twc、Twd和Twe(Twc<Twd<Twe)的次序增加逐渐向稀薄侧改变(即，所述稀薄极限逐渐增加)。在这种情况中，即使当所述喷射分配比根据所述冷却液温度的增加从初始喷射分配比Ai改变为目标喷射分配比Atgt时，所述空燃比仍然维持在所述稀薄极限或低于所述稀薄极限以确保发动机1运转的稳定性，并且排出的HC量得以减少。根据本发明，该实施方式中的燃料喷射控制设备控制所述喷射分配比从初始喷射分配比Ai至目标喷射分配比Atgt的改变。
图4示出ECU 20为控制所述喷射分配比而执行的喷射分配比控制程序。在起动发动机1的过程的初始阶段，以预定的间隔重复执行该程序。在步骤S1中，ECU 20判断是否已经确定初始喷射分配比Ai。当判断出尚未确定初始喷射分配比Ai时，所述程序进行至步骤S2。在步骤S2中，ECU 20基于冷却液温度传感器23输出的信号检测起动时冷却液温度。然后，所述程序进行至步骤S3。在步骤S3中，ECU 20基于所述起动时冷却液温度确定初始喷射分配比Ai。例如，准备如图5所示的描述所述起动时冷却液温度与所述喷射分配比之间关系的映射并预先将其存储在ECU 20的ROM(只读存储器)内。ECU 20根据该映射确定与所检测到的起动时冷却液温度Tws对应的初始喷射分配比Ai。在该映射中，在所述起动时冷却液温度低于预定温度Twth(相当于图2中的冷却液温度Twb)的范围内，随着所述起动时冷却液温度降低，初始喷射分配比Ai从目标喷射分配比Atgt改变使得所述气缸喷射量的比例增加。当所述起动时冷却液温度等于或高于预定温度Twth时，即使所述喷射分配比设定为目标喷射分配比Atgt，所述空燃比也保持在所述稀薄极限或低于所述稀薄极限。因此，当所述起动时冷却液温度等于或高于预定温度Twth时，初始喷射分配比Ai被设定为目标喷射分配比Atgt。当已经确定初始喷射分配比Ai时，设定标记以表示初始喷射分配比Ai已被确定。在接下来的程序中及之后的步骤S1中，通过参照表示已经确定初始喷射分配比Ai的标记确定初始喷射分配比Ai已被确定。在步骤S3中设定初始喷射分配比Ai后，当前程序结束。
在确定初始喷射分配比Ai后执行的程序中，在步骤S1中作出肯定的判断。在这种情况下，所述程序进行至步骤S4。在步骤S4中，ECU 20检测与发动机温度相关的物理量。例如，可检测当前冷却液温度或累加的空气量作为所述物理量，所述累加的空气量通过累加从发动机起动时起的空气量得出。可通过累加由空气流量计22检测的进气量得出所述累加的空气量。在步骤S5中，ECU 20根据在步骤S4中检测的物理量确定喷射分配比。可基于将所述物理量与所述喷射分配比相关联的映射来确定喷射分配比。
例如，当检测当前冷却液温度作为与所述发动机温度相关的物理量时，准备如图6所示的映射并预先将其储存在ECU 20的ROM中。该映射示出当前冷却液温度与喷射分配比之间的关系。所述关系根据起动时冷却液温度Tws改变。然后，基于在步骤S2中检测的起动时冷却液温度Tws和在步骤S4中检测的当前冷却液温度Twx确定与当前冷却液温度Twx对应的喷射分配比。当检测所述累加的空气量作为与所述发动机温度相关的物理量时，准备如图7所示的映射并预先将其储存在ECU 20的ROM中。该映射示出累加的空气量与喷射分配比之间的关系。所述关系根据起动时冷却液温度Tws改变。然后，基于在步骤S2中检测的起动时冷却液温度Tws和在步骤S4中检测的累加空气量TGax确定与累加空气量TGax对应的喷射分配比Ax。在图6和7所示的每个映射中，设定所述冷却液温度或所述累加空气量与所述喷射分配比之间的对应关系排出的HC量最小时所处的喷射分配比选自以下范围：即在所述范围内，发动机1中执行燃烧，亦即，在所述范围内，所述空燃比保持在所述稀薄极限或低于所述稀薄极限。
在步骤S5中确定所述喷射分配比后，ECU 20结束当前程序。当在图4所示的程序中确定所述喷射分配比时，ECU 20根据确定的喷射分配比控制在一个燃烧冲程中要从第一喷射器11和第二喷射器12喷射的燃料量之间的比值。第一喷射器11在所述压缩冲程中喷射燃料。
在上述程序中，当发动机1的温度低于其中所述空燃比在目标喷射分配比Atgt处保持在所述稀薄极限或低于所述稀薄极限的温度范围(即，在图5中所述冷却液温度等于或高于预定温度Twth的范围)的下限时，在步骤3中确定初始喷射分配比Ai使得所述气缸喷射量的比例与目标喷射分配比Atgt相比得以增加。这确保了在冷起动时空燃比等于或低于所述稀薄极限的空气燃料混合物出现在火花塞周围。因而，发动机1更可靠地起动。当初始喷射分配比Ai不同于目标喷射分配比Atgt时，所述喷射分配比根据与发动机1的温度有关的物理量的改变逐渐向目标喷射分配比Atgt改变。因此，可适当地将所述喷射分配比向目标喷射分配比Atgt控制以确保空燃比等于或低于所述稀薄极限的空气燃料混合物出现在火花塞周围并且使排出的HC量最小。
在该实施方式中，第一喷射器11和第二喷射器12的组合可被看作是根据本发明的燃料喷射部。ECU 20可被看作是根据本发明的喷射分配比控制部。当ECU 20执行图4中的步骤S2和S3时，ECU 20用作根据本发明的初始喷射分配比设定部。当ECU20执行图4中的步骤S4和S5时，ECU 20用作根据本发明的变化控制部。
本发明不限于上述实施方式。本发明可在各种实施方式中实现。例如，如图8所示，本发明可应用于发动机31，其中只设置有用于气缸喷射的喷射器11作为执行用于进行分层进气燃烧的第一燃料喷射和用于进行均质进气燃烧的第二燃料喷射中每一种燃料喷射的燃料喷射部，并且未设置用于进气口喷射的喷射器。亦即，在图8所示的发动机31中，当喷射器11在进气冲程喷射燃料时，进行均质进气燃烧。当喷射器11在压缩冲程中喷射燃料时，进行分层进气燃烧。相应地，采用了用Wdi/(Wdc+Wdi)表示的喷射分配比，而不是图1所示的发动机1采用的喷射分配比。亦即，所述喷射分配比是以百分比表示的值，该值通过用燃料量Wdi除以燃料量Wdc和燃料量Wdi的总和(Wdc+Wdi)得出。燃料量Wdc是在压缩冲程中要从喷射器11喷射的燃料量，燃料量Wdi是在进气冲程中要从喷射器11喷射的燃料量。ECU 20根据图4所示的步骤控制所述喷射分配比。因而，可适当地将所述喷射分配比向目标喷射分配比Atgt控制使得所述空燃比维持在所述稀薄极限或低于所述稀薄极限，并且使排出的HC量最小。图5至7中每个图所示的映射中的对应关系根据发动机31中的燃烧特性变化。
在上述实施方式中，本发明应用于这样的情况：其中根据所述发动机起动时的发动机温度设定的初始喷射分配比在所述第一怠速运转期间向所述目标喷射分配比改变。然而，本发明不限于这种情况。本发明可适当地应用于任意以下情况：其中基于所述发动机起动时的发动机状态设定的初始喷射分配比不同于基于所述发动机起动后的预定发动机状态设定的目标喷射分配比，然后所述喷射分配比在发动机1起动后向所述目标喷射分配比改变。在该实施方式中，由于稀薄极限的制约，所述初始喷射分配比被设定为不同于所述目标喷射分配比的值。然而，将所述初始喷射分配比设定为不同于所述目标喷射分配比的值的原因不限于该原因。本发明可应用于这样的情况：其中由于发动机状态的差异需要将所述初始喷射分配比设定为不同于所述目标喷射分配比的值。
进一步地，在上述实施方式中，发动机温度被称之为发动机状态。然而，代表发动机状态的参数不限于发动机温度。本发明可应用于这些情况：其中所述喷射分配比根据代表发动机状态的各种参数变化。进一步地，当通过参照发动机温度控制所述喷射分配比时，与发动机温度相关的物理量不限于冷却液温度或累加空气量。可参照与发动机温度有关的各种物理量。例如，气缸壁面的温度(气缸壁面温度)或活塞顶面的温度对燃烧状态的影响最大。因此，气缸壁面的温度或活塞顶面的温度可通过传感器检测，或可基于其他物理量估算。然后，可通过参照检测到的或估算出的值控制所述喷射分配比。可从发动机起动时累加内燃发动机内的平均有效气缸压力，并且可通过参照该累加值控制所述喷射分配比。另外，可利用各种物理量诸如排气温度、排气净化剂温度、排气流率和燃料喷射量的累加的值中至少其中一个检测或估算发动机温度或发动机状态，并且可通过参照检测值或估算值控制所述喷射分配比。可通过参照多个物理量控制所述喷射分配比。

Claims (14)

1.一种用于内燃发动机的燃料喷射控制设备，包括：
燃料喷射部，其执行用于进行分层进气燃烧的第一燃料喷射和用于进行均质进气喷射的第二燃料喷射中的每一种燃料喷射；以及
喷射分配比控制部，其控制喷射分配比，所述喷射分配比是在一个燃烧冲程中要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量与在所述一个燃烧冲程中要在所述第二燃料喷射中喷射的燃料量之间的比值，
其中，当所述内燃发动机处于预定的发动机状态时，所述喷射分配比控制部将所述喷射分配比控制为基于所述预定的发动机状态设定的目标喷射分配比；并且
所述喷射分配比控制部包括：初始喷射分配比设定部，其基于所述内燃发动机起动时的发动机状态设定初始喷射分配比；以及变化控制部，当所述喷射分配比从所述初始喷射分配比改变为所述目标喷射分配比时，所述变化控制部通过参照所述内燃发动机起动后的发动机状态控制所述喷射分配比的变化。
2.如权利要求1所述的燃料喷射控制设备，其中：
所述燃料喷射部包括将燃料喷射到气缸内的第一喷射器以及将燃料喷射到进气口内的第二喷射器；并且
所述第一喷射是在压缩冲程中来自所述第一喷射器的燃料喷射，并且所述第二燃料喷射是来自所述第二喷射器的燃料喷射。
3.如权利要求1所述的燃料喷射控制设备，其中：
所述燃料喷射部包括将燃料喷射到气缸内的喷射器；并且
所述第一燃料喷射是在压缩冲程中来自所述喷射器的燃料喷射，并且所述第二燃料喷射是在进气冲程中来自所述喷射器的燃料喷射。
4.如权利要求1至3中任一项所述的燃料喷射控制设备，其中，所述变化控制部通过参照与发动机温度有关的物理量作为所述发动机状态来控制所述喷射分配比的变化。
5.如权利要求4所述的燃料喷射控制设备，其中，所述变化控制部参照用于所述内燃发动机的冷却液的温度和进气量的累加值中的至少其中一个作为与所述发动机温度有关的所述物理量，所述进气量的累加值通过累加从所述内燃发动机起动时的进气量得出。
6.如权利要求1至3中任一项所述的燃料喷射控制设备，其中：
当发动机温度处于预定的温度范围时，所述目标喷射分配比设定为以下喷射分配比：即在所述喷射分配比处，从所述内燃发动机排出的碳氢化合物的量最小；并且
当所述发动机温度低于所述预定的温度范围的下限时，所述初始喷射分配比设定部设定所述初始喷射分配比使得要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量的比例与所述目标喷射分配比相比得以增加。
7.如权利要求6所述的燃料喷射控制设备，其中，当所述内燃发动机起动时的发动机温度低于所述预定的温度范围的下限使得如果所述喷射分配比被控制为所述目标喷射分配比则空燃比高于稀薄极限时，所述初始喷射分配比设定部设定所述初始喷射分配比使得要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量的比例得以增加直到所述空燃比等于或低于所述稀薄极限。
8.如权利要求7所述的燃料喷射控制设备，其中，所述变化控制部根据所述内燃发动机起动后所述发动机温度的增加来控制所述喷射分配比的变化使得排出的碳氢化合物的量最小时所处的喷射分配比选自以下范围：即在所述范围内，所述空燃比维持在所述稀薄极限或者低于所述稀薄极限。
9.如权利要求1至8中任一项所述的燃料喷射控制设备，其中，要在由所述燃料喷射部进行的所述第一喷射中喷射的燃料量与要在由所述燃料喷射部进行的所述第二喷射中喷射的燃料量的总和设定为实现以下空燃比：即在所述空燃比，所述内燃发动机中的排气净化率最高。
10.一种用于内燃发动机的燃料喷射控制方法，其中，执行用于进行分层进气燃烧的第一燃料喷射，并且执行用于进行均质进气喷射的第二燃料喷射；并且控制喷射分配比，所述喷射分配比是在一个燃烧冲程中要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量与在所述一个燃烧冲程中要在所述第二燃料喷射中喷射的燃料量之间的比值，所述燃料喷射控制方法包括：
当所述内燃发动机处于预定的发动机状态时，将所述喷射分配比控制为基于所述预定的发动机状态设定的目标喷射分配比；
基于所述内燃发动机起动时的发动机状态设定初始喷射分配比；以及
当所述喷射分配比从所述初始喷射分配比改变为所述目标喷射分配比时通过参照所述内燃发动机起动后的发动机状态来控制所述喷射分配比的变化。
11.如权利要求10所述的燃料喷射控制方法，其中：
当发动机温度处于预定的温度范围内时，所述目标喷射分配比设定为以下喷射分配比：即在所述喷射分配比，从所述内燃发动机排出的碳氢化合物的量最小；以及
当所述发动机温度低于所述预定的温度范围的下限时，所述初始喷射分配比设定为使得要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量的比例与所述目标喷射分配比相比得以增加。
12.如权利要求11所述的燃料喷射控制方法，其中，当所述内燃发动机起动时的发动机温度低于所述预定的温度范围的下限使得如果所述喷射分配比被控制为所述目标喷射分配比则空燃比高于稀薄极限时，所述初始喷射分配比设定为使得要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量的比例得以增加直到所述空燃比等于或低于所述稀薄极限。
13.如权利要求12所述的燃料喷射控制方法，其中，根据所述内燃发动机起动后所述发动机温度的增加来控制所述喷射分配比的变化使得排出的碳氢化合物的量最小时所处的喷射分配比选自以下范围：即在所述范围中，所述空燃比维持在所述稀薄极限或低于所述稀薄极限。
14.一种用于内燃发动机的燃料喷射控制设备，其包括：燃料喷射装置，所述燃料喷射装置用于执行用于进行分层进气燃烧的第一燃料喷射和用于进行均质进气喷射的第二燃料喷射中的每一种燃料喷射；以及喷射分配比控制装置，所述喷射分配比控制装置用于控制喷射分配比，所述喷射分配比是在一个燃烧冲程中要在所述第一燃料喷射中喷射的燃料量与在所述一个燃烧冲程中要在所述第二燃料喷射中喷射的燃料量之间的比值，其中，当所述内燃发动机处于预定的发动机状态时，所述喷射分配比控制装置将所述喷射分配比控制为基于所述预定的发动机状态设定的目标喷射分配比，
所述燃料喷射控制设备的特征在于所述喷射分配比控制装置包括：初始喷射分配比设定装置，其基于所述内燃发动机起动时的发动机状态设定初始喷射分配比；以及变化控制装置，当所述喷射分配比从所述初始喷射分配比改变为所述目标喷射分配比时，所述变化控制装置通过参照所述内燃发动机起动后的发动机状态来控制所述喷射分配比的变化。
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