CN101490395A - 用于直接喷射火花点火式内燃发动机的控制设备和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子控制单元(1)，其控制内燃发动机(50)，所述内燃发动机在每个发动机气缸内生成滚流(T)并在均质燃烧过程中利用在接近进气行程下止点的正时所喷射的燃料来增强所述滚流。所述电子控制单元(1)包括：用于判别燃料特性的燃料特性判别装置(24)，以及用于改变燃烧状态的燃烧状态改变装置(1)。当所述燃料的特性为需要低于汽油的化学计量空燃比的化学计量空燃比时，所述燃烧状态改变装置(1)通过例如延迟点火正时来改变燃烧状态，使得燃烧适度进行。这防止了燃烧速度的过度增大。

Description

用于直接喷射火花点火式内燃发动机的控制设备和控制方法

技术领域

本发明涉及用于直接喷射火花点火式内燃发动机的控制设备和控制方法。

背景技术

在直接喷射火花点火式内燃发动机中生成滚流，并利用在接近进气行程下止点的正时所喷射的燃料来适度增强所述滚流，使得滚流保持活动直至点火为止。增强后的滚流使得空气-燃料混合物的运动在点火时刻比较剧烈，这会带来燃烧速度的适度增加并因此为均质燃烧提供良好的条件。在涉及这种燃料喷射的技术中，例如，日本专利申请公开JP-A-2003-322022描述了一种燃料喷射控制设备，其利用从燃料喷射阀喷射的燃料来增强每个发动机气缸中的循环流。进一步地，作为用于在均质燃烧过程中增强每个气缸中的进气流的技术，例如，日本专利申请公开JP-A-2005-180247描述了一种用于直接喷射火花点火式内燃发动机的进气控制设备，所述设备通过控制设置于进气通道中的进气流控制阀来增强进气流。

近年来，已知能够依靠包含汽油和乙醇的混合燃料(在适当的地方简称为“乙醇混合燃料”)以及普通汽油来运行的柔性燃料车辆(FFV)。由于包含与汽油不同的碳原子量，所以乙醇混合燃料需要低于汽油的化学计量空燃比的化学计量空燃比。更具体地，例如，当使用汽油时，化学计量空燃比为大约14.5。另一方面，当使用乙醇混合燃料时，化学计量空燃比取决于乙醇浓度而可能变为大约9。因此，当在直接喷射火花点火式内燃发动机中使用其特性需要低于汽油的化学计量空燃比的化学计量空燃比的燃料——其可以是除了乙醇混合燃料之外的燃料——时，在均质燃烧过程中吸入每个发动机气缸内的每单位空气量的燃料质量变为大于使用汽油时的燃料质量，因此，喷射燃料的气流增强效果变得更强。在这种情况下，燃烧速度增大且因此冷却损失增大。因而，在柔性燃料车辆中，存在由于燃烧速度的过度增加而引起热效率降低的可能性。同时，在燃料的特性需要高于汽油的化学计量空燃比的化学计量空燃比的情况下，在均质燃烧过程中吸入每个发动机气缸内的每单位空气量的燃料质量变为小于使用汽油时的燃料质量，因此，存在喷射燃料的气流增强效果变弱且因此滚流的强度变得不足的可能性。

发明内容

本发明提供了一种用于直接喷射火花点火式内燃发动机的控制设备和控制方法，当在均质燃烧过程中利用喷射燃料来增强滚流时，所述控制设备和控制方法通过基于燃料特性来改变燃烧状态为均质燃烧提供良好条件。

本发明第一方面涉及一种用于直接喷射火花点火式内燃发动机的控制设备，所述内燃发动机在发动机气缸内生成滚流并在均质燃烧过程中利用在接近进气行程下止点的正时所喷射的燃料来增强所述滚流。所述控制设备包括：燃料特性判别装置，其用于判别所述燃料的特性；以及燃烧状态改变装置，其用于基于所判别的燃料特性来改变燃烧状态。根据该控制设备，通过基于燃料特性来改变燃烧状态的方式改变燃烧速度。因此，可防止燃烧速度过度增大或减小。因此，根据本发明，即使当使用具有不同特性的燃料时，也能够以良好条件进行均质燃烧。

上述控制设备可以使得所述燃烧状态改变装置基于所判别的燃料特性来改变所述滚流由所述燃料增强的程度。根据这种结构，通过基于燃料特性来改变滚流的增强程度，防止了燃烧速度的过度增大和减小。因此，根据本发明，即使当使用具有不同特性的燃料时，也能够以良好条件进行均质燃烧。

进一步地，上述控制设备可以使得所述燃烧状态改变装置通过改变所述燃料的推力来改变所述滚流的增强程度。根据这种结构，能够通过改变燃料的推力来改变滚流的增强程度。

进一步地，上述控制设备可以使得所述燃烧状态改变装置通过改变所述燃料的喷射正时来改变所述滚流的增强程度。根据这种结构，能够通过改变燃料的喷射正时来改变滚流的增强程度。

进一步地，上述控制设备可以使得所述燃烧状态改变装置通过改变所述燃料的喷射方向来改变所述滚流的增强程度。根据这种结构，能够通过改变燃料的喷射方向来改变滚流的增强程度。

进一步地，上述控制设备可以使得所述燃料状态判别装置通过检测所述燃料中的乙醇浓度来检测所述燃料的特性，并且随着由所述燃料特性判别装置检测的所述乙醇浓度增大，所述燃烧状态改变装置偏移所述燃料的喷射正时使其更加远离所述进气行程下止点附近。因为乙醇混合燃料的化学计量空燃比低于汽油的化学计量空燃比，所以当使用乙醇混合燃料时，如果在均质燃烧过程中在接近进气行程下止点的正时喷射燃料来增强滚流，则喷射燃料的滚流增强能量会变得过大。为了克服这一点，根据上述结构，通过将点火正时从进气行程下止点附近偏移，抑制了空气-燃料混合物在点火时刻的运动。这能防止燃烧速度的过度增大且因此减小了冷却损失，籍此改善了热效率。因而，能够以良好条件进行均质燃烧。

进一步地，上述控制设备可以使得所述燃烧状态改变装置通过将所述喷射正时从所述进气行程下止点提前来偏移所述燃料的喷射正时使其远离所述进气行程下止点附近。根据这种结构，延长了从燃料喷射至点火的时长以便防止燃烧速度的过度增大且因此提高了空气-燃料混合物的混合度。这使得易于通过改变喷射正时来为均质燃烧提供良好条件。

进一步地，根据本发明第一方面的控制设备可以使得当所述燃料的特性需要低于汽油的化学计量空燃比的化学计量空燃比时，所述燃烧状态改变装置延迟点火正时。当燃料具有这种特性时，空气-燃料混合物在点火时刻的运动变得比较剧烈，因此，燃烧速度将过度增大。为了克服这一点，根据上述结构，通过延迟点火正时使得燃烧适度进展，防止了燃烧速度的过度增大。因而，能够抑制热效率的减小，因此能够以良好条件进行均质燃烧。

进一步地，根据本发明第一方面的控制设备可以使得当所述燃料的特性需要低于汽油的化学计量空燃比的化学计量空燃比时，所述燃烧状态改变装置增大废气再循环(EGR)量。根据这种机构，当燃料具有这种特性时，通过增大废气再循环量来减小燃烧速度。这能防止燃烧速度的过度增大且因此抑制了热效率的减小，籍此能够在良好条件下获得均质燃烧。

本发明第二方面涉及一种用于控制直接喷射火花点火式内燃发动机的方法，所述内燃发动机在发动机气缸内生成滚流并在均质燃烧过程中利用在接近进气行程下止点的正时所喷射的燃料来增强所述滚流。所述控制方法包括：判别所述燃料的特性；以及基于所判别的燃料特性来改变燃烧状态。

因而，当在均质燃烧过程中利用喷射燃料来增强所述滚流时，根据本发明的控制设备和控制方法通过基于燃料特性来改变燃烧状态的方式为均质燃烧提供了良好条件。

附图说明

通过以下参考附图的示例性实施方式的描述将更加清楚本发明的前述特征和优点，其中，相同数字用于表示相同元件，在附图中：

图1是示意性示出本发明第一示例性实施方式的电子控制单元(ECU)和内燃发动机系统的视图；

图2是示意性示出图1所示内燃发动机的主要部分的视图；

图3是示意性示出第一示例性实施方式的电子控制单元中存储的喷射压力映射数据的视图；

图4是图示出第一示例性实施方式的电子控制单元执行的过程的流程图；

图5是示意性示出第二示例性实施方式的电子控制单元中存储的喷射正时映射数据的视图；

图6是图示出第二示例性实施方式的电子控制单元执行的过程的流程图；

图7是示意性示出第三示例性实施方式的电子控制单元中存储的喷射方向映射数据的视图；

图8是图示出第三示例性实施方式的电子控制单元执行的过程的流程图；

图9是示意性示出本发明第四示例性实施方式的电子控制单元和内燃发动机系统的视图；

图10是示意性示出第四示例性实施方式的电子控制单元中存储的点火正时映射数据的视图；

图11是图示出第四示例性实施方式的电子控制单元执行的过程的流程图；

图12是示意性示出第五示例性实施方式的电子控制单元中存储的废气再循环映射数据的视图；

图13是图示第五示例性实施方式的电子控制单元执行的过程的流程图。

具体实施方式

以下将参考附图详细描述本发明的第一至第五示例性实施方式。

(第一示例性实施方式)

图1是示意性示出根据本发明第一示例性实施方式的用于直接喷射火花点火式内燃发动机的控制设备和内燃发动机系统100的视图，所述控制设备设置为电子控制单元(ECU)1。内燃发动机系统100包括进气系统10、燃料喷射系统20以及内燃发动机50。进气系统10用于将空气引入至内燃发动机50内。进气系统10包括用于过滤空气的空气滤清器11、用于测量空气量的空气流量计12、用于调节进气流率的节气门13、用于暂时储存进气的稳压罐14、经其将进气分配至内燃发动机50的相应气缸的进气歧管15、设置于进气系统的这些部件之间的进气管等。

燃料喷射系统20包括用于将燃料喷射至内燃发动机50的对应气缸内的燃料喷射阀21、用于将燃料供给至每个燃料喷射阀21的燃料泵22、燃料箱23等。每个燃料喷射阀21在电子控制单元1的控制下开启以便在适当的喷射正时喷射燃料。燃料喷射量通过阀门开启时长来调节，所述阀门开启时长是从燃料喷射阀21开启时至其关闭时的时长并且在电子控制单元1的控制下进行调节。燃料泵22用于通过对燃料增压来产生喷射压力。燃料泵22在电子控制单元1的控制下将初始喷射压力调节至所需喷射压力。燃料喷射阀21具有两个喷孔并在电子控制单元1的控制下沿所需方向喷射燃料。更具体地，当在电子控制单元1的控制下喷射燃料时，燃料喷射阀21通过仅开启两个喷孔中的任一个的方式来控制燃料喷射方向。注意：除了在稍后将描述的第三示例性实施方式中之外，每个燃料喷射阀21不必具有两个喷孔。

乙醇浓度传感器24设置于通向燃料箱23的燃料通道中。乙醇浓度传感器24用于检测燃料中的乙醇浓度。乙醇浓度传感器24包括一对电极等并检测当燃料的导电率随着燃料中的乙醇浓度变化而变化时出现的电流变化。可替代地，乙醇浓度传感器24可以是其它类型的乙醇浓度检测传感器，例如电阻检测式乙醇检测传感器、电容式乙醇检测传感器以及光学式乙醇检测传感器等。为了获得乙醇浓度，替代使用乙醇浓度传感器24，可以基于从图中未示出的氧传感器或空燃比传感器的输出信号获得的排气中的空燃比来估算乙醇浓度。

图2是示意性示出内燃发动机50的主要部分的视图。内燃发动机50包括气缸体51、气缸盖52、活塞53、火花塞54、进气门55以及排气门56。第一示例性实施方式的内燃发动机50是直列四缸直接喷射火花点火式内燃发动机。注意：本发明可应用的内燃发动机并不局限于任何特定的气缸布置或任何特定的气缸数。同样，注意：图2仅示出了四个气缸51a中的一个作为代表，其它气缸的结构与图2所示相同。基本呈筒形的气缸51a形成于气缸体51中。活塞53容纳于每个气缸51a中。用于导引滚流T的凹部53a形成于每个活塞53的顶面。燃烧室57是由气缸体51、气缸盖52以及每个气缸51a中的活塞53所环绕的空间。用于将进气导引至相应的燃烧室57内的进气口52a以及用于将燃烧气体从相应的燃烧室57排出的排气口52b形成于气缸盖52中。此外，用于打开和关闭相应的进气口52a的进气门55以及用于打开和关闭相应的排气口52b的排气门56设置于气缸盖52中。注意：每个气缸的进气门55的数目和排气门56的数目并不局限于任何特定的数目。

火花塞54安装于气缸盖52中。每个火花塞54的电极向下突出至对应燃烧室57的上部区域的大体中央。在每个气缸51a中，燃料喷射阀21设置成在上部区域中接近火花塞54，使得燃料喷射阀21突出至燃烧室57内。每个燃料喷射阀21的位置不局限于此位置。例如，每个燃料喷射阀21可替代地设置于气缸盖52中使得燃料喷射阀21的喷孔部从进气口52a侧(图2中的位置A)突出至燃烧室57内。此外，可以为每个气缸设置两个或更多燃料喷射阀21。

气流控制阀58设置于相应的进气口52a中。气流控制阀58用于在燃烧室57内产生滚流T。气流控制阀58在电子控制单元1的控制下通过在进气口52a中使进气偏流而在燃烧室57中产生滚流T。用于在燃烧室57中产生滚流T的装置并不局限于气流控制阀58。例如，可以将每个进气口52a形成为在气缸51a中产生滚流的形状。同样，可以使用各种其它装置在气缸51a中产生滚流T。在第一示例性实施方式中，每个燃料喷射阀21在电子控制单元1的控制下在均质燃烧过程中在接近进气行程的下止点(将称为“进气行程下止点”)的正时喷射燃料。喷射燃料适度增强了滚流T，使得增强后的滚流T保持活动直至点火为止。增强后的滚流T使空气-燃料混合物在点火时刻的运动更加剧烈，这会引起燃烧速度的适度增大并因此为均质燃烧提供良好条件。注意：在每个气缸51a内，滚流T沿正常方向回旋，向上流动至燃烧室57的进气门55侧。

在均质燃烧过程中，通过将气流控制阀58打开至一半开度或打开至完全开度抑来简单地增加进气量或通过每个进气口52a的形状难以产生足够强劲的滚流T。即，尽管使用了这些装置，但是在空气-燃料混合物的混合度以及均质燃烧的火焰传播方面，仍然存在改善空间。此外，内燃发动机50设置有各种传感器，例如，用于生成对应于发动机转速Ne的输出脉冲的曲柄角传感器71、以及用于检测内燃发动机50的冷却剂温度的冷却剂温度传感器72。

电子控制单元1包括未在附图中示出的中央处理器(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、输入/输出电路等。电子控制单元1主要用于控制内燃发动机50。在第一示例性实施方式中，采用电子控制单元1控制火花塞54(更具体地，未在附图中示出的点火器)、气流控制阀58(更具体地，未在附图中示出的气流控制阀58的致动器)等，以及燃料喷射阀21和燃料泵22。像这些部件一样，各种其它控制对象都经由对应的驱动电路(图中未示出)连接于电子控制单元1。此外，诸如空气流量计12、乙醇浓度传感器24、曲柄角传感器71、冷却剂温度传感器72以及未在附图中示出的检测加速器踏板的行程(操作量)的加速器传感器73等各种传感器都连接于电子控制单元1。

只读存储器用于存储各种程序，例如用于控制内燃发动机50的发动机控制程序、用于判别燃料特性的燃料特性判别程序、以及用于控制燃料喷射阀21的燃料喷射阀控制程序等，每种程序包括对应于中央处理器执行的各种过程的指令。注意：燃料特性判别程序和燃料喷射阀控制程序可以设置为发动机控制程序的一部分。具体地，燃料特性判别程序表述为基于乙醇浓度传感器24的输出信号检测乙醇浓度并判定燃料是汽油还是乙醇混合燃料。注意：燃料特性判别程序可以表述为估算乙醇浓度并基于估算结果判定燃料是汽油还是乙醇混合燃料。

燃料喷射阀控制程序包括：用于控制燃料喷射量的喷射量控制程序、用于控制燃料喷射压力的喷射压力控制程序、以及用于控制燃料喷射方向的喷射方向控制程序。根据第一示例性实施方式，燃料喷射压力程序包括喷射压力指定控制程序，所述喷射压力指定控制程序在均质燃烧过程中基于燃料特性来改变燃料喷射压力。

更具体地，根据所述喷射压力指定控制程序，从限定了均质燃烧过程中乙醇浓度与喷射压力之间关系的映射数据(将简称为“喷射压力映射”)中读出对应于由乙醇浓度传感器24检测的乙醇浓度的喷射压力，并控制燃料喷射泵22从而以从喷射压力映射中读出的喷射压力来喷射燃料。图3示意性示出了限定乙醇浓度与喷射压力之间关系的喷射压力映射。在第一示例性实施方式中，该喷射压力映射存储于只读存储器中。当乙醇浓度是本映射中的0％时，表示燃料是普通汽油。在这种情况下，在接近进气行程下止点的正时并以对应于0％乙醇浓度的喷射压力来喷射燃料，籍此适度增强滚流并以良好条件进行均质燃烧。

但是，随着乙醇浓度增大，化学计量空燃比变为低于汽油的化学计量空燃比。因此，在这样的情况下，如果在均质燃烧过程中在没有基于乙醇浓度改变喷射压力的情况下喷射乙醇混合燃料，则燃烧速度会过度增大，这会减小热效率。因此，前述喷射压力映射限定了乙醇浓度与燃料喷射压力之间的关系，使得燃料喷射压力随着乙醇浓度增大而减小。因此，燃料的推力随着乙醇浓度增大而减小，这能防止滚流T的过度增强并因此防止燃烧速度的过度增大。注意：喷射压力映射不必一定表述为限定乙醇浓度与燃料喷射压力之间的线性关系。在第一示例性实施方式中，各种检测装置和判定装置设置为中央处理器、只读存储器、随机存取存储器(将简称为“中央处理器等”)以及用于控制内燃发动机50的程序。特别地，“燃料特性判别装置”设置为中央处理器等以及燃料特性判别程序，“燃烧状态改变装置”设置为中央处理器等以及喷射压力指定控制程序。

接下来，将参考图4的流程图描述电子控制单元1执行的基于燃料特性来改变滚流的增强程度的过程。电子控制单元1通过反复执行流程图中所示过程来控制内燃发动机50。此时，中央处理器执行存储于只读存储器中的诸如发动机控制程序、燃料特性判别程序、燃料喷射阀控制程序等程序。中央处理器判定当前在内燃发动机50中进行的燃烧是否是均质燃烧(步骤S11)。能够例如基于从曲柄角传感器71的输出信号检测到的发动机转速Ne、从加速器传感器73的输出信号检测到的负荷、以及由发动机转速Ne和负荷所限定的燃烧模式映射数据来完成此判定。在第一示例性实施方式中，此燃烧模式映射数据也存储于只读存储器中。如果在步骤S11中的判定是否定的，则中央处理器重复步骤S11的过程直至做出肯定的判定。

另一方面，如果在步骤S11中的判定是肯定的，则中央处理器执行用于基于乙醇浓度传感器24的输出信号来判定当前使用的燃料是否是乙醇混合燃料的过程，即用于判别燃料特性的过程(步骤S12)。在步骤S12中，检测乙醇浓度，并判定燃料是汽油还是乙醇混合燃料。如果燃料判别为汽油，则在步骤S12中做出否定判定。在这种情况下，控制程序返回步骤S11。另一方面，如果燃料判别为乙醇混合燃料，则在步骤S12中做出肯定判定。在这种情况下，中央处理器从燃料喷射压力映射中读出对应于该乙醇浓度的燃料喷射压力并控制燃料泵22使得将以读取的喷射压力来喷射燃料(步骤S13A)。因而，按照燃料特性改变了燃料的推力使得滚流T的增强程度相应变化。

然后，中央处理器执行用于控制燃料喷射阀21的过程以便在接近进气行程下止点的正时喷射燃料(步骤S14)。因为已经在步骤S13A中基于燃料特性改变了燃料的推力，所以在步骤S14中所喷射的燃料将适度增强滚流T。这能防止燃烧速度过度增大并因此提高热效率，籍此能够以良好条件进行均质燃烧。因而，当利用喷射燃料增强滚流时，第一示例性实施方式的电子控制单元1通过按照燃料特性改变燃料喷射的方式为均质燃烧提供了良好条件。

(第二示例性实施方式)

除了电子控制单元1不具有喷射压力指定控制程序并且喷射正时控制程序包括以下将描述的喷射正时指定控制程序之外，第二示例性实施方式的电子控制单元1的结构与第一示例性实施方式的电子控制单元1的结构相同。注意：第二示例性实施方式的电子控制单元1也可以具有第一示例性实施方式的喷射压力指定控制。同样，注意：结合有第二示例性实施方式的电子控制单元1的内燃发动机系统100的构造与图1所示相同。喷射正时指定控制程序表述如下。从限定乙醇浓度与喷射正时之间关系的映射数据(将简称为“喷射正时映射”)读出对应于检测到的乙醇浓度的喷射正时，且随后将燃料的喷射正时控制成从喷射正时映射读出的正时。

图5示意性示出限定乙醇浓度与燃料喷射正时之间关系的喷射正时映射。在第二示例性实施方式中，此映射也存储于只读存储器中。根据此映射，当乙醇浓度是0％时，喷射正时设定成接近进气行程下止点。但是，因为化学计量空燃比随着乙醇浓度增大而减小，所以如果在均质燃烧过程中在没有基于乙醇浓度改变喷射正时的情况下喷射乙醇混合燃料，则燃烧速度会过度增大，这会减小热效率。因此，喷射正时映射表述为使得喷射正时随着乙醇浓度增大而提前。因而，随着乙醇浓度增大，延长了从燃料喷射至点火的时长，这能防止燃烧速度过度增大，且因此能提高空气-燃料混合物的混合度。

同时，随着乙醇浓度增大可以延迟喷射正时。即，当在均质燃烧过程中增强滚流T以便增大燃烧速度时，将喷射正时设定为接近进气行程下止点的最佳正时。因此，通过从进气行程下止点附近偏移喷射正时，能够防止燃烧速度过度增大。同样，喷射正时映射不必一定表述为限定乙醇浓度与燃料喷射正时之间线性关系。在第二示例性实施方式中，“燃烧状态改变装置”设置为中央处理器等以及喷射正时指定控制程序，“用于直接喷射火花点火式内燃发动机的控制设备”设置为电子控制单元1。

接下来，将参考图6中的流程图来详细描述电子控制单元1执行的基于燃料特性来改变滚流的增强程度的控制程序。除用步骤S13B代替步骤S13A之外，图6所示控制程序与图4所示控制程序相同，因此在以下描述中将集中在步骤S13B的过程。如果在步骤S12中做出肯定判定，则中央处理器随后从喷射正时映射中读出对应于步骤S12检测到的乙醇浓度的喷射正时(步骤S13B)。然后，中央处理器执行用于控制燃料喷射阀21的过程以便在步骤S13B中读取的喷射正时喷射燃料(步骤S14)。因而，基于燃料特性改变了喷射正时使得滚流的增强程度相应变化。此外，根据上述控制，燃烧速度被抑制到适度水平，因此，能够以良好条件进行均质燃烧。因而，当利用喷射燃料来增强滚流时，第二示例性实施方式的电子控制单元1通过按照燃料特性改变燃料喷射的方式来均质燃烧提供了良好条件。

(第三示例性实施方式)

除了喷射压力控制程序不包括第一示例性实施方式的喷射压力指定控制程序并且喷射方向控制程序包括以下将描述的喷射方向指定控制程序之外，第三示例性实施方式的电子控制单元1的结构与第一示例性实施方式的电子控制单元1的结构相同。注意：第三示例性实施方式的电子控制单元1可以具有第一示例性实施方式的喷射压力指定控制和/或第二示例性实施方式的喷射正时指定控制。同样，注意：结合有第三示例性实施方式的电子控制单元1的内燃发动机系统100的构造与图1所示相同。喷射方向指定控制程序表述如下。从限定乙醇浓度与喷射方向之间关系的映射数据(将简称为“喷射方向映射”)读出对应于检测到的乙醇浓度的喷射方向，并通过控制燃料喷射阀21将喷射方向控制成从喷射方向映射读出的方向。

图7示意性示出限定乙醇浓度与燃料喷射方向之间关系的喷射方向映射。在第三示例性实施方式中，此映射也存储于只读存储器中。根据此映射，当乙醇浓度是0％时，喷射方向设定成接近用于喷射汽油的方向。但是，因为随着乙醇浓度增大化学计量空燃比变为低于汽油的化学计量空燃比，所以如果在均质燃烧过程中在没有基于乙醇浓度改变喷射方向的情况下喷射乙醇混合燃料，则燃烧速度会过度增大，这会减小热效率。因此，喷射方向映射表述为使得当乙醇浓度等于或高于α时，燃料喷射方向设定成与用于喷射汽油的燃料喷射方向不同的方向。通过沿着与用于喷射汽油的燃料喷射方向不同的燃料喷射方向喷射乙醇混合燃料，防止了滚流的过度增强，因此，能够防止燃烧速度过度增大。在第三示例性实施方式中，“燃烧状态改变装置”设置为中央处理器等以及喷射方向指定控制程序，“用于直接喷射火花点火式内燃发动机的控制设备”设置为电子控制单元1。

接下来，将参考图8中的流程图来描述电子控制单元1执行的基于燃料特性来改变滚流的增强程度的过程。除了已用步骤S13C代替步骤S13A之外，图8所示控制程序与图4所示控制程序相同，因此在以下描述中将集中在步骤S13C的过程。如果在步骤S12中获得肯定判定，则中央处理器随后从喷射方向映射中读出对应于步骤S12中检测到的乙醇浓度的喷射方向并执行用于将喷射方向改变至用于喷射乙醇混合燃料的方向的过程(步骤S13C)。因而，基于燃料特性改变了喷射方向使得滚流的增强程度相应变化。然后，中央处理器执行用于控制燃料喷射阀21的过程以便在接近进气行程下止点的正时喷射燃料(步骤S14)。因为已在步骤S13C中基于燃料特性改变了喷射方向，所以在步骤S14中喷射的燃料将适度增强滚流T。因而，防止了燃烧速度过度增大并相应提高热效率，籍此能够以良好条件进行均质燃烧。

尽管在上述示例性实施方式中参考图8的流程图仅对基于燃料特性改变喷射方向的情况进行了详细描述，但是在步骤S12a中获得了否定判定之后或在步骤S13c的过程之后，可以执行第一示例性实施方式的喷射压力改变过程和/或第二示例性实施方式的喷射正时改变过程。例如，当在乙醇浓度低于预定浓度α时执行喷射压力改变过程和喷射正时改变过程的情况下，能够通过适当改变喷射压力和喷射正时来改善均质燃烧的条件。另一方面，当在步骤S13C中改变喷射方向之后——即当乙醇浓度等于或高于预定浓度α时——进行喷射压力改变过程和喷射正时改变过程的情况下，喷射正时和喷射压力需要改变以获得良好的均质燃烧条件的量小于它们在喷射方向未改变时的改变量。注意：在这样的情况下，需要在考虑喷射方向改变的因素的情况下表述喷射压力映射和喷射正时映射。因而，当使用喷射燃料来增强滚流时，第三示例性实施方式的电子控制单元1通过按照燃料特性改变燃料喷射的方式为均质燃烧提供良好条件。

(第四示例性实施方式)

图9是示意性示出根据本发明第四示例性实施方式的用于直接喷射火花点火式内燃发动机的控制设备和内燃发动机系统100的视图，所述控制设备设置为电子控制单元(ECU)1。在图9中，与第一示例性实施方式中的组件和部件相同的组件和部件用相同的数字表示，并省略其描述。

除了第一示例性实施方式的内燃发动机系统100的部件之外，第四示例性实施方式的内燃发动机系统100具有废气再循环系统30、废气再循环(EGR)冷却器31、废气再循环阀32、设置于废气再循环冷却器31与废气再循环阀32之间的连接管等。废气再循环冷却器31用于冷却再循环的废气。废气再循环阀32用于使废气再循环。废气再循环阀32在电子控制单元1的控制下通过根据需要调节其开度来关闭和开启废气再循环通道。

在第四示例性实施方式中，燃料喷射阀21在电子控制单元1的控制下在均质燃烧过程中在接近进气行程下止点的正时喷射燃料。喷射燃料适度增强滚流T，且增强后的滚流T保持活动直至点火为止。增强后的滚流T使空气-燃料混合物在点火时刻的运动更加剧烈，这会引起燃烧速度的适度增大并因此为均质燃烧提供良好条件。

在第四示例性实施方式中，燃烧状态改变程序包括点火正时指定控制程序，如果当前燃料的特性需要不同于汽油的化学计量空燃比的化学计量空燃比，则所述点火正时指定控制程序延迟点火正时。具体地，根据所述点火正时指定控制程序，从限定了均质燃烧过程中乙醇浓度与点火正时之间关系的映射数据(将简称为“点火正时映射”)中读出对应于基于乙醇浓度传感器24的输出信号所检测到的乙醇浓度的点火正时，并因此将点火正时调节至从点火正时映射读出的正时。图10示意性示出了限定乙醇浓度与点火正时之间关系的点火正时映射数据。在第四示例性实施方式中，此映射也存储于只读存储器中。当乙醇浓度是本映射中的0％时，表示燃料是普通汽油。在这种情况下，在接近进气行程下止点的正时喷射燃料，籍此适度增强滚流并以良好条件进行均质燃烧。

但是，因为随着乙醇浓度增大，化学计量空燃比变为低于汽油的化学计量空燃比，所以如果在与汽油相同的正时点燃乙醇混合燃料，则燃烧状态将类似于通过提前的点火正时所获得的燃烧状态。在这种情况下，燃烧速度会过度增大，且这会减小热效率。因此，点火正时映射表述为使得点火正时随着乙醇浓度增大而延迟。由此，通过随着乙醇浓度增大而延迟点火正时，改变了燃烧状态使得燃烧适度进展。因而防止了燃烧速度过度增大。注意，点火正时映射不必一定表述为限定乙醇浓度与点火正时之间的线性关系。在第四示例性实施方式中，各种检测装置和判定装置设置为中央处理器、只读存储器、随机存取存储器以及用于控制内燃发动机50的程序。具体地，“燃料特性判别装置”设置为中央处理器等以及燃料特性判别程序，“燃烧状态改变装置”设置为中央处理器等以及点火正时指定控制程序。

接下来，将参考图11中的流程图来描述电子控制单元1执行的基于燃料特性来改变点火正时的过程。除了已用步骤S13D代替步骤S13A之外，图11所示控制程序与图4所示控制程序相同，因此在以下描述中将集中在步骤S13D的过程。如果在步骤S12中获得肯定判定，则中央处理器随后从点火正时映射中读出对应于在步骤S12中检测到的乙醇浓度的点火正时并随后执行用于将点火正时改变至从点火正时映射中读出的正时的过程(步骤S13D)。即，基于燃料特性改变点火正时使得燃烧状态相应变化。

然后，中央处理器执行用于控制燃料喷射阀21的过程以便在接近进气行程下止点的正时喷射燃料(步骤S14)。因为已在步骤S13D中基于燃料特性改变了点火正时，所以在步骤S14中喷射的燃料在新的点火正时被点燃，使得燃烧适度进展。这能防止燃烧速度过度增大并由此提高热效率，籍此能够以良好条件进行均质燃烧。因而，当使用喷射燃料来增强滚流时，第四示例性实施方式的电子控制单元1通过基于燃料特性改变燃烧状态为均质燃烧提供良好条件。

(第五示例性实施方式)

除了燃烧状态改变程序不包括第四示例性实施方式的点火正时指定控制程序并且燃烧状态改变程序包括以下将描述的废气再循环指定控制程序之外，第五示例性实施方式的电子控制单元1的结构与第四示例性实施方式的电子控制单元1的结构相同。注意：第五示例性实施方式的电子控制单元1也可以具有第四示例性实施方式的点火正时指定控制。同样，注意：结合有第五示例性实施方式的电子控制单元1的内燃发动机系统100的构造与图9所示相同。废气再循环指定控制程序表述如下。在均质燃烧过程中，从限定乙醇浓度与废气再循环率之间关系的映射数据(将简称为“废气再循环映射”)中读出对应于检测到的乙醇浓度的废气再循环率(废气再循环量/(缸内空气量+废气再循环量))，并通过控制废气再循环阀32将废气再循环率因此调节到从废气再循环映射读出的比率。

在内燃发动机50设置有可变气门机构的情况下，废气再循环指定控制程序可以表述为：通过控制可变气门机构来代替控制废气再循环阀32来改变进气门55和排气门56的气门重叠量，使得废气再循环率调节至从废气再循环映射读出的比率。同样，废气再循环指定控制可以表述为使得能够对废气再循环阀32和可变气门机构二者进行控制。同样，代替废气再循环指定控制程序，可以使用增大缸内气体量与喷射燃料量比率的程序来作为燃烧状态改变程序。

图12示意性示出了限定乙醇浓度与废气再循环率之间关系的废气再循环映射。在第五示例性实施方式中，此映射也存储于只读存储器中。当乙醇浓度是本映射中的0％时，表示燃料是普通汽油。在这种情况下，根据废气再循环映射，在接近进气行程下止点的正时喷射燃料，籍此以当前设定的废气再循环率来适度增强滚流并以良好条件进行均质燃烧。但是，因为随着乙醇浓度增大，化学计量空燃比变为低于汽油的化学计量空燃比，所以在均质燃烧过程中燃烧速度会过度增大，且这会减小热效率。因此，废气再循环映射表述为使得废气再循环率随着乙醇浓度增大而增大。由此，通过改变燃烧状态，降低了燃烧温度，籍此防止了燃烧速度过度增大。注意，废气再循环映射不必一定表述为限定乙醇浓度与废气再循环率之间的线性关系。在第五示例性实施方式中，“燃烧状态改变装置”设置为中央处理器等以及废气再循环指定控制程序，“用于直接喷射火花点火式内燃发动机的控制设备”设置为电子控制单元1。

接下来，将参考图13中的流程图来描述电子控制单元1执行的基于燃料特性来改变燃烧状态的过程。除了已用步骤S13E代替步骤S13A之外，图13所示控制程序与图4所示控制程序相同，因此在以下描述中将集中在步骤S13E的过程。如果在步骤S12中获得肯定判定，则中央处理器随后从废气再循环映射中读出对应于在步骤S12中检测到的乙醇浓度的废气再循环率并随后执行用于控制废气再循环阀32的过程以便将废气再循环率调节至从废气再循环映射中读出的比率(步骤S13E)。即，基于燃料特性改变了废气再循环率。此时，如果燃料是乙醇混合燃料，则因为这种乙醇混合燃料的化学计量空燃比低于汽油的化学计量空燃比，所以增大了废气再循环率。接着，中央处理器执行用于控制燃料喷射阀21的过程以便在接近进气行程下止点的正时喷射燃料(步骤S14)。此时，因为已在步骤S13E中基于燃料特性改变了废气再循环率，所以在步骤S14中喷射的燃料的燃烧温度低。这能防止燃烧速度过度增大并由此提高热效率，籍此能够以良好条件进行均质燃烧。因而，当使用喷射燃料来增强滚流时，第五示例性实施方式的电子控制单元1通过基于燃料特性改变燃烧状态为均质燃烧提供良好条件。

尽管已参考第一至第五示例性实施方式对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于这些示例性实施方式，而是可以在本发明的精神范围内以各种形式进行修改。特别地，尽管在第一至第五示例性实施方式中使用乙醇混合燃料，但是本发明可以应用于特性不同于汽油的各种其它燃料。

Claims (15)

1.一种用于直接喷射火花点火式内燃发动机的控制设备，所述内燃发动机在发动机气缸内生成滚流并在均质燃烧过程中利用在接近进气行程下止点的正时所喷射的燃料来增强所述滚流，所述控制设备的特征在于包括：

燃料特性判别装置(24)，其用于判别所述燃料的特性；以及

燃烧状态改变装置(1)，其用于基于所判别的燃料特性来改变燃烧状态。

2.如权利要求1所述的控制设备，其中，所述燃烧状态改变装置(1)基于所判别的燃料特性来改变所述滚流由所述燃料增强的程度。

3.如权利要求2所述的控制设备，其中，所述燃烧状态改变装置(1)通过改变所述燃料的推力来改变所述滚流的增强程度。

4.如权利要求3所述的控制设备，其中，所述燃烧状态改变装置(1)通过改变所述燃料的喷射压力来改变所述燃料的推力。

5.如权利要求3所述的控制设备，其中：

所述燃料特性判别装置(24)通过检测所述燃料中的乙醇浓度来判别所述燃料的特性；并且

随着由所述燃料特性判别装置(24)检测的所述乙醇浓度增大，所述燃烧状态改变装置(1)减小所述燃料的推力。

6.如权利要求2所述的控制设备，其中，所述燃烧状态改变装置(1)通过改变所述燃料的喷射正时来改变所述滚流的增强程度。

7.如权利要求2所述的控制设备，其中，所述燃烧状态改变装置(1)通过改变所述燃料的喷射方向来改变所述滚流的增强程度。

8.如权利要求7所述的控制设备，进一步包括燃料喷射阀(21)，所述燃料喷射阀(21)包括至少两个具有不同喷射方向的喷孔，其中：

所述燃烧状态改变装置(1)通过从其中一个所述喷孔切换至另一个所述喷孔来改变所述燃料的喷射方向。

9.如权利要求6所述的控制设备，其中：

所述燃料状态判别装置(24)通过检测所述燃料中的乙醇浓度来检测所述燃料的特性；并且

随着由所述燃料特性判别装置(24)检测的所述乙醇浓度增大，所述燃烧状态改变装置(1)偏移所述燃料的喷射正时使其更加远离所述进气行程下止点附近。

10.如权利要求9所述的控制设备，其中，所述燃烧状态改变装置(1)通过将所述喷射正时从所述进气行程下止点提前来偏移所述燃料的喷射正时使其远离所述进气行程下止点附近。

11.如权利要求1所述的控制设备，其中，当所述燃料的特性为需要低于汽油的化学计量空燃比的化学计量空燃比时，所述燃烧状态改变装置(1)延迟点火正时。

12.如权利要求1所述的控制设备，其中，当所述燃料的特性为需要低于汽油的化学计量空燃比的化学计量空燃比时，所述燃烧状态改变装置(1)增大废气再循环量。

13.如权利要求12所述的控制设备，其中：

所述燃料特性判别装置(24)通过检测所述燃料中的乙醇浓度来判别所述燃料的特性；并且

随着由所述燃料特性判别装置(1)检测的所述乙醇浓度增大，所述燃烧状态改变装置(1)增大所述废气再循环量。

14.如权利要求1所述的控制设备，其中，所述燃料特性判别装置(24)是检测所述燃料中的所述乙醇浓度的乙醇浓度传感器。

15.一种用于控制直接喷射火花点火式内燃发动机的方法，所述内燃发动机在发动机气缸内生成滚流并在均质燃烧过程中利用在接近进气行程下止点的正时所喷射的燃料来增强所述滚流，所述控制方法的特征在于包括：

判别所述燃料的特性；以及

基于所判别的燃料特性来改变燃烧状态。

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