CN101548094B - 用于内燃发动机的点火控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于火花点火式内燃发动机的点火控制系统，包括：过度提前装置，其用于将所述内燃发动机的气缸的点火正时过度提前为超过最大扭矩时的最小点火提前角；获取装置，其用于获取附着燃料量，所述附着燃料量是附着于所述内燃发动机的气缸内表面的燃料量；以及控制装置，其用于当所述获取装置获取的所述附着燃料量等于或大于预定量时控制所述过度提前装置以执行点火正时过度提前。

Description

用于内燃发动机的点火控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于控制火花点火式内燃发动机点火的技术。
背景技术
例如，日本专利申请公开No.2000-240547(JP-A-2000-240547)描述了一种技术，该技术将火花点火式内燃发动机的点火正时改变为超过MBT(最大扭矩时的最小点火提前角)以便加速冷却剂温度的增加并增大内燃发动机的预热效率。
但是，根据上述技术，因为尽管考虑了预热效率，但是未考虑废气排放，所以，该技术不能满足变得比以往日益严格的废气排放规定。
发明内容
鉴于此，已完成本发明以提供一种技术，该技术使得将点火正时提前为超过MBT的用于火花点火式内燃发动机的点火控制系统能够有效减少废气排放。
为了实现此目的，本发明提供了一种用于火花点火式内燃发动机的点火控制系统，其通过利用将点火正时提前为超过MBT的功能来减少废气排放。
当每个气缸中的温度(将称为“缸内温度”)低时，所喷射的燃料倾向于附着至气缸的内表面。已附着至气缸内表面的大部分燃料(将称为“附着燃料”)在未燃烧的情况下从气缸中排出。此时，如果设置于内燃发动机的排气系统中的催化剂尚未活化，则在未燃烧的情况下从气缸排出的燃料(将称为“未燃烧燃料”)会在未经催化剂净化的情况下排出到大气。
尤其是在以极低温度起动内燃发动机的情况下，在内燃发动机起动后催化剂活化之前将占用很长时间，因此附着燃料量会相应增加。因此，在这种情况下，过量的燃料可能作为未燃烧燃料排出到大气。
但是，已进行的与本发明有关的试验和研究表明，当火花点火式内燃发动机的点火正时提前为超过MBT时，从气缸排出的未燃烧燃料(例如，HC(碳氢化合物))的量显著减少。即，因为当点火正时设定为超过MBT时压缩行程上止点之前燃烧的空气-燃料混合物的量增加，所以，通过燃烧空气-燃料混合物所获得的增压及加热效果与通过活塞的向上运动所获得的增压及加热效果协同作用，使得每个气缸中的压力(将称为“缸内压力”)的峰值以及缸内温度的峰值升高。这促进了附着于每个气缸的内表面上的燃料(将称为“附着燃料”)的汽化和燃烧，和/或，促进了喷射燃料在其到达每个气缸的内表面之前的汽化和燃烧，籍此显著减少了从每个气缸排出的未燃烧燃料量。
鉴于此，本发明的第一方面涉及一种用于火花点火式内燃发动机的点火控制系统，包括：过度提前装置，其用于将所述火花点火式内燃发动机的气缸的点火正时过度提前为超过最大扭矩时的最小点火提前角(MBT)；获取装置，其用于获取附着燃料量，所述附着燃料量是附着于所述内燃发动机的气缸内表面的燃料量；以及控制装置，其用于当所述获取装置获取的所述附着燃料量等于或大于预定量时控制所述过度提前装置以执行点火正时过度提前。
根据此结构，因为当所述附着燃料量等于或大于预定量时，点火正时提前为超过MBT，所以减少了从每个气缸排出的未燃烧燃料量。因此，即使在催化剂尚未活化时，也能减小排出到大气中的未燃烧燃料量。因而，内燃发动机的废气排放量减少。
此外，根据本发明第一方面的点火控制系统可以为使得所述获取装置获取的所述附着燃料量越大，则所述控制装置使点火正时过度提前量越大，所述点火正时过度提前量是所述过度提前装置将所述点火正时提前的量。
随着点火正时相对于MBT提前，从每个气缸排出的未燃烧燃料量减少。因此，通过随着附着燃料量增大而增加点火正时过度提前量，即使在附着燃料量倾向于变大的情况下也能够有效减少排出至大气的未燃烧燃料量。
但是，如果将点火正时过多地提前为超过MBT，则在活塞向上运动的加热及增压效果得以充分发挥之前开始燃烧，且因此燃烧变得迟缓，导致热损失增大。此外，如果将点火正时过多地提前为超过MBT，则由空气-燃料混合物的燃烧所产生的热能与活塞的向上运动相干涉，这可能引起内燃发动机的输出扭矩显著减小。
鉴于此，根据本发明第一方面的点火控制系统可以为使得：所述控制装置设定所述点火正时过度提前量使得所述点火正时设定为靠近预定时间。
此“预定时间”可以是例如，使得空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点的时间点处结束的点火正时、使得缸内压力在靠近压缩行程上止点的时间点处达到峰值的点火正时、或者使得缸内温度在靠近压缩行程上止点的时间点处达到峰值的点火正时。
即，根据本发明第一方面的点火控制系统可以为使得：所述控制装置设定所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点的时间点处结束；所述控制装置设定所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的压力在靠近压缩行程上止点的时间点处达到最大值；或者，所述控制装置设定所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的温度在靠近压缩行程上止点的时间点处达到最大值。
通过如上所述设定点火正时过度提前量，能够在抑制热损失增大以及发动机扭矩过度减小的同时，使缸内压力的峰值和缸内温度的峰值尽可能高。
此外，所述控制装置可以设定所述点火正时过度提前量，使得点火正好与前述“预定时间”相符而与所述获取装置获取的附着燃料量无关。在这种情况下，能够在热损失增大以及发动机扭矩过度减小得到抑制的范围内使缸内压力的峰值和缸内温度的峰值尽可能高。因而，能够使从每个气缸排出的未燃烧燃料量最小化。
前述“预定时间”依据空气-燃料混合物的燃烧速度而变化。例如，即使在未改变点火正时时，空气-燃料混合物的燃烧结束时的曲柄角也会随着燃烧速度变化而改变。因此，前述“预定时间”可以随着燃烧速度增大而延迟，并且随着燃烧速度减小而提前。
此外，即使在燃烧速度恒定时，所述燃烧结束时的曲柄角也会随着发动机转速变化而改变。因此，可以基于所述燃烧速度与发动机转速之间的关系来设定前述“预定时间”。
此外，根据本发明第一方面的点火控制系统可以为使得：(i)当所述内燃发动机的起动尚未完成时；(ii)当在所述内燃发动机中燃烧的空气-燃料混合物的空燃比为燃料稀时；或者(iii)当所述内燃发动机的负荷等于或大于预定负荷时，所述控制装置禁止所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前。
如果所述过度提前装置在所述内燃发动机的起动尚未完成之前执行所述点火正时过度提前，则可能导致一些缺点，例如，可燃性降低以及必要的起动转矩增大，且某些情况下，内燃发动机可能不能够迅速起动。因此，通过禁止执行点火正时过度提前直至内燃发动机完成起动为止，能够避免前面提到的发动机起动性能的降低。
同时，当内燃发动机已经起动以完全燃烧运行时，可以视为内燃发动机的起动“完成”。可替代地，如果点火正时提前量小，则当发生初期燃烧时可以视为内燃发动机的起动完成。
当在每个气缸中燃烧的空气-燃料混合物的空燃比为燃料稀时，从每个气缸排出的未燃烧燃料量小，且废气中的未燃烧燃料在催化剂处与氧反应，籍此，催化剂快速升温至其活化温度范围。由此，即使过度提前装置未执行点火正时过度提前，也能减小废气排放。
同时，如果当所述内燃发动机的负荷等于或大于预定负荷时所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前，则内燃发动机的输出扭矩可能变为小于所需扭矩。由此，为了保证内燃发动机产生所需扭矩，当所述内燃发动机的负荷等于或大于预定负荷时，所述控制装置可以禁止所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前。
此外，根据本发明第一方面的点火控制系统可进一步包括燃料喷射阀，用于将燃料喷射至所述内燃发动机的进气口中，其中，当所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前时，所述控制装置将所述燃料喷射阀的燃料喷射正时设定为与进气行程同步的时间点(进气同步燃料喷射模式)。
可以认为，当缸内温度低时，每个进气口的温度也低。如果当缸内温度和每个进气口的温度低时燃料喷射正时设定为与进气行程不同步的时间点(进气非同步燃料喷射模式)，则附着至每个进气口的内表面的燃料量以及附着至每个气缸的内表面的燃料量都增加。
由此，如果当过度提前装置执行点火正时过度提前时燃料喷射正时设定为与进气行程同步的时间点，则能够在不增加从每个气缸排出的未燃烧燃料量的情况下减少附着至每个进气口的内表面的燃料量。
此外，根据本发明第一方面的点火控制系统可进一步包括燃料喷射阀，用于将燃料喷射至所述内燃发动机的进气口中，其中，在所述过度提前装置开始执行所述点火正时过度提前之后，所述控制装置将所述燃料喷射阀的燃料喷射正时从与进气行程不同步的时间点转换至与进气行程同步的时间点。
与当燃料喷射正时设定为与进气行程不同步的时间点时相比，当燃料喷射正时设定为与进气行程同步的时间点时，即使附着至每个进气口的内表面的燃料量倾向于减少，附着至每个气缸的内表面的燃料量也倾向于增加。此外，因为紧随过度提前装置开始点火正时过度提前之后的缸内温度低，所以如果有过量的燃料附着至每个气缸的内表面，则所附着的燃料不能得以完全汽化和燃烧。
因此，如果在过度提前装置开始点火正时过度提前时将燃料喷射正时从与进气行程不同步的时间点转换至与进气行程同步的时间点，则可能导致难以有效减少从每个气缸排出的未燃烧燃料。
为克服这种问题，如果在过度提前装置开始点火正时过度提前之后将燃料喷射正时从与进气行程不同步的时间点转换至与进气行程同步的时间点，则燃料喷射正时的转换发生于缸内温度已增加至某种程度之后，且因此，附着至每个气缸的内表面的燃料不太可能增加至过高的水平，由此，附着燃料能够得以完全汽化和燃烧。
因而，通过在过度提前装置开始点火正时过度提前之后将燃料喷射正时从与进气行程不同步的时间点转换至与进气行程同步的时间点，能够有效减少从每个气缸排出的未燃烧燃料量。
此外，根据本发明第一方面的点火控制系统可以为使得：当所述过度提前装置开始所述点火正时过度提前时和/或当所述过度提前装置完成所述点火正时过度提前时，所述控制装置逐渐改变所述点火正时。
此外，根据本发明第一方面的点火控制系统可以为使得：在所述过度提前装置正在执行所述点火正时过度提前的同时，所述控制装置调节进气量。
此外，根据本发明第一方面的点火控制系统可以为使得：所述控制装置根据所述气缸中的压力计算燃烧状态变化速率并校正点火正时过度提前量，使得所述燃烧状态变化速率变为等于或低于阈值。
本发明的第二方面涉及一种用于火花点火式内燃发动机的点火控制系统，包括：过度提前装置，其用于将所述内燃发动机的气缸的点火正时过度提前为超过最大扭矩时的最小点火提前角；获取装置，其用于获取附着燃料量，所述附着燃料量是附着于所述内燃发动机的气缸内表面的燃料量；以及控制装置，其用于根据所述获取装置获取的所述附着燃料量来改变点火正时过度提前量，所述点火正时过度提前量是所述过度提前装置将所述点火正时提前的量。
此外，根据本发明第二方面的点火控制系统可以为使得：所述获取装置所获取的所述附着燃料量越大，则所述控制装置使所述点火正时过度提前量越大。
将点火正时提前为超过MBT能降低发动机扭矩和燃料经济性。为克服这种问题的一种选择是：当附着燃料量少时使点火正时过度提前量最小化。
由此，如果根据附着燃料量来改变点火正时过度提前量，则能够在使得发动机扭矩的降低以及燃料经济性的降低最小化的同时减少从每个气缸排出的未燃烧燃料量。
同时，因为将点火正时过多地提前可能如上所述导致热损失的增加以及发动机扭矩的减小，所以第二示例性实施方式的点火控制系统可以为使得：所述控制装置限制所述点火正时过度提前量，使得所述点火正时不变为早于预定时间。此“预定时间”可以是例如，使得空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点的时间点处结束的点火正时、使得缸内压力在靠近压缩行程上止点的时间点处达到峰值的点火正时、或者使得缸内温度在靠近压缩行程上止点的时间点处达到峰值的点火正时。
即，根据本发明第二方面的点火控制系统可以为使得：所述控制装置限制所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点的时间点处或者在靠近压缩行程上止点的时间点之后结束；所述控制装置限制所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的压力在靠近压缩行程上止点的时间点处或者在靠近压缩行程上止点的时间点之后达到最大值；或者所述控制装置限制所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的温度在靠近压缩行程上止点的时间点处或者在靠近压缩行程上止点的时间点之后达到最大值。
此外，根据本发明第二方面的点火控制系统可以为使得：(i)当所述内燃发动机的起动尚未完成时；(ii)当在所述内燃发动机中燃烧的空气-燃料混合物的空燃比为燃料稀时；或者(iii)当所述内燃发动机的负荷等于或大于预定负荷时，所述控制装置禁止所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前。
此外，根据本发明第二方面的点火控制系统可进一步包括燃料喷射阀，用于将燃料喷射至所述内燃发动机的进气口，其中，当所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前时，所述控制装置将所述燃料喷射阀的燃料喷射正时设定为与进气行程同步的时间点。
此外，根据本发明第二方面的点火控制系统可进一步包括燃料喷射阀，用于将燃料喷射至所述内燃发动机的进气口，其中，在所述过度提前装置开始执行所述点火正时过度提前之后，所述控制装置将所述燃料喷射阀的燃料喷射正时转换至与进气行程同步的时间点。
此外，根据本发明第二方面的点火控制系统可以为使得：当所述过度提前装置开始所述点火正时过度提前时和/或当所述过度提前装置完成所述点火正时过度提前时，所述控制装置逐渐改变所述点火正时。
此外，根据本发明第二方面的点火控制系统可以为使得：在所述过度提前装置正在执行所述点火正时过度提前的同时，所述控制装置调节进气量。
此外，根据本发明第二方面的点火控制系统可以为使得：所述控制装置根据所述气缸中的压力计算燃烧状态变化速率并校正点火正时过度提前量，使得所述燃烧状态变化速率变为等于或低于阈值。
本发明第三方面涉及一种用于火花点火式内燃发动机的点火控制系统，包括：过度提前装置，其用于将所述内燃发动机的气缸的点火正时过度提前为超过最大扭矩时的最小点火提前角；以及控制装置，其用于设定点火正时过度提前量，使得所述气缸中的空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点的时间点处结束，所述点火正时过度提前量是所述过度提前装置将所述点火正时提前的量。
根据此结构，在所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前的过程中，空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点处结束。因此，能够在抑制热损失增大以及发动机扭矩过度减小的同时，使缸内压力的峰值和缸内温度的峰值尽可能高。因而，能够使从每个气缸排出的未燃烧燃料量最小化。
此外，根据本发明第三方面的点火控制系统可以为使得：所述控制装置获取所述气缸中的所述空气-燃料混合物的燃烧速度，并基于所获取的燃烧速度来确定所述点火正时过度提前量的值，利用所述点火正时过度提前量的值，所述气缸中的空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点的时间点处结束。
此外，根据本发明第三方面的点火控制系统可以为使得：(i)当所述内燃发动机的起动尚未完成时；(ii)当在所述内燃发动机中燃烧的空气-燃料混合物的空燃比为燃料稀时；或者(iii)当所述内燃发动机的负荷等于或大于预定负荷时，所述控制装置禁止所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前。
此外，根据本发明第三方面的点火控制系统可进一步包括燃料喷射阀，用于将燃料喷射至所述内燃发动机的进气口，其中，当所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前时，所述控制装置将所述燃料喷射阀的燃料喷射正时设定为与进气行程同步的时间点。
此外，根据本发明第三方面的点火控制系统可进一步包括燃料喷射阀，用于将燃料喷射至所述内燃发动机的进气口，其中，在所述过度提前装置开始执行所述点火正时过度提前之后，所述控制装置将所述燃料喷射阀的燃料喷射正时转换至与进气行程同步的时间点。
此外，根据本发明第三方面的点火控制系统可以为使得：当所述过度提前装置开始所述点火正时过度提前时和/或当所述过度提前装置完成所述点火正时过度提前时，所述控制装置逐渐改变所述点火正时。
此外，根据本发明第三方面的点火控制系统可以为使得：在所述过度提前装置正在执行所述点火正时过度提前的同时，所述控制装置调节进气量。
此外，根据本发明第三方面的点火控制系统可以为使得：所述控制装置根据所述气缸中的压力计算燃烧状态变化速率并校正点火正时过度提前量，使得所述燃烧状态变化速率变为等于或低于阈值。
本发明第四方面涉及一种用于火花点火式内燃发动机的点火控制系统，包括：过度提前装置，其用于将所述内燃发动机的气缸的点火正时过度提前为超过最大扭矩时的最小点火提前角；以及控制装置，其用于在所述内燃发动机的起动完成之后控制所述过度提前装置以执行所述点火正时过度提前。
根据此结构，在所述内燃发动机的起动完成之前不执行所述点火正时过度提前。因此，能够防止因点火正时正在被提前为超过MBT而另外引起的发动机起动性能的降低。
通过所述过度提前装置执行的所述点火正时过度提前既可以在所述内燃发动机的起动完成之后自动开始，也可以仅在附着燃料有可能增加的状态下才开始。在任一情况下，都能够在从所述内燃发动机的起动完成时到催化剂活化时的时长期间，使从所述内燃发动机排出至大气的未燃烧燃料量极少。
所述“附着燃料量有可能增加的状态”是，例如，当获取装置获取的附着燃料量已超过预定值时以及当冷却剂温度低时。
所述点火正时过度提前量可以根据所述附着燃料量来改变，或者，可以设定为使得所述点火正时与前述的“预定时间”相符。
即，根据本发明第四方面的点火控制系统可以进一步包括获取装置，其用于获取附着燃料量，所述附着燃料量是附着于所述内燃发动机的气缸内表面的燃料量，其中，所述获取装置获取的所述附着燃料量越大，则所述控制装置使点火正时过度提前量越大，所述点火正时过度提前量是所述过度提前装置将所述点火正时提前的量。
即，根据本发明第四方面的点火控制系统可以为使得：所述控制装置设定所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点的时间点处结束；所述控制装置设定所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的压力在靠近压缩行程上止点的时间点处达到最大值；或者所述控制装置设定所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的温度在靠近压缩行程上止点的时间点处达到最大值。
此外，根据本发明第四方面的点火控制系统可以为使得：(i)当在所述内燃发动机中燃烧的空气-燃料混合物的空燃比为燃料稀时；或者(ii)当所述内燃发动机的负荷等于或大于预定负荷时，所述控制装置禁止所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前。
此外，根据本发明第四方面的点火控制系统可进一步包括燃料喷射阀，用于将燃料喷射至所述内燃发动机的进气口，其中，当所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前时，所述控制装置将所述燃料喷射阀的燃料喷射正时设定为与进气行程同步的时间点。
此外，根据本发明第四方面的点火控制系统可进一步包括燃料喷射阀，用于将燃料喷射至所述内燃发动机的进气口，并且，在所述过度提前装置开始执行所述点火正时过度提前之后，所述控制装置将所述燃料喷射阀的燃料喷射正时转换至与进气行程同步的时间点。
此外，根据本发明第四方面的点火控制系统可以为使得：当所述过度提前装置开始所述点火正时过度提前时和/或当所述过度提前装置完成所述点火正时过度提前时，所述控制装置逐渐改变所述点火正时。
此外，根据本发明第四方面的点火控制系统可以为使得：在所述过度提前装置正在执行所述点火正时过度提前的同时，所述控制装置调节进气量。
此外，根据本发明第四方面的点火控制系统可以为使得：所述控制装置根据所述气缸中的压力计算燃烧状态变化速率并校正点火正时过度提前量，使得所述燃烧状态变化速率变为等于或低于阈值。
因而，根据本发明的点火控制系统有效地减少了火花点火式内燃发动机的废气排放，在所述发动机中，在需要时将点火正时提前为超过MBT。
附图说明
通过以下参考附图对优选实施方式的描述，本发明的前述和/或进一步的目标、特征和优点将变得更加明显，在附图中，使用相同数字表示相同的元件，且其中：
图1是示意性示出集成有根据本发明的点火控制系统的内燃发动机的构造的视图；
图2是图示从根据本发明的内燃发动机的气缸所排出的未燃烧燃料(HC)量与点火正时之间关系的图；
图3是图示根据本发明的内燃发动机的每个气缸中的状态与点火正时之间关系的图；
图4是图示根据本发明的内燃发动机中的附着燃料量与发动机起动时的冷却剂温度之间关系的图；
图5是图示根据本发明的内燃发动机中的附着燃料量与缸内压力之间关系的图；
图6是图示自发动机起动时起已吸入至根据本发明的内燃发动机中的累计进气量与所述附着燃料量之间关系的图；
图7是图示根据本发明的内燃发动机中的附着燃料量与燃料喷射量之间关系的图；
图8是图示根据本发明的内燃发动机中的附着燃料量与每个气缸中燃烧的空气-燃料混合物的空燃比之间关系的图；
图9是图示根据本发明的内燃发动机中的点火正时提前量与冷却剂温度之间关系的图；
图10是图示根据本发明的内燃发动机中的点火正时提前量与发动机负荷率之间关系的图；
图11是图示根据本发明的内燃发动机中的点火正时提前量与发动机传速之间关系的图；
图12是图示根据本发明第一示例性实施方式的过度提前执行判定程序的流程图；
图13是图示根据本发明第一示例性实施方式的点火正时提前量设定程序的流程图；
图14是图示在根据本发明的内燃发动机中当点火正时设定为MBT时的曲柄角与热生成率之间关系的图；
图15是图示当将点火正时提前至比压缩行程上止点早两倍于MBT的时间点时，根据本发明的内燃发动机中的曲柄角与热生成率之间关系的图；
图16是图示根据本发明第二示例性实施方式的过度提前执行判定程序的流程图；
图17是图示在根据本发明的内燃发动机中当开始点火正时过度提前时改变点火正时的过程的图；
图18是图示在根据本发明的内燃发动机中当完成点火正时过度提前时改变点火正时的过程的图；
图19是图示在根据本发明的内燃发动机中当开始点火正时过度提前时改变点火正时的其它过程的图；
图20是图示在根据本发明的内燃发动机中当开始点火正时过度提前时改变点火正时的其它过程的图；
图21是图示在根据本发明的内燃发动机中当点火正时设定为使得缸内压力在靠近压缩行程上止点的时间点处达到峰值时缸内压力的测量结果图；
图22是图示根据本发明第五示例性实施方式的点火正时提前量设定程序的流程图；
图23是图示在本发明的内燃发动机中点火正时与燃烧状态变化之间关系的图；
图24是图示根据本发明第五示例性实施方式的点火正时提前量设定程序的另一示例的流程图；
图25是图示根据本发明第六示例性实施方式的点火正时提前量设定程序的流程图；
图26是图示在根据本发明的内燃发动机中可去除的未燃烧燃料量与点火正时之间关系的图；
图27是图示在根据本发明的内燃发动机中当限制点火正时提前量时附着燃料量与点火正时之间关系的图；
图28是图示根据本发明第六示例性实施方式的点火正时提前量设定程序的另一示例的流程图；以及
图29是图示根据本发明第七示例性实施方式的点火正时提前量设定程序的流程图。
具体实施方式
以下将参考附图对本发明的示例性实施方式进行描述。
【第一示例性实施方式】
首先，将参考图1至图15来描述本发明的第一示例性实施方式。图1是示意性示出根据本发明的第一示例性实施方式的内燃发动机用点火控制系统的结构的视图。
图1所示内燃发动机1是火花点火式四行程内燃发动机(汽油机)。内燃发动机1具有多个气缸2，每个气缸都经由相应的进气口3连接至进气通道30并经由相应的排气口4连接至排气通道40。
在每个进气口3中，设置有将燃料喷射至气缸2内的燃料喷射阀5。在进气通道30中，设置有用于控制经由进气通道30分配的空气量的节气门6。进气压力传感器7设置于进气通道30中的节气门6的下游。进气压力传感器7检测进气通道30中的压力(即，进气压力)。空气流量计8设置于进气通道30中的节气门6的上游。空气流量计8检测进气通道30中流动的空气量。
废气净化装置9设置于排气通道40中。废气净化装置9设置有三元催化剂、吸附-还原式NOX(氮氧化物)催化剂等，并在废气净化装置9的温度处于给定的活化温度范围内时净化废气。
此外，内燃发动机1设置有：进气门10，用于打开和关闭与相应的气缸2连通的进气口3的开口；以及排气门11，用于打开和关闭与相应的气缸2连通的排气口4的开口。进气门10和排气门11分别通过由进气凸轮轴12和排气凸轮轴13驱动来打开和关闭。
在每个气缸2的上部区域中设置有点燃气缸2中的空气-燃料混合物的火花塞14。此外，活塞15以可滑动方式设置于每个气缸2中。活塞15经由对应的连杆16连接至曲轴17。
靠近曲轴17设置有曲柄位置传感器18。曲柄位置传感器18检测曲轴17的转速。此外，冷却剂温度传感器19附接至内燃发动机1。冷却剂温度传感器19检测在内燃发动机1中循环的冷却剂的温度。
如上所述构造的内燃发动机1由ECU(电子控制单元)20控制。ECU20是具有CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等的电子控制单元。ECU 20电连接至诸如进气压力传感器7、空气流量计8、曲柄位置传感器18以及冷却剂温度传感器19之类的各种传感器，且ECU 20获取由这些传感器检测的值。
ECU 20基于由相应的传感器检测的值对燃料喷射阀5、节气门6以及火花塞14进行电控制。例如，ECU 20执行用于减少附着至每个气缸2的内表面的燃料量的附着燃料减少控制。
以下，将对第一示例性实施方式的附着燃料减少控制进行描述。
当每个气缸2中的温度低时(例如，当内燃发动机1的温度低时)，所喷射的燃料倾向于附着至气缸2的内表面。已附着至气缸2的内表面的大多数燃料(将称为“附着燃料”)在未经燃烧的情况下作为未燃烧燃料从气缸2排出。此时，如果废气净化装置9尚未升温至其活化温度范围，则所述未燃烧燃料会在未经净化的情况下排出至大气。
尤其是，例如在以极低温度起动内燃发动机1的情况下，在内燃发动机1起动之后废气净化装置9活化之前将占据较长时间，因此，附着燃料量相应地增加。因此，在这种情况下，过量的燃料可能作为未燃烧燃料排出至大气。
为了克服这种问题，在附着燃料减少控制中，当附着燃料量变大时，ECU 20将每个火花塞14发出火花的时间(将称为“点火正时”)提前为超过MBT，使得附着燃料量减少且由此从每个气缸2排出的未燃烧燃料量减少。
作为所进行的与本发明有关的试验和研究的结果，已表明当点火正时提前为超过MBT时，点火正时提前越多，则从每个气缸2排出的未燃烧燃料(HC)量减少，如图2所示。
尽管此现象的机理尚未澄清，但以下机理被认为是存在的。
图3图示了分别在点火正时提前为早于MBT的时间点(图3中的“ST1”)的情况下、在点火正时设定为MBT(图3中的“ST2”)的情况下、以及在点火正时设定为压缩行程上止点(TDC)(图3中的“ST3”)的情况下所获取的有关每个气缸2中的状态的测量结果。在图3中，实线曲线表示当点火正时提前为超过MBT时所得到的值，虚线曲线表示当点火正时设定为MBT时所得到的值，点划线曲线表示当点火正时设定为压缩行程上止点(TDC)时所得到的值。以下，将点火正时提前为早于MBT的时间点称为“过度提前”。
参考图3，与当点火正时设定为MBT时以及与当点火正时设定为压缩行程上止点(TDC)时相比，当点火正时过度提前为超过MBT时，在压缩行程上止点之前燃烧的空气-燃料混合物的量较大。因此，由空气-燃料混合物的燃烧所产生的热能的峰值偏移到压缩行程上止点前的特定点(在图3中称为“热生成率”、“生成的热量”、以及“燃烧质量比”)。
由此，由于通过燃烧空气-燃料混合物所获得的加热效果及增压效果与通过活塞15的向上运动(活塞从下止点向上止点的运动)所获得的压缩效果协同作用，所以在从压缩行程到作功行程的时长期间，每个气缸2内的压力(将称为“缸内压力”)的峰值以及每个气缸2内的温度(将称为“缸内温度”)的峰值显著增大，这有助于附着于每个气缸2的内表面上的燃料的汽化和燃烧，和/或有助于所喷射的燃料在其到达每个气缸2的内表面之前的汽化和燃烧。
由此，ECU 20获取到附着燃料量，并且，如果所获取的附着燃料量等于或大于预定量，则ECU 20将每个火花塞14的点火正时过度提前为超过MBT。
以下是用于获取附着燃料量的方法的示例。第一方法是在每个气缸2中设置用于光学测量液膜厚度的传感器，并使用该传感器检测附着燃料量。第二方法是在每个气缸2中设置传导率传感器，并通过转换该传导率传感器检测的值来获取附着燃料量。第三方法是根据内燃发动机1的工作条件(以下将称为“发动机工作条件”)来估算附着燃料量。
作为用于根据发动机工作条件来估算附着燃料量的示例，ECU 20可以利用冷却剂温度传感器19检测的值(冷却剂温度thw)、进气压力传感器7检测的值(进气压力pm)、从内燃发动机1起动到当前时刻的累计进气量(∑Ga)、从内燃发动机1起动到当前时刻的累计燃料喷射量(∑Qinj)、燃料喷射量(Qinj)以及空气-燃料混合物的空燃比(A/F)中的至少一个作为参数来估算附着燃料量。
在例如起动内燃发动机1的时刻(将称为“发动机起动时刻”)，冷却剂温度thw视为基本等于每个气缸2的内表面的温度。每个气缸2的内表面的温度越低，则附着燃料量变得越大。因此，ECU 20能够通过将发动机起动时刻的冷却剂温度thw应用于图4所示映射来估算附着燃料量。
因为在发动机起动时刻的每个气缸2的内表面的温度基本等于大气温度，所以，如果内燃发动机1设置有进气温度传感器，则可以使用该进气温度传感器检测的值代替发动机起动时刻的冷却剂温度thw。
在内燃发动机1起动之后，每个气缸2的内表面的温度随着发动机继续工作而增加。此温度增加量与表示已在气缸2中燃烧的累计燃料量的累计燃料喷射量∑Qinj相关，换言之，与表示已在气缸2中用于燃烧的累计空气量的累计进气量∑Ga相关。由此，ECU 20能够同样通过将从发动机起动时刻到当前时刻累积的累计进气量∑Ga(或累计燃料喷射量∑Qinj)应用于图5所示映射来估算附着燃料量。
此外，附着燃料量随着缸内压力减小(换言之，随着气缸2中的负压增大)而减少。缸内压力与节气门6下游侧的进气压力pm(例如，在进气行程中检测到的进气压力pm)相关。由此，ECU 20能够同样通过将进气压力pm应用于图6所示映射来估算附着燃料量。
此外，附着燃料量倾向于随着从燃料喷射阀5喷射的燃料量(燃料喷射量Qinj)增加而增加。因而，ECU 20能够同样通过将表示从每个燃料喷射阀5喷射的燃料量的燃料喷射量Qinj应用于图7所示映射来估算附着燃料量。
此外，附着燃料量倾向于随着空气-燃料混合物的空燃比A/F减小而增加。因此，ECU 20能够同样通过将空气-燃料混合物的空燃比A/F应用于图8所示映射来估算附着燃料量。
同时，ECU 20可以各种可能的组合来使用图4至图8的映射中的两个或多个以提高附着燃料量估算的准确性。可替代地，因为空燃比A/F与燃料喷射量Qinj相关，所以可以根据发动机起动时刻的冷却剂温度thw、进气压力pm、累计进气量∑Ga、以及燃料喷射量Qinj来计算附着燃料量Dpfuel。
在使用上述方法中的任意方法获取附着燃料量之后，ECU 20随后判定所述附着燃料量是否等于或大于预定量。所述预定量可以设定为这样的值：即，该值可以保证从内燃发动机1的所有气缸2排出的总的未燃烧燃料量变为小于给定极限值。
当ECU 20判定所述附着燃料量等于或大于预定量时，ECU 20将每个火花塞14的点火正时过度提前为超过MBT(将称为“点火正时过度提前”)。此时，每个火花塞14的点火正时的提前量(例如，将每个火花塞14的点火正时从MBT提前的量)可以设定为使得每个气缸2中的空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点的时间点处结束。
作为所进行的与本发明有关的试验和研究的结果，已表明，点火正时从MBT提前得越多，则从每个气缸2排出的未燃烧燃料量减少。但是，如果点火正时过多地提前为超过MBT，则导致以下不期望的效果。
(1)如果点火正时过多地提前为超过MBT，则在活塞15的向上运动的加热及增压效果得以充分发挥之前空气-燃料混合物的燃烧开始，因此，燃烧变得迟缓，导致热损失增加。
(2)如果点火正时过多地提前为超过MBT，则空气-燃料混合物的燃烧所产生的热能与活塞15的向上运动相干涉，因此，内燃发动机1的输出扭矩显著减小，由此降低了驱动性能并降低了燃料经济性。
(3)如果点火正时过多地提前为超过MBT，则进入活塞15、活塞环、以及缸膛内表面之间的间隙(缝隙容积)的燃料量增加。进入所述缝隙容积的燃料倾向于在未经燃烧的情况下从气缸2排出。因而，如果点火正时过多地提前为超过MBT，则作为相反效果，可能导致从每个气缸2排出的未燃烧燃料量增加。
另一方面，如果点火正时的提前量设定为使得空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点的时间点处结束，则能够在前述不期望的效果得以充分抑制的范围内使缸内压力的峰值和缸内温度的峰值尽可能高。因此，能够使从每个气缸2排出的未燃烧燃料量最小化。
同时，为了使燃烧的结束时间与靠近压缩行程上止点的给定时间点同步，需要确定空气-燃料混合物燃烧的持续时间，换言之，空气-燃料混合物的燃烧速度。空气-燃料混合物的燃烧速度受缸内温度、吸入气缸2中的气体量(将称为“缸内气体量”)、空气-燃料混合物的空燃比A/F等的影响。此外，即使在燃烧速度保持不变时，空气-燃料混合物的燃烧结束的时间(曲柄角)也会随着发动机转速Ne增大而变得较迟，且随着发动机转速Ne减小而变得较早。
因而，ECU 20可适配成基于缸内温度、缸内气体量、空燃比A/F、以及发动机转速Ne来设定点火正时提前量。同时，紧随内燃发动机1起动之后(即，在内燃发动机1预热期间)，燃料喷射量控制为使得空燃比A/F变为适合于冷却剂温度thw的值，且因此，在此刻，可以说空燃比A/F与冷却剂温度thw相关。此外，缸内温度也与冷却剂温度thw相关。
鉴于此，ECU 20可适配成基于缸内温度、缸内气体量、以及发动机转速Ne来设定点火正时提前量。例如，ECU 20可使用诸如图9至图11中的映射之类的特定映射来设定点火正时提前量。
图9的映射图示了点火正时提前量与冷却剂温度thw之间的关系。根据图9的映射，点火正时提前量随着冷却剂温度thw降低而增加，且所述点火正时提前量随着冷却剂温度thw增加而减少。
图10的映射图示了点火正时提前量与缸内气体量之间的关系。在图10的映射中，使用内燃发动机1的负荷率KL作为缸内气体量的替代。根据图10的映射，点火正时提前量随着所述负荷率KL降低(即，随着缸内气体量减少)而增加，且所述点火正时提前量随着所述负荷率KL增加(即，随着缸内气体量增加)而减少。
图11的映射图示了点火正时提前量与发动机转速Ne之间的关系。根据图11的映射，点火正时提前量随着发动机转速Ne降低而减小，且所述点火正时提前量随着发动机转速Ne增加而增加。
在使用诸如图9至图11中的映射之类的映射来确定点火正时提前量的情况下，无论内燃发动机1的工作状态如何，空气-燃料混合物的燃烧设定为在靠近压缩行程上止点处结束。因而，能够在使热损失的增加、发动机扭矩的减小、燃料经济性的降低等等最小化的同时使得从每个气缸2排出的未燃烧燃料量最小化。
接下来，将参考图12和图13对第一示例性实施方式的附着燃料减少控制的过程进行描述。图12的流程图图示了过度提前执行判定程序，所述过度提前执行判定程序是用于判定是否需要执行点火正时过度提前的程序，并且图13的流程图图示了提前量设定程序，所述提前量设定程序确定用于点火正时过度提前的点火正时提前量。
图12和图13的程序存储于ECU 20的ROM中，并由ECU 20周期性地执行。注意，通过执行图12和图13的程序，ECU 20用作本发明的“获取装置”、“过度提前装置”以及“控制装置”。
首先，在图12的过度提前执行判定程序中，在步骤101中，ECU 20判定内燃发动机1现在是否正在起动。在此步骤中，例如，ECU 20判定点火开关或起动机开关(图中未示出)是否已接通。
如果在步骤101中得到“是”，则ECU 20转入步骤102。在步骤102中，ECU 20读取由冷却剂温度传感器19检测到的值，并随后将其记录于RAM中作为发动机起动时刻的冷却剂温度thw的值。另一方面，如果在步骤101中得到“否”，则ECU 20跳过步骤102并转入步骤103。
在步骤103中，ECU 20读取由进气压力传感器7检测到的值，并随后将其记录于RAM中作为缸内压力。
在步骤104中，ECU 20计算累计进气量∑Ga，所述累计进气量∑Ga表示从内燃发动机1起动到当前时刻已吸入内燃发动机1的进气的累计量，而且，ECU 20将所计算的累计进气量∑Ga存储于RAM中。注意，在步骤104中，可以使用累计燃料喷射量∑Qinj作为累计进气量∑Ga的替代，所述累计燃料喷射量∑Qinj表示从内燃发动机1起动到当前时刻已喷射的燃料的累计量。
在步骤105中，ECU 20读取燃料喷射量Qinj。所述燃料喷射量Qinj既可以是待喷射至每个气缸2内的燃料量，也可以是已喷射至每个气缸2内但尚未点燃的燃料量。
在步骤106中，ECU 20通过分别将步骤102至步骤105中获取的值应用于图4至图7的映射来计算附着燃料量Dpfuel。
在步骤107中，ECU 20判定在步骤106中计算的附着燃料量Dpfuel是否等于或大于预定量。
如果在步骤107中得到“是”，则ECU 20随后转入步骤108并将过度提前执行标志设定为“1”。所述过度提前执行标志形成为RAM中的存储区域等。
另一方面，如果在步骤107中得到“否”，则ECU 20转入步骤109并将过度提前执行标志重新设定为“0”。
同时，在图13的提前量设定程序中，ECU 20首先在步骤201中判定当前的过度提前执行标志是否设定为“1”。如果在步骤201中得到“否”，则ECU 20终止程序的当前循环。另一方面，如果在步骤201中得到“是”，则ECU 20转入步骤202。
在步骤202中，ECU 20读取由冷却剂温度传感器19检测到的值(冷却剂温度thw)。在步骤203中，ECU 20计算内燃发动机1的负荷率KL。在步骤204中，ECU 20获取发动机转速Ne。
在步骤205中，ECU 20通过分别将步骤202至步骤204中获取的值应用于图9至图11的映射来计算提前量ΔSa。因而，提前量ΔSa为使得空气-燃料混合物的燃烧结束靠近压缩行程上止点的量。
在步骤206中，ECU 20基于在步骤205所获取的提前量ΔSa来设定每个气缸2的点火正时It。
通过如上所述设定的点火正时It，空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点处结束，籍此在将前述不期望的效果抑制到或低于允许水平的范围内使得缸内压力的峰值和缸内温度的峰值尽可能大。因而，有效减少了从每个气缸2排出的未燃烧燃料量，且由此减少排出至大气的未燃烧燃料量。
如上所述，在第一示例性实施方式中，在考虑了空气-燃料混合物的燃烧速度和发动机转速Ne的情况下设定用于点火正时过度提前的点火正时It。可替代地，可以如下所述的简单方式设定点火正时It。
参考图14，MBT设定为使得空气-燃料混合物燃烧的热生成率在靠近压缩行程上止点处达到峰值。此时，热生成率的波形关于峰值点对称。
由此，ECU 20可适配成获取压缩行程上止点(TDC)与MBT之间的曲柄角差(图14中的“ΔIt”)，并将点火正时It设定至如图15所示的压缩行程上止点(TDC)之前的两倍于所述曲柄角差ΔIt的点(TDC-ΔIt×2)。在这种方法中，能够在使ECU 20的计算负荷最小化的同时将空气-燃料混合物燃烧的结束设定为靠近压缩行程上止点。
此外，当内燃发动机1的负荷大于预定水平时(例如，当内燃发动机1正加速运行时)，可以禁止执行点火正时过度提前。即，如果当内燃发动机1的负荷大于预定水平时执行点火正时过度提前，则内燃发动机1可能不能产生驾驶员所需的扭矩并由此可能使得驾驶员感觉不舒服。
【第二示例性实施方式】
接下来，将参考图16描述根据本发明第二示例性实施方式的点火控制系统。在以下描述中，将仅对与前述第一示例性实施方式的不同之处进行描述，即，将不再对第二示例性实施方式的点火控制系统与第一示例性实施方式的点火控制系统相同的结构进行描述。
第二示例性实施方式是当每个气缸2中所燃烧的空气-燃料混合物的空燃比A/F为燃料稀时禁止执行点火正时过度提前的点火控制系统的实施方式。
当每个气缸2中所燃烧的空气-燃料混合物的空燃比为燃料稀时，从每个气缸2排出的未燃烧燃料量少，且废气中的未燃烧燃料在废气净化装置9处与氧反应，籍此废气净化装置9快速升温至其活化温度范围。此外，当执行点火正时过度提前时，燃烧开始早于正常情况，因此，废气温度倾向于为低。
因而，通过在空气-燃料混合物的空燃比A/F为燃料稀时禁止执行点火正时过度提前，能够抑制废气温度的降低，籍此促进了在废气净化装置9处未燃烧燃料与氧之间的反应。因而，能够快速活化废气净化装置9。
以下，将参考图16描述第二示例性实施方式的附着燃料减少控制的过程。图16的流程图图示了第二示例性实施方式的附着燃料减少控制。在图16的流程图中，用相同的数字表示与第一示例性实施方式的过度提前执行判定程序(参考图12)的步骤相同的步骤。
在此程序中，在执行步骤105之后，ECU 20转入步骤1101并获取空燃比A/F。空燃比A/F既可以根据空气流量计8检测的值和燃料喷射量Qinj来计算，也可以使用设置于排气通道40中的空燃比传感器(图中未示出)来检测。
随后，ECU 20转入步骤1102并判定在步骤1101中获取的空燃比A/F是否为燃料稀。如果在步骤1102中得到“否”，则ECU 20执行步骤106及其后续步骤。另一方面，如果在步骤1102中得到“是”，则ECU 20转入步骤109并将过度提前执行标志设定为“0”，籍此禁止执行点火正时过度提前。
在上述第二示例性实施方式中，废气净化装置9能够快速得以活化，因此，能够通过废气净化装置9的净化能力进一步减少废气排放。
【第三示例性实施方式】
接下来，将描述根据本发明第三示例性实施方式的点火控制系统。在以下描述中，将仅对与前述第一示例性实施方式的不同之处进行描述，即，将不再对第三示例性实施方式的点火控制系统与第一示例性实施方式的点火控制系统相同的结构进行描述。
第三示例性实施方式是在执行点火正时过度提前期间优化燃料喷射正时的点火控制系统的实施方式。
当内燃发动机1正在起动或正在预热时，有时将燃料喷射正时设定为与气缸2的进气行程不同步的时间点(此燃料喷射模式将被称为“进气非同步喷射模式”)。在进气非同步喷射模式中，许多燃料倾向于附着至每个进气口3的内表面以及附着至每个气缸2的内表面。附着至每个进气口3的内表面的燃料可能在进气门10与排气门11之间的气门重叠时长期间作为未燃烧燃料排出至排气通道40。
同时，在将燃料喷射正时设定为与气缸2的进气行程同步的时间点(此燃料喷射模式将被称为“进气同步喷射模式”)的情况下，附着至每个进气口3的内表面的燃料量减少。随着附着至进气口3的内表面的燃料量减少，附着至每个气缸2的内表面的燃料量可能反而增加。但是，附着至每个气缸2的内表面的燃料能够通过点火正时过度提前而得以减少。
因而，通过在执行点火正时过度提前时将燃料喷射模式从进气非同步喷射模式转换至进气同步喷射模式，可以减少附着至每个进气口3的内表面的燃料量以及附着至每个气缸2的内表面的燃料量。因而，能够进一步减少从内燃发动机1的气缸2排出的未燃烧燃料量。
在上述情况下，将燃料喷射模式从进气非同步喷射模式转换至进气同步喷射模式的时间既可以是当开始点火正时过度提前时，也可以是在开始点火正时过度提前之后的预定时间(例如，一个至两个循环)。
在开始点火正时过度提前之后的预定时间而不是在开始点火正时过度提前时将燃料喷射模式从进气非同步喷射模式转换至进气同步喷射模式提供了以下优点。即，在进气同步喷射模式期间，即使附着至每个进气口3的内表面的燃料量减少，附着至每个气缸2的内表面的燃料量倾向于增加。在紧随点火正时过度提前开始之后，缸内温度(每个气缸2的内表面的温度以及每个气缸2中的大气温度)低。此时，如果由于执行进气同步喷射模式而导致更多燃料附着至每个气缸2的内表面，则难以完全地汽化和燃烧附着燃料。
克服这种问题的一种选择是在点火正时过度提前开始之后的预定时间，而不是在其开始时，将燃料喷射模式从进气非同步喷射模式转换至进气同步喷射模式。在这种情况下，因为当燃料喷射模式从进气非同步喷射模式转换至进气同步喷射模式时缸内温度已经很高，所以即使进气口3的内表面上的燃料进入相应气缸2，所述燃料也能够几乎完全汽化和燃烧。
【第四示例性实施方式】
接下来，将参考图17至图20描述根据本发明第四示例性实施方式的点火控制系统。在以下描述中，将仅对与前述第一示例性实施方式的不同之处进行描述，即，将不再对第四示例性实施方式的点火控制系统与第一示例性实施方式的点火控制系统相同的结构进行描述。
第四示例性实施方式是当开始点火正时过度提前时以及当完成点火正时过度提前时逐渐改变点火正时的点火控制系统的实施方式。
如果当开始点火正时过度提前时迅速改变(即，提前)点火正时，则可能导致燃烧状态的明显变化和/或发动机扭矩的明显变化。因此，在第四示例性实施方式中，ECU 20适配成在开始和完成点火正时过度提前时逐渐改变点火正时。
例如，当开始点火正时过度提前时，ECU 20经过多次循环逐渐将点火正时从正常的点火正时(在图17中称为“正常点火正时”)提前至过度提前的点火正时(在图17中称为“过度提前的点火正时”)。
点火正时在一个循环中提前的量既可以是固定量，也可以是根据正常点火正时与过度提前的点火正时之间的差而改变的可变量(例如，随着该差增大而增大的可变量)。
同样，当完成点火正时过度提前时，ECU 20经过多次循环逐渐将点火正时从过度提前的点火正时延迟至正常点火正时(参考图18)。
由此，通过如上所述在开始和/或完成点火正时过度提前时逐渐改变点火正时，可以防止燃烧状态以及发动机扭矩的明显变化。
同时，参考图19，在使发动机扭矩基本等于通过正常点火正时所获得的发动机扭矩的点火正时St1早于MBT的情况下，当开始点火正时过度提前时，ECU 20可以立即将点火正时从正常点火正时提前至点火正时St1，然后经过多次循环逐渐从点火正时St1提前至过度提前的点火正时。
根据这种方法，能够在较短时间内将点火正时从正常点火正时转换至过度提前的点火正时。同样，当完成点火正时过度提前时，ECU 20可以经过多次循环逐渐将点火正时从过度提前的点火正时延迟返回点火正时St1，然后立即从点火正时St1延迟为正常点火正时。根据这种方法，能够在较短时间内将点火正时从过度提前的点火正时转换回正常点火正时。
此外，ECU 20可水平成在调节进气量的同时立即将点火正时从正常点火正时提前至过度提前的点火正时，以便避免发动机扭矩的明显变化。
例如，参考图20，ECU 20确定进气量Ga2，所述进气量Ga2是在点火正时提前至过度提前的点火正时之后产生基本等于当前扭矩(即，通过正常点火正时获得的扭矩)的扭矩所必需的进气量。然后，ECU 20在控制节气门6以便实现所确定的进气量Ga2的同时将点火正时从正常点火正时立即提前至过度提前的点火正时。
根据这种方法，能够快速将点火正时从正常点火正时提前至过度提前的点火正时，同时避免发动机扭矩的明显变化。同样，当完成点火正时过度提前时，ECU 20可适配成确定在将点火正时从过度提前的点火正时延迟返回至正常点火正时之后产生基本等于当前扭矩(即，通过过度提前的点火正时获得的扭矩)的扭矩将所必需的进气量，然后，在控制节气门6以便实现所确定的进气量的同时将点火正时从过度提前的点火正时延迟返回至正常点火正时。根据这种方法，能够在避免发动机扭矩的明显变化的同时快速将点火正时从过度提前的点火正时延迟返回至正常点火正时。
【第五示例性实施方式】
接下来，将参考图21至图23描述根据本发明第五示例性实施方式的点火控制系统。在以下描述中，将仅对与前述第一示例性实施方式的不同之处进行描述，即，将不再对第五示例性实施方式的点火控制系统与第一示例性实施方式的点火控制系统相同的结构进行描述。
第五示例性实施方式是限制过度提前点火正时使得缸内压力在压缩行程上止点处或在压缩行程上止点之后达到峰值的点火控制系统的实施方式。
在点火正时过度提前的过程中，在活塞15正向上移动的同时空气-燃料混合物燃烧，因此空气-燃料混合物燃烧的压力与活塞15的向上运动相干涉，使得内燃发动机1的扭矩减小。
在这种情况下，如果缸内压力在压缩行程上止点之前达到峰值，则存在以下可能性，即在作功行程中施加至活塞15的压力的总和(以下称为“第一总压力”)变为等于或小于在压缩行程中施加至活塞15的压力的总和(以下称为“第二总压力”)。
同时，在内燃发动机1的每个运动部件处会发生摩擦，且为了使内燃发动机1产生正扭矩，第一总压力必需大于第二总压力与内燃发动机1中的摩擦的总和。但是，当第一总压力变为等于或小于第二总压力时，在某些情况下，内燃发动机1不能克服内燃发动机1中的摩擦，由此，内燃发动机1不能产生正扭矩。
图21图示了当点火正时设定为使得缸内压力在压缩行程上止点处达到峰值时所测量的缸内压力。
在图21所示情况下，第一总压力(在图21中由区域“A”表示)大于第二总压力(在图21中由区域“B”表示)的量对应于燃烧气体的热膨胀，且第一总压力与第二总压力之间的差(即，第一总压力减去第二总压力所获得的值)充分大于内燃发动机1中的摩擦。
鉴于此，在第五示例性实施方式的附着燃料减少控制过程中，ECU20将使得缸内压力在压缩行程上止点处达到峰值的点火正时设定为提前极限(以下将称为“扭矩极限点火正时”)，并限制过度提前点火正时使其不会变为早于所述扭矩极限点火正时。
更具体地，ECU 20将已在第一示例性实施方式中参考图13描述过的提前量设定程序中所设定的点火正时与所述扭矩极限点火正时进行比较。以下将在所述提前量设定程序中所设定的点火正时称为“标准点火正时”。
当标准点火正时迟于扭矩极限点火正时时，ECU 20通过使用标准点火正时作为过度提前点火正时来执行点火正时过度提前。另一方面，当标准点火正时早于扭矩极限点火正时时，ECU 20通过使用扭矩极限点火正时作为过度提前点火正时来执行点火正时过度提前。
同时，扭矩极限点火正时既可以通过经验预先获得，也可以使用缸内压力传感器来确定。
在使用缸内压力传感器来确定扭矩极限点火正时的情况下，ECU 20首先将过度提前点火正时暂时设定为标准点火正时，并根据此时由缸内压力传感器检测到的值来确定缸内压力达到峰值的时间(曲柄角)。然后，如果缸内压力的峰值时间处于压缩行程上止点处或者压缩行程上止点之后，则ECU 20使用标准点火正时作为过度提前点火正时继续点火正时过度提前。另一方面，如果缸内压力的峰值时间处于压缩行程上止点之前，则ECU 20将过度提前点火正时从标准点火正时延迟。
以下，将参考图22描述第五示例性实施方式的附着燃料减少控制的过程。图22的流程图图示了第五示例性实施方式的提前量设定程序。在图22的流程图中，用相同的数字表示与第一示例性实施方式的提前量设定程序(参考图13)的步骤相同的步骤。
在第五示例性实施方式的提前量设定程序中，在步骤206中设定点火正时(标准点火正时)It之后，ECU 20转入步骤2201并通过将点火正时(标准点火正时)It确定为过度提前点火正时来开始点火正时过度提前。
随后，在步骤2202中，ECU 20基于缸内压力传感器检测的值来确定缸内压力达到峰值的时间(峰值时间)。
随后，在步骤2203中，ECU 20判定在步骤2202中所确定的峰值时间是否处于压缩行程上止点(TDC)处或者压缩行程上止点(TDC)之后。如果在步骤2203中得到“是”，则ECU 20随后使用点火正时(标准点火正时)It作为过度提前点火正时继续点火正时过度提前。
另一方面，如果在步骤2203中得到“否”，则ECU 20随后转入步骤2204。在步骤2204中，ECU 20通过将过度提前点火正时延迟来校正过度提前点火正时。此时将过度提前点火正时延迟的量既可以是预先设定的恒定值，也可以是根据缸内压力的峰值时间与压缩行程上止点TDC之间的差而改变的可变值(例如，随着该差的增大而增大的可变值)。
在完成步骤2204之后，ECU 20随后再次执行步骤2202及其后续步骤。即，ECU 20反复实施对过度提前点火正时的延迟校正直至在步骤2203中得到“是”为止。
因而，根据第五示例性实施方式，能够在确保内燃发动机1至少产生最小必要水平的扭矩的同时减少从气缸2排出的未燃烧燃料量。
如上所述，在第五示例性实施方式中，当限制过度提前点火正时时，仅考虑了发动机扭矩。本发明不局限于此。即，例如，如以下所述示例那样，当限制过度提前点火正时时，可以考虑燃烧状态的变化或者发动机扭矩的变化。
在此示例中，ECU 20基于例如图23所示的燃烧状态的变化量值与点火正时之间的关系来确定位于燃烧状态的变化量值等于或小于容许极限的范围内的最早点火正时。此最早点火正时在以下将称为“变化极限点火正时”。而后，ECU 20比较标准点火正时、扭矩极限点火正时以及变化极限点火正时，并将它们之中的最迟的正时设定为过度提前点火正时。
此外，ECU 20可适配成根据缸内传感器检测的值来计算燃烧状态的变化速率并校正过度提前点火正时，使得所计算的变化速率变为等于或低于给定阈值。在这种情况下，ECU 20能够通过执行例如图24所示的程序来确定过度提前点火正时。在图24的流程图中，用相同的数字表示与图22的提前量设定程序的步骤相同的步骤。
在图24的提前量设定程序中，在步骤2202中获取缸内压力的峰值时间之后，ECU 20转入步骤2301。在步骤2301中，ECU 20根据缸内压力传感器检测的值来计算燃烧状态变化速率。
随后，在步骤2203中，ECU 20判定在步骤2202中获取的缸内压力的峰值时间是否处于压缩行程上止点处或者压缩行程上止点之后。如果在步骤2203中得到“是”，则ECU 20随后转入步骤2302，并判定在步骤2301中计算的燃烧状态变化速率是否等于或低于阈值。
如果在步骤2302中得到“是”，则ECU 20在不校正过度提前点火正时的情况下继续点火正时过度提前。另一方面，如果在步骤2203或步骤2302中得到“否”，则ECU 20进行对过度提前点火正时的延迟校正，然后再次执行步骤2202及其后续步骤。
通过以上述方式设定过度提前点火正时，能够在抑制燃烧状态变化以及防止发动机扭矩过度减小的同时，减少从气缸2排出的未燃烧燃料量。
【第六示例性实施方式】
接下来，将参考图25至图28描述根据本发明第六示例性实施方式的点火控制系统。在以下描述中，将仅对与前述第一示例性实施方式的不同之处进行描述，即，将不再对第六示例性实施方式的点火控制系统与第一示例性实施方式的点火控制系统相同的结构进行描述。
第六示例性实施方式是当执行点火正时过度提前时根据附着至气缸2的内表面的燃料量(附着燃料量Dpfuel)来改变点火正时的提前量的点火控制系统的实施方式。
在点火正时过度提前的过程中，由空气-燃料混合物的燃烧所产生的热能峰值(换言之，热生成率)偏移到压缩行程上止点之前的特定点，且这样导致了内燃发动机1的扭矩减小以及燃料经济性的降低。
随着点火正时的提前量增加，这样的不期望效果变得更差。因此，为了克服这种问题，当附着燃料量Dpfuel少时，可以减小点火正时过度提前量，以便使内燃发动机1的扭矩减小以及燃料经济性的降低得以最小化。
由此，在第六示例性实施方式的附着燃料减少控制中，ECU 20随着附着燃料量Dpfuel增加而增大点火正时提前量，并随着附着燃料量Dpfuel减少而减小点火正时提前量。
以下，将参考图25描述第六示例性实施方式的附着燃料减少控制的过程。图25的流程图图示了第六示例性实施方式的提前量设定程序。在图25的流程图中，用相同的数字表示与第一示例性实施方式的提前量设定程序(参考图13)的步骤相同的步骤。
在图25的提前量设定程序中，ECU 20在步骤201中判定过度提前执行标志目前是否设定为“1”。如果在步骤201中得到“是”，则ECU 20转入步骤2401并读取已经在第一示例性实施方式的点火正时过度提前执行判定程序(参考图12)中计算出的附着燃料量Dpfuel。
然后，在步骤2402中，ECU 20基于附着燃料量Dpfuel设定用于点火正时过度提前的点火正时It1。此时，例如，使用如图26所示的映射来确定点火正时It1。图26的映射是根据经验制作的，且限定了在每次点火正时能够被去除(汽化而后燃烧)的附着燃料量。
如上所述设定用于点火正时过度提前的点火正时It1使得点火正时提前量最小化，且因此能够在使内燃发动机1的扭矩减小以及燃料经济性的降低得以最小化的同时，减少从气缸2排出的未燃烧燃料量。
同时，第六示例性实施方式的上述附着燃料减少控制可以与第二示例性实施方式至第四示例性实施方式的附着燃料减少控制中的至少一个相结合。例如，当在气缸2中燃烧的空气-燃料混合物为燃料稀时，可以禁止执行点火正时过度提前。此外，在点火正时过度提前期间，可以将燃料喷射模式设定为进气同步喷射模式。此外，当开始和完成点火正时过度提前时，可以逐渐改变点火正时。
在第六示例性实施方式的附着燃料减少控制中，可以如上述第五示例性实施方式中那样限制过度提前点火正时。即，可以限制过度提前点火正时使得过度提前点火正时不会变为早于预定时间。
例如，如在图27中所示的示例那样，ECU 20可适配成：当附着燃料量Dpfuel小于第一基准量时，将点火正时固定为MBT；当附着燃料量Dpfuel等于或大于第一基准量但小于第二基准量时，根据附着燃料量Dpfuel来提前点火正时；以及，当附着燃料量Dpfuel大于第二基准量时，将点火正时固定为预定时间。
所述第一基准量可以等于或小于第一示例性实施方式中所述的“预定量”。所述第二基准量对应于当点火正时设定为图26的映射中的预定时间时能够去除的附着燃料量。
此外，所述预定时间可以是标准点火正时、扭矩极限点火正时、或者变化极限点火正时。可替代地，所述预定时间可以是标准点火正时、扭矩极限点火正时以及变化极限点火正时中的至少两个中的最迟的正时。
为了限制上述过度提前点火正时，例如，ECU 20可适配成通过执行例如图28所示的提前量设定程序来确定过度提前点火正时。在图28的流程图中，用相同的数字表示与图25中的提前量设定程序相同的步骤。
在图28的提前量设定程序中，ECU 20在步骤201中判定过度提前执行标志目前是否设定为“1”。如果在步骤201中得到“是”，则ECU 20转入步骤2401并读取附着燃料量Dpfuel。
然后，ECU 20转入步骤2501并判定附着燃料量Dpfuel是否等于或大于第一基准量。如果在步骤2501中得到“否”(Dpfuel＜第一基准量)，则ECU 20转入步骤2505并将点火正时设定为MBT。
另一方面，如果在步骤2501中得到“是”(Dpfuel≥第一基准量)，则ECU 20转入步骤2502。在步骤2502中，ECU 20判定附着燃料量Dpfuel是否等于或小于第二基准量。
如果在步骤2502中得到“是”(Dpfuel≤第二基准量)，则ECU 20随后转入步骤2503并通过将附着燃料量Dpfuel应用于图26的映射来设定点火正时。
在这种情况下，点火正时提前量设定为对应于附着燃料量的量，且由此能够使内燃发动机1的扭矩减小以及燃料经济性的降低得以最小化。
另一方面，如果在步骤2502中得到“否”(Dpfuel＞第二基准量)，则ECU 20随后转入步骤2504并将点火正时固定至预定时间。即，ECU 20将过度提前点火正时设定为标准点火正时、扭矩极限点火正时以及变化极限点火正时中的一个，或者，设定为标准点火正时、扭矩极限点火正时以及变化极限点火正时中的至少两个中的最迟的正时。
因而，防止点火正时过度提前，籍此防止内燃发动机1的扭矩以及燃烧状态变化过度减小。
【第七示例性实施方式】
接下来，将参考图29描述根据本发明第七示例性实施方式的点火控制系统。在以下描述中，将仅对与前述第一示例性实施方式的不同之处进行描述，即，将不再对第七示例性实施方式的点火控制系统与第一示例性实施方式的点火控制系统相同的结构进行描述。
第七示例性实施方式是在内燃发动机1的起动完成之后执行点火正时过度提前的点火控制系统的实施方式。
在点火正时过度提前的过程中，活塞15的向上运动与空气-燃料混合物的燃烧压力相干涉。因此，如果在内燃发动机1的起动完成之前开始点火正时过度提前，则所述燃烧压力(必要时称为“负扭矩”)对活塞15向上运动的干涉可能妨碍起动装置(例如，起动电机、电动发动机)的正常工作。
对起动装置的工作的这种干涉可能导致内燃发动机1难以快速起动，并且在较坏的情况下，可能导致不能起动。
但是，通过在内燃发动机1的起动完成之后开始点火正时过度提前，能够防止这种问题。
同时，当内燃发动机1已经起动以完全燃烧运行时，可以视为内燃发动机1的起动“完成”。可替代地，如果点火正时提前量小，则当发生初期燃烧时可以视为内燃发动机1的起动完成。
以下，将参考图29描述第七示例性实施方式的附着燃料减少控制的过程。图29的流程图图示了第七示例性实施方式的提前量设定程序。在图29的流程图中，用相同的数字表示与第一示例性实施方式的点火正时过度提前执行判定程序(参考图12)的步骤相同的步骤。
在此程序中，在执行步骤102之后，ECU 20转入步骤1201并判定内燃发动机1的起动是否已完成。在此步骤中，例如，如果基于曲柄位置传感器18输出的信号所计算的发动机转速Ne等于或高于预定转速，则判定内燃发动机1的起动已完成。
如果在步骤1201中得到“是”，则ECU 20执行步骤103及其后续步骤。在这种情况下，如果附着燃料量Dpfuel等于或大于预定量，则执行点火正时过度提前。
另一方面，如果在步骤1201中得到“否”，则ECU 20随后转入步骤109并将过度提前执行标志设定为“0”。在这种情况下，无论附着燃料量Dpfuel如何，都禁止执行点火正时过度提前。
因而，根据第七示例性实施方式，在内燃发动机1的起动完成之前，不执行点火正时过度提前，因此，能够防止内燃发动机1的驱动性能的降低，如果执行点火正时过度提前可能引起这种内燃发动机1的驱动性能的降低。
注意，第七示例性实施方式的附着燃料减少控制可以与第二示例性实施方式至第六示例性实施方式的附着燃料减少控制以各种可能的组合来执行。通过这样做，能够在使点火正时过度提前的不期望的效果最小化的同时，更有效地减少从气缸2排出的未燃烧燃料量。
尽管已经参考本发明的示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于所述示例性实施方式及构造。相反，本发明意图覆盖各种改型和等同方案。另外，尽管以示例性的各种组合及构造示出了所述示例性实施方式的各种元件，但是包括更多、更少或者仅包括一个元件的其它组合及构造同样落在本发明的精神和范围内。

Claims (17)

1.一种用于火花点火式内燃发动机的点火控制系统，其特征在于包括：
过度提前装置，其用于将所述内燃发动机的气缸的点火正时过度提前为超过最大扭矩时的最小点火提前角；
获取装置，其用于获取附着燃料量，所述附着燃料量是附着于所述内燃发动机的气缸内表面的燃料量；以及
控制装置，其用于当所述获取装置获取的所述附着燃料量等于或大于预定量时控制所述过度提前装置以执行点火正时过度提前。
2.如权利要求1所述的点火控制系统，其中
所述获取装置获取的所述附着燃料量越大，则所述控制装置使点火正时过度提前量越大，所述点火正时过度提前量是所述过度提前装置将所述点火正时提前的量。
3.如权利要求1或2所述的点火控制系统，其中
所述控制装置设定点火正时过度提前量，使得所述气缸中的空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点的时间点处结束。
4.如权利要求1或2所述的点火控制系统，其中
所述控制装置设定点火正时过度提前量，使得所述气缸中的压力在靠近压缩行程上止点的时间点处达到最大值。
5.如权利要求1或2所述的点火控制系统，其中
所述控制装置设定点火正时过度提前量，使得所述气缸中的温度在靠近压缩行程上止点的时间点处达到最大值。
6.一种用于火花点火式内燃发动机的点火控制系统，其特征在于包括：
过度提前装置，其用于将所述内燃发动机的气缸的点火正时过度提前为超过最大扭矩时的最小点火提前角；
获取装置，其用于获取附着燃料量，所述附着燃料量是附着于所述内燃发动机的气缸内表面的燃料量；以及
控制装置，其用于根据所述获取装置获取的所述附着燃料量来改变点火正时过度提前量，所述点火正时过度提前量是所述过度提前装置将所述点火正时提前的量。
7.如权利要求6所述的点火控制系统，其中
所述获取装置获取的所述附着燃料量越大，则所述控制装置使所述点火正时过度提前量越大。
8.如权利要求6或7所述的点火控制系统，其中
所述控制装置限制所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的空气-燃料混合物的燃烧在靠近压缩行程上止点的时间点处或者在靠近压缩行程上止点的时间点之后结束。
9.如权利要求6或7所述的点火控制系统，其中
所述控制装置限制所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的压力在靠近压缩行程上止点的时间点处或者在靠近压缩行程上止点的时间点之后达到最大值。
10.如权利要求6或7所述的点火控制系统，其中
所述控制装置限制所述点火正时过度提前量，使得所述气缸中的温度在靠近压缩行程上止点的时间点处或者在靠近压缩行程上止点的时间点之后达到最大值。
11.如权利要求1、2、6、7中任一项所述的点火控制系统，其中
当在所述气缸中燃烧的空气-燃料混合物的空燃比为燃料稀时，所述控制装置禁止所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前。
12.如权利要求1、2、6、7中任一项所述的点火控制系统，其中
当所述内燃发动机的负荷等于或大于预定负荷时，所述控制装置禁止所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前。
13.如权利要求1、2、6、7中任一项所述的点火控制系统，其特征在于进一步包括：
燃料喷射阀，其用于将燃料喷射至所述内燃发动机的进气口中，其中
当所述过度提前装置执行所述点火正时过度提前时，所述控制装置将所述燃料喷射阀的燃料喷射正时设定为与进气行程同步的时间点。
14.如权利要求1、2、6、7中任一项所述的点火控制系统，其特征在于进一步包括：
燃料喷射阀，其用于将燃料喷射至所述内燃发动机的进气口中，其中
在所述过度提前装置开始执行所述点火正时过度提前之后，所述控制装置将所述燃料喷射阀的燃料喷射正时从与进气行程不同步的时间点转换至与进气行程同步的时间点。
15.如权利要求1、2、6、7中任一项所述的点火控制系统，其中
当所述过度提前装置开始所述点火正时过度提前时和/或当所述过度提前装置完成所述点火正时过度提前时，所述控制装置逐渐改变所述点火正时。
16.如权利要求1、2、6、7中任一项所述的点火控制系统，其中
在所述过度提前装置正在执行所述点火正时过度提前的同时，所述控制装置调节进气量。
17.如权利要求1、2、6、7中任一项所述的点火控制系统，其中
所述控制装置根据所述气缸中的压力计算燃烧状态变化速率并校正点火正时过度提前量，使得所述燃烧状态变化速率变为等于或低于阈值。
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