CN101936233B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的控制装置，其可以与驾驶状况对应地，对抑制PM排出量和抑制发动机油的稀释适当地进行控制。向燃烧室(123)直接喷射燃料的火花点火式内燃机(EG)的控制装置(11)具有：温度检测单元(133)，其检测上述燃烧室的温度；负载检测单元(131)，其检测上述内燃机的负载；控制单元(11)，其执行第1控制，即，在上述燃烧室的温度小于或等于规定温度(T0)的情况下，上述内燃机的负载大于或等于规定负载(W0)时，与上述内燃机的负载小于上述规定负载时相比，将上述燃料喷射定时设为提前角。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的控制装置。
背景技术
在以柴油发动机为代表的缸内喷射压缩点火发动机中，提出了下述技术，即，为了防止燃料经济性的恶化，将点火定时维持在活塞上止点TDC附近，同时，为了减少氮氧化物NOx及颗粒物质PM(Particulate Matter：排气微粒)的排放量，将燃料的喷射定时提前而进行预混合燃烧(专利文献1)。
专利文献1：日本特开2004-293368号公报
发明内容
但是，在火花点火式直喷发动机中，如果将燃料喷射定时提前，则会在活塞顶面上附着一部分燃料，由于其不蒸发而进行燃烧，所以使PM增加。相反地，如果将燃料喷射定时延迟，则活塞位于远离上止点的较低的位置，因此，燃料会与缸径壁面直接接触而附着，该附着的燃料通过活塞的动作而被刮落至油盘，其结果存在将发动机油稀释等问题。
本发明要解决的课题是，提供一种内燃机的控制装置，其可以与驾驶状况对应地，适当进行控制，以抑制PM的排出量和抑制发动机油的稀释。
本发明通过在燃烧室的温度为低温，内燃机的负载较大的情况下，与负载较小的情况下相比，使燃料的喷射定时提前，另一方面，在负载较小的情况下，使燃料的喷射定时延迟，由此解决上述课题。
发明的效果
根据本发明，由于在燃烧室的温度为低温，负载较大的情况下，使喷射定时提前，所以即使与负载的增加对应地，燃料喷射量增加，也可以抑制燃料向缸径壁面附着。其结果，可以抑制发动机油的稀释。
另一方面，由于在燃烧室的温度为低温，负载较小的情况下，使喷射定时延迟，所以可以抑制燃料向活塞顶面的附着。其结果，可以减少PM的排出量。
附图说明
图1是表示使用本发明的一个实施方式的内燃机的框图。
图2是表示利用图1的发动机控制器执行的燃料喷射控制的流程的流程图。
图3是表示图2的控制中的发动机负载与燃料喷射定时之间的关系的控制图。
图4是表示扭矩性能特性图中的燃料喷射定时的控制图(燃烧室温度为低温时)。
图5是表示扭矩性能特性图中的燃料喷射定时的控制图(燃烧室温度为高温时)。
具体实施方式
下面，基于附图，说明本发明的实施方式。
图1是表示使用本发明的一个实施方式的内燃机的框图，说明在所谓缸内直喷型火花点火式发动机EG中使用本发明的控制装置的例子。
在图1中，在发动机EG的进气通路111中设置有：空气过滤器112；空气流量计113，其对吸入空气流量进行检测；节气门114，其对吸入空气流量进行控制；以及集气管115。
在节气门114上设置用于调整该节气门114的开度的DC电动机等致动器116。该节气门致动器116，基于来自发动机控制单元11的驱动信号，对节气门114的开度进行电子控制，以实现基于驾驶员的加速踏板操作量等而运算出的要求扭矩。另外，设置用于检测节气门114的开度的节气门传感器117，其将检测信号向发动机控制单元1输出。此外，节气门传感器117还可以作为怠速开关起作用。
燃料喷射阀118面向燃烧室123而设置。燃料喷射阀118，利用在发动机控制单元11中设定的驱动脉冲信号进行开阀驱动，将从图外的燃料泵输送出并利用压力调节器控制为规定压力的燃料，直接向缸内喷射。对于该控制，在后面记述。
由气缸119、在该气缸内往复移动的活塞120的顶面、设置有进气阀121以及排气阀122的气缸盖围成的空间，构成燃烧室123。火花塞124面向各气缸的燃烧室123而安装，基于来自发动机控制单元11的点火信号，对吸入混合气进行点火。
另一方面，在排气通路125中设置空燃比传感器126，其通过对排气中的特定成分、例如氧浓度进行检测，从而检测排气、进而检测吸入混合气的空燃比，该空燃比传感器126的检测信号向发动机控制单元11输出。该空燃比传感器126可以是进行浓·稀输出的氧传感器，也可以是宽幅线性地检测空燃比的宽幅空燃比传感器。
另外，在排气通路125中设置排气净化催化剂127，其用于净化排气。作为该排气净化催化剂127，可以使用三元催化剂或氧化催化剂，该三元催化剂将排气中的一氧化碳CO和碳化氢HC在理想配比(理论空燃比、λ＝1、空气重量/燃料重量＝14.7)附近氧化，并且能够进行氮氧化物NOx的还原而净化排气，该氧化催化剂进行排气中的一氧化碳CO和碳化氢HC的氧化。
在排气通路125的排气净化催化剂127的下游侧，设置氧传感器128，其对排气中的特定成分，例如氧浓度进行检测，进行浓·稀输出，该氧传感器128的检测信号向发动机控制单元11输出。在这里，为了利用氧传感器128的检测值，对基于空燃比传感器126的检测值的空燃比反馈控制进行校正，从而抑制与空燃比传感器126的老化等相伴的控制误差等(为了采用所谓双空燃比传感器系统)，而构成为设置下游侧氧传感器128，但在仅进行基于空燃比传感器126的检测值的空燃比反馈控制即可的情况下，可以省略氧传感器128。
此外，在图1中，129为消音器。
在发动机EG的曲轴130上，设置曲轴角度传感器131，发动机控制单元11，通过在一定时间内对从曲轴角度传感器131与发动机旋转同步地输出的曲轴单位角度信号进行计数，或者，通过对曲轴基准角度信号的周期进行测量，从而可以检测发动机旋转速度Ne。
在发动机EG的冷却套管132上，水温传感器133面向该冷却套管而设置，对冷却套管131内的冷却水温度Tw进行检测，并将其向发动机控制单元11输出。
另外，在进气行程中喷射燃料，并将燃料和空气均匀地混合而使其燃烧的均质燃烧控制中，在例如80～90°ATDC的定时，向燃烧室123喷射燃料。如果使该进气行程中的燃料喷射定时延迟，则在喷射时，活塞120位于远离上止点TDC的较低的位置，因此，燃料会与气缸119的壁面直接接触而附着，该附着的燃料由于活塞120的动作而被刮落至油盘，其结果，存在将发动机油稀释的倾向。因此，为了抑制发动机油的稀释，必须将燃料喷射定时提前。
但是，如果使燃料喷射定时提前，则在喷射时，活塞120位于与上止点TDC接近的位置，因此，一部分燃料会附着在活塞120的顶面上，存在这些燃料不蒸发而进行燃烧，使PM增加的倾向。即，如果要利用燃料喷射定时来应对抑制发动机油稀释和抑制PM排出，则它们的条件是彼此相悖的。
但是，PM的排出，主要在燃烧室123的温度为低温即冷机状态下成为问题，另一方面，发动机油的稀释，主要在燃料喷射量较大的高负载状态下成为问题。本例的发动机控制单元11，基于这样的认识，与燃烧室123的温度对应地，切换燃料喷射定时的控制图。
燃烧室123的温度，可以使用由水温传感器133检测出的发动机冷却水的温度。另外，也可以取代这种方式，设置用于检测发动机油的温度的传感器，而使用该发动机油的温度。而且，也可以取代这种方式，基于发动机起动后的运转历史，对气缸119的壁面温度进行推算。以下，将由水温传感器133检测出的冷却水温度与规定的变换系数相乘得到的温度，作为燃烧室123的温度使用。
下面，说明控制流程。
图2是表示由发动机控制器11执行的进气行程中的燃料喷射控制流程的流程图。
在步骤S1中，根据水温传感器133的冷却水温度，检测燃烧室123的温度，判定其是否小于或等于预先设定的规定温度T0。在测定的燃烧室123的温度小于或等于规定温度T0的情况下，即，发动机EG为冷机状态的情况下，进入步骤S2，在与规定温度T0相比较高的情况下，即，发动机EG为暖机状态的情况下，进入步骤S5。
在步骤S2中，判定发动机负载是否与预先设定的规定负载W0相比较高。图4是表示燃烧室温度为低温时(发动机冷机时)的扭矩性能特性图上的燃料喷射定时的控制图。在该图中，实线是对燃料喷射定时进行切换的阈值曲线(规定负载)，与实线相比上方的区域为高负载区域，与实线相比下方的区域为低负载区域。另外，该图中的虚线为在高负载区域与低负载区域之间对燃料喷射定时进行切换时的缓冲区域，通过缓慢地切换燃料喷射定时，而抑制扭矩突然变化。
通过利用曲轴角度传感器131检测发动机转速，并且，利用未图示的扭矩传感器检测曲轴130的轴扭矩，并参照图4的控制图，由此判定当前的发动机负载处于高负载区域，还是低负载区域。
对于步骤S2的判定结果，在当前的发动机负载处于与规定负载W0相比较高的高负载区域的情况下，进入步骤S3，在处于与规定负载W0相比较低的低负载区域的情况下，进入步骤S4。
在步骤S3中，将燃料喷射定时提前至40～50°ATDC，而优先抑制发动机油的稀释。这是因为由于在高负载区域燃料的喷射量较大，所以向气缸119的壁面附着的燃料量也变多。与此相对，由于在高负载区域燃烧能量较大，所以PM的排出量相对地降低。如上述所示，通过将燃料喷射定时设为提前角，可以减少向气缸119的壁面附着而使发动机油稀释的燃料量。
另一方面，在步骤S4中，将燃料喷射定时延迟至60～80°ATDC，优先抑制PM的排出。这是因为由于在低负载区域燃烧能量较小，所以PM的排出量增加。与此相对，在低负载区域燃料喷射量较小，向气缸119的壁面附着的燃料量也相对地变少。如上述所示，通过将燃料喷射定时设为延迟角，可以抑制下述情况，即，燃料附着在活塞120的顶面上，这些燃料不蒸发而燃烧，使PM增加。
将以上的步骤S1～S4的控制称为第1控制模式。
返回步骤S1，在燃烧室123的温度与规定温度T0相比较高的情况下，即，发动机EG为暖机状态的情况下，进入步骤S5。
在步骤S5中，判定发动机负载是否与预先设定的规定负载W0相比较高。图5是表示燃烧室温度为高温时(发动机暖机时)的扭矩性能特性图上的燃料喷射定时的控制图。在该图中，实线是对燃料喷射定时进行切换的阈值曲线(规定负载)，与实线相比上方的区域为高负载区域，与实线相比下方的区域为低负载区域。另外，该图中的虚线为在高负载区域与低负载区域之间对燃料喷射定时进行切换时的缓冲区域，通过将燃料喷射定时缓慢地切换，而抑制扭矩突然变化。此外，图4所示的实线的阈值曲线与图5所示的实线的阈值曲线，也可以是不同的值。
通过利用曲轴角度传感器131检测发动机转速，并且利用未图示的扭矩传感器检测曲轴130的轴扭矩，并参照图5的控制图，从而判定当前的发动机负载处于高负载区域，还是低负载区域。
对于步骤S5的判定结果，在当前的发动机负载处于与规定负载W0相比较高的高负载区域的情况下，进入步骤S6，在与规定负载W0相比较低的低负载区域的情况下，进入步骤S7。
在步骤S6中，将燃料喷射定时设定为正常状态、即80～90°ATDC，进行暖机时的高负载运转。
与此相对，在步骤S7中，将燃料喷射定时提前至40～50°，以提高燃料经济性以及燃烧效率，同时，抑制发动机油的稀释。其原因是，在燃烧室123的温度为高温的情况下，由于即使燃料附着在活塞120的顶面上，也很快蒸发，所以PM的排出量几乎不成为问题，此时优选在提高燃料经济性及燃烧效率的基础上，抑制发动机油的稀释。
将以上的步骤S1、S5～S7的控制称为第2控制模式。
此外，在图2所示的控制步骤的范围内，均进行进气行程喷射的均质燃烧控制。
图3是表示分别在燃烧室温度较高的情况下(虚线)和较低的情况下(实线)，发动机负载与燃料喷射定时之间的关系的控制图。
在该图中，以实线表示的燃烧室温度较低的情况下，发动机负载与规定负载的缓冲区域下限W0-α相比较小时，将燃料喷射定时设为延迟角，在发动机负载与规定负载的缓冲区域的上限W0+α相比较大时，将燃料喷射定时设为提前角。
另外，也可以在发动机负载与规定负载的缓冲区域的上限W0+α相比较大时，将燃料喷射定时设定为固定值，但在本例中，如该图所示，不设定为固定值，而是负载越大越提前。由此，即使与负载的增加对应地，燃料的喷射量增加，也可以减少向气缸119的壁面附着而将发动机油稀释的燃料量。
另一方面，在该图中，以虚线表示的燃烧室温度较高的情况下，发动机负载与规定负载的缓冲区域下限W0-α相比较小时，将燃料喷射定时设为提前角，在发动机负载与规定负载的缓冲区域的上限W0+α相比较大时，将燃料喷射定时设为延迟角。
另外，也可以在反复进行图2所示的控制步骤的过程中，在燃烧室温度上升，从步骤S2～S4的第1控制模式向步骤S5～S7的第2控制模式切换时，将燃料喷射定时变更为与此时的发动机负载对应的燃料喷射定时，但如果在变更前后，燃料喷射定时存在较大不同，则扭矩可能突然变化。因此，优选在图3所示的实线与虚线的交点或者其附近的发动机负载时进行切换。
或者，也可以取代这种方式，在变更前后的燃料喷射定时存在较大不同的情况下，不急剧地变更，而是执行逐渐地向目标定时接近的渐变控制。而且，也可以取代这种方式，在变更前后的燃料喷射定时存在较大不同的情况下，在将燃料的喷射中断、所谓燃料中断的运转状态下，进行切换。
如上述所示，根据本例中的内燃机的控制装置，由于在抑制PM排出的要求相对较小、抑制发动机油稀释的要求相对较大的情况下，将燃料喷射定时设为提前角，在抑制PM排出的要求相对较大、抑制发动机油稀释的要求相对较小的情况下，将燃料喷射定时设为延迟角，所以可以对抑制PM排出量和抑制发动机油的稀释适当地进行控制。
另外，由于在冷机时的高负载状态下，发动机负载越大越将燃料喷射定时提前，所以即使与负载的增加对应地，燃料的喷射量增加，也可以减少向气缸119的壁面附着而将发动机油稀释的燃料量。
另外，由于在对第1控制模式和第2控制模式进行切换时，在燃料喷射定时彼此接近的负载区域进行切换，或使燃料喷射定时进行渐变，或在燃料中断时进行切换，所以可以抑制切换时的扭矩突然变化。
上述发动机EG相当于本发明所涉及的内燃机，上述水温传感器133相当于本发明所涉及的温度检测单元，上述曲轴角度传感器131相当于本发明所涉及的负载检测单元，发动机控制单元11相当于本发明所涉及的控制单元。

Claims (1)

1.一种内燃机的控制装置，该内燃机是在进气行程中向燃烧室直接喷射燃料的火花点火式内燃机，该控制装置具有：
温度检测单元，其检测所述燃烧室的温度；
负载检测单元，其检测所述内燃机的负载；以及
控制单元，其控制所述燃料的喷射定时，
其中，所述控制单元，
相对于所述燃烧室的温度超过规定温度的同时所述内燃机的负载大于或等于规定负载的第1运转状态的燃料喷射定时，
在所述燃烧室的温度小于或等于所述规定温度的同时所述内燃机的负载大于或等于所述规定负载的第2运转状态的情况下，使所述燃料喷射定时提前，
在所述燃烧室的温度小于或等于所述规定温度的同时所述内燃机的负载小于所述规定负载的第3运转状态的情况下，使所述燃料喷射定时相同或提前，
在所述燃烧室的温度超过所述规定温度的同时所述内燃机的负载小于所述规定负载的第4运转状态的情况下，使所述燃料喷射定时提前，
所述控制单元将所述燃料喷射定时的曲轴角度分别设定为：
在所述第1运转状态的情况下，为80～90°ATDC；
在所述第2运转状态的情况下，为40～50°ATDC；
在所述第3运转状态的情况下，为60～80°ATDC；
在所述第4运转状态的情况下，为40～50°ATDC。
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