CN101939524B - 内燃机的燃料喷射控制装置 - Google Patents
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Abstract
在一个实施例中，进行是否处于压缩气体温度将仅通过压缩冲程中的压缩操作来达到燃料自燃温度的状况下的判定，并且在压缩气体温度将达到燃料自燃温度的情况下，判断出引燃喷射是不必要的，因而禁止所述引燃喷射。
Description
技术领域
本发明涉及一种以柴油发动机为代表的内燃机的燃料喷射控制装置。更特别地，本发明涉及对于能够在来自燃料喷射阀的主喷射之前执行副喷射(在下文中也被称为引燃喷射)的压缩自燃式内燃机的用于实现所述副喷射的最优化的方法。
背景技术
如通常所知，在用作汽车发动机等的柴油发动机中，进行根据诸如发动机转数、加速器的操作量、冷却液温度以及进气温度的运转状态来调节燃料喷射阀(下文也被称为喷射器)的燃料喷射正时和燃料喷射量的燃料喷射控制。
附带地，柴油发动机燃烧包括预混燃烧和扩散燃烧。当来自燃料喷射阀的燃料喷射开始时，首先通过燃料的汽化和扩散(点火延迟期间)来产生可燃混合气。接下来，所述可燃混合气在燃烧室中的多处在大约同一时刻自燃，并且燃烧快速地进行(预混燃烧)。此外，向燃烧室内的燃料喷射继续，以便连续地进行燃烧(扩散燃烧)。之后，甚至在燃料喷射已经结束后未燃燃料仍然存在，因此在一时间段内继续生热(后燃期间)。
而且，在柴油发动机中，随着点火延迟期间变长，或随着燃料在点火延迟期间的汽化变得更强烈，在点火之后的火焰传播速度将增加。当所述火焰传播速度大时，立即燃烧的燃料的量变得过大，气缸内的压力急剧增加，因此产生了振动或噪声。这种现象被称为柴油机爆震，并且通常特别是在低负载运转时发生。而且，在这种情况下，燃烧温度的急剧上升伴随着产生的氮氧化物(下文被称为“NOx”)的量的增加，因此废气排放变得恶化。
结果，为了防止这种柴油机爆震并减小NOx的产生量，已经开发了多种燃料喷射控制装置。例如，已经开发了在主喷射之前进行喷射少量燃料的引燃喷射从而引起有助于产生发动机扭矩的燃烧的燃料喷射控制装置。也就是说，建议在执行引燃喷射之后，暂时中断燃料喷射，并且当该燃料达到点火状态(所谓的闪点)时，执行主喷射(见下文的专利引文1至3)。
通过执行这种引燃喷射，能够缓和伴随后续主喷射的开始的初始燃烧，因此能够抑制柴油机爆震的发生。而且，当执行主喷射时，在引燃喷射中喷射出的燃料已经被点燃，并已经建立了闪点状态，因此还能够避免失火的发生。因此，通过引燃喷射，改善了低温启动，也减小了低温时白烟的发生。此外，通过该引燃喷射，减小了点火延迟期间内的燃料喷射量，因此也抑制了预混燃烧。而且，在预混燃烧过程中，发热率高，因此能够促进NOx的产生，但由于通过上述引燃喷射抑制了预混燃烧，NOx的产生以及伴随预混燃烧的噪声的产生二者都将同样被减小。
然而，为了进行少量燃料的引燃喷射，必须以高精度控制所述引燃喷射的量。例如，在专利引文2中，执行引燃喷射以使作为在发动机压缩冲程中在气缸内产生的最大压力的压缩端压力接近目标压缩端压力。在这种情况下，随着目标压缩端压力和实际压缩端压力之间的差变小，设定更少量的引燃喷射。
而且，专利引文3公开了随着进气温度降低并且随着进气压力的增加而增加引燃喷射量。
专利引文1：JP 2004-308440A
专利引文2：JP 2000-154757A
专利引文3：JP 2006-274997A
发明内容
技术问题
然而，关于常规的引燃喷射控制，尽管已经考虑到进行调节以增加或减少引燃喷射量，但是还没有建立引燃喷射的控制逻辑，例如适当地判断引燃喷射是否必要，因此还不确定是否正在进行适当的引燃喷射控制。
例如，以下可以作为所述问题的起因而被引用。通常，引燃喷射具有在主喷射期间适当地控制点火和适当地控制发热率的功能，但是在常规引燃喷射中，这些功能没有被明确地区分开。结果，甚至在即使仅执行主喷射也就是即使没有执行引燃喷射也能够确保充分的点火的情况下，通常也执行引燃喷射，因此很可能正在执行超出必要的引燃喷射。在这种正在执行超出必要的引燃喷射的情况下，存在的顾虑是废气排放将会恶化(通过过量的引燃喷射，由于局部氧气不足的发生使得HC或PM产生的量将增加的顾虑)，或燃料消耗率将会恶化。
本发明的目的是为能够在主喷射之前执行引燃喷射的内燃机提供能够判断引燃喷射是否必要的用于引燃喷射执行的控制逻辑。
技术方案
-方案的原理-
本发明的方案的原理如下。副喷射的功能特别用于对气缸的内部进行预加热。当已经被吸入气缸的气体(空气)处于使得气体将仅通过压缩冲程中的压缩操作而达到燃料自燃温度的状况下，判断出主喷射之前的副喷射是不必要的，禁止所述副喷射，因此能够避免浪费的副喷射。另一方面，当已经被吸入气缸的气体处于使得气体不会仅通过压缩冲程中的压缩操作而达到燃料自燃温度的状况下时，在主喷射之前执行副喷射，因此能够在主喷射期间良好地确保燃料的点火。
-解决方法-
本发明提供了一种压缩自燃式内燃机的燃料喷射控制装置，作为从燃料喷射阀喷射燃料的操作，所述内燃机至少能够执行主喷射和在主喷射之前进行的副喷射，燃料喷射控制装置设置有：压缩气体温度识别部，其在假定没有执行副喷射的情况下估算或检测在压缩冲程期间仅仅由于气缸内气体的压缩而增加的压缩气体温度；以及副喷射控制部，其将由压缩气体温度识别部估算或检测出的压缩气体温度与燃料自燃温度相比较，并且仅当压缩气体温度低于燃料自燃温度时在主喷射之前执行副喷射。
通过所述特定构造，例如，通过压缩气体温度识别部进行估算或检测内燃机的压缩冲程中的压缩气体温度的操作。更特别地，压缩气体温度识别部在假定没有执行副喷射的情况下估算或检测在压缩冲程期间仅仅由于气缸内气体的压缩而增加的压缩气体温度。如果所述压缩气体温度至少是燃料自燃温度，则仅仅在所述压缩冲程之后的主喷射中燃料可自燃。另一方面，如果压缩气体温度低于燃料自燃温度，则很可能仅仅在所述压缩冲程之后的主喷射中不会获得良好的燃料自燃。因此，副喷射控制部将由压缩气体温度识别部估算或检测出的压缩气体温度与燃料自燃温度相比较，并且仅在压缩气体温度低于燃料自燃温度的情况下在主喷射之前执行副喷射，并且伴随所述副喷射对燃烧室内的气体进行预加热的操作，以便当达到用于执行主喷射的正时时，气缸内的气体温度已经变为至少是燃料自燃温度。通过所述构造，副喷射功能特别用于通过将热能供给到燃烧室中而增加温度，并且功能上与其它燃料喷射操作相区分，此外，为了确保燃料的点火，仅当预加热必要时执行副喷射，因此避免了浪费的副喷射。结果，能够防止由执行超出必要的副喷射而引起的废气排放的恶化，以及燃料消耗率的恶化。
由压缩气体温度识别部估算或检测出的压缩气体温度的信息用于判定是否执行在紧接在进行估算或检测的所述压缩冲程之后的主喷射之前进行的副喷射。也就是说，在压缩冲程中获取的压缩气体温度的信息用于判定对于该信息是否执行在紧接在压缩冲程之后的主喷射之前进行的副喷射。本发明不局限于此；还可以采用以下构造，其中所述压缩气体温度的信息用于判定是否在下一个气缸(所述下一个气缸在获取压缩气体温度信息的气缸的膨胀冲程之后进入膨胀冲程)中执行在主喷射之前进行的副喷射，或可以采用另一个构造，其中所述信息用于判定是否执行在紧接在该气缸的下一次压缩冲程(在四气缸内燃机的情况下，在比获取所述压缩气体温度信息晚四次之后发生的压缩冲程)之后的主喷射之前进行的副喷射。
选择性地，本发明提供了一种压缩自燃式内燃机的燃料喷射控制装置，作为从燃料喷射阀喷射燃料的操作，内燃机至少能够执行主喷射和在主喷射之前进行的副喷射，燃料喷射控制装置设置有：压缩气体温度识别部，其在假定没有执行副喷射的情况下估算或检测在压缩冲程期间仅仅由于气缸内气体的压缩而增加的压缩气体温度；以及副喷射控制部，其将由压缩气体温度识别部估算或检测出的压缩气体温度与燃料自燃温度相比较，并且当压缩气体温度至少是燃料自燃温度时禁止执行副喷射。
通过所述特定构造，与上述解决方法的情况相同，仅当需要副喷射以确保燃料的点火的状况时执行副喷射，因此能够避免浪费的副喷射。结果，能够防止由执行超出必要的副喷射引起的废气排放的恶化，以及燃料消耗率的恶化。
接下来是当压缩气体温度的估算或检测由压缩气体温度识别部进行时的具体构造的实例。也就是说，设置了目标点火正时设定部，其设定燃料由主喷射点燃时的目标点火正时，并且压缩气体温度识别部估算或检测在已经由目标点火正时设定部设定的目标点火正时的压缩气体温度。例如，当目标点火正时已经被设定为当在气缸内往复运动的活塞到达压缩上止点的时刻时(例如，在内燃机的输出扭矩受重视的运转的情况下)，估算或检测到达压缩上止点时的压缩气体温度。另一方面，当目标点火正时已经被设定为当活塞已经到达滞后于压缩上止点的角度(ATDC侧)的时刻时(例如，在抑制NOx的排放量受重视的运转的情况下)，估算或检测到达滞后于压缩上止点的所述角度时的压缩气体温度。应当注意到的是，目标点火正时的设定考虑到了燃料喷射周期和后续操作延迟。
根据所述构造，能够在燃料实际被点燃时(目标点火正时)识别压缩气体温度，将该正时的压缩气体温度与燃料自燃温度比较，然后判断副喷射的必要性。换句话说，当将目标点火正时以外的正时的压缩气体温度与燃料自燃温度相比较以判断副喷射是否必要时，存在尽管副喷射是必要的也将不执行副喷射的可能性，或者将执行该不必要的副喷射的可能性，因而目标点火正时中的燃料点火操作将变得不可能。考虑到这点，根据所述解决方法，通过将实际进行主喷射并且点燃燃料的正时(目标点火正时)的压缩气体温度与燃料自燃温度相比较，能够更准确地判断副喷射的必要性，因而燃料点火正时能够与目标点火正时一致。
接下来是设定执行副喷射时的喷射量的操作的实例。也就是说，当执行副喷射时，随着压缩气体温度与所述燃料自燃温度之间的差增大，副喷射控制部设定更大的用于副喷射的总燃料喷射量。
也就是说，执行副喷射的情况是压缩气体温度(例如，目标点火正时的压缩气体温度)低于燃料自燃温度的情况，并且在压缩气体温度和燃料自燃温度之间存在大的差的事实意味着为了将压缩气体温度提高到燃料自燃温度需要大的热量。因此，随着压缩气体温度与燃料自燃温度之间的差增大，设定副喷射的更大的燃料喷射量，并且在执行副喷射之后，在短期内压缩气体温度被提高到燃料自燃温度，因此在执行主喷射时，实现了良好地确保燃料的点火的状况。
在这种情况下，作为副喷射控制装置控制来自燃料喷射阀的副喷射的操作，具体地，副喷射控制部将基于压缩气体温度和燃料自燃温度之间的差设定的用于副喷射的总燃料喷射量分割为多次喷射，并间歇地进行喷射。
例如，在压缩气体温度和燃料自燃温度之间存在大的差因此副喷射的总燃料喷射量也大的情况下，当利用一次副喷射来喷射大量燃料时，发生已经通过所述副喷射而喷射出的燃料自身的点火延迟，因此在主喷射时变得不能够充分地增加气缸内的温度(气体温度)，并且这将可能导致由副喷射点火延迟引起的废气排放的恶化，或燃烧声的增大。因此，利用这种解决方法，通过将用于副喷射的总燃料喷射量分割为多次喷射，并间歇地进行喷射，缩短了每次副喷射的点火延迟，并且由前次执行的副喷射获得的热量有助于进一步缩短在后续副喷射中喷射出的燃料的点火延迟。因此，即使当用于副喷射的总燃料喷射量大时，所述副喷射的预加热功能也会良好地发挥，结果能够可靠地获得副喷射的效果。
有益效果
通过本发明，关于压缩自燃式内燃机，在压缩室的内部将仅通过压缩冲程中的压缩操作而达到燃料自燃温度的状况下，判断出在主喷射之前的副喷射是不必要的，禁止所述副喷射，因此能够避免浪费的副喷射。因此，仅在为了确保由主喷射喷射出的燃料的点火而副喷射是必要的情况下能够进行副喷射，从而避免浪费的副喷射。结果，能够防止由执行超出必要的副喷射引起的废气排放的恶化，以及燃料消耗率的恶化。
附图说明
[图1]图1是根据实施例的发动机和该发动机的控制系统的示意性构造图。
[图2]图2是示出了柴油发动机的燃烧室以及在该燃烧室附近的部件的截面图。
[图3]图3是示出了ECU等的控制系统的构造的框图。
[图4]图4是示出了引燃喷射执行判定操作的程序的流程图。
[图5]图5是示出了引燃喷射量计算操作的程序的流程图。
[图6]图6示出了当目标点火正时已经被设定为活塞的压缩上止点时目标点火温度和压缩气体温度的变化状态。
附图标记说明
1发动机(内燃机)
11气缸体
13活塞
23喷射器(燃料喷射阀)
具体实施方式
以下是基于附图对本发明的实施例的说明。在本实施例中，将说明本发明被应用到安装在汽车中的共轨缸内直接喷射型多气缸(例如，直列四气缸)柴油发动机(压缩自燃式内燃机)的情况。
-发动机构造-
首先，将对根据本实施例的柴油发动机(下文中被简称为发动机)的整体构造进行说明。图1是根据本实施例的发动机1以及发动机1的控制系统的示意性构造图。图2是示出了柴油发动机的燃烧室3和燃烧室3附近的部件的截面图。
如图1所示，根据本实施例的发动机1为利用燃料供给系统2、燃烧室3、进气系统6、排气系统7等作为其主要部分而构造成的柴油发动机系统。
燃料供给系统2设置有供给泵21、共轨22、喷射器(燃料喷射阀)23、截流阀24、燃料添加阀26、发动机燃料通路27、添加燃料通路28等。
供给泵21从燃料罐中吸取燃料，并且在使吸取出的燃料处于高压下之后，经由发动机燃料通路27将所述燃料供给到共轨22。共轨22具有作为将从供给泵21供给的高压燃料保持(储压)在预定压力下的储压室的功能，并且该经储压的燃料被分配给各个喷射器23。喷射器23由内部设置有压电元件(压电式元件(piezo element))的压电喷射器构造而成，并且通过适当地打开阀将燃料喷射到燃烧室中来供给燃料。喷射器23的燃料喷射控制的细节将在稍后进行说明。
而且，供给泵21经由添加燃料通路28将从燃料罐吸取的一部分燃料供给到燃料添加阀26。在添加燃料通路28中，设置上述截流阀24，以便在紧急时通过截断添加燃料通路28来停止燃料添加。
燃料添加阀26由电子控制式开/关阀构造而成，该电子控制式开/关阀利用稍后进行说明的ECU 100的添加控制操作来控制其开阀正时，使得添加到排气系统7的燃料量变为目标添加量(使得排气A/F变为目标A/F的添加量)，或者使得燃料添加正时变为预定正时。也就是说，来自燃料添加阀26的期望燃料量在适当的正时通过喷射被供给到排气系统7(从排气口71被供给到排气歧管72)。
进气系统6设置有进气歧管63，进气歧管63连接到形成在气缸盖15中的进气口15a上(参见图2)，并且包括进气通路的进气管64被连接到进气歧管63上。而且，在所述进气通路中，从上游侧按顺序布置有空气滤清器65、空气流量计43和节流阀62。空气流量计43根据经由空气滤清器65流入进气通路中的空气量来输出电信号。
排气系统7设置有排气歧管72，进气歧管72连接到形成在气缸盖15中的排气口71上(参见图2)，并且包括排气通路的排气管73和74被连接到排气歧管72上。而且，在所述排气通路中，布置有歧管式催化转化器(排气净化装置)77，歧管式催化转化器77设置有稍后进行说明的NOx存储催化剂(NSR催化剂：NOx存储还原催化剂)75以及DPNR催化剂(柴油机微粒-NOx还原催化剂)76。下面对NSR催化剂75和DPNR催化剂76进行说明。
NSR催化剂75是存储还原型NOx催化剂，并且利用氧化铝(Al2O3)作为载体构造而成，例如，在该载体上承载有诸如钾(K)、钠(Na)、锂(Li)或铯(Cs)的碱金属，诸如钡(Ba)或钙(Ca)的碱土金属元素，诸如镧(La)或钇(Y)的稀土元素，以及诸如铂(Pt)的贵金属。
NSR催化剂75在排气中存在大量氧的状态下存储NOx，并且在排气中的氧浓度低且存在大量的还原成分(例如，燃料的未燃成分(HC))的状态下将NOX还原为NO2或NO并且释放得到的NO2或NO。已经作为NO2或NO被释放的NOx由于与排气中的HC或CO的快速反应而被进一步还原并且变为N2。而且，通过还原NO2或NO，HC和CO本身被氧化从而变为H2O和CO2。换句话说，通过适当地调节引入NSR催化剂75的排气中的氧浓度或HC成分，可以净化排气中的HC、CO和NOx。在本实施例的构造中，可以利用从上述燃料添加阀26添加燃料的操作来进行对排气中的氧浓度或HC成分的调节。
另一方面，在DPNR催化剂76中，NOx存储还原催化剂被承载在多孔陶瓷结构上，例如，排气中的PM在穿过多孔壁时被捕获。当排气的空燃比稀时，排气中的NOx被存储在NOx存储还原催化剂中，而当空燃比浓时，所存储的NOx被还原和释放。此外，使捕获到的PM氧化/燃烧的催化剂(例如，其主要成分是诸如铂的贵金属的氧化催化剂)被承载在DPNR催化剂76上。
此处，将结合图2对柴油发动机的燃烧室3以及燃烧室3附近的部件进行说明。如图2所示，在构成发动机的主体的一部分的气缸体11中，在每个气缸(四个气缸中的每一个)中形成有筒形缸膛12，并且活塞13被容纳在每个缸膛12中，使得活塞13能够沿垂直方向滑动。
上述燃烧室3形成在活塞13的顶面13a的顶侧。更具体地，燃烧室3由通过密封垫14安装在气缸体11的顶部处的气缸盖15的底面、缸膛12的内壁面以及活塞13的顶面13a区划而成。腔室13b凹入地设置在活塞13的顶面13a的大约中央处，并且该腔室13b还构成了燃烧室3的一部分。
连杆18的小端部18a通过活塞销13c联结到活塞13上，并且连杆18的大端部联结到作为发动机输出轴的曲轴上。因此，活塞13在缸膛12内的往复运动经由连杆18被传递至曲轴，并且由于该曲轴的转动，获得了发动机输出。而且，电热塞19面向燃烧室3布置。电热塞19紧接在发动机1起动之前由于电流的流动而发热，并且用作起动辅助装置，由此，由于一部分燃料喷雾被吹到电热塞上而促进了点火和燃烧。
在气缸盖15中，分别形成有将空气引入燃烧室3中的进气口15a和将排气从燃烧室3中排出的排气口71，并且布置有开/闭进气口15a的进气阀16和开/闭排气口71的排气阀17。进气阀16和排气阀17在气缸中心线P的两侧面向彼此布置。也就是说，所述发动机被构造为横流式发动机。而且，将燃料直接喷射到燃烧室3中的喷射器23被安装在气缸盖15中。喷射器23沿气缸中心线P以直立定向布置在燃烧室3上方的大约中央处，并且在预定正时朝向燃烧室3喷射从共轨22引入的燃料。
此外，如图1所示，涡轮增压器5设置在发动机1中。该涡轮增压器5设置有经由涡轮轴5A联结的涡轮5B和压缩机轮5C。压缩机轮5C面向进气管64的内部布置，并且涡轮5B面向排气管73的内部布置。因此，涡轮增压器5利用由涡轮5B接收到的排气流(排气压力)来使压缩机轮5C转动，从而执行增大进气压力的所谓的涡轮增压操作。在本实施例中，涡轮增压器5是可变喷嘴式涡轮增压器，其中，可变喷嘴叶片机构(未示出)设置在涡轮5B侧，并且通过调节该可变喷嘴叶片的开度，可以调节发动机1的涡轮增压压力。
用于对由于涡轮增压器5的增压而被加热的进气进行强制冷却的内部冷却器61设置在进气系统6的进气管64中。设置在内部冷却器61的下游侧的节流阀62为开度能够无级调节的电子控制开/闭阀，并且具有在预定条件下限制进气的流道面积的功能，从而调节(减少)进气的供给量。
而且，设置有连接进气系统6和排气系统7的排气再循环通路(EGR通路)8。EGR通路8通过使一部分排气适当地再循环至进气系统6并且将所述排气再供给到燃烧室3来降低燃烧温度，从而减少所产生的NOx的量。而且，设置在EGR通路8中的有EGR阀81以及EGR冷却器82，EGR阀81通过在电子控制下被连续地开/闭能够自由地调节流经EGR通路8的排气流的量，EGR冷却器82用于冷却流经(再循环经过)EGR通路8的排气。
-传感器-
各种传感器被安装在发动机1的相应部件中，并且这些传感器输出与相应部件的环境条件和发动机1的运转状态有关的信号。
例如，上述空气流量计43根据在进气系统6内的节流阀62的上游侧的进气流量(进气量)来输出检测信号。进气温度传感器49布置在进气歧管63中，并且根据进气的温度来输出检测信号。进气压力传感器48布置在进气歧管63中，并且根据进气压力来输出检测信号。A/F(空燃比)传感器44输出根据排气系统7的歧管式催化转化器77的下游侧的排气中的氧浓度而连续变化的检测信号。排气温度传感器45同样地根据排气系统7的歧管式催化转化器77的下游侧的排气的温度(排气温度)来输出检测信号。轨压传感器41根据在共轨22中累积的燃料的压力来输出检测信号。节流阀开度传感器42检测节流阀62的开度。
-ECU-
如图3所示，ECU 100设置有CPU 101、ROM 102、RAM 103、后备RAM104等。在ROM 102中，存储有各种控制程序、在执行这些各种控制程序时参照的设定表等。CPU 101基于存储在ROM 102中的各种控制程序和设定表来执行各种计算处理。RAM 103为暂时存储利用CPU 101的计算所得到的数据或已经从相应传感器输入的数据的存储器，并且，后备RAM 104例如为存储要在发动机1停止时保存的上述数据等的非易失性存储器。
CPU 101、ROM 102、RAM 103和后备RAM 104经由总线107彼此连接，并且经由总线107连接到输入接口105和输出接口106上。
轨压传感器41、节流阀开度传感器42、空气流量计43、A/F传感器44、排气温度传感器45、进气压力传感器48和进气温度传感器49连接到输入接口105上。此外，水温传感器46、加速器开度传感器47、曲轴位置传感器40等连接到输入接口105上。水温传感器46根据发动机1的冷却水温度来输出检测信号，加速器开度传感器47根据加速踏板被下压的量来输出检测信号，而曲轴位置传感器40在每当发动机1的输出轴(曲轴)转动一固定角度时输出检测信号(脉冲)。另一方面，上述喷射器23、燃料添加阀26、节流阀62、EGR阀81等连接到输出接口106上。
ECU 100基于上述各个传感器的输出来执行对发动机1的各种控制。此外，ECU 100执行下述引燃喷射控制，作为对喷射器23的燃料喷射的控制。
-引燃喷射控制-
接下来对喷射器23的引燃喷射控制进行说明。
所述引燃喷射(副喷射)为在主喷射之前从喷射器23预喷射少量燃料的喷射操作。更具体地，在执行所述引燃喷射之后，暂时地中断燃料喷射，使压缩气体的温度(气缸中的温度)在开始主喷射之前充分地增大至达到燃料自燃温度，从而良好地确保了通过主喷射而喷射出的燃料的点火。也就是说，本实施例中的引燃喷射的功能被特别用于对气缸的内部进行预加热。
根据共轨22的内压来确定执行引燃喷射时的燃料喷射压力。作为共轨内压，通常，从共轨22供给到喷射器23的燃料压力的目标值即目标轨压被设定为随着发动机负荷增大以及随着发动机转数增加而增大。也就是说，当发动机负荷高时，大量的空气被吸入燃烧室3中，因此燃烧室3中的压力高并且需要喷射器23喷射大量的燃料，并且因此需要为喷射器23设定高的喷射压力。而且，当发动机转数高时，喷射时间短，因此每单位时间需要喷射大量的燃料，并且因此需要为喷射器23设定高的喷射压力。这样，通常基于发动机负荷和发动机转数来设定目标轨压。
用于诸如上述引燃喷射、主喷射等的燃料喷射的燃料喷射参数的最优值根据发动机、进气等的温度条件而不同。
例如，ECU 100调节由供给泵21排出的燃料量，使得共轨压力变得与基于发动机运转状态设定的目标轨压相同，即，使得燃料喷射压力与目标喷射压力一致。而且，ECU 100基于发动机运转状态来确定燃料喷射量和燃料喷射形式。具体地，ECU 100基于由曲轴位置传感器40检测出的值来计算发动机转速，基于由加速器开度传感器47检测出的值来获得加速踏板下压量(加速器开度)，并且基于发动机转速和加速器开度来确定燃料喷射量。
此外，ECU 100设定多种喷射模式，其中燃料喷射形式、引燃喷射、预喷射、主喷射、后喷射(after injection)以及次后喷射(post injection)被适当地结合。下面是对本实施例中的引燃喷射、预喷射、主喷射、后喷射以及次后喷射的操作的概括说明。
(引燃喷射)
如上所述，引燃喷射是用于对燃烧室3内的气体进行预加热的喷射操作(预加热燃料供给操作)。具体地，在本实施例中，为了实现适当的喷雾分布和局部浓度，将喷射率设定为最小喷射率(例如，每次1.5mm3的喷射量)，并且通过多次执行引燃喷射，确保了该引燃喷射中所需的总引燃喷射量。更具体地，通过下列公式(1)来确定引燃喷射的次数。
N＝{(Ca*dTs)*Kc*Kv}/(J*Y) …………(1)
(N：引燃喷射的喷射次数，Ca：引入气缸中的空气的热容量，dTs：还未达到自燃温度的温度部分，Kc：根据EGR率的热容量校正系数，Kv：受到燃烧作用的空间，J：1.5mm3的理论发热量，Y：热效率)
此处，还未达到自燃温度的温度部分dTs为燃料自燃温度与在主喷射期间燃料的目标点火正时(例如，活塞13已经到达压缩上止点的正时)的压缩气体温度之间的差，并且对应于使目标点火正时的压缩气体温度达到燃料自燃温度所需的热量。应当注意到的是，在上述公式(1)中，每一次的引燃喷射量被设定为固定值(例如，1.5mm3)，并且通过设定喷射次数，确保所需的总引燃喷射量。引燃喷射量的所述固定值不局限于上述值。
根据喷射器23的响应(开/闭操作的速度)来确定以该方式分割喷射的引燃喷射的间隔。在本实施例中，例如，所述间隔被设定为200微秒。所述引燃喷射间隔不局限于上述值。
此外，根据下列公式(2)来确定该引燃喷射的喷射开始正时，例如为在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)80度或之后的曲轴转角。
引燃喷射开始角度＝引燃燃烧结束角度+引燃喷射期间作用角度+(一次引燃喷射中的燃烧所需时间的曲轴转角换算值*N+点火延迟时间的曲轴转角换算值-重叠时间的曲轴转角换算值) …………(2)
此处，引燃燃烧结束角度是为了在开始预喷射之前完成引燃喷射的燃烧而设定的角度。点火延迟时间为从执行引燃喷射的时刻到所述燃料点火的时刻的延迟时间。重叠时间为：前次执行的引燃喷射所喷射出的燃料的燃烧时间与下次执行的引燃喷射所喷射出的燃料的燃烧时间的重叠时间(同时进行两种燃烧的时间)，以及最终的引燃喷射所喷射出的燃料的燃烧时间与随后执行的预喷射所喷射出的燃料的燃烧时间的重叠时间。
(预喷射)
预喷射为用于抑制主喷射的初始燃烧速度从而引起稳定的扩散燃烧的喷射操作(扭矩产生用燃料供给操作)。具体地，在本实施例中，设定预喷射量，其为用于获得根据诸如发动机转数、加速器操作量、冷却液温度以及进气温度的运转状态而确定出的所需扭矩的总喷射量(预喷射中的喷射量与主喷射中的喷射量的和)的10％。
在这种情况下，当上述总喷射量小于15mm3时，预喷射中的喷射量小于喷射器23的最小极限喷射量(1.5mm3)，因此不执行预喷射。另一方面，当要求预喷射的总喷射量为喷射器23的最小极限喷射量的至少两倍(例如，至少3mm3)时，通过多次执行预喷射来确保所述预喷射中所需的总喷射量。因此，抑制了预喷射的点火延迟，可靠地进行了对主喷射的初始燃烧速度的抑制，因此能够引起稳定的扩散燃烧。
根据下列公式(3)来设定用于所述预喷射的喷射开始角度。
预喷射开始角度＝预燃烧结束角度+预喷射期间作用角度+(预喷射中的燃烧所需时间的曲轴转角换算值+点火延迟时间的曲轴转角换算值-重叠时间的曲轴转角换算值) …………(3)
此处，点火延迟时间为从执行预喷射的时刻到所述燃料点火的时刻的延迟时间。重叠时间为：当多次进行预喷射时，前次执行的预喷射所喷射出的燃料的燃烧时间与下次执行的预喷射所喷射出的燃料的燃烧时间的重叠时间(同时进行两种燃烧的时间)，以及从最终的预喷射所喷射出的燃料的燃烧时间与随后执行的主喷射所喷射出的燃料的燃烧时间的重叠时间，还有最终的引燃喷射所喷射出的燃料的燃烧时间与预喷射所喷射出的燃料的燃烧时间的重叠时间。
(主喷射)
主喷射为用于产生发动机1的扭矩的喷射操作(扭矩产生用燃料供给操作)。具体地，在本实施例中，设定喷射量，其是通过从上述总喷射量中减去上述预喷射中的喷射量而获得的，上述总喷射量用于获得根据诸如发动机转数、加速器操作量、冷却液温度以及进气温度的运转状态而确定出的所需扭矩。
而且，根据下列公式(4)来设定用于所述主喷射的喷射开始角度。
主喷射开始角度＝主喷射正时+主喷射期间作用角度+(主喷射中的燃烧所需时间的曲轴转角换算值+点火延迟时间的曲轴转角换算值-重叠时间的曲轴转角换算值) …………(4)
此处，点火延迟时间为从执行主喷射的时刻到所述燃料点火的时刻的延迟时间。重叠时间为：上述预喷射所喷射出的燃料的燃烧时间与主喷射所喷射出的燃料的燃烧时间的重叠时间，以及主喷射所喷射出的燃料的燃烧时间与后喷射所喷射出的燃料的燃烧时间的重叠时间。
(后喷射)
后喷射为用于使排气温度增加的喷射操作。具体地，在本实施例中，通过后喷射供给的燃料的燃烧能量不被变换为发动机扭矩，而是在使得大部分的所述燃烧能量被作为排气热能而获得的正时执行后喷射。而且，同样在所述后喷射中，与在上述引燃喷射的情况下相同，设定最小喷射率(例如，每次1.5mm3的喷射量)，并且通过多次执行后喷射，确保在所述后喷射中所需的总后喷射量。
(次后喷射)
次后喷射为用于通过将燃料直接地引入排气系统7中来实现上述歧管式催化转化器77的升温的喷射操作。例如，当由DPNR催化剂76捕获到的PM的沉积量已经超过预定量时(例如，通过检测歧管式催化转化器77的前/后压差而得知)，执行次后喷射。
-引燃喷射控制操作-
接下来是对引燃喷射控制操作的说明，该操作是本实施例的区别特征。具体地，在本实施例中，通过以下控制逻辑作出是否执行引燃喷射的判断。
也就是说，首先，在发动机1的压缩冲程中，在假定没有执行上述引燃喷射的情况下估算在目标点火正时仅仅由于气缸内气体的压缩而增加的压缩气体温度。仅在将估算出的所述压缩气体温度与燃料自燃温度相比较并且所述压缩气体温度低于燃料自燃温度的情况下，在上述主喷射之前执行引燃喷射。
换句话说，当将上述估算出的在目标点火正时的压缩气体温度与燃料自燃温度相比较并且该压缩气体温度至少是燃料自燃温度时，禁止执行上述引燃喷射。
接下来是结合图4和图5的流程图对引燃喷射控制操作的程序的说明，在该引燃喷射控制操作中判定是否执行所述引燃喷射，并且根据该判定，进行引燃喷射的执行和不执行之间的切换。
图4是示出了判定是否执行引燃喷射的引燃喷射执行判定操作的程序的流程图，以及图5是示出了用于判定当执行引燃喷射时的引燃喷射量的引燃喷射量计算操作的程序的流程图。
首先结合图4对引燃喷射执行判定操作进行说明。
在步骤ST1中，在燃料点火之前获取目标点火温度(Treq)。所述目标点火温度对应于在发动机1中使用的燃料自燃温度。所述燃料自燃温度根据燃烧室3内的压力而变化。也就是说，燃料自燃温度随着燃烧室3内的压力增加而降低。因此，例如，将用于根据燃烧室3内的压力来获得目标点火温度的目标点火温度设定表存储在上述ROM 102中，并且通过参照所述目标点火温度设定表来获取目标点火温度(Treq)。
之后，在步骤ST2中，获取目标点火正时(Aign)。其是作为在已经进行主喷射时伴随主喷射的燃料点火开始正时的活塞位置而获得的。例如，其被设定为压缩上止点(曲轴转角CA＝0度)等(通过目标点火正时设定部设定目标点火正时)。所述目标点火正时(Aign)不局限于被设定为活塞13的压缩上止点，例如可以根据废气排放而被设定为适当滞后的角度。也就是说，在发动机1的扭矩受重视的运转的情况下，将目标点火正时设定为靠近压缩上止点，而在NOx排出量的抑制受重视的运转的情况下，将目标点火正时设定为滞后于压缩上止点的角度。
在步骤ST3中，估算在上述步骤ST2中获取的目标点火正时的压缩气体温度(Treal)(由压缩气体温度识别部进行的估算压缩气体温度的操作)。在假定没有执行引燃喷射的情况下，即在假定没有由引燃喷射引起的气体温度的增加的情况下，该压缩气体温度在压缩冲程期间仅仅由于气缸中气体的压缩而增加。如上所述，当获取的目标点火正时(Aign)为活塞13的压缩上止点时，获取了作为在压缩室容积最小时的时点的压缩气体温度。
具体地，作为所述压缩气体温度估算操作，根据由上述进气压力传感器48检测出的进气压力以及由进气温度传感器49检测出的进气温度来估算在目标点火正时的压缩气体温度(Treal)。通过根据预定计算公式的计算或者通过参照已经预先存储在ROM 102中的设定表来进行所述估算。
在目标点火正时的目标点火温度(Treq)和压缩气体温度(Treal)已经被如上所述获取之后，程序前进到步骤ST4。在步骤ST4中，将目标点火温度与压缩气体温度相比较，并且作出压缩气体温度是否低于目标点火温度(Treq＞Treal)的判定。
当压缩气体温度低于目标点火温度并且因此在步骤ST4中作出是的判定时，程序前进到步骤ST5，并且引燃喷射执行标记(Flgpilot)被设定为打开。也就是说，在主喷射之前执行引燃喷射(由引燃喷射控制部进行的引燃喷射执行设定操作)。另一方面，当压缩气体温度至少是目标点火温度并且因而在步骤ST4中作出否的判定时，程序前进到步骤ST6，并且引燃喷射执行标记(Flgpilot)被设定为关闭。也就是说，在主喷射之前不执行引燃喷射(禁止引燃喷射：由副喷射控制部进行的引燃喷射不执行设定操作)。
图6示出了当目标点火正时(Aign)已经被设定为活塞13的压缩上止点(TDC)时目标点火温度(Treq)和压缩气体温度(Treal)的变化状态。在图6中，单点划线表示目标点火温度(Treq)。而且，在图6中，作为压缩气体温度(Treal)，在活塞13的压缩上止点的压缩气体温度低于目标点火温度的情况下压缩气体温度的变化由实线表示，而在活塞13的压缩上止点的压缩气体温度至少是目标点火温度的情况下压缩气体温度的变化由虚线表示。
也就是说，如图6中的实线所示，在当目标点火正时(TDC)的压缩气体温度(Treal)低于目标点火温度(Treq)的情况下，执行引燃喷射，并且如图6中的箭头A所示，压缩气体温度(Treal)被设定为接近目标点火温度(Treq)。另一方面，如图6中的虚线所示，在当目标点火正时(TDC)的压缩气体温度(Treal)至少是目标点火温度(Treq)的情况下，不执行引燃喷射。
在这样设定了引燃喷射执行标记之后，执行图5中所示的引燃喷射量计算操作。
在所述引燃喷射量计算操作中，首先，在步骤ST11中，作出上述引燃喷射执行标记(Flgpilot)是否处于打开状态的判定。当引燃喷射执行标记处于关闭状态并且因而在步骤ST11中作出否的判定时，程序前进到步骤ST12，并且引燃喷射量(Qp)被设定为“0”。也就是说，引燃喷射量被设定为不执行。
另一方面，当引燃喷射执行标记处于打开状态并且因而在步骤ST11中作出是的判定时，程序前进到步骤ST13，并且获取缸内气体量(Gcyl)。
之后，程序前进到步骤ST14，并且获取缸内存在的气体的比热(Cg)。
之后，程序前进到步骤ST15，并且通过下列公式(5)来获得所需温度差(dT)。
dT＝Treq-Treal …………(5)
然后，程序前进到步骤ST16，并且计算正在使用的每单位体积燃料的发热量(Efuel)。
这样，获得了缸内气体量(Gcyl)和气体的比热(Cg)，并且计算所需温度差(dT)和每单位体积燃料的发热量(Efuel)，然后，在步骤ST17中，通过下列公式(6)来计算引燃喷射量(Qp)。
Qp＝Gcyl*dT*Cg/Efuel …………(6)
通过上述操作来获得引燃喷射量，并且对喷射器23进行控制，使得在预定引燃喷射正时，利用计算出的所述引燃喷射量来执行引燃喷射。也就是说，如上所述，对喷射器23进行控制使得，通过以最小喷射率(例如，每次1.5mm3的喷射量)来多次执行引燃喷射，确保了在所述引燃喷射中所需的总引燃喷射量(Qp)。
当这样执行引燃喷射时，当要求引燃总喷射量是喷射器23的最小极限喷射量的至少两倍时，如上所述，通过多次执行引燃喷射，确保了在所述引燃喷射中所需的总喷射量。因此，能够充分地增加压缩气体温度，从而使压缩气体温度在主喷射开始之前达到燃料自燃温度。
如上所述，在本实施例中，在假定没有执行引燃喷射的情况下，估算在目标点火正时仅仅由于气缸内气体的压缩而增加的压缩气体温度。将估算出的所述压缩气体温度与燃料自燃温度相比较，并且仅当压缩气体温度低于燃料自燃温度时在上述主喷射之前执行引燃喷射。因此，能够仅在为了确保主喷射中燃料的点火而使引燃喷射成为必要的情况下执行引燃喷射，因此可以避免浪费的引燃喷射。结果，能够避免由执行超出必要的引燃喷射引起的废气排放的恶化，以及燃料消耗率的恶化。
(改进实例1)
接下来是对本发明的改进实例1的说明。在上述实施例中，估算出的压缩气体温度的信息用于判定是否执行在紧接在进行所述估算的压缩冲程之后的主喷射之前进行的引燃喷射。也就是说，在压缩冲程中获取的估算出的压缩气体温度的信息用于判定是否执行在紧接在该压缩冲程之后的主喷射之前进行的引燃喷射。
在改进实例1中，作为替代，压缩气体温度的信息用于判定是否在下一个气缸(所述下一个气缸在获取压缩气体温度信息的气缸的膨胀冲程之后进入膨胀冲程)中执行在主喷射之前进行的引燃喷射。
在这种情况下，作为估算压缩气体温度的操作，与上述实施例中的情况相同，根据由上述进气压力传感器48检测出的进气压力以及由进气温度传感器49检测出的进气温度来估算在目标点火正时的压缩气体温度(Treal)。
而且，代替所述估算操作，能够在气缸内设置缸内压力传感器，并且通过由所述缸内压力传感器检测出的进气压力以及由进气温度传感器49检测出的进气温度来获得在目标点火正时的压缩气体温度(Treal)。特别地，在没有执行引燃喷射的状态下，其中在燃料(例如，已经在主喷射中喷射出的燃料)的点火之前的缸内压力由缸内压力传感器检测出，并且该信息用于判定是否在下一个气缸中执行在主喷射之前进行的引燃喷射的情况下，能够利用缸内传感器检测实际缸内压力，并基于来自该检测的信息获得压缩气体温度(Treal)。由于该信息反映在下一个气缸中，因此不会发生控制操作的时间延迟。
(改进实例2)
接下来是对本发明的改进实例2的说明。在上述实施例中，估算出的压缩气体温度的信息用于判定是否执行在紧接在进行所述估算的压缩冲程之后的主喷射之前进行的引燃喷射。也就是说，在压缩冲程中获取的压缩气体温度的信息用于判定是否执行在紧接在该压缩冲程之后的主喷射之前进行的引燃喷射。而且，在上述改进实例1中，压缩气体温度的信息用于判定是否在下一个气缸中执行在主喷射之前进行的引燃喷射。
在改进实例2中，作为替代，压缩气体温度的信息用于判定是否执行在紧接在所述气缸(用于获取压缩气体温度的同一气缸)的下一次压缩冲程之后的主喷射之前进行的引燃喷射。
同样在改进实例2的情况下，与在改进实例1中相同，能够在气缸内设置缸内压力传感器，并且通过由所述缸内传感器检测出的进气压力以及由进气温度传感器49检测出的进气温度来获得在目标点火正时的压缩气体温度(Treal)。也就是说，同样在改进实例2中，与在改进实例1中相同，能够利用缸内传感器检测实际缸内压力，并且基于来自该检测的信息获得压缩气体温度(Treal)。由于该信息反映在是否执行在紧接在所述气缸的下一次压缩冲程之后的主喷射之前进行的引燃喷射的判定中，因此不会发生控制操作的时间延迟。
-其它实施例-
在上述实施例和改进实例中，说明了本发明被应用于安装在汽车中的直列四气缸柴油发动机的情况。本发明不局限于用在汽车中，而是还可适用于其它用途中使用的发动机。而且，气缸的数量和发动机的形式(直列发动机、V型发动机等)不受特定的限制。
此外，在上述实施例和改进实例中，歧管式催化转化器77设置有NSR催化剂75以及DPNR催化剂76，但是也可以采用设置有NSR催化剂75以及DPF(柴油机微粒滤清器)的歧管式催化转化器77。
而且，在上述实施例和改进实例中，在每个气缸的每次压缩冲程中，通过比较压缩气体温度和燃料自燃温度，作出引燃喷射是否必要的判定。本发明不局限于此；可以采用以下构造，其中在每一预定时间段，或在每次预定冲程时，通过比较压缩气体温度和燃料自燃温度，作出引燃喷射是否必要的判定。通过采用这种结构，例如，在发动机1的冷却时间等时，上述压缩气体温度低于燃料自燃温度这一状况将持续的可能性增加，因此引燃喷射成为必要的状况将持续。在这种状况下，不必要在每次压缩冲程时都判定引燃喷射是否必要，因此通过在每一预定时间段或在每次预定压缩冲程判定引燃喷射是否必要，能够实现判定操作的更大效率。
本发明可以在不背离其精神或本质特性的情况下以各种其它形式来体现。本申请中所公开的实施例将被完全视为示例性的而非限制性的。本发明的范围通过随附的权利要求而不是通过上述说明书来指示，并且在权利要求的等同意图和范围内的所有改进或变化均旨在被涵盖在其中。
本申请要求于2007年12月7日在日本提交的第2007-316993号日本专利申请在35U.S.C条款119(a)下的优先权，其全部内容通过参考合并于此。此外，本说明书中所引用参考文献的全部内容通过参考具体地合并于此。
Claims (5)
1.一种内燃机的燃料喷射控制装置，所述内燃机是压缩自燃式内燃机，并且作为从燃料喷射阀喷射燃料的操作，所述内燃机至少能够执行引燃喷射、预喷射和主喷射，
所述预喷射中的喷射量与所述主喷射中的喷射量的和设定为用于获得根据所述内燃机的运转状态而确定出的所需扭矩的总喷射量，而所述引燃喷射在所述预喷射和所述主喷射之前执行，从而气缸的内部通过由所述引燃喷射所喷射的燃料的燃烧而被预加热，
所述燃料喷射控制装置包括：
压缩气体温度识别部，其在假定没有执行用于预加热所述气缸的内部的所述引燃喷射的情况下估算或检测在压缩冲程期间仅仅由于所述气缸内气体的压缩而增加的压缩气体温度；以及
副喷射控制部，其将由所述压缩气体温度识别部估算或检测出的所述压缩气体温度与燃料自燃温度相比较，并且仅当所述压缩气体温度低于所述燃料自燃温度时在所述预喷射和所述主喷射之前执行所述引燃喷射。
2.一种内燃机的燃料喷射控制装置，所述内燃机是压缩自燃式内燃机，并且作为从燃料喷射阀喷射燃料的操作，所述内燃机至少能够执行引燃喷射、预喷射和主喷射，
所述预喷射中的喷射量与所述主喷射中的喷射量的和设定为用于获得根据所述内燃机的运转状态而确定出的所需扭矩的总喷射量，而所述引燃喷射在所述预喷射和所述主喷射之前执行，从而气缸的内部通过由所述引燃喷射所喷射的燃料的燃烧而被预加热，
所述燃料喷射控制装置包括：
压缩气体温度识别部，其在假定没有执行用于预加热所述气缸的内部的所述引燃喷射的情况下估算或检测在压缩冲程期间仅仅由于所述气缸内气体的压缩而增加的压缩气体温度；以及
副喷射控制部，其将由所述压缩气体温度识别部估算或检测出的所述压缩气体温度与燃料自燃温度相比较，并且当所述压缩气体温度至少是所述燃料自燃温度时禁止执行所述引燃喷射。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，进一步包括：
目标点火正时设定部，其设定燃料由所述主喷射点燃时的目标点火正时；
其中所述压缩气体温度识别部估算或检测在已经由所述目标点火正时设定部设定的所述目标点火正时的压缩气体温度。
4.根据权利要求1或2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其中，当执行引燃喷射时，随着所述压缩气体温度与所述燃料自燃温度之间的差增大，所述副喷射控制部设定更大的用于引燃喷射的总燃料喷射量。
5.根据权利要求4所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其中，所述副喷射控制部将基于所述压缩气体温度和所述燃料自燃温度之间的差设定的所述用于引燃喷射的总燃料喷射量分割为多次喷射，并间歇地进行喷射。
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