CN102084109B - 用于车辆的控制装置 - Google Patents

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Abstract

在安装有包括将燃料直接地喷射到气缸中的喷射器的发动机的车辆中，在暖机控制必要条件成立的情况下，如果稀释机油的燃料量小，或者即使稀释机油的燃料量大，当发动机油的温度小于燃料挥发温度时，执行催化剂暖机控制。相比之下，即使在暖机控制必要条件成立的情况下，如果稀释机油的燃料量大于或等于判定值，此外发动机油的温度大于或等于燃料挥发温度，则存在对废气排放产生负面影响的可能性，因此禁止催化剂暖机控制。

Description

用于车辆的控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于安装有内燃机(下文中，也被称为“发动机”)的车辆的控制装置，并且更特别地涉及这样一种用于车辆的控制装置：其中，对布置在发动机的排气通道中的催化剂进行暖机控制。
背景技术
安装在车辆中的发动机的示例包括：口喷射发动机，其中，燃料被从喷射器喷射到进气通道或进气口中；以及缸内直喷发动机，其中，燃料被从喷射器直接地喷射到气缸中(到燃烧室中)。而且，已知一种所谓的双喷射型发动机，该发动机包括：用于缸内喷射的喷射器，其将燃料喷射到气缸中(到燃烧室中)；以及用于进气口喷射的喷射器，其将燃料喷射到进气通道或进气口中。
在安装在车辆中的发动机中，窜缸混合气(空气和燃料的未燃混合气，以及燃烧气体)通过活塞与气缸的壁表面之间的间隙从燃烧室泄漏到曲轴箱中。由于含有大量的碳氢化合物(HC)、油分(发动机油雾)等，窜缸混合气不能被排放到大气中。由于这一原因，发动机装备有窜缸混合气减少装置(PCV(曲轴箱强制通风)装置)，该窜缸混合气减少装置使已泄漏到曲轴箱中的窜缸混合气通过窜缸混合气通道返回到进气通道(例如，参见专利文献1)。
同时，在发动机的排气通道中布置有催化剂(例如，三元催化剂)，并且进行用于使催化剂的温度在早期上升的催化剂暖机控制，所述催化剂去除从燃烧室排放出的废气中包含的有害成分(HC、CO、NOx等)。例如，在安装有缸内直喷汽油发动机(或双喷射型发动机)的车辆中，通过将燃料喷射正时设定为压缩冲程的后一阶段以使燃烧状态成为分层燃烧(或弱分层燃烧)此外使火花塞点火的点火正时延迟，来使从燃烧室排放出的废气的温度上升，从而促进催化剂的暖机(例如，参见专利文献2和3)。
引用列表
专利文献
PTL 1：JP 2006-299931A
PTL 2：JP 2006-274949A
PTL 3：JP 2006-258027A
发明内容
技术问题
然而，在安装在车辆中的发动机中，发生燃料混入发动机油中的燃料稀释。随着发动机油的温度上升，在发动机油中积聚的稀释燃料在曲轴箱中挥发(蒸发)。挥发出的燃料通过窜缸混合气通道进入进气通道，因此发动机空燃比变浓。尽管这种状况即使从执行空燃比反馈控制(下文中，也被称为“A/F反馈控制”)起发生也通常具有很小影响，但是存在如下情况：在缸内直喷发动机(或双喷射型发动机)中进行催化剂暖机控制时会出现问题。具体地，当在缸内直喷发动机(或双喷射型发动机)中进行催化剂暖机控制时，如上所述正在进行分层燃烧(或弱分层燃烧)，因此，鉴于喷雾形成上的困难，不执行A/F反馈控制。由于这一原因，当在进行催化剂暖机控制时发动机空燃比变浓时，存在驱动性能和废气排放恶化的情况。
本发明是考虑到了这种状况而实现的，并且本发明的目的在于：在用于安装有包括将燃料直接地喷射到气缸中的喷射器的缸内直喷发动机(或双喷射型发动机)的汽车的控制装置中，实现能够改善驱动性能和废气排放的控制。
问题的解决方案
本发明的前提是一种适用于包括内燃机(发动机)、喷射器以及催化剂的车辆的控制装置，所述喷射器将燃料直接地喷射到所述内燃机的燃烧室中，所述催化剂布置在所述内燃机的排气通道中，所述控制装置对所述催化剂进行暖机控制。而且，技术特征在于：这种用于车辆的控制装置包括：稀释燃料量识别单元，其识别与由燃料稀释的发动机油中包含的稀释机油的燃料量有关的值；油温识别单元，其识别与所述发动机油的温度有关的值；以及控制单元，在暖机控制必要条件成立的情况下，以与稀释机油的所述燃料量有关的值小于判定值或所述与发动机油的温度有关的所述值小于判定值为条件，所述控制单元执行催化剂暖机控制，并且即使在所述暖机控制必要条件成立的情况下，如果与稀释机油的所述燃料量有关的值大于或等于判定值，而且与所述发动机油的温度有关的所述值大于或等于判定值，则所述控制单元也禁止所述催化剂暖机控制。
应当注意的是，在本发明中，与稀释机油的燃料量有关的值，除稀释机油的燃料量本身以外，可以为例如机油稀释度(稀释率)。而且，与发动机油的温度有关的值，除发动机油的温度本身以外，可以为例如与发动机油的温度相关的发动机水温。
在本发明中，可以采用如下构造：其中设置有空燃比传感器以及判定单元，所述空燃比传感器布置在所述内燃机的所述排气通道中；所述判定单元判定所述空燃比传感器是否处于活性状态，并且在已禁止所述催化剂暖机控制的情况下，以所述空燃比传感器处于所述活性状态为条件，所述控制单元执行空燃比反馈控制。
在本发明中，暖机控制必要条件的一个示例为“从发动机起动时起积分出的进气体积小于判定值”。
接下来对本发明的方案的原理进行描述。
首先，如上所述，如果在发动机油中积聚的稀释燃料已在曲轴箱中挥发，则挥发的燃料通过窜缸混合气通道流入进气通道中。然而，如果稀释机油的燃料量足够小，则在曲轴箱中挥发出的燃料量小，因此不会发生废气排放受到负面影响的状况。而且，即使稀释机油的燃料量大，当发动机油的温度低时(具体地，当发动机油的温度小于燃料的挥发温度时)，在曲轴箱中燃料不容易挥发(或不会发生燃料挥发)，因此在这种情况下也不会发生废气排放受到负面影响的状况。
着眼于这一点，在本发明中，在暖机控制必要条件成立的情况下，如果稀释机油的燃料量小于预定判定值，也就是说，如果稀释机油的燃料量足够小而不会对废气排放产生负面影响，则执行催化剂暖机控制，从而促进催化剂的暖机。而且，即使稀释机油的燃料量大，当状况为使得发动机油的温度小于预定判定值并且稀释燃料不容易挥发时，也执行催化剂暖机控制，从而促进催化剂的暖机。
相比之下，即使在暖机控制必要条件成立的情况下，如果稀释机油的燃料量大于或等于判定值，此外发动机油的温度大于或等于判定值，则存在发动机空燃比变浓并且对废气排放产生负面影响的可能性，因此禁止催化剂暖机控制。这样，如果稀释机油的燃料量大，则当发动机油的温度处于高的区域(挥发温度区域)时，禁止催化剂暖机控制，并且能够执行A/F反馈控制，从而可以改善驱动性能和废气排放。
应当注意的是，即使利用与稀释机油的燃料量有关的其它值(例如，机油稀释度(稀释率))来判定催化剂暖机控制的执行/禁止，也能够实现与上述效果类似的效果。而且，即使利用与发动机油的温度有关的其它值(例如，发动机水温)来判定催化剂暖机控制的执行/禁止，也能够实现与上述效果类似的效果。
在本发明中，在判定催化剂暖机控制的执行/禁止时利用发动机油的温度本身的情况下，如果发动机油的温度小于燃料的挥发温度被设定为用于执行催化剂暖机控制的条件，则能够在曲轴箱中稀释燃料的挥发几乎不发生的状况下进行催化剂暖机控制，从而更有效地改善废气排放。
这里，优选地，将上述催化剂暖机控制的禁止限定在能够预期废气排放的改善的情况。为了实现这一点，有必要将催化剂暖机控制的禁止限定在空燃比传感器是活性的并且能够执行空燃比反馈控制的情况。鉴于此，在本发明中，在暖机控制必要条件成立的情况下，只有空燃比传感器处于活性状态才进行关于如下条件是否成立的判定，所述条件为与稀释机油的燃料量有关的值小于判定值或与发动机油温度有关的值小于挥发温度。
具体地，设置判定单元，所述判定单元判定布置在内燃机的排气通道中的空燃比传感器是否处于活性状态，并且在暖机控制必要条件成立的情况下，如果空燃比传感器处于非活性状态，则执行催化剂暖机控制。而且，在暖机控制必要条件成立的情况下，如果空燃比传感器处于活性状态，则以与稀释机油的燃料量有关的值小于判定值或发动机油的温度有关的值小于判定值为条件，执行催化剂暖机控制。另一方面，在暖机控制必要条件成立并且空燃比传感器处于活性状态的情况下，如果与稀释机油的燃料量有关的值大于或等于判定值，此外与发动机油的温度有关的值大于或等于判定值，则禁止催化剂暖机控制。
利用这种构造能够更有效地改善驱动性能和废气排放。应当注意的是，在这种构造中，可以采用如下构造：其中，在由于例如暖机控制必要条件不成立而已禁止催化剂暖机控制的情况下，以空燃比传感器处于活性状态为条件，执行空燃比反馈控制。
本发明的有益效果
根据本发明，即使在暖机控制必要条件成立的情况下，如果稀释机油的燃料量大于或等于判定值，此外发动机油的温度大于或等于判定值，则禁止催化剂暖机控制，从而能够改善驱动性能和废气排放。
附图说明
图1为示出了安装在本发明适用的车辆中的缸内直喷发动机的一个示例的示意性构造图。
图2为示意性地示出了设置在图1的缸内直喷发动机中的窜缸混合气流路、通道等的构造的图。
图3为示出了由ECU执行的控制的一个示例的流程图。
图4为示出了由ECU执行的控制的另一示例的流程图。
具体实施方式
下面基于附图对本发明的实施例进行描述。
实施例1
图1为示出了安装在本发明的控制装置适用的车辆中的缸内直喷发动机10的一个示例的示意性构造图。图2为示意性地示出了设置在缸内直喷发动机10中的窜缸混合气流路、通道等的构造的图。
本示例中的缸内直喷发动机10包括燃料供给装置12、多缸(在本示例中，直列四气缸)发动机机体14、连接至发动机机体14的进气系统16A、连接至发动机机体14的排气系统16B、控制缸内直喷发动机10的驱动的ECU(电子控制单元)18等。
燃料供给装置12将存储在燃料罐24中的燃料(例如，汽油)供给到缸内直喷发动机10。燃料供给装置12由喷射器(燃料喷射阀)22、燃料罐24、低压燃料泵26、高压燃料泵28、燃料供给管道(未示出)等构成。
为发动机机体14中的每个气缸各设置一个喷射器22。喷射器22为将燃料直接地喷射到气缸的燃烧室30中的阀，并且被供给通过低压燃料泵26和高压燃料泵28加压的燃料。喷射器22的燃料喷射量、喷射正时等由ECU 18控制。
燃料(例如，汽油)被存储在燃料罐24中。低压燃料泵26对存储在燃料罐24中的燃料进行加压。高压燃料泵28对通过低压燃料泵26加压的燃料进一步进行加压。高压燃料泵28由例如设置在可变气门装置32的进气凸轮轴34上的泵驱动凸轮(未示出)来驱动。进气凸轮轴34连同缸内直喷发动机10的曲轴36的旋转一起旋转。
高压燃料泵28设置有电磁旁通阀(未示出)，并且利用电磁旁通阀，调节将流入高压燃料泵28中的燃料(通过低压燃料泵26加压的燃料)的流入量，而且调节从高压燃料泵28排放出的燃料的压力。高压燃料泵28的电磁旁通阀的驱动由ECU 18控制。
发动机机体14包括气缸体38、曲轴箱39、气缸盖40、油底壳41、活塞42、连杆44、曲轴36、火花塞46、可变气门装置32等。
在发动机机体14的每个气缸中，燃烧室30由活塞42、气缸体38以及气缸盖40形成。在气缸盖40中形成有进气口48和排气口50。进气口48和排气口50分别经由进气阀54和排气阀56连接至燃烧室30，稍后对进气阀54和排气阀56进行描述。而且，进气口48和排气口50分别连接至进气通道70和排气通道84，稍后对进气通道70和排气通道84进行描述。
活塞42经由连杆44联结至曲轴36，曲轴36为输出轴。活塞42的往复运动(在燃烧室30中由于混合气(进气+燃料)的燃烧引起的往复运动)通过连杆44被转换为曲轴36的转动。
曲轴转角由曲轴转角传感器52来检测，曲轴转角为曲轴36的转动角度。来自曲轴转角传感器52的输出信号被输入到ECU 18。ECU 18基于来自曲轴转角传感器52的输出信号来确定缸内直喷发动机10的发动机转速并且对于各气缸进行气缸的判别。
而且，发动机机体14设置有：爆震传感器90，其检测发动机机体14的爆震；油温传感器92，其检测发动机油的温度；以及水温传感器94，其检测发动机水温(冷却水温度)。来自爆震传感器90、油温传感器92以及水温传感器94的输出信号被输入到ECU 18。
此外，为发动机机体14中的每个气缸各设置一个火花塞46。每个火花塞46根据来自ECU 18的点火信号进行点火，并且气缸的燃烧室30中的混合气由于火花塞46的点火而点燃并爆发。对火花塞46的点火正时的调节(点火正时延迟、提前等)由ECU 18控制。
曲轴箱39设置在发动机机体14的气缸体38的底侧，并且存储发动机油的油底壳41设置在曲轴箱39的底侧。在缸内直喷发动机10的运转期间，存储在油底壳41中的发动机油经由去除杂质的机油滤油器被油泵向上抽吸，然后通过机油滤清器净化，之后被供给到活塞42、曲轴36、连杆44等，并且用于例如润滑及冷却各部分。然后，在用于例如润滑及冷却发动机机体14的各部分之后，以该方式供给的发动机油被返回到油底壳41并且存储在其中，直到再次被油泵向上抽吸。
发动机机体14的气缸盖40设置有可变气门装置32。可变气门装置32开闭进气阀54和排气阀56。可变气门装置32由进气凸轮轴34、排气凸轮轴58、进气阀正时机构60等构成。
每个进气阀54布置在进气口48和燃烧室30之间。进气阀54被驱动以便通过进气凸轮轴34的转动来开闭，并且使得进气口48和燃烧室30通过进气阀54的开/闭驱动而相对于彼此连通或阻断。而且，每个排气阀56布置在排气口50与燃烧室30之间。排气阀56被驱动以便通过排气凸轮轴58来开闭，并且使得排气口50和燃烧室30通过排气阀56的开/闭驱动相对于彼此连通或阻断。
进气凸轮轴34和排气凸轮轴58经由正时链等联结至曲轴36，并且连同曲轴36的转动一起转动。
进气阀正时机构60布置在进气凸轮轴34和曲轴36之间。进气阀正时机构60为使进气凸轮轴34的转动相位相对于曲轴36连续变化的机构。
在进气阀正时机构60的内部分别形成有提前角度室和延迟角度室(二者均未示出)。来自可变气门装置32的控油阀的机油被供给到提前角度室和延迟角度室中的任一个。当机油被供给到进气阀正时机构60的提前角度室时，进气凸轮轴34相对于曲轴36的转动相位沿提前角度方向变化。当机油被供给到进气阀正时机构60的延迟角度室时，进气凸轮轴34相对于曲轴36的转动相位沿延迟角度方向变化。由于进气凸轮轴34的转动相位以该方式变化，进气阀54的开/闭正时变化到提前角度侧或延迟角度侧。因此，能够调节进气阀54的提前角度量或延迟角度量。
应当注意的是，在与进气阀正时机构60相对应的两个控油阀中的每一个的内部设置有滑阀，并且由于滑阀的运动，机油被选择性地供给到进气阀正时机构60的提前角度室和延迟角度室中的任一个。对两个滑阀的位置的控制，也就是说，进气阀54的开/闭正时由ECU 18控制。
而且，可变气门装置32包括检测进气凸轮轴34的转动位置的进气凸轮位置传感器62。来自进气凸轮位置传感器62的输出信号被输入到ECU 18。应当注意的是，尽管本示例中的可变气门装置32包括调节进气阀54的开/闭正时的进气阀正时机构60，但是并不限于此，而且可变气门装置32可以包括例如调节排气阀56的开/闭正时的排气阀正时机构。
同时，进气系统16A用于抽吸来自外部的空气，并且将吸入的空气导向发动机机体14中的每个气缸的燃烧室30。进气系统16A包括空气滤清器64、空气流量计66、节流阀68、进气通道70等，进气通道70为从空气滤清器64到每个气缸的进气口48的连通通道。
空气滤清器64去除进气中包含的粉尘等，并且已去除粉尘等的空气(清洁空气)经由进气通道70和进气口48被引入到每个气缸的燃烧室30。空气流量计66检测引入到每个气缸的燃烧室30的空气的体积(进气体积)。来自空气流量计66的输出信号被输入到ECU 18。
节流阀68为调节每个气缸的燃烧室30的进气体积的阀，并且由致动器80驱动，致动器80为步进电动机等。节流阀68的节流阀开度能够独立于由驾驶员进行的加速踏板操作而被电子控制，并且节流阀开度的控制，也就是说，致动器80的驱动控制由ECU 18控制。
而且，排气系统16B由废气净化催化剂(三元催化剂)82、消音装置(未示出)、排气通道84等构成，排气通道84为从每个气缸的排气口50经由废气净化催化剂82等到消音装置的连通通道。
废气净化催化剂82去除经由排气通道84引入的废气中包含的有害物质。已通过废气净化催化剂82去除有害物质的废气经由消音装置等被排放到外部。
而且，布置在位于废气净化催化剂82的上游侧(相对于废气流的上游侧)的排气通道84中的是空燃比传感器(下文中，也被称为“A/F传感器”)86和温度传感器88，空燃比传感器86检测排放到排气通道84中的废气的空燃比(下文中，也被称为“A/F”)，温度传感器88检测废气净化催化剂82的催化剂床温。来自A/F传感器86和温度传感器88的输出信号被输入到ECU18。
应当注意的是，尽管在本示例中废气净化催化剂82的催化剂床温由温度传感器88直接检测，但是并不限于此，如下构造是可能的：废气净化催化剂82的至少上游侧或下游侧的废气的温度可以由温度传感器来检测，并且基于检测出的废气的温度来估算废气净化催化剂82的催化剂床温。
在本示例中，如图2所示，在发动机机体14的气缸体38和气缸盖40中形成窜缸混合气流路38a，并且已从燃烧室30泄漏到曲轴箱39中的窜缸混合气通过窜缸混合气流路38a流入气缸盖室40a中。而且，气缸盖40连接至与气缸盖室40a相连通的窜缸混合气通道43。窜缸混合气通道43的前端部与节流阀68的下游侧(相对于进气流的下游侧)的进气通道70相连通(参见图1)。
设置由这种窜缸混合气流路38a、窜缸混合气通道43等构成的窜缸混合气回流系统使已从发动机机体14的燃烧室30泄漏到曲轴箱39中的窜缸混合气能够通过发动机机体14中的窜缸混合气流路38a、气缸盖室40a以及窜缸混合气通道43返回到进气通道70，从而使所述气体能够再次燃烧。
-ECU-
ECU 18包括进行计算的CPU(中央处理单元)、存储例如计算结果的各种信息的RAM(随机存取存储器)、利用电池来保持存储内容的后备RAM、存储各种控制程序和设定表的ROM(只读存储器)等。
ECU 18接收来自各种传感器的输出信号的输入，各种传感器联接在安装有缸内直喷发动机10的车辆中的各个位置处。具体地，ECU 18接收如下信号的输入：其指示由曲轴转角传感器52检测出的曲轴转角、由空气流量计66检测出的进气体积、由加速踏板传感器8检测出的加速器开度、由A/F传感器86检测出的空燃比(A/F)、由温度传感器88检测出的催化剂温度、由爆震传感器90检测出的爆震、由油温传感器92检测出的发动机油的温度(下文中，也被称为“发动机油温度”)、由水温传感器94检测出的发动机水温等。
基于来自上述各种传感器的输出信号，ECU 18对发动机10执行各种控制，所述控制包括对缸内直喷发动机10的节流阀68的开度控制、燃料喷射量控制以及喷射正时控制(对喷射器22的开/闭控制)等。
此外，ECU 18执行下文描述的“A/F反馈控制”、“用于估算稀释机油的燃料量的处理”、“用于判定A/F传感器的活性状态的处理”、“催化剂暖机控制”等。
本发明的用于车辆的控制装置通过由上述ECU 18执行的程序来实现。
-A/F反馈控制-
下面描述由ECU 18执行的A/F反馈控制。
首先，在本示例中，由于布置在排气通道84中进行废气中的NOx的还原以及CO和HC的氧化的废气净化催化剂(三元催化剂)82，来自缸内直喷发动机10中的燃料的燃烧之后的废气被净化，从而获得无害的CO2、H2O和N2。当已进行具有理论空燃比(例如，14.7)的混合气的燃烧时，这种由催化剂进行的废气的净化，也就是说，NOx的还原以及CO和HC的氧化在催化剂环境所具有的氧浓度下最有效地进行。鉴于这一点，在本示例中，如果预定执行条件成立，则执行A/F反馈控制，使得缸内直喷发动机10的实际空燃比变为理论空燃比。
具体地，校正缸内直喷发动机10的燃料喷射量，以便减小目标值(理论空燃比)与通过来自布置在废气净化催化剂82的上游侧的排气通道84中的A/F传感器86的输出信号计算出的实际空燃比之间的偏差。换句话说，如果从来自A/F传感器86的输出信号获得的实际空燃比为在目标值的浓侧的值，则将燃料喷射量校正为更小的量。另一方面，如果从来自A/F传感器86的输出信号获得的实际空燃比为在目标值的稀侧的值，则将燃料喷射量校正为更大的量。通过以该方式将燃料喷射量校正为更大或更小的量，控制缸内直喷发动机10的实际空燃比，使其变为理论空燃比。
-用于估算稀释机油的燃料量的处理-
首先，在缸内直喷发动机中，当从喷射器喷射出的燃料未被充分地雾化时(例如，当发动机冷时)，大量的燃料附着到气缸的内周面上，并且所述燃料与发动机油混合，由此发动机油变为由燃料稀释。在本示例中，为了减小这种稀释燃料的影响(稍后进行详细的描述)，在ECU 18中估算稀释机油的燃料量。
具体地，考虑到稀释机油的燃料量根据与发动机水温相关的气缸温度而变化的事实，在ECU 18中，基于来自水温传感器94的输出信号来获得发动机起动时的发动机水温，并且基于起动时的发动机水温，通过参照设定表等来估算稀释机油的燃料量。估算处理中所使用的设定表为：例如，考虑到气缸温度(发动机水温)降低时附着到气缸的内周面上的燃料量(与发动机油相混合的燃料量)增加的事实，通过设定通过实验、模拟计算等适合的值而获得的设定表。
应当注意的是，在这种用于估算稀释机油的燃料量的处理时，如下构造是可能的：基于发动机水温来估算稀释燃料的蒸发量(挥发量)，并且利用估算出的蒸发量来校正估算出的稀释机油的燃料量。这样能够更精确地估算稀释机油的燃料量。
而且，在包括执行用于顺序地存储和更新基于从发动机起动到停止为止的一个行程(trip)中缸内直喷发动机10的驱动状态历史而估算出的稀释机油的燃料量(当发动机停止时在发动机油中积聚的燃料量)的处理的功能的情况下，如下构造是可能的：其中，在用于估算稀释机油的燃料量的处理中反映出最新的存储值(所存储的稀释机油的燃料量的值)。
应当注意的是，另一种估算方法的一个示例为如下估算处理：其中，基于进气体积(或燃料喷射量)的积分值以及从发动机起动起经过的时间，通过参照设定表等来估算机油稀释量(例如，参见JP 2006-183539A中公开的稀释燃料估算处理)。
-用于判定A/F传感器的活性状态的处理-
ECU 18判定A/F传感器86是否处于活性状态。例如，在这一判定中能够采用在JP 2004-132840A中提供的方法。具体地，将A/F传感器86的固体电解质元件的电阻值(导纳：与元件温度相关的值)与预定活性判定值(例如，导纳目标值的40％)相比较，并且如果该导纳已达到活性判定值，则判定出A/F传感器86处于活性状态。相比之下，如果导纳还未达到活性判定值，则判定出A/F传感器86为非活性状态。
应当注意的是，A/F传感器86是否处于活性状态可以例如通过如下方式来判定：通过由来自空气流量计66的输出信号计算出的进气体积的积分值(废气温度的积分值)来估算A/F传感器86的元件温度，并且将元件温度与判定值相比较。
-催化剂暖机控制-
在本示例中，ECU 18执行催化剂暖机控制以实现布置在排气通道84中的废气净化催化剂82的早期暖机。
具体地，在起动缸内直喷发动机10时(例如，当发动机冷时)，通过将燃料喷射正时设定在压缩冲程中以使燃烧状态为分层燃烧(或弱分层燃烧)，而且通过延迟由火花塞46执行的点火的点火正时来使从燃烧室30排放出的废气的温度上升。执行这种催化剂暖机控制能够促进废气净化催化剂82的暖机。应当注意的是，当执行这种催化剂暖机控制时，发动机输出转矩减小，因此同时进行如下控制：其中，通过控制节流阀68的开度来增加进气体积，以便补偿转矩的减小。
这里，如上所述，在缸内直喷发动机中，当从喷射器喷射出的燃料未被充分地雾化时(例如，当发动机冷时)，大量的燃料附着到气缸的内周面上，并且所述燃料与发动机油混合，由此发动机油变得由燃料稀释。随着发动机油的温度上升，在曲轴箱中在发动机油中积聚的稀释燃料挥发(蒸发)。挥发出的燃料通过窜缸混合气通道等进入进气通道，因此发动机空燃比(燃烧室30中的混合气的空燃比)变浓。
尽管这种状况即使从执行A/F反馈控制起发生也通常具有很小影响，但是存在如下情况：在缸内直喷发动机中进行催化剂暖机控制时会出现问题。具体地，当在缸内直喷发动机中进行催化剂暖机控制时，如上所述正在进行分层燃烧(或者弱分层燃烧)，因此，鉴于在喷雾形成上的困难，不执行A/F反馈控制。由于这一原因，当在进行催化剂暖机控制时发动机空燃比变浓时，存在驾驶性能和废气排放恶化的情况。
考虑到这一点，本示例中的技术特征在于：如果例如缸内直喷发动机10的发动机空燃比变浓的条件成立，则通过禁止催化剂暖机控制来改善驾驶性能和废气排放。
下面结合图3中的流程图来描述包括这种禁止控制的催化剂暖机控制的一个示例。
在ECU 18中以预定周期重复地执行图3中的控制例程。应当注意的是，在执行图3中的控制例程时，ECU 18接连地执行以上描述的“用于估算稀释机油的燃料量的处理”、“A/F传感器的活性状态的判定”等。
图3中的控制例程与缸内直喷发动机10的起动一起开始，并且首先在步骤S10中，基于来自空气流量计66的输出信号来计算从发动机起动时起积分出的进气体积，并且进行关于积分出的进气体积是否小于判定值α的判定。
步骤S10为用于判定催化剂暖机控制有必要的条件(暖机控制必要条件)是否成立的步骤，并且如果积分出的进气体积小于判定值α(步骤S10中为肯定判定(是))，则判定出暖机控制必要条件成立，并且处理进行至步骤S12。如果积分出的进气体积大于或等于判定值α时(步骤S10中为否定判定(否))，则判定出暖机控制必要条件不成立，并且禁止催化剂暖机控制(步骤S18)。之后，处理进行至步骤S20。
这里，考虑到怠速运转期间的进气体积、完成催化剂暖机所需的时间等，将在步骤S10的判定中所使用的判定值α设定为通过实验、模拟计算等适合的值(例如，α＝200g)。应当注意的是，可以根据发动机起动时的发动机水温来可变地设定判定值α。
在步骤S12中，进行关于估算出的稀释机油的燃料量是否小于判定值β的判定，而且进行关于通过来自油温传感器92的输出信号获得的发动机油温度是否小于挥发温度γ的判定，上述估算出的稀释机油的燃料量是通过上述用于估算稀释机油的燃料量的处理估算出的。如果判定结果为估算出的稀释机油的燃料量小于判定值β或发动机油温度小于挥发温度γ(如果步骤S12的判定结果为肯定判定(是))，则执行催化剂暖机控制(步骤S14)。在执行催化剂暖机控制的情况下，如上所述，通过将燃料喷射正时设定在压缩冲程中并且延迟由火花塞46进行点火的点火正时来使废气温度上升，而且通过控制节流阀68的开度来增加进气体积以便补偿转矩的减小。之后，在步骤S16中，禁止A/F反馈控制，然后处理返回。
另一方面，如果步骤S12的判定结果为否定判定(否)时，也就是说，如果估算出的稀释机油的燃料量大于或等于判定值β，此外发动机油温度大于或等于挥发温度γ，则禁止催化剂暖机控制(步骤S18)。之后，处理进行至步骤S20。
在步骤S20中，进行关于A/F传感器86是否处于活性状态的判定。如果步骤S20的判定结果为肯定判定(是)(如果A/F传感器86处于活性状态)，则执行A/F反馈控制(步骤S22)。之后，处理返回。相反地，如果步骤S20的判定结果为否定判定(否)(如果A/F传感器86处于非活性状态)，则禁止A/F反馈控制(步骤S16)。之后，处理返回。
从缸内直喷发动机10起动时起到其停止为止，重复地执行上述一系列控制。
这里，在上述步骤S12的判定处理中，对估算出的稀释机油的燃料量设定的判定值β为：基于通过实验、模拟计算等获得的即使在判定时在发动机油中积聚的稀释燃料挥发(蒸发)时对废气排放也不会产生负面影响的值(稀释燃料量)的结果适合的值。而且，对发动机油温度设定的挥发温度γ为基于所使用的燃料类型适合的值(例如，在汽油的情况下，γ＝40℃)。
<效果>
如上所述，根据本示例，在暖机控制必要条件成立的情况下(在积分出的进气体积小于判定值α的情况下)，如果估算出的稀释机油的燃料量小(如果小于判定值β)，或者即使稀释机油的燃料量大，当发动机油温度小于燃料的挥发温度γ时，也为使得废气排放不会受到负面影响的状况，因此执行催化剂暖机控制。
相比之下，即使在暖机控制必要条件成立的情况下，如果稀释机油的燃料量大于或等于判定值β，此外发动机油的温度大于或等于挥发温度γ，则发动机空燃比变浓，并且存在负面地影响废气排放的可能，因此禁止催化剂暖机控制。换句话说，在估算出的稀释机油的燃料量大的情况下，如果发动机油温度处于高区域(挥发温度区域)，则禁止催化剂暖机控制，从而使得返回到通常喷射的状态，在通常喷射的状态下，能够执行A/F反馈控制，因此改善了驱动性能和废气排放。
实施例2
下面结合图4对本发明的另一实施例进行描述。图4为示出了由ECU 18执行的控制的另一示例的流程图。
本示例的特征在于：在暖机控制必要条件成立的情况下，也就是说，在积分出的进气体积小于判定值α的情况下，只有已判定出A/F传感器86处于活性状态，才进行关于条件“估算出的稀释机油的燃料量小于预定值，或发动机油温度小于预定值”是否成立的判定，并且上述构造的其它方案类似于上述“实施例1”。
下面通过图4中的各步骤来描述本示例中的控制。应当注意的是，在执行图4中的控制例程时，ECU 18接连地执行上文已描述的“用于估算稀释机油的燃料量的处理”、“A/F传感器的活性状态的判定”等。
图4中的控制例程与缸内直喷发动机10的起动一起开始，首先在步骤S30中，进行关于积分出的进气体积是否小于判定值α的判定。步骤S30中的判定处理类似于上述“实施例1”的步骤S10中的处理，因此其详细的描述已被省略。
如果步骤S30的判定结果为否定判定(否)(如果积分出的进气体积大于或等于判定值α)，则判定出暖机控制必要条件不成立，并且禁止催化剂暖机控制(步骤S40)。之后，处理进行至步骤S42。另一方面，如果步骤S30的判定结果为肯定判定(是)(如果积分出的进气体积小于判定值α)，则判定出暖机控制必要条件成立，并且处理进行至步骤S32。
在步骤S32中，进行关于A/F传感器86是否处于活性状态的判定。如果步骤S32的判定结果为否定判定(否)(如果A/F传感器86处于非活性状态)，则处理进行至步骤S36。如果步骤S32的判定结果为肯定判定(是)(如果A/F传感器86处于活性状态)，则处理进行至步骤S34。
在步骤S34中，进行关于估算出的稀释机油的燃料量是否小于判定值β或发动机油温度是否小于挥发温度γ的判定。步骤S34中的判定处理类似于上述“实施例1”的步骤S12中的处理，因此其详细的描述已被省略。如果步骤S34的判定结果为肯定判定(是)，则处理进行至步骤S36。
在步骤S36中，执行催化剂暖机控制，然后在步骤S38中禁止A/F反馈控制，之后处理返回。应当注意的是，在步骤S36中执行的催化剂暖机控制类似于上述“实施例1”的步骤S14中的处理，因此其详细的描述已被省略。
另一方面，如果步骤S34的判定结果为否定判定(否)(如果估算出的稀释机油的燃料量大于或等于设定值β，此外发动机油温度大于或等于挥发温度γ)，则禁止催化剂暖机控制(步骤S40)。之后，处理进行至步骤S42。
在步骤S42中，进行关于A/F传感器86是否处于活性状态的判定。如果步骤S42的判定结果为肯定判定(是)(如果A/F传感器86处于活性状态)，则执行A/F反馈控制(步骤S44)。之后，处理返回。另一方面，如果步骤S42中的判定结果为否定判定(否)(如果A/F传感器86处于非活性状态)，则禁止A/F反馈控制(步骤S38)。之后，处理返回。
从缸内直喷发动机10起动时起到其停止为止，重复地执行上述一系列控制。
<效果>
根据本示例，实现了除类似于上述“实施例1”中的效果以外的下列效果。
在本示例中，在积分出的进气体积小于判定值α的情况下(在暖机控制必要条件成立的情况下)，只有已判定出A/F传感器86处于活性状态，才进行关于条件“估算出的稀释机油的燃料量小于判定值β，或发动机油温度小于挥发温度γ”是否成立的判定。换句话说，催化剂暖机控制的禁止局限于A/F传感器86是活性的并且能够执行A/F反馈控制的状态。由于这一原因，通过禁止催化剂暖机控制进一步改善了废气排放。
-其它实施例-
尽管在上述示例中暖机控制必要条件为“从发动机起动时起积分出的进气体积小于判定值α”，但是本发明不限于此。例如，暖机控制必要条件可以为“通过来自水温传感器94的输出信号获得的发动机起动时的发动机水温小于预定判定值”，或“通过来自油温传感器92的输出信号获得的发动机起动时的油温小于预定判定值”。
尽管在上述示例中在图3的步骤S12和图4的步骤S34中进行关于估算出的稀释机油的燃料量是否小于预定值(小于挥发温度)的判定，但是本发明不限于此。例如，可以通过估算作为与稀释机油的燃料量有关的值的机油稀释度(稀释率)，并且判定估算出的机油稀释度是否小于预定值(例如，5％)，来控制催化剂暖机控制的执行/禁止。而且，稀释机油的燃料量或机油稀释度可以为如上所述的估算值，或者可以为已利用已知的测量装置(例如，利用浓度计、粘度计等的装置)测量出的测量值等。
应当注意的是，与稀释机油的燃料量有关的参数的一个示例为空燃比(A/F)学习值，并且利用该值，例如，A/F高负荷学习值与A/F低负荷学习值之间的偏差可以用作用于判定催化剂暖机控制的执行/禁止的条件。
尽管在上述示例中在图3的步骤S12和图4的步骤S34中进行关于发动机油温度是否小于挥发温度γ(判定值)的判定，但可以通过识别来自水温传感器94的输出信号的作为与发动机油温度有关的值的发动机水温，并且判定发动机水温是否小于预定判定值，来控制催化剂暖机控制的执行/禁止。
而且，除由油温传感器92检测出的油温检测值以外，发动机油温度可以为例如通过发动机起动时的发动机水温估算出的估算发动机油温度，或者通过发动机起动时积分出的进气体积和发动机水温而估算出的估算发动机油温度。
应当注意的是，与发动机油温度(稀释燃料的挥发)有关的参数的一个示例为空燃比，并且利用该空燃比，例如，可以通过判定由来自A/F传感器86的输出信号获得的空燃比是否为浓(例如，空燃比是否小于或等于“10”)来控制催化剂暖机控制的执行/禁止。
尽管本发明适用于安装有缸内直喷发动机的车辆的控制的示例已经以上述示例的形式给出，但是本发明不限于此，而且本发明适用于安装有所谓的双喷射型发动机的车辆的控制，双喷射型发动机包括用于缸内喷射的喷射器和用于进气口喷射的喷射器，用于缸内喷射的喷射器将燃料直接地喷射到气缸中(到燃烧室中)，用于进气口喷射的喷射器将燃料喷射到进气通道或进气口中。下面对此进行描述。
首先，同样在双喷射型发动机中，当例如发动机冷时，用于促进催化剂的暖机的催化剂暖机控制通过使从燃烧室排放出的废气的温度上升来进行，所述温度上升为将用于缸内喷射的喷射器的燃料喷射正时设定在压缩冲程中以使燃烧状态为分层燃烧(或弱分层燃烧)而且使由火花塞执行的点火的点火正时延迟的结果，因此出现了与上述缸内直喷发动机的问题类似的问题，也就是说，当由于与发动机油混合的稀释燃料的挥发而执行催化剂暖机控制时发动机空燃比变浓时，存在如下问题：即存在驱动性能和废气排放恶化的情况。
为了解决上述问题，在同样安装有双喷射型发动机的车辆中执行与上述“实施例1”的控制类似的控制。具体地，在暖机控制必要条件成立的情况下(在积分出的进气体积小于判定值α的情况下)，如果估算出的稀释机油的燃料量小(如果小于判定值β)，或者即使稀释机油的燃料量大，当发动机油温度小于燃料的挥发温度γ时，执行催化剂暖机控制，从而促进催化剂的暖机。
相比之下，执行如下控制：即使在暖机控制必要条件成立的情况下，如果稀释机油的燃料量大于或等于判定值β而且发动机油的温度大于或等于挥发温度γ，则也禁止催化剂暖机控制，从而改善驱动性能和废气排放。
而且，在同样安装有双喷射型发动机的车辆的情况下，与上述“实施例2”类似，催化剂暖机控制的禁止可以局限于A/F传感器86是活性的并且能够执行A/F反馈控制的状态。
尽管本发明适用于安装有直列式发动机的车辆的控制的示例以上述示例的形式给出，但是本发明不限于此，而且本发明适用于安装有V型发动机、卧式对置气缸发动机等的车辆的控制。而且，对发动机规格例如气缸数不存在特定的限制。此外，本发明还适用于各种车辆例如FR(前置发动机后轮驱动)车辆、FF(前置发动机前轮驱动)车辆以及四轮驱动车辆的控制。
工业实用性
本发明适用于安装有包括将燃料直接地喷射到气缸中的喷射器的缸内直喷发动机或双喷射型发动机的车辆的控制，更特别地适用于对车辆的如下控制：对布置在发动机的排气通道中的催化剂进行暖机控制。
附图标记列表
10 缸内直喷发动机
14 发动机机体
18 ECU
22 喷射器
38 气缸体
38a 窜缸混合气流路
39 曲轴箱
40 气缸盖
40a 气缸盖室
43 窜缸混合气通道
46 火花塞
66 空气流量计
70 进气通道
82 废气净化催化剂(三元催化剂)
84 排气通道
86 A/F传感器(空燃比传感器)
92 油温传感器
94 水温传感器

Claims (7)

1.一种用于车辆的控制装置，所述控制装置适用于包括内燃机、喷射器以及催化剂的车辆，所述喷射器将燃料直接地喷射到所述内燃机的燃烧室中，所述催化剂布置在所述内燃机的排气通道中，所述控制装置对所述催化剂进行暖机控制，并且所述控制装置包括：
稀释燃料量识别单元，其识别与由燃料稀释的发动机油中包含的稀释机油的燃料量有关的值；油温识别单元，其识别与所述发动机油的温度有关的值；空燃比传感器，其布置在所述内燃机的所述排气通道中；判定单元，其判定所述空燃比传感器是否处于活性状态；以及控制单元，在暖机控制必要条件成立的情况下，以与稀释机油的所述燃料量有关的所述值小于判定值或与所述发动机油的所述温度有关的所述值小于判定值为条件，所述控制单元停止空燃比反馈控制并且执行催化剂暖机控制，并且即使在所述暖机控制必要条件成立的情况下，如果与稀释机油的所述燃料量有关的所述值大于或等于所述判定值，而且与所述发动机油的所述温度有关的所述值大于或等于所述判定值，则所述控制单元禁止所述催化剂暖机控制，并且以所述空燃比传感器处于所述活性状态为条件来执行空燃比反馈控制。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的控制装置，
其中，在所述暖机控制必要条件成立的情况下，所述控制单元判定与稀释机油的所述燃料量有关的所述值小于所述判定值或与所述发动机油的所述温度有关的所述值小于所述判定值的条件是否成立，并且
其中，在已基于所述判定的结果禁止所述催化剂暖机控制的情况下，以所述空燃比传感器处于所述活性状态为条件，所述控制单元执行空燃比反馈控制。
3.根据权利要求1所述的用于车辆的控制装置，
其中，在所述暖机控制必要条件成立的情况下，以所述空燃比传感器处于所述活性状态为条件，所述控制单元判定与稀释机油的所述燃料量有关的所述值小于所述判定值或与所述发动机油的所述温度有关的所述值小于所述判定值的条件是否成立。
4.根据权利要求3所述的用于车辆的控制装置，
其中，在所述暖机控制必要条件成立的情况下，如果所述空燃比传感器处于非活性状态，则所述控制单元执行所述催化剂暖机控制，在所述暖机控制必要条件成立的情况下，如果所述空燃比传感器处于所述活性状态，则以与稀释机油的所述燃料量有关的所述值小于所述判定值或与所述发动机油的所述温度有关的所述值小于所述判定值为条件，所述控制单元执行所述催化剂暖机控制，并且
在所述暖机控制必要条件成立并且所述空燃比传感器处于所述活性状态的情况下，如果与稀释机油的所述燃料量有关的所述值大于或等于所述判定值，而且与所述发动机油的所述温度有关的所述值大于或等于所述判定值，则所述控制单元禁止所述催化剂暖机控制。
5.根据权利要求3或4所述的用于车辆的控制装置，
其中，在已禁止所述催化剂暖机控制的情况下，以所述空燃比传感器处于所述活性状态为条件，所述控制单元执行空燃比反馈控制。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于车辆的控制装置，
其中，所述暖机控制必要条件为“从发动机起动时起的积分算出的进气体积小于判定值”。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的用于车辆的控制装置，
其中，在利用所述发动机油的所述温度本身来判定所述催化剂暖机控制的执行/禁止的情况下，对所述发动机油的所述温度设定的判定值为“燃料挥发温度”。
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