CN102619633B - 内燃机的燃料喷射控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供内燃机的燃料喷射控制装置。在预热运转中和预热运转以外的运转中都能够提高废气特性。内燃机(3)的燃料喷射控制装置(1)具有ECU(2)。在预热运转时，ECU(2)在吸气冲程中执行第1次燃料喷射，在压缩冲程中执行第2次燃料喷射(步骤4～7、12)，在不是预热运转中时，在吸气冲程中执行第1次燃料喷射和第2次燃料喷射(步骤8～12)。

Description

内燃机的燃料喷射控制装置

技术领域

本发明涉及在1个燃烧循环中将燃料分成2次喷射的内燃机的燃料喷射控制装置。

背景技术

以往，已知有专利文献1记载的内燃机的燃料喷射控制装置。该内燃机是经由燃料喷射阀将燃料直接喷射到燃烧室内的、所谓的直喷式汽油发动机类型的内燃机。此外，燃料喷射控制装置具有检测内燃机的冷却水温度TW的冷却水温度传感器和曲轴角度传感器等，根据该曲轴角度传感器的输出信号，计算发动机转速NE。

在该燃料喷射控制装置中，如专利文献1的图2所示，在冷却水温度TW低于预定温度TW0时，即在预热运转中时，计算在吸气冲程中喷射的燃料量，接着，按照发动机水温TW设定燃料分割比γ之后，设定喷射间隔Int。接着，按照发动机转速NE等设定喷射结束正时(步骤14～步骤22)。然后，在步骤S24中，根据如上计算出的燃料量、燃料分割比γ、喷射间隔Int以及喷射结束正时，在吸气冲程中将燃料分成2次喷射(第[0018]段～第[0028]段)。这是因为，在预热运转中，在吸气冲程中仅执行了1次燃料喷射的情况下，燃料喷射时间变长，燃料的射程(penetration)变大，从而燃料附着到燃料室内的壁面，燃料的雾化程度降低，由此，容易产生烟，因此要避免这种情况(第[0022]段、第[0023]段)。另一方面，在冷却水温度TW在预定温度TW0以上时，即在不是预热运转中时，在步骤S26中执行通常控制，在吸气冲程中仅喷射1次燃料(第[0031]段)。

专利文献1：日本专利第3758003号公报

根据上述以往的内燃机的燃料喷射控制装置，在预热运转中，在吸气冲程中将燃料分成2次喷射，导致提供给排气净化用催化剂的废气温度较低，因此，催化剂活化所需要的时间变长，由此，废气特性有可能恶化。并且，在预热运转以外的运转中，在吸气冲程中仅喷射1次燃料，因此，在燃料的射程大的情况下，燃料附着到燃料室内的壁面，或者燃料的雾化程度降低，由此导致燃烧状态恶化，结果，废气中的HC浓度增大，废气特性有可能恶化。

发明内容

本发明正是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供一种内燃机的燃料喷射控制装置，在预热运转中和预热运转以外的运转中都能够提高废气特性。

为了达到上述目的，第一方面所述的发明提供一种内燃机3的燃料喷射控制装置1，其在内燃机3中控制燃料喷射，该内燃机3利用催化剂11净化排气通路10内的废气，并且，能够在1个燃烧循环中将燃料分成第1次喷射和之后的第2次喷射而喷射到气缸3a内，其特征在于，该内燃机的燃料喷射控制装置具有：第1喷射控制单元(ECU2、步骤4～7、12)，其在吸气冲程中执行第1次喷射，在压缩冲程中执行第2次喷射；第2喷射控制单元(ECU2、步骤8～12)，其在吸气冲程中执行第1次喷射和第2次喷射；以及选择单元(ECU2、步骤3)，其在内燃机3处于预热运转状态时，选择由第1喷射控制单元进行的燃料喷射，在内燃机3不处于预热运转状态时，选择由第2喷射控制单元进行的燃料喷射。

根据该内燃机的燃料喷射控制装置，在内燃机处于预热运转状态时，选择由第1喷射控制单元进行的燃料喷射，由此，在吸气冲程中执行第1次喷射，在压缩冲程中执行第2次喷射，因此，与以往在吸气冲程中执行第1次喷射和第2次喷射相比，第2次喷射量的燃料的点火正时延迟，容易产生后燃(後燃え)，由此能够进一步提高提供给催化剂的废气的温度。由此，能够在内燃机的预热运转中更迅速地活化催化剂，能够提高废气特性。此外，在内燃机不处于预热运转状态时，选择由第2喷射控制单元进行的燃料喷射，由此，在吸气冲程中执行第1次喷射和第2次喷射，因此，与以往即使在燃料的射程大的情况下也在吸气冲程中仅执行1次燃料喷射的情况相比，能够降低燃料附着到燃烧室内的壁面的附着量，能够提高燃料的雾化程度。由此，能够确保良好的燃烧状态，从而能够降低废气中的HC浓度，能够提高废气特性。

第二方面涉及的发明的特征在于，第一方面涉及的内燃机3的燃料喷射控制装置1还具有机构温度检测单元(水温传感器21)，该机构温度检测单元检测机构温度(发动机水温TW)作为内燃机3的温度，第1喷射控制单元根据检测到的机构温度决定第1次喷射中的燃料量与第2次喷射中的燃料量的比例[R1∶(1-R1)]。

一般地，在将燃料分成在吸气冲程和压缩冲程中喷射的情况下，在压缩冲程中喷射的燃料量的比例越多，则越能够更迅速地活化催化剂，但烟有可能进一步增大。对此，根据该内燃机的燃料喷射控制装置，在内燃机处于预热运转状态时，根据检测到的机构温度，决定第1次喷射中的燃料量与第2次喷射中的燃料量的比例，因此能够平衡地实现催化剂的迅速活化和烟的抑制。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的燃料喷射控制装置及应用该燃料喷射控制装置的内燃机的概略结构的图。

图2是示出燃料喷射控制处理的流程图。

图3是示出催化剂升温判定处理的流程图。

图4是示出用于计算吸气分割比R1的映射图的一例的图。

标号说明

1燃料喷射控制装置；2ECU(第1喷射控制单元、第2喷射控制单元、选择单元)；3内燃机；3a气缸；10排气通路；11催化剂；21水温传感器(机构温度检测单元)；TW发动机水温(机构温度)；R1吸气分割比(规定第1次喷射中的燃料量与第2次喷射中的燃料量的比例的值)。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的一个实施方式的内燃机的燃料喷射控制装置。如图1所示，本实施方式的燃料喷射控制装置1具有ECU2，该ECU2根据内燃机(以下称作“发动机”)3的运转状态，执行后述的燃料喷射控制处理等各种控制处理。

该发动机3是安装于未图示的车辆中的直列四缸汽油发动机，具有4组气缸3a和活塞3b(仅图示出1组)、曲轴3c等。在该发动机3的气缸盖上，以朝着燃烧室的方式按照每个气缸3a安装有燃料喷射阀4和火花塞5，在发动机运转中，由燃料喷射阀4将燃料直接喷射到燃烧室内。即，发动机3构成为缸内喷射式发动机。

该燃料喷射阀4与ECU2连接，如后所述，由ECU2控制作为其打开时间的燃料喷射时间、和作为打开定时和关闭定时的喷射正时。另外，该燃料喷射阀4的燃料喷射时间相当于喷射到气缸内的燃料量即燃料喷射量，因此，以下将燃料喷射阀4的燃料喷射时间称作燃料喷射量。

此外，火花塞5也与ECU2连接，在与点火正时对应的定时从ECU2被施加高电压而进行放电，由此，使燃烧室内的混合气燃烧。

并且，在发动机3内设有曲轴角度传感器20。该曲轴角度传感器20由磁转子和MRE拾取器构成，随着曲轴3c的旋转，将均作为脉冲信号的CRK信号和TDC信号输出到ECU2。该CRK信号按照预定曲轴角度(例如1°)输出1个脉冲，ECU2根据该CRK信号计算发动机3的转速(以下称作“发动机转速”)NE。此外，TDC信号是表示各个气缸3a的活塞3b位于比吸气冲程的TDC位置的略微靠前的预定曲轴角度位置的信号，按照预定曲轴角度输出1个脉冲。

另一方面，在发动机3的主体上安装有例如由热敏电阻等构成的水温传感器21。该水温传感器21检测在发动机3的气缸体内循环的冷却水的温度即发动机水温TW，将表示该发动机水温TW的检测信号输出到ECU2。另外，在本实施方式中，水温传感器21相当于机构温度检测单元，发动机水温TW相当于机构温度。

此外，油门开度传感器22与ECU2连接，该油门开度传感器22检测车辆的未图示的油门踏板的踩下量(以下称作“油门开度”)AP，将表示该油门开度AP的检测信号输出到ECU2。

并且，在发动机3的排气通路10设有用于净化废气的催化剂11。该催化剂11是三效催化剂类型的催化剂，在其温度处于比预定的活化温度高的区域时活化，净化废气中的有害的未燃成分。

另一方面，ECU2由微型计算机构成，该微型计算机由CPU、RAM、ROM以及I/O接口(均未图示)等构成。根据前述的各种传感器20～22的检测信号，判别发动机3的运转状态，并且，如下所述，根据运转状态执行燃料喷射控制处理等。另外，在本实施方式中，ECU2相当于第1喷射控制单元、第2喷射控制单元以及选择单元。

接着，参照图2说明本实施方式的燃料喷射控制处理。如下所述，该燃料喷射控制处理计算燃料喷射量和喷射正时，与TDC信号的产生定时同步地执行。

如该图所示，首先，在步骤1(图中简记为“S1”，以下相同)中，执行催化剂升温判定处理。该判定处理用于判定是否需要执行后述的催化剂升温控制处理(用于使催化剂11迅速活化的控制处理)，具体地说，如图3所示地执行。如该图所示，首先，在步骤20中，判别发动模式标志F_STMOD是否是“1”。

在未图示的判定处理中，在发动机3的起动(cranking)结束之前的期间，将该发动模式标志F_STMOD设定为“1”，在起动结束且发动机3已处于完全燃烧状态时，将该发动模式标志F_STMOD设定为“0”。

在步骤20的判别结果为“是”即发动机3正在起动时，进入步骤21，根据发动机水温TW，检索未图示的映射图，由此计算出催化剂升温用值CTFIRE之后结束本处理。在该映射图中，在预定的预热结束温度以上的区域中，催化剂升温用值CTFIRE被设定为值0。这是因为在预定的预热结束温度以上的区域中不需要执行催化剂的升温控制。此外，在小于预定的预热结束温度的区域中，发动机水温TW越低，则催化剂升温用值CTFIRE被设定为越大的值。这是因为冷却水温度TW越低即催化剂温度越低，则直到催化剂活化为止的时间越长。

另一方面，在步骤20的判别结果为“否”即发动机3已经发动时，进入步骤22，判别发动模式标志的前次值F_STMODz是否是“1”。在该判别结果为“是”即本次的控制定时是在发动机3刚刚完成发动之后时，进入步骤23，将催化剂升温控制计数器的计数值的前次值CTz设定为前述的催化剂升温用值CTFIRE。

另一方面，在步骤22的判别结果为“否”时，进入步骤24，将催化剂升温控制计数器的计数值的前次值CTz设定为存储在RAM内的催化剂升温控制计数器的计数值CT。在步骤23或者步骤24之后的步骤25中，将催化剂升温控制计数器的计数值CT设定为从其前次值CTz减去值1而得到的值CTz-1。即，将催化剂升温控制计数器的计数值CT减去值1。

接着，进入步骤26，判别催化剂升温控制计数器的计数值CT是否大于值0。在其判别结果为“是”时，进入步骤27，判别怠速运转标志F_IDLE是否是“1”。在未图示的判定处理中，在怠速运转条件成立时，该怠速运转标志F_IDLE被设定为“1”，在除此以外时，该怠速运转标志F_IDLE被设定为“0”。

在步骤27的判别结果为“是”即怠速运转条件成立时，判定为应该执行催化剂升温控制，进入步骤28，为了表示该情况，将催化剂升温控制标志F_FIRE设定为“1”。然后，结束本处理。

另一方面，在步骤26或者步骤27的判别结果为“否”时，即CT≤0时或者怠速运转条件不成立时，判定为不应该执行催化剂升温控制，进入步骤29，为了表示该情况，将催化剂升温控制标志F_FIRE设定为“0”。然后，结束本处理。

返回图2，在如上所述执行了步骤1的催化剂升温判定处理之后，进入步骤2，计算总燃料喷射量TOUT。通过如下方式来计算该总燃料喷射量TOUT：根据发动机转速NE和油门开度AP检索未图示的映射图，由此计算要求转矩PMCMD，根据该要求转矩PMCMD和发动机转速NE检索未图示的映射图。

接着，进入步骤3，判别上述催化剂升温控制标志F_FIRE是否是“1”。在其判别结果为“是”、即正在执行催化剂升温控制时，进入步骤4，根据发动机水温TW检索图4所示的映射图，由此计算吸气分割比R1。

该吸气分割比R1表示在燃烧循环中最初在吸气冲程中喷射的燃料量相对于总燃料喷射量TOUT的比例。如该图所示，在该映射图中，吸气分割比R1在预定水温Tref(例如25℃)时设定为预定值Rref(例如值0.6)，并且发动机水温TW越低则被设定为越大的值。这是因为在发动机3的预热运转中执行了压缩冲程喷射的情况下，越是发动机水温TW低的区域，烟的产生量有可能越多，因此要对其进行抑制。

接着，进入步骤5，将吸气冲程用的第1次喷射量TOUT_in1设定为吸气分割比R1与总燃料喷射量TOUT之积R1·TOUT。在步骤5之后的步骤6中，将吸气冲程用的第2次喷射量TOUT_in2设定为值0。

接着，在步骤7中，将压缩冲程用的喷射量TOUT_cmp设定为值(1-R1)·TOUT。

另一方面，在步骤3的判别结果为“否”时、即没有执行催化剂升温控制时，进入步骤8，将吸气分割比R1设定为预定值Rconst(例如值0.5)。接着，进入步骤9，将吸气冲程用的第1次喷射量TOUT_in1设定为吸气分割比R1与总燃料喷射量TOUT之积R1·TOUT。

在步骤9之后的步骤10中，将吸气冲程用的第2次喷射量TOUT_in2设定为值(1-R1)·TOUT。接着，进入步骤11，将压缩冲程用的喷射量TOUT_cmp设定为值0。

在步骤7或者步骤11之后的步骤12中，根据如上计算出的3个喷射量TOUT_in1、TOUT_in2、TOUT_cmp以及发动机转速NE等，计算出喷射正时，然后结束本处理。如上所述，在标志F_FIRE＝1即执行了催化剂升温控制时，在吸气冲程中喷射上述第1次喷射量TOUT_in1的燃料，并且，在压缩冲程中喷射上述压缩冲程用的喷射量TOUT_cmp的燃料。另一方面，在没有执行催化剂升温控制时，在吸气冲程中分开喷射上述第1次喷射量TOUT_in1的燃料和第2次喷射量TOUT in2的燃料。

如上所述，根据本实施方式的燃料喷射控制装置1，在步骤1的催化剂升温判定处理中，在步骤26、27的判别结果为“是”即发动机水温TW处于小于预定的预热结束温度的区域且正在怠速运转时，即发动机3处于预热运转状态时，催化剂升温控制标志F_FIRE被设定为“1”，在除此以外的情况下被设定为“0”。由此，在发动机3处于预热运转状态时，分成在吸气冲程中和压缩冲程中执行燃料喷射，因此与以往在吸气冲程中分成2次执行燃料喷射的情况相比，在压缩冲程中喷射的量的燃料的点火正时延迟，容易产生后燃(後燃え)，由此，能够进一步提高提供给催化剂11的废气的温度。由此，能够在发动机3的预热运转中更迅速地活化催化剂，能够提高废气特性。

此外，如上所述，在分成在吸气冲程和压缩冲程中喷射燃料的情况下，在压缩冲程中喷射的燃料量的比例越高，则越能够更迅速地活化催化剂11，但烟有可能进一步增加。对此，在本实施方式的燃料喷射控制装置1中，在分成在吸气冲程中和压缩冲程中执行燃料喷射时，根据发动机水温TW来设定吸气分割比R1。即，根据发动机水温TW来设定吸气冲程用的第1次喷射量TOUT_in1和喷射量TOUT_cmp的比例，因此，能够平衡地实现催化剂11的迅速活化和烟的抑制。

并且，在步骤26或者步骤27的判别结果为“否”时，即在发动机3不处于预热运转状态时，在吸气冲程中分成2次喷射燃料，因此，与以往即使在燃料的射程大的情况下也在吸气冲程中仅执行1次燃料喷射的情况相比，能够降低燃料附着到燃料室内的壁面的附着量，能够提高燃料的雾化程度。由此，能够确保良好的燃烧状态，从而能够降低废气中的HC浓度，能够提高废气特性。

另外，在实施方式中，作为内燃机使用了汽油发动机类型的内燃机，但是本发明的内燃机不限于此，只要能够在1个燃烧循环中将燃料分成第1次喷射和第2次喷射而喷射到气缸内即可。例如，作为内燃机，也可以使用将轻油或天然气等作为燃料的内燃机。

此外，本实施方式是将本发明的燃料喷射控制装置应用于车辆用内燃机的例子，但是，本发明的燃料喷射控制装置不限于此，当然也可以应用于船舶用内燃机、或其它产业设备用内燃机。

并且，本实施方式是使用冷却水温度TW作为机构温度的例子，但是本发明的机构温度不限于此，只要表示内燃机的温度即可。例子，也可以将内燃机的润滑油的温度用作机构温度。

另一方面，本实施方式是根据发动机水温TW设定吸气分割比R1的例子，但是吸气分割比R1的设定方法不限于此。例如，也可以除了发动机水温TW以外还根据其它参数来设定吸气分割比R1。

Claims (2)

1.一种内燃机的燃料喷射控制装置，其在内燃机中控制燃料喷射，该内燃机利用催化剂净化排气通路内的废气，并且，能够在1个燃烧循环中将燃料分成第1次喷射和之后的第2次喷射而喷射到气缸内，其特征在于，该内燃机的燃料喷射控制装置具有：

第1喷射控制单元，其在吸气冲程中执行所述第1次喷射，在压缩冲程中执行所述第2次喷射；

第2喷射控制单元，其在吸气冲程中执行所述第1次喷射和所述第2次喷射；以及

选择单元，其在所述内燃机处于预热运转状态且处于怠速运转状态时，选择由所述第1喷射控制单元进行的燃料喷射，在所述内燃机不处于预热运转状态时，选择由所述第2喷射控制单元进行的燃料喷射，

该内燃机的燃料喷射控制装置还具有机构温度检测单元，该机构温度检测单元检测机构温度作为所述内燃机的温度，所述第1喷射控制单元根据该检测到的机构温度决定所述第1次喷射中的燃料量与所述第2次喷射中的燃料量的比例。

2.一种内燃机的燃料喷射控制方法，在内燃机中控制燃料喷射，该内燃机利用催化剂净化排气通路内的废气，并且，能够在1个燃烧循环中将燃料分成第1次喷射和之后的第2次喷射而喷射到气缸内，其特征在于，该内燃机的燃料喷射控制方法包括：

第1喷射控制步骤，在吸气冲程中执行所述第1次喷射，在压缩冲程中执行所述第2次喷射；

第2喷射控制步骤，在吸气冲程中执行所述第1次喷射和所述第2次喷射；以及

选择步骤，在所述内燃机处于预热运转状态且处于怠速运转状态时，选择在所述第1喷射控制步骤中进行的燃料喷射，在所述内燃机不处于预热运转状态时，选择在所述第2喷射控制步骤中进行的燃料喷射，

该内燃机的燃料喷射控制方法还包括机构温度检测步骤，在该机构温度检测步骤中检测机构温度作为所述内燃机的温度，在所述第1喷射控制步骤中，根据该检测到的机构温度决定所述第1次喷射中的燃料量与所述第2次喷射中的燃料量的比例。