CN102852659A - 缸内喷射式发动机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种缸内喷射式发动机的控制装置，在怠速停止条件成立后、发动机停止前存在重新起动请求的情况下，能够抑制煤烟排出量以及排气性能恶化。在怠速停止条件成立后、发动机停止前存在重新起动请求时，按每个气缸，根据此时的活塞位置改变1次燃烧循环中的燃料喷射次数以及供燃烧的混合气体的空燃比中的至少一方。

Description

缸内喷射式发动机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种在车辆等中搭载的发动机的控制装置，尤其涉及一种具备向缸内(燃烧室内)直接喷射燃料的燃料喷射阀，当该发动机及其搭载车辆处于满足规定的条件的状态时，进行使发动机暂时停止的怠速停止的缸内喷射式发动机的控制装置。
背景技术
近年来，对于车辆(汽车)，从保护环境的观点出发，要求削减成为温室效应气体的燃烧废气(排放气体)和削减其中所含的一氧化碳(CO)、碳化氢(HC)、氮氧化物(NOx)等(将这些称作“排气性能的提高”)，并且要求削减燃料消耗量(燃油效率的提高)，以这些排气性能以及燃油效率的提高、进而发动机输出的提高为主要目的，开发了直接向各气缸的燃烧室内进行基于燃料喷射阀的燃料喷射的缸内喷射式发动机。
并且，为了实现进一步的燃油效率以及排气性能的提高，当发动机及其搭载车辆处于满足规定的条件的状态(例如等待信号的状态)时，进行使所述发动机暂时停止的怠速停止，之后，当存在重新起动请求时，驱动起动器，来使发动机重新起动的带怠速停止功能的车辆也被实用化，且最近正在普及。
关于缸内喷射式发动机搭载车辆中的怠速停止(发动机停止)-重新起动相关的技术，一直以来提出了各种方案。例如，在专利文献1中，提出了如下方案：判定某个气缸的活塞的停止位置是否处于能够进行压缩喷射燃烧的停止位置，在该气缸的活塞停止位置处于能够进行所述压缩喷射燃烧的特定位置的情况下，开始燃料喷射。
另外，例如，在专利文献2中提出了如下方案：当在怠速停止条件成立后的发动机(转动)停止前存在重新起动请求时，在该时刻的发动机转动速度比规定值大的情况下，向压缩冲程气缸喷射燃料来进行点火，在发动机转动速度低于规定值的情况下，向压缩冲程气缸以及膨胀冲程气缸喷射燃料来进行点火。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-236546号公报
专利文献2：日本特开2007-23815号公报
发明要解决的课题
如上所述，近年来，在带怠速停止功能的车辆中搭载的缸内喷射式发动机中，提出了以燃油效率以及排气性能提高为主要目的的各种重新起动技术，为了实现基于怠速停止的燃油效率以及排气性能的进一步提高，怠速停止(发动机停止)条件成立的次数存在增加的倾向，在发动机(转动)停止前，根据驾驶员的意愿等而产生了重新起动请求的情况下的重新起动技术的重要性也在增加。
虽然在怠速停止(发动机停止)条件成立后、发动机(转动)停止前的重新起动请求，由驾驶员的意愿来决定，但在存在该重新起动请求的时刻的活塞位置是各种各样的，另外，由于成为极低速转动时的燃烧，因而若不进行适当的燃料喷射(喷射开始时期以及喷射时间＝喷射量)，则会导致因燃烧不稳定以及失火引起的煤烟(Soot)排出量增加、排气性能恶化。
发明内容
本发明鉴于这样的问题而作出，其目的在于提供一种缸内喷射式发动机的控制装置，当在怠速停止条件成立后、发动机停止前存在重新起动请求的情况下，能够根据各气缸的活塞位置来适当进行燃料喷射，从而能够抑制煤烟排出量以及排气性能恶化。
用于解决课题的技术手段
为了实现该目的，本发明所涉及的缸内喷射式发动机的控制装置，具备向燃烧室内直接喷射燃料的燃料喷射阀，当发动机及其搭载车辆处于满足规定条件的状态时，进行使发动机暂时停止的怠速停止，所述缸内喷射式发动机的控制装置的特征在于，当在所述怠速停止条件成立之后发动机停止之前存在重新起动请求时，按每个气缸，根据此时的活塞位置来改变1次燃烧循环中的燃料喷射次数以及供燃烧的混合气体的空燃比中的至少一方。
发明效果
在本发明所涉及的缸内喷射式发动机的控制装置中，当在怠速停止(发动机停止)条件成立后、发动机停止前存在重新起动请求的情况下，按每个气缸，根据此时的活塞位置，改变1次燃烧循环中的燃料喷射次数以及供燃烧的混合气体的空燃比中的至少一个，换言之，根据此时的活塞位置来运算/选择最佳的重新起动燃烧形式，因此能够实现燃烧的稳定化、排气性能以及燃油效率的提高。
上述以外的课题、构成、以及效果，通过以下实施方式会更加明了。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的缸内喷射式发动机的控制装置的一实施方式的概略构成图。
图2是图1所示的缸内喷射式发动机的燃料系统的概略构成图。
图3是表示图1所示的发动机控制单元的内部构成和输入输出关系的图。
图4是表示图1所示的发动机控制单元的处理内容的流程框图。
图5是表示图4的方框401的处理内容的详细情况的流程图。
图6是表示图4的方框405的处理内容的详细情况的流程图。
图7是表示存在重新起动请求时的活塞位置、区域1、2、3、4、和重新起动燃烧形式之间的关系的图。
图8是表示图1所示的控制装置中的燃料压力与喷射脉冲宽度之间的关系图。
图9是表示在图1所示的控制装置中被执行的多级喷射的一例的图。
图10是用于将本发明实施例的作用效果与现有例进行比较说明的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是将本发明所涉及的控制装置的一实施方式与应用该控制装置的缸内喷射式发动机一起示出的概略构成图。
图示例的缸内喷射式发动机1，是例如具有四个气缸(#1、#2、#3、#4)的串联四气缸的汽油发动机，对各气缸207b(的燃烧室207c)供给的空气，从空气净化器202的入口部被取入，穿过气流传感器203，并通过收纳了电控节流阀205a的节流阀体(throttle body)205而进入收集器206。被吸入收集器206中的空气，在被分配给与各气缸207b连接的各吸气歧管(多支管)201之后，经由吸气阀225被导向在活塞207a上方形成的燃烧室207c。
从所述气流传感器203，将表示吸入空气量的信号输出到构成本发明实施方式的控制装置的主要部分的发动机控制单元101。进而，在节流阀体205安装用于对电控节流阀205a的开度进行检测的节流阀传感器204，并将表示该开度的信号也输出至发动机控制单元101。
另一方面，汽油等燃料从燃料罐250通过低压燃料泵251被一次加压，通过燃料压力调节器252被调整为固定的压力(例如0.3MPa)，并且通过后述的高压燃料泵209被二次加压至更高的压力(例如5MPa或10MPa)，经由蓄压室(以下称作共轨(common rail))253被提供给在各气缸207b设置的燃料喷射阀254，从燃料喷射阀254直接向燃烧室207c内喷射。向燃烧室207c内喷射的燃料与吸入空气的混合气体，通过火花塞208的火花被点火后引起爆炸燃烧，其中该火花塞被提供通过点火线圈222而被高压化的点火信号，燃烧废气(排放气体)经由排气阀226，从设置了排气净化用催化剂(三效催化剂)232的排气通路231向外部被排出。另外，在本实施例中，燃料喷射阀254，可以采用从发动机1的吸气侧进行喷射的侧面喷射方式，但也可以采用从燃烧室207c的正上方进行喷射的中心喷射方式。
在发动机1的曲柄轴207d添设的曲柄角传感器216，将表示曲柄轴207d的转动位置的信号输出给发动机控制单元101。
另外，发动机1具备使吸气阀225的开闭定时可变的吸气侧可变动阀机构以及使排气阀226的开闭定时可变的排气侧可变动阀机构，在排气侧可变动阀机构的凸轮轴(省略图示)安装的凸轮角传感器211，将表示所述排气凸轮轴的转动位置的角度信号输出给发动机控制单元101，并且将表示伴随排气凸轮轴的转动而转动的高压燃料泵209的泵驱动凸轮200的转动位置的角度信号也输出给发动机控制单元101。基于来自所述曲柄角传感器216以及凸轮角传感器211的信号，来运算各气缸处于1次燃烧循环中(吸气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、排气冲程)的哪个冲程、或运算活塞位置(例如以曲柄角来观察，处于压缩冲程上死点前的几度等)。
另外，起动器260，成为根据来自发动机控制单元101的驱动信号，来对曲柄轴207d进行转动驱动的构成。
图2表示具备所述高压燃料泵209的燃料供给系统的概略构成图。
所述高压燃料泵209，对来自燃料罐250的燃料进行加压来向共轨253压送高压燃料。
燃料从罐250通过低压泵251并通过压力调节器252被调压为固定的压力而被导向泵本体209的燃料导入口。在燃料导入口侧设置有用于对燃料吸入量进行控制的常闭型的电磁阀(solenoid valve)即高压泵控制阀209a。高压泵控制阀209a在未通电时关阀，在通电时开阀。
通过低压泵251供给的燃料，通过由发动机控制单元101对高压泵控制阀209a进行控制来调节喷出量并控制共轨内的燃料的压力(以下称作燃料压力)。燃料通过泵驱动凸轮200、以及加压室209b而被加压，从燃料喷出口被压送至共轨253。在燃料喷出口，为了不使下游侧的高压燃料向加压室逆流而设置喷出阀209c。在共轨253，安装有用于对燃料喷射阀254、共轨内的燃料的压力(以下称作燃料压力)进行测量的压力传感器256。
图3表示发动机控制单元101的内部构成与输入输出关系。发动机控制单元101，由包含A/D变换器的I/OLSI101a、CPU101b、EP-ROM101c、RAM101d等构成，将表示附件、点火打开(ON)、起动器打开(ON)的键开关301的信号、来自包括加速传感器302、制动开关303、车速传感器304、气流传感器203、节流阀传感器204、凸轮角传感器211、曲柄角传感器216、水温传感器217、空燃比传感器218、燃料压力传感器256、油温传感器219在内的各种传感器等的信号作为输入而取入，并执行规定的运算处理，将作为运算结果而计算出的各种控制信号输出，并向作为执行元件的电控节流阀205a、高压泵控制阀209a、各点火线圈222(四气缸)、低压燃料泵251、各燃料喷射阀254(四气缸)、起动器260提供规定的控制信号，执行共轨内的燃料压力控制、燃料喷射控制(喷射开始时期、喷射时间(喷射量)、1次燃烧循环的喷射次数等的控制、点火时期控制、以及起动器控制等。在I/OLSI101a设置对各燃料喷射阀254进行驱动的驱动电路，对从电池供给的电压进行升压并提供给各气缸的燃料喷射阀254。
接着，针对本实施方式的燃料喷射控制的具体内容进行说明。
图4是表示本实施方式的控制装置的处理内容的流程框图。
在方框401中，基于从键开关301、加速传感器302、制动开关303、车速传感器304等得到的信息，判定是否许可在怠速停止(发动机停止)条件成立后的重新起动，并且还判定是否为在怠速停止条件成立后且发动机(转动)停止前的重新起动请求，在是发动机停止前、即发动机转动中的重新起动请求的情况下，将表示该情况的发动机转动中重新起动标志F设为1(ON)。
将上述方框401的处理内容的详细情况以图5的流程图示出。
图5中流程图所示的处理是中断处理，以例如10ms周期反复执行。首先，在步骤502中，判断是否处于为了怠速停止的燃料削减中。在后续步骤503中，基于从加速传感器302等得到的信息，判断是否存在重新起动请求。在存在重新起动请求的情况下，进入步骤504，判断是否处于发动机转动中。当处于发动机转动中的情况下，由于能够判断出在怠速停止条件成立后、且发动机停止前存在重新起动请求，因此在步骤505中，将表示是发动机转动中的重新起动请求的发动机转动中重新起动标志F设为1。
在图4的方框402中，当发动机转动中重新起动标志F成为1时，开始起动器260的驱动。
在方框403中，运算应得到的目标燃料压力(升压值)，按照能得到该目标燃料压力的方式，在方框404中对高压泵209进行驱动。使燃料压力上升的目的在于：为了改善燃烧，而促进燃料的微粒化；对于有可能在压缩冲程后半被要求的重新起动请求，缩短喷射期间并确保雾化时间；以及缩短喷射时间，并增加多级喷射次数上限值。作为使燃料压力上升的方法，使高压燃料泵控制的目标燃料压力向上升方向变化。
在此，燃料喷射阀，在同一喷射脉冲宽度下，具有燃料压力越高喷射量越增大的特性，另外，相对于喷射脉冲宽度的喷射量特性，在喷射脉冲宽度为固定值以上的区域保持线性，若变成不足固定值的喷射脉冲宽度，则喷射量不稳定。因此，能够作为喷射脉冲宽度来使用的下限值，被限制为保持线性的最小值。图8表示在燃料喷射阀的燃料喷射量为固定值的情况下的燃料压力与喷射脉冲宽度(相当于喷射时间)的关系。在燃料压力上升了的情况下，喷射脉冲宽度减少。这时，按照不低于燃料喷射阀的喷射量保持稳定(保持线性)的所述最小值的方式设定目标燃料压力。
为了在发动机停止之前的短期间内使燃料压力上升，在发动机转动中重新起动标志F成为1的情况下，使高压泵成为全喷出状态。
在方框405中，基于从曲柄角传感器216以及凸轮角传感器211得到的信号，求出在发动机转动中重新起动标志F成为1的时刻的各气缸的活塞位置，按每个气缸运算/选择最适于该活塞位置的重新起动燃烧形式。
图6中以流程图示出上述方框405的处理内容的详细情况。
图6中流程图所示的处理是中断处理，例如以10ms周期反复执行。首先，在步骤602中，判断发动机转动中重新起动标志F是否为1，即判断是否为发动机停止前(发动机转动中)的重新起动请求，在是发动机转动中的重新起动请求(标志F为1)的情况下，进入步骤603，否则的话返回到最初状态。在步骤603中，基于来自曲柄角传感器216以及凸轮角传感器211的信号，计算各气缸的活塞位置。在活塞位置为压缩冲程后期的情况下，在步骤604中判定为区域1，将重新起动燃烧形式ISREST设为1(步骤605)。在活塞位置为压缩冲程中期的情况下，在步骤606中判定为区域2，将重新起动燃烧形式ISREST设为2(步骤607)。在活塞位置为吸气冲程中期到压缩冲程前期的情况下，在步骤608中判定为区域3，将重新起动燃烧形式ISREST设为3(步骤609)。在活塞位置为吸气冲程前期的情况下，在步骤610中将重新起动燃烧形式ISREST设为4。各区域1、2、3、4的范围因发动机的燃烧性能而不同。另外，由于在重新起动请求时刻的各气缸的活塞位置不同(在四气缸的情况下，曲柄角分别偏离180度)，因此重新起动燃烧形式ISREST按每个气缸来进行运算。
图7表示活塞位置、区域1、2、3、4、和重新起动燃烧形式之间的关系。
在活塞位置为区域1(压缩冲程后期)的情况下，重新起动燃烧形式ISREST被设为1，这种情况下，在确定了重新起动燃烧形式ISREST＝1的时刻(与计算出活塞位置的时刻、或存在重新起动请求的时刻几乎相同的时刻)立即开始燃料的喷射。因此，重新起动初次喷射定时(喷射开始时期)成为区域1的压缩冲程后期。这是为了确保雾化时间。另外，为了对煤烟(Soot)的排出进行抑制，按照对燃料喷雾进行成层化，且供燃烧的混合气体的空燃比比理想配比稀的方式来设定燃料喷射量。
在活塞位置为区域2(压缩冲程中期)的情况下，重新起动燃烧形式ISREST被设为2，这种情况下，在确定了重新起动燃烧形式ISREST＝2的时刻(与计算出活塞位置的时刻、或存在重新起动请求的时刻几乎相同的时刻)立即开始燃料的喷射。因此，重新起动初次喷射定时(喷射开始时期)成为区域2的压缩冲程中期。这是为了确保雾化时间。另外，通过在1次燃烧循环中进行多次燃料喷射(执行多级喷射)，从而使燃烧室内的燃料与空气的混合性提高，并且确保点火时期所需要的混合气体浓度。图9表示多级喷射的一例。在此，示出在区域2的压缩冲程中期进行两次喷射，在压缩冲程的后期进行两次喷射共计4次喷射的例子(4级喷射)。
在活塞位置为区域3(从吸气冲程中期至压缩冲程前期)的情况下，重新起动燃烧形式ISREST被设为3，这种情况下，也在确定了重新起动燃烧形式ISREST＝3的时刻(与计算出活塞位置的时刻或存在重新起动请求的时刻几乎相同的时刻)立即开始燃料的喷射。因此，重新起动初次喷射定时(喷射开始时期)成为区域3的吸气冲程中期到压缩冲程前期。这是为了确保雾化时间。ISREST＝3的区域3的开端，被设定为在吸气冲程喷射时燃烧性能最佳的喷射时期(最佳喷射时期)。
在活塞位置为区域4(区域1、2、3以外的区域)的情况下，重新起动燃烧形式ISREST被设为4，在重新起动燃烧形式ISREST＝4的区域，一直等到ISREST＝3的区域3的开端即所述最佳喷射时期才执行燃料喷射。
在发动机停止前(发动机转动中)重新起动的情况下的初次喷射，与在发动机完全停止之后重新起动的情况不同，由于在燃烧室内具有空气流动和适当的压缩压，因此如本实施例那样，通过根据活塞位置来执行适当的成层化和多级喷射，从而燃烧鲁棒性变高，能够抑制煤烟排出量以及排气性能恶化。
在图4的方框405至409中，运算与所述的重新起动燃烧形式ISREST相应的喷射(开始)时期、喷射脉冲宽度(相当于喷射量)、点火时期、目标节流阀开度，在方框410至412中，进行燃料喷射阀、点火线圈、电控节流阀的驱动控制。
接着，参照图10将本发明实施例的作用效果与现有例进行比较说明。图10(A)、(B)，是在怠速停止条件成立后、发动机停止前(发动机转动中)存在重新起动请求时，在某个气缸的活塞位置为区域2(压缩冲程中期)的情况下的各部分的行迹变化的时序图。
在(A)的现有例中，在压缩冲程中以低燃料压力执行1次喷射。因此，未进行雾化时间的确保和适当的成层化，燃烧有可能变得不稳定，导致发动机起动性的恶化、煤烟(Soot)排出以及HC的增加。
在本发明例中，通过在怠速停止条件成立后使燃料压力上升，来改善重新起动时的压缩冲程燃烧自身，并且使多级喷射可能次数增加。另外，采用作为最佳燃烧形式的多级喷射。这样，重新起动性提高，能抑制煤烟(Soot)排出以及HC的增加。
即，在本发明实施例中，在怠速停止(发动机停止)条件成立后的发动机停止前存在重新起动请求的情况下，由于根据各气缸的活塞位置来选择最佳的重新起动燃烧形式，因此能够使燃烧稳定化，使排气性能以及燃油效率提高。
以上，针对本发明的实施方式进行了详细描述，但本发明并不限于所述实施方式，在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内还能够在设计上进行各种变更。
符号说明
1...缸内喷射式发动机
101...发动机控制单元
200...泵驱动凸轮
201...各吸气管
202...空气净化器
203...气流传感器
204...节流阀传感器
205...节流阀体
206...收集器
208...火花塞
209...高压燃料泵
211...凸轮角传感器
216...曲柄角传感器
217...水温传感器
218...空燃比传感器
219...油温传感器
222...点火线圈
225...吸气阀
226...排气阀
250...燃料罐
251...低压燃料泵
252...燃料压力调节器
253...共轨
254...燃料喷射阀
256...燃料压力传感器
260...起动器
301...键开关
302...加速器开度传感器
303...制动开关
304...车速传感器

Claims (7)

1.一种缸内喷射式发动机的控制装置，具备向燃烧室内直接喷射燃料的燃料喷射阀，当发动机及其搭载车辆处于满足规定条件的状态时，进行使发动机暂时停止的怠速停止，
所述缸内喷射式发动机的控制装置的特征在于，
当在所述怠速停止条件成立之后发动机停止之前存在重新起动请求时，按每个气缸，根据此时的活塞位置来改变1次燃烧循环中的燃料喷射次数以及供燃烧的混合气体的空燃比中的至少一方。
2.根据权利要求1所述的缸内喷射式发动机的控制装置，其特征在于，
在所述活塞位置处于压缩冲程的第1特定期间的情况下，按照供燃烧的混合气体的空燃比比理想配比稀的方式来设定燃料喷射量。
3.根据权利要求1所述的缸内喷射式发动机的控制装置，其特征在于，
在所述活塞位置处于压缩冲程的第2特定期间的情况下，在1次燃烧循环中执行多次燃料喷射。
4.根据权利要求1所述的缸内喷射式发动机的控制装置，其特征在于，
当存在所述重新起动请求时，立即开始初次燃料喷射。
5.根据权利要求1所述的缸内喷射式发动机的控制装置，其特征在于，
在所述怠速停止条件成立时，使对所述燃料喷射阀应供给的燃料的目标燃料压力上升。
6.根据权利要求5所述的缸内喷射式发动机的控制装置，其特征在于，
具备：
燃料泵，其将燃料压送至所述燃料喷射阀；和
燃料蓄压室，其储藏对所述燃料喷射阀供给的燃料，
为了使对所述燃料喷射阀供给的燃料的压力成为所述目标燃料压力，而使所述燃料泵成为全喷出状态来使所述燃料蓄压室内的燃料压力上升。
7.根据权利要求5或6所述的缸内喷射式发动机的控制装置，其特征在于，
使所述目标燃料压力根据所述燃料喷射阀的最小喷射脉冲宽度而变化。
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