CN102996272B - 内燃机的燃料喷射控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在每个气缸的进气通路具有两个燃料喷射阀，在进气冲程中喷射燃料的内燃机的燃料喷射控制装置及其方法。设定从配置于每个气缸分支出的一进气口的第一燃料喷射阀进行燃料喷射的开始时期，从而使在吸入空气被导入气缸的时刻燃料喷雾被导入气缸；将从配置于分支出的另一进气口的第二燃料喷射阀进行燃料喷射的开始时期设定为和第一燃料喷射阀的喷射结束同步，在这些设定的喷射开始时刻，从第一燃料喷射阀以及第二燃料喷射阀开始喷射燃料。由此，能够提高燃料喷雾和空气的混合性，改善减速时的运转性(扭矩冲击)、燃料消耗、废气排放。

Description

内燃机的燃料喷射控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及在每个气缸的进气通路中具有两个燃料喷射阀，在进气冲程中喷射燃料的内燃机的燃料喷射控制装置及其方法。

背景技术

(日本)特开2010-127261号公报所公开的内燃机的燃料喷射控制装置构成为，在每个气缸的进气通路中具有两个燃料喷射阀，先从一燃料喷射阀喷射燃料，在因该喷射而下降的燃料配管内压力恢复之后，从另一燃料喷射阀喷射燃料。

在上述燃料喷射控制装置中存在从两个燃料喷射阀进行的燃料喷射重叠的同时喷射期间，但是在进气冲程结束之前，任何一个燃料喷射阀都结束喷射，从而产生无喷射期间，因此，混合气浓度产生级差，燃烧性能恶化。

发明内容

本发明的目的在于在内燃机的燃料喷射控制中，提高气缸内混合气浓度的均匀性。

为了达到上述目的，本发明提供的内燃机的燃料喷射控制装置包括：第一燃料喷射阀和第二燃料喷射阀，其分别设置在每个气缸的进气通路中，在进气冲程中喷射燃料；运转状态检测器，其检测内燃机运转状态；燃料喷射量设定部，其基于由所述运转状态检测器检测出的内燃机运转状态，设定所述第一燃料喷射阀和所述第二燃料喷射阀的各自的燃料喷射量；基本喷射时期设定部，其设定各燃料喷射阀的喷射时期，从而使在进气冲程中从所述第一燃料喷射阀开始喷射燃料，在该第一燃料喷射阀的燃料喷射结束以后开始所述第二燃料喷射阀的燃料喷射。

另外，本发明提供的内燃机的燃料喷射控制方法是在每个气缸的进气通路中分别具有第一燃料喷射阀和第二燃料喷射阀，并且由这些燃料喷射阀在进气冲程中喷射燃料的内燃机的燃料喷射控制方法，该内燃机的燃料喷射控制方法方法包括：检测内燃机运转状态的步骤；基于检测出的内燃机的运转状态，设定所述第一燃料喷射阀和所述第二燃料喷射阀的各自的燃料喷射量的步骤；以在进气冲程中从所述第一燃料喷射阀开始喷射燃料，在该第一燃料喷射阀的燃料喷射结束以后开始所述第二燃料喷射阀的燃料喷射的方式设定各燃料喷射阀的喷射时期的步骤。

本发明的目的和特征可以参照附图从以下说明中获悉。

附图说明

图1(A)、(B)是表示本发明所涉及的实施方式的系统结构的图。

图2是表示第一实施方式所涉及的燃料喷射控制的流程图。

图3是表示第一实施方式所涉及的燃料喷射控制时的燃料喷射期间的时间图。

图4是表示第一实施方式的变形例的时间图。

图5是表示第二实施方式所涉及的燃料喷射控制的流程图。

图6是表示第三实施方式所涉及的燃料喷射分割次数的设定的流程图。

图7是表示第四实施方式所涉及的燃料喷射控制的流程图。

图8是表示第五实施方式所涉及的燃料喷射控制的流程图。

图9是表示本发明所涉及的实施方式的不同的系统结构的图。

具体实施方式

下面通过图对本发明的实施方式进行说明。

图1是实施方式中内燃机的系统结构图。

图中所示的内燃机101的每个气缸各具有两个进气阀105，进气通路102形成为具有下游端部分支成两部分到达各进气阀105的进气口102A、102B。

在一进气口102A设置有第一燃料喷射阀103，在另一进气口102B设置有第二燃料喷射阀104。

第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104是通过电磁线圈的磁吸力使阀体提升，从而进行开阀的电磁式燃料喷射阀。需要说明的是，由于使用两个喷射阀能够减少一个喷射阀的分担喷射量，因此，能够使用喷孔小并且能很好地进行微粒化的喷射阀。

第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104在进气阀105打开的进气冲程中喷射燃料，该喷射的燃料和空气被吸入燃烧室106内。基本上在第一然燃料喷射阀103的喷射结束之后开始由第二燃料喷射阀104进行的燃料喷射，关于详细的控制将在后面说明。

燃烧室105内的混合气通过火花塞107的火花点火而燃烧，燃烧排气通过排气阀108排出。

燃料箱109内的燃料(汽油)由燃料泵110压送到第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104，通过对燃料泵110的排出量的控制将燃料的供给压控制为目标压。

进气阀105的提升量以及作用角、即阀的开度通过可变阀提升机构112而连续变化。需要说明的是，提升量和作用角以如果一方的特性被确定另一方的特性也被确定的方式同时变化。

同样地，在进气侧设置可变阀正时机构113，所述可变阀正时机构113由对曲轴和进气侧凸轮轴的旋转相位差连续地进行可变控制，并使进气阀105的阀正时(阀开关时刻)提前、滞后的机构构成。

通过轴支承于排气侧凸轮轴的凸轮驱动所述排气阀108开关，并使排气阀108保持一定的提升量以及作用角(从开到关的曲柄角)。而且，也可以和进气侧同样地设置可变阀正时机构，所述可变阀正时机构由对曲轴和进气侧凸轮轴的旋转相位差连续地进行可变控制，并使排气阀108的阀正时(阀开关时刻)提前、滞后的机构构成。

内置微机的发动机控制组件(ECU)120基于来自各种传感器的检测信号控制第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104、火花塞107、燃料泵109。

关于所述各种传感器，设置有：检测未图示的节气门的开度TVO的节气门传感器121，检测内燃机101的吸入空气量Qa的空气流量计122、检测内燃机转速Ne的转速传感器123、检测内燃机101的冷却水温度TW的水温传感器124、检测进气侧凸轮轴的基准位置信号(凸轮信号)、即进气阀105的阀正时的凸轮传感器125、通过检测可变阀提升机构112的旋转机构的旋转角度θ来检测进气阀105的提升量以及作用角的角度传感器126等。

在这样构成的系统中，如下进行第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104的燃料喷射控制。

图2表示燃料喷射控制的第一实施方式所涉及的流程图。在该第一实施方式中，先从第一燃料喷射阀103喷射燃料，然后从第二燃料喷射阀104喷射燃料。

在图2的步骤S1中，设定第一燃料喷射阀103的喷射开始时期ts1。该喷射开始时期设定为，与基于内燃机运转状态例如吸入空气量Qa、节气门开度TVO等检测的内燃机负荷和内燃机转速Ne计算出进气冲程开始时期，即将空气导入燃烧室106内的时刻同步，将从第一燃料喷射阀103喷射的燃料导入燃烧室106。详细来说，将喷射开始时期设定为比该空气导入时刻提前自第一燃料喷射阀103的喷雾到达进气阀105的移动时间。

在步骤S2中，基于内燃机运转状态(内燃机负荷、内燃机转速Ne、冷却水温度等)，计算出每个气缸的总燃料喷射量TP以及将该总燃料喷射量TP二等分后每个喷射阀的燃料喷射量TP/2。并且，设定第二燃料喷射阀104的喷射开始时期ts2，使其和第一燃料喷射阀103的喷射结束同步或者大致同步。

在步骤S3中，判断是否到达了如上设定的第一燃料喷射阀103的燃料喷射开始时期ts1。

在判断为到达了燃料喷射开始时期ts1时，通过步骤S4从第一燃料喷射阀103开始喷射燃料。

在步骤S5中，判断是否第一燃料喷射阀103的燃料喷射结束，并且到达了第二燃料喷射阀104的燃料喷射开始时期ts2。

在判断为到达了燃料喷射开始时期ts2时，通过步骤S6从第二燃料喷射阀104开始喷射燃料。

图3表示上述第一实施方式所涉及的燃料喷射控制时的燃料喷射期间的时间图。

首先，通过第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104向不同的进气口102A、102B各喷射一半的燃料，由此，和由一个燃料喷射阀将全部的燃料喷射量向一处一次性喷射相比，喷射燃料向空气中的扩散性提高，燃料和空气的混合性(以下，只称为混合性)提高。

而且，根据第一实施方式，第二燃料喷射阀104在第一燃料喷射阀103的燃料喷射结束后开始喷射燃料，喷射期间不重叠，因此，即使在来自各喷射阀的喷射燃料在燃烧室105内合流之后，由各燃料在同一空间的重合而产生的分布不均也得到抑制，混合性进一步得到提高。

再者，由于两个燃料喷射阀的喷射期间不重叠，所以能够尽量减小进气期间中的无喷射期间。由此，能够在无喷射期间缩短仅空气导入燃烧室106内的期间，因此，混合性再进一步得到提高。

这样，通过由进气期间中的燃料喷射确保高度响应的运转性能，并同时如上所述使混合性得到提高，从而能够改善减速时的运转性(扭矩冲击)、燃料消耗、废气排放。

图4表示第一实施方式的变形例的时间图。

本变形例将无喷射期间分成两部分，该两部分为：从第一燃料喷射阀103的第一喷射结束到第二燃料喷射阀104的第二喷射开始的期间，以及从第二喷射结束到进气冲程结束的期间。

根据该变形例，每一次的无喷射期间被缩短并分为多次，因此，尤其是在无喷射期间(＝进气期间-总燃料喷射期间)较长时，能够进一步提高混合性。

但是，与进气冲程的中间期间相比，进气冲程末期(优选的是下止点附近)的单位期间(时间)的吸入空气量少，因此，可以仅在无喷射期间(＝进气期间-总燃料喷射期间)为规定期间以上时(低旋转低负荷时等)进行无喷射期间分割。而且，与进气冲程末期相比，进气冲程的中间期间附近的单位时间的吸入空气量多，因此，如图所示，优选的是使在进气冲程的中间期间的第一喷射和第二喷射之间的无喷射期间比末期的无喷射期间小。

图5是第二实施方式所涉及的燃料喷射控制时的燃料喷射期间的时间图。

在该第二实施方式中，第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104交替地各分割成多次(图中是三次)进行喷射。

根据第二实施方式，通过两个燃料喷射阀分开向不同的地方喷射从而得到提高混合性的效果，而且，由于各喷射阀的喷射期间不重叠，由此，即使各喷射燃料在被导入燃烧室106内后也难以重合，并且能够尽量减小无喷射期间，所以能得到提高混合性的效果。这与第一实施方式相同。

而且，在第二实施方式中，各喷射阀的喷射以隔开间隔的方式分割进行，能够延长从最初的喷射开始到最后的喷射结束的期间。由此，与以短时间一次性地喷射完各喷射阀的分担量的情况相比，喷射燃料向空气中的扩散性进一步得到提高，进而能够使混合性得到提高。

因此，能够通过由进气期间中的燃料喷射确保高度响应的运转性能，并同时使由混合性的提高而产生的减速时的运转性(扭矩冲击)、燃料消耗、废气排放的改善效果进一步得到提高。

需要说明的是，在第二实施方式中，也可以和第一实施方式的变形例相同地构成为将无喷射期间分割并介入到各喷射期间之间。

需要说明的是，关于分割的次数，可以是每个喷射阀各两次、各四次以上，而且，也可以将总燃料喷射量分割成三份，从第一燃料喷射阀103进行两次燃料喷射，从第二燃料喷射阀104进行一次燃料喷射。

下面对第三实施方式进行说明。在该第三实施方式中，根据内燃机运转状态可变地设定各燃料喷射阀的喷射的分割次数。

图6表示第三实施方式所涉及的燃料喷射分割次数的设定的流程图。

在步骤S11中，基于内燃机负荷和内燃机转速Ne计算出进气期间的要求值。此时，基于该内燃机负荷和内燃机转速Ne，通过可变阀提升机构112可变地设定进气阀105的提升量、作用角，但是从进气阀105的打开时期到关闭时期并不是进气期间，实际上进气口内的空气由于惯性比进气阀105的开阀稍晚地被导入燃烧室106内，并且比进气阀105的闭阀提前很多就实质上结束向燃烧室106的导入。由此计算出从向燃烧室106的空气导入的开始到结束的进气期间的、对应于内燃机负荷和内燃机转速Ne的要求值。

在步骤S12中，修正上述进气期间的要求值。例如，当进气阀105的打开时期、开阀速度(提升特性的倾斜角)通过可变阀正时机构113、可变阀提升机构112而变化时，向燃烧室106的进气的导入时期、导入速度发生变化，由此，进气期间也发生变化，因此，计算出修正后的进气期间。即，求出通过可变阀正时机构113、可变阀提升机构112而变更的进气阀105的开阀时期以及闭阀时期。并在所述步骤S13中，求出下次的第一喷射脉冲、第二喷射脉冲的喷射时间分割次数。需要说明的是，根据工作角的变更，本实施方式中的可变阀提升机构112的开关时间也发生变化。因此，相对于具有这种可变阀提升机构或可变阀正时机构中的任意一者的情况，优选的是根据进气阀的打开时期、开阀速度的变化修正并计算出进气期间。

在步骤S13中，基于通过步骤S12修正的进气期间和燃料喷射量计算出每个燃料喷射阀的喷射的分割次数。需要说明的是，图中所记载的一次的意思是各燃料喷射阀的喷射次数为一次，并没有进行分割喷射。

进气期间相对于燃料喷射量的比率(＝进气期间/燃料喷射量)越大，则在减少了燃料喷射次数的情况下和空气的混合变得越困难。换句话说，优选的是进一步增加燃料喷射的分割次数，从而提高混合性。

另一方面，进气期间/燃料喷射量较小时(在怠速运转、减速时等油门开度较小时)，满足良好的混合性所需的分割次数减少，因此要求将分割次数减少为该所需分割次数，从而减轻伴随喷射阀切换次数的增多而产生的负荷。

因此，设定为进气期间/燃料喷射量越增大(减小)，则越增多(减少)燃料喷射的分割次数。

由此，在该第三实施方式中，通过基于内燃机运转状态设定燃料喷射的分割次数，能够在任意的运转状态下确保良好的混合性，同时将分割次数仅保留为所需次数。

因此，在该第三实施方式中，能够通过由进气期间中的燃料喷射确保高度响应的运转性能，并且如上所述，能够在任意的运转状态下提高混合性，改善减速时的运转性(扭矩冲击)、燃料消耗、废气排放。

而且，如上所述，通过将燃料喷射的分割次数减少到所需次数，能够得到以下的效果。

能够减轻控制用软件的负荷，甚至还关系到降低用于控制组件的微机的成本。

通过伴随燃料喷射的分割而产生的开关切换次数的减少等，能够减少控制组件的发热量，甚至还关系到降低电路散热机构的成本。

同样地，通过伴随燃料喷射的分割而产生的开关切换次数的减少等，能够提高燃料喷射阀的零件可靠性(耐用性)。

下面，对第四实施方式进行说明。在该第四实施方式中，容许根据内燃机运转状态使第一燃料喷射阀的第一喷射和第二燃料喷射阀104的第二喷射重叠至规定比率。

喷孔小并且能够很好地进行微粒化的燃料喷射阀的喷射率(单位时间的喷射量)较小。因此，以两个喷射阀分担高负荷时的燃料喷射量时，如果各喷射阀的喷射期间增大，高速旋转且进气期间变短，则难以在喷射期间不重叠的条件下进行喷射。如果喷射期间重叠，则混合性降低，但是因为通过两个喷射阀在不同空间(进气口)进行喷射，向燃烧室的导入地点不同等的原因，因此，与由一个喷射阀向同一地点进行相同量喷射的情况相比，混合性良好。而且，如前所述，进气冲程末期的单位时间的吸入空气量少，所以如果在该进气冲程末期进行喷射，则会生成浓混合气，因此在进气冲程末期之前结束喷射并增大重叠期间能得到较好的结果。

基于这些情况，通过实验乃至解析等确认了下述事实：如果将第一喷射和第二喷射的重叠率即、(第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104同时喷射的时间)/(第一燃料喷射阀103或者第二燃料喷射阀104喷射的时间)]设为规定值(50％左右)以下，则能够维持良好的混合性。

因此，在该实施方式中，在进气期间短且燃料喷射量大(吸入空气量/燃料喷射量的比率小)的运转状态下，如图7所示，在第一喷射和第二喷射的重叠率为规定值(例如50％)以内的条件下，容许进行第一喷射和第二喷射。

根据第四实施方式，通过由进气期间中的燃料喷射确保高度响应的运转性能，并同时提高混合性，从而能够改善减速时的运转性(扭矩冲击)、燃料消耗、废气排放。这与第一实施方式、第二实施方式相同。

而且，在吸入空气量/燃料喷射量的比率变小的高旋转高负荷时(高输出运转时)，也能够在进气期间中喷射要求燃料量并进行响应性较好的运转。

下面，对第五实施方式进行说明。该实施方式合并使用了第三实施方式的对应于运转状态的分割喷射和第四实施方式的容许在规定值以内重叠喷射的结构。

根据图8的流程图对第五实施方式的控制进行说明。

步骤S21、S22与第三实施方式的图6中的步骤S11、S12相同，通过由可变阀正时机构113、可变阀提升机构112可变地控制的进气阀105的打开时期、开阀速度(提升特性的倾斜角)对根据内燃机转速Ne和内燃机负荷计算出的进气期间的要求值进行修正。

另外，在步骤S23中，与图6中的步骤S13相同，基于进气期间相对于燃料喷射量的比率计算出燃料喷射的分割次数，而且计算出燃料喷射的重叠率，所述重叠率根据吸入空气量/燃料喷射量的比率的增大而从规定值(例如50％)逐渐减少。

根据该第五实施方式，能够得到与第一实施方式、第二实施方式相同的下述效果。即、通过由进气期间中的燃料喷射确保高度响应的运转性能，并同时提高混合性，从而能够改善减速时的运转性(扭矩冲击)、燃料消耗、废气排放。

特别是，如上所述，在吸入空气量/燃料喷射量的比率较大，不需要重叠燃料喷射的运转区域，能够通过分割喷射尽可能地提高混合性。另一方面，在吸入空气量/燃料喷射量的比率较低的高旋转高负荷时(高输出运转时)，能够通过适当地设定燃料喷射的重叠率来维持良好的混合性，同时在进气期间中喷射要求燃料量并进行响应性较好的运转。

另外，两个燃料喷射阀除了设置于图1所示的各进气口之外，也可以如图9所示，将第一燃料喷射阀103设置成离开第二燃料喷射阀104的进气流通方向上游侧(或者下游侧)。

本发明申请作为参考引用2011年9月13日于日本申请的(日本)特愿2011-200025号的内容。

尽管只选择使用几个实施方式来阐述本发明，但本领域技术人员能从本文的记载显而易见地得知可以在不背离本发明所限定的保护范围的情况下做出各种改变和修改。

此外，本发明的实施方式只用于说明本发明，并不对由本发明所限定的保护范围及其相当的范围进行限制。

Claims (5)

1.一种内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，包括：

第一燃料喷射阀和第二燃料喷射阀，其分别设置在每个气缸的进气通路中，利用这些燃料喷射阀在进气冲程中分割喷射燃料；

运转状态检测器，其检测内燃机运转状态；

燃料喷射量设定部，其基于检测出的内燃机运转状态，设定所述第一燃料喷射阀和所述第二燃料喷射阀的各自的燃料喷射量；

基本喷射时期设定部，其设定各燃料喷射阀的喷射时期，从而使在进气冲程中从所述第一燃料喷射阀开始喷射燃料，在该第一燃料喷射阀的燃料喷射结束以后开始所述第二燃料喷射阀的燃料喷射，

可变地设定为，进气期间相对于燃料喷射量的比率越增大，越增多所述第一燃料喷射阀和所述第二燃料喷射阀的燃料喷射的分割次数。

2.如权利要求1所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，所述第一燃料喷射阀和所述第二燃料喷射阀中的至少一方的燃料喷射阀的燃料喷射分割成多次进行。

3.如权利要求1或2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，还包括修正喷射时期设定部，所述修正喷射时期设定部在高输出运转的内燃机运转状态使所述第二燃料喷射阀的喷射在所述第一燃料喷射阀的喷射结束以前开始。

4.如权利要求1或2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，基于内燃机运转状态计算出由所述第一燃料喷射阀以及第二燃料喷射阀喷射的燃料能够到达缸内的进气期间，根据该计算出的进气期间设定所述第一燃料喷射阀以及第二燃料喷射阀的燃料喷射时期。

5.如权利要求3所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，基于内燃机运转状态计算出由所述第一燃料喷射阀以及第二燃料喷射阀喷射的燃料能够到达缸内的进气期间，根据该计算出的进气期间设定所述第一燃料喷射阀以及第二燃料喷射阀的燃料喷射时期。