CN104040154A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在燃料喷射阀的半升程时，能够进行高精度的燃料喷射控制的内燃机的控制装置。内燃机的控制装置具备：燃料喷射阀(3)(116)，其向内燃机(11)提供燃料；对该燃料喷射阀的通电时间进行计算的单元(110)；传感器(105)，其检测燃料喷射阀的开阀；和，计算并存储向燃料喷射阀的通电开始时间与开阀检测时间之间的差值、即开阀延迟时间进行单元(112)，在通电时间判定部(114)中，在向燃料喷射阀的通电时间为规定值以上的情况下，计算并存储开阀延迟时间，在向燃料喷射阀的通电时间未达到规定值的情况下，基于存储在存储单元中的开阀延迟时间，控制燃料喷射阀的通电时间，并实施增加燃料喷射阀通电时间的控制。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及在具备将燃料直接喷射到缸内的燃料喷射阀的缸内喷射式内燃机中，在各个汽缸的一个冲程中喷射多次燃料的多级燃料喷射时，能够使燃料喷射量的精度提高的内燃机的控制装置。
背景技术
近年来，在各国的排气规定中，对汽车的排气中包含的颗粒状物质PM(Particulate Matter)的规定变得严格。特别地，在缸内喷射式内燃机中，对于吸气端口喷射式内燃机，一方面具有高输出、低油耗等优点，而另一方面由于颗粒直径大的燃料附着、残留在活塞的冠面或者汽缸内径的壁面、容易产生燃料与空气的混合状况不均匀的部分等，因此存在容易产生PM的缺点。
作为这种缸内喷射式内燃机的PM减少策略，存在通过将缸内喷射用燃料喷射阀与吸气端口喷射用燃料喷射阀安装在同一汽缸的二重式内燃机，在PM产生较多的运转区域使用吸气端口喷射用燃料喷射阀来实现PM减少的方法、安装捕获PM的过滤器等的方法，均在实现高的PM减少效果的同时，存在由于新的设备的增加而导致成本增加的难点。
因此，对不用增加新的设备，就能够减少PM的方法进行了探索，作为其中之一，在专利文献1中，公开了在一个冲程中执行多次燃料喷射的多级喷射控制。根据该控制，能够减少缸内的燃料附着量、提高混合气体的均匀度，能够减少PM。
但是，在该多级喷射控制中，燃料喷射量与以往保持一样，由于仅增加喷射次数，因此每一次的燃料喷射量相对于以往的燃料喷射量就变少。若燃料喷射量变少，则需要提高以往没有使用的低燃料流量侧的燃料流量精度，由于燃料喷射阀的精度提高而导致的成本增加成为难点。
作为其对策，可以活用专利文献2、专利文献3的控制技术。在专利文献2中，根据燃料喷射阀的驱动电流的位移点，检测燃料喷射阀的开闭阀时期，并反馈给燃料喷射阀的通电时间控制。在专利文献3中，通过压电元件，检测燃料喷射阀的开闭阀时期，并反馈给燃料喷射阀的通电时间控制。
根据以上的专利文献2、专利文献3的控制技术，通过使用现有的传感器来对所述燃料喷射阀的开闭阀时期进行检测，并反馈给通电时间控制，从而抑制所述燃料喷射阀的成本增加并实现高精度的燃料喷射，能够廉价地减少PM。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-132898号公报
专利文献2：日本特开2001-280189号公报
专利文献3：日本特开2003-65178号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
但是，由于多级喷射控制等，在要求燃料喷射量非常少的喷射的情况下，会产生燃料喷射阀未完全打开的时候便闭阀的状态(以下称为半升程(half lift))(参见图6和图7)。在该半升程中，由于所述燃料喷射阀未完全开阀，因此在专利文献2、专利文献3的方法中，难以检测燃料喷射阀的开阀。进一步地，在燃料喷射阀闭阀时，由于不是从完全开阀(以下称为全升程(full lift))的闭阀，因此闭阀时的释放能量小，闭阀检测相对于全升程时较为困难。
本发明鉴于这种问题而提出的，其目的在于提供一种在燃料喷射阀的半升程时能够进行高精度的燃料喷射控制的内燃机的控制装置。
-解决课题的手段-
为了达成所述目的，本发明所涉及的内燃机的控制装置具备：向内燃机提供燃料的燃料喷射阀、计算该燃料喷射阀的通电时间的单元、检测所述燃料喷射阀的开阀的单元、以及计算并存储作为向所述燃料喷射阀的通电开始时间与开阀检测时间之间的差值的开阀延迟时间的单元，在向所述燃料喷射阀的通电时间为规定值以上的情况下，计算并存储所述开阀延迟时间，在向所述燃料喷射阀的通电时间未达到规定值的情况下，基于存储在所述存储单元中的所述开阀延迟时间，来控制所述燃料喷射阀的通电时间。
如所述那样构成的本发明的内燃机的控制装置，在向所述燃料喷射阀的通电时间为规定值以上的、所述燃料喷射阀的全升程时，存储所述开阀延迟时间，在向所述燃料喷射阀的通电时间未达到规定值，从而开阀时期的检测较为困难的半升程时，参照全升程时所存储的所述开阀延迟时间的存储内容，由此在半升程时也能够高精度地进行通电时间控制。
发明效果
根据本发明的内燃机的控制装置，在燃料喷射阀未完全打开的时候就进行闭阀的半升程时，将完全开阀的全升程时的开闭阀时期的检测结果反映给燃料喷射阀的通电时间控制来进行控制，从而能够提供一种在燃料喷射阀的半升程时，能够进行高精度的燃料喷射控制的内燃机的控制装置。所述以外的课题、结构以及效果会通过下面的实施方式的说明来变得清楚明确。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的内燃机的控制装置的一个实施方式的系统结构图。
图2是表示图1所示的内燃机的控制装置中的燃料喷射的动作的流程图。
图3是图1所示的内燃机的控制装置的燃料喷射的框图。
图4是表示开阀延迟时间表的表图。
图5是表示半升程时通电时间修正表的表图。
图6是表示全升程时的燃料喷射阀举动的时序图。
图7是表示半升程时的燃料喷射阀举动的时序图。
符号说明
1…空气流量计，2…节流阀，3…燃料喷射阀，4…燃料压力传感器，5…曲柄角信号板，6…曲柄角传感器，7…ECU(发动机控制单元)，8…水温传感器，9…火花点火装置，10…开阀检测传感器，11…内燃机，12…汽缸，13…活塞，14…燃料提供通路，15…凸轮角传感器，16…吸气VTC，17…吸气阀，18…凸轮角信号板，100…燃料压力，101…吸入空气量，102…发动机转速，103…水温，104…吸气VTC开度，105…开阀检测传感器，106…燃料喷射量计算部，107…燃料分割数计算部，108…燃料喷射开始时期计算部，109…开阀延迟时间表更新部，110…燃料喷射阀通电时间计算部，111…估计缸内压计算部，112…开阀延迟时间计算部，113…半升程时通电时间计算部，114…通电时间判定部，115…切换单元，116…燃料喷射阀，117…差压计算部。
具体实施方式
下面，基于附图，来对本发明所涉及的内燃机的控制装置的一个实施方式进行详细地说明。图1表示本发明所涉及的内燃机的控制装置的系统结构图，内燃机11表示一个汽缸的剖视图。
在内燃机11的吸入通路，设置对吸入空气量进行测量的空气流量计1，并在其下游设置对吸入空气量进行调节的节流阀2。将空气流量计1的输出以及节流阀2的开度的输出发送到ECU7。内燃机11具备将燃料直接喷射到汽缸12内的燃料喷射阀3。燃料喷射阀3与燃料提供通路14连结，提供高压的燃料。在汽缸12的顶部设置与火花点火装置9连接的火花塞。
此外，活塞13被能够上下运动地安装在汽缸12内，在将活塞13的上下运动变换为旋转运动的曲轴，具备用于对其旋转角速度(发动机转速)以及角度位置进行检测的曲柄角信号板5以及曲柄角传感器6，将来自所述曲柄角传感器6的信号发送到ECU7。此外，内燃机11还具备用于开闭所述吸气阀17的凸轮轴。所述凸轮轴通过同步带或者金属链与曲轴连结，与曲轴的旋转连动旋转。
此外，在所述凸轮轴具备用于对其旋转角速度以及角度位置进行检测的凸轮角信号板18以及凸轮角传感器15，将来自所述凸轮角传感器15的信号发送到ECU7。此外，所述吸气阀17具备能够变更吸气侧凸轮轴的角度相位差以使得其开闭定时能够变更的吸气VTC(Valve TimingControl)16，所述吸气VTC16根据来自ECU(发动机控制单元)7的信号而被控制。
另外，本控制装置具备以下的传感器，都向ECU7发送信号。燃料压力传感器4是用于对连接至燃料喷射阀3的燃料提供通路14内的压力进行测量的传感器。水温传感器8被安装在内燃机11的冷却水通路，是用于对发动机的冷却水温度进行测量的传感器。开阀检测传感器10是用于对燃料喷射阀3的开阀时期进行检测的传感器。开阀检测传感器10也可以兼用作用于对爆震进行检测的爆震传感器。
在本实施方式的内燃机11中，利用节流阀2来对吸入空气的吸入量进行调节。利用空气流量计1，来对通过节流阀2而被调节了吸入量的吸入空气的吸入量进行测量，并将其信号发送给ECU7。然后，吸入空气通过吸气阀17而进入内燃机的汽缸12内，并与从燃料喷射阀3喷射出的燃料共同形成混合气体。所述燃料喷射阀3通过来自ECU7的信号而被通电从而被开闭阀控制，并喷射燃料。
在汽缸12内形成的燃料与吸入空气的混合气体通过火花点火装置9而被点火。所述火花点火装置9通过来自ECU7的信号而被点火控制。被点火的混合气体由于燃烧、膨胀而推下活塞13。输出轴(曲轴)与所述活塞13连结，由于所述活塞13被推下而旋转，并输出能量。
图3表示本实施方式的内燃机的控制装置内的燃料喷射部的框图。在图3中，将由燃料压力传感器4检测出的燃料压力100、由空气流量计1检测出的吸入空气量101、由曲柄角传感器6检测出的发动机转速102、由水温传感器8检测出的水温103、由吸气VTC16检测出的吸气VTC开度104以及由开阀检测传感器105检测出的信号输入到各模块，进行各种计算、存储、判定、切换等。
燃料喷射量计算部106基于吸入空气量101、发动机转速102以及水温103，对从燃料喷射阀3(116)喷射的燃料喷射量进行计算。燃料分割数计算部107基于吸入空气量101、发动机转速102以及水温103，对表示每一个冲程中向各汽缸中分成几次来喷射燃料的燃料分割数进行计算。燃料喷射开始时期计算部108基于吸入空气量101、发动机转速102、水温103以及燃料分割数，来计算燃料喷射开始时期。开阀延迟时间表更新部109被输入开阀检测传感器105的输出，存储相对于图5所示的半升程指数(Chaf)的半升程时通电时间修正(Phaf)数据。
燃料喷射阀通电时间计算部110基于燃料压力100、由燃料喷射量计算部106计算出的燃料喷射量以及由燃料分割数计算部107计算出的燃料分割数，来计算燃料喷射阀3的通电时间。燃料喷射阀通电时间计算部110在后述的半升程时(通电时间未达到规定值的情况下)，根据基于后述的开阀延迟时间而预先存储的基准燃料喷射量与要求燃料喷射量之间的比率，来计算向燃料喷射阀3的通电时间。
估计缸内压计算部111基于由燃料喷射开始时期计算部108计算出的开始时期、吸入空气量101、发动机转速102、水温103以及吸气VTC开度104，来计算估计缸内压。开阀延迟时间计算部112根据由后述的差压检测部117计算出的差压(Pdif)，参照图4所示的开阀延迟时间表，来计算开阀延迟时间(Topen)。半升程时通电时间计算部113基于由燃料喷射阀通电时间计算部110计算出的通电时间、由开阀延迟时间计算部112计算出的开阀延迟时间、以及在后述的半升程时由后述的差压检测部117计算出的差压(Pdif)，来计算半升程时通电时间。
通电时间判定部114对由燃料喷射阀通电时间计算部110计算出的燃料喷射阀通电时间是开阀延迟时间(Topen)以上、还是未达到开阀延迟时间(Topen)进行判定。切换单元115根据通电时间判定部114的判定结果，在燃料喷射阀116切换由燃料喷射阀通电时间计算部110计算出的通常的通电时间、和由半升程时通电时间计算部113计算出的半升程时的通电时间。差压检测部117基于燃料压力100以及由估计缸内压计算部111计算出的估计缸内压，来计算差压(Pdif)。
接下来，使用图2的流程图、图3的框图，来对本实施例的内燃机的控制装置的动作进行说明。在图2中，表示一个冲程中的一个汽缸的燃料喷射的流程。在步骤200(S200)中，计算燃料喷射量。燃料喷射量是基于吸入空气量101、发动机转速102、水温103而被计算的(图3的燃料喷射量计算部106)。
在步骤201(S201)中，计算燃料分割数(Ndiv)。燃料分割数是基于吸入空气量101、发动机转速102以及水温103而被计算的(图3的燃料分割数计算部107)。这里，所谓燃料分割数，表示每一个冲程中各汽缸中分几次来喷射燃料。虽然在汽油发动机中通常为1次，但在PM排出量多的加速运转时或者低水温运转时，则为多次。
在步骤202(S202)中，计算燃料喷射阀通电时间。燃料喷射阀通电时间是基于由燃料喷射量计算部106计算出的燃料喷射量、燃料压力100以及由燃料分割数计算部107计算出的燃料分割数而被计算的(图3的燃料喷射阀通电时间计算部110)。这里，若将由燃料分割数计算部107计算出的燃料分割数设为3个，则计算3个燃料喷射阀通电时间。
在步骤203(S203)中，计算燃料喷射开始时期。燃料喷射开始时期是基于吸入空气量101、发动机转速102、水温103以及由燃料分割数计算部107计算出的燃料分割数而被计算的(图3的燃料喷射开始时期计算部108)。这里，若将由燃料分割数计算部107计算出的燃料分割数设为3个，则计算3个燃料喷射开始时期。步骤204(S204)表示与燃料分割次数相应地反复燃料喷射来进行喷射的处理的开始。这里，在燃料喷射进行了燃料分割数(Ndiv)次的喷射并结束时结束处理。
在步骤205(S205)中，计算估计缸内压。估计缸内压是对燃料喷射开始时刻的缸内压进行估计而计算的。所谓缸内压，是指图1的汽缸12内部的压力。估计缸内压是基于由燃料喷射开始时期计算部108计算出的开始时期、吸入空气量101、发动机转速102、水温103以及吸气VTC开度104而被计算的(图3的估计缸内压计算部111)。另外，也可以取代通过估计缸内压计算部111来推测缸内压，而直接测量内燃机11的汽缸12内的缸内压力，并用于下面的控制。
在步骤206(S206)中，对由估计缸内压计算部111计算出的估计缸内压与燃料压力100之间的差压(Pdif)进行计算(图3的差压计算部117)。在步骤207(S207)中，根据由差压检测部117计算出的差压(Pdif)，并参照图4的开阀延迟时间表(开阀延迟时间表更新部109)，来计算开阀延迟时间(Topen)(图3的开阀延迟时间计算部112)。另外，也可以取代估计缸内压，而直接测量汽缸12内的缸内压来计算差压。
虽然开阀延迟时间表是预先实验计算并存储在ECU7中的，但由于开阀延迟时间(Topen)根据各个燃料喷射阀的偏差而值不同，因此在后述的步骤252(S252)中值在各个汽缸中被依次更新(图3的开阀延迟时间表更新部109)。
在步骤208(S208)中，对在(S202)中计算出的燃料喷射阀通电时间是否未达到开阀延迟时间(Topen)进行判定(图3的通电时间判定部114)。这里，若燃料喷射阀通电时间未达到开阀延迟时间(Topen)，则判定为处于燃料喷射阀未完全开阀的半升程，通过切换单元115转移至半升程处理(S209)，并计算半升程时通电时间。若为开阀延迟时间(Topen)以上，则判定为处于燃料喷射阀完全开阀的全升程，并通过切换单元115转移至全升程处理(S250)，进行燃料喷射阀通电开始处理(图3的通电时间判定部114)。
此外，作为与本实施例不同的方式，在步骤208(S208)中，在向燃料喷射阀的通电时间未达到规定值的情况下，在判定为处于半升程时，也可以不进行半升程处理(S209)与(S210)，而进行禁止来自燃料喷射阀3(116)的燃料喷射的控制。这样，在向燃料喷射阀的通电时间未达到规定值的半升程时，通过禁止来自燃料喷射阀的燃料喷射，从而能够保持燃料喷射的精度。
进一步地，步骤209(S209)的半升程时通电时间计算也可以构成为：根据基于开阀延迟时间而预先存储的基准燃料喷射量与要求燃料喷射量之间的比率，来计算向所述燃料喷射阀的通电时间。若这样构成，则根据半升程时的要求燃料喷射量与全升程时的基准燃料喷射量之间的比率来计算半升程时的通电时间，能够防止因半升程时的要求燃料喷射量与通电时间的关系为非线形而引起的通电时间精度的恶化。
在步骤250(S250)中，基于在(S203)中由燃料喷射开始时期计算部108计算出燃料喷射开始时期以及在(S202)中由燃料喷射阀通电时间计算部110计算出的燃料喷射阀通电时间，从ECU向燃料喷射阀进行通电，并喷射燃料。在步骤251(S251)中，在向燃料喷射阀的通电开始后，燃料喷射阀完全开阀时，判定燃料喷射阀的开阀是否被开阀检测传感器105检测到。在规定时间内能够检测到信号，并且开阀检测传感器105通过断线、短路等而未判定自己诊断故障的正常状态的情况下，进入到(S252)，除此以外的情况下则进入到(S211)。此外，在步骤251(S251)中，在开阀检测传感器105处于故障的情况下，则构成为禁止开阀延迟时间的存储。若这样构成，则在开阀检测单元故障时，能够防止错误地存储开阀延迟时间，确保半升程时的燃料喷射精度。
在步骤252(S252)中，将(S250)的向燃料喷射阀的通电开始时期与(S251)中检测出的开阀检测时期之间的差值作为开阀延迟时间(Topen)来计算，参照在(S206)中计算出的差压(Pdif)，来对开阀延迟时间表(图4)中的开阀延迟时间(Topen)进行更新(图3的开阀延迟时间表更新部109)。在步骤211(S211)中，返回反复处理的开头(S204)。
这里，参照图6、7，来对开阀延迟时间(Topen)进行图示。图6表示全升程时的燃料喷射阀的举动，图7表示半升程时的燃料喷射阀的举动。燃料喷射阀的通电状态通过“关断”与“开启”来设定通电时间的长短。燃料喷射阀的开阀、闭阀的阀位置从通电状态变为开启之后延迟缓慢地开始打开，在全升程时到达完全开阀位置，若通电关断则延迟缓慢地闭阀。对此，由于在通电时间短而低于开阀延迟时间(Topen)时，阀位置未到达完全开阀位置，而在小的阀开度下通电时间变为关断，因此会逐渐地闭阀。这样，在半升程时阀开度(升程量)不充分。
接下来，对在步骤208(S208)中判定为通电时间低于开阀延迟时间(Topen)的情况进行叙述。在步骤209(S209)中，进行半升程时通电时间的计算(图3的半升程时通电时间计算部113)。这里，根据燃料喷射阀通电时间以及开阀延迟时间(Topen)，通过下面的式(1)来计算半升程指数。
半升程指数(Chaf)[％]＝燃料喷射阀通电时间/开阀延迟时间(Topen)…(1)
半升程指数(Chaf)的比例越大则燃料喷射阀的开阀比例越大，在100％时为完全开阀(全升程)。另一方面，比例越小则燃料喷射阀的升程量越小，与升程量成比例地燃料流量也越小。因此，若在半升程时通过在步骤202(S202)中假定燃料喷射阀为全升程而计算出的燃料喷射阀通电时间来控制燃料喷射阀，则为比实际少的燃料喷射量。因此，半升程指数(Chaf)越少，则越需要增加燃料喷射阀通电时间。
因此，通过下面的式(2)来计算半升程时燃料喷射阀通电时间。半升程时通电时间修正(Phaf)根据图5的半升程时通电时间修正表来计算。另外，半升程时通电时间修正表是被预先实验计算、并存储在ECU7中的。
半升程时燃料喷射阀通电时间＝燃料喷射阀通电时间×半升程时通电时间修正(Phaf)…(2)
在步骤210(S210)中，基于在(S203)中计算出的燃料喷射开始时期以及在(S209)中计算出的半升程时燃料喷射阀通电时间，从ECU7向燃料喷射阀进行通电，并喷射燃料。在步骤211(S211)中，返回到反复处理的开头(S204)。
本实施方式的内燃机的控制装置在向燃料喷射阀的通电时间为规定值以上的情况下，基于由燃料压力传感器4检测出的燃料压力100与由估计缸内压计算部111计算出的估计缸内压之间的差压，来存储开阀延迟时间，半升程时通电时间计算部113在向燃料喷射阀的通电时间未达到规定值的情况下，能够基于存储单元中存储的差压，计算开阀延迟时间。若这样构成，则在燃料喷射阀的全升程时存储开阀延迟时间之时，根据燃料压力与缸内压力之间的差压来进行存储，在开阀时期的检测较为困难的半升程时，能够根据燃料压力与缸内压力之间的差压来参照全升程时的开阀延迟时间的存储内容。由于开阀延迟时间也依存于燃料压力与缸内压力之间的差压，因此通过该控制，能够使所述控制精度更高，并能够进行半升程时的通电时间控制。
以上，对于本发明的实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限定于所述的实施方式，在不脱离权利要求所述的本发明的主旨的范围内，能够进行各种设计变更。例如，所述实施方式是为了容易理解地说明本发明而进行的详细说明，并不限定于必须具备所说明的全部结构。此外，可以将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，此外，也可以在某个实施方式的结构中增加其他实施方式的结构。进一步地，可以对各个实施方式的结构的一部分，进行其他结构的追加、削除、置换。
例如，表示了通过开阀检测传感器来检测燃料喷射阀的开阀状态并进行控制的例子，但当然也可以构成为使用闭阀检测传感器来进行控制。

Claims (5)

1.一种内燃机的控制装置，具备：向内燃机提供燃料的燃料喷射阀、计算该燃料喷射阀的通电时间的单元、检测所述燃料喷射阀的开阀的单元、以及计算并存储作为向所述燃料喷射阀的通电开始时间与开阀检测时间之间的差值的开阀延迟时间的单元，
所述内燃机的控制装置的特征在于，
在向所述燃料喷射阀的通电时间为规定值以上的情况下，计算并存储所述开阀延迟时间，在向所述燃料喷射阀的通电时间未达到规定值的情况下，基于存储在所述存储单元中的所述开阀延迟时间，来控制所述燃料喷射阀的通电时间。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述内燃机的控制装置还具备：检测所述燃料喷射阀的燃料压力的压力检测单元、检测或者估计内燃机的缸内压力的单元、以及计算并存储所述燃料压力与所述缸内压力之间的差压的单元，
基于所述差压，来计算并存储所述开阀延迟时间。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在向所述燃料喷射阀的通电时间未达到规定值的情况下，根据基于所述开阀延迟时间而预先所存储的基准燃料喷射量与要求燃料喷射量之间的比率，来计算向所述燃料喷射阀的通电时间。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在向所述燃料喷射阀的通电时间未达到规定值的情况下，禁止从所述燃料喷射阀的燃料喷射。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在所述开阀检测单元处于故障的情况下，禁止所述开阀延迟时间的存储。
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