CN1049475C - 用于控制一缸内喷射型内燃机之点火时间的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制缸内喷射型汽油发动机点火时间的装置，它包括一用于控制一点火线圈工作的电子控制装置(ECU)。当通过节气门开度的变化而探测到车辆加速时，所述ECU可根据受燃烧室壁温增长的延迟影响的节气门开度使点火时间提前。为了防止因为壁温的增长而产生的爆震现象，ECU可随控制时间的增长而逐渐把点火时间的修正角降低为0。当在修正提前角的过程中重新加速发动机时，ECU可重新设定一点火时间提前角以及一与壁温增长相对应的控制时间。

Description

用于控制一缸内喷射型内燃机之点火时间的装置和方法
本发明涉及一种用于控制缸内喷射并火花点燃型内燃机之点火时间的装置和方法，以便能防止发动机在其过渡工况的过程中发生爆震，并确保增加发动机的输出且降低其燃油消耗。
希望的是，安装在汽车上的发动机能降低其排出气体中有害物质的组分并且能降低燃油的消耗。因此，最近建议采用的是缸内喷射并火花点燃型的内燃机(下文中将把这种类型的发动机称作DI发动机)，在这种发动机中是将燃油直接喷入燃烧室，而不是像传统的火花点燃型发动机(即传统的汽油发动机)那样将燃油喷入其进气口或进气歧管。
在DI发动机上设有燃油喷射阀，以用来将燃油直接喷入发动机的燃烧室。更具体地说，在装配于气缸内的活塞的顶部形成有一个腔室，当DI发动机处于低负载的工况时，燃油喷射阀在压缩行程的最后阶段将燃油直接喷入燃烧室或腔室。在该腔室内，喷入的燃油形成了空气-燃油混合物，在火花塞同周围其空燃比接近于理论空燃比。尽管整个燃烧室内的空气-燃油混合物平均起来是较为稀薄的，但是因为火花塞周围的空燃比接近于理论空燃比，所以仍可保证通过火花塞来点燃。于是便可减少从DI发动机排出的气体中CO和HC的含量，并可在DI发动机的空转或低负载的工况下大大减少DI发动机的燃油消耗。
另一方面，当DI发动机处于高负载的工况时，燃油喷射阀在进气行程的最初阶段将燃油直接喷入燃烧室。喷入的燃油可在燃烧室内均匀地形成理想配比的或相对较浓的空气-燃油混合物，因此可增加发动机的输出。
如上所述，与传统的汽油发动机不同，由于燃油是直接喷入气缸或燃烧室内的，所以DI发动机没有燃油传送被延迟的问题。在传统的发动机中，燃油被喷入进气口或进气歧管内，所以不能避免燃油传送上的延迟，也就是在燃油喷射的时间和燃油实际进入燃烧室的时间之间的迟滞。如果DI发动机内的燃油喷入量有所增加或减少，这样的增加或减少会立即反映成DI发动机的加速或减速，所以可大大提高发动机的响应速度。
传统汽油发动机的输出和燃油消耗主要取决于火花塞的点火时间。换言之，点火时间是决定的发动机输出和燃油消耗的一个重要因素。更具体地说，如果空气-燃油混合物在除了点火时间以外其余条件都相同的情况下燃烧，通过燃油燃烧而获得的发动机的输出或扭矩基本上受点火时间的影响。在这种情况下，使传统的汽油发动机产生最大输出的点火时间是在活塞的上死点之前，点火时间的提前被称作MBT(最大扭矩的最小点火提前角)。如果点火时间的提前相比MBT有所增加或减少，就不能有效地利用气缸内的燃烧压力。这样，发动机的输出减低了，而同时燃油的消耗却增加了。
虽然把点火时间设定在MBT，但传统的汽油发动机仍会因为燃油的辛烷值或发动机的负载等的提前量而发生爆震。因此，在传统汽油发动机的大多数工作区内，通常都是把点火时间调节成一个相对MBT减少或延迟某一特定间隔的基本点火时间。
当传统的汽油发动机处于一稳定的工作区时，基本点火时间通常是根据基于发动机速度、负载等参数的曲线图来设定的。然而，当传统的汽油发动机处于过渡工作区时，通常控制点火时间使其相对于由曲线图获得的基本点火时间进一步地延迟或提前。例如，日本专利申请公开号2-223647中揭示了这样一种技术，它是将点火时间暂时地延迟在基本点火时间之后，然后再使其提前某一周期而到达基本点火时间之前。采用这种技术可以防止传统汽油发动机的爆震现象，并提高了发动机的输出。更具体地说，当传统的汽油发动机开始加速时，燃油的喷入量增加，从而使粘着于传统汽油发动机之进气口或进气歧管的内壁上的燃油的量也有所增加，因此，被引入燃烧室的燃油的低辛烷或高挥发的组分大于高辛烷的组分。然而，如果在这一时间点上把点火时间延迟到基本点火时间之后，就可以防止爆震。另一方面，当把点火时间延迟到基本点火时间之后，燃烧室内壁的温度决不会突然地增加。如果在发动机开始加速之后使点火时间向MBT提前，就可以提高传统汽油发动机的输出，并且不会导致爆震。
在DI发动机中，燃油直接喷入气缸或燃烧室，因此进入燃烧室的低辛烷组分不可能多于高辛烷组分。因此，如果把上述用于传统汽油发动机的点火时间控制用于DI发动机，点火时间的延迟会使发动机的输出功率非所愿地降低，此外，当发动机开始加速时，不可避免地会使燃油消耗增加。
本发明的目的在于，提供一种可对缸内喷射火花点燃型内燃机(即DI内燃机)的点火时间进行最佳控制的装置和方法，以便在DI发动机的过渡工况中，防止DI发动机的爆震，并且增加发动机的输出。
上述的目的可通过本发明来完成，本发明特别适于缸内喷射型内燃机。根据本发明的、用于执行发动机点火时间控制方法的装置包括：判别装置，它用于判别发动机工作状态；确定装置，它至少根据发动机的负载和发动机的速度来确定所述点火装置的点火时间；其中，所述确定装置包括：判断装置，它用于判断安装了所述发动机的车辆是否被要求加速；探测装置，它用于探测与燃烧室的壁温和与该壁温相关的参数相对应的壁温变量；以及修正装置，它用于紧接在所述判断装置判断出所述车辆已经被要求加速之后的某一时间周期内根据壁温变量在提前侧修正所确定的点火时间。
根据上述的装置和方法，当发动机进行加速的工作状态时，在提前侧对点火时间的修正是响应于在发动机的加速工况开始后某一时间周期内的壁温变量的变化(即燃烧室的升温的延迟)来进行的。因此，在发动机加速运转的开始阶段，壁温是相对较低的。所以，即使点火时间被提前，也可以在不发生爆震的情况下增加发动机的输出，而且能提高发动机的加速性能。此外，由于能有效地利用燃油的燃烧能量，所以可降低燃油消耗。
较佳的是，当发动机紧接在转换成加速状态之前的那一工作状态是一个高负载的状态时，用于执行本发明方法的装置可限制或暂停对提前侧的点火时间进行修正。当处于高负载状态下的发动机进入加速状态时，壁温相对较高。因此，如果在这种情形下把点火时间提前，发动机易发生爆震。然而，当点火时间的提前受到限制或暂停时，就可以防止发动机发生爆震。
当发动机的一输出控制元件在加速侧上以等于或高于某一预定速度的速度被驱动，并且当发动机处于一个取决于发动机负载和速度、代表了发动机的某一加速区域的发动机工作状态的时候，可推断发动机已经转换成加速的工作状态。在这种情况下，可以精确地判断出发动机已转换成加速的工作状态。
更具体地说，当发动机处于一稳定工作状态的情况下，所述确定装置可确定一个基本的点火时间。在这种情况下，所述修正装置可以包括：存储装置，它至少根据发动机的负载条件来储存至少一个修正值；以及一改进装置，它根据由所述探测装置探测到的壁温变量来改进所述修正值。因此，当发动机进行到加速的工作状态时，根据加速工况开始时的发动机负载情况，首先从所述存储装置中读取至少一个修正值。根据壁温变量，通过所述改进装置对所读取的修正加以改进。由此，可根据改进后的修正值来修正基本的点火时间，从而获得实际点火时间。
此外，当所述发动机负载情况改变，而修正却继续进行时，修正装置可暂停对基本点火时间的修正。在负载改变之后，修正装置随即根据最新的发动机负载情况，重新为基本点火时间设定一提前侧修正值，并且根据设定的修正值在提前侧对基本点火时间加以修正。如果发动机在对基本点火时间加以修正的过程中再加速而导致发动机负载改变，那么可相应于这种改变而重新为基本点火时间设置一个新的提前侧修正值，并且根据这个修正值来修正基本点火时间。因此，虽然燃烧室的壁温会由于发动机的重新起动而改变，但还是可以随着温度的变化而使实际点火时间适当地提前。
另一方面，在确定点火时间时，可至少根据发动机的负载和速度来确定最佳点火时间，以获得最佳的发动机输出。在这种情况下，当发动机的负载不低于预定的负载并且当由所述探测装置探测到的壁温变量值低于一稳定的壁温时，可在提前侧对最佳点火时间加以修正。于是，如果当燃烧室的壁温低于可稳定获得的温度时，或者更具体地说，当在加速的最初阶段壁温相对较低时，发动机可在不发生爆震的情况下增加输出，从而提高了发动机的加速性能。因此就可以有效地利用燃油的燃烧能量，从而降低燃油消耗。
较佳的是，当发动机已转换成加速工作状态之后正处于特定的高负载的工作区域的时候，可在提前侧对最佳点火时间加以修正。因此，当发动机在高负载工作区域加速时，最佳点火时间被提前了，这样就可以使发动机充分展现其在高负载的工作区所需要的加速性能。
可以根据探测到发动机的输出控制元件的控制变量和发动机速度来推算壁温变量。还可根据发动机起动时探测到的冷却水的温度来推算壁温变量。
另一方面，当根据发动机的速度和负载，预先把发动机的工作状态分成多个工作区域的情况下，判别装置可根据发动机速度和负载选择至少一个工作区域作为现时的发动机工作区域。在这种情况下，可探测发动机在所述选定的工作区域内所持续的时间周期，并把它作为壁温变量，根据探测到的持续时间在提前侧对点火时间加以修正。所述选定的工作区域最好包括一特定的高负载工作区域。更具体地说，如果选定的工作区域是一个高负载的工作区域，也就是说当燃烧室的壁温升高时，根据发动机在该高负载区域内持续的时间来决定点火时间的提前量降低多少。因此，紧接在发动机转换成高负载工作区域之后，点火时间被大大地提前，从而增加了发动机的输出。之后，由于使点火时间提前量的减少相对燃烧室壁温的增长成正比，所以可有效地防止爆震。
此外，在这种情况下，修正装置包括：存储装置，它用来储存至少一个用于点火时间的提前侧修正值，所述提前侧修正值至少是根据发动机的负载条件而设定的；以及经验装置，它根据探测到的持续时间来为提前侧的修正值设定经验修正值。所述经验修正值可确定所提前侧修正值在点火时间中的反映程度。根据从存储装置读取的修正值和所设定的经验修正值来修正提前侧的点火时间。因此，可在考虑发动机负载条件以及燃烧室壁温的情况下来修正点火时间，而点火时间的提前量可在最佳的经验控制之下。
更具体地说，如果选定的工作区域是高负载工作区域，所述经验装置可在一个方向上以预定的降速来改变经验修正值，这样就可以减小经验修正值的反映程度。另一方面，当发动机处于所述高负载工作区域以外任何区域时，所述经验装置还可在一个方向上以预定的增速来改变经验修正值，这样就可以增加经验修正值的反映程度。
较佳的是，所述经验修正值的降低速率高于经验修正值的增高速率。在这种情况下，当发动机处于高负载工作区域时，可有效地防止发动机的爆震，并且不会降低其加速性能。
所述探测装置直接可探测燃烧室的壁温，并把它作为壁温变量。在这种情况下，可以更精确地探测燃烧室壁温的变化情况。
本发明的点火时间控制的另一种装置包括：设定装置，它可相应于稳定的燃烧室壁温来设定最佳点火时间，所述稳定的壁温可以在每一预定的发动机负载情况下稳定地获得；判别装置，它用于判别发动机工作状态；修正装置，当所述发动机处于过渡态的发动机工况，所述判别装置判别出发动机的负载急剧增加时，该修正装置可在提前侧上为某一给定周期的时间修正最佳的点火时间。
当发动机进行到过渡工况时，燃烧室壁温的增长是延迟在发动机负载的突变之后。因此，在这种情形下，对该特定周期的最佳点火时间被提前，因而可增加发动机的输出，并且进一步提高了加速性能。
通过下面结合附图对本发明的非限制性实施例所作的详细描述可更清楚地了解本发明。
图1是包括DI发动机的控制系统的示意图；
图2是图1所示DI发动机的放大视图；
图3是说明燃油喷射控制的曲线图；
图4是说明在后期喷射方式下燃油喷射方式的视图；
图5是说明在前期喷射方式下燃油喷射方式的视图；
图6是一流程图，示出了一用于点火时间控制的子程序的一部分；
图7是一流程图，示出了用于点火时间控制的子程序的其余部分；
图8是一流程图，示出了用于推定DI发动机的一燃烧室的壁温的子程序；
图9是一流程图，示出了用于在DI发动机加速时进行提前控制的子程序的一部分；
图10是一流程图，示出了上述提前控制子程序的其余部分；
图11是一曲线图，示出了用于分辨DI发动机之加速区域的曲线；
图12是一曲线图，示出了用于决定点火时间的图线；
图13是一曲线图，示出了用于点火时间提前的修正角以及燃烧室的壁温的变化；
图14是一曲线图，示出了以工作状态为参数的用于加速的提前区域；以及
图15是点火时间控制的改进型式的流程图。
参见图1，其中示出了一发动机控制系统，它包括一用于汽车的直接缸内喷射四缸型汽油发动机1(下文中简称发动机)。发动机1的各燃烧室、吸气系统、废气回流装置等都是为了缸内喷射专门设计的。气缸1具有一气缸盖2，气缸盖上装配了一火花塞3和用于每个气缸6的由螺线管操纵的燃油喷射阀4。每个燃油喷射阀4均可向与其相应的燃烧室5直接喷射燃油。一点火线圈19向火花塞3提供高压电。
每个气缸6中可滑动地装配了一活塞7，在活塞7的顶面上形成有半球形腔室8。当活塞7处于压缩冲程的后半期时，腔室8可接受来自燃油喷射阀4的喷射燃油。发动机1的理论压缩比的设定值(例如大约12)高于传统的汽油发动机。发动机1中采用了顶置双凸轮轴(DOHC)四阀门型的阀门驱动机构。因此，在气缸盖2的上部可转动地设置了一进气侧凸轮轴11和一排气侧凸轮轴12。当凸轮轴11和12转动时，就可分别驱动一对进气阀9和一对排气阀10。凸轮轴11和12的转速是发动机1之曲轴转速的一半。气缸盖2内形成有用于每一进气阀的进气口13，该进气口于凸轮轴11和12之间大致垂直地延伸。经过进气口13吸入燃烧室5的空气在燃烧室5中形成了反向回转流，这将在稍后提及。
和传统的汽油发动机一样，排气口14基本上是在气缸盖2中水平延伸。各废气再循环入口15(只在图1中示出)是从每一排气口14岔开，并分别斜着向下延伸。
发动机1的气缸体具有一水套，并且装配有一水温传感器16。水温传感器16可探测水套内的冷却水水温Tw。发动机1上还装备有一叶片型曲轴转角传感器17，每当气缸6中的曲轴转角达到某一预定值(例如上死点之前5°或上死点之前75°)时，它可输出一曲轴转角信号SGT。凸轮轴11和12中的一个装配有一气缸传感器(未示)，当曲轴转动时，该传感器可周期性地输出气缸识别信号SGC。
因此，可通过该气缸识别信号SGC从各气缸6中识别出由曲轴转角传感器17的曲轴转角信号SGT指示出其曲轴转角的那一个气缸6。
进气口13连接于一进气歧管21，该进气歧管具有一缓冲箱20。有一个进气管25从缓冲箱20延伸，该进气管的末端有一空气滤清器22。在进气管25的中部插设了一节气门段23，它包括一步进电动机式的怠速控制阀(ISC)24。
此外，进气管25还配有一空气旁通管26，它形成了一个避开节气门段23的迂回通路，旁通管26上配有一线性螺线管型的空气旁通阀27(ABV)。旁通管26的流动截面积大致等于进气管25的流动截面积。因此，当发动机处于一低速或中速区域的工况时，如果空气旁通阀27接近完全打开的话，就会有发动机1所需数量的吸入空气经过空气旁通管26后供给缓冲箱20。
节气门段23上设有：一用来打开或关闭内部通路的蝶型节气阀28、一用来探测节气阀28开度θth的节气阀传感器29、以及一用来探测节气阀28之完全关闭状态的怠速开关30。
此外，缓冲箱20还连接于一增压传感器或进气歧管绝对压力(MAP)传感器31，它能探测进气管25内的进气压力(Pb)。
另一方面，排气口连接于一排气歧管41，有一排气管43从该排气歧管延伸。排气管43的末端连有一消音器(未示)。排气歧管41上设有一氧气传感器40，而排气管43上设有三元催化净化器42。
此外，一废气再循环管44从上述的废气再循环入口15延伸，该废气再循环管并连接于缓冲箱20的上游端。在废气再循环管44中插设有一步进电动机型的废气再循环阀45。
在车体(未示)的后部设有一油箱50。油箱50上装有一电动机操纵的低压燃油泵51，它可以吸出储存于油箱50的燃油，并且使它们经过一低压供给管52后传送到发动机一侧的一高压燃油泵55。一回流管53从供给管52延伸并连接于油箱50。在回流管53内插设有第一燃油压力调节器54，它可把低压供给管2内的压力调节到一个相对较低的压力(下文中称作低燃油压力)。
连接于气缸盖2的高压燃油泵55可以使经供给管52吸入的燃油经过一高压供给管56和一输送管57传送到每一燃油喷射阀4。高压燃油泵55是斜盘式轴向活塞的类型，并且由排气侧的凸轮轴12驱动。即使当发动机1处于怠速状态时，从高压燃油泵55传送之燃油的压力也达到50-60kg/mm2或更大些。
从输送管57延伸了一回流管58，该回流管也连接于油箱50。在回流管插设有一个第二燃油压力调节器59，它可将输送管57内的压力调节到一个相对较高的压力(下文中称作高燃油压力)。第二燃油压力调节器59上设有一螺线管操纵的选择阀60。选择阀60可使输送管57内的燃油到达油箱50，从而在选择阀打开时，可把输送管57内的燃油压力降低到低燃油压力。
此外，一回流管61从高压燃油泵55延伸。当燃油被用来润滑和冷却高压燃油泵55之后，它们通过回流管61返回油箱50。
在汽车驾驶室内设有一电子控制装置(ECU)70。ECU70配备有微处理器、计时器、输入接口、输出接口和存储装置71。存储装置71包括一ROM、RAM、BURAM等，并且预先储存了控制程序、控制曲线图等。ECU 70的输入接口可接收由上述各种传感器探测到的数据。ECU 70在这些输入数据的基础上决定燃油的喷射方式、燃油的喷射量、点火时间、废气再循环的气体导入比等，并且通过输出接口控制着燃油喷射阀4、点火线圈19、废气再循环阀45等的动作。ECU70的输入接口还连接于很多开关(未示)，而输出接口则连接于各种警告灯和其它装置(未示)。
下面将描述发动机控制的概况。
当一车辆驾驶员打开汽车的点火钥匙时，ECU 70驱动低压燃油泵51，然后在发动机1处于冷的情况下打开选择阀60。这时，向燃油喷射阀4供给低压燃料。当发动机1处于非工作状态时，高压燃油泵55不工作。当发动机1起动时，高压燃油泵55的工况是不稳定的。因此，在发动机1起动时，从喷射阀喷入的燃油的量必须取决于低压燃油泵51的输送压力和燃油喷射阀4的阀门打开时间。
接着，当驾驶员把点火钥匙转到起动位置时，发动机1通过一自启动器(未示)起动。与此同时，ECU 70起动燃油喷射的控制系统。这时，ECU 70选择一前期喷射的方式(也就是在吸气冲程的时候喷入燃油)作为燃油喷射的方式。这时，ECU 70控制着燃油喷射量，以便使气缸6或燃烧室5中空气-燃油混合物的平均浓度相对较高。当发动机1较冷时，燃油的汽化速度较慢。然而，由于燃油汽化所需的时间有保证，所以喷入气缸6的燃油可以充分地汽化。另一方面，如果燃油是以后期喷射的方式(也就是在压缩冲程的时候喷入燃油)，就不能避免缺火以及排出未燃烧燃料(HC)的情况。
此外，当发动机起动时，ECU 70关闭空气旁通阀27，吸入的空气在经过怠速控制阀24以及节气门段23与节气阀28之间的间隙后进入燃烧室5。ECU 70控制着怠速控制阀24和空气旁通阀27，并且根据需要通过节气阀28的进气量来调节怠速控制阀24和空气旁通阀27的相应开度。
当发动机在完成起动之后怠速运行时，高压燃油泵55可稳定地工作，并且以高压输送燃油。此时，ECU 70将选择阀60关闭，高压燃油被送往喷射阀4。随后，根据高压燃油泵55的输送压力以及燃油喷射阀4的阀门打开时间来决定燃油的喷射量。
直到发动机1的冷却水温度Tw达到一预定值之前，ECU 70选择前期喷射的喷射方式，就如起动时一样，燃油是以这种前期喷射的方式来喷射的。在这种状态下，空气旁通阀27保持关闭。如果发动机负载的增加或减少取决于包括空气滤清器在内的辅助设备，ECU 70控制着怠速控制阀24的开度，从而和传统的汽油发动机一样，使发动机1的怠速运转保持在一个所需的转速上。
当在一个预定的时间周期后驱动氧气传感器40时，ECU 70根据氧气传感器40的输出电压开始对空燃比进行反馈控制。于是，通过三元催化净化器42便可有效地去除发动机1之排出气体中所包含的有害组分。当发动机较冷时，上述的燃油喷射控制是以与传统的汽油发动机相同的方式进行的。然而，在发动机1的情况下，由于没有喷射的燃油滴粘着于进气口13内壁面，所以对燃油喷射控制的响应及其精确程度要高于传统的汽油发动机。
当发动机1的预热工作完成之后，ECU 70根据目标所需的平均有效压力PE和发动机速度NE而从图3的控制曲线图中选择一个用于现时燃油喷射的控制区域。ECU 70可从进气压力Pb、节气门开度θTH等因素中获得所需的平均有效压力的目标值PE。当控制区域被选定时，ECU 70决定了燃油的喷射方式、燃油的喷射量、以及喷射时间，并在这些确定的条件下驱动燃油喷射阀4，而且同时控制空气旁通阀27和废气再循环阀45的开-关动作。应理解的是，燃油的喷射量是与燃油喷射阀4的阀门打开时间成正比。
当发动机1处于怠速运转或者是低负载的工作区(用于车辆的低速运行)时，ECU 70选择图3中的后期喷射/稀薄区域作为控制区域。在这种后期喷射/稀薄区域内，燃油是以后期喷射的方式喷射的，且燃油的喷射量受到控制，以使燃烧室5内的空气-燃油混合物总起说来是稀薄的(空燃比的平均值大约是30到40)。这时，空气旁通阀27被ECU 70打开。
在后期喷射的方式下，燃油在活塞7的上升行程中喷入活塞7的腔室8。因此，这种燃油喷射与腔室8一同使气缸6内的吸入空气形成如图4中各箭头所示的反向回转流80，并使燃油喷射阀4喷出的燃油喷束81停留在腔室8中。虽然空气-燃油混合物平均起来较为稀薄，但是在点火时可在火花塞3的周围获得一个空燃比接近于理论空燃比的空气-燃油混合物层。因此，尽管该空气-燃油混合物总起来说较为稀薄，但是它仍可以被点燃。于是就可以大大减少排出气体中的CO和HC，并可降低燃油消耗。
此外，在选定的控制区域内，ECU 70可使废气再循环阀45打开，以便向缓冲箱20引入足够的排出气体。因此，要送入燃烧室5的吸入气体中便包含了例如30％或更多的排出气体，从而还可以大大减少排出气体中的NOx的含量。
当发动机1处于中载工作区域(用于车辆的恒速运行情况)时，ECU 70选择图3中的早期喷射/稀薄区域或理想配比反馈区域作为控制区域。在早期喷射/稀薄区域中，燃油是以早期喷射的方式喷射的，燃油的喷射量受到控制，以便气缸6内的空气-燃油混合物总的来说相对较稀薄(平均空燃比大约是20到23)。这时，ECU 70使废气再循环阀45保持关闭。
更具体地说，如图5所示，在早期喷射/稀薄区域中，通过进气口13吸入的空气形成了反向回转流80，活塞7同时下降。在一个开始于下一压缩冲程的后半阶段、终止于该冲程最后阶段的周期内，活塞上升，破坏了反向回转流80，这样，从燃油喷射阀4喷出的燃油喷束81便可藉反向回转流80的紊流作用而与吸入的空气在燃烧室5内均匀地混合。这样，即使空气-燃油混合物总的来说相对较稀薄，但是这种混合物仍能被点燃。
在理想配比的反馈区域内，燃油是以早期喷射的方式喷射的，燃油的喷射量受到控制，以将气缸6中空气-燃油混合物的空燃比调节成总起来说符合理论空燃比。在这种情况下，ECU 70根据发动机1所需的空气吸入量来控制空气旁通阀27的开度，并且根据氧气传感器40的输出电压对空燃比进行反馈控制。在这种情况下，ECU 70允许废气再循环阀45打开。因而，被引入燃烧室5的吸入空气中包含了合理数量的排出气体，这样就可以有效地减少排出气体中的NOx的含量。排出气体内的有害组分还可以通过三元催化净化器42来去除。此外，由于如前所述的发动机1的压缩比较高，所以发动机1可产生较高的输出功率。
当发动机处于高负载工作区域(用于车辆的快速加速和高速运转)时，ECU 70选择图3中的开环控制区域作为控制区域。在这种开环工作区域内，ECU 70是以早期喷射的方式来进行喷射的，燃油的喷射量是根据节气门开度θTH、发动机速度NE等来控制的，以便空气-燃油混合物总的来说相对较浓。这时，ECU 70使空气旁通阀27和废气再循环阀45保持关闭。在这种情况下由于发动机1的压缩比较高，而且在气缸6内形成了反向回转流80，所以发动机1可产生较高的输出功率。此外，如前所述，进气口13是从燃烧室5大致垂直延伸的，因此借助吸入空气的惯性可提高吸入空气的充气效率，从而提高了发动机的输出功率。
当发动机1处于惯性工作区域(用于车辆的中速或高速的运行)时，ECU 70选择图3中的燃油切断区作为控制区域。在这种情况下，发动机1使燃油喷射停止。于是就可以降低燃油消耗，并且排出气体内根本不含有害组分。如果发动机的速度NE落到回程速度之下，或者是驾驶员脚踏加速踏板，ECU 70立即会停止燃油切断的工况，恢复早期或后期喷射方式下的燃油喷射。
上述发动机控制的概况是由ECU 70按照一主程序来执行的。
下面将结合图6到图10来描述对点火时间的控制、对气缸6的壁温的推定、以及对加速的提前控制。图9和图10中，带(n)的参数表示在现时周期下获得的值，而带(n-1)的参数则表示在前一周期时获得的值。
对点火时间的控制/对壁温的推定
当驾驶员转动点火钥匙以起动发动机1时，ECU 70按一预定周期(例如10毫秒)重复地执行如图6和图7所示的对点火时间进行控制的第一子程序。
首先，在步骤S1，ECU 70读取由各传感器输出的发动机工况数据。随后，在步骤S3，从ECU 70的RAM或存储装置71读取气缸6的壁温TCW。
在发动机1的工作过程中，ECU 70于执行第一子程序(图6和图7)的同时，执行用来推定壁温的第二子程序(图8)，从而能反复地推定气缸6的壁温TCW。更具体地说，ECU 70首先在步骤S31确定一起始信号FST是否是1。起始信号FST是用来判别发动机1是否起动的信号，每当点火钥匙开动时它就被重新归零。因此，在发动机的起动(包括重新起动)过程中，步骤S31处的判断是“否”，因而ECU 70就可把在步骤S1处读取的工况数据，即冷却水的温度TW(通常是20℃到95℃)替换成步骤S33处的壁温TCW，并在RAM中储存壁温TCW。随后，在步骤S35中，起始信号FST被设定为1。之后，当图8中的第二子程序被重复地执行时，步骤S31处的判断变成了“是”，这样就可在步骤S37中获得壁温TCW的一个变量ΔT。变量ΔT是根据以壁温TCW、节气门开度θTH、发动机速度NE为参数的函数g(Tcw，θTH，NE)计算出来的。节气门开度θTH和发动机速度NE是已经读取的发动机的两个工作数据。随后，ECU 70把一个新的壁温值TCW储存到RAM中，这个温度值是这样获得的，即，把变量ΔT与RAM中原来的壁温值TCW相加。当发动机1处于其燃烧室5的内壁平均温度高于壁温TCW的工作状态时，变量ΔT是一个正值。与此相反，当发动机1处于其燃烧室5的内壁平均温度低于壁温TCW的工作状态时，变量ΔT是一个负值。于是，当发动机完成起动之后进行怠速运转时，壁温TCW被平衡在对应于于发动机1处于该负载条件下的某一数值。
当用上述方式在步骤S3读取了壁温TCW之后，在步骤S5中，根据发动机速度NE、节气门开度θTH等数据来推定一个基本目标平均有效压力PE-B。然后，在步骤S7，ECU 70确定TCW是否低于一预定值TCWA(例如150℃)。或者，可在步骤S7拿壁温TCW与一个其值的大小随发动机1的工作状态而变化的参数作比较，而不是与预定值TCWA作比较。
如果在步骤S7处的判断是“是”，ECU 70便会在步骤S9确定怠速开关30是否是关闭的(节气阀28是不关闭的)。怠速开关30输出的信号也已作为发动机的一个工作数据而在步骤S1被读取。如果在步骤S9处的判断是“是”，那么ECU70在步骤S11处确定节气阀28的阀门打开速度Δθ是否高于一预定的值Δθx。通过把节气门开度θTH相对时间求导即可获得阀门的打开速度Δθ。
如果在步骤S11处的判断是“是”，那么ECU 70就会在图7的步骤S13处确定发动机1目前的状态是否处于加速区域内。这个判断是结合图11，根据基本的目标平均有效压力PE-B以及发动机速度NE来作出的。如果在步骤S13处的判断是“是”，那么ECU 70执行第三子程序，以便在步骤S15进行对加速的提前控制(下文中将会提及)。
如果在步骤S7、S9、S11和S13中的任何一个作出的判断是“否”，那么ECU 70便会执行通常的点火时间控制，而不是执行第三子程序。更具体地说，ECU 70先是在步骤S17把基本目标平均有效压力PE-B设定为目标平均有效压力PE。接着，在步骤S19，ECU 70根据代表了发动机负载的目标平均有效压力PE以及发动机速度NE，在图12的图形中检索基本的点火时间Θ1。图12中的图形是为图3内所示的每个控制区域绘制的。随后，在步骤S21，ECU 70根据基本的点火时间Θ来驱动点火线圈19，使点火线圈19对火花塞3产生高压电，从而点燃气缸6内的空气-燃油混合物。应该理解的是，这里所用的空气-燃油混合物是根据空燃比的控制以及由选定的控制区域所确定的喷射方式来制备的。
另一方面，如果在步骤S7、S9、S11和S13中作出的判断都是“是”，ECU70就会执行由图9和图10示出的所述第三子程序。在该第三子程序中，ECU 70先是在步骤41确定一提前控制信号FAD是否是1。提前控制信号FAD是用来判断用于车辆加速的提前控制是否起动，当点火钥匙启动时，该信号重新归零。因此，当首先执行第三子程序时，在步骤S41处的判断是“否”，于是，ECU 70便会程序变量 n设定为1，并且在步骤S43使计时器 t开始工作。随后，在步骤S45，ECU 70把提前控制信号FAD设定为1。
接着，在步骤S47，ECU 70根据在用于现时周期的第一子程序(步骤S1)读取的节气门开度θTH(n)以及计时器 t的读数(所消耗的控制时间)，计算出一个时间系数KT。更具体地说，时间系数是根据以节气门开度θTH(n)和计时器值 t为参数的一个函数f(θTH(n)，t)计算出来的。应注意的是，以节气门开度θTH(n)为参数计算出来的时间系数KT是一个与燃烧室5的壁温有关的变量。
随后，在步骤S49，EUC 70根据时间系数KT计算出提前控制时间tx。该提前控制时间tx是根据一个以时间系数KT为参数的函数h(KT)计算出来的。时间系数KT是一个随着节气门开度θTH(n)和计时器值 t的增大而减小的正值。另一方面，提前控制时间tx是一个随着时间系数Kt的减小而按比例减小的值。
当计算出时间系数KT和提前控制时间tx之后，ECU 70在步骤S51根据下列式子来推算目标平均有效压力PE，这个公式是：
PE＝PE-B-PE′(θTH)×KNE×KT  …(1)
式中的PE′(θTH)是根据节气门开度θTH(n)或发动机负载设定的一个正的修正值。修正值PE′(θTH)是预先储存在存储装置71或ECU 70的ROM中的，并且是从ROM读取。此外，KNE是根据发动机速度NE设定的一个正的速度系数。
接着，在步骤S53，ECU 70根据目标平均有效压力PE和发动机速度NE在图12的图形中检索基本的点火时间Θ1，并在步骤S55根据检索到的基本点火时间Θ1来驱动点火线圈19。这样，点火线圈19就可以对火花塞3产生高压电，从而点燃气缸6中的空气-燃油混合物。
由于等式(1)右边的第二项是个正值，所以根据等式(1)计算出来的目标平均有效压力PE的值小于基本目标平均有效压力PE-B。因此，如同从图12中可以看出来的那样，基本点火时间Θ1会变动到提前侧，这样，用于提前的修正角的值会很大。因而，如图13所示，紧接在车辆加速之后的提前侧修正角CA的值比较大，所以实际点火时间Θ相对基本点火时间Θ1提前了很大一段空档。由此，可在不增加燃油消耗的情况下，加强发动机1的输出。换言之，由于降低了产生相同输出功率所需的燃油喷射量，所以可降低燃油消耗。
紧接在车辆加速之前，发动机1是在一相对较低的负载下在一低速区域工作的，因此气缸6的壁温TCW相对较低。因此，虽然实际点火时间被提前，发动机1也不会发生爆震。
随后，ECU 70在步骤S57对程序变量 n加1，并且在步骤59确定提前控制时间tx是否达到或超过计时器值 t。如果在该步骤判断的结果是“否”，ECU 70将返回第三子程序的起始处，重复执行第三子程序。
当执行用于下一循环的第三子程序，并在步骤S41处判断变为“是”时，ECU70像在前述步骤S1的情况那样读取发动机的各个工作数据(步骤S61)。随后，在步骤63，ECU 70根据进气压力Pb、节气门开度θTH等数据来推算基本目标平均有效压力PE-B。接着，在步骤S65，ECU 70确定现在的节气门开度θTH(n)是否等于前一个节气门开度θTH(n-1)。如果在这个步骤上判断的结果为“是”，也就是说如果推断加速踏板的踏动量保持不变的话，ECU 70再次在步骤S67计算时间系数KT。计时器 t的时间表示由执行第三子程序开始所花费的时间。因此，在这个时间点上，计时器 t的值是增大的，故从前述的函数 f计算出来的时间系数KT变小。
随后，ECU 70执行步骤S51以及其后步骤。这里应注意的是，步骤S49被跳过了。于是就可以将提前控制时间tx保持在前一个值，也就是当首次执行第三子程序时获得的最初值。
对目标平均有效压力PE的计算和对基本点火时间Θ的检索是以与前述步骤S51和步骤S53相同的方式执行的，而点火线圈19也以相同的方式驱动。
在这种情况下，随着时间系数KT的减小，等式(1)右面的第二项也变小，这样，目标平均有效压力PE便增大。因此，如图13所示，实际点火时间Θ的提前量被逐渐减少。于是，即使在车辆开始加速之后气缸6的壁温TCW随发动机负载的增大而增高，实际点火时间Θ也会相应壁温TCW的增高而被延迟，这样就可以防止发动机爆震。
如果在重复执行第三子程序时，于步骤S59判断的结果变为“是”，那么ECU70便会在步骤S69处将提前控制信号重新归零，同时停止计时器 t的工作并将其归零。随后，ECU 70返回图6和图7所示的第一子程序，这样就可以执行通常的点火时间控制。节气门开度θTH(n)越大，壁温TCW增加到可导致爆震的那一水平所需的时间就越短。然而，如前所述，如果节气门开度θTH(n)较大，时间系数KT就会比较小。如KT较小，则前述提前控制时间tx的初始值也比较小。因此，在发动机的一个使壁温TCW的增长速度加快的工作状态下，也就是在发动机1处于高载的工作状态时，可在相对较短的时间内使在步骤S59的判断度为“是”，这样就可以在一个较短的时间周期内结束提前控制或第三子程序。
当在步骤S65判断为“否”，或者是当现在的节气门开度θTH(n)大于或小于前一个节气门开度θTH(n-1)时，也就是说，如果在执行第三子程序的过程中加速踏板的踏动量增加或减少了，ECU 70会在步骤S47和步骤S49重新计算时间系数KT和提前控制时间tx，并在随后以与前述相同的方式来执行步骤S51及以后步骤。于是，尽管壁温TCW的增长速度是随发动机负载的增或减而变化，但还是要计算目标平均有效压力PE并检索基本点火时间Θ1，这样就可以最优化地控制实际点火时间的提前量。
图13示出了例如用于车辆再加速的点火时间提前量的变化情况。这种再加速意味着：当加速踏板已经被踩下之后，在不减少其踏动量的情况下进一步地加以踩踏。在这种情况下，如图13所示，在步骤S47重新计算出来的时间系数KT进一步地减小，而用于再加速的实际点火时间Θ也减少。此外，因为在步骤S49重新计算出来的提前控制时间tx也减少，所以缩短了该提前控制的执行时间。与此相反，如果节气门开度θTH减小，那么实际点火时间Θ的提前量就会增加，而提前控制时间tx就被延长。
根据上面的这些描述，实际点火时间Θ的提前量和提前控制时间tx是同时增加或减少的。发动机1所需的输出功率是根据车辆的运行条件(例如车辆的起动或恒速运行)而变化的。因此，只有实际点火时间Θ的提前量或者是提前控制时间tx可以获得增或减。
从上面的描述中可以清楚地看出，在加速的最初阶段，壁温TCW保持在一个相对较低的水平，实际点火时间Θ在某一范围内提前以防止发动机1发生爆震，这样就可以加强发动机的输出，并且提高了车辆的加速性能。此外，由于可有效地利用燃烧的能量，所以可降低燃油消耗。
根据上述实施例，在对用于车辆加速的点火时间的提前量进行控制的过程中，可修正目标平均有效压力。然而，如果预先制备一个能从节气门开度、发动机速度等因素中获取点火时间提前量的修正角的图形，把所获得的提前侧修正角加到基本点火时间上就可以获得实际的点火时间。或者，把从车辆加速过程中的目标平均有效压力直接获得的基本点火时间乘以对应该加速度的一个修正因素，也可以获得实际点火时间。此外，可另外分开准备一专用的加速点火时间图形，在车辆的加速过程中，可从这个点火时间图形中获得实际点火时间。
点火时间控制的变化形式
下面将结合图14和图15来描述点火时间控制的一个变化形式。
ECU 70将根据下面的等式来计算最佳点火时间或实际点火时间Θ，这里的Θ1(参见图12)表示一个用于稳定工况的基本点火时间，它取决于考虑到防止爆震的发动机负载和发动机速度NE，Θ2是一个修正值，用来在发动机1处于过渡工况(高负载工况)时修正基本点火时间Θ1的提前量，G(0≤G≤1)是一个经验修正值，用来确定修正值Θ2的反映程度，而K是基于进气温度、水温等其它一些因素的修正值。最佳点火时间是：在该时刻发动机的负载条件下点火，在发动机1内能产生最大扭矩，并且不会导致爆震。更具体地说，当发动机1处于中等的或较高的载荷之下时，最佳点火时间具有一个接近于前述MBT的提前角。
修正值Θ2是预先储存在所述存储装置71或ECU 70的ROM中，并且可从ROM读取。
当发动机1处于图14所示的一工作区域C内工作时，实际点火时间Θ是：
Θ＝Θ1+(Θ2×G)+K．    …(2)
当发动机1处于图14的工作区域C以外的其它工作区域时，实际点火时间Θ是：
Θ＝Θ1+K．             …(3)
如图14所示，工作区域C表示这样一个范围(最好是节气阀完全打开)，在其中发动机速度NE处在一个下极限值RPML(例如一略低于怠速的速度)和一个上极限值RPMH(例如一接近发动机最大速度的速度)之间，而目标平均有效压力PE则不低于一上临界线PEH。上临界线PEH是从下极限值RPML向上朝上极限值RPMH倾斜。更具体地说，工作区域C指示了发动机1处于高载工况。因此，在工作区域C，驾驶员需要车辆加速的感觉最强烈，也就是说，发动机1需要有一增大的输出扭矩。
在图14中，工作区域B表示这样一个范围，在其中，发动机速度NE不高于上极限值RPMH，而目标有效压力PE则处于上临界线PEH和下临界线PEL之间。工作区域A表示这样一个范围，即，发动机速度NE低于上极限值RPMH，而目标平均有效压力PE则低于下临界线PEL。还有，工作区域D表示这样一个范围，即，发动机速度NE不低于上极限值RPMH，并在同一方向上，下临界线PEL的倾斜度大于上临界线PEH。
在等式(2)中设定了经验修正值G，以便限制或减小相应于壁温TCW之增长的修正值Θ2。当发动机1经受稳定工况、处于工作区域A、并且壁温TCW保持相对较低的值时，经验修正值G随时间的增加而逐渐朝其最大值1增长。另一方面当发动机经受稳定工况、处于工作区域A和D以外其它区域、并且壁温TCW保持为相对较高的值时，经验修正值G随时间的增加而逐渐朝其最小值0变化。此外，当发动机1处于工作区域D工作时，经验修正值G被重新设定为最小值0。
经验修正值G还与壁温TCW有关。更具体地说，当发动机1在除了工作区域A和D以外其它工作区域内经受了高负载的工作而使壁温TCW升高之后，处于工作区域A内工作时，会使壁温TCW从高温降下来。经验修正值G以相应于壁温TCW降低的速率的一个增加速率而从最小的值0变化到最大的1。
发动机1在工作区域A工作而使壁温TCW降低之后，当在除了工作区域A和D以外的其它任何工作区域内并在高负载下工作时，使壁温TCW由低到高。经验修正值G以相应于壁温TCW升高的速率的一个下降的速率而从最大值1降到最小值0。设定G的降低速率高于其升高速率。例如，可将经验修正值G从最小值0变到最大值1所需的时间调整为70到90秒，而将G从最大值1变动到最小值0所需的时间调整为20到30秒。
经验修正值G储存在ECU 70的RAM中，并且根据发动机1在每个工作区域的停留以及发动机工作区域的变化方向在需要时加以修正。因此，当发动机1在工作区域C工作时，指示了发动机1过去工作状态的经验修正值G在根据等式(2)计算出来的实际点火时间Θ中被反映出来。
下面是对点火时间控制之变化形式的具体描述。
当驾驶员转动点火钥匙以起动发动机1时，ECU 70首先读取发动机速度NE和目标平均有效压力PE，它们表示出负载数据。在发动机速度NE和目标平均有效压力PE的基础上，ECU 70在图14所示的区域之间判别现在的发动机工作区域。
当发动机1处于工作区域A时，可根据等式(3)计算出实际点火时间Θ，而经验修正值G则根据发动机1在区域A中的停留逐渐变动到最大值1。
当发动机1处于工作区域B(中载区域)时，与上述处于工作区域A的情况相同，ECU 70以相同的方式根据等式(3)算出实际点火时间Θ。在这种情况下，经验修正值G根据发动机1在工作区域B中的停留而逐渐变动到最小值0。
发动机1的工况处于工作区域B，意味着驾驶员需要车辆加速。然而，当发动机1处于工作区域B时，实际点火时间是根据等式(3)计算出来的，所以不能对提前量进行修正。当发动机1处于工作区域B时，只要调节进气调节机构(包括节气阀、空气旁通阀等)的开度，不必进行提前修正，就可以使发动机1产生所需的输出功率。
当发动机1处于工作区域C时，ECU 70推断发动机正处于加速区域。在这种情况下，实际点火时间Θ是根据等式(2)计算出来的。因此，实际点火时间Θ可根据点火时间修正值Θ2与经验修正值G的相乘的结果来提前。还有，在这种情况下，经验修正值G是根据发动机1在工作区域C的停留而逐渐变动到最小值0。于是，实际点火时间的提前量随时间的流逝而减小。
当发动机1处于工作区域D时，实际点火时间是根据等式(3)计算出来的，而经验修正值G被重新设定成最小值0。要重新设定G是因为当发动机1处于工作区域D时，壁温的升高不能被推算出来。
随后，ECU 70根据为每个工作区域计算出来的实际点火时间Θ来驱动点火线圈19，使点火线圈19对火花塞3产生高压电，从而点燃气缸6中的空气-燃油混合物。
下面将描述发动机的工作区域发生变动的情况。
假设发动机1在工作区域B或C连续地运转，经验修正值被逐渐降低到最小值0。此外，假设发动机1暂时从工作区域B或C进行到区域A，随后再从区域A进行到区域C。在这种情况下，发动机1在工作区域A停留的时间是如此之短，以致经验修正值G几乎没有向最大值1变动，而处于最小值0附近。因此，即使当发动机1处于工作区域C时根据等式(2)算出实际点火时间Θ，由于等式(2)右边的第二项非常地小，所以实际点火时间的提前量几乎没有得到修正。这是因为发动机1在工作区域A停留的时间过短，壁温TCW还没有降低到让人满意的程度。在这种情形下，如果在工作区域C对实际点火时间进行提前量的修正，发动机1就可能发生爆震。
此外，假设发动机1处于工作区域A，而经验修正值G处于最大值1。还假设发动机1然后从工作区域A进行到工作区域B，并在工作区域B停留很长时间后进行到工作区域C。在这种情况下，经验修正值G变到，或者是接近于最小值0。因此，即使发动机1处于工作区域C，实际上也不能对实际点火时间Θ进行提前量的修正。这是因为发动机1在区域B停留的时间过长，使壁温TCW太高。如果在这种情形下对实际点火时间Θ加以提前量修正，发动机1就可能发生爆震。
此外，假设发动机1从工作区域A、B或C进行到工作区域D，接着再进行到工作区域C。在这种情况下，经验修正值G被重新设定为最小值0，这样就不能对实际点火时间Θ的提前量进行修正。这是因为当发动机1在工作区域D内运转时，不能推定壁温的增长程度。于是就可以避免因为对实际点火时间Θ进行正的提前修正而产生发动机1的爆震现象。
下面将结合图15示出的流程图来详细描述前述的点火时间控制。
ECU 70读取发动机1的目标平均有效压力(负载)PE、发动机速度NE、以及经验修正值G(步骤S71)。接着，ECU 70确定发动机速度NE是否低于上极限值RPMH(步骤S73)。如果在该步骤判断的结果为“是”，那么，当发动机1在工作区D时，把经验修正值G重新设定为最小值0(步骤S75)。随后，ECU 70根据等式(3)计算出实际点火时间Θ(步骤S93)。在这种情况下，不对实际点火时间进行提前量校正，而根据计算出来的实际点火时间Θ来驱动点火线圈19(步骤S95)，使点火线圈19点燃火花塞3。
如果在步骤S73判断的结果为“否”，ECU 70便会确定发动机1是否处于工作区域C(高负载工作状态)(步骤S77)。如果在该步骤判断的结果为“是”，那么就使计时器TA和TB停止和归零，同时使计时器TC开始工作(步骤S79)。计时器TA、TB和TC是用来当发动机1处于工作区域A、B或C时，为经验修正值G设定一修正周期的。
每当计时器TC增加某一给定的时间ΔTC时，执行下一个步骤或步骤S81。由于在这种方式下执行步骤S81，现时的经验修正值G1会增加ΔG。随后，在步骤S93和S95，根据等式(2)算出实际点火时间Θ，使点火线圈19点燃火花塞3。
由于步骤81是随时间重复执行的，所以经验修正值G会以每次ΔG的速度朝最小值0降低。因此，用于实际点火时间Θ的提前侧修正角(经验修正值G和点火时间修正值Θ2的乘积)也逐渐降低为0。
如果在步骤S77的判断结果是“否”，也就是说，当发动机1不处在工作区域C时，ECU 70会停止计时器TC的工作，并将其值归零(步骤S83)。随后，ECU70确定发动机1是否处于工作区域A(步骤S85)。如果在该步骤判断的结果是“否”，也就是说，当发动机1处于工作区域B时，ECU 70会停止计时器TA的工作，并将其值归零，另一方面使计时器TB开始工作(步骤S91)。
每当计时器TB增加某一给定的时间ΔTB(＞ΔTC)时，执行下一个步骤或步骤S82。由于在这种方式下执行步骤S82，现时的经验修正值G1会减少ΔG。随后，在步骤S93和S95，根据等式(3)算出实际点火时间Θ，使点火线圈19点燃火花塞3。
由于步骤S82是随时间重复执行的，所以经验修正值G1也会以每次ΔG的速度朝最小值0降低。在这种情况下，由于给定时间ΔTB大于ΔTC，所以经验修正值G的减少速度低于当发动机1处于工作区域C时的情况。当发动机1处于工作区域B时，没有执行对实际点火时间Θ的提前修正。
如果在步骤S85判断的结果是“是”，也就是说，当发动机1处于工作区域A时，ECU 70会驱动计时器TA，同时停止计时器TB的工作，并将其值归零(步骤S87)。
每当计时器TA增加某一给定的时间ΔTA(＞ΔTB)时，执行下一个步骤或步骤S89。由于在这种方式下执行步骤S89，现时的经验修正值G1会增加ΔG。随后，在步骤S93和S95，根据等式(3)算出实际点火时间Θ，使点火线圈19点燃火花塞3。
由于步骤S89是随时间重复执行的，所以经验修正值G1也会以每次ΔG的速度朝最大值1增加。在这种情况下，由于给定时间ΔTA大于ΔTB，所以经验修正值G的增长速度低于当发动机1处于工作区域B时G的下降速度。当发动机1处于工作区域A时，没有对实际点火时间Θ的提前进行修正。
可以预先设置用于设定实际点火时间Θ的图形，而不是根据等式(2)或(3)来计算实际点火时间Θ。在这种情况下，ECU 70可根据经验修正值G从图形中读取实际点火时间Θ。在这种情况下，经验修正值G还具有一种特性，即，用于实际点火时间Θ的提前修正量降低的速度高于提前修正量增加时的速度。于是，经验修正值G从最大值1降低到最小值0速度要高于经验修正值G从最小值0升高到最大值1的速度。
经验修正值G降低的速度可以是恒定的。然而，发动机1的负载越高，壁温TCW就越高。因此，与发动机1处于工作区域B时相比，建议当发动机1处于工作区域C时用比较大的速度来降低经验修正值G。
当发动机1处于工作区域D时，如同其在工作区域B和C的情况一样，经验修正值G可根据发动机1的停留时间而逐渐降低，而不是重新被设定为最小值0，在这种情况下，最好是把G值下降的速度设定成高于工作区域B和C的情况。
此外，ECU 70可设定经验修正值G，以便在发动机停止(或钥匙关闭)后能和壁温TCW的最小值相对应。更具体地说，与发动机处于工作区域A的情况相同，ECU 70可使经验修正值G在发动机1停止之后，逐渐从最小值0变到最大值1。
当发动机1在停止某段周期后重新起动时，经验修正值G被设定成或接近于最大值1。如果发动机1在重新起动之后立即进行到工作区域C时，也就是说，当发动机负载突然增加时，用于实际点火时间Θ的提前侧修正角是一个非常大的值，因此发动机1可产生较高的输出功率。
如果采用经验修正值G对实际点火时间进行提前控制，控制系统的配置可以非常简单。在这种情况下，对提前点火的提前控制还需正确地考虑发动机1的工况变动。因此，在因车辆加速而经历的高负载发动机工况的过程中，可在不导致发动机爆震的情况下，确实地使点火时间提前，因此可提高发动机的输出功率。
本发明并不限于直接缸内喷油型的四缸汽油发动机，也可以将它用于单缸型、V型六缸型、以及其它各种气缸的数量和配置不同的发动机、以及采用汽油以外其它燃料(例如甲醇)的发动机。
如图4所示，如果把一个温度传感器(例如热偶型的)100连接于气缸壁，它可以直接测出壁温TCW。
发动机速度的改变速率还可以确定发动机1是否处于加速区域。
可在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对控制系统的特定安排和控制程序加以改进。例如，可以从采用发动机速度NE为参数的图形中获得提前控制时间tx。在这种情况下，如果发动机速度NE达到或超过某一预定值，就可以把提前控制时间设定为一固定值。
还有，当在一发动机工作区域内探测到或推算到发动机1进行加速时，可以把实际点火时间提前一段时间，以使壁温TCW降低。在这种情况下，可以把用于实际点火时间的提前侧修正角设定为一固定值，这样可以进一步简化控制系统。

Claims (32)

1.一种用于缸内喷射型内燃机的点火时间控制装置，所述发动机包括一燃烧室和一点火装置，燃油直接喷入所述燃烧室，所述点火装置用于点燃喷入燃烧室内的燃油，所述点火时间控制装置包括：
判别装置，它用于判别发动机工作状态；
确定装置，它至少根据发动机的负载和发动机的速度来确定所述点火装置的点火时间；
其特征在于，所述确定装置包括：
判断装置，它用于判断安装了所述发动机的车辆是否被要求加速；
探测装置，它用于探测与燃烧室的壁温和与该壁温相关的参数相对应的壁温变量；以及
修正装置，它用于紧接在所述判断装置判断出所述车辆已经被要求加速之后的某一时间周期内根据壁温变量在提前侧修正所确定的点火时间。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述判别装置推断出发动机紧接在转换成加速状态之前的那一工作状态是一个高负载的状态时，所述修正装置会限制或暂停在提前侧对所确定的点火时间进行修正。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当发动机的输出控制元件在加速侧上以等于或高于某一预定速度的速度被驱动，并且当发动机处于一个取决于发动机负载和速度、代表了发动机的某一加速区域的发动机工作状态的时候，所述判别装置可推断出发动机的工作状态已经转换成加速的工作状态。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述判别装置可设定一个适于发动机稳定工作状态的基本点火时间，其中所述修正装置包括：存储装置，它至少根据发动机的负载条件来储存至少一个修正值；以及改进装置，它根据由所述探测装置探测到的壁温变量来改进所述至少一个修正值，所述修正装置根据发动机的负载情况，从所述存储装置中读取所述至少一个修正值，通过所述改进装置而对所述至少一个读取的修正值加以改进，并且根据所述至少个改进后的修正值来修正基本点火时间。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当在所述修正过程中发动机负载情况改变时，所述修正装置暂停对基本点火时间的修正，在改变之后，它根据最新的发动机负载情况，重新为基本点火时间设置一个提前侧修正值，并且根据所述新设定的值来修正基本点火时间。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述确定装置至少根据发动机的负载和速度来确定最佳点火时间，以获得最佳的发动机输出功率，当发动机的负载不低于预定的负载并且当由所述探测装置探测到的壁温变量值低于稳定的壁温时，所述修正装置在提前侧对最佳点火时间加以修正，所述稳定的壁温可以是当发动机的负载不低于所述预定负载时稳定地获得。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述判别装置推断出发动机的工作状态已转换成加速工作状态而且处于高负载工作区域的时候，所述修正装置在提前侧对最佳点火时间加以修正。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述探测装置可探测到发动机的输出控制元件的控制变量和发动机速度，并且可根据探测到的控制变量和发动机速度来推算壁温变量。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当发动机起动时，所述探测装置可探测发动机的冷却水的温度，并且根据探测到的冷却水温推算壁温变量。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述判别装置可根据发动机速度和负载来选择至少一个预定的发动机工作区域，所述探测装置可探测发动机在所述选定的工作区域内所持续的时间周期，并把它作为壁温变量，而所述修正装置则根据探测到的持续时间在提前侧对点火时间加以修正。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述至少一个预定的发动机工作区域包括一特定的高负载发动机工作区域。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述修正装置包括：存储装置，它用来储存至少一个用于点火时间的提前侧修正值，所述提前侧修正值至少是根据发动机的负载而设定的；以及经验装置，它根据探测到的持续时间来为提前侧的修正值设定一经验修正值，所述经验修正值可确定所述至少一个提前侧修正值对点火时间的反映程度，所述修正装置可从存储装置中读取一与发动机负载相对应的至少一个提前侧修正值，并且根据至少一个读取的修正值和所述经验修正值来修正提前侧的点火时间。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述至少一个预定的发动机工作区域包括一高负载的发动机工作区域，而所述经验装置可在一个方向上以预定的降速来改变经验修正值，这样就可以在发动机处于高负载工作区域时减小所述至少一个提前侧修正值的反映程度，所述经验装置还可在一个方向上以预定的增速来改变经验修正值，这样就可以在发动机处于除了高负载工作区域以外其它工作区域时增加所述至少一个提前侧修正值的反映程度。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述经验修正值的降低速率高于经验修正值的增高速率。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述探测装置包括一温度传感器，它可直接探测作为壁温变量的燃烧室的壁温。
16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述确定装置可根据发动机的负载、发动机的速度以及探测到的壁温变量来确定所述点火装置的最佳点火时间；
所述判断装置可判别发动机的负载情况；以及
所述修正装置可在发动机的负载急剧增加的发动机过渡状态下为某一周期的时间在提前侧修正最佳的点火时间。
17.一种用于缸内喷射型内燃机的点火时间控制的方法，所述发动机包括一燃烧室和一点火装置，燃油直接喷入所述燃烧室，所述点火装置用于点燃喷入燃烧室内的燃油，所述方法包括如下步骤：
判别发动机工作状态；
至少根据发动机的负载和发动机的速度来确定点火时间；
其特征在于，所述确定步骤包括：
判断安装了所述发动机的车辆是否被要求加速；
紧接在所述判断装置判断出所述车辆已经被要求加速之后的某一时间周期内，根据壁温变量在提前侧修正所确定的点火时间。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，当发动机紧接在转换成加速状态之前的那一工作状态是一个高负载的状态时，所述在提前侧对点火时间的修正会受到限制或暂停。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，当发动机的一输出控制元件在加速侧上以等于或高于某一预定速度的速度被驱动，并且当发动机处于一个取决于发动机负载和速度、代表了发动机的某一加速区域的发动机工作状态的时候，在所述判别步骤可推断出发动机的工作状态已经转换成加速的工作状态。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述确定步骤可设定一个适于发动机之稳定工作状态的基本点火时间，所述修正步骤包括下列步骤：从所述存储装置读取至少一个提前侧修正值，所述存储装置至少根据发动机的负载条件来储存至少一个提前侧修正值；根据壁温变量来改进所述至少一个提前侧修正值；以及根据至少一个改进后的修正值来修正基本点火时间。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述修正步骤还包括下列步骤：当在修正的过程中发动机负载情况发生改变时，暂停对基本点火时间的修正；在改变之后，根据最新的发动机负载情况，重新为基本点火时间设定一修正值；限据该新设置的修正值，在提前侧对基本点火时间加以修正。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述确定步骤，至少根据发动机的负载和速度来确定最佳点火时间，以获得最大的发动机输出功率，在所述修正步骤，当发动机在预定的或较高的负载下工作并且当探测到的壁温变量值低于一稳定的壁温时，在提前侧对最佳点火时间加以修正，所述稳定的壁温可以是当发动机的负载不低于所述预定负载时稳定地获得。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，当所述判别步骤推断发动机的工作状态已转换成加速工作状态而且处于特定的高负载工作区域的时候，所述修正步骤在提前侧对最佳点火时间加以修正。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述探测步骤可根据发动机的输出控制元件的控制变量和发动机速度，推算所述壁温变量。
25.如权利要求17所述的方法，其特征在于，当发动机起动时，所述探测步骤可根据发动机的冷却水温度来推算所述壁温变量。
26.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述判别步骤包括下列步骤：根据发动机速度和负载来选择至少一个预定的发动机工作区域，所述探测步骤可探测发动机在所述选定的工作区域内所持续的时间周期，并把它作为壁温变量，而所述修正步骤可根据探测到的持续时间在提前侧对点火时间加以修正。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述至少一个预定工作区域包括一特定的高负载的发动机工作区域。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述修正步骤包括下列步骤：从所述存储装置读取至少一个用于点火时间的提前侧修正值，所述存储装置存有一至少是根据发动机的负载条件而设定的提前侧修正值；根据探测到的持续时间来为至少一个提前侧的修正值设定一经验修正值，所述经验修正值可确定至少一个提前侧修正值对点火时间的反映程度；以及，所述修正步骤根据从所述存储装置读取的至少一个提前侧修正值和设定的经验修正值来修正提前侧的点火时间。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述至少一个预定的工作区域包括一高负载的发动机工作区域，而所述经验修正值可在一个方向上以预定的降速来改变，这样就可以在发动机处于高负载工作区域时减小至少一个提前侧修正值的反映程度，所述经验修正值还可在一个方向上以预定的增速来改变，这样就可以在发动机处于除了高负载工作区域以外其它工作区域时增加至少一个提前侧修正值的反映程度。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述经验修正值的降低速率高于经验修正值的增高速率。
31.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述壁温变量表示的是通过一温度传感器直接从燃烧室探测到的壁温。
32.如权利要求17所述的方法，其特征在于，
所述确定步骤是根据发动机的负载、发动机的速度以及探测到的壁温变量来确定点火装置的最佳点火时间；
所述判断步骤可判别发动机的负载情况；
所述修正步骤可在发动机的负载急剧增加的发动机过渡状态下为某一周期的时间在提前侧修正最佳的点火时间。
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