CN105051355B - 内燃机的控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

相对于理论空燃比区域A1与输出空燃比区域A2之间的边界L1，缸内喷射用燃料喷射阀(8)的最大喷射量能够覆盖至线L2为止的区域，理论空燃比区域A1利用缸内喷射进行运转。进气口喷射用燃料喷射阀(41)的喷射和停止的切换线L3设定在2个边界线L1、L2的中间，在与其相比的高速高负载侧，进气口喷射用燃料喷射阀追加地进行燃料喷射。进气口喷射的喷射和停止的切换在仅利用缸内喷射成为输出空燃比的条件下进行，因而总燃料量的增减不会对扭矩产生影响，扭矩阶差较少。

Description

内燃机的控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机的控制装置以及控制方法，该内燃机具备向进气口喷射燃料的进气口喷射用燃料喷射阀、以及向燃烧室喷射燃料的缸内喷射用燃料喷射阀，该内燃机的控制装置以及控制方法根据内燃机运转条件进行其中一方燃料喷射阀的喷射和停止的切换。

背景技术

专利文献1中记载了一种内燃机，该内燃机具备燃料喷射装置，该燃料喷射装置具备向进气口喷射燃料的进气口喷射用燃料喷射阀、以及向燃烧室内直接喷射燃料的缸内喷射用燃料喷射阀，根据内燃机运转条件适当地进行切换而使用。在该专利文献1中，将根据内燃机的负载和转速确定的运转区域分为3个区域，即，低速低负载侧的分层稀薄燃烧区域、中速中负载的均质稀薄燃烧区域、以及高速高负载侧的均质按化学计量燃烧区域，在分层稀薄燃烧区域中进行使用缸内喷射用燃料喷射阀的缸内喷射，在均质稀薄燃烧区域中进行使用进气口喷射用燃料喷射阀的进气口喷射，在均质按化学计量燃烧区域中进行使用这两个燃料喷射阀的燃料喷射。

在此，专利文献1涉及点火定时控制，该控制根据进气口喷射与缸内喷射的燃料喷射量的比率，进行点火定时的校正，在与喷射量比率的变更相伴随的适当点火定时的变化量大于或等于规定量时，对喷射量比率的变更幅度进行限制。即，即使在目标的喷射量比率例如从0％变化为100％的情况下，也阶段性地进行实际的喷射量比率的变更。

如上所述，在专利文献1的技术中，例如，在通过来自一方燃料喷射阀的燃料喷射进行运转的过程中，随着内燃机运转条件的变化而开始进行在此之前处于停止状态的另一方燃料喷射阀的燃料喷射时，从少量的燃料喷射起开始，从而使喷射量比率逐渐地变化。但是，对于响应于驱动脉冲信号而进行打开动作的燃料喷射阀，规定能够由驱动脉冲信号测量的最小燃料喷射量，无法喷射比该最小燃料喷射量更少量的燃料。

因此，即使想要在一方燃料喷射阀的燃料喷射过程中从极少量起开始另一方燃料喷射阀的喷射，也无法避免与上述最小燃料喷射量相当的燃料量阶梯式地增减。此外，由于在进气口喷射和缸内喷射中，燃料到达燃烧室的输送延迟存在差异，所以很难通过一方燃料喷射阀的喷射量抵消上述最小燃料喷射量的阶梯式的增减。

专利文献1：日本特开2006－57594号公报

发明内容

本发明是一种内燃机的控制装置，该内燃机具备向进气口喷射燃料的进气口喷射用燃料喷射阀、以及向燃烧室喷射燃料的缸内喷射用燃料喷射阀，将一方的燃料喷射阀作为主燃料喷射阀，将另一方的燃料喷射阀作为在特定的内燃机运转条件下辅助性地动作的副燃料喷射阀，根据内燃机运转条件进行所述副燃料喷射阀的喷射和停止的切换，在该内燃机的控制装置中，在利用所述主燃料喷射阀的燃料喷射量得到的空燃比与理论空燃比相比更浓的条件下，进行所述副燃料喷射阀的喷射和停止的切换。

例如，在利用主燃料喷射阀的燃料喷射进行的内燃机运转过程中开始副燃料喷射阀的喷射时，如果利用主燃料喷射阀的燃料喷射量，使空燃比变得比理论空燃比更浓，则即使总燃料量由于副燃料喷射阀的喷射开始(例如上述的最小燃料喷射量的喷射开始)而增加，也几乎不发生扭矩的增加。即，在空燃比已经过浓的状态下，产生的扭矩依赖于缸内的空气量，因而虽然利用总燃料量的增加使空燃比变得更浓，由汽化热产生的所谓燃料冷却作用增大，但扭矩几乎不增加。因此，不会给驾驶员带来扭矩阶差感。

在从利用主燃料喷射阀和副燃料喷射阀这两者进行燃料喷射的状态起，使副燃料喷射阀的喷射停止的情况下，也是同样的，如果由主燃料喷射阀的燃料喷射量产生的空燃比(换言之，副燃料喷射阀停止后的空燃比)是比理论空燃比浓的空燃比，则例如即使阶梯式地减少与副燃料喷射阀的最小燃料喷射量相当的燃料量，扭矩也几乎不会减少。因此，不会给驾驶员带来扭矩阶差感。

根据本发明，副燃料喷射阀的喷射的开始或停止时的扭矩的增减得到抑制，不会给驾驶员带来与切换相伴的扭矩阶差感。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例所涉及的控制装置的系统结构的结构说明图。

图2是表示实施例的内燃机的运转区域中的进气口喷射用燃料喷射阀的喷射和停止的切换线的特性图。

图3是说明与横穿切换线相伴的切换的时序图。

图4是说明与理论空燃比区域中的进气口喷射用燃料喷射阀的切换要求相伴的切换的时序图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明的一个实施例详细进行说明。

图1表示本发明所适用的汽车用内燃机1的系统结构。该内燃机1是具备可变压缩比机构2的4冲程循环的带有涡轮增压器的火花点火式内燃机，该可变压缩比机构2例如利用了多连杆式活塞曲轴机构，在燃烧室3的顶壁面上，配置有一对进气阀4以及一对排气阀5，并且在由上述进气阀4以及排气阀5所包围的中央部配置有火花塞6。

在由上述进气阀4开闭的进气口7的下方，配置有向燃烧室3内直接喷射燃料的缸内喷射用燃料喷射阀8。另外，在进气口7中，配置有朝向该进气口7内喷射燃料的进气口喷射用燃料喷射阀41。这些缸内喷射用燃料喷射阀8以及进气口喷射用燃料喷射阀41均是通过施加驱动脉冲信号而开闭的电磁式或压电式的喷射阀，喷射与驱动脉冲信号的脉冲宽度实质上成正比的量的燃料。

在与上述进气口7连接的进气通路18的集气部18a的上游侧，安装有通过来自发动机控制器9的控制信号对开度进行控制的电子控制型节流阀19，在该节流阀19的上游侧，配置有涡轮增压器的压缩机20。在该压缩机20的上游侧，配置有对进入空气量进行检测的空气流量计10。

另外，在与排气口11连接的排气通路12中，安装有由三元催化剂构成的催化剂装置13，在该催化剂装置13的上游侧，配置有检测空燃比的空燃比传感器14。

在上述发动机控制器9中，除了输入有上述空气流量计10、空燃比传感器14的检测信号以外，还输入有用于检测内燃机转速的曲轴角传感器15、检测冷却水温度的水温传感器16、检测由驾驶员操作的加速器踏板的踩踏量的加速器开度传感器17等传感器类部件的检测信号。发动机控制器9基于这些检测信号，最佳地控制燃料喷射阀8、41的燃料喷射量以及喷射定时、火花塞6的点火定时、节流阀19的开度等。

另一方面，可变压缩比机构2利用了公知的多连杆式活塞曲轴机构，以下述部件作为主体而构成：以自由旋转的方式支撑在曲轴21的曲轴销21a上的下连杆22；将该下连杆22的一端部的上部销23和活塞24的活塞销24a彼此连结的上连杆25；一端与下连杆22的另一端部的控制销26连结的控制连杆27；以及以可摆动的方式支撑该控制连杆27的另一端的控制轴28。上述曲轴21以及上述控制轴28在气缸体29下部的曲轴箱内经由未图示的轴承构造以自由旋转的方式被支撑。上述控制轴28具有位置随着该控制轴28的转动而发生变化的偏心轴部28a，详细地说，上述控制连杆27的端部以能够旋转的方式与该偏心轴部28a嵌合。在上述可变压缩比机构2中，活塞24的上止点位置随着控制轴28的转动而上下地位移，因此机械压缩比发生变化。

另外，作为对上述可变压缩比机构2的压缩比进行可变控制的驱动机构，在气缸体29的下部配置有具有与曲轴21平行的旋转中心轴的电动机31，减速器32以在轴向上串联排列的方式与该电动机31连接。作为该减速器32，使用减速比较大的例如波动齿轮机构，其减速器输出轴32a与电动机31的输出轴(未图示)位于同轴上。因此，减速器输出轴32a和控制轴28位于相互平行的位置，并通过中间连杆35将固定在减速器输出轴32a上的第1臂33和固定在控制轴28上的第2臂34彼此连结，以使得两者联动地转动。

即，如果电动机31旋转，则减速器输出轴32a的角度以利用减速器32进行了大幅减速的形式发生变化。该减速器输出轴32a的转动从第1臂33经由中间连杆35向第2臂34传递，控制轴28转动。由此，如上所述，内燃机1的机械压缩比变化。此外，在图示例中，第1臂33以及第2臂34在彼此相同的方向上延伸，因此，例如成为如果减速器输出轴32a向顺时针方向转动则控制轴28也向顺时针方向转动的关系，但也能够以向相反方向转动的方式构成连杆机构。

上述可变压缩比机构2的目标压缩比在发动机控制器9中基于内燃机运转条件(例如要求负载和内燃机转速)进行设定，对上述电动机31进行驱动控制以实现该目标压缩比。

此外，在本发明中，可变压缩比机构2不是必须的，也可以是固定压缩比内燃机。

图2以上述内燃机1的负载和转速为参数而示出内燃机1的运转区域，图中由符号L1示出的线表示运转区域A1与运转区域A2之间的边界，运转区域A1是目标空燃比为理论空燃比的运转区域，运转区域A2是目标空燃比为比理论空燃比更浓的所谓输出空燃比的高速高负载侧的运转区域。此外，在理论空燃比区域A1中，基本上，通过基于上述空燃比传感器14的检测信号的公知的空燃比反馈控制，将理论空燃比作为目标而控制燃料供给量。与此相对，输出空燃比区域A2基本上通过开环控制对燃料供给量进行控制。另外，在输出空燃比区域A2中，越是高速高负载侧，目标空燃比变得越浓。

在此，在本实施例中，将缸内喷射用燃料喷射阀8作为主燃料喷射阀使用，在包含运转区域A1、A2双方在内的整个区域中，对缸内喷射用燃料喷射阀8进行驱动。与此相对，将进气口喷射用燃料喷射阀41用作在特定的运转条件时辅助性地动作的副燃料喷射阀而安排位置。即，在理论空燃比区域A1中，基本上仅利用作为主燃料喷射阀的缸内喷射用燃料喷射阀8，喷射供给所需的全部量的燃料，作为副燃料喷射阀的进气口喷射用燃料喷射阀41被停止。但是，在每单位时间所需的燃料量较大(换言之，每单位时间的空气量较大)的高速高负载区域中，仅利用缸内喷射用燃料喷射阀8无法供给所需的燃料量，额外需要由进气口喷射用燃料喷射阀41进行的燃料供给。

图2中由符号L2示出的线表示与作为主燃料喷射阀的缸内喷射用燃料喷射阀8的最大喷射量相对应的运转条件，如图所示，包含了理论空燃比区域A1的整个区域以及输出空燃比区域A2中的低速低负载侧的一部分区域。因此，在这些运转区域中，仅利用缸内喷射用燃料喷射阀8就能够提供所需的燃料量，但在与该线L2相比高速高负载侧，仅利用缸内喷射用燃料喷射阀8时燃料量变得不充分。因此，进行由作为副燃料喷射阀的进气口喷射用燃料喷射阀41进行的额外的燃料喷射，在本实施例中，如切换线L3所示，将进行该进气口喷射用燃料喷射阀41的喷射和停止的切换的边界，设定在上述2条边界线L1、L2的中间。即，切换线L3同理论空燃比区域A1与输出空燃比区域A2之间的边界线L1相比，位于高速高负载侧(即输出空燃比区域A2内)，并且同时，为了对缸内喷射用燃料喷射阀8的最大喷射量提供适当的富余，同与最大喷射量相当的边界线L2相比，设定在低速低负载侧。此外，在实际的控制的基础上，在进气口喷射用燃料喷射阀41的动作的开始时和停止时提供适当的迟滞，但在图2中，为了简化说明，开始时和停止时均作为1条切换线L3而进行图示。

在与上述切换线L3相比高速高负载侧的区域中，由缸内喷射用燃料喷射阀8供给的燃料量是恒定的，相对于所需燃料量的不足部分从进气口喷射用燃料喷射阀41进行喷射供给。

图3示出由于驾驶员的加速/减速操作而使内燃机运转条件横穿上述切换线L3，进行进气口喷射用燃料喷射阀41的喷射的开始及停止的情况下的时序图。此外，包含图3在内，各图中的“GDI”代表由缸内喷射用燃料喷射阀8进行的缸内喷射，“MPI”代表由进气口喷射用燃料喷射阀41进行的进气口喷射。

该时序图的前半部分示出内燃机的要求扭矩由于驾驶员的加速操作而不断上升的状态，到时间t1为止，内燃机运转条件位于理论空燃比区域A1内。因此，缸内喷射用燃料喷射阀8的喷射量不断增加，但以理论空燃比为1时的燃料增加率保持为1。在时间t1时，横穿图2所示的边界线L1，从理论空燃比区域A1转换至输出空燃比区域A2。因此，在此之后，缸内喷射用燃料喷射阀8的喷射量增加，并且燃料增加率不断逐渐增加。并且，作为在时间t2时横穿切换线L3的结果，开始进行由进气口喷射用燃料喷射阀41进行的燃料喷射。同时，缸内喷射用燃料喷射阀8的喷射量的增加停止。此时，进气口喷射用燃料喷射阀41以最少的喷射量开始进行燃料喷射，但如前所述，燃料喷射阀41具有固有的最小燃料喷射量，因此，在开始后立即至少进行该最小燃料喷射量的燃料供给。因此，如果从该进气口喷射用燃料喷射阀41向进气口7喷射的燃料到达燃烧室3，则总燃料量阶梯式地增加。

但是，在如上述所示开始进行进气口喷射用燃料喷射阀41的燃料喷射时，内燃机运转条件位于输出空燃比区域A2内，仅利用缸内喷射用燃料喷射阀8已经成为比理论空燃比更浓的输出空燃比，因此即使总燃料量阶梯式地增加，扭矩增加也几乎不发生。如前所述，在空燃比已经过浓的状态下，发生的扭矩依赖于缸内的空气量，因而虽然利用总燃料量的增加使空燃比变得更浓，由汽化热产生的所谓的燃料冷却作用增大，但扭矩几乎不增加。因此，不会给驾驶员带来扭矩阶差感。

在图示例子中，从时间t2至时间t3进一步继续加速操作，因此随着要求扭矩的增加，进气口喷射用燃料喷射阀41的喷射量不断增加。

在时间t3时加速结束，从时间t4起变为减速操作。伴随着该减速操作，从时间t4至时间t5，进气口喷射用燃料喷射阀41的喷射量逐渐减少。缸内喷射用燃料喷射阀8的喷射量恒定。在时间t5时，内燃机运转条件横穿切换线L3，因此由进气口喷射用燃料喷射阀41进行的燃料喷射停止。此时，至少相当于最小燃料喷射量的燃料量仍然阶梯式地减少，但与上述喷射开始时相同地，仅利用缸内喷射用燃料喷射阀8就成为比理论空燃比更浓的输出空燃比，因此扭矩的减少较少，不会给驾驶员带来扭矩阶差感。

总之，如图3的最下层所示，在利用作为主燃料喷射阀的缸内喷射用燃料喷射阀8进行燃料增加的期间内，执行进气口喷射用燃料喷射阀41的喷射和停止的切换。由此，相对于至少相当于最小燃料喷射量的燃料量的阶梯式的增减，扭矩的敏感度变低，能够抑制扭矩阶差感。

如上述所示，在上述实施例中，将缸内喷射用燃料喷射阀8作为主燃料喷射阀，在其喷射量变得不充分的高速高负载区域中，利用进气口喷射用燃料喷射阀41对燃料量进行补充，因而对于由增压产生的空气量(进而要求燃料量)的大范围的变化，能够使用容量较小的缸内喷射用燃料喷射阀8，例如空闲时等情况下的喷射量控制变得容易。另外，作为进气口喷射用燃料喷射阀41，能够使用最小燃料喷射量较大的燃料喷射阀。

下面，使用图4的时序图对下述情况下的处理进行说明，即，在上述理论空燃比区域A1内进行运转的过程中，由于燃烧方式的变更等，从仅利用缸内喷射用燃料喷射阀8的燃料喷射，向利用缸内喷射用燃料喷射阀8和进气口喷射用燃料喷射阀41这双方的燃料喷射进行切换。

在此，假设与驾驶员的加速/减速操作无关地进行燃料喷射的方式的切换，因此空气量恒定。如图4所示，在理论空燃比区域A1内进行切换的情况下，为了切换而进行燃料增加，在将空燃比设为比理论空燃比更浓的空燃比的状况下执行切换。

即，在图4的时间t1之前，进行仅利用缸内喷射用燃料喷射阀8设为理论空燃比的运转，进气口喷射用燃料喷射阀41停止。在时间t1时，要求进气口喷射用燃料喷射阀41进行动作的触发信号变为ON，但此时并不直接进行切换，而是进行缸内喷射用燃料喷射阀8的喷射量的增加，将空燃比设为浓空燃比。另外，与燃料增加相配合而延迟点火定时，抑制与浓空燃比化相伴的扭矩的增加。并且，在空燃比变得浓至规定水平AF1的时间t2时，开始执行切换，即开始进行进气口喷射用燃料喷射阀41的喷射。此时，如前所述，从进气口喷射用燃料喷射阀41至少喷射最小燃料喷射量的燃料，但由于已经变为过浓的空燃比，因此与总燃料量的阶梯式的增加相伴的扭矩阶差比较小。在进气口喷射用燃料喷射阀41的喷射开始后，缸内喷射用燃料喷射阀8的喷射量变少，在时间t4～t5之间，基于空燃比传感器14的检测信号对缸内喷射用燃料喷射阀8和进气口喷射用燃料喷射阀41中的至少一方的喷射量进行反馈控制，以使得成为适当的分担率，同时通过这两者的燃料喷射维持为理论空燃比。此外，在时间t4～t5期间内，可以通过开环控制维持理论空燃比。

点火定时在时间t1～t2期间内以与燃料增加(浓空燃比化)对应的方式逐渐延迟，但在空燃比变得比规定水平AF1更浓的时间t2～t3期间，几乎不产生与总燃料量的增加相伴的扭矩的增加，因而点火定时变为恒定。并且，在空燃比变得比规定水平AF1更接近理论空燃比的时间t3～t4期间，与燃料增加率的降低相伴而扭矩不断降低，因此为了抵消这种降低，将在此之前进行了延迟的点火定时不断提前。在时间t4及其以后，恢复为与相当于理论空燃比的总燃料量相对应的点火定时，但在利用缸内喷射用燃料喷射阀8的缸内喷射时和利用进气口喷射用燃料喷射阀41的进气口喷射时，最佳点火定时不同，因此与时间t1以前的点火定时ADV0相比，稍微变为滞后侧。

时间t5及其以后示出使进气口喷射用燃料喷射阀41的喷射停止而返回仅利用缸内喷射用燃料喷射阀8的运转的过程，在时间t5时，进气口喷射用燃料喷射阀41的喷射要求信号(触发信号)变为OFF后，在实际的切换之前，进行利用缸内喷射用燃料喷射阀8的燃料增加，进行浓空燃比化。此时，进行燃料增加，以使得至少仅利用缸内喷射用燃料喷射阀8的喷射量，变为比理论空燃比更浓的空燃比(规定水平AF1)。另外，延迟点火定时，以使得抵消与浓空燃比化相伴的扭矩增加。此外，在时间t6～t7期间，基于与上述的时间t2～t3相同的理由，点火定时变为恒定。并且，在空燃比变得浓至如上所述水平的时间t7时，使进气口喷射用燃料喷射阀41停止。在总燃料量与该进气口喷射用燃料喷射阀41的停止相伴而阶梯式地减少时，空燃比也被维持为比理论空燃比更浓的空燃比(对扭矩的影响少的大于或等于规定水平AF1的浓空燃比状态)，因而与总燃料量的减少相伴的扭矩阶差比较小。在切换(进气口喷射用燃料喷射阀41的停止)之后，缸内喷射用燃料喷射阀8的喷射量逐渐减少，与此相配合，点火定时恢复为通常的点火定时。在时间t8及其以后，进行仅利用缸内喷射用燃料喷射阀8设为理论空燃比的运转。

如上述所示，即使在理论空燃比区域A1内进行运转的过程中对燃料喷射的方式进行切换的情况下，也能够抑制扭矩阶差而进行燃料喷射阀8、41的切换。

此外，时间t1～t4的期间以及时间t5～t8的期间的缸内喷射用燃料喷射阀8的喷射量的增减能够逐渐地进行，以使得不产生扭矩阶差感，因此，利用点火定时的延迟进行的扭矩调整并不是必须的。

另外，在图4的例子中，从仅利用缸内喷射用燃料喷射阀8的燃料喷射，切换为利用缸内喷射用燃料喷射阀8和进气口喷射用燃料喷射阀41这两者的燃料喷射，但也能够进一步转换为仅利用进气口喷射用燃料喷射阀41的燃料喷射。

Claims (6)

1.一种内燃机的控制装置，该内燃机具备向进气口喷射燃料的进气口喷射用燃料喷射阀、以及向燃烧室喷射燃料的缸内喷射用燃料喷射阀，该内燃机的控制装置将一方的燃料喷射阀作为主燃料喷射阀，将另一方的燃料喷射阀作为在特定的内燃机运转条件下辅助性地动作的副燃料喷射阀，根据内燃机运转条件进行所述副燃料喷射阀的喷射和停止的切换，

在该内燃机的控制装置中，

在利用所述主燃料喷射阀的燃料喷射量得到的空燃比与理论空燃比相比更浓的条件下，进行所述副燃料喷射阀的喷射和停止的切换，其中，该切换是为了切换仅利用所述主燃料喷射阀的燃料喷射和利用所述主燃料喷射阀和所述副燃料喷射阀这两者的燃料喷射而进行的。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，

在与下述运转区域之间的边界相比的高速高负载侧，进行所述副燃料喷射阀的喷射和停止的切换，其中，所述运转区域是内燃机的目标空燃比为比理论空燃比更浓的输出空燃比的运转区域、和目标空燃比为理论空燃比的运转区域。

3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，

在要求了所述副燃料喷射阀的喷射和停止的切换时，通过所述主燃料喷射阀的燃料喷射量的增加，使空燃比变得与理论空燃比相比更浓。

4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其中，

与所述燃料喷射量的增加同时地，进行点火定时的延迟。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的内燃机的控制装置，其中，

所述主燃料喷射阀在运转区域的整个区域中进行燃料喷射。

6.一种内燃机的控制方法，该内燃机具备向进气口喷射燃料的进气口喷射用燃料喷射阀、以及向燃烧室喷射燃料的缸内喷射用燃料喷射阀，该内燃机的控制方法将一方的燃料喷射阀作为主燃料喷射阀，将另一方的燃料喷射阀作为在特定的内燃机运转条件下辅助性地动作的副燃料喷射阀，根据内燃机运转条件进行所述副燃料喷射阀的喷射和停止的切换，

在该内燃机的控制方法中，

在利用所述主燃料喷射阀的燃料喷射量得到的空燃比与理论空燃比相比更浓的条件下，进行所述副燃料喷射阀的喷射和停止的切换，其中，该切换是为了切换仅利用所述主燃料喷射阀的燃料喷射和利用所述主燃料喷射阀和所述副燃料喷射阀这两者的燃料喷射而进行的。