CN105074179A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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CN105074179A CN201480009425.7A CN201480009425A CN105074179A CN 105074179 A CN105074179 A CN 105074179A CN 201480009425 A CN201480009425 A CN 201480009425A CN 105074179 A CN105074179 A CN 105074179A
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福田隆夫
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Abstract

本发明提供一种控制装置，通过抑制ECU的发热，不使用鼓风扇等新的冷却装置而能够防止ECU内的温度上升。在步骤(202)(S202)中计算开阀电压目标值(模块505)。开阀电压是燃料喷射阀开阀时对燃料喷射阀施加的电压。多段喷射次数越多，将开阀电压升压的机会越增加，开阀电压升压部越发热，ECU内温度过度上升，ECU内的电子零件可能误动作或故障。因此，在ECU内设置温度传感器且该ECU温度(500)较高的情况下，判断为开阀电压生成部发热，降低开阀电压目标值。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及控制向燃烧室内直接喷射燃料的燃料喷射阀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，汽车的排气、燃耗率规定变得严格。特别是在缸内喷射式内燃机中，吸气端口喷射式内燃机具有高输出、低燃耗率的优点，另一方面，由于粒径较大的燃料易于附着、残留在活塞的顶面或气缸内径的壁面，并且易于产生燃料与空气的混合状况不均匀的部分，而易于排出HC(烃)和微小的颗粒状物质，成为排气性能恶化的一个原因。
作为这种缸内喷射式内燃机的排气性能改善对策，在专利文献1中，公开了在内燃机的一个冲程中执行多次燃料喷射的多段喷射控制。根据该控制，能够减少燃烧室内的燃料附着量、提高混合气体的均匀度，预计改善排气性能。
另一方面，多段喷射存在控制装置(ECU)的发热增加的问题。在缸内喷射式内燃机中，已知了抵抗较高的燃料压力而打开燃料喷射阀，因此，将蓄电池电压升压并利用该升压电压(开阀电压)，但该开阀电压生成单元在升压时伴随着发热。当通过多段喷射而使得燃料喷射的机会增加时，升压机会也增加，更进一步发热。其结果，内置开阀电压生成单元的ECU内的温度过度上升，ECU内的电子零件可能误动作或故障。
因此，专利文献2中公开有一种技术，在ECU内的温度过度上升的情况下，利用鼓风扇冷却电子控制装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011－132898号公报
专利文献2：日本专利第4319710号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献2记载的技术中，需要新追加鼓风扇，导致成本增加。本发明是鉴于这种课题而研发的，提供一种控制装置，通过抑制ECU的发热，不使用鼓风扇等新的冷却装置而能够防止ECU内的温度上升。
用于解决课题的技术方案
为了解决所述课题，本发明提供一种缸内喷射式内燃机的控制装置，包括使蓄电池电压升压来生成升压电压的升压电路和通过向线圈施加所述蓄电池电压与所述升压电压来驱动燃料喷射阀的驱动电路，所述控制装置的特征在于，包括基于车辆的运转状态调整所述升压电路的目标升压电压的升压电压调整部。
发明效果
根据本发明，通过根据控制装置温度的实际测量值或推测值调整开阀电压的目标值，能够抑制ECU的发热，不使用鼓风扇等新的冷却装置而能够防止控制装置的温度上升。
附图说明
图1是内燃机的系统结构图。
图2是燃料喷射装置的电路结构图。
图3是表示燃料喷射控制的流程的图。
图4是燃料喷射控制的模块图。
图5是表示燃料喷射阀通电时间的修正的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一个实施方式进行说明。
实施例1
图1中表示本发明的内燃机系统结构图。本图表示内燃机11的剖面图。
吸入空气被节气门2调节吸入量。上述吸入空气利用空气流量计1计测吸入量，其信号发送至ECU(发动机控制单元)7。
然后，吸入空气通过进气门17进入内燃机的燃烧室12内，与从燃料喷射阀3喷射的燃料一起形成混合气体。上述燃料喷射阀3根据来自ECU7的信号进行开闭阀控制。
利用火花点火装置9将在燃烧室12内形成的燃料和吸入空气的混合气体点火。上述火花点火装置9根据来自ECU7的信号被点火控制。点火的混合气体通过燃烧、膨胀而下推活塞13。输出轴(曲轴)与上述活塞13连接，由于上述活塞13被下推而旋转，输出能量。
另外，在上述曲轴上具备用于检测该旋转角速度(发动机转速)和角度位置的曲柄角信号板5与曲柄角传感器6，来自上述曲柄角传感器6的信号被发送至ECU7。
另外，本系统中具备以下的传感器，均将信号发送至ECU7。燃料压力传感器4是用于计测至燃料喷射阀3的燃料供给通路14内的压力的传感器。水温传感器8是安装于内燃机11的冷却水通路的用于计测发动机的冷却水温度的传感器。ECU温度传感器19是安装于ECU7内部的用于计测ECU内部的温度的传感器。进气温度传感器20是用于测量进气温度(外气温度)的传感器。
接着，图2中表示燃料喷射装置的电路结构图。
具有向内燃机的燃烧室内喷射燃料的燃料喷射阀3，且具有驱动、控制燃料喷射阀3的ECU7。ECU7从蓄电池52接收电源供给。
在ECU7内部具备CPU104、燃料喷射阀驱动部115和开阀电压生成部116。CPU104进行以燃料喷射控制为首的内燃机整体的控制。燃料喷射阀驱动部115对燃料喷射阀3施加由开阀电压生成部116生成的开阀电压或蓄电池电压52，使其喷射燃料。
上述开阀电压是用于使燃料喷射阀3开阀的电压。上述开阀电压为了抵抗较高的燃料压力来打开阀体，需要比蓄电池电压高的电压。因此需要开阀电压生成部116。
接着，对开阀电压生成部116进行说明。开阀电压生成部116具备开阀电压目标值调整部114、开阀电压检测部(比较器)109和开阀电压升压部54的三个部分。由CPU104计算出的开阀电压目标值被发送至开阀电压目标值调整部114的开阀电压选择用开关驱动器108。利用开阀电压目标值调整部114将从CPU104输出的开阀电压目标值设定为用于判断有无开阀电压升压部54的升压动作的阈值。
接着，对开阀电压检测部(比较器)109进行说明。在开阀电压检测部(比较器)109中比较上述开阀电压目标值和开阀电压实际值。在上述开阀电压实际值不到上述开阀电压目标值的情况下，开阀电压升压部54对开阀电压进行升压使其接近上述开阀电压目标值。在开阀电压实际值比开阀电压目标值高的情况下，不进行开阀电压升压部54的升压，到通过燃料喷射阀3的燃料喷射使开阀电压实际值低于开阀电压目标值为止不进行任何动作。此外，在此表示开阀电压目标值为一个的情况，但不限于此。
接着，对上述开阀电压目标值调整部114的内部结构进行说明。在此，升压电压目标值作为一例，设为可从40V、60V、80V的3种选择的值。在由CPU104选择了40V的升压电压目标值的情况下，经由开阀电压选择用开关驱动器108将Sw5(升压电压40V用开关元件)设为接通(ON)，将Sw6(升压电压60V用开关元件)和Sw7(升压电压80V用开关元件)设为关断(OFF)。此时，升压电压40V用电阻110和分压用电阻113的比预先设定为16：1，分压用电阻113上游的电压在升压电压为40V时正好成为2.5V。同样，60V用电阻111和分压用电阻113的比预先设定为24：1，80V用电阻112和分压用电阻113的比预先设定为32：1。此外，为了满足开阀电压检测部(比较器)109的额定输入，本实施例中，不将高压电容器100的开阀电压直接输入开阀电压检测部(比较器)109，而将分压的电压值作为开阀电压实际值进行输入，但不限于此。
经分压的电压值利用开阀电压检测部109与基准电压的2.5V比较，比较的结果被发送至开阀电压升压部54。基于该比较结果，开阀电压升压部54进行开阀电压的升压动作的开始或停止。
此外，作为改变升压电压的分压比的方案，不限于多个分压电阻的切换，例如也可以通过改变可变电阻器的电阻值来使分压比可变。另外，也可以将分压比设为固定，并改变用于与分压的电压比较的基准电压来调整开阀电压目标值。
接着，对上述开阀电压升压部54的内部结构进行说明。在开阀电压升压部54的内部包括高压电容器100、升压元件101和Sw4(升压用开关元件)。当接入升压控制单元102的电源并且利用上述开阀电压检测部109检测到开阀电压不到目标值时，使Sw4以高速反复进行接通/关断(ON/OFF)而成为规定电压的方式进行升压。
根据以上所述，例如开阀电压通过燃料喷射而在电压低于目标值时逐次升压进行补充。
更具体而言，为了将开阀电压调整成规定的范围，目标值也可以包括上限目标值和下限目标值。由此，如果开阀电压到达上限目标值，则停止开阀电压升压部54的升压动作，如果开阀电压降低至下限目标值，则可开始开阀电压升压部54进行的升压动作，因此，能够以开阀电压成为规定的范围内的方式进行调整。
在该情况下，作为开阀电压目标值调整部114调整的目标值，如果调整上限目标值和下限目标值的至少一方，则可以调整实际生成的开阀电压，但优选通过调整双方的目标值而能够进一步缩小开阀电压的变动幅度。此外，这些是目标值的一例，不限于上述方式。作为另一例，也可以将开阀电压升压部54的升压停止条件设为开阀电压到达上限目标值，且将升压开始条件设为在燃料喷射开始时刻同步进行等。在该情况下，也利用开阀电压目标值调整部114调整上限目标值，因此能够得到同样的作用效果。
接着，使用图3的燃料喷射的流程和图4的控制模块图说明本实施例。在图3的流程图中，表示内燃机一个冲程中的1个气缸的燃料喷射。
在步骤200(S200)中计算燃料喷射量(模块506)。燃料喷射量基于吸入空气量502、发动机转速503和水温504计算。
在步骤201(S201)中计算多段喷射次数(模块507)。多段喷射次数基于吸入空气量502、发动机转速503和水温504计算。多段喷射次数表示每一个冲程在各气缸中分几次喷射燃料。在低旋转低负荷侧的运转区域，内燃机的燃烧室内的混合气体的气体流动弱，因此上述多段喷射次数较多。另外，低水温时，为了促进催化剂的早期活性化而增加多段喷射次数来确保燃烧稳定性。
在步骤202(S202)中计算开阀电压目标值(模块505)。开阀电压是在燃料喷射阀开阀时对燃料喷射阀施加的电压。多段喷射次数越多，越增加使开阀电压升压的机会，开阀电压升压部发热，ECU内温度过度上升，ECU内的电子零件可能误动作或故障。因此，在ECU内设置温度传感器且该ECU温度500较高的情况下，判断为开阀电压生成部发热，而降低开阀电压目标值。
或者，在没有ECU温度传感器的情况下，也可以推测ECU温度。例如，在将ECU放置于发动机室内的情况下，根据外气温度511、车速510和水温504能够推测ECU周边的温度。如果对其考虑根据多段喷射次数507求得的每单位时间的燃料喷射次数，则能够更高精度地推测ECU温度。此外，也可以以ECU温度的推测值或计测值上升到了规定值以上为条件控制开阀电压目标值，但不限于此。例如，也可以以预测ECU温度上升的情况为条件来控制开阀电压目标值。根据以上所述，利用实际ECU温度或推测ECU温度控制开阀电压目标值。
另一方面，在上述燃料压力501较高的情况下，若上述开阀电压较低，则上述燃料喷射阀不易开阀，还产生排气、燃耗率性能恶化的不良影响。因此，根据上述燃料压力的增加，提高上述开阀电压的目标值而易于开阀，且防止排气、燃耗率性能的恶化。
在步骤203(S203)中，将在(S202)中计算出的开阀电压目标值与上一次值比较，判断是否有变动。
在步骤204(S204)中，在(S203)中开阀电压目标值有变动的情况下调整开阀电压目标值(模块114)。
在步骤205(S205)中计算燃料喷射阀通电时间508。燃料喷射阀通电时间508基于燃料喷射量506、燃料压力501、多段喷射次数507和开阀电压计算(模块508)。本发明的特征在于，根据开阀电压的高低修正上述燃料喷射阀通电时间。
更详细而言，使用图5说明上述燃料喷射阀通电时间的修正。图5表示对燃料喷射阀通电的情况。通电接通(ON)后，燃料喷射阀被施加开阀电压而开阀。然后，施加蓄电池电压来保持开阀。施加脉冲关断(OFF)后，燃料喷射阀通过燃料喷射阀的弹簧力和燃料压力而闭阀。
在此，当观察燃料喷射阀的阀体位置时，在开阀电压较小的情况下(虚线部)，相对于开阀电压较大的情况(实线部)，燃料喷射阀的阀体缓慢打开。因此，斜线部的面积(图中300)部分燃料喷射量变少。因此，在与开阀电压无关地均喷射相同的燃料量的情况下，将施加脉冲时间从图中的302的点修正至303的点，由此使斜线部的面积(图中300)和虚线部的面积(图中301)相等，并使燃料喷射量相等。这样，通过修正燃料喷射阀的通电时间来修正燃料喷射量。
另外，当将多段喷射次数设为3时，计算出3个燃料喷射阀通电时间508。
在步骤206(S206)中计算燃料喷射开始时间509(模块509)。燃料喷射开始时间509基于吸入空气量502、发动机转速503、水温504和多段喷射次数507计算。在此，当将多段喷射次数设为3时，计算3个燃料喷射开始时间509。
步骤207(S207)表示多段喷射次数，反复喷射燃料喷射的处理的起始。在此，燃料喷射进行完多段喷射次数的时结束处理。
在步骤208(S208)中实施开阀电压的自身诊断(模块512)。诊断通过式(1)进行。
〔式1〕
|目标开阀电压目标值－开阀电压实际值|＞规定值
即，在由开阀电压目标值计算部(模块505)计算出的开阀电压目标值和开阀电压实际值的差的绝对值比规定值大的情况下，设为自身诊断异常。
在步骤209(S209)中，调查是否为燃料喷射开始时间。在是(Yes)的情况下为燃料喷射。
在步骤210(S210)中，调查开阀电压是否比开阀电压目标值小，且上述自身诊断是否正常。在此，在是(Yes)的情况下，在步骤211(S211)中利用开阀电压升压部(模块54)进行升压。在否(No)的情况下返回(S209)之前。
在步骤212(S212)中，通过(S208)的诊断判断是正常还是异常。在正常的情况下，利用燃料喷射阀驱动器(模块107)，对燃料喷射进行步骤213(S213)和步骤214(S214)。即，对燃料喷射阀施加开阀电压和蓄电池电压来进行燃料喷射。另一方面，在(S212)中判断为自身诊断异常的情况下，不进行步骤213(S213)，只进行步骤214(S214)。即，不施加开阀电压，只施加蓄电池电压。这是为了防止开阀电压升压部(模块54)的故障引起的燃料喷射阀的故障而进行的。另外，在只施加蓄电池电压的情况下，开阀时间延迟很多，因此，也进行燃料喷射阀通电时间延迟的控制。
在步骤215(S215)中，返回反复处理的开头(S207)。如以上的说明，根据本发明，在控制装置的发热增加的情况下，也不需要冷却风扇那样的装置而能够抑制控制装置的发热。而且，在进行多段喷射控制的情况下，即使蓄电池电压的升压机会增加而使用控制装置的发热量增加，通过降低燃料喷射阀的目标开阀电压，也能够在维持喷射次数的同时抑制发热。由此，即使在控制装置产生发热的情况下，也能够维持多段喷射的次数，因此能够提高排气性能。
另外，根据本发明，对控制装置的温度进行检测并根据上述外气温度、上述车辆速度、上述冷却水温度、上述每单位时间的燃料喷射次数进行推测，在其推测温度较高的情况下判断为上述开阀电压生成单元的发热增加，通过降低上述开阀电压的目标值，能够降低上述开阀电压生成单元的高电压生成机会并抑制上述发热。
另外，根据本发明，在上述燃料压力较高且上述开阀电压较低的情况下，上述燃料喷射阀不易开阀，排气、燃耗率性能恶化，因此，通过提高上述开阀电压的目标值而易于开阀，且防止排气、燃耗率性能的恶化。
另外，根据本发明，通过修正能够吸收由于调整开阀电压而产生的燃料喷射量的误差。即，在开阀电压较低的情况下，与开阀电压较高的情况相比，由于燃料喷射阀的开阀而花费时间，因此，能够以脉冲宽度变长的方式修正。
另外，根据本发明，根据这些差检测上述开阀电压生成单元或上述开阀电压检测单元的异常。在上述开阀电压生成单元故障的情况下，上述燃料喷射阀也可能故障，因此，通过检测上述异常并进行故障保险，能够预先防止上述燃料喷射阀的故障。
附图标记说明
3…燃料喷射阀、7…ECU(发动机控制单元)、52…蓄电池、54…开阀电压升压部、55…点火开关、100…高压电容器、101…升压元件(电感元件)、102…升压控制单元、103…充电二极管、104…CPU(中央运算装置)、105…电流检测电阻、106…升压电压检测部、107…燃料喷射阀驱动器、108…开阀电压选择用开关驱动器、109…开阀电压检测部(比较器)、110…升压电压40V用电阻、111…升压电压60V用电阻、112…升压电压80V用电阻、113…分压用电阻、114…开阀电压目标值调整部、115…燃料喷射阀驱动部、116…开阀电压生成部。

Claims (12)

1.一种缸内喷射式内燃机的控制装置，包括使蓄电池电压升压来生成升压电压的升压电路和通过向线圈施加所述蓄电池电压与所述升压电压来驱动燃料喷射阀的驱动电路，所述缸内喷射式内燃机的控制装置的特征在于：
包括基于车辆的运转状态调整所述升压电路的目标升压电压的升压电压调整部。
2.根据权利要求1所述的缸内喷射式内燃机的控制装置，其特征在于：
包括测定或推测所述控制装置的温度的温度取得单元，
所述升压电压调整部基于所述温度取得单元测定到或推测出的温度调整所述升压电路的目标升压电压。
3.根据权利要求1所述的缸内喷射式内燃机的控制装置，其特征在于：
所述驱动电路以在所述缸内喷射式内燃机的一个冲程中将燃料多段喷射多次的方式驱动所述燃料喷射阀，所述升压电压调整部基于所述分段喷射的次数调整所述升压电路的目标升压电压。
4.根据权利要求1所述的缸内喷射式内燃机的控制装置，其特征在于：
包括检测向所述燃料喷射阀供给的燃料的压力的燃料压力检测单元，基于所述燃料压力检测单元的检测结果调整所述升压电路的目标升压电压。
5.根据权利要求3所述的缸内喷射式内燃机的控制装置，其特征在于：
包括检测外气温度、车辆速度和所述缸内喷射式内燃机的冷却水温度的单元，所述升压电压调整部使用所述外气温度、所述车辆速度和所述冷却水温度中的至少一者调整所述升压电路的目标升压电压。
6.根据权利要求1所述的缸内喷射式内燃机的控制装置，其特征在于：
所述升压电压调整部包括用于对所述升压电压进行分压的分压电阻、切换所述分压电阻的分压比的分压比切换电路和对被分压的所述升压电压与预先设定的基准电压进行比较的比较电路，
所述升压电路基于所述比较电路的比较结果进行升压动作。
7.根据权利要求6所述的缸内喷射式内燃机的控制装置，其特征在于：
所述分压比切换电路通过切换多个分压电阻或改变分压电阻的电阻值来切换分压比。
8.根据权利要求1所述的缸内喷射式内燃机的控制装置，其特征在于：
所述升压电压调整部包括对所述升压电压与预先设定的基准电压进行比较的比较电路和改变所述基准电压的基准电压可变单元，
所述升压电路基于所述比较电路的比较结果进行升压动作。
9.根据权利要求1所述的缸内喷射式内燃机的控制装置，其特征在于：
基于所述目标升压电压改变对所述燃料喷射阀供给的电流波形。
10.根据权利要求1所述的缸内喷射式内燃机的控制装置，其特征在于：
包括异常判断单元，其在所述目标升压电压与所述升压电压的差的绝对值超过规定值的情况下，判断所述升压电路和检测所述升压电压的单元中的任一者发生异常。
11.如权利要求9所述的缸内喷射式内燃机的控制装置，其特征在于：
在所述异常判断单元判断为发生异常的情况下，进行所述升压电路的停止或只进行所述蓄电池电压对所述燃料喷射阀的驱动。
12.如权利要求1所述的缸内喷射式内燃机的控制装置，其特征在于：
所述目标升压电压包含用于判断停止所述升压电路的升压的上限目标值和用于判断开始所述升压电路的升压的下限目标值，所述升压电压调整部调整所述上限目标值和所述下限目标值中至少一者。
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