CN105201673A - 用于内燃机的控制器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于内燃机(1)的控制器，所述内燃机包括被构造成将燃料供应到气缸(3)中的燃料喷射阀(23)。所述控制器包括：电子控制单元(100)，电子控制单元被构造成i)获得燃烧时的实际生热率；和ii)当基准生热率梯度和实际生热率梯度之间的偏离量等于或大于预定值时，修正燃料喷射压力或喷射的燃料量中的至少一个，使得所述偏离量减小。所述基准生热率梯度是在生热率开始上升后经过预定时间时的预定基准生热率的梯度。所述实际生热率梯度是在生热率开始上升后经过预定时间时由所述电子控制单元获得的实际生热率的梯度。

Description

用于内燃机的控制器
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的控制器。
背景技术
在安装在车辆等上的内燃机(下文称为发动机)诸如柴油发动机中，当获得燃烧时的生热率(每一曲轴单位旋转角度产生的热量：dQ/dθ)时，并且当实际生热率和基准生热率之间存在差异时，修正发动机控制参数。例如，在日本专利申请公开No.2005-320872(JP2005-320872A)中公开的技术中，通过由缸内压力传感器检测到的缸内压力来评价实际生热率，并且当在实际生热率的上升倾斜角(实际生热率梯度)和标准条件下的生热率的上升倾斜角(基准生热率梯度)之间存在差异时，修正燃料的供应压力，以便消除该差异。
发明内容
当氧气量相对于燃料而言小并且燃烧在柴油发动机等等的燃烧中退化时，实际生热率的上升梯度不偏离基准生热率梯度，但是在生热率梯度过程中，实际生热率梯度和基准生热率梯度彼此偏离(在实际生热率上升后)。也就是说，实际生热率梯度不在实际生热率开始上升后立即偏离基准生热率梯度，但是实际生热率梯度和基准生热率梯度在实际生热率开始上升后的预定时间后彼此偏离。因此，当在这种生热率梯度过程中发生偏离时，有必要修正这种偏离。然而，不可能通过上述JP2005-320872A中所述的技术解决该问题。
本发明提供一种用于内燃机的控制器，该控制器能够执行抑制氧气量关于燃料短缺导致的燃烧退化的修正。
-解决手段-
根据本发明的一方面，提供一种用于内燃机的控制器。内燃机包括燃料喷射阀，该燃料喷射阀被构造成将燃料供应到气缸中。控制器包括电子控制单元，该电子控制单元被构造成：i)获得燃烧时的实际生热率；并且ii)当基准生热率梯度和实际生热率梯度之间的偏离量等于或大于预定值时，修正燃料喷射压力或喷射的燃料量中的至少一个，使得该偏离量减小。基准生热率梯度是在生热率开始上升后经过预定时间时的预定基准生热率的梯度。实际生热率梯度是在生热率开始上升后经过预定时间时由电子控制单元获得的实际生热率的梯度。基准生热率梯度是在下文所述的生热率上升时段中的理想生热率波形(基准生热率的波形)的斜边的梯度。
-操作-
当实际生热率梯度在生热率梯度的过程中(在实际生热率上升后)变缓并且实际生热率梯度偏离基准生热率梯度时，能够说该偏离由氧气量相对于燃料短缺导致。基于这种了解，在本发明的该方面中，通过如下方式解决氧气量相对于燃料的短缺以便抑制烟的产生，即在生热率开始上升后经过预定时间时，基准生热率梯度和实际生热率梯度之间的偏离量等于或大于预定值时，修正燃料喷射压力或喷射的燃料量中的至少一个。可通过修正轨道压力和主喷射量中的至少一个来解决氧气量相对于燃料的短缺以便抑制烟的产生。
在本发明的该方面，当修正了轨道压力时，执行使轨道压力高的修正，以改进喷雾状态，由此使燃料和氧气的混合状态极佳。当修正主喷射量时，通过修正主喷射量以使其降低来解决氧气相对于燃料的短缺。可结合地执行轨道压力修正和主喷射量修正。
在本发明中，可获得基准生热率梯度和实际生热率梯度之间的偏离量变为等于或大于预定值时的偏离时间(曲柄角)，并且该偏离时间与基准生热率变为最大的基准峰值时间分离得越大，就可将燃料喷射压力或喷射的燃料量中的至少一个的修正量设定为越大。也就是说，偏离时间与基准生热率变为最大的基准峰值时间分离得越大，就可将轨道压力或主喷射量中的至少一个的修正量设定为越大。可获得基准生热率梯度和实际生热率梯度之间的偏离量变为等于或大于预定值的偏离时间，并且随着偏离时间越接近基准生热率开始上升的时间，可将燃料喷射压力或喷射的燃料量中的至少一个的修正量设定为越大。也就是说，随着偏离时间越接近基准生热率开始上升的时间，可将轨道压力或主喷射量中的至少一个的量设定为越大。
这里，当氧气的量相对于燃料而言少时，随着氧气量的短缺更大，实际生热率梯度更早变缓(实际生热率梯度的偏离时间与基准峰值时间分离)。因此，基准生热率梯度和实际生热率梯度之间的偏离量变为等于或大于预定值时的偏离时间与基准峰值时间分离得越远，上述修正量就越大。因而，能够精确地修正氧气量相对于燃料的短缺，并且能够更有效地抑制烟的产生。类似地，能够通过以下方式更有效地抑制烟的产生，即随着偏离时间越接近基准生热率开始上升的时间，将上述修正量设定为越大。
作为本发明的特定构造，能够采取以下构造，其中在具有多个气缸并且具有设置在各个气缸中的涡流控制阀的内燃机中，当基准生热率梯度和实际生热率梯度之间的偏离量等于或大于预定值时，可对于各个气缸获得基准生热率梯度和实际生热率梯度之间的偏离量变为等于或大于预定值时的偏离时间，并且修正涡流控制阀的开度或各个气缸的喷射的燃料量中的至少一个，使得各个气缸的偏离时间变为同一时间。能够通过采用这种构造修正气缸之间的生热率梯度偏离时间的变化。
在该情况下，可计算多个气缸的偏离时间的平均值，并且可执行如下修正：修正各个气缸的涡流控制阀的开度或被喷射至各个气缸的燃料量中的至少一个，以便各个气缸的偏离时间变为平均值(同一时间)；和随着偏离时间的平均值与基准生热率变为最大的基准峰值时间分离得越远，将燃料喷射压力(轨道压力)或喷射的燃料量(主喷射量)中的至少一个的修正量设定为越大。另外，可计算多个气缸的偏离时间的平均值，并且可执行如下修正：修正各个气缸的涡流控制阀的开度或被喷射至各个气缸的燃料量中的至少一个，使得各个气缸的偏离时间变为平均值(同一时间)；和随着偏离时间的平均值越接近基准生热率开始上升的时间，将燃料喷射压力(轨道压力)或喷射的燃料量(主喷射量)中的至少一个的修正量设定为越大。
根据本发明的一方面，能够抑制氧气量相对于燃料短缺导致的燃烧退化，并且抑制烟的产生。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的例证性实施例的特征和优点以及技术和工业意义，其中相同标识符指示相同元件，并且其中：
图1是例示本发明所应用到的柴油发动机及其控制系统的示意性构造的视图；
图2是例示柴油发动机的燃烧室及其周边部分的横截面图；
图3是例示ECU等等的控制系统的构造的方框图；
图4是例示修正控制的实例的流程图；
图5是例示实际生热率梯度偏离基准生热率梯度的状态的视图；
图6是例示修正控制的另一实例的流程图；
图7A和7B是例示修正控制的又一实例的流程图；
图8A和8B是例示实际生热率梯度偏离基准生热率梯度的状态的视图；并且
图9是例示实际生热率梯度偏离基准生热率梯度时的气缸间变化的视图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。
在该实施例中，将描述本发明应用于安装在汽车上的共轨缸内直喷式多缸(例如，直列四缸)柴油发动机(压燃式自燃内燃机)的情况。
-发动机的构造-
图1是本发明所应用到的柴油发动机1(下文简称发动机)及其控制系统的示意性构造图。
如图1中所示，发动机1被构成柴油发动机系统，该柴油发动机系统包括燃料供应系统2、燃烧室3、进气系统6、排气系统7等等作为主要部分。
燃料供应系统2包括供应泵21、共轨22、注射器(燃料喷射阀)23、发动机燃料通路24等等。
供应泵21将从燃料箱泵送的燃料转化为高压燃料，并且然后通过发动机燃料通路24将高压燃料供应给共轨22。供应泵21包括吸入控制阀21A。吸入控制阀21A由电子控制单元100(ECU)控制。通过吸入控制阀21A的控制来计量将被泵送至共轨22的燃料，并且控制共轨22中的压力(下文将共轨22中的压力称为轨道压力)。
共轨22起将高压燃料保持(积累)在预定压力下的积累室的作用，并且将经积累的燃料分配给各个喷射器23。每个喷射器23都是在其中包括压电元件的压电喷射器，并且能够通过控制阀门开启时段来调节被喷射到燃烧室3中的燃料量。
进气系统6包括连接至在气缸盖15(参考图2)中形成的进气口15a的进气歧管61，并且进气管62被连接至进气歧管61。在进气系统6中，从上游侧依次布置有空气滤清器63、空气流量计43和进气节流阀(柴油节气门)64。
设置正常进气口和涡流进气口的双系统作为每个气缸的进气口15a，并且在每个正常进气口中布置涡流控制阀66(参考图2)。由ECU100控制涡流控制阀66的开度(SCV开度)。涡流控制阀66的开度越大，燃烧室3中(气缸中)的涡流的流速(下文称为涡流流速)越低，并且相反，涡流控制阀66的开度越小，燃烧室3中的涡流流速越高。
气缸盖15设有缸内压力传感器4A(参见图3)，该缸内压力传感器4A检测燃烧室3中的燃烧压力。在每个气缸中都设有缸内压力传感器4A。
排气系统7包括被连接至在气缸盖15中形成的排气口15b的排气歧管71，并且排气管72被连接至排气歧管71。在排气系统7中布置排气控制单元73。排气控制单元73设有作为NOx闭塞还原式催化剂的NOx储存还原(NSR)催化剂74，以及柴油颗粒过滤器(DPF)75。
如图2中所示，在气缸体11中，形成用于每个气缸(4个气缸)的气缸孔12，并且活塞13被容纳在每个气缸孔12中，以便能够在竖直方向上滑动。
燃烧室3被形成在活塞13的顶表面13a上。也就是说，燃烧室3由被附接至气缸体11的上部的气缸盖15的底表面、气缸孔12的内壁表面以及活塞13的顶表面13a限定。腔体(凹部)13b大致形成在活塞13的顶表面13a的中央部分处，并且腔体13b也构成燃烧室3的一部分。
活塞13通过连接杆18被连接至曲轴，曲轴为发动机输出轴。朝着燃烧室3布置预热塞19。
用于打开或关闭进气口15a的进气阀16以及用于打开或关闭排气口15b的排气阀17被设置在气缸盖15中。
如图1中所示，发动机1设有增压器(涡轮增压器)5。涡轮增压器5包括通过涡轮轴51彼此联接的涡轮52和压缩机叶轮53。该实例的涡轮增压器5为可变喷嘴式涡轮增压器，在涡轮52侧上设置可变喷嘴叶片机构54，并且能够通过改变可变喷嘴叶片机构54的喷嘴叶片54a的开度来调节增压压力。
进气管62设有中冷器65，该中冷器65用于冷却通过使用涡轮增压器5增压而温度升高的吸入空气。
发动机1设有排气循环通路(EGR通路)8，以将一部分排气适当地循环至进气系统6。EGR通路8设有EGR阀81和EGR冷却器82。
-ECU-
ECU100包括由CPU、ROM、RAM(未示出)等构成的微型计算机以及输入和输出电路。如图3中所示，曲轴位置传感器40、轨道压力传感器41、节气门开度传感器42、空气流量计43、排气温度传感器45a和45b、水温传感器56、油门开度传感器47、吸入空气压力传感器48、吸入空气温度传感器49、缸内压力传感器4A、外部空气温度传感器4B、外部空气压力传感器4C等等被连接至ECU100的输入电路。
同时，供应泵21的吸入控制阀21A、喷射器23、可变喷嘴叶片机构54、进气节流阀64、EGR阀81、涡流控制阀66等等被连接至ECU100的输出电路。
ECU100基于来自上述传感器的输出值、通过使用输出值的计算表达式获得的计算值或者ROM中存储的各种图来执行对发动机1的各种控制。
例如，ECU100基于发动机运行状态来确定喷射的燃料量以及燃料喷射型态。具体地，ECU100通过如下方式执行燃料喷射控制：基于曲柄位置传感器40的检测值计算发动机转速；基于油门开度传感器47的检测值获得油门踏板的踩踏量(油门开度)；和基于发动机转速和油门开度确定喷射的燃料总量(前导喷射时的喷射量以及主喷射时的喷射量的和)和燃料喷射型态。另外，除了前导喷射和主喷射之外，视需要执行延迟喷射和后喷射。这些类型的喷射的功能众所周知。
ECU100根据控制发动机1的运行状态来控制EGR阀81的开度，并且调节朝着进气歧管61再循环的排气量(EGR量)。ECU100控制可变喷嘴叶片机构54的致动器，并且调节喷嘴叶片54a的开度，由此调节增压压力。
在ECU100的ROM中提前存储了多个理想的生热率波形(基准生热率波形)，其中以发动机1的运行状态量和运行条件作为参数。详细地，在ECU100的ROM中存储预混燃烧的理想生热率波形以及扩散燃烧的多个理想生热率波形。
更具体地，在ECU100的ROM中存储近似于等腰三角形的理想生热率波形(参见图5)，并且能够从等腰三角形的顶点位置读取基准峰值位置(曲柄角)，并且能够从等腰三角形的斜边(生热率上升时段的斜边)的梯度读取基准生热率梯度。能够从等腰三角形的上升位置读取基准生热率的上升时间(基准上升时间(曲柄角))。
这里，“理想生热率波形”是假定将在如下情况下理论上可获得的生热率波形，即，在确保根据指令喷射量的喷射的燃料量、根据指令燃料喷射压力的燃料喷射压力(轨道压力)和根据指令喷射时段的燃料喷射时段的状态下，燃料效率足够高。理想生热率波形根据发动机1的运行量(发动机转速、油门开度等等)的量以及运行条件(冷却剂温度、吸入空气温度等等)而变化。因此，提前在ECU100的ROM中存储根据发动机1的运行状态量和运行条件的多个理想生热率波形。提前通过试验、模拟等等获得相应的理想生热率波形。在本发明中，也将理想生热率波形称为基准生热率波形，并且也将理想生热率称为基准生热率。
如将在下文所述的，在提前存储(设定)于ECU100的ROM中的多个基准生热率波形中，读取根据发动机1的实际运行状态量和实际运行条件的基准生热率波形的基准生热率梯度和基准峰值位置(或基准上升时间)，并且确定基准生热率梯度和实际燃烧时的实际生热率梯度之间的偏离。
另外，可在ECU100的ROM中提前存储根据发动机1的运行状态量和运行条件的多个基准生热率波形的基准生热率梯度和基准峰值位置(或基准上升时间)，并且可根据发动机1的实际运行状态量和实际运行条件，从ECU100的ROM读取基准生热率梯度和基准峰值位置(或基准上升时间)。
-修正控制-
然后，将描述由ECU100执行的修正控制的实例。
首先，在柴油发动机中，如果气缸(燃烧室)中的氧气量短缺，则燃烧退化并且倾向于产生烟。为了抑制这种烟的产生，有必要适当地修正氧气量相对于燃料的短缺。
这里，即使氧气量相对于燃料而言少，所产生的总热量(生热效率)也不变。然而，由于燃烧不易于进行(由于火焰扩散变慢)，所以在生热率梯度的过程(在实际生热率已经上升后)中，实际生热率的梯度变缓，并且在实际生热率梯度和基准生热率梯度之间发生偏离(参考图5)。因此，当实际生热率波形和基准生热率梯度在生热率梯度的过程中彼此偏离时，能够说氧气量相对于燃料而言少。基于这种共识，在该实施例中，当在生热率上升后，在基准生热率梯度和实际生热率梯度之间发生预定量或更大的偏离时，就通过修正发动机1的控制参数来抑制烟的产生，以便消除偏离，由此解决氧气量相对于燃料的短缺。
将参考图4的流程图描述这种修正控制的特定实例。在ECU100中，只要在启动发动机1后在任何气缸中执行了燃烧冲程，就执行图4中所示的流程图。在该实例中，针对在主喷射时喷射的燃料燃烧。
如果图4的流程图开始，就在步骤ST101中获得发动机1的运行状态量和运行条件。发动机1的运行状态量的实例包括基于曲轴位置传感器40的检测值计算的发动机转速、油门开度传感器47检测到的油门开度(发动机负荷)、缸内压力传感器4A检测到的缸内压力，等等。发动机1的运行条件的实例包括水温传感器46检测到的冷却剂温度，以及吸入空气温度传感器49检测到的吸入空气温度。
然后，在步骤ST102中读取基准生热率梯度Sb和基准峰值位置Pb(参考图5)。具体地，在ECU100的ROM中存储的多个基准生热率波形中读取在步骤ST101中获得的根据发动机1的运行状态量和运行条件的基准生热率波形(预混燃烧和扩散燃烧两者的基准生热率波形)，并且读取预混燃烧和扩散燃烧的基准生热率波形的基准生热率梯度Sb和基准峰值位置Pb。
在步骤ST103中计算实际生热率。基于由缸内压力传感器4A检测到的缸内压力变化获得该实际生热率。具体地，由于在缸内生热率和缸内温度之间存在修正(生热率越高，缸内压力越高)，所以通过由缸内压力传感器4A检测到的缸内压力的变化(过渡)来计算实际生热率。例如，在从燃烧开始时间至燃烧终止时间的时间段上连续地计算该实际生热率。通过步骤ST103的处理来获得图5中所示的实际生热率。另外，执行步骤ST103的处理的ECU100、缸内温度传感器4A等等与本文中所述的“实际生热率获得装置”等效。
在步骤ST104中计算点火延迟(时段)。对于该点火延迟，可基于缸内压力传感器4A和曲柄位置传感器40的检测值来计算从主喷射的燃料喷射开始时间直到实际生热率上升(直到燃烧开始)的时段(曲柄角)。
在步骤ST105中，基于上述步骤104中计算出的点火延迟的计算结果，来确定当前延烧是否为预混燃烧或扩散燃烧。例如，当在步骤ST104中计算出的点火延迟等于或大于预定值(区分预混燃烧和扩散燃烧的阈值(提前在试验或模拟中计算出的值))时，将当前燃烧确定为预混燃烧，并且当点火延迟小于预定值时，将当前燃烧确定为扩散燃烧。当确定当前燃烧为预混燃烧时，将在上述步骤ST102中从预混燃烧的基准生热率波形读取的值固定为基准生热率梯度Sb和基准峰值位置Pb。另一方面，当确定当前燃烧为扩散燃烧时，将在上述步骤ST102中从扩散燃烧的基准生热率波形读取的值固定为基准生热率梯度Sb和基准峰值位置Pb。
在步骤ST106中，确定在上述步骤ST105中固定的基准生热率梯度Sb(基准生热率上升后的基准生热率梯度)以及在步骤ST103中计算出的实际生热率梯度Sr(实际生热率上升后的实际生热率)之间是否发生偏离。具体地，计算在步骤ST105中固定的基准生热率梯度Sb以及在步骤ST103中计算出的实际生热率梯度Sr之间的差异|Sb-Sr|，并且当计算出的梯度差异|Sb-Sr|变为等于或大于预定值Th时，就确定在生热率梯度中发生了偏离(偏离等于或大于预定量)(步骤ST106：是)，并且处理继续至步骤ST107。
另一方面，在步骤ST106的处理中，当基准生热率梯度Sb以及实际生热率梯度Sr之间的梯度差异在从燃烧开始时间(生热率上升时间)Tb至基准峰值位置Pb的时间段中小于上述预定值Th时，步骤ST106的确定结果就变为否定确定(否)，并且当前处理终止，不执行随后的修正处理(轨道压力修正量ΔPcr的修正处理)等等。
对于用于步骤ST106的偏离确定的预定值Th，例如，提前通过试验或模拟获得实际生热率梯度Sr相对于基准生热率梯度Sb的倾斜(变缓)的可允许范围(不因为氧气量相对于燃料短缺而产生烟的范围)的极限值，并且将基于极限值设定的值设定为预定值Th。
在步骤ST107中，计算基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr彼此偏离的时间(生热率梯度偏离时间α(曲柄角))。具体地，通过曲柄位置传感器40的检测值计算上述梯度差异|Sb-Sr|变为等于或大于预定值Th(当确定梯度偏离时)时的曲柄角，并且将计算出的曲柄角用作生热率梯度偏离时间α(参考图5)。
在步骤ST108中，计算在步骤ST105中固定的基准峰值位置Pb(曲柄角)以及在步骤ST107中计算出的生热率梯度偏离时间α(曲柄角)之间的曲柄角差|Pb-α|。
在步骤ST109中，参考基于在步骤ST108中计算出的曲柄角差|Pb-α|的轨道压力修正量图来计算轨道压力修正量(增压修正量)ΔPcr。通过提前通过经试验或模拟获得该轨道压力修正量ΔPcr(能够解决氧气量相对于燃料短缺的轨道压力修正量)来绘制轨道压力修正量图，以便消除基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的偏离，其中上述曲柄角差|Pb-α|作为参数，并且该轨道压力修正量图被存储在ECU100的ROM中。在该轨道压力修正量图中，考虑如下一点，其中氧气量相对于燃料的短缺越大，实际生热率梯度就越早地变缓并且上述生热率梯度偏离时间α就越早，并且上述曲柄角差|Pb-α|越大(基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的偏离时间α与基准峰值位置Pb分离得越远)，就将轨道压力修正量ΔPcr设定为越大。另外，根据计算表达式来计算轨道压力修正量ΔPcr。
在步骤ST110中，通过以下方式来计算最终轨道压力，即参考基于发动机1的运行状态量(发动机转速、油门开度等等)的图等等来计算目标轨道压力，以及将在上述步骤ST109中计算出的轨道压力修正量ΔPcr与目标轨道压力相加。然后，控制供应泵21的吸入控制阀21A，使得实际轨道压力(轨道压力传感器41检测到的轨道压力)与通过这种方式计算出的最终轨道压力一致(最终轨道压力>目标轨道压力)(步骤ST111)。通过以这种方式执行轨道压力变高的修正控制，燃料与氧气的混合状态良好，并且喷雾状态变为良好。因而，能够解决氧气量相对于燃料的短缺。可在目标气缸中的之后的燃烧冲程的燃料喷射时执行这种修正控制，或者可在与目标气缸的燃烧冲程之后的燃烧冲程对应的另一气缸的燃料喷射时执行这种修正控制。
如上所述，根据该实施例，当在生热率上升之后的基准生热率梯度Sb和生热率上升之后的实际生热率梯度Sr之间发生偏离时，修正轨道压力，使得消除基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的偏离。因而，能够解决氧气量相对于燃料的短缺，并且能够抑制烟的产生。
在该实施例中，基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的偏离时间α与基准峰值位置Pb分离得越远，即，氧气量相对于燃料的短缺越大，轨道压力的修正量就越大。因而，能够精确地修正氧气量相对于燃料的短缺，并且能够更有效地抑制烟的产生。
-另一修正控制的实例-
然后，将参考图6的流程图描述由ECU100执行的修正控制的另一实例。在ECU100中，只要在发动机1启动后在任意气缸中执行了燃烧冲程，就执行图6中例示的流程图。同样地，在该实例中，也针对在主喷射时喷射的燃料燃烧。
首先，在步骤ST201中，与上述图4的步骤ST101类似地获得发动机1的运行状态量和运行条件。在步骤ST202中，通过与上述步骤ST102相同的处理来读取基准生热率梯度Sb和基准上升时间Tb(参考图5)。在步骤ST203中，通过与上述步骤ST103相同的处理来计算实际生热率。在步骤ST204中，通过与上述步骤ST104相同的处理来计算点火延迟(时段)。在步骤ST205中，通过与上述步骤ST105相同的处理，基于在步骤ST204中计算出的点火延迟的计算结果来确定当前燃烧是否为预混燃烧或扩散燃烧。当确定当前燃烧为预混燃烧时，将在上述步骤ST202中从预混燃烧的基准生热率波形读取的值固定为基准生热率梯度Sb和基准上升时间Tb。另一方面，当确定当前燃烧为扩散燃烧时，将在上述步骤ST202中从扩散燃烧的基准生热率波形读取的值固定为基准生热率梯度Sb和基准上升时间Tb。
在步骤ST206中，通过与上述步骤ST106相同的处理来确定基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间是否发生偏离，并且当确定结果为肯定确定(是)(当梯度偏离发生时)时，处理就继续至步骤ST207。另一方面，在步骤ST206的处理中，当基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的梯度差在从基准上升时间Tb至基准峰值位置Pb的时段内小于上述预定值Th时，步骤ST206的确定结果就变为否定确定(否)，并且当前处理终止，不执行随后的修正处理(轨道压力修正量ΔPcr的修正处理)等等。
在步骤ST207中，通过与上述步骤ST107相同的处理来计算生热率梯度偏离时间α(曲柄角)。
在步骤ST208中，计算在步骤ST205中固定的基准上升时间Tb(曲柄角)和在步骤ST207中计算出的生热率梯度偏离时间α(曲柄角)之间的曲柄角差|Tb-α|。
在步骤ST209中，参考基于在步骤ST208中计算出的曲柄角差|Tb-α|的轨道压力修正量图来计算轨道压力修正量(增压修正量)。通过绘制提前通过试验或模拟获得的轨道压力修正量ΔPcr(能够解决氧气量相对于燃料的短缺的轨道压力修正量)来给出轨道压力修正量图，其中以上述曲柄角差|Tb-α|为参数，并且该轨道压力修正量图被存储在ECU100的ROM中。这里，轨道压力修正量为消除基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的偏离的量。在该轨道压力修正量图中，考虑如下一点，其中氧气量相对于燃料的短缺越大，实际生热率梯度就越早地变缓并且上述生热率梯度偏离时间α就越早，并且上述曲柄角差|Tb-α|越小(基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的偏离时间α越靠近基准上升时间Tb)，就将轨道压力修正量ΔPcr设定为越大。另外，可以根据计算表达式来计算轨道压力修正量ΔPcr。
在步骤ST210中，通过以下方式来计算最终轨道压力，即参考基于发动机1的运行状态量(发动机转速、油门开度等等)的图等等来计算目标轨道压力，以及将在上述步骤ST209中计算出的轨道压力修正量ΔPcr与目标轨道压力相加。然后，控制供应泵21的吸入控制阀21A，使得实际轨道压力(由轨道压力传感器41检测到的轨道压力)与通过这种方式计算出的最终轨道压力一致(最终轨道压力>目标轨道压力)(步骤ST211)。通过以这种方式执行轨道压力变高的修正控制，燃料与氧气的混合状态变为良好，并且喷雾状态变为良好。因而，能够解决氧气量相对于燃料的短缺。可在目标气缸中的之后的燃烧冲程的燃料喷射时执行这种修正控制，或者可在与目标气缸的燃烧冲程之后的燃烧冲程对应的另一气缸的燃料喷射时执行这种修正控制。
同样地，在该实施例中，当生热率上升后的基准生热率梯度Sb和生热率上升后的实际生热率梯度Sr之间发生预定量或更多偏离时，就修正轨道压力，以便消除基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的偏离。因而，能够解决氧气量相对于燃料的短缺，并且能够抑制烟的产生。
同样地，在该实施例中，基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的偏离时间α越靠近基准上升时间Tb，也就是说，氧气量相对于燃料的短缺越大，轨道压力的修正量就越大。因而，能够精确地修正氧气量相对于燃料的短缺，并且能够更有效地抑制烟的产生。
在上述各实例中，当生热率上升后的基准生热率梯度Sb和生热率上升后的实际生热率梯度Sr之间发生预定量或更多偏离时，就修正轨道压力以便消除其间的偏离。然而，本发明不限于此，并且可修正主喷射量，使得消除基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的偏离。
在该情况下，通过使用设定了使得基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的偏离(梯度差)被消除的主喷射量的修正量(能够解决氧气量相对于燃料的短缺的主喷射量的降低修正量)的图(提前通过试验或模拟设定的图)，或者通过使用以上述曲柄角差(|Pb-α|或|Tb-α|)作为参数的计算表达式，主喷射量被修正以减小。通过以这种方式减小主喷射量，能够解决氧气量相对于燃料的短缺，并且能够抑制烟的产生。另外，为了确保喷射的燃料总量，对前导喷射和延迟喷射分配与主喷射量的降低量相等的喷射燃料量。
可结合地执行这种主喷射量修正和上述轨道压力修正。
-与现有技术的比较-
这里，作为一种使用实际生热率和基准生热率修正发动机的控制参数的技术，存在一种日本专利申请公开No.2011-085061(JP2011-085061A)中所述的技术。在JP2011-085061A中所述的技术中，通过缸内压力传感器来检测燃烧室中的压力的过渡，并且基于该压力的过渡来获得实际峰值位置(与燃烧室中的实际生热率的峰值对应的曲柄角)，并且计算这种实际峰值位置的偏离量(相对于正常运行状态下的基准生热率的峰值位置的偏离量)。然后，基于与实际峰值位置的偏离量对应的氧气浓度偏离量来修正喷射的燃料量。
然而，在这种现有技术中，发生氧气量相对于燃料的短缺，并且燃烧变慢。结果，例如，当实际生热率的梯度变平时(当梯度达到近似0时)，就不能精确地检测实际生热率的峰值位置。可能将与实际生热率的峰值位置差别很大的位置错误地检测为实际峰值位置，并且可能不能适当地执行修正。
相反，在本发明(本实施例)中，考虑了当发生氧气量相对于燃料的短缺时必定发生的现象，也就是说，如果氧气量相对于燃料而言小，实际生热率梯度就在生热率梯度的过程中(实际生热率上升后)与基准生热率梯度偏离的现象，并且修正发动机控制参数(轨道压力和主喷射压力中的至少一个)，以便消除该偏离。因而，能够精确地修正氧气量相对于燃料的短缺，并且能够有效地抑制烟的产生。
-修正控制的又一实例-
然后，将参考图7A和7B的流程图来描述ECU100执行的修正控制的又一实例。例如，在ECU100中对每个燃烧循环都执行图7A和7B中所示的流程图。同样地，在该实例中，也针对主喷射时喷射的燃料燃烧。
由于图7A中所示的各个步骤ST301至步骤ST305的处理与上述图4的流程图的各个步骤ST101至步骤ST105的处理相同，所以将省略其详细说明。然而，对于各个气缸执行在步骤ST303中计算实际生热率的处理。
在步骤ST306中，通过与上述步骤ST106相同的处理，来确定基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间是否发生偏离。这里，当上述生热率梯度偏离在所有气缸(4个气缸)中都发生时，确定在生热率梯度之间发生了偏离(步骤ST306：是)，并且处理继续至步骤ST307。另一方面，当步骤ST306的确定结果为否定确定(否)时，当前处理终止，不执行随后的修正处理(偏离时间中的气缸间变化，以及上述轨道压力修正量ΔPcr的计算处理)等等。另外，在步骤ST306中，例如当上述实际生热率梯度在三个或更多个气缸中偏离时，就可确定发生了上述生热率梯度偏离。
在步骤ST307中，通过与上述步骤ST107相同的处理，对于各个气缸计算生热率梯度偏离时间α(曲柄角)。通过该步骤ST307中的处理来计算例如如图8A和8B中所示的生热率梯度偏离时间α1、α2、α3、α4。
在步骤ST308中，计算在步骤ST307中计算的各个气缸的生热率梯度偏离时间α1、α2、α3、α4的平均值(相加平均值)αAVE。计算关于各个气缸的生热率梯度偏离时间α1、α2、α3、α4的平均值αAVE的变化量Δα1、Δα2、Δα3和Δα4(参见图10)。另外，例如，当在三个气缸中发生生热率梯度偏离时，就可计算这三个气缸的生热率梯度偏离时间的平均值。
在步骤ST309中，计算各个气缸的涡流控制阀66的各个开度的修正量(SCV开度控制量)。具体地，基于在步骤ST308中计算出的各个气缸的变化量Δα1、Δα2、Δα3和Δα4(关于平均值αAVE的偏离量)来对于各个气缸计算使得所有气缸的生热率梯度偏离时间都达到平均值αAVE(同一时间)的SCV开度修正量(气缸间修正量)。
例如，如图9中所示，当偏离时间相对于平均值αAVE偏离至负侧(与基准峰值相反的一侧)时，如生热率梯度偏离时间α2，就计算使得燃烧室3中的涡流流速高使得偏离时间的偏离量Δα2变小的SCV开度修正量(使得SCV开度小的修正量)。如果使涡流流速高，就促进燃料与氧气的混合，并且生热率梯度偏离时间α2与平均值αAVE一致。另一方面，例如，当偏离时间相对于平均值αAVE偏离至正侧(基准峰值侧)时，如生热率梯度偏离时间α1，就计算使得燃烧室3中的涡流流速低从而使得偏离时间的偏离量Δα1小的SCV开度修正量(使得SCV开度大的修正量)。如果使涡流流速低，就抑制了燃料与氧气的混合，并且生热率梯度偏离时间α1与平均值αAVE一致。关于生热率梯度偏离时间α3、α4，也类似地计算SCV开度修正量。
另外，提前通过试验或模拟获得用于解决上述生热率梯度偏离时间的偏离量的SCV开度修正量，并且能够基于偏离量和SCV开度修正量之间的关系被指定的图(或计算表达式)来计算上述SCV开度修正量。
在步骤ST310中，通过如下方式来对于各个气缸计算最终SCV开度，即参考基于发动机1的运行状态量(发动机转速、油门开度等等)的图等等来计算目标SCV开度，以及将在上述步骤ST309中计算出的各个气缸的SCV开度修正量与目标SCV开度相加。然后，基于通过这种方式计算的各个最终SCV开度来控制各个气缸的涡流控制阀66(步骤ST314)。通过这种修正控制能够修正气缸之间的生热率梯度偏离时间的变化。例如，在下一燃烧循环(每个气缸的进气冲程)中执行这种修正控制。
然后，在图7B的步骤ST311中，计算在步骤ST305中固定的基准峰值位置Pb(曲柄角)和在步骤ST308中计算出的生热率梯度偏离时间的平均值αAVE(曲柄角)之间的曲柄角差|Pb-αAVE|。
在步骤ST312中，参考基于在步骤ST311中计算出的曲柄角差|Pb-αAVE|的轨道压力修正量图来计算轨道压力修正量(增压修正量)ΔPcr。例如，使用与上述图4的步骤ST108中使用的轨道压力修正量图相同的图作为该轨道压力修正量图。另外，可根据计算表达式来计算轨道压力修正量ΔPcr。
在步骤ST313中，通过如下方式来计算最终轨道压力，即参考基于发动机1的运行状态量(发动机转速、油门开度等等)的图等等计算目标轨道压力，以及将在上述步骤ST312中计算出的轨道压力修正量ΔPcr与目标轨道压力相加。然后，控制供应泵21的吸入控制阀21A，使得实际轨道压力(由轨道压力传感器41检测到的轨道压力)与通过这种方式计算的最终轨道压力一致(最终轨道压力>目标轨道压力)(步骤ST314)。通过以这种方式执行轨道压力变高的修正控制，燃料与氧气的混合状态变为良好，并且喷雾状态变为良好。因而，能够解决氧气量相对于燃料的短缺。例如，在下一燃烧循环(每个气缸的燃料喷射时)中执行该修正控制。
在该实施例中，通过计算基准峰值位置Pb和生热率梯度偏离时间的平均值αAVE之间的曲柄角差|Pb-αAVE|来计算轨道压力修正量ΔPc。然而，可通过计算基准上升时间Tb和上述生热率梯度偏离时间α之间的曲柄角差|Tb-α|来计算轨道压力修正量ΔPc。
在该实施例中，基于各个气缸中的生热率梯度偏离时间的变化来修正涡流控制阀66的SCV开度(涡流流速)。然而，本发明不限于此。可修正各个气缸的主喷射量，或者可结合地执行SCV开度修正和主喷射量修正。当修正主喷射量以及当相对于上述平均值αAVE的偏离量处于负侧上时，可根据偏离量修正主喷射量以使其减小，并且当偏离量处于正侧上时，根据偏离量修正主喷射量以使其增大。
-其它实施例-
另外，上文公开的实施例在所有方面都仅为例示性的，并且不成为限制性解释的基础。因此，本发明的技术范围不是仅由上述实施例解释，而是基于权利要求的陈述来限定。所有与权利要求等效的意义和内容的变化都被包含在本发明的技术范围内。
例如，在上述实施例中，基于基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr彼此偏离的时间以及基准峰值位置(或者基准上升时间)进行修正。然而，本发明不限于此。例如，可计算当从确定了基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr彼此偏离的时间过去了预定固定时间时(达到基准峰值位置之前的时间)的基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的差异(偏离量)，并且可执行随着偏离量变大，将轨道压力和主喷射量中的至少一个的量设定为越大。
在上述实施例中，基于基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的梯度差|Sb-Sr|，来确定基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr之间的偏离。然而，本发明不限于此。例如，可基于基准生热率梯度Sb和实际生热率梯度Sr的比例(Sb/Sr或Sr/Sb)，来确定上述梯度的偏离。
在上述实施例中，将发动机1描述为向其应用如下压电喷射器23，该压电喷射器23通过仅在加电时段内进入完全开启的阀门开启状态来改变燃料喷射率。然而，本发明也能够应用于向其应用可变喷射速度喷射器的发动机。
在上述实施例中，已经描述了本发明被应用于安装在汽车上的直列四缸柴油发动机1的情况。但是本发明不限于汽车应用，并且可应用于用于其它应用的发动机。不特别限制气缸数目或发动机类型(发动机类型诸如直列发动机、V型发动机和卧式对置发动机)。本发明不限于使用轻油作为燃料的柴油发动机，并且可应用于使用其它类型的燃料的发动机。
本发明能够有效地用于在内燃机诸如柴油机中抑制氧气量相对于燃料短缺导致的燃烧退化的控制。

Claims (6)

1.一种用于内燃机(1)的控制器，所述内燃机包括燃料喷射阀(23)，所述燃料喷射阀(23)被构造成将燃料供给到气缸(3)中，所述控制器包括：
电子控制单元(100)，所述电子控制单元(100)被构造成：
i)获得燃烧时的实际生热率；并且
ii)当基准生热率梯度和实际生热率梯度之间的偏离量等于或大于预定值时，修正燃料喷射压力或喷射的燃料量中的至少一个，使得所述偏离量减小，
所述基准生热率梯度是在生热率开始上升后经过预定时间时的预定基准生热率的梯度，并且
所述实际生热率梯度是在所述生热率开始上升后经过所述预定时间时由所述电子控制单元获得的实际生热率的梯度。
2.根据权利要求1所述的控制器，
其中，所述电子控制单元被构造成：
i)获得所述基准生热率梯度和所述实际生热率梯度之间的所述偏离量变为等于或大于所述预定值时的偏离时间，并且
ii)随着所述偏离时间与所述基准生热率变为最大的基准峰值时间分离得越远，将所述燃料喷射压力或所述喷射的燃料量中的至少一个的修正量设定为越大。
3.根据权利要求1所述的控制器，
其中，所述电子控制单元被构造成：
i)获得所述基准生热率梯度和所述实际生热率梯度之间的所述偏离量变为等于或大于所述预定值时的偏离时间，并且
ii)随着所述偏离时间越接近所述基准生热率开始上升的时间，将所述燃料喷射压力或所述喷射的燃料量中的至少一个的修正量设定为越大。
4.根据权利要求1所述的控制器，
其中，所述内燃机包括多个气缸以及被设置在各个气缸中的涡流控制阀(66)，
其中，所述电子控制单元被构造成：
i)当所述基准生热率梯度和所述实际生热率梯度之间的所述偏离量等于或大于所述预定值时，对于所述各个气缸获得所述基准生热率梯度和所述实际生热率梯度之间的所述偏离量变为等于或大于所述预定值时的偏离时间，并且
ii)修正所述涡流控制阀的开度或被喷射到所述各个气缸的燃料量中的至少一个，使得所述各个气缸的所述偏离时间变为同一时间。
5.根据权利要求4所述的控制器，
其中，所述电子控制单元被构造成：
i)获得所述多个气缸的所述偏离时间的平均值，
ii)修正所述各个气缸的所述涡流控制阀的开度或被喷射到所述各个气缸的燃料量中的至少一个，使得所述各个气缸的所述偏离时间变为所述平均值，并且
iii)随着所述偏离时间的平均值与所述基准生热率变为最大的基准峰值时间分离得越远，将所述燃料喷射压力或所述喷射的燃料量中的至少一个的修正量设定为越大。
6.根据权利要求4所述的控制器，
其中，所述电子控制单元被构造成：
i)获得所述多个气缸的所述偏离时间的平均值，
ii)修正所述各个气缸的所述涡流控制阀的开度或被喷射到所述各个气缸的燃料量中的至少一个，使得所述各个气缸的所述偏离时间变为所述平均值，并且
iii)随着所述偏离时间的平均值越接近所述基准生热率开始上升的时间，将所述燃料喷射压力或所述喷射的燃料量中的至少一个的修正量设定为越大。
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