CN108026828B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能使内燃机在稀薄燃烧极限下稳定地燃烧的内燃机的控制装置。本发明的内燃机的控制装置对设置有点火装置的内燃机进行控制，所述点火装置对燃烧室内所形成的燃料与空气的混合气进行点火，该内燃机的控制装置根据燃烧室的压缩比来控制所述内燃机的进气侧的空气温度。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种发动机的控制装置，尤其涉及一种实施降低发动机的油耗用的稀薄燃烧的发动机的控制技术。
背景技术
在汽油汽车中，通常，内燃机是以燃料与空气的比率在计量混合比附近来进行燃烧而输出动力。其原因在于，能够同时提高安装在发动机的排气侧的三元催化剂对未燃烃(HC)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)的净化率的条件在计量混合比附近。相对于此，有所谓的稀薄燃烧(Lean burn)，即，在与计量混合比相比增大了空气的比率的条件(空气过剩条件、稀燃条件)下使燃料和空气燃烧。由于稀薄燃烧能够降低发动机的进气损耗(泵送损耗)、冷却损耗等，因此，多年来作为汽车的低油耗技术持续得到开发。在稀燃条件下实施燃烧的问题之一在于，由于废气中残留氧，因此NOx在三元催化剂中得不到净化。因此，必须削减燃烧时生成的NOx，一种方法是增大空气的比率(增大空气过剩率)。
作为用以实现抑制了NOx排出量的稀薄燃烧的公知例，有专利文献1。该公知例揭示了如下的内燃机的控制装置：将相对于温度而言产生陡峭的层流燃烧速度的温度定义为拐点温度，在实施均质稀薄燃烧时，以相较于该拐点温度而言提高压缩上止点处的缸内温度的方式控制发动机。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2014-62466号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1记载的技术是以压缩上止点处的温度高于拐点温度的方式进行控制的技术。但是，缸内的温度根据发动机的动作条件、致动器的动作状况的不同而可能取各种范围。此外，存在如下问题：在致动器的动作中，缸内的温度达不到目标温度，从而难以实现燃烧。
因此，本发明的目的在于提供一种在各种环境条件下都能实现所期望的稀薄燃烧的内燃机的控制装置。
解决问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明的内燃机的控制装置对设置有燃料喷射装置和点火装置的内燃机进行控制，所述燃料喷射装置对燃烧室内直接喷射燃料，所述点火装置对燃烧室内所形成的燃料与空气的混合气进行点火，该内燃机的控制装置的特征在于，具备温度控制部，所述温度控制部根据燃烧室的压缩比来控制所述内燃机的进气侧的空气温度。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种在各种环境条件下都能实现所期望的稀薄燃烧的内燃机的控制装置。
附图说明
图1为本发明的实施方式的发动机的控制装置的系统构成图。
图2为表示本发明的实施方式的发动机的控制装置的构成的系统框图。
图3为表示本发明的实施例的发动机的构成的构成图。
图4为表示本发明的实施例的加热部分的另一构成的构成图。
图5为表示本发明的实施例的发动机的控制装置的与进气温度相应的点火时间、喷射时间及压缩比的控制内容的流程图。
图6为表示本发明的实施例的发动机的控制装置的与进气温度相应的点火时间的滞后控制的控制内容的流程图。
图7为表示本发明的实施例的发动机的控制装置的与进气温度相应的喷射时间的滞后控制的控制内容的流程图。
图8为表示本发明的实施例的发动机的控制装置的与进气温度相应的压缩比的控制内容的流程图。
图9为说明本发明的实施例的喷射时间及点火时间的映射值的概念图。
图10为表示本发明的实施例的基于压缩比的目标进气温度的决定方法的概念图。
图11为表示本发明的实施例的基于进气温度的目标压缩比的决定方法的概念图。
图12为表示本发明的实施例中的基于进气温度的点火时间、喷射时间的控制时的各种动作的变化的概念图。
图13为表示本发明的实施例中的基于进气温度的点火时间、喷射时间及压缩比的控制时的各种动作的变化的概念图。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明的实施方式进行说明。首先，使用图1、图2，对以下展示的实施方式中共通的构成进行说明。
实施例1
图1为表示本发明的实施例1的发动机控制装置(ECU 20)的构成的系统框图。空气流量传感器1、进气温度传感器3、加速踏板开度传感器12、曲轴转角传感器19的输出信号输入至ECU 20的输入电路20a。但输入信号并不仅限于这些。输入的各传感器的输入信号送至输入输出端口20b内的输入端口。送至输入端口20b的值保管至RAM 20c，由CPU 20e加以运算处理。记述有运算处理内容的控制程序预先写入在ROM 20d中。
按照控制程序运算出的表示各致动器的作动量的值保管在RAM 20c中，之后送至输入输出端口20b内的输出端口，经过各驱动电路而送至各致动器。本实施例的ECU 20具备作为驱动电路的、对进气温度控制装置7的换热量进行控制的进气温度控制部20f。此外，本实施例的ECU 20具备作为驱动电路的、对可变压缩比机构(可变压缩比装置18、可变气门5)、点火线圈16、燃料喷射装置13的动作量、时间进行控制的致动器控制部20g。致动器控制部20g通过可变压缩比机构(可变压缩比装置18、可变气门5)的驱动量控制来控制压缩比，而且控制点火线圈16的点火时间，而且控制燃料喷射装置13的喷射正时、喷射脉宽。点火线圈16是生成火花点火内燃机的火花塞放电用的高电压的变压器，燃料喷射装置13是对火花点火内燃机的燃烧室内直接喷射燃料的喷射器。在本实施例中，是在ECU 20内配备上述驱动电路的装置，但并不限于此，也可将上述驱动电路中某一方配备在ECU 20内。
ECU 20的致动器控制部20g在控制点火线圈16、燃料喷射装置13以及可变压缩比装置18、可变气门5中的某一方或全部时，检测进气温度，在根据该检测到的进气温度决定的恰当时刻朝燃料喷射装置13、点火线圈16两者接通输入电力，并根据条件朝可变压缩比装置18、可变气门5接通输入电流。
图2为表示在本实施例的发动机的控制装置即ECU 20的CPU 20e内实施的点火时间、燃料喷射时间及压缩比的控制逻辑的概要的图，由要求扭矩算出块B201和致动器控制块B202构成。ECU 20的CPU 20e执行这些控制逻辑，决定各种致动器的控制量。要求扭矩算出块B201根据加速踏板开度传感器12的输出来算出要求扭矩及要求空气量。致动器控制块B202基于根据进气温度传感器3的输出算出的进气管中的气体的温度、根据曲轴转角传感器19的输出算出的发动机转速来控制点火线圈16的点火时间、燃料喷射装置13的喷射时间、以及可变压缩比机构(可变压缩比装置18、可变气门5)压缩比。加速踏板开度传感器12的输出被输入至要求扭矩算出块B201，进气温度传感器3的输出被输入至致动器控制块B202，输出点火线圈16、燃料喷射装置13以及可变压缩比装置18、可变气门5的控制信号，并输入至致动器控制部20g。致动器控制部20g接收这些控制信号，将驱动电流或驱动电压输出至点火线圈16、燃料喷射装置13或可变压缩比机构(可变压缩比装置18、可变气门5)等各致动器，由此实施这些致动器的控制。
通常，通过增大空气过剩率，能够减小NOx排出量。但是，由于燃烧速度会与空气过剩率的增加成比例地降低，因此，通常而言，发动机内部所形成的空气与燃料的混合气的空气过剩率在1.5至1.7左右时发动机动作就较为困难。将此时的空气过剩率称为稀燃极限。其原因在于，在正常环境下，若空气过剩率增大到1.5至1.7左右，则层流燃烧速度就接近0。根据目前的研究得知，若确保进气温度、使得点火时间下的温度保持某一水平，则即便空气过剩率达到2以上，层流燃烧速度也不会降低，能够确保发动机的动作所需的燃烧速度，从而有可能将稀燃极限扩展至空气过剩率2.0而可以实现NOx降低与油耗降低能够并存的稀薄燃烧。
图3为配备进气温度控制部7的汽车用缸内喷射式汽油发动机构成图。发动机100是实施火花点火式燃烧的汽车用汽油发动机。在进气管的各适当位置配备有对吸入空气量以及涡轮上游侧的进气温度进行测量的空气流量传感器1、设置在发动机进气阀附近的进气岐管6上的进气温度传感器3、用以对进气进行增压的增压器的压缩机4a、用以控制进气的温度的进气温度控制装置7、以及调整进气管压力的电控节气门2。此外，在发动机100上，针对每一气缸而配备有燃料喷射装置(以下，称为喷射器)13和点火装置(以下，称为点火线圈16、火花塞17)，所述燃料喷射装置对各气缸14中喷射燃料，所述点火装置供给对燃烧室21的内部所形成的燃料与空气的混合气进行点火的点火能量。此外，在气缸盖上配备有对流入至缸内或者从缸内排出的气体进行调整的可变气门5。通过调整可变气门5来调整所有气缸的进气量及内部EGR量。此外，虽未图示，但用以对燃料喷射装置13供给高压燃料的高压燃料泵通过燃料管道与燃料喷射装置13连接在一起，在燃料管道中配备有用以测量燃料喷射压力的燃料压力传感器。
此外，在发动机100上配备有控制活塞的基准位置的可变压缩比装置18，并且安装有用以检测发动机的活塞位置的曲轴角度传感器19。曲轴角度传感器19的输出值送至ECU20。此处，由于可变压缩比装置18及可变气门5能够通过其动作来控制压缩比，因此，以下也称为可变压缩比机构。
进而，在排气管15的各适当位置配备有利用废气能量对增压器的压缩机4a赋予转动力用的涡轮4b、调整流至涡轮的废气流量用的电控废气旁通阀11、对废气进行净化的三元催化剂10、以及作为空燃比检测器的一形态的在三元催化剂10的上游侧检测废气的空燃比的空燃比传感器9。此外，虽未图示，但配备有对在发动机中循环的冷却水的温度进行测量的温度传感器45。
从空气流量传感器1、进气温度传感器3及空燃比传感器9获得的信号送至发动机控制单元(ECU 20)。此外，从加速踏板开度传感器12获得的信号送至ECU 20。加速踏板开度传感器12检测加速踏板的踩踏量即加速踏板开度。ECU 20根据加速踏板开度传感器12的输出信号来运算要求扭矩。即，加速踏板开度传感器12用作检测对发动机的要求扭矩的要求扭矩检测传感器。此外，ECU 20根据曲轴角度传感器的输出信号来运算发动机的转速。由ECU 20的CPU 20e执行的致动器控制块B202根据从上述各种传感器的输出获得的发动机的运转状态来最适当地运算空气流量、燃料喷射量、点火时间、燃料压力、进气温度等发动机的主要作动量。
由ECU 20的CPU 20e执行的致动器控制块B202中运算出的燃料喷射量转换为开阀脉冲信号而送至喷射器13。此外，以在由ECU 20的CPU 20e执行的致动器控制块B202中运算出的点火时间点火的方式将点火信号送至点火线圈16。此外，由ECU 20运算出的节气门开度作为节气门驱动信号送至电控节气门2。此外，由ECU 20运算出的目标进气温度作为进气温度控制装置7所具备的致动器的动作信号送至进气温度控制装置7。
对从进气管经过进气阀流进气缸14内的空气喷射燃料，形成混合气。混合气借助在规定的点火时间从火花塞17产生的火花而爆炸，其燃烧压力将活塞下压而成为发动机的驱动力。进而，爆炸后的废气经过排气管15送入至三元催化剂10，废气成分在三元催化剂10内得到净化而排出至外部。
对图3所示的进气温度控制装置7的具体构成进行说明。作为进气温度控制装置7的构成，有与在发动机中循环的冷却水进行换热的构成(中冷器)。通过控制在中冷器中流动的冷却水的量来控制通过进气温度控制装置7的气体与冷却水的换热量，从而控制在进气管中流动的气体的温度。在冷却水的温度低于进气温度控制装置7的入口处的气体温度的情况下，ECU 20的进气温度控制部20f变更进气温度控制装置7所配备的、控制冷却水流量的阀(未图示)的开度，由此增加吸入气体与冷却水的换热量，将吸入气体的温度朝降低方向控制。在增大温度的降低量的情况下，ECU 20的进气温度控制部20f增大对在进气温度控制装置7中流动的冷却水流量进行控制的阀的开度。在冷却水的温度高于进气温度控制装置7的入口处的气体温度的情况下，ECU 20的进气温度控制部20f变更进气温度控制装置7所配备的、控制冷却水流量的阀(未图示)的开度，由此增加吸入气体与冷却水的换热量，将吸入气体的温度朝提升方向控制。在增加温度的提升量的情况下，ECU 20的进气温度控制部20f增大对在进气温度控制装置7中流动的冷却水量进行控制的阀的开度。
通过以上操作来控制吸入气体的温度。作为进气温度控制装置7的另一构成，有使用将电能转换为热能的加热器来控制吸入气体温度的构成。在使用加热器的情况下，使用对通入至加热器的电力量进行调整的装置(未图示)来控制加热器的发热量，从而控制在进气管中流动的气体的温度。在增加气体温度的上升量的情况下，增加通入至进气温度控制装置7的电力。将又一不同构成示于图4。
图4为进气温度控制装置7进行吸入空气与废气的换热的构成。通过控制在进气温度控制装置7中流动的废气流量来控制通过进气温度控制装置7的气体与冷却水的换热量，从而控制在进气管中流动的气体的温度。在进气温度控制装置7中流动的废气流量的控制使用设置在连接进气加热装置7与排气管15的管上的流量调整阀50。在增加吸入气体的温度的提升量的情况下，ECU 20的进气温度控制部20f增加流量调整阀50的开度，由此增加在进气温度控制装置7中流动的废气流量，从而增加与吸入气体的换热量。通过配备这种进气温度控制装置7，能够实现在稀燃极限下进行燃烧所需的进气温度。结果，能够将稀燃极限扩大到能够抑制NOx的排出量的条件为止，实现低NOx与低油耗并存的稀薄燃烧。
图5中记载了由本实施例的ECU 20实施的运算处理。首先，在步骤S501中，获取点火时间的映射值。所谓点火时间的映射值，是指图9所示那样的、以发动机输出和发动机转速或者与它们相关联的指标的函数的形式设定在映射图上的点火时间的值。映射值是预先通过发动机试验、数值模拟加以定义，并以数据形式存储在ECU 20中的。根据由要求扭矩算出部计算出的要求扭矩以及曲轴角度传感器19来确定动作点，检索映射值。然后，在步骤S502中，计算检测压缩比下的目标进气温度。压缩比的检测是利用可变压缩比装置18、可变气门5以及点火时间的映射值来检测。
在可变压缩比装置18为通过活塞上止点位置的变更来控制压缩比的构成的情况下，能以如下方式进行检测。以通过可变压缩比装置18将活塞上止点位置设定得最高的状态为基准(下标表达为0)。通过可变压缩比装置18将机械压缩比设定成ε1。此时，若将基准状态下的压缩上止点处的燃烧室容积设为Vc0，则活塞上止点位置处的燃烧室容积Vc1就成为
Vc1＝κVc0
κ＝(ε0－1)/(ε1－1)
进而，若将从进气阀关闭时间(IVC：Intake Valve Close)起到点火时间映射值为止的排出体积设为Vst、将从点火时间映射值起到压缩上止点为止的排出体积设为Vres，则实际压缩比能以如下方式评价
ε1,R＝(Vc1+Vst+Vres)/(Vc1+Vres)
关于各排出体积，例如，可以将压缩上止点处的体积与每一曲轴转角的体积的差分以曲轴转角的函数的形式作成映射(Vr,map(Θ))存储在ECU 20中，通过使用该映射来进行计算。例如，若将进气阀关闭时间设为ΘIVC、将点火时间映射值设为ΘADV,map、将压缩上止点处的曲轴转角设为ΘTDC，则可以进行如下计算
Vst＝Vr,map(ΘIVC)－Vr,map(ΘADV,map)
Vres＝Vr,map(ΘTDC)－Vr,map(ΘADV,map)
或者，若将Vr作成曲轴转角Θ(rad)的函数、将r设为冲程半径、将l设为连杆(连结曲轴臂与活塞的臂)的长度、将内孔直径设为D，则能以下面的函数给出
Vr(Θ)＝0.25πD2(rcosΘ+(l2－(rsinΘ)2)0.5)
在使用以上公式的情况下，与使用体积的差分的映射的情况一样，也能计算排出体积。
根据图10所示的压缩比与目标进气温度具有负相关的关系特性和检测压缩比ε1,R来计算目标进气温度Ttar。此处，图10所示的压缩比与目标进气温度具有负相关的关系特性是预先通过发动机试验、数值模拟加以设定，并以数据形式存储在ECU 20中的。通过使用图10所示那样的压缩比与目标进气温度具有负相关的关系特性，根据压缩比来选择恰当的进气温度设定。如此，在本实施例中，根据压缩比来设定目标进气温度，ECU 20的进气温度控制部20f以进气侧的空气温度达到目标进气温度的方式进行控制。
即，本实施例的ECU 20的进气温度控制部20f作为根据燃烧室21的压缩比来控制内燃机的进气侧的空气温度的温度控制部而发挥作用。也就是说，在进气温度控制装置7为图3所示的中冷器的情况下，进气温度控制部20f根据燃烧室21的压缩比来控制在中冷器中流动的冷却水的量，由此控制内燃机的进气侧的空气温度。此外，在进气温度控制装置7为图4所示的进行与废气的换热的构成的情况下，进气温度控制部20f根据燃烧室21的压缩比来控制在进气温度控制装置7中流动的废气流量，由此控制内燃机的进气侧的空气温度。
由此，能够防止过度的进气温度上升，从而能够设定恰当的进气温度。结果，能够降低因压缩后的温度而大幅变化的冷却损耗、在减少异常燃烧的情况下实现最佳稀薄燃烧，从而能够在稀燃极限附近实现稳定的燃烧。此外，在通过本实施例的展示以外的外部因素来决定点火时间和喷射时间而无法变更的情况下，在步骤S502中，可以根据喷射时间、点火时间来修正根据图10所示的压缩比与目标进气温度具有负相关的关系特性和检测压缩比ε1,R决定的目标进气温度Ttar。例如，在将通过外部因素决定的喷射时间设为Θinj,e、将点火时间设为ΘADV,e时，可以利用能够通过以下公式决定的Te,inj和Te,ADV的较小的值来决定。
Te,inj＝Ttar+A(T0－Ttar)
A＝(Θinj,e－Θinj,map)/(Θinj,e－Θinj,map)
Te,ADV＝B(γ－1)Ttar
B＝(Vc1+Vr(ΘADV,e))/(Vc1+Vr(ΘADV,map))
本实施例的ECU 20的进气温度控制部20f作为根据燃烧室21的喷射时间、点火时间来控制内燃机的进气侧的空气温度的温度控制部而发挥作用。即，在进气温度控制装置7为图3所示的中冷器的情况下，进气温度控制部20f根据燃烧室21的压缩比来控制在中冷器中流动的冷却水的量，由此控制内燃机的进气侧的空气温度。此外，在进气温度控制装置7为图4所示的进行与废气的换热的构成的情况下，进气温度控制部20f根据燃烧室21的压缩比来控制在进气温度控制装置7中流动的废气流量，由此控制内燃机的进气侧的空气温度。
由此，即便在喷射时间、点火时间及压缩比的目标值无法变更的情况下，也能恰当地控制目标进气温度，即便在喷射时间及点火时间的设定范围受到限制的状况下也能实现稳定燃烧。
接着，进入至步骤S503，对由进气温度传感器3检测到的进气温度与目标进气温度进行比较。在由进气温度传感器3检测到的进气温度较高的情况下，进入至步骤S504，将点火时间设定为映射值，然后进入至步骤S505，将喷射时间设定为映射值。与点火时间一样，喷射时间的映射值也是指图9所示那样的、以发动机输出和发动机转速或者与它们相关联的指标的函数的形式设定在映射图上的喷射时间的值。喷射时间的映射值是预先通过发动机试验、数值模拟加以定义，并以数据形式存储在ECU 20中的。在步骤S503中的处理中，在进气温度小于目标进气温度的情况下，进入至步骤S506。在步骤S506中，根据进气温度和目标进气温度来进行从映射值滞后的点火时间的设定处理。接着，进入至步骤S507，根据进气温度和目标进气温度来进行从映射值滞后的喷射时间的设定处理。然后，在步骤S508中，根据进气温度和目标进气温度来进行高压缩比化的设定处理。通过以上处理，设定与进气温度和目标进气温度的差分相应的点火时间、喷射时间及压缩比以及致动器的动作目标值。
图6中记载了图5中的步骤S506中实施的运算处理。首先，在步骤S601中，计算修正点火时间。修正点火时间以如下方式计算。将能够获得与目标进气温度为Ttar的情况同等的温度的压缩体积设为Vi。
Vi＝Vr(ΘADV,map)(Ttar/Tin)(1/(γ－1))
γ为比热容比，大致在1.33～1.4之间设定。关于实现压缩体积的曲轴角度，解Vi＝Vc1+Vr(Θ)这一等式，或者探索满足Vi＝Vc1+Vr,map(Θ)的或者右边与左边的差达到最小的Vr,map(Θ)。将探索结果获得的、满足压缩体积Vi的曲轴角度Θ作为修正点火时间ΘADV,mod。但是，在极限角度(ΘADV,limit)下也无法实现Vi的情况下，将修正点火时间作为极限角度。极限角度是通过实验、模拟而预先设定的值，设定在活塞上止点的附近。接着，进入至步骤S602，判定修正点火时间是否小于极限时间(是否处于提前侧)。极限时间是点火时间的最大滞后时的设定，与点火时间等一样，它也以图9所示那样的发动机输出和发动机转速或者与它们相关联的指标的函数的形式存储在ECU 20中。极限时间设定在上止点之前。再者，关于映射值，在修正点火时间处于极限时间的提前侧的情况下，进入至步骤S603，将修正点火时间设定为点火时间。进而进入至步骤S604，将表示所设定的点火时间是否处于极限时间的极限时间标志设定为OFF。在步骤S602中，在判定修正点火时间大于极限时间(处于滞后侧)的情况下，进入至步骤S605，将极限时间设定为点火时间。然后，进入至步骤S606，将极限时间标志设定为ON。
通过如此设定点火时间，在进气温度低于目标进气温度的情况下，能朝滞后侧设定点火时间。通过朝滞后侧设定点火时间，与以点火时间映射值进行点火的情况相比，能使点火时间的温度上升。
即，本实施例的ECU 20以相对于燃烧室21的压缩比呈负相关的方式设定目标进气温度，并且具备如下点火时间控制部(致动器控制部20g)：在内燃机的进气侧空气温度低于燃烧室21的压缩比下的目标进气温度的情况下，以使点火装置的点火时间相较于“进气侧空气温度为燃烧室21的压缩比下的目标进气温度以上的情况下设定的点火时间”而言滞后的方式控制点火装置。
如此一来，能以不论压缩比如何、压缩后的温度都能达到同等温度的方式进行控制，从而能够在使因过度加热而增加的冷却损耗不增加的情况下获得同样的燃烧状态而不管压缩比如何。此外，在进气温度较低的情况下能够确保点火时间下的温度，从而能在稀燃极限附近的条件下稳定地燃烧。结果，即便是在以点火映射值进行点火的情况下无法燃烧的稀薄混合气状态，也会通过点火时间的滞后而在温度更高的条件下开始燃烧，由此，能够接近稳定燃烧。
进而，如上所述，通过根据能够获得同等温度的压缩体积Vi来设定点火时间，能够根据进气温度与目标进气温度的差来设定点火时间的滞后量。结果，在相较于目标进气温度而言进气温度更低的条件下，能够更大地滞后点火时间。
即，本实施例的ECU 20具备如下点火时间控制部(致动器控制部20g)：在内燃机的进气侧空气温度低于燃烧室21的压缩比下的目标进气温度的情况下，以“进气侧空气温度与燃烧室21的压缩比下的目标进气温度的差越大、越增大使点火装置的点火时间滞后的量”的方式控制点火装置。
结果，即便是在以点火映射值进行点火的情况下无法燃烧的稀薄混合气状态，也能根据进气温度的状态来决定点火时间的滞后量，因此，能在更宽的进气温度条件下实现稳定燃烧。
图7中记载了图5中的步骤S507中实施的运算处理。首先，在步骤S701中，从图9所示那样的、以发动机输出和发动机转速或者与它们相关联的指标的函数的形式存储在ECU20中的映射中获取喷射时间的映射值。接着，进入至步骤S702，判定表示点火时间是否已设定为极限时间的极限时间标志是否已变为ON。在步骤S702中，在极限时间标志为OFF的情况下，进入至步骤S703，利用喷射时间映射值和点火时间映射值、根据以下关系来计算标准状态下的点火时间与喷射时间(Θinj,map)的间隔(ΔDiff,map＞0)。
ΔDiff,map＝ΘADV,map－Θinj,map
然后，进入至步骤S704，根据以下关系来设定喷射时间(Θinj)。
Θinj＝ΘADV,mod－ΔDiff,map
在步骤S702中，在判定点火时间已设定为极限时间的情况下，进入至步骤S705，根据目标进气温度与进气温度的差来设定喷射时间与点火时间的间隔。例如，可以将喷射时间与点火时间的间隔的最小值设为ΔDiff,min，将目标进气温度设为Ttar，将进气温度设为Tin，将参考温度设为T0，将A、B设为系数，通过以下关系来求喷射时间与点火时间的间隔ΔDiff,mod。
ΔDiff,mod＝ΔDiff,min+C(DTin－T0)
参考温度T0例如可设为标准大气温度(298.15K)。C及D是根据事先的发动机试验、模拟加以定义，并存储在ECU 20中的。或者，可以将极限角度设为ΘADV,limit，给出
C＝(ΔDiff,map－ΔDiff,min)/(Ttar－T0)
D＝(Vc1+Vr(ΘADV,map))(γ－1)/(Vc1+Vr(ΘADV,limit))(γ－1)。然后，进入至步骤S706，使用步骤S705中规定的ΔDiff,mod，以如下方式设定喷射时间。
Θinj＝ADVmod－ΔDiff,mod
通过以上内容，能够设定与进气温度及点火时间相应的喷射时间。
通常，随着喷射时间与点火时间的间隔的增加，有点火时间下的火花塞周围的混合气的空气过剩率增大的倾向。也就是说，若仅使点火时间滞后，则温度会上升，但同时，火花塞周围的混合气的空气过剩率会增加，因此，就燃料浓度的观点而言，会变为难以燃烧的状态。
通过如此设定喷射时间，在进气温度低于目标进气温度的情况下，能朝滞后侧设定喷射时间。结果，与使用喷射映射值的情况相比，能够提高点火时间下的火花塞17周围所形成的燃料空气的混合气浓度。也就是说，在进气温度较低的情况下，能将点火时间下的火花塞周围所形成的混合气的燃料浓度设定得比稀燃极限高，从而能在稀燃极限附近稳定地燃烧。
即，本实施例的ECU 20的喷射时间控制部(致动器控制部20g)以如下方式控制燃料喷射装置13：在内燃机的进气侧的空气温度低于燃烧室21的压缩比下的目标进气温度的情况下，使点火装置的点火之前由燃料喷射装置13进行喷射的最后的喷射时间相较于“进气侧空气温度为燃烧室21的压缩比下的目标进气温度以上的情况下设定的喷射时间”而言滞后。
结果，通过喷射控制的变更来控制混合气分布，从而使比稀燃极限高的混合气分布在火花塞周围，由此，能够防止因使用喷射映射值时产生的进气温度低于目标进气温度而引起的不稳定化。
进而，如上所述，可以根据进气温度与目标进气温度的差来设定喷射时间的滞后量。结果，在相较于目标进气温度而言进气温度更低的条件下，能够更大地滞后喷射时间。
即，本实施例的ECU 20具备如下喷射时间控制部(致动器控制部20g)：在进气侧空气温度低于燃烧室21的压缩比下的目标进气温度的情况下，以目标进气温度与进气侧空气温度的差越大、越增大使喷射时间滞后的量的方式控制燃料喷射装置。
结果，即便是在以点火映射值进行点火的情况下、使点火时间滞后的情况下无法燃烧的稀薄混合气状态，也能根据进气温度的状态来决定喷射时间的滞后量，因此，能在更宽的进气温度条件下使点火时间下的火花塞周围的燃料空气的混合气合理化而实现稳定燃烧。
此外，在该情况下，点火时间控制部(致动器控制部20g)较理想为以如下方式控制点火装置：在内燃机的进气侧空气温度低于燃烧室21的压缩比下的目标进气温度的情况下，使点火装置的点火时间相较于“进气侧空气温度为燃烧室21的压缩比下的目标进气温度以上的情况下设定的点火时间”而言滞后。本实施例中，配合使喷射时间滞后的喷射控制部而配备有使点火时间滞后的点火装置控制部，能够实现所期望的控制。如此一来，在进气温度较低的情况下能够确保点火时间下的温度，而且，在点火时间下混合气的空气过剩率过度上升的情况也能得到抑制，因此，能在稀燃极限下稳定地燃烧。在配合点火时间而移动喷射时间的情况(保持喷射与点火的间隔的情况)下，一方面能使点火时间下的混合气的温度上升，另一方面能够维持火花塞周围的混合气的空气过剩率，因此，燃烧更容易稳定。进而，在即便使点火时间滞后到极限温度也不够的情况下，以相较于由点火时间映射和喷射时间映射定义的点火与喷射的间隔而言间隔变小的方式使喷射时间滞后、降低火花塞周围的空气过剩率，由此，能使燃烧稳定。
其原因在于，在空气过剩率1以上的范围内，空气过剩率越小，层流燃烧速度越是增大，从而能在较低的温度下确保所需要的燃烧速度。但是，当火花塞周围的空气过剩率减小时，NOx的排出量会增加，因此，优选尽可能抑制空气过剩率的减少(不过度减小喷射与点火的间隔)。为了一方面抑制空气过剩率的减少、另一方面使燃烧稳定，像本实施例这样在实施点火的同时实施喷射时间的滞后的构成较佳。但并非必限于此，通过将点火时间固定为点火映射时间、仅使燃料喷射时间滞后而减小火花塞周围的混合气的空气过剩率，能够实现燃烧稳定化。
此外，在本实施例中，在点火时间处于极限时间的提前侧的情况下，是将点火与喷射的间隔保持固定，但并非必限于此，也可变更间隔。当喷射时间朝滞后侧偏移时，喷射时间的缸内压升高。因此，喷雾的到达距离缩短，所以，火花塞周围的空气过剩率相对于时间的变化不一样。
图8中记载了图5中的步骤S508中实施的运算处理。首先，在步骤S801中，判定表示是否正在实施压缩比的控制的压缩比控制标志是否已变为ON。在压缩比控制标志为ON的情况下，进入至步骤S802，判定检测压缩比是否为目标压缩比。此时，使用实际压缩比ε1,R进行评价。在尚未达到目标压缩比的情况下，直接结束，以去往目标压缩比的方式继续进行控制。在已到达目标压缩比的情况下，进入至步骤S803，将压缩比控制标志设定为OFF，停止压缩比控制。在步骤S802中，在判断压缩比控制标志为OFF的情况下，进入至步骤S804，判定目标进气温度与进气温度的差分是否大于基准值α。基准值α为正值，是用以进行如下判断的基准值：在温度差较小、进气温度达到目标进气温度为止的时间较短的情况(进气温度的响应较快的情况)下，不实施压缩比的控制，在温度差较大、进气温度达到目标进气温度较为耗时的情况(进气温度的响应较慢的情况)下，实施压缩比的控制。具体而言，由于该值是根据进气温度和压缩比的控制的响应性来决定的，因此取决于进气温度控制装置7的构成。基准值α是事先通过发动机试验、模拟来定义值，并存储在ECU中的。在目标进气温度与进气温度的差大于基准值α的情况下，进入至步骤S805，决定检测进气温度下的目标压缩比。检测进气温度下的目标压缩比Etar是根据图11所示那样的进气温度与目标压缩比具有负相关的关系特性和检测进气温度Tcur来决定的。进气温度与目标压缩比具有负相关的关系特性是事先通过发动机试验、模拟来定义值，并存储在ECU中的。
即，在本实施例中，在内燃机中设置有改变压缩比的可变压缩比装置18，在进气侧空气温度低于燃烧室21的压缩比下的目标进气温度的情况下，ECU 20的致动器控制部20g(压缩比控制部)以增大燃烧室21的压缩比的方式控制可变压缩比装置18。控制压缩比的可变压缩比装置18、可变气门5的响应比进气温度的响应快。若温度较低的条件长时间持续，则在图7所示的流程中，当喷射时间与点火时间的间隔变小时，火花塞周围的空气过剩率会上升，因此，比由映射值定义的间隔小的期间变长。在这期间，NOx排出量增加，因此，希望尽可能缩短像这样点火与喷射的间隔变小的期间。若能操作压缩比而使压缩后的温度达到恰当的温区的时间提前，则能够缩短喷射时间与点火时间的间隔比由映射值定义的值小的期间、降低有损低NOx性能的量。
再者，关于进气温度检测，也可以将图3所示的进气温度传感器3替换成进气压力传感器，根据与由空气流量传感器1检测到的温度替换的、由进气压力传感器检测到的压力来进行推断。
图12中展示了使用图5至图8所示的流程图的情况下的点火时间、喷射时间、压缩比的变化。设想进气温度在时间t1发生变化、其后通过进气温度的控制而恢复到了目标进气温度的状态，图12中，设定目标进气温度与进气温度的差不超过基准值α。当温度在时间t1减少时，相应地，点火时间滞后，喷射时间也相应地滞后。此处，当达到时刻t2时，点火时间的滞后量增大而达到极限时间，因此，以与点火时间缩短间隔的方式推进喷射时间的滞后。在时间t3，由进气温度控制装置进行的加热推进，进气温度上升，这时，喷射时间开始提前，当喷射时间的间隔超过规定量时，点火时间也开始提前。此处，规定量例如可以设为利用喷射映射值和点火映射值求出的点火与喷射的间隔。
通过像以上那样进行控制，即便在进气温度发生变化的情况下也能实现稀燃极限下的燃烧而不会有损燃烧稳定性。在现有技术中，不论进气温度如何都不会实施喷射时间、点火时间的滞后修正，因此，稀燃极限附近下的燃烧因进气温度而不稳定，导致输出变动增大。
图13中展示了使用图5至图8所示的流程图的情况下的点火时间、喷射时间、压缩比的变化。展示了设想进气温度在时间t1发生变化、目标进气温度与进气温度的差超过基准值α，并加入压缩比的控制的状况。当温度在时间t1减少时，相应地，点火时间滞后，喷射时间也相应地滞后。此处，当目标进气温度与进气温度的差在时刻t2超过基准值α时，开始压缩比提高的控制。此时，相应地，进行进气温度的目标值的修正。点火时间的滞后量增大而达到极限时间，因此，以与点火时间缩短间隔的方式推进喷射时间的滞后。在时间t3，由进气温度控制装置进行的加热推进，进气温度上升，这时，喷射时间开始提前，当喷射时间的间隔超过规定量时，点火时间也开始提前。此处，规定量例如可以设为利用喷射映射值和点火映射值求出的点火与喷射的间隔。
通过像以上那样进行控制，即便在进气温度发生变化的情况下也能实现稀燃极限下的燃烧而不会有损燃烧稳定性。在不实施高压缩比化的情况下，点火时间设定为极限时间的期间变长，喷射时间与点火时间的间隔比ΔDiff,map小的期间变长。在间隔小于ΔDiff,map的条件下，与稀薄燃烧极限相比燃料混合气的比例上升，因此NOx(氮氧化物)的排出增加。通过提高压缩比，能够增大由压缩引起的温度上升、在早期阶段确保点火时间下的所需温度。结果，能够缩短为了确保温度而实施的点火的滞后的期间，进而，能够减少喷射与点火的间隔小于ΔDiff,map的期间，因此，能够抑制NOx排出量。
以上，揭示了使用中冷器7作为进气温度的加热单元的进气冷却量的控制、废气与进气的换热，但并不限于这些手段，对使用对进气进行加热的加热器、压缩机的进气的加热也能运用本实施例中展示的控制。
符号说明
1 空气流量传感器
2 电控节气门
3 进气温度传感器
4 增压器
4a 压缩机
4b 涡轮
5 可变气门
6 进气岐管
7 进气温度控制装置
9 空燃比传感器
10 三元催化剂
11 废气旁通阀
12 加速踏板开度传感器
13 缸内直喷用喷射器
14 气缸
15 排气管
16 点火线圈
17 火花塞
18 可变压缩比装置
19 曲轴转角传感器
20 ECU
20a 输入电路
20b 输入输出端口
20c RAM
20d ROM
20e CPU
20f 进气温度控制部
20g 致动器控制部
20h 废气旁通阀驱动电路
20j 中冷器冷却水阀驱动电路
20k 变速器驱动电路
20m EGR阀驱动电路
40 EGR管
41 EGR阀
42 EGR冷却器
43 差压传感器
44 EGR温度传感器
100 发动机。

Claims (6)

1.一种内燃机的控制装置，其控制设置有燃料喷射装置和点火装置的内燃机，所述燃料喷射装置对燃烧室内直接喷射燃料，所述点火装置对燃烧室内所形成的燃料与空气的混合气进行点火，该内燃机的控制装置的特征在于，
以相对于燃烧室的压缩比呈负相关的方式设定目标进气温度，
所述内燃机的控制装置具备如下点火时间控制部：在所述内燃机的进气侧空气温度低于所述燃烧室的压缩比下的目标进气温度的情况下，所述点火时间控制部以使点火装置的点火时间相较于在下述情况下设定的点火时间而言滞后的方式控制所述点火装置，该情况为：进气侧空气温度为所述燃烧室的压缩比下的目标进气温度以上的情况，
在所述内燃机上设置有改变压缩比的可变压缩比装置，
所述内燃机的控制装置具备如下压缩比控制部：在所述进气侧空气温度低于所述燃烧室的压缩比下的目标进气温度的情况下，所述压缩比控制部以增大燃烧室的压缩比的方式控制所述可变压缩比装置。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在所述进气侧空气温度低于所述燃烧室的压缩比下的目标进气温度的情况下，所述目标进气温度与所述进气侧空气温度的差越大，所述点火时间控制部越增大使点火时间滞后的量。
3.一种内燃机的控制装置，其控制设置有燃料喷射装置和点火装置的内燃机，所述燃料喷射装置对燃烧室内直接喷射燃料，所述点火装置对燃烧室内所形成的燃料与空气的混合气进行点火，该内燃机的控制装置的特征在于，
以相对于燃烧室的压缩比呈负相关的方式设定目标进气温度，
所述内燃机的控制装置具备如下喷射时间控制部：在所述内燃机的进气侧的空气温度低于所述燃烧室的压缩比下的目标进气温度的情况下，所述喷射时间控制部以使点火装置的点火之前由燃料喷射装置进行喷射的最后的喷射时间相较于在下述情况下设定的喷射时间而言滞后的方式控制所述燃料喷射装置，该情况为：进气侧空气温度为所述燃烧室的压缩比下的目标进气温度以上的情况，
在所述内燃机上设置有改变压缩比的可变压缩比装置，
所述内燃机的控制装置具备如下压缩比控制部：在所述进气侧空气温度低于所述燃烧室的压缩比下的目标进气温度的情况下，所述压缩比控制部以增大燃烧室的压缩比的方式控制所述可变压缩比装置。
4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
具备如下点火时间控制部：在所述内燃机的进气侧空气温度低于所述燃烧室的压缩比下的目标进气温度的情况下，所述点火时间控制部以使点火装置的点火时间相较于在下述情况下设定的点火时间而言滞后的方式控制所述点火装置，该情况为：进气侧空气温度为所述燃烧室的压缩比下的目标进气温度以上的情况。
5.根据权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在所述进气侧空气温度低于所述燃烧室的压缩比下的目标进气温度的情况下，所述目标进气温度与所述进气侧空气温度的差越大，所述点火时间控制部越增大使点火时间滞后的量。
6.根据权利要求3或4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在所述进气侧空气温度低于所述燃烧室的压缩比下的目标进气温度的情况下，所述目标进气温度与所述进气侧空气温度的差越大，所述喷射时间控制部越增大使喷射时间滞后的量。
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