CN1091216C - 用于发动机控制的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种发动机具有一个直接把燃料喷入燃烧室(16)的燃料喷射阀(40)。一种燃料供给装置包括一个供给泵(46)和一个升压泵(47)。升压泵(47)把预定压力下从供给泵(46)供给的燃料增压，并且把该燃料供给燃料喷射阀(40)。当在升压泵(47)中发生异常时，停止升压泵(47)的驱动，以便燃料喷射阀(40)用供给泵(46)供给的燃料执行燃料喷射。当升压泵(47)的驱动停止时，限制燃料喷射阀(40)的驱动或吸入燃烧室(40)的空气量，以便在燃烧室(16)中仅形成不会引起不点火的混合物。因此，不会在燃烧室(16)中形成引起不点火的混合物，并且使燃烧室(16)中的混合物点火，而且无未燃烧混合物从燃烧室(16)排出。

Description

用于发动机控制的装置和方法
本发明涉及一种用于发动机的控制装置和控制方法，该发动机具有燃料喷射阀，以直接把燃料喷入燃烧室。
最近，提出了根据发动机的运行状态来转换燃烧方式的类型的车辆发动机，并且已付诸实用，以改善燃料效率，并且同时提供足够的发动机功率。这样的发动机具有燃料喷射阀，以直接把燃料喷入燃烧室。在其中要求高功率的高发动机速度和高负载状态下，燃料被燃烧，同时它均匀地与空气混合，以便提供足够的发动机功率。这样的燃烧称为均匀加料燃烧。为了执行均匀加料燃烧，在发动机的抽吸冲程期间，把燃料喷入燃烧室。喷入的燃料在燃烧室中与空气均匀地混合，并且由火花塞点燃空气和燃料的均匀混合物。
在其中不要求高功率的低发动机速度和低负载状态下，执行分层加料燃烧，以提高燃料效率。在分层加料燃烧下，增加火花塞周围的燃料浓度，以改善可燃性，并且当燃烧室中混合物的平均空气-燃料比设定大于化学计量的空气-燃料比的时候，执行燃烧。为了执行分层加料燃烧，在压缩冲程期间，把燃料喷入燃烧室。喷入的燃料打击在活塞的顶部设置的凹痕，并且在火花塞周围聚集。燃烧室中聚集的燃料和空气的混合物由火花塞点燃。
随着燃烧方式根据发动机的运行状态，以上述方式在均匀加料燃烧与分层加料燃烧之间转换，能改善燃料效率，并且获得足够的发动机功率。
因为这样的发动机在高压下直接把燃料喷入燃烧室，所以必须把供给燃料喷射阀的燃料的压力设定为相当高。例如，JapaneseUnexamined Patent Publication No.10-176587公开一种设备，它把高压下的燃料供给燃料喷射阀。在这种设备中，一个高升压泵对一个低升压泵从燃料箱供出的燃料增压。增压燃料供给燃料喷射阀。因此，燃料喷射阀能直接在高压下把燃料喷入燃烧室。
当在包括高升压泵和用于泵的控制装置的高压燃料供给系统中发生异常时，上述设备停止驱动高升压泵，并且燃料喷射阀根据从低升压泵传送的燃料的压力喷射燃料。然而，从低升压泵供给的燃料的压力比从高升压泵抽吸的燃料的压力低。因此，为了获得希望的燃料喷射量，必须根据较低的燃料压力来增加燃料喷射时间。
然而，对于燃料能喷入燃烧室期间的时限(可喷射时限)具有限制。因此，随着燃料喷射时间增加，变得难以在限制的可喷射时限之内完成燃料喷射。特别是，当发动机在高速度和高负载状态下，可喷射时限随发动机速度增加而缩短，并且必须随发动机负载增加而增加燃料喷射时间。这样使得更难以在可喷射时限之内完成燃料喷射。
如果不能在可喷射时限之内完成燃料喷射，燃烧室中的燃料量就不能达到希望值，因此混合物的空气-燃料比变得大于适当值。在这种情况下，燃烧室中的混合物没有确实地点燃，这样可能引起不点火。当发生不点火时，未燃烧混合物从燃烧室中进入发动机的排出通路。如果未燃烧混合物由于排出通路的热而燃烧，则可能使排出通路中设置的净化触媒的排出散发过热和损坏。
本发明鉴于上述情况实现，并且本发明的目的是提供一种用于发动机控制的装置和方法，它能在燃料供给装置中发生异常时，防止不点火的发生。
为了实现该目的，本发明提供一种用于发动机的控制装置。该发动机通过在燃烧室中燃烧空气和燃料的混合物而产生功率。该控制装置包括一个燃料喷射阀，以把燃料直接喷入燃烧室，和一个燃料供给装置，以把燃料供给燃料喷射阀。燃料供给装置包括一个初级供给单元和一个次级供给单元。次级供给单元把由初级供给单元在预定压力下供给的燃料进一步增压，并且把该燃料供给燃料喷射阀。控制装置控制燃料供给装置。当在次级供给单元中发生异常时，控制装置停止驱动次级供给装置，以便燃料喷射阀用初级供给单元增压的燃料执行燃料喷射。当次级供给单元停止时，限制装置限制燃料喷射阀的驱动，或吸入燃烧室的空气量，以便在燃烧室中仅形成不会引起不点火的混合物。
本发明还提供一种用于发动机的控制方法，该发动机通过在燃烧室中燃烧空气和燃料的混合物而产生功率。该控制方法包括从一个燃料供给装置对一个燃料喷射阀供给燃料。该燃料供给装置包括一个初级供给单元和一个次级供给单元。次级供给单元把初级供给单元在预定压力下供给的燃料进一步增压，并且把该燃料供给燃料喷射阀。该控制方法还包括把增压燃料从燃料喷射阀直接喷入燃烧室；停止次级供给单元，以便当在次级供给单元中发生异常时，燃料喷射阀在初级供给单元供给的燃料压力下执行燃料喷射；以及当次级供给单元停止时，在燃烧室中仅形成不会引起不点火的混合物。
当次级供给单元的驱动停止时，在燃烧室中仅形成不会引起不点火的混合物，并且在燃烧室中不形成引起不点火的混合物。因此，燃烧室中的混合物可靠地点燃，并且无未燃烧混合物从燃烧室中排出。
图1是说明根据本发明的第一实施例的发动机的断面图；
图2是表示图1发动机所装备的燃料供给装置的示意结构图；
图3是放大地表示图1发动机所具有的汽缸的断面图；
图4是表示图1发动机所装备的控制装置的电结构的方块图；
图5是说明ECU执行的燃料截断请求程序的流程图；
图6是表示相对发动机速度的变化，最大允许喷射量的变化的曲线图；
图7是根据本发明的第二实施例，在计算节流阀开度的上限值时所参考的图；
图8是说明ECU执行的节流阀开度设定程序的流程图；以及
图9是根据本发明的又一个实施例，在计算允许最大喷射量时所参考的图。
(第一实施例)
以下将给出第一实施例的叙述，其中参考图1至图6，本发明适应于一种四汽缸串式车辆汽油发动机。
如图1所示，发动机11具有一个汽缸块11a，它具有四个汽缸(仅示出一个)。与各自汽缸关联设置的活塞12在汽缸块11a中往复。各活塞12通过一个连接杆13与一个曲轴或输出轴14耦合。活塞12的往复运动通过连接杆13转换成曲轴14的旋转运动。在活塞12的顶面上形成凹痕12a，它对执行分层加料燃烧是需要的。
信号转子14a附于曲轴14的一端。在信号转子14a的外表面上以等角位置绕曲轴14的轴形成多个突起14b。设置一个曲柄位置传感器14c，以面对信号转子14a的外表面。随着曲轴14旋转，信号转子14a上的各个突起14b一个接一个地通过曲柄位置传感器14c。曲柄位置传感器14c根据突起14b的通过，输出一个脉冲状探测信号。
一个汽缸头件15附于汽缸块11a的顶部。在汽缸头件15与各活塞12之间形成一个燃烧室16。如图1和图3所示，在汽缸头件15中设置的一对吸入口17a和17b，及一对排出口18a和18b，它们与各燃烧室16连接。如图3所示，吸入口17a是一个曲线螺旋口，而吸入口17b是一个几乎笔直的直口。随着空气从螺旋吸入口17a吸入燃烧室16，在该燃烧室16中产生一个旋流，它沿箭头S所示方向转动。一对吸入阀19与该对吸入口17a和17b关联地设置。同样地，一对排出阀20与该对排出口18a和18b关联地设置。
如图1所示，用于驱动吸入阀19的吸入凸轮轴21可旋转地支持在汽缸头件15上。同样，用于驱动排出阀20的排出凸轮轴22可旋转地支持在汽缸头件15上。吸入和排出凸轮轴21和22通过一个包括定时皮带和齿轮(都未示出)的驱动和传送机构，与曲轴14耦合。随着吸入凸轮轴21由曲轴14转动，吸入阀19驱动为选择地使吸入口17a和17b与燃烧室16连接和断开。随着排出凸轮轴22由曲轴14转动，排出阀20驱动为选择地使排出口18a和18b与燃烧室16连接和断开。
在汽缸头件15上设置一个凸轮位置传感器21b，以面对吸入凸轮轴21的一端的外表面。在吸入凸轮轴21的一端的外表面上，设置一个突起或多个(图1中两个)突起21a。随着吸入凸轮轴21旋转，突起21a通过面对凸轮位置传感器21b的位置。凸轮位置传感器21b根据突起21a的通过，输出一个脉冲状探测信号。
一个吸入歧管30与吸入口17a和17b连接。一个排出歧管31与排出口18a和18b连接。吸入歧管30和吸入口17a和17b构成一个吸入通路12，而排出歧管31和排出口18a和18b构成一个排出通路33。在排出通路33中设置两个用于净化废气的触媒33a。在吸入通路32中安排一个节流阀23。节流阀23由节流阀电动机24驱动，以调节吸入通路32的开启量。节流阀23的开度由节流阀位置传感器44探测。
节流阀电动机24根据设置在汽车厢中的加速踏板25的压下量来控制。随着汽车驾驶员踏在加速踏板25上，加速踏板25的压下量由加速位置传感器26探测，并且根据探测的结果控制节流阀电动机24。节流阀电动机24调节节流阀23的开度。根据节流阀23的开度，调节从吸入通路32供入燃烧室16的空气量。
在节流阀23的下游设置一个真空传感器36，它探测吸入通路32的内部压力。真空传感器36输出一个与吸入通路32的内部压力对应的探测信号。在真空传感器36的下游设置与各个直吸入口17b关联的漩流控制阀(SCV)34。各SCV 34由漩流电动机35驱动，以调节关联直吸入口17b的开启量。随着SVC 34的开度变小，即随着通过直吸入口17b的空气量减少，则通过图3所示的螺旋吸入口17a的空气量增加，并且燃烧室16中产生的漩流变强。
如图1所示，在与各个燃烧室16关联的汽缸头件15中，设置直接把燃料喷入燃烧室16的燃料喷射阀40。与各个燃烧室16关联，设置点燃燃烧室16中的燃料和空气混合物的火花塞41。火花塞41执行点火的定时由一个设置在上述火花塞41上的点火器41a调节。从燃料喷射阀40喷入燃烧室16的燃料，与从吸入通路32进入燃烧室16的空气混合，因此在燃烧室16中产生空气和燃料的混合物。燃烧室16中的混合物由火花塞41点火并且燃烧，而且由燃烧产生的废气送到排出通路33。
在发动机11中，供给燃料喷射阀40的燃料的压力应该设定得相对高，以直接在高压下把燃料喷入燃烧室16。为此，把一个对燃料喷射阀40供给高压燃料的燃料供给装置与发动机11连接。燃料供给装置的详细将参考图2讨论。
如图2所示，燃料供给装置具有一个供给泵46，它是一个初级供给单元，和一个升压泵47，它作为次级供给单元。供给泵46在预定压力下从燃料箱45抽吸燃料。升压泵47使得从供给泵46抽吸的燃料进一步增压，并且把该燃料供给燃料喷射阀40。从供给泵46抽吸的燃料的压力例如是0.3MPa。
升压泵47具有一个柱塞48，它由排出凸轮轴22往复地移动，和一个压力室49，其容积由柱塞48的往复改变。压力室49通过一个低压燃料通路50与供给泵46连接。压力室49还通过一个返回通路51与燃料箱45连接。压力室49进一步通过一个高压燃料通路52与传送管53连接。燃料喷射阀40与传送管53连接。传送管53设有一个燃料压力传感器55，它探测供给燃料喷射阀40的燃料的压力。
升压泵47具有一个螺线管阀54，它选择地把低压燃料通路50和返回通路51与压力室49连接和断开。螺线管阀54具有一个电磁螺线管54a。随着控制应用于电磁螺线管54a的电压，螺线管阀54打开或关闭。当柱塞48移动以增加压力室49的容积时，停止电磁螺线管54a的激励，以打开螺线管阀54。当柱塞48移动以减小压力室49的容积时，激励电磁螺线管54a，以关闭螺线管阀54。
随着螺线管阀54这样选择地打开和关闭，升压泵47把供给泵46供给的燃料例如增压到12MPa。升压泵47通过高压燃料通路52和传送管53，把增压燃料供给燃料喷射阀40。当改变关闭螺线管阀54的定时时，在压力下从升压泵47供给高压燃料通路52的燃料量改变。高压燃料通路52和传送管53中的燃料压力，即供给燃料喷射阀40的燃料的压力相应地改变。
特别是，当柱塞48移动以减小压力室48的容积时，随着关闭螺线管阀54的定时延迟，在压力下从升压泵47供给高压燃料通路52的燃料量减少，因此降低供给燃料喷射阀40的燃料的压力。这是因为关闭螺线管阀54的定时延迟越多，通过返回通路51从升压泵47返回燃料箱45的燃料量变得越大。
现在将参考图4，叙述用于发动机11的控制装置的电结构。如图4所示，该控制装置具有一个控制发动机11的运行状态的电子控制单元(在下文称为“ECU”)92，它包括各种控制过程，例如燃料喷射量控制，燃料喷射定时控制，节流阀开度控制，和燃料压力控制。ECU 92构成为一个算术逻辑电路，它包括ROM 93、CPU 94、RAM 95和备份RAM 96。
ROM 93是一个保留各种控制程序和图像或其他类似部分的存储器，它们在运行各种控制程序的时候参考。CPU 94根据存储在ROM 93中的各种控制程序和图像，执行算术运算。RAM 95是一个暂时存储CPU 94中的运算结果和各个传感器输入的数据的存储器。备份存储器96是一个非易失存储器，它存储停止发动机11时待保存的数据。ROM93、CPU 94、RAM 95和备份RAM 96通过总线97相互连接，并且与输入接口电路98和输出接口电路99连接。
与输入接口电路98连接的是曲柄位置传感器14c、凸轮位置传感器21b、加速位置传感器26、真空传感器36、节流阀位置传感器44和燃料压力传感器55。与输出接口电路99连接的是节流阀电动机24、漩流电动机35、燃料喷射阀40、点火器41a和螺线管阀54。
ECU 92根据真空传感器36的探测信号，获得吸入通路32的内部压力(吸入压力PM)。ECU 92根据加速位置传感器26的探测信号，获得加速压下量ACCP。此外，ECU 92根据曲柄位置传感器14c的探测信号，获得发动机速度NE。ECU 92根据吸入压力PM和发动机速度NE，或加速压下量ACCP和发动机速度NE，参考已知图像，计算燃料喷射量Q。计算的燃料喷射量Q随着发动机速度NE增加而增加，并且随着吸入压力PM或加速压下量ACCP增加而增加。燃料喷射量Q反映应用于发动机11的负载。
当发动机11在高速度和高负载状态时，ECU 92把发动机11的燃烧方式设定为均匀加料燃烧。当发动机11在低速度和低负载状态时，ECU 92把发动机11的燃烧方式设定为分层加料燃烧。在高速度和高负载状态下，其中要求发动机11高功率，则执行均匀加料燃烧。这样减小混合物的空气-燃料比，因此增加发动机功率。在低发动机速度和低负载状态下，其中不要求发动机11高功率，则执行分层加料燃烧。这样增加混合物的空气-燃料比，因此改善燃料效率。
当要执行均匀加料燃烧时，ECU 92根据吸入压力PM和发动机速度NE，计算燃料喷射量Q。在发动机11的抽吸冲程期间，ECU 92从燃料喷射阀40喷射与计算的燃料喷射量Q对应的燃料量。此时，燃烧室16中的混合物的空气-燃料比是化学计量的空气-燃料比或较小。ECU 92控制节流阀电动机24、点火器41a和旋流电动机35，以便节流阀开度、点火定时及SCV 34的开度适合均匀加料燃烧。
当要执行分层加料燃烧时，ECU 92根据加速压下量ACCP和发动机速度NE，计算燃料喷射量Q。在发动机11的压缩冲程期间，ECU92从燃料喷射阀40喷射与计算的燃料喷射量Q对应的燃料量。此时，燃烧室16中的混合物的空气-燃料比变得大于均匀加料燃烧方式的空气-燃料比。ECU 92控制节流阀电动机24、点火器41a和旋流电动机35，以便节流阀开度、点火定时及SCV 34的开度适合分层加料燃烧。
当执行分层加料燃烧时，从燃料喷射阀40喷射的燃料进入活塞12的顶部设置的凹痕12a(见图1)。根据SCV 34的开度的调节，在燃烧室16中产生旋流，并且旋流和活塞12的移动引起喷射的燃料在火花塞41周围聚集。因此，即使燃烧室16中的混合物的平均空气-燃料比大于均匀加料燃烧方式的平均空气-燃料比，火花塞41周围的混合物的空气-燃料比也适合点火。结果，混合物良好地点火。
以下将叙述由ECU 92执行的燃料压力控制过程，和当在次级供给单元中发生异常时执行的燃料截断控制过程。次级供给单元中的异常不仅包括升压泵47本身的异常，而且包括与升压泵47的控制相关联的外围装置，例如升压泵47的控制单元中的异常。
ECU 92根据燃料压力传感器55的探测信号，获得供给燃料喷射阀40的燃料的实际压力(燃料压力)，并且控制螺线管阀54，以便实际燃料压力试图为预定目标值(例如12MPa)。然而，在次级供给单元中可能发生电异常，例如电磁螺线管54a或燃料压力传感器55中的断路或短路，或机械异常，例如由外界原因引起的升压泵47的污染。当发生这些异常时，即使上述对螺线管阀54的控制也不能把实际燃料压力设定为目标值，因此使发动机11的运行状态恶化。
因此，当在次级供给单元中发生异常时，ECU 92把应用于螺线管阀54的电磁螺线管54a的电压的负载比设置为0％，这样保持螺线管阀54打开。在这个状态下，不发生由升压泵47引起的燃料增压，并且在供给泵46提供的压力下(0.3MPa)执行燃料喷射阀40的燃料喷射。此时，ECU 92把发动机11的燃烧方式设定为均匀加料燃烧。在分层加料燃烧下，在发动机11的压缩冲程期间，当燃烧室16中的压力变得最高时，喷射燃料。然而在压缩冲程期间，由于供给泵46所确定的燃料压力低，所以难以执行燃料喷射。因此，在抽吸冲程期间，当燃烧室16中的压力低时，通过执行燃料喷射，执行均匀加料燃烧。
当在次级供给单元中发生异常时，如上所述执行均匀加料燃烧，引起发动机11转到一种操作状态，它不同于次级供给单元正常时实行的操作状态，即发动机11进入一种后退操作状态。在发动机11的后退操作状态期间，燃料压力固定为0.3Mpa的值，它比正常低。因此，为了获得要求的燃料喷射量Q，燃料喷射时间τ必须大于次级供给单元正常时所使用的时间。下列公式(1)表示燃料喷射量Q与燃料喷射时间τ之间的关系：
τQ×KPR×A                            (1)
τ：燃料喷射时间
Q：燃料喷射量
KPR：燃料压力校正系数
A：由燃料喷射阀确定的常数
燃料压力校正系数KPR是一个根据燃料压力而改变的值，并且随燃料压力减小而增加。当燃料压力低时，如在发动机11的后退操作状态下，燃料喷射时间τ增加。燃料喷射量Q越大，燃料喷射时间τ就越长。
当发动机11变为后退操作状态时，随着燃料喷射时间τ根据要求的燃料喷射量Q的增加而变得过度长时，则不能在可喷射时限内完成燃料喷射。可喷射时限例如是活塞12从抽吸冲程的顶部死点移到压缩冲程的中点的时限，即曲轴14从活塞12在抽吸冲程的顶部死点的状态旋转270°的时限。也就是，可喷射时限例如等效于270℃A的曲柄角范围。参考下列公式(2)，以下叙述在以供给泵46产生的燃料压力下执行燃料喷射的时候，最大燃料喷射时间τmax。最大燃料喷射时间τmax等效于可喷射时限，并且是燃料喷射时间τ允许的最大值。
τmax＝(60000/NE)×(θ/360°)    (2)
τmax：最大燃料喷射时间[msec]
NE：发动机速度[rpm]
θ：与可喷射时限等效的曲柄角度(例如270℃A)
在公式(2)中，60000/NE表示曲轴14转一转所需要的时间[msec]。θ是一个固定值。因此，公式(2)表示最大燃料喷射时间τmax由发动机速度NE确定。用公式(2)中的最大燃料喷射时间τmax代替公式(1)中的燃料喷射时间τ，产生下列公式(3)。在公式(3)中，公式(1)中的燃料喷射量Q表示为对应于最大燃料喷射时间τmax的允许最大燃料喷射量Qmax。也就是，允许最大燃料喷射量Qmax是在供给泵46产生的燃料供给压力下，在最大燃料喷射时间τmax内所能喷射的最大燃料喷射量Q。
Qmax＝(60000/NE)×(θ/360°)/(KPR×A)
    ＝C/NE                                  (3)
在发动机11的后退操作状态下，燃料压力近似固定在0.3MPa，因此根据燃料压力变化的燃料压力校正系数KPR能认为恒定。A和θ都为固定值。因此，公式(3)右侧除发动机速度NE外的所有值能用一个固定值C替换。也就是，公式(3)表示允许最大燃料喷射量Qmax由发动机速度NE确定。
图6中的曲线图表示最大允许喷射量Qmax相对发动机速度NE的变化的变化。如图6显而易见，发动机速度NE越高，允许最大燃料喷射量Qmax变得越小。这是因为最大燃料喷射时间τmax随发动机速度NE增加而变小。
在发动机11的后退操作状态，当根据吸入压力PM和发动机速度NE计算的燃料喷射量Q，小于图6实线所示的允许最大燃料喷射量Qmax时，能把燃烧室16中的混合物的空气-燃料比设定为化学计量的空气-燃料比。
另一方面，在发动机11的后退操作状态，当根据吸入压力PM和发动机速度NE计算的燃料喷射量Q，大于图6实线所示的允许最大燃料喷射量Qmax时，则燃料喷射时间τ超过最大燃料喷射时间τmax，并且不能在与可喷射时限等效的曲柄角度θ的范围之内完成燃料喷射。在这种情况下，供给燃烧室16的燃料量没有达到要求值，并且燃烧室16中的混合物的空气-燃料比变得大于适当值。因此，不能确定混合物将会点燃，并且可能发生不点火。当发生不点火时，未燃烧混合物从燃烧室16进入排出通路33。如果未燃烧混合物由排出通路33的热而燃烧，则在排出通路中设置的触媒33a过热并损坏。
因此，在本实施例中，在发动机11的后退操作状态，当燃料喷射量Q大于允许最大燃料喷射量Qmax时，则禁止燃料喷射阀40的燃料喷射，或执行燃料截断。因此，防止不点火的发生，这样防止未燃烧混合物从燃烧室16进入排出通路33，以及由于该混合物的燃烧而引起的触媒33a的过热。
图5是说明由ECU 92执行的燃料截断请求程序的流程图。这个程序例如以预定间隔中断执行。
首先，在步S101，ECU 92确定RAM 95中设定的故障安全执行标记Ffs是否为“1”。故障安全执行标记Ffs是用于次级供给单元中的异常，特别是升压泵47中的异常，或与升压泵47的控制关联的外围装置中的异常。
ECU 92根据与电磁螺线管54a和燃料压力传感器55有关的输入/输出电流值和电压值，在一个未说明的分开程序中探测电异常，例如断路或短路。在燃料压力传感器55正常的条件下，ECU 92根据燃料压力传感器55的探测信号所获得的燃料压力，探测由于外界原因所引起的机械异常，例如升压泵47的污染，以及应用于电磁螺线管54a的电压的负载比。
当探测到如上所述的异常的发生时，ECU 92把故障安全执行标记Ffs设定为“1”。当没有探测到如上所述的异常的发生时，ECU 92把故障安全执行标记Ffs设定为“0”。
在步S101，当Ffs＝0时，ECU 92确定在次级供给单元中无异常，并且转到步S107。在步S107，ECU 92把RAM 95中设定的燃料截断请求标记Ffc设定为“0”，并且暂时中止程序。燃料截断请求标记Ffc是用于确定是否执行燃料截断。当燃料截断请求标记Ffc为“0”时，ECU 92不执行燃料截断。当燃料截断请求标记Ffc为“1”时，ECU 92根据一个未说明的分开程序，通过控制燃料喷射阀40，执行燃料截断。
另一方面，在步S101，当Ffs＝1时，ECU 92确定在次级供给单元中有异常，并且转到步S102。在步S102，ECU 92把应用于螺线管阀54的电磁螺线管54a的电压的负载比固定为0％。因此，螺线管阀54保持打开，并且停止根据升压泵47的驱动的燃料增压。在这种状态下，以供给泵46的燃料供给压力(0.3MPa)执行燃料喷射阀40的燃料喷射。
在随后步S103，ECU 92把发动机11的燃烧方式设定为均匀加料燃烧，并且引起发动机11执行后退操作。其次，在步S104，ECU 92根据发动机速度NE，按照公式(3)计算允许最大燃料喷射量Qmax。
在步S105，ECU 92确定在未说明分开程序中获得的燃料喷射量Q是否大于允许最大燃料喷射量Qmax，即在发动机11的后退操作期间，在与可喷射时限等效的曲柄角度θ的范围之内，是否能完成根据计算燃料喷射量Q的燃料喷射。当不满足Q＞Qmax时，ECU 92确定燃料截断不必要，并且转到步S107。当满足Q＞Qmax时，ECU 92确定需要燃料截断，并且转到步S106。在步S106，ECU 92把燃料请求标记Ffc设定为“1”，并且暂时中断程序。
当燃料请求标记Ffc为“1”时，ECU 92根据未说明的分开程序执行燃料截断。当获得的燃料喷射量Q大于允许最大燃料喷射量Qmax，并且当发动机11在后退操作的时候，在可喷射时限之内不能完成根据计算的燃料喷射量Q的燃料喷射时，不执行燃料喷射。如较早所述，这样防止不点火发生，并且防止未燃烧混合物的排出，和结果产生的触媒33a的过热。
当发动机速度NE由于执行燃料截断而降低时，根据减小的发动机速度NE，允许最大燃料喷射量Qmax增加。当计算的燃料喷射量Q变得等于或小于允许最大燃料喷射量Qmax时，ECU 92在步S105获得否定判定，并且转到步S107。因此，燃料请求标记Ffc设定为“0”，并且停止燃料截断。
(第二实施例)
现在将参考图7和图8，集中考虑与图1至图6的实施例的不同之处，叙述本发明的第二实施例。在本实施例中，在发动机11的后退操作方式下，代替执行燃料截断，限制吸入燃烧室16的空气量(吸入空气量)，以便计算的燃料喷射量Q不变得大于允许最大燃料喷射量Qmax。通过控制节流阀23的开度(节流阀开启的程度)，调节吸入空气量。
首先将讨论通过ECU 92执行的节流阀开度控制的概要。ECU 92根据包括加速压下量ACCP和发动机速度NE的发动机11的运行状态，获得基本节流阀开度TRTB，并且把基本节流阀开度TRTB设定为目标节流阀开度TRT。ECU 92根据节流阀位置传感器44的探测信号，获得实际节流阀开度，并且控制节流阀电动机24，以便实际节流阀开度与目标节流阀开度TRT相符。在这种节流阀开度控制下，随着加速压下量ACCP增加，节流阀开度增加，并且吸入空气量增加。
当次级供给单元中发生异常，并且发动机11进入后退操作时，ECU92限制吸入空气量，以便计算的燃料喷射量Q不超过允许最大燃料喷射量Qmax。特别是，ECU 92根据发动机速度NE，通过参考图2所示的图像，设定节流阀开度的上限值G。如图7所示，上限值G随发动机速度NE增加而减小。ECU 92把目标节流阀开度TRT设定在不超过上限值G的范围之内。这样限制了节流阀开度，因此限制了吸入空气量。
当节流阀开度或吸入空气量受到限制时，吸入压力PM减小到一个小值。当发动机在后退操作时，执行均匀加料燃烧。当执行均匀加料燃烧时，根据吸入压力PM和发动机速度NE，计算燃料喷射量Q。计算的燃料喷射量Q随吸入压力PM减小而减小。因此，如果吸入压力PM由于限制吸入空气量而减小到一个小值，则防止了计算的燃料喷射量Q超过允许的最大燃料喷射量Qmax。
如图7所示，因为节流阀开度的上限值G随发动机速度NE增加而减小，所以吸入空气量，即吸入压力PM随发动机速度NE增加而进一步受到限制。因此，即使发动机速度NE增加，计算的燃料喷射量Q也因此受到限制，并且不会超过允许最大燃料喷射量Qmax。因此确定在可喷射时限之内完成根据计算的燃料喷射量Q的燃料喷射。因此，在发动机11的后退操作期间，空气-燃料比不会超过适当值，并且燃烧室16中的混合物确定地点燃。
图8是说明用于设定目标节流阀开度TRT的节流阀开度设定程序的流程图。ECU 92例如以预定时间间隔中断地执行这个程序。
首先，在步S201，ECU 92确定故障安全执行标记Ffs是否为“1”。当Ffs＝0时，ECU 92确定在次级供给单元中无异常，并且转到步S207。在步S207，ECU 92把一个未说明的分开程序所获得的基本节流阀开度TRTB设定为目标节流阀开度TRT，并且暂时中断程序。
另一方面，在步S201，当Ffs＝1时，ECU 92认为在次级供给单元中有异常，并且转到步S202。在步S202，把应用于电磁螺线管54a的电压的负载比固定为0％。因此，停止根据升压泵47的驱动的燃料增压，并且在供给泵46的低燃料供给压力下执行燃料喷射。
在随后步S203，ECU 92把发动机11的燃烧方式设定为均匀加料燃烧，并且引起发动机11执行后退操作。其次，在步S204，ECU 92根据发动机速度NE，通过参考图7的图像，获得节流阀开度的上限值G。
在步S205，ECU 92确定在未说明的分开程序中获得的基本节流阀开度TRTB是否大于上限值G。当不满足TRTB＞G时，ECU 92转到步S207。当满足TRTB＞G时，ECU 92转到步S206。在步S206，ECU92把上限值G设定为目标节流阀开度TRT，并且暂时中止程序。
当发动机11在后退操作时，在步S206或步S207设定的目标节流阀开度TRT不超过上限值G。因此，吸入空气量受到限制，以便燃料喷射量Q不超过允许最大燃料喷射量Qmax。这样保证在可喷射时限之内完成根据计算的燃料喷射量Q的燃料喷射。因此，空气-燃料比不超过适当值，并且燃烧室16中的混合物确定地点燃，因此防止不点火和不点火所引起的触媒33a的过热。
上述实施例可以变更如下。
虽然在图1至图6的实施例中，根据公式(3)获得允许最大燃料喷射量Qmax，但是代之以参考图9所示图像中实线所示的值，可以获得允许最大燃料喷射量Qmax。这个图像是允许最大燃料喷射量Qmax的变化相对发动机速度NE的变化的绘图。根据公式(3)获得的允许最大燃料喷射量Qmax，如图9图像上的两点链线所示变化。当发动机速度非常高或非常低时，实线所示的允许最大燃料喷射量Qmax落在两点链线所示的允许最大燃料喷射量Qmax之下，并且在中等发动机速度时，超过两点链线所示的允许最大燃料喷射量Qmax。
即使混合物的空气-燃料比大于化学计量的空气-燃料比，也有一个发动机速度NE的范围，其中不会发生不点火。在发动机11的低发动机速度区和高发动机速度区，不大可能发生不点火。因此，允许最大燃料喷射量Qmax如实线所示设定。根据图9的图像设定允许最大燃料喷射量Qmax，在其中将不会发生不点火的条件下，可靠地防止了不必要的燃料截断的执行，并且在其中发生不点火的条件下，允许燃料截断。这样保证更为适当的燃料截断的执行。这样防止了发动机11的操作性能不必要地降低。
图1至图6的实施例可以与图7和图8的实施例相结合，以执行燃料截断和限制吸入空气量两者。在这种情况下，执行燃料截断的发动机11的操作范围，可以与限制吸入空气量的发动机11的操作范围相区别。

Claims (13)

1.一种用于发动机的控制装置，该发动机通过在燃烧室(16)中燃烧空气和燃料的混合物而获得功率，该控制装置包括：
一个燃料喷射阀(40)，以直接把燃料喷入燃烧室(16)；
一个燃料供给装置，以把燃料供给燃料喷射阀(40)，该燃料供给装置包括一个初级供给单元(46)和一个次级供给单元(47)，其中次级供给单元(47)把预定压力下由初级供给单元(46)供给的燃料进一步增压，并且把该燃料供给燃料喷射阀(40)；
控制装置(92)，以控制燃料供给装置，并且停止次级供给单元(47)，以便当在次级供给单元(47)中发生异常时，燃料喷射阀(40)用初级供给单元(46)增压的燃料执行燃料喷射；和
计算装置(92)，用于根据发动机的运行状态，计算燃料喷射阀(40)所要喷射的燃料量(Q)，以及
禁止装置(92)，用于禁止燃料喷射阀(40)的燃料喷射，以防止当次级供给单元(47)未运行时，如果计算的喷射量(Q)大于预定的允许值(Qmax)，造成在燃烧室(16)中不点火的混合物。
2.一种用于发动机的控制装置，该发动机通过在燃烧室(16)中燃烧空气和燃料的混合物而得到功率，该控制装置包括：
一个燃料喷射阀(40)，用于将燃料直接喷射到燃烧室(16)内；
一个燃料供给装置，用于向燃料喷射阀(40)供给燃料，该燃料供给装置包括一个初级供给单元(46)和一个次级供给单元(47)，其中次级供给单元(47)把预定压力下由初级供给单元(46)供给的燃料进一步增压，并且把该燃料供给燃料喷射阀(40)；
控制装置(92)，用于控制燃料供给装置和停止次级供给单元(47)，以便当在次级供给单元(47)中发生异常时，燃料喷射阀(40)由初级供给单元(46)加压的燃料执行燃料喷射；
计算装置(92)，以根据发动机的运行状态，计算燃料喷射阀(40)所要喷射的燃料量(Q)；以及
限制装置(92)用于限制吸入燃烧室(16)的空气量，以便计算的燃料喷射量(Q)不超过预定允许值(Qmax)，以防止当次级供给单元(47)未运行时，造成在燃烧室(16)中不点火的混合物。
3.根据权利要求2的控制装置，其中与燃烧室(16)连接一个吸入通路(32)，以对燃烧室(16)供给空气，在吸入通路(32)中安排一个节流阀(23)，以调节吸入通路(32)的开启量，并且限制装置(92)把节流阀(23)的开度限制为预定上限值(G)或更小。
4.根据权利要求3的控制装置，其中根据包括发动机速度(NE)的发动机的运行状态，确定预定上限值(G)。
5.根据权利要求4的控制装置，其中预定上限值(G)随发动机速度(NE)增加而减小。
6.根据权利要求1至5中任何一项的控制装置，其中在发动机的操作循环中，燃料能喷入燃烧室(16)的时限预定为可喷射时限，并且允许值(Qmax)是在可喷射时限内，根据初级供给单元(46)供给的燃料的压力，允许从燃料喷射阀(40)喷射的燃料喷射量的最大值。
7.根据权利要求1至5中任何一项的控制装置，其中根据包括发动机速度(NE)的发动机的运行状态，确定预定允许值(Qmax)。
8.根据权利要求7的控制装置，其中预定允许值(Qmax)随发动机速度(NE)增加而减小。
9.根据权利要求1至5中任何一项的控制装置，其中发动机能执行从多个燃烧方式中选择的一个燃烧方式，这多个燃烧方式包括分层加料燃烧，它是燃烧室(16)中不均匀分布的混合物的燃烧，和均匀加料燃烧，它是燃烧室(16)中均匀分布的混合物的燃烧，并且当次级供给单元(47)停止时，选择均匀加料燃烧作为燃烧方式。
10.根据权利要求9的控制装置，其中在发动机的压缩冲程期间，随着燃料喷射阀(40)喷射燃料，执行分层加料燃烧，并且在发动机的抽吸冲程期间，随着燃料喷射阀(40)喷射燃料，执行均匀加料燃烧。
11.根据权利要求9的控制装置，其中当执行分层加料燃烧时，计算装置(92)根据吸入燃烧室(16)的空气的压力(PM)和发动机速度(NE)，计算燃料喷射量(Q)。
12.一种用于发动机的控制方法，该发动机通过在燃烧室(16)中燃烧空气和燃料的混合物而获得功率，该控制方法包括步骤：
对燃料加压并将其送到燃料喷射阀(40)；
提高被送到喷射阀(40)的燃料的压力；
将加压的燃料从燃料喷射阀(40)喷射入燃烧室(16)；
当在提高压力中发生异常时，停止提高压力；
根据发动机的运行状态，计算要从燃料喷射阀(40)喷射的燃料量(Q)；以及
在压力提高停止时，当计算的燃料喷射量(Q)大于预定允许值(Qmax)时，禁止燃料喷射阀(40)的燃料喷射，以防止造成在燃烧室(16)中不点火的混合物。
13.一种用于发动机的控制方法，该发动机通过在燃烧室(16)中燃烧空气和燃料的混合物而获得功率，该控制方法包括步骤：
对燃料加压并将其送到燃料喷射阀(40)；
提高被送到喷射阀(40)的燃料的压力；
将加压的燃料从燃料喷射阀(40)喷射入燃烧室(16)；
当在提高压力中发生异常时，停止提高压力；
根据发动机的运行状态，计算要从燃料喷射阀(40)喷射的燃料量(Q)；以及
当压力提高停止时，限制吸入燃烧室(16)的空气量，以便计算的燃料喷射量(Q)不超过预定允许值(Qmax)，以防止造成在燃烧室(16)中不点火的混合物。
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