CN109328263B - 控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供即使在刚启动后的燃压低的情况下也能够可靠地点火的燃料喷射装置及其控制装置。控制向内燃机喷射燃料的喷油器(119、121)的控制装置的特征在于，在上述内燃机设有多个喷油器(119、121)，构成为第一喷油器(119)的静态流量比第二喷油器(121)的静态流量小，在由加压装置供给的燃料的燃料压力低于被设定为比预热时的燃料压力(P0)低的设定值(Pth)的情况下，以使来自第一喷油器(119)的喷射量比例根据来自上述加压装置的燃料压力(P)与预热时的燃料压力(P0)的差而增加的方式进行控制。

Description

控制装置
技术领域
本发明涉及汽油发动机等内燃机使用的燃料喷射阀的控制装置。
背景技术
近年来，汽车的汽油发动机的燃耗改善的要求在提高，作为燃耗优异的发动机，正在普及缸内喷射式发动机，其向燃烧室内直接喷射燃料，通过火花塞对喷射出的燃料与吸入空气的混合气进行点火而使之爆发。但是，缸内喷射式发动机的从喷射地点到壁面的距离短，因此燃料容易附着于燃烧室内，抑制因附着于温度低的壁面的燃料不完全燃烧而产生的颗粒状物质(Particulate Matter：PM)成为课题。为了解决该课题，研发低燃耗且低废气的直喷发动机，需要进行燃烧室内的燃烧的最佳化。
另外，在汽车的运转中，存在高负荷运转、低负荷运转、冷启动等各种运转状况。因此，在缸内喷射式发动机中，需要根据运转状况来进行最佳的燃烧。因此，提出有以下方法：在每一个气缸设置多个向燃烧室内直接喷射燃料的喷油器，可以进行更精细的控制。例如，在专利文献1中记载了每一个气缸具备两个喷油器的技术。
另外，在缸内喷射式发动机中，刚启动后发动机内的温度低，燃料难以气化，因此为了着火，需要比理论混合气浓度多的燃料。对于此，专利文献2公开了通过在启动时提高燃料的压力来将燃料微粒化，改善启动性的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010—196506号公报
专利文献2：日本特表2003—514186号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献2公开的技术中，在发动机的温度比预定的温度阈值低的情况下，通过喷射高压燃料，从而能够将燃料微粒化，改善启动性。
但是，在专利文献2公开的技术中，为了加压，需要一定的时间，因此，在燃料高压化前不能喷射燃料，存在启动开始前耗费时间的问题。
鉴于以上的课题，本发明的目的在于，提供即使在刚启动后的燃料压力(燃压)低的情况下，也能够可靠地点火的燃料喷射装置及其控制装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的控制装置是具备多个喷油器的内燃机，而且，在第一喷油器的静态流量比其它喷油器的静态流量小时，监视由加压单元供给的燃压，在燃压低于被设定为比暖机运转时低的预定的燃压的情况下，以使来自第一喷油器的喷射量比例根据燃压与预热时燃压的差而增加的方式进行控制。
发明的效果
根据本发明，即使在刚启动后的燃压低的情况下，也能够可靠地点火。
附图说明
图1是表示本发明的内燃机的结构的概要的图。
图2是表示本发明的第一实施例的内燃机的气缸中心截面的结构的图。
图3是表示本发明的第一实施例的喷油器的图。
图4是本发明的第一实施例的喷油器下端部的放大剖视图。
图5是表示本发明的第一实施例的喷油器的静态流量与SMD的关系的图。
图6是表示本发明的第一实施例的喷油器的SMD与蒸发量的关系的图。
图7是表示本发明的第一实施例的喷油器的燃压与蒸发量的关系的图。
图8是表示本发明的第一实施例的内燃机的启动时的燃压推移的图。
图9是表示本发明的第一实施例的内燃机的燃压与喷射量比例的关系的图。
图10是表示本发明的第一实施例的内燃机的冷却水水温与蒸发量的关系、和冷却水温与喷射量比例的关系的图。
图11是表示本发明的第三实施例的内燃机的结构的概要的图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施例进行说明。
实施例1
以下，使用图1和图2对本发明的第一实施例的喷油器(燃料喷射阀)的控制装置进行说明。
图1是表示缸内喷射式发动机的结构的概要的图。使用图1说明缸内喷射式发动机的基本的动作。图1中，由缸盖101、缸体102、以及插入缸体102的活塞103形成燃烧室104，朝向燃料室104，吸气管105和排气管106分别分支成两个而连接。在吸气管105的开口部设置吸气阀107，在排气管106的开口部设置排气阀108，通过凸轮动作方式，以进行开闭的方式动作。
活塞103经由连杆114与曲轴115连结，能够通过曲柄角传感器116探测发动机转速。转速的值发送至ECU(发动机控制单元)118。在曲轴115连结有未图示的电池马达，发动机启动时，能够通过电池马达使曲轴115旋转而启动。在缸体102具备水温传感器117，能够检测未图示的发动机冷却水的温度。发动机冷却水的温度被发送至ECU118。
图1仅记述了一气缸，但是在吸气管105的上游具备未图示的主管，向每个气缸分配空气。在主管的上游具备未图示的空气流传感器和节流阀，通过节流阀的开度能够调节吸入燃料室104的空气量。
燃料储藏于燃料箱109，通过供油泵110输送至高压燃料泵111。供油泵110将燃料升压至0.3MPa左右，并输送至高压燃料泵111。被高压燃料泵111升压后的燃料输送至油轨112。高压燃料泵111将燃料升压至30MPa左右，并输送至油轨112。在油轨112设置燃压传感器113，探测燃料压力(燃压)。燃压的值发送至ECU118。
图2是表示缸内喷射式发动机的气缸中心截面的结构的图。在气缸的轴向上部且径向中央部具备第一喷油器119。而且，在径向侧面部具备第二喷油器121。火花塞120配备于排气管106的附近。ECU118监视传感器的信号，能够控制第一喷油器119、火花塞120、高压燃料泵111这些设备的动作。在ECU118的ROM，作为地图数据记录有通常使用的发动机转速、水温、与空燃比相应的各种设备的设定值。
图3是表示本实施例的喷油器的概要的图。燃料从燃料供给口200供给，供给至喷油器的内部。图3所示的电磁式喷油器119是常闭型的电磁驱动式，在不通电时，燃料被密封。此时，在缸内喷射用喷油器中，供给的燃压大致为1MPa至50MPa的范围。当成为通电状态下，开始燃料喷射。当开始燃料喷射时，作为燃压而赋予的能量变换成动能，喷射至在喷油器下端部空的燃料喷射孔。喷射出的燃料因与环境气的剪切力而被微粒化，形成燃料喷雾201。
接下来，使用图4，对喷油器的详细形状进行说明。图4是喷油器下端部的放大剖视图，由座部件202和阀体203等构成。座部件202由阀座面204和多个燃料喷孔205构成。阀座面204及阀体203以阀体中心轴206为中心，轴对称地延伸。燃料通过座部件202与阀体203的间隙，从喷孔205喷射。燃料被沿喷孔轴207的方向喷射。
喷射的燃料液滴的索特平均粒径(SMD)由喷油器的喷嘴形态、燃压等决定。图5表示同一燃压下的表示喷油器的最大流量的静态流量与表示燃料喷雾的粒径的SMD的关系。在一般的喷油器的使用条件下，在增大静态流量的情况下，增大燃料喷孔205的直径，因此，SMD倾向于变大。相反，在缩小静态流量的情况下，缩小燃料喷孔205的直径，因此SMD变小。通过适当设定喷嘴形态，可以制作静态流量不同的喷油器。
在本实施例中，将静态流量小的喷油器设为图2中的第一喷油器119，将静态流量大的喷油器设为图2中的第二喷油器121。但是，本发明不限制静态流量不同的喷油器的配置。即，也可以将静态流量小的喷油器配置于图2中的喷油器121的位置，将静态流量大的喷油器配置于图2中的喷油器119的位置。
图6示意性地表示SMD与蒸发量的关系。图6示出了存在SMD越小，蒸发量变得越多的倾向。这是因为，SMD越小，供燃料和空气接触的截面积越大，越促进蒸发。也就是，可以说，静态流量小的喷油器气化性能更优异。
启动发动机时，燃压为低状态。燃压由燃压传感器113监控，且反馈至燃料喷射的控制。图7示意性地表示燃压与蒸发量的关系。一般地，若在燃压低的状态下进行喷射，则与空气的剪切变弱，因此微粒化变得不充分，存在燃料的蒸发量降低的倾向。
图8表示从开始启动预热运转时的燃压的推移的一例。从开始启动起，燃压上升，一定时间后，达到预热时的燃压P0。在此，为了使开始启动提前，考虑以如下方式进行控制，即以燃压P喷射燃料。根据图7，可以认为，燃压P低的情况下的蒸发量的降低量与P0和P的差大致成比例。因此，通过以增加来自气化性能优异的喷油器的喷射量，补偿因燃压的降低而引起的蒸发量的减少量的方式进行控制，即使在燃压低的状态下，也能够实现可靠的点火。
在此，如上所述，通过燃压传感器113监视由加压单元(高压燃料泵111)供给来的燃料的压力。另外，构成为，第一喷油器119的静态流量比第二喷油器121的静态流量少。而且，本实施例的控制装置(ECU118)构成为，在由加压单元供给来的燃料的燃料压力低于被设定为比预热时的燃料压力P0低的设定值Pth的情况下，使来自第一喷油器119的喷射量比例根据燃料压力与预热时的燃料压力P0的差而增加。由此，补偿因燃压的降低而引起的蒸发量的减少量，即使在低的燃压下的喷射中，也能够实现可靠的点火。
以下表示控制的具体例。
若将预热时燃压下的喷油器119和喷油器121的喷射量分别设为Q119和Q121，则喷射量比表达为R119：R121＝Q119：Q121。
喷射量和喷射量比根据发动机的转速和要求转矩而决定。刚开始运转时，发动机要求的转矩大，因此，要求理论混合气浓度下的匀质的混合气。喷雾要求更大的运动量，因此也可以以主要从静态流量大的喷油器喷射，使燃料适当地分散的方式控制。即，喷射量比例可以设为接近于0：1的值。另外，可以是，在催化剂预热运转中，在进行火花塞周围生成浓的燃料分布的弱成层燃烧的运转的情况下，增加来自靠近火花塞的喷油器119的喷射量，设为接近0.5：0.5的值为好。这些喷射量比在ECU的ROM内作为地图数据而保存。
根据地图数据算出的喷射量比被规定为暖机运转时的压力P0下的最佳值。在此，在燃压为P＜Pth时，使来自喷油器119的喷射量比例增加ΔR＝A×(P0—P)+B，使来自喷油器121的喷射量比例减少ΔR，由此，合计喷射量不变地改变喷射比例。在此，A及B是最佳化的常数。基于决定的喷射量，决定各个喷油器的开阀时间。此外，在本发明中，决定ΔR的函数不限于线形函数。另外，也可以取代P0使用Pth，设为ΔR＝A×(Pth—P)+B。
这样，由P0—P的函数决定喷射量比例，从而即使在燃压低的情况下，也能够通过增加来自蒸发性能好的喷油器的喷射量来弥补因燃压的降低而导致的蒸发量的减少，实现可靠的点火。
通过图9对来自喷油器的喷射量的一例进行说明。图9表示来自静态流量小的喷油器119的喷射量比例R119和来自静态流量大的喷油器121的喷射量比例R121与燃压的关系的例。在此，在暖机运转时的压力P0下，设为R119：R121＝0：1，将全部喷射量以由静态流量大的喷油器121进行的方式根据ROM内的地图数据算出。另外，对喷油器设定可喷射的最低燃压，将喷油器119的可喷射最低燃压设为Pmin1，将喷油器121的可喷射最低燃压设为Pmin2。
相比比预热时燃压P0小的燃压阈值Pth，燃压P更高时，不进行修正。在本实施例中，以成为R119：R121＝0：1的方式控制。
燃压P比Pth小时，进行修正。在此，以使R119增加ΔR＝(Pth—P)/(Pth—Pmin2)，使R121降低ΔR的方式控制。
因为静态流量小的喷油器微粒化优异，所以即使低燃压，也能够喷射，一般存在Pmin1＜Pmin2的关系。在此，燃压P为Pmin1＜P＜Pmin2时，可以从喷油器119喷射，但是不能从喷油器121喷射。因此，也可以从喷油器119进行全部喷射量，设为R119：R121＝1：0。
此外，在来自静态流量小的喷油器119的可喷射量Qmax1不满足要求喷射量Qreq的情况下，喷射量低于要求喷射量与可喷射量的差ΔQ＝Qreq—Qmax1。该情况下，为了弥补不足，也可以以从静态流量大的喷油器121喷射ΔQ的方式进行控制。
本实施例中，将静态流量小的喷油器设为图2中的第一喷油器119，但是也可以是，测量从喷油器喷射的喷雾液滴的SMD，将SMD小的喷油器设为图2中的喷油器119，将SMD大的喷油器设为图2中的喷油器121。
本实施例中，构成为，从第一喷油器119喷射的燃料液滴的平均粒径比从第二喷油器121喷射的燃料液滴的平均粒径小。而且，本实施例的燃料喷射阀的控制装置(ECU118)在由加压单元(高压燃料泵111)供给的燃料的燃料压力低于设定为比预热时的燃料压力P0低的设定值Pth的情况下，以使来自第一喷油器119的喷射量比例根据来自加压单元(高压燃料泵111)的燃料压力与预热时的燃料压力的差而增加的方式进行控制。由此，能够通过增加来自蒸发性能良好的喷油器的喷射量来弥补因燃压的降低而引起的蒸发量的减少，实现可靠的点火。
实施例2
使用图10对本发明的第二实施例的喷油器的控制装置进行说明。图10(a)表示冷却水温与蒸发量的关系。冷却水在发动机的缸盖101和缸体102的内部流动，进行发动机的冷却。在冷却水温低时，发动机为温度低的状态，蒸发量降低。此外，冷却水温由未图示的温度传感器监视。
在此，在冷却水温比设定为比预热时温度T0低的温度阈值Tth低，为T＜Tth时，使来自喷油器119的喷射量比例增加ΔR＝A2×(T0—T)+B2，使来自喷油器121的喷射量比例减少ΔR，而是合计喷射量不变地使喷射比例变化。由此，即使在发动机内的温度低的情况下，通过来自蒸发性能良好的喷油器的喷射量增加来弥补因温度的降低而引起的蒸发量的减少，能够实现可靠的点火。此外，也可以取代T0而使用Tth，设为ΔR＝A2×(Tth—T)+B2。
在本实施例中，如上所述地，由未图示的温度传感器监视发动机的冷却水的冷却水温。另外，构成为第一喷油器119的静态流量比第二喷油器121的静态流量小。而且，本实施例的燃料喷射阀的控制装置(ECU118)在冷却水温低于设定为比预热时的冷却水温T0低的设定值Tth的情况下，以使来自第一喷油器的喷射量比例根据冷却水温与预热时的冷却水温的差增加的方式控制。由此，即使在冷却水温低的情况下，也能够实现可靠的点火。
图10(b)表示冷却水温对喷射量比例的修正控制的例。在此，在预热时温度T0下，设为R119：R121＝0：1，将全部喷射量以由静态流量大的喷油器121进行的方式根据ROM内的地图数据算出。
相比比T0小的温度阈值Tth，在冷却水温T高时，不进行修正。即，以成为R119：R121＝0：1的方式控制。
在冷却水温T比Tth小时，进行修正。在此，在冷却水温T比设定为比Tth低的第二温度阈值Tth2高时，以使R119增加ΔR＝(Tth—T)/(Tth—Tth2)，使R121降低ΔR的方式控制。
另外，T＜Tth2时，以从喷油器119喷射全部的喷射量的方式控制，设为R119：R121＝1：0，从而能够最大限度地确保蒸发量。
实施例3
以下，使用图11对本发明的第三实施例的喷油器的控制装置进行说明。在图11所示的第三实施例中，具备与喷油器119分体的气体燃料喷油器302、用于喷射气体燃料的油轨300、储藏气体燃料的罐301、调整气体燃料的流量的压力调整阀303、以及流量计304。其它结构与实施例1相同。从气体燃料喷油器302喷射例如CNG等气体燃料。喷油器119与气体燃料喷油器302的喷射量比在ECU的ROM内作为地图数据而保存。
根据地图数据算出的喷射量比作为暖机运转时的燃压P0下的最佳值而规定。在此，在燃压为P＜Pth时，使来自喷油器119的喷射量比例增加ΔR＝A3×(P0—P)+B3，使来自喷油器119的喷射量比例减少ΔR。基于决定的喷射量，决定各个喷油器的开阀时间。这样，利用P0—P的函数决定喷射量比例，从而即使在燃压低的情况下，也能够实现由确保气体燃料而带来的可靠的点火。此外，也可以取代P0而使用Pth，设为ΔR＝A3×(Pth—P)+B3。
在此，在本实施例中，喷油器中的至少一个是可喷射气体燃料的气体喷射喷油器302。而且，本实施例的燃料喷射阀的控制装置(ECU118)在由加压单元(高压燃料泵111)供给的燃料的燃料压力P低于设定为比预热时的燃料压力P0低的设定值Pth的情况下，以使来自气体喷射喷油器302的燃料喷射比例根据燃料压力P与预热时的燃料压力P0的差而增加的方式进行控制。由此，通过增加气体燃料的喷射量来弥补因燃压的降低而引起的蒸发量的降低，能够实现可靠的点火。
实施例4
以下，对本发明的第四实施例的喷油器的控制装置进行说明。对于结构，与第一实施例相同。在本实施例中，在燃压充分上升的情况下，考虑从静态流量小的喷油器以外的喷油器喷射的运转条件。例如，为了进行使燃料在发动机筒内匀质地分散的匀质燃烧，主要从静态流量大且分散性良好的喷油器喷射，将此时的燃压设为P0。
另外，燃压高时，加压装置的损失变大。因此，燃压也可以设定为所需最低限度的值。
因此，也可以控制为，通过使来自静态流量小的喷油器的喷射比例增加，且使蒸发量增加，从而降低燃压。由此，能够确保充分的蒸发性能，并且通过降低燃压来降低加压装置的损失。
例如，在燃压P0下，在静态流量小的第一喷油器119与静态流量大的第二喷油器121的喷射量比为R119：R121＝0：1时，使来自第一喷油器119的喷射量比增加ΔR，相反地，将来自喷油器121的喷射量比例降低ΔR降低。即，设为R119：R121＝ΔR：1—ΔR。在此，通过以根据ΔR降低燃压的方式控制，能够确保充分的蒸发量，并且降低加压装置的损失。
在本实施例中，构成为第一喷油器119的静态流量比第二喷油器121的静态流量小。而且，本实施例的燃料喷射阀的控制装置(ECU118)以使来自第一喷油器119的喷射量比例根据预定比例而增加，使来自加压装置(高压燃料泵111)的燃料的燃压根据喷射量比例的差而降低的方式进行控制。由此，能够降低加压装置的损失，进行低燃耗化。
符号说明
101—缸盖，102—缸体，103—活塞，104—燃烧室，105—吸气管，106—排气管，107—吸气阀，108—排气阀，109—燃料箱，110—供油泵，111—高压燃料泵，112—油轨，113—燃压传感器，114—连杆，115—曲轴，116—曲柄角传感器，117—水温传感器，118—ECU，119—燃料喷射阀，120—火花塞，121—流体喷射阀(实施例1中，搅拌用燃料喷射阀)，200—燃料供给口，201—燃料喷雾，202—座部件，203—阀体，204—阀座面，205—喷孔，206—阀体中心轴，207—喷孔轴，300—油轨，301—气体燃料箱，302—气体燃料喷油器，303—压力调整阀，304—流量计。

Claims (5)

1.一种控制装置，控制向内燃机喷射燃料的喷油器，上述控制装置的特征在于，
在上述内燃机设有多个喷油器，
构成为，第一喷油器的静态流量比第二喷油器的静态流量小，
在由加压装置供给的燃料的燃料压力低于被设定为比预热时的燃料压力低的设定值的情况下，
以使来自第一喷油器的喷射量比例根据来自上述加压装置的燃料压力与预热时的燃料压力的差而增加的方式进行控制，使来自上述第一喷油器的喷射量比例增加量与使来自上述第二喷油器的喷射量比例减少量相等，合计喷射量不变地改变喷射比例，通过增加来自蒸发性能良好的上述第一喷油器的喷射量来弥补因燃压的降低而引起的蒸发量的减少。
2.一种控制装置，控制向内燃机喷射燃料的喷油器，上述控制装置的特征在于，
在上述内燃机设有多个喷油器，
构成为，从第一喷油器喷射的燃料液滴的平均粒径比从第二喷油器喷射的燃料液滴的平均粒径小，
在由加压装置供给的燃料的燃料压力低于被设定为比预热时的燃料压力低的设定值的情况下，
以使来自第一喷油器的喷射量比例根据来自上述加压装置的燃料压力与预热时的燃料压力的差而增加的方式进行控制，使来自上述第一喷油器的喷射量比例增加量与使来自上述第二喷油器的喷射量比例减少量相等，合计喷射量不变地改变喷射比例，通过增加来自蒸发性能良好的上述第一喷油器的喷射量来弥补因燃压的降低而引起的蒸发量的减少。
3.一种控制装置，控制向内燃机喷射燃料的喷油器，上述控制装置的特征在于，
在上述内燃机设有多个喷油器，
构成为，第一喷油器的静态流量比第二喷油器的静态流量小，
在冷却水温低于被设定为比预热时的冷却水温低的设定值的情况下，
以使来自上述第一喷油器的喷射量比例根据冷却水温与预热时的冷却水温的差而增加的方式进行控制，使来自上述第一喷油器的喷射量比例增加量与使来自上述第二喷油器的喷射量比例减少量相等，合计喷射量不变地改变喷射比例，通过来自蒸发性能良好的上述第一喷油器的喷射量增加来弥补因温度的降低而引起的蒸发量的减少。
4.一种控制装置，控制向内燃机喷射燃料的喷油器，上述控制装置的特征在于，
在上述内燃机设有多个喷油器，
上述喷油器中的至少一个是能够喷射气体燃料的气体喷射喷油器，
在由加压装置供给的燃料的燃料压力低于被设定为比预热时的燃料压力低的设定值的情况下，
以使来自上述气体喷射喷油器的燃料喷射比例根据来自上述加压装置的燃料的燃料压力与预热时的燃料压力的差而增加的方式进行控制，使来自上述多个喷油器中的一个的喷射量比例增加量与使来自上述多个喷油器中的另一个的喷射量比例减少量相等，基于决定的喷射量，决定各个喷油器的开阀时间，通过增加气体燃料的喷射量来弥补因燃压的降低而引起的蒸发量的降低。
5.一种控制装置，控制向内燃机喷射燃料的喷油器，上述控制装置的特征在于，
在上述内燃机设有多个喷油器，
构成为，第一喷油器的静态流量比第二喷油器的静态流量少，
以使来自上述第一喷油器的喷射量比例从预定比例增加，使燃压根据喷射量比例的差而降低的方式进行控制，使来自上述第一喷油器的喷射量比例增加量与使来自上述第二喷油器的喷射量比例减少量相等，通过使来自静态流量小的上述第一喷油器的喷射比例增加，且使蒸发量增加，从而降低燃压。
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