CN109891074B - 内燃机的燃料喷射控制系统及内燃机的燃料喷射控制方法 - Google Patents

Abstract

内燃机的燃料喷射控制系统具备的控制装置中，当活塞温度(Te)大于阈值温度(Tf)且小于最大限制温度(Tmax)时，基于活塞温度(Te)、最大限制温度(Tmax)和阈值温度(Tf)计算加权系数(k)，基于该算出的加权系数(k)、最大延迟喷射开始时刻(SOImax)和标准喷射开始时刻(SOIn)，计算与活塞温度(Te)对应的延迟喷射开始时刻(SOIk)，将该算出的延迟喷射开始时刻(SOIk)设定为喷射开始时刻控制值(SOIc)。

Description

内燃机的燃料喷射控制系统及内燃机的燃料喷射控制方法

技术领域

本公开涉及内燃机的燃料喷射控制系统以及内燃机的燃料喷射控制方法。

背景技术

在车辆具备的柴油引擎等内燃机中，在气缸(cylinder)的内部容纳活塞。并且，通过在形成在气缸、活塞、以及气缸盖之间的空间即燃烧室内，使燃料燃烧，从而使内燃机产生车辆行驶用的动力。

该活塞由于反复受到伴随气缸内的压力变化的力学负荷、以及伴随上述燃烧反应的热负荷，从而耐久性逐渐下降。特别地，在活塞过度升温而暴露在高温下时，活塞的耐久性大幅降低。

在此，提出了一种缸内直喷火花点火式的内燃机的控制系统，在由被吸入到燃烧室中的空气形成滚转的燃烧室内，具备向强化滚转的方向喷射燃料的缸内喷射用的喷射器(例如，参照专利文献1)。当活塞温度为温度阈值以下时，该控制系统将喷射器的燃烧喷射时刻设定在进气下止点附近，当活塞温度高于温度阈值时，该控制系统将喷射器的燃料喷射时刻设定在进气上止点附近。

[先行技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本国特开2009-103106号公报

发明内容

[发明要解决的课题]

在上述的内燃机的控制系统中，仅是将燃料喷射定时切换为对应于温度阈值设定的两模式的燃料喷射定时中的任一个，因此不能将燃料喷射定时设定为对应于活塞的温度的最合适的定时。即，还存在通过将燃料喷射定时设定为最合适的定时，来提高抑制活塞过度升温的效果的余地。

本公开的目的在于提供能够抑制活塞的过度升温的内燃机的燃料喷射控制系统以及内燃机的燃料喷射控制方法。

[用于解决技术问题的技术方案]

本公开的内燃机的燃料喷射控制系统具备控制燃料向内燃机的气缸内的喷射开始时刻的控制装置，其中，所述控制装置构成为：当设定燃料的喷射开始时刻控制值时，获取预先设定的对于所述气缸内的活塞温度的最大限制温度、以及作为低于该最大限制温度的值的阈值温度，并且，针对所述内燃机的运转状态，计算基于预先设定的数据针对所述内燃机的运转状态算出的标准喷射开始时刻、以及所述活塞温度成为所述最大限制温度的最大延迟喷射开始时刻；当所述活塞温度为所述阈值温度以下时，将所述标准喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；当所述活塞温度大于所述阈值温度且小于所述最大限制温度时，基于所述活塞温度、所述最大限制温度和所述阈值温度计算加权系数，将基于该算出的加权系数、所述最大延迟喷射开始时刻和所述标准喷射开始时刻而算出的延迟喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；当所述活塞温度为所述最大限制温度以上时，将所述最大延迟喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；进行根据所述喷射开始时刻控制值开始向所述气缸内喷射燃料的控制。

另外，本公开的内燃机的燃料喷射控制方法由控制燃料向内燃机的气缸内的喷射开始时刻的控制装置进行，其中，当设定燃料的喷射开始时刻控制值时，获取预先设定的对于所述气缸内的活塞温度的最大限制温度、以及作为低于该最大限制温度的值的阈值温度，并且，针对所述内燃机的运转状态，计算基于预先设定的数据针对所述内燃机的运转状态算出的标准喷射开始时刻、以及所述活塞温度成为所述最大限制温度的最大延迟喷射开始时刻；当所述活塞温度为所述阈值温度以下时，将所述标准喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；当所述活塞温度大于所述阈值温度且小于所述最大限制温度时，基于所述活塞温度、所述最大限制温度和所述阈值温度计算加权系数，将基于该算出的加权系数、所述最大延迟喷射开始时刻和所述标准喷射开始时刻而算出的延迟喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；当所述活塞温度为所述最大限制温度以上时，将所述最大延迟喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；进行根据所述喷射开始时刻控制值开始向所述气缸内喷射燃料的控制。

[发明效果]

根据本公开的内燃机的燃料喷射控制系统以及内燃机的燃料喷射控制方法，通过基于活塞温度将燃料的喷射开始时刻设定为合适的定时，能够抑制活塞的过度升温，并且减缓喷射开始时刻的变化而能够抑制急剧的转矩变化，因而不损害运行性能而能够提高活塞以及配置在其附近的气缸内部件的寿命。

附图说明

图1是示出加权系数的计算方法的图。

图2是示出使用加权系数计算延迟喷射开始时刻的方法的图。

图3是示出本公开的内燃机的燃料喷射控制方法的控制流程的图。

具体实施方式

下面，边参照附图边说明本公开涉及的实施方式的内燃机的燃料喷射控制系统以及内燃机的燃料喷射控制方法。

作为本公开的对象的内燃机的燃料喷射控制系统是基于引擎的运转状态设定及控制燃料向引擎(内燃机)的气缸(cylinder)内的喷射开始时刻或喷射量等的系统。为了控制该系统而具备控制装置。该控制装置控制燃料向引擎的气缸内的喷射开始时刻。

在本公开的内燃机的燃料喷射控制系统中，控制装置估计气缸内的活塞的温度(下面称为“活塞温度”)Te，基于该估计的活塞温度Te控制燃料向气缸内的喷射开始时刻SOI。关于该活塞温度Te的估计方法，有直接测定，或者根据引擎运转状态和预先设定的设定图表数据(Map Data)等来估计的方法，但在此，不需要特别限定活塞温度Te的估计方法，也可以采用该公知的方法，因而在此省略说明。

伴随活塞成为高温，由在气缸内的燃烧反应所产生的热量致使活塞过度升温，活塞的耐久性的劣化量可能变大。因此，当活塞温度Te为高温时，控制装置通过使燃料的喷射开始时刻SOI迟于一般的标准喷射开始时刻SOIn，改变气缸内的燃烧状态，降低气缸内的燃烧温度，从而抑制活塞的过度升温。此外，该喷射开始时刻SOI例如以活塞到达压缩上止点的时间点为基础，用曲轴转角的表述来设定从该时间点起的提前角量。

在本公开中，控制装置在设定喷射开始时刻控制值SOIc时，获取预先设定的气缸内的对于活塞温度Te的最大限制温度Tmax、以及作为比该最大限制温度Tmax低的值的阈值温度Tf。该阈值温度Tf设为比最大限制温度Tmax低预先设定的规定温度ΔTs的温度，但也可以使该阈值温度Tf配合引擎的运转状态而变化。例如，控制装置可以对于表示引擎的运转状态的引擎转速或燃料喷射量，参照预先通过试验等设定的设定图表数据等计算阈值温度Tf。

另外，控制装置基于预先设定的数据，对于设定喷射开始时刻控制值SOIc时的引擎运转状态计算标准喷射开始时刻SOIn。该作为一般的喷射开始时刻的标准喷射开始时刻SOIn是对于表示引擎的运转状态的引擎转速或燃料喷射量，参照预先通过试验等设定的设定图表数据等而计算出的喷射开始时刻，一般不考虑活塞温度Te，而考虑生成转矩、燃料消耗量、或者NOx或PM(颗粒状物质)的生成量而设定。

并且，控制装置针对设定喷射开始时刻控制值SOIc时的引擎运转状态计算活塞温度Te成为最大限制温度Tmax的最大延迟喷射开始时刻SOImax。该计算出的最大延迟喷射开始时刻SOImax是如下值：在追随引擎运转状态，将喷射开始时刻SOI作为输入，计算活塞的估计温度的活塞估计温度计算系统以及活塞估计温度计算方法中，通过将活塞温度估计设为最大限制温度Tmax，将此时的引擎运转状态等数据保持原样，反向计算喷射开始时刻SOI而得到的值。控制装置将该反向计算得到的喷射开始时刻SOI作为最大延迟喷射开始时刻SOImax。此外，最大延迟喷射开始时刻SOImax只要对应于在设定喷射开始时刻控制值SOIc时的引擎运转状态下，活塞温度Te成为最大限制温度Tmax时的喷射开始时刻SOI即可，在本公开中，不需要限定于该计算方法。

并且，在活塞温度Te为阈值温度Tf以下时，控制装置将标准喷射开始时刻SOIn设定为喷射开始时刻控制值SOIc。另外，当活塞温度Te大于阈值温度Tf且小于最大限制温度Tmax时，控制装置基于活塞温度Te、最大限制温度Tmax和阈值温度Tf计算加权系数k，将基于该算出的加权系数k、最大延迟喷射开始时刻SOImax和标准喷射开始时刻SOIn算出的延迟喷射开始时刻SOIk设定为喷射开始时刻控制值SOIc。并且，当活塞温度Te为最大限制温度Tmax以上时，控制装置将最大延迟喷射开始时刻SOImax设定为喷射开始时刻控制值SOIc。控制装置进行根据通过这样的方式设定的喷射开始时刻控制值SOIc开始燃料向气缸内的喷射的控制。

综上所述，当活塞温度Te为阈值温度Tf以下时，控制装置将喷射开始时刻控制值SOIc设定为标准喷射开始时刻SOIn，当活塞温度Te为最大限制温度Tmax以上时，控制装置将喷射开始时刻控制值SOIc设定为最大延迟喷射开始时刻SOImax。另外，在活塞温度Te大于阈值温度Tf且小于最大限制温度Tmax的情况下，控制装置将喷射开始时刻控制值SOIc设定为使用最大延迟喷射开始时刻SOImax和标准喷射开始时刻SOIn之间的加权系数k算出的延迟喷射开始时刻SOIk。

关于加权系数k的计算以及设定方法，参照图1进行说明。如图1所示，首先，对控制装置具有的加权系数计算部件M10，输入活塞温度Te、最大限制温度Tmax以及阈值温度Tf后，加权系数计算部件M10从最大限制温度Tmax减去活塞温度Te来计算作为从活塞温度Te到最大限制温度Tmax的差量的第一温度差ΔTa(＝Tmax－Te)，并从最大限制温度Tmax减去阈值温度Tf来计算作为差量的第二温度差ΔTb(＝Tmax－Tf)。接着，用第一温度差ΔTa除以第二温度差ΔTb来计算加权系数k(＝ΔTa/ΔTb)。

在活塞温度Te大于阈值温度Tf且小于最大限制温度Tmax的情况下，第一温度差ΔTa和第二温度差ΔTb均为正值，第二温度差ΔTb为大于第一温度差ΔTa的值，因此该加权系数k为大于0且小于1的值。

如图2所示，在控制装置具有的延迟喷射开始时刻计算部件M20中，输入加权系数k、标准喷射开始时刻SOIn以及最大延迟喷射开始时刻SOImax的各值。延迟喷射开始时刻计算部件M20通过如下的式子计算延迟喷射开始时刻SOIk。

SOIk＝k×(SOIn)+(1－k)×(SOImax)

在此，当活塞温度Te为阈值温度Tf时，加权系数k为1，因此若将k＝1代入SOIk的算式中，则延迟喷射开始时刻SOIk成为标准喷射开始时刻SOIn。另外，当活塞温度Te为最大限制温度Tmax时，加权系数k为0，若将k＝0代入延迟喷射开始时刻SOIk的算式中，则延迟喷射开始时刻SOIk成为最大延迟喷射开始时刻SOImax。

并且，通过在活塞温度Te为阈值温度Tf以下时将加权系数k设为1，在活塞温度Te为最大限制温度Tmax以上时将加权系数k设为0，从而用于计算延迟喷射开始时刻SOIk的上述式子成为在活塞温度Te为阈值温度Tf以下的情况或为最大限制温度Tmax以上的情况中也能够应用的式子。

即，通过如上述设定加权系数k，从而控制装置对应于活塞温度Te，选择标准喷射开始时刻SOIn、延迟喷射开始时刻SOIk和最大延迟喷射开始时刻SOImax的任一个，作为喷射开始时刻控制值SOIc，并以该喷射开始时刻控制值SOIc控制燃料喷射。

接着，关于本公开的内燃机的燃料喷射控制方法，基于图3示出的控制流程进行说明。图3的控制流程作为在引擎的运行中每当经过预先设定的控制时间时由上级的控制流程调用而开始的控制流程而示出。

开始图3的控制流程后，在步骤S10中，将活塞温度Te、最大限制温度Tmax、阈值温度Tf输入至控制装置。关于活塞温度Te的估计方法，没有特别的限定，因此能够采用实际测量温度而得到的温度、或参照预先通过试验等设定的设定图表数据等算出的方法等公知的方法，在此省略说明。实施步骤S10的控制后，进入步骤S20。

在步骤S20中，控制装置判断在步骤S10中输入的活塞温度Te是否大于阈值温度Tf。活塞温度Te大于阈值温度Tf时(步骤S20中是)，进入步骤S30。活塞温度Te小于等于阈值温度Tf时(步骤S20中否)，进入步骤S70。在步骤S70中，控制装置将标准喷射开始时刻SOIn作为喷射开始时刻控制值SOIc，进入步骤S80。

在从步骤S20进入步骤S30的情况下，在步骤S30中，控制装置判断活塞温度Te是否小于最大限制温度Tmax。在活塞温度Te小于最大限制温度Tmax时(步骤S30中是)，进入步骤S40，在步骤S40中，控制装置计算加权系数k，在接下来的步骤S50中，控制装置计算延迟喷射开始时刻SOIk，将该延迟喷射开始时刻SOIk作为喷射开始时刻控制值SOIc，进入步骤S80。

在步骤S30中，当活塞温度Te为最大限制温度Tmax以上时(步骤S30中否)，进入步骤S60，在步骤S60中，控制装置将最大延迟喷射开始时刻SOImax作为喷射开始时刻控制值SOIc，进入步骤S80。

并且，在经过步骤S50、S60以及S70的任一步骤之后的步骤S80中，控制装置根据在步骤S80前面的步骤(S50、S60、S70)中设定的喷射开始时刻控制值SOIc实施燃料喷射。实施步骤S80的控制后，进行返回，结束本控制流程。

根据以上所述，以本公开的内燃机的燃料喷射控制系统为基础的、本公开的内燃机的燃料喷射控制方法是具备控制燃料向引擎的气缸内的喷射开始时刻SOI的控制装置的内燃机的燃料喷射控制方法。在该方法中，能够通过依照上述图3的控制流程的控制，进行以下的运算和控制。

首先，在设定燃料的喷射开始时刻控制值SOIc时，控制装置获取预先设定的对于气缸内的活塞温度Te的最大限制温度Tmax、以及作为比该最大限制温度Tmax低的值的阈值温度Tf。与此同时，控制装置针对引擎运转状态，计算基于预先设定的数据对于引擎运转状态算出的标准喷射开始时刻SOIn、以及活塞温度Te成为最大限制温度Tmax的最大延迟喷射开始时刻SOImax。

并且，当活塞温度Te为阈值温度Tf以下时，控制装置将标准喷射开始时刻SOIn设定为喷射开始时刻控制值SOIc。另外，当活塞温度Te大于阈值温度Tf且小于最大限制温度Tmax时，控制装置基于活塞温度Te、最大限制温度Tmax和阈值温度Tf计算加权系数k，将基于该算出的加权系数k、最大延迟喷射开始时刻SOImax和标准喷射开始时刻SOIn算出的延迟喷射开始时刻SOIk设定为喷射开始时刻控制值SOIc。进一步，当活塞温度Te为最大限制温度Tmax以上时，控制装置将最大延迟喷射开始时刻SOImax设定为喷射开始时刻控制值SOIc。控制装置进行根据该设定的喷射开始时刻控制值SOIc开始燃料向气缸内的喷射的控制。

根据本公开的内燃机的燃料喷射控制系统以及内燃机的燃料喷射控制方法，当活塞温度Te为阈值温度Tf以上，为了防止活塞温度Te的过度升温而产生了使燃料的喷射开始时刻SOI迟于一般的标准喷射开始时刻SOIn的需要时，根据与最大延迟燃料喷射开始时刻SOImax对应的活塞温度Te的最大限制温度Tmax、阈值温度Tf和活塞温度Te计算出加权系数k，使用该加权系数k，计算与活塞温度Te对应的延迟喷射开始时刻SOIk，将该延迟喷射开始时刻SOIk设定为喷射开始时刻控制值SOIc。这样，燃料的喷射开始时刻被以活塞温度Te为基础设定在合适的定时，因而能够抑制活塞的过度升温。另外，与使用加权系数k计算出的延迟喷射开始时刻SOIk对应的喷射开始时刻控制值SOIc会平缓地变化，因此能够抑制急剧的转矩变化。其结果，不损害运行性能而能够提高活塞以及配置在其周边的气缸内部件的寿命。

本申请基于2016年11月7日申请的日本专利申请(专利申请2016-217063)，其内容作为参照引用至此。

工业上的可利用性

本公开的内燃机的燃料喷射控制系统以及内燃机的燃料喷射控制方法具有能够抑制活塞的过度升温，并且使燃料的喷射开始时刻的变化平缓而能够抑制活塞的急剧的转矩变化的效果，在提高活塞以及配置在其周边的气缸内部件的寿命的点上是有效的。

附图标记说明

k 加权系数

M10 加权系数计算部件

M20 延迟喷射开始时刻计算部件

Te 活塞温度

Tmax 最大限制温度

Tf 阈值温度

SOI 喷射开始时刻

SOIk 延迟喷射开始时刻

SOImax 最大延迟喷射开始时刻

SOIn 标准喷射开始时刻

Claims (3)

1.一种内燃机的燃料喷射控制系统，具备控制燃料向内燃机的气缸内的喷射开始时刻的控制装置，其中，

所述控制装置构成为：

当设定燃料的喷射开始时刻控制值时，

获取预先设定的对于所述气缸内的活塞温度的最大限制温度、以及作为低于该最大限制温度的值的阈值温度，并且，针对所述内燃机的运转状态，计算基于预先设定的数据针对所述内燃机的运转状态算出的标准喷射开始时刻、以及所述活塞温度成为所述最大限制温度的最大延迟喷射开始时刻；

当所述活塞温度为所述阈值温度以下时，将所述标准喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；

当所述活塞温度大于所述阈值温度且小于所述最大限制温度时，基于所述活塞温度、所述最大限制温度和所述阈值温度计算加权系数，将基于该算出的加权系数、所述最大延迟喷射开始时刻和所述标准喷射开始时刻而算出的延迟喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；

当所述活塞温度为所述最大限制温度以上时，将所述最大延迟喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；

进行根据所述喷射开始时刻控制值开始向所述气缸内喷射燃料的控制，

所述加权系数是从所述最大限制温度减去所述活塞温度而求得的第一温度差除以从所述最大限制温度减去阈值温度而求得的第二温度差的值；

所述控制装置进行如下控制：当将所述加权系数设为k，将所述标准喷射开始时刻设为SOIn，将所述最大延迟喷射开始时刻设为SOImax时，用SOIk＝k×(SOIn)+(1－k)×(SOImax)的式子计算所述延迟喷射开始时刻SOIk。

2.根据权利要求1所述的内燃机的燃料喷射控制系统，

所述控制装置进行使所述阈值温度配合所述内燃机的运转状态而变化的控制。

3.一种内燃机的燃料喷射控制方法，由控制燃料向内燃机的气缸内的喷射开始时刻的控制装置进行，其特征在于，

当设定燃料的喷射开始时刻控制值时，

获取预先设定的对于所述气缸内的活塞温度的最大限制温度、以及作为低于该最大限制温度的值的阈值温度，并且，针对所述内燃机的运转状态，计算基于预先设定的数据针对所述内燃机的运转状态算出的标准喷射开始时刻、以及所述活塞温度成为所述最大限制温度的最大延迟喷射开始时刻；

当所述活塞温度为所述阈值温度以下时，将所述标准喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；

当所述活塞温度大于所述阈值温度且小于所述最大限制温度时，基于所述活塞温度、所述最大限制温度和所述阈值温度计算加权系数，将基于该算出的加权系数、所述最大延迟喷射开始时刻和所述标准喷射开始时刻而算出的延迟喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；

当所述活塞温度为所述最大限制温度以上时，将所述最大延迟喷射开始时刻设定为所述喷射开始时刻控制值；

进行根据所述喷射开始时刻控制值开始向所述气缸内喷射燃料的控制，

所述加权系数是从所述最大限制温度减去所述活塞温度而求得的第一温度差除以从所述最大限制温度减去阈值温度而求得的第二温度差的值，

当将所述加权系数设为k，将所述标准喷射开始时刻设为SOIn，将所述最大延迟喷射开始时刻设为SOImax时，用SOIk＝k×(SOIn)+(1－k)×(SOImax)的式子计算所述延迟喷射开始时刻SOIk。

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