CN110645114A - 内燃机的控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的控制系统，在燃烧室内生成正滚流的中央喷射发动机中抑制高负荷区域中的发动机输出的降低。中央喷射发动机是指在燃烧室的顶部的大致中央具备直喷喷射器和点火装置的发动机。正滚流以在燃烧室的顶部侧从进气口侧朝向排气口侧，在活塞的顶部侧从排气口侧朝向进气口侧的方式流动。ECU基于发动机负荷算出喷射时期。在第1喷射控制中，发动机负荷越高则使喷射时期的结束曲轴角越迟。

Description

内燃机的控制系统
技术领域
本发明涉及内燃机的控制系统。
背景技术
在日本特开2011-012555号公报中公开了一种对具备向燃烧室内直接喷射燃料的喷射器(以下，也称为“直喷喷射器”)的发动机进行控制的系统。该以往的系统根据发动机的运转状态变更直喷喷射器的喷射时期。具体而言，在运转状态处于高负荷区域的情况下，该以往的系统使喷射时期提前。
来自直喷喷射器的燃料喷射在进气行程中进行。因此，若喷射时期接近下止点，则喷射燃料会直接碰撞并附着于汽缸壁面，从而稀释发动机油(润滑油)。在高负荷区域中燃料喷射量变多，所以若喷射时期接近下止点，则附着于汽缸壁面的燃料的量也会变多。关于这一点，如果在高负荷区域中使喷射时期提前，则能够减少燃料附着量而抑制发动机油的稀释。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-012555号公报
发明内容
发明要解决的课题
考虑在燃烧室内生成滚流的中央喷射发动机。中央喷射发动机是在燃烧室的顶部的大致中央具备直喷喷射器和点火装置的发动机。假定为滚流以在燃烧室的顶部侧(也就是说，汽缸盖的底部侧)从进气口侧朝向排气口侧，在活塞的顶部侧从排气口侧朝向进气口侧的方式流动。以下，将沿这样的方向流动的滚流定义为“正滚流”。
构成上述以往的系统的发动机在燃烧室的侧部具备直喷喷射器，汽缸壁面位于喷射方向的前方。与此相对，在中央喷射发动机中，活塞顶部位于喷射方向的前方。因此，若在中央喷射发动机的运转状态处于高负荷区域的情况下进行与上述以往的系统同样的喷射控制，则会产生以下的问题。即，若在高负荷区域中使喷射时期提前，则喷射燃料会变得容易附着于活塞顶部。
另外，若为了减少向活塞顶部的燃料附着量而进行与上述喷射控制相反的喷射控制，则会产生其他问题。即，若在高负荷区域中使喷射时期延迟，则燃烧室内的正滚流会从进气行程的中途开始紊乱。这样一来，虽然是期待着高输出的高负荷区域，但发动机输出会降低。
本发明是鉴于上述的课题中的至少一个而作出的发明，目的在于在燃烧室内生成正滚流的中央喷射发动机中抑制高负荷区域中的发动机输出的降低。
用于解决课题的技术方案
第1发明是用于解决上述的课题的内燃机的控制系统，具有以下的特征。
所述控制系统具备内燃机的燃烧室、点火装置、直喷喷射器以及控制单元。
在所述燃烧室生成正滚流。
所述点火装置设置于所述燃烧室的顶部的大致中央。
所述直喷喷射器与所述点火装置相邻地设置。
所述控制单元构成为，基于所述内燃机的负荷来控制所述直喷喷射器的喷射时期。
所述控制单元构成为，
在所述内燃机的低负荷区域中，将所述喷射时期控制在相当于进气行程的曲轴角区间，
在所述内燃机的高负荷区域中，至少将所述喷射时期的结束曲轴角控制为比所述低负荷区域中的所述结束曲轴角靠延迟侧。
所述高负荷区域中的所述结束曲轴角包含于相当于压缩行程的前半部分的曲轴角区间。
第2发明在第1发明中还具有以下的特征。
所述控制系统还具备燃料配管。
所述燃料配管构成为向所述直喷喷射器供给加压状态的燃料。
所述控制单元进而构成为，在所述高负荷区域中，基于所述内燃机的负荷来控制所述燃料配管的燃料的压力。
随着所述内燃机的负荷变高，所述压力变低。
第3发明在第1发明中还具有以下的特征。
所述控制单元进而构成为，在所述高负荷区域中，将所述喷射时期的开始曲轴角控制为比所述低负荷区域中的所述开始曲轴角靠延迟侧。
所述高负荷区域中的所述开始曲轴角包含于相当于进气行程的曲轴角的曲轴角区间。
发明的效果
根据第1发明，高负荷区域中的喷射时期的结束曲轴角延迟到压缩行程的前半部分。若使结束曲轴角延迟到压缩行程的前半部分，则存在正滚流从进气行程的中途开始紊乱的缺点。但是，本发明人获得了如下的见解：在中央喷射发动机中，若使结束曲轴角延迟到压缩行程的前半部分，则可获得超过该缺点的优点。即，若使结束曲轴角延迟到压缩行程的前半部分，则混合气的高度紊乱状态会维持到即将点火前。因此，根据第1发明，通过超过上述的缺点的优点，能够抑制高负荷区域中的发动机的输出降低。
根据第2发明，在高负荷区域中，随着内燃机的负荷变高，燃料配管的燃料的压力被控制为低的值。因此，能够使结束曲轴角延迟到压缩行程的前半部分。
根据第3发明，高负荷区域中的喷射时期的开始曲轴角在相当于进气行程的曲轴角区间的范围内延迟。因此，能够不改变燃料配管的燃料的压力地使结束曲轴角延迟到压缩行程的前半部分。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式涉及的内燃机的系统的构成的图。
图2是说明进气门的升程量与滚流比的关系的图。
图3是说明伴随喷射期间的延长而使喷射时期向BDC侧延迟了的情况下的问题的图。
图4是说明伴随喷射期间的延长而使喷射时期向TDC侧提前了的情况下的问题的图。
图5是说明本实施方式的燃料喷射控制的概要的图。
图6是说明本实施方式的其他燃料喷射控制的概要的图。
图7是说明压缩行程中的混合气的紊乱状态的图。
图8是说明本实施方式的燃料喷射控制(第1喷射控制)的具体例的图。
图9是说明本实施方式的其他燃料喷射控制(第2喷射控制)的具体例的图。
标号说明
10：内燃机；
12：燃烧室；
14：火花塞；
16：点火线圈；
18：直喷喷射器；
20：燃料泵；
22：进气口；
24：排气口；
26：喉部；
30：ECU；
32：曲轴角传感器；
34：燃料压力传感器；
TF：正滚流。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是，在以下示出的实施方式中提及了各要素的个数、数量、量、范围等数值的情况下，除了特别明示了的情况、在原理上明确确定为该数值的情况以外，本发明并不限定于该提及的数值。另外，在以下所示的实施方式中说明的构造、步骤等，除了特别明示了的情况、在原理上明确确定为该结构、步骤等的情况以外，并不一定是本发明所必需的。
1.系统的构成的说明
图1是说明本发明的实施方式涉及的内燃机的系统的构成的图。图1所示的系统具备搭载于车辆的内燃机(以下，也称为“发动机”)10。发动机10是四冲程循环发动机。发动机10也是中央喷射发动机。发动机10也是具备增压系统的增压发动机。增压系统例如是利用发动机10的排气的能量来对进气进行压缩的系统。但是，这样的增压系统不是本发明所必需的，所以省略图示。
发动机10具有多个汽缸。但是，在图1中仅描绘出其中一个汽缸。在各汽缸形成有燃烧室12。燃烧室12通常被定义为由汽缸盖的底面、汽缸体的壁面以及活塞的顶面包围的空间。
在燃烧室12的顶部安装有火花塞14。火花塞14的安装位置是顶部的大致中央。火花塞14连接于向火花塞14施加高电压的点火线圈16。火花塞14和点火线圈16构成点火装置。若通过ECU30驱动点火线圈16，则会在火花塞14产生放电火花。
在燃烧室12的顶部也安装有直喷喷射器18。直喷喷射器18的安装位置比火花塞14靠进气口22侧。直喷喷射器18连接于至少具备燃料泵20的燃料供给系统。燃料泵20对从燃料箱汲出的燃料进行加压并将其向燃料配管排出。若通过ECU30驱动直喷喷射器18，则会从直喷喷射器18喷射加压状态的燃料。在直喷喷射器18的顶端部呈放射状地形成有多个喷孔。因此，加压状态的燃料呈放射状地喷射。
在燃烧室12连通有进气口22和排气口24。进气口22从上游朝向下游大致笔直地延伸。进气口22在作为与燃烧室12连接的连接部分的喉部26流路截面面积缩小。喉部26的这样的形状使得从进气口22吸入燃烧室12的进气产生正滚流TF。正滚流TF以在燃烧室12的顶部侧从进气口22侧朝向排气口24侧，在活塞的顶面侧从排气口24侧朝向进气口22侧的方式流动。
图1所示的系统还具备作为控制装置的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)30。ECU30具备RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等。ECU30对搭载于车辆的各种传感器的信号进行取入处理。
各种传感器至少包括检测曲轴的旋转角度的曲轴角传感器32、和检测燃料配管的燃料的压力(以下，也称为“燃料压力”)的燃料压力传感器34。ECU30对所取入的各传感器的信号进行处理并根据预定的控制程序来操作各种致动器。通过ECU30操作的致动器至少包括点火线圈16、直喷喷射器18以及燃料泵20。
2.实施方式涉及的发动机控制的特征
由ECU30进行的发动机控制包括直喷喷射器18的燃料喷射控制。在燃料喷射控制中，ECU30基于发动机10的运转状态算出燃料喷射量。运转状态由发动机10的转速和负荷来确定。基本上发动机转速越高则燃料喷射量被设定为越大的值，发动机负荷越高则燃料喷射量被设定为越大的值。另外，ECU30基于发动机负荷算出喷射时期。喷射时期基本上设定在相当于进气行程的曲轴角区间，发动机负荷越高则越向延迟侧设定。
2.1气门升程量与滚流比的关系
在本实施方式中，利用在燃烧室12生成的正滚流TF来提高即将点火前的混合气的状态。图2是说明进气门的升程量与滚流比的关系的图(此外，发动机的转速设为恒定)。滚流比被定义为将正滚流TF的角速度除以发动机的转速而得到的值。如图2所示，若伴随进气门的打开而升程量增加，则滚流比上升。在升程量变得最大的曲轴角的附近，滚流比最高。滚流比伴随进气门的关闭而下降。在压缩行程中滚流比暂时上升。这是与活塞的上升相伴的结果。
图2所示的曲轴角CA1是喷射期间的开始曲轴角，曲轴角CA2是喷射期间的结束曲轴角。曲轴角CA1包含于滚流比上升而达到最高值为止的期间的曲轴角区间。曲轴角CA2是滚流比开始下降的附近的曲轴角。如果设定由曲轴角CA1和CA2确定的这样的喷射期间，则能够通过强正滚流TF来促进喷射燃料与空气的混合。也就是说，能够促进燃烧室12内的混合气的均质化。因此，能够改善燃料经济性。
2.2高发动机负荷区域中的问题点
在燃料压力恒定的情况下，若燃料喷射量增多则需要延长喷射期间。也就是说，在燃料压力恒定的情况下，在中～高发动机负荷区域中，与低发动机负荷区域相比，需要使喷射时期提前或延迟。
但是，在伴随喷射期间的延长而使喷射时期延迟了的情况下，存在以下的问题。图3是说明使喷射时期延迟了的情况下的问题的图。在图3中，不改变喷射期间的开始曲轴角(曲轴角CA1)，而是使结束曲轴角(曲轴角CA3)接近BDC。曲轴角CA3包含于比滚流比最高的曲轴角靠BDC侧的曲轴角区间。因此，如图3中的实线所示，在该BDC侧的曲轴角区间喷射出的燃料会促进滚流比的下降。结果，正滚流TF从进气行程的中途开始紊乱而混合气的均质化的速度下降，基于正滚流TF的燃料经济性改善效果受损。
另一方面，在伴随喷射期间的延长而使喷射时期提前了的情况下，存在以下的问题。图4是说明使喷射时期提前了的情况下的问题的图。在图4中，不改变喷射期间的结束曲轴角(曲轴角CA2)，而是使开始曲轴角(曲轴角CA4)远离BDC。在从曲轴角CA4开始进行喷射的情况下，喷射燃料变得容易直接碰撞活塞顶面而产生烟雾。这是因为：在曲轴角CA4直喷喷射器18的顶端部与活塞的顶面之间的距离变短。
2.3实施方式的发动机控制的概要
鉴于这样的问题，在本实施方式的燃料喷射控制中，在高发动机负荷区域中使喷射时期大幅度地延迟。图5是说明本实施方式的燃料喷射控制的概要的图。在图5中，以使得喷射时期跨过BDC的方式使开始曲轴角(曲轴角CA5)和结束曲轴角(曲轴角CA6)延迟。如在图3的说明中所描述的那样，若喷射时期的结束曲轴角接近BDC则会促进滚流比的下降。该缺点在喷射时期跨过BDC的燃料喷射控制中也同样产生。
但是，在本实施方式的燃料喷射控制中，曲轴角CA6延迟到相当于压缩行程的前半部分的曲轴角区间(是指BDC～90BTDC的曲轴角区间。以下，也简称为“压缩行程的前半部分”)中。因此，如图5中的实线所示，能够提高在压缩行程中暂时上升的滚流比的上升程度。也就是说，能够抑制正滚流TF的角速度的降低而使正滚流TF的崩溃延迟。
混合气的点火在TDC附近进行。另外，通常在相当于压缩行程的后半部分的曲轴角区间(是指90BTDC～TDC的曲轴角区间)中，伴随活塞的上升而正滚流TF崩溃。关于这一点，如果正滚流TF的崩溃延迟，则混合气的均质化会进行到即将点火前。
在使喷射时期的结束曲轴角延迟到了压缩行程的前半部分的情况下，除了在图3的说明中所描述的缺点，还存在抑制了基于喷射燃料的蒸发潜热的混合气的温度降低的缺点。但是，根据本发明人的调查，已确认如下的情况：在中央喷射发动机中，若在高发动机负荷区域中使结束曲轴角延迟到压缩行程的前半部分，则与混合气的均质化的进行相伴的优点超过了上述的缺点。
2.4实施方式的其他发动机控制的概要
图6是说明本实施方式的其他燃料喷射控制的概要的图。在图6中，不改变喷射时期的开始曲轴角(曲轴角CA1)，而是以使得喷射时期跨过BDC的方式使结束曲轴角(曲轴角CA7)延迟。此外，开始曲轴角也可以不一定是曲轴角CA1。即，开始曲轴角既可以是比曲轴角CA1靠延迟侧的曲轴角，也可以是靠提前侧的曲轴角。
在图5中所说明的燃料喷射控制中，以在高发动机负荷区域中燃料压力恒定为前提。与此相对，在图6中说明的燃料喷射控制与在高发动机负荷区域中降低燃料压力的燃料压力控制同时进行。如果这样的燃料压力控制与燃料喷射控制同时进行，则能够使结束曲轴角延迟到压缩行程的前半部分。
如果使结束曲轴角延迟到压缩行程的前半部分，则能够提高在压缩行程中暂时上升的滚流比的上升程度。并且，根据本发明人的调查，已确认如下情况：根据燃料压力控制与燃料喷射控制的组合，可获得与在图5中所说明的燃料喷射控制同等的优点。
以下，为了便于说明，也将在图5中所说明的燃料喷射控制称为“第1喷射控制”，也将在图6中所说明的燃料喷射控制称为“第2喷射控制”。
2.5基于第1喷射控制和第2喷射控制的其他效果
参照图7对基于第1喷射控制和第2喷射控制的其他效果进行说明。
图7是说明压缩行程中的混合气的紊乱状态的图。图7所示的虚线表示使结束曲轴角延迟之前的紊乱的推移，实线表示使结束曲轴角延迟后的紊乱的推移。对两者进行比较则可知，若使结束曲轴角延迟到压缩行程的前半部分，则高度紊乱状态会维持到TDC附近。也就是说，高度紊乱状态维持到即将点火前。
高度紊乱状态维持到即将点火前意味着处于通过混合气的点火产生的火焰容易向周围传播的环境中。因此，根据第1喷射控制或第2喷射控制，能够提高火焰的传播速度来提高发动机的输出。
3.实施方式的燃料喷射控制的具体例
接着，参照图8至图9对第1喷射控制和第2喷射控制的具体例进行说明。
3.1第1喷射控制的具体例
图8是说明第1喷射控制的具体例的图。图8的横轴表示发动机负荷，纵轴表示喷射时期的结束曲轴角。如图8所示，在第1喷射控制中，发动机负荷越高则使结束曲轴角越迟。但是，与在图8中用虚线表示的“以往例”不同，在用实线表示的第1喷射控制中，在高发动机负荷区域中使结束曲轴角大幅度地延迟。此外，使结束曲轴角大幅度地延迟的发动机负荷LH例如与节气门设为全开的发动机负荷区域相对应地设定。
将图8所示的关系以控制映射的形式存储于ECU30的存储器，如果基于该控制映射来控制喷射时期，则能够获得基于第1喷射控制的燃料经济性改善效果和输出提高效果。
3.2第2喷射控制的具体例
图9是说明第2喷射控制的具体例的图。图9的横轴表示发动机负荷，纵轴表示燃料压力。如图9所示，在第2喷射控制中，在低发动机负荷区域中发动机负荷越高则将燃料压力调整为越高的值，在中发动机负荷区域中将燃料压力调整为最高值。并且，在高发动机负荷区域中，发动机负荷越高则将燃料压力调整为越低的值。此外，燃料压力的调整能够通过燃料泵20的控制来进行。关于燃料泵20的控制方法，可以应用公知的方法。
将图9所示的关系以控制映射的形式存储于ECU30的存储器，如果在基于该控制映射控制燃料压力的同时以使得结束曲轴角处于压缩行程的前半部分的方式控制喷射时期，则能够获得基于第2喷射控制的燃料经济性改善效果和输出提高效果。

Claims (3)

1.一种内燃机的控制系统，其特征在于，具备：
生成正滚流的内燃机的燃烧室；
点火装置，设置于所述燃烧室的顶部的大致中央；
直喷喷射器，与所述点火装置相邻地设置；以及
控制单元，基于所述内燃机的负荷来控制所述直喷喷射器的喷射时期，
所述控制单元，
在所述内燃机的低负荷区域中，将所述喷射时期控制在相当于进气行程的曲轴角区间，
在所述内燃机的高负荷区域中，至少将所述喷射时期的结束曲轴角控制为比所述低负荷区域中的所述结束曲轴角靠延迟侧，
所述高负荷区域中的所述结束曲轴角包含于相当于压缩行程的前半部分的曲轴角区间。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制系统，其特征在于，
还具备向所述直喷喷射器供给加压状态的燃料的燃料配管，
所述控制单元进而在所述高负荷区域中，基于所述内燃机的负荷来控制所述燃料配管的燃料的压力，
随着所述内燃机的负荷变高，所述压力变低。
3.根据权利要求1所述的内燃机的控制系统，其特征在于，
所述控制单元进而在所述高负荷区域中，将所述喷射时期的开始曲轴角控制为比所述低负荷区域中的所述开始曲轴角靠延迟侧，
所述高负荷区域中的所述开始曲轴角包含于相当于进气行程的曲轴角区间。
CN201910548579.8A 2018-06-27 2019-06-24 内燃机的控制系统 Active CN110645114B (zh)

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