CN113944559A - 发动机单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机单元。发动机单元包括发动机，该发动机包括：气缸喷射阀，该气缸喷射阀将燃料喷洒到燃烧室中；以及火花塞，该火花塞能够点燃从气缸喷射阀喷洒出的燃料。当执行膨胀冲程喷射驱动时，在点火正时的最终确定正时处确保点火正时的上限和下限使得点火正时在以最终燃料喷射开始正时为中心的预定范围内，其中，膨胀冲程喷射驱动在膨胀冲程中执行来自气缸喷射阀的最终燃料喷射并且与膨胀冲程中的燃料喷射同步地使用火花塞点燃燃料。

Description

发动机单元
技术领域
本发明涉及一种发动机单元，更具体地涉及一种用于车辆的发动机单元。
背景技术
在现有技术中，作为发动机单元的一种类型，已经提出了一种发动机单元，其包括发动机，所述发动机包括：气缸喷射阀，该气缸喷射阀将燃料喷射到燃烧室中；以及火花塞，该火花塞被设置在燃烧室的顶部附近(例如，参见日本未审查专利申请公报第2018-131948号(JP2018-131948A))。在该发动机单元中，当在燃烧模式下的运行期间检测到爆震的发生时，在火花塞附近形成分层的空燃混合物，并且执行分层燃烧，点火正时被延迟，其中在燃烧模式下在压缩冲程中从气缸喷射阀喷射燃料。当基于点火正时的燃料喷射正时的延迟量小于基准量时，在被延迟了该延迟量的喷射正时执行压缩冲程中的燃料喷射。
发明内容
在包括气缸喷射阀的发动机单元中，也可以考虑在进气冲程或压缩冲程中一次或多次喷射基于发动机的负载因子等所确定的燃料量的大部分，在膨胀冲程中执行最终燃料喷射，并且通过火花塞与最终燃料喷射同步地点燃燃料。在怠速停止之后重新起动发动机时，有必要快速起动发动机，并且也可以考虑在膨胀冲程中执行最终燃料喷射和点火，并在起动之后将燃料喷射正时和点火正时返回到正常正时，使得驾驶员或乘员不会由于基于发动机的起动等的振动而感到不适。在这种情况下，由于最终燃料喷射正时或点火正时响应于操作者的操作而随着发动机单元的运行状态的改变而变化，因此燃料喷射和点火可能无法很好地彼此同步，并且阻碍良好的燃烧。
本发明提供了一种发动机单元，其可以在膨胀冲程中执行燃料喷射和点火时，防止燃料喷射正时和点火正时不同步。
根据本发明的发动机单元采取下列措施。
根据本发明的一方面的用于车辆的发动机单元包括：发动机，该发动机包括：气缸喷射阀，该气缸喷射阀将燃料喷洒到燃烧室中；以及火花塞，该火花塞能够点燃从气缸喷射阀喷洒出的燃料；以及控制装置，该控制装置被构造成控制使用气缸喷射阀的多次燃料喷射以及使用火花塞的点火。当执行膨胀冲程喷射驱动时，控制装置被构造成在点火正时的最终确定正时处执行点火正时调整控制，该点火正时调整控制用于确保点火正时的上限和下限，使得点火正时在以最终燃料喷射开始正时为中心的预定范围内，其中，膨胀冲程喷射驱动在膨胀冲程中执行来自气缸喷射阀的最终燃料喷射并且与膨胀冲程中的燃料喷射同步地使用火花塞来点燃燃料。
在根据本发明的发动机单元中，当执行膨胀冲程喷射驱动时，在点火正时的最终确定正时处，执行用于确保点火正时的上限和下限的点火正时调整控制，使得点火正时在以最终燃料喷射开始正时为中心的预定范围内，其中，膨胀冲程喷射驱动在膨胀冲程中执行来自气缸喷射阀的最终燃料喷射并与膨胀冲程中的燃料喷射同步地使用火花塞来点燃燃料。因而，点火正时可以被设定成在以最终燃料喷射开始正时为中心的预定范围内，并且可以防止其偏离预定范围。通过将其中最终燃料喷射与点火正时可以彼此同步的范围用作预定范围，当在膨胀冲程中执行燃料喷射和点火时，可以防止燃料喷射正时和点火正时彼此不同步。当在发动机正常起动(而非怠速停止之后的正时)时执行膨胀冲程喷射驱动时，可以执行点火正时调整控制。
这里，“最终确定正时”可以是最接近压缩上止点之前的正时的控制循环正时。控制循环正时也包括以预定曲柄角度的间隔的正时以及以预定时间的间隔的正时。例如，当使用以30度曲柄角度的间隔的正时时，最终确定正时是在压缩上止点之前的30度曲柄角度的正时。“预定范围”可以是从最终燃料喷射开始正时到预定曲柄角度之后的正时的范围。例如，从最终燃料喷射开始正时到延迟了3度、4度或5度的曲柄角度的正时的范围可以被用作预定范围。
在根据本发明的发动机单元中，控制装置可以被构造成使用相同参数来设定最终燃料喷射开始正时和点火正时。通过这种构造，可以防止点火正时偏离以最终燃料喷射开始正时为中心的预定范围。加速度请求历史、换档位置、发动机所需的扭矩以及发动机冷却液的温度中的至少一些可以被用作参数。
在根据本发明的发动机单元中，控制装置可以被构造成当膨胀冲程喷射驱动转变到其中来自气缸喷射阀的最终燃料喷射被执行直到压缩冲程的通常驱动时，通过分配改变来执行最终燃料喷射以及点火正时的提前。通过这种构造，可以抑制发动机扭矩的突然改变。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的例证性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是示意性地示出根据本发明的实施例的发动机单元10的构造的视图；
图2是示出由ECU 70执行的点火正时调整例程的示例的流程图；以及
图3是示出当停止位置为BTDC 150并且在初始爆炸的气缸中执行燃料喷射三次时，点火正时Tp、燃料喷射正时以及曲柄角度之间的关系的示例的视图。
具体实施方式
下面，将参考附图描述本发明的实施例。
图1是示意性地示出根据本发明的实施例的发动机单元10的构造的视图。如附图中所示，根据实施例的发动机单元10包括发动机12和控制发动机12的电子控制单元(下文称为“ECU”)70。发动机单元10被安装在仅使用来自发动机12的动力行驶的车辆，除了发动机12还包括电动机的混合动力车辆等车辆中。
发动机12被构造成内燃机，其使用诸如汽油或柴油的燃料、通过包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程的四个冲程来输出动力。发动机12包括将燃料喷射到气缸中的气缸喷射阀26，以及火花塞30。气缸喷射阀26被基本设置在燃烧室29的顶部中心处，并且以喷洒方式喷射燃料。火花塞30被设置在气缸喷射阀26附近，使得可以点燃以喷洒方式从气缸喷射阀26喷射的燃料。发动机12经由进气管25将被空气滤清器22滤清后的空气吸入燃烧室29，在进气冲程或压缩冲程中一次或多次从气缸喷射阀26喷射燃料，使用来自火花塞30的电火花爆炸式地燃烧燃料，并将被爆炸燃烧能量按压的活塞32的往复运动转换成曲柄轴16的旋转运动。
从发动机12的燃烧室29排到排气管33的排气经由净化装置34排放到外部空气，该净化装置34包括去除诸如一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化合物(NOx)之类的有害组分的净化催化剂(三元催化剂)34a。
虽然未示出，但是ECU 70被构造成包括作为核心的CPU的微处理器，并包括存储处理程序的ROM，临时存储数据的RAM，以及除了CPU之外的输入和输出端口。来自控制发动机12所需的各种传感器的信号经由输入端口输入到ECU 70。输入到ECU 70的信号的示例包括曲柄角度θcr、冷却液温度Tw以及凸轮角度θci和θco，其中所述曲柄角度θcr来自检测曲柄轴16的旋转位置的曲柄位置传感器40，所述冷却液温度Tw来自检测发动机12中的冷却液的冷却液温度的冷却液温度传感器42，所述凸轮角度θci和θco来自检测用于打开和关闭进气门28的进气凸轮轴的旋转位置和用于打开和关闭排气门31的排气凸轮轴的旋转位置的凸轮位置传感器44。这样的信号的示例进一步包括节气门开度TH、进气量Qa、进气温度Ta以及进气压力Pin，其中所述节气门开度TH来自检测被设置在进气管25中的节气门24的位置的节气门位置传感器46，所述进气量Qa来自附接到进气管25的空气流量计48，所述进气温度Ta来自附接到进气管25的温度传感器49，所述进气压力Pin来自检测进气管25中的压力的进气压力传感器58。这样的信号的示例进一步包括催化剂温度Tc、空燃比AF、氧信号O2以及爆震信号Ks，其中所述催化剂温度Tc来自检测净化装置34的净化催化剂34a的温度的温度传感器34b，所述空燃比AF来自附接到排气管33的空燃比传感器35a，所述氧信号O2来自附接到排气管33的氧传感器35b，所述爆震信号Ks来自附接到气缸体并检测随着爆震的发生而产生的振动的爆震传感器59。
经由输出端口从ECU 70输出用于控制发动机12的各种控制信号。从ECU 70输出的控制信号的示例包括用于调整节气门24位置的节气门电动机36的驱动控制信号，用于气缸喷射阀26的驱动控制信号，以及用于火花塞30的驱动控制信号。
ECU 70基于来自曲柄位置传感器40的曲柄角度θcr，计算作为发动机12的转速Ne的曲柄轴16的转速。ECU 70也基于来自空气流量计48的进气量Qa和发动机12的转速Ne，作为发动机12的负载计算填充效率KL(发动机12的一个周期中实际输入的空气质量对一个周期中的冲程体积的比率)。
在具有上述构造的发动机单元10中，ECU 70执行发动机12的进气量控制、燃料喷射控制以及点火控制，使得发动机12基于目标转速Ne*和目标扭矩Te*运行。在进气量控制中，ECU 70基于发动机12的目标扭矩Te*设定目标进气量Qa*，设定目标节气门开度TH*使得进气量Qa达到目标进气量Qa*，并控制节气门电动机36使得节气门24的节气门开度TH达到目标节气门开度TH*。在燃料喷射控制中，ECU 70基于发动机12的转速Ne和填充效率KL设定气缸喷射阀26的目标喷射燃料量Qfd*，使得空燃比AF达到目标空燃比AF*(例如，理论空燃比)，并控制气缸喷射阀26使得从气缸喷射阀26一次或多次喷射对应于目标喷射燃料量Qfd*的燃料。在点火控制中，ECU 70基于发动机12的转速Ne和填充效率KL设定目标点火正时Tp*，并控制火花塞30的点火。
下面将描述具有根据该实施例的上述构造的发动机单元10的运行，特别是在膨胀冲程中执行最终燃料喷射并且与在膨胀冲程中的燃料喷射同步地点燃燃料的膨胀冲程喷射驱动时的运行。例如，在怠速停止之后的发动机12重新起动时执行膨胀冲程喷射驱动。在怠速停止之后的发动机12重新起动时，有必要快速起动发动机12，并防止驾驶员或乘员由于发动机12起动时的振动等而感到不适。因而，在怠速停止之后的发动机12重新起动时，执行其中由于输出扭矩小而抑制了振动的膨胀冲程喷射驱动。
在膨胀冲程喷射驱动中，由于膨胀冲程中的燃料喷射(最终燃料喷射)的喷射燃料量仅必须为可以引起有效放电吸引以进行火花塞30点火的量，因此使用基于填充效率KL确定的小固定值或预定的小数值。可以通过将分配比乘以一个值来计算除最终燃料喷射以外的第一或第二燃料喷射中的燃料喷射量，所述一个值是通过从目标喷射燃料量Qfd*中减去最终燃料喷射中的喷射燃料量而获得的。
关于燃料喷射正时，当发动机12的停止位置等于或大于气缸中的压缩上止点TDC之前的预定曲柄角度(例如，130度或150)时，其中，停止位置在发动机12起动时的初始爆炸时首次变为压缩上止点TDC，可以使用BTDC 110(在TDC 110°之前：可以缩写为B110)，BTDC120等作为气缸中的第一燃料喷射开始正时，可以使用BTDC90，BTDC 80等作为第二燃料喷射开始正时，并且可以使用ATDC 20(在TDC 20°之后：可以缩写为A20)等作为最终燃料喷射开始正时(膨胀冲程喷射开始正时)Tfbs。关于其中停止位置第二次变为压缩上止点TDC的气缸中的燃料喷射正时，当发动机12的停止位置小于气缸中的压缩上止点TDC之前的预定曲柄角度时，其中，停止位置首次变为压缩上止点TDC，可以使用BTDC 110，BTDC 120等作为第一燃料喷射开始正时，可以使用BTDC 90、BTDC 80等作为第二燃料喷射开始正时，并且可以使用ATDC 20等作为膨胀冲程喷射开始正时Tfbs(最终燃料喷射开始正时)。优选地，可以基于发动机12的停止位置来确定发动机12起动时的初始爆炸中的燃料喷射正时。在初始爆炸之后的气缸中，取决于发动机12的运行状态在进气冲程或压缩冲程中执行燃料喷射一次或多次，并且作为膨胀冲程中的最终燃料喷射执行燃料喷射。使用加速度请求历史，此时的换挡位置Sp是否是行驶位置(D位置或R位置)或非行驶位置(P位置或N位置)，作为发动机12的所需扭矩的目标扭矩Te*，以及发动机12的冷却液温度Tw中的至少一些作为参数来确定这种情况下的最终喷射正时。例如，关于ATDC 20等，当加速度请求历史指示车辆在发动机12起动之后通常立即相对快地加速时比当车辆较不频繁加速时，将膨胀冲程喷射开始正时Tfbs设定成稍微提前的一侧；当换挡位置Sp处于行驶位置时比当换挡位置Sp处于非行驶位置时，将膨胀冲程喷射开始正时Tfbs设定成稍微提前的一侧；当目标扭矩Te*大时比当目标扭矩Te*小时，将膨胀冲程喷射开始正时Tfbs设定成稍微延迟的一侧；并且当发动机12的冷却液温度Tw高时比当冷却液温度Tw低时，将膨胀冲程喷射开始正时Tfbs设定成稍微延迟的一侧。膨胀冲程喷射开始正时Tfbs被基本上设定在第一燃料喷射开始正时之前，之后可以取决于发动机10的运行状态而稍微改变。
基本上，与燃料喷射开始正时同时或者比它稍微更早，以与确定膨胀冲程喷射开始正时Tfbs相同的方式，使用与用于设定燃料喷射开始正时相同的参数作为参数(加速度请求历史、换挡位置Sp、目标扭矩Te*、冷却液温度Tw等)，关于ATDC 20等确定点火正时Tp。点火正时Tp在已经被设定后基于驾驶员的操作，随着发动机12的运行状态的改变而改变。例如，当驾驶员踩下加速器踏板因而使填充效率KL升高时点火正时Tp改变到延迟侧，并且当发动机12的转速Ne降低时点火正时Tp改变到提前侧。在该实施例中，点火正时Tp的最终确定正时为BTDC 30等。此时，执行图2中所示的点火正时调整过程，从而最终设定点火正时Tp，并且燃料在所设定的正时被火花塞30点燃。
在点火正时调整过程中，输入膨胀冲程喷射开始正时Tfbs和点火正时Tp(步骤S100)，并且确定点火正时Tp是否在以膨胀冲程喷射开始正时Tfbs为中心的预定范围内，即，在从膨胀冲程喷射开始正时Tfbs延迟了作为曲轴角度的预定角度Tset的范围内(步骤S110)。这里，预定角度Tset被确定为其中可以通过膨胀冲程喷射和点火产生放电吸引的范围，即，膨胀冲程喷射和点火可以彼此同步的范围，例如，可以使用3度、4度或5度。
当在步骤S110中确定点火正时Tp在预定范围内时，没有任何改变地使用点火正时Tp，并且该例程结束。当确定点火正时Tp关于预定范围提前时，即关于膨胀冲程喷射开始正时Tfbs提前时，膨胀冲程喷射开始正时Tfbs被设定为点火正时Tp(步骤S120)，并且该例程结束。当确定点火正时Tp关于预定范围延迟时，即关于从膨胀冲程喷射开始正时Tfbs延迟了预定角度Tset的正时延迟时，从膨胀冲程喷射开始正时Tfbs延迟了预定角度Tset的正时被设定为点火正时Tp(步骤S130)，并且该例程结束。该过程是确保点火正时Tp的上限和下限为以膨胀冲程喷射开始正时Tfbs为中心的预定范围的过程。
图3是示出当停止位置为BTDC 150并且在初始爆炸的气缸中执行燃料喷射三次时，点火正时Tp和燃料喷射正时与曲柄角度之间的关系的示例的视图。在图3中，例如，BTDC30被缩写为B30，ATDC 30被缩写为A30。可以基于作为停止位置的BTDC 150处的填充效率KL以及发动机12的冷却液温度Tw来确定目标喷射燃料量Qfd*。关于燃料喷射正时，如上所述，将第一燃料喷射开始正时设定到BTDC 120，将第二燃料喷射开始正时设定到BTDC 90，并且将膨胀冲程喷射开始正时(最终燃料喷射开始正时)设定到ATDC 20。关于点火正时Tp，在BTDC 30的正时执行图2中所示的点火正时调整控制，并且在调整后的点火正时Tp点燃燃料。通过以这种方式调整点火正时Tp，可以由膨胀冲程喷射和点火产生放电吸引，由此引起优异燃烧。
在根据该实施例的发动机单元20中，当发动机12完全爆炸并且发动机12的转速Ne稳定时，膨胀冲程喷射驱动转变到通常驱动，其中，执行从气缸喷射阀26的最终燃料喷射直到压缩冲程。此时，通过分配改变执行转变，使得膨胀冲程喷射开始正时Tfbs和点火正时Tp通过分级过程等逐渐提前。因而，可以抑制过渡时发动机12扭矩Te的突然改变。
在根据该实施例的上述发动机单元20中，当发动机12在怠速停止之后的发动机12重新起动时通过膨胀冲程喷射驱动而起动时，确保了点火正时Tp的上限和下限在点火正时Tp的最终确定正时处的以膨胀冲程喷射开始正时Tfbs为中心的预定范围内。因而，可以使用膨胀冲程喷射和点火来产生放电吸引，从而引起优异燃烧。结果，当在膨胀冲程中执行燃料喷射和点火时，可以防止燃料喷射正时和点火正时不同步。
在根据该实施例的发动机单元20中，使用与用于设定燃料喷射开始正时的相同参数作为参数(加速度请求历史、换挡位置Sp、目标扭矩Te*、冷却液温度Tw等)来确定点火正时Tp。因而，可以防止点火正时Tp偏离以膨胀冲程喷射开始正时Tfbs为中心的预定范围。
在根据该实施例的发动机单元20中，当膨胀冲程喷射驱动转变到通常驱动时，其中，执行从气缸喷射阀26的最终燃料喷射直到压缩冲程，通过以分配改变来改变膨胀冲程喷射开始正时Tfbs和点火正时Tp而执行所述转变。因而，可以抑制在过渡时发动机12扭矩Te的突然改变。
在根据该实施例的发动机单元20中，使用与用于设定燃料喷射开始正时相同的参数作为参数来确定点火正时Tp，但是可以使用与用于设定燃料喷射开始正时不同的参数作为参数来确定点火正时Tp。
在根据该实施例的发动机单元20中，当膨胀冲程喷射驱动过渡到通常驱动时，膨胀冲程喷射开始正时Tfbs和点火正时Tp通过分配改变而改变，但是可以不执行这样的分配改变。
在根据该实施例的发动机单元20中，当发动机12在怠速停止之后的发动机12重新起动时通过膨胀冲程喷射驱动起动时，执行点火正时调整控制，但是当在与怠速停止之后的发动机12重新起动时间不同的时间执行膨胀冲程喷射驱动时，也可以执行点火正时调整控制。
在根据该实施例的发动机单元20中，使用BTDC 30等作为点火正时Tp的最终确定正时，可以将作为压缩上止点TDC的计划到达时间之前的控制循环(预定时间)的正时用作点火正时Tp的最终确定正时。
根据该实施例的发动机单元20可以被安装在包括后面阶段中的自动变速箱的车辆中，或者可以与输出行驶动力的电动机一起安装在混合动力车辆中。
下面将描述实施例的基本元件和在发明内容中所述的本发明的基本元件之间的对应性。在实施例中，发动机12对应于“发动机”，并且ECU 70对应于“控制装置”。
实施例中的基本元件和在发明内容中所述的本发明的基本元件之间的对应性不限制发明内容中所述的本发明的元件，因为实施例是用于具体描述发明内容中所述的本发明的一方面的示例。即，应注意，发明内容中所述的本发明必须基于发明内容的说明来解释，并且实施例仅是在发明内容中所述的本发明的具体示例。
虽然上文已经描述了本发明的实施例，但是本发明不限于该实施例，并且在不脱离本发明的主旨的情况下能够以各种形式进行修改。
本发明适用于发动机单元的制造行业。

Claims (6)

1.一种用于车辆的发动机单元，包括：
发动机，所述发动机包括：气缸喷射阀，所述气缸喷射阀将燃料喷洒到燃烧室中；以及火花塞，所述火花塞能够点燃从所述气缸喷射阀喷洒出的燃料；以及
控制装置，所述控制装置被构造成控制使用所述气缸喷射阀的多次燃料喷射以及使用所述火花塞的点火，
其中，当执行膨胀冲程喷射驱动时，所述控制装置被构造成在点火正时的最终确定正时处执行点火正时调整控制，所述点火正时调整控制用于确保所述点火正时的上限和下限，使得所述点火正时在以最终燃料喷射开始正时为中心的预定范围内，其中，所述膨胀冲程喷射驱动在膨胀冲程中执行来自所述气缸喷射阀的最终燃料喷射并且与所述膨胀冲程中的燃料喷射同步地使用所述火花塞来点燃所述燃料。
2.根据权利要求1所述的发动机单元，其中，所述控制装置被构造成在怠速停止后的所述发动机的重新起动时，执行所述膨胀冲程喷射驱动和所述点火正时调整控制。
3.根据权利要求1或2所述的发动机单元，其中，所述最终确定正时是最接近压缩上止点之前的正时的控制周期正时。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的发动机单元，其中，所述预定范围是从所述最终燃料喷射开始正时到预定曲柄角度之后的正时的范围。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的发动机单元，其中，所述控制装置被构造成使用相同参数来设定所述最终燃料喷射开始正时和所述点火正时。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的发动机单元，其中，所述控制装置被构造成：当所述膨胀冲程喷射驱动转变到通常驱动时，通过分配改变来执行所述最终燃料喷射以及所述点火正时的提前，其中，在所述通常驱动中，来自所述气缸喷射阀的所述最终燃料喷射被执行直到压缩冲程。
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