CN1181800A - 缸内喷射内燃机的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及缸内喷射内燃机的控制系统,可进行燃油喷射时间、点火时间和废气回流率的控制。本发明的目的在于保证缸内喷射内燃机中燃烧的稳定性和废气的清洁特性,同时通过实行压缩冲程喷射,促进耗油量的改善。本控制系统包括一个燃油喷射阀(5),用于将燃油直接喷入内燃机的燃烧室(4);一个布置在燃烧室(4)内的火花塞(7);一个布置在废气回流通路(12)中的废气回流阀(13);燃油喷射时间控制装置(21),用于根据预设的目标燃油喷射时间控制燃油喷射阀(5)的燃油喷射时间;点火时间控制装置(22),用于根据预设的目标点火时间控制火花塞(7)的点火时间;废气回流率控制装置(25),用于根据预设的目标废气回流率控制废气回流阀(13)的打开程度;和用于检测燃烧波动的点火不良确定装置,根据燃烧波动的检测使目标燃油喷射时间、目标点火时间和目标废气回流率受到延迟或减小。

Description

缸内喷射内燃机的控制系统
本发明涉及缸内喷射内燃机的控制系统，可进行燃油喷射时间、点火时间和废气回流率的控制。
装有火花塞的内燃机的最新发展包括将燃油直接喷入缸内的发动机，即所谓缸内喷射内燃机(以下简称“缸内喷射发动机”)。对于这种缸内喷射发动机需通过各燃油喷射阀(喷射器)在最适宜燃烧的喷射时刻进行燃油的喷射。
例如，为了得到大功率输出，需在每个进气冲程实现燃油的喷射(进气冲程喷射方式)，以便能在整个缸内充分达到燃油与空气的混合，也称“预混合”，从而确定一个最佳的空气/燃油比(理想配比状态或富化状态)。当然要防止燃油的过早喷射，因为这种过早的燃油喷射时刻造成所喷燃油对活塞的冲击，可使燃烧变差，对废气的质量有不利的影响。
在这种进气冲程喷射方式下，还可能实行稀燃，即预混的稀燃，这对于耗油量来说比功率输出更重要。特别要述及的是，将进气道和活塞上壁的形状设定成使被引入的气流受到导引而形成层状竖向涡流，即所谓滚流。即使由于将火花塞附近的空气/燃油比控制在能够较易引燃的水平，而使总空气/燃油比较高，也可使喷入这种滚流的燃油燃烧。
另外，还考虑以被控制在极稀水平的总空气/燃油比实行分层燃烧(超稀燃烧)。在这种分层燃烧情况下，使燃油在每个压缩冲程被喷入(压缩冲程喷入方式)，再沿活塞上壁的曲面被引导，像上述情况一样聚集在火花塞周围，而不是被混合。上述燃油喷射使得能够形成富油空气/燃油比的空气-燃油混合，在火花塞附近实现相对容易的点火，并能在其它区域形成极稀空气/燃油比的空气-燃油混合。上述燃油喷射可达到极好的耗油量。
在这种发动机的压缩冲程喷入方式下，旨在通过喷射时间和点火时间的最佳选择改善耗油量的尝试将促使降低燃烧的稳定性，并因此而增加废气中的NOx。另外，废气回流率的降低导致改善燃烧的稳定性，但倾向于导致废气中NOx的增加。也就是说，通过本发明人的研究发现，耗油量处于一种与燃烧稳定性及废气清洁度的协调关系中。
因此，根据工作状态，以最佳的配合组合方式设定喷射时间、点火时间及废气回流率，使得在正常工作期间，耗油量、燃烧稳定性以及NOx的减小率得到很好的平衡。但考虑到与发动机的使用环境、所用燃油和/或发动机自身的情况有关，可使燃烧稳定性降低，从而造成燃烧的波动，或者在有些情况下甚至点火不良。
作为一种对这种燃烧波动或点火不良的防范措施，例如在日本专利申请未审公开平7-18375中提出一种譬如对狄塞尔发动机而言，以在发生点火不良的情况下延迟燃油喷射时间为特色的方法。
对于所谓进气口喷射型的稀燃发动机来说，每个进气管都配有一个喷射器，有一种方法，它涉及在发生燃烧波动时降低空气/燃油比(浓缩)，因为可将燃烧的波动归因于过高的空气/燃油比(换句话说，即过稀的燃油浓度)。
不过，在上述任何一种方法中，均未涉及如上述的在缸内喷射内燃机的压缩冲程喷射方式下点火时间与燃油喷射时间之间的关系。作为在缸内喷射内燃机的压缩冲程喷射方式下燃烧波动的防范措施，仅用上述方法中的每一种都包含比如因过分延迟点火而发生更频繁的点火不良问题。
通过本发明人的研究还揭示，可将在缸内喷射内燃机的压缩冲程喷射方式下的燃烧波动归因为由火花塞及其周围区域被燃油沾污所致的不完全燃烧。于是，一种只通过浓缩空气/燃油比来减小在缸内喷射内燃机的压缩冲程喷射方式下燃烧波动的尝试，伴随有一个问题，即随着火花塞受到未雾化燃油的沾污，更多的不完全燃烧趋于发生。上述各方法中无论哪一种都未使一切建议与如何平衡有关耗油量、燃烧稳定性的保证和NOx减少的改善有关。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种缸内喷射内燃机的控制系统，在缸内喷射内燃机的压缩冲程喷射方式中，它保证燃烧的稳定性和废气的清洁特性，同时促进耗油量的改善。
于是，按照本发明的缸内喷射内燃机的控制系统，作为燃油喷射方式，它可以根据工作状态选择主要在进气冲程进行燃油喷射的进气冲程喷射方式，或者选择主要在压缩冲程进行燃油喷射的压缩冲程喷射方式，所述系统包括一个燃油喷射阀，用于将燃油直接喷入内燃机的燃烧室；一个布置在燃烧室内的火花塞；废气回流系统，用于将内燃机的部分废气回流到内燃机的进气系统；燃烧波动检测装置，用于检测内燃机内燃烧的波动情况；燃油喷射时间控制装置，用于根据内燃机正常工作期间对应于内燃机工作状态而预定目标燃油喷射时间，控制燃油喷射阀的燃油喷射时间；点火时间控制装置，用于根据内燃机正常工作期间对应于内燃机工作状态而预定的目标点火时间，控制火花塞的点火时间；以及废气回流率控制装置，用于根据内燃机正常工作期间对应于内燃机工作状态而预定的目标废气回流率，控制废气回流系统的废气回流率；从而在压缩冲程喷射方式期间，可以根据燃烧波动检测装置的检测结果至少校正燃油喷射时间、点火时间和废气回流率中的一个，使燃烧波动减小。
在缸内喷射内燃机的压缩冲程喷射方式中，由于上述特点的缘故，可确保燃烧的稳定性，而促进改善耗油量，并因此一起实现耗油量的改善、燃烧稳定性及废气清洁度的改善。
在压缩冲程喷射方式中，根据燃烧波动检测装置检测的结果至少可使点火时间和废气回流率优先得到修正。这就能够确保避免燃烧稳定性和废气质量的变差，同时保证耗油量的改善。
在压缩冲程喷射方式期间，根据燃烧波动检测装置检测的结果至少可使燃油喷射时间和废气回流率优先得到修正，以便燃烧的波动得以减小。这就能够确保避免燃烧稳定性和废气质量的变差，同时保证耗油量的改善。
在压缩冲程喷射方式期间，根据燃烧波动检测装置检测的结果至少可使燃油喷射时间和点火时间优先得到修正，以便燃烧的波动得以减小。这就能够确保燃烧稳定性并促使耗油量的改善，并因此而在高水平上实现耗油量的改善、燃烧稳定性及废气清洁性的改善。
在选择压缩冲程喷射方式期间，根据燃烧波动检测装置检测的结果可使燃油喷射时间、点火时间和废气回流率优先得到修正，以便燃烧的波动得以减小。这就能够确保燃烧的稳定性，同时促进耗油量的改善，并因此而在非常高的水平上一起实现耗油量的改善、燃烧稳定性及废气清洁性的改善。
在通过燃油喷射时间控制装置进行控制时，最好能只按第一预定值在燃烧波动检测装置检测的燃烧波动时延迟燃油喷射时间；在通过点火时间控制装置进行控制时，最好能只按第二预定值在燃烧波动检测装置检测的燃烧波动时延迟点火时间；而在通过废气回流率控制装置进行控制时，最好能按一预定的量在燃烧波动检测装置检测的燃烧波动时减少废气回流率。这就能够确保燃烧的稳定性，同时促进耗油量的改善，并因此而在非常高的水平上一起实现耗油量的改善、燃烧稳定性及废气清洁性的改善，并进一步简化控制逻辑。
当尽管修正，却不使内燃机的燃烧波动减小时，可将燃油喷射方式从压缩冲程喷射方式转换成进气冲程喷射方式。即使在压缩冲程喷射方式下不能使燃烧稳定，这也能够确实地稳定燃烧。
在进气冲程喷射方式期间，可根据燃烧波动检测装置检测的结果，由空气/燃油比控制装置使要被加给内燃机的空气-燃油混合的目标空气/燃油比得到修正。这就能够相对于每次燃油喷射方式实行最佳控制，因为在进气冲程喷射方式中，利用与压缩冲程喷射方式中所用装置不同的控制装置实现燃烧稳定性的改善。
最好将目标燃油喷射时间和目标点火时间设定在或者接近适合于内燃机工作状态的最佳耗油量的时间。这就能够确保燃烧的稳定性，同时造成耗油量的改善，并进而在较高的水平平衡耗油量改善、确保燃烧的稳定性及废气的清洁性。
在由燃烧波动检测装置检测燃烧波动时，最好能将燃油喷射时间的修正值和点火时间的修正值设定为实质上为同一个值。这就能够产生上述各种效果或者有助于全面简化控制逻辑。
在由燃烧波动检测装置检测燃烧波动时，最好能将燃油喷射时间的延迟值、点火时间的延迟值以及废气回流率的减少量设定为与内燃机的工作状态相对应。这就在发生燃烧波动时能严格地实行延迟控制，从而能确实地产生上述各种效果或优点。
最好能给内燃机设置多个汽缸，并对每个汽缸，都由燃烧波动检测装置检测燃烧波动，由燃油喷射时间控制装置实行燃油喷射时间的延迟控制，和由点火时间控制装置实行点火时间的延迟控制，这就能够在检测燃烧波动时单独实行每个汽缸的特定且充分的延迟控制，从而能确实地产生上述各种效果或优点。
所述燃烧波动检测装置最好能确定内燃机中点火不良的发生。这使得能够检测点火不良，这种点火不良可能妨碍发动机工作，因而可能有损于驾驶性能。
图1是根据本发明缸内喷射内燃机一种实施例描述其控制系统的示意方框图；
图2是根据本发明缸内喷射内燃机一种实施例说明其控制系统控制细节(其中燃油喷射时间和点火时间均被延迟)的流程图；
图3是根据本发明缸内喷射内燃机一种实施例表示其控制系统的控制图；
图4是根据本发明一种实施例说明在控制系统的控制下，处于压缩冲程喷射方式的缸内喷射内燃机特性的示意图；
图5是根据本发明一种实施例说明在控制系统的控制下，处于压缩冲程喷射方式的缸内喷射内燃机特性的示意图；
图6是根据本发明缸内喷射内燃机一种实施例说明其控制系统控制细节(其中燃油喷射时间和/或点火时间的延迟控制和废气回流率的减小控制均被执行)的流程图。
以下将参照附图描述本发明的一种具体实施例。图1至图5说明本发明缸内喷射内燃机一种实施例的控制系统以及该控制系统的特性，图1是该控制系统的示意方框图。
如图1所示，在这种使用了本实施例的控制系统的缸内喷射内燃机(以下简称“发动机”)中，活塞3被布置于在汽缸体1中形成的汽缸2内，燃油喷射阀(喷射器)5被安排在燃烧室4内，并被限定于活塞3的上方。燃油喷射阀5的喷嘴5A正对着燃烧室4，以便能将燃油直接喷入燃烧室4。
活塞3的上壁上形成一弯曲的凹进部分3A，以便经进气口8引入的空气有如纵向涡流那样流动。喷射器5被安排在燃烧室4的顶部4A，形成于汽缸盖6上。火花塞7也被安排在燃烧室的顶部4 A。尤其是，按这样的位置关系来布置这些喷射器5和火花塞7，即允许在进气冲程中经喷射器5喷射的燃油与经进气口8引入的空气流一起流到火花塞7的发火部分7A附近。当在压缩冲程中喷射燃油时，允许如此喷射的燃油在弯曲的凹进部分3A的引导下流动，然后再会聚到火花塞7的发火部分7A周围。
图1中还表示进气阈9、排气口10和排气阀11。
另外，废气回流通道12借助废气回流阀13使上述排气口与上述进气口的上游侧联系。废气回流阀13是步进电机型的，可根据发动机的工作状态改变它的开启。通过像所需要的那样多个步段驱动这种电机，使废气回流率得到改变。通过如此的废气回流通道12和废气回流阀13，使废气回流系统的构成能将发动机的部分废气回流到进气系统。附带要说的是，操纵废气回流阀13的控制机构并不限于步进电机型的控制机构，也可以采用其它类型的控制机构，如电磁线圈类型。
由电子控制单元(ECU)20控制喷射器5、火花塞7和废气回流阀13的动作。因此，ECU20是在内部提供一种根据预设的目标燃油喷射时间控制喷射器5的燃油喷射时间的功能元件(燃油喷射时间控制装置)21、一种根据预设的目标喷射时间控制火花塞7点火时间的功能元件(点火时间控制装置)22、一种根据预设的废气回流率控制废气回流阀13开启的功能元件(废气回流率控制装置)25，以及一种根据预设的空气/燃油比控制来自喷射器5的燃油喷射率的功能元件(空气/燃油比控制装置)26。
燃油喷射时间控制装置21根据相应于内燃机工作状态，即内燃机正常燃烧时发动机的负荷及发动机的速度而预设的目标燃油喷射时间来控制喷射器5的动作。
另一方面，点火时间控制装置22根据相应于内燃机工作状态，即内燃机正常燃烧时发动机的负荷及发动机的速度而预设的目标点火时间来控制喷射器5的动作。
另外，废气回流率控制装置25根据相应于内燃机工作状态，即内燃机正常燃烧时发动机的负荷及发动机的速度而预设的目标废气回流率来控制废气回流阀13的动作。
此外，空气/燃油比控制装置26根据相应于内燃机工作状态，即内燃机正常燃烧时发动机的负荷及发动机的速度而预设的目标空气/燃油比来控制喷射器5的动作。
现在根据图4和图5，描述目标燃油喷射时间、目标点火时间和目标废气回流率。在发动机速度Ne、燃油喷射率、节气门开度及废气回流率(如50％)都保持恒定的情况下，耗油量和燃烧稳定性相对于燃油喷射完成的时间和点火时间的特性可被表示为图4所示那样，同样，废气中NOx排出物的比率相对于燃油喷射完成的时间和点火时间的特性可被表示为图5所示那样。
根据图4和图5描述的压缩冲程喷射方式的特性，图4中的A1、A2和A3是表示耗油量大小的恒值线，按照A1、A2、A3的顺序，耗油量变得更好些(换句话说，变得节省燃油更多)，并且在被表示为“最佳油耗点”处，耗油量为最好。另一方面，B1、B2、B3和B4是表示燃烧稳定性水平的恒值线，并且按照B1、B2、B3、B4的顺序，燃烧稳定性变得越高些。
图5还以实线表示在类似于图4的情况下，相对于燃油喷射完成的时间和点火时间，废气中NOx排出物的比率。它表明点火时间的提前造成更早的燃烧，并因此造成废气中更大的NOx排出物比率，而且还表明较早的燃油喷射完成时间导致空气-燃油混合分层作用的降低，从而导致更大的NOx排出物比率。按照C1、C2、C3、C4的顺序，NOx排出比率减少。
又用虚线表示相对于燃油喷射完成时间和点火时间的燃烧稳定性，这类似于图4和图5中实线所表示的那些，并且在类似的发动机速度Ne、燃油喷射率、节气开门度条件下(除了废气回流率被减小，如为30％)被得到。图4中的b1、b2、b3、b4为表示燃烧稳定性大小的恒值线，而且每个值都表示与B1、B2、B3、B4上述燃烧稳定性水平同样的燃烧稳定性。即使燃油喷射完成的时间和点火时间保持不变，废气回流率的减小也导致燃烧稳定性更高。
另外，图5中以虚线表示相对于燃油喷射完成时间和点火时间废气中NOx排出物的比率。按照c1、c2、c3、c4的顺序，NOx排出比率减少，而且每个NOx排出物的比率都表示与上述C1、C2、C3、C4同样的NOx排出比率。即使燃油喷射完成的时间和点火时间保持不变，废气回流率的减小也导致NOx排出物比率增大。
如图4和图5所示，以提供最好耗油量状态的方式设定燃油喷射完成的时间、点火时间和废气回流率，无需对燃烧稳定性和NOx减小率保证补偿。因此，必须提供负荷-转速图，按照发动机负荷(如节气门开度)和发动机速度Ne，将燃油喷射完成的时间、点火时间和废气回流率标绘于其中，以分别平衡耗油量、燃烧稳定性和NOx的减小率，然后再进行燃油喷射控制、喷射时间控制和废气回流控制。无需多说，当涉及到耗油量时，最好将燃油喷射完成的时间和点火时间设定在接近相应于最佳耗油量点的时间。
基本上只需根据燃油喷射完成的时间、点火时间、和耗油量为最好时的废气回流率，也即根据燃油喷射完成的时间、点火时间、和给出最佳耗油量点的废气回流率，确定目标燃油喷射时间、目标点火时间和目标废气回流率。
每当发动机速度Ne、燃油喷射率、节气门开度和/或废气回流率改变时，这种最佳耗油量点也相应于它或它们的改变而变化。由于总是根据发动机负荷(平均有效制动压力Pe最为适宜，但节气门开度或加速行程也是可用的)和发动机速度Ne控制燃油喷射率和废气回流率，所以最好按照发动机负荷(节气门开度或加速行程)和发动机速度Ne设定最佳耗油量点。
因此，分别将相对于发动机负荷和发动机速度绘制的目标燃油喷射时间、目标点火时间、目标废气回流率和目标空气/燃油比的图储存在燃油喷射时间控制装置21、点火时间控制装置22、废气回流控制装置25和空气/燃油比控制装置26中。利用这些图，根据发动机负荷和发动机速度设定目标燃油喷射时间、目标点火时间、目标废气回流率和目标空气/燃油比。根据这些目标燃油喷射时间、目标点火时间、目标废气回流率和目标空气/燃油比，使喷射器5、火花塞7和废气回流阀13的动作受到控制。
然而在某些情况下可以考虑，在发动机工作的一般预期状态中，在最佳耗油量点时并不能充分实现燃烧的稳定，或者在最佳耗油量点处NOx排出物的比率变高。因此，无需在最佳耗油量点处设定上述目标燃油喷射时间、目标点火时间、目标废气回流率和目标空气/燃油比，但是考虑到燃烧的稳定性和NOx排出物的比率，要根据在最佳耗油量点的燃油喷射完成的时间、点火时间和空气/燃油比设定它们，以便能使燃烧的稳定性和NOx排出物的比率满足某个范围。
顺便要说的是，与喷射器5控制有关的目标燃油喷射时间由燃油喷射起始时刻和燃油喷射完成时刻决定。本实施例中的燃油喷射完成时刻由上述目标燃油喷射时间图确定，而燃油喷射起始时刻反向地根据喷射器驱动时间对其计算而定，这又与根据发动机负荷、发动机速度等所算得的燃油喷射量以及根据目标燃油喷射时间图确定的燃油喷射完成时刻对应。
不过，即使在确保燃烧稳定性的正常运转期间，将目标燃油喷射时间、目标点火时间、目标废气回流率和目标空气/燃油比设定成达到最佳耗油量，也可以根据发动机的使用环境、所用燃油和发动机自身的状况确定燃烧的稳定性。
当燃烧稳定性下降而导致燃烧波动时，从内部给本系统中的ECU20提供一种检测燃烧波动的功能元件(燃烧波动检测装置)，以便根据燃烧波动的检测修正目标燃油喷射时间、目标点火时间和目标废气回流率。按照以下方式设计本实施例：在把注意力放在以点火不良作为典型的燃烧波动现象的同时，将点火不良的发生作为燃烧波动的发生来检测。
于是，给本系统设置用于确定点火不良的功能元件(点火不良确定装置)23。在压缩储冲程喷射方式下由这种点火不良确定装置23(燃烧波动检测装置)确定点火不良(换句话说，检测到燃烧波动)时，燃油喷射时间控制装置21和点火时间控制装置22按预先确定的曲轴转角延迟目标燃油喷射时间和目标点火时间，同时废气回流率控制装置25增大目标废气回流率。
利用点火不良确定装置23，可有关于点火不良确定方法的多种变换。例如，像日本专利申请未审公开号6-229310所揭示的那样，可根据曲轴转角探测器24的检测信号确定点火不良。特别要说的是，发生点火不良时，伴随这种点火不良只是使发动机的速度(因而也是曲轴的角速度)瞬时降低。由此思路，只要确定曲轴转角信号的输入间隔能适合预定的曲轴转角，则可将点火不良估计为发生在这样的时候：即当曲轴的角加速度变得小于第一个预定的负值的时候，另外也在曲轴角加速度变得小于上述预定负值之前所述曲轴角加速度的变化马上就成为小于第二预定的负值，而在在曲轴角加速度变得小于所述第一预定的负值之后所述曲轴角加速度的变化马上就成为大于第三预定的正值的时候。当然，可以根据曲轴转角信号来判定已点火不良的汽缸。
在如上述确定点火不良时，由燃油喷射时间控制装置21和点火时间控制装置22使已点火不良的汽缸相对于目标燃油喷射时间和目标点火时间经受到延迟控制。无需多说，每个未点火不良的汽缸不经历这种延迟控制，而是在相应的图确定的目标燃油喷射时间和目标点火时间下受到控制。
作为另一种选择，还可由废气回流率控制装置25进行减小目标废气回流率的控制。当然，也使各个未点火不良的汽缸的废气回流率减小。不过，这种减小并不引起任何特殊问题，因为正像图4所示的那样，这是一种有利于较高燃烧稳定性的控制。
在如此确定点火不良时，由于燃油喷射时间控制装置21和点火时间控制装置22使得目标燃油喷射时间和目标点火时间延迟角根据发动机工作状态变化，以及由于废气回流率控制装置25目标废气回流率的减小量根据发动机工作状态变化，以致需要相对于发动机负荷及发动机速度设定它们。如图3以举例方式所表示的那样，可根据发动机负荷和发动机速度将一幅图设定为分成区域0到区域5的工作区，以便对每个区域设定延迟角的初始值Xn(即X0至X5)和减小量的初始值Yn(即Y0至Y5)。根据所测得的发动机负荷及发动机速度选择初始延迟角X0至X5之一或初始减小量Y0至Y5之一。
但是，如果发动机负荷及发动机速度落在区域0到区域5的外面，则应采用上述控制中所选的一个区域(区域0到区域5中的任何一个)。于是将用来储存选定区域的装置(未示出)安排为，使得每当一个区域新被选定时，就将现在的区域作为在上述控制中所选的区域被储存起来而予更新。
另外，并不把各区的初始延迟角Xn绝对地对每个汽缸都设定为最佳的，而且也不把各区的初始减小量Yn完全对所有的汽缸都设定为最佳的。所以，按照本实施例的系统，以初始延迟角Xn或初始减小量Yn开始燃油喷射时间控制、点火时间控制或废气回流率控制。当对每个区知道了更合适的延迟角或减小量时，就将它们设定为关于每个区的已知延迟角或已知减小量。根据这些关于每个区的已知延迟角和已知减小量，将延迟角RX和减小量RY设定为供实际控制所用。附带要说的是，为使以较小的延迟角和较小量进行控制成为适宜的，只要知道其它区的情况，就依次设定每个区的已知延迟角RXn和已知减小量RYn。
一般是将缸内喷射内燃机设定为使燃油在它已聚集在火花塞附近时被点火，哪怕这种点火时间可能随发动机特性而改变。于是，可以预计一个对于点火时间而言基本为最佳的燃油喷射时间。只是当普通发动机中的点火时间被过分延迟时，才会像图4所显见的那样，存在可能相反地使燃烧稳定性变差的潜在问题。当只是点火时间被延迟时，可以通过只使点火时间延迟到一旦燃油喷雾流过火花塞的电极之前为止，来改善燃烧的稳定性。另外，在确定点火不良之后，按这样一种方式由点火时间控制装置22实现目标点火时间延迟控制：若控制开始后不再发生点火不良，则在延迟之后，通过逐渐提早点火时间，而使点火时间回到基本的目标点火时间。
另一方面，只是当燃油喷射时间被过分延迟时，才会像图4所显见的那样，存在可能相反地使燃烧稳定性变差的潜在问题。当只是燃油喷射时间被延迟时，可以通过只使燃油喷射时间延迟到在火花塞放电期间足以使雾化燃油的前端出现在火花塞的电极处之前为止，来改善燃烧的稳定性。另外，在确定点火不良之后，按这样一种方式由燃油喷射时间控制装置21实现目标燃油喷射时间延迟控制：若控制开始后不再发生点火不良，就在延迟之后，通过逐渐减小延迟角，也即通过逐渐提早燃油喷射时间，而使燃油喷射时间回到基本的目标燃油喷射时间。
另外，当只是废气回流率减小时，才会像图4所显见的那样，不存在会使燃烧稳定性变差的潜在问题。不过，废气回流率过于减小会促成使NOx排出物的比率增大，从而陷入使废气质量变差的潜在问题。因此，需要在不致对废气质量带给显著有害影响的范围内减小废气回流率。再有，在进行点火不良确定之后，利用废气回流率控制装置25减少目标废气回流率的控制，以便在控制开始后不再发生点火不良时，通过逐渐降低减小量，也即在这种减少以后通过逐渐增大废气回流率，而使废气回流率回到基本的目标废气回流率。
当点火时间和燃油喷射时间二者都被延迟时，如图4所显见的那样，可能比只有一个时间被延迟更进一步改善燃烧的稳定性。点火不良时，可将这种最佳的目标燃油喷射时间延迟角和目标点火时间延迟角设定在实质上是相同的值。于是，本实施例中，把为在控制中使用而设定的延迟角RX用为目标燃油喷射时间的延迟角，而且也用为目标点火时间的延迟角。
当然，由于发动机的特性，点火不良时，目标燃油喷射时间的最佳延迟角和目标点火时间的最佳延迟角实质上是互不相同的，所以如图3所示那样，给出不同的图(或表)，一个是目标燃油喷射时间，另一个是目标点火时间，以便能根据它们分别设定延迟角。
在确定点火不良之后，由燃油喷射时间控制装置21和点火时间控制装置22以这样一种方式实现目标燃油喷射时间及目标点火时间控制：若控制开始后不再发生点火不良，则在延迟之后，通过逐渐减小延迟角，也即通过逐渐提早燃油喷射时间和点火时间，分别使燃油喷射时间和点火时间回到基本的目标燃油喷射时间和基本的目标点火时间。
当点火时间被延迟同时使废气回流率被减小时，则如图4所显见的那样，比起只是所述时间和回流比之一被延迟或减小来，可以进一步改善燃烧的稳定性，还能抑制NOx排出物比率的增加，所说的增加是由于废气回流率的减小引起的。可将点火不良时这种目标点火时间的最佳延迟角和这种废气回流率的最佳减小量设定在实质上为同一工作区域。于是，本实施例中把为控制中使用而设定的延迟角RX和减小量RY存储在同一图中。
无需多说，如果点火不良时目标点火时间的最佳延迟角和废气回流率的最佳减小量由于发动机的特性实质上是随工作区域而改变的，或者如果需要减少单独一个图的容量，就要提供不同的图(或表)，比如图3所示的那样，一个是目标点火时间，另一个是目标废气回流率，以便能根据它们分别设定延迟角和减小量。
在确定点火不良之后，由点火时间控制装置22实现的目标点火时间延迟控制和由废气回流率控制装置25实现的目标废气回流率减小控制以这样一种方式进行：若控制开始后不再发生点火不良，则在所述延迟和减小之后，通过逐渐减小其延迟角和其减小量，也即通过逐渐提早点火时间和增大废气回流率，分别使点火时间和废气回流率回到基本的目标点火时间和基本的目标废气回流率。
当使燃油喷射时间延迟并且废气回流率减小时，也能采用上述过程。
当使燃油喷射时间和点火时间都延迟并且使废气回流率减小时，比上述方法所用的那些较小的延迟角和减小量能进一步改善燃烧的稳定性，并能进一步抑制NOx的增加，如从图4所显见的那样，从而，在发生点火不良时，能迅速地改善燃烧的稳定性。
为确定燃烧波动而给出两个以上的阈值，比如一个值用来确定较小的燃烧变差，而另一个值用来确定较大的燃烧变差，为在较小的燃烧变差情况下改善燃烧的稳定性，只能使燃油喷射时间、点火时间和废气回流率中的一个或两个受到控制，而为在较大的燃烧变差情况下改善燃烧的稳定性，可使上述所有参数都受到控制。
在进气冲程喷射方式下，将均匀的空气-燃油混合物引入整个燃烧室。于是，通过由空气/燃油比控制装置26加浓目标空气/燃油比，以和普通发动机差不多相同的方式减少燃烧的波动。
虽然为了稳定燃烧而实行延迟燃油喷射时间、点火时间的控制和减小废气回流率的控制，如果在压缩冲程喷射方式下总是发生燃烧的波动，则可以通过禁止压缩冲程喷射方式，而代之以选择进气冲程喷射方式，再由空气/燃油比控制装置26将目标空气/燃油比设定在接近理想的空气/燃油比而进行控制，来改善燃烧的稳定性。为了确定燃油系统、点火系统或废气回流系统的故障，也为了在这种故障时实行防范措施(比如禁止压缩冲程喷射方式)，还可安排附带的测试。
当有关缸内喷射内燃机的本发明一种具体实施例的控制系统如上述那样被构成时，其工作过程将描述如下。
当既延迟燃油喷射时间又延迟点火时间时，对每个汽缸实行的控制进行详细描述，例如如图2流程图所示那样。
也即如图2所示，首先由点火不良确定装置23确定点火不良的检测结果(步骤S10)。如果确定是点火不良，则设置一个测得点火不良标记(步骤S20)，相反，则消除此测得点火不良标记(步骤S30)。
然后确定是否已设置测得点火不良标记(步骤S40)。如果发现已设置测得点火不良标记，也就是说，当已确定点火不良时，则程序进到步骤S50，并根据发动机速度Ne和发动机负荷(平均有效制动压力)Pe，确定发动机当前工作状态所在的区域0至区域5中之一。继而在步骤S60确定在步骤S50所确定的区域是否与先前控制所确定的区域相同，亦或不同。如果与先前控制所确定的区域不同，则将现延迟角RX设定为已知延迟角值RXn(步骤S70)。术语“现延迟角RX”意思是最近时刻所用的延迟角，也即前一控制所用的延迟角。当控制开始时，将与步骤S50确定的区域对应的初始延迟角值(X0至X5之一)设定为现延迟角值RX。
以下进到步骤S80，确定与步骤S50确定的区域对应的初始延迟角值(X0至X5之一)是否等于或大于已知延迟角值RXn。如果与所确定区域对应的初始延迟角值等于或大于已知延迟角值RXn，则将该已知延迟角值RXn设定为现延迟角值RX(步骤S100)。也就是说，作为现延迟角值RX(控制中所用的延迟角值)，使用与所确定区域对应的初始延迟角值和已知延迟角值RXn中较小的一个。
作为结论，随着通过练习而使控制中所用延迟角值逐步达到适应一个较小最佳值的要求，可实现发动机内燃烧的稳定性，而避免耗油量的减少。
根据现延迟角值RX实现目标燃油喷射时间和目标点火时间的控制。
如果在确定测得点火不良标记的设置时发现已清除这种测得点火不良标记，则程序从步骤S40进到步骤S110，以确定现延迟角值RX(本实施例中为先前控制中用的延迟角值)是否为0，如果现延迟角值RX不为0，则从先前控制中用的延迟角值RX减去单位角(本实施例中定为1)，以得到当前控制中用的延迟角值(＝RX-1)。
因此，如果确定点火不良后不再进一步点火不良，则使所述延迟角值RX按每个程序的单位角逐渐减小，且最后延迟角达到0，使延迟控制得以完成。
本实施例系统既能实现改善耗油量，又能保证燃烧的稳定性，因为如上述那样，提前设定目标燃油喷射时间和目标点火时间再实行控制，以给出较好的耗油量，并且，当发生点火不良时，又实行控制，以延迟燃油喷射时间和点火时间，避免再点火不良。当然，燃烧的稳定性有利于NOx的减少，从而可在高水平上平衡耗油量的改善、确保燃烧的稳定性和废气的清洁。
此外，由于在延迟控制时，通过练习将延迟角值RX设定得所能作到的尽可能小，所以导致在延迟控制时使耗油量变差很轻微的优点。
延迟控制导致实现延迟角值RX的逐渐减小，从而从过渡期间的燃烧至延迟控制完成都能得到好的感性认识。
到目前为止，已参考此流程图描述了有关燃油喷射时间和点火时间的延迟。为了只通过废气回流率而不通过另二参数的减小控制来改善燃烧的稳定性，只需在图2中用Ry，Ryn、Yn和β分别替换Rx、Rxn、Xn和α。这里，β的意思是一个有关减小废气回流率的单位量(单位减小量)。只通过这种废气回流率的减小控制，依然能实现耗油量的改善、燃烧稳定性的改善和废气的纯净。
也可以进行两种和三种上述的延迟控制，即燃油喷射时间和/或点火时间的延迟控制，以及废气回流率的减小控制。例如，图6的流程图表示当实行燃油喷射时间或点火时间的延迟控制以及废气回流率的减小控制时，或者当燃油喷射时间、点火时间的延迟控制及废气回流率的减小控制都被实行时的控制过程。
图6中从步骤S10到S120每一步的处理都与图2所示的那些是一样的，所以这里省略了对它们的详细描述。由于增加了步骤S130到S180，所以集中围绕这些步骤进行描述。
如图6所示，当作为点火不良检测(步骤S10)的结果，设置测得点火不良标记时(步骤S20)，程序从步骤S40进到步骤S50，以进行区域确定。如果在发动机当前工作状态下的区域确定结果不同于在先前控制下的区域确定结果，则程序从步骤S60进到步骤S70，并且还把现延迟角值RX设定为已知延迟角值RXn，且把废气回流率的现减小量RY设定为已知减小量值RYn(步骤S130)。
在以步骤S80至S100的处理适时更新现延迟角的值之后，以步骤S140至S160的处理适时更新现减小量的值。也即在步骤S140确定与步骤S50所确定的区域对应的初始减小量值Yn(Y0到Y5中之一)是否等于或大于已知的减小量值RYn。如果与所定区域对应的初始减小量值Yn等于或大于已知的减小量值RYn，则将此已知的减小量值RYn设定为现减小量RY(步骤S160)。如果与所定区域对应的初始减小量值Yn小于已知的减小量值RYn，则将初始减小量值Yn设定为现减小量RY(步骤S150)。也即，作为现减小量(控制中所用减小量的值)RY，使用与所定区域对应的初始减小量值Yn和已知的减小量值RYn中较小的一个。
另一方面，如果作为点火不良检测(步骤S10)的结果，消除测得点火不良标记时(步骤S30)，则程序从步骤S40进到步骤S120，并还在步骤S170至S180进行从延迟角的值RX作减和从减小量RY作减。也即程序从步骤S170进到步骤S180，直到减小量RY达到0，每一步程序都使减小量RY减去单位减小量β。
如图6所示，实行两种或三种延迟控制，即燃油喷射时间和/或点火时间的延迟控制，以及废气回流率的减小控制，使得能够在非常高的水平上实现耗油量的改善、燃烧稳定性以及废气清洁的改善。
附带要说的是，通过按上述实施例确定点火不良，使燃烧波动得到检测。但是，本发明并不限于这样一种实施例，而且通过检测不引起点火不良程度的燃烧波动，可以由燃油喷射时间控制装置21和点火时间控制装置22实现目标燃油喷射时间和目标点火时间的延迟控制，以及由废气回流率控制装置25实现废气回流率的减小控制。在这种情况下，当设定的延迟角和/或减小量等于在引起点火不良程度的燃烧波动情况下所设定的那些值时，就可通过控制燃油喷射时间、点火时间以及废气回流率当中的一个或两个改善燃烧的稳定性。
作为选择，当设定的延迟角和减小量小于在点火不良情况下所设定的那些值时，可使燃油喷射时间、点火时间以及废气回流率都受到控制。
本发明的控制系统使得在通过压缩冲程喷射而改善耗油量时能够保证缸内喷射内燃机中燃烧的稳定性。由此而能同时实现耗油量的改善、燃烧稳定性以及废气清洁的改善。所以，本发明的控制系统适合于车辆的发动机，同时能满足车辆发动机的各种需要，如由稳定燃烧所致的驾驶性能的改善、由减少耗油量所致的作业成本的节省以及由促使废气清洁所致的对周围环境的保护，它是极为有用的。

Claims (13)

1.一种缸内喷射内燃机的控制系统，作为燃油喷射方式，它可以根据工作状态选择主要在进气冲程进行燃油喷射的进气冲程喷射方式，或者选择主要在压缩冲程进行燃油喷射的压缩冲程喷射方式，所述系统包括：
一个燃油喷射阀(5)，用于将燃油直接喷入所述内燃机的燃烧室(4)；
一个布置在所述燃烧室(4)内的火花塞(7)；
一个废气回流系统(12、13)，用于将所述内燃机的部分废气回流到所述内燃机的进气系统；
燃烧波动检测装置(23)，用于检测所述内燃机内燃烧的波动情况；
燃油喷射时间控制装置(21)，用于根据在所述内燃机正常工作期间对应于内燃机工作状态而预定的目标燃油喷射时间来控制燃油喷射阀的燃油喷射时间；
点火时间控制装置(22)，用于根据在所述内燃机正常工作期间对应于内燃机工作状态而预定的目标点火时间来控制火花塞(7)的点火时间；以及
废气回流率控制装置(25)，用于根据在所述内燃机正常工作期间对应内燃机工作状态而预定的目标废气回流率来控制废气回流系统(12、13)的废气回流率；
从而在所述压缩冲程喷射方式期间，根据所述燃烧波动检测装置(23)的检测结果至少校正所述燃油喷射时间、所述点火时间和所述废气回流率中的一个，使燃烧波动减小。
2.一种如权利要求1所述的控制系统，其中，在所述压缩冲程喷射方式期间，根据所述燃烧波动检测装置(23)检测的结果，至少使所述点火时间和所述废气回流率得到修正，使燃烧的波动得以减小。
3.一种如权利要求1所述的控制系统，其中，在所述压缩冲程喷射方式期间，根据所述燃烧波动检测装置(23)检测的结果，至少使所述燃油喷射时间和所述废气回流率得到修正，使燃烧的波动得以减小。
4.一种如权利要求1所述的控制系统，其中，在所述压缩冲程喷射方式期间，根据所述燃烧波动检测装置(23)检测的结果，至少使所述燃油喷射时间和所述点火时间得到修正，使燃烧的波动得以减小。
5.一种如权利要求1所述的控制系统，其中，在所述压缩冲程喷射方式期间，根据所述燃烧波动检测装置(23)检测的结果，使所述燃油喷射时间、所述点火时间和所述废气回流率得到修正，使燃烧的波动得以减小。
6.一种如权利要求1所述的控制系统，其中，在通过所述燃油喷射时间控制装置(21)进行控制时，只按照所述燃烧波动检测装置(23)检测的燃烧波动由第一预定值延迟燃油喷射时间；在通所述过点火时间控制装置(22)进行控制时，只按照所述燃烧波动检测装置(23)检测的燃烧波动由第二预定值延迟点火时间；而在通过所述废气回流率控制装置(25)进行控制时，按照所述燃烧波动检测装置(23)检测的燃烧波动由预定量减少废气回流率。
7.一种如权利要求1所述的控制系统，其中，当尽管进行所述修正，却不使所述内燃机的燃烧波动减小时，可将所述燃油喷射方式从压缩冲程喷射方式转换成进气冲程喷射方式。
8.一种如权利要求1所述的控制系统，其中，在所述进气冲程喷射方式期间，根据所述燃烧波动检测装置(23)检测的结果，由空气/燃油比控制装置(26)使要加给所述内燃机的空气-燃油混合物的目标空气/燃油比得到修正。
9.一种如权利要求1所述的控制系统，其中，将所述目标燃油喷射时间和所述目标点火时间设定在或者接近适合于内燃机工作状态的最佳耗油量的时间。
10.一种如权利要求4所述的控制系统，其中，在由所述燃烧波动检测装置(23)检测燃烧波动时，将所述燃油喷射时间的修正值和所述点火时间的修正值设定为实质上为同一个值。
11.一种如权利要求6所述的控制系统，其中，在由所述燃烧波动检测装置(23)检测燃烧波动时，与所述内燃机的工作状态相应地设定所述第一预定值、所述第二预定值和所述预定的量。
12.一种如权利要求4所述的控制系统，其中，给所述内燃机设置多个汽缸；并由所述燃烧波动检测装置(23)实行的燃烧波动检测，由所述燃油喷射时间控制装置(21)实行所述燃油喷射时间的延迟控制，和由所述点火时间控制装置(22)实行的所述点火时间的延迟控制都是对所述每个汽缸进行的。
13.一种如权利要求1所述的控制系统，其中，所述燃烧波动检测装置(23)确定所述燃烧室内点火不良的发生。
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