CN1327118C - 直接燃料喷射的燃烧控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种燃烧控制系统，控制一个直接燃料喷射的火花点火式发动机的燃烧，在不喷射燃料时保持一个蓄压室中的恒定压力。燃烧控制系统在燃料喷射暂停后要恢复时控制燃烧。燃烧控制系统具有一个根据发动机转速和发动机负荷获得目标燃料压力的目标燃料压力获得部分、一个检测实际燃料压力的实际燃料压力检测部分、一个时间获得部分以及一个第一时间控制部分。时间获得部分根据转速和负荷获得燃料喷射时间和点火时间(50度和30度BTDC)。第一时间控制部分根据实际燃料压力控制燃料喷射时间和点火时间，即将燃料喷射时间和点火时间延迟到40度和25度BTDC。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于直接燃料喷射的火花点火式发动机的燃烧控制系统和燃烧控制方法。本发明尤其涉及一种用于直接燃料喷射的火花点火式发动机的燃烧控制系统，直接燃料喷射的火花点火式发动机具有一个高压燃料输送系统，输送系统配置成向一个燃料喷射阀供给燃料，燃料喷射阀将燃料直接喷射到一个燃烧室中，并且当不喷射燃料时在一个蓄压室内保持恒定的压力，直接燃料喷射的火花点火式发动机受到控制，使得来自燃料喷射阀的燃料喷射在规定的工作条件下暂时停止，并在一规定时间之后恢复。
背景技术
由于燃料在压缩冲程期间直接喷射到燃烧室，在火花塞附近产生非常浓的空气-燃料混合物，以进行分层燃烧，使得总体上稀薄的空气-燃料混合物被利用，因此，直接燃料喷射的火花点火式发动机的燃料效率得以提高。因为燃料在压缩冲程期间抵抗燃烧室的高压而喷射，所以必须使用燃料泵系统，以比气口喷射式发动机使用的压力高的压力喷射燃料。这种燃料泵系统一般是一个蓄压室式系统，使用一个高压燃料泵将燃料泵入到一个具有恒定容积的蓄压室中。燃料通过一个燃料喷射阀喷射到燃烧室时，通过使用一个燃料压力传感器和补充燃料，使蓄压室内的燃料压力保持在预定压力。所需的预定燃料压力根据发动机转速和负荷这样的工作条件而变化。通常，对应于不同的发动机转速和负荷的预定燃料压力预先进行设置。在蓄压室式燃料泵系统中，只要不从燃料喷射阀喷射燃料，蓄压室内的燃料压力就保持恒定不变。
这种直接燃料喷射的火花点火式发动机一般在不必产生扭矩时，例如在减速期间或发动机预热后油门踏板松开时，就切断燃料，即停止喷射燃料。燃料喷射停止后，预定燃料压力随着发动机转速和负荷的降低而降低，但是，蓄压室内的实际燃料压力仍保持在燃料喷射停止时临界点的燃料压力。因此，如果在对应于预定燃料压力的喷油时间和点火时间恢复燃料喷射，那么，恢复燃料喷射时刻实际燃料压力和预定燃料压力之间的时间间隔以及燃料喷雾的穿透深度将是适当的。尤其是，从蓄压室内的实际燃料压力来看，喷油时间和点火时间太早。因此，火花点火时，具有最佳空燃比(空气-燃料比)的空气-燃料混合物会不处于所需的位置。
因此，可能会发生下列情况：汽车加速时由于恢复燃料喷射，工作性能会下降；不良燃烧会由于缺火而使燃烧不充分的气体排出，造成质量下降的排气；燃料不能点火，发动机会熄火。
解决该问题的一个现行方法是规定延迟时间，使燃料压力在燃料喷射停止条件满足要求的时间和燃料喷射停止的时间之间予以降低。燃料喷射在延迟时间期间继续进行，蓄压室内的燃料压力降低到目标燃料压力。例如，参见日本特开平2000-18067(第3、4页，图5)。
另一个方法是根据燃料压力上升的延迟改变喷射脉冲宽度，以防排出未燃烧的气体。例如，参见日本实开平3-119551。
还有一个方法是计算燃烧室内的压力和蓄压室内的燃料压力的差，根据该差改变脉冲时间，从而即使喷射时间改变，也能获得所需的燃料喷射量。例如，参见日本特开平9-228864(第4页，图3)。综上所述，对于本领域技术人员，显然有必要改进直接燃料喷射的燃烧控制系统。本发明就是解决现有技术中的这个需求。
发明内容
在日本特开平2000-18067的技术中，要求设置长延迟时间(例如1000毫秒)，使实际燃料压力降低到目标燃料压力。由于在该期间继续喷射燃料，因此，停止燃料喷射的动作起不到减少燃料消耗的作用。
日本实开平3-119551的技术调整喷射脉冲宽度，但是，由于仅调整喷射脉冲宽度，因此燃料喷射恢复时的工作性能不能得到充分改善。日本特开平9-228864的技术测定燃烧室内的压力和蓄压室内的燃料压力，根据测定的压力值调整喷射脉冲宽度，但是，燃料喷射恢复时的工作性能仍不能得到充分改善。
本发明涉及直接燃料喷射的火花点火式发动机的燃烧控制系统，这种系统配置成当不喷射燃料时在蓄压室内保持恒定的压力。本发明旨在当燃料喷射暂停后恢复时由这种燃烧控制系统改进燃烧控制。
本发明主要涉及一种用于直接燃料喷射的火花点火式发动机的燃烧控制系统，这种系统具有一个目标燃料压力获得部分、一个实际燃料压力检测部分、一个时间获得部分和一个第一时间控制部分。目标燃料压力获得部分配置成，根据由于出现规定工作条件而暂停燃料喷射的规定时间已过之后要恢复燃料喷射时的工作条件，获得恢复燃料喷射所需的目标燃料压力。实际燃料压力检测部分配置成，要恢复燃料喷射时，检测一个高压燃料输送系统的一个蓄压室内的实际燃料压力。时间获得部分配置成，根据要恢复燃料喷射时的工作条件，获得恢复燃料喷射所需的燃料喷射时间和点火时间。第一时间控制部分配置成将目标燃料压力与实际燃料压力进行比较，当要恢复燃料喷射时，根据比较结果，至少对燃料喷射时间和点火时间之一进行修正。
附图说明
参照附图及非限制性实施例，本发明的上述及其它目的、特征和优点将为本领域技术人员所更好地理解。
附图如下：
图1是使用本发明燃烧控制系统的直接燃料喷射的火花点火式发动机的示意图；
图2示出基于工作条件(发动机转速和负荷)的燃烧情况；
图3示出在正常行使状态中节气阀关闭且减速开始、在经过一规定时间后发动机转速达到规定转速时燃料恢复喷射的情况下的时间图；
图4示出根据实际燃料压力进行修正的图；
图5是根据第一实施例的燃烧控制流程图；
图6是实际燃料压力下的燃烧状况图；
图7是根据第二实施例的燃烧控制流程图；
图8示出根据实际燃料压力超过目标燃料压力的数值大于第一极限差值时的空燃比所进行的修正图；
图9是根据第三实施例的燃烧控制流程图；
图10是根据第四实施例的燃烧控制流程图；
图11是根据第五实施例的燃烧控制流程图；
图12是根据第六实施例的燃烧控制流程图。
具体实施方式
现在参照附图描述本发明所选的实施例。对于本领域技术人员显而易见的是，下面对本发明实施例所作的描述仅作为示例，并不是为了限制权利要求书所限定的本发明范围。
图1示出配有一个根据本发明第一实施例的直接燃料喷射的燃烧控制系统的直接燃料喷射的火花点火式发动机。汽油发动机主要具有一个包括一个汽缸体1和一个汽缸盖2的发动机主体、多个活塞3(仅示出一个)、一个在每个汽缸的汽缸盖2上形成的进气口6、一个在每个汽缸的汽缸盖2上形成的排气口8、一个安装在每个汽缸的汽缸盖2顶部的火花点火装置11、一个安装在每个汽缸的汽缸盖2一侧的燃料喷射阀12、以及一个用于控制发动机燃烧的发动机控制单元或计算机100。为简明起见，仅示出发动机的一个汽缸，本发明通常用于一个具有多个汽缸的发动机。
活塞3布置在汽缸体1的汽缸内，可以上下活动。活塞3通过一个连杆4连接到一个曲轴5上。活塞3的往复运动通过连杆4传递到曲轴5，转换成曲轴5的转动运动。一个曲柄角传感器19有效连接到发动机控制单元100上，将曲轴转动角度的信号输出到发动机控制单元1 00。汽缸体1、汽缸盖2和活塞3形成一个屋脊形燃烧室10。
进气口6在汽缸盖2上形成，在通入燃烧室10的开口附近配有一个进气阀7。进气阀7用于使进气口6和燃烧室10之间连通或不连通。连通时，空气进入燃烧室10。一个节气阀16布置在进气口6的上游部分。节气阀16的开启由油门踏板加以调节，其作用是调节通过进气口6进入燃烧室10的空气的流速。一个节气阀开启传感器17配置在节气阀16中，节气阀开启传感器17有效连接到发动机控制单元100上。节气阀开启传感器17检测节气阀16的开启程度，将测定值的信号输出到发动机控制单元100。一个气流传感器18布置在节气阀16的上游，气流传感器18有效连接到发动机控制单元100上。气流传感器18配置和布置成检测进气量或气流速率，将测得的数值的信号输出到发动机控制单元100。排气口8在汽缸盖2上形成，在从排气口8通入燃烧室10的开口附近配有一个排气阀9。排气阀9用于使排气口8和汽缸盖2之间连通或不连通。当排气阀9使排气口8和汽缸盖2之间连通时，后燃烧气体从燃烧室10排出。
火花点火装置11安装在汽缸盖2顶部，基本面对汽缸的中央，并且有效连接到发动机控制单元100上。火花点火装置11根据发动机控制单元100的点火时间信号产生电火花，对空气-燃料混合物进行点火。
燃料喷射阀12与发动机控制单元100相连接，安装在布置有进气口6的汽缸盖2的一侧。燃料喷射阀12根据发动机控制单元100的燃料喷射时间信号和点火时间信号将燃料喷射到燃烧室10中。一个蓄压室13布置在燃料喷射阀12的上游，一个高压燃料泵14布置在蓄压室13的上游。蓄压室13储存从高压燃料泵14输送来的燃料。一个燃料压力传感器15配置在蓄压室13上，燃料压力传感器15与发动机控制单元100相连接。燃料压力传感器15检测蓄压室13内燃料的压力，将测得值的控制信号输出到发动机控制单元100。高压燃料泵14的作用是使一个低压燃料泵之类从油罐泵到高压燃料泵的燃料增压到所需压力，将增压的燃料输送到蓄压室13。高压燃料泵14具有一个柱塞，柱塞与一个凸轮一起上下运动，两个阀分别布置在柱塞的上游一侧和下游一侧，一个致动器使两个阀开启和关闭。高压燃料泵14通过使柱塞上下运动以及用致动器使两个阀开启和关闭将输送来的燃料增压，然后将增压的燃料排放到蓄压室13。
发动机控制单元100最好包括一个具有燃烧控制程序的微型计算机，燃烧控制程序控制发动机的燃烧，如下所述。发动机控制单元100还包括其它通用部件、例如输入界面电路、输出界面电路以及存储装置、例如ROM(只读存储器)装置和RAM(随机存取存储器)装置。发动机控制单元100以普通方式同各种传感器有效连接。发动机控制单元100的内部RAM存储工作信号状态和各种控制数据。发动机控制单元100的内部ROM存储各种运行的变换数据和预先存储的数据。对于本领域技术人员显而易见的是，发动机控制单元100的精密结构和算法可以是能执行本发明功能的任何硬件和软件的结合。换句话说，本说明书和权利要求书中使用的“装置加功能”(means plus function)的条款应该包括可以用于执行“装置加功能”条款的功能的任何结构或硬件和/或算法或软件。
发动机控制单元100与燃料压力传感器15、节气阀开启传感器17、气流传感器18、曲柄角传感器19和车速传感器20有效连接，以接收这些传感器中每个传感器的检测值的控制信号。发动机控制单元100还与燃料喷射阀12和高压燃料泵14相连接，发出驱动这些装置的信号。发动机控制单元100根据燃料压力传感器15的检测值对高压燃料泵14的致动器发出驱动信号，使蓄压室13内的燃料压力达到目标燃料压力。发动机控制单元100根据曲柄角传感器19的检测值对燃料喷射阀12和火花点火装置11发出燃料喷射时间和点火时间信号。发动机控制单元100根据曲柄角传感器19、车速传感器20和节气阀开启传感器22的检测信号，确定何时停止燃料喷射以及何时恢复燃料喷射。发动机控制单元100还计算根据气流传感器15测得的进气量而喷射的燃料量和空燃比，向燃料喷射阀12输出燃料喷射量信号。发动机控制单元100的燃烧控制程序最好包括一个目标燃料压力获得部分、一个实际燃料压力检测部分、一个时间获得部分和一个第一时间控制部分。燃烧控制程序的这些部分在本发明第一实施例中由图5所示的流程图的多个步骤基本示出。目标燃料压力获得部分(步骤S14)配置成，根据由于出现规定工作条件而暂停燃料喷射的规定时间已过之后要恢复燃料喷射时的工作条件，获得恢复燃料喷射所需的目标燃料压力。实际燃料压力检测部分(步骤S15)配置成，要恢复燃料喷射时，检测一个高压燃料输送系统的一个蓄压室内的实际燃料压力。时间获得部分(步骤S17和S18)配置成，根据要恢复燃料喷射时的工作条件，获得恢复燃料喷射所需的燃料喷射时间和点火时间。第一时间控制部分(步骤S16-22)配置成将目标燃料压力与实际燃料压力进行比较，根据恢复燃料喷射时的比较结果，至少对燃料喷射时间和点火时间之一进行修正。
因此，采用本发明，燃料喷射时间和点火时间不是根据仅在燃料喷射暂停后要恢复燃料喷射时的工作条件加以确定，而是，燃料喷射时间和/或点火时间根据高压燃料输送系统的蓄压室内的实际燃料压力加以修正，使具有最佳空燃比的空气-燃料混合物在进行火花点火时处于所需的位置。这样，暂停后恢复燃料喷射时的燃烧控制得以改进。
基于工作条件的燃烧控制图
现在来简述一下直接燃料喷射的火花点火式发动机进行分层燃烧的燃烧情况。
图2示出发动机工作条件(发动机转速和发动机负荷)下的每种燃烧情况。
图2中的图(a)是根据工作条件的目标燃料压力的图。目标燃料压力是根据发动机转速和发动机负荷的蓄压室13内所需的目标燃料压力。目标燃料压力随着发动机转速和发动机负荷增大而增大，如图(a)中区域(I)至(V)所示。
图2中的图(b)是根据工作条件的燃料喷射时间图，而图2中的图(c)是根据工作条件的点火时间图。燃料喷射时间和点火时间根据其各自的曲线加以设置，使空气-燃料混合物的穿透深度对于特定的发动机转速和发动机负荷来说为最佳。图(b)中的每条曲线是一条恒定的燃料喷射时间线；发动机转速增大，燃料喷射时间越提前，发动机转速减小，燃料喷射时间越延迟。图(c)中的每条曲线是一条恒定的点火时间线；发动机转速和发动机负荷增大，点火时间较为提前，发动机转速和发动机负荷减小，点火时间较为延迟。
图2中的图(d)是根据工作条件的空燃比的图。每条曲线示出特定的发动机转速和发动机负荷所需的空燃比。空燃比随着发动机负荷增大而减小(变浓)，随着发动机负荷减小而增大(变稀)。
如图2所示，每个图中的点A(N1，T1)示出在燃料喷射由于减速等原因而停止之前的工作状态。坐标值N1和T1分别为当时的发动机转速和发动机负荷。点C(N2，T2)是恢复燃料喷射的工作状态。坐标值N2和T2分别为当时的发动机转速和发动机负荷，小于值N1和T1。当工作状态从点A(N1，T1)改变到点C(N2，T2)时，目标燃料压力从10MPa减小到5MPa，燃料喷射时间和点火时间都变换到较为延迟的时间。
这些以工作条件为基础的图存储在发动机控制单元100的ROM或其它存储器中，用于燃烧控制。在正常运转期间，图2中的图(a)至(d)用于确定目标燃料压力、燃料喷射时间、点火时间和空燃比。空燃比和进气量用于计算燃料喷射量。然后，目标燃料压力、燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量用于控制燃烧。
时间图
图3示出正常行驶状态中、在一工作状态或点A松开加速踏板和减速开始、且当发动机转速达到规定转速时燃料喷射恢复的情况下的时间图。更具体地说，加速踏板在工作状态或点A松开，燃料喷射在预先燃料切断延迟期间继续进行。然后，燃料喷射在工作状态或点B停止。无燃料喷射期间之后，当发动机转速达到N2时，燃料喷射在工作状态或点C予以恢复。预先燃料切断延迟期间是在节气阀16关闭以减缓停止燃料喷射引起的震动之后燃料喷射继续进行的时期。例如，预先燃料切断延迟期间大约为500毫秒。
紧接工作状态或点A之前，发动机转速为N1，发动机负荷为T1，目标燃料压力、燃料喷射时间和点火时间的数值由值N1和T1加以确定，如图2中的以工作条件为基础的图(a)至(c)所示。更具体地说，目标燃料压力是10MPa，燃料喷射时间是50度，点火时间是30度。燃料喷射时间和点火时间以在上死点之前(BTDC)的角度数来表示。燃料喷射量的数值由值N1和T1加以确定，如图2中的以工作条件为基础的图(d)所示。紧接工作状态或点A之前，蓄压室13内的燃料压力(实际燃料压力)调节成与目标燃料压力相一致。
当节气阀16在工作状态或点A关闭时，车速和发动机转速逐步降低，而负荷快速降低然后恒定不变。在点A和B之间，燃料从燃料喷射阀12进行喷射，但是，燃料不从高压燃料泵15供给蓄压室13。因此，蓄压室13内的实际燃料压力达不到5MPa的目标燃料压力直至点A之后。
点B之后，燃料喷射阀12关闭，燃料喷射量趋于零。目标燃料压力根据图2中以工作条件为依据的图(a)降至5MPa，如图32中实线所示。同时，实际燃料压力保持在恒定压力(即7MPa，如图3中虚线所示)，因为来自燃料喷射阀12的燃料喷射已经停止，蓄压室13内的燃料无处可去。燃料喷射时间和点火时间根据图2中以工作条件为依据的图(b)和(c)变换到较为延迟的时间，如图3中实线所示，但是，因为实际燃料压力还没有降到目标燃料压力，所以这些时间相对于实际燃料压力过于提前。
当燃料喷射在点C恢复时，实际燃料压力是2MPa，大于目标燃料压力，燃料喷射时间和点火时间相对于实际燃料压力过于提前。此外，燃料喷射量是根据进气量和由图2中以工作条件为依据的图(d)中的数值N2和T2确定的空燃比加以计算的数值。如果采用上述过于提前的燃料喷射时间和点火时间恢复燃料喷射，那么，具有最佳空燃比的空气-燃料混合物在火花点火时刻处于错误位置。因此，燃料喷射时间和点火时间如图3中虚线所示予以延迟(延迟方式如后所述)，即使实际燃料压力高于目标燃料压力，具有最佳空燃比的空气-燃料混合物在火花点火时刻也会处于适合的位置。
以实际燃料压力为基础的燃烧修正图
现在参照图4描述燃料喷射时间和点火时间的修正(延迟)。图4示出根据实际燃料压力进行修正的图。图4中的图(a)是燃料喷射时间修正量(延迟量)对实际燃料压力超过目标燃料压力的量的关系曲线图。图4中的图(b)是点火时间修正量(延迟量)对实际燃料压力超过目标燃料压力的量的关系曲线图。如图(a)和(b)所示，实际燃料压力与目标燃料压力的差越大，燃料喷射时间和点火时间越需要延迟。这样的修正图存储在发动机控制单元100的ROM或其它存储器中，用于燃烧控制。
燃烧控制流程图
现在来说明当燃料喷射停止后恢复的时候，使用以工作条件为基础的图(图2)和以实际燃料压力为基础的修正图(图4)进行燃烧控制的流程图。图5是根据第一实施例的燃烧控制流程图。
在步骤S11，发动机控制单元100确定燃料是否已经切断。更具体地说，当节气阀16已经关闭、预先燃料切断延迟期(例如500毫秒)时间已过的时候，燃料切断条件被认为满足条件。如果条件尚未满足，则控制进行到步骤S12，如果条件还没有满足，则控制进行到步骤S13。
在步骤S12，工作条件正常，燃烧根据图2中以工作条件为依据的图(a)得到控制。
在步骤S13，燃料喷射阀12关闭，燃料喷射停止。
在步骤S14，目标燃料压力参照图2中以工作条件为依据的图(a)加以确定。
在步骤S15，实际燃料压力从燃料压力传感器14测得。
在步骤S16，发动机控制单元100确定实际燃料压力是否与目标燃料压力相一致。如果一致，控制进行到步骤S17。如果不一致，控制进行到步骤S18。
在步骤S17，燃料喷射时间和点火时间参照图2中以工作条件为依据的图(b)和(c)加以确定和设置。空燃比也在步骤S17参照图2中以工作条件为依据的图(d)加以确定和设置，燃料喷射量根据该空燃比和进气量进行计算。
在步骤S18，燃料喷射时间和点火时间参照图2中以工作条件为依据的图(b)和(c)加以确定。空燃比也参照图2中以工作条件为依据的图(d)加以确定和设置，燃料喷射量根据该空燃比和进气量进行计算。
在步骤S19，计算实际燃料压力与目标燃料压力之间的差(实际燃料压力减去目标燃料压力)，参照图4中以实际燃料压力为依据的修正图(a)和(b)确定与所述差对应的修正量，从而修正燃料喷射时间和点火时间。
在步骤S20，设置在步骤S19确定的燃料喷射时间和点火时间。还设置在步骤S18确定的燃料喷射量。
在步骤S21，发动机控制单元100确定是否已到恢复燃料喷射的时候。如果不到，则回到步骤S16。如果已到，则控制进行到步骤S22。
在步骤S22，使用在步骤S17或S20设置的燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量恢复燃料喷射，进行分层燃烧。
在根据该实施例的燃烧控制系统中，当燃料喷射停止后要恢复时，如果在目标燃料压力和蓄压室13内的实际燃料压力之间存在差距，那么，就使用图4中以实际燃料压力为基础的修正图(a)和(b)修正根据工作条件确定的燃料喷射时间和点火时间。因此，具有最佳空燃比的空气-燃料混合物可以在火花点火时刻处于所需的位置。这样，燃料喷射暂停后恢复时的燃烧控制可以得到改进。更具体地说，当车辆由于恢复燃料喷射而加速时，可以防止工作性能下降。也可以防止由于缺火而引起的燃烧质量下降和不完全燃烧气体的排放。还可以防止发动机由于燃料不能点火而熄火。
采用根据该实施例的燃烧控制系统，也可以使用以工作条件为依据的图设置燃料喷射量，而不根据实际燃料压力进行修正。这样可以防止计算的精密性由于灵敏度不良而下降。
第二实施例
在第一实施例中，燃料喷射时间和点火时间使用图2中以工作条件为依据的图(b)和(c)加以确定，而燃料喷射时间和点火时间使用根据图4中以实际燃料压力为基础的修正图(a)和(b)的修正量加以修正。但是，也可以通过使采用以实际燃料压力为基础的修正图加以修正的燃料喷射时间和点火时间与实际燃料压力一致，预先形成以实际燃料压力为基础的燃烧条件图。
以实际燃料压力为基础的燃烧条件图
图6是燃烧条件与实际燃料压力一致的燃烧条件图。图6示出在目标燃料压力为5MPa(点C)的情况下燃料喷射时间和点火时间对实际燃料压力的关系曲线。获得与每个实际燃料压力数值对应的燃料喷射时间和点火时间数值，使用图2中以工作条件为依据的图(b)和(c)确定燃料喷射时间和点火时间，使用图6中以实际燃料压力为基础的图修正燃料喷射时间和点火时间。燃料喷射时间和点火时间表示为活塞3到达上死点之前的角度数(BTDC角度)。虽然这里作为例子给出目标燃料压力为5MPa的情况，但是，每个规定压力都形成一个以实际燃料压力为基础的燃烧条件图，存储在发动机控制单元100的ROM或其它存储器中，用于燃烧控制。
燃烧控制流程图
现在来说明燃料喷射停止后恢复时使用图2中以工作条件为依据的图和图6中以实际燃料压力为基础的修正图进行燃烧控制的流程图。图7是根据第二实施例的燃烧控制流程图。
步骤S31至S36与S11至S16相同，因此，其说明略去。
在步骤S37，燃料喷射时间和点火时间参照图2中以工作条件为依据的图(b)和(c)加以确定和设置。空燃比也参照图2中以工作条件为依据的图(d)加以确定和设置，燃料喷射量根据该空燃比和进气量进行计算和设置。
在步骤S38，燃料喷射时间和点火时间参照图6中以实际燃料压力为依据的图加以确定。空燃比也参照图2中以工作条件为依据的图(d)加以确定，燃料喷射量根据该空燃比和进气量进行计算。
在步骤S39，设置在步骤S38确定的燃料喷射时间和点火时间。还设置在步骤S38确定的燃料喷射量。
在步骤S40，确定是否已到恢复燃料喷射的时候。如果不到，则控制回到步骤S36。如果已到，则控制进行到步骤S41。
在步骤S41，使用在步骤S37或S39设置的燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量恢复燃料喷射，进行分层燃烧。
在根据该实施例的燃烧控制系统中，当燃料喷射停止后要恢复时，如果在目标燃料压力和蓄压室13内的实际燃料压力之间存在差距，那么，就使用图6中以实际燃料压力为基础的修正图修正根据工作条件确定的燃料喷射时间和点火时间。因此，具有最佳空燃比的空气-燃料混合物可以在火花点火时刻处于所需的位置。这样，燃料喷射暂停后恢复时的燃烧控制可以得到改进。更具体地说，当车辆由于恢复燃料喷射而加速时，可以防止工作性能下降。也可以防止由于缺火而引起的燃烧质量下降和不完全燃烧气体的排放。还可以防止发动机由于燃料不能点火而熄火。
采用根据该实施例的燃烧控制系统，也可以使用以工作条件为依据的图设置燃料喷射量，而不根据实际燃料压力进行修正。这样可以防止计算的精密性由于灵敏度不良而下降。
此外，采用根据该实施例的燃烧控制系统，对应于实际燃料压力数值的燃料喷射时间和点火时间预先进行计算，布置到以实际燃料压力为基础的图中。这样，与燃料喷射时间和点火时间先根据工作条件进行确定、然后使用以实际燃料压力为基础的修正图加以修正的情况比较起来，可以简化程序。
第三实施例
在第一和第二实施例中，分层燃烧通过根据实际燃料压力延迟燃料喷射时间和点火时间加以控制，但是，当实际燃料压力超过目标燃料压力的量太大时，仅修正燃料喷射时间和点火时间是不足以进行正常分层燃烧的。在该实施例中，当实际燃料压力与目标燃料压力之间的差超过第一极限差值(如3.25MPa)时，使用比采用图2中以工作条件为依据的图(d)确定的空燃比更浓的空燃比，分层燃烧正常进行(第二控制)。
以空燃比为基础的燃烧修正图
图8示出当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值时的以空燃比为基础的燃烧修正图。根据图8所示的技术方案，第二时间控制部分配置成根据由空燃比控制部分控制的空燃比，控制燃料喷射时间和点火时间中的至少一个。图8中的图(a)是空燃比修正量对实际燃料压力与目标燃料压力之间的差的关系曲线图。如图所示，实际燃料压力与目标燃料压力之间的差越大，空燃比越需要变浓。图8中的图(b)和(c)是燃料喷射时间和点火时间的修正量对空燃比修正量的关系曲线图。空燃比修正量越浓，燃料喷射时间和点火时间越需要延迟。这样的以空燃比为基础的修正图存储在发动机控制单元100的ROM或其它存储器中，用于当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值(其中，第一极限差值＝第一极限值-目标燃料压力)时，修正空燃比、燃料喷射时间和点火时间。
燃烧控制流程图
图9是根据第三实施例的燃烧控制流程图。步骤S51至S56与S11至S16相同，因此，其说明略去。
在步骤S57，由于实际燃料压力与目标燃料压力一致，因此，燃料喷射时间和点火时间参照图2中以工作条件为依据的图(b)和(c)加以确定和设置。空燃比也参照图2中以工作条件为依据的图(d)加以确定，燃料喷射量根据该空燃比和进气量进行计算和设置。
在步骤S58，确定实际燃料压力超过目标燃料压力的量是否大于第一极限差值。如果不大于，则控制进行到步骤S59。如果大于，则控制进行到步骤S60。
步骤S59与第一实施例中的步骤S18至S20或第二实施例中的步骤S38至S39相同；燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量根据实际燃料压力加以设置。
在步骤S60，燃料喷射时间和点火时间参照图2中以工作条件为依据的图(b)和(c)加以确定，空燃比参照图2中以工作条件为依据的图(d)加以确定。
在步骤S61，使用参照图8中以空燃比为依据的修正图(a)而确定的空燃比修正量，将空燃比修正到较浓的空燃比。然后，根据修正的空燃比和进气量计算燃料喷射量。此外，使用参照图8中以空燃比为依据的修正图(d)而确定的修正量延迟燃料喷射时间和点火时间。
在步骤S62，设置在步骤S61确定的燃料喷射时间和点火时间。同时，设置在步骤S61确定的燃料喷射量。
在步骤S63，确定是否已到恢复燃料喷射的时刻。如果未到，控制就回到步骤S56。如果已到，控制就进行到步骤S64。
在步骤S64，使用在步骤S57、S59或S62设置的燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量恢复燃料喷射，进行分层燃烧。上述步骤S61-64对应一个第二时间控制部分，其配置成根据由空燃比控制部分控制的空燃比，控制燃料喷射时间和点火时间中的至少一个。
在根据该实施例的燃烧控制系统中，当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值时，通过根据实际燃料压力与目标燃料压力之间的差将空燃比修正到较浓的数值，并且根据空燃比修正量延迟燃料喷射时间和点火时间，即可进行适当的燃烧控制。
第四实施例
在第三实施例中，当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值时，燃料喷射时间、点火时间和空燃比使用图2中以工作条件为依据的图(b)、(c)和(d)加以确定，并使用采用图8中以空燃比为依据的修正图(a)至(c)确定的修正量进行修正。同时，在该实施例中，也可以预先形成一个图，存储与实际燃料压力数值对应的空燃比以及与空燃比对应的燃料喷射时间和点火时间。
在该实施例中，在实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值的情况下，空燃比、燃料喷射时间和点火时间预先形成。通过使用图2中以工作条件为依据的图(b)、(c)和(d)确定燃料喷射时间、点火时间和空燃比，然后使空燃比变浓并使用图8中以空燃比为依据的修正图(a)至(c)延迟燃料喷射时间和点火时间，形成以空燃比为依据的图。
燃烧控制流程图
图10是根据第四实施例的燃烧控制流程图。步骤S71至S76与S11至S16相同，因此，其说明略去。
在步骤S77，由于实际燃料压力与目标燃料压力一致，因此，燃料喷射时间和点火时间参照图8中以工作条件为依据的图(a)至(c)加以确定和设置。空燃比也参照图2中以工作条件为依据的图(d)加以确定，燃料喷射量根据该空燃比和进气量进行计算和设置。
在步骤S78，确定实际燃料压力超过目标燃料压力的量是否大于第一极限差值。如果不大于，则控制进行到步骤S79。如果大于，则控制进行到步骤S80。
步骤S79与第一实施例中的步骤S18至S20或第二实施例中的步骤S38至S39相同；燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量根据实际燃料压力加以设置。
在步骤S80，空燃比、燃料喷射时间和点火时间参照存储在发动机控制单元100的ROM或其它存储器中的图加以确定。燃料喷射量根据空燃比和进气量进行计算。
在步骤S81，设置在步骤S80确定的燃料喷射时间和点火时间。同时，设置在步骤S80确定的燃料喷射量。
在步骤S82，确定是否已到恢复燃料喷射的时刻。如果未到，控制就回到步骤S76。如果已到，控制就进行到步骤S83。
在步骤S83，使用在步骤S77、S79或S81设置的燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量恢复燃料喷射，进行分层燃烧。上述步骤S80-83对应一个第二时间控制部分，其配置成根据由空燃比控制部分控制的空燃比，控制燃料喷射时间和点火时间中的至少一个。
在根据该实施例的燃烧控制系统中，当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值时，通过根据实际燃料压力将空燃比修正到较浓的数值，并且根据修正的空燃比延迟燃料喷射时间和点火时间，即可进行适当的燃烧控制。
在该实施例中，空燃比图预先形成，存储与实际燃料压力对应的空燃比以及与空燃比对应的燃料喷射时间和点火时间。这样，与空燃比、燃料喷射时间和点火时间先根据图2中以工作条件为依据的图(a)、(b)和(d)进行确定然后使用图8中以空燃比为基础的修正图(a)至(c)加以修正的情况比较起来，可以简化实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值时所进行的燃烧控制程序。
第五实施例
在实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值的情况下，第三和第四实施例可以通过使空燃比变浓进行分层燃烧。但是，也可以使燃烧方式从分层燃烧改变到均匀燃烧。在均匀燃烧中，燃料在进气冲程期间进行喷射。因此，必须在火花点火时刻控制具有最佳空燃比的空气-燃料混合物的位置，即使在实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值时，燃烧也可以得到适当控制。
燃烧控制流程图
图11是根据第五实施例的燃烧控制流程图。步骤S91至S96与S11至S16相同，因此，其说明略去。
在步骤S97，由于实际燃料压力与目标燃料压力一致，因此，燃料喷射时间和点火时间参照图2中以工作条件为依据的图(b)和(c)加以确定和设置。空燃比也参照图2中以工作条件为依据的图(d)加以确定，燃料喷射量根据该空燃比和进气量进行计算和设置。
在步骤S98，确定实际燃料压力超过目标燃料压力的量是否大于第一极限差值。如果不大于，则控制进行到步骤S99。如果大于，则控制进行到步骤S100。
步骤S99与第一实施例中的步骤S18至S20或第二实施例中的步骤S38至S39相同；燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量根据实际燃料压力加以设置。
在步骤S100，燃料喷射时间、点火时间和用于进气冲程喷射的燃料喷射量设置成进行均匀燃烧。
在步骤S101，确定是否已到恢复燃料喷射的时刻。如果未到，控制就回到步骤S96。如果已到，控制就进行到步骤S102。
在步骤S102，使用在步骤S97、S99或S100设置的燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量恢复燃料喷射，进行均匀燃烧。
在该实施例中，当实际燃料压力超过目标燃料压力的量等于或小于第一极限差值时，通过根据实际燃料压力控制燃料喷射时间和点火时间，进行分层燃烧。同时，当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值时，在进气冲程期间喷射燃料，进行均匀燃烧，以防可能在分层燃烧期间发生的燃烧条件的下降。
第六实施例
在实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值的情况下，第五实施例通过转换到均匀燃烧控制燃烧。但是，也可以使系统配置成，如同第三和第四实施例那样，当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值时，通过使空燃比变浓而进行分层燃烧，当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于一个比第一极限差值大的第二极限差值时，进行均匀燃烧。
燃烧控制流程图
图12是根据第六实施例的燃烧控制流程图。步骤S111至S116与S11至S16相同，因此，其说明略去。
在步骤S117，由于实际燃料压力与目标燃料压力一致，因此，燃料喷射时间和点火时间参照图2中以工作条件为依据的图(b)和(c)加以确定和设置。空燃比也参照图2中以工作条件为依据的图(d)加以确定，燃料喷射量根据该空燃比和进气量进行计算和设置。
在步骤S118，确定实际燃料压力超过目标燃料压力的量是否大于第一极限差值。如果不大于，则控制进行到步骤S119。如果大于，则控制进行到步骤S120。
步骤S119与第一实施例中的步骤S18至S20或第二实施例中的步骤S38至S39相同；燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量根据实际燃料压力加以设置。
在步骤S120，确定实际燃料压力超过目标燃料压力的量是否大于第二极限差值。如果不大于，则控制进行到步骤S121。如果大于，则控制进行到步骤S122。
步骤S121与第三实施例中的步骤S60至S62或第四实施例中的步骤S80和S81相同，就是说，使空燃比变浓，根据变浓的空燃比设置燃料喷射时间和点火时间。上述步骤S120-121对应一个第二时间控制部分，其配置成根据由空燃比控制部分控制的空燃比，控制燃料喷射时间和点火时间中的至少一个。
在步骤S122，设置燃料喷射时间、点火时间和用于进气冲程喷射的燃料喷射量。
在步骤S123，确定是否已到恢复燃料喷射的时刻。如果未到，控制就回到步骤S116。如果已到，控制就进行到步骤S124。
在步骤S124，使用在步骤S117、S119或S121设置的燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量恢复燃料喷射，进行分层燃烧，或者使用在步骤S122设置的燃料喷射时间、点火时间和燃料喷射量恢复燃料喷射，进行均匀燃烧。
在该实施例中，燃烧控制如下。当实际燃料压力超过目标燃料压力的量等于或小于第一极限差值时，通过根据实际燃料压力控制燃料喷射时间和点火时间，进行分层燃烧。当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值但是等于或小于第二极限差值时，通过使空燃比变浓并且根据变浓的空燃比延迟燃料喷射时间和点火时间，进行分层燃烧。当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第二极限差值时，进行均匀燃烧。因此，分层燃烧尽可能进行，燃料效率得到提高。同时，通过当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第二极限差值、分层燃烧不能正常进行时而进行均匀燃烧，防止出现燃烧控制质量下降的问题。
其它实施例
在前述几个实施例中，当燃料喷射停止后恢复燃料喷射和进行分层燃烧时，燃料喷射时间和点火时间都根据实际燃料压力或空燃比加以控制。但是，也可以使用图2中以工作条件为依据的图(b)和(c)控制一个即或者是燃料喷射时间或者是点火时间，并且根据实际燃料压力或空燃比控制另一个。
这里，仅根据实际燃料压力或空燃比控制燃料喷射时间和点火时间之一，也可以改进燃烧状态。
虽然前述几个实施例提供预先燃料切断延迟时间，但是，如果采用其它某种方法减轻恢复燃料喷射的震动，也可以不提供预先燃料切断延迟时间，预先燃料切断延迟时间是节气阀16关闭后燃料喷射继续进行直至燃料喷射停止的时期。在这种情况下，燃料效率得到进一步提高，因为燃料喷射可以在关闭节气阀16之后立即予以停止。
在前述几个实施例中，在稳态行驶期间，通过关闭节气阀16开始减速，当发动机转速达到规定转速时，恢复燃料喷射。在预热方式完成后在2000转/分钟下关闭节气阀16和发动机转速达到规定转速时恢复燃料喷射的情况下，本发明也可以用于改进燃料喷射恢复时的燃烧控制。
同时，当实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值时，虽然前述几个实施例通过使空燃比变浓改进对分层燃烧的控制，但也可以不通过使空燃比变浓，而是通过在压缩冲程期间进行两次燃料喷射来改进分层燃烧控制。
这里，用于描述一个组件、一个装置的部分的用语“配置成”包括经构造和/或编程以执行所需功能的硬件和/或软件。
另外，权利要求中以“装置加功能”方式表达的术语应当包括可以用于执行本发明该部分的功能的任何结构。
这里使用的程度术语、象“基本”、“大约”和“大体”意指修正项的合理偏差量，使最终结果没有很大变化。例如，这些术语可以解释为包括修正项的至少±5％的偏差，如果该偏差不会否定它所修正的词的意思。
本发明要求日本专利申请2003-023317的优先权，该申请在此作为参考文献。
因为仅选择了一些实施例描述本发明，所以对于本领域技术人员，显然可以不超出所附权利要求书限定的本发明范围而作出各种改变和改进。此外，上文本发明实施例的说明仅是示例，并不限制所附权利要求书限定的本发明。因此，本发明范围不限于所述实施例。
Claims (15)
1.一种用于直接燃料喷射的火花点火式发动机的燃烧控制系统，它包括：
一个目标燃料压力获得部分，配置成根据在由于规定工作条件发生而暂停燃料喷射的一规定时间经过之后、确定要恢复燃料喷射时存在的工作条件，获得恢复燃料喷射所需的一个目标燃料压力；
一个实际燃料压力检测部分，配置成当确定要恢复燃料喷射时，检测在一个高压燃料输送系统的一个蓄压室内的一个实际燃料压力；
一个时间获得部分，配置成根据确定要恢复燃料喷射时的工作条件，获得恢复燃料喷射所需的一个燃料喷射时间和一个点火时间；以及
一个第一时间控制部分，配置成将目标燃料压力与实际燃料压力进行比较，当要恢复燃料喷射时，根据比较的结果，对燃料喷射时间和点火时间中的至少一个进行修正。
2.根据权利要求1所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，第一时间控制部分还配置成对由时间获得部分根据实际燃料压力与目标燃料压力之间的差值而确定的燃料喷射时间和点火时间中的至少一个进行修正。
3.根据权利要求2所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，第一时间控制部分还配置成对燃料喷射时间和点火时间都进行修正。
4.根据权利要求1所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，第一时间控制部分包括一个第一时间存储部分和一个第一时间读取部分，第一时间存储部分配置成存储对应实际燃料压力的燃料喷射时间和点火时间中的至少一个，第一时间读取部分配置成根据由实际燃料压力检测部分检测的实际燃料压力、读取存储在第一时间存储部分中的存储的燃料喷射时间和存储的点火时间中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，第一时间控制部分还配置成对燃料喷射时间和点火时间都进行修正。
6.根据权利要求1所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，第一时间控制部分还配置成对燃料喷射时间和点火时间都进行修正。
7.根据权利要求1所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，它还包括：
一个空燃比获得部分，配置成根据当确定要恢复燃料喷射时存在的工作条件，获得恢复燃料喷射所需的一个空燃比；
一个空燃比控制部分，配置成根据实际燃料压力控制空燃比；
一个第二时间控制部分，配置成根据由空燃比控制部分控制的空燃比，控制燃料喷射时间和点火时间中的至少一个；以及
一个第一时间控制选择部分，配置成选择一个第一控制和一个第二控制，第一控制在实际燃料压力与目标燃料压力之间的差小于或等于一个预置的第一极限差值时、由第一时间控制部分来执行，第二控制在实际燃料压力超过目标燃料压力的量大于第一极限差值时、由第二时间控制部分来执行。
8.根据权利要求7所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，第二时间控制部分还配置成对燃料喷射时间和点火时间都进行控制。
9.根据权利要求7所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，空燃比控制部分还配置成根据实际燃料压力与目标燃料压力之间的差、修正由空燃比获得部分获得的空燃比；第二时间控制部分还配置成根据空燃比被修正的量、修正燃料喷射时间和点火时间中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，第二时间控制部分还配置成对燃料喷射时间和点火时间都进行控制。
11.根据权利要求7所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，空燃比控制部分包括一个空燃比存储部分和一个空燃比读取部分，空燃比存储部分配置成存储在实际燃料压力与目标燃料压力之间的差大于第一极限差值的情况下的对应实际燃料压力的空燃比，空燃比读取部分配置成根据由实际燃料压力检测部分检测的实际燃料压力、读取存储在空燃比存储部分中的一个空燃比；第二时间控制部分包括一个第二时间存储部分和一个第二时间读取部分，第二时间存储部分配置成存储在差值大于第一极限差值情况下的对应空燃比的燃料喷射时间和点火时间中的至少一个，第二时间读取部分配置成根据由空燃比读取部分读取的空燃比、读取存储在第二时间存储部分中的燃料喷射时间和点火时间中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，第二时间控制部分还配置成对燃料喷射时间和点火时间都进行控制。
13.根据权利要求7所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，第一时间控制选择部分还配置成选择性地执行下列之一：
当实际燃料压力与目标燃料压力之间的差小于或等于一个预置的第一极限差值时，使用由第一时间控制部分执行的第一控制进行分层燃烧；
当所述差大于第一极限差值且小于或等于大于第一极限差值的一个预置的第二极限差值时，使用由第二时间控制部分和空燃比控制部分执行的第二控制进行分层燃烧；
当所述差大于第二极限差值时，使用用于进气冲程喷射的进气冲程燃料喷射时间和进气冲程点火时间进行均匀燃烧。
14.根据权利要求1所述的直接燃料喷射的燃烧控制系统，其特征在于，它还包括一个第二时间控制选择部分，配置成选择性地执行下列之一：
当实际燃料压力与目标燃料压力之间的差小于或等于一个预置的第一极限差值时，使用由第一时间控制部分执行的第一控制进行分层燃烧；
当所述差大于第一极限差值时，使用用于进气冲程喷射的进气冲程燃料喷射时间和进气冲程点火时间进行均匀燃烧。
15.一种用于直接燃料喷射的火花点火式发动机的直接燃料喷射的燃烧控制方法，它包括：
根据在由于规定工作条件发生而暂停燃料喷射的一规定时间经过之后、确定要恢复燃料喷射时存在的工作条件，获得恢复燃料喷射所需的一个目标燃料压力；
在确定要恢复燃料喷射时，检测在一个高压燃料输送系统的一个蓄压室内的一个实际燃料压力；
根据确定要恢复燃料喷射时的工作条件，获得恢复燃料喷射所需的一个燃料喷射时间和一个点火时间；以及
在要恢复燃料喷射时，通过将目标燃料压力与实际燃料压力进行比较，并且在要恢复燃料喷射时根据比较的结果修正燃料喷射时间和点火时间中的至少一个，对燃料喷射时间和点火时间进行控制。
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