CN1777746A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的控制装置，其是向气缸的燃烧室内直接喷射燃料的气缸内直接喷射式的发动机(1)的控制装置，具备设于发动机(1)的进气通路(13)的节流阀(9)的下游侧并测定吸入发动机(1)的空气量的气体流量计(28)、根据气体流量计(28)所输出的测定信息算出燃料喷射量并向喷射器(14)输出信号的控制电路(26)。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制气缸内直接喷射式内燃机的燃料喷射的控制装置。本申请对于2003年4月21日提出的日本专利申请特愿2003-115908号主张优先权，在这里引用其内容。

背景技术

在车辆等所使用的内燃机之中，有的在进气歧管(进气通路)的上游侧设有节流阀(throttle valve)，在该节流阀的下游侧设有燃料喷射阀及空气流量传感器(例如参照特公平4-15388号公报)。空气流量传感器所输出的进气量信号被输入控制电路，算出与内燃机的运转状态对应的燃料喷射量。此后，基于所算出的燃料喷射量的燃料喷射量信号被从控制电路输出，进行所述燃料喷射阀的动作控制。

但是，所述以往的构成中，当进气歧管的内部变为负压状态时，由于空气流量传感器就会对在吸入内燃机的空气中增加了用于将进气歧管内充满的空气的空气流量进行测定，因此就有在节流阀开始打开时无法进行最佳的燃料喷射，燃料的燃烧效率降低这样的缺点。另一方面，在内燃机之中，虽然有通过采用向燃烧室内直接喷射燃料的气缸内直接喷射式来提高燃料的燃烧效率的内燃机，但是为了进行进一步的改善，需要克服所述缺点。

发明内容

本发明是鉴于所述情况而完成的，提供一种内燃机的控制装置，对于气缸内直接喷射式的内燃机，即使在节流阀开始打开时也能够精度优良地测定进气量而实现最佳的燃料喷射。

本发明提供一种内燃机的控制装置，是向气缸的燃烧室内直接喷射燃料的气缸内直接喷射式的内燃机的控制装置，其具备：设于所述内燃机的进气通路的节流阀的下游侧并测定吸入该内燃机的空气量的空气流量传感器、根据该空气流量传感器所输出的测定信息算出燃料喷射量并且向所述内燃机的燃料喷射装置输出信号的控制部。

根据该内燃机的控制装置，在内燃机的运转状态中，即使在节流阀开始打开时，由于可以利用设于进气通路的节流阀的下游侧的空气流量传感器来测定吸入内燃机内的空气，因此就能够将充满进气通路内的空气除去而仅对吸入内燃机的空气进行测定。而且，由于内燃机为气缸内直接喷射式，因此就能够测定从进气阀打开直至关闭期间吸入该内燃机的实际的空气量，在内燃机的一个循环内实时地进行与该测定信息对应的燃料喷射。

另外，基于在内燃机开始或结束进气时在进气通路的节流阀的下游侧空气流量变化很大的情况，可以利用由空气流量传感器获得的信息，进行内燃机的进气的开始及结束的判定、进气量的运算及燃料喷射时刻的控制等。

附图说明

图1是本发明的实施方式的内燃机的构成图。

图2是表示发动机运转时的进气通路中的空气流量、进气阀提升量及发给喷射器的指令信号的随时间的变化的图。

图3是表示控制电路中的处理的流程图。

具体实施方式

下面，将基于附图对本发明的实施方式进行说明。

如图1所示，发动机(内燃机)1是活塞4在发动机机体2的多个圆筒3内分别进行往复直线运动的多气缸往复式发动机，通过活塞4往复运动，使圆筒3内的容积改变，从而反复进行进气、压缩、燃烧(膨胀)、排气的各冲程。在对应于发动机机体2的各气缸的进气口5的外部侧开口上，分别连接有作为进气歧管6的进气方向的下游侧的分支管7，在作为进气歧管6的进气方向的上游侧的集合管8上，连接有节流阀体10，该节流阀体10具有对吸入发动机1的空气量(进气量)进行调整的节流阀(throttle valve)9。另外，在节流阀体10的上游侧，连接有空气滤清器11及进气管12，由这些进气歧管6、节流阀体10、空气滤清器11及进气管12构成发动机的进气通路13。

在发动机机体2上，对每个气缸设置有使电磁式的燃料喷射阀面向燃烧室内的喷射器(燃料喷射装置)14，利用喷射器14的动作向燃烧室内直接喷射给定量的燃料。即，发动机1被构成为气缸内直接喷射式的发动机。向各喷射器14供给用燃料泵16从燃料罐15内抽出并用调节器17进行了调压的燃料。

另外，在发动机机体2上，对每个气缸分别设有使进气口5的燃烧室侧开口开闭的进气阀18、使排气口19的燃烧室侧开口开闭的排气阀20及使点火电极部面向燃烧室内的火花塞21。火花塞21的点火是接收来自检测飞轮(曲柄轴25)的旋转角度的磁传感器22的输出而在适当的点火时刻进行的，各进气阀18及排气阀20的开闭动作是利用未图示的凸轮轴进行的。而且，在各排气口19的外部侧开口上，连接有排气歧管23。

各活塞4借助连杆24与曲柄轴25的曲柄销连结。

这样，在发动机1的运转状态中，当节流阀9打开时，因处于进气冲程的气缸、即进气阀18为打开的状态并且活塞4从上止点向下止点下降的气缸的吸入负压，外部气体(空气)就被从进气通路13抽吸而导入圆筒3内。另外，在该气缸的进气阀18关闭后，燃料从喷射器14向因活塞4的上升而被压缩了的空气中喷射，并且被火花塞21点火，从而燃料和空气的混合气就开始燃烧。这里，来自喷射器14的燃料的喷射量被与吸入圆筒3内的空气量对应地调整。使混合气燃烧而得的燃烧能将活塞4压下，并且驱动曲柄轴25旋转。

发动机1的运转状态下的燃料喷射量及燃料喷射时刻的控制是利用控制电路(控制部)26进行的。该控制电路26是所谓的ECU(ElectronicControl Unit)，具有CPU(Central Processing Unit)和ROM(Read OnlyMemory)等，接受来自电池27的电能供给而动作。该控制电路26将来自气体流量计(空气流量传感器)28的输出电流等作为输入数据而进行给定的处理，向各部输出指令信号，其中气体流量计28被分别设于处于节流阀体10的节流阀9的下游侧的进气歧管6的各分支管7上。

这里，气体流量计28是可以将吸入发动机1的空气量作为质量流量检测出的传感器，作为适于该实施方式的气体流量计28，可以举出在硅基板上蒸镀有白金薄膜，并按照将该白金薄膜的温度保持一定的方式通电的传感器。由于当流过白金薄膜的周围的空气的质量增加时，白金薄膜的温度下降，因此气体流量计28为了将温度保持一定，就会增加向白金薄膜通入的电流。另一方面，由于当流过白金薄膜的周围的空气的质量减少时，白金薄膜的温度上升，因此气体流量计28就会减少向白金薄膜通入的电流。像这样，由于电流值与流过白金薄膜的周围的空气的质量的增减成比例地增减，因此就可以通过监测该电流值来测定空气流量。

此外，通过将气体流量计28设于节流阀9的下游侧，就可以将用于充满进气通路13的节流阀9的下游侧的部位的空气除去，而仅对吸入发动机1内的空气进行测定。特别是，通过将气体流量计28设于作为进气歧管6的下游侧的分支管7上，就可以降低由用于充满容积比较大的进气歧管6内的空气量导致的测定误差。另外，通过将气体流量计28分别设于各分支管7上，就能够对发动机1的每个气缸直接测定进气量。

下面，将基于图2的图对由控制电路26处理的数据及发给各部的指令信号进行说明。而且，图2是分别在横轴中表示时间，在纵轴中表示随着发动机1的运转的空气流量、进气阀18的提升量及与所述空气流量的变化对应地输出的发给喷射器14的指令信号的图。

空气流量表示由气体流量计28的输出电流换算得到的值，发给喷射器14的指令信号在为0时表示燃料喷射阀关闭，不进行燃料喷射，在为1时则表示燃料喷射阀打开，进行燃料喷射。另外，进气阀18的提升量在为0时表示进气阀18关闭，如果大于0，则表示进气阀18以与该值对应的开度打开。

随着时间的推移而变动的空气流量是由在来自气体流量计28的输出电流上乘以给定的系数而得的值求得的。将所得的空气流量多于给定的基准值的时候作为顺流处理，将小于等于该给定的基准值的情况作为逆流处理。这里，所谓顺流是指空气沿被发动机1抽吸的方向流动的情况，所谓逆流是指空气沿顺流的反方向，即沿节流阀侧的方向流动的情况。而且，逆流是在进气阀18关闭时，因被截止的空气沿反方向流动而发生的。

如果将顺流和逆流交互地发生的状态称作脉动流，则在该状态下进气阀18关闭。此外，空气流量超过脉动流的范围而增加的区域相当于空气被向发动机1抽吸的区域，即相当于发动机1的进气冲程，该状态下进气阀18打开。当在该区域内取结束于所述基准值的空气流量的总和时，则成为进气冲程中的发动机1的总进气量。

发动机1的进气的开始设为空气流量超过了脉动流范围的上限值的时候。此时，阀提升量从0的状态上升并开始增加其开度。即，进气阀18打开。

另外，进气的结束设为超过脉动流范围的上限值而增加的空气流量其后开始减少，再次回到脉动流范围的时候。此时，与空气流量一起开始减少的阀提升量回到0的状态。即，进气阀18关闭。

成为发动机1的进气的开始的进气的上升随着发动机1的运转而周期性地显现，发生进气的上升的周期相当于该气缸的一个循环。所以，如果调查从发生进气的上升时开始经过的时间，则可以知道此时的曲柄轴25的旋转角度(例如相当于对混合气的点火时刻的旋转角度等)。另外，如果对在给定时间内发生的进气的上升的次数进行计数，则可以知道发动机1的转速及旋转速度。

发给喷射器14的指令信号，从确认了进气的上升时开始，仅在给定时间期间，从0切换为1，在该期间喷射器14向燃烧室内喷射燃料。所谓给定时间是为了从喷射器14中将由总进气量求得的必需的燃料喷射量喷出所需要的时间。而且，必需的燃料喷射量是在总进气量上乘以空燃比而求得的。

这里，由于发动机1为气缸内直接喷射式，因此可以从确认进气的上升后到进气结束的期间，即从进气阀18打开后到关闭的期间，测定吸入发动机1的空气量，即总进气量，在发动机1的一个循环内实时地进行与该实测的总进气量相对应的燃料喷射。

而且，进行此种处理的控制电路26具有：在气体流量计28的输出电流上乘以给定的系数而算出空气流量的空气流量运算机构、判定空气的流动方向和进气的开始及结束的进气判定机构、算出进气冲程的进气量的总和的总进气量运算机构、与总进气量对应地算出燃料喷射量并且进行喷射器等的控制的燃料喷射量控制机构。

下面，基于图3的流程图，对利用控制电路26进行的处理的流程进行说明。而且，该处理是在发动机1起动后每隔一定的周期被作为中断处理而反复进行的。

首先，在步骤S1中判定进气阀18是否关闭。这里，当进气阀18打开时(在步骤S1中为“否”)，即在发动机1处于进气冲程的情况下，转移至步骤S2进行进气量的运算处理。该运算是基于气体流量计28的输出电流进行的，将该运算结果储存在存储器中，结束这里的处理。

此后，当再次开始处理时，在进气阀18关闭的情况下(步骤S1中为“是”)，即在发动机1的进气冲程结束的情况下，转移至步骤S3。而且，在该时刻被储存于存储器中的进气量的运算结果成为总进气量。这里，在允许进行燃料喷射的情况下(步骤S3中为“是”)，转移至步骤S4，进行燃料喷射处理。而且，在不允许进行燃料喷射的情况下(步骤S3中为“否”)，结束此处的处理。步骤S4的燃料喷射处理中，按照使燃料相对于总进气量的比达到给定的值(空燃比)的方式决定燃料喷射量，并向燃料喷射泵16及喷射器14输出指令信号以喷射该量。

然后，转移至步骤S5，当允许进行点火时(步骤S5中为“是”)，即如果根据磁传感器22所输出的曲柄轴25的旋转角度确认为点火时刻，则前进到步骤S6，进行点火处置。即，对混合气点火而使之燃烧。而且，在不允许进行点火的情况下(步骤S5中为“否”)，结束这里的处理。点火处理后前进到步骤S7，将储存于存储器中的进气量的运算结果清除，结束处理。

每隔给定的周期反复进行以上的处理，实时地进行进气量的总和的运算(步骤S2)、与之相应的量的燃料喷射(步骤S4)这样的燃料的喷射控制。

根据所述的实施方式，吸入发动机1内的空气通过设于进气通路13的节流阀9的下游侧的气体流量计28测定，因此即使在节流阀9开始打开时，也可以将用于充满进气通路13内的空气除去而仅对吸入发动机1内的空气进行测定。而且，由于发动机1为气缸内直接喷射式，因此在对从进气阀18打开后到关闭期间吸入发动机1的空气量，即总进气量进行了测定后，就能够在发动机1的一个循环内实时地进行与该实际的进气量对应的燃料喷射。由此，进气量的检测精度高，可以实现燃料喷射量的最佳化。这样，就可以提高混合气的燃烧效率，改善发动机1的响应性及燃料消耗性能。

另外，可以用由气体流量计28得到的信息进行进气的开始及结束的判定、进气量的运算、燃料喷射量的运算及燃料喷射时刻的控制等。由此，与使用了多个传感器的情况相比，可以削减为了保存故障诊断用的程序所必需的控制装置的存储器容量，并且还可以减少CPU的处理的负担。另外，当作为发动机控制系统整体看时，因传感器的数目减少，故布置的自由度增大，对于组装时的工时削减也有贡献。

另外，在进气阀18的开闭时刻与发动机1的转速对应地可变的情况下，由于基于实际的进气量来决定燃料的喷射量，因此就不需要进行对每个压力及发动机转速都决定喷射量这样的复杂的运算处理。

而且，本发明并不限定于所述的实施方式，例如也可以将气体流量计28仅设于进气歧管6的与任意的气缸相对应的分支管7上，根据气体流量计布设气缸的进气量，利用推测求得向其他的气缸中的进气量。同样地，也可以将气体流量计28仅设于进气歧管6的集合管8上。另外，也可以是不使用进气歧管6而在每个气缸上具有独立的节流阀体的发动机或单气缸发动机。

另外，发动机1的点火时刻虽然基于监视曲柄轴25的旋转角度的磁传感器22来决定，但是也可以基于由气体流量计28获得的信息，利用控制电路26对其进行控制。

工业上的可利用性

本发明涉及一种内燃机的控制装置，是向气缸的燃烧室内直接喷射燃料的气缸内直接喷射式内燃机的控制装置，其具备：设于所述内燃机的进气通路的节流阀的下游侧并测定吸入该内燃机的空气量的空气流量传感器、根据该空气流量传感器所输出的测定信息算出燃料喷射量并且向所述内燃机的燃料喷射装置输出信号的控制部。

根据本发明的内燃机的控制装置，即使在节流阀开始打开时，进气量的检测精度也很高，可以实现燃料喷射量的最佳化。这样，就可以提高混合气的燃烧效率，改善内燃机的响应性及燃料消耗性能。

另外，由于可以利用由空气流量传感器获得的信息，进行内燃机的进气的开始及结束的判定、进气量的运算及燃料喷射时刻的控制等，因此就可以减少传感器数目，可以削减设计和安装工时。

Claims (1)

1.一种内燃机的控制装置，是向气缸的燃烧室内直接喷射燃料的气缸内直接喷射式的内燃机的控制装置，其特征是，具备：

设于所述内燃机的进气通路的节流阀的下游侧并测定吸入该内燃机的空气量的空气流量传感器；

根据该空气流量传感器所输出的测定信息算出燃料喷射量并向所述内燃机的燃料喷射装置输出信号的控制部。

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