专利名称：用于内燃机的控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有用于将燃料喷入气缸的第一燃料喷射机构(缸内喷射器)和用于将燃料喷入进气歧管或者进气口的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)，并且尤其是涉及当第一和第二燃料喷射机构之间的燃料喷射比率改变时或者当内燃机所需负荷改变时附着在进气口内壁上的燃料量的技术。
背景技术：
公知的一种内燃机具有用于将燃料喷入发动机进气歧管的进气歧管喷射器和用于将燃料喷入发动机燃烧室的缸内喷射器，并且构造成基于发动机速度和发动机负荷判断进气歧管喷射器和缸内喷射器之间的燃料喷射比率。在这内燃机中，对应于从两个燃料喷射阀喷射之和的总喷射量预定为发动机负荷的函数，并且总喷射量随着发动机负荷增大而增大。
在这样一种内燃机中，当发动机负荷已经超过设定的负荷并且进气歧管喷射器的燃料喷射开始时，从进气歧管喷射器喷射的燃料的一部分附着在进气歧管的内壁上。结果，从进气歧管供应到发动机燃烧室的燃料量比已经从缸内喷射器喷射的燃料量要小。因而，如果根据预定为发动机负荷的函数的喷射量，燃料从燃料喷射阀的每个中喷射，则当进气歧管喷射器开始喷射燃料时，实际供应到发动机燃烧室的燃料量变得比所需燃料量(稀的状态)要小。因而，出现了发动机的输出扭矩暂时下降的问题。
此外，在这样一种内燃机中，当发动机负荷已经下降到低于预设负荷并且进气歧管喷射器已经停止喷射燃料时，附着在进气歧管的内壁上的燃料持续供应到发动机的燃烧室。结果，如果根据预定为发动机负荷的函数的喷射量，燃料从各个燃料喷射阀喷射时，则当进气歧管喷射器停止燃料喷射时，实际供应到发动机燃烧室的燃料量变得大于所需的燃料量(浓的状态)。因而，出现了发动机的输出扭矩暂时升高的问题。
日本专利公开No.5-231221公开了一种燃料喷射式内燃机，其包括用于将燃料喷入气缸的缸内喷射器和用于将燃料喷入进气歧管或者进气口的进气歧管喷射器，以用于防止当进气口喷射和停止时，发动机输出扭矩的波动。燃料喷射式内燃机包括用于将燃料喷入发动机进气歧管的第一燃料喷射阀(进气歧管喷射器)和用于将燃料喷入发动机燃烧室的第二燃料喷射阀(缸内喷射器)，其中，当发动机的运转状态在预定的运转状态下时，第一燃料喷射阀停止喷射燃料，并且当发动机运转状态不在预定的运转范围下时，第一燃料喷射阀喷射燃料。燃料喷射式内燃机包括用于估计当第一燃料喷射阀开始喷射燃料时的歧管内壁上的附着燃料量并且用于估计当第一燃料喷射阀停止燃料喷射时流入发动机燃烧室的附着燃料的流入量的装置，和用于校正第二燃料喷射阀喷射的燃料量以使之增大当第一燃料喷射阀开始喷射燃料时上述附着的燃料量，并且用于校正第二燃料喷射阀喷射的燃料量以使之减小当第一燃料喷射阀停止喷射燃料时上述流入量的装置。
根据燃料喷射式内燃机，通过校正第二燃料喷射阀喷射的燃料量以使之增大当第一燃料喷射阀开始喷射燃料时上述附着的燃料量，实际供应到发动机燃烧室的燃料量满足所需的燃料量；通过校正第二燃料喷射阀喷射的燃料量以使之减小当第一燃料喷射阀停止喷射燃料时上述流入量，实际供应到发动机燃烧室的燃料量满足所需的燃料量。结果，在第一燃料喷射阀开始或者停止供应燃料的任一情况下，供应到发动机燃烧室的燃料量满足所需的燃料量，因而防止了发动机输出扭矩的波动。
然而，在日本专利公开No.5-231221中公开的燃料喷射式内燃机中，仅仅当还没有进行的第一燃料喷射阀(进气歧管喷射器)的燃料喷射开始时或者当已经进行的第一燃料喷射阀(进气歧管喷射器)的燃料喷射停止时，校正第二燃料喷射阀(缸内喷射阀)喷射的燃料量。具体地，其致力于DI比率r(缸内喷射器喷射的燃料量占喷射燃料总量的比率)从1开始变化(从仅仅缸内喷射器喷射燃料的状态变化到进气歧管喷射器开始喷射燃料的状态)的情况，或者DI比率r从0开始变化(从仅仅进气歧管喷射器喷射燃料的状态变化到缸内喷射器开始喷射燃料的状态)的情况。此处，使用缸内喷射器仅仅校正伴随着进气歧管喷射器的开/关的壁附着量。
进一步，通常，当车辆行驶时，内燃机所需负荷过渡地波动。当负荷过渡地波动时，所需总燃料量以及DI比率同样波动。因而，进气歧管喷射器喷射的燃料量过渡地变化。对于负荷的过渡地波动，必须进行的校正与当还没有进行的燃料喷射开始时或者已经进行的燃料喷射停止时的校正不同。
考虑到由于以下因素出现这样的问题。传统地，在仅仅具有进气歧管喷射器的发动机中，对于根据负荷设定的暖机后的稳定状态中的壁附着量，已经表示了进气管压力和喷射量(与负荷成比例)对附着量的影响。当对应于负荷的所需燃料量在缸内喷射器和进气歧管喷射器之间分担时，在进气歧管喷射器喷射的燃料量和负荷以及DI比率之间没有建立比例关系。因而，通过将稳定状态下的壁附着量仅仅表示为负荷的函数不能够正确地知道壁附着量。
发明内容
已经作出本发明来解决上述问题，本发明目的是提供一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有分别将燃料喷入气缸和进气歧管的第一和第二燃料喷射机构，所述用于内燃机的控制设备能够精确地估计当负荷和/或DI比率变化的壁附着量以进行校正。
本发明的一个方面提供一种用于内燃机的控制设备，其控制的内燃机具有将燃料喷入气缸的第一燃料喷射机构和将所述燃料喷入进气歧管的第二燃料喷射机构，控制设备包括控制器，其基于所述内燃机的所需的条件控制所述第一和第二燃料喷射机构以分担喷射所述燃料；和估计器，当燃料喷射比率从所述第一和第二燃料喷射机构中一个没有停止喷射燃料的状态变化时，所述估计器对所述进气歧管的壁附着燃料进行估计。所述估计器基于所述内燃机的负荷和所述燃料喷射比率中至少一个对所述进气歧管的壁附着燃料进行估计。
根据本发明，当第一燃料喷射机构(例如，缸内喷射器)和第二燃料喷射机构(例如，进气歧管喷射器)两者喷射燃料(0＜DI比率r＜1)时，如果例如DI比率r逐级增大(r＜1)而内燃机的负荷相同，或者内燃机的负荷逐级减小而DI比率r相同，则进气歧管喷射器的燃料喷射量逐级减小。此处，已经附着在进气口上的燃料被吸入燃烧室。这会导致浓的空燃比，因而估计为了减小燃料喷射量而进行校正所需的壁附着燃料。相反，当缸内喷射器和进气歧管喷射器两者喷射燃料(0＜DI比率r＜1)时，如果DI比率r逐级减小(r＜1)而内燃机的负荷相同，或者内燃机的负荷逐级增大而DI比率r相同，则进气歧管喷射器的燃料喷射量逐级增大。此处，已经吸入到燃烧室的燃料减小直到规定的燃料量附着在进气口上。这会导致稀的空燃比，因而估计为了增大燃料喷射量而进行校正所需的壁附着燃料。进一步，当内燃机的负荷逐级变化并且DI比率r逐级变化(r＜1)时，进气歧管喷射器的燃料喷射量逐级变化。在这样的情况下，当进气歧管喷射器的燃料喷射量逐级减小时，已经附着在进气口上的燃料吸入燃烧室中使得空燃比变浓，并且当进气歧管的喷射器逐级增大时，吸入燃烧室的燃料减小直到规定的燃料量附着在进气口上以使空燃比变稀。因而，估计为了增大燃料喷射量而进行校正所需的壁附着燃料。因而缸内喷射器和进气歧管喷射器继续分担喷射燃料的状态时(即，当喷射器的若任何一个没有停止喷射燃料时)，在DI比率r和/或内燃机的负荷变化前后，能够防止例如由于例如随后的空燃比反馈的延迟而引起的排放的恶化，由此维持了所需燃烧状态。因而，可以提供一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有分别将燃料喷入气缸和进气歧管的第一和第二燃料喷射机构，所述用于内燃机的控制设备能够精确地估计当负荷和/或DI比率变化的壁附着量以进行校正。
优选地，估计器根据所述内燃机的所述负荷，仅仅计算在稳定状态中所述第二燃料喷射机构的壁附着量。估计器根据所述燃料喷射比率修改所计算的壁附着量。估计器基于在预定的时间间隔中所修改的所述壁附着量的差对所述进气歧管的所述壁附着燃料进行估计。
根据本发明，例如，对于当仅仅进气歧管喷射器喷射燃料时的稳定状态中进气歧管的壁附着燃料，预先准备由内燃机负荷确定的映射图。基于该负荷，在考虑DI比率r的同时将仅仅在进气歧管和在稳定状态下的壁附着量修改成在分担喷射和稳定状态下的壁附着量。对于修改的壁附着量，确定内燃机一个循环的差以估计在过渡期间和在分担喷射中的壁附着量。因而，能够精确地估计在过渡期间的壁附着量。
进一步，在所述第一和第二燃料喷射机构分担燃料喷射量的范围中，所述控制器控制所述第一和第二燃料喷射机构以分担校正所估计的所述壁附着燃料。
根据本发明，如果通过考虑壁附着量进行校正的燃料量变得小于进气歧管喷射器的最小喷射量，则通过减小进气歧管喷射器的燃料量对壁附着燃料进行校正是不再可能。在空燃比还是浓的状态下，因而使用缸内喷射器对壁附着燃料进行校正。通过减去不能够由进气歧管喷射器覆盖的燃料喷射量确定缸内喷射器的燃料量。此外，如果通过考虑壁附着量进行校正的燃料量变得大于进气歧管喷射器的最大喷射量，则通过增大进气歧管喷射器的燃料量对壁附着燃料进行校正是不再可能。在空燃比还是稀的状态下，因而使用缸内喷射器对壁附着燃料进行校正。通过加上不能够由进气歧管喷射器覆盖的燃料喷射量确定缸内喷射器的燃料量。因而，能够精确地对壁附着量进行精确地校正。
进一步优选地，所述控制器控制所述第一和第二燃料喷射机构以基于对应于负荷变化设定的校正量的时间变化校正所估计的壁附着燃料。
根据本发明，估计的壁附着燃料能够被校正，使得当负荷变化急剧时校正量的时间变化是大的，并且当负荷变化中等时校正量的时间变化是小的，使得校正的壁附着量与内燃机的负荷变化一致。
进一步优选地，在使所述第二燃料喷射机构具有较高优先级的情况下，所述控制器校正所述壁附着燃料。
根据本发明，通过在使作为壁附着燃料的一个因素的进气歧管喷射器的燃料喷射量具有较高优先级来进行校正，能消除原因本身。此外，当DI比率不变化时，通过使进气歧管喷射器的燃料喷射量具有较高优先级来进行校正，DI比率r能够得到维持。
进一步优选地，所述控制器控制所述第一和第二燃料喷射机构使得当由所述校正减小的燃料量变得小于所述第二燃料喷射机构的最小燃料量，所述第二燃料喷射机构的燃料喷射量设定为0或者设定为所述最小燃料量，所述校正的其余部分由所述第一燃料喷射机构的燃料喷射量覆盖。
根据本发明，当DI比率r逐级增大(r＜1)和/或内燃机的负荷逐级减小时，进气歧管喷射器的燃料喷射量逐级减小。此处，由于已经附着在进气口上的燃料吸入燃烧室以使空燃比变稀，利用进气歧管喷射器对壁附着燃料进行校正。如果试图校正以减小进气歧管喷射器的燃料量的燃料量变得小于进气歧管喷射器的最小燃料量，则通过减小进气歧管喷射器的燃料喷射量对壁附着燃料进行校正不再可能。在空燃比还是浓的状态下，因而使用缸内喷射器对壁附着燃料进行校正。通过减去不能够由进气歧管喷射器覆盖的燃料喷射量确定缸内喷射器的燃料量。
进一步优选地，所述控制器控制所述第一和第二燃料喷射机构，使得当由所述校正增大的燃料量变得大于所述第二燃料喷射机构的最大燃料量，所述第二燃料喷射机构的燃料喷射量设定为所述最大燃料量，所述校正的其余部分由所述第一燃料喷射机构的燃料喷射量覆盖。
根据本发明，当DI比率r逐级减小(0＜r)和/或内燃机的负荷逐级增大时，进气歧管喷射器的燃料喷射量逐级增大。此处，由于吸入燃烧室燃料减小直到规定的燃料量附着在进气口上以使空燃比变稀，利用进气歧管喷射器对壁附着燃料进行校正。如果试图校正以增大进气歧管喷射器的燃料量的燃料量变得大于进气歧管喷射器的最大燃料量，则通过增大进气歧管喷射器的燃料喷射量对壁附着燃料进行校正不再可能。在空燃比还是稀的状态下，因而使用缸内喷射器对壁附着燃料进行校正。通过加上不能够由进气歧管喷射器覆盖的燃料喷射量确定缸内喷射器的燃料量。因而，能够精确地对壁附着量进行精确地校正。
进一步优选地，所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器，所述第二燃料喷射机构是进气歧管喷射器。
根据本发明，控制设备所用的内燃机具有单独设置的构成为缸内喷射器和进气歧管喷射器的第一和第二喷射机构，以进行分担喷射，当负荷和/或DI该控制设备能够精确地计算壁附着量以进行校正。
图1是由根据本发明一个实施例的控制设备控制的发动机系统的示意构造图。
图2是示出由作为本发明一个实施例的控制设备的发动机ECU执行的程序控制结构的流程图。
图3和图7-图9每个示出发动机负荷和稳定状态壁附着量(1)之间的关系。
图4和图5每个示出发动机负荷和校正量的时间变化。
图6示出喷射脉动幅度和燃料量之间的关系。
图10和图12每个示出用于发动机暖机状态的DI比率映射图，其中根据本发明的本实施例的控制设备适合地应用到该发动机中。
图11和图13每个示出用于发动机冷机状态的DI比率映射图，其中根据本发明的本实施例的控制设备适合地应用到该发动机中。
具体实施例方式
以下，参照附图将描述本发明的实施例。在以下的描述中，相同的部件具有相同的参考标号，还具有相同的名称和功能。因而，其详细的描述将不再重复。
图1是由发动机ECU(电子控制单元)控制的发动机系统的示意构造图，其中发动机ECU是根据本发明一个实施例的用于内燃机的控制设备。在图1中，示出直列四缸汽油发动机，但是本发明的应用不限于这样的发动机。
如图1所示，发动机10包括四个气缸112，每个经由相应的进气歧管20连接到公共的稳压箱30。稳压箱30经由进气管40连接到空气滤清器50。空气流量计42布置在进气管40中，并且由电动机60驱动的节流阀70也布置在进气管40中。独立于加速踏板100，节流阀70具有基于发动机ECU300的输出信号控制的开度。每个气缸112连接到公共的排气歧管80，排气歧管80连接到三元催化剂转换器90。
每个气缸112设置有用于将燃料喷入气缸的缸内喷射器110和将燃料喷入进气口或者/和进气歧管的进气歧管喷射器120。基于发动机ECU300的输出信号控制喷射器110和120。进一步，每个气缸的缸内喷射器110连接到公共的燃料输送管130。燃料输送管130经由允许朝着燃料输送管130的方向流动的止回阀140连接到发动机驱动式高压燃料泵150。在本实施例中，对具有两个单独设置的内燃机进行说明，但是本发明不限于这样的内燃机。例如，内燃机可以具有能够进行缸内喷射和进气歧管喷射的一个喷射器。
如图1所示，高压燃料泵150的排出侧经由电磁溢流阀152连接到高压燃料泵150的吸入侧。随着电磁溢流阀152的开度变小，从高压燃料泵150供应到燃料输送管130的燃料量增大。当电磁溢流阀152全开时，从高压燃料泵150到燃料输送管的燃料供应停止。基于发动机ECU300的输出信号控制电磁溢流阀152。
更具体地，高压燃料泵150用借助于附装到凸轮轴的凸轮而上下运动泵柱塞对燃料进行加压。在高压燃料泵150中，电磁溢流阀152设置在泵吸入侧，并且具有加压过程中的关闭正时，该加压过程中的关闭正时通过使用设置在燃料输送管300处的燃料压力传感器400由发动机ECU300反馈控制。因而，燃料输送管130内的燃料压力(燃料压力)得到控制。换言之，通过发动机ECU300控制电磁溢流阀152，从高压燃料泵150供应到燃料输送管130的燃料量和压力得到控制。
每个进气歧管喷射器120连接到低压侧的公共燃料输送管160。燃料输送管160和高压燃料泵150经由公共燃料压力调节器170连接到电动机驱动式低压燃料泵180。进一步，低压燃料泵180经由燃料过滤器190连接打破燃料箱200。燃料压力调节器170构造成当从低压燃料泵180排出的燃料压力高于预设的燃料压力时，使从低压燃料泵180排出的燃料的一部分回流到燃料箱200。这防止了供应到进气歧管喷射器120的燃料压力和供应到高压燃料泵150的燃料压力变得高于上述预设的燃料压力。
发动机ECU300由数字计算机构成，并且包括经由双向总线310彼此连接的ROM(只读存储器)320、RAM(随机存储器)330、CPU(中央处理单元)340、输入端口350和输出端口360。
空气流量计42产生与进气量成比例的输出电压，并且经由A/D转换器370将输出电压输入到输入端口350。冷却剂温度传感器380附装到发动机10，并且产生与发动机冷却剂温度成比例的输出电压，并且输出电压经由A/D转换器390输入到输入端口350。
燃料压力传感器400附装到燃料输送管130，并且产生与燃料输送管130内的燃料压力成比例的输出电压，并且输出电压经由A/D转换器410输入到输入端口350。空燃比传感器420附装到位于三元催化剂转换器90上游的排气歧管80。空燃比传感器420产生与排气内的氧浓度成比例的输出电压，并且输出电压经由A/D转换器430输入到输入端口430。
本实施例的发动机系统的空燃比传感器420是全量程空燃比传感器(线性空燃比传感器)，其产生与在发动机10中燃烧的空气燃料混合气的空燃比成比例的输出电压。可以采用O2传感器作为空燃比传感器420，该O2传感器以开/关的方式检测在发动机10中燃烧的空气混合气的空燃比相对于理论空燃比是浓还是稀。
加速踏板100与加速踏板位置传感器440连接，加速踏板位置传感器440产生与加速踏板100的下压程度成比例的输出电压，并且输出电压经由A/D转换器450输入到输入端口350。进一步，发动机速度传感器460产生表示发动机速度的输出脉冲，并且连接到输入端口350。发动机ECU300的ROM320以映射图的形式预先存储基于由上述加速踏板位置传感器440获得的发动机负荷因子和发动机速度，对应于运转状态设定的燃料喷射量的值，和基于发动机冷却剂温度设定的校正值。
参照图2，将描述由发动机ECU执行的程序控制结构，其中发动机ECU构成根据本发明一个实施例的控制设备。注意，以预定的时间间隔或者预定的发动机10的曲柄角执行该流程。
在步骤(以下步骤缩写为S)100中，假定发动机10的负荷已经汇聚到稳定的状态，发动机ECU300计算暖机后稳定状态中的壁附着量(a)(还称为暖机后稳定状态壁附着量(a))，壁附着量(a)根据当仅仅由进气歧管喷射器120进行喷射(仅仅是进气口喷射)时的负荷设定。此处，如图3所示的映射图(该图表示发动机10的负荷和稳定状态壁附着量之间的关系)预存在发动机ECU300的内部存储器中。基于DI比率r＝0的特性曲线，计算暖机后稳定状态壁附着量(a)(图3中的(a))。因而，如图3所示使用负荷和DI比率r作为参数计算稳定状态壁附着量，能够表示进气管压力和喷射量的影响(这很大影响壁附着量)。
在S110中，发动机ECU300通过对应于喷射比率(DI比率r)的系数乘以壁附着量(a)计算在两个喷射器喷射的情况下稳定状态中的壁附着量(b)(还称为分担喷射稳定状态壁附着量(b))。此处，通过如图3所示仅仅使用进气歧管喷射器120时稳定状态中的壁附着量的特性曲线(a)乘以对应于DI比率r的系数，计算出图3的(b)所示的分担喷射稳定状态壁附着量(b)。注意，如图3所示，随着DI比率r增大，进气歧管喷射器120的燃料喷射量相对地减小，因而稳定状态壁附着量减小。注意，图3所示的特性曲线是一个示例，并且本发明不限于这样的特性曲线。
在S120中，发动机ECU300计算稳定状态壁附着量(b)的循环(720℃A)中的差。
在S130，通过基于发动机10的温度(发动机冷却剂温度)和发动机速度对差(c)进行校正，发动机ECU300计算过渡校正量(d)(还称为过渡校正量(d))。此处，例如，进行这样的校正使得壁附着量随着温度变高而减小，这是因为附着在进气口的燃料容易雾化，并且使得壁附着量随着发动机速度变快而减小，这是因为进气的流动速度变快。
在S140中，发动机ECU300将过渡校正量(d)转换成表示对应于运转状况的暂时过渡的波形，并且以较高优先级校正进气口喷射量。此处，校正量是基于图4和图5所示的暂时过渡的波形校正的。图4示出发动机10的负荷增大的情况，而图5示出发动机10的负荷减小的情况。在图4和图5的每个图中，实线表示急剧的负荷变化和对应于该负荷波动的壁附着校正量的时间变化，而虚线表示中等的负荷波动和对应于该负荷波动的壁附着校正量的时间变化。图4和图5中的各个阴影线面积表示总壁附着校正量。如图4和图5所示，当负荷急剧波动时校正量的变化比当负荷中等波动时校正量的变化更急剧。换言之，负荷波动的变化程度越大，引起即时变化的校正量也越大。基于表示暂时过渡的这样的波形，校正量被转换。进一步，当车辆加速时(当负荷增大时)，从进气歧管喷射器120喷射的燃料的一部分附着在进气管的壁上，当车辆减速时(当负荷减小时)，已经的附着在进气管壁上的燃料的一部分流入燃烧室。因而，当原来的DI比率r是恒定时，为了使该比率维持恒定，优先地校正进气歧管喷射器120的燃料喷射量。
在S150中，当进气口喷射量减小到没有Q-tau特性的直线性的范围时，发动机ECU300将进气歧管喷射器120的喷射量(进气口喷射量)设定为0。应该注意，进气歧管喷射器120的喷射量(进气口喷射量)可以设定成具有Q-tau特性的直线性的最小喷射量。此处，使用图6所示的映射图(表示作为喷射脉动幅度Tau和燃料量Q之间关系的Q-tau特性的映射图)，判断是否是具有Q-tau特性的直线性的范围。具体地，在没有Q-tau特性直线性的范围中，不能够确保校正量的精确度，因而不能够高精度地满足用于减小进气歧管喷射器120的燃料喷射量的校正请求。因而，通过减小缸内喷射器110的燃料喷射量，基于壁附着量进行燃料喷射量的校正。
现在将描述由构成本实施例的用于内燃机的控制设备的发动机ECU300基于上述结构和流程控制的发动机10的运转。以下描述包括所有以下三个方式如图7所示当DI比率r保持相同，而发动机10的负荷增大和减小时；当如图8所示发动机10的负荷保持相同，而DI比率r增大和减小时(例如，当在负荷相同的同时发动机速度变化的时候)；和当如图9所示发动机10的负荷增大和减小而DI比率r增大和减小时。
在预定的时间间隔，对于发动机10的暖机后的DI比率r＝0(仅仅进气歧管喷射器120喷射燃料)的情况下的壁附着量作为稳定状态壁附着量(a)从图3所示的特性曲线(a)计算出(S100)。考虑在这稳定状态壁附着量(a)中的DI比率r，计算分担喷射稳定状态壁附着量(b)(S110)。
计算在发动机10的一个循环(720℃A)中的稳定状态壁附着量(b)的差(c)(S120)，接着考虑发动机10的温度或者速度校正差以计算过渡校正量(d)(S130)。该校正量(d)是过渡时壁附着燃料的校正量(壁附着校正量fmv)。基于图4和图5所示的表示暂时过渡的波形，计算校正量的时间变化(S140)。通过以较高优先级对作为壁附着燃料的因素的进气歧管喷射器120进行校正，壁附着校正量fmw被分配由缸内喷射器110和进气歧管喷射器120分担。
由于这样的分配结果，当壁附着校正量fmw是负值，并且必须减小燃料喷射量时，如果燃料喷射量必须减小到进气歧管喷射器120的没有Q-tau特性的直线性的范围，则进气歧管喷射器120的燃料喷射量设定为0或者设定成确保直线性的最小喷射量，并且减小的其余部分由缸内喷射器110实现。
另一方面，当壁附着校正量fmw是正值并且燃料校正量必须增大时，如果燃料喷射量增大超过进气歧管喷射器120的最大喷射量，则进气歧管喷射器120的喷射量设定成最大喷射量，并且增大的其余部分由缸内喷射器110实现。
参照图7中的从A过渡到B，DI比率r是恒定，并且负荷增大，进气歧管的壁附着量增大。因而，壁附着校正量fmw是正值。利用较高的优先级增大进气歧管喷射器120的燃料喷射量，如果进气歧管喷射器120的最大喷射量被超过，则缸内喷射器110的燃料喷射量也增大。
参照图7中从B过渡到A，DI比率r恒定，并且负荷减小，进气歧管的壁附着量减小。因而，壁附着校正量fmw是负值。利用以较高优先级减小进气歧管喷射器120的燃料喷射量，如果进气歧管喷射器120的燃料喷射量减小到在具有直线性的范围中进气歧管喷射器120的最小喷射量，则缸内喷射器110的燃料喷射量也减小。
参照图8中从C到D，发动机10的负荷是恒定，并且DI比率r减小(即，进气歧管喷射器120的喷射比率增大)，进气歧管的壁附着量增大。因而，壁附着校正量是正值。利用以较高的优先级增大进气歧管喷射器120的燃料喷射量，如果进气歧管喷射器120的最大喷射量被超过，则缸内喷射器110的燃料喷射量也增大。
参照图8的从D过渡到C，发动机10的负荷是恒定，并且DI比率r增大(即，进气歧管喷射器120的喷射比率减小)，壁附着校正量fmw是负值。利用以较高优先级减小进气歧管喷射器120的燃料喷射量，如果进气歧管喷射器120的燃料喷射量必须减小到在具有直线性的范围中进气歧管喷射器120的最小喷射量，则缸内喷射器110的燃料喷射量也减小。
参照图9中从E过渡到F，发动机10的负荷增大，并且DI比率r减小(即，进气歧管喷射器120的喷射比率增大)，并且进气歧管的壁附着校正量增大。因而，壁附着校正量fmw是正值。利用以较高优先级增大进气歧管喷射器120的燃料喷射量，如果进气歧管喷射器120的最大喷射量被超过，则缸内喷射器110的燃料喷射量也增大。
参照图9的从F过渡到E，发动机10的负荷减小，并且DI比率r增大(即，进气歧管喷射器120的喷射比率减小)，壁附着校正量fmw是负值。利用以较高优先级减小进气歧管喷射器120的燃料喷射量，如果进气歧管喷射器120的燃料喷射量必须减小到在具有直线性的范围中的进气歧管喷射器120的最小喷射量，缸内喷射器110的燃料喷射量也减小。
如上所述，当缸内喷射器和进气歧管喷射器分别分担喷射燃料时，当DI比率r逐级增大(r＜1)时或者当负荷减小时，进气歧管喷射器的燃料喷射量逐级减小。此处，附着在进气口上的燃料进入燃烧室以使空燃比变浓。因而，以进气歧管喷射器具有较高优先级的情况下进行校正。如果试图校正以减小进气歧管喷射器的燃料喷射量的燃料量变得小于在具有直线性的范围中的最小喷射量，则不再可以通过减小进气歧管喷射器的燃料喷射量校正附着在壁上的燃料。在这状态下，由于空燃比还是浓的，使用缸内喷射器对附着在壁上的燃料进行校正。通过减去不能够由进气歧管喷射器覆盖的燃料喷射量，确定缸内喷射器的燃料喷射量。
此外，当DI比率r逐级减小(0＜r)时或者当负荷增大时，进气歧管喷射器的燃料喷射量逐级增大。此处，吸入燃烧室的燃料减小，直到规定量的燃料附着在进气口上以使空燃比变稀。因而，在进气歧管喷射器具有较高优先级的情况下进行校正。如果试图校正以增大进气歧管喷射器的燃料喷射量的燃料量变得大于最大喷射量，则不再可能通过增大进气歧管喷射器的燃料喷射量来对附着在壁上的燃料进行校正。在此状态下，由于空燃比还是稀的，使用缸内喷射器对附着在壁上的燃料进行校正。通过加上不能由进气歧管喷射器覆盖的燃料喷射量确定缸内喷射器的燃料喷射量。
本实施例的控制设备适合应用到的发动机(1)现在将描述本实施例的控制设备适合应用到的发动机(1)。
参照图10和图11，将要描述的每个映射图表示缸内喷射器110和进气歧管喷射器120之间的燃料喷射比率，并且作为对应于发动机10的运转状态的信息。此处，两个气缸之间的燃料喷射比率还表示为缸内喷射器110喷射的燃料量与总燃料喷射量的比率(称为“缸内喷射器110的燃料喷射比率”或者“DI(直喷)比率(r)”)。映射图存储在发动机ECU300的ROM320中。图10是用于发动机10的暖机状态的映射图，图11是用于发动机10冷机状态的映射图。
在图10和图11所示的映射图中，横轴表示发动机10的发动机速度，纵轴表示负荷因子，缸内喷射器110的燃料喷射比率或者DI比率r以百分比表示。
如图10和图11所示，DI比率r针对每个由发动机速度和发动机10的负荷因子确定的运转区域设定。“DI比率r＝100％”表示仅仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射，“DI比率r＝0％”表示仅仅使用缸内喷射器120进行燃料喷射。“DI比率r≠0％”、“DI比率r≠100％”和“0％＜DI比率r＜100％”中的每个表示使用缸内喷射器110和进气歧管喷射器120两者进行燃料喷射的范围。一般而言，缸内喷射器110有助于输出性能的增大，而进气歧管喷射器120有助于空气燃料混合气的均匀性。这两种具有不同特性的喷射器根据发动机10的发动机速度和负荷因子适合地选择，使得只有在发动机正常的运转状态下(除了诸如怠速期间催化剂预热状态的异常运转状态之外)进行均质燃烧。
进一步，如图10和图11所示，缸内喷射器110和进气歧管喷射器120之间的燃料喷射比率或者DI比率r单个地限定在用于暖机状态的映射图和用于发动机冷机状态的映射图中。映射图构造成表示随着发动机10的温度变化时不同的缸内喷射器110和进气歧管喷射器120的控制范围。当发动机10的温度等于或者高于预定的温度阈值时，选择图10所示的暖机状态映射图；否则，选择图11所示的用于冷机状态的映射图。基于所选择的映射图和根据发动机10的发动机速度和负荷因子控制缸内喷射器110和进气歧管喷射器120的一者或者两者。
现在将描述在图10和图11中设定的发动机10的发动机速度和负荷因子。在图10中，NE(1)设定为2500rpm至2700rpm，KL(1)设定为30％至50％，并且KL(2)设定为60％至90％。在图11中，NE(3)设定为2900rpm至3100rpm。即，NE(1)＜NE(3)。还适合地设定图10中的NE(2)以及图11中的KL(3)和KL(4)。
当比较图10和图11，图11所示的用于冷机状态的映射图的NE(3)大于在图10中所示的用于暖机状态的映射图的NE(1)。这表明当发动机10的温度较低时，进气歧管喷射器120的控制范围扩大到包括较高的发动机速度范围。即，在发动机10是冷机状态的情况下，堆积物不可能堆积在缸内喷射器110的喷射孔(即使燃料不是从缸内喷射器110喷射出)。因而，使用进气歧管喷射器120进行燃料喷射的范围能够扩大，由此提高了均质性。
当比较图10和图11时，“DI比率r＝100％”在用于暖机状态的映射图中是在发动机10的发动机速度为NE(1)或者更高的范围，在用于冷机状态的映射图是在发动机10的发动机速度为NE(3)或者更高的范围。对于负荷因子，“DI比率r＝100％”在用于暖机状态的映射图中是在负荷因子为KL(2)或者更大的范围，和在用于冷机状态的映射图中是在负荷因子为KL(4)或者更大的范围。这意味着缸内喷射器110仅仅用在预定的高发动机速度的范围和预定的高发动机负荷的范围。即，在高速范围或者高负荷范围中，即使仅仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射，发动机10的发动机速度和负荷是高的，这确保了足够的进气量，使得即使仅仅使用缸内喷射器110可以易于获得均质空气燃料混合气。以此方式，缸内喷射器110喷射的燃料在燃烧室内伴随着气化潜热(或者吸收来自燃烧室的热量)而被雾化。因而，空气混合气的温度在压缩端减小，由此提高了防爆震性能。进一步，由于燃烧室内的温度减小，进气效率得到提高，导致了高的动力输出。
在图10的用于暖机状态的映射图中，当负荷因子是KL(1)或者更小时，也仅仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射。这表明当发动机10的温度是高时，缸内喷射器110仅仅用在预定低负荷范围。当发动机10在暖机状态下时，堆积物可能堆积在缸内喷射器110的喷射孔。然而，当使用缸内喷射器110进行燃料喷射时，喷射孔的温度能够降低，由此防止了堆积物的堆积。进一步，在确保其最小燃料喷射量的同时可以防止缸内喷射器110的堵塞。因而，缸内喷射器110仅仅用在相关的范围。
当比较图10和图11时，仅仅在图11的用于冷机状态的映射图中中有“DI比率r＝0％”的范围就和这表明当发动机10的温度是低的时，在预定的低负荷范围(KL(3)或者更低)仅仅使用进气歧管喷射器120进行燃料喷射。当发动机10是冷机状态，负荷是低的，并且进气量是小的时，不可能发生燃料的雾化。在这样的范围中，难以在缸内喷射器110喷射燃料的情况下确保良好的燃烧。进一步，尤其在低负荷和低速范围中，使用缸内喷射器110的高输出是不必要的。因而，在有关的范围中仅仅使用进气歧管喷射器120而不使用缸内喷射器110进行燃料喷射。
进一步，在正常运转以外的运转中，或者在发动机10的怠速期间催化剂预热状态(异常状态)中，控制缸内喷射器110以进行分层充气燃烧。通过在催化剂预热运转过程引起分层充气燃烧，促进了催化剂的预热，因而改进了排气的排放。
本实施例的控制设备适合应用到的发动机(2)以下，将描述本实施例的控制设备适合应用到的发动机(2)。在发动机(2)的以下描述中，将不再重复与发动机(1)类似的构造。
参照图12和图13中，“DI比率r＝100％”在用于暖机状态的映射图中保持在发动机速度等于或者高于NE(1)范围中，在用于冷机状态的映射图中保持在发动机速度为NE(3)或者更高的范围中。进一步，除了低速范围之外，“DI比率r＝100％”在用于冷机状态的映射图中保持在负荷因子为KL(2)或者更大的范围中，在用于冷机状态的映射图中保持在负荷因子为KL(4)或者更大的范围中。这意味着在发动机速度是预定高水平的范围中仅仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射，和在发动机负荷是预定高水平的范围中通常仅仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射。然而，在低速和高负荷范围中，缸内喷射器110喷射的燃料所形成的空气燃料混合气混合不良，并且在燃烧室中这样的非均质空气燃料混合气会导致不稳定的燃烧。因而，随着发动机速度增大(不可能发生这样问题)，缸内喷射器110的燃料喷射比率增大，随着发动机负荷增大(可能发生这样的问题)，缸内喷射器110的燃料喷射比率减小。缸内喷射器110的燃料喷射比率或者DI比率r的这些变化在图12和图13中十字箭头表示。以此方式，由于不稳定燃烧引起的发动机输出扭矩的变化能够得到一致。注意，这些措施适合地等同于随着发动机的状态朝着预定的低速范围移动而使缸内喷射器110的燃料喷射比率减小，或者随着发动机状态朝着预定低负荷范围移动而使缸内喷射器110的燃料喷射比率增大。进一步，除了相关范围(由图12和图13中所示的十字箭头表示)以外，在仅仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射的范围中(在高速侧和在低负荷侧)，即使当仅仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射时也易于获得均质空气燃料混合气。在此情况下，缸内喷射器110喷射的燃料在燃烧室内伴随着气化潜热(通过吸收来自燃烧室的热量)而雾化。因而，空气燃料混合气的温度在压缩侧降低，因而提高了防爆震性能。进一步，随着燃烧室的温度降低，进气效率得到提高，这导致了高的动力输出。
在结合图10-图13进行说明的发动机10中，通过将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在进气行程中而实现均质燃烧，通过将其设定在压缩行程而实现分层充气燃烧。即，当缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在压缩行程时，浓的空气燃料混合气能够局部围绕火花塞，使得对整个燃烧室中的稀空气燃料混合气点火以实现分层充气燃烧。即使缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在进气行程，如果可以提供局部围绕火花塞的浓的空气混合气，则能够实现分层充气燃烧。
如此处所使用，分层充气燃烧包括分层充气燃烧，和半分层充气燃烧。在半分层充气燃烧中，进气歧管喷射器120在进气行程中喷射燃料以在整个燃烧室中产生稀的和均质空气燃料混合气，然后缸内喷射器110在压缩行程中喷射燃料以产生围绕火花塞的浓的空气燃料混合气使得提高燃烧状态。这样的半分层充气燃烧优选在催化剂预热操作中，其原因如下。在催化剂预热操作中，必须大幅度地延迟点火正时，并且维持良好的燃烧状态(怠速状态)，使高温燃烧气体到达催化剂。进一步，需要供给一定量的燃料。如果采用分层充气燃烧以满足这些要求，则燃料量将是不足的。如果采用均质燃烧，与分层充气燃烧的情况相比，出于维持良好燃烧目的的延迟量是小的。由于这些原因，尽管可以采用分层充气燃烧和半分层充气燃烧的任何一个，但是上述半分层充气燃烧优选在催化剂预热操作中采用。
进一步，在结合图10-图13进行说明的发动机中，在对应于几乎整个范围的基本范围中，缸内喷射器110的喷射正时设定在进气行程中，此处，基本范围是指除了在进气歧管喷射器120在进气行程中进行喷射燃料和缸内喷射器110在压缩行程中喷射燃料的情况下(仅仅在催化剂预热状态下进行)进行半分层充气燃烧的范围以外的范围。然而，缸内喷射器110的燃料喷射正时出于使燃烧稳定的目的暂时设定在压缩行程中，其原因如下。
当缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在压缩行程时，在气缸的温度相对较高时，空气燃料混合气由所喷射的燃料冷却。这提高了冷却效果，并且因而提高了防爆震性能。进一步，当缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在压缩行程中时，从燃料喷射到点火的时间是短的，这确保了所喷射燃料的喷雾气流得到强化，使得燃烧速率增大。防爆震性能的改进和燃烧速率的增大能够防止燃烧的变化，因而燃烧的稳定性得到提高。
应该理解到，此处公开的实施例在每个方面是示例性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的条款限定，而不是上述的描述限定，并且意在包括本范围内的任何修改和与权利要求的术语等同的意义。
权利要求
1.一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有将燃料喷入气缸的第一燃料喷射机构和将所述燃料喷入进气歧管的第二燃料喷射机构，所述用于内燃机的控制设备包括控制器，其基于所述内燃机的所需的条件控制所述第一和第二燃料喷射机构以分别分担喷射所述燃料；和估计器，当燃料喷射比率从所述第一和第二燃料喷射机构中一个没有停止喷射燃料的状态变化时，所述估计器对所述进气歧管的壁附着燃料进行估计，其中，所述估计器基于所述内燃机的负荷和所述燃料喷射比率中至少一个对所述进气歧管的壁附着燃料进行估计。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述估计器根据所述内燃机的所述负荷，仅仅计算在稳定状态中所述第二燃料喷射机构的壁附着量，所述估计器根据所述燃料喷射比率修改所计算的壁附着量，并且所述估计器基于在预定的时间间隔中所修改的所述壁附着量的差对所述进气歧管的所述壁附着燃料进行估计。
3.根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中，在所述第一和第二燃料喷射机构分别分担燃料喷射量的范围中，所述控制器控制所述第一和第二燃料喷射机构以分别分担校正所估计的所述壁附着燃料。
4.根据权利要求3所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述控制器控制所述第一和第二燃料喷射机构以基于对应于负荷变化设定的校正量的时间变化校正所估计的所述壁附着燃料。
5.根据权利要求3所述的用于内燃机的控制设备，其中，在使所述第二燃料喷射机构具有较高优先级的情况下，所述控制器校正所述壁附着燃料。
6.根据权利要求3所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述控制器控制所述第一和第二燃料喷射机构，使得当因所述校正而减小的燃料量变得小于所述第二燃料喷射机构的最小燃料量时，所述第二燃料喷射机构的燃料喷射量被设定为0或者被设定为所述最小燃料量，所述校正的其余部分由所述第一燃料喷射机构的燃料喷射量覆盖。
7.根据权利要求3所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述控制器控制所述第一和第二燃料喷射机构，使得当因所述校正而增大的燃料量变得大于所述第二燃料喷射机构的最大燃料量时，所述第二燃料喷射机构的燃料喷射量被设定为所述最大燃料量，所述校正的其余部分由所述第一燃料喷射机构的燃料喷射量覆盖。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器，所述第二燃料喷射机构是进气歧管喷射器。
9.一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机具有将燃料喷入气缸的第一燃料喷射装置和将所述燃料喷入进气歧管的第二燃料喷射装置，所述用于内燃机的控制设备包括控制装置，其基于所述内燃机的所需的条件控制所述第一和第二燃料喷射装置以分别分担喷射所述燃料；和估计装置，当燃料喷射比率从所述第一和第二燃料喷射装置中一个没有停止喷射燃料的状态变化时，所述估计装置对所述进气歧管的壁附着燃料进行估计，其中，所述估计装置基于所述内燃机的负荷和所述燃料喷射比率中至少一个对所述进气歧管的壁附着燃料进行估计。
10.根据权利要求9所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述估计装置根据所述内燃机的所述负荷，仅仅计算在稳定状态中所述第二燃料喷射装置的壁附着量，所述估计装置根据所述燃料喷射比率修改所计算的壁附着量，并且所述估计装置基于在预定的时间间隔中所修改的所述壁附着量的差对所述进气歧管的所述壁附着燃料进行估计。
11.根据权利要求9所述的用于内燃机的控制设备，其中，在所述第一和第二燃料喷射装置分别分担燃料喷射量的范围中，所述控制装置包括用于控制所述第一和第二燃料喷射装置以分别分担校正所估计的所述壁附着燃料的装置。
12.根据权利要求11所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述控制装置包括用于控制所述第一和第二燃料喷射装置以基于对应于负荷变化设定的校正量的时间变化校正所估计的壁附着燃料的装置。
13.根据权利要求11所述的用于内燃机的控制设备，其中，在使所述第二燃料喷射装置具有较高优先级的情况下，所述控制装置包括用于校正所述壁附着燃料的装置。
14.根据权利要求11所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述控制装置包括用于控制所述第一和第二燃料喷射装置，使得当由所述校正减小的燃料量变得小于所述第二燃料喷射装置的最小燃料量时，所述第二燃料喷射装置的燃料喷射量被设定为0或者被设定为所述最小燃料量，所述校正的其余部分由所述第一燃料喷射装置的燃料喷射量覆盖的装置。
15.根据权利要求11所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述控制装置包括用于控制所述第一和第二燃料喷射装置，使得当由所述校正增大的燃料量变得大于所述第二燃料喷射装置的最大燃料量时，所述第二燃料喷射装置的燃料喷射量被设定为所述最大燃料量，所述校正的其余部分由所述第一燃料喷射装置的燃料喷射量覆盖的装置。
16.根据权利要求9-15中任一项所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述第一燃料喷射装置是缸内喷射器，所述第二燃料喷射装置是进气歧管喷射器。
全文摘要
发动机ECU执行的程序包括以下步骤计算暖机后稳定状态的进气口壁附着量(a)(S100)；基于进气口壁附着量(a)计算分担喷射稳定状态进气口壁附着量(b)(S110)；计算分担喷射稳定状态进气口壁附着量(b)的一个循环中的差(c)(S120)；考虑发动机温度和发动机速度进行校正以计算过渡校正量(d)(S130)；和将过渡校正量(d)转换成表示暂时过渡(temporal transition)的波形，以在使进气口喷射量具有较高优先级的情况下进行壁附着校正。
文档编号F02M69/00GK101057069SQ20058003833
公开日2007年10月17日 申请日期2005年11月8日 优先权日2004年11月11日
发明者木野濑贤一 申请人:丰田自动车株式会社