内燃机控制装置的制作方法

专利名称：内燃机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的控制装置，所述内燃机包括用于将燃料喷射到气 缸中的第一燃料喷射机构(缸内喷射器)以及用于将燃料喷射到进气歧管 或进气端口中的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)，具体而言，本发 明涉及对均匀燃烧中何时从第二燃料喷射机构喷射燃料进行判定的技术。
背景技术：
已知这样一种内燃机，它设有用于将燃料喷射到内燃机进气歧管中的 进气歧管喷射器以及用于持续将燃料喷射到其燃烧室中的缸内喷射器，其 中，当内燃机的载荷低于预设载荷时停止从进气歧管喷射器喷射燃料，并 在内燃机载荷高于预设载荷时允许从进气歧管喷射器喷射燃料。另外，在内燃机中，还己知一种根据其工作状态在层状燃烧和均匀燃 烧之间进行的内燃机切换。这里，层状燃烧指这样的燃烧在压縮冲程中 从缸内喷射器喷射燃料，从而在火花塞周围形成浓的分层空气一燃料混合物，由此实现燃料的稀燃(lean combustion)。同时，均匀燃烧指燃料以 下述方式燃烧燃料扩散在燃烧室中形成均匀的空气一燃料混合物。日本专利公开No. 2001-20837公开了一种发动机燃料喷射控制装置， 发动机根据工作状态在层状燃烧与均匀燃烧之间进行切换，并具有用于将 燃料直接喷射到燃烧室中的主燃料喷射阀以及用于将燃料喷射到各个气缸 进气端口中的辅助燃料喷射阀。发动机的燃料喷射控制装置根据工作状态 在层状燃烧与均匀燃烧之间的切换包括由主燃料喷射阀将燃料直接喷射到 燃烧室中以及由辅助燃料喷射阀将燃料喷射到各个气缸的进气端口中，并 且根据发动机工作状态来可变地设定主燃料喷射阀和辅助燃料喷射阀之间 的燃料喷射量比率。根据这种发动机燃料喷射控制装置，只通过从主燃料喷射阀将燃料直接喷射到燃烧室中来执行层状燃烧，并且，既使用主燃料喷射阀又使用辅 助燃料喷射阀(在某些情况下，只使用辅助燃料喷射阀)来执行均匀燃 烧，使得即使在高输出的发动机中，主燃料喷射阀的容量也可以较小。因 此，增强了低载荷区域中(例如怠速时)主燃料喷射阀的喷射周期一喷射 量特性的线性度，由于改善了喷射量控制的精度，可以保持满意的层状燃 烧，并提高了低载荷工作时(例如怠速中)的稳定性。在均匀燃烧中既使 用主燃料喷射阀又使用辅助燃料喷射阀，利用了直接燃料喷射的优点和进 气端口喷射的优点，从而也保持了满意的均匀燃烧。在日本专利公开No. 2001-20387公开的发动机燃料喷射控制装置中， 层状燃烧和均匀燃烧是根据情况而适当选择的。因此，对于点火、喷射和 节气的控制变的较为复杂，并需要适于每种燃烧模式的控制程序。特别是 在燃烧模式之间进行切换时，需要对这种控制进行显著的改变，因此难以 在过渡的时候执行优良的控制(燃料效率、排气净化性能)。另外，由于 在执行稀燃的情况下三元催化剂在层状燃烧区域不起作用，所以需要使用 稀的NOx催化剂，因此造成了成本增加。考虑到这些情况，已经开发了一种发动机，它既不需要对层状燃烧与 均匀燃烧之间的切换进行控制，又不需要昂贵的稀NOx催化剂，而是在正 常工作期间，在所有区域(除了异常状态，即快速催化剂预热)而不仅是 在层状燃烧时执行均匀燃烧。但是在这样的发动机中，发动机速度较低且负载较高的区域均匀性较 低，转矩波动可能变大。另外，如果在进气冲程中从进气歧管喷射器喷射 燃料并将其以液态引入燃烧室中，则缸内喷射器的喷射孔中会积累沉积 物。日本专利公开No. 2001-20837的公开内容仅仅记载了对从辅助燃料喷 射阀将燃料喷射到进气端口中的喷射比率进行设定，使之在执行均匀燃烧 的区域中随着发动机输出(发动机速度、载荷)的增大而增大，而日本专 利公开No. 2001-20837并没有解决上述问题。发明内容本发明是为了解决上述问题而作出的，本发明的一个目的是提供一种内燃机控制装置，它能够解决由层状燃烧和均匀燃烧的结合所带来的问 题、均匀性问题、以及内燃机中缸内喷射器的沉积问题，在所述内燃机 中，从将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构以及将燃料喷射到进气歧 管中的第二燃料喷射机构以二者之间的规定比率来喷射燃料。根据本发明的一种内燃机控制装置对内燃机进行控制，该内燃机包括 将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构以及将燃料喷射到进气歧管中的 第二燃料喷射机构。该控制装置包括判定单元和控制单元，判定单元判定 该内燃机是否处于正常工作状态，控制单元根据与内燃机的工作状态有关 的信息，对第一燃料喷射机构和第二燃料喷射机构进行控制，使得如果判 定为内燃机处于正常工作状态，则只进行均匀燃烧。该控制单元对燃料喷 射进行控制，使得在进气阀关闭期间从第二燃料喷射机构喷射燃料。根据本发明，当在正常工作状态中(例如在除了催化剂快速预热这一 种情况之外的所有工作区域中)进行均匀燃烧(空燃比设定在12到15) 时(因此，不作出向层状燃烧的切换，也不存在由于将层状燃烧与均匀燃 烧相结合带来的问题)，在进气阀关闭期间从代表第二燃料喷射机构的进 气歧管喷射器喷射燃料。在此情况下，燃料粘附到进气歧管内壁、进气阀 伞状部分的背面、阀杆(轴)等。所粘附的燃料在进气冲程中进气阀开启 的时候气化，并在进气阀开启时使气化的燃料引入燃烧室中。因此，不容 易积累沉积物，所述沉积物是在进气阀开启期间从进气歧管喷射器喷射燃 料并将液态燃料引入燃烧室中时，燃料粘附到代表第一燃料喷射机构的缸 内喷射器的喷射孔所造成的。由于从进气歧管喷射器喷射的燃料以气化状 态被引入燃烧室中，所以提高了均匀性。因此，可以提供一种内燃机控制 装置，它能够解决内燃机中由层状燃烧与均匀燃烧相结合引起的问题、均 匀性问题、以及缸内喷射器的沉积物问题，所述内燃机中由将燃料喷射到 气缸中的第一燃料喷射机构和将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机 构以二者之间的预定比率来喷射燃料。优选地，控制单元还包括喷射控制单元，喷射控制单元对燃料喷射进 行控制，使得在进气阀开启期间从第一燃料喷射机构喷射燃料。根据本发明，由于在进气阀开启期间从缸内喷射器喷射燃料，所以从缸内喷射器喷射的燃料被进气流充分地扩散，并提高了燃烧室中的燃料浓 度(空燃比)均匀性。优选地，在怠速期间的催化剂预热操作中，判定单元判定为内燃机处 于异常工作状态。控制装置还包括喷射控制单元，喷射控制单元控制燃料 喷射机构，从而当内燃机处于异常工作状态时进行层状燃烧。根据本发明，在压縮冲程中从缸内喷射器喷射燃料，使得火花塞附近 喷射的燃料较浓，以便获得浓态并使前者周围获得稀态(分层)。即，只 在火花塞附近有点火所需的燃料量，并将火花塞周围的燃料用于后燃，从 而有利于催化剂预热。注意，层状燃烧(空燃比设定在约17到40)涵盖了半层状燃烧(空燃比设定在15到25)。优选地，所述信息包括表示第一燃料喷射机构与第二燃料喷射机构之 间喷射比率的信息，该比率是根据内燃机的发动机速度和负载率来限定 的。根据本发明，根据内燃机的发动机速度和负载率来确定缸内喷射器与 进气歧管喷射器之间的喷射比率，可以在任何发动机速度和任何发动机载 荷下的正常工作中进行均匀燃烧。优选地，第一燃料喷射机构是缸内喷射器，第二燃料喷射机构是进气 歧管喷射器。根据本发明，可以提供这样的内燃机控制装置，它能够解决内燃机中 由层状燃烧和均匀燃烧相结合引起的问题、均匀性问题和缸内喷射器中沉 积物的问题，该内燃机中，分别设有代表第一燃料喷射机构的缸内喷射器 和代表第二燃料喷射机构的进气歧管喷射器，燃料从这些喷射器中以其间 的预定比率进行喷射。


图1是由根据本发明一种实施例的控制装置控制的发动机系统的示意 性结构图。图2是图l的局部放大图。图3图示了在壁表面上的粘附情况。图4是示出由图1所示发动机ECU执行的程序的控制结构的流程图。图5示出了本发明的实施例中对催化剂快速预热进行处理的条件。 图6和图7分别图示了发动机暖机状态和冷机状态中DI比率映射图的第一示例，该发动机适于采用根据本发明实施例的控制装置。图8和图9分别图示了发动机暖机状态和冷机状态中DI比率映射图的第二示例，该发动机适于采用根据本发明实施例的控制装置。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的实施例进行说明。相同的元件由相同的标 号标记。它们的标志和功能也相同。因此不对它们进行重复的详细描述。图1示意性示出了由发动机ECU (电子控制单元)控制的发动机系统 的结构，发动机ECU是根据本发明一种实施例的内燃机控制装置。尽管 图1中示出的是直列4缸汽油发动机，但是本发明的应用不限于所示的发 动机，这样的发动机还可以是V型6缸发动机、V型8缸发动机和直列6 缸发动机。如图1所示，发动机IO包括四个气缸112，这些气缸通过相应的进气 歧管20连接到公共的稳压罐30。稳压罐30通过进气导管40连接到空气 滤清器50。气流计42和由电动机60驱动的节气门70布置在进气导管40 中。根据发动机ECU 300的输出信号来控制节气门70的开启位置，而与 加速器踏板200无关。气缸112连接到公共的排气歧管80，排气歧管80 接着连接到三元催化转化器90。对于每个气缸112均设有缸内喷射器110和进气歧管喷射器120，缸 内喷射器将燃料喷射到气缸中，进气歧管喷射器将燃料喷射到进气端口和/ 或进气歧管中。根据发动机ECU 30Q的输出信号来控制这些喷射器110、 120。缸内喷射器110连接到公共的燃料输送管130。燃料输送管130通过 单向阀140连接到发动机驱动式高压燃料泵150，所述单向阀140允许朝 向燃料输送管130的流动。在本实施例中将针对单独设置两个喷射器的内 燃机进行说明。但是本发明不限于此。例如，内燃机可以具有能够既执行 缸内喷射又执行进气歧管喷射的单一喷射器。如图1所示，高压燃料泵150的排气侧通过电磁溢流阀152连接到高 压燃料泵150的进气侧。设置成使得从高压燃料泵150向燃料输送管130 供给的燃料量随着电磁溢流阀152的开度减小而增大，并且当电磁溢流阀 152完全开启时从高压燃料泵150向燃料输送管130的燃料供应停止。根 据发动机ECU 300的输出信号来控制电磁溢流阀152。同时，进气歧管喷射器120在低压侧连接到公共的燃料输送管160。 燃料输送管160和高压燃料泵150通过公共的燃料压力调节器170连接到 电动机驱动式低压燃料泵180。此外，低压燃料泵180通过燃料滤清器 190连接到燃料箱200。燃料压力调节器170设置成当从低压燃料泵180排 放的燃料压力高于预设燃料压力时，使部分燃料从低压燃料泵180回到燃 料箱200。这样防止了供给进气歧管喷射器120的燃料压力和供给高压燃 料泵150的燃料压力高于预设燃料压力。发动机ECU 300由数字式计算机进行设置，该数字式计算机包括通过 双向总线310彼此相连的ROM (只读存储器)320、 RAM (随机访问存储 器)330、 CPU (中央处理单元)340、输入端口 350和输出端口 360。气流计42产生与进气量成比例的输出电压，气流计42的输出电压通 过A/D转换器370输入到输入端口 350。冷却剂温度传感器380安装到发 动机10，并产生与发动机冷却剂温度成比例的输出电压。冷却剂温度传感 器380的输出电压通过A/D转换器390输入到输入端口 350。燃料压力传感器400安装到燃料输送管130，并产生与燃料输送管 130中燃料压力成比例的输出电压。燃料压力传感器400的输出电压通过 A/D转换器410输入到输入端口 350。空燃比传感器420安装到位于三元 催化转化器90上游的排气歧管80。空燃比传感器420产生与排气中氧气 浓度成比例的输出电压，空燃比传感器420的输出电压通过A/D转换器 430输入到输入端口 350。本实施例的发动机系统中，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)，它产生的输出电压与在发动机10中燃烧的空气 一燃料混合物的空燃比成比例。作为空燃比传感器420，可以使用02传感 器，所述02传感器以开关方式，对在发动机10中燃烧的混合物的空燃比相对于理论空燃比是浓态(rich)还是稀态(lean)进行检测。
加速器踏板100连接到加速器位置传感器440，加速器位置传感器 440产生与加速器踏板100的下压程度成比例的输出电压。加速器位置传 感器440的输出电压通过A/D转换器450输入到输入端口 350。发动机速 度传感器460连接到输入端口 350，发动机速度传感器460产生表示发动 机速度的输出脉冲。发动机ECU 300的ROM 320预先以映射图的形式储 存了燃料喷射量的值和根据发动机冷却剂温度的校正值，所述燃料喷射量 的值与根据发动机负载率和发动机速度的工作状态相对应，发动机负载率 和发动机速度分别由上述加速器位置传感器440和发动机速度传感器460 获得。
图2是图1的局部放大图。图2图示了图l所示各个气缸112中缸内 喷射器110与进气歧管喷射器120的位置关系，以及进气歧管20、进气阀 122、排气阀121、火花塞119以及活塞123的位置关系。
进气阔122设在进气歧管20的燃烧室侧，进气歧管喷射器120布置在 进气阀122的上游。进气歧管喷射器120向作为进气通道的进气歧管20的 内壁喷射燃料。
从进气歧管喷射器120喷射燃料的方向一种示例可以如下所示。 燃烧室中的PM (颗粒物质)由于进气阀122和排气阀121之间的重 叠而流回进气歧管20，从进气歧管喷射器120喷射的燃料被喷雾。因此， 颗粒燃料作为粘合剂并可能以沉积物的形式留在进气歧管20靠近进气阔 122那侧的内壁上。将从进气歧管喷射器120喷射燃料的方向设定为朝向 这些沉积物的方向，使得可以通过从进气歧管喷射器120喷射的燃料冲掉 沉积物。
在进气歧管20中，没有设置用于在燃烧室中形成涡流的部件(例如 涡流控制阀)。如果设有这样的涡流控制阀，流动系数会降低，并且不能 使WOT时所需的足够量空气流入燃烧室中。但是在根据本实施例的内燃 机中，设定了较高的流动系数以实现高流速端口。注意，只要能够获得高 流速，也可以设置切向式进气端口。切向式端口在进气阀122周围没有左 右摆动的这种螺旋形状，而是直线延伸并具有沿着较大弧度上下摆动的弧形端部。因此，对进气端口中流动的阻力较小，进气端口的流动系数比旋 涡端口大得多。§卩，发动机10的容积效率较高，并可以将大量空气吸入 燃烧室中。优选地，将进气端口的流动系数Cf设定为0.5到0.7或者更高 的值。
如图2所示，活塞123的顶部在与缸内喷射器110相对的位置处设有 空腔123C，空腔123C是具有轻微曲线轮廓的凹陷。燃料从缸内喷射器 110向空腔123喷射。由于活塞123中与缸内喷射器110相对的顶部没有 角部，所以从缸内喷射器110喷射的燃料形成的喷雾不会被角部分开。如 果所喷的燃料被分开，则可能造成局部的浓态，这对燃烧有不利影响(局 部浓态指在除了火花塞119附近区域的区域中形成浓的空气一燃料混合 物)。但是可以避免这样的状态。如图2所示布置的缸内喷射器110与进 气歧管喷射器120之间的燃料喷射比率将在下文中详细说明。
发动机ECU 300表示根据本实施例的控制装置，它在发动机10的正 常工作(处于除了异常状态的状态，假定催化剂快速预热是异常状态)中 执行均匀燃烧，即在发动机10的全部工作区域中执行均匀燃烧。这里， 通常在进气阀122开启期间已经从进气歧管喷射器120喷射燃料。另一方 面，根据发动机ECU 300，在进气阀122关闭期间(在发动机10的排气 冲程中)从进气歧管喷射器120喷射燃料。
图3示出了在进气阀122关闭期间(在排气冲程中)从进气歧管喷射 器120喷射燃料的状态。在进气阀122关闭期间从进气歧管喷射器120喷 射的燃料(液体)粘附到进气歧管20的内壁成为壁表面粘附燃料，粘附 到进气阀122的伞状部分背面成为伞状部分粘附燃料，或者粘附到进气阀 122的阀杆(轴)成为阀杆粘附燃料。但是，靠近燃烧室的上述部分其温 度与燃料的沸点相比极高，由此极易将燃料气化。即，当进气阀122开启 时(在进气冲程中，包括排气阀121和进气阀122都幵启的阀重叠期间) 燃料气化，由此并非液态而是处于气态的燃料被引入燃烧室。因此，通过 从进气歧管喷射器120喷射燃料提高了燃烧室中空气一燃料混合物的均匀 性。如果从缸内喷射器IIO和进气歧管喷射器120以二者之间的预定比率 喷射燃料，则在进气阀121开启期间从缸内喷射器IIO喷射燃料。因此，由于从进气歧管20到燃烧室的气流的原因，从缸内喷射器110喷射的燃 料易于扩散，由此提高了燃烧室中空气 一 燃料混合物的均匀性。
如下文中将要说明的，如果发动机10中所需载荷等于或高于预定阈
值，并且如果从缸内喷射器110和进气歧管喷射器120以二者之间的预定 比率喷射燃料，则可以在进气阀122开启期间从进气歧管喷射器120喷射
下面将参考图4对由发动机ECU 300执行的程序的控制设置进行说 明，发动机ECU 300代表根据本发明这种实施例的控制装置。
在步骤(下文中，步骤简写为S) 100，发动机ECU 300判定发动机 10是否己经起动。这里，根据从其他ECU向发动机ECU 300输入的发动 机起动请求信号或者发动机ECU 300自身的处理结果来作出判定。当发动 机10起动时(S100得到"是")，处理前进到SllO。否则(S100得到 "否")，处理结束。
在步骤SI 10，发动机ECU 300判定是否需要催化剂快速预热。如上 所述，除了三元催化转化器90被激活之外，就判定为需要催化剂快速预 热，所述激活根据的是设在三元催化转化器90下游的氧气传感器的检测 信号的改变。或者，可以根据发动机冷却剂的温度或发动机油料的温度来 确定是否需要催化剂快速预热。如果需要催化剂快速预热(S110得到 "是")，则处理前进到S120。否则(S110得到"否")，处理前进到 S200。
在步骤S120，发动机ECU 300执行催化剂快速预热处理。这里，例 如图5所示，发动机ECU 300控制点火正时、缸内喷射器110的喷射正 时、燃料喷射量、空气供给量、以及DI比率r。注意，图4的DI比率值 仅是示例，并可以设定到50%或更高(从缸内喷射器IIO喷射的燃料比率 等于或高于从进气歧管喷射器120喷射的燃料比率)。对于燃料量的减 少，应当只能获得其中排气中空燃比设定在约15.5的稀态排气。尽管发动 机IO起动之后燃料量立即增大(校正性增大燃料量以满足发动机10起动 时的转矩要求，或者校正性增大燃料量以处理壁表面的粘附)，但是由于 在发动机起动之后不需要与起动时那样大的转矩，或者由于粘附到壁表面的燃料已饱和，燃料量会减小。由此，即使减小压縮冲程中从缸内喷射器 110喷射的燃料量，火花塞周围也存在点火所需的燃料量，稀燃极限较 高，从而不容易产生不点火现象。这里，以所需的量供给用于后燃
(afterburning)的燃料以使催化剂预热(从进气歧管喷射器120供给)。 由于可以获得这种用于后燃的燃料，所以可以实现催化剂预热。
在步骤S130，发动机ECU 300判定是否结束催化剂快速预热。如上 所述，如果根据来自设在三元催化转化器90下游的氧气传感器的检测信 号变化，三元催化转化器90已经激活，则判定为应当结束催化剂快速预 热。或者，可以根据发动机冷却剂温度或发动机油料温度来判定是否结束 催化剂快速预热。又或者，可以根据从起动算起发动机冷却剂的温度是否 已经升高了至少预定量来判定是否结束催化剂快速预热。又或者，可以根 据进气积累量判定发动机10是否已经工作了预定时间长度或更长，从而 判定是否结束催化剂快速预热。如果判定为应当结束催化剂快速预热
(S130得到"是")，则处理前进到S200。否则(S130得到"否")， 处理返回S120。
在步骤S200，发动机ECU 300根据从冷却剂温度传感器380输入的 数据来检测发动机冷却剂温度THW。在S210，发动机ECU 300判定检测 到的发动机冷却剂温度THW是否低于预定温度阈值THW(TH)。例如， THW(TH)设定在从70°C到90°C的值。如果冷却剂温度THW等于或高于 温度阈值THW(TH) (S210得到"是")，则处理前进到S220。否则 (S210得到"否")，处理前进到S230。
在步骤S220,发动机ECU 300选择用于暖机状态的映射图(图6或 图8，将在下文中说明)。
在步骤S230，发动机ECU 300选择用于冷机状态的映射图(图7或 图9，将在下文中说明)。
在步骤S240，根据所选的映射图，发动机ECU根据发动机IO的发动 机速度和负载率来计算DI比率r。根据从发动机速度传感器460输入的数 据来计算发动机10的发动机速度，根据从加速度位置传感器440输入的 数据和车辆的行驶状态来计算负载率。在步骤S250，发动机ECU 300计算燃料喷射量。可以根据该燃料喷 射量以及DI比率r来计算从缸内喷射器110喷射的燃料量和从进气歧管喷 射器120喷射的燃料量。
在步骤S260，发动机ECU 300判定发动机10的负载率是否低于预定 阈值以及是否未从缸内喷射器IIO和进气歧管喷射器120以二者之间的预 定比率喷射燃料。如果发动机10的负载率等于或高于预定阈值，并且如 果燃料从缸内喷射器IIO和进气歧管喷射器120以二者之间的预定比率喷 射(S260得到"是")，则处理前进到S270 。否则(S260得到 "否")，则处理前进到S280。
在步骤S270，发动机ECU 300计算在进气阀122开启期间何时从进 气歧管喷射器120喷射燃料(与进气同步)。
在步骤S280，发动机ECU 300计算在进气阀122关闭期间何时从进 气歧管喷射器120喷射燃料。
随后，发动机ECU 300根据计算出的燃料喷射量和喷射正时来控制缸 内喷射器U0和进气歧管喷射器120，并执行燃料喷射。
下面将根据上述结构和流程图，对发动机ECU 300控制的发动机10 的工作进行说明，发动机ECU 200代表根据本实施例的内燃机控制装置。
<在发动机异常工作期间>
例如，在发动机IO刚刚起动之后且发动机IO处于冷机期间，发动机 ECU 300假定发动机10处于异常工作状态并对其进行控制(S110为 "是"，S110为"是")。此时，因催化剂未激活，故应当避免在这样的 状态下向大气排放排气。因此，在此情况下设定层状燃烧模式，其中在压 縮冲程中从缸内喷射器IIO喷射燃料来执行层状燃烧(图5中的催化剂快 速预热控制对应于异常状态下的控制)。这里，在从几秒到几十秒的时段 内执行层状燃烧。
此处所述的层状燃烧既包括层状燃烧也包括半层状燃烧。在半层状燃 烧中，进气歧管喷射器120在进气冲程中喷射燃料，从而在整个燃烧室中 产生稀薄均匀的空气一燃料混合物，然后缸内喷射器110在压縮冲程中喷 射燃料，从而在火花塞周围局部产生浓的空气一燃料混合物，以改善燃烧状态。由于下述原因，在催化剂预热操作中优选采用这种半层状燃烧。在 催化剂预热操作中，必须将点火正时显著延迟并保持良好的燃烧状态(怠 速状态)，以使高温燃烧气体到达催化剂。此外，还必须供给一定量的燃 料。如果采用层状燃烧来满足这些要求，则燃料量会不足。如果采用均匀 燃烧，则与层状燃烧的情况相比，为保持良好燃烧所用的延迟量较小。因 为这些原因，尽管可以采用层状燃烧或半层状燃烧中任何一种，但在催化 剂预热操作中优选采用上述半层状燃烧。 <在发动机冷机状态期间>
直至催化剂快速预热结束(S130得到"是")并且发动机10起动之
后上升的发动机10温度(发动机冷却剂温度THW)被设定为预定温度阈 值(例如80°C)(步骤S210为"否")才选择(S230)针对冷机状态的 映射图(图7或图9，将在下文中说明)。
根据针对冷机状态选择的映射图(图7或图9，将在下文中说明)以 及发动机10的发动机速度和负载率，来计算表示缸内喷射器110喷射比 率的DI比率r (S240)。根据发动机10所需的输出等计算燃料喷射量 (S250)。
<在发动机暖机状态期间>
当发动机10的温度进一步升高，发动机10的温度(发动机冷却剂温 度THW)达到预定温度阈值或更高(例如80°C)时(S210得到 "是")，选择(S220)针对暖机状态的映射图(图6或图8，将在下文 中说明)。
根据针对暖机机状态选择的映射图(图6或图8，将在下文中说明) 以及发动机10的发动机速度和负载率，来计算表示缸内喷射器110喷射 比率的DI比率r (S240)。根据发动机10所需的输出等计算燃料喷射量 (S250)。
<从喷射器喷射燃料的正时>
如果发动机10的负载率较高，并且如果燃料是从缸内喷射器110和 进气歧管喷射器120以二者之间的预定比率喷射的(S260得到"是")， 则如同与进气同步时(即如同在进气阀120开启的时间段中) 一样来计算从进气歧管喷射器120喷射燃料的时间作为(S270)。
如果发动机10的负载率较低，或者如果未从缸内喷射器110和进气 歧管喷射器120以二者之间的预定比率喷射燃料(S260得到"否")，则 如同在进气阀122关闭的时间段中一样来计算从进气歧管喷射器120喷射 燃料的时间(S280)。如果发动机10的负载率较低，则在从进气歧管喷 射器120喷射燃料时关闭进气阀122。因此，如图3所示，处于液态的燃 料粘附到进气歧管的内壁、进气阀122伞状部分的背面、以及进气阀122 的阀杆等。另一方面，即使在冷机状态下，粘附了燃料的部分的温度与燃 料的沸点相比也足够高，更不用说在暖机状态下。因此，到进气阀122开 启时(到进气冲程开始时)燃料已在进气歧管20中气化。
如果在这种状态下开启进气阀122，则气化的燃料被引入燃烧室。这 样提高了均匀性并可以获得满意的均匀燃烧。
在任何情况下(S260得到"是"和"否")，都如同与进气同步时 (即如同在进气阀120开启的时间段中) 一样来计算从缸内喷射器110喷 射燃料。因此，通过进气流使从缸内喷射器110喷射的燃料沿空腔123C 均匀地扩散在燃烧室中。因此，可以提高燃烧室中的燃料分布(空燃比分 布)均匀性，并可以实现满意的均匀燃烧。
如上所述，在由根据本实施例的发动机ECU控制的发动机中，在正
常工作状态下而不是异常工作状态(例如以催化剂快速预热为代表)下， 当从缸内喷射器和进气歧管喷射器以二者之间的预定比率喷射燃料时，根 据由发动机速度和发动机载荷确定的映射图来对从缸内喷射器和进气歧管 喷射器进行的喷射执行控制，所述映射图是针对内燃机的暖机状态和冷机 状态分别设定的。这里，根据映射图执行燃料喷射控制使得可以在所有区 域实现均匀燃烧。如果在这种情况下不需要较大载荷，则在进气阀关闭的 时候从进气歧管喷射器喷射燃料。由此，即使由于在进气阀关闭时从进气 歧管喷射器喷射燃料造成燃料粘附到进气歧管的内壁等处，燃料也会由于 高温而立刻气化。因此，在进气阀开启时，气化的燃料被引入燃烧室，不 易在位于缸内喷射器尖端的喷射孔中粘附液态燃料并因此不易积累沉积 物。此外，由于将气化的燃料引入燃烧室中，所以可以提高均匀性。<适于应用本控制装置的发动机(1) >
下面将对适于应用本实施例中控制装置的发动机(1)进行说明。 参考图6和图7，现在将对各自表示了缸内喷射器110与进气歧管喷
射器120之间燃料喷射比率(下文中也称为DI比率(r))的映射图进行 说明，该比率可以认为是与发动机10的工作状态有关的信息。这些映射 图储存在发动机ECU 300的ROM 320中。图6是针对发动机10暖机状态 的映射图，图7是针对发动机10冷机状态的映射图。
在图6和图7所示的映射图中，横坐标轴表示发动机10的发动机速 度，纵坐标轴表示负载率，缸内喷射器llO的燃料喷射比率或DI比率r以 百分数形式表示。
如图6和图7所示，针对由发动机IO的发动机速度和载荷引起确定的 各个工作区域来设定DI比率r。 "DI比率r=100%"表示只使用缸内喷 射器IIO执行燃料喷射的区域，而"DI比率r二OX"表示只使用进气歧管 喷射器120执行燃料喷射的区域。"DI比率r,0%" 、 "DI比率r,100 %"和"0%<DI比例r<100%"各自表示既使用缸内喷射器110又使用进 气歧管喷射器120来执行燃料喷射的区域。大体上，缸内喷射器110有利 于提高输出性能，而进气歧管喷射器120有利于空气一燃料混合物的均匀 性。取决于发动机10的发动机速度和负载率来适当选择这两种具有不同 特性的喷射器，使得在发动机10的正常工作状态(除了例如怠速期间催 化剂预热状态这样的异常状态之外)下只进行均匀燃烧。
此外，如图6和图7所示，在针对发动机暖机状态的映射图和针对冷 机状态的映射图中分别限定缸内喷射器110与进气歧管喷射器120之间的 燃料喷射比率，即DI比率r。这些映射图设置成表示了发动机10的温度 改变时缸内喷射器110和进气歧管喷射器120的不同控制区域。当检测到 发动机10的温度等于或高于预定温度阈值时，选择图6所示针对暖机状 态的映射图；否则选择图7所示针对冷机状态的映射图。根据所选的映射 图，并根据发动机10的发动机速度和负载率，来控制缸内喷射器110和 进气歧管喷射器120中之一或全部二者。
现在将对图6和图7中设定的发动机10的发动机速度和负载率进行说明。在图6中，NE (1)设定到2500rpm到2700rpm， KL (1)设定到30 %到50%， KL (2)设定到60%到90%。在图7中，NE (3)设定到 2900rpm到3100rpm。艮口， NE (1) <NE (3)。图6中的NE (2)以及图 7中的KL (3)和KL (4)也根据需要来设定。
在比较图6和图7时，图7所示针对冷机状态的映射图中的NE (3) 大于图6所示针对暖机状态的映射图中的NE (1)。这表明，随着发动机 10的温度降低，进气歧管喷射器120的控制区域扩展到包括更高发动机速 度的区域。即，在发动机10处于冷机状态的情况下，不易在缸内喷射器 110的喷射孔中积累沉积物(即使燃料不适从缸内喷射器110喷射的)。 因此，可以将使用进气歧管喷射器120执行燃料喷射的区域扩展，从而提 高均匀性。
在比较图6和图7时，在针对暖机状态的映射图中发动机10的发动机 速度为NE (1)或更高的区域中，以及在针对冷机状态的映射图中发动机 速度为NE (3)或更高的区域中，"DI比率r=100%"。对于负载率， 在针对暖机状态的映射图中负载率为KL (2)或更高的区域中，以及在针 对冷机状态的映射图中负载率为KL (4)或更高的区域中，"DI比率r= 100%"。这意味着在预定的高发动机速度区域中以及在预定的高发动机 载荷区域中只使用缸内喷射器UO。即，在高速度区域或高载荷区域中， 即使只使用缸内喷射器110执行燃料喷射，发动机10的发动机速度和转 速较高也确保了足够的进气量，使得即使只使用缸内喷射器110也可以容 易地获得均匀的空气一燃料混合物。由此，从缸内喷射器110喷射的燃料 在燃烧室中伴随着气化潜热而雾化(即从燃烧室吸收热量)。因此，在压 縮末期，空气一燃料混合物的温度降低，从而提高了抗爆震性能。此外， 由于燃烧室中的温度降低，所以进气效率提高，可以得到高功率输出。
在图6中针对暖机状态的映射图中，当负载率为KL (1)或更小时， 也仅使用缸内喷射器110执行燃料喷射。这表明当发动机10的温度较高 时，在预定的低负载区域中只使用缸内喷射器110。当发动机10处于暖机 状态时，容易在缸内喷射器110的喷射孔中积累沉积物。但是，在使用缸 内喷射器IIO执行燃料喷射时，可以降低喷射孔的温度，从而防止沉积物积累。此外，还可以在防止缸内喷射器10堵塞的同时确保其最小燃料喷 射量。因此在有关区域只使用缸内喷射器110。
在比较图6和图7时，只有在图7中针对冷机状态的映射图中才有
"DI比率r二0X"的区域。这表明当发动机10的温度较低时，在预定的 低载荷区域(KL (3)或更低)只使用进气歧管喷射器120来执行燃料喷 射。当发动机10处于冷机状态、载荷较低且进气量较小时，不容易发生 燃料雾化。在这样的区域中，难以通过从缸内喷射器110喷射燃料来确保 良好的燃烧。此外，特别是在低载荷和低速区域，不需要使用缸内喷射器 IIO获得高输出。因此，在有关区域中只使用进气歧管喷射器120执行燃 料喷射，而不使用缸内喷射器IIO。
此外，在除了正常工作之外的工作中，即在发动机10怠速期间的催 化剂预热状态下(异常工作状态)，控制缸内喷射器110来执行层状燃 烧。通过只在催化剂预热操作中造成层状燃烧，可以促进催化剂的预热， 因此改善排气排放。
<适于采用本控制装置的发动机(2) >
下文中，将对适于采用本实施例的控制装置的发动机(2)进行说 明。在下面对发动机(2)的说明中，与发动机(1)中类似的设置将不再 重复。
参考图8和图9，对各自图示了缸内喷射器110与进气歧管喷射器 120之间燃料喷射比率的映射图进行说明，该比率可以认为是与发动机10 的工作状态有关的信息。这些映射图储存在发动机ECU 300的ROM 320 中。图8是针对发动机IO暖机状态的映射图，图9是针对发动机10冷机 状态的映射图。
图8和图9与图6和图7在以下方面不同。在针对暖机状态的映射图 中发动机10的发动机速度等于或高于NE (1)的区域中，以及在针对冷 机状态的映射图中发动机10的速度为NE (3)或更高的区域中，保持 "DI比率r二100X"。此外，除了低速区域外，在针对暖机状态的映射图 中负载率为KL (2)或更高的区域中，以及在针对冷机状态的映射图中负 载率为KL (4)或更高的区域中，保持"DI比率r=100%"。这表明在发动机速度处于预定高水平的区域中只使用缸内喷射器110执行燃料喷 射，并且在发动机载荷处于预定高水平的区域中经常只使用缸内喷射器 110执行燃料喷射。但是，在低速高载荷区域，从缸内喷射器110喷射的 燃料形成的空气一燃料混合物的混合较差，燃烧室中这种不均匀的空气一 燃料混合物可能造成不稳定的燃烧。因此，随着发动机速度增高，这种问 题不容易发生，缸内喷射器110的燃料喷射比率也升高；而随着发动机载
荷升高，这种问题容易发生，缸内喷射器的燃料喷射比率降低。DI比率r 的这些变化由图8和图9中的十字箭头表示。由此，可以抑制因不稳定燃 烧引起的发动机输出转矩变化。注意，这些措施大体上相当于这样的措 施随着发动机10的状态向预定低速区域移动而减小缸内喷射器110的 燃料喷射比率，或者随着发动机10的状态向预定低载荷区域移动而增大 缸内喷射器110的燃料喷射比率。此外，除了有关区域(由图8和图9中 的十字箭头表示)夕卜，在只使用缸内喷射器110执行燃料喷射的区域(在 高速侧和低载荷侧)中，即使在只使用缸内喷射器iio执行燃料喷射时也 容易获得均匀的空气一燃料混合物。在此情况下，从缸内喷射器110喷射 的燃料在燃烧室中伴随着气化潜热而雾化(通过从燃烧室中吸收热量)。 因此，在压縮末期，空气一燃料混合物的温度下降，因此提高了防爆震性 能。此外，通过降低燃烧室的温度，提高了进气效率，得到较高功率输 出。
在结合图6 — 9说明的发动机10中，通过将缸内喷射器110的燃料喷 射正时设定在进气冲程中而获得了均匀燃烧，同时通过将其设定在压縮冲 程中而实现了层状燃烧。即，在将缸内喷射器U0的燃料喷射正时设定在 压縮冲程中时，浓的空气一燃料混合物可以位于火花塞周围局部，使得对 燃烧室中的稀空气一燃料混合物作为一个整体进行点火以实现层状燃烧。 即使将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在进气冲程中，如果能够在火 花塞周围局部获得浓的空气 一燃料混合物，也可以实现层状燃烧。
此处所用的层状燃烧既包括层状燃烧也包括半层状燃烧。在半层状燃 烧中，进气歧管喷射器120在进气冲程中喷射燃料，从而在整个燃烧室中 产生稀薄均匀的空气一燃料混合物，然后缸内喷射器110在压縮冲程中喷射燃料，从而在火花塞周围产生浓的空气一燃料混合物，以改善燃烧状 态。由于下述原因，在催化剂预热操作中优选采用这种半层状燃烧。在催 化剂预热操作中，必须将点火正时显著延迟并保持良好的燃烧状态(怠速 状态)，以使高温燃烧气体到达催化剂。此外，还必须供给一定量的燃 料。如果采用层状燃烧来满足这些要求，则燃料量会不足。如果采用均匀 燃烧，则与层状燃烧的情况相比，为保持良好燃烧所用的延迟量较小。因 为这些原因，尽管可以采用层状燃烧或半层状燃烧中任何一种，但催化剂 预热操作中优选采用上述半层状燃烧。
此外，在结合图6 — 9说明的发动机中，缸内喷射器110的燃料喷射 正时在进气冲程中设定在与几乎整个区域对应的基本区域中(这里，基本 区域指除了通过下述方式执行半层状燃烧的区域之外的区域，在所述方式
中，在进气冲程中采用由进气歧管喷射器120喷射燃料并在压縮冲程中采 用由缸内喷射器110喷射燃料，所述半层状燃烧只在催化剂预热状态下执 行)。但是，由于下述原因，可以将缸内喷射器110的燃料喷射正时暂时
设定在压縮冲程中以使燃烧稳定。
在将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在压縮冲程中时，通过喷射
的燃料使空气一燃料混合物冷却，同时气缸中的温度较高。这提高了冷却
效果并因此提高了抗爆震性能。此外，在将缸内喷射器110的燃料喷射正
时设定在压縮冲程中时，从燃料喷射至点火的时间较短，这确保了所喷射 的燃料强劲地渗透，从而增大了燃烧速率。抗爆震性能的提高和燃烧速率 的增大可以防止燃烧中的变化，从而提高了燃烧稳定性。
不管发动机IO的温度如何(即，无论发动机IO处于暖机状态还是冷 机状态)，都可以在怠速停止(idle-off)状态期间(当怠速开关关断时， 或者当压下加速器踏板时)使用图6或图8所示针对暖机状态的映射图 (不管发动机处于冷机状态还是暖机状态，在低载荷区域中都使用缸内喷 射器IIO)。
应当明白，这里所公开的实施例在任何方面都是示例性而非限制性。 本发明的范围由权利要求项而不是由上述说明书来限定，并应当理解为包 括了权利要求项以及与其等同的含义范围内的任何改变。
权利要求
1.一种内燃机控制装置，所述内燃机包括将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构以及将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机构，所述内燃机控制装置包括控制单元，其根据与所述内燃机的工作状态有关的信息，对所述第一燃料喷射机构和所述第二燃料喷射机构进行控制；其中在应当至少从所述第二燃料喷射机构喷射燃料来进行均匀燃烧时，所述控制单元对燃料喷射进行控制使得在进气阀关闭期间从所述第二燃料喷射机构喷射燃料。
2. 根据权利要求1所述的内燃机控制装置，其中所述控制单元还包括喷射控制单元，所述喷射控制单元对燃料喷射进 行控制使得在所述进气阀开启期间从所述第一燃料喷射机构喷射燃料。
3. 根据权利要求1所述的内燃机控制装置，还包括判定单元，其判定所述内燃机是否处于正常工作状态，当所述内燃机 处于除了怠速状态之外的其他状态时，所述判定单元判定所述内燃机处于 所述正常工作状态；以及喷射控制单元，其控制所述燃料喷射机构，从而在所述内燃机处于所 述正常工作状态时进行均匀燃烧。
4. 根据权利要求1所述的内燃机控制装置，还包括判定单元，其判定所述内燃机是否处于正常工作状态，在怠速期间的催化剂预热操作中，所述判定单元判定所述内燃机处于异常工作状态；以 及喷射控制单元，其控制所述燃料喷射机构，从而在所述内燃机处于所 述异常工作状态时进行层状燃烧。
5. 根据权利要求1所述的内燃机控制装置，其中， 所述信息包括表示所述第一燃料喷射机构与所述第二燃料喷射机构之间喷射比率的信息，所述比率根据所述内燃机的发动机速度和负载率来限 定。
6. 根据权利要求1到5中任一项所述的内燃机控制装置，其中所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器；并且 所述第二燃料喷射机构是进气歧管喷射器。
7. —种内燃机控制装置，所述内燃机包括将燃料喷射到气缸中的第一 燃料喷射机构和将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机构，所述内燃机控制装置包括控制装置，其用于根据与所述内燃机的工作状态有关的信息，对所述第一燃料喷射机构和所述第二燃料喷射机构进行控制；其中在应当至少从所述第二燃料喷射机构喷射燃料来进行均匀燃烧时，所 述控制装置包括用于对燃料喷射进行控制使得在进气阀关闭期间从所述第 二燃料喷射机构喷射燃料的装置。
8. 根据权利要求7所述的内燃机控制装置，其中所述控制装置还包括用于对燃料喷射进行控制使得在所述进气阀开启 期间从所述第一燃料喷射机构喷射燃料的装置。
9. 根据权利要求7所述的内燃机控制装置，还包括判定装置，其用于判定所述内燃机是否处于正常工作状态，当所述内 燃机处于除了怠速状态之外的其他状态时，所述判定装置判定所述内燃机 处于所述正常工作状态；以及喷射控制装置，其用于控制所述燃料喷射机构，从而在所述内燃机处 于所述正常工作状态时进行均匀燃烧。
10. 根据权利要求7所述的内燃机控制装置，还包括判定装置，其用于判定所述内燃机是否处于正常工作状态，在怠速期 间的催化剂预热操作中，所述判定装置判定所述内燃机处于异常工作状 态；以及用于控制所述燃料喷射机构从而在所述内燃机处于所述异常工作状态 时进行层状燃烧的装置。
11. 根据权利要求7所述的内燃机控制装置，其中，所述信息包括表示所述第一燃料喷射机构与所述第二燃料喷射机构之 间喷射比率的信息，所述比率根据所述内燃机的发动机速度和负载率来限定。
12. 根据权利要求7到11中任一项所述的内燃机控制装置，其中所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器；并且所述第二燃料喷射机构是进气歧管喷射器。
13. —种内燃机控制装置，所述内燃机包括将燃料喷射到气缸中的缸 内喷射器和将燃料喷射到进气歧管中的进气歧管喷射器，所述内燃机控制 装置包括电子控制单元；其中所述电子控制单元根据与所述内燃机的工作状态有关的信息来控制所 述缸内喷射器和所述进气歧管喷射器；并且在应当至少从所述第二燃料喷射机构喷射燃料来进行均匀燃烧时，所 述电子控制单元对燃料喷射进行控制使得在进气阀关闭期间从所述进气歧 管喷射器喷射燃料。
全文摘要
一种内燃机控制装置，该内燃机包括缸内燃料喷射器和进气歧管燃料喷射器，通过该控制装置，在应当进行均匀燃烧时，在进气阀关闭期间从进气歧管喷射器喷射燃料。
文档编号F02D41/40GK101287900SQ20068000823
公开日2008年10月15日 申请日期2006年4月7日 优先权日2005年4月12日
发明者土屋富久, 齐藤晴彦 申请人:丰田自动车株式会社