专利名称：汽缸内燃料喷射火花点火内燃发动机的启动控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及把燃料直接喷射到汽缸的燃烧室的火花点火内燃发动机的启动控制。
背景技术：
当燃料在发动机冷启动期间在汽缸内燃料喷射火花点火内燃发动机的进气冲程中喷射以实现均匀燃烧的时候，用于净化废气的三元催化净化剂未被激活，因此由燃料燃烧产生的废气中的碳氢化合物(HC)在未被氧化的情况下被排放出去。
日本专利局在2000年公开的JP2000-145510A建议在汽缸内燃料喷射内燃发动机的冷启动期间，燃料喷射量被这样确定，以便发生比理想配比空气/燃料比略微稀的空气/燃料比，因此燃料是在压缩冲程喷射的。
当燃料在压缩冲程期间喷射的时候，喷射的燃料与当燃料在进气冲程期间喷射的时候相比较不可能附着到汽缸壁表面上。此外，燃料在压缩冲程期间喷射在发动机中产生分层燃烧。因此，较少的空气-燃料混合物流入猝熄区(quench zone)。此外，废气温度上升，这加速HC在发动机的膨胀冲程中的氧化反应。因此HC的总排放量减少。
发明内容
在发动机的冷启动期间，燃料较少可能汽化。尤其是当燃料在压缩冲程喷射的时候，从喷射到燃烧的时间间隔比在进气冲程喷射的短，从而使喷射的燃料更加难以汽化。因此，当压缩冲程燃料喷射在冷启动期间完成的时候保证燃烧是困难的。
进而，当试图依靠分层燃烧启动发动机的时候，发动机的启动特征受启动环境和电池电压的影响非常大，并且在某些情况下，启动发动机可能是困难的。
所以，本发明的目的是在不管启动条件如何保证良好的和稳定的启动能力的同时，在汽缸内燃料喷射内燃发动机的启动期间抑制未燃烧的燃料的排放。
为了实现上述目的，本发明提供在由进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程构成的四冲程循环的基础上运行的内燃发动机的启动控制装置。发动机包括燃烧室、把燃料直接喷射到燃烧室的燃料喷射器和为燃烧室里的空气-燃料混合物点火的火花塞，并且完成通过用启动电动机引起的曲轴转动的启动操作和该启动操作之后的预热操作。
该控制装置包括检测发动机转速的传感器和被编程控制燃料喷射器的可编程控制器。
该控制器被编程为设定分层燃烧启动周期；控制燃料喷射器在从曲轴开始转动到分层燃烧启动周期结束为止的压缩冲程中喷射燃料；判定发动机转速是否大于预定转速；当在分层燃烧启动周期期间发动机转速超过预定转速时，控制燃料喷射器停止在压缩冲程喷射燃料以便使发动机从启动操作转移到预热操作；以及，当在分层燃烧启动周期期间发动机转速未超过预定转速时，控制燃料喷射器在分层燃烧启动周期结束时停止在压缩冲程喷射燃料并且在进气冲程喷射燃料，以便使发动机继续启动操作。
本发明还提供上述内燃发动机的启动控制方法。该方法包括确定发动机转速、设定分层燃烧启动周期、控制燃料喷射器在从曲轴开始转动到分层燃烧启动周期结束为止的压缩冲程中喷射燃料、确定发动机转速是否大于预定转速、当在分层燃烧启动周期期间发动机转速超过预定转速时，控制燃料喷射器停止在压缩冲程喷射燃料以使发动机从启动操作转移到预热操作、以及，当在分层燃烧启动周期期间发动机转速未超过预定转速时，控制燃料喷射器在分层燃烧启动周期结束时停止在压缩冲程喷射燃料并且在进气冲程喷射燃料以使发动机继续启动操作。
本发明的细节、其它的特性和优势是在该说明书的其余部分描述的并且被展示在附图中。
图1是依照本发明的内燃发动机的启动控制装置的示意图。
图2是举例说明由依照本发明的发动机控制器在发动机启动期间执行的燃料喷射控制程序的流程图。
图3A-3E是举例说明该燃料喷射控制程序的执行结果的时间图。
图4是举例说明由发动机控制器存储的、定义分层燃烧执行周期TST-m和发动机冷却水温度Tw之间关系的特征图。
图5是举例说明由发动机控制器存储的、定义分层燃烧执行周期TST-m和电池电压Vb之间的关系的特征图。
图6是举例说明由发动机控制器存储的、定义分层燃烧执行周期TST-m和曲轴转速Nst之间的关系的特征图。
图7是举例说明由发动机控制器存储的、定义在分层燃烧执行周期TST-m和燃料压力Pf之间的关系的特征图。
图8类似于图2，但是展示本发明的第二实施方案。
图9是举例说明依照本发明的第二实施方案，由发动机控制器存储的、定义分层燃烧执行次数Tcycle-m和发动机冷却水温度Tw之间的关系的特征图。
图10是举例说明依照本发明的第二实施方案，由发动机控制器存储的、定义分层燃烧执行次数Tcycle-m和电池电压Vb之间的关系的特征图。
图11是举例说明依照本发明的第二实施方案，由发动机控制器存储的、定义分层燃烧执行次数Tcycle-m和曲轴转速Nst之间的关系的特征图。
图12是举例说明依照本发明的第二实施方案，由发动机控制器存储的定义分层燃烧执行次数Tcycle-m和燃料压力Pf之间的关系的特征图。
具体实施例方式
参照附图中的图1，在机动车中使用的汽缸内燃料喷射内燃发动机1包括汽缸头2和其中形成许多汽缸4的汽缸体3。往复运动的活塞5容纳在各自的汽缸4中。燃烧室6是由活塞5、汽缸4的内壁和汽缸头2定限的。内燃发动机1是活塞5在各自的汽缸4内接连地重复进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程的四冲程发动机。活塞5的往复运动被曲轴31转换成旋转扭矩。
活塞腔5A是在活塞5的顶端形成的，以便在活塞5的压缩冲程期间在燃烧室6中发生空气-燃料混合物的翻滚，从而使空气-燃料混合物的分层燃烧得以实现。
进气口9和排气口10分别经进气阀7和排气阀8连接到燃烧室6上。进气管36经进气歧管11和收集器12连接到进气口9上。
用来调节内燃发动机1的进气量的节流阀13和空气滤清器15是在进气管36上提供的。
节流阀13是用节流阀电动机17驱动的电子节流阀。节流阀13的开度是通过从发动机控制器30输出到节流阀电动机17的开度信号改变的。
检测机动车中加速器踏板16的下压量的加速器踏板下压传感器18提供用于控制节流阀13的开度。发动机控制器30根据加速器踏板下压量确定节流阀的开度并且把相应的开度信号输出给节流阀电动机17。
排气管21经排气歧管19连接到排气口10上。催化转化器20插在排气管21中。
喷射汽油燃料的燃料喷射器23和对空气-燃料混合物点火的火花塞24分别设置在汽缸头2上，面对每个燃烧室6。
燃料喷射器23经燃料供应通道25连接到输送管26上。输送管26从燃料储箱28得到已被高压燃料泵27加压的燃料供应。输送管26用作暂时储存高压燃料泵27排放的高压燃料同时维持其压力的积聚器。
启动内燃发动机1的曲轴转动是由响应于钥匙开关35的操作的被激活的启动电动机50完成的。
燃料喷射器23的燃料喷射量和喷射定时受发动机控制器30的控制。
为了实现这种控制，与在内燃发动机1中测量进气量的气流计14、用来检测输送管26中的燃料压力的燃料压力传感器29、检测曲轴31的转速Ne和曲柄角的曲柄角传感器32、检测内燃发动机1的冷却水温度Tw的水温传感器33和检测安装在车辆中的电池的电池电压Vb的电池电压传感器34的各检测值相对应的各信号被分别输入发动机控制器30。来自钥匙开关35的ON信号和启动电动机操作信号也被输入。在内燃发动机1的曲轴转动期间曲轴31的转速对应于曲轴转速Nst。
发动机控制器30是由包括中央处理器(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)和输入/输出接口(I/O接口)的微型计算机构成的。控制器可能由许多微型计算机构成。
关于燃料喷射定时的控制，发动机控制器30依照发动机1的操作条件，有选择地应用在进气冲程期间燃料喷射的进气冲程燃料喷射模式和在压缩冲程期间燃料喷射的压缩冲程燃料喷射模式。
接下来，将描述在内燃发动机1的曲轴转动期间发动机控制器30执行的燃料喷射控制。
在内燃发动机1的曲轴转动期间，发动机控制器30使内燃发动机1根据包括冷却水温Tw、曲轴转速Nst、电池电压Vb和燃料压力Pf的一个或多个参数，借助压缩冲程燃料喷射来实现分层燃烧。
首先，分层燃烧执行周期TST-m是参照一张图依据上述任何参数确定的。执行周期TST-m被表示成时间周期。
接下来，被确定的执行周期TST-m被设定为分层燃烧定时器TST的初始值。
分层燃烧定时器TST与钥匙开关35切换到“ON”的同时启动，并且随着时间流逝逐渐减少。当分层燃烧定时器TST达到0的时候，这表示分层燃烧执行周期TST-m结束。
分别定义分层燃烧执行周期TST-m与冷却水温Tw、曲轴转速Nst、电池电压Vb和燃料压力Pf的关系的、具有图4-7所示特征的图被预先储存在发动机控制器30的ROM中。
通过以这种方式按照启动期间的条件改变分层燃烧执行周期TST-m，发动机控制器30在曲轴转动开始之后立即抑制未燃燃料的排放，或换句话说抑制碳氢化合物(HC)的排放。
然而，如果内燃发动机1的转速达不到在分层燃烧执行周期TST-m期间的完全燃烧确定速度Ne-st，分层燃烧不再完成，取而代之的是依靠均匀燃烧继续启动。这是设定分层燃烧执行周期TST-m的目的。完全燃烧确定速度Ne-st被设定在300-800转/分钟(rpm)。
例如，当冷却水温Tw处于0和10摄氏度之间的温度之下的时候，产生分层燃烧是困难的，而且证实通过分层燃烧已启动实现需要花费时间。另一方面，当冷却水温Tw比较高的时候，分层燃烧容易发生，因此依靠分层燃烧实现启动能在短时段内得到证实。因此，图4中示出的基于冷却水温Tw的分层燃烧执行周期TST-m的映射图被这样设定，即，分层燃烧执行周期TST-m随着冷却水温Tw升高变得更短。此外，当冷却水温Tw达到预热完成温度Tw-st的时候，对能实现分层燃烧的压缩冲程燃料喷射的需求完全消失。因此，在这种情况下，TST-m变成0。预热完成温度Tw-st被设定在80摄氏度。
通过以这种方式设定该图，启动所需要的时间与在内燃发动机1的启动期间总是在固定的时间周期里完成压缩冲程燃料喷射相比能进一步被缩短。
同样，图5中示出的基于电池电压Vb的分层燃烧执行周期TST-m的图的特征、图6中示出的基于曲轴转速Nst的分层燃烧执行周期TST-m的图的特征、和在图7中示出的基于燃料压力Pf的分层燃烧执行周期TST-m的图的特征都被这样设定，即，使分层燃烧执行周期TST-m随着环境变得更有益于实现分层而燃烧变得更短。
更固体地说，当电池电压Vb高的时候，点火顺利地完成，因此分层燃烧容易实现。通过分层燃烧执行的内燃发动机1启动随着曲轴转速Nst增加而变得更容易。分层的空气-燃料混合物随着燃料压力Pf增加而变得更容易形成。这些因素中的每一个都有利于分层燃烧的实现。
在图4中，冷却水温Tw被用作代表内燃发动机1的温度的参数。因此，检测机油的油温来代替检测冷却水温Tw并且按照该油温设定分层燃烧执行周期TST-m是可能的。
在作为压缩冲程燃料喷射的结果发生的分层燃烧期间，具有能获得稳定点火的空气/燃料比的大量的空气-燃料混合物在火花塞24周围形成。在该大量空气-燃料混合物外面，燃料浓度减少，以致整个燃烧室6的平均空气/燃料比与理想配比空气/燃料比相比略微稀。
当燃料压力Pf低于允许在启动期间进行燃料喷射的压力Pf-st，或曲轴转速Nst低于允许在启动期间进行燃料喷射的速度Nst-st、或电池电压Vb低于允许在启动期间执行燃料喷射的电压Vb-st的时候，发动机控制器30禁止燃料喷射器23进行燃料喷射。
在内燃发动机1的曲轴转动期间，发动机控制器30在如同前面描述的那样设定的分层燃烧执行周期TST-m期间控制燃料喷射器23在压缩冲程完成燃料喷射，而且一旦分层燃烧执行周期TST-m结束就控制燃料喷射器23在进气冲程完成燃料喷射。
在进气冲程燃料喷射期间，从喷射到点火的时间周期是长的，并因此促进燃料和空气的混合，从而导致稳定的点火。因此通过在分层燃烧执行周期TST-m结束之后切换到进气冲程燃料喷射，能确保内燃发动机1的启动。
进而，当内燃发动机的转速1超过分层燃烧执行周期TST-m期间的完全燃烧确定速度Ne-st的时候，发动机控制器30确定内燃发动机1的启动已完成，并因此立即把燃料喷射定时从压缩冲程燃料喷射切换到进气冲程燃料喷射，而不等分层燃烧执行周期TST-m结束。
当内燃发动机1的启动完成的时候，发动机控制器30依靠进气冲程燃料喷射操作内燃发动机1以便完成预热操作。在这个时候，在内燃发动机1中燃烧的空气-燃料混合物的空气/燃料比被设定为接近理想配比的空气/燃料比。在这个空气/燃料比下，内燃发动机1实现有利的排气环境，在该排气环境中空转转速得以维持以及氧化氮(NOx)的排放量得到抑制。
另外，当冷却水温Tw达到分层燃烧执行周期TST-m期间的预热完成温度Tw-st的时候，发动机控制器30立即从压缩冲程燃料喷射切换到进气冲程燃料喷射。
接下来，将参照图2描述发动机控制器30为了实现上述的控制所执行的例程。这个例程的执行与钥匙开关35切换到ON同时开始，而且此后程序以10毫秒的间隔重复执行，直到预热操作或正常操作开始。
首先，在步骤S1，发动机控制器30判定钥匙开关35是否恰好从OFF转到ON。这个判断的结果实质上仅仅在该例程的第一执行期间才是肯定的。
当判断是肯定的时候，发动机控制器30查阅预先储存在内部的ROM的与图4相对应的图，在步骤S2根据冷却水温Tw读出分层燃烧执行周期TST-m。如同前面提到的那样，在这个图中分层燃烧执行周期TST-m随温度降低而延长。在等于或低于图中设定的最低温度时，代替压缩冲程燃料喷射执行进气冲程燃料喷射。在这种情况下，分层燃烧执行周期TST-m被设定为零。在这里，最低温度被设定成0摄氏度，但是可能被设定成较高的温度，例如从5到10摄氏度。
TST-m也可能是基于代替冷却水温Tw的曲轴转速Nst、电池电压Vb和燃料压力Pf之中任何一个参数从相应的图中读出。
接下来，在步骤S3，发动机控制器30把从图读出的图值TST-m设定为分层燃烧定时器TST的初始值。
在步骤S3的处理完成之后，发动机控制器30执行步骤S4的处理。当步骤S1中的判断是否定的时候，发动机控制器30跳过步骤S2和S3，并执行步骤S4的处理。从该例程的第二执行向前，步骤S1的判断总是否定的。
在步骤S4，发动机控制器30将燃料压力Pf与上述的燃料喷射允许压力Pf-st、曲轴转速Nst与上述的燃料喷射允许速度Nst-st、电池电压Vb与上述的燃料喷射允许电压Vb-st进行比较。
如果，作为结果，燃料压力Pf、曲轴转速Nst和电池电压Vb中的至少一个在允许燃料喷射的数值以下，发动机控制器30就在步骤S5禁止燃料喷射器23喷射燃料。在步骤S5的处理完成之后，发动机控制器30结束该例程。
当燃料压力Pf、曲轴转速Nst和电池电压Vb中无一在允许燃料喷射的数值以下的时候，发动机控制器30在步骤S6将冷却水温Tw与预热完成温度Tw-st进行比较。如果冷却水温Tw已达到预热完成温度Tw-st，发动机控制器30在步骤S12转移到正常操作。
在正常操作时，燃料喷射定时是按照操作条件切换的。假定正常操作期间的燃料喷射控制是在独立的例程完成的。转移到正常操作之后，这个例程的执行被停止。在步骤S12的处理完成之后，发动机控制器30结束该例程。
如果在步骤S6冷却水温Tw尚未达到预热完成温度Tw-st，发动机控制器30在步骤S7判定分层燃烧定时器TST是否为0。
如果分层燃烧定时器TST为0，发动机控制器30把燃料喷射定时从压缩冲程燃料喷射切换到进气冲程燃料喷射，并且在步骤S11执行用于按理想配比空气/燃料比启动的进气冲程燃料喷射。
接下来，在步骤S14，发动机控制器30将发动机转速Ne与完全燃烧确定速度Ne-st进行比较。如果发动机转速Ne未超过该完全燃烧确定速度Ne-st，发动机控制器30结束该例程，而不执行任何进一步的处理。
如果发动机转速Ne确实超过该完全燃烧确定速度Ne-st，发动机控制器30在步骤S10转移到预热操作。假定预热操作期间的燃料喷射控制是在独立的例程中完成的。转移到预热操作之后，这个例程的执行被停止。在步骤S10的处理完成之后，发动机控制器30结束该例程。
另一方面，如果在步骤S7分层燃烧定时器TST大于0，发动机控制器30在步骤S8选择用于启动的压缩冲程燃料喷射。在这里，例程执行间隔和燃料喷射执行间隔不一样。在步骤S8选定的压缩冲程燃料喷射是在下一个燃料喷射机会执行的。燃料喷射量被设定为对应于略稀的空气/燃料比的预定量。
接下来，在步骤S9，发动机控制器30将发动机转速Ne与完全燃烧确定速度Ne-st进行比较。如果发动机转速Ne未超过该完全燃烧确定速度Ne-st，发动机控制器30在步骤S13将分层燃烧定时器TST减1。在步骤S13的处理完成之后，发动机控制器30结束该程。另一方面，如果发动机转速Ne确实超过完全燃烧确定速度Ne-sf，发动机控制器30在上述的步骤S10转移到预热操作，然后结束该程。
参照图3A-3E，当钥匙开关35在时间t1切换到ON的时候，分层燃烧定时器TST首先依照上述的例程的第一执行被设定到它的初始值。在这个阶段，启动电动机50不起作用，因此曲轴转速Nst是0，从而在步骤S4产生肯定的判断。因此，燃料喷射在步骤S5被禁止，因此燃料喷射未完成。
在时间t2，在启动电动机操作信号被输出和曲轴转动开始之后，步骤S4的判断变成否定的，并且在上述的例程中从步骤S6向前的处理被执行。
作为结果，如同在图3A-3C中用实线示出的那样，燃料喷射器23喷射燃料和用火花塞24点火开始。当冷却水温Tw在分层燃烧执行周期TST-m期间低于预热完成温度Tw-st的时候，燃料喷射定时通过步骤S8的处理被设定为压缩冲程燃料喷射，如同在图3A中用实线示出的那样。进而，为了实现分层燃烧，空气/燃料比被设定为比理想配比空气/燃料比略微稀，如同在图3C中用实线示出的那样。
在时间t3，当发动机转速Ne如同在图3E中用实线示出的那样达到完全燃烧确定速度Ne-st的时候，内燃发动机1通过步骤S9和S10的处理转移到预热操作。因此，从时间t3向前，燃料喷射定时如同在图3A中用实线示出的那样切换到进气冲程燃料喷射，而理想配比空气/燃料比被用作空气/燃料比，如同在图3C中示出的那样。
反之，如同在图3A-3E中用虚线示出的那样，当发动机转速Ne在分层燃烧执行周期TST-m期间未达到完全燃烧确定速度Ne-st的时候，发动机控制器30重复步骤S1、S4、S6-S9和S13的处理，直到分层燃烧执行周期TST-m终止。
然后，在时间t4，当分层燃烧定时器TST的数值在步骤S7达到0的时候，发动机控制器30在步骤S11把燃料喷射定时切换到进气冲程，因此启动按理想配比空气/燃料比借助均匀燃烧继续进行。
作为由进气冲程燃料喷射产生的均匀燃烧的结果，使喷射燃烧室6的燃料汽化所需要的时间得到保证。因此，即使当通过分层燃烧启动不成功的时候，空气-燃料混合物的点火和燃烧也能通过均匀燃烧稳定地执行。
因此，如同在图3E中用虚线示出的那样，发动机转速Ne在时间t5达到完全燃烧确定速度Ne-st。当发动机转速Ne达到完全燃烧确定速度Ne-st的时候，步骤S14中的判断变成肯定的，因此发动机控制器30在步骤S10转移到预热操作。
在图3A-3F中示出的点划线表示当冷却水温Tw在用于图4所示的图的分层燃烧执行周期TST-m的设定范围以下的时候，或者换句话说当冷却水温Tw如同在图3D中展示的那样极低的时候的启动条件。
在这种情况下，分层燃烧定时器TST的初始值在步骤S2被设定为0，并因此步骤S7的结果依据例程的第一执行是否定的。因此，进气冲程燃料喷射和均匀燃烧在步骤S11执行。结果，燃料喷射定继续被设定为进气冲程，直到预热的完成，如同在图3A中用点划线展示的那样。
虽然在图2中的例程并未说明，但是在用于启动的进气冲程燃料喷射期间，应用在图3C中用点划线所示的那种浓空气/燃料比是优选的，如图3C中所示的。
不论通过分层燃烧的启动成功，或者由于通过分层燃烧的启动失败而通过均匀燃烧执行启动，随后的预热操作都是借助进气冲程燃料喷射执行的，如同在图3A中展示的那样。空气/燃料比在这时被设定为理想配比空气/燃料比，如同在图3C中展示的那样。
在时间t6，当冷却水温Tw由于预热操作如同在图3D中展示的那样达到预热完成温度Tw-st的时候，内燃发动机1转移到正常操作。在正常操作时，燃料喷射是按照各操作条件执行。
时间图表示内燃发动机1从时间t6向前通过压缩冲程燃料喷射按稀的空气/燃料比操作的情况。在这种情况下，该稀的空气/燃料比甚至比在分层燃烧执行周期TST-m期间应用的稀的空气/燃料比更稀。
如上所述，依照本发明，通过借助分层燃烧启动汽缸内燃料喷射内燃发动机，未燃燃料的排放能受到抑制。当难以借助分层燃烧启动的时候，内燃发动机立即切换到均匀燃烧以便继续启动，因此良好的启动能力能得到保证。
接下来，将参照图8-12描述本发明的第二实施方案。
在这个实施方案中，在内燃发动机1的启动期间的燃料喷射控制算法不同于第一实施方案。依照该实施方案的启动控制装置的硬件构成除了增加用于从内燃发动机1的曲轴转动的起点开始为累计转数Tcycle-st计数的旋转计数器51之外对应于第一实施方案。用旋转计数器51检测的累计转数Tcycle-st作为信号输入发动机控制器30。
依照该实施方案的发动机控制器30通过由旋转计数器51检测的从内燃发动机1的曲轴转动的起点开始的累计转数而不是通过时间周期TST-m来定义分层燃烧执行周期。
在第一实施方案中，依照曲轴转速Nst的差异，在分层燃烧执行周期期间执行的压缩冲程燃料喷射的次数不同，但是通过用内燃发动机1的累计转数定义分层燃烧执行周期，曲轴转速Nst对执行压缩冲程燃料喷射的次数的影响能被消除。
为了实现这种控制，发动机控制器30执行图8所示例程代替图2的例程。
在图8的例程中，图2所示例程的步骤S2、S3和S7分别被步骤S22、S23和S27取代，而且图2所示例程的步骤S13被省略。
在步骤S22，发动机控制器30参照预先储存在内部ROM中的上述的图以便根据冷却水温Tw读出内燃发动机1的分层燃烧完成周期Tcycle-m。分层燃烧完成周期Tcycle-m是用从内燃发动机1的曲轴转动开始的累计转数表示的。
参照图9，分层燃烧完成周期Tcycle-m的值被设定为随着冷却水温Tw降低而增加。进而，类似于分层燃烧执行周期TST-m，分层燃烧完成周期Tcycle-m在等于或低于图中设定的最低温度下被设定为0。
如同在图10-12中展示的那样，电池电压Vb、曲轴转速Nst和燃料压力Pf也可以被用来作为确定分层燃烧完成周期Tcycle-m的参数。
在步骤S23，发动机控制器30把从图中读出的分层燃烧完成周期Tcycle-m设定为分层燃烧完成确定值Tcycle。
在步骤S27，发动机控制器30确定累计转数Tcycle-st是否达到分层燃烧完成确定值Tcycle。
通过执行上述例程，用来在内燃发动机1启动时产生分层燃烧的压缩冲程燃料喷射在步骤S8执行，除非分层燃烧完成确定值Tcycle被设定为0。
如果在累计转数Tcycle-st达到分层燃烧完成确定值Tcycle之前，在步骤S6中冷却水温Tw达到预热完成温度Tw-st那么发动机控制器30在步骤S12转移到正常操作，类似于第一实施方案。
进而，如果在累计转数Tcycle-st达到分层燃烧完成确定值Tcycle之前发动机转速Ne达到完全燃烧确定速度Ne-st，那么发动机控制器30在步骤S10转移到预热操作。
换句话说，当内燃发动机1实现完全燃烧的时候，发动机控制器30立即结束分层燃烧启动，并且转移到预热操作，即使累计转数Tcycle-st尚未达到分层燃烧完成确定值Tcycle。
此外，即使当累计转数Teycle-st达到分层燃烧完成确定值Tcycle的时候，如果发动机转速Ne尚未达到完全燃烧确定速度Ne-st，在步骤S11中启动也通过进气冲程燃料喷射继续进行，直到发动机转速Ne达到完全燃烧确定速度Ne-st。
依照这个实施方案，除了实现类似于第一实施方案的效果之外，压缩冲程燃料喷射被执行设定的次数，而且不受曲轴转速Nst的影响，因此启动控制能更稳定地实现。
在日本的申请日期为2003年7月8日的Tokugan 2003-193455的内容在此引入作为参考。
虽然在前面已参照发明的某些实施方案描述了本发明，但是本发明不局限于上述的实施方案。本领域技术人员在权利要求范围内将想到对上述实施方案的各种修改方案和变化。
例如，在上述的每个实施方案中，内燃发动机1的预热操作是使用进气冲程燃料喷射完成的。然而，这项涉及启动期间燃料喷射的发明是不管预热操作期间的燃料喷射控制如何都能应用的。
例如，本发明可适用于采用压缩冲程燃料喷射，借助分层燃烧执行预热操作的内燃发动机。
此外，本发明可适用于按照在预热操作期间冷却水温度Tw的上升，从借助压缩冲程燃料喷射的分层燃烧切换到借助进气冲程燃料喷射的均匀燃烧的内燃发动机。
本发明的要求排它性财产权或专有权的各实施方案被定义如下。
权利要求
1.一种用于按照由进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程构成的四冲程循环操作的内燃发动机(1)的启动控制装置，该发动机(1)包括燃烧室(6)、把燃料直接喷射到燃烧室(6)的燃料喷射器(23)、以及为燃烧室(6)中的空气-燃料混合物点火的火花塞(24)，该发动机(1)通过用启动电动机(50)引起的曲轴转动来执行启动操作，并且在启动操作之后执行预热操作，该控制装置包括用于检测发动机转速的传感器(31)；和可编程控制器(30)，其被编程用于设定分层燃烧启动周期(S2，S3，S22，S23)；控制燃料喷射器(23)在从曲轴转动起点到分层燃烧启动周期结束的压缩冲程中喷射燃料(S8)；判定发动机转速是否大于预定转速(S9)；当在分层燃烧启动周期期间发动机转速超过该预定转速的时候，控制该燃料喷射器(23)停止在压缩冲程中喷射燃料，以使发动机(1)从启动操作转移到预热操作(S10)；以及当在分层燃烧启动周期期间发动机转速未超过预定转速的时候，控制燃料喷射器(23)在分层燃烧启动周期结束时停止在压缩冲程中喷射燃料并在进气冲程中喷射燃料，以使发动机(1)继续启动操作(S7，S11，S27)。
2.根据权利要求1的启动控制装置，其中，分层燃烧启动周期是用从曲轴转动开始逝去的时间量来定义的(S2，S3)。
3.根据权利要求1的启动控制装置，其中，该启动控制装置包括用于从内燃发动机(1)的曲轴转动开始对累计转数进行计数的计数器(51)，以及，该分层燃烧启动周期是用该累计转数定义的(S22，S23)。
4.根据权利要求1至3中任何一项的启动控制装置，其中，该启动控制装置进一步包括用于检测内燃发动机(1)的温度的传感器(33)，以及，该控制器(30)被进一步编程为当内燃发动机(1)的温度降低时加长分层燃烧启动周期(S2，S22)。
5.根据权利要求1至3中任何一项的启动控制装置，其中，该控制器(30)被进一步编程为当曲轴转动期间内燃发动机(1)的转速降低时加长分层燃烧启动周期(S2，S22)。
6.根据权利要求1至3中任何一项的启动控制装置。其中，该启动控制装置进一步包括用于检测至燃料喷射器(23)的燃料供应压力的传感器(29)，该控制器(30)被进一步编程为当燃料供应压力下降时加长分层燃烧启动周期(S2，S22)。
7.根据权利要求1至3中任何一项的启动控制装置，其中，启动电动机(50)是通过来自电池的电力操作的，该启动控制装置进一步包括用于检测电池的供电电压的传感器(34)，以及，该控制器(30)被进一步编程为当电池的供电电压降低时加长分层燃烧启动周期(S2，S22)。
8.根据权利要求1至3中任何一项的启动控制装置，其中，该控制器(30)被进一步编程为在分层燃烧启动周期结束之后，当发动机(1)的转速超过预定转速时控制燃料喷射器(23)停止用于启动操作的燃料喷射以及开始用于预热操作的燃料喷射(S14，S10)。
9.根据权利要求1至3中任何一项的启动控制装置，其中，该控制器(30)被进一步编程为控制燃料喷射器(23)在预热操作期间执行在进气冲程中的燃料喷射(S10)。
10.一种用于按照由进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程构成的四冲程循环操作的内燃发动机(1)的启动控制方法，其中，该发动机(1)包括燃烧室(6)、把燃料直接喷射到燃烧室(6)的燃料喷射器(23)和对燃烧室(6)中的空气-燃料混合物进行点火的火花塞(24)，该发动机(1)通过用启动电动机(50)引起的曲轴转动来执行启动操作，并且在启动操作之后执行预热操作，该控制方法包括确定发动机转速；设定分层燃烧启动周期(S2，S3，S22，S23)；控制燃料喷射器(23)在从曲轴转动开始到分层燃烧启动周期结束的压缩冲程中喷射燃料(S8)；确定发动机转速是否大于预定转速(S9)；当在分层燃烧启动周期期间发动机转速超过该预定转速的时候，控制燃料喷射器(23)停止在压缩冲程中喷射燃料，以使发动机(1)从启动操作转移到预热操作(S10)；以及当在分层燃烧启动周期期间发动机转速未超过该预定转速的时候，控制燃料喷射器(23)在分层燃烧启动周期结束时停止在压缩冲程中喷射燃料并且在进气冲程喷射燃料，以使发动机(1)继续启动操作(S7，S11，S27)。
全文摘要
一种汽缸内燃料喷射内燃发动机(1)，其通过从发动机(1)的曲轴转动开始到分层燃烧启动周期TST结束的压缩冲程燃料喷射来启动。如果发动机(1)在这个期间实现完全燃烧，预热操作立即开始。如果发动机(1)在这个期间尚未实现完全燃烧，发动机的启动(1)利用进气冲程燃料喷射继续进行。借助这种控制，在发动机(1)的启动期间抑制未燃燃料排放的同时，稳定的启动得到保证。
文档编号F02D41/02GK1576551SQ20041006332
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月8日 优先权日2003年7月8日
发明者入矢祐一, 福住雅洋, 石井仁, 菊池勉 申请人:日产自动车株式会社