专利名称：内燃机控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机控制系统，更特别地，涉及使用例如汽油的主燃料以及氢作为燃料的内燃机控制系统。
背景技术：
例如，日本专利公报No.2004-116398公开了关于适于以汽油和氢作为其燃料操作的传统内燃机的信息。在这种内燃机中，确定氢掺加比以减少NOx的排放，且以该掺加比喷射汽油和氢。
包括上述文献在内，本申请人知晓作为本发明相关技术的以下文献。
日本专利公报No.2004-116398[专利文献2]日本专利公报No.Hei 6-200805发明内容在上述的传统内燃机中，当汽油喷射到进气口时，所喷射汽油中的一部分附在进气口上，并且以一定的延迟进入到气缸内。随着喷射汽油量的增加，附在进气口上的汽油量增加。因此，在加速过程中，喷射汽油量的急剧增加使得由于附在进气口上的汽油量增加而导致的向气缸内的汽油供应的延迟增大。因此，在将例如汽油的主燃料喷射到进气口内的内燃机中，如在上述的传统内燃机中那样，存在在加速期间扭矩响应劣化的问题。
为了解决如上所述的此类问题作出了本发明，本发明的一个目的在于提供一种将主燃料喷射到进气口内的内燃机的控制系统，所述控制系统可以改善加速期间的扭矩响应。
通过依据本发明第一方面的内燃机控制系统实现了上述目的。所述内燃机控制系统包括用于将主燃料喷射到进气口内的主燃料喷射阀和用于喷射氢的氢喷射阀。所述内燃机控制系统适于供应主燃料和氢作为燃料。设置有加速模式燃料供应装置，用于在加速期间至少供应氢。
通过依据本发明第二方面的内燃机控制系统实现了上述目的。所述内燃机控制系统包括用于将主燃料喷射到进气口内的主燃料喷射阀和用于喷射氢的氢喷射阀。所述内燃机控制系统以根据特定操作状态预先确定的基本氢掺加比进行操作。设置有加速模式氢掺加比设定装置，通过该装置将加速中所采用的加速模式氢掺加比设定为高于基本氢掺加比。设置有加速模式燃料供应装置，通过该装置，在加速期间，至少氢基于由加速模式氢掺加比设定装置所设定的加速模式氢掺加比来供应。
在本发明的第三方面，依据本发明第二方面的加速模式氢掺加比设定装置可以将加速模式氢掺加比设定为使得该掺加比在初始加速时为最大并且然后逐渐减少。
依据本发明的第一方面，通过供应不会在加速期间附在口上的氢至少作为燃料的一部分，可以抑制燃料流入到气缸内的延迟，从而改善加速期间的扭矩响应。
依据本发明的第二方面，由于增加了不会在加速期间附在口上的氢的掺加比，所以可以抑制燃料流入到气缸内的延迟，从而改善加速期间的扭矩响应。
依据本发明的第三方面，考虑了由于附在进气口壁表面等上的主燃料量而引起的主燃料工作状况，加速期间采用的加速模式氢掺加比可得以最优化。
图1为说明本发明第一实施方式的内燃机的构造的图示。
图2为本发明第一实施方式中执行的氢掺加比控制程序的流程图。
图3A到3E为时间图，示出了由上述图2中所示的处理程序所实现的操作的示例。
图4A到4F为时间图，示出了由本发明第二实施方式的系统所实现的操作的示例。
具体实施例方式
第一实施方式图1为说明本发明第一实施方式的内燃机10的构造的图示。内燃机10具有在发动机的气缸内往复运动的活塞12。内燃机10还具有气缸盖14。燃烧室16形成在活塞12和气缸盖14之间。进气通道18和排气通道20与燃烧室16连通。进气门22和排气门24分别设置在进气通道18和排气通道20中。节气门26也设置在进气通道18中。节气门26是电控节气门，其节气门角度位置可独立于加速器角度位置受到控制。
用于把作为主燃料的汽油喷射到进气口内的汽油喷射阀28设置在进气通道18中。汽油箱32通过汽油供应管30与汽油喷射阀28连通。汽油供应管30具有位于汽油喷射阀28与汽油箱32之间的泵34。泵34能够以所需压力将汽油供应到汽油喷射阀28。这使得汽油喷射阀28自身可以通过接收来自外部的驱动信号而打开，并且由此可以根据该阀打开状态的特定持续时间将适当量的汽油喷射到进气口内。
火花塞36以从燃烧室16的顶部向下突入到室16中的方式安装在气缸盖14处。在气缸盖14处，用于将氢气直接喷射到燃烧室16内的氢喷射阀38也设置在其中。本实施方式的系统具有氢箱40，用于在高压下存储呈气态的氢。氢箱40具有与之连通的氢供应管42。氢供应管42与氢喷射阀38连通。在氢供应管42上，安装有位于氢箱40与氢喷射阀38之间的调节器44。通过此构造，氢以由调节器44降低的所需压力供应到氢喷射阀38。这使得氢喷射阀38自身可以通过接收来自外部的驱动信号而打开，并且由此可以根据该阀打开状态的特定持续时间将适当量的氢喷射到燃烧室16内。根据供应到氢喷射阀38的氢气的压力而产生输出的氢压力传感器46也内置在氢供应管42中，位于调节器44与氢喷射阀38之间。
本实施方式的系统还具有ECU 48。除了上述的氢压力传感器46之外，加速器位置传感器50和用于检测发动机速度及其它指标的各种传感器(未示出)也连接到ECU 48，用以监控内燃机10的操作状态。上述的节气门26、汽油喷射阀28、泵34、火花塞36、氢喷射阀38以及其它的设备件也连接到ECU 48。ECU 48可基于上述传感器的输出通过进行所需的处理而适当地驱动上述的设备件。
在本实施方式的如此构造的系统中，基于根据内燃机10的特定操作状态预先确定的基本氢掺加比“RBase”，将所供应的汽油和氢的量控制成相应的最佳值。从而实现了更好的燃烧。当目标扭矩转换成所产生的热量大小时，基本氢掺加比“RBase”预先确定为由汽油产生的热量大小与由氢产生的热量大小之间的比。
在将汽油喷射到进气通道18中的内燃机中，如本实施方式的内燃机10中那样，存在如下问题在加速期间，当汽油喷射量增大时，附在口上的汽油量增加，从而导致向气缸内的汽油供应明显地延迟，由此劣化了扭矩响应。因此，在本实施方式的系统中，执行图2所示的控制以提高加速期间的扭矩响应。
图2为由图1的ECU 48所执行的氢掺加比控制程序的流程图。在图2中假设此程序以所需的时间间隔周期性地执行。在图2的程序中，首先判断加速器角度位置变化率是否大于其预定值(步骤100)。由此，如果判断出“加速器角度位置变化率＞预定值”成立，则加速标记设定为ON，并且同时加速计时器设定为其初始值(步骤102)。相反地，如果判断上述的关系不成立，则执行步骤104中的过程。
然后，判断加速标记是否处于ON的状态(步骤104)。由此，如果判断出加速标记不处于ON的状态，则将基本氢掺加比“RBase”设定为此时使用的氢掺加比(步骤106)。根据特定的操作状态预先设定基本氢掺加比“RBase”。也就是说，由与操作状态的关系(即负载系数和发动机速度之间的关系)限定的基本氢掺加比“RBase”作为映射存储在ECU48中。在本实施方式的系统中，在用作常规操作区域的负载较低的区域中，利用上述映射的设定，执行具有氢的汽油贫燃操作。并且，使用汽油和基于基本氢掺加比“RBase”的氢的量作为燃料来执行具有氢的汽油贫燃操作。在其它的高负载区域中，仅仅使用汽油作为燃料(即基本氢掺加比“RBase”为零)来执行汽油化学计量操作。
相反地，如果在上述的步骤104中，判断出加速标记处于ON的状态，则识别加速计时器的值是否大于0(步骤108)。由此，如果判断出“加速计时器的值＞0”不成立，则加速标记设定为OFF的状态(步骤110)。在此情形中，基本氢掺加比“RBase”也设定为要在此时使用的氢掺加比(步骤106)。
如果在上述步骤108中，判断出“加速计时器的值＞0”成立，则从加速计时器的值中减去特定的值(步骤112)。然后，将加速模式氢掺加比“RAcc”设定为要在此时使用的氢掺加比(步骤114)。加速模式氢掺加比“RAcc”设定为通过将特定的加速增量α(0＜α＜/＝100-RBase)加到该时刻使用的基本氢掺加比“RBase”而获得的值。当加速器角度增加时，在此使用的加速增量“α”设定为采用较大的值，并且在加速计时器的操作期期间，“α”保持为恒定的值。
接下来，判断加速器角度是否小于预定值(步骤116)。由此，如果判断出“加速器角度＜预定值”成立，即，尽管是处于加速计时器操作期间但仍判断出加速器角度小于预定值，则加速标记设定为OFF(步骤118)。如果判断出“加速器角度＜预定值”不成立，则立刻终止目前的处理循环。
图3A到3E为时间图，示出了由上述图2中所示的处理程序所实现的操作的示例。更具体地，图3A到3E从上面的图到下面的图依次示出了加速器角度、加速器角度位置变化率、加速标记状态、加速计时器的值以及加速增量值“α”随时间的改变。如图3A所示，在踩下加速器踏板的时间“t1”处，加速器角度开始增加。此时，当加速器角度位置变化率超过预定值时，加速标记被设定为ON，并且通过加速计时器开始测量特定的计时器操作期(“t2-t1”)。如上所述，在加速计时器的操作期期间所使用的加速模式氢掺加比“RAcc”设定为通过将图3E的加速增量“α”加到基本氢掺加比“RBase”所获得的值。
根据如上所述的这种设定，在加速开始之后的各时间点处的加速模式氢掺加比“RAcc”总是相对于上述时间点处的基本氢掺加比“RBase”增加加速增量值“α”，其中该基本氢掺加比“RBase”根据操作状态是恒定的或变化的。更具体地，在以根据特定操作状态预先确定的基本氢掺加比“RBase”操作的内燃机10中，当操作状态由加速而改变时，加速之前和之后的基本氢掺加比“RBase”的值很可能为以下的关系。即，在具有氢的汽油贫燃操作的区域内的加速期间，基本氢掺加比“RBase”在加速之前或之后可以不改变，或者，加速已经开始之后的基本氢掺加比“RBase”可变得比加速开始之前的要小。此外，在具有氢的汽油贫燃操作的区域内的操作可转变为在汽油化学计量操作区域内的加速(例如，基本氢掺加比“RBase”从20％变到0％而导致这种加速)。此外，加速可在没有氢的汽油化学计量操作区域内进行。依据如上所述的这种设定，在加速期间，不管基本氢掺加比“RBase”为上述关系中的哪一种，总是喷射氢，相对于在各时间点处的基本氢掺加比“RBase”(包括0)而言，其增加的量等于加速增量值“α”。
根据上述图2的处理程序，由于增大了加速期间不会附在口上的氢的掺加比，所以汽油流入气缸中的延迟可通过供应氢来补偿。从而可以改善加速期间的扭矩响应。
在上述的第一实施方式中，对于其中掺加到汽油中的氢的量被控制为依据特定操作状态预先确定的基本氢掺加比“RBase”(包括0)的内燃机10，至少氢基于已被设定为大于基本氢掺加比“RBase”的值的加速模式氢掺加比“RAcc”来供应。然而，本发明中所采用的加速模式燃料供应装置并不限于上述的方法。也就是说，在加速期间，所需数量的氢可与汽油一起喷射或者替代汽油喷射到内燃机中，而不用依据特定操作状态来设定氢掺加比。
同时，虽然在上述的第一实施方式中氢通过氢喷射阀38直接喷射到燃烧室16中，但是本发明中采用的氢供应装置并不限于上述的方法。例如，因为氢是一种不会附在口上的气态燃料，所以可以通过将氢喷射阀38内置在进气通道18内而将氢喷射到进气口内。
在上述的第一实施方式中，ECU 48执行上述步骤114的处理，这实现了先前所述的本发明第二方面中的“加速模式掺加比设定装置”。
第二实施方式接下来，将参照图4A到4F描述本发明的第二实施方式。
利用上述第一实施方式中的系统构造通过使ECU 48执行与图2类似的程序来实现本实施方式的系统。更具体地，与图2的程序类似的程序中的处理与图2所示处理程序基本相同，不同之处仅在于氢掺加比的加速增量值“β”的设定与上述第一实施方式中的加速增量值“α”的设定不同。因此，下文将省略对流程图的描述，且将参照图4A到4F来描述本第二实施方式中的加速模式氢掺加比“RAcc”的设定。
图4A到4F为时间图，示出了由本实施方式的系统所实现的操作的示例。图4A到4E分别示出了加速器角度、加速器角度位置变化率、加速标记状态、加速计时器的值以及加速增量值“β”随时间的改变。此外，图4F示出了在加速期间流入到气缸内的汽油随时间的改变。在开始加速的时间“t1”处，喷射到进气口内的汽油量增加，并且，一部分所喷射的汽油附在进气口的壁表面和其它部分上。因此，在加速开始后流入到气缸内的汽油没有立刻增加。也就是说，汽油以图4F中所示的时间延迟(t3-t1)流入到气缸内。在此延迟之后，当附在进气口上的燃料量离开所述口的壁表面和其它部分时，流入到气缸内的汽油开始增加。
因此，在本实施方式的系统中，在初始加速期间，即延迟期(t3-t1)期间，加速模式氢掺加比“RAcc”处的加速增量值“β”设定为变为最大，然后，随着汽油流能够匹配于加速而逐渐减小，并且最后在加速计时器的操作完成时变得等于基本氢掺加比“RBase”。ECU 48将加速增量值“β”存储为已由与加速计时器的值的关系限定的映射。ECU 48通过将加速期间各阶段的基本氢掺加比“RBase”加上参照映射得出的加速增量值“β”来计算加速模式氢掺加比“RAcc”。
此外，ECU 48具有已由与加速器角度位置变化量及其变化率的关系限定的延迟期(t3-t1)的映射。参照该映射，初始加速期间的加速增量值“β”设定成在延迟期(t3-t1)期间变为最大值。加速增量值“β”还设定为随着加速器角度的增加而总体水平上增加。加速计时器的操作期(t2-t1)设定成确保一个时间段，在该时间段期间汽油流变得能够足以匹配于加速。
依据这些设定，考虑了附在进气口壁表面等上的汽油的工作情况，在加速期间所采用的加速模式氢掺加比“RAcc”可得以最优化。
权利要求
1.一种内燃机控制系统，其配备有用于将主燃料喷射到进气口内的主燃料喷射阀和用于喷射氢的氢喷射阀，并且其适于供应所述主燃料和氢作为燃料，所述系统包括加速模式燃料供应装置，用于在加速期间至少供应氢。
2.一种内燃机控制系统，其配备有用于将主燃料喷射到进气口内的主燃料喷射阀和用于喷射氢的氢喷射阀，并且其以根据特定操作状态预先确定的基本氢掺加比进行操作，所述系统包括加速模式氢掺加比设定装置，通过该装置，加速中所采用的加速模式氢掺加比被设定为高于所述基本氢掺加比；以及加速模式燃料供应装置，通过该装置，在加速期间，至少氢基于由所述加速模式氢掺加比设定装置所设定的加速模式氢掺加比来供应。
3.如权利要求2所述的内燃机控制系统，其中，所述加速模式氢掺加比设定装置将所述加速模式氢掺加比设定为使得所述掺加比在初始加速时为最大并且然后逐渐减小。
全文摘要
为了使得加速期间所采用的加速模式氢掺加比“R
文档编号F02D41/00GK1989328SQ20058002461
公开日2007年6月27日 申请日期2005年7月20日 优先权日2004年7月29日
发明者伊藤泰志 申请人:丰田自动车株式会社