用于内燃机的控制设备以及发动机系统的制作方法

专利名称：用于内燃机的控制设备以及发动机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的控制设备并涉及发动机系统。具体而言，本 发明涉及用于内燃机的燃料喷射控制，所述内燃机具有将燃料朝向气缸内 部喷射的第一燃料喷射机构(缸内喷射器)和将燃料朝向进气歧管和/或进 气口内部喷射的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)。
背景技术：
公知一种内燃机的结构，其具有用于将燃料直接喷射至发动机的燃烧 室的缸内喷射器以及将燃料喷射至进气口的进气歧管喷射器。揭示了一种结构(例如，日本专利早期公开号2002-364409)，根据该结构，使上述 内燃机运转以除了通过由进气歧管喷射器进行的燃料喷射之外，还通过由 缸内喷射器进行的燃料喷射来实现均匀燃烧，以适当地防止缸内喷射器持 续处于高温。此外，日本专利早期公开号2001-336439揭示了在对与上述内燃机相 似的内燃机的气缸内所喷射燃料的雾化状态进行考虑的情况下，适当地设 定待喷射到气缸中的燃料量与待喷射到进气歧管中的燃料量之间的比率的 技术。对于上述内燃机，为了实现令人满意的发动机运转状态，控制缸内喷 射器与进气歧管喷射器之间的燃料喷射比率的设定极其重要。因此，为了 在各种状况下使发动机适当地运转，希望不仅如上述参考文献中所揭示的 考虑与缸内喷射器相关的状况，还要考虑与进气歧管喷射器相关的状况来 控制燃料喷射比率。发明内容本发明的目的在于在考虑到喷射特性随着喷射器温度的改变而改变的因素的情况下，为包括朝向气缸内部喷射燃料的第一燃料喷射机构(缸内 喷射器)以及朝向进气歧管及/或进气口内部喷射燃料的第二燃料喷射机构 (进气歧管喷射器)的内燃机适当地设定缸内喷射器与进气歧管喷射器之 间的燃料喷射比率。根据本发明，用于内燃机的控制设备控制内燃机，所述内燃机具有用 于将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构和用于将燃料喷射到进气歧管 中的第二燃料喷射机构。所述控制设备包括温度获取部分以及燃料喷射 控制部分。所述温度获取部分获取所述第二燃料喷射机构的温度。所述燃 料喷射控制部分基于所述内燃机的状态来控制需求待喷射燃料总量以及待 从所述第一燃料喷射机构喷射的燃料量与待从所述第二燃料喷射装置机构 喷射的,料量之间的燃料喷射比率。所述燃料喷射控制部分包括第一燃料 喷射比率设定部分以及第二燃料喷射比率设定部分。所述第一燃料喷射比 率设定部分在所述第二燃料喷射机构的温度低于预定温度时基于所述内燃 机的状态来设定所述燃料喷射比率。所述第二燃料喷射比率设定部分在所 述第二燃料喷射机构的温度为所述预定温度以上时基于所述内燃机的状态 来设定所述燃料喷射比率。具体而言，所述第二燃料喷射比率设定部分基 于所述内燃机的状态来设定所述燃料喷射比率，使得待由所述第二燃料喷 射机构喷射到所述进气歧管中的燃料量成为根据由所述第一燃料喷射比率 设定部分基于所述内燃机的相同状态设定的所述燃料喷射比率所确定的、 待喷射到所述进气歧管中的燃料量以上。根据本发明的一种发动机系统包括内燃机，其具有用于将燃料喷射 到气缸中的第一燃料喷射机构和用于将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料 喷射机构；以及控制所述内燃机的控制设备。所述控制设备获取所述第二 燃料喷射机构的温度，并且基于所述内燃机的状态来控制需求待喷射燃料 总量以及待从所述第一燃料喷射机构喷射的燃料量与待从所述第二燃料喷 射装置机构的燃料量之间的燃料喷射比率。此外，所述控制设备在所述第 二燃料喷射机构的温度为预定温度以上时，基于所述内燃机的状态来设定 所述燃料喷射比率，使得待由所述第二燃料喷射机构喷射到所述进气歧管 中的燃料量成为在所述第二燃料喷射机构的温度低于所述预定温度时根据基于所述内燃机的相同状态设定的所述燃料喷射比率所确定的、待喷射到 所述进气歧管中的燃料量以上。上述用于内燃机的控制设备在第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器) 具有较高温度时控制燃料喷射，使得第二燃料喷射机构的燃料喷射比率相 对高于正常状态时(第二燃料喷射机构处于非高温状态)的燃料喷射比 率。因此，可以设定这两个燃料喷射机构之间的燃料喷射比率以避免当第 二燃料喷射机构具有较高温度时因喷射量明显误差(相对于设定量不足) 导致的燃料的偏少量喷射。因此，可以防止当第二燃料喷射机构具有较高 温度时因喷射燃料量的误差导致的内燃机的输出改变。优选地，对于根据本发明的用于内燃机的控制设备而言，第二燃料喷 射比率设定部分设定燃料喷射比率使得第二燃料喷射机构的辦料喷射比率 (r)不成为预定值以下。对于上述用于内燃机的控制设备而言，当第二燃料喷射机构(进气歧 管喷射器)具有较高温度时，采取措施以确保在分担喷射区域中第二燃料 喷射机构的燃料喷射比率至少为预定值。因此，对于第二燃料喷射机构， 可以避免处于高温时因喷射量的显著误差(相对于设定量不足)导致的燃 料的少量喷射。还优选地，对于根据本发明的用于内燃机的控制设备而言，第二燃料 喷射比率设定部分设定燃料喷射比率使得待从第二燃料喷射机构喷射的燃 料量不成为预定量以下。对于上述用于内燃机的控制设备而言，当第二燃料喷射机构(进气歧 管喷射器)具有较高温度时，采取措施以确保在分担喷射区域中待由第二 燃料喷射机构喷射的燃料量至少为预定量。因此，对于第二燃料喷射机 构，可以避免处于高温时因喷射量显著误差(相对于设定量不足)导致的 燃料偏少量喷射。优选地，对于用于内燃机的控制设备而言，对于与所述内燃机的由所 述第一和第二燃料喷射机构两者喷射燃料的状态相对应的区域(分担喷射 区域)，根据由所述第二燃料喷射比率设定部分设定的所述燃料喷射比率 所确定的、由所述第二燃料喷射机构进行的燃料喷射比率的最小值大于根据由所述第一燃料喷射比率设定部分设定的所述燃料喷射比率所确定的、 由所述第二燃料喷射机构进行的燃料喷射比率的最小值。对于上述用于内燃机的控制设备而言，设定分担喷射区域中的燃料喷 射比率，使得由处于高温的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)的燃料 喷射比率大于正常状态下(第二燃料喷射机构的非高温状态)的该燃料喷 射比率。因此，对于第二燃料喷射机构，可以避免处于高温时因喷射量显 著误差(相对于设定量不足)导致的燃料偏少量喷射。根据本发明的另 一种构造的用于内燃机的控制设备控制内燃机，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和用于将燃料喷 射到进气歧管中的第二燃料喷射机构。所述控制设备包括温度获取部分、 ,第一燃料喷射控制部分、以及第二燃料喷射控制部分。温度获取部获取所 述第二燃料喷射机构的温度。第一燃料喷射控制部分基于所述内燃机的状 态来控制需求待喷射燃料总量以及待从所述第一燃料喷射机构喷射的燃料 量与待从所述第二燃料喷射机构喷射的燃料量之间的燃料喷射比率。第二 燃料喷射控制部分在所述第二燃料喷射机构的温度为为预定温度以上并且 所述内燃机处于由所述第一燃料喷射控制部设定的、并待从所述第二燃料 喷射机构喷射的燃料量为预定量以下的运转状态的区域中时，控制所述燃 料喷射比率，使得从所述第一燃料喷射机构喷射所述待喷射燃料总量。根据本发明的另一种构造的发动机系统包括内燃机，其具有用于将 燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构和用于将燃料喷射到进气歧管中的 第二燃料喷射机构；以及控制设备，其控制所述内燃机。所述控制设备获 取所述第二燃料喷射机构的温度，并且基于所述内燃机的状态来控制需求 待喷射燃料总量以及待从所述第一燃料喷射机构喷射的燃料量与待从所述 第二燃料喷射装置机构的燃料量之间的燃料喷射比率。在所述第二燃料喷 射机构的温度为预定温度以下时所述内燃机处于待从所述第二燃料喷射机 构喷射的燃料量为预定量以下的运转状态的区域中的情况下，所述控制设 备在所述第二燃料喷射机构的温度为所述预定温度以上时控制所述燃料喷 射比率，使得从所述第一燃料喷射机构喷射所述待喷射燃料总量。对于上述用于内燃机的控制设备而言，在第二燃料喷射机构具有较高温度时从第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)喷射非常少的燃料量的情 况下，设定燃料喷射比率(DI比率)使得从第一燃料喷射机构(缸内喷射 器)喷射总燃料量。因此，对于第二燃料喷射机构，可以避免当第二燃料 喷射机构处于高温时因喷射量显著误差(相对于设定量不足)导致的燃料 偏少量喷射。因此，可以防止因燃料喷射量误差导致发生内燃机的输出改 变。因此，本发明的主要优点如下。在具有朝向气缸内部喷射燃料的第一 燃料喷射机构(缸内喷射器)以及朝向进气歧管及/或进气口内部喷射燃料 的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)的内燃机中，适当地设定燃料喷 射比率，使得即使当进气歧管喷射器的温度升高时也不太可能发生燃料喷 射误差，由此可以适当地维持内燃机的运转状态。


图1是根据本发明的实施例由内燃机的控制设备控制的发动机系统的 示意图。图2示出用于图1所示的发动机的正常状态(发动机暖态时)的DI 比率设定映射图的示例。图3示出用于图1所示的发动机的正常状态(发动机冷态时)的DI比率设定映射图的示例。图4是流程图，示出由根据本发明的实施例的用于内燃机的控制设备 对DI比率设定进行的控制。图5示出对应于图2的、当进气歧管喷射器具有较高温度时所使用的 DI比率设定映射图(发动机暖态时)的示例。图6示出对应于图3的、当进气歧管喷射器具有较高温度时所使用的 DI比率设定映射图(发动机冷态时)的示例。图7示出用于图1所示的发动机的正常状态(发动机暖态时)的DI 比率设定映射图的修改示例。图8示出用于图1所示的发动机的正常状态(发动机冷态时)的DI 比率设定映射图的修改示例。图9示出对应于图7的、当进气歧管喷射器具有较高温度时所使用的 DI比率设定映射图(发动机暖态时)的修改示例。图10示出对应于图8的、当进气歧管喷射器具有较高温度时所使用 的DI比率设定映射图(发动机冷态时)的改变示例。图11是流程图，示出由根据本发明实施例的用于内燃机的控制设备对DI比率设定进行的控制的第一修改示例。图12是流程图，示出由根据本发明实施例的用于内燃机的控制设备 对DI比率设定进行的控制的第二修改示例。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的实施例。注意，对附图中相同或相应的 部件赋予相同的参考标号，并且将不再重复对其的详细描述。图1示出由与根据本发明的实施例相对应的用于内燃机的控制设备的 发动机ECU (电子控制单元)所控制的发动机系统的结构的示意性视图。 尽管在图1中示出了直列式4缸汽油发动机，但本发明的应用并不限于这 种发动机。如图1所示，发动机(内燃机)IO包括多个气缸112#1至112糾。以 下，在不进行区分而进行统称的情况下，气缸112#1至112糾将被简称为 "气缸112"或"每个气缸112"。每个气缸112都经由相应的进气歧管20连接至共用稳压罐30。稳压 罐30经由进气导管40连接至空气滤清器50。在进气导管40中布置有空 气流量表42以及由电机60驱动的节气门70。独立于加速器踏板100，节 气门70根据发动机ECU 300的输出信号来控制其开度。每个气缸112均 连接至共用排气歧管80。排气歧管80连接至三元催化转化器90。每个气缸112均设置有用于将燃料朝向气缸内部喷射的缸内喷射器 110以及用于将燃料朝向进气口及/或进气歧管内部喷射的进气歧管喷射器 120。根据来自发动机ECU300的输出信号来分别控制喷射器110， 120。如图1所示，每个缸内喷射器IIO均连接至共用燃料输送管130。燃 料输送管130经由允许朝向燃料输送管130流动的单向阀140连接至发动机驱动型高压燃料泵150。高压燃料泵150的排放侧经由电磁溢流阔152 连接至高压燃料泵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的燃料量将增大。当电磁溢流阀152 完全打开时，从高压燃料泵150至燃料输送管130的燃料供应将停止。根 据发动机ECU 300的输出信号来控制电磁溢流阀152。每个进气歧管喷射器120均连接至低压侧的共用燃料输送管160。燃 料输送管160及高压燃料泵150经由共用燃料压力调节器170连接至电机 驱动型低压燃料泵180。低压燃料泵180经由燃料滤清器190连接至燃料 箱195。燃料压力调节器170被构造为在从低压燃料泵180排放的燃料压 力变得高于预设燃料压力时将从低压燃料泵180排放的一部分燃料返回至 燃料箱195。这样可防止供应至进气歧管喷射器120的燃料压力以及供应 至高压燃料泵150的燃料压力两者变得高于上述预定燃料压力。利用数字计算机来实现发动机ECU 300，该计算机包括经由双向总线 310彼此连接的ROM (只读存储器)320、 RAM (随即访问存储器) 330、 CPU (中央处理单元)340、输入端口 350、以及输出端口 360。空气流量表42产生与进气量成比例的输出电压。空气流量表42的该 输出电压经由A/D转换器370被供应至输入端口 350。将冷却剂温度传感 器380安装至发动机10，该传感器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的该输出电压经由A/D转换器390被供应至 输入端口 350。燃料压力传感器400安装至燃料输送管130，该传感器产生与燃料输 送管130内燃料压力成比例的输出电压。燃料压力传感器400的该输出电 压经由A/D转换器410被供应至输入端口 350。空燃比传感器420安装至 位于三元催化转化器90的上游的排气歧管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的该输出电压经由 A/D转换器430供应至输入端口 350。本实施例的发动机系统中的空燃比传感器420为产生与发动机10中 燃烧的空气燃料混合物的空燃比成比例的输出电压的全范围空燃比传感器 (线性空燃比传感器)。可以使用02传感器作为空燃比传感器420，该传感器以接通/切断的方式检测由发动机10燃烧的空气燃料混合物的空燃比 相对于理论空燃比是浓还是稀。加速器踏板100连接至产生与加速器踏板100的踏板位置成比例的输出电压的加速器踏板位置传感器440。加速器踏板位置传感器440的输出 电压经由A/D转换器450供应至输入端口 350。产生表示发动机转速的输 出脉冲的发动机转速传感器460连接至输入端口 350。发动机ECU 300的 ROM 320存储的值例如是与运转状态(其基于由上述加速器踏板位置传感 器440及发动机转速传感器460获得的发动机负载率及发动机转速)相关 而设定的待喷射燃料量(即，需求总燃料喷射量)的值，以及基于发动机 冷却剂温度的修正值。该存储的值被预先映射图化。在通向进气歧管20、稳压罐30、以及进气导管40的通道的任意位置 处设置气温传感器405。气温传感器405根据进气温度产生输出电压。气 温传感器405的该输出电压经由A/D转换器415供应至输入端口 350。曲轴转角传感器480被构造为包括安装至发动机10的曲轴的转子以 及设置在该转子附近以检测设置在转子外周的突起的经过的电磁拾取器。 曲轴转角传感器480起检测曲轴的旋转相位的作用。曲轴转角传感器480 的输出(作为突起每次经过时产生的脉冲信号)供应至输入端口 350。发动机ECU 300通过执行预定程序，基于来自各个传感器的信号而产生各种控制信号以控制发动机系统的整体运转。这些控制信号经由输出端 口 360及驱动电路470传输至构成发动机系统的装置和电路群组。在本发明的实施例的发动机10中，为每个气缸112均设置缸内喷射 器IIO及进气歧管喷射器120两者。因此，相对于上述计算得到的需求总 燃料喷射量，必需对通过缸内喷射器IIO及进气歧管喷射器120以分担方 式进行的燃料喷射进行控制。以下，使用"DI比率r"(即待从缸内喷射器110喷射的燃料量占待 喷射的总燃料量的比率)来表示缸内喷射器与进气歧管喷射器之间的燃料 喷射比率。即，"DI比率r=100%"表示仅从缸内喷射器IIO喷射燃料， "DI比率r=0% "表示仅从进气歧管喷射器120喷射燃料。"DI比率# 0%" 、 "DI比率r#100%"和"0%<DI比率r<100%"每个表示从缸内喷射器110和进气歧管喷射器120以分担方式进行燃料喷射。注意，缸内 喷射器110利用通过汽化潜热效果通过改进防爆震性能可有助于提高输出 性能。此外，进气歧管喷射器120利用改进空气燃料混合物的均匀状态的 效果通过抑制旋转(转矩)波动可有助于提高输出性能。图2及图3每个示出了用于图1所示的发动机系统的基础DI比率设定 映射图。图2及图3中示出的映射图被存储在发动机ECU 300的ROM 320 中。图2是用于发动机10的暖态的映射图，而图3是用于发动机10的冷 态的映射图。如图2及图3的映射图所示，缸内喷射器110的燃料喷射比率以百分 比表达为DI比率r，而分别沿横轴A纵轴示出发动机10的发动机转速及 负载率。如图2及图3所示，分别为发动机的暖态及冷态的各个映射图，针对 由发动机10的发动机转速及负载率确定的各个区域界定DI比率r。这里 使用的映射图被设定成表示针对发动机10的不同温度用于缸内喷射器110 和进气歧管喷射器120的不同控制区域。当所检测的发动机10的温度等 于或者高于预定温度阈值时，选择图2所示的用于暖态的映射图；否则， 选择图3所示的用于冷态的映射图。根据所选择的映射图，基于发动机IO 的发动机转速和负载率来控制缸内喷射器110及/或进气歧管喷射器120。现在将描述在图2和图3中设定的发动机10的发动机转速和负载率。 在图2中，NE (1)设定为2500rpm至2700rpm， KL (1)设定为30%至 50%， KL (2)设定为60%至90%。在图3中，NE (3)设定为2900rpm 至3100rpm。即，NE (1) <NE (3)。还适合地设定图2中的NE (2)以 及图3中的KL (3)和KL (4)。通过比较图2和图3，可看出图3所示的用于冷态的映射图的NE (3)大于在图2中所示的用于暖态的映射图的NE (1)。这表明当发动 机10的温度较低时，进气歧管喷射器120的控制区域扩大到包括较高发 动机转速的区域。即，在发动机10是冷态的情况下，沉积物不太可能堆 积在缸内喷射器IIO的喷射孔(即使未从缸内喷射器IIO喷射燃料)。因而，.能够扩大使用进气歧管喷射器120进行燃料喷射的区域，由此提高了 均匀性。通过比较图2和图3，可看出"DI比率r二100X"在用于暖态的映射 图中处于发动机10的发动机转速为NE (1)或者更高的区域，在用于冷 态的映射图中处于发动机10的发动机转速为NE (3)或者更高的区域。 对于负载率，"DI比率r=100%"在用于暖态的映射图中处于负载率为 KL (2)或者更大的区域，在用于冷态的映射图中处于负载率为KL (4) 或者更大的区域。这意味着在预定高发动机转速的区域和预定高发动机负 载的区域，仅使用缸内喷射器110。即，在高转速区域或者高负载区域 中，即使仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射，发动机10的发动机转速 和负荷很高，进气量足够，使得即使仅使用缸内喷射器110也可以容易地 获得均匀的空气燃料混合物。以此方式，缸内喷射器110喷射的燃料在燃 烧室内伴随着汽化潜热(吸收来自燃烧室的热量)而被雾化。因而，空气 燃料混合物的温度在压縮末期减小，由此提高了防爆震性能。此外，由于 燃烧室内的温度降低，进气效率得到提高，由此提供了较高的动力。在图2所示的用于暖态的映射图中，当负载率是KL (1)或者更小时 仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射。这表明当发动机10的温度较高 时，在预定低负载区域仅使用缸内喷射器110。当发动机10在暖态下时， 沉积物容易堆积在缸内喷射器110的喷射孔内。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，由此防止了沉积物的堆 积。此外，在确保缸内喷射器110的最小燃料喷射量的同时可以防止其堵 塞。因而，在相关的区域仅使用缸内喷射器IIO。通过比较图2和图3，还可看出仅在图3的用于冷态的映射图中存在 "DI比率r=0%"的区域。这表明当发动机10的温度较低时，在预定的 低负荷区域(KL (3)或者更低)仅使用进气歧管喷射器120进行燃料喷 射。当发动机10是冷态、负荷较低，并且进气量较小时，燃料不易于雾 化。在这样的区域中，难以在缸内喷射器110喷射燃料的情况下确保良好 的燃烧。此外，尤其在低负载和低转速区域中，不需要使用缸内喷射器 110带来的较高动力。因而，在这种区域中仅通过进气歧管喷射器120而不使用缸内喷射器iio来进行燃料喷射。此外，在除了常规运转之外的其他运转情况下，即在发动机10的怠 速期间催化剂预热状态(非常规运转状态)中，控制缸内喷射器110以进 行层状燃烧。通过仅在催化剂预热运转过程中进行层状燃烧，促进了催化 剂的预热，因而改善了排气排放。在这里，考虑因进气歧管喷射器120的温度特性导致的喷射燃料量的误差的特征。当进气歧管喷射器120具有较高温度时，因为由于喷射孔附近的燃料沸腾导致喷射孔面积减小的因素或因为由于线圈电阻增大而导致电流上升时间常量(无效喷射时段)增大的因素，从进气歧管喷射器120喷射的燃料量会小于所设定的待喷射燃料量。在阀开启时间较短及所设定 的待喷射燃料量本身较小的'哮况下燃料喷射量的这种误差较大。因此，基于图2及图3所示的基准DI比率设定映射图，根据本实施 例的燃料喷射控制如下设定DI比率，以避免在较高温度时燃料喷射量较 小，在此情况下会产生进气歧管喷射器120的燃料喷射量的明显误差(相 对于所设定的量不足)。参考图4，在步骤SIOO，发动机ECU 300获得发动机10的状态(例 如，负载率、发动机转速及冷却剂温度)。然后，在步骤SllO，发动机 ECU 300判断进气歧管喷射器120是否具有较高温度。例如通过使用燃料 喷射量、发动机转速NE、负载、燃料温度、DI比率及进气温度等作为参 数来检测进气歧管喷射器120的温度。在步骤SllO，将所检测的喷射器温 度Tinj与基准温度Tj进行比较。在存在Thij < Tj关系的情况下，发动机ECU 300判定进气歧管喷射器 120处于正常状态(非高温状态)，并且在步骤S120，以正常方式设定DI 比率。具体而言，基于在步骤S100所获得的发动机状态，根据图2及图3 所示的基础映射图来设定DI比率。相反，在存在Tinj》Tj关系的情况下，发动机ECU 300判定进气歧管 喷射器120处于高温状态，并且在步骤S130，设定DI比率使得相较于正 常情况增大进气歧管喷射。具体而言，基于在步骤S100所获得的发动机 状况，根据图5及图6所示的用于高温的映射图来设定DI比率。图5及图6所示的映射图分别对应于图2及图3所示用于正常状态的DI比率设定映射图。即，当进气歧管喷射器120具有较高温度并且发动机 处于暖态时使用图5所示的映射图，而当进气歧管喷射器120具有较高温 度并且发动机处于冷态时使用图6所示的映射图。在图5所示的用于高温的映射图中，也基于发动机速度及发动机负载 率，类似于图2所示的正常状态映射图来设定"DI比率f 100%"的区域 以及"DI比率r Z0%, 100%"的区域，并因而设定通过喷射器IIO及120 两者以其间特定比率来分担燃料喷射的区域(以下称该区域为分担喷射区 域)500。在图5所示用于高温的映射图中，将处于分担喷射区域500中 的各个位置处的DI比率r设定为等于或低于图2的用于正常状态的映射图 中的相同(即对应)位置处的DI比率r (即使得通过进气歧管喷射器的喷 射比率等于或高于正常状态中对应的比率)。类似的，在图6所示的用于高温的映射图中，也基于发动机转速及发 动机负载率，以与图3所示的正常状态映射图相似的方式来设定"DI比率 r = 0%"的区域、"DI比率r = 100%"的区域，以及"DI ratio -0%, 100%"的区域(喷射器110及120两者的分担喷射区域500)。注意，在 图6所示用于高温的映射图中，将处于分担喷射区域500中的各个位置处 的DI比率r设定为等于或低于图3所示的用于正常状态的映射图中的相同 (即对应)位置处的DI比率r。因此，在类似的发动机状况(本实施例中的冷却剂温度、发动机转速 及负载率)下，根据图5及图6所示的用于高温的映射图所设定的DI比 率r等于或低于根据图2及图3所示的用于正常状态的映射图所设定的DI 比率r。换言之，在类似的发动机状况下，当进气歧管喷射器120处于高 温时，发动机ECU 300将进气歧管喷射器120的燃料喷射比率设定为等于 或高于在正常状态下进气歧管喷射器(即进气歧管喷射器120处于非高温 状态)的燃料喷射比率。具体而言，对于图5及图6的映射图，考虑了进气歧管喷射器120处 于高温时的喷射特性。更具体而言，设定DI比率r的最大值rmax以确保 进气歧管喷射器120的燃料喷射比率在分担喷射区域500中最小为(IOO-rmax) %。因此，进一步确保在高温时避免通过进气歧管喷射器120较少 量的燃料喷射。或者，考虑总燃料喷射量Qt (通过喷射器110及120喷射的燃料总 量)也取决于发动机转速及负载率的因素，可以设计图5及图6中映射图 的值(DI比率r)使得在各个映射图位置从进气歧管喷射器120喷射的燃 料量(即Qf (100-r) %)至少为预定量。以此方式，也可以进一步确保 在高温时避免通过进气歧管喷射器120进行的较少量的燃料喷射。如上所述，根据在本实施例中对DI比率设定进行控制，可以设定DI 比率以避免当进气歧管喷射器120具有高温时因喷射量明显的误差(相对 于设定量不足)导致喷射少量的燃料。因此，可以防止因进气歧管喷射器 120喷射的燃料量的谭差所导致的发动机输出的改变。注意，在图4所示的流程图中，步骤S100包括本发明的"温度获取 装置"，步骤S120对应于本发明的"第一燃料喷射比率设定装置"，而 步骤S130对应于本发明的"第二燃料喷射比率设定装置"。DI比率设定映射图的修改示例图7及图8示出了用于为图l所示的发动机系统设定DI比率的映射图 的修改示例。即，在控制燃料喷射时，可以使用图7及图8的映射图代替 图2及图3所示的映射图，并可以与后者的映射图的类似方式来使用前者 的映射图。图7 (暖态)及图8 (冷态)所示的设定映射图与图2及图3中所示 的设定映射图的不同之处在于在高负载区域低发动机转速区域中设定DI 比率。对于发动机10，在高负载区域低发动机转速区域中，由从缸内喷射器 110喷射的燃料产生的空气燃料混合物的混合不令人满意，燃烧室内的空 气燃料混合物不均匀，由此燃烧趋于不稳定。因此，随着区域接近不易发 生上述问题的高发动机转速区域，将缸内喷射器的喷射比率设定的较高。 此外，随着区域接近易于发生上述问题的低负载区域，将缸内喷射器的喷 射比率设定的较低。DI比率的改变由图7及图8中的十字箭头表示。以此方式，可以抑制由于不稳定燃烧造成的发动机的输出转矩的改变。注意，上述措施大致等同于根据向预定低发动机转速区域的过渡来减 小缸内喷射器110的燃料喷射比率的措施以及根据向预定低负载区域的过 渡来增大缸内喷射器110的燃料喷射比率的措施。此外，在除了上述区域 (由图7及图8中的十字箭头表示的区域)之外的其他区域并且仅通过缸 内喷射器110喷射燃料的区域(高发动机转速及低负载区域)的区域中，即使当仅利用缸内喷射器iio喷射燃料时，也易于使空气燃料混合物均匀 化。因此，通过汽化潜热(通过从燃烧室吸收温度)使从缸内喷射器110喷射的燃料在燃烧室内汽化。因此，在压縮冲程末期空气燃料混合物的温 度降低。由此提高了防爆震性能。此外，因为燃烧室的温度降低，故提高 了进气效率并实现了较高的动力输出。在图7及图8所示的设定映射图中为其他区域设定的DI比率类似于 图2 (暖态)及图3 (冷态)的情况。因此，将不再重复对其的详细描 述。图9及图IO分别示出了 DI比率设定映射图，其分别与图7及图8所 示的用于正常状态的DI比率设定映射图对应，并在进气歧管喷射器120 处于较高温度时使用。即，当进气歧管喷射器120处于高温且发动机处于 暖态时使用图9所示的映射图，而当进气歧管喷射器120处于高温且发动 机处于冷态时使用图IO所示的映射图。图9及图IO所示的高温映射图与图7及图8所示的正常状态映射图之 间的关系与已经描述的图5及图6所示的高温映射图与图2及图3所示的 正常状态映射图之间的关系类似，故将不再重复对其的详细描述。对于遵循图4所示的流程图对DI比率的设定进行的控制，可以使用 图9及图IO所示的高温映射图代替图5及图6所示的高温映射图。对DI比率设定的控制的修改示例图11是流程图，示出由根据本发明的实施例的用于内燃机的控制设 备对DI比率的设定进行控制的第一修改示例。参考图11，发动机ECU 300在步骤S100获得发动机10的状况(例 如，负载率、发动机速度及冷却剂温度)，随后在步骤S120中根据正常 状态映射图(图2及图3或图7及图8)来设定DI比率。随后，在步骤SllO，发动机ECU 300判断进气歧管喷射器120的温 度Tinj是否为高温。在判定进气歧管喷射器120处于正常状态(非高温状态(在步骤SllO 判定为"否"))的情况下，发动机ECU 300在步骤S200采用在步骤 S120根据正常状态映射图设定的DI比率r。相反，在判定进气歧管喷射器120处于高温状态(在步骤S110判定 为"是")的情况下，发动机ECU 300在步骤S210设定DI比率，使得相 较于正常状态增大向进气歧管喷射的燃料量。具体而言，对于r -0%, 100%的DI比率，即对于分担喷射区域500，根据需要修正在步骤S120设 定的DI比率r。例如，娱定在分担喷射区域中DI比率r的最大值rmax (即通过进气 歧管喷射器120的燃料喷射比率的最小值)，并且如果在步骤S120设定 的DI比率r高于rmax，则可在步骤S210进行用于将比率修正为r二rmax 的操作。或者，可在步骤S210从在步骤S120设定的DI比率r统一地减去 △r以统一地增大通过进气歧管喷射器120的燃料喷射比率。或者，可在步骤S210进行操作以设置警戒，使得根据在步骤S120中 设定的DI比率r，来自进气歧管喷射器120的燃料喷射量Qp (即Qp = Qt (100 - rmax) %)至少为预定量。在此情况下，如果燃料喷射量Qpi小于 警戒值Qpmin，则可将燃料喷射量Qp强制修正为Qpmin (Qp — Qpmin)，并且将来自缸内喷射器110的燃料喷射量Qt也修正至Qt-Qpmin。注意，在当进气歧管喷射器120具有较高温度时喷射量不会发生 明显误差(相对于设定量不足)的区域中预先设定警戒值Qpmin。通过上述对DI比率的设定进行控制，可以设定DI比率以避免在进气 歧管喷射器120具有较高温度时因喷射量误差(相对于设定量不足)导致 的燃料的更少量喷射。因此，可以防止因进气歧管喷射器120的燃料喷射 量的误差导致发生发动机输出的改变。根据图11所述的对DI比率设定进行控制，虽然与参考映射图进行操 作相比，在步骤S210中的操作的复杂程度增大，但不再需要两个不同的 DI比率设定映射图(即用于正常状态的映射图以及用于进气歧管喷射器120的高温状态的映射图)。因此可以减小发动机ECU 300中映射图存储器的容量。图12是流程图，示出由根据本发明的实施例的用于内燃机的控制设 备对DI比率的设定进行控制的第二修改示例。图12所示的流程图与图11所示的流程图的差异在于前者执行步骤 S220及S230，来代替步骤S210。在发动机ECU 300判定进气歧管喷射器120处于高温状态的情况下 (在步骤S110判定为"是")，发动机ECU 300在步骤S220判断来自迸 气歧管喷射器120的燃料喷射量Qp是否为至少预定量。具体而言，判断 燃料喷射量Qp是否为至少警戒值Qpmin。在根据在步骤S120中设定的DI比率r，来自进气歧管喷射器.120的 燃料喷射量为至少预定量的情况下(在步骤S220为"否")，发动机 ECU 300在步骤S200采用根据正常状态映射图在步骤S120中设定的DI 比率r。相反，如果来自进气歧管喷射器120的燃料喷射量非常少(在步骤 S220为"是")，则发动机ECU 300在步骤S230将DI比率修正为 r=100%。因此，未使用会导致喷射量明显误差(相对于设定量不足)的进 气歧管喷射器120，而从缸内喷射器110喷射喷射器110及120的总燃料 喷射量Qt。通过这样对DI比率设定进行控制，可以设定DI比率以避免当进气歧 管喷射器120具有较高温度时因喷射量明显误差(相对于设定量不足)导 致燃料的更少量喷射。注意，在图11所示的流程图中，步骤S120， S200对应于本发明的 "第一燃料喷射比率设定装置"而步骤S210对应于本发明的"第二燃料 喷射比率设定装置"。此外，在图12所示的流程图中，步骤SUO， S200 对应于本发明的"第一燃料喷射控制装置"，而步骤S210对应于本发明 的"第二燃料喷射控制装置"。在这里，将进一步描述根据本实施例所述的发动机10的优选燃料喷射。在发动机10中，通过将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在进气 冲程可实现均匀燃烧，而通过将燃料喷射正时设定在压縮冲程可实现层状燃烧。即，将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在压縮冲程，使得浓的 空气燃料混合物可局部地包围火花塞并可在燃烧室中点燃总体为稀的空气 燃料混合物以实现层状燃烧。即使将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定 在进气冲程，也可以在浓的空气燃料混合物局部地包围火花塞的条件下实 现层状燃烧。在本说明书中，层状燃烧包括层状燃烧以及如下所述的半层状燃烧两 者。在半层状燃烧中，进气歧管喷射器120在进气冲程喷射燃料以在燃烧 室中产生整体为稀的均匀的空气燃料混合物，缸内喷射器110然后在压縮 冲程喷射燃料以围绕火花塞产生浓的空气燃料混合物，由此改进燃烧状 态。因为以下原因，这种半层状燃烧在催化剂预热操作中是优选的。在催 化剂预热操作中，需要显著延迟点火正时并维持需要的燃烧状态(怠速状 态)，由此使得高温燃烧气体到达催化剂。此外，需要供应特定量的燃 料。如果采用层状燃烧以满足上述要求，则问题在于燃料的量将不充足。 如果采用均匀燃烧以满足上述要求，则问题在于为了维持需要的燃烧，延 迟量相较于层状燃烧的情况更小。为此，尽管既可采用层状燃烧也可采用 半层状燃烧，但优选地在催化剂预热操作中采用上述半层状燃烧。此外，在发动机10中，因为以下原因，优选地将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在压縮冲程。注意，在大多数基本区域(在这里，基本区域指除了在进气冲程利用进气歧管喷射器120的燃料喷射并在压缩冲程 中利用缸内喷射器110的燃料喷射来进行半层状燃烧(仅在催化剂预热操 作中进行)的区域之外的其他区域)的区域以外的区域中，将缸内喷射器 110的燃料喷射正时设定在进气冲程。但是，如下所述，为了稳定燃烧的 原因，可将缸内喷射器110的燃料喷射正时暂时地设定在压縮冲程中。当将缸内喷射器U0的燃料喷射正时设定在压縮冲程时，在气缸的温 度相对较高的时段，通过燃料喷射来冷却空气燃料混合物。这提高了冷却 效果，并由此提高了抗爆震性能。此外，当缸内喷射器110的燃料喷射正 时设定在压縮冲程时，从燃料喷射至点燃所需的时间较短，由此通过雾化增强了气流，由此提高了燃烧率。对抗爆震性能的提高以及对燃烧率的提 升可防止燃烧波动，由此提高燃烧稳定性。
此外，无论发动机10的温度如何(即无论处于暖态或冷态)，都可 在怠速关闭模式中(在怠速开关关闭的情况下、在加速器踏板下压的情况 下，即无论暖态还是冷态都在低负载区域中使用缸内喷射器110)采用图
2或图7所示的用于暖态的DI比率映射图。
需要理解的是，这里揭示的实施例在各个方面均为示意性的，而非限 制性的。本发明的范围由各项权利要求而非上述描述界定，且本发明的范 围意在包含落入与各项权利要求相等同的含义和范围内的任何修改。
权利要求
1.一种用于内燃机(10)的控制设备(300)，所述内燃机具有用于将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射装置(110)和用于将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射装置(120)，所述控制设备包括温度获取装置(S100)，其用于获取所述第二燃料喷射装置的温度；和燃料喷射控制装置，其用于基于所述内燃机的状态来控制需求待喷射燃料总量以及待从所述第一燃料喷射装置喷射的燃料量与待从所述第二燃料喷射装置喷射的燃料量之间的燃料喷射比率(r)，其中所述燃料喷射控制装置包括第一燃料喷射比率设定装置(S120、S200)，其用于在所述第二燃料喷射装置的温度(Tinj)低于预定温度(Tj)时基于所述内燃机的状态来设定所述燃料喷射比率，和第二燃料喷射比率设定装置(S130、S210)，其用于在所述第二燃料喷射装置的温度为所述预定温度以上时基于所述内燃机的状态来设定所述燃料喷射比率，并且所述第二燃料喷射比率设定装置基于所述内燃机的状态来设定所述燃料喷射比率，使得待由所述第二燃料喷射装置喷射到所述进气歧管中的燃料量成为根据由所述第一燃料喷射比率设定装置基于所述内燃机的相同状态设定的所述燃料喷射比率所确定的、待喷射到所述进气歧管中的燃料量以上。
2. 根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述第二燃料喷射比率设定装置(S130、 S210)设定所述燃料喷射比率，使得由所述第二燃料喷射装置(S120)进行的燃料喷射比率不成为预 定值以下。
3. 根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述第二燃料喷射比率设定装置(S130、 S210)设定所述燃料喷射比率，使得待从所述第二燃料喷射装置(S120)喷射的燃料量不成为预定量以下。
4. 根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，其中，对于与所述内燃机(10)的由所述第一和第二燃料喷射装置(110、 120)两者喷射燃料的状态相对应的区域(500、 500#)，根据由所述第二 燃料喷射比率设定装置(S210)设定的所述燃料喷射比率(r)所确定的、 由所述第二燃料喷射装置进行的燃料喷射比率的最小值大于根据由所述第 一燃料喷射比率设定装置设定的所述燃料喷射比率所确定的、由所述第二 燃料喷射装置进行的燃料喷射比率的最小值。
5. —种用于内燃机(10)的控制设备(300)，所述内燃机具有用于 将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射装置(110)和用于将燃料喷射到进 气歧管中的第二燃料喷射装置(120)，所述控制设备包括温度获取装置(S100)，其用于获取所述第二燃料喷射装置的温度； 第一燃料喷射控制装置(S120、 S200)，其用于基于所述内燃机的状 态来控制需求待喷射燃料总量以及待从所述第一燃料喷射装置喷射的燃料 量与待从所述第二燃料喷射装置喷射的燃料量之间的燃料喷射比率(r); 和第二燃料喷射控制装置(S210)，其用于在所述第二燃料喷射装置的 温度(Tinj)为预定温度(Tj)以上并且所述内燃机处于与由所述第一燃 料喷射控制装置设定的、并待从所述第二燃料喷射装置喷射的燃料量为预 定量以下的运转状态相对应的区域中时，控制所述燃料喷射比率，使得从 所述第一燃料喷射装置喷射所述待喷射燃料总量。
6. —种用于内燃机(10)的控制设备(300)，所述内燃机具有用于 将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构(110)和用于将燃料喷射到进 气歧管中的第二燃料喷射机构(120)，所述控制设备包括温度获取部分(S100)，其被设置成获取所述第二燃料喷射机构的温 度；禾口燃料喷射控制部分，其被设置成基于所述内燃机的状态来控制需求待 喷射燃料总量以及待从所述第一燃料喷射机构喷射的燃料量与待从所述第 二燃料喷射机构喷射的燃料量之间的燃料喷射比率(r)，其中所述燃料喷射控制部分包括第一燃料喷射比率设定部分(S120、 S200)，其被设置成在所述第二 燃料喷射机构的温度(Tinj)低于预定温度(Tj)时基于所述内燃机的状 态来设定所述燃料喷射比率，和第二燃料喷射比率设定部分(S130、 S210)，其被设置成在所述第二 燃料喷射机构的温度为所述预定温度以上时基于所述内燃机的状态来设定 所述燃料喷射比率，并且所述第二燃料喷射比率设定部分被设置成基于所述内燃机的状态来设 定所述燃料喷射比率，使得待由所述第二燃料喷射机构喷射到所述进气歧 管中的燃料量成为根据由所述第一燃料喷射比率设定部分基于所述内燃机 的相同状态设定的所述辦料喷射比率所确定的、待喷射到所述进气歧管中 的燃料量以上。
7. 根据权利要求6所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述第二燃料喷射比率设定部分(S130、 S210)被设置成设定所述燃料喷射比率，使得由所述第二燃料喷射机构(S120)进行的燃料喷射比率 不成为预定值以下。
8. 根据权利要求6所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述第二燃料喷射比率设定部分(S130、 S210)被设置成设定所述燃料喷射比率，使得待从所述第二燃料喷射机构(S120)喷射的燃料量不成 为预定量以下。
9. 根据权利要求6所述的用于内燃机的控制设备，其中， 对于与所述内燃机(10)的由所述第一和第二燃料喷射机构(110、120)两者喷射燃料的状态相对应的区域(500、 500#)，根据由所述第二 燃料喷射比率设定部分(S210)设定的所述燃料喷射比率(r)所确定的、 由所述第二燃料喷射机构进行的燃料喷射比率的最小值大于根据由所述第 一燃料喷射比率设定部分设定的所述燃料喷射比率所确定的、由所述第二 燃料喷射机构进行的燃料喷射比率的最小值。
10. —种用于内燃机(10)的控制设备(300)，所述内燃机具有用于将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构(no)和用于将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机构(120)，所述控制设备包括温度获取部分(S100)，其被设置成获取所述第二燃料喷射机构的温度；第一燃料喷射控制部分(S120、 S200)，其被设置成基于所述内燃机 的状态来控制需求待喷射燃料总量以及待从所述第一燃料喷射机构喷射的 燃料量与待从所述第二燃料喷射机构喷射的燃料量之间的燃料喷射比率 (r);和第二燃料喷射控制部分(S210)，其被设置成在所述第二燃料喷射机 构的温度(Tinj)为预定温度(Tj)以上并且所述内燃机处于与由所述第 一燃料喷射控制部分设定的、并待从所述第二燃料喷射机构喷射的燃料量 为预定量以下的运转状态相对应的区域中时，控制所述燃料喷射比率，使 得从所述第一燃料喷射机构喷射所述待喷射燃料总量。
11. 一种发动机系统，包括内燃机(10)，其具有用于将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构 (110)和用于将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机构(120);和 控制设备(300)，其控制所述内燃机，其中，所述控制设备获取所述第二燃料喷射机构的温度(Tinj)，并且基于 所述内燃机的状态来控制需求待喷射燃料总量以及待从所述第一燃料喷射 机构喷射的燃料量与待从所述第二燃料喷射机构喷射的燃料量之间的燃料 喷射比率(r)，并且所述控制设备还在所述第二燃料喷射机构的温度为预定温度(Tj)以 下时基于所述内燃机的状态来设定所述燃料喷射比率，使得待由所述第二 燃料喷射机构喷射到所述进气歧管中的燃料量成为在所述第二燃料喷射机 构的温度低于所述预定温度时根据基于所述内燃机的相同状态设定的所述 燃料喷射比率所确定的、待喷射到所述进气歧管中的燃料量以上。
12. —种发动机系统，包括内燃机(10)，其具有用于将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构 (110)和用于将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机构(120);和 控制设备(300)，其控制所述内燃机，其中，所述控制设备获取所述第二燃料喷射机构的温度(Tinj)，并且基于所述内燃机的状态来控制需求待喷射燃料总量以及待从所述第一燃料喷射 机构喷射的燃料量与待从所述第二燃料喷射机构喷射的燃料量之间的燃料喷射比率(r)，并且在所述第二燃料喷射机构的温度为预定温度(Tj)以下时所述内燃机 处于待从所述第二燃料喷射机构喷射的燃料量为预定量以下的运转状态的 区域中的状况下，所述控制设备还在所述第二燃料喷射机构的温度为预定 温度以上时控制所述燃料喷射比率，使得从所述第一燃料喷射机构喷射所 述待喷射燃料总量。
全文摘要
对于具有缸内喷射器及进气歧管喷射器的内燃机，根据进气歧管喷射器是处于高温状态还是处于非高温状态(正常状态)来改变这些喷射器之间的燃料喷射比率(DI比率)的设定。具体而言，当进气歧管喷射器处于高温时(在S110为“是”)，控制对DI比率的设定使得待从进气歧管喷射器喷射的燃料量大于在相同发动机条件下(S120，S130)根据在正常状态(非高温状态在S110为“否”)下的燃料喷射量的设定值。
文档编号F02D41/34GK101233309SQ200680027368
公开日2008年7月30日 申请日期2006年6月29日 优先权日2005年7月25日
发明者木野濑贤一 申请人:丰田自动车株式会社