专利名称：在内燃机中控制燃油喷射的装置和方法
技术领域：
本发明涉及在内燃机中控制燃油喷射的装置和方法，该内燃机具有用于将燃油喷射到燃烧室中的缸内喷油器和用于将燃油喷射到进气系统中的进气系统喷油器。
背景技术：
已知设置有用于将燃油直接喷射到内燃机燃烧室中的缸内喷油器和用于将燃油喷射到进气系统中的进气系统喷油器的内燃机(日本早期专利公开No.2001-73854)，所述进气系统例如进气端口或者气室(surgetank)。
在此日本早期专利公开No.2001-73854所说明的内燃机中，在发动机起动状态下的燃油喷射控制中，首先从进气系统喷油器喷射燃油达预定时间段。然后，从缸内喷油器喷射燃油。通过执行这样的燃油喷射控制，由喷射到进气系统中的燃油进行初次燃烧，即燃烧室中空气燃油混合气的第一次燃烧。由此，因为在初次燃烧后燃烧室内的温度升高，促进了从缸内喷油器喷射的燃油的汽化。所以，根据日本早期专利公开No.2001-73854中说明的在发动机起动状态下对燃油喷射的控制，就可以限制在发动机起动状态下从缸内喷油器喷射的燃油作为未燃烧成分被排出。
当喷射燃油到进气系统中时，喷射的燃油需要一段时间来流到燃烧室中。由于这个原因，在上述传统内燃机中，在发动机起动状态下燃烧室中空气燃油混合气的初次燃烧，即初次燃烧变迟，并存在发动机起动性能变得恶化的可能性。
在此情况下，当在发动机起动状态下将燃油直接喷射到燃烧室中时，可以缩短燃油喷射和初次燃烧之间所需的时间段，并确保令人满意的发动机起动性能。但是，当燃烧室内的温度与发动机起动时一样低时，直接喷射到燃烧室内的燃油容易粘附到燃烧室的内壁和活塞，并存在粘附的燃油作为未燃烧成分被排出的可能性。
发明内容
所以，本发明的目的是提供一种在设置有进气系统喷油器和缸内喷油器的内燃机中控制燃油喷射的装置，其能够确保令人满意的发动机起动性能，并抑制在发动机起动状态下未燃烧成分的排放。
为了实现上述和其他目标并根据本发明的目的，提供了一种用于在起动状态下控制内燃发动机的燃油喷射的装置。所述发动机包括用于喷射燃油到所述内燃机的燃烧室中的缸内喷油器和用于喷射燃油到与所述燃烧室连接的进气系统中的进气系统喷油器。所述装置包括控制所述缸内喷油器和所述进气系统喷油器的控制部分。在所述发动机的起动状态下，所述控制部分使得所述缸内喷油器首先喷射燃油，然后从通过所述缸内喷油器进行燃油喷射切换到通过所述进气系统喷油器进行燃油喷射。
本发明提供了另一种用于在起动状态下控制内燃发动机的燃油喷射的装置。所述发动机包括用于喷射燃油到所述发动机的燃烧室中的缸内喷油器和用于喷射燃油到与所述燃烧室连接的进气系统中的进气系统喷油器。所述装置包括控制所述缸内喷油器和所述进气系统喷油器的控制部分。在所述发动机的起动状态下，所述控制部分使得所述缸内喷油器和所述进气系统喷油器喷射燃油。在从所述进气系统喷油器喷射的燃油到达所述燃烧室的时刻之后，所述控制部分使得所述缸内喷油器停止喷射燃油。
本发明还提供了一种用于在起动状态下控制内燃发动机的燃油喷射的方法。所述发动机包括用于喷射燃油到所述发动机的燃烧室中的缸内喷油器和用于喷射燃油到与所述燃烧室连接的进气系统中的进气系统喷油器。所述方法包括在所述发动机的起动状态下，使得所述缸内喷油器首先喷射燃油；以及然后从通过所述缸内喷油器进行燃油喷射切换到通过所述进气系统喷油器进行燃油喷射。
本发明提供了另一种用于在起动状态下控制内燃发动机的燃油喷射的方法。所述发动机包括用于喷射燃油到所述发动机的燃烧室中的缸内喷油器和用于喷射燃油到与所述燃烧室连接的进气系统中的进气系统喷油器。所述方法包括在所述发动机的起动状态下，使得所述缸内喷油器和所述进气系统喷油器喷射燃油；以及在从所述进气系统喷油器喷射的燃油到达所述燃烧室的时刻之后，使得所述缸内喷油器停止喷射燃油。
结合通过示例方式图示本发明原理的附图，从以下说明中本发明的其他方面和优点将变动清楚。
通过参考结合附图对当前优选实施例的以下说明，可以最好地理解本发明及其目的和优点，附图中图1是图示根据本发明第一实施例的用于内燃机的燃油喷射控制装置的示图；图2是示出根据第一实施例的发动机的操作状态和燃油喷射模式之间的关系的曲线图；图3是示出根据第一实施例的燃油喷射控制的过程的流程图；图4是示出在发动机起动状态下根据第一实施例的燃油喷射控制的过程的流程图；图5是示出在发动机起动状态下根据第一实施例的燃油喷射控制的过程示例的时序图；图6是示出在发动机起动状态下根据第二实施例的燃油喷射控制的过程的流程图；和图7是示出在发动机起动状态下根据第二实施例的燃油喷射控制的过程示例的时序图。
具体实施例方式
现在将参照图1至5说明根据本发明第一实施例的用于内燃机11的燃油喷射控制装置。
图1图示了根据本实施例的燃油喷射控制装置所应用到的内燃机11的构造。
如图1所示，此装置构造有作为核心部件的四缸四冲程内燃机11。内燃机11具有四个气缸12，其被称为第一缸#1至第四缸#4。在这些气缸12(图1中仅示出了其中一个)的每一个中，设置有活塞13。每个活塞13通过连杆14耦合到作为内燃机11的输出轴的曲轴15，使得活塞13的往复运动通过连杆14转换成曲轴15的旋转。
在每个气缸12中，在活塞13上方界定出燃烧室16。为每个气缸12设置暴露到燃烧室16的缸内喷油器17。预定高压下的燃油通过已知的燃油供应机构供应到每个缸内喷油器17。当缸内喷油器17被驱动打开时，燃油直接喷射到燃烧室16中。
发动机11包括火花塞18，每个都设置在气缸12之一中。每个火花塞18将在相应的燃烧室16中产生的空气燃油混合气点火。由设置在火花塞18之上的点火器19来调节通过每个火花塞18将空气燃油混合气点火的正时。
燃烧室16连接到进气通道20和排气通道21。将一个燃烧室16与进气通道20相连接的每个部分形成进气端口20a。进气系统喷油器22位于进气通道20中，使得每个进气系统喷油器22对应于一个气缸12。每个进气系统喷油器22向着相对应的进气端口20a将燃油喷射到进气通道20中。预定压力下的燃油通过已知机构供应到每个进气系统喷油器22。由此，当每个进气系统喷油器22被驱动打开时，燃油被喷射到进气通道20中。此外，进气通道20设置有节气门(未示出)，用于调节被抽入燃烧室16中的空气的流率。进气通道20、进气端口20a形成内燃机11的进气系统。
由电子控制单元(ECU)30执行内燃机11的各种控制过程。虽然未示出，但ECU 30配置有用于执行与发动机控制相关的各种过程的中央处理单元(CPU)、用于存储发动机控制所需的控制程序和信息的存储器、用于缸内喷油器17和进气系统喷油器22的驱动电路以及用于点火器19的驱动电路。
ECU 30连接到检测发动机11的运行状态的各种传感器。例如，由曲轴转角传感器31检测曲轴15的相位角或曲轴转角。基于检测到的曲轴转角计算发动机速度NE。此外，气缸识别传感器32检测特定气缸的活塞位于上止点，并且基于来自曲轴转角传感器31和气缸识别传感器32的输出信号，来确定表示曲轴15的位置的曲轴转角。此外，由加速踏板传感器33检测加速踏板踩压度ACCP。此外，ECU 30从用于检测进气通道20内的压力(进气通道压力Pin)的压力传感器34接收检测信号。基于来自压力传感器34的检测信号，计算进气的流率Qa。此外，ECU 30从发动机控制所要求的传感器接收检测信号，例如用于检测发动机冷却剂的温度(冷却剂温度THW)的冷却剂温度传感器35、用于检测进气的温度(进气温度THA)的温度传感器36、和用于检测进气系统喷油器22的燃油压力(燃油压力P)的燃油压力传感器37。由此，ECU 30响应于通过来自各种传感器的那些检测信号所获得的内燃机11的工作情况，来执行各种发动机控制，包括燃油喷射控制和点火正时控制。
现在将说明正常操作期间在发动机11中执行的燃油喷射控制。
首先，图2示出了根据本实施例的对燃油喷射的控制模式。如图2所示，在本实施例中，基于内燃机11的发动机速度NE和发动机负荷L，判断是否使用进气系统喷油器22和缸内喷油器17中的任一个或者两者。内燃机11的发动机负荷L由例如内燃机11每转的进气量所定义。
如图2所示，在本实施例中，在最大负荷(最大进气量)区域中，执行其中通过缸内喷油器17将燃油供应到燃烧室16中的缸内喷射，该最大负荷是在内燃机11的每个速度下进气门都全开或者基本上全开时的负荷。在根据本实施例的缸内喷射中，在相应活塞13的进气冲程期间从每个缸内喷油器17喷射燃油，并且燃烧模式基本上是均匀燃烧。此外，在内燃机11的从低负荷到中负荷的驱动区域中，执行其中通过进气系统喷油器22将燃油供应到燃烧室16中的端口喷射，低负荷和中负荷是节气门开度从全闭状态改变到中等程度时的负荷。在这些区域之间的区域中，执行其中通过缸内喷油器17和进气系统喷油器22两者将燃油供应到燃烧室16中的端口和缸内喷射。
在上述本实施例中，响应于发动机驱动状态来改变燃油喷射模式，由此确保空气燃油混合气的均匀性并增大内燃机11在高负荷区域中的输出。
换言之，当使用进气系统喷油器22时，与使用缸内喷油器17时相比更容易促进空气燃油混合气的均匀性。由于此原因，在从低负荷到中负荷的驱动区域中，通过使用进气系统喷油器22可以确保空气燃油混合气的均匀性。另一方面，当通过使用缸内喷油器17喷射燃油时，与通过使用进气系统喷油器22喷射燃油时相比，更容易通过燃油的汽化潜热来降低燃烧室16中空气燃油混合气的温度。由于此原因，在高负荷驱动区域中，通过使用缸内喷油器17，增大进气对燃烧室16的填充系数，并增大发动机输出。
现在将参照图3说明在发动机11的正常操作期间燃油喷射控制的过程。图3所示的处理由ECU 30以预定时间间隔重复执行。
首先，在步骤S100，基于从加速踏板踩压度ACCP计算的发动机负荷L、进气流率Qa和发动机速度NE，计算基本的燃油喷射量Qb。通过参考预先存储在ECU 30的存储器中的喷射量计算图来计算燃油喷射量。
在步骤S110中，基于发动机工作状态来设置端口喷射率Rp和缸内喷射率Rd，其中端口喷射率Rp是每个进气系统喷油器22的燃油喷射量与供应到相应燃烧室16中的燃油总量的比率，缸内喷射率Rd是每个缸内喷油器17的燃油喷射量与供应到相应燃烧室16中的燃油总量的比率。在图2所示的端口喷射区域中这些比率是Rp＝1和Rd＝0，而在缸内喷射区域中是Rp＝0和Rd＝1。在端口和缸内喷射区域中这些比率在满足不等式0＜Rp＜1、0＜Rd＜1和等式Rp+Rd＝1的范围内变化。
在步骤S120中，基于端口喷射率Rp和基本燃油喷射量Qb从以下表达式(1)来计算由进气系统喷油器22进行端口喷射的燃油喷射量Qp，即端口喷射量Qp。校正因子K是基于内燃机11的冷却剂温度和空燃比的控制而设置的校正项。
Qp＝Rp×Qb×K (1)在步骤S130中，基于缸内喷射率Rd和基本燃油喷射量Qb从以下表达式(2)来计算由缸内喷油器17进行缸内喷射的燃油喷射量Qd，即缸内喷射量Qd。校正因子K是基于内燃机11的冷却剂温度和空燃比的控制而设置的校正项。
Qd＝Rd×Qb×K (1)如该表达式(2)所示，当缸内喷射率Rd变高时，缸内喷射量Qd增大。
在步骤140中，基于发动机速度NE和发动机负荷L计算进气系统喷油器22的燃油喷射正时。通过用以气缸12的压缩上止点为参考的曲轴转角来表达每个气缸12中从进气系统喷油器22开始燃油喷射的正时，来获得计算的燃油喷射正时。此外，基于计算的端口喷射量Qp和发动机速度NE，计算燃油喷射时间段，其是从进气系统喷油器22喷射与计算的端口喷射量Qp相对应的量的燃油所要求的。与基本燃油喷射量Qb的情况一样，通过参考预先存储在ECU 30的存储器中用于计算喷射正时和喷射时间段的计算图，来计算此情况下的燃油喷射正时和燃油喷射时间段。
在步骤150中，基于发动机速度NE和发动机负荷L计算缸内喷油器17的燃油喷射正时。同样通过用以气缸12的压缩上止点为参考的曲轴转角来表达每个气缸12中从缸内喷油器17开始燃油喷射的正时，来获得计算的燃油喷射正时。同样，基于计算的缸内喷射量Qd和发动机速度NE，计算燃油喷射时间段，其是从缸内喷油器17喷射与计算的缸内喷射量Qd相对应的量的燃油所要求的。与基本燃油喷射量Qb的情况一样，通过参考预先存储在ECU 30的存储器中用于计算燃油喷射正时和燃油喷射时间段的计算图来计算此情况下的燃油喷射正时和燃油喷射时间段。
在步骤S160中，基于为喷油器17、22中的每一组所计算的燃油喷射正时和燃油喷射时间段，为每个气缸12产生燃油喷射信号，并且该燃油喷射信号被分别输出到对应于每个气缸12设置的进气系统喷油器22和缸内喷油器17。在输出燃油喷射信号的时间段期间，从进气系统喷油器22和缸内喷油器17的每一个喷射燃油。于是，响应于发动机工作状态以恰当的正时喷射恰当量的燃油到每个气缸12的燃烧室16中。
接着，现在将说明当起动(开动)发动机11时的燃油喷射控制。图4是示出在此燃油喷射控制中的过程的流程图，并且示出了在分别对应于第一缸#1至第四缸#4设置的缸内喷油器17和进气系统喷油器22中与第n缸(n＝1至4)相对应的缸内喷油器17的喷射控制。
如果当前发动机工作状态是发动机起动状态(发动机开动状态)，且曲轴1 5的当前相位角(即曲轴转角)被确定，则ECU 30在每个预定时间段重复执行此流程图示出的处理。当执行此处理时，ECU 30用作控制部分。
当此处理开始时，首先判断对于第n缸的缸内喷油器17，是否已经完成发动机起动状态下的第一次燃油喷射，即初次喷射(S200)。基于初次喷射标志FFn是否为1来进行此判断。初次喷射标志FFn是当与每个缸内喷油器17相关的各自的初次喷射完成时被设置为1的标志，并且其初始值被设置为0。例如，当来自与例如第一缸#1相对应的单个缸内喷油器17的初次喷射已经完成时，就满足FF1＝1。
当确定与第n缸的缸内喷油器17相关的初次喷射还没有完成时(S200否)，即在初次喷射标志FFn＝0的情况下，执行由第n缸的缸内喷油器17进行的燃油喷射(缸内喷射)(S210)。此时，缸内喷射率Rd被设置为1而端口喷射率Rp被设置为0。通过参考与发动机起动状态相对应的图，设置基本燃油喷射量Qb、燃油喷射正时和燃油喷射时间段，并且执行如图3所示的一系列燃油喷射控制。在本实施例中，该图被配置成使得在相应气缸的进气冲程期间执行发动机起动状态下每个缸内喷油器17的燃油喷射。但是，该图可以被配置成使得在例如压缩冲程期间执行该喷射。
然后初次喷射标志FFn被设置为1(S220)，并且暂时中止本处理。
另一方面，当在步骤S200中确定与第n缸的缸内喷油器17相关的初次喷射已经完成时(S200是)，即在初次喷射标志FFn＝1的情况下，执行由第n缸的进气系统喷油器22进行的燃油喷射(端口喷射)(S230)。此时，缸内喷射率Rd被设置为0而端口喷射率Rp被设置为1。然后，通过参考与发动机起动状态相对应的图，设置基本燃油喷射量Qb、燃油喷射正时和燃油喷射时间段，并且执行如图3所示的一系列燃油喷射控制。在本实施例中，该图被配置成使得在相应气缸的排气冲程期间执行发动机起动状态下每个进气系统喷油器22的燃油喷射。但是，该图可以被配置成使得在例如进气冲程期间执行该喷射。
如上所述，本处理被执行，由此在发动机起动状态下第n缸的燃油喷射中，仅对初次喷射执行由缸内喷油器17进行的燃油喷射(缸内喷射)，而在初次喷射后的燃油喷射中，将切换到由进气系统喷油器22进行燃油喷射(端口喷射)。
本处理被重复地执行，由此在发动机起动状态下每个气缸的燃油喷射中，仅在初次喷射中执行由缸内喷油器17进行的燃油喷射(缸内喷射)，而在初次喷射后的燃油喷射中，将切换到由进气系统喷油器22进行燃油喷射(端口喷射)。
现在将参照图5的时序图来说明在发动机起动状态下燃油喷射控制的示例。图5所示的曲轴计数器示出表示上述曲轴转角的值，其随着曲轴15的转动而递增。此外，当曲轴转角被确定时，曲轴计数器被设置为与由此确定的曲轴转角相对应的值。由此，当曲轴15转了两转时，曲轴计数器复位为0。
当发动机最初被起动(开动)(时间t0)并且曲轴转角被确定(时间t1)时，作为第一缸#1至第四缸#4的每一个中的初次燃油喷射，执行由与每个气缸相应设置的缸内喷油器17进行的燃油喷射。在初次喷射之后的燃油喷射由与每个气缸相应设置的进气系统喷油器22执行。例如在第一缸#1中，仅在发动机起动状态下的初次燃油喷射中从与第一缸#1相对应的缸内喷油器17喷射燃油，而初次喷射后的燃油喷射由与第一缸#1相对应的进气系统喷油器22执行。由此，对于第二缸#2至第四缸#4分别执行以气缸为单位的这种喷射。
根据上述在发动机起动状态下的燃油喷射控制，当起动发动机时首先执行由缸内喷油器17进行的燃油喷射，由此在燃油喷射后立即发生初次燃烧(时间t2)。此后，切换到由进气系统喷油器22进行燃油喷射，并且当喷射到每个进气端口20a中的燃油到达燃烧室16时，以上述初次燃烧为触发而发生初次燃烧之后空气燃油混合气的连续燃烧，即完全燃烧(complete explosion)(在t3时和之后的时间)。所以，当起动发动机时，可以立即引起初次燃烧并接着完全燃烧，并且可以确保令人满意的发动机起动性能。
此外，因为在执行由缸内喷油器17进行的燃油喷射后，燃油喷射的模式切换到由进气系统喷油器22进行的燃油喷射，所以当起动发动机时，就尽可能抑制了由相应缸内喷油器17直接喷射到每个燃烧室16中的燃油粘附到燃烧室16的内壁或活塞13上的故障的发生。此外，即使当直接喷射到每个燃烧室16中的燃油粘附到燃烧室16的内壁或活塞13上时，粘附的燃油也被上述完全燃烧所汽化，并且与喷射到进气端口20a中的燃油一起燃烧。因为如上所述尽可能地抑制了燃油对燃烧室16的内壁或活塞13的粘附，所以也抑制了在发动机起动状态下未燃烧成分的排放。
具体而言，在上述实施例中，当起动发动机时，仅在每个气缸的初次燃油喷射中燃油被直接喷射到燃烧室16中。尽可能抑制上述在发动机起动状态下从缸内喷油器17进行的燃油喷射，由此抑制未燃烧成分的排放。此外，因为如上所述由缸内喷油器17进行燃油喷射的次数已经被预先设置，所以可以容易地掌握从由缸内喷油器17进行燃油喷射切换到由进气系统喷油器22进行燃油喷射的正时。这允许喷射的模式被容易地切换。
本实施例具有以下优点。
(1)当起动发动机时，执行由缸内喷油器17进行的燃油喷射，并且此后切换到由进气系统喷油器22进行的燃油喷射。由于此原因，当起动发动机时，初次燃烧立即发生。此后，切换到由进气系统喷油器22进行的燃油喷射，由此以上述初次燃烧为触发而发生初次燃烧之后空气燃油混合气的连续燃烧，即完全燃烧。根据上述实施例，当起动发动机时，可以立即引起初次燃烧并接着完全燃烧，并且可以确保令人满意的发动机起动性能。
(2)在执行由缸内喷油器17进行的燃油喷射后，燃油喷射的模式切换到由进气系统喷油器22进行的燃油喷射。由于此原因，当起动发动机时，燃油对每个燃烧室16的内壁或者每个活塞13的粘附可以被尽可能抑制。所以，在确保令人满意的发动机起动性能的同时，可以令人满意地抑制当起动发动机时未燃烧成分的排放。
(3)当起动发动机时，作为每个气缸中的初次燃油喷射，执行由缸内喷油器17进行的燃油喷射，并将此初次燃油喷射后的燃油喷射切换到由进气系统喷油器22进行的燃油喷射。所以，可以尽可能地抑制当起动发动机时从缸内喷油器17进行燃油喷射，并可以限制未燃烧成分的排放。此外，因为如上所述由缸内喷油器17进行燃油喷射的次数已经被预先设置，所以可以容易地从由缸内喷油器17进行的燃油喷射切换到由进气系统喷油器22进行的燃油喷射。
现在将说明本发明的第二实施例。下面将主要讨论与第一实施例的区别。
在第一实施例中，当起动发动机时，仅在初次喷射中使得从缸内喷油器17喷射燃油，并且在此初次喷射后，切换到由进气系统喷油器22进行的燃油喷射。
另一方面，在本实施例中，当起动发动机时，首先执行由缸内喷油器17和进气系统喷油器22进行的两种燃油喷射。在从每个进气系统喷油器22喷射的燃油到达相应燃烧室16的时刻后，停止由缸内喷油器17进行的燃油喷射。所以，本实施例与第一实施例的不同在于当起动发动机时的燃油喷射控制。
图6是示出根据本实施例的燃油喷射控制的流程图。
如果当前发动机工作状态是发动机起动状态，且曲轴15的当前相位角(即曲轴转角)已经被确定，则ECU 30在每个预定时间段重复执行此流程图示出的处理。
当本处理开始时，首先执行由进气系统喷油器22进行的燃油喷射(端口喷射)和由缸内喷油器17进行的燃油喷射(缸内喷射)两者(S300)。此时，缸内喷射率Rd被设置为与发动机起动状态相对应的起动缸内喷射率α(α＞0)，并且端口喷射率Rp也被设置为与发动机起动状态相对应的起动端口喷射率β(β＞0)。然后，通过参考与发动机起动状态相对应的图，设置基本燃油喷射量Qb、进气系统喷油器22和缸内喷油器17的燃油喷射正时和燃油喷射时间段，并且进行如图3所示的一系列燃油喷射控制。即使在本实施例中，当起动发动机时每个进气系统喷油器22的燃油喷射也在相应气缸的排气冲程期间进行。而且，当起动发动机时每个缸内喷油器17的燃油喷射在相应气缸的进气冲程期间进行。
接着，读入表示当前发动机工作状态的各个参数(S310)。发动机速度NE、进气通道压力Pin、进气温度THA、冷却剂温度THW和燃油压力P被读入，并且基于这些参数来判断端口喷射的燃油是否已经被引入气缸中，即从进气系统喷油器22喷射的燃油是否已经到达相应燃烧室16(S320)。
通常，从每个进气系统喷油器22喷射的燃油到达相应燃烧室16的时刻随进气的流速和燃油的汽化状态而不同。例如，当发动机速度NE变高时，或者当进气通道压力Pin变低时，进气的流速变快，并且上述时刻被提前。此外，因为当进气温度THA、冷却剂温度THW或者燃油压力P变高时，燃油的汽化得到促进，所以可燃烧浓度的空气燃油混合气到达燃烧室16的时刻也被提前。由此，在本实施例中，通过参考基于表示发动机工作状态的那些参数中每一个的图，计算与该时刻相对应的曲轴转角。由此，判断由曲轴转角传感器31检测到的当前实际曲轴转角是否已经达到计算的曲轴转角，由此判断从每个进气系统喷油器22喷射的燃油是否已经到达相应的燃烧室16。
当确定端口喷射的燃油还没有被引入气缸中时(S320否)，本处理被暂时中止。此后，执行从步骤S300到步骤S320的处理，并且在端口喷射的燃油被引入气缸中之前，执行缸内喷射和端口喷射两者。
另一方面，当确定端口喷射的燃油已经被引入气缸中时(S320是)，在此判断之后停止缸内喷射(S340)。此时，缸内喷射率Rd被设置为0，而端口喷射率Rp被设置为1。然后，通过参考与发动机起动状态相对应的图，设置基本燃油喷射量Qb、燃油喷射正时和燃油喷射时间段，并且进行如图3所示的一系列燃油喷射控制，由此仅继续进行端口喷射。然后，本处理暂时中止。
现在将参照图7的时序图说明在发动机起动状态下燃油喷射控制的示例。
当发动机最初被起动(开动)(时间t0)并且曲轴转角被确定(时间t1)时，根据如上所述设置的燃油喷射正时和燃油喷射时间段，从与第一缸#1至第四缸#4的每一个相应设置的缸内喷油器17和进气系统喷油器22来执行燃油喷射。然后，当从每个进气系统喷油器22喷射的燃油到达相应燃烧室16时，停止由缸内喷油器17进行燃油喷射。在图7的此示例中，在第一缸#1和第三缸#3中进行缸内喷射后，在确定曲轴转角后首先喷射到进气端口20a之一中的燃油，即从与第三缸#3相对应的进气系统喷油器22喷射的燃油到达相应燃烧室16。此后，对全部气缸停止缸内喷射。由此，在第四缸#4和第二缸#2中的缸内喷射根本没有执行。
根据以上述方式执行的发动机起动状态下的燃油喷射控制，当起动发动机时执行由缸内喷油器17进行的燃油喷射，由此在燃油喷射后立即发生初次燃烧(时间t2)。此后，当喷射到进气端口20a中的燃油到达燃烧室16时，以此初次燃烧为触发而发生完全燃烧(在t3时和之后的时间)。在本实施例中，当起动发动机时，提前执行由进气系统喷油器22进行的燃油喷射。由于此原因，喷射到每个进气端口20a中的燃油在比第一实施例中更早的时刻到达相应的燃烧室16，使得从发动机起动到完全燃烧的时间段被缩短。所以，根据本实施例，当起动发动机时可以使初次燃烧和完全燃烧立即发生，并且进一步确保了令人满意的发动机起动性能。
本实施例具有以下优点。
(1)当起动发动机时，执行由进气系统喷油器22进行的燃油喷射和由缸内喷油器17进行的燃油喷射两者，并且在从进气系统喷油器22喷射的燃油到达燃烧室16的时刻之后，停止由缸内喷油器17进行的燃油喷射。由于此原因，当起动发动机时立即发生初次燃烧。此后，当喷射到进气端口20a中的燃油到达燃烧室16时，由此以初次燃烧为触发而发生完全燃烧。在此情况下，在上述实施例中，当起动发动机时，提前执行由进气系统喷油器22进行的燃油喷射。由于此原因，喷射到进气端口20a中的燃油在比第一实施例中更早的时刻到达燃烧室16，使得从发动机起动到完全燃烧的时间段被缩短。所以，当起动发动机时可以使初次燃烧和完全燃烧立即发生，并且进一步确保了令人满意的发动机起动性能。
(2)在从进气系统喷油器22喷射的燃油到达燃烧室16的时刻后，由缸内喷油器17进行的燃油喷射被停止。所以，当起动发动机时，可以尽可能抑制由缸内喷油器17直接喷射到燃烧室16中的燃油粘附到燃烧室16的内壁或活塞13上的故障的发生。此外，即使当直接喷射到每个燃烧室16中的燃油粘附到燃烧室16的内壁或活塞13上时，粘附的燃油也被上述完全燃烧可靠地汽化，并且与喷射到进气端口20a中的燃油一起燃烧。在此情况下，在上述实施例中，在起动发动机状态下提前执行由进气系统喷油器22进行的燃油喷射。由于此原因，在发动机起动后喷射到进气端口20a中的燃油在更早的时刻到达燃烧室16，并且在发动机起动后还在更早的时刻停止缸内喷油器17的燃油喷射。所以，即使当在具有多个气缸的内燃机11中起动发动机时执行由缸内喷油器17进行的燃油喷射，在完成缸内喷射到全部气缸中之前停止缸内喷射。所以，可以在确保令人满意的发动机起动性能的同时更可靠地抑制在发动机起动状态下未燃烧成分的排放。
(3)从进气系统喷油器22喷射的燃油到达燃烧室16的时刻随进气的流速和燃油的汽化状态而不同。所以，可以基于发动机工作状态来计算该时刻，发动机工作状态例如是发动机速度NE、进气通道压力Pin(其与进气流速有关)、进气温度THA、冷却剂温度THW和燃油压力P(其与燃油的汽化状态有关)。由此，在上述实施例中，基于发动机工作状态来计算从进气系统喷油器22喷射的燃油到达燃烧室16的时刻，由此可以可靠地计算该时刻。所以，可以可靠地停止由缸内喷油器17进行的燃油喷射。
上述实施例可以进行如下修改。
在第一实施例中，当起动发动机时，仅对内燃机11的每个气缸的初次燃油喷射执行由缸内喷油器17进行的燃油喷射。另一方面，当起动发动机时，执行由与每个气缸相应设置的缸内喷油器17进行的燃油喷射，即缸内喷射。对于缸内喷油器17，可以测量从每个缸内喷油器17进行的连续燃油喷射的次数，并且当此次数达到预定值(例如两次)时，由缸内喷油器17进行的燃油喷射可以被切换到由相应的进气系统喷油器22进行的燃油喷射。此配置也提供了与第一实施例相同的优点。
在第二实施例中，基于发动机速度NE、进气通道压力Pin、进气温度THA、冷却剂温度THW和燃油压力P来计算从进气系统喷油器22喷射的燃油到达燃烧室16的时刻。当进气流率Qa增大时，其流速变快，并且该时刻变成比从进气系统喷油器22喷射的燃油到达燃烧室16的时刻更早的时刻。进气流率Qa可以增加到每一个上述参数。此外，可以通过使用至少那些参数中的任何一个来计算该时刻。另一方面，利用当执行从进气系统喷油器22的第一次燃油喷射的时间作为起始点，可以基于从起始点经过的时间来测量该时刻。
本发明可以被应用到其中作为燃油喷射模式仅执行端口喷射和缸内喷射的内燃机。此外，本发明可以被应用到其中执行使用缸内喷油器17的分层充气燃烧的内燃机。
如上所述，缸内喷射率Rd和端口喷射率Rp被改变，以使得它们的和变为1。换言之，缸内喷射率Rd和端口喷射率Rp之间存在负相关。所以，在上述实施例和其修改的每一个中，基于缸内喷射量Rd而设置的每个数值可以基于端口喷射率Rp而设置。反之，基于端口喷射量Rp而设置的每个数值也可以基于缸内喷射率Rd而设置。
缸内喷油器17和进气系统喷油器22的燃油喷射量不需要基于例如缸内喷射率Rd和端口喷射率Rp的喷射率来确定，而可以基于发动机工作状态被直接确定。
虽然在上述实施例的每一个中，基于进气通道压力Pin来计算进气流率Qa，但进气量也可以通过使用空气流量计来检测。
虽然进气系统喷油器22分别被设置在进气端口20a中，但进气系统喷油器22也可以用安装在气室上的喷油器代替，该气室例如设置在进气通道20的路径中。或者，进气系统喷油器22可以用仅在发动机起动状态下喷射燃油到进气通道20中的“冷起动喷油器”代替。简言之，进气系统喷油器22可以用喷射燃油到内燃机的进气系统中的任何类型的喷油器代替。
虽然内燃机11是四缸内燃机，但本发明可以基于类似原理被应用到具有除此以外的其他缸数的内燃机。
所以，本示例和实施例应当被视为举例说明性的而非限制性的，并且本发明不限于此处给出的细节，而可以在所附权利要求的范围和等价方案内被修改。
权利要求
1.一种用于在起动状态下控制内燃发动机的燃油喷射的装置，所述发动机包括用于喷射燃油到所述发动机的燃烧室中的缸内喷油器和用于喷射燃油到与所述燃烧室连接的进气系统中的进气系统喷油器，所述装置的特征在于包括控制所述缸内喷油器和所述进气系统喷油器的控制部分，其中，在所述发动机的起动状态下，所述控制部分使得所述缸内喷油器首先喷射燃油，然后从通过所述缸内喷油器进行燃油喷射切换到通过所述进气系统喷油器进行燃油喷射。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述发动机的起动状态下，所述控制部分使得所述缸内喷油器对所述燃烧室仅进行初次喷射，并且在所述初次喷射后使得所述进气系统喷油器进行燃油喷射。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制部分测量从所述缸内喷油器进行连续燃油喷射的次数，并且当所述次数达到预定值时，所述控制部分切换到通过所述进气系统喷油器进行燃油喷射。
4.一种用于在起动状态下控制内燃发动机的燃油喷射的装置，所述发动机包括用于喷射燃油到所述发动机的燃烧室中的缸内喷油器和用于喷射燃油到与所述燃烧室连接的进气系统中的进气系统喷油器，所述装置的特征在于包括控制所述缸内喷油器和所述进气系统喷油器的控制部分，其中，在所述发动机的起动状态下，所述控制部分使得所述缸内喷油器和所述进气系统喷油器喷射燃油，并且，在从所述进气系统喷油器喷射的燃油到达所述燃烧室的时刻之后，所述控制部分使得所述缸内喷油器停止喷射燃油。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制部分基于所述发动机的工作状态来确定从所述进气系统喷油器喷射的燃油到达所述燃烧室的所述时刻。
6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述燃烧室是多个燃烧室中的一个，所述缸内喷油器是每个都与所述多个燃烧室中的一个相对应的多个缸内喷油器中的一个，并且所述进气系统喷油器是每个都与所述多个燃烧室中的一个相对应的多个进气系统喷油器中的一个，并且其中，在从所述多个进气系统喷油器中首先喷射燃油的一个进气系统喷油器喷射的燃油到达相应的燃烧室后，所述控制部分使得全部所述缸内喷油器停止喷射燃油。
7.一种用于在起动状态下控制内燃发动机的燃油喷射的方法，所述发动机包括用于喷射燃油到所述发动机的燃烧室中的缸内喷油器和用于喷射燃油到与所述燃烧室连接的进气系统中的进气系统喷油器，所述方法的特征在于在所述发动机的所述起动状态下，使得所述缸内喷油器首先喷射燃油；以及然后从通过所述缸内喷油器进行燃油喷射切换到通过所述进气系统喷油器进行燃油喷射。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述发动机的所述起动状态下，所述缸内喷油器对所述燃烧室仅进行初次喷射。
9.一种用于在起动状态下控制内燃发动机的燃油喷射的方法，所述发动机包括用于喷射燃油到所述发动机的燃烧室中的缸内喷油器和用于喷射燃油到与所述燃烧室连接的进气系统中的进气系统喷油器，所述方法的特征在于在所述发动机的所述起动状态下，使得所述缸内喷油器和所述进气系统喷油器喷射燃油；以及在从所述进气系统喷油器喷射的燃油到达所述燃烧室的时刻之后，使得所述缸内喷油器停止喷射燃油。
全文摘要
本发明公开了一种用于在起动状态下控制内燃机的燃油喷射的装置和方法，所述内燃机包括用于喷射燃油到发动机的燃烧室中的缸内喷油器和用于喷射燃油到与燃烧室连接的进气系统中的进气系统喷油器。在发动机的起动状态下，电子控制单元(ECU)使得所述缸内喷油器仅进行对燃烧室的初次喷射，并且在初次喷射后使得进气系统喷油器进行燃油喷射。结果，确保了令人满意的发动机起动性能，并且在发动机起动状态下抑制了未燃烧成分的排放。
文档编号F02M69/04GK1690393SQ20051006626
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月25日 优先权日2004年4月23日
发明者定金伸治, 米泽幸一 申请人:丰田自动车株式会社