专利名称：控制内燃机中点火正时的方法
技术领域：
本发明涉及控制内燃机中点火正时的方法，更具体而言，涉及对被称为双喷射式内燃机的点火正时进行控制的方法，所述双喷射式内燃机包括将燃料喷射到气缸中的缸内喷射器以及将燃料喷射到进气歧管或进气口中的进气口喷射器。
背景技术：
通常，所谓的双喷射式内燃机是公知的(例如日本专利公开No.2001-020837和05-231221等)，它包括将燃料喷射到气缸中的缸内喷射器以及将燃料喷射到进气歧管或进气口中的进气口喷射器，在这样的内燃机中，根据发动机的运行状态切换这些喷射器的使用，以便在低负荷运行区域实现分层进气燃烧而在高负荷运行区域实现均匀燃烧，并根据运行状态以规定喷射比例喷射燃料，从而实现燃料效率特性和输出特性的改善。
通常，在燃料喷射式内燃机中，为了根据运行状态获得适当的燃烧，需要将根据发动机状态的各种校正提前(或校正延迟)值被加到基本点火正时值以便计算最终点火正时，其中所述基本点火正时是对应于运行状态预先设定的，并存储在图或类似物中。根据该点火正时执行点火并使发动机运行。
在上述双喷射式内燃机中，由于下述两种喷射方式之间的差别而存在燃烧室温度的差异在一种喷射方式中，从缸内喷射器喷射燃料；而在另一种喷射方式中，从进气口喷射器喷射燃料。具体而言，在从缸内喷射器喷射燃料的缸内喷射方式中，与进气口喷射方式相比，由于所喷射到气缸中的燃料的汽化潜热带来的冷却效果，燃烧室温度降低了。因此，在缸内喷射方式的正常运行状态下，适用于这种燃烧室温度的合适的基本点火正时值是确定的。
同时，在喷射方式从进气口喷射器向缸内喷射器切换、或者改变喷射比例的过渡工作状态下，上述冷却效果不是立刻显示出来的，燃烧室温度比正常运行状态下要高，在此情况下很可能出现爆震。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种控制内燃机中点火正时的方法，所述内燃机包括进气口喷射器和缸内喷射器，本方法能够在喷射方式从进气口喷射向缸内喷射进行切换时，或者在改变喷射比例时，实现对爆震发生的抑制。
为了实现上述目的，根据本发明的控制内燃机(包括缸内喷射器和进气口喷射器)中点火正时的方法的特征在于，当来自缸内喷射器和进气口喷射器的燃料喷射比例发生改变，使得来自缸内喷射器的燃料喷射比例增大时，在该改变之后的规定时间段对点火正时进行延迟校正。
这里，规定时间段优选地设定为直到燃烧室中的温度稳定下来的时间段。
应当注意，在本说明书中，除了另有明确说明之处外，“燃料喷射比例的改变”涵盖了在仅由缸内喷射器喷射(即缸内喷射比例为100％)和仅由进气口喷射器喷射(即缸内喷射比例为0％)之间的改变，即在缸内喷射100％与进气口喷射100％之间的喷射切换，也涵盖了当两个喷射器同时以规定喷射比例喷射燃料时，来自这些喷射器的燃料喷射比例的改变。
根据本发明中的控制包括缸内喷射器和进气口喷射器的内燃机中点火正时的方法，对由缸内喷射器和进气口喷射器的燃料喷射比例进行改变，使得来自缸内喷射器的燃料喷射比例增大，在该改变之后的规定时间段对点火正时进行延迟校正，从而可以抑制不正常燃烧(例如爆震的发生)。
特别是，如果将规定时间段设定为直到燃烧室温度变得稳定的时间段，则在这种改变之后直到燃烧室温度变得稳定的规定时间段中对点火正时进行延迟校正。因此，可以更加可靠地抑制不正常燃烧(例如爆震的发生)。
图1是示出内燃机总体结构的示意图，在该内燃机中执行根据本发明的控制点火正时的方法。
图2是示出内燃机的运行状态与当时的燃料喷射比例之间示例性关系的图。
图3是示出在根据本发明的控制点火正时的方法中的处理过程的第一实施例的流程图。
图4是示出点火正时的延迟控制的方式的时序图。
图5是示出在根据本发明的控制点火正时的方法中的处理过程的第二实施例的流程图。
图6是示出点火正时的延迟控制的方式的时序图。
具体实施例方式
下面将参考附图，说明实现根据本发明的控制内燃机中点火正时的方法的实施例。
首先参考图1，图1示出了其中采用根据本发明的控制点火正时的方法的内燃机的总体结构，发动机1以包括多个(例如4个)气缸1a的汽油发动机的形式来实施。每个气缸1a通过相应的进气歧管连接到进气管3，进气管3连接到空气滤清器5，气流计4插入在进气管3与空气滤清器5之间。在进气管3中，设有由节流电机6(例如直流电机)驱动的节气门7。同时，各个气缸1a连接到共同的排气歧管，排气歧管连接到例如三元催化转化器9。
用于将燃料喷射到气缸中的缸内喷射器11和用于将燃料喷射到进气歧管或进气口中的进气口喷射器12附装到各个气缸1a。如下面将要说明的，根据来自电子控制单元30的输出信号来控制喷射器11和喷射器12。另外，每个缸内喷射器11连接到与高压泵相连的未示出的共用的燃料输送管。同时，每个进气口喷射器12也类似地连接到与低压泵相连的未示出的共用的燃料输送管。
此外，气缸1a包括气缸体13、顶表面中形成有凹部14a的活塞14、紧固到气缸体13的气缸盖15、活塞14与气缸体盖15之间形成的燃烧室16、进气门17、排气门18、进气口19、排气口20、以及由未示出的点火器开启的火花塞21。进气口19形成为使得流入燃烧室16的空气造成围绕气缸轴线的旋涡。活塞14的顶表面上的凹部14a形成为在缸内喷射器11这侧从活塞14的周边部分向中心部分延伸，并朝向火花塞21延伸。
电子控制单元(下文中也称为ECU)30由数字式计算机实现，并包括通过双向总线彼此相连的ROM(只读存储器)、RAM(随机访问存储器)、CPU(微处理器)、输入/输出端口等。气流计4产生与进气量成比例的输出电压，该电压经过AD转换器输出到ECU 30的输入端口。另外，设有节门开度位置传感器8、水温传感器31、发动机速度传感器32、油门下压程度传感器33、爆震传感器34等，其中节气门开度位置传感器8产生与节流门7的开度位置成比例的输出电压，水温传感器31产生与冷却水温度成比例的输出电压，发动机速度传感器32产生表示发动机速度的输出脉冲，油门下压程度传感器33产生与油门踏板的下压程度(下文中称为油门下压程度)成比例的输出电压，爆震传感器34布置在气缸体13中并产生与每个气缸中从燃烧室16传递到气缸体13的振动成比例的输出电压。来自这些元件的输出电压类似地输入到ECU 30。
根据由上述气流计4或油门下压程度传感器33获得的发动机负荷因子而相应设定的燃料喷射比例和燃料喷射量，由发动机速度传感器32获得的发动机速度、以及根据发动机冷却水的温度针对前述项的校正值是预先建立对照关系并储存在ECU 30的ROM中的。至于点火正时和节气门开度位置，根据油门下压程度传感器33和发动机速度传感器32获得的油门下压程度和发动机速度的运行区域而相应设定的点火正时和节气门开度位置的优化值也是预先建立对照关系并储存的。另外，ECU 30的输出端口通过相应的驱动电路连接到节气门电机6、各个缸内喷射器11、各个进气口喷射器12、和火花塞21的点火器。ECU 30根据通过这些不同传感器的检测信号所知的发动机1的运行状态，以各种方式对发动机进行控制，例如燃料喷射控制或点火正时控制。
例如，在本实施例的发动机1中，根据图2所示运行区域或状态图设定燃烧方式或喷射方式，并确定缸内喷射器11和进气口喷射器12各自的喷射比例α和β。这里，缸内喷射比例α表示从缸内喷射器11喷射的燃料量占总燃料喷射量的比例，而进气口喷射比例β表示从进气口喷射器12喷射的燃料量占总燃料喷射量的比例。这里，α+β＝100％。在图2中，缸内喷射100％表示将仅来自缸内喷射器11的喷射比例设定在100％(即β＝0％)的区域。同时，缸内喷射0％表示将仅来自进气口喷射器12的喷射比例设定在100％(即α＝0％)的区域。此外，缸内喷射40-80％表示将α设定在40-80％而β设定在60-20％，不过比例α和比例β的值可以根据所用的发动机1需要的运行条件，而适当地改变。
如上所述，在本实施例的发动机1中，根据发动机运行状态来改变喷射方式，从而确保空燃混合物的均匀性并改善发动机1在高负荷区域中的输出。具体地说，采用进气口喷射器12与采用缸内喷射器11相比，容易提高空燃混合物的均匀性。因此，在从低负荷到中等负荷的运行区域中，使用缸内喷射器11和进气口喷射器12以获得其间不同的燃料喷射比例，从而确保空燃混合物的均匀性并改善燃烧。同时，在用缸内喷射器11进行燃料喷射时，由于汽化潜热的原因，所以与使用进气口喷射器12进行燃料喷射相比更容易降低空燃混合物的温度和燃烧室温度。因此，在高负荷运行区域中使用缸内喷射器11，以便增强供应空气的效率并提高发动机输出。
首先，对根据本实施例的发动机1中的点火正时控制进行说明。ECU30执行爆震判定来根据上述爆震传感器34的检测结果判定各个气缸中是否已经发生了爆震，ECU 30还根据判定结果施加爆震控制来调整点火正时，施加预热特性控制来根据冷却水的温度适当地提前或延迟预热，或在过渡期间施加调整和控制。
在爆震控制下，如果爆震判定中判定为已经发生了爆震，则将最终点火正时延迟一段规定量。如果判定为没有发生爆震，则将最终点火正时逐步提前。最终点火正时由相对于各个气缸的上止点的曲轴转角(BTDC)来表示，并基本根据如下所示的等式来计算。
最终点火正时＝基本点火正时±各种校正量应当注意，基本点火正时表示下述点火正时，该点火正时是在发动机处于正常运行状态(不发生爆震等)的前提下针对每种喷射方式(例如进气口喷射、缸内喷射以及两者并存)所确定的、可以获得最大的发动机输出的点火正时。基本点火正时设定为基于发动机运行状态的二维图，发动机运行状态由诸如发动机速度和发动机负荷因子之类的参数表示。ECU 30向各个气缸的火花塞21的点火器输出点火信号，该点火信号通过以上述方式计算所得的最终点火正时所表示的时刻开启，从而执行点火。
在本说明书中，燃料喷射比例的改变涵盖了喷射方式改变(即在缸内喷射与进气口喷射两种方式之间的切换，以及由这些喷射器的燃料喷射比例的改变)。对于燃料喷射比例，如上所述，缸内喷射比例α+进气口喷射比例β＝100％，β＝100-α。因此，下面将只使用表示缸内喷射器11的燃料喷射比例的缸内喷射比例α来进行说明。
(第一实施例)参考图3的流程图，首先将说明根据本发明的控制内燃机中点火正时的方法的第一实施例的点火正时控制过程。例如在曲轴转角每次前进一个规定角度时执行此例程。
首先，在控制开始时，在步骤S301计算缸内喷射占总燃料喷射的比例α。更具体地说，根据气流计4或油门下压程度传感器33获得的发动机负荷因子，并根据由来自发动机速度传感器32的计算值表示的发动机速度(它们用作代表运行状态的各种参数)，通过图或通过运算来计算与当前运行状态对应的缸内喷射比例α(在图3中用“ekdi”表示)。
在下一步骤S302，根据缸内喷射比例α判定是否已经在喷射器之间进行了切换。具体而言，根据先前的喷射方式是否曾是进气口喷射以及当前的喷射方式是否为缸内喷射，来判定是否已进行了从仅由进气口喷射器12进行喷射(即缸内喷射比例α＝0％)到仅由缸内喷射器11进行喷射(即缸内喷射比例α＝100％)的改变，即是否已进行了从进气口喷射到缸内喷射的切换。
在改变喷射方式之后——即进行了从进气口喷射向缸内喷射的切换之后——的第一次例程周期中，处理前进到步骤S303，在这步将点火延迟控制请求标记“exartdinj”设定为ON。在下一步骤S304，将燃烧室温度稳定计数器的计数值“ecartdinj”复位到0。
如果在上述步骤S302判定为喷射方式并未改变，则处理前进到步骤S305，在这步将燃烧室温度稳定计数器的计数值“ecartdinj”加1。在下一步骤S306，判定计数值“ecartdinj”是否超过了规定值。对于每一个气缸，该规定值例如设定为大约10次点火。如果计数值“ecartdinj”并未超过该规定值，则本过程前进到步骤S308，步骤S308将在后面进行说明。因此，对于喷射方式改变之后紧接着的规定时间段(由上述规定值确定)，在步骤S303被设定为ON的点火延迟控制请求标记“exartdinj”维持在ON状态，并执行点火延迟控制，后面会对点火延迟控制进行说明。
如果在步骤S306判定为计数值“ecartdinj”已经超过了该规定值，则处理前进到步骤S307。在此将点火延迟控制请求标记“exartdinj”设定为OFF，并如后面将要说明的那样结束此例程。
在上述步骤S304之后，或者如果在上述步骤S306判定为计数值“ecartdinj”并未超过规定值，或者如果在步骤S307之后，处理都会前进到步骤S308，并判定点火延迟控制请求标记“exartdinj”被设定为ON还是OFF。如果点火延迟控制请求标记“exartdinj”为ON，则处理前进到步骤S309，在这步计算喷射方式切换校正量“eartdinj”。喷射方式切换校正量“eartdinj”是根据油门下压程度传感器33获得的发动机负荷因子以及表示来自发动机速度传感器32的计算值的发动机速度(它们用作表示运行状态的各种参数)利用图计算出的，所述图由实验等方式预先获得并以与喷射方式的切换或改变之后的运行状态相对应的值的形式储存在存储器中。在下一步骤S310，在基本点火正时值上反映出喷射方式切换校正量“eartdinj”。即，设定由基本点火正时值“eabsef”减去喷射方式切换校正量“eartdinj”所得的新的点火正时值“eabsef”，其中基本点火正时值根据在喷射方式之间进行切换之后缸内喷射方式下的正常工作状态而预先设定，并储存在图等中。由此，使用根据上述点火正时控制过程设定的新的点火正时值“eabsef”执行点火并使发动机运行。
这里将参考图4的时序图，将对在上述喷射方式之间进行切换之后如何施加规定时间段的点火延迟控制进行进一步讨论。图4示出了在时刻t0从进气口喷射到缸内喷射的示例性喷射方式切换。
由图4可以清楚地看到，在时刻t0从进气口喷射向缸内喷射进行切换时，燃烧室中的温度开始下降，并且在经过规定时间段(t0到t1)之后，温度稳定在与缸内喷射对应的温度处。这里，温度差用ΔT1表示。对于点火正时，在进气口喷射期间点火正时设定在“Ignp”。在向缸内喷射进行切换时，请求点火正时设定在“Ignd”(与上述基本点火正时值“eabsef”对应)。但是在本实施例中，对于直到燃烧室中的温度稳定下来这段规定时间段(t0到t1)，点火正时被设定为比请求点火正时“Ignd”延迟了上述喷射方式切换校正量“eartdinj”的点火正时。因此，由于在切换之后到燃烧室中的温度稳定下来这段规定时间段(t0到t1)对点火正时进行了延迟校正，所以可以抑制不正常燃烧(例如爆震的发生)。
(第二实施例)参考图5的流程图，下面将对根据本发明的控制内燃机中点火正时的方法的第二实施例的点火正时控制过程进行说明。此例程也在曲轴转角每次前进一个规定角度时执行。第二实施例与上述第一实施例的不同之处在于，在第一实施例中，点火正时延迟控制是根据喷射方式的改变(即从进气口喷射向缸内喷射的切换)来进行的，而在第二实施例中，是根据燃料喷射比例的改变及其改变前后之间的差是否超过规定值来进行的。
在第二实施例中，在控制开始时，在步骤S501以类似于第一实施例的方式，根据发动机负荷因子和发动机速度(它们用作代表运行状态的参数)，通过图或通过运算，来计算缸内喷射占总燃料喷射的比例(图5中用“ekdi”表示)。在下一步骤S502，计算缸内喷射比例变更量“edlkdi”。这个量是作为步骤S501计算的缸内喷射比例“ekdi”与先前的缸内喷射比例之间的差而计算的。在下一步骤S503，判定计算出的变更量“edlkdi”是否超过了规定值“A”。具体而言，判定缸内喷射比例是否已经发生了超过规定值“A”(例如50％)的明显改变。
如果变更量“edlkdi”已经超过了规定值“A”，则处理前进到步骤S504，且点火延迟控制请求标记“exartdinj”设定为ON。在下一步骤S505，将燃烧室温度稳定计数器的计数值“ecartdinj”复位为0。
如果在第一个或下一个例程周期中在上述步骤S503判定变更量“edlkdi”并未超过规定值，则处理前进到步骤S506，在此步将燃烧室温度稳定计数器的计数值“ecartdinj”加1。在下一步骤S507，判定计数值“ecartdinj”是否超过了规定值。与前面的实施例一样，对于每一个气缸，这个规定值例如设定为大约10次点火。如果计数值“ecartdinj”并未超过规定值，则处理前进到步骤S509，步骤S509将在后面进行说明。因此，对于燃料喷射比例改变之后紧接着的规定时间段(由上述规定值确定)，在步骤S504设定为ON的点火延迟控制请求标记“exartdinj”维持在ON状态，并执行点火延迟控制，后面会对点火延迟控制进行说明。
如果在步骤S507判定计数值“ecartdinj”已经超过了规定值，则处理前进到步骤S508。在此将点火延迟控制请求标记“exartdinj”设定为OFF，并像后面将要说明的那样结束此例程。
在步骤S505之后，或者在上述步骤S507判定计数值“ecartdinj”并未超过规定值，或者在步骤S508之后，处理都会前进到步骤S509，并判定点火延迟控制请求标记“exartdinj”被设定为ON还是OFF。如果点火延迟控制请求标记“exartdinj”为ON，则处理前进到步骤S510，在这步计算喷射比例改变校正量“ceartdinj”。喷射比例改变校正量“ceartdinj”是根据油门下压程度传感器33获得的发动机负荷因子以及表示来自发动机速度传感器32的计算值的发动机速度(它们用作表示运行状态的各种参数)利用图计算出的，所述图由实验等方式预先获得并以与缸内喷射比例改变之后的运行状态相对应的值的形式储存在存储器中。在下一步骤S511，在基本点火正时值上反映出喷射比例改变校正量“ceartdinj”。即，设定由基本点火正时值“eabsef”减去喷射比例改变校正量“ceartdinj”所得的新的点火正时值“eabsef”，其中基本点火正时值根据喷射比例改变之后缸内喷射方式下的正常工作状态而预先设定，并储存在图等中。由此，使用根据上述点火正时控制过程设定的新的点火正时值“eabsef”执行点火，并使发动机运行。
这里将参考图6的时序图，对上述喷射比例改变之后如何施加规定时间段的点火延迟控制进行进一步讨论。图6示出了在时刻t0从缸内喷射比例α1到α2的示例性喷射比例改变(α2＞α1，α2-α1＞A)。
由图6可以清楚地看到，在时刻t0缸内喷射比例改变到更大的喷射比例α2时，直接喷射到燃烧室中的燃料比例也增大，燃烧室中的温度开始下降。在经过规定时间段(t0到t2)之后，温度稳定在与该缸内喷射比例对应的温度处。这里，温度差用ΔT2表示。对于点火正时，在缸内喷射比例设定在α1时点火正时设定在“Ignα1”。在缸内喷射比例改变为α2时，请求点火正时设定在“Ignα2”(与上述基本点火正时值“eabsef”对应)。但是在本实施例中，对于直到燃烧室中的温度稳定下来这段规定时间段(t0到t2)，点火正时被设定为比请求点火正时“Ignα2”延迟了上述喷射比例改变校正量“ceartdinj”的点火正时。因此，由于在改变之后直到燃烧室中的温度稳定下来这段规定时间段(t0到t2)对点火正时进行了延迟校正，所以可以抑制不正常燃烧(例如爆震的发生)。
尽管已经对本发明进行了详细的说明和图示，但是可以清楚理解的是，它们仅仅是图解和举例，不应认为是限制性的，本发明的精神和范围仅由所附权利要求的条款来限定。
权利要求
1.一种控制内燃机中点火正时的方法，所述内燃机包括缸内喷射器和进气口喷射器；在所述方法中当来自所述缸内喷射器和所述进气口喷射器的燃料喷射比例发生改变，使得来自所述缸内喷射器的燃料喷射比例增大时，在该改变之后的规定时间段对点火正时进行延迟校正。
2.根据权利要求1所述的控制内燃机中点火正时的方法，其中，将所述规定时间段设定为直到燃烧室中的温度变得稳定的时间段。
全文摘要
一种内燃机包括向将燃料喷射到气缸中的缸内喷射器(11)和将燃料喷射到进气口中的进气口喷射器(12)。在该内燃机中，当缸内喷射器(11)和进气口喷射器(12)之间的燃料喷射比例发生改变，使得来自缸内喷射器(11)的燃料喷射比例增大时，在该改变之后的规定时间段对点火正时进行延迟校正。
文档编号F02D37/02GK1989327SQ200580025019
公开日2007年6月27日 申请日期2005年7月26日 优先权日2004年7月30日
发明者出村隆行, 永田哲治 申请人:丰田自动车株式会社