用于内燃机的控制设备的制作方法

专利名称：用于内燃机的控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的控制设备，具体而言，涉及包括用于将燃料 直接喷射到气缸中的机构的内燃机的起动时控制。
背景技术：
从提高发动机性能的角度，采用允许进气门和排气门的打开/关闭正时可变的可变气门正时(VVT)机构。基于这种VVT机构，提出了一种控 制，其在混合动力车辆中，通过在发动机的启动时延迟进气门的气门正时 而降低有效压縮比(以下也称为"起动时减压控制")，其中该混合动力 车辆的发动机包括缸内喷射器(缸内喷射阀)并且间歇工作(例如，日本 专利公开No. 2000-64874，以下称为专利文献1)。起动时减压控制的优 点是发动机的初始爆发扭矩得到降低，以抑制发动机振动，并减小起动阻 力(crankingresistance)，确保了平滑的起动能力。还公开了抑制燃烧波动增大的技术，用于缸内喷射型内燃机。在实施 其中进气门的关闭正时被设定在比活塞进气冲程下止点延迟的一侧的进气 门延迟关闭控制(即，艾金森(Atkinson)循环)中，相比未执行艾金森 循环时的情况，由燃料喷射阀进行的燃料喷射压力被设定为更高，或者燃 料喷射时间更提前，从而抑制燃烧波动的增大(例如，日本专利公开No. 2004-52551，以下称为专利文献2)。此外，提出了一种内燃机，其包括将燃料直接喷射到气缸中(喷射到 燃烧室中)的主燃料喷射阀(缸内喷射器)和将燃料喷射到进气歧管中的 辅助燃料喷射阀(进气歧管喷射器)(例如，日本专利公开No. 2001-73854，以下称为专利文献3)。在这种内燃机中，在根据发动机的冷却剂 温度确定的、从起动时起的预定时段内，禁止由主燃料喷射阀(缸内喷射 器)进行的燃料喷射。因而，减少了发动机起动时未燃成分的排放，抑制 了燃料消耗的浪费。如在专利文献1和专利文献2中，在使包括缸内喷射器的内燃机起动时由VVT机构执行减压控制的缺点是尽管抑制了波动使得发动机平滑起动，但是在气缸中压縮末端的压力和温度将减小。从缸内喷射器喷射的燃 料的汽化将变得不充分，产生了由于燃烧劣化而引起的排气排放增加的问 题。尽管专利文献3涉及针对在包括缸内喷射器和进气歧管喷射器两者的 发动机起动时的排气排放的措施，但是其完全没有提及用于改善在基于 VVT机构进行的起动时减压控制期间的排气排放物水平的措施。发明内容考虑到上述情况，本发明的目的是在至少包括用于将燃料直接喷射 到气缸中的燃料喷射机构的内燃机中，防止在为了平滑起动而基于进气门 控制(例如，VVT机构)进行的起动时减压控制期间排气排放物水平的劣 化。根据本发明的一个方面，提供了一种用于内燃机的控制设备，该内燃 机包括第一燃料喷射机构，并且至少允许进气门控制，该进气门控制用于 控制通过进气门进入燃烧室的进气量。该控制设备包括起动部分、起动时 减压部分、减压取消部分、判定部分和起动时燃料喷射控制部分。第一燃 料喷射机构被构造成将燃料喷射到燃烧室中。起动部分被构造成起动内燃 机。起动时减压部分设定作为进气门控制的初始值的进气量，使得在内燃 机起动时燃烧室被减压。在内燃机起动之后，减压取消部分从初始值逐渐 改变进气量，以将内燃机中的压力增大为超过起动时的压力。判定部分判 定燃烧室中的压縮状态是否已经达到预定的标准状态。在内燃机起动时， 起动时燃料喷射控制部分在判定部分判定燃烧室中的压縮状态已经达到标 准状态的时间之前，禁止由第一燃料喷射机构进行的燃料喷射，然后在所 述时间之后允许由第一燃料喷射机构进行的燃料喷射。在上述用于内燃机的控制设备中，通过进气门控制(例如，延迟进气 门关闭正时)进行燃烧室中的减压控制，以减轻起动内燃机时的振动(冲 击)，并且在燃烧室中的压縮状态从起动时的压力减小状态返回到通常水 平的标准状态之前，设置禁止由第一燃料喷射机构进行的燃料喷射的时段 (即，缸内燃料喷射禁止时段)。由于在通过燃烧室中的减压使缸内喷射 的燃料汽化被劣化的时段期间能够禁止缸内燃料喷射，所以能够抑在根据 进气门控制进行起动时减压控制期间排气排放物水平的劣化。优选地，在本发明的用于内燃机的控制设备中，内燃机还包括构造成 将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机构。在判定部分判定燃烧室中 的压縮状态已经达到标准状态的时间之前，起动时燃料喷射控制部分禁止 由第一燃料喷射机构进行的燃料喷射，并且指示由第二燃料喷射机构进行 燃料喷射。根据上述用于内燃机的控制设备，该内燃机包括第一燃料喷射机构 (缸内喷射器)和第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)，并且通过进气 门控制(例如，延迟进气门关闭正时)进行燃烧室中的减压控制，以减轻 起动内燃机时的振动(冲击)，在为了防止排气排放物水平劣化而设置的 缸内燃料喷射禁止时段期间，燃料能够从第二燃料喷射机构喷射。因而， 在进气门控制进行起动时减压控制期间，能够抑制排气排放物水平的劣 化，并且确保发动机输出以提高起动能力。在本发明的用于内燃机的控制设备中，内燃机优选地和除了该内燃机 之外的驱动力源一起结合在车辆中。控制设备还包括起动时驱动力分担控 制部分，在判定部分判定内燃机中的压縮状态已经到达标准状态的时间之 前，起动时驱动力分担控制部分指示由驱动力源产生车辆的驱动力。根据其中至少包括第一燃料喷射机构(缸内喷射器)的内燃机结合到 混合动力车辆中的构造，在通过进气门控制进行的燃烧室中的减压控制期 间，在为了防止排气排放物水平劣化而设置的缸内燃料喷射禁止时段期 间，能够由另一个驱动力源(例如，电动机)产生车辆的驱动力，使得减 轻起动内燃机时的振动(冲击)。因而，在通过迸气门控制进行起动时减 压控制期间，能够抑制排气排放物水平的劣化，并且确保发动机输出以提 高起动能力。还优选地，在本发明的用于内燃机的控制设备中，在内燃机的排气所
经过的催化剂活化之前，起动时燃料喷射控制部分建立第一燃料喷射机构 的燃料喷射禁止期间。在上述用于内燃机的控制设备中，对应于在催化剂(例如，三元催化 转换器)活化之前(在此期间，排气排放物水平尤其是个问题)对燃烧室 进行减压的进气门控制，建立缸内燃料喷射禁止期间。因而，在催化剂的 排放物去除功能较差的时段期间，能够抑制在通过进气门控制进行起动时 减压控制期间排气排放物水平的劣化。还优选地，在本发明的用于内燃机的控制设备中，在内燃机的排气所 经过的催化剂预热操作期间，无论判定部分的判定如何，起动时燃料喷射 控制部分都允许由第一燃料喷射机构进行的燃料喷射。关于在上述用于内燃机的控制设备中的催化剂预热操作的执行正时， 可以在没有基于判定部分的判定而由第一燃料喷射机构(缸内燃料喷射) 执行燃料喷射禁止控制的情况下，执行伴随缸内燃料喷射的催化剂预热操 作。由于催化剂预热在从发动机起动时起的较早阶段完成以确保催化剂的 排放物去除效果，所以能够提高总的排气排放物水平改进效果。因而，本发明主要优点是，在至少包括将燃料直接喷射到气缸中的燃 料喷射机构的内燃机中，在旨在使起动平滑而通过进气门控制(例如，VVT机构)进行起动时减压控制期间能够防止排气排放物水平的劣化。


图1示意性示出了在根据本发明第一实施例的用于内燃机的控制设备的控制下的发动机系统的结构。图2是描述由起动时VVT进行的进气门正时控制的概念图。图3是描述通过起动时VVT设定进气门正时的图。图4是描述根据本发明实施例的起动时VVT的流程图。图5是描述根据发明第一实施例的起动时燃料喷射控制的流程图。图6示意性地示出了在根据本发明第二实施例的用于内燃机的控制设备的控制下的发动机系统的结构。图7是描述根据本发明第二实施例的起动时燃料喷射控制的流程图。图8示意性地示出了混合动力车辆的结构，其中该混合动力车辆结合 有在根据本发明第三实施例的用于内燃机的控制设备控制下的发动机。图9和图10是分别描述根据本发明第三实施例的起动时燃料喷射控 制的第一和第二示例的流程图。图11和图12是第一和第二流程图，分别描述本发明的起动时燃料喷 射控制和催化剂活化完成之间的关系。图14和图15是第一和第二流程图，分别描述本发明的起动时燃料喷 射控制和催化剂预热操作之间的关系。
具体实施方式
以下将参照附图，详细描述本发明的实施例。附图中相同或者相应的 元件具有相同的标号，并且原则上将不再重复其详细描述。 第一实施例将参考图1描述在发动机ECU (电子控制单元)的控制下的发动机系 统，其中发动机ECU是根据本发明第一实施例的用于内燃机的控制设 备。尽管代表性地示出发动机的一个气缸，但是本发明实施例所应用的内 燃机中气缸的数量和布置是不受限制的。参照图1，发动机5包括气缸IO和在气缸10中往复运动的活塞20， 其中，气缸IO包括气缸体12和连接到上述气缸体12的气缸盖14。活塞 20具有连杆24和连接到曲轴22的曲轴臂26，其中曲轴2是发动机5的输 出轴。活塞20的往复运动通过连杆24转换成曲轴22的旋转。在气缸10 中，气缸体12的内壁和气缸盖14以及活塞20的顶面构成用于燃烧空燃混 合物的燃烧室30的隔壁。气缸盖14设置有突伸到燃烧室30中用于点燃空燃混合物的火花塞 40，和将燃料喷射到燃烧室30中的缸内喷射器50。燃烧室30分别经由进 气门80和排气门90与进气歧管60和排气歧管70连通。排气歧管70连接到未示出的催化剂装置(例如，三元催化转换器)以去除排气75中的排放物(CO: —氧化碳，HC:烃，NOx:氮氧化物)。由于催化剂装置的排放物去除功能在催化剂温度升高并使催化剂活 化之前较弱，所以必需进行这样的控制使得低温时排气75中的排放物不会由于燃烧室30中的燃烧状态的劣化而增加。针对发动机50设置各种传感器，诸如加速器传感器210、曲轴传感器 220、发动机速度传感器230和冷却剂温度传感器240。加速器传感器210设置在加速踏板(未示出)附近以用于检测加速踏 板的位置(下压程度)。来自加速器传感器210的检测值在发动机ECU 300处适当地受到A/D转换，以提供给发动机ECU 300中的微计算机。曲轴传感器220包括安装到发动机5的曲轴22的转子和电磁拾取器， 该电磁拾取器位于转子附近，用于检测在转子外周处设置的突起的通过。 曲轴传感器220产生表示曲轴22的旋转相位(曲轴角)的脉冲信号。发 动机速度传感器230产生表示发动机速度的脉冲信号。来自曲轴传感器 220和发动机速度传感器230的脉冲信号被提供到发动机ECU 300中的微 计算机中。冷却剂温度传感器240设置在发动机5的冷却剂通道中，并且提供与 发动机冷却剂温度成比例的输出电压。来自冷却剂温度传感器240的输出 电压在发动机ECU 300处适当地受到A/D转换，以提供给发动机ECU 300 中的微计算机。发动机ECU 300通过微计算机执行预定的程序，以基于来自各个传感 器的信号产生各种控制信号来控制发动机系统的整体工作。针对发动机5设置起动装置(起动器)250。通常，起动器250由电 动机形成，该电动机相应于来自发动机ECU 300的操作指令而被通电。当 从发动机ECU 300发出操作指令时，通过起动器250使发动机5的飞轮 (未示出)转动以开始发动机的运转。响应于驾驶员操作钥匙接通起动器 开关，而发出对起动器250的操作指令。发动机ECU 300还包括气门正时控制部分(VVT控制部分)310，其 控制进气门80和排气门90的打开/关闭正时。进气门80和排气门90能够 在与来自VVT控制部分310的指令相对应的正时打开/关闭。通过气门正 时控制，进行本发明的"进气门控制"，其控制引入燃烧室30中的进气 量(进气引入量)。
尽管举例说明了前述进气门控制由在本发明的实施例中的气门正时控 制实施的构造，但是进气门控制可以通过控制气门升程而是不是控制气门 正时，或者通过控制气门正时和气门升程两者来实施。在本发明实施例的用于内燃机的控制设备中，当发动机5起动时，燃烧室30中的减压控制由VVT控制部分310执行。起动发动机时的VVT 控制(以下也称为"起动时VVT (起动时减压控制)")将在下面参照图 2-图4描述。参照图2，进气门关闭正时(进气门关闭正时4)ic二4)0)在起动发动 机时进气门的气门正时初始状态40处延迟(例如，4>0延迟超过BTDC 90 度)。因而，能够通过初始设定进入燃烧室30的进气引入量(诸如通过 在来自进气门80的进气返回到进气歧管60之后关闭进气门80以过渡到压 縮操作中)，减小燃烧室30中的压力。由于当发动机起动时进气歧管60 对应于大气压，所以初次点火时爆发冲击易于因进入燃烧室30的充气效 率比继续运转时的情况相比更高而增大。然而，通过上述初始设定(诸如 气门正时初始状态400之类的延迟)减小燃烧室中的压力，以减小发动机 起动时的振动。在发动机起动处理序列期间，气门正时从初始状态400逐渐提前。因 而，进气引入量改变以增大燃烧室30中的压力。因而，逐渐解除燃烧室 30中的减压。当VVT提前值达到预定值，并且气门正时达到预定状态410 (进气门 关闭正时小化=小1)时，起动时VVT结束。基于对发动机排气中排放物 的量、转矩变化、具体燃料消耗等的评估，对应于使燃烧稳定的进气引入 量来预先确定气门正时410。图3表示起动时VVT中进气门关闭正时的变化。参照图3，进气门关闭正时4)ic首先设定为初始角小O，该初始角4>0 对应于时刻t0的初始状态400，时刻t0对应于发动机起动。在VVT机构 通过获得所需油压(在液压式VVT的情况下)或者通电(在电动式VVT 的情况下)变得可操作的时刻tl以及以后，进气门的气门正时以逐级的方 式提前以逐步解除燃烧室30中的减压。进气门正时》ic的提前值Acl)f逐 渐增大。在进气门关闭正时小ic达到预定角cH (对应于预定状态410)时的时 刻t3,起动时VVT结束。将考虑根据发动机运转状态的燃料消耗、排放 物、燃烧转矩变化等，根据以发动机运转状况的参数(发动机速度、负荷 因子等)为基础的图，来设定此后的气门正时(进入燃烧室30的进气引图4是描述根据本发明实施例的起动时VVT的流程图。根据预存在 VVT控制部分310中的预定程序，或者通过专用的硬件机构(未示出)执 行图4的起动时VVT。注意，本发明不限于VVT机构(进气门控制)的 系统。参照图4，响应于通过驾驶员操作钥匙等的发动机起动指令而开始起 动时VVT (在步骤S100处的判定为"是")。在其中进行发动机间歇运 转的车辆(诸如，除发动机以外还结合了驱动力源(例如，电动机)的混 合动力车辆)，发动机指令的发送与驾驶员操作钥匙不直接相关。在起动发动机时，对为了减小燃烧室中压力(减压)的气门正时400 (图2)进行初始化(步骤S110)。如在图3中的时刻tO-tl所示，在 VVT机构变得可操作之前(在步骤S120处的判定为"否")，气门正时 保持在初始设定。当由于确保了油压(在液压式VVT的情况下)或者确 保了通电(在电动式VVT的情况下)而使得VVT机构变得可操作(在步 骤S120处的判定为"是")时，能够开始VVT。进气门的气门正时逐渐 提前，每次提前预定量(步骤S130)。因而，如图3中的时刻tl以后所 示，VVT提前值A4)f逐渐增大。随着进气门的气门正时的提前，进气量 发生变化，增大了燃烧室30中的压力。具体地，随着进气量变得大于起 动时的进气量，燃烧室30中的压力逐渐增大超过(起动时的)初始压 力。因而，通过在压縮末端温度的升高而促进了燃料汽化，由此，逐渐提 高了燃烧性能。在达到图2所示的预定状态410之前(在步骤S140处的判定为 "否")，进气门的气门正时逐渐提前。当VVT提前值A4)f达到预定量 (对应于进气门关闭正时cHc二(H)，起动时VVT结束(在步骤S140处
的判定为"是")。在从初始角》0 (对应于初始状态400)到预定角度d)l (对应于预定 状态410)的范围中，对于进气门关闭正时cMc设定标准角小2。如后文所 述，用标准角小2作为阈值，进行允许由缸内喷射器50进行的燃料喷射的 控制。在本发明的用于内燃机的控制设备进行的起动时燃料喷射控制中，根 据由起动时VVT进行的VVT提前值来进行关于燃烧室30的压力状态的 判定，由此，控制在发动机起动时由缸内喷射器50进行的燃料喷射。图5是描述根据本发明第一实施例的起动时燃料喷射控制的流程图。 图5的起动时燃料喷射控制通过预存在发动机ECU 300处的预定程序执 行。参照图5，第一实施例的起动时燃料喷射控制在起动喷射处理序列期 间执行(步骤S200)。由于当不在起动时喷射处理序列期间不执行起动时 燃料喷射控制(步骤S200处的判定为"否")，所以在此情况下控制结 束。作为发动机起动处理序列的一部分，在进行起动时喷射处理序列的同 时，执行图4的起动时VVT。在起动时喷射处理序列期间(在步骤S200处的判定为"是")，当 在从曲轴开始转动时起预定时段内(步骤S210处的判定为"否")时， 执行下述的燃料喷射控制。在起动器250起动发动机之后，并且在发动机速度Ne达到允许喷射 的发动机速度Np之前(在步骤S220处的判定为"否")，本质上禁止燃料 喷射(步骤S230)。当发动机速度Ne变得等于或者大于允许喷射的发动机速度Np (在步 骤S220处的判定为"是")时，对图2的VVT提前值A4)f是否已经达 到与标准角4)2对应的标准提前值4)rf进行判定(步骤S240)。在进气门的气门正时由减压控制延迟的情况下，排气排放物水平劣 化，这是因为由于减压引起的压縮末端的低温而不能促进由缸内喷射器50 喷射的燃料的雾化。因而，通过以经验的方式获得缸内燃料喷射模式中的 排气排放物水平劣化相对于VVT提前值A4)f的关系，可以预设标准提前 值4)rf。这对应于标准状态，该标准状态是允许通过对燃烧状态一些改进 来抑制排气排放物水平劣化的压縮状态。具体地，在步骤S240，基于 VVT提前值A4)f判定在燃烧室30中的压縮状态是否已经达到上述设定的 标准状态。在VVT提前值AcJ)f尚未达到标准提前值4)rf的时段期间(即，在图 3中的时刻tl-t2期间(在步骤S240中判定为"否")，禁止缸内喷射器 50喷射燃料，以防止排气有害物水平劣化(步骤S250)。在VVT提前值A4)f达到标准值d)rf之后(在步骤S240中判定为 "是")(即，在图3中为时刻t2以后)，允许由缸内喷射器50进行的 燃料喷射(步骤S260)。当在步骤S260允许由缸内燃料喷射器50进行的 燃料喷射时，起动时喷射处理序列结束(步骤S280)。通过上述起动时燃料喷射控制，可以抑制在如下情况下可能发生的排 气排放物水平劣化，该情况是为了抑制包括缸内喷射器50的内燃机的 起动冲击而由VVT机构进行起动时减压控制期间。在起动时喷射处理序列期间从曲轴转动开始起经过预定的时段时(在 步骤S210处的判定为"是")，对是否发生起动异常进行判定。当发动 机速度由于过低的温度或者充电不足而不易于增大时，会发生这样的起动 异常。在此情况下，在不进行缸内喷射禁止控制(如步骤S220-S260所 示，目的是防止排气排放物水平劣化)的情况下，允许开始喷射燃料，以 使发动机起动具有最高优先级(步骤S270)，并且起动时喷射处理序列结 束(步骤S280)。第二实施例图6示意性地示出在根据本发明第二实施例的用于内燃机的控制设备 的控制下发动机系统的构造。基于与图1的比较，如图6所示的第二实施例的发动机5弁具有附加 地安装在进气歧管60处的进气歧管喷射器100。进气歧管喷射器100将燃 料供应到进气口 62 (其是进气歧管60和燃烧室30之间的连通部分)和/ 或进气歧管60。尽管第二实施例将基于具有分别设置的缸内喷射器50和 进气歧管喷射器100的内燃机进行描述，但是本发明的应用不限于这样的 内燃机。例如，本发明可应用到其的内燃机具有包括缸内喷射功能和进气 歧管喷射功能两者的一个喷射器。发动机5#中的其它元件的构造类似于图l所示的发动机5。因而，其描述的细节将不再重复。发动机5#通过VVT机构执行如图2-图4所述的 起动时VVT (由进气门控制进行的起动时减压控制)。图7是描述根据本发明第二实施例的起动时燃料喷射控制的流程图。 图7的起动时燃料喷射控制通过预存在发动机ECU 300中的预定程序执 行。如图7所示的根据第二实施例的起动时燃料喷射控制与基于图5的起 动时燃料喷射控制的不同之处在于分别在于执行步骤S252和S262来代替 步骤S250和S260。而且，图7的流程图还包括当在步骤S240处得到的判 定为"否"时执行的步骤S24(^和S245。其余元件的控制流程类似于参照 图5所述的情况。因而，其详细描述将不再重复。在VVT提前值A(J)f达到标准值4)rf之前的时间期间(步骤S240处 的判定为"否"；在图3中的时刻tl-t2)，当步骤S240弁和S245两者处 的判定均为"否"时，禁止由缸内喷射器50进行的燃料喷射，同时允许 由进气歧管喷射器100进行的燃料喷射(步骤S252)。当VVT提前值Ad)f达到标准提值4)rf的时(在步骤S240处的判定 为"是"；在图3中的时刻t2-t3)，以及在VVT提前值A4)f达到标准值 小rf之前当步骤S240弁和S245中的至少一个得到的判定为"是"时，允 许由缸内喷射器50和进气歧管喷射器100两者进行的燃料喷射(步骤 S262)。在步骤S240#，判定是否已经确保根据在步骤S252中的设定并基于由 进气歧管喷射器100进行的燃料喷射的燃烧室30的燃烧达至少预定时 段。可以通过从燃烧开始起预定的时间(例如，数秒)是否已经经过，或 者是否已经确保预定次数的点火，来判定是否已经确保预定时段。当已经确保燃烧达预定时段(在步骤S240弁处的判定为"是")时， 执行步骤S262,这是因为由于燃烧室30温度的升高促进升高了压縮末端 的温度。取消对使用缸内喷射器50的禁止，并且允许由缸内喷射器50和进气歧管喷射器100两者进行的燃料喷射。将该预定时段设定为对应于标 准状态，如第一实施例所述该标准状态是通过改进燃烧状态而能够抑制排 气排放物劣化的压縮状态。在第二实施例的燃料喷射控制中，可以基于判定仅由进气歧管喷射器100单独进行的燃料喷射来进行燃烧是否己经达到 预定时段，来判定燃烧室30中的压力状态是否已经达到标准状态。当还没有确保燃烧达预定时段(在步骤S24(^处的判定为"否") 时，执行步骤S245以判定缸内喷射器50的温度是否已经升高。由于在禁止使用缸内喷射器50期间没有基于所喷射的燃料的汽化潜 热进行冷却，所以喷射器的温度升高。考虑到由于缸内喷射器50处的温 度过度升高而存在故障的危险，当缸内喷射器50的温度(或者估计温 度)变得等于或者大于标准温度(在步骤S245处的判定为"是")时， 执行步骤S262。通过在步骤S262取消对使用缸内喷射器50的禁止，确保 由缸内喷射器50进行的燃料喷射，以避免过高温度将会导致故障。当缸内喷射器50的温度(或者估计温度)还没有达到标准温度(在步 骤S245中判定为"否")，执行步骤S252。因而，禁止缸内喷射器50喷 射燃料，并且进行进气歧管喷射器100喷射燃料，以防止排气有害物水平 的劣化。在起动包括缸内喷射器50和进气歧管喷射器100两者的内燃机(对 应于第二实施例的发动机5#)时，类似第一实施例，在当在通过VVT进 行起动时减压控制下进行缸内燃料喷射时，排气排放物水平将劣化的时段 期间，禁止缸内燃料喷射，以防止排气有害物的劣化，同时通过由进气歧 管喷射器100进行的燃料喷射来确保发动机5#的起动能力。因而，当通过 VVT进行起动时减压控制以抑制发动机起动时的冲击(振动)时，排气排 放物的劣化得到抑制，并且确保了发动机输出而提高了起动能力。步骤S240弁的设置允许当压縮末端的温度通过基于由进气歧管喷射器 100进行的燃料喷射的燃烧而升高时，取消对使用缸内喷射器50的禁止， 以允许正常操作。此外，步骤S245的设置允许通过确保在缸内喷射器50 达到过高温度状态之前进行缸内燃料喷射，来防止喷射器发生堵塞。第三实施例 第三实施例对应于用于混合动力车辆的起动时燃料喷射控制，其中混 合动力车辆还结合了除了发动机(对应于第一或者第二实施例中描述的内 内燃机)以外的动力源(通常是电动机)。在进行发动机间歇运转的车辆(诸如，包括经济行驶系统的所谓的回收行驶(echo-run)车辆)中，发 动机起动频率较高。因而，从确保可驱动性的角度，通过VVT进行的起 动时减压控制的必要性较高。参照图8描述混合动力车辆的示意性构造。结合到混合动力车辆的混 合动力系统500除了包括发动机540以外，还包括电池510、用于电力转 换的电力控制单元(PCU) 520、电动机530、动力分配装置550、发电机 (电发生器)560、减速齿轮570、驱动轮580a和580b、以及控制混合动 力驱动系统500的整个操作的混合动力ECU 590。尽管在图8中示出了仅前轮是驱动轮的混合动力系统，但是可以设置 用于驱动后轮的电动机以构成4WD混合动力系统。电池510包括可充电的二次电池(例如，镍氢或者锂离子二次电 池)。电力控制单元520包括将从电池510供应的直流电压转换成用于驱 动电动机530的交流电压的逆变器(未示出)。逆变器被构造成允许双向 电力转换，并且还包括将由电动机530的再生制动运转所产生的电能(交 流电压)和由发电机560所产生的电能(交流电压)转换成用于对电池 510进行充电的直流电压。电力控制单元520还可以包括升/降压变压器(未示出)，以转变直流 电压的电平。这样的升/降压变压器的布置允许电动机530通过比由电池 510供应的电压具有更高电压幅值的交流电压驱动。因而，能够提高电动 机驱动效率。图1或图6所示的发动机系统例如能够应用到发动机540。动力分配 装置550能够将发动机产生的动力分成经由减速齿轮570传递到驱动轮 580a和580b的路径和向发电机560传递的路径。发电机560由从发动机 540经由动力分配装置550传递的动力转动，以产生电力。发电机560所 产生的电力用作对电池510进行充电的电力或者用作通过电力转换单元 520来驱动电动机530的电力。 电动机530由从电力转换单元520供应的交流电压可旋转地驱动。动 力经由减速齿轮570传输到驱动轮580a和580b。在电动机530根据驱动 轮580a和580b减小的速率而旋转的再生制动运转模式中，电动机530用 作发电机。在起动车辆时和在低速行驶或者沿缓坡向下行驶情况下的低负荷时， 混合动力驱动系统500允许不用发动机540的驱动力而用电动机530的驱 动力行驶，以避免发动机效率不良的区域。在此情况下，除了需要暖机运 转的情况之外，停止发动机540的运转。当需要暖机运转时发动机540在 怠速状态下运转。在通常行驶模式中，发动机540起动，并且从发动机540输出的驱动 力通过动力分配装置550分成驱动轮580a和580b的驱动力和用于发电机 560发电的驱动力。发电机560所产生的电力用于驱动电动机530。因 而，在通常行驶模式中，通过来自电动机530的驱动力辅助来自发动机 540的驱动力，来将驱动轮580a和580b驱动。混合动力ECU 590控制动 力分配装置550的动力分配比率，使整体比率变成最大。在节气门全开的加速模式中，从电池510供应的电力用于驱动电动机 530，由此进一步增大了驱动轮580a和580b的驱动力。在减速和制动期间，驱动轮580a和580b可旋转地驱动电动机530以 发电。通过电动机530的再生所收集的电力通过电力转换单元520转换成 直流电压，用于对电池510进行充电。当车辆停止时发动机540自动停 止。混合动力驱动系统500使车辆进行巡航，所消耗的动力基于发动机 540产生的驱动力和电动机530产生的驱动力组合(即，根据驱动状况控 制发动机540和电动机530的运转)而得到改进，其中电动机530使用电 能作为来源。由于在混合动力车辆中发动机540根据驱动状态间歇运转， 所以不仅通过驾驶员操作钥匙而且还根据加速踏板位置和电池充电水平 (SOC:充电状态)来发出起动发动机的指令。将参照图9和图IO描述混合动力车辆中起动时燃料喷射控制。图9是描述根据第三实施例的起动时燃料喷射控制的第一示例的流程
图。图9对应于当第一实施例(图1)的发动机系统应用为结合到混合动力车辆中的发动机540时的起动时燃料喷射控制。根据预存在发动机ECU 300中的预定程序执行燃料喷射控制。与图5的流程图进行比较，图9所示的第三实施例的起动时燃料喷射 控制具有步骤S250,该步骤S250在通过起动时VVT (起动时减压控制) 使VVT提前值A4)f达到标准值d)rf之前(在步骤S240处的判定为 "否")，电池510的残余量至少是预定水平(步骤S247处的判定为 "是")的条件下执行。因而，禁止由缸内喷射器50进行的燃料喷射， 并且电动机被混合动力ECU 590通电而驱动，使得由电动机530产生用于 车辆的驱动力(步骤S300)。即使在禁止由缸内喷射器50进行燃料喷射以避免排气排放物水平劣 化的情况下，车辆能够由电动机530所产生的车辆驱动力来平滑地起动。 通过将电池510的SOC和标准值进行比较而执行步骤S240处的判定。注意，当在VVT提前值A d)f没有超过标准值小rf (在步骤S240中判 定为"否")的情况下，电池510中的剩余量低于预定水平时(在步骤 S247处的判定为"否")，执行步骤S260以保护电池510并且确保车辆 起动动力。因而，取消对由缸内喷射器50进行燃料喷射的禁止。第三实施例的起动时燃料喷射控制中的其余控制流程类似于在第一和 第二实施例中所描述的。因而，其描述细节将不再重复。图10是描述第三实施例的起动时燃料喷射控制的第二示例的流程 图。图IO对应于其中第二实施例(图6)的发动机系统被用作结合在混合 动力车辆中的发动机540的起动时燃料喷射控制。燃料喷射控制根据预存 在发动机ECU 300中的预定程序执行。与图7的流程图相比较，图10所示的第三实施例的起动时燃料喷射 控制使得当步骤S240、 S240弁和S245全部都得到"否"的判定时，通过步 骤S252禁止由缸内燃料喷射器50进行的燃料喷射，并且电动机被混合动 力ECU 590通电驱动，使得由电动机产生用于车辆的驱动力(步骤 S300)。因而，车辆驱动力由电动机530产生，以允许车辆即使在禁止由缸内 喷射器进行燃料喷射以避免排气排放物水平劣化的情况下也可以平滑地起 动。第三实施例的起动时燃料喷射控制的其余控制流程类似于第一和第二 实施例中所描述的。因而，其描述的细节将不再重复。基于其中包括至少缸内喷射器50的内燃机被结合到混合动力车辆中 的构造，根据第三实施例的起动时燃料喷射控制，起动内燃机时产生的振 动通过减压控制而得到抑制，并且排气排放物水平的劣化得到抑制，同时由电动机530确保车辆起动时的动力。因而，在混合动力车辆中，能够抑 制发动机起动时的振动；能够防止排气排放物水平的劣化；并且能够确保 车辆起动能力。当在步骤S240处得到的判定为"否"(还没有达到标准状态)时， 图5或者图9所示的发动机5 (直喷式发动机)的燃料喷射控制能够类似 如图7和图IO所示的情况，通过执行步骤S245而将优先级给予防止由缸 内喷射器50的过高温度引起的故障。(在催化剂活化前后的缸内喷射禁止控制)通常，在催化剂活化之前的期间(即，在发动机冷机状态期间)，催 化剂装置(例如，三元催化转换器)的排放物去除功能较差，内燃机中的 排气排放物水平的劣化尤其成为问题。鉴于以上所述，如图11和图12的流程图所述，上述的缸内喷射禁止 控制可以适于仅在催化剂活化之前的时段期间执行。图11对应于根据图5所示的第一实施例的缸内喷射禁止控制的执 行，其被限制到使催化剂活化之前的时间，图12对应于根据图7所示的 第二实施例的缸内喷射禁止控制的执行，其被限制到使催化剂活化之前的 时间。当根据图11和图12的流程图在步骤S220处得到判定为"是"时， 即，当对应于发动机速度的增大而允许开始燃料喷射时，控制进行到步骤 S400，以判定催化剂是否已经活化。当催化剂的活化已经完成(在步骤S400处的判定为"是")时，控 制分别进行到步骤S260 (图11)和步骤S262 (图12)，而不执行步骤 S240，以允许由缸内喷射器50进行的燃料喷射。相反，当催化剂的活化 尚未完成(在步骤S400处的判定为"否")时，由步骤S240以及以后步 骤的处理来执行与第一和第二实施例中所描述的控制相类似的缸内喷射禁 止控制。因而，能够执行与第一和第二实施例的控制相类似的缸内喷射禁 止控制，其被限制到使催化剂活化之前的时间。尽管没有图示，通过根据图9和图10的流程图当在步骤S220处的判 定为"是"时执行上述的步骤S400，能够用限制到催化剂活化之前的时间 的缸内喷射禁止控制来执行第三实施例的起动时燃料喷射控制。通过这样的控制，如在第一至第三实施例，在使催化剂活化之前(在 此期间，排放物的去除功能较差)，通过缸内喷射禁止控制能够抑制排气 排放物水平的劣化，并且在使催化剂活化之后(对应于确保排放物去除功 能的时间段)不进行缸内喷射禁止控制，从而在较早阶段增大发动机输 出。(催化剂预热操作和缸内喷射禁止控制之间的关系)当发动机处于冷机状态时，响应于发动机起动之后的预定条件的建立 而开始催化剂预热操作。例如，设计成当发动机处于冷机状态下(通常， 基于发动机冷却剂温度的判定)发动机起动时，发动机点火之后经过预定 时段(例如，预定的循环次数)进行预热操作的执行。因而，如图13所示，有这样的可能性，即在发动机起动之后，当 VVT提前值A4)f尚未达到标准值4)rf时(在缸内喷射禁止控制的执行时 段期间)，发出催化剂预热操作开始指令。然而，在图1的发动机5需要 缸内燃料喷射，并且优选地，在确保图6的发动机5#的温度和排气量时， 进行基于缸内燃料喷射的半层状燃烧以使催化剂较早活化。因而，会有这 样的情况，即由于执行缸内喷射禁止控制而不能开始催化剂预热操作。在这样的情况下，当在获得足够的VVT提前值之前的状态中，通过 开始催化剂预热操作以使催化剂较早活化而不是进行第一至第三实施例的 缸内喷射禁止控制，能够增大总排气排放物水平的改善效果。鉴于以上所述，如图14和图15所示，上述的缸内喷射禁止控制可以 适于在催化剂预热操作期间不执行。 图14是对应于图5中所示的第一实施例的缸内喷射禁止控制(在催化剂预热期间是不可执行的)的流程图，图15是对应于图7中所示的第二实施例的缸内喷射禁止控制(在催化剂预热期间是不可执行的)的流程 图。当根据图14和图15的流程图在步骤S220处得到的判定为"是" 时，即，当对应于发动机速度增大而允许开始喷射燃料时，控制进行到步 骤S410以判定当前是否正在执行催化剂预热操作。例如通过响应于开始 催化剂预热操作的指令而设定"ON"标记和响应于催化剂活化完成而设 定"OFF"标记，来执行步骤S410的判定。可以基于由温度传感器感测的 或者通过排气量的增加而估计的催化剂温度，来对催化剂是否被活化进行 判定。在当前正在执行催化剂预热操作时(在步骤S410处的判定为 "是")，控制分别进行到步骤S260 (图14)和步骤S262 (图15)，而 不执行步骤S240，以取消缸内喷射禁止并允许由缸内喷射器50进行的燃 料喷射。在当前没有在执行催化剂预热操作时(在步骤S410处的判定为 "否")，通过步骤S240和以后步骤的处理来执行缸内喷射禁止控制 (类似于第一和第二实施例的控制)。因而，在催化剂预热操作期间，缸 内喷射禁止控制可以被设定成不可执行。尽管未做解释，但是在步骤S220中判定为"是"时，通过执行根据 图9和图10的流程图所述的步骤S410，第三实施例的起动时燃料喷射控 制能够使缸内喷射禁止控制在催化剂预热操作期间被设定成不可执行。利用这样的控制，在指示催化剂预热操作之前，通过与第一至第三实 施例相类似的缸内喷射禁止控制，能够抑制排气排放物水平的劣化，而在 执行催化剂预热操作时在不进行缸内喷射禁止控制的情况下通过在较早阶 段开始催化剂预热操作来改善总排气排放物水平。通过组合上述步骤S400和S410，该构造适于执行第一至第三实施例 的缸内喷射禁止控制，其被限制到从发动机冷机状态下的发动机起动到催 化剂预热操作之前的时段。以下阐述本发明的图1-15中描述的构造的对应关系。缸内喷射器50 对应于本发明的"第一燃料喷射机构"。进气歧管喷射器100对应于本发明的"第二燃料喷射机构"。起动器250对应于本发明的"起动部分"。 关于图4的流程图，步骤S110对应于本发明的"起动时减压部分"，步 骤S130和S140对应于本发明的"减压取消部分"。步骤S240 (诸如图 5)和步骤S240# (诸如图7)对应于本发明的"判定部分"。步骤S250 和S260 (诸如图5)和步骤S252和S262 (诸如图7)对应于本发明的"起动时燃料喷射控制部分"。步骤S300 (诸如图9)对应于本发明的"起动时驱动力分担控制部分"。
权利要求
1.一种用于内燃机(5、5#)的控制设备，所述内燃机包括用于将燃料喷射到燃烧室中的第一燃料喷射装置(50)，并且至少允许进气门控制，所述进气门控制用于控制通过进气门(80)进入所述燃烧室的进气量，所述控制设备包括起动装置(250)，用于起动所述内燃机，起动时减压装置(S110)，用于设定作为所述进气门控制的初始值的所述进气量，所述进气量对应于在所述内燃机起动时所述燃烧室中的减压，减压取消装置(S130、S140)，用于在所述内燃机起动之后，从所述初始值逐渐改变所述进气量，以将所述燃烧室中的压力增大为超过起动时的压力，判定装置(S240、S240#)，用于判定所述燃烧室中的压缩状态是否已经达到预定的标准状态，和起动时燃料喷射控制装置(S250、S260/S252、S262)，用于在所述内燃机起动时，在所述判定装置判定所述燃烧室中的压缩状态已经达到所述标准状态的时间之前，禁止由所述第一燃料喷射装置进行的燃料喷射，然后在所述时间之后允许由所述第一燃料喷射装置进行的燃料喷射。
2. 根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，还包括用于将燃料 喷射到进气歧管中的第二燃料喷射装置(100)，其中，在所述判定装置(S240、 S240#)判定所述燃烧室中的压縮状 态已经达到所述标准状态的时间之前，所述起动时燃料喷射控制装置 (S252、 S262)禁止由所述第一燃料喷射装置(50)进行的燃料喷射，并 且指示由所述第二燃料喷射装置进行燃料喷射。
3. 根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备，所述内燃机(5、 5#)和除了所述内燃机之外的驱动力源(530) —起结合在车辆(500) 中，还包括起动时驱动力分担控制装置(S300)，用于在所述判定装置 (S240、 S240#)判定所述燃烧室中的压縮状态已经到达所述标准状态的 时间之前，指示由所述驱动力源产生所述车辆的驱动力。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的用于内燃机的控制设备，其 中，在使所述内燃机的排气所经过的催化剂活化之前，所述起动时燃料喷 射控制装置(S250、 S260/S252、 S262)建立所述第一燃料喷射装置(50)的燃料喷射禁止时段。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的用于内燃机的控制设备，其 中，在所述内燃机的排气所经过的催化剂的预热操作期间，无论所述判定 装置(S240、 S240#)的判定如何，所述起动时燃料喷射控制装置(S250、 S260/S252、 S262)都允许由所述第一燃料喷射装置(50)进行 的燃料喷射。
6. —种用于内燃机(5、 5#)的控制设备，所述内燃机包括被构造成 将燃料喷射到燃烧室中的第一燃料喷射机构(50)，并且至少允许进气门 控制，所述进气门控制用于控制通过进气门(80)进入所述燃烧室的进气 量，所述控制设备包括起动部分(250)，其被构造成起动所述内燃机，起动时减压部分(S110)，用于设定作为所述进气门控制的初始值的 所述进气量，所述进气量对应于在所述内燃机起动时所述燃烧室中的减 压，减压取消部分(S130、 S140)，用于在所述内燃机起动之后，从所述 初始值逐渐改变所述进气量，以将所述燃烧室中的压力增大为超过起动时 的压力，判定部分(S240、 S240#)，用于判定所述燃烧室中的压縮状态是否 已经达到预定的标准状态，和起动时燃料喷射控制部分(S250、 S260/S252、 S262)，用于在所述 内燃机起动时，在所述判定部分判定所述燃烧室中的压縮状态已经达到所 述标准状态的时间之前，禁止由所述第一燃料喷射机构进行的燃料喷射， 然后在所述时间之后允许由所述第一燃料喷射机构进行的喷射燃料。
7. 根据权利要求6所述的用于内燃机的控制设备，还包括被构造成将燃料喷射到进气歧管中的第二燃料喷射机构(100)，其中，在所述判定部分(S240、 S240#)判定所述燃烧室中的压縮状 态已经达到所述标准状态的时间之前，所述起动时燃料喷射控制部分 (S252、 S262)禁止由所述第一燃料喷射机构(50)进行的燃料喷射，并 且指示由所述第二燃料喷射机构进行燃料喷射。
8. 根据权利要求6所述的用于内燃机的控制设备，所述内燃机(5、 5#)和除了所述内燃机之外的驱动力源(530) —起结合在车辆(500) 中，还包括起动时驱动力分担控制部分(S300)，用于在所述判定部分 (S240、 S240弁)判定所述燃烧室中的压縮状态已经到达所述标准状态的 时间之前，指示由所述驱动力源产生所述车辆的驱动力。
9. 根据权利要求6至8中任一项所述的用于内燃机的控制设备，其 中，在所述内燃机的排气所经过的催化剂活化之前，所述起动时燃料喷射 控制部分(S250、 S260/S252、 S262)建立所述第一燃料喷射机构(50) 的燃料喷射禁止时段。
10. 根据权利要求6至8中任一项所述的用于内燃机的控制设备，其 中，在所述内燃机的排气所经过的催化剂的预热操作期间，无论所述判定 部分(S240、 S240井)的判定如何，所述起动时燃料喷射控制部分(S250、 S260/S252、 S262)都允许由所述第一燃料喷射机构(50)进行 的燃料喷射。
全文摘要
在包括缸内喷射器(50)的发动机(5)中，在发动机起动时通过由发动机ECU(300)控制的VVT(可变气门正时)来延迟进气门(80)的气门正时以对燃烧室(30)进行减压。根据其中进气门(80)的气门正时从初始设定值以逐级方式提前的构造中，在提前值等于或者低于预定标准值的时间期间禁止由缸内喷射器(50)进行的燃料喷射，并在其超过预定标准值时允许由缸内喷射器(50)进行的燃料喷射，由此能够抑制随着起动时减压控制引起的排气排放物水平的劣化。
文档编号F02N19/00GK101151447SQ20068000373
公开日2008年3月26日 申请日期2006年1月23日 优先权日2005年1月31日
发明者中山裕介, 井上敏夫, 伏木俊介, 原田修, 园田幸弘, 安藤大吾, 安部司, 山口胜彦, 户祭卫, 松原卓司, 森田晃司, 福井启太, 长谷川景子 申请人:丰田自动车株式会社