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，所述内燃机包括将燃料喷入气缸 的第一燃料喷射机构(缸内喷射器)和将燃料喷入进气歧管和/或进气口的 第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)。具体地，本发明所涉及用于内燃 机的控制设备用在对净化排气气体用的催化剂进行快速预热的情况。
背景技术：
公知的一种内燃机包括用于将燃料喷入进气歧管的进气歧管喷射器和 用于将燃料喷入发动机燃烧室的缸内喷射器，进气歧管喷射器和缸内喷射 器之间的燃料喷射比率根据发动机速度和发动机负荷确定。曰本专利公开No. 11-324765公开了一种用于直喷火花点火式内燃 机，其在发动机起动之后的较早阶段对净化排气气体用的催化剂进行活性 化。该用于直喷火花点火式内燃机的控制设备包括用于将燃料直接喷射供 应到发动机燃烧室的燃料喷射阀、用于在整个燃烧室中形成均质空气—燃 料混合气的燃料供应装置和用于产生火花以点燃燃烧室内的空气燃料混合 气的火花塞。直喷火花点火式内燃机的控制方式是控制燃料喷射阀在压縮 行程中的喷射燃料量和燃料喷射正时，以及火花塞点火正时，使得当混合 气点燃时部分位于火花塞周围的空气燃料混合气层的空燃比是在预定发动 机运行状况下的理论空燃比，因而执行分层充气燃烧。控制设备还包括升 温条件判定装置，用于对设置在发动机的排气歧管中的排气净化催化剂的 温度应该升高的条件进行判断，以及控制装置，用于在排气净化催化剂的 温度应该升高的条件下控制燃料供应装置喷射的燃料量，以使在整个燃烧 室中产生的空气燃料混合气的空燃比变成比理论空燃比稀且是火焰能够传 播的空燃比，并且控制燃料喷射阀在压縮行程中的喷射燃料量和燃料喷射 正时，以及火花塞点火正时，使得当混合气点燃时部分位于火花塞周围的
空气燃料混合气的空燃比变得比理论空燃比浓，由此实现第二分层充气燃 烧。关于该用于直喷火花点火式内燃机的控制设备，火花塞周围的空气混 合气层的空燃比设定为比理论空燃比浓，因而在主燃烧过程(火花点火，随后通过火焰传播燃烧)中产生不完全燃烧物(CO)，并且该co在主燃烧之后残留在燃烧室中。进一步，由于浓的空气燃料混合气周围产生的空 气燃料混合气比理论的要稀，所以在主燃烧之后氧气残留在该区域中。主燃烧之后气缸中的气流使得残留的CO和残留的氧气混合而再次燃烧，这 使得排气温度升高。由于在主燃烧过程中产生不完全燃烧物(CO)，当主燃烧完成时不完全燃烧物已经处于高温状态。因而，即使在燃烧室温度较低的条件下，CO能够在比较良好的状态下燃烧。换言之，几乎所有产生 的CO能够在燃烧室和催化剂上游的排气歧管中再次燃烧。尽管与均质充 气燃烧相比，均质充气燃烧在主燃烧中产生的CO的量较小，而分层充气 燃烧中流入催化剂的量增大，但是催化剂开始CO转换的温度比HC转换开始温度要低，因而排放性能受到影响的程度较低。进一步，由于稀的空气燃料混合气层的空燃比设定为火焰能够传播的空燃比，未燃HC不会在 浓的空气燃料混合气层和稀的空气燃料混合气层之间的边界处产生。而 且，由于火焰在良好的状态下传播到燃烧室的每个角落，燃烧室中的低温 区域(挤压面积)可以是小区域(与均质充气燃烧的区域相同)。而且， 由于在主燃烧之后在稀的空气燃料混合气燃烧的区域中留下过量的氧气， 主燃烧完成时残留氧气的温度比较高，使得CO很快地再次燃烧。上述日本专利公开No. 11-324765包括的第四实施例示出以下结构。 设置用于在整个燃烧室中形成均质空气燃料混合气的燃料供应装置，以在 整个燃烧室中通过设置在进气歧管中的燃料喷射阀(用于进气口喷射的燃 料喷射阀)在排气行程或者从排气行程到进气行程的期间喷射燃料产生均 质空气燃料混合气，该均质空气燃料混合气比理论的要稀。用于将燃料喷 入气缸的燃料喷射阀用来在压縮行程中将燃料喷射供应到燃烧室中，并且 在火花塞周围形成分层形式的空气燃料混合气，该混合气比理论的要浓 (燃料浓度高)，然后混合气燃烧。对于为了使催化剂活性化的分层理论
充气燃烧，以下列方式供应燃料。具体地，在每个燃烧循环中以一定量的 吸入空气就能够几乎完全燃烧的燃料总量(实现大致理论空燃比所需的燃料重量)中，该燃料重量的例如约50%至约90%通过用于(在排气行程 或者从排气行程到进气行程中)进气口喷射的燃料喷射阀喷射供应到进气 歧管，由此在进气行程中在整个燃烧室中产生均质空气燃料混合气，该混 合气比理论的较稀。进一步，其余燃料重量的约50%至约10%通过在压 縮行程中将燃料喷入气缸的燃料喷射阀而喷射供应到燃烧室中，并且在火 花塞周围产生分层形式的空气燃料混合气(燃料浓度高)，该混合气比理 论的较浓，然后混合气燃烧。换言之，当加热催化剂时，对于缸内燃料喷 射阀和进气歧管燃料喷射阀之间燃料喷射比率，至少进气歧管燃料喷射阀 的燃料喷射比率更高。然而，为了实现对排气催化剂的早期预热，前述燃料喷射比率对于具 有将燃料喷入气缸的燃料喷射阀(缸内喷射器)和将燃料喷入进气歧管和/ 或进气口的燃料喷射阀(进气歧管喷射器)的内燃机不是最佳的。换言 之，对于催化剂预热最重要因素的点火正时，以该燃料喷射比率不能够实 现充分的延迟。进一步，当发动机在冷机状态下，并且在缸内喷射器和进气歧管喷射 器分担燃料喷射的范围中时，气缸温度升高的程度和进气口温度升高的程 度之间的差异导致了所喷射的燃料粘附在壁表面的程度和所喷射的燃料粘 附到活塞顶部表面的程度之间的差异。因而，必需考虑粘附到壁表面的燃 料量来确定燃料喷射比率。否则，目标燃料喷射比率和燃烧室中的燃料喷 射比率彼此不一致，使得不能够实现上述燃烧方式，因而不能够实现对催 化剂进行早期预热。在这情况下，燃料增大的量对应于燃料粘附到进气口 壁表面的量，其中进气口温度较低。然而，如果仅仅增大将要从进气歧管 喷射器喷射的燃料量，则燃料总量增大，导致了燃料经济性恶化，或者排 气成分的恶化。而且，在冷机状态下，尽管对应于粘附到进气口壁表面的燃料量进行 增加校正，但是当温度的影响消失时，由该增加校正所增大的燃料必须减 小。然而，取决于燃料减小的程度(减小比率)，上述的目标燃料喷射比
率和燃烧室中的燃料喷射比率彼此不一致。那么，就不能够实现早期催化 剂预热。发明内容本发明目的是提供一种用于内燃机的控制设备，该内燃机具有用于将 燃料喷入气缸的第一燃料喷射机构和用于将燃料喷入进气歧管的第二燃料 喷射机构，该控制设备在内燃机起动时以良好的方式对排气净化催化剂进 行预热，同时考虑在冷机状态下粘附到壁表面的燃料而不增加燃料总量。根据本发明的控制设备控制内燃机，该内燃机包括将燃料喷入气缸的 第一燃料喷射机构、将燃料喷入进气歧管的第二燃料喷射机构和点火装 置。该内燃机具有排气系统，排气系统设置有催化剂，催化剂用于净化排 气，并且在至少预定温度的温度下活性化，控制设备包括检测单元，其 检测对催化剂的预热请求；控制单元，其基于要求内燃机的条件控制第一 和第二燃料喷射机构，使得第一和第二燃料喷射机构分担燃料喷射；点火 控制单元，其控制点火装置；和温度检测器，其检测内燃机的温度。在所 述第一和第二燃料喷射机构分担燃料喷射并且检测到预热请求的情况下， 控制单元通过考虑内燃机的温度控制第一和第二燃料喷射机构，使得第一 燃料喷射机构的燃料喷射比率至少等于第二燃料喷射机构的燃料喷射比 率。当检测到预热请求时，点火控制单元控制点火装置以延迟点火正时。根据本发明，第一燃料喷射机构(例如，缸内喷射器)的燃料喷射比 率设定为等于或者高于第二燃料喷射机构的燃料喷射比率(例如，进气歧 管喷射器)(例如，缸内喷射器执行65%的燃料喷射)，并且缸内喷射器 在压縮行程进行燃料喷射。因而，在燃烧室中，能够形成由进气歧管喷射 器产生的均质空气燃料混合气(全部为较稀空燃比的空气燃料混合气)以 及由缸内喷射器产生的分层空气燃料混合气(空气燃料混合气在火花塞周 围的空燃比较浓)。此时，尤其是，缸内喷射器的燃料喷射比率等于或者 高于进气歧管喷射器的燃料喷射比率，并且因而火花塞周围的空气燃料混 合气的空燃比能够变得更浓。进一步，由于浓混合气周围的空气燃料混合 气是均质的空气燃料混合气，火焰能够以良好的状态传播。换言之，在喷
射的燃料的情况下，即使在空气燃料混合气层(其在火花塞周围的空燃比 较浓)和均质空气燃料混合气之间的边界处，不会局部形成由于燃料扩散 而使得空燃比变稀的任何区域。由于没有形成这样的区域，火焰容易传 播，并且不可能产生未燃燃料(HC)。在这样的状态下，点火正时可以延 迟较大的程度，并且能够容易地升高排气温度。可以认为排气温度的升高 是由于以下原因。火花塞周围的空气燃料混合气的空燃比比理论空燃比 浓，使得在主燃烧过程(由火花塞产生的火花点火，随后通过火焰传播进行燃烧)中产生不完全燃烧物(CO)，并且在主燃烧之后该CO残留在燃 烧室中。在空燃比较稀的均质空气燃料混合气(其在空燃比较浓的空气燃 料混合气周围)中，在主燃烧之后仍残留氧气。所残留的CO和残留的氧 气通过气缸中的气流混合，因而再次燃烧，使得排气温度升高。由于排气 温度在从发动机起动到催化剂活性化的期间升高，能够抑制HC排放到大 气中。同时，能够对催化剂进行快速预热以在较早阶段使其活性化。当发 动机在冷机状态下(其中，内燃机的温度较低)起动时，执行如上所述的 预热操作。此时，缸内喷射器将燃料直接喷入高温气缸，因而雾化处于良 好的状态中。相反，由于进气歧管喷射器将燃料喷入低温的进气口，雾化 不处于良好的状态中。换言之， 一些燃料粘附到进气口的壁表面，导致了 不良的雾化。在这情况下，通常，粘附到壁表面的燃料量加入到将从进气 歧管喷射器喷射的燃料量中以将燃料喷入到进气口 (增加校正)。因而， 燃料总量(缸内喷射器喷射的燃料量和进气歧管喷射器喷射的燃料量之 和，粘附到壁表面的燃料量加到进气歧管喷射器喷射的燃料量中)增大， 使燃料经济性和排气成分恶化。根据本发明，当内燃机的温度较低时，缸 内喷射器的燃料喷射比率降低，而进气歧管喷射器燃料喷射比率增大以增 大进气歧管喷射器喷射的燃料量。以此方式，考虑粘附到壁表面的燃料喷 射燃料。由于仅仅改变燃料喷射比率而燃料总量相同，能够避免燃料经济 性和排气成分的恶化。以此方式，提供用于内燃机的控制设备，该内燃机 具有用于将燃料喷入气缸的第一燃料喷射机构和用于将燃料喷入进气歧管 的第二燃料喷射机构，该控制设备在内燃机起动时以良好的方式对排气净 化催化剂进行预热，同时考虑在冷机状态下粘附到壁表面的燃料而不增加
燃料总量。优选地，控制设备还包括计算单元，其基于内燃机的温度计算粘附壁 的燃料量，粘附壁的燃料量是由第二燃料喷射机构将燃料喷入进气歧管喷 射器并且粘附到壁表面的燃料量。控制单元通过考虑所述粘附壁的燃料量 控制第一和第二燃料喷射机构。根据本发明，计算单元基于内燃机的温度计算粘附到壁表面的燃料 量。通过考虑的粘附到壁表面的燃料量，缸内喷射器的燃料喷射比率降 低，同时进气歧管喷射器的燃料喷射比率增大，以将从进气歧管喷射器喷 射的燃料量增大且不增加燃料总量，其增大的量对应于粘附到壁表面的还优选地，控制单元通过考虑粘附壁的燃料量而增大第二燃料喷射机 构的燃料喷射比率以改变第一燃料喷射机构和第二燃料喷射机构之间的燃 料喷射比率。根据本发明，考虑粘附壁表面的燃料量，并且降低缸内喷射器的燃料 喷射比率同时增大进气歧管喷射器的燃料喷射比率。因此，进气歧管喷射 器喷射的燃料量能够增大的量对应于粘附到壁表面的燃料量，且不增大的 燃料总量。还优选地，控制单元通过根据粘附壁的燃料量对由第二燃料喷射机构 喷射的燃料量进行增大校正，并且增大第二燃料喷射机构的燃料喷射比 率，而改变第一燃料喷射机构和第二燃料喷射机构之间的燃料喷射比率。根据本发明，进气歧管喷射器的燃料喷射比率增大的量达粘附到壁表 面的燃料量(缸内喷射器的燃料喷射比率相对减小)。因而，在不增大燃 料总量的情况下，进气歧管喷射器喷射的燃料量能够增大的量对应于粘附 到壁表面的燃料量。还优选地，控制单元控制第一和第二燃料喷射机构，使得在考虑粘附 到壁的燃料量的情况下的第一燃料喷射机构喷射的燃料量和第二燃料喷射 机构喷射的燃料量比没有考虑粘附到壁的燃料量的情况下要小。根据本发明，考虑粘附到壁表面的燃料量以减小缸内喷射器的燃料喷 射比率，并且增大进气歧管喷射器的燃料喷射比率。因此，进气歧管喷射
器喷射的燃料量能够增大的量对应于粘附到壁表面的燃料量，同时没有增 大燃料总量。还优选地，控制设备还包括减小单元，其基于内燃机的温度减小由第 二燃料喷射机构喷射的且增加校对所针对的燃料量。根据本发明，随着内燃机温度升高，需要使进气歧管喷射器喷射的并 且对应于增加校正的燃料量回到原来状态。此时，根据内燃机温度，确定 增加校正的减小比率(例如，单位时间进行减小的程度)。然后，在保持 该比率适合于对催化剂进行快速预热的同时，使对应于增加校正的燃料量 能够回到原来的状态。还优选地，内燃机温度越高，减小单元越急剧地减小所喷射的并且增 加校正所针对的燃料量。根据本发明，可以认为，内燃机的温度越高(或者，内燃机温度升高 的程度越大)，粘附到进气口的壁表面的燃料量减小的程度越小。因而， 内燃机温度越高，能够越急剧减小对应于增加校正的燃料喷射量以返回到 原来的状态。还优选地，内燃机温度越低，减小单元越慢地减小增加校正所针对的 燃料喷射量。根据本发明，更需要认为，内燃机温度越低(或者内燃机温度升高的 程度越小)，粘附到进气口壁表面的燃料量所需的时间越长。因而，内燃 机温度越低，就越慢地减小对应于增加校正的燃料量以返回到原来的状 态。因而，实现了所期望的燃烧状态，并且能够对催化剂进行快速预热。还优选地，减小单元从由第二燃料喷射机构喷射的燃料量减小对应于 增加校正的燃料量。根据本发明，仅仅从增加校正所针对的进气歧管喷射器，进行减小以 返回到原来的状态。还优选地，减小单元从由第一燃料喷射机构和从第二燃料喷射机构喷 射的燃料量减小对应于增加校正的燃料量。根据本发明，从增加校正所针对的进气歧管喷射器和缸内喷射器两 者，能够通过考虑燃料喷射比率减小燃料量。还优选地，减小单元减小对应于增加校正的燃料量，使得增加校正之 前的第一燃料喷射机构和第二燃料喷射机构之间的燃料喷射比率得到保持。
根据本发明，从增加校正所针对的进气歧管喷射器以及缸内喷射器两 者，进行减小，以返回到原来的状态，同时保持在进行增加校正之前的燃 料喷射比率。
还优选地，减小单元减小对应于增加校正的燃料量，使得在增加校正 之后的第一燃料喷射机构和所述第二燃料喷射机构之间的燃料喷射比率得 到保持。
根据本发明，从增加校正所针对的进气歧管喷射器以及缸内喷射器两 者，进行减小，以返回到原来的状态，同时保持在进行增加校正之后的燃 料喷射比率。
还优选地，第一喷射机构是缸内喷射器，并且第二燃料喷射机构是进 气歧管喷射器。
根据本发明，对于分开地包括缸内喷射器和进气歧管喷射器以使两个 喷射器执行燃料喷射的内燃机，其中缸内喷射器是第一燃料喷射机构，进 气歧管喷射器是第二燃料喷射机构，能够提供控制设备在内燃机起动时对 排气净化催化剂进行快速预热，以通过考虑粘附到冷机状态的壁表面的燃 料量不增大燃料总量。
从下面本发明详细的描述中，结合附图，本发明的前述和其它目的、 特征、方面和优点将变得明显。


图1是根据本发明实施例由控制设备控制的发动机系统的结构示意图。
图2是示出由作为本发明实施例的控制设备的发动机ECU执行的程 序控制结构流程图。
图3示出了在本发明实施例中用于快速催化剂预热的条件。
图4示出作为本发明实施例的控制设备的发动机ECU针对粘附到壁
表面的燃料进行增加的状态。图5至图7各示出作为本发明实施例的控制设备的发动机ECU针对粘 附到壁表面的燃料进行减小的状态。图8表示对应于本发明实施例的控制设备适合应用到的发动机的暖机 状态(1)的DI比率映射图。图9表示对应于本发明实施例的控制设备适合应用到的发动机的冷机 状态(1)的DI比率映射图。图10表示对应于本发明实施例的控制设备适合应用到的发动机冷机 状态(2)的DI比率映射图。图11表示对应于本发明实施例的控制设备适合应用到的发动机冷机 状态(2)的DI比率映射图。
具体实施方式
以下，参照附图描述本发明实施例。在以下描述中，类似的部件由类 似的参考标号表示，并且这些部件的名称和功能相同。因而，其详细描述 将不再重复。图1是由发动机ECU (电子控制单元)控制的发动机系统的结构示意 图，其中发动机ECU是根据本发明一个实施例的用于内燃机的控制设 备。尽管在图1中示出直列四缸汽油发动机作为发动机，但是本发明不限 于这样的发动机。如图l所示，发动机IO包括四个气缸112，每个经由相应的进气歧管 20连接到公共的稳压箱30。稳压箱30经由进气管40连接到空气滤清器 50。空气流量计42布置在进气管40中，并且由电动机60驱动的节流阀 70也布置在进气管40中。独立于加速踏板100，节流阀70具有基于发动 机ECU300的输出信号控制的开度。每个气缸112连接到公共的排气歧管 80，排气歧管80连接到三元催化剂转换器90。每个气缸112设置有用于将燃料喷入气缸的缸内喷射器IIO和将燃料 喷入进气口或者/和进气歧管的进气歧管喷射器120。基于发动机ECU300 的输出信号控制喷射器110和120。进一步，每个气缸的缸内喷射器110连接到公共的燃料输送管130。燃料输送管130经由允许朝着燃料输送管 130的方向流动的止回阀140连接到发动机驱动式高压燃料泵150。尽管 结合本实施例对具有两个单独设置的喷射器的内燃机进行说明，但是本发 明不限于这样的内燃机。例如，内燃机可以具有具有能够进行缸内喷射和 进气歧管喷射的一个喷射器。如图l所示，高压燃料泵150的排出侧经由电磁溢流阀152连接到高 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的燃料量增大。当电磁溢流阀152全开时，从 高压燃料泵150到燃料输送管的燃料供应停止。基于发动机ECU300的输 出信号控制电磁溢流阀152。进气歧管喷射器120连接到低压侧的公共燃料输送管160。燃料输送 管160和高压燃料泵150经由公共燃料压力调节器170连接到电动机驱动 式低压燃料泵180。低压燃料泵180经由燃料过滤器190连接到燃料箱 200。当从低压燃料泵180排出的燃料压力变得高于预设的燃料压力时， 燃料压力调节器使从低压燃料泵180排出的燃料的一部分回流到燃料箱 200。因而，这防止供应到进气歧管喷射器120的燃料压力和供应到高压 燃料泵150的燃料压力变得高于预设的燃料压力。发动机ECU300由数字计算机构成，并且包括经由双向总线310彼此 连接的ROM (只读存储器)320、 RAM (随机存储器)330、 CPU (中央 处理单元)340、输入端口 350和输出端口 360。空气流量计42产生与进气量成比例的输出电压。空气流量计42的输 出电压经由A/D转换器370施加到输入端口 350。冷却剂温度传感器380 附装到发动机10，并且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的输出电压经由A/D转换器390施加到输入端口 350。燃料压力传感器400附装到燃料输送管130，并且产生与燃料输送管 130内的燃料压力成比例的输出电压。燃料压力传感器400的输出电压经 由A/D转换器410施加到输入端口 350。空燃比传感器420附装到位于三 元催化转换器90上游的排气歧管80，并且产生与排气气体中的氧浓度成 比例的输出电压。空燃比传感器420的输出电压经由A/D转换器430施加 到输入端口 350。本实施例的发动机系统中的空燃比传感器420是全量程空燃比传感器 (线性空燃比传感器)，其产生与在发动机10中燃烧的空气燃料混合气 的空燃比成比例的输出电压。空燃比传感器420可以是02传感器，该02 传感器以开/关的方式检测在发动机10中燃烧的空气燃料混合气的空燃比 相对于理论空燃比是浓还是稀。加速踏板100与加速踏板位置程度传感器440连接，加速踏板位置传 感器440产生与加速踏板100的踏板位置成比例的输出电压。加速踏板位 置传感器440的输出电压经由A/D转换器450施加到输入端口 350。发动 机速度传感器460产生表示发动机速度的输出脉冲，并且连接到输入端口 350。发动机ECU300的ROM320存储对应于运转状态设定的燃料喷射量 的值和基于发动机冷却剂温度的校正值等，这些值基于分别由上述加速踏 板位置传感器440和发动机速度传感器460获得的发动机负荷因子和发动 机速度预先制成映射图。当空燃比接近理论空燃比(A/F (空气重量/燃料重量)=14.7)时， 三元催化转换器90能够氧化排气气体中的CO和HC并且还原NOx，由此 净化排气气体。该三元催化转换器90的催化剂(例如，铂、铑、聚合体 (paradigm))直到达到一定的(高)温才活性化，因而才显示净化的能 力。本发明的控制设备在具有缸内喷射器110和进气歧管喷射器120的发 动机10起动之后，在较早阶段升高三元催化转换器90的温度以使催化剂 活性化，由此紧接在发动机10起动之后尽可能早地净化排气气体。在搭 载有这种发动机10的车辆的高度很高的情况下，控制设备限制这样的早 期升温操作。通过检测三元催化转换器90的排气气体下游处的排气气体 中的特定成分(例如，氧)的浓度而能够判定三元催化转换器90是否启 动。例如，判定设置在三元催化转换器90下游的氧传感器是否启动。具 体地，基于下游氧传感器的检测信号变化判定三元催化转换器90是否启 动。由于设置在三元催化转换器90下游的氧传感器的启动是由三元催化 转换器90的启动的出口侧排气气体的温度的升高(氧化反应)引起的，
所以可以基于氧传感器启动的事实判定三元催化转换器90启动。或者，可以检测例如发动机冷却剂的温度或者发动机润滑油的温度来估计三元催化转换器90的温度，并且因而基于估计结果判定三元催化转 换器90是否启动。进一步，可以直接检测三元催化转换器90的温度(出 口温度)来判定三元催化转换器90是否启动。当发动机10的温度(根据由检测发动机冷却剂的冷却剂温度传感器 380检测的值判定的温度)较低时，进气歧管的温度也较低。因而，进气 歧管喷射器120喷射的燃料粘附到低温进气口的壁表面，使得燃料的雾化 状态不良。因而，通常，通过将要由进气歧管喷射器120喷射的燃料量增 加对应于粘附到壁表面的燃料量来进行用于增加的校正或者增加校正。这 种增加校正使得燃料总量增加(缸内喷射器110喷射的燃料量和进气歧管 喷射器120喷射的燃料量之和，燃料总量所增加的量对应于粘附到壁表面 的燃料量)，因而恶化了燃料经济性和排气的成分。作为本实施例的控制 设备的发动机ECU300所执行的程序用来在不增加燃料总量的情况下实现 早期催化剂预热。在本发动机10中，缸内喷射器110和进气歧管喷射器120分担燃料 喷射。现在所描述的映射图存储在发动机ECU 300的R0M320中，并且表 示缸内喷射器110和进气歧管喷射器120之间的燃料喷射比率(以下还称 为直接喷射比率、DI比率、DI比率r (或就是r))。该映射图的横轴表 示发动机速度，纵轴表示负荷因子，并以百分比表示直接喷射比率(DI比 率r)、缸内喷射器110燃料喷射比率。对于由发动机速度和负荷因子确定的每个运行区域，设定直接喷射比 率(DI比率r)。"直接喷射100%"意思是仅仅缸内喷射器110进行喷 射的区域(r=1.0， r=100%)。"直接喷射0-20%"意思是缸内喷射器 110喷射燃料总量的0至20%的区域(r=0-0.2)。例如，"直接喷射40 %"意思是缸内喷射器110喷射燃料总量的40%，而其余的燃料总量的 60%由进气歧管喷射器120喷射。将在后文给出该映射图的细节。参照图2，描述程序的控制结构，该程序由作为本发明实施例的控制 设备的发动机ECU 300执行。
在步骤(以下"步骤"简写为"S" ) 100，发动机ECU300判定发动 机10是否起动。此时，基于从另一个ECU输入到发动机ECU300的发动 机起动请求信号和/或发动机ECU300自身处理的结果进行该判定。当发动 机10起动时(在S100中的"是")。处理进行到SllO。如果没有起动 (在S100中的"否")，则该处理结束。在S110中，发动机ECU300判定是否需要进行快速催化剂预热。此 时，如上所述，如果从设置在三元催化转换器90的下游的氧传感器的检 测信号变化发现三元催化转换器没有启动，则判定需要进行快速催化剂预 热。或者，从发动机冷却剂温度或者发动机润滑油温度，可以判定是否需 要进行快速催化剂预热。当需要进行快速催化剂预热(S110中的"是") 时，处理进行到S120。如果不需要(在S110中的"否")，则处理进行 到S190。在S120中，发动机ECU 300检测该发动机10的冷却剂温度THW。 此时，基于来自冷却剂传感器380的信号检测发动机冷却剂温度THW。在S130，发动机ECU300判定冷却剂温度THW是否低于阈值THW (1)。当判定冷却剂温度THW低于阈值THW (1)时(在S130中的 "是")，处理进行到S140。如果不低于(S130中的"否")，则处理 进行到S170。在判定冷却剂温度THW等于或者低于阈值THW (1)的情 况下，处理可以进行到S140。在S140，发动机ECU300估计粘附到进气口壁表面的燃料量。此时， 发动机ECU300可以使用预定映射图从诸如发动机10的冷却剂温度THW 和外部空气温度(吸入空气温度)之类的因素估计粘附到进气口壁的燃料在S150，发动机ECU300计算冷机状态增加校正值(即，进气歧管喷 射器120的冷机状态增加校正值Q (P))。该冷机状态增加校正值Q (P)对应于燃料增加量，该燃料增加量对应于粘附到进气口壁表面的燃在S160，发动机ECU 300改变DI比率r，使得通过将冷机状态增加 校正值Q (P)加上进气歧管喷射器120的基本燃料量而确定的燃料量是 要从进气歧管喷射器120喷射的燃料量。此时，燃料总量(缸内喷射器110的燃料量和进气歧管喷射器120喷射的燃料量之和，该燃料总量增加 的量对应于粘附到进气口壁表面的燃料量)不在增加。后文将给出该细 节。在S170，发动机ECU300执行快速催化剂预热操作。此时，例如，如 图3所示，发动机ECU300控制点火正时、缸内喷射器110的喷射正时、 所喷射的燃料量、所供应的空气量和DI比率r。图3中所示的DI比率的 数字值是示例性的，并且DI比率可以至少50% (缸内喷射器110的燃料 喷射比率等于或者高于进气歧管喷射器120的燃料喷射比率)。进一步， 关于燃料量的减小，排气气体的空燃比可以是例如对应于稀状态的约 15.5。通过该减小，未燃HC也减小。尽管紧接在发动机IO起动之后进行 增加校正(针对发动机10起动时扭矩要求的增加校正或者针对燃料粘附 到壁表面的增加校正)，但是由于发动机起动时所要求的扭矩在从发动机 起动时起经过一段时间而变得不需要，或者由于粘附到壁表面的燃料饱和 而使得燃料量减小。因此，即使在压縮行程中从缸内喷射器iio喷射的燃 料量减小，仅仅在火花塞周围出现点火所需的燃料量，并且保持高的稀燃 极限使得不会发生失火。(通过增加校正)供应有助于催化剂预热的要求 量的后燃用的燃料(供自进气歧管喷射器120的燃料)。所供应的后燃用 燃料能够用来对催化剂预热。在S180，发动机ECU 300判定是否应该结束快速催化剂预热。此 时，如上所述，如果从设置在三元催化剂转换器90的下游的氧传感器的 检测信号变化发现三元催化剂转换器90启动了，则判定要结束快速催化 剂预热。或者，从例如发动机冷却剂温度或者发动机润滑油的温度，可以 进行快速催化剂预热是否应该结束的判定。进一步，可选地，根据发动机 冷却剂的温度是否己经达到预定的温度或者比发动机起动时的温度要高， 可以判定快速催化剂预热是否应该结束。而且，可选地，基于吸入空气总 量，可以进行发动机10是否已经运行达预定时间或更长的判断，以判断 是否应该结束快速催化剂预热。当判定要结束快速催化剂预热时(S180中 的"是")，处理进行到S190。如果不结束(S180中的"否")，则处 理返回到S170以继续快速催化剂预热。在S190，发动机ECU300执行发动机10的通常运行。此时，由发动 机ECU300针对快速催化剂预热临时设定的点火正时、缸内喷射器110的 喷射正时、所喷射燃料量、所供应的空气量和DI比率r设定原来通常运行 的值。现在将基于上述结构和流程图描述由作为本实施例的控制设备的发动 机ECU300控制的发动机10的运行。在下面，将描述在需要进行快速催 化剂预热的情况下发动机10起动时并且对进气歧管喷射器120喷射的燃 料量进行了增加冷机状态增加校正的情况下的操作。在发动机10起动和从设置在三元催化转换器90下游的氧传感器的检 测信号变化发现三元催化转换器90没有启动的状况下，判定需要进行快 速催化剂预热(S110中的"是")。检测发动机10的温度(冷却剂温度 THW) (S120)。当冷却剂温度THW低于阈值THW (1)时，对包含在 进气歧管喷射器120喷射的燃料中并且粘附到进气口的壁表面的燃料量进 行估计(S140)。从该粘附到壁表面的燃料估计量，计算进气歧管喷射器 120的冷机状态增加校正值Q (P) (S150)。然后，缸内喷射器110和进 气歧管喷射器120之间的燃料喷射比率变化，使得进行对应于该冷机状态 增加校正值Q (P)的增加。结合图4描述此时的状态。为了简化描述，此处假定基于图3计算的 催化剂预热的基本条件为燃料总量是1.00， Dl比率r是65X (没有考虑在冷机状态下针对粘附到进气口壁表面的燃料的校正)。燃料喷射的状态在 图4中的(A)示出。由于燃料总量是1.00，来自缸内喷射器110的燃料 喷射量Q (D) ALL是0.65，而来自进气歧管喷射器120的燃料喷射量Q (P) ALL是0.35。还假定此时估计的粘附到壁表面的燃料量是0.20，并 且冷机状态增加校正值Q (P)也是0.20 (实际上，从粘附到壁表面的燃 料估计量并考虑其它因素计算冷机状态增加校正值Q (P))。换言之， 如图4中的(B)所示，从进气歧管喷射器120喷射的燃料量Q (P) ALL0.35包括粘附到壁表面的燃料量0.20 (因而，其没有用于燃烧)。因 而，在燃料总量1.00中，有助于燃烧的燃料量是缸内喷射器IIO喷射的燃
料量0.65和进气歧管喷射器120喷射的燃料量0.15 (包含在0.35中)之和 (即，0.80)。在这情况下，在如图4 (D)所示的传统示例中，冷机状态增加校正 值Q (P) 0.20仅仅加到进气歧管喷射器120喷射的燃料量中。此时，燃 料总量是1.20。在图4中的(E)示出的另一个传统的示例中，冷机状态 增加校正值Q (P) 0.20加到进气歧管喷射器喷射的燃料量和进气歧管喷 射器喷射的燃料量的每个中。此时，燃料总量是1.40。在图4中的(F) 所示的另一个传统示例中，增加缸内喷射器110喷射的燃料量，使得即使 冷机状态增加校正值Q (P) 0.2仅仅加到进气歧管喷射器120喷射的燃料 量之后在图4中的(A)所示的DI比率r (=65%)保持相同。在此情况 下，总燃料量是1.57。
相反，作为本实施例的控制设备的发动机ECU300如图4中的(C) 所示改变DI比率。更具体地，DI比率从65X减小到56%以使进气歧管喷 射器120喷射的燃料量包括冷机状态增加校正值Q (P)。在此情况下， 燃料总量是0.80。
在如上所述变化的DI比率r (=56%)，执行快速催化剂预热 (S170)。此时除了该DI比率之外的条件如在图3所示。在以上述方式控制的发动机中，缸内喷射器110的燃料喷射比率设定 成等于或者高于进气歧管喷射器120的燃料喷射比率，约为65% (在此情 况下是56%)以在压縮行程中从缸内喷射器IIO将燃料喷入气缸。在进气 行程中，从进气歧管喷射器120将燃料喷入进气歧管。此时，在燃烧室中 形成由进气歧管喷射器120产生的空气燃料混合气(空燃比整体地稀并且 在均质状态)以及由缸内喷射器110产生的空气燃料混合气(在火花塞周 围的空燃比较浓并且在分层状态下)。即使火花塞的点火正时延迟的程度 较大(例如，15。ATDC)，缸内喷射器110的燃料喷射比率等于或者高于 进气歧管喷射器120的燃料喷射比率，因此，火花塞周围的空气燃料混合 气的空燃比变浓，并且该火花塞周围的空气燃料混合气由进气歧管喷射器 120产生的均质空气燃料混合气包围，使得火焰以良好的状态传播。因 而，火焰平顺地传播，并且未燃燃料(HC)不可能产生。点火正时的较大
的延迟使排气温度升高。通过上述快速催化剂预热，能够考虑这样的事实即从进气歧管喷射器 120喷射的一些燃料由于冷的进气口而粘附到进气口壁表面，而通过改变DI比率r对从进气歧管喷射器120喷射的燃料量进行增加校正，而没有增 加燃料总量。如上所述，当具有本实施例的发动机ECU的车辆发动机起动并且需 要对排气净化催化剂进行快速预热时，缸内喷射器的燃料喷射比率设定成 等于或者高于进气歧管喷射器的燃料喷射比率。因而，在燃烧室中，能够 形成由进气歧管喷射器120产生的空气燃料混合气(空燃比整体地稀并且 在均质状态)以及由缸内喷射器110产生的空气燃料混合气(在火花塞周 围的空燃比较浓并且在分层状态下)。此时，火花塞周围的空燃比能够变 浓。由于火花塞周围的空气燃料混合气是均质的(半分层)，有利于火焰 传播，并且不可能产生未燃燃料(HC)。在这样的状态下，点火正时延迟 的程度较大，以与传统技术相比，能够对排气净化催化剂更快速地进行预 执。在此情况下，当发动机温度较低，并且因而执行快速催化剂预热时，从进气歧管喷射器喷射到低温的进气口的一些燃料粘附到进气口的壁表面，因而雾化状态不良。在此情况下，通常，粘附到壁表面的燃料量加到要从进气歧管喷射器喷射的燃料量中以将燃料喷射到进气歧管，这导致了燃料总量的增加(缸内喷射器的燃料量和进气歧管喷射器的燃料量之和)。此处，缸内喷射器的燃料喷射比率降低而进气歧管喷射器的燃料喷射比率增大以增大进气歧管喷射器喷射的燃料量。因此，考虑粘附到壁表面的燃料喷射燃料。这仅仅是燃料喷射比率的变化，而燃料总量没有改变，使得能够避免燃料经济性和排气成分的恶化。因而，能够以良好的方式执行在具有缸内喷射器和进气歧管喷射器的发动机在冷机状态下起动时 对排气净化催化剂进行快速预热，同时能够防止由于考虑在冷机状态下粘附到壁表面的燃料而增大燃料总量。(冷机状态增大校正值Q (P)的减小)需要取消用于增大的冷机状态增大校正值Q (P)(即，随着时间经
过将冷机状态增加校正值Q (P)设定为零)，这是因为进气口温度随着 发动机10的温度升高(随着发动机IO起动之后时间经过)而升高。以下 将描述如何进行该取消。在下面的描述中，单位时间冷机状态增加校正值Q (P)减小的程度称为"减小比率"。发动机10的温度越高(发动机10的温度升高的程度越大)，可以认 为粘附到进气口的壁表面的燃料量的程度就越小。因而，如图5所示，发 动机10的温度越高，或者发动机10的温度升高的程度越大，减小比率设 定得越高。在图5中，减小比率相对于时间经过越高，就越早到达原来的 状态。在图5所示的示例中，进行对应于0.2 (是进气歧管喷射器120的 冷机状态增加校正值Q (P))的减小。因而，缸内喷射器110喷射的燃 料量是0.45，而进气歧管喷射器120喷射的燃料量是0.15，因而DI比率r 是75%。在图5所示的示例的特点是仅仅从进气歧管喷射器120喷射的燃 料量减小冷机状态增加校正值Q (P)。可选地，如在图6中所示，可以保持在进行的对应于冷机状态增加校 正值Q (P)的增加的情况下的DI比率r (=56%)，同时可以减小作为 冷机状态增加校正值Q (P)的燃料0.2。因而，缸内喷射器IIO喷射的燃 料量是0.336，进气歧管喷射器120喷射的燃料量是0.264，并且DI比率r 还保持在56%。换言之，图6所示的示例的特点是缸内喷射器IIO和进气 歧管喷射器120的燃料喷射比率减小，同时保持通过考虑冷机状态增加校 正值Q (P)设定的DI比率(r=56%)。还可选地，如图7所示，进行对应于冷机状态增加校正值Q (P) 0.2 的减小，同时DI比率r返回到进行对应于冷机状态增加校正值Q (P)的 增加之前的原来的值(=65%)。因而，缸内喷射器110喷射的燃料量是 0.39，进气歧管喷射器120喷射的燃料量是0.21，并且DI比率r回到65 %。换言之，图7中所示的示例的特点是缸内喷射器IIO和进气歧管喷射 器120的燃料喷射比率减小，使得喷射比率是在考虑冷机状态增加校正值 Q (P)之前的值。注意，尽管在图5至图7中示出的各个示例具有的燃料总量是0.60， 但是燃料总量不限于0.60。进一步，DI比率不限于在图5至图7所示的各个示例中的任何DI比率，并且可以例如基于后述的发动机10的燃料喷射 映射图等而对DI比率进行控制。因而，如图5至图7所示，发动机10的温度越高，或者发动机10的 温度变化的程度越小，可以认为燃料粘附到壁表面的程度就越小。因而， 在这情况下，增大减小比率以使更早地到达原来的状态。 (本控制设备适合应用到的发动机(1))以下将描述本实施例的控制设备适合应用到的发动机(1)。参照图8和图9，现在将描述表示缸内喷射器110和进气歧管喷射器 120之间的燃料喷射比率(以下，还称为DI比率或者简称为r)的映射 图，该映射图作为关于发动机10的运转状态的信息。映射图存储在发动 机ECU300的ROM 320中。图8是用于发动机10的暖机状态的映射图， 图9是用于发动机10的冷机状态的映射图。在图8和图9的映射图中，缸内喷射器110的燃料喷射比率以百分比 表示为DI比率r，其中横轴表示发动机10的发动机速度，纵轴表示负荷 因子。如图8和图9所示，针对由发动机IO的发动机速度和负荷因子所确定 的每个运行区域设定DI比率r。 "DI比率r=100%"表示仅仅缸内喷射 器110喷射燃料的区域，"DI比率r=0%"表示仅仅进气歧管喷射器120 喷射燃料的区域。"DI比率r#0%" 、 "DI比率r#100%"和"0%<DI 比率r<100%"各表示缸内喷射器110和进气歧管喷射器120分担燃料喷 射的区域。 一般而言，缸内喷射器110有助于增大动力性能，而进气歧管 喷射器120有助于空燃燃料混合气的均质性。根据发动机10的发动机速 度和的负荷因子适合地选择这两种具有不同特性的喷射器，使得仅仅在发 动机10正常的运转状态下(例如，在怠速期间催化剂预热状态是异常运 转状态的一个示例)进行均质燃烧。进一步，如图8和图9所示，缸内喷射器110和进气歧管喷射器120 的DI比率r单个地限定在用于发动机暖机状态的映射图和用于发动机冷机 状态的映射图中。映射图构造成表示随着发动机10的温度变化不同的缸 内喷射器IIO和进气歧管喷射器120的控制区域。当所检测的发动机10的
温度等于或者高于预定的温度阈值时，选择图8所示的用于暖机状态的映射图；否则，选择图9所示的用于冷机状态的映射图。基于根据所选择的 映射图的发动机10的发动机速度和负荷因子控制缸内喷射器110和进气 歧管喷射器120。现在将描述在图8和图9中设定的发动机10的发动机速度和负荷因 子。在图8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9中，NE (3)设定为 2900rpm至3100rpm。艮P， NE (1) <NE (3)。还适合地设定图8中的 NE (2)以及图9中的KL (3)和KL (4)。当比较图8和图9，图9所示的用于冷机状态的映射图的NE (3)大 于在图8中所示的用于暖机状态的映射图的NE (1)。这表明当发动机IO 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的发动机 速度区域。即，在发动机10是冷机状态的情况下，堆积物不可能堆积在 缸内喷射器IIO的喷射孔(即使燃料不是从缸内喷射器IIO喷射出)。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 均质性。当比较图8和图9时，"DI比率r二100X"在用于暖机状态的映射图 中是在发动机10的发动机速度为NE (1)或者更高的区域，在用于冷机 状态的映射图中是在发动机10的发动机速度为NE (3)或者更高的区 域。对于负荷因子，"DI比率r二100X"在用于暖机状态的映射图中是在 负荷因子为KL (2)或者更大的区域，在用于冷机状态的映射图中是在负 荷因子为KL (4)或者更大的区域。这意味着缸内喷射器IIO仅仅用在预 定的高发动机速度的区域和预定的高发动机负荷的区域。即，在高速区域 或者高负荷区域中，即使仅仅使用缸内喷射器IIO进行燃料喷射，发动机 10的发动机速度和负荷很高，进气量足够，使得即使仅仅使用缸内喷射器 110可以易于获得均质空气燃料混合气。以此方式，缸内喷射器110喷射 的燃料在燃烧室内伴随着气化潜热(或者吸收来自燃烧室的热量)而被雾 化。因而，空气混合气的温度在压縮后期减小，由此提高了防爆震性能。 进一步，由于燃烧室内的温度减小，进气效率得到提高，导致了高的动力 输出。在图8的用于暖机状态的映射图中，当负荷因子是KL (1)或者更小 时，也仅仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射。这表明当发动机10的温度是高时，缸内喷射器110仅仅用在预定低负荷区域。当发动机10在暖 机状态下时，堆积物可能堆积在缸内喷射器110的喷射孔。然而，当使用 缸内喷射器iio进行燃料喷射时，喷射孔的温度能够降低，由此防止了堆积物的堆积。进一步，在确保其最小燃料喷射量的同时可以防止缸内喷射器110的堵塞。因而，缸内喷射器110仅仅用在相关的区域。当比较图8和图9时，仅仅在图9的用于冷机状态的映射图中存在 "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)仅仅使用进气歧管喷射器120进行燃料 喷射。当发动机10是冷机状态、负荷是低的，并且进气量小的时，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。进一步，尤其在低负荷和低速区域中，使用缸内喷射器 110的高动力是不必要的。因而，在有关的区域中仅仅使用进气歧管喷射 器120而不使用缸内喷射器110进行燃料喷射。进一步，在正常运转以外的运转中，或者在发动机10的怠速期间催 化剂预热状态(异常状态)中，控制缸内喷射器110以进行分层充气燃 烧。通过仅仅在催化剂预热操作过程中进行分层充气燃烧，促进了催化剂 的预热，因而改进了排气排放。本实施例的控制设备适合应用到的发动机(2)以下，将描述本实施例的控制设备适合应用到的发动机(2)。在发 动机(2)的以下描述中，将不再重复与发动机(1)类似的构造。参照图10和图11中，将描述表示缸内喷射器110和进气歧管喷射器 120之间的燃料喷射比率的映射图，该映射图作为关于发动机IO的运转状 态的信息。映射图存储在发动机ECU300的ROM 320中。图10是用于发 动机10的暖机状态的映射图，图10是用于发动机10的冷机状态的映射 图。图IO和图11与图8和图9不同之处是"DI比率r二100X"在用于
暖机状态的映射图中保持在发动机速度等于或者高于NE (1)区域中，在 用于冷机状态的映射图中保持在发动机速度为NE (3)或者更高的区域 中。进一步，除了低速区域之外，"DI比率f100X"在用于冷机状态的 映射图中保持在负荷因子为KL (2)或者更大的区域中，在用于冷机状态 的映射图中保持在负荷因子为KL (4)或者更大的区域中。这意味着在发 动机速度是预定高水平的区域中仅仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射， 在发动机负荷是预定高水平的区域中通常仅仅使用缸内喷射器110进行燃 料喷射。然而，在低速和高负荷区域中，缸内喷射器110喷射的燃料所形 成的空气燃料混合气混合不良，并且在燃烧室中这样的非均质空气燃料混 合气会导致不稳定的燃烧。因而，随着发动机速度增大(这样问题不可能 发生)，缸内喷射器110的燃料喷射比率将增大，随着发动机负荷增大(这样的问题可能发生)，缸内喷射器110的燃料喷射比率减小。DI比率 r的这些变化在图10和图11中十字箭头表示。以此方式，由于不稳定燃 烧引起的发动机输出扭矩的变化能够得到抑制。注意，这些措施实质上等 同于随着发动机的状态朝着预定的低速区域移动而使缸内喷射器110的燃 料喷射比率减小的措施，或者随着发动机状态朝着预定低负荷区域移动而 使缸内喷射器110的燃料喷射比率增大的措施。进一步，在非上述区域(由图10和图11中的十字箭头表示)且仅仅使用缸内喷射器110进行燃 料喷射的区域中(在高速侧和在低负荷侧)，即使当仅仅使用缸内喷射器 110进行燃料喷射时也易于将空气燃料混合气设定成均质。在此情况下， 缸内喷射器110喷射的燃料在燃烧室内伴随着气化潜热(通过吸收来自燃 烧室的热量)而雾化。因而，空气燃料混合气的温度在压縮后期降低，因 而提高了防爆震性能。进一步，随着燃烧室的温度降低，进气效率得到提 高，这导致了高的动力输出。在结合图8-图11进行说明的发动机10中，通过将缸内喷射器110的 燃料喷射正时设定在进气行程中而实现均质燃烧，同时通过将其设定在压 縮行程而实现分层充气燃烧。即，当缸内喷射器110的燃料喷射正时设定 在压縮行程时，浓的空气燃料混合气能够局部位于火花塞周围，使得对整 个燃烧室中的稀空气燃料混合气点火以实现分层充气燃烧。即使缸内喷射 器110的燃料喷射正时设定在进气行程，如果可以提供局部位于火花塞周 围的浓的空气混合气，就能够实现分层充气燃烧。如此处所使用，分层充气燃烧包括分层充气燃烧，和以下所述的半分 层充气燃烧。在半分层充气燃烧中，进气歧管喷射器120在进气行程中喷 射燃料以在整个燃烧室中产生稀的和均质的空气燃料混合气，然后缸内喷射器110在压縮行程中喷射燃料以产生围绕火花塞的浓的空气燃料混合气，以提高燃烧状态。这样的半分层充气燃烧优选在催化剂预热操作中， 其原因如下。在催化剂预热操作中，必须大幅度地延迟点火正时，并且维 持良好的燃烧状态(怠速状态)，使高温燃烧气体到达催化剂。进一步， 需要供给一定量的燃料。如果采用分层充气燃烧来满足这些要求，则燃料 量将不足。利用均质充气燃烧，与分层充气燃烧的情况相比，出于维持良 好燃烧目的的延迟量较小。由于这些原因，尽管可以采用分层充气燃烧和 半分层充气燃烧的任何一个，但是上述半分层充气燃烧优选在催化剂预热 操作中采用。进一步，在结合图8-图11进行说明的发动机中，缸内喷射器110的 燃料喷射正时优选设定在压縮行程中，其原因如下。注意，对于大部分基 本区域，缸内喷射器110的喷射正时设定在进气行程中，此处，基本区域 是指除了在进气歧管喷射器120在进气行程中进行喷射燃料和缸内喷射器 110在压缩行程中喷射燃料的情况下以进行半分层充气燃烧(仅仅在催化 剂预热状态下进行)的区域以外的区域。然而，缸内喷射器110的燃料喷 射正时出于使燃烧稳定的目的可以暂时设定在压縮行程中，这将在下面描 述。当缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在压縮行程时，在气缸的温度 相对较高时期间，空气燃料混合气由所喷射的燃料冷却。这提高了冷却效 果，并且因而提高了防爆震性能。进一步，当缸内喷射器110的燃料喷射 正时设定在压縮行程中时，从燃料喷射到点火所需的时间较短，使得喷雾 气流得到强化，增大了燃烧速率。防爆震性能的改进和燃烧速率的增大能 够避免燃烧的变化，使得提高了燃烧的稳定性。应该理解到，此处公开的实施例在每个方面是示例性的而非限制性
的。本发明的范围由权利要求的条款限定，而不是上述的描述限定，并且 意在包括本范围内的任何修改和与权利要求的条款等同的意义。
权利要求
1. 一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机包括将燃料喷入气缸的第 一燃料喷射机构、将燃料喷入进气歧管的第二燃料喷射机构以及点火装 置，所述内燃机具有排气系统，所述排气系统设置有催化剂，所述催化剂 用于净化排气，并且在至少预定温度的温度下活性化，所述控制设备包 括检测单元，其检测对所述催化剂的预热请求；控制单元，其基于所述内燃机所要求的条件来控制所述第一和第二燃 料喷射机构，使得所述第一和第二燃料喷射机构分担燃料喷射； 点火控制单元，其控制所述点火装置；和 温度检测器，其检测所述内燃机的温度，其中，在所述第一和第二燃料喷射机构分担所述燃料喷射并且检测到所述预 热请求的情况下，所述控制单元通过考虑所述内燃机的所述温度来控制所 述第一和第二燃料喷射机构，使得所述第一燃料喷射机构的燃料喷射比率 至少等于所述第二燃料喷射机构的燃料喷射比率，并且当检测到所述预热请求时，所述点火控制单元控制所述点火装置以延 迟点火正时。
2. 根据权利要求1所述用于内燃机的控制设备，所述控制设备还包括 计算单元，其基于所述内燃机的温度计算粘附壁的燃料量，所述粘附壁的 燃料量是由所述第二燃料喷射机构将燃料喷入所述进气歧管并且粘附到壁 表面的燃料量，其中，所述控制单元通过考虑所述粘附壁的燃料量来控制所述第一和第二燃 料喷射机构。
3. 根据权利要求2所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述控制单元通过考虑所述粘附壁的燃料量，增大所述第二燃料喷射机构的燃料喷射比率，来改变所述第一燃料喷射机构与所述第二燃料喷射 机构之间的燃料喷射的比率。
4. 根据权利要求2所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述控制单元通过根据所述粘附壁的燃料量对所述第二燃料喷射机构 喷射的燃料量进行增加校正，并增大所述第二燃料喷射机构的燃料喷射比 率来改变所述第一燃料喷射机构与所述第二燃料喷射机构之间的燃料喷射 比率。
5. 根据权利要求4所述的用于内燃机的控制设备，所述控制设备还包括减小单元，其基于所述内燃机的温度来减小由所述第二燃料喷射机构喷 射并且进行了所述增加校正的燃料喷射量。
6. 根据权利要求5所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述内燃机温度越高，所述减小单元越急剧地减小进行了所述增加校正的燃料喷射量。
7. 根据权利要求5所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述内燃机温度越低，所述减小单元越缓慢地减小进行了所述增加校正的燃料喷射量。
8. 根据权利要求5所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述减小单元从所述第二燃料喷射机构喷射的燃料量减去对应于所述增加校正的燃料量。
9. 根据权利要求5所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述减小单元从所述第一燃料喷射机构喷射的燃料量并从所述第二燃料喷射机构喷射的燃料量减去对应于所述增加校正的燃料量。
10. 根据权利要求5所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述减小单元减去对应于所述增加校正的燃料量，由此保持在进行所述增加校正之前所述第一燃料喷射机构与所述第二燃料喷射机构之间的燃 料喷射比率。
11. 根据权利要求5所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述减小单元减去对应于所述增加校正的燃料量，由此保持在进行所述增加校正之后所述第一燃料喷射机构与所述第二燃料喷射机构之间的燃 料喷射比率。
12. 根据权利要求2所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述控制单元控制所述第一和第二燃料喷射机构，使得在考虑所述粘 附壁的燃料量的情况下所述第一燃料喷射机构喷射的燃料量与所述第二燃 料喷射机构喷射的燃料量的总和小于在没有考虑所述粘附壁的燃料量的情 况下所述第一燃料喷射机构喷射的燃料量与所述第二燃料喷射机构喷射的 燃料量的总和。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的用于内燃机的控制设备，其中，所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器，而所述第二燃料喷射机构是进 气歧管喷射器。
14. 一种用于内燃机的控制设备，所述内燃机包括用于将燃料喷入气 缸的第一燃料喷射装置、用于将燃料喷入进气歧管的第二燃料喷射装置以 及点火装置，所述内燃机具有排气系统，所述排气系统设置有催化剂，所 述催化剂用于净化排气，并且在至少预定温度的温度下活性化，所述控制设备包括检测装置，其用于检测对所述催化剂的预热请求；控制装置，其用于基于所述内燃机所要求的条件来控制所述第一和第二燃料喷射装置，使得所述第一和第二燃料喷射装置分担燃料喷射； 点火控制装置，其用于控制所述点火装置；和 温度检测装置，其用于检测所述内燃机的温度，其中， 在所述第一和第二燃料喷射装置分担所述燃料喷射并且检测到所述预 热请求的情况下，所述控制装置包括用于通过考虑所述内燃机的所述温度 来控制所述第一和第二燃料喷射装置，使得所述第一燃料喷射装置的燃料 喷射比率至少等于所述第二燃料喷射装置的燃料喷射比率的装置，并且当检测到所述预热请求时，所述点火控制装置包括用于控制所述点火 装置以延迟点火正时的装置。
15. 根据权利要求14所述用于内燃机的控制设备，所述控制设备还包 括计算装置，其用于基于所述内燃机的温度计算粘附壁的燃料量，所述粘 附壁的燃料量是由所述第二燃料喷射装置将燃料喷入所述进气歧管并且粘 附到壁表面的燃料量，其中， 所述控制装置包括用于通过考虑所述粘附壁的燃料量来控制所述第一 和第二燃料喷射装置的装置。
16. 根据权利要求15所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述控制装置包括用于通过考虑所述粘附壁的燃料量，增大所述第二燃料喷射装置的燃料喷射比率，来改变所述第一燃料喷射装置与所述第二 燃料喷射装置之间的燃料喷射的比率的装置。
17. 根据权利要求15所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述控制装置包括用于通过根据所述粘附壁的燃料量对所述第二燃料喷射装置喷射的燃料量进行增加校正，并增大所述第二燃料喷射装置的燃 料喷射比率来改变所述第一燃料喷射装置与所述第二燃料喷射装置之间的 燃料喷射比率的装置。
18. 根据权利要求17所述的用于内燃机的控制设备，所述控制设备还 包括减小装置，其用于基于所述内燃机的温度来减小由所述第二燃料喷射 装置喷射并且进行了所述增加校正的燃料喷射量。
19. 根据权利要求18所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述减小装置包括用于所述内燃机温度越高越急剧地减小进行了所述增加校正的燃料喷射量的装置。
20. 根据权利要求18所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述减小装置包括用于所述内燃机温度越低越缓慢地减小进行了所述增加校正的燃料喷射量的装置。
21. 根据权利要求18所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述减小装置包括用于从所述第二燃料喷射装置喷射的燃料量减去对应于所述增加校正的燃料量的装置。
22. 根据权利要求18所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述减小装置包括用于从所述第一燃料喷射装置喷射的燃料量并从所述第二燃料喷射装置喷射的燃料量减去对应于所述增加校正的燃料量的装 置。
23. 根据权利要求18所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述减小装置包括用于减小对应于所述增加校正的燃料量，由此保持 在进行所述增加校正之前所述第一燃料喷射装置与所述第二燃料喷射装置 之间的燃料喷射比率的装置。
24. 根据权利要求18所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述减小装置包括用于减小对应于所述增加校正的燃料量，由此保持在进行所述增加校正之后所述第一燃料喷射装置与所述第二燃料喷射装置 之间的燃料喷射比率的装置。
25. 根据权利要求15所述的用于内燃机的控制设备，其中， 所述控制装置包括用于控制所述第一和第二燃料喷射装置，使得在考虑所述粘附壁的燃料量的情况下所述第一燃料喷射装置喷射的燃料量与所 述第二燃料喷射装置喷射的燃料量的总和小于在没有考虑所述粘附壁的燃 料量的情况下所述第一燃料喷射装置喷射的燃料量与所述第二燃料喷射装 置喷射的燃料量的总和的装置。
26. 根据权利要求14至25中任一项所述的用于内燃机的控制设备， 其中，所述第一喷射装置是缸内喷射器，并且所述第二燃料喷射装置是进气 歧管喷射器。
全文摘要
发动机ECU执行的程序包括以下步骤检测发动机起动的步骤(S100)，当需要快速催化剂预热时(在S100中的“是”)时，检测发动机冷却剂THW的温度的步骤(S120)，当THW低于预定阈值(在S130中的“是”)时，估计粘附到进气口的壁表面的燃料量(S140)步骤，计算进气歧管喷射器的冷机状态增加校正值Q(P)的步骤(S150)，改变DI比率r以满足冷机状态增加校正值Q(P)的步骤(S160)和执行快速催化剂预热的步骤(S170)。
文档编号F02D41/04GK101124392SQ20068000547
公开日2008年2月13日 申请日期2006年2月8日 优先权日2005年3月18日
发明者正源寺良行, 荒木幸志 申请人:丰田自动车株式会社