用于控制内燃机的燃料喷射的装置和方法

专利名称：用于控制内燃机的燃料喷射的装置和方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于控制内燃机的燃料喷射的装置和方法，具体 而言，涉及用于布置喷雾性质不同的燃料喷射阀从而实现内燃机中空气 燃料混合物性质的改善的技术。
背景技术：
日本特开(Kokai)专利申请公报No.2003-269222公开了一种燃料 喷射控制装置，该装置设置有位于进气道的上游侧的喷射其尺寸相对大 的雾化颗粒燃料的第一燃料喷射阀和位于进气道的下游侧的喷射其尺寸 相对小的雾化颗粒燃料的第二燃料喷射阀。因而，根据上述出版物的公 开，燃料喷射控制装置按以下方式运行，在发动机开始运行时，即在发 动机起动(cranking)时，从该第二燃料喷射阀喷射呈小雾化颗粒尺寸状 态的燃料，并在完成了发动机运行的开动之后，基于进气管压力、发动 机转速等的参数，第二燃料喷射阀的燃料喷射转换(changeover)成第一 燃料喷射阀的燃料喷射，以减小空气燃料混合物的壁流量(wall flow mte)，由此改善内燃机的燃料消耗和排放性能。然而，根据上述出版物的上述控制装置，当第二燃料喷射阀的燃料 喷射转换为第一燃料喷射阀的燃料喷射时，通过设置标志而以ON/OFF 的方式控制用于执行转换的操作。因此，由于来自于第一燃料喷射阀的 燃料喷雾的汽化特性不同于第二燃料喷射阀的燃料喷雾的汽化特性，输 出扭矩以及被喷射到内燃机中的燃料空气混合物的空燃比可能存在台阶 状差异，结果，转换时的可操作性或排放性能可能经常会降低。发明内容鉴于上述问题，本发明的一个目的是适当地控制雾化性能互不相同
的燃料喷射阀，以防止当转换燃料喷射阀时出现台阶状扭矩差异和步进 的空燃比差异，由此，最终防止或抑制可操作性的降低或排放性能的降 低。为了实现上述目的，根据本发明，采用以下设置(1)将具有预定 喷雾性质的第一燃料喷射阀布置在进气口，而使具有不同喷雾性质的第 二燃料喷射阀布置在第一燃料喷射阀的上游侧，其中第二燃料喷射阀的 汽化特性高于第一燃料喷射阀的汽化特性，(2)执行发动机运行状态的 检测，同时基于检测到的发动机运行状态使控制单元设置燃料喷射量， 以控制燃料喷射阀根据所设置的燃料喷射量来执行燃料喷射，以及(3) 当检测到两个燃料喷射阀同时喷射燃料的状态时，对这些燃料喷射阀分别分担(share)的燃料喷射量进行设置，从而最终根据所设置的燃料喷 射量来控制上述燃料喷射阀。本发明的其他方面和特征将从下面参照附图的描述得到理解。


图1是例示根据本发明的系统结构的示意图；图2是表示燃料喷射阀的燃料喷射量(横坐标)和燃料喷雾的平均 颗粒尺寸(纵坐标)之间的关系的曲线图；图3是第一实施方式中燃料喷射控制的流程图的前阶段；图4是该第一实施方式中燃料喷射控制的流程图的后阶段；图5是第二实施方式的燃料喷射控制的流程图的前阶段；图6是该第二实施方式的燃料喷射控制的流程图的后阶段；图7是第三实施方式中的燃料喷射控制的流程图；图8是第四实施方式中的燃料喷射控制的流程图；图9是第五实施方式中的燃料喷射控制的流程图；图IO是第六实施方式的燃料喷射控制的流程图的前半阶段；图11是第六实施方式的燃料喷射控制的流程图的后半阶段；图12是表示该第六实施方式的燃料喷射控制的时间顺序的时间图；图13是第七实施方式的燃料喷射控制的流程图的前半阶段；
图14是第七实施方式中燃料喷射控制的流程图的后半阶段；以及图15是例示根据本发明的另一系统结构的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的内燃机的整体系统结构的一个典型实施方式。参照图1， 一般由101表示的内燃机设置有布置在进气口 102的上 游侧的具有相对大的最大喷射量的第一燃料喷射阀103和布置在下游侧 并靠近汽缸的位置处的具有相对小的最大喷射量的第二燃料喷射阀104。第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104中的每一个均是通过由 于电磁线圈的磁吸力来抬起阀体而打开的电磁型燃料喷射阀。最大喷射 量小的第二燃料喷射阀104的喷嘴比最大喷射量大的第一燃料喷射阀103 的喷嘴小，因此促进了燃料雾化，使得雾化颗粒尺寸小且燃料喷雾的汽 化特性高。图2表示燃料喷射量与燃料喷雾的平均颗粒尺寸之间的关系。第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104中的每一个均被驱动以 在其中进气阀105被打开的进气冲程中打幵从而喷射燃料，且喷射的燃 料和空气被吸入到燃烧室106中。燃烧室106中的空气燃料混合物通过火花塞107的火花点火而燃烧， 且燃烧后的排放气体经由排气阀108释放出来。燃料箱109中的燃料(汽油)被燃料泵110抽取以分别被送到第一 燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104。通过控制燃料泵110的释放量， 燃料的供给压力被控制在目标压力下。提供有此处包括了电子微计算机的控制单元(ECU) 120以基于从 用于检测发动机101的运行状态的各种传感器输入的检测信号来控制第 一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104、火花塞107、燃料泵110等。作为各种传感器，布置有用于对布置在发动机101的进气通道中的 节流阀(图中未示出)的开度TVO进行检测的油门传感器121、用于检 测发动机101的进气量Qa的气流计122、用于检测发动机101的冷却水
温度TW的水温传感器123、用于检测发动机转速Ne的转速传感器124、 用于检测燃料压力的燃料压力传感器125、用于检测起动器的ON/OFF 的起动器开关126等。在这种系统结构中，控制第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀 104，同时由基于上述各种检测信号捕获的发动机运行状态来确定是第一 燃料喷射阀103还是第二燃料喷射阀104执行燃料喷射。从发动机运行开动时起在完成了发动机运行的开动之后，将执行燃 料喷射的燃料喷射阀从第二燃料喷射阀104转换到第一燃料喷射阀103。 下面将根据图3和图4中的流程图描述第一实施方式中的这种燃料喷射 控制。当起动器开关(ST/SW) 126变成ON时，启动该流程图。在步骤S1，判定起动器开关126是否变成ON，即，发动机是否处 于起动运行中。如果判定发动机处于起动运行中，则控制过程进行到步骤S2，在该 步骤S2中，基于水温TW等计算用于起动的燃料喷射量TP。在步骤S3，确定停止第一燃料喷射阀103的驱动，且仅第二燃料喷 射阀104被驱动以执行燃料喷射(第二燃料喷射阀104的份额INJ2R= 1.0)。即，使得第二燃料喷射阀104的燃料喷射量TP2等于燃料喷射量 TP，并且第一燃料喷射阀103的燃料喷射量被设置为0。因而，在发动机起动时，燃料喷射量为TP的燃料被第二燃料喷射阀 104喷射，从而发动机开始运行。在步骤S1，当判定起动器开关126从ON变成OFF时，g卩，在通过 起动完成而实现开动发动机运行后的片刻之内，第二燃料喷射阀104继 续燃料喷射以确保发动机运行稳定性，此后，第二燃料喷射阀104的燃 料喷射转换为第一燃料喷射阀103的燃料喷射。在开始该转换控制之后，逐渐增大第一燃料喷射阀103的燃料喷射 量，同时逐渐减小第二燃料喷射阀104的燃料喷射量，使得燃料喷射最 终转换为仅通过第一燃料喷射阀103进行燃料喷射，同时将总燃料喷射 量保持在所需的量。首先，在步骤S4，基于发动机温度(冷却水温度TW)，根据起动结
束之后经过的时间(如下所述)，基于特性图(如图中所示)计算作为用于判定燃料喷射阀的转换的开始时间的阈值的预定时间KIRTIM。该预定时间KIRTIM被设置为在完成起动之后对于燃烧和发动机旋 转的稳定性而言充足的时间。在冻结温度以下，由于燃烧和旋转的稳定 性所需的时间长，预定时间KIRTIM被设置为固定在一个长的时间，使 得第二燃料喷射阀104的燃料喷射的持续时间延长。反之，在冻结温度 以上，预定时间KIRTIM被设置为根据温度上升而减小。在步骤S5，基于发动机运行状态计算燃料喷射量TP,此外，测量从 起动器开关126变成OFF时起经过的时间。具体而言，通过利用空燃比反馈校正系数等对基于由气流计122检 测到的进气量Qal和由转速传感器124检测到的发动机转速Ne而计算出 的基本燃料喷射量TPO进行校正，来计算燃料喷射量TP，其中该空燃比 反馈校正系数是基于来自空燃比传感器(图中未示出)的空燃比检测值 而设置的。在步骤S6，判定经过的时间是否达到预定时间KIRTIM。除了预定 时间KIRTIM以外，可以基于在起动完成之后燃料喷射次数是否达到预 定次数来判定经过的时间。直到经过的时间达到预定时间KIRTIM，控制过程才进行到步骤S3, 在该步骤中，仅第二燃料喷射阀104继续燃料喷射，并且当判定经过的 时间达到预定时间KIRTIM时，控制过程进行到步骤S7和后续步骤，在 这些步骤中，燃料喷射开始从第二燃料喷射阀104转换到第一燃料喷射 阀103。在步骤S7，基于特性图(如图中所示)来设置第二燃料喷射阀104 的份额INJ2R和第一燃料喷射阀103的份额INJ1R，其中INJ2R和INJ1R 是根据从转换开始起经过的时间的增加来设置。燃料喷射平稳地转换，使得第二燃料喷射阀104的份额INJ2R从转 换前的1.0逐渐减小到0，而第一燃料喷射阀103的份额INJ1T从0逐渐 增加达到1。在步骤S8，在燃料喷射从第二燃料喷射阀104转换到第一燃料喷射阀103的过渡时间，对于基于发动机温度(水温TW)由各燃料喷射阀执 行燃料喷射(可以称为双喷射时段)的情况，基于水温TW从特性图(如 图中所示)计算用于校正各燃料喷射阀的喷射量的份额的份额校正系数 TWhosei。份额校正系数TWhosei (3)被设置为，使得随着其值变小，第一 燃料喷射阀103的份额变小而第二燃料喷射阀104的份额变大。在完成 预热运行(低于80°C)之前，由于水温低致使燃烧变稳定得慢，份额校 正系统tWhosei被设置得较小，使得双燃料喷射时段较长。在步骤S9，基于第二燃料喷射阀104的份额INJ2R和第一燃料喷射 阀103的份额INJ1R以及份额校正系数TWhosei，根据下面的公式计算 第二燃料喷射阀104的燃料喷射量TP2'和第一燃料喷射阀103的燃料喷 射量TP1'。TP2， = TP x (蘭2R-TWhosei)TP1， = TP x (丽lR+T戰osei)在上述公式中，假设INJ1R+INJ2R二1，保持TP二TP1，+TP2'。 基于发动机温度的校正不限于此，并且如果由于发动机温度较低从而步骤S7中所示的INJ2R和INJ1R的倾向(inclination)被校正得较小，双燃料喷射时段可以延长。为了简单起见，可以有以下实施方式，其中过程在此时终止，且TP1'和TP2'被直接用作TP1和TP2以驱动第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104。然而，对于电磁驱动型的燃料喷射阀，在小于预定喷射量区域的小 喷射量区域内，喷射脉冲宽度(ON时间)和喷射量之间的线性降低，因 而不能获得稳定的喷射量特性。因此，在本实施方式的流程图中，抑制 了其中不能获得稳定的喷射量特性的小喷射量区域内的燃料喷射。在步骤SIO，判定计算出的TPl，是否大于等于下限喷射量TPlmin， 其中在该下限喷射量TPlmin能够保持第一燃料喷射阀103的稳定的喷射 量特性(相对于ON时间的喷射量的线性)。当在紧随转换开始之后判定计算出的TP1'小于下限喷射量TPlmin
时，控制过程进行到歩骤S3，其中在步骤S3中，仅第二燃料喷射阀104 的燃料喷射继续(判定执行燃料喷射的燃料喷射阀仅是第二燃料喷射阀 104)。作为第一燃料喷射阀103的份额随着时间的过去而增加的结果，当 判定在步骤S7计算出的TP1'大于等于TPlmin时，控制过程进行到步骤 Sll，在该步骤中，判定计算出的TP2'是否大于等于下限喷射量TP2min， 其中在该下限喷射量TP2min能够保持第二燃料喷射阀104的稳定的喷射 量特性。然后，在保持TP2'大于等于TP2min的同时，控制过程进行到其中 TP1'和TP2'用作TP1和TP2的步骤S12,并且第一燃料喷射阀103和第 二燃料喷射阀104被驱动以执行各自的燃料喷射(确定执行燃料喷射的 燃料喷射阀是第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104)。作为第二燃料喷射阀104的份额随着时间进一步过去而减小的结 果，当在步骤Sll中判定TP2'小于TP2min时，控制过程进行到步骤S13， 在该步骤中，倘若TP2二0，则停止第二燃料喷射阀104的燃料喷射，并 且倘若TP1二TP，则仅由第一燃料喷射阀103执行燃料喷射(确定执行 燃料喷射的燃料喷射阀仅为第一燃料喷射阀103)。因此，该结构使得，当燃料喷射从第二燃料喷射阀104转换到第一 燃料喷射阀103时，设置双喷射时段，并且在该双喷射时段期间，在逐 渐改变各燃料喷射阀的份额的同时，平稳地转换燃料喷射。因此，可以 防止由于雾化性能差异导致的扭矩差异和空燃比差异，因此，能够抑制 可操作性的降低或排放性能的降低。此外，在起动时和在起动完成之后直到经过了预定时间KIRTIM使 得燃烧和旋转稳定的一个时段期间，仅由具有合适的燃料汽化特性的第 二燃料喷射阀104执行燃料喷射。因此，根据发动机温度(水温TW)设置预定时间KIRTIM，并且使 用份额校正系数TWhosei来设置份额，使得根据发动机温度而引起的汽 化特性能够执行更加合适的转换控制。具体地说，由于发动机温度(水温等)较低时，燃烧和旋转的稳定
所需的时间增加。因此，预定时间KIRTIM被设置得较大，在完成起动之后，第二燃料喷射阀104的燃料喷射持续更长时间，此后，燃料喷射 开始转换到第一喷射阀103,使得能够确保燃烧和旋转的稳定性。此外，由于发动机温度较低从而燃烧也难以稳定，因此，通过利用份额校正系数Twhosei对份额进行校正来延长双喷射时段，使得能够保持燃烧的稳定 性。然而，为简单起见，预定时间KIRTM可以设置为固定值或者可以 省略利用份额校正系数TWhosei的校正。此外，使得各燃料喷射阀在大于等于下限喷射量TPlmin和TP2min 的其中能够保持稳定的喷射量特性(相对于ON时间的喷射量的线性) 的区域中执行燃料喷射。因此，总是能够高精确度地控制燃料喷射量， 并进一步改善可操作性、排放性能等。第二燃料喷射阀104布置在离汽缸更近的位置处的进气口 102上。 因此，当在其中进气阀105打开的进气冲程中喷射燃料时，因为大部分 被促进汽化的燃料直接流入燃烧室108，而避免了附着到进气口 102或进 气阔105上，能够足以减少多余的燃料喷射量。因而，可以在确保良好的开动性能的同时改善燃料消耗，并降低了 未燃烧燃料的排放量。在以上述方式获得稳定的燃烧和稳定的旋转之后，燃料喷射转换到 第一燃料喷射阀103，由此确保所需的燃料喷射量。图5和6示出了与图3的流程图相比结构进一步简化的第二实施方 式的流程图，该结构中，在其中不能获得稳定的喷射量特性的小喷射量 区域中禁止燃料喷射。在图5的步骤S7'，第一燃料喷射阀103的份额INJ1R和第二燃料 喷射阀104的份额INJ2R分别被设置为保持大于等于能够确保稳定喷射 量的下限份额INJlRmin和INJ2Rmin。顺便提及，考虑步骤S9中利用份 额校正系数TWhosei的校正来设置份额INJlR和INJ2R。此外，与图3 的步骤S7不同，从燃料喷射的转换开始时间起由第一燃料喷射阀103执 行分担的燃料喷射。因此，用于在步骤S5中判定起动完成之后经过的时
间的预定时间KIRTIM可以设置得更长。因此，步骤S7'中计算出的喷射量TP1和TP2可以直接使用，从而 后面的判定不是必要的。此外，在上述系统中，在发动机加速时，第一燃料喷射阀103和第 二燃料喷射阔104 —起使用。将根据图7的流程图描述在第三实施方式 中发动机加速时的燃料喷射控制。在步骤S21，判定发动机是否处于加速状态。具体而言，基于油门 开度TVO的变化率ATVO (单位时间的改变量)和发动机负荷，例如燃 料喷射量TP的变化率ATP、进气流量Q的变化率AQ、节流阀下游的进 气压力Pa的变化率APa等，是否大于等于其判定值(>0)来做出这种判 定。当判定发动机处于加速状态时，该过程进行到步骤S22，在该步骤 中判定是否需要增加燃料喷射量。这里，除了根据发动机运行状态的燃 料喷射之前的要求，燃料喷射量增加的要求还包括燃料喷射过程中的中 断要求。在步骤S21，当判定发动机不处于加速状态，或者在步骤S22中， 当判定不需要增加燃料喷射量时，该过程进行到步骤S23，在该步骤中仅 由第一燃料喷射阀103执行燃料喷射(TP1=TP)。在步骤S22，当判定需要增加燃料喷射量时，控制过程进行到步骤 24，在该步骤中，判定增加量TPAC是否大于等于下限喷射量TP2min, 其中在该下限喷射量TP2min能够保持第二燃料喷射阀104的稳定喷射量 特性。在步骤S24，当判定增加量TPAC小于下限喷射量TP2min时，因为 不能稳定执行第二燃料喷射阀104的增加量TPC的喷射，控制过程进行 到步骤S25，在该步骤中，仅由第一燃料喷射阔103来喷射通过将增加量 TPAC与基本喷射量TPO相加而获得的总的所需的燃料量(TP1=TP0 + TPAC)。此外，在步骤S24，当判定增加量TPAC大于等于下限喷射量TP2min 时，该过程进行到步骤S26，在该步骤中，由第一燃料喷射阀103喷射基
本喷射量TPO并且由第二燃料喷射阀104喷射增加量TPAC (TP1 =TPO， TP2=TPAC)。因而，在发动机加速时，增加量TPAC基本由第二燃料喷射阀104 喷射，使得增加量TPAC在被充分汽化的同时被弓I入和供给到燃烧室106。 另一方面，不需要增加第一燃料喷射阀103的喷射量，因此，可以抑制 由于燃料附着到进气口 102、进气阀105等而导致的壁流，因而，可以减 小增加量，从而可以改善燃料消耗，此外，可以减小由于壁流而导致的 未燃烧燃料的排放量，由此改善了排放性能。此外，当增加量TPAC小于其中由第二燃料喷射阀104不能稳定地 进行增加量的喷射的下限喷射量TP2min时，禁止第二燃料喷射阀104的 喷射，并且仅由第一燃料喷射阀103执行燃料喷射。因此，能够可靠地 喷射所需的燃料量，由此确保发动机的加速性能。在本实施方式中，这种结构使得，当增加量TPAC小于下限喷射量 TP2min时，仅由第一燃料喷射阀103执行燃料喷射。然而，如图8的第 四实施方式所示，可以应用修改的实施方式，其中当增加量TPAC小于 下限喷射量TP2min时，在步骤S25'，由第二燃料喷射阀104喷射下限喷 射量TP2min的燃料量，并由第一喷射阀103喷射从总的所需喷射量TP 减去下限喷射量TP2min而获得的燃料量(TP1 = TP-TP2mki ， TP2=TP2min)。为了进一步简化，如图9的第五实施方式所示，可以应用修改的实 施方式，其中当需要增加燃料喷射量时，在步骤S31，由第二燃料喷射阀 104喷射大于等于下限喷射量TP2min的给定的固定燃料量TP20，并由 第一燃料喷射阀103喷射剩余的燃料喷射量(TP1-TP-TP20，TP2-TP20)。接下来，基于图10和11的流程图，给出第六实施方式的描述。在 本实施方式中，根据针对第一燃料喷射阀103和第二燃料喷射阀104中 每一个的计算时机的进气量的变化量，设置要由第二燃料喷射阀104喷 射的增加量TPAC，同时控制在发动机加速时第一燃料喷射阀103和第二 燃料喷射阀104的喷射量和喷射时机。在步骤S100和SlOl，类似于步骤S21和S22，判定发动机是否处 于加速状态，并判定是否需要增加燃料喷射量。然后，当判定发动机不处于加速状态或者当判定不需要增加燃料喷 射量时，控制过程进行到步骤S102，在该步骤中，利用基于来自空燃比 传感器(图中未示出)的空燃比检测值而设置的空燃比反馈校正系数，来校正基于由气流计122在该时间检测到的进气量Qal和由转速传感器 124在该时间检测到的发动机转速Ne而计算出的基本喷射量TPO，以计 算燃料喷射量TP，并且计算出的燃料喷射量TP被设置为第一燃料喷射 阀i03的燃料喷射量TP1。在步骤S103，燃料喷射量TP1被转换成喷射脉冲宽度，并基于该喷 射脉冲宽度设置第一燃料喷射阀103的喷射时机。该喷射时机被设置为，使燃料例如在排气冲程中喷射，从而能够使 得从第一燃料喷射阀103喷射的燃料喷雾与进气阀105头的后侧撞击， 其中该进气阀105头的温度由于内燃机的燃烧变高，由此使用阀热促进 燃料汽化。此外，由于预先确定了喷射时机、喷射终止时机，因此喷射开始时 机被设置为在喷射终止时机的基础上根据喷射脉冲宽度而变化。然而，第一燃料喷射阀103的喷射时机不限于排气冲程，并且可以 根据发动机运行条件而变化。此外，其喷射时机可以被设置为，使得喷 射终止时机在喷射开始时机的基础上根据喷射脉冲宽度而变化。在步骤SIOO，当判定发动机处于加速状态并且在步骤SlOl，判定 需要增加燃料喷射量时，该过程进行到步骤S104，在该步骤中，判定增 加量的前一值"前一 TPAC"(稍后描述)是否为0，并且当判定前一 TPAC =0时，在步骤S105，类似于如上所述的步骤S102，计算并设置第一燃 料喷射阀103的喷射量TP1。另一方面，在步骤S106，当判定TPAC不为0时，燃料喷射量TP 与增加量的前一值(前一 TPAC)相加，以设置为最终的燃料喷射量TP1 ， 并且在步骤S107，已经加到燃料喷射量TP上的增加量的前一值(前一 TPAC)被复位为0。然后，在步骤S108,类似于上述步骤103，设置第一燃料喷射阀103
的喷射时机。在步骤S109，判定是否已经到了用于读取进气量的预定时机，其中 该时机被设置为在第一燃料喷射阀103的燃料喷射之后给定的经过时间，并且当判定已经到了进气量的预定读取时机时，在步骤SllO中计算进气 量Qa2。进气量Qa2被用于计算稍后描述的增加量TPAC的喷射量，并且被 如下设置以在进气冲程中喷射增加量TPAC。图12是示出进气量Qa2的读取时机的时间图。一般而言，进行设置以计算基于时机tl读取的进气量Qal的燃料喷 射量，此外，基于当判定发动机处于加速状态时的进气量来计算增加量， 从而将基于进气量Qal计算出的燃料喷射量以及增加量的喷射量相加以 在排气冲程中喷射。然而，根据该设置，因为从喷射时起到空气燃料混合物被实际吸入 到燃烧室中要花费时间，不能与由于在该时间期间发动机加速而引起的 进气量的增加对应地设置燃料增加量。因此，存在这样的可能性，即增 加量变得不足，导致内燃机加速不足和空燃比降低。此外，通常使用单个燃料喷射阀来控制燃料喷射量，因此，需要使 用能够应对高转速和高负荷时间的大容量燃料喷射阀。然而，在燃料喷 射终止之后需要增加燃料喷射量的情况下，如果仅喷射该增加量，则由 于在低喷射量区域中的控制精度(control resolution)低，变得很难以高 精确度仅喷射增加量。因此，需要将基于进气量Qal的燃料喷射量与增 加量相加，由此进行喷射。与上面相反，在本实施方式中，预先设置第二燃料喷射阀104的喷 射时机(例如喷射终止时机)以在进气冲程中喷射增加量TPAC。然后，在预定时间之前读取进气量Qa2，该预定时间是预先设置为 基于喷射时机来计算喷射和设置喷射脉冲量所必需的时间。结果，可以使用在接近喷射时机的状态中的进气量来设置增加量的 喷射量，从而能够使喷射量的计算时机和喷射时机之间的偏差成为由于 计算延迟而导致的程度那样小的偏差，因而，能够尽可能最小化由于计
算时机和喷射时机之间的偏差导致的喷射量的偏差。然后，作为能够使 燃料喷射量的偏差最小化的结果，可以有利地保持加速性能和排放性能。此外，使用最大喷射量小且在低喷射区域的控制精度高的第二燃料 喷射阀104来喷射增加量的燃料喷射量，因此，能够高精确度地喷射增 加量的燃料喷射量。顺便提及，对于进气冲程中的喷射时机，活塞在进气冲程的开始时 下降不多，且燃烧室中的负压力没有充分地发展，因此，进入到燃烧室 中的进气量的流速低。即使以这种状态喷射燃料，也可能不能促进充分 汽化。此外，在进气冲程的后一半，尽管燃烧室中的负压得到发展，也有可能在增加量的喷射终止之前进气阀105就关闭。此外，有可能的是， 由于直到空气燃料混合物被引入到燃烧室中从而被点火为止的时间短， 燃烧室中的空气燃料混合物的流动性不足，从而不能改善可燃性。因此，在本实施方式中，将喷射增加量的第二燃料喷射阀104的喷 射终止时机设置在进气上止点之后90°附近(或者在进气阀开始打开之后 约120°)，从而使得燃烧室中的空气燃料混和物的流动性充分，同时促进 由于燃烧室中的负压的发展而导致的汽化，结果，可以改善可燃性。在步骤Slll，基于读取的进气量Qa2和在步骤S105中用于对第一 燃料喷射阀103的喷射量进行计算的进气量Qal之间的偏差来设置增加 量TPAC。TPAC = (Qa2 —Qal) X常数在上述公式中，该常数是用于将进气量转换成喷射量的转换常数， 并被预先设置。因而，通过基于进气量之间的偏差计算增加量TPAC，可以根据由于 发动机的加速而改变的进气量状态来设置燃料喷射量。在步骤S112，判定计算出的TPAC是否大于等于能够保持第二燃料 喷射阀104的稳定喷射量特性的下限喷射量TP2min。当增加量TPAC小于下限喷射量TP2min时，即使增加量TPAC由第 二燃料喷射阀104喷射，也不能高精确度地执行燃料喷射，因此，在步
骤S114,增加量TPAC作为"前一 TPAC"被存储在存储器中。此处，在步骤S106，存储的"前一 TPAC，，值被加到燃料喷射量TP上，以被设置为第一燃料喷射阀103的喷射量TP1。艮口，在下一喷射时机，由第一燃料喷射阀103喷射"前一TPAC"。如果没有喷射增加量TPAC，则燃料喷射量由于增加量TPAC而变得更稀薄 (leaning),因此，在第一燃料喷射阀103的下一喷射时机，喷射增加量TPAC。在这种情况下，因为增加量TPAC可以与燃料喷射量TP —起喷射，可以高精确度地执行燃料喷射，此外，由于燃料不足可以得到补充，燃 料稀薄可以恢复，从而使得空燃比的变化或功率减小被抑制为仅是暂时的。另一方面，当判定增加量TPAC大于等于下限喷射量TP2min时，该 过程进行到步骤S113，该步骤中，增加量TPAC被设置为第二燃料喷射 阀104的喷射量TP2，此外，如上所述，喷射时机被设置为使得在进气 冲程中的预定时机执行燃料喷射。在步骤S115，判定是否到了第一燃料喷射阀103的喷射开始时机， 如果判定已经到了该喷射开始时机(YES)，则控制过程进行到步骤S119， 在该步骤中，开始燃料喷射。在步骤S116，判定是否已经到了第二燃料喷射阀104的喷射开始时 机，如果判定已经到了该喷射开始时机(YES)，则控制过程进行到步骤 S117，该步骤中，开始燃料喷射，接下来，在步骤S118，将第二燃料喷 射阀104的喷射量复位。因而，由第一燃料喷射阀103在排气冲程中喷射基于发动机运行状 态的基本喷射量，并且由第二燃料喷射阀104在进气冲程中喷射增加量 TPAC的喷射量。因此，可以执行燃料的增加以应对在发动机加速时进气 量的变化，此外，由于雾化颗粒尺寸小，第二燃料喷射阀104的燃料喷 雾的汽化特性高，并且低喷射量区域中的控制精度也高，从而即使该增 加量小也可以高精确度地执行燃料喷射。因而，可以进一步有利地改善 加速性能和排放性能。
此外，由于在发动机加速时踩下加速器踏板而使得进气压力变为更 接近大气压，燃烧室中的负压降低并且进气流速降低，使得燃料难以雾 化。然而，第二燃料喷射阀104喷射的燃料具有小的颗粒尺寸，因此， 可以使燃料雾化由此防止燃料汽化的恶化。而且，由于第二燃料喷射阀104布置在接近汽缸的一侧，可以无延迟地将燃料导入燃烧室中，从而能够使燃烧室中的空气燃料混合物状态 变得有利。此外，当增加量TPAC极小且小于第二燃料喷射阀104的下限喷射 量TP2min时，增加量TPAC的值被存储以保持为"前一 TPAC"，并在要 进行喷射的下一喷射时机被加到第一燃料喷射阀103的喷射量上。因此， 可以恢复作为第二燃料喷射阀104不喷射燃料的结果而引起的空燃比稀 薄或功率减小。顺便提及，在步骤S112，判定增加量TPAC是否大于等于第二燃料 喷射阀104的下限喷射量TP2min。然而，如步骤S112'所示，可以基于 进气量Qa2和用于对第一燃料喷射阀103的喷射量进行计算的进气量 Qal (在步骤S105中获得)之间的偏差是否大于等于预定值来判定增加 量TPAC，以代替步骤S112中的该过程。在这种情况下，由于增加量被设置为与所述偏差成比例，可以将预 定值设置与下限喷射量TP2min相等的偏差。接下来，提供对第七实施方式的描述，其中，根据图13和图14的 流程图，依照加速状态高精确度地适当设置发动机加速时的增加量。第七实施方式与第六实施方式的不同之处在于，基于本次的进气量 检测值和前一次的进气量检测值之间的偏差，在气流计122的每个采样 周期(例如10ms)，计算增加量TPAC，以与从第一燃料喷射阀103的喷 射时机设置时间到其第二喷射时机设置时间的增加量相累积，并且其累 积值被设置为第二燃料喷射阀104的喷射量。注意，类似于第六实施方式，在本实施方式中，当累积值小于第二 燃料喷射阀104的下限喷射量TP2min时，该增加量被设置为在下一燃 烧时间第一燃料喷射阀103的喷射量。
下面，仅描述与实施方式六的步骤不同的步骤。在步骤S200和S201,当判定在加速状态需要增加燃料喷射量时， 该过程进行到步骤S204,在该步骤中，判定TP相加标志是否为1。该TP相加标志是其中在稍后描述的加上增加量作为第一燃料喷射 阀103的喷射量TP1情况下设置的标志，并且通过设置该标志为1，执 行加法处理。然后，当TP相加标志为1时，在步骤S206， TPAC的累积值被加到 燃料喷射量TP上，由此设置喷射量TP1，此外，TPAC的累积值复位， 并且进一步地，在步骤S207中，TP相加标志复位。另一方面，当TP相加标志二O时，不需要加上作为增加量的TPAC 的累积值，因此，在步骤S205，通过利用诸如空燃比反馈校正系数等的 校正系数对基本燃料喷射量TPO进行校正，来计算喷射量TP，以设置为 第一燃料喷射阀103的喷射量TP1，其中该基本燃料喷射量TP0是基于 由气流计122检测到的进气量Qal和由转速传感器124检测到的发动机 转速而计算出的。然后，在设置了燃料喷射量TP1之后，在步骤S208，设置第一燃料 喷射阀103的喷射时机。类似于第六实施方式，该喷射时机在排气冲程 中设置。此后，在步骤S209，基于本次检测到的进气量Qa和前一次检测到 的进气量来计算增加量TPAC。 TPAC = (Qa - Qa—i) X常数在步骤S210，判定是否为第二燃料喷射阀104的喷射时机设置时机， 即"预定时间之前的时机，该预定时间先前被设置为自第二喷射时机用于 计算喷射量和设置喷射脉冲所必需的时间"，并且如果该判定为NO，则 在步骤S211，增加量TPAC被加到前一次的累积值上，并且更新该累积 值，直到喷射时机设置时机为止。另一方面，上述判定为YES，在步骤S212，判定直到该时刻TPAC 的累积值是否小于第二燃料喷射阀104的下限喷射量TP2min，并且当 TPAC的累积值小于该下限喷射量TP2min时，在步骤S213, TP相加标
志1被设置为1。结果，当累积值小于第二燃料喷射阀104的下限喷射量TP2min时， 在步骤S206，可以将TPAC的累积值设置为在下一燃烧时间第一喷射阀 103的喷射量的一部分。另一方面，当累积值大于等于第二燃料喷射阀104的下限喷射量 TP2min时，在步骤S214，累积值被设置为第二燃料喷射阀104的喷射量 TP2，并且喷射时机被设置在进气冲程中。然后，在步骤S217，喷射量为TP2的燃料由第二燃料喷射阀104喷 射，此后，在步骤S218，喷射量TP2和TPAC的累积值被复位。顺便提及，类似于第六实施方式，在步骤S212中，可以判定增加量 TPAC是否大于等于第二燃料喷射阀104的下限喷射量TP2min。然而， 另选地，如虚线框内的步骤S212'所示，可以基于进气量Qa2与用于对第 一喷射阀103的在步骤S205中获得的喷射量进行计算的进气量Qal之间 的偏差是否大于等于预定值来判定增加量TPAC。在这种情况下，添加与 第六实施方式的步骤S109和S110中的过程类似的过程(图13中的步骤 S220和步骤S221)。为了在驾驶员的加速操作中无延迟地实现在发动机加速时的车辆加 速响应性，可以使用进气冲程的前一半的进气量Qa的检测值。然而，如 果燃料在进气冲程的前一半喷射，则存在的问题是用于加热以使燃料汽 化的时间不足，从而，燃料没有被充分汽化。另一方面，在本实施方式 中，因为第二燃料喷射阀104的燃料喷雾具有小的颗粒尺寸，燃料甚至 能够在短时间内被充分汽化，因此，可以有利地解决上述问题。此外，如图15所示，包括上述每个实施方式的本发明可以应用于其 中第二燃料喷射阀104附接到燃烧室106由此直接喷射燃料到燃烧室106 的系统，并且在每个实施方式中可以实现相同的功能和相同的效果。此 外，由于雾化燃料从第二燃料喷射阀104喷射到燃烧室，因此抑制了壁 流，并且可以改善在燃料喷射阀转换时和加速时的燃料消耗和排放性能。此处通过引用将2007年9月20日提交的日本专利申请 No.2007-243909的全部内容合并于此，并要求其优先权。
尽管仅选择了所选的实施方式来例示和描述本发明，对本领域技术 人员来说根据本公开显而易见的是，可以在此做出各种改变和修改，而 不偏离所附权利要求限定的本发明的范围。而且，对根据本发明的实施方式的上述描述仅是出于例示的目的而 提供，而不是对由所附权利要求及其等同物所限定的本发明加以限制。
权利要求
1. 一种用于控制内燃机的燃料喷射的装置，其中能够表现出预定喷雾性质的第一燃料喷射阀布置在进气口处，并且能够表现出具有比所述第一燃料喷射阀的汽化特性更高汽化特性的喷雾性质的第二燃料喷射阀布置在所述第一燃料喷射阀的进气流下游侧处，其特征在于结合地包括运行条件检测装置，用于检测所述内燃机的发动机运行状态；以及控制装置，其用于基于所述发动机运行状态控制燃料喷射量的设置，基于所述燃料喷射量来控制这些燃料喷射阀中每一个的运行以执行燃料喷射，并且当检测到这些燃料喷射阀要同时执行燃料喷射时，控制要由这些燃料喷射阀分担的所述燃料喷射量的设置，由此，最终基于已经确定的这些燃料喷射量来控制这些燃料喷射阀。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制装置包括 燃料喷射阀确定装置，其用于基于所述内燃机的所述运行状态，确定这些燃料喷射阀中要执行燃料喷射的至少一个燃料喷射阀；双喷射时段设置装置，当基于所述燃料喷射阀确定装置做出的确定 来转换要执行燃料喷射的燃料喷射阀时，该双喷射时段设置装置设置双 喷射时段，其中在所述双喷射时段期间由所述第一燃料喷射阀和所述第二燃料喷射阀二者将燃料喷射执行达预定时段；燃料喷射量设置装置，其用于基于所述内燃机的所述运行状态来设 置燃料喷射量，并且在所述双喷射时段期间，进一步设置要由各燃料喷 射阀分担的所述燃料喷射量；以及燃料喷射控制装置，其基于已经设置的所述燃料喷射量来控制这些 燃料喷射阀。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中，在所述双喷射时段期间，所 述燃料喷射量设置装置以如下趋势改变各燃料喷射阀的所述燃料喷射量 的份额，该趋势即逐渐减小基于转换而要停止燃料喷射的燃料喷射阔的 所述燃料喷射量，并逐渐增大要开始燃料喷射的燃料喷射阀的所述燃料 喷射量，由此来设置所述燃料喷射量。
4. 根据权利要求3所述的装置，其中，所述燃料喷射量设置装置对在所述双喷射时段期间各燃料喷射阀的所述燃料喷射量的所述份额进行 设置，由此使得内燃机温度越低，所述双喷射时段越长。
5. 根据权利要求2至4中任意一项所述的装置，其中，所述阀确定 装置以如下方式确定这些燃料喷射阀中要执行燃料喷射的所述至少一个 燃料喷射阀，该方式为在起动时仅由所述第二燃料喷射阀执行燃料喷射， 并且从起动完成时起经过预定时间之后，开始转换到由所述第一燃料喷 射阀执行燃料喷射。
6. 根据权利要求5所述的装置，其中，发动机温度越低，所述阀确定装置将所述预定时间设置为延长得更长。
7. 根据权利要求2至6中任意一项所述的装置，其中，所述阀确定 装置以如下方式确定这些燃料喷射阀中要执行燃料喷射的所述至少一个 燃料喷射阀，该方式为在大于等于喷射量下限的区域中由所述第一燃料 喷射阀和所述第二燃料喷射阀分别执行燃料喷射，其中在所述喷射量下 限处，保持各燃料喷射阀的燃料喷射量相对于各燃料喷射阀的阀打开时 间的线性特性。
8. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制装置包括 加速状态检测装置，其基于所述发动机运行状态来检测发动机加速状态；燃料喷射量设置装置，其基于所述发动机运行状态来设置所述燃料 喷射量，并且当检测到所述加速状态时，将所设置的燃料喷射量的主要 部分设置为所述第一燃料喷射阀的所述燃料喷射量，同时将用于加速的 增加量校正部分设置为所述第二燃料喷射阀的所述燃料喷射量；以及燃料喷射控制装置，其基于已经被确定的这些燃料喷射量来控制这 些燃料喷射阀中的每一个。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中，所述燃料喷射量设置装置基 于计算所述第一燃料喷射阀的所述燃料喷射量时的进气量和比上述时间 稍迟的计算所述第二燃料喷射阀的喷射量时的进气量之间的偏差，来设 置当检测到加速状态时要由所述第二燃料喷射阀喷射的燃料喷射量。
10. 根据权利要求8所述的装置，其中，所述燃料喷射量设置装置 基于最新检测到的进气量和前一次检测到的进气量之间的偏差来计算用 于加速的所述增加量校正部分，并且累积从计算所述第一燃料喷射阀的 所述喷射量时开始直到比上述时间稍迟的当计算所述第二燃料喷射阀的 喷射量时为止在进气量的每个周期性检测时间计算出的所述增加量校正 部分，由此将该累积值设置为所述第二燃料喷射阀的所述燃料喷射量。
11. 根据权利要求8至10中任意一项所述的装置，其中，当所述第二燃料喷射阀的设置燃料喷射量小于其中保持所述燃料喷射量相对于阀 打开时间的线性特性的下限喷射量时，所述燃料喷射量设置装置将所述 第二燃料喷射阀的所述燃料喷射量加到所述第一燃料喷射阀的下一次计 算出的所述燃料喷射量上，由此将所述相加后的燃料喷射量设置为所述 第一燃料喷射阀的下一次燃料喷射量。
12. 根据权利要求l至ll中任意一项所述的装置，其中，所述第二 燃料喷射阀布置在进气阀附近的所述进气口处，以经由所述进气阀执行 在进气冲程期间的燃料喷射。
13. 根据权利要求l至ll中任意一项所述的装置，其中，所述第二 燃料喷射阀被布置为能够直接将燃料喷射到燃烧室中。
14. 一种对内燃机的燃料喷射阀的燃料喷射进行控制的方法，其中 能够表现出预定喷雾性质的第一燃料喷射阀布置在进气口处，并且能够 表现出具有比所述第一燃料喷射阀的汽化特性更高汽化特性的喷雾性质 的第二燃料喷射阀布置在所述第一燃料喷射阀的进气流下游侧处，该方法包括以下步骤检测发动机运行状态；以及 基于所述发动机运行状态来设置燃料喷射量；基于已经设置的所述燃料喷射量对这些燃料喷射阀中的每一个进行 控制以执行燃料喷射；以及当检测到应当由这些燃料喷射阀同时执行燃料喷射的情况时，分别 设置要由各燃料喷射阀分担的所述燃料喷射量，由此基于已经确定的这 些燃料喷射量来控制这些燃料喷射阀中的每一个。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中控制这些燃料喷射阀中的每一个的步骤包括以下步骤基于所述发动机运行状态，确定这些燃料喷射阀中要执行燃料喷射 的至少一个燃料喷射阀；当已经被确定要执行燃料喷射的燃料喷射阀转换到这些燃料喷射阀 中不同的一个时，设置双喷射时段，其中在所述双喷射时段期间由这两个燃料喷射阀将燃料喷射执行达预定时段；基于所述发动机运行状态来设置燃料喷射量，并且在所述双喷射时段期间，设置要由各燃料喷射阀分担的所述燃料喷射量；以及基于已经设置的这些燃料喷射量来控制这些燃料喷射阀中的每一个。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述设置所述燃料喷射量 的步骤通过以如下方式改变这些燃料喷射阀中每一个的燃料喷射量的份 额来执行所述燃料喷射量的设置，该方式为，在所述双喷射时段期间， 基于由于所述确定步骤引起的转换而要停止的燃料喷射阀的燃料喷射量 逐渐减小，而要开始燃料喷射的燃料喷射阀的所述燃料喷射量逐渐增大。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述设置所述燃料喷射量的 步骤对在所述双喷射时段期间各燃料喷射阀的所述燃料喷射量的所述份 额进行设置，由此使得发动机温度越低，所述双喷射时段越长。
18. 根据权利要求15至17中任意一项所述的方法，其中，确定燃 料喷射阀的步骤按以下方式确定要执行燃料喷射的燃料喷射阀，该方式 为，在起动时仅由所述第二燃料喷射阀执行燃料喷射，并且从内燃机的 起动完成时起经过预定时间之后，开始转换到所述第一燃料喷射阀的燃 料喷射。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中，确定燃料喷射阀的步骤随 着发动机温度越低而将所述预定时间设置为延长得更长。
20. 根据权利要求14至19其中任意一项所述的方法，其中，确定 燃料喷射阀的步骤以如下方式确定这些燃料喷射阀中要执行燃料喷射的 所述至少一个燃料喷射阀，该方式为在大于等于喷射量下限的区域中由所述第一燃料喷射阀和所述第二燃料喷射阀分别执行燃料喷射，其中在 所述喷射量下限处，保持各燃料喷射阀的燃料喷射量相对于各燃料喷射 阀的阀打开时间的线性特性。
21. 根据权利要求14的方法，其中，控制这些燃料喷射阀中的每一个的步骤包括以下步骤基于所述发动机运行状态来检测发动机加速状态；基于所述发动机运行状态以如下方式来设置所述燃料喷射量，该方 式为当检测到所述加速状态时，将所设置的燃料喷射量的主要部分设置 为所述第一燃料喷射阀的所述燃料喷射量，而将用于加速的增加量校正部分设置为所述第二燃料喷射阔的所述燃料喷射量；以及基于已经设置的这些燃料喷射量来控制这些燃料喷射阀中的每一个。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中，设置燃料喷射量的步骤基 于计算所述第一燃料喷射阀的所述燃料喷射量时的进气量和比上述时间 稍迟的当计算所述第二燃料喷射阀的燃料喷射量时的进气量之间的偏 差，来设置当检测到所述加速状态时要由所述第二燃料喷射阀喷射的燃 料喷射量。
23. 根据权利要求21所述的方法，其中，设置燃料喷射量的步骤基 于最新检测到的进气量和前一次检测到的进气量之间的偏差来计算用于 加速的逐次的增加量校正部分，并且累积从计算所述第一燃料喷射阀的 所述喷射量时开始直到比上述时间稍迟的当计算所述第二燃料喷射阀的 喷射量时为止的这些增加量校正部分，由此将该累积值设置为所述第二 燃料喷射阀的所述燃料喷射量。
24. 根据权利要求21至23中任意一项所述的方法，其中，当所述 第二燃料喷射阀的设置燃料喷射量小于其中保持所述燃料喷射量相对于 阀打开时间的线性特性的下限喷射量时，设置燃料喷射量的步骤将所述 第二燃料喷射阀的所述燃料喷射量加到所述第一燃料喷射阀的下一次计 算出的所述燃料喷射量上，由此将所述相加后的燃料喷射量设置为所述 第一燃料喷射阀的下一次燃料喷射量。
25. 根据权利要求14至24中任意一项所述的方法，其中，所述第 二燃料喷射阀布置在进气阀附近的所述进气口处，以经由所述进气阀执 行在进气冲程期间的燃料喷射。
26. 根据权利要求14至24中任意一项所述的方法，其中，所述第 二燃料喷射阀被布置为能够直接将燃料喷射到燃烧室中。
全文摘要
本发明涉及用于控制内燃机的燃料喷射的装置和方法。第一燃料喷射阀布置在进气口处，此外能够表现出具有比所述第一燃料喷射阀的汽化特性更高汽化特性的喷雾性质的第二燃料喷射阀布置在所述第一燃料喷射阀的进气流下游侧处，在起动时由所述第二燃料喷射阀执行燃料喷射，并且从起动完成时起已经过了预定时间之后，所述第一燃料喷射阀的份额逐渐增加由此将燃料喷射转换到所述第一燃料喷射阀的燃料喷射。此外，在发动机加速时，由所述第一燃料喷射阀喷射主燃料喷射量，并且由所述第二燃料喷射阀喷射等于加速用增加量的燃料喷射量，由此最终改善燃料消耗和排气性能。
文档编号F02D41/06GK101392711SQ20081014918
公开日2009年3月25日 申请日期2008年9月19日 优先权日2007年9月20日
发明者大崎正信, 永野正美 申请人:株式会社日立制作所