用于内燃引擎的控制单元的制作方法
【专利摘要】一种用于内燃引擎(10)的控制单元(1)，包括：载荷检测器(2a)，该载荷检测器检测引擎(10)上的载荷；喷射量计算器(5)，该喷射量计算器计算直接喷射量，该直接喷射量表示直接喷射器(11)喷射的燃料量；第一控制器(2e)，当直接喷射量减少时该第一控制器执行第一控制，用于增加直接喷射器(11)喷射的频率；第二控制器(6)，当直接喷射量减少时该第二控制器执行第二控制，用于增加端口喷射量，该端口喷射量表示端口喷射器(12)喷射的燃料量；和切换控制器(7)，该切换控制器根据载荷在第一控制器(2e)的第一控制和第二控制器(6)的第二控制之间切换。
【专利说明】用于内燃引擎的控制单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于内燃引擎的控制单元，该内燃引擎包括直接喷射器(气缸喷射阀、直接喷射阀)和端口喷射器(端口喷射阀)，该直接喷射器将燃料直接喷射入气缸，该端口喷射器将燃料喷射入气缸的进气口。
【背景技术】
[0002]一些传统的引擎(内燃引擎)具有气缸喷射(直接喷射(DI))和端口喷射两种并行模式。引擎在其中空气燃料混合物浓度均匀分布的气缸内执行均匀燃烧，在包含以分层的形式集中在火花塞周围的稠密空气燃料混合物的气缸内执行分层燃烧。
[0003]典型的燃料喷射控制主要包括，在均匀燃烧期间的端口喷射和在分层燃烧期间的直接喷射。依据引擎的运转状态和其上的载荷选择恰当的燃料喷射模式能够在保持引擎的输出和燃烧稳定性的同时提高燃料经济性。
[0004]端口喷射器被设置在每个气缸的进气口内侧，而直接喷射器被设置成其出口突出到每个气缸的燃烧室内。这样可能导致在直接喷射器的出口周围堆积沉积物，从而阻碍适当的直接喷射。例如，堆积的沉积物可能缩小出口的开口面积从而减少直接喷射量，或者可能改变燃料喷洒的方向或形状从而劣化空气燃料混合物的燃烧特性。
[0005]在这种情况下，通过强制的直接喷射而除去堆积在直接喷射器上的沉积物的技术已经被公开。例如，专利文献I公开了一种控制，该控制用于强制地改变燃料喷射模式，从而即使在端口喷射的运转范围内也仅执行直接喷射。如果判定直接喷射器的燃料喷射量减少，该技术迫使即使在端口喷射期间，直接喷射器也按照预定的燃烧循环执行直接喷射。该控制操作能够通过吹掉除去堆积在直接喷射器的出口周围的沉积物。
[0006]相关技术:
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本专利N0.2005-201083
【发明内容】
[0009]技术问题:
[0010]遗憾的是，在如专利文献I中的常规技术中，直接喷射吹掉沉积物的启动需要对直接喷射器的燃料喷射量的减少的判定。例如，直接喷射也适用于以下运转状态:在包含引擎的车辆行驶期间在引擎上施加比较高的载荷。残留在直接喷射器的出口周围的任何沉积物可能妨碍引擎保持与载荷大小对应的输出和实现稳定的运转状态。然而，对该直接喷射来说，容易地除去堆积在出口周围的沉积物是必要的。
[0011]传统技术不能很容易地实现用于恢复由于沉积物导致的直接喷射器的喷射能力下降的控制和用于优先保持引擎输出的控制的并行操作，或者设置用于平衡并行操作的条件。
[0012]本发明的一个目的是考虑到上述问题而完成的，该目的是提供一种控制单元，该控制单元为具有直接喷射器和端口喷射器的内燃引擎而设计并且在恢复直接喷射器的喷射能力的同时保持引擎输出。
[0013]本发明的另一个目的是提供从以下实施方式的说明的描述中的个别特征中而不是常规技术中获得的有益效果。
[0014]解决方案:
[0015](I)为内燃引擎设计的根据本发明的控制单元，该引擎包括直接喷射器和端口喷射器，该直接喷射器直接将燃料喷入气缸，该端口喷射器将燃料喷入气缸的进气口。该控制单元包括:载荷检测器，该载荷检测器检测引擎上的载荷；喷射量计算器，该喷射量计算器计算直接喷射量，该直接喷射量表示直接喷射器喷射的燃料的量；第一控制器，当直接喷射量减少时，该第一控制器执行第一控制，用于增加直接喷射器的喷射频率；第二控制器，当直接喷射量减少时，该第二控制器执行第二控制，用于增加端口喷射量，该端口喷射量表示端口喷射器喷射的燃料的量；和切换控制器，该切换控制器根据载荷，在第一控制器的第一控制和第二控制器的第二控制之间切换。
[0016]载荷包括,例如,司机或者各种控制单元对内燃引擎所需的载荷。载荷也包括与所需的载荷对应的参数，比如扭矩、空气量和填充效率。所需载荷可以是涡轮增压器的运行状态。
[0017]第一控制根据直接喷射量的减少促进选择第一运转范围，从而加速除去堆积在直接喷射器的出口周围的沉积物以恢复直接喷射量。第二控制增加端口喷射量以补偿直接喷射量的减少，从而保持内燃引擎的输出。
[0018](2)在较优实施方式中，如果载荷低于预定的载荷，切换控制器使第一控制器执行第一控制，如果载荷不低于预定的载荷，切换控制器使第二控制器执行第二控制。
[0019](3)在较优实施方式中，控制单元进一步包括涡轮增压检测器，该涡轮增压检测器检测涡轮增压器的运行状态，该涡轮增压器设置在引擎中。在这种情况下，如果涡轮增压器未被启动，切换控制器使第一控制器执行第一控制，而如果润轮增压器被启动，切换控制器使第二控制器执行第二控制。
[0020](4)在较优实施方式中，控制单元进一步包括选择器，该选择器根据载荷，选择第一运转范围或第二运转范围，该第一运转范围用于直接喷射器的燃料供应，该第二运转范围用于端口喷射器的燃料供应。在这种情况下，在直接喷射量减少时，第一控制增加通过选择器对第一运转范围的选择频率。
[0021](5)在较优实施方式中，载荷检测器检测以进入引擎的空气量和引擎转数的形式的载荷，选择器基于空气量和转数选择第一运转范围或第二运转范围，在直接喷射量减少时，第一控制器减小用于选择第一运转范围的空气量和转数中的每一个的阈值。
[0022](6)在较优实施方式中，控制单元进一步包括端口喷射控制器和重叠时期控制器，该端口喷射控制器控制端口喷射器的端口喷射量，该重叠时期控制器控制气缸的进气阀和排气阀同时被打开的重叠时期。在这种情况下，当直接喷射量减少时，通过第二控制器执行的第二控制增加相当于直接喷射的减量的端口喷射量并且减少重叠时期。
[0023]有益效果:
[0024]根据本发明的用于内燃引擎的控制单元，根据在内燃引擎上的载荷，在第一控制和第二控制之间切换。从而能够满足平衡用于恢复直接喷射器的喷射能力的控制和用于优先保持引擎输出的控制的并行运转。控制操作能够保持内燃引擎与所需载荷对应的输出，同时保持直接喷射器的喷射能力高于常规技术的。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是表示根据一个实施方式的用于内燃引擎的控制单元的方框构造和应用该控制单元的引擎的结构的图；
[0026]图2(a)和2(b)的每个都是用于解释通过控制单元的直接喷射和端口喷射范围的图；
[0027]图3是示意通过计算直接喷射器的喷射能力进行控制单元的控制操作的流程图；以及
[0028]图4是示意在控制单元的控制操作之间切换的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0029]现在将参考附图描述该控制单元。以下实施方式仅仅是例子，并不意味着排除在实施方式中没有描述的各种修改或技术的应用。实施方式的个别特征可以在不违背主旨的范围内进行不同修改，也可以根据需要有选择地或适当地采用彼此的组合。
[0030]1.装置的结构
[0031]1-1.引擎
[0032]根据本实施方式的用于内燃引擎的控制单元被应用于图1所示的车载汽油引擎10 (以下简称“引擎10”)。该图图解气缸20，该气缸是设置在多缸式引擎10内的一个气缸。在该气缸20内往复运动的活塞19经由连杆与曲柄轴21连接。
[0033]水套23绕着气缸20,冷却水从中流过。水套23导向冷却水通道(未显示)，从而冷却水在水套23和冷却水通道内循环。
[0034]气缸20的顶板与进气口 17和排气口 18连接。进气口 17的与气缸20相邻的开口包括进气阀27，同时排气口 18包括排气阀28。进气阀27打开或闭合从而使进气口 17与燃烧室(气缸20的内部)连接或断开连接，同时排气阀28打开或关闭从而使排气口 18与燃烧室连接或断开连接。
[0035]在进气口 17和排气口 18之间，火花塞22被安装成其尖端突出到燃烧室内。火花塞22在由如下所述的引擎控制单元I控制的点火时刻点火。
[0036]进气阀27和排出阀28的顶端分别被连接到可变阀机构40中的摇臂35和37，并且响应于摇臂35和37的摆动在竖直方向上各自往复运动。摇臂35和37的另一端被设置有凸轮36和38，该凸轮被凸轮轴可旋转地支撑。凸轮36和38的形状(凸轮轮廓)限定摇臂35和37的摆动模式。进气阀27和排气阀28的阀升程和阀正时经由可变阀机构40由引擎控制单元I控制。
[0037]1-2.燃料喷射系统
[0038]为了向气缸20供给燃料，设置有直接喷射器11 (气缸喷射阀)和端口喷射器12 (端口喷射阀)，该直接喷射器将燃料直接喷射入气缸20，该端口喷射器将燃料喷射入进气口 17。直接喷射器11的燃料通过例如内层气流被导入到火花塞22附近，并且非均匀地分布在进气中。与之相反，端口喷射器12的燃料在进气口 17中被雾化，与进入空气充分混合并进入气缸20。
[0039]两个喷射器也被设置到引擎10的其它气缸(未显示)中的每一个上。从直接喷射器11和端口喷射器12喷射的燃料喷射量和喷射时刻被引擎控制单元I控制。例如，引擎控制单元I向喷射器11或12传输控制脉冲信号，使得喷射器11或12的出口在对应于信号幅度的时期打开。因此，燃料喷射量反映控制脉冲信号的幅度(驱动脉冲宽度)，而喷射时刻反映控制脉冲信号的传输时间。
[0040]直接喷射器11经由高压燃料通道13A与高压泵14A连接，同时端口喷射器12经由低压燃料通道13B与低压泵14B连接。直接喷射器11在比端口喷射器12高的压力下被供给燃料。
[0041]高压泵14A和低压泵14B是用于泵送燃料的具有可变流量的机械泵。泵14A和14B由诸如引擎10或马达的部件驱动，将燃料从燃料箱分别泵入通道13A和13B。泵14A和14B的燃料量和压力由引擎控制单元I可变地控制。
[0042]1-3.阀门系统
[0043]引擎10包括可变阀机构40，该可变阀机构40控制摇臂35和37或凸轮36和38的操作。可变阀机构40独立地或彼此协同地改变进气阀27和排气阀28的最大阀升程和阀正时。可变阀机构40包括阀升程调节器41和阀正时调节器42，用于改变摇臂35和37的摆动幅度和摆动时刻。
[0044]阀升程调节器41连续地改变进气阀27和排气阀28的最大阀升程，并且能够改变从凸轮36和38传输到摇臂35和37的摆动幅度。阀升程调节器41可以具有任何特定的结构以改变摇臂35和37的摆动幅度。
[0045]与阀升程对应的控制参数是控制角Θ VVLO当控制角Θ矶增大时，阀升程调节器41增大阀升程。控制角θ-由下述的引擎控制单元I的阀控制器4计算并且被传输到阀升程调节器41。
[0046]阀正时调节器42改变进气阀27和排气阀28打开和关闭的时刻(阀正时)，并且能够改变凸轮36和38或凸轮轴的旋转相位，使得摇臂35和37摆动。凸轮36或38或凸轮轴的旋转相位的变化导致相对于曲柄轴21的旋转相位的摇臂35或37的摆动时刻的连
续转换。
[0047]与阀正时对应的控制参数是相位角θνντ。相位角θνντ表示凸轮36或38相对于凸轮轴的参考相位前进或延迟了多少。相位角θνντ分别对应于进气阀27或排气阀28的打开时刻和闭合时刻。相位角θνντ由引擎控制单元I的阀控制器4计算并且被传输到阀正时调节器42。阀正时调节器42通过调节凸轮36和38的相位角θ νντ适当地控制阀正时。
[0048]1-4.进气和排气系统
[0049]引擎10的进气和排气系统进一步包括涡轮增压器30，该涡轮增压器30通过排气压力的作用利用进气对汽缸20涡轮增压。涡轮增压器30被安装成横穿连接到进气口 17的上游侧的进气通道24和连接到排气口 18的下游侧的排气通道29。
[0050]涡轮增压器30包括涡轮30Α和压缩机30Β。涡轮30Α在排气通道29内通过排气压力的作用旋转，并且将旋转传输到在进气通道24中的压缩机30Β。压缩机30Β将进气通道24内的进气朝向下游压缩并且对引擎10涡轮增压。进气通道24包括中间冷却器26，该中间冷却器26在压缩机30Β的下游侧，用于冷却压缩空气。引擎控制单元I通过涡轮增压器30控制涡轮增压操作。
[0051]1-5.检测系统
[0052]曲柄轴21包括在其一端的曲柄圆盘2Ia和曲柄角传感器31，该曲柄圆盘2Ia被设置成与曲轴21的旋转轴同轴，该曲柄角传感器检测曲柄圆盘21a的旋转角。例如，曲柄圆盘21a的边缘具有凹凸部21b。曲柄角传感器31检测曲柄圆盘21a的凹凸部21b的轮廓并输出曲柄脉冲信号，该曲柄角传感器被固定在曲柄圆盘21a的边缘的附近。输出的曲柄脉冲信号被传输到引擎控制单元I。
[0053]由于曲柄轴21的旋转速率增大,从曲柄角传感器31输出的曲柄脉冲信号的周期减小。曲柄脉冲信号的时间密度反映了引擎的实际转数Ne (引擎的转动频率、引擎速度)和曲柄轴21的角速度。从而，曲柄角传感器31检测引擎转数Ne、曲柄角和角速度。
[0054]排气通道29包括含氧量传感器32，该含氧量传感器在任意位置上，用于测量排气中的含氧量。检测到的含氧量信息被传输到引擎控制单元I。
[0055]进气通道24包括气流传感器43，该气流传感器43检测气流速率。检测到的气流速率信息被传输到引擎控制单元I，该信息对应于进入气缸20的进气量。
[0056]高压燃料通道13A包括燃料压力传感器33，该燃料压力传感器33检测进入直接喷射器11的燃料的压力。检测到的燃料压力信息也被传输到引擎控制单元I。
[0057]车辆包括在任意位置的加速器踏板传感器34，用于检测与加速器踏板的踩踏深度对应的操作变量。踩踏加速器踏板的操作变量反映司机对加速的要求，即对引擎输出的要求。检测到的操作变量的信息被传输到引擎控制单元I。
[0058]1-6.控制系统
[0059]引擎控制单元I (引擎E⑶)是电子控制单元，该电子控制单元包括例如LSI装置(大规模集成电路)或嵌入式电子装置，微处理器、ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)集成在该嵌入式电子装置中。引擎控制单元I经由它们的专用通信线路或车载通信网络与其他电子控制单元、可变阀机构40和几个传感器诸如曲柄角传感器31、含氧量传感器32、燃料压力传感器33、加速器踏板传感器34和气流传感器43连接。
[0060]引擎控制单元I控制用于引擎10的各种系统，诸如点火系统、燃料喷射系统、进气和排气系统、阀门系统。由引擎控制单元I控制的具体对象包括:直接喷射器11和端口喷射器12喷射的燃料量和喷射时刻，火花塞22的点火时刻，进气阀27和排气阀28的阀升程和阀正时，涡轮增压器30的运行状态，和节流阀(未显示)的开度。
[0061]本实施方式的以下说明包括:“映射变换控制(第一控制)”，用于根据直接喷射器11的燃料喷射能力的下降来增加直接喷射的频率；“补偿控制(第二控制)”，用于根据直接喷射器11的燃料喷射能力的下降而借助于端口喷射器的燃料喷射来弥补喷射量不足；和“切换控制”，用于响应引擎载荷在映射变换控制和补偿控制之间切换。
[0062]与该三个控制操作相关，以下说明还包括:“喷射范围控制”，用于直接喷射和端口喷射的全面管理；“涡轮增压控制”，用于控制涡轮增压器30的运行状态；和“喷射能力计算控制”，用于判定直接喷射器11的燃料喷射能力的下降。
[0063]2.控制的总结
[0064]2-1.喷射范围控制
[0065]喷射范围控制用来根据引擎10的运转状态和引擎10所需的输出，选择合适的燃料喷射模式诸如直接喷射和端口喷射。喷射范围控制基于例如引擎转数Ne、引擎载荷、空气量和填充效率Ec (例如目标填充效率和实际填充效率)，选择仅包括端口喷射的端口喷射模式或者包括直接喷射的直接喷射优先模式。
[0066]基于引擎转数Ne和填充效率Ec对燃料喷射模式的选择使用如图2(a)所示的控制映射。具体地，如果引擎转数Ne小于预定转数Netl,并且如果填充效率Ec低于预定填充效率Ectl，则选择端口喷射模式；如果引擎转数Ne大于或等于预定转数Netl，或者如果填充效率Ec大于或等于预定填充效率Ectl,则选择直接喷射优先模式。
[0067]填充效率Ec是在单个进气冲程期间(在活塞19从上死点行进到下死点期间)被填充在气缸20内的空气体积，该空气体积被标准化为在标准状态下的气体体积除以气缸容积。实际填充效率表示在冲程期间已经进入气缸20的空气量，而目标填充效率是填充效率Ec的期望值，并且对应于期望空气量。燃料喷射模式的选择可以使用实际填充效率或者目标填充效率。
[0068]在引擎10低负载、低转数的运转状态期间，选择端口喷射模式。端口喷射模式阻碍直接喷射器11的燃料喷射，而允许端口喷射器12供给达到要求的输出功率所需的全部燃料。端口喷射器12供给的燃料量以下简称为“端口喷射量”。
[0069]当引擎10不在低载荷低转数运转状态时(当端口喷射模式停用时)，选择直接喷射优先模式。直接喷射优先模式优先直接喷射，而不是端口喷射。换句话说，只要直接喷射器11能够供给获得要求的输出功率所需的全部燃料，则仅仅直接喷射器11被用来燃料喷射。直接喷射器11供给的燃料量以下简称为“直接喷射量”。
[0070]然而，由于有限的喷射时期，直接喷射器11具有最大喷射量，并且在单个冲程内，不能供应比最大喷射量更多的燃料。因此，如果直接喷射的期望量超过直接喷射器11的最大喷射量，不足量通过端口喷射器12弥补以确保所需总燃料喷射量。在这种情况下，直接喷射器11和端口喷射器12在同一个燃烧循环内被启动，用于直接喷射和端口喷射。
[0071]2-2.涡轮增压控制
[0072]涡轮增压控制根据引擎10的运转状态和引擎10的输出功率需要，设置涡轮增压器30的运行状态(例如，开/关状态和运行强度)。涡轮增压控制基于例如引擎转数Ne和引擎10上的载荷判定是否运行涡轮增压器，并且响应判定的结果驱动涡轮增压器30。
[0073]作为控制涡轮增压器的典型方法，当引擎10上要求的载荷超过预定的荷载时，涡轮增压器30被驱动。涡轮增压增加进入气缸20的进气并且增大引擎输出。
[0074]2-3.喷射能力计算控制
[0075]直接喷射器11的尖端总是被暴露于在气缸20中的燃烧气体，并且沉积物可能被粘附和堆积在出口周围。沉积物的增加量导致直接喷射器11的实际燃料喷射量低于控制脉冲信号表示的期望燃料喷射量。喷射能力计算控制计算(判定或估计)该直接喷射器11的燃料喷射能力的下降，并将该下降反馈到直接喷射器11的控制指令值，从而确保必要的燃料喷射量。例如，直接喷射器11的实际燃料喷射量基于被含氧量传感器32检测到的排气中的含氧量而被计算。
[0076]如果直接喷射器11的燃料喷射能力下降，喷射能力计算控制将由于该能力下降而引起的不足的燃料量添加到直接喷射器11的期望燃料喷射量，从而确保充足的实际燃料喷射量。为了弥补该能力下降而添加的燃料量的信息被存贮以被设置到每个气缸20的直接喷射器11学习。如果在补偿了喷射能力下降之后的期望燃料喷射量超过直接喷射器11的最大喷射量，则补偿的量被添加给端口喷射器12的燃料喷射量。
[0077]即使直接喷射器11的喷射能力下降，该控制操作也能够维持所需的总燃料喷射量。直接喷射器11的超过预定参照值的喷射能力的减量(沉积物堆积以致喷射能力低于参照值)，导致映射变换控制或者补偿控制中的一个被执行，如下所述。
[0078]2-4.映射变换控制
[0079]映射变换控制(第一控制)导致喷射范围控制更容易选择直接喷射优先模式，该映射变换控制是根据直接喷射器11的喷射能力下降的一个控制操作，该能力下降由喷射能力计算控制计算。映射变换控制放宽选择直接喷射优先模式需要的条件，因此，即使在通常使用端口喷射模式的运转状态下，喷射范围控制也能够选择直接喷射优先模式。
[0080]在关于图2(a)所示的控制映射的喷射范围控制下，改变控制映射能够很容易地改变用于选择的条件。例如，利用图2(b)所示的控制映射，该映射包含与直接喷射优先模式对应的放大范围(即与端口喷射模式对应的缩小范围)，喷射范围控制更容易选择直接喷射优先模式。
[0081]如果引擎转数Ne低于预定转数Ne1, Ne1小于预定转数Netl，并且如果填充效率Ec低于预定效率Ec1, Ec1小于预定填充效率Ectl，则关于该控制映射的喷射范围控制选择端口喷射模式。如果引擎转数Ne大于或等于预定值Ne1,或者如果填充效率Ec大于或等于预定值Ec1，则喷射范围控制选择直接喷射优先模式。
[0082]2-5.补偿控制
[0083]补偿控制(第二控制)增加端口喷射器12的燃料喷射量以弥补直接喷射器11的喷射能力下降，该补偿控制是根据直接喷射器11的喷射能力下降的另一个控制操作，该能力下降由喷射能力计算控制计算。该补偿控制将由喷射能力计算控制计算得到的燃料的不足量添加到端口喷射器12的期望燃料喷射量中。即使直接喷射器11的喷射能力下降，该控制操作也能够保持所需的总燃料喷射量。
[0084]补偿控制包含窜漏调节控制，该窜漏调节控制防止在涡轮增压操作期间，由端口喷射供给的燃料穿过气缸20到排气通道。
[0085]窜漏调节控制包含三个指定模式:
[0086](I)计算端口喷射量的增加率以弥补直接喷射量的下降；
[0087](2)对应于端口喷射量的增加率，减少阀重叠时期；以及
[0088](3)延迟端口喷射时刻。
[0089]窜漏调节控制减少排气冲程和进气冲程交叉的阀重叠时期，从而减少从进气口 17流出到排气口 18的空气燃料混合物的量。如果阀重叠时期响应于端口喷射量的增加率(响应直接喷射量的减少率)而减少，则窜漏空气燃料混合物的量进一步降低。端口喷射时刻的延迟缩小从燃料喷射开始到排气阀28关闭的时期，从而进一步降低窜漏的空气燃料混合物。
[0090]2-6.切换控制
[0091]根据引擎10上的载荷，切换控制在映射变换控制和补偿控制之间切换。根据直接喷射器11的喷射能力下降，切换控制选择映射变换控制或者补偿控制中的一个。
[0092]本实施方式中，当涡轮增压器30没有被启动时，切换控制选择映射变换控制，并且根据涡轮增压操作的启动，从映射变换控制切换到补偿控制。代替或除涡轮增压器30的运行状态之外，切换控制可以参考与在引擎10上的载荷对应的另一个参数，诸如空气量或填充效率Ec。
[0093]3.控制的构造
[0094]用于实现上述控制操作的引擎控制单元I包括以软件或硬件形式存在的喷射范围控制器2、涡轮增压控制器3、阀控制器4、喷射能力计算器5、补偿控制器6和切换控制器7。
[0095]引擎控制单元I的输入接口与曲柄角传感器31、含氧量传感器32、燃料压力传感器33、加速器踏板传感器34和气流传感器43连接，并且分别接收曲柄轴21的旋转角(或基于旋转角计算到的引擎转数Ne)、排气中的含氧量、燃料压力、踩踏加速器踏板的操作变量和进气量。引擎控制单元I的输出接口与直接喷射器11、端口喷射器12和可变阀机构40连接。
[0096]用于喷射范围控制和映射变换控制的喷射范围控制器2包括载荷检测器2a、选择器2b、端口喷射控制器2c、直接喷射控制器2d和映射变换器2e。
[0097]载荷检测器2a检测在引擎10上的两个载荷。第一载荷用作喷射范围控制和燃料喷射模式的选择。例如，载荷检测器2a检测填充效率Ec的值，该值作为在图2 (a)或2 (b)中例子的载荷指标。第一载荷的信息被传输到选择器2b。
[0098]第二载荷用作映射变换控制和放宽选择直接喷射优先模式所需的条件。在本实施方式中，载荷检测器2a检测以涡轮增压器30的运行状态的形式的第二载荷。第二载荷的信息被传输到切换控制器7。
[0099]选择器2b响应诸如通过载荷检测器2a检测的第一载荷的载荷而选择燃料喷射模式。选择器2b保持例如图2(a)所示的引擎10的运转状态和燃料喷射模式之间预设的对应关系，并且基于引擎转数Ne和填充效率Ec (例如，目标填充效率和实际填充效率)，选择仅包括端口喷射的端口喷射模式或者优先包括直接喷射的直接喷射优先模式之中的一个。选择器2b在引擎10的相对低载荷低转数的运转状态期间，选择端口喷射模式，并且在任意其它运转状态期间(当喷射模式被停用时)，选择直接喷射优先模式。
[0100]存储在选择器2b中的控制映射以下简称为“第一控制映射”。在引擎10相对低载荷的运转状态期间，选择第一控制映射。在本实施方式中，在涡轮增压器30未被启动的状态期间，选择第一控制映射。
[0101]端口嗔射控制器2c在端口嗔射I旲式中执彳丁端口嗔射。在端口嗔射I旲式中，端口嗔射控制器2C将使得端口喷射的控制脉冲信号输出到端口喷射器12，同时防止直接喷射器11喷射燃料，从而端口喷射器12供给为达到要求输出功率所需的全部燃料。从而，端口喷射控制器2c能够控制端口喷射器12的端口喷射量。
[0102]直接喷射控制器2d在直接喷射优先模式中执行直接喷射，该模式优先直接喷射而不是端口喷射。换句话说，只要直接喷射器11能够供给要求的输出功率所需的全部燃料，则直接喷射控制器2d输出控制脉冲信号到直接喷射器11。控制脉冲信号的幅度(驱动脉冲宽度)被设置为相当于基于引擎转数Ne和填充效率Ec计算得到的期望直接喷射量。
[0103]然而，由于直接喷射器11的最大喷射量，期望直接喷射量具有上限。输出到端口喷射器12的控制脉冲信号的幅度被设置为对应于期望的直接喷射量减去直接喷射器11的最大量而计算得到的量。如果直接喷射器11的期望直接喷射量等于或小于其最大喷射量，则用于端口喷射器12的控制脉冲信号没有输出。该控制脉冲信号的设置导致优先驱动直接喷射器11。
[0104]用于映射变换控制的映射变换器2e (第一控制器)保持例如图2(b)所示的引擎10的运转状态和燃料喷射模式之间的预设对应关系。如果直接喷射器11的喷射能力减量超过参照值，映射变换器2e使选择器2b参照该控制映射，从而增加直接喷射的频率。如下所述的切换控制器7最后判定映射变换控制的执行。
[0105]存储在映射变换器2e中的控制映射以下简称为“第二控制映射”。在引擎10的相对高载荷运转状态期间，选择第二控制映射。在本实施方式中，在涡轮增压器30被启动的状态期间，选择第二控制映射。
[0106]用于涡轮增压控制的涡轮增压控制器3 (涡轮增压检测器)判定引擎转数Ne和在引擎10上的载荷大小，并且如果当前运转状态需要涡轮增压，则输出用于驱动涡轮增压器30的控制信号。
[0107]载荷大小可以基于踩踏加速器踏板的操作变量、节流阀的开度或空气量(例如，期望进气量、目标填充效率、实际进气量和实际填充效率)而被计算。涡轮增压需要的条件可以与选择燃料喷射模式需要的条件无关，或者可以被定义为图2(a)或2(b)的图表的某
一范围。
[0108]用于控制可变阀机构40的操作的阀控制器(重叠时期控制器)响应诸如引擎10的运转状态、引擎转数Ne和引擎载荷的参数，判定进气阀27和排气阀28中的每一个的控制角θ-和相位角θνντ。控制角θ-和相位角θνντ的信息被从阀控制器4传输到可变阀机构40的阀升程调节器41和阀正时调节器42。
[0109]用于喷射能力计算控制的喷射能力计算器5 (喷射量计算器)包括实际直接喷射量计算器5a、学习器5b和校正器5c。
[0110]实际直接喷射量计算器5a基于由含氧量传感器32检测到的排气中的含氧量，计算直接喷射的实际量。实际直接喷射量计算器5a基于排气中的含氧量和外部含氧量之间的差值计算燃烧的耗氧量，并且计算与该耗氧量对应的燃料耗费量。
[0111]在直接喷射和端口喷射并行执行中，直接喷射器11的直接喷射实际量是将计算到的燃料耗费量减去端口喷射的燃料量而计算得到的。在单独执行直接喷射时，直接喷射的实际量等于计算到的燃料耗费量。计算到的实际直接喷射量被传输到学习器5b。
[0112]学习器5b计算实际直接喷射量相对于期望的直接喷射量的减量，该期望的直接喷射量对应于从喷射范围控制器2输出的控制脉冲信号，其中，该实际直接喷射量由实际直接喷射量计算器5a计算得到。学习器5b计算直接喷射量的不足量和设置到每个气缸20的直接喷射器11的喷射能力的减量。喷射能力的减量能够理解成例如计算实际直接喷射量与期望直接喷射量的比率。该减量能够理解成计算基于直接喷射量的不足量而计算的沉积物的量。直接喷射量的不足量被传输到校正器5c，同时喷射能力的减量被存储在学习器5b的存储器中。
[0113]在补偿直接喷射量的不足量之后，校正器5c允许喷射范围控制器2输出控制脉冲信号。校正器5c输出控制信号，该控制信号用于将直接喷射量的不足量添加到由喷射范围控制器2计算的直接喷射器11的直接喷射量中。从而，如果学习器5b检测到直接喷射器11的喷射能力下降，则在随后的喷射中直接喷射量被校正从而增加。如果校正的直接喷射器11的直接喷射量超过其最大喷射量，则端口喷射量被校正从而增加。
[0114]补偿控制器6(第二控制器)负责补偿控制和窜漏调节控制。如果由学习器5b计算得到的直接喷射器11的喷射能力减量超过参照值(如果沉积物被堆积从而喷射能力低于参照值)，则补偿控制器6执行补偿控制以将燃料不足量添加到端口喷射器12的期望燃料喷射量。补偿控制器6执行窜漏调节控制的上述三个模式，以防止通过补偿控制增加的端口喷射的燃料流向排气通道29。
[0115]对应于这三个独立控制模式，补偿控制器6包括端口喷射增加率计算器6a、阀重叠变换器6b和端口喷射时刻变换器6c。
[0116]端口喷射增加率计算器6a计算端口喷射器12的端口喷射量的增加率。如果补偿控制使端口喷射量增加，则增加率等于增量与校正之前的端口喷射量的比率。增加率的信息被传输到阀重叠变换器6b。
[0117]阀重叠变换器6b响应端口喷射量的增加率，降低阀重叠(VOL)的时期。对应于由端口喷射增加率计算器6a计算得到的增加率和引擎转数Ne，判定阀重叠时期的减量。下表I中的“V0L限制映射”是判定的减量的例子。
[0118]根据该例子，当端口喷射量的增加率增加或者引擎转数Ne降低时，阀重叠时期的减量增加(阀重叠时 期减少)。
[0119]【表1】
[0120]VOL限制映射(V0L相对于设定值的减量)
[0121]
【权利要求】
1.一种用于内燃引擎的控制单元，所述引擎包括直接喷射器和端口喷射器，所述直接喷射器直接将燃料喷入气缸，所述端口喷射器将燃料喷入所述气缸的进气口 ；其特征在于，所述控制单元包括: 载荷检测器，所述载荷检测器检测所述引擎上的载荷； 喷射量计算器，所述喷射量计算器计算直接喷射量，所述直接喷射量表示直接喷射器喷射的所述燃料的量； 第一控制器，当所述直接喷射量减少时，所述第一控制器执行第一控制，用于增加所述直接喷射器的喷射频率； 第二控制器，当所述直接喷射量减少时，所述第二控制器执行第二控制，用于增加端口喷射量，所述端口喷射量表示所述端口喷射器喷射的所述燃料的量；和 切换控制器，所述切换控制器根据所述载荷，在所述第一控制器的所述第一控制和所述第二控制器的所述第二控制之间切换。
2.如权利要求1所述的控制单元，其特征在于，如果所述载荷低于预定载荷，则所述切换控制器使所述第一控制器执行所述第一控制；如果所述载荷不低于所述预定载荷，则所述切换控制器使所述第二控制器执行所述第二控制。
3.如权利要求2所述的控制单元，其特征在于，进一步包括涡轮增压检测器，所述涡轮增压检测器检测涡轮增压器的运行状态，所述涡轮增压器设置在所述引擎中；其中， 如果所述涡轮增压器未被启动，则所述切换控制器使所述第一控制器执行所述第一控制；如果所述涡轮增压器被启动，则所述切换控制器使所述第二控制器执行所述第二控制。
4.如权利要求3所述的控制单元，其特征在于，进一步包括选择器，所述选择器根据所述载荷，选择第一运转范围或第二运转范围，所述第一运转范围用于所述直接喷射器的燃料供应，所述第二运转范围用于所述端口喷射器的燃料供应； 在所述直接喷射量减少时，所述第一控制增加通过所述选择器对所述第一运转范围的选择频率。
5.如权利要求4所述的控制单元，其特征在于， 所述载荷检测器检测以进入所述引擎的空气量和所述引擎的转数的形式的所述载荷; 所述选择器基于所述空气量和所述转数选择所述第一运转范围或所述第二运转范围；并且 在所述直接喷射量减少时，所述第一控制器减小用于选择所述第一运转范围的所述空气量和所述转数中的每一个的阈值。
6.如权利要求1所述的控制单元，其特征在于，进一步包括: 端口喷射控制器，所述端口喷射控制器控制所述端口喷射量；和 重叠时期控制器，所述重叠时期控制器控制所述气缸的进气阀和排出阀同时被打开的重叠时期；其中 当所述直接喷射量减少时，所述第二控制增加相当于所述直接喷射量的减量的所述端口喷射量并且减少所述重叠时期。
【文档编号】F02M63/00GK103946526SQ201280056198
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2011年11月18日
【发明者】川边敬, 平石文昭, 细野清隆 申请人:三菱自动车工业株式会社