專利名稱：內(nèi)燃機的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機的控制裝置。
背景技術(shù)：
在以柴油發(fā)動機為代表的缸內(nèi)噴射壓縮點火發(fā)動機中，提出了下述技術(shù)，S卩，為了 防止燃料經(jīng)濟性的惡化，將點火定時維持在活塞上止點TDC附近，同時，為了減少氮氧化物 NOx及顆粒物質(zhì)PM(Particulate Matter 排氣微粒)的排放量，將燃料的噴射定時提前而 進行預(yù)混合燃燒(專利文獻1)。專利文獻1 日本特開2004-293368號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，在火花點火式直噴發(fā)動機中，如果將燃料噴射定時提前，則會在活塞頂面上 附著一部分燃料，由于其不蒸發(fā)而進行燃燒，所以使PM增加。相反地，如果將燃料噴射定時 延遲，則活塞位于遠(yuǎn)離上止點的較低的位置，因此，燃料會與缸徑壁面直接接觸而附著，該 附著的燃料通過活塞的動作而被刮落至油盤，其結(jié)果存在將發(fā)動機油稀釋等問題。本發(fā)明要解決的課題是，提供一種內(nèi)燃機的控制裝置，其可以與駕駛狀況對應(yīng)地， 適當(dāng)進行控制，以抑制PM的排出量和抑制發(fā)動機油的稀釋。本發(fā)明通過在燃燒室的溫度為低溫，內(nèi)燃機的負(fù)載較大的情況下，與負(fù)載較小的 情況下相比，使燃料的噴射定時提前，另一方面，在負(fù)載較小的情況下，使燃料的噴射定時 延遲，由此解決上述課題。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，由于在燃燒室的溫度為低溫，負(fù)載較大的情況下，使噴射定時提前， 所以即使與負(fù)載的增加對應(yīng)地，燃料噴射量增加，也可以抑制燃料向缸徑壁面附著。其結(jié) 果，可以抑制發(fā)動機油的稀釋。另一方面，由于在燃燒室的溫度為低溫，負(fù)載較小的情況下，使噴射定時延遲，所 以可以抑制燃料向活塞頂面的附著。其結(jié)果，可以減少PM的排出量。


圖1是表示使用本發(fā)明的一個實施方式的內(nèi)燃機的框圖。圖2是表示利用圖1的發(fā)動機控制器執(zhí)行的燃料噴射控制的流程的流程圖。圖3是表示圖2的控制中的發(fā)動機負(fù)載與燃料噴射定時之間的關(guān)系的控制圖。圖4是表示扭矩性能特性圖中的燃料噴射定時的控制圖(燃燒室溫度為低溫時)。圖5是表示扭矩性能特性圖中的燃料噴射定時的控制圖(燃燒室溫度為高溫時)。
具體實施例方式下面，基于附圖，說明本發(fā)明的實施方式。
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圖1是表示使用本發(fā)明的一個實施方式的內(nèi)燃機的框圖，說明在所謂缸內(nèi)直噴型 火花點火式發(fā)動機EG中使用本發(fā)明的控制裝置的例子。在圖1中，在發(fā)動機EG的進氣通路111中設(shè)置有空氣過濾器112 ；空氣流量計 113，其對吸入空氣流量進行檢測；節(jié)氣門114，其對吸入空氣流量進行控制；以及集氣管 115。在節(jié)氣門114上設(shè)置用于調(diào)整該節(jié)氣門114的開度的DC電動機等致動器116。該 節(jié)氣門致動器116，基于來自發(fā)動機控制單元11的驅(qū)動信號，對節(jié)氣門114的開度進行電子 控制，以實現(xiàn)基于駕駛員的加速踏板操作量等而運算出的要求扭矩。另外，設(shè)置用于檢測節(jié) 氣門114的開度的節(jié)氣門傳感器117，其將檢測信號向發(fā)動機控制單元1輸出。此外，節(jié)氣 門傳感器117還可以作為怠速開關(guān)起作用。燃料噴射閥118面向燃燒室123而設(shè)置。燃料噴射閥118，利用在發(fā)動機控制單元 11中設(shè)定的驅(qū)動脈沖信號進行開閥驅(qū)動，將從圖外的燃料泵輸送出并利用壓力調(diào)節(jié)器控制 為規(guī)定壓力的燃料，直接向缸內(nèi)噴射。對于該控制，在后面記述。由氣缸119、在該氣缸內(nèi)往復(fù)移動的活塞120的頂面、設(shè)置有進氣閥121以及排氣 閥122的氣缸蓋圍成的空間，構(gòu)成燃燒室123?；鸹ㄈ?24面向各氣缸的燃燒室123而安 裝，基于來自發(fā)動機控制單元11的點火信號，對吸入混合氣進行點火。另一方面，在排氣通路125中設(shè)置空燃比傳感器126，其通過對排氣中的特定成 分、例如氧濃度進行檢測，從而檢測排氣、進而檢測吸入混合氣的空燃比，該空燃比傳感器 126的檢測信號向發(fā)動機控制單元11輸出。該空燃比傳感器126可以是進行濃 稀輸出的 氧傳感器，也可以是寬幅線性地檢測空燃比的寬幅空燃比傳感器。另外，在排氣通路125中設(shè)置排氣凈化催化劑127，其用于凈化排氣。作為該排氣 凈化催化劑127，可以使用三元催化劑或氧化催化劑，該三元催化劑將排氣中的一氧化碳 CO和碳化氫HC在理想配比(理論空燃比、λ = 1、空氣重量/燃料重量=14.7)附近氧化， 并且能夠進行氮氧化物NOx的還原而凈化排氣，該氧化催化劑進行排氣中的一氧化碳CO和 碳化氫HC的氧化。在排氣通路125的排氣凈化催化劑127的下游側(cè)，設(shè)置氧傳感器128，其對排氣中 的特定成分，例如氧濃度進行檢測，進行濃·稀輸出，該氧傳感器128的檢測信號向發(fā)動機 控制單元11輸出。在這里，為了利用氧傳感器128的檢測值，對基于空燃比傳感器126的檢 測值的空燃比反饋控制進行校正，從而抑制與空燃比傳感器126的老化等相伴的控制誤差 等(為了采用所謂雙空燃比傳感器系統(tǒng))，而構(gòu)成為設(shè)置下游側(cè)氧傳感器128，但在僅進行 基于空燃比傳感器126的檢測值的空燃比反饋控制即可的情況下，可以省略氧傳感器128。此外，在圖1中，129為消音器。在發(fā)動機EG的曲軸130上，設(shè)置曲軸角度傳感器131，發(fā)動機控制單元11，通過在 一定時間內(nèi)對從曲軸角度傳感器131與發(fā)動機旋轉(zhuǎn)同步地輸出的曲軸單位角度信號進行 計數(shù)，或者，通過對曲軸基準(zhǔn)角度信號的周期進行測量，從而可以檢測發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度Ne。在發(fā)動機EG的冷卻套管132上，水溫傳感器133面向該冷卻套管而設(shè)置，對冷卻 套管131內(nèi)的冷卻水溫度Tw進行檢測，并將其向發(fā)動機控制單元11輸出。另外，在進氣行程中噴射燃料，并將燃料和空氣均勻地混合而使其燃燒的均質(zhì)燃 燒控制中，在例如80 90° ATDC的定時，向燃燒室123噴射燃料。如果使該進氣行程中的燃料噴射定時延遲，則在噴射時，活塞120位于遠(yuǎn)離上止點TDC的較低的位置，因此，燃料會 與氣缸119的壁面直接接觸而附著，該附著的燃料由于活塞120的動作而被刮落至油盤，其 結(jié)果，存在將發(fā)動機油稀釋的傾向。因此，為了抑制發(fā)動機油的稀釋，必須將燃料噴射定時 提前。但是，如果使燃料噴射定時提前，則在噴射時，活塞120位于與上止點TDC接近的 位置，因此，一部分燃料會附著在活塞120的頂面上，存在這些燃料不蒸發(fā)而進行燃燒，使 PM增加的傾向。即，如果要利用燃料噴射定時來應(yīng)對抑制發(fā)動機油稀釋和抑制PM排出，則 它們的條件是彼此相悖的。但是，PM的排出，主要在燃燒室123的溫度為低溫即冷機狀態(tài)下成為問題，另一方 面，發(fā)動機油的稀釋，主要在燃料噴射量較大的高負(fù)載狀態(tài)下成為問題。本例的發(fā)動機控制 單元11，基于這樣的認(rèn)識，與燃燒室123的溫度對應(yīng)地，切換燃料噴射定時的控制圖。燃燒室123的溫度，可以使用由水溫傳感器133檢測出的發(fā)動機冷卻水的溫度。另 外，也可以取代這種方式，設(shè)置用于檢測發(fā)動機油的溫度的傳感器，而使用該發(fā)動機油的溫 度。而且，也可以取代這種方式，基于發(fā)動機起動后的運轉(zhuǎn)歷史，對氣缸119的壁面溫度進 行推算。以下，將由水溫傳感器133檢測出的冷卻水溫度與規(guī)定的變換系數(shù)相乘得到的溫 度，作為燃燒室123的溫度使用。下面，說明控制流程。圖2是表示由發(fā)動機控制器11執(zhí)行的進氣行程中的燃料噴射控制流程的流程圖。在步驟Sl中，根據(jù)水溫傳感器133的冷卻水溫度，檢測燃燒室123的溫度，判定其 是否小于或等于預(yù)先設(shè)定的規(guī)定溫度L。在測定的燃燒室123的溫度小于或等于規(guī)定溫度 T0的情況下，即，發(fā)動機EG為冷機狀態(tài)的情況下，進入步驟S2，在與規(guī)定溫度Ttl相比較高的 情況下，即，發(fā)動機EG為暖機狀態(tài)的情況下，進入步驟S5。在步驟S2中，判定發(fā)動機負(fù)載是否與預(yù)先設(shè)定的規(guī)定負(fù)載Wtl相比較高。圖4是表 示燃燒室溫度為低溫時(發(fā)動機冷機時)的扭矩性能特性圖上的燃料噴射定時的控制圖。 在該圖中，實線是對燃料噴射定時進行切換的閾值曲線(規(guī)定負(fù)載)，與實線相比上方的區(qū) 域為高負(fù)載區(qū)域，與實線相比下方的區(qū)域為低負(fù)載區(qū)域。另外，該圖中的虛線為在高負(fù)載區(qū) 域與低負(fù)載區(qū)域之間對燃料噴射定時進行切換時的緩沖區(qū)域，通過緩慢地切換燃料噴射定 時，而抑制扭矩突然變化。通過利用曲軸角度傳感器131檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速，并且，利用未圖示的扭矩傳感器 檢測曲軸130的軸扭矩，并參照圖4的控制圖，由此判定當(dāng)前的發(fā)動機負(fù)載處于高負(fù)載區(qū) 域，還是低負(fù)載區(qū)域。對于步驟S2的判定結(jié)果，在當(dāng)前的發(fā)動機負(fù)載處于與規(guī)定負(fù)載Wtl相比較高的高 負(fù)載區(qū)域的情況下，進入步驟S3，在處于與規(guī)定負(fù)載Wtl相比較低的低負(fù)載區(qū)域的情況下，進 入步驟S4。在步驟S3中，將燃料噴射定時提前至40 50° ATDC，而優(yōu)先抑制發(fā)動機油的稀 釋。這是因為由于在高負(fù)載區(qū)域燃料的噴射量較大，所以向氣缸119的壁面附著的燃料量 也變多。與此相對，由于在高負(fù)載區(qū)域燃燒能量較大，所以PM的排出量相對地降低。如上 述所示，通過將燃料噴射定時設(shè)為提前角，可以減少向氣缸119的壁面附著而使發(fā)動機油 稀釋的燃料量。
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另一方面，在步驟S4中，將燃料噴射定時延遲至60 80° ATDC，優(yōu)先抑制PM的 排出。這是因為由于在低負(fù)載區(qū)域燃燒能量較小，所以PM的排出量增加。與此相對，在低 負(fù)載區(qū)域燃料噴射量較小，向氣缸119的壁面附著的燃料量也相對地變少。如上述所示，通 過將燃料噴射定時設(shè)為延遲角，可以抑制下述情況，即，燃料附著在活塞120的頂面上，這 些燃料不蒸發(fā)而燃燒，使PM增加。將以上的步驟Sl S4的控制稱為第1控制模式。返回步驟Si，在燃燒室123的溫度與規(guī)定溫度Ttl相比較高的情況下，即，發(fā)動機EG 為暖機狀態(tài)的情況下，進入步驟S5。在步驟S5中，判定發(fā)動機負(fù)載是否與預(yù)先設(shè)定的規(guī)定負(fù)載Wtl相比較高。圖5是表 示燃燒室溫度為高溫時(發(fā)動機暖機時)的扭矩性能特性圖上的燃料噴射定時的控制圖。 在該圖中，實線是對燃料噴射定時進行切換的閾值曲線(規(guī)定負(fù)載)，與實線相比上方的區(qū) 域為高負(fù)載區(qū)域，與實線相比下方的區(qū)域為低負(fù)載區(qū)域。另外，該圖中的虛線為在高負(fù)載區(qū) 域與低負(fù)載區(qū)域之間對燃料噴射定時進行切換時的緩沖區(qū)域，通過將燃料噴射定時緩慢地 切換，而抑制扭矩突然變化。此外，圖4所示的實線的閾值曲線與圖5所示的實線的閾值曲 線，也可以是不同的值。通過利用曲軸角度傳感器131檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速，并且利用未圖示的扭矩傳感器檢 測曲軸130的軸扭矩，并參照圖5的控制圖，從而判定當(dāng)前的發(fā)動機負(fù)載處于高負(fù)載區(qū)域， 還是低負(fù)載區(qū)域。對于步驟S5的判定結(jié)果，在當(dāng)前的發(fā)動機負(fù)載處于與規(guī)定負(fù)載Wtl相比較高的高 負(fù)載區(qū)域的情況下，進入步驟S6，在與規(guī)定負(fù)載Wtl相比較低的低負(fù)載區(qū)域的情況下，進入步 馬聚S7 ο在步驟S6中，將燃料噴射定時設(shè)定為正常狀態(tài)、即80 90° ATDC，進行暖機時的
高負(fù)載運轉(zhuǎn)。與此相對，在步驟S7中，將燃料噴射定時提前至40 50°，以提高燃料經(jīng)濟性以 及燃燒效率，同時，抑制發(fā)動機油的稀釋。其原因是，在燃燒室123的溫度為高溫的情況下， 由于即使燃料附著在活塞120的頂面上，也很快蒸發(fā)，所以PM的排出量幾乎不成為問題，此 時優(yōu)選在提高燃料經(jīng)濟性及燃燒效率的基礎(chǔ)上，抑制發(fā)動機油的稀釋。將以上的步驟Si、S5 S7的控制稱為第2控制模式。此外，在圖2所示的控制步驟的范圍內(nèi)，均進行進氣行程噴射的均質(zhì)燃燒控制。圖3是表示分別在燃燒室溫度較高的情況下(虛線)和較低的情況下(實線)，發(fā) 動機負(fù)載與燃料噴射定時之間的關(guān)系的控制圖。在該圖中，以實線表示的燃燒室溫度較低的情況下，發(fā)動機負(fù)載與規(guī)定負(fù)載的緩 沖區(qū)域下限Wcr α相比較小時，將燃料噴射定時設(shè)為延遲角，在發(fā)動機負(fù)載與規(guī)定負(fù)載的緩 沖區(qū)域的上限Wtl+ α相比較大時，將燃料噴射定時設(shè)為提前角。另外，也可以在發(fā)動機負(fù)載與規(guī)定負(fù)載的緩沖區(qū)域的上限Wtl+α相比較大時，將燃 料噴射定時設(shè)定為固定值，但在本例中，如該圖所示，不設(shè)定為固定值，而是負(fù)載越大越提 前。由此，即使與負(fù)載的增加對應(yīng)地，燃料的噴射量增加，也可以減少向氣缸119的壁面附 著而將發(fā)動機油稀釋的燃料量。另一方面，在該圖中，以虛線表示的燃燒室溫度較高的情況下，發(fā)動機負(fù)載與規(guī)定負(fù)載的緩沖區(qū)域下限Wcr α相比較小時，將燃料噴射定時設(shè)為提前角，在發(fā)動機負(fù)載與規(guī)定 負(fù)載的緩沖區(qū)域的上限Wtl+α相比較大時，將燃料噴射定時設(shè)為延遲角。另外，也可以在反復(fù)進行圖2所示的控制步驟的過程中，在燃燒室溫度上升，從步 驟S2 S4的第1控制模式向步驟S5 S7的第2控制模式切換時，將燃料噴射定時變更 為與此時的發(fā)動機負(fù)載對應(yīng)的燃料噴射定時，但如果在變更前后，燃料噴射定時存在較大 不同，則扭矩可能突然變化。因此，優(yōu)選在圖3所示的實線與虛線的交點或者其附近的發(fā)動 機負(fù)載時進行切換?；蛘?，也可以取代這種方式，在變更前后的燃料噴射定時存在較大不同的情況下， 不急劇地變更，而是執(zhí)行逐漸地向目標(biāo)定時接近的漸變控制。而且，也可以取代這種方式， 在變更前后的燃料噴射定時存在較大不同的情況下，在將燃料的噴射中斷、所謂燃料中斷 的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，進行切換。如上述所示，根據(jù)本例中的內(nèi)燃機的控制裝置，由于在抑制PM排出的要求相對較 小、抑制發(fā)動機油稀釋的要求相對較大的情況下，將燃料噴射定時設(shè)為提前角，在抑制PM 排出的要求相對較大、抑制發(fā)動機油稀釋的要求相對較小的情況下，將燃料噴射定時設(shè)為 延遲角，所以可以對抑制PM排出量和抑制發(fā)動機油的稀釋適當(dāng)?shù)剡M行控制。另外，由于在冷機時的高負(fù)載狀態(tài)下，發(fā)動機負(fù)載越大越將燃料噴射定時提前，所 以即使與負(fù)載的增加對應(yīng)地，燃料的噴射量增加，也可以減少向氣缸119的壁面附著而將 發(fā)動機油稀釋的燃料量。另外，由于在對第1控制模式和第2控制模式進行切換時，在燃料噴射定時彼此接 近的負(fù)載區(qū)域進行切換，或使燃料噴射定時進行漸變，或在燃料中斷時進行切換，所以可以 抑制切換時的扭矩突然變化。上述發(fā)動機EG相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的內(nèi)燃機，上述水溫傳感器133相當(dāng)于本發(fā)明 所涉及的溫度檢測單元，上述曲軸角度傳感器131相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的負(fù)載檢測單元， 發(fā)動機控制單元11相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的控制單元。
權(quán)利要求
一種內(nèi)燃機的控制裝置，該內(nèi)燃機是向燃燒室直接噴射燃料的火花點火式內(nèi)燃機，該控制裝置具有溫度檢測單元，其檢測所述燃燒室的溫度；負(fù)載檢測單元，其檢測所述內(nèi)燃機的負(fù)載；以及控制單元，在所述燃燒室的溫度小于或等于規(guī)定溫度的情況下，執(zhí)行第1控制，即，在所述內(nèi)燃機的負(fù)載大于或等于規(guī)定負(fù)載時，與所述內(nèi)燃機的負(fù)載小于所述規(guī)定負(fù)載時相比，使所述燃料噴射定時提前。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機的控制裝置，其中，所述控制單元，在所述燃燒室的溫度超過所述規(guī)定溫度的情況下，執(zhí)行第2控制，即， 在所述內(nèi)燃機的負(fù)載大于或等于規(guī)定負(fù)載時，與所述內(nèi)燃機的負(fù)載小于所述規(guī)定負(fù)載時相 比，使所述燃料噴射定時延遲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機的控制裝置，其中，所述控制單元，在所述第1控制中所述內(nèi)燃機的負(fù)載大于或等于所述規(guī)定負(fù)載時，使 得所述內(nèi)燃機的負(fù)載越大，越將所述燃料噴射定時提前。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的內(nèi)燃機的控制裝置，其中，所述控制單元，在所述第1控制中的燃料噴射定時與所述第2控制中的燃料噴射定時 相等的負(fù)載區(qū)域中，從所述第1控制向所述第2控制切換，或者從所述第2控制向所述第1 控制切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的內(nèi)燃機的控制裝置，其中，所述控制單元，在從所述第1控制向所述第2控制切換，或者從所述第2控制向所述第 1控制切換的情況下，使燃料噴射定時漸變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的內(nèi)燃機的控制裝置，其中，所述控制單元，在將所述燃料的噴射中斷的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，從所述第1控制向所述第2控 制切換，或者從所述第2控制向所述第1控制切換。
全文摘要
本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機的控制裝置，其可以與駕駛狀況對應(yīng)地，對抑制PM排出量和抑制發(fā)動機油的稀釋適當(dāng)?shù)剡M行控制。向燃燒室(123)直接噴射燃料的火花點火式內(nèi)燃機(EG)的控制裝置(11)具有溫度檢測單元(133)，其檢測上述燃燒室的溫度；負(fù)載檢測單元(131)，其檢測上述內(nèi)燃機的負(fù)載；控制單元(11)，其執(zhí)行第1控制，即，在上述燃燒室的溫度小于或等于規(guī)定溫度(T0)的情況下，上述內(nèi)燃機的負(fù)載大于或等于規(guī)定負(fù)載(W0)時，與上述內(nèi)燃機的負(fù)載小于上述規(guī)定負(fù)載時相比，將上述燃料噴射定時設(shè)為提前角。
文檔編號F02D41/30GK101936233SQ20101021604
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者三浦創(chuàng) 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社