CN101344046A - 直喷式发动机的控制器 - Google Patents

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Abstract

一种直喷式发动机的控制器，在发动机处于起动或者冷态时，将排气门(30)的关闭正时设置在进气上死点之前以提早关闭排气门(30)。借助活塞(34)来压缩残余废气，从而使内部气缸温度升高。从关闭排气门(30)的时间到进气上死点的时间，以这样的方式来执行燃料预喷射，以致燃烧预喷射的燃料以使内部气缸温度升高。温度的升高加速了在主燃料喷射中所喷射的燃料的雾化。减小了湿的燃料量并且也降低了HC排放。

Description

直喷式发动机的控制器
技术领域
本发明涉及一种将燃料直接喷射到气缸中的直喷式发动机的控制器。
背景技术
一种直喷式发动机被开发出来以改善燃料经济性、减少排放和提高输出。在这种直喷式发动机中，在发动机处于起动或者冷态(在预热之前)时，喷射到气缸中的燃料难以雾化并且趋于粘附在气缸的内表面或者活塞的上表面上。如果这些粘附的燃料增多了，那么用来燃烧的燃料量减少了，因此发动机的驱动情况变得不稳定了。粘附的燃料量在下方中称为湿的燃料量。
在发动机处于起动或者冷态的情况下，如果燃料喷射量增大，那么用来燃烧的燃料增多了，从而得到稳定的燃烧。但是，如果燃料量增多，那么湿的燃料量也增大了，尤其在发动机预热没有完成时这导致HC排放增多。
JP-2006-307736A(US-7222602B2)公开了一种燃料喷射***，该燃料喷射***减少了湿的燃料量。在这种燃料喷射***中，在探测到或者估计到燃料燃烧恶化时，该燃料喷射被分成若干喷射以加速燃料的雾化并且减少湿的燃料量。
在发动机处于起动或者冷态时，内部气缸温度相对较低。因此，即使进行分开喷射(split injection)，那么所喷射的燃料不能很好地进行雾化并且该湿的燃料量不能有效地被减少，因此不能充分地减少该排放。
发明内容
由于上面问题而形成了本发明，本发明的目的是提供一种在发动机处于起动或者冷态时可以减少排放同时保持稳定燃烧的直喷式发动机的控制器。
根据本发明，控制器包括排气门控制装置，该控制装置执行排气门早关闭控制，在该控制中，至少在发动机处于起动或者冷态时，排气门的关闭正时设置在进气上死点之前。该控制器还包括燃料喷射控制装置，在执行排气门早关闭控制时，该控制装置从关闭排气门的时间到进气上死点的时间执行燃料预喷射，及在吸气冲程和/或压缩冲程中执行主燃料喷射。
在发动机处于起动或者冷态时，执行排气门早关闭控制，因此排气门的关闭正时设置在进气上死点之前。因此，气缸内的残余废气被压缩从而使气缸内的气体温度升高，同时活塞从关闭排气门的时间到进气上死点的时间向上滑动。压缩热量使内部气缸温度升高，及使气缸内壁和活塞顶表面的温度升高。在执行排气门早关闭控制时，从关闭排气门的时间到进气上死点的时间进行燃料预喷射。内部气缸温度被提高，因此加速了由燃料预喷射所喷射的燃料的雾化。此外，主燃料喷射的燃料喷射量比传统燃料喷射量小一个与燃料预喷射量相对应的一定量。这还加速了由主燃料喷射所喷射的燃料的雾化。因此，可以有效地减少湿的燃料量，并且通过比传统少的燃料增加校正量就可以得到足够的用来燃烧的燃料量。在实现稳定燃烧时，减少该排放如碳氢化合物。
附图说明
通过参照附图的下面描述，使本发明的其它目的、特征和优点变得更加清楚，在这些附图中，相同零件用相同标号来表示，其中：
图1是本发明实施例的发动机控制***的示意性视图；
图2是解释处于冷态下的控制的时间图表；
图3是用来解释排气门早关闭控制和燃料预喷射控制的图表；
图4是用来解释通过气缸气体压缩来升高温度的图表；
图5是流程图，它示出了冷态控制程序；
图6是图表，它示出了目标提前量“A”的图表；及
图7是图表，它示出了燃料预喷射量Qp的图表。
具体实施方式
在下文中描述本发明的实施例。
参照图1，解释发动机控制***。空气滤清器13布置在内燃机11的进气管12的上游上，该内燃机11是直喷式发动机。探测进气流量的空气流量计14设置在空气滤清器13的下游上。由DC马达15所驱动的节气门16和探测节气门位置(节气门开度)的节气门位置传感器17设置在空气流量计14的下游上。
包括进气压力传感器19的稳压罐18设置节气门16的下游上。进气压力传感器19探测进气压力。进气歧管20连接到稳压罐18上。燃料喷射器21在进气口的附近上安装在每个气缸上，从而直接把燃料喷射到气缸中。火花塞22安装在与每个气缸相对应的、发动机11的缸盖上，从而点燃每个气缸中的空气-燃料混合气。
发动机1设置有进气门正时控制器31和排气门正时控制器32，该进气门正时控制器31调整进气门29的气门正时，及该排气门正时控制器32调整排气门30的气门正时。
探测废气的空燃比的废气传感器(空燃比传感器、氧传感器)24各自设置在每个排气管23中，及净化废气的三元催化器25设置在废气传感器24的下游中。
探测冷却剂温度的冷却剂温度传感器26、探测爆震的爆震传感器27和每隔预定的内燃机曲轴曲柄角度就输出脉冲信号的曲柄角传感器28设置在发动机11的缸体上。根据曲柄角度传感器28的输出信号来探测曲柄角度和发动机速度。
传感器的输出被输入到电子控制单元(ECU)33中。该ECU33包括微型计算机和只读存储器(ROM)，从而控制燃料喷射器21的燃料喷射量和火花塞22的点火正时。
在从启动发动机11的时间到完成加热发动机11的时间的发动机11冷态期间，ECU33执行图5所示的冷态控制程序。
如图2所示那样，在冷却剂温度Tw小于预定值α的冷态期间，在点火开关(未示出)开启之后，排气门正时控制器32使排气门正时(排气门30的打开/关闭正时)提前。执行排气门早关闭控制，从而把排气门30的关闭正时设定在刚好在进气下死点之前的时间上(参见图3)。活塞34从关闭排气门30的时间到进气上死点的时间向上滑动，因此气缸内的残余废气被压缩从而升高内部气缸温度(参见图4)。气缸35的内表面和活塞34的上表面的温度也升高了。排气门早关闭控制在下文中被称为EVEC控制。
在执行EVEC控制时，从关闭排气门30的时间到进气上死点的时间，执行燃料预喷射(参见图3)，因此在燃料预喷射中所喷射的燃料通过增大内部气缸温度来被加速而被雾化。在燃料预喷射中所喷射的燃料借助预点火来燃烧，从而升高气缸35的内表面和活塞顶表面的温度。通过EVEC控制和预喷射燃料的燃烧来增大内部气缸温度，从而加速了主燃料喷射和燃料预喷射中的燃料的雾化。湿的燃料量被减少了并且确保稳定燃烧，同时发动机处于起动或者处于冷态。
在执行EVEC控制和燃料预喷射时，执行点火正时延迟控制从而相对于发动机预热之后的普通点火正时在主燃料喷射中延迟主点火的点火正时。因此，内部气缸温度的增大会加速在主燃料喷射中所喷射的燃料的雾化，同时确保燃烧稳定。借助延迟主点火的点火正时，排气温度升高从而加速催化器25的预热。
参见图5，在下文中描述冷态控制程序。
以特定间隔执行冷态控制程序，同时ECU33接通(例如在开启点火开关之后)。在步骤101中，计算机确定由传感器26所探测到的冷却剂温度Tw是否低于预定值(例如60℃)。即，计算机确定发动机11是否处于冷态。
当该回答在步骤101中为是时，该程序前进到步骤S102中，在该步骤中，根据图6所示的图表计算出基于目前冷却剂温度Tw的目标提前量“A”。
在根据EVEC控制来改变排气门30的关闭正时时，改变从关闭排气门30的时间到进气上死点的时间的气体在气缸内的压缩量，因此改变了内部气缸温度的升高量。根据图6所示的图表，当冷却剂温度Tw降低时，目标提前量“A”增大从而使排气门30的关闭时间提前。在发动机温度降低时，内部气缸温度降低。在这种情况下，使排气门30的关闭正时提前，以增大内部气缸温度的升高率。
根据表示发动机温度的而不是表示冷却剂温度Tw的信息可以计算出目标提前量“A”。可替换的是，根据进气温度可以计算出目标提前量“A”。
然后，该程序前进到步骤S103中，在该步骤S103中，排气门正时控制器32使排气门正时从中间位置提前一个目标提前量“A”。该中间位置例如是这样的位置，即在该位置上，排气门30的关闭正时处于进气上死点上。因此，气缸内的残余废气被压缩从而升高内部气缸温度，同时活塞34从关闭排气门30的时间到进气上死点的时间向上滑动。
然后，该程序前进到步骤104中，在该步骤中，计算机根据排气门的实际提前量是否到达目标提前量“A”来确定排气门30的关闭正时是否变成刚好在进气上死点之前。借助曲柄角传感器28或者排气凸轮角度传感器(未示出)来探测排气门的实际提前量。当该回答在步骤105中为是时，即当排气门30的关闭正时变成刚好在进气上死点之前时，该程序前进到步骤105。在步骤105中，计算机参照图7所示的图表根据目前冷却剂温度Tw来计算出燃料预喷射量Qp。
一般地，当发动机温度降低时，湿的燃料量增大了。根据图7所示的图表，当冷却剂温度Tw降低时，燃料预喷射量Qp增大了。因此，当发动机温度降低时，燃料预喷射量增大了，因此内部气缸温度增大了从而避免湿的量增大。
根据表示发动机温度的而不是表示冷却剂温度的信息，可以计算出燃料预喷射量Qp。可替换的是，根据进气温度，可以计算出燃料预喷射量Qp。
然后，该程序前进到步骤S106中，在该步骤中，执行燃料预喷射。从关闭排气门的时间到进气上死点的时间，把燃料预喷射量Qp的燃料喷射到气缸中。使内部气缸温度升高从而加速在燃料预喷射中所喷射的燃料的雾化。
然后，该程序前进到步骤107中，在该步骤中，执行预点火从而燃烧在燃料预喷射中所喷射的燃料，因此内部气缸温度得到进一步的升高。
然后，该程序前进到步骤108中，在该步骤中，根据燃料预喷射量Qp和发动机驱动情况如冷却剂温度、进气量和发动机速度来计算出主燃料喷射量Qm。然后，该程序前进到步骤109中，在该步骤中，根据目前燃烧模式，在合适正时上执行主燃料喷射。例如，在均匀燃烧模式的情况下，在进气冲程中喷射燃料，及在分层燃烧模式的情况下，在压缩冲程中喷射该燃料。通过喷射器21把主燃料喷射量Qm的燃料喷射到气缸中。在进气冲程和压缩冲程中可以分开主燃料喷射。
然后，该程序前进到步骤110中，在该步骤中，执行主点火，从而燃烧在主燃料喷射中所喷射的燃料。在执行EVEC控制和燃料预喷射时，以这样的方式来执行点火正时延迟控制，以致相对于发动机预热之后的点火正时(普通点火正时)延迟主点火正时。使内部气缸温度升高，从而加速在主燃料喷射中所喷射的燃料的雾化，因此燃烧状态变得稳定。使主点火正时延迟，从而升高了废气温度，因此催化器25的预热被加速了。
根据本发明，当发动机处于冷却剂温度Tw小于预定值α的冷态时，执行EVEC控制，从而使排气门30的关闭正时位于进气上死点之前。因此，气缸中的残余废气被压缩从而升高了内部气缸温度，同时活塞34从关闭排气门30的时间到进气上死点的时间向上滑动。此外，在执行EVEC控制时，从关闭排气门30的时间到进气上死点的时间内，执行燃料预喷射，因此预喷射的燃料通过升高内部气缸温度来被加速而被雾化。借助预点火来燃烧预喷射的燃料，从而升高气缸35的内表面温度和活塞顶表面温度。
通过EVEC控制和燃料预喷射来提高内部气缸温度，可以加速在燃料预喷射之后的主燃料喷射中所喷射的燃料的雾化。有效地减少了湿的燃料量。即使在发动机处于冷态时，借助小于传统量的燃料提高校正量可以得到足够的燃料量来执行稳定燃烧。因此，在冷态下确保稳定燃烧时，可以减少废气排放如碳氢化合物。
此外，在执行EVEC控制和燃料预喷射时，相对于在发动机预热之后的普通点火正时，在主燃料喷射中执行点火正时延迟控制以延迟主点火的点火正时。因此，提高内部气缸温度，可以加速在主燃料喷射中所喷射的燃料的雾化，同时可以确保燃烧稳定。借助延迟主点火的点火正时，提高废气温度以加速催化器25的预热。
根据本实施例，借助预点燃来点燃预喷射的燃料。不总是需要预点燃。只通过主点火可以点燃燃料预喷射和主燃料喷射所喷射的燃料。
在执行EVEC控制以升高气缸内的气体温度并且排气门的关闭正时刚好在进气上死点之前时，在进气上死点之前打开进气门29，因此气缸内的压缩气体通过进气门29流向进气管。因此，如果进气门29的打开正时过早，那么可以破坏气缸气体温度的升高效果。
作为对策，在执行EVEC控制时，进气门29的打开正时可以设置在进气上死点之后。通过这种方法，在EVEC控制期间防止气缸内的压缩气体流向进气管。可以避免破坏内部气缸温度升高效果。
根据本发明，在执行EVEC控制时，根据发动机驱动控制可以设定进气门29的打开正时。进气门29的打开正时可以设置在进气上死点之前或者在进气上死点之后。
根据上面实施例，借助使排气门正时提前来执行EVEC控制。此外，在该***设置有可变排气门提升装置的情况下，借助减少排气门30的升程量可以执行EVEC控制。此外，可变排气门正时控制器32和可变排气门提升装置可以用来执行EVEC控制。
根据上面实施例，在冷却剂温度小于值α时，执行EVEC控制和燃料预喷射。此外，只在发动机起动时执行EVEC控制和燃料预喷射。可替换的是，在发动机被起动之后，在冷态下可以执行EVEC控制和燃料预喷射。在燃烧状态被破坏时而不是在发动机处于起动或者冷态时，可以执行EVEC控制和燃料预喷射。

Claims (11)

1.一种直喷式发动机(11)的控制器，在该发动机中，燃料被直接喷射到气缸中，该控制器包括：
排气门控制部分(102、103)，该控制部分执行排气门早关闭控制，在该控制中，至少在发动机处于起动和/或冷态时，排气门(30)的关闭正时设置在进气上死点之前，从而使内部气缸温度升高；及
燃料喷射控制部分(105、106)，在执行排气门早关闭控制时，该控制部分从关闭排气门(30)的时间到进气上死点的时间执行燃料预喷射，及在进气冲程和/或压缩冲程中执行主燃料喷射。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：
点火控制部分(107)，该点火控制部分执行与燃料预喷射相对应的预点火并且执行与主燃料喷射相对应的主点火。
3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，
燃料喷射控制部分(105、106)根据发动机温度、冷却剂温度、机油温度和进气温度中的至少一个热测量值通过燃料预喷射来改变燃料喷射量。
4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，
在该热测量值减少时，燃料喷射控制部分(105、106)通过燃料预喷射来提高燃料喷射量。
5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：
可变排气门正时控制装置(32)，其中
排气门控制部分(102、103)以这样的方式借助控制可变排气门正时装置来执行排气门早关闭控制，以致排气门(30)的关闭正时被提前了。
6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：
可变排气门提升装置，其中，
排气门控制部分(102、103)以这样的方式通过控制可变排气门提升装置执行排气门早关闭控制，以致排气门(30)的气门升程变得更小从而减少排气门(30)的打开时间。
7.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，
排气门控制部分(102、103)根据发动机温度、冷却剂温度、机油温度和进气温度中的至少一个热测量值在排气门早关闭控制中改变排气门(30)的关闭正时。
8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，
在热测量值减少时，排气门控制部分(102、103)在排气门早关闭控制中使排气门(30)的关闭正时提前。
9.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：
进气门控制部分(33)，在排气门早关闭控制期间，该进气门控制部分在进气上死点上设定进气门的打开正时。
10.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括：
主点火控制部分(110)，在执行排气门早关闭控制和燃料预喷射时，该主点火控制部分相对于发动机预热之后的点火正时根据燃料预喷射之后的主燃料喷射延迟主点火正时。
11.一种直喷式发动机的控制器，在该发动机中，燃料被直接喷射到气缸中，该控制器包括：
排气门控制部分(102、103)，该排气门控制部分执行排气门早关闭控制，在该控制中，至少在发动机处于起动和/或冷态时，排气门(30)的关闭正时设置在进气上死点之前；
燃料喷射控制部分(105、106)，在执行排气门早关闭控制时，该燃料喷射控制部分从关闭排气门(30)的时间到进气上死点的时间执行燃料预喷射，及在吸气冲程和/或压缩冲程中执行主燃料喷射；及
点火控制部分(107)，在执行排气门早关闭控制和燃料预喷射时，该点火控制部分相对于发动机预热之后的点火正时与燃料预喷射之后的主燃料喷射相对应地延迟主点火正时。
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