CN110291284A - 车辆用控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种即使燃烧室内是低压，也能够抑制由减压沸腾产生的影响的喷射器的控制装置。本发明的缸内直接喷射式喷射器的控制装置在从燃料喷射阀喷射的燃料的温度处于设定高温区域内、并且燃烧室的压力处于设定低压区域内的情况下，与低温区域或者高压区域的情况相比，以使喷射器的提升量增大的方式进行控制。

Description

车辆用控制装置
技术领域
本发明涉及一种对用于汽油发动机等内燃机的喷射器进行控制的车辆用控制装置。
涉及一种控制装置。
背景技术
近年来，关于汽车中的汽油发动机，改善燃油经济性的要求变高，作为燃油经济性优良的发动机，将燃料直接喷射到燃烧室内，用火花塞对所喷射的燃料与吸入空气的混合气体点火而使其***的缸内喷射式发动机正得到普及。但是，关于缸内喷射式发动机，由于从喷射地点至壁面的距离短，所以，燃料容易附着于燃烧室内，由于附着于温度低的壁面的燃料发生不完全燃烧而产生的粒子状物质(Particulate Matter：PM)的抑制成为技术问题。为了解决该技术问题，需要进行燃烧室内的燃烧的最佳化。
另外，已知在缸内喷射式发动机中，在燃料的温度为高温、并且燃烧室内的压力低的情况下，容易产生被称为减压沸腾的现象，燃料急剧气化。在减压沸腾下，喷雾的粒径变小，燃料容易气化，另一方面，存在由于从喷孔喷射的喷雾的急剧扩展而燃料向燃料喷射阀(喷射器)的顶端的附着增加、由于贯穿力降低而无法使滚流良好地增强等技术问题。
例如，在专利文献1中，记载了在喷射燃料的测定或者推测温度超过设定上限值的情况下使燃料喷射压力降低而抑制减压沸腾的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－38814号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
专利文献1所公开的技术通过在发动机的温度高于规定的温度阈值的情况下使燃料喷射压力变低，从而抑制减压沸腾。
然而，在专利文献1所公开的技术中，在燃料高温、并且燃烧室内是低压的条件下，即使是低的燃料喷射压力，也发生减压沸腾，所以，存在无法良好地得到效果这样的技术问题。
鉴于以上的技术问题，本发明的目的在于，提供一种即使燃料高温、并且燃烧室内是低压，也能够抑制由减压沸腾产生的影响的车辆用控制装置。
解决技术问题的技术手段
为了解决上述技术问题，本发明涉及一种车辆用控制装置，其控制直接将燃料喷射到内燃机的燃烧室的喷射器，所述车辆用控制装置具备控制部，该控制部在从所述喷射器喷射的燃料的温度处于设定高温区域内、并且所述燃烧室的压力处于设定低压区域内的情况下，以使所述喷射器的阀芯的提升量增大的方式进行控制。
发明效果
根据本发明，提供一种能够抑制由减压沸腾产生的影响的车辆用控制装置。
附图说明
图1是示出本发明的内燃机的结构的概要的图。
图2是示出本发明的第1实施例的内燃机的气缸中心剖面上的结构的图。
图3是示出本发明的第1实施例的喷射器的图。
图4是本发明的第1实施例的喷射器下端部的放大剖视图。
图5是示出本发明的第1实施例的喷射器的提升量与喷射速度的关系的图。
图6是示出表示本发明的第1实施例的减压沸腾条件的压力―温度图(P－T图)和喷雾的图。
图7是示出本发明的第1实施例的喷射器的控制方法的图。
图8是示出本发明的第2实施例的喷射器的控制方法的图。
图9是示出本发明的第3实施例的喷射器的驱动电流与提升量的关系的图。
图10是示出本发明的第3实施例的喷射器的控制方法的图。
图11是示出本发明的第4实施例的喷射器的控制方法的图。
具体实施方式
下面，说明本发明的实施例。
实施例1
关于本发明的第1实施例的喷射器的控制装置，使用图1和图2，在下面进行说明。
图1是示出缸内喷射式发动机的结构的概要的图。使用图1来说明缸内喷射式发动机的基本动作。在图1中，通过汽缸盖101、汽缸体102和***于汽缸体102的活塞103而形成燃烧室104，吸气管105与排气管106分别向燃料室104分支成2个而连接。在吸气管105的开口部设置吸气阀107，在排气管106的开口部设置排气阀108，通过凸轮动作方式以进行开闭而动作。
活塞103经由连杆114与曲柄轴115连结，能够由曲柄角传感器116探测发动机转速。将转速的值送到ECU(发动机控制单元)118。将未图示的单元马达连结到曲柄轴115，在发动机启动时，能够由单元马达使曲柄轴115旋转而启动。在汽缸体102中具备水温传感器117，能够探测未图示的发动机冷却水的温度。将发动机冷却水的温度送到ECU118。
图1记载仅有1个气缸，在吸气管105的上游具备未图示的收集器，针对每个气缸分配空气。在收集器的上游具备未图示的空气流量传感器和节气门阀，能够通过节气门阀的开度来调节吸入到燃料室104的空气量。
燃料贮藏于燃料罐109，由送料泵110送到高压燃料泵111。送料泵110使燃料升压至0.3MPa左右而送到高压燃料泵111。将由高压燃料泵111升压后的燃料送到共轨112。高压燃料泵111使燃料升压至30MPa左右而送到共轨112。将燃压传感器113设置于共轨112，探测燃料压力(燃压)。将燃压的值送到ECU118。
图2是示出缸内喷射式发动机的气缸中心剖面上的结构的图。在气缸的径向侧面部具备喷射器119。火花塞120配备于排气管106的旁边。ECU118能够监控传感器的信号，控制第1喷射器119、火花塞120、高压燃料泵111这样的设备的工作。在ECU118的ROM中，将一般使用的发动机转速、与水温、空燃比相应的各种设备的设定值记录为映射数据。
图3是作为本发明的喷射器的例子而示出电磁式喷射器的例子的图。使用图3来说明喷射装置的基本动作。在图3中，从燃料供给口212供给燃料，并供给到喷射器的内部。图3所示的电磁式喷射器119是通常时候关闭型的电磁驱动式，在不对线圈208通电时，由弹簧210对阀芯201施力，并按压到通过焊接等接合于喷嘴体204的板部件202上，将燃料密封。此时，在缸内喷射用喷射器中，所供给的燃料压力大约是1MPa至50MPa的范围。当经由连接器211对线圈208进行通电时，在构成电磁阀的磁回路的芯(固定芯)207、磁轭209、电枢206处产生磁通密度，在有空隙的芯207与电枢206之间产生磁吸引力。当磁吸引力大于弹簧210的作用力与由上述燃料压力产生的力时，阀芯201在由引导部件203、阀芯引导件205进行引导的同时，由电枢206向芯207侧吸引，成为开阀状态。当成为开阀状态时，在板部件202与阀芯201之间产生间隙，开始燃料的喷射。当开始燃料的喷射时，将作为燃料压力而提供的能量变换成动能，到达在喷射器下端部开凿出的燃料喷射孔而被喷射。
接下来，使用图4来说明阀芯201的详细形状。图4是喷射器下端部的放大剖视图，由板部件202与阀芯201等构成。板部件202由阀座面304和多个燃料喷孔301构成。阀座面304以及阀芯201以阀芯中心轴305为中心呈轴对称地延伸。燃料穿过板部件202与阀芯201的间隙，穿过箭头311的路径，从喷孔301喷射。燃料的一部分绕到相比喷孔靠顶端侧的储藏室302，从箭头312的路径流入到喷孔。阀芯能够设定成大提升量与小提升量，大提升量下的阀芯位置是201b，小提升量下的阀芯位置是201a。本实施例中的喷射器119具备能够根据驱动电流的大小而切换提升量的大小的两级提升功能。
使用图5来说明提升量与燃料喷射速度的关系。图5的(a)是喷射器119的阀芯位置是小提升位置201a的情况下的放大剖视图。在提升量小时，阀芯201与阀座面304的距离变短，流体的截面积变小，从而来自阀座面304侧(板侧)的流入中的压力损失变大。
作为结果，流入311a变弱，来自储藏室302侧(储藏室侧)的流入312a变成较强的流体。另一方面，在提升量大时，来自板部侧的流体的压力损失变小，来自板部的流入304b变大，来自储藏室侧的流入312b变小。
此时，与小提升量下的喷孔出口处的喷孔轴303方向的速度320a相比，大提升量下的喷孔出口处的喷孔轴303方向的速度320b变大。另一方面，与轴垂直的方向的喷孔出口速度321a以及321b的由提升量引起的差异小。
燃料喷雾的角度θ根据喷孔出口处的轴向平均速度与面半径方向平均速度，能够赋予θ＝atan(轴向速度/面半径方向速度)这样的特征。此时，根据速度320b＞速度320a以及速度321a≒速度321b的关系可知，小提升量下的燃料喷雾的角度θa与大提升量下的燃料喷雾的角度θb成为θa＞θb的关系。
接下来，使用图6来说明减压沸腾中的喷雾角的变化。图6的(a)是示出燃料温度与燃烧室压力的、引起减压沸腾的条件的P－T图。燃料的减压沸腾由燃料温度与燃烧室压力决定，该条件是燃料温度高、燃烧室压力低的条件。在燃料温度高、燃烧室压力低的条件下，成为燃料的压力比燃料的饱和蒸气压低的状态，气化急剧推进，从而引起被称为减压沸腾的急剧的气化。在图6的(b)以及图6的(c)中示出未引起减压沸腾的条件以及引起减压沸腾的条件下的、从喷射器119喷射的燃料喷雾的概略图。
在图6的(b)中，用303a表示未引起减压沸腾的条件下的燃料喷雾的概略图，在图6的(c)中，用303b表示引起减压沸腾的条件下的燃料喷雾的概略图。作为未引起减压沸腾的条件，例如是燃料温度为摄氏30度、燃烧室压力为1bar，作为引起减压沸腾的条件，例如是燃料温度为摄氏80度、燃烧室压力为0.7bar。如果引起减压沸腾，则由于急剧的气化，燃料喷雾的紊乱变大，另外，粒子的大小也变小，从而燃料喷雾的角度扩展。由于燃料喷雾的角度扩展，从而燃料向喷射器顶端的附着量增加，成为作为PM的原因的沉淀物增加的主要原因。
在图7中示出减压沸腾的判定和控制方法。为了判定减压沸腾，在控制S01中测定或者推测燃料温度。燃料温度例如可以将温度传感器配置于喷射器119的燃料通路而直接测定、或者基于喷射器119的外表面温度来推测。在喷射器119的外表面温度的推测中，可以根据发动机的冷却水的温度、发动机转速、节气门开度来推测。接下来，在控制S02中，测定或者推测燃烧室内的压力。燃烧室内的压力例如可以将压力传感器配置于燃烧室而直接测定、或者将压力传感器配置于吸气端口内而根据吸气端口内的压力来推测。接下来，基于在控制S01以及控制S02中求出的燃料温度和燃烧室内压力，在控制S03中判定减压沸腾。此外，控制S01与控制S02的顺序也可以反过来。在减压沸腾的判定中，使用图6所示的P－T图。在本实施例中，将汽油的主要成分即正庚烷、异辛烷的饱和蒸气压曲线设为P－T图，或者预先针对各种燃料通过实验制作P－T图，通过公知的燃料性状判定单元切换P－T图来使用。将所准备的P－T图在ECU的ROM内作为二维映射而保持。在通过ROM内的P－T图而判定为是减压沸腾条件的情况下，通过控制S04而变更喷射器119的阀芯201的提升量。在是减压沸腾的条件下，以相对于不是减压沸腾的条件而提升量变大的方式进行控制，从而燃料喷雾的喷射角度变窄，能够使燃料向喷射器顶端的附着降低。此时，提升量的变化可以设为20μm以上。
即，在从喷射器喷射的燃料的温度处于设定高温内、并且燃烧室的压力处于设定区域内的情况下，以使喷射器的阀芯的提升量增大的方式进行控制。更具体来说，在本实施例中，在对直接将燃料喷射到内燃机的燃烧室104的喷射器119进行控制的车辆用控制装置(ECU118)中，具备控制部(CPU)，其在从喷射器119喷射的燃料的温度处于设定高温区域内、并且燃烧室104的压力处于设定低压区域内的情况下，以使喷射器119的阀芯201的提升量增大的方式进行控制。
此外，车辆用控制装置(ECU118)的控制部(CPU)也可以将向燃烧室104的压力的吸气端口的压力用作燃烧室104的压力。另外，车辆用控制装置(ECU118)的控制部(CPU)也可以将配置于喷射器119的上游侧的配管内(共轨内)的燃料的温度用作从喷射器119喷射的燃料的温度。或者，如上所述，控制部(CPU)也可以将喷射器119的表面温度(外表面温度)用作从喷射器119喷射的燃料的温度。
由此，燃料喷雾的喷射角度变窄，能够降低燃料向喷射器顶端的附着。进一步地，提升量变大，从而贯穿力变大，能够适当地增强燃烧室内的滚流。
实施例2
使用图8来说明本发明的第2实施例的喷射器的控制装置。第2实施例的喷射器是能够进行在1个循环内多次喷射的多级喷射的喷射器，多级次数越多，则喷射器阀芯的最大提升量越小。
另外，在使多级次数降低的情况下，也可以相对于降低前的多级喷射中的阀体的提升量而使降低后的阀体的提升量变大的方式进行控制。但是，在本实施例中，不一定需要能够设定多个喷射器的目标提升量，也可以构成为在完全进行开阀之前开始闭阀，从而使提升量的最大值变更。其他结构设为与第1实施例相同。
图8是示出第2实施例中的喷射器的控制方法的图。在图8中，在控制S03中根据记录于ROM内的P－T图，进行减压沸腾的判定。在判定为减压沸腾条件的情况下，在控制S05中取得每个循环的吸气冲程的喷射次数。接下来，在喷射次数为2次以上的情况下，在控制S06中判断使吸气冲程中的喷射次数减少1次是否有效。该判断可以根据发动机转速、节气门开度、喷射量等来预测在减少了喷射次数的情况下能否充分地确保缸内的均匀度。
在执行受到肯定的情况下，使喷射次数N变更为N－1，返回到控制S06。在喷射次数变成0、或者喷射次数N－1的执行受到否定的情况下，使吸气冲程的喷射次数变更为N。此时，既可以控制成不改变吸气冲程中的喷射总量而增加每次喷射的喷射量，也可以控制成不改变每次的喷射量，而在压缩冲程中喷射在吸气冲程中减少的量的喷射量。通过减少吸气冲程中的喷射次数，从而能够减小引起减压沸腾的条件下的喷射，降低燃料向喷射器顶端的附着。另外，在减小喷射次数而使每次的喷射量增多的情况下，喷雾的贯穿力变大，能够降低燃料向喷射器顶端的附着，并且适当地强化滚流。在不改变每次的喷射量而减少了喷射次数的情况下，吸气冲程中的减压沸腾条件下的喷射量降低，能够降低燃料向喷射器顶端的附着。
即，在从喷射器喷射的燃料的温度处于设定高温内、并且燃烧室的压力处于设定区域内的情况下，以使1个循环的多级次数降低的方式进行控制。更具体来说，本实施例的车辆用控制装置(ECU118)具备的控制部(CPU)在从喷射器119喷射的燃料的温度处于设定高温区域内、并且燃烧室104的压力处于设定低压区域内的情况下，以降低1个循环的多级次数的方式进行控制。此外，控制部(CPU)在使1个循环的多级喷射次数降低的情况下，期望以相对于降低前的多级喷射中的阀体201的提升量而使降低后的阀体201的提升量变大的方式进行控制。该控制期望与其他实施例组合来实施。
由此，提升量变大，从喷射器的喷孔喷射的燃料的轴向速度提高，从而能够减小喷雾角，能够降低燃料向喷射器顶端的附着。另外，喷雾的贯穿力变大，能够适当地强化滚流。
此外，当在喷射次数变更后不再是减压沸腾条件的情况下，也可以以使喷射次数返回到控制前的状态的方式进行控制。
实施例3
使用图9和图10来说明本发明的第3实施例的喷射器的控制装置。第3实施例的喷射器是能够通过电流来控制喷射器的阀芯移动速度的喷射器。在本实施例中，不一定需要能够设定多个喷射器的提升量。其他结构设为与第1实施例相同。
图9是示出第3实施例中的喷射器的驱动电流与提升量的关系的图。通过驱动电流的最大值Imax，能够使喷射器的开阀速度变更，在图9中，用t0表示在设为驱动电流Imax0的情况下从喷射器的开阀开始直至到达目标提升为止的时间，用t1表示在设为驱动电流Imax1的情况下从喷射器的阀芯开始开阀直至到达目标提升为止的时间。在本实施例中，以使向喷射器的驱动电流的波峰值增大的方式进行控制，从而与使波峰值增大之前相比，能够以使从阀芯的开阀开始直至到达目标提升为止的时间变短的方式进行控制。
图10是示出第3实施例中的喷射器的控制方法的图。在图10中，在控制S03中根据记录于ROM的P－T图，进行减压沸腾的判定，在判定为是减压沸腾条件的情况下，在控制S08中决定驱动电流的上升量。通过使驱动电流上升，从而直至提升量达到最大为止花费的时间变少，从喷射器的喷孔喷射的燃料的轴向速度提高，从而能够减小喷雾角，能够降低燃料向喷射器顶端的附着。另外，喷雾的贯穿力变大，能够适当地强化滚流。
即，在从喷射器喷射的燃料的温度处于设定高温内、并且燃烧室的压力处于设定区域内的情况下，以使向喷射器的驱动电流的波峰值增大的方式进行控制。更具体来说，本实施例的车辆用控制装置(ECU118)具备的控制部(CPU)在从喷射器119喷射的燃料的温度处于设定高温区域内、并且燃烧室104的压力处于设定低压区域内的情况下，以使向喷射器119的驱动电流的波峰值增大的方式进行控制。车辆用控制装置(ECU118)具备的控制部(微型机等的CPU)期望以使向喷射器119的驱动电流的波峰值增大的方式进行控制，从而与使波峰值增大之前相比，以使从阀芯201的开阀开始直至到达目标提升为止的时间变短的方式进行控制。由此，从阀芯的开阀开始直至到达目标提升为止的时间变短，燃料喷雾的喷射角度变窄，从而能够降低燃料向喷射器顶端的附着。
此外，当在喷射次数变更后不再是减压沸腾条件的情况下，也可以以使驱动电流返回到控制前的状态的方式进行控制。
实施例4
使用图11来说明本发明的第4实施例的喷射器的控制装置。第4实施例的喷射器的控制装置是能够使燃料喷射压力(燃压)变更的喷射器的控制装置。在本实施例中，不一定需要能够设定多个喷射器的提升量。其他结构设为与第1实施例相同。
图11是示出第4实施例中的燃压的控制方法的图。在图11中，在控制S03中根据图6的P－T图，进行减压沸腾的判定，在判定为是减压沸腾条件的情况下，在控制S10中决定燃压的上升量。通过使燃压上升，从而燃料喷射时的轴向速度提高，从而能够减小喷雾角，能够降低燃料向喷射器顶端的附着。
即，在从喷射器喷射的燃料的温度处于设定高温内、并且燃烧室的压力处于设定区域内的情况下，以使从喷射器喷射的燃料的喷射压力变高的方式进行控制。更具体来说，本实施例的车辆用控制装置(ECU118)具备的控制部(CPU)在从喷射器119喷射的燃料的温度处于设定高温区域内、并且燃烧室104的压力处于设定低压区域内的情况下，以使从喷射器119喷射的燃料的喷射压力变高的方式进行控制。由此，燃料喷射时的轴向速度提高，燃料喷雾的喷射角度变窄，从而能够降低燃料向喷射器顶端的附着。进一步地，燃压变高，从而贯穿力变大，能够适当地增强燃烧室内的滚流。
此外，当在燃压变更后不再是减压沸腾条件的情况下，可以以使燃压返回到控制前的状态的方式进行控制。以上的实施例也能够相互独立地实施，另外，通过并用来实施，从而还能够得到各自的作用、效果。
符号说明
101…汽缸盖；102…汽缸体；103…活塞；104…燃烧室；105…吸气管；106…排气管；107…吸气阀；108…排气阀；109…燃料罐；110…送料泵；111…高压燃料泵；112…共轨；113…燃压传感器；114…连杆；115…曲柄轴；116…曲柄角传感器；117…水温传感器；118…ECU；119…喷射器；120…火花塞；201…阀芯；201a…低提升状态下的阀芯位置；201b…高提升状态下的阀芯位置；202…板部件；203…引导部件；204…喷嘴体；205…阀芯引导件；206…电枢；207…芯；208…线圈；209…磁轭；210…弹簧；211…连接器；212…燃料供给口；301…喷孔；302…储藏室；303…喷孔中心轴；304…阀座面；305…阀芯中心轴；311…来自板部侧的流入；312…来自储藏室侧的流入；320…喷孔出口处的喷孔轴向速度；321…喷孔出口处的喷孔面方向速度；322…喷孔出口处的喷射方向速度；330…燃料喷雾。

Claims (10)

1.一种车辆用控制装置，其控制直接将燃料喷射到内燃机的燃烧室的喷射器，所述车辆用控制装置的特征在于，
具备控制部，该控制部在从所述喷射器喷射的燃料的温度处于设定高温区域内、并且所述燃烧室的压力处于设定低压区域内的情况下，以使所述喷射器的阀芯的提升量增大的方式进行控制。
2.一种车辆用控制装置，其控制直接将燃料喷射到内燃机的燃烧室的喷射器，所述车辆用控制装置的特征在于，
具备控制部，该控制部在从所述喷射器喷射的燃料的温度处于设定高温区域内、并且所述燃烧室的压力处于设定低压区域内的情况下，以使1个循环的多级次数降低的方式进行控制。
3.一种车辆用控制装置，其控制直接将燃料喷射到内燃机的燃烧室的喷射器，所述车辆用控制装置的特征在于，
具备控制部，该控制部在从所述喷射器喷射的燃料的温度处于设定高温区域内、并且所述燃烧室的压力处于设定低压区域内的情况下，以使向所述喷射器的驱动电流的波峰值增大的方式进行控制。
4.根据权利要求1所述的车辆用控制装置，其特征在于，
所述喷射器具备能够根据驱动电流的大小而切换提升量的大小的两级提升机构。
5.根据权利要求1或者2所述的车辆用控制装置，其特征在于，
所述控制部在使1个循环的多级喷射次数降低的情况下，以相对于降低前的多级喷射中的所述阀芯的提升量而降低后的所述阀芯的提升量变大的方式进行控制。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的车辆用控制装置，其特征在于，
所述控制部以使向所述喷射器的驱动电流的波峰值增大的方式进行控制，从而与使波峰值增大之前相比，以使从所述阀芯的开阀开始直至到达目标提升为止的时间变短的方式进行控制。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆用控制装置，其特征在于，
所述控制部将向所述燃烧室的压力的吸气端口的压力用作所述燃烧室的压力。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆用控制装置，其特征在于，
所述控制部将配置于所述喷射器的上游侧的配管内的燃料的温度用作从所述喷射器喷射的燃料的温度。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的车辆用控制装置，其特征在于，
所述控制部将所述喷射器的表面温度用作从所述喷射器喷射的燃料的温度。
10.一种车辆用控制装置，其控制直接将燃料喷射到内燃机的燃烧室的喷射器，所述车辆用控制装置的特征在于，
具备控制部，该控制部在从所述喷射器喷射的燃料的温度处于设定高温区域内、并且所述燃烧室的压力处于设定低压区域内的情况下，以使从所述喷射器喷射的燃料的喷射压力变高的方式进行控制。
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