專利名稱：內(nèi)燃機(jī)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(jī)的控制裝置，詳細(xì)地說，涉及一種使柴油機(jī)的燃燒最佳化的控制裝置。
背景技術(shù)：
由于近年來對強(qiáng)化限制廢氣和降低噪音的要求，在柴油機(jī)方面，燃燒室內(nèi)的燃燒最佳化的要求也逐漸提高起來。為了實(shí)現(xiàn)燃燒的最佳化，在柴油機(jī)中，必須正確控制燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、噴射期間等。
但是，在柴油機(jī)中，一般不進(jìn)行吸入空氣量的調(diào)整而根據(jù)燃料噴射量來控制內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷。因此，在柴油機(jī)中，在大大高于理論空燃比的稀空燃比區(qū)域內(nèi)進(jìn)行燃燒，并且空燃比根據(jù)負(fù)荷發(fā)生變化。因此，在現(xiàn)有的柴油機(jī)中，并不是像汽油機(jī)那樣嚴(yán)密控制空燃比，也不像汽油機(jī)那樣對燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間等燃料噴射參數(shù)也進(jìn)行精密的控制。此外，以往，在柴油機(jī)中，雖然是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件(轉(zhuǎn)速、加速踏板開度等)來決定燃料噴射量、噴射時(shí)間、噴射壓力等燃料噴射特性值的目標(biāo)值，根據(jù)該目標(biāo)值對燃料噴射閥進(jìn)行開環(huán)控制，但是，在開環(huán)控制中，但是在開環(huán)控制中，無法防止實(shí)際的燃料噴射量相對于目標(biāo)噴射量產(chǎn)生誤差值，所以難以在將燃燒狀態(tài)作為目標(biāo)的狀態(tài)下進(jìn)行正確控制。
另外，為了改善廢氣特性和降低噪音，在各汽缸的一沖程循環(huán)中，在主燃料噴射的前后進(jìn)行多次的燃料噴射，將燃燒狀態(tài)調(diào)整為最佳的多點(diǎn)燃料噴射是有效的。但是，為了進(jìn)行多點(diǎn)燃料噴射，必須精密控制多次燃料噴射的各自的燃料噴射量和噴射時(shí)間。
此外，為了改善燃燒狀態(tài)，在最近的柴油機(jī)中所采用的共軌式高壓燃料噴射裝置中，由于燃料噴射時(shí)間短，并且在噴射過程中燃料噴射壓力發(fā)生變化，所以存在燃料噴射量易產(chǎn)生誤差值的問題。因此，在共軌式高壓燃料噴射裝置中，雖然采用很小地設(shè)定燃料噴射閥的公差值而提高燃料噴射精度等對策，但是實(shí)際上由于燃料噴射閥各部的磨損等而使燃料噴射特性隨著使用時(shí)間發(fā)生變化，所以進(jìn)行開環(huán)控制時(shí)，通常難以使燃料噴射特性值與目標(biāo)值一致。
這樣，由于在柴油機(jī)中燃料噴射量等容易產(chǎn)生誤差值，所以即使可以設(shè)定得到最佳燃燒狀態(tài)的目標(biāo)值，實(shí)際上也難以使其燃料噴射量與目標(biāo)值一致。
另一方面，為了降低內(nèi)燃機(jī)的燃燒溫度而減少NOx等有害排出物，公知的技術(shù)是將一部分內(nèi)燃機(jī)廢氣作為EGR(廢氣再循環(huán))氣體使其回流到內(nèi)燃機(jī)燃燒室中。此外，通常在進(jìn)行稀空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油機(jī)中，通過將較多量的EGR氣體供應(yīng)給燃燒室，可以減少廢氣中的有害排出物。
但是，EGR氣體對燃燒影響很大，尤其是在柴油機(jī)中，EGR氣體量對燃料噴射開始后直至所噴射的燃料開始燃燒的著火延遲時(shí)間影響很大。因此，過多地向燃燒室供應(yīng)EGR氣體時(shí)，則內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)惡化，導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)性能的下降和廢氣特性的惡化。
另一方面，EGR氣體量少時(shí)，抑制有害排出物的效果降低。因此，必須根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)適量控制EGR氣體量。
但是，以往，通常不進(jìn)行對EGR氣體量的精密控制，尤其是在柴油機(jī)中，將用于控制EGR氣體流量的EGR閥的開度開環(huán)控制為由內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開度(加速踏板的踏入量)所決定的值。
但是，由于近年來對強(qiáng)化限制廢氣和降低噪音的要求，導(dǎo)致對EGR氣體流量也必須精密控制為最佳值。當(dāng)這樣進(jìn)行精密的EGR控制時(shí)，在現(xiàn)有的基于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開度的開環(huán)控制中無法得到足夠的精度。此外，例如，在汽油發(fā)動機(jī)中，雖然可以在內(nèi)燃機(jī)排氣通路上配置空燃比傳感器，根據(jù)由空燃比傳感器所檢測出的排氣空燃比來控制EGR氣體量，但是由于像柴油機(jī)等那樣有時(shí)在排氣空燃比極其稀薄的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)中，空燃比傳感器的檢測精度降低，所以存在根據(jù)空燃比傳感器所檢測出的排氣空燃比控制EGR氣體量時(shí)誤差值變大的問題。
在EGR氣體量的控制中，檢測出實(shí)際的燃燒狀態(tài)為何種形式，并且使實(shí)際的燃燒狀態(tài)與作為目標(biāo)的燃燒狀態(tài)一致地對EGR氣體量進(jìn)行反饋控制是有效的。
即，相對于以往的對燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、EGR氣體量等進(jìn)行基于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開度的開環(huán)控制，為了改善廢氣的特性和降低噪音，必須根據(jù)實(shí)際的燃燒狀態(tài)對燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、EGR氣體量等進(jìn)行正確的反饋控制。
這樣，作為根據(jù)實(shí)際的內(nèi)燃機(jī)燃燒狀態(tài)控制燃料噴射和EGR的裝置，例如有特開2000-54889號公報(bào)所記載的裝置。
雖然特開2000-54889號公報(bào)中的裝置，不是關(guān)于柴油機(jī)而是關(guān)于汽油發(fā)動機(jī)的裝置，但是作為表示內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)的燃燒參數(shù)利用燃燒室內(nèi)的放熱率，控制EGR氣體流量和燃料噴射時(shí)間、燃料噴射量、點(diǎn)火時(shí)間等，使得放熱率形成規(guī)定的模型。
即，特開2000-54889號公報(bào)中的裝置，在汽缸上配置用于檢測內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)壓力的汽缸內(nèi)壓力傳感器，根據(jù)所檢測出的實(shí)際的燃燒室內(nèi)壓力(燃燒壓)和曲柄轉(zhuǎn)角算出各曲柄轉(zhuǎn)角上的放熱率，反饋控制EGR氣體量、點(diǎn)火時(shí)間、燃料噴射時(shí)間等，使得相對于放熱率的曲柄轉(zhuǎn)角的變化模型，與根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件所預(yù)設(shè)的理想的變化模型一致，從而得到最佳的燃燒。
在上述特開2000-54889號公報(bào)中的裝置中，作為關(guān)于燃燒的參數(shù)選定放熱率，算出實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中的放熱率模型，反饋控制點(diǎn)火時(shí)間、燃料噴射量等，使得該放熱率形成規(guī)定的模型。雖然特開2000-54889號公報(bào)的裝置涉及汽油機(jī)，但是例如在柴油機(jī)中同樣可以考慮通過設(shè)置汽缸內(nèi)壓力傳感器，根據(jù)汽缸內(nèi)壓力傳感器的輸出算出放熱率的模型，反饋控制燃料噴射時(shí)間、燃料噴射量，使得該放熱率的峰值位置和模型達(dá)到規(guī)定的峰值位置和放熱率模型。
但是，在特開2000-54889號公報(bào)的裝置中，作為表示內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)的參數(shù)，僅利用燃燒室中的放熱率進(jìn)行燃燒狀態(tài)的反饋控制。在特開2000-54889號公報(bào)的裝置中，使用了汽油機(jī)，在汽油機(jī)中，進(jìn)行預(yù)混合氣體的火花點(diǎn)火，點(diǎn)火、燃燒等燃燒參數(shù)也變化不大。因此，作為表示燃燒狀態(tài)的參數(shù)，即使只利用放熱率的峰值位置和模型，也不會產(chǎn)生大的誤差值。
但是，在柴油機(jī)中，例如，有時(shí)不僅進(jìn)行主燃料噴射，還進(jìn)行包括在主燃料噴射之前所進(jìn)行的預(yù)噴射和在主燃料噴射之后所進(jìn)行的殘噴射等的多點(diǎn)燃料噴射，有時(shí)僅使噴射形式(噴射模式)也大不相同。另外，在柴油機(jī)中，燃燒模型(燃燒模式)根據(jù)EGR氣體量發(fā)生變化。
因此，由于燃燒室內(nèi)的壓力變化也根據(jù)噴射模式和燃燒模式而大不相同，所以僅通過放熱率的峰值位置和模型來進(jìn)行燃燒狀態(tài)的反饋控制未必合適。
例如，在柴油機(jī)的汽缸內(nèi)燃料噴射閥上，噴射量和噴射時(shí)間等的燃料噴射特性隨著使用時(shí)間逐漸發(fā)生變化而產(chǎn)生燃料噴射特性的偏差，這樣的偏差難以根據(jù)上述的放熱率峰值位置和模型準(zhǔn)確修正。
此外，雖然當(dāng)進(jìn)行預(yù)噴射和主燃料噴射、或殘噴射等多點(diǎn)燃料噴射時(shí)，為了使燃燒狀態(tài)最佳，必須將各自的噴射的燃料噴射量和噴射時(shí)間控制為最佳，但是難以僅根據(jù)放熱率峰值位置和模型，反饋控制多個燃料噴射的燃料噴射特性。
另一方面，作為利用放熱率以外的參數(shù)檢測出燃燒狀態(tài)，根據(jù)燃燒狀態(tài)反饋控制多點(diǎn)燃料噴射的燃料噴射特性的內(nèi)燃機(jī)的燃料控制裝置的例子，有特開2001-123871號公報(bào)所記載的裝置。
特開2001-123871號公報(bào)中的裝置，測量內(nèi)燃機(jī)的燃燒噪音，根據(jù)所測出的燃燒噪音判斷預(yù)噴射量過多還是過少，據(jù)此補(bǔ)正預(yù)噴射量。此外，作為燃燒噪音，利用通過用于檢測燃燒室內(nèi)壓力的汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的汽缸內(nèi)壓力的微分值或2階微分值，從而可以消除機(jī)械振動的影響而提高燃燒噪音的檢測精度。
即，特開2001-123871號公報(bào)中的裝置，根據(jù)實(shí)際上所測量出的燃燒噪音反饋控制預(yù)噴射量，從而通常將燃燒噪音抑制在目標(biāo)強(qiáng)度以下。
如上所述，在特開2001-123871號公報(bào)中的裝置中，由于根據(jù)實(shí)際所測量的燃燒噪音反饋控制預(yù)噴射量，所以通?？梢詫⑷紵胍粢种圃谀繕?biāo)水平以下。但是，在上述特開2001-123871號公報(bào)的裝置中，雖然將燃燒噪音抑制在目標(biāo)值以下，但是通常未必會得到良好的燃燒狀態(tài)，相反，有時(shí)會導(dǎo)致排氣特性的惡化。
即，雖然為了得到良好的排氣特性，不僅需要適當(dāng)控制預(yù)噴射的噴射量，還必須適當(dāng)控制噴射時(shí)間，但是在特開2001-123871號公報(bào)的裝置中，根據(jù)燃燒噪音僅控制預(yù)噴射的噴射量，對于噴射時(shí)間并未進(jìn)行基于實(shí)際的燃燒狀態(tài)的控制。因此，在特開2001-123871號公報(bào)的裝置中，存在即使燃燒噪音降低，通常排氣特性也未必會提高的問題。
另外，特開2001-123871號公報(bào)的裝置，由于僅將預(yù)噴射、且只進(jìn)行一次預(yù)噴射的運(yùn)轉(zhuǎn)作為對象，所以存在，對于有時(shí)進(jìn)行多次的預(yù)噴射和在主燃料噴射之后進(jìn)行殘噴射的多點(diǎn)燃料噴射，無法適當(dāng)控制各燃料噴射的噴射量和噴射時(shí)間的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其在柴油機(jī)中，也可以通過根據(jù)噴射模式和燃燒模式使用最佳的燃燒參數(shù)而進(jìn)行對燃料噴射量、噴射時(shí)間、EGR氣體量的反饋控制，將柴油機(jī)的燃燒狀態(tài)控制為最佳。
為達(dá)成上述目的，根據(jù)本發(fā)明所提供的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，在內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)具有用于噴射燃料的燃料噴射閥、作為EGR氣體使一部分內(nèi)燃機(jī)排氣回流到內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)的EGR裝置以及用于檢測內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)的壓力的汽缸內(nèi)壓力傳感器，其中，包括燃燒參數(shù)計(jì)算裝置，根據(jù)通過所述汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的燃燒室內(nèi)壓力和利用內(nèi)燃機(jī)曲柄轉(zhuǎn)角預(yù)設(shè)的關(guān)系，計(jì)算出含有汽缸內(nèi)發(fā)熱量、燃燒開始時(shí)間和燃燒期間中的至少其一的表示內(nèi)燃機(jī)燃燒狀態(tài)的燃燒參數(shù)；和補(bǔ)正裝置，補(bǔ)正燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間和EGR氣體量的任意一個以上，使得所計(jì)算出的燃燒參數(shù)達(dá)到根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)所預(yù)設(shè)的目標(biāo)值；作為所述燃燒參數(shù)，從根據(jù)燃燒室內(nèi)壓力和內(nèi)燃機(jī)曲柄角度所計(jì)算出、表示所述內(nèi)燃機(jī)燃燒狀態(tài)的多種燃燒參數(shù)中，利用根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射模式或燃燒模式所選擇的燃燒參數(shù)進(jìn)行通過所述補(bǔ)正裝置的補(bǔ)正。
即，在本發(fā)明中，雖然根據(jù)由汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的實(shí)際的燃燒室內(nèi)壓力和曲柄轉(zhuǎn)角算出表示內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)的燃燒參數(shù)，但是，作為該燃燒參數(shù)，例如不僅是只利用放熱率控制所有的情況，還從根據(jù)燃燒室內(nèi)壓力和曲柄轉(zhuǎn)角所算出的多種燃燒參數(shù)中，根據(jù)由燃料噴射的次數(shù)等燃料噴射模式和EGR量等所決定的燃燒模式，選擇最佳的燃燒參數(shù)，即，在其燃料噴射模式和燃燒模式中，誤差值最小的參數(shù)，用于反饋控制。這樣，從多種燃燒參數(shù)中，根據(jù)燃料噴射模式和燃燒模式選擇誤差值最小的燃燒參數(shù)來進(jìn)行反饋控制，從而可以將柴油機(jī)的燃燒控制為最佳。
另外，在本說明書中，將根據(jù)燃燒室內(nèi)壓力所算出的、表示燃燒室內(nèi)的燃燒狀態(tài)的參數(shù)稱作燃燒參數(shù)。
作為可在本發(fā)明中使用的燃燒參數(shù)，例如有以下參數(shù)。
開始燃燒后的燃燒室內(nèi)壓力的最大值Pmax(參見圖2)和燃燒室內(nèi)壓力最大時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
當(dāng)產(chǎn)生燃燒室內(nèi)壓力的相對于曲柄轉(zhuǎn)角的變化率的最大值(dP/dθ)max(參見圖4)時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
當(dāng)產(chǎn)生燃燒室內(nèi)壓力的2階微分值的最大值(d2P/dθ2)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的最大值PVmax和產(chǎn)生PVmax時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的最大值PVmax，與在產(chǎn)生PVmax時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角(θpvmax)處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮所產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積PVmaxbase的差值為ΔPVmax(＝PVmax-PVmaxbase)(參見圖7)。
當(dāng)產(chǎn)生汽缸內(nèi)放熱率的最大值(dQ/dθ)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
汽缸內(nèi)總發(fā)熱量∑dQ。
開始燃燒后的汽缸內(nèi)壓力的最大值Pmax與從達(dá)到壓縮上止點(diǎn)后到燃燒室內(nèi)開始燃燒之間的汽缸內(nèi)最小壓力Pmin(參見圖8)的差值，Pmax-Pmin。
開始燃燒后的汽缸內(nèi)壓力的最大值Pmax，與在所述汽缸內(nèi)壓力最大時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮所產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力Pmaxbase(參見圖9)的差值，Pmax-Pmaxbase。
從這些燃燒參數(shù)中根據(jù)噴射模式、燃燒模式利用合適的參數(shù)控制燃料噴射量、噴射時(shí)間、EGR氣體量等，從而可以將內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)控制為最佳。
此外，尤其是在EGR的控制上，作為燃燒參數(shù)，利用從燃料噴射開始時(shí)到產(chǎn)生所述的燃燒室內(nèi)壓力與燃燒室實(shí)際容積的乘積的最大值PVmax的曲柄轉(zhuǎn)角的時(shí)間Δt時(shí)，可以進(jìn)行高精度的EGR控制。
同樣，在EGR控制上，作為燃燒參數(shù)，利用燃料噴射開始后，到根據(jù)由燃燒室內(nèi)壓力P、由曲柄轉(zhuǎn)角θ所決定的燃燒室容積V和燃燒氣體的比熱比k所算出的PVk值而計(jì)算出的PVk值取最小值PVkmin的時(shí)間Δtd，或利用開始由燃料噴射閥噴射燃料后，從PVk值取最小值PVkmin到取最大值PVkmax的時(shí)間Δtc，也可以進(jìn)行高精度的EGR控制。
另外，當(dāng)進(jìn)行多點(diǎn)燃料噴射時(shí)，還可以將利用燃燒室內(nèi)壓力P、由曲柄轉(zhuǎn)角θ所決定的燃燒室容積V和預(yù)設(shè)的常數(shù)γ，利用作為V的γ次方與P的乘積所表示的參數(shù)PVγ的相對于曲柄轉(zhuǎn)角θ的變化率d(PVγ)/dθ所算出的燃燒室內(nèi)的包括燃燒開始時(shí)間和終止時(shí)間的燃燒時(shí)間，用作燃燒參數(shù)，補(bǔ)正各燃料噴射的噴射時(shí)間和噴射量(燃料噴射壓力)，使得這些燃料參數(shù)與目標(biāo)值一致。


圖1是表示將本發(fā)明的燃料噴射裝置用于汽車用柴油機(jī)時(shí)的實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是用于說明燃燒參數(shù)Pmax的圖。
圖3是用于說明根據(jù)燃燒參數(shù)(dP/dθ)max的噴射模式的區(qū)別使用的圖。
圖4是用于說明燃燒參數(shù)(dP/dθ)max的圖。
圖5是用于說明根據(jù)燃燒參數(shù)(d2P/dθ2)max的噴射模式的區(qū)別使用的圖。
圖6是用于說明根據(jù)燃燒參數(shù)(dQ/dθ)max的噴射模式的區(qū)別使用的圖。
圖7是用于說明燃燒參數(shù)ΔPVmax的圖。
圖8是用于說明燃燒參數(shù)(Pmax-Pmin)的圖。
圖9是用于說明燃燒參數(shù)(Pmax-Pmaxbase)的圖。
圖10是用于說明燃燒參數(shù)(PVmain-PVmainbase)的圖。
圖11是用于說明燃燒參數(shù)(Pmtdc-Pmin)的圖。
圖12是用于說明本發(fā)明的燃料噴射補(bǔ)正操作的一實(shí)施方式的流程圖。
圖13是表示汽缸內(nèi)壓力傳感器的校準(zhǔn)原理的圖。
圖14是用于說明燃燒參數(shù)(ΔPVmax-ΔPVafter)的圖。
圖15是用于說明燃燒參數(shù)(Pmain-Pmainbase)的圖。
圖16是用于說明燃燒模式切換時(shí)的燃料噴射控制操作的流程圖。
圖17是用于說明在本實(shí)施方式中所使用的燃燒參數(shù)的定義的圖。
圖18是用于說明本實(shí)施方式中的燃料噴射等基本控制的流程圖。
圖19是用于說明本實(shí)施方式中的利用燃燒參數(shù)的燃料噴射等的控制操作的流程圖。
圖20是用于說明利用燃燒參數(shù)的EGR率控制的另一實(shí)施方式的流程圖。
圖21是用于說明從通常的燃燒模式向低溫燃燒模式的切換控制的定時(shí)圖。
圖22是用于說明從低溫燃燒模式返回到通常的燃燒模式時(shí)的切換控制的定時(shí)圖。
圖23是用于說明構(gòu)成多點(diǎn)燃料噴射的各燃料噴射的圖。
圖24(A)是用于說明本實(shí)施方式中的燃燒期間的檢測原理的圖。
圖24(B)是用于說明發(fā)熱量的檢測原理的圖。
圖25是用于說明各燃料噴射中的燃燒時(shí)間和發(fā)熱量的計(jì)算操作的流程圖。
圖26是用于說明本實(shí)施方式的燃料噴射補(bǔ)正操作的順序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1是表示將本發(fā)明的燃料噴射裝置應(yīng)用于汽車用柴油機(jī)時(shí)的實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)的圖。
在圖1中，1表示內(nèi)燃機(jī)(在本實(shí)施方式中，使用具有從#1到#4四個汽缸的四汽缸四循環(huán)柴油機(jī))，10a～10d表示直接向從內(nèi)燃機(jī)1的#1到#4的各汽缸燃燒室噴射燃料的燃料噴射閥。燃料噴射閥10a～10d，分別通過燃料通路(高壓燃料配管)連接在共用的蓄壓器(共用軌道)3上。共用軌道3具有貯存由高壓燃料噴射泵5所供應(yīng)的加壓燃料，并通過高壓燃料配管將所貯存的高壓燃料分配給各燃料噴射閥10a～10d的功能。
在本實(shí)施方式中，設(shè)有用于使一部分內(nèi)燃機(jī)的廢氣回流到各汽缸燃燒室的EGR裝置。EGR裝置，包括用于連接內(nèi)燃機(jī)的排氣通路和內(nèi)燃機(jī)的吸氣通路或各汽缸的吸氣口的EGR通路33；和配置在該EGR通路上，具有作為控制從排氣通路向吸氣通路回流的廢氣(EGR氣體)流量的流量控制閥的功能的EGR閥35。EGR閥35，具有步進(jìn)電動機(jī)等適當(dāng)形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)35a，根據(jù)來自后述的ECU20的控制信號控制EGR閥開度。
圖1中20所表示的是進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)的控制的電子控制單元(ECU)。ECU20是作為通過雙向總線連接只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存儲器(RAM)、中央處理器(CPU)以及輸入輸出端口的公知結(jié)構(gòu)的微型電子計(jì)算機(jī)而構(gòu)成的。ECU20，在本實(shí)施方式中，除了控制燃料泵5的噴出量，將共用軌道3壓力控制為根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件所決定的目標(biāo)值的燃料壓力控制以外，還根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)設(shè)定燃料噴射的噴射時(shí)間及噴射量、EGR氣體量，并且進(jìn)行對燃料噴射量、噴射時(shí)間、EGR氣體量等進(jìn)行反饋控制的內(nèi)燃機(jī)的基本控制，使得根據(jù)后述汽缸內(nèi)氣體壓力傳感器所計(jì)算出的燃燒參數(shù)的值，與根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)所決定的目標(biāo)值一致。
為了進(jìn)行這些控制，在本實(shí)施方式中，除了在共用軌道3上設(shè)置用于檢測共用軌道內(nèi)燃料壓力的燃料壓力傳感器27以外，還在內(nèi)燃機(jī)1的加速踏板(未圖示)附近設(shè)置用于檢測加速踏板開度(駕駛員的加速踏板的踏入量)的加速踏板開度傳感器21。此外，圖1中的23所表示的是用于檢測內(nèi)燃機(jī)1的凸輪軸的旋轉(zhuǎn)相位的凸輪角傳感器，25所表示的是用于檢測曲軸的旋轉(zhuǎn)相位的曲柄轉(zhuǎn)角傳感器。凸輪角傳感器23配置在內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸附近，換算為曲柄轉(zhuǎn)角并每隔720度輸出基準(zhǔn)脈沖。此外，曲柄轉(zhuǎn)角傳感器25，配置在內(nèi)燃機(jī)的曲軸附近，每隔規(guī)定的曲柄轉(zhuǎn)角(例如每15度)，產(chǎn)生曲柄轉(zhuǎn)角脈沖。
ECU20，根據(jù)由曲柄轉(zhuǎn)角傳感器25輸入的曲柄轉(zhuǎn)角脈沖信號的頻率計(jì)算出內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)由加速踏板開度傳感器21輸入的加速踏板開度信號和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算出燃料噴射閥10a～10d的燃料噴射時(shí)間和燃料噴射量、EGR閥35開度(EGR氣體量)。
此外，圖1中的29a～29d所表示的是，配置在各汽缸10a～10d上的用于檢測汽缸燃燒室內(nèi)的壓力的公知形式的汽缸內(nèi)壓力傳感器。通過汽缸內(nèi)壓力傳感器29a～29d所檢測出的各燃燒室內(nèi)壓力，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器30供應(yīng)給ECU20。
在本實(shí)施方式中，通過ECU20將共用軌道3的燃料壓力控制為適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的壓力，例如從10Mpa到150Mpa左右的高壓，在很廣的范圍內(nèi)變化。此外，在柴油機(jī)中，一般在主燃料噴射之前進(jìn)行一次或多次向汽缸內(nèi)噴射較少量的燃料的預(yù)噴射。由于通過預(yù)噴射向汽缸內(nèi)噴射的燃料，在主燃料噴射之前燃燒而使汽缸內(nèi)的溫度壓力上升到適于主燃料噴射的燃燒的狀態(tài)，所以可以通過進(jìn)行預(yù)噴射來降低燃燒噪音。
此外，在像本實(shí)施方式這樣進(jìn)行高壓燃料噴射的柴油機(jī)中，有時(shí)在主燃料噴射之后進(jìn)行一次或多次殘噴射和后噴射。殘噴射是，當(dāng)主燃料噴射的燃料噴射量增多，一次噴射時(shí)燃燒狀態(tài)惡化時(shí)，為了使汽缸內(nèi)的燃料壓力變化最佳化而進(jìn)行的，后噴射是例如為提高排氣溫度所進(jìn)行的。
在柴油機(jī)中，由于不必像現(xiàn)有的汽油機(jī)那樣準(zhǔn)確控制空燃比，所以燃料噴射量的控制也不要求較高的精度。但是，在上述高壓的燃料噴射中，除了主燃料噴射以外，還要求預(yù)噴射、殘噴射等多點(diǎn)燃料噴射。(在本說明書中，將除主燃料噴射以外所進(jìn)行的預(yù)噴射、殘噴射、后噴射等總稱為多點(diǎn)燃料噴射。)另外，后面對多點(diǎn)燃料噴射進(jìn)行詳細(xì)說明。
因此，必須在柴油機(jī)中高精度地進(jìn)行燃料噴射。但是，現(xiàn)有的燃料噴射控制，基本上是從根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件(轉(zhuǎn)速、加速踏板開度)所預(yù)設(shè)的圖像設(shè)定燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間的開環(huán)控制，實(shí)際上隨著燃料噴射壓力的高壓化的燃料噴射時(shí)間的縮短，和共軌式燃料噴射中的燃料噴射中的共用軌道壓力(燃燒噴射壓力)變動和伴隨使用的燃料噴射閥的燃料噴射特性的變化等，是燃料噴射量產(chǎn)生誤差值的主要原因，難以通過對燃料噴射量、噴射時(shí)間等進(jìn)行開環(huán)控制來準(zhǔn)確控制。
因此，在本實(shí)施方式中利用表示內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)的參數(shù)，通過對燃料噴射量、噴射時(shí)間等進(jìn)行反饋控制，使該參數(shù)成為根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)所設(shè)定的最佳值(目標(biāo)值)，從而將內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)維持在最佳狀態(tài)。
在本實(shí)施方式中，作為表示燃燒狀態(tài)的參數(shù)，使用根據(jù)汽缸內(nèi)壓力傳感器29a～29d所檢測除的燃燒室內(nèi)壓力和曲柄轉(zhuǎn)角所計(jì)算出的參數(shù)，將根據(jù)這些燃燒室內(nèi)壓力和曲柄轉(zhuǎn)角所計(jì)算出的表示燃燒室內(nèi)的燃燒的參數(shù)稱作燃燒參數(shù)。
并且，根據(jù)燃燒室內(nèi)壓力所算出的表示燃燒狀態(tài)的參數(shù)，即，燃燒參數(shù)也存在無數(shù)，理論上這些中的任意一個都可以用于燃料噴射量、噴射時(shí)間等的反饋控制。但是，實(shí)際上判明根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射模式(只有主燃料噴射，或主燃料噴射和多點(diǎn)燃料噴射的組合)、燃燒模式(EGR量的大小等)，反饋控制的精度根據(jù)所利用的燃燒參數(shù)發(fā)生大變化。
因此，在本實(shí)施方式中，預(yù)先設(shè)定多種表示與燃燒狀態(tài)的良好的密切聯(lián)系的燃燒參數(shù)，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)1的燃料噴射模式或燃燒模式從中選擇、使用控制誤差值最小的參數(shù)。
不是與燃料噴射模式和燃燒模式無關(guān)，使用同一燃燒參數(shù)，而使如上所述根據(jù)燃料噴射模式和燃燒模式從多種燃燒參數(shù)中選擇并使用最佳的燃燒參數(shù)，從而在本實(shí)施方式中，盡管燃料噴射模式和燃燒模式不同，通常也可以維持柴油機(jī)的最佳燃燒狀態(tài)。
以下表示在本實(shí)施方式中所使用的燃燒參數(shù)的代表例。在本實(shí)施方式中，根據(jù)燃料噴射模式和燃燒模式從以下的燃燒參數(shù)中選擇最佳的參數(shù)，作為燃燒參數(shù)使用。
(1)開始燃燒后的燃燒室內(nèi)壓力的最大值Pmax，和產(chǎn)生該最大值的曲柄轉(zhuǎn)角θpmax(圖2)(2)產(chǎn)生燃燒室內(nèi)壓力的相對于曲柄轉(zhuǎn)角的變化率的局部性的最大值(極大值)(dP/dθ)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角(3)產(chǎn)生燃燒室內(nèi)壓力的2階微分值的局部性的最大值(極大值)(d2P/dθ2)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角(4)燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的最大值PVmax和產(chǎn)生該最大值時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角θpvmax(5)上述PVmax，與在產(chǎn)生PVmax時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角θpvmax處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮所產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積PVmaxbsae的差值ΔPVmax(＝PVmax-PVmaxbase)(參見圖7)
(6)當(dāng)產(chǎn)生汽缸內(nèi)放熱率的最大值(dQ/dθ)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角(7)汽缸內(nèi)總發(fā)熱量∑dQ(8)開始燃燒后的汽缸內(nèi)壓力的最大值Pmax與壓縮上止點(diǎn)后到燃燒室內(nèi)開始燃燒之間的燃燒室內(nèi)最小壓力Pmin的差值，Pmax-Pmin(9)開始燃燒后的燃燒室內(nèi)壓力的最大值Pmax，與在產(chǎn)生Pmax的曲柄轉(zhuǎn)角處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮所產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力(電動回轉(zhuǎn)壓力)Pmaxbase的差值，Pmax-Pmaxbase(10)通過主燃料噴射所噴射的燃料著火時(shí)的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積PVmain，與在通過主燃料噴射多噴射的燃料著火的曲柄轉(zhuǎn)角處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮所產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積PVmainbase的差值(Pvmain-PVmainbase)(參見圖10)(11)上述的ΔPVmax，與由殘噴射所噴射的燃料著火時(shí)的燃料室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積，和在由殘噴射所噴射的燃料著火時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮所引起的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的差值ΔPVafter的差值(ΔPVmax-ΔPVafter)(參見圖10，圖14)(12)壓縮沖程上止點(diǎn)上的燃燒室內(nèi)壓力，與從達(dá)到壓縮上止點(diǎn)后到在燃燒室內(nèi)開始燃燒之間的燃燒室內(nèi)最小壓力Pmin的差值Ptdc-Pmin下面，對各燃燒參數(shù)進(jìn)行簡單說明。
(1)Pmax，和產(chǎn)生Pmax的曲柄轉(zhuǎn)角(θpmax)開始燃燒后的燃燒室內(nèi)壓力的最大值，通常出現(xiàn)在汽缸壓縮沖程上止點(diǎn)后，根據(jù)由主燃料噴射所噴射的燃料的燃燒，作為汽缸內(nèi)壓力上升至最高時(shí)的汽缸內(nèi)壓力進(jìn)行。
圖2表示一般的柴油機(jī)的從吸氣沖程到膨脹沖程過程中的汽缸內(nèi)壓力變化，縱軸表示壓力，橫軸表示曲柄轉(zhuǎn)角。
在圖2中，TDC表示壓縮沖程上的上止點(diǎn)(以下，簡稱為上止點(diǎn))。在柴油機(jī)中，由于通常由上止點(diǎn)附近噴射燃料，活塞通過上止點(diǎn)之后開始燃燒，所以，通過上止點(diǎn)之后汽缸內(nèi)壓力大大提高。Pmax，如圖2所示，是開始燃燒后的燃燒室內(nèi)壓力的最大值，θpmax是產(chǎn)生Pmax時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
通過監(jiān)測汽缸內(nèi)壓力傳感器29a～29d的輸出，容易求出Pmax、θpmax。
在本實(shí)施方式中，Pmax用于主燃料噴射的噴射量補(bǔ)正，θpmax用于主燃料噴射的噴射時(shí)間補(bǔ)正。
即，在本實(shí)施方式中，預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)求出改變內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開度而運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)時(shí)的最佳燃燒狀態(tài)中的Pmax和θpmax的值(目標(biāo)值)，分別以利用內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開度作為參數(shù)的二維圖像的形式，預(yù)先存儲在ECU20的ROM上。
內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，ECU20根據(jù)汽缸內(nèi)壓力傳感器29a～29d的輸出求出各汽缸的Pmax和θpmax，根據(jù)這時(shí)的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開度利用上述圖像讀出Pmax和θpmax的目標(biāo)值。并且，對主燃料噴射的燃料噴射量進(jìn)行增減補(bǔ)正，使得Pmax與其目標(biāo)值一致，同時(shí)，補(bǔ)正主燃料噴射的燃料噴射時(shí)間，使得θpmax與其目標(biāo)值一致。
由此，可以使主燃料噴射的噴射量和噴射時(shí)間最佳化，將內(nèi)燃機(jī)的燃燒維持在最佳的狀態(tài)。
(2)產(chǎn)生(dP/dθ)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角作為燃燒參數(shù)利用產(chǎn)生(dP/dθ)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角，補(bǔ)正燃料噴射時(shí)間，使得產(chǎn)生(dP/dθ)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角成為目標(biāo)值。
燃燒室內(nèi)所噴射的燃料燃燒時(shí)，燃燒室內(nèi)的壓力上升。因此，燃燒室內(nèi)壓力變化率(dP/dθ)的值，每進(jìn)行主燃料噴射、多點(diǎn)燃料噴射等燃料噴射時(shí)增大，產(chǎn)生與各噴射對應(yīng)的數(shù)(dP/dθ)的峰值。因此，作為燃燒參數(shù)，使用產(chǎn)生各峰值上的燃燒室內(nèi)壓力變化率(dP/dθ)的最大值(極大值)(dP/dθ)max的曲柄轉(zhuǎn)角，從而可以根據(jù)各燃料噴射模式補(bǔ)正各燃料噴射的噴射時(shí)間。
例如，當(dāng)進(jìn)行主燃料噴射和多點(diǎn)燃料噴射時(shí)，相對于一沖程循環(huán)，進(jìn)行多次燃料噴射。這時(shí)，雖然對于燃燒壓力本身，也會產(chǎn)生與由各燃料噴射所噴射的燃料的燃燒對應(yīng)的極大值，但是由于燃燒室內(nèi)的壓力上升因各噴射而相互影響，所以難以分離檢測各個噴射的極大值(Pmax)。
相對于此，壓力變化率(dP/dθ)相對于各燃料噴射出現(xiàn)明顯的峰值。因此，作為燃燒參數(shù)使用產(chǎn)生(dP/dθ)max的曲柄轉(zhuǎn)角，從而當(dāng)進(jìn)行多點(diǎn)燃料噴射時(shí)也可以進(jìn)行各噴射的噴射時(shí)間的準(zhǔn)確補(bǔ)正。
圖3、圖4是用于說明適應(yīng)噴射模式的(dP/dθ)max的區(qū)別使用的圖。例如，在一沖程循環(huán)中進(jìn)行主燃料噴射、預(yù)噴射和殘噴射的內(nèi)燃機(jī)中，對應(yīng)于各噴射也產(chǎn)生三個壓力變化率的峰值(dP/dθ)max。圖3中的(dP/dθ)max、(dP/dθ)NO.2max、(dP/dθ)NO.3max，表示壓縮沖程開始后(由壓縮沖程后期到膨脹沖程)所產(chǎn)生的壓力變化率的峰值中，第一個的峰值，第二個峰值，第三個峰值(參見圖4)。
圖3的第1列表示燃料噴射模式。在本實(shí)施方式中，由于在主燃料噴射中可以分別組合各一次的預(yù)噴射和/或殘噴射的多點(diǎn)燃料噴射，所以可以考慮的燃料噴射的數(shù)量為只有主燃料噴射、預(yù)噴射+主燃料噴射、主燃料噴射+殘噴射、預(yù)噴射+主燃料噴射+殘噴射這四種。
例如，當(dāng)如圖3所示僅實(shí)施主燃料噴射時(shí)，可以利用產(chǎn)生(dP/dθ)max的曲柄轉(zhuǎn)角補(bǔ)正主燃料噴射的噴射時(shí)間。
此外，當(dāng)噴射模式為預(yù)噴射+主燃料噴射時(shí)，分別利用產(chǎn)生(dP/dθ)max的曲柄轉(zhuǎn)角補(bǔ)正引導(dǎo)燃料噴射的噴射時(shí)間，或利用產(chǎn)生(dP/dθ)NO.2max的曲柄轉(zhuǎn)角補(bǔ)正主燃料噴射的噴射時(shí)間。
此外，例如當(dāng)噴射模式為預(yù)噴射+主燃料噴射+殘噴射時(shí)，分別利用產(chǎn)生(dP/dθ)max、(dP/dθ)NO.2max、(dP/dθ)NO.3max的曲柄轉(zhuǎn)角，補(bǔ)正引導(dǎo)燃料噴射、主燃料噴射、殘噴射的噴射時(shí)間。
(3)產(chǎn)生燃燒室內(nèi)壓力的2階微分值的最大值(d2P/dθ2)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角與上述的壓力變化率的極大值相同，燃燒室內(nèi)壓力的2階微分值的最大值(d2P/dθ2)max也存在于各個噴射中。因此，反饋控制各噴射的燃料噴射量和噴射時(shí)間，使得產(chǎn)生(d2P/dθ2)max的曲柄轉(zhuǎn)角成為根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)所預(yù)設(shè)的最佳值，從而可以將內(nèi)燃機(jī)燃燒狀態(tài)維持在最佳的狀態(tài)。
圖5是與圖3相同的用于說明適應(yīng)噴射模式的(d2P/dθ2)max的區(qū)別使用的圖。如圖5所示，(d2P/dθ2)max，可以與(dP/dθ)max完全相同地區(qū)別使用。此外，例如，尤其是當(dāng)使燃料噴射時(shí)間變化時(shí)的(dP/dθ)max的曲柄轉(zhuǎn)角變化遲鈍時(shí)，具有取代(dP/dθ)max而利用(d2P/dθ2)max進(jìn)行噴射時(shí)間補(bǔ)正的效果。
(4)燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的最大值PVmax，與產(chǎn)生該最大值時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角θpvmaxPVmax與后述的汽缸內(nèi)發(fā)熱量密切相關(guān)，尤其是當(dāng)燃料噴射模式為只有主燃料噴射時(shí)，可以進(jìn)行高精度的控制。此外，由于作為曲柄轉(zhuǎn)角的函數(shù)預(yù)先計(jì)算出燃燒室內(nèi)實(shí)際容積V，可以預(yù)先存儲起來，所以與利用汽缸內(nèi)發(fā)熱量的情形相比，可以減輕ECU20的計(jì)算負(fù)荷。
在本實(shí)施方式中，當(dāng)僅進(jìn)行主燃料噴射時(shí)，分別反饋控制主燃料噴射量，使得PVmax的值成為根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)所決定的最佳值；或反饋控制主燃料噴射時(shí)間，使得產(chǎn)生PVmax的曲柄轉(zhuǎn)角θpvmax成為根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)所決定的最佳值。
(5)上述PVmax，與在產(chǎn)生PVmax時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角θpvmax處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積PVmaxbsae的差值ΔPVmax(＝PVmax-PVmaxbase)(參見圖7)圖7是與圖2相同的用于說明ΔPVmax＝PVmax-PVmaxbase的圖。圖7中的實(shí)線表示只有主燃料噴射時(shí)的PV值的變化。燃燒室內(nèi)壓力P和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積V的乘積PV，如圖7所示產(chǎn)生燃燒時(shí)，由于壓力上升而增大，到達(dá)上止點(diǎn)TDC后達(dá)到最大值PVmax。
另一方面，圖7中的虛線表示假定未發(fā)生燃燒時(shí)的PV值的變化，即，利用僅由壓縮產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力(電動回轉(zhuǎn)壓力)計(jì)算的PV值(PVbase)。作為產(chǎn)生PVmax的曲柄轉(zhuǎn)角處的PVbase的值，算出PVmaxbase。
ΔPVmax，不僅可以在燃料噴射模式只有主燃料噴射時(shí)，還可以在存在預(yù)噴射和殘噴射時(shí)等所有的燃料噴射模式中，用于補(bǔ)正總計(jì)燃料噴射量(總噴射量)。在本實(shí)施方式中，對各燃料噴射時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)正，使得產(chǎn)生(dP/dθ)max或(d2P/dθ2)max的曲柄轉(zhuǎn)角與目標(biāo)值一致。
(6)當(dāng)產(chǎn)生汽缸內(nèi)放熱率的最大值(dQ/dθ)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角利用由汽缸內(nèi)壓力傳感器29a～29d所檢測出的汽缸內(nèi)壓力P和實(shí)際汽缸內(nèi)容積V，以下式表示汽缸內(nèi)放熱率。
(dQ/dθ)＝(k·P·(dV/dθ)+V(dP/dθ))/(k-1)其中，P、V是θ的函數(shù)，k表示混合氣體的比熱比。
汽缸內(nèi)放熱率(dQ/dθ)的值，每當(dāng)由主燃料噴射、多點(diǎn)燃料噴射等所噴射的燃料燃燒時(shí)則增大，與上述的(dP/dθ)的情形相同地，產(chǎn)生與各噴射對應(yīng)的數(shù)量的峰值。因此，作為燃燒參數(shù)使用產(chǎn)生各峰值(dQ/dθ)max的曲柄轉(zhuǎn)角，從而可以根據(jù)各燃料噴射模式補(bǔ)正各燃料噴射時(shí)間。
ECU2θ，利用由曲柄轉(zhuǎn)角傳感器25所檢測出的曲柄轉(zhuǎn)角和該轉(zhuǎn)角處的實(shí)際容積，以及由汽缸內(nèi)壓力傳感器29a～29d所檢測出的各汽缸的汽缸內(nèi)壓力，每隔一定曲柄轉(zhuǎn)角進(jìn)行微分運(yùn)算，近似地求出各個曲柄轉(zhuǎn)角上的(dQ/dθ)值，求出產(chǎn)生作為所計(jì)算出的(dQ/dθ)值的極大值的(dQ/dθ)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
如上所述，與(dP/dθ)max相同地，存在與一沖程循環(huán)時(shí)的燃料噴射的次數(shù)相同的(dQ/dθ)max。
圖6表示適應(yīng)燃料噴射模式的(dQ/dθ)max的區(qū)別使用。在圖6中，(dQ/dθ)max、(dQ/dθ)NO.2max、(dQ/dθ)NO.3max分別表示(dQ/dθ)的第一次、第二次、第三次極大值。圖6中的(dQ/dθ)max的區(qū)別使用，由于與圖3中的(dP/dθ)max的情形完全相同，所以在此省略詳細(xì)說明。
(7)汽缸內(nèi)總發(fā)熱量∑dQ汽缸內(nèi)總發(fā)熱量∑dQ，是通過在一沖程循環(huán)上對上述的(dP/dθ)的值進(jìn)行積分運(yùn)算所求出的。由于∑dQ相當(dāng)于供應(yīng)給燃燒室內(nèi)的總?cè)剂狭?，所以例如不僅可以在主燃料噴射中，還可以在含有預(yù)噴射和殘噴射的燃料噴射模式中用于總?cè)剂蠂娚淞康难a(bǔ)正。另外，噴射時(shí)間另行通過上述的任意方法進(jìn)行補(bǔ)正。
(8)開始燃燒后的汽缸內(nèi)壓力的最大值Pmax，與壓縮上止點(diǎn)后到燃燒室內(nèi)開始燃燒為止的期間內(nèi)燃燒室內(nèi)最小壓力Pmin的差值，Pmax-Pmin圖8是與圖2相同的表示Pmax與Pmin的圖。這時(shí)，反饋控制主燃料噴射，使得Pmax-Pmin的值達(dá)到目標(biāo)值，控制主燃料噴射時(shí)間，使得產(chǎn)生Pmax的曲柄轉(zhuǎn)角θpmax達(dá)到目標(biāo)值。Pmax-Pmin，適用于燃料噴射模式為只有主燃料噴射時(shí)。
(9)開始燃燒后的燃燒室內(nèi)壓力的最大值Pmax，與在產(chǎn)生Pmax的曲柄轉(zhuǎn)角處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力(電動回轉(zhuǎn)壓力)Pmaxbase的差值，Pmax-Pmaxbase圖9是與圖2相同的表示Pmax和Pmaxbase的圖。如圖9所示Pmaxbase是，產(chǎn)生Pmax的曲柄轉(zhuǎn)角θpmax處的、假定未發(fā)生燃燒時(shí)的燃燒室內(nèi)壓力的變化，即，僅由壓縮產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力(電動回轉(zhuǎn)壓力)。雖然Pmaxbase可以通過計(jì)算得出，但是如圖9所示，由于電動回轉(zhuǎn)壓力相對于壓縮上止點(diǎn)左右對稱，所以在本實(shí)施方式中，將相對于壓縮上止點(diǎn)TDC與θpmax對稱的壓縮沖程曲柄轉(zhuǎn)角θpmax′處的通過汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的壓力，作為Pmaxbase使用。
Pmax-Pmaxbase雖然與上述的Pmax-Pmin相同地，當(dāng)燃料噴射模式只有主燃料噴射時(shí)，用于補(bǔ)正主燃料噴射的燃料噴射量，但是，如圖9所示，尤其適于當(dāng)在燃燒室內(nèi)壓力變化過程中達(dá)到上止點(diǎn)后未出現(xiàn)最小壓力Pmin時(shí)的燃料噴射量補(bǔ)正。此外，在本實(shí)施方式中，還可以進(jìn)行補(bǔ)正主燃料噴射的噴射時(shí)間，使得產(chǎn)生Pmax的曲柄轉(zhuǎn)角θpmax與目標(biāo)值一致。
(10)PVmain-PVmainbase圖10是用于說明燃燒參數(shù)PVmain-PVmainbase的圖。在圖10中，橫軸表示曲柄轉(zhuǎn)角，縱軸表示各曲柄轉(zhuǎn)角處的燃燒室內(nèi)壓力P和燃燒室實(shí)際容積的乘積PV。
圖10表示除了主燃料噴射之外還進(jìn)行預(yù)噴射時(shí)的情形。
如圖10所示，PV值分別在由預(yù)噴射所噴射的燃料著火時(shí)(圖10中的點(diǎn)P)和由主燃料噴射所噴射的燃料著火時(shí)(圖10中的M點(diǎn))，急劇上升。
如圖10所示，PVmain是當(dāng)主燃料噴射的燃料著火時(shí)(M點(diǎn))的PV值。此外，PVmainbase是主燃料噴射的燃料著火時(shí)(M點(diǎn))的曲柄轉(zhuǎn)角處的、僅通過壓縮得到的燃燒室內(nèi)壓力(電動回轉(zhuǎn)壓力)Pmainbase和燃燒室實(shí)際容積V的乘積。
PVmain的值，作為PV值的2階微分值成為正值的點(diǎn)，可以容易地檢測出，根據(jù)這時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角可以求出電動回轉(zhuǎn)壓力Pmainbase，從而利用該P(yáng)mainbase和燃燒室實(shí)際容積V計(jì)算出PVmainbase。
PVmain-PVmainbase尤其適于進(jìn)行預(yù)噴射時(shí)的預(yù)噴射量的補(bǔ)正。
(11)ΔPVmax-ΔPVafter圖14是和圖10相同的用于說明ΔPVmax-ΔPvafter的圖。
圖14表示除了主燃料噴射之外還進(jìn)行預(yù)噴射和殘噴射時(shí)的情形。因此，在圖14中，PV值急劇增大的點(diǎn)有三處(圖14中的P點(diǎn)、M點(diǎn)、A點(diǎn)各點(diǎn))。此外，產(chǎn)生PV的最大值PVmax的曲柄轉(zhuǎn)角，成為在主燃料噴射的燃料開始燃燒后進(jìn)行殘噴射的時(shí)間點(diǎn)。
如上所示，作為PV的最大值PVmax與產(chǎn)生PVmax的曲柄轉(zhuǎn)角處的電動回轉(zhuǎn)時(shí)的PV值PVmaxbase的差值，求出ΔPVmax。
此外，作為當(dāng)有殘噴射所噴射的燃料開始燃燒時(shí)，即在圖14中，開始燃燒后第三個產(chǎn)生的PV值的激增開始點(diǎn)(A點(diǎn))處的、由汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的燃燒室內(nèi)壓力和這時(shí)的燃燒室實(shí)際容積的乘積PVafter，與作為A點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角處的電動回轉(zhuǎn)時(shí)的PV值的PVafterbase的差值，求出ΔPVafter。
即，ΔPVmax＝PVmax-PVmaxbaseΔPVafter＝PVafter-PVafterbase燃燒參數(shù)ΔPVmax-ΔPVafter尤其適于進(jìn)行殘噴射時(shí)的殘噴射量的補(bǔ)正。
(12)壓縮沖程上止點(diǎn)處的燃燒室內(nèi)壓力Pmtdc，與壓縮上止點(diǎn)后到在燃燒室內(nèi)開始燃燒為止的期間的燃燒室內(nèi)最小壓力Pmin的差值Pmtdc-Pmin圖11是與圖2相同的表示當(dāng)維持燃料噴射量一定并調(diào)整EGR氣體量而改變?nèi)剂峡杖急葧r(shí)的燃燒室內(nèi)壓力變化的圖。雖然當(dāng)維持燃料噴射量一定時(shí)，盡管空燃比變化燃燒壓力最大值Pmax卻幾乎不變，但是空燃比越低(EGR率越高)混合氣體的著火時(shí)間越遠(yuǎn)離壓縮上止點(diǎn)，壓縮上止點(diǎn)處的燃燒室內(nèi)壓力與到達(dá)上止點(diǎn)后直至開始燃燒的期間的燃燒室內(nèi)最小壓力Pmin的差值，根據(jù)空燃比發(fā)生變化。
因此，作為燃燒參數(shù)，利用壓縮沖程上止點(diǎn)處的由壓縮所產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力Pmtdc與到達(dá)上止點(diǎn)后的最小壓力Pmin的差值Pmtdc-Pmin，控制EGR量(例如，節(jié)氣門閥開度)，使得該值與目標(biāo)值一致，從而可以將燃燒空燃比控制為最佳。此外，在這種情況下，利用Pmax和產(chǎn)生Pmax的曲柄轉(zhuǎn)角控制主燃料噴射量和主燃料噴射時(shí)間。
另外，Pmtdc必須是壓縮沖程上止點(diǎn)處的未發(fā)生燃燒的狀態(tài)下的壓力，即，汽缸內(nèi)的僅由壓縮所產(chǎn)生的壓力。因此，為了防止當(dāng)由引導(dǎo)燃料噴射產(chǎn)生的燃燒等開始時(shí)產(chǎn)生誤差值，作為Pmtdc利用通過以下算式所得出的計(jì)算值。
Pmtdc＝Pbdc·(ε)k＝Pm·(ε)k其中，Pbdc是吸氣沖程下止點(diǎn)處的燃燒室內(nèi)壓力，與吸氣管壓力(增壓)Pm大致相等。此外，ε是汽缸的壓縮比，k是混合氣體的比熱比，優(yōu)選通過實(shí)驗(yàn)預(yù)先求出的數(shù)值。
如后述所示，利用Pmax和Pmtdc-Pmin兩個燃燒參數(shù)的控制，當(dāng)在通常燃燒和低溫燃燒之間的燃燒模式切換時(shí)等過渡時(shí)，特別有效。
另外，除了上述的燃燒參數(shù)以外，還可以使用以下所示的燃燒參數(shù)。
(a)Pmax-PmtdcPmax與Pmtdc(參見圖11)雖然分別如上所述，但是Pmax-Pmtdc，可以用于當(dāng)只進(jìn)行主燃料噴射時(shí)的總?cè)剂蠂娚淞?主燃料噴射量)的補(bǔ)正。
(b)PVmain關(guān)于PVmain，雖然通過圖10對作為燃燒參數(shù)使用PVmain-PVmainbase的情形進(jìn)行了說明，但是由于PVmain表示主燃料噴射的燃料著火之前的汽缸內(nèi)的熱量，所以通過補(bǔ)正預(yù)噴射量而使PVmain達(dá)到根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)所預(yù)設(shè)的值，可以將預(yù)噴射量控制為適當(dāng)?shù)闹怠?br> (c)Pmain-PmainbasePmain、Pmainbase分別是主燃料噴射的燃料著火時(shí)的燃燒室內(nèi)壓力和產(chǎn)生改Pmain時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角處的電動回轉(zhuǎn)壓力(參見圖15)。Pmain-Pmainbase與PVmain-PVmainbase相同地，也適于預(yù)噴射量的補(bǔ)正。
(d)∑dQmain∑dQmain是，從壓縮沖程開始時(shí)到由主燃料噴射所噴射的燃料著火時(shí)為止對上述的汽缸內(nèi)放熱率(dQ/dθ)的值進(jìn)行積分運(yùn)算的值(積分值)。由于∑dQmain相當(dāng)于在主燃料噴射的燃料開始燃燒前供應(yīng)給燃燒室內(nèi)的總熱量，所以，例如在含有預(yù)噴射的燃料噴射模式中，相當(dāng)于預(yù)噴射的噴射量。因此，通過將∑dQmain作為燃燒參數(shù)使用，可以適當(dāng)補(bǔ)正預(yù)噴射量。
(e)∑dQ-∑dQafter∑dQ是上述的汽缸內(nèi)總發(fā)熱量，∑dQafter是從壓縮沖程開始到殘噴射的燃料著火時(shí)為止的汽缸內(nèi)放熱率(dQ/dθ)的積分運(yùn)算值(積分值)。由于∑dQafter相當(dāng)于到殘噴射的燃料開始燃燒為止供應(yīng)到燃燒室內(nèi)的熱量的總和，所以∑dQ-∑dQafter相當(dāng)于僅由殘噴射供應(yīng)到燃燒室內(nèi)的熱量的總和，即，相當(dāng)于殘噴射的燃料噴射量。因此，通過將∑dQ-∑dQafter作為燃燒參數(shù)使用，可以適當(dāng)補(bǔ)正殘噴射的噴射量。
接著，利用圖12的流程圖對本實(shí)施方式的燃料噴射補(bǔ)正操作進(jìn)行說明。
通過ECU20施行圖12的操作。下面說明圖12的各步驟的操作。
步驟1201步驟1201表示判斷控制操作實(shí)行條件是否成立。在步驟1201中，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，或車輛的累計(jì)行駛距離，決定是否實(shí)行步驟1203以下的控制操作。
例如，當(dāng)從內(nèi)燃機(jī)開始工作的累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間未達(dá)到規(guī)定值時(shí)(或車輛的行駛距離未達(dá)到規(guī)定值時(shí))，由于內(nèi)燃機(jī)各部分的初始摩擦力大，所以進(jìn)行噴射量、噴射時(shí)間的補(bǔ)正時(shí)，可能會產(chǎn)生誤差值。因此，只有當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間達(dá)到規(guī)定時(shí)間以上時(shí)，才實(shí)行圖12中的控制操作。
步驟1203在步驟1203中，進(jìn)行汽缸內(nèi)壓力傳感器29a～29d的校準(zhǔn)。在此，進(jìn)行汽缸內(nèi)壓力傳感器的零點(diǎn)的偏差和增益的校準(zhǔn)。
圖13是用于說明汽缸內(nèi)壓力傳感器的校準(zhǔn)的圖。
在圖13中，橫軸表示曲柄轉(zhuǎn)角，縱軸表示汽缸內(nèi)壓力。此外，橫軸的BDC表示吸氣沖程的下止點(diǎn)，TDC表示壓縮沖程的上止點(diǎn)。此外，CR是壓縮沖程中的開始燃燒前的適宜的曲柄轉(zhuǎn)角。
圖13中的實(shí)線和虛線分別表示汽缸內(nèi)壓力傳感器的實(shí)際的輸出的變化和真實(shí)的汽缸內(nèi)壓力的變化。此外，PR1、PC1所表示的是，吸氣沖程下止點(diǎn)BDC處的各汽缸內(nèi)壓力傳感器的輸出和真實(shí)的汽缸內(nèi)壓力，PR2、PC2所表示的是，曲柄轉(zhuǎn)角CR處的汽缸內(nèi)壓力傳感器的輸出和真實(shí)的汽缸內(nèi)壓力。
在此，如果判別真實(shí)的汽缸內(nèi)壓力PC1和PC2，則可以通過ΔPR＝PC1-PC2而求出汽缸內(nèi)壓力傳感器的偏差ΔPR，通過K＝PC2/(PR2+ΔPR)而求出增益的偏差K，并通過PC＝K·(PR+ΔPR)而求出汽缸內(nèi)壓力傳感器的輸出為PR時(shí)的真實(shí)的汽缸內(nèi)壓力PC。
在此，PC1是吸氣沖程下止點(diǎn)處的汽缸內(nèi)壓力，大致等于吸氣壓力(增壓)Pm。因此，偏差ΔPR為，ΔPR＝Pm-PR1。
此外，利用PC1＝Pm，通過PC2＝Pm·(εcr)k計(jì)算出曲柄轉(zhuǎn)角CR處的真實(shí)的汽缸內(nèi)壓力PC2。在此，εcr是曲柄轉(zhuǎn)角CR處的壓縮比，k是混合氣體的比熱比。即，增益偏差K的值是通過K＝Pm·ΔPR(εcr)k/(PR2+ΔPR)而求出的。
在本實(shí)施方式中，ECU20在實(shí)行控制操作以前，根據(jù)吸氣沖程下止點(diǎn)和曲柄轉(zhuǎn)角CR處的各汽缸內(nèi)壓力傳感器輸出和內(nèi)燃機(jī)增壓Pm，求出上述的偏差ΔPR和增益K，通過以下的操作將各汽缸內(nèi)壓力傳感器輸出PR，換算為真實(shí)的汽缸內(nèi)壓力PC(PC＝K·(PR+ΔPR))進(jìn)行使用。
步驟1205在步驟1205中，分別從曲柄轉(zhuǎn)角傳感器25和加速踏板開度傳感器21讀入內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和加速踏板開度Accp。Ne和Accp用于設(shè)定后述的燃燒參數(shù)的目標(biāo)值。另外，在本實(shí)施方式中，主燃料噴射和多點(diǎn)燃料噴射的燃料噴射和燃料噴射時(shí)間，是另外通過由ECU20所進(jìn)行的未圖示的燃料噴射控制操作，根據(jù)Ne和Accp計(jì)算出來的。
步驟1207
在步驟1207中，根據(jù)現(xiàn)在的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射模式(只有主燃料噴射，或主燃料噴射+多點(diǎn)燃料噴射等)，選擇誤差值最小的燃燒參數(shù)。
在本實(shí)施方式中，例如計(jì)算出根據(jù)燃料噴射模式從上述的11個燃燒參數(shù)中所選出的燃燒參數(shù)的值。例如，當(dāng)現(xiàn)在的燃料噴射模式只有主燃料噴射時(shí)，作為燃燒參數(shù)選擇Pmax、PVmax等，例如當(dāng)現(xiàn)在的燃料噴射模式為預(yù)噴射+主燃料噴射+殘噴射的多點(diǎn)燃料噴射時(shí)，選擇PVmain-PVmainbase、ΔPVmax、ΔPVmax-ΔPVafter等作為各燃料噴射量補(bǔ)正用的燃燒參數(shù)，選擇(dP/dθ)max、(dQ/dθ)max等用于各燃料噴射的燃料噴射時(shí)間的補(bǔ)正。
步驟1209、步驟1211在步驟1209和步驟1211中，首先補(bǔ)正總?cè)剂蠂娚淞亢椭魅剂蠂娚涞膰娚鋾r(shí)間。即，在步驟1209中，首先根據(jù)汽缸內(nèi)壓力傳感器輸出計(jì)算出在步驟1207中所選擇的燃燒參數(shù)(例如ΔPVmax)的大小，增減補(bǔ)正至該ΔPVmax到與根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和加速踏板開度Accp所決定的ΔPVmax的目標(biāo)值一致。
另外，預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)等求出燃燒參數(shù)的目標(biāo)值，并作為利用Ne和Accp的數(shù)值圖像存儲在ECU20的ROM上。
此外，在步驟1211中，同樣地根據(jù)汽缸內(nèi)壓力傳感器輸出檢測出作為燃燒參數(shù)所選擇的狀態(tài)(例如產(chǎn)生(dP/dθ)max時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角)，補(bǔ)正主燃料噴射的噴射時(shí)間直到該曲柄轉(zhuǎn)角與根據(jù)轉(zhuǎn)速Ne和加速踏板開度Accp規(guī)定的目標(biāo)值一致為止。
步驟1213步驟1213表示實(shí)行多點(diǎn)燃料噴射時(shí)的多點(diǎn)燃料噴射的噴射量、噴射時(shí)間的補(bǔ)正。在本步驟中，例如補(bǔ)正預(yù)噴射和/或殘噴射的噴射量和噴射時(shí)間，到PVmain-PVmainbase、ΔPVmax-ΔPVafter、(dP/dθ)max、(dP/dθ)NO.3max等燃燒參數(shù)分別與各自的目標(biāo)值一致為止。
具體的補(bǔ)正，雖然由于與主燃料噴射相同而在此省略了詳細(xì)的說明，但是在本實(shí)施方式中，首先，補(bǔ)正總?cè)剂蠂娚淞?、主燃料噴射的噴射量、噴射時(shí)間等之后，接著補(bǔ)正多點(diǎn)燃料噴射(預(yù)噴射、殘噴射)的噴射時(shí)間、噴射量。這是，即使進(jìn)行多點(diǎn)燃料噴射時(shí)，由于總?cè)剂蠂娚淞繉敵鲛D(zhuǎn)矩影響最大，所以首先通過將總?cè)剂蠂娚淞垦a(bǔ)正為最佳，之后將主燃料噴射的噴射量、噴射時(shí)間補(bǔ)正為最佳而使內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)接近理想的狀態(tài)，之后再通過補(bǔ)正多點(diǎn)燃料噴射的噴射量、噴射時(shí)間來進(jìn)行燃燒狀態(tài)的微調(diào)。
如上所述，通過圖12所述的補(bǔ)正操作將各燃料噴射的噴射量和噴射時(shí)間、噴射量補(bǔ)正為適當(dāng)?shù)闹?，使?nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)最佳化。
接著，對本發(fā)明的另一實(shí)施方式進(jìn)行說明。
在本實(shí)施方式中，進(jìn)行燃燒模式的切換的過渡時(shí)的燃料噴射控制。在本實(shí)施方式中，內(nèi)燃機(jī)1切換以下兩個燃燒模式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)通常的柴油機(jī)燃燒模式，即壓縮沖程后期進(jìn)行燃料噴射，進(jìn)行高空燃比的燃燒的燃燒模式；和低溫燃燒模式，即，大幅提前燃料噴射時(shí)間而在汽缸內(nèi)形成預(yù)混合氣體，并且大幅增大EGR氣體量進(jìn)行低空燃比的燃燒的燃燒模式。此外，當(dāng)切換燃燒模式時(shí)，利用燃燒參數(shù)進(jìn)行燃料噴射的反饋控制，并且反饋控制設(shè)在內(nèi)燃機(jī)吸氣通路上的節(jié)氣門閥，調(diào)節(jié)吸入空氣量，使空燃比最佳化。
如圖11中所說明的那樣，燃燒參數(shù)中(Pmtdc-Pmin)與空燃比具有良好的密切關(guān)系。在通常柴油機(jī)燃燒模式和低溫燃燒模式切換時(shí)，空燃比和燃料噴射時(shí)間變化大。在此，雖然通過增減節(jié)氣門閥的開度而改變EGR氣體量來調(diào)整空燃比，但是相對于EGR氣體量的變化比較費(fèi)時(shí)，燃料噴射時(shí)間可以在短時(shí)間內(nèi)改變。因此，在本實(shí)施方式中，切換時(shí)，首先作為燃燒參數(shù)利用Pmax補(bǔ)正燃料噴射量，接著利用燃燒參數(shù)(Pmtdc-Pmin)補(bǔ)正節(jié)氣門閥開度，利用補(bǔ)正節(jié)氣門閥后產(chǎn)生Pmax的曲柄轉(zhuǎn)角作為燃燒參數(shù)來補(bǔ)正燃料噴射時(shí)間。
這樣首先補(bǔ)正本來變化速度慢的EGR氣體量之后再補(bǔ)正噴射時(shí)間，是為了防止切換初期相對于燃料噴射時(shí)間的變化燃燒參數(shù)的變化一般變小而使靈敏度降低，和同時(shí)控制空燃比和噴射時(shí)間時(shí)產(chǎn)生控制發(fā)散的問題。
圖16是表示燃燒模式切換控制操作的概略的流程圖。本操作是通過ECU20實(shí)行的。
在圖16的操作中，在步驟1601中，首先分別從曲柄轉(zhuǎn)角傳感器25和加速踏板開度傳感器21讀入內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和加速踏板開度Accp，在步驟1603中根據(jù)汽缸內(nèi)壓力傳感器輸出計(jì)算出Pmax。之后，在步驟1605中，反饋控制燃料噴射量直到根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和加速踏板開度Accp所決定的目標(biāo)值一致為止。
并且，當(dāng)步驟1605中的燃料噴射量的反饋控制完畢之后，在步驟1607中根據(jù)汽缸內(nèi)壓力傳感器輸出計(jì)算出參數(shù)(Pmtdc-Pmin)，在步驟1609中反饋控制節(jié)氣門閥開度直到(Pmtdc-Pmin)的值與根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和加速踏板開度Accp所決定的目標(biāo)值一致為止。
之后，當(dāng)在步驟1609中完成節(jié)氣門閥開度調(diào)整之后，在步驟1611中，再次判斷Pmax是否收斂于目標(biāo)值，當(dāng)Pmax與目標(biāo)值偏離規(guī)定量以上時(shí)，再次實(shí)行從步驟1601的操作。
當(dāng)在步驟1611中Pmax收斂于目標(biāo)值時(shí)，接著進(jìn)入步驟1613，根據(jù)汽缸內(nèi)壓力傳感器計(jì)算出產(chǎn)生Pmax的曲柄轉(zhuǎn)角，反饋控制燃料噴射時(shí)間直到該曲柄轉(zhuǎn)角與根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和加速踏板開度Accp所決定的目標(biāo)值一致。
通過進(jìn)行圖16中的切換控制，當(dāng)燃燒模式切換等過渡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，也可以將內(nèi)燃機(jī)燃燒狀態(tài)控制為最佳。
接著，對給予燃燒參數(shù)的EGR氣體量的控制進(jìn)行詳細(xì)說明。在本實(shí)施方式中，作為燃燒參數(shù)利用PVmax、θpvmax、ΔPVmax和Δt進(jìn)行EGR氣體量、燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間的反饋控制。
圖17表示在本實(shí)施方式中所使用的燃燒參數(shù)PVmax、θpvmax、ΔPVmax和Δt。
圖17中的橫軸和縱軸分別表示從汽缸的壓縮沖程到膨脹沖程上的曲柄轉(zhuǎn)角(CA)和上述的PV值。橫軸上以TDC表示的是壓縮上止點(diǎn)。
由于PV值是壓力和體積的乘積，所以根據(jù)氣體的狀態(tài)方程式PV＝MRT(M氣體的摩爾數(shù)；R一般氣體常數(shù)(J/mol·K)；T溫度(°K))，得到相當(dāng)于汽缸內(nèi)溫度的值。此外，通過實(shí)驗(yàn)可以確認(rèn)PV達(dá)到最大值PVmax的定時(shí)(圖17中的θpvmax)與汽缸內(nèi)所噴射的燃料的燃燒結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)(嚴(yán)格地說，90％的燃料燃燒完的時(shí)間點(diǎn))對應(yīng)。因此，可以利用θpvmax作為表示汽缸內(nèi)的燃燒結(jié)束時(shí)間的指標(biāo)。
在圖17中，θinj表示從燃料噴射閥(10a～10d，以下總稱為參照標(biāo)號10)的燃料噴射開始時(shí)間。此外，圖17中Δt所表示的是以從燃料噴射開始(θinj)到燃燒結(jié)束時(shí)間(θpvmax)為止的時(shí)間(曲柄轉(zhuǎn)角)所定義的燃燒結(jié)束時(shí)間。從燃料噴射閥10所噴射的燃料經(jīng)過一定著火延遲時(shí)間之后開始燃燒，經(jīng)過根據(jù)各種條件所決定的燃燒時(shí)間之后燃燒結(jié)束。因此，燃燒結(jié)束時(shí)間Δt(＝θpvmax-θinj)，與燃料的著火延遲時(shí)間和燃燒時(shí)間的總和對應(yīng)。
此外，在圖17中以虛線表示的是，在汽缸內(nèi)未發(fā)生燃燒時(shí)的PV值的變化(PVbase)。由于PVbase表示僅由活塞的上下運(yùn)動產(chǎn)生的汽缸內(nèi)的氣體的壓縮和膨脹，所以相對于上止點(diǎn)形成對稱的曲線。
如上所述，ΔPVmax被定義為，PV值的最大值PVmax與θpvmax處的PVbase值PVmaxbase的差值。
根據(jù)吸氣沖程結(jié)束時(shí)的汽缸內(nèi)壓力和θpvmax處的汽缸內(nèi)容積，可以容易地計(jì)算出θpvmax處的PVbase值PVmaxbase。但是，如上所述，PVbase相對于壓縮上止點(diǎn)對稱。因此，在本實(shí)施方式中，雖然在檢測出θpvmax之后，利用相對于上止點(diǎn)對稱的壓縮沖程的點(diǎn)(圖17中以θpvmax′表示)上的PVbase的值計(jì)算出ΔPVmax，但是實(shí)際上在燃燒前的壓縮沖程中，PV值與PVbase值相同。因此，在本實(shí)施方式中，實(shí)際上通過將θpvmax′處的PV值作為θpvmax處的PVbase進(jìn)行使用，從而可以簡單地計(jì)算出ΔPVmax的值。
接著，對于燃燒參數(shù)Δt、PVmax、θpvmax和ΔPVmax所具有的意義進(jìn)行說明。
如上所述，作為從燃料噴射開始到θpvmax為止的期間的燃燒結(jié)束時(shí)間Δt，與所噴射的燃料的著火延遲時(shí)間和燃燒時(shí)間的總和對應(yīng)。另一方面，著火延遲時(shí)間和燃燒時(shí)間，都受EGR率(汽缸內(nèi)所吸入的氣體中EGR氣體量所占的比例)的很大影響，Δt隨著EGR率變大而增大。因此，燃燒結(jié)束時(shí)間Δt與EGR率具有密切聯(lián)系，可以作為表示EGR率的指標(biāo)使用。
此外，產(chǎn)生PVmax的時(shí)間θpvmax與燃燒的結(jié)束時(shí)間有關(guān)，與汽缸內(nèi)的燃燒狀態(tài)關(guān)系很大。此外，如果其他條件相同，燃燒的結(jié)束時(shí)間根據(jù)燃料噴射時(shí)間發(fā)生變化。
另外，由于ΔPVmax的值是燃燒時(shí)和未發(fā)生燃燒時(shí)的PV值的差值(溫度差值)，所以與燃燒室內(nèi)燃燒的燃料的量，即，燃料噴射量有關(guān)。
在本實(shí)施方式中，鑒于上述內(nèi)容，利用Δt、θpvmax和ΔPVmax，將EGR氣體量、燃料噴射時(shí)間和燃料噴射量反饋控制為最佳值。
即，在本實(shí)施方式中，預(yù)先改變內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(加速踏板開度和轉(zhuǎn)速的組合)而使內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，找出在燃費(fèi)、廢氣特性等方面可以得到最佳燃燒狀態(tài)的燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、EGR率(EGR閥開度)，分別將這些值作為各運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中的燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、EGR閥開度的基準(zhǔn)值，以利用加速踏板開度和轉(zhuǎn)速的2維數(shù)值圖像的形式(以下，簡稱為“基準(zhǔn)噴射條件圖像”)存儲在ECU20的ROM上。
此外，在本實(shí)施方式中，計(jì)算出在上述各運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中得到最佳燃燒狀態(tài)時(shí)的燃燒參數(shù)Δt、θpvmax和ΔPVmax的值，以利用加速踏板開度和轉(zhuǎn)速的2維數(shù)值圖像的形式(以下，簡稱為“目標(biāo)特性值圖像”)存儲在ECU20的ROM上。
在實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)中，ECU20首先利用上述基準(zhǔn)噴射條件圖像根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開度求出燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、EGR閥開度，將燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、EGR閥開度控制為基準(zhǔn)噴射條件圖像值。
之后，根據(jù)該狀態(tài)下的汽缸內(nèi)壓力傳感器29a～29d的壓力，計(jì)算出各汽缸的Δt、θpvmax和ΔPVmax的燃燒參數(shù)。并且，利用現(xiàn)在的加速踏板開度和轉(zhuǎn)速根據(jù)上述的目標(biāo)特性值圖像，求出最佳燃燒狀態(tài)下的燃燒參數(shù)的目標(biāo)值Δt、θpvmax和ΔPVmax，調(diào)整由基準(zhǔn)噴射條件圖像所決定的燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、EGR閥開度等，使得實(shí)際的燃燒參數(shù)與這些目標(biāo)值一致。
具體而言，ECU20調(diào)節(jié)EGR閥35的開度并進(jìn)行反饋控制，使得實(shí)際的燃燒參數(shù)Δt與目標(biāo)值一致，同時(shí)反饋控制燃料噴射時(shí)間和燃料噴射量，使得θpvmax和ΔPVmax與各自的目標(biāo)值一致。
由此，可以控制EGR和燃料噴射，使得實(shí)際的燃燒狀態(tài)達(dá)到最佳狀態(tài)。
圖18、圖19是用于具體說明基于上述燃燒壓力特性的控制操作(燃燒參數(shù)控制操作)的流程圖。分別由ECU20作為每隔一定時(shí)間所實(shí)行的程序進(jìn)行圖18、圖19的操作。
圖18表示燃料噴射和EGR的基本控制操作。在圖18的操作中，ECU20將燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間和EGR閥開度設(shè)定為，分別根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne和加速踏板開度Accp所決定的基準(zhǔn)值，與由圖19的操作根據(jù)燃燒參數(shù)所決定的補(bǔ)正量的和。
在圖18中，在步驟301中讀入加速踏板開度Accp和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne，在步驟303中，從預(yù)先以分別利用Accp和Ne的2維數(shù)值圖像的形式存儲在ECU20的ROM中的上述基準(zhǔn)噴射條件圖像中，利用在步驟301中所讀入的Accp和Ne，讀出基準(zhǔn)燃料噴射量FI0、基準(zhǔn)燃料噴射時(shí)間θI0、基準(zhǔn)EGR閥開度EGV0。
基準(zhǔn)燃料噴射量、基準(zhǔn)燃料噴射時(shí)間、基準(zhǔn)EGR閥開度為，預(yù)先使內(nèi)燃機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)所求出的、可以得到最佳的燃燒狀態(tài)的燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、EGR閥開度。
上述基準(zhǔn)值，雖然是在實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境下可以得到最佳燃燒狀態(tài)的燃料噴射量、時(shí)間、EGR閥開度，但是在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于存在燃料的差值異、內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境(氣溫、大氣壓值等)的差異、和機(jī)器種類的標(biāo)準(zhǔn)離差及特性變化等，所以即使利用上述基準(zhǔn)值運(yùn)轉(zhuǎn)也未必可以得到最佳的燃燒狀態(tài)。
因此，在本實(shí)施方式中，將在通過上述所求出的基準(zhǔn)值FI0、θI0、EGV0上加上補(bǔ)正量α、β、γ而補(bǔ)正的值，設(shè)定為實(shí)際的燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間和EGR閥開度。即，在步驟305中，將實(shí)際的燃料噴射量FI、燃料噴射時(shí)間θI和EGR閥開度EGV設(shè)定為，F(xiàn)I＝FI0+α、θI＝θI0+β和EGV＝EGV0+γ，在步驟307中，以在步驟305中所設(shè)定的值來進(jìn)行燃料噴射和EGR閥開度控制。
在此，α、β、γ是通過圖19中的操作根據(jù)燃燒參數(shù)所設(shè)定的反饋控制補(bǔ)正量。
對于圖19中的操作進(jìn)行說明，首先，在步驟401中讀入加速踏板開度Accp和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne。之后，在步驟403中，從預(yù)先存儲在ECU20的ROM上的、利用Accp和Ne的2維圖像讀入θpvmax、ΔPVmax、Δt的目標(biāo)值θpvmax0、ΔPVmax0、Δt0。目標(biāo)值θpvmax0、ΔPVmax0、Δt0是在各自的加速踏板開度和轉(zhuǎn)速下可得到最佳燃燒時(shí)的θpvmax、ΔPVmax和Δt的值。
之后，在步驟405中，根據(jù)汽缸內(nèi)壓力傳感器29a～29d的輸出計(jì)算出各汽缸的θpvmax、ΔPVmax、Δt的燃燒參數(shù)。
之后，從步驟407到步驟411中，反饋控制補(bǔ)正量α、β、γ，使得在步驟405中所計(jì)算出的實(shí)際的燃燒參數(shù)的數(shù)值與在步驟403中由圖像所求出的目標(biāo)值一致。
即，在步驟407中，首先反饋控制燃料噴射量的補(bǔ)正量α，使得實(shí)際的ΔPVmax的值與目標(biāo)值ΔPVmax0一致；在步驟409中，反饋控制燃料噴射時(shí)間的補(bǔ)正量β，使得實(shí)際的θpvmax的值與目標(biāo)值θpvmax0一致；之后，在步驟411中反饋控制EGR閥開度的補(bǔ)正量γ，使得實(shí)際的Δt值與目標(biāo)值Δt0一致。從步驟407到步驟411的反饋控制，例如成為根據(jù)各自的目標(biāo)值的基于實(shí)際的值的偏差值的PID控制。
例如，以燃料噴射時(shí)間的補(bǔ)正量β為例，具體說明本實(shí)施方式中的PID控制，設(shè)實(shí)際的θpvmax的值與目標(biāo)值θpvmax0的偏差值為δ，則可以利用下式求出補(bǔ)正量β。
β＝K1×δ+K2×∑δ+K3×(δ-δi-1)在此，右邊第一項(xiàng)K1×δ為比例項(xiàng)，第二項(xiàng)K2×∑δ為積分項(xiàng)，∑δ表示偏差值δ的積分運(yùn)算值(積分值)。此外，第三項(xiàng)K3×(δ-δi-1)為微分項(xiàng)，(δ-δi-1)表示偏差值δ從上一次的變化量(微分值)(δi-1是上一次的δ的值)。此外，K1、K2、K3是常數(shù)。
如上所述，通過反復(fù)進(jìn)行圖18和圖19中的操作，可以控制實(shí)際的燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間和EGR閥開度(EGR率)，使得燃燒參數(shù)與目標(biāo)值一致。
這樣，通過反饋控制燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間和EGR率而使運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)際的燃燒參數(shù)與目標(biāo)值一致，例如，可以容易地得到最佳的燃燒狀態(tài)，而不用單獨(dú)考慮內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境的差值異、機(jī)器的特性變化和標(biāo)準(zhǔn)離差值等。
另外，在圖18、圖19的操作中首先將燃料噴射量、時(shí)間等控制為基準(zhǔn)值，利用燃燒參數(shù)反饋控制相對于該基準(zhǔn)值的補(bǔ)正量，從而可以在短時(shí)間內(nèi)將燃料噴射量等收斂于給予最佳燃燒狀態(tài)的值內(nèi)。但是，也可以利用燃燒參數(shù)反饋控制燃料噴射量、時(shí)間和EGR率本身，而不預(yù)先設(shè)定燃料噴射量等的基準(zhǔn)值。
但是，當(dāng)如圖18、圖19所示根據(jù)θpvmax與θpvmax0的偏差值δ控制燃料噴射時(shí)間θI時(shí)，尤其是當(dāng)在如上述的低溫燃燒模式下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燃料噴射時(shí)間的目標(biāo)值自身角度大幅度提前時(shí)，控制可能會發(fā)散。
例如，當(dāng)實(shí)際的θpvmax的值遲于θpvmax0時(shí)，為提前θpvmax而使燃料噴射時(shí)間θI的角度提前。但是，當(dāng)如低溫燃燒時(shí)那樣燃料噴射時(shí)間已被大幅度設(shè)定提前角時(shí)，如果使燃料噴射時(shí)間提前角過度，則由于燃燒不穩(wěn)定易引起不點(diǎn)火，有時(shí)使燃料噴射時(shí)間角度提前，反而會延遲產(chǎn)生θpvmax。
在這種情況下，利用θpvmax控制燃料噴射時(shí)間時(shí)，燃料噴射時(shí)間進(jìn)一步提前，不僅控制發(fā)散，還存在以下問題例如當(dāng)因過度的燃料噴射提前角，在汽缸內(nèi)活塞還未充分上升的位置上進(jìn)行燃料噴射，所噴射的燃料從活塞上所形成的凹部(凹腔)內(nèi)向外溢出，或?qū)е滤鶉娚涞娜剂现苯优鲇|汽缸壁(內(nèi)壁沖洗)，液狀燃料附著在汽缸壁上而導(dǎo)致潤滑油的稀釋與燃費(fèi)和排氣特性的惡化。
尤其是，當(dāng)如圖19步驟411所示同時(shí)利用Δt控制EGR氣體量時(shí)，由于燃料噴射時(shí)間角度過度提前時(shí)，Δt值也過大，EGR氣體量大幅降低，導(dǎo)致燃料噴射時(shí)間的變化與EGR氣體量的增減相互影響而使控制不穩(wěn)定。
因此，在本實(shí)施方式中，相對于在圖18的步驟305中所計(jì)算出的燃料噴射時(shí)間θI設(shè)置提前角警戒值θImax，防止燃料噴射時(shí)間提前θImax以上。
具體而言，在圖18的步驟305中，通過θI＝θI0+β計(jì)算出燃料噴射時(shí)間θI時(shí)，則ECU20比較所計(jì)算出的θI和提前角警戒值θImax，當(dāng)設(shè)定提前角θI在θImax以上(θI≥θImax)時(shí)，代替所計(jì)算出的θI，利用θImax在步驟307中實(shí)行燃料噴射控制。即，只有當(dāng)在步驟305中所計(jì)算出的θI的值與提前角警戒值θImax相比位于延遲角一側(cè)(θI≤θImax)時(shí)才在步驟307中使用。
由此，由于在利用燃燒參數(shù)θpvmax的燃料噴射時(shí)間的反饋控制中防止過度的提前角，所以可以防止因內(nèi)壁沖洗引起的潤滑油的稀釋和燃費(fèi)、排氣特性的惡化，同時(shí)防止因過度提前角引起的燃料噴射時(shí)間控制的發(fā)散和與利用Δt的EGR氣體量的反饋控制的干涉，可以在短時(shí)間內(nèi)使燃料噴射時(shí)間和EGR氣體量收斂于目標(biāo)值。
另外，燃料噴射時(shí)間的提前角警戒值θImax，是由燃料噴射閥所噴射的燃料既不從活塞的凹腔內(nèi)向外溢出，也不附著在壁面上的時(shí)間，成為根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和燃料噴射壓力等噴射條件所決定的值。由于該值根據(jù)活塞形狀和燃料噴射閥的配置、內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、噴射壓力等各種條件而不同，所以優(yōu)選根據(jù)利用實(shí)際的內(nèi)燃機(jī)的實(shí)驗(yàn)，在每個轉(zhuǎn)速(燃燒壓力)上預(yù)先制成數(shù)值圖像。
下面，對本發(fā)明的另一實(shí)施方式進(jìn)行說明。
在本實(shí)施方式中，內(nèi)燃機(jī)1在以下兩個燃燒模式中進(jìn)行切換、運(yùn)轉(zhuǎn)通常的柴油機(jī)燃燒模式，即壓縮沖程后期進(jìn)行燃料噴射，進(jìn)行高空燃比的擴(kuò)散燃燒的燃燒模式；和低溫燃燒模式，即，使燃料噴射時(shí)間大幅度提前而在汽缸內(nèi)形成預(yù)混合氣體，并且大幅度增大EGR氣體量而進(jìn)行低空燃比的燃燒的燃燒模式。在低溫燃燒中，雖然是空燃比比較低的燃燒，但是由于將大量的EGR氣體供應(yīng)給燃燒室，所以可以大幅度一致NOx等有害物質(zhì)的生成，另外，雖然是柴油機(jī)，但是可以通過進(jìn)行預(yù)混合燃燒，而大幅度抑制煤煙的產(chǎn)生量。
但是，在低溫燃燒模式下的運(yùn)轉(zhuǎn)中，燃燒狀態(tài)的變化相對于EGR率的變化的靈敏度極大，EGR率稍微變化就會產(chǎn)生導(dǎo)致燃燒狀態(tài)大幅惡化。
因此，在本實(shí)施方式中，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在低溫燃燒模式下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)燃燒參數(shù)反饋控制EGR率(EGR閥開度)。
圖20是用于說明基于本實(shí)施方式的燃燒參數(shù)的EGR率控制操作的流程圖。本操作是通過ECU20作為每隔一定時(shí)間所實(shí)行的程序而進(jìn)行的。
在圖20的操作中，首先在步驟501中判斷現(xiàn)在的內(nèi)燃機(jī)是否在低溫燃燒模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)未在低溫燃燒模式下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)直接終止本操作，而不實(shí)行步驟503以下的步驟。在這種情況下，例如通過與以往相同的基于加速踏板開度和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的開環(huán)控制來控制EGR率。
在步驟501中，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在現(xiàn)在的低溫燃燒模式下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，接著進(jìn)入步驟503，分別由各自對應(yīng)的傳感器讀入現(xiàn)在的加速踏板開度Accp和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne，在步驟505中，由預(yù)先易Accp和Ne的2維數(shù)值圖像的形式存儲在ECU20的ROM上的燃燒結(jié)束時(shí)間Δt的目標(biāo)值圖像中，讀出現(xiàn)在的Accp和Ne上的Δt的目標(biāo)值Δt0。
在此，Δt0是在低溫燃燒模式中以可以得到最佳燃燒狀態(tài)的EGR率供應(yīng)EGR氣體時(shí)的燃燒結(jié)束時(shí)間。
接著，在步驟507中，根據(jù)由汽缸內(nèi)壓力傳感器29a～29d的輸出計(jì)算出現(xiàn)在的實(shí)際的燃燒結(jié)束時(shí)間Δt。之后，在步驟509中，反饋控制EGR閥開度，使得實(shí)際的燃燒結(jié)束時(shí)間Δt與目標(biāo)值Δt0一致。該反饋控制，與圖19的情形相同地，例如進(jìn)行基于目標(biāo)值Δt0和實(shí)際值Δt的偏差值的PID控制。
另外，在本實(shí)施方式中，燃料噴射量和燃料噴射時(shí)間，另外通過由ECU20所實(shí)行的程序，預(yù)先將低溫燃燒模式下的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)定為最佳值。
如圖20所示，尤其是當(dāng)在對EGR率敏感的低溫燃燒模式下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)燃燒參數(shù)Δt控制內(nèi)燃機(jī)的EGR率，從而在低溫燃燒時(shí)也可以得到穩(wěn)定的最佳燃燒狀態(tài)。
但是，如上所述，雖然過渡到低溫燃燒模式后，可以通過基于Δt的控制得到最佳的EGR率，但是，當(dāng)由通常燃燒模式過渡到低溫燃燒模式時(shí)，如果通過基于Δt的反饋控制來調(diào)節(jié)EGR氣體量，則有時(shí)需要較長時(shí)間才可以收斂于移動到低溫燃燒模式后的EGR率的目標(biāo)值。
如上所述，在低溫燃燒模式下，與通常燃燒模式相比，燃料噴射時(shí)間大幅度提前。但是，當(dāng)向低溫燃燒模式過渡時(shí)，如果一下子使燃料噴射時(shí)間提前，則由于燃燒狀態(tài)的急劇變化而使內(nèi)燃機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生變動，即產(chǎn)生所謂的轉(zhuǎn)矩沖擊的問題。因此，當(dāng)由通常燃燒模式向低溫燃燒模式過渡時(shí)，進(jìn)行設(shè)置一定的過渡期間，并在該過渡期間(時(shí)間)內(nèi)使燃料噴射時(shí)間從通常燃燒模式下的值比較緩慢地連續(xù)變化到低溫燃燒模式下的目標(biāo)值的過渡處理(退火處理)。
因此，在過渡處理中，由于用于計(jì)算Δt的燃料噴射時(shí)間(圖17中的θinj)緩慢變化(提前)，產(chǎn)生PVmax的時(shí)間(圖17中的θpvmax)也隨著緩慢變化(提前)，所以開始切換時(shí)，Δt的值不會從切換前的值發(fā)生太大變化，而成為較小的值。
因此，切換為低溫燃燒模式后的Δt的目標(biāo)值Δt0與實(shí)際的Δt的差值，與切換前相比不會太大，EGR閥的開度變化也較小。即，EGR閥的開度隨著燃料噴射時(shí)間的提前角而緩慢變化。由于實(shí)際的EGR氣體量的變化遲于EGR閥開度的變化，所以切換時(shí)EGR閥的開度變化小，則實(shí)際的EGR氣體量的變化也十分遲緩。
另一方面，雖然在低溫燃燒模式下與通常燃燒模式相比，必須大幅度增加EGR氣體量，但是如上所述在過渡期間內(nèi)根據(jù)實(shí)際的Δt而逐漸改變EGR閥的開度時(shí)，由于EGR氣體量變化的延遲，有時(shí)當(dāng)?shù)蜏厝紵Ｊ竭^渡結(jié)束時(shí)(燃料噴射時(shí)間達(dá)到目標(biāo)值時(shí))EGR率仍未達(dá)到低溫燃燒模式下的目標(biāo)值，需要長時(shí)間才收斂于目標(biāo)值。
因此，在本實(shí)施方式中，在過渡期間內(nèi)計(jì)算Δt時(shí)不使用實(shí)際的燃料噴射時(shí)間，而使用向低溫燃燒過渡結(jié)束后的目標(biāo)燃料噴射時(shí)間。由此，與在過渡期間開始時(shí)利用實(shí)際的燃料噴射時(shí)間的情形相比，Δt的值大幅度變大，與過渡結(jié)束后的Δt目標(biāo)值的偏差值也變大。在本實(shí)施方式中，由于根據(jù)Δt和Δt目標(biāo)值的偏差值反饋控制EGR閥開度，而使EGR閥開度變化大。
圖21是用于說明本實(shí)施方式中的從通常燃燒模式向低溫燃燒模式切換的過渡期間內(nèi)的Δt變化的圖。
在圖21中，曲線θinj和曲線θpvmax分別表示燃料噴射時(shí)間的變化和產(chǎn)生PVmax的時(shí)間的變化，實(shí)際的Δt(實(shí)際Δt)等于該兩條曲線的距離(參見圖21)。
在圖21中，當(dāng)從通常燃燒模式的切換的過渡期間開始時(shí)，燃料噴射時(shí)間θinj連續(xù)提前，過渡期間終止時(shí)，達(dá)到低溫燃燒模式中的目標(biāo)噴射時(shí)間。
在這種情況下，由于如圖21所示θinj開始過渡時(shí)也變化不大，所以利用實(shí)際的燃料噴射時(shí)間的Δt(實(shí)際Δt)從過渡期間開始時(shí)不會去過大的值，EGR閥的開度也不會變化太大。因此，EGR氣體量變化十分遲緩，θpvmax的變化也如圖21中的實(shí)線所示變得十分遲緩。因此，θpvmax的值為，即使燃料噴射時(shí)間的切換結(jié)束時(shí)也未達(dá)到低溫燃燒中的目標(biāo)值，因此，到θpvmax達(dá)到目標(biāo)值為止(即，EGR率達(dá)到目標(biāo)值為止)如圖21所示產(chǎn)生的延遲時(shí)間。
相對于此，代替實(shí)際的燃料噴射時(shí)間使用低溫燃燒模式切換后的燃料噴射時(shí)間目標(biāo)值所算出的Δt，如圖21所示與實(shí)際Δt相比達(dá)到較大的值。因此，在本實(shí)施方式中，由于EGR閥開度變化大，EGR氣體量變化(增大)速度也加快，所以θpvmax如圖21所示發(fā)生變化，可以防止產(chǎn)生利用實(shí)際Δt時(shí)的延遲時(shí)間。
由此，在本實(shí)施方式中，當(dāng)由通常燃燒模式向低溫燃燒模式切換時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)使EGR率收斂于目標(biāo)值。
接著，利用圖22對與上述相反的從低溫燃燒模式向通常燃燒模式切換時(shí)的控制進(jìn)行說明。
例如，考慮僅在低溫燃燒模式運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行利用燃燒參數(shù)的燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、EGR率等的控制，在通常燃燒模式時(shí)進(jìn)行現(xiàn)有的開環(huán)控制的情形。
在這種情況下，低溫燃燒模式運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)燃燒參數(shù)(Δt、θpvmax、ΔPVmax等)反饋控制燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、EGR氣體量等，實(shí)際的燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、EGR氣體量等包括反饋補(bǔ)正量。
例如，以燃料噴射時(shí)間為例進(jìn)行說明，如在圖18的步驟305中所說明的那樣，低溫燃燒中的實(shí)際的燃料噴射時(shí)間為，在目標(biāo)值θI0上加上反饋補(bǔ)正量β的量。
通常，如圖22所示，當(dāng)由低溫燃燒模式向通常燃燒模式切換時(shí)也如圖21中所說明的那樣設(shè)置過渡期間，在過渡期間內(nèi)使燃料噴射時(shí)間的目標(biāo)值從低溫燃燒模式時(shí)的值連續(xù)變化為通常燃燒模式時(shí)的目標(biāo)值。
但是，如上所述低溫燃燒模式下的實(shí)際的燃料噴射時(shí)間包括反饋補(bǔ)正量β，通常燃燒模式下的燃料噴射時(shí)間是不包括反饋補(bǔ)正量β的目標(biāo)燃料噴射時(shí)間(開環(huán)控制)。因此，存在在哪個時(shí)間點(diǎn)停止反饋控制而使反饋補(bǔ)正量β為0的問題。例如，隨著過渡期間開始立即停止反饋控制時(shí)，則燃料噴射時(shí)間與過渡期間開始同時(shí)急劇變化反饋補(bǔ)正量β左右，從而可能會因燃料噴射時(shí)間的急劇變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩變動。這與在過渡期間內(nèi)也繼續(xù)進(jìn)行反饋控制，隨著過渡結(jié)束停止反饋控制的情形一樣。
因此，在本實(shí)施方式中，如圖22所示，雖然反饋控制與過渡期間開始同時(shí)停止，但是逐漸連續(xù)地減少反饋補(bǔ)正量，使得過渡期間開始時(shí)的反饋控制補(bǔ)正量β不立即為O，而是過渡期間終止時(shí)變成0。
在圖22中，虛線表示燃料噴射時(shí)間的目標(biāo)值θI0，實(shí)線表示實(shí)際的燃料噴射時(shí)間θI。如圖所示，在低溫燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)行基于燃燒參數(shù)θpvmax的反饋控制，在目標(biāo)值θI0和實(shí)際的燃料噴射時(shí)間θI之間產(chǎn)生反饋補(bǔ)正量β左右的差值。
當(dāng)過渡期間開始時(shí)，在本實(shí)施方式中雖然反饋控制立即停止，但是在過渡開始時(shí)實(shí)際的燃料噴射時(shí)間θI維持為含有過渡期間開始時(shí)的反饋控制補(bǔ)正量β的值。因此，在本實(shí)施方式中，可以防止因過渡期間開始時(shí)的反饋控制停止所引起的燃料噴射時(shí)間的急劇變化。
之后，如圖22所示，在過渡期間內(nèi)β的值連續(xù)降低，使得過渡期間終止時(shí)變成0(例如，使β的值與過渡期間開始后所經(jīng)過的時(shí)間成比例地減少)。由此，在過渡期間內(nèi)實(shí)際的燃料噴射時(shí)間θI逐漸接近目標(biāo)燃料噴射時(shí)間θI0，當(dāng)過渡期間終止時(shí)，與θI0一致。由此，在本實(shí)施方式中，可以從低溫燃燒模式中的燃料噴射時(shí)間的反饋控制過渡到通常燃燒模式下的開環(huán)控制，而不會引起轉(zhuǎn)矩變動。
另外，圖22雖然以燃料噴射時(shí)間為例進(jìn)行了說明，但是當(dāng)然也可以對燃料噴射量或EGR氣體量進(jìn)行同樣的過渡控制。
接著，對上述的利用燃燒參數(shù)的EGR控制的另一應(yīng)用例進(jìn)行說明。在上述各實(shí)施方式中，可以利用燃燒參數(shù)Δt準(zhǔn)確控制EGR率，低溫燃燒時(shí)也可以在燃燒時(shí)得到最佳的EGR率。
例如，當(dāng)流入內(nèi)燃機(jī)排氣通路的排氣的空燃比稀薄時(shí)，吸收、吸附或以該兩種方式吸藏排氣中的NOx，當(dāng)流入的排氣的空燃比濃時(shí)，設(shè)置利用排氣中的CO等還原成分和HC等來還原凈化所吸藏的NOx的公知的NOx吸藏還原催化劑而進(jìn)行凈化時(shí)等，還原凈化上述NOx吸藏還原催化劑所吸藏的NOx時(shí)等，必須準(zhǔn)確控制排氣空燃比(內(nèi)燃機(jī)空燃比)。但是，在上述的控制中，雖然可以響應(yīng)性良好地得到最佳EGR率，但是未必可以準(zhǔn)確控制內(nèi)燃機(jī)的燃燒空燃比(排氣空燃比)。
例如，當(dāng)燃料噴射閥的噴射特性因內(nèi)部機(jī)構(gòu)的磨損等而發(fā)生變化時(shí)，或存在噴射特性的每個產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)離差值時(shí)等，即使將燃燒參數(shù)控制為目標(biāo)值，也未必能得到目標(biāo)空燃比。
另一方面，為了將排氣空燃比控制為目標(biāo)空燃比，在排氣通路上配置空燃比傳感器，直接測量排氣空燃比，從而可以反饋控制EGR控制閥，使得排氣空燃比達(dá)到目標(biāo)值。
但是，由于利用空燃比傳感器的EGR控制存在廢氣達(dá)到傳感器安裝位置的氣體輸送延遲，和傳感器自身的響應(yīng)延遲，所以當(dāng)過渡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)等內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件發(fā)生變化時(shí)，未必可以高精度地控制EGR氣體量。
因此，在本實(shí)施方式中，在利用燃燒參數(shù)的EGR反饋控制上，通過進(jìn)一步組合基于傳感器輸出的反饋學(xué)習(xí)控制，包括過渡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以響應(yīng)性良好地控制EGR氣體量，高精度地控制排氣空燃比。
即，在本實(shí)施方式中，例如，在通過圖20的反饋控制將Δt控制為與目標(biāo)值一致的狀態(tài)下，當(dāng)滿足規(guī)定的學(xué)習(xí)控制條件(例如，內(nèi)燃機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn))時(shí)，逐漸改變?nèi)紵Y(jié)束期間目標(biāo)值Δt0，使得通過配置在排氣通路上的空燃比傳感器所檢測出的排氣空燃比，與根據(jù)加速踏板開度Accp、內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne所決定的目標(biāo)空燃比一致。
例如，當(dāng)實(shí)際的排氣空燃比與目標(biāo)空燃比相比位于濃厚的一側(cè)時(shí)，使目標(biāo)值Δt0減少規(guī)定量gt；當(dāng)與目標(biāo)空燃比相比位于稀薄的一側(cè)時(shí)，使目標(biāo)值Δt0增大規(guī)定量gt。
之后，利用增減后的目標(biāo)值Δt0再次進(jìn)行基于Δt的EGR氣體量控制，調(diào)整EGR氣體量使得實(shí)際的Δt與增減后的目標(biāo)值Δt0一致，實(shí)際Δt與補(bǔ)正后的目標(biāo)值Δt0一致時(shí)，再次判斷通過空燃比傳感器所檢測出的排氣空燃比和目標(biāo)空燃比是否一致，當(dāng)不一致時(shí)再次使目標(biāo)值Δt0增減規(guī)定值gt，反復(fù)進(jìn)行上述的操作。
之后，進(jìn)行將排氣空燃比和Δt都與目標(biāo)值一致時(shí)的目標(biāo)值Δt0，作為其加速踏板開度Accp和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne上的新的目標(biāo)值(學(xué)習(xí)值)存儲起來的操作。這樣，根據(jù)實(shí)際的空燃比傳感器輸出，進(jìn)行燃燒參數(shù)Δt0的學(xué)習(xí)補(bǔ)正，從而可以響應(yīng)性良好地控制EGR率，并準(zhǔn)確控制排氣空燃比。
接著，對本發(fā)明的另一實(shí)施方式進(jìn)行說明。
在上述的各實(shí)施方式中，計(jì)算出PV值，作為燃燒參數(shù)利用根據(jù)PVmax所求出的Δt來控制EGR氣體量。但是，作為適于EGR氣體量的控制的燃燒參數(shù)，除了PVmax或Δt以外，只要是與著火延遲期間和燃燒期間中的一個或兩個具有密切聯(lián)系的值，就可以同樣使用。
例如，在本實(shí)施方式中，作為與著火延遲期間和燃燒期間具有密切聯(lián)系的燃燒參數(shù)，使用PVk的值達(dá)到最小值PVkmin的時(shí)間Δtd，和從PVk的值達(dá)到最小值PVkmin到達(dá)到最大值PVkmax的時(shí)間Δtc。
在此，PVk是各曲柄轉(zhuǎn)角處的燃燒室內(nèi)壓力P和該曲柄轉(zhuǎn)角處的燃燒室容積V的k次方的乘積。此外，k是混合氣體的比熱比。
在此，雖然根據(jù)氣體的狀態(tài)方程式，在絕熱變化中PVk＝一定，但是在實(shí)際的汽缸內(nèi)壓縮沖程中，由于混合氣體通過汽缸壁和活塞放熱，所以在汽缸內(nèi)壓縮沖程中，PVk從壓縮時(shí)開始逐漸減少。
另一方面，當(dāng)混合氣體著火開始燃燒時(shí)，由于產(chǎn)生燃燒熱，所以PVk的值開始增加。因此，PVk從減少轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾拥狞c(diǎn)，即，PVk的值成為最小值PVkmin的點(diǎn)，是燃燒的開始點(diǎn)。此外，同樣地雖然燃燒過程中PVk地值持續(xù)增加，但是當(dāng)燃燒結(jié)束而不再產(chǎn)生熱量時(shí)，PVk的值再次開始減少。因此，PVk的值成為最大值PVkmax的點(diǎn)，是燃燒的終止點(diǎn)。
現(xiàn)在，設(shè)燃料噴射開始時(shí)間為θinj，設(shè)PVk達(dá)到最小值PVkmin的曲柄轉(zhuǎn)角為θstart，則Δtd＝θstart-θinj，等于從開始噴射燃料到開始燃燒為止的期間的著火延遲期間。
此外，設(shè)PVk達(dá)到最小值PVkmax的曲柄轉(zhuǎn)角為θend，則Δtc＝θend-θstart等于燃燒開始到終止的期間，即燃燒期間。
如上所述，著火延遲期間和燃燒期間都與EGR率具有密切的聯(lián)系，EGR率增大時(shí)，著火延遲期間和燃燒期間同時(shí)增加；EGR率減少時(shí)同時(shí)減少。
因此，在本實(shí)施方式中，利用著火延遲期間Δtd或燃燒期間Δtc的任意之一，以利用所述的Δt時(shí)相同的方法來控制EGR率。
即，在本實(shí)施方式中，預(yù)先在各個加速踏板開度Accp和內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速Ne上將達(dá)到最佳的EGR率的燃燒狀態(tài)下的著火延遲期間(或燃燒期間)的值設(shè)定為目標(biāo)值Δtd0(或Δtc0)。之后，在實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)中，在各個沖程循環(huán)上根據(jù)燃燒室內(nèi)壓力和曲柄轉(zhuǎn)角計(jì)算出PVk的值，并且檢測出該P(yáng)Vk的值達(dá)到最小值(或最小值和最大值)的曲柄轉(zhuǎn)角，計(jì)算出實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的Δtd(或Δtc)。
之后，Δtd(或Δtc)與現(xiàn)在的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(Accp、Ne)下的該目標(biāo)值Δtd0(或Δtc0)的偏差值，反饋控制EGR控制閥開度。
另外，比熱比k可以近似與規(guī)定值，燃燒室內(nèi)容積V為曲柄轉(zhuǎn)角的函數(shù)，可以預(yù)先計(jì)算出來。因此，當(dāng)算出PVk時(shí)，預(yù)先計(jì)算出各個曲柄轉(zhuǎn)角的Vk的值，并以數(shù)值表的形式存儲在ECU20的ROM中，從而可以容易地計(jì)算出PVk的值。
由此，與利用Δt的反饋控制的情形相同地，不會增大控制回路地運(yùn)算負(fù)荷，并且可以響應(yīng)性良好地準(zhǔn)確控制EGR率。
即，在本實(shí)施方式中，根據(jù)由汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的燃燒室內(nèi)壓力計(jì)算出與包括著火延遲期間或燃燒期間中的至少其一的燃燒定時(shí)對應(yīng)的燃燒參數(shù)，控制EGR率，使得該燃燒參數(shù)成為預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值，從而可以響應(yīng)性良好地準(zhǔn)確控制EGR率。
另外，進(jìn)行在主燃料噴射之前噴射少量的燃料并使其在燃燒室內(nèi)燃燒，從而當(dāng)在主燃料噴射燃料的燃燒中調(diào)整良好的溫度壓力條件的預(yù)噴射時(shí)，如果在開始主燃料噴射后進(jìn)行對所計(jì)算出的PVk的值是否為最小值PVkmin的判斷，則可以防止將引導(dǎo)燃料噴射燃料的燃燒開始時(shí)間點(diǎn)作為主燃料噴射燃料的噴射開始點(diǎn)誤檢出來。
接著，對本發(fā)明的另一實(shí)施方式進(jìn)行說明。
在本實(shí)施方式中，對進(jìn)行多點(diǎn)燃料噴射時(shí)的燃料噴射量、噴射時(shí)間的控制進(jìn)行詳細(xì)說明。
如上所述，雖然多點(diǎn)燃料噴射包括在主燃料噴射之前所進(jìn)行的預(yù)噴射、在主燃料噴射之后所進(jìn)行的殘噴射等，但是預(yù)噴射、殘噴射也可以根據(jù)其噴射時(shí)間而分為幾個。
圖23是用于說明本實(shí)施方式中的用于構(gòu)成多點(diǎn)燃料噴射的各燃料噴射的圖。
在圖23中，橫軸表示曲柄轉(zhuǎn)角(CA)，橫軸上的TDC表示壓縮上止點(diǎn)。此外，圖23的縱軸表示各燃料噴射的噴射率，各峰的面積概略性地表示各燃料噴射的相對的燃料噴射量。如圖所示，在多點(diǎn)燃料噴射中，進(jìn)行提前預(yù)噴射、接近預(yù)噴射、主噴射(主燃料噴射)、殘噴射、后噴射等的全部或一部分。
下面，分別對主噴射以外的各燃料噴射進(jìn)行簡單說明。
(1)提前預(yù)噴射提前預(yù)噴射，是在比主噴射提前很多的時(shí)間(例如，比開始主噴射早曲柄轉(zhuǎn)角為20度(20℃A)以上的時(shí)間)所進(jìn)行的預(yù)噴射。在提前預(yù)噴射中所噴射的燃料形成預(yù)混合氣體，由于壓縮著火而基本不生成NOx和微粒，可以通過進(jìn)行提前預(yù)噴射來提高排氣特性。此外，提前預(yù)噴射，由于使燃燒室內(nèi)的溫度和壓力上升，縮短后述的接近預(yù)噴射和主噴射的著火延遲期間，所以可以抑制通過主噴射所產(chǎn)生的燃燒的噪音和NOx的生成。
由于在燃燒室內(nèi)的溫度壓力比較低的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行提前預(yù)噴射，所以當(dāng)噴射量多時(shí)，所噴射的燃料維持液狀的狀態(tài)到達(dá)汽缸壁，而導(dǎo)致潤滑油稀釋等問題。因此，當(dāng)噴射量多時(shí)，將提前預(yù)噴射所必須的噴射量分割，多次噴射，每次噴射少量，從而可以防止液狀燃料到達(dá)汽缸壁。
(2)接近預(yù)噴射接近預(yù)噴射，是在主噴射之前(例如，在開始主噴射的20℃A以內(nèi))所進(jìn)行的預(yù)噴射。接近預(yù)噴射，與提前預(yù)噴射相比，產(chǎn)生的烴少，與提前預(yù)噴射相同地，可以縮短主噴射的著火延遲時(shí)間，抑制主噴射的噪音和NOx的生成。
(3)殘噴射殘噴射，是主噴射終止后立即或在較短的時(shí)間間隔(例如，主噴射終止后15°以內(nèi))內(nèi)開始的噴射。
進(jìn)行參噴射的目的在于，在主噴射的燃料的燃燒后期，再次增加燃燒室內(nèi)的溫度、壓力、湍流等，改善燃燒，和減少主噴射的噴射量。
即，由于在主噴射的燃燒后期，燃燒室內(nèi)的溫度、壓力下降，缸內(nèi)的湍流變小，所以燃料難以燃燒。通過在該狀態(tài)下進(jìn)行殘噴射，由于因燃料的噴射所引起的湍流的增大和因所噴射的燃料的燃燒所引起的溫度、壓力的增大，可以向促進(jìn)燃燒的方向改善燃燒室內(nèi)的氛圍。此外，由于可以將主噴射的噴射量減少殘噴射的噴射量左右，所以可以抑制生成因主噴射燃料所產(chǎn)生的局部的過濃區(qū)域，并且具有隨著主噴射量的下降燃燒所產(chǎn)生的汽缸內(nèi)最高溫度下降，抑制生成NOx的效果。
(4)后噴射后噴射，是主噴射終止后以較大間隔(例如，主噴射終止后15℃A以上)開始的燃料噴射。后噴射的主要目的在于提高排氣溫度、壓力。
例如，當(dāng)由于配置在排氣系統(tǒng)上的排氣凈化催化劑的溫度低而未達(dá)到活化溫度，所以不能得到廢氣凈化作用時(shí)，通過進(jìn)行后噴射可以使排氣溫度上升，從而在短時(shí)間內(nèi)使催化劑溫度上升到活化溫度。此外，由于通過進(jìn)行后噴射而使排氣的溫度、壓力上升，所以在具有渦輪增壓器的內(nèi)燃機(jī)中，可以增大渦輪的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而得到因增壓上升所引起的加速性能的提高和抑制加速時(shí)的煙霧等的效果。
此外，當(dāng)作為排氣凈化催化劑，使用利用HC成分來凈化排氣中的NOx的選擇還原催化劑時(shí)，可以通過進(jìn)行后噴射將HC供應(yīng)給催化劑，從而提高NOx的凈化率。
如上所述，雖然可以通過進(jìn)行多點(diǎn)燃料噴射，大幅度改善柴油機(jī)的排氣性能和噪音，但是為了得到該改善效果，必須精密控制多點(diǎn)燃料噴射時(shí)的各燃料噴射的噴射量和噴射時(shí)間。例如，在最需要噴射量和噴射時(shí)間的精度的接近預(yù)噴射中，必須將一次燃料噴射的噴射量控制在1.5～2.5mm3，將噴射時(shí)間控制在±2℃A以內(nèi)。
但是，如上所述，由于在燃料噴射閥上產(chǎn)生因公差值所引起的個體間的標(biāo)準(zhǔn)離差值，和因使用時(shí)間所引起的燃料噴射特性的變化等，所以在通常的開環(huán)控制中通常無法提高燃料噴射的精度，無法充分得到通過多點(diǎn)燃料噴射所產(chǎn)生的效果。
此外，例如，如上述的特開2001-123871號公報(bào)的裝置那樣根據(jù)燃燒噪音控制燃料噴射，雖然可以控制一部分的預(yù)噴射的噴射量，但是存在無法個別控制各燃料噴射的噴射量，進(jìn)而無法進(jìn)一步對噴射時(shí)間進(jìn)行完全控制的問題。
在本實(shí)施方式中，利用由汽缸內(nèi)傳感器29a～29d(以下總稱為“汽缸內(nèi)壓力傳感器29”)所檢測出的燃燒室內(nèi)壓力P和這時(shí)的燃燒室容積V所計(jì)算出的參數(shù)PVγ和PV，可以準(zhǔn)確地個別控制各燃料噴射的噴射量、噴射時(shí)間、噴射壓力等。
圖24(A)是用于說明本實(shí)施方式中的燃燒時(shí)間的檢測原理的圖。圖24(A)表示從汽缸的壓縮沖程后期到膨脹沖程前期關(guān)于上述燃燒室內(nèi)的各種燃燒的參數(shù)的相對于曲柄轉(zhuǎn)角θ的變化(曲柄轉(zhuǎn)角θ＝0表示壓縮上止點(diǎn))。在圖24(A)中，曲線P表示由汽缸內(nèi)壓力傳感器29所檢測出的實(shí)際的燃燒室內(nèi)壓力的變化。此外，曲線Q表示汽缸內(nèi)的放熱率。根據(jù)曲線Q進(jìn)行判斷，在本實(shí)施方式中，進(jìn)行除了主噴射之外還包括提前預(yù)噴射和殘噴射的多點(diǎn)燃料噴射，圖24(A)中的放熱率的峰Q1、Q2、Q3分別相當(dāng)于提前預(yù)噴射、主噴射、殘噴射。
根據(jù)圖24(A)的曲線P進(jìn)行判斷，雖然可以根據(jù)放熱率Q1、Q2、Q3判斷多點(diǎn)燃料噴射時(shí)的各燃料噴射的燃燒期間，但是燃燒室內(nèi)壓力的變化中未明確出現(xiàn)各燃料噴射的燃燒期間，所以無法根據(jù)曲線P判斷各燃料噴射。
另一方面，如果計(jì)算出放熱率，則可以如圖24(A)所示，大致判斷各燃料噴射的噴射期間。此外，放熱率dQ本身也可以根據(jù)燃燒室內(nèi)壓力從以下的計(jì)算式中計(jì)算出來。
dQ/dθ＝(k·P·(dV/dθ)+V(dP/dθ))/(k-1)
(θ表示曲柄轉(zhuǎn)角，k表示汽缸內(nèi)混合氣體的比熱比)但是，由于該放熱率的計(jì)算復(fù)雜，并且含有多項(xiàng)包括曲柄轉(zhuǎn)角θ的項(xiàng)，所以易受到檢測精度較低的曲柄轉(zhuǎn)角的誤差值的影響。因此，在實(shí)際的控制中將放熱率作為控制指標(biāo)使用，因存在計(jì)算負(fù)荷的增大和誤差值的問題而不實(shí)際。
因此，在本實(shí)施方式中，為了檢測出燃燒期間不利用放熱率，而利用由汽缸內(nèi)壓力傳感器29所檢測出的壓力P和這時(shí)的體積V的γ次方所得出的值PVγ的相對于曲柄轉(zhuǎn)角θ的一次變化率(一次微分值)(以下稱作PVγ微分值)。在此，γ是多變指數(shù)。
由于多變指數(shù)γ可以預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)等求出，并且V只是關(guān)于θ的函數(shù)，所以可以相對于各θ的值預(yù)先計(jì)算出Vγ。因此，在各曲柄轉(zhuǎn)角上，可以通過簡單的計(jì)算來算出PVγ，作為相對于該θ的變化率的PVγ微分值，可以如后所述通過簡單的微分計(jì)算而求出。
圖24(A)中的曲線R表示在各曲柄轉(zhuǎn)角處所計(jì)算出的PVγ微分值。由于PVγ微分值與放熱率模型為相似形，所以如曲線R所示，PVγ微分值大部分為0，只有相當(dāng)于燃燒期間的部分為正值，所以可以極其明確地判斷各燃料噴射的燃燒期間。
通過指數(shù)γ的多變性變化近似計(jì)算汽缸內(nèi)的活塞的移動所進(jìn)行的壓縮時(shí)，壓力P和燃燒室容積V具有PVγ＝C(一定值)的關(guān)系。即，在不發(fā)生燃燒、不付與汽缸內(nèi)的氣體除壓縮做功以外的能量的多變性變化中，PVγ值通常一定。因此，當(dāng)在燃燒室內(nèi)未發(fā)生燃燒時(shí)，PVγ值的對曲柄轉(zhuǎn)角的一次微分值d(PVγ)/dθ為0(實(shí)際上，由于從汽缸壁放熱，所以當(dāng)未發(fā)生燃燒時(shí)，一次微分值d(PVγ)/dθ為負(fù))。
另一方面，當(dāng)在汽缸內(nèi)發(fā)生燃燒時(shí)，除了壓縮做功以外，還對汽缸內(nèi)的氣體施加能量(熱)，所以汽缸內(nèi)的氣體的變化已經(jīng)不是多變性變化，由于當(dāng)進(jìn)行燃燒時(shí)PVγ值持續(xù)增大，所以PVγ微分值成為正值。
因此，可以作為PVγ微分值為正的期間而明確判斷出在燃燒室內(nèi)發(fā)生燃燒的期間。這與如圖24(A)曲線R所示，在汽缸的一沖程循環(huán)中進(jìn)行多次燃料噴射(燃燒)Q1、Q2、Q3的情形相同。
在本實(shí)施方式中，根據(jù)在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由汽缸內(nèi)壓力傳感器29所檢測出的各汽缸的燃燒室內(nèi)壓力計(jì)算出PVγ微分值，判定該P(yáng)Vγ微分值為正值的期間為燃燒期間。圖24(A)的曲線R上的start表示燃燒開始時(shí)間，end表示燃燒終止時(shí)間，start和end的間隔表示燃燒期間。
但是，燃燒期間的開始時(shí)間(曲柄轉(zhuǎn)角)與燃料噴射時(shí)間具有很密切的聯(lián)系。另外，燃燒期間的長度(從燃燒開始時(shí)間到終止時(shí)間的長度)與燃料噴射期間有很密切的聯(lián)系。此外，如果燃料噴射量一定，則燃料噴射期間根據(jù)噴射率發(fā)生變化，噴射率根據(jù)燃料噴射壓力發(fā)生變化。
在本實(shí)施方式中，在每個內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件(例如，內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、加速踏板開度以及多點(diǎn)燃料噴射的種類的組合)下預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)等求出給予最佳燃燒狀態(tài)的各燃料噴射的發(fā)熱量、燃燒期間，例如，在多點(diǎn)燃料噴射的各個燃料噴射(提前預(yù)噴射、接近預(yù)噴射、主噴射、殘噴射、后噴射)中，分別將上述最佳值作為利用內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開度的數(shù)值表，存儲在ECU20的ROM中。
ECU20，根據(jù)由汽缸內(nèi)壓力傳感器29所檢測出的各汽缸的燃燒室內(nèi)壓力P計(jì)算出各曲柄轉(zhuǎn)角上的PVγ微分值，判斷各噴射的實(shí)際的燃燒期間，并且反饋控制燃料噴射時(shí)間和噴射壓力，使得該實(shí)際的燃燒期間(開始時(shí)間，長度)與存儲在ROM上的最適于現(xiàn)在的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的燃燒期間。由此，可以簡單并準(zhǔn)確地將各汽缸的燃料噴射時(shí)間和噴射壓力控制為可以得到最佳燃燒時(shí)間的值。
接著，利用圖24(B)對本實(shí)施方式中的燃料噴射量的控制進(jìn)行說明。
各汽缸的實(shí)際的燃料噴射量，與從汽缸的壓縮沖程到膨脹沖程的汽缸內(nèi)的發(fā)熱量對應(yīng)。雖然可以通過對利用上述的式子所計(jì)算出的放熱率進(jìn)行積分而計(jì)算出該發(fā)熱量，但是如上所述利用放熱率dQ的計(jì)算并不實(shí)際。
因此，在本實(shí)施方式中，利用燃燒室內(nèi)壓力P和這時(shí)的燃燒室內(nèi)容積V的乘積PV(以下稱作“PV值”)計(jì)算出實(shí)際的汽缸內(nèi)發(fā)熱量。
以壓力和容積的乘積PV表示燃燒室內(nèi)的氣體所具有的能量。因此，以d(PV)/dθ表示每單位曲柄轉(zhuǎn)角付與燃燒室內(nèi)的氣體的能量。
如上所述，每單位曲柄轉(zhuǎn)角付與燃燒室內(nèi)的氣體的能量為，由活塞的壓縮所產(chǎn)生的機(jī)械能和由燃燒所產(chǎn)生的化學(xué)能的和。
現(xiàn)在，以微分形式表示氣體的狀態(tài)方程式PV＝(m/W)RT得出d(PV)＝(m/W)RdT…(1)其中，m是燃燒室內(nèi)的氣體的質(zhì)量(kg)，W是氣體的分子量，T是溫度(K)，R是一般氣體常數(shù)(J/mo1·K)此外，(1)式表示氣體所具有的能量的變化量，該變化量，如上所述，表示為由活塞的壓縮所產(chǎn)生的機(jī)械能d(PV)pist和由燃燒所產(chǎn)生的化學(xué)能d(PV)chem的和。即，d(PV)＝d(PV)pist+d(PV)chem …(2)在上述(2)式中，利用上述(1)式的氣體的狀態(tài)方程式，如下表示由燃燒所付與氣體的能量d(PV)chem。
d(PV)chem＝(m/W)RdTchem …(3)其中，dTchem表示由燃燒引起的氣體的溫度上升。
將(3)式代入(2)式求出dTchem，dTchem＝(W/m·R)(d(PV)-d(PV)pist) …(4)由于可以作為溫度上升dTchem(K)、氣體質(zhì)量m(kg)和定容比熱(J/mol·K)Cv的乘積，求出由燃燒所產(chǎn)生的發(fā)熱量dQ(J)，由(4)式得到dQ＝m·Cv·dTchem＝Cv·W·R(d(PV)-d(PV)pist) …(5)由于每次噴射所產(chǎn)生的熱量ΔQ，在圖24(A)中判斷每次噴射的燃燒期間，所以可以通過從各燃料噴射的燃燒開始(start)到燃燒終止(end)對(5)式進(jìn)行積分而求出。
即，ΔQ=CV×WR∫startend(d(PV)-d(PV)pist)dθ=CV×WR(((PV)end-(PV)start)-((PV)pist,end-(PV)pist,start))---(6)]]>在此，(PV)end、(PV)start分別為由汽缸內(nèi)傳感器所檢測出的燃燒室內(nèi)壓力P和燃燒室容積V的乘積的、燃燒終止時(shí)和燃燒開始時(shí)的值。
此外，(PV)pist、end、(PV)pist、start，為未發(fā)生燃燒時(shí)的僅有活塞壓縮時(shí)(所謂的電動回轉(zhuǎn)時(shí))的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室容積V的乘積的、相當(dāng)于燃燒終止時(shí)(圖24(A)、圖24(B)中的end)和燃燒開始時(shí)(圖24(A)、圖24(B)中的start)的曲柄轉(zhuǎn)角的值。
圖24(B)是表示圖24(A)的情況下的PV值的變化和(PV)pist值的變化的圖，圖24(B)的曲線P表示與圖24(A)的曲線P相同的燃燒室內(nèi)壓力變化，曲線Q表示放熱率。
此外，圖24(B)的曲線S表示曲線P的壓力變化時(shí)的PV值，曲線T表示(PV)pist值。如果內(nèi)燃機(jī)一定，則(PV)pist值通常為一定的曲線。
并且，根據(jù)上式(6)，例如利用圖24(B)中的A點(diǎn)上的PV值((PV)start)和(PV)pist值((PV)pist，start)與B點(diǎn)上的PV值((PV)end)和(PV)pist值((PV)pist，end)，可以簡單求出主噴射Q1的發(fā)熱量ΔQ。
發(fā)熱量ΔQ與燃料噴射量具有密切的聯(lián)系。在本實(shí)施方式中，預(yù)先根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過實(shí)驗(yàn)等求出各噴射的理想發(fā)熱量，存儲在ECU20的ROM上。因此，通過反饋控制燃料噴射量，使得由(6)式所求出的實(shí)際的發(fā)熱量與存儲在ROM上的理想的發(fā)熱量一致，從而可以將燃料噴射量控制在最佳值。
圖25是用于表示上述的燃燒時(shí)間和發(fā)熱量的實(shí)際的計(jì)算操作的流程圖。通過ECU20每隔一定曲柄角度實(shí)行本操作。
在圖25中，在步驟401中讀入現(xiàn)在的曲柄轉(zhuǎn)角θ和由汽缸內(nèi)壓力傳感器29所檢測出的燃燒室內(nèi)壓力P。之后，在步驟403中，根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)角θ計(jì)算出現(xiàn)在的燃燒室內(nèi)容積V。在本實(shí)施方式中，預(yù)先通過計(jì)算求出θ和V的關(guān)系，作為利用θ的一維數(shù)值表存儲在ECU20的ROM上。在步驟403中，利用在步驟401中所讀入的θ的值，根據(jù)該數(shù)值表求出燃燒室內(nèi)容積V。
接著，在步驟405中，利用通過在步驟401中所讀入的壓力P和在步驟403中所計(jì)算出的容積V計(jì)算出PVγ。預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)求出γ(多變指數(shù))，并存儲在ECU20的ROM上。
步驟407表示PVγ微分值的計(jì)算操作。在本實(shí)施方式中，作為本次所計(jì)算出的PVγ值(PVγ)i和實(shí)行上次操作時(shí)所計(jì)算出的(PVγ)i-1的微分，計(jì)算出PVγ微分值d(PVγ)/dθ。
接著，步驟409到步驟417表示燃燒開始時(shí)間的檢測。
在步驟409中，判斷標(biāo)志XS的值是否被設(shè)定為1。表示XS，用于表示燃燒期間的開始時(shí)間的檢測是否結(jié)束，當(dāng)XS＝1時(shí)，表示檢測結(jié)束。
在步驟409中，當(dāng)檢測未結(jié)束(X≠1)時(shí)進(jìn)入步驟411，保留步驟413以下的操作實(shí)行，待機(jī)到在步驟407中所計(jì)算出的PVγ微分值達(dá)到規(guī)定值C1以上。如上所述，PVγ微分值除了燃燒期間以外大都為0，只有在燃燒期間內(nèi)為正值。C1是用于防止因雜音等產(chǎn)生誤檢的判定值，將其設(shè)定為盡可能接近于0的正值。開始燃燒時(shí)，在步驟411中雖然PVγ微分值大于C1，但是由于在步驟411中最初如果d(PVγ)/dθ＞C1成立，則接著在步驟413中將標(biāo)志XS的值設(shè)定為1，所以從下次開始不實(shí)行步驟411到步驟417。
由此，可以準(zhǔn)確檢測出燃燒開始時(shí)間。即，在步驟411中如果最初d(PVγ)/dθ＞C1成立時(shí)，在步驟415、417中將這時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角θ存儲為燃燒開始時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角θstart，并且計(jì)算出這時(shí)的PV值，存儲為燃燒開始時(shí)的PV值(PV)start。此外，在步驟419中，根據(jù)預(yù)先計(jì)算出的圖24(B)的曲線T的關(guān)系求出電動回轉(zhuǎn)中的PV值的(PV)pist的燃燒開始時(shí)的值，作為(PV)pist，start存儲起來。
從步驟419到步驟425表示燃燒期間的終止時(shí)間的檢測操作。只有在從步驟411到步驟417的燃燒期間開始時(shí)間的檢測結(jié)束，將XS設(shè)定為1時(shí)才實(shí)行終止時(shí)間的檢測操作。
從步驟419到步驟425的操作雖然與從步驟411到步驟417的操作相同，但是在步驟419中，將d(PVγ)/dθ＜C1時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角作為燃燒終止時(shí)間θend，并分別將這時(shí)的(PV)、(PV)pist的值作為(PV)end、(PV)pist，end存儲起來，在這一點(diǎn)上是不同的。并且，在存儲上述數(shù)值后，在步驟425中，標(biāo)志XS的值被重設(shè)為0。由此，到再次在步驟411到417中檢測出燃燒開始時(shí)間為止，而不再實(shí)行步驟419以下的操作。
之后，在終止上述操作后，在步驟427中利用上述(6)式，計(jì)算出本次的燃燒期間中的發(fā)熱量ΔQ。
如上所述，通過實(shí)行圖25的操作，對于多次燃料噴射中的各噴射，計(jì)算并存儲燃燒開始時(shí)間θstart、燃燒終止時(shí)間θend以及發(fā)熱量ΔQ。
接著，對利用上述所計(jì)算出的燃燒開始時(shí)間θstart、燃燒終止時(shí)間θend以及發(fā)熱量ΔQ的燃料噴射控制進(jìn)行說明。
在本實(shí)施方式中，燃料噴射量、噴射時(shí)間、燃料噴射壓力的基本值以及噴射的方式(多點(diǎn)燃料噴射的類型)，是通過由ECU20所另外實(shí)行的未圖示的燃料噴射設(shè)定操作，利用內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開度并根據(jù)預(yù)先決定的關(guān)系而設(shè)定的。如果按照原有的該基本值進(jìn)行實(shí)際的燃料噴射，可以使內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)最佳。但是實(shí)際上，由于燃料噴射閥的噴射特性的標(biāo)準(zhǔn)離差值和變化等，即使向燃料噴射閥施加相當(dāng)于基本值的指令信號，也無法使實(shí)際的燃料噴射達(dá)到基本值。
在本實(shí)施方式中，反饋補(bǔ)正燃料噴射，使得能夠利用燃燒開始時(shí)間θstart、燃燒終止時(shí)間θend以及發(fā)熱量ΔQ，以基本值進(jìn)行實(shí)際的燃料噴射。
圖26是用于說明由ECU20所實(shí)行的本實(shí)施方式的燃料噴射補(bǔ)正操作的順序的流程圖。
圖26，在步驟501中，首先根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件和所計(jì)算出的θstart，進(jìn)行是否為要進(jìn)行補(bǔ)正的燃料噴射的判斷。即，進(jìn)行現(xiàn)在要補(bǔ)正的燃料噴射為何種類型的多點(diǎn)燃料噴射的何種燃料噴射(例如是提前預(yù)噴射，還是接近預(yù)噴射等)的判斷。
之后，在步驟503中，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件(內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、加速踏板開度)，從預(yù)先存儲在ECU20的ROM上的數(shù)值表讀出現(xiàn)在要補(bǔ)正的燃料噴射的發(fā)熱量的目標(biāo)值。
之后，在步驟505中，增減補(bǔ)正燃料噴射量，使得在上述的圖25的操作中所計(jì)算出的發(fā)熱量ΔQ與在步驟503中所設(shè)定的目標(biāo)值一致。即，當(dāng)實(shí)際的發(fā)熱量ΔQ小于目標(biāo)值時(shí)，使燃料噴射量增大規(guī)定量；當(dāng)大于目標(biāo)值時(shí)，減少規(guī)定量。
之后，在步驟507中同樣地根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件從預(yù)先存儲在ECU20的ROM上的數(shù)值表，讀出燃燒開始時(shí)間和終止時(shí)間的目標(biāo)值，在步驟509中，補(bǔ)正燃料噴射時(shí)間，使得實(shí)際的燃燒開始時(shí)間θstart與目標(biāo)值一致。例如，當(dāng)燃燒開始時(shí)間遲于目標(biāo)值時(shí)，使燃料噴射開始時(shí)間角度提前，當(dāng)早于目標(biāo)值時(shí)使角度延遲。
進(jìn)而，在步驟511中，補(bǔ)正燃料噴射壓力。在本實(shí)施方式中，通過改變共用軌道來調(diào)整燃料噴射壓力。即，在步驟511中，在步驟509中燃燒開始時(shí)間θstart與目標(biāo)值一致的狀態(tài)下，判斷實(shí)際的燃燒終止時(shí)間θend是遲于還是早于目標(biāo)值，當(dāng)遲于目標(biāo)值時(shí)(實(shí)際的燃燒期間長于目標(biāo)值時(shí))，使燃料噴射壓力上升規(guī)定量，相應(yīng)地使燃料噴射的終止時(shí)間(燃料噴射閥的閥閉時(shí)間)角度提前，維持燃料噴射量一定并使燃料噴射期間變化。此外，相反當(dāng)實(shí)際的燃燒終止時(shí)間早于目標(biāo)值時(shí)，使燃燒噴射壓力降低規(guī)定量，使燃料噴射的終止時(shí)間延遲。
通過反復(fù)執(zhí)行上述各操作直到各自的值與目標(biāo)值一致，進(jìn)行反饋補(bǔ)正，使得多點(diǎn)燃料噴射的各燃料噴射時(shí)的實(shí)際的燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間、燃料噴射壓力達(dá)到可以得到適于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的最佳燃燒的值。
如上所述，在圖25的操作中，可以利用能通過簡單的微分運(yùn)算計(jì)算出來的PVγ的微分值求出燃燒期間，或通過PV值的簡單運(yùn)算求出發(fā)熱量，所以不必進(jìn)行用于檢測發(fā)熱量和燃燒期間的復(fù)雜的計(jì)算。因此，可以防止ECU20的計(jì)算負(fù)荷增大，簡單并可靠地準(zhǔn)確檢測出各個噴射的發(fā)熱量和燃燒期間，可以準(zhǔn)確反饋控制各噴射的噴射量、噴射時(shí)間和噴射壓力。
此外，在本實(shí)施方式中，由于根據(jù)實(shí)際的發(fā)熱量、燃燒期間反饋控制多點(diǎn)燃料噴射的各噴射量和噴射時(shí)間、噴射壓力，所以，例如當(dāng)由于燃料噴射閥的公差值而使燃料噴射特性的個體間的標(biāo)準(zhǔn)離差值較大時(shí)，或隨著使用燃料噴射特性發(fā)生變化時(shí)，也可以準(zhǔn)確補(bǔ)正各燃料噴射特性。因此，由于在共軌式燃料噴射裝置中，也可以一定程度地允許燃料噴射閥的特性的標(biāo)準(zhǔn)離差值，不必像以往那樣嚴(yán)格管理燃料噴射閥的特性的標(biāo)準(zhǔn)離差值，所以可以降低燃料噴射閥的成本。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)噴射模式和燃燒模式使用最佳的燃燒參數(shù)來進(jìn)行燃料噴射量、噴射時(shí)間、EGR氣體量的反饋控制，從而可以最佳控制柴油機(jī)的燃燒狀態(tài)，而不會大幅度增大控制回路的運(yùn)算負(fù)荷。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，具有用于向內(nèi)燃機(jī)燃燒室噴射燃料的燃料噴射閥，使一部分內(nèi)燃機(jī)排氣作為EGR氣體回流到內(nèi)燃機(jī)燃燒室中的EGR裝置，和用于檢測內(nèi)燃機(jī)燃燒室內(nèi)的壓力的汽缸內(nèi)壓力傳感器，其特征在于，具有燃燒參數(shù)計(jì)算裝置，根據(jù)由所述汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的燃燒室內(nèi)壓力和內(nèi)燃機(jī)曲柄轉(zhuǎn)角所預(yù)先決定的關(guān)系，計(jì)算出至少包括汽缸內(nèi)發(fā)熱量、燃燒開始時(shí)間和燃燒期間中的至少一個的表示內(nèi)燃機(jī)燃燒狀態(tài)的燃燒參數(shù)；和補(bǔ)正裝置，對燃料噴射量、燃料噴射時(shí)間和EGR氣體量的任意一個以上進(jìn)行補(bǔ)正，使得所計(jì)算出的燃燒參數(shù)與根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)所預(yù)先決定的目標(biāo)值一致；作為所述燃燒參數(shù)，從根據(jù)燃燒室內(nèi)壓力和內(nèi)燃機(jī)曲柄轉(zhuǎn)角所計(jì)算出的、表示所述內(nèi)燃機(jī)燃燒狀態(tài)的多種燃燒參數(shù)中，利用根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射模式或燃燒模式所選擇的燃燒參數(shù)通過所述補(bǔ)正裝置進(jìn)行補(bǔ)正。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述燃料噴射模式包括，根據(jù)需要組合主燃料噴射和在主燃料噴射前或后，或者前后都向內(nèi)燃機(jī)燃燒室噴射燃料的多點(diǎn)燃料噴射的燃料噴射模式。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述噴射補(bǔ)正裝置，首先進(jìn)行向燃燒室的總?cè)剂蠂娚淞亢椭魅剂蠂娚鋾r(shí)間的補(bǔ)正，當(dāng)進(jìn)行多點(diǎn)燃料噴射時(shí)，在補(bǔ)正主燃料噴射的狀態(tài)下，補(bǔ)正所述多點(diǎn)燃料噴射的燃料噴射量或燃料噴射時(shí)間。
4.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，還包括傳感器校準(zhǔn)裝置，在預(yù)先決定的曲柄轉(zhuǎn)角處，根據(jù)由所述汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的實(shí)際的燃燒室內(nèi)壓力，來修正所述汽缸內(nèi)壓力傳感器輸出的誤差值。
5.如權(quán)利要求2～4中任意一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開度來規(guī)定所述內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述選擇的燃燒參數(shù)為，開始燃燒后的燃燒室內(nèi)壓力的最大值和燃燒室內(nèi)壓力達(dá)到最大時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
7.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述選擇的燃燒參數(shù)為，燃燒室內(nèi)壓力的變化率極大時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
8.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述選擇的燃燒參數(shù)為，燃燒室內(nèi)壓力的2階微分值極大時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
9.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述選擇的燃燒參數(shù)為，燃燒室內(nèi)壓力與燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的最大值，和燃燒室內(nèi)壓力與燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積達(dá)到最大時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
10.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述選擇的燃燒參數(shù)為，燃燒室內(nèi)壓力與燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的最大值，和在燃燒室內(nèi)壓力與燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積達(dá)到最大的曲柄轉(zhuǎn)角處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的差值ΔPVmax。
11.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述選擇的燃燒參數(shù)為，汽缸內(nèi)放熱率達(dá)到最大時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角。
12.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述選擇的燃燒參數(shù)為，汽缸內(nèi)總發(fā)熱量。
13.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述選擇的燃燒參數(shù)為，開始燃燒后的汽缸內(nèi)壓力的最大值，與從到達(dá)壓縮上止點(diǎn)后到開始在燃燒室內(nèi)燃燒之間的汽缸內(nèi)最小壓力的差值。
14.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述選擇的燃燒參數(shù)為，開始燃燒后的汽缸內(nèi)壓力的最大值，與在所述汽缸內(nèi)壓力達(dá)到最大時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力的差值。
15.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其特征在于，所述多點(diǎn)燃料噴射，包括在主燃料噴射之前所進(jìn)行的引導(dǎo)燃料噴射，所述補(bǔ)正裝置，作為燃燒參數(shù)，利用當(dāng)由主燃料噴射所噴射的燃料著火時(shí)的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積，與在由主燃料噴射所噴射的燃料著火時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的差值，補(bǔ)正引導(dǎo)燃料噴射指令值。
16.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述多點(diǎn)燃料噴射包括在主燃料噴射之后所進(jìn)行的殘噴射，所述補(bǔ)正裝置，作為燃燒參數(shù)，利用燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的最大值與在燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積達(dá)到最大時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮所產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的差值ΔPVmax，與當(dāng)由殘噴射所噴射的燃料著火時(shí)的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積與在由殘噴射所噴射的燃料著火時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角處，假定未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由壓縮所產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力和燃燒室內(nèi)實(shí)際容積的乘積的差值ΔPVafter的差值(ΔPVmax-ΔPVafter)，補(bǔ)正殘噴射指令值。
17.如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述補(bǔ)正裝置僅對主燃料噴射進(jìn)行作為所述燃燒參數(shù)利用開始燃燒后的燃燒室內(nèi)壓力的最大值和燃燒室內(nèi)壓力達(dá)到最大時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角的所述補(bǔ)正。
18.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，還包括對內(nèi)燃機(jī)吸入空氣量進(jìn)行節(jié)流的節(jié)氣門閥，所述噴射補(bǔ)正裝置，在補(bǔ)正主燃料噴射量之后，作為燃燒參數(shù)利用壓縮上止點(diǎn)上的由壓縮產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力與從到達(dá)壓縮上止點(diǎn)后到開始在燃燒室內(nèi)燃燒之間的汽缸內(nèi)最小壓力的差值和開始燃燒后的燃燒室內(nèi)壓力最大值兩個參數(shù)，補(bǔ)正所述節(jié)氣門閥開度和主燃料噴射時(shí)間，使得這兩個燃燒參數(shù)的值與各自的目標(biāo)值一致。
19.如權(quán)利要求18所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述內(nèi)燃機(jī)可以切換運(yùn)轉(zhuǎn)在壓縮沖程后期進(jìn)行燃料噴射而進(jìn)行空氣過剩率大的燃燒的通常燃燒模式，和與通常燃燒模式相比燃料噴射時(shí)間角度提前，并且EGR氣體量增大的低溫燃燒模式；所述噴射補(bǔ)正裝置，當(dāng)處于所述通常燃燒模式和低溫燃燒模式之間的模式切換時(shí)，補(bǔ)正所述節(jié)氣門閥開度和主燃料噴射時(shí)間，使得所述兩個燃燒參數(shù)的值與各自的目標(biāo)值一致。
20.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒模式包括向燃燒室的EGR氣體供應(yīng)量不同的模式。
21.如權(quán)利要求20所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述選擇的燃燒參數(shù)為，根據(jù)由所述汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的燃燒室內(nèi)壓力P和由曲柄轉(zhuǎn)角θ所決定的燃燒室容積V的乘積PV的值所計(jì)算出的、從燃料噴射閥開始噴射燃料后到所述PV的值取最大值PVmax的時(shí)間Δt；所述補(bǔ)正裝置調(diào)節(jié)所述EGR氣體量，使得所述Δt達(dá)到預(yù)先決定的目標(biāo)值。
22.如權(quán)利要求21所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述燃燒參數(shù)計(jì)算裝置，還計(jì)算出假定在燃燒室內(nèi)未發(fā)生燃燒時(shí)的僅由活塞的壓縮所產(chǎn)生的燃燒室內(nèi)壓力和由曲柄轉(zhuǎn)角所決定的燃燒室容積的乘積PVbase，利用所述PV達(dá)到最大值PVmax時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角θpvmax處的PVbase的值，計(jì)算出PVmax和PVbase的差值ΔPVmax，所述補(bǔ)正裝置還控制來自所述燃料噴射閥的燃料噴射量和燃料噴射時(shí)間，使得ΔPVmax和所述θpvmax的值分別達(dá)到預(yù)先決定的目標(biāo)值。
23.如權(quán)利要求21或22所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和加速踏板開度決定所述目標(biāo)值。
24.如權(quán)利要求23所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述內(nèi)燃機(jī)為壓燃式內(nèi)燃機(jī)。
25.如權(quán)利要求24所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述內(nèi)燃機(jī)可以切換運(yùn)轉(zhuǎn)在壓縮沖程后期進(jìn)行燃料噴射而進(jìn)行空氣過剩率大的燃燒的通常燃燒模式，和與通常燃燒模式相比使燃料噴射時(shí)間角度提前，并且增大EGR氣體量的低溫燃燒模式這兩個燃燒模式，并且當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在所述低溫燃燒模式運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)行基于所述Δt的EGR氣體量控制。
26.如權(quán)利要求25所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述補(bǔ)正裝置，當(dāng)由所述通常燃燒模式向低溫燃燒模式切換時(shí)，在規(guī)定的過渡時(shí)間內(nèi)使燃料噴射時(shí)間由通常燃燒模式中的噴射時(shí)間連續(xù)變化為低溫燃燒模式中的目標(biāo)燃料噴射時(shí)間，并且在該過渡期間內(nèi)，根據(jù)代替實(shí)際的燃料噴射時(shí)間而利用切換后的低溫燃燒模式中的目標(biāo)燃料噴射時(shí)間所計(jì)算出的Δt，進(jìn)行所述EGR氣體量控制。
27.如權(quán)利要求20所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述選擇的燃燒參數(shù)為，根據(jù)由通過所述汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的燃燒室內(nèi)壓力P、由曲柄轉(zhuǎn)角θ所決定的燃燒室容積V和燃燒氣體的比熱比k所計(jì)算出的PVk的值所決定的、從由燃料噴射閥開始噴射燃料后到所述PVk的值取最小值PVkmin的時(shí)間Δtd；所述補(bǔ)正裝置補(bǔ)正所述EGR氣體量，使得所述Δtd達(dá)到預(yù)先決定的目標(biāo)值。
28.如權(quán)利要求20所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述選擇的燃燒參數(shù)為，根據(jù)由通過所述汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的燃燒室內(nèi)壓力P、由曲柄轉(zhuǎn)角θ所決定的燃燒室容積V和燃燒氣體的比熱比k所計(jì)算出的PVk的值所決定的、由燃料噴射閥開始噴射燃料后從所述PVk的值取最小值PVkmin到取最大值PVkmax的時(shí)間Δtc；所述補(bǔ)正裝置調(diào)節(jié)所述EGR氣體量，使得所述Δtc達(dá)到預(yù)先決定的目標(biāo)值。
29.如權(quán)利要求27或28所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述燃料噴射閥在主燃料噴射之前進(jìn)行向燃燒室內(nèi)噴射少量燃料的預(yù)噴射；所述燃燒參數(shù)計(jì)算裝置，在主燃料噴射開始后開始檢測所述PVkmin的值。
30.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述選擇的燃燒參數(shù)為，利用由所述汽缸內(nèi)壓力傳感器所檢測出的燃燒室內(nèi)壓力P、由曲柄轉(zhuǎn)角θ所決定的燃燒室容積V和預(yù)先決定的常數(shù)γ，作為V的γ次方與P的乘積所計(jì)算出的參數(shù)PVγ相對于曲柄轉(zhuǎn)角θ的變化率d(PVγ)/dθ；所述補(bǔ)正裝置，根據(jù)所述變化率檢測出包括燃燒室內(nèi)的燃燒開始時(shí)間和終止時(shí)間的燃燒期間，并且補(bǔ)正來自所述燃料噴射閥的燃料噴射時(shí)間和燃料噴射壓力中的至少一個，使得所述燃燒期間與預(yù)先決定的期間一致。
31.如權(quán)利要求30所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述補(bǔ)正裝置，根據(jù)作為所述燃燒開始時(shí)間和所述燃燒終止時(shí)間上的所述燃燒室內(nèi)壓力P和所述燃燒室容積V的乘積所計(jì)算出的參數(shù)PV的值，計(jì)算出所述燃燒期間內(nèi)的汽缸內(nèi)發(fā)熱量，并補(bǔ)正來自所述燃料噴射閥的燃料噴射量，使得所計(jì)算出的汽缸內(nèi)發(fā)熱量達(dá)到預(yù)先決定的值。
32.如權(quán)利要求31所述的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置，其中，所述內(nèi)燃機(jī)，除了主燃料噴射之外，還在主燃料噴射之前或之后，或者前后都進(jìn)行向內(nèi)燃機(jī)燃燒室噴射燃料的多點(diǎn)燃料噴射；所述補(bǔ)正裝置對多點(diǎn)燃料噴射中的至少一個的燃料噴射，進(jìn)行基于所述d(PVγ)/dθ的值的燃料噴射時(shí)間或燃料噴射壓力的補(bǔ)正，和基于所述PV值的燃料噴射量的補(bǔ)正。
全文摘要
本發(fā)明提供一種內(nèi)燃機(jī)的控制裝置。在柴油機(jī)(1)的各汽缸內(nèi)設(shè)置用于檢測燃料室內(nèi)壓力的汽缸內(nèi)壓力傳感器(29a～29d)。內(nèi)燃機(jī)的電子控制單元(ECU) (20)，從根據(jù)汽缸內(nèi)壓力傳感器輸出所算出的表示內(nèi)燃機(jī)的燃燒狀態(tài)的多個燃燒參數(shù)中，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射閥(10a～10d)的燃料噴射模式和由EGR閥(35)所供應(yīng)的EGR氣體量所決定的燃燒模式，選擇最佳的燃燒參數(shù)，反饋控制燃料噴射量和燃料噴射模式，使得該燃燒參數(shù)的值與根據(jù)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)所決定的目標(biāo)值一致。由此，無論為何種燃料噴射模式和燃燒模式，都可以將內(nèi)燃機(jī)燃燒狀態(tài)控制在最佳狀態(tài)。
文檔編號F02D35/02GK1682025SQ0382139
公開日2005年10月12日 申請日期2003年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月9日
發(fā)明者小林暢樹, 佐左木靜夫, 青山太郎, 吉崎康二, 村田宏樹, 橋本佳宜, 稻垣和久, 中北清己, 仲原彰冶, 堀田義博 申請人:豐田自動車株式會社