專利名稱：用于內(nèi)燃機的起動控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)備，用于控制起動時噴射到內(nèi)燃機的汽缸中的燃料量。
背景技術(shù)：
作為用于汽缸直接噴射型內(nèi)燃機的起動控制設(shè)備，其中該內(nèi)燃機受到怠速停止控制，有一種已知的起動控制設(shè)備，其中當(dāng)處于怠速停止?fàn)顟B(tài)期間的燃料供應(yīng)壓力低于預(yù)定壓力時，燃料被噴射入每個汽缸中，其中在該汽缸中活塞在壓縮沖程中停止以及活塞在進氣沖程中停止并接著在重新起動時進行進氣噴射，從而試圖起動發(fā)動機(參見，例如日本專利申請公開(JP-A)No.2004-36561)。另外，JP-ANo.2001-73774，2000-213385，以及2202-242724也是與本發(fā)明的領(lǐng)域相關(guān)的其它公布。
在由于怠速停止控制而導(dǎo)致內(nèi)燃機停止時，由于進氣閥打開而使得活塞在進氣沖程中停止的汽缸吸入空氣，并且因此在停止時汽缸中的壓力會從負(fù)壓狀態(tài)增加至大氣壓力左右。如果在這種情況下進行重新起動，就開始在進氣沖程的汽缸中進行大氣壓力左右下的絕熱壓縮，并且汽缸的溫度超過燃料的點火溫度，使得可以產(chǎn)生自點火現(xiàn)象。該自點火導(dǎo)致了多種問題，例如增加振動。JP-A No.2004-36561中披露的起動控制設(shè)備在怠速停止?fàn)顟B(tài)期間在進氣沖程噴射燃料至汽缸中，僅僅是為了保證起動時的燃料量，因此無法希望在重新起動時抑制上述自點火。還有，上述的自點火問題不僅僅限于汽缸直接噴射型內(nèi)燃機，而是可以出現(xiàn)在所謂的進氣口噴射型(port injection type)內(nèi)燃機中。而且，該自點火問題也不限于從怠速停止?fàn)顟B(tài)重新起動的情況，而是可以在如下情況中出現(xiàn)內(nèi)燃機在該內(nèi)燃機響應(yīng)于關(guān)掉點火開關(guān)的動作而停止之后的汽缸溫度充分降低之前重新起動。

發(fā)明內(nèi)容
這里，本發(fā)明的目的之一就是提供一種用于內(nèi)燃機的起動控制設(shè)備，其能夠抑制活塞在進氣沖程中停止的汽缸在起動時自點火。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種用于內(nèi)燃機的起動控制設(shè)備，其中該起動控制設(shè)備通過在進氣沖程將燃料噴射到內(nèi)燃機的每個汽缸中來起動發(fā)動機，該起動控制設(shè)備包括停止位置區(qū)分裝置，該停止位置區(qū)分裝置在內(nèi)燃機停止時區(qū)分活塞位置；以及燃料噴射量控制裝置，該燃料噴射量控制裝置根據(jù)該停止位置區(qū)分裝置的區(qū)分結(jié)果來指定活塞在進氣沖程中停止的汽缸，并增加起動所述被指定的汽缸時的燃料噴射量，使之大于其它汽缸的燃料噴射量。
根據(jù)第一個方面的起動控制設(shè)備，在起動內(nèi)燃機時，比其它汽缸更多的燃料被噴射到從進氣狀態(tài)開始運行的汽缸中。因此，與其它汽缸相比，由于燃料汽化潛熱而引起的汽缸溫度下降效果要更高些，并且即使在由于停止期間吸入空氣而引起汽缸壓力增加的狀態(tài)下該壓縮沖程開始進行，也可以通過保持較低的汽缸溫度來抑制自點火的發(fā)生。因此，能夠抑制這些問題例，如伴隨著自點火的振動的增加，從而平穩(wěn)地開始內(nèi)燃燒。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種用于內(nèi)燃機的起動控制設(shè)備，其中該內(nèi)燃機通過在進氣沖程將燃料噴射到內(nèi)燃機的每個汽缸中來起動發(fā)動機，該起動控制設(shè)備包括停止位置區(qū)分裝置，該停止位置區(qū)分裝置在內(nèi)燃機停止時區(qū)分活塞位置；以及燃料噴射量控制裝置，該燃料噴射量控制裝置根據(jù)該停止位置區(qū)分裝置的區(qū)分結(jié)果來區(qū)分在進氣沖程中停止的活塞的位置是否處于以進氣沖程的開始位置作為基點的預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，并根據(jù)關(guān)于該預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角范圍的區(qū)分結(jié)果來控制起動活塞在進氣沖程中停止的汽缸時的燃料噴射量。
根據(jù)第二個方面的起動控制設(shè)備，區(qū)分在進氣沖程中停止的活塞的位置是否位于距離進氣沖程的開始位置的預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，使得能夠適當(dāng)?shù)乜刂破椎娜剂蠂娚淞?，其中在該汽缸中，活塞從進氣沖程開始它的操作。例如，在進氣沖程的初始階段和中間階段，剩余進氣時間很長，進氣流量和速度都高，使得吸入的空氣能夠充分地相互混合，并且該進氣溫度低于汽缸溫度。因此，通過使用汽化潛熱而引起的汽缸溫度下降效果得到了有效發(fā)揮。在這種情況下，增加了燃料噴射量，以抑制發(fā)生自點火。另一方面，在進氣沖程的最后階段，剩余的進氣時間很短，并且進氣流量和速度被降低，使得使用汽化潛熱來降低汽缸溫度所需的燃料量迅速增加。因此，很難提供適于增加燃料的汽缸溫度下降效果。在這種情況下，燃料噴射量被相對降低，從而抑制了一些問題，例如燃料消耗及噴射的惡化。
在根據(jù)第二方面的起動控制設(shè)備的一個實施例中，當(dāng)在進氣沖程中停止的活塞的位置位于預(yù)定的曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)時，該燃料噴射量控制裝置可以增加起動活塞在進氣沖程停止的汽缸時的燃料噴射量，使之大于用于其它汽缸的燃料噴射量?？蛇x地，當(dāng)在進氣沖程中停止的活塞的位置位于預(yù)定的曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)時，該燃料噴射量控制裝置可以增加活塞在進氣沖程停止的汽缸起動時的燃料噴射量，使之大于超過預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角范圍的情況下的燃料噴射量。根據(jù)這些實施例，通過增加距離進氣沖程開始預(yù)定范圍內(nèi)的燃料量可以無疑和有效地降低由于汽化潛熱而引起的汽缸溫度下降效果。
在根據(jù)第二方面的起動控制設(shè)備的一個實施例中，當(dāng)在進氣沖程中停止的活塞的位置超過預(yù)定的曲柄轉(zhuǎn)角范圍時，該燃料噴射量控制裝置可以通過參照至少一個與在起動時汽缸中的溫度相關(guān)的物理值來區(qū)分在活塞在進氣沖程停止的汽缸中是否會發(fā)生自點火，并且可以在區(qū)分出將會發(fā)生自點火時禁止開始時向該汽缸噴射燃料。根據(jù)該實施例，當(dāng)由于使用汽化潛熱而帶來的汽缸溫度下降效果不足以抑制自點火時，禁止噴射燃料，從而無疑地可以防止壓縮沖程中的自點火。
在根據(jù)第二方面的起動控制設(shè)備的一個實施例中，該燃料噴射量控制裝置可以通過參照起動時的，至少內(nèi)燃機的冷卻水的溫度、內(nèi)燃機所處環(huán)境的大氣壓、該環(huán)境的空氣溫度、該環(huán)境的濕度、燃料溫度以及其中活塞在進氣沖程中停止的汽缸的壁表面溫度之一作為物理值來區(qū)分是否將發(fā)生自點火。通過參照這些物理值，就能夠適當(dāng)?shù)卮_定自點火的可能性。
在根據(jù)第二方面的起動控制設(shè)備的一個實施例中，內(nèi)燃機可以受到怠速停止控制，在滿足預(yù)定停止操作時停止內(nèi)燃機，并在滿足預(yù)定重起動條件時重起動內(nèi)燃機，并且當(dāng)由于怠速停止控制而從停止?fàn)顟B(tài)重起動時，該燃料噴射量控制裝置可以根據(jù)活塞位置的區(qū)分結(jié)果來控制燃料噴射量。根據(jù)該實施例，即使在從怠速停止?fàn)顟B(tài)重起動時汽缸的溫度很高，也能夠有效地抑制發(fā)生壓縮自點火。進一步，該燃料噴射量控制裝置可以通過參照由于怠速停止控制而引起的停止?fàn)顟B(tài)的持續(xù)時間作為物理值來區(qū)分是否會發(fā)生自點火。在停止?fàn)顟B(tài)的持續(xù)時間與汽缸溫度之間，存在一種關(guān)系，使得當(dāng)停止?fàn)顟B(tài)的持續(xù)時間變長時，從汽缸壁、活塞等傳輸給汽缸中空氣的熱量就會增加，導(dǎo)致汽缸溫度的增加。這里，通過參照停止?fàn)顟B(tài)的持續(xù)時間，可以適當(dāng)?shù)卮_定自點火的可能性。
還有，在根據(jù)第一或第二方面的起動控制設(shè)備的一個實施例中，該燃料噴射量控制裝置可以相對于汽缸中空氣量來控制被區(qū)分為在內(nèi)燃機停止時的活塞位置處于進氣沖程的汽缸的燃料噴射量，使得該汽缸中的空燃比小于理論空燃比。在這種情況下，該汽缸中的空燃比比化學(xué)計量更小，其中在該汽缸中，活塞在進氣沖程停止，并且因此在起動內(nèi)燃機時能夠抑制汽缸中壓力增加，并且它的增加不會很快。因此，雖然輸出扭矩可能很小，但是也能夠抑制噪音和振動。進一步，不需要噴射額外的燃料，因此能夠使得二氧化碳(HC)的排放最小化。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過向從進氣沖程起動活塞的汽缸增加燃料噴射量，與使用燃料的汽化潛熱一樣，也能夠降低汽缸溫度，并且能夠有效地抑制壓縮沖程中的自點火。還有，通過考慮到活塞的停止位置而控制燃料噴射量，能夠更有效地發(fā)揮出該自點火限制效果，同時一些問題，例如燃料消耗及噴射的惡化也能夠得到抑制。


圖1為顯示用于汽車的內(nèi)燃機的示意性結(jié)構(gòu)的圖，其中在該汽車中采用了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的起動控制設(shè)備；圖2為顯示ECU執(zhí)行的怠速停止控制程序的概要的流程圖；圖3為顯示汽缸中重起動時燃燒狀態(tài)的圖，其中活塞在進氣沖程停止，并使得該狀態(tài)對應(yīng)于重起動之前的活塞位置以及燃料噴射量；圖4為顯示與通過怠速停止控制的停止時間相關(guān)的實際需要量的變化方式的圖；圖5為顯示ECU執(zhí)行的初始噴射量確定程序的流程圖；圖6為顯示起動電動機從建立重起動條件到操作的實際起動的時間推移的時間圖；圖7A和7B為顯示在隨著發(fā)動機的振動來測量發(fā)動機加速度時的坐標(biāo)的說明圖，其中圖7A為前視圖，圖7B為側(cè)視圖；圖8為顯示振動期間的加速度與燃料噴射量之間關(guān)系的圖；圖9為顯示汽缸中的壓力與燃料噴射量之間的關(guān)系的圖；以及圖10為顯示起動時間與燃料噴射量之間的關(guān)系的圖。
具體實施例方式
圖1為顯示用于汽車的內(nèi)燃機的示意性結(jié)構(gòu)的圖，其中在該汽車中采用了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的起動控制設(shè)備。在圖1中，內(nèi)燃機(下文中稱為發(fā)動機)1由例如4-循環(huán)發(fā)動機構(gòu)成，并且包括多個汽缸2。附帶地，圖1僅僅顯示了單個汽缸2，其余汽缸2的結(jié)構(gòu)與其相同。
每個汽缸2中活塞3的相位根據(jù)汽缸2的數(shù)量和布置而相互交錯。例如，在具有在一個方向上排列的四個汽缸2的直列四汽缸發(fā)動機中，活塞3的相位在曲柄轉(zhuǎn)角上彼此相差180度。因此，四個汽缸2之一不可避免地處于進氣沖程中。并且，該發(fā)動機1被構(gòu)造為進氣口噴射型發(fā)動機，其從燃料噴射閥4向進氣口噴射燃料，將空氣燃料混合物導(dǎo)入汽缸2中，并通過火花塞6點燃該混合物。從燃料噴射閥4噴射的燃料的一個例子就是汽油。并且，該發(fā)動機1設(shè)置有進氣閥9和排氣閥10，它們都打開和關(guān)閉燃燒室5與進氣通道7或排氣通道8之間的空間；節(jié)流閥13，用于調(diào)整來自進氣通道7的進氣量；以及連桿15和曲柄臂16，用于將活塞3的往復(fù)運動傳輸給曲軸14。該結(jié)構(gòu)可以與眾所周知的發(fā)動機相同。
該發(fā)動機1具有用于起動它的起動電機17。該起動電機17為眾所周知的電動機，用于通過減速齒輪機構(gòu)18來旋轉(zhuǎn)該曲軸14。附帶地，該減速齒輪機構(gòu)18具有內(nèi)置單向離合器，用于允許將轉(zhuǎn)動從起動電機17傳輸給曲軸14，同時禁止在其轉(zhuǎn)動傳輸路徑上將轉(zhuǎn)動從曲軸14傳輸給起動電機17。這樣，作為減速齒輪機構(gòu)18的一部分的齒輪一直與曲軸14嚙合。因此，該發(fā)動機1的起動裝置被構(gòu)造為所謂的常嚙合型起動裝置。
通過發(fā)動機控制單元(下文中稱為ECU)20來控制該發(fā)動機1的工作狀態(tài)。該ECU20配置為計算機，包括微處理器，以及操作該微處理器所需的外圍設(shè)備例如RAM和ROM，并且運行各種所需的過程，以便于根據(jù)存儲在ROM中的程序來控制發(fā)動機1的工作狀態(tài)。例如，該ECU 20從預(yù)定傳感器的輸出信號中檢測出進氣通道7的壓力以及排氣通道8中的空燃比，并且控制燃料噴射閥4的燃料噴射量，以便于獲取預(yù)定的空燃比。對于該ECU 20中所參照的傳感器，包括曲柄轉(zhuǎn)角傳感器21，用于輸出對應(yīng)于曲軸14的相位(曲柄轉(zhuǎn)角)的信號，以及水溫傳感器22，用于輸出對應(yīng)于發(fā)動機1的冷卻水溫的信號。另外，設(shè)置了多個傳感器，例如，用于檢測加速踏板的打開程度的傳感器，以及用于檢測剎車踏板動作的傳感器，但是它們在圖中被省略掉了。還有，該發(fā)動機1能夠操作該節(jié)流閥13，以控制其運行程度。
該ECU 20對發(fā)動機1進行所謂的怠速停止控制，用于當(dāng)滿足預(yù)定的停止條件時停止發(fā)動機1的工作，以及當(dāng)滿足預(yù)定重起動條件時重新起動該發(fā)動機1。圖2為顯示由該ECU 20進行的怠速停止控制程序的概要的流程圖。附帶地，按照與ECU 20執(zhí)行的各種過程并行地以預(yù)定周期重復(fù)地進行圖2中的程序。
在圖2的程序中，首先在步驟S1中，ECU 20確定發(fā)動機1是否在工作，并且如果在工作，則ECU 20進行至步驟S2。在步驟S2，ECU20確定是否滿足發(fā)動機停止條件。例如，如果制動踏板在工作并且車速為0，則滿足發(fā)動機停止條件。如果發(fā)動機停止條件不滿足，則程序結(jié)束。另一方面，發(fā)動機停止條件滿足，則ECU 20進行至步驟S3，停止從燃料噴射閥4噴射燃料，并控制節(jié)流閥13完全關(guān)閉。因此，可以防止將空氣燃料混合物提供給汽缸2，并且發(fā)動機1的轉(zhuǎn)速開始降低。當(dāng)發(fā)動機1的轉(zhuǎn)速降至停止之前的預(yù)定程度時，該ECU 20進行至步驟S4并打開節(jié)流閥13。因此，空氣在進氣沖程中被導(dǎo)入汽缸2。之后，ECU 20進行至步驟S5并關(guān)閉節(jié)流閥13。因此，當(dāng)其中含有被導(dǎo)入的空氣的汽缸在進氣沖程的下止點(BDC)之上轉(zhuǎn)換至壓縮沖程時，就會出現(xiàn)抗壓性并且由于該抗力而使得發(fā)動機1的旋轉(zhuǎn)完全停止。這時，可以控制節(jié)流閥13的打開程度，以便于在壓縮沖程中將活塞3停止在汽缸2中的目標(biāo)曲柄轉(zhuǎn)角范圍(例如，BTDC80℃A至180℃A)內(nèi)。當(dāng)活塞3停止在這樣的目標(biāo)范圍內(nèi)時，活塞3在汽缸2中的停止位置變成ATDC100℃A至0℃A，其中該汽缸2接下來將進入壓縮沖程，也就是說汽缸2在停止時處于進氣沖程。
在發(fā)動機1停止之后，在步驟S6中，ECU 20根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)角傳感器21的輸出信號來區(qū)分停止時的曲柄轉(zhuǎn)角并將該確定的曲柄轉(zhuǎn)角存儲在ECU 20的存儲器裝置(例如，RAM)中。也就是說，ECU 20確定當(dāng)發(fā)動機1停止時曲軸14停止在0℃A至720℃A之間的哪個位置，并存儲其區(qū)分結(jié)果。根據(jù)任何一個汽缸2中活塞3位于預(yù)定位置的狀態(tài)(例如，第一汽缸中的活塞在進氣沖程中處于下止點的狀態(tài))來指定該曲柄轉(zhuǎn)角，從而在停止期間確定曲柄轉(zhuǎn)角等同于確定每個活塞3的停止位置。因此，通過執(zhí)行步驟S6中的過程，根據(jù)本發(fā)明的ECU 20起到停止位置區(qū)分裝置或設(shè)備的作用。在區(qū)分了曲柄轉(zhuǎn)角之后，該ECU20在步驟S7中開始對怠速停止?fàn)顟B(tài)的持續(xù)時間(停止時間)進行計時而后結(jié)束程序。上述說明就是用于對要處于怠速停止?fàn)顟B(tài)的發(fā)動機進行控制的過程。但是，只要在停止時能夠區(qū)分出活塞3的位置，就可以對上述過程進行適當(dāng)?shù)匦薷摹?br> 另一方面，如果在步驟S1中確定發(fā)動機1沒有工作，則ECU 20進行至步驟S8，來控制從怠速停止?fàn)顟B(tài)重起動，并確定是否滿足預(yù)定的重起動條件。在自動變速車輛的一個例子中，當(dāng)松開制動踏板時，就滿足了重起動條件。在手動變速的車輛中，例如通過將變速桿從空檔位置換到一檔或者踩在離合器踏板上來滿足重起動條件。如果不滿足重起動條件，結(jié)束該程序。
如果滿足重起動條件，則ECU 20進行至步驟S9，打開重起動信號“ON”，以重起動該發(fā)動機1。從而在各種裝置中開始進行起動發(fā)動機1所需的起動準(zhǔn)備，例如將占用信號(seizure signal)輸入給起動電機17的驅(qū)動電路。在接下來的步驟S10中，該ECU 20根據(jù)預(yù)定過程來確定對活塞3在進氣沖程中停止的汽缸(下文中被稱為特定汽缸)的燃料噴射量(初始噴射量)。下面對計算初始噴射量的過程進行描述。在下面的步驟S11中，ECU 20對應(yīng)于該特定汽缸2從燃料噴射閥4中噴出已經(jīng)確定的初始噴射量，接著結(jié)束該程序。
接著，將對控制初始噴射量進行說明。首先，將參照圖3和圖4來說明用于確定初始噴射量的原理。圖3為顯示特定汽缸2中重起動時燃燒狀態(tài)的圖，其中使得該狀態(tài)對應(yīng)于重起動之前特定汽缸2中的活塞位置以及重起動時的燃料噴射量(初始燃燒量)。需要注意的是，在該圖3中，通過上止點(TDC)的曲柄轉(zhuǎn)角來顯示活塞位置，其中該上止點為進氣沖程的開始點并被認(rèn)為是基點。如圖中實線L1和L2中所區(qū)分出來的，根據(jù)燃料噴射量，該燃燒狀態(tài)可以被分為三個區(qū)域，即，不點火區(qū)(miss-fire region)，自點火區(qū)，以及點火燃燒區(qū)。還有，該燃料噴射量τs為實現(xiàn)理論空燃比所必需的燃料噴射量。下文中，該燃料噴射量τs被稱為化學(xué)計量需求(stoichiometric requirement)。
圖3中很清晰的是，如果在重起動時將噴射到特定汽缸2的燃料量控制到化學(xué)計量需求τs左右，則該特定汽缸2中的空氣量就會很大，并且壓縮沖程中汽缸溫度(汽缸中的空氣溫度)也會顯著增加，從而引起自點火。為了避免這種情況，該燃料噴射量需要被設(shè)置為低于自點火區(qū)的下限L1或者高于上限L2。但是，如果該燃料噴射量低于下限L1，就會變成不點火區(qū)，并且無法正常起動發(fā)動機1。因此，為了避免自點火并為了正常地起動發(fā)動機1，該燃料噴射量需要被設(shè)置為高于自點火區(qū)的上限L2。通過調(diào)整該燃料噴射量而能夠避免自點火的原因是由于燃料的汽化潛熱而降低了汽缸溫度。也就是說，自點火區(qū)的上限L2表示由于燃料的汽化潛熱，為了將汽缸溫度抑制為低于點火溫度所需燃料量的下限。下文中，由上限L2表示的燃料噴射量被稱為實際需要量。
但是，該實際需要量L2根據(jù)重起動之前的活塞位置而發(fā)生變化(即，在進氣沖程中停止的活塞的位置)。一旦活塞3的停止位置從上止點向著下止點離開一定度數(shù)，該實際需要量L2就會劇烈地增加。這是因為在進氣沖程的后半部分，剩余的進氣時間短并且被吸入汽缸2中的空氣流量和速度下降，使得無法充分地提供由于汽化潛熱引起的汽缸溫度下降的效果。這里，提前將實際需要量L2增加處的活塞位置設(shè)置為閾值A(chǔ)TDCθth℃A，并且當(dāng)重起動時特定汽缸2中的活塞位置在TDC一側(cè)距離閾值A(chǔ)TDCθth℃A時，該燃料噴射量就會增加，大于實際需要量L2，以防止自點火。另一方面，活塞位置超出閾值A(chǔ)TDCθth℃A，從發(fā)動機1的狀態(tài)中區(qū)分出自點火的可能性，并且如果自點火的可能性很高，則禁止特定汽缸2的燃料點火，從而防止自點火。即使該活塞位置超出閾值A(chǔ)TDCθth℃A，也可以通過將燃料噴射量增加至實際需要量L2或以上來避免自點火。但是，一些問題，例如由于燃料噴射量的增加而引起的燃料消耗的增加以及噴射的退化，也會變得很顯著，并且因此在這種情況下，將實際需要量L2作為標(biāo)準(zhǔn)的燃料量的增加無法進行。還有，即使活塞位置在TDC一側(cè)距離閾值A(chǔ)TDCθth℃A，當(dāng)燃料噴射量相對于實際需要量L2過度增加時，也會出現(xiàn)一些問題，例如燃料消耗的退化。因此，這時的燃料噴射量可以與實際需要量L2一致，或者是以期望誤差將增量加到實際需要量L2一定程度。一個例子就是當(dāng)水溫為100℃時，該閾值為大約ATDC100℃A。
附帶地，該實際需要量L2受到重起動時汽缸溫度的影響，并且可以由于冷卻水溫以及活塞位置而發(fā)生改變。例如，在圖3中，如果用實線L2來表示對應(yīng)于于水溫Tw＝Twa的實際需要量，當(dāng)水溫變?yōu)門wb(＞Twa)時，與相同的活塞位置相比，如用虛線L2’所表示的，該實際需要量相對地增加。還有，上述的閾值A(chǔ)TDCθth℃A朝著TDC一側(cè)轉(zhuǎn)移。也就是說，當(dāng)重起動時水溫較高時，該汽缸溫度相對地增加，并且因此需要噴射更多的燃料來避免自點火。接著，當(dāng)確定了對于特定汽缸2的燃料噴射量時，就需要考慮到水溫Tw。
進一步，該實際需要量也會由于怠速停止?fàn)顟B(tài)的持續(xù)時間(停止時間)以及水溫而發(fā)生改變。例如，在圖4中，假若對應(yīng)于停止時間ta的時間需要量用實線L2來表示，當(dāng)停止時間變?yōu)閠b(＞ta)時，與用虛線L2”表示的相同活塞位置相比，該實際需要量也會相對地增加。還有，上述的閾值閾值A(chǔ)TDCθth℃A朝著TDC一側(cè)轉(zhuǎn)移。也就是說，當(dāng)停止時間較長時，從汽缸2和活塞3的壁表面?zhèn)鬏斀o汽缸空氣的熱量會增加，并且該汽缸溫度也會增加，并且因此需要噴射更多的燃料來避免自點火。然后，當(dāng)確定了對于特定汽缸2的燃料噴射量時，需要考慮到停止時間。進一步，該汽缸溫度會受到例如大氣壓力，發(fā)動機1所處環(huán)境的溫度和濕度，燃料溫度以及汽缸2的壁溫度的影響，并且因此，如果需要，可以考慮到這些物理值來確定重起動時的燃料噴射量。例如，關(guān)于大氣壓力，當(dāng)其較高時，壓縮沖程中的汽缸壓力就會增加。因此，當(dāng)考慮到大氣壓力時，隨著大氣壓力更高，該實際需要量也需要相對地增加。
圖5顯示了由ECU 20進行的初始噴射量確定程序，以確定如上所述的初始噴射量。該程序被執(zhí)行作為圖2中步驟S10的子程序，并且ECU 20通過執(zhí)行該程序，起到了燃料噴射量控制裝置或設(shè)備的作用。附加地，在ECU 20的ROM中，存儲有數(shù)據(jù)例如確定上述閾值所需的圖以及對應(yīng)于物理值例如水溫和停止時間的實際需要量。
在圖5的程序中，在步驟S21，ECU 20首先獲得當(dāng)前的水溫值、停止時間等，作為用于確定初始噴射量所需的參數(shù)。從水溫傳感器的輸出中指定該水溫。從在圖2的步驟S7開始的計時來指定停止時間。在接下來的步驟S22，ECU 20根據(jù)在圖2的步驟S6中存儲的曲柄轉(zhuǎn)角來區(qū)分在進氣沖程中停止的活塞的位置是否位于ATDC0℃A至θth℃A的范圍內(nèi)。如果位于該范圍之內(nèi)，該ECU 20進行至步驟S23，并根據(jù)在步驟S21中獲得的參數(shù)值來確定對于該特定汽缸2的燃料噴射量(在該汽缸中，活塞3在進氣沖程中停止)。也就是說，通過參照圖，其中該圖使用在步驟S21中獲得的參數(shù)值作為參數(shù)，可以獲得避免自點火所需的燃料噴射量。這時的燃料噴射量被確定為等于或大于如圖3和4中所示的實際需要量。還有，在步驟S23中確定的燃料噴射量多于重起動時要噴射給其它汽缸2的燃料量。由于該特定汽缸2在怠速停止?fàn)顟B(tài)期間吸入的空氣以及在壓縮沖程中吸入的空氣量大于其它汽缸2，除非該燃料噴射量增加至該空氣量增加的程度，否則無法降低該汽缸溫度。并且，在圖3和4中可以清楚地看到，隨著水溫變高或停止時間變長，在步驟S23中確定的燃料噴射量增加。當(dāng)確定該燃料噴射量進一步考慮到影響該汽缸溫度的另一個物理值時，隨著該物理值的改變，該燃料噴射量也應(yīng)該增加，從而增加汽缸溫度。
另一方面，如果在步驟S22中確定活塞的位置位于該范圍之外，則該ECU 20進行至步驟S24，并確定是否有可能導(dǎo)致自點火。可以通過參照物理值來進行該確定，其中這些物理值類似于影響實際需要量的上述物理值，即，水溫，停止時間，發(fā)動機1所處環(huán)境的大氣壓力，空氣溫度，濕度，燃料溫度，以及影響該汽缸溫度的汽缸2的壁溫度。例如，當(dāng)停止時間非常短或者水溫非常低(例如，大約與進氣口的進氣溫度相同的水平)時，即使沒有增加燃料噴射量，也不會發(fā)生自點火，并且因此可以確定沒有自點火的可能。接著，如果確定有可能自點火，則該ECU 20進行至步驟S25，并將對該特定汽缸2的燃料噴射量設(shè)置為零，即，禁止向該特定汽缸噴射燃料。另一方面，如果確定沒有可能發(fā)生自點火，則該ECU 20進行至步驟S26，并將對該特定汽缸2的燃料噴射量設(shè)置為正?？刂频膰娚淞?化學(xué)計量需求)，其中在該正?？刂浦校辉黾尤剂蠂娚?。這種情況下的燃料噴射量小于步驟S23中設(shè)置的噴射量。在上述步驟S23，S25或S26中確定了燃料噴射量之后，該ECU 20結(jié)束圖5中的程序。在圖2的步驟S11中，該ECU20操作燃料噴射閥4，以便于噴射出在上述過程中確定的燃料噴射量。
根據(jù)上述實施例，當(dāng)進氣沖程中停止的活塞的位置位于預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)(ATDC0℃A至θth℃A)時，進氣沖程中對汽缸2的燃料噴射量增加為大于施加需要量以避免自點火，同時如果該活塞的位置超過曲柄轉(zhuǎn)角范圍，則禁止向該汽缸2噴射燃料以避免自點火，除非確定不可能發(fā)生自點火。因此，可以避免由于自點火而產(chǎn)生的振動等，從而允許發(fā)動機1從怠速停止?fàn)顟B(tài)平滑地重起動。
圖6為顯示當(dāng)特定汽缸2中的活塞3停止在曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)時燃料噴射時序的一個優(yōu)選實施例的時間圖。在時間t0，滿足該重起動條件，并且即使在其之后的時間t1打開了開始信號，該起動電動機17也有一個恒定的延時，直到它的工作實際開始的時間t3。為了充分地發(fā)揮由于燃料噴射而在汽缸中產(chǎn)生的溫度下降效果，需要保證足夠的時間用于將噴射的燃料和吸入的空氣混合在一塊，并且因此，優(yōu)選地就是在時間t1和t3之間的時間t2進行該燃料噴射。并且，當(dāng)一次噴射大量的燃料時，汽缸中的空燃比就有可能臨時顯著地偏移至理論空燃比的較濃的一側(cè)，從而降低了燃料的汽化率。接著，該燃料噴射被優(yōu)選地劃分并且在如圖6中所示的多個動作中進行。
在上述實施例中，根據(jù)水溫，停止時間，大氣壓力等來確定在步驟S22中使用的閾值A(chǔ)TDCθth℃A以及在步驟S23中確定的燃料噴射量。但是，由于燃料的自點火特性可能會由于燃料的組分以及閾值A(chǔ)TDCθth℃A而改變，并且隨著自燃特性的變化，實際需要量也會變化。因此，如果市場上可用的燃料的組分不是恒定的，則該市場上可用的所有燃料中，最有可能導(dǎo)致自點火的燃料就可以被認(rèn)為是用于確定上述閾值以及實際需要量的參考。例如，當(dāng)燃料的組分由于其上安裝了發(fā)動機1的車輛的目的而不同時，可以在每個目的地來評估該燃料的自點火性，以確定該閾值以及實際需要量。
本發(fā)明不僅限于上述實施例，而可以在各種實施例中實現(xiàn)。例如，本發(fā)明能夠使用的發(fā)動機不僅限于進氣口噴射型并且也可以為汽缸直接噴射型。本發(fā)明不僅可以用于由于怠速停止控制而從怠速停止?fàn)顟B(tài)重起動的時候，而且還可以用于通過打開點火開關(guān)而起動的時候。因此，本發(fā)明不僅可以用于受到怠速停止控制的發(fā)動機，還可以用于不進行該怠速停止控制的發(fā)動機。在上面實施例中，根據(jù)關(guān)于在進氣沖程中停止的活塞的位置是否位于預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的信息來控制燃料噴射量，但是，本發(fā)明不僅限于該實施例，其中根據(jù)活塞位置來控制燃料噴射量，并且只要對在進氣沖程中活塞停止的汽缸的燃料噴射量被增加得多于對其它汽缸的燃料噴射量，就可以認(rèn)為是落在了本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，如果關(guān)于圖3和4中所示的實際需要量沒有出現(xiàn)清楚的拐點，則停止時的活塞位置被區(qū)分為用于指定汽缸，其中在該汽缸中，活塞在進氣沖程中停止，并且對特定汽缸的燃料噴射量增加至超過其它汽缸，從而與沒有增加燃料的情況相比抑制了自點火。在上面的實施例中，通過曲柄轉(zhuǎn)角來區(qū)分活塞位置，但是區(qū)分活塞位置并不僅限于此，可以采用各種方式。
本發(fā)明可以與除了燃料噴射量控制以外的發(fā)動機控制組合在一塊得以實現(xiàn)。例如，當(dāng)水溫低，空氣密度高，汽缸中導(dǎo)入的空氣量相對增加，并且可以預(yù)計通過燃燒獲得的扭矩增加。在這種情況下，通過延遲該燃燒時間，在燃燒時獲得的該發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)速可以被限制，從而抑制了發(fā)動機振動的效果。
還有，在本發(fā)明中，可以相對于活塞在進氣沖程中停止的汽缸中的空氣量來控制對于該汽缸的燃料噴射量，使得該空燃比為相比于理論空燃比的稀值(lean value)。在這種情況下，可以基于也可以不基于如下的假設(shè)對于該汽缸的燃料噴射量可以增加為多于其它汽缸。只要活塞在進氣沖程中停止的汽缸中的空燃比小于相對理論空燃比，則該結(jié)果就是令人滿意的。該空燃比A/F可以被設(shè)置為例如A/F＝20至40。例如，考慮到燃料噴射量，加速度，以及隨著汽缸1的振動的起動速度來設(shè)置實現(xiàn)了該空燃比的燃料噴射量。
具體地，如圖8中所示，考慮到燃料噴射量τ和加速度G以及隨著汽缸1的振動的起動速度，事先采用能夠?qū)崿F(xiàn)稀空燃比的燃料噴射量作為在目標(biāo)起動速度范圍內(nèi)獲得最小加速度G的基礎(chǔ)噴射量。該目標(biāo)起動速度可以被設(shè)置為例如避免不點火的下限。通過圖7中的加速度傳感器30來測量加速度G，并用每個位置X，Y和Z來顯示。圖7中分別顯示了與燃料噴射量相關(guān)的位置X，Y和Z的每個最小值(X-min，Y-min，Z-min)以及最大值(X-max，Y-max，Z-max)。在圖8的例子中，將該基礎(chǔ)燃料噴射量修改為接近于最小加速度G，即，τ＝5(毫秒)。接著，為了獲得最終燃料噴射量，可以根據(jù)各種參數(shù)例如活塞停止位置，冷卻水溫度，進氣溫度，發(fā)動機停止時間，燃料特性，以及目標(biāo)發(fā)動機轉(zhuǎn)速中的至少一個來增加或減少基礎(chǔ)噴射量。通過保持噴射量修正圖在ECU 20的ROM中并參照它來進行用于確定最終燃料噴射量的計算，其中該基礎(chǔ)噴射量與各種參數(shù)中的至少一個相關(guān)。
在上述結(jié)構(gòu)中，從圖8中可以清晰的看到，該燃料噴射量位于自點火區(qū)的范圍內(nèi)，從而導(dǎo)致了起動時的自點火。但是，當(dāng)活塞在進氣沖程中停止的汽缸中的空燃比為相對于化學(xué)計量值的稀值時，能夠如圖9中所示來抑制汽缸內(nèi)部壓力的最大值Pmax的增加，并且它的增加狀態(tài)不劇烈。因此，雖然輸出扭矩可以很小，但可以抑制聲音和振動(參看圖8)。還有，如圖10中所示，只要從起動開始達到發(fā)動機轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/秒所需的時間被認(rèn)為是起動時間，該起動時間就不會在空燃比為化學(xué)計量值和稀值的情況之間顯示出很大的差異，并且因此該起動也不會變得困難。并且，不需要噴射過量的燃料，因此碳?xì)浠衔?HC)的釋放能夠保持最小以及能夠避免發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的不必要的增加。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機的起動控制設(shè)備，其中該起動控制設(shè)備通過在進氣沖程中將燃料噴射到所述內(nèi)燃機的每個汽缸中來起動該內(nèi)燃機，所述起動控制設(shè)備包括停止位置區(qū)分裝置，所述停止位置區(qū)分裝置在所述內(nèi)燃機停止時區(qū)分活塞位置；以及燃料噴射量控制裝置，所述燃料噴射量控制裝置根據(jù)所述停止位置區(qū)分裝置的區(qū)分結(jié)果來指定活塞在進氣沖程中停止的汽缸，并增加起動所述被指定的汽缸時的燃料噴射量，使之大于用于其它汽缸的燃料噴射量。
2.一種用于內(nèi)燃機的起動控制設(shè)備，其中該起動控制設(shè)備通過在進氣沖程中將燃料噴射到所述內(nèi)燃機的每個汽缸中來起動該內(nèi)燃機，所述起動控制設(shè)備包括停止位置區(qū)分裝置，所述停止位置區(qū)分裝置在所述內(nèi)燃機停止時區(qū)分活塞位置；以及燃料噴射量控制裝置，所述燃料噴射量控制裝置根據(jù)所述停止位置區(qū)分裝置的區(qū)分結(jié)果來區(qū)分在進氣沖程中停止的活塞的位置是否處于以所述進氣沖程的開始位置作為基點的預(yù)定的曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，并根據(jù)有關(guān)所述預(yù)定的曲柄轉(zhuǎn)角范圍的區(qū)分結(jié)果來控制起動活塞在進氣沖程中停止的所述汽缸時的燃料噴射量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的起動控制設(shè)備，其中，在進氣沖程中停止的活塞的位置位于所述預(yù)定的曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的情況下，所述燃料噴射量控制裝置增加起動活塞在進氣沖程停止的汽缸時的燃料噴射量，使之大于用于其它汽缸的燃料噴射量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的起動控制設(shè)備，其中，在進氣沖程中停止的活塞的位置位于所述預(yù)定的曲柄轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的情況下，所述燃料噴射量控制裝置增加起動活塞在進氣沖程停止的汽缸時的燃料噴射量，使之大于超過預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角范圍情況下的燃料噴射量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任何一個的起動控制設(shè)備，其中，在進氣沖程中停止的活塞的位置超過所述預(yù)定的曲柄轉(zhuǎn)角范圍的情況下，所述燃料噴射量控制裝置通過參照至少一個與在起動時汽缸中的溫度相關(guān)的物理值來區(qū)分在活塞在進氣沖程停止的汽缸中是否會發(fā)生自點火，并且在區(qū)分出將會發(fā)生自點火時禁止在起動時向該汽缸噴射燃料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的起動控制設(shè)備，其中，所述燃料噴射量控制裝置通過參照起動時的至少下列值之一作為物理值來區(qū)分是否將發(fā)生自點火內(nèi)燃機的冷卻水溫度、內(nèi)燃機所處環(huán)境的大氣壓、該環(huán)境的空氣溫度、該環(huán)境的濕度、燃料溫度以及活塞在進氣沖程中停止的汽缸的壁表面溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6中任何一個的起動控制設(shè)備，其中所述內(nèi)燃機受到怠速停止控制，當(dāng)滿足預(yù)定的停止條件時停止內(nèi)燃機，當(dāng)滿足預(yù)定的重起動條件時重起動內(nèi)燃機，以及當(dāng)由于所述怠速停止控制而從停止?fàn)顟B(tài)重起動時，所述燃料噴射量控制裝置根據(jù)所述活塞位置的區(qū)分結(jié)果來執(zhí)行燃料噴射量的控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的起動控制設(shè)備，其中，所述燃料噴射量控制裝置通過參照由所述怠速停止控制而引起的停止?fàn)顟B(tài)的持續(xù)時間作為物理值來區(qū)分是否會發(fā)生自點火。
9，根據(jù)權(quán)利要求1-8中任何一個的起動控制設(shè)備，其中所述燃料噴射量控制裝置相對于汽缸中的空氣量，控制被區(qū)分為在內(nèi)燃機停止時活塞位置處于進氣沖程的汽缸的燃料噴射量，使得該汽缸中的空燃比小于理論空燃比。
全文摘要
提供了一種用于內(nèi)燃機(1)的起動控制設(shè)備，其中該內(nèi)燃機(1)通過在進氣沖程將燃料噴射到內(nèi)燃機的每個汽缸(2)中來起動發(fā)動機。該設(shè)備包括停止位置區(qū)分裝置(20)，用于在內(nèi)燃機停止時區(qū)分活塞位置，以及燃料噴射量控制裝置(20)，用于根據(jù)該停止位置區(qū)分裝置的區(qū)分結(jié)果來指定活塞在進氣沖程中停止的汽缸，并增加起動所述被指定的汽缸時的燃料噴射量，使之大于用于其它汽缸的燃料噴射量。
文檔編號F02D35/02GK101061300SQ20068000118
公開日2007年10月24日 申請日期2006年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者武山雅樹, 中村誠, 加藤稔, 黑木煉太郎 申請人:豐田自動車株式會社, 株式會社日本自動車部品綜合研究所