專利名稱：用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制設備和燃料噴射控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制設備和一種用于 內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制方法，其通過改變?nèi)剂蠂娚淠Ｊ絹砜刂品謱?進氣燃燒與均質(zhì)進氣燃燒之間的燃燒狀態(tài)。
背景技術：
日本專利申請/>才艮No. 2005-220887 (JP-A-2005-220887)描述了一種 用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制設備，其根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)通過 選擇性地利用用于氣缸噴射的噴射器和用于進氣口噴射的噴射器來將燃 料供應至燃燒室。當內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)從其中一個噴射器噴射燃料的 運轉(zhuǎn)狀態(tài)改變?yōu)榱硪粐娚淦鲊娚淙剂系倪\轉(zhuǎn)狀態(tài)時，燃料噴射控制設備在 預定的過渡時段逐漸降低要從一 個噴射器噴射的燃料量的比例并逐漸增 加要從另一噴射器噴射的燃料量的比例以抑制扭矩波動。此外，日本專利 申請公報No. 2000-8916 (JP-A-2000-8916 )描述了 一種涉及該發(fā)明的技術。
包括兩種噴射器一一亦即用于氣缸噴射的噴射器和用于進氣口噴射的 噴射器一一的燃料噴射控制設備的示例已投入實際使用。燃料噴射控制設 備在一個燃燒沖程中結(jié)合使用來自用于進氣口噴射的噴射器的燃料噴射 和來自用于氣釭噴射的噴射器的燃料噴射以實現(xiàn)最佳燃燒狀態(tài)。在燃燒噴 射控制設備中，燃燒狀態(tài)根據(jù)噴射分配比一_亦即要從上述噴射器噴射的 燃料量之間的比值一—變化。從內(nèi)燃發(fā)動機排放的污染物的量根據(jù)燃燒狀 態(tài)的變化而變化。相應地，例如通過適應性測試提前確定適于以下運轉(zhuǎn)狀 態(tài)的噴射分配比其中在該運轉(zhuǎn)狀態(tài)中，結(jié)合使用了來自用于進氣口噴射 的噴射器的燃料噴射和來自用于氣缸噴射的噴射器的燃料噴射(例如，發(fā) 動機起動后的第一怠速狀態(tài))，并且將確定的值設定為目標噴射分配比。 控制噴射器的燃料噴射操作以實現(xiàn)目標噴射分配比。
當發(fā)動機起動時的發(fā)動機狀態(tài)與確定目標噴射分配比所基于的發(fā)動機 狀態(tài)不同并且根據(jù)該目標噴射分配比執(zhí)行燃料噴射控制時，不一定能實現(xiàn)最佳燃燒狀態(tài)。例如，由于稀薄極限的影響，該稀薄極限是對燃燒控制產(chǎn) 生制約的因素之一，可能不適于將噴射分配比控制為目標噴射分配比。上 述稀薄極限是空燃比的極限值，高于該極P艮值，燃燒不會被執(zhí)行。亦即， 如果空燃比處于稀薄極限的稀薄側(cè)(空燃比高于稀薄極限，亦即，空氣量 相對于燃料量過大)，則燃燒不會被執(zhí)行。稀薄極限隨著發(fā)動機溫度降低 向濃側(cè)移動(亦即，稀薄極限降低)。因此，當發(fā)動機起動時發(fā)動機溫度
標噴射分配比時，空燃比超過稀薄極限，并且燃燒可能不會被執(zhí)行。在這 種情況下，通過改變噴射分配比使得要從氣缸噴射噴射的燃料量得以增 加，控制噴射分配比可有效促進空氣燃料混合物的分層并確?？杖急鹊扔?或低于稀薄極限的空氣燃料混合物出現(xiàn)在火花塞周圍。
然而，噴射分配比只是暫時需要從目標噴射分配比改變。因而，優(yōu)選 將噴^分配比返:至目標噴射分_配比'。在這種情k下，當噴射分配比^公
才艮No. 2005-220887所述只在預定的過渡時期改變時，噴射分配比不一定 在所述預定過渡時期按照發(fā)動機狀態(tài)的變化而改變。所以，例如可能發(fā)生 失火，或者排氣中包含的污染物的量可能根據(jù)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)而增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制設備和一種用于內(nèi)燃 發(fā)動機的燃料噴射控制方法，其在所述內(nèi)燃發(fā)動機起動后適當?shù)馗淖儑娚?分配比同時適當?shù)鼐S持所述內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
本發(fā)明的第一方面涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制設備。該 燃料噴射控制設備包括燃料噴射部，其執(zhí)行用于進行分層進氣燃燒的第 一燃料噴射和用于進行均質(zhì)進氣燃燒的第二燃料噴射中的每一種燃料噴 射；以及噴射分配比控制部，其控制噴射分配比，所述噴射分配比是在一 個燃燒沖程中要在所述第一燃料噴射中噴射的燃料量與在所述一個燃燒 沖程中要在所述第二燃料噴射中噴射的燃料量之間的比值。當所述內(nèi)燃發(fā) 動機處于預定的發(fā)動機狀態(tài)時，所述噴射分配比控制部將所述噴射分配比 控制為基于所述預定的發(fā)動機狀態(tài)設定的目標噴射分配比。所述噴射分配 比控制部包括初始噴射分配比設定部，其基于所述內(nèi)燃發(fā)動機起動時的發(fā)動機狀態(tài)設定初始噴射分配比；以及變化控制部，當所述噴射分配比從 所述初始噴射分配比改變?yōu)樗瞿繕藝娚浞峙浔葧r，所述變化控制部通過
根據(jù)第一方面，當由于所述發(fā)動機起動時的發(fā)動機狀態(tài)與設定所述目 控制為所述目標噴射分配比時，所述初始噴射分配比設定部根據(jù)所^L動比。
比。在所述發(fā)動機起動后，所述變化控制部通過參照所i^JL動機起動后的 發(fā)動機狀態(tài)的變化控制所述噴射分配比的變化。當所i^JC動機狀態(tài)改變?yōu)?預定發(fā)動機狀態(tài)時，所述變化控制裝置將所述噴射分配比控制為所述目標 噴射分配比。當所述噴射分配比從所述初始噴射分配比改變?yōu)樗瞿繕藝?射分配比時，通過參照所i^JL動機起動后的發(fā)動機狀態(tài)控制所述噴射分配 比的變化。因此，所述噴射分配比按照所述發(fā)動機狀態(tài)的變化適當?shù)馗淖儭?br> 轉(zhuǎn)狀態(tài):'一''、 s ,, ,' '"'、
在第 一方面中，所述燃料噴射部可包括將燃料噴射到氣缸內(nèi)的第 一噴 射器，以及將燃料噴射到進氣口內(nèi)的第二噴射器。所述第一燃料噴射可以 是在壓縮沖程中來自所述第一噴射器的燃料噴射。所述第二燃料噴射可以 是來自所述第二噴射器的燃料噴射。可選地，在所述第一方面中，所述燃 料噴射部可包括將燃料噴射到氣缸內(nèi)的噴射器。所述第一燃料噴射可以是 在壓縮沖程中來自所述噴射器的燃料噴射。所述第二燃料噴射可以是在進 氣沖程中來自所述噴射器的燃料噴射。
在上述方面中，所述變化控制部可通過參照與發(fā)動機溫度相關的物理 量作為發(fā)動機狀態(tài)來控制所述噴射分配比的變化。
根據(jù)上述方面，當所述發(fā)動機起動時的發(fā)動機溫度低于設定所述目標 噴射分配比所基于的發(fā)動機溫度時，根據(jù)所述發(fā)動機起動時的發(fā)動機溫度 設定不同于所述目標噴射分配比的初始噴射分配比。同樣，根據(jù)所述發(fā)動 機溫度的升高將所述噴射分配比從所述初始噴射分配比控制為所述目標 噴射分配比。
進一步地，在上述方面中，所述變化控制部可參照用于所述內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻液的溫度和進氣量的累加值中的至少其中 一個作為與所述發(fā)動 機溫度相關的物理量，所述進氣量的累加值通過累加從所述內(nèi)燃發(fā)動機起 動時起的進氣量得出。
根據(jù)上述方面，所述內(nèi)燃發(fā)動機的溫度相對容易確定，并且確定的內(nèi) 燃發(fā)動機溫度在噴射分配比的控制中得以反映。
在上述方面中，當發(fā)動機溫度處于預定的溫度范圍時，所述目標噴射
分配比設定為以下噴射分配比即在所述噴射分配比處，從所述內(nèi)燃發(fā)動 機排出的碳氫化合物的量最小。當所述發(fā)動機溫度低于所述預定的溫度范 圍的下限時，所述初始噴射分配比設定部可設定所述初始噴射分配比使得 要在所述第一燃料噴射中噴射的燃料量的比例與所述目標噴射分配比相 比得以增加。
根據(jù)上述方面，當所述初始噴射分配比設定為其中要在所述第一燃料 噴射中噴射的燃料量的比例與所述目標噴射分配比相比得以增加時所處 的噴射分配比時，亦即，當用于執(zhí)行分層進氣燃燒而要噴射的燃料量的比 例增加時，排出的HC (碳氫化合物)量與當根據(jù)所述目標噴射分配比執(zhí) 行控制時相比增加。然而，排出的HC量增加的程度小于當要在所述第二 燃料噴射中噴射的燃料量的比例增加時排出的HC量增加的程度。
進一步地，在上述方面中，當所述內(nèi)燃發(fā)動機起動時的發(fā)動機溫度低 于所述預定的溫度范圍的下限使得如果所述噴射分配比被控制為所述目 標噴射分配比則空燃比高于稀薄極限時，所述初始噴射分配比設定部設定 所述初始噴射分配比使得要在所述第 一燃料噴射中噴射的燃料量的比例 得以增加直到所述空燃比等于或低于所述稀薄極限。
根據(jù)上述方面，當所述發(fā)動機起動時的發(fā)動機溫度低于設定所述目標 噴射分配比時基于的發(fā)動機溫度時，可確保所述空燃比等于或小于所述稀 薄極限，并且可確保所述內(nèi)燃發(fā)動機運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。
在上述方面中，所述變化控制部根據(jù)所述內(nèi)燃發(fā)動機起動后所述發(fā)動 機溫度的增加來控制所述噴射分配比的變化使得排出的碳氫化合物的量 最小時所處的噴射分配比選自以下范圍即在所述范圍內(nèi)，所述空燃比維 持在所述稀薄極限或者低于所述稀薄極限。
根據(jù)上述方面，可根據(jù)所述發(fā)動機溫度的增加適當?shù)貙⑺鰢娚浞峙?比控制為所述目標噴射分配比以使所述空燃比維持在所述稀薄極限或低于所述稀薄極限，并且使排出的HC量最小。
在上述方面中，要在由所述燃料噴射部進行的所述第一燃料噴射中噴 射的燃料量與要在由所述燃料噴射部進行的所述第二燃料噴射中噴射的 燃料量的總和設定為實現(xiàn)以下空燃比即在所述空燃比，所述內(nèi)燃發(fā)動機 中的排氣凈化率最高。
本發(fā)明的第二方面涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制方法。在 該燃料噴射控制方法中，執(zhí)行用于進行分層進氣燃燒的第一燃料噴射，并 且執(zhí)行用于進行均質(zhì)進氣燃燒的第二燃料噴射；并且控制噴射分配比，所 述噴射分配比是在一個燃燒沖程中要在所述第一燃料噴射中噴射的燃料 量與在所述一個燃燒沖程中要在所述第二燃料噴射中噴射的燃料量之間 的比值。所述燃料噴射控制方法包括當所述內(nèi)燃發(fā)動機處于預定的發(fā)動 機狀態(tài)時，將所述噴射分配比控制為基于所述預定的發(fā)動機狀態(tài)設定的目 標噴射分配比；基于所述內(nèi)燃發(fā)動機起動時的發(fā)動機狀態(tài)設定初始噴射分 配比；以及當所述噴射分配比從所述初始噴射分配比改變?yōu)樗瞿繕藝娚?分配比時通過參照所述內(nèi)燃發(fā)動機起動后的發(fā)動機狀態(tài)來控制所述噴射 分配比的變化。
在上述方面中，當發(fā)動機溫度處于預定的溫度范圍內(nèi)時，所述目標噴 射分配比可i殳定為這樣的噴射分配比即在該噴射分配比，從所述內(nèi)燃發(fā) 動機排出的碳氫化合物的量最小。當所ii^動機溫度低于所述預定溫度范 圍的下限時，可設定所述初始噴射分配比使得要在所述第 一燃料噴射中噴 射的燃料量的比例與所述目標噴射分配比相比得以增加。
在上述方面中，當所述內(nèi)燃發(fā)動機起動時的發(fā)動機溫度低于所述預定
則空燃比高于稀薄^^艮時，可設定所述初始噴射分S&比使得要在所述第一 燃料噴射中噴射的燃料量的比例得以增加直到所述空燃比等于或低于所 述稀薄極限。
在上述方面中，可才艮據(jù)所述內(nèi)燃發(fā)動機起動后所述發(fā)動機溫度的增加 來控制所述噴射分配比的變化使得排出的碳氫化合物的量最小時所處的 噴射分配比選自以下范圍即在所述范圍中，所述空燃比維持在所述稀薄 極限或低于所述稀薄極限。
本發(fā)明的第三方面涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制設備。所述燃料噴射控制設備包括燃料噴射裝置，所述燃料噴射裝置用于執(zhí)行用 于進行分層進氣燃燒的第 一燃料噴射和用于進行均質(zhì)進氣燃燒的第二燃 料噴射中的每一種燃料噴射；以及噴射分配比控制裝置，所述噴射分配比
控制裝置用于控制噴射分配比，所述噴射分配比是在一個燃燒沖程中要在 所述第 一燃料噴射中噴射的燃料量與在所述一個燃燒沖程中要在所述第 二燃料噴射中噴射的燃料量之間的比值。當所述內(nèi)燃發(fā)動機處于預定的發(fā) 動機狀態(tài)時，所述噴射分配比控制裝置將所述噴射分配比控制為基于所述 預定的發(fā)動機狀態(tài)設定的目標噴射分配比。在所述燃料噴射控制設備中，
所述噴射分配比控制裝置包括初始噴射分配比設定裝置，其基于所述內(nèi) 燃發(fā)動機起動時的發(fā)動機狀態(tài)設定初始噴射分配比；以及變化控制裝置，
^"述變化控制裝置通過參照;斤述內(nèi)燃發(fā)動機起動后的發(fā)動機狀態(tài)來控制 所述噴射分配比的變化。
如以上所述，當所述噴射分配比從所述初始噴射分配比改變?yōu)樗瞿?標噴射分配比時，根據(jù)本發(fā)明的燃料噴射控制設備通過參照所述發(fā)動機起 動后的發(fā)動機狀態(tài)控制噴射分配比的變化，所述噴射分配比是要在用于執(zhí) 行所述分層進氣燃燒的第 一燃料噴射中噴射的燃料量與要在用于執(zhí)行所 述均質(zhì)進氣燃燒的第二燃料噴射中噴射的燃料量之間的比值。因而，所述 噴射分配比按照所ii^L動機狀態(tài)的變化適當?shù)馗淖?。相應地，可適當?shù)馗?br> 變所述噴射分配比同時適當?shù)鼐S持所述內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。


通過以下參照附圖對示例實施方式的說明，本發(fā)明的上述及進一步的 目的、特征和優(yōu)點將顯現(xiàn)，其中相同的數(shù)字代表相似的元件并且其中
圖l是示出應用了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的燃料噴射控制設備的內(nèi) 燃發(fā)動機的主要部分的圖2是示出在本發(fā)明的實施方式中在所述內(nèi)燃發(fā)動機起動之后即刻的 噴射分配比與排氣中包含的HC量之間的關系以及噴射分配比與空燃比之 間的關系的圖3是示出在本發(fā)明的實施方式中在所述內(nèi)燃發(fā)動機的第一怠速運轉(zhuǎn) 期間噴射分配比與排氣中包含的HC量之間的關系以及噴射分配比與空燃比之間的關系的圖4是示出圖1所示ECU (發(fā)動機控制單元)執(zhí)行的噴射分配比控制 程序的圖5是示出在本發(fā)明的實施方式中起動時冷卻液溫度與初始噴射分配 比之間對應關系的示例的圖6是示出在本發(fā)明的實施方式中當前冷卻液溫度與噴射分配比之間 對應關系的示例的圖7是示出在本發(fā)明的實施方式中累加的空氣量與噴射分配比之間對 應關系的示例的圖8是示出應用了根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的燃料噴射控制設備的 內(nèi)燃發(fā)動機的主要部分的圖。
具體實施例方式
圖1示出應用了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的燃料噴射控制設備的內(nèi)燃 發(fā)動機的主要部分。該內(nèi)燃發(fā)動機(下文簡稱為"發(fā)動機，')1是火花點火 式內(nèi)燃發(fā)動機，其中適當?shù)卦O置了多個氣缸2。圖1只示出一個氣缸2。 每個氣缸2設置有進氣通路3和排氣通路4。經(jīng)由連桿6連接于曲軸(未 示出)的活塞5插入到每個氣缸2內(nèi)，因此活塞5能夠往復運動。在每個 氣缸2內(nèi)，火花塞(未示出)設置在氣缸2大致的中心軸線上使得所述火 花塞的電極部分突出。進氣通路3包括用于每個氣釭2的進氣口 3a。排氣 通路4包括用于每個氣釭2的排氣口 4a。進氣口 3a和排氣口 4a通向燃燒 室7。進氣門8打開和關閉以允許和中斷進氣口 3a與燃燒室7之間的連通。 排氣門9打開和關閉以允許和中斷排氣口 4a與燃燒室7之間的連通。進 氣門8和排氣門9由公知的氣門操作機構或公知的可變氣門操作機構驅(qū) 動。通常公知的是，在排氣通路4中設置排氣凈化催化劑(未示出)。
第一噴射器11和第二噴射器12設置在內(nèi)燃發(fā)動機1內(nèi)以供應燃料至 每個氣缸2。第一噴射器11是將燃料直接噴射到氣缸2內(nèi)的燃料噴射閥。 第二噴射器12是將燃料噴射到進氣口 3a (進氣通路3)內(nèi)的燃料噴射閥。
發(fā)動機控制單元(ECU) 20控制由噴射器11和噴射器12執(zhí)行的燃料 噴射操作。ECU 20被構造成計算機單元，其包括微處理器和諸如孩i處理器進行操作所需的存^i殳備之類的周邊設備。如圖1所示，ECU 20與曲 柄角傳感器21、空氣流量計22、冷卻液溫度傳感器23和其他傳感器相連。 曲柄角傳感器21輸出對應于發(fā)動M度(發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù))Ne的信號。空氣 流量計22輸出對應于進氣量Ga的信號。冷卻液溫度傳感器23檢測冷卻 液溫度Tw,該溫度是用于內(nèi)燃發(fā)動機1的冷卻液的溫度。其他傳感器未 在圖1中示出。
ECU 20基于發(fā)動機速度Ne——該速JL^于從曲柄角傳感器21輸出的 信號確定一一以及基于從空氣流量計22輸出的信號確定的進氣量Ga計算 基本燃料噴射量。然后，ECU 20通過根據(jù)各種信息塊校正所述基本燃料 噴射量計算最終燃料噴射量。然后，ECU 20基于最終燃料噴射量通過控 制每個噴射器11和噴射器12噴射燃料的時段將發(fā)動機1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)控制 為目標運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
ECU 20通過適當?shù)亟Y(jié)合使用來自第一噴射器11的燃料噴射和來自第 二噴射器12的燃料噴射或者選擇性地使用來自第一噴射器11的燃料噴射 和來自第二噴射器12的燃料噴射來適當?shù)乜刂瓢l(fā)動機1在分層進氣燃燒 與均質(zhì)進氣燃燒之間的燃燒狀態(tài)。例如，在發(fā)動機冷起動后的即刻，結(jié)合 使用在壓縮沖程的晚期階段來自第一噴射器11的燃料噴射和來自第二噴 射器12的燃料噴射。因此，空氣燃料混合物被分層，并且執(zhí)行弱分層進 氣燃燒。在低負荷至中負荷運轉(zhuǎn)期間，結(jié)^f吏用在進氣沖程的早期階段來 自第一噴射器11的燃料噴射和來自第二噴射器12的燃料噴射，或者選擇 性地使用來自第二噴射器12的燃料噴射和來自第一噴射器11的燃料噴射。 因而，所述空氣燃料混合物被均勻地^在燃燒室7中，并且相應地執(zhí)行 所述均質(zhì)進氣燃燒。
當結(jié)合使用在壓縮沖程的晚期階段中來自第一噴射器11的燃料噴射 和來自第二噴射器12的燃料噴射時，ECU 20才艮據(jù)預定的控制規(guī)則控制噴 射分配比，所述噴射分配比是要從第二噴射器12噴射的燃料量與要從第 一噴射器11和第二噴射器12噴射的燃料量的總和的比值。所述噴射分配 比是以百分比表示的值(Wp/ (Wd+Wp)),該值通過將燃料量Wp除以 燃料量Wd和燃料量Wp的總和(Wd+Wp )得出。燃料量Wd是在一個 燃燒沖程的壓縮沖程中要從第一噴射器11噴射的燃料按重量計算的量,并 且燃料量Wp是在一個燃燒沖程中要從第二噴射器12噴射的燃料按重量 計算的量。下文中，燃料量Wd，其為在壓縮沖程中要從第一噴射器11噴射的燃料量，可稱為"氣缸噴射量"。燃料量Wp，其為要從第二噴射器 12噴射的燃料量，可稱為"進氣口噴射量"。
作為上述噴射分配比控制的一方面，將在下文中說明在發(fā)動機1起動 時執(zhí)行的噴射分配比控制。圖2示出了在發(fā)動機1起動之后的即刻所述噴 射分配比與M動機1排出的排氣中包含的HC (碳氫化合物)量之間的 關系以及所述噴射分配比與空燃比之間的關系。在圖2中，水平軸表示噴 射分配比，垂直軸表示排出的HC量和空燃比。如圖2所示，排出的HC 量與所述噴射分配比相關聯(lián)。當氣釭噴射量的比例極高時，并且當進氣口 噴射量的比例極高時，排出的HC量大。相應地，優(yōu)選的是在發(fā)動機起動 時將所述噴射分配比i殳定為目標噴射分配比Atgt。目標噴射分配比Atgt 是排出的HC量最小時所處的噴射分配比。在發(fā)動機1起動后即刻的運轉(zhuǎn) 狀態(tài)中，存在必需的稀薄極限?？紤]到諸如噴射器11和12之類的組件的 公差，所述必需的稀薄極限是基于大約15.0的空燃比確定的空燃比，在大 約15.0的空燃比下，排氣凈化催化劑的排氣凈化率最高。當考慮10%的 公差時所述必需的稀薄極限是約16.5的空燃比。設定要從噴射器11和12 噴射的燃料量以實現(xiàn)所述必需的稀薄極限空燃比。
在控制發(fā)動機l中的燃燒期間，存在上述稀薄極限。所述稀薄極限隨 著發(fā)動機l的溫度(發(fā)動機溫度)的降低而向濃側(cè)改變(即，稀薄極限降 低)。在圖2中，曲線示出在代^JL動機溫度的三個冷卻液溫度Twa、 Twb 和Twc ( Twa>Twb>Twc )處的稀薄極限空燃比。當所述噴射分配比設定 為目標噴射分配比Atgt并且在所述發(fā)動機起動時的冷卻液溫度(下文稱為 "起動時冷卻液溫度，，)處的稀薄極限空燃比在示出所述必需的稀薄極限 空燃比的實線上或者在所述實線的稀薄側(cè)(即，起動時冷卻液溫度處的稀 薄極限空燃比等于或高于所述必需的稀薄極限空燃比)時，燃燒被執(zhí)行。 例如，冷卻液溫度Twa處的稀薄極限在點Pa處，其在示出所述必需的稀 薄極限的實線的稀薄側(cè)(即，冷卻液溫度Twa處的稀薄極限高于所述必需 的稀薄極限)。冷卻液溫度Twb處的稀薄極限在點Pb處，其在示出所述 必需的稀薄極限的實線上(即，冷卻液溫度Twb處的稀薄極限與所述必需 的稀薄極限匹配)。因此，當所述冷卻液溫度等于或高于冷卻液溫度Twb
配比Atgt并且將所述空燃比控制為所述必需的稀薄極限，確保了發(fā)動機1 的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。亦即，當所述冷卻液溫度等于或高于冷卻液溫度Twb時，通過將所述噴射分配比設定為目標噴射分配比Atgt佳發(fā)動機1穩(wěn)定g 轉(zhuǎn)。
然而，當所述起動時冷卻液溫度低于冷卻液溫度Twb時，示出目標噴 射分配比Atgt的虛線與示出所述稀薄極限的曲線之間的交點處于示出所 述必需的稀薄極限的點Pb的濃側(cè)(即，所述交點低于點Pb)。因此，當 所述起動時冷卻液溫度低于冷卻液溫度Twb時，如果所述噴射分配比設定 為目標噴射分配比Atgt并且所述空燃比,皮控制為所述必需的稀薄極限，則 不會執(zhí)行燃燒并且可能出現(xiàn)失火或類似現(xiàn)象。相應地，例如，當所述起動 時冷卻液溫度等于冷卻液溫度Twc時，通過如圖2中的箭頭Ya所示增加 所述氣缸噴射量的比例將所述噴射分配比設定為初始噴射分配比Ai,在所 述初始噴射分配比Ai，所述空燃比維持在所述稀薄極限或低于所述稀薄極 限。燃料以初始噴射分配比Ai和所述必需的稀薄極限空燃比(即，在圖3 中示出初始噴射分配比Ai的虛線和示出所述必需的稀薄極限的實線之間 的交點Pc)進行噴射。通過增加所述氣缸噴射量的比例，在所述壓縮沖程 中噴射的燃料量得以增加，并且促進了所述空氣燃料混合物的分層。這確 保了空燃比等于或低于所述必需稀薄極限的空氣燃料混合物出現(xiàn)在火花 塞的周圍。當所述氣缸噴射量的比例增加時，排出的HC量與才艮據(jù)所述目 標噴射分配比執(zhí)行控制時相比增加。然而，排出的HC量增加的程度小于 當所述進氣口噴射量的比例增加時排出的HC量增加的程度。
圖3示出在發(fā)動機1起動后第一怠速運轉(zhuǎn)期間所述噴射分配比與M 動機1排出的排氣中包含的HC量之間的關系以及所述噴射分配比與所述 空燃比之間的關系。在圖3中，水平軸表示噴射分配比，垂直軸表示排出 的HC量以及空燃比。所述第一怠速運轉(zhuǎn)^JL動機1起動成功后首次執(zhí)行 的怠速運轉(zhuǎn)。如圖3所示，同樣在所述第一怠速運轉(zhuǎn)期間，在目標噴射分 配比Atgt處，排出的HC量最小。所述稀薄極限隨著所述起動時冷卻液溫 度以Twc、 Twd和Twe ( Twc<Twd<Twe)的次序增加逐漸向稀薄側(cè)改變 (即，所述稀薄極限逐漸增加)。在這種情況中，即使當所述噴射分配比 才艮據(jù)所述冷卻液溫度的增加從初始噴射分配比Ai改變?yōu)槟繕藝娚浞峙浔?Atgt時，所述空燃比仍然維持在所述稀薄極限或低于所述稀薄極限以確保 發(fā)動機l運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，并且排出的HC量得以減少。根據(jù)本發(fā)明，該實 施方式中的燃料噴射控制設備控制所述噴射分配比從初始噴射分配比Ai 至目標噴射分配比Atgt的改變。圖4示出ECU 20為控制所述噴射分配比而執(zhí)行的噴射分配比控制程 序。在起動發(fā)動機l的過程的初始階段，以預定的間隔重復執(zhí)行該程序。 在步驟S1中，ECU20判斷是否已經(jīng)確定初始噴射分配比Ai。當判斷出尚 未確定初始噴射分配比Ai時，所述程序進行至步驟S2。在步驟S2中， ECU 20基于冷卻液溫度傳感器23輸出的信號檢測起動時冷卻液溫度。然 后，所述程序進行至步驟S3。在步驟S3中，ECU20基于所述起動時冷卻 液溫度確定初始噴射分配比Ai。例如，準備如圖5所示的描述所述起動時 冷卻液溫度與所述噴射分配比之間關系的映射并預先將其存儲在ECU 20 的ROM (只讀存儲器)內(nèi)。ECU 20根據(jù)該映射確定與所檢測到的起動時 冷卻液溫度Tws對應的初始噴射分配比Ai。在該映射中，在所i^動時冷 卻液溫度低于預定溫度Twth (相當于圖2中的冷卻液溫度Twb)的范圍 內(nèi)，隨著所ii^動時冷卻液溫度降低，初始噴射分配比Ai從目標噴射分 配比Atgt改變使得所述氣釭噴射量的比例增加。當所述起動時冷卻液溫度 等于或高于預定溫度Twth時，即使所述噴射分配比設定為目標噴射分配 比Atgt,所述空燃比也保持在所述稀薄極限或低于所述稀薄極限。因此， 當所述起動時冷卻液溫度等于或高于預定溫度Twth時，初始噴射分配比 Ai被設定為目標噴射分配比Atgt。當已經(jīng)確定初始噴射分配比Ai時，設 定標記以表示初始噴射分配比Ai已被確定。在接下來的程序中及之后的 步驟Sl中，通過參照表示已經(jīng)確定初始噴射分配比Ai的標記確定初始噴 射分配比Ai已被確定。在步驟S3中設定初始噴射分配比Ai后，當前程 序結(jié)束。
在確定初始噴射分配比Ai后執(zhí)行的程序中，在步驟S1中作出肯定的 判斷。在這種情況下，所述程序進行至步驟S4。在步驟S4中，ECU 20 檢測與發(fā)動機溫度相關的物理量。例如，可檢測當前冷卻液溫度或累加的 空氣量作為所述物理量，所述累加的空氣量通過累加從發(fā)動積i起動時起的 空氣量得出?？赏ㄟ^累加由空氣流量計22檢測的進氣量得出所述累加的 空氣量。在步驟S5中，ECU 20根據(jù)在步驟S4中檢測的物理量確定噴射 分配比?？苫趯⑺鑫锢砹颗c所述噴射分配比相關聯(lián)的映射來確定噴射 分配比。
例如，當檢測當前冷卻液溫度作為與所述發(fā)動機溫度相關的物理量時， 準備如圖6所示的映射并預先將其儲存在ECU 20的ROM中。該映射示 出當前冷卻液溫度與噴射分配比之間的關系。所述關系根據(jù)起動時冷卻液溫度Tws改變。然后，基于在步驟S2中檢測的起動時冷卻液溫度Tws和 在步驟S4中檢測的當前冷卻液溫度Twx確定與當前冷卻液溫度Twx對應 的噴射分配比。當檢測所述累加的空氣量作為與所iOL動機溫度相關的物 理量時，準備如圖7所示的映射并預先將其儲存在ECU 20的ROM中。 該映射示出累加的空氣量與噴射分配比之間的關系。所述關系根據(jù)起動時 冷卻液溫度Tws改變。然后，基于在步驟S2中檢測的起動時冷卻液溫度 Tws和在步驟S4中檢測的累加空氣量TGax確定與累加空氣量TGax對應 的噴射分配比Ax。在圖6和7所示的每個映射中，設定所述冷卻液溫度或 所述累加空氣量與所述噴射分配比之間的對應關系排出的HC量最小時所 處的噴射分配比選自以下范圍即在所迷范圍內(nèi)，發(fā)動機l中執(zhí)行燃燒， 亦即，在所述范圍內(nèi)，所述空燃比保持在所述稀薄極限或低于所述稀薄極 限。
在步驟S5中確定所述噴射分配比后，ECU20結(jié)束當前程序。當在圖 4所示的程序中確定所述噴射分配比時，ECU 20根據(jù)確定的噴射分配比控 制在一個燃燒沖程中要從第一噴射器11和第二噴射器12噴射的燃料量之 間的比值。第一噴射器ll在所述壓縮沖程中噴射燃料。
在上述程序中，當發(fā)動機1的溫度低于其中所述空燃比在目標噴射分 配比Atgt處保持在所述稀薄極限或低于所述稀薄極限的溫度范圍(即，在 圖5中所述冷卻液溫度等于或高于預定溫度Twth的范圍)的下限時，在 步驟3中確定初始噴射分配比Ai使得所述氣釭噴射量的比例與目標噴射 分配比Atgt相比得以增加。這確保了在^動時空燃比等于或低于所述稀 薄極限的空氣燃料混合物出現(xiàn)在火花塞周圍。因而，發(fā)動機l更可靠地起 動。當初始噴射分配比Ai不同于目標噴射分配比Atgt時，所述噴射分配 比根據(jù)與發(fā)動機1的溫度有關的物理量的改變逐漸向目標噴射分配比Atgt 改變。因此，可適當?shù)貙⑺鰢娚浞峙浔认蚰繕藝娚浞峙浔華tgt控制以確 ?？杖急鹊扔诨虻陀谒鱿”O限的空氣燃料混合物出現(xiàn)在火花塞周圍 并且使排出的HC量最小。
在該實施方式中，第一噴射器11和第二噴射器12的組合可被看作是 根據(jù)本發(fā)明的燃料噴射部。ECU 20可被看作是根據(jù)本發(fā)明的噴射分配比 控制部。當ECU 20執(zhí)行圖4中的步驟S2和S3時，ECU 20用作根據(jù)本 發(fā)明的初始噴射分配比設定部。當ECU 20執(zhí)行圖4中的步驟S4和S5時， ECU 20用作根據(jù)本發(fā)明的變化控制部。本發(fā)明不限于上述實施方式。本發(fā)明可在各種實施方式中實現(xiàn)。例如，
如圖8所示，本發(fā)明可應用于發(fā)動機31，其中只設置有用于氣釭噴射的噴 射器11作為執(zhí)行用于進行分層進氣燃燒的第一燃料噴射和用于進行均質(zhì) 進氣燃燒的第二燃料噴射中每一種燃料噴射的燃料噴射部，并且未設置用 于進氣口噴射的噴射器。亦即，在圖8所示的發(fā)動機31中，當噴射器ll 在進氣沖程噴射燃料時，進行均質(zhì)進氣燃燒。當噴射器ll在壓縮沖程中噴 射燃料時，進行分層進氣燃燒。相應地，采用了用Wdi / (Wdc+Wdi)表 示的噴射分配比，而不是圖l所示的發(fā)動機l釆用的噴射分配比。亦即， 所述噴射分配比是以百分比表示的值，該值通過用燃料量Wdi除以燃料量 Wdc和燃料量Wdi的總和(Wdc+Wdi)得出。燃料量Wdc是在壓縮沖程 中要從噴射器11噴射的燃料量，燃料量Wdi是在進氣沖程中要從噴射器 11噴射的燃料量。ECU 20才艮據(jù)圖4所示的步驟控制所述噴射分配比。因 而，可適當?shù)貙⑺鰢娚浞峙浔认蚰繕藝娚浞峙浔華tgt控制使得所述空燃 比維持在所述稀薄極限或低于所述稀薄極限，并且使排出的HC量最小。 圖5至7中每個圖所示的映射中的對應關系根據(jù)發(fā)動機31中的燃燒特性 變化。
在上述實施方式中，本發(fā)明應用于這樣的情況其中根據(jù)所述發(fā)動機 起動時的發(fā)動機溫度設定的初始噴射分配比在所述第一怠速運轉(zhuǎn)期間向 所述目標噴射分配比改變。然而，本發(fā)明不限于這種情況。本發(fā)明可適當 地應用于任意以下情況其中基于所述發(fā)動機起動時的發(fā)動機狀態(tài)設定的
目標噴射分配比，然后所述噴射分配比在發(fā)動機1起動后向所述目標噴射 分配比改變。在該實施方式中，由于稀薄極限的制約，所述初始噴射分配 比祐:設定為不同于所述目標噴射分配比的值。然而，將所述初始噴射分配 比"^殳定為不同于所述目標噴射分配比的值的原因不限于該原因。本發(fā)明可 應用于這樣的情況其中由于發(fā)動機狀態(tài)的差異需要將所述初始噴射分配 比i殳定為不同于所述目標噴射分配比的值。
進一步地，在上述實施方式中，發(fā)動機溫度被稱之為發(fā)動機狀態(tài)。然 而，代表發(fā)動機狀態(tài)的參數(shù)不限于發(fā)動機溫度。本發(fā)明可應用于這些情況 其中所述噴射分配比根據(jù)代^L動機狀態(tài)的各種M變化。進一步地，當 通過參照發(fā)動機溫度控制所述噴射分配比時，與發(fā)動機溫度相關的物理量 不限于冷卻液溫度或累加空氣量?？蓞⒄张c發(fā)動機溫度有關的各種物理量。例如，氣缸壁面的溫度(氣缸壁面溫度)或活塞頂面的溫度對燃燒狀 態(tài)的影響最大。因此，氣缸壁面的溫度或活塞頂面的溫度可通過傳感器檢 測，或可基于其他物理量估算。然后，可通過參照檢測到的或估算出的值 控制所述噴射分配比。可^動機起動時累加內(nèi)燃發(fā)動機內(nèi)的平均有效氣 缸壓力，并且可通過參照該累加值控制所述噴射分配比。另外，可利用各 種物理量諸如排氣溫度、排氣凈化劑溫度、排氣流率和燃料噴射量的累加 的值中至少其中 一個檢測或估算發(fā)動機溫度或發(fā)動機狀態(tài)，并且可通過參 照檢測值或估算值控制所述噴射分配比?？赏ㄟ^參照多個物理量控制所述 噴射分配比。
權利要求
1. 一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制設備，包括燃料噴射部，其執(zhí)行用于進行分層進氣燃燒的第一燃料噴射和用于進行均質(zhì)進氣噴射的第二燃料噴射中的每一種燃料噴射；以及噴射分配比控制部，其控制噴射分配比，所述噴射分配比是在一個燃燒沖程中要在所述第一燃料噴射中噴射的燃料量與在所述一個燃燒沖程中要在所述第二燃料噴射中噴射的燃料量之間的比值，其中，當所述內(nèi)燃發(fā)動機處于預定的發(fā)動機狀態(tài)時，所述噴射分配比控制部將所述噴射分配比控制為基于所述預定的發(fā)動機狀態(tài)設定的目標噴射分配比；并且所述噴射分配比控制部包括初始噴射分配比設定部，其基于所述內(nèi)燃發(fā)動機起動時的發(fā)動機狀態(tài)設定初始噴射分配比；以及變化控制部，當所述噴射分配比從所述初始噴射分配比改變?yōu)樗瞿繕藝娚浞峙浔葧r，所述變化控制部通過參照所述內(nèi)燃發(fā)動機起動后的發(fā)動機狀態(tài)控制所述噴射分配比的變化。
2.如權利要求1所述的燃料噴射控制設備，其中所述燃料噴射部包括將燃料噴射到氣缸內(nèi)的第 一噴射器以及將燃料 噴射到進氣口內(nèi)的第二噴射器；并且所述第一噴射是在壓縮沖程中來自所述第一噴射器的燃料噴射，并且 所述第二燃料噴射是來自所述第二噴射器的燃料噴射。
3.如權利要求1所述的燃料噴射控制設備，其中所述燃料噴射部包括將燃料噴射到氣釭內(nèi)的噴射器；并且所述第一燃料噴射是在壓縮沖程中來自所述噴射器的燃料噴射，并且 所述第二燃料噴射是在進氣沖程中來自所述噴射器的燃料噴射。
4.如權利要求1至3中任一項所述的燃料噴射控制設備，其中，所述 變化控制部通過參照與發(fā)動機溫度有關的物理量作為所述發(fā)動機狀態(tài)來控制所述噴射分配比的變化。
5.如權利要求4所述的燃料噴射控制設備，其中，所述變化控制部參照用于所述內(nèi)燃發(fā)動機的冷卻液的溫度和進氣量的累加值中的至少其中 一個作為與所述發(fā)動機溫度有關的所述物理量，所述進氣量的累加值通過累加從所述內(nèi)燃發(fā)動機起動時的進氣量得出。
6.如權利要求1至3中任一項所述的燃料噴射控制設備，其中當發(fā)動機溫度處于預定的溫度范圍時，所述目標噴射分配比設定為以 下噴射分配比即在所述噴射分配比處，從所述內(nèi)燃發(fā)動機排出的碳氫化 合物的量最??；并且當所i^L動機溫度低于所述預定的溫度范圍的下限時，所述初始噴射 分配比設定部設定所述初始噴射分配比使得要在所述第一燃料噴射中噴 射的燃料量的比例與所述目標噴射分配比相比得以增加。
7.如權利要求6所述的燃料噴射控制設備，其中，當所述內(nèi)燃發(fā)動機 起動時的發(fā)動機溫度低于所述預定的溫度范圍的下限使得如果所述噴射 分配比被控制為所述目標噴射分配比則空燃比高于稀薄極限時，所述初始 噴射分配比設定部設定所述初始噴射分配比使得要在所述第一燃料噴射 中噴射的燃料量的比例得以增加直到所述空燃比等于或低于所述稀薄極 限。
8.如權利要求7所述的燃料噴射控制設備，其中，所述變化控制部根的變化使^排出的碳氫化合物的量最小時所^的噴射分配比選自以下范 圍即在所述范圍內(nèi)，所述空燃比維持在所述稀薄極限或者低于所述稀薄 極限。
9.如權利要求1至8中任一項所述的燃料噴射控制設備，其中，要在由所述燃料噴射部進行的所述第一噴射中噴射的燃料量與要在由所述燃 料噴射部進行的所述第二噴射中噴射的燃料量的總和設定為實現(xiàn)以下空燃比即在所述空燃比，所述內(nèi)燃發(fā)動機中的排氣凈化率最高。
10. —種用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制方法，其中，執(zhí)行用于進行 分層進氣燃燒的第一燃料噴射，并且執(zhí)行用于進行均質(zhì)進氣噴射的第二燃 料噴射；并且控制噴射分配比，所述噴射分配比是在一個燃燒沖程中要在 所述第 一燃料噴射中噴射的燃料量與在所述一個燃燒沖程中要在所述第 二燃料噴射中噴射的燃料量之間的比值，所述燃料噴射控制方法包括當所述內(nèi)燃發(fā)動機處于預定的發(fā)動機狀態(tài)時，將所述噴射分配比控制 為基于所述預定的發(fā)動機狀態(tài)設定的目標噴射分配比；基于所述內(nèi)燃發(fā)動機起動時的發(fā)動機狀態(tài)設定初始噴射分配比；以及當所述噴射分配比從所述初始噴射分配比改變?yōu)樗瞿繕藝娚浞峙?比時通過參照所述內(nèi)燃發(fā)動機起動后的發(fā)動機狀態(tài)來控制所述噴射分配 比的變化。
11. 如權利要求10所述的燃料噴射控制方法，其中當發(fā)動機溫度處于預定的溫度范圍內(nèi)時，所述目標噴射分配比設定為 以下噴射分配比即在所述噴射分配比，從所述內(nèi)燃發(fā)動機排出的碳氫化 合物的量最?。灰约爱斔鵡JL動機溫度低于所述預定的溫度范圍的下限時，所述初始噴射 分配比設定為使得要在所述第一燃料噴射中噴射的燃料量的比例與所述 目標噴射分配比相比得以增加。
12. 如權利要求ll所述的燃料噴射控制方法，其中，當所述內(nèi)燃發(fā)動 機起動時的發(fā)動機溫度低于所述預定的溫度范圍的下限使得如果所述噴 射分配比被控制為所述目標噴射分配比則空燃比高于稀薄極限時，所述初 始噴射分配比設定為使得要在所述第一燃料噴射中噴射的燃料量的比例 得以增加直到所述空燃比等于或低于所述稀薄極限。
13.如權利要求12所述的燃料噴射控制方法，其中，根據(jù)所述內(nèi)燃發(fā)出的碳氫化合物的量最小時所處的噴射分配比選自以下范圍即在所述范 圍中，所述空燃比維持在所述稀薄極限或低于所述稀薄極限。
14. 一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制設備，其包括燃料噴射裝 置，所述燃料噴射裝置用于執(zhí)行用于進行分層進氣燃燒的第 一燃料噴射和 用于進行均質(zhì)進氣噴射的第二燃料噴射中的每一種燃料噴射；以及噴射分 配比控制裝置，所述噴射分配比控制裝置用于控制噴射分配比，所述噴射 分配比是在一個燃燒沖程中要在所述第一燃料噴射中噴射的燃料量與在 所述一個燃燒沖程中要在所述第二燃料噴射中噴射的燃料量之間的比值， 其中:當戶斤述內(nèi)燃發(fā)動機處于預定的發(fā)動機狀態(tài)時_，所述'噴射分配比，制射分配比，所述燃料噴射控制設備的特征在于所述噴射分配比控制裝置包括初 始噴射分配比設定裝置，其基于所述內(nèi)燃發(fā)動機起動時的發(fā)動機狀態(tài)設定 初始噴射分配比；以及變化控制裝置，當所述噴射分配比從所述初始噴射 分配比改變?yōu)樗瞿繕藝娚浞峙浔葧r，所述變化控制裝置通過參照所述內(nèi) 燃發(fā)動機起動后的發(fā)動機狀態(tài)來控制所述噴射分配比的變化。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射控制設備，包括燃料噴射部，其執(zhí)行用于進行分層進氣燃燒的第一燃料噴射和用于進行均質(zhì)進氣燃燒的第二燃料噴射中的每一種燃料噴射；以及噴射分配比控制部，其控制噴射分配比。所述噴射分配比控制部在發(fā)動機起動后將噴射分配比控制為基于預定發(fā)動機狀態(tài)設定的目標噴射分配比(Atgt)?；诎l(fā)動機起動時的發(fā)動機狀態(tài)設定初始噴射分配比(Ai)，并且在噴射分配比從初始噴射分配比(Ai)改變?yōu)槟繕藝娚浞峙浔?Atgt)時，通過參照發(fā)動機起動后的發(fā)動機狀態(tài)控制噴射分配比的變化。
文檔編號F02D41/06GK101449044SQ200780015677
公開日2009年6月3日 申請日期2007年7月23日 優(yōu)先權日2006年7月24日
發(fā)明者森田晃司 申請人:豐田自動車株式會社