本發(fā)明涉及具備能夠進行多級噴射的燃料噴射噴嘴、且在主噴射剛結束之后進行后噴射的直接噴射式柴油發(fā)動機的控制裝置以及控制方法。

背景技術：

專利文獻1、2等中記載有下述技術，即，為了抑制在直接噴射式柴油發(fā)動機中成為問題的碳煙(soot)的產(chǎn)生，在主噴射剛結束之后進行較短時間的后噴射，使伴隨著主噴射的燃燒而產(chǎn)生的碳煙與后噴射的燃料一起燃燒。

在這種后噴射的技術中，作為從主噴射結束起直至后噴射開始為止的時間間隔，存在與各運轉條件相對應的最佳值，如圖8的特性a所示，如果橫軸所示的時間間隔逐漸增大，則通過以適當?shù)臅r間間隔進行后噴射而呈現(xiàn)出碳煙的減少。此外，橫軸的左端表示時間間隔為0時、即未進行后噴射的情況(換言之，未分割為主噴射和后噴射的情況)。因此，為了成為能獲得最佳的碳煙減少效果的時間間隔，例如以對應圖的形式對與運轉條件(負荷、轉速等)相應的后噴射的噴射時機進行設定。在圖8的例子中，這種最佳的后噴射的噴射時機作為噴射時機IT1而設定。

然而，在內(nèi)燃機的過渡時，后噴射的碳煙的減少效果下降。例如，圖8的特性b表示加速時的后噴射的特性的例子，但如圖所示，在預先作為最佳點而設定的噴射時機IT1，碳煙幾乎未減少，在與其相比增大時間間隔時，呈現(xiàn)出碳煙的減少。

根據(jù)本發(fā)明人的研究，可以認為這是因為在加速時，在后噴射之前進行的主噴射時的燃料壓力(所謂的油軌壓力)因響應延遲而比作為目標的燃料壓力(穩(wěn)定時的目標燃料壓力)低，因此在腔室內(nèi)無法獲得所需的氣體流動。即，經(jīng)由共軌而供給至燃料噴射噴嘴的燃料壓力基于內(nèi)燃機轉速以及負荷而設定為可變，因此在過渡時燃料壓力的目標值發(fā)生變化，通常在加速時作為目標的燃料壓力升高。然而，實際的燃料壓力的變化中存在響應延遲，因此在主噴射時未達到所需的燃料壓力，噴霧的動量下降。因此，對于碳煙的減少而最佳的后噴射的噴射時機不同。

圖9是用于說明主噴射的腔室內(nèi)的氣體流動以該方式對后噴射造成的影響的說明圖，以等高線狀示出燃燒室內(nèi)的局部的空氣過剩率的分布。此外，附圖是以將空氣過剩率劃分為14個等級的方式而描繪的，作為具有代表性的例子，符號E1所示的區(qū)域的空氣過剩率最高，符號E3所示的區(qū)域的空氣過剩率最低，符號E2所示的區(qū)域是中間的空氣過剩率的區(qū)域。圖(a)表示在適當?shù)娜剂蠅毫ο碌闹鲊娚渲筮M行后噴射時(后噴射結束時)的燃燒室內(nèi)的空氣過剩率分布。在該階段，因活塞開始下降以及主噴射的動量而產(chǎn)生逆擠氣流，腔室底部周圍的燃燒部要借助該擠氣流而向腔室中央部移動。圖(a)獲得了所需的氣體流動，因此后噴射的噴霧F被向氧以某種程度存在的區(qū)域噴射。因此，實現(xiàn)了碳煙的減少。

與此相對，圖(b)表示主噴射的燃料壓力較低的情況下的狀態(tài)，在該情況下，主噴射的動量較低，逆擠氣流較弱，因此在腔室底部周圍的燃燒部向腔室中央部移動之前進行后噴射。因此，后噴射的噴霧F被向缺氧的區(qū)域噴射，導致碳煙的增加。

圖(c)表示在比圖(b)的曲軸轉角略微延遲的曲軸轉角下執(zhí)行后噴射的情況下的狀態(tài)，與圖(b)的狀態(tài)相比，燃燒部向腔室中央部移動，因此能夠向氧以某種程度存在的區(qū)域供給后噴射的噴霧F，實現(xiàn)了碳煙的減少。

即使在減速時，后噴射的適當?shù)膰娚鋾r機也因同樣的理由而與穩(wěn)定時不同。在減速時，通常燃料壓力因響應延遲而與目標值相比變得過大，因此適當?shù)暮髧娚涞膰娚鋾r機進一步提前。

專利文獻1：日本特開2005-233163號公報

專利文獻2：日本特開2000-227061號公報

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于避免因如上所述的過渡時的燃料壓力的變化而引起的碳煙的惡化。

本發(fā)明的柴油發(fā)動機的控制裝置在具備能夠進行多級噴射的燃料噴射噴嘴、且在主噴射剛結束后進行后噴射的直接噴射式柴油發(fā)動機中，具備：基于內(nèi)燃機轉速和負荷而對向上述燃料噴射噴嘴供給的燃料壓力進行可變控制的單元；基于內(nèi)燃機轉速和負荷而對上述后噴射的噴射時機進行設定的單元；以及在內(nèi)燃機的過渡時基于檢測出的實際燃料壓力而對上述后噴射的噴射時機進行校正的單元。

在這樣的本發(fā)明中，因過渡時實際燃料壓力相對于目標燃料壓力偏離而引起主噴射的動量的余缺，與此相對應地，能夠使后噴射的噴射時機變得適當，能夠更可靠地通過后噴射而實現(xiàn)碳煙的減少。

附圖說明

圖1是一個實施例的柴油發(fā)動機的結構說明圖。

圖2是表示分割噴射的一個例子的說明圖。

圖3是表示控制的一個例子的流程圖。

圖4是表示控制的不同例子的流程圖。

圖5是表示控制對應圖的一個例子的說明圖。

圖6是表示加速時的動作的時序圖。

圖7是表示減速時的動作的時序圖

圖8是表示后噴射的時間間隔與碳煙的關系的特性圖。

圖9是表示主噴射的氣體流動對后噴射造成的影響的說明圖。

具體實施方式

下面，基于附圖對本發(fā)明的一個實施例進行詳細說明。

圖1是將本發(fā)明所涉及的直噴式柴油發(fā)動機1與其進氣排氣系統(tǒng)一起示出的結構說明圖，活塞4可滑動地與形成于氣缸體2的氣缸3嵌合，并且在氣缸體2的上表面固定的氣缸蓋5將氣缸3的上端開口覆蓋。

在上述活塞4的頂面凹陷設置有凹型的腔室6。該腔室6形成為相對于活塞4的同心狀，并具有較大的開口直徑。另外，在上述氣缸蓋5側、且在與上述腔室6的中心相對應的氣缸3的中心位置配置有多噴孔的燃料噴射噴嘴7。在該實施例中，上述燃料噴射噴嘴7沿氣缸3的中心軸線進行配置，即垂直地進行配置。

在上述氣缸蓋5配置有一對進氣閥8以及一對排氣閥9，分別對進氣端口10以及排氣端口11的前端開口部進行開閉。這些進氣閥8以及排氣閥9各自的閥桿分別配置為與氣缸3的中心軸線平行的垂直姿態(tài)。另外，在氣缸蓋5以與燃料噴射噴嘴7相鄰的方式配置有預熱塞12。

各氣缸的燃料噴射噴嘴7分別與示意性地示出的共軌13連接，并形成為下述結構，即，如果利用來自發(fā)動機控制單元16的驅動信號使得燃料噴射噴嘴7的氣針(未圖示)上升，則利用高壓燃料泵14對供給至共軌13內(nèi)的高壓燃料進行噴射。共軌13內(nèi)的燃料壓力經(jīng)由調壓閥15而被發(fā)動機控制單元16調整為與運轉條件相應的規(guī)定的壓力。這里，上述燃料噴射噴嘴7是使用壓電元件等的高響應性的部件，構成為能夠將根據(jù)負荷而要求的總燃料噴射量分割為多級地進行噴射。

該實施例的柴油發(fā)動機1具備渦輪增壓機18，該渦輪增壓機18的渦輪19配置于排氣通路21的通路中，壓縮機20配置于進氣通路22的通路中。在排氣通路21的比渦輪19靠下游側的位置串聯(lián)配置有預催化劑轉化器23以及主催化劑轉化器24。在進氣通路22的比壓縮機20靠上流側的位置設置有空氣流量計25以及空氣濾清器26，在與比壓縮機20靠下游側的收集部28之間配置有中間冷卻器27。并且，作為排氣回流裝置，具備：排氣回流通路29，其將排氣通路21的比渦輪19靠上流側的位置與進氣收集部28連通；以及排氣回流控制閥30，其設置為用于將排氣回流率控制為與內(nèi)燃機運轉條件相應的規(guī)定的排氣回流率。上述渦輪增壓機18成為利用廢氣旁通減壓閥18a的開度調整而能夠根據(jù)內(nèi)燃機運轉條件進行可變控制的形式的渦輪增壓機。

除了上述的空氣流量計25以外，上述發(fā)動機控制單元16中還輸入有來自對發(fā)動機轉速Ne進行檢測的轉速傳感器31、對共軌13內(nèi)的油軌壓力(實際油軌壓力)rPrail進行檢測的油軌壓力傳感器32、對進氣溫度Tin進行檢測的進氣溫度傳感器33、對增壓壓力Boost進行檢測的增壓壓力傳感器34、對大氣溫度Tatm進行檢測的大氣溫度傳感器35、對大氣壓Patm進行檢測的大氣壓傳感器36、對水溫Tw進行檢測的水溫傳感器37、對缸內(nèi)壓力Pcyl進行檢測的缸內(nèi)壓力傳感器38等傳感器類的檢測信號。

在如上所述的結構中，從燃料噴射噴嘴7應當噴射的總噴射量Q根據(jù)柴油發(fā)動機1的負荷或者目標扭矩而決定。另外，共軌13內(nèi)的燃料壓力的目標值即目標油軌壓力tPrail基于該總噴射量Q、轉速Ne、水溫Tw、大氣壓Patm以及大氣溫度Tatm而決定。具體而言，如圖5所示，預先針對各水溫、各大氣壓、各大氣溫度而設置以總噴射量Q和轉速Ne為參數(shù)的對應圖(M1a、M1b、M1c···)，通過對該對應圖進行檢索而決定與此時的運轉條件相應的目標油軌壓力tPrail。

而且，從燃料噴射噴嘴7噴射的燃料根據(jù)運轉條件而被分割為多級地噴射。例如，如圖2所示，除了隔著上止點TDC而進行的主噴射以外，還分割為前導噴射、預噴射以及后噴射而進行噴射。后噴射主要是為了減少因主噴射的燃燒而產(chǎn)生的碳煙，在除了低負荷區(qū)域以及完全打開時以外的中高負荷區(qū)域，基本上進行后噴射。

與上述的目標油軌壓力tPrail相同地，主噴射的噴射量以及主噴射的噴射時機通過與水溫Tw、大氣壓Patm、大氣溫度Tatm相應地設置多個以總噴射量Q和轉速Ne為參數(shù)的對應圖(參照圖5中的M2a、M2b、M2c···)、并對相對應的值進行檢索而決定。此外，圖5中僅舉例示出了主噴射的噴射時機用的對應圖，但針對噴射量也具備同樣的對應圖。主噴射結束之后隔開適當?shù)臅r間間隔Int(參照圖2)而噴射的后噴射的噴射時機，也同樣地通過與水溫Tw、大氣壓Patm、大氣溫度Tatm相應地設置多個以總噴射量Q和轉速Ne為參數(shù)的對應圖(參照圖5中的M3a、M3b、M3c···)、并對相對應的值進行檢索而決定。

通過以與運轉條件相應的最佳的時間間隔進行后噴射，使因主噴射而產(chǎn)生的碳煙與后噴射的燃料一起燃燒，因此實現(xiàn)了中高負荷區(qū)域的碳煙的減少。

然而，如前所述，如果過渡時實際的燃料壓力(實際油軌壓力rPrail)因響應延遲而相對于目標油軌壓力tPrail偏離，則基于總噴射量Q和轉速Ne并根據(jù)對應圖而設定的后噴射的噴射時機并非與實際的氣體流動相對應的適當?shù)膰娚鋾r機，無法獲得所需的碳煙減少作用。因此，在本實施例中，基于實際油軌壓力rPrail進行校正以使得后噴射的噴射時機成為適當?shù)膰娚鋾r機。

圖3是表示具體處理的一個例子的流程圖，在步驟1中，根據(jù)此時的運轉條件而求出后噴射的噴射時機的基本值。詳細而言，基于總噴射量Q、轉速Ne、水溫Tw、大氣壓Patm、大氣溫度Tatm并利用前述的對應圖(圖5中的M3a、M3b、M3c···)而檢索相對應的后噴射的噴射時機。

接著，在步驟2中，將油軌壓力傳感器32檢測出的主噴射的噴射時刻下的實際油軌壓力rPrail讀入。此外，可以作為代替方式而使用當前時刻下的實際油軌壓力rPrail的值。而且，在步驟3中，基于此時的目標油軌壓力tPrail和實際油軌壓力rPrail的差值ΔP、內(nèi)燃機轉速Ne、主噴射的噴射量Qmain而對后噴射的噴射時機施加校正?；旧显趯嶋H油軌壓力rPrail比目標油軌壓力tPrail低的情況下，將后噴射的噴射時機向延遲側校正，在實際油軌壓力rPrail比目標油軌壓力tPrail高的情況下，將后噴射的噴射時機向提前側校正。此外，在加速時通常成為前者的方式，在減速時通常成為后者的方式。如前所述，實際油軌壓力rPrail與目標油軌壓力tPrail之差，與后噴射時的逆擠氣流的速度有關。另外，即使差值ΔP為相同的值，逆擠氣流的速度也根據(jù)內(nèi)燃機轉速Ne以及主噴射的噴射量Qmain而不同，因此還包括這些參數(shù)在內(nèi)求出它們的所需的校正量，對噴射時機基本值施加校正。

接著，在步驟4中，基于內(nèi)燃機運轉條件(例如，總噴射量Q、轉速Ne、水溫Tw等)而對表示后噴射的噴射時機的延遲角側的極限的閾值ITlim進行設定。這主要根據(jù)油耗、后噴射的油的稀釋等觀點而確定。

在步驟5中，判定步驟3中決定的校正后的后噴射的噴射時機是否小于或等于閾值ITlim(即，比閾值ITlim靠提前角側)。這里，如果校正后的噴射時機比閾值ITlim靠延遲角側，則進入步驟6，禁止后噴射。此外，在限制于閾值ITlim的狀態(tài)下不執(zhí)行后噴射是因為，如果是不適當?shù)膰娚鋾r機的后噴射則反而有可能引起碳煙的惡化。

如果校正后的后噴射的噴射時機小于或等于閾值ITlim，則根據(jù)未圖示的其他噴射控制程序而執(zhí)行后噴射。

由此，在上述實施例中，在過渡時實際油軌壓力rPrail相對于目標油軌壓力tPrail延遲地變化的情況下，基于主噴射的噴射時刻下的實際油軌壓力rPrail與目標油軌壓力tPrail的差值ΔP而對后噴射的噴射時機進行校正，因此以與實際的逆擠氣流的速度相對應的形式在適當?shù)臅r機進行后噴射，通過后噴射而實現(xiàn)了碳煙的減少。

此外，在上述實施例中，將后噴射的噴射時機的值本身與閾值ITlim進行比較，但也可以針對從主噴射結束的時刻起直至后噴射開始為止的時間間隔Int而設置閾值，兩者實質上并未發(fā)生變化。

另外，在上述實施例中，并不進行過渡判定。這是因為，如果處于穩(wěn)定時，則實際油軌壓力rPrail與目標油軌壓力tPrail的差值ΔP成為0，在步驟3中實質上不進行校正。然而，可以根據(jù)加速器踏板開度的變化量等而進行處于穩(wěn)定狀態(tài)還是過渡狀態(tài)的判定，并僅在過渡時進行步驟2～6的處理。

圖4是表示具體處理的其他例子的流程圖。該實施例還考慮了渦輪增壓機18的增壓壓力Boost的過渡時的響應延遲。增壓壓力boost的目標值tBoost依然基于內(nèi)燃機運轉條件(例如總噴射量Q、轉速Ne、水溫Tw等)而設定，因此在加速、減速的過渡時目標值tBoost發(fā)生變化，但在實際的增壓壓力Boost的變化中存在響應延遲。該增壓壓力boost對前述的主噴射的動量以及作為其結果而產(chǎn)生的氣體流動造成影響，因此如果實際的增壓壓力boost因響應延遲而與目標值tBoost不同，則依然對最佳的后噴射的噴射時機產(chǎn)生影響。此外，在實際的加速、減速中，該增壓壓力Boost的響應延遲的影響與實際油軌壓力rPrail的響應延遲的影響相比極小。

在步驟11中，根據(jù)此時的運轉條件而求出后噴射的噴射時機的基本值。詳細而言，基于總噴射量Q、轉速Ne、水溫Tw、大氣壓Patm、大氣溫度Tatm并利用前述的對應圖(圖5中的M3a、M3b、M3c···)而檢索相對應的后噴射的噴射時機。

在步驟12中，將油軌壓力傳感器32檢測出的主噴射的噴射時刻下的實際油軌壓力rPrail、和增壓壓力傳感器34檢測出的主噴射的噴射時刻下的增壓壓力Boost讀入。此外，可以作為代替方式而使用當前時刻下的實際油軌壓力rPrail以及增壓壓力Boost的值。而且，在步驟13中，基于此時的目標油軌壓力tPrail與實際油軌壓力rPrail的差值ΔP、內(nèi)燃機轉速Ne、主噴射的噴射量Qmain而對后噴射的噴射時機施加校正?；旧显趯嶋H油軌壓力rPrail比目標油軌壓力tPrail低的情況下，將后噴射的噴射時機向延遲側校正，在實際油軌壓力rPrail比目標油軌壓力tPrail高的情況下，將后噴射的噴射時機向提前側校正。如前所述，在加速時通常成為前者的方式，在減速時通常成為后者的方式。

并且，在步驟14中，根據(jù)此時的增壓壓力目標值tBoost與步驟12中讀入的主噴射的噴射時刻下的增壓壓力Boost的差值ΔB而對后噴射的噴射時機進一步施加校正?；旧显谠鰤簤毫oost比目標值tBoost低的情況下，將后噴射的噴射時機向提前側校正，在增壓壓力Boost比目標值tBoost高的情況下，將后噴射的噴射時機向延遲側校正。在加速時通常成為前者的方式，在減速時通常成為后者的方式。

接著，在步驟15中，基于內(nèi)燃機運轉條件(例如總噴射量Q、轉速Ne、水溫Tw等)而對表示后噴射的噴射時機的延遲角側的極限的閾值ITlim進行設定。這主要是根據(jù)油耗、后噴射的油的稀釋等觀點而確定。

在步驟16中，判定步驟14中決定的校正后的后噴射的噴射時機是否小于或等于閾值ITlim(即，比閾值ITlim靠提前角側)。這里，如果校正后的噴射時機比閾值ITlim靠延遲角側，則進入步驟17，禁止后噴射。

根據(jù)以該方式考慮了實際油軌壓力rPrail的響應延遲和增壓壓力Boost的響應延遲這雙方的實施例，能夠更準確地掌握實際的逆擠氣流的狀態(tài)，更適當?shù)赝ㄟ^后噴射而實現(xiàn)了碳煙的減少。

圖6及圖7是表示圖4所示的實施例所涉及的過渡時的校正的時序圖，圖6表示加速時的動作，圖7表示減速時的動作。圖(a)、圖(b)、圖(c)、圖(d)分別表示碳煙的排出量、增壓壓力Boost、油軌壓力Prail、后噴射的時間間隔Int。圖(e)為后噴射的噴射量。

在圖6的例子中，在時刻t1進行加速，增壓壓力的目標值tBoost以及目標油軌壓力tPrail階梯式地升高，實際的增壓壓力Boost以及實際油軌壓力rPrail隨著響應延遲而發(fā)生變化。由此，將從主噴射結束起直至后噴射開始為止的時間間隔Int向擴大方向校正。如圖(a)所示，柴油發(fā)動機1排出的碳煙隨著加速而增加，但與未適當?shù)貙髧娚涞膰娚鋾r機進行校正的對比例的特性相比，在實施例中，碳煙的排出量因適當?shù)膰娚鋾r機的后噴射而減少。

在圖7的例子中，在時刻t2，從較高負荷的區(qū)域減速，增壓壓力的目標值tBoost以及目標油軌壓力tPrail階梯式地下降，與此相對，實際的增壓壓力Boost以及實際油軌壓力rPrail隨著響應延遲而發(fā)生變化。在該情況下，將從主噴射結束起直至后噴射開始為止的時間間隔Int向減小方向校正。由此，后噴射的噴射時機成為更加適當?shù)膰娚鋾r機，減少了碳煙的排出量。