Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания - RU2349783C1

Чертежи

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания, имеющего первый механизм впрыска топлива (инжектор внутри цилиндра) для впрыскивания топлива в цилиндр и второй механизм впрыска топлива (инжектор впускного трубопровода) для впрыскивания топлива во впускной трубопровод или впускное отверстие, и, в частности, относится к техническому приему определения соотношения впрыска топлива между первым и вторым механизмами впрыска топлива.

Уровень техники

Известен двигатель внутреннего сгорания, имеющий первый инжекторный клапан подачи топлива (инжектор впускного трубопровода в предшествующем уровне техники), предназначенный для впрыскивания топлива во впускной трубопровод двигателя, и второй инжекторный клапан подачи топлива (инжектор внутри цилиндра в предшествующем уровне техники), предназначенный для постоянного впрыскивания топлива в камеру сгорания двигателя, и выполненный с возможностью прекращения впрыска топлива из первого инжекторного клапана подачи топлива (инжектора впускного трубопровода), когда нагрузка двигателя является более низкой, чем заданная нагрузка, и осуществления впрыска топлива из первого инжекторного клапана подачи топлива (инжектора впускного трубопровода), когда нагрузка двигателя превышает установленную нагрузку.

В области двигателей внутреннего сгорания известен двигатель, выполненный с возможностью переключения между горением при послойном распределении заряда и однородным горением в соответствии с его рабочим состоянием. При горении при послойном распределении заряда топливо впрыскивается из инжектора внутри цилиндра в течение такта сжатия для образования многослойной воздушно-топливной смеси локально вокруг свечи зажигания для медленного горения топлива. При однородном горении топливо распространяется в камере сгорания для образования однородной воздушно-топливной смеси для горения топлива.

В публикации выложенной заявки на патент Японии № 2001020837 раскрыто устройство регулирования непосредственного впрыска топлива для двигателя, который осуществляет переключение между горением при послойном распределении заряда и однородным горением в соответствии с рабочим состоянием и который имеет главный инжекторный клапан подачи топлива для впрыскивания топлива непосредственно в камеру сгорания и вспомогательный инжекторный клапан подачи топлива для впрыскивания топлива во впускное отверстие каждого цилиндра. Это устройство регулирования непосредственного впрыска топлива для двигателя характеризуется тем, что соотношение впрыска топлива между главным инжекторным клапаном подачи топлива и вспомогательным инжекторным клапаном подачи топлива устанавливается переменным способом, основываясь на рабочем состоянии двигателя.

В соответствии с этим устройством регулирования непосредственного впрыска топлива для двигателя горение при послойном распределении заряда осуществляется с использованием только главного инжекторного клапана подачи топлива, впрыскивающего топливо непосредственно в камеру сгорания, в то время как однородное горение осуществляется с использованием как главного инжекторного клапана подачи топлива, так и вспомогательного инжекторного клапана подачи топлива (или в некоторых случаях с использованием только вспомогательного инжекторного клапана подачи топлива). Это может сохранять пропускную способность главного инжекторного клапана подачи топлива малой, даже для двигателя большой мощности. Линейность в характеристике продолжительности впрыскивания топлива/количества впрыска главного инжекторного клапана подачи топлива в области низкой нагрузки, такой как при режиме холостого хода, улучшается, что, в свою очередь, улучшает точность управления количеством впрыска топлива. Соответственно, можно поддерживать благоприятное горение при послойном распределении заряда и таким образом повышать устойчивость работы при низкой нагрузке, такой как работа на холостом ходу. При однородном горении используются как главный, так и вспомогательный инжекторные клапаны подачи топлива, так что пользуются и преимуществом прямого впрыска топлива, и преимуществом впрыска через впускное отверстие. Соответственно, также может поддерживаться благоприятное однородное горение.

В устройстве регулирования непосредственного впрыска топлива для двигателя, раскрытого в публикации выложенной заявки на патент Японии №2001020837, горение при послойном распределении заряда и однородное горение используются в соответствии с ситуациями, что усложняет управление зажиганием, управление впрыском и управление дросселем и требует программ управления, которые соответствуют соответственному способу горения. В частности, после выполнения переключения между способами горения, средства управления требуют значительных изменений, делая трудным реализацию требуемого средства управления (топливной экономичностью, характеристикой очистки выбросов) во время перехода. Дополнительно, в области горения при послойном распределении заряда, где выполняется медленное горение, трехвариантный катализатор не работает, и в этом случае должен использоваться слабый катализатор NOx, что приводит к увеличению стоимости.

Основываясь на вышеизложенном, был разработан двигатель прямого впрыска, который имеет только инжектор внутри цилиндра, чтобы выполнять однородное горение во всей области, без сопровождающего горения при послойном распределении заряда, и который, таким образом, не нуждается в управлении для переключения между горением при послойном распределении заряда и однородным горением и не требует дорогостоящего слабого катализатора NOx.

Однако в таком двигателе прямого впрыска однородное горение выполняется по всей области, с использованием только инжектора внутри цилиндра. Это может приводить к недостаточной однородности и большим колебаниям вращающего момента в малооборотном состоянии и состоянии высокой нагрузки двигателя. Описанная выше публикация выложенной заявки на патент Японии №2001020837 просто раскрывает, что в области, где выполняется однородное горение, соотношение количества топлива, впрыскиваемого из вспомогательного инжекторного клапана подачи топлива, впрыскивающего топливо во впускное отверстие, относительно полного количества впрыскиваемого топлива увеличивается в соответствии с увеличением отдаваемой мощности двигателя (числа оборотов двигателя и нагрузки), что не может обеспечить решение описанных выше проблем.

Краткое описание изобретения

Целью настоящего изобретения является создание устройства управления для двигателя внутреннего сгорания, производящего впрыск топлива с использованием одного или обоих из первого механизма впрыска топлива для впрыскивания топлива в цилиндр и второго механизма впрыска топлива для впрыскивания топлива во впускной трубопровод, способного решить проблему, связанную с комбинацией горения при послойном распределении заряда и однородного горения, а также способного решить проблему, связанную с однородным горением в двигателе с прямым впрыском.

Устройство управления согласно настоящему изобретению управляет двигателем внутреннего сгорания, имеющим первый механизм впрыска топлива для впрыскивания топлива в цилиндр и второй механизм впрыска топлива для впрыскивания топлива во впускной трубопровод. Устройство управления включает в себя блок определения для определения того, что двигатель внутреннего сгорания находится в состоянии нормальной работы, и блок управления для управления первым и вторым механизмами впрыска топлива, основываясь на информации, связанной с рабочим состоянием двигателя внутреннего сгорания, таким образом, что выполняется исключительно однородное горение, когда определено, что двигатель внутреннего сгорания находится в состоянии нормальной работы. Информация указывает на то, что первый механизм впрыска топлива имеет увеличенное соотношение впрыска топлива, когда число оборотов двигателя смещается к заданному высокому диапазону.

В соответствии с этим изобретением, когда первый механизм впрыска топлива (например, инжектор внутри цилиндра) и второй механизм впрыска топлива (например, инжектор впускного трубопровода) оба используются для впрыска топлива, соотношением впрыска топлива между инжектором внутри цилиндра и инжектором впускного трубопровода управляют, основываясь на рабочем состоянии двигателя внутреннего сгорания (определяемым, например, числом оборотов двигателя и его нагрузкой), которое устанавливается отдельно, например, для теплого состояния и холодного состояния двигателя внутреннего сгорания. Это может реализовывать однородное горение по всей области, так что традиционная проблема решена. Следует отметить, что примером рабочего состояния, отличающегося от состояния нормальной работы, может быть действие прогрева катализатора при режиме холостого хода. В частности, в области низкого числа оборотов и высокой нагрузки смешивание воздушно-топливной смеси, образуемой топливом, впрыскиваемым из инжектора внутри цилиндра, является недостаточным, и такая неоднородная воздушно-топливная смесь внутри камеры сгорания может приводить к неустойчивому горению. Соответственно, в настоящем изобретении соотношение впрыска топлива из инжектора внутри цилиндра увеличивается, когда увеличивается число оборотов двигателя, где такая проблема вряд ли возникнет. В результате, можно обеспечить устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, в котором впрыск топлива осуществляется с использованием одного или обоих из первого механизма впрыска топлива для впрыскивания топлива в цилиндр и второго механизма впрыска топлива для впрыскивания топлива во впускной трубопровод, которое может решить проблему, связанную с комбинацией горения при послойном распределении заряда и однородного горения, а также проблему, связанную с однородным горением в случае двигателя прямого впрыска. Следует отметить, что настоящее изобретение, в общем, эквивалентно уменьшению соотношения впрыска топлива первого механизма впрыска топлива в состоянии двигателя, перемещающегося к заданной области низкого числа оборотов.

Предпочтительно, информация устанавливается так, что области управления первого и второго механизмов впрыска топлива изменяются с изменением температуры двигателя внутреннего сгорания. В этом случае устройство управления дополнительно включает в себя блок измерения для измерения температуры двигателя внутреннего сгорания, и блок управления управляет механизмами впрыска топлива, основываясь на измеренной температуре и информации.

В соответствии с этим изобретением соотношение впрыска топлива между инжектором внутри цилиндра и инжектором впускного трубопровода устанавливается на основании температуры двигателя внутреннего сгорания (например, отдельно для теплого состояния и холодного состояния двигателя внутреннего сгорания), или соотношение впрыска топлива между ними устанавливается с использованием температуры двигателя внутреннего сгорания в качестве параметра. Таким образом, делая области инжекторов топливоснабжения различных характеристик изменяющимися в соответствии с температурой двигателя внутреннего сгорания, можно обеспечить устройство управления для двигателя внутреннего сгорания высокой эффективности, имеющего двойные инжекторы.

Более предпочтительно, информация устанавливается так, что область управления второго механизма впрыска топлива расширяется, чтобы включать в себя область более высокого числа оборотов двигателя, когда температура двигателя внутреннего сгорания является более низкой.

В соответствии с этим изобретением скопление нагара в инжекторе внутри цилиндра дополнительно ограничивается, поскольку температура двигателя внутреннего сгорания является более низкой. Таким образом, можно обеспечить большую область впрыска для инжектора впускного трубопровода (включающую в себя область, где используются и инжектор впускного трубопровода, и инжектор внутри цилиндра), что может улучшать однородность воздушно-топливной смеси.

Более предпочтительно, информация указывает на то, что первый механизм впрыска топлива имеет уменьшающееся соотношение впрыска топлива при смещении нагрузки двигателя к заданному высокому диапазону.

В соответствии с настоящим изобретением в области низкого числа оборотов и высокой нагрузки смешивание воздушно-топливной смеси, образуемое топливом, впрыскиваемым из инжектора внутри цилиндра, является недостаточным, и такая неоднородная воздушно-топливная смесь внутри камеры сгорания может приводить к неустойчивому горению. Соответственно, в настоящем изобретении соотношение впрыска топлива инжектора внутри цилиндра уменьшается при смещении нагрузки двигателя к области высокой нагрузки, где возникает такая проблема. Это может снижать колебание выработки вращающего момента от двигателя, которое характерно для неустойчивого горения. Следует отметить, что настоящее изобретение, в общем, эквивалентно увеличению соотношения впрыска топлива первого механизма впрыска топлива при смещении нагрузки двигателя к заданной области низкой нагрузки.

Более предпочтительно, блок определения решает, что двигатель внутреннего сгорания находится в состоянии неоптимального режима при действии прогрева катализатора при режиме холостого хода. В этом случае блок управления дополнительно включает в себя регулятор состояния неоптимального режима, управляющий первым механизмом впрыска топлива, чтобы выполнять горение при послойном распределении заряда в состоянии неоптимального режима.

Согласно изобретению при действии прогрева катализатора, идентифицируемого как состояние неоптимального режима, прогрев катализатора активизируется с помощью горения при послойном распределении заряда, в то время как однородное горение выполняется при остальных нормальных режимах работы (как в теплом состоянии, так и в холодном состоянии двигателя внутреннего сгорания). Это предотвращает усложнение управления.

Как используется здесь, горение при послойном распределении заряда включает в себя как горение при послойном распределении заряда, так и горение наполовину при послойном распределении заряда. При горении наполовину при послойном распределении заряда инжектор впускного трубопровода вводит топливо в такте впуска, чтобы производить обедненную и однородную воздушно-топливную смесь во всей камере сгорания, а затем инжектор внутри цилиндра вводит топливо в такте сжатия, чтобы производить обогащенную воздушно-топливную смесь вокруг свечи зажигания, улучшая таким образом режим горения. Такое горение наполовину при послойном распределении заряда является предпочтительным при действии прогрева катализатора по следующим причинам. При действии прогрева катализатора необходимо значительно задерживать установку опережения зажигания и поддерживать режим хорошего горения (режим холостого хода), чтобы заставить высокотемпературный отработавший газ достигать катализатора. Дополнительно, необходимо подавать некоторое количество топлива. Если используется горение при послойном распределении заряда, чтобы удовлетворять этим требованиям, это количество топлива будет недостаточным. С однородным горением уменьшенная величина для цели поддержания режима хорошего горения является небольшой по сравнению со случаем горения при послойном распределении заряда. По этим причинам описанное выше горение наполовину при послойном распределении заряда предпочтительно используется при действии прогрева катализатора, хотя может использоваться любое из горения при послойном распределении заряда и горения наполовину при послойном распределении заряда.

Более предпочтительно, информация устанавливается так, что используется один первый механизм впрыска топлива в заданной области низкой нагрузки двигателя, когда температура двигателя внутреннего сгорания является высокой.

В теплом состоянии двигателя внутреннего сгорания температура в отверстии для впрыска инжектора внутри цилиндра является высокой, и нагар, вероятно, скапливается в отверстии для впрыска. Однако согласно изобретению благодаря вводу топлива с использованием инжектора внутри цилиндра можно понизить температуру в отверстии для впрыска, таким образом предотвращая там скопление нагара. Дополнительно, можно обеспечить минимальное количество впрыска топлива при впрыске внутри цилиндра, в то же время предотвращая засорение инжектора внутри цилиндра. Соответственно, однородное горение реализуется в соответствующей области с использованием инжектора внутри цилиндра.

Более предпочтительно, информация устанавливается так, что используется один второй механизм впрыска топлива в заданной области низкой нагрузки двигателя, когда температура двигателя внутреннего сгорания является низкой.

В холодном состоянии двигателя внутреннего сгорания, если его нагрузка является низкой, количество всасываемого воздуха является малым, и топливо вряд ли будет распыляться. В такой области трудно обеспечить хорошее горение при впрыске топлива с использованием инжектора внутри цилиндра. Помимо этого, в частности, в области низкой нагрузки и низкого числа оборотов высокая отдаваемая мощность с использованием инжектора внутри цилиндра не нужна. Поэтому согласно изобретению вместо инжектора внутри цилиндра используется исключительно инжектор впускного трубопровода для впрыска топлива в соответствующей области, что может улучшать однородность воздушно-топливной смеси.

Более предпочтительно, информация включает в себя информацию, указывающую соотношение впрыска топлива между первым и вторым механизмами впрыска топлива, которое определяется числом оборотов двигателя и коэффициентом нагрузки двигателя внутреннего сгорания.

В соответствии с настоящим изобретением соотношение впрыска топлива между инжектором внутри цилиндра и инжектором впускного трубопровода определяется на основании числа оборотов двигателя и коэффициента нагрузки двигателя внутреннего сгорания, и в состоянии нормальной работы реализуется однородное горение с любым числом оборотов двигателя и любым коэффициентом нагрузки.

Более предпочтительно, первый механизм впрыска топлива представляет собой инжектор внутри цилиндра, а второй механизм впрыска топлива представляет собой инжектор впускного трубопровода.

Согласно настоящему изобретению можно создать устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, в котором впрыск топлива осуществляется с использованием инжектора внутри цилиндра в качестве первого механизма впрыска топлива и инжектора впускного трубопровода в качестве второго механизма впрыска топлива, которые выполнены отдельно, посредством чего можно решить проблему, связанную с комбинацией горения при послойном распределении заряда и однородного горения, а также проблему, связанную с однородным горением в двигателе с прямым впрыском.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематическая конфигурация системы двигателя, управляемой устройством управления согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - карта отображения соотношения прямого впрыскивания (ПВ) для теплого состояния, которая сохраняется в электронном блоке управления (ЭБУ) двигателя, реализующем устройство управления согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.3 - карта отображения соотношения прямого впрыскивания для холодного состояния, которая сохраняется в электронном блоке управления двигателя, реализующем устройство управления согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4 - блок-схема процесса, иллюстрирующая управляющую структуру программы, которая выполняется электронным блоком управления двигателя, реализующим устройство управления согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Наилучший способ реализации изобретения

Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи. В последующем описании одни и те же части имеют одинаковые ссылочные позиции, а также имеют одинаковые названия и функции. Таким образом, их подробное описание повторяться не будет.

На Фиг.1 схематически показана конфигурация системы двигателя, которая управляется электронным блоком управления (ЭБУ) двигателя, реализующим устройство управления для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На Фиг.1 показан однорядный четырехцилиндровый бензиновый двигатель, хотя настоящее изобретение не ограничено применением такого двигателя.

Как показано на Фиг.1, двигатель 10 включает в себя четыре цилиндра 112, каждый из которых подсоединен через соответствующий впускной трубопровод 20 к общему уравнительному резервуару 30. Уравнительный резервуар 30 подсоединен через впускной канал 40 к воздухоочистителю 50. Во впускном канале 40 выполнен расходомер 42 для воздуха, при этом во впускном канале 40 также выполнена дроссельная заслонка 70, приводимая в действие электродвигателем 60. Дроссельная заслонка 70 имеет свою степень открытия, управляемую на основании выходного сигнала электронного блока 300 управления двигателя, независимо от педали 100 управления дроссельной заслонкой. Каждый цилиндр 112 связан с общим выпускным трубопроводом 80, который соединен с трехвариантным каталитическим дожигателем 90 отработавших газов.

Каждый цилиндр 112 снабжен инжектором 110 внутри цилиндра для впрыскивания топлива в цилиндр и инжектором 120 впускного трубопровода для впрыскивания топлива во впускное отверстие или/и впускной трубопровод. Инжекторы 110 и 120 управляются на основании выходных сигналов от электронного блока 300 управления двигателя. Дополнительно, инжектор 110 внутри цилиндра в каждом цилиндре подсоединен к общей трубке 130 подачи топлива. Трубка 130 подачи топлива соединена с топливным насосом 150 высокого давления такого типа, который приводится в действие двигателем, через контрольный клапан 140, который обеспечивает протекание в направлении к трубке 130 подачи топлива. Согласно этому варианту осуществления изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания, имеющий два установленных отдельно инжектора, хотя настоящее изобретение не ограничивается таким двигателем внутреннего сгорания. Например, двигатель внутреннего сгорания может иметь один инжектор, который может производить как впрыск внутрь цилиндра, так и впрыск впускного трубопровода.

Как показано на Фиг.1, нагнетательная сторона топливного насоса 150 высокого давления подсоединена через электромагнитный перепускной клапан 152 к стороне входа топливного насоса 150 высокого давления. При уменьшении степени открытия электромагнитного перепускного клапана 152 увеличивается количество топлива, подаваемого от топливного насоса 150 высокого давления в трубку 130 подачи топлива. Когда электромагнитный перепускной клапан 152 полностью открыт, прекращается топливоснабжение от топливного насоса 150 высокого давления в трубку 130 подачи топлива. Электромагнитный перепускной клапан 152 управляется на основании выходного сигнала электронного блока 300 управления двигателя.

Каждый инжектор 120 впускного трубопровода подсоединен к общей трубке 160 подачи топлива на стороне низкого давления. Трубка 160 подачи топлива и топливный насос 150 высокого давления подсоединены через общий регулятор 170 давления топлива к топливному насосу 180 низкого давления такого типа, который приводится в действие электродвигателем. Дополнительно, топливный насос 180 низкого давления подсоединен через топливный фильтр 190 к топливному баку 200. Регулятор 170 давления топлива выполнен с возможностью возвращения части топлива, выпускаемого из топливного насоса 180 низкого давления, обратно в топливный бак 200, когда давление топлива, выпускаемого из топливного насоса 180 низкого давления, превышает заданное давление топлива. Это предотвращает увеличение как давления топлива, подаваемого инжектором 120 впускного трубопровода, так и давления топлива, подаваемого топливным насосом 150 высокого давления, до уровня, превышающего вышеописанный уровень заданного давления топлива.

Электронный блок 300 управления двигателя реализован с помощью цифровой вычислительной машины и включает в себя ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 320, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 330, ЦП (центральный процессор) 340, порт 350 ввода и порт 360 вывода, которые связаны друг с другом через двунаправленную шину 310.

Расходомер 42 для воздуха производит выходное напряжение, которое пропорционально количеству всасываемого воздуха, и это выходное напряжение вводится через аналого-цифровой преобразователь (А/Ц преобразователь) 370 в порт 350 ввода. Датчик 380 температуры хладагента подсоединен к двигателю 10 и производит выходное напряжение, пропорциональное температуре хладагента двигателя, которое вводится через А/Ц преобразователь 390 в порт 350 ввода.

Датчик 400 давления топлива подсоединен к трубке 130 подачи топлива и производит выходное напряжение, пропорциональное давлению топлива в трубке 130 подачи топлива, которое вводится через А/Ц преобразователь 410 в порт 350 ввода. Датчик 420 соотношения воздуха к топливу подсоединен к выпускному трубопроводу 80, расположенному впереди трехвариантного каталитического дожигателя 90 отработавших газов. Датчик 420 соотношения воздуха к топливу производит выходное напряжение, пропорциональное концентрации кислорода в отработавшем газе, которое вводится через А/Ц преобразователь 430 в порт 350 ввода.

Датчик 420 соотношения воздуха к топливу системы двигателя согласно настоящему варианту осуществления является датчиком соотношения воздуха к топливу по всему диапазону (датчиком линейного соотношения воздуха к топливу), который производит выходное напряжение, пропорциональное соотношению воздуха к топливу воздушно-топливной смеси, сжигаемой в двигателе 10. В качестве датчика 420 соотношения воздуха к топливу может использоваться датчик О₂, который обнаруживает по принципу "включено - выключено", является ли соотношение воздуха к топливу воздушно-топливной смеси, сжигаемой в двигателе 10, обогащенным или обедненным относительно теоретического соотношения воздуха к топливу.

Педаль 100 управления дроссельной заслонкой подсоединена к датчику 440 положения педали управления дроссельной заслонкой, который производит выходное напряжение, пропорциональное степени нажатия на педаль 100 управления дроссельной заслонкой, которое вводится через А/Ц преобразователь 450 в порт 350 ввода. Дополнительно, к порту 350 ввода подсоединен датчик 460 числа оборотов двигателя, производящий выходной импульс, отображающий число оборотов двигателя. ПЗУ 320 из электронного блока 300 управления двигателя предварительно запоминает, в форме карты отображения, значения количества впрыска топлива, которые устанавливаются в связи с рабочими состояниями на основании коэффициента нагрузки двигателя и числа оборотов двигателя, полученных с помощью описанных выше датчика 440 положения педали управления дроссельной заслонкой и датчика 460 числа оборотов двигателя, и величины поправки которой устанавливаются на основании температуры хладагента двигателя.

Теперь со ссылкой на Фиг.2 и 3 будут описаны карты отображения, каждая из которых иллюстрирует соотношение впрыска топлива между инжектором 110 внутри цилиндра и инжектором 120 впускного трубопровода, идентифицированное как информация, связанная с рабочим состоянием двигателя 10. Здесь, соотношение впрыска топлива между этими двумя инжекторами будет также выражено, как соотношение количества топлива, впрыскиваемого из инжектора 110 внутри цилиндра, к полному количеству впрыскиваемого топлива, которое упоминается, как "соотношение впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра", или "соотношение прямого впрыскивания (ПВ) (r)". Карты отображения сохраняются в ПЗУ 320 электронного блока 300 управления двигателя. На Фиг.2 проиллюстрирована карта отображения для теплого состояния двигателя 10, а на Фиг.3 проиллюстрирована карта отображения для холодного состояния двигателя 10.

На картах отображения, показанных на Фиг.2 и 3, с горизонтальной осью, отображающей число оборотов двигателя 10, и вертикальной осью, отображающей коэффициент нагрузки, соотношение впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра, или соотношение прямого впрыскивания (ПВ) r, выражено в процентах.

Как показано на Фиг.2 и 3, соотношение ПВ r устанавливается для каждой рабочей области, которая определяется числом оборотов двигателя и коэффициентом нагрузки двигателя 10. Выражение "соотношение ПВ r=100%" представляет область, где впрыск топлива осуществляется с использованием только инжектора 110 внутри цилиндра, а выражение "соотношение ПВ r=0%" представляет область, где впрыск топлива осуществляется с использованием только инжектора 120 впускного трубопровода. Каждое из выражений "соотношение ПВ r≠0%", "соотношение ПВ r≠100%" и "0% < соотношение ПВ r<100%" представляет область, где впрыск топлива осуществляется с использованием и инжектора 110 внутри цилиндра, и инжектора 120 впускного трубопровода. В общем, инжектор 110 внутри цилиндра способствует увеличению характеристики отдаваемой мощности, в то время как инжектор 120 впускного трубопровода способствует однородности воздушно-топливной смеси. Эти два вида инжекторов, имеющих различные характеристики, выбирают соответствующим образом в зависимости от числа оборотов двигателя и коэффициента нагрузки двигателя 10 так, чтобы производилось только однородное горение в состоянии нормальной работы двигателя 10 (отличающегося от неоптимального режима работы, такого, например, как состояние прогрева катализатора во время холостого хода) (что соответствует первому изобретению).

Дополнительно, как показано на Фиг.2 и 3, соотношение впрыска топлива между инжектором 110 внутри цилиндра и инжектором 120 впускного трубопровода определено, как соотношение ПВ r, индивидуально на картах отображения для теплого состояния и холодного состояния двигателя. Карты отображения сконфигурированы так, чтобы показывать различные области управления инжектора 110 внутри цилиндра и инжектора 120 впускного трубопровода при изменениях температуры двигателя 10. Когда обнаруживается температура двигателя 10, которая равна или превышает заданное пороговое значение температуры, выбирается карта отображения для теплого состояния, показанная на Фиг.2; иначе, выбирается карта отображения для холодного состояния, показанная на Фиг.3. Один или оба из инжектора 110 внутри цилиндра и инжектора 120 впускного трубопровода управляются на основании выбранной карты отображения и в соответствии с числом оборотов двигателя и коэффициентом нагрузки двигателя 10 (что соответствует второму изобретению).

Теперь будут описаны число оборотов двигателя и коэффициент нагрузки двигателя 10, установленные на Фиг.2 и 3. На Фиг.2 значение NE(1) установлено на величину 2500-2700 оборотов в минуту, значение KL(1) установлено на величину 30-50%, а значение KL(2) установлено на величину 60-90%. На Фиг.3 значение NE(3) установлено на величину 2900-3100 оборотов в минуту. То есть NE(1) < NE(3). Значение NE(2) на Фиг.2, так же как значения KL(3) и KL(4) на Фиг.3, тоже установлено соответствующим образом.

При сравнении Фиг.2 и Фиг.3 видно, что значение NE(3) на карте отображения для холодного состояния, показанного на Фиг.3, больше, чем значение NE(1) на карте отображения для теплого состояния, показанного на Фиг.2. Это показывает, что, когда температура двигателя 10 является более низкой, область управления инжектором 120 впускного трубопровода расширяется, включая в себя область более высокого числа оборотов двигателя (что соответствует третьему изобретению). То есть, когда двигатель 10 является холодным, нагар вряд ли скапливается в отверстии для впрыска инжектора 110 внутри цилиндра (даже если топливо из инжектора 110 внутри цилиндра не впрыскивается). Таким образом, область, где впрыск топлива должен выполняться с использованием инжектора 120 впускного трубопровода, может быть расширена, улучшая тем самым однородность.

При сравнении Фиг.2 и Фиг.3 видно, что "соотношение ПВ r=100%" поддерживается в области, где число оборотов двигателя 10 равно или превышает значение NE(1) на карте отображения для теплого состояния, и в области, где число оборотов двигателя составляет NE(3) или выше на карте отображения для холодного состояния. Дополнительно, за исключением области низкого числа оборотов, "соотношение ПВ r=100%" поддерживается в области, где коэффициент нагрузки составляет KL(2) или больше на карте отображения для теплого состояния, и в области, где коэффициент нагрузки составляет KL(4) или больше на карте отображения для холодного состояния. Это означает, что впрыск топлива осуществляется с использованием только инжектора 110 внутри цилиндра в области, где число оборотов двигателя находится на заданном высоком уровне, и что впрыск топлива часто осуществляется с использованием только инжектора 110 внутри цилиндра в области, где нагрузка двигателя находится на заданном высоком уровне. Однако в состоянии низкого числа оборотов и в состоянии высокой нагрузки смешивание воздушно-топливной смеси, образуемой топливом, впрыскиваемым из инжектора 110 внутри цилиндра, является недостаточным, и такая неоднородная воздушно-топливная смесь внутри камеры сгорания может приводить к неустойчивому горению. Соответственно, соотношение впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра увеличивается с увеличением числа оборотов двигателя, где такая проблема вряд ли произойдет (что соответствует первому изобретению), принимая во внимание, что соотношение впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра уменьшается при увеличении нагрузки двигателя, где такая проблема, вероятно, может произойти (что соответствует четвертому изобретению). Эти изменения в соотношении впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра, или в соотношении ПВ r, показаны пересекающимися стрелками на Фиг.2 и 3. Таким образом, колебание в выходном крутящем моменте двигателя, относящееся к неустойчивому горению, может быть подавлено. Следует отметить, что эти меры приблизительно эквивалентны мерам уменьшения соотношения впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра, когда состояние двигателя перемещается к предварительно определенной области низкого числа оборотов, или увеличения соотношения впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра, когда состояние двигателя перемещается к заданной низкой области нагрузки. Кроме того, за исключением соответствующей области (обозначенной пересекающимися стрелками на Фиг.2 и 3), в области, где осуществляется впрыск топлива с использованием только инжектора 110 внутри цилиндра (на стороне высокой скорости и на стороне низкой нагрузки), однородная воздушно-топливная смесь получается без труда, даже когда впрыск топлива осуществляется с использованием только инжектора 110 внутри цилиндра. В этом случае топливо, впрыскиваемое из инжектора 110 внутри цилиндра, распыляется внутри камеры сгорания, вовлекая латентную теплоту испарения (посредством поглощения теплоты из камеры сгорания). Соответственно, температура воздушно-топливной смеси уменьшается на стороне сжатия, и, таким образом, антидетонационная характеристика улучшается. Дополнительно, с понижением температуры камеры сгорания эффективность впуска улучшается, приводя к большой выходной мощности.

На карте отображения для теплого состояния с Фиг.2 впрыск топлива также осуществляется с использованием только инжектора 110 внутри цилиндра, когда коэффициент нагрузки составляет величину KL(1) или меньше. Это показывает, что инжектор 110 внутри цилиндра используется один в заданной области низкой нагрузки, когда температура двигателя 10 является высокой (что соответствует шестому изобретению). Когда двигатель 10 находится в теплом состоянии, нагар, вероятно, скапливается в отверстии для впрыска инжектора 110 внутри цилиндра. Однако, когда впрыск топлива осуществляется с использованием инжектора 110 внутри цилиндра, температура отверстия для впрыска может быть понижена, посредством чего накопление нагара предотвращается. Дополнительно, засорение инжектора 110 внутри цилиндра может быть предотвращено при обеспечении минимального количества впрыска топлива через него. Таким образом, используется только инжектор 110 внутри цилиндра в соответствующей области.

При сравнении Фиг.2 и Фиг.3 видно, что область "соотношение ПВ r=0%" имеется только на карте отображения для холодного состояния на Фиг.3. Это показывает, что впрыск топлива осуществляется с использованием только инжектора 120 впускного трубопровода в области заданной низкой нагрузки (равной KL(3) или менее), когда температура двигателя 10 является низкой (что соответствует седьмому изобретению). Когда двигатель 10 является холодным, нагрузка - низкой, а количество всасываемого воздуха -малым, распыление топлива вряд ли произойдет. В такой области трудно обеспечить благоприятное горение с впрыском топлива из инжектора 110 внутри цилиндра. Дополнительно, в частности, в области низкой нагрузки и малого числа оборотов не нужна большая отдаваемая мощность с использованием инжектора 110 внутри цилиндра. Соответственно, впрыск топлива осуществляется в соответствующей области скорее с использованием одного инжектора 120 впускного трубопровода, чем с использованием инжектора 110 внутри цилиндра.

Дополнительно, при работе, отличающейся от нормальной работы, то есть в состоянии прогрева катализатора в режиме холостого хода двигателя 10 (состояние неоптимального режима), инжектор 110 внутри цилиндра управляется так, чтобы выполнять горение при послойном распределении заряда (что соответствует пятому изобретению). Благодаря образованию горения при послойном распределении заряда при прогреве катализатора прогрев катализатора активизируется, и таким образом улучшается характеристика выброса отработавших газов.

В двигателе 10 однородное горение достигается посредством установления выбора времени впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра в такте впуска, в то время как горение при послойном распределении заряда достигается установлением его в такте сжатия. То есть, когда выбор времени впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра устанавливают в такте сжатия, обогащенная воздушно-топливная смесь может быть расположена локально вокруг свечи зажигания таким образом, чтобы обедненная воздушно-топливная смесь в камере сгорания в целом воспламенялась, чтобы реализовать горение при послойном распределении заряда. Даже если выбор времени впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра устанавливают в такте впуска, может быть реализовано горение при послойном распределении заряда, если возможно расположить богатую воздушно-топливную смесь локально вокруг свечи зажигания.

Как используется здесь, горение при послойном распределении заряда включает в себя как горение при послойном распределении заряда, так и горение наполовину при послойном распределении заряда. При горении наполовину при послойном распределении заряда инжектор 120 впускного трубопровода вводит топливо в такте впуска, чтобы производить обедненную и однородную воздушно-топливную смесь во всей камере сгорания, а затем инжектор 110 внутри цилиндра вводит топливо в такте сжатия, производя обогащенную воздушно-топливную смесь вокруг свечи зажигания, чтобы улучшить режим горения. Такое горение наполовину при послойном распределении заряда является предпочтительным при действии прогрева катализатора по следующим причинам. При действии прогрева катализатора необходимо значительно задерживать установление времени зажигания и сохранять благоприятное состояние горения (состояние холостого хода), чтобы заставить высокотемпературный отработавший газ достигать катализатора. Дополнительно, необходимо подавать некоторое количество топлива. Если используется горение при послойном распределении заряда, чтобы удовлетворять этим требованиям, количество топлива будет недостаточным. При однородном горении запаздывающее количество для цели поддержания благоприятного горения мало по сравнению со случаем горения при послойном распределении заряда. По этим причинам при действии прогрева катализатора предпочтительно используется описанное выше горение наполовину при послойном распределении заряда, хотя может использоваться любое из горения при послойном распределении заряда и горения наполовину при послойном распределении заряда.

Теперь со ссылкой на Фиг.4 будет описана управляющая структура программы, которая выполняется электронным блоком 300 управления двигателя, реализующим устройство управления в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На этапе (в дальнейшем сокращенно обозначаемом как "S") 100 электронный блок 300 управления двигателя определяет температуру THW хладагента двигателя на основании данных, вводимых от датчика 380 температуры хладагента. На этапе S110 электронный блок 300 управления двигателя определяет, является ли обнаруженная температура THW хладагента двигателя равной или превышающей заданное пороговое значение температуры THW (ТН), которое может быть установлено, например, на величину 70°С-90°С. Если температура THW хладагента двигателя равна или превышает пороговое значение температуры THW (ТН) ("ДА" на S110), процесс переходит к этапу S120. Если нет ("НЕТ" на S110), процесс переходит к этапу S130.

На этапе S120 электронный блок 300 управления двигателя выбирает карту отображения для теплого состояния (см. Фиг.2).

На этапе S130 электронный блок 300 управления двигателя выбирает карту отображения для холодного состояния (см. Фиг.3).

На этапе S140 электронный блок 300 управления двигателя вычисляет соотношение ПВ r из числа оборотов двигателя и коэффициента нагрузки двигателя 10 на основании выбранной карты отображения. Число оборотов двигателя 10 вычисляется на основании данных, вводимых от датчика 460 числа оборотов двигателя, а коэффициент нагрузки вычисляется на основании данных, вводимых от датчика 440 положения педали управления дроссельной заслонкой, а также эксплуатационного состояния транспортного средства.

На этапе S150 электронный блок 300 управления двигателя вычисляет количество впрыска топлива и регулирование впрыска по времени для инжектора 110 внутри цилиндра, если соотношение ПВ r=100%, вычисляет количества впрыска топлива и регулирования впрыска по времени для инжектора 120 впускного трубопровода, если соотношение ПВ r=0%, или вычисляет количества впрыска топлива и регулирования впрыска по времени для инжектора 110 внутри цилиндра и инжектора 120 впускного трубопровода, если соотношение ПВ r≠0% или соотношение ПВ r≠100% (0% < соотношение ПВ r<100%).

На этапе S160 электронный блок 300 управления двигателя управляет инжектором 110 внутри цилиндра и инжектором 120 впускного трубопровода на основании расчетного количества (количеств) впрыска топлива и регулирования (регулирований) впрыска по времени, чтобы производить впрыск топлива.

Теперь на основании описанных выше структуры и блок-схемы процесса будет описана работа двигателя 10, управляемого электронным блоком 300 управления двигателя, реализующим устройство управления для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему варианту осуществления изобретения.

[При запуске двигателя]

Например, непосредственно после запуска двигателя 10, причем двигатель 10 является холодным, электронный блок 300 управления двигателя управляет двигателем 10, предполагая, что он находится в состоянии неоптимального режима, который не соответствует ни одной из Фиг.2-4. В этом состоянии катализатор неактивен, и следует избегать выделения отработавшего газа в атмосферу. Таким образом, двигатель вводит режим горения при послойном распределении заряда, и топливо впрыскивается из инжектора 110 внутри цилиндра, чтобы реализовать горение при послойном распределении заряда. Горение при послойном распределении заряда в этом случае продолжается от нескольких секунд до нескольких десятков секунд.

Следует отметить, что горение при послойном распределении заряда здесь включает в себя и горение при послойном распределении заряда, и горение наполовину при послойном распределении заряда, как описано выше.

[При холодном состоянии двигателя]

Температура двигателя 10 увеличивается после его запуска. Карта отображения для холодного состояния (Фиг.3) выбирается до тех пор, пока температура двигателя 10 (температура THW хладагента двигателя) не достигает заданного порогового значения температуры (например, 80°С) ("НЕТ" на этапе S110).

Соотношение впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра, то есть соотношение ПВ r, вычисляется на основании выбранной карты отображения для холодного состояния (Фиг.3), числа оборотов двигателя и коэффициента нагрузки двигателя 10. Полученное соотношение ПВ r используется для вычисления количества (количеств) впрыска топлива и регулирования (регулирований) впрыска по времени (S150), и на основании этого инжектор 110 внутри цилиндра и инжектор 120 впускного трубопровода управляются так, чтобы выполнять впрыск топлива. В этом состоянии однородное горение производится в любой области, показанной на Фиг.3.

[При теплом состоянии двигателя]

С дальнейшим увеличением, когда температура двигателя 10 (температура THW хладагента двигателя) становится равной или превышает заданное пороговое значение температуры (например, 80°С) ("ДА" на этапе S110), выбирается карта отображения для теплого состояния (Фиг.2).

Соотношение впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра, то есть соотношение ПВ r, вычисляется на основании выбранной карты отображения для теплого состояния (Фиг.2), числа оборотов двигателя и коэффициента нагрузки двигателя 10. На основании расчетного соотношения ПВ r вычисляются количество (количества) впрыска топлива и регулирование (регулирования) по времени впрыска (S150), и, основываясь на этом, инжектором 110 внутри цилиндра и инжектором 120 впускного трубопровода управляют так, чтобы выполнять впрыск топлива. В этом состоянии однородное горение производится в любой области, показанной на Фиг.2.

Как описано выше, в двигателе, управляемом электронным блоком управления двигателя согласно настоящему варианту осуществления, когда впрыск топлива осуществляется с использованием как инжектора внутри цилиндра, так и инжектора впускного трубопровода, соотношение впрыска топлива между ними управляется на основании карт отображения, которые подготовлены отдельно, например, для теплого состояния и для холодного состояния двигателя внутреннего сгорания и установлены в соответствии с числом оборотов двигателя и коэффициентом нагрузки двигателя. В это время управление соотношением впрыска топлива выполняется на основании карт отображения таким образом, что однородное горение реализуется по всей области. Соответственно, может быть решена обычная проблема, связанная с управлением переключением между горением при послойном распределении заряда и однородным горением, а также проблема, связанная с управлением однородным горением в двигателе с прямым впрыском.

Следует отметить, что инжектор 110 внутри цилиндра предпочтительно регулируется по времени для впрыскивания топлива в такте сжатия по следующей причине, хотя в описанном выше двигателе 10 выбор времени впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра устанавливается в такте впуска в главной области, соответствующей почти всей области (здесь, термин "главная область" относится к области, отличающейся от области, где производится горение наполовину при послойном распределении заряда, заставляя инжектор 120 впускного трубопровода вводить топливо в такте впуска и заставляя инжектор 110 внутри цилиндра вводить топливо в такте сжатия, что производится только в состоянии прогрева катализатора). Однако выбор времени впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра может быть временно установлен в такте сжатия для стабилизирования горения по следующим причинам.

Когда выбор времени впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра установлен в такте сжатия, воздушно-топливная смесь охлаждается впрыскиваемым топливом, в то время как температура в цилиндре является относительно высокой. Это улучшает охлаждающий эффект и, следовательно, антидетонационную характеристику. Дополнительно, когда выбор времени впрыска топлива инжектора 110 внутри цилиндра установлен в такте сжатия, период времени от впрыска топлива до зажигания короткий, что обеспечивает сильное проникновение впрыскиваемого топлива, так что интенсивность горения увеличивается. Усовершенствование относительно антидетонационной характеристики и увеличение интенсивности горения может предотвращать колебание в горении, и, таким образом, стабильность горения улучшается.

Должно быть понятно, что варианты осуществления, раскрытые в данном описании, во всех соотношениях являются иллюстративными, а не ограничивающими. Объем настоящего изобретения определяется формулой изобретения, а не приведенным выше описанием, и предполагается, что он включает в себя любые видоизменения в пределах этого объема, являющиеся эквивалентами относительно формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам управления двигателем внутреннего сгорания. Изобретение позволяет создать устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, производящего впрыск топлива с использованием одного или обоих из первого механизма впрыска топлива для впрыскивания топлива в цилиндр и второго механизма впрыска топлива для впрыскивания топлива во впускной трубопровод, способного решить проблему, связанную с комбинацией горения при послойном распределении заряда и однородного горения, а также способного решить проблему, связанную с однородным горением в двигателе с прямым впрыском. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания имеет первый механизм впрыска топлива для впрыскивания топлива в цилиндр и второй механизм впрыска топлива для впрыскивания топлива во впускной трубопровод и содержит блок определения для определения того, что двигатель внутреннего сгорания находится в состоянии нормальной работы, а не в состоянии холостого хода. Блок управления для управления первым и вторым механизмами впрыска топлива основывается на информации, связанной с рабочим состоянием двигателя внутреннего сгорания, таким образом, что выполняется исключительно однородное горение, когда определено, что двигатель внутреннего сгорания находится в состоянии нормальной работы. Упомянутая информация представляет собой информацию о том, что первый механизм впрыска топлива имеет соотношение впрыска топлива, увеличивающееся при смещении числа оборотов двигателя к заданному высокому диапазону. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, имеющего первое средство впрыска топлива для впрыскивания топлива в цилиндр и второе средство впрыска топлива для впрыскивания топлива во впускной трубопровод, содержит средство определения для определения того, что двигатель внутреннего сгорания находится в состоянии нормальной работы, а не в состоянии холостого хода, и средство управления для управления первым и вторым средствами впрыска топлива на основании информации, связанной с рабочим состоянием двигателя внутреннего сгорания, таким образом, что однородное горение выполняется исключительно тогда, когда определено, что двигатель внутреннего сгорания находится в состоянии нормальной работы. Упомянутая информация представляет собой информацию о том, что первое средство впрыска топлива имеет соотношение впрыска топлива, увеличивающееся при смещении числа оборотов двигателя к заданному высокому диапазону. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула