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    发动机 控制 设备
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    摘要
    申请专利号:

    CN200680030518.3

    申请日:

    2006.08.22

    公开号:

    CN101243250A

    公开日:

    2008.08.13

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: F02D41/14; F02D41/34; F02D41/30 主分类号: F02D41/14
    申请人: 丰田自动车株式会社
    发明人: 金子真也
    地址: 日本爱知县
    优先权: 2005.8.23 JP 241503/2005
    专利代理机构: 北京集佳知识产权代理有限公司 代理人: 段 斌;魏金霞
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200680030518.3

    授权公告号:

    101243250B||||||

    法律状态公告日:

    2010.08.18|||2008.10.08|||2008.08.13

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开一种发动机的控制设备,其包括进气通道燃料喷射器和缸内燃料喷射器,所述发动机的控制设备的特征在于,进一步包括:校正装置,用于对燃料喷射量进行选择性地增量校正或减量校正以使空燃比接近预定的目标空燃比;以及切换装置,用于将燃料喷射量的增量或减量分成将在这两个燃料喷射器之间进行分配的分配比例,并且当通过校正装置执行校正时,使得燃料喷射器中的一个承担所述比例的较大部分,使得另一个燃料喷射器承担所述比例的较小部分,并且根据发动机的运转状态切换承担所述比例的较大部分的燃料喷射器。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种发动机的控制设备,所述发动机设置有用于执行进气通道燃料喷射的进气通道燃料喷射器,以及用于执行缸内燃料喷射的缸内燃料喷射器,所述发动机的控制设备的特征在于,包括:
    校正装置,用于对燃料喷射量进行选择性地增量校正或减量校正以使空燃比接近预定的目标空燃比;以及
    切换装置,用于将燃料喷射量的增量或减量分成将在所述两个燃料喷射器之间进行分配的分配比例,并且当通过所述校正装置执行校正时,使得所述燃料喷射器中的一个承担所述比例的较大部分,使得另一个燃料喷射器承担所述比例的较小部分,并且根据所述发动机的运转状态切换承担所述比例的较大部分的燃料喷射器。

    2.  如权利要求1所述的发动机的控制设备,其中,当所述发动机在预定的分配喷射区域中运转时,所述切换装置切换所述燃料喷射器。

    3.  如权利要求2所述的发动机的控制设备,其中,当所述发动机在需要缸内混合气均匀化的状态下运转时,所述切换装置在增量校正期间使所述进气通道燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器,而在减量校正期间使所述缸内燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器。

    4.  如权利要求2或3所述的控制设备,其中,当所述发动机在需要抑制所述缸内燃料喷射器前端温度升高的状态下运转时,所述切换装置在增量校正期间使所述缸内燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器,而在减量校正期间使所述进气通道燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器。

    5.  一种发动机的控制设备,所述发动机为每个气缸设置有用于执行进气通道燃料喷射的进气通道燃料喷射器和用于执行缸内燃料喷射的缸内燃料喷射器,所述发动机的控制设备的特征在于,包括:
    学习装置,用于改变每个气缸的所述进气通道燃料喷射器或所述缸内燃料喷射器的燃料喷射量,使得在所述发动机的低载荷侧的稳定运转期间每个气缸的空燃比与预定的目标空燃比一致,并且当所述空燃比与所述预定的目标空燃比一致时学习用于每个气缸的预定的校正系数。

    6.  如权利要求5所述的发动机的控制设备,其中,所述学习装置在所述发动机怠速运转时学习所述校正系数,将通过所述学习获得的用于每个气缸的校正系数的学习值设定为怠速区域的校正系数,并且基于所述怠速区域的校正系数和高载荷区域的预定校正系数内插得出处于所述怠速区域和所述高载荷区域之间的载荷区域的校正系数。

    7.  如权利要求5或6所述的发动机的控制设备,其中,当学习用于所述缸内燃料喷射器的校正系数时,所述学习装置学习用于多个燃料压力中的每个燃料压力的校正系数。

    8.  一种发动机的控制设备,包括:
    用于执行进气通道燃料喷射的进气通道燃料喷射器;
    用于执行缸内燃料喷射的缸内燃料喷射器;
    校正部分,其对燃料喷射量进行选择性地增量校正或减量校正以使空燃比接近预定的目标空燃比;以及
    切换部分,其用于将燃料喷射量的增量或减量分成将在所述两个燃料喷射器之间进行分配的分配比例,并且当通过所述校正部分执行校正时,使得所述燃料喷射器中的一个承担所述比例的较大部分,使得另一个燃料喷射器承担所述比例的较小部分,并且根据所述发动机的运转状态切换承担所述比例的较大部分的燃料喷射器。

    9.  如权利要求8所述的发动机的控制设备,其中,当所述发动机在预定的分配喷射区域中运转时,所述切换部分切换所述燃料喷射器。

    10.  如权利要求9所述的发动机的控制设备,其中,当所述发动机在需要缸内混合气均匀化的状态下运转时,所述切换部分在增量校正期间使所述进气通道燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器,并且在减量校正期间使所述缸内燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器。

    11.  如权利要求9所述的控制设备,其中,当所述发动机在需要抑制所述缸内燃料喷射器前端温度升高的状态下运转时,所述切换部分在增量校正期间使所述缸内燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器,并且在减量校正期间使所述进气通道燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器。

    12.  如权利要求10所述的控制设备,其中,当所述发动机在需要抑制所述缸内燃料喷射器前端温度升高的状态下运转时,所述切换部分在增量校正期间使所述缸内燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器,并且在减量校正期间使所述进气通道燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器。

    13.  一种发动机的控制设备,包括:
    用于执行进气通道燃料喷射的进气通道燃料喷射器;
    用于执行缸内燃料喷射的缸内燃料喷射器;以及
    学习部分,其改变每个气缸的所述进气通道燃料喷射器或所述缸内燃料喷射器的燃料喷射量,使得在所述发动机的低载荷侧的稳定运转期间每个气缸的空燃比与预定的目标空燃比一致,并且当所述空燃比与所述预定的目标空燃比一致时学习用于每个气缸的预定校正系数。

    14.  如权利要求13所述的发动机的控制设备,其中,所述学习部分在所述发动机怠速运转时学习所述校正系数,将通过所述学习获得的用于每个气缸的校正系数的学习值设定为怠速区域的校正系数,并且基于所述怠速区域的校正系数和高载荷区域的预定校正系数内插位于所述怠速区域和所述高载荷区域之间的载荷区域中的校正系数。

    15.  如权利要求13所述的发动机的控制设备,其中,当学习用于所述缸内燃料喷射器的校正系数时,所述学习部分学习用于多个燃料压力中的每个燃料压力的校正系数。

    16.  如权利要求14所述的发动机的控制设备,其中,当学习用于所述缸内燃料喷射器的校正系数时,所述学习部分学习用于多个燃料压力中的每个燃料压力的校正系数。

    说明书

    说明书发动机控制设备
    技术领域
    本发明涉及一种发动机控制设备,更具体地说,本发明涉及一种能够执行进气通道燃料喷射和缸内燃料喷射两者的发动机控制设备。
    背景技术
    公知所谓的双燃料喷射器式发动机设置有用于将燃料喷射到进气通道内的进气通道燃料喷射器和用于将燃料喷射到气缸内的缸内燃料喷射器?;构谡庵炙剂吓缟淦魇椒⒍?,在两个喷射器之间分配一个喷射循环中的总喷射量,并且该燃料喷射量的分配比例根据发动机的运转状态而改变。例如,在日本专利申请公开JP-A-2001-20837号中描述了与此相关的技术。
    当执行空燃比控制以使空燃比接近于预定的目标空燃比时,需要考虑由发动机的运转状态所决定的燃烧特性等因素进行适当的校正。否则,即使校正了燃料喷射量,空燃比仍可能相反地变得离目标空燃比更远。此外,虽然实际上各个缸之间存在一定程度的不同,但是优选的是所有缸内的空燃比都与目标空燃比相符。所述不同由例如喷射器制造误差等个体差异引起。而且,当分开进行喷射时,喷射燃料的喷射器的数目增加,而每个喷射器的喷射量降低。由此,空燃比相对于目标空燃比偏离得更远,这是执行准确的空燃比控制所不希望的。
    发明内容
    鉴于前述问题,本发明的第一方面涉及一种发动机的控制设备,所述发动机设置有用于执行进气通道燃料喷射的进气通道燃料喷射器以及用于执行缸内燃料喷射的缸内燃料喷射器,所述发动机的控制设备的特征在于,包括:校正装置,用于对燃料喷射量进行选择性地增量校正或减量校正以使空燃比接近预定的目标空燃比;以及切换装置,用于将燃料喷射量的增量或减量分成将在两个燃料喷射器之间进行分配的分配比例,并且当通过校正装置执行校正时,使得燃料喷射器中的一个承担所述比例的较大部分,使得另一个燃料喷射器承担所述比例的较小部分,并且根据所述发动机的运转状态切换承担所述比例的较大部分的燃料喷射器。
    根据本发明的此第一方面,当根据空燃比控制校正燃料喷射量时,切换装置切换承担燃料喷射量的增量或减量的比例的较大部分的燃料喷射器。由此,能够执行考虑了由发动机的运转状态决定的燃烧特性等因素的适当校正,使得能够以适当的方式执行燃料喷射量校正。
    在前述的结构中,当发动机在预定的分配喷射区域中运转时,切换装置可以切换燃料喷射器。
    而且在前述的结构中,当发动机在需要缸内混合气均匀化的状态下运转时,切换装置可以在增量校正期间使进气通道燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器,并且在减量校正期间使缸内燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器。
    另外在前述的结构中,当发动机在需要抑制缸内燃料喷射器前端温度升高的状态下运转时,切换装置可以在增量校正期间使缸内燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器,并且在减量校正期间使进气通道燃料喷射器作为承担所述比例的较大部分的喷射器。
    此外,本发明的第二方面涉及一种发动机的控制设备,为每个气缸设置有用于执行进气通道燃料喷射的进气燃料喷射器和用于执行缸内燃料喷射的缸内燃料喷射器,所述发动机的控制设备的特征在于,包括:学习装置,用于改变每个气缸的进气通道燃料喷射器或缸内燃料喷射器的燃料喷射量,使得在发动机的低载荷侧的稳定运转期间每个气缸的空燃比都与预定的目标空燃比一致,并且当所述空燃比与预定目标空燃比一致时学习用于每个气缸的预定的校正系数。
    根据本发明的此第二方面,能够学习最优校正系数,使得空燃比不会从目标空燃比偏离。由此,可以抑制空燃比或是各个气缸或各个燃料喷射器之间的燃料喷射量的变化,并且从而增加空燃比控制的准确度。
    在此,在前述结构中,学习装置可以学习发动机怠速运转时的校正系数,将通过这种学习获得的用于每个气缸的校正系数的学习值设定为怠速区域的校正系数,并且基于怠速区域的校正系数和高载荷区域的预定校正系数内插得出处于怠速区域和高载荷区域之间的载荷区域的校正系数。
    因此,仅当发动机怠速运转时执行学习,这使得与针对所有载荷区域执行学习时相比可以更为简单并且显著地缩短了学习时间。
    而且,在前述的结构中,当学习用于缸内燃料喷射器的校正系数时,学习装置可以学习用于多个燃料压力中的每个燃料压力的那些校正系数。
    在缸内燃料喷射期间,燃料压力还可以引起空燃比的变化,因此,以这种方式执行关于多个燃料压力中的每个燃料压力的学习,这使得空燃比控制在更大的范围上更加准确。
    从而,本发明在空燃比控制期间以适当的方式执行燃料喷射量校正以及提高空燃比控制的准确度方面显示了极好的效果。
    附图说明
    参照附图,根据下面优选实施方式的描述,本发明的前述和/或其它目的、特征以及优点将变得更加明显,图中相同的附图标记用来表示相同的元件,并且图中:
    图1是根据本发明的一个示例性实施方式的用于发动机的控制设备的系统平面图;
    图2是示出在压缩冲程期间执行的缸内燃料喷射的截面图;
    图3是示出发动机的整个运转范围和均匀的稀燃区域的图;
    图4是示出空燃比和所排放的NOx的量之间的关系的线图;
    图5是示出均匀的稀燃区域的每个区域A到D的图;
    图6A和6B是示出空燃比控制程序的流程图;
    图7是关于当存在朝向稀侧的偏离时校正系数K1的设定的图;
    图8是关于当存在朝向浓侧的偏离时校正系数K1的设定的图;
    图9是示出进气通道燃料喷射器的每个区域中的校正系数的图表;
    图10是示出缸内燃料喷射器的每个区域中的校正系数的图表;
    图11是示出关于缸内燃料喷射器的校正系数的设定的另一模式的图表;
    图12是示出关于缸内燃料喷射器的校正系数的设定的又一模式的图表;以及
    图13是示出关于缸内燃料喷射器的校正系数的设定的再一模式的图表。
    具体实施方式
    在下面的描述和附图中,将以示例性实施方式的方式更加详细地描述本发明。
    图1示出根据本发明的一个示例性实施方式的发动机的控制系统。图中所示的发动机1是所谓的双燃料喷射器式发动机。在此示例性实施方式中,发动机具有四个气缸(图中仅示出一个气缸),但是并未对气缸的数目进行特殊地限制。为每个气缸设有缸内燃料喷射器11和进气燃料喷射器6。在此示例性实施方式中,发动机1使用汽油作为燃料,但是也可以使用酒精或酒精与汽油的混合燃料、诸如CNG的气体燃料、或者其它燃料。
    从空气滤清器抽进的空气(未图示)经由进气通道5分配到气缸的燃烧室。进气管路51、进气歧管52以及进气口41从上游侧以此顺序限定了进气通道5。进气歧管52包括位于上游测用作收集部分的稳压罐4以及连接到气缸的支管53,每个气缸的进气口4与一个支管53相连接。进气管路51设置有空气流量计2和电子控制的节气门3。每个气缸的进气通道5中设置一个进气通道燃料喷射器6,具体设置成朝每个气缸的进气口41的出口部分喷射燃料。从进气通道燃料喷射器6喷射的燃料与空气混合以在气缸的燃烧室内形成较为均匀的混合气。进气通道燃料喷射器6响应于从用作控制装置的电子控制单元(下面简称为“ECU”)100输出的ON信号(打开信号)通过打开而喷射燃料,并且响应于从ECU 100输出的OFF信号(关闭信号)通过闭合而停止喷射燃料。此进气通道燃料喷射的喷射设定成或者在打开和闭合进气口4的出口的进气门42的打开正时之前发生,或者至少与进气门42的打开正时部分重合。
    同时,为每个气缸设置有一个电磁缸内燃料喷射器11以将燃料直接喷射到该气缸的燃烧室内。此示例性实施方式中的缸内燃料喷射器11在进气冲程和压缩冲程中的一个冲程或者这两个冲程执行燃料喷射。如图2中所示,在压缩冲程期间的燃料喷射的情况下,朝在气缸内升高的活塞43顶部处的凹部44喷射燃料F。燃料和空气在产生沿着凹部44的内表面卷起的翻滚状流的过程中混合,并且在火花塞7附近产生相当浓的混合气层。而且,尽管图中未示,在进气冲程期间的燃料喷射的情况下,类似于执行进气通道燃料喷射时,在气缸的燃烧室内也形成了较为均匀的混合气。类似于进气通道喷射器6,缸内燃料喷射器11也响应于从ECU 100输出的ON信号通过打开而喷射燃料,并且响应于从ECU输出的OFF信号通过闭合而停止燃料喷射。
    由两种燃料喷射模式(即,进气通道燃料喷射和缸内燃料喷射)中的一种或两种在燃烧室内形成的混合气响应于来自ECU 100的点火信号由火花塞7点燃。由此,混合气燃烧。然后,来自发动机1的废气通过排气通道8排出。排气通道8由排气口45、排气歧管54、催化剂9和排气管55限定,其中,排气口45针对各气缸形成在发动机1的气缸盖中,排气歧管54连接到这些排气口45,催化剂9连接到排气歧管54的下游侧并且用于净化废气,排气管55连接到催化剂9的下游侧。排气门46用来打开和闭合排气口45的进口。排气歧管54包括用于各气缸的支管,每个气缸的排气口45与一个支管连接,还包括位于支管的下游侧上的收集部分。
    来自燃料罐的燃料经由燃料供给系统(未图示)供给到每个进气通道燃料喷射器6和缸内燃料喷射器11。高压燃料通过高压燃料泵供给到缸内燃料喷射器11。为缸内燃料喷射供给的燃料的喷射压力高于为进气通道燃料喷射供给的燃料的喷射压力。虽然在图中未示出,高压燃料从输送管路供给到每个气缸,输送管路是共用的燃料室。通过燃料压力传感器检测此高压燃料的压力(燃料压力或喷射压力)。
    进气门42和排气门46分别由进气门凸轮轴12和排气门凸轮轴13驱动而打开和闭合。为了使进气门42和排气门46的打开和闭合正时可变,进气门凸轮轴12和排气门凸轮轴13上分别适当地设置有可变气门正时机构14和15。这些可变气门正时机构14和15响应于来自ECU 100的控制信号相对于曲轴23提前或延迟进气门凸轮轴12和排气门凸轮轴13。
    ECU 100包括微电脑,微电脑具有CPU、ROM、RAM、A/D转换器以及输入/输出接口等。ECU 100从不同类型的传感器接收输入信号,基于这些输入信号执行预定的处理,并且控制缸内燃料喷射器11、进气通道燃料喷射器6、火花塞7以及节气门3的控制马达19等。
    所述不同类型的传感器中包括上述空气流量计2。此空气流量计2将表示经过空气流量计2的进气流量的信号输出到ECU 100。然后,ECU 100基于空气流量计2的输出值计算发动机上的载荷比。检测曲轴23的角度的曲轴转角传感器24也包括在所述不同类型的传感器中。曲轴转角传感器24以预定的曲轴转角间隔输出脉冲信号。ECU 100基于此脉冲信号检测发动机1的实际曲轴转角,并且根据其计算发动机转速。
    所述不同类型的传感器中还包括检测加速器踏板的下压量(即加速器踏板开度)的加速器开度传感器27、检测节气门3的打开量(即节气门开度)的节气门位置传感器28、检测发动机1的冷却液温度(下面称为“发动机冷却液温度”)的冷却液温度传感器29以及检测废气中的氧气浓度的空燃比传感器30。
    ECU 100控制节气门3的开度。即,ECU 100通??刂魄泶?9,使得节气门位置传感器28的输出值与加速器开度传感器27的输出值所对应的值一致,从而使节气门开度与加速器开度操作性地连动。
    在此示例性实施方式中,设置有用于检测每个气缸内的空燃比的装置。即,在每个气缸的排气歧管54的支管中设置有空燃比传感器30。这些空燃经传感器30检测每个气缸内的空燃比,使得能够针对每个气缸执行适当的空燃比控制。但是,可替代地,可以为所有气缸设置一个共用的空燃比传感器,并且使用此传感器的输出波动检测每个气缸的空燃比。
    接下来将描述根据此示例性实施方式的发动机控制。
    基于所检测的发动机的运转状态(即,此示例性实施方式中的发动机转速和载荷比),ECU 100参照事先存储的预定映射来计算基本燃料喷射量Q0。而且,类似地,基于所检测的发动机转速和载荷比,ECU 100参照事先存储的预定映射来计算喷射正时和点火正时。当执行缸内燃料喷射时,基于所检测的发动机转速和载荷比,ECU 100参照事先存储的预定映射来计算目标燃料压力,并且对燃料压力进行反馈控制使得所检测的燃料压力达到目标燃料压力。
    而且,在此示例性实施方式中,设置有校正装置以对燃料喷射量进行增量校正或减量校正,使得所检测的空燃比达到预定的目标空燃比。在此示例性实施方式中,由ECU 100形成校正装置,其对燃料喷射量执行反馈控制,使得所检测的空燃比λ达到与每个气缸内的目标空燃比2λ相一致。
    此外,在此示例性实施方式中,在一个气缸内、于一个喷射循环中喷射的总燃料喷射量根据预定的分配比例α在进气通道燃料喷射器6和缸内燃料喷射器11之间分配。ECU 100根据分配比例α设定从进气通道燃料喷射器6喷射的燃料量(下面适当时称为“进气通道燃料喷射量”)和从缸内燃料喷射器11喷射的燃料量(下面适当时称为“缸内燃料喷射量”)。然后,根据这些燃料量控制燃料喷射器6和11为ON或OFF。分配比例α指的是缸内燃料喷射量相对于总燃料喷射量的比例,并且具有0到1之间的值——包含0和1。如果总燃料喷射量为Qt,那么用α×Qt表示缸内燃料喷射量Qd,并且用(1-α)×Qt表示进气通道燃料喷射量Qp。
    ECU 100基于下面的表达式计算在一个气缸内、于一个喷射循环中喷射的燃料喷射量Qt。
    Qt=Q0×K1×K2...(1)
    在此,Q0是根据上述映射获得的基本燃料喷射量。K1是与燃料喷射器器间的不同和个体差异相关的校正系数,并且是接近于1的值,这将在下面详细描述。K2是空燃比反馈校正系数。当实际检测的空燃比λ等于目标空燃比2λ时,K2的值为1。实际空燃比λ超过目标空燃比2λ越多(即,实际空燃比越向稀侧偏离),K2的值大于1得越多,并且相反地,实际空燃比λ的值低于目标空燃比2λ越多(即,实际空燃比越向浓侧偏离),K2的值小于1得越多?;鼓芄惶砑踊诶淙匆何露?、进气温度、电池电压等的校正。根据表达式(1),能够如下表示缸内燃料喷射量Qd和进气通道燃料喷射量Qp。
    Qd=α×Q0×K1×K2...(2)
    Qp=(1-α)×Q0×K1×K2...(3)
    在此示例性实施方式中的发动机的情况下,在发动机的整个运转范围内,如图3中所示,发生振荡的低到中等载荷且低到中转速区域(即,所谓的经常性使用区域)被设定为均匀稀燃区域Z。在此均匀稀燃区域Z中,在进气冲程期间根据进气通道燃料喷射和缸内燃料喷射之一或两者执行均匀燃烧,并且将目标空燃比设定成远稀于化学计量空燃比的值。在均匀稀燃区域Z之外的区域Y中,目标空燃比被设定成化学计量空燃比或者浓于化学计量空燃比的值。燃料喷射模式包括压缩冲程期间的缸内燃料喷射以实现分层充气燃烧或半分层充气燃烧。
    在除了低于图中虚线的低载荷侧上之外的均匀稀燃范围Z中,执行分配喷射。本说明书中的分配喷射涉及在两个燃料喷射器之间分配或划分的燃料喷射。在此分配喷射区域中,当发动机上的载荷增高时分配比例α逐渐降低。即,缸内燃料喷射的喷射比例降低,并且进气通道燃料喷射的喷射比例增加。在分配喷射区域之外的其它区域中,即,在低于图中虚线的低载荷区域中,分配比例α是1(100%),因此仅执行缸内燃料喷射。图中的均匀稀燃区域Z也可以被看作分配比例映射。在这种情况下,映射被存储在ECU 100中,该映射中固定了发动机转速以及载荷比与分配比例α之间的关系。
    图4是示出空燃比(A/F)和所排放的NOx的量之间的关系的图。如图中所示,所排放的NOx的量的峰值在稍大于化学计量空燃比λ0的空燃比λ1处,而后随着空燃比增加而减小。在此示例性实施方式中,当发动机在均匀稀燃区域Z中运转时,空燃比控制中的目标空燃比是明显高于化学计量空燃比λ0的空燃比λ2,以便显著降低NOx。
    当发动机在均匀稀燃区域Z之外的其它区域中运转时,目标空燃比被设定成化学计量空燃比λ0(即化学计量控制)或者低于化学计量空燃比λ0的值(即浓控制)。
    因为均匀稀燃区域Z中的目标空燃比是这种高目标空燃比λ2,所以燃料喷射量少于常规化学计量控制等情况下的燃料喷射量,并且尤其是在低载荷侧,其接近于燃料喷射器的最小燃料喷射量。在空燃比控制中,如果实际空燃比变得大于目标空燃比λ2,则意味着其处于稀侧,因此对燃料喷射量进行增量校正。同样,如果实际空燃比变得少于目标空燃比λ2,则意味着其处于浓侧,因此对燃料喷射量进行减量校正。具体地,与常规化学计量燃烧相比较,这种均匀稀燃使力矩波动在空燃比处于稀侧上时明显恶化,并且在空燃比浓时对所排放的NOx的量具有显著的不利影响。
    如图5中所示,在此示例性实施方式中,均匀稀燃区域Z进一步分成被映射的多个区域A到D。当执行空燃比控制时,燃料喷射量的增量校正或减量校正的模式在区域A到D之间切换。
    区域A是在均匀稀燃区域Z的低转速、高载荷侧上的区域,并且要求气缸内的混合气均匀。即,气缸的燃烧室内的燃料和空气并不总是混合得很充分,因此需要促进混合以确保气缸内混合气的均匀。
    因此,在增量校正期间,使进气通道燃料喷射器6承担增加的燃料量中的比例的较大部分,并且使缸内燃料喷射器11承担该比例的较小部分。而且,在减量校正期间,使缸内燃料喷射器11承担减少的燃料量中的比例的较大部分,并且使进气通道燃料喷射器6承担该比例的较小部分。这是因为在进气冲程期间进气通道燃料喷射的喷射正时早于缸内燃料喷射,进而有利于均匀化。
    具体地,在此示例性实施方式中,该比例的较大部分意味着100%,并且该比例的较小部分意味着0%。例如,在增量校正期间,总增量都从进气通道燃料喷射器6喷射,并且在减量校正期间,总减量都从缸内燃料喷射器11的喷射量中减去。但是,这种100%和0%的喷射分配仅为一个示例。其它喷射划分方法也是可以的。
    下面将详细描述该校正的模式。例如,在增量校正期间,即,当实际空燃比高于目标空燃比λ2进而处于稀侧时,使用以上表达式(1)按如下所示得到增量的燃料喷射量ΔQ+。
    ΔQ+=Q0×K1×K2-Q0×K1×1=Q0×K1×(K2-1)...(1)’(但是这里K2>1)
    在此,进气通道燃料喷射器6承担总增量ΔQ+,因此增量校正后的缸内燃料喷射量Qd以及进气通道燃料喷射量Qp如下。
    Qd=α×Q0×K1×1...(2)’
    Qp=(1-α)×Q0×K1×1+Q0×K1×(K2-1)...(3)’
    当使用预定载荷比β将此校正的模式一般化时,我们可以得到如下结果。载荷比β是0.5<β≤1范围内的值。所分配的喷射的比例的较大部分是β,并且该比例的较小部分是(1-β)。上面的表达式(2)’和(3)’能够写成如下形式。
    Qd=α×Q0×K1×1+Q0×K1×(K2-1)×(1-β)...(2)”
    Qp=(1-α)×Q0×K1×1+Q0×K1×(K2-1)×β...(3)”
    在此示例性实施方式中β=1。
    类似地,在减量校正期间,即,当实际空燃比小于目标空燃比λ2进而处于浓侧时,使用以上表达式(1)按如下所示得到减量的燃料喷射量ΔQ-。
    ΔQ-=Q0×K1×1-Q0×K1×K2=Q0×K1×(1-K2)...(1)”(但是这里K2<1)
    缸内燃料喷射器11承担此减量ΔQ-的比例的较大部分,因此上面的表达式(2)”和(3)”能够写成如下形式。
    Qd=α×Q0×K1×1-Q0×K1×(1-K2)×β...(2)
    Qp=(1-α)×Q0×K1×1-Q0×K1×(1-K2)×(1-β)...(3)
    在此示例性实施方式中,在表达式(2)和(3)中β=1。
    接下来,示于图5中的区域B是均匀稀燃区域Z的高转速、高载荷侧上的区域,并且要求抑制缸内燃料喷射器11的前端的温度增加。即,在此区域中,气缸中的温度变得较高,并且因此,缸内燃料喷射器11的前端的温度也升高。这会引起诸如附着到燃料喷射器的前端的沉淀物等问题,因此必需抑制燃料喷射器的前端的温度增加,以确保至少恒定的缸内燃料喷射量。因此,在增量校正期间,缸内燃料喷射器11承担增量的比例的较大部分(即,在此示例性实施方式中为100%),并且在减少校正期间,进气通道燃料喷射器6承担减量的比例的较大部分(即,在此示例性实施方式中为100%)。这防止了缸内燃料喷射器11的前端的温度过度地升高。增量校正后和减量校正后的缸内燃料喷射量Qd和进气通道燃料喷射量Qp通过同样的方法获得。
    区域C是均匀稀燃区域Z的低载荷侧上的区域。具体地,此区域的大部分(即,低于虚线的部分)具有α=1(100%)的分配比例。在此区域中,不执行分配喷射。在此,使分配比例α=1的原因是:燃料喷射量的总量原本很小,因此如果进行分割,则每一个燃料喷射器的燃料喷射量将极小,可能低于最小燃料喷射量,这会导致较大的空燃比偏差或不能进行燃料喷射。而且,使所有的量都以缸内燃料喷射进行喷射而不以进气通道燃料喷射进行喷射的原因是:如果停止缸内燃料喷射,则缸内燃料喷射器11的前端的温度会升高,如上所述这是有问题的。在区域C的大部分中,仅执行缸内燃料喷射。因此,仅用缸内燃料喷射来校正整个区域C的燃料喷射量。即,在增量校正期间,从缸内燃料喷射器11喷射增量的燃料。在减量校正期间,从缸内燃料喷射器11的喷射量减去减量的燃料。这样,在最初仅从其中一个燃料喷射器执行燃料喷射的区域中,在校正期间,将不会突然从另一燃料喷射器喷射燃料。
    区域D是均匀稀燃区域Z的中等载荷侧上的区域。在此区域中,将不像区域C中那样限制燃料喷射量的校正。而是,在此区域中,也使用缸内燃料喷射器11或进气通道燃料喷射器6执行燃料喷射量的减量校正或减量校正。在此示例性实施方式中,使用这两个燃料喷射器执行燃料喷射量的增量校正或减量校正。
    现在将参照图6A和6B中的流程图描述空燃比控制的具体细节。ECU 100在每个气缸的每个燃料喷射循环中执行图中所示的程序。而且,当发动机运转于均匀稀燃区域Z中时也执行图中的程序。下文中,措词“步骤”将简写为字母“S”。
    首先,ECU根据所检测的发动机转速和载荷比计算目标空燃比(即,目标A/F)(S101)。均匀稀燃区域Z中的目标空燃比的映射存储在ECU100中。ECU 100参照此映射计算与所检测的发动机转速和载荷比相对应的目标空燃比。目标空燃比是值λ2,其明显高于化学计量空燃比,如上所述。
    接下来,ECU 100读取要进行控制的由气缸的空燃比传感器30所检测的实际空燃比(即,实际A/F)的值(S102)。然后,ECU 100将此实际空燃比与实际目标空燃比相比较,并且判定实际空燃比是否从目标空燃比偏离了预定值或偏离得大于预定值(S103)。例如,此预定值是约为0.2到0.3的值。如果判定实际空燃比没有偏离,则程序的这次循环结束。另一方面,如果判定实际空燃比有偏离,则参照图5中的映射从区域A到D之中判定出所检测的发动机转速和载荷比(即,发动机的当前操作状态)所处的区域(S104)。
    接下来,ECU 100判定空燃比是否处于目标空燃比的稀侧上(S105)。如果判定空燃比处于稀侧上,则接下来判定发动机当前是否运转于区域A中(S106)。如果判定发动机当前运转于区域A中,则ECU 100将进气通道燃料喷射的燃料喷射量增加预定的量以使空燃比从稀侧返回(S107)。如果判定发动机当前没有运转于区域A中,则判定发动机当前是否运转于区域B中(S108)。如果判定发动机当前运转于区域B中,则ECU 100将缸内燃料喷射的燃料喷射量增加预定的值以使空燃比从稀侧返回(S109)。如果判定发动机当前没有运转于区域B中,则判定发动机是否运转于区域C中(S110)。如果判定发动机运转于区域C中,则ECU 100将缸内燃料喷射的燃料喷射量增加预定的量以使空燃比从稀侧返回(S111)。如果判定发动机当前没有运转于区域C中(即,如果判定发动机运转于区域D中),则ECU 100将进气通道燃料喷射和缸内燃料喷射两者的燃料喷射量都增加预定的量以使空燃比从稀侧返回(S112)。在这种情况下,总增量在燃料喷射器之间以怎样的比例划分是任意的。例如,两种燃料喷射量的增量可以设定为相等。
    另一方面,如果在步骤S105中判定空燃比没有偏离向稀侧,即,如果判定空燃比偏离向浓侧,则ECU 100判定发动机当前是否运转于区域A中(S113)。如果判定发动机运转于区域A中,则ECU 100将缸内燃料喷射的燃料喷射量降低预定的量以使空燃比从浓侧返回(S114)。如果判定发动机当前没有运转于区域A中,则接下来判定发动机是否运转于区域B中(S115)。如果判定发动机运转于区域B中,则ECU 100将进气通道燃料喷射的燃料喷射量降低预定的量以使空燃比从浓侧返回(S116)。如果判定发动机当前没有运转于区域B中,则接下来判定发动机是否运转于区域C中(S117)。如果判定发动机运转于区域C中,则ECU 100将缸内燃料喷射的燃料喷射量降低预定的量以使空燃比从浓侧返回(S118)。如果判定发动机当前没有运转于区域C中(即,如果判定发动机运转于区域D中),则ECU 100将进气通道燃料喷射和缸内燃料喷射两者的燃料喷射量均降低预定的量以使空燃比从浓侧返回(S119)。类似地,在这种情况下也是,总减量在燃料喷射器之间以怎样的比例划分是任意的。例如,两种燃料喷射量的减量可以设定为相等。
    接下来将描述与喷射器的个体差异等有关的校正系数K1?;旧?,在各个燃料喷射器中都存在由制造误差引起的不同或个体差异,即使是在喷射器同时接通时,这也会引起燃料喷射量的微妙不同。此外,燃料喷射量中的这种不同往往使燃料喷射量增加较小,更具体地说,使得燃料喷射量更接近喷射器的最小燃料喷射量。如上所述,在此示例性实施方式中所执行的均匀稀燃的情况下,燃料喷射量小于化学计量燃烧情况下的燃料喷射量,并且在低载荷侧,燃料喷射量更小。在这种情况下,如果执行分配喷射,则喷射器的燃料喷射量会变得更小。由此,此此示例性实施方式中喷射量的不同和气缸之间的空燃比偏差往往会增加。此外,在对目标空燃比设定得比通常高的稀燃进行空燃比控制的情况下,空燃比偏差会对NOx劣化和力矩波动产生不利影响,因此仅允许空燃比的小程度偏差。因此,必需比通常更大程度地抑制各气缸或燃料喷射器间的空燃比偏差,并且必需增加每个喷射器的空燃比精度。例如由于气缸之间进气路径的长度的不同所造成的气流的不同也会引起各气缸间的空燃比偏差。
    鉴于这些考虑,校正系数K1是为抑制这种气缸之间空燃比的偏差所采用的校正参数。在此示例性实施方式中,针对每个燃料喷射器学习并设定适当的校正系数K1,并且校正系数K1的值设定为使得根据传送到每个燃料喷射器的控制信号总是获得所需的空燃比。
    下面将描述这种校正系数K1的学习和设定。图7和8示出了燃料喷射量和校正系数K1之间的关系。图7示出相对于传送到燃料喷射器的信号的燃料喷射量小于所设计的燃料喷射量的情况,即空燃比偏向稀侧的情况。相反地,图8示出相对于传送到燃料喷射器的信号的燃料喷射量大于所设计的燃料喷射量的情况,即空燃比偏向浓侧的情况。这些关系关于校正系数K1=1的轴线对称。下面的描述将以图7中所示的偏向稀侧的情况为中心进行。
    在图7中,虚线表示当所检测的实际空燃比总是与目标空燃比一致时校正系数K1相对于燃料喷射量的改变。如图中所示,校正系数K1越大,从而增量校正量的燃料增加,燃料喷射量越小(即进一步向低载荷侧)。具体地,靠近怠速燃料喷射量Qi,相对于传送到燃料喷射器的信号的燃料喷射量的偏差非常大,因此校正系数的值也很大。相反,当燃料喷射量大时,燃料喷射量的偏差小,使得在高载荷侧将校正系数K1几乎视为1。
    下面将参照图7描述使用这种特性来判定此示例性实施方式中的校正系数K1的方法。首先,将发动机运转范围分成多个区域,例如怠速区域、低载荷区域、中等载荷区域以及高载荷区域,并将它们储存在ECU 100中。怠速区域是等于或小于Q1的区域,其中Q1稍高于怠速燃料喷射量Qi。低、中等以及高载荷区域对应于当将燃料喷射量变得大于Q1并且等于或小于最大载荷期间的Q4的区域分成三份时所建立的区域。燃料喷射量Q为Q1<Q≤Q2的区域是低载荷区域。燃料喷射量Q为Q2<Q≤Q3的区域是中等载荷区域。燃料喷射量Q为Q3<Q的区域是高载荷区域。高载荷区域的校正系数K1hp预先设定为1并且存储在ECU 100中。
    首先,描述用于每个气缸的进气通道燃料喷射器6的校正系数K1的设定。在发动机已完成预热并且稳定地运转于低载荷侧(即,在此示例性实施方式中当发动机处于怠速运转时)之后的预定的正时,不论图3中的映射如何,ECU 100都将燃料喷射切换成仅仅为进气通道燃料喷射。然后,ECU 100通过改变每个气缸中的校正系数K1改变每个气缸的燃料喷射量,使得每个气缸内的实际空燃比与相应的预定目标空燃比一致。ECU 100还学习此时所获得的用于每个气缸的校正系数K1ip并且将它们存储为用于每个气缸的进气通道燃料喷射器6的怠速区域的校正系数。
    接下来,ECU 100基于怠速区域的校正系数K1ip和高载荷区域的校正系数K1hp(=1)内插得出用于低载荷区域和中等载荷区域的校正系数。内插的方法是任意的,但是在此示例性实施方式中,如下计算低载荷区域的校正系数K1lp和中等载荷区域的校正系数K1mp。
    K1lp=1+((K1ip-1)/n)...(4)
    K1mp=1+((K1ip-1)/2n)...(5)
    在此,n是内插常数,并且是等于或大于2的整数,并且更优选地为约4到8的整数,包括4和8。
    然后,ECU 100存储所计算出的校正系数K1lp和K1mp。从而,ECU 100设定并且存储从怠速区域到高载荷区域的所有校正系数K1。用于每个区域的校正系数K1如图9中所示。此后,这些校正系数K1用于燃料喷射控制中。例如,当在低载荷区域中执行进气通道燃料喷射时,K1lp被用作该区域的校正系数K1。在例如每次发动机启动或每次ECU 100初始化的预定更新更时,更新校正系数K1(高载荷区域除外)。这使得可以响应于燃料喷射器随时间流逝而产生的劣化等。
    上述的情况是空燃比偏离向稀侧的情况,但是每个区域的校正系数K1都根据与空燃比偏离向浓侧的情况类似的过程设定,如图8中所示。上面的表达式(4)和(5)也用于内插。
    根据上述结构,可以针对所有进气通道燃料喷射器6以及所有运转区域设定使得空燃比不会从目标空燃比偏离的最优校正系数K1。因此,可以抑制各气缸或燃料喷射器间的空燃比或燃料喷射量的不同,进而增加空燃比控制的精度。具体地,可以在均匀稀燃区域优选地执行空燃比控制。
    而且,仅在低载荷侧(在本示例性实施方式中在怠速区域中)进行学习使得与针对所有载荷区域或燃料喷射量进行学习时相比简单得多并且显著地缩短了学习时间。
    接下来将针对每个气缸的缸内燃料喷射器11描述校正系数K1的设定。在缸内燃料喷射的情况下,根据发动机的运转状态控制燃料压力。因此,在这种情况下,燃料压力也引起空燃比和燃料喷射量的不同。因此,在此示例性实施方式中,ECU 100针对多个燃料压力中的每个燃料压力设定并且存储每个区域的校正系数K1。然后,在其后的燃料喷射控制期间,通过相对于燃料压力的内插而确定将用于缸内燃料喷射的校正系数K1。
    图10是用于计算校正系数K1的映射,并且示出用于每个燃料压力的校正系数K1的值。在此,P1、P2、P3以及P4是预定的燃料压力,并且P1是用于极低压的值,P2是用于低压的值,P3是用于中压的值,并且P4是用于高压的值。当设定或更新在更新正时执行的校正系数时,ECU 100首先将燃料压力固定在P1处。通过类似于上述的方法(即,学习怠速区域的校正系数K1,计算低和中等载荷区域的校正系数K1,并且将高载荷区域的校正系数K1设定为1,如上所述),在此状态下,ECU分别设定并且存储怠速区域、低载荷区域以及中等载荷区域的校正系数K1id1、K1ld1、K1md1。接下来,ECU 100将燃料压力固定在P2并且在此状态下以类似的方法分别设定和存储怠速区域、低载荷区域和中等载荷区域的校正系数K1id2、K1ld2、K1md2。然后,ECU 100以燃料压力P3和P4执行类似的操作,从而获得图10中所示的映射。
    在其后的燃料喷射控制中,当执行缸内燃料喷射时,ECU 100确定对应于所检测的发动机转速和载荷比的区域,并且读取所检测的燃料压力。然后,ECU 100通过内插而获得对应于燃料压力的校正系数K1。例如,当发动机在怠速区域中运转并且所检测的燃料压力P是恰好在P1和P2之间的值时,ECU 100设定K1id1和K1id2的和除以2所得的商为校正系数K1。
    因此,由于确定校正系数K1时也考虑到了燃料压力,能够适当地抑制缸内喷射的空燃比的变化。
    在此示例性实施方式中,发动机的运转范围被分成多个载荷区域,并且在每个载荷区域中使用相同的校正系数K1的值。但是,可替代地,类似于在此示例性实施方式中的缸内燃料喷射的燃料压力,还可以为燃料喷射量提供多个格点,并且在实际燃料喷射控制期间可以内插得到燃料喷射量格点之间的校正系数。此内插法可以应用于进气通道燃料喷射或缸内燃料喷射。
    接下来将描述与缸内燃料喷射的校正系数K1的学习和设定有关的另一模式。
    如图10中所示,在此示例性实施方式中,针对每个燃料压力P1到P4仅学习怠速区域的校正系数K1,并且除高载荷区域外,通过在其余的低载荷和中等载荷区域中通过内插法计算校正系数K1。与之不同地,如图11中所示,可以针对每个燃料压力P1到P4在低载荷和中等载荷区域中进行学习。因此,虽然总学习时间增加,但是能够在更广的范围上取得准确的校正系数,因此进一步地提高了空燃比控制的精度。
    在图12中所示的模式的情况下,学习用于极低燃料压力P1的怠速区域的校正系数、用于低燃料压力P2的低载荷区域的校正系数以及用于中等燃料压力P3的中等载荷区域的校正系数(即,在图中学习是对角状的),并且内插得到除高载荷区域的校正系数之外的其余校正系数。因此,怠速区域中的学习不是统一的。而是以可能在每个载荷区域中重复使用的燃料压力进行学习,因此这将更为实用。
    在图13中所示的模式下,仅仅用于极低燃料压力P1的怠速区域的校正系数是学习值。除高载荷区域的校正系数外,其余的校正系数都通过内插得到。这是最简单的方法,并且显著地降低了学习时间。
    通过前述可以了解,在此示例性实施方式中,ECU 100用作校正装置、切换装置以及学习装置。
    尽管已经描述了本发明的示例性实施方式,但是本发明并不限于该示例性实施方式,即,也能采用各种其它的示例性实施方式。例如,在前述示例性实施方式中,执行增量校正和减量校正的燃料喷射器在均匀稀燃区域内切换。但是,可替代地,此切换也能在均匀稀燃区域之外的其它区域中执行。
    虽然本发明的描述是参照其示例性实施方式进行的,但是应当了解本发明并不局限于这些示例性实施方式或配置。相反,本发明意在覆盖各种变型和等同的装置。另外,虽然示例性实施方式的各种元件以示例性各种组合和配置示出,但是包括更多、更少或者仅包括单个元件的其它组合和配置也在本发明的构思和?;し段?。

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