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    用于 内燃机 控制 设备
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    摘要
    申请专利号:

    CN200680026818.4

    申请日:

    2006.06.15

    公开号:

    CN101228344A

    公开日:

    2008.07.23

    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: F02D41/22; F02D41/38 主分类号: F02D41/22
    申请人: 丰田自动车株式会社
    发明人: 田原龙也; 木野濑贤一
    地址: 日本爱知县
    优先权: 2005.7.25 JP 213663/2005
    专利代理机构: 北京东方亿思知识产权代理有限责任公司 代理人: 柳春雷
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200680026818.4

    授权公告号:

    101228344B||||||

    法律状态公告日:

    2010.09.22|||2008.09.17|||2008.07.23

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    发动机ECU执行包括以下步骤的程序:当进气口燃料喷射比率为100%时(在S200为“是”),检测发动机冷却剂温度THW(S210);当发动机冷却剂温度THW高于阈值时(在S220为“是”),监测高压输送管内的燃料压力P(S230);并且当燃料压力P因接收热量而升高时(在S240为“是”),识别出在高压燃料系统处不存在故障。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种用于内燃机的控制设备,所述内燃机包括至少两个燃料系统,并通过连接至各个所述燃料系统的燃料喷射机构来供应燃料,所述燃料系统被控制成使得即使在未由第一燃料喷射机构喷射燃料且由除所述第一燃料喷射机构之外的第二燃料喷射机构喷射燃料时在将燃料供应到所述第一燃料喷射机构的第一燃料系统处的燃料压力也达到期望压力水平,所述控制设备包括:
    传感器单元,其检测所述第一燃料系统处的燃料压力,
    判定单元,其对所述第一燃料系统处的燃料压力是否因为所述第一燃料系统处的燃料从利用由所述第二燃料喷射机构喷射的燃料运转的所述内燃机接收热量的原因而已经升高进行判定,以及
    识别单元,其在所述判定单元作出所述第一燃料系统处的燃料压力已经升高的判定时识别出所述第一燃料系统处不存在故障。

    2.  根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备,其中,
    所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器,并且
    所述第二燃料喷射机构是进气歧管喷射器。

    3.  根据权利要求1所述的用于内燃机的控制设备,其中,
    所述第一燃料喷射机构包括将从所述第一燃料系统供应的高压燃料喷射到气缸中的机构,并且
    所述第二燃料喷射机构包括将从所述第二燃料系统供应的燃料喷射到进气歧管中的机构。

    4.  根据权利要求3所述的用于内燃机的控制设备,其中,
    所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器,并且
    所述第二燃料喷射机构是进气歧管喷射器。

    5.  一种用于内燃机的控制设备,所述内燃机包括至少两个燃料系统,并通过连接至各个所述燃料系统的燃料喷射机构来供应燃料,所述燃料系统被控制成使得即使在未由第一燃料喷射机构喷射燃料且由除所述第一燃料喷射机构之外的第二燃料喷射机构喷射燃料时在将燃料供应到所述第一燃料喷射机构的第一燃料系统处的燃料压力也达到期望压力水平,所述控制设备包括:
    传感器装置,其用于检测所述第一燃料系统处的燃料压力,
    判定装置,其用于对所述第一燃料系统处的燃料压力是否因为所述第一燃料系统处的燃料从利用由所述第二燃料喷射机构喷射的燃料运转的所述内燃机接收热量的原因而已经升高进行判定,以及
    识别装置,其用于在所述判定装置作出所述第一燃料系统处的燃料压力已经升高的判定时识别出所述第一燃料系统处不存在故障。

    6.  根据权利要求5所述的用于内燃机的控制设备,其中,
    所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器,并且
    所述第二燃料喷射机构是进气歧管喷射器。

    7.  根据权利要求5所述的用于内燃机的控制设备,其中,
    所述第一燃料喷射机构包括将从所述第一燃料系统供应的高压燃料喷射到气缸中的机构,并且
    所述第二燃料喷射机构包括将从所述第二燃料系统供应的燃料喷射到进气歧管中的机构。

    8.  根据权利要求7所述的用于内燃机的控制设备,其中,
    所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器,并且
    所述第二燃料喷射机构是进气歧管喷射器。

    9.  一种用于内燃机的控制设备,所述内燃机包括至少两个燃料系统,并通过连接至各个所述燃料系统的燃料喷射机构来供应燃料,所述燃料系统被控制成使得即使在未由第一燃料喷射机构喷射燃料且由除所述第一燃料喷射机构之外的第二燃料喷射机构喷射燃料时在将燃料供应到所述第一燃料喷射机构的第一燃料系统处的燃料压力也达到期望压力水平,
    所述控制设备包括电子控制单元(ECU),其中,所述电子控制单元被配置成
    检测所述第一燃料系统处的燃料压力,
    对所述第一燃料系统处的燃料压力是否因为所述第一燃料系统处的燃料从利用由所述第二燃料喷射机构喷射的燃料运转的所述内燃机接收热量的原因而已经升高进行判定,并且
    在作出所述第一燃料系统处的燃料压力已经升高的判定时识别出所述第一燃料系统处不存在故障。

    说明书

    说明书用于内燃机的控制设备
    技术领域
    本发明涉及用于识别内燃机的燃料系统处发生的故障的控制设备,该内燃机包括以高压将燃料喷射到气缸中的燃料喷射机构(缸内喷射器)和朝向进气歧管或进气口喷射燃料的燃料喷射机构(进气歧管喷射器)。具体而言,本发明涉及可适当地识别高压燃料系统处的故障的控制设备。
    背景技术
    公知一种发动机,其具有用于将燃料喷射到汽油发动机的燃烧室中的第一燃料喷射阀(缸内喷射器)以及用于将燃料喷射到进气歧管或进气口中的第二燃料喷射阀(进气歧管喷射器),其中缸内喷射器与进气歧管喷射器根据内燃机的发动机转速和负载来分担燃料喷射?;构恢种迸缡椒⒍?,其仅包括将燃料喷射到汽油发动机的燃烧室中的燃料喷射阀(缸内喷射器)。在包括缸内喷射器的高压燃料系统中,通过高压燃料泵增压的燃料经由输送管供应至缸内喷射器,由此缸内喷射器将高压燃料喷射到内燃机中各个气缸的燃烧室中。
    此外,还公知一种具有共轨式(common rail type)燃料喷射系统的柴油发动机。在共轨式燃料喷射系统中,在共轨处存储通过高压燃料泵被增压的燃料。通过打开/关闭电磁阀来将高压燃料从共轨喷射到柴油发动机中各个气缸的燃料室中。
    为了在内燃机中安置高压燃料,采用高压燃料泵,其通过设置于驱动轴(其耦合至内燃机的曲轴)处的凸轮来驱动其缸部。
    日本专利早期公开号10-176592揭示了一种用于内燃机的燃料喷射装置的燃料压力诊断装置,其能够以高准确度来诊断燃料压力是否存在问题。该燃料压力诊断装置包括将待供应的燃料输送至内燃机的每个气缸的燃料输送单元、存储从燃料输送单元输送的燃料的存储单元、为每个气缸设置以将存储在存储单元中的燃料间歇地喷射至内燃机的燃料喷射机构、检测存储在存储单元中的燃料的压力的燃料压力传感器、通过基于由燃料压力传感器检测到的燃料压力控制燃料输送单元来控制存储在存储单元中的燃料的压力的燃料控制单元、以及诊断在压力控制单元的控制下的燃料压力是否存在异常的压力异常诊断单元。压力异常诊断单元在各个燃料喷射机构停止时诊断燃料压力是否存在异常。
    根据上述文献中所揭示燃料压力诊断装置,待通过燃料输送单元输送至内燃机的各个气缸的燃料被存储在存储单元中。存储在存储单元中的燃料通过设置于各个气缸处的燃料喷射机构被间歇地喷射到各个气缸中。通过燃料压力传感器来检测存储在存储单元中的压力?;诩觳獾降娜剂涎沽?,通过压力控制单元来控制燃料输送单元。当各个燃料喷射机构停止时,通过压力异常诊断单元来诊断在压力控制单元控制下的燃料压力。由此可不受间歇燃料喷射导致的压力改变的影响而基于燃料压力来诊断燃料压力是否存在问题。在各个燃料喷射机构间歇地喷射燃料的工作状态下,存储在存储单元中的燃料压力将在一定范围内改变。因为难以检测到实际上受控的燃料压力,故不容易检测到因燃料喷射机构的故障等导致的燃料渗漏。当燃料喷射机构停止时进行燃料压力的异常诊断。因此,可以基于不会因间歇喷射而改变的燃料压力来识别燃料压力问题。
    在包括以高压将燃料朝向气缸喷射的缸内喷射器以及将燃料朝向进气歧管或进气口喷射的进气歧管喷射器的上述内燃机中,可以注意到,缸内喷射器与进气歧管喷射器根据内燃机所需的性能来分担燃料喷射。当例如需要燃料均匀时,将仅从进气歧管喷射器喷射燃料。即使在将仅从进气歧管喷射器喷射燃料的情况下,也会通过将高压燃料供应至缸内喷射器的高压燃料系统中的高压泵将燃料的压力升高至约8-13MPa,使得可以响应于来自控制装置的后续指令来从缸内喷射器间歇地喷射燃料(尽管在此时并未从缸内喷射器进行喷射)。并未喷射(未消耗)的该高压燃料会因从内燃机接收的热量而升温。因此燃料压力趋于增大。如果在此情况下,即使高压燃料系统本身正常,基于上述燃料压力的额外增大而作出高压燃料系统中存在异常的检测,就会得到错误判定。日本专利早期公开号10-176592中揭示的燃料压力诊断装置仅教导了在燃料喷射机构停止时对燃料压力进行异常诊断。其不适用于包括缸内喷射器和进气歧管喷射器的内燃机通过从进气歧管喷射器(低压侧)而不从缸内喷射器(高压侧)喷射燃料进行运转的情况。
    发明内容
    着眼于以上问题,本发明的目的在于提供一种控制设备,其可以正确地识别内燃机中燃料系统的故障,该内燃机至少包括将燃料喷射到气缸中的燃料喷射机构(其利用具有高压泵的高压燃料系统来供应燃料)以及将燃料喷射到进气歧管或进气口中的燃料喷射机构。
    本发明的控制设备对包括至少两个燃料系统并通过连接至各个燃料系统的燃料喷射机构来供应燃料的内燃机进行控制。在该内燃机中,控制向第一燃料喷射机构供应燃料的第一燃料系统的燃料压力,使得其即使在未由所述第一燃料喷射机构喷射燃料且由除所述第一燃料喷射机构之外的第二燃料喷射机构喷射燃料时也达到期望压力水平。所述控制设备包括:传感器单元,其检测所述第一燃料系统处的燃料的压力;判定单元,其对所述第一燃料系统处的燃料压力是否因为所述第一燃料系统处的燃料从利用由所述第二燃料喷射机构喷射的燃料运转的所述内燃机接受热量的原因而已经升高进行判定;以及识别单元,其在所述判定单元做出所述第一燃料系统处的燃料的压力已经升高的判定时识别出所述第一燃料系统处不存在故障。
    因为未从第一燃料喷射机构喷射燃料,故即使在从第二燃料喷射机构喷射燃料时,将燃料供应至第一燃料喷射机构的第一燃料系统处的压力也被维持在期望水平。第一燃料系统从利用由第二燃料喷射机构喷射的燃料运转的内燃机接收热量。因为未由第一燃料喷射机构喷射燃料,故第一燃料系统形成封闭系统。因接收热量,在封闭系统中的第一燃料系统的燃料压力增大。如果在第一燃料系统处不存在诸如渗漏之类的故障,则可确定因接收热量使得燃料压力增大?;谎灾?,可以在用于未进行喷射的第一燃料喷射机构的第一燃料系统处的燃料压力升高时识别出不存在故障。因此,可以正确地识别出内燃机中燃料系统的故障,该内燃机至少包括从第一燃料系统供应燃料以将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构以及由第二燃料系统供应燃料以将燃料喷射进气歧管中的第二燃料喷射机构。
    优选地,第一燃料喷射机构将从第一燃料系统供应的高压燃料喷射到气缸中,而第二燃料喷射机构将从第二燃料系统供应的燃料喷射到进气歧管中。
    根据本发明,第一燃料系统以高压将燃料直接喷射到气缸中。因此,即使在未由第一燃料喷射机构喷射燃料的情况下也可以维持高压。当在此情况下因从内燃机接收热量而造成燃料压力升高时,也可识别出不存在诸如渗漏之类的故障。
    更优选地,所述第一燃料喷射机构是缸内喷射器,并且所述第二燃料喷射机构是进气歧管喷射器。
    根据本发明,可以提供一种控制设备,其可正确地识别内燃机中第一燃料系统中的故障,该内燃机具有独立设置并用于分担燃料喷射的、适于作为第一燃料喷射机构的缸内喷射器和适于作为第二燃料喷射机构的进气歧管喷射器。
    附图说明
    图1是在根据本发明的实施例的控制设备控制下的发动机系统的示意性构造图。
    图2示出了图1的发动机系统的燃料供应机构的示意性整体视图。
    图3是图2的局部放大视图。
    图4A和图4B是表示高压燃料泵的特性曲线的图。
    图5和图6分别是由发动机ECU(电子控制单元)执行的控制程序的第一和第二流程图,该发动机ECU可作为根据本发明的实施例的控制设备。
    图7和图8分别是对应于适当地应用了本发明的实施例的控制设备的发动机的暖态和冷态的第一DI比率图。
    图9和图10分别是对应于适当地应用了本发明的实施例的控制设备的发动机的暖态和冷态的第二DI比率图。
    具体实施方式
    以下将参考附图描述本发明的实施例。相同元件被赋予相同的标号。其名称及功能也相同。因此将不再重复对其的详细描述。
    图1示意性地示出了在发动机ECU(电子控制单元)控制下的发动机系统的构造,该发动机ECU用作根据本发明的第一实施例的用于内燃机的控制设备。尽管在图1中示出了直列式四缸汽油发动机,但本发明的应用并不限于示出的发动机,而可以采用V型六缸发动机、V型八缸发动机、以及直列式六缸发动机等。只要发动机至少包括用于各个气缸的缸内喷射器及进气歧管喷射器,就可以应用本发明。
    参考图1,发动机10包括四个气缸112,其全部经由进气歧管20(其每个连接到一个气缸112)连接至共用的稳压罐30。稳压罐30经由进气管道40连接至空气滤清器50。气流计42与由电机60驱动的节气门70一起布置在进气管道40中。独立于加速踏板100,根据发动机ECU300的输出信号来控制节气门70的开度。共用排气歧管80耦合至各个气缸112。排气歧管80耦合至三元催化转化器90。
    为每个气缸112均设置有将燃料喷射到气缸中的缸内喷射器110以及将燃料朝向进气口及/或进气歧管喷射的进气歧管喷射器120。根据来自发动机ECU300的输出信号来控制各个喷射器110和120。各个缸内喷射器110均连接至共用的燃料输送管130。燃料输送管130经由允许朝向燃料输送管130流动的单向阀连接至发动机驱动型高压燃料泵送装置150。将基于具有两个独立设置的喷射器的内燃机来描述本实施例。需要理解的是本发明并不限于这种内燃机??梢圆捎镁哂薪懈啄谂缟涔δ芎徒绻芘缟涔δ芰秸叩牡ジ雠缟淦鞯哪谌蓟?。
    如图1所示,高压燃料泵送装置150的排放侧经由电磁溢流阀连接至燃料输送管130的吸入侧。电磁溢流阀被构造成使得随着电磁溢流阀的开度变小,从高压燃料泵送装置150供应到燃料输送管130中的燃料量增大,且当电磁溢流阀完全打开时,从高压燃料泵送装置150至燃料输送管130的燃料供应将停止。根据发动机ECU300的输出信号来控制电磁溢流阀。以下将做详细描述。
    每个进气歧管喷射器120均连接至对应于低压侧的共用燃料输送管160。燃料输送管160和高压燃料泵送装置150经由共用燃料压力调节器170连接至电机驱动型低压燃料泵180。低压燃料泵180经由燃料滤清器190连接至燃料箱200。燃料压力调节器170被设置成在从低压燃料泵180排放的燃料压力变得高于预设燃料压力时将从低压燃料泵180输出的燃料部分地返回至燃料箱200。由此燃料压力调节器170用于防止供应至进气歧管喷射器120的燃料压力以及供应至高压燃料泵送装置150的燃料压力两者变得高于预设燃料压力。
    发动机ECU300由数字计算机形成,并包括经由双向总线310彼此连接的ROM(只读存储器)320、RAM(随即访问存储器)330、CPU(中央处理单元)340、输入端口350、以及输出端口360。
    气流计42产生正比于进气量的输出电压。气流计42的输出电压经由A/D转换器370被供应至输入端口350。将冷却剂温度传感器380安装至发动机10,该传感器产生正比于发动机冷却剂温度的输出电压。冷却剂温度传感器380的输出电压经由A/D转换器390被供应至输入端口350。
    将燃料压力传感器400安装至燃料输送管130,该传感器产生正比于燃料输送管130内燃料压力的输出电压。燃料压力传感器400的输出电压经由A/D转换器410供应至输入端口350。将空燃比传感器420在三元催化转化器90上游安装至排气歧管80,该传感器产生正比于排气中氧气浓度的输出电压??杖急却衅?20的输出电压经由A/D转换器430供应至输入端口350。
    本实施例的发动机系统中的空燃比传感器420是产生与发动机10中燃烧的空燃混合物的空燃比成正比的输出电压的全范围空燃比传感器(线性空燃比传感器)??梢允褂肙2传感器作为空燃比传感器420,该传感器以开/关的方式检测在发动机10中燃烧的空燃混合物的空燃比相对于理论空燃比是浓还是稀。
    加速踏板100连接至产生正比于加速踏板100的下压量的输出电压的加速踏板位置传感器440。加速踏板位置传感器440的输出电压经由A/D转换器450供应至输入端口350。产生表示发动机转速的输出脉冲的发动机转速传感器460连接至输入端口350。发动机ECU300的ROM320以图的形式预先存储了与运转状态相对应设定的燃料喷射量的值以及基于发动机冷却剂温度的修正值等,其中运转状态基于由加速踏板位置传感器440和发动机转速传感器460获得的发动机负载率和发动机转速。
    以下将参考图2描述发动机10的燃料供应机构。该燃料供应机构包括设置在燃料箱200处以较低排放水平(压力调节器的压力约为0.3MPa)供应燃料的供给泵1100(等同于图1的低压燃料泵180)、由凸轮1210驱动的高压燃料泵送装置150(高压燃料泵1200)、被设置成向缸内喷射器110供应高压燃料的高压输送管1110(等同于图1的燃料输送管130)、在高压输送管1110处为每个气缸均设置一个的缸内喷射器110、被设置成向进气歧管喷射器120提供压力的低压输送管1120、以及在低压输送管1120处为每个气缸的进气歧管均设置一个的进气歧管喷射器120。
    燃料箱200的供给泵1100的排放出口连接至低压供应管1400,低压供应管1400分支为低压输送连通管1410和泵供应管1420。低压输送连通管1410连接至设置在进气歧管喷射器120处的低压输送管1120。
    泵供应管1420连接至高压燃料泵1200的入口。脉动阻尼器1220设置在高压燃料泵1200的入口的前方以减弱燃料压力脉动。
    高压燃料泵1200的排放出口连接至高压输送连通管1500,高压输送连通管1500连接至高压输送管1110。设置在高压输送管1110处的溢流阀1140经由高压输送返回管1610连接至高压燃料泵返回管1600。高压燃料泵1200的返回开口连接至高压燃料泵返回管1600。高压燃料泵返回管1600连接至返回管1630,返回管1630连接至燃料箱200。
    图3是图2的高压燃料泵送装置150的周围部分的放大视图。高压燃料泵送装置150主要由以下部件构成:高压燃料泵1200、由凸轮1210驱动以上下滑动的泵柱塞1206、电磁溢流阀1202以及具有渗漏功能(leakage function)的单向阀1204。
    当通过凸轮1210使泵柱塞1206向下运动且电磁溢流阀1202开启时,燃料被引入(吸入)。当通过凸轮1210使泵柱塞1206向上运动时改变关闭电磁溢流阀1202的时机以对从高压燃料泵1200排放的燃料量进行控制。在泵柱塞1206向上运动时的增压期间将关闭电磁溢流阀1202的时间被设定得越早,则将排放越多的燃料,而延迟关闭电磁溢流阀1202的时间则会排放较少的燃料。
    以下将参考图4A和图4B来描述高压燃料泵1200的特性。图4A表示泵特性曲线,其示出了以发动机10的转速NE为参数,当燃料压力为4MPa时关闭电磁溢流阀1202的曲轴角(CA)与排放量Q之间的关系。图4B表示泵特性曲线,其示出了以发动机10的转速NE为参数,当燃料压力为13MPa时关闭电磁溢流阀1202的曲轴角(CA)与排放量Q之间的关系。除了4Mpa和13MPa的值之外,还通过利用处于上述4MPa至13MPa的范围内合适间隔处的燃料压力P的值作为参数来分析上述特性曲线。
    如图4A和图4B所示,高压燃料泵1200的排放量Q取决于燃料压力P和发动机转速NE的参数。如图4A和图4B中的箭头所示,当确定了需求排放量Q(目标排放量)时,可以计算得到关闭电磁溢流阀1202的曲轴角(CA)。
    注意,即使需求排放量为Q(1)且发动机转速NE为NE(3),如果燃料压力P不同,则关闭电磁溢流阀1202的曲轴角CA也会改变。具体在该情况下,当燃料压力P为4Mpa和13MPa时关闭电磁溢流阀1202的曲轴角CA分别是CA(1)和CA(2)。
    此外,在需求排放量为Q(1)且燃料压力P为4MPa的情况下,如果发动机转速NE不同,则关闭电磁溢流阀1202的曲轴角CA也会改变。具体在该情况下,当发动机转速NE为NE(3)和NE(1)时,曲轴角CA分别为CA(1)和CA(3)。
    当关闭电磁溢流阀1202的曲轴角CA提前时,将从高压燃料泵1200排放更多的燃料,而当关闭电磁溢流阀1202的曲轴角CA延迟时,将从高压燃料泵1200排放更少的燃料。如果不关闭,则电磁溢流阀1202会保持在打开状态。尽管泵柱塞1206随着凸轮1210的旋转(随着发动机10的旋转)而上下移动,但因为电磁溢流阀1202并未关闭所以燃料不会被增压。因此,排放量Q为0。
    在压力下的燃料将推压并打开具有渗漏功能(设定压力为约60KPa)的单向阀1204,从而被朝向高压输送管1110泵送。在该阶段,通过设置在高压输送管1110处的燃料压力传感器400来对燃料压力进行反馈控制。
    当关闭电磁溢流阀1202的曲轴角CA提前时(关闭电磁溢流阀1202期间的时段变长),增大了高压燃料泵1200的燃料排放量以升高燃料压力P。当关闭电磁溢流阀1202的曲轴角CA延迟时(关闭电磁溢流阀1202期间的时段变短),减小了高压燃料泵1200的燃料排放量以降低燃料压力P。
    以下将参考图5的流程图来描述在发动机ECU 300处执行的高压燃料泵1200的反馈控制程序。
    在步骤(以下将“步骤”简称为S)100,发动机ECU300检测发动机转速NE。发动机ECU300基于从转速传感器460供应的信号来检测发动机转速NE。在S110,发动机ECU 300检测高压燃料的压力P。具体而言,发动机ECU300基于从设置在高压输送管130处的燃料压力传感器400供应的信号来识别燃料压力P。
    在S120,发动机ECU300计算需求排放量Q(其是从高压燃料泵1200的燃料排放量)。将在以下将描述计算过程。通过P动作(Paction)和I动作(I action)对高压燃料泵1200进行反馈控制,使得燃料压力P达到燃料压力目标值P(0)。
    需求排放量Q表示为:
    Q=Qp+Qi+F...(1)
    其中Qp项是PI反馈控制中的比例项,Qi项是PI反馈控制中的积分项,而F项是需求喷射量。
    以f作为函数,通过
    F=f(负载,增量,DI比率r)...(2)
    来计算需求喷射量F。
    利用以下公式(3)基于实际燃料压力P和预设目标压力P(0)来计算比例项Qp:
    Qp=K(1)·(P(0)-P)...(3)
    其中K(1)为系数,P为检测到的实际燃料压力,而P(0)为目标燃料压力。从公式(3)可以得出,当实际燃料压力低于目标燃料压力时,比例项Qp(>0)随着实际燃料压力P与目标燃料压力P(0)之间的差异增大(P(0)-P)(>0)而取更大的值,由此向增大高压燃料泵1200的燃料排放量改变。相反,当实际燃料压力高于目标燃料压力时,比例项Qp(<0)随着实际燃料压力P与目标燃料压力P(0)之间的差异减小(P(0)-P)(<0)而取更小的值,由此向减小高压燃料泵1200的燃料排放量改变。
    基于先前积分项Qi、实际燃料压力P、以及预设目标燃料压力P(0)等利用下述公式(4)来计算积分项Qi。
    Qi=Qi+K(2)·(P(0)-P)...(4)
    在这里,K(2)是系数,P是实际压力,而P(0)是目标值。从公式(4)可得出,在实际压力P低于目标压力P(0)时,对应于实际压力与目标压力之间的差异(P(0)-P)(>0)的值在每个规定周期被加至积分项Qi。因此,积分项Qi被逐步更新至较大的值,从而向增大来自高压燃料泵1200的需求排放量Q的一侧改变。相反,在燃料压力P高于目标压力P(0)时,对应于两者之间的差异(P(0)-P)(<0)的值在每个规定周期被从积分项Qi减去。因此,积分项Qi被逐步更新至较小的值,从而向减小来自高压燃料泵1200的需求排放量Q的一侧改变。
    在S130,发动机ECU300计算表示关闭电磁溢流阀1202的时机的曲轴角CA以满足计算得到的需求排放量。在此阶段,发动机ECU300以发动机转速NE和燃料压力P作为参数,使用图4A和图4B的图来计算表示关闭电磁溢流阀1202的时机的曲轴角CA,使得从高压燃料泵1200排放的燃料量等于需求排放量。
    在S140,发动机ECU300判定当曲轴角是否已达到计算得到的曲轴角的水平。由未示出的曲轴角传感器来检测当前曲轴角。在当前曲轴角达到计算得到的曲轴角的水平时(在S140为“是”),控制进行至S150;否则(在S140为“否”),控制返回至S140。
    在S150,发动机ECU 300向电磁溢流阀1202输出控制信号使得电磁溢流阀1202关闭。
    基于上述构造和流程图,以下将描述安装有发动机ECU300(其可作为根据本实施例的用于内燃机的控制设备)的车辆的操作(特别是发动机10的高压燃料泵1200的PI反馈控制操作)。
    当高压燃料泵1200将要工作时,检测发动机转速NE(S100),检测高压燃料系统的燃料压力P(S110),并进行PI反馈控制以消除检测得到的燃料压力P与目标燃料压力P(0)之间的差异。在PI反馈控制中,利用上述公式(1)-(4)来计算需求排放量Q。
    利用图4A和图4B的图(以发动机转速NE和燃料压力P作为参数)来计算为了满足需求排放量Q、表示关闭电磁溢流阀1202的时机的曲轴角CA。
    进行反馈控制使得实际燃料压力(控制值)等于目标燃料压力(目标值)  (即,没有偏差)??梢圆捎闷渌椒???梢约扑惴蠢】刂浦械目刂剖淙?即关闭电磁溢流阀1202时的凸轮角θ与对应于高压燃料泵1200的输送行程的凸轮角θ(0)的比率(θ/θ(0)))作为占空比(其是控制值)。实用此计算得到的占空比,来控制电磁溢流阀1202。下面将描述上述占空控制。本发明可应用于根据需求排放量来计算曲轴角CA的发动机,也可应用于通过占空比进行控制的发动机。
    对于根据利用偏差等计算得到的需求排放量Q的控制输入,并不通过本实施例中的占空比来计算关闭电磁溢流阀1202的时机。替代地,通过向作为需求喷射量的F项增加相对于偏差的比例项以及积分项,来计算需求排放量Q,并基于需求排放量Q来计算表示关闭电磁溢流阀1202的时机的曲轴角CA,使得从高压燃料泵1200排放的燃料量等于需求排放量Q。因为如图4A和图4B所示将发动机转速NE和燃料压力P作为参数,所以在对表示关闭电磁溢流阀1202的时机的曲轴角CA进行计算时,即使在其受到影响的情况下也可获得足够好的控制特性。
    以下将参考图6的流程图来描述由发动机ECU300执行的、对包括高压燃料泵1200的高压燃料系统的故障识别程序。
    在S200,发动机ECU300判定进气口喷射比率是否为100%(DI比率0%)。依据将在以下描述的燃料喷射图来进行上述判定。当进气口喷射比率为100%时(DI比率0%)(在S200为“是”),控制进行至S210;否则(在S200为“否”),处理结束。
    在S210,发动机ECU 300检测发动机冷却剂温度THW。在S220,发动机ECU300判定发动机冷却剂温度THW是否高于预定阈值。因为在发动机10的冷却剂温度极低的区域中高压燃料系统从通过进气歧管喷射器120运转的发动机10接收热量的可能性较低,故进行上述判定。当发动机冷却剂温度THW高于预定阈值时(在S220为“是”),控制进行至S230;否则(在S220为“否”),处理结束。
    在S230,发动机ECU300监测高压输送管1110中燃料的压力(燃料压力)P。在S240,发动机ECU300判定燃料压力P是否因接受热量而已经升高。当燃料压力P因接收热量而已经升高时(在S240为“是”),控制进行至S250;否则(在S240为“否”),控制进行至S260。
    在S250,发动机ECU300识别出在高压燃料系统处不存在故障。
    在S260,发动机ECU300识别出在高压燃料系统处存在故障。例如这对应于燃料输送管或缸内喷射器110处渗漏的情况。
    以下将基于上述构造和流程图来描述安装有发动机ECU300(作为根据本发明的用于内燃机的控制设备)的车辆的操作(具体指对包括发动机10的高压燃料泵1200的高压燃料系统中的故障进行识别的操作)。
    在包括缸内喷射器110和进气歧管喷射器120的发动机10中,发动机10通过以100%的燃料喷射比率喷射燃料的进气歧管喷射器120来运转(在S200为“是”)。当发动机冷却剂温度THW在某一水平较高时(在S220为“是”),向缸内喷射器110供应燃料的高压输送管1110中的燃料从发动机10接收热量。接收热量的燃料的温度升高至较高的水平,由此,建立了封闭系统(未从缸内喷射器110喷射燃料)的高压输送管1110中的燃料的压力会随着温度的升高而增大。如果在该阶段在高压燃料系统处发生诸如渗漏之类的故障,将不能检测到燃料压力的增大。因此,通过监测与高压输送管1110中的燃料的压力相对应的燃料压力P(S230)并且燃料压力P因接收热量而增大(在S240为“是”),可以识别出在高压燃料系统处不存在故障(S250)。相反,当燃料压力P并未因接收热量而增大时(在S240为“否”),可以识别出在高压燃料系统中存在故障(S260)。
    根据本实施例的发动机ECU,可以显著地改善高压燃料泵的反馈控制中的控制特性,并可以在包括独立设置并分担燃料喷射的缸内喷射器和进气歧管喷射器的发动机中对高压燃料系统中的故障进行正确识别。
    <占空控制下的发动机>
    本发明还可应用于具有利用占空比对电磁溢流阀1202进行控制(来代替如上所述利用曲轴角基于需求排放量而获得关闭电磁溢流阀1202的时机)的发动机??梢约扑愎乇盏绱乓缌鞣?202时的凸轮角θ与对应于高压燃料泵1200的输送行程的凸轮角θ(0)的比率(θ/θ(0)))作为占空比,其适于作为控制值。以下该描述该占空控制。因为发动机构造类似于图1-图3所示的结构,故将不再重复其细节。
    占空比DT是用于控制从高压燃料泵1200排放的燃料量(即,开始关闭电磁溢流阀1202的时机)的控制变量。占空比DT在0%至100%的范围内改变,并与对应于电磁溢流阀1202的阀关闭时段的凸轮1210的凸轮角相关。具体而言,占空比DT代表目标凸轮角θ相对于最大凸轮角θ(0)的比例,其中“θ(0)”是对应于电磁溢流阀1202的最大关闭时段的凸轮角(最大凸轮角),而“θ”是对应于阀关闭时段的目标值的凸轮角(目标凸轮角)。因此,当电磁溢流阀1202的目标阀关闭时段(开始关闭阀的时机)接近最大阀关闭时段时,占空比DT取接近100%的值。当目标阀关闭时段接近“0”时,占空比DT取接近0%的值。
    当占空比DT取更接近100%的值时,基于占空比DT调节的开始关闭电磁溢流阀1202的时机被提前,由此电磁溢流阀1202的阀关闭时段变长。结果,从高压燃料泵1200排放的燃料量增大,由此产生更高的燃料压力P。当占空比DT取更接近0%的值时,开始关闭电磁溢流阀1202的时机被延迟,由此电磁溢流阀1202的阀关闭时段变短。因此,从高压燃料泵1200排放的燃料量减少,由此产生更低的燃料压力P。
    以下将描述计算占空比DT的过程?;谝韵鹿?5)来计算占空比DT:
    DT=FF+DTp+DTi+α...(5)
    其中FF为前馈项,DTp为比例项,DTi为积分项。α为将从具有渗漏功能的单向阀204的燃料渗漏考虑在内的修正项。在公式(5)中,前馈项FF被设置成使得可与需求燃料喷射量相比的燃料量被提前供应至高压输送管1110,由此即使在发动机过渡状态期间也允许燃料压力P迅速地接近目标燃料压力P(0)。为了使燃料压力P接近目标燃料压力P(0)而设置。为了抑制占空比DT因燃料渗漏、高压燃料泵1200的个体差异等而改变从而设置了积分项DTi。
    发动机ECU300基于通过公式(5)计算得到的占空比DT来控制向电磁溢流阀1202的电磁螺线管供应电流的时机(即开始关闭电磁溢流阀1202的时机)。通过控制开始关闭电磁溢流阀1202的时机,改变电磁溢流阀1202的阀关闭时段以调节从高压燃料泵1200排放的燃料量。因此,燃料压力P向目标燃料压力P(0)改变。
    基于诸如最终燃料喷射量以及发动机转速NE等的发动机运转状态来计算前馈项FF。前馈项FF正比于更大的需求燃料喷射量而增大,并使占空比DT向100%一侧改变,即,增大从高压燃料泵1200排放的燃料量。
    根据以下公式(6),基于实际燃料压力P和预设目标燃料压力P(0)来计算比例项DTp:
    DTp=K(1)·(P(0)-P)...(6)
    其中K(1)为系数,P为实际燃料压力,而P(0)为目标燃料压力。从公式(6)可得出,当实际燃料压力P低于目标燃料压力P(0)且两者间的差异(P(0)-P)变大时,比例项DTp取更大的值。因此,占空比DT向100%一侧改变,即增大从高压燃料泵1200排放的燃料量。相反,当实际燃料压力P高于目标燃料压力P(0)且两者间的差异(P(0)-P)变小时,比例项DTp取更小的值。因此,占空比DT向0%一侧改变,即减少从高压燃料泵1200排放的燃料量。
    例如利用以下公式(7),基于在先前周期获得的积分项DTi、实际燃料压力P以及目标燃料压力P(0)来计算积分项DTi:
    DTi=DTi+K(2)·(P(0)-P)...(7)
    其中K(2)为系数,P为实际燃料压力,而P(0)为目标燃料压力。从公式(7)可得出,当实际燃料压力P低于目标燃料压力P(0)时,在每个规定周期将对应于其差异(P(0)-P)的值增加至积分项DTi。因此,积分项DTi逐步重新至更大的值以使得占空比DT朝向更接近100%一侧逐步改变(以增大从高压燃料泵1200排放的燃料量)。相反,当实际燃料压力燃料压力P高于目标燃料压力P(0)时,在每个规定周期将对应于其差异(P(0)-P)的值从积分项DTi减去。因此,积分项DTi逐步更新至更小的值以使得占空比DT朝向接近0%一侧逐步改变(以减少从高压燃料泵1200排放的燃料量)?;窒頓Ti的初始值为0。
    如上所述利用占空比通过P动作和I动作来反馈控制的发动机10可根据图6所示的流程图进行故障识别。
    尽管在上述实施例中反馈控制包括P动作和I动作,但本发明并不限于此。反馈可基于仅包括P动作或者除了P动作和I动作之外还包括D动作的反馈控制。
    <适于应用本控制设备的发动机(1)>
    以下将描述适于应用本实施例的控制设备的发动机(1)。
    参考图7和图8,将描述表示缸内喷射器110与进气歧管喷射器120之间的燃料喷射比率(以下也称为DI比率(r))的图,其被表示为与发动机10的运转状态关联的信息。该图存储在发动机ECU300的ROM320中。图7是用于发动机10的暖态的图,而图8是用于发动机10的冷态的图。
    在图7和图8的图中,以百分率来表示缸内喷射器110的燃料喷射比率作为DI比率r,其中横轴表示发动机10的发动机转速,而纵轴表示负载率。
    如图7和图8所示,为由发动机10的发动机转速和负载率确定的每个工作区域设定DI比率r?!癉I比率r=100%”表示仅由缸内喷射器110进行燃料喷射的区域,而“DI比率r=0%”表示仅由进气歧管喷射器120进行燃料喷射的区域?!癉I比率r≠0%”、“DI比率r≠100%”以及“0%<DI比率r<100%”每个都表示缸内喷射器110和进气歧管喷射器120分担燃料喷射的区域。总体而言,缸内喷射器110有助于提高动力性能,而进气歧管喷射器120有助于空燃混合物的均匀化。根据发动机10的发动机转速和负载率来适当地选择具有不同特性的这两种喷射器,由此在发动机10的正常运转状态(例如,怠速期间的催化剂预热状态为非正常运转状态的一个示例)下仅进行均匀燃烧。
    此外,如图7和图8所示,在用于发动机暖态和冷态的图中分别界定缸内喷射器110和进气歧管喷射器120的DI比率r。这些图被设置成表明随着发动机10的温度改变缸内喷射器110和进气歧管喷射器120的不同控制区域。当检测到的发动机10的温度等于或高于预定温度阈值时,就选择图7所示的用于暖态的图;否则就选择图8所示的用于冷态的图。根据发动机10的发动机转速和负载率并基于所选择的图来控制缸内喷射器110和/或进气歧管喷射器120。
    现将描述在图7和图8中设定的发动机10的发动机转速和负载率。在图7中,NE(1)被设定为2500rpm至2700rpm,KL(1)被设定为30%至50%,并且KL(2)被设定为60%至90%。在图8中,NE(3)被设定为2900rpm至3100rpm。即,NE(1)<NE(3)?;故实钡厣瓒ㄍ?中的NE(2)及图8中的KL(3)和KL(4)。
    当对比图7和图8时,图8所示的用于冷态的图的NE(3)高于图7所示的用于暖态的图的NE(1)。这表明,随着发动机10的温度的降低,进气歧管喷射器120的控制区域扩展以包含更高发动机转速的区域。即,在发动机10较冷的情况下,沉积物不太可能聚集在缸内喷射器110的喷射孔中(即使未从缸内喷射器110喷射燃料)。因此,使用进气歧管喷射器120进行燃料喷射的区域可以扩展,由此提高均匀性。
    当对比图7和图8时,“DI比率r=100%”在用于暖态的图中位于其中发动机10的发动机转速为NE(1)或更高的区域中、并在用于冷态的图中位于其中发动机转速为NE(3)或更高的区域中。就负载率而言,“DI比率r=100%”在用于暖态的图中位于其中负载率为KL(2)或更大的区域中、并在用于冷态的图中位于其中负载率为KL(4)或更大的区域中。这意味着在预定高发动机转速的区域并在预定高发动机负载的区域中仅使用缸内喷射器110?;谎灾?,在高转速区域和高负载区域中,即使仅通过缸内喷射器110进行燃料喷射,发动机10的发动机转速和负载很高并且进气量充足,以致于仅使用缸内喷射器110也能够方便地获得均匀的空燃混合物。以此方式,在燃烧室内对从缸内喷射器110喷射的燃料涉及汽化潜热(即从燃烧室吸收热量)地进行雾化。因此,降低了在压缩末期空燃混合物的温度,由此提高了防爆震性能。此外,因为燃烧室内的温度降低,故提高了进气效率,由此产生较高的动力输出。
    在图7的用于暖态的图中,当负载率为KL(1)或更小时,仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射。这表明当发动机10的温度较高时在预定低负载区域中仅使用缸内喷射器110。当发动机10处于暖态时,沉积物容易在缸内喷射器110的喷射孔中蓄积。但是,当使用缸内喷射器110进行燃料喷射时,可以降低喷射孔的温度,由此防止沉积物的积累。此外,在确保其最小燃料喷射量的同时可防止阻塞缸内喷射器110。因此,在相关区域中仅使用缸内喷射器110。
    当对比图7和图8时,仅在图8的用于冷态的图中存在“DI比率r=0%”的区域。这表明当发动机10的温度较低时在预定低负载区域(KL(3)或更小)中仅使用进气歧管喷射器120进行燃料喷射。当发动机10较冷、负载较低、且进气量较小时,不太容易实现对燃料的雾化。在该区域中,难以通过缸内喷射器110的燃料喷射来确保有利的燃烧。此外,特别是在低负载低转速区域中,不需要使用缸内喷射器110的高输出。因此,在相关区域中,仅使用进气歧管喷射器120而不使用缸内喷射器110来进行燃料喷射。
    此外,在正常运转之外的其他运转情况下,或者在发动机10怠速期间的催化剂预热状态(异常运转状态),控制缸内喷射器110以进行层状燃烧。通过在催化剂预热工作期间仅进行层状燃烧,可以促进对催化剂的预热,并由此改善排气排放。
    <适于应用本控制设备的发动机(2)>
    以下将描述适于应用本实施例的控制设备的发动机(2)。在以下对发动机(2)的描述中,将不再重复与发动机(1)相同的结构。
    参考图9和图10,将描述表明缸内喷射器110与进气歧管喷射器120之间的燃料喷射比率的图,其是与发动机10的运转状态相关的信息。这些图存储在发动机ECU300的ROM320中。图9是用于发动机10的暖态的图,而图10是用于发动机10的冷态的图。
    图9和图10在以下方面不同于图6和图7。在用于暖态的图中在发动机10的发动机转速等于或高于NE(1)的区域中保持“DI比率r=100%”,并在用于冷态的图中在发动机10的发动机转速等于或高于NE(3)的区域中保持“DI比率r=100%”。此外,在用于暖态的图中在除了低速区域之外的负载率为KL(2)或更大的区域中保持“DI比率r=100%”,并在用于冷态的图中在除了低速区域之外的负载率为KL(4)或更大的区域中保持“DI比率r=100%”。这意味着在发动机转速处于预定高水平的区域中仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射,并且在发动机负载处于预定高水平的区域中通常仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射。但是,在低速高负载区域中,对由缸内喷射器110喷射的燃料形成的空燃混合物的混合较差,在燃烧室内这种不均匀的空燃混合物会导致不稳定燃烧。因此,随着发动机转速升高(不太可能发生上述问题),增大缸内喷射器110的燃料喷射比率,而随着发动机负载降低(容易发生上述问题),降低缸内喷射器110的燃料喷射比率。通过图9和图10中的十字箭头来示出DI比率r的这些变化。以此方式,可以抑制因不稳定燃烧所导致的发动机输出转矩的波动。注意,这些方法大致等同于当发动机10的状态朝向预定低速区域移动时降低缸内喷射器110的燃料喷射比率的方法,或当发动机10的状态朝向预定低负载区域移动时增大缸内喷射器110的燃料喷射比率的方法。此外,在除了上述区域(由图8及图9中的十字箭头表示)之外的、仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射的区域中(在高速侧和在低负载侧),即使在仅使用缸内喷射器110进行燃料喷射时,也可以容易地获得均匀的空燃混合物。在此情况下,在燃烧室内涉及汽化潜热地(通过从燃烧室吸收热量)对从缸内喷射器110喷射的燃料进行雾化。因此,降低了压缩末期空燃混合物的温度,由此提高了防爆震性能。此外,随着燃烧室内的温度降低,提高了进气效率,由此产生较高的动力输出。
    在参考图7-图10描述的发动机10中,通过将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在进气冲程来实现均匀燃烧,而通过将其设定在压缩冲程来实现层状燃烧。即,当将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在压缩冲程时,可以围绕火花塞局部地布置浓空燃混合物,由此燃烧室内的总体为稀的空燃混合物被点燃以实现层状燃烧。即使将缸内喷射器110的燃料喷射正设定在进气冲程时,如果能够提供局部地围绕火花塞的浓空燃混合物,还是可以实现层状燃烧。
    如这里所使用的,层状燃烧包括层状燃烧和下述半层状燃烧两者。在半层状燃烧中,进气歧管喷射器120在进气冲程喷射燃料以在整个燃烧室内产生总体稀且均匀的空燃混合物,然后缸内喷射器110在压缩冲程喷射燃料以产生围绕火花塞的浓空燃混合物,由此改善燃烧状态。因为以下原因,这种半层状燃烧在催化剂预热运转中是优选的。在催化剂预热运转中,需要显著延迟点火正时并维持所需的燃烧状态(怠速状态),由此使得高温燃烧气体到达催化剂。此外,需要供应特定量的燃料。如果采用层状燃烧以满足上述要求,燃料的量将不充足。如果采用均匀燃烧,为了维持所需的燃烧的延迟量相较于层状燃烧的情况较短。为此,尽管既可采用层状燃烧也可采用半层状燃烧,但优选地在催化剂预热运转中采用上述半层状燃烧。
    此外,在结合图7-图10描述的发动机中,因以下原因优选地将通过缸内喷射器110进行的燃料喷射正时设定在压缩行程。注意,在几乎整个基本区域(在这里,基本区域指除了使用在进气冲程由进气歧管喷射器120喷射的燃料以及在压缩冲程由缸内喷射器110喷射的燃料来进行半层状燃烧(仅在催化剂预热运转中进行)的区域之外的其他区域)中,将缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在进气冲程。但是,如下所述,为了稳定燃烧,可以将缸内喷射器110的燃料喷射正时暂时设定在压缩冲程中。
    当缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在压缩冲程中时,在气缸的温度相对较高的时段期间,通过燃料喷射来冷却空燃混合物。这提高了冷却效果,并由此提高了抗爆震性能。此外,当缸内喷射器110的燃料喷射正时设定在压缩冲程中时,从燃料喷射至点火的所需时间较短,由此通过雾化可加强空气流动,由此提高了燃烧率。对抗爆震性能的提高以及对燃烧率的提高可以避免燃烧波动,由此提高燃烧稳定性。
    此外,无论发动机的温度如何(即,与暖态和冷态无关),都可以在怠速关闭模式期间(当怠速开关关闭时,或当下压加速踏板时)使用图7或图9所示的暖态图?;谎灾?,无论处于冷态还是暖态,都在低负载区域采用缸内喷射器110。
    应该理解的是,这里揭示的实施例在各个方面均为解释性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的条款而非上述描述界定,且本发明的范围意在包含落入与权利要求的条款相等同的范围和含义内的任何修改。

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