專利名稱：內燃機的控制裝置和控制方法
內燃機的控制裝置和控制方法技術領域[OOOl]本發(fā)明涉及內燃機的控制裝置和控制方法。
背景技術：
當噴嘴周圍的溫度處于沉積物形成的范圍(即沉積物形成溫 度范圍)內時，沉積物有時會積聚在位于缸內噴射式火花點火內燃機 的氣缸內的缸內燃料噴射閥的所述噴嘴附近。當沉積物以這種方式積 聚在所述噴嘴周圍時，它們不利地影響燃料噴射量和燃料噴射方向等 等。
因此，有必要抑制沉積物積聚在所述缸內燃料噴射閥的所述 噴嘴附近。例如7>開號為JP-A-2002-364409的日本專利申請描述了在 缸內噴射式火花點火內燃機中使用的技術，所述內燃機除了所述缸內 燃料噴射岡外還設置了另 一個燃料噴射閥，另 一個燃料噴射閥是將燃 料噴入進氣口的進氣口燃料噴射閥。這種技術旨在即使當如果燃料從 所述進氣口燃料噴射閥嘴射使所述內燃機將更有效地運轉時也通過從 缸內燃料噴射閥噴射所需燃料量的 一部分以冷卻所述噴嘴附近的區(qū) 域，來將所述噴嘴附近的溫度降低到所述沉積物形成溫度范圍以下。
當發(fā)動機起動時，所述缸內燃料噴射閥的所述噴嘴附近的溫 度處于所述沉積物形成溫度范圍以下并且隨著所述發(fā)動機暖機而上升 到所述沉積物形成溫度范圍之內。然而，當所述缸內燃料噴射閥布置 在火花塞附近時，所述噴嘴附近的區(qū)域很容易變熱。因此， 一旦所述
發(fā)動機已經(jīng)暖機，即使所述噴嘴附近的區(qū)域被從所述缸內燃料噴射閥 噴射出的最大量燃料冷卻，所述噴嘴附近的溫度仍將超過所述沉積物 形成溫度范圍，超出所述沉積物形成溫度范圍后新的沉積物將不會在 所述噴嘴附近形成。
因此，在上述相關技術中，即使可以推遲所述缸內燃料噴射 閥的所述噴嘴附近的溫度進入所述沉積物形成溫度范圍，所述噴嘴附 近的溫度最終將進入所述范圍。其后，由于所述區(qū)域被噴射的燃料冷 卻，所以所述噴嘴附近的溫度將難以升高到所述沉積物形成溫度范圍 以上。因此，大量沉積物可能積聚在所述噴嘴附近。發(fā)明內容
因此本發(fā)明提供一種內燃機的控制裝置和控制方法，其能抑 制缸內噴射式火花點火內燃機內的缸內燃料噴射閥的噴嘴附近的沉積 物的積聚，所述缸內噴射式火花點火內燃機設置有將燃料直接噴入氣 缸的缸內燃料噴射閥。
本發(fā)明的第一方案涉及一種內燃機的控制裝置，其至少設置 有將燃料直接噴入氣缸的缸內燃料噴射閥，并且當被檢測到的所述缸 內燃料噴射閥的所述噴嘴附近的溫度(通過測量或估算來^f企測該溫度) 處于沉積物形成溫度范圍內時，執(zhí)行促進所述缸內燃料噴射閥的噴嘴 附近的溫度升高的溫度升高促進控制。
依照第 一方案，所述噴嘴附近的溫度很快升高到所述沉積物 形成溫度范圍以上，所以所述噴嘴附近的溫度處于所述沉積物形成溫 度范圍內的時間段更短，這意味著沉積物在所述噴嘴附近積聚的時間 段更短。因此，沉積物的積聚能夠被抑制。
此外，在第一方案中，可以在被檢測到的(即，被測量出或物形成溫度范圍之內的時間段已經(jīng)達到設定時間段之后執(zhí)行所述溫度 升高促進控制。
因此，取決于所述發(fā)動機的工況，所述噴嘴附近的溫度在所 述設定時間段內可以超過所述沉積物形成溫度范圍。當所述噴嘴附近 的溫度以這種方式很快地超過所述沉積物形成溫度范圍時，沉積物的 積聚被抑制，所以沒有無謂地執(zhí)行所述溫度升高促進控制。[OOll]此外，在第一方案中，內燃機可以進一步包括將燃料噴入進 氣口的進氣口燃料噴射閥，并且通過停止來自所述缸內燃料噴射閥的 燃料噴射并且執(zhí)行來自所述進氣口燃料噴射閥的燃料噴射來執(zhí)行所述 溫度升高促進控制。
因此，停止來自所述缸內燃料噴射閥的燃料噴射并且執(zhí)行來述噴嘴附近的區(qū)域被所述缸內燃料噴射閥噴射的燃料冷卻。因此，所 述溫度升高促進控制能夠使所述噴嘴附近的溫度很快地升高到所述沉 積物形成溫度范圍以上。
此外，在第一方案中，所述溫度升高促進控制可以通過提前 點火正時來升高燃燒溫度而被執(zhí)行。
因此，所述缸內燃料噴射閥的所述噴嘴附近的溫度能夠通過 升高所述燃燒溫度而被升高，這是通過提前點火正時來實現(xiàn)的。該溫 度升高促進控制能夠使所述噴嘴附近的溫度很快地超過所述沉積物形 成溫度范圍。
此外，在第一方案中，所述缸內燃料噴射閥可以選擇性地在 至少兩個等級之間改變噴射率，所述兩個等級中的一個是低噴射率而 所述兩個等級中的另一個是高噴射率。當根據(jù)所述溫度升高促進控制 來升高燃燒溫度時，燃料以被設定為所述高噴射率的所述缸內燃料噴 射閥的所述噴射率被噴射。
因此，燃料可以以被設定為所述高噴射率的所述缸內燃料噴 射閥的所述噴射率被噴射。結果，所述缸內燃料噴射閥的所述噴嘴附 近的溫度被高燃燒溫度而升高并且因此很快地超過所述沉積物形成溫 度范圍。此外，即使當所述噴嘴附近的溫度處于所述沉積物形成溫度 范圍內時沉積物確實積聚在所述噴嘴附近，那些沉積物也能夠輕易地 被從所述缸內燃料噴射閥噴射出的高噴射率的燃料噴霧吹走。


通過下面參考附圖對優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的前述和其 它目的、特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見，其中相同的標記用于表示 相同的元件，其中圖1為示意性地顯示依照本發(fā)明的設置有控制裝置的缸內噴射式 火花點火內燃機的氣缸蓋的仰視圖；圖2為示意性地顯示圖1中的所述缸內噴射式火花點火內燃機的 縱向截面圖；以及圖3為由依照本發(fā)明的所述控制裝置執(zhí)行的抑制沉積物的積聚的 控制的流程圖。
具體實施方式

圖1為示意性地顯示了依照本發(fā)明的設置有控制裝置的缸 內噴射式火花點火內燃機的氣缸蓋的仰視圖，圖2為示意性地顯示圖1 中的所述缸內噴射式火花點火內燃機的縱向截面圖。如這些圖所示， 所述缸內噴射式火花點火內燃機(下文中簡稱為"內燃機，，)包括一對 進氣門1、經(jīng)由進氣門l通向氣缸的進氣口 2、 一對排氣門3、經(jīng)由排 氣門3通向氣缸的排氣口 4、大體布置在氣缸的上部中心的缸內燃料噴 射閥5、布置在缸內燃料噴射閥5附近的火花塞6、布置在進氣口 2內 的進氣口燃料噴射閥7以及活塞8。
如圖2所示，當發(fā)動機載荷小于設定載荷時，內燃機的缸 內燃料噴射閥5噴射燃料，燃料在壓縮沖程的后半段期間經(jīng)過火花塞6 的火花隙。缸內燃料噴射閥5優(yōu)選為以中空的或實心的圓錐形或相對 薄平的大致扇形而擴散開的噴霧的形式噴射燃料。因此，當燃料噴霧 在氣缸內飛繞時其借助與進氣的摩擦而輕易地霧化或蒸發(fā)，在所述點 火正時在氣缸的部分內形成可燃混合氣的云狀物。以這種方式形成的 可燃混合氣接觸火花塞6的火花隙并且被可靠地點燃，以便能夠實現(xiàn) 良好的分層充氣燃燒。在分層充氣燃燒期間，氣缸內的總的空燃比比 理論空燃比稀，所以消耗較少燃料。
此外，當發(fā)動機載荷為等于或大于設定載荷的高載荷時，內 燃機的進氣口燃料噴射閥7與進氣沖程同步或與進氣沖程不同步地噴 射燃料，所以在進氣沖程期間燃料和進氣一起被供應給氣缸。因此， 點火之前的時間足夠長，這使得被噴射的燃料擴散至遍及整個氣缸， 以便在所述點火正時在氣缸內形成均勻混合氣。以這種方式形成的均 勻混合氣被可靠地點燃，以便能夠實現(xiàn)良好的均勻燃燒。在均勻燃燒
期間，盡管通過使空燃比成為理論空燃比或濃于理論空燃比能夠獲得 更大的發(fā)動機輸出功率，但氣缸內的總的空燃比可以比理論空燃比稀。
如果沒有設置進氣口燃料噴射閥7，那么為了均勻燃燒而在 進氣沖程的末期由缸內燃料噴射閥5噴射燃料。在這種情況下，優(yōu)選 為在進氣沖程期間在氣缸內形成翻轉流或漩渦流。該翻轉流或漩渦流 使被噴射的燃料分散至遍布所述氣缸，以便在所述點火正時形成均勻 混合氣。
此外，對于均勻燃燒期間氣缸內的均勻性，由進氣口燃料噴 射閥7噴射出并且和進氣一起被供應到所述氣缸內的燃料是有利的。 另一方面，為了通過燃料蒸發(fā)的潛熱來降低氣缸內部溫度，對于增加 進氣充量系數(shù)(charing efficiency )，在進氣沖程期間由缸內燃料噴射閥 5噴射出的燃料是有利的。因此，在均勻燃燒期間，燃料可以從進氣口 燃料噴射閥7和缸內燃料噴射閥5 二者噴射。在這種情況下，要被噴 射的所需燃料量以缸內燃料噴射閥5和進氣口燃料噴射閥7的噴射率 噴射。為了增加進氣充量系數(shù)，所需發(fā)動機輸出功率越大，缸內燃燒 噴射閥5的噴射率優(yōu)選地被設定為越大。
此外，以這種方式利用缸內燃料噴射閥5和進氣口燃料噴射 閥7 二者噴射的燃料的均勾燃燒同樣可以在發(fā)動機的所有工況下執(zhí)行， 而分層充氣燃燒根本沒有被執(zhí)行。
特別地，正如在該缸內噴射式火花點火內燃機中，當缸內燃 料噴射閥5和火花塞6都布置在氣缸的上部內時，缸內燃料噴射閥5 通常位于火花塞6附近，不管是執(zhí)行分層充氣燃燒還是均勻燃燒，這 都達到氣缸內任何部分的最高溫度。因此，缸內燃料噴射閥5的噴嘴
附近的區(qū)域充分地變熱，從而在發(fā)動機暖機后，即使當在分層充氣燃 燒和均勻燃燒二者期間被燃料噴射冷卻時，噴嘴附近的溫度也將超過大約200。C。因此，即使燃料以液體狀態(tài)粘著在噴嘴附近，該燃料也將 沸騰并形成珠，從而不趨于變?yōu)轭A燃燃料的沉積物。
然而，在發(fā)動機起動時噴嘴附近的溫度低，即接近大氣溫度。 因此，由于噴嘴附近的溫度隨著發(fā)動機暖機而逐漸升高，所述溫度最 終將進入沉積物形成溫度范圍，該沉積物形成溫度范圍在大約150。C和 大約180。C之間，包括150。C和18(TC。這時，有在噴嘴附近形成沉積 物的趨勢。
依照圖3中的流程圖示出的所述控制，依照本發(fā)明的實施 例的控制裝置抑制沉積物積聚在缸內燃料噴射閥5的噴嘴附近。首先 在步驟101中，判斷指示所述發(fā)動機溫度的冷卻液溫度THW是否等于 或大于設定冷卻液溫度THW1。如果所述判定為是，那么所述發(fā)動機 已經(jīng)結束暖機并且缸內燃料噴射閥5的噴嘴附近的溫度T在大約200 。C以上，即超出沉積物形成溫度范圍，所以新的沉積物將不會在噴嘴 附近積聚。因此，所述程序的這個循環(huán)結束。
另一方面，如果在步驟IOI中的判定為否，則所述發(fā)動機還 沒有完成暖機，所以在步驟102中判斷缸內燃料噴射閥5的噴嘴附近 的溫度T是否處于沉積物形成溫度范圍之內(即在T1和T2之間，包 括T1和T2)。噴嘴附近的溫度T可以由布置在噴嘴附近的溫度傳感器 測量或者可以基于由布置在氣缸內的溫度傳感器測量出的氣缸內部溫 度來估算。此外，所述燃燒溫度可以基于燃料噴射量估算出，而所述 噴嘴附近的溫度T可以由這個估算出的燃燒溫度來估算。如果在步驟102中的判定為否，即如果判定出噴嘴附近的溫 度T低于Tl或高于T2，則沉積物將不會輕易地形成，所以在步驟103 中判斷計數(shù)值C是否等于或大于設定值C1。如果在步驟103中的判定 為是，則隨后將詳細描述的溫度升高促進控制正在執(zhí)行，所以在步驟 104中該控制被取消。此外，如果在步驟103中的判定為否，則所述程 序直接進行至計數(shù)值C被復位到0的步驟105,在步驟105后所述程 序的這個循環(huán)結束。
另一方面，如果在步驟102中的判定為是，則缸內燃料噴射 閥5的噴嘴附近的溫度T隨發(fā)動機暖機已經(jīng)升高到沉積物形成溫度范 圍內。這時，在步驟105中被復位為0的計數(shù)值C在步驟106中增加 1。接著在步驟107中，判斷計數(shù)值C是否已經(jīng)達到設定值Cl。如果 該判定為否，則所述程序的這個循環(huán)結束。
當在步驟106中的計數(shù)值C的增加被重復時，在步驟107 中的判定最終將為是，這時在步驟108中執(zhí)行促進缸內燃料噴射閥5 的噴嘴附近的溫度T的升高的溫度升高促進控制。就是說，當噴嘴附 近的溫度T處于沉積物形成溫度范圍內的時間段達到為0的初始計數(shù) 值C增加到設定值C1所需的設定時間段時，執(zhí)行溫度升高促進控制。
換句話說，取決于所述發(fā)動機暖機時的發(fā)動機工況，噴嘴附 近的區(qū)域可以充分地變熱，從而噴嘴附近的溫度T在噴嘴附近的溫度T 處于沉積物形成溫度范圍內的時間段達到所述設定時間段之前升高到 沉積物形成溫度范圍以上。在這種情況下，不執(zhí)行溫度升高促進控制。
溫度升高促進控制停止來自缸內燃料噴射閥5的燃料的噴 射，以便缸內燃料噴射閥5的噴嘴附近的區(qū)域沒有被噴射出的燃料冷 卻。在這種情況下，所述發(fā)動機必須利用從進氣口燃料噴射閥7噴射出的燃料運轉。溫度升高促進控制很快地將噴嘴附近的溫度T升高到沉積物形成溫度范圍以上，從而減少在沉積物形成溫度范圍內積聚在 噴嘴附近的沉積物的量。
例如，如果當該溫度升高促進控制被執(zhí)行時，正在利用從缸 內燃料噴射閥5噴射出的燃料執(zhí)行分層充氣燃燒，則溫度升高促進控 制的執(zhí)行取消分層充氣燃燒，而是利用從進氣口燃料噴射閥7噴射的 燃料執(zhí)行均勻燃燒。此外，如果在執(zhí)行所述溫度升高促進控制時正在 利用從缸內燃料噴射閥5和進氣口燃料噴射閥7噴射出的燃料執(zhí)行均 勻燃燒，則以進氣口燃料噴射閥7為100%的噴射率繼續(xù)執(zhí)行均勻燃燒。
此外，溫度升高促進控制可以代替性地通過提前點火正時來 升高燃燒溫度。溫度升高促進控制也很快地將噴嘴附近的溫度T升高 到沉積物形成溫度范圍以上，從而減少在沉積物形成溫度范圍內積聚 在噴嘴附近的沉積物的量。
如果當該溫度升高促進控制被執(zhí)行時正在執(zhí)行分層充氣燃 燒，則優(yōu)選為轉換為均勻燃燒。在提前點火正時的均勻燃燒期間，燃 料可以僅利用缸內燃料噴射閥5來噴射。因此，溫度升高促進控制也 能夠被應用于不具有進氣口燃料噴射閥7的缸內噴射式火花點火內燃 機。
此外，當運用通過提前點火正時升高燃燒溫度的溫度升高促 進控制并且利用進氣口燃料噴射閥7噴射燃料時，通過使得缸內燃料 噴射閥5的噴射率為0%或小，缸內燃料噴射閥5的噴嘴附近的區(qū)域較
少被從缸內燃料噴射閥5噴射出的燃料冷卻，以便噴嘴附近的溫度T將很快地升高到沉積物形成溫度范圍以上。
此外，如果缸內燃料噴射閥5的噴射率例如通過改變閥體的 升量至少在低噴射率和高噴射率之間轉換，那么當溫度升高促進控制 通過提前點火正時來升高燃燒溫度時，來自缸內燃料噴射閥5的燃料 噴射優(yōu)選地設定為高噴射率。因此，即使當噴嘴附近的溫度T處于沉 積物形成溫度范圍內時沉積物形成，積聚在噴嘴附近的沉積物也能夠 被來自缸內燃料噴射閥5的以高噴射率噴射的燃料噴霧吹走。
如上所述，溫度升高促進控制將燃燒從分層充氣燃燒轉換為 均勻燃燒或提前點火正時，這二者都不利地影響燃料消耗。因此，如 圖3中的流程圖所示，如果在缸內燃料噴射閥5的噴嘴附近的溫度T 處于沉積物形成溫度范圍內的時間段達到設定時間段之前缸內燃料噴 射閥5的噴嘴附近的溫度T超過沉積物形成溫度范圍，即如果噴嘴附 近的溫度T很快地升高到沉積物形成溫度范圍以上，則不執(zhí)行對燃料 消耗具有不利影響的溫度升高促進控制。然而，噴嘴附近的溫度T一 旦進入沉積物形成溫度范圍，就立即執(zhí)行溫度升高促進控制，以便噴 嘴附近的溫度T更快地升高到沉積物形成溫度范圍以上。
依照該示范實施例的控制裝置，缸內燃料噴射閥5的噴嘴附 近的溫度T被升高以便其很快地超過沉積物形成溫度范圍。雖然如此， 當噴嘴附近的溫度T處于沉積物形成溫度范圍內時，少量的沉積物仍 可能積聚在噴嘴附近。因此，當噴嘴附近的溫度T已經(jīng)超過沉積物形 成溫度范圍時，優(yōu)選地通過提前點火正時來執(zhí)行使得燃燒空燃比稀于 理論空燃比的均勻燃燒。這時能夠通過缸內燃料噴射閥5和進氣口燃 料噴射閥7中的一個或兩個執(zhí)行燃料噴射。特別地，由缸內燃料噴射閥5以高噴射率噴射全部的所需燃料量將吹走積聚在噴嘴附近的沉積物。此外，如果通過由提前點火正時實現(xiàn)的升高燃燒溫度來執(zhí)行具有 稀空燃比的均勻燃燒，那么足量的氧氣將保留在氣缸內并且氣缸內的溫度將升高，所以積聚在缸內燃料噴射閥5的噴嘴附近的少量沉積物 能夠輕易地被燒掉或脫離噴嘴附近。
每當所述發(fā)動機起動時，當缸內燃料噴射閥5的噴嘴附近的 溫度T超過沉積物形成溫度范圍時，提前點火正時的具有稀空燃比的 均勻燃燒不是必須被執(zhí)行。作為選擇，每當?shù)趎次發(fā)動機起動時噴嘴 附近的溫度T超過沉積物形成溫度范圍時，可以執(zhí)行均勻燃燒。
權利要求
1、一種內燃機的控制裝置，包括缸內燃料噴射閥，其將燃料直接噴入氣缸內；溫度檢測器，其檢測所述缸內燃料噴射閥的噴嘴附近的溫度；以及控制器，當被所述溫度檢測器檢測到的所述溫度處于沉積物形成溫度范圍內時，所述控制器執(zhí)行促進所述噴嘴附近的溫度升高的溫度升高促進控制，在所述沉積物形成溫度范圍內沉積物趨于在所述缸內燃料噴射閥的所述噴嘴附近形成。
2、 根據(jù)權利要求1所述的控制裝置，其中，在所述檢測到的所述 缸內燃料噴射閥的所述噴嘴附近的溫度處于所述沉積物形成溫度范圍 內的時間段已經(jīng)達到設定的時間段之后，所述控制器執(zhí)行所述溫度升 高促進控制。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的控制裝置，其中所述內燃機進一步 包括進氣口燃料噴射閥，其將燃料噴入進氣口內，并且所述控制器通 過減小來自所述缸內燃料噴射閥的燃料噴射量與來自所述進氣口燃料 噴射閥的燃料噴射量的比來執(zhí)行所述溫度升高促進控制。
4、 根據(jù)權利要求3所述的控制裝置，其中所述控制器通過停止來閥的燃料噴射來執(zhí)行所述溫度升高促進控制。
5、 根據(jù)權利要求1或2所述的控制裝置，其中所述控制器通過提 前點火正時來執(zhí)行所述溫度升高促進控制。
6、 根據(jù)權利要求5所述的控制裝置，其中所述缸內燃料噴射閥選擇性地在至少兩個等級之間改變噴射率，所述兩個等級中的一個是低 噴射率而所述兩個等級中的另一個是高噴射率，并且當通過所述溫度 升高促進控制來升高燃燒溫度時，所述控制器選擇所述缸內燃料噴射 閥的所述噴射率為所述高噴射率。
7、 根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的控制裝置，其中所述沉積 物形成溫度范圍是在大約150。C和180。C之間，包括150。C和180°C。
8、 一種內燃機的控制方法，所述內燃機具有將燃料直接噴入氣缸 內的缸內燃料噴射閥，所述方法包括步驟檢測所述缸內燃料噴射閥的噴嘴附近的溫度；以及當所述檢測到的溫度處于沉積物形成溫度范圍內時促進所述噴嘴 附近的溫度的升高，在所述沉積物形成溫度范圍內沉積物趨于在所述 缸內燃料噴射閥的所述噴嘴附近形成。
9、 根據(jù)權利要求8所述的控制方法，進一步包括步驟對所述^r測到的所述缸內燃料噴射閥的所述噴嘴附近的溫度處于 所述沉積物形成溫度范圍內的時間段進行測量，以及在所述被測量的時間段達到設定的時間段之后促進所述噴嘴附近 的溫度的升高。
10、 根據(jù)權利要求8或9所述的控制方法，其中所述促進溫度升 進氣口燃料噴射閥的燃料噴射的步驟。
全文摘要
一種至少設置有將燃料直接噴入氣缸內的缸內燃料噴射閥的缸內噴射式火花點火內燃機的控制裝置，當被檢測到的缸內燃料噴射閥的噴嘴附近的溫度(T)處于沉積物形成溫度范圍內(T1和T2之間，包括T1和T2)時(步驟102)，所述控制裝置執(zhí)行促進所述缸內燃料噴射閥的噴嘴附近的溫度升高的溫度升高促進控制(步驟108)。
文檔編號F02D37/02GK101400881SQ200780008520
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權日2006年3月10日
發(fā)明者富野修, 蘆澤剛 申請人:豐田自動車株式會社