CN101495740A - 缸内喷射式火花点火内燃发动机的控制设备和控制方法 - Google Patents

Abstract

一种控制内燃发动机(50)的电子控制单元(ECU)(1)，所述内燃发动机(50)在气缸内产生翻转流(T)并通过在接近进气行程下止点时所喷射的燃料来增强该翻转流(T)，所述电子控制单元(1)包括用于基于吸入内燃发动机(50)的气缸内的空气量来改变燃料的喷射正时的喷射正时改变装置。

Description

缸内喷射式火花点火内燃发动机的控制设备和控制方法

技术领域

本发明涉及一种缸内喷射式火花点火内燃发动机的控制设备和控制方法。

背景技术

通过在缸内喷射式火花点火内燃发动机的气缸内产生翻转流，然后在均匀燃烧过程中用接近进气行程中的下止点(BDC)时所喷射的燃料来充分地增强此翻转流，能够使翻转流维持到点火正时。这能提高空气-燃料混合气的燃烧速率，因此能够实现良好的均匀燃烧。作为涉及这种燃料喷射的技术，例如，日本专利申请公报No.JP-A-2003-322022提出了一种燃料喷射控制设备，该设备利用从燃料喷射阀喷射的燃料来增强气缸内的循环气流。此外，作为在均匀燃烧过程中增强气缸内的进气气流的技术，例如，日本专利申请公报No.JP-A-2005-180247提出了一种用于缸内喷射式火花点火内燃发动机的进气控制设备，该设备通过控制设置在进气通道中的进气流量控制阀来增强进气流。此外，日本专利申请公报No.JP-A-10-159619提出了通过进行分段喷射来提高空气-燃料混合气的均匀性的技术，在该分段喷射中，在进气行程的前半程期间喷射一些燃料，并在进气行程的后半程期间喷射余下的燃料。

但是，在上述缸内喷射式火花点火内燃发动机中，当空燃比为稀空燃比时，气缸中的空气量大于空燃比为化学计量空燃比时的空气量，所以翻转流的质量会增大。因此，即使如上所述地喷射燃料，也不再能够充分增强翻转流。在这种情况下，翻转流的衰减使得不再可能确保翻转流在点火正时会足够强劲。因此，不再能够将空气-燃料混合气的旋动维持至点火正时。此外，如果不能将空气-燃料混合气的旋动维持至点火正时，则燃烧速率将变得过慢，这会产生不利影响，例如，会增加爆震发生的趋势，且因此使得不能实现良好燃烧。

此外，当在前述缸内喷射式火花点火内燃发动机的高负载工作范围内通过汽化潜热效应来提高输出时，因为在大部分空气进入气缸期间喷射燃料很重要，所以改变喷射正时从而使得随着发动机转速提高，喷射正时变为远离进气行程的下止点的附近而更加靠近进气行程的上止点(TDC)。另一方面，在这种情况下，燃料喷射期间的活塞位置也将靠近上止点，所以在燃料喷射期间气缸内的空间变得狭窄。但是，当此空间狭窄时，翻转流不会良好地旋动，所以在此状态下，即使喷射燃料也难以增强翻转流。即，在这种情况下，虽然能够获得汽化潜热效应，但是空气-燃料混合气的均匀性和燃烧速率仍有待改进。

发明内容

因此，本发明提供了一种缸内喷射式火花点火内燃发动机的控制设备和控制方法，所述控制设备和控制方法通过基于所述内燃发动机的工作状态改变燃料喷射正时从而用所喷射的燃料来增强翻转流而实现良好燃烧。

本发明的第一方面涉及一种缸内喷射式火花点火内燃发动机的控制设备，所述内燃发动机在气缸内生成翻转流并通过在接近进气行程的下止点时所喷射的燃料来增强所述翻转流。该控制设备的特征在于包括喷射正时改变装置，所述喷射正时改变装置用于基于吸入所述气缸内的空气量来改变所述燃料的喷射正时。

在所述第一方面中，所需空燃比变得越稀，则所述喷射正时改变装置将所述燃料的喷射正时延迟得越多。根据这种结构，能够缩短燃料喷射正时与点火正时之间的时间间隔，所以点火正时发生在已由喷射燃料增强的翻转流大量衰减之前。因此，能够将空气-燃料混合气的旋动维持到点火正时，由此使得可以实现良好燃烧。

此外，前述结构还可包括分段喷射装置，所述分段喷射装置用于当所述缸内喷射式火花点火内燃发动机的所需空燃比的稀度超过预定值时以分成若干部分的方式喷射所述燃料。在这里，当燃料喷射正时被延迟时，燃料喷射正时与点火正时之间的时间间隔变得较短。因此，空气-燃料混合气的均匀性倾向于逐渐变差。如果在延迟至如下程度的所述正时喷射燃料，即，适于形成超过所述预定值的所需稀度，则燃料喷射正时与点火正时之间的时间间隔会变得更短。因此，空气-燃料混合气的均匀性会由于能量大幅度下降而最终劣化。相反，根据前述结构，燃料是以分成若干部分的方式喷射的，所以在喷射的燃料之间夹着空气。这不仅能促进燃料的汽化，而且能改善所述均匀性，从而使得能够实现良好燃烧。

在前述第一方面中，当所述缸内喷射式火花点火内燃发动机在高负载工作范围内运转并且所述缸内喷射式火花点火内燃发动机的发动机速度高于预定速度时，所述喷射正时改变装置可在大部分空气进入所述气缸期间进行第一次燃料喷射，并且可在接近所述进气行程的下止点时进行第二次燃料喷射。根据这种结构，通过所述第一次燃料喷射能够促进由所述汽化潜热效应提高的输出，并且通过所述第二次燃料喷射能够增强翻转流，从而使空气-燃料混合气的均匀性和燃烧速率都能够得到提高。

在前述结构中，所述发动机速度变得越高，则所述喷射正时改变装置将所述第一次燃料喷射提前得越多。在此，即使在高负载工作范围内，大部分空气进入所述气缸的期间也是随着所述内燃发动机的转速而变化的。因此，通过如同在前述结构中一样将所述第一次燃料喷射提前，就能够在大部分空气进入所述气缸的期间进行所述第一次燃料喷射。

前述结构还可以包括喷射量控制装置，所述喷射量控制装置用于控制所述燃料的喷射量，使得与所述第二次燃料喷射的燃料喷射期间相对应的曲轴转角范围相对于所述缸内喷射式火花点火内燃发动机的工作状态的变化变得基本恒定。在此，尽管需要一定量的燃料以便使翻转流维持到点火正时进而提高燃烧速率，但是不需要将翻转流增强那么多以提高空气-燃料混合气的均匀性。因此，只要喷射了必需的最小量燃料，即能够获得足够的效果。根据前述结构，空气-燃料混合气的均匀性具体地是由所述第二次燃料喷射来提高的。此外，通过使所述第二次燃料喷射中的燃料量为必需的最小量，能够通过所述第一次燃料喷射获得充分的汽化潜热效应。

本发明的第二方面涉及一种缸内喷射式火花点火内燃发动机的控制方法，所述内燃发动机在气缸内生成翻转流并通过在接近进气行程的下止点时所喷射的燃料来增强所述翻转流。该控制方法的特征在于包括基于吸入所述缸内喷射式火花点火内燃发动机的气缸内的空气量来改变所述燃料的喷射正时的步骤。

因此，本发明提供了一种缸内喷射式火花点火内燃发动机的控制设备和控制方法，所述控制设备和控制方法通过基于吸入气缸内的空气量的工作状态改变燃料喷射正时从而用所喷射的燃料来增强翻转流而能够实现良好燃烧。

附图说明

通过下面参考附图描述示例性实施方式，本发明的前述和另外的目的、特征和优点将变得明显，在附图中相同的标记用于表示相同的元件，并且附图中：

图1是示出根据本发明的第一示例性实施方式的内燃发动机系统的线框格式以及电子控制单元(ECU)的视图；

图2是示出该内燃发动机的主要部分的线框格式的视图；

图3是示出喷射正时映射的线框格式的视图；

图4是由根据本发明的第一示例性实施方式的电子控制单元所执行的程序的流程图；

图5是示出燃烧模式映射的线框格式的视图；

图6A和图6B是示出在改变喷射正时之前及之后的燃料喷射的线框格式的视图；

图7是由根据本发明的第二示例性实施方式的电子控制单元所执行的程序的流程图；

图8A和图8B是示出非分段喷射和分段喷射的线框格式的视图；

图9是由根据本发明的第三示例性实施方式的电子控制单元所执行的程序的流程图；

图10是示出工作范围映射的线框格式的视图；

图11A和图11B是示出未改变喷射控制的燃料喷射以及已改变喷射控制的燃料喷射的线框格式的视图。

具体实施方式

在下文的描述及附图中，将从示例性实施方式方面更详细地描述本发明。

【第一示例性实施方式】

图1是示出一种缸内喷射式火花点火内燃发动机的控制设备的线框格式的视图，该控制设备由根据本发明的第一示例性实施方式的ECU(电子控制单元)1和内燃发动机系统100实现。内燃发动机系统100包括进气系统10、燃料喷射系统20、排气系统30、以及内燃发动机50。进气系统10将空气引入内燃发动机50内，并且包括例如用于过滤进气的空气滤清器11、测量空气量的空气流量计12、调节进气流速的节气门13、用于暂时储存进气的稳压罐14、在内燃发动机50的气缸之间分配进气的进气歧管15、以及适当布置在这些部件之间的进气管。

燃料喷射系统20供应并喷射燃料，并且包括燃料喷射阀21、燃料喷射泵22、以及燃料箱23等。燃料喷射阀21通过在电子控制单元1的控制下在适当的喷射正时开启来喷射燃料。此外，燃料喷射量是在电子控制单元1的控制下通过燃料喷射阀21保持开启直至其关闭的持续时间来调节的。燃料喷射泵22通过给燃料加压来生成喷射压力并在电子控制单元1的控制下适当地调节该喷射压力。

排气系统30包括例如排气歧管31、三元催化器32、未示出的消声器、以及适当地布置在这些部件之间的排气管。排气歧管31通过将分叉至每个气缸的排气通道合并至下游侧的一个排气通道将来自所有气缸的废气汇集起来。三元催化器32通过使碳氢化合物HC和一氧化碳CO氧化并还原氮氧化物(NOx)来净化废气。在排气系统30中，用于基于废气中的氧气浓度来线性地检测空燃比的空燃比(A/F)传感器33布置在三元催化器32的上游，并且用于基于废气中的氧气浓度来检测空燃比是比化学计量空燃比浓还是比化学计量空燃比稀的氧传感器34布置在三元催化器32的下游。

图2是示出内燃发动机50的主要部分的线框格式的视图。内燃发动机50包括气缸体51、气缸盖52、活塞53、火花塞54、进气门55、以及排气门56。该示例性实施方式中的内燃发动机50是直列四缸缸内喷射式火花点火内燃发动机。但是，本发明的内燃发动机中的气缸构造和气缸数目并不局限于该示例性实施方式中的内燃发动机中的气缸构造和气缸数目。此外，图2示出了能够代表每个气缸的内燃发动机50的气缸51a的主要部分。在该示例性实施方式中，其它气缸都具有与气缸51a相同的结构。气缸51a在气缸体51中形成为大体上呈圆筒状，且活塞53容纳在气缸51a中。用于导引翻转流T的空腔53a形成于活塞53的顶部。气缸盖52固定到气缸体51的上表面。燃烧室57形成为由气缸体51、气缸盖52、以及活塞53所环绕的空间。用于将进气导引到燃烧室57内的进气口52a以及用于将燃烧后的气体从燃烧室57排出的排气口52b都形成于气缸盖52中。此外，分别用于开启和关闭进气口52a和排气口52b的进气门55和排气门56也都布置于气缸盖52中。内燃发动机50可以在每个气缸中设置有适当数目的进气门55和排气门56。

火花塞54布置在气缸盖52中使得电极在燃烧室57上方大体上于中央位置伸出。燃料喷射阀21也布置在气缸盖52中使得燃料喷射阀21的喷嘴在燃烧室57上方从靠近火花塞54的位置伸出到燃烧室57内。但是，燃料喷射阀21的布置并不局限于此。例如，燃料喷射阀21可以布置在气缸盖52中使得燃料喷射阀21的喷嘴在燃烧室57上方从进气口52a侧(即，图2中的位置A)伸出到燃烧室57内。此外，可以为每个气缸设置多个燃料喷射阀21.

用于在燃烧室57内生成翻转流T的空气流量控制阀58布置在进气口52a中。空气流量控制阀58通过在电子控制单元1的控制下改变进气口52a中的进气流量而在燃烧室57内生成翻转流T。但是，用于在燃烧室57内生成翻转流T的翻转流生成装置并不局限于空气流量控制阀58。例如，可以将进气口52a的形状制成能够在气缸中生成翻转流T，或者可以使用能够在气缸中生成翻转流T的其它合适的装置。翻转流T是以在燃烧室57中于进气门55侧上升的方式在气缸内四处回旋的定向翻转流。在该示例性实施方式中，燃料喷射阀21在均匀燃烧期间在电子控制单元1的控制下在接近进气行程下止点时喷射燃料。所喷射的燃料充分增强翻转流T且增强后的翻转流T被维持直至点火正时。因此，燃烧速率得以充分提高，从而使得能够实现良好的均匀燃烧。

另外，因为通过例如在均匀燃烧期间部分开启或完全开启空气流量控制阀58以便增加进气量，以及单独利用进气口52a的形状，都难以获得足够强劲的翻转流T，所以仅使用这些装置的均匀燃烧期间的空气-燃料混合气的混合能力以及火焰传播仍有待改进。另外，内燃发动机50设置有各种传感器，例如产生对应于发动机转速Ne的输出脉冲的曲轴转角传感器71，以及用于检测内燃发动机50中的冷却液温度的冷却液温度传感器72。

电子控制单元1包括CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、以及输入/输出电路等，所述装置均未示出。电子控制单元1主要设计成控制内燃发动机50。在该示例性实施方式中，电子控制单元1不仅控制燃料喷射阀21和燃料喷射泵22，还控制火花塞54(或者更具体地为点火器，未示出)、以及空气流量控制阀58(或者更具体地为用于空气流量控制阀58的致动器，未示出)等。因此，电子控制单元1经由未示出的驱动电路连接至燃料喷射阀21以及其它由其控制的部件。电子控制单元1还与各种传感器相连，例如空气流量计12、空燃比传感器33、氧传感器34、曲轴转角传感器71、冷却液温度传感器72、以及检测未示出的加速器踏板的下压量(加速器开启量)的加速器传感器73。

只读存储器(ROM)存储记载有由中央处理器(CPU)执行的各种步骤的程序。在该示例性实施方式中，只读存储器不仅存储用于控制内燃发动机50的内燃发动机控制程序，还存储诸如用于控制燃料喷射阀21的燃料喷射阀控制程序等其它程序。另外，燃料喷射阀控制程序可以是内燃发动机控制程序的一部分。燃料喷射阀控制程序包括用于控制燃料喷射量的喷射量控制程序、用于控制燃料喷射压力的喷射压力控制程序、以及用于控制燃料喷射正时的喷射正时控制程序。在该示例性实施方式中，喷射正时控制程序具体包括用于在所需空燃比变得越稀时将燃料喷射正时延迟得越多的确定喷射正时的控制程序(以下称作“喷射正时确定控制程序”)。

更具体地，在该示例性实施方式中，创建所述喷射正时确定控制程序以便参考示出了所需空燃比的稀度与喷射正时之间关系的映射(在下文中该映射将被简称为“喷射正时映射”)的来读取对应于所需空燃比的稀度的喷射正时，并将喷射正时改变为从喷射正时映射中读取的喷射正时。图3是示出喷射正时映射的线框格式的视图，该喷射正时映射示出了所需空燃比的稀度与喷射正时之间的关系。在该示例性实施方式中，该喷射正时映射也存储在只读存储器中。当空燃比为化学计量空燃比时，喷射正时映射便将喷射正时示出为标准喷射正时。基于在均匀燃烧期间由接近进气行程下止点时喷射的燃料充分增强的翻转流T，利用该喷射正时能够实现良好的均匀燃烧。

相反，当空燃比变稀时，气缸中的空气量会增加，所以翻转流T的质量会增大。因此当在与空燃比为化学计量空燃比时相同的喷射正时喷射燃料时，就不能充分增强翻转流T。在这种情况下，翻转流T的衰减使得无法确保点火正时的翻转流T具有足够强度，所以在点火正时的空气-燃料混合气的旋动会减少。因而，不再能够充分提高燃烧速率，所以不再能够实现良好燃烧。因此，该示例性实施方式中的喷射正时映射设定为使得所需空燃比变得越稀则喷射正时被延迟得越多。相应地，所需空燃比变得越稀，则喷射正时与点火正时之间的时间间隔变得越短。因而，能够防止到点火正时时翻转流T衰减得太多。另外，喷射正时映射上的所需空燃比的稀度与喷射正时之间的关系并不总是必须为线性的。在该示例性实施方式中，各种检测装置、判定装置、以及控制装置等都是通过中央处理器、只读存储器、以及随机存取存储器(下文中共同简称为“中央处理器等”)连同内燃发动机控制程序一起来实现的。特别地，喷射正时改变装置通过中央处理器等连同喷射正时确定控制程序一起来实现。

接下来，将利用图4所示的流程图详细描述由电子控制单元1执行的用于响应于所需空燃比的稀度来改变点火正时的程序。电子控制单元1通过使中央处理器基于存储在只读存储器中的诸如上述燃料喷射阀控制程序和内燃发动机控制程序等各种程序反复执行流程图中所示的步骤来控制内燃发动机50。中央处理器首先判定内燃发动机50中进行的燃烧模式(步骤S11)。在该示例性实施方式中，中央处理器基于发动机转速Ne、负载系数KL、以及由发动机转速Ne和负载系数KL限定的燃烧模式映射来判定内燃发动机50中所进行的燃烧模式，其中，所述发动机转速Ne是基于来自曲轴转角传感器71的输出信号来检测的，所述负载系数KL是基于来自加速器传感器73的输出信号来检测的。

图5是示出燃烧模式映射的线框格式的视图。在该示例性实施方式的所述映射中，根据发动机转速Ne和负载系数KL，燃烧模式分为三个区域，即，化学计量燃烧、均匀稀薄燃烧、以及超稀薄燃烧。但是，本发明并不局限于此。例如，燃烧模式可以分为适当数目的区域，例如，可以分解为更多区域。此外，在该示例性实施方式中，所需空燃比的稀度是根据这些区域宽泛地设定的。在化学计量燃烧期间，所需空燃比的稀度为“零”。在均匀稀薄燃烧期间，所需空燃比的稀度为“中等”，而在超稀薄燃烧期间，所需空燃比的稀度为“高”。但是，本发明并不局限于此。例如，所需空燃比的稀度可以根据发动机转速Ne和负载系数KL来适当地设定。另外，燃烧模式和所需空燃比的稀度并不局限于根据发动机转速Ne和负载系数KL来设定。它们也可以根据内燃发动机50的适当的工作状态来设定。

在步骤S11之后，中央处理器判定对应于从燃烧模式映射检测出的发动机转速Ne和负载系数KL的所需空燃比是否为稀空燃比(步骤S12)。如果判定结果为否，则程序在不采取任何特殊步骤的情况下返回步骤S11。另一方面，如果判定结果为是，则中央处理器从燃烧模式映射中读取所需空燃比的稀度、参考喷射正时映射读取对应于该稀度的喷射正时、并将喷射正时改变为从喷射正时映射中读取的喷射正时(步骤S13A)。因而，所需空燃比变得越稀，则喷射正时被延迟得越多。图6A和图6B是示出在改变喷射正时之前及之后的燃料喷射的线框格式的视图。在该步骤中，改变-即延迟喷射正时，从而使得如图6B所示，将如图6A所示在进气行程侧接近进气行程下止点时所喷射的燃料在压缩行程侧接近进气行程下止点时喷射。

接下来，中央处理器控制燃料喷射阀21以使其在步骤S13A中读取的喷射正时处喷射燃料(步骤S14A)。因此，从喷射正时至点火正时的时间间隔较短，使得可以确保翻转流T在点火正时处足够强劲。因而，能够将空气-燃料混合气的旋动充分维持直至点火正时。因此，能够充分提高燃烧速率，从而能够实现良好燃烧。因此，通过根据所需空燃比的稀度来改变燃料喷射以便利用所喷射的燃料增强翻转流T，可以得到能够实现良好燃烧的电子控制单元1。

【第二示例性实施方式】

除了燃料喷射阀控制程序具有将在下文中描述的分段喷射程序之外，根据本发明第二示例性实施方式的电子控制单元1与根据本发明第一示例性实施方式的电子控制单元1相同。此外，应用第二示例性实施方式的电子控制单元1的内燃发动机系统的结构与图1所示的相同。创建分段喷射程序使得当所需空燃比的稀度超过预定的稀薄边界值时，燃料喷射变为分段喷射，即，以分成若干部分的方式喷射燃料。更具体地，在该示例性实施方式中，当图5所示的燃烧模式从均匀稀薄燃烧变为超稀薄燃烧时，所需空燃比的稀度便超过了预定的稀薄边界值。在该示例性实施方式中，分段喷射装置是由中央处理器等和分段喷射程序实现的，并且缸内喷射式火花点火内燃发动机的控制设备由所述电子控制单元1实现。

接下来，将利用图7所示的流程图详细描述由电子控制单元1执行的用于根据所需空燃比的稀度进行分段喷射的程序。另外，除增加了步骤S13B和14B之外，该流程图与图4所示流程图相同，所以在该示例性实施方式中将特别地详细描述步骤S13B和14B。在步骤S13A之后，中央处理器判定在步骤S13A中读取的所需空燃比的稀度是否已超过稀薄边界值(步骤S13B)。如果判定结果为否，则不必进行分段喷射，所以中央处理器控制燃料喷射阀21在步骤S13A中读取的喷射正时处喷射燃料(以非分段喷射方式)(步骤S14A)。

另一方面，如果判定结果为是，则中央处理器控制燃料喷射阀21以使其在步骤S13A中读取的喷射正时处进行分段燃料喷射(步骤S14B)。图8A和图8B是示出非分段喷射(图8A)和分段喷射(图8B)的线框格式的视图。在该步骤中，如图8B所示，通过根据超过稀薄边界值的所需空燃比的稀度来延迟喷射正时，将如图8A所示以非分段喷射方式在进气行程侧接近进气行程下止点时通常应当喷射的燃料总量在分段喷射中分成较小的部分进行喷射。因而，在所喷射的燃料之间夹着能够促进燃料汽化并提高空气-燃料混合气的均匀性的空气。因而，即使在延迟到适合于超过稀薄边界值的所需空燃比的稀度的程度的正时处喷射燃料，也能够阻止空气-燃料混合气的均匀性的降低。因此，能够抑制能效下降，因此能够实现良好燃烧。因此，通过根据所需空燃比的稀度来改变燃料喷射以便用所喷射的燃料来增强翻转流T，可以得到能够实现良好燃烧的电子控制单元1。

【第三示例性实施方式】

在本发明的第三示例性实施方式中，在电子控制单元1的控制下，燃料喷射阀21在除了发动机转速Ne高于高负载工作范围内的预定转速α时之外的时间、在均匀燃烧过程中在接近进气行程下止点时喷射燃料。所喷射的燃料充分增强翻转流T，并且该增强后的翻转流T被维持直至点火正时。因而，空气-燃料混合气的旋动被维持直至点火正时，故能充分提高燃烧速率，从而能够实现良好均匀燃烧。

根据本发明第三示例性实施方式的电子控制单元1的燃料喷射阀控制程序包括用于控制燃料喷射量的喷射量控制程序、用于控制燃料喷射压力的喷射压力控制程序、以及用于控制燃料喷射正时的喷射正时控制程序。在该示例性实施方式中，燃料喷射正时控制程序包括喷射正时确定控制程序，当发动机转速Ne高于高负载工作范围内的预定转速α时，所述喷射正时确定控制程序在大部分空气进入气缸期间进行第一次燃料喷射，并且在接近所述进气行程的下止点时进行第二次燃料喷射。另外，喷射量控制程序包括喷射量确定控制程序，所述喷射量确定控制程序用于控制燃料喷射量使得对应于第二次燃料喷射的燃料喷射期间的曲轴转角范围相对于内燃发动机50的工作状态的变化变得基本恒定。除这些点以外，本发明的第三示例性实施方式中的电子控制单元1与本发明的第一示例性实施方式中的电子控制单元1相同。此外，应用第三示例性实施方式的电子控制单元1的内燃发动机100的结构与图1所示的结构相同。

第一次燃料喷射的喷射正时设定为发动机转速Ne为预定转速α且大部分空气进入气缸的期间。此外，该喷射正时被设定为使得从第一次燃料喷射结束直至进气门55开始关闭之间的时长相对于发动机转速Ne的变化变得基本恒定。因此，随着发动机转速Ne提高，该喷射正时被提前，并且在大部分空气进入气缸期间启动第一次燃料喷射。因而，能够通过汽化潜热效应来提高内燃发动机50的输出。此外，当节气门全开时(即，处于WOT——节气门全开状态)，将第一次燃料喷射的喷射正时设定在进气行程的中部。但是，喷射正时的设定并不局限于此。例如，可以提供示出发动机转速Ne与第一次燃料喷射的喷射正时之间关系的映射等，并可基于检测到的发动机转速Ne和该映射将喷射正时设定为使得在大部分空气进入气缸期间启动第一次燃料喷射。

相反，第二次燃料喷射的喷射正时设定为接近进气行程的下止点，而且，使得燃料喷射在进气行程下止点结束。此外，通过第二次燃料喷射，燃料喷射量被设定为使得对应于燃料喷射期间的曲轴转角范围相对于内燃发动机50的工作状态的变化变得基本恒定。因而，能够在不考虑接近进气行程下止点的发动机转速Ne的情况下进行用于提高空气-燃料混合气的均匀性所必需的最小燃料喷射。另外，在第二次燃料喷射中，适于预定的曲轴转角范围的喷射量以此方式得以确保。另一方面，在第一次燃料喷射中，根据第二次燃料喷射的喷射量将喷射量调节为实现适当的空燃比所必需的燃料量。在该示例性实施方式中，各种检测装置、判定装置、以及控制装置等都是通过中央处理器、只读存储器、和随机存取存储器、以及内燃发动机控制程序来实现。特别地，喷射正时改变装置是通过中央处理器等连同喷射正时确定控制程序一起来实现的，并且喷射量控制装置是通过中央处理器等连同喷射量确定控制程序一起来实现的。

接下来，将利用图9所示的流程图来详细描述由该示例性实施方式的电子控制单元1执行的用于控制燃料喷射以便在高负载工作范围内实现汽化潜热效应和空气-燃料混合气的均匀性的程序。电子控制单元1通过使中央处理器基于存储在只读存储器中的诸如上述燃料喷射阀控制程序和内燃发动机控制程序等各种程序反复执行流程图中所示的步骤来控制内燃发动机50。中央处理器首先判定内燃发动机50是否在高负载工作范围内工作(步骤S21)。在该示例性实施方式中，中央处理器基于发动机转速Ne、负载系数KL、以及由发动机转速Ne和负载系数KL限定的工作范围映射来判定内燃发动机50的工作状态，其中，所述发动机转速Ne是基于来自曲轴转角传感器71的输出信号来检测的，所述负载系数KL是基于来自加速器传感器73的输出信号来检测的。

图10是示出工作范围映射的线框格式的视图。在该示例性实施方式中的映射中，根据发动机转速Ne和负载系数KL将工作范围划分为高负载工作范围以及不同于该高负载工作范围的范围。但是，本发明并不局限于此。例如，可以将工作范围划分成更多的范围。另外，工作范围不局限于根据发动机转速Ne和负载系数KL来设定。例如，也可以根据内燃发动机50适当的工作状态来设定。

如果在步骤S21中判定结果为否，则程序在不采取任何特殊步骤的情况下返回步骤S21。另一方面，如果在步骤S21中判定结果为是，则中央处理器判定发动机转速Ne是否高于预定转速α(步骤S22)。所述预定转速α设定为例如1600转/分。如果步骤S22中的判定结果为否，则程序在不采取任何特殊步骤的情况下返回步骤S21。另一方面，如果步骤S22中的判定结果为是，则中央处理器改变喷射控制以便进行将燃料喷射划分成第一次燃料喷射和第二次燃料喷射的分段喷射(步骤S23)。图11A和11B是示出未改变喷射控制的燃料喷射以及已在高负载、高转速工作范围内改变了喷射控制的燃料喷射的线框格式的视图。如图11A所示，相比图6A中示出的喷射正时，当未改变喷射控制时，喷射正时更靠近进气行程的上止点而不是进气行程的下止点。在这种情况下，虽然能够通过汽化潜热效应来提高内燃发动机50的输出，但是翻转流T不能被该燃料喷射充分增强。相反，当在该步骤中改变喷射控制时，如图11B所示，第一次燃料喷射是在进气行程的中部进行的，而第二次燃料喷射是在靠近进气行程的下止点时进行的。

因此，可以由中央处理器执行一个步骤以控制燃料喷射阀21从而根据这些喷射正时进行第一次燃料喷射和第二次燃料喷射，进而实现汽化潜热效应和空气-燃料混合气的均匀性(步骤S24)。另外，在该示例性实施方式中，进行第二次燃料喷射是为了提高空气-燃料混合气的均匀性。但是，本发明并不局限于此。例如，也可以进行第二次燃料喷射以提高燃烧速率。更具体地，当发动机转速Ne甚至在高负载工作范围内也比较低时，可以通过使第二次喷射的喷射正时长于在第三示例性实施方式中的喷射正时来提高燃烧速率，作为预防爆震的防范措施。但是，在这种情况下，相比第三示例性实施方式，在增大第二次燃料喷射的燃料喷射量的同时减小了第一次燃料喷射的燃料喷射量，所以汽化潜热效应将小于在第三示例性实施方式中的汽化潜热效应(即，当汽化潜热效应与空气-燃料混合气的均匀性一起实现时)。因此，可以获得一种电子控制单元1，其能够通过将燃料喷射分段从而用所喷射的燃料增强翻转流T来获得高负载工作范围内的汽化潜热效应和空气-燃料混合气的均匀性或提高了的燃烧速率。

本发明并不局限于前述第一至第三示例性实施方式，而是可以在不背离本发明的精神和范围的情况下以各种变型、改型或改进型式来实施。

Claims (10)

1.一种缸内喷射式火花点火内燃发动机的控制设备，所述内燃发动机在气缸内生成翻转流并通过在接近进气行程的下止点时所喷射的燃料来增强所述翻转流，所述控制设备的特征在于包括：

喷射正时改变装置(1)，其用于基于吸入所述气缸内的空气量来改变所述燃料的喷射正时。

2.如权利要求1所述的控制设备，其中，所述缸内喷射式火花点火内燃发动机的所需空燃比变得越稀，则所述喷射正时改变装置(1)将所述燃料的喷射正时延迟得越多。

3.如权利要求2所述的控制设备，进一步包括：

分段喷射装置(1)，其用于当所述缸内喷射式火花点火内燃发动机的所需空燃比的稀度超过预定值时以分成若干部分的方式喷射所述燃料。

4.如权利要求1所述的控制设备，其中，当所述缸内喷射式火花点火内燃发动机在高负载工作范围内运转并且所述缸内喷射式火花点火内燃发动机的发动机速度高于预定速度时，所述喷射正时改变装置(1)在大部分空气进入所述气缸期间进行第一次燃料喷射，并且在接近所述进气行程的下止点时进行第二次燃料喷射。

5.如权利要求4所述的控制设备，其中，所述发动机速度变得越高，则所述喷射正时改变装置(1)将所述第一次燃料喷射提前得越多。

6.如权利要求4所述的控制设备，进一步包括：

喷射量控制装置(1)，其用于控制所述燃料的喷射量，使得与所述第二次燃料喷射的燃料喷射期间相对应的曲轴转角范围相对于所述缸内喷射式火花点火内燃发动机的工作状态的变化变得基本恒定。

7.如权利要求4所述的控制设备，其中，所述喷射正时改变装置(1)在所述缸内喷射式火花点火内燃发动机的进气行程的中部进行所述第一次燃料喷射。

8.一种缸内喷射式火花点火内燃发动机的控制方法，所述内燃发动机在气缸内生成翻转流并通过在接近进气行程的下止点时所喷射的燃料来增强所述翻转流，所述控制方法的特征在于包括：

基于吸入所述气缸内的空气量来改变所述燃料的喷射正时。

9.如权利要求8所述的控制方法，其中，所述缸内喷射式火花点火内燃发动机的所需空燃比变得越稀，则所述燃料的喷射正时被延迟得越多。

10.如权利要求8所述的控制方法，其中，当所述缸内喷射式火花点火内燃发动机在高负载工作范围内运转并且所述缸内喷射式火花点火内燃发动机的发动机速度高于预定速度时，所述喷射正时是这样：使得在大部分空气进入所述气缸期间进行第一次燃料喷射并且在接近所述进气行程的下止点时进行第二次燃料喷射。

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