内燃机的燃料喷射控制装置
2019-11-22

内燃机的燃料喷射控制装置

在一个实施例中,通过发动机所需的转矩来计算总燃料喷射量。计算预喷射量的分割率,该预喷射量的分割率实现了对主喷射所喷射出的燃料的点火延迟的抑制以及对主喷射的燃烧的发热率的峰值的抑制。对所获得的分割量给出上、下限保护,并且计算分割喷射量。通过从总燃料喷射量中减去分割喷射量来获得主喷射的喷射量。

此处,使得在主喷射的初始喷射期间(例如,从主喷射的喷射开始起的预定期间:例如,曲轴转角为5度CA)的发热量(热平衡)不会降低到阈值以下而执行副喷射时的喷射量为这样的喷射量:使得在初始期间,由在主喷射中喷射出的燃料的吸热反应所吸收的热量与通过所述燃料的点火和燃烧所产生的热量之间的热平衡中,所产生的热量大于所吸收的热量。而且,抑制伴随着在主喷射中喷射出的燃料的燃烧的发热的发热率的峰值小于预定值而执行副喷射时的喷射量为这样的喷射量:由此,可以充分地降低在主喷射中喷射出的燃料燃烧时的燃烧噪声和NOx生成量。

根据诸如发动机转数、加速器作量、冷却液温度以及进气温度的运转状态并且根据辅助装置等的使用状况来确定发动机转矩要求值。例如,随着发动机转数(基于由曲轴位置传感器40检测出的值而计算出的发动机转数)增加,或者随着加速器作量(由加速器开度传感器47检测出的加速踏板下压量)增大,获得了更高的发动机转矩要求值。 这样,在已经计算出总燃料喷射量之后,计算预喷射中的喷射量(下文中也被称为预喷射量)相对于该总燃料喷射量的比率(下文中也被称为分割率)(P3)。也就是说,将预喷射量设定为通过利用上述分割率来分割总燃料喷射量而获得的量。下面对该分割率计算作进行描述。

对于所述多级喷射的形式的独立性和从属性,并不限制使在预喷射和主喷射中分别喷射出的燃料的所有燃烧独立或者使所述燃烧从属;如下所述,所述燃烧可以既有独立性又有从属性。

主喷射所喷射出的燃料的点火延迟(下文简称为点火延迟)是由在主喷射中连续增加的喷雾的吸热反应(其中,燃料喷雾吸收了气缸中的热能,作为汽化热)引起的,并且是由于在气缸中的温度达到点火温度之前发生的热能的减少而发生的。因此,为了抑制热能的减少,在王嗔射中的燃料嗔射之后,存在能够在最初进打点火的燃料的最大量。该最大量取决于燃烧位置(气缸内)处的压力、温度和喷雾形状以及混合气形成的位置而变化。而且,当喷射器23的喷孔数、喷孔直径以及喷雾角度固定时,每单位时间所产生的混合气的量由喷射压力来确定。

图I为根据一个实施例的发动机以及该发动机的控制系统的示意性结构图。

具体地,下文能够作为由上/下限限定部设定的分割喷射量的上限值和下限值而被引用。首先,将分割喷射量的下限值设定为燃料喷射阀的最小极限喷射量。而且,将分割喷射量的上限值设定为使在执行副喷射时的燃料的点火延迟最小化或者使发动机效率的恶化最小化的喷射量。

-燃料喷射形式-

〈分割率的计算〉

内燃机的燃料喷射控制装置

本发明的内燃机的燃料喷射控制装置对共轨式柴油发动机进行控制,使得在活塞到达压缩上止点时的正时,由于在预喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率基本为最大,还使得在主喷射中喷射出的燃料的燃烧在所述正时的附近开始。结果,通过充分地利用由于预喷射引起的发热率来开始在主喷射中喷射出的燃料的燃烧。而且,这避免了反向转矩的产生,而且确保了使得由在主喷射中喷射出的燃料的燃烧而产生的转矩的量最大化。

与燃料喷射量无关。

技术领域

工业实用性

根据诸如发动机转数、加速器操作量、冷却液温度以及进气温度的运转状态并且根据辅助装置等的使用状况来确定发动机I的转矩要求值。例如,随着发动机转数(基于由曲轴位置传感器40检测出的值而计算出的发动机转数)增加,或者随着加速器操作量(由加速器开度传感器47检测出的加速踏板下压量)增大(随着加速器开度增大),获得了更高的发动机转矩要求值。

专利文献

而且,根据下列表达式(4)来设定用于所述主喷射的喷射开始角度(曲轴转角位置)。

根据上述构造,例如,在废气排放不恶化的内燃机的运转范围内,燃料喷射控制器件进行高效率燃料喷射控制操作(使得由于在副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时、在主喷射中喷射出的燃料的燃烧的开始正时,以及在气缸中往复运动的活塞到达压缩上止点时的正时基本相同的控制操作)。另一方面,在存在关于废气排放恶化的顾虑的内燃机的运转范围内,或者在废气排放实际上已经恶化的情形下,燃料喷射控制器件进行废气排放优先燃料喷射控制操作(用于将在主喷射中喷射出的燃料的燃烧的开始正时设定为晚于由于在副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时)。这样,根据内燃机的运转状态来切换高效率燃料喷射控制操作和废气排放优先燃料喷射控制操作,从而不仅防止了废气排放的恶化,而且实现了高燃烧效率。而且,当进行废气排放优先燃料喷射控制操作时,如果期望通过副喷射来获得充分的预加热效果(例如,当内燃机冷时),则将由于在副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时设定为与活塞到达压缩上止点时的正时基本相同。此外,如果期望可靠地避免上述反向转矩的产生,则将由于在副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时设定为晚于活塞达压缩上止点时的正时。

下面对燃料喷射正时进行更具体的描述。

鉴于此,为了防止这种柴油机爆震并且减少NOx的生成量,已经开发了各种燃料喷射控制装置。例如,来自燃料喷射阀的燃料喷射通常通过将该喷射分割为多次来间歇地进行。

内燃机的燃料喷射控制装置

在一个实施例中,根据气缸中的压缩气体温度与燃料自燃温度之间的差来计算总引燃喷射量。作为引燃喷射,进行多次分割引燃喷射,并且通过将每一次分割引燃喷射的喷射量设定为喷射器最小极限喷射量,抑制了各次分割引燃喷射量,并且将燃料的贯穿力抑制到低水平,从而避免了燃料附着到壁面上,而且,使得燃料累积在气缸的中央部分处。

引燃喷射(副喷射)为在主喷射之前从喷射器23预喷射少量燃料的喷射操作。更具体地,在执行所述引燃喷射之后,暂时地中断燃料喷射,使压缩气体的温度(气缸中的温度)在开始主喷射之前充分地增大至达到燃料自燃温度,从而良好地确保了通过主喷射而喷射出的燃料的点燃。也就是说,本实施例中的引燃喷射的功能被专门用于对气缸的内部进行预加热。

可以采用如下构造:其中,作为利用总副喷射量计算部求出的总副喷射量,具体地当利用副喷射而喷射出的燃料由于所述燃料的燃烧而被用作在内燃机的压缩冲程期间使气缸内的压缩气体温度上升至燃料自燃温度的热源时,随着气缸内的压缩气体温度变得更低于燃料自燃温度,总副喷射量被设定得更大。

本发明可以在不背离其精神或本质特性的情况下以各种其它形式来体现。本申请中所公开的实施例将被完全视为示例性的而非限制性的。本发明的范围通过随附的权利要求而不是通过上述说明书来指示,并且在权利要求的等同意图和范围内的所有改进或变化均旨在被涵盖在其中。

(后喷射)

而且,可以想象到的是,使引燃喷射的点火正时延迟,但是此处存在如下危险:引燃喷射将会在气缸内压上升时的正时进行,燃料燃烧将与引燃喷射同时开始,从而氧气消耗量将局部增大,并且在这种情况下也存在会产生烟尘的顾虑。

例如,当总引燃喷射量为3mm3时,进行两次作为喷射器23的最小极限喷射量的1.5mm3的分割引燃喷射。当总引燃喷射量为4.5mm3时,进行三次作为喷射器23的最小极限喷射量的1.5mm3的分割引燃喷射。此外,当总引燃喷射量为5mm3时,进行两次作为喷射器23的最小极限喷射量的1.5mm3的分割引燃喷射,然后进行一次2.0mm3的喷射。当总引燃喷射量为2mm3时,进行两次作为喷射器23的最小极限喷射量的1.5mm3的分割引燃喷射,从而确保引燃喷射量至少为所需喷射量。

此外,ECU100基于发动机转速和燃料喷射量,将燃料喷射形式设定为其中引燃喷射、预喷射、主喷射、后喷射(afterinjection)以及次后喷射(postinjection)被适当地