УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Данное изобретение относится к устройству управления и к способу управления для двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя клапан впрыска топлива в цилиндры, который служит в качестве устройства подачи топлива и который выполнен с возможностью впрыскивать топливо в камеру сгорания, и клапан впрыска топлива для впрыска во впускной канал, который служит в качестве устройства подачи топлива и который выполнен с возможностью впрыскивать топливо во впускной канал, а более конкретно, к управлению при восстановлении после отсечки топлива.
Уровень техники
[0002] Патентный документ 1 раскрывает двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя клапан впрыска топлива для впрыска в цилиндр, выполненный с возможностью впрыскивать топливо в камеру сгорания, и клапан впрыска топлива для впрыска во впускной канал, выполненный с возможностью впрыскивать топливо во впускной канал. В патентном документе 1, отношения объема впрыска топлива клапана впрыска топлива в цилиндры и клапана впрыска топлива для впрыска во впускной канал последовательно вычисляются посредством использования карты, в которой частота вращения двигателя, объем всасываемого воздуха и температура охлаждающей жидкости используются в качестве параметров. Даже при восстановлении после отсечки топлива, проводимом после отсечки топлива, подача топлива повторно начинается посредством отношения объема впрыска согласно частоте вращения двигателя, объему всасываемого воздуха и т.д. в это время.
[0003] Соответственно, например, в случае если подача топлива выполнена с возможностью осуществляться в основном посредством впрыска в цилиндры на стороне низкой нагрузки, восстановление после отсечки топлива начинается при относительно высоком отношении объема впрыска в цилиндры.
[0004] Тем не менее, сгорание не выполняется в цилиндре в ходе отсечки топлива, так что температура стенки камеры сгорания постепенно уменьшается. Когда топливо впрыскивается из клапана впрыска топлива для впрыска в цилиндр в состоянии, в котором температура стенки камеры сгорания уменьшается в силу этого, объем топлива, приставший к поверхности стенки, увеличивается. Вследствие этого объем выпуска твердых частиц (PM) в отработанном воздухе, который является проблемой в последние годы, увеличивается. Кроме того, в последние годы объем выпуска выхлопных твердых частиц имеет тенденцию ограничиваться посредством числа частиц (PN), а не посредством общего веса твердых частиц.
Документы предшествующего уровня техники
Патентные документы
[0005] Патентный документ 1. Публикация заявки на патент (Япония) номер 2007-64131
Сущность изобретения
[0006] В настоящем изобретении, устройство управления или способ управления для двигателя внутреннего сгорания, который включает в себя клапан впрыска топлива для впрыска в цилиндр, выполненный с возможностью впрыскивать топливо в камеру сгорания, и клапан впрыска топлива для впрыска во впускной канал, выполненный с возможностью впрыскивать топливо во впускной канал, в котором отношения объема впрыска клапана впрыска топлива для впрыска в цилиндр и клапана впрыска топлива для впрыска во впускной канал управляются в соответствии с состоянием приведения в действие двигателя, и в котором отсечка топлива выполняется при предварительно определенном замедлении двигателя внутреннего сгорания, причем устройство управления или способ управления содержит: корректировку отношения объема впрыска клапана впрыска топлива для впрыска в цилиндр таким образом, что оно уменьшается при восстановлении после отсечки топлива, при котором подача топлива повторно начинается из состояния отсечки топлива, в течение предварительно определенного периода от начала восстановления.
[0007] В состоянии, в котором температура стенки камеры сгорания снижается вследствие отсечки топлива, формирование твердых частиц уменьшается во впрыске во впускные каналы, относительно впрыска в цилиндры. Соответственно, отношение объема впрыска для впрыска в цилиндр снижается в течение предварительно определенного периода от начала восстановления. Вследствие этого объем выпуска твердых частиц уменьшается.
[0008] Температура стенки камеры сгорания постепенно уменьшается в соответствии с продолжением отсечки топлива. Предпочтительно, предварительно определенный период задается равным большему периоду по мере того, как период времени отсечки топлива от начала отсечки топлива до начала восстановления становится большим. Альтернативно, предварительно определенный период задается равным большему периоду по мере того, как оцененная или считываемая температура стенки камеры сгорания в начале восстановления становится более низкой.
Краткое описание чертежей
[0009] Фиг. 1 является пояснительным видом конфигурации, показывающим конфигурацию системы устройства управления согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 является видом характеристики, показывающим характеристики отношения объема впрыска для впрыска в цилиндр в общем впрыске.
Фиг. 3 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность операций управления согласно одному варианту осуществления.
Фиг. 4 является видом характеристики, показывающим характеристики периода коррекции уменьшения впрыска в цилиндры относительно периода отсечки топлива.
Фиг. 5 является видом характеристики, показывающим характеристики периода коррекции уменьшения впрыска в цилиндры относительно температуры стенки камеры сгорания.
Фиг. 6 являются временными диаграммами, показывающими варьирования различных параметров в отсечке топлива и восстановлении.
Подробное описание вариантов осуществления
[0010] В дальнейшем в этом документе, поясняется один вариант осуществления согласно настоящему изобретению со ссылкой на чертежи.
[0011] Фиг. 1 является видом конфигурации системы, показывающим двигатель 1 внутреннего сгорания для транспортного средства, к которому применяется настоящее изобретение. Этот двигатель 1 внутреннего сгорания представляет собой, например, четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Пара впускных клапанов 4 и пара выпускных клапанов 5 располагаются на поверхности потолочной стенки камеры 3 сгорания. Свеча 6 зажигания располагается в центральном участке, окруженном посредством этих впускных клапанов 4 и выпускных клапанов 5.
[0012] Клапан 8 впрыска топлива для впрыска в цилиндр располагается в нижнем участке впускного канала 7, выполненного с возможностью открываться и закрываться посредством одного из впускных клапанов 4. Клапан 8 впрыска топлива для впрыска в цилиндр представляет собой основной клапан впрыска топлива, выполненный с возможностью впрыскивать топливо непосредственно в камеру 3 сгорания. Кроме того, клапаны 9 впрыска топлива для впрыска во впускной канал располагаются, соответственно, во впускных каналах 7 каждого из цилиндров. Каждый из клапанов 9 впрыска топлива для впрыска во впускной канал представляет собой вспомогательный клапан впрыска топлива, выполненный с возможностью впрыскивать топливо в один из впускных каналов 7. Каждый из клапанов 8 впрыска топлива для впрыска в цилиндр и клапанов 9 впрыска топлива для впрыска во впускной канал представляет собой электромагнитный инжекторный клапан или пьезоэлектрический инжекторный клапан, выполненный с возможностью открываться посредством применения импульсного сигнала приведения в действие и впрыскивать топливо в объеме, который является практически пропорциональным длительности импульса импульсного сигнала приведения в действие.
[0013] Дроссельный клапан 14 с электрическим управлением располагается на стороне восходящего направления части 12 коллектора во впускном канале 11, соединенном с впускным каналом 7. Степень открытия дроссельного клапана 14 с электрическим управлением управляется посредством управляющего сигнала из контроллера 13 двигателя. Расходомер 15 воздуха располагается на стороне восходящего направления дроссельного клапана 14 с электрическим управлением. Расходомер 15 воздуха выполнен с возможностью считывать объем всасываемого воздуха.
[0014] Кроме того, катализаторное устройство 19, состоящее из трехкомпонентного катализатора, располагается в выпускном канале 18, соединенном с выпускным каналом 17. Датчик 20 состава смеси "воздух-топливо" располагается на стороне восходящего направления катализаторного устройства 19. Датчик 20 состава смеси "воздух-топливо" выполнен с возможностью считывать отношение "воздух-топливо".
[0015] Контроллер 13 двигателя принимает сигналы определения датчиков, таких как расходомер 15 воздуха, датчик 20 состава смеси "воздух-топливо", датчик 21 угла поворота коленчатого вала, выполненный с возможностью считывать частоту вращения двигателя, датчик 22 температуры воды, выполненный с возможностью считывать температуру охлаждающей жидкости, датчик 23 степени открытия акселератора, выполненный с возможностью считывать величину нажатия педали акселератора, управляемой водителем, датчик 24 скорости транспортного средства, выполненный с возможностью считывать скорость транспортного средства, и датчик 25 температуры всасываемого воздуха, выполненный с возможностью считывать температуру всасываемого воздуха впускного канала 11, например части 12 коллектора. Контроллер 13 двигателя выполнен с возможностью надлежащим образом управлять объемами впрыска топлива и регулированиями впрыска клапанов 8 и 9 впрыска топлива, распределением зажигания посредством свечи 6 зажигания, степенью открытия дроссельного клапана 14 и т.д., на основе вышеописанных сигналов определения.
[0016] Контроллер 13 двигателя управляет отношениями объема впрыска для впрыска в цилиндр посредством клапана 8 впрыска топлива для впрыска в цилиндр и для впрыска во впускной канал посредством клапана 9 впрыска топлива для впрыска во впускной канал, в соответствии с условиями приведения в действие двигателя 1 внутреннего сгорания. Фиг. 2 показывает характеристики отношения объема впрыска для впрыска в цилиндр в общем объеме (к общему объему) впрыска (т.е. суммирование объема впрыска в цилиндры и объема впрыска во впускные каналы), в области приведения в действие двигателя 1 внутреннего сгорания, посредством использования нагрузки и частоты вращения двигателя 1 внутреннего сгорания в качестве параметров. Кроме того, на фиг. 2 и т.д., "DIG" представляет впрыск в цилиндры посредством клапана 8 впрыска топлива для впрыска в цилиндр. "MPI" представляет впрыск во впускные каналы посредством клапана 9 впрыска топлива для впрыска во впускной канал.
[0017] Как показано на фиг. 2, в этом варианте осуществления, отношение объема впрыска для впрыска в цилиндр составляет 100% в области на стороне низкой нагрузки и низких частот вращения (т.е. весь объем из требуемого объема топлива впрыскивается из клапана 8 впрыска топлива для впрыска в цилиндр). В области на стороне высокой нагрузки и высоких частот вращения впрыск в цилиндры и впрыск во впускные каналы используются вместе при предварительно определенных отношениях. Например, отношение объема впрыска для впрыска в цилиндр составляет приблизительно 70%. Отношение объема впрыска для впрыска в цилиндр имеет тенденцию снижаться по мере того, как нагрузка становится более высокой, и по мере того, как частота вращения двигателя становится более высокой.
[0018] Контроллер 13 двигателя определяет требуемый объем впрыска клапана 8 впрыска топлива для впрыска в цилиндр и требуемый объем впрыска клапана 9 впрыска топлива для впрыска во впускной канал в соответствии с характеристиками по фиг. 2. Кроме того, фиг. 2 показывает характеристики после завершения прогрева двигателя 1 внутреннего сгорания. В холодном состоянии двигателя характеристики отношений объема впрыска для впрыска в цилиндр и впрыска во впускные каналы корректируются на основе температуры двигателя, например температуры охлаждающей жидкости. Альтернативно, может быть предусмотрено множество карт управления, соответствующих надлежащим характеристикам при каждой температуре охлаждающей жидкости.
[0019] В настоящем изобретении, при управлении вышеописанными отношениями объема впрыска, отношения объема впрыска при восстановлении после отсечки топлива после отсечки топлива корректируются в течение предварительно определенного периода. Таким образом, сгорание не выполняется в цилиндре в ходе отсечки топлива. Всасываемый воздух протекает в цилиндре. Соответственно, температура стенки камеры сгорания (см. температуры поверхности стенки цилиндра и поверхности головки поршня) относительно резко уменьшается. Соответственно, топливо, впрыскиваемое посредством впрыска в цилиндры на цилиндр, легко пристает к поверхности стенки. Это вызывает увеличение объема выпуска твердых частиц. В этом изобретении, отношение объема впрыска для впрыска в цилиндр при восстановлении корректируется таким образом, что оно уменьшается, с тем чтобы подавлять этот выпуск твердых частиц.
[0020] Фиг. 3 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей последовательность операций управления в одном варианте осуществления, которая выполняется посредством контроллера 13 двигателя.
[0021] На этапе 1, оценивается то, начата или нет уже отсечка топлива, т.е. то, находится двигатель или нет в ходе отсечки топлива. Когда водитель полностью закрывает педаль акселератора при движении транспортного средства, отсечка топлива выполняется в случае, если удовлетворяются предварительно определенные условия отсечки топлива (например, температура охлаждающей жидкости является температурой после прогрева, скорость транспортного средства равна или выше порогового значения, частота вращения двигателя равна или выше предварительно определенного порогового значения и т.д.).
[0022] Когда ответ этапа 1 представляет собой "Нет", процесс переходит к этапу 12. Нормальное управление впрыском топлива выполняется. Таким образом, объем впрыска клапана впрыска топлива в цилиндры 8 и объем впрыска клапана 9 впрыска топлива для впрыска во впускной канал управляются в соответствии с характеристиками отношений объема впрыска, показанных на фиг. 2.
[0023] Когда двигатель находится в ходе отсечки топлива, процесс переходит к этапу 2. Период времени отсечки топлива измеряется посредством использования счетчика FCTCNT, указывающего период времени отсечки топлива. На этапе 3, первое заданное значение TFCRDIDTA периода коррекции уменьшения впрыска в цилиндры определяется из таблицы характеристик, показанной на фиг. 4, на основе счетчика FCTCNT этапа 2. В этом случае первое заданное значение TFCRDIDTA становится больше по мере того, как период времени отсечки топлива становится большим.
[0024] Кроме того, процесс переходит к этапу S4. Температура CCWTEMP стенки камеры сгорания оценивается (предполагается). Например, температура CCWTEMP стенки камеры сгорания в ходе приведения в действие двигателя может оцениваться посредством использования таких параметров, как нагрузка и частота вращения двигателя 1 внутреннего сгорания. Кроме того, температура CCWTEMP стенки камеры сгорания в ходе приведения в действие двигателя может оцениваться посредством использования таких параметров, как температура охлаждающей жидкости и температура всасываемого воздуха, при необходимости. Кроме того, температура CCWTEMP стенки камеры сгорания в ходе отсечки топлива может оцениваться посредством последовательного вычитания величины снижения температуры из оцененной температуры в начале отсечки топлива посредством использования температуры всасываемого воздуха, объема всасываемого воздуха, который протекает через камеру сгорания в ходе отсечки топлива, и т.д. Способ оценки температуры CCWTEMP стенки камеры сгорания не ограничен вышеописанным примером. Способ является произвольным. Кроме того, температура стенки камеры сгорания может непосредственно считываться.
[0025] На этапе 5, второе заданное значение TFCRDIDTB периода коррекции уменьшения впрыска в цилиндры определяется из таблицы характеристик, показанной на фиг. 5, на основе температуры CCWTEMP стенки камеры сгорания, оцененной на этапе 4. Второе заданное значение TFCRDIDTB становится больше по мере того, как температура CCWTEMP стенки камеры сгорания становится более низкой.
[0026] Затем, на этапе 6, первое заданное значение TFCRDIDTA этапа 3 и второе заданное значение TFCRDIDTB этапа 5 сравниваются друг с другом. Большее из первого заданного значения TFCRDIDTA и второго заданного значения TFCRDIDTB определяется в качестве заданного значения TFCRDIDT периода коррекции уменьшения впрыска в цилиндры.
[0027] Операции этапов 2-6 повторяются в ходе отсечки топлива. Вследствие этого последовательно вычисляются заданное значение TFCRDIDT периода коррекции уменьшения впрыска в цилиндры согласно периоду времени отсечки топлива до этого времени и температура CCWTEMP стенки камеры сгорания в это время.
[0028] На этапе 7, оценивается то, начинается или нет восстановление после отсечки топлива. Таким образом, оценивается то, удовлетворяются или нет предварительно определенные условия восстановления после отсечки топлива. Например, условия восстановления после отсечки топлива представляют собой такое условие, что скорость транспортного средства становится равной или меньшей предварительно определенного порогового значения, или такое условие, что частота вращения двигателя становится равной или меньшей предварительно определенного порогового значения, в дополнение к нажатию педали акселератора водителем.
[0029] Когда восстановление после отсечки топлива начинается, процесс переходит от этапа 7 к этапу 8. Отношение объема впрыска для впрыска в цилиндр в общем объеме впрыска корректируется таким образом, что оно уменьшается. Подача топлива выполняется. Таким образом, базовые отношения объема впрыска определяются, как показано на фиг. 2, на основе нагрузки (объема всасываемого воздуха) и частоты вращения двигателя в это время. Соответствующие объемы впрыска определяются таким образом, что отношения объема впрыска становятся значениями, на которые отношение объема впрыска для впрыска в цилиндр ниже базового отношения объема впрыска. Например, скорректированное отношение объема впрыска определяется посредством вычитания предварительно определенного объема из базового отношения объема впрыска для впрыска в цилиндр или посредством умножения базового отношения объема впрыска на предварительно определенный поправочный коэффициент. В этом случае величина коррекции (например, объем вычитания или поправочный коэффициент) может быть постоянным значением. Альтернативно, величина коррекции может варьироваться в соответствии с параметрами, такими как период времени отсечки топлива.
[0030] На этапе 9, период коррекции уменьшения впрыска в цилиндры измеряется посредством использования счетчика FCRDIDT, указывающего период времени, истекший с начала восстановления. На этапе 10, значение этого счетчика FCRDIDT и заданное значение TFCRDIDT периода коррекции уменьшения впрыска в цилиндры, которое задается на этапе 6, сравниваются. Когда значение счетчика FCRDIDT становится равным или превышающим заданное значение TFCRDIDT, процесс переходит к этапу 12. Операция возвращается к нормальному управлению впрыском топлива. Процесс возвращается к этапу 8 до тех пор, пока значение счетчика FCRDIDT не достигнет заданного значения TFCRDIDT. Коррекция уменьшения отношения объема впрыска для впрыска в цилиндр продолжается.
[0031] Кроме того, на этапе 11, оценивается то, равна или выше либо нет температура CCWTEMP стенки камеры сгорания (которая непрерывно оценивается на этапе 4 после восстановления) предварительно определенной температуры TCCWTEMP. Температура CCWTEMP стенки камеры сгорания увеличивается посредством повторного начала подачи топлива. Когда температура CCWTEMP стенки камеры сгорания становится равной или превышающей предварительно определенную температуру TCCWTEMP до того, как значение счетчика FCRDIDT достигает заданного значения TFCRDIDT, коррекция уменьшения отношения объема впрыска для впрыска в цилиндр заканчивается. Операция возвращается к нормальному управлению впрыском топлива этапа 12. Предварительно определенная температура TCCTEMP составляет приблизительно 140°С. Кроме того, вышеописанное заданное значение TFCRDIDT периода коррекции уменьшения впрыска в цилиндры задается равным времени, когда фактическая температура стенки камеры сгорания возвращается приблизительно к 140°С.
[0032] Фиг. 6 являются временными диаграммами для пояснения операций посредством управления по варианту осуществления. Фиг. 6 показывает варьирования различных параметров от начала отсечки топлива до восстановления после отсечки топлива. Фиг. 6(a) показывает частоту вращения двигателя. Фиг. 6(b) показывает эквивалентный состав смеси в цилиндре. Фиг. 6(c) показывает счетчик FCTCNT, указывающий период отсечки топлива. Фиг. 6(d) показывает счетчик FCRDIDT, указывающий период коррекции уменьшения впрыска в цилиндры. Фиг. 6(e) показывает температуру CCWTEMP стенки камеры сгорания. Фиг. 6 (f) показывает отношение объема впрыска для впрыска во впускной канал. Фиг. 6 (g) показывает отношение объема впрыска для впрыска в цилиндр. Фиг. 6 (h) показывает число макрочастиц (PN: число частиц) в отработанном воздухе.
[0033] В этом примере чертежа, впрыск в цилиндры и впрыск во впускные каналы выполняются до времени t1 посредством предварительно определенных отношений в соответствии с характеристиками по фиг. 2. Во время t1, водитель полностью закрывает степень открытия педали акселератора, так что выполняется отсечка топлива. Вследствие этого частота вращения двигателя постепенно уменьшается. Одновременно температура камеры сгорания постепенно снижается. Период времени проведения отсечки топлива измеряется посредством счетчика FCTCNT.
[0034] Затем во время t2, восстановление после отсечки топлива выполняется на основе такого условия восстановления, как уменьшение до порогового значения скорости транспортного средства. Заданное значение TFCRDIDT периода коррекции уменьшения впрыска в цилиндры определяется на основе температуры CCWTEMP стенки камеры сгорания и периода времени отсечки топлива (счетчика FCTCNT) при этом восстановлении. После этого отношение объема впрыска для впрыска в цилиндр задается равным низкому значению в течение периода коррекции уменьшения впрыска в цилиндры от начала восстановления, как показано на фиг. (f) и (g). Кроме того, отношение объема впрыска для впрыска во впускной канал задается равным высокому значению. Кроме того, пунктирные линии показывают базовые характеристики в нормальном состоянии, как показано на фиг. 2.
[0035] Во время t3, период коррекции уменьшения впрыска в цилиндры (счетчик FCRDIDT) достигает заданного значения TFCRDIDT. Коррекция отношения объема впрыска заканчивается. После этого времени отношения объема впрыска управляются до нормальных отношений объема впрыска.
[0036] Кроме того, в примере чертежа, всплеск до богатого состояния приведен при восстановлении после отсечки топлива для быстрого восстановления устройства катализа 19 из состояния избытка кислорода. Эквивалентный состав смеси временно становится богатым состоянием. Этот всплеск до богатого состояния не обязательно продолжается до времени t3.
[0037] Таким образом, отношение объема впрыска для впрыска в цилиндр корректируется таким образом, что оно уменьшается в течение периода времени от t2 до t3 после восстановления после отсечки топлива. Вследствие этого объем выпуска твердых частиц при восстановлении подавляется. Пунктирная линия (h) чертежа представляет характеристики PN числа частиц, когда восстановление выполняется без коррекции отношения объема впрыска. Сплошная линия представляет характеристики числа PN частиц, когда коррекция отношения объема впрыска выполняется, как указано в варианте осуществления. Как показано на чертеже, число PN частиц увеличивается при восстановлении после отсечки топлива вследствие уменьшения температуры стенки камеры сгорания. Тем не менее, в варианте осуществления, отношение объема впрыска для впрыска в цилиндр корректируется таким образом, что оно уменьшается. Вследствие этого увеличение числа частиц подавляется.
[0038] Кроме того, температура CCWTEMP стенки камеры сгорания на фиг. (e) увеличивается после начала восстановления, как показано на чертеже. Во время t3, в которое значение счетчика FCRDIDT достигает заданного значения TFCRDIDT, температура CCWTEMP стенки камеры сгорания достигает достаточной температуры, при которой множество твердых частиц не формируются даже посредством впрыска в цилиндры. На фиг. 6, температура CCWTEMP стенки камеры сгорания одновременно достигает предварительно определенной температуры TCCWTEMP во время t3, для упрощения понимания. Тем не менее, как описано выше, коррекция отношения объема впрыска заканчивается, когда температура CCWTEMP стенки камеры сгорания становится равной или превышающей предварительно определенную температуру TCCWTEMP до того, как значение счетчика FCRDIDT достигает заданного значения TFCRDIDT.
[0039] Выше подробно поясняется один вариант осуществления согласно настоящему изобретению. Тем не менее, настоящее изобретение не ограничено вышеописанным одним вариантом осуществления. Могут использоваться различные модификации. Например, в примере по фиг. 3, период коррекции уменьшения впрыска в цилиндры задается посредством использования периода времени отсечки топлива и температуры стенки камеры сгорания. Тем не менее, период коррекции уменьшения впрыска в цилиндры может задаваться посредством только одного из периода времени отсечки топлива и температуры стенки камеры сгорания.