Устройство управления впрыском топлива и способ управления впрыском топлива для двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к устройству управления впрыском топлива и к способу управления впрыском топлива для двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является выполнение управления впрыском топлива, которое позволяет более надежно пресекать детонацию. Результат достигается тем, что устройство управления впрыском топлива управляет впрыском топлива для непосредственного впрыска в цилиндр двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, включающего в себя канал охлаждения на стороне головки, который охлаждает головку цилиндров, канал охлаждения на стороне блока, который охлаждает блок цилиндров, и устройство охлаждения, независимо управляющее циркуляцией охлаждающей жидкости в канале охлаждения на стороне головки и циркуляцией в канале охлаждения на стороне блока. Устройство управления впрыском топлива снабжается средством задания момента впрыска топлива для задания момента впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра, в качестве момента закрытия клапана всасываемого воздуха, во время возникновения уменьшения температуры газа внутри цилиндра вследствие скрытой теплоты парообразования впрыснутого топлива, во время циркуляции охлаждающей жидкости в канал охлаждения на стороне головки с остановленной циркуляцией охлаждающей жидкости в канале охлаждения на стороне блока, и устройство управления впрыском топлива впрыскивает топливо на основе момента впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству управления впрыском топлива и к способу управления впрыском топлива для двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
[0002] Увеличение степени сжатия является эффективной мерой для того, чтобы улучшать тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания, чтобы улучшать топливную экономичность. Однако, в двигателе внутреннего сгорания, который использует бензин в качестве топлива, возрастает вероятность возникновения детонации, когда степень сжатия увеличивается, и, таким образом, становится необходимым принимать меры, чтобы пресекать детонацию. Например, задержка момента зажигания является известным способом, чтобы пресекать детонацию, но крутящий момент уменьшается, когда момент зажигания задерживается. Таким образом, задерживая момент зажигания, крутящий момент, который должен получаться посредством достижения высокой степени сжатия, не может быть получен.
[0003] Следовательно, в документе JP2012-102654A, для того, чтобы добиваться высокой степени сжатия, в то же время пресекая детонацию, конечный впрыск для двигателя внутреннего сгорания с многоступенчатым впрыском, который выполняет многоступенчатый впрыск топлива, выполняется в такте сжатия, в области низких скоростей, в которой есть вероятность возникновения детонации. Целью этого управления является уменьшение температуры газа в цилиндре посредством скрытой теплоты парообразования топлива, которое впрыскивается в такте сжатия.
Сущность изобретения
[0004] Такт сжатия является сжатием в состоянии, в котором впускной клапан и выпускной клапан закрыты, которое может рассматриваться как такт адиабатического сжатия. Если топливо впрыскивается в ходе такого такта адиабатического сжатия, в то время как происходит уменьшение температуры газа внутри цилиндра вследствие скрытой теплоты парообразования, эффект уменьшения температуры газа внутри цилиндра рядом с верхней мертвой точкой, в которой детонация вероятно должна возникать, является небольшим. Другими словами, существует пространство для улучшения в управлении вышеописанного документа в качестве управления для пресечения детонации.
[0005] Следовательно, задачей настоящего изобретения является выполнение управления впрыском топлива, которое позволяет более надежно пресекать детонацию.
Краткое описание чертежей
[0006] Фиг. 1 - это блок-схема, иллюстрирующая один пример системы охлаждения двигателя.
Фиг. 2 - это схематичный чертеж, иллюстрирующий один пример модели управления впрыском топлива.
Фиг. 3 - это график, иллюстрирующий изменения температуры газа внутри цилиндра в такте сжатия.
Фиг. 4 - это временная диаграмма, иллюстрирующая соотношение между скрытой теплотой парообразования и температурой газа внутри цилиндра.
Фиг. 5 - это схематичный чертеж, иллюстрирующий другой пример модели управления впрыском топлива.
Фиг. 6 - это схематичный чертеж, иллюстрирующий еще один пример модели управления впрыском топлива.
Фиг. 7 - это схематичный чертеж, иллюстрирующий импульс впрыска топлива четырехступенчатого впрыска.
Фиг. 8 - это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая программу управления для управления впрыском топлива.
Фиг. 9 показывает два графика, объясняющих переключение схемы распределения впрыска топлива.
Фиг. 10 - это график, иллюстрирующий один пример карты распределения впрыска топлива.
Варианты осуществления для выполнения изобретения
[0007] Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже, со ссылкой на приложенные чертежи.
[0008] Фиг. 1 - это блок-схема, иллюстрирующая один пример системы охлаждения, к которой применяется настоящий вариант осуществления. Настоящая система охлаждения охлаждает двигатель 1 внутреннего сгорания посредством циркуляции охлаждающей жидкости с помощью водяного насоса 5, который приводится в действие двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием, имеющим прямой впрыск топлива в цилиндр (далее в данном документе также просто называемым "двигателем внутреннего сгорания") 1. Водяной насос 5 может быть электрическим насосом, который в свою очередь приводится в действие электромотором.
[0009] Канал охлаждающей жидкости внутри двигателя 1 внутреннего сгорания разветвляется на две линии, канал 21 охлаждения на стороне головки, предусмотренный в головке 2 цилиндров, и канал 22 охлаждения на стороне блока, предусмотренный в блоке 3 цилиндров. Первый регулирующий клапан 13 располагается на стороне выпускного отверстия головки цилиндров канала 21 охлаждения на стороне головки, а второй регулирующий клапан 14 предусматривается на стороне выходного отверстия блока цилиндров канала 22 охлаждения на стороне блока.
[0010] Датчик 12A температуры охлаждающей жидкости на стороне головки располагается между выпускным отверстием головки цилиндров канала 21 охлаждения на стороне головки и первым регулирующим клапаном 13 для определения температуры охлаждающей жидкости канала 21 охлаждения на стороне головки (далее в данном документе также называемой "температурой охлаждающей жидкости на стороне головки"). Датчик 12B температуры охлаждающей жидкости на стороне блока располагается между выпускным отверстием блока цилиндров канала 22 охлаждения на стороне блока и вторым регулирующим клапаном 14 для определения температуры охлаждающей жидкости канала 22 охлаждения на стороне блока (далее в данном документе также называемой "температурой охлаждающей жидкости на стороне блока"). Сигналы определения датчика 12A температуры охлаждающей жидкости на стороне головки и датчика 12B температуры охлаждающей жидкости на стороне блока отправляются контроллеру 100, который будет описан ниже.
[0011] Канал 25 отопителя, соединенный с радиатором 10 отопителя, соединительный канал 28, соединенный со вторым регулирующим клапаном 14, и канал 23 радиатора, соединенный с радиатором 6, соединяются с первым регулирующим клапаном 13, и представляется возможным выполнять сообщение с каналом 21 охлаждения на стороне головки посредством выбора одного из этих каналов. Дополнительно, представляется возможным ограничивать поток охлаждающей жидкости в канале 21 охлаждения на стороне головки, закрывая первый регулирующий клапан 13.
[0012] С другой стороны, обратный канал 24 на стороне двигателя и соединительный канал 28, которые соединяются с охладителем 15 масла и подогревателем 16 масла, соединяются со вторым регулирующим клапаном 14, и представляется возможным выполнять сообщение с каналом 22 охлаждения на стороне блока посредством выбора одного из этих каналов. Дополнительно, представляется возможным ограничивать поток охлаждающей жидкости в канале 22 охлаждения на стороне блока, закрывая второй регулирующий клапан 14.
[0013] Первый регулирующий клапан 13 и второй регулирующий клапан 14, оба управляются контроллером 100, описанным позже. Второй регулирующий клапан 14 может также быть клапаном термостата для того, чтобы упрощать систему.
[0014] Канал 25 отопителя является каналом для подачи охлаждающей жидкости к радиатору 10 отопителя. Обратный канал 27 на стороне отопителя соединяется с радиатором 10 отопителя для возврата охлаждающей жидкости, которая подверглась теплообмену с воздухом в радиаторе 10 отопителя, к водяному насосу 5. EGR-охладитель 9 вставляется в обратный канал 27 на стороне отопителя для охлаждения EGR-газа.
[0015] Обратный канал 24 на стороне двигателя является каналом, который соединяет второй регулирующий клапан 14 и водяной насос 5, и его фрагмент разветвляется. Охладитель 15 масла соединяется с одной из ветвей для охлаждения смазочного масла двигателя 1 внутреннего сгорания, и подогреватель 16 масла соединяется с другой из ветвей для подогрева гидравлического масла автоматической трансмиссии 4.
[0016] Канал 23 радиатора - это канал, который соединяет первый регулирующий клапан 13 и водяной насос 5, при этом радиатор 6 вставлен в его промежуточной позиции.
[0017] Кроме того, канал 26 на стороне дросселя ответвляется от канала 21 охлаждения на стороне головки для объединения с обратным каналом 27 на стороне отопителя через смесительную камеру 7 и EGR-клапан 8.
[0018] Головка 2 цилиндров имеет датчик 11 температуры масла, который определяет температуру смазочного масла в масляной рубашке, предусмотренной в головке цилиндров. Сигнал определения датчика 11 температуры масла отправляется контроллеру 100.
[0019] Контроллер 100 конфигурируется из микрокомпьютера, содержащего центральный процессор (CPU), постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативное запоминающее устройство (RAM) и интерфейс ввода/вывода (I/O-интерфейс). Контроллер 100 может быть сконфигурирован также из множества микрокомпьютеров.
[0020] Помимо датчика 11 температуры масла, датчика 12A температуры охлаждающей жидкости на стороне головки и датчика 12B температуры охлаждающей жидкости на стороне блока, контроллер 100 также принимает сигналы определения от датчика 17 величины открытия педали акселератора, который определяет величину, на которую водитель открывает педаль акселератора, и датчик 18 угла поворота коленчатого вала, который определяет скорость вращения двигателя 1 внутреннего сгорания. Затем, контроллер 100 выполняет управление величиной открытия смесительной камеры 7 и EGR-клапана 8, управление впрыском топлива для двигателя 1 внутреннего сгорания, управление моментом зажигания, управление первым регулирующим клапаном 13 и вторым регулирующим клапаном 14 и т.п. на основе этих сигналов определения. Кроме того, контроллер 100 соответственно выводит температуру стенки головки 2 цилиндров (далее в данном документе также называемую "температурой стенки на стороне головки") на основе температуры охлаждающей жидкости на стороне головки, и температуру стенки блока 3 цилиндров (далее в данном документе также называемую "температурой стенки на стороне блока") на основе температуры охлаждающей жидкости на стороне блока. Например, соотношение между температурой стенки и температурой охлаждающей жидкости в двигателе 1 внутреннего сгорания изучается заранее, чтобы формировать карту, и поиск по карте выполняется на основе определенной температуры охлаждающей жидкости.
[0021] В вышеописанной системе охлаждения, если двигатель 1 внутреннего сгорания находится в состоянии холодного двигателя, контроллер 100 закрывает первый регулирующий клапан 13 и второй регулирующий клапан 14, чтобы ограничивать поток охлаждающей жидкости канала 21 охлаждения на стороне головки и канала 22 охлаждения на стороне блока. Тем самым, стимулируется повышение температуры охлаждающей жидкости.
[0022] С другой стороны, если двигатель 1 внутреннего сгорания находится в состоянии прогрева, контроллер 100 открывает первый регулирующий клапан 13 и второй регулирующий клапан 14. В это время контроллер 100 определяет, должна ли охлаждающая жидкость протекать к каналу 23 радиатора или к обратному каналу 24 на стороне двигателя, согласно температуре охлаждающей жидкости на стороне головки и температуре охлаждающей жидкости на стороне блока, и управляет первым регулирующим клапаном 13 и вторым регулирующим клапаном 14.
[0023] В настоящем варианте осуществления пороговые значения температуры стенки на стороне головки и температуры стенки на стороне блока задаются равными 80°C; и пороговое значение температуры масла задается равным 80°C; если все температуры, описанные выше, больше или равны пороговым значениям, состояние считается состоянием прогрева; иначе, состояние считается состоянием холодного двигателя. В состоянии холодного двигателя, состояние, в котором температура стенки на стороне головки и температура охлаждающей жидкости на стороне головки больше или равны 80°C, и температура масла меньше 80°C, считается состоянием высокой температуры охлаждающей жидкости.
[0024] Дополнительно, контроллер 100 представляет собой средство задания момента впрыска топлива для задания режима впрыска топлива согласно состоянию двигателя 1 внутреннего сгорания.
[0025] Фиг. 2 - это схематичный чертеж, иллюстрирующий режимы управления впрыском топлива согласно состоянию двигателя 1 внутреннего сгорания в случае трехступенчатого впрыска. "Момент впрыска топлива" в последующем описании ссылается на момент времени, в который впрыск топлива начинается.
[0026] В состоянии холодного двигателя, исключающем состояние высокой температуры охлаждающей жидкости (далее, в данном документе, просто называемом состоянием холодного двигателя), для того, чтобы уменьшать величину выброса твердых частиц (PN: твердая частица), угол опережения впрыска топлива (ограничение PN) задерживается по сравнению с другими состояниями с тем, чтобы уменьшать прилипание топлива к поршню и стенке цилиндра. Дополнительно, каждый впрыск трехступенчатого впрыска конфигурируется, чтобы происходить в момент впрыска топлива, который отдает приоритет подавлению разжижения масла топливом. В состоянии холодного двигателя контроллер 100 блокирует циркуляцию охлаждающей жидкости в канале 21 охлаждения на стороне головки и канале 22 охлаждения на стороне блока. Тем самым, стимулируется повышение температуры в стенке на стороне головки и стенке на стороне блока. Кроме того, также стимулируется повышение температур охлаждающей жидкости канала 21 охлаждения на стороне головки и канала 22 охлаждения на стороне блока.
[0027] С другой стороны, в состоянии прогрева, режим впрыска топлива отличается в зависимости от того, выполняется или нет EGR-управление. Если выполняется EGR-управление, поскольку детонация менее вероятно должна возникать вследствие EGR-управления, момент впрыска топлива устанавливается так, что впрыск топлива выполняется три раза на стороне опережения нижней мертвой точки, для того, чтобы занимать более длительное время смешивания для газа в цилиндре. Дополнительно, если EGR-управление не должно выполняться, для того, чтобы обеспечивать время смешивания и уменьшать температуру газа внутри цилиндра, второй и третий моменты впрыска топлива задерживаются по сравнению с тем, когда EGR-управление выполняется. В частности, третий момент впрыска топлива задается между нижней мертвой точкой и моментом закрытия впускного клапана.
[0028] Поскольку режимы впрыска топлива в состоянии холодного двигателя и состоянии прогрева, описанных выше, хорошо известны, их подробное описание опускается.
[0029] Настоящий вариант осуществления характеризуется управлением впрыском топлива в состоянии высокой температуры охлаждающей жидкости, описанном ниже.
[0030] Состояние высокой температуры охлаждающей жидкости - это состояние, в котором температура масла не повысилась до температуры состояния прогрева, несмотря на то, что температура стенки на стороне головки и температура стенки на стороне блока повысились до температуры состояния прогрева. Поскольку трение каждой детали увеличивается, а топливная экономичность снижется, когда температура масла уменьшается, желательно стимулировать повышение температуры масла при нахождении в состоянии высокой температуры охлаждающей жидкости. Если охлаждающая жидкость циркулирует, температура стенки на стороне головки и температура стенки на стороне блока уменьшаются, и повышение температуры масла предотвращается; поэтому, в состоянии высокой температуры охлаждающей жидкости, контроллер 100 останавливает циркуляцию охлаждающей жидкости, по меньшей мере, в канале 22 охлаждения на стороне блока.
[0031] Однако, если циркуляция охлаждающей жидкости остается остановленной, температура стенки на стороне головки продолжает расти, и вероятно будет возникать детонация.
[0032] Следовательно, для того, чтобы предотвращать детонацию, контроллер 100 выполняет второй впрыск топлива и третий впрыск топлива трехступенчатого впрыска между нижней мертвой точкой и моментом закрытия впускного клапана, например, как иллюстрировано на фиг. 2.
[0033] Когда топливо впрыскивается, температура газа внутри цилиндра уменьшается вследствие скрытой теплоты парообразования топлива. Однако, когда прошедшее время увеличивается, после того как температура газа внутри цилиндра уменьшилась, становится возможным протекание теплообмена между газом в цилиндре и головкой цилиндра и блоком цилиндров, и диапазон уменьшения температуры газа внутри цилиндра становится небольшим. Следовательно, для того, чтобы эффективно использовать уменьшение температуры газа внутри цилиндра посредством скрытой теплоты парообразования топлива, второй впрыск топлива и третий впрыск топлива задаются ближе к моменту закрытия впускного клапана, как описано выше.
[0034] Более конкретно, третий момент впрыска топлива задается так, что момент закрытия впускного клапана будет тогда, когда уменьшение температуры газа происходит внутри цилиндра, вследствие скрытой теплоты парообразования топлива третьего впрыска. Как описано ниже, это обусловлено тем, что диапазон уменьшения температуры газа внутри цилиндра в момент закрытия впускного клапана дополнительно расширяется в верхней мертвой точке такта сжатия. Момент впрыска топлива, описанный выше, называется моментом впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра.
[0035] Фиг. 3 - это график, иллюстрирующий изменения температуры газа внутри цилиндра в такте сжатия; увеличенный вид предоставляется для области момента закрытия впускного клапана (IVC на чертеже) и верхней мертвой точки такта сжатия (TDC на чертеже). "Такт сжатия" в настоящем варианте осуществления ссылается на интервал от времени, когда впускной клапан закрывается, до времени, когда выпускной клапан открывается.
[0036] Когда такт сжатия двигателя 1 внутреннего сгорания рассматривается как такт адиабатического сжатия, соотношение уравнения (1) удовлетворяется.
[0037] T ⋅ V (k-1)=const... (1)
Здесь, T - это температура газа внутри цилиндра, V - это объем камеры сгорания, а k - это отношение удельных теплоемкостей.
[0038] Используя температуру газа внутри цилиндра Tivc в момент закрытия впускного клапана, температуру газа внутри цилиндра Ttdc в верхней мертвой точке такта сжатия, объем Vivc камеры сгорания в момент закрытия впускного клапана и объем Vtdc камеры сгорания в верхней мертвой точке такта сжатия, удовлетворяется уравнение (2).
[0039] Ttdc ⋅ Vtdc (k-1)=Tivc ⋅ Vivc (k-1)... (2)
[0040] Уравнение (3) получается посредством модификации уравнения (2)
[0041] Ttdc=Tivc × ε (k-1)... (3)
Здесь ε - это степень сжатия.
[0042] Вводя 1,3 в качестве отношения удельных теплоемкостей и 13 в качестве степени сжатия, уравнение (3) становится уравнением (4).
[0043] Ttdc ≒ 2 × Tivc... (4)
[0044] Т.е., когда степень сжатия двигателя 1 внутреннего сгорания равна 13, температура газа внутри цилиндра в верхней мертвой точке такта сжатия становится приблизительно удвоенной температурой газа внутри цилиндра в момент закрытия впускного клапана. Затем, разность температур в момент закрытия впускного клапана расширяется вдвое в верхней мертвой точке такта сжатия. Т.е., если температура газа внутри цилиндра уменьшается в момент закрытия впускного клапана, уменьшение температуры в верхней мертвой точке такта сжатия удваивается.
[0045] Следовательно, в настоящем варианте осуществления, управление впрыском топлива выполняется так, что уменьшение температуры газа внутри цилиндра в момент закрытия впускного клапана является более значительным.
[0046] Фиг. 4 - это пример временной диаграммы, когда температура газа внутри цилиндра уменьшается за счет скрытой теплоты парообразования топлива. Термин "стенка" на чертеже ссылается на поверхность стенки на стороне головки и поверхность стенки на стороне блока. Кроме того, "величина испарения", "величина переноса тепла от стенки" и "величина изменения температуры за счет скрытой теплоты" являются величинами в каждый момент времени. Следовательно, область, окруженная каждой диаграммой и горизонтальной осью, соответствует величине, которая влияет на температуру газа внутри цилиндра.
[0047] Если впрыск топлива начинается в момент T1, впрыснутое топливо начинает испаряться с момента T2 после временной задержки. После того как испарение началось, величина испарения постепенно увеличивается с увеличением количества топлива в цилиндре и ходом распыления топлива. Затем, величина испарения уменьшается с уменьшением количества неиспарившегося топлива и остановкой впрыска топлива.
[0048] Величина изменения температуры за счет скрытой теплоты будет демонстрировать тот же характер, что и характер величины испарения, описанный выше. Однако, направление изменения температуры будет направлено в сторону уменьшения температуры газа внутри цилиндра. Температура газа внутри цилиндра будет, тем самым, начинать уменьшаться. Однако, возникает задержка между тем, когда испарение начинается, и тем, когда температура газа внутри цилиндра начинает уменьшаться.
[0049] Дополнительно, количество тепла, которое переносится от стенки, будет также воздействовать на температуру газа внутри цилиндра. Величина переноса тепла от стенки увеличивается, когда разница между температурой газа внутри цилиндра и температурой стенки увеличивается. Другими словами, если температура газа внутри цилиндра уменьшается за счет скрытой теплоты парообразования, величина переноса тепла от стенки увеличивается после задержки по времени.
[0050] Следовательно, температура газа внутри цилиндра, которая уменьшается за счет скрытой теплоты парообразования, после этого увеличивается за счет переноса тепла от стенки.
[0051] Следовательно, в настоящем варианте осуществления, контроллер 100 задает момент начала третьего впрыска топлива на фиг. 2 так, что момент T3 непосредственно перед тем, как температура газа внутри цилиндра возвращается к увеличению, совпадает с моментом закрытия впускного клапана. Другими словами, второй впрыск топлива и третий впрыск топлива трехступенчатого впрыска задаются близко к моменту закрытия впускного клапана, и, в частности, момент третьего впрыска топлива задается, как описано выше. Если интервал между вторым впрыском топлива и третьим впрыском топлива сужается, третий впрыск топлива будет выполняться в состоянии, в котором температура газа внутри цилиндра уменьшается посредством второго впрыска топлива; следовательно, температура газа внутри цилиндра в момент закрытия впускного клапана может эффективно уменьшаться.
[0052] Режим впрыска топлива для уменьшения температуры газа внутри цилиндра в момент закрытия впускного клапана не ограничивается вышеописанным примером.
[0053] Например, в случае одноступенчатого впрыска, такого как иллюстрированный на фиг. 5, момент впрыска топлива для одноступенчатого впрыска устанавливается в момент, описанный выше. В случае одноступенчатого впрыска, хотя величина переноса тепла от стенки увеличивается вследствие увеличения периода времени, в течение которого топливо испаряется, диапазон уменьшения температуры газа внутри цилиндра вследствие скрытой теплоты парообразования увеличивается, при этом количество впрыскиваемого топлива в каждом одном впрыске становится больше, чем в многоступенчатом впрыске. Когда выполняется многоступенчатый впрыск в состоянии холодного двигателя и состоянии прогрева, он может быть сконфигурирован, чтобы переключаться на одноступенчатый впрыск, когда находится в состоянии высокой температуры охлаждающей жидкости.
[0054] Кроме того, взвешенный центр многоступенчатого впрыска (далее в данном документе также просто называемый "взвешенным центром впрыска") может быть задан, чтобы находиться в моменте закрытия впускного клапана, как иллюстрировано на фиг. 6. Здесь, взвешенный центр впрыска будет описан со ссылкой на фиг. 7.
[0055] Фиг. 7 - это схематичный чертеж, иллюстрирующий импульс впрыска топлива четырехступенчатого впрыска. IT1-IT4 является моментом начала каждого впрыска топлива, а Tinj1-inj4 является периодом впрыска топлива (шириной импульса впрыска) для каждого впрыска топлива. Кроме того, IT1mid-IT4mid является средней точкой каждого периода впрыска топлива. В это время взвешенный центр впрыска ITc может быть выражен посредством уравнения (5)
[0056] [Уравнение 1]
... (5)
Tinjtotal является суммарным значением ширин импульсов впрыска.
[0057] В случаях, когда число раз впрыска является различным, таким как двухступенчатый впрыск и трехступенчатый впрыск, одинаковое вычисление выполняется с помощью момента ITn впрыска топлива, ширины Tinjn импульса впрыска и средней точки периода ITnmid впрыска топлива.
[0058] Когда момент впрыска топлива задается так, что взвешенный центр впрыска ITc соответствует моменту закрытия впускного клапана, эффект уменьшения температуры газа внутри цилиндра в момент закрытия впускного клапана уменьшается по сравнению с фиг. 2 и фиг. 5, согласно уменьшению количества впрыска топлива перед моментом закрытия впускного клапана. Однако, температура газа внутри цилиндра уменьшается вследствие скрытой теплоты парообразования топлива, которое впрыскивается в такте сжатия.
[0059] Далее, будет описана программа управления для управления впрыском топлива в состоянии высокой температуры охлаждающей жидкости, описанном выше.
[0060] Фиг. 8 - это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая программу управления для управления впрыском топлива, которая выполняется посредством контроллера 100.
[0061] На этапе S10 контроллер 100 считывает состояние движения. В частности, сигнал определения датчика 18 угла поворота коленчатого вала считывается в качестве скорости вращения двигателя, и сигнал определения датчика 17 величины открытия педали акселератора считывается в качестве нагрузки.
[0062] На этапе S20 контроллер 100 определяет, является или нет состояние состоянием высокой температуры охлаждающей жидкости. Определение выполняется на основе вышеописанного порогового значения. Если состояние является состоянием высокой температуры охлаждающей жидкости, выполняется процесс этапа S30, а если состояние не является состоянием высокой температуры охлаждающей жидкости, выполняется процесс этапа S70. На этапе S70 контроллер 100 выполняет обычное управление впрыском топлива: т.е., управление впрыском топлива для состояния холодного двигателя при нахождении в состоянии холодного двигателя и управление для состояния прогрева при нахождении в состоянии прогрева.
[0063] На этапе S30 контроллер 100 вычисляет количество впрыскиваемого топлива. Хорошо известный способ вычисления используется для вычисления количества впрыскиваемого топлива. Т.е., карта количества впрыскиваемого топлива, имеющая в качестве параметров скорость вращения двигателя и нагрузку, формируется заранее, и выполняется поиск по карте для скорости вращения двигателя и нагрузки, которые считаны на этапе S10.
[0064] На этапе S40 контроллер 100 вычисляет угол изменения механизма VTC регулирования фаз газораспределения. Механизм VTC регулирования фаз газораспределения является механизмом, который переменным образом управляет моментом открытия и закрытия впускных клапанов. Механизм VTC регулирования фаз газораспределения, используемый в настоящем варианте осуществления, хорошо известен; следовательно, описание конфигурации механизма VTC регулирования фаз газораспределения опускается.
[0065] Заранее формируется карта углов изменения, имеющая, в качестве параметров, скорость вращения двигателя и нагрузку в качестве состояний движения, и контроллер 100 выполняет поиск по карте с помощью состояния движения, которое было считано. Если механизм VTC регулирования фаз газораспределения не предусматривается, настоящий этап пропускается.
[0066] На этапе S50 контроллер 100 переключает момент впрыска топлива на момент, соответствующий состоянию высокой температуры охлаждающей жидкости, описанному выше. Например, при переходе из состояния холодного двигателя в состояние высокой температуры охлаждающей жидкости карта переключается с карты моментов впрыска для состояния холодного двигателя на карту моментов впрыска для состояния высокой температуры охлаждающей жидкости, как иллюстрировано на фиг. 9. В каждой карте моментов впрыска назначается момент впрыска, который подходит для каждого состояния движения, используя в качестве параметров скорость вращения двигателя и нагрузку в качестве состояний движения. При выполнении многоступенчатого впрыска карта моментов впрыска подготавливается для каждого впрыска. Затем, момент начала впрыска топлива вычисляется из карты моментов впрыска топлива для состояния высокой температуры охлаждающей жидкости.
[0067] Момент зажигания для состояния высокой температуры охлаждающей жидкости может быть вычислен только арифметическим способом в рабочей области, в которой детонация вероятно должна возникать, вместо переключения карты моментов зажигания. Например, пусть затененная область на карте моментов зажигания для состояния холодного двигателя на фиг. 10 будет рабочей областью, в которой детонация вероятно должна возникать. В этом случае, момент ITn впрыска топлива для уменьшения температуры газа внутри цилиндра в момент закрытия впускного клапана может быть вычислен посредством уравнения (6).
[0068] ITn=IVC - Tevap... (6)
Здесь, IVC является моментом закрытия впускного клапана, а Tevap является временем, которое требуется с момента, когда температура начинает уменьшаться вследствие скрытой теплоты парообразования, до тех пор, когда величина уменьшения температуры становится максимальной.
[0069] При выполнении многоступенчатого впрыска другие моменты впрыска могут быть вычислены на основе момента впрыска топлива, описанного выше.
[0070] Как описано выше, представляется возможным уменьшать вычислительную нагрузку, вычисляя момент зажигания для предотвращения детонации только в рабочей области, в которой детонация вероятно должна возникать, и с помощью карты моментов зажигания для состояния холодного двигателя в других рабочих областях.
[0071] Таким же образом, при совпадении взвешенного центра впрыска с моментом закрытия впускного клапана, момент зажигания для состояния высокой температуры охлаждающей жидкости может быть вычислен только в рабочей области, в которой детонация вероятно должна возникать. В этом случае, взвешенный центр впрыска ITc определяется посредством уравнения (7). Затем, момент начала каждого впрыска топлива может быть вычислен на основе взвешенного центра впрыска ITc.
[0072] ITc=IVC-Tevap... (7)
[0073] На этапе S60 контроллер 100 задает количество впрыскиваемого топлива, полученное на этапе S30, и момент начала впрыска топлива, полученный на этапе S50, в качестве текущего количества впрыскиваемого топлива и момента начала впрыска топлива.
[0074] Работа и преимущества вышеописанного настоящего варианта осуществления будут описаны далее.
[0075] (1) Контроллер 100, в качестве устройства управления впрыском топлива настоящего варианта осуществления, управляет впрыском топлива двигателя 1 внутреннего сгорания с искровым зажиганием для прямого впрыска в цилиндр и независимо управляет циркуляцией охлаждающей жидкости в канале 21 охлаждения на стороне головки и циркуляцией охлаждающей жидкости в канале 22 охлаждения на стороне блока. Контроллер 100 задает момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра так, что момент закрытия клапана всасываемого воздуха происходит во время уменьшения температуры газа внутри цилиндра вследствие скрытой теплоты парообразования впрыснутого топлива во время нахождения в состоянии высокой температуры охлаждающей жидкости, и впрыскивает топливо на основе момента впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра. Таким образом, представляется возможным уменьшать температуру газа внутри цилиндра рядом с верхней мертвой точкой такта сжатия, где детонация вероятно должна возникать, для того, чтобы предотвращать детонацию. Т.е., представляется возможным предотвращать детонацию, в то же время способствуя повышению температуры масла.
[0076] (2) В настоящем варианте осуществления, поскольку контроллер 100 задает момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра так, что происходит момент закрытия впускного клапана, когда величина уменьшения температуры газа внутри цилиндра вследствие скрытой теплоты парообразования впрыснутого топлива является максимальной; следовательно, представляется возможным дополнительно уменьшать температуру газа внутри цилиндра рядом с нижней мертвой точкой такта сжатия.
[0077] (3) При выполнении многоступенчатого впрыска контроллер 100 задает один впрыск многоступенчатого впрыска в момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра. Таким образом, представляется возможным уменьшать температуру газа внутри цилиндра рядом с верхней мертвой точкой такта сжатия, используя скрытую теплоту парообразования топлива, которое впрыскивается в одном из впрысков.
[0078] (4) При выполнении многоступенчатого впрыска контроллер 100 задает конечный впрыск топлива из множества впрысков топлива в момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра. Таким образом, представляется возможным продлять время смешивания топлива по сравнению с впрыском топлива во время такта сжатия; следовательно, представляется возможным не только предотвращать детонацию, но также предотвращать ухудшение выбросов выхлопных газов.
[0079] (5) При выполнении многоступенчатого впрыска в состоянии холодного двигателя и состоянии прогрева контроллер 100 может переключаться на одноступенчатый впрыск в состоянии высокой температуры охлаждающей жидкости и задавать момент впрыска топлива для одноступенчатого впрыска в качестве момента впрыска топлива для охлаждения внутри цилиндра. В этом случае также представляется возможным уменьшать температуру газа внутри цилиндра рядом с верхней мертвой точкой такта сжатия посредством скрытой теплоты парообразования топлива для того, чтобы предотвращать детонацию.
[0080] (6) При выполнении многоступенчатого впрыска момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра может быть задан в каждый из моментов впрыска топлива многоступенчатого впрыска, так что взвешенный центр впрыска соответствует моменту закрытия впускного клапана. В этом случае также представляется возможным уменьшать температуру газа внутри цилиндра рядом с верхней мертвой точкой такта сжатия посредством скрытой теплоты парообразования топлива для того, чтобы предотвращать детонацию.
[0081] (7) Временная задержка от момента, когда топливо впрыскивается, до момента, когда топливо испаряется, становится более короткой, поскольку температура стенки на стороне головки и температура стенки на стороне блока увеличиваются. Соответственно, даже если момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра задается далее в сторону опережения, чем момент закрытия впускного клапана, на время, соответствующее периоду впрыска топлива (например, около 0,5-5 миллисекунд), эффект уменьшения температуры газа внутри цилиндра в момент закрытия впускного клапана может быть получен в достаточной степени.
[0082] Циркуляция охлаждающей жидкости канала 22 охлаждения на стороне блока может быть сконфигурирована, чтобы останавливаться, если температура охлаждающей жидкости канала 22 охлаждения на стороне блока становится ниже, например, 95°C, даже после входа в состояние прогрева. Это должно пресекать падение топливной экономичности за счет увеличения температуры блока 3 цилиндров, что снижает трение между поршнем и стенкой цилиндра. В этом случае, вероятно, должна возникать детонация вследствие увеличения температуры блока 3 цилиндров; следовательно, детонация предотвращается посредством выполнения управления впрыском топлива в состоянии высокой температуры охлаждающей жидкости, описанном выше.
[0083] Варианты осуществления настоящего изобретения были описаны выше, но вышеописанные варианты осуществления иллюстрируют только часть примеров применения настоящего изобретения и не предназначены для того, чтобы ограничивать технические рамки настоящего изобретения конкретными конфигурациями вышеописанных вариантов осуществления.
1. Устройство управления впрыском топлива для управления впрыском топлива, чтобы непосредственно впрыскивать топливо в цилиндр двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, включающего в себя канал охлаждения на стороне головки, который охлаждает головку цилиндров, канал охлаждения на стороне блока, который охлаждает блок цилиндров, и устройство охлаждения для независимого управления циркуляцией охлаждающей жидкости в канале охлаждения на стороне головки и в канале охлаждения на стороне блока, содержащее:
средство задания момента впрыска топлива, задающее момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра так, что момент закрытия впускного клапана происходит во время уменьшения температуры газа внутри цилиндра вследствие скрытой теплоты парообразования впрыснутого топлива, в то время как охлаждающая жидкость циркулирует в канале охлаждения на стороне головки, а циркуляция охлаждающей жидкости в канале охлаждения на стороне блока останавливается, при этом
устройство управления впрыском топлива впрыскивает топливо на основе момента впрыска топлива для охлаждения внутри цилиндра.
2. Устройство управления впрыском топлива по п. 1, в котором
момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра является моментом впрыска топлива, так что момент закрытия впускного клапана происходит, когда величина уменьшения температуры газа внутри цилиндра является максимальной, вследствие скрытой теплоты парообразования впрыснутого топлива.
3. Устройство управления впрыском топлива по п. 1 или 2, в котором
средство задания момента впрыска топлива задает один из множества впрысков топлива в качестве момента впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра в случае многоступенчатого впрыска, который выполняет впрыск топлива множество раз в одном цикле.
4. Устройство управления впрыском топлива по п. 3, в котором
средство задания момента впрыска топлива задает конечный впрыск топлива из множества впрысков топлива в качестве момента впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра.
5. Устройство управления впрыском топлива по п. 1 или 2, в котором
многоступенчатый впрыск переключается на одноступенчатый впрыск, который выполняет один впрыск топлива в одном цикле даже в случае многоступенчатого впрыска, который выполняет впрыск топлива множество раз в одном цикле; и
средство задания момента впрыска топлива задает один впрыск топлива в качестве момента впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра.
6. Устройство управления впрыском топлива по п. 1, в котором
момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра задается в каждый из моментов впрыска топлива многоступенчатого впрыска, заданных так, что взвешенный центр впрыска многоступенчатого впрыска соответствует моменту закрытия впускного клапана в случае многоступенчатого впрыска, который выполняет впрыск топлива множество раз в одном цикле.
7. Устройство управления впрыском топлива по любому из пп. 1, 2 или 6, дополнительно содержащее:
по меньшей мере, одно из средства определения температуры стенки на стороне головки, которое определяет температуру охлаждающей жидкости канала охлаждения на стороне головки, и средства определения температуры стенки на стороне головки, которое определяет температуру стенки головки цилиндров; и при этом
средство задания момента впрыска топлива задает момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра, когда температура охлаждающей жидкости канала охлаждения на стороне головки или температура стенки головки цилиндров больше, или равна, предварительно определенному значению.
8. Устройство управления впрыском топлива по любому из пп. 1, 2 или 6, дополнительно содержащее:
средство определения температуры масла, которое определяет температуру смазочного масла двигателя внутреннего сгорания; и при этом
средство задания момента впрыска топлива задает момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра, когда температура смазочного масла больше, или равна, предварительно определенному значению.
9. Устройство управления впрыском топлива по п. 1, в котором
момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра задается дальше в сторону опережения от момента закрытия впускного клапана на время, соответствующее периоду впрыска топлива.
10. Устройство управления впрыском топлива по п. 3, дополнительно содержащее:
по меньшей мере, одно из средства определения температуры стенки на стороне головки, которое определяет температуру охлаждающей жидкости канала охлаждения на стороне головки, и средства определения температуры стенки на стороне головки, которое определяет температуру стенки головки цилиндров; и при этом
средство задания момента впрыска топлива задает момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра, когда температура охлаждающей жидкости канала охлаждения на стороне головки или температура стенки головки цилиндров больше, или равна, предварительно определенному значению.
11. Устройство управления впрыском топлива по п. 4, дополнительно содержащее:
по меньшей мере, одно из средства определения температуры стенки на стороне головки, которое определяет температуру охлаждающей жидкости канала охлаждения на стороне головки, и средства определения температуры стенки на стороне головки, которое определяет температуру стенки головки цилиндров; и при этом
средство задания момента впрыска топлива задает момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра, когда температура охлаждающей жидкости канала охлаждения на стороне головки или температура стенки головки цилиндров больше, или равна, предварительно определенному значению.
12. Устройство управления впрыском топлива по п. 5, дополнительно содержащее:
по меньшей мере, одно из средства определения температуры стенки на стороне головки, которое определяет температуру охлаждающей жидкости канала охлаждения на стороне головки, и средства определения температуры стенки на стороне головки, которое определяет температуру стенки головки цилиндров; и при этом
средство задания момента впрыска топлива задает момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра, когда температура охлаждающей жидкости канала охлаждения на стороне головки или температура стенки головки цилиндров больше, или равна, предварительно определенному значению.
13. Устройство управления впрыском топлива по п. 3, дополнительно содержащее:
средство определения температуры масла, которое определяет температуру смазочного масла двигателя внутреннего сгорания; и при этом
средство задания момента впрыска топлива задает момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра, когда температура смазочного масла больше, или равна, предварительно определенному значению.
14. Устройство управления впрыском топлива по п. 4, дополнительно содержащее:
средство определения температуры масла, которое определяет температуру смазочного масла двигателя внутреннего сгорания; и при этом
средство задания момента впрыска топлива задает момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра, когда температура смазочного масла больше, или равна, предварительно определенному значению.
15. Устройство управления впрыском топлива по п. 5, дополнительно содержащее:
средство определения температуры масла, которое определяет температуру смазочного масла двигателя внутреннего сгорания; и при этом
средство задания момента впрыска топлива задает момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра, когда температура смазочного масла больше, или равна, предварительно определенному значению.
16. Устройство управления впрыском топлива по п. 7, дополнительно содержащее:
средство определения температуры масла, которое определяет температуру смазочного масла двигателя внутреннего сгорания; и при этом
средство задания момента впрыска топлива задает момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра, когда температура смазочного масла больше, или равна, предварительно определенному значению.
17. Способ управления впрыском топлива для управления впрыском топлива, чтобы непосредственно впрыскивать топливо в цилиндр двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, включающего в себя канал охлаждения на стороне головки, который охлаждает головку цилиндров, канал охлаждения на стороне блока, который охлаждает блок цилиндров, и для независимого управления циркуляцией охлаждающей жидкости в канале охлаждения на стороне головки и в канале охлаждения на стороне блока, содержащий этапы, на которых:
задают момент впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра так, что момент закрытия впускного клапана происходит во время уменьшения температуры газа внутри цилиндра вследствие скрытой теплоты парообразования впрыснутого топлива во время циркуляции охлаждающей жидкости в канал охлаждения на стороне головки с остановленной циркуляцией охлаждающей жидкости в канале охлаждения на стороне блока; и
впрыскивают топливо на основе момента впрыска топлива для охлаждения внутренней части цилиндра.
