Устройство управления двигателем и способ управления двигателем
Устройство управления двигателем предназначено для управления двигателем искрового зажигания с непосредственным впрыском топлива в цилиндр. Двигатель снабжен клапаном впрыска топлива, обеспечивающим непосредственный впрыск топлива в цилиндр, и свечой зажигания для искрового зажигания газовой смеси внутри цилиндра. Операция прогрева каталитического нейтрализатора для задержки момента зажигания выполняется в случае, когда необходимо прогревать каталитический нейтрализатор очистки отработавшего газа, установленный в выпускном канале. Период перекрытия клапанов увеличивается согласно температуре поверхности головки поршня во время выполнения операции прогрева каталитического нейтрализатора. Раскрыт способ управления двигателем. Технический результат заключается в предотвращении увеличения количества твердых частиц в отработавших газах двигателя. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 13 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству управления двигателем и способу управлением двигателем для управления двигателем искрового зажигания с непосредственным типом впрыска топлива в цилиндр.
Уровень техники
[0002] Для того, чтобы пресекать ухудшение выбросов во время работы холодного двигателя, обсуждается управление в JP2006-329144A, при котором период перекрытия клапанов изменяется в зависимости от рабочего состояния во время запуска двигателя. При этом управлении в двигателе с типом впрыска во впускные каналы испарение жидкого топлива, налипшего на стенке впускного отверстия, стимулируется с помощью отработавшего газа, протекающего назад к впускному отверстию во время периода перекрытия клапанов. Температура впускного отверстия увеличивается в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Следовательно, если температура охлаждающей жидкости увеличивается, когда время проходит с момента запуска двигателя, температура впускного отверстия также увеличивается. В этом отношении, в управлении, обсуждаемом в вышеупомянутом документе, период перекрытия клапанов регулируется так, чтобы постепенно сокращаться, когда температура охлаждающей жидкости увеличивается.
Сущность изобретения
[0003] Однако, в случае двигателя искрового зажигания с типом непосредственного впрыска в цилиндр, в котором топливо непосредственно впрыскивается внутрь цилиндра, пристеночное течение не создается во впускном канале, а часть топлива, сталкивающаяся с поверхностью головки поршня, превращается в жидкое состояние в некоторых случаях. В частности, в двигателе, в котором послойная смесь формируется около свечи зажигания с помощью полости, предусмотренной в поверхности головки поршня, при работе холодного двигателя, и сгорание послойного заряда топлива выполняется в момент зажигания после верхней мертвой точки такта сжатия, превращенное в жидкое состояние топливо медленно накапливается в полости без сгорания во время соответствующего цикла сгорания в некоторых случаях. Если жидкое топливо, накопленное таким способом, зажигается посредством пламени горения во время последующей работы двигателя, объем выпуска твердых частиц (PM) отработавшего газа (далее в данном документе также называемый "числом частиц (PN)") увеличивается. В этом отношении, для того, чтобы пресекать ухудшение выбросов во время работы холодного двигателя для двигателя искрового зажигания с типом непосредственного впрыска в цилиндр, необходимо пресекать накопление превращенного в жидкое состояние топлива на поверхности головки поршня. Таким образом, двигатель с типом впрыска во впускной канал и двигатель искрового зажигания с типом непосредственного впрыска в цилиндр отличаются друг от друга в фрагменте, который должен быть нагрет во время работы холодного двигателя и является целью для увеличения температуры. Следовательно, в управлении, обсуждаемом в вышеупомянутом документе, может быть трудно получать результат подавления накопления жидкого топлива во время работы холодного двигателя для двигателя искрового зажигания с типом непосредственного впрыска в цилиндр, т.е., трудно пресекать увеличение PN.
[0004] Принимая во внимание вышеупомянутые проблемы, следовательно, задачей настоящего изобретения является управление двигателем искрового зажигания с типом непосредственного впрыска в цилиндр с тем, чтобы пресекать увеличение PN.
[0005] Согласно одному варианту осуществления этого изобретения предоставляется устройство управления двигателем для управления двигателем искрового зажигания с непосредственным типом впрыска топлива в цилиндр, снабженным клапаном для впрыска топлива, выполненным с возможностью непосредственно впрыскивать топливо в цилиндр, и свечой зажигания, выполненной с возможностью выполнять искровое зажигание для газовой смеси внутри цилиндра. Устройство управления двигателем выполняет операцию прогрева каталитического нейтрализатора для задержки момента зажигания в случае, когда необходимо прогревать каталитический нейтрализатор для очистки отработавшего газа, вставленный в выпускной канал. Устройство управления двигателем увеличивает период перекрытия клапанов, когда температура поверхности головки поршня увеличивается во время выполнения операции прогрева каталитического нейтрализатора.
Краткое описание чертежей
[0006] Фиг. 1 - это схематичный чертеж, иллюстрирующий двигатель согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 2 - это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая управляющую процедуру для подавления увеличения числа частиц (PN);
Фиг. 3 - это таблица для настройки угла опережения момента впрыска топлива, используемая в управлении согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 4 - это диаграмма, иллюстрирующая момент впрыска топлива, когда выполняется управление согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 5 - это таблица для настройки продолжительности периода перекрытия клапанов, используемая в управлении согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 6 - это таблица для настройки фаз газораспределения для реализации периода перекрытия клапанов, вычисленного из таблицы на фиг. 5;
Фиг. 7 - это график для корректировки момента зажигания;
Фиг. 8 - это временная диаграмма, когда выполняется управление согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 9 - это график, иллюстрирующий соотношение между температурой поверхности стенки цилиндра, периодом перекрытия клапанов и устойчивостью сгорания;
Фиг. 10 - это таблица для настройки продолжительности периода перекрытия клапанов, используемая в управлении согласно второму варианту осуществления;
Фиг. 11 - это таблица для настройки фаз газораспределения для реализации периода перекрытия клапанов, вычисленного из таблицы на фиг. 10;
Фиг. 12 - это диаграмма, иллюстрирующая момент впрыска топлива, когда гасящий период не предусмотрен; и
Фиг. 13 - это диаграмма, иллюстрирующая другой пример момента впрыска топлива.
Описание вариантов осуществления
[0007] Варианты осуществления настоящего изобретения теперь будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи.
[0008] Фиг. 1 - это схематичный чертеж, иллюстрирующий камеру сгорания двигателя 1 искрового зажигания с непосредственным типом впрыска топлива в цилиндр согласно этому варианту осуществления (далее в данном документе также называемого "двигателем") и ее окружения. Отметим, что, хотя фиг. 1 иллюстрирует единственный цилиндр, этот вариант осуществления также применим к многоцилиндровому двигателю.
[0009] Блок 1B цилиндров двигателя 1 снабжается цилиндром 2. Поршень 3 размещается с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндре 2. Поршень 3 соединяется с коленчатым валом (не показан) через соединительную тягу 12, так что он выполняет возвратно-поступательное движение, вращая коленчатый вал. Кроме того, поршень 3 имеет полость 10, сформированную на верхней поверхности 3A (далее в данном документе также называемой поверхностью 3A головки поршня), как описано ниже.
[0010] Головка 1A цилиндра двигателя 1 имеет полую камеру 11 сгорания. Камера 11 сгорания является так называемой шатровой (pent-roof type combustion chamber), в которой пара впускных клапанов 6 предусматриваются на наклонной поверхности впускной стороны, и пара выпускных клапанов 7 предусматриваются на наклонной поверхности выпускной стороны, соответственно. Кроме того, свеча 8 зажигания размещается практически в центральной позиции камеры 11 сгорания, окруженной парой впускных клапанов 6 и парой выпускных клапанов 7 вдоль осевой линии цилиндра 2.
[0011] Кроме того, в позиции головки 1A цилиндра, которая расположена между парой впускных клапанов 6, клапан 9 впрыска топлива размещается обращенным к камере 11 сгорания. Направленность струи топлива, впрыскиваемой из клапана 9 для впрыска топлива, будет описана ниже.
[0012] Впускной клапан 6 и выпускной клапан 7 приводятся в действие посредством механизма регулирования фаз газораспределения (не показан). В качестве механизма регулирования фаз газораспределения любой механизм может быть использован, пока фазы газораспределения впускного клапана 6 и выпускного клапана 7, т.е. момент открытия клапана и момент закрытия клапана, могут быть изменены так, чтобы формировать период перекрытия клапанов, в котором и впускной клапан 6, и выпускной клапан 7 являются открытыми. Отметим, что момент открытия клапана относится к моменту инициирования действия открытия клапана, а момент закрытия клапана относится к моменту завершения действия закрытия клапана. Согласно этому варианту осуществления механизм регулирования фаз газораспределения, хорошо известный из уровня техники, используется для изменения фаз поворота кулачкового вала, приводящего в действие впускной клапан 6, и кулачкового вала, приводящего в действие выпускной клапан 7, относительно коленчатого вала. Отметим, что механизм регулирования фаз газораспределения, хорошо известный из уровня техники, приспособленный изменять углы срабатывания, а также поворотные фазы впускного клапана и выпускного клапана, также может быть использован.
[0013] Каталитический нейтрализатор очистки отработавшего газа для очистки отработавшего газа двигателя 1 располагается на стороне ниже по потоку для потока отработавшего газа выпускного канала 5. Каталитический нейтрализатор очистки отработавшего газа является, например, трехкомпонентным нейтрализатором.
[0014] Поршень 3 снабжается полостью 10 на поверхности 3A головки поршня, как описано выше. Полость 10 предусматривается в позиции, смещенной во впускную сторону на поверхности 3A головки поршня. Кроме того, клапан 9 впрыска топлива размещается так, что струя топлива направляется в полость 10, когда топливо впрыскивается поблизости от верхней мертвой точки поршня 3. Струя топлива, сталкивающаяся с полостью 10, завихряется вверх вдоль поверхности стенки полости 10 и направляется к свече 8 зажигания.
[0015] Отметим, что объем впрыска топлива, момент впрыска топлива, момент зажигания и т.п. двигателя 1 управляются посредством контроллера 100 согласно рабочему состоянию двигателя 1. Отметим, что момент впрыска топлива относится к моменту для инициирования впрыска топлива. Кроме того, для того, чтобы исполнять это управление, двигатель 1 снабжается различными датчиками, такими как датчик угла поворота коленчатого вала, датчик температуры охлаждающей жидкости и расходомер воздуха для обнаружения объема всасываемого воздуха.
[0016] Далее будет описано управление, выполняемое при запуске двигателя 1, выполняемое посредством контроллера 100. В этом варианте осуществления предполагается, что объем топлива, необходимый для одного цикла сгорания, впрыскивается разделенным на два раза. Т.е., выполняется так называемый двухступенчатый впрыск.
[0017] Каталитический нейтрализатор для очистки отработавшего газа не предоставляет достаточную характеристику очистки при температуре ниже температуры активации. По этой причине, во время операции холодного запуска, в которой каталитический нейтрализатор очистки отработавшего газа имеет температуру ниже температуры активации, необходимо раньше увеличивать температуру каталитического нейтрализатора очистки отработавшего газа. С этой целью, контроллер 100 выполняет сжигание послойного заряда топлива со сверхзадержкой для того, чтобы раньше активировать каталитический нейтрализатор очистки отработавшего газа, когда каталитический нейтрализатор очистки отработавшего газа имеет неактивное состояние при работе на холостом ходу непосредственно после холодного запуска. Отметим, что сгорание послойного заряда топлива со сверхзадержкой хорошо известно в области техники (см. JP 2008-25535 A).
[0018] При сгорании послойного заряда топлива со сверхзадержкой контроллер 100 устанавливает момент зажигания в первой половине такта расширения, например, в 15-30° после верхней мертвой точки такта сжатия. Кроме того, контроллер 100 устанавливает первый момент впрыска топлива в первую половину такта впуска и устанавливает второй момент впрыска топлива во второй половине такта сжатия в момент времени, способный предоставлять возможность струе топлива достигать окрестностей свечи 8 зажигания до момента зажигания. Например, второй момент впрыска топлива задается в 50-60° перед верхней мертвой точкой такта сжатия.
[0019] Здесь, объем первого впрыска топлива и объем второго впрыска топлива будут описаны.
[0020] Соотношение воздух-топливо отработавшего газа, выпускаемого при сгорании послойного заряда топлива со сверхзадержкой, описанном выше, является стехиометрическим (стехиометрическое соотношение воздух-топливо). Аналогично обычному способу установки объема впрыска топлива, контроллер 100 вычисляет объем топлива, посредством которого топливо может быть полностью сожжено с помощью объема всасываемого воздуха в одном цикле сгорания (далее в данном документе также называемом суммарным объемом топлива). Часть этого суммарного объема топлива, например, 50-90 вес% используется в качестве объема впрыска топлива, а оставшийся объем топлива используется в качестве второго объема впрыска.
[0021] Ели объем впрыска топлива устанавливается, как описано выше, струя топлива, впрыскиваемая в первом впрыске топлива, рассеивается внутри цилиндра 2 без столкновения с полостью 10 и смешивается с воздухом, чтобы формировать однородную газовую смесь беднее стехиометрического состояния во всей области камеры 11 сгорания. Кроме того, струя топлива, впрыскиваемая во втором впрыске топлива, сталкивается с полостью 10 и завихряется вверх, так что она достигает окрестностей свечи 8 зажигания, и газовая смесь богаче стехиометрического состояния концентрируется поблизости от свечи 8 зажигания. В результате, газовая смесь внутри камеры 11 сгорания переходит в послойное состояние. Если искровое зажигание формируется посредством свечи 8 зажигания в этом состоянии, сгорание, устойчивое к возмущающему воздействию, выполняется, в то же время пресекая формирование случайного воспламенения или дыма. Хотя вышеупомянутое сгорание является сгоранием послойного заряда топлива, это сгорание будет называться "сгоранием послойного заряда топлива со сверхзадержкой" для того, чтобы отличать его от обычного сгорания послойного заряда топлива, в котором момент зажигания предшествует верхней мертвой точке такта сжатия.
[0022] В сгорании послойного заряда топлива со сверхзадержкой, описанном выше, по сравнению с равномерным стехиометрическим сгоранием предшествующего уровня техники, представляется возможным увеличивать температуру отработавшего газа и уменьшать объем выброса углеводорода (HC), выпускаемого из камеры 11 сгорания в выпускной канал 5. Т.е., с помощью сгорания послойного заряда топлива со сверхзадержкой, представляется возможным реализовывать раннюю активацию каталитического нейтрализатора очистки отработавшего газа, в то же время пресекая выброс углеводорода в атмосферу до активации каталитического нейтрализатора очистки отработавшего газа с момента инициации запуска, по сравнению со случаем, когда выполняется только равномерное стехиометрическое сгорание, случаем, когда выполняется только сгорание послойного заряда топлива, или случаем, когда дополнительное топливо впрыскивается в дополнение к равномерному стехиометрическому сгоранию и сгоранию послойного заряда топлива после второй половины сгорания (после такта расширения или во время такта выпуска), чтобы выполнять операцию прогрева.
[0023] Между тем, часть топлива, сталкивающаяся с поверхностью 3A головки поршня во время выполнения сгорания послойного заряда топлива со сверхзадержкой, не завихряется по направлению к свече 8 зажигания и прилипает к поверхности 3A головки поршня. Даже когда топливо прилипает к поверхности 3A головки поршня, топливо не остается на поверхности 3A головки поршня, если прилипшее топливо испаряется и сжигается в соответствующем цикле сгорания. Однако, поскольку сгорание послойного заряда топлива со сверхзадержкой выполняется во время холодного запуска, трудно испарять налипшее топливо до тех пор, пока температура поверхности 3A головки поршня не увеличится. Кроме того, топливо не остается на поверхности 3A головки поршня, если прилипшее топливо сжигается, когда пламя горения распространяется во время цикла сгорания. Однако, поскольку сгорание инициируется во время такта расширения при сгорании послойного заряда топлива со сверхзадержкой, пламя горения не достигает поверхности 3A головки поршня. Даже если оно достигает поверхности 3A головки поршня, температура уменьшается во второй половине такта расширения. Следовательно, трудно выжигать налипшее топливо во время соответствующего цикла. Отметим, что явление, в котором жидкое топливо, остающееся на поверхности 3A головки поршня, зажигается и сжигается пламенем горения, называется "возгоранием слоя жидкости".
[0024] Следовательно, в течение предварительно определенного периода после холодного запуска, объем жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня, постоянно увеличивается. Здесь, предварительно определенный период относится к периоду до тех пор, пока объем жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня, испаряющегося в течение одного цикла сгорания, не будет больше объема топлива, прилипшего к поверхности 3A головки поршня в течение одного цикла сгорания.
[0025] Т.е., если сгорание послойного заряда топлива со сверхзадержкой непрерывно выполняется в течение предварительно определенного периода, объем жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня, медленно уменьшается. Однако в некоторых случаях сгорание послойного заряда топлива со сверхзадержкой переключается на равномерное стехиометрического сгорание, в то время как жидкое топливо остается на поверхности 3A головки поршня, прежде чем предварительно определенное время проходит. Например, это может случаться, когда каталитический нейтрализатор очистки отработавшего газа активируется, или когда педаль акселератора нажимается для ускорения. Отметим, что равномерное стехиометрическое сгорание, упоминаемое в данном документе, является режимом сгорания, в котором газовая смесь, имеющая стехиометрическое соотношение воздух-топливо, формируется во всей камере 11 сгорания, и искровое зажигание выполняется в оптимальный момент зажигания (минимальное опережение для лучшего крутящего момента (MBT)).
[0026] Если режим сгорания переключается на равномерное стехиометрическое сгорание, в то время как жидкое топливо остается на поверхности 3A головки поршня, пламя горения достигает поверхности 3A головки поршня при высокой температуре, чтобы создавать возгорание слоя жидкости, так что остающееся жидкое топливо сжигается. Таким образом, если жидкое топливо, накопившееся до этого цикла сгорания, сжигается, PN имеет тенденцию увеличиваться.
[0027] В этом отношении, согласно этому варианту осуществления, для того, чтобы пресекать увеличение PN, вызванное сгоранием жидкого топлива, контроллер 100 выполняет следующее управление.
[0028] Фиг. 2 - это блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая управляющую процедуру для подавления увеличения PN, исполняемую посредством контроллера 100. Отметим, что эта процедура циклически выполняется с коротким интервалом, например, 10 миллисекунд.
[0029] В этой процедуре момент второго впрыска двухступенчатого впрыска изменяется согласно объему жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня, для того, чтобы сдерживать объем жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня (далее в данном документе просто называется "объемом жидкого топлива"). Теперь будут описаны этапы блок-схемы последовательности операций.
[0030] На этапе S101 контроллер 100 определяет, выполняется или нет сгорание послойного заряда топлива со сверхзадержкой.Когда сгорание послойного заряда топлива со сверхзадержкой выполняется, выполняется обработка этапа S102. Иначе, когда сгорание послойного заряда топлива со сверхзадержкой не выполняется, выполняется обработка для переключения на равномерное стехиометрическое сгорание (далее в данном документе называемое обычным управлением). То, выполняется или нет сгорание послойного заряда топлива со сверхзадержкой, определяется на основе температуры каталитического нейтрализатора очистки отработавшего газа. В частности, если температура каталитического нейтрализатора очистки отработавшего газа ниже температуры активации, определяется, что сгорание послойного заряда топлива со сверхзадержкой выполняется. Если температура каталитического нейтрализатора очистки отработавшего газа равна или выше температуры активации, определяется, что сгорание послойного заряда топлива со сверхзадержкой не выполняется.
[0031] На этапе S102 контроллер 100 оценивает объем жидкого топлива. Согласно этому варианту осуществления объем жидкого топлива оценивается на основе температуры стенки цилиндра 2 (далее в данном документе также называемой температурой стенки ствола цилиндра) и времени, прошедшего с запуска двигателя. В частности, сначала, на основе того факта, что жидкое топливо более легко остается на поверхности 3A головки поршня, когда температура стенки ствола цилиндра уменьшается, остающийся объем в единицу времени устанавливается для каждой температуры стенки ствола цилиндра, и время, прошедшее с запуска двигателя, интегрируется в это значение, так что накопленный объем топлива, прилипшего к поверхности 3A головки поршня, вычисляется. Затем, объем испарения, описанный ниже, вычитается из этого накопленного объема, и результат этого устанавливается в качестве оцениваемого объема жидкого топлива.
[0032] Отметим, что, хотя температура поверхности 3A головки поршня непосредственно относится к легкости сохранения жидкого топлива, температура стенки ствола цилиндра применяется здесь, поскольку она относится к температуре поверхности 3A головки поршня, и она может быть оценена из обнаруженного значения существующего датчика температуры охлаждающей жидкости.
[0033] Вышеупомянутый объем испарения относится к объему топлива, испарившегося из топлива, прилипшего к поверхности 3A головки поршня. Испарение более легко происходит, когда температура топлива увеличивается. Следовательно, объем испарения увеличивается, когда температура поверхности 3A головки поршня увеличивается.
[0034] На этапе S103 контроллер 100 определяет, меньше или нет объем жидкого топлива, оцененный на этапе S102 (далее в данном документе также называемый оцениваемым объемом жидкого топлива), чем предварительно определенное пороговое значение L2. Когда оцениваемый объем жидкого топлива меньше порогового значения L2, контроллер 100 выполняет обработку этапа S104. Иначе, когда оцениваемый объем жидкого топлива равен или больше порогового значения L2, выполняется обработка этапа S110.
[0035] Пороговое значение L2, используемое на этом этапе, является значением, которое может удовлетворять значению регулирования выбросов для PN, даже когда сгорание переключается со сгорания послойного заряда топлива со сверхзадержкой на равномерное стехиометрическое сгорание.
[0036] На этапе S104 контроллер 100 вычисляет угол опережения для момента второго впрыска топлива двухступенчатого впрыска (далее в данном документе также называемый углом ADV опережения момента впрыска топлива) относительно базового момента впрыска топлива, как описано ниже. Базовый момент впрыска топлива является моментом во время такта сжатия, и в который струя топлива сталкивается с полостью 10. Конкретное значение базового момента впрыска топлива задается соответствующим образом в зависимости от спецификации транспортного средства, к которому этот вариант осуществления применяется. Согласно этому варианту осуществления базовый момент впрыска топлива устанавливается в 50-60° перед верхней мертвой точкой такта сжатия, как описано выше. Отметим, что единицей измерения "угла опережения" и "угла задержки" согласно этому варианту осуществления является угол поворота коленчатого вала.
[0037] Угол ADV опережения момента впрыска топлива вычисляется, например, посредством подготовки таблицы на фиг. 3 заранее, сохранения ее в контроллере 100 и поиска в этой таблице с помощью оцениваемого объема жидкого топлива.
[0038] На фиг. 3 ордината относится к углу ADV опережения момента впрыска топлива, а абсцисса относится к оцениваемому объему L жидкого топлива. Угол ADV опережения момента впрыска топлива устанавливается в ноль, если оцениваемый объем L жидкого топлива находится в диапазоне "0 ≤ L < пороговое значение L1". Если оцениваемый объем L жидкого топлива находится в диапазоне "пороговое значение L1 ≤ L < пороговое значение L2", угол ADV опережения момента впрыска топлива устанавливается в "ADV1". Если "L ≥ пороговое значение L2", угол ADV опережения момента впрыска топлива устанавливается в "ADV2". Угол ADV1 опережения момента впрыска топлива устанавливается в момент во время такта сжатия, и в который часть струи топлива сталкивается с полостью 10. Угол ADV2 опережения момента впрыска топлива устанавливается в момент времени, в который струя топлива не сталкивается с полостью 10 во время такта впуска. Пороговое значение L1 является предварительно определенным значением. Конкретное значение для порогового значения L1 устанавливается в зависимости от спецификации транспортного средства, к которому применяется этот вариант осуществления.
[0039] Альтернативно, таблица угла опережения момента впрыска топлива, заданная для каждой температуры поверхности 3A головки поршня, может быть подготовлена заранее, и значение из таблицы может быть выбрано в зависимости от температуры поверхности 3A головки поршня, когда угол опережения момента впрыска топлива вычисляется на этапе S104. В этом случае таблица задается так, что угол опережения момента впрыска топлива устанавливается в большее значение, когда температура поверхности головки поршня уменьшается. Т.е., угол опережения момента впрыска топлива на фиг. 3 сдвигается вверх, когда температура поверхности 3A головки поршня уменьшается. Поскольку сталкивающееся топливо более легко остается в качестве жидкого топлива, когда температура поверхности 3A головки поршня уменьшается, представляется возможным более надежно пресекать увеличение объема жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня, вычисляя угол ADV1 опережения момента впрыска топлива, как описано выше.
[0040] На этапе S105 контроллер 100 устанавливает момент впрыска топлива. В частности, новый момент впрыска топлива вычисляется из базового момента впрыска топлива для сгорания послойного заряда топлива со сверхзадержкой и угла ADV опережения момента впрыска топлива, вычисленного на этапе S104.
[0041] Фиг. 4 - это схема, иллюстрирующая примерный момент впрыска топлива, когда выполняется обработка этапов S104 и S105, описанная выше. На фиг. 4 ордината относится к углу поворота коленчатого вала, а абсцисса относится к оцениваемому объему L жидкого топлива. Если оцениваемый объем L жидкого топлива меньше порогового значения L1, момент впрыска топлива все еще является базовым моментом впрыска.
[0042] Если оцениваемый объем L жидкого топлива равен или больше порогового значения L1 и меньше порогового значения L2, момент впрыска топлива переносится на более ранний срок от базового момента впрыска на угол ADV1 опережения момента впрыска топлива. В этом случае часть струи топлива сталкивается с полостью 10, как описано выше. Следовательно, послойная смесь формируется поблизости от свечи 8 зажигания, хотя она меньше относительно случая базового момента впрыска топлива. Сгорание, выполняемое посредством формирования искрового зажигания в этом состоянии, называется "сгоранием бедного послойного заряда топлива".
[0043] Если оцениваемый объем L жидкого топлива равен или больше порогового значения L2, впрыск в такте впуска выполняется, в то время как момент впрыска топлива переносится на более ранний срок от базового момента впрыска на угол ADV2 опережения момента впрыска топлива. Если выполняется впрыск в такте впуска, струя топлива рассеивается и смешивается до момента зажигания, так что однородная газовая смесь формируется во всей области цилиндра. Следовательно, режим сгорания становится равномерным стехиометрическим сгоранием.
[0044] Как описано выше, контроллер 100 переносит на более ранний срок момент впрыска топлива, когда оцениваемый объем L жидкого топлива увеличивается. Более конкретно, если оцениваемый объем L жидкого топлива становится равным или больше порогового значения L1, контроллер 100 переносит на более ранний срок момент впрыска топлива, чтобы переключаться на сгорание бедного послойного заряда топлива. В результате, объем топлива, сталкивающегося с полостью 10, уменьшается, по сравнению со случаем сгорания послойного заряда топлива со сверхзадержкой. Следовательно, представляется возможным пресекать увеличение объема топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня. Если оцениваемый объем L жидкого топлива равен или больше порогового значения L2, контроллер 100 переносит на более ранний срок момент впрыска топлива до такта впуска и переключает режим сгорания на равномерное стехиометрическое сгорание. В результате, струя топлива не прилипает к полости 10. Следовательно, представляется возможным дополнительно пресекать увеличение объема топлива, остающегося на поверхности головки поршня.
[0045] Отметим, что контроллер 100 управляет моментом зажигания в зависимости от рабочего состояния в другой процедуре (не показана). Кроме того, хотя контроллер 100 задерживает момент зажигания до более позднего срока, чем MBT, в случае сгорания послойного заряда со сверхзадержкой, контроллер 100 также переносит на более ранний срок момент зажигания в зависимости от нового момента впрыска топлива, описанного выше.
[0046] Описание будет возвращено к блок-схеме последовательности операций.
[0047] На этапе S106 контроллер 100 получает температуру поверхности головки поршня. В частности, контроллер 100 оценивает температуру поверхности головки поршня на основе температуры стенки ствола цилиндра, описанной выше.
[0048] На этапе S107 контроллер 100 вычисляет период перекрытия клапанов на основе температуры поверхности головки поршня. Здесь, период перекрытия клапанов относится к периоду времени для поддержания открытых состояний впускного клапана 6 и выпускного клапана 7, который выражается в единицах угла поворота коленчатого вала.
[0049] Фиг. 5 - это таблица, используемая, чтобы вычислять период перекрытия клапанов на этапе S107. На фиг. 5 ордината относится к периоду перекрытия клапанов, а абсцисса относится к температуре поверхности головки поршня. Кроме того, кривая B на фиг. 5 указывает ограничение устойчивого сгорания. Если период перекрытия клапанов продолжительней ограничения устойчивого сгорания, сгорание в двигателе становится неустойчивым.
[0050] На фиг. 5, если температура поверхности головки поршня выше "T2", период перекрытия клапанов увеличивается, когда температура поверхности головки поршня уменьшается по прямой линии A. Между тем, если температура поверхности головки поршня равна или ниже "T2", период перекрытия клапанов сокращается, когда температура поверхности головки поршня уменьшается по кривой B.
[0051] Если период перекрытия клапанов увеличивается, так называемый объем газа внутренней рециркуляции отработавшего газа (EGR) увеличивается. Следовательно, внутренняя температура цилиндра с такта впуска до момента зажигания увеличивается. Если внутренняя температура цилиндра увеличивается, температура поверхности головки поршня также увеличивается. Следовательно, топливо, сталкивающееся с поверхностью головки поршня, не может легко превращаться в жидкое состояние, и испарение жидкого топлива, прилипшего к полости, стимулируется. Следовательно, даже когда температура поверхности головки поршня первоначально равна или ниже "T2", как указано пунктирной линией на фиг. 5, желательно увеличивать период перекрытия клапанов, когда температура поверхности головки поршня уменьшается. Однако, поскольку пропорция инертного газа внутри цилиндра увеличивается, когда период перекрытия клапанов увеличивается, сгорание становится неустойчивым. По этой причине, в части, когда температура поверхности головки поршня равна или ниже "T2" на фиг. 5, период перекрытия клапанов устанавливается настолько продолжительным, насколько возможно, в диапазоне, не превышающем ограничение устойчивого сгорания.
[0052] Следовательно, например, если температура поверхности головки поршня в операции запуска двигателя находится между "T1" и "T2", период перекрытия клапанов постепенно увеличивается, когда температура поверхности головки поршня увеличивается после запуска двигателя. Кроме того, если температура поверхности головки поршня превышает "T2", период перекрытия клапанов сокращается, когда температура поверхности головки поршня увеличивается.
[0053] На этапе S108 контроллер 100 устанавливает угол конверсии механизма управления фазами газораспределения для реализации периода перекрытия клапанов, вычисленного на этапе S107, и изменяет период перекрытия клапанов. Более конкретно, фазы газораспределения впускного клапана 6 и выпускного клапана 7 вычисляются на основе способа, описанного ниже, и углы конверсии механизмов регулирования фаз газораспределения впускной стороны и выпускной стороны изменяются на основе результата вычисления.
[0054] Фиг. 6 - это таблица для вычисления момента открытия впускного клапана (IVO на фиг. 6) и момента закрытия выпускного клапана 7 (EVC на фиг. 6) для реализации периода перекрытия клапанов, вычисленного на этапе S107. На фиг. 6 ордината относится к фазе газораспределения, а абсцисса относится к периоду перекрытия клапанов.
[0055] Фазы газораспределения для впускного клапана 6 и выпускного клапана 7 пропорциональны периоду перекрытия клапанов. Т.е., когда период перекрытия клапанов увеличивается, угол опережения момента открытия впускного клапана 6 и угол задержки момента закрытия выпускного клапана 7 увеличиваются. Кроме того, даже когда период перекрытия клапанов устанавливается в любую продолжительность, момент открытия впускного клапана и момент закрытия выпускного клапана устанавливаются так, что верхняя мертвая точка такта выпуска находится между ними.
[0056] Угол опережения момента открытия впускного клапана 6 больше угла задержки момента закрытия выпускного клапана 7. Это обусловлено тем, что, когда момент закрытия выпускного клапана 7 задерживается, выдуваемый объем всасываемого воздуха увеличивается, так что коэффициент наполнения цилиндра ухудшается. Т.е., если период перекрытия клапанов увеличивается, преимущественно, посредством переноса на более ранний срок момента открытия впускного клапана 6, как описано в этом варианте осуществления, представляется возможным пресекать ухудшение коэффициента наполнения цилиндра.
[0057] На этапе S109 контроллер 100 выполняет корректировку момента зажигания. Эта корректировка момента зажигания должна компенсировать уменьшение крутящего момента, вызванное уменьшением периода перекрытия клапанов. Т.е., когда период перекрытия клапанов увеличивается, пропорция инертного газа в цилиндре увеличивается, и крутящий момент уменьшается. Следовательно, уменьшенный крутящий момент компенсируется посредством переноса на более ранний срок момента зажигания. Величина корректировки вычисляется с помощью графика, описанного ниже, на основе периода перекрытия клапанов и объема всасываемого воздуха. Отметим, что объем всасываемого воздуха вычисляется из обнаруженного значения расходомера воздуха (не показан).
[0058] Фиг. 7 - это график, используемый, чтобы вычислять величину корректировки момента зажигания на этапе S109. Как иллюстрировано на фиг. 7, когда объем всасываемого воздуха уменьшается, а период перекрытия клапанов увеличивается, угол опережения момента зажигания увеличивается.
[0059] Далее, будет описан характер температуры поверхности головки поршня или т.п., когда вышеупомянутое управление выполняется.
[0060] Фиг. 8 - это временная диаграмма, иллюстрирующая операции вышеупомянутого управления, выполняемого до тех пор, пока температура поверхности головки поршня не достигнет "T2" с момента запуска двигателя.
[0061] Сплошная линия на фиг. 8 указывает случай, когда выполняется управление согласно этому варианту осуществления. Пунктирная линия на фиг. 8 указывает сравнительный пример, в котором период перекрытия клапанов и момент зажигания для работы холодного двигателя, заданные во время запуска двигателя, не изменяются. Однако, период перекрытия клапанов и момент зажигания во время запуска двигателя в сравнительном примере аналогичны периоду перекрытия клапанов и моменту зажигания для управления согласно этому варианту осуществления.
[0062] Температура поверхности головки поршня имеет отношение к температуре охлаждающей жидкости или температуре поверхности стенки цилиндра. Следовательно, температура поверхности головки поршня на фиг. 8 может рассматриваться в качестве температуры охлаждающей жидкости или температуры поверхности стенки цилиндра.
[0063] Пороговое значение устойчивости сгорания (критерии на фиг. 8) устанавливается, преимущественно, на основе ходовых качеств. Ходовые качества ухудшаются, когда сгорание в двигателе становится неустойчивым, и вибрация увеличивается. В этом отношении, устойчивость сгорания, когда ходовые качества находятся на приемлемом уровне, устанавливается в качестве порогового значения для устойчивости сгорания.
[0064] Накопившийся углеводород (HC) относится к значению накопления объема выброса несгоревшего HC во время работы двигателя. Отметим, что, поскольку накопленное значение для числа частиц (PN) во время работы двигателя также проявляет характер, аналогичный характеру из диаграммы для накопленного HC, диаграмма накопленного PN может рассматриваться в качестве диаграммы накопленного HC.
[0065] Температура поверхности головки поршня постепенно увеличивается, когда время проходит после запуска двигателя. Соответственно, согласно этому варианту осуществления, период перекрытия клапанов задается так, чтобы постепенно увеличиваться.
[0066] Как иллюстрировано на фиг. 9, устойчивость сгорания улучшается, когда температура поверхности стенки цилиндра увеличивается. Между тем, если температура поверхности стенки цилиндра является постоянной, устойчивость сгорания ухудшается, когда период перекрытия клапанов увеличивается, как иллюстрировано на фиг. 9. Следовательно, аналогично сравнительному примеру, если период перекрытия клапанов является постоянным, устойчивость сгорания улучшается, когда температура поверхности стенки цилиндра увеличивается. В сравнении, согласно этому варианту осуществления, период перекрытия клапанов постепенно увеличивается в диапазоне устойчивого сгорания. Следовательно, улучшение устойчивости сгорания, вызванное увеличением температуры поверхности стенки цилиндра, и ухудшение устойчивости сгорания, вызванное увеличением периода перекрытия клапанов, компенсируют друг друга, так что устойчивость сгорания поддерживается ниже порогового значения.
[0067] Накопленный HC (накопленное PN) увеличивается как в этом варианте осуществления, так и в сравнительном примере, когда время проходит. Однако, величина накопления для этого варианта осуществления меньше величины накопления для сравнительного примера. Это обусловлено тем, что внутренний EGR-объем увеличивается посредством увеличения периода перекрытия клапанов, так что испарение топлива стимулируется.
[0068] Отметим, что увеличение периода перекрытия клапанов вызывает уменьшение крутящего момента двигателя. Однако, согласно этому варианту осуществления, крутящий момент двигателя поддерживается постоянным посредством переноса на более ранний срок момента зажигания.
[0069] Далее будут описаны результаты этого варианта осуществления.
[0070] Согласно этому варианту осуществления, в случае, когда необходимо прогревать каталитический нейтрализатор очистки отработавшего газа, вставленный в выпускной канал 5, контроллер 100, во время такта сжатия, выполняет управление, так что топливо впрыскивается в момент впрыска топлива, в который струя топлива сталкивается с поверхностью 3A головки поршня, и сталкивающаяся струя топлива направляется к свече 8 зажигания в зависимости от формы поверхности 3A головки поршня, и выполняется операция прогрева каталитического нейтрализатора, в которой искровое зажигание выполняется после верхней мертвой точки такта сжатия (сгорание послойного заряда топлива со сверхзадержкой). Кроме того, во время выполнения сгорания послойного заряда топлива со сверхзадержкой, контроллер 100 сокращает период перекрытия клапанов в зависимости от температуры поверхности головки поршня. Поскольку внутренний EGR-объем увеличивается, и внутренняя температура цилиндра увеличивается с такта впуска, когда период перекрытия клапанов увеличивается, представляется возможным стимулировать испарение жидкого топлива согласно этому варианту осуществления. В результате, представляется возможным уменьшать PN.
[0071] Отметим, что, когда внутренний EGR-объем увеличивается, объем отработавшего газа, выдуваемого назад к впускному отверстию и снова втекающего в цилиндр, увеличивается. В результате, несгоревший HC или т.п., содержащийся в цилиндре, увеличивается. Кроме того, когда содержащийся несгоревший HC или т.п. сгорает в следующем цикле, объем несгоревшего HC или PN уменьшается. Т.е., согласно этому варианту осуществления, представляется возможным получать эффект уменьшения выбросов, заключая несгоревший HC или т.п. в цилиндре, как описано выше.
[0072] Согласно этому варианту осуществления, когда температура поверхности головки поршня уменьшается, величина увеличения периода перекрытия клапанов ограничивается. Когда температура поверхности головки поршня уменьшается, сталкивающаяся струя топлива легко остается на поверхности 3A головки поршня. Следовательно, согласно этому варианту осуществления, представляется возможным более надежно уменьшать объем жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня.
[0073] Согласно этому варианту осуществления, по меньшей мере, во время выполнения операции прогрева (сгорания послойного заряда топлива со сверхзадержкой), часть топлива впрыскивается даже в такте впуска. Т.е., выполняется двухступенчатый впрыск, так что топливо впрыскивается как в такте впуска, так и в такте сжатия. Топливо, впрыснутое в такте впуска, формирует однородную газовую смесь беднее стехиометрического соотношения воздух-топливо внутри камеры 11 сгорания. Если искровое зажигание происходит в этом состоянии, выполняется сгорание, устойчивое к возмущающему воздействию.
[0074] Согласно этому варианту осуществления, во время выполнения сгорания послойного заряда топлива со сверхзадержкой, контроллер 100 переносит на более ранний срок момент впрыска топлива, когда оцениваемый объем жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня, увеличивается. Посредством переноса на более ранний срок момента впрыска топлива объем топлива, сталкивающегося с поверхностью 3A головки поршня, уменьшается. Следовательно, объем жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня, уменьшается. В результате, представляется возможным уменьшать PN.
[0075] Согласно этому варианту осуществления, в случае, когда оцениваемый объем жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня, превышает пороговое значение, установленное на основе значения регулирования выбросов твердых частиц отработавшего газа, момент впрыска топлива переключается с вышеупомянутого впрыска в момент времени, в который струя топлива направляется к свече зажигания, на впрыск в такте впуска. Посредством переключения момента впрыска топлива на впрыск в такте впуска струя топлива не сталкивается с поверхностью головки поршня. Следовательно, представляется возможным пресекать увеличение объема жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня.
[0076] Согласно этому варианту осуществления, когда оцениваемый объем жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня, увеличивается, момент впрыска топлива медленно приближается к такту впуска. Т.е., когда оцениваемый объем жидкого топлива увеличивается, режим сгорания переключается со сгорания послойного заряда топлива со сверхзадержкой на сгорание бедного послойного заряда. В результате, представляется возможным стимулировать операцию прогрева каталитического нейтрализатора очистки отработавшего газа посредством сгорания бедного послойного заряда топлива, в то же время пресекая увеличение объема жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня.
[0077] Согласно этому варианту осуществления угол опережения момента впрыска топлива, описанный выше, устанавливается более значительным, когда температура поверхности головки поршня уменьшается. Когда температура поверхности головки поршня уменьшается, сталкивающаяся струя топлива легче остается на поверхности 3A головки поршня. Следовательно, согласно этому варианту осуществления, представляется возможным более надежно уменьшать объем жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня.
[0078] Отметим, что, в блок-схеме последовательности операций на фиг. 2, обработка этапа S106 может выполняться раньше обработки этапов S104-S105.
[0079] Вместо таблиц на фиг. 5 и 6 могут быть использованы таблицы на фиг. 10 и 11.
[0080] Т.е., как иллюстрировано на фиг. 10, период перекрытия клапанов может изменяться ступенчато. В этом случае, как иллюстрировано на фиг. 11, фазы газораспределения впускного клапана 6 и выпускного клапана 7 также изменяются ступенчато.
[0081] Отметим, что варианты осуществления, описанные выше, не ограничиваются случаем, когда сгорание послойного заряда топлива выполняется посредством разделенного на две стадии впрыска. Например, одноступенчатый впрыск может быть выполнен, пропуская первый впрыск топлива двухступенчатого впрыска топлива, описанного выше. Следовательно, сгорание послойного заряда топлива может быть выполнено посредством только второго впрыска топлива.
[0082] Как иллюстрировано на фиг. 12, контроллер 100 может переключать режим сгорания на равномерное стехиометрическое сгорание, когда оцениваемый объем жидкого топлива во время выполнения сгорания послойного заряда топлива со сверхзадержкой становится равным или больше предварительно определенного порогового значения.
[0083] Способ, когда "момент впрыска топлива медленно приближается к такту впуска, когда оцениваемый объем жидкого топлива увеличивается", описанный выше, не ограничивается случаем, когда момент впрыска топлива переносится на более ранний срок ступенчато, как иллюстрировано на фиг. 4 или 12. Например, как указано сплошной линией или пунктирной линией на фиг. 13, угол опережения момента впрыска топлива в случае, когда оцениваемый объем впрыска топлива меньше порогового значения L2, может непрерывно увеличиваться, когда оцениваемый объем жидкого топлива увеличивается.
[0084] В то время как варианты осуществления настоящего изобретения были описаны ранее в данном документе, варианты осуществления, описанные выше, представлены лишь в иллюстративных целях и не предназначены, чтобы ограничивать технические рамки настоящего изобретения конкретной конфигурацией варианта осуществления.
1. Устройство управления двигателем для управления двигателем искрового зажигания с непосредственным типом впрыска топлива в цилиндр, снабженным клапаном впрыска топлива, выполненным с возможностью непосредственно впрыскивать топливо в цилиндр, и свечой зажигания, выполненной с возможностью выполнять искровое зажигание для газовой смеси внутри цилиндра,
при этом операция прогрева каталитического нейтрализатора для задержки момента зажигания выполняется в случае, когда необходимо прогревать каталитический нейтрализатор очистки отработавшего газа, вставленный в выпускной канал, и
период перекрытия клапанов увеличивается согласно температуре поверхности головки поршня во время выполнения операции прогрева каталитического нейтрализатора.
2. Устройство управления двигателем по п. 1, в котором величина увеличения периода перекрытия клапанов ограничивается в диапазоне, в котором двигатель искрового зажигания с непосредственным типом впрыска топлива в цилиндр может выполнять устойчивое сгорание.
3. Устройство управления двигателем по п. 1 или 2, в котором, по меньшей мере, во время выполнения операции прогрева каталитического нейтрализатора часть топлива также впрыскивается во время такта впуска.
4. Способ управления двигателем для управления двигателем искрового зажигания с непосредственным типом впрыска топлива в цилиндр, снабженным клапаном впрыска топлива, выполненным с возможностью непосредственно впрыскивать топливо в цилиндр, и свечой зажигания, выполненной с возможностью выполнять искровое зажигание для газовой смеси внутри цилиндра,
в котором топливо впрыскивается во время такта сжатия и операция прогрева каталитического нейтрализатора для задержки момента зажигания выполняется в случае, когда необходимо прогревать каталитический нейтрализатор очистки отработавшего газа, вставленный в выпускной канал, и
период перекрытия клапанов увеличивается, когда температура поверхности головки поршня увеличивается во время выполнения операции прогрева каталитического нейтрализатора.
