內燃機控制設備的制作方法

專利名稱：內燃機控制設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于內燃機的控制設備，該內燃機包括將高壓燃料噴射到 氣缸中的燃料噴射機構(缸內噴射器)，或者是除了包括上述燃料噴射機 構外還包括將燃料噴射到進氣歧管或進氣端口中的另一種燃料噴射機構 (進氣歧管噴射器)的內燃機。具體地說，本發明涉及對怠速模式下的內 燃機進行控制。
背景技術：
已知一種發動機，它包括第一燃料噴射閥(缸內噴射器)和第二噴射 閥(進氣歧管噴射器)，第一噴射閥用于將燃料噴射到汽油機的燃燒室 中，第二噴射閥將燃料噴射到進氣歧管中，其中，缸內噴射器和進氣歧管 噴射器根據發動機速度和內燃機載荷來共同分擔燃料噴射。還己知一種直 接噴射式發動機，它只包括將燃料噴射到汽油機燃燒室中的燃料噴射閥 (缸內噴射器)。在包括有缸內噴射器的高壓燃料系統中，由高壓燃料泵 增壓的燃料通過發送管供給到缸內噴射器，由此，缸內噴射器將高壓燃料 噴射到內燃機中各個氣缸的燃燒室中。
此外，還已知一種柴油機，該柴油機帶有共軌式燃料噴射系統。在共 軌式燃料噴射系統中，由高壓燃料泵增壓的燃料儲存在共軌中。通過開啟/ 關閉電磁閥，將高壓燃料從共軌噴射到柴油機中各個氣缸的燃燒室中。
為了產生這種高壓燃料，采用了高壓燃料泵，高壓燃料泵通過設在驅 動軸處的凸輪來驅動氣缸，所述驅動軸耦合到內燃機曲軸。高壓燃料泵包 括泵柱塞和增壓室，其中通過凸輪旋轉使泵柱塞在氣缸中往復運動，而增 壓室是由氣缸和泵柱塞形成的。泵供應管、返回管以及高壓發送管連接到 該增壓室，其中，泵供應管與從燃料箱饋送燃料的饋送泵連通，返回管使 從增壓室流出的燃料返回燃料箱中，而高壓發送管將增壓室中的燃料向缸
內噴射器發送。高壓燃料泵設有用于開啟/關閉泵供應管的電磁溢流閥，以 及針對增壓室的高壓發送管。
當電磁溢流閥開啟、并且泵柱塞在使增壓室體積增大的方向上運動 時，即當高壓燃料泵處于進氣沖程時，燃料從泵供應管抽入增壓室中。當 泵柱塞在使增壓室體積減小的方向上運動(即當高壓燃料泵處于發送沖 程)、并且電磁溢流閥關閉時，泵供應管和返回管從增壓室切斷，增壓室 中的燃料通過高壓發送管發送到缸內噴射器。
由于只在高壓燃料泵處的發送沖程中電磁溢流閥關閉的時間段中才向 缸內噴射器發送燃料，所以可以通過對開始關閉電磁溢流閥的時間進行控 制(對電磁溢流閥的關閉時間段進行調節)來調節泵出的燃料量。具體地 說，通過將開始關閉電哮溢流閥的時間設置得更早來增加閥關閉時間段， 從而增加泵出的燃料量。通過將開始關閉電磁溢流閥的時間延遲來縮短閥 關閉時間段，可以減少泵出的燃料量。
通過用高壓燃料泵對從饋送泵輸出的燃料施加壓力、并將增壓的燃料 向缸內噴射器發送，即使對于將燃料直接噴射到燃燒室中的內燃機，也可 以正確地實現燃料噴射。
當高壓燃料泵的發送沖程中要關閉電磁溢流閥時，由于增壓室的體積 正在減小，所以燃料不僅會向高壓發送管流動，而且會向返回管流動。如 果在這樣的狀態下關閉電磁溢流閥，則在關閉閥門操作中促進了由上述要 流動的燃料造成的壓力，增大了在電磁溢流閥關閉時的沖擊力。由于這種 沖擊增加，電磁溢流閥的操作噪音(關閉閥的噪音)也會變大。每次關閉 電磁溢流閥時都會連續產生電磁溢流閥的這種操作噪音。
在內燃機的正常操作模式中，每次關閉電磁溢流閥造成的連續操作噪 音不會造成很大干擾，因為內燃機的操作噪音(例如空氣燃料混合物的燃 燒噪音)相對較大。但是，當內燃機本身的操作噪音較小時(例如處于內 燃機的怠速模式下)，電磁溢流閥的連續操作噪音會很容易聽到，以致不 能再忽視其帶來的干擾。
日本專利公開No. 2001-41088公開了一種燃料泵控制設備，可以減小
每次關閉電磁溢流閥造成的連續操作噪音。該文獻中公開的控制設備包括
燃料泵和溢流閥，其中，基于凸輪旋轉造成的氣缸與泵柱塞之間的相對運 動來改變增壓室體積，從而使燃料泵將燃料抽入增壓室中和將燃料向內燃 機燃料噴射閥發送；溢流閥用于使增壓室與溢流通道之間的連通關系開啟/ 關閉，燃料由增壓室從所述溢流通道流出。通過控制溢流閥關閉時間段來 調節從燃料泵向燃料噴射閥泵出的燃料量。通過基于內燃機操作狀態來控 制溢流閥，可以對預定時間段中燃料泵泵出燃料的次數進行調節，以變更 每一次燃料發送通過燃料噴射閥噴射燃料的次數。這種控制設備包括控制 單元，在低發動機載荷模式下，該控制單元將每一次燃料發送的燃料噴射 次數減少。
根據這種燃料泵控制設備，由于在低發動機載荷模式(此時電磁溢流 閥的連續操作噪音變得較大)下減少了每一次燃料發送的燃料噴射次數， 所以需要一次發送的燃料量減少了。因此，可以將開始關閉電磁溢流閥的 時間設定在更靠近上死點的時間。隨著靠近上死點，表示泵柱塞與氣缸之
間相對運動的凸輪率(cam rate)變小。因此，可以減小關閉電磁溢流閥 時的凸輪率以進一步降低電磁溢流閥的關閉噪音。通過降低電磁溢流閥的 關閉噪音，可以減小電磁溢流閥的每次關閉操作時造成的連續操作噪音。
在包括第一燃料噴射閥(缸內噴射器)和將燃料噴射到進氣歧管中的 第二燃料噴射閥(進氣歧管噴射器)的發動機中，可以使用前述文獻中公 開的控制設備來應用一種有吸引力的方式，該方式使低載荷模式下從高壓 燃料泵每一次燃料發送的燃料噴射次數減少的。因此，可以減小怠速區域 中高壓燃料泵的操作噪音。在怠速區域中，由于從缸內噴射器進行的燃料 噴射中燃料壓力較低(燃料噴射量較低)，所以燃燒容易變得不穩定。因 此，通過由進氣歧管噴射器噴射燃料，可以確保怠速區域的燃燒穩定性。
但是，如果在發動機處于怠速區域中時把從缸內噴射器進行的燃料噴 射停止并從進氣歧管噴射器噴射燃料，則由氣缸中的燃燒造成缸內噴射器 噴射孔處沉積物積累的可能性會升高。

發明內容
考慮到上述問題，本發明的一個目的是提供一種內燃機控制設備，在
內燃機的怠速模式下，它可以避免高壓燃料泵產生的操作噪音，維持穩定 的燃燒，并抑止燃料噴射機構的噴射孔處產生沉積物。
根據本發明的一個方面， 一種控制設備對內燃機進行控制，該內燃機 包括從燃料箱向燃料噴射機構供應低壓燃料的低壓泵和供應高壓燃料的高 壓泵。該內燃機包括將燃料噴射到氣缸中的第一燃料噴射機構和將燃料噴 射到進氣歧管中的第二燃料噴射機構。該控制設備包括判定單元，對內 燃機的操作狀態是否處于怠速狀態進行判定；和控制單元，對內燃機進行 控制。該控制單元根據所述怠速狀態屬于兩個或更多個預定怠速狀態中的 哪一種，來控制低壓泵、高壓泵和這些燃料噴射機構，所述兩個或更多個 預定怠速狀態基于內燃機的溫度。
根據本發明,根據例如內燃機的發動機速度和載荷狀態來作出內燃機 操作狀態是否處于怠速狀態的判定。對于怠速狀態，根據內燃機的溫度， 怠速狀態屬于兩個或更多個預定怠速狀態中的哪一種是預定的。內燃機處 于根據當前怠速狀態屬于哪一種怠速狀態而進行的控制之下。具體地說， 在這些怠速狀態中的冷機怠速狀態下，由于溫度較低，不太容易在第一燃 料噴射機構的噴射孔處產生沉積物。因此，對燃燒穩定性的考慮比避免產 生沉積物更為優先。將高壓泵停止，并只從第二燃料噴射機構噴射低壓燃 料。這樣，即使在溫度較低時也可以實現良好的燃燒狀態。在暖機機狀態 下，由于溫度不低，不太容易發生燃燒穩定性問題。因此，避免產生沉積 物比燃燒穩定性的考慮更為優先。將高壓泵停止，并從第一燃料噴射機構 和/或第二燃料噴射機構噴射低壓燃料。由于在冷機怠速狀態下從第二燃料 噴射機構噴射燃料，所以增加了從燃料噴射直到點火所經過的時間，從而 可以使燃燒穩定。此外，由于在高溫怠速狀態時從第一燃料噴射機構噴射 高壓燃料，所以降低了噴射孔處的溫度以免產生沉積物。因此，可以提供 一種內燃機控制裝置，在內燃機怠速模式下，它避免了產生高壓泵的操作 噪聲、維持了穩定的燃燒，并抑制了燃料噴射機構的噴射孔處產生沉積物。
優選地，燃料可以從高壓泵和低壓泵向第一燃料噴射機構供應。當作 出操作狀態處于怠速狀態的判定時，控制單元實施下述控制中任意一種控
制使高壓泵停止的控制、使來自高壓泵的排放壓力減小的控制；并在處 于冷機怠速狀態時，實施使燃料從第二燃料噴射機構噴射的控制。
根據本發明，在處于冷機怠速狀態時，所述使高壓泵停止的控制或者 使來自高壓泵的排放壓力減小的控制。因此，可以避免內燃機處于怠速狀 態時高壓泵產生操作噪音。此外，由于在冷機怠速狀態下從第二燃料噴射 機構噴射燃料，所以可以增加從燃料燃燒直到點火所經的時間以使霧化得 到改善。因此可以使燃燒穩定。
更優選地，燃料可以從高壓泵和低壓泵向第一燃料噴射機構供應。所 述控制單元在作出操作狀態處于怠速狀態的判定時實施下述控制中任意一 種控制使高壓泵停止的控制、使來自高壓泵的排放壓力減小的控制；并 在處于暖機怠速狀態時實施下述控制中的任意一種控制使燃料從第T燃 料噴射機構噴射的控制、使燃料從第一燃料噴射機構和第二燃料噴射機構 噴射的控制。
根據本發明，在處于暖機怠速狀態時，實施使高壓泵停止的控制或者 使來自高壓泵的排放壓力減小的控制。因此，可以避免內燃機處于怠速模 式時高壓泵的操作噪音。此外，由于在暖機怠速狀態下從第一燃料噴射機 構噴射低壓燃料，所以降低了噴射孔處的溫度以避免產生沉積物。
更優選地，在暖機怠速狀態下使燃料從第一燃料噴射機構和第二燃料 噴射機構噴射時，控制單元實施使第一燃料噴射機構的燃料噴射比隨著內 燃機的溫度升高而增高的控制。
隨著內燃機的溫度升高，第一燃料噴射機構的噴射孔處產生沉積物的 可能性增大，造成燃燒不穩定。根據本發明，實施控制使得隨著內燃機的 溫度升高而從第一燃料噴射機構噴射更多燃料。這樣可以避免產生沉積
更優選地，控制單元還包括噴射控制單元，噴射控制單元實施的控制 使得在怠速狀態下燃料從第一燃料噴射機構噴射時，從第一燃料噴射機 構噴射最小燃料量并從第二燃料噴射機構噴射與所需噴射量相差的量，直 到向第一燃料噴射機構供應的燃料壓力變得小于預定壓力為止。
根據本發明，在達到暖機怠速狀態時，對高壓泵的操作狀態和向第一
燃料噴射機構供應的高壓燃料進行更改，使得從第一燃料噴射機構噴射低 壓燃料。此時，高壓燃料系統的燃料壓力從高壓燃料泵停止操作時開始逐 漸降低，使得在內燃機的各個操作循環中燃料壓力越來越低。從第一燃料 噴射機構噴射的燃料量被設定成對應于最小燃料量，直到向第一燃料噴射 機構供應的燃料壓力變得足夠低。由此，即使高壓燃料系統的燃料壓力改 版，各個操作循環之間所噴射的燃料量也不會不同。因此，可以避免空燃 比變化、排放性能變差以及可驅動性變差。在從第一燃料噴射機構噴射的 燃料量被設定為最小燃料量時不能滿足所需噴射量(不足)的情況下，可 以通過從第二燃料噴射機構噴射該不足量來獲得內燃機所需的功率。
更優選地，控制單元實施的控制使得當處于比暖機怠速狀態高出至 少預定溫度的高溫怠速狀態時，向第一燃料噴射機構供應由高壓泵增壓的 燃料并從第一燃料噴射機構噴射燃料。
在內燃機的溫度高于暖機狀態下的時候，沉積物更容易在第一燃料噴 射機構的噴射孔處產生。因此，在此狀態下從第一燃料噴射機構將高壓燃 料噴射到氣缸中。由此，可以由高壓燃料沖去第一燃料噴射也機構的噴射 孔處產生的沉積物。
根據本發明的另一個方面， 一種控制設備對內燃機進行控制，該內燃 機包括從燃料箱向燃料噴射機構供應低壓燃料的低壓泵和供應高壓燃料的 高壓泵。該內燃機包括將燃料噴射到氣缸中的第一燃料噴射機構和將燃料 噴射到進氣歧管中的第二燃料噴射機構。在這種內燃機中，燃料可以從高 壓泵和低壓泵向第一燃料噴射機構供應。該控制設備包括判定單元，對 內燃機的操作狀態是否處于怠速狀態進行判定；和控制單元，對內燃機進 行控制。控制單元根據怠速狀態屬于基于內燃機的溫度的兩個或更多個預 定怠速狀態中的哪一種，來控制低壓泵、高壓泵和這些燃料噴射機構，并 在作出操作狀態處于怠速狀態的判定時實施使高壓泵停止的控制或者使來 自高壓泵的排放壓力減小的控制。控制單元還在處于冷機怠速狀態時實施 使燃料從第二燃料噴射機構噴射的控制，并在處于暖機怠速狀態時，實施 使燃料從第一燃料噴射機構噴射的控制或者使燃料從第一燃料噴射機構和 第二燃料噴射機構噴射的控制。
類似于上述發明，可以提供一種內燃機控制設備，該控制設備可以在 內燃機處于怠速模式時，避免產生高壓泵操作噪音、保持穩定燃燒、并抑 制燃料噴射機構的噴射孔處產生沉積物。
更優選地，第一燃料噴射機構是缸內噴射器，并且第二燃料噴射機構 是進氣歧管噴射器。
根據本發明，可以提供一種用于內燃機的控制設備，該內燃機具有分 別作為第一燃料噴射機構和第二燃料噴射機構的缸內噴射器和進氣歧管噴 射器，這些噴射器獨立設置以共同參與燃料噴射，從而在內燃機的怠速模 式下避免高壓泵的操作噪音產生、保持穩定燃燒、并抑制燃料噴射機構的 噴射孔處產生沉積物。


圖1是發動機系統的示意性結構圖，該發動機由根據本發明第一實施 例的控制設備進行控制。
圖2示出了圖1的發動機系統燃料噴射機構的示意性總體圖。
圖3是圖2的局部放大圖。
圖4是缸內噴射器的剖視圖。
圖5是缸內噴射器尖端的剖視圖。
圖6示出了發動機各個怠速區域的燃燒方式。
圖7和圖8分別是針對暖機怠速區域的第一和第二噴射比對照圖。
圖9和圖10是由發動機ECU執行的控制程序的流程圖，該發動機 ECU可以作為分別根據本發明第一和第二實施例的控制設備。
圖11和圖12分別是與發動機的暖機狀態和冷機狀態對應的第一 DI 比對照圖，根據本發明實施例的控制設備適用于該發動機。
圖13和圖14分別是與發動機的暖機狀態和冷機狀態對應的第二 DI 比對照圖，根據本發明實施例的控制設備適用于該發動機。
具體實施例方式
下面將參考附圖對本發明的實施例進行說明。相同的部件標有相同的標號。其名稱和功能也相同。因此將不對其進行重復說明。 <第一實施例〉
圖1示意性示出了發動機ECU (電子控制單元)控制下的一種發動機
系統構造，該發動機ECU可以作為根據本發明第一實施例的內燃機控制 設備。盡管圖1中示出了串列4缸汽油機，但是本發明不限于應用到所示 發動機，而是也可以采用V型6缸發動機、V型8缸發動機、串列6缸發 動機等。只要發動機包括用于每個氣缸的缸內噴射器，本發明就可以應 用。
參考圖1，發動機IO包括四個氣缸112，這些氣缸都經由進氣歧管20 連接到公共緩沖罐30，每個進氣歧管20對應于一個氣缸112。緩沖罐30 經由進氣導管40連接到空氣濾清器50。氣流計42與由電動機60驅動的 節氣門70 —起設置在進氣導管40中。節氣門70的開口是根據發動機 ECU 300的輸出信號而獨立于油門踏板100進行控制的。公共的排氣歧管 80連接到各個氣缸112。排氣歧管80連接到三元催化轉化器90。
對于每個氣缸112，設有將燃料噴射到氣缸中的缸內噴射器110，以 及將燃料向進氣端口和/或進氣歧管噴射的進氣歧管噴射器120。根據來自 發動機ECU 300的輸出信號對噴射器IIO和120各自進行控制。每個缸內 噴射器IIO連接到公共的燃料發送管130。燃料發送管130經由單向閥連 接到發動機驅動式高壓燃料泵送裝置150，所述單向閥允許朝向燃料發送 管130通行。下面將基于分別設有兩個噴射器的內燃機來對本實施例進行 說明。應當明白，本發明不限于這樣的內燃機。也可以采用包括一個噴射 器的內燃機，其中該噴射器既具有缸內噴射器的功能，也具有進氣歧管噴 射器的功能。此外，高壓燃料泵送裝置150不限于發動機驅動式，而也可 以是電動機驅動的高壓泵。
如圖l所示，高壓燃料泵送裝置150的排放側經由電磁溢流閥連接到 燃料發送管130的進氣側。該電磁溢流閥被設置成使得從高壓燃料泵送裝 置150供應的燃料量隨著電磁溢流閥的開啟程度變小而增大，并且在電磁 溢流閥完全開始時停止從高壓燃料泵送裝置150將燃料供應到燃料發送管 130中。根據發動機ECU 300的輸出信號來控制電磁溢流閥。下文中會進
行詳細說明。
每個進氣歧管噴射器120連接到與低壓側對應的公共燃料發送管
160。燃料發送管160和高壓燃料泵送裝置150經由公共的燃料壓力調節 器170連接到電動機驅動式低壓燃料泵180。低壓燃料泵180經由燃料過 濾器190連接到燃料箱200。燃料壓力調節器170設置成使得當從低壓燃 料泵180排放的燃料壓力高于預設燃料壓力時，使從低壓燃料泵180輸出 的燃料部分地回到燃料箱200。因此，燃料壓力調節器170起到下述作 用放置供應到進氣歧管噴射器120的燃料壓力和供應到高壓燃料泵送裝 置150的燃料壓力變得高于設定燃料壓力。
發動機ECU 300由數字式計算機形成，并包括ROM (只讀存儲器) 320、 RAM (隨機存取存儲器)330、 CPU (中央處理單元)340、輸入端 口 350和輸出端口 360，這些部件經由雙向總線310彼此連接。
氣流計42產生與吸入的空氣成比例的輸出電壓。氣流計42的輸出電 壓經由A/D轉換器370施加到輸入端口 350。冷卻劑溫度傳感器380連接 到發動機10，并產生與發動機冷卻劑溫度成比例的輸出電壓。冷卻劑溫度 傳感器380的輸出電壓經由A/D轉換器390施加到輸入端口 350。
燃料壓力傳感器400連接到燃料發送管130,并產生與燃料發送管 130中的燃料壓力成比例的輸出電壓。燃料壓力傳感器400的輸出電壓經 由A/D轉換器410施加到輸入端口 350。空燃比傳感器420連接到三元催 化轉化器90上游的排氣歧管80，并產生與排氣中氧氣濃度成比例的輸出 電壓。空燃比傳感器420的輸出電壓經由A/D轉換器430施加到輸入端口 350。
本實施例的發動機系統中的空燃比傳感器420是全量程空燃比傳感器 (線性空燃比傳感器)，它產生與發動機中燃燒的空氣一燃料混合物的空 燃比成比例的輸出電壓。對于空燃比傳感器420，可以使用02傳感器，它 以開/關方式檢測發動機10中燃燒的混合物的空燃比相對于理論比例處于 濃態(rich)還是稀態(lean)。
油門踏板100連接到油門位置傳感器440，油門位置傳感器440產生 與油門踏板100的下壓情況成比例的輸出電壓。油門位置傳感器440的輸
出電壓經由A/D轉換器450施加到輸入端口 350。發動機速度傳感器460 連接到輸入端口 350，并產生表示發動機速度的輸出脈沖。發動機ECU 300的ROM 320預先以對照圖的形式儲存了對應于操作狀態而設定的燃料 噴射量值、基于發動機冷卻劑溫度的校正值等，其中操作狀態基于上述油 門位置傳感器440和發動機速度傳感器460獲得的發動機載荷因子和發動 機速度。
下面將參考圖2對上述發動機10的燃料供應機構進行說明。燃料供 應機構包括設置在燃料箱200處以低排放水平(壓力調節器的壓力約為 400kPa)供應燃料的饋送泵1100 (相當于圖1的低壓燃料泵180)、由凸 輪1210驅動的高壓燃料泵送裝置150 (高壓燃料泵1200)、設置為向缸 內噴射器110供應高壓燃料的高壓發送管1110 (相當于圖1的燃料發送管 130)、缸內噴射器110、設置為向進氣歧管噴射器120供應壓力的低壓發 送管1120、以及進氣歧管噴射器120，其中每個氣缸在高壓發送管1110 處設有一個缸內噴射器110，每個氣缸在低壓發送管1120處設有一個迸氣 歧管噴射器120。
燃料箱200的饋送泵1100的排放端口連接到低壓供應管1400，低壓 供應管1400分支成低壓發送連通管1410和泵供應管1420。低壓發送連通 管1410連接到設在進氣歧管噴射器120處的低壓發送管1420。
泵供應管1420連接到高壓燃料泵1200的入口。脈動阻尼器1220設在 高壓燃料泵1200前方以抑制燃料脈動。
高壓燃料泵1200的排放出口連接到高壓發送連通管1500，高壓發送 連通管1500連接到高壓發送管1100。設在高壓發送管1110處的安全閥 1140經由高壓發送返回管1610連接到高壓燃料泵返回管1600。高壓燃料 泵1200的返回開口連接到高壓燃料泵返回管1600。高壓燃料泵返回管 1600連接到返回管1630，返回管1630連接到燃料箱200。
圖3是圖2中高壓燃料泵送裝置150附近的放大圖。高壓燃料泵送裝 置150主要由下列部件形成高壓燃料泵1200、由凸輪1210驅動來上下 滑動的泵柱塞1206、具有泄漏功能的電磁溢流閥1202和單向閥1204。
當凸輪1210使泵柱塞1206向下運動、并且電磁溢流閥1202開啟時，
燃料被引入(抽入)。當凸輪1210使泵柱塞1206向上運動時，電磁溢流
閥1202的關閉正時發生改變，以控制從高壓燃料泵1200排放的燃料量。 在泵柱塞1206向上運動時的增壓狀態期間，將關閉電磁溢流閥的時間設 定得越早，排放的燃料就越多；關閉電磁溢流閥的時間越延遲，排放的燃 料就越少。排放量最大時的電磁溢流閥1202驅動占空被設定為100%，而 排放量最小時的電磁溢流閥1202驅動占空被設定為0%。在電磁溢流閥 1202的驅動占空為0%時，電磁溢流閥1202保持開啟狀態而不關閉。盡 管只要凸輪1210旋轉(只要發動機10旋轉)泵柱塞1206就上下運動，但 是由于電磁溢流閥1202未關閉，所以燃料未受到增壓。
壓力作用下的燃料會推動并開啟單向閥1204 (設定壓力約為 60kPa)，從而經由高壓發送連通管1500雨被朝向高壓發送管1110泵 送。在此階段，通過設在高壓燃料發送管1110處的燃料壓力傳感器40來 對燃料壓力進行反饋控制。
下面將對占空比DT進行說明，占空比DT是對高壓燃料泵1200的燃 料排放量(開始關閉電磁溢流閥1202的時刻)進行控制的控制值。占空 比DT在O至U 100%的范圍內變化，并和與電磁溢流閥1202的關閉時間長 度對應的凸輪1210的凸輪角度有關。具體地說，占空比DT表示目標凸輪
角度e對最大凸輪焦點e(o)的比率，其中"e(o)"是與電磁溢流閥1202的最
長關閉時間長度對應的凸輪角度，"e"是與電磁溢流閥1202的關閉時間
長度目標值(目標凸輪角度)對應的凸輪角度。因此，隨著電磁溢流閥
1202的目標關閉時間長度(開始關閉該閥的時刻)接近最大關閉時間長 度，占空比DT接近100X;隨著目標關閉閥時間長度接近0，占空比DT 接近0%。
當占空比DT接近100%時，根據占空比DT來調節的、開始關閉電磁 溢流閥1202的時刻被設定得較早，使得電磁溢流閥1202的關閉時間長度 變長。由此，從高壓燃料泵1200排放的燃料量增大，燃料壓力P變得更 高。相反，當占空比DT接近0。X時，根據占空比DT來調節的、開始關閉 電磁溢流閥1202的時刻被延遲，使得電磁溢流閥1202的關閉時間長度變 短。由此，從高壓燃料泵1200排放的燃料量減小，燃料壓力P變得更
低。
下面將參考圖4的剖視圖對缸內噴射器110進行說明，該剖視圖對應
于缸內噴射器iio的垂直方向。
缸內噴射器110在主體740下端具有噴嘴體760，噴嘴體760由噴嘴 夾具通過隔離器支撐。噴嘴體760在其下端形成有噴射孔500。可以上下 運動的針520布置在噴嘴體760內。針520的上端緊靠主體740中的可滑 動鐵心540。彈簧560通過該鐵心540將針520向下促緊。針520放置在 噴嘴體760的內圓周座面522處。由此，在正常狀態下噴射孔500是關閉 的。
襯套570插入并緊固在主體740的上端。燃料通道580形成于襯套 570中。燃料通道580的下端與噴嘴體760的內部經由主體740中的通道 而連通。在針520被抬升時，從噴射孔500將燃料噴射出去。燃料通道 580的上端側經由過濾器600連接到燃料引入開口 620。燃料引入開口 620 連接到圖l的燃料發送管130。
電磁螺線管640布置成在主體740中圍繞襯套570的下端部分。在向 螺線管640施加電流時，鐵心540克服彈簧560向上運動，從而燃料壓力 將針520向上推動，噴射孔500開啟。由此實施燃料噴射。從螺線管640 引出絕緣殼體650中的導線660，使得螺線管640可以接收來自發動機 ECU 300的指示閥開啟的電信號。除非從發動機ECU 300輸出這個指示閥 開啟的電信號，否則缸內噴射器IIO的燃料噴射不會實施。
缸內噴射器110的燃料噴射時間以及燃料噴射時間長度是由從發動機 ECU 300接收到的指示閥開啟的電信號來控制的。通過控制燃料噴射時間 長度，可以調節來自缸內噴射器110的燃料量。換句話說，可以通過電信 號來實施控制，以噴射較小的燃料量(在至少為最小燃料噴射量的區域 內)。注意，可以在發動機ECU 300與缸內噴射器110之間設置EDU (電子驅動單元)用于這種控制。
圖5圖示了缸內噴射器IIO尖端區域的剖視圖。設有噴射孔500的閥 體502、作為燃料容器的吸取空間504、針尖506、以及燃料留存區域508 一起構成了缸內噴射器110的尖端。
己經考慮到，在進氣沖程或壓縮沖程期間從缸內噴射器110噴射燃料
之后，被針尖506從燃料留存區域508擠出的部分燃料會保留在吸取空間 504中而不經過噴射孔500噴射到缸內噴射器110之外。還考慮到，如果 持續停止缸內噴射器110的操作，則油密性會使燃料從密封部分泄漏到吸 取空間504中。
缸內噴射器110尖端處的溫度受到燃燒氣體產生的熱量影響很大。考 慮到其他因素(例如來自氣缸體蓋的熱量、朝向燃料的熱輻射等)，噴射 孔500有可能隨著溫度變高而被逐漸積累的碳堵塞。
由于向具有上述結構的缸內噴射器110供應的燃料壓力非常高(約為 13Mpa)，所以在開啟和關閉閥的時候會產生較大的噪音或振動。盡管在 發動機10的載荷和速度較高的區縛中，這樣的噪音或振動可能不會被裝 有發動機10的車輛上的乘客聽到，但是在發動機10的載荷和速度較低的 區域中，噪音和/或振動可能被乘客感知。在此情況下，發動機ECU 300 (作為本實施例的內燃機控制設備)具有發動機10的怠速區域，在怠速 狀態下，該怠速區域被劃分為起動后快速怠速區域、冷機怠速區域、暖機 怠速區域和高溫怠速區域，以便實施不同的控制。下面將參考圖6對這樣 的控制進行說明。
如圖6所示，在起動后快速怠速區域，在壓縮沖程從缸內噴射器110 將高壓(2—13MPa)燃料噴射到氣缸中，另外，在進氣沖程從進氣歧管噴 射器120將燃料噴射到進氣導管中。因此，通過進氣歧管噴射器120在燃 燒室中形成了整體上具有稀的空燃比的均勻空氣燃料混合物，而通過缸內 噴射器110在火花塞附近形成了濃的空燃比的分層空氣燃料混合物。此 外，通過使火花塞的點火正時顯著延遲(例如，ATDC 15°)并提高排氣溫 度，可以使催化劑從起動開始迅速受到預熱。
在冷機怠速區域，發動機10的溫度較低，使得燃料霧化狀態不佳。 由于在怠速區域燃料噴射量較小，所以燃燒穩定性容易變差。在燃燒穩定 性不佳的這種冷機怠速區域，在進氣沖程期間從進氣歧管噴射器120噴射 處于饋送壓力(低壓約0.3MPa)的燃料。與在壓縮沖程期間由缸內噴射 器110進行噴射相比，由于從燃料噴射直到點火經過的時間長度較長，所
以所噴出的燃料的霧化狀態可以改善。由此可以避免燃燒變差。
在暖機怠速區域，發動機10的溫度較高，造成了易于在缸內噴射器 110的燃料噴射孔處產生沉積物的可能性。在此情況下，至少從缸內噴射 器110將處于饋送壓力(低壓)的燃料噴射到氣缸中。通過以饋送壓力噴 射燃料，可以降低缸內噴射器110的噴射孔處的溫度，以免產生沉積物。
在高溫怠速狀態下，發動機10的溫度比暖機狀態下更高。更可能在 缸內噴射器110的噴射孔處產生沉積物。因此，從缸內噴射器110將高壓 燃料噴射到氣缸中。因此，可以由高壓燃料沖去缸內噴射器110的噴射孔 處產生的沉積物。
在冷機怠速區域和暖機怠速區域，將高壓燃料泵1200停止(占空比 DT=0%)，并由饋送泵1100將約為0.3MPa的低壓燃料供應到缸內噴射 器IIO。因此，由于停止了高壓燃料泵1200而降低了操作噪音。注意，也 可以用減小高壓燃料泵1200的排放壓力(占空比DT —0)代替停止高壓 燃料泵1200 (占空比DT二OX)。
下面將參考圖7和圖8，對冷機怠速區域和暖機怠速區域中缸內噴射 器UO與進氣歧管噴射器120之間的燃料噴射比(共同參與比率)進行說 明。
圖7示出了在暖機怠速狀態下只從缸內噴射器110以饋送壓力(低 壓)噴射燃料時，發動機冷卻劑溫度與噴射比之間的關系，發動機冷卻劑 溫度表示了發動機10溫度。
該設定被設置成使缸內噴射器110的噴射比隨著發動機冷卻劑溫度升 高而增大。隨著發動機10的溫度升高，盡管燃燒穩定性提高了，但是缸 內噴射器110的噴射孔處產生沉積物的可能性也升高了。因此，即使缸內 噴射器110的噴射比隨著發動機10的溫度升高而增大，也可以減小缸內 噴射器110的噴射孔溫度，以在保持燃燒穩定性的同時避免產生沉積物。 由此，可以既獲得良好的燃燒穩定性又抑制沉積物的產生。
圖8示出了在暖機怠速狀態下缸內噴射器110與進氣歧管噴射器120 以饋送壓力(低壓)共同參與燃料噴射時，發動機冷卻劑溫度與噴射比之 間的關系，發動機冷卻劑溫度表示了發動機10的溫度。盡管該設定被設置成使得缸內噴射器110的噴射比隨著發動機冷卻劑 的溫度升高而增大，但是與圖7的操作不同，燃料在暖機怠速區域中也從 進氣歧管噴射器120進行噴射。因此，可以通過從進氣歧管噴射器120噴 射的燃料獲得均勻的空氣燃料混合物以進一步提高燃燒穩定性。由于隨著
發動機10的溫度升高而提高了缸內噴射器110的噴射比，所以可以減小 缸內噴射器110噴射孔處的溫度以免產生沉積物。由此，可以既獲得良好
的燃燒穩定性又防止沉積物的產生。
下面將參考圖9對發動機ECU 300 (作為本實施例的控制設備)執行 的控制程序進行說明。圖9的程序基于這樣的假定，即發動機10的操作
區域處于下述任一個區域冷機怠速區域、暖機怠速區域、或者從冷機怠
速區域向圖7或圖8所示暖機怠速區域過渡的過渡區域。圖9的流程圖以 預定的時間周期(例如100ms)重復執行。注意，上述過渡區域也可以包 括在暖機區域中。
在步驟(下文中，"步驟"將簡寫為"S" ) 100，發動機ECU 300根 據來自發動機10的速度傳感器460的信號來檢測發動機速度NE。在 SllO，發動機ECU 300根據來自油門踏板傳感器440的信號檢測發動機 10的載荷因子。不必單獨根據油門踏板10的踏板位置來確定發動機10的 載荷因子。
在S115，發動機ECU 300根據來自冷卻劑溫度傳感器380的信號， 對代表了發動機IO溫度的發動機冷卻劑溫度進行檢測。發動機IO的溫度 不限于由發動機冷卻劑溫度所代表的情況。
在S120，發動機ECU 300根據所檢測到的發動機速度NE、載荷因 子、對照圖等，判定發動機10的當前操作區域是否在怠速區域中。當作 出發動機10的當前操作區域在怠速區域中的判定時(S120為是)，控制 前進到S130;否則(S120為否)，控制前進到S180。
在S130，發動機ECU 300判定發動機10的當前操作區域處于冷機怠 速區域、暖機怠速區域、還是從冷機怠速區域向暖機怠速區域的過渡區 域。判定是根據圖7或圖8的對照圖來作出的。當作出操作區域處于冷機 怠速區域的判定時(S130為冷機)，控制前進到S140。當作出操作區域
處于過渡區域的判定時(S130為過渡)，控制前進到S150。當作出操作
區域處于暖機怠速區域的判定時(S130為暖機)，控制前進到S160。
在S140，發動機ECU 300使燃料只從進氣歧管噴射器120進行噴 射，將缸內噴射器110與進氣歧管噴射器之間的燃料噴射比(下文中稱為 直接噴射比(DI比)r)設定為O。隨后，控制前進到S170。
在S150,發動機ECU 300使燃料從缸內噴射器110和進氣歧管噴射 器120進行噴射，將噴射比DI (即缸內噴射器IIO與進氣歧管噴射器120 之間的燃料噴射比)設定為0<1<1。隨后，控制前進到S170。
在S160，發動機ECU 300使燃料只從缸內噴射器IIO噴射，將DI比 r設定為l。這對應于圖7。此時，發動機ECU 300也可以使燃料從缸內噴 射器110和進氣歧管噴射器120噴射，將DI比r設定為0<r<l (在r〉0.5 的條件下)。這對應于圖8。隨后，控制前進到S170。
在S170，發動機ECU 300輸出使高壓燃料泵1200停止的指令信號。 具體地說，輸出與電磁溢流閥1202的占空比DT為0%對應的控制信號。 因此，向缸內噴射器UO發送由饋送泵1100加壓到約0.3MPa的燃料。
在S180，發動機ECU 300執行除了怠速區域之外的正常操作區域的 控制。
下面將根據上述構造和流程圖來說明發動機ECU 300控制下的發動機 IO的操作，ECU300可以作為本實施例的控制設備。
當檢測到發動機速度NE、發動機載荷因子以及發動機冷卻劑溫度 (SIOO、 S110和S115)、并且發動機10的當前操作區域處于怠速區域 (S120為是)時，對當前操作區域處于冷機怠速區域、暖機怠速區域還是 從冷機怠速狀態到暖機怠速狀態的過渡區域進行判定(S130)。
當操作區域處于圖7或圖8所示冷機怠速區域時(S130為冷機)，設 定被設置成使得只從進氣歧管噴射器120噴射燃料(S140)。當操作區域 處于暖機怠速區域時(S130為暖機)，設定被設置成使得從缸內噴射器 IIO和進氣歧管噴射器120噴射燃料(S160)。
在當前操作區域處于過渡區域時(S130為過渡)，設定被設置成使得 從缸內噴射器和進氣歧管噴射器120噴射燃料(0<r<l) (S150)。輸出使高壓燃料泵1200停止的指令信號(占空比DT = 0%) (S170)，從而使高壓燃料泵1200的操作停止。此時，向缸內噴射器IIO 供應由饋送泵IIOO加壓到約0.3MPa的低壓燃料。注意，也可以用減小來 自高壓燃料泵1200的燃料排放壓力來代替停止高壓燃料泵1200。
因此，由于在冷機怠速區域、暖機怠速區域以及它們的過渡區域中， 停止了高壓燃料泵1200或者減小了其排放壓力，所以減小了高壓燃料泵 1200的操作噪音。
即使在發動機操作區域處于怠速區域的情況下，也至少根據冷機怠速 區域與暖機怠速區域的劃分，對高壓燃料泵的驅動和掛起以及缸內噴射器 與進氣歧管噴射器之間的噴射比進行了控制。在冷機怠速區域，對燃燒穩 定性的考慮比抑制钚積物產生更優先，所以只從進氣歧管噴射器噴射燃料 以實現燃燒穩定。在暖機怠速區域，較不容易發生燃燒穩定性問題，優先 考慮抑制缸內噴射器的噴射孔處產生沉積物，于是停止高壓燃料泵的操 作，使得從缸內噴射器將經過饋送泵加壓的燃料噴射到氣缸中(或者也從 進氣歧管噴射器進行噴射)。因此，可以減小操作噪音，并可以防止缸內 噴射器的噴射孔處產生沉積物。
<第二實施例>
下文中將對發動機ECU 300控制下的發動機系統進行說明，發動機 ECU 300作為根據本發明第二實施例的內燃機控制設備。第二實施例的發 動機ECU 300執行與前述第一實施例部分不同的程序。其余硬件構造(見 圖1一8)類似于第一實施例。因此，這里將不再進行重復說明。
在過渡怠速區域或暖機怠速區域，從操作高壓燃料泵1200以從缸內 噴射器110供應高壓燃料的狀態切換到從缸內噴射器110噴射低壓燃料的 狀態時，第二實施例的發動機ECU 300執行不同的控制。
下面將參考圖10對第二實施例的發動機ECU 300所執行的控制程序 進行說明。在圖10的流程圖中，與圖9中類似的那些步驟標有相同的步 驟標號。它們的內容也相同。因此這里將不再重復其詳細說明。圖10的 流程圖以預定的時間周期(例如100ms)重復執行。
在S200，發動機ECU 300判定發動機冷卻劑溫度是否至少在預定閾
值(例如圖7或圖8所示的60°C)。當發動機冷卻劑溫度至少在該預定閾
值時(S200為是)，控制前進到S210;否則(S200為否)，控制前進到 S140。
在S210，發動機300對設定進行設置，以便切換到只由缸內噴射器 110以饋送壓力進行的燃料噴射，或者由缸內噴射器110和進氣歧管噴射 器120以饋送壓力進行的燃料噴射。
在S220，發動機ECU 300判定S210進行的切換是否已完成。例如， 根據高壓發送管1110中的燃料壓力是否已經低到約等于饋送壓力，來作 出這種判斷。當切換已完成時(S220為是)，控制前進到S250;否則 (S250為否)，控制前進到S230。
在S230，發動機ECU 300獲取壓力差AP，該壓力差是高壓發送管 1110中的壓力與饋送壓力之間的差，高壓發送管1110中的壓力由壓力傳 感器400檢測。
在S240，發動機ECU 300對從S230獲取的壓力差AP己經收斂到小于 預定閾值的時刻起是否己經經過了預定時間進行判定。在從壓力差AP收斂 到小于低于預定閾值的時刻起已然經過了預定時間的情況下(S240為 是)，控制前進到S250;否則(S240為否)，控制前進到S260。
在S250，發動機ECU 300根據對照圖(例如圖7或圖8所示對照 圖)執行燃料噴射控制。此時，供給缸內噴射器110的燃料壓力己經跟饋 送壓力一樣低。
在S260，發動機ECU 300保持從缸內噴射器110噴射的燃料量固定 在針對每種型號的缸內噴射器110所確定的最小量，并把從進氣歧管噴射 器120噴射的燃料量設定為與所需噴射量減去從缸內噴射器110噴射的最 小燃料量的差相對應的偏差量。
下面將根據上述構造和流程圖，對發動機ECU控制下的發動機10的 操作進行說明，所述發動機ECU可以作為第二實施例的控制設備。假定 從高壓燃料泵1200供給缸內噴射器110的燃料壓力增大到約13MPa。
在檢測到發動機速度NE、發動機載荷因子以及發動機冷卻劑溫度 (SIOO、 S110和S115)、發動機IO的當前操作區域處于怠速區域(S120為是)、并且發動機10的冷卻劑溫度至少為預定閾值(S200為是)時， 在僅從缸內噴射器110以饋送壓力噴射燃料以及以饋送壓力共同參與噴射
(由缸內噴射器110和進氣歧管噴射器120進行的燃料噴射)之間實施切 換(S210)。
在該切換完成之前(S220為否)，不實施根據對照圖進行的燃料噴射 控制。換句話說，即使輸出了與電磁溢流閥1202的占空比DT為0%對應 的、表示高壓燃料泵1200停止指令信號的控制信號，也不會立即減小來 自高壓燃料泵1200的排放壓力，使得高壓發送管1110的燃料壓力不會立 即下降。因此，高壓發送管1110中的燃料壓力在一段時間內保持較高水 平。在這段時間內，向缸內噴射器IIO供給高壓燃料。即使燃料噴射時間 恒定，向缸內噴射器110供應燃料的這種壓力逐漸降低也會造成不同循環 之間的燃料噴射量不同。由此，不同循環之間的空燃比(A/F)會改變， 造成排放情況和可驅動性變差。
為了避免這種變差情況發生，在完成切換之前(S220為否)，獲取高 壓發送管1110中的燃料壓力與饋送壓力之間的壓力差AP。在已經過了從 壓力差AP收斂到小于預定閾值的時刻起算的預定時間之前(S240為 否)，把從缸內噴射器IIO噴射的燃料量保持在針對缸內噴射器110的最 小量(根據缸內噴射器IIO的固有特性來確定，在缸內噴射器110的閥開 啟時間與燃料噴射量之間建立了線性關系的情況下是最小噴射量)水平。 因此，即使對于各個周期，供給缸內噴射器110的燃料壓力發生了變化， 空燃比也不會變化，因為從缸內噴射器110噴射的燃料量被固定在最小的 水平。注意，由于缸內噴射器110的噴射量保持在最小量的水平，所以可 能不滿足所需的噴射量。因此，從進氣歧管噴射器120噴射不足量(二所
需噴射量一最小噴射量)，以獲得發動機io所需的功率。
因此，當發動機操作區域處于怠速區域、并且狀態從由缸內噴射器噴 射高壓燃料的狀態向以饋送壓力噴射燃料的狀態改變時，將缸內噴射器噴 射的燃料量固定在最小量，直到高壓發送管中的燃料壓力達到饋送友愛拉 附近為止。由于即使在對于各個循環向缸內噴射器供給的燃料壓力減小這 樣的情況下也抑制了空燃比變化，所以防止了排放性能和可驅動性變差。
此外，由于停止了高壓燃料泵并從缸內噴射器向氣缸內噴射(或者也從進 氣歧管噴射器噴射)經過饋送泵加壓的燃料，所以可以減小處于怠速區域 時高壓燃料系統造成的操作噪音。
在上述第一和第二實施例中，通過使高壓燃料泵1200掛起(占空比
DT為0。Z)來減小操作噪音。也可以通過下述的另一種方式來減小操作噪 音。由于高壓燃料泵1200產生操作噪音反映了電磁溢流閥1202的關閉， 所以可以通過降低電磁溢流閥1202的關閉頻率(減小閥的關閉次數)來 減小高壓燃料泵100的操作噪音。在此情況下，來自高壓燃料泵1200的 排放壓力比正常情況下要低。
<適于采用這種控制設備的發動機(1) >
下面將對適于應用本實施例的控制設備的發動機(1)進行說.明。 參考圖11和圖12，現在將對表示缸內噴射器IIO與進氣歧管噴射器
120之間燃料噴射比(下文中也稱為DI比(r))的對照圖進行說明，這
些對照圖可以作為與發動機10的操作狀態有關的信息。這些對照圖儲存
在發動機ECU 300的ROM 320中。
圖11是針對發動機10暖機狀態的對照圖，圖12是針對發動機10冷
機狀態的對照圖。
在圖11和圖12的對照圖中，缸內噴射器110的燃料噴射比以百分比 形式表示為DI比r，其中，發動機10的發動機速度沿橫坐標軸繪出，載 荷因子沿縱坐標軸繪出。
如圖11和圖12所示，針對由發動機IO的發動機速度和載荷因子確定 的每個操作區域設定DI比r。 "DI比r=100%"表示只從缸內噴射器110 執行燃料噴射的區域，"DI比r=0%"表示只從進氣歧管噴射器120執行 燃料噴射的區域。"DI比r^0" 、 "DI比r^l00%"和"0%<DI比 r<100%"各自表示缸內噴射器110和進氣歧管噴射器120公共參與燃料噴 射的區域。通常，缸內噴射器110有助于提高動力性能，而進氣歧管噴射 器120有助于空氣燃料混合物的均勻性。根據發動機10的發動機速度和 載荷因子來適當選擇這兩種具有不同特性的噴射器，從而在發動機10的 正常操作狀態下只進行均勻燃燒(例如，怠速期間的催化劑預熱狀態是異
常操作狀態的一種示例)。
此外，如圖11和圖12所示，在針對發動機暖機狀態和冷機狀態的對
照圖中單獨限定缸內噴射器110與進氣歧管噴射器120的DI比r。這些對 照圖設置成表示了隨著發動機10的溫度改變，缸內噴射器110和進氣歧 管噴射器120的不同控制區域。當檢測到的發動機10溫度等于或高于預 定溫度閾值時，選用圖11所示針對暖機狀態的對照圖；否則，選用圖12 所示針對冷機狀態的對照圖。根據所選擇的對照圖，基于發動機10的發 動機速度和載荷因子來控制缸內噴射器100和/或進氣歧管噴射器120。
現在將對圖11和圖12設定的發動機IO的發動機速度和載荷因子進行 說明。在圖11中，NE (1)設定為2500rpm到2700rpm， KL (1)設定為 30%到50%， KL (2)設定為60%到90%。在圖12中，NE (3)設定為 2900rpm至ij 3100rpm。艮口， NE (1) <NE (3)。圖11中的NE (2)以及 圖12中的KL (3)和KL (4)也根據需要來設定。
圖11與圖12相比，圖12所示針對冷機狀態的對照圖中的NE (3) 大于圖11所示針對暖機狀態的對照圖中的NE (1)。這表明，隨著發動 機10的溫度降低，進氣歧管噴射器120的控制區域擴展到包括了更高發 動機速度的區域。即，在發動機10處于冷機狀態的情況下，缸內噴射器 110的噴射孔中不容易積累沉積物(即使未從缸內噴射器110噴射燃 料)。因此，可以將使用進氣歧管噴射器120執行燃料噴射的區域擴展， 從而提高均勻性。
圖11與圖12相比，在針對暖機狀態的對照圖中發動機IO的發動機速 度為NE (1)或更高的區域中，以及針對冷機狀態的對照圖中發動機速度 為NE (3)或更高的區域中，"DI比r=100%"。對于載荷因子，在針 對暖機狀態的對照圖中載荷因子為KL (2)或更高的區域中，以及針對冷 機狀態的對照圖中載荷因子為KL (4)或更高的區域中，"DI比r=100
。這意味著在預定的高發動機速度區域中以及預定的高發動機載荷區 域中只使用缸內噴射器110。即，在高速區域或高載荷區域，即使只用缸 內噴射器110來執行燃料噴射，由于發動機10的發動機速度和載荷因子 較高，也確保了足夠的進氣量，使得只使用缸內噴射器IIO也可以容易地
獲得均勻的空氣燃料混合物。由此，從缸內噴射器iio噴射的燃料在燃燒
室內霧化，涉及到汽化潛熱(即從燃燒室吸收熱量)。這樣，在壓縮末 期，空氣燃料混合物的溫度降低，從而改善了抗爆震性能。此外，由于降 低了燃燒室內的溫度，所以提高了進氣效率，得到較高的功率輸出。
在圖11中針對暖機狀態的對照圖中，當載荷因子為KL (1)或更小
時，只使用缸內噴射器iio執行燃料噴射。這表明，當發動機10的溫度 較高時，在預定的低載荷區域中只使用缸內噴射器110。當發動機10處于 暖機狀態時，缸內噴射器uo的噴射孔中容易積累沉積物。但是，在只使 用缸內噴射器110執行燃料噴射時，可以降低噴射孔的溫度，在此情況下 防止了沉積物積累。此外，還可以防止缸內噴射器110堵塞，同時確保其
最小燃料噴射量。因此，在有關區域中只使用缸內噴射舉iio。
圖11與圖12相比，只有圖12針對冷機狀態的對照圖中才存在"DI 比r=0%"的區域。這表明，當發動機10的溫度較低時，在預定的低載 荷區域(KL (3)或更小)中只使用進氣歧管噴射器120執行燃料噴射。 當發動機10處于冷機狀態、載荷較低且進氣量較小時，不容易發生燃料 霧化。在這樣的區域，難以通過來自缸內噴射器110的燃料噴射確保良好 的燃燒。此外，特別是在低載荷且低速的區域中，使用缸內噴射器110獲 得的高輸出不是必須的。因此，在有關區域中，只使用進氣歧管噴射器 i20執行燃料噴射，而不使用缸內噴射器110。
此外，在除了正常操作的操作中，即，在發動機IO怠速期間的催化 劑預熱狀態(異常操作狀態)下，對缸內噴射器110進行控制以執行分層 充氣燃燒。通過只在催化劑預熱操作期間造成分層充氣燃燒，可以促進催 化劑預熱，從而改善廢氣排放。
<適于采用這種控制設備的發動機(2)〉
下面將對適于應用本實施例的控制設備的發動機(2)進行說明。在 對發動機(2)的下述說明中，與發動機(1)類似的那些構造將不再重 復。
下面將參考圖13和圖14對表示缸內噴射器110與進氣歧管噴射器 120之間燃料噴射比的對照圖進行說明，這些對照圖可以作為與發動機10的操作狀態有關的信息。這些對照圖儲存在發動機ECU 300的ROM 320 中。圖13是針對發動機IO暖機狀態的對照圖，圖14是針對發動機10冷 機狀態的對照圖。
圖13和圖14與圖11和圖12在下列地方不同。在針對暖機狀態的對 照圖中發動機10的發動機速度等于或高于NE (1)的區域中、以及針對 冷機狀態的對照圖中發動機速度為NE (3)或更高的區域中，仍然保持 "DI比r=100%"。此外，在針對暖機狀態的對照圖中載荷因子為KL (2)或更高的區域中除了低速區域外、以及針對冷機狀態的對照圖中載 荷因子為KL (4)或更高的區域中除了低速區域外，仍然保持"DI比r= 100%"。這意味著在發動機速度處于預定高水平的區域中只使用缸內噴 射器110執行燃料噴射，并且在發動機載荷處于預定高水平的區域中經常 只使用缸內噴射器110執行燃料噴射。但是，在低速高載荷區域，從缸內 噴射器110噴射的燃料產生的空氣燃料混合物混合較差，燃燒室內這種不 均勻的空氣燃料混合物可能造成不穩定燃燒。因此，在不太容易發生這種 問題的情況下，要隨著發動機速度的增大而增大缸內噴射器110的燃料噴 射比，而在容易發生這種問題的情況下隨著發動機載荷的增大而減小缸內 噴射器110的燃料噴射比。DI比r的這種改變由圖11和圖12中的十字箭 頭表示。由此可以抑制可由不穩定燃燒引起的發動機輸出轉矩變化。注 意，這些措施大體上等價于下述措施隨著發動機的狀態向預定低速區域 移動而減小缸內噴射器110的燃料噴射比，或者隨著發動機的狀態向預定 低載荷區域移動而增大缸內噴射器110的燃料噴射比。此外，除了上述區 域(由圖11和圖12中的十字箭頭表示)夕卜，在只使用缸內噴射器110執 行燃料噴射的區域中(在高速側以及低載荷側)，即使在只使甩缸內噴射 器110執行燃料噴射時也能容易地獲得均勻的空氣燃料混合物。在此情況 下，從缸內噴射器110噴射的燃料在燃燒室內霧化，涉及到汽化潛熱(通 過從燃燒室吸收熱量)。因此，在壓縮末期，空氣燃料混合物的溫度降 低，從而改善了抗爆震性能。此外，通過降低燃燒室溫度，改善了進氣效 率，造成了較高的功率輸出。
在結合圖11一14所述的發動機10中，通過將缸內噴射器110的燃料噴射正時設定在進氣沖程中來實現均勻燃燒，而通過將其設定在壓縮沖程 中來實現分層充氣燃燒。即，在將缸內噴射器110的燃料噴射正時設定在 壓縮沖程中時，火花塞附近的局部位置可以有濃的空氣燃料混合物，從而 對燃燒室中整體而言為稀的空氣燃料混合物進行點火，以實現分層充氣燃 燒。即使將缸內噴射器110的燃料噴射正時設定在進氣沖程中，如果火花 塞附近的局部位置可以有濃的空氣燃料混合物，則也可以實現分層充氣燃
燒o
這里所用的"分層充氣燃燒"既包括分層充氣燃燒也包括半分層充氣
燃燒。在半分層充氣燃燒中，進氣歧管噴射器120在進氣沖程中噴射燃 料，在整個燃燒室中產生整體而言為稀的均勻空氣燃料混合物；然后缸內 噴射器110在壓縮沖程中噴射燃料，在火花塞附近產生濃的空氣燃料混合 物，從而改善燃燒狀態。由于下述原因，在催化劑預熱操作中優選采用這 種半分層充氣燃燒。在催化劑預熱操作中，必須大大延遲點火正時并維持 良好的燃燒狀態(怠速狀態)，以使高溫燃燒氣體到達催化劑。此外，還 需要供應一定量的燃料。如果采用分層充氣燃燒來滿足這些需求，則燃料 量會不足。采用均勻燃燒時，與分層充氣燃燒的情況相比，用于維持良好 燃燒的延遲量較小。由于這些原因，盡管可以采用分層充氣燃燒以及半分 層充氣燃燒中的任何一種，但催化劑預熱操作中優選采用上述半分層充氣 燃燒。
此外，在結合圖11一14所述的發動機中，由于下述原因，缸內噴射 器110的燃料噴射正時優選地設定在進氣沖程中。注意，對于基本區域中 的大部分(這里，基本區域指除了執行半分層充氣燃燒的區域之外的區 域，所述半分層充氣燃燒只在催化劑預熱狀態中執行并且通過在進氣沖程 中從進氣歧管噴射器120噴射燃料并在壓縮沖程中從缸內噴射器110噴射 燃料來執行)，缸內噴射器110的燃料噴射正時設定在進氣沖程中。但 是，由于下述原因，出于使燃燒穩定的目的，缸內噴射器110的燃料噴射 正時也可以臨時地設定在壓縮沖程中。
當缸內噴射器110的燃料噴射正時被設定在壓縮沖程中時，在缸內溫 度較高的時間段中，空氣燃料混合物被所噴射的燃料冷卻。這改善了冷卻
效果并從而改善了抗爆震性能。此外，當缸內噴射器110的燃料噴射正時 被設定在壓縮沖程中時，從燃料噴射到點火所經過的時間較短，從而可以 通過霧化增強空氣流，造成燃燒率提高。抗爆震性能的改善和燃燒率的提 高可以防止燃燒情況變化，從而改善了燃燒穩定性。
此外，無論發動機溫度如何(即無論處于暖機狀態還是冷機狀態)，
都可以在怠速關閉(idle-off)模式(當怠速開關關閉時，當油門踏板被壓 下時)期間采用圖11或圖13所示暖機狀態對照圖。換句話說，無論處于
冷機狀態還是暖機狀態，在低載荷區域都使用缸內噴射器iio。
應當明白，這里所公開的實施例在任何方面都是示意性而非限制性 的。本發明的范圍由權利要求項來限定，而不是由上述說明來限定，并且 應當包括權利要求范圍內及其等同含義內的任何改變。
權利要求
1.一種內燃機控制設備，所述內燃機包括從燃料箱向燃料噴射機構供應低壓燃料的低壓泵和供應高壓燃料的高壓泵，所述內燃機包括將燃料噴射到氣缸中的第一燃料噴射機構和將燃料噴射到進氣歧管中的第二燃料噴射機構，所述控制設備包括判定單元，對所述內燃機的操作狀態是否處于怠速狀態進行判定；和控制單元，對所述內燃機進行控制，其中，所述控制單元根據所述怠速狀態屬于兩個或更多個預定怠速狀態中的哪一種，來控制所述低壓泵、所述高壓泵和所述燃料噴射機構，所述兩個或更多個預定怠速狀態取決于所述內燃機的溫度。
2. 根據權利要求1所述的內燃機控制設備，其中，燃料可以從所述高 壓泵和所述低壓泵向所述第一燃料噴射機構供應，并且其中，當作出所述操作狀態處于所述怠速狀態的判定時，所述控制單 元實施下述控制中任意一種控制使所述高壓泵停止的控制、使來自所述 高壓泵的排放壓力減小的控制，并且在處于冷機怠速狀態時，實施使燃料從所述第二燃料噴射機構噴射的 控制。
3. 根據權利要求1所述的內燃機控制設備，其中，燃料可以從所述高 壓泵和所述低壓泵向所述第一燃料噴射機構供應，其中，當作出所述操作狀態處于所述怠速區域的判定時，所述控制單 元實施下述控制中任意一種控制使所述高壓泵停止的控制、使來自所述 高壓泵的排放壓力減小的控制，并且在處于暖機怠速狀態時，實施下述控制中的任意一種控制使燃料從 所述第一燃料噴射機構噴射的控制、使燃料從所述第一燃料噴射機構和所 述第二燃料噴射機構噴射的控制。
4. 根據權利要求3所述的內燃機控制設備，其中，在所述暖機怠速狀 態下使燃料從所述第一燃料噴射機構和所述第二燃料噴射機構噴射時，所 述控制單元實施使所述第一燃料噴射機構的燃料噴射比率隨著所述內燃機的溫度升高而增高的控制。
5. 根據權利要求3所述的內燃機控制設備，其中，所述控制單元還包 括噴射控制單元，所述噴射控制單元實施控制，使得在所述暖機怠速狀態 下燃料從所述第一燃料噴射機構噴射時，從所述第一燃料噴射機構噴射最 小燃料量并從所述第二燃料噴射機構噴射與需求噴射量存在差異的量，直 到向所述第一燃料噴射機構供應的燃料壓力變得小于預定壓力為止。
6. 根據權利要求3所述的內燃機控制設備，其中，所述控制單元實施 控制，使得當處于在溫度方面比所述暖機怠速狀態高出至少預定溫度的高 溫怠速狀態時，向所述第一燃料噴射機構供應由所述高壓泵增壓的燃料并 從所述第一燃料噴射機構噴射燃料。
7. —種內燃機控制設備，所述內燃機包括從燃料箱向燃料噴射機構供應低壓燃料的低壓泵和供應高壓燃料的高壓泵，所述內燃機包括將燃料噴 射到氣缸中的第一燃料噴射機構和將燃料噴射到進氣歧管中的第二燃料噴 射機構，并且可以從所述高壓泵和所述低壓泵向所述第一燃料噴射機構供應燃料，所述控制設備包括判定單元，對所述內燃機的操作狀態是否處于怠速狀態進行判定；和控制單元，對所述內燃機進行控制，其中，所述控制單元根據所述怠速狀態屬于兩個或更多個預定怠速狀 態中的哪一種，來控制所述低壓泵、所述高壓泵和所述燃料噴射機構，所 述兩個或更多個預定怠速狀態取決于所述內燃機的溫度，在作出所述操作狀態處于所述怠速狀態的判定時，實施下述控制中任意一種控制使所述高壓泵停止的控制、使來自所述高壓泵的排放壓力減 小的控制，在處于冷機怠速狀態時，實施使燃料從所述第二燃料噴射機構噴射的 控制，并且在處于暖機怠速狀態時，實施下述控制中任意一種控制使燃料從所 述第一燃料噴射機構噴射的控制、使燃料從所述第一燃料噴射機構和所述 第二燃料噴射機構噴射的控制。
8. 根據權利要求l一7中任意一項所述的內燃機控制設備，其中，所述第一燃料噴射機構是缸內噴射器，并且 所述第二燃料噴射機構是進氣歧管噴射器。
9. 一種內燃機控制設備，所述內燃機包括從燃料箱向燃料噴射機構供 應低壓燃料的低壓泵和供應高壓燃料的高壓泵，所述內燃機包括將燃料噴 射到氣缸中的第一燃料噴射機構和將燃料噴射到進氣歧管中的第二燃料噴 射機構，所述控制設備包括判定裝置，用于對所述內燃機的操作狀態是否處于怠速狀態進行判 定；和控制裝置，用于對所述內燃機進行控制，其中，所述控制裝置包括下述裝置所述裝置用于根據所述怠速狀態 屬于兩個或更多個預定怠速狀態中的哪一種，來控制所述低壓泵、所述高 壓泵和所述燃料噴射機構，所述兩個或更多個預定怠速狀態取決于所述內 燃機的溫度。
10. 根據權利要求9所述的內燃機控制設備，其中，可以從所述高壓 泵和所述低壓泵向所述第一燃料噴射機構供應燃料，并且其中，所述控制裝置包括用于在作出所述操作狀態處于所述怠速狀態的判定時實施下述控制中 任意一種控制的裝置使所述高壓泵停止的控制、使來自所述高壓泵的排 放壓力減小的控制，以及用于在處于冷機怠速狀態時實施使燃料從所述第二燃料噴射機構噴射 的控制的裝置。
11. 根據權利要求9所述的內燃機控制設備，其中，燃料可以從所述 高壓泵和所述低壓泵向所述第一燃料噴射機構供應，其中，所述控制裝置包括用于在作出所述操作狀態處于所述怠速區域的判定時實施下述控制中 任意一種控制的裝置使所述高壓泵停止的控制、使來自所述高壓泵的排 放壓力減小的控制，以及用于在處于暖機怠速狀態時實施下述控制中的任意一種控制的裝置 使燃料從所述第一燃料噴射機構噴射的控制、使燃料從所述第一燃料噴射機構和所述第二燃料噴射機構噴射的控制。
12. 根據權利要求11所述的內燃機控制設備，其中，所述控制裝置包 括下述裝置在所述暖機怠速狀態下使燃料從所述第一燃料噴射機構和所 述第二燃料噴射機構噴射時，所述裝置用于實施使所述第一燃料噴射機構 的燃料噴射比隨著所述內燃機的溫度升高而增高的控制。
13. 根據權利要求11所述的內燃機控制設備，其中，所述控制裝置還 包括噴射控制裝置，所述噴射控制裝置用于實施控制，使得在所述暖機怠 速狀態下燃料從所述第一燃料噴射機構噴射時，從所述第一燃料噴射機構 噴射最小燃料量并從所述第二燃料噴射機構噴射與需求噴射量存在差異的 量，直到向所述第一燃料噴射機構供應的燃料壓力變得小于預定壓力為止。 .
14. 根據權利要求11所述的內燃機控制設備，其中，所述控制裝置包括用于實施控制的裝置，使得當處于在溫度方面比所述暖機怠速狀態高出 至少預定溫度的高溫怠速狀態時，向所述第一燃料噴射機構供應由所述高 壓泵增壓的燃料并從所述第一燃料噴射機構噴射燃料。
15. —種內燃機控制設備，所述內燃機包括從燃料箱向燃料噴射機構 供應低壓燃料的低壓泵和供應高壓燃料的高壓泵，所述內燃機包括將燃料 噴射到氣缸中的第一燃料噴射機構和將燃料噴射到進氣歧管中的第二燃料 噴射機構，并且可以從所述高壓泵和所述低壓泵向所述第一燃料噴射機構 供應燃料，所述控制設備包括判定裝置，用于對所述內燃機的操作狀態是否處于怠速狀態進行判 定；禾口控制裝置，用于對所述內燃機進行控制， 其中，所述控制裝置包括用于根據所述怠速狀態屬于兩個或更多個預定怠速狀態中的哪一種來 控制所述低壓泵、所述高壓泵和所述燃料噴射機構的裝置，所述兩個或更 多個預定怠速狀態取決于所述內燃機的溫度，用于在作出所述操作狀態處于所述怠速狀態的判定時實施下述控制中任意一種控制的裝置使所述高壓泵停止的控制、使來自所述高壓泵的排放壓力減小的控制，用于在處于冷機怠速狀態時實施使燃料從所述第二燃料噴射機構噴射 的控制的裝置，以及用于在處于暖機怠速狀態時實施下述控制中任意一種控制的裝置使 燃料從所述第一燃料噴射機構噴射的控制、使燃料從所述第一燃料噴射機 構和所述第二燃料噴射機構噴射的控制。
16. 根據權利要求9一15中任意一項所述的內燃機控制設備，其中， 所述第一燃料噴射機構是缸內噴射器，并且 所述第二燃料噴射機構是進氣歧管噴射器。
17. —種內燃機控制設備，所述內燃機包括從燃料箱向燃料噴射機構 供應低壓燃料的低壓泵和供應高壓燃料的高壓泵，所述內燃機包括將燃料 噴射到氣缸中的第一燃料噴射機構和將燃料噴射到進氣歧管中的第二燃料 噴射機構，所述控制設備包括電子控制單元 其中，所述電子控制單元判定所述內燃機的操作狀態是否處于怠速狀態，并根據所述怠速狀態屬于兩個或更多個預定怠速狀態中的哪一種，來控 制所述低壓泵、所述高壓泵和所述燃料噴射機構，所述兩個或更多個預定 怠速狀態取決于所述內燃機的溫度。
18. —種內燃機控制設備，所述內燃機包括從燃料箱向燃料噴射機構 供應低壓燃料的低壓泵和供應高壓燃料的高壓泵，所述內燃機包括將燃料 噴射到氣缸中的第一燃料噴射機構和將燃料噴射到進氣歧管中的第二燃料 噴射機構，可以從所述高壓泵和所述低壓泵向所述第一燃料噴射機構供應 燃料，所述控制設備包括電子控制單元， 其中，所述電子控制單元判定所述內燃機的操作狀態是否處于怠速狀態，基于所述內燃機的溫度來判定所述怠速狀態屬于兩個或更多個預定怠 速狀態中的哪一種，在作出所述操作狀態處于怠速狀態的判定時，實施下述控制中任意一 種控制使所述高壓泵停止的控制、使來自所述高壓泵的排放壓力減小的 控制，在處于冷機怠速狀態時，實施使燃料從所述第二燃料噴射機構噴射的 控制，并且在處于暖機怠速狀態時，實施下述控制中任意一種控制使燃料從所 述第一燃料噴射機構噴射的控制、使燃料從所述第一燃料噴射機構和所述 第二燃料噴射機構噴射的控制。
全文摘要
發動機ECU執行包括下述步驟的程序檢測發動機速度(NE)、發動機載荷和發動機冷卻劑溫度(S100、S110和S115)；在作出處于怠速區域的判定時(S120為是)，對處于冷機怠速區域、過渡區域還是暖機怠速區域進行判定(S130)；在處于冷機怠速區域時只從進氣歧管噴射器噴射燃料(S150)；在處于過渡區域時，以饋送壓力從進氣歧管噴射器噴射燃料并從缸內噴射器噴射燃料(S150)；在處于暖機怠速區域時以饋送壓力從缸內噴射器噴射燃料(S160)。
文檔編號F02D41/08GK101208506SQ20068002304
公開日2008年6月25日 申請日期2006年6月26日 優先權日2005年6月30日
發明者大谷元希, 定金伸治, 藤岡和孝 申請人:豐田自動車株式會社