技术领域
[0001] 本
发明涉及内燃机的控制设备,更具体地说,涉及具有
气缸压
力传感器的火花点火型内燃机的控制设备。
背景技术
[0002] 日本
专利申请公开No.2009-74515(JP 2009-74515 A)公开了一种内燃机的控制设备,当起动
发动机时,其能确定
燃料的特性。当启动该发动机时,该控制设备形成发动机将不开始自发运转的少量空气-燃料混合物,然后,在压缩
上止点后的点火正时,使该混合物点火,以通过火花燃烧。关于该燃烧,控制设备计算每单位
质量的燃料产生的热量,并且在所计算的热产生量的
基础上,确定燃料的特性。
[0003] 然而,为了确保确定燃料特性时的良好
精度,要求控制设备准确地计算每单位质量的燃料产生的热量。然而,上述控制设备被设计为计算当发动机将不开始自发运转的少量燃料燃烧时产生的热量。因此,能假定当由压缩导致的
温度/压力上升影响的相对大时,控制设备不能准确地计算由燃料的燃烧产生的热量,因此,确定燃料的特性时的精度可能下降。
发明内容
[0004] 本发明提供火花点火型内燃机的控制设备,其能准确地确定目前由内燃机使用的燃料的特性。
[0005] 本发明的第一方面是一种用于火花点火型内燃机的控制设备,该控制设备包括:气缸内压力检测装置,用于检测内燃机的一个或多个气缸的气缸内压力;以及燃料特性确定装置,用于在内燃机开始启动后第一次执行火花点火的第一燃烧循环期间,通过使用气缸内压力检测装置,检测在开始压缩冲程后且在执行火花点火前由自点火引起的气缸内压力变化,并且用于基于气缸内压力变化,确定由内燃机使用的燃料的燃料特性。
[0006] 根据本发明的第一方面,在开始发动机的启动后第一次执行火花点火的第一燃烧循环期间,控制设备检测从开始压缩冲程到执行火花点火的时间段期间由自点火引起的气缸内压力变化。由自点火引起的气缸内压力变化与燃料特性具有关联。因此,根据本发明,变得可以在起动内燃机之前,在所检测的气缸内压力变化的基础上,确定燃料特性。
[0007] 在上述构造中,燃料特性确定装置可以包括用于获得气缸内压力变化的最大值的装置,并且可以基于最大值确定由内燃机使用的燃料的燃料特性。
[0008] 根据上述构造,在开始发动机的启动后的第一燃烧循环期间,由气缸内压力检测装置检测由自点火引起的气缸内压力变化,然后,获得气缸内压力变化的最大值(最大气缸内压力)。最大气缸内压力与燃料特性具有关联。因此,变得可以在起动内燃机之前,在所获得的最大气缸内压力的基础上,确定燃料特性。
[0009] 此外,在上述构造中,燃料特性确定装置可以包括用于获得气缸内压力变化的变化速率的装置,并且可以基于变化速率确定由内燃机使用的燃料的燃料特性。气缸内压力变化的变化速率可以是每单位
曲轴转
角的气缸内压力变化量(ΔP/ΔCA°)。
[0010] 此外,根据上述构造,在开始启动后第一次执行火花点火的第一燃烧循环期间,由气缸内压力检测装置检测由自点火引起的气缸内压力变化,然后,获得变化速率(气缸内压力变化速率)。气缸内压力变化速率与燃料特性有关联。因此,变得可以在起动内燃机前,在所获得的气缸内压力变化速率的基础上,确定燃料特性。
[0011] 此外,在上述构造中,气缸内压力检测装置可以是为作为一个或多个气缸中的一个气缸的特定气缸安装的气缸
压力传感器,并且控制设备可以进一步包括气缸选择装置,用于在特定气缸上执行第一燃烧循环。
[0012] 此外,根据上述构造,特定气缸配备有气缸压力传感器,并且执行气缸选择,使得在特定气缸上执行第一燃烧循环。因此,能检测第一燃烧循环中的气缸内压力变化,而不需要设置多个气缸压力传感器。
[0013] 此外,在上述构造中,控制设备可以进一步包括控制装置,用于执行用于增加第一燃烧循环中的压缩比的控制。用于执行用于增加第一燃烧循环中的压缩比的控制可以是增加节气
门的开度的控制,或延迟由
可变气门正时机构关闭进气门的关闭正时的正时延迟控制。
[0014] 根据上述构造,执行用于增加第一燃烧循环中的压缩比的控制。因此,能实现在第一燃烧循环中很可能发生自点火的条件,使得变得可以有效地增加确定燃料特性时的精度。
[0015] 此外,在上述构造中,控制设备可以进一步包括校正装置,用于通过使用内燃机的
冷却液温度或内燃机的气缸内空气量,校正由气缸内压力检测装置检测的气缸内压力变化。
[0016] 根据上述构造,通过使用冷却液温度和气缸内空气量中的一个,校正所检测的气缸内压力变化。自点火时的气缸内压力取决于冷却液温度和气缸内空气量而改变。因此,变得可以通过校正获得的取决于上述操作条件的气缸内压力变化,来有效地增加确定燃料特性时的精度。
[0017] 在上述构造中,燃料特性确定装置可以确定由内燃机使用的燃料的
辛烷值。
[0018] 根据上述构造,在所获得的气缸内压力变化的基础上,确定燃料的辛烷值。因此,在起动内燃机前,能有效地确定燃料的辛烷值。
[0019] 此外,在上述构造中,控制设备可以进一步包括
爆震抑制装置,用于如果由燃料特性确定装置确定的辛烷值低于预定基准值,则执行用于抑制爆震的发生的控制。
[0020] 根据上述构造,如果所确定的辛烷值低于预定标准值,则执行用于抑制爆震的发生的控制。因此,能有效地抑制爆震的发生。
[0021] 此外,在上述构造中,爆震抑制装置可以包括用于限制内燃机的输出的装置。
[0022] 根据上述构造,如果所确定的辛烷值低于预定标准值,则限制内燃机的输出。因此,能有效地避免爆震的发生。
[0023] 此外,在上述构造中,爆震抑制装置可以包括用于对用户产生警告的警告装置。
[0024] 根据上述构造,如果所确定的辛烷值低于预定标准值,则产生对用户的警告。因此,能将燃料的低辛烷值的问题等等有效地告知用户,因此,能避免爆震的发生。
[0025] 本发明的第二方面是一种用于火花点火型内燃机的控制方法,该方法包括步骤:在内燃机开始启动后第一次执行火花点火的第一燃烧循环期间,基于在开始压缩冲程后且在执行火花点火前由自点火引起的气缸内压力变化,确定由内燃机使用的燃料的燃料特性。
[0026] 根据第二方面,在开始发动机的启动后第一次执行火花点火的第一燃烧循环期间,在从开始压缩冲程到执行火花点火的时间段期间由自点火引起的气缸内压力变化的基础上,确定燃料的燃料特性。由自点火引起的气缸内压力变化与燃料特性具有关联。因此,变得可以在起动内燃机之前确定燃料特性。
附图说明
[0027] 在下文中,将参考附图,描述本发明的示例性
实施例的特征、优点和技术及工业重要性,其中,相同的数字表示相同的元件,并且其中:
[0028] 图1是用于描述本发明的第一实施例的系统构造的图;
[0029] 图2是示出在发动机起动时,配备有气缸压力传感器的气缸的气缸内压力和
发动机转速的时序图;
[0030] 图3是示出在预定操作条件下,气缸内压力变化的最大值Pmax与辛烷值(RON)之间的关系的图;
[0031] 图4A是示出最大值Pmax相对于气缸内空气量的变化趋势的图;
[0032] 图4B是示出最大值Pmax相对于发动机冷却液的变化趋势的图;
[0033] 图5是在本发明的第一实施例中执行的例程的
流程图;以及
[0034] 图6是在本发明的第二实施例中执行的例程的流程图。
具体实施方式
[0035] 在下文中,将参考附图,描述本发明的实施例。图中相同或比较元件由相同的参考符号表示,在下文中,将不再重复地描述。还应注意到下述
说明书将不限制本发明。
[0036] 第一实施例
[0037] [第一实施例的构造]
[0038] 图1是用于描述本发明的第一实施例的系统构造的图。如图1所示,根据本发明的系统包括内燃机(发动机)10。发动机10是配备有
增压器的火花点火型内燃机。在许多文献中公开了
增压器的构造,因此,在图中未示出。排气通道16与发动机10的排气侧连通。在排气通道16中,设置用于从废气移除污染物的废气排放控制催化剂18。废气排放控制催化剂18可以是诸如三元催化剂等等的已知催化剂。
[0039] 该实施例的系统还包括用于存储从外部供应的
汽油燃料的
燃料箱12。燃料管道14的一端连接到燃料箱12。燃料管道14的另一端连接到发动机10的燃料系统。此外,发动机10的气缸中的一个配备有气缸压力传感器(在下文中,也称为“CPS”)22,用于检测该气缸的气缸内压力。配备有CPS 22的气缸将称为“配备有CPS的气缸”。
[0040] 本实施例的系统包括如图1所示的ECU(
电子控制单元)20。ECU20的输入部不仅连接到上述CPS 22,而且连接到用于检测曲轴的旋转
位置的
曲轴转角传感器、用于检测发动机冷却液的温度的冷却液温度传感器,以及检测发动机10的爆震的发生的爆震传感器。ECU 20的输出部连接到节气门、
火花塞和燃料喷射
阀的各种
致动器。ECU 20在输入到ECU
20的各种信息的基础上,控制发动机10的操作状态。
[0041] [第一实施例的操作]
[0042] (有关发动机起动时的自点火现象)
[0043] 接着,将参考图2至图4B,描述实施例的操作。在火花点火型内燃机10中,在起动发动机10的启动期间在第一燃烧循环中有时会发生自点火,其中气缸中的空气/燃料混合物自发点火。将更具体地说明这种自点火现象。由于由起动
马达驱动的启动是发动机的低速旋转(例如,260rpm),将非常慢地压缩第一燃烧循环期间在气缸中的混合物。然后,在气缸中,
氧化反应在长时间段的压缩冲程期间进行,使得混合物在压缩上止点(TDC)附近自发点火并且气缸中的燃料立即燃烧。
[0044] 图2是配备有气缸压力传感器的气缸的气缸内压力和发动机起动时的发动机转速的变化的时序图。该图中所示的例子示例在发动机10的启动期间,在第一燃烧循环中,自点火如何发生。如上所述,在自点火中,气缸中的燃料立即燃烧,与伴随火焰传播发生的正常燃烧不同。因此,如图2所示,当自点火发生时,显示出气缸内压力急剧上升的
波形。在第一燃烧增加发动机转速后,压缩冲程的持续时间缩短,因此,燃烧正常发生,而没有自点火。
[0045] 如上所述,通过气缸内压力的增加程度,将由自点火开始的燃烧和由点火开始的燃烧彼此区分,还能以其他方式,例如通过使用燃烧发生时的曲轴转角来区分。即,通常将第一燃烧循环中的点火正时设定在ATDC正时(上止点后正时),而自点火发生在TDC附近。因此,通过检测燃烧发生时的曲轴转角,能易于执行该区分。
[0046] (关于自点火和辛烷值之间的关系)
[0047] 如上所述,如果使用低辛烷值燃料,在发动机10的第一燃烧循环中,发生由于自点火的气缸内压力变化。本专利申请的本
发明人对由于自点火的气缸内压力和燃料的辛烷值(RON)之间的关系进行了有力的研究和调查。结果,发明人已经发现由于自点火的气缸内压力变化的最大值Pmax与所使用的燃料的辛烷值(RON)之间存在某些关联。图3是示出在预定发动机操作条件下,气缸内压力变化的最大值Pmax和辛烷值(RON)之间的关系的图。如该图中所示,辛烷值越低,值Pmax越高。
[0048] 因此,在本实施例的系统中,利用图3中所示的关系来确定所使用的燃料的辛烷值(RON)。具体地,将值Pmax和辛烷值(RON)之间的关系预先在ECU 20中存储为映射,并且由该映射确定对应于所获得的值Pmax的辛烷值(RON)。应注意到,值Pmax的变化不仅取决于辛烷值(RON),而且取决于其他发动机操作条件,诸如气缸内空气量(压缩比)、发动机冷却液温度等等。图4A示出了最大值Pmax相对于气缸内空气的变化的趋势。图4B示出了最大值Pmax相对于冷却液温度的变化的趋势。如图4A和4B所示,最大值Pmax显示出当气缸内空气量越大,或当冷却液温度越高时越大的趋势。因此,实施例的系统执行对所获得的最大值Pmax的校正,其反映了气缸内空气量和冷却液温度的影响。然后,由该映射确定对应于校正后值Pmax的辛烷值(RON)。在下文中,将参考流程图,详细地描述确定所使用的燃料的辛烷值的具体过程。
[0049] [第一实施例中的具体过程]
[0050] 图5是ECU 20执行确定所使用的燃料的辛烷值(RON)的过程的例程的流程图。如在该流程图中所示,在开始启动后,ECU 20首先执行在配备有CPS的气缸中执行第一燃烧循环的控制(步骤100)。关于用于该控制的方法,例如,在通过启动的气缸确定后,通过配备有CPS的气缸开始燃料喷射则足够了。然后,在第一燃烧循环期间,伴随气缸内压力变化发生自点火。ECU 20通过使用气缸压力传感器22检测气缸内压力变化,并且将其最大值获得为值Pmax(步骤102)。接着,ECU 20在冷却液温度和气缸内空气量的基础上,校正所获得的值Pmax(步骤104)。ECU 20以映射的形式预存储在值Pmax和辛烷值(RON)之间的关系。ECU 20从该映射明确地确定对应于所获得的值Pmax的辛烷值(RON)(步骤106)。
[0051] 如上所述,根据本实施例的系统,通过利用在发动机起动时在第一燃烧循环期间的由自点火导致的气缸内压力变化,能确定所使用的燃料的辛烷值(RON)。因此,变得可以通过使用现有系统构造,确定所使用的燃料的辛烷值(RON),而不需要单独地安装用于检测燃料特性的传感器等等。此外,由于在完全爆炸前,检测所使用的燃料的辛烷值(RON),变得可以在起动发动机后,立即执行与辛烷值(RON)相应的各种控制。
[0052] 尽管在上述第一实施例中,未特定地限制在发动机起动时用于第一燃烧循环的操作条件,但通过确立可能发生自点火的操作条件,能增加确定燃料的特性的精度。更具体地说,压缩比越高,第一燃料循环中的自点火越可能发生。因此,通过增加第一燃烧循环中的气缸内空气量,能有效地增加压缩比来实现有利于自点火的条件。顺便提一下,用于增加气缸内空气量的方法的可能想到例子包括增加节气门的开度的方法,以及在配备有电子可变气门正时机构(电子VVT)的系统中,延迟进气门(IVC)的关闭正时的方法。此外,可以将可变压缩比(VCR)发动机用作发动机10来增加压缩比。
[0053] 此外,关于发动机起动时第一燃烧循环的操作条件,发动机冷却液温度越高,第一燃烧循环的自点火越可能发生。因此,如果由冷却液温度传感器检测的冷却液温度低于预定基准值,可以限制关于燃料特性的确定。这将使得在未发生自点火的情况下,可以有效地限制错误确定。
[0054] 此外,尽管在上述第一实施例中,通过气缸内空气量和冷却液温度,校正由CPS(气缸压力传感器)22检测的最大值Pmax,使得在燃料特性的确定中反映这些操作条件,该方法不是限制性的。即,通过对于操作条件(条件因子)的每一个,诸如气缸内空气量、冷却液温度等等,分别预存储辛烷值(RON)对应于的最大值Pmax的映射,然后选择与当前操作条件相应的映射,能执行反映操作条件的燃料特性的确定。此外,与校正有关的操作条件因子不限于气缸内空气量和冷却液温度,而是可以将其他操作条件因子,诸如燃料喷射量、
大气压等等进一步用作与校正有关的操作条件因子。
[0055] 此外,尽管在本实施例中,气缸中的一个配备有CPS 22,但两个或以上气缸可以配备有CPS 22。在该情况下,使第一燃烧循环发生在配备有CPS的气缸中的一个中就足够了。
[0056] 此外,尽管在第一实施例中,利用第一燃烧循环中的自点火导致的气缸内压力变化的最大值(Pmax)来确定所使用的燃料的辛烷值(RON),可用于确定的气缸内压力变化的指标不限于气缸内压力变化的最大值。即,由于自点火是与曲轴转角同步的现象,值Pmax越大,达到最大值Pmax的气缸内压力变化速率必然变得越大。因此,作为气缸内压力变化的变化速率,例如,获得每单位曲轴转角的气缸内压力变化量(ΔP/ΔCA°),并且可以使用气缸内压力变化量来确定所使用的燃料的辛烷值(RON)。
[0057] 顺便提一下,在第一实施例中,CPS 22对应于气缸内压力检测装置,并且ECU 20通过执行步骤102和106的过程,实现燃料特性确定装置。
[0058] 此外,在第一实施例中,ECU 20通过执行步骤100的过程实现气缸选择装置,并且通过执行步骤104的过程实现校正装置。
[0059] 第二实施例
[0060] [第二实施例的特征]
[0061] 接着,将参考图6,描述本发明的第二实施例。通过在图1所示的系统中执行图6所示的例程实现第二实施例。
[0062] 该实施例的系统包括爆震控制系统(在下文中,称为“KCS”)。KCS是如果由爆震传感器检测到爆震或其迹象的出现,则通过延迟点火正时避免爆震的系统。然而,KCS的操作范围是有限的。即,如果通过加燃料,提供辛烷值低于该KCS的操作假定的辛烷值(RON)的燃料,则可能该KCS不能充分地对付该情形,并且在一些情况下不能避免爆震。
[0063] 如上所述,该实施例的系统能在由第一燃烧循环中的自点火引起的气缸内压力变化的最大值Pmax的基础上,确定所使用的燃料的辛烷值(RON)。因此,在第二实施例的系统中,如果所确定的辛烷值(RON)低于KCS的操作极限,则限制内燃机10的输出以便避免爆震,并且向驾驶员产生警告。发动机输出限制的可想到例子包括执行跛行回家(limp-home)模式或故障保护模式。警告的可想到例子包括MIL(故障指示灯)点亮、产生警告声等等。这些布置使得在通过加燃料,提供其辛烷值相当低的低质量燃料的情况下,可以有效地避免爆震。
[0064] [第二实施例中执行的具体过程]
[0065] 图6是ECU 20执行避免爆震的过程的例程的流程图。如在该流程图中所示,在开始启动后,ECU 20首先执行在配备有CPS的气缸中执行第一燃烧循环的控制(步骤200)。在此之后,随着气缸内压力的变化,第一燃烧循环中的自点火发生。ECU 20通过使用气缸压力传感器22,检测气缸内压力变化,并且将其最大值获得为值Pmax(步骤202)。接着,ECU
20在冷却液温度和气缸内空气量的基础上,校正所获得的值Pmax(步骤204)。ECU 20以映射的形式预存储值Pmax和辛烷值(RON)之间的关系。ECU 20由该映射具体地确定对应于所获得的值Pmax的辛烷值(RON)(步骤206)。在步骤200至206,ECU 20执行与步骤100至106相同的过程。
[0066] 接着,ECU 20确定在步骤206确定的辛烷值(RON)是否低于预定基准值(步骤208)。预定基准值是KCS的操作范围的下限值,并且预存储在ECU 20中,并且根据需要从ECU 20读出。如果在步骤208,辛烷值(RON)<基准值不成立,那么确定能够由KCS避免爆震的发生,该例程立即结束。另一方面,如果辛烷值(RON)<基准值成立,那么确定不能由KCS避免爆震的发生,该例程进行到下一步骤,其中,限制内燃机10的输出,并且执行对驾驶员的警告(步骤210)。
[0067] 如上所述,根据第二实施例的系统,如果所使用的燃料的辛烷值(RON)低于KCS的操作极限,则适当地限制内燃机10的输出,使得能有效地避免爆震的发生。
[0068] 在第二实施例中,CPS 22对应于“气缸内压力检测装置”,并且ECU20通过执行步骤202和206的过程实现“燃料特性确定装置”。
[0069] 此外,在第二实施例中,ECU 20通过执行步骤200的过程实现“气缸选择装置”,并且通过执行步骤204的过程实现“校正装置”。
[0070] 此外,在第二实施例中,ECU 20通过执行步骤208和210的过程实现“爆震抑制装置”。