[发明专利]用于内燃机的控制设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于内燃机的控制设备，所述内燃机包括用于将燃料喷射到气缸中的第一燃料喷射机构(缸内喷射器)和用于将燃料喷射到进气歧管或进气口中的第二燃料喷射机构(进气歧管喷射器)。具体地，本发明所涉及的用于内燃机的控制设备在对净化排气用的催化剂进行快速预热的情况下使用。

背景技术

公知的一种内燃机包括用于将燃料喷射到发动机进气歧管中的进气歧管喷射器和用于将燃料喷射到发动机燃烧室中的缸内喷射器，根据发动机转速和发动机负荷确定。

日本专利公开No.11-324765公开了一种用于直喷式火花点火内燃机的控制设备，其在发动机起动之后的较早阶段对净化排气用的催化剂进行活化。该用于直喷式火花点火内燃机的控制设备包括用于将燃料直接喷射供应到发动机燃烧室中的燃料喷射阀、用于在整个燃烧室内形成均匀的空燃混合物的燃料供应装置和用于产生火花以点燃燃烧室内的空燃混合物的火花塞。直喷式火花点火内燃机的控制方式是控制燃料喷射阀在压缩行程中的喷射燃料量和燃料喷射正时，以及火花塞的点火正时，使得当点燃混合物时局部位于火花塞周围的空燃混合物层的空燃比是在预定发动机运行状况下的理论空燃比，因而进行层状燃烧。控制设备还包括升温条件判定装置以及控制装置，升温条件判定装置用于对设置在发动机的排气歧管中的排气净化催化剂的温度应该升高的条件进行判断，控制装置用于在排气净化催化剂的温度应该升高的条件下控制由燃料供应装置喷射的燃料量，以使在整个燃烧室中产生的空燃混合物的空燃比是稀于理论空燃比且火焰能够传播的空燃比，并且控制燃料喷射阀在压缩冲程中的喷射燃料量和燃料喷射正时，以及火花塞点火正时，使得当点燃混合物时局部地位于火花塞周围的空燃混合物的空燃比浓于理论空燃比，由此实现第二层状燃烧。

关于该用于直喷式火花点火内燃机的控制设备，火花塞周围的空燃混合物层的空燃比被设定为浓于理论空燃比，因而在主燃烧过程(火花点火，随后通过火焰传播燃烧)中产生不完全燃烧产物(CO)，并且该CO在主燃烧之后残留在燃烧室中。此外，由于浓的空燃混合物周围产生的空燃混合物稀于理论空燃比，所以在主燃烧之后氧气残留在该区域中。主燃烧之后气缸中气体的流动使得残留的CO和残留的氧气混合而再次燃烧，这使得排气温度升高。由于在主燃烧过程中产生不完全燃烧产物(CO)，所以当主燃烧完成时不完全燃烧产物已经处于高温状态。因而，即使在燃烧室温度较低的条件下，CO也能够在比较良好的状态下燃烧。换言之，几乎所有产生的CO都能够在燃烧室中和催化剂上游的排气歧管中再次燃烧。尽管与本身在主燃烧中产生的CO量较小的均匀燃烧相比，层状燃烧中流入催化剂的CO的量增大，但是催化剂在比HC转换开始温度低的温度的情况下开始CO转换，因而排气排放物受到影响的程度比较低。此外，由于稀的空燃混合物层的空燃比被设定为火焰能够传播的空燃比，所以不会在浓的空燃混合物层和稀的空燃混合物层之间的边界处产生未燃烧的HC。而且，由于火焰在良好的状态下传播到燃烧室的每个角落，所以燃烧室中的低温区域(挤压面积)可以是与均匀燃烧的区域相同的小区域。而且，由于在主燃烧之后在稀的空燃混合物燃烧的区域中留下过量的氧气，所以主燃烧完成时残留氧气的温度相对较高，使得CO很快地再次燃烧。

上述日本专利公开No.11-324765包括的第四实施例示出以下结构。设置用于在整个燃烧室中形成均匀空燃混合物的燃料供应装置，以通过设置在进气歧管中的燃料喷射阀(用于进气口喷射的燃料喷射阀)在排气冲程或者从排气冲程到进气冲程的时段喷射燃料来在整个燃烧室中产生稀于理论空燃比的均匀空燃混合物。用于将燃料喷射到气缸中的燃料喷射阀用来在压缩冲程中将燃料喷射供应到燃烧室中，并且形成具有在火花塞周围浓于理论空燃比(高燃料浓度)的分层形式的空燃混合物，然后使混合物燃烧。对于为了使催化剂活化进行的层状燃烧，以下列方式供应燃料。具体地，在每个燃烧循环中以一定的进气量就能够几乎完全燃烧的总燃料量(实现大致理论空燃比所需的燃料重量)中，该燃料重量的例如约50％至约90％通过用于(在排气冲程或者从排气冲程到进气冲程期间)进气口喷射的燃料喷射阀喷射供应到进气歧管，由此在进气冲程中在整个燃烧室内产生稀于理论空燃比的均匀空燃混合物。此外，约50％至约10％的其余燃料重量在压缩冲程中通过将燃料喷射到气缸中的燃料喷射阀而喷射供应到燃烧室中，并且产生在火花塞周围浓于理论空燃比(高燃料浓度)的分层形式的空燃混合物，然后使混合物燃烧。换言之，当加热催化剂时，对于缸内燃料喷射阀和进气歧管燃料喷射阀之间的燃料喷射比率，至少进气歧管燃料喷射阀的燃料喷射比率更高。