專利名稱：壓燃式內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓燃式內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
在壓燃式內(nèi)燃機(jī)中，以液滴形式從噴射器中噴射的燃料經(jīng)過霧化和汽化并且與空氣混合形成易燃混合氣體。然后，易燃混合氣體被點(diǎn)燃。這樣，燃料就在壓燃式內(nèi)燃機(jī)中燃燒。燃料霧化并且形成可燃混合氣體之后噴射燃料就進(jìn)入了可燃狀態(tài)。因此，點(diǎn)火定時滯后于燃料噴射定時。更具體地說，燃料噴射定時和點(diǎn)火定時之間存在一個點(diǎn)火延遲。一般說來，在燃燒時，首先發(fā)生預(yù)混合燃燒，接著再發(fā)生速度受燃料和空氣混合速度限制的擴(kuò)散燃燒。在燃燒的初期(或者在預(yù)混合燃燒時)，燃料和空氣進(jìn)行充分均一的混合并且迅速產(chǎn)生燃燒。因此，燃燒過程中的放熱率圖在燃燒初期具有一個峰值，這時放熱率大大提高。
近幾年來，除了運(yùn)動性能的改善之外，已經(jīng)越來越強(qiáng)調(diào)內(nèi)燃機(jī)廢氣排放和噪音的降低。將廢氣重新循環(huán)到進(jìn)氣系統(tǒng)中的廢氣再循環(huán)(EGR)作為一種減少廢氣排放的技術(shù)而廣為人知。預(yù)混合燃燒導(dǎo)致快速的燃燒并且增加汽缸內(nèi)部的溫度。因此，執(zhí)行EGR以減少氧濃度，這樣就可以防止汽缸內(nèi)部溫度的過量增大。因此，就可以減少氮氧化物。
如果執(zhí)行EGR，氧化氮可以減少，但是氧濃度的降低是不可避免的。因此，在燃料和空氣未充分混合的擴(kuò)散燃燒中，會很容易地生成煙。因此，在公開號為2864896的日本專利(專利文件1)中公開的技術(shù)將燃料噴射定時延遲到上死點(diǎn)(TDC)之后，從而延長了執(zhí)行EGR時的點(diǎn)火延遲，這樣就抑制了煙的生成。該技術(shù)格外地延長了點(diǎn)火延遲，這樣所噴射燃料的實(shí)體就在點(diǎn)火之前到達(dá)預(yù)混合狀態(tài)。
在公開號碼為2001-165017(專利文件2)的未經(jīng)檢查日本專利申請中公開了一種技術(shù)，其中形成了多個噴射孔并且每個噴射孔的通道面積都減少了。因此，可以有效地改善燃料和空氣的混合狀態(tài)。
然而，在專利文件1中公開的技術(shù)中，點(diǎn)火始于所噴射燃料的實(shí)體到達(dá)預(yù)混合狀態(tài)之后。因此，較大數(shù)量的燃料立即燃燒。因此，放熱率立即升高，然后迅速降低。放熱率圖在總體上提供了一個峰形輪廓。因此噪音增大。在噴射初期噴射的燃料會在長的點(diǎn)火延遲內(nèi)擴(kuò)散。因此，混合氣體有可能變得過于貧乏并且會生成碳?xì)浠衔锘蛞谎趸?。因?yàn)閲娚涠〞r延遲并且點(diǎn)火延遲進(jìn)行了特別的延長，所以對于效率的影響是不可避免的，并且燃料消耗率惡化。
在專利文件2中公開的技術(shù)提高了燃料的霧化并且可以縮短點(diǎn)火延遲。然而，即使將專利文件2中的技術(shù)應(yīng)用于專利文件1中的技術(shù)，放熱率圖的總峰形輪廓也不會變化。因此，不能同時實(shí)現(xiàn)氮氧化物或煙的減少與噪聲預(yù)防能力和燃料消耗率的改善。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種內(nèi)燃機(jī)，它能夠減少諸如氮氧化物或煙的廢氣排放并且同時改善噪音預(yù)防能力和燃料消耗率。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，具有用于將廢氣再循環(huán)到進(jìn)氣系統(tǒng)的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的壓燃式發(fā)動機(jī)包括供應(yīng)裝置和控制裝置。供應(yīng)裝置以基本上為常數(shù)的噴射速率通過噴射孔噴射燃料以霧化燃料，這樣燃料就可以很容易地汽化并且使得燃料彌漫于發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)部的氣體中。因此供應(yīng)裝置提供了一種噴射燃料的空間分布，其中燃料和空氣的混合與燃料從噴射孔沿著噴射方向落下和燃料到達(dá)燃料在此處與空氣預(yù)混合的預(yù)混合空間進(jìn)行。控制裝置執(zhí)行燃燒控制。在燃燒控制中，控制裝置控制汽缸內(nèi)的氧濃度，這樣在其中燃燒燃料的燃燒空間就與預(yù)混合空間一致。同時，控制裝置控制從燃料的噴射定時到點(diǎn)火定時的期間的長度，這樣當(dāng)燃料噴射的同時燃料被點(diǎn)火，并且這樣在開始點(diǎn)火之前噴射的燃料量與在一次噴射過程中噴射的燃料的總量之比就落在預(yù)定范圍之內(nèi)。
在噴射燃料的空間分布中，燃料和空氣的混合與燃料從噴射孔沿著噴射方向落下和燃料到達(dá)燃料在此處與空氣預(yù)混合的預(yù)混合空間同步進(jìn)行。汽缸內(nèi)部的氧濃度和從噴射定時到點(diǎn)火定時的期間(點(diǎn)火延遲)受到控制，這樣燃燒空間就與預(yù)混合空間一致。因此，放熱率圖提供了一個沒有峰值的輪廓。因此，可以實(shí)現(xiàn)減少噪音和抑制煙的生成的燃燒。
此外，在開始點(diǎn)火之前噴射的燃料數(shù)量(預(yù)燃噴射量)與總噴射量之比落在一個預(yù)定的范圍之內(nèi)。因此，點(diǎn)火延遲隨著總噴射量的減少而縮短。因此，在燃料點(diǎn)火時預(yù)混合空間的尺度隨著總噴射量的減少而減少。同時，單位時間的燃燒量減少并且噪音降低。當(dāng)僅要求少量的燃料作為總噴射量時，就會要求相當(dāng)高的發(fā)動機(jī)噪音預(yù)防能力。就可以執(zhí)行對應(yīng)于噪音防止能力的要求的燃燒。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，供應(yīng)裝置被這樣形成以使得鄰接的噴射孔形成一個噴射孔組，其中屬于同樣噴射孔組的噴射孔的中心線基本上指向相同的方向。因?yàn)閲娚淇椎臄?shù)目有所增加，所以減少了每個噴射孔的通道剖面面積并且促進(jìn)了霧化。在每個噴射孔組中，燃料通過鄰接的噴射孔沿基本上一樣的方向噴射。因此，噴射孔組施加了與具有較大通道剖面面積的單個噴射孔相似的高燃料穿透力。因此，可以由噴嘴結(jié)構(gòu)獨(dú)自同時實(shí)現(xiàn)噴射燃料霧化能力和穿透力的改善。


從對形成本申請一部分的下列具體實(shí)施方式
、所附權(quán)利要求書和附圖的研究中，可以很容易理解實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)以及相關(guān)零件的操作方法和功能。在附圖中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的示意圖；圖2是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)噴射器的噴嘴的剖視圖；圖3是顯示根據(jù)實(shí)施例的噴嘴的主要部分的片斷剖視圖；圖4是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)特性的曲線圖；圖5A是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的時序圖；圖5B是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的時序圖；圖5C是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的時序圖；圖5D是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的時序圖；圖6是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)燃料噴射操作的時序圖；圖7是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)特性的曲線圖；圖8A是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的時序圖；圖8B是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的時序圖；圖8C是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的時序圖；圖8D是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的時序圖；圖9是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)燃料噴射操作的時序圖；圖10A是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)燃料噴射操作的示意圖；圖10B是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)燃料噴射操作的示意圖；
圖10C是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)燃料噴射操作的示意圖；圖10D是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)燃料噴射操作的示意圖；圖11是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)燃料噴霧控制的示意圖；圖12是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)燃料噴射數(shù)量控制的曲線圖；圖13A是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的曲線圖；圖13B是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的曲線圖；圖14是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)特性的曲線圖；圖15A是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的曲線圖；圖15B是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的曲線圖；圖15C是顯示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)放熱率圖的曲線圖；圖16是顯示用于執(zhí)行根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)的燃燒控制的操作區(qū)域的曲線圖；圖17A是根據(jù)實(shí)施例的發(fā)動機(jī)的放熱率圖；圖17B是實(shí)施例的一個改進(jìn)實(shí)例的發(fā)動機(jī)的放熱率圖；和圖17C是實(shí)施例的一個改進(jìn)實(shí)例的發(fā)動機(jī)的放熱率圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，圖中顯示了一個壓燃式發(fā)動機(jī)，具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的燃料控制系統(tǒng)。例如，本實(shí)施例應(yīng)用于汽車。在圖1中所示的發(fā)動機(jī)為四缸發(fā)動機(jī)?？諝庥蛇M(jìn)氣系統(tǒng)2供應(yīng)到發(fā)動機(jī)主體1中各自的汽缸內(nèi)，并且空氣在燃料的燃燒中消耗。與各自的汽缸相通的進(jìn)氣歧管21置于進(jìn)氣系統(tǒng)2的下游端?？諝獾奈霐?shù)量由節(jié)流閥22的開啟程度限定。用于調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和排氣閥開啟定時和關(guān)閉定時的可變閥機(jī)構(gòu)12裝配到發(fā)動機(jī)主體1上。
作為供應(yīng)裝置的噴射器11裝配到各自汽缸的一對一的基座上。噴射器11在打開時噴射燃料。燃料從共軌63供應(yīng)，共軌是汽缸、噴射器11所共有的。具有將從燃料箱61汲取的低壓燃料進(jìn)行壓力輸送的高壓供油泵的燃料壓力供給設(shè)備62將燃料供給到共軌63之中。因此，共軌63中的燃料保持在高壓。共軌63中燃料的壓力(共軌壓力)界定了噴射器11的噴射壓力。共軌壓力是通過控制燃料壓力供給設(shè)備62而進(jìn)行調(diào)節(jié)的。
在圖2和圖3中顯示了噴射器11的噴嘴11a。如圖2所示，噴嘴11a包括圓棒狀的噴嘴殼體81和噴針82。所形成的噴嘴殼體81帶有縱向孔811，該孔是沿著噴嘴殼體81的中心軸線鉆出的，并且噴針82滑動地容納在縱向孔811的內(nèi)部?？v向孔811中部的內(nèi)徑擴(kuò)大以提供一個如圖2中所示的燃料池813。在圖2中，噴針82在燃料池813之上的上部滑動地夾持在縱向孔81內(nèi)部。高壓燃料從共軌63通過高壓通道812導(dǎo)入燃料池813并且到達(dá)縱向孔811的下端。座811a形成于縱向孔811的下端。噴針82的針尖821置于座811a上。如果針尖821從座811a提起，燃料就通過噴射孔831a、832a、833a、831b、832b噴射。所形成的噴針82具有在圖2中在燃料池813中朝向下方的階梯面823。高壓燃料作用在階梯面823上的壓力在圖2中為向上的方向，或者為噴針82的提升方向。噴射器11包括用于將噴針82向下偏壓的偏置裝置。如果除去偏置裝置向下的偏壓力，噴針82就會提升。
在噴嘴殼體81的尖端形成了多個噴射孔831a-832b。更具體地，在正三角形的頂點(diǎn)上彼此鄰近地布置的三個噴射孔831a、832a、833a提供了噴射孔組83a。同樣，另外三個噴射孔831b、832b提供了另一個噴射孔組83b(在圖3中并未顯示噴射孔組83b的其它噴射孔)。因此，三個噴射孔提供了一個噴射孔組。除噴射孔組83a、83b之外，所形成的噴嘴殼體81還具有其它噴射孔組。例如，六噴射孔組以相等的間隔沿著噴嘴殼體81的圓周布置。所形成的每個噴射孔組的噴射孔的中心線基本上彼此相互平行，如圖3所示。噴射孔831a-832b中每個孔的直徑設(shè)置得大體上在0.05毫米到0.1毫米的范圍之內(nèi)。
如果燃料通過噴嘴11a的噴射孔831a-832b噴射，那么對于每一個噴射孔組83a、83b，燃料基本上沿相同的方向噴射。因此，通過每個噴射孔組83a、83b噴射的燃料形成噴霧。因此，每個噴射孔組83a、83b都施加了與具有較大通道剖面面積的單個噴射孔相似的高燃料穿透力。此外，燃料的霧化也有所提高，因?yàn)閲娚淇?31a-832b中每個噴射孔的通道剖面面積很小。
由燃燒所噴射燃料生成的廢氣通過排氣系統(tǒng)釋放到環(huán)境空氣中。排氣系統(tǒng)3包括其上游端與全部汽缸連通的排氣歧管31和用于收集廢氣中包含的特定物質(zhì)的吸收過濾器32。
如圖1所示，發(fā)動機(jī)包括渦輪增壓器4，它用于使用釋放到排氣歧管31中廢氣的廢熱來強(qiáng)迫空氣導(dǎo)入發(fā)動機(jī)主體1中。
如圖1所示，發(fā)動機(jī)包括廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR系統(tǒng))5，它用于通過連接進(jìn)氣系統(tǒng)2與排氣系統(tǒng)3的EGR通道51，將來自排氣系統(tǒng)3的一部分廢氣再循環(huán)到進(jìn)氣系統(tǒng)2中。EGR率是使用EGR閥52通過調(diào)節(jié)再循環(huán)的廢氣(EGR氣體)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，EGR閥52的開啟程度可以任意地設(shè)置。EGR冷卻器53置于EGR通道51中并且在EGR氣體吸入進(jìn)氣系統(tǒng)2之前對它進(jìn)行冷卻。
EGR氣體可以通過流過旁路通道54而繞過EGR冷卻器53。旁路通道54在EGR冷卻器53下游的合并點(diǎn)處并入EGR通道51。開關(guān)閥55置于在合并點(diǎn)處。開關(guān)閥55在如下兩個操作狀態(tài)之間切換其中EGR氣體通過EGR冷卻器53再循環(huán)到進(jìn)氣系統(tǒng)2中的狀態(tài)，和其中EGR氣體繞過EGR冷卻器53并且通過旁路通道54(不通過EGR冷卻器53)再循環(huán)到進(jìn)氣系統(tǒng)2中的另一個狀態(tài)。
進(jìn)氣系統(tǒng)2包括中間冷卻器23。中間冷卻器23置于渦輪增壓器4的壓縮機(jī)和節(jié)流閥22之間。中間冷卻器23冷卻由渦輪增壓器4增壓的吸入空氣。吸入空氣可以通過流過旁路通道24繞過中間冷卻器23。旁路通道24在中間冷卻器23下游的合并點(diǎn)處并入進(jìn)氣通道。中間冷卻器開關(guān)閥25置于合并點(diǎn)處。中間冷卻器開關(guān)閥25在如下兩個操作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換其中吸入空氣通過中間冷卻器23導(dǎo)入進(jìn)氣歧管21的操作狀態(tài)，以及其中吸入空氣繞過中間冷卻器23并且通過旁路通道24導(dǎo)入進(jìn)氣歧管21的另一個操作狀態(tài)。
電子控制單元(ECU)71基于由裝配到發(fā)動機(jī)不同部分上的傳感器檢測到的發(fā)動機(jī)的操作狀態(tài)而控制燃料噴射。傳感器包括用于檢測節(jié)流閥22開啟程度(節(jié)氣門開啟程度)的節(jié)氣門位置傳感器72和用于檢測廢氣中氧濃度的空燃比傳感器73。壓力傳感器74用于檢測施加到共軌63上的共軌壓力。發(fā)動機(jī)包括用于檢測發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度NE的轉(zhuǎn)速傳感器75、用于檢測加速器位置的加速器位置傳感器76和在狄塞爾發(fā)動機(jī)中通常使用的其它傳感器。
ECU 71包括不同的信號處理電路和計(jì)算電路。例如，ECU 71在結(jié)構(gòu)以微型計(jì)算機(jī)為中心。
ECU 71使用檢測到的節(jié)氣門開啟程度作為車輛駕駛者所要求的轉(zhuǎn)矩值，并且依照開啟程度設(shè)置燃料噴射數(shù)量的命令值。ECU 71控制噴射器11。更準(zhǔn)確地說，ECU 71在預(yù)定的定時開啟噴射器11預(yù)定的期間以噴射燃料。ECU 71控制燃料壓力供給設(shè)備62，這樣檢測到的共軌壓力就與目標(biāo)壓力相符。ECU 71依照操作狀態(tài)來控制EGR閥52、開關(guān)閥55、中間冷卻器開關(guān)閥25、可變閥定時機(jī)構(gòu)12等。
接下來將解釋由作為控制裝置的ECU 71執(zhí)行的燃燒控制。控制可選地在預(yù)定的操作區(qū)域上執(zhí)行(后面將進(jìn)行解釋)。
首先，通過控制EGR率(Rr)設(shè)定汽缸內(nèi)部的氧濃度。在圖4中，在噴射定時Tinj設(shè)置在上死點(diǎn)(TDC)的情形中氮氧化物、煙、噪音、燃料消耗率和點(diǎn)火延遲(從噴射定時到點(diǎn)火定時的期間)相對于EGR率Rr的特性曲線分別顯示為實(shí)線“a”、虛線“b”、實(shí)線“c”、虛線“d”和實(shí)線“e”。如果EGR率Rr增大，氧濃度就會降低并且可以防止點(diǎn)火后燃燒空間中燃燒的過多激活。因此，可以抑制過量增高的燃燒溫度。因此，氮氧化物隨著EGR率Rr的增大而減小，如圖4中實(shí)線“a”所示。在這種情形下，噪音也會降低，如實(shí)線“c”所示，因?yàn)榉乐沽巳紵倪^多激活。如果EGR率Rr增大，燃燒空間中的氧氣就變得不足，并且排煙會惡化(增多)，如虛線“b”所示。因此，EGR率Rr是依照其中存在權(quán)衡的氮氧化物、噪音和煙而確定的。EGR率Rr還依照其它系數(shù)進(jìn)行確定。例如，EGR率Rr設(shè)置為35％(在圖4中由點(diǎn)C1顯示)。
其次，通過控制噴射開始時的噴射定時Tinj和如下所述的其它系數(shù)來設(shè)置點(diǎn)火延遲。點(diǎn)火延遲被這樣設(shè)置，從而點(diǎn)火定時晚于TDC并且預(yù)燃噴射數(shù)量Qp與總噴射數(shù)量Qt之比就落在預(yù)定的范圍內(nèi)(例如，從25％到50％的范圍)。預(yù)燃噴射數(shù)量Qp和總噴射數(shù)量Qt是如下界定的。一旦作為噴射器11的閥開啟控制信號的噴射脈沖(PULSE)輸出為如圖6中所示的實(shí)線“a”，就會提供如實(shí)線“b”所示的噴射速率Ri，其時序輪廓為梯形。在圖6中提供了如實(shí)線“c”所示的放熱率Rh(放熱率圖)的時序輪廓對應(yīng)于控制情況等等不同形狀。預(yù)燃噴射數(shù)量Qp是燃料在從噴射定時Tinj到點(diǎn)火定時Tign的期間中噴射的燃料數(shù)量，其從點(diǎn)火定時Tign出現(xiàn)放熱率Rh的升高?？倗娚鋽?shù)量Qt是依照一個噴射脈沖所噴射燃料的總數(shù)量。
點(diǎn)火延遲主要取決于汽缸溫度和汽缸壓力。如果汽缸溫度和汽缸壓力升高，點(diǎn)火延遲就會縮短。因此，通過控制影響汽缸溫度的噴射定時Tinj、吸入汽缸的氣體的溫度(汽缸進(jìn)氣溫度)、EGR氣體溫度、壓縮比和影響汽缸壓力的增壓壓力和噴射壓力中的至少一個來設(shè)置點(diǎn)火延遲。在圖7中，在EGR率為35％的情形中氮氧化物、煙、噪音、燃料消耗率和點(diǎn)火延遲相對于Tinj的特性曲線分別顯示為實(shí)線“a”、虛線“b”、實(shí)線“c”、虛線“d”和實(shí)線“e”。通常，當(dāng)噴射定時Tinj設(shè)置在TDC之前的某個特定角度時，點(diǎn)火延遲最小，并且點(diǎn)火延遲隨著噴射定時Tinj的提前或是從特定角度延遲而增大，如圖7中實(shí)線“e”所示。如果點(diǎn)火延遲最小，就會在TDC附近開始點(diǎn)火。如果噴射定時Tinj早于TDC，放熱率Rh的時序輪廓就會在燃燒初期具有較大的峰值，如圖8A所示。當(dāng)噴射定時Tinj設(shè)置在圖7中的值A(chǔ)2處時，就會提供圖8A中所示的輪廓。如果噴射定時Tinj接近使點(diǎn)火延遲最小化的特定角度，峰值就會降低，如圖8B所示，并且最后，放熱率Rh的時序輪廓變化為如圖8C中所示的梯形。當(dāng)噴射定時Tinj設(shè)置在圖7中的值B2處時，就會提供圖8B中所示的輪廓。當(dāng)噴射定時Tinj設(shè)置在圖7中的值C2處時，就會提供圖8C中所示的輪廓。
當(dāng)噴射定時Tinj設(shè)置在使點(diǎn)火延遲最小化的特定角度時，排煙會最惡化(增多)，如圖7中的虛線“b”所示。排煙隨著噴射定時Tinj的提前或從特定的角度延遲而改善(減少)。因此，噴射定時Tinj設(shè)置得使點(diǎn)火定時Tign晚于TDC并且點(diǎn)火延遲落在預(yù)定的范圍內(nèi)。
除了噴射定時Tinj之外，EGR氣體溫度、汽缸進(jìn)氣氣體溫度、壓縮比，增壓壓力和噴射壓力也可以用作調(diào)節(jié)點(diǎn)火延遲的參數(shù)。通過轉(zhuǎn)動開關(guān)閥55到旁路通道54側(cè)以防止EGR氣體流過EGR冷卻器53，EGR氣體可以供應(yīng)到汽缸中而又基本上防止EGR氣體溫度降低。因此，即使低溫時期或低載時期廢氣溫度較低，也可以防止EGR氣體溫度的過度降低。
汽缸吸入氣體溫度是氣體的溫度，氣體是EGR氣體和新鮮空氣的混合物并且通過進(jìn)氣歧管21吸入汽缸。點(diǎn)火延遲控制直接受到由流過節(jié)流閥22的新鮮空氣和通過EGR通道51提供的EGR氣體混合所形成氣體的溫度的影響。因此，吸入氣體溫度控制為用于控制點(diǎn)火延遲的參數(shù)。汽缸吸入氣體溫度是基于新鮮空氣溫度和EGR氣體溫度而進(jìn)行控制的。新鮮空氣溫度和EGR氣體溫度可以分別通過開關(guān)旁路通道24、54的開關(guān)閥25、55而進(jìn)行控制。
壓縮比是通過控制進(jìn)氣閥的閥關(guān)閉定時而進(jìn)行調(diào)節(jié)的。汽缸溫度隨著壓縮比的增大而增加。
汽缸壓力是通過控制渦輪增壓器4的增壓壓力而進(jìn)行調(diào)節(jié)的。汽缸壓力隨著增壓壓力的增加而增加。噴射壓力是通過控制燃料壓力供給設(shè)備62進(jìn)行調(diào)節(jié)的，這樣共軌壓力就與目標(biāo)壓力相符。
如果氧濃度減小，點(diǎn)火延遲就會延長。由于噴射壓力增加，所以就會促進(jìn)燃料的霧化，并且促進(jìn)預(yù)混合氣體的形成。因此，可以調(diào)節(jié)點(diǎn)火延遲，這樣就可以通過增大噴射壓力而使預(yù)燃噴射量Qp和總噴射量Qt之比落在預(yù)定的范圍內(nèi)。
接下來將基于圖9至圖10D說明在執(zhí)行汽缸氧濃度和點(diǎn)火延遲的上述控制的情形下噴射器11的燃料噴射模型。圖9中時間點(diǎn)A3處的燃料噴射狀態(tài)如圖10A所示。圖9中時間點(diǎn)B3處的燃料噴射狀態(tài)如圖10B所示。圖9中時間點(diǎn)C3處的燃料噴射狀態(tài)如圖10C所示。圖9中時間點(diǎn)D3處的燃料噴射狀態(tài)如圖10D所示。在噴射初期燃料噴霧以如圖10A中的區(qū)域“a”所示一組液滴的形式存在。由于噴霧從噴射孔落下，所以就進(jìn)行霧化和汽化并且燃料就與空氣更充分地混合。因此，燃料和空氣就進(jìn)行了均衡并且促進(jìn)了燃料和空氣混合氣體的形成。如上所述，噴射器11的噴嘴結(jié)構(gòu)并不會阻礙燃料的霧化和穿透力。噴射的燃料整體地沿著對應(yīng)于每個噴射孔組83a、83b的噴射孔831a-833a或者噴射孔831b、832b的中心線移動。因?yàn)槿剂系膰婌F具有足夠的穿透力，就存在一個明顯的趨勢，即當(dāng)燃料從噴射孔831a-832b落下時燃料和空氣的混合狀態(tài)更均衡。燃料在圖10B、10C或10D中的區(qū)域“b”中進(jìn)行霧化和汽化。因?yàn)殪F化不受阻礙，預(yù)混合氣體就可以如圖11所示在燃料到達(dá)燃料室中面向孔831a-832b的壁W之前形成預(yù)混和氣體。預(yù)混合氣體在圖10B、10C或10D中的區(qū)域“c”中進(jìn)行霧化和汽化。預(yù)混合氣體在圖10C或10D中的區(qū)域“d”中進(jìn)行燃燒。
為了使燃料在到達(dá)燃料室中面向噴射孔的壁W之前形成預(yù)混和氣體，必須如圖11所示在點(diǎn)火延遲期間形成的噴霧末梢與燃燒室壁表面W之間提供一定的距離D。一定的距離應(yīng)該優(yōu)選設(shè)置在預(yù)定的范圍內(nèi)。例如，距離D的預(yù)定范圍由下面的等式(1)來限定。
0＜D≤L1×0.2， (1)在等式(1)中，L1表示噴嘴11a的噴射孔和噴霧末梢之間的距離，L2是噴嘴11a的噴射孔和如圖11所示的燃燒室壁W之間的距離。特定距離D通過從距離L2中減去距離L1而算出。
燃燒空間的尺度可以通過控制氧濃度而調(diào)節(jié)。氧濃度可以通過調(diào)節(jié)EGR率Rr來控制。因此，燃燒空間可以限制在預(yù)混合空間內(nèi)以便燃燒空間不至于延伸成一個使燃料和空氣不能充分混合的空間。此外，通過控制點(diǎn)火延遲可以調(diào)節(jié)燃燒的進(jìn)行速度(燃燒過程速度)。因此，新形成預(yù)混合氣體的速度(預(yù)混合氣體形成速度)就可以與燃燒過程速度進(jìn)行均衡。因此，如圖10A至10D所示預(yù)混合氣體就可以連續(xù)地供給燃料噴霧的末梢并且可以提供恒定的放熱率Rh。因此，預(yù)混合燃燒在恒定的預(yù)混空間中發(fā)生。因此，放熱率Rh保持恒定并且獲得如圖9所示的梯形形式的放熱率圖。因此，同時可以實(shí)現(xiàn)氮氧化物、噪音和煙的減少。當(dāng)如圖4和5C所示EGR率Rr為特定的值C1或者如圖7和圖8C所示噴射定時Tinj為特定的定時C2時，就可以取得這些效果。如果EGR率Rr從特定值C1進(jìn)行了改變，或者噴射定時Tinj從特定定時C2發(fā)生了改變，那么放熱率圖就從梯形變化成如圖5A、5B、8A或8B所示在燃燒初期具有峰值的輪廓或者如圖5D或8D所示整體為一個峰形的輪廓。當(dāng)EGR率Rr設(shè)置為圖4中的值A(chǔ)1時，就具有圖5A所示的放熱率圖。當(dāng)EGR率Rr設(shè)置為圖4中的值B1時，就具有圖5B所示的放熱率圖。當(dāng)EGR率Rr設(shè)置為圖4中的值D1時，就具有圖5D所示的放熱率圖。當(dāng)噴射定時Tinj設(shè)置為如圖7所示的時間D2時，就具有圖8D所示的放熱率圖。
噴嘴11a的每個噴射孔831a-832b與燃燒空間之間的距離取決于點(diǎn)火延遲和噴嘴11a提供的穿透力。穿透力取決于燃料的噴射壓力。噴射壓力可以通過調(diào)節(jié)共軌壓力而改變。因此，共軌壓力應(yīng)設(shè)置成使放熱率Rh保持恒定并且連續(xù)地向燃燒供應(yīng)預(yù)混合氣體。
如果因?yàn)樾纬深A(yù)混和空間過程中的空氣流而使鄰近的噴霧互相干擾，那么就不能形成均衡混合的氣體并且燃燒量增加。因此，就不能形成具有梯形輪廓的放熱率Rh，并且燃燒空間會延伸成一個使燃料和空氣不能充分混合的空間。因此，排煙就會惡化(增加)。因此，應(yīng)該優(yōu)選地通過減少渦流而避免鄰近噴霧之間的干擾。渦流比應(yīng)該優(yōu)選地設(shè)置在從0.5至2.5的范圍內(nèi)。
在本實(shí)施例中，噴射的燃料僅在預(yù)混合空間中進(jìn)行擴(kuò)散和燃燒。如果從某個噴射孔組噴射的噴霧干擾了從鄰近噴射孔組中噴射的噴霧，就不能建立上述的燃燒模型并且燃燒量增加。在這種情形下，噪音可以就會惡化(增加)。因此，為了防止鄰近噴霧之間的干擾，單位時間從一個噴射孔組噴射的燃料數(shù)量與汽缸容積V除以噴射孔組數(shù)N所得的體積的比q采用一個指數(shù)(q/(V/N))來表示，并且該指數(shù)(q/(V/N))設(shè)置在預(yù)定范圍內(nèi)(例如，如圖12所示當(dāng)單位時間為1分鐘時該范圍等于或者小于5)。當(dāng)噴射定時設(shè)置為TDC并且EGR率設(shè)置為35％時，如果指數(shù)(q/(v/n))設(shè)置在預(yù)定范圍內(nèi)，放熱率Rh的輪廓就變成了如圖13A所示的梯形形狀。因此，就減少了煙和噪音，如圖12所示。如果指數(shù)(q/(v/n))大于5，如圖13B所示放熱率Rh的圖形就整體變成了一個峰形。
在專利文件1所公開的技術(shù)中，完成噴射之后才進(jìn)行燃料的點(diǎn)火。因此，預(yù)混合的空間尺度就比較大。結(jié)果，產(chǎn)生了大量的熱并且噪音增加。比較起來，在本實(shí)施例中，燃燒以恒定的比連續(xù)地進(jìn)行。因此，噪音限制在較低的水平。此外，由于將燃燒的燃料已經(jīng)變成了預(yù)混合氣體，所以就可以抑制煙的產(chǎn)生。
在專利文件1的技術(shù)中，噴射初期噴射的燃料在較長的點(diǎn)火延遲中進(jìn)行擴(kuò)散并且混合氣體變得非常稀。因此，有可能形成碳?xì)浠衔锘蛞谎趸肌１容^起來，在本實(shí)施例中，從起初燃料噴射和預(yù)混合開始就一直進(jìn)行連續(xù)的燃燒。因此，可以防止形成稀的預(yù)混合空間。因此，可以抑制碳?xì)浠衔锘蛞谎趸嫉男纬伞?br> 點(diǎn)火延遲設(shè)置成使預(yù)燃噴射量Qp與總噴射數(shù)量Qt的比落入如圖14所示的預(yù)定范圍“B”中。圖14中的點(diǎn)“c”表示專利文件1的技術(shù)中預(yù)燃噴射數(shù)量Qp與總噴射數(shù)量Qt的比(1.0)。圖14中所示的操作范圍B中噴針82的上升距離L和放熱率Rh如圖15B所示。圖15B中所示的期間“a”表示點(diǎn)火延遲。圖14中所示的操作范圍“A”中噴針82的上升距離L和放熱率Rh如圖15A所示。圖14中所示的操作范圍“C”中噴針82的上升距離L和放熱率Rh如圖15C所示。如果點(diǎn)火延遲較短，或者如果預(yù)燃噴射數(shù)量Qp與總噴射數(shù)量Qt的比較小，那么預(yù)混合空間就比較小。在這種情形下，燃料在燃料與汽缸氣體進(jìn)行充分混合之前進(jìn)行點(diǎn)火，并且在點(diǎn)火之后噴射大量的燃料。因此，汽缸溫度增加并且燃燒空間膨脹成使燃料不能與汽缸氣體進(jìn)行充分得混合。因此，就會產(chǎn)生煙。如果點(diǎn)火延遲較長，或者如果預(yù)燃噴射數(shù)量Qp與總噴射數(shù)量Qt的比較大，那么預(yù)混合空間就擴(kuò)大并且產(chǎn)生大量熱而且噪音增加。因此，點(diǎn)火延遲設(shè)置在根據(jù)煙和噪音所確定的預(yù)定范圍內(nèi)，其中它們具有一個折衷平衡關(guān)系。
根據(jù)預(yù)燃噴射數(shù)量Qp與總噴射數(shù)量Qt的比來確定點(diǎn)火延遲。因此，當(dāng)操作狀態(tài)處于總噴射數(shù)量Qt相對較大的操作范圍中時，與預(yù)燃噴射數(shù)量Qp與總噴射數(shù)量Qt的比的預(yù)定范圍相對應(yīng)的點(diǎn)火延遲的范圍轉(zhuǎn)換到可以提供較長點(diǎn)火延遲的范圍。因此，當(dāng)操作狀態(tài)處于總噴射數(shù)量Qt相對較小的操作范圍中時，與預(yù)燃噴射數(shù)量Qp與總噴射數(shù)量Qt的比的預(yù)定范圍相對應(yīng)的點(diǎn)火延遲的范圍轉(zhuǎn)換到可以提供較短點(diǎn)火延遲的范圍。這些現(xiàn)象說明，點(diǎn)火開始時的預(yù)混合空間尺度在總噴射數(shù)量Qt較大的操作范圍中會增大，而在總噴射數(shù)量Qt較小的操作范圍中會減小。更具體地，在總噴射數(shù)量Qt較大的操作范圍中放熱率Rh較高，而在在總噴射數(shù)量Qt較小的操作范圍中較低。因此可以獲得如下的特性，即放熱率Rh和噪音隨著總噴射數(shù)量Qt的減少而降低。通常，當(dāng)總噴射數(shù)量Qt減少時，就需要對噪音進(jìn)行更嚴(yán)密的防護(hù)?？梢酝ㄟ^上述的燃燒控制來實(shí)現(xiàn)與需要的水平相對應(yīng)的噪聲抑制效果。
在本實(shí)施例中，預(yù)燃噴射數(shù)量Qp與總噴射數(shù)量Qt的比在0.25至0.5的范圍內(nèi)，這由具體的數(shù)字來限定。預(yù)定范圍根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)等等來進(jìn)行改變。例如，如果噴射器11的燃料噴射特性例如霧化能力或穿透力得到了提高，那么就可以更快地形成預(yù)混合氣體。在這種情形下，預(yù)定范圍轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€由較小值確定的范圍。
接下來，將根據(jù)圖16說明執(zhí)行上述燃燒控制的預(yù)定操作區(qū)域。在圖16的中等載荷操作區(qū)域“A”中執(zhí)行燃燒控制。在高載荷操作區(qū)域或者低操作區(qū)域都不執(zhí)行燃燒控制。如果發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度NE較高，汽缸溫度就增加并且點(diǎn)火定時提前。因此，將預(yù)燃噴射數(shù)量Qp與總噴射數(shù)量Qt的比設(shè)置在預(yù)定范圍中是比較困難的。所以，如果旋轉(zhuǎn)速度NE超過了旋轉(zhuǎn)速度的預(yù)定上限時，就不執(zhí)行上述的燃燒控制。當(dāng)載荷較小時，汽缸溫度較低并且總噴射數(shù)量Qt較少。當(dāng)載荷較高時，就需要較大數(shù)量的新鮮空氣。因此，在這樣的情形下，EGR率設(shè)置為較小的值，從而不執(zhí)行上述燃燒控制。這是因?yàn)楸景l(fā)明旨在消除EGR所帶來的問題，并且當(dāng)EGR率本身很低時即使應(yīng)用本發(fā)明也不能起到有效的作用。在圖16中，Tr表示發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出，NEi為發(fā)動機(jī)的怠速空轉(zhuǎn)速度。
如果噴霧的霧化程度由于隨著時間的消耗而惡化，那么燃燒空間會從預(yù)混合空間向霧化空間延伸，其中在汽缸溫度較高的情況下，該霧化空間會沿著噴霧的方向形成預(yù)混合空間的上流。在這種情形下，噴霧在燃料不能充分預(yù)混和的空間中進(jìn)行燃燒并且很容易產(chǎn)生煙。在霧化程度惡化的情形下，另外執(zhí)行后噴射以便當(dāng)后噴射中噴射的燃料在燃燒室中燃燒時，煙同時也進(jìn)行燃燒。因此，即使在汽缸溫度較高的情況下也可以確保抑制煙的產(chǎn)生。
除了圖17A所示的梯形放熱率圖之外，也可以通過本實(shí)施例中執(zhí)行燃燒控制來提供基本上沒有峰值的放熱率圖，例如圖17B所示的倒置碗形的圖或者如圖17C所示在燃燒初期具有小峰值的圖。
本發(fā)明不應(yīng)限于這些公開的實(shí)施例，而是可以在不背離本發(fā)明的范圍內(nèi)以多種其它的形式來實(shí)現(xiàn)，其中本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書來界定。
權(quán)利要求
1.一種具有用于將廢氣再循環(huán)到進(jìn)氣系統(tǒng)(2)中的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(5)的壓燃式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，包括供應(yīng)裝置(11)，用于通過噴射孔(831a，832a，833a，831b，832b)以基本上為常數(shù)的噴數(shù)速率噴射燃料以霧化燃料，這樣燃料就可以很容易地被汽化并且使得燃料穿透發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)部的氣體中，供應(yīng)裝置(11)藉此提供了噴射燃料的空間分布，其中燃料和空氣的混合隨著燃料沿著噴射方向從噴射孔(831a，832a，833a，831b，832b)落下和燃料到達(dá)一個預(yù)混合空間而進(jìn)行，在預(yù)混合空間中燃料與空氣預(yù)混合的；和用于執(zhí)行燃燒控制的控制裝置(71)，燃燒控制用于控制汽缸內(nèi)部的氧濃度，從而燃料燃燒所在的燃燒空間就與預(yù)混合空間一致，燃燒控制還用于控制從燃料的噴射定時到點(diǎn)火定時的期間，這樣燃料就會在燃料噴射的同時被點(diǎn)火，和從而在開始點(diǎn)火之前所噴射燃料的數(shù)量與在一次噴射期間所噴射燃料總量之比就落在一個預(yù)定的范圍之內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1中所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于供應(yīng)裝置(11)被這樣形成，從而鄰接的噴射孔(831a，832a，833a，831b，832b)形成噴射孔組(83a，83b)，其中屬于相同噴射孔組(83a，83b)的噴射孔(831a，832a，833a，831b，832b)的中心線基本上朝向相同的方向。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于控制裝置(71)控制再循環(huán)廢氣的數(shù)量以控制汽缸內(nèi)部的氧濃度。
4.如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于控制裝置(71)通過控制燃料的噴射定時、再循環(huán)廢氣的溫度、吸入汽缸的氣體的溫度、壓縮比、增壓壓力和噴射壓力中的至少一個來控制燃燒控制中從燃料的噴射定時到點(diǎn)火定時的期間。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于當(dāng)發(fā)動機(jī)的載荷位于低載范圍和高載范圍之間的特定范圍內(nèi)并且發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速小于預(yù)定轉(zhuǎn)速時，控制裝置(71)執(zhí)行燃燒控制。
6.如權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于控制裝置(71)控制從燃料的噴射定時到點(diǎn)火定時的期間，從而在開始點(diǎn)火之前噴射的燃料量與在一次噴射過程中噴射的燃料的總量之比就落在燃燒控制中從25％到50％的范圍之內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1中所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于控制裝置(71)執(zhí)行這樣的燃燒控制，從而放熱率的圖形就不出現(xiàn)峰值。
8.如權(quán)利要求2中所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于發(fā)動機(jī)被這樣形成，從而發(fā)動機(jī)的渦流比設(shè)置在從0.5到2.5的范圍之內(nèi)。
9.如權(quán)利要求2中所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于所形成的發(fā)動機(jī)具有多個噴射孔組(83a，83b)，并且所形成的發(fā)動機(jī)使得每分鐘內(nèi)通過噴射孔組(83a，83b)之一噴射的燃料的數(shù)量與汽缸容積除以噴射孔組(83a，83b)數(shù)目之比設(shè)置為5或5以下。
全文摘要
壓燃式發(fā)動機(jī)通過噴射器(11)的噴射孔(831a，832a，833a，831b，832b)以基本上為常數(shù)的噴射速率噴射燃料以霧化燃料，這樣燃料就可以很容易地汽化并且使燃料穿透汽缸內(nèi)部的氣體。因此，發(fā)動機(jī)提供了一種噴射燃料的空間分布，其中燃料和空氣的混合隨著燃料從噴射孔(831a，832a，833a，831b，832b)落下和燃料到達(dá)燃料在此處與空氣預(yù)混和的預(yù)混和空間而進(jìn)行。發(fā)動機(jī)控制汽缸內(nèi)部的氧濃度和點(diǎn)火延遲，這樣在開始點(diǎn)火之前所噴射燃料的數(shù)量與總?cè)剂蠂娚鋽?shù)量之比就落在從25％到50％的范圍之內(nèi)，并且這樣在預(yù)混合空間中形成的預(yù)混合氣體就可以連續(xù)地燃燒。
文檔編號F02D1/00GK1614211SQ20041008839
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者佐佐木覚, 窪島司, 中村兼仁, 衣川真澄, 苅谷安浩, 黑仁田德士 申請人:株式會社電裝