專利名稱：缸內噴射型火花點火式內燃機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料直接噴射進燃燒室并且通過火花塞點火的缸內噴射型火花點火式內燃機。
背景技術：
在燃料直接噴射進燃燒室的缸內噴射型火花點火式內燃機中能實現(xiàn)分層稀薄燃燒，在燃燒室中，點火在全部是非常稀的空氣/燃料混合比下進行，例如，在壓縮沖程中，把從燃料噴射閥中噴射的燃料噴霧(fuel spray)輸送到火花塞的電極部分附近，因此在火花塞的電極部分周圍形成具有接近理想空氣/燃料混合比的空氣/燃料混合比的混合氣體。有各種方式將噴霧輸送到火花塞的電極部分附近。例如在日本未審查專利公報No.平成11-210472(以下簡稱專利文件1)中提出一種內燃機，該內燃機被安排為取決于發(fā)動機的運轉條件執(zhí)行不同的輸送燃料噴霧的方式(下文中稱為“噴霧輸送模式”)之間的改變。
在專利文件1中披露的技術中，燃料噴射閥設置在燃燒室的頂部幾乎垂直的位置，火花塞設置成其電極部分位于燃料噴射閥的噴孔部分附近并且面對該噴孔部分，在活塞的頂面上形成一個空腔。當發(fā)動機處在低發(fā)動機負荷運轉區(qū)域時，通過所謂的噴霧引導方法實現(xiàn)分層燃燒，該噴霧引導方法中，通過延遲燃料噴射時間使其接近點火時間，將發(fā)動機設置成當來自燃料噴射閥的噴霧在其自身動能的基礎上到達火花塞的電極部分附近的時候進行點火。同時，當發(fā)動機處在高發(fā)動機負荷運轉區(qū)域時，通過所謂的壁引導方法實現(xiàn)分層燃燒，該壁引導方法中，通過提前燃料噴射時間，將發(fā)動機設置成在由活塞的空腔產(chǎn)生的翻滾氣流的幫助下將噴霧輸送到火花塞的電極部分附近并點火。
如在專利文件1中披露的技術一樣，為了根據(jù)內燃機的負荷改變噴霧輸送模式，必須利用規(guī)定的發(fā)動機扭矩作為閾值(threshold)來改變燃料噴射時間和點火時間。然而，在使用普通的燃料噴射時間圖(map)和普通的點火時間圖的控制中，為了防止由于燃料噴射時間和點燃時間的突然變化而產(chǎn)生扭矩的跳變，通過對控制圖進行內插，使燃料噴射時間和點火時間連續(xù)變化。這樣就造成了在改變噴霧輸送模式時由于以下的原因導致熄火的問題
圖4是涉及規(guī)定的空氣/燃料混合比的特性圖表并在燃料噴射時間Tij(橫軸)和點火時間Tig(縱軸)方面顯示能通過噴霧引導方法獲得穩(wěn)定的分層燃燒的區(qū)域(SG區(qū)域)和能通過壁引導方法獲得穩(wěn)定的分層燃燒的區(qū)域(WG區(qū)域)。圖4顯示，在該空氣/燃料混合比中，SG區(qū)域和WG區(qū)域互相獨立，在它們中間是熄火區(qū)域。因此，如果使燃料噴射時間Tij和點火時間Tig通過以上提到的內插方法連續(xù)變化，會發(fā)生燃料噴射時間和點火時間長時間停留在熄火區(qū)域，使熄火狀態(tài)持續(xù)的情況。為了避免這種情況，噴霧輸送模式需要取決于發(fā)動機負荷而改變，然而，不能執(zhí)行這種模式的改變。因而，兩種燃料輸送模式的優(yōu)點，諸如改善燃料經(jīng)濟性和減少NOx，不能被充分利用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的提出是為了解決以上提到的問題。本發(fā)明的主要目的是提供一種缸內噴射型火花點火式內燃機，該內燃機能夠改變燃料噴霧輸送模式，抑制由內燃機產(chǎn)生的扭矩的跳變，防止熄火，從而能夠充分利用每個燃料噴霧輸送模式的優(yōu)點。
為了能夠實現(xiàn)這個目的，根據(jù)本發(fā)明的缸內噴射型火花點火式內燃機包括直接將燃料噴射進燃燒室的燃料噴射閥；具有位于由燃料噴射閥噴射的燃料噴霧的路徑附近的電極部分的火花塞；和安排為能夠使已通過火花塞的電極部分附近的燃料噴霧折返，而使該噴霧再次輸送到電極部分附近的活塞，其中缸內噴射型火花點火式內燃機能夠在運轉時有選擇地在由燃料噴射閥噴射的燃料噴霧通過火花塞的電極部分附近時點火的第一噴霧輸送模式的分層燃燒，和在已通過電極部分附近的燃料噴霧由使其折返的活塞再次輸送到電極部分附近時點火的第二噴霧輸送模式的分層燃燒之間改變，其特征如下該缸內噴射型火花點火式內燃機進一步包括模式改變確定裝置，該模式改變確定裝置被安排確定在第一噴霧輸送模式的分層燃燒和第二噴霧輸送模式的分層燃燒都是可行的共存運轉區(qū)域中是否執(zhí)行兩個噴霧輸送模式之間的改變；噴射時間和點火時間計算裝置，該噴射時間和點火時間計算裝置被安排來當模式改變確定裝置確定改變噴霧輸送模式時計算通過改變后的噴霧輸送模式的分層燃燒能夠獲得幾乎和改變前由內燃機產(chǎn)生的扭矩一樣的發(fā)動機扭矩的一組燃料噴射時間和點火時間；和噴霧輸送模式改變裝置，該噴霧輸送模式改變裝置被安排來當模式改變確定裝置確定改變噴霧輸送模式時以由噴射時間和點火時間計算裝置計算的結果為基礎逐步改變內燃機的噴射時間和點火時間。
因此，當由燃料噴射閥噴射的燃料噴霧通過火花塞的電極部分附近時，燃料噴霧能在第一噴霧輸送模式中點火，然后，當由活塞折返的燃料噴霧再次被輸送至電極部分時，燃料噴霧能在第二噴霧輸送模式中點火。
關于發(fā)動機負荷和空氣/燃料混合比，在可執(zhí)行第一噴霧模式的分層燃燒的區(qū)域和可執(zhí)行第二噴霧模式的分層燃燒的區(qū)域之間有差別，但是在這兩個區(qū)域之間也有可同時實行第一噴霧模式的分層燃燒和第二噴霧模式的分層燃燒的共存區(qū)域。在該共存區(qū)域中，能實現(xiàn)分層燃燒的燃料噴射時間和點火時間取決于噴霧輸送模式而變化。因此，在一些情況下，關于燃料噴射時間和點火時間，共存區(qū)域包括互相獨立的第一噴霧模式區(qū)域和第二噴霧模式區(qū)域，它們之間為熄火區(qū)域。
當模式改變確定裝置確定改變噴霧輸送模式時，噴射時間和點火時間計算裝置計算一組通過改變后的噴霧輸送模式中的分層燃燒能夠獲得和切換前的發(fā)動機扭矩幾乎一樣的發(fā)動機扭矩的燃料噴射時間和點火時間，在計算結果的基礎上，噴霧輸送模式改變裝置以跳過熄火區(qū)域的方式逐步改變燃料噴射時間和點火時間。因此，伴隨噴霧輸送模式的改變由內燃機產(chǎn)生的扭矩的跳變被抑制，由于燃料噴射時間和點火時間停留在熄火區(qū)域而產(chǎn)生的持續(xù)的熄火被防止。所以，可在改變噴霧輸送模式時不用擔心扭矩跳變和熄火。
這樣就可以使內燃機在對于與燃料經(jīng)濟性和NOx排放等方面有關的當前運轉狀況最佳的噴霧輸送模式中運轉，并且能夠充分利用每個噴霧輸送模式的優(yōu)點。
在像這樣的缸內噴射型火花點火式內燃機中，最好噴射時間和點火時間計算裝置計算一組以與改變前相同的空氣/燃料混合比通過改變之后的噴霧輸送模式的分層燃燒能夠實現(xiàn)和改變前幾乎一樣的發(fā)動機扭矩的燃料噴射時間和點火時間；噴霧輸送模式改變裝置逐步改變燃料噴射時間和點火時間，并保持同一個空氣/燃料混合比。
由于燃料噴射時間和點火時間在同一空氣/燃料混合比的基礎上計算并以計算結果為基礎逐步變化，保持同一空氣/燃料混合比，因此，可以不再需要為了抑制伴隨著噴霧輸送模式改變的空氣/燃料混合比變化而采取措施，例如并行控制節(jié)流閥。
在缸內噴射型火花點火式內燃機中，最好當噴射時間和點火時間計算裝置計算多組能夠獲得與改變前幾乎一樣的發(fā)動機扭矩的燃料噴射時間和點火時間時，噴霧輸送模式改變裝置選擇一組根據(jù)燃料經(jīng)濟性及扭矩最接近于改變后的噴霧輸送模式的最佳控制點的燃料噴射時間和點火時間，并將燃料噴射時間和點火時間逐步改變到被選擇的該組燃料噴射時間和點火時間。
這樣，當計算多組能夠獲得與噴霧輸送模式改變前幾乎一樣的發(fā)動機扭矩的多組燃料噴射時間和點火時間時，從這些候選組中選擇一組根據(jù)燃料經(jīng)濟性及扭矩與最佳控制點最接近的燃料噴射時間和點火時間，并將燃料噴射時間和點火時間變化到被選擇的該組燃料噴射時間和點火時間。因此，伴隨著噴霧輸送模式改變的燃燒性能下降被減小到最小限度。
在缸內噴射型火花點火式內燃機中，最好噴霧輸送模式改變裝置逐步改變燃料噴射時間和點火時間，而后將燃料噴射時間和點火時間連續(xù)變化到根據(jù)燃料經(jīng)濟性和扭矩在改變后的噴霧輸送模式中的最佳控制點。
由于燃料噴射時間和點火時間被逐步變化，然后連續(xù)變化到根據(jù)燃料經(jīng)濟性和扭矩的最佳控制點，所以在噴霧輸送模式改變后的噴霧輸送模式的運轉中能夠獲得良好的燃料經(jīng)濟性和扭矩。
在缸內噴射型火花點火式內燃機中，最好與確定是否實現(xiàn)從第一噴霧輸送模式改變到第二噴霧輸送模式的閾值相比較，模式改變確定裝置在以更低的負荷或更稀的空氣/燃料混合比設定的閾值的基礎上確定是否實現(xiàn)從第二噴霧輸送模式到第一噴霧輸送模式的改變。
與和吸氣流一起擴散的燃料噴霧再次被輸送到電極部分時進行燃料噴霧點火的第二噴霧輸送模式作比較，在來自燃料噴射閥的燃料噴霧通過火花塞的電極部分附近時進行燃料噴霧點火的第一噴霧輸送模式中，能實現(xiàn)分層燃燒的燃燒噴射時間和點火時間的范圍相當狹窄。因此，存在這樣的情況，在第一噴霧輸送模式中不存在任何一組能夠獲得幾乎一樣的發(fā)動機扭矩的燃料噴射時間和點火時間。這種情況是發(fā)生扭矩跳變的原因。
關于負荷和空氣/燃料混合比，主要在低負荷和稀空氣/燃料混合比的區(qū)域，第一噴霧輸送模式下的分層燃燒是可行的。這意味著當負荷更低和空氣/燃料混合比更稀時，共存區(qū)域有能夠實現(xiàn)在第一噴霧輸送模式中的分層燃燒的燃料噴射時間和點火時間的更大的范圍。因此，當以在更低的負荷和更稀的空氣/燃料混合比下設定的閾值為基礎在共存區(qū)域中進行從第二噴霧輸送模式到第一噴霧輸送模式的改變時，幾乎相同的發(fā)動機扭矩或者雖然不相同但較接近于改變前的發(fā)動機扭矩能被實現(xiàn)的可能性較高。結果，伴隨著朝向第一噴霧輸送模式的改變而產(chǎn)生的扭矩跳變能以更高的必然性得到抑制。


圖1是顯示本發(fā)明的實施例的缸內噴射型火花點火式內燃機的示意結構的示意圖；圖2是顯示能通過噴霧引導方法實現(xiàn)分層燃燒的區(qū)域和能通過壁引導方法實現(xiàn)分層燃燒的區(qū)域的特性圖；
圖3是定義噴霧引導運轉區(qū)域和壁引導運轉區(qū)域的控制圖。
圖4是顯示進行從噴霧引導方法到壁引導方法的改變時，燃料噴射時間和點火時間怎樣從SG區(qū)域轉移到WG區(qū)域的說明圖；圖5是顯示進行噴霧引導方法和壁引導方法之間的改變時，怎樣進行控制的時間表；圖6是顯示進行從噴霧引導方法到壁引導方法的改變時，扭矩怎樣變化的說明圖；圖7是顯示進行從壁引導方法到噴霧引導方法的改變時，燃料噴射時間和點火時間怎樣從WG區(qū)域轉移到SG區(qū)域的說明圖。
具體實施例方式
下文將對本發(fā)明的實施例的缸內噴射型火花點火式內燃機進行說明。
圖1是顯示本發(fā)明的實施例的缸內噴射型火花點火式內燃機的示意結構的示意圖。本實施例的內燃機形成為直列式4缸發(fā)動機。圖中涉及一個汽缸，其他汽缸具有完全相同的結構。
在內燃機E的汽缸體1中形成的汽缸1a內，活塞2被裝配成能上下滑動。汽缸體1上固定汽缸蓋3。汽缸蓋3的下表面被形成為包括分別向下傾斜到內燃機E的吸氣側(圖1的左側)和排氣側(圖1的右側)的一對傾斜表面3a，3b。這對傾斜表面3a，3b，汽缸1a的內表面以及活塞2的頂面限定了所謂的單坡屋頂型燃燒室4。在活塞頂面中形成空腔2a。該空腔2a具有使流入燃燒室4內的吸入空氣在空腔2a內向上折返以產(chǎn)生翻滾氣流的最佳形狀。
燃料噴射閥5安裝到汽缸蓋3上相對于兩斜面3a，3b的相交處形成的突脊稍許偏向吸氣一側的位置上。燃料噴射閥5保持在幾乎垂直但稍許傾斜的位置，使其上端位于比下端更略微偏向吸氣側的位置，在下端的噴射孔部分5a面對燃燒室4內部，能向燃燒室4內噴射燃料。另外，火花塞6安裝在汽缸蓋3上相對于兩斜面3a，3b之間的突脊稍許偏向排氣側的位置上，火花塞6保持在幾乎垂直但稍許傾斜的位置，使其上端位于比下端更略微偏向排氣側的位置，下端的電極部分6a面對燃燒室4內部。
由于燃料噴射閥5和火花塞6之間的這樣的位置關系，在燃燒室4內燃料噴射閥5的噴射孔部分5a和火花塞6的電極部分6a互相接近，通過噴射孔部分5a噴射的燃料噴霧通過電極部分6a附近(直接在下方)。燃料噴霧的輸送路徑和電極部分6a之間的位置關系不局限在以上的關系，只要通過后面所述的噴霧引導方法混合氣體能被點火，該關系就能以任何方式修改，例如電極部分6a可以位于燃料噴霧的輸送路徑上。
在汽缸蓋3的吸氣側的傾斜面3a上形成一對吸氣口，使其在內燃機E的前后方向(垂直于紙面的方向)上排列，燃料噴射閥5處于兩個吸氣口7之間。同樣在汽缸蓋3的排氣側的傾斜面3b上形成一對排氣口8，使其在前后方向上排列，火花塞6處于兩個排氣口8之間。每個吸氣口7中都設置一個吸氣閥7a，而每個排氣口8中都設置一個排氣閥8a。通過汽缸蓋3上設置的閥驅動機構(圖上未顯示)，與曲軸的旋轉同步，吸氣閥7和排氣閥8以規(guī)定的時間被驅動開閉。
兩個吸氣口7和其他汽缸的吸氣口都連接到共用的吸氣通路(圖上未顯示)。當發(fā)動機運轉時，引入吸氣通路的吸入空氣根據(jù)節(jié)流閥的開度受到流量控制，然后被分配到各個汽缸，當吸氣閥7a打開時通過兩個吸氣口7流入燃燒室4內。同時，兩個排氣口8和其他汽缸的排氣口都連接到共用的排氣通路(圖上未顯示)。當發(fā)動機運轉時，在排氣閥8a打開時，燃燒后留在燃燒室4內的廢氣通過兩個排氣口8排向排氣通路，和來自其他汽缸的廢氣合流，經(jīng)過設置在排氣通路中的催化凈化器(catalytic converter)和消音器向外部排出。
在車廂內設置一個包括圖上未顯示的輸入/輸出裝置，用來儲存控制程序和控制圖等的存儲器(ROM，RAM等)，中央處理單元(CPU)，定時器計數(shù)器等的ECU(電子控制單元)11。ECU 11的輸入側連接了各種傳感器，諸如檢測內燃機E的轉速Ne的轉速傳感器12，檢測內燃機E的節(jié)流開度θth的節(jié)流傳感器13，檢測加速器下降θacc的加速器傳感器14。ECU 11的輸出側連接了各種裝置，諸如上述燃料噴射閥5，驅動各個火花塞6的點火器15。
以事先準備的燃料噴射量圖，燃料噴射時間圖和點火時間圖為基礎，根據(jù)發(fā)動機轉速Ne和加速器下降θacc等，ECU 11設定了燃料噴射量Q，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig，并以這些目標值為基礎控制燃料噴射閥5的打開周期和打開時間，和控制驅動點火器15使火花塞6點火的點火時間。
根據(jù)從加速器下降θacc等得到的目標扭矩Tq和發(fā)動機轉速Ne，運轉時的內燃機E能在均勻燃燒和分層燃燒之間切換。具體來說，當內燃機處在目標扭矩Tq或發(fā)動機轉速Ne相對高的運轉區(qū)域中時，通過在吸氣沖程中噴射燃料進行均勻燃燒，從而形成均勻的混合氣體并使其燃燒。同時，當內燃機處在目標扭矩Tq和發(fā)動機轉速Ne相對低的運轉區(qū)域中時，通過在壓縮沖程中噴射燃料進行分層燃燒，從而在火花塞6的電極部分6a的周圍形成具有接近于理想空氣/燃料混合比的空氣/燃料混合比的混合氣體，導致燃燒全部在非常稀的空氣/燃料混合比中進行。
在本實施例中，根據(jù)內燃機E的運轉狀況，以不同的噴霧輸送模式(輸送噴霧的不同的方式)實現(xiàn)上述分層燃燒。這些噴霧輸送模式將在下文中詳細說明。
在吸氣沖程中通過吸氣口7流入燃燒室4內的吸入空氣由活塞2的空腔2a折返向上以形成翻滾氣流。在內燃機E進行到壓縮沖程后，所形成的翻滾氣流仍然持續(xù)。當內燃機E以分層燃燒運轉時，在壓縮沖程中由燃料噴射閥5噴射的燃料噴霧以其自身的動能通過火花塞6的電極部分6a的正下方，然后和吸入空氣的翻滾氣流一起在上升中的活塞2的空腔2a內被折返向上，再次到達火花塞6的電極部分6a附近。
結果，在電極部分2a的周圍燃料噴霧形成了能點火的混合氣體，以提供兩次點火的機會，這兩次機會也就是在燃料噴霧被噴射后立即通過火花塞6的電極部分6a的正下方的時刻，然后在燃料噴霧與翻滾氣流一起通過被活塞空腔2a折返再次到達電極部分2a的時刻。所謂的噴霧引導方法的噴霧輸送模式下的分層燃燒通過在前者時刻進行點火而實現(xiàn)。所謂的壁引導方法的噴霧輸送模式下的分層燃燒通過在后者時刻進行點火而實現(xiàn)。
噴霧引導方法和壁引導方法在像這樣的輸送燃料噴霧的方式上不同，因此能實現(xiàn)分層燃燒的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig根據(jù)噴霧輸送模式而變化。有關空氣/燃料混合比和轉速，圖2顯示了在每種噴霧輸送模式中可實現(xiàn)分層燃燒的區(qū)域。如圖2所示，通過噴霧引導方法的分層燃燒(以下稱為“SG燃燒”)可在空氣/燃料混合比相對稀轉速相對高的區(qū)域(以下稱為“SG區(qū)域”)中實現(xiàn)。同時，通過壁引導方法的分層燃燒(以下稱為“WG燃燒”)可在空氣/燃料混合比相對富余轉速相對低的區(qū)域(以下稱為“WG區(qū)域”)中實現(xiàn)。在兩個區(qū)域之間存在一個在任何噴霧輸送模式中分層燃燒都能實現(xiàn)的共存區(qū)域。
從圖2所示的特性可以期待，主要在低轉速高扭矩的運轉區(qū)域中，由于較富余的空氣/燃料混合比，WG燃燒導致良好的燃料經(jīng)濟性和NOx抑制，在其他的運轉區(qū)域，SG燃燒導致了良好的燃料經(jīng)濟性。在分層燃燒的運轉中，ECU11根據(jù)圖3所示的控制圖進行噴霧輸送模式之間的改變，主要在低轉速高扭矩運轉區(qū)域實現(xiàn)WG燃燒，在其他運轉區(qū)域實現(xiàn)SG燃燒。
以圖3的控制圖為基礎的噴霧輸送模式的改變能在圖2所示的共存區(qū)域中執(zhí)行，在共存區(qū)域可實行任何一種噴霧輸送模式中的分層燃燒。在共存區(qū)域內的任何點，在任何噴霧輸送模式下分層燃燒都能實現(xiàn)，但是能夠實現(xiàn)分層燃燒的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig取決于噴霧輸送模式改變。圖4是涉及在共存區(qū)域中某個空氣/燃料混合比的特性圖，并顯示了和燃料噴射時間Tij和點火時間Tig有關的SG區(qū)域和WG區(qū)域。正如從圖4中所見，SG區(qū)域和WG區(qū)域互相獨立，它們之間為熄火區(qū)域。
應注意的是，圖4所示的特性只是一個實例，SG區(qū)域和WG區(qū)域的范圍和形狀，在兩個區(qū)域之間的位置關系等根據(jù)空氣/燃料混合比而變化。在一些情況下，SG區(qū)域和WG區(qū)域是交迭的。然而，基本上在大多數(shù)空氣/燃料混合比中，兩個區(qū)域是互相獨立的。
當在共存區(qū)域中噴霧輸送模式被改變時，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig被改變，以從SG區(qū)域轉移到WG區(qū)域或者從WG區(qū)域轉移到SG區(qū)域。在通常進行的燃料噴射時間圖控制和點火時間圖控制中，為了防止由內燃機E產(chǎn)生的扭矩跳變，通過進行對控制圖的內插，使燃料噴射時間Tij和點火時間Tig連續(xù)變化。在這種技術中，存在燃料噴射時間Tij和點火時間Tig長時間停留在熄火區(qū)域以至于熄火持續(xù)的情況，因此，在本實施例中，為了避免這類情況，當噴霧輸送模式改變時停止內插并且采取對付熄火的措施。
圖5是顯示當進行噴霧引導方法和壁引導方法之間的改變時怎樣進行控制的時間表。圖6是顯示進行從噴霧引導方法到壁引導方法的改變時扭矩怎樣變化的說明圖。
例如，在SG燃燒的運轉中，當內燃機E的負荷增加時，目標扭矩Tq被設定得更大，并且為了實現(xiàn)目標扭矩Tq，目標空氣/燃料混合比(目標A/F)被改變到更富余。在圖5中，參考符號α表示上述共存區(qū)域的空氣/燃料混合比寬度。在共存區(qū)域內進行噴霧輸送模式從噴霧引導方法到壁引導方法的改變。在本實施例中，以目標扭矩Tq為基礎確定改變噴霧輸送模式的時間。當目標扭矩Tq超過共存區(qū)域內相應于空氣/燃料混合比寬度α的預先設定的SW轉換扭矩(閾值)時，通過壁引導方法，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig被改變到一組能夠獲得同一目標扭矩Tq的燃料噴射時間和點火時間，或者，如果該同一目標扭矩Tq不可能獲得，則改變到最接近與目標扭矩Tq的扭矩(發(fā)動機負荷在以下的說明中，詞語“同一目標扭矩Tq”被用以包括最接近于目標扭矩Tq的扭矩)。
這里，如圖4所示的SG區(qū)域和WG區(qū)域的特性(每個區(qū)域的范圍和形狀，兩個區(qū)域之間的位置關系等)根據(jù)空氣/燃料混合比而變化，并且以在相應于SW轉換扭矩的空氣/燃料混合比的區(qū)域特性為基礎實現(xiàn)噴霧輸送模式的改變。如果在噴霧輸送模式改變后實現(xiàn)和改變前相同的目標扭矩Tq則是理想的。因此，該SW轉換扭矩被設定來對應于這樣的空氣/燃料混合比，在該空氣/燃料混合比上，就存在一組能夠實現(xiàn)相同的目標扭矩Tq的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig的可能性而論，該區(qū)域特性為最佳。以這樣設定的SW轉換扭矩為基礎確定改變噴霧輸送模式的時間(模式改變確定裝置)。
在改變前的SG燃燒中，在燃料噴射時間圖和點火時間圖的基礎上，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig被設定到相應于根據(jù)燃料經(jīng)濟性提供最佳扭矩的MBT(對于最佳扭矩的最小提前量)的值(最佳控制點)。在圖4中，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig被控制在SG區(qū)域內的給出MBT相應值的點a上。在圖6中，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig被控制在SG燃燒特性曲線上的點a上。
當目標扭矩Tq超過SW轉換扭矩時，從所準備的轉換圖得到一組能通過壁引導方法實現(xiàn)相同的目標扭矩的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig(噴射時間和點火時間計算裝置)。轉換圖通過實驗準備，在這個實驗中，使內燃機E實際上在不同的空氣/燃料混合比中以WG燃燒運轉，以獲得在每個空氣/燃料混合比中實現(xiàn)每個目標扭矩Tq的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig。還有，準備用于從壁引導方法到噴霧引導方法的改變的轉換圖，并在進行相反方向的改變時使用(以后說明)。
在轉換圖的基礎上，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig如圖4所示從在SG區(qū)域內的點a跳過熄火區(qū)域逐步改變到WG區(qū)域內的點b，并且如圖6所示從在SG燃燒特性曲線上的點a逐步改變到在WG燃燒特性曲線上相應于同一目標扭矩Tq的點b(噴霧輸送模式改變裝置)。因此，由于燃料噴射時間Tij和點火時間Tig在熄火區(qū)域停留造成的持續(xù)熄火被防止，并且同時，伴隨著噴霧輸送模式的改變由內燃機E產(chǎn)生的扭矩的跳變被抑制。
由于如圖4所示在規(guī)定的空氣/燃料混合比中(相應于SW轉換扭矩)以區(qū)域特性為基礎進行燃料噴射時間Tij和點火時間Tig的改變，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig必須保持同一空氣/燃料混合比被逐步改變。因此，可以不需要采取抑止伴隨噴霧輸送模式改變而產(chǎn)生的空氣/燃料混合比的變化的措施，例如，不需要并行控制節(jié)流閥。
然后，在WG燃燒中的MBT相應值(最佳控制點)從燃料噴射時間圖和點火時間圖中求得，并且改變后的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig連續(xù)改變到作為目標值的MBT相應值。具體來說，在圖4中，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig線性地并連續(xù)地變化到在WG區(qū)域中給出MBT相應值的點c，而在圖6中，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig在WG燃燒特性曲線上朝向給出MBT相應值的點c連續(xù)變化并到達MBT相應值，在該時間噴霧輸送模式改變過程完成。正如圖6很清楚的表示，雖然燃料噴射時間Tij和點火時間Tig從點b變化到點c增加了扭矩，因為燃料噴射時間Tij和點火時間Tig的變化是連續(xù)的，因此沒有產(chǎn)生扭矩跳變的風險。
在MBT相應值的使用導致爆燃的區(qū)域，從燃料噴射時間圖和點火時間圖中求得經(jīng)最低限度矯正以抑制爆燃的值作為MBT相應值，并以這些經(jīng)矯正的值為基礎控制燃料噴射時間Tij和點火時間Tig。
正如以上說明的，當實現(xiàn)從噴霧引導方法到壁引導方法的改變時，獲得能夠通過壁引導方法實現(xiàn)改變前的目標扭矩Tq的一組燃料噴射時間Tij和點火時間Tig，并且燃料噴射時間Tij和點火時間Tig被逐步改變到所獲得的該組燃料噴射時間Tij和點火時間Tig。因此能夠實現(xiàn)向壁引導方法的改變，抑制伴隨著噴霧輸送模式改變的扭矩跳變，防止由于燃料噴射時間Tij和點火時間Tig停留在熄火區(qū)域產(chǎn)生的持續(xù)熄火。
實現(xiàn)從壁引導方法到噴霧引導方法的改變基本上通過和上文所述相同的程序。具體來說，如圖5所示，在處于WG燃燒的運轉中，當負載減少時，目標扭矩Tq逐漸降低，并且當目標扭矩Tq低于用于從壁引導方法到噴霧引導方法的改變的WS轉換扭矩(閾值)時，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig逐步改變到能通過噴霧引導方法實現(xiàn)同一目標扭矩Tq的值。
圖7是顯示當進行從壁引導方法到噴霧引導方法的改變時，怎樣以和圖4的情況相反的方向將燃料噴射時間Tij和點火時間Tig從WG區(qū)域中的點c改變到SG區(qū)域中的點a的說明圖。首先，以在WG區(qū)域內的點c上實現(xiàn)的目標扭矩Tq為基礎，從轉換圖中求得給出能通過噴霧引導方法實現(xiàn)同一目標扭矩Tq的一組燃料噴射時間Tij和點火時間Tig的點d。燃料噴射時間Tij和點火時間Tig逐步從點c跳過熄火區(qū)域改變到SG區(qū)域中的點d，然后連續(xù)改變到在SG區(qū)域中的給出MBT相應值的點a。因此，像以上所述的從噴霧引導方法改變到壁引導方法一樣，可以實現(xiàn)從壁引導方法到噴霧引導方法的改變，抑制伴隨著噴霧輸送模式的改變的扭矩跳變，并防止由于燃料噴射時間Tij和點火時間Tig停留在熄火區(qū)域導致的持續(xù)熄火。
結果，在本實施例中，可以不擔心扭矩跳變和熄火的發(fā)生而實現(xiàn)噴霧引導方法和壁引導方法之間的改變，這樣就可以根據(jù)燃料經(jīng)濟性和NOx排放等實現(xiàn)對于當前的運轉狀況最佳的噴霧輸送模式的分層燃燒，并充分利用每個噴霧輸送模式的優(yōu)點。
像SW轉換扭矩一樣，WS轉換扭矩被設定到相應于特定空氣/燃料混合比的值，在該空氣/燃料混合比中區(qū)域特性對于實現(xiàn)同一目標扭矩Tq最佳?？紤]到這個條件，WS轉換扭矩必須被設定為比SW轉換扭矩低的值(相應于較稀的空氣/燃料混合比)。下文將說明WS轉換扭矩的設定。
從圖4和7所示的特性清楚可知，在共存區(qū)域內，SG區(qū)域在范圍上比WG區(qū)域小得多，這意味著能實現(xiàn)SG燃燒的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig的范圍相當狹窄。這種趨勢基于這樣的事實，即雖然由燃料噴射閥5噴射并經(jīng)過火花塞6的電極部分6a的正下方的燃料噴霧能被點火的時間周期非常短，但和翻滾氣流一起再次到達電極部分6a的燃料噴霧能被點火的時間周期長，因為它已經(jīng)在一定程度上擴散。
由于SG區(qū)域和WG區(qū)域在范圍上的不同，就存在這樣的可能性，在同一空氣/燃料混合比中，對于從WG區(qū)域到SG區(qū)域的轉移找不到一組能夠實現(xiàn)同一目標扭矩Tq的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig，而對于從SG區(qū)域到WG區(qū)域的轉移，能找到一組能夠實現(xiàn)同一目標扭矩Tq的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig。因此，與WG區(qū)域比較，在SG區(qū)域中，求得一組能夠實現(xiàn)同一目標扭矩Tq的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig的可能性低，這樣會導致扭矩跳變。
如圖4和7所示的SG區(qū)域和WG區(qū)域的區(qū)域特性(每個區(qū)域的范圍和形狀，兩個區(qū)域之間的位置關系等)取決于空氣/燃料混合比而變化?？偟内厔菔?，當在共存區(qū)域中空氣/燃料混合比較富余時，WG燃燒容易實現(xiàn)并且WG區(qū)域較大，而當在共存區(qū)域中空氣/燃料混合比較稀時，SG燃燒容易實現(xiàn)并且SG區(qū)域較大。考慮到這個趨勢，WS轉換扭矩設定為比SW轉換扭矩低的值(相應于較稀的空氣/燃料混合比)。
因此，在如圖7所示的相應于WS轉換扭矩的區(qū)域特性中，SG區(qū)域與在圖4中的SG區(qū)域(在圖7中用虛線表示)相比較大(相反，WG區(qū)域較小)。因此，當實現(xiàn)從壁引導方法到噴霧引導方法的改變時，求得一組在SG區(qū)域中能夠獲得同一目標扭矩Tq的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig的可能性高，并且即使找不到這樣的一組燃料噴射時間Tij和點火時間Tig，求得一組能夠獲得接近于目標扭矩Tq的扭矩的可能性也是高的。結果，能在無扭矩跳變的情況下完成向噴霧引導方法的改變。
取決于如圖4和7所示的區(qū)域特性，可以存在超過一組的能在改變后的噴霧輸送模式中實現(xiàn)同一目標扭矩Tq的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig。在如此情況下，以轉換圖為基礎，從那些候選組中選出一組在改變后的噴霧輸送模式中最接近于MBT相應值的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig，并使燃料噴射時間Tij和點火時間Tig逐步改變到被選的這組噴射時間Tij和點火時間Tig。結果，燃料噴射時間Tij和點火時間Tig被改變到接近于MBT相應值的點，而后通過最短距離到達MBT相應值。這樣將使由于改變噴霧輸送模式造成燃料噴射時間Tij和點火時間Tig偏離MBT相應值的時間周期非常短，并且能把在這段時間周期內的燃燒性能的下降減少到最小值。
在不存在任何一組能夠獲得同一目標扭矩Tq的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig但存在多組能夠獲得接近于同一目標扭矩Tq的扭矩的燃料噴射時間Tij和點火時間Tig的候選組的情況下，在轉換圖的基礎上選擇根據(jù)扭矩跳變和燃燒狀況為最佳的候選組。更具體來說，考慮到對于當選擇能夠獲得接近于同一目標扭矩Tq的扭矩的候選組時造成的扭矩跳變的抑制和對于當選擇接近于MBT相應值的候選組時造成的燃燒性能下降的抑制，在轉換圖中預先設定能最大程度滿足兩個要求的候選組，而后使燃料噴射時間Tij和點火時間Tig逐步改變到該候選組。結果，同樣在這種情況下，抑制扭矩跳變和防止熄火都能被實現(xiàn)。
以上是對本發(fā)明的一個實施例的說明。然而，本發(fā)明不局限于以上說明的實施例。例如，在上述實施例中，發(fā)動機被形成為直列式4缸內燃機E。然而，只要允許燃料直接噴射到燃燒室4中和在不同的噴霧輸送模式間進行變化，內燃機E汽缸的排列和數(shù)目不受限制而能在任何方式下修改。
此外，在所說明的實施例中，噴霧輸送模式改變的時間以目標扭矩Tq為基礎確定，然而，從對實施例的說明清楚可知，由于目標扭矩Tq和空氣/燃料混合比有關，代替目標扭矩Tq，變化的時間也能以空氣/燃料混合比為基礎確定。
權利要求
1.一種缸內噴射型火花點火式內燃機，該內燃機包括直接將燃料噴射到燃燒室中的燃料噴射閥(5)；火花塞(6)，該火花塞(6)具有位于從燃料噴射閥(5)噴射的燃料噴霧的路徑附近的電極部分(6a)；和活塞(2)，該活塞(2)被安排為能夠使已通過火花塞(6)的電極部分(6a)附近的燃料噴霧折返而使燃料噴霧再次輸送到電極部分(6a)附近，其中，缸內噴射型火花點火式內燃機能夠在運轉時有選擇地在由燃料噴射閥(5)噴射的燃料噴霧通過火花塞(6)的電極部分(6a)附近時點火的第一噴霧輸送模式的分層燃燒，和在已通過電極部分(6a)附近的燃料噴霧由使其折返的活塞再次輸送到電極部分(6a)附近時點火的第二噴霧輸送模式的分層燃燒之間改變，其特征在于，該缸內噴射型火花點火式內燃機進一步包括模式改變確定裝置(11)，該模式改變確定裝置(11)被安排來確定在第一噴霧輸送模式的分層燃燒和第二噴霧輸送模式的分層燃燒都是可行的共存運轉區(qū)域中是否執(zhí)行兩個噴霧輸送模式之間的改變；噴射時間和點火時間計算裝置(11)，該噴射時間和點火時間計算裝置(11)被安排來當模式改變確定裝置(11)確定改變噴霧輸送模式時計算通過改變后的噴霧輸送模式的分層燃燒能夠獲得幾乎和改變前由內燃機產(chǎn)生的扭矩一樣的發(fā)動機扭矩的一組燃料噴射時間和點火時間；和噴霧輸送模式改變裝置(11)，該噴霧輸送模式改變裝置(11)被安排來當模式改變確定裝置(11)確定改變噴霧輸送模式時以由噴射時間和點火時間計算裝置計算的結果為基礎逐步變化內燃機的噴射時間和點火時間。
2.如權利要求1所述的缸內噴射型火花點火式內燃機，其特征在于，所述噴射時間和點火時間計算裝置(11)計算一組以與改變前的空氣/燃料混合比相同的空氣/燃料混合比通過改變后的噴霧輸送模式的分層燃燒能夠獲得和改變前的發(fā)動機扭矩幾乎一樣的發(fā)動機扭矩的燃料噴射時間和點火時間；以及所述噴霧輸送模式改變裝置(11)逐步變化燃料噴射時間和點火時間，并保持同樣的空氣/燃料混合比。
3.如權利要求1或2所述的缸內噴射型火花點火式內燃機，其特征在于，當由噴射時間和點火時間計算裝置(11)計算多組能夠獲得與改變前幾乎一樣的發(fā)動機扭矩的多組燃料噴射時間和點火時間時，噴霧輸送模式改變裝置(11)根據(jù)燃料經(jīng)濟性及扭矩選擇一組改變后的噴霧輸送模式中與最佳控制點最接近的燃料噴射時間和點火時間，并將燃料噴射時間和點火時間逐漸變化到被選擇的該組燃料噴射時間和點火時間。
4.如權利要求1到3中的任何一項所述的缸內噴射型火花點火式內燃機，其特征在于，噴霧輸送模式改變裝置(11)逐步變化燃料噴射時間和點火時間，而后根據(jù)燃料經(jīng)濟性和扭矩將燃料噴射時間和點火時間連續(xù)變化到改變后的噴霧輸送模式中的最佳控制點。
5.如權利要求1到4中的任何一項所述的缸內噴射型火花點火式內燃機，其特征在于，與確定是否實現(xiàn)從第一噴霧輸送模式改變到第二噴霧輸送模式的閾值相比較，模式改變確定裝置(11)在以更低的負荷或更稀的空氣/燃料混合比設定的閾值的基礎上確定是否實現(xiàn)從第二噴霧輸送模式到第一噴霧輸送模式的改變。
全文摘要
在通過噴霧引導方法的分層燃燒(SG燃燒)和通過壁引導方法的分層燃燒(WG燃燒)都可行的共存區(qū)域中，當實現(xiàn)從SG燃燒到WG燃燒的改變時，ECU11獲得給出一組能通過WG燃燒實現(xiàn)和改變前的SG燃燒的目標扭矩Tq一樣的目標扭矩的燃料噴射時間和點火時間的點b，并且使燃料噴射時間和點火時間逐步從SG區(qū)域中的點a跳過熄火區(qū)域改變到WG區(qū)域中的點b，而后連續(xù)改變到給出相應于MBT的一組最佳燃料噴射時間和點火時間的點c。
文檔編號F02B23/10GK1854481SQ200610074830
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月18日 優(yōu)先權日2005年4月18日
發(fā)明者松原讓二, 武田忠邦, 中根一芳 申請人:三菱自動車工業(yè)株式會社