專利名稱：內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機，其中燃燒室內(nèi)形成的空氣和汽油燃料的混合 物可以通過壓縮而自動點火。
背景技術(shù)：
已知燃燒(點燃)汽油作為燃料的內(nèi)燃機產(chǎn)生的NOx的量取決于燃燒 室內(nèi)的溫度是高溫的燃燒時間段，并且隨燃燒時間段縮短而變小。在預(yù)混 合充料壓縮自動點火(自動點火)燃燒中，燃燒室內(nèi)形成的空氣/燃料混合 物(混合氣)在髙壓縮比被壓縮以由此被點燃，壓縮的空氣/燃料混合物在 多個^t位置實質(zhì)地同時被點火。因此，自動點火燃燒在比燃料通過火焰 傳播燃燒的火花點火燃燒短的時間內(nèi)完成.因此，與進行火花點火燃燒的 內(nèi)燃;M目比，進行自動點火燃燒的內(nèi)燃機可以減少NOx排放。此外，自動 點火燃燒使得能夠在高壓縮比和極稀的空燃比進行燃燒，從而改進了燃料 效率.由于自動點火燃燒在極短的時間內(nèi)完成，在需要大量燃料的高負(fù)栽區(qū) 域中，自動點火燃燒使得燃燒室內(nèi)壓力(氣缸壓力)急劇增加，并且因此， 可能產(chǎn)生很大的噪聲。為了解決噪聲問題，開發(fā)了4循環(huán)內(nèi)燃機，該內(nèi)燃 機在自動點火燃燒引起的噪聲低的輕負(fù)栽區(qū)域中執(zhí)行自動點火燃燒工作； 并且在由自動點火燃燒產(chǎn)生很大燃燒噪聲的高負(fù)栽區(qū)域中執(zhí)行空氣/燃料 混合物由火花塞產(chǎn)生的火花點燃的火花點火燃燒工作(例如，參見日本專 利申請未審定公報No. 2000-64863,權(quán)利要求1以及圖4).同時，設(shè)計為執(zhí)行自動點火燃燒的內(nèi)燃機的壓縮比比設(shè)計為執(zhí)行火花 點火燃燒的內(nèi)燃機的壓縮比高得多。因此，如果能夠執(zhí)行自動點火燃燒的內(nèi)燃機在負(fù)栽很高時執(zhí)行火花點火燃燒，則發(fā)生敲缸。關(guān)于這一點，為了 降低實際壓縮比，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機將進氣閥的關(guān)閉正時延遲至直到在火花點 火工作中接近壓縮沖程的上死點為止，從而可以避免敲釭。然而，由于高負(fù)載區(qū)域中的工作需要大量燃料的燃燒，延遲進氣閥的 關(guān)閉正時的程度受到限制。這是因為過度延遲進氣閥的關(guān)閉正時會導(dǎo)致空 氣/燃料混合物的量(即，燃料的量)減少。因此，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機不能充分 地避免敲釭并且不能增大發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)燃機，在通過執(zhí)行自動點火燃燒工作減少NOx的量并且改進燃料效率的同時，該內(nèi)燃機能夠在沒有敲缸和過度噪聲 的情況下產(chǎn)生^艮高的轉(zhuǎn)矩。實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的內(nèi)燃機包括燃料噴射裝置，所述燃料噴射裝置用于將汽油燃料噴射到燃燒室內(nèi)， 所述燃燒室由所述內(nèi)燃機的活塞的頂面、氣釭的孔壁表面以及氣缸蓋的下 表面限定出；以及預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃機在輕負(fù)栽 區(qū)域工作時，所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置將吸入所述燃燒室內(nèi)的空氣與從所述燃料噴射裝置噴射到所述燃燒室內(nèi)的燃料預(yù)混 合，并且形成和壓縮具有均一的燃料空間分布的均質(zhì)空^燃料混合物以由 此開始所述燃料的自動點火燃燒.所述內(nèi)燃^E包括擴散燃燒工作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃機在負(fù)栽大于 所述輕負(fù)栽區(qū)域的高負(fù)栽區(qū)域工作時，所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置在所述 燃燒室內(nèi)壓縮-AX所述燃燒室內(nèi)的空氣并M所述燃料噴射裝置噴射燃料 到所述壓縮的空氣中以由此代替所述燃料的自動點火燃燒而開始所述燃料 的擴散燃燒。當(dāng)這樣構(gòu)成的內(nèi)燃機在輕負(fù)栽區(qū)域工作時，形成并且壓縮具有均一的 燃料空間分布的均質(zhì)空氣/燃料混合物，從而通過燃料自動點火的均質(zhì)充料
壓縮自動點火燃燒執(zhí)行工作。因此，內(nèi)燃機能夠減少NOx的排放。同時， 當(dāng)內(nèi)燃機在負(fù)載大于輕負(fù)載區(qū)域的高負(fù)載區(qū)域工作時，燃料噴射到壓縮空 氣中，從而通過擴散燃燒執(zhí)行工作。由于通過擴散燃燒的工作比通過火花 點火燃燒的工作展現(xiàn)了較低的敲釭發(fā)生可能性，通過擴散燃燒的工作不需 要通過大量延遲進氣閥的關(guān)閉正時降低實際的(實質(zhì)的)壓縮比。因此， 當(dāng)內(nèi)燃機在高負(fù)載區(qū)域工作時，在高壓縮比下可以實現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒，從而 可以產(chǎn)生很高的轉(zhuǎn)矩。此外，由于汽油比柴油更容易氣化，擴散燃燒的速 度很高。因此，內(nèi)燃機在高發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)域可以產(chǎn)生較大的輸出。所述內(nèi)燃機可以構(gòu)成為執(zhí)行4循環(huán)工作，其中每隔720度的曲柄轉(zhuǎn)角， 重復(fù)進氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程以及排氣沖程，并且所述內(nèi)燃機可以 包括渦流產(chǎn)生裝置，所述渦流產(chǎn)生裝置用于通過將所述空氣吸入到所述燃 燒室而在所述燃燒室內(nèi)產(chǎn)生進氣渦流；火花產(chǎn)生裝置，所述火花產(chǎn)生裝置用于在所述燃燒室內(nèi)產(chǎn)生點火用火 花；以及火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃機在負(fù)載大于所述輕負(fù)栽區(qū) 域并且小于所述高負(fù)栽區(qū)域的中負(fù)載(中等負(fù)栽)區(qū)域工作時，所述火花 點火燃燒工作執(zhí)行裝置將吸入所述燃燒室內(nèi)的空氣與從所述燃料噴射裝置 噴射到所述燃燒室內(nèi)的燃料預(yù)混合，形成并且壓縮具有均一的燃料空間分 布的均質(zhì)空^/燃料混合物，并且通過由所述火花產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的點火用火 花點燃所述壓縮的均質(zhì)空氣/燃料混合物以由此開始所述燃料的火花點火 燃燒。這樣構(gòu)成的內(nèi)燃機在輕負(fù)載區(qū)域執(zhí)行通過自動點火燃燒的工作，在中 負(fù)載區(qū)域執(zhí)行通過火花點火燃燒的工作，在高負(fù)栽區(qū)域執(zhí)行通過擴散燃燒 的工作.因此，即使內(nèi)燃機是當(dāng)在中負(fù)栽區(qū)域通過自動點火燃燒工作時產(chǎn) 生過大噪聲并且在中負(fù)栽區(qū)域不能穩(wěn)定地執(zhí)行擴散燃燒的內(nèi)燃機，上述構(gòu) 造使得內(nèi)燃機在中負(fù)載區(qū)域能夠在沒有產(chǎn)生過大噪聲的情況下穩(wěn)定地執(zhí)行 火花點火燃燒。
此外，上述結(jié)構(gòu)中，所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置可以構(gòu)成為(1 )在基于所述內(nèi)燃機的負(fù)載而變化的輕負(fù)載用進氣閥打開正時打開 進氣閥，并且在基于所述內(nèi)燃機的負(fù)載而變化的輕負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時 關(guān)閉所述進氣閥，并且(2 )在吸入所述燃燒室內(nèi)的空氣渦流最強的進氣沖程的早期階段和/述均質(zhì)空^燃料混合物，所述噴射正時在所述輕負(fù)栽用進氣閥打開正時和 所述輕負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時之間.根據(jù)該結(jié)構(gòu)，很強的進氣渦流使整個燃燒室內(nèi)的空氣與噴射的燃料混 合，由此可靠地形成具有均一 (均勻)燃料空間分布的均質(zhì)空^/燃料混合 物。結(jié)果，可以降低NOx排放量并且可以改進熱效率(燃料經(jīng)濟性)。所述火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置可以構(gòu)成為(1) 在基于所述內(nèi)燃機的負(fù)栽而變化的中負(fù)栽用進氣閥打開正時(例 如，早于所述輕負(fù)栽用進氣閥打開正時的正時)打開所述進氣閥，并且在 基于所述內(nèi)燃機的負(fù)栽而變化并且晚于(之后，或延遲的正時)所述輕負(fù) 載用進氣閥關(guān)閉正時的中負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時關(guān)閉所述進氣閥，并且(2) 在吸入所述燃燒室內(nèi)的空氣渦流最強的進氣沖程的早期階段和/述均質(zhì)空^/燃料混合物，所述噴射正時在所迷中負(fù)栽用進氣閥打開正時和 所述中負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時之間。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，進氣閥關(guān)閉正時被設(shè)定為晚于輕負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時 以由此降低(或減少)實際的(實質(zhì)的)壓縮比，并且進氣渦流的攪動作 用被利用于形成具有均 一 的燃料空間分布的均質(zhì)空^/燃料混合物.因此， 可以避免敲釭的發(fā)生，并且可以執(zhí)##定的火花點火燃燒工作。此外，所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置可以構(gòu)成為 (1 )在基于所述內(nèi)燃機的負(fù)載而變化的高負(fù)載用進氣閥打開正時打開 所述進氣岡，在基于所述內(nèi)燃機的負(fù)載而變化并且早于(提前于)所述中
負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時的高負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時關(guān)閉所述進氣岡，并且(2 )在晚于所述高負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時且接近壓縮上死點的噴射正 時從所述燃料噴射裝置噴射所述燃料。才艮據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于進氣閥關(guān)閉正時,皮設(shè)定為早于在火花點火燃燒工作 時的中負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時，實際壓縮比不會大量下降(或降低，減少)。 而且，燃料經(jīng)受擴散燃燒。結(jié)果，在高壓縮比時可以執(zhí)行穩(wěn)定燃燒，從而 可以提高(或增加)由內(nèi)燃機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。在這種情況下，優(yōu)選地，所述活塞具有在所述活塞頂面的中央部分形成的空腔；以及所述燃料噴射裝置構(gòu)成為向所述空腔噴射所述燃料。此外，優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機還包括分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃機在負(fù)栽小于所述輕負(fù)栽區(qū)域的極輕負(fù)栽區(qū)域工作時，所極輕負(fù)載用進氣閥打開正時打開所述進氣閥；在基于所述內(nèi)燃機的負(fù)栽而 變化的極輕負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時關(guān)閉所述進氣閥；在壓縮沖程的中期階料實質(zhì)地滯留在所述空腔內(nèi)，并JUt縮所述空腔內(nèi)形成的均質(zhì)空^/燃料混 合物以由此開始所述燃料的自動點火燃燒，所述噴射正時在所述極輕負(fù)栽 用進氣閥關(guān)閉正時之后并且在壓縮上死點之前.根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即使在燃料量很少的極輕負(fù)栽工作時，在空腔內(nèi)可以 可靠地形成用于自動點火的具有充分高濃度的空^燃料混合物，從而可以 執(zhí)行穩(wěn)定的自動點火燃燒。結(jié)果，可以執(zhí)行自動點火工作的工作區(qū)域擴大 為覆蓋更輕負(fù)載的區(qū)域，從而可以更加減少NOx排放量，并且可以進一步 改進燃料經(jīng)濟性。此外，優(yōu)選地，所述內(nèi)燃to包括用于檢測氣缸壓力的氣缸壓力檢測裝置，所述氣釭壓力是所述燃燒室 內(nèi)的壓力；以及工作切換裝置，在由所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)4亍裝置
執(zhí)行所述自動點火燃燒工作的期間，所述工作切換裝置通過將在從與單次 燃燒相關(guān)的壓縮沖程開始到燃燒沖程結(jié)束的時間段內(nèi)由所述氣釭壓力檢測 裝置檢測到的氣缸壓力求平均值而獲得氣缸壓力平均值，并且通過將與多 次過去的燃燒相關(guān)的氣缸壓力平均值求平均值而獲得平均氣缸壓力平均 值，并且當(dāng)與當(dāng)前燃燒相關(guān)的氣缸壓力平均值與所述平均氣缸壓力平均值 之差的絕對值大于(超過)預(yù)定值時，所述工作切換裝置切換工作從而由 所述分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行所述自動點火燃燒工作。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過判定由"當(dāng)前燃,關(guān)的氣缸壓力平均值Pi"與"對
均值Piave"差值的絕對值(|Pi-Piave|)得到的值A(chǔ)P是否超過(或變得大 于)預(yù)定值而作出由預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行的自 動點火燃燒是否穩(wěn)定的判定。當(dāng)基于由所述差值的絕對值得到的值A(chǔ)P超
置執(zhí)行的自動點火燃燒變得不穩(wěn)定時，工作從由預(yù)混合充料壓縮自動點火 燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行的自動點火燃燒工作切換至由分層充料自動點火燃 燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行的自動點火燃燒工作.因此，可以避免由內(nèi)燃機工作 的不穩(wěn)定性引起的發(fā)生轉(zhuǎn)矩變動等的狀態(tài)。
優(yōu)選地，由所述差值的絕對值得到的值A(chǔ)P是所述差值的絕對值 (|Pi-Piave|)除以氣缸壓力平均值Piave的商。
此外，優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機包括
用于檢測氣缸壓力的氣缸壓力檢測裝置，所述氣缸壓力是所述燃燒室 內(nèi)的壓力；以及
工作切換裝置，在由所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置 執(zhí)行所述自動點火燃燒工作的期間，所述工作切換裝置基于由所述氣缸壓
的變化量，即氣缸壓力變化率，并且當(dāng)所述獲得的氣缸壓力變化率超過預(yù) 定變化率時，所述工作切換裝置切換工作從而由所述火花點火燃燒工作執(zhí) 行裝置執(zhí)行所述火花點火燃燒工作。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過判定氣缸壓力變化率是否超過預(yù)定變化率作出與均 質(zhì)空氣/燃料混合物的預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒相關(guān)的噪聲是否過大 的判定。當(dāng)基于氣缸壓力變化率超過預(yù)定變化率的判定而決定出與均質(zhì)空 氣/燃料混合物的預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒相關(guān)的噪聲過大時，工作從 由預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行的自動點火燃燒工作切 換至由火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行的火花點火燃燒工作。因此，可以 避免產(chǎn)生過大的噪聲。
此外，優(yōu)選地，所述內(nèi)燃M包括 用于檢測敲缸的敲釭檢測裝置；以及
工作切換裝置，在由所述火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行所述火花點 火燃燒工作的期間，所述工作切換裝置基于由所迷敲釭檢測裝置檢測到的 敲釭獲得敲釭發(fā)生頻率，并且當(dāng)所述獲得的敲釭發(fā)生頻率超過預(yù)定頻率時，
散燃燒工作，
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在敲缸的頻率變得過大之前，工作從由火花點火燃燒工
的擴散燃燒工作。這樣可以避免發(fā)生敲缸的頻率過大，敲缸檢測裝置可以 基于由氣缸壓力傳感器檢測到的氣缸壓力中的變化檢測敲缸的發(fā)生，或者 可以通過使用檢測內(nèi)燃機振動的^i^p敲缸傳感器檢測敲缸的發(fā)生.
此外，優(yōu)選地，在具有活塞頂面上形成有空腔的上述活塞的內(nèi)燃機中， 所述空腔具有底部閉合并且大致為圓筒形的形狀，并且形成為使得作為所 述空腔的入口的邊緣部分的直徑小于所述空腔的內(nèi)部的最大直徑并使得在向槽。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由吸入燃燒室內(nèi)的空氣產(chǎn)生并且沿氣缸的孔壁表面流動 的渦流可以借助于渦流導(dǎo)向槽有效地導(dǎo)入空腔內(nèi).這減少了進氣渦流的渦 流半徑，由此加強了渦流流動。
結(jié)杲，在由分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行工作的過程中，
(均質(zhì))空氣/燃料混合物可以容易地實質(zhì)地只在空腔內(nèi)形成，從而可以抑
制NOx的產(chǎn)生。而且，在由預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí) 行均質(zhì)空氣/燃料混合物的自動點火燃燒的過程中以及在由火花點火燃燒 工作執(zhí)行裝置執(zhí)行均質(zhì)空氣/燃料混合物的火花點火燃燒的過程中，在空腔 外部形成的空氣/燃料混合物可以有效地吸入空腔，從而通過使用整個燃燒 室內(nèi)的空氣可以在空腔內(nèi)形成均質(zhì)空^/燃料混合物。因此，可以抑制NOx 的產(chǎn)生，并且可以改進熱效率(燃^h經(jīng)濟性)。此外，在由擴散燃燒工作 執(zhí)行裝置執(zhí)行擴散燃燒的過程中，空腔內(nèi)產(chǎn)生的很強的渦流可以促進燃料 滴和空氣(氧氣)的混合，從而可以提高在擴散燃燒過程中的空氣使用率。 結(jié)果，可以改進內(nèi)燃機的熱效率。此外，由于在每個燃料滴周圍可以存在 大量的氧，可以抑制煙的產(chǎn)生。
優(yōu)選地，所述火花產(chǎn)生裝置是火花塞，所述火花塞配置成使得其用于 產(chǎn)生所述點火用火花的火花產(chǎn)生部分位于所迷空腔的內(nèi)周部分；并且
所述內(nèi)燃機還包括起動/冷態(tài)時分層充料火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置， 當(dāng)所述內(nèi)燃機在起動和/或處于冷態(tài)M時，所^動/冷態(tài)時分層充料火花 點火燃燒工作執(zhí)行裝置在預(yù)定的起動/冷態(tài)時用進氣閥打開正時打開所述 進氣閥，在預(yù)定的起動/冷態(tài)時用進氣閥關(guān)閉正時關(guān)閉所述進氣閥，在壓縮
了在所述空腔內(nèi)形成分層空氣/燃料混合物而將所迷噴射的燃料實質(zhì)地滯 留在所述空腔內(nèi)，并且通過由所述火花產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的點火用火花點燃所 述分層空勺燃料混合物以由此開始所述燃料的火花點火燃燒，所述噴射正 時晚于所^動/冷態(tài)時用進氣閥關(guān)閉正時并且在壓縮上死點之前。
當(dāng)內(nèi)燃機在起動或處于冷態(tài)M時，空氣/燃料混合物的溫度不太可能 上升。因此，自動點火燃燒傾向于變得不穩(wěn)定。為了解決這個問題，如在 上述結(jié)構(gòu)中，在晚于起動/冷態(tài)時用進氣閥關(guān)閉正時并且在壓縮上死點之前 的壓縮沖程的后期階段中燃料從燃料噴射裝置噴射出，由此將噴射的燃料 實質(zhì)地滯留在空腔內(nèi)并且通過空腔內(nèi)產(chǎn)生的渦流沿空腔的內(nèi)周部分形成分 層空氣/燃料混合物。然后，通過火花產(chǎn)生部分位于空腔的內(nèi)周部分的火花
塞點燃分層空^/燃料混合物。這改進了內(nèi)燃機的起動性能并且使得能夠在 冷態(tài)條件時穩(wěn)定燃燒。同時，所述內(nèi)燃機可以按如下構(gòu)成所述空腔具有底部閉合并且大致為圓筒形的形狀，并且形成為使得作 為所述空腔的入口的邊緣部分的直徑小于所述空腔的內(nèi)部的最大直徑并使流導(dǎo)向槽；以及所述火花塞沿所述渦流導(dǎo)向槽配置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于火花塞可以配置在渦流導(dǎo)向槽中，火花塞的火花產(chǎn)生部分可以很容易地配置在空腔的內(nèi)周部分。此外，優(yōu)選地，在所述空腔的壁表面上形成有絕熱層。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于保持在空腔內(nèi)的燃燒氣體不太可能被冷卻，待進行自動點火燃燒的空^/燃料混合物的溫度可以保持很髙，從而可以穩(wěn)定地執(zhí)行自動點火燃燒。此外，由于可以促進向空腔噴射的燃料的氣化，可以減少在擴散燃燒過程中產(chǎn)生的煙的量。此外，優(yōu)選地，本發(fā)明的內(nèi)燃機包括增壓器并且按如下構(gòu)成 所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置、所述火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置以及所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置每個都構(gòu)成為(1)在所述進氣閥打開之前關(guān)閉排氣閥，由此產(chǎn)生作為從所述排氣閥的關(guān)閉正時至所述進氣閥的打開正時的時間段的負(fù)重疊時間段；并且 (2 )以隨著所述內(nèi)燃機的負(fù)栽增加而縮短所述負(fù)重疊時間段的方式控制所述排氣閥的關(guān)閉正時以及所述進氣閥的打開正時。類似地，優(yōu)選地，本發(fā)明的內(nèi)燃機還包括增壓器并且按如下構(gòu)成 所述分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置、所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置、所述火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置以及所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置每個都構(gòu)成為(1)在所述進氣閥打開之前關(guān)閉排氣閥，由此產(chǎn)生作為從所述^^氣岡的關(guān)閉正時至所述進氣閥的打開正時的時間段的負(fù)重疊時間段；并且(2 )以隨著所述內(nèi)燃機的負(fù)載增加而縮短所述負(fù)重疊時間段的方式控 制所述排氣閥的關(guān)閉正時以及所述進氣閥的打開正時。這些結(jié)構(gòu)提供了燃燒氣體被限制在燃燒室內(nèi)的所謂的"負(fù)重疊時間段 (負(fù)氣閥重疊時間段)"。此外，負(fù)重疊時間段以這樣的方式變化，即內(nèi) 燃機的負(fù)載越大，負(fù)重疊時間段越短。因此，當(dāng)內(nèi)燃機在輕負(fù)載區(qū)域或以 更低的負(fù)載工作時，可以借助于負(fù)重疊時間段控制導(dǎo)入燃燒室的空氣的量。 當(dāng)內(nèi)燃機在負(fù)載大于輕負(fù)載區(qū)域的區(qū)域工作時，可以借助于增壓器的增壓 作用和負(fù)重疊時間段控制導(dǎo)入燃燒室的空氣的量。結(jié)果，由于配置在內(nèi)燃 機的進氣通路內(nèi)的節(jié)氣閥可以基本上保持全開，減少了與由節(jié)氣閥的節(jié)氣 相關(guān)的能量損失，從而可以改進內(nèi)燃機的燃料經(jīng)濟性。優(yōu)選地，在所述內(nèi)燃機中，所述燃料噴射裝置構(gòu)成為在第一噴射狀態(tài)或在第二噴射狀態(tài)噴射所述 燃料，在所述第一噴射狀態(tài)所述燃料以窄噴射角度噴射出，在所述第二噴射出；所述分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為在所述第一噴射狀態(tài) 從所述燃料噴射裝置噴射所述燃料；以及所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置、所述火花點火燃燒 工作執(zhí)行裝置以及所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置每個都構(gòu)成為在所述第二噴 射狀態(tài)從所迷燃料噴射裝置噴射所述燃料.如前文所述，當(dāng)空^/燃料混合物經(jīng)受通過分層充料自動點火燃燒工作 執(zhí)行裝置執(zhí)行的自動點火燃燒時，燃料在壓縮沖程的中期階段噴射出。因 此，當(dāng)噴射燃料時，在燃料噴射裝置和形成空腔的活塞頂面之間存在相對 大的距離.因此，當(dāng)在上述結(jié)構(gòu)的情況下空^/燃料混合物經(jīng)受通過分層充 料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行的自動點火燃燒時，如果燃料以具有窄 垂直角度的圓錐形狀(錐形)噴射出時，噴射出的燃料可能可靠地導(dǎo)入形 成在活塞頂面上的空腔內(nèi)。結(jié)果，可以減少噴射到空腔外部并且沒有貢獻 給自動點火燃燒的燃料的量。因此，可以抑制未燃HC的產(chǎn)生，并且可以
改進燃料經(jīng)濟性。此外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作和火花點 火燃燒工作中，在進氣沖程的早期階段和/中期階段內(nèi)空氣渦流變得最強時 的正時，燃料以具有窄垂直角度的圓錐形狀(錐形)以及具有寬垂直角度 的圓錐形狀(錐形)噴射出。因此，噴射的燃料到達燃燒室的整個區(qū)域并 且被燃燒室內(nèi)強烈的渦流流動攪動。因此，燃燒室內(nèi)存在的所有空氣被利用于形成均質(zhì)空^/燃料混合物，從而可以更加減少NOx排放，并且可以 改進熱效率(燃料經(jīng)濟性)。在這種情況下，優(yōu)選地，所述燃料噴射裝置是具有一組窄角度噴射孔 和一組寬角度噴射孔的燃料噴射閥，所述窄角度噴射孔在所述燃料噴射閥 的針閥處于低提升狀態(tài)和高提升狀態(tài)之中的任一狀態(tài)時被打開以進行燃料 噴射，所述寬角度噴射孔M所述針閥處于高提升狀態(tài)時被打開以進行燃料噴射；所述分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為通過使所述針閥處于 所述低提升狀態(tài)而在所述笫一噴射狀態(tài)噴射所述燃料；以及所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置、所述火花點火燃燒閥處于所迷高提升狀態(tài)而在所述第二噴射狀態(tài)噴射所迷燃料.這使得燃料能夠通過簡單的結(jié)構(gòu)在對應(yīng)于工作狀態(tài)的上述噴射狀態(tài)噴 射出。而且，由于可以很容易地增加燃料噴射閥的燃料噴射量的動態(tài)范圍 (最小燃料噴射量與最大燃料噴射量之差)，即使在高負(fù)栽時燃料也能夠 以充分的量噴射出。優(yōu)選地，在具有這樣的燃料噴射閥的內(nèi)燃機中，所述燃料噴射閥形成 為使得所述寬角度噴射孔的數(shù)量大于所述窄角度噴射孔的數(shù)量，并且使得 所迷寬角度噴射孔的直徑小于所迷窄角度嘖射孔的直徑。此外，優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機還包括燃料噴射壓力調(diào)節(jié)裝置，所述燃料閥噴射的所述燃料的壓力。這提供了以下優(yōu)點(1) 在極輕負(fù)栽時(在通過分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置的工 作過程中)，燃料從每個都具有相對大直徑的窄角度噴射孔噴射出，并且 待噴射的燃料的壓力相對低。因此，燃料滴具有大的粒徑。從而，燃料可 以4艮容易到達空腔的內(nèi)部。
(2) 在從輕負(fù)載到中負(fù)載的負(fù)載時(在通過預(yù)混合充料壓縮自動點火 燃燒工作執(zhí)行裝置或火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置的工作過程中)，燃料不 僅從窄角度噴射孔而且從寬角度噴射孔噴射出。結(jié)果，燃燒室內(nèi)的空氣和 燃料通過作為從寬角度噴射孔噴射的結(jié)果每個都具有很小的粒徑并且以寬 角度噴射出的燃料滴以及作為從窄角度噴射孔噴射的結(jié)果每個都具有很大 的粒徑并且以窄角度噴射出的燃料滴充分地混合。這使得燃燒室內(nèi)存在的 所有空氣都被利用于形成均質(zhì)空氣/燃料混合物，從而可以更加減少NOx 排放，并且可以改進熱效率(燃料經(jīng)濟性)。
(3) 在高負(fù)栽時(在擴散燃燒工作過程中)，燃料不僅從窄角度噴射 孔而且從從寬角度噴射孔噴射出。而且，待噴射的燃料的壓力相對高，因 此，從寬角度噴射孔噴射的燃料的粒徑變得很小.因此，從寬角度噴射孔 噴射的燃料滴與空氣(氧氣)充分地混合.結(jié)果，可以改進內(nèi)燃機的熱效 率。此外，由于每個燃料滴周圍都可以存在大量的氧，可以有效地抑制煙 的產(chǎn)生。
同時，所述內(nèi)燃機可以構(gòu)成為執(zhí)行2循環(huán)工作，其中每隔360度的曲 柄轉(zhuǎn)角，當(dāng)所述燃燒室與構(gòu)成為在所述燃燒室內(nèi)產(chǎn)生進氣渦流的進氣口之 間的連通被切斷時，通過建立所述燃燒室與排氣口之間的連通開始名夂氣沖 程；然后，通過建立所述燃燒室與所述進氣口之間的連通開始掃氣沖程； 然后，通過切斷所述燃燒室與所述排氣口之間的連通開始進氣沖程；然后， 通過切斷所述燃燒室與所述進氣口之間的連通開始壓縮沖程；并且隨后， 開始燃燒沖程。
在這樣的2循環(huán)內(nèi)燃機中，高溫燃燒氣體可以立即被利用于增加將經(jīng) 受下次燃燒的空氣/燃料混合物的溫度，從而可以穩(wěn)定地進行自動點火燃 燒。因此，可以執(zhí)行自動點火工作的工作區(qū)域擴大為覆蓋較輕負(fù)載的區(qū)域。因此，可以更加減少NOx排放，并且可以進一步改進燃料經(jīng)濟性。在這種情況下，優(yōu)選地，所述內(nèi)燃機還包括分層充料自動點火燃燒工 作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃機在負(fù)載小于所述輕負(fù)載區(qū)域的極輕負(fù)載區(qū)域工 作時，所迷分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置在所迷壓縮沖程的中期階 段從所述燃料噴射裝置噴射所述燃料以由此將所述噴射的燃料實質(zhì)地滯留 在所述空腔內(nèi)，并且壓縮在所述空腔內(nèi)形成的均質(zhì)空^/燃料混合物以由此 開始所述燃料的自動點火燃燒。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，即使在燃料量很少的極輕負(fù)栽工作中，在空腔內(nèi)可以很 容易地形成對于自動點火具有充分高濃度的空勺燃料混合物，從而可以進 行穩(wěn)定的自動點火燃燒。因此，可以執(zhí)行自動點火工作的工作區(qū)域可以擴 大為覆蓋較輕負(fù)載的區(qū)域，從而可以更加減少NOx排放，并且可以進一步 改進燃料經(jīng)濟性.在這種情況下，優(yōu)選地，所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行 裝置構(gòu)成為在從所述燃燒室與所述進氣口之間的連通的建立至所迷連通的 切斷的時間段期間在吸入所述燃燒室的空氣的渦流最強的噴射正時從所述 燃料噴射裝置噴射所述燃料以形成所述均質(zhì)空^/燃料混合物.根據(jù)該結(jié)構(gòu)，強進氣渦流使整個燃燒室內(nèi)的空氣與噴射的燃料混合， 并且因此，形成了具有均一的燃料空間分布的均質(zhì)空勺燃料混合物。結(jié)果， 可以減少NOx的排放，并且可以改進熱效率(燃料經(jīng)濟性) 此外，優(yōu)選地，所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為在所述壓縮沖程期述燃料的擴散燃燒，并且在假定在所述擴散燃燒工作被實際執(zhí)行的所述高 負(fù)載區(qū)中執(zhí)行火花點火燃燒的情況下為避免敲釭的過度發(fā)生而設(shè)定的切斷 所述燃燒室與所述進氣口之間連通的正時之前的正時切斷所述燃燒室與所 述進氣口之間的連通。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于切斷燃燒室與進氣口之間的連通的正時早于在執(zhí)行 火花點火燃燒的情況下為了避免敲缸的過度發(fā)生而設(shè)定的用于切斷燃燒室
與進氣口之間的連通的正時，因此，實際壓縮比不會大量地下降。而且， 燃料通過擴散燃燒而燃燒。結(jié)果，在高壓縮比可以進行穩(wěn)定的燃燒，從而 可以提高由內(nèi)燃機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機的另 一方面構(gòu)成為執(zhí)行2循環(huán)工作，其中每隔360 度的曲柄轉(zhuǎn)角，當(dāng)所述燃燒室與構(gòu)成為在所述燃燒室內(nèi)產(chǎn)生進氣渦流的進 氣口之間的連通被切斷時，通過建立所述燃燒室與排氣口之間的連通開始排氣沖程；然后，通過建立所述燃燒室與所述進氣口之間的連通開始掃氣沖程；然后，通過切斷所述燃燒室與所述排氣口之間的連通并且切斷所述 燃燒室與所述進氣口之間的連通開始壓縮沖程；并且隨后，開始燃燒沖程。所述內(nèi)燃機還包括分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃 機在負(fù)載小于所述輕負(fù)載區(qū)域的極輕負(fù)載區(qū)域工作時，所述分層充料自動在所述空腔內(nèi)，并且壓縮在所述空腔內(nèi)形成的均質(zhì)空^/燃料混合物以由此 開始所述燃料的自動點火燃燒；以及用于壓縮通過所述進氣口流入所述燃燒室的空氣的增壓器。 在所述內(nèi)燃機中，所述活塞具有在所述活塞頂面的中央部分形成的空腔；所述燃料噴射裝置是配置在所述氣缸蓋的下表面和所迷氣缸的孔的實 質(zhì)中央部分用于向所迷空腔噴射所述燃料的燃料噴射閥；所述排氣口構(gòu)成為使得所述排氣口的 一端在所述氣缸蓋的下表面并且 在所述燃料噴射閥的周圍形成開口部分，4吏得通過配置在所述開口部分處 的排氣閥打開所述開口部分而建立所述排氣口與所述燃燒室之間的連通， 并且使得通過所述排氣閥關(guān)閉所述開口部分而切斷所述排氣口與所述燃燒 室之間的連通；所述進氣口構(gòu)成為使得所述進氣口的 一端在所述氣釭的孔壁表面形成 開口部分，使得在所述活塞從上死點向下死點的移動過程中通過所述活塞 的側(cè)壁打開所述開口部分而建立所述進氣口與所述燃燒室之間的連通，并
且使得在所述活塞從所述下死點向所述上死點的移動過程中通過所述活塞 的側(cè)壁關(guān)閉所述開口部分而切斷所述進氣口與所述燃燒室之間的連通。即，所述內(nèi)燃機是所謂的"單流式(直流掃氣式，uniflow-type)2循環(huán)內(nèi)燃機"。 在這樣的單流式2循環(huán)內(nèi)燃機中，優(yōu)選地，所述預(yù)混合充料壓縮自動噴射正時噴射所述燃料以由此形成所述均質(zhì)空氣/燃料混合物；以及所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為在所述壓縮沖程期間的高負(fù)載用噴燒，所述高負(fù)栽用噴射正時晚于所述極輕負(fù)栽用噴射正時并且接近所述上 死點。在這樣的單流式2循環(huán)內(nèi)燃機中，高溫燃燒氣體可以立即被利用于增 加將經(jīng)受下次燃燒的空^燃料混合物的溫度，從而可以穩(wěn)定地執(zhí)行自動點 火燃燒。因此，可以執(zhí)行自動點火工作的工作區(qū)域可以擴大為覆蓋較輕負(fù) 載的區(qū)域。結(jié)果，可以更加減少來自內(nèi)燃機的NOx排放，并且可以進一步 改進燃料經(jīng)濟性。這里，在具有設(shè)置在氣釭蓋上的進氣閥和排氣閥的普通內(nèi)燃機中，隨 負(fù)載增大，進氣閥的關(guān)閉正時M遲；結(jié)果，實際沖程容積(實際壓縮沖 程容積)下降。相反地，單流式2循環(huán)內(nèi)燃機不會產(chǎn)生這樣的實際沖程容積下降并且因此可以維持;f艮髙的實際壓縮比.結(jié)果，單流式2循環(huán)內(nèi)燃機可以產(chǎn)生很大的最大轉(zhuǎn)矩。此外，在高負(fù)栽區(qū)域中，通過增壓器的增壓以及擴散燃燒的執(zhí)行，可 以維持不伴隨敲缸的穩(wěn)定燃燒。結(jié)果，內(nèi)燃機可以產(chǎn)生很大的最大轉(zhuǎn)矩。


圖l是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的內(nèi)燃機的示意性結(jié)構(gòu)視圖；圖2是由包括氣缸軸線的平面截取的圖1所示的燃燒室及其相關(guān)部分的截面圖；圖3是圖l所示的活塞的頂面的正視圖4是圖1所示的燃料噴射閥的末端部的縱向截面圖；圖5是圖1所示的燃料噴射閥的末端部的正視圖；圖6是示出通過由圖1所示的電子控制單元的CPU執(zhí)行預(yù)定程序而實 現(xiàn)的功能的框圖；圖7是圖6所示的工作切換裝置所參考的工作區(qū)域脈鐠圖；圖8是示出圖1所示的內(nèi)燃機的氣閥正時、燃料噴射時期(燃料噴射 正時)以及點火正時的一系列圖表；圖9是示出如何通過圖6所示的分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置 噴射燃料的視圖；圖IO是示出如何通過圖6所示的預(yù)混合充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝 置或火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置噴射燃料的視圖；圖； "、 ^ 、，圖12是示出通過由根據(jù)本發(fā)明笫三實施例的內(nèi)燃機的電子控制單元的CPU執(zhí)W5I定程序而實現(xiàn)的功能的框圖；圖13是圖12所示的工作切換裝置所參考的工作區(qū)域脈讒圖；圖14是示出根據(jù)第三實施例的內(nèi)燃機的氣閥正時和燃料噴射正時的一系列圖表；圖15是用于說明根據(jù)本發(fā)明笫四實施例的內(nèi)燃機的工作概要的一系 列牙見圖；圖16是，本發(fā)明第四實施例的內(nèi)燃機的示意性結(jié)構(gòu)視圖； 圖17是由垂直于氣釭軸線的平面截取的圖16所示內(nèi)燃機的氣釭、進 氣氣室以及進氣口的截面圖；圖18是從燃燒室觀察的圖16所示的氣缸蓋的底側(cè)的視圖； 圖19是圖16所示的驅(qū)動臂的正視圖；圖20是示出通過由圖16所示的電子控制單元的CPU執(zhí)，定程序而 實現(xiàn)的功能的框圖；圖21是示出圖16所示的內(nèi)燃機的排氣閥的打開/關(guān)閉正時、進氣口的
打開/關(guān)閉正時以及燃料噴射正時的一 系列圖表。
具體實施方式
下面將參照

根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機的實施例。圖l示出了根據(jù)本發(fā)明第 一實施例的內(nèi)燃機10的示意性結(jié)構(gòu)。圖1只是示出了特定氣釭的截面，但其它氣缸也具有類似的結(jié)構(gòu)。內(nèi)燃機10是活塞往復(fù)式4循環(huán)內(nèi)燃機，構(gòu)成為執(zhí)行4循環(huán)工作，其中 每隔720度的曲柄轉(zhuǎn)角，重復(fù)進氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程以及排氣沖 程。內(nèi)燃機10使用汽油作為燃料。內(nèi)燃機10包括包括氣缸體、氣缸體下箱體以及油底殼的氣缸體部分 20;固定在氣釭體部分20上的氣缸蓋部分30;用于供給空氣到氣缸體部 分20的進氣系統(tǒng)40;以及用于將排氣(燃燒氣體)從氣缸體部分20排出 到發(fā)動機外部的排氣系統(tǒng)50。氣缸體部分20包括空心圓筒形的氣缸21、活塞22、連桿23以及曲軸 24。活塞22在氣釭21內(nèi)往復(fù)運動.活塞22的往復(fù)運動經(jīng)由連桿23傳遞 到曲軸24，由此轉(zhuǎn)動曲軸24。氣缸21的孔壁表面、活塞22的頂面(活塞 頭部)以及氣缸蓋部分30的下表面形成燃燒室2S。氣缸蓋部分30包括連接到燃燒室25的進氣口 31;用于打開/關(guān)閉各 自的進氣口 31的進氣閥32;作為用于驅(qū)動各自的進氣閥32的進氣閥驅(qū)動 裝置的進氣閥驅(qū)動機構(gòu)32a;連接到燃燒室25的排氣口 33;用于打開和關(guān) 閉各自的排氣口 33的排氣閥34;作為用于驅(qū)動排氣閥34的排氣閥驅(qū)動裝 置的排氣閥驅(qū)動機構(gòu)34a;火花塞35;包括點火線團和適于產(chǎn)生施加到火 花塞35上的高電壓的點火器36;用于直接噴射燃料到燃燒室25內(nèi)的燃料 噴射閥(燃料噴射裝置)37;包括燃料壓力蓄積腔的燃料壓力調(diào)節(jié)裝置38a; 以及燃料泵38b。進氣閥驅(qū)動機構(gòu)32a和排氣閥驅(qū)動機構(gòu)34a連接到驅(qū)動 電路39上。每個進氣口 31是公知的渦流口 (或螺旋形口 )并且構(gòu)成為使得經(jīng)由進 氣口 31和對應(yīng)的進氣閥32的外圍流入燃燒室25的空氣在燃燒室25內(nèi)沿
氣缸21的孔壁表面形成進氣渦流(橫向渦流)。即，進氣口31構(gòu)成渦流 產(chǎn)生裝置?；鸹ㄈ?5和點火器36構(gòu)成用于在燃燒室25內(nèi)產(chǎn)生點火用火花的火花 產(chǎn)生裝置。燃料壓力調(diào)節(jié)裝置38a為燃料噴射閥37供給高壓燃料，其壓力隨內(nèi)燃 機10的負(fù)載增大而增大。燃料泵38b在壓力下從未示出的燃料箱傳遞燃料 至燃料壓力調(diào)節(jié)裝置38a。進氣系統(tǒng)40包括包括進氣歧管的進氣管41，該進氣歧管與進氣口 31連通并且與進氣口 31 —起形成進氣通路；與進氣管41連通的氣室42; 其一端與氣室42相連的進氣道43;以及從進氣道43的另一端向下游側(cè)(進 氣管41)依次配置在進氣道43內(nèi)的空氣濾清器44、渦輪增壓器81的壓縮 機81a、旁通流量調(diào)節(jié)閥(ABV) 45、中間冷卻器46以及節(jié)氣閥47,進氣系統(tǒng)40還包括旁通通路48.旁通通路48的一端連接到旁通流量 調(diào)節(jié)閥45上，并且旁通通路48的另一端在中間冷卻器46和節(jié)氣閥47之 間的位置連接到進氣道43上。旁通流量調(diào)節(jié)閥45響應(yīng)于驅(qū)動信號改變未 示出的閥的開度，由此調(diào)節(jié)流入中間冷卻器46的空氣流量，以及繞過中間 冷卻器46的空氣流量(流入旁通通路48的空氣流量).中間冷卻器46是水冷式的并且適于冷卻流過進氣道43的空氣.中間 冷卻器46連接到散熱器46a,該散熱器46a將熱量從中間冷卻器46中的 冷卻水傳遞至大氣，中間冷卻器46連接至使冷卻水在中間冷卻器46和散 熱器46a之間循環(huán)的循環(huán)泵46b.節(jié)氣閥47可轉(zhuǎn)動地支承在進氣道43內(nèi)并且由節(jié)氣閥致動器47a驅(qū)動， 由此改變進氣通路的開口截面積。排氣系統(tǒng)50包括包括排氣歧管的排氣管51，該排氣歧管與排氣口 33連通，并且與排氣。33—起形成排氣通路；配置在排氣管51內(nèi)的渦輪 增壓器(增壓器或增壓裝置)81的渦輪81b;其相對的兩端分別在渦輪81b 的上游和下游連接到排氣管51從而旁通渦輪81b的廢氣門通路52;配置 在廢氣門通路52內(nèi)的渦輪增壓壓力調(diào)節(jié)閥52a;以及在渦輪81b下游配置
在排氣管51內(nèi)的三元催化轉(zhuǎn)化器。渦輪增壓器81的渦輪81b通過排氣的能量而轉(zhuǎn)動，由此轉(zhuǎn)動用于壓縮 空氣的進氣系統(tǒng)40的壓縮機81a。結(jié)果，渦輪增壓器81壓縮進氣通路內(nèi) 的空氣并且由此對燃燒室25增壓。接下來，將參照圖2和圖3詳細說明燃燒室25以;M目關(guān)部分的結(jié)構(gòu)。 圖2是由包括氣缸21的軸線的平面所截取的燃燒室25以及相關(guān)部分的截 面圖。圖3是活塞22的頂面的正視圖。如圖2所示，氣缸蓋部分30的下表面30a與構(gòu)成所謂的單坡房頂型(屋 脊式，pent roof type)燃燒室的氣缸蓋的下表面形狀類似。如圖3所示， 單個氣缸(燃燒室25)具有兩個進氣閥32和兩個排氣閥34。即，內(nèi)燃機 10是所謂的"4氣閥發(fā)動機"。如圖2所示，活塞22的頂面22a的周邊部分沿氣釭蓋下表面30a傾斜。 在活塞22的頂面22a的中央形成有空腔(凹處)22b。空腔22b具有底部 閉合并且大致為圓筒形的形狀。作為空腔22b的進口的邊緣部分的直徑小 于空腔22b的內(nèi)部的最大直徑，在空腔22b的壁表面(表面)上形成有鈥 或陶器的絕熱層22c (由比用于形成活塞22的材料(例如，鋁)的導(dǎo)熱性 低的材料制成的層).此外，如圖2和圖3所示，空腔22b的外周部分具有多個(本實施例 中為三個)用于將由流入燃燒室25的空氣形成的進氣渦流導(dǎo)入空腔22b 的渦流導(dǎo)向槽22d。形成各個渦流導(dǎo)向槽22d的表面是傾斜的.隨著渦流 導(dǎo)向槽22d的寬度(活塞22的頂面22a的中心與渦流導(dǎo)向槽22d的外周 之間的距離)減小，傾斜面的角度從沿活塞22的頂面22a的角度向基本垂 直于活塞22的頂面22a的角度逐漸增加。如圖3所示，在活塞22的頂面22a的正視圖中， 一個渦流導(dǎo)向槽22d 形成為其導(dǎo)向槽開始位置St與一個進氣閥32相對，并且其導(dǎo)向槽結(jié)束位 置En與另一進氣閥32相對。為了便于解釋，該渦流導(dǎo)向槽22d被稱作"特 定的渦流導(dǎo)向槽"?；鸹ㄈ?5是配置在兩個進氣口 31之間(因此在兩個進氣閥32之間) 使得用于產(chǎn)生點火用火花的火花產(chǎn)生部分35a配置在空腔22b的內(nèi)周部分 上(空腔22b的內(nèi)部的周邊部分)的突出的塞子?；鸹ㄈ?5的末端部附近 (火花產(chǎn)生部分35a附近)配置為當(dāng)活塞22到達接近上死點的位置時，跟 隨上述特定的渦流導(dǎo)向槽(從而與該特定的渦流導(dǎo)向槽的傾斜面平行并且 沿著該傾斜面)。燃料噴射閥37配置在氣缸蓋部分30內(nèi)，使得其噴射孔在氣缸蓋下表 面30a和燃燒室25的中央位置暴露在燃燒室25中，并且使得汽油燃料向 活塞22的空腔22b噴射。圖4是燃料噴射閥37的末端部的縱向截面圖，圖5是末端部的正視圖， 如圖4和圖5所示，燃料噴射閥37是包括噴嘴主體37a、針閥37b以及包 括兩個螺線管的未示出的電磁機構(gòu)(提升控制裝置)的噴射器。噴嘴主體37a具有大致圃筒形的形狀，其直徑隨著向其末端而減小。 噴嘴主體37a的末端部為半球狀.噴嘴主體37a在其內(nèi)部具有用于容納針 閥37b的空間。該空間包括大直徑部分37al和小直徑部分37a2。大直徑 部分37al呈空心圓筒狀并且位于噴嘴主體37a的近端側(cè)(基端側(cè))。小直 徑部分37a2呈空心圃筒狀并且其直徑小于大直徑部分37al的直徑。小直 徑部分37a2從大直徑部分37al向噴嘴主體37a的末端部延伸.小直徑部 分37a2的頂部為圓錐形狀.噴嘴主體37a的半球狀末端部具有多個(本實施例中為四個)窄角度 噴射孔37c和多個(本實施例中為八個)寬角度噴射孔37d.寬角度噴射 孔37d的數(shù)量大于窄角度噴射孔37c的數(shù)量，多個窄角度噴射孔37c共同 地被稱作窄角度噴射孔組，并且多個寬角度噴射孔37d共同地被稱作寬角 度噴射孔組。窄角度噴射孔37c在噴嘴主體37a的末端附近在噴嘴主體37a內(nèi)徑向 地(放射狀地)形成。多個窄角度噴射孔37c彼此等間隔地布置.各窄角 度噴射孔37c的軸線和噴嘴主體37a的軸線形成角度ei.寬角度噴射孔37d在相對于窄角度噴射孔37c更靠近近端的區(qū)域上在 噴嘴主體37a內(nèi)徑向地(放射狀地)形成。多個寬角度度噴射孔37d彼此
等間隔地布置。各寬角度噴射孔37d的軸線和噴嘴主體37a的軸線形成角 度02。角度e2大于角度ei。寬角度噴射孔37d的直徑小于窄角度噴射孔 37c。針閥37b包括圓柱形基部37bl和圓柱形末端部37b2。基部37bl的直 徑稍稍小于大直徑部分37al。基部37bl容納在大直徑部分37al中。末端 部37b2的直徑稍稍小于小直徑部分37a2。因此，末端部37b2的直徑小于 基部37bl。末端部37b2形成為從基部37bl向針閥37b的末端突出，并且 容納在小直徑部分37a2中。針閥37b的末端部37b2的頂部具有截錐體形狀。當(dāng)針閥37b沒有提 升時，截錐體的頂面(上表面)的周邊部分(邊緣部分)與形成噴嘴主體 37a的小直徑部分37a2的圓錐形頂部的內(nèi)壁表面鄰接。因此，當(dāng)針閥37b 沒有提升時，在針閥37b的末端部37b2的頂面和噴嘴主體37a的小直徑 部分37a2的圓錐形頂部之間形成密閉空間S。具有小直徑的燃料通路37b3沿針閥37b的軸線在針閥37b中形成并 且建立了未示出的位于基部37bl同一側(cè)的燃料供^5分和針閥37b的末 端部37b2的頂面之間的連通。因此，當(dāng)針閥37b沒有提升時，燃料通路 37b3的末端開口只通向密閉空間S。窄角度噴射孔37c位于封閉空間S的 外部.因此，當(dāng)針閥37b沒有提升時，密閉空間S和窄角度噴射孔37c之 間的連通被切斷，當(dāng)未示出的第一螺線管被通電時，針閥37b移動到由圖4中的虛線表示 的位置LL。即，針閥37b的提升變?yōu)榈吞嵘?。這使窄角度噴射孔37c與燃 料通路37b3和密閉空間S兩者建立了連通。相反地，寬角度噴射孔37d與燃 料通路37b3和密閉空間S兩者的連通都被切斷。結(jié)果，通過燃料通路37b3 供給到密閉空間S的燃料僅從窄角度噴射孔37c噴射。即，當(dāng)針閥37b的提 升是低提升時，建立(或?qū)崿F(xiàn))了燃料以窄噴射角度噴射的第一噴射狀態(tài)，當(dāng)未示出的第一和第二螺線管兩者都被通電時，針閥37b移動到由圖4 中的雙點劃線表示的位置HL。位置HL位于比位置LL更靠近噴嘴主體37a 的近端的位置。即，針閥37b的提升變?yōu)楦咛嵘＿@建立了窄角度噴射孔37c 與燃料通路37b3和密閉空間S兩者的連通，以及寬角度噴射孔37d與燃料通 路37b3和密閉空間S兩者的連通。結(jié)果，通過燃料通路37b3供給到密閉空 間S的燃料從窄角度噴射孔37c和寬角度噴射孔37d噴射。即，當(dāng)針閥37b的 提升是高提升時，建立(或?qū)崿F(xiàn))了燃料以窄噴射角度和在比窄噴射角度 大的寬噴射角度噴射的第二噴射狀態(tài)。再次參照圖1，內(nèi)燃機10包括空氣流量計61、曲軸位置傳感器62、 作為氣缸壓力檢測裝置的氣釭壓力傳感器63、冷卻水溫度傳感器64、加速 器開度傳感器65以及電子控制單元70?？諝饬髁坑?1輸出表示進氣流量的信號。曲軸位置傳感器62輸出曲 軸24每轉(zhuǎn)動10。的窄脈沖信號和曲軸24每轉(zhuǎn)動360。的寬脈沖信號。該 信號表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE。氣缸壓力傳感器63輸出表示燃燒室25內(nèi)的壓 力(氣缸壓力)P的信號。冷卻水溫度傳感器64輸出表示內(nèi)燃機10的冷 卻水溫度THW的信號。加速器開度傳感器65輸出表示由駕駛員操作的加 速踏板66的操作量Accp的信號。電子控制單元70是微型計算機，其包括執(zhí)行預(yù)定程序的CPU71; 預(yù)先存儲有將由CPU 71執(zhí)行的程序、表格(查找表格和脈謙圖)、常量 等的ROM 72; CPU 71在需要時暫時存儲數(shù)據(jù)于其中的RAM 73;在電源 接通時存儲數(shù)據(jù)并且在電源關(guān)閉時保持所存儲數(shù)據(jù)的備用RAM 74;以及 包括AD轉(zhuǎn)換器的接口 75。 CPU71、 ROM72、 RAM73、備用RAM 74、 接口 75等通過總線彼此連接，接口 75連接到傳感器61至65;將來自傳感器61至65的信號供給到 CPU 71;并且基于來自CPU71的指令發(fā)送驅(qū)動信號到點火器36、燃料噴 射閥37、燃料壓力調(diào)節(jié)裝置38a、燃料泵38b、驅(qū)動電路39、節(jié)氣閥致動 器47a、旁通流量調(diào)節(jié)閥45以及增壓壓力調(diào)節(jié)閥52a。如圖6所示，內(nèi)燃機10包括分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置Fl、 預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2、火花點火燃燒工作執(zhí)行裝 置F3、擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4、起動/冷態(tài)時分層充料火花點火燃燒工 作執(zhí)行裝置F5以及工作切換裝置Gl。這些裝置的功能通過由電子控制單
元70的CPU71執(zhí)行相關(guān)預(yù)定程序而實現(xiàn)。因此，以下將說明由這些裝置 實施(實際上由CPU71實現(xiàn))的工作。工作切換裝置Gl具有存儲于ROM 72中的如圖7所示的工作區(qū)域脈 傳圖。工作切換裝置G1基于內(nèi)燃機10的負(fù)載、發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE以及工作 區(qū)域脈i瞽圖判定工作區(qū)域。工作切換裝置Gl根據(jù)對應(yīng)于預(yù)定工作區(qū)域的 工作模式執(zhí)行工作。內(nèi)燃機10的負(fù)栽可以U于加速踏板66的操作量 Accp和發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE確定的所需轉(zhuǎn)矩Tqtgt，或者可以僅僅是加速踏板 66的操作量Accp。根據(jù)圖7所示的工作區(qū)域脈鐠圖，負(fù)栽小于預(yù)定第一負(fù)載的極輕負(fù)栽 區(qū)域?qū)?yīng)于分層充料自動點火燃燒工作區(qū)域；負(fù)栽大于第一負(fù)栽并且小于 第二負(fù)栽(該笫二負(fù)栽大于第一負(fù)栽)的輕負(fù)栽區(qū)域?qū)?yīng)于均質(zhì)充料自動 點火燃燒工作區(qū)域；負(fù)栽大于第二負(fù)栽并且小于第三負(fù)栽(該第三負(fù)栽大 于第二負(fù)栽)的中負(fù)栽區(qū)域?qū)?yīng)于均質(zhì)充料火花點火燃燒工作區(qū)域；負(fù)栽 大于第三負(fù)栽的高負(fù)栽區(qū)域?qū)?yīng)于擴散燃燒工作區(qū)域， (當(dāng)內(nèi)燃機10在極輕負(fù)栽區(qū)域工作時)當(dāng)內(nèi)燃機10在極輕負(fù)栽區(qū)域工作時，工作切換裝置G1根據(jù)工作區(qū)域 脈鐠圖選擇分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置Fl.因此，內(nèi)燃機10由 分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置Fl分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F1只是在空腔22b內(nèi)形成均質(zhì)空 勺燃料混合物(即，總體上在燃燒室25內(nèi)形成分層空^/燃料混合物)，并 且將空^/燃料混合物壓縮至自動點火并且燃燒燃料。更具體地，分層充料 自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F1通過依次執(zhí)行以下動作(見圖8 (A))操作 內(nèi)燃機IO.(1)在燃燒沖程，分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F1在基于內(nèi);了燃燒沖程并且開始排氣沖程。' ' 。(2 )分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F1在基于內(nèi)燃機10的負(fù)栽 而變化的極輕負(fù)載用排氣閥關(guān)閉正時EC關(guān)閉排氣閥34。這結(jié)束了排氣沖程
并且開始負(fù)重疊時間段。(3 )分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F1在基于內(nèi)燃機10的負(fù)載 而變化的極輕負(fù)載用進氣閥打開正時IO打開進氣閥32。這結(jié)束了負(fù)重疊時 間段并且開始進氣沖程。(4 )分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F1在基于內(nèi)燃機10的負(fù)載 而變化的極輕負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時IC關(guān)閉進氣閥32。這結(jié)束了進氣沖程 并且開始壓縮沖程。(5)在壓縮沖程的中期階段內(nèi)的正時einj，分層充料自動點火燃燒工確定的預(yù)定量的燃料，所述正時einj在極輕負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時IC與壓 縮上死點TDC之間。在這種情況下，待噴射的燃料總量是用于獲得極稀的 空燃比。此外，分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F1只對燃料噴射閥37 的第一螺線管通電，從而燃料噴射閥37的針閥的提升成為低提升.結(jié)果，如圖9所示，噴射的燃料實質(zhì)地滯留在空腔22b內(nèi)，由此基本僅 在空腔22b內(nèi)形成均質(zhì)空^/燃料混合物。然后，壓縮均質(zhì)空^/燃料混合物， 由此開始燃料自動點火并且燃燒的燃燒沖程.因此，即使在燃料量很少的極輕負(fù)栽工作中，也可以在空腔22b內(nèi)可靠 地形成對于自動點火具有充分高濃度的空^/燃料混合物，從而可以進* 定的自動點火燃燒。結(jié)果，可以執(zhí)行自動點火工作的工作區(qū)域可以擴大為 覆蓋較輕負(fù)栽的區(qū)域，由此在這樣的輕負(fù)栽區(qū)域中消除了執(zhí)行火花點火燃 燒工作的必要性。因此，NOx排放可以更加減少，并且燃料經(jīng)濟性可以進 一步改善?？涨?2b具有底部閉合并且大致為圓筒形的形狀，并且形成為使得作為 空腔的進口的邊緣部分的直徑小于空腔的內(nèi)部的最大直徑。此外，空腔22b 的外周部分形成有渦流導(dǎo)向槽22d.渦流導(dǎo)向槽22d適于將由^LA燃燒室25 內(nèi)的空氣產(chǎn)生并沿氣缸的孔壁表面流動的進氣渦流導(dǎo)入空腔22b內(nèi)。因此， 渦流流動可以借助于渦流導(dǎo)向槽22d有效地導(dǎo)入空腔22b內(nèi)。由于進氣渦流的渦流半徑變小，可以加強渦流流動。結(jié)果，空氣/燃料
混合物可以容易地實質(zhì)僅在空腔22b內(nèi)形成，從而可以抑制NOx的產(chǎn)生。同時，燃料在以窄噴射角度噴射燃料的第一噴射狀態(tài)噴射出。在噴射 燃料的壓縮沖程的中期階段，在燃料噴射閥37和形成空腔22b的活塞22的頂 面之間存在相對大的距離。因此，通過如上述構(gòu)造中以具有窄垂直角度的 圓錐形形狀(圓錐的形狀)噴射燃料，噴射的燃料可以可靠地導(dǎo)入空腔22b 并且滯留在空腔22b內(nèi)。此外，窄角度噴射孔37c的直徑比寬角度噴射孔37d大，并且窄角度噴 射孔37c的數(shù)量比寬角度噴射孔37d少。此外，由于內(nèi)燃機的負(fù)栽很小，由 燃料壓力調(diào)節(jié)裝置38a調(diào)節(jié)的燃料壓力相對很低。因此，從窄角度噴射孔37c 噴射的燃料液滴的直徑變得相對較大，從而燃料可以可靠地到達空腔22b 的內(nèi)部。結(jié)果，由于存在于空腔22b外部并且不貢獻給自動點火燃燒的燃料 的量可以減少，所以可以抑制未燃HC的產(chǎn)生，并且可以改進燃料經(jīng)濟性。 (當(dāng)內(nèi)燃機10在輕負(fù)栽區(qū)域工作時)當(dāng)內(nèi)燃機10在輕負(fù)栽區(qū)域工作時，工作切換裝置G1根據(jù)工作區(qū)域脈鐠 圖選^混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2。因此，內(nèi)燃機10由 預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作扭^行裝置F2lMt。預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2將吸入燃燒室25內(nèi)的 空氣和從燃料噴射閥37噴射到燃燒室25的燃料預(yù)混合，以由此在燃燒室25 內(nèi)形成并且壓縮具有均一的燃料空間分布的均質(zhì)空^L/燃料混合物，從而開 始燃料的自動點火燃燒.更具體地說，預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作 執(zhí)行裝置F2通過依次執(zhí)行以下動作(見圖8 (B)))操作內(nèi)燃機IO.(1)在燃燒沖程，預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2在這結(jié)束了燃燒沖程并且開始排氣沖程.(2 )預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2在基于內(nèi)燃機IO 的負(fù)栽而變化的輕負(fù)栽用排氣閥關(guān)閉正時EC關(guān)閉排氣岡34。這結(jié)束了排氣 沖程并且開始負(fù)重疊時間段.輕負(fù)栽用排氣閥關(guān)閉正時EC設(shè)定為晚于極輕 負(fù)載用排氣閥關(guān)閉正時EC。(3 )預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2在接近排氣上死 點的正時einj l從燃料噴射閥37噴射少量fs燃料。(4 )預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2在基于內(nèi)燃機IO 的負(fù)載而變化的輕負(fù)載用進氣閥打開正時IO打開進氣閥32。這結(jié)束了負(fù)重 疊時間段并且開始進氣沖程。輕負(fù)載用進氣閥打開正時IO設(shè)定為在極輕負(fù) 栽用進氣閥打開正時IO之前(提前)。(5)在吸入燃燒室25的空氣的渦流最強時的正時，即，在進氣沖程的 早期階段和/或中期階段內(nèi)的正時einj2，預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作 執(zhí)行裝置F2從燃料噴射閥37噴射燃料，所述正時9inj2在輕負(fù)載用進氣閥打 開正時IO和下文中提及的輕負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時IC之間。此時，待噴射 的燃料量是通過從基于內(nèi)燃機10的負(fù)載和發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE確定的預(yù)定量減 去少量fs而獲得的差值。注意，在這種情況下，待噴射的燃料的總量是用 于獲得極稀的空燃比，此外，在這種情況下，預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2 對燃料噴射閥37的第一螺線管和第二螺線管兩者都通電，從而燃料噴射閥 37的針閥的提升到達高提升。結(jié)果，如圖IO所示噴射燃料.(6 )預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2在基于內(nèi)燃機IO 的負(fù)載而變化的輕負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時IC關(guān)閉進氣閥32。這結(jié)束了進氣 沖程并且開始壓縮沖程.均質(zhì)空^L/燃料混合物被壓縮，由此開始燃料自動 點火并且燃燒的燃燒沖程.由于按如上所述i殳定燃料噴射正時，強烈的進氣渦流擾動空^/燃料混 合物。而且，由于空腔22b的上述形狀和渦流導(dǎo)向槽22d的存在，存在于空 腔22b外部的空氣/燃料混合物可以有效地吸入空腔22b,因此，燃燒室25 內(nèi)存在的所有空氣都被利用于形成均質(zhì)空^/燃料混合物。結(jié)果，NOx排放 可以更加減少，并且熱效率(燃料經(jīng)濟性)可以進一步改善。同時，在空氣的渦流變得最強的進氣沖程的早期階段和/或中期階段， 在既以窄噴射角度又以大于窄噴射角度的寬噴射角度噴射燃料的第二噴射 狀態(tài)噴射燃料。因此，噴射的燃料到達燃燒室25的整個區(qū)域并且被燃燒室25內(nèi)的強空氣渦流流動攪動。因此，燃燒室25內(nèi)存在的所有空氣都被利用 于形成均質(zhì)空氣/燃料混合物，從而NOx排放可以更加減少，并且熱效率(燃 料經(jīng)濟性)可以進一步改善。此外，燃料也從每個都具有相對小直徑的寬角度噴射孔37d噴射出。在 渦流流動上流動的同時，每個都具有小的粒徑并且以寬角度噴射出的燃料 滴被攪動。結(jié)果，借助于作為從寬角度噴射孔37d噴射的結(jié)果具有小的粒徑 并且以寬角度噴射出的燃料滴，以及作為從窄角度噴射孑L37c噴射的結(jié)果每 個都具有大的粒徑并且以窄角度噴射出的燃料滴，燃燒室25內(nèi)的空氣和燃 料充分混合。因此，燃燒室25內(nèi)存在的所有空氣都被利用于形成均質(zhì)空11/ 燃料混合物，從而NOx排放可以更加減少，并且熱效率(燃料經(jīng)濟性)可 以進一步改善。(當(dāng)內(nèi)燃機10在中負(fù)栽區(qū)域工作時)當(dāng)內(nèi)燃機10在中負(fù)栽區(qū)域工作時，工作切換裝置G1根據(jù)工作區(qū)域脈鐠 圖選擇火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3。因此，內(nèi)燃機10由火花點火燃燒工 作執(zhí)行裝置F3操作，火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3將吸入燃燒室25的空氣和從燃料噴射 閥37噴射到燃燒室2S的燃料預(yù)混合以在燃燒室25內(nèi)形成并且壓縮具有均一 燃料空間分布的均質(zhì)空~燃料混合物，并且通過由作為火花產(chǎn)生裝置的火 花塞35產(chǎn)生的點火用火花點燃被壓縮的均質(zhì)空^l/燃料混合物，以由此開始 燃料的火花點火燃燒。更具體地，火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3通it依次 執(zhí)行以下動作(見圖8 (C)))操作內(nèi)燃機IO,(1)在燃燒沖程，火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3在基于內(nèi)燃機10的 負(fù)栽而變化的中負(fù)栽用排氣閥打開正時EO打開排氣閥34。這結(jié)束了燃燒沖 程并且開始排氣沖程。(2 )火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3在基于內(nèi)燃機10的負(fù)載而變化的 中負(fù)載用排氣閥關(guān)閉正時EC關(guān)閉排氣閥34。這結(jié)束了排氣沖程并且開始負(fù) 重疊時間段。中負(fù)載用排氣閥關(guān)閉正時EC^t定為晚于輕負(fù)栽用排氣閥關(guān)閉 正時EC。200680006107.0說明書第28/50頁(3 )火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3在基于內(nèi)燃機10的負(fù)載而變化的 中負(fù)載用進氣閥打開正時IO打開進氣閥32。這結(jié)束了負(fù)重疊時間段并且開 始進氣沖程。中負(fù)載用進氣閥打開正時IO設(shè)定為在輕負(fù)載用進氣閥打開正 時IO之前。(4)在吸入燃燒室25內(nèi)的空氣的渦流最強的正時，即，在進氣沖程的 早期階段和/或中期階段內(nèi)的正時einj,火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3從燃 料噴射閥37噴射燃料；所述正時einj在中負(fù)載用進氣閥打開正時IO和在下 文提及的中負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時IC之間。此時，基于內(nèi)燃機10的負(fù)栽和 發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE確定待噴射的燃料量，并且待噴射的燃料量是用于獲得理論 空燃比(化學(xué)計量空燃比)的預(yù)定量。此外，在這種情況下，火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3對燃料噴射閥37 的第一螺線管和第二螺線管兩者都通電，從而燃料噴射閥37的針閥的提升 到達高提升。結(jié)果，如圖10所示噴射燃料。(5 )火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3在基于內(nèi)燃機10的負(fù)栽而變化的 中負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時IC關(guān)閉進氣閥32。這結(jié)束了進氣沖程并且開始壓 縮沖程。為了通過降低實際壓縮比來M敲缸，中負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時 IC被設(shè)定為晚于輕負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時IC。(6)在接近上死點的點火正時0ig，火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3從 火花塞3S的火花產(chǎn)生部分35a產(chǎn)生點火用火花，由此火花點火并且燃燒燃 料。此時，火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3基于內(nèi)燃機10的負(fù)栽和發(fā)動機轉(zhuǎn) 速NE確定點火正時eig,這開始了燃燒沖程.根據(jù)該工作模式，進氣閥關(guān)閉正時IC被設(shè)定為晚于輕負(fù)栽用進氣閥關(guān) 閉正時IC以由此降低實際壓縮比，從而避免了敲釭的發(fā)生。此外，如在輕 負(fù)載的情況下，由于按如上所述設(shè)定燃料噴射正時、空腔22b的上述形狀、 渦流導(dǎo)向槽22d的存在以及在第二噴射狀態(tài)下噴射燃料，所以在空腔22b內(nèi) 部和外部形成空^/燃料混合物，并且空^/燃料混合物可以有效地吸入空腔 22b。結(jié)果，由于燃燒室25內(nèi)存在的所有空氣都被利用于在空腔22b內(nèi)形成 均質(zhì)空氣/燃料混合物，所以進行了更穩(wěn)定的火花點火燃燒。因此，NOx排
放可以更加減少，并且熱效率(燃料經(jīng)濟性)可以進一步改善。(當(dāng)內(nèi)燃機10在高負(fù)載區(qū)域工作時)當(dāng)內(nèi)燃機10在高負(fù)載區(qū)域工作時，工作切換裝置G1根據(jù)工作區(qū)域脈鐠 圖選擇擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4。因此，內(nèi)燃機10由擴散燃燒工作執(zhí)行裝 置F4操作。擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4在燃燒室25內(nèi)壓縮吸入燃燒室25的空氣，并 且從燃料噴射閥37噴射燃料到壓縮空氣中，從而開始燃料的擴散燃燒。缸發(fā)生可能性，通過擴散燃燒的工作不需要通ii多度延遲進氣閥32的關(guān)閉 正時(進氣閥關(guān)閉正時IC)來降低實際壓縮比。因此，由于在沒有異常燃 燒的情況下內(nèi)燃機10在高負(fù)栽區(qū)域中可以燃燒充分量的燃料(或空^/燃料 混合物)，內(nèi)燃機10可以產(chǎn)生很高的轉(zhuǎn)矩。此外，由于汽油比柴油更容易 氣化，內(nèi)燃機10中擴散燃燒的速度很快。因此，在高發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)域中內(nèi) 燃機10可以產(chǎn)生較高的輸出。更具體地，擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4通過依次執(zhí)行以下動作(見圖8 (D))操作內(nèi)燃機IO。(1)在燃燒沖程，擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4在基于內(nèi)燃機10的負(fù)栽 而變化的高負(fù)栽用排氣閥打開正時EO打開排氣閥34,這結(jié)束了燃燒沖程并 且開始排氣沖程，(2 )擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4在基于內(nèi)燃機10的負(fù)栽而變化的高負(fù) 載用排氣閥關(guān)閉正時EC關(guān)閉排氣閥34。這結(jié)束了排氣沖程并且開始負(fù)重疊 時間段。高負(fù)栽用排氣閥關(guān)閉正時EC設(shè)定為晚于中負(fù)栽用排氣閥關(guān)閉正時 EC。(3)擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4在基于內(nèi)燃機10的負(fù)栽而變化的高負(fù) 載用進氣閥打開正時IO打開進氣閥32，這結(jié)束了負(fù)重疊時間段并且開始進 氣沖程。高負(fù)栽用進氣閥打開正時IO設(shè)定為在中負(fù)載用進氣閥打開正時IO之前。(4 )擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4在基于內(nèi)燃機10的負(fù)栽而變化的高負(fù) 載用進氣閥關(guān)閉正時IC關(guān)閉進氣閥32。這結(jié)束了進氣沖程并且開始壓縮沖 程。高負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時IC設(shè)定為在火花點火燃燒工作時的中負(fù)載用 進氣閥關(guān)閉正時IC之前。這是因為擴散燃燒比火花點火燃燒具有更低的敲 缸發(fā)生可能性。(5 )擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4在晚于高負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時IC并 且接近壓縮上死點的正時einj從燃料噴射閥37噴射燃料。待噴射的燃料量 基于內(nèi)燃機10的負(fù)栽和發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE而確定，并且是用于獲得預(yù)定的稀空 燃比。此外，在這種情況下，擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4對燃料噴射閥37的 第一螺線管和第二螺線管兩者都通電，從而燃料噴射閥37的針閥的提升成 為高提升。結(jié)果，如圖ll所示噴射燃料，并且開始燃料通過擴散燃燒^LJ^ 燒的燃燒沖程，根據(jù)該工作模式，由于進氣閥關(guān)閉正時IC (高負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時 IC)設(shè)定為在火花點火燃燒工作時的中負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時IC之前，實 際壓縮比沒有大量地下降.而且，燃料通過擴散燃燒而燃燒.結(jié)果，在沒 有包含過度敲釭的情況下在高壓縮比時可以進行穩(wěn)定燃燒，從而可以提高 通過內(nèi)燃機10產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。而且，由于空腔22b的上述形狀和渦流導(dǎo)向槽22d的存在，產(chǎn)生了很強 的渦流，該渦流促進了燃料滴和空氣(氧)的混合，從而可以提高在擴散 燃燒期間空氣的利用。結(jié)果，可以改善內(nèi)燃機IO的熱效率.此外，由于每 個燃料滴周圍可以存在大量的氣，可以有效地抑制煙的產(chǎn)生.此外，燃料不M窄角度噴射孔37c噴射出而X^寬角度噴射孔37d噴 射出。從寬角度噴射孔37d噴射的燃料的粒徑很小。因此，燃料滴與空氣(氧) 充分地混合，結(jié)果，可以改善內(nèi)燃機的熱效率。此外，由于每個燃料滴周 圍可以存在大量的氧，可以有效地抑制煙的產(chǎn)生。 (當(dāng)內(nèi)燃機10起動時或處于冷態(tài)時)當(dāng)內(nèi)燃機10起動時或處于冷態(tài)時，工作切換裝置Gl選^動/冷態(tài)時分 層充料火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F5。例如，當(dāng)未示出的點火鑰匙從OFF 位置變化到ON位置時，工作切換裝置G1判定內(nèi)燃機10起動；并且，當(dāng)由
冷卻水溫度傳感器64檢測到的冷卻水溫度THW等于或低于閾值水溫度 THWth時，工作切換裝置G1判定內(nèi)燃機10處于冷態(tài)。因此，當(dāng)內(nèi)燃機IO 起動時或處于冷態(tài)時，內(nèi)燃機10由起動/冷態(tài)時分層充料火花點火燃燒工作 執(zhí)行裝置F5操作。起動/冷態(tài)時分層充料火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F5在空腔22b內(nèi)形成 并且壓縮分層空^/燃料混合物；并且通過由作為火花產(chǎn)生裝置的火花塞35 產(chǎn)生的點火用火花點燃壓縮的分層空氣/燃料混合物，從而開始燃料的火花 點火燃燒。更具體地，起動/冷態(tài)時分層充料火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F5 通過依次執(zhí)行以下動作操作內(nèi)燃機IO。(1)起動/冷態(tài)時分層充料火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F5在預(yù)定的起 動/冷態(tài)時用進氣閥打開正時IO打開進氣閥32，由此開始進氣沖程。(2 )起動/冷態(tài)時分層充料火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F5在預(yù)定的起 動/冷態(tài)時用進氣閥關(guān)閉正時IC關(guān)閉進氣閥32，由此結(jié)束進氣沖程并且開始 壓縮沖程。(3) 起動/冷態(tài)時分層充料火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置FS在壓縮沖程 的后期階段內(nèi)的預(yù)定噴射正時從燃料噴射閥37噴射燃料，該預(yù)定噴射正時 在起動/冷態(tài)時用進氣閥關(guān)閉正時IC和壓縮上死點TDC之間.這使得噴射的 燃料實質(zhì)地滯留在空腔22b內(nèi)。而且，在該時間點，在空腔內(nèi)產(chǎn)生了很強的 渦流流動.因此，通過該渦流流動，在空腔22b內(nèi)形成了分層的空^燃料 混合物，注意，在這種情況下，待噴射的燃料的量基于冷卻水溫度THW、和/ 或內(nèi)燃機10的負(fù)載以;SJL動機轉(zhuǎn)速NE確定.待噴射的燃料的量是用于獲得 理論空燃比(化學(xué)計量空燃比)的預(yù)定量.此外，起動/冷態(tài)時分層充料火 花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F5只對燃料噴射閥37的第一螺線管通電，從而燃 料噴射閥37的針閥的提升成為低提升。(4) 在接近壓縮上死點TDC的預(yù)定點火正時，起動/冷態(tài)時分層充料 火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F5壓縮在空腔22b內(nèi)形成的分層空^/燃料混合 物并且從作為火花產(chǎn)生裝置的火花塞35產(chǎn)生點火用火花。這開始燃料的火 花點火燃燒，由此開始燃燒沖程。(5 )起動/冷態(tài)時分層充料火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F5在預(yù)定的起 動/冷態(tài)時用排氣閥打開正時EO打開排氣閥34。結(jié)果，燃燒沖程結(jié)束，并 且排氣沖程開始。(6)起動/冷態(tài)時分層充料火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F5在預(yù)定的起 動/冷態(tài)時用排氣閥關(guān)閉正時EC關(guān)閉排氣閥34。當(dāng)內(nèi)燃機10起動時或處于冷態(tài)時，均質(zhì)空^/燃料混合物的溫度不太可 能上升。結(jié)果，自動點火燃燒趨向于變得不穩(wěn)定。為了解決這個問題，如 在上述結(jié)構(gòu)中，在進氣閥32關(guān)閉之后且在壓縮上死點TDC之前的壓縮沖程 的后期階段，燃料從燃料噴射閥37噴射出。這使得燃料能夠?qū)嵸|(zhì)地滯留在 空腔22b內(nèi)。因此，通過由于空腔22b的上述形狀和渦流導(dǎo)向槽22d的存在 而在空腔22b內(nèi)產(chǎn)生的強進氣渦流，沿空腔22b的內(nèi)周部分形成了分層的空 ^/燃料混合物。然后，分層的空nV燃料混合物通過火花塞35點燃，該火花 塞火花產(chǎn)生部分3Sa位于空腔22b的內(nèi)周部分。結(jié)果，可以改善內(nèi)燃機10的 起動性能，或者在冷態(tài)期間可以進,定的火花點火燃燒，如上所述，根據(jù)本發(fā)明第 一 實施例的內(nèi)燃機10在輕負(fù)栽區(qū)域通過自動 點火燃燒而工作，在中負(fù)栽區(qū)域通過火花點火燃燒而工作，在髙負(fù)栽區(qū)域 通過擴散燃燒而工作。結(jié)果，內(nèi)燃機10避免了由于在中負(fù)栽區(qū)域進行自動 點火燃燒而導(dǎo)致的過大噪聲的產(chǎn)生，并且不會產(chǎn)生由于在中負(fù)栽區(qū)域進行 擴散燃燒而導(dǎo)致的與不穗定燃燒相關(guān)的大的轉(zhuǎn)矩變動.此外,在內(nèi)燃機10中，空腔22b具有底部閉合并且大致為圃筒形的形狀， 并且形成為使得作為空腔22b的進口的邊緣部分的直徑小于空腔22b內(nèi)部的外周部分形成。而且，火花塞35沿渦流導(dǎo)向槽22d配置。因此，由于火花塞35 (火花塞35的末端部附近)可以配置在渦流導(dǎo)向 槽22d內(nèi)，火花塞35的火花產(chǎn)生部分35a可以很容易配置在空腔22b的周邊 (內(nèi)周部分)。此外，在空腔22b的壁表面上形成有絕熱層。因此，由于保持在空腔22b
內(nèi)的燃燒氣體變得不太可能被冷卻，將經(jīng)受自動點火燃燒的空氣/燃料混合 物的溫度可以上升為4艮高的溫度，由此可以穩(wěn)定地進行自動點火燃燒。因
此，由于促進了向空腔22b噴射的燃料的氣化，所以可以減少擴散燃燒期間 產(chǎn)生的煙的量。
此外，內(nèi)燃機10包括渦輪增壓器81。在內(nèi)燃機10中，分層充料自動點 火燃燒工作執(zhí)行裝置F1、預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2、 火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3以及擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4都構(gòu)成為
(1 )在進氣閥32打開之前關(guān)閉排氣閥34，由此產(chǎn)生從排氣閥34的關(guān)閉 正時至進氣閥32的打開正時的時間段，即負(fù)重疊時間段；以及
(2 )以隨著內(nèi)燃機10的負(fù)栽增大而縮短負(fù)重疊時間段的方式控制排氣 閥34的關(guān)閉正時和進氣閥32的打開正時。
在"負(fù)重疊時間段(負(fù)氣閥重疊時間段)"中，燃燒氣體被限制在燃 燒室25內(nèi)。負(fù)重疊時間段以內(nèi)燃機10的負(fù)栽越大則負(fù)重疊時間M短的方 式設(shè)定。因此，當(dāng)內(nèi)燃機10在輕負(fù)栽區(qū)域或在極輕負(fù)栽區(qū)域工作時，可以 通過負(fù)重疊時間段控制待導(dǎo)入燃燒室25的空氣的量。
此外，當(dāng)內(nèi)燃;W^負(fù)栽大于輕負(fù)栽區(qū)域的區(qū)域(中負(fù)載區(qū)域或高負(fù)栽 區(qū)域)工作時，通過渦輪增壓器產(chǎn)生的渦輪增壓和負(fù)重疊時間段控制待導(dǎo)
入燃燒室25的空氣的量.結(jié)果，由于配置在內(nèi)燃機10的進氣通路內(nèi)的節(jié)氣
閥47可以保持基本完全打開，與節(jié)流節(jié)氣閥47的節(jié)流作用相關(guān)的能量損失
減少，從而可以改進內(nèi)燃機IO的燃料經(jīng)濟性.
此外，燃料噴射閥37具有在針閥37b處于低提升狀態(tài)或高提升狀態(tài)時打 開以進行燃料噴射的窄角度噴射孔組，和僅在針閥37b處于高提升狀態(tài)時打 開以進行燃料噴射的寬角度噴射孔組。
因此，通過簡單的結(jié)構(gòu)可以在對應(yīng)于工作狀態(tài)的上述噴射狀態(tài)(第一 噴射狀態(tài)或第二噴射狀態(tài))噴射燃料。而且，由于可以很容易增加燃料噴 射閥37的動態(tài)范圍(最小燃料噴射量和最大燃料噴射量之差)，即4吏在高 負(fù)載時也可以噴射充分量的燃料。
<第二實施例>
下面，將對根據(jù)本發(fā)明第二實施例的內(nèi)燃機進行說明。該內(nèi)燃機與根
據(jù)第 一 實施例的內(nèi)燃機10的不同之處僅在于以下的功能添加到工作切換裝 置G1上。以下的說明將集中在這些差別上。
(從均質(zhì)預(yù)混合充料壓縮自動點火工作至分層充料自動點火燃燒工作 的切換)
如上所述，工作切換裝置G1根據(jù)圖7所示的工作區(qū)域脈謙圖從工作執(zhí) 行裝置F1至F4中進行選擇，從而切換工作。
此外，在預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2正在執(zhí)行燃燒 均質(zhì)空氣/燃料混合物的預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作的情況下，工作 切換裝置G1通過將由氣釭壓力傳感器63檢測到的氣缸壓力P在與單次燃燒 相關(guān)的從壓縮沖程開始至燃燒沖程結(jié)束的時間段內(nèi)進行平均而獲得氣缸壓 力平均值Pi。而且，工作切換裝置G1通過將與多次過去的燃燒相關(guān)的氣釭 壓力平均值Pi進行平均而獲得平均氣釭壓力平均值Piave。
此外，工作切換裝置G1用當(dāng)前燃燒相關(guān)的氣釭壓力平均值Pi與平均氣 缸壓力平均值Piave之差的絕對值(|Pi-Piave|)除以平均氣缸壓力平均值 Piave，由此獲得基于所述差的絕對值(|Pi - Piavel )的AP( AP |Pi - Piavej/ Piave)。當(dāng)工作切換裝置G1基于由所述差的絕對值得到的值A(chǔ)P超過預(yù)定
執(zhí)行的自動點火燃燒已經(jīng)變得不穩(wěn)定時，工作切換裝置G1將工作從通過預(yù) 混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2執(zhí)行的預(yù)混合充料壓縮自動 點火工作切換為通過分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F1執(zhí)行的自動 點火燃燒工作，
根據(jù)該特征，當(dāng)通過預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2執(zhí) 行的自動點火燃燒被判定為不穩(wěn)定時，工作切換為通過分層充料自動點火 燃燒工作執(zhí)行裝置F1執(zhí)行的自動點火燃燒工作。因此，可以避免由于內(nèi)燃 機工作中的不穩(wěn)定引起的轉(zhuǎn)矩變動等發(fā)生的情況。
(從預(yù)混合充料壓縮自動點火工作至火花點火燃燒工作的切換)
此外，在預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2正在執(zhí)行燃燒
均質(zhì)空氣/燃料混合物的預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作的情況下，工作
切換裝置G1基于由氣缸壓力傳感器63檢測到的氣缸壓力P獲得每單位時間 或單位曲柄轉(zhuǎn)角氣缸壓力P的變化量，即氣釭壓力變化率(dP/dt或dP/de，
其中t是時間，e是曲柄轉(zhuǎn)角)。當(dāng)獲得的氣缸壓力變化率(dP/dt或dP/ae)
超過預(yù)定變化率dPth時，工作切換裝置G1將工作從燃燒均質(zhì)空氣/燃料混 合物并且通過預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置F2執(zhí)行的預(yù)混
合充料壓縮自動點火燃燒工作切換為燃燒均質(zhì)空氣/燃料混合物并且通過
火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3執(zhí)行的火花點火燃燒工作。
根據(jù)該特征，從氣缸壓力變化率(dP/dt或dP/de)是否超過預(yù)定變化 率dP他，判定與均質(zhì)空^y燃料混合物的預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒相關(guān) 的噪聲是否過大。當(dāng)基于氣缸壓力變化率(dP/dt或dP/de)超過預(yù)定變化 率dPth而判定出(確定)與均質(zhì)空^/燃料混合物的預(yù)混合充料壓縮自動點 火燃燒相關(guān)的噪聲過大時，工作從通過預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作
執(zhí)行裝置F2執(zhí)行的自動點火燃燒工作切換為通過火花點火燃燒工作執(zhí)行 裝置F3執(zhí)行的火花點火燃燒工作。因此，可以避免過大噪聲的產(chǎn)生。
(從燃燒均質(zhì)空氣/燃料混合物的火花點火燃燒工作至擴散燃燒工作 的切換)
另外，當(dāng)火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3正在執(zhí)行火花點火燃燒工作 時，工作切換裝置G1基于由氣釭壓力傳感器63檢測到的氣缸壓力P檢測敲 缸。例如，工作切換裝置Gl檢測在氣釭壓力P接近于最大值Pmax的時間段 期間氣釭壓力的局部最小值Psmall與緊接該局部極小值Psmall之后出現(xiàn)的 氣釭壓力的局部最大值Plargeil差的絕對值，作為氣釭壓力變化APh。當(dāng)氣 缸壓力變化APh超過預(yù)定閾值(例如，最大值Pmax的預(yù)定比例)時，工作 切換裝置G1判定敲缸已經(jīng)發(fā)生(例如，參見日本專利申請未審定^^報No. 2004 -184228)。
然后，工作切換裝置G1基于檢測到的敲缸獲得敲缸發(fā)生頻率(表示在 單次燃燒中檢測到多少次敲缸的值)。當(dāng)獲得的敲缸發(fā)生頻率超過預(yù)定頻 率時，工作切換裝置G1將工作從通過火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置F3執(zhí)行的
火花點火燃燒工作切換為通過擴散燃燒工作執(zhí)行裝置F4執(zhí)行的擴散燃燒 工作。
根據(jù)該特征，在敲缸頻率變得過大之前，工作從火花點火燃燒工作切 換到擴散燃燒工作。因此，可以避免敲缸過度頻繁的發(fā)生。應(yīng)當(dāng)注意，工 作切換裝置G1可以使用基于內(nèi)燃機的振動檢測敲缸的已知的敲缸傳感器 來檢測敲釭。
<第三實施例>
下面，將對根據(jù)本發(fā)明第三實施例的內(nèi)燃機進行說明。該內(nèi)燃機具有 類似于內(nèi)燃機10的結(jié)構(gòu)。然而，該內(nèi)燃機是構(gòu)成為執(zhí)行2循環(huán)工作的2循環(huán) 內(nèi)燃機，其中每隔360度的曲柄轉(zhuǎn)角，在燃燒室25與構(gòu)成為在燃燒室25內(nèi)產(chǎn) 生進氣渦流的進氣口31之間的連通通過關(guān)閉進氣閥32而被切斷時，通過建 立燃燒室25與排氣口33之間的連通(通過排氣閥34的打開)開始排氣沖程； 然后，通過建立燃燒室25與進氣口31之間的連通(通過進氣閥32的打開) 開始掃氣沖程；然后，通過切斷燃燒室25與排氣口33之間的連通(通過排 氣閥34的關(guān)閉)開始進氣沖程；然后，通過切斷燃燒室25與進氣口31之間 的連通(通過進氣閥32的關(guān)閉)開始壓縮沖程；并且隨后，開始燃燒沖程。
如圖12所示，上述類型的內(nèi)燃機90包括分層充料自動點火燃燒工作執(zhí) 行裝置H1、預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H2、擴散燃燒工作 執(zhí)行裝置H3以及工作切換裝置G2.通過由電子控制單元70的CPU 71執(zhí)行 相關(guān)的預(yù)定程序而實現(xiàn)這些裝置的功能.因此，以下將說明通過這些裝置 完成的而實際由CPU71實現(xiàn)的這些工作。
工作切換裝置G2具有存儲于ROM 72中的如圖13所示的工作區(qū)域脈鐠 圖，工作切換裝置G2基于內(nèi)燃機90的負(fù)栽、發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE以及工作區(qū)域 脈鐠圖確定工作區(qū)域。工作切換裝置G2根據(jù)對應(yīng)于所確定的工作區(qū)域的工 作模式執(zhí)行工作。內(nèi)燃機90的負(fù)栽可以是基于加速踏板66的操作量Accp和 發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE確定的所需轉(zhuǎn)矩Tqtgt，或者可以僅僅是加速踏板66的操作 量Accp。
根據(jù)圖13所示的工作區(qū)域脈譜圖，負(fù)栽小于預(yù)定第一負(fù)栽的極輕負(fù)栽
區(qū)域?qū)?yīng)于分層充料自動點火燃燒工作區(qū)域；負(fù)載大于第一負(fù)載并且小于 第三負(fù)載(該第三負(fù)載大于第一負(fù)載)的輕負(fù)載區(qū)域以及中負(fù)載區(qū)域(輕/ 中負(fù)載區(qū)域)對應(yīng)于均質(zhì)充料自動點火燃燒工作區(qū)域；負(fù)載大于第三負(fù)載 的高負(fù)栽區(qū)域?qū)?yīng)于擴散燃燒工作區(qū)域。 (當(dāng)內(nèi)燃機90在極輕負(fù)載區(qū)域工作時)
當(dāng)內(nèi)燃機90在極輕負(fù)載區(qū)域工作時，工作切換裝置G2根據(jù)工作區(qū)域脈 鐠圖選擇分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H1。因此，內(nèi)燃機卯由分層 充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H1操作。
分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置Hl實質(zhì)僅在空腔22b內(nèi)形成均質(zhì) 空氣/燃料混合物(即，總體上在燃燒室25中的分層空^/燃料混合物)，并 且將空氣/燃料混合物壓縮從而自動點火并且燃燒燃料。更具體地，分層充 料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H1通過依次執(zhí)行以下動作(見圖14 (A)) 操作內(nèi)燃機90。
(1)在燃燒沖程，分層充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H1在基于
開始了排氣沖程，其中燃燒氣體通過排氣口 33從燃燒室25排出。
(2 )分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H1在基于內(nèi)燃機90的負(fù)栽 而變化的極輕負(fù)栽用進氣閥打開正時IO打開進氣閥32。這開始了掃氣沖 程，其中空氣通過進氣口31流入燃燒室2S并且流入燃燒室的空氣通過排氣 口 33將燃燒氣體從燃燒室25排出.
(3) 分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H1在基于內(nèi)燃機90的負(fù)栽 而變化的極輕負(fù)載用排氣閥關(guān)閉正時EC關(guān)閉排氣閥34.這結(jié)束了掃氣沖程 并且開始進氣沖程。
(4) 分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H1在基于內(nèi)燃機90的負(fù)栽 而變化的極輕負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時IC關(guān)閉進氣閥32,這開始了壓縮沖 程。
(5) 在壓縮沖程的中期階段內(nèi)的正時einj，分層充料自動點火燃燒工 作執(zhí)行裝置H1從燃料噴射閥37噴射基于內(nèi)燃機90的負(fù)栽和發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE
確定的預(yù)定量的燃料，所述正時einj在極輕負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時IC與壓 縮上死點TDC之間。在這種情況下，待噴射的燃料的總量是用于獲得極稀
的空燃比。此外，分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置m只對燃料噴射閥
37的第一螺線管通電，從而燃料噴射閥37的針閥的提升變?yōu)榈吞嵘?br> 結(jié)果，如圖9所示，噴射的燃料實質(zhì)地滯留在空腔22b內(nèi)。因此，均質(zhì) 空氣/燃料混合物實質(zhì)上只在空腔22b內(nèi)形成。然后，均質(zhì)空氣/燃料混合物 被壓縮，并且隨后開始燃燒沖程，其中燃料被自動點火并且燃燒。
因此，即使在燃料量很少的極輕負(fù)栽工作區(qū)域，也可以在空腔22b內(nèi)可 靠地形成對于自動點火具有充分高濃度的空^/燃料混合物，從而可以進行 穩(wěn)定的自動點火燃燒。結(jié)果，可以執(zhí)行自動點火工作的工作區(qū)域擴大至較 輕負(fù)載的區(qū)域。因此，在這樣的輕負(fù)載區(qū)域中不需^C行火花點火燃燒工 作，并且因此，NOx排放可以更加減少，并且燃料經(jīng)濟性可以進一步改善。
而且，由于空腔22b的上述形狀和渦流導(dǎo)向槽22d的存在，進氣可以高 效地吸入空腔22b內(nèi)，因此，由于進氣渦流的渦流半徑變得^^小，渦流流動 可以被加強。結(jié)果，可以實質(zhì)上只在空腔22b內(nèi)很容易形成均質(zhì)空^燃料 混合物，從而可以抑制NOx的產(chǎn)生，
同時，燃料在燃料以窄噴射角度噴射出的第一噴射狀態(tài)噴射出。在噴 射燃料的壓縮沖程的中期階段，在燃料噴射閥37與其上形成空腔22b的活塞 22的頂面之間存在相對大的距離。因此，通過以如上所迷的具有窄垂直角 度的圃錐形形狀(囷錐的形狀)噴射燃料，噴射的燃料可以可靠地導(dǎo)入到 空腔22b內(nèi)。
此外，由于燃料從具有大直徑的窄角度噴射孔37c噴射出，噴射的燃料 滴的直徑變得相對較大。因此，燃料可以可靠地到達空腔22b的內(nèi)部。結(jié)果， 由于可以減少存在于空腔22b的外部并且沒有貢獻給自動點火燃燒的燃料 的量，可以抑制未燃HC的產(chǎn)生，并且可以改進燃料經(jīng)濟性。 (當(dāng)內(nèi)燃機90在輕/中負(fù)載區(qū)域工作時)
當(dāng)內(nèi)燃機90在輕/中負(fù)栽區(qū)域工作時，工作切換裝置G2根據(jù)工作區(qū)域脈 語圖選,混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H2,因此，內(nèi)燃機卯
由預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H2操作。預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H2在燃燒室25內(nèi)形成并 且壓縮均質(zhì)空氣/燃料混合物，以由此開始燃料的自動點火燃燒。更具體地， 預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H2通過依次執(zhí)行以下動作(見 圖14 (B))操作內(nèi)燃機卯。(1)在燃燒沖程，預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H2在34。這結(jié)束了燃燒沖程并且開始排氣沖程。(2 )預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H2在基于內(nèi)燃機卯 的負(fù)載而變化的輕/中負(fù)栽用進氣閥打開正時IO打開進氣閥32。這結(jié)束了排 氣沖程并且開始掃氣沖程。(3 )在從燃燒室25與進氣口31之間的連通的建立至該連通的切斷之間 的時間段內(nèi)(從進氣閥32打開至進氣閥32關(guān)閉的時間段內(nèi))在^X燃燒室 25的空氣的渦流最強的正時einj，預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行定量的燃料。在這種情況下待噴射的燃料的總量是用于獲得極稀的空燃比.此外， 在這種情況下，預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H2對燃料噴射 閥37的第一螺線管和第二螺線管兩者都通電，從而燃料噴射閥37的針閥的 提升變?yōu)楦咛嵘?因此，燃料如圖10所示噴射出。由于如上所迷設(shè)定燃料噴射正時，并且燃料根據(jù)笫二噴射狀態(tài)噴射出， 噴射的燃料到達燃燒室25的整個區(qū)域并且被燃燒室25內(nèi)的強空氣渦流攪 動。此外，由于空腔22b形成為使得存在于空腔22b外部的空^燃料混合物 可以有效地i^到空腔22b內(nèi)，燃燒室25內(nèi)存在的所有空氣都被利用于在空 腔22b內(nèi)形成均質(zhì)空氣/燃料混合物。結(jié)果，NOx排放可以更加減少，并且 熱效率(燃料經(jīng)濟性)可以進一步地改善，(4)預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H2在基于內(nèi)燃機卯 的負(fù)載而變化的輕/中負(fù)載用排氣閥關(guān)閉正時EC關(guān)閉排氣閥34.這結(jié)束了
掃氣沖程并且開始進氣沖程。(5 )預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置H2在基于內(nèi)燃機90 的負(fù)載而變化的輕沖負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時IC關(guān)閉進氣閥32。這結(jié)束了進 氣沖程并且開始壓縮沖程。形成的均質(zhì)空氣/燃料混合物被壓縮，由此開始 燃燒沖程，其中燃料^L自動點火并且燃燒。(當(dāng)內(nèi)燃機90在高負(fù)載區(qū)域工作時)當(dāng)內(nèi)燃機90在高負(fù)栽區(qū)域工作時，工作切換裝置G2根據(jù)工作區(qū)域脈諳 圖選擇擴散燃燒工作執(zhí)行裝置H3。因此，內(nèi)燃機卯由擴散燃燒工作執(zhí)行裝 置H3操作。擴散燃燒工作執(zhí)行裝置H3在燃燒室25內(nèi)壓縮吸入燃燒室25的空氣，并 且從燃料噴射閥37噴射燃料到壓縮空氣中，由此開始燃料的擴散燃燒.更 具體地，擴散燃燒工作執(zhí)行裝置H3通過依次執(zhí)行以下動作(見圖14(C)) 操作內(nèi)燃機卯。(1)在燃燒沖程，擴散燃燒工作執(zhí)行裝置H3在基于內(nèi)燃機90的負(fù)栽 而變化的高負(fù)栽用排氣閥打開正時EO打開排氣閥34。這開始了排氣沖程。(2 )擴散燃燒工作執(zhí)行裝置H3在基于內(nèi)燃機90的負(fù)栽而變化的高負(fù) 載用進氣閥打開正時IO打開進氣閥32。這開始了掃氣沖程。(3 )擴散燃燒工作執(zhí)行裝置H3在基于內(nèi)燃機90的負(fù)栽而變化的高負(fù) 栽用排氣閥關(guān)閉正時EC關(guān)閉排氣閥34。這開始了進氣沖程.(4) 擴散燃燒工作執(zhí)行裝置H3在基于內(nèi)燃機90的負(fù)載而變化的高負(fù) 栽用進氣閥關(guān)閉正時IC關(guān)閉進氣閥32。這開始了壓縮沖程.高負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時IC (即，燃燒室2S與進氣口31之間的連通被 切斷的正時)被設(shè)定為在假定在擴散燃燒工作被實際執(zhí)行的高負(fù)栽區(qū)域中進氣口之間的連通的正時之前的正時(即，高負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時IC被 設(shè)定為與輕沖負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時IC基本一致的正時)。(5) 然后，擴散燃燒工作執(zhí)行裝置H3在壓縮沖程期間接近上死點的 燃料噴射正時0inj從燃料噴射閥37噴射燃料，從而開始燃燒沖程，其中燃 料通過擴散燃燒而燃燒。待噴射的燃料量基于內(nèi)燃機卯的負(fù)載和發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE而確定并且是用于獲得預(yù)定的稀空燃比。此外，在這種情況下，擴散 燃燒工作執(zhí)行裝置H3對燃料噴射閥37的第一螺線管和第二螺線管兩者都 通電，從而燃料噴射閥37的針閥的提升變?yōu)楦咛嵘?。結(jié)果，燃料如圖ll所 示噴射出。根據(jù)上述特征，由于切斷燃燒室25與進氣口31之間連通的正時被設(shè)定斷燃燒室25與進氣口31之間連通的正時之前，實際壓縮比沒有很大的下降。 而且，燃料通過擴散燃燒而燃燒。結(jié)果，在沒有包含過度敲缸的情況下在 高壓縮比時可以進行穩(wěn)定燃燒，從而可以提高由內(nèi)燃機卯產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。 <第四實施例>下面，將對根據(jù)本發(fā)明笫四實施例的內(nèi)燃機進行說明，該內(nèi)燃機是所 謂的單流式2循環(huán)內(nèi)燃機并且使用汽油作為燃料。首先，將參照圖15說明2 循環(huán)內(nèi)燃機的工作(工作循環(huán))概要。該單流式內(nèi)燃機包括連接到燃燒室的上部(氣缸CY)上的排氣口 EXP;用于打開/關(guān)閉排氣口EXP的排氣閥EXV;其一端與氣釭CY的孔壁 連接的進氣口 (也被稱作掃氣口 ) INP;燃料噴射閥INJ;火花塞IGN;以 及增壓器(在本示例中，渦輪增壓器)T/C。該內(nèi)燃機在使活塞PS在氣缸 CY內(nèi)移動并且打開/關(guān)閉排氣閥EXV(排氣口EXP)以及進氣口INP的同時 通過燃燒燃料與空氣的混合物而產(chǎn)生動力.以均質(zhì)空^a/燃料混合物的自動 點火燃燒為例，掙農(nóng)次說明工作沖程.如圖15(a)所示，當(dāng)空ny燃料混合物被點燃時，空^l/燃料混合物開 始燃燒以由此在氣缸CY內(nèi)產(chǎn)生高壓燃燒氣體.這開始了燃燒沖程(膨脹沖 程)，其中活塞PS從上死點向下死點移動，然后，在活塞PS到達預(yù)定位置的適當(dāng)?shù)恼龝r，排氣閥EXV打開。在該 時間點，氣釭CY內(nèi)燃燒氣體的壓力很高。因此，如圖15(b)所示，燃燒 氣體通過排氣閥EX和排氣口 EXP排出到氣缸CY的外部.活塞PS繼續(xù)向下 死點移動。
隨后，當(dāng)活塞PS進一步向下死點移動并且到達預(yù)定位置時，被活塞的 側(cè)壁關(guān)閉的進氣口INP的端部(開口部分或掃氣部分)打開。這建立了進 氣口 INP與氣缸CY之間的連通。進氣口 INP的內(nèi)部被渦輪增壓器T/C加壓。 因此，當(dāng)進氣口INP的開口部分被打開時，進氣口INP中的空氣流入氣缸 CY中。流入的空氣將氣缸CY的燃燒氣體向排氣閥EXV擠壓。如圖15(c) 所示，燃燒氣體通過^^氣口EXP進一步地^L排出。即，掃氣開始。然后，活塞PS經(jīng)過下死點并且開始向上死點移動。即使在該階段，進 氣口INP內(nèi)的空氣壓力也很高，并且因此，如圖15(d)所示，繼續(xù)掃氣。隨后，當(dāng)活塞PS繼續(xù)向上死點移動并且到達上述預(yù)定位置時，活塞PS 的側(cè)壁關(guān)閉進氣口INP的端部(開口部分)。這切斷了進氣口INP與氣缸 CY之間的連通。緊接在此前后，打開排氣閥EXV。在該時間點，如圖15 (e)所示，燃料從燃料噴射閥INJ噴射出。活塞PS繼續(xù)向上死點移動。結(jié)果，如圖15(f)所示，均質(zhì)空^燃料 混合物形成并且被壓縮，并且當(dāng)活塞PS到達接近上死點時自動點火燃燒開 始。以上說明的是單流式2循環(huán)內(nèi)燃機的工作概要。然后將對單流式內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)進行說明.圖16示出了內(nèi)燃機100的示意 性結(jié)構(gòu)。圖16只是示出了特定氣釭的截面，但其它氣釭也具有類似的結(jié)構(gòu).內(nèi)燃機100包括氣缸體110;固定到氣缸體110上的氣釭蓋120;進氣 系統(tǒng)130;用于將排氣排出到發(fā)動機外部的排氣系統(tǒng)140;以及電子控制單 元170。在下面的說明中，從氣缸體110向氣釭蓋120的方向被稱作"向上"， 從氣缸蓋120向氣釭體110的方向被稱作"向下"。氣釭體110具有空心圃筒形的氣釭111,氣釭體110容納活塞112、連桿 113以及曲軸114。活塞112在氣缸111內(nèi)往復(fù)運動，活塞112的往復(fù)運動經(jīng)由 連桿113傳遞到曲軸114，由此轉(zhuǎn)動曲軸114。氣缸lll的孔壁表面、活塞112 的頂面(活塞頭部)以及氣缸蓋120的下表面形成燃燒室115。在活塞112 的中央部分形成空腔112a。如空腔22b—樣，空腔112a具有底部閉合并且大 致為圓筒形的形狀。此外，氣缸體110包括一對第一進氣口116、 一對第二進氣口117以及進
氣氣室118并且具有一對進氣控制閥119。第一進氣口116每個都具有管狀的形狀。第一進氣口116形成為使得其 軸線與垂直于氣缸lll的軸線的平面基本平行。如圖17的示意性截面圖所 示，第一進氣口116與進氣氣室118連接并且與氣缸111連接，并且適于將空 氣沿氣缸lll的孔壁表面導(dǎo)入氣缸lll。因而，通過進氣口 116流入燃燒室115 的空氣在燃燒室115內(nèi)產(chǎn)生進氣渦流；因此，進氣口116被稱作渦流口。每個第一進氣口116都被在氣缸lll附近的肋116a分為兩半。這樣在氣 缸lll的孔壁表面形成兩個開口部分116b和116c,開口部分116b和116c設(shè)置 在使得其在活塞112從上死點向下死點(即，向下)移動時通過活塞112的 側(cè)壁被打開的位置。當(dāng)開口部分116b和116c被打開時，建立了第一進氣口 116與燃燒室115之間的連通。另一方面，當(dāng)活塞112從下死點向上死點(即， 向上)移動時，開口部分116b和116c通過活塞112的側(cè)壁被關(guān)閉，這切斷了 第一進氣口116與燃燒室115之間的連通。每個笫二進氣口 117都具有管狀的形狀。笫二進氣口 117與進氣氣室118 連接并且與氣缸lll連接。第二進氣口 117以相對于垂直于氣缸111軸線的平 面傾斜的方式形成，從而空氣傾斜地向下流入氣釭lll中.第二進氣口1V7 的軸線指向氣缸lll的軸線，第二進氣口117被稱作直口。每個第二進氣口117都被在氣釭lll附近的肋117a分為兩半.這樣在氣 缸lll的孔壁表面形成兩個開口部分117b和117c, —個進氣口117的開口部 分117b與另一進氣口in的開口部分117c在氣釭lll插入其中的狀態(tài)下彼此 相對，并且一個進氣口 117的開口部分117c與另一進氣口 117的開口部分 117b在氣釭lll插入其中的狀態(tài)下彼此相對.開口部分117b和117c設(shè)置在使得其在活塞112向下移動時通過活塞112 的側(cè)壁被打開的位置。當(dāng)開口部分117b和117c被打開時，建立了第二進氣 口117與燃燒室115之間的連通。同時，當(dāng)活塞112向上移動時開口部分117b 和117c通過活塞112的側(cè)壁被關(guān)閉。這切斷了第二進氣口117與燃燒室115 之間的連通。作為采用這種結(jié)構(gòu)的結(jié)果，通過各個第二進氣口117流入氣缸111的空
氣撞擊活塞112的頂面以傾斜向上地改變其方向。而且，通過兩個相對的進 氣口 117 (通過兩個相對的進氣口 117的開口部分117b和117c)流入氣缸lll 的空氣在氣缸111的軸線附近碰撞。這樣在氣釭111內(nèi)產(chǎn)生了沿氣釭111的軸 線上升的上升空氣流。根據(jù)來自電子控制單元170的指令，進氣控制閥119在各個第二進氣口 117內(nèi)樞軸地移動，以打開/關(guān)閉第二進氣口117。再次參照圖16，氣缸蓋120固定在氣釭體110的上部。氣缸蓋120包括 連接到燃燒室115的排氣口121;排氣閥122;用于驅(qū)動排氣閥122的驅(qū)動臂 123;電磁致動器124;火花塞125;包括點火線困(其產(chǎn)生作用到火花塞125 上的高電壓)的點火器126;以及用于直接噴射燃料到燃燒室115內(nèi)的燃料 噴射岡(燃料噴射裝置)127。火花塞125和點火器126構(gòu)成用于在燃燒室115 內(nèi)產(chǎn)生點火用火花的火花產(chǎn)生裝置。如從燃燒室115觀察示出了氣缸蓋120底側(cè)的圖18所示，排氣口121構(gòu)成 為在氣釭lll中夾周圍的三個位置打開。相應(yīng)地，三個排氣閥122L置在氣 缸蓋120上。排氣閥122打開/關(guān)閉相應(yīng)的排氣口121的開口.排氣口121與燃 燒室115的連通在排氣口121的開口通it目應(yīng)的排氣閥122打開時被建立，并 且在排氣口121的開口通過相應(yīng)的排氣閥122關(guān)閉時被切斷，三個排氣閥122以它們的軸線彼此平行(平行于氣缸lll的軸線)的方 式布置.彈簣122a偏置各排氣閥122，從而關(guān)閉開向燃燒室115的排氣口121 的開口 .三個排氣閥122在其上端部分連接到如圖19所示驅(qū)動臂123的相應(yīng) 端部123a。電磁致動器124使驅(qū)動臂123的中央部分123b向下移動以使排氣 閥122向下移動，從而形成為開向燃燒室115的排氣口121的開口被打開.燃料噴射閥127具有如上述燃料噴射閥37相同的結(jié)構(gòu)。未示出的燃料箱射閥127,如圖18所示，燃料噴射閥127配置在氣缸111的中央。燃料噴射閥 127向活塞112的空腔112a噴射燃料。進氣系統(tǒng)130包括與進氣氣室118連通的氣室131;其一端與氣室131 連接的進氣管132;以及從進氣管132的另一端向下游側(cè)(氣室131)依次配置在進氣管132中的空氣濾清器133、渦輪增壓器(增壓器或增壓裝置)150 的壓縮才幾151、中間冷卻器152和節(jié)氣閥154。節(jié)氣閥154由進氣管132可轉(zhuǎn)動地支承并且由節(jié)氣閥致動器154a驅(qū)動， 由此改變進氣通路的開口截面積。排氣系統(tǒng)140包括排氣管141，其包括與排氣口121連通并且與排氣口 121—起形成排氣通路的排氣歧管；配置在排氣管141中的渦輪增壓器150 的渦輪153;以及配置在渦輪153下游的排氣管141中的催化轉(zhuǎn)化器155。如 渦輪增壓器81的情況一樣，渦輪增壓器150壓縮進氣通路內(nèi)的空氣并且由此 用空氣對燃燒室115增壓。內(nèi)燃機100包括曲軸位置傳感器161、加速器開度傳感器162以及連接到 這些設(shè)備的電氣控制單元170。曲軸位置傳感器161、加速器開度傳感器162 以及電氣控制單元l 70分別與曲軸位置傳感器62 、加速器開度傳感器65以及 電氣控制單元70具有相同的結(jié)構(gòu)和功能。如圖20所示，內(nèi)燃機100包括分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J1、 預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J2、擴散燃燒工作執(zhí)行裝置J3 以及工作切換裝置G2。這些裝置的功能通過由電氣控制單元170的CPU執(zhí) 行相關(guān)的預(yù)定程序而實現(xiàn)。因此，以下將說明由這些裝置執(zhí)行的并且實際 上由CPU實現(xiàn)的工作。(當(dāng)內(nèi)燃機100在極輕負(fù)栽區(qū)域工作時)當(dāng)內(nèi)燃機100在極輕負(fù)栽區(qū)域工作時，工作切換裝置G2根據(jù)圖13所示 的工作區(qū)域脈謙圖選擇分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J1。因此，內(nèi) 燃機100由分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J1操作。分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置Jl實質(zhì)上僅在空腔112a內(nèi)形成均 質(zhì)空氣/燃料混合物(即，總體上在燃燒室25內(nèi)形成分層空^/燃料混合物)， 并且將空氣/燃料混合物壓縮至自動點火并且燃燒燃料.更具體地，分層充 料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J1通過依次執(zhí)行以下動作(見圖21 (A)) 操作內(nèi)燃機IOO。(1)在燃燒沖程，分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J1在基于內(nèi)燃機100的負(fù)載而變化的極輕負(fù)載用排七閥打開正時EO打開排七閥122。這開始了排氣沖程，其中建立了排氣口121與燃燒室115之間的連通，由此燃燒 氣體從燃燒室115排出。(2) 然后，在進氣口打開正時IPO，活塞112從上死點側(cè)向下死點側(cè) 的運動建立了第一進氣口 116和第二進氣口 117與燃燒室115之間的連通。此 時，控制進氣控制閥119以關(guān)閉各第二進氣口117。因此，空氣通過第一進 氣口116流入燃燒室115，從而產(chǎn)生進氣渦流。流入的空氣將燃燒氣體向排 氣口121推進，并且因此，燃燒氣體從燃燒室115排出。即，掃氣沖程開始。(3) 然后，在進氣口關(guān)閉正時IPC，活塞112從下死點側(cè)向上死點側(cè) 的運動切斷了第一進氣口 116和第二進氣口 1H與燃燒室115之間的連通。同從而分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J1關(guān)閉排氣閥122。這開始了壓縮 沖程。(4) 在壓縮沖程的中期階段內(nèi)的正時einj，分層充料自動點火燃燒工NE確定的預(yù)定量的燃料，所述正時einj在極輕負(fù)栽用進氣口關(guān)閉正時IPC 和排氣閥關(guān)閉正時EC之后，但在壓縮上死點TDC之前。在這種情況下，待 噴射的燃料的總量是用于獲得極稀的空燃比.此外，分層充料自動點火燃 燒工作執(zhí)行裝置Jl只對燃料噴射閥127的笫 一螺線管通電，從而燃料噴射閥 127的針閥的提升變?yōu)榈吞嵘?。結(jié)果，噴射的燃料實質(zhì)地滯留在空腔112a內(nèi)，從而實質(zhì)上僅在空腔112a內(nèi)形成均質(zhì)空^/燃料混合物。然后，均質(zhì)空^/燃料混合物被壓縮，并且因 此，開始燃料被自動點火并且燃燒的燃燒沖程，因此，即使在燃料量^f艮少的極輕負(fù)載工作中，也可以在空腔112a內(nèi)可 靠地形成對于自動點火具有充分高濃度的空^/燃料混合物，從而可以進行 穩(wěn)定的自動點火燃燒。結(jié)果，可以執(zhí)行自動點火工作的工作區(qū)域可以擴大 為覆蓋更輕負(fù)栽的區(qū)域，由此在這樣的極輕負(fù)栽區(qū)域中消除了執(zhí)行火花點 火燃燒工作的必要性，因此，NOx排放可以更加減少，并且燃料經(jīng)濟性可
以進一步改善。而且，由于可以減少存在于空腔112a外部并且沒有貢獻給 自動點火燃燒的燃料的量，所以可以抑制未燃HC的產(chǎn)生，并且可以進一步 改進燃料經(jīng)濟性。(當(dāng)內(nèi)燃機100在輕/中負(fù)載區(qū)域工作時)當(dāng)內(nèi)燃機100在輕/中負(fù)栽區(qū)域工作時，工作切換裝置G2根據(jù)工作區(qū)域 脈鐠圖選,混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J2。因此，內(nèi)燃機 IOO由預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J2操作。預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J2在燃燒室115內(nèi)形成并 且壓縮均質(zhì)空^l/燃料混合物以由此開始燃料的自動點火燃燒。更具體地， 預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J2通過依次執(zhí)行以下動作(見 圖21 (B)))操作內(nèi)燃機100'(1)在燃燒沖程，預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J2在基122。這開始了排氣沖程。(2) 然后，在進氣口打開正時IPO建立第一進氣口116和第二進氣口 117與燃燒室115的連通。這開始了掃氣沖程。此時，控制進氣控制閥119 從而關(guān)閉各第二進氣口117。因此，產(chǎn)生進氣渦流。而且，在該掃氣沖程中， 進行進氣。(3) 然后，在進氣口關(guān)閉正時IPC切斷第一進氣口116和第二進氣口 117與燃燒室115的連通.1^，到il^于內(nèi)燃機100的負(fù)栽而變化的輕/中 負(fù)栽用排氣閥關(guān)閉正時EC,從而預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝 置J2關(guān)閉排氣閥122。這開始了壓縮沖程。(4) 在壓縮沖程的早期階段內(nèi)的正時einj，預(yù)混合充料壓縮自動點火轉(zhuǎn)速NE確定的預(yù)定量的燃料，所述正時einj與輕/中負(fù)栽用排氣閥關(guān)閉正時 EC同步或稍晚于排氣閥關(guān)閉正時EC。即，預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒 工作執(zhí)行裝置J2在早于極輕負(fù)載用噴射正時einj的輕/中負(fù)載用噴射正時einj噴射燃料，以由此形成均質(zhì)空ny燃料混合物。
在這種情況下，待噴射的燃料的總量是用于獲得極稀的空燃比。此外，在這種情況下，預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置J2對燃料噴射 閥127的第一螺線管和第二螺線管兩者都通電，從而燃料噴射閥127的針閥 的提升變?yōu)楦咛嵘?。在該階段，進氣渦流仍然保持很強。因此，空^/燃料混合物通過進氣 渦流被攪動，由此燃燒室115內(nèi)存在的所有空氣被利用于形成均質(zhì)空氣/燃 料混合物。均質(zhì)空氣/燃料混合物被吸入空腔112a內(nèi)并且然后被壓縮，由此 開始燃料被自動點火并且燃燒的燃燒沖程。結(jié)果，NOx排放可以更加減少， 并且熱效率(燃料經(jīng)濟性)可以進一步改善。 (當(dāng)內(nèi)燃機100在高負(fù)載區(qū)域工作時)當(dāng)內(nèi)燃機100在高負(fù)栽區(qū)域工作時，工作切換裝置G2根據(jù)工作區(qū)域脈 鐠圖選擇擴散燃燒工作執(zhí)行裝置J3。因此，內(nèi)燃機100由擴散燃燒工作執(zhí)行 裝置J3操作。擴散燃燒工作執(zhí)行裝置J3在燃燒室115內(nèi)壓縮吸入燃燒室115的空氣， 并且從燃料噴射閥127噴射燃料到壓縮空氣中，由此開始燃料的擴散燃燒。 更具體地，擴散燃燒工作執(zhí)行裝置J3通過依次執(zhí)行以下動作(見圖21(C)) 操作內(nèi)燃機IOO。(1) 在燃燒沖程，擴散燃燒工作執(zhí)行裝置J3在基于內(nèi)燃機100的負(fù)栽 而變化的高負(fù)栽用排氣閥打開正時EO打開排氣閥122。這開始了排氣沖程。(2) 然后，在進氣口打開正時IPO建立笫一進氣口116和笫二進氣口 117與燃燒室115的連通。這開始了掃氣沖程.此時，控制進氣控制閥119 從而打開各第二進氣口 117。(3) 然后，在進氣口關(guān)閉正時IPC切斷第一進氣口116和第二進氣口 117與燃燒室115的連通。進氣口關(guān)閉正時IPC不隨負(fù)載而變化。換句話說， 進氣口關(guān)閉正時IPC早于在實際執(zhí)行擴散燃燒工作的高負(fù)栽區(qū)域中假設(shè)如 圖l所示的頂置氣閥式內(nèi)燃機執(zhí)行火花點火燃燒的情況下為了避免敲缸過 度發(fā)生而設(shè)定的進氣閥關(guān)閉正時Icig (即，進氣口關(guān)閉正時IPC是輕/中負(fù) 載用進氣口關(guān)閉正時)。 (4)然后，到達基于內(nèi)燃機100的負(fù)載而變化的高負(fù)載用排氣閥關(guān)閉 正時EC，從而擴散燃燒工作執(zhí)行裝置J3關(guān)閉排氣閥122。這開始了壓縮沖程。(5 )然后，擴散燃燒工作執(zhí)行裝置J3在壓縮沖程內(nèi)接近壓縮沖程上死 點的燃料噴射正時0inj從燃料噴射閥127噴射燃料，以由此開始燃料的擴散 燃燒。待噴射的燃料量基于內(nèi)燃機100的負(fù)載和發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE而確定。此 外，在這種情況下，擴散燃燒工作執(zhí)行裝置J3對燃料噴射閥127的第一螺線 管和第二螺線管兩者都通電，從而燃料噴射閥127的針閥的提升變?yōu)楦咛嵘?。根?jù)該特征，由于在高負(fù)載時燃燒室115與第一進氣口116和第二進氣 口117的連通切斷正時與在輕沖負(fù)載時相同(一致)，實際壓縮比沒有大 量的下降。結(jié)果，沒有引起過度的敲釭.此外，燃料通過擴散燃燒而燃燒。 因此，在高壓縮比時可以進g定的燃燒，從而可以提高由內(nèi)燃機100產(chǎn)生 的轉(zhuǎn)矩。與2循環(huán)內(nèi)燃機90的情況一樣，在2循環(huán)內(nèi)燃機100中，高溫燃燒氣體可 以立即用于將經(jīng)受下次燃燒的空氣/燃料混合物的溫度，從而可以穩(wěn)定地進 行自動點火燃燒。因此，執(zhí)行自動點火燃燒工作的工作區(qū)域可以擴大至覆 蓋更低負(fù)栽的區(qū)域。結(jié)果，由于在實際區(qū)域中可以執(zhí)行自動點火燃燒工作， 所以NOx排放量可以減少，并且燃料經(jīng)濟性可以改進。此外，在高負(fù)栽區(qū)域中，執(zhí)行通過渦輪増壓器1S0的增壓和擴散燃燒， 由此能夠在沒有引起敲釭的情況下進行燃燒.結(jié)果，內(nèi)燃機100可以產(chǎn)生大 的最大轉(zhuǎn)矩。應(yīng)當(dāng)注意，在內(nèi)燃機100中，掃氣沖程和進氣沖程是同時進行的。然而， 內(nèi)燃機100可以構(gòu)成為執(zhí)行2循環(huán)工作，其中每隔360度的曲柄轉(zhuǎn)角，當(dāng)燃燒 室115與進氣口116之間的連通被切斷時，通過建立燃燒室115與排氣口121 之間的連通開始排氣沖程；然后，通過建立燃燒室115與進氣口116之間的 連通開始掃氣沖程；然后，通過切斷燃燒室115與排氣口121之間的連通開 始進氣沖程；然后，通過切斷燃燒室115與進氣口116之間的連
沖程；并且隨后，開始燃燒沖程。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機的實施例構(gòu)成為在較輕負(fù)裁時至少執(zhí) 行燃燒均質(zhì)空氣/燃料混合物的自動點火燃燒工作，在較高負(fù)載時至少執(zhí)行 擴散燃燒工作。因此，可以改進燃料經(jīng)濟性；可以減少NOx排放量；并且 當(dāng)避免敲缸的同時可以產(chǎn)生很高的轉(zhuǎn)矩。由于可以除去火花點火燃燒工作 區(qū)域或使得火花點火燃燒工作區(qū)域變得較小，所以可以減少NOx排放量， 并且可以改進燃料經(jīng)濟性。此外，在可以除去火花點火燃燒工作區(qū)域的情 況下，可以除去諸如火花塞和點火器之類的點火用火花產(chǎn)生裝置，從而可 以降低內(nèi)燃機的成本。本發(fā)明并不局限于上述實施例，并且可以在不背離本發(fā)明的范圍的情 況下作出各種其它形式的修改。例如，上述實施例采用渦輪增壓器作為增 壓器；然而，可以使用機械式增壓器。而且，在通過分層充料自動點火燃 燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行的工作中，在通過預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作 執(zhí)行裝置執(zhí)行的工作中，以絲通過擴散燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行的工作中， 為了更穩(wěn)定的燃燒可以輔助地產(chǎn)生點火用火花。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機，包括燃料噴射裝置，所述燃料噴射裝置用于將汽油燃料噴射到燃燒室內(nèi)，所述燃燒室由所述內(nèi)燃機的活塞的頂面、氣缸的孔壁表面以及氣缸蓋的下表面限定出；以及預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃機在輕負(fù)載區(qū)域工作時，所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置將吸入所述燃燒室內(nèi)的空氣與從所述燃料噴射裝置噴射到所述燃燒室內(nèi)的燃料預(yù)混合，并且形成和壓縮具有均一的燃料空間分布的均質(zhì)空氣/燃料混合物以由此開始所述燃料的自動點火燃燒；所述內(nèi)燃機還包括擴散燃燒工作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃機在負(fù)載大于所述輕負(fù)載區(qū)域的高負(fù)載區(qū)域工作時，所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置在所述燃燒室內(nèi)壓縮吸入所述燃燒室內(nèi)的空氣并且從所述燃料噴射裝置噴射燃料到所述壓縮的空氣中以由此代替所述燃料的自動點火燃燒而開始所述燃料的擴散燃燒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃機構(gòu)成為執(zhí)行4循環(huán)工 作，其中每隔720度的曲柄轉(zhuǎn)角，重復(fù)進氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程以 及排氣沖程，并且所述內(nèi)燃機包括渦流產(chǎn)生裝置，所述渦流產(chǎn)生裝置用于通過將所述空氣吸入到所述燃 燒室而在所述燃燒室內(nèi)產(chǎn)生進氣渦流；火花產(chǎn)生裝置，所述火花產(chǎn)生裝置用于在所述燃燒室內(nèi)產(chǎn)生點火用火 花；以及火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃機在負(fù)栽大于所述輕負(fù)栽區(qū) 域并且小于所述高負(fù)栽區(qū)域的中負(fù)載區(qū)域工作時，所述火花點火燃燒工作 執(zhí)行裝置將吸入所述燃燒室內(nèi)的空氣與從所述燃料噴射裝置噴射到所述燃 燒室內(nèi)的燃料預(yù)混合，形成并且壓縮具有均一的燃料空間分布的均質(zhì)空氣/ 燃料混合物，并且通過由所述火花產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的點火用火花點燃所述壓 其中所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為，在基于在閥，并且在吸入所述燃燒室內(nèi)的空氣渦流最強的進氣沖程的早期階段和/i均質(zhì)空氣/燃料混合物，所述噴^正時在所迷輕負(fù)載用i^氣閥打開正時和 所述輕負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時之間；所述火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為，在基于所述內(nèi)燃機的負(fù)載而 變化的中負(fù)栽用進氣閥打開正時打開所述進氣閥，在基于所述內(nèi)燃機的負(fù)時關(guān)閉所述進氣閥，并且在吸入所述燃燒室內(nèi)的空氣渦流最強的進氣沖程料以由此形成所述均質(zhì)空^/燃料混合物，所述噴射正時在所述中負(fù)栽用進 氣閥打開正時和所述中負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時之間；以及所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為，在基于所述內(nèi)燃機的負(fù)栽而變化 的高負(fù)栽用進氣閥打開正時打開所述進氣閥，在基于所述內(nèi)燃機的負(fù)栽而 變化并且早于所述中負(fù)載用進氣閥關(guān)閉正時的高負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時關(guān) 閉所述進氣閥，并且在晚于所述高負(fù)栽用進氣閥關(guān)閉正時且接近壓縮上死 點的噴射正時從所述燃料噴射裝置噴射所迷燃料.
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機，其中 所述活塞具有在所述活塞頂面的中央部分形成的空腔；以及 所述燃料噴射裝置構(gòu)成為向所述空腔噴射所述燃料； 所述內(nèi)燃M包括分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃 機在負(fù)載小于所述輕負(fù)載區(qū)域的極輕負(fù)栽區(qū)域工作時，所述分層充料自動閥打開正時打開所述進氣閥；在基于所述內(nèi)燃機的負(fù)栽而變化的極輕負(fù)載 用進氣閥關(guān)閉正時關(guān)閉所述進氣閥；在壓縮沖程的中期階段內(nèi)的噴射正時 從所述燃料噴射裝置噴射所述燃料以由此將所述噴射的燃料實質(zhì)地滯留在 所述空腔內(nèi)，并且形成和壓縮所述空腔內(nèi)的均質(zhì)空氣/燃料混合物以由此開 始所述燃料的自動點火燃燒，所述噴射正時在所述極輕負(fù)載用進氣閥關(guān)閉 正時之后并且在壓縮上死點之前。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的內(nèi)燃機，還包括 用于檢測氣缸壓力的氣缸壓力檢測裝置，所述氣缸壓力是所述燃燒室 內(nèi)的壓力；以及工作切換裝置，在由所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置 執(zhí)行所述自動點火燃燒工作的期間，所述工作切換裝置通過將在從與單次裝置檢測到的氣釭壓力求平均值而獲得氣缸壓力平均值，并且通過將與多 次過去的燃燒相關(guān)的氣缸壓力平均值求平均值而獲得平均氣缸壓力平均 值，并且當(dāng)與當(dāng)前燃燒相關(guān)的氣缸壓力平均值與所述平均氣缸壓力平均值 之差的絕對值大于預(yù)定值時，所述工作切換裝置切換工作從而由所述分層 充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行所述自動點火燃燒工作，
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的內(nèi)燃機，還包括用于檢測氣釭壓力的氣缸壓力檢測裝置，所述氣缸壓力是所述燃燒室 內(nèi)的壓力；以及工作切換裝置，在由所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置 執(zhí)行所述自動點火燃燒工作的期間，所述工作切換裝置基于所述檢測到的 氣缸壓力獲得氣釭壓力變化率，所述氣缸壓力變化率是每單位時間或單位 曲柄轉(zhuǎn)角的氣缸壓力的變化量，并且當(dāng)所述獲得的氣缸壓力變化率超過預(yù) 定變化率時，所述工作切換裝置切換工作從而由所述火花點火燃燒工作執(zhí) 行裝置執(zhí)行所述火花點火燃燒工作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的內(nèi)燃機，還包括 用于檢測敲缸的敲缸檢測裝置；以及工作切換裝置，在由所述火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置執(zhí)行所述火花點 火燃燒工作的期間，所述工作切換裝置基于所述檢測到的敲缸獲得敲缸發(fā)生頻率，并且當(dāng)所述獲得的敲缸發(fā)生頻率超過預(yù)定頻率時，所述工作切換
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機，其中所述空腔具有底部閉合并且大致為圓筒形的形狀，并且形成為使得作 為所述空腔的入口的邊緣部分的直徑小于所述空腔的內(nèi)部的最大直徑并使流導(dǎo)向槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機，其中所述火花產(chǎn)生裝置是火花塞，所述火花塞配置成使得其用于產(chǎn)生所述 點火用火花的火花產(chǎn)生部分位于所述空腔的內(nèi)周部分；所述內(nèi)燃機還包括起動/冷態(tài)時分層充料火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置， 當(dāng)所述內(nèi)燃機在起動和/或處于冷態(tài)M時，所i^動/冷態(tài)時分層充料火花進氣閥，在預(yù)定的起動/冷態(tài)時用進氣閥關(guān)閉正時關(guān)閉所述進氣閥，在壓縮了在所述空腔內(nèi)形成分層空氣/燃料混合物而將所述噴射的燃料實質(zhì)地滯 留在所述空腔內(nèi)，并且通過由所述火花產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的點火用火花點燃所 述分層空^/燃料混合物以由此開始所述燃料的火花點火燃燒，所述噴射正 時晚于所^fe動/冷態(tài)時用進氣閥關(guān)閉正時并且在壓縮上死點之前.
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機，其中所述空腔具有底部閉合并且大致為囷筒形的形狀，并且形成為使得作 為所述空腔的入口的邊緣部分的直徑小于所述空腔的內(nèi)部的最大直徑并使流導(dǎo)向槽；以及所述火花塞沿所述渦流導(dǎo)向槽配置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3、 7、 8和9中任一項所述的內(nèi)燃機，其中 在所述空腔的壁表面上形成有絕熱層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機，還包括增壓器，其中所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置、所述火花點火 燃燒工作執(zhí)行裝置以及所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置每個都構(gòu)成為使得在所 迷進氣閥打開之前關(guān)閉排氣閥，由此產(chǎn)生作為從所述排氣閥的關(guān)閉正時至 所述進氣閥的打開正時的時間段的負(fù)重疊時間段，并且使得以隨著所述內(nèi) 燃機的負(fù)載增加而縮短所述負(fù)重疊時間段的方式控制所述排氣閥的關(guān)閉正 時以及所述進氣閥的打開正時。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機，還包括增壓器， 其中所述分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置、所述預(yù)混合充料壓縮 自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置、所述火花點火燃燒工作執(zhí)行裝置以及所述擴間段的負(fù)重疊時間段，并且使得以隨著所述內(nèi)燃機的負(fù)栽增加而縮短所述 時' '''' … '
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機，其中所述燃料噴射裝置構(gòu)成為在第一噴射狀態(tài)或在第二噴射狀態(tài)噴射所述 燃料，在所述第一噴射狀態(tài)所述燃料以窄噴射角度噴射出，在所述第二噴射出；所述分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為在所述第一噴射狀態(tài) 從所述燃料噴射裝置噴射所述燃料；以及所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置、所述火花點火燃燒 工作執(zhí)行裝置以及所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置每個都構(gòu)成為在所述第二噴 射狀態(tài)從所述燃料噴射裝置噴射所述燃料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機，其中所述燃料噴射裝置是具有一組窄角度噴射孔和一組寬角度噴射孔的燃 料噴射閥，所述窄角度噴射孔在所述燃料噴射閥的針閥處于低提升狀態(tài)和 高提升狀態(tài)之中的任一狀態(tài)時被打開以進行燃料噴射，所述寬角度噴射孔僅在所述針閥處于高提升狀態(tài)時被打開以進行燃料噴射；所述分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為通過使所述針閥處于所述低提升狀態(tài)而在所迷第一噴射狀態(tài)噴射所述燃料；以及所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置、所述火花點火燃燒 閥處于所述高提升狀態(tài)而在所述第二噴射狀態(tài)噴射所述燃料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的內(nèi)燃機，其中噴射孔的數(shù)量，并且使得所述寬角度噴射孔的直徑小于所述窄角度噴射孔 的直徑；所述內(nèi)燃機還包括燃料噴射壓力調(diào)節(jié)裝置，所述燃料噴射壓力調(diào)節(jié)裝料的壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃^成為執(zhí)行2循環(huán)工 作，其中每隔360度的曲柄轉(zhuǎn)角，當(dāng)所述燃燒室與構(gòu)成為在所述燃燒室內(nèi) 產(chǎn)生進氣渦流的進氣口之間的連通被切斷時，通過建立所述燃燒室與排氣 口之間的連通開始排氣沖程；然后，通過建立所述燃燒室與所述進氣口之 間的連通開始掃氣沖程；然后，通過切斷所述燃燒室與所述排氣口之間的 連通開始進氣沖程；然后，通過切斷所述燃燒室與所述進氣口之間的連通 開始壓縮沖程；并且隨后，開始燃燒沖程；所述內(nèi)燃^UE包括分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃 機在負(fù)栽小于所述輕負(fù)栽區(qū)域的極輕負(fù)栽區(qū)域工作時，所述分層充料自動內(nèi)，料的自動點火燃燒；其中所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為在從所述 燃燒室與所述進氣口之間的連通的建立至所述連通的切斷的時間段期間在 吸入所述燃燒室的空氣的渦流最強的噴射正時從所述燃料噴射裝置噴射所述燃料以由此形成所述均質(zhì)空氣/燃料混合物；并且所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為在所述壓縮沖程期間接近上死點的 噴射正時從所述燃料噴射裝置噴射所述燃料以由此開始所述燃料的擴散燃 燒，并且在假定在所述擴散燃燒工作被實際執(zhí)行的所述高負(fù)載區(qū)中執(zhí)行火述進氣口之間連通的正時之前的正時切斷所述燃燒室與所述進氣口之間的 連通。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機，所述內(nèi)燃^成為執(zhí)行2循環(huán)工 作，其中每隔360度的曲柄轉(zhuǎn)角，當(dāng)所述燃燒室與構(gòu)成為在所述燃燒室內(nèi) 產(chǎn)生進氣渦流的進氣口之間的連通被切斷時，通過建立所述燃燒室與排氣 口之間的連通開始排氣沖程；然后，通過建立所述燃燒室與所述進氣口之 間的連通開始掃氣沖程；然后，通過切斷所述燃燒室與所述排氣口之間的 連通并且切斷所述燃燒室與所述進氣口之間的連通開始壓縮沖程；并且隨 后，開始燃燒沖程；所述內(nèi)燃^iE包括分層充料自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置，當(dāng)所述內(nèi)燃 機在負(fù)載小于所述輕負(fù)栽區(qū)域的極輕負(fù)載區(qū)域工作時，所述分層充料自動在所述空腔內(nèi)，并XH縮在所述空腔內(nèi)形成的均質(zhì)空^燃料混合物以由此 開始所述燃料的自動點火燃燒；以及用于壓縮通過所述進氣口流入所述燃燒室的空氣的增壓器； 其中所述活塞具有在所述活塞頂面的中央部分形成的空腔； 所述燃料噴射裝置是配置在所述氣缸蓋的下表面和所述氣缸的孔的實 質(zhì)中央部分并且適于向所述空腔噴射所述燃料的燃料噴射閥；所述排氣口構(gòu)成為使得所述排氣口的一端在所述氣缸蓋的下表面并且 在所述燃料噴射閥的周圍形成開口部分，使得通過配置在所述開口部分處 的排氣閥打開所述開口部分而建立所述排氣口與所述燃燒室之間的連通， 并且使得通過所述排氣岡關(guān)閉所述開口部分而切斷所述排氣口與所述燃燒室之間的連通；所述進氣口構(gòu)成為使得所述進氣口的一端在所述氣缸的孔壁表面形成 開口部分，使得在所述活塞從上死點向下死點的移動過程中通過所述活塞 的側(cè)壁打開所述開口部分而建立所述進氣口與所述燃燒室之間的連通，并 且使得在所述活塞從所述下死點向所述上死點的移動過程中通過所述活塞 的側(cè)壁關(guān)閉所述開口部分而切斷所述進氣口與所述燃燒室之間的連通；所述預(yù)混合充料壓縮自動點火燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為在早于所述極以由此形成所述均質(zhì)空^l/燃料混合物；以及所述擴散燃燒工作執(zhí)行裝置構(gòu)成為在所述壓縮沖程期間的高負(fù)載用噴燒，所述高負(fù)栽用噴射正時晚于所述極輕負(fù)栽用噴射正時并且接近所述上 死點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(10)，其具有用于噴射汽油燃料到燃燒室(25)內(nèi)的燃料噴射閥(37)并且具有火花塞(35)。當(dāng)內(nèi)燃機在低負(fù)載區(qū)域工作時，執(zhí)行預(yù)混合壓縮自動點火燃燒工作，在該工作中燃料在進氣沖程的早期階段和/或中期階段噴射出，并且在形成均質(zhì)混合氣的同時，進行壓縮以使燃料自動點火燃燒。當(dāng)內(nèi)燃機在中負(fù)載區(qū)域工作時，執(zhí)行火花點火燃燒工作。當(dāng)內(nèi)燃機在高負(fù)載區(qū)域工作時，執(zhí)行擴散燃燒工作，在該擴散燃燒工作中吸入燃燒室的空氣被壓縮并且燃料被噴射到壓縮空氣中以使燃料執(zhí)行擴散燃燒。
文檔編號F02D43/00GK101128656SQ20068000610
公開日2008年2月20日 申請日期2006年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月24日
發(fā)明者小林辰夫 申請人:豐田自動車株式會社