火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置及控制方法
【專利摘要】發(fā)動機(jī)主體具有幾何壓縮比被設(shè)定在15以上的汽缸且至少含有汽油的燃料供向該發(fā)動機(jī)主體。當(dāng)發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷域時，控制器(PCM10)，在低速域驅(qū)動燃料噴射閥(噴油器)(67)以便在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的時刻進(jìn)行燃料噴射；在高速域驅(qū)動燃料噴射閥(67)以便在到進(jìn)氣閥(21)關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)進(jìn)行燃料噴射。
【專利說明】火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]這里所公開的技術(shù)涉及一種火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在提高火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的理論熱效率這一點(diǎn)上，提高發(fā)動機(jī)的幾何壓縮比是有效的。例如專利文獻(xiàn)I中記載了一種將幾何壓縮比設(shè)定在14以上的高壓縮比的火花點(diǎn)火式直噴發(fā)動機(jī)。
[0003]例如在專利文獻(xiàn)2中所記載的那樣，讓尾氣排放量提高和熱效率提高兩立的技術(shù)，使稀混合氣壓縮點(diǎn)火的燃燒形態(tài)已為眾人所知。在進(jìn)行這樣的壓縮點(diǎn)火燃燒的發(fā)動機(jī)中，提高幾何壓縮比，分別提高壓縮端壓力和壓縮端溫度，對壓縮點(diǎn)火燃燒的穩(wěn)定化有利。
[0004]專利文獻(xiàn)3中記載了這樣的技術(shù)，根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，在從壓縮點(diǎn)火燃燒向火花點(diǎn)火燃燒切換的過渡期，通過進(jìn)行EGR和濃化空燃比來避免爆燃。
[0005]【專利文獻(xiàn)I】日本公開特許公報特開2007-292050號公報
[0006]【專利文獻(xiàn)2】日本公開特許公報特開2007-154859號公報
[0007]【專利文獻(xiàn)3】日本公開特許公報特開2009-91994號公報

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0008]一發(fā)明要解決的技術(shù)問題一
[0009]在專利文獻(xiàn)I中記載的高壓縮比火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)對于提高熱效率是有利的，但相反，發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)特別是在低速域且中高負(fù)荷域時，過早點(diǎn)火、容易導(dǎo)致爆燃(尾氣爆燃)等異常燃燒這樣的問題。
[0010]即使進(jìn)行壓縮點(diǎn)火燃燒的發(fā)動機(jī)在低負(fù)荷一側(cè)的工作區(qū)可能壓縮點(diǎn)火燃燒，但是隨著發(fā)動機(jī)的負(fù)荷提高，壓縮點(diǎn)火燃燒會成為壓力上升急劇的過早點(diǎn)火燃燒。因此，將導(dǎo)致燃燒噪音增大，導(dǎo)致發(fā)生異常燃燒，并且導(dǎo)致起因于高燃燒溫度的未處理的NOx增多。于是，像在上述專利文獻(xiàn)2、3中所記載的那樣，即使是進(jìn)行壓縮點(diǎn)火燃燒的發(fā)動機(jī)，一般情況下，在高負(fù)荷一側(cè)的工作區(qū)也不是進(jìn)行壓縮點(diǎn)火燃燒，而是通過火花塞的驅(qū)動進(jìn)行火花點(diǎn)火燃燒。但是，為了實(shí)現(xiàn)壓縮點(diǎn)火燃燒的穩(wěn)定化而將幾何壓縮比設(shè)定得較高的發(fā)動機(jī)，在進(jìn)行火花點(diǎn)火燃燒的高負(fù)荷一側(cè)的工作區(qū)，也會和專利文獻(xiàn)I中的發(fā)動機(jī)一樣出現(xiàn)導(dǎo)致異常燃燒的問題。
[0011]這里所公開的技術(shù)正是為解決上述問題而完成的。其目的在于:在例如15以上的幾何壓縮比被設(shè)定得較高的高壓縮比的火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)中，避免在高負(fù)荷域的異常燃燒。
[0012]—用以解決技術(shù)問題的技術(shù)方案一
[0013]過早點(diǎn)火、爆燃等異常燃燒是以下兩種自我點(diǎn)火反應(yīng)，一種是在壓縮沖程中伴隨著汽缸內(nèi)的未燃混合氣被壓縮而產(chǎn)生的自我點(diǎn)火反應(yīng)，另一種是在混合氣的燃燒過程中混合氣的未燃部分由于混合氣的既燃部分膨脹而被壓縮，由于該壓縮而產(chǎn)生的自我點(diǎn)火反應(yīng)?，F(xiàn)有的在進(jìn)氣沖程中噴射燃料的發(fā)動機(jī)，從燃料的噴射開始到燃燒結(jié)束的時間即未燃混合氣的可反應(yīng)時間較長是導(dǎo)致這些異常燃燒的主要原因之一。本申請發(fā)明人從縮短未燃混合氣的可反應(yīng)時間的觀點(diǎn)出發(fā)，將燃料的噴射時刻推遲到壓縮上止點(diǎn)附近。
[0014]這樣將燃料的噴射時刻推遲，對于避免發(fā)動機(jī)在實(shí)時間相對于曲軸角變化較長的低速域的異常燃燒是有效的。但是，在發(fā)動機(jī)的高速域因?yàn)閷?shí)時間相對于曲軸角變化較短，所以推遲燃料的噴射時刻來縮短未燃混合氣的可反應(yīng)時間的好處很小。
[0015]相反，將燃料的噴射時刻推遲到壓縮上止點(diǎn)附近則會導(dǎo)致在壓縮沖程中在汽缸內(nèi)對比熱比較高的空氣進(jìn)行壓縮。這將會引起氣缸的壓縮上止點(diǎn)處的溫度(亦即壓縮端溫度)大幅度升高這樣的問題。這對于發(fā)動機(jī)高速域的爆燃不利。
[0016]因此，本申請發(fā)明人，著眼于高壓縮比發(fā)動機(jī)中容易產(chǎn)生異常燃燒的高負(fù)荷域，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，亦即在低速域和高速域燃料噴射時刻不同這一點(diǎn)，完成了這里所公開的技術(shù)。
[0017]具體而言，這里所公開的火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置包括發(fā)動機(jī)主體、燃料噴射閥以及控制器，該發(fā)動機(jī)主體具有幾何壓縮比被設(shè)定在15以上的汽缸且構(gòu)成為被供給至少含有汽油的燃料，該燃料噴射閥構(gòu)成為噴射供向所述汽缸內(nèi)的所述燃料，該控制器構(gòu)成為通過至少控制所述燃料噴射閥而讓所述發(fā)動機(jī)主體工作。在所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷域時，在低速域，所述控制器驅(qū)動所述燃料噴射閥以便在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的時刻下進(jìn)行燃料噴射，在高速域，所述控制器驅(qū)動所述燃料噴射閥以便在到進(jìn)氣閥關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)進(jìn)行燃料噴射。
[0018]這里，可以將發(fā)動機(jī)主體的幾何壓縮比被設(shè)定在15以上且例如20以下。
[0019]可以將“高負(fù)荷域”定為根據(jù)負(fù)荷的大小將發(fā)動機(jī)主體的工作區(qū)劃分為兩個區(qū)域時的高負(fù)荷一側(cè)的區(qū)域。
[0020]可以將“低速域”定為根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低將發(fā)動機(jī)主體的工作區(qū)劃分為兩個區(qū)域時的低速側(cè)區(qū)域，或者根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低將發(fā)動機(jī)主體的工作區(qū)劃分為低速、中速、高速三個區(qū)域時的低速區(qū)域?？梢詫ⅰ案咚儆颉倍楦鶕?jù)速度的高低將發(fā)動機(jī)主體的工作區(qū)劃分為兩個區(qū)域時的高速側(cè)區(qū)域，或者根據(jù)速度的高低將發(fā)動機(jī)主體的工作區(qū)劃分為低速、中速、高速三個區(qū)域時的高速區(qū)域、或中速與高速區(qū)域。
[0021]可以將“壓縮沖程后期”定為將壓縮沖程分為初期、中期和后期這三個時期時的后期。同樣，可以將“膨脹沖程初期”定為將膨脹沖程分為初期、中期和后期這三個時期時的初期。
[0022]“到進(jìn)氣閥關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間”不是根據(jù)活塞位置定義的期間，而是根據(jù)進(jìn)氣閥的開關(guān)定義的期間。因此，在進(jìn)氣沖程期間的終期既有與活塞到達(dá)進(jìn)氣下止點(diǎn)的時刻一樣的情況，也有與活塞到達(dá)進(jìn)氣下止點(diǎn)的時刻錯開的情況。
[0023]當(dāng)發(fā)動機(jī)主體的工作區(qū)位于高負(fù)荷低速域時，汽缸內(nèi)的壓力和溫度比低負(fù)荷域高，而且因?yàn)閷?shí)時間相對于曲軸角的變化的較長，所以容易產(chǎn)生過早點(diǎn)火、爆燃等異常燃燒。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)如上所述的發(fā)動機(jī)主體的壓縮比高，所以在發(fā)動機(jī)主體的工作區(qū)處于高負(fù)荷低速域時，特別容易發(fā)生異常燃燒。
[0024]在這樣的高負(fù)荷低速域，在結(jié)構(gòu)如上所述的發(fā)動機(jī)的控制裝置中，控制器將燃料的噴射時刻(更準(zhǔn)確地講是噴射開始時刻)設(shè)定為從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的時刻。這樣一來，因?yàn)槲慈蓟旌蠚獾目煞磻?yīng)時間就會縮短，所以能夠有效地避免過早點(diǎn)火、爆燃等異常燃燒。
[0025]另一方面，在高負(fù)荷高速域，控制器在到進(jìn)氣閥關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)進(jìn)行燃料噴射。這樣一來，在壓縮沖程中就不是壓縮汽缸內(nèi)的空氣，而是壓縮汽缸內(nèi)的混合氣，換句話說比熱比較低的氣體。因此能夠抑制汽缸內(nèi)的氣體溫度上升，壓縮端溫度變低。其結(jié)果是，在高速域也有利于避免異常燃燒。
[0026]在上述結(jié)構(gòu)下，是通過改變汽缸內(nèi)的燃料噴射形態(tài)來避免發(fā)動機(jī)在高負(fù)荷域的異常燃燒的，因此無需為了避免異常燃燒而讓點(diǎn)火時刻延遲角化或者讓點(diǎn)火時刻的延遲角的量減小。因?yàn)檫@能夠盡可能地將點(diǎn)火時刻延遲角化，所以上述結(jié)構(gòu)對于在低速域和高速域兩區(qū)域避免異常燃燒，提高熱效率和轉(zhuǎn)矩有利。換句話說，對降低耗油量有利。
[0027]還可以是這樣的，所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置還包括多個火花塞，該多個火花塞面向所述汽缸內(nèi)部而設(shè)且將該汽缸內(nèi)的混合氣點(diǎn)火。在所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，讓所述控制器進(jìn)行驅(qū)動所述多個火花塞的多點(diǎn)點(diǎn)火。多個火花塞可以同時點(diǎn)火，也可以適當(dāng)?shù)貙Ⅻc(diǎn)火的時刻錯開。
[0028]驅(qū)動多個火花塞的多點(diǎn)點(diǎn)火會縮短從混合氣的點(diǎn)火到混合氣燃燒結(jié)束為止的燃燒時間。燃燒時間的縮短不僅對于避免在高速域爆燃有效，而且有利于提高熱效率和轉(zhuǎn)矩。此外，在高負(fù)荷低速域，既可以一點(diǎn)點(diǎn)火，也可以多點(diǎn)點(diǎn)火。
[0029]還可以是這樣的，所述燃料噴射閥構(gòu)成為將燃料直接噴射到所述汽缸內(nèi)，所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置還包括燃壓可變機(jī)構(gòu)，該構(gòu)成為改變由所述燃料噴射閥噴射的燃料的壓力，所述控制器在所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷低速域時，驅(qū)動所述燃壓可變機(jī)構(gòu)使所述燃料的壓力在規(guī)定壓力值以上；當(dāng)所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，驅(qū)動所述燃壓可變機(jī)構(gòu)使所述燃料的壓力小于所述規(guī)定壓力。
[0030]未燃混合氣的可反應(yīng)時間，由燃料噴射閥噴射燃料的那段時間即噴射時間、從燃料噴射結(jié)束后到在火花塞周圍形成可燃混合氣的混合氣形成時間以及通過對火花塞周圍的可燃混合氣點(diǎn)火而開始燃燒后到該燃燒結(jié)束的燃燒時間這三個時間構(gòu)成。
[0031]將燃料壓力提高到規(guī)定壓力以上，燃料噴射閥每單位時間內(nèi)噴射的燃料量就會增多。因此，在用同一燃料噴射量進(jìn)行比較的情況下，高燃料壓力下向汽缸內(nèi)噴射燃料的時間，也就是說噴射時間就會比低燃料壓力下向汽缸內(nèi)噴射燃料的時間短。
[0032]高燃料壓力有利于將噴射到汽缸內(nèi)的霧狀燃料微?；⑶异F狀燃料的飛翔距離更長。因此，高燃料壓力會將從燃料噴射結(jié)束后到在火花塞周圍形成可燃混合氣這段時間(混合氣形成時間)縮短。通過這樣縮短噴射時間且縮短混合氣形成時間，如上所述，即使將燃料噴射時刻設(shè)定在壓縮上止點(diǎn)附近的較晚的時刻即點(diǎn)火延遲期間內(nèi)，在到這之后的點(diǎn)火時刻為止的這一段時間內(nèi)，也能夠在火花塞周圍形成可燃混合氣。
[0033]以高燃料壓力向汽缸內(nèi)噴射燃料，會增強(qiáng)汽缸內(nèi)的氣體紊流，提高汽缸內(nèi)的紊流能量。較高的紊流能量與將燃料噴射時刻設(shè)定在較晚的時刻相結(jié)合，有助于縮短燃燒時間。
[0034]也就是說，即使以高燃料壓力向汽缸內(nèi)噴射燃料，但如果該噴射時刻像現(xiàn)有技術(shù)那樣同樣處于進(jìn)氣沖程中，那么汽缸內(nèi)的氣體紊流就會由于到點(diǎn)火時刻為止的時間較長、進(jìn)氣沖程后的壓縮沖程中汽缸內(nèi)被壓縮而衰弱，燃燒時間內(nèi)汽缸內(nèi)紊流能量變得較低。因?yàn)槠變?nèi)的紊流能量較高則有利于縮短燃燒時間，所以只要噴射時刻位于進(jìn)氣沖程中，即使以高燃料壓力向氣缸內(nèi)噴射燃料，也不會太有助于縮短燃燒時間。
[0035]相對于此，如上述結(jié)構(gòu)一樣，在點(diǎn)火延遲期間內(nèi)較遲的時刻且以高燃料壓力向汽缸內(nèi)噴射燃料，就既能夠抑制汽缸內(nèi)的氣體紊流衰減，又能夠在燃料噴射后盡早地開始燃燒。因此，在燃燒時間內(nèi)汽缸內(nèi)的紊流能量升高，燃燒時間縮短。
[0036]通過這樣在高負(fù)荷低速域以高燃料壓力且較晚的時刻的點(diǎn)火延遲期間內(nèi)向汽缸內(nèi)噴射燃料，能夠縮短噴射時間、混合氣形成時間以及燃燒時間。其結(jié)果是，與現(xiàn)有技術(shù)相t匕，未燃混合氣的可反應(yīng)時間大幅度地縮短，因此能夠有效地避免過早點(diǎn)火、爆燃等異常燃
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[0037]這里，可以將所述規(guī)定壓力設(shè)定為例如40MPa。40MPa以上的燃料壓力對于縮短所述噴射時間、混合氣形成時間以及燃燒時間都是非常有效的。此外，燃料壓力的最大值只要根據(jù)燃料的性質(zhì)和狀態(tài)設(shè)定即可。作為一例，可以將燃料壓力的最大值設(shè)定為120MPa左右，但并不限于此。
[0038]相對于此，因?yàn)槿缟纤鲈诟哓?fù)荷高速域在進(jìn)氣沖程內(nèi)進(jìn)行燃料噴射，所以過高的燃料壓力具有在將燃料噴射到汽缸內(nèi)之際導(dǎo)致燃料附著于汽缸壁面，油被稀釋等問題的可能性。因?yàn)樵谶M(jìn)氣沖程內(nèi)進(jìn)行燃料噴射，所以從縮短所述噴射時間、混合氣形成時間的觀點(diǎn)出發(fā)沒有提高燃料壓力的必要性。因此，在高速域使燃料的壓力小于規(guī)定壓力值。這樣一來則能夠避免上述問題。在例如利用發(fā)動機(jī)驅(qū)動的燃料泵使燃料壓力上升的結(jié)構(gòu)下，降低燃料壓力則會降低發(fā)動機(jī)的機(jī)械損失降低，對降低耗油量有利。
[0039]可以是這樣的，在所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，所述控制器不僅進(jìn)行在所述進(jìn)氣沖程期間內(nèi)的燃料噴射，還進(jìn)行在所述點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的時刻進(jìn)行的燃料噴射，將該點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的燃料噴射量設(shè)定為比所述進(jìn)氣沖程期間內(nèi)的燃料噴射量少。
[0040]如上所述，點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的燃料噴射會提高汽缸內(nèi)的流動，對于燃燒時間的縮短有利。因此，當(dāng)發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，不僅進(jìn)行進(jìn)氣沖程期間內(nèi)的燃料噴射，還進(jìn)行在點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的少量燃料噴射。這樣一來，通過在進(jìn)氣沖程期間內(nèi)進(jìn)行量相對較大的燃料噴射則能夠充分降低壓縮沖程中被壓縮的缸內(nèi)氣體的比熱比，避免壓縮端溫度升高，并且點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的燃料噴射也能夠增強(qiáng)汽缸內(nèi)的流動，縮短燃燒時間。其結(jié)果能夠更有效地避免高負(fù)荷高速域的異常燃燒。
[0041 ] 可以是這樣的，所述控制器在所述汽缸內(nèi)的壓縮端溫度達(dá)到規(guī)定溫度以下的條件下，進(jìn)行所述進(jìn)氣沖程期間內(nèi)的燃料噴射和所述點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的燃料噴射這兩種噴射。這里，“所述汽缸內(nèi)的壓縮端溫度達(dá)到規(guī)定溫度以下的條件”可以是電動機(jī)帶動發(fā)動機(jī)主體空轉(zhuǎn)時的壓縮端溫度達(dá)到規(guī)定溫度以下的條件，具體而言，還可以是外氣溫度在規(guī)定溫度以下時的條件。
[0042]也就是說，壓縮端溫度達(dá)到規(guī)定溫度以下時，即使減少所述進(jìn)氣沖程期間內(nèi)的燃料噴射量也能夠避免異常燃燒。因此，減少進(jìn)氣沖程期間內(nèi)的燃料噴射量，并在點(diǎn)火延遲期間內(nèi)再將減少的這一部分噴射出來。這對于加強(qiáng)氣體在汽缸內(nèi)的流動，甚至是縮短燃燒時間都有利。這樣就能夠更加有效地避免在高負(fù)荷高速域的異常燃燒。
[0043]可以是這樣的，所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置還包括冷卻EGR部件，該冷卻EGR部件構(gòu)成為將所述發(fā)動機(jī)主體的尾氣冷卻后再返回該發(fā)動機(jī)主體的進(jìn)氣。當(dāng)所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，所述控制器讓已冷卻的尾氣通過所述冷卻EGR部件回流。
[0044]將已冷卻的尾氣亦即低溫惰性氣體引入汽缸內(nèi)，有利于抑制壓縮端溫度提高，并且有利于避免異常燃燒，對于抑制未處理的NOx也有利。
[0045]這里所公開的技術(shù)包括發(fā)動機(jī)主體、燃料噴射閥以及控制器，該發(fā)動機(jī)主體具有幾何壓縮比被設(shè)定在15以上的汽缸且構(gòu)成為被供給至少含有汽油的燃料，該燃料噴射閥構(gòu)成為向所述汽缸內(nèi)噴射所述燃料，該控制器構(gòu)成為通過至少控制所述燃料噴射閥而讓所述發(fā)動機(jī)主體工作。在所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷域時，所述控制器驅(qū)動所述燃料噴射閥以便包括在到進(jìn)氣閥關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)噴射燃料的前段噴射、和在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的時刻噴射燃料的后段噴射，在所述高負(fù)荷低速域，所述控制器使所述后段噴射的燃料噴射量比所述前段噴射的燃料噴射量多；在所述高負(fù)荷高速域，所述控制器使所述前段噴射的燃料噴射量比所述后段噴射的燃料噴射量多。
[0046]與以上所述一樣，在發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷低速域時，控制器使在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的時刻噴射燃料的后段噴射的燃料噴射量相對較多。因?yàn)檫@會縮短未燃混合氣的可反應(yīng)時間，所以在幾何壓縮比較高的高壓縮比發(fā)動機(jī)中對于避免過早點(diǎn)火、爆燃等異常燃燒有利。
[0047]另一方面，當(dāng)發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，控制器相對地增多在到進(jìn)氣閥關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)噴射燃料的前段噴射的燃料噴射量。這能夠抑制壓縮沖程中缸內(nèi)氣體的溫度上升，將壓縮端溫度抑制得較低。其結(jié)果是，也有利于在高速域避免異常燃燒。
[0048]這樣避免發(fā)動機(jī)在高負(fù)荷域的異常燃燒，就能夠?qū)Ⅻc(diǎn)火時刻提前角化，有利于提高熱效率和轉(zhuǎn)矩。
[0049]這里所公開的技術(shù)涉及一種火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制方法。所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)具有幾何壓縮比被設(shè)定在15以上的汽缸且被供給含有至少汽油的燃料。該火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制方法包括:當(dāng)所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷低速域時，在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的時刻向所述汽缸內(nèi)噴射燃料的步驟；以及當(dāng)所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，在到進(jìn)氣閥關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)向所述汽缸內(nèi)噴射燃料的步驟。
[0050]這里所公開的控制方法是這樣的，當(dāng)所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷域時，至少進(jìn)行在到進(jìn)氣閥關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)向所述氣缸內(nèi)噴射燃料的前段噴射和在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的時刻向所述氣缸內(nèi)噴射燃料的后段噴射。該控制方法包括:當(dāng)所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于所述高負(fù)荷低速域時，使所述后段噴射的燃料噴射量比所述前段噴射的燃料噴射量多的步驟；以及當(dāng)所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于所述高負(fù)荷高速域時，使所述前段噴射的燃料噴射量比所述后段噴射的燃料噴射量多的步驟。
[0051]一發(fā)明的效果一
[0052]如上所述，在發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷低速域時，該火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置及控制方法是通過在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的時刻進(jìn)行燃料噴射來縮短未燃混合氣的可反應(yīng)時間，從而能夠有效地避免異常燃燒。而且，當(dāng)發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，在進(jìn)氣沖程期間內(nèi)進(jìn)行燃料噴射將壓縮端溫度抑制得較低，就能夠有效地避免異常燃燒。其結(jié)果是，有利于降低發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷域時的耗油量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0053]圖1是表示火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)構(gòu)造的概略圖。
[0054]圖2是與火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制有關(guān)的方框圖。
[0055]圖3A是放大示出活塞冠面的立體圖。
[0056]圖3B是將燃燒室放大示出的剖視圖(圖3A中的b_b剖面圖)。
[0057]圖3C是將燃燒室放大示出的剖視圖(圖3A中的c-c剖視圖)。
[0058]圖4是示出發(fā)動機(jī)的工作區(qū)的圖。
[0059]圖5是對低速域下高壓延遲噴射的SI燃燒狀態(tài)、和現(xiàn)有技術(shù)下的SI燃燒狀態(tài)進(jìn)行比較的圖。
[0060]圖6是示出在未燃混合氣可反應(yīng)時間與燃燒結(jié)束時未燃混合氣反應(yīng)進(jìn)度之間的關(guān)系中高壓延遲噴射的SI燃燒和現(xiàn)有技術(shù)下的SI燃燒的不同點(diǎn)的圖(上圖)、以及燃料壓力和與未燃混合氣可反應(yīng)時間相關(guān)的各個參數(shù)之間的關(guān)系的圖(中圖和下圖中的各個圖)。
[0061]圖7示出延遲噴射和進(jìn)氣沖程噴射下各自的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與指示熱效率之間的關(guān)系O
[0062]圖8A示出延遲噴射和進(jìn)氣沖程噴射下各自的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與未燃混合氣的反應(yīng)時間之間的關(guān)系。
[0063]圖SB示出延遲噴射和進(jìn)氣沖程噴射下各自的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與壓縮端壓力之間的關(guān)系O
[0064]圖SC示出延遲噴射和進(jìn)氣沖程噴射下各自的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與壓縮端溫度之間的關(guān)系O
[0065]圖9的(a)示出延遲噴射的燃料噴射時刻和點(diǎn)火時刻以及由此產(chǎn)生的產(chǎn)熱率，(b)示出進(jìn)氣沖程噴射的燃料噴射時刻和點(diǎn)火時刻以及由此產(chǎn)生的產(chǎn)熱率。
[0066]圖10是對高速域下的進(jìn)氣沖程噴射和延遲噴射各自的(a)產(chǎn)熱率、(b)質(zhì)量燃燒比例、(C)未燃混合氣反應(yīng)進(jìn)度、(d)未燃混合氣溫度、(e)比熱比的變化情況進(jìn)行比較的圖。
[0067]圖11示出進(jìn)氣沖程噴射和延遲噴射下各自的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與燃燒重心位置之間的關(guān)系。
[0068]圖12是對進(jìn)氣沖程噴射的一點(diǎn)點(diǎn)火和兩點(diǎn)點(diǎn)火各自的(a)產(chǎn)熱率、(b)質(zhì)量燃燒比例、(C)未燃混合氣反應(yīng)進(jìn)度、(d)未燃混合氣溫度的變化情況進(jìn)行比較的圖。
[0069]圖13示出一點(diǎn)點(diǎn)火和兩點(diǎn)點(diǎn)火各自的腔室的唇徑和燃燒時間之間的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0070]下面，參照附圖對火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置的實(shí)施方式做說明。以下說明的實(shí)施方式為不例。圖1、圖2不出發(fā)動機(jī)(發(fā)動機(jī)主體)I的概略結(jié)構(gòu)。該發(fā)動機(jī)I安裝在車輛上，并且是被供給至少含有汽油的燃料的火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)I具有:設(shè)置有多個汽缸18 (僅圖示出一個)的汽缸體11、設(shè)置在該汽缸體11上的氣缸蓋12、以及設(shè)置在汽缸體11下側(cè)且貯存潤滑油的油盤13?；钊?4嵌插在各汽缸18內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動?；钊?4經(jīng)由連桿142與曲軸15相連結(jié)。在活塞14的頂面上形成有與柴油發(fā)動機(jī)的凹形燃燒室形狀一樣的腔室141。當(dāng)活塞14位于壓縮上止點(diǎn)附近時，腔室141與后述的噴油器67相對。此外，腔室141形狀的詳情后述。
[0071]氣缸蓋12、汽缸18、具有腔室141的活塞14對燃燒室11進(jìn)行劃分(參照圖3B)。此外，燃燒室19的形狀并不限于圖示的形狀。腔室141的形狀、活塞14的頂面形狀以及燃燒室19頂部的形狀等都可以適當(dāng)?shù)馗淖儭?br> [0072]出于提高理論熱效率以及實(shí)現(xiàn)后述的壓縮點(diǎn)火燃燒的穩(wěn)定化等目的，將該發(fā)動機(jī)I的幾何壓縮比設(shè)定為15以上的較高幾何壓縮比。此外，幾何壓縮比可以在15以上20以下左右的范圍內(nèi)做適當(dāng)?shù)母淖儭?br> [0073]每一個汽缸18都在氣缸蓋12上形成有進(jìn)氣口 16和排氣口 17。這些進(jìn)氣口 16上設(shè)置有將燃燒室19側(cè)的開口打開、關(guān)閉的進(jìn)氣閥21，排氣口 17上設(shè)置有將燃燒室19側(cè)的開口打開、關(guān)閉的排氣閥22。
[0074]驅(qū)動進(jìn)氣閥21和排氣閥22的氣門傳動系內(nèi)的排氣側(cè)氣門傳動系具有將排氣閥22的工作模式切換為正常模式和特殊模式的、例如油壓工作式可變機(jī)構(gòu)(以下稱為VVL(Variable Valve Lift)) 71 (參照圖2)。VVL71的詳細(xì)結(jié)構(gòu)省略圖示，該VVL71包括具有一個凸輪尖(cam nose)的第一凸輪和具有兩個凸輪尖的第二凸輪的凸輪輪廓不同的兩種凸輪、有選擇地將第一凸輪與第二凸輪中任一凸輪的工作狀態(tài)傳遞給排氣閥的空轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。在將第一凸輪的工作狀態(tài)傳遞給排氣閥22時，排氣閥22在在排氣沖程中僅打開一次的正常模式下工作，相對于此，在將第二凸輪的工作狀態(tài)傳遞給排氣閥22時，排氣閥22在在排氣沖程中打開且在進(jìn)氣沖程中也打開的、所謂的排氣二次打開的特殊模式下工作。后述PCMlO根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)對VVL71的正常模式和特殊模式進(jìn)行切換。具體而言，特殊模式在涉及內(nèi)部EGR的控制之際使用。此外，還可以采用能夠在這樣的正常模式和特殊模式之間進(jìn)行切換，由電磁執(zhí)行元件驅(qū)動排氣閥22那樣的電磁驅(qū)動式氣門傳動系來取代VVL71。內(nèi)部EGR的執(zhí)行不是只能靠兩次打開排氣才可以實(shí)現(xiàn)的。例如，既可以將進(jìn)氣閥21打開兩次，通過進(jìn)氣閥的兩次打開來進(jìn)行內(nèi)部EGR控制，也可以通過設(shè)定在排氣沖程和進(jìn)氣沖程中將進(jìn)氣閥21和排氣閥22都關(guān)閉的負(fù)重合時間來進(jìn)行將既燃?xì)怏w封閉在汽缸18內(nèi)那樣的控制。
[0075]與具有VVL71的排氣側(cè)氣門傳動系相比，進(jìn)氣側(cè)氣門傳動系具有:能夠改變進(jìn)氣凸輪軸相對于曲軸15的旋轉(zhuǎn)相位的變相位機(jī)構(gòu)(以下稱為VVT(VariableValve Timing))72、能夠連續(xù)地改變進(jìn)氣閥21的升程量的連續(xù)變升程機(jī)構(gòu)(以下稱為CVVL(Continuously Variable Valve Lift) 73,如圖 2 所不。VVT72 只要適當(dāng)?shù)孛子靡簤菏?、電磁式或機(jī)械式公知構(gòu)造即可，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖示省略。CVVL73也可以適當(dāng)?shù)夭捎霉母鞣N構(gòu)造，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖示省略。能夠利用VVT72和CVVL73改變進(jìn)氣閥21的閥打開時刻、閥關(guān)閉時刻以及升程量。
[0076]在每一個汽缸18的氣缸蓋12上都設(shè)置有將燃料直接噴射到汽缸18內(nèi)的噴油器67。如圖3B放大所示，噴油器67被設(shè)置成其噴口從燃燒室19頂面中央部面向該燃燒室19內(nèi)部。噴油器67在與發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)相對應(yīng)的噴射時刻將噴射量與發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)相對應(yīng)的燃料直接噴到燃燒室19內(nèi)。在該例中，雖然噴油器67的詳情省略圖示，但該噴油器67是具有多個噴口的多噴口式噴油器。這樣一來，噴油器67噴射燃料時，霧狀燃料會呈放射狀。如圖3B中箭頭所示，從燃燒室19的中央部分放射狀擴(kuò)展著噴射出的霧狀燃料在活塞14位于壓縮上止點(diǎn)附近的時刻會沿著形成在活塞頂面的腔室141的壁面流動，到達(dá)后述火花塞25、26周圍。也可以說，所形成的腔室141保證將在活塞14位于壓縮上止點(diǎn)附近的時刻噴射的霧狀燃料被收進(jìn)其內(nèi)部。該多噴口式噴油器67和腔室141的結(jié)合對于縮短燃料噴射后霧狀燃料到達(dá)火花塞25、26周圍的時間和縮短燃燒時間這兩方面來說都是有利的。
[0077]從噴油器67噴射燃料時的噴射角度Θ被設(shè)定為較窄的角度(例如45°左右)。該較窄的噴射角度Θ的詳情后述，當(dāng)在活塞14位于從上止點(diǎn)稍微偏向于下方的時刻噴射燃料時，既能夠抑制燃料附著在汽缸18的壁面上，還能夠?qū)娚涑龅娜剂隙际者M(jìn)腔室141內(nèi)。如圖3C所示，較窄的噴射角度Θ也是一種在使腔室141的唇徑(腔室上端開口直徑)較小、伴隨于此增大擠氣面積這一方面有利的結(jié)構(gòu)。此外，如后所述，擠氣面積的增大有利于縮短燃燒時間。此外，噴油器67并不限于多噴口式噴油器。還可以采用外開閥型噴油器。
[0078]未圖示的燃料箱和噴油器67經(jīng)由燃料供給路徑相互連接起來。該燃料供給路徑上設(shè)置有燃料供給系統(tǒng)62，該燃料供給系統(tǒng)62包括燃料泵63和高壓共軌(commonrail) 64，能夠以較高的燃料壓力提供燃料。燃料泵63將燃料從燃料箱壓送到高壓共軌64，該高壓共軌64以較高的燃料壓力將壓送到高壓共軌64的燃料儲存起來。噴油器67通過打開閥而從噴油器67的噴口將儲存在高壓共軌64的燃料噴射出來。這里，省略圖示燃料泵63，但它是柱塞式泵，例如與曲軸和凸輪軸之間的正時帶相連結(jié)。由發(fā)動機(jī)I驅(qū)動燃料泵63。結(jié)構(gòu)上包括發(fā)動機(jī)驅(qū)動泵的燃料供給系統(tǒng)62能夠?qū)?0MPa以上的高壓力燃料供向噴油器67。供向噴油器67的燃料的壓力如后所述根據(jù)發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)發(fā)生變化。此夕卜，燃料供給系統(tǒng)62并不限于該結(jié)構(gòu)。
[0079]如圖3B所示，氣缸蓋12上還安裝有對燃燒室19內(nèi)的混合氣進(jìn)行點(diǎn)火的火花塞25、26(此外，圖1中省略圖示火花塞)。該發(fā)動機(jī)I包括第一火花塞25和第二火花塞26這兩個火花塞作火花塞用。兩個火花塞25、26相對著設(shè)置在為各汽缸18設(shè)置的兩個進(jìn)氣閥21和兩個排氣閥22之間，分別相對于缸18的中心軸朝斜下方延伸，貫穿著安裝在氣缸蓋12內(nèi)。如圖3B所示，各火花塞25、26的頂端在設(shè)置在燃燒室19的中央部分的噴油器67的頂端附近面向燃燒室19內(nèi)而設(shè)。這里，如上所述，因?yàn)榛钊?4腔室141的唇徑被設(shè)定得較小，所以為避免第一火花塞25和第二火花塞26相互干涉，在腔室141形成有沿徑向相對的兩個凹部143、143(參照圖3B、圖3C)。由圖3A、圖3C明顯可知，腔室141主體部分的形狀為圓形，在腔室141的中心位置從噴油器76放射狀噴射出來的霧狀燃料在腔室141內(nèi)大致均勻地擴(kuò)展開來，形成均勻的混合氣。
[0080]如圖1所示，進(jìn)氣通路30以與各汽缸18的進(jìn)氣口 16連通的方式連接在發(fā)動機(jī)I的一側(cè)面上。另一方面，將來自各汽缸18的燃燒室19的既燃?xì)怏w(尾氣)排出去的排氣通路40連接在發(fā)動機(jī)I的另一側(cè)面上。
[0081]在進(jìn)氣通路30的上游端部設(shè)置有對吸入空氣進(jìn)行過濾的空氣濾清器31。在進(jìn)氣通路30的下游端附近設(shè)置有穩(wěn)壓罐33。將比該穩(wěn)壓罐33更靠近下游側(cè)的進(jìn)氣通路30定為分支給每一個汽缸18的獨(dú)立通路，各獨(dú)立通路的下游端分別與各汽缸18的進(jìn)氣口 16相連接。
[0082]在進(jìn)氣通路30上的空氣濾清器31和穩(wěn)壓罐33之間設(shè)置有將空氣冷卻或者加熱的水冷式中間冷卻器/加熱器34、以及調(diào)節(jié)對各汽缸18的吸入空氣量的節(jié)氣閥36。旁路中間冷卻器/加熱器34的中間冷卻器旁路通路35與進(jìn)氣通路30相連接。在該中間冷卻器旁路通路35上設(shè)置有用于調(diào)節(jié)通過該通路35的空氣流量的中間冷卻器旁路閥351。通過調(diào)節(jié)中間冷卻器旁路閥351的開度來調(diào)節(jié)中間冷卻器旁路通路35的通過流量和中間冷卻器/加熱器34的通過流量之比，就能夠調(diào)節(jié)引入汽缸18內(nèi)的新氣的溫度。
[0083]排氣通路40的上游側(cè)部分由排氣歧管構(gòu)成，該排氣歧管具有分支給每一個汽缸18的與排氣口 17外側(cè)端相連接的獨(dú)立通路、和該各獨(dú)立通路集合在一起的集合部。在排氣通路40的比排氣歧管更靠近下游的下游側(cè)連接有作為對尾氣中的有害成分進(jìn)行凈化的排氣凈化裝置的發(fā)動機(jī)附近的催化劑41和腳下催化劑(underfoot catalyst) 42。發(fā)動機(jī)附近的催化劑41和腳下催化劑42分別包括缸狀殼和布置在該殼內(nèi)的流路上的例如三效催化劑。
[0084]穩(wěn)壓罐33和節(jié)氣閥36之間的那部分進(jìn)氣通路30和比發(fā)動機(jī)附近的催化劑41更靠近上游側(cè)的那部分排氣通路40，通過用于讓一部分尾氣回流到進(jìn)氣通路30的EGR通路50相連接。該EGR通路50由主通路51和EGR冷卻器旁路通路53構(gòu)成，該主通路51上布置有用發(fā)動機(jī)冷卻水對尾氣進(jìn)行冷卻的EGR冷卻器52，該EGR冷卻器旁路通路53用于將EGR冷卻器52旁路。主通路51上設(shè)置有用于調(diào)節(jié)回流到進(jìn)氣通路30的尾氣量的EGR閥511，在EGR冷卻器旁路通路53上設(shè)置有EGR冷卻器旁路閥531，EGR冷卻器旁路閥531用于調(diào)節(jié)流過EGR冷卻器旁路通路53的尾氣的流量。
[0085]按以上所述構(gòu)成的發(fā)動機(jī)I由動力控制模塊(以下稱為PCM) 10控制。PCMlO由具有CPU、存儲器、計時器組、接口以及連接這些單元的總線的微處理器構(gòu)成。該P(yáng)CMlO構(gòu)成控制器。
[0086]如圖1、圖2所示，各種傳感器SWl?SW16的檢測信號輸入PCMlO。該各種傳感器包括以下傳感器。這些傳感器是:在空氣濾清器31的下游側(cè)檢測新氣流量的空氣流量傳感器SWl和檢測新氣的溫度的進(jìn)氣溫度傳感器SW2、設(shè)置在中間冷卻器/加熱器34下游側(cè)且檢測通過中間冷卻器/加熱器34后的新氣的溫度的第二進(jìn)氣溫度傳感器SW3、設(shè)置在EGR通路50的與進(jìn)氣通路30相連接的連接部附近且檢測外部EGR氣體的溫度的EGR氣體溫度傳感器SW4、安裝在進(jìn)氣口 16處且檢測即將流入汽缸18內(nèi)的進(jìn)氣的溫度的進(jìn)氣口溫度傳感器SW5、安裝在氣缸蓋12上且檢測汽缸18內(nèi)的壓力的缸內(nèi)壓力傳感器SW6、設(shè)置在排氣通路40的與EGR通路50相連接的連接部附近且分別檢測排氣溫度和排氣壓力的排氣溫度傳感器SW7和排氣壓力傳感器SW8、設(shè)置在發(fā)動機(jī)附近的催化劑41的上游側(cè)且檢測排氣中的氧的濃度的線性02傳感器SW9、設(shè)置在發(fā)動機(jī)附近的催化劑41和腳下催化劑42之間且檢測排氣中的氧的濃度的λ式02傳感器SW10、檢測發(fā)動機(jī)冷卻水的溫度的水溫傳感器SW11、檢測曲軸15的旋轉(zhuǎn)角的曲軸角傳感器SW12、檢測與車輛踏板(圖示省略)的操作量相對應(yīng)的油門開度的油門開度傳感器SW13、進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)的凸輪角傳感器SW14、Sff 15,以及安裝在燃料供給系統(tǒng)62的高壓共軌64上且檢測供向噴油器67的燃料的壓力的燃壓傳感器SW16。
[0087]PCMlO通過根據(jù)這些檢測信號進(jìn)行各種運(yùn)算來判斷發(fā)動機(jī)1、車輛的狀態(tài)，再根據(jù)該判斷結(jié)果將控制信號輸給噴油器67、第一和第二火花塞25、26、進(jìn)氣閥一側(cè)的VVT72和CVVL73、排氣閥一側(cè)的VVL71、燃料供給系統(tǒng)62以及各種閥(例如節(jié)氣閥36、中間冷卻器旁路閥351、EGR閥511以及EGR冷卻器旁路閥531)的執(zhí)行元件。PCMlO就這樣讓發(fā)動機(jī)I工作。
[0088]圖4示出發(fā)動機(jī)I的工作區(qū)之一例。該發(fā)動機(jī)I出于降低耗油量、提高尾氣排放性能的目的，在發(fā)動機(jī)負(fù)荷相對較低的低負(fù)荷域，不利用火花塞25、26進(jìn)行點(diǎn)火，而進(jìn)行借助壓縮自我點(diǎn)火而燃燒的壓縮點(diǎn)火燃燒。但是，隨著發(fā)動機(jī)I負(fù)荷的提高，壓縮點(diǎn)火燃燒的燃燒會變得過于急劇，而會出現(xiàn)例如燃燒噪音等問題。因此，該發(fā)動機(jī)I在發(fā)動機(jī)負(fù)荷相對較高的高負(fù)荷域，停止壓縮點(diǎn)火燃燒，利用火花塞25、26進(jìn)行火花點(diǎn)火燃燒。發(fā)動機(jī)I在根據(jù)發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)特別是發(fā)動機(jī)I負(fù)荷的高低進(jìn)行壓縮點(diǎn)火燃燒的壓縮點(diǎn)火Cl (Compression Ignition)模式、和進(jìn)行火花點(diǎn)火燃燒的火花點(diǎn)火SI (Spark Ignition)模式之間切換。但是，模式切換的邊界線并不限于圖中所示之例。
[0089]在Cl模式下，發(fā)動機(jī)I基本上在例如進(jìn)氣沖程到壓縮沖程中較早的時刻向汽缸18內(nèi)噴射燃料。由此形成比較均質(zhì)的稀薄混合氣。混合氣在壓縮上止點(diǎn)附近的時刻進(jìn)行壓縮自我點(diǎn)火。此外，燃料噴射量根據(jù)發(fā)動機(jī)I的負(fù)荷設(shè)定。
[0090]在Cl模式下，發(fā)動機(jī)I通過VVL71的控制在進(jìn)氣沖程中進(jìn)行讓排氣閥22打開的排氣閥兩次打開動作，由此將內(nèi)部EGR氣體引入汽缸18內(nèi)。內(nèi)部EGR氣體的引入會使壓縮端溫度提高，從而使壓縮點(diǎn)火燃燒穩(wěn)定化。
[0091]因?yàn)槠?8內(nèi)的溫度伴隨著發(fā)動機(jī)負(fù)荷的上升而自然升高，所以從避免過早點(diǎn)火的觀點(diǎn)出發(fā)，發(fā)動機(jī)I在發(fā)動機(jī)負(fù)荷較高時讓內(nèi)部EGR量下降?？梢酝ㄟ^例如CVVL73的控制來調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥21的升程量，由此來調(diào)節(jié)內(nèi)部EGR量；還可以通過調(diào)節(jié)節(jié)氣閥36的開度來調(diào)節(jié)內(nèi)部EGR量。
[0092]發(fā)動機(jī)負(fù)荷進(jìn)一步升高，若例如在圖4所示的工作區(qū)在Cl模式和SI模式的切換邊界線附近進(jìn)行內(nèi)部EGR，缸內(nèi)溫度就會過高而難以對壓縮點(diǎn)火進(jìn)行控制。于是，在Cl模式下的工作區(qū)負(fù)荷較高的區(qū)域，發(fā)動機(jī)I停止進(jìn)行內(nèi)部EGR，取而代之，打開EGR閥511，將被EGR冷卻器52冷卻的外部EGR氣體引入汽缸18內(nèi)。由此而能夠?qū)⒏變?nèi)溫度抑制得較低，能夠?qū)嚎s點(diǎn)火進(jìn)行控制。
[0093]相對于此，在SI模式下，發(fā)動機(jī)I基本上在從進(jìn)氣沖程到膨脹沖程初期的這段時間內(nèi)向汽缸18內(nèi)噴射燃料，詳情后述。由此而在汽缸內(nèi)形成均質(zhì)甚至成層的混合氣，在壓縮上止點(diǎn)附近的時刻驅(qū)動火花塞，對該混合氣進(jìn)行點(diǎn)火。發(fā)動機(jī)I在SI模式下還將混合氣的空燃比設(shè)定為理論空燃比(λ = I)。這會使三元催化劑的利用成為可能，對于提高尾氣排放性能有利。
[0094]在SI模式下，發(fā)動機(jī)I將節(jié)氣閥36完全打開且調(diào)節(jié)EGR閥511的開度來調(diào)節(jié)引入汽缸18內(nèi)的新氣量和外部EGR氣體量，以調(diào)節(jié)填充量。這對于降低泵損失和冷卻損失都是有效的。而且引入已冷卻的外部EGR氣體具有以下優(yōu)點(diǎn):有助于避免異常燃燒，并且能抑制未處理NOx的生成。此外，發(fā)動機(jī)I在滿負(fù)荷域通過關(guān)閉EGR閥511來切斷外部EGR。
[0095]如上所述，該發(fā)動機(jī)I的幾何壓縮比被設(shè)定在15以上(例如18)。因?yàn)檩^高的壓縮比會使壓縮端溫度和壓縮端壓力升高，所以在Cl模式下對壓縮點(diǎn)火燃燒的穩(wěn)定化有利。另一方面，該高壓縮比發(fā)動機(jī)I在高負(fù)荷域切換為SI模式，所以有時候會發(fā)生容易過早點(diǎn)火、爆燃等異常燃燒這樣的不良現(xiàn)象。
[0096]于是，在發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷低速域(參照圖4中的(1)，此外，這里所說的“低速域”相當(dāng)于將發(fā)動機(jī)I的工作區(qū)分為低、中、高速三種速度時的低速域)時，該發(fā)動機(jī)I是通過進(jìn)行使燃料的噴射形態(tài)與現(xiàn)有技術(shù)大不相同的SI燃燒來避免異常燃燒的。具體而言，該燃料的噴射形態(tài)是這樣的:在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的大幅度延遲角的期間(以下將該期間稱為點(diǎn)火延遲期間)內(nèi)以與現(xiàn)有技術(shù)相比大幅度高壓化的燃料壓力從噴油器67向汽缸18內(nèi)噴射燃料。以下稱具有該特征的燃料噴射形態(tài)為“高壓延遲噴射”或者簡稱為“延遲噴射”。
[0097]另一方面，在發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域(參照圖4中的(2)參照，此夕卜，這里所說的“高速域”相當(dāng)于將發(fā)動機(jī)I的工作區(qū)分為低、中、高速三個區(qū)時的中速和高速域)時，發(fā)動機(jī)I不在點(diǎn)火延遲期間噴射燃料，而是在進(jìn)氣閥21已打開的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)噴射燃料。以下將該燃料噴射形態(tài)稱為“進(jìn)氣沖程噴射”。
[0098]參照附圖對高壓延遲噴射做說明。圖5是對所述高壓延遲噴射的SI燃燒(實(shí)線)、在進(jìn)氣沖程中噴射燃料的現(xiàn)有SI燃燒(虛線)中產(chǎn)熱率(上圖)和未燃混合氣反應(yīng)進(jìn)度(下圖)的不同點(diǎn)進(jìn)行比較的圖。圖5中的橫軸表示曲軸角。作為該比較的前提，發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)都處于高負(fù)荷低速域，高壓延遲噴射的SI燃燒時的噴射燃料量和現(xiàn)有的SI燃燒時的噴射燃料量彼此相等。
[0099]在現(xiàn)有技術(shù)中的SI燃燒下，在進(jìn)氣沖程中向汽缸18內(nèi)噴射規(guī)定量的燃料(上圖中的虛線)。在從該燃料噴射開始后到活塞14到達(dá)壓縮上止點(diǎn)這段時間內(nèi)在汽缸18內(nèi)形成較均質(zhì)的混合氣。而且，在該例中，在壓縮上止點(diǎn)以后的、空心圓表示的規(guī)定時刻點(diǎn)火，由此而開始燃燒。燃燒開始后，如圖5的上圖中的虛線所示，產(chǎn)熱率的峰值過后燃燒結(jié)束。這里，從開始噴射燃料到燃燒結(jié)束這段時間相當(dāng)于未燃混合氣的可反應(yīng)時間(以下有時稱為可反應(yīng)時間)。如圖5的下圖中虛線所示，在這段時間內(nèi)未燃混合氣的反應(yīng)逐漸深入。該圖中圓點(diǎn)連成的線表示未燃混合氣實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火的反應(yīng)度即點(diǎn)火閾值，現(xiàn)有技術(shù)中的SI燃燒再加上是低速域，可反應(yīng)時間非常長，在這段時間內(nèi)未燃混合氣的反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，在點(diǎn)火前后未燃混合氣的反應(yīng)度超過點(diǎn)火閾值，會引起過早點(diǎn)火或爆燃等異常燃燒。
[0100]相對于此，高壓延遲噴射的目的在于:謀求縮短可反應(yīng)時間，避免異常燃燒。也就是說，圖5中也示出，可反應(yīng)時間為噴油器67噴射燃料的那段時間((I)噴射時間)、從噴射結(jié)束后到在火花塞25、26周圍形成可燃混合氣的那段時間((2)混合氣形成時間)、到因點(diǎn)火而開始的燃燒結(jié)束的那段時間((3)燃燒時間)相加的時間，也就是說(I) + (2) +
(3)。高壓延遲噴射將噴射時間、混合氣形成時間以及燃燒時間分別縮短，由此來縮短可反應(yīng)時間。依次做說明。
[0101]首先，高燃料壓力使每單位時間從噴油器67噴射的燃料量相對增多。因此，如圖6的中段(I)所示，在使燃料噴射量一定的情況下，燃料壓力和燃料噴射時間之間的關(guān)系大致是:燃料壓力越低，噴射時間越長；燃料壓力越高，噴射時間越短。因此，將燃料壓力設(shè)定得大幅度地大于現(xiàn)有技術(shù)的高壓延遲噴射會縮短噴射時間。
[0102]高燃料壓力不僅有利于將噴射到汽缸18內(nèi)的霧狀燃料微粒化，還會使霧狀燃料的飛行距離更長。因此，如圖6的下段(A)所示，燃料壓力和燃料蒸發(fā)時間的關(guān)系大致為:燃料壓力越低，燃料蒸發(fā)時間越長；燃料壓力越高，燃料蒸發(fā)時間越短。如圖6的下段(B)所示，燃料壓力與霧狀燃料到達(dá)火花塞25、26周圍為止的時間之間的關(guān)系大致為:燃料壓力越低，到達(dá)為止的時間越長；燃料壓力越高，到達(dá)為止的時間越短。此外，霧狀燃料到達(dá)火花塞25、26周圍為止的時間能夠由從噴油器67的頂端到火花塞25或火花塞26的噴霧飛行距離和與燃料壓力成正比的燃料噴射速度計算出來。因?yàn)榛旌蠚庑纬蓵r間是燃料蒸發(fā)時間與霧狀燃料到達(dá)火花塞25、26周圍的時間相加后的時間((A) + (B))，所以如圖6中段的(2)所示，燃料壓力越高，混合氣形成時間就越短。因此，將燃料壓力設(shè)定為大幅度地高出現(xiàn)有技術(shù)的高壓延遲噴射會使燃料蒸發(fā)時間和霧狀燃料到達(dá)火花塞25、26周圍的時間分別縮短，結(jié)果是會縮短混合氣形成時間。相對于此，如該圖中空心圓所示，現(xiàn)有技術(shù)中低燃料壓力下的進(jìn)氣沖程噴射會導(dǎo)致混合氣形成時間大幅度地加長。此外，如上所述，多噴口式噴油器67和腔室141的結(jié)合會縮短從燃料噴射后到霧狀燃料到達(dá)火花塞25、26周圍為止的時間，結(jié)果是對于縮短混合氣形成時間是有效的。
[0103]這樣，噴射時間和混合氣形成時間的縮短就能夠使燃料的噴射時刻，更準(zhǔn)確地講，噴射開始時刻比較遲。因此，如圖5中的上圖所示，高壓延遲噴射是在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期為止的點(diǎn)火延遲期間內(nèi)噴射燃料的。伴隨著以高燃料壓力向汽缸18內(nèi)噴射燃料，該汽缸內(nèi)的紊流增強(qiáng)，汽缸18內(nèi)的紊流能量升高，該較高的紊流能量再加上燃料噴射時刻被設(shè)定在較遲的時刻，會對燃燒時間的縮短有利。
[0104]也就是說，如圖6下段中的(D)所示，在點(diǎn)火延遲期間內(nèi)進(jìn)行燃料噴射的情況下，燃料壓力和燃燒時間內(nèi)的紊流能量之間的關(guān)系大致為:燃料壓力越低，紊流能量越低；燃料壓力越高，紊流能量越高。此外，該圖中的虛線示出的是在進(jìn)氣沖程中進(jìn)行燃料噴射之例。即使以高燃料壓力向汽缸18內(nèi)噴射燃料，在該噴射時刻在進(jìn)氣沖程中的情況下，汽缸18內(nèi)的紊流也會因?yàn)榈近c(diǎn)火時刻為止的時間較長以及在進(jìn)氣沖程后的壓縮沖程中汽缸18內(nèi)被壓縮而衰減。其結(jié)果是，在進(jìn)氣沖程中進(jìn)行燃料噴射的情況下，不管燃料壓力是高還是低，燃燒時間內(nèi)的紊流能量都會比較低。
[0105]如圖6下段中的(C)所示，燃燒時間內(nèi)的紊流能量和燃燒時間之間的關(guān)系大致為:紊流能量越低，燃燒時間越長；紊流能量越高，燃燒時間越短。因此，由圖6中的(C)、⑶可知，燃料壓力與燃燒時間之間的關(guān)系為:如圖6的中段(3)所示，燃料壓力越低，燃燒時間越長；燃料壓力越高，燃燒時間越短。也就是說，高壓延遲噴射會縮短燃燒時間。相對于此，如該圖中空心圓所示，現(xiàn)有技術(shù)中的較低燃料壓力的進(jìn)氣沖程噴射會使燃燒時間增長。此外，多噴口式噴油器67對于提高汽缸18內(nèi)的紊流能量有利，對于縮短燃燒時間是有效的，而且該多噴口式噴油器67和腔室141相結(jié)合能夠?qū)㈧F狀燃料收進(jìn)腔室141內(nèi)，并且對于燃燒時間的縮短是有效的。
[0106]從圖6中的(3)所示的燃料壓力與燃燒時間之間的關(guān)系可知，換句話說，從該曲線形狀可知，將燃料壓力設(shè)定在例如40MPa以上就能夠有效地縮短燃燒時間。40MPa以上的燃料壓力也能夠有效地縮短噴射時間和混合氣形成時間。此外，優(yōu)選根據(jù)至少含有汽油的使用燃料的性質(zhì)狀態(tài)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定燃料壓力。作為其上限值之一例可為120MPa。
[0107]這樣的高壓延遲噴射將噴射時間、混合氣形成時間以及燃燒時間分別縮短。其結(jié)果是，如圖5所示，與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)氣沖程中的燃料噴射相比，能夠使從燃料的噴射開始時刻SOI到燃燒結(jié)束時θ end的未燃混合氣的可反應(yīng)時間大幅度縮短?？s短可反應(yīng)時間的結(jié)果，如圖6的上段中空心圓所示，當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)的低燃料壓力下的進(jìn)氣沖程噴射在燃燒結(jié)束時未燃混合氣的反應(yīng)進(jìn)度超過點(diǎn)火閾值，要發(fā)生異常燃燒時，高壓延遲噴射卻如實(shí)心圓所示，能夠抑制燃燒結(jié)束時未燃混合氣反應(yīng)的進(jìn)行，避免異常燃燒。此外，圖6上圖中的空心圓和實(shí)心圓所表示的點(diǎn)火時刻被設(shè)定為彼此相同的時刻。
[0108]高壓延遲噴射這一做法，通過改進(jìn)向汽缸18內(nèi)的燃料噴射的形態(tài)來避免異常燃燒。與此不同，出于避免異常燃燒的目的將點(diǎn)火時刻延遲角化的做法現(xiàn)今已為眾人所知。點(diǎn)火時刻的延遲角化是通過抑制未燃混合氣的溫度及壓力上升來抑制該反應(yīng)進(jìn)行的。但是，點(diǎn)火時刻的延遲角化會導(dǎo)致熱效率和轉(zhuǎn)矩下降，而相對于此，在進(jìn)行高壓延遲噴射的情況下通過改進(jìn)燃料噴射的形態(tài)來避免異常燃燒。因?yàn)檫@一異常燃燒的避免能夠讓點(diǎn)火時刻相應(yīng)地提前角化，所以熱效率和轉(zhuǎn)矩提高。也就是說，高壓延遲噴射這一做法不僅能夠避免異常燃燒，這一異常燃燒的避免還能夠讓點(diǎn)火時刻相應(yīng)地提前角化，而有利于降低耗油量。
[0109]如上所述，高壓延遲噴射是通過在點(diǎn)火延遲期間內(nèi)進(jìn)行燃料噴射來縮短未燃混合氣的可反應(yīng)時間的,在發(fā)動機(jī)I轉(zhuǎn)速較低的低速域，因?yàn)閷?shí)時間相對于曲軸角變化較長，所以該可反應(yīng)時間的縮短是有效的。相對于此，在發(fā)動機(jī)I轉(zhuǎn)速較高的高速域，因?yàn)閷?shí)時間相對于曲軸角變化較短，所以該可反應(yīng)時間的縮短并不那么有效。例如，如圖7所示，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低時，延遲噴射這一做法能夠得到較高的指示熱效率。如果發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，指示熱效率則會下降。
[0110]圖8A示出未燃混合氣的可反應(yīng)時間相對于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況。延遲噴射下，不管發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是高還是低，可反應(yīng)時間基本相同。另一方面，因?yàn)檠舆t噴射下將燃料噴射時刻設(shè)定在壓縮上止點(diǎn)附近，所以在壓縮沖程中是不含燃料的、換句話說比熱比較高的空氣被壓縮。這將導(dǎo)致汽缸18內(nèi)壓縮上止點(diǎn)處的溫度(也就是說，壓縮端溫度)升高。例如，圖SB示出延遲噴射時的壓縮端壓力和進(jìn)氣沖程噴射時的壓縮端壓力的不同，圖SC示出延遲噴射時的壓縮端溫度和進(jìn)氣沖程噴射時的壓縮端溫度的不同。據(jù)此，在壓縮沖程中的缸內(nèi)氣體的比熱比相對增高的延遲噴射時，壓縮端壓力和壓縮端溫度相對升高，特別是壓縮端溫度升高。因?yàn)樵撦^高的壓縮端溫度會導(dǎo)致爆燃，所以在延遲噴射時需要將點(diǎn)火時刻延遲角化以避免爆燃。如圖7所示，這會導(dǎo)致延遲噴射時高轉(zhuǎn)速下的熱效率下降。
[0111]于是，該發(fā)動機(jī)I在高負(fù)荷高速域不進(jìn)行延遲噴射，而進(jìn)行進(jìn)氣沖程噴射。圖9是對高壓延遲噴射(參照該圖(a))和進(jìn)氣沖程噴射(參照該圖(b))的噴射時刻和點(diǎn)火時刻進(jìn)行比較的圖。此外，圖中所示的噴射時刻、點(diǎn)火時刻是高壓延遲噴射和進(jìn)氣沖程噴射之一例，噴射時刻、點(diǎn)火時刻并不限于圖中所示的時刻。
[0112]如上所述，高壓延遲噴射是在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的點(diǎn)火延遲期間內(nèi)(圖例中，壓縮上止點(diǎn)前的壓縮沖程后期)進(jìn)行燃料噴射，在壓縮上止點(diǎn)附近的時刻點(diǎn)火。該點(diǎn)火是通過驅(qū)動第一火花塞25和第二火花塞26中的任一個活塞來進(jìn)行的。這是因?yàn)楦邏貉舆t噴射能夠確保充分短的燃燒時間之故。這樣來開始燃燒，如該圖中實(shí)線所示，產(chǎn)熱率的峰值過后，燃燒就結(jié)束。此外，還可以讓第一和第二火花塞25、26都工作。
[0113]相對于該高壓延遲噴射，進(jìn)氣沖程噴射是在到如圖9(b)中虛線所示到進(jìn)氣閥21關(guān)閉為止，換句話說，在包括進(jìn)氣閥21打開的那段時間的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)進(jìn)行燃料噴射的。此外，圖例中，因?yàn)榘l(fā)動機(jī)I的工作區(qū)為高負(fù)荷高速域，所以將進(jìn)氣閥21的關(guān)閉時刻設(shè)定成比進(jìn)氣下止點(diǎn)晚。因?yàn)樵撨M(jìn)氣沖程噴射要盡可能地將燃料收進(jìn)活塞14的腔室141內(nèi)，所以優(yōu)選在活塞14位于進(jìn)氣上止點(diǎn)附近的時刻進(jìn)行該進(jìn)氣沖程噴射。此外，如上所述，因?yàn)閲娪推?7的噴射角度Θ被設(shè)定為較窄的角度，所以即使活塞14多少有點(diǎn)遠(yuǎn)離進(jìn)氣上止點(diǎn)，燃料也容易被收進(jìn)腔室141內(nèi)。也就是說，將噴油器67的噴射角度Θ設(shè)定得較窄，能夠提高進(jìn)氣沖程噴射下燃料噴射時刻的自由度。
[0114]因?yàn)檫M(jìn)氣沖程噴射是在汽缸內(nèi)壓力較低的狀態(tài)下噴射燃料，也沒有上述的縮短未燃混合氣的反應(yīng)時間那樣的要求，所以不需要高壓延遲噴射那樣的高燃料壓力。于是，在進(jìn)行進(jìn)氣沖程噴射時使燃料壓力比高壓延遲噴射時的燃料壓力低?？梢詫⑷剂蠅毫υO(shè)定為小于40MPa，例如20MPa左右。這會抑制對燃料泵63的驅(qū)動，發(fā)動機(jī)I的機(jī)械損失也會降低，因此對于降低耗油量有利。
[0115]進(jìn)氣沖程噴射會降低壓縮沖程中缸內(nèi)氣體(也就是說，含有燃料的混合氣)的比熱比，由此來將壓縮端溫度抑制得較低。因?yàn)閴嚎s端溫度這樣降低能夠抑制爆燃，所以能夠使點(diǎn)火時刻提前角化。與高壓延遲噴射一樣，進(jìn)氣沖程噴射下也是在壓縮上止點(diǎn)附近的時刻進(jìn)行點(diǎn)火。但是，從縮短燃燒時間的觀點(diǎn)出發(fā)，將進(jìn)氣沖程噴射下的點(diǎn)火定為第一和第二火花塞25、26 —起工作的兩點(diǎn)點(diǎn)火。第一和第二火花塞25、26只要同時點(diǎn)火即可。還可以讓第一和第二火花塞25、26依次工作。
[0116]參照圖10說明發(fā)動機(jī)I處于高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速域時高壓延遲噴射和進(jìn)氣沖程噴射下缸內(nèi)狀態(tài)、燃燒狀態(tài)的不同之處。圖10示出高壓延遲噴射時和進(jìn)氣沖程噴射時的(a)產(chǎn)熱率、(b)質(zhì)量燃燒比例、(C)未燃混合氣反應(yīng)進(jìn)度、⑷未燃混合氣溫度亦即(e)比熱比各自相對于曲軸角的變化情況。
[0117]首先，如圖10的(C)中點(diǎn)劃線所示，作為高壓延遲噴射之一例假定在壓縮上止點(diǎn)以前噴射燃料。高壓延遲噴射下，如該圖10的(e)中點(diǎn)劃線所示，因?yàn)閴嚎s沖程中缸內(nèi)氣體的比熱比較高，所以如該圖10的(d)中點(diǎn)劃線所示，在壓縮沖程中未燃混合氣溫度大幅度上升。此外，雖省略圖示，高壓延遲噴射時的未燃混合氣壓力與進(jìn)氣沖程噴射時的未燃混合氣壓力基本上相同。
[0118]進(jìn)行高壓延遲噴射時，因?yàn)樵撦^高的缸內(nèi)溫度，所以如該圖10的(C)中點(diǎn)劃線所示，燃料噴射后，未燃混合氣反應(yīng)進(jìn)度急速加快，點(diǎn)火前未燃混合氣反應(yīng)進(jìn)度超過點(diǎn)火閾值，也就是說，過早點(diǎn)火。要想避免過早點(diǎn)火，如圖10的(C)中空心箭頭所示，需要通過讓燃料噴射時刻延遲到例如壓縮上止點(diǎn)以后的膨脹沖程，讓未燃混合氣反應(yīng)進(jìn)度緩慢上升(參照圖10的(C)中的虛線)。
[0119]要想避免爆燃(尾氣爆燃)，在質(zhì)量燃燒比例達(dá)到90%以前需要未燃混合氣的反應(yīng)進(jìn)度達(dá)不到點(diǎn)火閾值(參照該圖10的(b)、(c)中的虛線)，因?yàn)槿缟纤觯邏貉舆t噴射下汽缸18內(nèi)的溫度較高，所以如該圖10的(a)中空心箭頭所示，如果不讓點(diǎn)火時刻延遲角化，則無法避免爆燃。這樣的點(diǎn)火時刻的點(diǎn)火延遲，如圖10的(a)中虛線所示，因?yàn)槿紵匦奈恢么蟠蟮仄x壓縮上止點(diǎn)，所以會導(dǎo)致熱效率和轉(zhuǎn)矩下降，甚至耗油量下降。此外，這里的點(diǎn)火是兩點(diǎn)點(diǎn)火。
[0120]相對于此，進(jìn)氣沖程噴射是在圖10中未圖示的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)進(jìn)行燃料噴射，所以壓縮沖程中比熱比較低的混合氣被壓縮(參照圖10(e)中的實(shí)線)，如圖10的(d)中實(shí)線所示，抑制了未燃混合氣溫度的上升，壓縮端溫度被抑制得較低。因此會有利于抑制過早點(diǎn)火。
[0121]因?yàn)閴嚎s端溫度被抑制得很低，所以有利于避免爆燃，即使不讓點(diǎn)火時刻延遲角化，也能夠避免爆燃(參照該圖10的(b)、(c)中的實(shí)線)。這樣一來，如該圖10的(a)中實(shí)線所示，通過讓點(diǎn)火時刻盡量靠近壓縮上止點(diǎn)來讓燃燒重心位置接近壓縮上止點(diǎn)，就有利于提高熱效率和轉(zhuǎn)矩，甚至降低耗油量。
[0122]如上所述，高壓延遲噴射下，為避免在高轉(zhuǎn)速域發(fā)生過早點(diǎn)火和爆燃必須延遲燃料的噴射時刻和點(diǎn)火時刻，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，該延遲角的量就越大。其結(jié)果是，如圖11所示，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和燃燒重心位置的關(guān)系是，高壓延遲噴射下，隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，燃燒重心位置會朝著延遲角一側(cè)移動。因此，如圖7所示，高壓延遲噴射下，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相對較低的低速域能夠確保較高的指示熱效率，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相對較高的高速域指示熱效率下降。
[0123]相對于此，在進(jìn)氣沖程噴射下，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相對較低的低速域，未燃混合氣的可反應(yīng)時間加長，容易產(chǎn)生過早點(diǎn)火，所以難以實(shí)施。但是在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相對較高的高速域，如圖11所示，既能夠有效地避免過早點(diǎn)火和爆燃，又能夠?qū)⑷紵匦奈恢镁S持在提前角一偵U。如圖7所示，在進(jìn)氣沖程噴射下，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相對較高的高速域有可能達(dá)到較高的指示熱效率。
[0124]因此，該發(fā)動機(jī)I在圖4所示的區(qū)域(I)，也就是說高負(fù)荷低轉(zhuǎn)速域，通過進(jìn)行高壓延遲噴射，既避免異常燃燒又提高熱效率。另一方面，在圖4所示的區(qū)域(2)，也就是說高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速域，通過進(jìn)行進(jìn)氣沖程噴射，既避免異常燃燒又使熱效率提高。
[0125]在發(fā)動機(jī)I的高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速域，如上所述，除進(jìn)行進(jìn)氣沖程噴射以外時，還進(jìn)行兩點(diǎn)點(diǎn)火。圖12是以高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速域的進(jìn)氣沖程噴射為前提，對一點(diǎn)點(diǎn)火和兩點(diǎn)點(diǎn)火加以比較的圖，圖12示出(a)產(chǎn)熱率、(b)質(zhì)量燃燒比例、(C)未燃混合氣反應(yīng)進(jìn)度以及⑷未燃混合氣溫度各自相對于曲軸角的變化情況。
[0126]首先,如該圖中點(diǎn)劃線所示,假定在壓縮上止點(diǎn)前的時刻進(jìn)行一點(diǎn)點(diǎn)火。在該情況下，因?yàn)榛鹧娴臄U(kuò)大較慢，所以在質(zhì)量燃燒比例達(dá)到90%以前，未燃混合氣的反應(yīng)進(jìn)度超過點(diǎn)火閾值而會產(chǎn)生爆燃(參照該圖12的(b)、(C))。因此，要想利用一點(diǎn)點(diǎn)火避免爆燃，就必須如該圖12的(a)中空心箭頭所示的那樣將點(diǎn)火時刻延遲角化，伴隨于此，像虛線所示的那樣，燃燒重心位置朝著延遲角一側(cè)移動。也就是說，對于熱效率和轉(zhuǎn)矩的提高是不利的。
[0127]相對于此，進(jìn)行兩點(diǎn)點(diǎn)火以后，火焰就會從燃燒室19內(nèi)的多個火種分別擴(kuò)大，火焰迅速擴(kuò)大，燃燒時間縮短。因此，即使點(diǎn)火時刻在壓縮上止點(diǎn)以后，通過兩點(diǎn)點(diǎn)火也能夠如該圖10的(a)中實(shí)線所示，燃燒重心位置盡量地位于提前角一側(cè)，有利于提高熱效率和轉(zhuǎn)矩，甚至降低耗油量。此外，火花塞的數(shù)量并不限于兩個。而且可以在高壓延遲噴射時進(jìn)行多點(diǎn)點(diǎn)火。
[0128]圖13示出進(jìn)氣沖程噴射下腔室141的唇徑與燃燒時間之間的關(guān)系之一例。如圖3C所示，因?yàn)榭s小唇徑，擠氣面積增大(此外，假定活塞直徑相同)，所以越靠近圖13的左側(cè)對應(yīng)的就是擠氣越強(qiáng)。該圖明顯地反映出:無論是一點(diǎn)點(diǎn)火還是兩點(diǎn)點(diǎn)火，縮小唇徑增強(qiáng)擠氣，都會增強(qiáng)汽缸18內(nèi)的流動，縮短燃燒時間。特別是，兩點(diǎn)點(diǎn)火與較小唇徑的結(jié)合能夠?qū)⑷紵龝r間縮短到目標(biāo)水平上。這將有利于避免爆燃，有利于熱效率和轉(zhuǎn)矩提高。[0129]此外，如上所述，盡管縮小唇徑對于將從噴油器67噴出的霧狀燃料收進(jìn)腔室141內(nèi)這一點(diǎn)來說是不利的，但是通過將噴油器67的燃料噴射角度Θ設(shè)定為較小的值，則能夠縮小唇徑。因此，該結(jié)構(gòu)通過將較小的腔室和較強(qiáng)的擠氣相結(jié)合而有利于縮短燃燒時間的縮短。
[0130]此外，在上述結(jié)構(gòu)下，在高負(fù)荷高速域僅進(jìn)行進(jìn)氣沖程噴射，但是還可以如圖9(b)中點(diǎn)劃線所示，不僅進(jìn)行進(jìn)氣沖程噴射，還在點(diǎn)火延遲期間內(nèi)進(jìn)行燃料噴射。在點(diǎn)火延遲期間內(nèi)進(jìn)行燃料噴射，如上所述，能夠加強(qiáng)汽缸18內(nèi)的流動，對燃燒時間的縮短是有利的。因此也有利于避免爆燃。
[0131]可以在壓縮端溫度在規(guī)定溫度以下的條件下，具體例為外氣溫度在規(guī)定溫度以下時等將該進(jìn)氣沖程噴射和延遲噴射相結(jié)合。也就是說，因?yàn)閴嚎s端溫度達(dá)到規(guī)定溫度以下那樣的條件本來是有利于避免異常燃燒的條件，所以即使減少在進(jìn)氣沖程期間內(nèi)噴射的燃料量也能夠避免異常燃燒。于是，通過在點(diǎn)火延遲期間內(nèi)再噴射所減少的這一部分燃料，則有利于縮短燃燒時間。
[0132]在上述結(jié)構(gòu)下，在高負(fù)荷的SI模式下，是在低速域和高速域切換燃料的噴射時亥IJ，但是在SI模式下可以這樣做，不僅進(jìn)行進(jìn)氣沖程期間內(nèi)的前段噴射和在點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的后段噴射，而且在低速域使后段噴射所噴射的燃料噴射量比前段噴射所噴射的燃料噴射量大，在高速域使前段噴射所噴射的燃料噴射量比后段噴射所噴射的燃料噴射量大。該情況下也會與上述控制一樣，在高負(fù)荷低速域和高速域分別避免異常燃燒，有利于提高熱效率和轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而有利于降低耗油量。
[0133]此外，還可以這樣，不僅用設(shè)在汽缸18內(nèi)的噴油器67進(jìn)行進(jìn)氣沖程期間內(nèi)的燃料噴射，還通過設(shè)置在進(jìn)氣口 16的口噴油器向進(jìn)氣口 16內(nèi)噴射燃料。
[0134]這里所公開的技術(shù)不僅對上述自然進(jìn)氣發(fā)動機(jī)適用，對于帶渦輪增壓器的發(fā)動機(jī)也適用。帶渦輪增壓器的發(fā)動機(jī)有可能將Cl模式的區(qū)域擴(kuò)大到高負(fù)荷一側(cè)。
[0135]可以根據(jù)需要使高壓延遲噴射成為分割噴射，同樣也可以根據(jù)需要使進(jìn)氣沖程噴射成為分割噴射。
[0136]在上述結(jié)構(gòu)下，在發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)處于低速域內(nèi)的低負(fù)荷域時，為進(jìn)行壓縮點(diǎn)火燃燒的Cl模式，但是在發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)處于低速域內(nèi)的低負(fù)荷域時，也可以代替此，對成層化的稀薄混合氣進(jìn)行火花點(diǎn)火并使其燃燒的工作模式。
[0137]—符號說明一
[0138]I 發(fā)動機(jī)(發(fā)動機(jī)主體)
[0139]10 PCM (控制器)
[0140]18 汽缸
[0141]21 進(jìn)氣閥
[0142]25 第一火花塞
[0143]26 第二火花塞
[0144]50 EGR通路(冷卻EGR部件)
[0145]511 EGR 閥(冷卻 EGR 部件)
[0146]52 EGR冷卻器(冷卻EGR部件)
[0147]62 燃料供給系統(tǒng)(燃壓可變機(jī)構(gòu))
[0148]67 噴油器(燃料噴射閥)
【權(quán)利要求】
1.一種火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其包括發(fā)動機(jī)主體、燃料噴射閥以及控制器，該發(fā)動機(jī)主體具有幾何壓縮比被設(shè)定在15以上的汽缸且構(gòu)成為被供給至少含有汽油的燃料，該燃料噴射閥構(gòu)成為噴射供向所述汽缸內(nèi)的所述燃料，該控制器構(gòu)成為通過至少控制所述燃料噴射閥而讓所述發(fā)動機(jī)主體工作，其特征在于: 在所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷域時， 在低速域，所述控制器驅(qū)動所述燃料噴射閥以便在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的時刻下進(jìn)行燃料噴射， 在高速域，所述控制器驅(qū)動所述燃料噴射閥以便在到進(jìn)氣閥關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)進(jìn)行燃料噴射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 該火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置還包括多個火花塞，該多個火花塞面向所述汽缸內(nèi)部而設(shè)且構(gòu)成為對該汽缸內(nèi)的混合氣進(jìn)行點(diǎn)火， 在所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，所述控制器進(jìn)行驅(qū)動所述多個火花塞的多點(diǎn)點(diǎn)火。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述燃料噴射閥構(gòu)成為直接向所述汽缸內(nèi)噴射燃料， 該火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置還包括燃壓可變機(jī)構(gòu)，該燃壓可變機(jī)構(gòu)構(gòu)成為改變所述燃料噴射閥所噴射的燃料的壓力， 當(dāng)所述發(fā)動機(jī)主體的 工作狀態(tài)處于高負(fù)荷低速域時，所述控制器驅(qū)動所述燃壓可變機(jī)構(gòu)以使所述燃料的壓力在規(guī)定壓力以上， 當(dāng)所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，所述控制器驅(qū)動所述燃壓可變機(jī)構(gòu)以使所述燃料的壓力小于所述規(guī)定壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 在所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，所述控制器不僅在所述進(jìn)氣沖程期間內(nèi)噴射燃料，在所述點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的時刻也噴射燃料，并且將該點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的燃料噴射量設(shè)定成比所述進(jìn)氣沖程期間內(nèi)的燃料噴射量少。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述控制器在所述汽缸內(nèi)的壓縮端溫度在規(guī)定溫度以下的條件下執(zhí)行所述進(jìn)氣沖程期間內(nèi)的燃料噴射和所述點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的燃料噴射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 該火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置還包括冷卻EGR部件，該冷卻EGR部件構(gòu)成為將所述發(fā)動機(jī)主體的尾氣冷卻后讓該尾氣回流到該發(fā)動機(jī)主體的進(jìn)氣中， 當(dāng)所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，所述控制器通過所述冷卻EGR部件進(jìn)行已冷卻尾氣的回流。
7.一種火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其包括發(fā)動機(jī)主體、燃料噴射閥以及控制器，該發(fā)動機(jī)主體具有幾何壓縮比被設(shè)定在15以上的汽缸且構(gòu)成為被供給至少含有汽油的燃料，該燃料噴射閥構(gòu)成為向所述汽缸內(nèi)噴射所述燃料，該控制器構(gòu)成為通過至少控制所述燃料噴射閥而讓所述發(fā)動機(jī)主體工作，其特征在于: 在所述發(fā)動機(jī)主體的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷域時，所述控制器驅(qū)動所述燃料噴射閥，以便包括在到進(jìn)氣閥關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)噴射燃料的前段噴射、和在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的時刻噴射燃料的后段噴射， 所述控制器，在所述高負(fù)荷低速域使所述后段噴射的燃料噴射量比所述前段噴射的燃料噴射量多，在所述高負(fù)荷高速域使所述前段噴射的燃料噴射量比所述后段噴射的燃料噴射量多。
8.一種火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制方法，所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)具有幾何壓縮比被設(shè)定在15以上的汽缸且被供給含有至少汽油的燃料，其特征在于: 該火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制方法包括:當(dāng)所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷低速域時，在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的點(diǎn)火延遲期間內(nèi)的時刻向所述汽缸內(nèi)噴射燃料的步驟；以及 當(dāng)所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷高速域時，在到進(jìn)氣閥關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)向所述汽缸內(nèi)噴射燃料的步驟。
9.一種火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制方法，所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)具有幾何壓縮比被設(shè)定在15以上的汽缸且被供給含有至少汽油的燃料，其特征在于: 當(dāng)所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于高負(fù)荷域時，至少進(jìn)行在到進(jìn)氣閥關(guān)閉為止的進(jìn)氣沖程期間內(nèi)向所述氣缸內(nèi)噴射燃料的前段噴射、和在從壓縮沖程后期到膨脹沖程初期的時刻向所述氣缸內(nèi)噴射燃料的后段噴射， 該火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的控制方法包括:` 當(dāng)所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于所述高負(fù)荷低速域時，使所述后段噴射的燃料噴射量比所述前段噴射的燃料噴射量多的步驟；以及 當(dāng)所述火花點(diǎn)火式汽油發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)處于所述高負(fù)荷高速域時，使所述前段噴射的燃料噴射量比所述后段噴射的燃料噴射量多的步驟。
【文檔編號】F02D41/04GK103827470SQ201280047435
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月28日
【發(fā)明者】巖井浩平, 山川正尚, 養(yǎng)祖隆, 藤川竜也, 古閑達(dá)也 申請人:馬自達(dá)汽車株式會社