專利名稱：燃料直噴發(fā)動機(jī)的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及火花點燃的燃料直噴的內(nèi)燃機(jī)。本發(fā)明具體涉及一種火花點燃的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，這種內(nèi)燃機(jī)可以改進(jìn)分層燃燒期間燃料的燃燒性。
背景技術(shù)：
燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)形成和裝配成可以直接進(jìn)行高度貧燃油燃燒，方法是直接將燃料從燃料噴射閥噴射到氣缸中，并在火花點燃燃燒期間在氣缸中形成分層的空氣燃料混合物。因此采用燃料噴射發(fā)動機(jī)，可以顯著降低燃料的消耗，特別是在內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載和中等負(fù)載時。
為了穩(wěn)定地點燃和燃燒燃料直噴發(fā)動機(jī)中空氣燃料混合物，重要的是在氣缸中可靠地使燃料空氣混合物氣團(tuán)形成為分層狀態(tài)，該氣團(tuán)按照發(fā)動機(jī)的速度和負(fù)載具有適當(dāng)?shù)拇笮『瓦m當(dāng)?shù)目諝馊剂媳取?br> 通過在活塞上形成碗狀的凹部，使燃料噴射閥噴出的燃料氣流碰撞在碗形凹部底表面上，并使燃料氣流沿碗形凹部底表面流動，便可以在氣缸中形成恰當(dāng)分層的空氣燃料混合物。例如，日本公開專利公告No.11-82028公開一種燃料直噴的火花點燃內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)通過將燃料噴射閥配置在凹部正上面附近，使燃料氣流沖擊凹部外周壁表面，由此使燃料氣流流向凹部中心位置，這樣，便在氣缸中形成適當(dāng)分層的燃料空氣混合物。
如上所述，技術(shù)人員從上述專利可以明顯看出，還需要改進(jìn)燃料直噴的火花點燃內(nèi)燃機(jī)。本發(fā)明滿足了這種技術(shù)要求以及技術(shù)人員從上述專利中可以明顯看出的其它的要求。
發(fā)明概要采用這種燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)時，為了在發(fā)動機(jī)的各種負(fù)載狀態(tài)下使空氣燃料混合物的空氣燃料比保持在所所謂的理想空氣燃料比或者化學(xué)計量空氣燃料比，重要的是控制空氣燃料混合物氣團(tuán)的大小。然而，在使用上述主要利用凹部來形成分層空氣燃料混合物的上述燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)的情況下，很難按照不同的負(fù)載改變凹部的體積。因此，采用常規(guī)燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)時，在內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載狀態(tài)時，空氣燃料混合物氣團(tuán)的燃料空氣比變得太貧，而在發(fā)動機(jī)工作在高負(fù)載狀態(tài)時又變得太富。
本發(fā)明研究了上述問題，本發(fā)明的目的是按照發(fā)動機(jī)的操作狀態(tài)在凹部具有固定體積的燃燒室中形成具有恰當(dāng)空氣燃料比和大小的空氣燃料混合物氣團(tuán)。
為了達(dá)到上述目的，提供一種燃料直噴發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)主要包括燃燒室、火花塞、燃料噴射閥、活塞和控制器。該火花塞配置在燃燒室的上表面上。該燃料噴射閥配置在燃燒室上表面的大體中心部分。該燃料噴射閥作成和裝配成可以將燃料氣流直接噴射到燃料室內(nèi)。該活塞具有導(dǎo)流底表面，該底表面作成和配置成可以導(dǎo)流燃料噴射閥噴出的燃料氣流。該控制器作成和配置成可以控制火花塞和燃料噴射閥的操作。該控制器還作成和裝配成可以在燃料直噴發(fā)動機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，在大部分燃料氣流由活塞的導(dǎo)流底表面導(dǎo)流之前，點燃在燃料氣流從燃料噴射閥噴之后直接形成的第一空氣燃料混合物。該控制器還作成和裝配成可以在燃料直噴發(fā)動機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，點燃在大部分燃料氣流由活塞的導(dǎo)流壁表面導(dǎo)流到燃燒室上部分之后形成的第二空氣燃料混合物。
技術(shù)人員從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，可以明顯看出本發(fā)明的這些和其它的目的、特征、方法和優(yōu)點，下面的說明公開本發(fā)明的優(yōu)選附圖的簡要說明下面說明構(gòu)成本原始說明一部分的附圖圖1是局部橫截面圖，示出本發(fā)明第一實施例的燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)的噴射部分；圖2是局部橫截面圖，示出本發(fā)明第一實施例的燃料噴射角可控的燃料噴射閥的一個例子；圖3是局部橫截面圖，示出本發(fā)明第一實施例的燃料噴射角可控的燃料噴射閥的另一個例子；圖4(a)是示意曲線圖，示出本發(fā)明第一實施例中發(fā)動機(jī)工作負(fù)載和燃料氣流噴射角之間的關(guān)系；圖4(b)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖4(a)中表示為“A”的低負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖4(c)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖4(a)中表示為“B”的高負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖4(d)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖4(a)中表示為“C”的均勻燃燒區(qū)域狀態(tài)下燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖5(a)是本發(fā)明第一實施例燃料直噴發(fā)動機(jī)控制器執(zhí)行的控制流程圖；圖5(b)是本發(fā)明第一實施例燃料直噴發(fā)動機(jī)控制器執(zhí)行的另一種控制流程圖；圖6是局部橫截面圖，示出本發(fā)明第二實施例的燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)的噴射部分；圖7(a)是示意曲線圖，示出本發(fā)明第二實施例中發(fā)動機(jī)工作負(fù)載和噴出的燃料空氣質(zhì)量比之間的關(guān)系；圖7(b)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖7(a)中表示為“A”的低負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖7(c)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖7(a)中表示為“B”的高負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖7(d)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖7(a)中表示為“C”的均勻燃燒區(qū)域狀態(tài)下燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖8是本發(fā)明第二實施例燃料直噴發(fā)動機(jī)控制器執(zhí)行的控制流程圖9(a)是示意曲線圖，示出本發(fā)明第三實施例的發(fā)動機(jī)工作負(fù)載和進(jìn)氣氣門關(guān)閉時刻之間關(guān)系的一個例子；圖9(b)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖9(a)中表示為“A”的低負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖9(c)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖9(a)中表示為“B1”的高負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖9(d)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖9(a)中表示為“B2”的高負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖9(e)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖9(a)中表示為“C”的均勻燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖10(a)是示意曲線圖，示出本發(fā)明第三實施例中發(fā)動機(jī)工作負(fù)載和進(jìn)氣氣門關(guān)閉時時刻之間關(guān)系的另一例子；圖10(b)是燃料室的示意橫截面圖，示出在圖10(a)表示為“A”的低負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖10(c)是燃料室的示意橫截面圖，示出在圖10(a)表示為“B”的高負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖10(d)是燃料室的示意橫截面圖，示出在圖10(a)表示為“C”的均勻燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖11是本發(fā)明第三實施例的燃料直噴發(fā)動機(jī)控制器執(zhí)行的控制流程圖；圖12(a)是示意曲線圖，示出本發(fā)明第四實施例中發(fā)動機(jī)工作負(fù)載和燃料壓力之間關(guān)系的一個例子；圖12(b)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖12(a)中表示為“A”的低負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖12(c)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖12(a)中表示為“B”的高負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖12(d)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖12(a)中表示為“C”的均勻燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖13是本發(fā)明第四實施例的燃料直噴發(fā)動機(jī)控制器執(zhí)行的控制流程圖；圖14(a)示意曲線圖，示出本發(fā)明第四實施例發(fā)動機(jī)工作負(fù)載和燃料噴射壓力之間關(guān)系的另一例子；圖14(b)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖14(a)中表示為“A”的低負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖14(c)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖14(a)中表示為“B1′”的高負(fù)載分層燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖14(d)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖14(a)中表示為“B2′”的均勻燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖14(e)是燃燒室的示意橫截面圖，示出在圖14(a)中表示為“C”的均勻燃燒區(qū)域狀態(tài)下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布；圖15(a)是燃燒室的示意圖，示出在燃料噴射閥鄰近形成擴(kuò)孔時空氣燃料混合物的分布；圖15(b)是燃燒室的示意圖，示出在燃料噴射閥鄰近沒有擴(kuò)孔時空氣燃料混合物的分布。
優(yōu)選實施例詳細(xì)說明下面參考


本發(fā)明的選擇實施例。從這些說明中技術(shù)人員可以明顯看出，以下本發(fā)明實施例的說明僅僅是例示性的，沒有限制本發(fā)明的目的，本發(fā)明由所附的權(quán)利要求和其等價說明確定。
首先參考圖1，圖中示出本發(fā)明第一實施例的燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)(以后簡稱為燃料直噴發(fā)動機(jī)”)。圖1是第一實施例燃料直噴發(fā)動機(jī)噴射部分的局部橫截面圖。如圖1所示，該燃料直噴發(fā)動機(jī)的噴射部分包括氣缸蓋1、氣缸座2、活塞3、至少一個進(jìn)氣門5、至少一個排氣門6、至少一個進(jìn)氣口7、至少一個排氣口8、燃料噴射閥11和火花塞12。燃燒室4基本上由氣缸蓋1、氣缸座2和活塞3形成。新鮮空氣經(jīng)進(jìn)氣門5從進(jìn)氣口7進(jìn)入燃燒室4，而廢氣經(jīng)排氣氣門6排出廢氣口8。燃料泵9配置在驅(qū)動進(jìn)氣氣門5的凸輪軸的端部。由此說明，技術(shù)人員當(dāng)然可以看出，燃料泵9可以配置成由分開配置的電馬達(dá)驅(qū)動。另外，最好采用可變氣門正時機(jī)構(gòu)5a來控制進(jìn)氣凸輪的氣門正時?？勺儦忾T正時機(jī)構(gòu)在這種技術(shù)中是周知的，因此在本文中不再詳細(xì)說明或者示出可變閥門正時機(jī)構(gòu)5a。
如圖1所示，燃料噴射閥11基本上位于燃燒室4上表面的中心部分。換言之，燃料噴射閥11最好定中或者基本上居中在活塞3的中心縱軸上。燃料噴射閥11作成和裝配成可以噴射燃料，該燃料由燃料泵9加壓，并經(jīng)燃料管10輸送到燃燒室4中。該燃料噴射閥11最好這樣配置，使得從燃料噴射閥11噴射的燃料氣流在燃燒室4中擴(kuò)散成大體錐形。另外，在本發(fā)明的第一實施例中，該燃料噴射閥11作成和裝配成可以以至少兩種不同的燃料噴射角即以不同的錐形燃料氣流頂角噴射燃料氣流，這兩種不同的噴射角是通過改變?nèi)剂蠂娚溟y11針閥的高度得到的。
在日本公開專利公告No.H8-177684中公開一個利用針閥的燃料噴射閥11的例子。如圖2所示，該燃料噴射閥11包括針閥11A和針閥11A插入的閥體11B。該閥體11B還包括噴孔11C。在閥體11B中形成燃料通道11a。該燃料通道11a的下端被分支成下側(cè)的大角度噴口11b和小角度噴口11c。小角度噴口11c是傾斜的，向下對著噴孔11C。采用圖2所示的燃料噴射閥11時，當(dāng)針閥11A的上升較小時，僅有大角度噴口11b打開，因此，從大角度噴口11b噴出的燃料在閥體11B內(nèi)針閥11A移動的空間中形成很強(qiáng)的旋流，并從該噴孔11C以基本上成錐形形狀噴入燃燒室4中。另一方面，當(dāng)針閥11A的上升量大時，大角度噴口11b和小角度噴口11c均被打開。由于從向下傾斜的小角度噴口11c噴向噴孔11C的燃料氣流力的作用，使得從大角度噴口11b噴出的燃料旋流減弱。因此，當(dāng)針閥11A的上升量大時，從燃料噴射閥11噴出的燃料氣流的燃料噴射角小于在針閥11A的上升量小時，從燃料噴射閥11噴出的燃料氣流的燃料噴射角。因此，在針閥11A的上升量較小，只打開大角度噴口11b時，從噴孔11C噴出的圓錐形擴(kuò)散燃料氣流的噴射角顯著增加，而在針閥11A的上升量很大，使得大角度噴口11b和小角度噴口11c二者均打開時，該噴射角顯著降低。
或者可以用第一實施例燃料直噴發(fā)動機(jī)中的燃料噴射閥11代替燃料噴射閥11′。具體是，如日本公開專利公告No.2000-303036所公開的，可以形成和配置燃料噴射閥11′。如圖3所示，該燃料噴射閥11′主要包括針閥11D和閥體11E，在針閥11D中形成T形的燃料通道11d。在閥體11E中形成上部小角度噴口11e和下部大角度噴口11f該上部小角度噴口11e具有較大的向下傾斜噴射角，而下部大角度噴口11f具有較小的向下傾斜噴射角。當(dāng)針閥11D的上升量較小時，只有大角度噴口11f打開。因此燃料以較小的向下傾斜噴射角從大角度噴口11f噴到燃料室4中。當(dāng)針閥11D的上升量較大時，大角度噴口11f和小角度噴口11e均被打開。因此，燃料受到從小角度噴口11e噴出燃料的向下噴力的作用，因而從燃料噴射閥11′噴出的燃料噴射角相對較小。因此，在采用燃料噴射閥11′時，在針閥11D的上長量較小，只打開大角度噴口11f時，該噴射角相對較大，而當(dāng)針閥11D的上升量較大，使大角度噴口11f和小角度噴口11e均被打開時，該噴射角相對較小。
從此說明中，技術(shù)人員當(dāng)然可以明顯看出，燃料噴射閥11的結(jié)構(gòu)不限于上述例子?？梢圆捎萌魏谓Y(jié)構(gòu)的燃料噴射閥11，只要該燃料噴射閥11適合于實現(xiàn)本發(fā)明的同樣功能。具體是，在本發(fā)明的第一實施例中，可以利用燃料噴射閥11的任何結(jié)構(gòu)，只要該燃料噴射閥可以配置成以至少兩種不同的燃料噴射角將燃料噴射到燃燒室4中。
如圖1所示，燃料直噴發(fā)動機(jī)的活塞3包括在活塞頂面上的碗形凹部3a，該凹部的位置對著燃料噴射閥11。當(dāng)燃料直噴發(fā)動機(jī)工作在高負(fù)載分層燃料區(qū)域時，從燃料噴射閥11中噴射的燃料主要在該凹部3a和該凹部3a的上部空間中形成分層的空氣燃料混合物氣團(tuán)。該凹部3a由導(dǎo)流壁表面形成，該壁表面包括底表面和外周壁表面，該外周壁表面從凹部3a的底表面向上彎曲，在外周壁表面的上端部分向內(nèi)傾斜，對著活塞3的中心軸。因此，凹部3a的底表面和外周壁表面被成形為使得沖擊在該凹部3a上的燃料氣流基本上射向燃料室4的中央部分，該中央部分包括火花塞12。具體是，凹部3a的外周壁表面的形狀一般是曲面，對著燃料噴射閥11，使得邊緣外周壁表面的取向角形成在氣缸軸線和從燃料噴射閥11噴出的燃料氣流的近似方向之間。因此，沖擊在凹部3a上的燃料氣流將從燃料噴射閥11向外擴(kuò)散到凹部3a的外面，超過原來燃料氣流的外邊緣，并且這種擴(kuò)散的氣流聚集在凹部3a上面空間的大約內(nèi)側(cè)，因此形成分層的可燃燒空氣燃料混合物，因為限制了空氣燃料混合物的過分?jǐn)U散。
火花塞12被作成和裝配成可以點燃和燃燒空氣燃料混合物。如圖1所示，火花塞12配置在燃燒室4的上表面上，靠近燃料噴射閥11。
利用控制器或者發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)13將以綜合方式控制本發(fā)明的燃料直噴發(fā)動機(jī)。另外，本發(fā)明的燃料直噴發(fā)動機(jī)包括各種用監(jiān)測車輛工作的傳感器，例如曲軸轉(zhuǎn)角傳感器、冷卻水溫度傳感器、油門開度傳感器。具體是，曲軸轉(zhuǎn)角傳感器信號、冷卻水溫度信號和油門開度信號輸入到ECU13，該ECU13作成為可以根據(jù)上述輸入信號執(zhí)行上述各種控制功能，例如控制燃料噴射閥11的針閥11A和控制火花塞12。
該ECU13最好包括具有控制程序的微計算機(jī)，該程序按下面說明控制燃料直噴發(fā)動機(jī)。該ECU13還包括其它常規(guī)部件例如輸入界面電路、輸出界面電路和存貯裝置例如ROM裝置(只讀存貯器)和RAM裝置(隨機(jī)存貯器)。ECU13的微計算機(jī)可以程序控制燃料直噴發(fā)動機(jī)。存貯電路貯存處理結(jié)果和處理器電路運(yùn)行的控制程序。該ECU13在操作上以常規(guī)方式連接于燃料直噴發(fā)動機(jī)的各個部件。ECU13的內(nèi)部RAM貯存操作旗碼的狀態(tài)和各種控制數(shù)據(jù)。該ECU13能夠按照控制程序選擇性控制控制系統(tǒng)的任何部件。從本說明技術(shù)人員可以明顯看出，ECU13的精確結(jié)構(gòu)和算法可以是執(zhí)行本發(fā)明功能的硬件和軟件的任何組合。換言之，用在本說明和權(quán)利要求書中的“裝置與功能”語句應(yīng)當(dāng)包含可以用來執(zhí)行“裝置和功能”語句功能的任何結(jié)構(gòu)或硬件，和/或算法或者軟件。
本發(fā)明的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)作成和裝配成可以根據(jù)燃料直噴內(nèi)燃機(jī)的操作狀態(tài)以分層燃燒模式或者均勻燃燒模式進(jìn)行空氣燃料混合物的燃燒。在分層燃燒模式中，在壓縮沖程期間(具體在壓縮沖程的后半期間)引入相當(dāng)少量的燃料，形成分層燃料空氣混合物氣團(tuán)，從而通過貧燃油運(yùn)行節(jié)省燃料。因為分層的燃料空氣混合物在燃燒室4中的四周區(qū)域由空氣占據(jù)，所以即使在燃料的量相當(dāng)小時也能達(dá)到穩(wěn)定的燃燒。另一方面，在均勻燃燒模式中，在進(jìn)氣沖程(具體在進(jìn)氣沖程的前半程)期間噴射燃料，進(jìn)行化學(xué)計量運(yùn)行(化學(xué)計量空氣燃料比運(yùn)行)。因此，在燃燒室4中整個形成均勻的燃料空氣混合物。因為空氣和燃料在燃燒發(fā)生之前便完全混合，所以在均勻燃燒模式中可以得到很高的動力輸出。
圖4(a)是示意曲線圖，示出操作狀態(tài)(負(fù)載)和從燃料噴射閥11噴出燃料氣流的燃料噴射角之間的關(guān)系。圖4(b)-4(d)示出在圖4(a)所示的各種不同操作負(fù)載下燃燒室4中空氣燃料混合物的分布。
工作負(fù)載一般分成在圖4(a)中表示為“A”的低負(fù)載分層燃燒區(qū)域、在圖4(a)中表示為“B”的高負(fù)載分層燃燒區(qū)域和在圖4(a)中表示為“C”的均勻燃燒區(qū)域。一般說來，在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A期間噴射的燃油量較小。如果將燃料噴射角調(diào)節(jié)到相當(dāng)小，使噴射的燃料氣流沖擊凹部3a的底表面，則燃料氣流將完全擴(kuò)散到凹部3a中和凹部3a的上面。然而，因為在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A工作時噴出的燃料量較小，所以形成貧燃料的空氣燃料混合物，如果在燃料氣流沖擊凹部3a之后該燃料氣流擴(kuò)散，則這種貧燃料空氣燃料混合物不容易點燃，而且燃燒不穩(wěn)定。因此在本發(fā)明的第一實施例中，在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A運(yùn)行時，燃料噴射閥11被形成和裝配成這樣調(diào)節(jié)燃料噴射角，使得在燃料氣流沖擊凹部3a之前，在燃燒室4中形成可燃燒的空氣燃料混合物。具體是，燃料噴射閥11作成和裝配成可以在如圖4(a)所示的低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A運(yùn)行條件下，將燃料氣流的噴射角調(diào)節(jié)到相當(dāng)大的角度。因此，在配置火花塞12的燃燒室4上部中心位置中，在燃料氣流沖擊凹部3a的底表面之前，便形成接近于化學(xué)計量狀態(tài)的第一空氣燃料混合物，如圖4(b)所示。按照本文的用法，第一空氣燃料混合物是可燃燒的空氣燃料混合物，該混合物在燃料氣流從燃料噴射閥11噴出之后緊接著在燃燒室4中形成，接近于化學(xué)計量比狀態(tài)。該第一空氣燃料混合物在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A運(yùn)行時具有極好的點燃性和燃燒穩(wěn)定性。換言之，在本發(fā)明的第一實施例中，在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A運(yùn)行時，從燃料噴射閥11噴出的燃料氣流可以直接到達(dá)火花塞12的火花塞隙，并在燃燒室4的上部區(qū)域形成第一空氣燃料混合物。因此，在燃料直噴發(fā)動機(jī)運(yùn)行在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A時，該火花塞12作成和裝配可以在燃料從燃料噴射閥門11噴出的緊后便點燃該第一空氣燃料混合物。
另一方面，在高負(fù)載分層區(qū)域B運(yùn)行時，從燃料噴射閥噴出的燃料量大于在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A運(yùn)行時噴射的燃料量。在這種條件下，如果噴出的燃料氣流直接通向火花塞12塞隙的附近，則在燃燒室的上部分形成過量富燃料的空氣燃料混合物，并弄臟火花塞12或者使火花塞結(jié)污。因此，如圖4(a)所示，在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B運(yùn)行條件下，燃料噴射角設(shè)定的相當(dāng)小。因此，燃料氣流沖擊凹部3a的底表面，并高度分散到凹部3a中和凹部3a的上部空間中，如圖4(c)所示，因此在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B運(yùn)行時，在燃料氣流沖擊凹部3a之后形成接近于化學(xué)計量狀態(tài)的第二空氣燃料混合物。按照本文的用法，第二空氣燃料混合物是一種接近于化學(xué)計量狀態(tài)的可燃空氣燃料混合物，該混合物是在燃料噴射閥11噴射的燃料氣流沖擊凹部3a，并導(dǎo)流到燃燒室4的上部分之后形成的。因此，該第二空氣燃料混合物形成在凹部3a中以及配置火花塞12的凹部上面空間中，具有極好的點燃性和穩(wěn)定的燃燒性。換言之，在本發(fā)明的第一實施例中，從燃料噴射閥11噴出的燃料氣流可以射到火花塞12，并在燃料氣流沖擊凹部3a，流向燃料室4的上部分之后形成第二空氣燃料混合物。因此，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行于高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B時，該火花塞12被形成和裝配成可以在燃料氣流沖擊凹部3a的底表面，并由凹部3a的底表面導(dǎo)流到燃料室4的上部分之后點燃第二空氣燃料混合物。因為燃料氣流在從燃料噴射閥11噴射之后不直接流向火花塞12，所以可以防止弄臟火花塞12，或者使火花塞12結(jié)污。
在均勻燃燒區(qū)域C運(yùn)行時，均勻的空氣燃料混合物充滿整個燃燒室4，如圖4(d)所示。在本發(fā)明的第一實施例中，均勻燃料模式的燃料噴射角最好設(shè)定在相當(dāng)大，如圖4(a)所示。然而從本說明，技術(shù)人員可以明顯看出，在均勻燃燒區(qū)域C的燃料噴射角不限于圖4(a)所示的噴射角。相反，可以將均勻燃燒區(qū)域C的燃料噴射角設(shè)定在任何角度，只要在燃燒室4中可以形成達(dá)到均勻燃燒的空氣燃料混合物，以實施本發(fā)明，如圖4(d)所示。
如上所述，可以根據(jù)燃料直噴發(fā)動機(jī)的負(fù)載控制從燃料噴射閥11噴出燃料氣流的燃料噴射角。當(dāng)負(fù)載相對低時，在燃料氣流沖擊凹部3a的底表面之前，形成可燃燒的第一空氣燃料混合物，由此可以限制燃料氣流的擴(kuò)散，并形成相當(dāng)小的空氣燃料混合物氣團(tuán)。另一方面，當(dāng)負(fù)載相對高時，使燃料氣流沖擊凹部3a的底表面并導(dǎo)流到該凹部3a的上部空間中，由此促進(jìn)燃料氣流的擴(kuò)散和混合。因此，從凹部3a的內(nèi)部到外部形成相當(dāng)大的第二空氣燃料混合物氣團(tuán)。這種燃料可以在很寬的發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行有效燃燒。圖5(a)示出本發(fā)明第一實施例中由ECU13執(zhí)行的控制流程。第一實施例的燃料直噴發(fā)動機(jī)基本上作成和裝配成可以控制燃料氣流的噴射角和控制燃燒室4中的空氣燃料混合物氣團(tuán)的大小，使得在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A運(yùn)行時，可以在燃料從燃料噴射閥11噴出之后，緊接著由火花塞12點燃該第一空氣燃料混合物，而在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B運(yùn)行時，則在燃料氣流由凹部3a導(dǎo)流到燃燒室上部分之后，火花塞12點燃該第二空氣燃料混合物。
在圖5(a)的程序步S1中，該ECU13裝配成可以根據(jù)從曲軸轉(zhuǎn)角傳感器、油門開度傳感器等的輸入信號檢測燃料直噴發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載。
在程序步S2中，該ECU13作成可以根據(jù)由步驟S1產(chǎn)生的信號決定的燃料直噴發(fā)動機(jī)的操作狀態(tài)，確定是執(zhí)行分層燃燒模式還是執(zhí)行均勻燃燒模式。根據(jù)先前貯存的表確定燃燒模式，該表包括用經(jīng)驗法確定的轉(zhuǎn)速和負(fù)載分別與燃燒模式之間關(guān)系得出的數(shù)值。如果在程序步S2中確定執(zhí)行均勻燃燒模式，則程序進(jìn)到程序步S6。
另一方面，如果在程序步S2中確定進(jìn)行分層燃燒模式，則程序進(jìn)到程序步S3。在程序步S3中，該ECU13作成為可以確定燃料直噴發(fā)動機(jī)的負(fù)載是大于還是等于規(guī)定的負(fù)載。具體是，該規(guī)定的負(fù)載是用來決定內(nèi)燃機(jī)是工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A，還是工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B的閾值。該規(guī)定負(fù)載最好是經(jīng)驗值，并貯存在ECU13中。因此，ECU13可以根據(jù)燃料直噴發(fā)動機(jī)的負(fù)載選擇是在燃料氣流沖擊活塞頂表面上凹部3a之前形成可燃的第一空氣燃料混合物，還是在燃料氣流沖擊活塞頂表面凹部3a之后形成可燃的第二空氣燃料混合物。換言之，如上所述，在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A運(yùn)行時(負(fù)載低于規(guī)定負(fù)載時)，在燃料氣流沖擊凹部3a之前形成可燃的空氣燃料混合物。此時燃料噴射角調(diào)節(jié)到相對較大。而在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B運(yùn)行時(負(fù)載大于規(guī)定負(fù)載時)，在燃料沖擊活塞頂表面之后形成可燃的空氣燃料混合物，此時燃料噴射角設(shè)定在相對較小。因此，如果在程序步S3中發(fā)動機(jī)負(fù)載大于或者等于規(guī)定負(fù)載，則程序進(jìn)到程序步S4。如果在程序步S3中發(fā)動機(jī)負(fù)載小于規(guī)定負(fù)載，則程序進(jìn)到程序步S6。
在程序步S4中，ECU13作成選擇相當(dāng)小的燃料噴射角。程序然后進(jìn)到程序步S5，在此程序步中，ECU13作成選擇較大地升高針閥11A，以達(dá)到相對小的燃料噴射角。
另一方面，在程序S6中，ECU13作成為選擇相對較大的燃料噴射角。程序隨后進(jìn)到程序步S7，在程序步S7中ECU13可以作成為選擇較小的升高針閥11A，以達(dá)到相對大的燃料噴射角。
隨后在程序S8中，ECU13作成為可以根據(jù)在程序步S5或者S7中確定的噴射參數(shù)，輸出一個信號，控制燃料噴射角，該信號使針閥11A升高預(yù)定量。從此說明中，技術(shù)人員當(dāng)然可以看出，在程序步S8中可以作成為輸出一個信號，控制其它的燃料噴射參數(shù)，包括(但不限于)輸出一個驅(qū)動燃料泵9的信號，該燃料泵輸送規(guī)定的燃料壓力。
或者如圖5(b)所示，可以通過查表實現(xiàn)對本發(fā)明燃料直噴發(fā)動機(jī)的控制，該表包括燃料噴射時刻、燃料噴射量和燃料噴射角，該表是對各種操作狀態(tài)預(yù)先制定的。這些表最好預(yù)先用經(jīng)驗方法形成。
具體是，在圖5(b)的程序步S1′中，ECU13作成可以根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角傳感器、油門開度傳感器等的信號測定燃料直噴發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載。
接著在程序步S2′中，ECU13作成可以讀這些表。這些表中預(yù)先貯存基于發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的燃料噴射時刻、燃料噴射量和燃料噴射角。根據(jù)在表中的數(shù)值，該ECU13作成為可以根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)載，選擇是將燃料氣流直接噴向火花塞間隙的附近，還是選擇在先沖擊活塞頂表面，后形成可燃的空氣燃料混合物。具體是，ECU13作成為在使燃料氣流直接噴向火花塞間隙附近時，增加燃料噴射角，而在燃料氣流沖擊活塞頂表面凹部3a之后形成可燃燒第二空氣燃料混合物時，減小燃料噴射角。
在程序步S3′中，該ECU13作成可以按照前面步驟決定的噴射參數(shù)，至少輸出一個信號，控制燃料的噴射，該信號可以驅(qū)動燃料噴射閥11的針閥11A和燃料泵9，該燃料泵輸送規(guī)定的燃料壓力。
因此，采用第一實施例的燃料直噴發(fā)動機(jī)時，可以在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A形成密集第一空氣燃料混合物氣團(tuán)，而在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B運(yùn)行時，能夠形成相當(dāng)大的第二空氣燃料混合物氣團(tuán)。因此，本發(fā)明的燃料直噴發(fā)動機(jī)能夠在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定燃燒。另外，因為在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A運(yùn)行時，燃料不沖擊在活塞頂表面上的凹部3a，所以可以降低未燃燒的碳?xì)浠衔锪亢屠鋮s損耗。因而可以改進(jìn)燃料的消耗，并減小有害氣體的排放。
第二實施例下面參照圖6和7說明本發(fā)明第二實施例的燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)。由于在第一和第二實施例之間具有相同性，所以與第一實施例部件完全相同的第二實施例部件用與第一實施例部件相同的參考編號表示。另外，為簡便起見，省去與第一實施例部件完全相同的第二實施例部件的說明。
圖6是局部橫截面圖，示出第二實施例燃料直噴發(fā)動機(jī)的噴射部分。第二實施例的燃料直噴發(fā)動機(jī)基本上與圖1所示的第一實施例相同，只是在進(jìn)氣凸輪軸的端部裝有空氣泵14，并用雙流體燃料噴射閥11″作燃料噴射閥11。由空氣泵14加壓的空氣經(jīng)空管15輸送到雙流體燃料噴射閥11″并與雙流體燃料噴射閥11″噴射的燃料一起噴射到燃燒室4中。該雙流體燃料噴射閥11″作成和裝配成通過控制雙流體燃料噴射閥11″針閥的上升量將燃料和空氣以預(yù)定的比單獨(dú)地噴射到燃燒室4中。當(dāng)針閥的上升量小時，空氣噴口的開口面積很小，或者基本上為零(換言之，是關(guān)閉的)，該空氣噴口連接于空氣泵14，面向雙流體燃料噴射閥11″。因此，在噴入到燃燒室4的空氣和燃料之間空氣的質(zhì)量與燃料的質(zhì)量之比較小。當(dāng)針閥的上升量較大時，空氣噴口的打開面積較大。因此，空氣的質(zhì)量與燃料的質(zhì)量之比增加。因而，通過改變從雙流體燃料噴射閥11″噴出的空氣量便可以容易改變從雙流體燃料噴射閥11″噴出的燃料和空氣之間的燃料空氣質(zhì)量比。雙流體燃料噴射閥是眾所周知的常規(guī)部件。因為雙流體燃料噴射閥是這種技術(shù)中周知的，所以在下面的說明中不再說明這種構(gòu)件。
圖7(a)是示意圖，示出本發(fā)明第二實施例中發(fā)動機(jī)工作負(fù)載和噴射的燃料空氣質(zhì)量比之間的關(guān)系。圖7(b)-7(d)是燃燒室4的示意橫截面圖，示出在圖7(a)所示各種發(fā)動機(jī)運(yùn)行區(qū)域的運(yùn)行條件下，燃料空氣混合物在燃燒室4中的分布。
如圖7(a)所示，燃料直噴發(fā)動機(jī)作成和裝配成在燃料直噴發(fā)動機(jī)運(yùn)行在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A時，可以增加噴射燃料和空氣的質(zhì)量比。增加燃料與空氣的質(zhì)量比時，增加燃料噴射角。因此如圖7(b)所示，在燃料氣流沖擊活塞的凹部3a之前，可以在燃燒室4的配置火花塞12的上部中心位置形成具有很好點燃性和燃燒穩(wěn)定性的第一空氣燃料混合物。
另一方面，如圖7(b)所示燃料直噴發(fā)動機(jī)作成和裝配成可以在燃料直噴發(fā)動機(jī)運(yùn)行在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B時，增加噴射到燃燒室4中的燃料和空氣的質(zhì)量比。當(dāng)燃料和空氣的質(zhì)量比增加時，燃料噴射角變得較小。因此，如圖7(c)所示，在燃料氣流沖擊凹部3a的底表面促使燃料流體擴(kuò)散和混合之后，從凹部3a的里面到外面形成相當(dāng)大的第二空氣燃料混合物氣團(tuán)。如上所述，從雙流體噴射閥11″噴出的燃料和空氣之間的燃料空氣質(zhì)量比可以通過改變噴入的空氣量容易地改變。
在均勻燃燒區(qū)域C中，均勻的空氣燃料混合物充滿燃燒室4，如圖7(d)所示。在本發(fā)明的第二實施例中，均勻燃燒模式的燃料和空氣質(zhì)量比最好設(shè)定在如圖7(a)所示的較大比值，以達(dá)到相當(dāng)大的燃料噴射角。然而，從本發(fā)明，技術(shù)人員可以明顯看出，在均勻燃燒區(qū)域C中的燃料空氣質(zhì)量比不限于圖7(a)所示的質(zhì)量比。相反，均勻燃燒區(qū)域C的燃料空氣質(zhì)量比可以設(shè)定在任何值，只要在燃燒室中形成達(dá)到均勻燃燒的空氣燃料混合物，以實施本發(fā)明，如圖7(d)所示。
圖8是本發(fā)明第二實施例燃料直噴發(fā)動機(jī)的ECU13執(zhí)行的控制流程圖。圖8中的程序步S21-S23基本上與圖5(a)所示的第一實施例的程序步S1-S3完全相同。在程序步S22中確定執(zhí)行均勻燃燒時，或者在程序步S23中確定負(fù)載小于規(guī)定負(fù)載時(燃料直噴發(fā)動機(jī)運(yùn)行在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A時)，ECU13作成可以在程序步S26中將燃料噴射角設(shè)定在相對較大的角度。因此，在程序步S27中，降低雙流體燃料噴射閥11″的針閥的高度，從而減少從流體燃料噴射閥11″噴出的空氣量，增加燃料的質(zhì)量比，從而達(dá)到相對較大的燃料噴射角。當(dāng)在步驟S24中確定負(fù)載大于規(guī)定負(fù)載時(燃料直噴發(fā)動機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B時)，ECU13作成可以在程序步S24中將燃料噴射角設(shè)定在相對較小的角度。因此，在程序步S25中增加雙流體燃料噴射閥11″的針閥高度，從而增加從雙流體燃料噴射閥11″噴射的空氣量和降低噴射燃料的質(zhì)量比，由此達(dá)到較小的燃料噴射角。
因此在本發(fā)明的第二實施例中，可以用雙流體燃料噴射閥11″作燃料噴射閥，并通過增加和降低噴出的液體空氣質(zhì)量比(燃料質(zhì)量比)來控制燃料噴射角。因此，只需控制雙流體燃料噴射閥11″便可以改變?nèi)剂蠂娚浣?，不會增加噴射閥結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。
第三實施例下面參考圖9-11說明本發(fā)明第三實施例的燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)。由于第一和第三實施例之間具有相似性，所以與第一實施例部件完全相同的第三實施例的部件用與第一實施例部件編號相同的編號表示。另外，為簡便起見，省去了與第一實施例部件完全相同的第三第三實施例的燃料直噴發(fā)動機(jī)基本上與第一實施例的燃料直噴發(fā)動機(jī)相同，只是通過控制噴射燃料氣流時的反壓力(在燃燒室4中的壓力)來改變?nèi)剂蠂娚浣?，控制該反壓力的方法是可變地調(diào)節(jié)進(jìn)氣凸輪的氣門定，例如用示意示于圖1的可變氣門定時機(jī)構(gòu)5a。利用可變氣門定時機(jī)構(gòu)5a可以可變地控制進(jìn)氣凸輪的氣門定時，例如通過改變凸輪的位相或者在許多凸輪之間進(jìn)行切換來進(jìn)行控制。從本發(fā)明技術(shù)人員當(dāng)然可以看出，如何可變地控制進(jìn)氣凸輪氣門定時的結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)。相反，為了實施本發(fā)明的第三實施例，可以采用任何能夠隨意改變氣門定時的任何結(jié)構(gòu)。另外，在本發(fā)明的第三實施例中，可以采用任何類型的燃料噴射閥，例如渦旋式噴射閥或者雙流體燃料噴射閥作燃料噴射閥11，只要從燃料噴射閥11噴射的燃料氣流的燃料噴射角隨反壓力(燃燒室4中的壓力)的降低而增加。
圖9(a)是示意曲線圖，示出本發(fā)明第三實施例中發(fā)動機(jī)工作負(fù)載和進(jìn)氣氣門5關(guān)閉時刻之間的關(guān)系。圖9(b)-9(e)是燃燒室4示意橫截面圖，示出在圖9(a)所示的各種發(fā)動機(jī)操作區(qū)域條件下燃燒室4中空氣燃料混合物的分布，如圖9(a)所示，當(dāng)燃料直噴發(fā)動機(jī)工作在低負(fù)載分層燃料區(qū)域A時，使進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻進(jìn)一步推遲，在推遲進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻時，在噴射燃料的壓縮沖程期間反壓力(燃燒室4中的壓力)便減小。因此，燃料噴射角增加到相當(dāng)大的角度，并在氣流沖擊活塞頂表面的凹部3a之前形成可燃的空氣燃料混合物。因此，在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A運(yùn)行時，通過推遲進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻便可以形成具有極好點燃性和燃燒穩(wěn)定性的空氣燃料混合物，如圖9(b)。
如圖9(b)所示，在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B運(yùn)行時，進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻比低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A運(yùn)行時提前。當(dāng)提前進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻時，反壓力(燃燒室4中的壓力)增加。因此燃料噴射角降低到相對小的角度，使得燃料氣流沖擊活塞頂表面的凹部3a，促使燃料氣流的混合。因此，從凹部3a的里面到外面形成相當(dāng)大的第二空氣燃料混合物氣團(tuán)，如圖9(c)和9(d)。
另外，在本發(fā)明的第三實施例中，當(dāng)負(fù)載在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B(在圖9(a)中表示為“B1”)相對低時，將進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻調(diào)節(jié)到相對后延，使得燃料噴射角設(shè)定在相對較大。在這種情況下，燃料流體先沖擊凹部3a的外周表面，而后流向該凹部3a的中心軸，此時形成第二可燃空氣燃料混合物，如圖9(c)所示。從凹部周底表面流向中心軸線的燃料流體繼續(xù)流向火花塞12的塞隙附近，從而形成相對小的分層燃料混合物。因此在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B中負(fù)載相對低時可以進(jìn)行更穩(wěn)定的燃燒。
另外，當(dāng)在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B(在圖9(a)中表示為“B2”)中負(fù)載相對較大時，進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻可以相對提前，使得燃料噴射角達(dá)到相對較小。在這種情況下，燃料氣流首先沖擊靠近凹部3a中心軸的凹部3a底表面，然后流向凹部3a的外周表面時，形成第二空氣燃料混合物，如圖9(d)所示。從中心軸附近流向外周底表面的燃料氣流繼續(xù)流向火花塞12的塞隙附近，由此形成相當(dāng)大的分層空氣燃料混合物氣團(tuán)。因此，在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B中負(fù)載相對較高時，可以達(dá)到穩(wěn)定燃燒。
在均勻區(qū)域C中，均勻的空氣燃料混合物充滿燃燒室4，如圖9(e)所示。因為在均勻燃燒模式中，在油門大量加油時，需要大量空氣，所以最好提前進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻，比高負(fù)載分層燃燒區(qū)域更提前。
或者，在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B運(yùn)行時，可以將進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻設(shè)定在一個單一的值，如圖10(a)所示。在這種情況下，可以相對提前進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻，使得燃料噴射角相對較小。在這種情況下，燃料氣流首先沖擊凹部中心軸附近的凹部3a的底表面，然后流向凹部3a的外周表面時，形成第二空氣燃料混合物，如圖10(c)所示。從中心軸附近流向外周壁表面的燃料氣流繼續(xù)流向火花塞12塞隙附近，形成相對較大的分層空氣燃料混合物氣團(tuán)。
圖11是第三實施例燃料直噴發(fā)動機(jī)的ECU13執(zhí)行的控制流程圖。
在程序步S31中，ECU13作成可以檢測燃料直噴發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載。在程序步S32中，ECU13作成可以根據(jù)在程序步S31得到的燃料直噴發(fā)動機(jī)的操作狀態(tài)，確定是執(zhí)行分層燃燒，還是執(zhí)行均勻燃燒。當(dāng)ECU13在程序步S32中確定執(zhí)行均勻燃燒時，則程序進(jìn)到程序步S34。在程序步S34中，該ECU13作成可以確定發(fā)動機(jī)負(fù)載是大于還是等于規(guī)定的負(fù)載TB2。因為要執(zhí)行均勻燃燒，所以發(fā)動機(jī)工作在比規(guī)定負(fù)載TB2大的高負(fù)載狀態(tài)下。因此，當(dāng)要執(zhí)行均勻燃燒時，在程序步S34中確定負(fù)載是大于TB2，還是等于TB2，然后在程序步S35中將燃料噴射角設(shè)定在最小角，同時程序進(jìn)到程序步S36。在程序步S36中，該ECU13作成使進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻盡量提前，以便減小燃料噴射期間的反壓力(燃燒室4中的壓力)，使得燃料噴射角被調(diào)節(jié)到最小角θ1。進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻最好提前，比高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B運(yùn)行時更提前，因為均勻燃燒的負(fù)載高于分層燃燒區(qū)域的負(fù)載，需要更多的空氣。
當(dāng)ECU13在程序步S32中確定執(zhí)行分層燃燒時，程序進(jìn)到程序步S33。在程序步S33中，ECU13作成可以確定負(fù)載是大于還是等于規(guī)定的負(fù)載TB1。當(dāng)負(fù)載大于或者等于TB1時，便確定燃料直噴發(fā)動機(jī)操作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B。因此燃料氣流首先沖擊活塞頂表面的凹部3a，然后形成可燃的第二空氣燃料混合物。當(dāng)負(fù)載小于TB1時，便確定燃料直噴發(fā)動機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A。因此，在燃料氣流沖擊活塞頂表面的凹部3a之前，便形成可燃的第一空氣燃料混合物。如上所述，為了在燃料氣流沖擊活塞頂表面凹部3a之前形成第一空氣燃料混合物，可將燃料噴射角調(diào)節(jié)到相對較大。為了在燃料氣流首先沖擊活塞頂表面的凹部3a之后形成第二空氣燃料混合物，可將燃料噴射角調(diào)節(jié)到相對較小。
另外，當(dāng)ECU13在程序步S33中確定負(fù)載大于或等于TB1時，程序進(jìn)到程序步S34，ECU13在該程序步中作成可以確定發(fā)動機(jī)負(fù)載是大于還是等于規(guī)定的負(fù)載TB2。規(guī)定的負(fù)載TB2大于規(guī)定的負(fù)載TB1。在程序步S34中確定負(fù)載大于或等于TB2時，在程序步S35中將燃料噴射角設(shè)定在最小角，同時程序進(jìn)到程序S36。在程序步S36中，ECU13作成可以提前進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時間，從而盡量減小燃料噴射期間的反壓力(燃燒室4中的壓力)，使得燃料噴射角被調(diào)節(jié)到最小角θ1。
當(dāng)程序步S34中確定負(fù)載小于TB2時，則在程序步S37中將燃料噴射角調(diào)到規(guī)定角θ2，該規(guī)定角大于最小角θ1。規(guī)定角θ2被設(shè)定在較小角度，小于在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A中所用的燃料噴射角。隨后在程序步S38中調(diào)節(jié)進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻，使得燃料噴射角達(dá)到規(guī)定的角度θ2。換言之，進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻比負(fù)載大于或等于規(guī)定負(fù)載TB2時所用關(guān)閉時刻更延遲。在程序步S38中設(shè)定的關(guān)閉時刻比低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A中所用的關(guān)閉時刻更提前。
當(dāng)程序步S33中確定負(fù)載低于規(guī)定負(fù)載TB1時，在程序步S39中將燃料噴射角設(shè)定在相對較大的角度。然后在程序步S40中，延遲進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻，使得反壓力(燃燒室4中的壓力)增加，從而達(dá)到大的燃料噴射角。
在程序步S41中ECU13作成可以控制燃料噴射角，方法是，輸出一個信號，該信號將進(jìn)氣氣門驅(qū)動到按先前程序步驟確定的燃料噴射角設(shè)定的關(guān)閉時刻。
因此在本發(fā)明的第三實施例中，可以通過控制進(jìn)氣氣門5的關(guān)閉時刻改變反壓力，由此可以改變?nèi)剂蠂娚浣?。因此可以增加或降低燃料噴射角，而不會使燃料噴射閥的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。另外，可以在各種控制區(qū)域中容易地改變噴射角，從而可以產(chǎn)生適合于特定負(fù)載條件的空氣燃料混合物。
第四實施例下面參照圖12和13說明第四實施例的燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)。由于第一和第四實施例之間的類似性，所以與第一實施例部件完全相同的第四實施例部件用與第一實施例部件編號相同的編號表示。另外，為簡便起見，省去與第一實施例部件完全相同的第四實施例部件的說明。
第四實施例燃料直噴發(fā)動機(jī)的構(gòu)成基本上與圖1所示第一實施例的構(gòu)成相同，只是燃料泵9被作成和裝配成可以可變地控制燃料壓力。另外，燃料泵9裝配成具有可以執(zhí)行燃料壓力反饋控制的燃料壓力傳感器。另外，在本發(fā)明的第四實施例中，燃料噴射閥11這樣形成和裝配，使得通過降低燃料壓力可以降低燃料氣流的穿透力。因此，第四實施例的燃料直噴發(fā)動機(jī)作成和裝配成可以改變?nèi)剂狭黧w的穿透力，由此控制第一和第二空氣燃料混合物的形成。具體是，當(dāng)燃料氣流的穿透力較小時，燃料氣流在沖擊活塞的凹部3a之前，形成第一空氣燃料混合物。當(dāng)燃料氣流穿透力較大時，燃料氣流在沖擊活塞的凹部3a之后，形成第二空氣燃料混合物。因此在本發(fā)明的第四實施例中，在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A運(yùn)行時，燃料壓力被設(shè)定在相對較小，由此形成第一空氣燃料混合物，而在高負(fù)載分層區(qū)域B運(yùn)行時，燃料壓力被設(shè)定得相對較大，從而形成第二空氣燃料混合物。從本發(fā)明，技術(shù)人員當(dāng)然應(yīng)當(dāng)看出，可以應(yīng)用任何類型的燃料噴射閥例如渦流型噴射閥和雙流體燃料噴射閥作燃料噴射閥11，只要燃料噴射閥11作成和裝配成在降低燃料壓力時可以減小燃料氣流的穿透力。
圖12(a)是示意曲線圖，示出本發(fā)明第三實施例中發(fā)動機(jī)工作負(fù)載和燃料壓力之間的關(guān)系的一例子。圖12(b)-12(d)是燃燒室4的示意橫截面圖，示出在圖12(a)所示各種發(fā)動機(jī)操作負(fù)載條件下燃燒室4中空氣燃料混合物的分布。
如圖12(a)所示，當(dāng)燃料直噴發(fā)動機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A時，將燃料壓力設(shè)定得相對較低，從而減小燃料氣流的穿透力。因此，在燃料氣流沖擊活塞頂表面的凹部3a之前便在燃燒室4的上部中心區(qū)域中形成點燃性極好燃燒穩(wěn)定的第一空氣燃料混合物，如圖12(b)所示。
當(dāng)燃料直噴發(fā)動機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B時，燃料壓力設(shè)定得相當(dāng)高，從而增加燃料氣流的穿透力。因此，從燃料噴射閥11噴出的燃料氣流沖擊活塞的凹部3a，促使燃料氣流的擴(kuò)散和混合，由此在凹部3a的內(nèi)部到外部形成相當(dāng)大的第二空氣燃料混合物氣團(tuán)，如圖12(c)所示。
在均勻燃燒區(qū)域C中，均勻的空氣燃料混合物充滿燃燒室4，如圖12(d)所示。在本發(fā)明的第四實施例中，均勻燃燒模式的燃料壓力最好設(shè)定在相對較小的角度，如圖12(a)所示，以便得到相對較小的燃料氣流穿透力。然而從本說明技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)看出，在均勻燃燒區(qū)域C中的燃料壓力不限于圖4(a)所示的燃料壓力。相反，在均勻燃燒區(qū)域C中可以將燃料壓力設(shè)定在任何值，只要在燃燒室4中能夠形成達(dá)到均勻燃燒的空氣燃料混合物，以實施本發(fā)明，如圖12(d)所示。
圖13是本發(fā)明第四實施例燃料直噴發(fā)動機(jī)的ECU13執(zhí)行的控制流程圖。
圖13的程序步S61-S63與圖5(a)所示第一實施例的程序步S1-S3相同。當(dāng)在程序步S62中確定執(zhí)行均勻燃燒時，或者在程序步S63中確定負(fù)載不大于或者等于規(guī)定負(fù)載時(燃料直噴發(fā)動機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A時)，ECU13作成可以在程序步S66中將燃料氣流穿透力設(shè)定得相對較小。當(dāng)燃料氣流穿透力設(shè)定得相對較小時，在燃燒室4中，在燃料氣流沖擊活塞頂表面的凹部3a之前便形成可燃的第一空氣燃料混合物。因此在程序步S67中，ECU13作成可以將燃料壓力調(diào)節(jié)到相對較低，從而達(dá)到在程序步S66中設(shè)定相對較小的燃料氣流穿透力。另一方面，當(dāng)在程序步S63中確定負(fù)載大于或等于規(guī)定負(fù)載時(燃料直噴發(fā)動機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B時)，ECU13作成可以在程序步S64中將燃料氣流穿透力設(shè)定得相當(dāng)大。當(dāng)燃料氣流穿透力相當(dāng)大時，燃料流體首先沖擊活塞頂表面的凹部3a，然后形成可燃第二空氣燃料混合物。因此在程序步S65中ECU13作成為可以將燃料壓力設(shè)定在相對較低，以便達(dá)到在程序步S64設(shè)定的相對較大的燃料氣流穿透力。
在程序步S68中，ECU13作成可以控制燃料氣流穿透力，方法是輸出一個信號，該信號按照在前面程序步中對各個區(qū)域設(shè)定的燃料氣流穿透力，將燃料噴射壓力驅(qū)動到規(guī)定壓力。
因此，在本發(fā)明的第四實施例中，通過改變?nèi)剂蠅毫Ρ憧梢匀菀赘淖內(nèi)剂蠚饬鞯拇┩噶Α?br> 或者，為了降低燃料氣流的穿透力，還可以采用一種能降低噴口橫截面積的裝置。在這種情況下，也容易改變?nèi)剂蠚饬鞯拇┩噶ΑＡ硗?，在減小噴口的橫截面時還可以改進(jìn)燃料微滴的原子化。
另外，為了降低燃料氣流的穿透力還可以增強(qiáng)燃燒室4中的渦旋流。在這種情況下，也容易改變?nèi)剂蠚饬鞯拇┩噶?。在增?qiáng)燃燒室4中的渦旋流時，可進(jìn)一步促使空氣燃料混合物的混合。
第五實施例下面參考圖14(a)-14(e)說明第五實施例的燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)。由于第四和第五實施例之間具有相似性，所以與第四實施例部件完全相同的第五實施例部件用與第四實施例部件編號相同的編號表示。另外，為簡明起見，省去與第四實施例部件完全相同的第五第五實施例燃料直噴內(nèi)燃機(jī)的組成基本上與第四實施例相同，只是燃料噴射閥11是渦流式噴射閥，并且燃料泵9作成為可以控制燃料噴射壓力，從而改變從燃料噴射閥11噴出的燃料流體的燃料噴射角。由于采用渦流式燃料噴射閥11，所以在燃料噴射壓力增加時，燃料噴射角增加，而在燃料噴射壓力降低時，燃料噴射角降低。因此在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A中可以增加燃料噴射壓力來增加燃料噴射角，并形成可燃的第一空氣燃料混合物，該混合物在燃料氣流沖擊凹部3a之前便發(fā)生燃燒。而在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B中，可以通過降低燃料噴射壓力來減小燃料噴射角，因此形成第二空氣燃料混合物，這種混合物在燃料流體沖擊凹部3a和流到燃燒室4的上部分之后才開始燃燒。
圖14(a)是示意曲線圖，示出本發(fā)明第四實施例中發(fā)動機(jī)工作負(fù)載和燃料噴射壓力之間關(guān)系的另一例子。圖14(b)-14(e)是燃燒室4的示意橫截面圖，示出在圖14(a)中所示各種發(fā)動機(jī)工作負(fù)載條件下在燃燒室中空氣燃料混合物的分布。
如圖14(a)所示，燃料噴射壓力最好按照發(fā)動機(jī)工作負(fù)載連續(xù)改變。具體是，在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A，燃料噴射壓力被設(shè)定為相當(dāng)大，并且燃料噴射壓力隨負(fù)載的增加而降低。因此，低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A的燃料噴射角相當(dāng)大，而且燃料噴射角隨負(fù)載的增加而減小。因此，在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域A期間，在燃料流體沖擊凹部3a之前便形成第一空氣燃料混合物。當(dāng)負(fù)載在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B(在圖14(a)表示為“B1”)條件下相對較低時，該燃料噴射壓力被設(shè)定為可以達(dá)到這樣一個燃料噴射角，在此燃料噴射角時，燃料氣流首先沖擊凹部3a的外周表面，然后流向凹部3a的中心軸，此時形成第二可燃的空氣燃料混合物，如圖14(c)所示。從凹部外周壁表面流向活塞3中心軸的燃料流體繼續(xù)流到火花塞12的塞隙，由此形成相當(dāng)小的分層空氣燃料混合物，因此，當(dāng)在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B的負(fù)載相對低時，可以獲得更穩(wěn)定的燃燒。
另一方面，當(dāng)在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B(在圖14(a)表示為“B2”)中負(fù)載相當(dāng)對較時，可以將燃料噴射壓力設(shè)定在達(dá)到這樣一個燃料噴射角，在此燃料噴射角時，燃料流體首先沖擊靠近凹部中心軸的凹部3a底表面，然后射向凹部3a的外周表面，由此形成第二空氣燃料混合物，如圖14(d)所示。從活塞中心軸附近流向凹部3a外周表面的燃料流體繼續(xù)流到火花塞12的塞隙附近，由此形成相對較大的分層空氣燃料混合物氣團(tuán)。因此，在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B的負(fù)載相當(dāng)高時，可以達(dá)到穩(wěn)定燃燒。
因此，本發(fā)明的第五實施例采用渦流式噴射閥作燃料噴射閥11，并且可以通過改變?nèi)剂蠅毫?燃料噴射壓力)改變?nèi)剂蠂娚浣?，而不會使噴射閥11的結(jié)構(gòu)變復(fù)雜。
另外，當(dāng)在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B的負(fù)載相對低時，可以形成相對較小的第二分層空氣燃料混合物，因為燃料氣流從凹部3a的外周底表面流向活塞的中心軸。另一方面，當(dāng)在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域B的負(fù)載相對較大時，可以形成相對較大的第二分層空氣燃料混合物，因為燃料氣流從活塞的中心軸流向凹部3a的外周底表面。因此，可以形成更適合于特定發(fā)動機(jī)工作負(fù)載的第二空氣燃料混合物。所以可以提高燃燒穩(wěn)定和效率。
替代形狀的燃燒室4在上述的第一至第五實施例中，燃燒室4可以作成為具有如圖15(a)所示的替代形狀。具體是，燃燒室4的替代形狀具有圓錐形的導(dǎo)流壁(擴(kuò)孔)，該導(dǎo)流壁圍繞噴射閥11或者其噴頭的外周，如圖15(a)所示。這樣成形該導(dǎo)流壁(擴(kuò)孔)，使得在燃料噴射角度小時(低燃料壓力、低燃料比、高反壓力時)，燃料氣流幾乎不表現(xiàn)出任何附壁效應(yīng)，而在燃料噴射角大時(高燃料壓力、高燃料比、低反壓力時)，則表現(xiàn)出較大的附壁效應(yīng)。當(dāng)存在較大的附壁效應(yīng)時，更多的燃料流體靠近燃燒室4的導(dǎo)流壁和上部壁表面。因此可以圍繞燃料噴射閥的外周面形成近似圓錐形的擴(kuò)孔，以及有效利用由此形成的附壁效應(yīng)，可以更容易地改變?nèi)剂蠂娚浣恰Ｓ捎诓捎萌紵?的替代形狀，所以與不具有圖15(b)所示導(dǎo)流壁的燃燒室4的形狀相比，除通過控制燃料壓力、燃料空氣質(zhì)量比或者反壓力控制流體噴射角而外，本發(fā)明的燃料直噴發(fā)動機(jī)可以通過形成導(dǎo)流壁(擴(kuò)孔)，更有效改變?nèi)剂蠂娚浣?。特別是，因為導(dǎo)流壁(擴(kuò)孔)近似于圓錐形，所以可利用圍燃料氣流的外邊緣的附壁效應(yīng)，更有效地改變?nèi)剂蠂娚浣恰?br> 按照本發(fā)明的用法，以下的方向性術(shù)語“前面、后面、上面、下面、垂直、水平、在下面和橫向”以及任何其它類似的方向性術(shù)語是指裝有本發(fā)明的車輛的那些方向。因此，這些術(shù)語在用來說明本發(fā)明時，應(yīng)當(dāng)理解為是相對于裝有本發(fā)明的車輛而言。
本文用來描述裝置的一個元件或者一部分的術(shù)語“成形為”包括為實現(xiàn)要求功能而制造和/或編有程序的硬件和/或軟件。
另外，在權(quán)利要求書中表示為“裝置和功能”的術(shù)語應(yīng)當(dāng)包括任何構(gòu)件，可以應(yīng)用該構(gòu)件來實施本發(fā)明那部分的功能。
按照本發(fā)明的用法，表示程度的術(shù)語例如“大體”、“約”和“近似”是指所修飾術(shù)語的適當(dāng)偏差量，使得最后結(jié)果不會顯著變化。例如這些術(shù)語可以被解釋為包含所修飾術(shù)語的至少±5％的偏差，只要這種偏差不會否定所修飾詞的意義。
本申請要求日本專利申請No.2002-374874和2003-25914的先有權(quán)。該日本專利申請No.2002-374874和2003-25914的全部內(nèi)容已作為參考包含本文中。
盡管只根據(jù)選出的實施例來說明本發(fā)明，但是從本發(fā)明中，技術(shù)人員可以明顯看出，可以進(jìn)行各種改變和變型而不超出權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的范圍。另外，本發(fā)明實施例的上述說明僅僅是例示性的，沒有限制本發(fā)明的目的，本發(fā)明只由所附的權(quán)利要求和其等價說明確定。因此，本發(fā)明的范圍不限于公開的實施例。
權(quán)利要求
1.一種燃料直噴發(fā)動機(jī)，包括燃燒室；配置在燃燒室上表面上的火花塞；燃料噴射閥，配置在燃燒室上表面的大體中心部分，該燃料噴射閥作成和裝配成能將燃料流(fuel stream)直接噴射到燃燒室內(nèi)；活塞，具有導(dǎo)流壁表面，該導(dǎo)流壁表面作成和裝配成可以引導(dǎo)從燃料噴射閥噴出的燃料流；控制器，作成和裝配成可以控制火花塞和燃料噴射閥的操作該控制器還作成和裝配成在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，可以點燃在燃料流從燃料噴射閥噴出之后和在大部分燃料流由活塞的導(dǎo)流壁表面導(dǎo)流之前直接形成的第一空氣燃料混合物；該控制器還作成和裝配成在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，可以點燃在大部分燃料流由活塞的導(dǎo)流壁表面導(dǎo)流到燃燒室的上部分之后形成的第二空氣燃料混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該控制器還作成和裝配成在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，在燃料噴射閥噴出的燃料流的前端達(dá)到活塞之前可以點燃第一空氣燃料混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該活塞包括由導(dǎo)流壁表面形成的凹部，該凹部具有大體圓形的水平橫截面形狀，該凹部基本上與燃料噴射閥噴出的燃料流同心。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該導(dǎo)流壁表面包括凹部底表面和凹部外周壁表面，該外周壁表面從凹部底表面伸出，該凹部外周壁表面的取向角形成在活塞軸線和從燃料噴射閥噴射的燃料流的近似方向之間。
5.如權(quán)利要求4所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該控制器還作成和裝配成在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，可以控制燃料噴射閥，使得從燃料噴射閥噴出的燃料流先沖擊凹部的底表面，然后由凹部外周壁表面導(dǎo)流，流向燃燒室的上部分，形成第二空氣燃料混合物。
6.如權(quán)利要求4所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該控制器還作成和裝配成在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，可以控制燃料噴射閥，使得從燃料噴射閥噴出的燃料流首先沖擊凹部外周壁表面，然后由凹部底表面導(dǎo)流，流向燃燒室的上部分，由此形成第二空氣燃料混合物。
7.如權(quán)利要求1所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該控制器還作成和裝配成可以改變控制參數(shù)，以便改變從燃料噴射閥噴出的燃料流的穿透力，并且，該控制器還作成和裝配成可以調(diào)節(jié)控制參數(shù)，使得在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域時的燃料流的穿透力小于在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時的燃料流的穿透力。
8.如權(quán)利要求7所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該控制器還作成和裝配成可以設(shè)定燃料壓力，使得燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域時的燃料壓力小于燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時的燃料壓力。
9.如權(quán)利要求1所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，控制器還作成和裝配成可以改變控制參數(shù)，從而控制從燃料噴射閥噴出的燃料流，并且，燃料控制器還作成和裝配成可以調(diào)節(jié)控制參數(shù)，使得在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，在燃料流從燃料噴射閥噴出之后，該燃料流便直接射到火花塞的附近，而在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，在燃料流由導(dǎo)流壁表面導(dǎo)流之后，該燃料流才流到火花塞的附近。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，燃料噴射閥被作成和裝配成可以噴射燃料流，使得燃料流形成圓錐形，并且，該控制器還作成和裝配成可以調(diào)節(jié)控制參數(shù)，使得在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域的燃料氣流的燃料流噴射角大于燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時的燃料流的燃料噴射角。
11.如如權(quán)利要求10所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該控制器還作成和裝置成可以調(diào)節(jié)燃料壓力，使得燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域時的燃料壓力大于燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時的燃料壓力。
12.如權(quán)利要求10所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該控制器還作成和裝配成可以調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的壓力，使得燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，噴射燃料時的燃燒室內(nèi)部的壓力小于在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時噴射燃料時的燃燒室內(nèi)部的壓力。
13.如權(quán)利要求10所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，該燃料噴射閥是雙流體燃料噴射閥，該噴射閥按預(yù)定比值噴射燃料和空氣，并且，控制器還作成和裝配成可以調(diào)節(jié)燃料空氣比，使得在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域時的燃料空氣比大于燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時的燃料空氣比。
14.如權(quán)利要求10所述的燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，還包括燃燒室導(dǎo)流壁表面，該壁表面大體為圓錐形，靠近燃料噴射閥的頂端。
15.一種燃料直噴內(nèi)燃機(jī)，包括用于形成燃燒室的裝置；點燃裝置，用于點燃在燃燒室內(nèi)形成的第一和第二空氣燃料混合物；燃料噴射裝置，用于直接將燃料流噴射到燃燒室中；燃料流導(dǎo)流裝置，用于使從燃料噴射閥噴出的燃料流流到點燃裝置的附近；控制裝置，用于控制點燃裝置和燃料噴射裝置，以便在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，點燃在從燃料噴射裝置噴射燃料流以后和在大部分燃料流由導(dǎo)流裝置導(dǎo)流之前直接形成的第一空氣燃料混合物，并在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，點燃在大部分燃料流由燃料流導(dǎo)流裝置導(dǎo)流到燃燒室上部分以后形成的第二空氣燃料混合物。
16.一種運(yùn)行燃料直噴內(nèi)燃機(jī)的方法，該方法包括將燃料流直接噴入燃燒室中；選擇性地將燃料流導(dǎo)向火花塞；在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，選擇性地點燃在燃料流噴入燃燒室之后和在大部分燃料流被向后導(dǎo)流到火花塞之前直接形成的第一空氣燃料混合物；在燃料直噴內(nèi)燃機(jī)工作在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域時，選擇性地點燃在大部分燃料流導(dǎo)流到火花塞之后形成的第二空氣燃料混合物。
全文摘要
燃料直噴火花點燃內(nèi)燃機(jī)包括燃料噴射閥和活塞，前者配置在燃燒室上部的上表面大體中心部分，而后者的頂面上具有凹部，使得從燃料噴射閥噴出的大體圓錐燃料氣流的中心軸基本上與活塞的中心軸重合。在低負(fù)載分層燃燒區(qū)域中進(jìn)行火花點燃時，增加噴射角，由此在燃料流體沖擊活塞頂表面凹部之前形成第一可燃的空氣燃料混合物。在高負(fù)載分層燃燒區(qū)域中，降低燃料噴射角，以便在燃料氣流沖擊活塞頂表面凹部之后形成第二可燃空氣燃料混合物。
文檔編號F02D13/02GK1510257SQ20031012358
公開日2004年7月7日 申請日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
發(fā)明者堀田勇, 平谷康治, 治, 久保賢明, 明, 彥, 角方章彥 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社