專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制裝置，特別涉及能在更廣的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，執(zhí)行使NOx及煙塵大幅度降低的預(yù)混合燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制裝置。
背景技術(shù)：
已往，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，一般當(dāng)汽缸內(nèi)(燃燒室內(nèi))達(dá)到高溫、高壓時(shí)即活塞在壓縮上死點(diǎn)附近時(shí)，噴射燃料進(jìn)行燃燒。
被噴射的燃料與吸入空氣混合，成為混合氣，該混合氣點(diǎn)火形成火焰，向該火焰繼續(xù)供給噴射的燃料，使燃燒持續(xù)。該燃燒方式是在燃料的噴射中開(kāi)始點(diǎn)火，在本說(shuō)明書(shū)中將其稱為通常燃燒。
近年來(lái)，提出了一種新的燃燒方式(例如日本專利文獻(xiàn)1和2)，該燃燒方式，是通過(guò)使燃料噴射時(shí)間比壓縮上死點(diǎn)提前，加長(zhǎng)點(diǎn)火延遲期間，促進(jìn)燃料與吸入空氣充分混合，不造成大幅度的燃料消耗率降低，而可大幅度地降低NOx和煙塵。
具體地說(shuō)，是從壓縮上死點(diǎn)前的吸氣行程到壓縮行程之間，進(jìn)行燃料噴射，經(jīng)過(guò)燃料噴射結(jié)束后的預(yù)定的點(diǎn)火延遲期間，開(kāi)始點(diǎn)火。該燃燒方式，點(diǎn)火延遲期間長(zhǎng)，混合氣被充分地稀薄、均勻化，所以，局部的燃燒溫度下降，NOx排出量減少。另外，因避免了局部空氣不足狀態(tài)的燃燒，所以煙塵也被抑制。在本說(shuō)明書(shū)中，把這樣在燃料噴射結(jié)束后開(kāi)始點(diǎn)火的燃燒方式，稱為預(yù)混合燃燒。
專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)平9-112325號(hào)公報(bào)；專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)平10-331690號(hào)公報(bào)；專利文獻(xiàn)3日本特開(kāi)2000-145507號(hào)公報(bào)；專利文獻(xiàn)4日本特開(kāi)2000-207890號(hào)公報(bào)；專利文獻(xiàn)5日本特開(kāi)2001-20784(段落“0094”～“0100”，圖20等)；專利文獻(xiàn)6日本特開(kāi)2000-130200號(hào)公報(bào)(圖1等)。
上述的預(yù)混合燃燒方式，雖然對(duì)改善廢氣是有效的，但是，它只適用于發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)荷、低旋轉(zhuǎn)區(qū)域，在高負(fù)荷、高旋轉(zhuǎn)區(qū)域，不得不切換為通常的燃燒方式。例如，專利文獻(xiàn)2中記載的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，在低、中負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用早期噴射進(jìn)行預(yù)混合燃燒，在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)行在壓縮上死點(diǎn)附近噴射的通常燃燒。
之所以在高負(fù)荷、高旋轉(zhuǎn)區(qū)域不能采用預(yù)混合燃燒，是因?yàn)椴荒艽_保所需的正確點(diǎn)火。
具體地說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度低的情形下，由于汽缸內(nèi)的燃料處于高溫、高壓的期間比較長(zhǎng)，所以，容易進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，容易確保點(diǎn)火。而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度高時(shí)，汽缸內(nèi)的燃料處于高溫、高壓的期間比較短，所以容易熄火。在預(yù)混合燃燒時(shí)，由于混合氣的稀薄、均勻化，緩和了缸內(nèi)溫度的不均勻，所以，在燃燒開(kāi)始還未產(chǎn)生充分的發(fā)熱反應(yīng)就到達(dá)膨脹行程，有熄火的可能性。因此，在高旋轉(zhuǎn)區(qū)域，要切換到混合氣的濃度分布產(chǎn)生不均勻的通常燃燒，以防止熄火。
另外，在發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)荷區(qū)域，如果早期進(jìn)行燃料噴射，則會(huì)產(chǎn)生劇烈的柴油機(jī)爆震，所以切換為通常燃燒。
在專利文獻(xiàn)3和4中，揭示了一種發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮上死點(diǎn)之前，進(jìn)行用于預(yù)混合的、比較少量的引燃(pilot)噴射，在壓縮上死點(diǎn)附近，進(jìn)行用于通常燃燒的、比較多量的主噴射。
根據(jù)該二級(jí)噴射方式，由于通過(guò)主噴射可確保點(diǎn)火，所以，可適用于更廣的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域。
但是，主噴射中被噴射的燃料，是以通常燃燒方式燃燒，所以，與單級(jí)噴射的預(yù)混合燃燒相比，其NOx和煙塵排出量當(dāng)然會(huì)多。
另外，為了減少NOx，把廢氣回流到燃燒室內(nèi)的EGR(廢氣再循環(huán))是效的。但是，在通常燃燒中，如果提高EGR率，則導(dǎo)致空氣不足，產(chǎn)生煙塵，所以，在已往的二級(jí)噴射方式中，必須要抑制EGR率。為此，NOx也有一定程度的排出。雖然可以用后處理裝置來(lái)凈化煙塵和NOx，但導(dǎo)致燃料消耗率降低和成本增加。
此外，上述單級(jí)噴射的預(yù)混合燃燒中，也同樣地，如果提高EGR，則導(dǎo)致氧濃度降低，更容易熄火，所以，不能充分得到EGR的NOx降低效果。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題，提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制裝置，該裝置能在更廣的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域執(zhí)行使NOx和煙塵大幅度減少的預(yù)混合燃燒。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制裝置，備有向燃燒室內(nèi)噴射燃料的燃料噴射閥、調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的混合氣點(diǎn)火時(shí)期的點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、控制上述燃料噴射閥和上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)，其特征在于，上述控制機(jī)構(gòu)控制上述燃料噴射閥，使其至少執(zhí)行從吸氣行程到壓縮行程間進(jìn)行的第1噴射、和該第1噴射執(zhí)行后在壓縮上死點(diǎn)附近進(jìn)行的第2噴射；并且，上述控制機(jī)構(gòu)控制上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得由上述第1噴射和第2噴射中被噴射的燃料和吸入空氣等所形成的混合氣，在第2噴射的噴射結(jié)束后點(diǎn)火。
上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，由將廢氣回流到上述燃燒室內(nèi)的廢氣回流機(jī)構(gòu)、變更上述燃燒室容積而使壓縮比變化的可變壓縮比機(jī)構(gòu)、變更吸排氣閥的開(kāi)閉時(shí)間而使壓縮比變化的可變閥時(shí)間機(jī)構(gòu)、把水或酒精等液體噴射到上述燃燒室內(nèi)的噴射機(jī)構(gòu)等各機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或由若干個(gè)組合而成。
上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)備有靠近燃燒室內(nèi)而設(shè)置的火花塞、和對(duì)該火花塞通電使燃燒室內(nèi)的混合氣點(diǎn)火的通電機(jī)構(gòu)。
上述控制機(jī)構(gòu)控制上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得上述燃燒室內(nèi)的混合氣點(diǎn)火時(shí)的、在上述第2噴射中形成的混合氣的混合氣濃度頻度分布的峰值，成為當(dāng)量比不高于2的值。
上述控制機(jī)構(gòu)決定上述第1噴射的噴射量和/或噴射時(shí)期，使得燃燒室內(nèi)的混合氣點(diǎn)火時(shí)的、由上述第1噴射所形成的混合氣的混合氣濃度頻度分布的峰值，成為當(dāng)量比不高于1的值。
另外，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制裝置，備有向燃燒室內(nèi)噴射燃料的燃料噴射閥、調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的混合氣點(diǎn)火時(shí)期的點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、控制上述燃料噴射閥和點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)，其特征在于，上述控制機(jī)構(gòu)的燃料噴射模式至少具有單級(jí)預(yù)混合燃燒模式和多級(jí)預(yù)混合燃燒模式中的一種；上述單級(jí)預(yù)混合燃燒模式，在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)處于低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷區(qū)域時(shí)，控制燃料噴射閥，使其在從吸氣行程到壓縮行程間執(zhí)行一次噴射；上述多級(jí)預(yù)混合燃燒模式，在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)處于與執(zhí)行上述單級(jí)預(yù)混合燃燒模式的區(qū)域相比為高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷區(qū)域時(shí)，控制上述燃料噴射閥，使其至少執(zhí)行從吸氣行程到壓縮行程間進(jìn)行的第1噴射、和該第1噴射執(zhí)行后在壓縮上死點(diǎn)附近進(jìn)行的第2噴射，并且，控制上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得通過(guò)上述第1噴射和第2噴射噴射的燃料和吸入空氣等所形成的混合氣，在上述第2噴射的噴射結(jié)束后點(diǎn)火。
上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)備有把廢氣回流到燃燒室內(nèi)的廢氣回流機(jī)構(gòu)；作為上述燃料噴射模式，上述控制機(jī)構(gòu)還備有通常燃燒模式，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)處于比執(zhí)行上述多級(jí)預(yù)混合燃燒模式的區(qū)域高負(fù)荷區(qū)域時(shí)，控制上述燃料噴射閥，使其至少在壓縮上死點(diǎn)附近執(zhí)行一次噴射；上述控制機(jī)構(gòu)，在從多級(jí)預(yù)混合燃燒模式轉(zhuǎn)移至通常燃燒模式時(shí)，控制上述燃料噴射閥，使上述多級(jí)預(yù)混合燃燒模式的上述第1噴射的噴射量漸漸減少，并使上述第2噴射的噴射量漸漸增加到上述通常燃燒模式的目標(biāo)噴射量，并且，控制機(jī)構(gòu)控制上述廢氣回流機(jī)構(gòu)，使得隨著上述第2噴射的噴射量的增加，廢氣的回流率漸漸減少。


圖1是備有本發(fā)明一實(shí)施方式之燃燒控制裝置的、共軌式直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
圖2是曲線圖，表示進(jìn)行單級(jí)預(yù)混合噴射時(shí)、和進(jìn)行不調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)期的二級(jí)預(yù)混合噴射時(shí)的缸內(nèi)氣體平均溫度、熱釋放率、缸內(nèi)壓力的測(cè)定結(jié)果。
圖3是曲線圖，表示進(jìn)行單級(jí)預(yù)混合噴射時(shí)、和進(jìn)行不調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)期的二級(jí)預(yù)混合噴射時(shí)的NOx、THC、CO的排出量和燃料消耗率的測(cè)定結(jié)果。
圖4是曲線圖，表示進(jìn)行調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)期的二級(jí)預(yù)混合噴射時(shí)的缸內(nèi)氣體平均溫度、熱釋放率、缸內(nèi)壓力的測(cè)定結(jié)果。
圖5(a)是表示混合氣濃度頻度分布與煙塵形成率之間關(guān)系的曲線圖，表示排出多量煙塵時(shí)的情形。
圖5(b)是表示混合氣濃度頻度分布與煙塵形成率之間關(guān)系的曲線圖，表示不排出煙塵時(shí)的情形。
圖6是曲線圖，表示本發(fā)明一實(shí)施方式之燃料噴射控制裝置中的、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與燃料噴射模式之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的一實(shí)施方式。
本實(shí)施方式適用于共軌式直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，參照?qǐng)D1說(shuō)明其概略構(gòu)造。圖1中僅示出了一個(gè)汽缸，當(dāng)然也可以是多汽缸。
圖中，1是發(fā)動(dòng)機(jī)本體，由汽缸2、汽缸頭3、活塞4、吸氣口5、排氣口6、吸氣閥7、排氣閥8、噴射器9等構(gòu)成。在汽缸2和汽缸頭3的空間，形成燃燒室10。燃料從噴射器(燃燒噴射閥)9直接被噴射到燃燒室10內(nèi)。在活塞4的頂部形成空腔11，該空腔11作為燃燒室10的一部分?？涨?1形成為底部中央隆起的凹狀燃燒室方式。噴射器9與汽缸2大體同軸地配置，從若干個(gè)噴射孔同時(shí)呈放射狀地噴射燃料。噴射器9與共軌(common rail)24連接，儲(chǔ)存在該共軌24內(nèi)的高壓燃料常時(shí)地供給到噴射器9。由高壓供油泵25向共軌24壓送燃料。
吸氣口5與吸氣管12連接，排氣口6與排氣管13連接。
本實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)，備有將廢氣回流到燃燒室10內(nèi)的EGR裝置(廢氣回流機(jī)構(gòu))19。EGR裝置19備有連接吸氣管12與排氣管13的EGR管20、調(diào)節(jié)EGR率的EGR閥21、在EGR閥21的上流側(cè)冷卻EGR氣體的EGR冷卻器22。在吸氣管12中，在與EGR管20連接部的上流側(cè)，設(shè)有用于適當(dāng)節(jié)流吸氣的吸氣節(jié)流閥23。
還設(shè)有用于電子控制該發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元(下面稱為ECU)26。ECU26用各種傳感器檢測(cè)實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并根據(jù)該發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，控制噴射器9、EGR閥21、吸氣節(jié)流閥23、調(diào)量閥(未圖示)等，該調(diào)量閥用于調(diào)節(jié)來(lái)自高壓供油泵25的燃料壓送量。上述各種傳感器，包括檢測(cè)油門開(kāi)度(アクセル開(kāi)度)的油門開(kāi)度傳感器14、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)傳感器15、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄軸(未圖示)角度的曲柄角度傳感器16、檢測(cè)共軌24內(nèi)的燃料壓力的共軌壓傳感器17等，實(shí)際的油門開(kāi)度、發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、曲柄角度、共軌壓等輸入到ECU。
噴射器9具有電磁螺線管，該電磁螺線管作為被ECU 26開(kāi)/閉的電磁促動(dòng)器，當(dāng)電磁螺線管為ON的開(kāi)狀態(tài)時(shí)，噴射燃料，當(dāng)電磁螺線管為OFF的關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，停止噴射燃料。ECU 26主要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和油門開(kāi)度，決定燃料噴射量和燃料噴射時(shí)期(時(shí)間)，據(jù)此開(kāi)或關(guān)電磁螺線管。燃料噴射量越多，電磁螺線管開(kāi)的時(shí)間越長(zhǎng)。
本發(fā)明的要點(diǎn)是提供燃燒控制裝置，該燃燒控制裝置，能在更大的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，執(zhí)行使NOx和煙塵大幅度降低的預(yù)混合燃燒。下面，說(shuō)明本實(shí)施方式的燃燒控制裝置。
燃燒控制裝置主要備有噴射器9、用于調(diào)節(jié)燃燒室10內(nèi)的混合氣點(diǎn)火時(shí)期的點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(將在后面敘述)和ECU(控制機(jī)構(gòu))26。該ECU 26用于控制噴射器9的燃料噴射量、燃料噴射時(shí)期及點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。該燃燒控制裝置的燃料噴射方法的特征是，分若干次(本實(shí)施方式中是2次)進(jìn)行預(yù)混合燃燒用的噴射。本說(shuō)明書(shū)中，把該噴射方式稱為多級(jí)預(yù)混合噴射。
具體地說(shuō)，ECU(控制機(jī)構(gòu))26控制噴射器(燃料噴射閥)9，使其在從吸氣行程到壓縮行程間進(jìn)行第1噴射，在第1噴射的噴射結(jié)束后，在壓縮上死點(diǎn)附近，進(jìn)行比第1噴射小量的第2噴射；并且，該ECU 26控制點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使第1噴射和第2噴射所噴射的燃料與吸入空氣等形成的混合氣，在第2噴射的噴射結(jié)束后點(diǎn)火。第1噴射與專利文獻(xiàn)1、2中記載的用單級(jí)噴射進(jìn)行的預(yù)混合燃燒的目的相同，促進(jìn)混合氣的稀薄、均勻化，使NOx和煙塵同時(shí)減少。第2噴射是為了確?；旌蠚獾狞c(diǎn)火，這樣，可適用于更廣的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域。
另外，本實(shí)施方式的多級(jí)預(yù)混合噴射，與專利文獻(xiàn)3、4中記載的二級(jí)噴射的不同之處是，第2噴射中被噴射的燃料也參與預(yù)混合燃燒。即，在第2噴射的噴射結(jié)束后，開(kāi)始點(diǎn)火，所以，由第2噴射中被噴射的燃料，也被一定程度地稀薄、均勻化。因此，可減少NOx和煙塵的排出量。另外，由于燃料被稀薄、均勻化，以及第2噴射確保點(diǎn)火，所以，可提高ECU裝置19的EGR率。因此，可提高EGR率，更加減少NOx排出量。
本實(shí)施方式中，在ECU26中，預(yù)先存儲(chǔ)著發(fā)動(dòng)機(jī)每種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(油門開(kāi)度和發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度等)下的總?cè)剂蠂娚淞?、?噴射及第2噴射的噴射量相對(duì)于總?cè)剂蠂娚淞康谋壤?、決定第1噴射和第2噴射的噴射時(shí)期的圖表(map)，ECU26根據(jù)油門開(kāi)度傳感器14和由發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)傳感器15檢測(cè)到的實(shí)際的油門開(kāi)度和發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，根據(jù)圖表分別決定第1噴射和第2噴射的噴射量以及噴射時(shí)期之后，開(kāi)或關(guān)閉噴射器9的電磁螺線管。
第1噴射和第2噴射的噴射量比例，因發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而有所不同，但是，基本上，第2噴射的噴射量要比第1噴射的噴射量少得多。因?yàn)榈?噴射只是用于防止熄火的。但是，在高負(fù)荷等時(shí)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)高功率時(shí)，第2噴射的噴射量比例增高。
作為點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在本實(shí)施方式中采用EGR裝置(廢氣回流機(jī)構(gòu))19。即，提高EGR率，使混合氣的氧氣濃度及壓縮端溫度下降，加長(zhǎng)點(diǎn)火延遲期間，這樣，調(diào)節(jié)成混合氣在第2噴射的噴射結(jié)束后點(diǎn)火?；旌蠚庠诘?噴射的噴射后點(diǎn)火所需要的EGR率，是預(yù)先用實(shí)驗(yàn)或模擬等對(duì)每種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)求出的，存儲(chǔ)在ECU 26中。這樣，本實(shí)施方式的EGR裝置19，具有減少NOx的功能和調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)期的功能。
圖2表示進(jìn)行專利文獻(xiàn)1、2中記載的單級(jí)預(yù)混合噴射時(shí)、和進(jìn)行多級(jí)(二級(jí))預(yù)混合噴射時(shí)的、缸內(nèi)氣體平均溫度Tmean(K)、熱釋放率ROHR(J/℃.A.)、和缸內(nèi)壓力Pcyl(MPa)的測(cè)定結(jié)果。圖3是表示這時(shí)的NOx、THC(總HC)和CO的排出量(g/K Wh)、燃料消耗率BSFC(g/K Wh)的測(cè)定結(jié)果。
圖中的虛線①是單級(jí)預(yù)混合噴射的測(cè)定結(jié)果，噴射時(shí)間是-30°ATDC。
圖中的實(shí)線②表示二級(jí)預(yù)混合噴射的測(cè)定結(jié)果，第1噴射的噴射時(shí)間約為-30°ATDC，第2噴射的噴射時(shí)間約為TDC(0°ATDC)。另外，第1噴射的噴射量為總噴射量的85％(28mm3/st)，第2噴射的噴射量為總噴射量的15％(5mm3/st)。在該實(shí)驗(yàn)中，未進(jìn)行EGR裝置19的點(diǎn)火時(shí)間調(diào)節(jié)。
從圖中可見(jiàn)，單級(jí)預(yù)混合噴射①時(shí)，其熱釋放率ROHR比二級(jí)預(yù)混合噴射②時(shí)大，燃燒期間短。也就是說(shuō)急劇地進(jìn)行燃燒。因此，NOx的排出量多，柴油機(jī)爆震也強(qiáng)。
而二級(jí)預(yù)混合噴射②時(shí)，其熱釋放率ROHR比單級(jí)預(yù)混合噴射①時(shí)小，燃燒期間也長(zhǎng)。因此，其NOx的排出量?jī)H為單級(jí)預(yù)混合噴射①時(shí)的1/3左右。并且，柴油機(jī)爆震也減輕，可實(shí)現(xiàn)靜音的運(yùn)轉(zhuǎn)。NO的排出量之所以減少，是由于緩慢燃燒使缸內(nèi)最高溫度被抑制。另外，柴油機(jī)爆震之所以減輕，是因?yàn)榈?噴射的噴射量比單級(jí)預(yù)混合噴射①的噴射量少，第2噴射抑制了燃燒速度。
在二級(jí)預(yù)混合噴射②中，燃料消耗率BSFC也比單級(jí)預(yù)混合噴射①大幅度改善，CO和THC的排出量也減少了一些。
另外，該實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于煙塵的排出量，在單級(jí)預(yù)混合噴射和二級(jí)預(yù)混合噴射中，未見(jiàn)顯著的差別。
為此，發(fā)明者進(jìn)行了同樣的試驗(yàn)，用EGR裝置19，進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)間的調(diào)節(jié)，使混合氣在第2噴射結(jié)束后點(diǎn)火。
圖4表示其結(jié)果。
將總?cè)剂蠂娚淞吭O(shè)為相當(dāng)于試驗(yàn)機(jī)器整體負(fù)荷的量，將EGR率設(shè)為30％，將空氣過(guò)剩率設(shè)為1.27。第1噴射I1約在-25°ATDC進(jìn)行，第2噴射I2在TDC(0°ATDC附近進(jìn)行。由于在該實(shí)驗(yàn)例中是相當(dāng)于全負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以，第2噴射I2的噴射量比第1噴射I1的噴射量稍微多。
從圖中可知，第2噴射I2約在4°ATDC結(jié)束，然后，在8～10°ATDC附近，缸內(nèi)平均氣體溫度Tmean、熱釋放率ROHR及缸內(nèi)壓力Pcyl上升。即，在第2噴射I2的噴射結(jié)束后，迅速地開(kāi)始點(diǎn)火、燃燒。
這樣，進(jìn)行了點(diǎn)火時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)的廢氣中的煙塵濃度為0.88(FSN)，該值比圖2所示的單級(jí)預(yù)混合噴射①及不調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)間的二級(jí)預(yù)混合噴射②時(shí)小得多。即，將第2噴射I2作為預(yù)混合燃燒，可以減少煙塵。另外，NOx、CO和THC的排出量，也比圖2所示不調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)間的二級(jí)預(yù)混合噴射②時(shí)更減少。
為了更加減少或完全消除煙塵，為了得到最適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火時(shí)間，本發(fā)明者進(jìn)行了各種試驗(yàn)。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在點(diǎn)火開(kāi)始時(shí)的燃燒室10內(nèi)的混合氣的混合氣濃度頻度分布與煙塵的形成之間，存在著圖5所示的關(guān)系。
圖5(a)和圖5(b)中，橫軸表示混合氣的局部當(dāng)量比，左側(cè)縱軸表示頻度，右側(cè)縱軸表示煙塵的形成率。
當(dāng)量比用“理論空燃比/供給空燃比”表示，其值越大，意味著燃料濃度越濃。混合氣濃度頻度分布示出混合氣的濃度的不均勻性，曲線I1表示由第1噴射形成的混合氣的濃度頻度分布，曲線I2表示由第2噴射形成的混合氣的濃度頻度分布。
下面以圖5(a)的線I1為例，說(shuō)明混合氣濃度頻度分布。曲線A是山形狀的曲線，當(dāng)量比為約0.4的部分大幅突出。這意味著混合氣的大部分是當(dāng)量比為約0.4的濃度，混合氣相當(dāng)均勻。另外，混合氣濃度頻度分布的峰值(即山的頂點(diǎn))的當(dāng)量比約為0.4，所以，混合氣被相當(dāng)稀薄化。
曲線S表示煙塵的形成率，如果存在位于曲線S內(nèi)側(cè)區(qū)域的當(dāng)量比(約2以上)的混合氣，則形成煙塵。
圖5(a)表示混合氣的點(diǎn)火時(shí)間提前，形成了煙塵的情形。即，第2噴射I2中被噴射的燃料還未充分稀薄、均勻化，第2噴射I2中形成的混合氣的混合氣濃度頻度分布的峰值約為3.2。因此，產(chǎn)生煙塵。
圖5(b)表示混合氣的點(diǎn)火時(shí)間恰當(dāng)，幾乎不形成煙塵的情形。這時(shí)，第2噴射I2中被噴射的燃料被充分地稀薄、均勻化，第2噴射I2中形成的混合氣的混合氣濃度頻度分布的峰值約為1.0。因此，混合氣的大部分在煙塵形成區(qū)域(當(dāng)量比不低于2)以外，不產(chǎn)生煙塵。
這樣，用EGR裝置19進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)期的調(diào)節(jié)，使得燃燒室10內(nèi)的混合氣點(diǎn)火時(shí)的、第2噴射中形成的混合氣的混合氣濃度分布的峰值，比形成煙塵的當(dāng)量比(即，不高于2)低的值，則可有效地防止煙塵的產(chǎn)生。
即，最好這樣進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)期的調(diào)節(jié)使得第2噴射I2中形成的混合氣，具有能確保點(diǎn)火的濃度部分，并且，不具有能產(chǎn)生煙塵的濃度部分。
另外，為了使第1噴射的燃料稀薄、均勻化，有效地減少NOx和煙塵，可以調(diào)節(jié)噴射器9的燃料噴射量和/或燃料噴射時(shí)期，使得燃燒室10內(nèi)的混合點(diǎn)火時(shí)的、第1噴射中形成的混合氣的混合氣濃度頻度分布的峰值，成為當(dāng)量比不高于1的值。
下面，參照?qǐng)D6，說(shuō)明本實(shí)施方式的EGU 26所執(zhí)行的、根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的燃料噴射模式切換。
本實(shí)施方式的EGU 26，備有三種燃燒噴射模式。
第一種模式是專利文獻(xiàn)1揭示的單級(jí)預(yù)混合燃燒模式。即，控制噴射器9，使其在吸氣行程到壓縮行程間執(zhí)行一次噴射的模式。該模式在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)處于比較低旋轉(zhuǎn)、低負(fù)荷區(qū)域的時(shí)執(zhí)行。
第二種模式是本發(fā)明的特征所在，即多級(jí)(二級(jí))預(yù)混合燃燒模式。即，控制噴射器9，使其在吸氣行程到壓縮行程間進(jìn)行第1噴射，在執(zhí)行第1噴射后，在壓縮上死點(diǎn)附近執(zhí)行第2噴射，并且，控制EGR裝置19，使得第1噴射和第2噴射中被噴射的燃料與吸入空氣等形成的混合氣，在第2噴射的噴射結(jié)束后點(diǎn)火。該模式在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)處于比執(zhí)行單級(jí)預(yù)混合燃燒模式的區(qū)域高旋轉(zhuǎn)區(qū)域、高負(fù)荷區(qū)域的時(shí)執(zhí)行。
第三種模式是專利文獻(xiàn)3、4揭示的通常燃燒模式。即，控制噴射器9，使其在從吸氣行程到壓縮行程間執(zhí)行小量的引燃噴射，在壓縮上死點(diǎn)附近執(zhí)行主噴射。該模式在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)處于比執(zhí)行多級(jí)預(yù)混合燃燒模式的區(qū)域高負(fù)荷的區(qū)域時(shí)執(zhí)行。
這樣，根據(jù)本實(shí)施方式的燃燒控制裝置，能夠把以往用通常燃燒模式運(yùn)轉(zhuǎn)的區(qū)域的一部分，切換為多級(jí)預(yù)混合燃燒模式，其結(jié)果，可以將進(jìn)行預(yù)混合燃燒的區(qū)域擴(kuò)大。
從多級(jí)預(yù)混合燃燒模式移至通常燃燒模式時(shí)，如下述地進(jìn)行。
即，ECU 26控制噴射器9，使得第1噴射的噴射量漸漸減少，并且使第2噴射的噴射量漸漸增加到通常燃燒模式的目標(biāo)噴射量。另外，控制EGR裝置(廢氣回流機(jī)構(gòu))19，使得隨著第2噴射的噴射量的增加，漸漸減少?gòu)U氣的回流率(EGR率)。這是因?yàn)槿缟纤?，在通常燃燒模式中如果提高EGR率，就會(huì)產(chǎn)生煙塵的緣故。
本發(fā)明不局限于上述說(shuō)明的實(shí)施方式，可以有各種變形例。
例如，作為點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，并不局限于實(shí)施例中所示的EGR裝置，也可以是所謂的內(nèi)部EGR，該內(nèi)部EGR不采用EGR管20，而采用借助吸氣行程中的排氣閥開(kāi)放等，使廢氣殘留在缸內(nèi)，也可以是采用已燃?xì)怏w的各種EGR裝置。另外，也可以是EGR裝置以外的各種裝置。
例如，作為點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以是變更燃燒室容積、使壓縮比變化的可變壓縮比機(jī)構(gòu)，也可以是變更吸排氣閥的開(kāi)閉時(shí)間、使壓縮比變化的可變閥時(shí)間機(jī)構(gòu)。具體地說(shuō)，通過(guò)減低壓縮比、加長(zhǎng)點(diǎn)火延遲時(shí)間，可以將點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)到最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)期。作為可變壓縮比機(jī)構(gòu)的具體例，例如有在專利文獻(xiàn)5中記載的例子。作為可變閥時(shí)間機(jī)構(gòu)的具體例，例如有在專利文獻(xiàn)6中記載的例子。
另外，向燃燒室內(nèi)的混合氣中，噴射水或酒精等的液體，使混合氣溫度降低，加長(zhǎng)點(diǎn)火延遲時(shí)間的噴射機(jī)構(gòu)，也可以作為點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使用。
另外，使混合氣點(diǎn)火的機(jī)構(gòu)，也可以作為點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使用，該點(diǎn)火機(jī)構(gòu)備有靠近燃燒室內(nèi)而設(shè)置著的火花塞、和向該火花塞通電使燃燒室內(nèi)的混合氣點(diǎn)燃的通電機(jī)構(gòu)，在最適當(dāng)?shù)臅r(shí)間(第2噴射的噴射結(jié)束后)向火花塞通電，使混合氣點(diǎn)燃。尤其是當(dāng)把本發(fā)明用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等時(shí)，可以選擇火花塞，作為點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
另外，作為點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，也可以同時(shí)并用上述各種機(jī)構(gòu)。
上述實(shí)施方式中，是例舉了備有三個(gè)燃燒噴射模式的例子，但本發(fā)明也能夠用多級(jí)預(yù)混合燃燒模式覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)的全部運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域。
另外，多級(jí)預(yù)混合燃燒模式，不限定于二級(jí)噴射，也可以進(jìn)行三級(jí)以上的預(yù)混合噴射。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，具有以下優(yōu)異的效果。
①.由于在壓縮上死點(diǎn)附近執(zhí)行第2噴射，所以，能確保高速時(shí)的點(diǎn)火，可以在更大的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域進(jìn)行預(yù)混合燃燒。
②.由于第2噴射中所噴射的燃料也參與預(yù)混合燃燒，所以，可減少NOx和煙塵的排出量。
③.由于可提高EGR率，所以，更加減少NOx的排出量。
④.不導(dǎo)致燃料消耗率和成本的提高。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制裝置，備有向燃燒室內(nèi)噴射燃料的燃料噴射閥、調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的混合氣點(diǎn)火時(shí)期的點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、控制上述燃料噴射閥和上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)，其特征在于，上述控制機(jī)構(gòu)控制上述燃料噴射閥，使其至少執(zhí)行從吸氣行程到壓縮行程間進(jìn)行的第1噴射、和該第1噴射執(zhí)行后在壓縮上死點(diǎn)附近進(jìn)行的第2噴射；并且，上述控制機(jī)構(gòu)控制上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得通過(guò)上述第1噴射和第2噴射而噴射的燃料和吸入空氣等所形成的混合氣，在第2噴射的噴射結(jié)束后點(diǎn)火。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制裝置，其特征在于，上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，由將廢氣回流到上述燃燒室內(nèi)的廢氣回流機(jī)構(gòu)、變更上述燃燒室的容積而使壓縮比變化的可變壓縮比機(jī)構(gòu)、變更吸排氣閥的開(kāi)閉時(shí)間而使壓縮比變化的可變閥時(shí)間機(jī)構(gòu)、把水或酒精等液體噴射到上述燃燒室內(nèi)的噴射機(jī)構(gòu)等各機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或由若干個(gè)組合而成。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制裝置，其特征在于，上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)備有靠近燃燒室內(nèi)而設(shè)置的火花塞、和將該火花塞通電使燃燒室內(nèi)的混合氣點(diǎn)火的通電機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制裝置，其特征在于，上述控制機(jī)構(gòu)控制上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得上述燃燒室內(nèi)的混合氣點(diǎn)火時(shí)的、由上述第2噴射形成的混合氣的混合氣濃度頻度分布的峰值，成為當(dāng)量比不高于2的值。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制裝置，其特征在于，上述控制機(jī)構(gòu)決定上述第1噴射的噴射量和/或噴射時(shí)期，使得上述燃燒室內(nèi)的混合氣點(diǎn)火時(shí)的、由上述第1噴射形成的混合氣的混合氣濃度頻度分布的峰值，成為當(dāng)量比不高于1的值。
6.一種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制裝置，備有向燃燒室內(nèi)噴射燃料的燃料噴射閥、調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的混合氣點(diǎn)火時(shí)期的點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、控制上述燃料噴射閥和點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)，其特征在于，上述控制機(jī)構(gòu)的燃料噴射模式至少具有單級(jí)預(yù)混合燃燒模式和多級(jí)預(yù)混合燃燒模式；上述單級(jí)預(yù)混合燃燒模式，在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)處于低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷區(qū)域時(shí)，控制燃料噴射閥，使其在從吸氣行程到壓縮行程間執(zhí)行一次噴射；上述多級(jí)預(yù)混合燃燒模式，在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)處于與執(zhí)行上述單級(jí)預(yù)混合燃燒模式的區(qū)域相比為高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷區(qū)域時(shí)，控制上述燃料噴射閥，使其至少執(zhí)行從吸氣行程到壓縮行程間進(jìn)行的第1噴射、和在該第1噴射執(zhí)行后在壓縮上死點(diǎn)附近進(jìn)行的第2噴射，并且，控制上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得通過(guò)上述第1噴射和第2噴射噴射的燃料和吸入空氣等所形成的混合氣，在上述第2噴射的噴射結(jié)束后點(diǎn)火。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制裝置，其特征在于，上述點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)備有把廢氣回流到燃燒室內(nèi)的廢氣回流機(jī)構(gòu)；作為上述燃料噴射模式，上述控制機(jī)構(gòu)還備有通常燃燒模式，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)處于與執(zhí)行上述多級(jí)預(yù)混合燃燒模式的區(qū)域相比為高負(fù)荷區(qū)域時(shí)，控制上述燃料噴射閥，使其至少在壓縮上死點(diǎn)附近執(zhí)行一次噴射；上述控制機(jī)構(gòu)，在從上述多級(jí)預(yù)混合燃燒模式轉(zhuǎn)移至上述通常燃燒模式時(shí)，控制上述燃料噴射閥，使上述多級(jí)預(yù)混合燃燒模式的上述第1噴射的噴射量漸漸減少，并使上述第2噴射的噴射量漸漸增加到上述通常燃燒模式的目標(biāo)噴射量，并且，控制機(jī)構(gòu)控制上述廢氣回流機(jī)構(gòu)，使得隨著上述第2噴射的噴射量的增加，廢氣的回流率漸漸減少。
全文摘要
本發(fā)明提供發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制裝置，該控制裝置能在更大的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，執(zhí)行使NOx和黑煙大幅度減少的預(yù)混合燃燒。該發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制裝置備有向燃燒室(10)內(nèi)噴射燃料的燃料噴射閥(9)、調(diào)節(jié)燃燒室(10)內(nèi)的混合氣點(diǎn)火時(shí)期的點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(19)、控制上述燃料噴射閥9和點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(19)的控制機(jī)構(gòu)(26)。上述控制機(jī)構(gòu)(26)控制燃料噴射閥(9)，使其至少執(zhí)行在從吸氣行程到壓縮行程間進(jìn)行的第1噴射、和在該第1噴射后在壓縮上死點(diǎn)附近進(jìn)行的第2噴射；并且，上述控制機(jī)構(gòu)(26)控制點(diǎn)火時(shí)期調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(19)，使得通過(guò)第1噴射和第2噴射噴射的燃料和吸入空氣等所形成的混合氣，在上述第2噴射的噴射結(jié)束后點(diǎn)火。
文檔編號(hào)F02M45/04GK1521394SQ200410003828
公開(kāi)日2004年8月18日 申請(qǐng)日期2004年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月7日
發(fā)明者島崎直基 申請(qǐng)人:五十鈴自動(dòng)車株式會(huì)社