專(zhuān)利名稱(chēng)：預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，特別是涉及能恰當(dāng)?shù)乜刂迫剂系狞c(diǎn)火時(shí)間的預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
最近幾年、在柴油機(jī)方面提出一種預(yù)混合燃燒方式的方案，即、把燃料噴射時(shí)間提前等，將燃料和吸入空氣預(yù)混合化，以促進(jìn)混合氣的稀薄·均勻化、并大幅度地降低NOx和煙塵。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本專(zhuān)利公開(kāi)2001-20784號(hào)但是，上述預(yù)混合燃燒方式中存在混合氣的點(diǎn)火時(shí)間難控制的問(wèn)題。即、采用以往在燃料的噴射過(guò)程中開(kāi)始點(diǎn)火的燃燒方式是通過(guò)對(duì)燃料噴射時(shí)間的控制、能對(duì)點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行一定程度的控制，而采用預(yù)混合燃燒，在燃料噴射之后、由于要經(jīng)過(guò)預(yù)混合時(shí)間后才開(kāi)始點(diǎn)火，因而不能用燃料噴射時(shí)間來(lái)控制點(diǎn)火時(shí)間。
當(dāng)混合氣的點(diǎn)火時(shí)間不合適時(shí)、就有可能引起熱效率(燃料費(fèi)用)惡化或廢氣惡化。譬如，當(dāng)混合氣的點(diǎn)火時(shí)間過(guò)早(在壓縮上死點(diǎn)之前)時(shí)，由于使熱損失增大，而且在點(diǎn)火開(kāi)始之后會(huì)受到由活塞形成的壓縮，因而汽缸內(nèi)就形成高溫，恐怕會(huì)產(chǎn)生NOx。
由此，進(jìn)行預(yù)混合燃燒的內(nèi)燃機(jī)，其課題是要恰當(dāng)?shù)乜刂苹旌蠚獾狞c(diǎn)火時(shí)間。例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，記載著通過(guò)對(duì)混合氣的溫度、壓力、特性等進(jìn)行控制而來(lái)控制點(diǎn)火時(shí)刻。但是，關(guān)于如何具體地對(duì)各個(gè)控制對(duì)象進(jìn)行控制這一點(diǎn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1沒(méi)有記載。
因此，本發(fā)明的目的是為了解決上述課題而提供一種能恰當(dāng)?shù)乜刂苹旌蠚獾狞c(diǎn)火時(shí)間的預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目的而作出的預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，它是預(yù)先將燃料和吸入空氣混合，使該混合氣壓縮自點(diǎn)火的，其設(shè)有根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等、決定作為目標(biāo)的點(diǎn)火時(shí)間的目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間決定機(jī)構(gòu)；決定混合氣點(diǎn)火所需要的目標(biāo)壓縮比的目標(biāo)壓縮比決定機(jī)構(gòu)；以及對(duì)進(jìn)氣閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制、以便使上述目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間的有效壓縮比成為上述目標(biāo)壓縮比的控制機(jī)構(gòu)。
在此其也可以是設(shè)有對(duì)上述進(jìn)氣閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)的可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)；決定上述目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間的汽缸內(nèi)容積的容積決定機(jī)構(gòu)；進(jìn)氣閥開(kāi)關(guān)時(shí)間決定機(jī)構(gòu)，至少根據(jù)上述目標(biāo)壓縮比和上述目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間的汽缸內(nèi)容積來(lái)決定從壓縮開(kāi)始到上述目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間為止的壓縮比成為上述目標(biāo)壓縮比那樣的進(jìn)氣閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間；上述控制機(jī)構(gòu)是根據(jù)上述進(jìn)氣閥開(kāi)關(guān)時(shí)間決定機(jī)構(gòu)決定的開(kāi)關(guān)時(shí)間、對(duì)上述可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的。
而且其還也可以設(shè)有使一部分廢氣回流到燃燒室的EGR裝置；檢測(cè)吸入空氣量的吸入空氣量檢測(cè)機(jī)構(gòu)；檢測(cè)被導(dǎo)入到汽缸內(nèi)的廢氣溫度的吸入氣體溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)；至少根據(jù)EGR率或EGR量、吸入空氣量和吸入氣體溫度、決定吸入氣體的比熱容比的比熱容比決定機(jī)構(gòu)；最好，上述目標(biāo)壓縮比決定機(jī)構(gòu)是至少根據(jù)上述比熱容比決定機(jī)構(gòu)決定的比熱容比和燃料自點(diǎn)火溫度來(lái)決定上述目標(biāo)壓縮比的。
并且其還可設(shè)有檢測(cè)混合氣的實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間的點(diǎn)火時(shí)間檢測(cè)機(jī)構(gòu)；根據(jù)由上述點(diǎn)火時(shí)間檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間、對(duì)上述進(jìn)氣閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行修正。
另外，上述進(jìn)氣閥開(kāi)關(guān)時(shí)間決定機(jī)構(gòu)是決定進(jìn)氣閥的閉閥時(shí)間的，是由此使內(nèi)燃機(jī)的有效壓縮比與上述目標(biāo)壓縮比一致的。
如果采用本發(fā)明，則能產(chǎn)生能對(duì)預(yù)混合燃燒的混合氣的點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行控制的優(yōu)良效果。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的概要圖。
圖2是表示EGR率、混合氣的比熱容比和點(diǎn)火時(shí)間的關(guān)系的圖表。
圖3是表示進(jìn)氣閥的閉閥時(shí)間和汽缸內(nèi)溫度的關(guān)系的圖表。
圖4是表示進(jìn)氣閥的閉閥時(shí)間和壓縮上死點(diǎn)的汽缸內(nèi)溫度的關(guān)系的圖表。
圖5是說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的點(diǎn)火時(shí)間的控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照著附圖來(lái)詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例。
圖1是本實(shí)施例的預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)(下面、簡(jiǎn)稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī))的概要圖。另外，圖1中雖然只表示了單汽缸，當(dāng)然多汽缸也是可以的。
圖中、1是發(fā)動(dòng)機(jī)本體，其是由汽缸2、汽缸蓋3、活塞4、進(jìn)氣口5、排氣口6、進(jìn)氣閥7、排氣閥8和噴油器(燃料噴射閥)9等構(gòu)成。在汽缸2和汽缸蓋3之間的空間中形成燃燒室10，燃料從噴油器9直接噴射到燃燒室10內(nèi)。在活塞4的頂部形成氣室11，氣室11構(gòu)成燃燒室10的一部分。氣室11形成底部中央凸起的深坑形(ω形)燃燒室的形態(tài)。另外，本發(fā)明不受燃燒室10的形狀的制約、也可以是凹形燃燒室等結(jié)構(gòu)。噴油器9與汽缸2大致同軸地被配置，從多個(gè)噴孔同時(shí)放射狀地噴射燃料。噴油器9與共軌24相連接，常時(shí)將儲(chǔ)存于該共軌24的高壓燃料供給噴油器9。向共軌24的燃料壓送由高壓輸送泵25進(jìn)行。
進(jìn)氣口5與進(jìn)氣管12相連接、排氣口6與排氣管13相連接。
本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有EGR裝置19，該EGR裝置19是將廢氣回流到燃燒室10內(nèi)。EGR裝置19設(shè)有將進(jìn)氣管12和排氣管13連接的EGR管20；用于改變EGR管20的管路面積而調(diào)節(jié)EGR率的EGR閥21；在EGR閥21的上游側(cè)、用于冷卻EGR氣體的EGR冷卻器22。在進(jìn)氣管12中，在與EGR管20的連接部的上游側(cè)設(shè)有進(jìn)氣節(jié)流閥23，用于對(duì)吸入空氣進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓?jié)流。
設(shè)置著對(duì)上述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行電子控制的電子控制單元(下面、稱(chēng)為ECU)26。ECU26(控制機(jī)構(gòu))由各種傳感器類(lèi)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，根據(jù)該發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、對(duì)噴油器9、EGR閥21、進(jìn)氣節(jié)流閥23以及對(duì)高壓輸送泵25輸出的燃料壓送量進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閥(圖中沒(méi)有表示)等進(jìn)行控制。上述傳感器類(lèi)包括檢測(cè)加速踏板(ァクセル)開(kāi)度的加速踏板傳感器14、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器15、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄(圖中沒(méi)有表示)轉(zhuǎn)角的曲柄轉(zhuǎn)角傳感器16、檢測(cè)共軌24內(nèi)的燃料壓力的共軌壓傳感器17、對(duì)流過(guò)EGR管20的連接部的上游側(cè)的進(jìn)氣管12的吸入空氣量進(jìn)行檢測(cè)的密集空氣流量(MAF)傳感器32(Mass Air Flow sensor、吸入空氣量檢測(cè)機(jī)構(gòu))、對(duì)流過(guò)EGR管20的連接部的下游側(cè)的進(jìn)氣管12的吸入氣體(這里是吸入氣體+EGR氣體)的溫度進(jìn)行檢測(cè)的吸入氣體溫度傳感器(吸入氣體溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu))31等，各個(gè)傳感器的檢測(cè)值被輸入到ECU26。
噴油器9具有電磁螺線(xiàn)管，它是作為由ECU26的控制而進(jìn)行ON/OFF的電氣執(zhí)行元件，當(dāng)電磁螺線(xiàn)管ON時(shí)、成開(kāi)啟狀態(tài)而噴射燃料，當(dāng)電磁螺線(xiàn)管OFF時(shí)、成閉合狀態(tài)而停止燃料噴射。ECU26根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)回轉(zhuǎn)速度和加速踏板開(kāi)度等表示發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的參數(shù)、決定燃料的噴射開(kāi)始時(shí)間和噴射量，由此而使噴油器9的電磁螺線(xiàn)管ON/OFF。
本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)是進(jìn)行預(yù)混合燃燒(噴射)的。即、在壓縮上死點(diǎn)之前(早期)、ECU26使噴油器9處于ON狀態(tài)，進(jìn)行燃料噴射。被噴射的燃料與吸入氣體(吸入空氣+EGR氣體)混合而構(gòu)成混合氣，此后就進(jìn)行點(diǎn)火、燃燒。如“背景技術(shù)”欄所述的那樣、如果采用預(yù)混合燃燒方式，則能促進(jìn)混合氣的稀薄·均勻化，并可大幅度地降低NOx和煙塵。另外，本發(fā)明是混合氣在點(diǎn)火之前不必完全均勻化，只要在點(diǎn)火之前將燃料完全噴射就可以。
本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，能恰當(dāng)?shù)貙?duì)預(yù)混合燃燒的混合氣的點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行控制，下面、對(duì)這點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。
首先，使用一般的柴油機(jī)燃料(相當(dāng)于JIS2號(hào)輕油)的混合氣(燃料)的氧化速度可用下式(1)表示。
公式1-d[Fuel]dt=A·exp·[-ERT]·[Fuel]0.25·[O2]1.5----(1)]]>其中，F(xiàn)uel是燃料濃度、A是反應(yīng)速度常數(shù)、E是活性化能量、R是氣體常數(shù)、T是溫度、O2是氧濃度。
因此，在決定燃料的性質(zhì)狀態(tài)、而且在決定了混合氣的局部燃料濃度(Furl)和氧濃度(O2)的情況下，氧化速度(反應(yīng)速度)就成為溫度的函數(shù)。眾所周知，一般的燃料在約760K產(chǎn)生冷焰反應(yīng)、而在約900K產(chǎn)生熱焰反應(yīng)。也就是說(shuō)，如果控制汽缸內(nèi)(混合氣)的溫度，則能控制點(diǎn)火時(shí)間。
這里，壓縮端的汽缸內(nèi)溫度可由下式(2)表示。
公式2T＝T0εY-1--------(2)T0是混合氣的初始溫度(壓縮開(kāi)始時(shí)的溫度)、ε是有效壓縮比、γ是吸入氣體(汽缸內(nèi)氣體)的比熱容比。
即、汽缸內(nèi)溫度成為初始溫度、有效壓縮比、比熱容比的函數(shù)。因此，如果控制這些參數(shù)，則能控制汽缸內(nèi)溫度，而且能控制混合氣的點(diǎn)火時(shí)間。
其中，初始溫度幾乎是和吸入空氣溫度相等的，通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)、幾乎是大氣溫度。通常認(rèn)為將該初始溫度T0控制成譬如低于大氣溫度困難的、且需要大的裝置。
其次，比熱容比γ是隨著吸入氣體(汽缸內(nèi)氣體)的組成而變化的。例如、通過(guò)對(duì)EGR裝置19確定的EGR率(或EGR量)的控制就能調(diào)節(jié)比熱容比。但是，根據(jù)EGR率進(jìn)行的點(diǎn)火時(shí)間控制，可控制的范圍很狹小，而且還有EGR閥21的控制滯后(動(dòng)作滯后)的問(wèn)題，因而這種控制不太好。并且改變EGR率恐怕會(huì)產(chǎn)生NOx和煙塵。
圖2表示EGR率、比熱容比和點(diǎn)火時(shí)間的關(guān)系。圖中的橫軸表示EGR率(％)、左側(cè)的縱軸表示吸入氣體的比熱容比、右側(cè)的縱軸表示曲柄轉(zhuǎn)角(deg.ATDC)。曲線(xiàn)1表示EGR率和比熱容比的關(guān)系，曲線(xiàn)2表示EGR率和汽缸內(nèi)溫度達(dá)到混合氣的點(diǎn)火溫度、即達(dá)到冷焰反應(yīng)的開(kāi)始溫度(譬如760K)時(shí)刻的關(guān)系。由圖可見(jiàn)，隨著EGR率增加、吸入氣體的比熱容比減小。另一方面，關(guān)于汽缸內(nèi)溫度達(dá)到點(diǎn)火溫度(冷焰反應(yīng)的開(kāi)始溫度)的時(shí)刻，則是EGR率越增加、汽缸內(nèi)氣體(缸內(nèi)氣體)的比熱容比就越慢地變小。從這圖表可見(jiàn)、通過(guò)對(duì)EGR率的控制就能控制混合氣的點(diǎn)火時(shí)間。但是，如上所述、根據(jù)EGR率的點(diǎn)火時(shí)間控制，能控制的范圍比較狹窄。例如，在圖2所示的例子中、即使將EGR率變化0～50％，點(diǎn)火時(shí)間只能在大約1.2℃A的范圍進(jìn)行控制。
因此，在本實(shí)施例中，通過(guò)變更有效壓縮比ε而對(duì)汽缸內(nèi)溫度T0進(jìn)行控制，由此對(duì)混合氣的點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤?br> 這里所說(shuō)的壓縮比ε是指汽缸內(nèi)氣體的從開(kāi)始?jí)嚎s到開(kāi)始點(diǎn)火的壓縮比，即有效的壓縮比。作為變更壓縮比ε的方法、可以考慮例如日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)平10-238374號(hào)記載的變更燃燒室容積，但在這種情況下，由于使燃燒室的形狀產(chǎn)生變化，因而使混合氣的形成狀態(tài)產(chǎn)生變化，有對(duì)燃燒產(chǎn)生不良影響的問(wèn)題。因此，在本實(shí)施例中是借助對(duì)進(jìn)氣進(jìn)氣閥7的開(kāi)關(guān)時(shí)間、特別是對(duì)閉閥時(shí)間(壓縮開(kāi)始時(shí)刻)的變更·控制來(lái)控制有效壓縮比ε。
本實(shí)施例的進(jìn)氣閥7設(shè)有能任意調(diào)節(jié)它的開(kāi)關(guān)時(shí)間的可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)。作為可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子，有本申請(qǐng)人先前提出申請(qǐng)的日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)公報(bào)2001-96029號(hào)的說(shuō)明書(shū)所記載的。該可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)是為了對(duì)進(jìn)氣閥7進(jìn)行開(kāi)關(guān)而使用工作流體，由電磁閥進(jìn)行該工作流體的供給·排出的轉(zhuǎn)換。由ECU26控制電磁閥。通過(guò)用ECU26對(duì)工作流體的供給·排出時(shí)間的控制、能對(duì)進(jìn)氣進(jìn)氣閥7的開(kāi)閥時(shí)間和關(guān)閥時(shí)間分別進(jìn)行控制。另外，本發(fā)明的可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)并不局限于日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)公報(bào)2001-96029號(hào)的說(shuō)明書(shū)所記載的，只要能對(duì)進(jìn)氣閥7的開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制的其他式樣都可以。
圖3表示進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間(壓縮開(kāi)始時(shí)間)和汽缸內(nèi)溫度的關(guān)系。
圖中的橫軸表示曲柄轉(zhuǎn)角(deg.ATDC)、左側(cè)縱軸表示進(jìn)氣閥7的上升量(m)、右側(cè)縱軸表示汽缸內(nèi)溫度(K)。
用小寫(xiě)英文字a～g表示的曲線(xiàn)是表示進(jìn)氣閥7的上升量的。進(jìn)氣閥7在上升量X(約0.0118m)處為全開(kāi)、在上升量0處為全閉。曲線(xiàn)a是進(jìn)氣閥7處于約-140°ATDC時(shí)、變成全部關(guān)閉的曲線(xiàn)，隨著從曲線(xiàn)a向曲線(xiàn)g的變化進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間依次滯后20℃A的。
用大寫(xiě)英文字A～G表示的曲線(xiàn)是表示汽缸內(nèi)溫度的，分別與曲線(xiàn)a～g表示的進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間相對(duì)應(yīng)。即、曲線(xiàn)A表示進(jìn)氣閥7處于約-140°ATDC時(shí)，成為全閉時(shí)的汽缸內(nèi)溫度，隨著從曲線(xiàn)A向曲線(xiàn)G的變化表示使進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間每滯后20℃A時(shí)的汽缸內(nèi)溫度。另外，圖3表示不進(jìn)行燃料噴射只壓縮吸入空氣的情況。
由圖可見(jiàn)，隨著進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間從-140°ATDC開(kāi)始滯后而汽缸內(nèi)溫度變低。而且，達(dá)到相同溫度的時(shí)間變成滯后。這是因?yàn)橛捎谶M(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間變成滯后，因而使汽缸內(nèi)氣體壓縮開(kāi)始?jí)嚎s時(shí)間變成滯后、有效壓縮比變成較低。
下面，圖4表示進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間和活塞在壓縮上死點(diǎn)處的汽缸內(nèi)溫度的關(guān)系。
圖中的橫軸表示將進(jìn)氣閥7全部關(guān)閉的曲柄轉(zhuǎn)角(deg.ATDC)、縱軸表示在壓縮上死點(diǎn)處的汽缸內(nèi)溫度(K)。圖4表示使進(jìn)氣閥7的全部關(guān)閉時(shí)間從-240°ATDC到-20°ATDC、每次變更20℃A的情況。
由圖可見(jiàn)，即、進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間隨著其比-140°ATDC還滯后、壓縮上死點(diǎn)處的汽缸內(nèi)溫度變低。這與圖3所示結(jié)果是相同的。而且還可知進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間隨著其比-140°ATDC還提前，壓縮上死點(diǎn)處的汽缸內(nèi)溫度變低。也就是說(shuō)，當(dāng)將進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間大大提前時(shí)，有效壓縮比變低、汽缸內(nèi)溫度降低。由此結(jié)果可見(jiàn)、汽缸內(nèi)溫度在進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間取成某-數(shù)值(這里是-140°ATDC)時(shí)變成最高，汽隨著閉閥時(shí)間比這數(shù)值提前或滯后而變低。
這樣，通過(guò)使進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間變化，就能對(duì)汽缸內(nèi)溫度進(jìn)行控制，其結(jié)果就能控制混合氣的點(diǎn)火時(shí)間。
下面，參照著圖5來(lái)具體地說(shuō)明本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣點(diǎn)火時(shí)間的控制方法。
如圖5所示，本實(shí)施例的ECU26至少設(shè)有比熱容比決定機(jī)構(gòu)40；它是根據(jù)由吸入氣體溫度傳感器31(參照?qǐng)D1)檢測(cè)的吸入氣體溫度T0、由MAF傳感器32(參照?qǐng)D1)檢測(cè)的吸入空氣量(新的空氣量)和EGR率(或EGR量)計(jì)算·決定吸入氣體(汽缸內(nèi)氣體)的比熱容比γ的。在本實(shí)施例中，EGR率是從EGR閥21和進(jìn)氣節(jié)流閥23(參照?qǐng)D1)的閥開(kāi)度等參數(shù)計(jì)算·決定的。比熱容比決定機(jī)構(gòu)40用吸入氣體溫度T0、吸入空氣量(新的空氣量)和由EGR率算出的吸入氣體組成·數(shù)量、用一般公知的「谷下的公式」或「JANAF圖表」等決定混合氣的比熱容比γ。
而且、ECU26還設(shè)有目標(biāo)壓縮比決定機(jī)構(gòu)41，它是根據(jù)吸入氣體溫度T0、由比熱容比決定機(jī)構(gòu)40決定的比熱容比γ和預(yù)先輸入到ECU26的燃料性質(zhì)狀態(tài)(點(diǎn)火溫度T)決定混合氣點(diǎn)火所需要的目標(biāo)有效壓縮比εt。目標(biāo)壓縮比決定機(jī)構(gòu)41是根據(jù)下列公式(3)計(jì)算目標(biāo)壓縮比εt。
公式3ϵt=eIn(T0/T)Y-1----(3)]]>而且，ECU26還設(shè)有目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間決定機(jī)構(gòu)42和容積決定機(jī)構(gòu)43，前者是至少根據(jù)加速踏板開(kāi)度或發(fā)動(dòng)機(jī)回轉(zhuǎn)速度等運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而決定最合適的點(diǎn)火時(shí)間(點(diǎn)火曲柄轉(zhuǎn)角)θ的；后者是決定在目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ的汽缸(燃燒室)內(nèi)容積Ve的。容積決定機(jī)構(gòu)43根據(jù)下式(4)計(jì)算在目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ的汽缸內(nèi)容積Ve。
公式4Ve=Vc+Π4·Db2·r·[(1-cosθ)+r4·L(1-cos2θ)]----(4)]]>另外，Vc是活塞處于壓縮上死點(diǎn)的間隙容積、Db是汽缸口徑、r是活塞沖程×(1/2)、L是連桿長(zhǎng)度。
ECU26還設(shè)有進(jìn)氣閥閉閥時(shí)間決定機(jī)構(gòu)(進(jìn)氣閥開(kāi)關(guān)時(shí)間決定機(jī)構(gòu))44，它是至少根據(jù)目標(biāo)壓縮比εt和在目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ的汽缸內(nèi)容積Ve、決定從壓縮開(kāi)始到目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ為止的壓縮比成為目標(biāo)壓縮比εt那樣的目標(biāo)壓縮開(kāi)始時(shí)間(曲柄轉(zhuǎn)角)、并將該目標(biāo)壓縮開(kāi)始時(shí)間作為進(jìn)氣閥的目標(biāo)閉閥時(shí)間(閉閥曲柄轉(zhuǎn)角)As。進(jìn)氣閥閉閥時(shí)間決定機(jī)構(gòu)44根據(jù)上述目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ的汽缸內(nèi)容積Ve、目標(biāo)壓縮比εt、間隙容積Vc，從下式(5)計(jì)算·決定能滿(mǎn)足上述條件(從壓縮開(kāi)始到目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ為止的壓縮比成為目標(biāo)壓縮比εt)的壓縮開(kāi)始時(shí)的汽缸內(nèi)容積Vs。
公式5Vs＝Ve·εt-Vc------(5)接著，進(jìn)氣閥閉閥時(shí)間決定機(jī)構(gòu)44根據(jù)壓縮開(kāi)始時(shí)的活塞內(nèi)容積Vs和汽缸口徑Db，從下式(6)計(jì)算·決定壓縮開(kāi)始時(shí)的活塞位置Xs。
公式6Xs=4·VsΠ·Db2----(6)]]>然后，進(jìn)氣閥閉閥時(shí)間決定機(jī)構(gòu)44根據(jù)連桿長(zhǎng)度L、活塞沖程×(1/2)r和壓縮開(kāi)始時(shí)的活塞位置Xs，從下式(7)計(jì)算·決定壓縮開(kāi)始曲柄轉(zhuǎn)角As。
公式7As=cos-1[-L2+L2+r2+2Lr-2Lxsr]----(7)]]>進(jìn)氣閥閉閥時(shí)間決定機(jī)構(gòu)44將該壓縮開(kāi)始曲柄轉(zhuǎn)角As設(shè)定成目標(biāo)進(jìn)氣閥閉閥時(shí)間，ECU26根據(jù)該目標(biāo)進(jìn)氣閥閉閥時(shí)間As、將信號(hào)輸出到可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)。
這樣，本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)，先決定目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ和目標(biāo)壓縮比εt，接著，從這些參數(shù)決定進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間。由此使壓縮開(kāi)始(進(jìn)氣閥閉閥)到目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ為止的壓縮比與目標(biāo)壓縮比εt相等，在目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ對(duì)混合氣進(jìn)行點(diǎn)火。
如果目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ產(chǎn)生變化，則相應(yīng)地調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥閉閥時(shí)間并調(diào)節(jié)·控制點(diǎn)火時(shí)間。即、為使實(shí)際的點(diǎn)火時(shí)間與目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間相等，適當(dāng)?shù)貙?duì)進(jìn)氣閥7的閉閥時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，可總是恰當(dāng)?shù)乜刂祁A(yù)混合燃燒中的混合氣的點(diǎn)火時(shí)間，能避免熱效率的惡化或廢氣的惡化等隨著不適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火時(shí)間所帶來(lái)的壞影響。另外，一般、最好將混合氣的點(diǎn)火時(shí)間取在活塞處于壓縮上死點(diǎn)附近。
其中，如圖5所示，本實(shí)施例的EUC26設(shè)有檢測(cè)混合氣實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間的點(diǎn)火時(shí)間檢測(cè)機(jī)構(gòu)45，根據(jù)由點(diǎn)火檢測(cè)機(jī)構(gòu)45檢測(cè)的實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間而對(duì)進(jìn)氣閥閉閥時(shí)間進(jìn)行修正。
在本實(shí)施例中，點(diǎn)火時(shí)間檢測(cè)機(jī)構(gòu)45如圖1所示，設(shè)有鄰近燃燒室10內(nèi)而設(shè)置的、檢測(cè)燃燒室10內(nèi)的壓力的汽缸內(nèi)壓傳感器30。即、混合氣一旦點(diǎn)火、燃燒室10內(nèi)的壓力急劇地上升，因此將汽缸內(nèi)壓傳感器30的檢測(cè)值產(chǎn)生急劇地變化(上升)的時(shí)間判斷為點(diǎn)火時(shí)間。將汽缸內(nèi)壓傳感器30的檢測(cè)值輸入到ECU26，ECU26根據(jù)該檢測(cè)值而判斷點(diǎn)火時(shí)間。
如圖5所示，將點(diǎn)火時(shí)間檢測(cè)機(jī)構(gòu)45檢測(cè)到的實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間與目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ進(jìn)行比較，在實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間與目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ有差值的情況下，根據(jù)該差值，對(duì)進(jìn)氣閥閉閥時(shí)間進(jìn)行修正。由此，就能用目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間θ對(duì)實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間確實(shí)地進(jìn)行控制。
本發(fā)明并不局限于上述說(shuō)明的實(shí)施例，可以考慮種種變形例。
例如，可以將鄰近燃燒室10內(nèi)設(shè)置的離子傳感器用作點(diǎn)火時(shí)間檢測(cè)機(jī)構(gòu)、它是對(duì)點(diǎn)火·燃燒而產(chǎn)生的離子中流動(dòng)的離子電流進(jìn)行檢測(cè)的。離子傳感器的具體例子如日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)平11-82121號(hào)記載的等?；蛘?、可以將設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)本體上的加速度傳感器用作點(diǎn)火時(shí)間檢測(cè)機(jī)構(gòu)。即、可以用加速度傳感器檢測(cè)由點(diǎn)火·燃燒而產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，進(jìn)而判斷燃料的點(diǎn)火時(shí)間。
而且，EGR裝置19并不局限于圖1所示的類(lèi)型，也可以不用EGR管20而通過(guò)進(jìn)氣行程中的排氣閥開(kāi)放等使廢氣殘留在汽缸內(nèi)，即所謂的內(nèi)部EGR，采用已燃?xì)怏w的種種EGR裝置都能適用。
此外，可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)并不局限于能分別對(duì)進(jìn)氣閥的開(kāi)閥時(shí)間和閉閥時(shí)間進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣閥的開(kāi)閥時(shí)間錯(cuò)開(kāi)(滑動(dòng))的式樣也能適用。但是，這種式樣的可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)不能使混合氣的壓縮比產(chǎn)生較大的變更。而且在進(jìn)氣閥的開(kāi)閥時(shí)間錯(cuò)開(kāi)的情況下，氣閥重疊時(shí)期間會(huì)產(chǎn)生變化、從而混合氣的燃燒狀況產(chǎn)生變化，有增加無(wú)用工作量的問(wèn)題。因此，可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)最好是采用如上所述的開(kāi)閥時(shí)間和閉閥時(shí)間分別進(jìn)行控制的機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，它是將燃料和吸入空氣預(yù)混合，使該混合氣壓縮自點(diǎn)火的，其特征在于具有根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等、決定作為目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間的目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間決定機(jī)構(gòu)；決定混合氣點(diǎn)火所需要的目標(biāo)壓縮比的目標(biāo)壓縮比決定機(jī)構(gòu)；以及控制機(jī)構(gòu)，用于對(duì)進(jìn)氣閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制、以使上述目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間的有效壓縮比成為上述目標(biāo)壓縮比。
2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于具有對(duì)上述進(jìn)氣閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)的可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)；決定上述目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間的汽缸內(nèi)容積的容積決定機(jī)構(gòu)；進(jìn)氣閥開(kāi)關(guān)時(shí)間決定機(jī)構(gòu)，至少根據(jù)上述目標(biāo)壓縮比和上述目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間的汽缸內(nèi)容積、決定從壓縮開(kāi)始到上述目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間為止的壓縮比成為上述目標(biāo)壓縮比那樣的進(jìn)氣閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間；上述控制機(jī)構(gòu)是根據(jù)上述進(jìn)氣閥開(kāi)關(guān)時(shí)間決定機(jī)構(gòu)決定的開(kāi)關(guān)時(shí)間、對(duì)上述可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于設(shè)有使一部分廢氣回流到燃燒室的EGR裝置；檢測(cè)吸入空氣量的吸入空氣量檢測(cè)機(jī)構(gòu)；檢測(cè)被導(dǎo)入到汽缸內(nèi)的廢氣溫度的吸入氣體溫度檢測(cè)機(jī)構(gòu)；至少根據(jù)EGR率或EGR量、吸入空氣量和吸入氣體溫度來(lái)決定吸入氣體的比熱容比的比熱容比決定機(jī)構(gòu)；上述目標(biāo)壓縮比決定機(jī)構(gòu)是至少根據(jù)上述比熱容比決定機(jī)構(gòu)決定的比熱容比和燃料自點(diǎn)火溫度來(lái)決定上述目標(biāo)壓縮比的。
4.如權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，設(shè)有檢測(cè)混合氣的實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間的點(diǎn)火時(shí)間檢測(cè)機(jī)構(gòu)；根據(jù)由上述點(diǎn)火時(shí)間檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)出的實(shí)際點(diǎn)火時(shí)間，對(duì)上述進(jìn)氣閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間進(jìn)行修正。
5.如權(quán)利要求1～4中任意一項(xiàng)所述的預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，上述進(jìn)氣閥開(kāi)關(guān)時(shí)間決定機(jī)構(gòu)是用于定進(jìn)氣閥的閉閥時(shí)間的，由此使內(nèi)燃機(jī)的有效壓縮比與上述目標(biāo)壓縮比一致。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能恰當(dāng)?shù)乜刂迫剂系狞c(diǎn)火時(shí)間的預(yù)混合壓縮自點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)。它是將燃料和吸入空氣預(yù)混合，使該混合氣壓縮自點(diǎn)火的，其設(shè)有根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等、決定作為目標(biāo)的點(diǎn)火時(shí)間θ的目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間決定機(jī)構(gòu)(42)；決定混合氣點(diǎn)火所需要的目標(biāo)壓縮比εt的目標(biāo)壓縮比決定機(jī)構(gòu)(1)；對(duì)進(jìn)氣閥(7)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制、以便使上述目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)間(θ)的有效壓縮比成為上述目標(biāo)壓縮比(εt)的控制機(jī)構(gòu)(26)。
文檔編號(hào)F02D41/30GK1601069SQ200410075229
公開(kāi)日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者港明彥 申請(qǐng)人:五十鈴自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社