專利名稱：內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有用于將燃料直接噴射至燃燒空 間中的燃料噴射閥。
背景技術(shù)：
在近年來的火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，用于將燃料直接噴射至燃燒空間中以與有 助于燃燒的空氣一起形成空氣-燃料混合氣的所謂直噴式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)投入實(shí)際使用。 直噴式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)還能夠通過所謂的均勻燃燒來操作，在所述均勻燃燒情況下，通過在進(jìn) 氣行程期間將燃料噴射至燃燒空間中來使燃料和空氣在燃燒空間內(nèi)均勻混合而使燃料燃 燒。在均勻燃燒操作中，重要的是均勻地散布燃料和空氣，從而盡可能均勻地混合燃料和空 氣以獲得良好燃燒。曰本專利申請(qǐng)公開 No. 10-159619 CJP-A-10-159619)(第
至
段)公
開了一種通過在進(jìn)氣行程的第一半程和第二半程將燃料噴射至燃燒空間中來獲得均勻的 空氣-燃料混合氣的技術(shù)。另外，具有用于將燃料直接噴射至燃燒空間中的直接噴射閥以 及用于將燃料噴射至進(jìn)氣孔中的進(jìn)氣口噴射閥的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)已投入實(shí)際使用，其中，進(jìn)氣 口噴射閥用于在均勻燃燒時(shí)均勻地混合燃料和空氣。但是，具有直接噴射閥和進(jìn)氣口噴射閥的這種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)成 本的增加。此外，JP-A-10-159619中所公開的技術(shù)未考慮正在流入燃燒空間中的空氣流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過僅使用將燃料直接噴射至燃燒空間中的燃料噴射裝置在將燃料直接 噴射至燃燒空間的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中在空間上均勻地改善了燃料和空氣的混合。本發(fā)明的第一方面涉及一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，從開口于設(shè)置在 氣缸的一個(gè)端部處的氣缸蓋上的進(jìn)氣口引導(dǎo)至開口于所述氣缸蓋上的排氣口的翻轉(zhuǎn)流形 成在氣缸蓋側(cè)，活塞在所述氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括燃燒空間，所述燃燒空 間由所述氣缸、所述氣缸蓋、以及在所述氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的所述活塞包圍；以及燃料噴射裝 置，所述燃料噴射裝置在比介于進(jìn)氣上止點(diǎn)與進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)更靠近所述進(jìn)氣上止 點(diǎn)的點(diǎn)處執(zhí)行用于朝著所述氣缸的位于所述活塞的頂面與所述氣缸蓋之間的內(nèi)表面噴射 燃料的前期燃料噴射，并在比所述前期燃料噴射的點(diǎn)更靠近所述進(jìn)氣下止點(diǎn)的點(diǎn)處執(zhí)行用 于將燃料噴射至所述燃燒空間中的后期燃料噴射。在所述前期燃料噴射期間，所述燃料噴射裝置可朝著所述活塞的頂面與所述氣缸 的內(nèi)表面相交的部分噴射燃料。所述燃料噴射裝置可在通過所述前期燃料噴射而形成于所述燃燒空間中的空 氣_燃料混合氣被通過從所述進(jìn)氣口引入至所述燃燒空間中的流體產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流移動(dòng)至 進(jìn)氣口側(cè)之后執(zhí)行所述后期燃料噴射。所述燃料噴射裝置可在所述前期燃料噴射期間噴射燃料，以允許由所述燃料噴射裝置噴射的燃料噴霧跟隨從所述進(jìn)氣口流入所述燃燒空間中的流體的翻轉(zhuǎn)流。所述燃料噴射裝置可噴射燃料使得由所述燃料噴射裝置噴射的所述燃料噴霧在 到達(dá)所述活塞的頂面之前首先到達(dá)所述氣缸的內(nèi)表面。當(dāng)由所述燃料噴射裝置噴射的所述燃料噴霧的軸線和所述活塞的頂面與所述氣 缸的內(nèi)表面相交的部分重疊時(shí)，所述燃料噴射裝置可噴射燃料。當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或更低并且所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)的負(fù)荷率至少為預(yù)定的負(fù)荷率時(shí)，所述燃料噴射裝置可通過所述前期燃料噴射和所述后 期燃料噴射將燃料噴射至所述燃燒空間中。當(dāng)所述預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等于或低于所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩波動(dòng)處于允許范圍 內(nèi)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，所述燃料噴射裝置可通過所述前期燃料噴射和所述后期燃料噴射將 燃料噴射至所述燃燒空間中。當(dāng)噴射至所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃料量至少為通過所述燃料噴射裝置噴射的最小 燃料量時(shí)，所述燃料噴射裝置通過所述前期燃料噴射和所述后期燃料噴射將燃料噴射至所 述燃燒空間中。所述燃料噴射裝置在至少所述前期燃料噴射或所述后期燃料噴射期間可多次噴 射燃料。所述燃料噴射裝置在所述前期燃料噴射中噴射的燃料量可大于在所述后期燃料 噴射中噴射的燃料量。所述燃料噴射裝置可設(shè)置在進(jìn)氣口側(cè)。所述燃料噴射裝置可設(shè)置在所述氣缸蓋的中央部分。本發(fā)明的第二方面涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射控制方法。在所述內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)中，從開口于設(shè)置在氣缸的一個(gè)端部處的氣缸蓋上的進(jìn)氣口弓I導(dǎo)至開口于所述氣缸蓋 上的排氣口的翻轉(zhuǎn)流形成在氣缸蓋側(cè)，活塞在所述氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) 的燃料噴射控制方法包括如下步驟在比介于進(jìn)氣上止點(diǎn)與進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)更靠近 所述進(jìn)氣上止點(diǎn)的點(diǎn)處執(zhí)行用于朝著所述氣缸的位于所述活塞的頂面與所述氣缸蓋之間 的內(nèi)表面噴射燃料的前期燃料噴射；以及在比所述前期燃料噴射的點(diǎn)更靠近所述進(jìn)氣下止 點(diǎn)的點(diǎn)處執(zhí)行用于將燃料噴射至由所述氣缸、所述氣缸蓋以及在所述氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的所 述活塞包圍的燃燒空間中的后期燃料噴射。通過僅使用將燃料直接噴射至燃燒空間中的燃料噴射裝置，上述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以及 用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射控制方法在空間上均勻地改進(jìn)了燃料與空氣的混合。


根據(jù)以下參考附圖對(duì)示例實(shí)施方式的描述，本發(fā)明的前述及另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將 變得清楚，在附圖中，相似的數(shù)字用于表示相似的元件，并且其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2A是示出在根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間內(nèi)形成的燃料噴霧和翻轉(zhuǎn) 流的示意圖；圖2B是示出在根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間內(nèi)形成的翻轉(zhuǎn)流的俯視 圖3A是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間中的說 明圖；圖3B是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間中的說明 圖；圖3C是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間中的說明 圖；圖3D是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間中的說明 圖；圖3E是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間中的說明 圖；圖3F是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間中的說明 圖；圖4是從氣缸蓋側(cè)所見的燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒 空間中的俯視圖；圖5A是示出燃料被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間中的正時(shí)的說 明圖；圖5B是示出通過單次噴射方法噴射燃料的正時(shí)的說明圖；圖6是示出用于噴射燃料的正時(shí)與扭矩波動(dòng)之間的關(guān)系的說明圖；圖7是示出用于在單次噴射方法與根據(jù)實(shí)施方式的用于燃料噴射控制的多次噴 射之間進(jìn)行切換的條件的說明圖；圖8A是根據(jù)實(shí)施方式的燃料噴射控制的比較示例的示意圖；圖8B是用于對(duì)在根據(jù)實(shí)施方式的燃料噴射控制中執(zhí)行的前期燃料噴射的適當(dāng)正 時(shí)進(jìn)行說明的示意圖；圖9A是示出用于在根據(jù)實(shí)施方式的燃料噴射控制中在前期燃料噴射和后期燃料 噴射中多次噴射燃料的方法的說明圖；圖9B是示出用于在根據(jù)實(shí)施方式的燃料噴射控制中在前期燃料噴射和后期燃料 噴射中多次噴射燃料的方法的說明圖；圖IOA是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的改型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間 中的說明圖；圖IOB是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的改型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間 中的說明圖；圖IOC是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的改型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間 中的說明圖；圖IOD是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的改型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間 中的說明圖；圖IOE是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的改型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間 中的說明圖；圖IOF是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的改型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間 中的說明圖；并且
圖11是從氣缸蓋側(cè)所見的根據(jù)實(shí)施方式的改型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。注意，本發(fā)明并不局限于實(shí)施本發(fā)明的最佳模 式(以下稱為“實(shí)施方式”)。另外，在下面的實(shí)施方式中描述的組件包括那些能夠由本領(lǐng) 域技術(shù)人員容易地想到的組件以及大致相同或等同的組件。本實(shí)施方式的特征在于，在帶有用于將燃料直接噴射至由活塞、氣缸、以及氣缸蓋 包圍的燃燒空間中的燃料噴射裝置的火花點(diǎn)火式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，在比介于活塞的進(jìn)氣上止 點(diǎn)與活塞的進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)更靠近進(jìn)氣上止點(diǎn)的點(diǎn)處實(shí)施前期燃料噴射以朝著氣 缸的位于活塞的頂面與氣缸蓋之間的內(nèi)表面(更具體為活塞的頂面與氣缸的內(nèi)表面相交 的部分)噴射燃料；并在比前期燃料噴射的點(diǎn)更靠近進(jìn)氣下止點(diǎn)的點(diǎn)處執(zhí)行后期燃料噴射 以將燃料噴射至燃燒空間中。在此，燃料和空氣的混合氣的均勻性是用于指示燃燒空間中燃料相對(duì)于空氣的比 例的量度?？諝?燃料混合氣的均勻性越高，則燃料相對(duì)于空氣的比例越低。換言之，空 氣_燃料混合氣的均勻性是用于指示空氣_燃料混合氣中的燃料均勻分布的程度的量度。 另外，燃料噴射控制是用于改變將燃料噴射至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射正時(shí)、要供應(yīng)到內(nèi)燃 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量、以及與用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射有關(guān)的其它參數(shù)的控制。圖1是示出了根據(jù)發(fā)明的這種實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的示意圖。構(gòu)成內(nèi)燃 發(fā)動(dòng)機(jī)1的氣缸is具有圓筒形結(jié)構(gòu)，并且氣缸中設(shè)置有活塞5。氣缸IS的一個(gè)端部設(shè)置 有氣缸蓋1H，而另一個(gè)端部連接至曲軸箱1C?；钊?在氣缸IS內(nèi)，S卩，在由氣缸蓋IH和氣 缸IS包圍的空間內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊?與曲軸6通過連桿8彼此聯(lián)接?；钊?的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 經(jīng)由連桿8傳遞至曲軸6且隨后被轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由氣缸1S、氣缸蓋IH和活塞5包圍的空間是燃料F和有助于燃料F燃燒的空氣A 的混合氣燃燒的空間。該空間被稱為“燃燒空間B”。進(jìn)氣孔3i和排氣孔3e與燃燒空間B 相連。進(jìn)氣孔3i構(gòu)成將空氣A引入燃燒空間B中的進(jìn)氣通道的一部分。排氣孔3e構(gòu)成將 在燃燒空間B中燃燒后的空氣_燃料混合氣的排氣Ex排出到燃燒空間B外部的排氣通道 的一部分。用于將空氣A引入至進(jìn)氣孔3i的進(jìn)氣引入通道15與進(jìn)氣孔3i相連接。進(jìn)氣引 入通道15設(shè)置有用于改變進(jìn)氣引入通道15的橫截面面積的節(jié)氣門9。通過使用節(jié)氣門9 改變進(jìn)氣引入通道15的橫截面面積來調(diào)節(jié)要引入燃燒空間B中的空氣A的量。在此，節(jié)氣 門9的開度是通過節(jié)氣門致動(dòng)器9A來調(diào)節(jié)的。用于測(cè)量流入進(jìn)氣引入通道15中的空氣A 的量(每單位時(shí)間的量)的空氣流量計(jì)43相比進(jìn)氣引入通道15的節(jié)氣門9而言設(shè)置在更 上游側(cè)(在空氣A的流動(dòng)方向的上游側(cè)，即，進(jìn)氣引入通道15的進(jìn)氣側(cè))?？諝饬髁坑?jì)43 獲取要被引入燃燒空間B中的空氣A的量。進(jìn)氣孔3i和排氣孔3e開口于氣缸蓋IH上。進(jìn)氣孔3i的開口部構(gòu)成進(jìn)氣口 3io， 且排氣孔3e的開口部構(gòu)成排氣口 3eo。在進(jìn)氣口 3io中設(shè)置有進(jìn)氣門4i以在預(yù)定的正時(shí) 打開和關(guān)閉進(jìn)氣口 3io。另外，在排氣口 3eo中設(shè)置有排氣門4e以在預(yù)定的正時(shí)打開和關(guān) 閉排氣口 3eo。進(jìn)氣門4i和排氣門4e通過曲軸6的動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)。用作為用于將燃料F直接噴射至燃燒空間B中的燃料噴射裝置的直接噴射閥10安裝在氣缸蓋IH上。燃料F為碳?xì)淙剂希⑶以诒緦?shí)施方式中使用汽油。燃料F從燃料分 配管14供應(yīng)至直接噴射閥10。以燃料箱11內(nèi)的燃料F供應(yīng)給燃料分配管14。通過低壓 泵(PL) 12將燃料箱11內(nèi)的燃料F進(jìn)給至高壓泵(Ph) 13，籍此，燃料F被加壓并隨后供應(yīng)至 燃料分配管14。對(duì)高壓泵13進(jìn)行控制能夠改變?nèi)剂戏峙涔?4內(nèi)的燃料F的壓力(燃料壓 力)。圖1中所示的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1具有多個(gè)氣缸IS和活塞5。在這種情況下，直接噴射 閥10設(shè)置在各氣缸IS的燃燒空間B中。每個(gè)直接噴射閥10都安裝在燃料分配管14上， 且燃料F從燃料分配管14被供應(yīng)至各直接噴射閥10。注意，在本實(shí)施方式中，并不具體限 制氣缸IS和活塞5的數(shù)目以及它們?cè)O(shè)置于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1中的方式。各直接噴射閥10都將燃料F噴射到經(jīng)由進(jìn)氣孔3i從進(jìn)氣口 3io引入至燃燒空間 B中的空氣A，并形成燃料F與空氣A的混合氣。氣缸蓋IH安裝有用作為點(diǎn)火裝置的火花 塞7。當(dāng)火花塞7放電時(shí)，燃燒空間B中的空氣-燃料混合氣被點(diǎn)燃。通過空氣-燃料混合 氣的燃燒所產(chǎn)生的燃燒氣體的壓力使活塞5在氣缸IS內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。燃燒氣體在驅(qū)動(dòng)活塞 5之后變?yōu)榕艢釫x并經(jīng)由排氣口 3eo被排至排氣孔3e。如上所述，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1是火花點(diǎn) 火型往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1由發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(EOT) 30控制。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶30獲取來 自用于測(cè)量?jī)?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的曲柄角傳感器41、用于檢測(cè)加速器開度的加 速器開度傳感器42、以及空氣流量計(jì)43的檢測(cè)值，并基于這些檢測(cè)值來對(duì)控制目標(biāo)進(jìn)行控 制以對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1進(jìn)行控制。在此，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 30的控制目標(biāo)包括火花塞7、直接噴射閥 10、低壓泵12、高壓泵13、以及節(jié)氣門致動(dòng)器9A。發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶30具有處理器50、包括燃料噴射量和燃料噴射正時(shí)的描述并用于控 制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的操作的各種映射、以及用于存儲(chǔ)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的控制計(jì)算程序等的存儲(chǔ) 裝置31。處理器50例如由中央處理單元(CPU)和存儲(chǔ)器構(gòu)成。存儲(chǔ)裝置31例如由諸如閃 存之類的非易失存儲(chǔ)器、諸如只讀存儲(chǔ)器(ROM)之類的能夠讀取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、諸如隨機(jī) 存取存儲(chǔ)器(RAM)之類的能夠讀寫數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、或者這些存儲(chǔ)器的組合構(gòu)成。處理器50具有控制條件判定部51和噴射控制器52。因此，處理器50執(zhí)行根據(jù)實(shí) 施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射控制。當(dāng)處理器50具有能夠控制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的點(diǎn)火正 時(shí)并改變內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1打開/關(guān)閉或者提升進(jìn)氣門4i和排氣門4e的正時(shí)的機(jī)構(gòu)時(shí)，處理 器50對(duì)這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。圖2A是示出在根據(jù)本實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間內(nèi)形成的燃料噴霧和翻 轉(zhuǎn)流的示意圖。圖2B是示出在根據(jù)本實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間內(nèi)形成的翻轉(zhuǎn)流 的俯視圖。如圖2A所示，直接噴射閥10能夠在用于將燃料以根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)條 件所確定的量(以必要的燃料量)立即噴射至燃燒空間B中的噴射方法(單次噴射方法) 與用于將必要量的燃料多次噴射至氣缸IS的燃燒空間B中的噴射方法(多次噴射方法)之 間切換。圖2A示出了這樣的情況使用多次噴射方法將必要量的燃料例如分兩次噴射。在 這種情況下，燃燒空間B中存在第一次噴射的燃料噴霧Fml和第二次噴射的燃料噴霧Fm2。翻轉(zhuǎn)流TF形成于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒空間B內(nèi)。如圖2A和圖2B所示，翻轉(zhuǎn)流TF 是這樣的空氣流從進(jìn)氣孔3i的進(jìn)氣口 3io進(jìn)入燃燒空間B，并且被引導(dǎo)成從位于氣缸蓋 IH側(cè)的進(jìn)氣口 3io朝向排氣口 3eo并隨后朝向活塞5。為了方便起見，該翻轉(zhuǎn)流被稱為“常態(tài)翻轉(zhuǎn)流”。能夠通過調(diào)節(jié)例如進(jìn)氣孔3i相對(duì)于氣缸IS的中心軸線Zc的傾度來調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn) 流TF的強(qiáng)度等。在本實(shí)施方式中，從直接噴射閥10沿著常態(tài)翻轉(zhuǎn)流的翻轉(zhuǎn)流TF噴射燃料。 因此，直接噴射閥10設(shè)置在進(jìn)氣側(cè)(設(shè)置有進(jìn)氣口 3io的一側(cè))。直接噴射閥10還設(shè)置成 使其燃料噴射孔在排氣側(cè)(設(shè)置有排氣口 3eo的一側(cè))面向曲軸箱IC側(cè)(見圖1)。圖3A至圖3F是示出燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間中 的說明圖。圖4是從氣缸蓋側(cè)所見的燃料如何被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒 空間中的俯視圖。圖5A是示出燃料被噴射至根據(jù)實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間中的 正時(shí)的說明圖。圖5B是示出通過單次噴射方法噴射燃料的正時(shí)的說明圖。在此，圖5A和 圖5B中所示的水平軸各自表示壓縮上止點(diǎn)之前的曲柄角，其中，360度點(diǎn)表示進(jìn)氣上止點(diǎn)。在根據(jù)本實(shí)施方式的燃料噴射控制中，在比介于活塞5的進(jìn)氣上止點(diǎn)與活塞5的 進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)更靠近進(jìn)氣上止點(diǎn)的點(diǎn)處，直接噴射閥10執(zhí)行前期燃料噴射(第一 燃料噴射)以朝氣缸is的位于活塞5的頂面(活塞頂面)5T與氣缸蓋IH之間的內(nèi)表面 (氣缸內(nèi)表面)ISw噴射燃料。直接噴射閥10在比前期燃料噴射的點(diǎn)更靠近進(jìn)氣下止點(diǎn)的 點(diǎn)處執(zhí)行后期燃料噴射(第二燃料噴射)以將燃料噴射至燃燒空間B中。更具體地，在前 期燃料噴射中，從直接噴射閥10朝向活塞頂面5Τ與氣缸內(nèi)表面ISw相交的部分噴射燃料。 因此，能夠加速燃料與空氣的均勻混合。因而，在空間上均勻地改善了燃料與空氣的混合， 并且能夠防止內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1中的扭矩波動(dòng)以及燃燒惡化和燃料消耗的增加。接下來，詳細(xì)描述根據(jù)本實(shí)施方式的燃料噴射控制。注意，在以下說明中，燃料噴 射在前期燃料噴射和后期燃料噴射中被實(shí)施一次。在前期燃料噴射中所噴射的燃料量與在 后期燃料噴射中所噴射的燃料量的總和等于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)循環(huán)所需的燃料量(燃料 噴射總量)。在本實(shí)施方式中，在前期燃料噴射期間從直接噴射閥10噴射的燃料量?jī)?yōu)選大 于在后期燃料噴射期間從直接噴射閥10噴射的燃料量。需要特定量的時(shí)間使空氣與被噴 射至燃燒空間B中的燃料均勻混合。因此，通過使在前期燃料噴射期間所噴射的燃料量大 于在后期燃料噴射期間所噴射的燃料量，能夠使更大量的燃料與空氣均勻混合。圖3Α示出了前期燃料噴射。前期燃料噴射(以下將稱為“前期燃料噴射”)是在 進(jìn)氣行程期間并且在比介于活塞5的進(jìn)氣上止點(diǎn)與活塞5的進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)(相對(duì) 于壓縮上止點(diǎn)而言處于壓縮上止點(diǎn)前270度)更加靠近進(jìn)氣上止點(diǎn)處被執(zhí)行的。在前期燃 料噴射期間，從直接噴射閥10噴射燃料使得燃料的噴霧(燃料噴霧)FmA被引導(dǎo)至位于排 氣側(cè)(排氣口 3eo側(cè))的活塞頂面5T與氣缸內(nèi)表面ISw相交的部分(在圖3A中由字母C 包圍的部分)。因此，從直接噴射閥10所噴射的燃料噴霧FmA的方向設(shè)定于如下角度在 該角度處，燃料噴霧FmA的軸線Zf與氣缸內(nèi)表面ISw相交，并且氣缸頂面5T位于進(jìn)氣上止 點(diǎn)與介于進(jìn)氣上止點(diǎn)與進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)之間。燃料噴霧FmA的軸線Zf與直接噴射 閥10的燃料噴射孔的軸線匹配(平行于燃料噴射孔形成的方向且平行于燃料在燃料噴射 孔中流動(dòng)的方向)，并且平行于燃料噴霧FmA行進(jìn)的方向。從直接噴射閥10所噴射的燃料 噴霧FmA散開至預(yù)定的寬度并從進(jìn)氣側(cè)(進(jìn)氣口 3io側(cè))行進(jìn)至位于排氣側(cè)(排氣口 3eo 側(cè))的活塞頂面5T與氣缸內(nèi)表面ISw相交的部分。在前期燃料噴射中，在從直接噴射閥10所噴射的燃料噴霧FmA到達(dá)位于排氣側(cè)的 活塞頂面5T與氣缸內(nèi)表面ISw相交的部分的正時(shí)處噴射燃料。更具體地，如以下將描述的， 在從直接噴射閥10所噴射的燃料噴霧FmA在到達(dá)位于排氣側(cè)的活塞頂面5T之前到達(dá)氣缸內(nèi)表面ISw的正時(shí)處噴射燃料。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)在不減弱翻轉(zhuǎn)流TF的情況下允許翻轉(zhuǎn)流TF 和燃料噴霧FmA彼此增強(qiáng)的效果。在圖5A所示的示例中，在持續(xù)時(shí)間Atl內(nèi)，在壓縮上止點(diǎn)之前的大約305度與壓 縮上止點(diǎn)之前的大約298度之間執(zhí)行后期燃料噴射。在此正時(shí)處從直接噴射閥10噴射燃 料使燃料在排氣側(cè)偏心。因而，如圖3B所示，燃料與空氣的混合氣GmA偏心地位于排氣側(cè)。 現(xiàn)有技術(shù)中前期燃料噴射的正時(shí)通常被稱為“最壞噴射正時(shí)(WIT)”。在單次噴射方法中， 燃料和空氣在WIT處混合極差，因此獲得空氣_燃料混合氣的最差均勻性。因此，在現(xiàn)有技 術(shù)中不在WIT處噴射燃料。當(dāng)活塞5朝進(jìn)氣下止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣門4i的開度增大，因此從進(jìn)氣孔3i經(jīng)過進(jìn)氣 口 3io流入燃燒空間B中的空氣量增加。如圖3C所示，從進(jìn)氣口 3io流入到燃燒空間B中 的空氣形成翻轉(zhuǎn)流TF。該翻轉(zhuǎn)流TF (常態(tài)翻轉(zhuǎn)流)使偏心地位于排氣側(cè)的空氣-燃料混合 氣GmA朝進(jìn)氣側(cè)移動(dòng)。因而，空氣-燃料混合氣GmA在燃燒空間B內(nèi)偏心地位于進(jìn)氣側(cè)，這 使得排氣側(cè)(圖3C中由字母D示出的部分)變?yōu)榫哂休^少燃料或不具有燃料的區(qū)域。圖3D示出了后期燃料噴射。后期燃料噴射(將稱為“后期燃料噴射”)是在進(jìn)氣 行程期間并在前期燃料噴射之后執(zhí)行的。在后期燃料噴射期間，從直接噴射閥10噴射燃料 使得燃料噴霧FmB被引導(dǎo)朝向位于排氣側(cè)的氣缸內(nèi)表面1SW。具體地，直接噴射閥10朝著 具有較少燃料或者不具有燃料的排氣側(cè)區(qū)域噴射燃料。在圖5A所示的示例中，在持續(xù)時(shí)間 At2內(nèi)，在壓縮上止點(diǎn)之前的大約240度與壓縮上止點(diǎn)之前的大約232度之間執(zhí)行后期燃 料噴射。從前期燃料噴射結(jié)束至后期燃料噴射啟動(dòng)之間的時(shí)間間隔為ti。在該正時(shí)處從 直接噴射閥10噴射燃料使得燃料在排氣側(cè)偏心。因而，如圖3E所示，燃料與空氣的混合氣 GmB偏心地位于排氣側(cè)，而在前期燃料噴射期間所噴射的空氣-燃料混合氣GmA偏心地位于 進(jìn)氣側(cè)。注意，當(dāng)在壓縮上止點(diǎn)附近啟動(dòng)后期燃料噴射時(shí)，可能沒有足夠的時(shí)間使燃料和 空氣混合，燃料和空氣可能未得以充分均勻的混合。因此，優(yōu)選在下止點(diǎn)(壓縮上止點(diǎn)之前 180度)之前執(zhí)行后期燃料噴射，并且在啟動(dòng)后期燃料噴射之前相應(yīng)地將空氣-燃料混合氣 GmA移動(dòng)至進(jìn)氣側(cè)。另外，優(yōu)選將翻轉(zhuǎn)流TF設(shè)計(jì)成使得空氣_燃料混合氣GmA進(jìn)行這樣的 運(yùn)動(dòng)。一旦完成后期燃料噴射，則活塞5經(jīng)過進(jìn)氣下止點(diǎn)并朝壓縮上止點(diǎn)移動(dòng)。在此過 程中，如圖3F所示，通過前期燃料噴射在燃燒空間B內(nèi)形成并從排氣側(cè)移動(dòng)至進(jìn)氣側(cè)的空 氣_燃料混合氣GmA、以及通過后期燃料噴射在排氣側(cè)形成的空氣_燃料混合氣GmB在整個(gè) 燃燒空間B的內(nèi)部形成均勻混合氣Gm。在這種狀態(tài)下，從火花塞7發(fā)出的火花SP點(diǎn)燃在 燃燒空間B內(nèi)形成的均勻的空氣-燃料混合氣Gm。在本實(shí)施方式中，因?yàn)槟軌蚴褂蒙鲜龇?法加速燃料與空氣的均勻混合，所以能夠防止內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1中的扭矩波動(dòng)以及燃燒惡化和 燃料消耗的增加。此外，因?yàn)槟軌蛟谇捌谌剂蠂娚浜秃笃谌剂蠂娚渲蟹珠_噴射內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) 1的每個(gè)循環(huán)所需要的燃料，所以能夠減小從直接噴射閥10噴射的燃料噴霧的穿透力。因 而能夠防止由于燃料噴霧附著至氣缸內(nèi)表面ISw所引起的油(潤(rùn)滑油)的燃料稀釋。注意，前期燃料噴射和后期燃料噴射的正時(shí)依據(jù)諸如在燃燒空間B內(nèi)形成的翻轉(zhuǎn) 流TF的強(qiáng)度和方向、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的行程和缸徑的尺寸、從直接噴射閥10噴射的燃料的方 向、燃料壓力、以及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)條件之類的因素而變化，而不局限于上述正時(shí)。前期燃料噴射和后期燃料噴射的正時(shí)是在考慮到例如上述因素的情況下確定的，并且產(chǎn)生映 射并將其存儲(chǔ)于圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU30的存儲(chǔ)裝置31中。然后，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU30的控制條 件判定部51或噴射控制器52基于該映射從直接噴射閥10噴射燃料。圖6是示出用于噴射燃料的正時(shí)與扭矩波動(dòng)之間的關(guān)系的說明圖。圖6示出了當(dāng) 燃料噴射正時(shí)在如下條件下——即圖1所示內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(每單位時(shí)間的曲 軸6的轉(zhuǎn)動(dòng)速度)為1200轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)且燃料壓力為0. 57MPa——改變時(shí)所獲得的扭矩 波動(dòng)的結(jié)果。圖6的水平軸線表示前期燃料噴射的結(jié)束正時(shí)(前期噴射結(jié)束正時(shí))，而圖6 的豎直軸線表示后期燃料噴射的啟動(dòng)正時(shí)(后期噴射啟動(dòng)正時(shí))。結(jié)束正時(shí)和啟動(dòng)正時(shí)兩 者都是以壓縮上止點(diǎn)之前的曲柄角(上止點(diǎn)前(BTDC))來示出的。圖6中示出的實(shí)線Ll表示前期噴射結(jié)束正時(shí)與后期噴射啟動(dòng)正時(shí)匹配。具體地， 實(shí)線Ll是示出用于使用圖5B所示單次噴射方法噴射燃料的正時(shí)與扭矩波動(dòng)之間的關(guān)系的 線。圖6中示出的Tl至T9各自表示扭矩波動(dòng)(Nm)。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的扭矩波動(dòng)的程度越 小，則存在于燃燒空間B中的空氣-燃料混合氣的均勻性越高。在圖6中，扭矩波動(dòng)的程度 被表示為使得Tl > T2 > T3 > T4 > T5 > T6 > T7 > T8 > T9。由Tl至T9表示的實(shí)線表 示這些扭矩波動(dòng)的程度相同。圖6中示出的Il表示當(dāng)在圖5B所示的正時(shí)，S卩，燃料噴射在壓縮上止點(diǎn)之前的大 約315度處啟動(dòng)并在壓縮上止點(diǎn)之前的大約300度處結(jié)束的正時(shí)，處通過單次噴射方法將 燃料噴射至燃燒空間B中時(shí)所獲得的結(jié)果。該扭矩波動(dòng)在T5附近。圖6中示出的12表 示當(dāng)在圖5A所示的正時(shí)處通過本實(shí)施方式的燃料噴射控制將燃料噴射至燃燒空間B中時(shí) 所獲得的結(jié)果。如圖6所示，在這種情況下的扭矩波動(dòng)處于實(shí)線T9的區(qū)域內(nèi)，這意味著該 扭矩波動(dòng)的程度小。如圖6中的13所示，盡管前期噴射結(jié)束正時(shí)與12相同，但是后期噴射 啟動(dòng)正時(shí)比12更加靠近進(jìn)氣上止點(diǎn)。換言之，就前期噴射結(jié)束正時(shí)與后期噴射啟動(dòng)正時(shí)之 間的時(shí)間間隔而言，13比12短。在這種情況下的扭矩波動(dòng)為T3至T2。當(dāng)假設(shè)前期噴射結(jié) 束正時(shí)與12和13相同時(shí)，扭矩波動(dòng)的程度隨著后期噴射啟動(dòng)正時(shí)接近壓縮上止點(diǎn)而減小 并在12的正時(shí)處變?yōu)樽疃?。如上所述?2是通過根據(jù)本實(shí)施方式的燃料噴射控制所獲得的結(jié)果。具體地，在 本實(shí)施方式的燃料噴射控制中，前期燃料噴射是在WIT的正時(shí)處執(zhí)行的，而后期燃料噴射 是在通過前期燃料噴射在燃燒空間B中所形成的空氣_燃料混合氣通過翻轉(zhuǎn)流TF移動(dòng)至 進(jìn)氣側(cè)之后當(dāng)燃料在排氣側(cè)變得稀薄時(shí)被執(zhí)行的。因而，能夠加速燃料與空氣的均勻混合， 并且能夠在燃燒空間B中在空間上均勻地改善燃料與空氣的混合，從而能夠防止內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)1中的扭矩波動(dòng)。圖7是示出用于在單次噴射方法與用于根據(jù)本實(shí)施方式的燃料噴射控制的多次 噴射方法之間進(jìn)行切換的條件的說明圖。圖7的水平軸線表示圖1中示出的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1 的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NE，而豎直軸線表示圖1中示出的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的負(fù)荷率KL。負(fù)荷率KL是 當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1上的總負(fù)荷為100%時(shí)的負(fù)荷的比率。在本實(shí)施方式中，至少當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)1的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等于或低于預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并且當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的負(fù)荷率至少為預(yù) 定的負(fù)荷率時(shí)，在前期燃料噴射和后期燃料噴射中將燃料噴射至燃燒空間B中。所述預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是在由燃燒波動(dòng)所引起的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的扭矩波動(dòng)處于 允許范圍內(nèi)時(shí)獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在本實(shí)施方式中，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的扭矩波動(dòng)處于允許范圍內(nèi)時(shí)獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速處于中等轉(zhuǎn)速(在本實(shí)施方式中為2800rpm)。另一方面，所述 預(yù)定的負(fù)荷率是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)上的負(fù)荷至少為中等負(fù)荷時(shí)的負(fù)荷率，在本實(shí)施方式中為例如 至少40%。從直接噴射閥10噴射的燃料量隨著內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的負(fù)荷增加而增加。因此，在單 次噴射方法的情況下，燃料和空氣不能容易地混合在一起。因而，燃燒可能降級(jí)而內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)1的扭矩波動(dòng)可能變大。因?yàn)樵诒緦?shí)施方式中，通過至少在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1以中等負(fù)荷或 者更大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通過前期燃料噴射和后期燃料噴射將燃料噴射至燃燒空間B中，所以能 夠防止內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的扭矩波動(dòng)。因?yàn)樵趦?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速處于低速時(shí)采用單次 噴射方法，所以由燃燒波動(dòng)引起的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的扭矩波動(dòng)變大。但是，因?yàn)殡S內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) 1的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加實(shí)施了前期燃料噴射和后期燃料噴射，所以扭矩波動(dòng)減小。在本實(shí)施方式中，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的通過前期燃料噴射和后期燃料噴射將燃料噴射 至燃燒空間B中的運(yùn)轉(zhuǎn)條件示于圖7的范圍(4)中。具體地，圖7的范圍(4)是在內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)1的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等于或低于預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速且內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的負(fù)荷率至少為預(yù)定的 負(fù)荷率的情況下的范圍。當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1至少在此范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過前期燃料噴射和后 期燃料噴射將燃料噴射至燃燒空間B中。因此，能夠加速燃料與空氣的均勻混合，并且能夠在空間上均勻地改善燃料與空 氣的混合，從而能夠防止由燃燒波動(dòng)引起的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的扭矩波動(dòng)以及燃燒的惡化。此 外，因?yàn)樵谂ぞ夭▌?dòng)允許區(qū)域(圖7中的區(qū)域(1)至(3)以及(5))中使用單次噴射方法將 燃料噴射至燃燒空間B中，所以能夠防止通過執(zhí)行前期燃料噴射和后期燃料噴射所引起的 直接噴射閥10的驅(qū)動(dòng)能的增加。直接噴射閥10的驅(qū)動(dòng)能使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1產(chǎn)生的動(dòng)力， 因此能夠通過在根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)條件的單次噴射方法與由前期燃料噴射和后期 燃料噴射構(gòu)成的燃料噴射方法之間進(jìn)行切換來抑制內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃料消耗。注意，在由前期燃料噴射和后期燃料噴射構(gòu)成的燃料噴射方法中，在前期燃料噴 射和后期燃料噴射中噴射的燃料量至少需要為從直接噴射閥10噴射的最小燃料量。因此， 即使當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1上的負(fù)荷小于中等負(fù)荷時(shí)，只要通過前期燃料噴射和后期燃料噴射所 噴射的燃料量至少為從直接噴射閥10噴射的最小燃料量，就可通過前期燃料噴射和后期 燃料噴射將燃料噴射至燃燒空間B中。圖1中示出的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 30使用處理器50的控制條件判定部51以基于內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)條件來判定是使用單次噴射方法還是使用由前期燃料噴射和后期燃料噴射 構(gòu)成的燃料噴射方法來噴射燃料。處理器50的燃料控制器52基于判斷結(jié)果來驅(qū)動(dòng)直接噴 射閥10并通過單次噴射方法或由前期燃料噴射和后期燃料噴射構(gòu)成的燃料噴射方法來將 燃料噴射至燃燒空間B中。圖8A是根據(jù)本實(shí)施方式的燃料噴射控制的比較示例的示意圖。圖8B是用于對(duì)在 根據(jù)本實(shí)施方式的燃料噴射控制中執(zhí)行的前期燃料噴射的適當(dāng)正時(shí)進(jìn)行說明的示意圖。前 期燃料噴射是在進(jìn)氣行程期間并且在比介于活塞5的進(jìn)氣上止點(diǎn)與活塞5的進(jìn)氣下止點(diǎn)之 間的中點(diǎn)更加靠近進(jìn)氣上止點(diǎn)處被執(zhí)行的。此刻，執(zhí)行前期燃料噴射使得燃燒空間B內(nèi)的 翻轉(zhuǎn)流TF不被阻斷。如圖8A所示，當(dāng)從直接噴射閥10所噴射的燃料噴霧FmA在到達(dá)氣缸內(nèi)表面ISw 之前到達(dá)活塞頂面5T時(shí)，燃料噴霧FmA朝氣缸蓋IH卷起，從而面向翻轉(zhuǎn)流TF (圖8A中由字母E示出的部分中的箭頭Jl)。相應(yīng)地，削弱了燃燒空間B內(nèi)的翻轉(zhuǎn)流TF。因此，翻轉(zhuǎn)流 TF的用于使通過前期燃料噴射形成的且偏心地位于排氣側(cè)的燃料和空氣的混合氣移動(dòng)至 進(jìn)氣側(cè)的作用變?nèi)酰蚨?，燃料與空氣可能未被充分均勻地混合。在本實(shí)施方式中，如圖8B所示，在前期燃料噴射中，燃料是在從直接噴射閥10所 噴射的燃料噴霧FmA在到達(dá)活塞頂面5T之前到達(dá)氣缸內(nèi)表面ISw的正時(shí)處從直接噴射閥 10噴射的。以此方式，使燃料噴霧FmA跟隨翻轉(zhuǎn)流TF。因?yàn)槿剂蠂婌FFmA與翻轉(zhuǎn)流TF同 步行進(jìn)(圖8B中由字母E示出的部分中的箭頭J2)，所以燃料噴霧FmA和翻轉(zhuǎn)流TF在不減 弱翻轉(zhuǎn)流TF的情況下彼此增強(qiáng)，這導(dǎo)致增強(qiáng)了將在前期燃料噴射中形成并偏心地位于排 氣側(cè)的空氣_燃料混合氣移動(dòng)至進(jìn)氣側(cè)的作用。因而，改善了空氣_燃料混合氣的均勻性。 因此，防止了空氣_燃料混合氣的燃燒的惡化。為了在燃料噴霧FmA在到達(dá)活塞頂面5T之前到達(dá)氣缸內(nèi)表面ISw的正時(shí)處從直 接噴射閥10噴射燃料，優(yōu)選在燃料噴霧FmA的軸線Zf和活塞頂面5T與氣缸內(nèi)表面ISw相 交的部分相重疊的正時(shí)處開始從直接噴射閥10噴射燃料。具體地，優(yōu)選在設(shè)置于直接噴射 閥10中的燃料噴射孔的軸線Zi (燃料噴霧FmA的軸線Zf)與活塞頂面5T及氣缸內(nèi)表面 ISw相交的正時(shí)處從直接噴射閥10噴射燃料。圖9A和圖9B是說明圖，各自示出了用于在根據(jù)本實(shí)施方式的燃料噴射控制中在 前期燃料噴射和后期燃料噴射中多次噴射燃料的方法。在本實(shí)施方式中，因?yàn)槿剂鲜菑闹?接噴射閥10朝向氣缸內(nèi)表面ISw噴射的，所以燃料傾向于附著至氣缸內(nèi)表面ISw (圖9A中 由字母C包圍的部分)并傾向于與曲軸箱IC內(nèi)的潤(rùn)滑油混合(見圖1)，引起燃料稀釋。為了防止這種燃料稀釋，在至少前期燃料噴射或者后期燃料噴射中額外多次噴射 燃料。圖9A示出了在前期燃料噴射中多次噴射燃料的狀態(tài)，其中，燃料噴霧FmAl、FmA2、以 及FmA3被噴射至燃燒空間B中。如圖9B所示，在前期燃料噴射中，整個(gè)噴射時(shí)長(zhǎng)Atl被 劃分成多段，且各自的時(shí)間間隔為Atil。另外，在后期燃料噴射中，整個(gè)噴射時(shí)長(zhǎng)八t2被 劃分成多段，且各自的時(shí)間間隔為△ ti2。前期燃料噴射結(jié)束正時(shí)與后期燃料噴射啟動(dòng)正時(shí) 之間的時(shí)間間隔由ti表示。以此方式，通過在至少前期燃料噴射或者后期燃料噴射中額外多次噴射燃料能夠 減小各燃料噴霧的穿透力。因而，能夠減少到達(dá)并附著至氣缸內(nèi)表面ISw的燃料量并能夠 防止燃料稀釋。另外，因?yàn)榍捌谌剂蠂娚浜秃笃谌剂蠂娚涫窃谏鲜稣龝r(shí)處執(zhí)行的，所以能 夠加速燃料與空氣的均勻混合并能夠在空間上均勻地改善燃料與空氣的混合，因此能夠防 止燃料劣化。當(dāng)在至少前期燃料噴射或者后期燃料噴射中額外多次噴射燃料時(shí)，具有作為 致動(dòng)器的壓電元件(例如，壓電元件)的燃料噴射閥或者具有高響應(yīng)性的其它閥優(yōu)選用作 為直接噴射閥10。因此，能夠在至少前期燃料噴射或者后期燃料噴射中安全地多次噴射燃 料。(改型)圖IOA至圖IOF是說明圖，各自示出了如何將燃料噴射至根據(jù)本實(shí)施方 式的改型的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間中。圖11是從氣缸蓋側(cè)所見的根據(jù)本實(shí)施方式的改型 的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。根據(jù)本實(shí)施方式的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)Ia具有與上述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1(見圖 1)大致相同的構(gòu)造，只是直接噴射閥IOa設(shè)置在氣缸蓋IH的中央部分。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)Ia的 其余構(gòu)造及其燃料噴射控制都與以上實(shí)施方式中所描述的構(gòu)造和燃料噴射控制相同。如圖IOA和圖11所示，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)Ia中，直接噴射閥IOa和火花塞7設(shè)置在氣缸蓋IH的中央部分中。如圖11所示，氣缸蓋IH的中央部分是由進(jìn)氣口 3io、3io和排氣口 3eo,3eo所環(huán)繞的部分。更具體地，氣缸蓋IH的中央部分是繞氣缸IS的中心軸線Zc以半 徑r形成的圓的內(nèi)側(cè)。更具體地，半徑r是氣缸的中心軸線Zc與進(jìn)氣口 3io的外周之間的 距離、或者氣缸的中心軸線Zc與排氣口 3eo的外周之間的距離中的較大者。如圖IOA所示，直接噴射閥IOa構(gòu)造成使得燃料噴霧FmA被引導(dǎo)成朝向位于排氣 側(cè)(排氣口 3eo側(cè))的氣缸內(nèi)表面lSw。具體地，從直接噴射閥IOa所噴射的燃料噴霧FmA 相對(duì)于氣缸IS的中心軸線Zc朝排氣側(cè)傾斜預(yù)定的角度a。所述預(yù)定的角度α設(shè)定成如 下角度即，在該角度，燃料噴霧FmA的軸線Zf與氣缸內(nèi)表面ISw在活塞頂面5Τ位于進(jìn)氣 上止點(diǎn)與介于進(jìn)氣上止點(diǎn)與進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)之間的狀態(tài)下相交。因此，在比介于活 塞5的進(jìn)氣上止點(diǎn)與活塞5的進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)更靠近進(jìn)氣上止點(diǎn)的點(diǎn)處將燃料從直 接噴射閥IOa噴射至燃燒空間B中，因此燃料噴霧FmA被引導(dǎo)至活塞頂面5Τ與氣缸內(nèi)表面 ISw相交的部分(圖IOA中由字母C包圍的部分)。圖IOA中示出的前期燃料噴射是在進(jìn)氣行程期間并在比介于活塞5的進(jìn)氣上止點(diǎn) 與活塞5的進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)更靠近進(jìn)氣上止點(diǎn)處執(zhí)行的。在前期燃料噴射中，從直 接噴射閥10噴射燃料使得燃料噴霧FmA被引導(dǎo)成朝向位于排氣側(cè)的活塞頂面5Τ與氣缸內(nèi) 表面ISw相交的部分。通過執(zhí)行該前期燃料噴射，燃料偏心地位于排氣側(cè)。因而，如圖IOB所示，空氣-燃 料混合氣GmA偏心地位于排氣側(cè)。如上所述，前期燃料噴射的該正時(shí)被稱為“WIT”。在單 次噴射方法中，燃料與空氣在該正時(shí)處混合極差并因此得到空氣_燃料混合氣的最差均勻 性。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中不在WIT處噴射燃料。當(dāng)活塞5朝進(jìn)氣下止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣門4i的開度增大，因此從進(jìn)氣孔3i經(jīng)過進(jìn)氣 口 3io流入到燃燒空間B中的空氣量增加。如圖IOC所示，從進(jìn)氣口 3io流入到燃燒空間 B中的空氣形成翻轉(zhuǎn)流TF。該翻轉(zhuǎn)流TF(常態(tài)翻轉(zhuǎn)流)使偏心地位于排氣側(cè)的空氣-燃料 混合氣GmA朝進(jìn)氣側(cè)移動(dòng)。因而，空氣-燃料混合氣GmA在燃燒空間B內(nèi)偏心地位于進(jìn)氣 側(cè)，這使得排氣側(cè)(圖IOC中由字母D示出的部分)變?yōu)榫哂休^少燃料或者不具有燃料的 區(qū)域。圖IOD中示出的后期燃料噴射是在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)Ia的進(jìn)氣行程期間并在前期燃料 噴射之后執(zhí)行的。在后期燃料噴射期間，直接噴射閥IOa朝著具有較少燃料或者不具有燃 料的排氣側(cè)區(qū)域噴射燃料。通過執(zhí)行該后期燃料噴射，燃料偏心地位于排氣側(cè)。因而，如圖 IOE所示，燃料與空氣的混合氣GmB偏心地位于燃燒空間B的排氣側(cè)，而在前期燃料噴射期 間所噴射的空氣_燃料混合氣GmA偏心地位于進(jìn)氣側(cè)。一旦完成后期燃料噴射，則活塞5經(jīng)過進(jìn)氣下止點(diǎn)并朝壓縮上止點(diǎn)移動(dòng)。在此過 程中，如圖IOF所示，通過前期燃料噴射在燃燒空間B內(nèi)形成并從排氣側(cè)移動(dòng)至進(jìn)氣側(cè)的空 氣_燃料混合氣GmA、以及通過后期燃料噴射在排氣側(cè)形成的空氣_燃料混合氣GmB在整個(gè) 燃燒空間B的內(nèi)部形成均勻混合氣Gm。在這種狀態(tài)下，從火花塞7發(fā)出的火花SP點(diǎn)燃在燃 燒空間B內(nèi)形成的均勻的空氣_燃料混合氣Gm。如上所述，因?yàn)槟軌蛲ㄟ^前期燃料噴射和 后期燃料噴射來加速燃料與空氣的均勻混合，所以能夠防止內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)1中的扭矩波動(dòng)以 及燃燒惡化和燃料消耗的增加。如上所述，在所述實(shí)施方式及其改型中，在比介于活塞的進(jìn)氣上止點(diǎn)與活塞的進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)更靠近進(jìn)氣上止點(diǎn)的點(diǎn)處，執(zhí)行前期燃料噴射以朝著活塞頂面與氣缸 內(nèi)表面相交的部分噴射燃料。然后，在通過前期燃料噴射在排氣側(cè)形成的空氣-燃料混合 氣被翻轉(zhuǎn)流移動(dòng)至進(jìn)氣側(cè)之后，在比前期燃料噴射的點(diǎn)更靠近進(jìn)氣下止點(diǎn)的點(diǎn)處執(zhí)行后期 燃料噴射以將燃料噴射至燃燒空間中。因而，能夠加速燃料與空氣的均勻混合，并且在空間 上均勻地改善了燃料與空氣的混合，籍此能夠在整個(gè)燃燒空間中形成均勻的空氣-燃料混 合氣。因此，能夠防止燃燒的惡化。在所述實(shí)施方式及其改型中，由于上述構(gòu)造，能夠在無需同時(shí)使用用于向進(jìn)氣孔 噴射燃料的進(jìn)氣口噴射閥的情況下，僅使用直接噴射閥就能夠形成均勻的空氣-燃料混合 氣。因此，能夠降低內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)成本。另外，盡管存在使用翻轉(zhuǎn)流控制閥、渦流控制 閥、或者其它空氣流控制裝置以增大流入到燃燒室中的空氣的速度從而加速燃料與空氣的 混合的方法，但是這種方法的問題在于整體負(fù)荷性能降低、成本增加、或者氣流減小。但是， 在本實(shí)施方式中，由于上述構(gòu)造，能夠在不使用空氣流控制裝置的情況下僅使用直接噴射 閥就能夠形成均勻的空氣-燃料混合氣。盡管所述實(shí)施方式及其改型對(duì)朝著在燃燒空間中形成有常態(tài)翻轉(zhuǎn)流的內(nèi)燃發(fā)動(dòng) 機(jī)的排氣側(cè)噴射燃料的情況進(jìn)行了描述，但是，像在常態(tài)翻轉(zhuǎn)流的情況那樣，所述實(shí)施方式 及其改型能夠類似地應(yīng)用于朝著在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間中形成有反向翻轉(zhuǎn)流的內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣側(cè)噴射燃料的情況。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)能夠用于具有將燃料直接噴射至燃燒空間中 的燃料噴射裝置的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，并且尤其適用于僅通過使用燃料噴射裝置來加速燃料與空 氣的均勻混合。盡管已參考本發(fā)明的示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是可以理解，本發(fā) 明并不局限于所述實(shí)施方式或構(gòu)造。相反，本發(fā)明傾向于覆蓋各種改型和等同方案。另外， 盡管所公開的發(fā)明的各種元件示出為各種示例性的組合及構(gòu)造，但是包括更多元件、更少 元件或者僅包括單個(gè)元件的其它組合及構(gòu)造同樣屬于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，從開口于設(shè)置在氣缸的一個(gè)端部處的氣缸蓋上的進(jìn)氣口引導(dǎo)至開口于所述氣缸蓋上的排氣口的翻轉(zhuǎn)流形成在氣缸蓋側(cè)，活塞在所述氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括燃燒空間，所述燃燒空間由所述氣缸、所述氣缸蓋、以及在所述氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的所述活塞包圍；以及燃料噴射裝置，所述燃料噴射裝置在比介于進(jìn)氣上止點(diǎn)與進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)更靠近所述進(jìn)氣上止點(diǎn)的點(diǎn)處執(zhí)行用于朝著所述氣缸的位于所述活塞的頂面與所述氣缸蓋之間的內(nèi)表面噴射燃料的前期燃料噴射，并在比所述前期燃料噴射的點(diǎn)更靠近所述進(jìn)氣下止點(diǎn)的點(diǎn)處執(zhí)行用于將燃料噴射至所述燃燒空間中的后期燃料噴射。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，在所述前期燃料噴射期間，所述燃料噴射裝 置朝著所述活塞的頂面與所述氣缸的內(nèi)表面相交的部分噴射燃料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述燃料噴射裝置在通過所述前期燃料 噴射而形成于所述燃燒空間中的空氣-燃料混合氣被通過從所述進(jìn)氣口引入至所述燃燒 空間中的流體產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)流移動(dòng)至進(jìn)氣口側(cè)之后執(zhí)行所述后期燃料噴射。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述燃料噴射裝置在所述前期 燃料噴射期間噴射燃料，以允許由所述燃料噴射裝置噴射的燃料噴霧跟隨從所述進(jìn)氣口流 入所述燃燒空間中的流體的翻轉(zhuǎn)流。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述燃料噴射裝置噴射燃料使 得由所述燃料噴射裝置噴射的所述燃料噴霧在到達(dá)所述活塞的頂面之前首先到達(dá)所述氣 缸的內(nèi)表面。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，當(dāng)由所述燃料噴射裝置噴射的 所述燃料噴霧的軸線和所述活塞的頂面與所述氣缸的內(nèi)表面相交的部分重疊時(shí)，所述燃料 噴射裝置噴射燃料。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，當(dāng)所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速為預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或更低并且所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率至少為預(yù)定的負(fù)荷率時(shí)，所述 燃料噴射裝置通過所述前期燃料噴射和所述后期燃料噴射將燃料噴射至所述燃燒空間中。
8.如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，當(dāng)所述預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等于或低于所述 內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩波動(dòng)處于允許范圍內(nèi)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，所述燃料噴射裝置通過所述前 期燃料噴射和所述后期燃料噴射將燃料噴射至所述燃燒空間中。
9.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，當(dāng)噴射至所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的 燃料量至少為通過所述燃料噴射裝置噴射的最小燃料量時(shí)，所述燃料噴射裝置通過所述前 期燃料噴射和所述后期燃料噴射將燃料噴射至所述燃燒空間中。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述燃料噴射裝置在至少所 述前期燃料噴射或所述后期燃料噴射期間多次噴射燃料。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述燃料噴射裝置在所述前 期燃料噴射中噴射的燃料量大于在所述后期燃料噴射中噴射的燃料量。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述燃料噴射裝置設(shè)置在進(jìn) 氣口側(cè)。
13.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述燃料噴射裝置設(shè)置在所述氣缸蓋的中央部分。
14. 一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射控制方法，在所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，從開口于設(shè)置在 氣缸的一個(gè)端部處的氣缸蓋上的進(jìn)氣口引導(dǎo)至開口于所述氣缸蓋上的排氣口的翻轉(zhuǎn)流形 成在氣缸蓋側(cè)，活塞在所述氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述燃料噴射控制方法包括如下步驟在比介于進(jìn)氣上止點(diǎn)與進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)更靠近所述進(jìn)氣上止點(diǎn)的點(diǎn)處執(zhí)行用 于朝著所述氣缸的位于所述活塞的頂面與所述氣缸蓋之間的內(nèi)表面噴射燃料的前期燃料 噴射；以及在比所述前期燃料噴射的點(diǎn)更靠近所述進(jìn)氣下止點(diǎn)的點(diǎn)處執(zhí)行用于將燃料噴射至由 所述氣缸、所述氣缸蓋以及在所述氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的所述活塞包圍的燃燒空間中的后期燃 料噴射。
全文摘要
在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)中，在氣缸蓋(1H)側(cè)形成翻轉(zhuǎn)流(TF)，所述翻轉(zhuǎn)流從開口于氣缸蓋(1H)上的進(jìn)氣口(3io)引導(dǎo)至開口于氣缸蓋(1H)上的排氣口(3eo)。直接噴射閥(10)將燃料直接噴射至燃燒空間(B)中。直接噴射閥(10)在比介于進(jìn)氣上止點(diǎn)與進(jìn)氣下止點(diǎn)之間的中點(diǎn)更靠近所述進(jìn)氣上止點(diǎn)的點(diǎn)處朝著活塞頂面(5T)與氣缸內(nèi)表面(1Sw)相交的部分噴射燃料，并在其后再次將燃料噴射至所述燃燒空間(B)中。
文檔編號(hào)F02D41/30GK101925729SQ200980102967
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者能川真一郎, 鈴木久雄 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社