專利名稱：柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，特別涉及執(zhí)行對通常的擴(kuò)散燃燒和預(yù)混合壓縮著火燃燒進(jìn)行切換的控制的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置。
背景技術(shù)：
在將燃料直接噴射到缸內(nèi)的柴油發(fā)動機(jī)中，一般在缸內(nèi)成為高溫、高壓的活塞的壓縮上死點(diǎn)附近噴射燃料。在此情況下，在燃料的噴射中開始著火而形成火焰，并通過對該火焰供給后續(xù)的燃料來繼續(xù)燃燒。這樣，在燃料的噴射中開始著火的燃燒方式一般被稱作擴(kuò)散燃燒(以下也稱作通常燃燒)，但在該擴(kuò)散燃燒中被指出對于NOx及煙等的降低有限度的問題。
所以，近年提出一種實現(xiàn)被稱作預(yù)混合壓縮著火燃燒(以下也稱作預(yù)混合燃燒)的燃燒方式的技術(shù)，該燃燒方式使燃料的噴射或供給時間比活塞的壓縮上死點(diǎn)提前、在燃料的供給結(jié)束后預(yù)混合氣著火(參照專利文獻(xiàn)1、2)。
在預(yù)混合燃燒中，由于在燃料的噴射結(jié)束后經(jīng)過一定程度的期間(預(yù)混合期間)預(yù)混合氣著火，所以在著火之前預(yù)混合氣被充分地稀薄、均勻化。因而，局部的燃燒溫度下降、NOx排出量降低，并且由于也避免了空氣不足狀態(tài)下的燃燒，所以也抑制了煙的產(chǎn)生。
專利文獻(xiàn)1特開平11-324764號公報專利文獻(xiàn)2特開2003-286880號公報然而，預(yù)混合燃燒是確保了均勻的稀薄預(yù)混合氣之后才成立的燃燒方式，要求缸內(nèi)的空氣過剩率較大。至少在現(xiàn)狀中，預(yù)混合燃燒只能在低負(fù)荷區(qū)域這種被限定的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中進(jìn)行。因而，在高負(fù)荷區(qū)域中需要進(jìn)行通常的擴(kuò)散燃燒，并需要根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來切換預(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒。并且，如果沒有適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行該切換則會產(chǎn)生燃燒噪音及轉(zhuǎn)矩變動。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的是提供一種能夠順利且適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行預(yù)混合燃燒與擴(kuò)散燃燒的切換的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一技術(shù)方案，提供一種柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，用于控制噴射到柴油發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)的燃料的噴射量和噴射時期，其特征在于，設(shè)定通常噴射模式和預(yù)混合噴射模式的兩個控制模式，所述通常噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使噴射的燃料在其噴射期間內(nèi)在壓縮上死點(diǎn)附近著火；所述預(yù)混合噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使燃料噴射在壓縮上死點(diǎn)前結(jié)束、并且其噴射的燃料經(jīng)過預(yù)混合期間并在壓縮上死點(diǎn)附近著火；預(yù)先獨(dú)立地設(shè)定各控制模式中的控制參數(shù)的目標(biāo)值，并設(shè)置了變更單元，用于在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，使一個控制模式的目標(biāo)值逐漸變更為另一個控制模式的目標(biāo)值。
優(yōu)選的是，設(shè)有EGR裝置，用于執(zhí)行將排氣氣體的一部分回流到進(jìn)氣側(cè)的EGR，該EGR裝置具有用于變更EGR率的閥；和控制上述閥以使實際的EGR率接近于目標(biāo)EGR率的EGR控制單元；上述目標(biāo)值至少包括目標(biāo)燃料噴射量、目標(biāo)燃料噴射時期、和上述目標(biāo)EGR率；上述變更單元具有延遲單元，用于在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，在開始上述目標(biāo)EGR率的變更后開始上述目標(biāo)燃料噴射量與上述目標(biāo)燃料噴射時期的變更。
也可以是，上述閥至少包括設(shè)在上述發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣通道中的進(jìn)氣節(jié)流閥，上述EGR控制單元是為了控制上述EGR率而控制吸入空氣量的單元，是至少控制上述進(jìn)氣節(jié)流閥以使實際的吸入空氣量接近于目標(biāo)吸入空氣量的單元；上述延遲單元在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，在開始上述目標(biāo)吸入空氣量的變更后開始上述目標(biāo)燃料噴射量與上述目標(biāo)燃料噴射時期的變更。
優(yōu)選的是，在上述預(yù)混合噴射模式中，上述目標(biāo)EGR率設(shè)定為50％以上。
優(yōu)選的是，設(shè)有用于根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度修正上述目標(biāo)EGR率的單元。
優(yōu)選的是，設(shè)有以高壓狀態(tài)儲存噴射前的燃料的共軌、和用于控制作為該共軌內(nèi)的燃料壓力的共軌壓的單元；上述目標(biāo)值還包括目標(biāo)共軌壓；上述延遲單元還在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，在開始上述目標(biāo)EGR率的變更后開始上述目標(biāo)共軌壓的變更。
優(yōu)選的是，在上述通常噴射模式中執(zhí)行少量的先導(dǎo)噴射和大量的主噴射，在上述預(yù)混合噴射模式中僅執(zhí)行主噴射；上述目標(biāo)值至少包括上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量、目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期、目標(biāo)主噴射量及目標(biāo)主噴射時期、和上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量及目標(biāo)主噴射時期；上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量和目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期，分別與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量和目標(biāo)主噴射時期建立關(guān)聯(lián)；上述變更單元在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，在上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量之間逐漸進(jìn)行變更，并且在上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射時期之間逐漸進(jìn)行變更。
優(yōu)選的是，設(shè)有用于根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度修正上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射時期的單元。
優(yōu)選的是，在比上述預(yù)混合噴射模式靠發(fā)動機(jī)的高負(fù)荷側(cè)執(zhí)行上述通常噴射模式。
優(yōu)選的是，上述發(fā)動機(jī)具備設(shè)在活塞的頂部的凹形的空腔、和設(shè)定噴射角度以使得在上述任意的控制模式中噴射的燃料都進(jìn)入到上述空腔內(nèi)的噴嘴。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)方案，提供一種柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，用于控制噴射到柴油發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)的燃料的噴射量和噴射時期，其特征在于，設(shè)定通常噴射模式和預(yù)混合噴射模式的兩個控制模式，所述通常噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使噴射的燃料在其噴射期間內(nèi)在壓縮上死點(diǎn)附近著火；所述預(yù)混合噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使得燃料噴射在壓縮上死點(diǎn)前結(jié)束、并且其噴射的燃料經(jīng)過預(yù)混合期間并在壓縮上死點(diǎn)附近著火；在各控制模式中，分別預(yù)先獨(dú)立地設(shè)定燃料系統(tǒng)及進(jìn)氣系統(tǒng)的控制參數(shù)的目標(biāo)值；并設(shè)置了變更延遲單元，用于在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，使一個控制模式的目標(biāo)值變更為另一個控制模式的目標(biāo)值，并且使該一個控制模式中的燃料系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更、比一個控制模式中的空氣系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更延遲開始。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第三技術(shù)方案，提供一種柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，用于控制噴射到柴油發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)的燃料的噴射量和噴射時期，其特征在于，設(shè)定通常噴射模式和預(yù)混合噴射模式的兩個控制模式，所述通常噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使噴射的燃料在其噴射期間內(nèi)在壓縮上死點(diǎn)附近著火；所述預(yù)混合噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使得燃料噴射在壓縮上死點(diǎn)前結(jié)束、并且其噴射的燃料經(jīng)過預(yù)混合期間并在壓縮上死點(diǎn)附近著火；在上述通常噴射模式中執(zhí)行少量的先導(dǎo)噴射和大量的主噴射，并且在上述預(yù)混合噴射模式中僅執(zhí)行主噴射；預(yù)先獨(dú)立地設(shè)定各控制模式中的控制參數(shù)的目標(biāo)值，并且該目標(biāo)值至少包括上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量、目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期、目標(biāo)主噴射量及目標(biāo)主噴射時期、和上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量及目標(biāo)主噴射時期；將上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量和目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期、分別與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量和目標(biāo)主噴射時期建立關(guān)聯(lián)；并設(shè)置了燃料目標(biāo)值變更單元，用于在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，在上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量之間進(jìn)行變更，并且在上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射時期之間進(jìn)行變更。
根據(jù)本發(fā)明，能夠發(fā)揮的良好效果為能夠順利且適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行預(yù)混合燃燒與擴(kuò)散燃燒的切換、能夠?qū)⑶袚Q時的燃燒噪音及轉(zhuǎn)矩變動防止于未然。


圖1是本發(fā)明的一個實施方式的柴油發(fā)動機(jī)的概略圖。
圖2是表示從噴嘴噴射的燃料與活塞的關(guān)系的圖。
圖3是表示發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中的預(yù)混合區(qū)域與通常區(qū)域的映射圖。
圖4是表示本實施方式的柴油發(fā)動機(jī)與以往的開放式發(fā)動機(jī)的比較結(jié)果的曲線圖。
圖5是表示檢測了預(yù)混合燃燒時對于噴射時期不同的各值變化的測定結(jié)果的曲線圖。
圖6表示預(yù)混合模式與通常噴射模式中的各控制參數(shù)的目標(biāo)值映射圖。
圖7是表示控制模式的切換時的各目標(biāo)值變化狀況的時序圖。
圖8是表示對應(yīng)于發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化的進(jìn)氣系統(tǒng)的值的變化狀況的曲線圖。
圖9是表示控制模式的切換時的噴射量及噴射時期的變化狀況的時序圖。
圖10是表示用于目標(biāo)預(yù)混合主噴射時期決定的邏輯的圖。
圖11是更具體地表示用于決定目標(biāo)預(yù)混合主噴射時期的映射圖的圖。
圖12是檢測了預(yù)混合區(qū)域中的實際A/F的試驗結(jié)果。
圖13是表示以往的開放式發(fā)動機(jī)的概略圖。
圖14是表示將預(yù)混合主噴射和通常先導(dǎo)噴射建立了關(guān)聯(lián)時的映射圖彼此的關(guān)系的圖。
具體實施例方式
以下，根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。
圖1表示本實施方式的柴油發(fā)動機(jī)(以下稱作發(fā)動機(jī))的控制裝置。另外，在圖1中僅表示了一個缸，但當(dāng)然也可以是多個缸。
圖中1是發(fā)動機(jī)主體，由缸2、缸蓋3、活塞4、進(jìn)氣口5、排氣口6、進(jìn)氣閥7、排氣閥8、噴嘴9等構(gòu)成。通過缸2、缸蓋3及活塞4劃分形成燃燒室10。在活塞4的頂部凹設(shè)有空腔11，從面向燃燒室10設(shè)置的噴嘴9朝向空腔11內(nèi)直接噴射燃料。
本實施方式的發(fā)動機(jī)的空腔11及噴嘴9，與以實現(xiàn)擴(kuò)散燃燒為前提而設(shè)計的通常的柴油發(fā)動機(jī)同樣地設(shè)計。
具體地說明，如圖2所示，本實施方式的空腔11是開口部(上端部)的面積與比其靠下側(cè)部分的截面積相比較小地形成、并且在其底部中央具有向上方隆起的凸部的凹形的空腔，噴嘴9與缸2大致同軸地配置、從多個噴孔(孔)以一般的噴射角β(例如140°～165°的范圍)噴射燃料。
回到圖1，噴嘴9與共軌24連接，并一直對噴射器9供給儲存在該共軌24中的高壓燃料。向共軌24的燃料壓送通過高壓供給泵25進(jìn)行。
進(jìn)氣口5與進(jìn)氣管12連接，它們形成進(jìn)氣通道。排氣口6與排氣管13連接，它們形成排氣通道。
本實施方式的發(fā)動機(jī)還具備EGR裝置19，用于執(zhí)行使排氣管13內(nèi)的排氣氣體的一部分(EGR氣體)回流到進(jìn)氣管12中的EGR。
EGR裝置19具備用于連接進(jìn)氣管12與排氣管13的EGR管20、用于改變EGR管20的管路面積地調(diào)節(jié)EGR率的EGR閥21、和在EGR閥21的上游側(cè)冷卻EGR氣體的EGR冷卻器22。通過增大EGR閥21的閥開度，能夠增大吸入到缸內(nèi)的進(jìn)氣的EGR率及EGR量，反之，通過減小EGR閥21的閥開度，能夠降低進(jìn)氣的EGR率及EGR量。
在進(jìn)氣管12中設(shè)有用于在與EGR管20的連接部的上游側(cè)適當(dāng)節(jié)流吸入空氣的進(jìn)氣節(jié)流閥23。該進(jìn)氣節(jié)流閥23也包含在EGR裝置19中。通過控制該進(jìn)氣節(jié)流閥23的開閉，也能夠控制吸入空氣(新氣)占進(jìn)氣整體的量或比例地控制EGR率。即，通過增大進(jìn)氣節(jié)流閥23的閥開度，能夠增加吸入空氣量(比例)、減小進(jìn)氣的EGR率及EGR量，反之，通過減小進(jìn)氣節(jié)流閥23的閥開度，能夠減少吸入空氣量、增加進(jìn)氣的EGR率及EGR量。
設(shè)有用于電子控制該發(fā)動機(jī)的電子控制單元(以下稱作ECU)26。ECU26從各種傳感器類讀取發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，根據(jù)該發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來控制噴嘴9、EGR閥21、進(jìn)氣節(jié)流閥23等。作為上述傳感器類，包括用于檢測油門開度的油門開度傳感器14、用于檢測發(fā)動機(jī)的曲軸(未圖示)的相位即曲軸轉(zhuǎn)角的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器16、用于檢測共軌24內(nèi)的燃料壓力的共軌壓傳感器17、用于檢測吸入空氣量的吸入空氣量傳感器15等，根據(jù)各傳感器的輸出信號，ECU26決定實際的油門開度、曲軸轉(zhuǎn)角、共軌壓、吸入空氣量等。特別是，ECU26根據(jù)油門開度的值決定發(fā)動機(jī)的負(fù)荷L，并且計算相對于時間的曲軸轉(zhuǎn)角的增加比例，并決定發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速NE。
通過由ECU26開啟/關(guān)閉噴嘴9來執(zhí)行/停止噴嘴9的燃料噴射。ECU26根據(jù)由上述傳感器類檢測的表示發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的參數(shù)、特別是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動機(jī)負(fù)荷L的檢測值，來決定燃料的噴射量和噴射時期的目標(biāo)值，如果實際的曲軸轉(zhuǎn)角到達(dá)目標(biāo)噴射時期，則從此時開始只將噴嘴9通電(開啟)與目標(biāo)噴射量相當(dāng)?shù)臅r間。即，噴射量與噴嘴的通電時間相當(dāng)，所謂的噴射時期是指噴嘴的通電開始時期即噴射開始時期。目標(biāo)噴射量與目標(biāo)噴射時期通過實機(jī)試驗等預(yù)先決定，其值以映射圖形式存儲在ECU26內(nèi)的存儲器中。
此外，也執(zhí)行共軌壓、即噴射壓力的反饋控制。即，ECU26根據(jù)由上述傳感器類檢測的表示發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的參數(shù)、特別是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和發(fā)動機(jī)負(fù)荷L的檢測值，并根據(jù)預(yù)先存儲的映射圖，來決定共軌壓的目標(biāo)值，并控制未圖示的調(diào)節(jié)閥的開度地控制從高壓供給泵25向共軌24的燃料壓送量，以使實際的共軌壓接近于該目標(biāo)值。
本實施方式的發(fā)動機(jī)在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中實現(xiàn)如在“背景技術(shù)”欄中說明的預(yù)混合燃燒，在此外的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中實現(xiàn)通常的擴(kuò)散燃燒。更具體地說明，如圖3所示，在根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和燃料噴射量Q設(shè)定的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域的映射圖上，預(yù)先設(shè)定有實現(xiàn)預(yù)混合燃燒的區(qū)域(預(yù)混合區(qū)域)、和實現(xiàn)通常的擴(kuò)散燃燒的區(qū)域(通常區(qū)域)，并預(yù)先設(shè)定有規(guī)定各區(qū)域的邊界的切換線A。預(yù)混合區(qū)域被設(shè)定在比通常區(qū)域靠低負(fù)荷側(cè)。
并且，本實施方式的控制裝置，作為控制模式具備在預(yù)混合區(qū)域中執(zhí)行的預(yù)混合噴射模式、和在通常區(qū)域中執(zhí)行的通常噴射模式的兩個。在實際的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和目標(biāo)燃料噴射量Q處于預(yù)混合區(qū)域中時(即處于比切換線A靠低負(fù)荷側(cè)時)，執(zhí)行預(yù)混合燃燒的控制，在其處于通常區(qū)域時(即處于比切換線A靠高負(fù)荷側(cè)時)，執(zhí)行通常噴射模式的控制。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)從預(yù)混合區(qū)域向通常區(qū)域發(fā)生了變化的情況下、或者在向其反向發(fā)生了變化的情況下，與其對應(yīng)，分別在圖示的B點(diǎn)及C點(diǎn)也切換控制模式。對此在后面詳細(xì)敘述。
如上所述，本實施方式的發(fā)動機(jī)使用凹形的空腔11、和具有通常的噴射角度β的噴嘴9，并實現(xiàn)預(yù)混合燃燒。在預(yù)混合區(qū)域中，ECU26將燃料的噴射時期控制為如下的噴射時期在活塞4的壓縮上死點(diǎn)前結(jié)束燃料的噴射、并且其噴射的燃料全部進(jìn)入到空腔11內(nèi)。這種噴射時期例如是上死點(diǎn)前5～35°的范圍。即，燃料的噴射時期與通常燃燒的情況相比具有提前角，但是該提前角的程度被限制在如噴射的燃料全部進(jìn)入到空腔11內(nèi)的范圍。
這里，根據(jù)圖2更具體地說明這種噴射時期(噴射開始時期)。
圖2(a)表示燃料的噴射開始時期(噴嘴被開啟的瞬間)的狀態(tài)，在該時期還沒有從噴嘴9噴射燃料，活塞4位于較下方。然后當(dāng)經(jīng)過一定期間時，如圖3(b)所示，活塞4上升一些，燃料F從噴嘴9開始向徑向外側(cè)飛散。但是，在該時期燃料F還沒有到達(dá)活塞4的空腔11。并且，當(dāng)再經(jīng)過期間時，如圖3(c)所示，燃料F碰撞到空腔11的側(cè)壁上部。此時，如全部的燃料F被供給到空腔11的內(nèi)側(cè)那樣的噴射時期，是在本實施方式中所設(shè)定的噴射時期。反之，如碰撞到空腔11的燃料的一部分向上方反彈并附著在缸蓋3的下面那樣的噴射時期，在本實施方式中沒有設(shè)定。
然而，一般在預(yù)混合燃燒中，由于預(yù)混合氣依存于缸內(nèi)的溫度及壓力等進(jìn)行壓縮自著火，所以著火時期的控制困難。所以，在本實施方式中，為了控制該著火時期而控制EGR率。根據(jù)輸出及燃料消耗率的觀點(diǎn)，優(yōu)選著火時期在壓縮上死點(diǎn)附近，但是在預(yù)混合燃燒中，由于與通常的擴(kuò)散燃燒的情況相比提前噴射燃料，所以根據(jù)缸內(nèi)的狀態(tài)可能在達(dá)到壓縮上死點(diǎn)附近之前產(chǎn)生著火。因此，在EGR控制中進(jìn)行控制，以便對于供給到缸內(nèi)的進(jìn)氣(吸入空氣+EGR氣體)的目標(biāo)EGR率，被設(shè)定得比通常燃燒的情況高，使著火時期延遲噴射時期提前的量，并在壓縮上死點(diǎn)附近進(jìn)行著火。具體而言將目標(biāo)EGR率設(shè)定為50％以上。
此外，在進(jìn)行預(yù)混合燃燒的以往的發(fā)動機(jī)中，如圖13所示，使較窄的噴射角度α和淺盤型或開放式空腔CA組合，并使噴射時期較大地提前，從噴嘴噴射的燃料也一定到達(dá)空腔CA內(nèi)。相對于此，在如本實施方式那樣、使用了具有通常的噴射角度β(140°～165°的范圍內(nèi))的噴嘴9的情況下，噴射角度變得比以往大，噴射時期能夠提前的范圍變得比以往的發(fā)動機(jī)小。如此成為在缸內(nèi)壓力及溫度較高的狀態(tài)下噴射燃料，有可能在壓縮上死點(diǎn)前發(fā)生著火。但是，在本實施方式中，由于如上所述地將目標(biāo)EGR率設(shè)定為較高的值，所以能夠使著火時期延遲并控制到壓縮上死點(diǎn)附近。
在本實施方式中，為了控制EGR率，預(yù)先在ECU26中存儲根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的吸入空氣量的目標(biāo)值映射圖(參照圖6)，ECU26根據(jù)該映射圖控制EGR閥21及進(jìn)氣節(jié)流閥23的一個或兩者，以便使實際的吸入空氣量接近目標(biāo)吸入空氣量。該吸入空氣量的目標(biāo)值映射圖預(yù)先設(shè)定為當(dāng)根據(jù)該映射圖控制吸入空氣量時實際的EGR率成為目標(biāo)EGR率。這里，吸入空氣量是對應(yīng)于EGR率的值。這是因為，在進(jìn)氣量一定的情況下，如果吸入空氣量增加則EGR率減少，如果吸入空氣量減少則EGR率增加。由于進(jìn)氣量是根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來決定的，所以能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和吸入空氣量計算EGR率。
這樣，通過EGR裝置19執(zhí)行較大量的EGR而使預(yù)混合氣的氧濃度降低，由此能夠充分確保預(yù)混合期間。因而，在不能將燃料的噴射開始時期極端提前的本實施方式的發(fā)動機(jī)中，能夠確實地實現(xiàn)預(yù)混合燃燒。此外，由于控制EGR率(在本實施方式中是控制吸入空氣量)地將著火時期控制為適當(dāng)?shù)臅r期(活塞壓縮上死點(diǎn)附近)，所以能夠確保足夠的燃料消耗率及輸出。并且，通過執(zhí)行大量的EGR而使預(yù)混合氣的氧濃度降低，也能夠降低排氣氣體中的NOx。
圖4表示本實施方式的發(fā)動機(jī)、和如圖13所示的使用了開放式空腔CA及較窄的噴射角度α的噴嘴I的發(fā)動機(jī)(以下稱作開放式發(fā)動機(jī))中的平均有效壓力Pmi、THC排出量、煙排出量的測定結(jié)果。
圖的橫軸是燃料的噴射開始時期(ATDC)，圖中連接方形點(diǎn)的線表示本實施方式的發(fā)動機(jī)、連接三角形點(diǎn)的線表示開放式發(fā)動機(jī)的測定結(jié)果。另外，連接菱形點(diǎn)的線是將進(jìn)行擴(kuò)散燃燒的通常的柴油發(fā)動機(jī)的測定結(jié)果作為參考進(jìn)行表示。
由圖可知，本實施方式的發(fā)動機(jī)的平均有效壓力Pmi(相當(dāng)于輸出)在所有的噴射開始時期都超過開放式發(fā)動機(jī)。
此外，對于THC及煙的排出量，在所有的噴射開始時期與開型發(fā)動機(jī)相同或為其以下。特別要說明的是，本實施方式的發(fā)動機(jī)在范圍大的噴射開始時期中煙排出量少。這意味著噴射開始時期的設(shè)定的自由度高。即，在開放式發(fā)動機(jī)中由于煙排出量少的噴射時期范圍窄(-26°～-18°ATDC)，所以噴射時期的可設(shè)定范圍也變窄，但在本實施方式的發(fā)動機(jī)中由于煙排出量少的噴射時期范圍寬(-30°～-14°ATDC)，所以能夠在該寬的范圍內(nèi)自由地設(shè)定噴射時期。
這樣，本實施方式的發(fā)動機(jī)與開放式發(fā)動機(jī)相比，輸出、排氣氣體都良好的理由推測是凹形的空腔11的效果。即，在凹形的空腔11中由于能夠在空腔11內(nèi)進(jìn)行幾乎全部燃燒，所以這會帶來輸出的提高。此外，由于凹形的空腔11能夠?qū)⒃诳涨?1內(nèi)形成的渦流長期間保持在空腔11內(nèi)，所以預(yù)混合氣的混合實現(xiàn)更充分的稀薄、均勻化?？烧J(rèn)為這會帶來排氣氣體的改善。并且，作為凹形的空腔11的其他優(yōu)點(diǎn)的高擠氣的形成，也對排氣氣體的改善有貢獻(xiàn)。
圖5表示在本實施方式的發(fā)動機(jī)中將燃料的噴射時期設(shè)定為三種，并在各噴射時期使EGR率在約40～60％之間變化時的、THC排出量、NOx排出量、煙排出量、凈平均有效壓力BMEP(相當(dāng)于輸出)的測定結(jié)果。
圖的橫軸是預(yù)混合氣的空燃比(A/F)，圖中連接圓點(diǎn)的線是噴射時期20°BTDC、連接三角形點(diǎn)的線是噴射時期30°BTDC、連接菱形點(diǎn)的線是噴射時期40°BTDC。另外，連接方形點(diǎn)的線是將進(jìn)行擴(kuò)散燃燒的通常的柴油發(fā)動機(jī)的測定結(jié)果作為參考進(jìn)行表示。
由圖可知，THC排出量在噴射時期20°BTDC和30°BTDC大致相等，與此相對在使噴射時期為40°BTDC的情況下大幅度地惡化。此外，對于凈平均有效壓力BMEP，也是在使噴射時期為20°及30°BTDC的情況下大致相等，而只在使噴射時期為40°BTDC的情況下大幅度地降低。
這樣，在使噴射時期為40°BTDC的情況下，與使噴射時期為20°及30°BTDC的情況相比，可認(rèn)為THC排出量、輸出都惡化的理由是噴射的燃料的一部分從空腔11向外飛散。
即，在使噴射時期為20°及30°BTDC的情況下，由于噴射的燃料都進(jìn)入到空腔11內(nèi)，所以THC排出量、輸出都良好，兩者沒有大的差，但在使噴射時期為40°BTDC的情況下，噴射時期過早燃料的一部分飛散到空腔11外并附著在缸蓋3的下面，導(dǎo)致THC的排出。此外，向空腔11外飛散的燃料由于不能在空腔11內(nèi)燃燒，所以導(dǎo)致輸出的降低。
接著，在圖5中，當(dāng)著眼于EGR率和排氣氣體以及輸出的關(guān)系時，可知在所有的噴射時期，EGR率越高NOx排出量降低越多。這是由于，通過大量的EGR降低了預(yù)混合氣的氧濃度。由圖可知，在使噴射時期為20°及30°BTDC的情況下，如果使EGR率為50％以上，則能夠?qū)Ox排出量降低到大致零水平。另外，對于THC排出量、煙排出量、凈平均有效壓力BMEP，與EGR率沒有明確的相關(guān)關(guān)系。
根據(jù)圖5的測定結(jié)果可知，根據(jù)設(shè)定噴射時期以使燃料全部進(jìn)入到空腔11內(nèi)、并且執(zhí)行大量的EGR的本實施方式的發(fā)動機(jī)，能夠得到良好的排氣氣體特性及輸出。
本實施方式的發(fā)動機(jī)在高負(fù)荷側(cè)實現(xiàn)通常的擴(kuò)散燃燒。本實施方式的發(fā)動機(jī)由于使用適合于擴(kuò)散燃燒的凹形的空腔11、和噴射角度β較寬的通常的噴嘴9，所以在實現(xiàn)擴(kuò)散燃燒時也能夠確保良好的燃燒。即，當(dāng)為了實現(xiàn)擴(kuò)散燃燒在壓縮上死點(diǎn)附近噴射燃料時，由于噴射的燃料與通常的柴油發(fā)動機(jī)同樣地碰撞空腔11的側(cè)壁，所以不會大量地產(chǎn)生煙等。此外，通過凹形的空腔11，由于能夠?qū)⒃诳涨?1內(nèi)形成的渦流保持在空腔11內(nèi)，所以能夠得到良好的排氣氣體特性。
因而，根據(jù)本實施方式的發(fā)動機(jī)，能夠如上所述在低負(fù)荷區(qū)域?qū)崿F(xiàn)良好的預(yù)混合燃燒，并且在高負(fù)荷區(qū)域也能夠切換為擴(kuò)散燃燒并確保良好的燃燒。
這里，為了確實地實現(xiàn)良好的擴(kuò)散燃燒，如下地設(shè)定噴嘴9的燃料噴射角度β。即，使角度為，在活塞4的壓縮上死點(diǎn)附近噴射的燃料，到達(dá)比空腔11的最低位置J(參照圖2(a))靠徑向外側(cè)的空腔內(nèi)壁。通過在滿足該條件的范圍內(nèi)使噴嘴9的噴射角度β盡可能地窄，能夠適當(dāng)?shù)厥诡A(yù)混合燃燒與擴(kuò)散燃燒并存，并且能夠在預(yù)混合燃燒時使噴射開始時期較大地提前。
另外，在本發(fā)明的發(fā)動機(jī)中，為了在預(yù)混合燃燒時進(jìn)一步促進(jìn)預(yù)混合氣的混合，優(yōu)選使用高渦流型的缸蓋3或進(jìn)氣口5。例如也可以在進(jìn)氣口5上設(shè)置渦流生成裝置。
此外，在本實施方式中，作為EGR裝置說明了使排氣管13內(nèi)的排氣氣體的一部分回流到進(jìn)氣管12內(nèi)的外部EGR裝置，但本發(fā)明并不限于這一點(diǎn)，也可以使用開閉控制排氣閥2或進(jìn)氣閥7、使排氣氣體回流到燃燒室10內(nèi)的內(nèi)部EGR裝置。
根據(jù)本實施方式，如參照圖3所說明的那樣，具備在預(yù)混合區(qū)域執(zhí)行的預(yù)混合噴射模式、和在通常區(qū)域執(zhí)行的通常噴射模式的兩個控制模式。并且，在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，實際的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和目標(biāo)燃料噴射量Q的值分別在預(yù)混合區(qū)域的值和通常區(qū)域的值之間變化，在超過切換線A時，與其對應(yīng)也切換控制模式。加速時及減速時的切換點(diǎn)的例子分別用B點(diǎn)及C點(diǎn)表示。
在預(yù)混合噴射模式中，燃料噴射在壓縮上死點(diǎn)前結(jié)束，并控制噴射量與噴射時期，以使其噴射的燃料經(jīng)過預(yù)混合期間并在壓縮上死點(diǎn)附近著火。此外，在通常噴射模式中，控制噴射量與噴射時期，以使噴射的燃料在其噴射期間內(nèi)在壓縮上死點(diǎn)附近著火。
如圖6所示，對于預(yù)混合噴射模式和通常噴射模式分別獨(dú)立地設(shè)定控制參數(shù)的目標(biāo)值。即，預(yù)先對于多個不同的控制參數(shù)的每一個，分別設(shè)定根據(jù)表示發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的1個以上的參數(shù)(發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度、發(fā)動機(jī)負(fù)荷等)的控制參數(shù)(主噴射時期等)的目標(biāo)值映射圖，并且，對相同的控制參數(shù)設(shè)置預(yù)混合噴射模式用的映射圖、和通常噴射模式用的映射圖。在后面詳細(xì)敘述，但是在本實施方式中在預(yù)混合噴射模式中僅執(zhí)行1次的主噴射，在通常噴射模式中執(zhí)行先導(dǎo)噴射和主噴射的兩次燃料噴射。本實施方式的控制參數(shù)包括主噴射量、主噴射時期、先導(dǎo)噴射量、先導(dǎo)噴射時期、吸入空氣量及共軌壓。但是，可以采用例如使用了可變?nèi)萘啃蜏u輪增壓器的發(fā)動機(jī)的增壓及可動葉片開度等、其他各種控制參數(shù)。
這樣，由于對相同的控制參數(shù)分別獨(dú)立地設(shè)定兩個目標(biāo)值，所以有時在切換控制模式后盡管是大致相同的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、但目標(biāo)值較大地變化。當(dāng)在控制模式的切換時使目標(biāo)值急劇地較大地(即以階梯狀)變化時，隨之實際的值也急劇地較大地變化，會產(chǎn)生燃燒噪音及轉(zhuǎn)矩變動，此外還有可能引起過渡時的排氣氣體惡化等。
所以，為了避免這種問題，優(yōu)選在控制模式的切換時逐漸地變更目標(biāo)值。執(zhí)行該變更的是本實施方式的控制裝置，其狀況如圖7所示。在圖示例子中，在t1的時期，控制模式從通常噴射模式切換為預(yù)混合噴射模式，然后在t3的時期，控制模式從預(yù)混合模式切換為通常噴射模式。在該切換時，各控制參數(shù)的目標(biāo)值也被從一個控制模式的值(例如V1)變更為另一個控制模式的值(例如V2)，但在該變更時一個值經(jīng)過一定時間逐漸被變更為另一個值。即，優(yōu)選的是，從一個值向另一個值的變更不是瞬間且急劇地進(jìn)行的階梯狀，而是經(jīng)過一定時間平緩地進(jìn)行的斜坡狀。這種變更例如可以通過對成為基本的階梯輸入執(zhí)行鈍化處理、并將其輸出作為目標(biāo)值來實現(xiàn)。通過這樣逐漸變更目標(biāo)值，能夠防止實際值的急劇變化，能夠?qū)⑷紵胍艏稗D(zhuǎn)矩變動的產(chǎn)生、并且過渡時的排氣氣體惡化防止于未然。
此外，在本實施方式中，在控制模式的切換時進(jìn)行使燃料系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更相對于進(jìn)氣系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更延遲的延遲控制。這里所謂的燃料系統(tǒng)的目標(biāo)值，在圖示例子中是目標(biāo)主噴射量、目標(biāo)主噴射時間、目標(biāo)先導(dǎo)噴射量、目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期及目標(biāo)共軌壓，所謂的進(jìn)氣系統(tǒng)的目標(biāo)值，在圖示例子中是目標(biāo)吸入空氣量。
如圖7所示，在開始了進(jìn)氣系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更后，開始燃料系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更。例如，在時期t1，在控制模式從通常噴射模式切換為預(yù)混合噴射模式時，開始目標(biāo)吸入空氣量的變更，然后，在目標(biāo)吸入空氣量的值達(dá)到規(guī)定的閾值MAF1時(時期t2)，開始目標(biāo)主噴射量、目標(biāo)主噴射時間、目標(biāo)先導(dǎo)噴射量、目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期及目標(biāo)共軌壓的變更。這樣，燃料系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更相對于進(jìn)氣系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更只延遲Δt1＝t2-t1地被執(zhí)行。
同樣，在時期t3，在控制模式從預(yù)混合噴射模式切換為通常噴射模式時，也首先開始目標(biāo)吸入空氣量的變更，然后，在目標(biāo)吸入空氣量的值達(dá)到規(guī)定的閾值MAF2時(時期t4)，開始目標(biāo)主噴射量、目標(biāo)主噴射時間、目標(biāo)先導(dǎo)噴射量、目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期及目標(biāo)共軌壓的變更。這樣，燃料系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更相對于進(jìn)氣系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更只延遲Δt3＝t4-t3地被執(zhí)行。
如此進(jìn)行的理由是，進(jìn)氣系統(tǒng)的實際的值比燃料系統(tǒng)的實際的值延遲進(jìn)行變化的、所謂響應(yīng)性的差異。即，即使變更目標(biāo)吸入空氣量，并假設(shè)能夠馬上將進(jìn)氣節(jié)流閥23及EGR閥21變更為相當(dāng)于目標(biāo)值的開度，由于在進(jìn)氣節(jié)流閥23及EGR閥21與缸內(nèi)燃燒室10之間存在一定程度的距離及容積，所以實際存在于燃燒室10內(nèi)的進(jìn)氣的EGR率變更為相當(dāng)于目標(biāo)值也是在經(jīng)過了一定時間以后。此外，預(yù)混合區(qū)域的目標(biāo)EGR率被設(shè)定為50％以上的較高的值，與此相對通常區(qū)域的目標(biāo)EGR率大致為30％左右以下。由此，由于區(qū)域間的移動目標(biāo)EGR率較大地變化，這也是實際的EGR率的追隨延遲的原因。另一方面，如果對噴嘴9發(fā)送了相當(dāng)于目標(biāo)值的信號則燃料系統(tǒng)的值能夠立即變更，并且共軌壓的變更也能夠較迅速地執(zhí)行。因而，如本實施方式那樣，通過使能夠迅速變更的燃料系統(tǒng)的值比進(jìn)氣系統(tǒng)的值延遲變更、并等待實際的燃燒室10內(nèi)的EGR率的變化地使燃料系統(tǒng)的值變化，由此能夠?qū)崿F(xiàn)期望的燃燒狀態(tài)。特別是，EGR率在預(yù)混合燃燒中是重要的參數(shù)，配合實際的EGR率進(jìn)行控制是重要的。
在圖8中表示對應(yīng)于發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化的進(jìn)氣系統(tǒng)值的變化狀況。在(a)～(c)的各曲線圖中，橫軸是發(fā)動機(jī)負(fù)荷，縱軸在(a)中是吸入空氣量、在(b)中是EGR率、在(c)中是A/F(空燃比)。在各曲線圖中，實線是通常噴射模式中的值，虛線是混合噴射模式中的值。(a)的線圖表示目標(biāo)值，(b)及(c)的線圖表示實際值。
在加速時等發(fā)動機(jī)負(fù)荷向增大方向變化時，各值如粗線箭頭E那樣變化。在預(yù)混合噴射模式的執(zhí)行中，各值如沿著虛線向右側(cè)移動地進(jìn)行變化。并且，當(dāng)達(dá)到切換點(diǎn)B時，各值變化為作為通常噴射模式的值的實線上的值，以后各值如沿著實線向右側(cè)移動地進(jìn)行變化。在切換點(diǎn)B，各值如E1所示那樣進(jìn)行變化，但在本實施方式中由于執(zhí)行上述那樣的使其逐漸變化的控制，所以變化較平緩地進(jìn)行。
如(b)所示，在預(yù)混合噴射模式中，EGR率為50％以上，在切換點(diǎn)B之前為50％附近，越是朝向低負(fù)荷側(cè)其值變得越大。并且，當(dāng)切換為通常噴射模式時，EGR率大幅度減少到30％以下，在切換點(diǎn)B之后為30％附近，越是朝向高負(fù)荷側(cè)其值變得越小。設(shè)定目標(biāo)EGR率，并在本實施方式中如(a)那樣設(shè)定目標(biāo)吸入空氣量，以便成為如以上那樣的EGR率變化。在(a)中，吸入空氣量越是朝向高負(fù)荷側(cè)其值變得越大。其對應(yīng)于EGR率逐漸減少。并且，當(dāng)從預(yù)混合噴射模式切換為通常噴射模式時，吸入空氣量變化為更大的值。
對應(yīng)于上述的EGR率變化的A/F的變化在(c)中表示。預(yù)混合噴射模式中的A/F具有比理想配比(理論空燃比約14.5)大的值(即、稀空燃比側(cè))，并隨著發(fā)動機(jī)負(fù)荷的增大而逐漸減少，在切換點(diǎn)B達(dá)到理想配比附近(即、比理想配比大若干的值，例如15)。該值是進(jìn)行預(yù)混合燃燒的界限。并且，當(dāng)在切換點(diǎn)B切換為通常噴射模式時，A/F再次增大，以后在暫時減少后成為大致一定值。如圖所示，在比理想配比高的A/F的一定范圍內(nèi)存在煙產(chǎn)生區(qū)域。在通常噴射模式中，A/F是比煙產(chǎn)生區(qū)域高若干的值并大致一定，避開了煙產(chǎn)生區(qū)域。另外，在圖中，在預(yù)混合噴射模式中有通過煙產(chǎn)生區(qū)域的部分，但實際上燃料在被均勻預(yù)混合化并燃燒，與上述的凹形的空腔的效果共同作用，煙的產(chǎn)生不成為問題。設(shè)定各目標(biāo)值，以實現(xiàn)以上那樣的A/F變化。
另外，在減速時等發(fā)動機(jī)負(fù)荷向減少方向變化時呈現(xiàn)與上述相反的變化。
圖9表示控制模式切換時的噴射量和噴射時期的變化狀況。(a)表示通常噴射模式的情況，(d)表示預(yù)混合噴射模式的情況，(b)、(c)表示這些模式之間的遷移狀態(tài)。由圖可知，在預(yù)混合噴射模式中僅執(zhí)行1次主噴射，在通常噴射模式中執(zhí)行先導(dǎo)及主噴射的兩次噴射。
這里的特征是，預(yù)混合噴射模式中的主噴射(以下也稱作預(yù)混合主噴射)的噴射量及噴射時期、與通常噴射模式中的先導(dǎo)噴射(以下也稱作通常先導(dǎo)噴射)的噴射量及噴射時期相互建立關(guān)聯(lián)，并在它們之間進(jìn)行遷移。即，預(yù)混合主噴射和通常先導(dǎo)噴射的噴射時期都是壓縮上死點(diǎn)TDC之前，是相互比較接近的時期。所以，由于將它們建立關(guān)聯(lián)地進(jìn)行控制能夠順利地進(jìn)行遷移，并且在控制上能夠作為一個值來處理，所以是優(yōu)選的?，F(xiàn)在，在本實施方式中，也將預(yù)混合主噴射與通常先導(dǎo)噴射的噴射時期作為一個或共通的控制參數(shù)來處理。
在從(a)朝向(d)的從通常噴射模式向預(yù)混合主噴射模式的切換時，通常先導(dǎo)噴射的噴射時期及噴射量逐漸轉(zhuǎn)換到預(yù)混合主噴射的噴射時期及噴射量，通常噴射模式中的主噴射(以下也稱作通常主噴射)，其噴射時期固定在壓縮上死點(diǎn)附近，噴射量逐漸減少最終成為零。反之，在從(d)朝向(a)的從預(yù)混合主噴射模式向通常噴射模式的切換時，預(yù)混合主噴射的噴射時期及噴射量逐漸轉(zhuǎn)換到通常先導(dǎo)噴射的噴射時期及噴射量，通常主噴射從最初沒有的狀態(tài)逐漸出現(xiàn)，在噴射時期被固定在壓縮上死點(diǎn)附近不變的狀態(tài)下噴射量逐漸增大，最終達(dá)到通常噴射模式中的目標(biāo)值。
關(guān)于通常先導(dǎo)噴射與預(yù)混合主噴射的關(guān)系，關(guān)于噴射量，一般通常先導(dǎo)噴射的噴射量比預(yù)混合主噴射的噴射量少。關(guān)于噴射時期，在圖示例子中與預(yù)混合主噴射的噴射時期相比通常先導(dǎo)噴射的噴射時期提前，但也可以具有延遲的情況。通常先導(dǎo)、主噴射的方式具有多種，例如除了在主噴射之前執(zhí)行先導(dǎo)噴射、并通過由先導(dǎo)噴射制作的火種使主噴射燃料持續(xù)地燃燒的方式以外，還存在較提前地進(jìn)行先導(dǎo)噴射并將該噴射燃料均勻預(yù)混合化、然后執(zhí)行主噴射的方式等。在后者的情況下，可以適用如本申請人在特開2003-148222中公開的、最大熱產(chǎn)生率為60kJ/s以下的提前先導(dǎo)噴射。
另外，在這樣將預(yù)混合主噴射與通常先導(dǎo)噴射建立了關(guān)聯(lián)的情況下，圖6所示的映射圖彼此的關(guān)系成為圖14所示那樣。即，預(yù)混合主噴射的噴射時期及噴射量分別與通常先導(dǎo)噴射的噴射時期及噴射量建立關(guān)聯(lián)，在它們之間進(jìn)行目標(biāo)值的轉(zhuǎn)換。與此相對，由于在預(yù)混合主噴射中不存在先導(dǎo)噴射，所以也不存在噴射時期及噴射量計算映射圖。當(dāng)控制模式被從預(yù)混合噴射模式切換為通常噴射模式時，根據(jù)通常噴射模式的主噴射時期計算映射圖，決定對應(yīng)于當(dāng)時的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的噴射時期的目標(biāo)值。另一方面，根據(jù)通常噴射模式的主噴射量計算映射圖，決定對應(yīng)于當(dāng)時的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的主噴射量的臨時目標(biāo)值，最終的目標(biāo)值逐漸接近該臨時目標(biāo)值。
圖10中表示用于預(yù)混合主噴射的目標(biāo)噴射時期決定的邏輯。如上所述，由于在本實施方式中將預(yù)混合主噴射與通常先導(dǎo)噴射的噴射時期作為相同的控制參數(shù)來處理，所以該邏輯也作為決定通常先導(dǎo)噴射的目標(biāo)噴射時期的邏輯使用。此外，在本實施方式中，也使用相同的邏輯決定目標(biāo)吸入空氣量。該邏輯由ECU26執(zhí)行。
如圖所示，首先，利用基礎(chǔ)映射圖，根據(jù)實際的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和目標(biāo)燃料噴射量Q，決定目標(biāo)預(yù)混合主噴射時期的基礎(chǔ)值。另一方面，根據(jù)實際的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速NE和目標(biāo)燃料噴射量Q，利用修正值基礎(chǔ)映射圖決定基礎(chǔ)修正值。并且，進(jìn)一步根據(jù)由水溫傳感器(未圖示)檢測到的發(fā)動機(jī)的水溫THW(這是發(fā)動機(jī)溫度的代用值，也可以使用油溫等)，利用修正系數(shù)映射圖決定修正系數(shù)。通過將該修正系數(shù)乘以修正值的基礎(chǔ)值來決定最終修正值，并將該最終修正值加上目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期的基礎(chǔ)值，由此得到最終的目標(biāo)預(yù)混合主噴射時期。即，通過該邏輯，修正目標(biāo)預(yù)混合主噴射時期(即目標(biāo)通常先導(dǎo)噴射時期)、和目標(biāo)吸入空氣量。
在發(fā)動機(jī)沒有完全暖機(jī)的狀態(tài)下，缸內(nèi)溫度及EGR冷卻器22的EGR氣體的冷卻效率與暖機(jī)后不同。并且，根據(jù)發(fā)動機(jī)暖熱機(jī)狀態(tài)，EGR率及O2濃度也變化。特別是在預(yù)混合燃燒中，將O2濃度及EGR率(或者吸入空氣量)正確地控制為期望值是重要的。這是如這里說明了的進(jìn)行根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度的修正的理由。
另外，以發(fā)動機(jī)的暖機(jī)狀態(tài)及EGR冷卻器的狀態(tài)(包括劣化等)為起因的如上述那樣的修正，更優(yōu)選檢測吸入到缸內(nèi)的實際的進(jìn)氣溫度及O2濃度、并根據(jù)這些值來進(jìn)行。
圖11更具體地表示用于決定目標(biāo)預(yù)混合主噴射時期的映射圖。橫軸是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)，縱軸是燃燒噴射量(mm3/st)，并僅使用切換線A的低負(fù)荷側(cè)(下側(cè))。此外，在實用上，由于除在燃料切斷時等以外不存在燃料噴射量為零的情況，所以使用相當(dāng)于空轉(zhuǎn)的燃料噴射量(在本實施方式中是5(mm3/st))以上的區(qū)域。由圖可知，預(yù)混合主噴射時期被設(shè)定在上死點(diǎn)前5～35°的范圍內(nèi)，隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及燃料噴射量(相當(dāng)于發(fā)動機(jī)負(fù)荷)的增大，具有提前的傾向。此外，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下，負(fù)荷越增加噴射時期越提前。這是因為，隨著噴射量的增大需要增大預(yù)混合期間。另一方面，在燃料噴射量一定的情況下，轉(zhuǎn)速越提高噴射時期越提前。這是因為，隨著轉(zhuǎn)速的增大活塞速度也增加，為了確保預(yù)混合期間需要提前開始噴射。
圖12是通過實機(jī)檢測預(yù)混合區(qū)域中的實際的A/F的試驗結(jié)果。這里所示的A/F的值是根據(jù)實際的吸入空氣量計算的值，不是直接測定缸內(nèi)的A/F的值。與上述同樣，橫軸是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)，縱軸是燃燒噴射量(mm3/st)，僅切換線A的低負(fù)荷側(cè)(下側(cè))且比空轉(zhuǎn)噴射量靠高負(fù)荷側(cè)(上側(cè))是有效的。A/F在切換線A的位置上是預(yù)混合燃燒界限的約15，從此處越是達(dá)到靠低負(fù)荷側(cè)、值變得越大，并顯示出稀空燃比傾向。其最低負(fù)荷側(cè)的最大值超過35。
如以上所說明的，根據(jù)本發(fā)明的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，能夠順利且適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行預(yù)混合燃燒與擴(kuò)散燃燒的切換，并能夠?qū)⑶袚Q時的燃燒音變化及轉(zhuǎn)矩沖擊防止于未然。
本發(fā)明的實施方式并不限于上述實施方式，可以采用各種其他的實施方式。例如，在上述實施方式中將吸入空氣量作為與EGR率有關(guān)的參數(shù)使用，但也可以直接使用EGR率的值。即，也可以預(yù)先設(shè)定目標(biāo)EGR率自身，并且檢測實際的EGR率并進(jìn)行控制，以使實際的EGR率接近目標(biāo)EGR率。此外，在通常噴射模式中，先導(dǎo)噴射并不是必需的，也可以只進(jìn)行主噴射。此外，相反也可以進(jìn)行如多次執(zhí)行先導(dǎo)噴射那樣的多級噴射。
符號說明1發(fā)動機(jī)主體 4活塞 2缸 9噴嘴 11空腔 11a凸部14油門開度傳感器 15吸入空氣量傳感器 16曲軸轉(zhuǎn)角傳感器17共軌壓傳感器 20EGR通道 21EGR閥 23進(jìn)氣節(jié)流閥24共軌 26電子控制單元(ECU) β噴射角度
權(quán)利要求
1.一種柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，用于控制噴射到柴油發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)的燃料的噴射量和噴射時期，其特征在于，設(shè)定通常噴射模式和預(yù)混合噴射模式的兩個控制模式，所述通常噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使噴射的燃料在其噴射期間內(nèi)在壓縮上死點(diǎn)附近著火；所述預(yù)混合噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使燃料噴射在壓縮上死點(diǎn)前結(jié)束、并且其噴射的燃料經(jīng)過預(yù)混合期間在壓縮上死點(diǎn)附近著火；預(yù)先獨(dú)立地設(shè)定各控制模式中的控制參數(shù)的目標(biāo)值；設(shè)有變更單元，用于在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，使一個控制模式的目標(biāo)值逐漸變更為另一個控制模式的目標(biāo)值。
2.如權(quán)利要求1所述的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于，設(shè)有EGR裝置，用于執(zhí)行將排氣氣體的一部分回流到進(jìn)氣側(cè)的EGR，該EGR裝置具有用于變更EGR率的閥；和EGR控制單元，控制上述閥以使實際的EGR率接近目標(biāo)EGR率；上述目標(biāo)值至少包括目標(biāo)燃料噴射量、目標(biāo)燃料噴射時期、和上述目標(biāo)EGR率；上述變更單元具有延遲單元，用于在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時、在開始了上述目標(biāo)EGR率的變更后開始上述目標(biāo)燃料噴射量與上述目標(biāo)燃料噴射時期的變更。
3.如權(quán)利要求2所述的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于，上述閥至少包括設(shè)在上述發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣通道中的進(jìn)氣節(jié)流閥，上述EGR控制單元是為了控制上述EGR率而控制吸入空氣量的單元，是至少控制上述進(jìn)氣節(jié)流閥以使實際的吸入空氣量接近目標(biāo)吸入空氣量的單元；上述延遲單元在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時、在開始了上述目標(biāo)吸入空氣量的變更后開始上述目標(biāo)燃料噴射量與上述目標(biāo)燃料噴射時期的變更。
4.如權(quán)利要求2或3所述的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于，在上述預(yù)混合噴射模式中，上述目標(biāo)EGR率被設(shè)定為50％以上。
5.如權(quán)利要求2～4中任一項所述的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于，設(shè)有用于根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度修正上述目標(biāo)EGR率的單元。
6.如權(quán)利要求2～5中任一項所述的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于，設(shè)有以高壓狀態(tài)儲存噴射前的燃料的共軌、和用于控制作為該共軌內(nèi)的燃料壓力的共軌壓的單元；上述目標(biāo)值還包括目標(biāo)共軌壓；上述延遲單元還在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時、在開始了上述目標(biāo)EGR率的變更后開始上述目標(biāo)共軌壓的變更。
7.如權(quán)利要求1所述的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于，在上述通常噴射模式中執(zhí)行少量的先導(dǎo)噴射和大量的主噴射，在上述預(yù)混合噴射模式中僅執(zhí)行主噴射；上述目標(biāo)值至少包括上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量、目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期、目標(biāo)主噴射量及目標(biāo)主噴射時期、和上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量及目標(biāo)主噴射時期；上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量和目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期，分別與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量和目標(biāo)主噴射時期建立關(guān)聯(lián)；上述變更單元在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，在上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量之間逐漸地進(jìn)行變更，并且在上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射時期之間逐漸地進(jìn)行變更。
8.如權(quán)利要求7所述的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于，設(shè)有用于根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度修正上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射時期的單元。
9.如權(quán)利要求1～8中任一項所述的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于，上述通常噴射模式在比上述預(yù)混合噴射模式靠發(fā)動機(jī)的高負(fù)荷側(cè)執(zhí)行。
10.如權(quán)利要求1～9中任一項所述的柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于，上述發(fā)動機(jī)具備設(shè)在活塞頂部的凹形的空腔、和設(shè)定噴射角度以使得在上述任意控制模式中噴射的燃料都進(jìn)入到上述空腔內(nèi)的噴嘴。
11.一種柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，用于控制噴射到柴油發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)的燃料的噴射量和噴射時期，其特征在于，設(shè)定通常噴射模式和預(yù)混合噴射模式的兩個控制模式，所述通常噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使噴射的燃料在其噴射期間內(nèi)在壓縮上死點(diǎn)附近著火；所述預(yù)混合噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使燃料噴射在壓縮上死點(diǎn)前結(jié)束、并且其噴射的燃料經(jīng)過預(yù)混合期間在壓縮上死點(diǎn)附近著火；在該各控制模式中，分別預(yù)先獨(dú)立地設(shè)定燃料系統(tǒng)及進(jìn)氣系統(tǒng)的控制參數(shù)的目標(biāo)值；設(shè)有變更延遲單元，用于在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，將一個控制模式的目標(biāo)值變更為另一個控制模式的目標(biāo)值，并且使該一個控制模式中的燃料系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更、比一個控制模式中的空氣系統(tǒng)的目標(biāo)值的變更延遲地開始。
12.一種柴油發(fā)動機(jī)的控制裝置，用于控制噴射到柴油發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)的燃料的噴射量和噴射時期，其特征在于，設(shè)定通常噴射模式和預(yù)混合噴射模式的兩個控制模式，所述通常噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使噴射的燃料在其噴射期間內(nèi)在壓縮上死點(diǎn)附近著火；所述預(yù)混合噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使燃料噴射在壓縮上死點(diǎn)前結(jié)束、并且其噴射的燃料經(jīng)過預(yù)混合期間在壓縮上死點(diǎn)附近著火；在上述通常噴射模式中執(zhí)行少量的先導(dǎo)噴射和大量的主噴射，并且在上述預(yù)混合噴射模式中僅執(zhí)行主噴射；預(yù)先獨(dú)立地設(shè)定該各控制模式中的控制參數(shù)的目標(biāo)值，并且該目標(biāo)值至少包括上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量、目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期、目標(biāo)主噴射量及目標(biāo)主噴射時期、和上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量及目標(biāo)主噴射時期；將上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量和目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期，分別與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量和目標(biāo)主噴射時期建立關(guān)聯(lián)；設(shè)有燃料目標(biāo)值變更單元，用于在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，在上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射量與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射量之間進(jìn)行變更，并且在上述通常噴射模式中的目標(biāo)先導(dǎo)噴射時期與上述預(yù)混合噴射模式中的目標(biāo)主噴射時期之間進(jìn)行變更。
全文摘要
一種控制裝置，用于控制噴射到柴油發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)的燃料的噴射量和噴射時期，在該控制裝置中設(shè)定通常噴射模式和預(yù)混合噴射模式的兩個控制模式，所述通常噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使噴射的燃料在其噴射期間內(nèi)在壓縮上死點(diǎn)附近著火；所述預(yù)混合噴射模式控制噴射量與噴射時期，以使得燃料噴射在壓縮上死點(diǎn)前結(jié)束、并且其噴射的燃料經(jīng)過預(yù)混合期間在壓縮上死點(diǎn)附近著火；預(yù)先獨(dú)立地設(shè)定該各控制模式中的控制參數(shù)(先導(dǎo)噴射時期等)的目標(biāo)值；設(shè)有變更單元，用于在從一個控制模式向另一個控制模式的切換時，使一個控制模式的目標(biāo)值(V1)逐漸變更為另一個控制模式的目標(biāo)值(V2)。
文檔編號F02D43/00GK101035978SQ20058003419
公開日2007年9月12日 申請日期2005年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月6日
發(fā)明者石川直也 申請人:五十鈴自動車株式會社