專利名稱:均質(zhì)充量壓縮著火引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及均質(zhì)充量壓縮著火(homogeneous charge compression ignition)引擎,其中,燃燒模式可在火花點(diǎn)火燃燒和均質(zhì)充量壓縮著火 燃燒之間切換。
背景技術(shù):
在最近幾年中,從其中可獲得優(yōu)良的燃料經(jīng)濟(jì)性和熱效率的均質(zhì) 充量壓縮著火(HCCI)引擎已經(jīng)引起了注意,并且,針對這種引擎已經(jīng) 進(jìn)行了各種研究。在大多數(shù)HCCI引擎中,通過燃料和空氣在引擎的 進(jìn)氣道(intakepassage)中的混合而產(chǎn)生空氣-燃料混合物,從而,空氣-燃料混合物可被供應(yīng)至燃燒室。之后,隨著活塞在壓縮沖程時向上升, 包含在燃燒室內(nèi)的空氣-燃料混合物中的壓力上升且溫度升高,以使得 混合物自發(fā)地著火。在將HCCI引擎付諸于實(shí)踐方面需要克服的一個 障礙是,容許均質(zhì)充量壓縮著火(HCCI)燃燒被穩(wěn)定地控制的引擎運(yùn)行 范圍仍然較狹窄。為了克服這種障礙,存在一種傾向,即,在諸如用 于GHPs(氣體熱泵)的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)等的固定引擎(在這種固定引擎中, 通常所被使用的運(yùn)行范圍相對地較狹窄)中執(zhí)行HCCI燃燒。此外,提 出了這樣的一種引擎,在這種引擎中,燃燒模式被進(jìn)行切換,以使得, 在頻繁地被使用的中速旋轉(zhuǎn)和中等負(fù)荷的范圍內(nèi)進(jìn)行HCCI燃燒,并 且在低速旋轉(zhuǎn)范圍和高速旋轉(zhuǎn)范圍以及低負(fù)荷范圍和高負(fù)荷范圍中 進(jìn)行火花點(diǎn)火(SI)燃燒。例如,日本特許公開專利出版物 No.2000-220458和日本特許公開專利出版物No.2004-293471公開了 一種用于控制HCCI引擎的方法,其中,燃燒沖莫式可在SI燃燒和HCCI 燃燒之間切換。在日本特許公開專利出版物No.2000-220458中,當(dāng)將SI燃燒切 換成HCCI燃燒時,節(jié)流閥(throttle)被逐漸地打開,以使得進(jìn)氣的量 (amount of intake)在HCCI燃燒時要比在SI燃燒時高。結(jié)杲,在HCCI 燃燒時的空燃比(air-ftiel-ratio)高于在SI燃燒時的空燃比,以使得,通 過HCCI燃燒,運(yùn)行時的空氣-燃料混合物變稀薄(lean),且燃料經(jīng)濟(jì) 性和熱效率得以提高。
此外,在日本特許公開專利出版物No.2004-293471中,當(dāng)將SI 燃燒切換成HCCI燃燒時,節(jié)流閥開度(opening degree)臨時固定在這 樣的水平處,該水平介于SI燃燒時的開度與HCCI燃燒時的開度之間。 結(jié)果,在保持駕駛性能的同時減少了泵氣損失,從而提高了燃料經(jīng)濟(jì) 性。
在燃燒模式被切換到HCCI燃燒之前,節(jié)流閥開度在SI燃燒狀態(tài) 中具有閉合角(closingangle)。因此,在進(jìn)氣道內(nèi)的節(jié)流閥的兩側(cè)的部 分之間存在壓差。具體地說,節(jié)流閥的與燃燒室相應(yīng)的一側(cè)上的進(jìn)氣 道部分中為負(fù)壓(進(jìn)氣負(fù)壓),并且,與燃燒室相反的一側(cè)上的進(jìn)氣道 部分中基本為大氣壓。在上面的日本特許公開專利出版物 No.2000-220458和日本特許公開專利出版物No.2004-293471中所描 述的結(jié)構(gòu)中當(dāng)節(jié)流閥打開時,節(jié)流閥附近的空氣的流量(flow rate)由于 壓差而突然增加。因此,在燃料供應(yīng)部件定位在節(jié)流閥附近的情況下, 空氣-燃料混合物變得過分地稀薄。結(jié)果,在這樣的時期期間一一在該 時期中,SI燃燒被切換成HCCI燃燒一一引擎發(fā)生失火(misfires),并 且,引擎可能停轉(zhuǎn)(stall)。尤其地,在使用混合器或化油器來供應(yīng)空氣 -燃料混合物的情況下,燃料在靠近節(jié)流閥且位于節(jié)流閥上游的點(diǎn)處被 供應(yīng),并因此,空氣-燃料混合物中的空燃比(過量空氣系數(shù)(excessair ratio))極大地受到節(jié)流閥的打開和關(guān)閉的影響。
在為HCCI燃燒所需的空氣-燃料混合物中的過量空氣系數(shù)4交高的 情況下,空氣-燃料混合物變稀薄并不是嚴(yán)重的問題。然而,當(dāng)在這樣 的HCCI引擎中一一該HCCI引擎在HCCI燃燒時提供負(fù)的重疊時期(negative overlap period)并使用內(nèi)部EGR——進(jìn)行HCCI燃燒時,需要 將相對地較濃的空氣-燃料混合物供應(yīng)至燃燒室中。也就是說,需要調(diào) 節(jié)空燃比以使得過量空氣系數(shù)變低。在這種情況下,如上所描述的稀 薄的空氣-燃料混合物會造成嚴(yán)重的問題。負(fù)的重疊時期是這樣的時 期,在該時期期間,排氣閥和進(jìn)氣閥都關(guān)閉(當(dāng)活塞在排氣沖程中位于 上止點(diǎn)附近時)。尤其地,為了實(shí)現(xiàn)高的燃料經(jīng)濟(jì)性和低的NOx排放 量,在某些情況下在SI燃燒時執(zhí)行稀薄燃燒。在這種情況下,過量空 氣系數(shù)有時變得比HCCI燃燒時的過量空氣系數(shù)更大,且由此,上面 所描述的問題變得更為突出。
因此,當(dāng)節(jié)流閥開始打開時,進(jìn)氣的量最急劇地增加。所以,即 使在利用上面的日本特許公開專利出版物No.2000-220458和日本特 許公開專利出版物No.2004-293471中所公開的技術(shù)來調(diào)節(jié)進(jìn)氣量時, 也難以抑制這種進(jìn)氣量的突然增加并防止空氣-燃料混合物由此變得 過分稀薄。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目的在于提供這樣的 一種HCCI引擎,當(dāng)燃燒模 式從SI燃燒切換到HCCI燃燒時,該HCCI引擎防止空氣-燃料混合 物在節(jié)流閥打開時變得過分稀薄,從而防止失火。
為了實(shí)現(xiàn)上面所描述的目的,本發(fā)明一方面提供了一種均質(zhì)充量 壓縮著火引擎,其具有燃燒室和連接到該燃燒室上的進(jìn)氣道。在該引 擎中,燃燒模式通過切換時期(switchingperiod)而在火花點(diǎn)火燃燒和均 質(zhì)充量壓縮著火燃燒之間切換。引擎在均質(zhì)充量壓縮著火燃燒期間的 運(yùn)行中提供的負(fù)的重疊時期。這種負(fù)的門重疊時期是這樣的時期,在 該時期期間,當(dāng)在排氣沖程中活塞處于上止點(diǎn)附近時,進(jìn)氣閥和排氣 閥均關(guān)閉,從而,已燃?xì)怏w留在燃燒室內(nèi)。引擎設(shè)有節(jié)流閥、調(diào)節(jié)部 件( adjusting section)和控制部件(control section)。節(jié)流閥調(diào)節(jié)供應(yīng)至燃 燒室的空氣的量。調(diào)節(jié)部件調(diào)節(jié)供應(yīng)至進(jìn)氣道的燃料的量??刂撇考刂乒?jié)流閥和調(diào)節(jié)部件。在切換時期期間(在其中,火花點(diǎn)火燃燒被切 換至均質(zhì)充量壓縮著火燃燒),控制部件控制節(jié)流閥,以使得節(jié)流閥開 度從火花點(diǎn)火燃燒的穩(wěn)定運(yùn)行的時侯中的開度增加到均質(zhì)充量壓縮 著火燃燒的穩(wěn)定運(yùn)行的時侯中的開度。此外,控制部件控制調(diào)節(jié)部件, 以使得供應(yīng)至進(jìn)氣道的燃料的量變得比火花點(diǎn)火燃燒的穩(wěn)定運(yùn)行的 時侯中的燃料的量更大。
圖1是顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的HCCI引擎的整體結(jié)構(gòu)的
示意圖2是顯示了圖1的引擎中的節(jié)流閥開度、燃料閥開度、穿過混 合器的流量和過量空氣系數(shù)的圖表;
圖3是示意圖,其顯示了圖1的引擎中的SI和HCCI的運(yùn)行范圍 的一個示例;
圖4是顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的HCCI引擎的整體結(jié)構(gòu)的 示意圖;且
圖5是顯示了圖4的引擎中的節(jié)流閥開度、燃料閥開度、穿過混 合器的流量和過量空氣系數(shù)的圖表。
具體實(shí)施例方式
以下將參照這些附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。 參照圖1,現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的均質(zhì)充量壓縮著 火引擎(HCCI引擎)l的整體結(jié)構(gòu)。
引擎1具有燃燒室10、連接至燃燒室10的進(jìn)氣道llp、進(jìn)氣閥 Uv、排氣閥12v和排氣道12p。引擎1在根據(jù)運(yùn)行條件(引擎的負(fù)荷 和轉(zhuǎn)數(shù))而在恰當(dāng)?shù)赜诨鸹c(diǎn)火燃燒(SI燃燒)和均質(zhì)充量壓縮著火燃 燒(HCCI燃燒)之間切換燃燒模式的同時運(yùn)行。因此,高的燃料經(jīng)濟(jì)性 (由于HCCI燃燒)和高輸出(由于SI燃燒)均被該引擎1所實(shí)現(xiàn)。進(jìn)氣道lip設(shè)有混合器4。氣體燃料通過燃料供應(yīng)通道(fliel supplying path)2p而供應(yīng)至這個混合器4以便空氣和該燃料在混合器4中被混 合。連接至混合器4(進(jìn)氣道llp)的燃料供應(yīng)通道2p起著用于氣體燃 料的通道的作用。雖然在本實(shí)施例中,氣體燃料(例如城市煤氣或LPG) 被用作燃料,但是燃料并不局限于氣體燃料。此外,雖然在本實(shí)施例 中,燃料和空氣是在混合器4中進(jìn)行混合的,但是其可在不同于混合 器4的裝置(例如化油器或和噴射器)中進(jìn)行混合。
此外,引擎1被控制以便在HCCI燃燒期間的運(yùn)行中提供負(fù)的重 疊時期。在該負(fù)的重疊時期期間引擎1可利用內(nèi)部EGR而進(jìn)行HCCI 燃燒。負(fù)的氣門重疊時期是這樣的時期,在該時期期間,當(dāng)在排氣沖 程中活塞20位于上止點(diǎn)附近時排氣門和進(jìn)氣門都關(guān)閉。在這種情況 下,在排氣沖程中在活塞20到達(dá)上止點(diǎn)之前排氣閥被關(guān)閉。結(jié)果, 部分的燃?xì)怏w作為內(nèi)部EGR氣駐留在燃燒室內(nèi),且被用于下一燃燒。 上面所描述的結(jié)構(gòu)容許高溫的內(nèi)部EGR氣與供應(yīng)至燃燒室10中的新 的空氣-燃料混合物進(jìn)行混合,從而,提高燃燒室IO內(nèi)的溫度。結(jié)果, HCCI燃燒期間的著火性得以提高。因而,可通過調(diào)節(jié)負(fù)的重疊時期 的長度來將發(fā)火時間控制至一定的度數(shù)。內(nèi)部EGR如上所述地被使 用,并因此,在HCCI燃燒時需要將相對較濃的空氣-燃料混合物供應(yīng) 至燃燒室10。這是因?yàn)?,在?nèi)部EGR氣和空氣-燃料混合物進(jìn)行混合 時,燃燒室IO的內(nèi)部被調(diào)節(jié)至HCCI燃燒時所需的空燃比。
此外,引擎l具有節(jié)流閥3和燃料閥2v,其為調(diào)節(jié)部件。此外, 引擎1具有ECU(電子控制單元)5,其為控制部件,并且,燃料閥2v、 節(jié)流閥3、進(jìn)氣閥llv、火花塞60c和排氣閥12v都分別通過線5a至 5e而電連接至ECU5。因而,ECU5控制著燃^十閥2v、節(jié)流閥3、進(jìn) 氣閥llv、火花塞60c和排氣閥12v的運(yùn)行。更詳細(xì)地說,進(jìn)氣閥llv 和排氣閥12v分別具有凸輪llc和12c,并且ECU5控制凸輪llc和 12c的運(yùn)行,從而,進(jìn)氣閥llv和排氣閥12v的打開和關(guān)閉操作被控 制。此外,在SI燃燒時火花塞60c被使用。如圖1中所示,節(jié)流閥3具有軸3c、閥門部分(valve portion)3v 和用于驅(qū)動該軸3c的步進(jìn)馬達(dá)(未顯示)。閥門部分3v可繞軸3c旋轉(zhuǎn)。 此外,通過ECU5對步進(jìn)馬達(dá)的控制可調(diào)節(jié)閥門部分3v的開度,并 因此,空氣進(jìn)氣量(其由此通過進(jìn)氣道llp而被供應(yīng)至燃燒室IO)被加 以調(diào)節(jié)。
燃料閥2v設(shè)于燃料供應(yīng)通道2p中。燃料閥2v的開度由ECU5 所控制。結(jié)果,供應(yīng)至進(jìn)氣道llp的燃料的量被加以調(diào)節(jié)。
接下來,參照圖2來描述引擎1的運(yùn)行。圖2是顯示了引擎1中 的節(jié)流閥開度、燃料閥開度、穿過混合器的流量和過量空氣系數(shù)的圖 表。圖2中的橫軸線表示燃燒循環(huán)數(shù)。節(jié)流閥開度和燃料閥開度表示 在ECU5的控制之后的狀態(tài),且穿過混合器的流量和過量空氣系數(shù)表 示通過這種控制所取得的結(jié)果。此外,在圖2中,利用內(nèi)部EGR來 進(jìn)行HCCI燃燒。因此,當(dāng)引擎1在HCCI燃燒期間穩(wěn)定地運(yùn)行時的(也 就是,在穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時的)節(jié)流閥開度、燃料闊開度、穿過混合 器的流量和過量空氣系數(shù)都是在執(zhí)行內(nèi)部EGR的情況下的量或值。
在根據(jù)本發(fā)明的引擎1中,如圖3中所示,燃燒模式根據(jù)引擎的 負(fù)荷和引擎的轉(zhuǎn)數(shù)(number of rotations)而在HCCI燃燒和SI燃燒之間 切換。因此,"從SI燃燒切換至HCCI燃燒"包括各種切換模式,就如 圖3中的箭頭所示那樣。圖2的圖表是出自各種切換模式中的一個示 例,并且本實(shí)施例并不局限于圖2中所示的模式。
此外,根據(jù)本實(shí)施例的HCCI引擎1中的ECU5在切換時具有如 圖2的圖表中所示的控制模式,并且除了圖2中所示的這種模式之外, 還具有相應(yīng)于如圖3的各種切換模式(從SI至HCCI)的各種控制模式。
圖2中的"節(jié)流閥開度"表示節(jié)流閥3的開度。如圖2中所示,節(jié) 流閥開度是這樣的,即,在穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時該節(jié)流閥是完全打開 的。此外,"燃料閥開度"表示燃料閥2v的開度。
此外,在圖2中,"穿過混合器的流量"表示經(jīng)過混合器4的空氣-燃料混合物的流量。此外,在圖2中,"過量空氣系數(shù)"是通過將空氣-燃料混合物(其通過進(jìn)氣道lip而被供應(yīng)至燃燒室IO)的空燃比除以化
學(xué)計(jì)量空燃比(stoichiometric air-fod ratio)而獲得的值。通過設(shè)于圖1 中的燃燒室10和節(jié)流閥3之間的傳感器50來測量用于獲取過量空氣 系數(shù)的空燃比。過量空氣系數(shù)越高,空氣-燃料混合物越稀薄。
圖2中的實(shí)線顯示了在根據(jù)本實(shí)施例的控制的情況下的狀態(tài)。根 據(jù)本實(shí)施例,在燃燒模式從SI燃燒切換到HCCI燃燒的時期期間節(jié)流 閥開度分階段地(stepbystep)增加,并且,燃料閥開度一度增加,且之 后,改變到HCCI燃燒所需要的開度。虛線顯示了在這樣的情況下的 狀態(tài),在該情況下,在燃燒模式從SI燃燒切換至HCCI燃燒的時期期 間節(jié)流閥開度直接地增加至完全打開狀態(tài),并且,燃料閥開度直接地 改變至HCCI燃燒所需要的開度。
如上所述,在節(jié)流閥3的兩側(cè)上的進(jìn)氣道lip的部分之間存在壓 差。具體地說,節(jié)流閥3的相應(yīng)于燃燒室10的一側(cè)上的進(jìn)氣道Up 的部分達(dá)負(fù)壓(進(jìn)氣負(fù)壓),而與燃燒室10相反的那側(cè)上的進(jìn)氣道llp 的部分基本達(dá)大氣壓。在通過虛線所顯示的示例中,節(jié)流閱開度從引 擎1在SI燃燒期間的穩(wěn)定運(yùn)行時(在穩(wěn)定的SI運(yùn)行時)的開度直接地增 加到穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時的開度(處于完全打開狀態(tài))(參看(l)),且燃料 閥開度直接地降低至HCCI燃燒期間所需要的開度(穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行 時的開度)(參看(2))。在這種情況下,上面所描述的壓差導(dǎo)致穿過混合 器的流量突然增加(參看(3)),且過量空氣系數(shù)在切換時期期間突然增 力口(參看(4))。結(jié)果,空氣-燃料混合物變得過分稀薄,并因而,使引擎 變得容易失火和停轉(zhuǎn)。
如上所述的壓縮著火運(yùn)行時,在引擎1中執(zhí)行內(nèi)部EGR,并因此, 有需要將相對較濃的空氣-燃料混合物供應(yīng)至燃燒室10。因此,在空 氣-燃料混合物變稀薄的情況下(參看(4)),諸如失火等的問題變得嚴(yán) 重。尤其地,存在這樣的情況,即,為了實(shí)現(xiàn)高的燃料經(jīng)濟(jì)性和低的 NOx排放量,在SI燃燒期間執(zhí)行稀薄燃燒。在這種情況下,過量空 氣系數(shù)有時變得比HCCI燃燒時的過量空氣系數(shù)更大,且上面所描述
10的問題變得更為嚴(yán)重。
同時,在根據(jù)本發(fā)明的引擎1中,在SI燃燒被切換至HCCI燃燒
的時期期間,ECU5控制節(jié)流閥3,以使得節(jié)流閥3的開度從穩(wěn)定的 SI運(yùn)行時的開度增加至穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時的開度(參看(A))。此外, 在該切換時期期間,ECU5控制燃料閥2v,以使得,供應(yīng)至進(jìn)氣道llp 的燃料的量變得比在穩(wěn)定的SI運(yùn)行時被供應(yīng)燃料的量更大(參看(B))。 結(jié)果,防止了穿過混合器的流量突然增力口(參看(C)),并且,SI燃燒時 的過量空氣系數(shù)緩和地變化到HCCI燃燒時的過量空氣系數(shù),在切換 時期期間過量空氣系數(shù)中沒有任何突然的增力口(參看(D))。因此,可防 止空氣-燃料混合物變得過分稀薄。
此外,在該切換時期期間節(jié)流閥3的開度由ECU5所控制以便逐 級地增加到穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時的開度(參看(A))。在從第二階段起 (onward from)至少一個階段中,ECU5以比第一階段中的增大量 (incremental amount)更大的增大量來增加節(jié)流閥3的開度。在圖2中, 增大量在第二階段中(參看(b))和在第三階段中(參看(c))比在第 一 階段 中(參看(a))大。
當(dāng)節(jié)流閥3被分階段地控制時,穿過混合器的流量的若干階段中 出現(xiàn)峰值流量。每次出現(xiàn)峰值流量的時間相應(yīng)于緊接于節(jié)流閥3打開 后的時間(參看(C))。此外,分階段地控制節(jié)流閥3的開度并不是必須 的。節(jié)流閥開度可例如單調(diào)地從SI燃燒時的開度增加到HCCI燃燒時 的開度。在這種情況下,開度對燃燒循環(huán)數(shù)的增大量(即,開度的增大 率)可較小。
此外,ECU5控制燃料閥2v,以使得在節(jié)流閥3的開度變成穩(wěn)定 的HCCI運(yùn)行時的開度之前,供應(yīng)至進(jìn)氣道1 lp的燃料的量變得比穩(wěn) 定的SI運(yùn)行時被供應(yīng)的燃料的量更大。此外,ECU5以這樣的方式來 控制燃料閥2v,即,使得,在節(jié)流閥3的開度變成穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行 時的開度之后,供應(yīng)至進(jìn)氣道llp的燃料的量變成在穩(wěn)定的HCCI運(yùn) 行時被供應(yīng)的燃料的量。如上所述,僅在這樣的時期期間——該時期中,空氣-燃料混合物變得過分稀薄一一增加所供應(yīng)的燃料的量,并因
此,燃燒^t式平滑地從SI燃燒切換到HCCI燃燒,同時防止空氣-燃
料混合物暫時地變得稀薄。
在這種結(jié)構(gòu)中,可防止空氣-燃料混合物變得過分稀薄(當(dāng)進(jìn)氣量 突然增加時)。因此,可防止引擎l失火。此外,扭矩中的跳變的出現(xiàn)、
HC和CO的增加,以及由于HC和CO的增加而引起的燃料經(jīng)濟(jì)性的 下降都^皮防止。
此外,在切換時期期間,節(jié)流閥3的開度分階段地增加到穩(wěn)定的 HCCI運(yùn)行時的開度,并由此,防止了進(jìn)氣量突然增加,且防止了空 氣-燃料混合物變得過分稀薄。
此外,在從第二階l殳起的切換時期期間,節(jié)流閥3的開度的增大 量中的至少一個比第一階段中的增大量更大。因此,當(dāng)節(jié)流閥3輕微 地打開時,尤其是在節(jié)流閥3開始打開的時期(第一階段)期間,可靠 地防止了進(jìn)氣量突然增加,并且,可防止空氣-燃料混合物變得過分稀 薄。本實(shí)施例并不局限于這種控制。
此外,在SI燃燒時的引擎負(fù)荷變得越高,則節(jié)流閥的開度就變得 越大。在這種情況下,可取的是,減少切換時期期間節(jié)流閥開度的離 散控制中的階段的數(shù)目,從而增加每階段的打開程度的變化的量。此 外,可取的是,隨著運(yùn)行負(fù)荷變高而降低燃料閥開度的增大量。
接下來,將參照圖4和圖5來描述才艮據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的HCCI 引擎100。以下,主要描述與第一實(shí)施例中不同的零件。同樣的標(biāo)號 被附加于與第一實(shí)施例中的零件相似的零件,且對其的描述被省略。
引擎100中使用氣體燃料。此外,如圖4中所示,在進(jìn)氣道lllp 中設(shè)有混合器4,以使空氣和燃料在混合器4中混合。此外,第一燃 料供應(yīng)通道102p連接至混合器4。第一燃料供應(yīng)通道102p相應(yīng)于第 一實(shí)施例中的燃料供應(yīng)通道2p。此外,第二燃料供應(yīng)通道4p從位于 燃料閥2v上游的第一燃料供應(yīng)通道102p的部分中分支(bmnches)出 來,且第二燃料供應(yīng)通道4p連接至進(jìn)氣道lllp。也就是說,燃料閥2v設(shè)于第一燃料供應(yīng)通道102p的這樣的部分中,該部分位于混合器 4和第一燃料供應(yīng)通道102p與第二燃料供應(yīng)通道4p分岔的點(diǎn)之間。 第二燃料供應(yīng)通道4p和第一燃料供應(yīng)通道102p是相連接的。
此外,在該第二燃料供應(yīng)通道4p中設(shè)有開閉閥(燃料供應(yīng)量調(diào)節(jié) 部件)4v。此外,開閉閥4v經(jīng)由線5f而電連接至ECU105。此外,ECU105 控制燃料閥2v、節(jié)流閥3、進(jìn)氣閥llv、火花塞60c、排氣閥12v以及 開閉閥4v的運(yùn)行。
接下來,參照圖5來描述引擎100的運(yùn)行。在圖5中,"開閉閥" 指的是開閉闊4v的打開/關(guān)閉狀態(tài)。如圖5中所示,在穩(wěn)定的SI運(yùn)行 時以及在穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時,開閉閥4v處于關(guān)閉狀態(tài)。因而,在引 擎100中,通過開閉閥4v的打開和關(guān)閉而獨(dú)立于混合器4地將一定 量的燃料供應(yīng)至進(jìn)氣道lllp。
圖5的圖表中的虛線顯示了這樣的情況,該情況中,開閉閥4v 不進(jìn)行打開或關(guān)閉(在不存在開閉閥4v的情況下,或者在開閉閥4v不 被控制的情況下)。
如上所述,進(jìn)氣道lllp中節(jié)流閥3的兩側(cè)上的部分之間存在壓 差。具體地說,負(fù)壓(進(jìn)氣負(fù)壓)到達(dá)節(jié)流閥3的與燃燒室IO相應(yīng)的一 側(cè)上的進(jìn)氣道lllp的部分,并且,基本大氣壓到達(dá)與燃燒室IO相反 的那一側(cè)上的進(jìn)氣道11 lp的部分。在燃燒模式從SI燃燒切換到HCCI 燃燒的情況下,ECU105將節(jié)流閥3的開度從穩(wěn)定的SI運(yùn)行時的開度 (參看(E),相同于圖2中的虛線(l))直接地增加到穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時 的開度(完全打開狀態(tài))。在開閉閥4v不被打開或關(guān)閉的情況下(參看 (5)),穿過混合器的流量由于上面所描述的壓差(參看(G),相同于圖2 中的(3))而突然增加,并且過量空氣系數(shù)在切換時期期間突然地增加 (參看(6))。結(jié)果,空氣-燃料混合物變得過于稀薄,并且引擎有時會失 火或停轉(zhuǎn)。
根據(jù)第二實(shí)施例,按照與圖2中的(2)相同的方式,燃料閥2v的 開度(燃料閥開度)被直接減少至HCCI燃燒所需要的開度(即在穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時的開度)。
同時,圖5的圖表中的實(shí)線顯示了開閉閥4v被打開并被關(guān)閉的 情況。在這種情況下,當(dāng)在切換時期期間穿過混合器的流量與穩(wěn)定的 SI運(yùn)行時的穿過混合器的流量相比突然變高(參看(G))時,ECU105將 開閉閥4v控制至打開狀態(tài)(參看(F))。結(jié)果,SI燃燒時的過量空氣系 數(shù)逐漸地變化到HCCI燃燒時的過量空氣系數(shù)(參看(H)),而沒有任何 在切換時期期間的過量空氣系數(shù)中的突然的增加。結(jié)果,可防止空氣 -燃料混合物變得過分稀薄。
如上所述,在使用氣體燃料的引擎100中,恒定數(shù)量的燃料被以 獨(dú)立于混合器4的方式供應(yīng)至進(jìn)氣道lllp。因此,引擎100提供這樣 的一種簡單的結(jié)構(gòu),在該結(jié)構(gòu)中,可防止空氣-燃料混合物變得過分稀 薄。
此外,在節(jié)流間3的開度變成穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時的開度之前, ECU105控制開閉閥4v以使得供應(yīng)至進(jìn)氣道lllp的燃料的量變得比 穩(wěn)定的SI運(yùn)行時所被供應(yīng)的燃料的量更大(也就是說,該閥呈打開狀 態(tài))。此外,在節(jié)流閥3的開度變成穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時的開度之后, ECU105控制開閉閥4v以使得供應(yīng)至進(jìn)氣道lllp的燃料的量變成在 穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時所被供應(yīng)的燃料的量(也就是說,該閥呈關(guān)閉狀 態(tài))。如上所述,所供應(yīng)的燃料的量僅在空氣-燃料混合物變得過分稀 薄的切換時期期間增加,并因此,燃燒模式從SI燃燒平滑地切換到 HCCI燃燒,同時有效地防止了空氣-燃料混合物暫時性地變稀薄。
本發(fā)明不局限于這里所給出的細(xì)節(jié),而是可在從屬權(quán)利要求的等 效物及范圍內(nèi)進(jìn)行改進(jìn)。
權(quán)利要求
1. 一種均質(zhì)充量壓縮著火引擎,具有燃燒室和連接至所述燃燒室的進(jìn)氣道,其中,所述引擎容許燃燒模式通過切換時期而在火花點(diǎn)火燃燒和均質(zhì)充量壓縮著火燃燒之間切換,所述引擎在均質(zhì)充量壓縮著火燃燒期間的運(yùn)行中提供負(fù)的重疊時期,所述負(fù)的重疊時期是這樣的時期,在該時期期間,當(dāng)排氣沖程中活塞在上止點(diǎn)附近時,進(jìn)氣閥和排氣閥都關(guān)閉,以使得已燃?xì)怏w留在所述燃燒室內(nèi),并且,所述引擎包括節(jié)流閥,其用于調(diào)節(jié)供應(yīng)至所述燃燒室的空氣的量;調(diào)節(jié)部件,其用于調(diào)節(jié)供應(yīng)至所述進(jìn)氣道的燃料的量;以及控制部件,其用于控制所述節(jié)流閥和所述調(diào)節(jié)部件,其中,在所述火花點(diǎn)火燃燒被切換至所述均質(zhì)充量壓縮著火燃燒的切換時期期間,所述控制部件控制所述節(jié)流閥,以使得所述節(jié)流閥的開度從所述火花點(diǎn)火燃燒的穩(wěn)定運(yùn)行時的開度增加到所述均質(zhì)充量壓縮著火燃燒的穩(wěn)定運(yùn)行時的開度,并且,控制所述調(diào)節(jié)部件,以使得供應(yīng)至所述進(jìn)氣道的燃料的量變得比在所述火花點(diǎn)火燃燒的穩(wěn)定運(yùn)行時的量更大。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎,其特征在于,還包括燃料供應(yīng) 通道,其連接至所述進(jìn)氣道,其中,所述調(diào)節(jié)部件是設(shè)于所述燃料供 應(yīng)通道中的燃料閥,并且其中,所述控制部件在所述切換時期期間分階段地增加所述節(jié)流 閥的開度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的引擎,其特征在于,在從第二階段起 的至少一個階段中,所述控制部件以比第一階段中的增大量更大的增 大量來增加所述節(jié)流閥的開度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的引擎,其特征在于,還包括 混合器,其放置在所述進(jìn)氣道中,并使已經(jīng)吸入的空氣與燃料相混合;用于將燃料供應(yīng)至所述混合器的第一燃料供應(yīng)通道;和第二燃料供應(yīng)通道,其從所述第一燃料供應(yīng)通道中分支出來,并 連接至所述進(jìn)氣道,其中,所述燃料是氣體燃料,且其中,所述調(diào)節(jié)部件是設(shè)于所述第二燃料供應(yīng)通道中的開閉閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的引擎,其特征在于,在 所述切換時期期間,所述控制部件在所述節(jié)流閥的開度變?yōu)樗鼍|(zhì)充量壓縮著火燃燒的穩(wěn)定運(yùn) 行時的開度之前,控制所述調(diào)節(jié)部件,以使得供應(yīng)至所述進(jìn)氣道的燃 料的量變得比在所述火花點(diǎn)火燃燒的穩(wěn)定運(yùn)行時更大,且之后,控制所述調(diào)節(jié)部件,以使得供應(yīng)至所述進(jìn)氣道的燃料的量 變成在所述均質(zhì)充量壓縮著火燃燒的穩(wěn)定運(yùn)行時的量。
全文摘要
一種HCCI引擎在HCCI燃燒期間的運(yùn)行中提供了負(fù)的重疊時期。在這種負(fù)的重疊時期期間,當(dāng)排氣沖程中活塞處于上止點(diǎn)附近時,進(jìn)氣閥和排氣閥都是關(guān)閉的,以使得已燃?xì)怏w留在燃燒室內(nèi)。引擎設(shè)有節(jié)流閥、燃料閥和ECU。在SI燃燒切換到HCCI燃燒的切換時期期間,ECU控制節(jié)流閥,以使得節(jié)流閥的開度從穩(wěn)定的SI運(yùn)行時的開度增加到穩(wěn)定的HCCI運(yùn)行時的開度,并且同時,控制燃料閥,以使得供應(yīng)至進(jìn)氣道的燃料的量變得比穩(wěn)定的SI運(yùn)行時的量更大。
文檔編號F02D41/30GK101535620SQ200780042359
公開日2009年9月16日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月14日
發(fā)明者葛山裕史 申請人:株式會社豐田自動織機(jī)