專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置。本發(fā)明尤 其涉及一種對(duì)于能夠通過燃料噴射閥在主噴射之前進(jìn)行副噴射(在下文中也被稱為預(yù)噴 射)的壓縮自燃式內(nèi)燃機(jī)的用于使主噴射和副噴射的噴射形式最優(yōu)化的技術(shù)。
背景技術(shù)：
眾所周知，在用作汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，執(zhí)行根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、加速 器操作量、冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度等來(lái)調(diào)節(jié)燃料噴射閥(在下文中也被稱為噴射器)的燃 料噴射周期和燃料噴射量的燃料噴射控制(例如，參見下列專利引文PLT1)。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒通過預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)來(lái)自燃料噴射閥的燃料噴 射開始時(shí)，首先通過燃料的汽化和擴(kuò)散來(lái)生成可燃混合氣(點(diǎn)火延遲期間)。接下來(lái)， 該可燃混合氣在燃燒室中的多處在大約同一時(shí)刻自燃，并且燃燒迅速進(jìn)行(預(yù)混燃燒)。 此外，燃料繼續(xù)被噴射到燃燒室中，使得燃燒連續(xù)地進(jìn)行(擴(kuò)散燃燒)。之后，甚至在燃 料噴射已經(jīng)結(jié)束之后未燃燃料仍然存在，因此在一時(shí)間段內(nèi)繼續(xù)生熱(后燃期間)。
而且，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，隨著點(diǎn)火延遲期間變長(zhǎng)，或者隨著燃料在點(diǎn)火延遲期 間的汽化變得更強(qiáng)烈，在點(diǎn)火之后的火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣摺．?dāng)該火焰?zhèn)鞑ニ俣雀邥r(shí)，立即 燃燒的燃料的量變得過大，氣缸內(nèi)的壓力急劇增大，因此產(chǎn)生了振動(dòng)或噪聲。這種現(xiàn)象 被稱為柴油機(jī)爆震，并且通常特別是在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生。而且，在這種狀況下，燃燒 溫度急劇上升，伴隨的是生成的氮氧化物(在下文中被稱為“NOx”)的量的增大，因此 廢氣排放變得惡化。
鑒于此，為了防止這種柴油機(jī)爆震并且減少NOx的生成量，已經(jīng)開發(fā)了各種燃 料噴射控制裝置。例如，來(lái)自燃料噴射閥的燃料噴射通常通過將該噴射分割為多次來(lái)間 歇地進(jìn)行。
例如，在下列專利引文PLT2中，在主噴射之前噴射燃料的引燃噴射的噴射期 間被設(shè)定為提早了與從引燃噴射期間到實(shí)際點(diǎn)火期間的延遲期間相等的量。結(jié)果，在引 燃噴射中噴射出的燃料的點(diǎn)火期間與主噴射期間基本相同，從而減少PM(顆粒物質(zhì))和 HC (碳?xì)浠衔?的排出量。
引文列表
專利文獻(xiàn)
PTLl JP 2002-155791A
PTL2 JP 2002-195084A發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
在如上所述在主噴射之前執(zhí)行預(yù)噴射或引燃噴射(在下面的說(shuō)明書中以預(yù)噴射 為代表)的情況下，當(dāng)開始所述噴射時(shí)，由于吸熱反應(yīng)而發(fā)生了點(diǎn)火延遲，并且點(diǎn)火延遲的長(zhǎng)度取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以及其它環(huán)境條件而變化。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的常規(guī)燃料噴射控制還無(wú)法量化這樣一種使得由吸熱反應(yīng)產(chǎn)生的 熱平衡最小化的燃料噴射的噴射正時(shí)，也無(wú)法量化燃料噴射之間的間隔(噴射間隔)。由 此，還未開發(fā)出用于通常在最優(yōu)正時(shí)進(jìn)行預(yù)噴射和主噴射的技術(shù)。
換句話說(shuō)，從降低燃燒噪聲、減少NOx的生成量以及確保高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的觀點(diǎn) 來(lái)看，已經(jīng)分別設(shè)定了各種控制參數(shù)(例如燃料噴射量和燃料噴射正時(shí))，并且在實(shí)踐 中，通過反復(fù)試驗(yàn)，使設(shè)定適應(yīng)于各種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)(構(gòu)造用于各種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù) 噴射和主噴射的適當(dāng)?shù)娜剂蠂娚淠Ｊ?。
這樣，在設(shè)定用于預(yù)噴射和主噴射的燃料噴射模式的常規(guī)技術(shù)中，存在噴射正 時(shí)和噴射間隔的多種組合，并且例如，進(jìn)行所述適應(yīng)的工人的估計(jì)變化導(dǎo)致偏離最優(yōu)燃 料噴射模式，這直接地反映為燃料噴射模式的變化。由此，幾乎不可能獲得最優(yōu)燃料噴 射模式(最優(yōu)方案)。
換句話說(shuō)，由于通常通過反復(fù)試驗(yàn)來(lái)確定燃料噴射模式，因此還未開發(fā)出各種 類型發(fā)動(dòng)機(jī)共用的系統(tǒng)化燃料噴射控制技術(shù)，并且因此還存在為了實(shí)現(xiàn)燃料噴射控制的 最優(yōu)化而進(jìn)行改進(jìn)的一些余地。
本發(fā)明鑒于上述問題而實(shí)現(xiàn)，并且本發(fā)明的目的在于為能夠在主噴射之前進(jìn)行 副噴射的壓縮自燃式內(nèi)燃機(jī)提供一種能夠使得主噴射和副噴射的噴射形式最優(yōu)化的系統(tǒng) 化燃料噴射控制技術(shù)。
問題的解決方案
-問題的解決方案的原理-
由本發(fā)明提供的用于實(shí)現(xiàn)上述目的的方案的原理為適當(dāng)?shù)卦O(shè)定副噴射和主噴 射的噴射正時(shí)，使得在活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)，由于在副噴射中噴射出的燃料的 燃燒引起的發(fā)熱率基本為最大，而且在主噴射中噴射出的燃料的燃燒在同一正時(shí)的附近 開始。換句話說(shuō)，考慮到由于在副噴射中的吸熱引起的點(diǎn)火延遲，并且使發(fā)熱率在活塞 位于壓縮上止點(diǎn)時(shí)在副噴射中到達(dá)最大值，使得在預(yù)加熱中產(chǎn)生的熱量最大化并且燃燒 效率最大化。而且，為了避免由于在主噴射中噴射出的燃料的燃燒產(chǎn)生的反向轉(zhuǎn)矩(在 活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)之前產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩)，將在所述主噴射中噴射出的燃料的燃燒的開始正 時(shí)設(shè)定為在活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的附近。
-解決方法_
具體地，本發(fā)明的前提是一種壓縮自燃式內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，作為從 燃料噴射閥進(jìn)行燃料噴射的操作，在所述內(nèi)燃機(jī)中，至少能夠進(jìn)行主噴射和在所述主噴 射之前進(jìn)行的副噴射。在所述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置中，燃料噴射控制器件用于執(zhí) 行高效率燃料噴射控制操作，所述高效率燃料噴射控制操作用于控制所述主噴射和所述 副噴射的噴射正時(shí)和噴射量，使得由于在所述副噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱 率為最大時(shí)的正時(shí)、在所述主噴射中噴射出的燃料的燃燒的開始正時(shí)以及在氣缸中往復(fù) 運(yùn)動(dòng)的活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同。
通過根據(jù)這些正時(shí)來(lái)設(shè)定副噴射和主噴射的噴射形式，當(dāng)在主噴射中噴射出的 燃料的燃燒開始時(shí)，由于在副噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率最大，并且能夠 通過充分地利用在副噴射中的發(fā)熱量來(lái)開始在主噴射中噴射出的燃料的燃燒。這抑制了4由于在主噴射開始時(shí)的吸熱反應(yīng)引起的溫度降低，并且抑制了在主噴射中噴射出的燃料 的點(diǎn)火延遲。由此，可以從主噴射中的燃燒進(jìn)行到穩(wěn)定的擴(kuò)散燃燒而沒有點(diǎn)火延遲，同 時(shí)將在副噴射中噴射出的燃料的量抑制到所需最小值，從而能夠改善燃料燃燒率。而 且，由于在主噴射中噴射出的燃料的燃燒的開始正時(shí)與活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)基本相 同，所以不產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩(沿與曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的方向作用的轉(zhuǎn)矩)，此外，當(dāng)燃燒室 處于基本最小尺寸時(shí)，用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的燃燒開始，從而能夠確保由燃燒產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的最 大量。
如下為燃料噴射控制器件的更具體形式。所述燃料噴射控制器件還用于執(zhí)行廢 氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作，所述廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作用于將在所述主噴 射中噴射出的燃料的燃燒的開始正時(shí)設(shè)定為晚于由于在所述副噴射中噴射出的燃料的燃 燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)。而且，所述燃料噴射控制器件根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn) 狀態(tài)來(lái)切換所述高效率燃料噴射控制操作和所述廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作。
在這種情況下，作為具體的廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作，如下構(gòu)造是適合 的其中，可以根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)切換將由于在所述副噴射中噴射出的燃 料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)設(shè)定為與所述活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本 相同的情況，和將由于在所述副噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正 時(shí)設(shè)定為晚于所述活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)的情況。
根據(jù)上述構(gòu)造，例如，在廢氣排放不惡化的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，燃料噴射控 制器件進(jìn)行高效率燃料噴射控制操作(使得由于在副噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的 發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)、在主噴射中噴射出的燃料的燃燒的開始正時(shí)，以及在氣缸中往 復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同的控制操作)。另一方面，在存在關(guān)于廢 氣排放惡化的顧慮的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，或者在廢氣排放實(shí)際上已經(jīng)惡化的情形下， 燃料噴射控制器件進(jìn)行廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作(用于將在主噴射中噴射出的燃 料的燃燒的開始正時(shí)設(shè)定為晚于由于在副噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最 大時(shí)的正時(shí))。這樣，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)切換高效率燃料噴射控制操作和廢氣排放 優(yōu)先燃料噴射控制操作，從而不僅防止了廢氣排放的惡化，而且實(shí)現(xiàn)了高燃燒效率。而 且，當(dāng)進(jìn)行廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作時(shí)，如果期望通過副噴射來(lái)獲得充分的預(yù)加 熱效果(例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)冷時(shí))，則將由于在副噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率 為最大時(shí)的正時(shí)設(shè)定為與活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同。此外，如果期望可靠 地避免上述反向轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，則將由于在副噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為 最大時(shí)的正時(shí)設(shè)定為晚于活塞達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)。
發(fā)明的有益效果
在本發(fā)明中，關(guān)于設(shè)定壓縮自燃式內(nèi)燃機(jī)中的燃料噴射壓力，將由于在副噴射 中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)、在主噴射中噴射出的燃料的燃燒 的開始正時(shí)，以及在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)設(shè)定為基本相同。 這能夠通過充分地利用由副噴射產(chǎn)生的熱量來(lái)開始在主噴射中噴射出的燃料的燃燒，而 且能夠確保內(nèi)燃機(jī)中的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的最大量，而沒有由于在主噴射中噴射出的燃料的燃燒 引起的反向轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。


[圖1]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以及該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)的 示意性構(gòu)造圖。
[圖2]圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室和該燃燒室附近 的部件的截面圖。
[圖3]圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的諸如ECU的控制系統(tǒng)的構(gòu)造的方框圖。
[圖4]圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在膨脹沖程期間發(fā)熱率的變化的波形 圖。
[圖5]圖5為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在執(zhí)行高效率燃料噴射控制操作時(shí)氣 缸中的燃料噴射模式和發(fā)熱量的圖。
[圖6]圖6為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的分析對(duì)于多個(gè)燃料噴射量的預(yù)噴射執(zhí) 行正時(shí)與在該執(zhí)行正時(shí)氣缸中產(chǎn)生的熱量之間的關(guān)系的結(jié)果的圖。
[圖7]圖7為示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在執(zhí)行廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操 作時(shí)氣缸中的燃料噴射模式和發(fā)熱量的圖。
[圖8]圖8為示出了在本發(fā)明的改進(jìn)例中在執(zhí)行高效率燃料噴射控制操作時(shí)的燃 料噴射模式的圖。
具體實(shí)施方式
下面基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。在本實(shí)施例中，對(duì)本發(fā)明被應(yīng)用于 安裝在汽車中的共軌式缸內(nèi)直接噴射型多氣缸(例如，直列四氣缸)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(壓縮自 燃式內(nèi)燃機(jī))的情況進(jìn)行描述。
-發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造-
首先，將對(duì)根據(jù)本實(shí)施例的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(下文中被簡(jiǎn)稱為發(fā)動(dòng)機(jī))的整體構(gòu)造進(jìn) 行描述。圖1為根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)1及其控制系統(tǒng)的示意性構(gòu)造圖。圖2為示出了 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室3和燃燒室3附近的部件的截面圖。
如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)1被構(gòu)造為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其主要部分為 燃料供給系統(tǒng)2、燃燒室3、進(jìn)氣系統(tǒng)6、排氣系統(tǒng)7等。
燃料供給系統(tǒng)2設(shè)置有供給泵21、共軌22、噴射器(燃料噴射閥)23、截流閥 24,燃料添加閥沈、發(fā)動(dòng)機(jī)燃料通路27、添加燃料通路觀等。
供給泵21從燃料罐中吸取燃料，并且在使吸取出的燃料處于高壓下之后，經(jīng)由 發(fā)動(dòng)機(jī)燃料通路27將所述燃料供給到共軌22。共軌22起到將從供給泵21供給的高壓燃 料保持(儲(chǔ)壓)在預(yù)定壓力下的儲(chǔ)壓室的作用，并且該經(jīng)儲(chǔ)壓的燃料被分配給各個(gè)噴射器 23。噴射器23由內(nèi)部設(shè)置有壓電元件(壓電式元件(piezo element))的壓電噴射器構(gòu)造 而成，并且通過適當(dāng)?shù)卮蜷_閥而將燃料噴射到燃燒室3中來(lái)供給燃料。噴射器23的燃料 噴射控制的細(xì)節(jié)將在稍后進(jìn)行描述。
而且，供給泵21將從燃料罐吸取的一部分燃料經(jīng)由添加燃料通路觀供給到燃料 添加閥沈。在添加燃料通路觀中，設(shè)置上述截流閥對(duì)，以便在緊急時(shí)通過截?cái)嗵砑尤?料通路觀來(lái)停止燃料添加。
燃料添加閥沈由電子控制式開/關(guān)閥構(gòu)造而成，該電子控制式開/關(guān)閥利用稍 后進(jìn)行描述的ECU 100的添加控制操作來(lái)控制其開閥期間，使得添加到排氣系統(tǒng)7的燃 料量變?yōu)槟繕?biāo)添加量(使得排氣A/F變?yōu)槟繕?biāo)A/F的添加量)，或者使得燃料添加正時(shí) 變?yōu)轭A(yù)定正時(shí)。也就是說(shuō)，來(lái)自燃料添加閥沈的期望燃料量在適當(dāng)?shù)恼龝r(shí)通過噴射被供 給到排氣系統(tǒng)7 (從排氣口 71被供給到排氣歧管72)。
進(jìn)氣系統(tǒng)6設(shè)置有進(jìn)氣歧管63，進(jìn)氣歧管63連接到形成在氣缸蓋15中的進(jìn)氣 口 15a上(參見圖2)，并且構(gòu)成進(jìn)氣通路的進(jìn)氣管64被連接到進(jìn)氣歧管63上。而且， 在所述進(jìn)氣通路中，從上游側(cè)按順序布置有空氣濾清器65、空氣流量計(jì)43和節(jié)流閥62。 空氣流量計(jì)43根據(jù)經(jīng)由空氣濾清器65流入進(jìn)氣通路中的空氣量來(lái)輸出電信號(hào)。
排氣系統(tǒng)7設(shè)置有排氣歧管72，排氣歧管72連接到形成在氣缸蓋15中的排氣 口 71上，并且構(gòu)成排氣通路的排氣管73和74被連接到排氣歧管72上。而且，在所述 排氣通路中，布置有歧管式催化轉(zhuǎn)化器(排氣凈化裝置)77，歧管式催化轉(zhuǎn)化器77設(shè)置有 稍后進(jìn)行描述的NOx存儲(chǔ)催化劑(NSR催化劑NOx存儲(chǔ)還原催化劑)75以及DPNR催 化劑(柴油機(jī)微粒-NOx還原催化劑)76。下面對(duì)NSR催化劑75和DPNR催化劑76進(jìn) 行描述。
NSR催化劑75是存儲(chǔ)還原型NOx催化劑，并且利用例如氧化鋁(Al2O3)作為載 體構(gòu)造而成，例如，在該載體上承載有諸如鉀(K)、鈉(Na)、鋰(Li)或銫(Cs)的堿金 屬，諸如鋇(Ba)或鈣(Ca)的堿土金屬元素，諸如鑭(La)或釔(Y)的稀土元素，以及諸 如鉬(Pt)的貴金屬。
NSR催化劑75在排氣中存在大量氧的狀態(tài)下存儲(chǔ)NOx，并且在排氣中的氧濃度 低且存在大量的還原成分(例如，燃料的未燃成分(HC))的狀態(tài)下將NOx還原為NO2或 NO并且釋放得到的NO2或NO。已經(jīng)作為NO2或NO被釋放的NOx由于與排氣中的HC 或CO的快速反應(yīng)而被進(jìn)一步還原并且變?yōu)镹2。而且，通過還原N02或N0，HC和CO 本身被氧化從而變?yōu)镠2O和C02。換句話說(shuō)，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)引入NSR催化劑75的排 氣中的氧濃度或HC成分，可以凈化排氣中的HC、CO和NOx。在本實(shí)施例的構(gòu)造中， 能夠利用從上述燃料添加閥沈添加燃料的操作來(lái)進(jìn)行對(duì)排氣中的氧濃度或HC成分的調(diào) 節(jié)。
另一方面，在DPNR催化劑76中，NOx存儲(chǔ)還原催化劑被承載在多孔陶瓷結(jié)構(gòu) 上，例如，排氣中的PM在穿過多孔壁時(shí)被捕獲。當(dāng)排氣的空燃比稀時(shí)，排氣中的NOx 被存儲(chǔ)在NOx存儲(chǔ)還原催化劑中，而當(dāng)空燃比濃時(shí)，所存儲(chǔ)的NOx被還原和釋放。此 外，使捕獲到的PM氧化/燃燒的催化劑(例如，其主要成分是諸如鉬的貴金屬的氧化催 化劑)被承載在DPNR催化劑76上。
此處，將結(jié)合圖2對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室3以及燃燒室3附近的部件的構(gòu)造進(jìn)行 描述。如圖2所示，在構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的主體的一部分的氣缸體11中，在每個(gè)氣缸(四個(gè)氣 缸中的每一個(gè))中形成有筒形缸膛12，并且活塞13被容納在每個(gè)缸膛12中，使得活塞 13能夠沿垂直方向滑動(dòng)。
上述燃燒室3形成在活塞13的頂面13a的頂側(cè)。更具體地，燃燒室3由通過密 封墊14安裝在氣缸體11的頂部處的氣缸蓋15的底面、缸膛12的內(nèi)壁面以及活塞13的 頂面13a區(qū)劃而成。腔室13b凹入地設(shè)置在活塞13的頂面13a的大約中央處，并且該腔室13b還構(gòu)成了燃燒室3的一部分。
連桿18的小端部18a通過活塞銷1 聯(lián)結(jié)到活塞13上，并且連桿18的大端部 聯(lián)結(jié)到作為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸的曲軸上。因此，活塞13在缸膛12內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)由連桿18 被傳遞至曲軸，并且由于該曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，獲得了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。而且，電熱塞19面向燃燒 室3布置。電熱塞19緊接在發(fā)動(dòng)機(jī)1起動(dòng)之前由于電流的流動(dòng)而發(fā)熱，并且起到起動(dòng)輔 助裝置的作用，由此，由于一部分燃料噴霧被吹到電熱塞上而促進(jìn)了點(diǎn)火和燃燒。
在氣缸蓋15中，分別形成有將空氣引入燃燒室3中的進(jìn)氣口 15a和將排氣從燃 燒室3中排出的排氣口 71，并且布置有開/閉進(jìn)氣口 15a的進(jìn)氣閥16和開/閉排氣口 71 的排氣閥17。進(jìn)氣閥16和排氣閥17在氣缸中心線P的兩側(cè)面向彼此布置。也就是說(shuō)， 所述發(fā)動(dòng)機(jī)1被構(gòu)造為橫流式發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，將燃料直接噴射到燃燒室3中的噴射器23 被安裝在氣缸蓋15中。噴射器23沿氣缸中心線P以直立定向布置在燃燒室3上方的大 約中央處，并且在預(yù)定正時(shí)朝向燃燒室3噴射從共軌22引入的燃料。
此外，如圖1所示，渦輪增壓器5設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)1中。該渦輪增壓器5設(shè)置有 經(jīng)由渦輪軸5A聯(lián)結(jié)的渦輪5B和壓縮機(jī)輪5C。壓縮機(jī)輪5C面向進(jìn)氣管64的內(nèi)部布置， 并且渦輪5B面向排氣管73的內(nèi)部布置。因此，渦輪增壓器5利用由渦輪5B接收到的 排氣流(排氣壓力)來(lái)使壓縮機(jī)輪5C轉(zhuǎn)動(dòng)，從而進(jìn)行增大進(jìn)氣壓力的所謂的渦輪增壓操 作。在本實(shí)施例中，渦輪增壓器5是可變噴嘴式渦輪增壓器，其中，可變噴嘴葉片機(jī)構(gòu) (未示出)設(shè)置在渦輪5B側(cè)，并且通過調(diào)節(jié)該可變噴嘴葉片機(jī)構(gòu)的開度，可以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng) 機(jī)1的渦輪增壓壓力。
用于對(duì)由于渦輪增壓器5的增壓而被加熱的進(jìn)氣進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的內(nèi)部冷卻器61 設(shè)置在進(jìn)氣系統(tǒng)6的進(jìn)氣管64中。設(shè)置在內(nèi)部冷卻器61的下游側(cè)的節(jié)流閥62為開度能 夠無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的電子控制開/閉閥，并且起到在預(yù)定條件下限制進(jìn)氣的流道面積的作用， 從而調(diào)節(jié)(減少)進(jìn)氣的供給量。
而且，發(fā)動(dòng)機(jī)1設(shè)置有連接進(jìn)氣系統(tǒng)6和排氣系統(tǒng)7的排氣再循環(huán)通路(EGR通 路)8。EGR通路8通過使一部分排氣適當(dāng)?shù)卦傺h(huán)至進(jìn)氣系統(tǒng)6并且將所述排氣再供給 到燃燒室3來(lái)降低燃燒溫度，從而減少所產(chǎn)生的NOx的量。而且，設(shè)置在EGR通路8 中的有EGR閥81以及EGR冷卻器82，EGR閥81通過在電子控制下被連續(xù)地開/閉能 夠自由地調(diào)節(jié)流經(jīng)EGR通路8的排氣流的量，EGR冷卻器82用于冷卻流經(jīng)(再循環(huán)經(jīng) 過)EGR通路8的排氣。
-傳感器-
各種傳感器被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)1的相應(yīng)部位中，并且這些傳感器輸出與相應(yīng)部位 的環(huán)境條件以及發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)有關(guān)的信號(hào)。
例如，上述空氣流量計(jì)43根據(jù)在進(jìn)氣系統(tǒng)6內(nèi)的節(jié)流閥62的上游側(cè)的進(jìn)氣流量 (進(jìn)氣量)來(lái)輸出檢測(cè)信號(hào)。進(jìn)氣溫度傳感器49布置在進(jìn)氣歧管63中，并且根據(jù)進(jìn)氣 的溫度來(lái)輸出檢測(cè)信號(hào)。進(jìn)氣壓力傳感器48布置在進(jìn)氣歧管63中，并且根據(jù)進(jìn)氣壓力 來(lái)輸出檢測(cè)信號(hào)。A/F(空燃比)傳感器44輸出根據(jù)排氣系統(tǒng)7的歧管式催化轉(zhuǎn)化器77 的下游側(cè)的排氣中的氧濃度而連續(xù)變化的檢測(cè)信號(hào)。排氣溫度傳感器45同樣地根據(jù)排氣 系統(tǒng)7的歧管式催化轉(zhuǎn)化器77的下游側(cè)的排氣的溫度(排氣溫度)來(lái)輸出檢測(cè)信號(hào)。軌 壓傳感器41根據(jù)在共軌22中累積的燃料的壓力來(lái)輸出檢測(cè)信號(hào)。節(jié)流閥開度傳感器428檢測(cè)節(jié)流閥62的開度。
-ECU-
如圖3 所示，ECU 100 設(shè)置有 CPU 101、ROM 102、RAM 103、后備 RAM104等。在ROM 102中，存儲(chǔ)有各種控制程序、在執(zhí)行這些各種控制程序時(shí)參照的設(shè)定表 等。CPU 101基于存儲(chǔ)在ROM 102中的各種控制程序和設(shè)定表來(lái)執(zhí)行各種計(jì)算處理。 RAM 103為暫時(shí)存儲(chǔ)利用CPU 101的計(jì)算所得到的數(shù)據(jù)或已經(jīng)從相應(yīng)傳感器輸入的數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)器，并且，后備RAM 104例如為存儲(chǔ)要在發(fā)動(dòng)機(jī)1停止時(shí)保存的上述數(shù)據(jù)等的非 易失性存儲(chǔ)器。
CPU 101、ROM 102、RAM 103和后備RAM 104經(jīng)由總線107彼此連接，并且經(jīng)由總線107連接到輸入接口 105和輸出接口 106上。
軌壓傳感器41、節(jié)流閥開度傳感器42、空氣流量計(jì)43、A/F傳感器44、排氣溫 度傳感器45、進(jìn)氣壓力傳感器48和進(jìn)氣溫度傳感器49連接到輸入接口 105上。此外， 水溫傳感器46、加速器開度傳感器47、曲軸位置傳感器40等連接到輸入接口 105上，水 溫傳感器46根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的冷卻液溫度來(lái)輸出檢測(cè)信號(hào)，加速器開度傳感器47根據(jù)加速 踏板被下壓的量來(lái)輸出檢測(cè)信號(hào)，而曲軸位置傳感器40在每當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)1的輸出軸(曲軸) 轉(zhuǎn)動(dòng)一固定角度時(shí)輸出檢測(cè)信號(hào)(脈沖)。另一方面，上述噴射器23、燃料添加閥沈、 節(jié)流閥62、EGR閥81等連接到輸出接口 106上。
ECU 100基于上述各個(gè)傳感器的輸出來(lái)執(zhí)行對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)1的各種控制。此外，ECU 100執(zhí)行下述引燃噴射、預(yù)噴射、主噴射、后噴射(after-injection)以及次后噴射(post injection)，作為對(duì)噴射器23的燃料噴射的控制。
根據(jù)共軌22的內(nèi)壓來(lái)確定執(zhí)行這些燃料噴射時(shí)的燃料噴射壓力。作為共軌內(nèi) 壓，通常，從共軌22供給到噴射器23的燃料壓力的目標(biāo)值(即，目標(biāo)軌壓)被設(shè)定為 隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增大以及隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的增加而增大。也就是說(shuō)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷高 時(shí)，大量的空氣被吸入燃燒室3中，因此需要從噴射器23將大量的燃料噴射到燃燒室3 中，并且因此需要為噴射器23設(shè)定高的噴射壓力。而且，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)高時(shí)，可以噴射 的期間短，因此每單位時(shí)間需要噴射大量的燃料，并且因此需要為噴射器23設(shè)定高的噴 射壓力。這樣，通?；诎l(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)設(shè)定目標(biāo)軌壓。
用于諸如上述引燃噴射、主噴射等的燃料噴射的燃料噴射參數(shù)的最優(yōu)值根據(jù)發(fā) 動(dòng)機(jī)、進(jìn)氣等的溫度條件而不同。
例如，ECU 100調(diào)節(jié)由供給泵21排出的燃料量，使得共軌壓力變得與基于發(fā)動(dòng) 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)設(shè)定的目標(biāo)軌壓相同，即，使得燃料噴射壓力與目標(biāo)噴射壓力一致。而且， ECU 100基于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)確定燃料噴射量和燃料噴射形式。具體地，ECU 100基 于由曲軸位置傳感器40檢測(cè)出的值來(lái)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并且基于由加速器開度傳感器47 檢測(cè)出的值來(lái)獲得加速踏板下壓量(加速器開度)，并且基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和加速器開度來(lái) 確定總?cè)剂蠂娚淞?下述預(yù)噴射中的噴射量與主噴射中的噴射量的和)。
-燃料噴射形式_
下面對(duì)本實(shí)施例中的引燃噴射、預(yù)噴射、主噴射、后噴射以及次后噴射的操作 進(jìn)行一般性描述。
(引燃噴射)
引燃噴射為在主噴射之前從噴射器23預(yù)噴射少量燃料的噴射操作。更具體地， 在執(zhí)行所述引燃噴射之后，暫時(shí)地中斷燃料噴射，使壓縮氣體的溫度(氣缸中的溫度)在 開始主噴射之前充分地增大至達(dá)到燃料自燃溫度，從而良好地確保了在主噴射中噴射出 的燃料的點(diǎn)火。也就是說(shuō)，本實(shí)施例中的引燃噴射的功能被專門用于對(duì)氣缸的內(nèi)部進(jìn)行 預(yù)加熱。換句話說(shuō)，本實(shí)施例中的引燃噴射為用于對(duì)燃燒室3內(nèi)的氣體進(jìn)行預(yù)加熱的噴 射操作(預(yù)加熱燃料供給操作)。
具體地，在本實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)膰婌F分布和局部濃度，將噴射率設(shè)定 為最小噴射率(例如，每次1.5mm3的噴射量)，并且通過執(zhí)行多次引燃噴射，確保了該 引燃噴射中所需的總引燃噴射量。更具體地，通過下列表達(dá)式(1)來(lái)確定引燃噴射的次數(shù)。
表達(dá)式(1)
N= {(Ca “乘” “delta” Τ) “乘” Kc “乘” Kv}/(J “乘” “eta” )
(N引燃噴射的噴射次數(shù)，Ca:引入氣缸中的空氣的熱容量，“delta” Τ達(dá) 到自燃溫度所需的余溫，Kc:根據(jù)EGR率的熱容量校正系數(shù)，Kv:受到燃燒作用的空 間，J: 1.5mm3中的理論發(fā)熱量，“eta” 燃料效率)
此處，還未達(dá)到自燃溫度的部分的溫度“delta” T為燃料自燃溫度與在主噴射 期間燃料的目標(biāo)點(diǎn)火期間(例如，活塞13已經(jīng)到達(dá)壓縮上止點(diǎn)的期間)的壓縮氣體溫度 之間的差，并且對(duì)應(yīng)于使目標(biāo)點(diǎn)火期間的壓縮氣體溫度達(dá)到燃料自燃溫度所需的熱量。 應(yīng)當(dāng)注意到的是，在上述表達(dá)式(1)中，每一次的引燃噴射量被設(shè)定為固定值(例如， 1.5mm3),并且通過設(shè)定噴射次數(shù)確保了必要的總引燃噴射量。每一次的引燃噴射量的所 述固定值不局限于上述值。
根據(jù)噴射器23的響應(yīng)(開/閉操作的速度)來(lái)確定以該方式分割噴射的引燃噴 射的間隔。在本實(shí)施例中，例如，所述間隔被設(shè)定為200微秒。所述引燃噴射間隔不局 限于上述值。應(yīng)當(dāng)注意到的是，下述角度是指變換為曲軸轉(zhuǎn)角的值。
此外，根據(jù)下列表達(dá)式(2)來(lái)設(shè)定該引燃噴射的噴射開始正時(shí)，例如為在活塞 13的壓縮上止點(diǎn)之前(BTDC)SO度或之后的曲軸轉(zhuǎn)角。
表達(dá)式O)
引燃噴射開始角度=引燃燃燒結(jié)束角度+引燃噴射期間作用角度+(—次引燃噴 射中的燃燒所需時(shí)間的曲軸轉(zhuǎn)角換算值*N+點(diǎn)火延遲時(shí)間的曲軸轉(zhuǎn)角換算值-重疊時(shí)間 的曲軸轉(zhuǎn)角換算值)
此處，引燃燃燒結(jié)束角度是為了在開始預(yù)噴射之前完成引燃噴射的燃燒而設(shè)定 的角度。點(diǎn)火延遲時(shí)間為從執(zhí)行引燃噴射的時(shí)刻到在引燃噴射中噴射出的燃料點(diǎn)火的時(shí) 刻的延遲時(shí)間。重疊時(shí)間為前次執(zhí)行的引燃噴射所噴射出的燃料的燃燒期間與下次執(zhí) 行的引燃噴射所噴射出的燃料的燃燒期間的重疊時(shí)間(同時(shí)進(jìn)行兩次燃燒的時(shí)間)，以及 最終的引燃噴射所噴射出的燃料的燃燒期間與隨后執(zhí)行的預(yù)噴射所噴射出的燃料的燃燒 期間的重疊時(shí)間。
(預(yù)噴射)
預(yù)噴射為用于抑制主噴射的初始燃燒速度從而引起穩(wěn)定的擴(kuò)散燃燒的噴射操作 (轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生用燃料供給操作)，并且也被稱為副噴射。而且，本實(shí)施例的預(yù)噴射不僅具有抑制上述主噴射的初始燃燒速度的功能，而且具有進(jìn)行預(yù)加熱以提高氣缸內(nèi)的溫度的功 能。
具體地，在本實(shí)施例中，例如，將預(yù)噴射量設(shè)定為用于獲得根據(jù)諸如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 數(shù)、加速器操作量、冷卻液溫度以及進(jìn)氣溫度的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而確定出的所需扭矩的總噴射 量(預(yù)噴射中的噴射量與主噴射中的噴射量的和)的10%。例如，根據(jù)在對(duì)氣缸的內(nèi)部 進(jìn)行預(yù)加熱時(shí)所需的熱量來(lái)設(shè)定預(yù)噴射量與總噴射量的比率。
在這種情況下，如果上述總噴射量小于15mm3，則預(yù)噴射中的噴射量小于噴射 器23的最小極限噴射量(1.5mm3)，因此不執(zhí)行預(yù)噴射。應(yīng)當(dāng)注意到的是，在這種情況 下，在預(yù)噴射中噴射器23可以僅噴射燃料的最小極限噴射量(1.5mm3)。另一方面，當(dāng)要 求預(yù)噴射的總噴射量為噴射器23的最小極限噴射量的兩倍以上(例如，3mm3以上)時(shí)， 通過執(zhí)行多次預(yù)噴射來(lái)確保所述預(yù)噴射中所需的總噴射量。結(jié)果，抑制了預(yù)噴射的點(diǎn)火 延遲，可靠地抑制了主噴射的初始燃燒速度，因此能夠引起穩(wěn)定的擴(kuò)散燃燒。
而且，根據(jù)下列表達(dá)式( 來(lái)設(shè)定用于所述預(yù)噴射的噴射開始角度。
表達(dá)式(3)
預(yù)噴射開始角度=預(yù)燃燒結(jié)束角度+預(yù)噴射期間作用角度+(預(yù)噴射中的燃燒所 需時(shí)間的曲軸轉(zhuǎn)角換算值+點(diǎn)火延遲時(shí)間的曲軸轉(zhuǎn)角換算值-重疊時(shí)間的曲軸轉(zhuǎn)角換算 值)
此處，點(diǎn)火延遲時(shí)間為從執(zhí)行預(yù)噴射的時(shí)刻到所述燃料點(diǎn)火的時(shí)刻的延遲時(shí) 間。重疊時(shí)間為當(dāng)進(jìn)行多次預(yù)噴射時(shí)，前次執(zhí)行的預(yù)噴射所噴射出的燃料的燃燒期 間與下次執(zhí)行的預(yù)噴射所噴射出的燃料的燃燒期間的重疊時(shí)間(同時(shí)進(jìn)行兩次燃燒的時(shí) 間)，以及從最終的預(yù)噴射所噴射出的燃料的燃燒期間與隨后執(zhí)行的主噴射所噴射出的燃 料的燃燒期間的重疊時(shí)間，還有最終的引燃噴射所噴射出的燃料的燃燒期間與預(yù)噴射所 噴射出的燃料的燃燒期間的重疊時(shí)間。
本發(fā)明不局限于上述表達(dá)式(3)，而是可以根據(jù)如下來(lái)設(shè)定用于預(yù)噴射的噴射開 始角度預(yù)噴射的點(diǎn)火延遲時(shí)間的曲軸轉(zhuǎn)角換算值(點(diǎn)火延遲角度)，以及在經(jīng)過點(diǎn)火延 遲時(shí)間之后，從在預(yù)噴射開始時(shí)刻由于吸熱反應(yīng)引起的氣缸中產(chǎn)生的熱量的平為負(fù)時(shí)到 所述產(chǎn)生的熱量的平變?yōu)檎秊橹沟臅r(shí)刻的時(shí)間的曲軸轉(zhuǎn)角換算值(燃燒開始角度)。
(主噴射)
主噴射為用于產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)矩的噴射操作(轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生用燃料供給操作)。具 體地，在本實(shí)施例中，設(shè)定噴射量，其是通過從上述總?cè)紵龂娚淞恐袦p去上述預(yù)噴射中 的噴射量而獲得的，上述總?cè)紵龂娚淞坑糜讷@得根據(jù)諸如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、加速器操作量、 冷卻液溫度以及進(jìn)氣溫度的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而確定出的所需轉(zhuǎn)矩。
而且，根據(jù)下列表達(dá)式(4)來(lái)設(shè)定用于所述主噴射的噴射開始角度(曲軸轉(zhuǎn)角位置)。
表達(dá)式
主噴射開始角度=主點(diǎn)火期間+主噴射期間作用角度+(主噴射中的燃燒所需時(shí) 間的曲軸轉(zhuǎn)角換算值+點(diǎn)火延遲時(shí)間的曲軸轉(zhuǎn)角換算值-重疊時(shí)間的曲軸轉(zhuǎn)角換算值)
此處，點(diǎn)火延遲時(shí)間為從執(zhí)行主噴射的時(shí)刻到所述燃料點(diǎn)火的時(shí)刻的延遲時(shí) 間。重疊時(shí)間為上述預(yù)噴射所噴射出的燃料的燃燒期間與主噴射所噴射出的燃料的燃燒期間的重疊時(shí)間，以及主噴射所噴射出的燃料的燃燒期間與后噴射所噴射出的燃料的 燃燒期間的重疊時(shí)間。
本發(fā)明不局限于上述表達(dá)式0)，而是可以根據(jù)主噴射的點(diǎn)火延遲時(shí)間的曲軸轉(zhuǎn) 角換算值(點(diǎn)火延遲角度)來(lái)設(shè)定用于主噴射的噴射開始角度。
應(yīng)當(dāng)注意到的是，稍后描述上述預(yù)噴射和主噴射的具體噴射形式，尤其是與曲 軸轉(zhuǎn)角位置的關(guān)系的細(xì)節(jié)。
下面對(duì)用于上述預(yù)噴射和主噴射的控制處理進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。首先，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)1 的轉(zhuǎn)矩要求值，獲得預(yù)噴射中的噴射量與主噴射中的噴射量的和作為總?cè)剂蠂娚淞?。換 句話說(shuō)，計(jì)算總?cè)剂蠂娚淞?，作為產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)1所需的轉(zhuǎn)矩而所需的量。
根據(jù)諸如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、加速器操作量、冷卻液溫度以及進(jìn)氣溫度的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)并 且根據(jù)輔助裝置等的使用狀況來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)矩要求值。例如，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)(基 于由曲軸位置傳感器40檢測(cè)出的值而計(jì)算出的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù))增加，或者隨著加速器操作 量(由加速器開度傳感器47檢測(cè)出的加速踏板下壓量)增大(隨著加速器開度增大)，獲 得了更高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩要求值。
這樣，在已經(jīng)計(jì)算出總?cè)剂蠂娚淞恐?，設(shè)定預(yù)噴射中的噴射量相對(duì)于該總?cè)?料噴射量的比率(分割率)。換句話說(shuō)，將預(yù)噴射量設(shè)定為通過利用上述分割率來(lái)分割 總?cè)剂蠂娚淞慷@得的量。獲得了該分割率(預(yù)噴射量)，作為實(shí)現(xiàn)“對(duì)主噴射中的燃 料點(diǎn)火延遲的抑制”和“對(duì)主噴射中由于燃燒引起的發(fā)熱率的峰值的抑制” 二者的值。 利用這兩種抑制，可以實(shí)現(xiàn)燃燒噪聲的降低和由于緩慢燃燒的實(shí)現(xiàn)而產(chǎn)生的NOx量的減 少，同時(shí)還確保了高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。在本實(shí)施例中，分割率被設(shè)定為10%。
(后噴射)
后噴射為用于使排氣溫度上升的噴射操作。具體地，在本實(shí)施例中，通過后噴 射供給的燃料的燃燒能量不被變換為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，而是在使得大部分的所述燃燒能量被 作為排氣熱能而獲得的正時(shí)執(zhí)行后噴射。而且，同樣在所述后噴射中，與在上述引燃噴 射的情況下相同，設(shè)定最小噴射率(例如，每次1.5mm3的噴射量)，并且通過執(zhí)行多次 后噴射，確保在所述后噴射中所需的總后噴射量。
(次后噴射)
次后噴射為用于通過將燃料直接地引入排氣系統(tǒng)7中來(lái)實(shí)現(xiàn)上述歧管式催化轉(zhuǎn) 化器77的升溫的噴射操作。例如，當(dāng)由DPNR催化劑76捕獲到的PM的沉積量已經(jīng)超 過預(yù)定量時(shí)(例如，通過檢測(cè)歧管式催化轉(zhuǎn)化器77的前/后壓差而得知)，執(zhí)行次后噴射。
-用于設(shè)定目標(biāo)燃料壓力的技術(shù)-
下文描述一種在本實(shí)施例中設(shè)定目標(biāo)燃料壓力的情況下的技術(shù)思想。
在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1中，重要的是同時(shí)滿足以下要求通過減少NOx生成量來(lái)改善 廢氣排放，降低燃燒沖程期間的燃燒噪聲，并且確保足夠的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。作為同時(shí)滿足 這些要求的方法，本發(fā)明的發(fā)明人將注意力集中在以下事實(shí)適當(dāng)?shù)乜刂圃谌紵龥_程期 間氣缸中的發(fā)熱率的變化狀態(tài)(表現(xiàn)為發(fā)熱率波形的變化狀態(tài))是有效的，并且實(shí)現(xiàn)了用 于設(shè)定下述目標(biāo)燃料壓力的技術(shù)，該技術(shù)是一種用于控制發(fā)熱率的變化狀態(tài)的技術(shù)。
在圖4中，橫軸代表曲軸轉(zhuǎn)角，縱軸代表發(fā)熱率，而實(shí)線表示與在主噴射中噴射出的燃料的燃燒有關(guān)的理想發(fā)熱率波形。圖4示出了僅用于主噴射的發(fā)熱率波形(還 未添加預(yù)噴射的發(fā)熱率的發(fā)熱率波形)。在該附圖中，“TDC”表示與活塞13的壓縮上 止點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角位置。
在所述發(fā)熱率波形中，例如，當(dāng)活塞13位于壓縮上止點(diǎn)(TDC)時(shí)，在主噴射中 噴射出的燃料的燃燒開始，在壓縮上止點(diǎn)之后的預(yù)定活塞位置(例如，在壓縮上止點(diǎn)之 后10度(ATDC 10度)的位置)處發(fā)熱率達(dá)到最大值(峰值)，此外，在壓縮上止點(diǎn)之后 的另一預(yù)定活塞位置(例如，在壓縮上止點(diǎn)之后25度(ATDC25度)的位置)處，在主 噴射中噴射出的燃料的燃燒結(jié)束。為了使燃燒不晚于該位置結(jié)束，在本實(shí)施例中，在主 噴射中的燃料噴射不晚于在壓縮上止點(diǎn)之后22度(ATDC 22度)結(jié)束。通過使混合氣的 燃燒在這種發(fā)熱率變化狀態(tài)下進(jìn)行，例如，氣缸中的混合氣50%的燃燒在壓縮上止點(diǎn)之 后10度(ATDC 10度)處完成。換句話說(shuō)，膨脹沖程中產(chǎn)生的總熱量的大約50%不晚于 ATDC 10度產(chǎn)生，并且發(fā)動(dòng)機(jī)1能夠以高的熱效率來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。
而且，圖4中由雙點(diǎn)劃線“alpha”表示的波形是在燃料噴射壓力已經(jīng)被設(shè)定得 高于適當(dāng)值的情況下的發(fā)熱率波形，并且如該波形所示，燃燒速度和峰值均過高，并且 存在關(guān)于燃燒噪聲增大和NOx生成量增加的顧慮。另一方面，圖4中由雙點(diǎn)劃線“beta” 表示的波形是在燃料噴射壓力已經(jīng)被設(shè)定得低于適當(dāng)值的情況下的發(fā)熱率波形，并且如 該波形所示，燃燒速度低且峰值出現(xiàn)的正時(shí)朝向延遲側(cè)的角度偏移了大的量，因此存在 將無(wú)法確保足夠的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的顧慮。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的用于設(shè)定目標(biāo)燃料壓力的技術(shù)基于如下技術(shù)思想 通過使發(fā)熱率的變化狀態(tài)最優(yōu)化(使發(fā)熱率波形最優(yōu)化)來(lái)提高燃燒效率。
應(yīng)當(dāng)注意到的是，在實(shí)際的燃料噴射操作中，在具有這種發(fā)熱率波形的主噴射 之前執(zhí)行上述引燃噴射和預(yù)噴射。作為引燃噴射和預(yù)噴射的結(jié)果，氣缸中的溫度充分上 升，并且確保了在主噴射中噴射出的燃料的良好點(diǎn)火，而作為預(yù)噴射的結(jié)果，抑制了主 噴射的初始燃燒速度，從而引起穩(wěn)定的擴(kuò)散燃燒。
-預(yù)噴射和主噴射的噴射形式-
下面對(duì)作為本實(shí)施例的特征的上述預(yù)噴射和主噴射的噴射形式進(jìn)行具體描述。
在本實(shí)施例中的預(yù)噴射和主噴射的噴射形式中，控制預(yù)噴射和主噴射的噴射正 時(shí)和噴射量，使得由于在預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)、 在主噴射中噴射出的燃料的燃燒開始正時(shí)，以及在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞13到達(dá)壓縮上 止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同(用于通過燃料噴射控制器件來(lái)控制燃料噴射正時(shí)和噴射量的操 作)。換句話說(shuō)，由于在預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)與在 主噴射中噴射出的燃料的燃燒開始正時(shí)基本相同，此外，使得該正時(shí)與活塞13到達(dá)壓縮 上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同。在下文中，用于預(yù)噴射和主噴射的噴射形式的這種燃料噴射 控制被稱為高效率燃料噴射控制操作。
圖5示出了在執(zhí)行高效率燃料噴射控制操作期間的發(fā)熱率波形以及預(yù)噴射和主 噴射的噴射模式。
如圖5所示，在活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)(TDC)時(shí)的點(diǎn)的提前側(cè)的角度執(zhí)行預(yù)噴 射(預(yù)噴射開始正時(shí)和結(jié)束正時(shí)被設(shè)定為在活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的點(diǎn)的提前側(cè)的角 度)，并且由于在所述預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)被設(shè)定為活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)(在附圖中，參見由于在預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃 燒引起的發(fā)熱率的變化波形，該波形由點(diǎn)劃線表示)。
而且，主噴射在活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的點(diǎn)的稍提前側(cè)的角度開始，主噴射 在活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的點(diǎn)的延遲側(cè)的角度結(jié)束，并且在所述主噴射中噴射出的燃 料的燃燒開始正時(shí)被設(shè)定為活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)(在附圖中，參見由于在主 噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率的變化波形，該波形由虛線表示)。
結(jié)果，通過圖5中由實(shí)線表示的發(fā)熱率波形應(yīng)當(dāng)理解的是，由于在預(yù)噴射中噴 射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率和由于在主噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率形 成了連續(xù)波形(形成包絡(luò)線的波形)。
在根據(jù)這些正時(shí)執(zhí)行預(yù)噴射的情況下，在預(yù)噴射中噴射出的且在氣缸中沿著渦 流流動(dòng)的燃料不會(huì)與在隨后的主噴射中噴射出的燃料重疊。
具體地，在發(fā)動(dòng)機(jī)1的吸入沖程中從進(jìn)氣口 15a流入氣缸中的氣流為回轉(zhuǎn)中心為 上述氣缸中心線P的渦流，并且該渦流在壓縮沖程中在氣缸中繼續(xù)產(chǎn)生。
由此，在預(yù)噴射中噴射出的燃料由于所述渦流而在氣缸中沿周向流動(dòng)。換句話 說(shuō)，隨著在壓縮沖程中時(shí)間的推移，在預(yù)噴射中噴射出的燃料(噴霧團(tuán))從面向噴射器23 的噴孔的位置(緊接在噴射之后的位置)沿著渦流在周向上流動(dòng)。
因此，在執(zhí)行預(yù)噴射之后的主噴射的點(diǎn)處，在先前執(zhí)行的預(yù)噴射中噴射出的燃 料已經(jīng)在氣缸中沿周向流動(dòng)，并且在兩次噴射(預(yù)噴射和主噴射)中從同一噴孔噴射出的 燃料團(tuán)不會(huì)彼此重疊(即，來(lái)自所述噴射的燃料團(tuán)不會(huì)結(jié)合)。
在這種情況下，來(lái)自預(yù)噴射的從在渦流方向上的上游側(cè)的噴孔噴射出的燃料流 向與在渦流方向上的下游側(cè)的噴孔對(duì)置的位置，因此通過調(diào)節(jié)隨后的主噴射的噴射正 時(shí)，也就是說(shuō)，通過調(diào)節(jié)預(yù)噴射與主噴射之間的間隔，可以防止在預(yù)噴射中噴射出的燃 料與在主噴射中噴射出的燃料結(jié)合。
更具體地，考慮從活塞13位于下止點(diǎn)時(shí)至活塞13到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)止(至曲軸角度 運(yùn)動(dòng)180度止)渦流在氣缸中沿周向回轉(zhuǎn)一次的情況。換句話說(shuō)，也就是如下情況渦 流比為“2”。而且，考慮到在這種情況下，噴射器23設(shè)置有“10個(gè)”噴孔。
在這種情況下，如果預(yù)噴射與主噴射之間的間隔被設(shè)定為在氣缸中在周向上小 于36度(曲軸角度為18度)，則可以防止在預(yù)噴射中噴射出的燃料與在主噴射中噴射出 的燃料重疊。
這樣，通過防止在預(yù)噴射中噴射出的燃料與在主噴射中噴射出的燃料重疊，可 以使得在預(yù)噴射中噴射出的大部分燃料有助于在氣缸中進(jìn)行預(yù)加熱(即，使得預(yù)噴射為 預(yù)加熱項(xiàng))。這使得通過充分地利用在預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃燒所產(chǎn)生的熱量，能夠 開始在主噴射中噴射出的燃料的燃燒。
下面對(duì)燃料噴射正時(shí)進(jìn)行更具體的描述。
圖6示出了分析對(duì)于多個(gè)燃料噴射量(A至D)的預(yù)噴射執(zhí)行正時(shí)與在預(yù)噴射執(zhí) 行正時(shí)氣缸中產(chǎn)生的熱量之間的關(guān)系的結(jié)果。例如，A為0.7mm3的燃料噴射量，B為 1.5mm3的燃料噴射量，C為3.0mm3的燃料噴射量，并且D為6.0mm3的燃料噴射量。 圖6中的點(diǎn)劃線示出了在1.5mm3的燃料量完全燃燒的情況下的熱量水平。例如，在圖6 中，點(diǎn)X表示當(dāng)在活塞13在壓縮上止點(diǎn)之前(BTDC) 15度時(shí)的正時(shí)執(zhí)行預(yù)噴射并且燃14料噴射量為1.5mm3時(shí)，發(fā)熱量為X1[J]。而且，圖6中的點(diǎn)Y表示當(dāng)在活塞13在壓 縮上止點(diǎn)之前(BTDC) 7度時(shí)的正時(shí)執(zhí)行預(yù)噴射并且燃料噴射量為3.0mm3時(shí)，發(fā)熱量為 Y1[J]。此外，圖6中的點(diǎn)Z表示當(dāng)在活塞13位于壓縮上止點(diǎn)(TDC)時(shí)的正時(shí)執(zhí)行預(yù) 噴射并且燃料噴射量為6.0mm3時(shí)，發(fā)熱量為Z1[J]。
通過該附圖應(yīng)當(dāng)理解的是，即使在燃料噴射量相同時(shí)，預(yù)噴射噴射正時(shí)越靠近 活塞13的壓縮上止點(diǎn)(TDC)，發(fā)熱量越大。這是因?yàn)殡S著預(yù)噴射噴射正時(shí)遠(yuǎn)離活塞13 的壓縮上止點(diǎn)(TDC)而提前，在預(yù)噴射中噴射非常少量的燃料，同時(shí)燃燒室的內(nèi)部容積 大(同時(shí)活塞13位于低位)，之后，甚至在活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)的附近并且氣缸中的 溫度上升(溫度的上升是由于進(jìn)氣的壓縮)時(shí)，由于燃料已經(jīng)在燃燒室3中的廣闊范圍內(nèi) 擴(kuò)散并且混合氣已經(jīng)變稀，因此不可能點(diǎn)火。特別地，如果在處于活塞13的壓縮上止 點(diǎn)之前(BTDC) 18度的提前側(cè)的角度的正時(shí)執(zhí)行預(yù)噴射，則混合氣的稀化迅速地進(jìn)行， 并且如果在處于活塞13的壓縮上止點(diǎn)之前(BTDC) 30度的提前側(cè)的角度的正時(shí)執(zhí)行預(yù)噴 射，則點(diǎn)火變得不可能，而與燃料噴射量無(wú)關(guān)。
相應(yīng)地，如果在活塞13已經(jīng)到達(dá)壓縮上止點(diǎn)的附近并且氣缸中的溫度已經(jīng)上升 的環(huán)境下執(zhí)行預(yù)噴射，則局部具有高濃度的混合氣被暴露在高溫環(huán)境下并且燃燒開始， 因此即使在燃料噴射量相同時(shí)，預(yù)噴射噴射正時(shí)越靠近活塞13的壓縮上止點(diǎn)(TDC)，發(fā) 熱量越大。
然而，即使在活塞13的壓縮上止點(diǎn)(TDC)的附近執(zhí)行預(yù)噴射，噴射出的燃料量 的僅大約50%能夠?qū)嶋H上有助于發(fā)熱量。例如，在活塞13的壓縮上止點(diǎn)(TDC)的正時(shí) 噴射3.0mm3的燃料的預(yù)噴射的情況下，發(fā)熱量相當(dāng)于在1.5mm3的燃料已經(jīng)完全燃燒的情 況下的熱量水平(參見圖6)。
由此，為了增加預(yù)噴射中的發(fā)熱量，盡管可以增加預(yù)噴射中的燃料噴射量，但 是這引起了降低燃料效率和產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩的顧慮。
鑒于此，在本實(shí)施例中，設(shè)定預(yù)噴射的燃料噴射正時(shí)使得由于在預(yù)噴射中噴射 出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)與活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相 同，其結(jié)果是，通過充分地利用在預(yù)噴射中噴射出的燃料，產(chǎn)生了所需且足夠的熱量， 此外，所述預(yù)噴射幾乎沒有產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩。換句話說(shuō)，這能夠通過充分地利用由于在預(yù) 噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱量，來(lái)開始在主噴射中噴射出的燃料的燃燒。例 如，將預(yù)噴射的燃料噴射正時(shí)設(shè)定為在活塞13的壓縮上止點(diǎn)之前(BTDC)7度的正時(shí)，結(jié) 果，由于在預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)與活塞13到達(dá)壓 縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同。
為了在所述正時(shí)執(zhí)行預(yù)噴射，預(yù)先通過試驗(yàn)等將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、加速器開度(發(fā) 動(dòng)機(jī)負(fù)荷)、冷卻液溫度等設(shè)定為參數(shù)，產(chǎn)生預(yù)噴射執(zhí)行正時(shí)的設(shè)定表，并且將該設(shè)定表 存儲(chǔ)在上述ROM 102中，在所述預(yù)噴射執(zhí)行正時(shí)，由于在預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃燒 引起的最大發(fā)熱率的正時(shí)與活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同。然后，在執(zhí)行預(yù) 噴射的情況下，參考所述設(shè)定表，設(shè)定其中示出的執(zhí)行正時(shí)，并且執(zhí)行預(yù)噴射。結(jié)果， 由于在所述預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)與活塞13到達(dá)壓 縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同。應(yīng)當(dāng)注意到的是，獲得設(shè)定表，使得隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增 加，隨著加速器開度增加，而且隨著冷卻液溫度降低，預(yù)噴射執(zhí)行正時(shí)被調(diào)節(jié)為更靠提前側(cè)的角度。由所述設(shè)定表獲得的參數(shù)與預(yù)噴射執(zhí)行正時(shí)之間的關(guān)系不局限于此。
同樣地，預(yù)先通過試驗(yàn)等將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、加速器開度(發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷)、冷卻液溫 度、預(yù)噴射中的燃料噴射量等設(shè)定為參數(shù)，產(chǎn)生主噴射執(zhí)行正時(shí)的設(shè)定表，并且將該設(shè) 定表存儲(chǔ)在上述ROM 102中，在所述主噴射執(zhí)行正時(shí)，在主噴射中噴射出的燃料的燃燒 的開始正時(shí)與活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同。然后，在執(zhí)行主噴射的情況 下，參考所述設(shè)定表，設(shè)定其中示出的執(zhí)行正時(shí)，并且執(zhí)行主噴射。結(jié)果，在主噴射中 噴射出的燃料的燃燒的開始正時(shí)與活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同。應(yīng)當(dāng)注意 到的是，獲得設(shè)定表，使得隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)增加，隨著加速器開度增加，隨著冷卻液 溫度降低，而且隨著預(yù)噴射中的燃料噴射量減少，主噴射執(zhí)行正時(shí)被調(diào)節(jié)為更靠提前側(cè) 的角度。由所述設(shè)定表獲得的參數(shù)與主噴射執(zhí)行正時(shí)之間的關(guān)系不局限于此。
除上述高效率燃料噴射控制操作以外，本實(shí)施例中的預(yù)噴射和主噴射的另一種 噴射形式為如下形式其中，在主噴射中噴射出的燃料的燃燒的開始正時(shí)被設(shè)定為晚于 (處于延遲側(cè)的角度)由于在預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正 時(shí)。在下文中，這種預(yù)噴射和主噴射的噴射形式的燃料噴射控制被稱為廢氣排放優(yōu)先燃 料噴射控制操作。圖7示出了在執(zhí)行所述廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作期間的發(fā)熱率 波形以及預(yù)噴射和主噴射的燃料噴射模式的示例。
圖5(在高效率燃料噴射控制操作中的發(fā)熱率波形)與圖7 (在廢氣排放優(yōu)先燃料 噴射控制操作中的發(fā)熱率波形)的比較示出如上所述，在高效率燃料噴射控制操作中 預(yù)噴射的發(fā)熱率波形和主噴射的發(fā)熱率波形形成包絡(luò)線(包絡(luò)線燃燒方式)。相比之下， 在廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作中預(yù)噴射的發(fā)熱率波形和主噴射的發(fā)熱率波形形成獨(dú) 立波形(獨(dú)立燃燒方式)。
在本實(shí)施例中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)切換根據(jù)用于執(zhí)行上述高效率燃 料噴射控制操作的噴射模式來(lái)執(zhí)行預(yù)噴射和主噴射的情況，和根據(jù)用于執(zhí)行上述廢氣排 放優(yōu)先燃料噴射控制操作的噴射模式來(lái)執(zhí)行預(yù)噴射和主噴射的情況。
例如，在廢氣排放不惡化的發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)(例如，在低負(fù)荷下或中負(fù) 荷運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi))，進(jìn)行高效率燃料噴射控制操作，其中，由于在預(yù)噴射中噴射出的燃料的 燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)、在主噴射中噴射出的燃料的燃燒的開始正時(shí)以及活 塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)被設(shè)定為基本相同。另一方面，在存在關(guān)于廢氣排放惡 化(例如，NOx生成量的增加)的顧慮的發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍(例如，高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)范圍) 內(nèi)，或者在廢氣排放實(shí)際上已經(jīng)惡化的情形下，進(jìn)行廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作， 其中，將在主噴射中噴射出的燃料的燃燒的開始正時(shí)設(shè)定為晚于由于在預(yù)噴射中噴射出 的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)(設(shè)定為在活塞13已經(jīng)到達(dá)壓縮上止點(diǎn)之后 的正時(shí))。如圖7所示，作為使燃料噴射正時(shí)朝向延遲側(cè)的角度(與進(jìn)行高效率燃料噴射 控制操作相比更靠延遲側(cè)的角度)移動(dòng)的結(jié)果，通過降低燃燒溫度抑制了 NOx生成量。
這樣，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)切換高效率燃料噴射控制操作和廢氣排放優(yōu) 先燃料噴射控制操作不僅能夠防止廢氣排放的惡化，而且能夠?qū)崿F(xiàn)高燃料效率。
如上所述，在本實(shí)施例中，可以將預(yù)噴射和主噴射的噴射形式設(shè)定為一系列控 制處理，并且新穎的控制規(guī)則的構(gòu)造能夠固定噴射中的參數(shù)并且實(shí)現(xiàn)唯一地確定預(yù)噴射 和主噴射的噴射模式的綜合控制。而且，根據(jù)所述控制處理來(lái)執(zhí)行預(yù)噴射和主噴射能夠獲得高效率燃燒形式，同時(shí)改善燃料燃燒率。
應(yīng)當(dāng)注意到的是，盡管在上述廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作中預(yù)噴射和主噴 射的噴射正時(shí)均被設(shè)定為與在上述高效率燃料噴射控制操作中預(yù)噴射和主噴射的噴射正 時(shí)相比更靠延遲側(cè)的角度，但是可以僅將主噴射的噴射正時(shí)設(shè)定為更靠延遲側(cè)的角度。 換句話說(shuō)，將在廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作中預(yù)噴射的噴射正時(shí)設(shè)定為與在高效率 燃料噴射控制操作中預(yù)噴射的噴射正時(shí)相同，并且將由于在預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃 燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)設(shè)定為與活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同。
作為上述用于設(shè)定預(yù)噴射的噴射正時(shí)的技術(shù)思想，當(dāng)進(jìn)行廢氣排放優(yōu)先燃料噴 射控制操作時(shí)，如果期望通過預(yù)噴射來(lái)獲得充分的預(yù)加熱效果(例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)冷時(shí))， 則使得由于在預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)與活塞13到達(dá) 壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同。另一方面，如果期望可靠地避免上述反向轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生， 則將由于在預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)設(shè)定為晚于活塞 13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)。應(yīng)當(dāng)注意到的是，由于在這種情況下的預(yù)噴射的噴射正時(shí) 并非被限定為切換兩個(gè)正時(shí)(將預(yù)噴射中最大發(fā)熱率的正時(shí)設(shè)定為TDC或ATDC)，因此 可以根據(jù)所需預(yù)加熱量等來(lái)切換多個(gè)水平。
-改進(jìn)例_
下面對(duì)改進(jìn)例進(jìn)行描述。上述實(shí)施例描述了僅執(zhí)行一次在主噴射之前進(jìn)行的預(yù) 噴射的情況(參見圖幻。在本改進(jìn)例中，執(zhí)行兩次所述預(yù)噴射。一個(gè)示例是在氣缸中要 求大的預(yù)加熱量的情況下執(zhí)行的燃料噴射模式。其它構(gòu)造和燃料噴射操作與在上述實(shí)施 例中相同，因此下面僅描述與上述實(shí)施例的不同點(diǎn)。
圖8示出了在本改進(jìn)例中在執(zhí)行高效率燃料噴射控制操作時(shí)的預(yù)噴射和主噴射 的噴射模式。
在圖8所示的燃料噴射模式中，以與在上述實(shí)施例中的預(yù)噴射相同的方式來(lái)執(zhí) 行第二次預(yù)噴射(緊接在主噴射之前執(zhí)行的預(yù)噴射)。換句話說(shuō)，由于在所述第二次預(yù)噴 射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)與活塞13到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正 時(shí)基本相同。
-其它實(shí)施例_
上述實(shí)施例和改進(jìn)例描述了本發(fā)明被應(yīng)用于安裝在汽車中的直列四汽缸柴油發(fā) 動(dòng)機(jī)的示例。然而，本發(fā)明不局限于用在汽車中，而是還能夠應(yīng)用于為其它目的而使用 的發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，對(duì)氣缸的數(shù)量或發(fā)動(dòng)機(jī)形式(直列發(fā)動(dòng)機(jī)、V型發(fā)動(dòng)機(jī)等)沒有特定 的限制。
而且，在上述實(shí)施例中，盡管歧管式催化轉(zhuǎn)化器77包括NSR催化劑75以及 DPNR催化劑76，但是歧管式催化轉(zhuǎn)化器77也可以包括NSR催化劑75以及DPF (柴油機(jī)微粒濾清器)。
此外，在上述實(shí)施例和改進(jìn)例中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)切換高效率燃料 噴射控制操作和廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作。本發(fā)明的技術(shù)思想不局限于此，而是 還包括僅執(zhí)行高效率燃料噴射控制操作的情況。
應(yīng)當(dāng)注意到的是，如以下在說(shuō)明書中所示，一些符號(hào)被描述為字母符號(hào)。各個(gè) 字母符號(hào)“alpha”、“beta”、“delta”、“eta”以及“乘”對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的符號(hào)。
“ α ”、 “ β ”、 “ Δ ”、 “ η ” 以及 ‘‘ · ”。
本發(fā)明能夠在不背離本發(fā)明的精神或主要特性的情況下以各種其它形式來(lái)執(zhí) 行。因此上述實(shí)施例和改進(jìn)例僅是各方面的示例，并且不應(yīng)當(dāng)以限制性方式來(lái)解釋。本 發(fā)明的范圍在權(quán)利要求中進(jìn)行限定，并且不應(yīng)當(dāng)以任何方式局限于說(shuō)明書的主體部分。 此外，本發(fā)明涵蓋了存在于等同于權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有變化和改進(jìn)。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置的有益效果在于，為能夠在主噴射之前進(jìn) 行副噴射的壓縮自燃式內(nèi)燃機(jī)提供了一種能夠使主噴射和副噴射的噴射形式最優(yōu)化的系 統(tǒng)化燃料噴射控制技術(shù)。
如上所述，盡管本發(fā)明可應(yīng)用于安裝在汽車中的直列四氣缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，但是 本發(fā)明不局限于汽車用途。本發(fā)明還能夠應(yīng)用于為其它目的而使用的發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，除 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)切換高效率燃料噴射控制操作和廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操 作的情況以外，本發(fā)明還能夠被用于僅執(zhí)行高效率燃料噴射控制操作的情況。
附圖標(biāo)記列表
1發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))
12缸膛
13活塞
23噴射器(燃料噴射閥)
權(quán)利要求
1.一種壓縮自燃式內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，在所述壓縮自燃式內(nèi)燃機(jī)中，作為 從燃料噴射閥進(jìn)行燃料噴射的操作，至少能夠進(jìn)行主噴射和在所述主噴射之前進(jìn)行的副 噴射，所述燃料噴射控制裝置包括燃料噴射控制器件，其用于執(zhí)行高效率燃料噴射控制操作，所述高效率燃料噴射控 制操作用于控制所述主噴射和所述副噴射的噴射正時(shí)和噴射量，使得由于在所述副噴射 中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率為最大時(shí)的正時(shí)、在所述主噴射中噴射出的燃料的 燃燒的開始正時(shí)以及在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)基本相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其中，所述燃料噴射控制器件還用于執(zhí)行廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作，所述廢 氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作用于將在所述主噴射中噴射出的燃料的燃燒的所述開始正 時(shí)設(shè)定為遲于由于在所述副噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的所述發(fā)熱率為最大時(shí)的所 述正時(shí)，并且所述燃料噴射控制器件根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)切換所述高效率燃料 噴射控制操作和所述廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其中，在執(zhí)行所述廢氣排放優(yōu)先燃料噴射控制操作的情況下，所述燃料噴射控制器 件根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)切換將由于在所述副噴射中噴射出的燃料的燃燒引起 的所述發(fā)熱率為最大時(shí)的所述正時(shí)設(shè)定為與所述活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的所述正時(shí)基本 相同的情況，和將由于在所述副噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的所述發(fā)熱率為最大時(shí) 的所述正時(shí)設(shè)定為遲于所述活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的所述正時(shí)的情況。
全文摘要
本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置對(duì)共軌式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，使得在活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時(shí)的正時(shí)，由于在預(yù)噴射中噴射出的燃料的燃燒引起的發(fā)熱率基本為最大，還使得在主噴射中噴射出的燃料的燃燒在所述正時(shí)的附近開始。結(jié)果，通過充分地利用由于預(yù)噴射引起的發(fā)熱率來(lái)開始在主噴射中噴射出的燃料的燃燒。而且，這避免了反向轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，而且確保了使得由在主噴射中噴射出的燃料的燃燒而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的量最大化。
文檔編號(hào)F02D41/40GK102027222SQ20098011681
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者灘光博 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社