專利名稱：預(yù)混合壓縮自點火式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種予混合壓縮自點火式(HCCI: Homogeneous Charge Compressed Ignition)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法。
背景技術(shù)：
作為這種發(fā)動機，例如在專利文獻(xiàn)1中公開了將預(yù)先混合了空氣和燃 料的混合氣朝缸內(nèi)的燃燒室供給、并通過對該混合氣進(jìn)行壓縮來使其自點 火的予混合壓縮式自點火式發(fā)動機。另外，在專利文獻(xiàn)1中還公開了在很 難進(jìn)行壓縮自點火運轉(zhuǎn)的發(fā)動機的啟動時進(jìn)行火花點火運轉(zhuǎn)(SI運轉(zhuǎn))的 內(nèi)容。
與所謂的火花點火式的發(fā)動機相比，這種予混合壓縮式自點火式發(fā)動 機因能以較高的壓縮比進(jìn)行運轉(zhuǎn)而具有熱效率高的優(yōu)點。另外，由于可降 低燃燒溫度，因此還能抑制NOx的生成。但是，由于使混合氣自然點火， 因此極難控制點火時間。
混合氣的壓縮自點火在很大程度上受到發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩和混合氣的進(jìn)氣 溫度的影響。例如，圖3表示發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩與混合氣的進(jìn)氣溫度間的關(guān)系， 是表示可進(jìn)行火花點火運轉(zhuǎn)和壓縮自點火運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)范圍的曲線圖，Zl表 示可進(jìn)行一般的火花點火運轉(zhuǎn)(SI運轉(zhuǎn))的運轉(zhuǎn)范圍，Z3表示可進(jìn)行壓縮 自點火運轉(zhuǎn)(HCCI運轉(zhuǎn))的運轉(zhuǎn)范圍。
在圖3中，為了通過火花點火運轉(zhuǎn)來啟動發(fā)動機并朝壓縮自點火運轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)移，首先需要像箭頭Yl所示的那樣提高進(jìn)氣溫度。另外，在進(jìn)氣溫度(T2) 上升至可進(jìn)行壓縮自點火運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)范圍Z3時，可施加負(fù)載，提高轉(zhuǎn)矩(輸 出功率)，但為了提高轉(zhuǎn)矩，如箭頭Y2所示，若不再次降低進(jìn)氣溫度，就 無法維持壓縮自點火運轉(zhuǎn)。另外，在施加了最大的負(fù)載后，為了切斷負(fù)載以減小轉(zhuǎn)矩，若不再次提高進(jìn)氣溫度，就無法維持壓縮自點火運轉(zhuǎn)。
因此，在進(jìn)氣溫度升高后到施加負(fù)載之前或者到將施加的負(fù)載完全切斷之前，需要使進(jìn)氣溫度下降或上升用的較長時間，這在實用上存在問題。在以往的予混合壓縮自點火式發(fā)動機中，在將節(jié)氣門閥(throttlevalve)完全打開的狀態(tài)下根據(jù)負(fù)載對燃料控制閥(空氣/燃料閥)進(jìn)行調(diào)整，通過改變?nèi)剂蠞舛葋碚{(diào)整(govern)發(fā)動機轉(zhuǎn)速。因此，在圖3的箭頭Y3所示的進(jìn)氣溫度設(shè)定下施加、切斷負(fù)載時，若利用燃料控制閥進(jìn)行調(diào)整，則在小負(fù)載時燃料濃度變稀，會產(chǎn)生不會自點火的問題。另一方面，也有使燃料控制閥保持一定開度，通過調(diào)整節(jié)氣門閥來調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速的方法，但這種情況下，在負(fù)載增大時要將節(jié)氣門(throttle)打開至全開附近，即使變更節(jié)氣門開度，混合氣量也幾乎不變化，會產(chǎn)生調(diào)速功能無法充分地發(fā)揮作用的問題。
另外，在發(fā)動機的排氣管中通常設(shè)置有對排氣氣體中含有的有害成分(大氣污染物質(zhì))進(jìn)行凈化用的排氣催化劑。如圖12 (B)所示，可知，排氣氣體中含有的大氣污染物質(zhì)(例如C0)在負(fù)載較大時可通過流過催化劑而得到適當(dāng)凈化，但在負(fù)載較小時沒有被大幅度凈化。這是因為，如圖12(A)所示，在負(fù)載較小時，排氣溫度低，不會發(fā)生對大氣污染物質(zhì)進(jìn)行凈化用的化學(xué)反應(yīng)。因此，在負(fù)載較小時也確保較高的排氣溫度以適當(dāng)凈化大氣污染物質(zhì)很重要。
專利文獻(xiàn)l:日本專利特開2005 —69097號公報

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種予混合壓縮自點火式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法，通過在火花點火運轉(zhuǎn)與壓縮自點火運轉(zhuǎn)之間進(jìn)行輔助性地使用火花點火的壓縮自點火運轉(zhuǎn)，可縮短負(fù)載的施加時間和切斷時間，足以投入實際使用。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
本發(fā)明是一種使預(yù)先混合了燃料和空氣的混合氣在燃燒室內(nèi)壓縮自點
5火并燃燒的予混合壓縮自點火式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法，其特征是，包括對混合氣進(jìn)行火花點火的火花點火裝置，利用調(diào)溫裝置使混合氣的進(jìn)氣溫度維持大致一定，并根據(jù)負(fù)載的大小，切換進(jìn)行火花點火運轉(zhuǎn)、輔助性地使用火花點火的點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)、以及不使用火花點火的無點火壓縮
二 一I . 、 一.
曰后、X邁特。
本發(fā)明最好還包括如下結(jié)構(gòu)。
(1) 在點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)中，預(yù)先設(shè)定作為目標(biāo)的壓縮自點火時間，并預(yù)先準(zhǔn)備記錄了可實現(xiàn)目標(biāo)壓縮自點火時間的火花點火時間的火花點火時間圖，發(fā)動機啟動后，在負(fù)載為規(guī)定大小以下時，在根據(jù)運轉(zhuǎn)條件并參照火花點火時間圖選擇的火花點火時間進(jìn)行火花點火，在負(fù)載為規(guī)定大小以上時，對目標(biāo)壓縮自點火時間與實際的壓縮自點火時間進(jìn)行比較，并根據(jù)該比較來調(diào)整火花點火時間，以使實際的壓縮自點火時間成為目標(biāo)壓縮自點火時間。
(2) 在冷態(tài)下剛啟動了發(fā)動機后，減小空氣過剩率來進(jìn)行火花點火運轉(zhuǎn)。
(3) 在上述結(jié)構(gòu)(2)中，在冷態(tài)下剛啟動了發(fā)動機后，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速以上，以使發(fā)動機輸出功率成為額定功率。
(4) 在點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)和無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)時，構(gòu)成為為了維持發(fā)動機轉(zhuǎn)速而對節(jié)氣門閥的開度進(jìn)行調(diào)整，在節(jié)氣門閥的開度成為規(guī)定大小以上時，根據(jù)該開度來減小空氣過剩率。
(5) 在上述發(fā)動機的排氣通路中包括對排氣氣體中含有的有害成分進(jìn)行凈化的催化劑，在上述發(fā)動機為小負(fù)載時或者排氣溫度低于規(guī)定大小時，為了一邊維持發(fā)動機轉(zhuǎn)速一邊提高排氣溫度，而減小空氣過剩率并減少混合氣流量。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，通過利用輔助性地使用火花點火的點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)，在使進(jìn)氣溫度保持大致一定的狀態(tài)下，可根據(jù)負(fù)載的大小使火花點火運轉(zhuǎn)和壓縮自點火運轉(zhuǎn)(無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn))順利地在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)移。另外，通過進(jìn)行點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)，可實質(zhì)性地擴大壓縮自點火的運轉(zhuǎn)范圍。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)(1)，在負(fù)載為規(guī)定大小以上時，通過對實際的壓縮自
點火時間和目標(biāo)壓縮自點火時間進(jìn)行比較來進(jìn)行反饋控制，可將火花點火iVn —、田擊fr a :;工；ili n4 '、m 口 . +工 +在扭止+m .l、 i、l卞n4 /,口 ， +入、mti" 6
h'川rj w口j貨p乂；a^1 p、j i口j 。 力—刀叫，13: jM辛乂yv;^疋人勺、fcA r p、j ， i區(qū),ETia識!j大際的壓縮自點火時間，若進(jìn)行如上所述的反饋控制，火花點火時間會產(chǎn)生偏差，容易產(chǎn)生爆震等，因此，通過在根據(jù)火花點火時間圖選擇的時間進(jìn)行火花點火，可進(jìn)行更穩(wěn)定的火花點火。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)(2)，可迅速地使發(fā)動機從冷態(tài)升溫成熱態(tài)。因此，可利用發(fā)動機冷卻水等迅速地提高進(jìn)氣溫度，成為可施加負(fù)載的狀態(tài)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)(3)，可更迅速地使發(fā)動機從冷態(tài)升溫成熱態(tài)，可迅速提高進(jìn)氣溫度，以成為可施加負(fù)載的狀態(tài)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)(4)，即使在大負(fù)載時等節(jié)氣門閥的開度變得大于規(guī)定大小，也能利用該節(jié)氣門閥來調(diào)整(govern)發(fā)動機轉(zhuǎn)速。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)(5)，在小負(fù)載運轉(zhuǎn)時等排氣溫度低而無法充分地發(fā)揮催化劑的凈化性能時，可通過一邊維持發(fā)動機轉(zhuǎn)速一邊提高排氣溫度，來提高催化劑的凈化率。


圖1是本發(fā)明的實施方式所涉及的預(yù)混合壓縮自點火式發(fā)動機的概略剖視圖。
圖2是預(yù)混合壓縮自點火式發(fā)動機的概略俯視圖。
圖3表示預(yù)混合壓縮自點火式發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩與進(jìn)氣溫度間的關(guān)系，是分別表示可進(jìn)行火花點火運轉(zhuǎn)、點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)和無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)范圍的曲線圖。
圖4 (A)是表示轉(zhuǎn)矩與進(jìn)氣溫度間的關(guān)系的曲線圖，圖4 (B)是表示轉(zhuǎn)矩與空氣過剩率間的關(guān)系的曲線圖。
圖5 (A)是表示從熱態(tài)啟動發(fā)動機時隨著時間的經(jīng)過發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化的曲線圖，圖5(B)同樣是表示隨著時間的經(jīng)過進(jìn)氣溫度的變化的曲線圖，圖5 (C)同樣是表示隨著時間的經(jīng)過在施加負(fù)載時轉(zhuǎn)矩的變化的曲線圖。
圖6是表示進(jìn)行點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)時火花點火時間與壓縮自點火時間間的關(guān)系的曲線圖。
圖7表示火花點火時間與進(jìn)氣溫度間的關(guān)系，是表示壓縮自點火時間的變化的曲線圖。
圖8 (A)是表示在冷態(tài)下啟動發(fā)動機時隨著時間的經(jīng)過轉(zhuǎn)矩的變動的曲線圖，圖8 (B)同樣是表示進(jìn)氣溫度的變化的曲線圖，圖8 (C)同樣是表示冷卻水溫度的變化的曲線圖，圖8(D)同樣是表示潤滑油溫度的變化的曲線圖。
圖9 (A)是表示在冷態(tài)下啟動發(fā)動機時隨著時間的經(jīng)過輸出功率的變化的曲線圖，圖9 (B)同樣是表示進(jìn)氣溫度的變化的曲線圖，圖9 (C)同樣是表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化的曲線圖，圖9(D)同樣是表示軸轉(zhuǎn)矩的變化的曲線圖。
圖IO是表示與節(jié)氣門閥的開度對應(yīng)的、轉(zhuǎn)矩的變化和燃料控制閥的開度的變化的曲線圖。
圖11 (A)是表示輸出功率與節(jié)氣門閥的開度間的關(guān)系的曲線圖，圖11(B)是表示輸出功率與燃料控制閥間的關(guān)系的曲線圖。
圖12 (A)是表示轉(zhuǎn)矩與排氣溫度間的關(guān)系的曲線圖，圖12 (B)是表示轉(zhuǎn)矩與C0排出量間的關(guān)系的曲線圖。
圖13 (A)是表示轉(zhuǎn)矩與節(jié)氣門閥的開度間的關(guān)系的曲線圖，圖13 (B)同樣是表示轉(zhuǎn)矩與燃料控制閥的開度間的關(guān)系的曲線圖。
圖14 (A)是表示轉(zhuǎn)矩與排氣溫度間的關(guān)系的曲線圖，圖14 (B)同樣是表示轉(zhuǎn)矩與催化劑通過后的CO排出量間的關(guān)系的曲線圖。(符號說明)
11預(yù)混合壓縮自點火式發(fā)動機
13缸
14活塞
31節(jié)氣門閥
32燃料控制閥
835調(diào)溫裝置
45控制器
具體實施例方式
圖l是本發(fā)明的實施方式所涉及的預(yù)混合壓縮自點火式發(fā)動機ll的概略剖視圖，圖2是其概略俯視圖。本實施方式的預(yù)混合壓縮自點火式發(fā)動機11是四汽缸(1號 4號)的四沖程發(fā)動機，具有發(fā)動機本體IIA，該發(fā)動機本體11A包括缸體12、缸蓋15、以及曲柄箱18。在缸體12內(nèi)設(shè)置有多個(四個)缸13，在各缸13內(nèi)可自由滑動地嵌合有活塞14。在缸蓋15上設(shè)置有進(jìn)氣口 16和排氣口 17，進(jìn)氣口 16和排氣口 17分別由進(jìn)氣門19和排氣門20來開閉。進(jìn)氣門19和排氣門20由氣門傳動裝置21、 22來驅(qū)動。
在吸氣口 16上連接著進(jìn)氣管24，在排氣口 17上連接著具有排氣歧管25的排氣管26。如圖2所示，進(jìn)氣管24具有主進(jìn)氣管27、與該主進(jìn)氣管27連接的進(jìn)氣緩沖罐28、以及從該進(jìn)氣緩沖罐28與各缸13連接的多個分岔進(jìn)氣管29。
如圖1所示，在主進(jìn)氣管27上設(shè)置有節(jié)氣門閥31、混合器33和加熱裝置(調(diào)溫裝置)35。被導(dǎo)入主進(jìn)氣管27的空氣利用節(jié)氣門閥31來調(diào)節(jié)流量，并與經(jīng)由燃料控制閥(A/F valve) 32供給來的燃料在混合器33中混合。在燃料控制閥32中設(shè)定燃料與空氣的比例、即空氣過剩率。
空氣與燃料的混合氣在被加熱裝置35加熱后流入進(jìn)氣緩沖罐28，并從各分岔進(jìn)氣管39經(jīng)由進(jìn)氣口 16被吸入各缸13內(nèi)的燃燒室(進(jìn)氣行程)。在進(jìn)氣行程中供給到燃燒室內(nèi)的混合氣在壓縮行程中被壓縮，當(dāng)活塞14到達(dá)上止點附近時自動點火，由此，將活塞14壓下(膨脹行程)。燃燒氣體在排氣行程中從排氣口 17經(jīng)由排氣管26排出。
如圖2所示，加熱裝置35具有熱交換器40，該熱交換器40設(shè)置在分岔成兩條路徑的主進(jìn)氣管27的一條路徑38上。熱交換器40將發(fā)動機冷卻水作為熱交換介質(zhì)，在缸體12和缸蓋15 (圖1)中循環(huán)的冷卻水經(jīng)由流路41朝熱交換器40供給，并經(jīng)由流路42返回冷卻器(未圖示)。在主進(jìn)氣管27的兩條路徑38、 39中分別設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥43、 44。
在主進(jìn)氣管27的另一條路徑39上未設(shè)置熱交換器40，流過該路徑39的混合氣在不被加熱的情況下直接導(dǎo)入進(jìn)氣緩沖罐28。流量調(diào)節(jié)閥43、 44對混合氣朝主進(jìn)氣管27的各路徑38、 39的流入量進(jìn)行調(diào)整(包括停止)，例如，通過僅打開一方的流量調(diào)節(jié)閥43以使混合氣僅流過路徑38，可迅速加熱混合氣，通過僅打開另一方的流量調(diào)節(jié)閥44以使混合氣僅流過路徑39，可不對混合氣進(jìn)行加熱(相對來說進(jìn)行冷卻)。另外，通過將流量調(diào)節(jié)閥43、 44雙方打開，可使被加熱的混合氣與未被加熱的混合氣混合來進(jìn)行細(xì)致的溫度控制。
作為加熱裝置35的熱交換介質(zhì)，可利用潤滑油和排氣氣體。作為加熱裝置35，也可使用電加熱器。另外，也可不像上面那樣使主進(jìn)氣管27分岔，而是將其形成為一條路徑并設(shè)置加熱裝置35。
如圖1所示，發(fā)動機11包括控制器45，利用該控制器45來控制節(jié)氣門閥31、燃料控制閥32、加熱裝置35等。另外，在發(fā)動機11中設(shè)置有冷卻水溫度傳感器47和進(jìn)氣溫度傳感器48、汽缸內(nèi)壓力傳感器49、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器50、轉(zhuǎn)矩傳感器51、空氣過剩率傳感器52等，各種傳感器的檢測信號被輸入上述控制器45。
在本實施方式中，利用汽缸內(nèi)壓傳感器49來檢測各缸13內(nèi)的壓力，對該檢測值進(jìn)行分析并求解燃燒質(zhì)量比例。另外，將燃燒質(zhì)量比例達(dá)到50%的時刻作為壓縮自點火時間。
在發(fā)動機11的缸蓋15上設(shè)置有火花塞37。如圖2所示，火花塞37通過高壓阻尼線54與點火線圈55連接，火花塞37、高壓阻尼線54和點火線圈55構(gòu)成了火花點火裝置53。對火花點火裝置53的點火線圈55的通電由控制器45來進(jìn)行動作控制。
本來，予混合壓縮自點火式發(fā)動機11是在不進(jìn)行火花點火的情況下通過)來進(jìn)行運轉(zhuǎn)的。但是，本實施方式的予混合壓縮自點火發(fā)動機11在發(fā)動機11啟動時、以及發(fā)動機11啟動后到進(jìn)行壓縮自點火運轉(zhuǎn)為止的過渡期的運轉(zhuǎn)中使用火花點火。
此處，發(fā)動機啟動時的運轉(zhuǎn)是通過火花點火來使混合氣燃燒的、所謂的火
花點火運轉(zhuǎn)(SI運轉(zhuǎn))。過渡期的運轉(zhuǎn)不是火花點火運轉(zhuǎn)，而是輔助性地使用火花點火裝置53的壓縮自點火運轉(zhuǎn)。在本說明書中，將該過渡期的運轉(zhuǎn)稱作點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)，另外，將不使用火花點火的原來的壓縮自點火運轉(zhuǎn)稱作無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)。
點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)是在很難進(jìn)行無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)條件下，通過火花點火來誘發(fā)壓縮自點火的運轉(zhuǎn)，是通過進(jìn)行火花點火，利用該火花和點火后的傳播火炎使處于壓縮狀態(tài)的混合氣進(jìn)行自點火的運轉(zhuǎn)。
圖3表示予混合壓縮自點火式發(fā)動機11的轉(zhuǎn)矩與進(jìn)氣溫度間的關(guān)系，是分別表示可進(jìn)行火花點火運轉(zhuǎn)、點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)和無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)范圍的曲線圖。Zl表示可進(jìn)行火花點火運轉(zhuǎn)的范圍，Z2表示可進(jìn)行點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)的范圍，Z3表示可進(jìn)行無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)的范圍。在本實施方式中，到進(jìn)氣溫度上升一定程度為止進(jìn)行火花點火運轉(zhuǎn)(Zl)，之后， 一旦進(jìn)氣溫度上升至規(guī)定T1，如箭頭Y3所示，便一邊維持進(jìn)氣溫度一邊朝點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)(Z2)轉(zhuǎn)移，之后進(jìn)行無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)(Z3)。下面進(jìn)行詳細(xì)說明。
發(fā)動機11在啟動時處于冷狀態(tài)(冷態(tài))，當(dāng)然，進(jìn)氣溫度也低。因此，點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)(Z2)和無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)(Zl)都很難進(jìn)行。因此，如范圍Zl所示，進(jìn)行通過火花點火來使混合氣燃燒的火花點火運轉(zhuǎn)。此時，利用燃料控制閥32 (圖l)將空氣過剩率設(shè)定成較小(燃料濃)。由于一旦進(jìn)行火花點火運轉(zhuǎn)，發(fā)動機冷卻水的溫度便會逐漸上升，因此可利用加熱裝置35 (圖2)使進(jìn)氣溫度上升。
一旦進(jìn)氣溫度達(dá)到可通過無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)(Z3)產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩Trl的溫度Tl，便利用加熱裝置35使進(jìn)氣溫度維持T1。接著，施加負(fù)載，從火花點火運轉(zhuǎn)(Zl)朝點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)(Z2)轉(zhuǎn)移。此時，利用燃料
11控制閥32使空氣過剩率慢慢上升(使燃料變稀)。之后，在最大轉(zhuǎn)矩接近Trl 而進(jìn)入范圍Z3時，停止火花點火，朝無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移。圖4 (A)是表示轉(zhuǎn)矩與進(jìn)氣溫度間的關(guān)系的曲線圖，圖4 (B)是表示轉(zhuǎn) 矩與空氣過剩率間的關(guān)系的曲線圖。用實線來表示本發(fā)明，用點劃線來表示現(xiàn) 有技術(shù)(不進(jìn)行點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)，在圖3的箭頭Y2的條件下進(jìn)行無 點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)時)。在本實施方式中，是當(dāng)在使進(jìn)氣溫度維持T1的狀態(tài)下使空氣過剩率慢慢 增大時，從火花點火運轉(zhuǎn)經(jīng)點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)朝無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)移。在現(xiàn)有技術(shù)中，是在使進(jìn)氣溫度從T2逐漸朝T1下降的同時，在將節(jié)氣 門閥完全打開的狀態(tài)下使空氣過剩率慢慢減小，進(jìn)行無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)。因此，在本實施方式中，不像現(xiàn)有技術(shù)那樣使進(jìn)氣溫度在T2與Tl之間變 化，可在不需要進(jìn)氣溫度變化所需的時間的情況下增大轉(zhuǎn)矩。當(dāng)在轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大的狀態(tài)下切斷負(fù)載來減小轉(zhuǎn)矩時，以圖3的Y3的逆過 程來進(jìn)行運轉(zhuǎn)。即，從無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)(Z3)經(jīng)點火輔助壓縮自點火運 轉(zhuǎn)(Z2)朝火花點火運轉(zhuǎn)(Zl)轉(zhuǎn)移。這種情況下也能使進(jìn)氣溫度保持大致一 定，因此可迅速切斷負(fù)載。圖5 (A)表示在實驗中使發(fā)動機ll從熱狀態(tài)(熱態(tài))啟動時隨著時間的 經(jīng)過發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化，圖5 (B)同樣表示進(jìn)氣溫度的變化，圖5 (C)同樣 表示施加負(fù)載時轉(zhuǎn)矩的變化。在圖5 (A)和圖5 (B)中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速在發(fā)動 機啟動后的短時間內(nèi)上升至額定轉(zhuǎn)速附近，進(jìn)氣溫度也從大致相同的時間起維 持T1的狀態(tài)。在圖5 (C)中，可使轉(zhuǎn)矩在發(fā)動機轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣溫度大致穩(wěn)定后 的短時間內(nèi)上升。另外，還可縮短切斷負(fù)載到轉(zhuǎn)矩成為0 (空轉(zhuǎn)狀態(tài))所需的 時間。在上述說明中，在進(jìn)行點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)和無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn) 時，也可預(yù)先使燃料控制閥32的開度保持一定。(點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)的壓縮自點火時間的調(diào)整)圖6是表示進(jìn)行點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)時火花點火時間與壓縮自點火 時間間的關(guān)系的曲線圖。從圖6可知，在火花點火時間從提前角側(cè)朝滯后角側(cè)滯后時，壓縮自點火時間也相應(yīng)地從提前角側(cè)朝滯后角側(cè)滯后。在本實施方式中，通過調(diào)整火花點火時間，來調(diào)整壓縮自點火時間。 另外，從圖6可知， 一旦火花點火時間相對于某一時間tl位于提前角側(cè)， 則即便使其進(jìn)一步提前，壓縮自點火時間也不再提前。反之， 一旦火花點火時 間相對于某一時間t2位于滯后角側(cè)，則即便使其進(jìn)一步滯后，壓縮自點火時 間也幾乎不再滯后。這可認(rèn)為是已經(jīng)自然地開始壓縮自點火。在本實施方式中，針對這種特性，將上述tl設(shè)定成火花點火的提前角側(cè)的界限時間(提前角界限)，并將t2設(shè)定成滯后角側(cè)的界限時間(滯后角界 限)，對火花點火裝置53 (圖2)進(jìn)行動作控制，以在兩界限時間tl、 t2之 間進(jìn)行火花點火。由此，能通過進(jìn)行火花點火可靠地誘發(fā)壓縮自點火。可通過下面的方法，用控制器45來控制對圖2所示的火花點火裝置53 的點火線圈55的通電，來進(jìn)行火花點火時間的調(diào)整。首先，例如預(yù)先設(shè)定可實現(xiàn)熱效率、排氣氣體中含有的大氣污染物質(zhì)(有 害成分)的排出量等的平衡的目標(biāo)壓縮自點火時間。如上所述，實際的自點火 時間根據(jù)汽缸內(nèi)壓傳感器49 (圖l)的檢測值進(jìn)行求解。接著，對目標(biāo)壓縮自 點火時間與實際的壓縮自點火時間進(jìn)行比較，根據(jù)該比較來調(diào)整火花點火時 間，以使實際的壓縮自點火時間成為目標(biāo)壓縮自點火時間。即，通過對目標(biāo)壓 縮自點火時間與實際的壓縮自點火時間進(jìn)行比較，來對火花點火時間進(jìn)行反饋 控制。圖7的曲線圖表示火花點火時間與進(jìn)氣溫度間的關(guān)系，表示的是壓縮自點 火時間的變化。在該曲線圖中，用W來表示目標(biāo)壓縮自點火時間(例如曲柄角 為TDC + 6。的時間)。根據(jù)該曲線圖可知，例如在進(jìn)氣溫度為Ta時，通過將 火花點火時間調(diào)整成ta，便可將實際的壓縮自點火時間調(diào)整成目標(biāo)壓縮自點火 時間。作為大氣污染物質(zhì)的NOx在點火時間早時具有增大的傾向，THC (未燃碳 氫化合物)和CO (—氧化碳)在點火時間晚時具有增大的傾向，因此，目標(biāo)壓 縮自點火時間例如可設(shè)定成使它們的排出平衡地減少的時間。采用本實施方式這樣的多汽缸發(fā)動機11時，壓縮自點火時間因各汽缸的13散熱性差異引起的壓縮端溫度差異而不同。因此，通過調(diào)整各汽缸的火花點火 時間，還可統(tǒng)一壓縮自點火時間。 一旦統(tǒng)一了壓縮自點火時間，便可提高循環(huán) 效率和熱效率。(壓縮自點火時間調(diào)整的例外情況)如圖3所示，在箭頭Y3中，在剛從火花點火運轉(zhuǎn)(Zl)朝點火輔助壓縮 自點火運轉(zhuǎn)(Z2)轉(zhuǎn)移的狀態(tài)下、轉(zhuǎn)矩較小時(負(fù)載較小時)，噪聲的比例變 高，因此，很難利用汽缸內(nèi)壓傳感器49 (圖l)來檢測壓力。因此，無法根據(jù) 該檢測值來準(zhǔn)確求解燃燒質(zhì)量比例(即壓縮自點火時間)。因此，若進(jìn)行如上 所述的反饋控制，則反而可能會阻礙運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。特別是在開始施加負(fù)載時， 火花點火時間前進(jìn)至提前角界限tl，容易產(chǎn)生爆震。因此，在負(fù)載為規(guī)定大小以下時(即在本實施方式中的、像圖4 (B)那 樣空氣過剩率為規(guī)定大小以下時)，不進(jìn)行上述反饋控制，而是通過進(jìn)行使用 如下的圖(map)的計劃控制，來確保運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。即，繪制與進(jìn)氣溫度等運轉(zhuǎn)條件相對應(yīng)的可實現(xiàn)目標(biāo)壓縮自點火時間的火 花點火時間，從而制成火花點火時間圖，并將該火花點火時間圖存儲到控制器 45的存儲器(未圖示)中。接著，檢測該運轉(zhuǎn)狀況，并參照火花點火時間圖來 選定與該檢測值對應(yīng)的火花點火時間，對火花點火裝置53進(jìn)行控制，以在該 火花點火時間進(jìn)行火花點火。通過進(jìn)行這種計劃控制，即使在小負(fù)載時，也能進(jìn)行穩(wěn)定的壓縮自點火時 間的控制(火花點火時間的控制)。 (在冷態(tài)下的暖機方法)上面，在圖3和圖4中說明了可縮短從進(jìn)氣溫度上升至Tl的狀態(tài)起到施 加、切斷負(fù)載為止的時間的情況。下面，對縮短從冷狀態(tài)(冷態(tài))開始通過火 花點火運轉(zhuǎn)來啟動發(fā)動機11使進(jìn)氣溫度達(dá)到Tl為止的時間或者成為可進(jìn)行點 火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)為止的時間的情況進(jìn)行說明。圖8 (A)表示在冷態(tài)下啟動發(fā)動機11時轉(zhuǎn)矩隨著時間的經(jīng)過而發(fā)生的變 化，圖8 (B)同樣表示進(jìn)氣溫度的變化，圖8 (C)同樣表示冷卻水溫度的變 化，圖8 (D)同樣表示潤滑油溫度的變化。另夕卜，作為比較，同時表示了現(xiàn)有如圖8 (A)所示，在現(xiàn)有技術(shù)中，剛啟動后，在不施加負(fù)載(使轉(zhuǎn)矩成為0)的情況下進(jìn)行運轉(zhuǎn)。由此，如圖8 (C)、圖8 (D)所示，冷卻水溫度和 潤滑油溫度慢慢上升。如圖8 (B)所示，隨著冷卻水溫度的上升，加熱裝置 35 (圖2)使進(jìn)氣溫度也上升。另外，如圖8 (A)所示，在啟動后不久施加負(fù) 載，可使轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大。與之相對，在本發(fā)明中，在發(fā)動機剛啟動后就施加負(fù) 載，在產(chǎn)生比最大轉(zhuǎn)矩小的(圖例中為大致一半的)轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)下進(jìn)行運轉(zhuǎn)。 由此，如圖8 (B) 圖8 (D)所示，可知進(jìn)氣溫度、冷卻水溫度和潤滑油溫 度比以往早上升。另外，如圖8 (A)所示，可比以往早施加最大的負(fù)載。在本實施方式中，由于在發(fā)動機剛啟動后就施加負(fù)載，因此對燃料控制閥 32 (圖1)的開度進(jìn)行調(diào)整，將空氣過剩率設(shè)定成較小(燃料濃)，并相應(yīng)地 將節(jié)氣門閥31 (圖l)的開度調(diào)小，以防產(chǎn)生爆震。負(fù)載的大小設(shè)定成不會產(chǎn) 生爆震的最大負(fù)載。之后，為了維持施加了負(fù)載的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，隨著時間的經(jīng)過， 一邊對燃料控制閥和節(jié)氣門閥的開度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整一邊將空氣過剩率逐漸增 大至可進(jìn)行壓縮自點火的值。在本實施方式中，可如圖9所示地更早地提高進(jìn)氣溫度。圖9 (A)表示 在冷態(tài)下啟動發(fā)動機11時輸出功率隨著時間的經(jīng)過而產(chǎn)生的變化，圖9 (B) 同樣表示進(jìn)氣溫度的變化，圖9 (C)同樣表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化，圖9 (D) 同樣表示軸轉(zhuǎn)矩的變化。實線表示本發(fā)明，虛線表示現(xiàn)有技術(shù)。在本發(fā)明中，在發(fā)動機剛啟動后，與軸轉(zhuǎn)矩對應(yīng)地使發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升至額 定轉(zhuǎn)速以上，并使輸出功率上升至額定功率。由此，可知進(jìn)氣溫度早上升。另 外，在利用發(fā)動機11來驅(qū)動發(fā)電機時，為了防止因發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升得比額定 轉(zhuǎn)速大而導(dǎo)致頻率變動，利用逆變器來進(jìn)行輸出控制。 (大負(fù)載時發(fā)動機轉(zhuǎn)速的調(diào)整)在進(jìn)行點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)和無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)時，在使燃料控 制閥32 (圖1)的開度保持一定的情況下提高負(fù)載，通過加大節(jié)氣門閥31 (圖 1)的開度，可將發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)整(govern)成一定值。圖10是表示這種情況 下的、與節(jié)氣門閥31的開度對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩和燃料控制閥32的開度的變化的曲線圖，用實線來表示本發(fā)明，用雙點劃線來表示現(xiàn)有技術(shù)。在該圖中可知，采用 現(xiàn)有技術(shù)時，在大負(fù)載區(qū)域內(nèi)即使將節(jié)氣門閥31打開，轉(zhuǎn)矩(輸出功率)也 不會大幅度上升。因此，無法施加大負(fù)載。與之相對，在本發(fā)明中，在節(jié)氣門閥31的開度增大至規(guī)定大小以上時，將燃料控制閥32從一定狀態(tài)朝打開方向調(diào)整。由此，可增大轉(zhuǎn)矩。這種情況下，對燃料控制閥32如下地進(jìn)行控制。即，對節(jié)氣門閥31打開了規(guī)定大小以上時與該開度的增量對應(yīng)的燃料控制閥32的開度的增量進(jìn)行預(yù)先設(shè)定而制成圖，并將該圖存儲到控制器45的存儲器中。在節(jié)氣門閥31打開了規(guī)定大小以上時，根據(jù)其增量，參照圖來選擇燃料控制閥32的開度的增量，并利用控制器45來打開燃料控制閥32。圖11 (A)是表示上述情況時輸出功率與節(jié)氣門閥31的開度間的關(guān)系的曲線圖，圖11 (B)同樣是表示輸出功率與燃料控制閥32的開度間的關(guān)系的曲線圖。從圖ll (A)、圖ll (B)也可知，在節(jié)氣門閥31打開規(guī)定大小以上時， 燃料控制閥32打開，輸出功率上升。(排氣氣體催化劑的凈化率的提高)如圖1所示，在排氣管26中設(shè)置有對排氣氣體中含有的大氣污染物質(zhì)進(jìn) 行凈化的排氣催化劑60。 一般而言，如圖12 (A)所示，排氣溫度隨著轉(zhuǎn)矩的 上升而上升。另一方面，如圖12 (B)所示，排氣氣體中含有的CO排出量在通 過催化劑前隨著轉(zhuǎn)矩的增大而慢慢減少，在通過催化劑后，在大轉(zhuǎn)矩區(qū)域內(nèi)降 低至O附近，但在小轉(zhuǎn)矩區(qū)域、即排氣溫度較低的區(qū)域內(nèi)并沒有大幅度降低。鑒于這種狀況，在本實施方式中，在小轉(zhuǎn)矩區(qū)域內(nèi)提高排氣溫度，由此來 促進(jìn)催化劑對大氣污染物質(zhì)的凈化。具體而言，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速的調(diào)整方法， 使用以下方法。(1)在利用燃料控制閥32 (圖l)來調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速時如圖1所示，將檢測排氣溫度的排氣溫度傳感器61預(yù)先設(shè)置在排氣管26 上，由于是小負(fù)載，因此，在排氣溫度傳感器61的檢測值低于預(yù)先設(shè)定的界 限溫度時，將節(jié)氣門閥31朝關(guān)閉方向調(diào)整。在將節(jié)氣門閥31朝關(guān)閉方向調(diào)整時，實質(zhì)的燃料供給量減少，但為了補償該減少，維持發(fā)動機轉(zhuǎn)速，將燃料控
制闊32朝打開方向調(diào)整。另外，在將燃料控制閥32朝打開方向調(diào)整時，空氣 過剩率變小，因此排氣溫度上升。因此，即使在小負(fù)載時，也能提高催化劑對 大氣污染物質(zhì)的凈化率。
圖13 (A)是表示進(jìn)行了上述(1)的控制時轉(zhuǎn)矩與節(jié)氣門閥的開度間的 關(guān)系的曲線圖，圖13 (B)同樣是表示轉(zhuǎn)矩與燃料控制閥32的開度間的關(guān)系的 曲線圖。另外，圖14 (A)是表示進(jìn)行了上述控制時轉(zhuǎn)矩與排氣溫度間的關(guān)系 的曲線圖，圖14 (B)同樣是表示轉(zhuǎn)矩與催化劑通過后的CO排出量間的關(guān)系的 曲線圖。從上面的曲線圖可知，上述各控制方法是有效的。 (2)在利用節(jié)氣門閥31來調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速時
由于是小負(fù)載，因此在排氣溫度傳感器61的檢測值低于預(yù)先設(shè)定的界限 溫度時，將燃料控制閥32朝打開方向調(diào)整。在將燃料控制閥32朝打開方向調(diào) 整時，空氣過剩率變小，因此排氣溫度上升。由此，可提高催化劑對大氣污染 物質(zhì)的凈化率。另外，為了在空氣過剩率變小時實質(zhì)的燃料供給量不增大，將 節(jié)氣門閥31朝關(guān)閉方向調(diào)整，并維持發(fā)動機轉(zhuǎn)速。
通過進(jìn)行上述(2)的控制，可獲得圖14所示的結(jié)果。 本發(fā)明并不局限于上述實施方式，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計變更。例如，在上述 實施方式中例示了四汽缸的予混合壓縮自點火式發(fā)動機11，但汽缸數(shù)沒有限 定。
1權(quán)利要求
1. 一種予混合壓縮自點火式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法，使預(yù)先混合了燃料和空氣的混合氣在燃燒室內(nèi)壓縮自點火并燃燒，其特征在于，包括對混合氣進(jìn)行火花點火的火花點火裝置，利用調(diào)溫裝置使混合氣的進(jìn)氣溫度維持大致一定，并根據(jù)負(fù)載的大小，切換進(jìn)行火花點火運轉(zhuǎn)、輔助性地使用火花點火的點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)、以及不使用火花點火的無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的予混合壓縮自點火式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法，其特征在于，在點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)中，預(yù)先設(shè)定作為目標(biāo)的壓縮自點火時間， 并預(yù)先準(zhǔn)備火花點火時間圖，該火花點火時間圖記錄了可實現(xiàn)目標(biāo)壓縮自 點火時間的火花點火時間，發(fā)動機啟動后，在負(fù)載為規(guī)定大小以下時，在根據(jù)運轉(zhuǎn)條件并參照火 花點火時間圖選擇的火花點火時間進(jìn)行火花點火，在負(fù)載為規(guī)定大小以上 時，對目標(biāo)壓縮自點火時間與實際的壓縮自點火時間進(jìn)行比較，并根據(jù)該 比較來調(diào)整火花點火時間，以使實際的壓縮自點火時間成為目標(biāo)壓縮自點 火時間。
3. 如權(quán)利要求1所述的予混合壓縮自點火式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法，其特 征在于，在冷態(tài)下剛啟動了發(fā)動機后，減小空氣過剩率來進(jìn)行火花點火運 轉(zhuǎn)。
4. 如權(quán)利要求3所述的予混合壓縮自點火式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法，其特 征在于，在冷態(tài)下剛啟動了發(fā)動機后，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速以上， 以使發(fā)動機輸出功率成為額定功率。
5. 如權(quán)利要求1所述的予混合壓縮自點火式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法，其特 征在于，在點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)和無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)時，構(gòu)成為為了 維持發(fā)動機轉(zhuǎn)速而對節(jié)氣門閥的開度進(jìn)行調(diào)整，在節(jié)氣門閥的開度成為規(guī)定大小以上時，根據(jù)該開度來減小空氣過剩率。
6.如權(quán)利要求1所述的予混合壓縮自點火式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法，其特 征在于，在所述發(fā)動機的排氣通路中包括對排氣氣體中含有的有害成分進(jìn)行凈 化的催化劑，所述發(fā)動機在小負(fù)載時或者排氣溫度低于規(guī)定大小時，為了一邊維持 發(fā)動機轉(zhuǎn)速一邊提高排氣溫度，而減小空氣過剩率并減少混合氣流量。
全文摘要
一種預(yù)混合壓縮自點火式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法，通過進(jìn)行使用火花點火的壓縮自點火運行，可縮短負(fù)載的施加時間和切斷時間，足以投入實際使用。一種予混合壓縮自點火式發(fā)動機的運轉(zhuǎn)方法，使預(yù)先混合了燃料和空氣的混合氣在燃燒室內(nèi)壓縮自點火并燃燒，包括對混合氣進(jìn)行火花點火的火花點火裝置(53)，利用調(diào)溫裝置(35)使混合氣的進(jìn)氣溫度維持大致一定，并根據(jù)負(fù)載的大小，切換進(jìn)行火花點火運轉(zhuǎn)、輔助性地使用火花點火的點火輔助壓縮自點火運轉(zhuǎn)、以及不使用火花點火的無點火壓縮自點火運轉(zhuǎn)。
文檔編號F02B1/12GK101506505SQ20078003116
公開日2009年8月12日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月31日
發(fā)明者中園徹, 大坪弘幸, 白水崇之 申請人:洋馬株式會社