直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置的制造方法
【專利摘要】發(fā)動機(jī)包括發(fā)動機(jī)機(jī)體、燃料噴射器以及控制燃料噴射量和燃料噴射器的噴射方式的控制部?？刂撇繉θ紵覂?nèi)的溫度狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，并且即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測到的溫度高時在燃燒室內(nèi)形成的混合氣層的體積大于預(yù)測到的溫度低時在燃燒室內(nèi)形成的混合氣層的體積。
【專利說明】
直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]這里所公開的技術(shù)涉及一種直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]專利文獻(xiàn)I中記載了以下內(nèi)容:在自行壓燃式發(fā)動機(jī)中，通過由絕熱材料形成劃分燃燒室的壁面來減少燃燒室的壁面的冷卻損失。熱效率會由于冷卻損失的減少而提高。
[0003]專利文獻(xiàn)2中記載了向發(fā)動機(jī)的燃燒室內(nèi)噴射燃料的外開閥式燃料噴射器。在外開閥式燃料噴射器中，噴射燃料的噴嘴口的有效截面面積通過改變閥體的移動量而變化。專利文獻(xiàn)3中記載了閥蓋孔(VC0:Valve Covered Orif ice)噴嘴式燃料噴射器。VCO噴嘴式燃料噴射器構(gòu)成為:針閥直接落在噴嘴口敞開的閥座部(seat)而將噴嘴口關(guān)閉。VCO噴嘴式燃料噴射器中，產(chǎn)生在噴嘴口的內(nèi)周面上的氣穴(cavitat1n)區(qū)域的大小根據(jù)針閥的移動量而變化。其結(jié)果是，和外開閥式燃料噴射器一樣，VCO噴嘴式燃料噴射器中噴嘴口的有效截面面積也根據(jù)針閥的移動量而變化。
[0004]專利文獻(xiàn)4中記載了以下內(nèi)容:在包括布置在氣缸中心軸上且將燃料錐狀地噴射出來的外開閥式燃料噴射器的發(fā)動機(jī)中，通過在壓縮行程的后期向氣缸內(nèi)噴射燃料，而在燃燒室內(nèi)形成混合氣層及其周圍的氣層(含新氣的氣層)。在該專利文獻(xiàn)4所記載的發(fā)動機(jī)中，在混合氣燃燒時，讓混合氣層周圍的氣層起絕熱層的作用以減少冷卻損失。專利文獻(xiàn)4中還記載有以下內(nèi)容:在繼續(xù)噴射燃料的途中改變外開閥的移動量，由此相對于燃料的噴射方向?qū)⑷剂蠞舛染|(zhì)化。
[0005]專利文獻(xiàn)I:日本公開專利公報特開2009-243355號公報
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本公開專利公報特開2008-151043號公報
[0007]專利文獻(xiàn)3:日本專利第4194564號公報
[0008]專利文獻(xiàn)4:日本公開專利公報特開2013-57266號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]-發(fā)明要解決的技術(shù)問題_
[0010]為謀求NOx排出的減少和未燃物質(zhì)排出的減少，需要讓燃燒溫度落在規(guī)定的范圍內(nèi)(例如1500-1800K)。也就是說，燃燒溫度過低時，未燃物質(zhì)增加，排出量增大。另一方面，燃燒溫度過高時，生成NOx，排出量增大。
[0011]但是，進(jìn)氣溫度低時，或者，氣缸內(nèi)壁面的溫度低時，氣缸內(nèi)的溫度狀態(tài)就低。如果氣缸內(nèi)的溫度狀態(tài)，更準(zhǔn)確地講，活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時氣缸內(nèi)的溫度(下面，有時候?qū)⒃摐囟确Q為壓縮上止點(diǎn)溫度)變低，燃燒穩(wěn)定性就會下降，未燃物質(zhì)的排出量就會增加?？梢钥紤]采取以下措施:通過進(jìn)行例如進(jìn)氣閥的滯后關(guān)閉等，即，將進(jìn)氣閥的關(guān)閉時刻推遲到進(jìn)氣下止點(diǎn)以后等，來減少引入氣缸內(nèi)的進(jìn)氣量。但是，進(jìn)氣閥的滯后關(guān)閉將導(dǎo)致有效壓縮比降低，故從熱效率的觀點(diǎn)來看，進(jìn)氣閥的滯后關(guān)閉是不利的。
[0012]進(jìn)氣溫度高時或者氣缸內(nèi)壁面的溫度高時，氣缸內(nèi)的溫度狀態(tài)就高。這將導(dǎo)致燃燒溫度上升而生成NOx。可以考慮采取例如將已冷卻的廢氣引入氣缸內(nèi)這樣的措施來降低燃燒溫度。但是，廢氣的回流將導(dǎo)致氣缸內(nèi)氣體的比熱比減小，故從熱效率的觀點(diǎn)來看，廢氣的回流是不利的。
[0013]就這樣，在為了良好地維持廢氣排放性能而使燃燒溫度落在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)時，在某些進(jìn)氣溫度、氣缸內(nèi)壁面的溫度狀態(tài)下，燃燒溫度會偏離規(guī)定的溫度范圍。此時，則要求能有一種在不導(dǎo)致熱效率降低的情況下就能夠?qū)θ紵郎囟冗M(jìn)行調(diào)節(jié)的方法。
[0014]這里公開的技術(shù)正是為解決上述問題而完成的。其目的在于:在不導(dǎo)致熱效率降低的情況下就能夠?qū)θ紵郎囟冗M(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0015]-用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案_
[0016]這里所公開的技術(shù)以一種直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置為對象。其包括:發(fā)動機(jī)機(jī)體，其具有設(shè)置在氣缸內(nèi)的活塞且構(gòu)成為由該氣缸和該活塞劃分出燃燒室，燃料噴射器，其構(gòu)成為:經(jīng)噴口向所述燃燒室內(nèi)噴射至少含有汽油的燃料，以及控制部，其根據(jù)所述發(fā)動機(jī)機(jī)體的工作狀態(tài)對向所述燃燒室內(nèi)噴射的燃料噴射量和所述燃料噴射器的噴射方式分別進(jìn)行控制。
[0017]所述控制部對所述燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，并且對所述燃料噴射器的噴射方式進(jìn)行控制，以便做到:即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測到的溫度高時在所述燃燒室內(nèi)形成的混合氣層的體積大于預(yù)測到的溫度低時在所述燃燒室內(nèi)形成的混合氣層的體積。
[0018]混合氣層是在燃燒室內(nèi)由可燃混合氣形成的層?？梢詫⒖扇蓟旌蠚舛x為例如當(dāng)量比Φ =0.1以上的混合氣。因?yàn)閺拈_始噴射燃料時起經(jīng)過的時間越長，燃料噴粒就越擴(kuò)散，所以可以將混合氣層的大小設(shè)定為點(diǎn)火時刻的大小。因此，可以將在點(diǎn)火時刻燃燒室內(nèi)的當(dāng)量比Φ =0.1以上的空間區(qū)域定義為混合氣層。而且，例如當(dāng)燃料的燃燒質(zhì)量比例達(dá)到I %以上時，則能夠做出點(diǎn)火的判斷。
[0019]如后所述，燃料噴射器的噴射方式，與改變所噴射的燃料粒徑和噴射間隔中的至少一方相關(guān)。
[0020]可以將燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)的預(yù)測設(shè)定為對壓縮上止點(diǎn)溫度的預(yù)測。但是壓縮上止點(diǎn)溫度并不限于此?？梢曰谑彝饪諝鉁囟?、油溫、水溫、進(jìn)氣填充量以及廢氣回流量所有這些參數(shù)，或者從其中任意選出的一部分參數(shù)對壓縮上止點(diǎn)溫度進(jìn)行預(yù)測。
[0021]在用同一燃料噴射量進(jìn)行比較時，混合氣層的體積大時，該混合氣層的燃料密度就比混合氣層的體積小時該混合氣層的燃料密度低。混合氣層的燃料密度低時，該混合氣層燃燒時的燃燒溫度就低。相反，混合氣層的體積小時，該混合氣層的燃料密度就比混合氣層的體積大時該混合氣層的燃料密度高?；旌蠚鈱拥娜剂厦芏雀邥r，該混合氣層燃燒時的燃燒溫度就高。
[0022]當(dāng)預(yù)測到燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)升高時，增大混合氣層的體積來降低燃燒溫度，就能夠讓該燃燒溫度落在規(guī)定的能夠確保良好的廢氣排放性能的溫度范圍內(nèi)。相反，在預(yù)測到燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)降低時，減小混合氣層的體積來提高燃燒溫度，就能夠讓該燃燒溫度落在規(guī)定的能夠確保良好的廢氣排放性能的溫度范圍內(nèi)。因此，上述構(gòu)成通過對應(yīng)于進(jìn)氣溫度、氣缸內(nèi)壁面的溫度狀態(tài)而讓燃燒溫度落在所希望的溫度范圍內(nèi)，就能夠良好地維持廢氣排放性能。
[0023]所述構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)在燃燒室內(nèi)形成的混合氣的體積來調(diào)節(jié)燃燒溫度。因此，不用減少進(jìn)氣填充量或者增加已冷卻的廢氣回流量。也就是說，在不導(dǎo)致熱效率降低的情況下就能夠?qū)θ紵郎囟冗M(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0024]可以這樣:所述控制部，讓在所述燃燒室內(nèi)形成的所述混合氣層在氣缸中心軸向上的長度為一定值，卻增大在所述燃燒室內(nèi)形成的所述混合氣層在與氣缸中心軸正交的徑向上的寬度，這樣來對所述燃料噴射器的噴射方式進(jìn)行控制，以便所述混合氣層的體積增大。
[0025]活塞位于壓縮上止點(diǎn)時，燃燒室的容積小。特別是在為提高熱效率而被高壓縮比化了的發(fā)動機(jī)中，其燃燒室的在氣缸中心軸向上的長度，亦即從氣缸蓋的下表面到活塞頂面的距離短。相對于此，相對于燃燒室的在氣缸中心軸向上的長度而言，與氣缸中心軸正交的徑向上的長度(也就是說，大致與缸孔徑相等)較長。因此，在使混合氣層的體積增大時，優(yōu)選在讓混合氣層的在氣缸中心軸向上的長度為一定值，同時增大混合氣層的在徑向上的寬度。這樣一來，在混合氣層不接觸活塞的頂面的情況下，就能夠增大混合氣層的體積。這有利于減少冷卻損失。
[0026]可以這樣:所述燃料噴射器具有:形成有所述噴口的噴嘴本體和將該噴口打開、關(guān)閉的閥體，且所述燃料噴射器構(gòu)成為:該閥體的移動量越大，該噴口的有效截面面積就越大。
[0027]可以這樣:所述控制部讓所述燃料噴射器進(jìn)行多級噴射。所述多級噴射包括第一噴射群和第二噴射群。所述第一噴射群，使所述噴口的有效截面面積為規(guī)定量且以規(guī)定的噴射間隔進(jìn)行燃料噴射;所述第二噴射群，使所述噴口的有效截面面積比所述第一噴射群小，和/或以比所述第一噴射群窄的噴射間隔進(jìn)行燃料噴射;在所述燃燒室內(nèi)的溫度高時，所述控制部將由所述第一噴射群噴射的燃料量設(shè)定成比由所述第二噴射群噴射的燃料量多，來讓所述燃料噴射器進(jìn)行燃料噴射。
[0028]當(dāng)燃料已通過噴口噴射到燃燒室內(nèi)時，燃料噴粒的噴流就要將周圍的流體卷進(jìn)來，另一方面，噴口附近被噴射出的燃料噴粒包圍起來，故流體難以流到噴口附近。這樣一來，就會在噴口附近出現(xiàn)成為負(fù)壓的區(qū)域。在多級噴射的噴射間隔寬時，因?yàn)樵诘较乱淮稳剂媳粐娚涑鰜頌橹沟哪嵌螘r間里負(fù)壓區(qū)域的壓力能夠恢復(fù)，所以負(fù)壓區(qū)域變小。在負(fù)壓區(qū)域小的情況下，燃料噴粒不太被負(fù)壓吸引而易于擴(kuò)散。相對于此，噴射間隔窄時，燃料不斷地被噴射出來，負(fù)壓區(qū)域的負(fù)壓得以維持，負(fù)壓區(qū)域變大。在負(fù)壓區(qū)域大的情況下，燃料噴粒被負(fù)壓吸引而能夠抑制燃料噴粒擴(kuò)展。也就是說，噴射間隔越寬，燃料噴粒就越容易在燃燒室內(nèi)擴(kuò)散;噴射間隔越窄，就越能夠抑制燃料噴粒擴(kuò)展。
[0029]當(dāng)噴口的有效截面面積大時，通過該噴口向燃燒室內(nèi)噴射的燃料噴粒的粒徑就大；當(dāng)噴口的有效截面面積小時，通過該噴口向燃燒室內(nèi)噴射的燃料噴粒的粒徑就小。燃料噴粒的運(yùn)動量伴隨著粒徑變化而變化。也就是說，噴口的有效截面面積越大，燃料噴粒的運(yùn)動量就越大。其結(jié)果是，燃料噴粒的飛散距離增長。
[0030]容易受來自燃料噴粒的負(fù)壓區(qū)域的影響，還是不容易受來自燃料噴粒的負(fù)壓區(qū)域的影響，噴口的有效截面面積對這些都是有影響的。也就是說，如果噴口的有效截面面積大，燃料噴粒的粒徑就大，故燃料噴粒難以受到來自負(fù)壓區(qū)域的影響。粒徑較大的燃料噴粒不太被負(fù)壓區(qū)域吸引，被負(fù)壓區(qū)域減速的程度也小。相對于此，如果噴口的有效截面面積小，燃料噴粒的粒徑就小，故燃料噴粒容易受到來自負(fù)壓區(qū)域的影響。粒徑較小的燃料噴粒容易被負(fù)壓區(qū)域吸引，容易被負(fù)壓區(qū)域減速。
[0031]與第二噴射群相比，第一噴射群的噴口的有效截面面積相對大，和/或噴射間隔相對寬。因此而形成朝向前進(jìn)方向的飛散距離相對較長且由于擴(kuò)散而擴(kuò)展開的燃料噴粒。也就是說，從增大混合氣層的體積的角度來看，第一噴射群是有利的。
[0032]相對于此，第二噴射群的噴口的有效截面面積相對小，和/或噴射間隔相對窄，因此而形成朝向前進(jìn)方向的飛散距離相對較短且擴(kuò)展得到了抑制的燃料噴粒。也就是說，從減小混合氣層的體積的角度來看，第二噴射群是有利的。
[0033]因此，當(dāng)燃燒室內(nèi)的溫度高時，讓由第一噴射群噴射的燃料量比由第二噴射群噴射的燃料量多。由此而能夠增大混合氣層的體積。相反，燃燒室內(nèi)的溫度低時，讓由第二噴射群噴射的燃料量比由第一噴射群噴射的燃料量多。由此而能夠減小混合氣層的體積。混合氣層的體積能夠通過調(diào)節(jié)由第一噴射群噴射的燃料量和由第二噴射群噴射的燃料量的比例而得到調(diào)節(jié)。
[0034]可以這樣:所述控制部能夠?qū)Φ谝粐娚淠Ｊ胶偷诙娚淠Ｊ竭M(jìn)行切換，在所述第一噴射模式下，使所述噴口的有效截面面積為規(guī)定量且以規(guī)定的噴射間隔進(jìn)行多次燃料噴射。在所述第二噴射模式下，使所述噴口的有效截面面積比所述第一噴射模式小，和/或使燃料的噴射間隔比所述第一噴射模式窄，來進(jìn)行多次燃料噴射。在所述燃燒室內(nèi)的溫度高時，所述控制部作為所述第一噴射模式讓所述燃料噴射器進(jìn)行燃料噴射。
[0035]與第二噴射模式相比，第一噴射模式下，噴口的有效截面面積相對大，和/或噴射間隔相對寬。由第一噴射模式形成朝向前進(jìn)方向的飛散距離相對較長且由于擴(kuò)散而擴(kuò)展開的燃料噴粒。因此，從增大混合氣層的體積的角度來看，第一噴射模式是有利的。
[0036]相對于此，第二噴射模式下，噴口的有效截面面積相對小，和/或噴射間隔相對窄。由第二噴射模式形成朝向前進(jìn)方向的飛散距離相對較短且擴(kuò)展得到了抑制的燃料噴粒。因此，從減小混合氣層的體積的角度來看，第二噴射模式是有利的。
[0037]因此，在燃燒室內(nèi)的溫度高時選擇第一噴射模式，就能夠增大混合氣層的體積。相反，在燃燒室內(nèi)的溫度低時選擇第二噴射模式，就能夠減小混合氣層的體積。當(dāng)選擇第一噴射模式時，通過調(diào)節(jié)噴口的有效截面面積，和/或調(diào)節(jié)噴射間隔，就能夠?qū)旌蠚鈱拥捏w積進(jìn)行微調(diào)節(jié)。同樣，當(dāng)選擇第二噴射模式時，通過調(diào)節(jié)噴口的有效截面面積，和/或調(diào)節(jié)噴射間隔，就能夠?qū)旌蠚鈱拥捏w積進(jìn)行微調(diào)節(jié)。
[0038]可以這樣:所述控制部采用所述噴口的有效截面面積不同的多個噴射方式，讓所述燃料噴射器在壓縮行程的后半期內(nèi)進(jìn)行燃料噴射，多種所述噴射模式包括第一噴射模式和第二噴射模式。所述第一噴射模式為將所述噴口的有效截面面積設(shè)定為規(guī)定量的模式，所述第二噴射模式為將所述噴口的有效截面面積設(shè)定為比所述規(guī)定量小的模式。在所述燃燒室內(nèi)的溫度高時，所述控制部將在所述第一噴射模式下噴射的燃料量設(shè)定為比在所述第二噴射模式下噴射的燃料量多，來讓所述燃料噴射器進(jìn)行燃料噴射。
[0039]這里，壓縮行程的后半期，可以是將壓縮行程的期間二等分為前半期和后半期時的后半期。
[0040]當(dāng)噴口的有效截面面積大時，通過該噴口向燃燒室內(nèi)噴射的燃料噴粒的粒徑就大；當(dāng)噴口的有效截面面積小時，通過該噴口向燃燒室內(nèi)噴射的燃料噴粒的粒徑就小。燃料噴粒的運(yùn)動量伴隨著粒徑變化而變化。也就是說，噴口的有效截面面積越大，燃料噴粒的運(yùn)動量就越大。其結(jié)果是，燃料噴粒的飛散距離增長。
[0041 ]因?yàn)樵跉飧變?nèi)的壓力較高(氣缸內(nèi)的氣體密度高)的壓縮行程的后半期噴射燃料，所以燃料噴粒會受到很大的阻力，飛翔的燃料噴粒的氣勢就容易衰減。
[0042]因此，在噴口的有效截面面積小，燃料噴粒的粒徑就小的情況下，由于燃料噴粒受來自所述噴口附近的負(fù)壓區(qū)域的影響和所述阻力的影響，因此燃料噴粒的運(yùn)動量就小，燃料噴粒就難以飛行。其結(jié)果是，混合氣層的體積就小。相對于此，在噴口的有效截面面積大，燃料噴粒的粒徑就大的情況下，由于燃料噴粒難以受來自負(fù)壓區(qū)域的影響，燃料噴粒相對于所述阻力的衰減量也小，因此燃料噴粒的運(yùn)動量就大，燃料噴粒容易飛到很遠(yuǎn)。其結(jié)果是，混合氣層的體積能夠增大。
[0043]因此，在燃燒室內(nèi)的溫度高時，通過讓在第一噴射模式下噴射的燃料量比在所述第二噴射模式下噴射的燃料量多，就能夠增大混合氣層的體積。相反，在燃燒室內(nèi)的溫度低時，通過讓由第二噴射模式噴射的燃料量比在所述第一噴射模式下噴射的燃料量多，就能夠減小混合氣層的體積。
[0044]可以這樣:所述控制部，在所述氣缸內(nèi)的壓力在規(guī)定壓力以上時讓所述燃料噴射器噴射燃料，而在所述燃燒室內(nèi)形成所述混合氣層及該混合氣層的新氣和/或已燃?xì)怏w的氣層。
[0045]“氣缸內(nèi)的壓力在規(guī)定壓力以上時”的一例為:氣缸內(nèi)的壓力伴隨著壓縮行程的進(jìn)行而達(dá)到規(guī)定壓力以上時。其它例子包括:由于增壓壓力高，因此在從壓縮行程后半期的初期開始到壓縮行程結(jié)束的那段時間內(nèi)，氣缸內(nèi)的壓力達(dá)到規(guī)定壓力以上時。
[0046]在氣缸內(nèi)的壓力較高時噴射燃料，就能夠限制燃料噴粒飛散。其結(jié)果是，在燃燒室內(nèi)，能夠由規(guī)定當(dāng)量比以上的混合氣形成混合氣層且能夠在該混合氣層的周圍形成氣層。氣層是實(shí)質(zhì)上不包括燃料的層(詳細(xì)而言，當(dāng)量比Φ =0.1以下的層)，其中含有新氣和廢Ho
[0047]可以這樣:所述控制部讓所述燃料噴射器在壓縮行程的后半期內(nèi)噴射燃料，以便:在所述混合氣層內(nèi)的混合氣點(diǎn)火的時刻，在劃分所述燃燒室的壁面和所述混合氣層之間形成所述氣層。
[0048]形成混合氣層的混合氣燃燒時，其周圍的氣層作為介于混合氣層和劃分出燃燒室的壁面之間的絕熱層起作用。該構(gòu)成使冷卻損失大幅度地減少。
[0049]可以這樣:所述燃燒室的壁面為形成在所述活塞的頂面上的凹狀腔的內(nèi)壁面。
[0050]從所述燃料噴射器噴射出的燃料噴粒在凹狀腔的空間內(nèi)形成混合氣層。此時，通過在腔的內(nèi)壁面和混合氣層之間可靠地形成所述氣層，而能夠使冷卻損失大幅度地減少。
[0051]這里所公開的技術(shù)還涉及一種直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置。其包括:發(fā)動機(jī)機(jī)體，其具有設(shè)置在氣缸內(nèi)的活塞，且構(gòu)成為由該氣缸和該活塞劃分出燃燒室，燃料噴射器，其構(gòu)成為:經(jīng)噴口向所述燃燒室內(nèi)噴射至少含有汽油的燃料，以及控制部，其根據(jù)所述發(fā)動機(jī)機(jī)體的工作狀態(tài)對向所述燃燒室內(nèi)噴射的燃料噴射量和所述燃料噴射器的噴射方式分別進(jìn)行控制。
[0052]所述燃料噴射器具有:形成有所述噴口的噴嘴本體和將該噴口打開、關(guān)閉的閥體，且構(gòu)成為:該閥體的移動量越大，該噴口的有效截面面積就越大。所述控制部讓所述燃料噴射器噴射燃料。所述控制部還對所述燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，并且，即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測到的溫度高時所述燃料噴射下的平均移動量大于預(yù)測到的溫度低時所述燃料噴射下的平均移動量。
[0053]這里，在包括多次燃料噴射的多級噴射下，平均移動量指的是各噴射下的移動量的算術(shù)平均。在同一燃料噴射量下，當(dāng)使多級噴射的平均移動量較大時，因?yàn)槊看螄娚渌鶉娚涞娜剂狭吭黾?，所以噴射次?shù)減少。相反，在同一燃料噴射量下，當(dāng)使多級噴射的平均移動量較小時，每次噴射所噴射的燃料量減少，所以噴射次數(shù)增多。
[0054]從與燃燒開始時刻之間的關(guān)系來考慮，燃料噴射的期間某種程度受到制約，因此，噴射次數(shù)越多，就越需要使噴射間隔越窄。
[0055]在上述構(gòu)成下，燃料噴射器的閥體的移動量越大，噴口的有效截面面積就越大。
[0056]因此，在同一燃料噴射量下使平均移動量增大，燃料噴粒的粒徑則具有增大的傾向，和/或噴射間隔具有增寬的傾向；在同一燃料噴射量下使平均移動量減小，燃料噴粒的粒徑則具有減小的傾向，和/或噴射間隔額具有變窄的傾向。如上所述，使燃料噴粒的粒徑增大，和/或使噴射間隔增寬，從增大混合氣層的體積的角度來看是有利的；使燃料噴粒的粒徑減小，和/或使噴射間隔變窄，從減小混合氣層的體積的角度來看是有利的。因此，在已預(yù)測到燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)高時，通過增大多級噴射下的平均移動量，混合氣層的體積就增大，而有利于降低燃燒溫度。相反，在已預(yù)測到燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)低時，通過減小多級噴射下的平均移動量，混合氣層的體積就減小，而有利于提高燃燒溫度。其結(jié)果是，能夠使燃燒溫度落在所希望的范圍內(nèi)，從而能夠良好地維持廢氣排放性能。
[0057]可以這樣:所述控制部對從所述燃料噴射器噴射的燃料量進(jìn)行設(shè)定，以便:當(dāng)在所述燃燒室內(nèi)形成所述混合氣層和該混合氣層周圍的新氣和/或已燃?xì)怏w的氣層時，所述氣缸內(nèi)的空氣重量與該燃料的重量之比即空燃比成為大于理論空燃比的稀空燃比。
[0058]通過在稀空燃比下燃燒，就能夠抑制燃燒溫度，燃燒溫度從而會較低。這樣一來，由于燃燒室的內(nèi)壁和燃燒溫度的溫度梯度變小，因此能夠減少冷卻損失。
[0059]-發(fā)明的效果-
[0060]如上所述，根據(jù)所述直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，通過調(diào)節(jié)燃燒室內(nèi)的混合氣層的體積來改變?nèi)紵郎囟?，在不?dǎo)致熱效率降低的情況下就能夠良好地維持廢氣排放性會K。
【附圖說明】
[0061 ]圖1是不出直噴式汽油發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0062]圖2是示出燃料噴射器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0063]圖3是示例出發(fā)動機(jī)的工況的圖。
[0064]圖4是概念性地示出在燃燒室內(nèi)形成的混合氣層的形狀的剖視圖。
[0065]圖5是說明從燃料噴射器噴射的燃料噴粒的擴(kuò)展方向的圖。
[ΟΟ??]圖6是不出燃料的噴射間隔的圖。
[0067]圖7是不出外開閥式燃料噴射器的移動量的圖。
[0068]圖8中的(A)是示出燃料的噴射間隔長時，燃料噴粒的擴(kuò)展?fàn)顩r的概念圖，圖8中的(B)是示出燃料的噴射間隔短時，燃料噴粒的擴(kuò)展?fàn)顩r的概念圖。
[0069]圖9中的(A)是示出燃料噴射器的移動量小時，燃料噴粒的擴(kuò)展?fàn)顩r的概念圖，圖9中的(B)是示出燃料噴射器的移動量大時，燃料噴粒的擴(kuò)展?fàn)顩r的概念圖。
[0070]圖10中的(A)是示例出示燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)低時的混合氣層的形狀的圖，圖10中的(B)是示出燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)低時的噴射方式的圖，圖10中的(C)是示例出燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)高時的混合氣層的形狀的圖，圖10中的(D)是示出燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)高時的噴射方式的圖。
[0071]圖11中的(A)是示例出變形例中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)低時的混合氣層的形狀的圖，(B)是示出變形例中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)低時的噴射方式的圖，(C)是示例出變形例中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)高時的混合氣層的形狀的圖，(D)是示出變形例中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)高時的噴射方式的圖。
[0072]圖12中的(A)是示例出第二實(shí)施方式中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)低時的混合氣層的形狀的圖，(B)是示出第二實(shí)施方式中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)低時的噴射方式的圖，(C)是示例出第二實(shí)施方式中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)高時的混合氣層的形狀的圖，(D)是示出第二實(shí)施方式中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)高時的噴射方式的圖。
[0073]圖13中的(A)是示例出第二實(shí)施方式的變形例中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)低時的混合氣層的形狀的圖，(B)是示出第二實(shí)施方式的變形例中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)低時的噴射方式的圖，(C)是示例出第二實(shí)施方式的變形例中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)高時的混合氣層的形狀的圖，(D)是示出第二實(shí)施方式的變形例中燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)高時的噴射方式的圖。
[0074]圖14是示出其它實(shí)施方式所涉及的燃料噴射器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0075]以下參照附圖對示例的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0076]圖1概略地示出直噴式汽油發(fā)動機(jī)I(以下簡稱為發(fā)動機(jī)I)。發(fā)動機(jī)I包括發(fā)動機(jī)機(jī)體所附帶的各種執(zhí)行部件、各種傳感器以及基于來自該傳感器的信號對執(zhí)行部件進(jìn)行控制的發(fā)動機(jī)控制器100。
[0077]發(fā)動機(jī)I安裝在汽車等車輛上，發(fā)動機(jī)I的輸出軸經(jīng)變速器與驅(qū)動輪相連結(jié)，但未圖示。車輛借助發(fā)動機(jī)I的輸出傳遞給驅(qū)動輪而前進(jìn)。發(fā)動機(jī)I的發(fā)動機(jī)機(jī)體包括氣缸體12、和載放在該氣缸體12上的氣缸蓋13。在氣缸體12的內(nèi)部形成有多個氣缸11 (圖1中僅示出一個氣缸11) ο在氣缸體12和氣缸蓋13的內(nèi)部形成有供冷卻水流動的水套，但未圖示。
[0078]這里，在本實(shí)施方式中，發(fā)動機(jī)I的燃料是汽油。燃料可以是含有生物乙醇等的汽油。而且，只要是至少含有汽油的液體燃料，則可以是任意燃料。
[0079]活塞15可滑動地嵌插在各氣缸11內(nèi)。活塞15與氣缸11和氣缸蓋13—起劃分出燃燒室17。圖例中，燃燒室17是所謂的屋脊(pent roof)形燃燒室，其頂面(即氣缸蓋13的下表面)由進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)兩個斜面構(gòu)成?；钊?5的頂面呈與所述頂面相對應(yīng)的凸?fàn)?。在頂面的中心部位形成有凹狀?凹部)15a。需要說明的是，只要實(shí)現(xiàn)后述較高的幾何壓縮比，所述頂面和活塞15的頂面可以為任意形狀。例如，頂面和活塞15的頂面(即腔15a以外的部分)雙方都可以由垂直于氣缸11的中心軸的面構(gòu)成?；蛘撸斆婵梢匀缟纤龀嗜俏菁剐螤?，另一方面，活塞15的頂面(即腔15a以外的部分)可以由垂直于氣缸11中心軸的面構(gòu)成。
[0080]圖1中僅不出了一個氣缸11，但是每一個氣缸11都在氣缸蓋13上形成有兩個進(jìn)氣口 18，兩個進(jìn)氣口 18中的每個進(jìn)氣口 18分別開在氣缸蓋13的下表面(燃燒室17的頂面中的進(jìn)氣側(cè)斜面)上而與燃燒室17連通。同樣，每一個氣缸11都在氣缸蓋13上形成有兩個排氣口19，兩個排氣口 19中的每個排氣口 19分別開在氣缸蓋13的下表面(亦即燃燒室17頂面中的排氣側(cè)斜面)上而與燃燒室17連通。進(jìn)氣口 18與進(jìn)氣通路(省略圖示)相連接。調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量的氣門閥(throttle valve)20設(shè)置在進(jìn)氣通路上，接收來自控制器100的控制信號對氣門閥20的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。另一方面，排氣□ 19與排氣通路(省略圖示)相連接。在排氣通路上設(shè)置有具有一個以上的催化轉(zhuǎn)換器的尾氣凈化系統(tǒng)，催化轉(zhuǎn)換器中含三效催化劑，但未圖示。
[0081]在氣缸蓋13上，進(jìn)氣閥21被設(shè)置成能夠使進(jìn)氣口18與燃燒室17斷開(即關(guān)閉)；排氣閥22被設(shè)置成能夠使排氣口 19與燃燒室17斷開(即關(guān)閉)。進(jìn)氣閥21由進(jìn)氣閥驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動，排氣閥22由排氣閥驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動。進(jìn)氣閥21在規(guī)定的時刻做往復(fù)運(yùn)動，打開和關(guān)閉進(jìn)氣口 18;排氣閥22在規(guī)定的時刻做往復(fù)運(yùn)動，打開和關(guān)閉排氣口 19。這樣一來，進(jìn)行氣缸11內(nèi)的氣體更新。進(jìn)氣閥驅(qū)動機(jī)構(gòu)具有與曲軸相連結(jié)并被曲軸驅(qū)動的進(jìn)氣凸輪軸，進(jìn)氣凸輪軸與曲軸同步旋轉(zhuǎn)，但省略圖示。排氣閥驅(qū)動機(jī)構(gòu)具有與曲軸相連結(jié)并被曲軸驅(qū)動的排氣凸輪軸，排氣凸輪軸與曲軸同步旋轉(zhuǎn)，但省略圖示。而且，至少進(jìn)氣閥驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括:能夠在規(guī)定的角度范圍內(nèi)連續(xù)地改變進(jìn)氣凸輪軸的相位的液壓式、電動式或機(jī)械式可變配氣相位機(jī)構(gòu)(可變氣門正時VVT:Variable Valve Timing)23構(gòu)成。需要說明的是，還可以這樣:不僅包括VVT23，還包括能夠連續(xù)地改變氣門移動量的升程可變機(jī)構(gòu)(連續(xù)可變氣門升程(CVVL:Continuous Variable Valve Lift))。
[0082]氣缸蓋13上設(shè)置有火花塞31。該火花塞31利用例如螺紋等公知構(gòu)造安裝固定在氣缸蓋13上。圖例中，火花塞31以相對于氣缸11的中心軸朝著排氣一側(cè)傾斜的狀態(tài)安裝固定好，火花塞31的頂端部對著燃燒室17的頂部。該火花塞31的頂端部位于后述的燃料噴射器33上的噴嘴口 41附近。需要說明的是，火花塞31的布置情況并不限于此。在本實(shí)施方式中，火花塞31是等離子點(diǎn)火式火花塞，點(diǎn)火系統(tǒng)32包括等離子體產(chǎn)生電路?；鸹ㄈ?1借助放電來產(chǎn)生等離子體，讓該等離子體從火花塞31的頂端朝著氣缸內(nèi)強(qiáng)烈地噴射，進(jìn)行燃料的點(diǎn)火。點(diǎn)火系統(tǒng)32接收來自控制器100的控制信號對火花塞31通電，以便火花塞31在所希望的點(diǎn)火時刻產(chǎn)生等離子體。需要說明的是，火花塞31并不限于等離子體點(diǎn)火式火花塞，還可以是經(jīng)常使用的火花點(diǎn)火式火花塞。
[0083]在氣缸蓋13的氣缸11中心軸X上設(shè)置有將燃料直接朝著氣缸內(nèi)(即燃燒室17內(nèi))噴射的燃料噴射器33 ο該燃料噴射器33通過使用例如支架(bracket)等公知構(gòu)造安裝固定在氣缸蓋13上。燃料噴射器33的頂端對著燃燒室17的頂部的中心。
[0084]如圖2所示，燃料噴射器33是外開閥式燃料噴射器。外開閥式燃料噴射器33具有噴嘴本體40和將噴嘴口41打開、關(guān)閉的外開閥42，其中，在噴嘴本體40上形成有向氣缸11內(nèi)噴射燃料的噴嘴口 41。燃料噴射器33朝著以下方向噴射燃料，該方向與規(guī)定的中心軸S傾斜且朝著以該中心軸S為中心的徑向外側(cè)擴(kuò)展開。噴嘴口 41的有效截面面積能夠調(diào)節(jié)。噴嘴口 41為噴口之一例，外開閥42為閥體之一例。
[0085]噴嘴本體40是沿著中心軸S延伸的管狀部件，燃料在其內(nèi)部流動。噴嘴口41的開口緣形成為:在噴嘴本體40的頂端部，越靠近頂端一側(cè)直徑越大的錐形。噴嘴本體40的基端一側(cè)的端部與內(nèi)部設(shè)置有壓電元件44的殼體45相連接。外開閥42具有閥本體42a和連結(jié)部42b。其中，該連結(jié)部42b從閥本體42a穿過噴嘴本體40內(nèi)部而與壓電元件44連接。閥本體42a在噴嘴本體40的頂端從噴嘴本體40朝著外側(cè)露出來。閥本體42a中的靠近連結(jié)部42b—側(cè)的部分具有大致與噴嘴口 41的開口緣一樣的形狀。該部分緊頂在(亦即落在)噴嘴口 41的開口緣上時，噴嘴口 41即成為關(guān)閉狀態(tài)。
[0086]燃料噴射器33以其中心軸S與氣缸11的中心軸X(即氣缸中心軸X)重合且噴嘴口41對著燃燒室17的頂部的狀態(tài)設(shè)置好。
[0087]一施加電壓，壓電元件44就變形，由此而朝著中心軸方向推壓該外開閥42，讓該外開閥42從噴嘴本體40的噴嘴口41的開口緣開始移動，噴嘴口41由此而打開。此時，燃料從噴嘴口 41噴射出來。燃料朝著以下方向噴射，該方向與中心軸S傾斜且朝著以中心軸S為中心的半徑方向擴(kuò)展開。具體而言，燃料呈以中心軸S為中心的圓錐狀(詳細(xì)而言，空心錐狀)噴射出來。在本實(shí)施方式中，該圓錐體的錐角為90°-100° (空心錐內(nèi)側(cè)的空心部的錐角為70°左右)。當(dāng)停止對壓電元件44施加電壓時，壓電元件44就會恢復(fù)到原來的狀態(tài)，外開閥42會再次使噴嘴口 41成為關(guān)閉狀態(tài)。此時，設(shè)置在殼體45內(nèi)的連結(jié)部42b周圍的壓縮螺旋彈簧46幫助壓電元件44復(fù)位。
[0088]對壓電元件44施加的電壓越大，外開閥42從將噴嘴口41關(guān)閉的狀態(tài)開始移動的移動量(lift:以下簡稱為移動量)就越大(也參照圖7)。該移動量越大，噴嘴口41的開度(即有效截面面積)就越大，從噴嘴口 41向氣缸內(nèi)噴射的燃料噴粒的粒徑就越大。相反，該移動量越小，噴嘴口 41的開度就越小，從噴嘴口 41向氣缸內(nèi)噴射的燃料噴粒的粒徑就越小。因?yàn)閴弘娫?4響應(yīng)快，所以燃料噴射器33在例如一次循環(huán)中能夠進(jìn)行20次左右的多級噴射。不過，作為驅(qū)動外開閥42的部件并不限于壓電元件44。
[0089]燃料噴射器33也能夠進(jìn)行連續(xù)噴射，即在一定時間內(nèi)維持規(guī)定的移動量。
[0090]燃料供給系統(tǒng)34包括:用于驅(qū)動外開閥42(即壓電元件44)的電路和將燃料供向燃料噴射器33的燃料供給系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)控制器100在規(guī)定的時刻將具有與移動量相對應(yīng)的電壓的噴射信號輸出給所述電路。通過該電路讓壓電元件44和外開閥42開始工作，希望量的燃料即被噴射到氣缸內(nèi)。當(dāng)不輸出所述噴射信號時(即噴射信號的電壓為O時)，噴嘴口41就在該外開閥42的作用下成為關(guān)閉狀態(tài)。壓電元件44就這樣被來自發(fā)動機(jī)控制器100的噴射信號控制著工作。發(fā)動機(jī)控制器100這樣控制著壓電元件44工作，從而控制從燃料噴射器33的噴嘴口 41噴射燃料的時刻、期間以及在該燃料噴射料時的移動量。
[0091]0072
[0092]在所述燃料供給系中設(shè)置有省略圖示的高壓燃料栗和共用導(dǎo)軌。該高壓燃料栗將經(jīng)低壓燃料栗從燃料箱供來的燃料壓送到共用導(dǎo)軌上，共用導(dǎo)軌以規(guī)定的燃料壓力將該壓送來的燃料儲存起來。然后，儲存在所述共用導(dǎo)軌內(nèi)的燃料借助燃料噴射器33工作而被從噴嘴口 41噴射出來。
[0093]控制器100是以公知的微型電腦為基礎(chǔ)的控制器，控制器100包括執(zhí)行程序的中央處理裝置(CPU)、由例如RAM、R0M構(gòu)成且存儲程序和數(shù)據(jù)的存儲器、以及輸出入電信號的輸出入(I/O)總線?？刂破?00是控制部之一例。
[0094]發(fā)動機(jī)控制器100至少接收與來自空氣流傳感器71的進(jìn)氣流量相關(guān)的信號、來自曲軸轉(zhuǎn)角傳感器72的曲軸轉(zhuǎn)角脈沖信號、來自檢測油門、腳踏板的踩下量的油門開度傳感器73的油門開度信號、來自車速傳感器74的車速信號、來自油溫傳感器75的潤滑油溫度信號以及來自水溫傳感器76的冷卻水溫度信號。發(fā)動機(jī)控制器100根據(jù)這些輸入信號計(jì)算所希望的發(fā)動機(jī)I的控制參數(shù)，例如氣門開度信號、燃料噴射脈沖、點(diǎn)火信號、閥相位角信號等控制參數(shù)。然后，發(fā)動機(jī)控制器100將這些信號輸出給氣門閥20(準(zhǔn)確地講，是讓氣門閥20工作的氣門執(zhí)行部件)、燃料供給系統(tǒng)34(準(zhǔn)確地講，是上述電路)、點(diǎn)火系統(tǒng)32以及VVT23等。
[0095]該發(fā)動機(jī)I包括EGR系統(tǒng)，在該EGR系統(tǒng)中設(shè)置有接通進(jìn)氣通路和排氣通路的EGR通路而將排出氣體的一部分回流為進(jìn)氣，但省略圖示。發(fā)動機(jī)控制器100根據(jù)發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)對通過了 EGR系統(tǒng)的排出氣體的回流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0096]該發(fā)動機(jī)I的幾何壓縮比ε被設(shè)定在15以上40以下。通過提高幾何壓縮比來實(shí)現(xiàn)熱效率的提高。在本實(shí)施方式中，因?yàn)榘l(fā)動機(jī)I具有壓縮比=膨脹比的結(jié)構(gòu)，所以該發(fā)動機(jī)I在具有高壓縮比的同時，還具有較高的膨脹比。
[0097]如圖1所示，燃燒室17由氣缸11的壁面、活塞15的頂面、氣缸蓋13的下表面(即頂面)、進(jìn)氣閥21和排氣閥22各自的閥蓋面劃分而成。需要說明的是，這里所說的燃燒室并不限于活塞15位于上止點(diǎn)時氣缸內(nèi)的空間，而是一個與活塞15的位置無關(guān)且由氣缸內(nèi)的空間構(gòu)成的廣義的燃燒室。為減少冷卻損失，通過在上述各個面上設(shè)置遮熱層61、62、63、64、65而將燃燒室17遮熱化。需要說明的是，以下在通稱這些遮熱層61-65的情況下，有時候用符號“6”表示遮熱層。遮熱層6可以設(shè)置在所有這些劃分面上，也可以設(shè)置在這些劃分面中的一部分劃分面上。而且，在圖例中，氣缸壁面上的遮熱層61被設(shè)置成在活塞15位于上止點(diǎn)的狀態(tài)下位于比該活塞環(huán)14更靠上側(cè)的位置，這樣就是一種活塞環(huán)14不會在遮熱層61上滑動的結(jié)構(gòu)。不過，氣缸壁面上的遮熱層61并不限于該結(jié)構(gòu)，還可以通過讓遮熱層61朝著下方延伸，來將遮熱層61設(shè)置在活塞15的整個移動范圍或者一部分移動范圍內(nèi)。還可以將遮熱層設(shè)置在不是直接劃分出燃燒室17的壁面，卻是進(jìn)氣口 18、排氣口 19的靠燃燒室17頂面一側(cè)開口附近的口壁面上。需要說明的是，圖1中示出的各遮熱層61-65的厚度并不表示實(shí)際的厚度，僅為示例而已，并且也不表示各個面上的遮熱層的厚度的大小關(guān)系。
[0098]進(jìn)一步詳細(xì)地說明燃燒室17的遮熱構(gòu)造。如上所述，燃燒室17的遮熱構(gòu)造由設(shè)置在劃分出燃燒室17的各劃分面上的各遮熱層61 -6 5構(gòu)成。為了抑制燃燒室17內(nèi)的燃燒氣體的熱通過劃分面釋放出來，這些遮熱層61-65被設(shè)定為其導(dǎo)熱率比構(gòu)成燃燒室17的金屬母材低。這里，針對設(shè)置在氣缸11的壁面上的遮熱層61而言，氣缸體12為母材;對于設(shè)置在活塞15的頂面上的遮熱層62而言，活塞15為母材;對于設(shè)置在氣缸蓋13的頂面上的遮熱層63而言，氣缸蓋13為母材;對于設(shè)置在進(jìn)氣閥21和排氣閥22各自的閥蓋面上的遮熱層64、65而言，進(jìn)氣閥21和排氣閥22分別是母材。因此，對于氣缸體12、氣缸蓋13以及活塞15而言，母材的材質(zhì)是鋁合金或鑄鐵。對于進(jìn)氣閥21和排氣閥22而言，母材的材質(zhì)是耐熱鋼或鑄鐵等。
[0099]為減小冷卻損失，優(yōu)選遮熱層6的容積比熱小于母材的容積比熱。也就是說，雖然燃燒室17內(nèi)的氣體溫度隨著燃燒循環(huán)的進(jìn)行而變化，但是現(xiàn)有的沒有燃燒室17的遮熱構(gòu)造的發(fā)動機(jī)，通過讓冷卻水在形成于氣缸蓋、氣缸體內(nèi)的水套內(nèi)流動，不管燃燒循環(huán)的進(jìn)行情況如何，劃分燃燒室17的面的溫度會被維持為大致一定。
[0100]另一方面，冷卻損失由冷卻損失=熱傳遞率X傳熱面積X(氣體溫度-劃分面的溫度)決定。由此可知，氣體溫度和壁面溫度的溫度差越大，冷卻損失就會越大。為抑制冷卻損失，優(yōu)選使氣體溫度和劃分面的溫度的之溫度差較小。但是，在利用冷卻水將燃燒室17的劃分面的溫度維持為大致一定的情況下，溫度差伴隨著氣體溫度的變化而增大是不可避免的。于是，優(yōu)選使上述遮熱層6的熱容量較小，燃燒室17的劃分面的溫度追隨著燃燒室17內(nèi)的氣體溫度的變化而變化。[Ο?Ο? ]例如利用等離子體熱噴涂(thermal spraying)將Zr02等陶瓷材料噴涂在基材上來形成所述遮熱層6即可?？梢栽谠撎沾刹牧现泻写罅康臍饪住＿@樣做，能夠使遮熱層6的導(dǎo)熱率和容積比熱更低。
[0102]在本實(shí)施方式中，如圖1所示，通過將由導(dǎo)熱率非常低、絕熱性優(yōu)良且耐熱性也優(yōu)良的鈦酸鋁制成的氣道夾層(port liner) 181與氣缸蓋13夾心鑄造為一體，來將遮熱層設(shè)置在進(jìn)氣口 18上。在該結(jié)構(gòu)下，在新氣通過進(jìn)氣口 18時，能夠抑制甚至避免從氣缸蓋13受熱而溫度上升。這樣一來，因?yàn)楸灰霘飧?1內(nèi)的新氣的溫度(初始?xì)怏w溫度)變低，所以燃燒時的氣體溫度下降。氣體溫度和燃燒室17的隔開面的溫度差由此而會減小。因?yàn)槭谷紵龝r的氣體溫度降低就會使導(dǎo)熱率減小，所以更有利于減少冷卻損失。需要說明的是，設(shè)置在進(jìn)氣口 18處的遮熱層的結(jié)構(gòu)并不限于氣道夾層181的夾心鑄造。
[0103]該發(fā)動機(jī)I，如上所述將幾何壓縮比ε設(shè)定為15彡ε彡40。理論循環(huán)即奧托循環(huán)(Otto cycle)的理論熱效率nth為Hth=1-1/(εκ-工)。使壓縮比ε越高，理論熱效率qth就會越高。然而，發(fā)動機(jī)(準(zhǔn)確而言，沒有燃燒室的遮熱構(gòu)造的發(fā)動機(jī))的指示熱效率(indicatedthermal efficiency)在規(guī)定的幾何壓縮比ε(例如15左右)下達(dá)到峰值，即使讓幾何壓縮比ε大于或者等于該峰值，指示熱效率也不再升高。相反，指示熱效率下降。這是由于在使燃料量與進(jìn)氣量一定不變而提高了幾何壓縮比的情況下，壓縮比越高，燃燒壓力和燃燒溫度就越高而引起的。如上所述，燃燒壓力和燃燒溫度提高就是導(dǎo)致冷卻損失增大的原因。
[0104]相對于此，為了使指示熱效率在較高的幾何壓縮比ε下提高，在該發(fā)動機(jī)I中將燃燒室17的遮熱構(gòu)造結(jié)合進(jìn)來了。也就是說，通過將燃燒室17遮熱化來減少冷卻損失，由此來提尚指不熱效率。
[0105]另一方面，僅通過將燃燒室17遮熱化來減少冷卻損失的話，該減少的冷卻損失會被轉(zhuǎn)換成排氣損失，對指示熱效率的提高不會有太大的幫助。有關(guān)這一點(diǎn)，如上所述，該發(fā)動機(jī)I是通過伴隨著高壓縮比化的高膨脹比化而將燃燒氣體的相當(dāng)于減少的冷卻損失的能量效率良好地轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的。也就是說，該發(fā)動機(jī)I通過采用讓冷卻損失和排氣損失共同減少的構(gòu)成，而能夠使指示熱效率大幅度地提高。
[0106]在該發(fā)動機(jī)I中，除了采用所述燃燒室17和進(jìn)氣口18的遮熱構(gòu)造以外，還在氣缸內(nèi)(燃燒室17內(nèi))由氣層形成了絕熱層，由此來進(jìn)一步減少冷卻損失。下面對此做詳細(xì)的說明。
[0107]圖3示例出該發(fā)動機(jī)I在熱狀態(tài)時的工況。該發(fā)動機(jī)I構(gòu)成為:基本上在整個工作區(qū)域讓燃燒室17內(nèi)的混合氣借助自行壓燃而燃燒。在圖3所示的工況中，在負(fù)荷比規(guī)定負(fù)荷低的低負(fù)荷區(qū)域、及負(fù)荷比低負(fù)荷區(qū)域高的中負(fù)荷區(qū)域，在燃燒室17內(nèi)形成由氣層形成的絕熱層。也就是說，在發(fā)動機(jī)負(fù)荷較低且燃料噴射量由此而較少的工作狀態(tài)下，在燃燒室17內(nèi)形成由氣層形成的絕熱層。由此來減少冷卻損失，提高熱效率。這里，可以將低負(fù)荷區(qū)域和中負(fù)荷區(qū)域分別定義為:在將發(fā)動機(jī)的負(fù)荷區(qū)域分為低、中及高三個區(qū)域(例如三等分)時相當(dāng)于低區(qū)域和中區(qū)域的區(qū)域。而且，特別是，可以將中負(fù)荷區(qū)域定義為例如負(fù)荷在滿負(fù)荷的規(guī)定值以下(例如負(fù)荷為70%以下)的區(qū)域。
[0108]圖4概念性地示出在低負(fù)荷和中負(fù)荷區(qū)域在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層的形狀。如該圖所示，在燃燒室17內(nèi)形成由氣層形成的絕熱層，就是說，在包括形成在活塞15的頂面上的腔15a的燃燒室17內(nèi)的中央部形成混合氣層，并且在混合氣層和腔15a的內(nèi)壁面15b之間形成含新氣的氣層。該氣層可以僅包括新氣，還可以不僅包括新氣，還包括已燃?xì)怏w(即EGR氣體)。需要說明的是，如后所述，只要?dú)鈱影l(fā)揮絕熱層的作用，就允許少量的燃料混在氣層內(nèi)。
[0109]通過減小混合氣層的表面積(S)和體積(V)之比(S/V比)，燃燒時與周圍的氣層之間的傳熱面積減??；由于在混合氣層和燃燒室17的壁面之間存在氣層，因此混合氣層的火炎不會與燃燒室17的壁面接觸;氣層本身成為絕熱層而能夠抑制熱從燃燒室17的壁面釋放出來。其結(jié)果是，能夠大幅度地減少冷卻損失。
[0110]發(fā)動機(jī)控制器100，為了在從壓縮行程的后半期到膨脹行程初期的這段時間內(nèi)，讓燃料從燃料噴射器33的噴嘴口 41噴射到氣缸11內(nèi)而向燃料供給系統(tǒng)34的電路輸出噴射信號。這里，壓縮行程的后半期是將壓縮行程分為前半期和后半期時的后半期。膨脹行程初期是將膨脹行程分為初期、中期以及終期時的初期。這樣一來，就會在燃燒室17內(nèi)的中央部形成混合氣層且在其周圍形成氣層。
[0111]在低負(fù)荷區(qū)域，因?yàn)槿剂蠂娚淞肯鄬^少，所以通過在從壓縮行程的后半期到膨脹行程初期的這段時間內(nèi)向氣缸11內(nèi)噴射燃料，就較容易抑制燃料噴粒的擴(kuò)展，從而較容易形成燃燒室17內(nèi)的中央部的混合氣層及其周圍的氣層。然而，因?yàn)殡S著燃燒噴射量增加，燃料噴射時間會增長，所以燃料噴粒特別容易沿著氣缸11的中心軸X的方向擴(kuò)展。其結(jié)果是，混合氣層會與例如活塞15的頂面接觸。也就不會可靠地形成混合氣層周圍的氣層。如上所述，該發(fā)動機(jī)I的幾何壓縮比高，伴隨于此，燃燒室(這里的燃燒室是活塞15位于壓縮上止點(diǎn)時氣缸內(nèi)的空間)的容積就小。因此，就該發(fā)動機(jī)I而言，當(dāng)燃料噴粒沿著氣缸11的中心軸X的方向擴(kuò)展時，混合氣層就容易與活塞15的頂面接觸。
[0112]于是，該發(fā)動機(jī)I，為了在燃料噴射量增加的中負(fù)荷區(qū)域也可靠地形成燃燒室17內(nèi)的中心部的混合氣層及其周圍的氣層，對在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層的形狀進(jìn)行控制。具體而言，如圖4中的空心箭頭所示，當(dāng)燃料噴射量增加時，就讓燃料噴粒朝著與氣缸11的中心軸X交叉的徑向外側(cè)擴(kuò)展。由此來抑制混合氣層在中心軸X方向上的長度變長以避免混合氣層與活塞15的頂面接觸。與此同時，通過讓混合氣層朝著在空間上比中心軸X的方向更具有余量的徑向外側(cè)擴(kuò)展，也會避免混合氣層與氣缸11的內(nèi)壁接觸。換句話說，對在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層的形狀進(jìn)行控制，就是在設(shè)在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層在中心軸方向上的長度為L，設(shè)在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層在徑向上的寬度為W時，對長度L與寬度W之比(L/W)進(jìn)行調(diào)節(jié)。也就是說，為了減小上述S/V比，將L/W之比設(shè)定為規(guī)定值以上，而當(dāng)燃料噴射量增加時，則減小L/W之比。
[0113]為了控制這樣的混合氣層的形狀，該發(fā)動機(jī)I對燃料噴射器33進(jìn)行燃料噴射的間隔(參照圖6)和移動量(參照圖7)分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣一來，如圖5所示，就是對燃料噴粒朝著前進(jìn)方向的擴(kuò)展和燃料噴粒朝著徑向的擴(kuò)展獨(dú)立地進(jìn)行控制。如圖6中概念性地示出的那樣，將燃料噴射的間隔定義為從燃料噴射結(jié)束到下一次燃料噴射開始的間隔。如上所述，該燃料噴射器33響應(yīng)性高，在1-2毫秒的時間內(nèi)能夠進(jìn)行20次左右的多級噴射。如圖7中概念性地不出的那樣，燃料噴射器33的移動量與燃料的噴射開口面積成正比。如上所述，移動量越大，噴射開口面積(即噴嘴口 41的有效截面面積)就越大;移動量越小，噴射開口面積就越小。
[0114]圖8概念性地示出在讓燃料噴射器33的移動量為一定值的基礎(chǔ)上，再增長燃料的噴射間隔時(圖8(A))和縮短噴射間隔時(圖8(B))，燃料噴粒的擴(kuò)展?fàn)顩r的不同。從燃料噴射器33空心錐狀地噴射出的燃料噴粒在燃燒室17內(nèi)高速流動。因此，盡管燃料噴粒的噴流要將周圍流體卷入，但流體卻難以流入空心錐狀的內(nèi)側(cè)。因此，在空心錐狀的內(nèi)側(cè)會沿著燃料噴射器33的中心軸S(中心軸S與氣缸11的中心軸X重合)產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)域。當(dāng)燃料噴射間隔長時，在從燃料噴射到下一次燃料噴射的這段時間內(nèi)，負(fù)壓區(qū)域的壓力會恢復(fù)，故負(fù)壓區(qū)域變小。相對于此，當(dāng)燃料噴射間隔短時，不間斷地重復(fù)噴射燃料，故負(fù)壓區(qū)域的壓力恢復(fù)受到抑制。其結(jié)果是，如圖8(B)所示，負(fù)壓區(qū)域增大。
[0115]燃料噴粒被該負(fù)壓吸引。因?yàn)樨?fù)壓區(qū)域形成在以中心軸S為中心的徑向中央側(cè)，所以當(dāng)負(fù)壓區(qū)域相對較大時，如圖8(B)所示，能夠抑制燃料噴粒朝著徑向擴(kuò)展。相對于此，當(dāng)負(fù)壓區(qū)域相對較小時，則如圖8(A)所示，因?yàn)槿剂蠂娏２惶晃?，所以容易朝著徑向擴(kuò)展。也就是說，如果縮短燃料噴射器33的燃料噴射間隔，就能夠抑制燃料噴粒朝著徑向擴(kuò)展。另一方面，如果增長該噴射間隔，則能夠促進(jìn)燃料噴粒朝著徑向擴(kuò)展。
[0116]圖9是概念性地示出在讓燃料的噴射間隔為一定值的基礎(chǔ)上，再減小燃料噴射器33的移動量時(圖9(A))和增大移動量時(圖9圖(B))燃料噴粒的擴(kuò)展?fàn)顩r的不同。在該情況下，因?yàn)閲娚溟g隔相同，所以燃燒室17內(nèi)的負(fù)壓區(qū)域相同，但是燃料噴粒的粒徑會由于移動量不同而不同。也就是說，因?yàn)閷⑷剂蠂娚淦?3的移動量減小以后，燃料噴粒的粒徑也變小，所以燃料噴粒的運(yùn)動量變小。因此，燃料噴粒容易被負(fù)壓吸引到徑向中央側(cè)，從而能夠抑制燃料噴粒朝著徑向外側(cè)的擴(kuò)展，如圖9(A)所示。相對于此，因?yàn)閷⑷剂蠂娚淦?3的移動量增大以后，燃料噴粒的粒徑就變大，所以燃料噴粒的運(yùn)動量變大。因此，燃料噴粒難以被負(fù)壓吸引而容易朝著徑向外側(cè)擴(kuò)展，如圖9(B)所示。也就是說，如果增大燃料噴射器33的移動量，則能夠促進(jìn)燃料噴粒朝著徑向擴(kuò)展。另一方面，如果減小燃料噴射器33的移動量，則能夠抑制燃料噴粒朝著徑向擴(kuò)展。
[0117]粒徑較大的燃料噴粒，因其運(yùn)動量，故朝著前進(jìn)方向的飛散距離也變長。而且，粒徑較大的燃料噴粒即使受到負(fù)壓區(qū)域的影響也難以減速，其飛散距離也會因此而變長。相對于此，粒徑較小的燃料噴粒，因其運(yùn)動量小，故朝著前進(jìn)方向的飛散距離變短。而且，粒徑較小的燃料噴粒容易受負(fù)壓區(qū)域的影響而減速，其飛散距離也會因此而變短。
[0118]通過這樣改變?nèi)剂蠂娚淦?3的噴射間隔和移動量，就能夠針對徑向和前進(jìn)方向這兩個方向獨(dú)立地對燃料噴粒的擴(kuò)展?fàn)顩r進(jìn)行控制。于是，在該發(fā)動機(jī)I中，將第一噴射群和第二噴射群結(jié)合起來對混合氣層的形狀進(jìn)行控制。其中，所述第一噴射群包括移動量相對較大且噴射間隔相對較大的多次燃料噴射;所述第二噴射群包括移動量相對較小且噴射間隔相對較小的多次燃料噴射。在任一個噴射群中都進(jìn)行多級噴射，即進(jìn)行多次的燃料噴射。這里，多級噴射指的是，燃料的噴射間隔(從燃料噴射結(jié)束到下一次燃料噴射開始的間隔)在0.5毫秒以下那樣的燃料噴射。
[0119]詳細(xì)而言，第一噴射群包括:使燃料噴射器33的移動量比第二噴射群大且使燃料的噴射間隔比第二噴射群大的、規(guī)定次數(shù)的燃料噴射。負(fù)壓區(qū)域通過使噴射間隔增寬而變小。除此以外，通過增大移動量來增大燃料噴粒的粒徑，燃料噴粒的運(yùn)動量就變大。其結(jié)果是，形成朝著前進(jìn)方向的飛散距離相對較長且朝著徑向擴(kuò)展的燃料噴粒。
[0120]第二噴射群包括:使燃料噴射器33的移動量比第一噴射群小且使燃料的噴射間隔比第一噴射群小的、規(guī)定次數(shù)的燃料噴射。負(fù)壓區(qū)域通過使噴射間隔變窄而擴(kuò)大。除此以夕卜，通過減小移動量來減小燃料噴粒的粒徑，燃料噴粒的運(yùn)動量就變小。其結(jié)果是，形成朝著前進(jìn)方向的飛散距離相對較短且徑向擴(kuò)展受到抑制的燃料噴粒。
[0121]發(fā)動機(jī)控制器100，通過根據(jù)發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)改變第一噴射群和第二噴射群的比例，來將混合氣層控制成與發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)相對應(yīng)的形狀。基本原理是，通過增大第一噴射群的比例，而形成朝著徑向外擴(kuò)展的混合氣層。另一方面，通過增大第二噴射群的比例，而形成朝著徑向外側(cè)的擴(kuò)展受到抑制的混合氣層。
[0122]需要說明的是，根據(jù)發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)而存在以下情況:第一噴射群被省略，僅進(jìn)行第二噴射群的情況;包括在第一噴射群中的燃料噴射僅進(jìn)行一次，剩下的都是第二噴射群的情況;第二噴射群被省略，僅進(jìn)行第一噴射群的情況;包括在第二噴射群中的燃料噴射僅進(jìn)行一次，剩下的都是第一噴射群的情況。而且，既可以在第一噴射群之后進(jìn)行第二噴射群，又可以在第二噴射群之后進(jìn)行第一噴射群。
[0123]發(fā)動機(jī)控制器100，不僅根據(jù)發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)改變多級噴射的方式，還根據(jù)燃燒室17內(nèi)的溫度狀態(tài)改變多級噴射的方式。具體而言，在該發(fā)動機(jī)I中，如上所述，在整個工作區(qū)域讓燃燒室17內(nèi)的混合氣通過自行壓燃而燃燒，通過調(diào)節(jié)氣缸11內(nèi)的氣體狀態(tài)、燃料噴射時刻等各種參數(shù)而讓燃燒溫度落在規(guī)定的范圍(例如1500-1800K的范圍)內(nèi)，來良好地維持廢氣排放性能。也就是說，當(dāng)燃燒溫度過低時(例如低于1500K時)，未燃物質(zhì)由于燃燒穩(wěn)定性下降而增多，未燃物質(zhì)的排出量就增加。另一方面，燃燒溫度過高時(例如超過1800K時)，從發(fā)動機(jī)排出尚未被催化劑凈化的N0x(Raw NOx)的生成量增加，NOx排出量就增加。
[0124]然而，在像室外空氣溫度低的環(huán)境那樣進(jìn)氣溫度低時，或者，在像發(fā)動機(jī)剛剛啟動后那樣氣缸11內(nèi)壁面溫度低時，活塞15到達(dá)壓縮上止點(diǎn)時氣缸11內(nèi)溫度(也就是說，在用電動機(jī)帶動發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)的狀態(tài)下的燃燒室內(nèi)溫度)即壓縮上止點(diǎn)溫度降低。其結(jié)果是，有可能出現(xiàn)燃燒溫度偏離規(guī)定的范圍而低于1500K這樣的情況。相反，在進(jìn)氣溫度高時，或者，氣缸11內(nèi)壁面溫度高時，壓縮上止點(diǎn)溫度升高。其結(jié)果是，有可能出現(xiàn)燃燒溫度偏離規(guī)定的范圍而高于1800K這樣的情況。任何一種情況都會導(dǎo)致廢氣排放性能惡化。
[0125]于是，發(fā)動機(jī)控制器100，通過根據(jù)燃燒室17內(nèi)的溫度狀態(tài)改變多級噴射的方式來對燃燒溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，由此而讓燃燒溫度落在規(guī)定的范圍內(nèi)。
[0126]具體而言，發(fā)動機(jī)控制器100對壓縮上止點(diǎn)溫度進(jìn)行預(yù)測。除根據(jù)由空氣流傳感器71檢測到的室外空氣溫度、由油溫傳感器75檢測到的潤滑油溫、以及由水溫傳感器76檢測到的冷卻水溫對壓縮上止點(diǎn)溫度進(jìn)行預(yù)測以外，還根據(jù)進(jìn)氣填充量和廢氣回流量對壓縮上止點(diǎn)溫度進(jìn)行預(yù)測。當(dāng)存在以下可能性時，即預(yù)測到的壓縮上止點(diǎn)溫度低，燃燒溫度相對于規(guī)定的范圍偏向低溫側(cè)時，則如圖10(A)所示，減小混合氣層的體積。需要說明的是，燃料噴射量是與要求發(fā)動機(jī)I輸出的負(fù)荷相對應(yīng)的量。通過減小混合氣層的體積，混合氣層的燃料密度就會提高。通過提高燃料密度，構(gòu)成混合氣層的混合氣燃燒時的溫度會提高。其結(jié)果是，就是在壓縮上止點(diǎn)溫度低時，也能夠讓燃燒溫度落在規(guī)定的范圍內(nèi)。
[0127]相對于此，當(dāng)存在以下可能性時，即預(yù)測到的壓縮上止點(diǎn)溫度高，燃燒溫度偏離規(guī)定的范圍而高于1800K時，則如圖10(C)所示，增大混合氣層的體積。需要說明的是，燃料噴射量是與要求發(fā)動機(jī)I輸出的負(fù)荷相對應(yīng)的量，假定其與圖10(A)所示的狀態(tài)相同。通過增大混合氣層的體積，混合氣層的燃料密度就會降低。通過使燃料密度降低，構(gòu)成混合氣層的混合氣燃燒時的溫度會下降。其結(jié)果是，就是在壓縮上止點(diǎn)溫度高時，也能夠讓燃燒溫度落在規(guī)定的范圍內(nèi)。
[0128]需要說明的是，將這里所說的混合氣層定義為由可燃混合氣(例如當(dāng)量比Φ=0.1以上的混合氣)構(gòu)成的層。因?yàn)閺拈_始噴射燃料時起經(jīng)過的時間越長，燃料噴粒就會越擴(kuò)散，所以混合氣層的大小為點(diǎn)火時刻的大小。而且，例如當(dāng)燃料的燃燒質(zhì)量比例達(dá)到1%以上時，就能夠判斷為點(diǎn)火。
[0129]為了如上所述對混合氣層的體積進(jìn)行調(diào)節(jié)，即使為同一噴射量，發(fā)動機(jī)控制器100也改變第一噴射群和第二噴射群的比例。也就是說，如圖10 (B)所示，通過減少第一噴射群8的比例(使燃料噴射80為兩次)且增加第二噴射群9的比例(使燃料噴射90為九次)，混合氣層的體積就變小，如圖10(A)所示。而且，如圖10(D)所示，通過增加第一噴射群8的比例(使燃料噴射80為三次)且減少第二噴射群9的比例(使燃料噴射90為六次)，混合氣層的體積就變大，如圖10(C)所示。對圖10(A)、(C)做一比較的話很明顯，通過使混合氣層在氣缸11的中心軸方向上的長度為一定值，且使混合氣層在與氣缸11的中心軸正交的徑向上的寬度增大，混合氣層的體積就會增大。這樣一來，在混合氣層不與劃分燃燒室17的面，這里尤其指腔15a的壁面15b接觸的情況下，能夠增大混合氣層的體積。
[0130]如圖10(B)、(D)所示，包括在第一噴射群8中的燃料噴射80，移動量相對較大且其噴射間隔相對較寬;包括在第二噴射群9中的燃料噴射90，移動量相對較小且其噴射間隔相對較窄。
[0131]這里，可以說，改變第一噴射群8和第二噴射群9的比例就是改變包括第一噴射群8和第二噴射群9的多級噴射的平均移動量。平均移動量是將第二噴射80的移動量和第二噴射90的移動量的算術(shù)平均，由下式(I)表示。
[0132]{(第一噴射80的移動量)X (第一噴射80的次數(shù))+ (第二噴射90的移動量)X (第二噴射90的次數(shù))} / {(第一噴射80的次數(shù))+ (第二噴射90的次數(shù))}…(I)
[0133]也就是說，如圖10中點(diǎn)劃線所示，當(dāng)增大第一噴射群8的比例且減小第二噴射群9的比例時，多級噴射的平均移動量下降；當(dāng)減小第一噴射群8的比例且增大第二噴射群9的比例時，多級噴射的平均移動量上升。因此，可以這樣:當(dāng)預(yù)測到的壓縮上止點(diǎn)溫度低時，發(fā)動機(jī)控制器100就通過減少多級噴射的平均移動量來減小混合氣層的體積，另一方面，當(dāng)預(yù)測到的壓縮上止點(diǎn)溫度高時，發(fā)動機(jī)控制器100就通過增加多級噴射的平均移動量來增大混合氣層的體積。
[0134]需要說明的是，如上所述，像根據(jù)發(fā)動機(jī)I的工作狀態(tài)而存在第一噴射群被省略，僅進(jìn)行第二噴射群的情況;和第二噴射群被省略，僅進(jìn)行第一噴射群的情況那樣，當(dāng)壓縮上止點(diǎn)溫度低時，可以如圖11(A)、(B)所示，省略第一噴射群8僅進(jìn)行第二噴射群9。這樣一來，能夠進(jìn)一步減小在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層的體積，從而燃燒溫度能夠進(jìn)一步上升。而且，當(dāng)壓縮上止點(diǎn)溫度高時，可以如圖11(C)、(D)所示，省略第二噴射群9，僅進(jìn)行第一噴射群8。這樣一來，以在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層的周圍形成氣層為前提，能夠進(jìn)一步增大在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層的體積，從而能夠進(jìn)一步降低燃燒溫度。
[0135]需要說明的是，可以這樣:不改變第一噴射群8和第二噴射群9的比例，而是如圖11所示，根據(jù)預(yù)測到的壓縮上止點(diǎn)溫度的高低來對僅進(jìn)行第一噴射群8和僅進(jìn)行第二噴射群9進(jìn)行切換。也就是說，當(dāng)壓縮上止點(diǎn)溫度低于規(guī)定值時，通過選擇第二噴射群9(也就是說，使其為第二噴射模式)來減小混合氣層的體積。相對于此，當(dāng)壓縮上止點(diǎn)溫度在規(guī)定值以上時，通過選擇第一噴射群8(也就是說，使其為第一噴射模式)來增大混合氣層的體積。在像這樣對第一噴射群8和第二噴射群9進(jìn)行切換的情況下，上述的壓縮上止點(diǎn)溫度和多級噴射下的平均移動量之間的關(guān)系也相同。也就是說，當(dāng)壓縮上止點(diǎn)溫度低時，選擇第二噴射群9來降低平均移動量，由此減小混合氣層的體積。相對于此，當(dāng)壓縮上止點(diǎn)溫度高時，則選擇第一噴射群8來提高平均移動量，由此增大混合氣層的體積。
[0136]需要說明的是，在對第一噴射群8和第二噴射群9進(jìn)行切換的構(gòu)成中，可以根據(jù)預(yù)測到的壓縮上止點(diǎn)溫度，在已選出的第一噴射群8中調(diào)節(jié)移動量或者調(diào)節(jié)噴射間隔。同樣，當(dāng)選擇了第二噴射群9時，可以根據(jù)預(yù)測到的壓縮上止點(diǎn)溫度在該第二噴射群9中調(diào)節(jié)移動量或者調(diào)節(jié)噴射間隔。
[0137]需要說明的是，第一噴射群8并不限于圖10、圖11所示的噴射方式。第一噴射群8下的燃料噴射的次數(shù)并不限于三次或者兩次。一次、或者四次以上都可以。而且，與第二噴射群9下的噴射相比，第一噴射群8下的噴射，移動量尚，和/或噴射間隔寬。因此，第一噴射群8中的多次噴射的移動量既可以相等，也可以適當(dāng)?shù)丶右愿淖?。在多次噴射下，有關(guān)如何改變移動量沒有特別的限制，既可以讓移動量逐漸增加，也可以讓移動量逐漸減少。而且還可以是移動量既增又減。噴射間隔也一樣，既可以讓噴射間隔逐漸增寬，也可以讓噴射間隔逐漸變窄。而且還可以是噴射間隔既增寬又變窄。
[0138]與第二噴射群9相比，第一噴射群8的移動量大且噴射間隔大，但還可以是僅有移動量和燃料間隔二者中的任一者大的構(gòu)成。
[0139]在上述多級噴射下，在第一噴射群8之后進(jìn)行第二噴射群9。但是還可以與此相反，在第二噴射群9之后進(jìn)行第一噴射群8。
[0140]需要說明的是，為調(diào)節(jié)混合氣層的體積，可以采用圖12(B)、(D)所示的噴射方式以及圖13(B)、(D)所示的噴射方式來取代上述實(shí)施方式。
[0141]也就是說，圖12(B)、(D)所示的噴射方式是這樣的，包括在第一噴射模式108中的燃料噴射801是移動量相對較大的連續(xù)噴射;包括在第二噴射模式9中的燃料噴射90是移動量相對較小的多級噴射。該連續(xù)噴射讓燃料噴射器33的移動量為規(guī)定的移動量且持續(xù)規(guī)定時間。
[0142]如圖12(B)所示，發(fā)動機(jī)控制器100讓第一噴射模式108下的燃料噴射801的比例相對較少且讓第二噴射模式9下的燃料噴射90的比例相對較多。這樣一來，混合氣層的體積就會像圖10(A)所示的那樣變小，如圖12(A)所示。
[0143]如圖12(D)所示，即使是同一噴射量，通過讓第一噴射模式108下的燃料噴射801的比例相對較多且讓第二噴射模式9下的燃料噴射90的比例相對較少，混合氣層的體積就會像圖10(C)所示的那樣變大，如圖12(C)所示。
[0144]對圖12(A)、(C)做比較的話很明顯，通過使混合氣層在氣缸11的中心軸方向上的長度為一定值，且使混合氣層在與氣缸11的中心軸正交的徑向上的寬度增大，混合氣層的體積就增大。這樣一來，在混合氣層不與劃分燃燒室17的面接觸的情況下，能夠增大混合氣層的體積。
[0145]需要說明的是，可以這樣:不改變第一噴射模式108和第二噴射模式9下的燃料噴射的比例，而是如圖13(B)、(D)所示，根據(jù)預(yù)測到的壓縮上止點(diǎn)溫度的高低來對僅進(jìn)行第一噴射模式108(連續(xù)的燃料噴射801)和僅進(jìn)行第二噴射模式9(多級的燃料噴射90)進(jìn)行切換。
[0146]也就是說，當(dāng)壓縮上止點(diǎn)溫度低于規(guī)定值時，通過選擇第二噴射群9來減小混合氣層的體積。相對于此，當(dāng)壓縮上止點(diǎn)溫度在規(guī)定值以上時，通過選擇第一噴射群108來增大混合氣層的體積。在像這樣對第一噴射群108和第二噴射群9進(jìn)行切換的情況下，上述的壓縮上止點(diǎn)溫度和平均移動量之間的關(guān)系也相同。也就是說，當(dāng)壓縮上止點(diǎn)溫度低時，選擇第二噴射群9來降低平均移動量，由此減小混合氣層的體積，如圖13(A)所示。相對于此，當(dāng)壓縮上止點(diǎn)溫度高時，則選擇第一噴射群108來提高平均移動量，由此增大混合氣層的體積，如圖13(C)所示。這里，平均移動量在上式(I)中，是與噴射次數(shù)相關(guān)的算術(shù)平均。在包括連續(xù)噴射的情況下，將該連續(xù)噴射置換為噴射時間相等的多級噴射，由式(I)決定平均移動量即可。
[0147]需要說明的是，上述第二實(shí)施方式中示出的第二噴射模式9并不限于此，可以與第一噴射模式108—樣，將第二噴射模式9定為在規(guī)定的低移動量為一定值的情況下進(jìn)行連續(xù)噴射的燃料噴射特性。
[0148]需要說明的是，在上述多個實(shí)施方式中，發(fā)動機(jī)控制器100調(diào)節(jié)由燃料噴射器33向氣缸11內(nèi)噴射的燃料相對于檢測出的空氣的量(重量)，以便與理論空燃比相比，氣缸11內(nèi)的空燃比稀薄一規(guī)定量。這樣一來，抑制燃燒溫度而使燃燒溫度低于理論空燃比條件下的燃燒溫度。其結(jié)果是，燃燒室17的壁面和混合氣層的燃燒溫度之差(溫度梯度)變小，該燃燒溫度之差的減小，就使得燃燒熱相應(yīng)地不被傳遞給燃燒室17的壁面，從而能夠減少冷卻損失。
[0149]通過將該對該燃燒溫度的抑制和在混合氣層的周圍形成新氣和/或已燃?xì)怏w的氣層結(jié)合起來，就能夠大幅度地減少冷卻損失。
[0150]燃料噴射器的構(gòu)成并不限于上述實(shí)施方式。只要能夠改變噴口的有效截面面積，則可以采用任意的燃料噴射器。例如，可以是圖14所示的、VC0(Valve Covered Orifice)噴嘴式燃料噴射器233 ο圖14為示出燃料噴射器233的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0151 ]詳細(xì)而言，燃料噴射器233具有:形成有向氣缸11內(nèi)噴射燃料的噴嘴口 241的噴嘴本體240和將噴嘴口 241打開、關(guān)閉的針閥242。噴嘴本體240是沿著規(guī)定的中心軸S延伸的管狀部件，燃料在其內(nèi)部流動。噴嘴本體240的頂端部呈圓錐狀。在噴嘴本體240的頂端部的內(nèi)周面上形成有漏斗狀的閥座部243。貫通噴嘴本體240的頂端部形成有多個噴嘴口 241。噴嘴口241的一端朝著閥座部243敞開口。繞中心軸S等間隔地設(shè)置有多個噴嘴口241。針閥242的頂端部呈圓錐狀，坐落在噴嘴本體240的閥座部243上。噴嘴口 241通過針閥242落在閥座部243上而被堵起來。噴嘴口 241是噴口之一例，針閥242是閥體之一例。
[0152]針閥242與燃料噴射器33—樣由壓電元件驅(qū)動。針閥242被驅(qū)動而從閥座部243開始移動以后，就會在閥座部243和針閥242之間形成燃料能夠流動的間隙，在該間隙中流動的燃料經(jīng)噴嘴口 241被噴射到噴嘴本體240的外部。
[0153]此時，在燃料流動之際會在噴嘴口241的內(nèi)周面上產(chǎn)生氣穴。該氣穴的程度(例如產(chǎn)生氣穴的區(qū)域的大小)根據(jù)針閥242和閥座部243之間的間隙即針閥242的移動量而變化。具體而言，當(dāng)針閥242的移動量小，針閥242和閥座部243之間的間隙小時，產(chǎn)生氣穴的區(qū)域也變大。另一方面，當(dāng)針閥242的移動量大，針閥242和閥座部243之間的間隙大時，產(chǎn)生氣穴的區(qū)域也變小。如果產(chǎn)生氣穴的區(qū)域大，噴嘴口241的有效截面面積就變小；如果產(chǎn)生氣穴的區(qū)域小，噴嘴口 241的有效截面面積就變大。也就是說，針閥242的移動量越小，噴嘴口 241的有效截面面積就越小;針閥242的移動量越大，噴嘴口 241的有效截面面積就越大。
[0154]在上述實(shí)施方式中，通過改變?nèi)剂蠂娚淦?3的移動量和燃料噴射間隔，就能夠改變?nèi)紵?7內(nèi)的混合氣層的形狀。在伴隨著改變?nèi)剂蠂娚淦?3的移動量和燃料噴射間隔而產(chǎn)生的混合氣層的形狀已經(jīng)發(fā)生了變化的情況下，如果提高燃燒壓力，混合氣層的形狀改變的幅度會進(jìn)一步增大。也就是說，通過使燃料壓力升高，當(dāng)增大燃料噴射器33的移動量時，燃料噴粒的動能進(jìn)一步增大；當(dāng)使燃料噴射間隔變窄時，負(fù)壓就會升高，負(fù)壓區(qū)域會進(jìn)一步增大。其結(jié)果是，混合氣層的形狀改變的幅度會進(jìn)一步增大。
[0155]需要說明的是，在上述之例中，既采用燃燒室17和進(jìn)氣口18的絕熱構(gòu)造，同時也在氣缸內(nèi)(燃燒室17內(nèi))形成由氣層形成的絕熱層。但是，這里所公開的技術(shù)對于不采用燃燒室17和進(jìn)氣口 18的絕熱構(gòu)造的發(fā)動機(jī)也能夠適用。
[0156]這里所公開的燃料噴射技術(shù)，在燃燒室17內(nèi)形成了混合氣層及其周圍的氣層，但并不限于此。在不存在氣層，混合氣層與燃燒室17的壁面接觸的情況下，也能夠采用上述燃料噴射技術(shù)。例如，如果燃料噴射量相對于燃燒室17的容積增多，也會出現(xiàn)混合氣層與燃燒室17的壁面接觸的情況。即使在上述情況下，通過增加在燃燒室17的中央附近產(chǎn)生的熱量，抑制在壁面附近產(chǎn)生的熱量，便能夠抑制來自燃燒室17的壁面的放熱，從而能夠減少冷卻損失。
[0157]在上述之例中，將燃料噴射時刻設(shè)定在從壓縮行程的后半期到膨脹行程初期的這段時間內(nèi)。這是為了在氣缸11內(nèi)的壓力達(dá)到規(guī)定壓力以上的高壓環(huán)境下噴射燃料來抑制燃料噴粒擴(kuò)展。例如在帶渦輪增壓器的發(fā)動機(jī)中，可以在從壓縮行程后半期的初期到壓縮行程結(jié)束為止的這段時間內(nèi)進(jìn)行燃料的噴射。
[0158]-符號說明-
[0159]I發(fā)動機(jī)
[0160]11氣缸(cylinder)
[0161]15 活塞
[0162]15a 腔
[0163]15b 腔的壁面
[0164]17燃燒室
[0165]33 燃料噴射器
[0166]40 噴嘴本體
[0167]41噴嘴口(噴口)
[0168]42 外開閥(閥體)
[0169]8,801 第一噴射群(第一噴射模式)
[0170]9第二噴射群(第二噴射模式)
[0171]100 發(fā)動機(jī)控制器(控制部)
[0172]233 燃料噴射器
[0173]241 噴嘴口(噴口)
[0174]242 針閥(閥體)
[0175]S中心軸
[0176]X氣缸中心軸
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其包括: 發(fā)動機(jī)機(jī)體，其具有設(shè)置在氣缸內(nèi)的活塞且構(gòu)成為由該氣缸和該活塞劃分出燃燒室，燃料噴射器，其構(gòu)成為:經(jīng)噴口向所述燃燒室內(nèi)噴射至少含有汽油的燃料，以及控制部，其根據(jù)所述發(fā)動機(jī)機(jī)體的工作狀態(tài)對向所述燃燒室內(nèi)噴射的燃料噴射量和所述燃料噴射器的噴射方式分別進(jìn)行控制，其特征在于: 所述控制部對所述燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，并且對所述燃料噴射器的噴射方式進(jìn)行控制，以便做到:即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測到的溫度高時在所述燃燒室內(nèi)形成的混合氣層的體積大于預(yù)測到的溫度低時在所述燃燒室內(nèi)形成的混合氣層的體積。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述控制部，讓在所述燃燒室內(nèi)形成的所述混合氣層在氣缸中心軸向上的長度為一定值，卻增大在所述燃燒室內(nèi)形成的所述混合氣層在與氣缸中心軸正交的徑向上的寬度，這樣來對所述燃料噴射器的噴射方式進(jìn)行控制，以便所述混合氣層的體積增大。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述燃料噴射器具有:形成有所述噴口的噴嘴本體和將該噴口打開、關(guān)閉的閥體，且所述燃料噴射器構(gòu)成為:該閥體的移動量越大，該噴口的有效截面面積就越大。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述控制部讓所述燃料噴射器進(jìn)行多級噴射， 所述多級噴射包括第一噴射群和第二噴射群， 所述第一噴射群，使所述噴口的有效截面面積為規(guī)定量且以規(guī)定的噴射間隔進(jìn)行燃料噴射； 所述第二噴射群，使所述噴口的有效截面面積比所述第一噴射群小，和/或以比所述第一噴射群窄的噴射間隔進(jìn)行燃料噴射， 在所述燃燒室內(nèi)的溫度高時，所述控制部將由所述第一噴射群噴射的燃料量設(shè)定成比由所述第二噴射群噴射的燃料量多，來讓所述燃料噴射器進(jìn)行燃料噴射。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述控制部能夠?qū)Φ谝粐娚淠Ｊ胶偷诙娚淠Ｊ竭M(jìn)行切換， 在所述第一噴射模式下，讓所述噴口的有效截面面積為規(guī)定量且以規(guī)定的噴射間隔進(jìn)行多次燃料噴射， 在所述第二噴射模式下，讓所述噴口的有效截面面積比所述第一噴射模式小，和/或使燃料的噴射間隔比所述第一噴射模式窄，來進(jìn)行多次燃料噴射， 在所述燃燒室內(nèi)的溫度高時，所述控制部作為所述第一噴射模式讓所述燃料噴射器進(jìn)行燃料噴射。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述控制部采用所述噴口的有效截面面積不同的多種噴射模式讓所述燃料噴射器在壓縮行程的后半期內(nèi)進(jìn)行燃料噴射， 多種所述噴射模式包括第一噴射模式和第二噴射模式，所述第一噴射模式為將所述噴口的有效截面面積設(shè)定為規(guī)定量的模式，所述第二噴射模式為將所述噴口的有效截面面積設(shè)定為比所述規(guī)定量小的模式， 在所述燃燒室內(nèi)的溫度高時，所述控制部將在所述第一噴射模式下噴射的燃料量設(shè)定為比在所述第二噴射模式下噴射的燃料量多，來讓所述燃料噴射器進(jìn)行燃料噴射。7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于:所述控制部，在所述氣缸內(nèi)的壓力在規(guī)定壓力以上時讓所述燃料噴射器噴射燃料，而在所述燃燒室內(nèi)形成所述混合氣層及該混合氣層周圍的新氣和/或已燃?xì)怏w的氣層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述控制部讓所述燃料噴射器在壓縮行程的后半期內(nèi)噴射燃料，以便:在所述混合氣層的混合氣點(diǎn)火的時刻，在劃分所述燃燒室的壁面和所述混合氣層之間形成所述氣層。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述燃燒室的壁面為形成在所述活塞的頂面上的凹狀腔的內(nèi)壁面。10.一種直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其包括: 發(fā)動機(jī)機(jī)體，其具有設(shè)置在氣缸內(nèi)的活塞且構(gòu)成為由該氣缸和該活塞劃分出燃燒室，燃料噴射器，其構(gòu)成為:經(jīng)噴口向所述燃燒室內(nèi)噴射至少含有汽油的燃料，以及控制部，其根據(jù)所述發(fā)動機(jī)機(jī)體的工作狀態(tài)對向所述燃燒室內(nèi)噴射的燃料噴射量和所述燃料噴射器的噴射方式分別進(jìn)行控制，其特征在于: 所述燃料噴射器具有:形成有所述噴口的噴嘴本體和將該噴口打開、關(guān)閉的閥體，且所述燃料噴射器構(gòu)成為:該閥體的移動量越大，該噴口的有效截面面積就越大， 所述控制部讓所述燃料噴射器噴射燃料， 所述控制部還對所述燃燒室內(nèi)的溫度狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，并且，即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測到的溫度高時所述燃料噴射下的平均移動量大于預(yù)測到的溫度低時所述燃料噴射下的平均移動量。11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的直噴式汽油發(fā)動機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述控制部對從所述燃料噴射器噴射的燃料量進(jìn)行設(shè)定，以便:當(dāng)在所述燃燒室內(nèi)形成所述混合氣層和該混合氣層周圍的新氣和/或已燃?xì)怏w的氣層時，所述氣缸內(nèi)的空氣重量與該燃料的重量之比即空燃比成為大于理論空燃比的稀空燃比。
【文檔編號】F02D41/34GK105940210SQ201580001817
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年2月2日
【發(fā)明人】原田雄司, 山下洋幸, 藤本昌彥, 瀨戶祐利
【申請人】馬自達(dá)汽車株式會社