BR112017025799B1

BR112017025799B1 - Dispositivo de controle de motor de combustão interna e método de controle de motor de combustão interna

Info

Publication number: BR112017025799B1
Application number: BR112017025799-8A
Authority: BR
Inventors: Daisuke Tanaka; Ryo Uchida
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2022-12-27
Also published as: EP3306063B1; CN107614856B; WO2016194184A1; EP3306063B8; JPWO2016194184A1; MY167714A; MX2017015344A; US10436170B2; KR20180002868A; BR112017025799A2; KR101824857B1; CN107614856A; JP6376289B2; MX371181B; CA2988048C; EP3306063A1; RU2656867C1; US20180163687A1; EP3306063A4; CA2988048A1

Abstract

Um dispositivo de controle do motor de combustão interna controla um motor de combustão interna de ignição por centelha do tipo injeção direta no cilindro incluindo uma válvula de injeção de combustível para a injeção de combustível para dentro de um cilindro e uma vela de ignição para inflamar uma mistura de ar-combustível dentro do cilindro e configurado para injetar o combustível em um impulso de expansão e inflamar o combustível após injeção no impulso de expansão sob uma condição de operação específica. O dispositivo de controle do motor de combustão interna encurta um intervalo entre um momento de injeção de combustível no impulso de expansão e um momento de ignição à medida que o momento de ignição é retardado.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a um controle de um motor de combustão interna de ignição por centelha do tipo injeção nos cilindros (a seguir, também simplesmente chamado de um “motor”) para injetar diretamente o combustível para dentro de um cilindro.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002] Para um motor de injeção direta em cilindro, conhece-se uma técnica que aumenta a temperatura de exaustão de injeção de combustível de um curso de expansão, a fim de ativar um catalisador de purificação de gases de exaustão no início de um processo de aquecimento a partir de um arranque a frio.

[003] Em uma situação em que um catalisador de purificação de gases de exaustão tem que ser ativado no início, o catalisador de purificação de gases de exaustão não pode exibir uma função de purificação suficiente. Desse modo, também é necessário reduzir a quantidade de emissões, como de HC e NOx, de um motor. Particularmente, uma vez que o combustível tendo colidido com uma superfície de parede do cilindro e com uma superfície de coroa de êmbolo (a seguir, também chamada de superfícies de paredes e semelhantes) é suscetível de aderir diretamente às superfícies da paredes e semelhantes e ser liquefeito em um processo de aquecimento a partir de um arranque a frio, a quantidade de emissões de HCs não queimados tende a aumentar.

[004] Deste modo, uma técnica para a realização de ignição por centelha antes da ponta do pulverizador de combustível atingir as superfícies da parede e semelhantes, através da injeção de combustível em um curso de expansão, a fim de combinar a ativação inicial do catalisador de purificação de gases de exaustão e uma redução de componentes de emissão, tais como HC é divulgada no documento JP2006-52687A.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] Em um curso de expansão, até que ignição por centelha ser realizada, uma pressão no cilindro diminui à medida que um êmbolo desce. Desse modo, uma distância de alcance da pulverizador de combustível é longa e o combustível vaporiza facilmente em comparação com o caso em que o combustível é injetado durante um curso de compressão. Em outras palavras, a pulverização de combustível é mais facilmente dispersa durante o curso de expansão do que durante o curso de compressão. Desse modo, se o combustível for injetado no curso de expansão em uma configuração na qual uma válvula de injeção de combustível é fornecida adjacente a uma vela de ignição em uma parte central de uma superfície do teto da câmara de combustão como no documento acima, a quantidade de uma mistura de ar-combustível em torno da vela de ignição é insuficiente para um momento de ignição, o que possivelmente leva a uma queima acidental. Especificamente, a técnica descrita no documento acima tem espaço para melhorias em termos de estabilidade da combustão.

[006] Como consequência, a presente invenção tem como objetivo fornecer um dispositivo de controle e um método de controle capazes de realizar a ativação inicial de um catalisador de purificação de gases de exaustão, garantindo simultaneamente a estabilidade de combustão.

[007] De acordo com uma modalidade desta invenção, um dispositivo de controle do motor de combustão interna para o controle de um motor de combustão interna de ignição por centelha do tipo injeção direta no cilindro incluindo uma válvula de injeção de combustível para a injeção de combustível para dentro de um cilindro e uma vela de ignição para inflamar uma mistura de ar-combustível no cilindro e configurado para injetar o combustível em um curso de expansão e inflamar o combustível após injeção no curso de expansão sob uma condição de funcionamento específica é fornecido. O dispositivo de controle do motor de combustão interna encurta um intervalo entre o momento de injeção de combustível no curso de expansão e um momento de ignição à medida que o momento de ignição é retardado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] A FIG. 1 é um diagrama de configuração de um motor de combustão interna ao qual um controle de uma modalidade é aplicado.

[009] A FIG. 2 é um diagrama que mostra um exemplo de feixes de pulverização de uma válvula de injeção de combustível.

[010] A FIG. 3 é um diagrama que mostra um exemplo de uma relação de posição entre a válvula de injeção de combustível e uma vela de ignição.

[011] A FIG. 4 é um diagrama que mostra outro exemplo da relação de posição entre a válvula de injeção de combustível e a vela de ignição.

[012] A FIG. 5 é um fluxograma que mostra um exemplo de referência de uma rotina de controle para uma quantidade de injeção de combustível, um momento de injeção e um momento de ignição.

[013] A FIG. 6 é um gráfico que mostra um estado de uma mistura de ar- combustível no momento de ignição.

[014] A FIG. 7 é um gráfico que mostra uma relação entre um intervalo Δt a partir de um momento de injeção de combustível para o momento de ignição e o momento de ignição.

[015] A FIG. 8A é um gráfico que mostra um exemplo de uma relação do momento de injeção de combustível, cada fator em um cilindro e o momento de ignição.

[016] A FIG. 8B é um gráfico que mostra um outro exemplo da relação entre o momento de injeção de combustível, cada fator no cilindro e o momento de ignição.

[017] A FIG. 9 é um fluxograma que mostra uma rotina de controle de acordo com uma primeira modalidade.

[018] A FIG. 10 é uma solicitação de mapa de Δt.

[019] A FIG. 11 são dados do mapa utilizados para o cálculo de um momento final de injeção necessária.

[020] A FIG. 12 é um gráfico do momento quando um controle da primeira modalidade é executado.

[021] A FIG. 13 é um fluxograma, que mostra uma rotina de controle de acordo com uma segunda modalidade.

[022] A FIG. 14 é um gráfico que mostra uma relação entre uma quantidade de injeção de combustível de curso de expansão e um momento de ignição na segunda modalidade.

[023] A FIG. 15 é um gráfico que mostra uma relação entre uma quantidade de injeção de combustível de curso de admissão e a quantidade da injeção de combustível de curso de expansão na segunda modalidade.

[024] A FIG. 16 é um gráfico que mostra uma relação entre uma quantidade de injeção de combustível de curso de admissão e uma quantidade de injeção de combustível de curso de expansão em uma terceira modalidade.

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE

[025] Daqui em diante as modalidades da presente invenção são descritas com referência aos desenhos anexos. (Primeira Modalidade)

[026] A FIG. 1 é um diagrama esquemático da configuração de um motor de injeção interna de ignição por centelha do tipo injeção de combustível direta no cilindro (a seguir, também chamado de um “motor”), ao qual a presente modalidade é aplicada.

[027] O motor 1 introduz ar fresco para uma câmara de combustão 4 através de uma passagem de admissão 2 e uma válvula de admissão 3. Um êmbolo 5 configurado para executar movimento recíproco é fornecido em uma parte inferior da câmara de combustão 4. A cavidade 5a é formada em uma parte central da superfície da coroa do êmbolo 5.

[028] Uma válvula de injeção de combustível 6 para a injeção direta de combustível na câmara de combustão 4 e uma vela de ignição 7 para inflamar uma centelha em uma mistura de ar e combustível na câmara de combustão 4 são fornecidos em uma parte superior da câmara de combustão 4. A válvula de injeção de combustível 6 é uma válvula de injeção de bocal com orifício tendo uma pequena alteração de forma de pulverização também quando uma pressão no cilindro aumenta na metade posterior de um curso de compressão e tendo uma elevada direcionalidade. A válvula de injeção de combustível 6 utilizada na presente modalidade está configurada de modo a que seis feixes de pulverização (B1 a B6) formam uma forma cônica com a válvula de injeção de combustível 6 que serve como um vértice, como mostrado na FIG. 2, mas o número de feixes e semelhantes não se limita a estes.

[029] As FIGS. 3 e 4 são diagramas mostrando uma relação de posição entre a válvula de injeção de combustível 6 e a vela de ignição 7, e mostra um estado quando a superfície do teto da câmara de combustão 4 é visto a partir do lado do êmbolo 5.

[030] A válvula de injeção de combustível 6 e a vela de ignição 7 são ambos dispostos adjacentes um ao outro perto de um centro da superfície do teto da câmara de combustão 4. Especificamente, a válvula de injeção de combustível 6 e a vela de ignição 7, apenas têm de ser dispostas de tal modo que um fluxo de gás possa ser gerado em torno da vela de ignição 7 por injeção de combustível. Por exemplo, como mostrado na FIG. 3, alguns (B5 na FIG. 3) dos feixes de pulverização podem passar através de um vão de centelha da vela de ignição 7. Além disso, como mostrado na FIG. 4, alguns (B5 ou B6 na FIG. 4) dos feixes de pulverização podem ser dispostos para passar perto do vão de centelha da vela de ignição 7.

[031] O gás de exaustão após o final da combustão é descarregado para uma passagem de exaustão 9, a partir da câmara de combustão 4 através de uma válvula de exaustão 8. Um sensor de razão de ar de exaustão-combustível 21 para a detecção de uma razão de ar de exaustão-combustível é fornecido na passagem de exaustão 9 e um catalisador de purificação de gases de exaustão 11 é fornecido a jusante do sensor 21.

[032] A válvula de admissão 3 e a válvula de exaustão 8 são respectivamente acionadas por um came de admissão 12 fornecido em um eixo de came de admissão e uma came de exaustão 13 fornecido em um eixo de came de exaustão. A bomba de combustível 14 está disposta sobre uma parte da extremidade do eixo de came de admissão, e o combustível pressurizado na presente bomba de combustível 14 é introduzido para a válvula de injeção de combustível 6 através de um tubo de combustível de alta pressão 15. Deve ser notado que um sensor de pressão de combustível 23 para a detecção de uma pressão da passagem de combustível ao longo do tubo de combustível de alta pressão 15 é fornecido no tubo de combustível de alta pressão 15.

[033] O motor 1 é integralmente controlado por uma unidade de controle de motor (ECU) 20. Deste modo, os sinais são introduzidos para a ECU 20 a partir de um medidor de fluxo de ar 24 para detecção de uma quantidade de ar de admissão, um sensor de posição de acelerador 25 para a detecção de uma quantidade de depressão do pedal do acelerador, um sensor de ângulo de manivela 26, um sensor de ângulo de came 27, um sensor de temperatura da água de resfriamento 28, uma chave de arranque 29 e semelhantes, além do sensor de razão de ar de exaustão- combustível 21 e o sensor de pressão de combustível 23. A ECU 20 controla a válvula de injeção de combustível 6, a vela de ignição 7, a bomba de combustível 14 e semelhantes, na base destes sinais.

[034] A FIG. 5 é um fluxograma, que mostra um exemplo de referência de uma rotina de controle para uma quantidade de injeção de combustível, um momento de injeção e um momento de ignição do motor 1 descrito acima.

[035] Quando um motorista realiza uma operação de partida do motor para ligar a chave de arranque, a ECU 20 começa uma partida na Etapa S11. Desta forma, o motor 1 inicia o arranque.

[036] Na Etapa S12, a ECU 20 discrimina um cilindro com base em valores de detecção do sensor de ângulo de manivela 26 e do sensor de ângulo de came 27.

[037] Na Etapa S13, a ECU 20 lê uma quantidade de ar de admissão QM, uma velocidade de rotação do motor NE, uma pressão de combustível Pf, uma temperatura de água de resfriamento Tw e um número de ciclos Ncyl de cada um dos cilindros de combustão inicial. Deve ser notado que o número do ciclo Ncyl de cada cilindro pode ser avaliado a partir do número de injeções da válvula de injeção de combustível 6, do número de ignições da vela de ignição 7 ou semelhante.

[038] Na Etapa S 41, a ECU 20 calcula um torque alvo TTC de acordo com a temperatura da água de resfriamento Tw e a velocidade de rotação do motor NE. Por exemplo, os dados da tabela em que o torque alvo TTC é atribuído à temperatura da água de resfriamento Tw e a velocidade de rotação do motor NE, como mostrado, são armazenados na ECU 20 anteriormente, e o torque alvo TTC é obtido referindo-se a estes dados da tabela.

[039] Na Etapa S15, a ECU 20 calcula uma razão alvo de ar-combustível TFBYA do torque alvo TTC e da velocidade de rotação do motor NE. Os dados do mapa, como mostrado na qual a razão alvo de ar-combustível TFBYA é atribuída à velocidade de rotação do motor NE e ao torque alvo TTC são, por exemplo, armazenados na ECU 20 e razão alvo de ar-combustível TFBYA é calculada por referência a este mapa de dados. Deve-se notar que a razão alvo de ar-combustível TFBYA significa um inverso de uma razão de excesso de ar alvo X.

[040] Na etapa S16, a ECU 20 determina se a chave de partida (STSW) foi ou não desativada de ON para OFF. Um processamento da Etapa S17 é realizada se a chave de arranque for mudada de ON para OFF, enquanto que um processamento da Etapa S 26 é realizado se a chave de arranque for mantida em ON.

[041] Na Etapa S17, a ECU 20 determina se ou não a pressão de combustível Pf é mais elevada do que uma pressão de combustível predeterminada LPf. Deve-se notar que o valor de pressão de combustível predeterminado LPf usado aqui é definido como um valor de pressão de combustível em que a forma da pulverização de combustível injetada a partir da válvula de injeção de combustível 6 é deformada, uma parte da pulverização de combustível não atinge diretamente a vela de ignição 7 e existe a possibilidade de ocorrência de queima acidental, e um valor é determinado pela verificação de uma relação entre a pressão de combustível e a pulverização como uma característica da válvula de injeção de combustível 6 por um experimento ou semelhantes com antecedência. Um processamento da Etapa S18 é realizado se Pf > LPf, enquanto que um processamento da Etapa S26 é realizado se Pf < LPf.

[042] Na Etapa S18, a ECU 20 calcula um número de ciclos de controle de aumento da temperatura do catalisador Kcyl. O número de ciclos de controle de aumento da temperatura do catalisador Kcyl é um número de ciclos necessário para ser atingido até o catalisador de purificação de gases de exaustão 11 atingir uma temperatura de ativação TcatH, ou seja, um número de ciclos necessário para um controle de aumento da temperatura. Aqui, uma relação entre uma temperatura da água no momento da partida Tw0 e o número de ciclos de controle de aumento da temperatura do catalisador Kcyl é obtido por um experimento ou semelhante, ou armazenados como dados da tabela na ECU 20 anteriormente, e uma temperatura do catalisador Tcat é calculada por referência a esta tabela de dados sem ser diretamente medida. Aqui, Kcyl = 0 é definido nesta rotina, se a temperatura da água no momento da partida Tw0 está abaixo de uma temperatura predeterminada LTw. Ou seja, um controle do aumento da temperatura do catalisador não é executado. Deve-se notar que a temperatura predeterminada LTw é definida como uma temperatura na qual se verifica que a combustão estratificada não pode ser realizada devido a um problema de estabilidade de combustão.

[043] Na Etapa S19, a ECU 20 determina se ou não o presente número de ciclos Ncyl está abaixo do número de ciclos de controle de aumento de temperatura Kcyl (Kcyl > Ncyl). Se Kcyl > Ncyl, um processamento da Etapa S20 é realizado, assumindo a presença de uma solicitação de aumento da temperatura do catalisador e o controle de aumento da temperatura do catalisador é executado como descrito abaixo (Etapas S20 a S24). Por outro lado, se Kcyl < Ncyl, esta rotina é encerrada.

[044] Na Etapa S20, a ECU 20 calcula uma razão de ar-combustível TFBYA2 corrigida. Esta razão de ar-combustível TFBYA2 corrigida é a soma da razão alvo de ar-combustível TFBYA necessária para gerar o torque alvo TTC e a quantidade de componentes não queimados para a realização de “pós-combustão”. Aqui, para aumentar eficientemente a temperatura do gás de exaustão, a quantidade de CO e de H2, que são produtos de combustão incompleta gerados pela combustão principal e a quantidade de oxigênio residual presente depois da combustão principal precisam ser equilibradas. Desse modo, a razão de ar-combustível TFBYA2 corrigida é definida entre 0,8 e 1,0.

[045] Na Etapa S21, a ECU 20 define um momento de partida de injeção ótima ITex (uma fase inicial de uma fase intermediária de um curso de expansão) no curso de expansão do velocidade de rotação do motor NE e no torque alvo TTC para realizar a combustão estratificada por injeção de curso de expansão para injetar o combustível no curso de expansão. Por exemplo, o momento de partida de injeção ITex é definido por referência aos dados do mapa no qual o momento de partida de injeção ITex é atribuído à velocidade de rotação do motor NE e ao torque alvo TTC. Os dados do mapa do momento de partida de injeção ITex usados aqui são uma relação da velocidade de rotação do motor NE e uma carga do motor com o momento de partida de injeção ótimo ITex obtidos por um experimento ou semelhante e armazenados na ECU 20 anteriormente.

[046] Na Etapa S22, a ECU 20 define uma quantidade de injeção de combustível corrigida Qfex da multiplicação de uma quantidade de injeção de combustível básica (KxQM/NE; K é uma constante) pela razão alvo de ar- combustível TFBYA2 corrigida e um coeficiente de eficiência de combustão Kco. A quantidade de injeção de combustível básica é uma quantidade de injeção de combustível equivalente a uma razão de ar-combustível estequiométrica determinada a partir da quantidade de ar de admissão QM e da velocidade de rotação do motor NE. O coeficiente de eficiência de combustão Kco é multiplicado aqui devido a uma necessidade de considerar a eficiência de combustão do combustível já que parte do combustível fornecido é utilizada para a “pós- combustão” na injeção de curso de expansão e a quantidade total do combustível não é convertida em um torque. Deve-se notar que uma relação do coeficiente de eficiência de combustível Kco com a eficiência de combustão e a carga do motor é, por exemplo, obtida por um experimento ou semelhante, e armazenada na ECU 20 anteriormente, e o coeficiente de eficiência de combustível Kco é lido referindo-se a esta relação. Além disso, um regulador de pressão (quantidade de ar) é ajustado de acordo com uma quantidade de combustão aumentada considerando a eficiência de combustão para atingir a razão alvo de ar-combustível TFBYA.

[047] Deve-se notar que, durante a combustão estratificada pela injeção de curso de expansão, a mistura de ar-combustível em torno da vela de ignição 7 no momento de ignição tem uma razão de ar-combustível inflamável mais rica do que uma razão de ar-combustível estequiométrica. Além disso, durante a combustão estratificada pela injeção de curso de expansão, uma razão total de gás de exaustão-combustível é desejavelmente controlada para ser a razão de ar- combustível estequiométrica para uma razão de ar-combustível pobre (A/F de exaustão = cerca de 14,4 a 18).

[048] Na Etapa S23, a ECU 20 define uma razão de divisão de combustível Ksp, ou seja, uma razão de uma quantidade de combustível de injeção antes de injetar parte do combustível anteriormente para a quantidade de combustível total (corrigida) Qfex. Esta razão de divisão de combustível Ksp é normalmente definida a um valor de cerca de 0 a 0,3 (ou seja, 0% a 30%), embora um valor ótimo determinado pela velocidade de rotação do motor NE e pela carga do motor esteja presente. Aqui, a razão de divisão de combustível Ksp é definida com base em um resultado experimental.

[049] Na etapa S24, a ECU 20 calcula um momento de ignição ADV pelo método a seguir.

[050] Primeiro, um valor de conversão de ângulo de manivela (a seguir, também simplesmente chamado de um “período de injeção”) TI de um período de injeção necessário para injetar a quantidade de injeção de combustível correta Qfex na pressão de combustível Pf é obtido. Por exemplo, uma quantidade de injeção (taxa de injeção) dQf por unidade de tempo é obtida e este período de injeção TI é obtido a partir da quantidade de injeção de combustível corrigida Qfex e da taxa de injeção de dQf pela Equação (1). Deve-se notar que uma característica da taxa de injeção em relação à pressão do combustível Pf da válvula de injeção de combustível 6 é obtida por um experimento ou semelhantes e armazenados como dados da tabela na ECU 20 anteriormente, e a taxa de injeção de dQf é obtida por referência a estes dados da tabela. TI = Qfex/dQfx360xNE/60xC... (1) onde C é uma constante para a conversão da unidade.

[051] O momento de ignição ADV é calculado pela Equação (2) utilizando o momento de injeção calculado TI e o momento de partida de injeção lido ITex. ADV = ITex+TI-Td ... (2)

[052] Aqui, Td é um coeficiente que corresponde ao momento de ignição ADV para que a ignição possa ser realizada perto da extremidade final da pulverização e antes da chegada da ponta de pulverização na superfície da parede da câmara de combustão 4. Deve-se notar que os valores ótimos são obtidos através de um experimento ou semelhante, e os dados dos mesmos são armazenados na ECU 20 anteriormente, e este coeficiente de Td pode ser obtido por referência a estes dados a cada momento.

[053] Na etapa S25, a ECU 20 injeta o combustível. No entanto, a quantidade de injeção de combustível anterior (= quantidade de combustível total Qfex x razão de divisão de combustível Kps) do combustível é injetada anteriormente durante um curso de admissão e a quantidade restante (= Qfex x (1Kps)) do combustível é injetada no momento de partida de injeção ITex definido entre a fase inicial e a fase intermediária do curso de expansão.

[054] Por outro lado, na Etapa S26 realizada se a chave de estator é mantida em ON (ligada) na Etapa S16, ou se a pressão de combustível Pf é igual a ou menor do que o valor predeterminado de pressão de combustível LPf na Etapa S17, a ECU 20 executa um controle normal. O controle normal mencionado aqui é o seguinte.

[055] Primeiro, um caso em que a chave de partida é mantida em ON (ligada) é um tempo transiente de partida acompanhado de um aumento súbito da rotação. Neste caso, a quantidade de combustível calculada a partir da quantidade de injeção de combustível básica, da razão alvo de ar-combustível, de uma correção da quantidade de aumento da temperatura da água, de correções da quantidade de aumento durante o arranque e após o arranque e semelhantes, é injetada no curso de admissão ou na metade posterior do curso de compressão. Além disso, para um bom aumento de rotação, o momento de ignição ADV é ajustado relativamente mais para um lado avanço do que o momento de ignição durante inatividade rápida normal.

[056] Por outro lado, mesmo depois da chave de arranque estar ligada de ON para OFF, a possibilidade de uma queima acidental, sem parte da pulverização de combustível atingir diretamente a vela de ignição 7 é julgada, o combustível é injetado no curso de admissão ou no curso de compressão e o momento de ignição ADV é, por exemplo, definido para MBT (antecedência mínima para o Melhor Torque) em relação à velocidade de rotação do motor e a carga do motor, apesar do momento de injeção de combustível, se a pressão de combustível Pf é igual ou menor do que o valor predeterminado de pressão de combustível LPf.

[057] A FIG. 6 é um gráfico que mostra um estado da mistura de ar- combustível no momento de ignição esperado quando a rotina de controle acima descrita é realizada. Como mostrado, espera-se que uma mistura de ar-combustível tenha uma razão de ar-combustível inflamável mais rica do que a razão de ar- combustível estequiométrica que é formada em torno da vela de ignição 7 por meio da injeção de curso de expansão no momento de ignição e uma mistura de ar- combustível mais pobre do que um mistura de ar-combustível estequiométrica é formada fora da mistura de ar-combustível pela injeção de curso de admissão. Para melhorar o efeito da temperatura do catalisador aumentada pela “pós-combustão”, é desejável inflamar em um momento posterior de modo que o gás de exaustão tendo uma temperatura mais elevada seja descarregado a partir do motor 1.

[058] O combustível tem uma propriedade de fluido geral de vaporização mais fácil com redução de pressão. Em outras palavras, o combustível tem a propriedade de ser mais facilmente disperso com uma redução de pressão no cilindro. Durante o curso de expansão, a pressão no cilindro diminui à medida que o êmbolo 5 desce. Especificamente, à medida que o momento de ignição é retardado para promover o aumento da temperatura do catalisador, o combustível injetado no curso de expansão é mais facilmente disperso e se torna difícil fazer com que a mistura de ar-combustível inflamável mais rica do que a mistura de ar-combustível estequiométrica, como mostrado na FIG. 6, esteja presente em torno da vela de ignição 7 no momento de ignição. Como resultado, a possibilidade de uma queima acidental aumenta. Como já descrito, a rotina de controle descrita acima tem espaço para melhorias em termos de garantir a estabilidade da combustão.

[059] Como consequência, na presente modalidade, um controle descrito abaixo é executado para ativar o catalisador de purificação de gases de exaustão no início, garantindo simultaneamente a estabilidade de combustão.

[060] Primeiro, um modo de pensar que serve como uma base de controle de acordo com a presente modalidade é descrito.

[061] O combustível injetado por injeção de curso de expansão é mais facilmente dispersa na metade posterior do curso de expansão, tal como descrito acima. Se a ignição for realizada depois de uma concentração de mistura de ar- combustível em torno da vela de ignição 7 diminuir, a estabilidade da combustão é prejudicada.

[062] Como consequência, no caso de realizar a injeção de curso de expansão, um intervalo (daqui em diante também chamado de um “intervalo de injeção - ignição”) Δt a partir de um momento final de injeção de combustível para o momento de ignição é encurtado de modo que a ignição é realizada antes da concentração de mistura de ar-combustível em torno da vela de ignição 7 diminuir. Além disso, uma vez que a pressão dentro do cilindro diminui à medida que a posição do êmbolo 5 é abaixada e o pulverizador de combustível é facilmente disperso durante o curso de expansão, o ΔT é encurtado à medida que o momento de ignição é retardado como mostrado na FIG. 7.

[063] As FIGS. 8A e 8B são gráficos de temporização que mostram uma relação entre o intervalo de injeção-ignição Δt e a estabilidade da combustão. A FIG. 8A é um gráfico quando o combustível é injetado em um momento relativamente anterior do curso de expansão (daqui em diante também chamado de “caso do momento de injeção de combustível anterior). A FIG. 8B é um gráfico quando o combustível é injetado na fase intermediária do curso de expansão (daqui em diante também chamado de um “caso de momento de injeção de combustível retardado”). Uma “janela de ignição estável” nas FIGS. 8A e 8B significa uma faixa do momento de ignição em que é obtida a boa combustão. Ou seja, um período durante o qual a concentração da mistura de ar-combustível em torno da vela de ignição 7 é substancialmente atingida é a janela de ignição estável. O momento de ignição está configurado para incluir esta janela de ignição estável.

[064] Deve-se notar que, embora a comparação das FIGS. 8A e 8B mostre que o momento de injeção de combustível está substancialmente na mesma posição, isto ocorre porque uma variação de cada fator no cilindro e no momento de ignição é mostrada com base no momento de injeção de combustível para comparar a magnitude de Δt, e um momento de injeção de combustível real é maior no lado de avanço na FIG. 8A do que na FIG. 8B. O mesmo aplica-se também para o momento de ignição e um momento de ignição Tit1 na FIG. 8A está mais do lado de avanço do que um momento de ignição Tit2 na FIG. 8B.

[065] Uma velocidade de fluxo de gás em torno da vela de ignição 7 aumenta com o início da injeção de combustível, em ambas as FIGS. 8A e 8B e diminui após o final da injeção de combustível. No entanto, um valor máximo da velocidade de fluxo é maior e um período até o valor máximo ser atingido e um período até a velocidade do fluxo diminuir do valor máximo são menores na FIG. 8B. Isto ocorre porque o combustível é injetado em um estado em que a pressão dentro do cilindro é baixa à medida que o momento de injeção de combustível é retardado e o gás flui mais facilmente com uma diminuição da pressão dentro do cilindro.

[066] Esta diferença de fluidez do gás também afeta a concentração de mistura de ar-combustível em torno da vela de ignição 7 e uma perturbação do fluxo de gás. A concentração de mistura de ar-combustível em torno da vela de ignição 7 e a perturbação do fluxo de gás aumenta mais moderadamente e diminui mais moderada quando o momento de injeção de combustível ocorre mais cedo (Fig. 8A) do que quando o momento de injeção de combustível ocorre mais tarde (Fig. 8B). Desse modo, um intervalo entre o momento de injeção de combustível final e a janela de ignição estável é mais longo, quando o momento de injeção de combustível ocorre mais cedo do que quando o momento de injeção de combustível ocorre mais tarde.

[067] Como resultado, se o momento de ignição é definido utilizando um intervalo de injeção-ignição Δ t1 para o caso em que o momento de injeção de combustível é mais cedo quando o momento de injeção de combustível é mais tarde, o momento de ignição é desviada da janela de ignição estável, como mostrado pela linha tracejada na FIG. 8B. Para garantir a estabilidade da combustão quando o momento de injeção de combustível ocorre relativamente mais tarde, o intervalo de injeção-ignição tem que ser encurtado para Δt2, como mostrado na FIG. 8B. Isto corresponde à relação entre o intervalo de injeção-ignição Δt e o momento de ignição descrito com referência à FIG. 7. Deve-se notar que, apesar de um tempo determinado para formar a mistura de ar-combustível se tornar mais curto à medida que o intervalo de injeção-ignição Δt se torna mais curto, não há nenhuma geração de fumo uma vez que as pressões das bombas de combustível foram aumentadas e a pulverização de combustível foi atomizada nos últimos anos.

[068] Em seguida, os conteúdos específicos de controle de acordo com a presente modalidade são descritos.

[069] A FIG. 9 é um fluxograma que mostra uma rotina de controle de acordo com a presente modalidade. Conforme descrito acima, a rotina de controle da FIG. 5 tem margem para melhorar o momento de injeção de combustível e o momento de ignição durante o controle de aumento de temperatura do catalisador (Etapas S20 a S24). Como consequência, na presente modalidade, o momento de injeção de combustível e o momento de ignição são controlados através da rotina de controle da FIG. 9 em vez de S20 a S24 da FIG. 5.

[070] Na etapa S30, a ECU 20 lê o torque alvo TTC a velocidade de rotação do motor NE.

[071] Na etapa S31, a ECU 20 determina se o catalisador de purificação de gases de exaustão 11 está ou não em um estado ativo e determina a realização de combustão homogênea normal na Etapa S37 se o catalisador de purificação de gases de exaustão 11 estiver no estado ativo. A combustão homogênea normal mencionada aqui é um modo de combustão para formar uma mistura de ar- combustível estequiométrica homogênea em todo o cilindro por injeção de curso de admissão e realização de ignição durante o curso de compressão.

[072] Se o catalisador de purificação de gases de exaustão 11 for determinado como estando em um estado inativo na etapa S31, a ECU 20 realiza um processamento da etapa S32.

[073] Na Etapa S32, a ECU 20 determina a realização de um modo de combustão (combustão estratificada de curso de expansão) para formar uma mistura de ar-combustível estratificada por injeção de curso de expansão.

[074] Na etapa S33, a ECU 20 lê a temperatura da água de resfriamento Tw. Deve-se notar que o que se lê aqui só tem que ser uma temperatura correlacionada com uma temperatura dentro dos cilindros. Por exemplo, uma temperatura do óleo pode ser lida.

[075] Na Etapa S34, a ECU 20 atualiza o momento de ignição. Por exemplo, um momento de ignição de referência para a combustão estratificada de curso de expansão definida anteriormente com uma margem em relação a um limite de estabilidade de combustão é deslocado para o lado do retardo. Uma vez que a estabilidade de combustão diminui à medida que a temperatura dentro do cilindro diminui, o quanto de limite de estabilidade de combustão é deslocado é determinado de acordo com a temperatura da água de resfriamento. Deve-se notar que o momento de ignição de referência pode ser definido por uma rotina de controle diferente dessa rotina de controle, por exemplo, nas Etapas S20 a S24 da FIG. 5.

[076] Na Etapa S35, a ECU 20 calcula uma solicitação de Δt. A solicitação de Δt significa o intervalo de injeção-ignição em que a estabilidade de combustão pode ser assegurada na combustão estratificada de curso de expansão. Os dados do mapa em que a solicitação Δ é atribuída para a quantidade de ar de admissão e o momento de ignição, como mostrado na FIG. 10 são, por exemplo, armazenados na ECU 20 e a solicitação Δt é calculada referindo-se a este mapa de dados. Na FIG. 10, à medida que o momento de ignição é deslocado para o lado do retardo e a quantidade de ar de admissão diminui, a solicitação Δ torna-se mais curta. A solicitação Δt tornar-se mais curta à medida que o momento de ignição é deslocado para o lado do retardo porque a pressão dentro dos cilindros diminui e a pulverização de combustível é facilmente dispersa à medida que o momento de ignição é retardado como descrito acima. A solicitação Δt torna-se mais longa à medida que a quantidade de ar de admissão aumenta porque a quantidade de injeção de combustível também aumenta e um tempo necessário para a dispersão se torna mais longo à medida que a quantidade de ar de admissão aumenta. Deve- se notar que a quantidade de ar de admissão pode ser calculada a partir do torque alvo e da velocidade de rotação do motor ou um valor de detecção do medidor de fluxo de ar 24 pode ser lido na Etapa S30.

[077] Na Etapa S36, a ECU 20 define o momento de injeção de combustível pelo método seguinte.

[078] Primeiro, o momento final da injeção de combustível (momento final do momento de injeção necessário) é calculado a partir do momento de ignição (momento de ignição necessário) atualizado na Etapa S34 e da quantidade do ar de admissão. Uma relação do momento de ignição necessário, do momento final de injeção necessário e da quantidade de ar de admissão é, por exemplo, obtida por um experimento ou semelhantes, e armazenada como dados do mapa, como mostrado na FIG. 11 na ECU 20 anteriormente, e o momento de injeção final necessário é calculado com base no momento de ignição necessário e na quantidade de ar de admissão.

[079] Se o momento de injeção final necessário calculado desta maneira e um período de injeção de combustível obtido a partir da quantidade de injeção de combustível são utilizados, um momento de partida de injeção de combustível é também obtido. Deve-se notar que a quantidade de injeção de combustível é definida, por exemplo, por uma técnica semelhante à das Etapas S22 e S23 da FIG. 5.

[080] Em seguida, a ECU 20 começa a injeção de combustível no momento de partida de injeção de combustível calculado como descrito acima.

[081] A FIG. 12 é um gráfico de temporização, quando o controle da presente modalidade é realizado em um arranque a frio do motor 1. Aqui, assume-se que um estado inativo é mantido depois do motor 1 ser iniciado no tempo 0.

[082] Após o arranque a frio, a combustão estratificada de curso de expansão é realizada para aumentar a temperatura da purificação catalisador do gás de exaustão 11. De acordo com um aumento da temperatura da parede do cilindro, o momento de ignição é gradualmente deslocado para o lado de retardo e o momento de injeção de combustível final é também deslocado para o lado de retardo de acordo com esta modalidade. O retardo do momento de ignição faz com que o momento de ignição se aproxime do limite de estabilidade da combustão. No entanto, uma vez que o momento final de injeção de combustível é ajustado para atingir o intervalo de injeção-ignição Δt descrito acima, a combustão estratificada estável pode ser realizada. Como resultado, a estabilidade da combustão não ultrapassa um limite permitido.

[083] Como descrito acima, na presente modalidade, o combustível é injetado no curso de expansão e a combustão estratificada (camada de combustão) é realizada por meio da ignição do pulverizador de combustível injetado no curso de expansão sob uma condição de operação para promover um aumento da temperatura do catalisador de purificação de gases de exaustão 11 (condição de operação específica). Neste momento, a ECU 20 faz com que o intervalo (Δt) entre o momento de injeção de combustível e o momento de ignição no curso de expansão seja mais curto à medida que o momento de ignição é retardado.

[084] Deste modo, a ignição pode ser realizada antes da pulverização de combustível em torno da vela de ignição 7 ser dispersa e estabilidade da combustão da combustão estratificada pode ser assegurada. Especificamente, é possível realizar a ativação inicial do catalisador de purificação de gases de exaustão 11 pela combustão estratificada assegurando ao mesmo tempo a estabilidade de combustão (Segunda Modalidade)

[085] Em seguida, uma segunda modalidade é descrita. Na presente modalidade, a fim de melhorar ainda mais a estabilidade da combustão estratificada de curso de expansão, a quantidade de injeção de combustível no curso de expansão é aumentada à medida que o momento de ignição é retardado, ou seja, à medida que o momento de ignição se aproxima do limite de combustão. A estabilidade da combustão é aumentada pelo aumento da quantidade de injeção de combustível no curso de expansão pela seguinte razão.

[086] Primeiro, isso ocorre porque a quantidade de mistura de ar- combustível inflamável e rica restante em torno da vela de ignição 7 no momento de ignição aumenta à medida que a quantidade de injeção de combustível no curso de expansão aumenta. Em segundo lugar, isso ocorre devido às características de injeção da válvula de injeção de combustível 6. A quantidade de injeção da válvula de injeção de combustível 6 está, basicamente, na proporção de uma largura de pulso de acionamento injeção (tempo de injeção). No entanto, à medida que a largura de pulso da unidade de injeção se torna mais curta, linearidade entre a largura de pulso da unidade de injeção e a quantidade de injeção é perdida em uma região de largura de pulso de acionamento injeção curta devido às restrições de desempenho de um corpo de válvula de injeção e um circuito de controle. Desse modo, à medida que a largura de pulso de acionamento de injeção se torna mais longa, uma variação da quantidade de injeção de combustível se torna menor e a estabilidade de combustão é melhorada.

[087] A FIG. 13 é um fluxograma, que mostra uma rotina de controle de acordo com a presente modalidade.

[088] As Etapas S40 a S45 e S48 não são descritas, uma vez que são as mesmas que as Etapas S30 a S35 e S37 da FIG. 9.

[089] Na Etapa S46, a ECU 20 define o momento de injeção da injeção de curso de admissão. Primeiro, a quantidade de injeção de combustível pela injeção de curso de admissão é calculada e o momento de partida de injeção de combustível é definido para terminar a injeção de combustível durante o curso de admissão com base nisso. A quantidade de injeção de combustível pela injeção de curso de admissão pode ser calculada com base na quantidade total de combustível Qfex e na taxa de divisão de combustível Ksp, por exemplo, como na Etapa S23 da FIG. 5.

[090] Na Etapa S47, a ECU 20 define o momento de injeção da injeção de curso de expansão. Primeiro, a quantidade de injeção de combustível pela injeção de curso de expansão é calculada e o momento de injeção de combustível é definido com base nisso através de uma técnica semelhante à da Etapa S36 da FIG. 9. A relação entre o momento de ignição e a quantidade de injeção de combustível no curso de expansão, como mostrado na FIG. 14 é, por exemplo, obtida e armazenada como dados da tabela na ECU 20 em avanço, e a quantidade de injeção de combustível da pela injeção de curso de expansão é calculada referindo-se a esta tabela de dados. Na FIG. 14, a quantidade de injeção de combustível por injeção de curso de expansão é definida para não exceder uma quantidade de injeção de combustível (linha tracejada na FIG. 14) determinada a partir de um valor de regulação de quantidade de emissão de PM (Matéria Particulada).

[091] A FIG. 15 resume uma relação da quantidade de injeção de combustível pela injeção de curso de admissão e a quantidade de injeção de combustível por meio da injeção de curso de expansão com o momento de ignição na presente modalidade. Como mostrado, a quantidade de injeção de combustível pela injeção de curso de admissão é constante, independentemente do momento de ignição, ao passo que a quantidade de injeção de combustível pela injeção de curso de expansão aumenta à medida que o momento de ignição é deslocado para o lado de retardado, tal como descrito acima.

[092] Como descrito acima, na presente modalidade, uma vez que a ECU 20 aumenta a quantidade de injeção de combustível pelo curso de expansão à medida que o momento de ignição é retardado, é possível suprimir uma redução da concentração da mistura de ar-combustível em torno da vela de ignição 7 no momento de ignição e melhorar a estabilidade do controle da quantidade de injeção de combustível. Neste modo, a estabilidade de combustão pode ser melhorada. (Terceira Modalidade)

[093] Em seguida, uma terceira modalidade é descrita. Na presente modalidade, a rotina de controle da FIG. 13 é basicamente realizada como na segunda modalidade, mas um método para calcular a quantidade de injeção de combustível pela injeção de curso de admissão na Etapa S46 é diferente. Os conteúdos do processo diferentes daqueles da Etapa S46 não são descritos, uma vez que são os mesmos da segunda modalidade.

[094] A FIG. 16 resume uma relação da quantidade de injeção de combustível pela injeção de curso de admissão e a quantidade de injeção de combustível por meio da injeção de curso de expansão com o momento de ignição na presente modalidade. Como mostrado, a ECU 20 aumenta a quantidade de injeção de combustível no curso de admissão de modo que a razão de ar- combustível da mistura homogênea de ar-combustível formada em todo o cilindro pelo combustível injetado no curso de admissão é mais rica do que a razão de ar- combustível estequiométrica quando o momento de ignição é mais tarde do que um momento predeterminado (ADV1 na FIG. 16). Deve-se notar que, embora a quantidade de injeção de curso de admissão aumenta à medida que o momento de ignição ocorre mais tarde do que o momento de ignição ADV1 na FIG. 16, a quantidade de injeção de combustível pode ser definida em um valor fixo maior sobre um lado do retardo do momento de ignição ADV1 do que em um lado de avanço.

[095] O momento predeterminado é um momento de ignição em que uma velocidade de combustão suficiente não pode ser obtida e a estabilidade de combustão não pode ser assegurada, mesmo quando a mistura de ar-combustível em torno da vela de ignição 7 gerada pela injeção de curso de expansão é inflamada se a razão de ar-combustível da mistura homogênea de ar-combustível gerada em todo o cilindro pela injeção de curso de admissão for mais pobre do que a razão de ar-combustível estequiométrica. Tal momento predeterminado difere dependendo das especificações do motor 1 e é definido com base no resultado de um experimento ou semelhantes.

[096] Se a razão de ar-combustível da mistura homogênea de ar- combustível gerada em todo o cilindro pela injeção de curso de admissão for mais rica do que a razão de ar-combustível estequiométrica, as chamas se propagam mais facilmente do que no caso em que esta razão de ar-combustível é mais pobre do que a razão de ar-combustível estequiométrica. Especificamente, mesmo se concentração de mistura de ar-combustível estratificada em torno da vela de ignição 7 no momento de ignição for reduzida pelo retardamento do momento de ignição, a estabilidade de combustão e a velocidade de combustão pode ser asseguradas.

[097] Como descrito acima, na presente modalidade, a quantidade de injeção de combustível no curso de admissão é aumentada de modo que a razão de ar-combustível da mistura de ar-combustível homogênea gerada em todo o cilindro pelo combustível injetado no curso de admissão é mais rica do que a razão de ar- combustível estequiométrica, se o momento de ignição ocorrer mais tarde do que o momento predeterminado. Desta forma, a estabilidade de combustão e a velocidade de combustão podem ser asseguradas quando o momento de injeção de curso de expansão e o momento de ignição são retardados.

[098] Deve-se notar que, embora o intervalo de injeção-ignição Δt seja um intervalo do momento final de injeção de combustível para o momento de ignição em cada uma das modalidades acima, não há nenhuma limitação ao mesmo. Uma vez que cada modalidade se baseia em um conceito técnico para inflamar antes da mistura de ar-combustível estratificada em torno da vela de ignição 7 ser disperso, um intervalo do momento de partida de injeção para o momento de ignição pode ser definido como o intervalo de injeção-ignição Δt.

[099] Embora as modalidades da presente invenção tenham sido descritas acima, as modalidades acima são apenas uma ilustração de alguns exemplos de aplicação da presente invenção e não se destinam a limitar o escopo técnico da presente invenção para as configurações específicas das modalidades acima.

Claims

1. Dispositivo de controle de motor de combustão interna para controlar um motor de combustão interna de ignição por centelha do tipo injeção direta no cilindro (1) que inclui uma válvula de injeção de combustível (6) para a injeção de combustível em um cilindro e uma vela de ignição (7) para inflamar uma mistura de ar-combustível no cilindro e configurado para injetar o combustível em um curso de admissão e um curso de expansão e inflamar o combustível injetado no curso de expansão sob uma condição de operação específica; CARACTERIZADO pelo fato de que um intervalo entre um momento de injeção de combustível e um momento de ignição no curso de expansão é encurtado à medida que o momento de ignição é retardado; uma quantidade de injeção de combustível no curso de expansão é aumentada à medida que o momento de ignição é retardado; e uma quantidade de injeção de combustível na injeção de curso de admissão é constante independentemente do tempo de ignição.

2. Dispositivo de controle de motor de combustão interna, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que: a quantidade de injeção de combustível no curso de admissão é aumentada de modo que uma razão de ar-combustível de uma mistura de ar-combustível homogênea formada em todo o cilindro pelo combustível injetado no curso de admissão é mais rica do que uma razão de ar-combustível estequiométrica quando o momento de ignição ocorre mais tarde do que um momento predeterminado.

3. Método de controle de motor de combustão interna para controlar um motor de combustão interna de ignição por centelha do tipo injeção direta no cilindro (1) que inclui uma válvula de injeção de combustível (6) para a injeção de combustível em um cilindro e uma vela de ignição (7) para inflamar uma mistura de ar-combustível no cilindro e configurado para injetar o combustível em um curso de admissão e um curso de expansão e inflamar o combustível injetado no curso de expansão sob uma condição de operação específica; CARACTERIZADO pelo fato de que um intervalo entre um momento de injeção de combustível e um momento de ignição no curso de expansão é encurtado à medida que o momento de ignição é retardado; uma quantidade de injeção de combustível no curso de expansão é aumentada à medida que o momento de ignição é retardado; e uma quantidade de injeção de combustível na injeção de curso de admissão é constante independentemente do tempo de ignição.