BR112017026075B1

BR112017026075B1 - Dispositivo de controle de injeção de combustível e método de controle de injeção de combustível

Info

Publication number: BR112017026075B1
Application number: BR112017026075-1A
Authority: BR
Inventors: Takayoshi KODAMA; Takao Inoue; Ryo Uchida
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2022-12-20
Also published as: MY167720A; US10100772B2; RU2654508C1; MX360380B; US20180171926A1; BR112017026075A2; JP6384607B2; CA2988880C; KR20180009810A; MX2017015524A; CN107735560A; EP3309378A4; WO2016199297A1; CN107735560B; EP3309378A1; JPWO2016199297A1; EP3309378B1; CA2988880A1; KR101838865B1

Abstract

DISPOSITIVO DE CONTROLE DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL E MÉTODO DE CONTROLE DE INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL. Trata-se de um dispositivo de controle de injeção de combustível que controla um motor de ignição por centelha de um tipo de injeção de combustível direta intra-cilíndrica. O motor inclui uma válvula de injeção de combustível configurada para injetar diretamente um combustível em um interior de um cilindro, e uma vela de ignição configurada para queimar, por meio de um centelha, uma mistura ar-combustível dentro do cilindro. Quando o combustível injetado colide com uma porção em um estado de baixa temperatura predeterminado, o combustível é injetado mediante a alteração de uma condição de injeção de combustível sob condições de operação predeterminadas a fim de evitar que uma aspersão de combustível continue colidindo com a mesma posição continuamente.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção se refere ao controle de injeção de combustível para um motor de combustão interna de ignição por centelha de um tipo de injeção intra-cilíndrica, por meio do qual um combustível é injetado diretamente para um interior de um cilindro.

TÉCNICA ANTERIOR

[002] Em um motor de combustão interna de ignição por centelha de um tipo de injeção intra-cilíndrica, um combustível pode se fixar a uma superfície de coroa de pistão e similares. Se uma quantidade do combustível fixado aumenta e é queimado e submetido à combustão pela chama da combustão, o número de particulados (PN) irá aumentar. Em vista disso, para restringir a fixação do combustível à superfície de coroa de pistão, o documento sob o no JP 2004- 211664A revela uma técnica para aplicar correção progressiva a um tempo de injeção de combustível durante um processo de compressão de acordo com uma quantidade de retorno de ar durante um período de sobreposição de válvula.

[003] No documento mencionado anteriormente, a combustão estratificada é realizada pela injeção no processo de compressão. Adicionalmente, no documento mencionado anteriormente, o tempo de injeção de combustível durante o processo de compressão é avançado para tornar a distância entre uma válvula de injeção de combustível e uma superfície de coroa de pistão no momento da injeção de combustível mais longa que antes da correção, reduzindo, assim, uma quantidade do combustível fixado à superfície de coroa de pistão.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] No entanto, com o controle de acordo com o documento anteriormente mencionado, durante o acionamento de marcha lenta, por exemplo, uma quantidade de correção progressiva é constante e uma aspersão de combustível sempre colide com a mesma posição sobre a superfície de coroa de pistão. Como resultado, uma quantidade do combustível fixada à superfície de coroa de pistão aumenta.

[005] Em vista disso, a presente invenção tem por objetivo fornecer um dispositivo de controle de injeção de combustível e um método de controle de injeção de combustível que pode reduzir uma quantidade de um combustível fixado a uma superfície de coroa de pistão.

[006] De acordo com uma modalidade desta invenção, é fornecido um dispositivo de controle de injeção de combustível para um motor de ignição por centelha de um tipo de injeção de combustível direta intra-cilíndrica, sendo que o motor compreende uma válvula de injeção de combustível configurada para injetar diretamente um combustível em um interior de um cilindro; e uma vela de ignição configurada para queimar, por meio de uma centelha, uma mistura de ar- combustível dentro do cilindro. Quando o combustível injetado colide com uma porção em um estado de baixa temperatura predeterminado, o dispositivo de controle de injeção de combustível injeta o combustível mediante a alteração de uma condição de injeção de combustível sob condições de operação predeterminadas a fim de evitar que uma aspersão de combustível continue colidindo com a mesma posição continuamente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] A Figura 1 mostra uma configuração de um motor de combustão interna ao qual é aplicado o controle de acordo com a presente modalidade.

[008] A Figura 2 é um fluxograma que mostra uma rotina de controle de acordo com a presente modalidade.

[009] A Figura 3 é uma tabela que mostra uma faixa em que um tempo de injeção de combustível pode ser alterado.

[010] A Figura 4 é uma tabela que mostra uma relação entre uma quantidade de alteração no tempo de injeção de combustível e uma quantidade de injeção de combustível sob a pressão de combustível constante.

[011] A Figura 5 é uma tabela que mostra uma faixa em que uma pressão de combustível pode ser alterada.

[012] A Figura 6 é uma tabela que mostra uma relação entre uma quantidade de alteração na pressão de combustível e uma quantidade de injeção de combustível sob o tempo de injeção de combustível constante.

[013] A Figura 7 é um mapa que mostra as faixas em que a pressão de combustível e o tempo de injeção de combustível podem ser alterados.

[014] A Figura 8 mostra um exemplo de como alterar o tempo de injeção de combustível.

[015] A Figura 9 mostra uma relação entre uma posição de colisão de aspersão de combustível sobre uma superfície de coroa de pistão e o tempo de injeção de combustível.

[016] A Figura 10 ilustra os efeitos vantajosos alcançados mediante a realização do controle de acordo com a presente modalidade.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[017] A seguir é descrita uma modalidade da presente invenção com referência aos desenhos em anexo.

[018] A Figura 1 é um diagrama de configuração esquemático que mostra as proximidades de uma câmara de combustão de um motor de ignição por centelha 1 de um tipo de injeção de combustível direta intra-cilíndrica (mais adiante neste documento também mencionado como um "motor 1") ao qual a presente modalidade é aplicada. Embora a Figura 1 mostre apenas um cilindro, a presente modalidade também pode ser aplicada a um motor de vários cilindros.

[019] Um bloco de cilindro 1B do motor 1 inclui um cilindro 2. Um pistão 3 é alojado de maneira recíproca no cilindro 2. O pistão 3 é unido a um eixo de manivela não ilustrado através de uma haste de conexão 12 e reciproca à medida que o eixo de manivela gira. Uma superfície de coroa 3A do pistão 3 (mais adiante neste documento também mencionada como uma superfície de coroa de pistão 3A) tem uma cavidade 10 descrita posteriormente.

[020] Uma cabeça do cilindro 1A do motor 1 inclui uma câmara de combustão rebaixada 11. A câmara de combustão 11 é configurada em um chamado estilo de telhado inclinado (Pentroof). Um par de válvulas de admissão 6 é montado sobre uma superfície inclinada da câmara de combustão 11 no lado da admissão. Um par de válvulas de escape 7 é montado sobre uma superfície inclinada da câmara de combustão 11 no lado de escape. Uma vela de ignição 8 está situada na posição substancialmente central da câmara de combustão 11 circundada pelo par de válvulas de admissão 6 e pelo par de válvulas de escape 7, de tal maneira que a vela de ignição 8 se estende ao longo de uma linha de eixo geométrico do cilindro 2.

[021] Na cabeça do cilindro 1A, uma válvula de injeção de combustível 9 está situada em uma posição interposta entre o par de válvulas de admissão 6, de tal maneira que a válvula de injeção de combustível 9 se oponha à câmara de combustão 11. A diretividade de uma aspersão de combustível injetada pela válvula de injeção de combustível 9 será descrita posteriormente.

[022] As válvulas de admissão 6 e as válvulas de escape 7 são acionadas e abertas/fechadas por seus respectivos eixos de cames não ilustrados. Um tempo de abertura de válvula e um tempo de fechamento de válvula podem ser controlados de forma variável mediante o fornecimento de um mecanismo de controle de tempo de válvula em pelo menos um dentre o lado de admissão e o lado de escape. O tempo de abertura de válvula denota um tempo para iniciar uma operação de abertura de válvula, enquanto que o tempo de fechamento de válvula denota um tempo para terminar uma operação de fechamento de válvula. Um mecanismo conhecido pode ser usado como o mecanismo de controle de tempo de válvula. Os exemplos incluem um mecanismo que altera a fase de rotação dos eixos de cames em relação ao eixo de manivela, e um mecanismo que pode alterar não apenas a fase de rotação, mas também um ângulo de operação de cada válvula.

[023] Um catalisador de purificação de gás de escape para purificar o gás de escape do motor 1 é disposto em uma passagem de escape 5 no lado a jusante do fluxo do gás de escape. O catalisador de purificação de gás de escape é, por exemplo, um catalisador de três vias.

[024] Conforme declarado anteriormente, a superfície de coroa de pistão 3A do pistão 3 tem a cavidade 10. Sobre a superfície de coroa de pistão 3A, a cavidade 10 está situada em uma posição que é mais próximo ao lado de admissão. A válvula de injeção de combustível 9 é disposta de tal maneira que, quando um combustível é injetado com o pistão 3 situado próximo ao ponto morto superior, a aspersão de combustível seja direcionada em direção à cavidade 10. O formato da cavidade 10 permite que a aspersão de combustível que colidiu com e escapou da cavidade 10 seja direcionada em direção à vela de ignição 8.

[025] Um controlador 100 controla uma quantidade de injeção de combustível, um tempo de injeção de combustível, um tempo de ignição e similares do motor 1, de acordo com um estado de operação do motor 1. O tempo de injeção de combustível aqui mencionado denota um tempo para iniciar a injeção de combustível. Com a finalidade de controlar os mesmos, o motor 1 inclui diversos tipos de dispositivos de detecção, tais como um sensor de ângulo de eixo de manivela, em sensor de temperatura da água de resfriamento e um medidor de fluxo de ar que detecta uma quantidade de ar de admissão.

[026] A seguir é descrito o controle que é realizado pelo controlador 100 mediante a iniciação do motor 1. Na presente modalidade, será presumido que a chamada injeção bifásica é realizada, isto é, uma quantidade de combustível que é necessária por ciclo é injetada em dois lotes.

[027] O catalisador de purificação de gás de escape não exerce desempenho de purificação suficiente em temperaturas mais baixas que uma temperatura de ativação. Portanto, no momento do arranque do motor a frio, isto é, quando a temperatura do catalisador de purificação de gás de escape é mais baixa que a temperatura de ativação, é necessário aumentar rapidamente a temperatura do catalisador de purificação de gás de escape. Em vista disso, quando o catalisador de purificação de gás de escape está em um estado inativo durante um estado de marcha lenta imediatamente após o arranque a frio, o controlador 100 executa a combustão estratificada extremamente retardada a fim de ativar rapidamente o catalisador de purificação de gás de escape. Deve-se observar que a combustão estratificada extremamente retardada é comumente conhecida (consulte o documento sob o no JP 2008-25535A).

[028] Na combustão estratificada extremamente retardada, o controlador 100 define o tempo de ignição para coincidir com, por exemplo, 15 a 30 graus após o ponto morto superior de compressão na primeira metade de um processo de expansão. Adicionalmente, o controlador 100 define o primeiro tempo de injeção de combustível para coincidir com a primeira metade de um processo de admissão e define o segundo tempo de injeção de combustível para coincidir com a última metade de um processo de compressão, de modo que a aspersão de combustível possa alcançar as proximidades da vela de ignição 8 por meio do tempo de ignição. Por exemplo, o segundo tempo de injeção de combustível é definido para coincidir com 50 a 60 graus antes do ponto morto superior de compressão.

[029] Agora é dada uma descrição de uma quantidade da primeira injeção de combustível e uma quantidade da segunda injeção de combustível.

[030] Uma razão ar-combustível de um gás de escape descarregado na combustão estratificada extremamente retardada mencionada anteriormente é estequiométrica (uma razão ar-combustível estequiométrica). De modo similar a um método de definição de quantidade de injeção de combustível comumente usado, o controlador 100 calcula uma quantidade de combustível que possibilita a combustão perfeita com uma quantidade de ar de admissão por ciclo (mais adiante neste documento também mencionada como uma quantidade combustível total). Uma parte da quantidade de combustível total, por exemplo, 50 a 90% em peso da quantidade de combustível total, é usada como a quantidade da primeira injeção e a parte restante é usada como a quantidade da segunda injeção.

[031] Como resultado da definição das quantidades de injeção de combustível da maneira mencionada anteriormente, a aspersão de combustível injetada pela primeira injeção de combustível difunde dentro do cilindro 2 sem colidir com a cavidade 10 e se mistura com o ar, formando assim uma mistura de ar- combustível homogênea escassa ao longo de toda a câmara de combustão 11 em comparação com um caso em que a mistura estequiométrica é usada. Por outro lado, a aspersão de combustível injetada pela segunda injeção de combustível alcança as proximidades da vela de ignição 8 ao ser levantada após a colisão com a cavidade 10, formando, assim, intensivamente uma mistura de ar-combustível rica ao redor da vela de ignição 8 em comparação com um caso em que a mistura estequiométrica é usada. Consequentemente, a mistura de ar-combustível dentro da câmara de combustão 11 é colocada em um estado estratificado. Quando a vela de ignição 8 realiza a ignição por centelha nesse estado, ocorre a combustão resistente à perturbação que restringe a ocorrência que fogo e fumaça acidental. Embora a combustão anteriormente mencionada seja a combustão estratificada, a mesma será mencionada como a combustão estratificada extremamente retardada para distinção de combustão estratificada comumente usada em que o tempo de ignição é antes do ponto morto superior de compressão. Deve-se observar que a primeira injeção de combustível mencionada anteriormente pode ser dividida em dois lotes. Nesse caso, a injeção trifásica pode ser realizada, isto é, uma quantidade de combustível que é necessária por ciclo pode ser injetada em um total de três lotes: dois no processo de admissão e um no processo de compressão.

[032] A combustão estratificada extremamente retardada anteriormente mencionada pode não apenas aumentar uma temperatura de escape, mas também reduzir uma quantidade de hidrocarbonetos (HC) descarregados a partir da câmara de combustão 11 para a passagem de escape 5, em comparação com a combustão estequiométrica homogênea convencional. Especificamente, a combustão estratificada extremamente retardada pode ativar rapidamente o catalisador de purificação de gás de escape enquanto que restringe a descarga de HC para o ar ambiente em um período a partir do início do arranque do motor até a ativação do catalisador de purificação de gás de escape, em comparação com um caso em que o aquecimento é realizado apenas pela combustão estequiométrica homogênea convencional, apenas pela combustão estratificada ou em um modo de combustão em que um combustível suplementar é adicionalmente injetado em adição a esses tipos de combustão em ou após um estágio tardio de combustão (em ou após o processo de expansão, ou durante um processo de escape).

[033] Uma parte do combustível que colidiu com a superfície de coroa de pistão 3A durante a execução da combustão estratificada extremamente retardada alcança a superfície de coroa de pistão 3A sem prosseguir em direção à vela de ignição 8. Mesmo quando o combustível tem alcançado a superfície de coroa de pistão 3A, nenhum combustível irá permanecer sobre a superfície de coroa de pistão 3A se o combustível fixado for vaporizado e submetido à combustão durante o ciclo correspondente. No entanto, à medida que a combustão estratificada extremamente retardada é executada no momento do arranque do motor a frio, o combustível fixado não é facilmente vaporizado até que temperatura da superfície de coroa de pistão 3A aumente. Adicionalmente, nenhum combustível irá permanecer sobre a superfície de coroa de pistão 3A se o combustível fixado por meio da propagação da chama de combustão no ciclo correspondente. No entanto, na combustão estratificada extremamente retardada, à medida que a combustão é iniciada no processo de expansão, a chama de combustão pode não alcançar a superfície de coroa de pistão 3A, ou pode não alcançar a superfície de coroa de pistão 3A em uma temperatura reduzida na última metade do processo de expansão. Por essas razões, é difícil queimar completamente o combustível fixado durante o ciclo correspondente. Deve-se observar que um fenômeno em que o combustível líquido que permanece sobre a superfície de coroa de pistão 3A é queimado e submetido à combustão pela chama de combustão é chamado de um fogo em poça.

[034] Portanto, o combustível líquido que permanece sobre a superfície de coroa de pistão 3A se mantém crescente durante um período predeterminado após o arranque do motor a frio. O período predeterminado mencionado aqui é um período até que uma quantidade na qual o combustível líquido que permanece sobre a superfície de coroa de pistão 3A é vaporizado em um ciclo exceda uma quantidade do combustível que tem alcançado a superfície de coroa de pistão 3A em um ciclo.

[035] Isto é, se a combustão estratificada extremamente retardada for continuada durante um período mais longo que o período predeterminado, o combustível líquido que permanece sobre a superfície de coroa de pistão 3A irá diminuir gradualmente. No entanto, em alguns casos, antes de o período predeterminado decorrer, pode haver uma transição a partir da combustão estratificada extremamente retardada para a combustão estequiométrica homogênea com o combustível líquido que permanece sobre a superfície de coroa de pistão 3A. Os exemplos de tais casos incluem um caso em que o catalisador de purificação de gás de escape foi ativado e um caso em que a aceleração ocorre devido à depressão de um pedal de acelerador. Deve-se observar que a combustão estequiométrica homogênea aqui mencionada denota um modo de combustão em que uma mistura de ar-combustível é formada por toda a câmara de combustão 11 na razão ar-combustível estequiométrica, e a ignição por centelha é realizada no melhor tempo de ignição (avanço mínimo para melhor torque ou MBT).

[036] Se for feita uma transição para a combustão estequiométrica homogênea com o combustível líquido que permanece sobre a superfície de coroa de pistão 3A, a chama de combustão alcança a superfície de coroa de pistão 3A enquanto que mantém uma alta temperatura, o fogo em poça ocorre e o combustível líquido restante é submetido à combustão. Tal combustão do combustível líquido que foi acumulado até o ciclo atual tende a aumentar o PN.

[037] Em vista do exposto acima, na presente modalidade, o controlador 100 realiza o seguinte controle para reduzir a quantidade de combustível líquido que permanece sobre a superfície de coroa de pistão 3A.

[038] A Figura 2 é um fluxograma que mostra uma rotina de controle executada pelo controlador 100. Essa rotina é executada repetidamente em um ciclo curto (por exemplo, a cada 10 milissegundos).

[039] Na etapa S10, o controlador 100 determina se uma solicitação de aceleração foi feita. Especificamente, o controlador 100 determina se a posição do pedal de acelerador (o grau de abertura do pedal de acelerador), ou APO, é maior que zero, isto é, se o pedal de acelerador foi deprimido. Deve-se observar que na presente etapa, é suficiente determinar se a solicitação de aceleração foi feita. Dessa forma, por exemplo, o controlador 100 pode determinar que a solicitação de aceleração foi feita se a velocidade de alteração na posição do pedal de acelerador é maior do que um valor predeterminado. Alternativamente, o controlador 100 pode determinar que a solicitação de aceleração foi feita se a posição de pedal de acelerador é maior do que zero e a velocidade de alteração na posição de pedal de acelerador é maior do que o valor predeterminado.

[040] Se a posição de pedal de acelerador é maior do que zero, o controlador 100 determina que a solicitação de aceleração foi feita, e executa a combustão estequiométrica homogênea na etapa S50. Por outro lado, se a posição de pedal de acelerador for zero, o controlador 100 determina que a solicitação de aceleração não foi feita, e executa o processo da etapa S20.

[041] Na etapa S20, o controlador 100 determina se a temperatura do catalisador é maior do que a temperatura de ativação de catalisador (A °C). Se a temperatura de catalisador for maior do que a temperatura de ativação de catalisador, o controlador 100 realizada a combustão estequiométrica homogênea na etapa S50. Por outro lado, se a temperatura de catalisador foi menor do que a temperatura de ativação de catalisador, o controlador 100 executa a combustão estratificada extremamente retardada (FIR) na etapa S30 a fim de facilitar um aumento na temperatura de catalisador.

[042] Isto é, o controlador 100 executa a combustão estratificada extremamente retardada se o catalisador estiver em um estado inativo e executa a combustão estequiométrica homogênea se o catalisador estiver em um estado ativo. Deve-se observar que se a solicitação de aceleração tiver sido feita, a combustão estequiométrica homogênea é executada para alcançar a aceleração que satisfaça a solicitação de aceleração.

[043] Na etapa S40, o controlador 100 altera um tempo de injeção de combustível e uma pressão de injeção de combustível (mais adiante neste documento também mencionado como uma “pressão de combustível”.) em uma base de ciclo por ciclo, conforme será descrito posteriormente.

[044] Se a combustão estequiométrica homogênea foi executada na etapa S50, o controlador 100 determina se a temperatura da superfície de coroa de pistão 3A, que é uma porção na que a aspersão de combustível colide, é menor do que uma temperatura pré-definida (B °C) na etapa S60 (mais adiante nesse documento, a temperatura da superfície de coroa de pistão 3A também é mencionada como a "temperatura de superfície de coroa de pistão"). Se a temperatura de superfície de coroa de pistão for igual ou maior do que B °C, o controlador 100 termina a presente rotina. Se a temperatura de superfície de coroa de pistão foi menor do que B °C, o controlador 100 executa o processo da etapa S40. A temperatura pré-definida (B °C) usada na etapa S60 é a temperatura de superfície de coroa de pistão em um estado em que o combustível líquido que permanece sobre a superfície de coroa de pistão 3A tem aumentado com o tempo, por exemplo. Deve-se observar que a temperatura de superfície de coroa de pistão pode ser estimada a partir da temperatura de superfície de parede do cilindro nesse estado. A temperatura de superfície de parede de cilindro pode ser estimada a partir da temperatura da água de resfriamento.

[045] Conforme descrito acima, quando a solicitação de aceleração não foi feita, o controlador 100 executa a combustão estratificada extremamente retardada se o catalisador estiver em um estado inativo e executa a combustão estequiométrica homogênea se o catalisador estiver em um estado ativo. Quando a combustão estratificada extremamente retardada é executada, o tempo de injeção de combustível e a pressão de combustível são alterados em uma base de ciclo por ciclo. Adicionalmente, mesmo quando um modo homogêneo é executado, o controlador 100 altera o tempo de injeção de combustível e a pressão de combustível em uma base de ciclo por ciclo se a temperatura de superfície de coroa de pistão foi menor do que B °C na qual o combustível líquido pode ser acumulado sobre a superfície de coroa de pistão 3A.

[046] Esse não é necessariamente o caso em que tanto o tempo de injeção de combustível como a pressão de combustível precisam ser alterados. Apenas um dentre o tempo de injeção de combustível e a pressão de combustível pode ser alterado contanto que os efeitos vantajosos mencionados anteriormente possam ser alcançados. Adicionalmente, o tempo de injeção de combustível e a pressão de combustível não são limitados a serem alterado em uma base de ciclo por ciclo, e podem ser alterados a cada poucos ciclos ou em ciclos irregulares. Ainda outra modalidade pode ser adotada contanto que possa restringir a ocorrência de uma situação em que o combustível líquido é continuamente aspergido na mesma porção e não seca facilmente com o uso contínuo (isto é, sem alteração) da condição de injeção de combustível básica (o tempo de injeção de combustível ou a pressão de combustível) que é calculada pelo controlador 100 sob condições de operação de motor predeterminadas (iguais).

[047] Essas "condições de operação de motor predeterminadas" denotam condições ambientais (uma quantidade de ar de admissão, uma temperatura, um torque solicitado, etc.) sob as quais diversos parâmetros de controle são calculados sucessivamente enquanto o motor está em operação. Especificamente, em contraste com os casos convencionais, em que o controle é realizado com o uso das mesmas condições de injeção de combustível (o tempo de injeção de combustível e a pressão de combustível) sob as condições de operação de motor predeterminadas (iguais), a presente modalidade realiza o controle para alterar deliberadamente a condição (ou condições) de injeção de combustível (pelo menos um dentre o tempo de injeção de combustível e a pressão de combustível) e deslocar a posição na qual o combustível alcança com a passagem de tempo de nível micro, até sob as condições de operação de motor predeterminadas (iguais). Adicionalmente, é suficiente que o efeito vantajoso de evitar que um aumento em PN seja alcançado pela quantidade do deslocamento na posição na qual o combustível alcança. Não há necessidade de causar um deslocamento maior do que necessário.

[048] Deve-se observar que quando a combustão estratificada extremamente retardada é executada, a determinação sobre a temperatura de superfície de coroa não é feita devido ao fato de que a etapa S20 se duplica como a determinação sobre a temperatura de superfície de coroa. Especificamente, o catalisador pode ser colocado no estado inativo no momento do arranque de motor a frio ou mediante a saída da parada em marcha lenta ou o corte de combustível, isto é, quando a temperatura de superfície de coroa de pistão é baixa. Portanto, pode ser estimado que a temperatura de superfície de coroa de pistão é baixa se a temperatura de catalisador foi menor do que a temperatura de ativação na etapa S20.

[049] Agora é dada uma descrição do processo da etapa S40.

[050] Conforme descrito acima, na etapa S40, o controlador 100 altera um tempo de injeção de combustível e uma pressão de combustível em uma base de ciclo por ciclo. Isso é destinado a alterar a posição com a qual a aspersão de combustível colide sobre a superfície de coroa de pistão 3A (também mencionada como uma posição de colisão de combustível) em uma base de ciclo por ciclo. Se a posição de colisão de combustível não se alterar, a aspersão de combustível no próximo ciclo colide com a posição de colisão de combustível antes da vaporização do combustível que se fixou à superfície de coroa de pistão 3A. A repetição de tal colisão leva ao acúmulo do combustível líquido na posição de colisão de combustível. Para restringir tal acúmulo do combustível líquido, o controlador 100 realiza o controle de injeção de combustível para deslocar a posição de injeção de combustível no ciclo atual a partir da posição de colisão de combustível no ciclo anterior. A seguir são descritos três padrões de controle de injeção de combustível que pode deslocar a posição de injeção de combustível no ciclo atual a partir da posição de colisão de combustível no ciclo anterior.

(Primeiro Padrão)

[051] Um primeiro padrão é um padrão em que o controlador 100 altera o tempo de injeção de combustível enquanto mantém a pressão de combustível constante.

[052] A Figura 3 é uma tabela que mostra uma faixa em que o tempo de injeção de combustível pode ser alterado. Na Figura 3, um eixo geométrico vertical representa a pressão de combustível, um eixo geométrico horizontal representa o tempo de injeção de combustível e IT0 representa um tempo de injeção de combustível de referência (um tempo de injeção de combustível básico) usado na execução da combustão estratificada extremamente retardada. A Figura 4 é uma tabela que mostra uma relação entre uma quantidade de alteração no tempo de injeção de combustível e uma quantidade de injeção de combustível sob a pressão de combustível constante.

[053] Para restringir o acúmulo do combustível líquido sobre a superfície de coroa de pistão 3A, é preferencial impedir que a aspersão de combustível colida com a mesma posição sobre a superfície de coroa de pistão 3A. Sob a pressão de combustível constante, quanto maior a quantidade de injeção de combustível, mais longo o período de injeção. Em vista disso, conforme mostrado na Figura 4, a quantidade de alteração no tempo de injeção de combustível é aumentada à medida que a quantidade de injeção de combustível aumenta. Deve-se observar que se a quantidade de alteração no tempo de injeção de combustível for aumentada até o ponto em que a aspersão de combustível não colida mais com a cavidade 10, uma mistura de ar-combustível estratificada não é facilmente formada ao redor da vela de ignição, com o resultado de que o grau de estabilidade de combustão diminui em um modo de combustão estratificada extremamente retardada. Em vista disso, conforme mostrado na Figura 3, um limite de avanço IT1 e um limite de retardamento IT2 são definidos a fim de obter um grau de estabilidade de combustão confiável apesar da alteração no tempo de injeção de combustível.

[054] Embora a quantidade de injeção de combustível dificilmente se altere durante a execução da combustão estratificada extremamente retardada, a quantidade de injeção de combustível se altera durante a execução da combustão estequiométrica homogênea de acordo com o estado de operação de motor. Por essa razão, é significativo definir a relação entre a quantidade de injeção de combustível e a quantidade de alteração no tempo de injeção de combustível como na Figura 4.

[055] Na combustão estratificada extremamente retardada, à medida que a aspersão de combustível que colidiu com a superfície de coroa de pistão 3A precisa ser refletida em direção à vela de ignição 8 e formar uma mistura de ar-combustível estratificada, é necessário levar em consideração se a aspersão de combustível será refletida na definição do limite de avanço IT1 e do limite de retardamento IT2. Por outro lado, na combustão estequiométrica homogênea, é suficiente levar em consideração principalmente a facilidade de evaporação do combustível que se fixou na superfície de coroa de pistão 3A.

(Segundo Padrão)

[056] Um segundo padrão é um padrão em que o controlador 100 altera a pressão de combustível enquanto mantém o tempo de injeção de combustível constante.

[057] A Figura 5 é uma tabela que mostra uma faixa em que a pressão de combustível pode ser alterada no segundo padrão. Na Figura 5, um eixo geométrico vertical representa a pressão de combustível, um eixo geométrico horizontal representa o tempo de injeção de combustível e P0 representa uma pressão de combustível de referência (uma pressão de combustível básica) usada na execução da combustão estratificada extremamente retardada. A Figura 6 é uma tabela que mostra uma relação entre uma quantidade de alteração na pressão de combustível e uma quantidade de injeção de combustível sob o tempo de injeção de combustível constante.

[058] Mesmo se o tempo de injeção de combustível for fixo, a alteração da pressão de combustível irá alterar a velocidade e a distância alcançada pela aspersão de combustível, alterando, assim, a posição de colisão de combustível sobre a superfície de coroa de pistão 3A. Por exemplo, mesmo que o tempo de injeção de combustível permaneça igual, o aumento da pressão de combustível irá reduzir o período necessário para a aspersão de combustível colidir com o pistão 3; como resultado, quando a aspersão de combustível colide com o pistão 3, o pistão 3 está situado mais próximo ao ponto morto inferior do que antes da pressão de combustível ser reduzida. À medida que a direção de injeção a partir da válvula de injeção de combustível 9 é constante, o deslocamento na posição de pistão em direção ao ponto morto inferior também irá deslocar a posição de colisão de combustível sobre a superfície de coroa de pistão 3A.

[059] Conforme mostrado na Figura 6, a quantidade de alteração na pressão de combustível é aumentada à medida que a quantidade de injeção de combustível aumenta. Deve-se observar que quanto menor a pressão de combustível, mais difícil para o combustível ser atomizado, e menor a estabilidade de combustão tanto na combustão estratificada extremamente retardada como na combustão estequiométrica homogênea. Adicionalmente, quanto menor a pressão de combustível, mais difícil para a aspersão de combustível ser refletida após a colisão com a superfície de coroa de pistão 3A, mais difícil para a mesma formar uma mistura de ar-combustível estratificada ao redor da vela de ignição e menor a estabilidade de combustão no modo de combustão estratificada extremamente retardada. Ademais, o limite da pressão de combustível no lado de alta pressão é definido, por exemplo, pelo desempenho de uma bomba de combustível. Em vista do exposto acima, conforme mostrado na Figura 5, um limite de baixa pressão P1 e um limite de alta pressão P2 são definidos com base na propriedade de atomização de combustível, no grau de estabilidade da combustão, no desempenho da bomba de combustível, e similares, e o limite de baixa pressão P1 é usado como a pressão de combustível básica. Isto é, na presente modalidade, "alterar a pressão de combustível" significa aumentar a pressão de combustível. Deve-se observar que a pressão de combustível básica pode ser definida como maior do que o limite de baixa pressão P1.

(Terceiro Padrão)

[060] Um terceiro padrão é um padrão em que o controlador 100 altera a pressão de combustível e o tempo de injeção de combustível.

[061] A Figura 7 é um mapa que mostra as faixas em que a pressão de combustível e o tempo de injeção de combustível podem ser alterados no terceiro padrão. Na Figura 7, a faixa em que o tempo de injeção de combustível pode ser alterado é mais ampla quando a pressão de combustível P2 é usada do que quando a pressão de combustível P1 é usada pelas razões expostas a seguir. Primeiramente, à medida que a pressão de combustível aumenta, a aspersão de combustível é atomizada mais finamente, o momento da aspersão de combustível aumenta e o grau de estabilidade da combustão aumenta. Em segundo lugar, à medida que a pressão de combustível aumenta, a velocidade e a distância alcançada pela aspersão de combustível aumentam; portanto, mesmo se a distância a partir da válvula de injeção de combustível 9 até a superfície de coroa de pistão 3A for aumentada no tempo de injeção de combustível, a aspersão de combustível pode ser refletida pela superfície de coroa de pistão 3A e formar uma mistura de ar- combustível estratificada ao redor da vela de ignição 8, e o grau de estabilidade de combustão aumenta.

[062] Especificamente, conforme mostrado na Figura 8, se a pressão de combustível for mantida constante, o tempo de injeção de combustível pode ser alterado apenas dentro de uma faixa do limite de avanço IT1 até o limite de retardamento IT2; em contrapartida, se a pressão de combustível também for alterada, a faixa em que o tempo de injeção de combustível pode ser alterada pode ser expandida até uma faixa indicada pelas linhas tracejadas na Figura 8. A posição de colisão de combustível sobre a superfície de coroa de pistão 3A pode ser deslocada em qualquer um dos padrões mencionados anteriormente. Na presente modalidade, o controlador 100 realiza o terceiro padrão que altera a pressão de combustível e o tempo de injeção de combustível.

[063] Deve-se observar que na Figura 8, a ordem pode ser alterada para qualquer uma dentre as seguintes ordens: referência^ retardamento^ referência^ avanço ^ referência... ; referência^ retardamento ^ avanço ^ referência^ retardamento ^ avanço... .

[064] Na etapa S40, o controlador 100 realiza o controle de injeção de combustível com base em um dentre o primeiro ao terceiro padrões mencionados anteriormente. Em qualquer tipo de controle de injeção de combustível, o tempo de injeção de combustível e a pressão de combustível são alterados de modo que a aspersão de combustível se concentre ao redor da vela de ignição 8 durante a execução da combustão estratificada extremamente retardada. Embora a cavidade 10 exerça uma função de direcionamento da aspersão de combustível que colidiu com a mesma em direção à vela de ignição 8, a aspersão de combustível não precisa necessariamente colidir com a cavidade 10 para ser refletida em direção à vela de ignição 8. Por exemplo, o momento da aspersão de combustível pode ser aumentado mediante o aumento da pressão de combustível, de modo que a aspersão de combustível que colidiu com uma posição que é deslocada da cavidade 10 da superfície de coroa de pistão 3A se concentre ao redor da vela de ignição 8, diretamente ou após ser refletida por uma parede de cilindro novamente.

[065] A seguir é descrito os efeitos de operação da presente modalidade.

[066] A Figura 9 mostra uma relação entre a aspersão de combustível e o pistão 3 para um caso em que o tempo de injeção de combustível e a pressão de combustível são alterados na seguinte ordem em uma base de ciclo por ciclo durante a execução da combustão estratificada extremamente retardada: referência ^ avanço ^ retardamento ^ referência ^ avanço.

[067] Na posição de referência, a aspersão de combustível colide com as proximidades do centro da superfície de coroa de pistão 3A que inclui a cavidade 10. No próximo ciclo, o tempo de injeção de combustível é alterado para o lado de retardamento e a posição de colisão de aspersão de combustível é deslocada para direita na Figura a partir da posição de colisão de aspersão de combustível no caso da posição de referência. No próximo ciclo ainda, o tempo de injeção de combustível é alterado para o lado de avanço e a posição de colisão de aspersão de combustível é deslocada para esquerda na Figura a partir da posição de colisão de aspersão de combustível no caso da posição de referência.

[068] A Figura 10 é um gráfico de tempo que mostra a temperatura de superfície de coroa de pistão e a quantidade de combustível líquido para um caso em que o controle de injeção de combustível mostrado na Figura 9 é executado. Um gráfico de tempo para um caso em que o tempo de injeção de combustível e a pressão de combustível não são alterados é indicado por linhas tracejadas como um exemplo comparativo.

[069] De acordo com o exemplo comparativo, a aspersão de combustível colide com a mesma posição sobre a superfície de coroa de pistão 3A em cada ciclo. Dessa forma, quando a temperatura de superfície de coroa de pistão é baixa, tal como no momento do arranque do motor a frio, a aspersão de combustível no próximo ciclo colide com a superfície de coroa de pistão 3A antes da vaporização do combustível que se fixou à superfície de coroa de pistão 3A no ciclo anterior. Por essa razão, o combustível que se fixou à superfície de coroa de pistão 3A forma com facilidade um filme líquido. A formação do filme líquido cria um ciclo vicioso em que a temperatura de superfície de coroa de pistão é menos propensa a aumentar e a quantidade de combustível líquido aumenta.

[070] Em contrapartida, de acordo com a presente modalidade, a posição de colisão de aspersão de combustível sobre a superfície de coroa de pistão 3A é alterada em uma base de ciclo por ciclo. Dessa forma, o momento para vaporizar o combustível que se fixou à superfície de coroa de pistão 3A pode ser adquirido. Como resultado, o ciclo vicioso causado pelo exemplo comparativo é menos propenso a ocorrer. Adicionalmente, em comparação com o exemplo comparativo, a temperatura de superfície de coroa de pistão aumenta com facilidade, e a quantidade de combustível líquido acumulada sobre a superfície de coroa de pistão 3A pode ser restrita.

[071] Embora o tempo de injeção de combustível e a pressão de injeção de combustível sejam alterados em uma base de ciclo por ciclo na presente modalidade, nenhum limitação é pretendida sob esse aspecto. Por exemplo, os mesmos podem ser alterados a cada poucos ciclos ou aleatoriamente, contanto que possa evitar que a aspersão de combustível continue colidindo com a mesma posição sobre a superfície de coroa de pistão 3A ou uma superfície de parede de cilindro continuamente. Nesse contexto, "continuamente" significa de tal maneira sucessiva que o combustível líquido é acumulado sobre a superfície de coroa de pistão 3A ou a superfície de parede de cilindro. A relação entre a extensão de colisões sucessivas e a quantidade de combustível líquido acumulado varia dependendo de uma variedade de fatores, tais como o padrão de injeção de combustível (o formato da aspersão), o formato da superfície de coroa de pistão 3A e a quantidade de injeção de combustível única. Portanto, essa relação é examinada antecipadamente através de experimentos e similares.

[072] Conforme descrito acima, na presente modalidade, quando a porção com a qual o combustível injetado colide está em um estado de baixa temperatura predeterminado, o combustível é injetado mediante a alteração da condição (ou condições) de injeção de combustível sob condições de operação predeterminadas a fim de evitar que a aspersão de combustível continue colidindo com a mesma posição continuamente. Especificamente, quando a temperatura de superfície de coroa de pistão é mais baixa do que uma temperatura predeterminada, o combustível é injetado mediante a alteração da posição de colisão de aspersão de combustível sobre a superfície de coroa de pistão 3A em uma base de ciclo por ciclo. Isto restringe a fixação regional do combustível à superfície de coroa de pistão 3A. Portanto, o acúmulo do combustível líquido sobre a superfície de coroa de pistão 3A pode ser restrito.

[073] A presente modalidade tem abordado um caso em que a porção com a qual a aspersão de combustível colide é a superfície de coroa de pistão 3A. No entanto, quando a porção com a qual a aspersão de combustível colide é a superfície de parede de cilindro, o controle de acordo com a presente modalidade pode ser aplicado para restringir o acúmulo do combustível causado pela colisão contínua entre a aspersão de combustível e a mesma posição sobre a superfície de parede de cilindro.

[074] Na presente modalidade, o tempo de injeção de combustível é alterado para alterar a posição de colisão de aspersão de combustível sobre a superfície de coroa de pistão 3A. Isto pode restringir o acúmulo do combustível líquido sobre a superfície de coroa de pistão 3A. Na presente modalidade, a injeção no processo de expansão, em que o tempo de injeção de combustível e a pressão de combustível são alterados, é destinada a injetar o combustível fornecido para a chamada combustão principal. Alternativamente, essa injeção pode ser aplicada à chamada injeção posterior e após a injeção. Isso se deve ao fato de que o combustível injetado através desses tipos de injeção de combustível também pode ser a causa de um aumento em PN se o mesmo for acumulado sobre a superfície de coroa de pistão 3A e similares.

[075] Na presente modalidade, mediante a alteração da pressão de injeção de combustível, a aspersão de combustível é impedida de continuar a colidir com a mesma posição continuamente. A alteração da pressão de combustível irá alterar, por exemplo, a distância de percurso da aspersão de combustível, alterando, assim, a posição de colisão de combustível sobre a superfície de coroa de pistão 3A. Como resultado, o acúmulo do combustível líquido sobre a superfície de coroa de pistão 3A pode ser restrito como no caso em que o tempo de injeção de combustível é alterado. A injeção no processo de expansão, em que a pressão de injeção de combustível é alterada, pode ser a chamada injeção posterior e após injeção como no caso em que o tempo de injeção de combustível é alterado.

[076] Adicionalmente, o tempo de injeção de combustível e a pressão de injeção de combustível podem ser alterados. Nesse caso, por exemplo, a pressão de combustível que pode alcançar um grau de estabilidade de combustão confiável é usada como uma referência, e uma quantidade de aumento na pressão de combustível a partir da referência é ajustada de acordo com uma quantidade de alteração no tempo de injeção de combustível. O aumento da pressão de combustível irá facilitar a atomização mais fina da aspersão de combustível, aumentar o momento da aspersão de combustível e aumentar o grau de estabilidade de combustão. Como resultado, uma redução no grau de estabilidade de combustão pode ser restrita, mesmo que a aspersão de combustível que se desvia da cavidade 10 aumente devido à alteração no tempo de injeção de combustível.

[077] Quando o tempo de injeção de combustível e a pressão de injeção de combustível são alterados, uma quantidade de alteração no tempo de injeção de combustível é aumentada à medida que a pressão de combustível aumenta. Dessa forma, em comparação com um caso em que a pressão de combustível não é alterada, uma quantidade de alteração na posição de colisão de aspersão de combustível sobre a superfície de coroa de pistão 3A aumenta e, dessa forma, a fixação do combustível líquido à superfície de coroa de pistão 3A é facilmente restrita.

[078] Na presente modalidade, as quantidades de alteração no tempo de injeção de combustível e na pressão de combustível são aumentadas à medida que a quantidade de injeção de combustível aumenta. À medida que a quantidade de injeção de combustível aumenta, um pulso de injeção se torna mais longo, uma quantidade de movimento de pistão durante um período de injeção aumenta e a posição de colisão de aspersão de combustível sobre a superfície de coroa de pistão 3A em um ciclo ocupa uma faixa mais ampla. Em vista disso, como na presente modalidade, as quantidades de alteração no tempo de injeção de combustível e na pressão de combustível são aumentadas à medida que a quantidade de injeção de combustível aumenta. Dessa maneira, as posições de colisão de aspersão de combustível sobre a superfície de coroa de pistão 3A em ciclos sucessivos podem ser impedidos de sobreporem um ao outro.

[079] Embora a presente modalidade, conforme descrito acima, seja aplicada ao motor 1 de um chamado tipo de injeção lateral por meio do qual a válvula de injeção de combustível 6 está situada no lado da câmara de combustão, a presente modalidade pode ser aplicada de modo similar ao motor 1 de um chamado tipo de injeção vertical por meio do qual a válvula de injeção de combustível 6 está situada nas proximidades de uma porção apical da câmara de combustão.

[080] A modalidade acima descrita da presente invenção simplesmente ilustra uma parte de aplicações de exemplo da presente invenção, e as configurações específicas da modalidade acima descrita não se destinam a limitar um escopo técnico da presente invenção.

Claims

1. Dispositivo de controle de injeção de combustível para um motor de ignição por centelha (1) de um tipo de injeção de combustível direta intra-cilíndrica, o motor (1) compreendendo: uma válvula de injeção de combustível (9) configurada para injetar diretamente um combustível em um interior de um cilindro, e uma vela de ignição (8) configurada para queimar, por meio de uma centelha, uma mistura de ar-combustível dentro do cilindro, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um controlador (100) configurado para calcular um tempo de injeção de combustível básico e uma pressão de injeção de combustível básica da válvula de injeção de combustível (9) sob condições de operação predeterminadas, em que o dispositivo de controle de injeção de combustível é configurado de modo que: quando o combustível injetado colide com uma porção em um estado de baixa temperatura predeterminado, o combustível é injetado mediante a alteração em uma base de ciclo de um tempo de injeção de combustível e uma pressão de injeção de combustível com relação ao tempo de injeção de combustível básico e à pressão de injeção de combustível básica, a fim de evitar que uma aspersão de combustível continue colidindo com a mesma posição continuamente, e uma quantidade de alteração no tempo de injeção de combustível a partir do tempo de injeção de combustível básico é aumentada à medida que a pressão de injeção de combustível aumenta a partir da pressão de injeção de combustível básica.

2. Dispositivo de controle de injeção de combustível, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma quantidade de alteração no tempo de injeção de combustível é aumentada à medida que uma quantidade de injeção de combustível aumenta.

3. Dispositivo de controle de injeção de combustível, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que uma quantidade de alteração na pressão de injeção de combustível é aumentada à medida que uma quantidade de injeção de combustível aumenta.

4. Método de controle de injeção de combustível para um motor de ignição por centelha (1) de um tipo de injeção de combustível direta intra-cilíndrica, o motor (1) compreendendo: uma válvula de injeção de combustível (9) configurada para injetar diretamente um combustível em um interior de um cilindro, e uma vela de ignição (8) configurada para queimar, por meio de uma centelha, uma mistura de ar-combustível dentro do cilindro, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um controlador (100) configurado para calcular um tempo de injeção de combustível básico e uma pressão de injeção de combustível básica da válvula de injeção de combustível (9) sob condições de operação predeterminadas, o método de controle de injeção de combustível compreende: quando o combustível injetado colide com uma porção em um estado de baixa temperatura predeterminado, injetar o combustível mediante a alteração em uma base de ciclo de um tempo de injeção de combustível e uma pressão de injeção de combustível com relação ao tempo de injeção de combustível básico e à pressão de injeção de combustível básica, a fim de evitar que uma aspersão de combustível continue colidindo com a mesma posição continuamente, e aumentar uma quantidade de alteração no tempo de injeção de combustível a partir do tempo de injeção de combustível básico à medida que a pressão de injeção de combustível aumenta a partir da pressão de injeção de combustível básica.