BR112018016002B1

BR112018016002B1 - Dispositivo de controle e método de controle para motor de combustão interna

Info

Publication number: BR112018016002B1
Application number: BR112018016002-4A
Authority: BR
Inventors: Masaharu Kassai; Hiroki Hashimoto
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2023-04-11
Also published as: BR112018016002A2; WO2017134822A1; MX370267B; KR101900229B1; CN108603457B; JP6531840B2; MX2018009149A; US10408185B2; EP3412901A1; RU2685771C1; CA3013284C; KR20180093095A; CN108603457A; US20190032622A1; EP3412901B1; CA3013284A1; JPWO2017134822A1; EP3412901A4

Abstract

Um método de controle para o motor de combustão interna inclui realizar uma mistura de ar-combustível mais pobre do que em uma razão de ar-combustível estequiométrica em um cilindro pela primeira injeção de combustível, realizar a segunda injeção de combustível para injetar combustível em direção à adjacência de um canal de descarga de uma vela de ignição durante um período em que a mistura de ar-combustível está passando por uma reação de oxidação de baixa temperatura em um curso de compressão e após a segunda injeção de combustível, realizar a ignição por centelha pela vela de ignição em uma temporização em que uma centelha da vela de ignição atinge o combustível injetado pela segunda injeção de combustível.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção se refere a um controle de uma motor de combustão interna de ignição por centelha.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002] Nos últimos anos, consumo de combustível baixo de veículos foi desejado em termos de problemas ambientais e similares. Portanto, foi e está sendo estudado operar um motor de combustão interna com o uso de gasolina como combustível (doravante, também referido como um “motor a gasolina”) em uma razão de ar-combustível mais pobre do que uma razão de ar-combustível estequiométrica, isto é, em um estado em que uma razão de ar excessivo À é maior do que 1 (doravante, também referido como “combustão pobre”). Por exemplo, o documento JP2010-196517A revela uma técnica para combustão de autoignição difusa de gasolina formando-se um campo de alta temperatura em um cilindro (câmara de combustão) por pré-combustão e injetando a gasolina para passar através do campo de alta temperatura. De acordo com essa técnica, a combustão de autoignição difusa semelhante àquela de um motor a diesel também é possível em um motor a gasolina, por isso o desempenho de consumo de combustível pode ser aprimorado realizando-se a combustão pobre.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[003] Entretanto, um valor limite da razão de ar excessivo À em um lado pobre (doravante, também referido como “limite pobre”) em que a combustão estável é possível em um motor a gasolina é convencionalmente dito ser cerca de 2, que também é o mesmo na técnica da literatura acima.

[004] Consequentemente, a presente invenção tem como objetivo realizar combustão estável em uma razão de ar excessivo mais pobre do que o convencionalmente considerado como um limite pobre em motores a gasolina.

[005] De acordo com uma modalidade da presente invenção, um método de controle para o motor de combustão interna compreende: realizar uma mistura de ar-combustível mais pobre do que em uma razão de ar-combustível estequiométrica em um cilindro pela primeira injeção de combustível; realizar a segunda injeção de combustível para injetar combustível em direção à adjacência de um canal de descarga de uma vela de ignição durante um período em que a mistura de ar-combustível está passando por uma reação de oxidação de baixa temperatura em um curso de compressão; e após a segunda injeção de combustível, realizar a ignição por centelha pela vela de ignição em uma temporização em que uma centelha da vela de ignição atinge o combustível injetado pela segunda injeção de combustível.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[006] A Figura 1 é um diagrama de configuração esquemática de um sistema para o qual uma modalidade é aplicada.

[007] A Figura 2 é uma vista em corte de um motor de combustão interna.

[008] A Figura 3 é um gráfico de temporização no caso de executar a modalidade.

[009] A Figura 4 é um diagrama que mostra um estado de uma câmara de combustão em uma temporização de ignição por centelha.

[010] A Figura 5 é um diagrama que mostra um estado da câmara de combustão após a ignição por centelha.

[011] A Figura 6 é um gráfico que mostra uma relação entre estabilidade de combustão e uma razão de ar-combustível.

[012] A Figura 7 é um gráfico que mostra uma relação entre desempenho de consumo de combustível e a razão de ar-combustível.

[013] A Figura 8 é um gráfico que mostra uma relação entre uma quantidade de emissão de NOx e a razão de ar-combustível.

[014] A Figura 9 é um gráfico que mostra uma relação entre uma quantidade de emissão de HC e a razão de ar-combustível.

[015] A Figura 10 é um gráfico que mostra uma relação entre uma quantidade de emissão de CO e a razão de ar-combustível.

[016] A Figura 11 é um gráfico de temporização no caso de uma operação em uma razão de ar excessivo À = 1.

[017] A Figura 12 é um gráfico de temporização no caso de uma operação de aquecimento de catalisador.

[018] A Figura 13 é um gráfico de temporização no caso de uma operação pobre estratificada.

[019] A Figura 14 é um gráfico que mostra um efeito de reduzir a quantidade de emissão de NOx.

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE

[020] Doravante, uma modalidade da presente invenção é descrita com referência aos desenhos e similares.

[021] A Figura 1 é um diagrama de configuração esquemática de um sistema para o qual a modalidade é aplicada.

[022] Uma válvula de geração de pressão diferencial 12, um compressor 4A de um supercarregador de turbo 4 e uma válvula de estrangulamento 5 para ajustar uma carga de motor são dispostos nessa ordem de um lado a montante ao longo do fluxo de ar de admissão em uma passagem de admissão 2 de um motor de combustão interna 1. A válvula de geração de pressão diferencial 12 e a válvula de estrangulamento 5 são válvulas, que são, cada um, abertas e fechadas de modo acionável por uma máquina motriz elétrica e controlada por um controlador 100 a ser descrito posteriormente. Embora as válvulas borboletas seja mostradas como a válvula de geração de pressão diferencial 12 e a válvula de estrangulamento 5 na Figura 1, válvulas de outro tipo podem ser usadas.

[023] Uma turbina 4B do supercarregador de turbo 4 e um catalisador purificador de gás de escape 6 são dispostos nesta ordem a partir de um lado a montante ao longo do fluxo de gás de escape em uma passagem de escape 3 do motor de combustão interna 1. O catalisador purificador de gás de escape 6 é, por exemplo, um catalisador de três vias.

[024] O motor de combustão interna 1 inclui uma passagem de desvio 7 permitindo a comunicação entre lados a montante e a jusante da turbina 4B na passagem de escape 3. Uma válvula de gaveta de resíduos 8 para abrir e fechar a passagem de desvio 7 é disposta na passagem de desvio 7. A válvula de gaveta de resíduos 8 é uma válvula que é aberta e fechada de modo acionável por uma máquina motriz elétrica e controlada pelo controlador 100 a ser descrito posteriormente. Quando a válvula de gaveta de resíduos 8 for aberta, parte do gás de escape flui enquanto desvia a turbina 4B. Portanto, uma pressão de supercarregamento pode ser ajustada controlando-se um grau de abertura da válvula de gaveta de resíduos 8. Isto é, em uma região de operação em que a pressão de supercarregamento está acima de uma pressão atmosférica e uma quantidade de ar de admissão não pode ser controlada pela válvula de estrangulamento 5, uma carga de motor é controlada pela válvula de gaveta de resíduos 8.

[025] Deve ser notado que uma válvula oscilante é mostrada como a válvula de gaveta de resíduos 8 na Figura 1, uma válvula de outro tipo pode ser usada.

[026] Adicionalmente, esse sistema inclui um dispositivo de EGR para recircular parte do gás de escape para a passagem de admissão 2. Doravante, o gás de escape a ser recirculado é referido como gás de EGR.

[027] O dispositivo de EGR inclui uma passagem de EGR 9 que comunica uma passagem de escape 3A a jusante do catalisador purificador de gás de escape 6 com uma passagem de admissão 2 a montante do compressor 4A, uma válvula de EGR 10 para abrir e fechar the passagem de EGR 9 e um resfriador de EGR 11 para resfriar o gás de escape que passa ao longo da passagem de EGR 9.

[028] O motor de combustão interna 1 inclui um mecanismo de válvula variável 13 para trocar temporizações de válvula de uma válvula de admissão e uma válvula de escape. Um mecanismo conhecido pode ser aplicado como o mecanismo de válvula variável 13. Por exemplo, um mecanismo para trocar uma fase rotacional de um árvore de cames de admissão em relação a um virabrequim é usado.

[029] O controlador 100 estabelece uma quantidade de injeção de combustível, a temporização de injeção de combustível, uma temporização de ignição, uma taxa de EGR e similares com base nos valores de detecção de sensor de ângulo de manivela não ilustrado, sensor de posição de acelerador, sensor de pressão de ar de admissão, medidor de fluxo de ar e similares. Então, o controlador 100 controla a abertura e fechamento da válvula de geração de pressão diferencial 12, a válvula de estrangulamento 5, a válvula de EGR 10 e a válvula de gaveta de resíduos 8 e controla a temporização de válvula com o uso do mecanismo de válvula variável 13 com base nesses valores estabelecidos.

[030] Deve ser notado que o controlador 100 é constituído por um microcomputador que inclui uma unidade de processamento central (CPU), uma memória de somente leitura (ROM), uma memória de acesso aleatório (RAM) e uma interface de entrada/saída (interface de I/O). Também é possível constituir o controlador 100 por uma pluralidade de microcomputadores.

[031] A Figura 2 é uma vista em corte de um cilindro do motor de combustão interna 1.

[032] A passagem de admissão 23 e a passagem de escape 25 se comunica com uma câmara de combustão 22. Uma válvula de admissão 24 é fornecida em uma abertura da válvula de admissão 23 no lado de câmara de combustão. Uma válvula de escape 26 é fornecida em uma abertura da passagem de escape 25 no lado de câmara de combustão.

[033] Uma vela de ignição 20 e uma válvula de injeção de combustível 21 são dispostos adjacentes entre si em uma superfície de teto da câmara de combustão 22. A válvula de injeção de combustível 21 é uma válvula de multi-furos e uma pluralidade de feixes de aspersão são formadas conforme mostrado no tempo de injeção de combustível. Pelo menos um dentre a pluralidade de feixes de aspersão passa através da adjacência de um canal de descarga da vela de ignição 20. A “adjacência” mencionada aqui significa uma faixa aproximada o suficiente para ignificar combustível aspergido quando a vela de ignição 20 for centelhado.

[034] Adicionalmente, o motor de combustão interna 1 inclui um mecanismo de razão de compressão variável com capacidade para controlar de modo variável uma razão de compressão. Um mecanismo para trocar uma posição de ponto morto superior de um pistão acoplando-se o virabrequim e o pistão por uma pluralidade de ligações pode ser, por exemplo, usado como o mecanismo de razão de compressão variável. Deve ser notado que outro mecanismo conhecido como um mecanismo para controlar de modo variável a posição de um cabeça de cilindro também pode ser usado.

[035] O motor de combustão interna 1 configurado conforme descrito acima pode realizar combustão pobre enquanto realiza o supercarregamento pelo supercarregador de turbo 4 em uma região de operação predeterminada (por exemplo, região de carga baixa), isto é, uma assim chamada operação pobre supercarregada.

[036] A seguir, um controle de injeção de combustível e um controle de ignição durante a operação pobre supercarregada são descritos.

[037] A Figura 3 é um gráfico de temporização que mostra uma temporização de injeção de combustível, uma temporização de ignição e uma quantidade de geração de calor na câmara de combustão durante a operação pobre supercarregada. A quantidade de geração de calor é zero quando um curso de admissão é finalizada.

[038] O controlador 100 forma uma mistura de ar-combustível homogênea na câmara de combustão realizando-se primeira injeção de combustível na temporização T1 durante o curso de admissão. No presente contexto, supercarregamento é realizado pelo supercarregador de turbo 4 de modo que uma razão de ar-combustível (A/F) da mistura de ar-combustível se torna cerca de 30 para gerar uma carga necessária em uma razão de ar excessivo À = 2. Nesse momento, o controlador 100 controla o mecanismo de razão de compressão variável para um lado de razão de compressão alta.

[039] As condições conforme descrito acima incluindo o supercarregamento alto, uma razão de compressão alta e uma razão de ar excessivo alta são dispostas para causar uma reação de oxidação de baixa temperatura da mistura de ar-combustível homogênea em um curso de compressão. A reação de oxidação de baixa temperatura se torna mais ativa com um aumento em temperatura. Consequentemente, uma situação é produzida em que uma temperatura aumenta com facilidade durante o curso de compressão estabelecendo-se uma razão de compressão alta. Adicionalmente, a reação de oxidação de baixa temperatura se torna mais ativa com um aumento na densidade da mistura de ar-combustível. Consequentemente, uma pressão interna de cilindro é aperfeiçoada para aperfeiçoar a densidade da mistura de ar-combustível suprindo-se uma quantidade grande de ar no interior da câmara de combustão pelo supercarregador de turbo 4.

[040] Mediante entrada no curso de compressão com as condições acima satisfeitas, a mistura de ar-combustível na câmara de combustão é comprimida pela pistão para atingir uma temperatura alta e uma densidade alta, através da qual a reação de oxidação de baixa temperatura ocorre.

[041] Deve ser notado que visto que um valor específico de cada condição difere dependendo da especificação do motor de combustão interna 1, esse valor é determinado por correspondência.

[042] Se o calor for gerado devido à reação de oxidação de baixa temperatura durante o curso de compressão, o controlador 100 realiza a segunda injeção de combustível para injetar uma quantidade menor do combustível do que na primeira injeção de combustível na temporização T2 durante um período em que calor é gerado.

[043] Deve ser notado que cerca de 90% da quantidade de combustível a ser injetada em um ciclo é injetada pela primeira injeção de combustível e cerca de 10% restante do combustível é injetado pela segunda injeção de combustível. Adicionalmente, uma pressão de injeção de combustível superior é desejável. Isso se deve ao fato de que o combustível aspergido é mais atomizado com um aumento na pressão de injeção de combustível, com o resultado de que a deterioração de componentes de gás de escape pode ser suprimida.

[044] Uma temporização de geração de calor pela reação de oxidação de baixa temperatura é obtida por simulação ou similares, e uma temporização de realização da segunda injeção de combustível é estabelecida com base na temporização obtida. Deve ser notado que uma mudança de temperatura na câmara de combustão pode ser monitorada e a segunda injeção de combustível pode ser iniciada mediante a detecção da geração de calor pela reação de oxidação de baixa temperatura.

[045] Então, o controlador 100 realiza a ignição por centelha pela vela de ignição 20 na temporização T3 antes de a aspersão do combustível injetado pela segunda injeção de combustível passar completamente através do canal de descarga da vela de ignição 20. A temporização T3 é, em outras palavras, uma temporização em que uma centelha da vela de ignição atinge o combustível injetado pela segunda injeção de combustível.

[046] A quantidade de geração de calor quando a injeção de combustível acima e a ignição por centelha forem realizadas é conforme mostrada na Figura 3. A quantidade de geração de calor aumenta gradualmente para um meio do curso de compressão devido ao fato de que a mistura de ar-combustível foi comprimida pelo pistão. Essa geração de calor também ocorre em motores de combustão interna gerais sem o uso de reação de oxidação de baixa temperatura. A quantidade de geração de calor aumenta de modo súbito imediatamente antes da temporização T2 devido ao fato de que a reação de oxidação de baixa temperatura iniciou. A quantidade de geração de calor aumenta adicionalmente após a temporização T3 devido ao fato de que a combustão por ignição por centelha iniciou. Como acabou de ser descrito, no controle da presente modalidade que utiliza a reação de oxidação de baixa temperatura, a quantidade de geração de calor aumenta em dois estágios.

[047] Pelo controle acima, a combustão estável é possível até mesmo em uma razão de ar excessivo À = 2 ou superior. Esse mecanismo é inferido conforme a seguir.

[048] As Figuras 4 e 5 são ambos diagramas esquemáticos que mostram a câmara de combustão 22 visualizada a partir de uma superfície superior. A Figura 4 mostra um estado em que a ignição por centelha é realizada. A Figura 5 mostra um estado após a ignição por centelha. Os círculos na Figura 5 indicam a ocorrência de autoignição.

[049] Conforme descrito acima, a reação de oxidação de baixa temperatura ocorre na temporização de realizar a segunda injeção de combustível. A reação de oxidação de baixa temperatura é uma reação de oxidação das moléculas de combustível em gasolina que ocorre em uma faixa de temperatura de 600 [K] a 800 [K], e principalmente ocorre próximo a uma parte central da câmara de combustão 22 (dentro de uma linha quebrada da Figura 4). Isto é, os radicais são gerados na mistura de ar-combustível homogênea mais pobre do que em uma razão de ar-combustível estequiométrica (doravante, também referida como “mistura de ar-combustível pobre homogênea”) pela reação de oxidação de baixa temperatura. Realizando-se a segunda injeção de combustível para a câmara de combustão 22 em que os radicais estão presentes, autoignição da gasolina é promovida.

[050] Adicionalmente, visto que uma turbulência de gás ocorre na câmara de combustão 22 se a segunda injeção de combustível for realizada, a propagação de chamas após ignição por centelha é promovida. Deve ser notado que, na Figura 5, os feixes de aspersão são livres de uma turbulência de gás para simplicidade.

[051] De acordo com a presente modalidade, as chamas por ignição por centelha se propagam enquanto a autoignição ocorre conforme descrito acima. Portanto, a combustão estável é possível até mesmo na razão de ar-combustível pobre que fornece uma razão de ar excessivo À = 2 ou superior, que foi convencionalmente dito ser um limite pobre.

[052] Considera-se que quanto maior for o tempo de reação da reação de oxidação de baixa temperatura, maior se torna a quantidade de radical gerada, e como um resultado, a estabilidade de combustão é aperfeiçoada. Especificamente, pensa-se que o controle da presente modalidade é mais eficaz em uma região de velocidade de revolução baixa do motor de combustão interna 1.

[053] Embora o supercarregamento seja realizado de modo que a razão de ar-combustível se torne cerca de 30 na descrição acima, a combustão estável é possível até mesmo em uma razão de ar-combustível mais pobre conforme descrito abaixo.

[054] A Figura 6 é um gráfico que mostra uma relação entre estabilidade de combustão e a razão de ar-combustível. Uma linha sólida da Figura 6 representa a estabilidade de combustão por um controle convencional que não utiliza a reação de oxidação de baixa temperatura. Uma linha quebrada da Figura 6 representa a estabilidade de combustão pela presente modalidade.

[055] No controle convencional, uma razão de ar-combustível (A/F) = cerca de 30 é um assim chamado limite pobre em termos de um limite de estabilidade de combustão. Entretanto, conforme mostrado, a estabilidade de combustão pode ser mantida até uma razão de ar-combustível (A/F) de cerca de 70 de acordo com a presente modalidade.

[056] A Figura 7 é um gráfico que mostra uma relação entre desempenho de consumo de combustível e a razão de ar-combustível. Uma linha sólida da Figura 7 representa desempenho de consumo de combustível pelo controle convencional que não utiliza a reação de oxidação de baixa temperatura. Uma linha quebrada da Figura 7 representa o desempenho de consumo de combustível pela presente modalidade. Deve ser notado que o desempenho de consumo de combustível mencionado aqui é indicado como consumo de combustível específico (ISFC).

[057] Nenhum controle convencional, se a razão de ar-combustível (A/F) excede 30, o consumo de combustível específico indica aumentos devido a uma redução na estabilidade de combustão. Entretanto, de acordo com a presente modalidade, a estabilidade de combustão é mantida até mesmo se a razão de ar-combustível (A/F) excede 30 conforme descrito acima. Portanto, o consumo de combustível específico indicado pode ser suprimido tornando-se a razão de ar-combustível mais pobre.

[058] De acordo com a presente modalidade, é possível não apenas aprimorar o desempenho de consumo de combustível conforme descrito acima, mas também suprime a deterioração de componentes de gás de escape conforme descrito abaixo.

[059] A Figura 8 é um gráfico que mostra uma relação entre uma quantidade de emissão de NOx e a razão de ar-combustível.

[060] No caso de combustão pobre, NOx não pode ser purificado por um catalisador de três vias diferente no caso da combustão na razão de ar-combustível estequiométrica. Portanto, a quantidade de NOx emitida a partir do motor de combustão interna 1 (quantidade de emissão de NOx) precisa ser reduzida. NOx consiste em nitrogênio oxidado na câmara de combustão e essa reação de oxidação é mais promovida com um aumento em temperatura no cilindro. Adicionalmente, em uma configuração para formar uma mistura de ar-combustível ao redor de uma vela de ignição pela segunda injeção de combustível como na presente modalidade, o combustível injetado é queimado sem ser muito difundido. Portanto, se a razão de ar-combustível for igual, a quantidade de emissão de NOx aumenta em comparação a uma configuração para formar uma mistura de ar-combustível pobre homogênea na câmara de combustão. Entretanto, na configuração para formar a mistura de ar-combustível ao redor da vela de ignição pela segunda injeção de combustível como na presente modalidade, a razão de ar-combustível na câmara de combustão inteira pode ser tornada mais pobre e a quantidade de emissão de NOx diminui conforme mostrado se a razão de ar-combustível se tornar mais pobre. Portanto, um aumento da quantidade de emissão de NOx pode ser suprimido tornando-se a razão de ar-combustível da câmara de combustão inteira mais pobre enquanto assegura a estabilidade de combustão.

[061] A Figura 9 é um gráfico que mostra uma relação entre uma quantidade de emissão de HC e a razão de ar-combustível. HC é composto de combustível não queimado e produto intermediário por combustão e a maior parte do mesmo é gerada em uma camada limiar em uma superfície de parede de câmara de combustão. De acordo com um controle convencionalmente conhecido, a quantidade de emissão de HC aumenta visto que o HC não pode ser ligado ao oxigênio se a razão de ar-combustível for rica, e a quantidade de emissão de HC aumenta devido à extinção de chamas próxima à superfície de parede causada por uma redução de temperatura de combustão e desaceleração de combustão quando a razão de ar-combustível for uma determinada razão de ar-combustível pobre ou mais pobre. Visto que a combustão pode ser ativada pela injeção de combustível também na razão de ar-combustível pobre de acordo com a presente modalidade, a quantidade de emissão de HC pode ser suprimida em comparação ao controle convencionalmente conhecido conforme mostrado na Figura 9.

[062] A Figura 10 é um gráfico que mostra uma relação entre uma quantidade de geração de CO e a razão de ar-combustível.

[063] CO no gás de escape é gerado pela combustão incompleta de carbono (C) devido a uma falta de oxigênio. No caso de combustão pobre, sabe-se que uma quantidade de emissão diminui visto que oxigênio suficiente está presente para a gasolina. Entretanto, em uma região em que a razão de ar-combustível (A/F) é maior do que 30, a quantidade de emissão aumenta gradualmente conforme mostrado na Figura 10. Isso se deve ao fato de que CO é oxidado para reduzir uma velocidade de reação para se tornar CO2 e uma razão do restante a ser CO aumenta visto que uma temperatura de combustão diminui à medida que a razão de ar-combustível se torna mais pobre.

[064] Se a estabilidade de combustão supracitada, o desempenho de consumo de combustível e componentes de gás de escape são considerados compreensivamente, uma razão de ar-combustível (A/F) de cerca de 45, isto é, uma razão de ar excessivo À de cerca de 3 é estabelecido como um limite superior em combustão pobre supercarregada da presente modalidade.

[065] A seguir, uma diferença entre geralmente conhecido injeção de multi-estágios e a presente modalidade é descrita.

[066] A Figura 11 é um gráfico de temporização que mostra uma temporização de injeção de combustível, uma temporização de ignição e uma quantidade de geração de calor na câmara de combustão quando a razão de ar excessivo for À = 1 como na Figura 3.

[067] Na temporização T21 durante um curso de admissão, a injeção de combustível é realizada para formar uma mistura de ar-combustível homogênea na câmara de combustão. No presente contexto, visto que uma carga necessária é gerada na razão de ar excessivo À = 1, a quantidade de ar fornecida à câmara de combustão 22 é cerca de 14,7 quando uma quantidade de injeção de combustível for 1. Portanto, o interior da câmara de combustão não atinge uma temperatura alta e uma densidade alta durante um curso de compressão diferente na presente modalidade, por isso nenhuma reação de oxidação de baixa temperatura ocorre.

[068] Visto que nenhuma reação de oxidação de baixa temperatura ocorre, a segunda injeção de combustível é realizada na temporização T22 durante o curso de compressão. Até mesmo se a ignição por centelha for realizada na temporização T23 posteriormente, um histórico da quantidade de geração de calor é completamente diferente daquele da presente modalidade. Até mesmo se a temporização T22 for imediatamente antes da temporização T23, a autoignição e propagação de chamas não ocorre em paralelo diferente na presente modalidade visto que o calor não é gerado pela reação de oxidação de baixa temperatura.

[069] A Figura 12 é um gráfico de temporização que mostra uma temporização de injeção de combustível, uma temporização de ignição e uma quantidade de geração de calor na câmara de combustão quando a temporização de ignição for retardada para uma temporização após um ponto morto superior de compressão e uma pequena quantidade de combustível ser injetada à adjacência da vela de ignição imediatamente antes da ignição como na Figura 3. Esse controle é executado para promover um aumento de temperatura de um catalisador de gás de escape como em uma partida a frio.

[070] Na temporização T31 durante um curso de admissão, a injeção de combustível é realizada para formar uma mistura de ar-combustível homogênea na câmara de combustão. Como no caso da Figura 11, a quantidade de ar fornecida à câmara de combustão 22 é cerca de 14,7 quando uma quantidade de injeção de combustível for 1, por isso nenhuma reação de oxidação de baixa temperatura ocorre.

[071] Consequentemente, até mesmo se uma temporização T32 em que a segunda injeção de combustível é realizada for imediatamente antes de uma temporização de ignição T33, autoignição e propagação de chamas não ocorreram em paralelo diferente na presente modalidade.

[072] Adicionalmente, visto que o controle mostrado na Figura 12 é executado apenas durante inatividade após uma partida a frio, supercarregamento não é realizado durante esse controle. Isto é, até mesmo se for pretendido fazer uma razão de ar-combustível da mistura de ar-combustível formada pela primeira injeção de combustível mais pobre do que a razão de ar-combustível estequiométrica, uma grande quantidade de ar como na presente modalidade não pode ser suprimida. Portanto, o calor não é gerado pela reação de oxidação de baixa temperatura no controle mostrado na Figura 12.

[073] A Figura 13 é um gráfico de temporização que mostra uma temporização de injeção de combustível, uma temporização de ignição e uma quantidade de geração de calor na câmara de combustão no caso de realização da assim chamada combustão pobre estratificada como na Figura 3.

[074] A combustão pobre estratificada é uma forma de combustão em que uma mistura de ar-combustível homogênea é formada pela injeção de combustível durante um curso de admissão (temporização T41), uma mistura de ar-combustível estratificada é formada ao redor da vela de ignição pela injeção de combustível durante um curso de compressão (temporizações T42, T43) e combustão é realizada em uma razão de ar-combustível mais pobre do que a razão de ar-combustível estequiométrica na câmara de combustão inteira. A ignição por centelha pela vela de ignição 20 é realizada imediatamente após a terceira temporização de injeção de combustível T43 (temporização T44). Deve ser notado que uma carga é controlada por um grau de estratificação na combustão pobre estratificada. Adicionalmente, a combustão pobre estratificada é realizada em uma região de carga baixa e basicamente em um estado não supercarregado.

[075] Visto que a carga necessária é gerada em uma razão de ar-combustível pobre fraca (razão de ar excessivo À = cerca de 1,2 a 1,3) na combustão pobre estratificada, a quantidade de ar fornecida à câmara de combustão 22 é cerca de 20 quando a quantidade da primeira injeção de combustível for 1. Isto é, a quantidade de ar na câmara de combustão é menor do que na presente modalidade.

[076] Conforme descrito acima, visto que a quantidade de ar na câmara de combustão é pequena e supercarregamento não é realizada na combustão pobre estratificada, nenhuma reação de oxidação de baixa temperatura ocorre. Portanto, uma mistura de ar-combustível pobre homogênea é formada na câmara de combustão, o combustível é injetado ao redor da vela de ignição próxima ao ponto morto superior de compressão e ignição por centelha é realizada imediatamente posteriormente na combustão pobre estratificada mostrada na Figura 13, mas a combustão pobre estratificada é completamente diferente da forma de combustão da presente modalidade em que a reação de oxidação de baixa temperatura não é utilizada.

[077] Conforme descrito acima, a forma de combustão de acordo com a presente modalidade é diferente daquele conhecido convencionalmente. De acordo com a presente modalidade, uma operação estável é possível em uma razão de ar-combustível ainda mais pobre do que considerado como um limite pobre na forma convencionalmente conhecida de combustão.

[078] A Figura 14 é um gráfico que descreve que a deterioração de componentes de gás de escape é suprimida pela presente modalidade. Um eixo geométrico vertical representa uma razão de equivalência e um eixo geométrico horizontal representa uma temperatura de gás no cilindro durante a combustão. Adicionalmente, as regiões hachuradas na Figura 14, respectivamente, indicam uma região em que PM (Matéria Particulada) é gerada e uma região em que NOx é gerado. Uma região circulada por uma linha quebrada na Figura 14 indica uma região quando a presente modalidade for executada.

[079] Conforme mostrado, PM é gerada em um meio para a região de temperatura alta em que a razão de equivalência é maior do que 2, e NOx é gerado em uma região de temperatura alta em que a razão de equivalência é 0 a cerca de 2,5. A forma convencionalmente conhecida de combustão descrita acima está abrangida na região de geração de NOx da Figura 14. Isso se deve ao fato de que uma temperatura de combustão é alta como natural se a razão de equivalência for 1 e a temperatura aumenta devido à combustão da mistura de ar-combustível até mesmo se a razão de equivalência for menor do que 1. Em contraste, visto que uma quantidade grande de ar é fornecida no interior da câmara de combustão pelo supercarregamento na presente modalidade conforme descrito acima, uma capacidade de calor do gás na câmara de combustão aumenta e um aumento de temperatura no caso de queima de uma mistura de ar-combustível é suprimido. Como resultado, a região quando a presente modalidade for executada nesta região circulada pela linha quebrada na Figura 14. Isto é, de acordo com a presente modalidade, é possível não apenas para habilitar a combustão estável em uma razão de equivalência mais pobre do que uma razão de equivalência convencionalmente considerada como um limite pobre, mas também para suprimir quantidades de emissão de PM e NOx.

[080] Deve ser notado que embora apenas uma válvula de injeção de combustível 21 para injetar diretamente combustível no interior do cilindro seja fornecida na descrição acima, não há limitação para isso. Por exemplo, uma válvula de injeção de porta para injetar combustível no interior da passagem de admissão 23 pode ser fornecida adicionalmente e a primeira injeção de combustível pode ser realizada pela válvula de injeção de porta.

[081] Adicionalmente, se pelo menos alguns dos feixes de aspersão passarem através da adjacência do canal de descarga da vela de ignição 20, a válvula de injeção de combustível 21 pode ser disposta em uma parede lateral da câmara de combustão 22.

[082] Adicionalmente, a operação pobre supercarregada supracitada pode ser basicamente realizada e a presente modalidade pode ser executada, por exemplo, durante uma operação transiente como um comutador entre a operação pobre supercarregada e uma operações estequiométricas homogêneas.

[083] Adicionalmente, embora o supercarregador de turbo 4 seja fornecido como um supercarregador na descrição acima, não há limitação para isso. Por exemplo, um supercarregador mecânico ou um supercarregador elétrico pode ser usado. Visto que um supercarregador elétrico pode obter uma pressão de supercarregamento desejada em uma região de operação mais ampla do que o supercarregador de turbo 4, a presente modalidade pode ser executada na região de operação mais ampla.

[084] Adicionalmente, ozônio ou similares podem ser fornecidos para promover adicionalmente a reação de oxidação de baixa temperatura. Entretanto, nesse caso, um dispositivo para fornecer ozônio ou similares é necessário além da válvula de injeção de combustível 21.

[085] Conforme descrito acima, na presente modalidade, a mistura de ar-combustível homogênea mais pobre do que na razão de ar-combustível estequiométrica é formada no cilindro pela primeira injeção de combustível e a segunda injeção de combustível é realizada para injetar uma quantidade menor de combustível do que na primeira injeção de combustível em direção à adjacência do canal de descarga da vela de ignição 21 durante um período em que a mistura de ar-combustível homogênea está passando pela reação de oxidação de baixa temperatura no curso de compressão. Após a segunda injeção de combustível, a ignição por centelha é realizada nessa temporização que uma centelha da vela de ignição 21 atinge o combustível injetado pela segunda injeção de combustível. Desta forma, a combustão estável é possível até mesmo em uma razão de ar-combustível mais pobre do que a razão de ar-combustível convencionalmente considerada como o limite pobre. Adicionalmente, a deterioração dos componentes de gás de escape pode ser suprimida. Deve ser notado que a quantidade de injeção da segunda injeção de combustível é menor do que da primeira injeção de combustível pelo seguinte motivo. Visto que é suficiente assegurar uma quantidade de combustível com capacidade parar iniciar a combustão pela ignição por centelha pela centelha da vela de ignição que atinge a combustível injetada na segunda injeção de combustível, a quantidade de injeção da segunda injeção de combustível é relativamente menor do que aquela da primeira injeção de combustível. Portanto, não é um requisito essencial que a quantidade de injeção da segunda injeção de combustível seja menor do que aquela da primeira injeção de combustível.

[086] Adicionalmente, na presente modalidade, a condição para a ocorrência da reação de oxidação de baixa temperatura é satisfeita fornecendo-se uma grande quantidade de ar com o uso do supercarregador.

[087] Adicionalmente, na presente modalidade, a condição para a ocorrência da reação de oxidação de baixa temperatura é satisfeita controlando-se o mecanismo de razão de compressão variável em direção ao lado de razão de compressão alta.

[088] Embora a modalidade da presente invenção tenha sido descrita acima, a modalidade acima é meramente uma ilustração de um exemplo de aplicação da presente invenção e não pretendida para limitar o escopo técnico da presente invenção para a configuração específica da modalidade acima.

Claims

1. Método de controle para motor de combustão interna (1) de ignição por centelha, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: formar uma mistura de ar-combustível com uma razão de ar-combustível de cerca de 30 em um cilindro (22) pela primeira injeção de combustível; causar uma reação de oxidação de baixa temperatura pela compressão da mistura; realizar segunda injeção de combustível para injetar uma quantidade de combustível para fazer uma razão de ar-combustível da mistura de ar-combustível no cilindro (22) inteiro incluindo a mistura de ar-combustível formada pela primeira injeção de combustível mais pobre do que a razão de ar-combustível estequiométrica em direção à adjacência de um canal de descarga de uma vela de ignição (20), que está perto o suficiente para causar uma ignição de combustível aspergido quando a vela de ignição (20) é centelhada, durante um período em que a mistura de ar-combustível está passando pela reação de oxidação de baixa temperatura; e realizar ignição por centelha pela vela de ignição (20) em uma temporização em que uma centelha da vela de ignição (20) atinge o combustível injetado pela segunda injeção de combustível após a segunda injeção de combustível.

2. Método de controle para motor de combustão interna (1), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que: o motor de combustão interna (1) inclui um supercompressor (4); e é realizado supercarregamento pelo supercompressor (4) de modo que a reação de oxidação de baixa temperatura ocorra.

3. Método de controle para motor de combustão interna (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que: o motor de combustão interna (1) inclui um mecanismo de razão de compressão variável; e uma razão de compressão é aumentada pelo mecanismo de razão de compressão variável de modo que a reação de oxidação de baixa temperatura ocorra.

4. Dispositivo de controle para motor de combustão interna (1) de ignição por centelha, compreendendo: uma válvula de injeção de combustível (21) para fornecer combustível em um cilindro (22); uma vela de ignição (20) para realizar ignição por centelha para uma mistura de ar-combustível no cilindro (22); e um controlador (100) para controlar uma temporização de injeção de combustível e uma temporização de ignição; CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador (100) realiza: primeira injeção de combustível para formar uma mistura de ar-combustível com uma razão de ar-combustível de cerca de 30 no cilindro (22); causar uma reação de oxidação de baixa temperatura pela compressão da mistura; segunda injeção de combustível para injetar uma quantidade de combustível para fazer uma razão de ar-combustível da mistura de ar-combustível no cilindro (22) inteiro incluindo a mistura de ar-combustível formada pela primeira injeção de combustível mais pobre do que a razão de ar-combustível estequiométrica em direção à adjacência de um canal de descarga da vela de ignição (20), que está perto o suficiente para causar uma ignição de combustível aspergido quando a vela de ignição (20) é centelhada, durante um período em que a mistura de ar-combustível está passando pela reação de oxidação de baixa temperatura; e ignição por centelha pela vela de ignição (20) em uma temporização em que uma centelha da vela de ignição (20) atinge o combustível injetado pela segunda