CN100350145C - 压燃式内燃机 - Google Patents

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Abstract

压燃式发动机通过喷射器(11)的喷射孔(831a，832a，833a，831b，832b)以基本上为常数的喷射速率喷射燃料以雾化燃料，这样燃料就可以很容易地汽化并且使燃料穿透汽缸内部的气体。因此，发动机提供了一种喷射燃料的空间分布，其中燃料和空气的混合随着燃料从喷射孔(831a，832a，833a，831b，832b)落下和燃料到达燃料在此处与空气预混和的预混和空间而进行。发动机控制汽缸内部的氧浓度和点火延迟，这样在开始点火之前所喷射燃料的数量与总燃料喷射数量之比就落在从25%到50%的范围之内，并且这样在预混合空间中形成的预混合气体就可以连续地燃烧。

Description

压燃式内燃机
技术领域
本发明涉及一种压燃式内燃机。
背景技术
在压燃式内燃机中，以液滴形式从喷射器中喷射的燃料经过雾化和汽化并且与空气混合形成易燃混合气体。然后，易燃混合气体被点燃。这样，燃料就在压燃式内燃机中燃烧。燃料雾化并且形成可燃混合气体之后喷射燃料就进入了可燃状态。因此，点火定时滞后于燃料喷射定时。更具体地说，燃料喷射定时和点火定时之间存在一个点火延迟。一般说来，在燃烧时，首先发生预混合燃烧，接着再发生速度受燃料和空气混合速度限制的扩散燃烧。在燃烧的初期(或者在预混合燃烧时)，燃料和空气进行充分均一的混合并且迅速产生燃烧。因此，燃烧过程中的放热率图在燃烧初期具有一个峰值，这时放热率大大提高。
近几年来，除了运动性能的改善之外，已经越来越强调内燃机废气排放和噪音的降低。将废气重新循环到进气系统中的废气再循环(EGR)作为一种减少废气排放的技术而广为人知。预混合燃烧导致快速的燃烧并且增加汽缸内部的温度。因此，执行EGR以减少氧浓度，这样就可以防止汽缸内部温度的过量增大。因此，就可以减少氮氧化物。
如果执行EGR，氧化氮可以减少，但是氧浓度的降低是不可避免的。因此，在燃料和空气未充分混合的扩散燃烧中，会很容易地生成烟。因此，在公开号为2864896的日本专利(专利文件1)中公开的技术将燃料喷射定时延迟到上死点(TDC)之后，从而延长了执行EGR时的点火延迟，这样就抑制了烟的生成。该技术格外地延长了点火延迟，这样所喷射燃料的实体就在点火之前到达预混合状态。
在公开号码为2001-165017(专利文件2)的未经检查日本专利申请中公开了一种技术，其中形成了多个喷射孔并且每个喷射孔的通道面积都减少了。因此，可以有效地改善燃料和空气的混合状态。
然而，在专利文件1中公开的技术中，点火始于所喷射燃料的实体到达预混合状态之后。因此，较大数量的燃料立即燃烧。因此，放热率立即升高，然后迅速降低。放热率图在总体上提供了一个峰形轮廓。因此噪音增大。在喷射初期喷射的燃料会在长的点火延迟内扩散。因此，混合气体有可能变得过于贫乏并且会生成碳氢化合物或一氧化碳。因为喷射定时延迟并且点火延迟进行了特别的延长，所以对于效率的影响是不可避免的，并且燃料消耗率恶化。
在专利文件2中公开的技术提高了燃料的雾化并且可以缩短点火延迟。然而，即使将专利文件2中的技术应用于专利文件1中的技术，放热率图的总峰形轮廓也不会变化。因此，不能同时实现氮氧化物或烟的减少与噪声预防能力和燃料消耗率的改善。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种内燃机，它能够减少诸如氮氧化物或烟的废气排放并且同时改善噪音预防能力和燃料消耗率。
根据本发明的一个方面，具有用于将废气再循环到进气系统的废气再循环系统的压燃式发动机包括供应装置和控制装置。供应装置以基本上为常数的喷射速率通过喷射孔喷射燃料以雾化燃料，这样燃料就可以很容易地汽化并且使得燃料弥漫于发动机汽缸内部的气体中。因此供应装置提供了一种喷射燃料的空间分布，其中燃料和空气的混合与燃料从喷射孔沿着喷射方向落下和燃料到达燃料在此处与空气预混合的预混合空间进行。控制装置执行燃烧控制。在燃烧控制中，控制装置控制汽缸内的氧浓度，这样在其中燃烧燃料的燃烧空间就与预混合空间一致。同时，控制装置控制从燃料的喷射定时到点火定时的期间的长度，这样当燃料喷射的同时燃料被点火，并且这样在开始点火之前喷射的燃料量与在一次喷射过程中喷射的燃料的总量之比就落在预定范围之内。
在喷射燃料的空间分布中，燃料和空气的混合与燃料从喷射孔沿着喷射方向落下和燃料到达燃料在此处与空气预混合的预混合空间同步进行。汽缸内部的氧浓度和从喷射定时到点火定时的期间(点火延迟)受到控制，这样燃烧空间就与预混合空间一致。因此，放热率图提供了一个没有峰值的轮廓。因此，可以实现减少噪音和抑制烟的生成的燃烧。
此外，在开始点火之前喷射的燃料数量(预燃喷射量)与总喷射量之比落在一个预定的范围之内。因此，点火延迟随着总喷射量的减少而缩短。因此，在燃料点火时预混合空间的尺度随着总喷射量的减少而减少。同时，单位时间的燃烧量减少并且噪音降低。当仅要求少量的燃料作为总喷射量时，就会要求相当高的发动机噪音预防能力。就可以执行对应于噪音防止能力的要求的燃烧。
根据本发明的另一个方面，供应装置被这样形成以使得邻接的喷射孔形成一个喷射孔组，其中属于同样喷射孔组的喷射孔的中心线基本上指向相同的方向。因为喷射孔的数目有所增加，所以减少了每个喷射孔的通道剖面面积并且促进了雾化。在每个喷射孔组中，燃料通过邻接的喷射孔沿基本上一样的方向喷射。因此，喷射孔组施加了与具有较大通道剖面面积的单个喷射孔相似的高燃料穿透力。因此，可以由喷嘴结构独自同时实现喷射燃料雾化能力和穿透力的改善。
附图说明
从对形成本申请一部分的下列具体实施方式、所附权利要求书和附图的研究中，可以很容易理解实施例的特征和优点以及相关零件的操作方法和功能。在附图中：
图1是显示根据本发明的实施例的内燃机的示意图；
图2是显示根据实施例的发动机喷射器的喷嘴的剖视图；
图3是显示根据实施例的喷嘴的主要部分的片断剖视图；
图4是显示根据实施例的发动机特性的曲线图；
图5A是显示根据实施例的发动机放热率图的时序图；
图5B是显示根据实施例的发动机放热率图的时序图；
图5C是显示根据实施例的发动机放热率图的时序图；
图5D是显示根据实施例的发动机放热率图的时序图；
图6是显示根据实施例的发动机燃料喷射操作的时序图；
图7是显示根据实施例的发动机特性的曲线图；
图8A是显示根据实施例的发动机放热率图的时序图；
图8B是显示根据实施例的发动机放热率图的时序图；
图8C是显示根据实施例的发动机放热率图的时序图；
图8D是显示根据实施例的发动机放热率图的时序图；
图9是显示根据实施例的发动机燃料喷射操作的时序图；
图10A是显示根据实施例的发动机燃料喷射操作的示意图；
图10B是显示根据实施例的发动机燃料喷射操作的示意图；
图10C是显示根据实施例的发动机燃料喷射操作的示意图；
图10D是显示根据实施例的发动机燃料喷射操作的示意图；
图11是显示根据实施例的发动机燃料喷雾控制的示意图；
图12是显示根据实施例的发动机燃料喷射数量控制的曲线图；
图13A是显示根据实施例的发动机放热率图的曲线图；
图13B是显示根据实施例的发动机放热率图的曲线图；
图14是显示根据实施例的发动机特性的曲线图；
图15A是显示根据实施例的发动机放热率图的曲线图；
图15B是显示根据实施例的发动机放热率图的曲线图；
图15C是显示根据实施例的发动机放热率图的曲线图；
图16是显示用于执行根据实施例的发动机的燃烧控制的操作区域的曲线图；
图17A是根据实施例的发动机的放热率图；
图17B是实施例的一个改进实例的发动机的放热率图；和
图17C是实施例的一个改进实例的发动机的放热率图。
具体实施方式
参见图1，图中显示了一个压燃式发动机，具有根据本发明的实施例的燃料控制系统。例如，本实施例应用于汽车。在图1中所示的发动机为四缸发动机。空气由进气系统2供应到发动机主体1中各自的汽缸内，并且空气在燃料的燃烧中消耗。与各自的汽缸相通的进气歧管21置于进气系统2的下游端。空气的吸入数量由节流阀22的开启程度限定。用于调节进气阀和排气阀开启定时和关闭定时的可变阀机构12装配到发动机主体1上。
作为供应装置的喷射器11装配到各自汽缸的一对一的基座上。喷射器11在打开时喷射燃料。燃料从共轨63供应，共轨是汽缸、喷射器11所共有的。具有将从燃料箱61汲取的低压燃料进行压力输送的高压供油泵的燃料压力供给设备62将燃料供给到共轨63之中。因此，共轨63中的燃料保持在高压。共轨63中燃料的压力(共轨压力)界定了喷射器11的喷射压力。共轨压力是通过控制燃料压力供给设备62而进行调节的。
在图2和图3中显示了喷射器11的喷嘴11a。如图2所示，喷嘴11a包括圆棒状的喷嘴壳体81和喷针82。所形成的喷嘴壳体81带有纵向孔811，该孔是沿着喷嘴壳体81的中心轴线钻出的，并且喷针82滑动地容纳在纵向孔811的内部。纵向孔811中部的内径扩大以提供一个如图2中所示的燃料池813。在图2中，喷针82在燃料池813之上的上部滑动地夹持在纵向孔81内部。高压燃料从共轨63通过高压通道812导入燃料池813并且到达纵向孔811的下端。座811a形成于纵向孔811的下端。喷针82的针尖821置于座811a上。如果针尖821从座811a提起，燃料就通过喷射孔831a、832a、833a、831b、832b喷射。所形成的喷针82具有在图2中在燃料池813中朝向下方的阶梯面823。高压燃料作用在阶梯面823上的压力在图2中为向上的方向，或者为喷针82的提升方向。喷射器11包括用于将喷针82向下偏压的偏置装置。如果除去偏置装置向下的偏压力，喷针82就会提升。
在喷嘴壳体81的尖端形成了多个喷射孔831a-832b。更具体地，在正三角形的顶点上彼此邻近地布置的三个喷射孔831a、832a、833a提供了喷射孔组83a。同样，另外三个喷射孔831b、832b提供了另一个喷射孔组83b(在图3中并未显示喷射孔组83b的其它喷射孔)。因此，三个喷射孔提供了一个喷射孔组。除喷射孔组83a、83b之外，所形成的喷嘴壳体81还具有其它喷射孔组。例如，六喷射孔组以相等的间隔沿着喷嘴壳体81的圆周布置。所形成的每个喷射孔组的喷射孔的中心线基本上彼此相互平行，如图3所示。喷射孔831a-832b中每个孔的直径设置得大体上在0.05毫米到0.1毫米的范围之内。
如果燃料通过喷嘴11a的喷射孔831a-832b喷射，那么对于每一个喷射孔组83a、83b，燃料基本上沿相同的方向喷射。因此，通过每个喷射孔组83a、83b喷射的燃料形成喷雾。因此，每个喷射孔组83a、83b都施加了与具有较大通道剖面面积的单个喷射孔相似的高燃料穿透力。此外，燃料的雾化也有所提高，因为喷射孔831a-832b中每个喷射孔的通道剖面面积很小。
由燃烧所喷射燃料生成的废气通过排气系统释放到环境空气中。排气系统3包括其上游端与全部汽缸连通的排气歧管31和用于收集废气中包含的特定物质的吸收过滤器32。
如图1所示，发动机包括涡轮增压器4，它用于使用释放到排气歧管31中废气的废热来强迫空气导入发动机主体1中。
如图1所示，发动机包括废气再循环系统(EGR系统)5，它用于通过连接进气系统2与排气系统3的EGR通道51，将来自排气系统3的一部分废气再循环到进气系统2中。EGR率是使用EGR阀52通过调节再循环的废气(EGR气体)进行调节的，EGR阀52的开启程度可以任意地设置。EGR冷却器53置于EGR通道51中并且在EGR气体吸入进气系统2之前对它进行冷却。
EGR气体可以通过流过旁路通道54而绕过EGR冷却器53。旁路通道54在EGR冷却器53下游的合并点处并入EGR通道51。开关阀55置于在合并点处。开关阀55在如下两个操作状态之间切换：其中EGR气体通过EGR冷却器53再循环到进气系统2中的状态，和其中EGR气体绕过EGR冷却器53并且通过旁路通道54(不通过EGR冷却器53)再循环到进气系统2中的另一个状态。
进气系统2包括中间冷却器23。中间冷却器23置于涡轮增压器4的压缩机和节流阀22之间。中间冷却器23冷却由涡轮增压器4增压的吸入空气。吸入空气可以通过流过旁路通道24绕过中间冷却器23。旁路通道24在中间冷却器23下游的合并点处并入进气通道。中间冷却器开关阀25置于合并点处。中间冷却器开关阀25在如下两个操作状态之间转换：其中吸入空气通过中间冷却器23导入进气歧管21的操作状态，以及其中吸入空气绕过中间冷却器23并且通过旁路通道24导入进气歧管21的另一个操作状态。
电子控制单元(ECU)71基于由装配到发动机不同部分上的传感器检测到的发动机的操作状态而控制燃料喷射。传感器包括用于检测节流阀22开启程度(节气门开启程度)的节气门位置传感器72和用于检测废气中氧浓度的空燃比传感器73。压力传感器74用于检测施加到共轨63上的共轨压力。发动机包括用于检测发动机旋转速度NE的转速传感器75、用于检测加速器位置的加速器位置传感器76和在狄塞尔发动机中通常使用的其它传感器。
ECU 71包括不同的信号处理电路和计算电路。例如，ECU 71在结构以微型计算机为中心。
ECU 71使用检测到的节气门开启程度作为车辆驾驶者所要求的转矩值，并且依照开启程度设置燃料喷射数量的命令值。ECU 71控制喷射器11。更准确地说，ECU 71在预定的定时开启喷射器11预定的期间以喷射燃料。ECU 71控制燃料压力供给设备62，这样检测到的共轨压力就与目标压力相符。ECU 71依照操作状态来控制EGR阀52、开关阀55、中间冷却器开关阀25、可变阀定时机构12等。
接下来将解释由作为控制装置的ECU 71执行的燃烧控制。控制可选地在预定的操作区域上执行(后面将进行解释)。
首先，通过控制EGR率(Rr)设定汽缸内部的氧浓度。在图4中，在喷射定时Tinj设置在上死点(TDC)的情形中氮氧化物、烟、噪音、燃料消耗率和点火延迟(从喷射定时到点火定时的期间)相对于EGR率Rr的特性曲线分别显示为实线“a”、虚线“b”、实线“c”、虚线“d”和实线“e”。如果EGR率Rr增大，氧浓度就会降低并且可以防止点火后燃烧空间中燃烧的过多激活。因此，可以抑制过量增高的燃烧温度。因此，氮氧化物随着EGR率Rr的增大而减小，如图4中实线“a”所示。在这种情形下，噪音也会降低，如实线“c”所示，因为防止了燃烧的过多激活。如果EGR率Rr增大，燃烧空间中的氧气就变得不足，并且排烟会恶化(增多)，如虚线“b”所示。因此，EGR率Rr是依照其中存在权衡的氮氧化物、噪音和烟而确定的。EGR率Rr还依照其它系数进行确定。例如，EGR率Rr设置为35％(在图4中由点C1显示)。
其次，通过控制喷射开始时的喷射定时Tinj和如下所述的其它系数来设置点火延迟。点火延迟被这样设置，从而点火定时晚于TDC并且预燃喷射数量Qp与总喷射数量Qt之比就落在预定的范围内(例如，从25％到50％的范围)。预燃喷射数量Qp和总喷射数量Qt是如下界定的。一旦作为喷射器11的阀开启控制信号的喷射脉冲(PULSE)输出为如图6中所示的实线“a”，就会提供如实线“b”所示的喷射速率Ri，其时序轮廓为梯形。在图6中提供了如实线“c”所示的放热率Rh(放热率图)的时序轮廓对应于控制情况等等不同形状。预燃喷射数量Qp是燃料在从喷射定时Tinj到点火定时Tign的期间中喷射的燃料数量，其从点火定时Tign出现放热率Rh的升高。总喷射数量Qt是依照一个喷射脉冲所喷射燃料的总数量。
点火延迟主要取决于汽缸温度和汽缸压力。如果汽缸温度和汽缸压力升高，点火延迟就会缩短。因此，通过控制影响汽缸温度的喷射定时Tinj、吸入汽缸的气体的温度(汽缸进气温度)、EGR气体温度、压缩比和影响汽缸压力的增压压力和喷射压力中的至少一个来设置点火延迟。在图7中，在EGR率为35％的情形中氮氧化物、烟、噪音、燃料消耗率和点火延迟相对于Tinj的特性曲线分别显示为实线“a”、虚线“b”、实线“c”、虚线“d”和实线“e”。通常，当喷射定时Tinj设置在TDC之前的某个特定角度时，点火延迟最小，并且点火延迟随着喷射定时Tinj的提前或是从特定角度延迟而增大，如图7中实线“e”所示。如果点火延迟最小，就会在TDC附近开始点火。如果喷射定时Tinj早于TDC，放热率Rh的时序轮廓就会在燃烧初期具有较大的峰值，如图8A所示。当喷射定时Tinj设置在图7中的值A2处时，就会提供图8A中所示的轮廓。如果喷射定时Tinj接近使点火延迟最小化的特定角度，峰值就会降低，如图8B所示，并且最后，放热率Rh的时序轮廓变化为如图8C中所示的梯形。当喷射定时Tinj设置在图7中的值B2处时，就会提供图8B中所示的轮廓。当喷射定时Tinj设置在图7中的值C2处时，就会提供图8C中所示的轮廓。
当喷射定时Tinj设置在使点火延迟最小化的特定角度时，排烟会最恶化(增多)，如图7中的虚线“b”所示。排烟随着喷射定时Tinj的提前或从特定的角度延迟而改善(减少)。因此，喷射定时Tinj设置得使点火定时Tign晚于TDC并且点火延迟落在预定的范围内。
除了喷射定时Tinj之外，EGR气体温度、汽缸进气气体温度、压缩比，增压压力和喷射压力也可以用作调节点火延迟的参数。通过转动开关阀55到旁路通道54侧以防止EGR气体流过EGR冷却器53，EGR气体可以供应到汽缸中而又基本上防止EGR气体温度降低。因此，即使低温时期或低载时期废气温度较低，也可以防止EGR气体温度的过度降低。
汽缸吸入气体温度是气体的温度，气体是EGR气体和新鲜空气的混合物并且通过进气歧管21吸入汽缸。点火延迟控制直接受到由流过节流阀22的新鲜空气和通过EGR通道51提供的EGR气体混合所形成气体的温度的影响。因此，吸入气体温度控制为用于控制点火延迟的参数。汽缸吸入气体温度是基于新鲜空气温度和EGR气体温度而进行控制的。新鲜空气温度和EGR气体温度可以分别通过开关旁路通道24、54的开关阀25、55而进行控制。
压缩比是通过控制进气阀的阀关闭定时而进行调节的。汽缸温度随着压缩比的增大而增加。
汽缸压力是通过控制涡轮增压器4的增压压力而进行调节的。汽缸压力随着增压压力的增加而增加。喷射压力是通过控制燃料压力供给设备62进行调节的，这样共轨压力就与目标压力相符。
如果氧浓度减小，点火延迟就会延长。由于喷射压力增加，所以就会促进燃料的雾化，并且促进预混合气体的形成。因此，可以调节点火延迟，这样就可以通过增大喷射压力而使预燃喷射量Qp和总喷射量Qt之比落在预定的范围内。
接下来将基于图9至图10D说明在执行汽缸氧浓度和点火延迟的上述控制的情形下喷射器11的燃料喷射模型。图9中时间点A3处的燃料喷射状态如图10A所示。图9中时间点B3处的燃料喷射状态如图10B所示。图9中时间点C3处的燃料喷射状态如图10C所示。图9中时间点D3处的燃料喷射状态如图10D所示。在喷射初期燃料喷雾以如图10A中的区域“a”所示一组液滴的形式存在。由于喷雾从喷射孔落下，所以就进行雾化和汽化并且燃料就与空气更充分地混合。因此，燃料和空气就进行了均衡并且促进了燃料和空气混合气体的形成。如上所述，喷射器11的喷嘴结构并不会阻碍燃料的雾化和穿透力。喷射的燃料整体地沿着对应于每个喷射孔组83a、83b的喷射孔831a-833a或者喷射孔831b、832b的中心线移动。因为燃料的喷雾具有足够的穿透力，就存在一个明显的趋势，即当燃料从喷射孔831a-832b落下时燃料和空气的混合状态更均衡。燃料在图10B、10C或10D中的区域“b”中进行雾化和汽化。因为雾化不受阻碍，预混合气体就可以如图11所示在燃料到达燃料室中面向孔831a-832b的壁W之前形成预混和气体。预混合气体在图10B、10C或10D中的区域“c”中进行雾化和汽化。预混合气体在图10C或10D中的区域“d”中进行燃烧。
为了使燃料在到达燃料室中面向喷射孔的壁W之前形成预混和气体，必须如图11所示在点火延迟期间形成的喷雾末梢与燃烧室壁表面W之间提供一定的距离D。一定的距离应该优选设置在预定的范围内。例如，距离D的预定范围由下面的等式(1)来限定。
0＜D≤L1×0.2，(1)
在等式(1)中，L1表示喷嘴11a的喷射孔和喷雾末梢之间的距离，L2是喷嘴11a的喷射孔和如图11所示的燃烧室壁W之间的距离。特定距离D通过从距离L2中减去距离L1而算出。
燃烧空间的尺度可以通过控制氧浓度而调节。氧浓度可以通过调节EGR率Rr来控制。因此，燃烧空间可以限制在预混合空间内以便燃烧空间不至于延伸成一个使燃料和空气不能充分混合的空间。此外，通过控制点火延迟可以调节燃烧的进行速度(燃烧过程速度)。因此，新形成预混合气体的速度(预混合气体形成速度)就可以与燃烧过程速度进行均衡。因此，如图10A至10D所示预混合气体就可以连续地供给燃料喷雾的末梢并且可以提供恒定的放热率Rh。因此，预混合燃烧在恒定的预混空间中发生。因此，放热率Rh保持恒定并且获得如图9所示的梯形形式的放热率图。因此，同时可以实现氮氧化物、噪音和烟的减少。当如图4和5C所示EGR率Rr为特定的值C1或者如图7和图8C所示喷射定时Tinj为特定的定时C2时，就可以取得这些效果。如果EGR率Rr从特定值C1进行了改变，或者喷射定时Tinj从特定定时C2发生了改变，那么放热率图就从梯形变化成如图5A、5B、8A或8B所示在燃烧初期具有峰值的轮廓或者如图5D或8D所示整体为一个峰形的轮廓。当EGR率Rr设置为图4中的值A1时，就具有图5A所示的放热率图。当EGR率Rr设置为图4中的值B1时，就具有图5B所示的放热率图。当EGR率Rr设置为图4中的值D1时，就具有图5D所示的放热率图。当喷射定时Tinj设置为如图7所示的时间D2时，就具有图8D所示的放热率图。
喷嘴11a的每个喷射孔831a-832b与燃烧空间之间的距离取决于点火延迟和喷嘴11a提供的穿透力。穿透力取决于燃料的喷射压力。喷射压力可以通过调节共轨压力而改变。因此，共轨压力应设置成使放热率Rh保持恒定并且连续地向燃烧供应预混合气体。
如果因为形成预混和空间过程中的空气流而使邻近的喷雾互相干扰，那么就不能形成均衡混合的气体并且燃烧量增加。因此，就不能形成具有梯形轮廓的放热率Rh，并且燃烧空间会延伸成一个使燃料和空气不能充分混合的空间。因此，排烟就会恶化(增加)。因此，应该优选地通过减少涡流而避免邻近喷雾之间的干扰。涡流比应该优选地设置在从0.5至2.5的范围内。
在本实施例中，喷射的燃料仅在预混合空间中进行扩散和燃烧。如果从某个喷射孔组喷射的喷雾干扰了从邻近喷射孔组中喷射的喷雾，就不能建立上述的燃烧模型并且燃烧量增加。在这种情形下，噪音可以就会恶化(增加)。因此，为了防止邻近喷雾之间的干扰，单位时间从一个喷射孔组喷射的燃料数量与汽缸容积V除以喷射孔组数N所得的体积的比q采用一个指数(q/(V/N))来表示，并且该指数(q/(V/N))设置在预定范围内(例如，如图12所示当单位时间为1分钟时该范围等于或者小于5)。当喷射定时设置为TDC并且EGR率设置为35％时，如果指数(q/(v/n))设置在预定范围内，放热率Rh的轮廓就变成了如图13A所示的梯形形状。因此，就减少了烟和噪音，如图12所示。如果指数(q/(v/n))大于5，如图13B所示放热率Rh的图形就整体变成了一个峰形。
在专利文件1所公开的技术中，完成喷射之后才进行燃料的点火。因此，预混合的空间尺度就比较大。结果，产生了大量的热并且噪音增加。比较起来，在本实施例中，燃烧以恒定的比连续地进行。因此，噪音限制在较低的水平。此外，由于将燃烧的燃料已经变成了预混合气体，所以就可以抑制烟的产生。
在专利文件1的技术中，喷射初期喷射的燃料在较长的点火延迟中进行扩散并且混合气体变得非常稀。因此，有可能形成碳氢化合物或一氧化碳。比较起来，在本实施例中，从起初燃料喷射和预混合开始就一直进行连续的燃烧。因此，可以防止形成稀的预混合空间。因此，可以抑制碳氢化合物或一氧化碳的形成。
点火延迟设置成使预燃喷射量Qp与总喷射数量Qt的比落入如图14所示的预定范围“B”中。图14中的点“c”表示专利文件1的技术中预燃喷射数量Qp与总喷射数量Qt的比(1.0)。图14中所示的操作范围B中喷针82的上升距离L和放热率Rh如图15B所示。图15B中所示的期间“a”表示点火延迟。图14中所示的操作范围“A”中喷针82的上升距离L和放热率Rh如图15A所示。图14中所示的操作范围“C”中喷针82的上升距离L和放热率Rh如图15C所示。如果点火延迟较短，或者如果预燃喷射数量Qp与总喷射数量Qt的比较小，那么预混合空间就比较小。在这种情形下，燃料在燃料与汽缸气体进行充分混合之前进行点火，并且在点火之后喷射大量的燃料。因此，汽缸温度增加并且燃烧空间膨胀成使燃料不能与汽缸气体进行充分得混合。因此，就会产生烟。如果点火延迟较长，或者如果预燃喷射数量Qp与总喷射数量Qt的比较大，那么预混合空间就扩大并且产生大量热而且噪音增加。因此，点火延迟设置在根据烟和噪音所确定的预定范围内，其中它们具有一个折衷平衡关系。
根据预燃喷射数量Qp与总喷射数量Qt的比来确定点火延迟。因此，当操作状态处于总喷射数量Qt相对较大的操作范围中时，与预燃喷射数量Qp与总喷射数量Qt的比的预定范围相对应的点火延迟的范围转换到可以提供较长点火延迟的范围。因此，当操作状态处于总喷射数量Qt相对较小的操作范围中时，与预燃喷射数量Qp与总喷射数量Qt的比的预定范围相对应的点火延迟的范围转换到可以提供较短点火延迟的范围。这些现象说明，点火开始时的预混合空间尺度在总喷射数量Qt较大的操作范围中会增大，而在总喷射数量Qt较小的操作范围中会减小。更具体地，在总喷射数量Qt较大的操作范围中放热率Rh较高，而在在总喷射数量Qt较小的操作范围中较低。因此可以获得如下的特性，即放热率Rh和噪音随着总喷射数量Qt的减少而降低。通常，当总喷射数量Qt减少时，就需要对噪音进行更严密的防护。可以通过上述的燃烧控制来实现与需要的水平相对应的噪声抑制效果。
在本实施例中，预燃喷射数量Qp与总喷射数量Qt的比在0.25至0.5的范围内，这由具体的数字来限定。预定范围根据内燃机的结构等等来进行改变。例如，如果喷射器11的燃料喷射特性例如雾化能力或穿透力得到了提高，那么就可以更快地形成预混合气体。在这种情形下，预定范围转变为一个由较小值确定的范围。
接下来，将根据图16说明执行上述燃烧控制的预定操作区域。在图16的中等载荷操作区域“A”中执行燃烧控制。在高载荷操作区域或者低操作区域都不执行燃烧控制。如果发动机旋转速度NE较高，汽缸温度就增加并且点火定时提前。因此，将预燃喷射数量Qp与总喷射数量Qt的比设置在预定范围中是比较困难的。所以，如果旋转速度NE超过了旋转速度的预定上限时，就不执行上述的燃烧控制。当载荷较小时，汽缸温度较低并且总喷射数量Qt较少。当载荷较高时，就需要较大数量的新鲜空气。因此，在这样的情形下，EGR率设置为较小的值，从而不执行上述燃烧控制。这是因为本发明旨在消除EGR所带来的问题，并且当EGR率本身很低时即使应用本发明也不能起到有效的作用。在图16中，Tr表示发动机的转矩输出，NEi为发动机的怠速空转速度。
如果喷雾的雾化程度由于随着时间的消耗而恶化，那么燃烧空间会从预混合空间向雾化空间延伸，其中在汽缸温度较高的情况下，该雾化空间会沿着喷雾的方向形成预混合空间的上流。在这种情形下，喷雾在燃料不能充分预混和的空间中进行燃烧并且很容易产生烟。在雾化程度恶化的情形下，另外执行后喷射以便当后喷射中喷射的燃料在燃烧室中燃烧时，烟同时也进行燃烧。因此，即使在汽缸温度较高的情况下也可以确保抑制烟的产生。
除了图17A所示的梯形放热率图之外，也可以通过本实施例中执行燃烧控制来提供基本上没有峰值的放热率图，例如图17B所示的倒置碗形的图或者如图17C所示在燃烧初期具有小峰值的图。
本发明不应限于这些公开的实施例，而是可以在不背离本发明的范围内以多种其它的形式来实现，其中本发明的范围由所附权利要求书来界定。

Claims (8)

1.一种具有用于将废气再循环到进气系统(2)中的废气再循环系统(5)的压燃式内燃机，其特征在于，包括：
供应装置(11)，用于通过喷射孔(831a，832a，833a，831b，832b)以基本上为常数的喷射速率喷射燃料以雾化燃料，这样燃料就可以很容易地被汽化并且使得燃料穿透发动机汽缸内部的气体中，供应装置(11)藉此提供了喷射燃料的空间分布，其中燃料和空气的混合随着燃料沿着喷射方向从喷射孔(831a，832a，833a，831b，832b)落下和燃料到达一个预混合空间而进行，在预混合空间中燃料与空气预混合的；和
用于执行燃烧控制的控制装置(71)，燃烧控制用于控制汽缸内部的氧浓度，从而燃料燃烧所在的燃烧空间就与预混合空间一致，燃烧控制还用于控制从燃料的喷射定时到点火定时的期间，这样燃料就会在燃料喷射的同时被点火，和从而在开始点火之前所喷射燃料的数量与在一次喷射期间所喷射燃料总量之比就落在一个预定的范围之内；
喷射定时被设置得使点火定时晚于上死点；以及
控制装置(71)执行这样的燃烧控制，使得放热率的图形就不出现峰值。
2.如权利要求1中所述的内燃机，其特征在于：
供应装置(11)被这样形成，从而邻接的喷射孔(831a，832a，833a，831b，832b)形成喷射孔组(83a，83b)，其中属于相同喷射孔组(83a，83b)的喷射孔(831a，832a，833a，831b，832b)的中心线基本上朝向相同的方向。
3.如权利要求1或2中所述的内燃机，其特征在于：
控制装置(71)控制再循环废气的数量以控制汽缸内部的氧浓度。
4.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于：
控制装置(71)通过控制燃料的喷射定时、再循环废气的温度、吸入汽缸的气体的温度、压缩比、增压压力和喷射压力中的至少一个来控制燃烧控制中从燃料的喷射定时到点火定时的期间。
5.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于：
当发动机的载荷位于低载范围和高载范围之间的特定范围内并且发动机的转速小于预定转速时，控制装置(71)执行燃烧控制。
6.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于：
控制装置(71)控制从燃料的喷射定时到点火定时的期间，使得在开始点火之前喷射的燃料量与在一次喷射过程中喷射的燃料的总量之比就落在燃烧控制中从25％到50％的范围之内。
7.如权利要求2中所述的内燃机，其特征在于：
发动机被这样形成，使得发动机的涡流比设置在从0.5到2.5的范围之内。
8.如权利要求2中所述的内燃机，其特征在于：
所形成的发动机具有多个喷射孔组(83a，83b)，并且
所形成的发动机使得每分钟内通过喷射孔组(83a，83b)之一喷射的燃料的数量与汽缸容积除以喷射孔组(83a，83b)数目之比设置为5或5以下。
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