CN100464066C - 压燃内燃机 - Google Patents

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Abstract

压燃内燃机，用于在超过压缩上止点时执行引燃喷射和主喷射，其中优化引燃喷射量和定时。压燃内燃机，其包括燃油喷射阀，用于将燃油喷射到气缸中的燃烧室内；根据发动机的运转状态，控制通过燃油喷射阀喷射的燃油量和定时；其中在压缩上止点之前执行引燃喷射，并且在超过压缩上止点之后执行主喷射；并且设置引燃喷射的燃油喷射量和燃油喷射定时，从而引燃喷射产生的最大放热速度为60kJ/s或更低，压燃内燃机安装在车辆上，当燃油喷射量迅速改变时，执行阻尼控制来防止发动机与车辆之间的耦合振动，而当在执行阻尼控制的过程中改变燃油喷射控制模式时，在执行阻尼控制后经过特定的时间之后转换燃油喷射控制模式，所述特定的时间为使得或者整个完成阻尼控制，或者阻尼控制收敛的时间。

Description

压燃内燃机
技术领域
本发明涉及压燃内燃机，并且更特别的是，涉及通过改进燃烧特性而设计使废气清洁的压燃内燃机。
背景技术
本申请要求2001年10月12日申请的日本专利申请第2001-315289号和2001年11月15日申请的日本专利申请第2001-350138号的权利，并且通过参考将它们公开的本质主题结合到本申请中。
最近已经提高了对内燃机，特别是柴油机适应环境的要求，并且迫切需要改善废气。结果，尽管各种后处理技术，如收集黑烟和其它类型烟尘的柴油颗粒过滤器(DPF)和减少并清洁NOx的NOx催化转化器正在显著的进步，然而这样改进燃烧特性的方法仍然需要包括效果显著的措施。
一般使用扩散燃烧来进行柴油燃烧，扩散燃烧是这样的燃烧模式，其中接近压缩上止点(通常大约为10°BTDC到10°ATDC)时，执行单阶段(一次)燃油喷射，在压缩上止点，气缸压力和温度已经充分增加；经过特定的点火延迟时间后，燃油部分点燃；根据燃油的扩散情况，燃油蒸发，与空气混合并且燃烧；并且当火焰随后紊乱扩散时，进行燃烧。
然而，考虑最近对于减少废气中的黑烟和NOx提高的要求，已经进行了各种改进。过去已知废气再循环(EGR)能够有效减少NOx，现在这种方法仍广泛使用。然而，由于EGR必须使废气回流，所以无法避免黑烟问题的恶化。
在规则燃烧的适当情况下，作为迅速的初始燃烧的结果，气缸压力会突然增加，并且会产生大的燃烧噪声。为了防止这样的问题，可以执行两阶段喷射过程，其中在主喷射之前执行小量的引燃喷射(初步喷射)，这以规则的定时来执行。在这种情况下，在燃油通过引燃喷射点燃并且建立点火源后，来自主喷射的燃油使用点火源来燃烧，由此抑制了迅速的初始燃烧及气缸中的压力迅速增加，并且防止了燃烧噪声。这一点的燃烧特性大体上与扩散燃烧相同。
然而，这样规则的引燃/主喷射具有缺点，即进行引燃喷射时，黑烟问题恶化。
最近，已经提出了关于这些技术的新燃烧系统。其中之一被称为动力调整(MK)燃烧，目的在于同时减少NOx和黑烟。这也可以被称为低温预混合燃烧，其概况如下。特别是，由于降低燃烧温度对减少NOx有效，因而这通过相对大量的EGR来进行。考虑如果采取这项措施，则黑烟将增加，但这可以通过燃油的预混合来处理。预混合包括两种方法，即早于常态喷射燃油的提前喷射和晚于常态喷射燃油的延迟喷射，但采用延迟喷射，因为提前喷射中的点火时间控制是困难的。概括而言，MK燃烧通过结合大量EGR和延迟喷射，同时减少了NOx和黑烟。参考文献包括《汽车工程学会学报》(“Proceedingsof theAutomobile Engineering Society”)1997-1第28卷第1号第41页；和其1997-4第28卷第2号第29页。
然而，使用MK燃烧时，是超过压缩上止点之后执行单阶段喷射，并且在相对长的预混合时间后，缓慢进行点火和燃烧，所以燃料消耗趋于恶化，由于低的气缸压力，燃烧变得不稳定，并且易于发生意外熄火或白烟。由于这个过程基于大量EGR，所以不能期望到黑烟显著减少的效果。
如日本专利申请公开第2000-310150号所示的，引燃喷射早于常态进行，并且需要一个设备，其中促使以意外熄火的某个定时执行的主喷射，而不需要预先喷射。这会进一步减少NOx。
尽管这对减少NOx有效，但也导致了黑烟问题恶化，因为在主喷射之前，发生由引燃喷射导致的连续燃烧，并且作为由引燃喷射导致燃烧的结果，产生了黑烟。
结果，使用这些技术难于改进黑烟问题，这不能充分满足未来严格的规定。
发明内容
由此，考虑上面的问题进行本发明，并且本发明的目的是，在压燃内燃机中，通过优化引燃喷射量及其定时，从而抑制黑烟，其中，执行了引燃喷射，并且在超过压缩上止点之后进行主喷射。
本发明的另一个目的，是控制发动机在低负载区域的燃烧不稳定性。
本发明是压燃内燃机，其包括燃油喷射阀，用于将燃油喷射到气缸中的燃烧室内，根据发动机的运转状态，控制燃油喷射阀喷射的燃油量和定时；其中压燃内燃机按两种喷射模式工作，在第一喷射模式中，通过燃油喷射阀以这样的燃油喷射量和燃油喷射定时执行引燃喷射，从而使引燃喷射产生的最大放热速度为60kJ/s或更低，然后在超过压缩上止点的时刻，通过燃油喷射阀执行主喷射；并且在第二喷射模式中，根据不符合第一喷射模式条件的那些条件，通过燃油喷射阀执行引燃喷射和主喷射；并且转换燃油喷射控制模式，从而在发动机低负载区域的运转状态下，执行第二喷射模式的燃油喷射控制，而在发动机高负载区域的运转状态下，执行第一喷射模式的燃油喷射控制，在上述安装在车辆上的压燃内燃机中，当燃油喷射量迅速改变时，执行阻尼控制来防止发动机与车辆之间的耦合振动，而当在执行阻尼控制的过程中改变燃油喷射控制模式时，最好在阻尼控制启动后经过特定的时间之后执行燃油喷射控制模式转换，所述特定的时间为使得或者整个完成阻尼控制，或者阻尼控制收敛的时间。
在这种布置下，在低负载区域执行常规的引燃喷射/主喷射，而不是低速放热速度的引燃喷射/主喷射。由此可以控制低负载区域的燃烧稳定性。
在发动机的低负载区域，最好转换发动机的燃油喷射控制模式，从而在发动机低速区域，执行第二喷射模式的燃油喷射控制，而在发动机高速区域，执行第一喷射模式的燃油喷射控制。
最好为燃油喷射模式的转换点设置滞后。
当转换燃油喷射控制模式时，最好执行特定的平滑转换控制。
应该根据第一喷射模式，来执行通过EGR装置执行的EGR。
上述压燃内燃机可以是公共给油管柴油机。
本发明是共轨式柴油机，其包括燃油喷射阀，用于将燃油喷射到气缸中的燃烧室内；共轨，用于将高压燃油连续地设置给燃油喷射阀；和控制装置，用于控制喷油器，从而通过燃油喷射阀实际喷射的燃油喷射量和燃油喷射定时，等于根据发动机运转状态预先确定的目标燃油喷射量和目标燃油喷射定时；其中控制装置按两种喷射模式工作，在第一喷射模式中，通过燃油喷射阀以这样的燃油喷射量和燃油喷射定时执行引燃喷射，从而使引燃喷射产生的最大放热速度为60kJ/s或更低，然后在超过压缩上止点的时刻，通过燃油喷射阀执行主喷射；并且在第二喷射模式中，根据不符合第一喷射模式条件的那些条件，通过燃油喷射阀执行引燃喷射和主喷射；并且转换燃油喷射控制模式，从而在发动机低负载区域，执行第二喷射模式的燃油喷射控制，而在发动机高负载区域，执行第一喷射模式的燃油喷射控制，其特征在于，
压燃内燃机安装在车辆上，当燃油喷射量迅速改变时，执行阻尼控制来防止发动机与车辆之间的耦合振动，而当在执行阻尼控制的过程中改变燃油喷射控制模式时，在执行阻尼控制后经过特定的时间之后转换燃油喷射控制模式，所述特定的时间为使得或者整个完成阻尼控制，或者阻尼控制收敛的时间。
本发明是用于控制这样构成的压燃内燃机的方法，用于根据发动机的运转状态控制通过燃油喷射阀喷射到气缸燃烧室内的燃油量和定时；其中控制方法按两种喷射模式工作，在第一喷射模式中，通过燃油喷射阀以这样的燃油喷射量和燃油喷射定时执行引燃喷射，从而使引燃喷射产生的最大放热速度为60kJ/s或更低，然后在超过压缩上止点的时刻，通过燃油喷射阀执行主喷射；并且在第二喷射模式中，根据不符合第一喷射模式条件的那些条件，通过燃油喷射阀执行引燃喷射和主喷射；并且转换燃油喷射控制模式，从而在发动机低负载区域，执行第二喷射模式的燃油喷射控制，而在发动机高负载区域，执行第一喷射模式的燃油喷射控制，其特征在于，
压燃内燃机安装在车辆上，当燃油喷射量迅速改变时，执行阻尼控制来防止发动机与车辆之间的耦合振动，而当在执行阻尼控制的过程中改变燃油喷射控制模式时，在执行阻尼控制后经过特定的时间之后转换燃油喷射控制模式，所述特定的时间为使得或者整个完成阻尼控制，或者阻尼控制收敛的时间。
附图说明
图1是结构图，描述了涉及本发明实施例的压燃内燃机；
图2是图表，描述了引燃喷射定时与放热速度之间的关系；
图3是图表，描述了引燃喷射定时与放热速度之间的关系；
图4是图表，描述了引燃喷射定时与放热速度之间的关系；
图5是图表，描述了引燃喷射定时与最大放热速度之间的关系；
图6是图表，描述了烟尘与最大放热速度之间的关系；
图7是燃油喷射控制模式的转换图；
图8描述了模式转换点的滞后；
图9是时间图表，描述了平滑控制的细节；
图10a-10c是时间图表，示意性地描述了阻尼控制的细节；和
图11a-11c是时间图表，描述了模式转换的延迟控制细节。
具体实施方式
下面将参考附图具体描述本发明的优选实施例。
图1描述了涉及本实施例的压燃内燃机。这里所谓的压燃内燃机涉及这样的发动机，其中喷射到燃烧室内的燃油通过气缸的压缩，在气缸中自发地点燃，上述压燃内燃机典型地为柴油机。特别是在本实施例的情况下，发动机是公共给油管柴油机，包括公共给油管燃油喷射装置。为了方便起见，示意图中示出了单个气缸，但多缸机器当然也是可以的。这样的发动机安装在车辆上。
1是发动机体，它包括气缸2、气缸盖3、活塞4、进气口5、排气口6、进气门7，排气门8、喷油器9等，其中喷油器9用作燃油喷射阀。燃烧室10形成在气缸2内，并且燃油从喷油器9喷射到燃烧室10中。凹陷11形成在活塞4的顶部，并且凹陷11形成燃烧室10的一部分。凹陷11的底部中心突起，而形成凹陷燃烧室的一个特征。通过喷油器9喷射的燃油总是进入凹陷11。这是因为当燃油沉积在气缸2的侧壁上时，出现未燃烧的HC废气，并且发生其它不理想的现象。
进气口5连接到进气管12上，而排气口6连接到排气管13上。涡轮增压器14也设置在该发动机上，并且在这里利用排气能量使进气增压。15是涡轮，而16是压缩机。进气量传感器17设置在压缩机16的上游，来检测进气量，而中间冷却器18设置在压缩机16的下游，用于冷却进气。然而，在没有涡轮增压器的自然充气式发动机中，本发明明显同样有效。
这台发动机还装有EGR装置19。该EGR装置19包括：EGR管道20，用于连接进气管12和排气管13；EGR阀21，用于调整EGR量；和EGR冷却器22，用于将EGR阀21上游的EGR气体冷却。节气门23设置在进气管12中，用于适当地得到连接到EGR管道20部分的上游进气。
喷油器9连接到公共给油管24上，并且高压燃油的压力等于公共给油管24中蓄积的喷射压力(20-200MPa)，该高压燃油连续设置给喷油器9。然后根据需要由高压泵25将加压的燃油设置给公共给油管24。
设置电子控制单元(此后被称为ECU)26，从而以电子方式控制发动机。ECU26从各种类型的传感器中检测发动机的实际运转状态，并且根据发动机运转状态，控制各种计量阀(未示出)等，来调整喷油器9的燃油压力、EGR阀21、节气门23和高压泵25。除了进气量传感器17，作为可能的传感器类型，还包括了油门踏板开度传感器、发动机转速传感器、公共给油管压力传感器(都没有示出)等，并且还设置了装置，其中通过ECU26检测实际进气量、油门踏板开度、发动机转速(转数)、发动机曲轴转角，公共给油管压力等。
喷油器9具有电磁线圈，通过ECU26打开或关闭。当电磁线圈导通时，喷油器打开喷射燃油，当电磁线圈关闭时，喷油器关闭关闭燃油喷射。ECU26主要根据发动机转速和油门踏板开度，来确定目标燃油喷射量和目标燃油喷射定时，并且导通电磁线圈，导通的时间相应于目标燃油喷射量，并且同时实际满足这个定时。“导通”时间随着目标燃油喷射量的增大而延长。
为了进一步具体描述，ECU26采用了两阶段喷射，包括相对小量的引燃喷射和相对大量的主喷射。特别是，对于引燃喷射和主喷射，根据发动机运转状态，ECU26根据图表等，预先控制目标燃油喷射定时和目标燃油喷射量，从而喷油器9打开一段时间，这段时间相应于各自的目标燃油喷射量，并且当实现各自的目标燃油喷射定时时，执行适于各自的目标燃油喷射定时和目标燃油喷射量的引燃喷射和主喷射。
ECU26根据发动机运转状态确定公共给油管的目标压力，并且对公共给油管的压力设置反馈控制，从而实际的公共给油管压力接近公共给油管的目标压力。
喷油器9大体上与气缸2同轴放置，以多个同时喷射在各个方向上喷射燃油。燃油喷束的轴线L与其缸中心线C形成的角度通常为常数。
下面，将描述发动机中燃油喷射控制的细节。
发动机或ECU26包括两种燃油喷射控制模式。一种被称为低速放热引燃/主喷射模式(等价于本发明的第一喷射模式)，另一种被称为常规喷射模式(等价于本发明的第二喷射模式)。
常规喷射模式涉及这样的模式，其中执行一般的引燃喷射和主喷射，并且燃油喷射定时和燃油喷射量通常是相似的。在燃油喷射定时方面，主喷射通常设置在靠近压缩上止点的位置(也就是10°BTDC-10°ATDC)，引燃喷射设置在主喷射之前的15-20°BTDC，引燃喷射与主喷射之间的时间间隔(引燃间隔)相对短。如前所述，这种燃烧配置包括，由引燃喷射建立点火源，导致来自主喷射的燃油点火并燃烧，因此大体上采用扩散燃烧。通过这样的两阶段喷射防止快速的初始燃烧和气缸内压力快速增加，并且抑制燃烧噪声。
现在描述低速放热引燃/主喷射模式。
对于这种模式，是控制引燃喷射的量和定时，从而引燃喷射导致的最大放热速度保持在60kJ/s或更低，从而抑制烟尘的形成。通过减小由引燃喷射导致的最大放热速度，可以在由引燃喷射而喷射到气缸内的燃油不连续燃烧(在执行主喷射之前的时间)的情况下，通过控制由引燃喷射导致的烟尘的形成，减小从发动机排放的烟尘量。这种燃烧(喷射)特性被称为低速放热引燃/主燃烧(喷射)，并且执行这种燃烧(喷射)特性的燃油燃烧控制模式，组成了低速放热引燃/主喷射模式。
图2描述了在引燃喷射定时可变的条件下，检查气缸中产生热的条件而得到的结果。横轴上画出了曲轴转角。图2中的(a)的最低点描述了流经喷油器9的电磁线圈的的线圈电流，图2中的(b)描述了放热速度(每秒的放热量；kJ/s)。图2中(b)的放热速度是从实际测量的气缸压力而计算的结果。
该图表示出了四个喷射配置(1)-(4)，其中主喷射的定时和量与引燃喷射和量保持恒定，而引燃喷射的定时单独改变。(1)、(2)、(3)和(4)的引燃喷射定时各自为48°BTDC(-48°ATDC，下同)、38°BTDC、28°BTDC和18°BTDC。主喷射定时为5°ATDC。这些定时都由喷油器9“开”的开始时间确定。
一般的引燃喷射定时设置得尽可能接近主喷射。因为当前广泛使用的硬件的限制，所以在2500rpm或更低的中/低转速时，定时为15-20°BTDC，从而(4)可以认为是一般的引燃喷射定时。相应地，引燃喷射定时由此以(3)、(2)、(1)的顺序增加。
本实施例的主喷射设置为超过压缩上止点TDC，并且在相似的运转状态下，与一般的主喷射定时相比设置得滞后。特别是执行延迟的主喷射。这会在气缸较低温度区域产生燃油稀释及预混合，并且减少黑烟。
在(3)和(4)的情况下，引燃喷射导致的放热速度具有明显的峰值，而在(1)和(2)的情况下没有这个峰值，如图2中的(b)所示。随着引燃喷射从(1)到(4)滞后，放热速度峰值(最大值)趋于增加。在(3)和(4)，引燃喷射的燃油(轻油)在峰值放热时间经历连续点燃或燃烧，由此产生烟尘。结果，(3)和(4)的引燃喷射定时不是特别有利的。
相反，相信由于在(1)和(2)这样的情况下，燃油以更早的引燃喷射定时在较低的气缸压力和气缸温度时喷射，可以充分预混合，直到达到能够点火的气缸压力和气缸温度，并且放热速度不产生显著的峰值，也不形成烟尘。
从这些结果中，本发明进行了关于引燃喷射导致的放热速度的实验(见下文)，并且发现当与主喷射一起进行时，由引燃喷射产生的放热峰值速度与烟尘的形成有高度的相关性。为此，决定以下面描述的方式，优化引燃喷射过程中的燃油喷射量和燃油喷射定时。
然而，引燃喷射燃油具有强烈的趋势，与上止点后进行的主喷射燃油一起燃烧，并且与(3)和(4)的情况相比时，(1)和(2)的主喷射燃油在燃烧过程中，峰值放热速度趋于增加，与峰值放热速度的消失情况成比例，如图所示。在(1)中，主喷射后发生的峰值放热速度最高，而在(2)、(3)和(4)中连续降低。换句话说，当较早地执行引燃喷射时，点火延迟增加，并且燃油具有一旦与主喷射燃油混合就强烈燃烧的倾向性。
通过这样的早期引燃喷射，可以在上止点后执行主喷射之后，得到高的峰值放热速度(与一般的引燃喷射相比)，所以相对更快地进行燃烧，并且能够提高输出并降低燃油消耗。
如前所述，可以得出结论，较早的引燃喷射定时更好，但过早的定时促使活塞位置过低，这样通过喷油器喷射的燃油不再进入凹陷中。当这种情况发生时，燃油沉积在气缸的侧壁上，润滑油被稀释，并且未燃烧的HC增加，并且发生其它问题。结果，点火提前侧的引燃喷射定时的极限，最好应当符合通过喷油器喷射的燃油在最后时刻进入凹陷的时刻。换句话说，通过喷油器9喷射的燃油L移动到凹陷11的入口边沿27之后，如图1所示。曲轴转角在这个位置时实现上述优点。这个曲轴转角通常大约为50°BTDC。
应当如前所述，考虑烟尘与放热速度之间的相关性，适当确定引燃喷射定时的延迟极限和引燃喷射量的极限。特别是，当引燃喷射定时过于延迟时，或者当引燃喷射量设置在过高的水平时，放热速度形成明显的峰值，并且形成烟尘。
为确定上面的结论而进行了实验，其结果如图5和6所示。
图5示出了检测引燃喷射定时与引燃喷射产生的最大放热速度之间关系的结果。引燃喷射定时(°ATDC)画在横轴上，而最大放热速度(kJ/s；千焦/秒)画在纵轴上。图6示出了检测烟尘与引燃喷射产生的最大放热速度之间关系的结果。烟尘(g/kWh)画在横轴上，而最大放热速度(kJ/s)画在纵轴上。所谓最大放热速度这里是指引燃喷射产生的峰值放热速度(最大值)，在图2的放热速度直线图中先于上止点而发生。
在每缸大约800cc工作容积(排气量)的多缸发动机上，对关于两种类型的引燃喷射量(A；3mm3/st，B；6mm3/st)进行了实验，并且在每缸大约400cc工作容积的多缸发动机上，对关于一种类型的引燃喷射量(C；1.2.mm3/st)进行了实验。对于A到C的每一个，引燃喷射定时在-10到-50°ATDC之间改变，从而在图中产生三条线A、B和C。作为共同的实验条件，这样设置总喷射量，从而对于A到C的每种条件，发动机的输出扭矩为常数，总喷射量设置为中等负载，并且总喷射定时设置为超过压缩上止点。在这种情况下，以超过压缩上止点并且在该处燃烧缓慢进行的定时，并且不使用引燃喷射，这样来进行主喷射，并且同样，以直到主喷射完成才点火的定时和量，这样进行主喷射。应该注意，由于在上止点之前和接近上止点进行主喷射，所以点火立即开始，并且不可能减少黑烟或NOx。
图2、3和4中的图形各自相应于A、B和C。换句话说，根据在A、B和C的条件下进行实验的结果，做出图2、3和4中的图表，同样做出了图5和6中的图表。
如从图5中可以看到的，随着引燃喷射定时的提前，最大放热速度趋于减小。同样，随着引燃喷射量减小，有这样的趋势，即最大放热量趋于减小，同样最大放热速度增加的速度(直线图的斜率)相应于定时的延迟也减小。
下面，当图6的直线图接近左侧时，引燃喷射定时提前，最大放热速度降低，并且烟尘同样减少。如果最大放热速度为60kJ/s或更低，在A、B或C的任何条件下，可以得到满意的烟尘水平。
从这些结果中，引燃喷射的燃油喷射量和燃油喷射定时设置在这样的水平上，即燃烧室中的最大放热速度为60kJ/s或更低。以这样的燃油喷射量和燃油喷射定时执行的引燃喷射，被称为低速放热引燃喷射。换句话说，最大放热速度达到60kJ/s的引燃喷射量和定时，相应于喷射量的上限和定时点火延迟侧的极限。由此防止引燃喷射燃油独自燃烧，由此可与超过上止点而执行的主喷射相结合以控制黑烟。
重新参考图5，在条件A(3mm3/st)下，最大放热速度在大约-39°ATDC(39°BTDC)之前达到60kJ/s，在条件B(6mm3/st)下，最大速度放热在大约-40。ATDC(40°BTDC)之前达到60kJ/s，在条件C(1.2mm3/st)下，最大速度放热在大约-27°ATDC(27°BTDC)之前达到60kJ/s。为此，引燃喷射定时相应于A、B和C的每个条件设置。
本实施例的燃烧(喷射)配置被称为低速放热引燃/主燃烧(喷射)，如上所述，其中执行引燃喷射，从而最大放热速度达到60kJ/s。这种燃烧配置可以归纳如下。首先，当以如上所述的优化量和优化定时执行引燃喷射时，喷射的燃油足以在燃烧室中扩散、稀释并预混合，并且可以抑制气缸中燃油的连续点火和燃烧。然后保持这些条件，直到时间超过压缩上止点TDC并且主喷射燃油燃烧时。当在主喷射周期(设置得超过上止点)执行主喷射时，气缸压力和温度降低到它们的通常水平以下，所以在经过了长于一般时间的点火延迟时间之后，主喷射燃油被点燃并与由引燃喷射稀释的预混合物一起燃烧。由于在这点上，主喷射燃油的预混合已经充分地提前了，所以抑制了燃烧产生的烟尘的形成。
根据低速放热引燃/主喷射(在下面也被称为“本燃烧方法”)，除了延迟的主喷射以外，还执行低速放热引燃喷射，与单阶段喷射的延迟燃烧相比，主喷射后的预混合时间可以缩短，并且在气缸中，可以以低温快速地进行主喷射后的燃烧。这防止了燃油经济性的恶化。还可以通过预混合引燃喷射燃油，使主喷射燃油燃烧过程中的气缸温度增加，并且可以稳定燃烧。
在本燃烧方法中，如前所述，以优化的量和优化的定时进行引燃喷射，所以防止引燃喷射燃油在主喷射之前燃烧，并且与日本专利申请公开第2000-310150号中描述的技术相比，可以改进黑烟问题。
这样，在执行引燃喷射和超过压缩上止点的延迟主喷射的压燃内燃机中，可以校正引燃喷射量和定时，并且可以控制引燃喷射形成的黑烟。
此外，可以通过EGR装置19执行EGR，并且可以在低速放热引燃/主喷射模式(第一喷射模式)中抑制NOx。
尽管本燃烧方法具有前述的优点，但是当发动机在低负载区域工作时，由于降低了可燃性中，出现不稳定燃烧的问题。
为此，本实施例的发动机这样运行，即在低负载区域，通过从燃油喷射控制模式转换为常规喷射模式(第二喷射模式)，执行燃油喷射控制。
图7是由ECU26预先记录的燃油喷射控制模式的转换图表。ECU26通过将该图表与实际负载和发动机转数(发动机速度)相比较，并且选择第一喷射模式或第二喷射模式，来执行燃油喷射控制。如从该图表中可以看出，在低负载且低转速的区域II，执行第二喷射模式的燃油喷射控制，而在或者高负载(超过低负载)或者高转速的区域I，执行第一喷射模式的燃油喷射控制。第二喷射模式可以以与低负载区域一致的方式设置，但由于在高转速区域，甚至当负载低时不出现减少的燃油点火的问题，故在低负载和高转速的区域中以第一喷射模式执行燃油喷射控制，于是能够得到本燃烧方法的优点。此外，区域I(其中在整个运行模式都使用第一喷射模式)比区域II(其中使用了第二喷射模式)更宽，于是能够在范围广泛的运转区域得到本燃烧方法的优点。
尽管这只能在低转速下实现，但也可以这样控制不稳定燃烧，因为燃油喷射控制模式转换为低负载区域的第二喷射模式。
当实际运行状态超过转换点H时，模式这样以最简单的可能方式来转换。然而这种模式具有缺点，即进行频率转换，并且当在转换点H附近保持运行条件时发生振荡。
为了避免这个问题，最好为转换点设置滞后，如图8所示。特别是，图8示出了与发动机负载相关的滞后，其中高负载侧的值H1是从第二喷射模式转向第一喷射模式的转换负载，而低负载侧的值H2是从第一喷射模式转向第二喷射模式的转换负载。设置这样的系统防止了振荡，并且稳定了控制。最好还根据发动机的转数为转换点设置这样的系统。
然而，这种类型的模式转换具有下文的缺点。特别是，通过第一喷射模式和第二喷射模式，由ECU26预先准备并记录具有不同目标燃油喷射定时和目标燃油喷射量的图表。然后当进行转换时，燃油喷射定时和量可以改变，并且在发动机安装到车辆上的情况下，基于这些变化的转换冲击会被乘客觉察到。
最好采用平滑控制，如下面描述的内容，来防止这样的转换冲击。
图9示出了平滑控制的细节，其上部描述了燃油喷射控制模式，而下部描述了主喷射定时。如下部所示，接近模式转换点的主喷射定时值(更特别的是主喷射的目标燃油喷射定时的值)在两种模式中是不同的。第二喷射模式的值由t2表示，而第一喷射模式的值由t1表示。
根据发动机运转状态(a1)的变化，当燃油喷射控制模式从第二喷射模式转换到第一喷射模式时，主喷射定时并不立即从第二喷射模式值t2转换到第一喷射模式值t1，而是从第二喷射模式值t2向第一喷射模式值t1逐渐转换(b1)。在所示的例子中，当转换设置灯功能时，灯常数设置为某个范围内的值，在这个范围中，转换不产生任何冲击。
下面，当根据发动机运转状态的变化，燃油喷射控制模式从第一喷射模式转换到第二喷射模式转换(a2)时，主喷射定时并不立即从第一喷射模式值t1转换到第二喷射模式值t2，而是从第一喷射模式值t1向第二喷射模式值t2逐渐转换(b2)。根据灯功能按上面相同的方式执行这种转换。
执行这样的平滑控制防止主喷射定时立即改变，并且防止燃油喷射控制模式之间的转换冲击。
示出的例子描述了主喷射定时，但这样的平滑控制也应该根据需要应用于主喷射量、引燃喷射定时和引燃喷射量中。
本实施例发动机的其它特征是，根据发动机的运转条件，控制为涡轮增压器14的涡轮15设置的可变叶片，根据发动机的运转条件，控制节气门23，使其能够控制进气量。根据发动机的运转条件，对于图表结构中的每种燃油喷射控制模式，在ECU26中预先记录可变叶片开度、节气门开度和进气量的目标值，并且通过将实际发动机运转状态与图表相比较，来确定目标值。
在这种情况下，在燃油喷射控制模式之间的转换过程中，当可变叶片开度、节气门开度或进气量在模式之间转换时，最好执行上述平滑控制。
在本实施例的发动机中，应用了阻尼控制，来防止在燃油喷射量相对突然改变的过程中，发动机与车辆的耦合振动。
这种类型的控制细节在图10a-10c中示意地说明。例如，当司机突然踏下油门踏板，并且发动机实际运转条件突然改变时，目标燃油喷射量值Qt突然增加，如图所示。通常，实际喷射与目标燃油喷射量Qt相等的燃油喷射量，所以发动机扭矩突然增加，并且车辆迅速加速。然而，可以认为发动机支架是弹性体，所以有时发动机随着发动机扭矩的突然增加而振动，并且这种振动与车辆的振动耦合，从而在车辆中产生大的耦合振动R，如图所示。结果，阻尼控制自动控制了发动机的燃油喷射量，从而提供与耦合振动R相反相的振动(由虚线指示)，来控制耦合振动R。当目标燃油喷射量Qt的差分ΔQt(＝dQt/dt)超过预先设定的阈值S时，执行阻尼控制。
当包括阻尼控制与燃油喷射控制模式之间转换的操作彼此干涉并同时执行时，阻尼控制导致的燃油喷射量的变化以及模式转换导致的燃油喷射量和燃油喷射定时的变化有时无法彼此适应，并且放大了车辆振动。由此乘客可以觉察到模式转换的情况。
为了防止这种现象，在干扰过程中暂停燃油喷射模式转换，而在一段延迟后继续。
图11a-11c描述了这种类型控制的细节，其中图11a示出了目标燃油喷射量Qt，图11b示出了目标燃油喷射量的差分ΔQt(＝dQt/dt)，而图11c示出了燃油喷射控制模式。只有当差分ΔQt超过真实阈值S时才执行阻尼控制，而当差分ΔQt为负时免去阻尼控制。在最大负值时可以选择执行阻尼控制。
目标燃油喷射量Qt第一次突然增加c1的差分ΔQt不超过真实阈值S，所以免去了阻尼控制。结果，当发动机运转条件接近燃油喷射控制模式的转换点时，以d1示出的方式立即转换为当前模式。
这样，目标燃油喷射量Qt下一次突然增加c2的差分ΔQt超过真实阈值S。由此执行阻尼控制。在这点上，并不以d2示出的方式立即转换模式，尽管事实是发动机运转条件接近燃油喷射控制模式转换点，而在阻尼控制执行开始之后再经过一段特定的滞后时间td后转换模式。滞后时间td设置为例如0.6s，从而或者整个完成阻尼控制，或者阻尼控制大体上收敛。
这样，由于阻尼控制开始之后再经过特定时间后，执行燃油喷射控制模式的转换，故当在缓冲控制过程中转换燃油喷射控制模式时，可以防止车辆振动放大。
每次转换燃油喷射控制模式时应用上述转换控制(滞后控制、平滑控制和延迟控制)，能够减少驾驶性的模式转换效果，并且能够抑制转换冲击等的发生。这样能够防止转换被乘客觉察到，从而在保持产品性能的同时执行转换，并且在发动机的整个运转范围内改进排气特性。还能够将上述转换控制方法组合起来。
可以采用各种其它结构作为本发明的实施例。例如当发动机暖机时，还能够在图7的转换图表中补偿转换点H。特别是，上述图表基本确定了暖机后的条件，但当有时气缸温度低时，如发动机冷却时，有机会通过引燃喷射而减少引燃喷射的放热，并且燃烧会变得不稳定。由此，在这种情况下上述补偿是有效的。例如，在水温较低时，最好应该向更高的负载和/或更高的转速补偿(变换)转换点H。
在本实施例中，一般喷射模式作为本发明第二喷射模式的例子给出，然而第二喷射模式不必只限于此。简言之，根据不符合第一喷射模式条件的条件，执行引燃喷射和主喷射的任何喷射模式，都可以用作第二喷射模式。
为了概括上面，在超过上止点执行主喷射时，低速放热引燃喷射使废气中的黑烟受到控制，本发明在这个意义上非常有利。
为了进一步概括上面，在执行低速放热引燃/主喷射时，低负载区域的不稳定燃烧可以被抑制，本发明在这个意义方面非常有利。

Claims (7)

1.一种压燃内燃机，其包括燃油喷射阀，用于将燃油喷射到气缸中的燃烧室内，根据发动机的运转状态，控制通过燃油喷射阀喷射的燃油量和定时；其中该压燃内燃机按两种喷射模式工作：
在第一喷射模式中，通过燃油喷射阀以这样的燃油喷射量和燃油喷射定时执行引燃喷射，从而使引燃喷射产生的最大放热速度为60kJ/s或更低，然后在超过压缩上止点的时刻，通过燃油喷射阀执行主喷射；并且
在第二喷射模式中，根据不符合第一喷射模式条件的那些条件，通过燃油喷射阀执行引燃喷射和主喷射；并且
转换燃油喷射控制模式，从而在发动机低负载区域的运转状态下，执行第二喷射模式的燃油喷射控制，而在发动机高负载区域的运转状态下，执行第一喷射模式的燃油喷射控制，其特征在于，
压燃内燃机安装在车辆上，当燃油喷射量迅速改变时，执行阻尼控制来防止发动机与车辆之间的耦合振动，而当在执行阻尼控制的过程中改变燃油喷射控制模式时，在执行阻尼控制后经过特定的时间之后转换燃油喷射控制模式，所述特定的时间为使得或者整个完成阻尼控制，或者阻尼控制收敛的时间。
2.根据权利要求1所述的压燃内燃机，其持征在于，在发动机的低负载区域，转换燃油喷射控制，从而在发动机低速区域，执行第二喷射模式的燃油喷射控制，而在发动机高速区域，执行第一喷射模式的燃油喷射控制。
3.根据权利要求1或2所述的压燃内燃机，其特征在于，为燃油喷射模式的转换点设置了滞后。
4.根据权利要求1所述的压燃内燃机，其特征在于，当转换燃油喷射控制模式时，执行特定的平滑控制。
5.根据权利要求1所述的压燃内燃机，其特征在于，根据所述第一喷射模式，执行通过EGR装置执行的EGR。
6.根据权利要求1所述的压燃内燃机，其特征在于，所述压燃内燃机是共轨式柴油机。
7.一种控制压燃内燃机的方法，用于根据发动机的运转状态控制通过燃油喷射阀喷射到气缸燃烧室中的燃油量和定时；其中第一喷射模式和第二喷射模式设置为燃油喷射控制模式：
在第一喷射模式中，通过燃油喷射阀，以这样的燃油喷射量和燃油喷射定时执行引燃喷射，从而使引燃喷射产生的最大放热速度为60kJ/s或更低，然后在超过压缩上止点的时刻，通过燃油喷射阀执行主喷射；并且
在第二喷射模式中，根据不符合第一喷射模式条件的那些条件，通过燃油喷射阀执行引燃喷射和主喷射；并且
转换燃油喷射控制模式，从而在发动机低负载区域，执行第二喷射模式的燃油喷射控制，而在发动机高负载区域，执行第一喷射模式的燃油喷射控制，其特征在于，
压燃内燃机安装在车辆上，当燃油喷射量迅速改变时，执行阻尼控制来防止发动机与车辆之间的耦合振动，而当在执行阻尼控制的过程中改变燃油喷射控制模式时，在执行阻尼控制后经过特定的时间之后转换燃油喷射控制模式，所述特定的时间为使得或者整个完成阻尼控制，或者阻尼控制收敛的时间。
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