CN101523024A - 直接喷射火花点火式内燃发动机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

在一种执行将关闭进气门(3a)的正时延迟的阿特金森循环操作的直接喷射火花点火式内燃发动机中，在从进气行程下止点到进气门(3a)关闭之间的时间段期间，所述发动机气缸中的滚流(T)由从燃料喷射阀(10)喷射的燃料(F)来增强。

Description

直接喷射火花点火式内燃发动机及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种直接喷射火花点火式内燃发动机以及一种用于控制直接喷射火花点火式内燃发动机的方法。
背景技术
在均匀燃烧过程中，如果能够增强在进气行程在每个气缸中产生的滚流，则滚流保持直至压缩行程的后半程，然后被活塞撞碎，由此在气缸中产生湍流，且此湍流会增大燃烧速度。在直接喷射火花点火式内燃发动机中，能够利用喷射至每个气缸内的燃料的推力来增强滚流。
同时，提出了一种执行阿特金森(Atkinson)循环(米勒(Miller)循环)操作的直接喷射火花点火式内燃发动机，在所述阿特金森循环(米勒循环)中，延迟关闭进气门的正时以便减小泵送损失并因此减少燃料消耗(例如，参考日本专利申请公报No.2004-52551(JP-A-2004-52551))。
在包括上述发动机在内的常规的阿特金森循环直接喷射火花点火式内燃发动机中，燃料喷射正时设定于进气行程下止点之前的点。在这种发动机中，虽然燃料是在进气行程下止点前喷射的，但是能够通过适当地设定燃料喷射方向来增强每个气缸中的滚流，且增强后的滚流会保持直至压缩行程的后半程。但是，如果通过在压缩行程的后半程中进一步增强滚流来增强气缸中的湍流，则均匀燃烧的燃烧速度增大并因此相应地改善燃烧状态。
发明内容
本发明提供了一种技术，所述技术能够将在直接喷射火花点火式内燃发动机中进气行程时每个发动机气缸中产生的滚流增强至这样的程度：即，增强后的滚流会保持直至压缩行程的后半程，并由此在发动机气缸中产生湍流。
本发明第一方面涉及一种直接喷射火花点火式内燃发动机，所述发动机具有将燃料直接喷射至发动机气缸的燃料喷射阀，并执行将关闭进气门的正时延迟的阿特金森循环操作。在从进气行程下止点到进气门关闭之间的时间段期间，发动机气缸中的滚流由从所述燃料喷射阀喷射的燃料来增强。
在执行将关闭各个进气门的正时延迟的阿特金森循环操作的直接喷射火花点火式内燃发动机中，在从进气行程下止点到进气门关闭之间的时间段期间，发动机气缸中的进气经由进气门流出，此进气流出加速了进气行程下止点前在发动机气缸中产生从而在气缸中的排气门侧向下流动且在气缸中的进气门侧向上流动的滚流。根据本发明第一方面的直接喷射火花点火式内燃发动机，既使用从所述燃料喷射阀喷射的燃料又使用前述进气流出来增强滚流，因此能够有效增强滚流。如上所述已在压缩行程的前半程得以增强的滚流不会衰退太多并由此在压缩行程的后半程中保持强劲。然后，所述滚流被活塞撞碎，由此在气缸中产生强有力的湍流。
本发明第一方面的直接喷射火花点火式内燃发动机可以使得：在从进气行程下止点到进气门关闭之间的时间段期间，当发动机转速高时，从燃料喷射阀喷射燃料的正时比发动机转速低时提前。
当发动机转速高时，从燃料喷射结束到点火正时之间的时间段倾向于比发动机转速低时短。因此，根据上述结构，为了确保所喷射燃料有充足的时间进行汽化，在从进气行程下止点到进气门关闭之间的时间段期间，当发动机转速高时，从燃料喷射阀喷射燃料的正时比发动机转速低时提前。
每种上述直接喷射火花点火式内燃发动机都可以使得：在从进气行程下止点到进气门关闭之间的时间段期间，当发动机转速高时，从燃料喷射阀喷射燃料的喷射速率比发动机转速低时增大。
当发动机转速高时，从燃料喷射结束到点火之间的时间段倾向于比发动机转速低时短。因此，根据上述结构，为了确保用于点火前有充足的时间进行燃料汽化，在从进气行程下止点到进气门关闭之间的时间段期间，当发动机转速高时，所述喷射速率比发动机转速低增大。
本发明第一方面的直接喷射火花点火式内燃发动机可以使得：所述燃料喷射阀设置于发动机气缸的上部区域周边的进气门侧并朝着发动机气缸膛的排气门侧的上部喷射燃料。
根据此结构，因为燃料喷射阀设置于发动机气缸的上部区域周边的进气门侧并朝着发动机气缸膛的排气门侧的上部喷射燃料，所以能够由所喷射的燃料有效增强滚流。
上述直接喷射火花点火式内燃发动机可以使得：用于进气门的凸轮的轮廓形成为使得进气门开启的速度高于进气门关闭的速度。
从设置于发动机气缸的上部区域周边的燃料喷射阀朝着发动机气缸膛的排气门侧的上部所喷射的燃料有可能撞击位于进气门最大升程位置附近的进气门。因此，根据上述结构，将用于进气门的凸轮的轮廓形成为使得进气门开启的速度高于进气门关闭的速度。由此，在从进气行程下止点到进气门关闭之间的时间段期间，进气门的升程小，由此防止了所喷射的燃料撞击进气门。
附图说明
从以下结合附图所给出的实施方式的描述，本发明的上述特征及其它特征将变得明显，在附图中：
图1是示意性示出根据本发明示例性实施方式的直接喷射火花点火式内燃发动机的每个气缸的结构的竖直横截面图；
图2是表示燃料喷射阀的阀元件的升程的时间图；
图3是表示燃料喷射阀的阀元件的升程的另一时间图；
图4是示出燃料喷射阀的下端部的横截面图；
图5A和图5B是示意性示出用于以可变方式控制燃料喷射阀的阀元件的升程的结构的视图；
图6是示意性示出根据本发明另一示例性实施方式的直接喷射火花点火式内燃发动机的每个气缸的结构的竖直横截面图；且
图7是表示进气门的升程的时间图。
具体实施方式
图1是示意性示出根据本发明示例性实施方式的直接喷射火花点火式内燃发动机的每个气缸的结构的竖直横截面图。具体地，图1示出了用于均匀燃烧的燃料喷射时的状态。图1示出了：燃料喷射阀10，其设置于气缸上部区域的大体中心处以便将燃料直接喷射至气缸内；火花塞20，其设置在燃料喷射阀10附近；经由一对进气门3a与气缸内部连通的一对进气口30；经由一对排气门(图中未示出)与气缸内部连通的一对排气口40；以及活塞50。
在本示例性实施方式的直接喷射火花点火式内燃发动机中，将燃料直接喷射至每个气缸内使得在压缩行程结束时达到的点火时间处形成均匀的空气-燃料混合气。此均匀的空气-燃料混合气由火花点燃，由此进行均匀燃烧。
如图1所示，燃料喷射阀10倾斜向下朝着气缸膛的排气门侧(优选为朝着气缸膛的排气门侧的下部)喷射燃料F。从燃料喷射阀10喷射的燃料F的推力设定为使得所喷射燃料F的前部在燃料喷射开始之后的1毫秒到达距离喷射孔至少60毫米的点。
当具有如此大推力的所喷射燃料F从气缸上部区域的大体中心倾斜向下朝着气缸膛的排气门侧运动时，所喷射燃料F的推力增强了已在气缸中产生并在气缸的排气门侧向下流动且在进气门侧向上流动的滚流T。由此增强的滚流T可靠地保持到压缩行程后半程为止并随后被活塞50撞碎，由此在气缸中产生湍流。因此，如果在压缩行程结束时点燃空气-燃料混合气，则以高速且从而以良好的状态进行均匀燃烧。
可以从各种形状中任意选择燃料F的喷射形状。例如，使用单一喷射孔能够将燃料F喷射成例如实心或空心的锥形。此外，使用狭缝形喷射孔能够将燃料F喷射成相对较薄的扇形。此外，使用弧线狭缝形状的喷射孔，能够将燃料F喷射成相对较薄的弧形，该弧形的凸起侧面向上侧和排气门侧。此外，结合使用两条或更多条直线狭缝形状的喷射孔，能够将燃料F喷射成角形形状。简言之，只要能够使所喷射燃料F的推力足够大以便加速气缸中的滚流T，可以将燃料F喷射呈任意形状。
在本示例性实施方式的直接喷射火花点火式内燃发动机中，因为火花塞20设置于燃料喷射阀10的进气门侧，所以火花塞20不会被已从燃料喷射阀10朝着气缸膛的排气门侧所喷射的燃料弄湿，因此火花塞20能够在点火时适当地产生电弧。
在本示例性实施方式的直接喷射火花点火式内燃发动机中，为了节约燃料消耗，用于均匀燃烧的空燃比设定为比化学计量空燃比稀的比率(优选为抑制氮氧化物(NOx)产生的20或更大)，因此均匀燃烧倾向于缓慢进行。由此，尤其有利于如上所述增大燃烧速度。同时，用于均匀燃烧的空燃比可替代设定为化学计量空燃比或者设定为浓空燃比。在这种情况下，增大燃烧速度同样提供了各种优势。
本示例性实施方式的直接喷射火花点火式内燃发动机执行阿特金森循环(米勒循环)操作，在该操作中，将关闭进气门3a的正时设定在进气行程下止点之后的90±20℃A(曲柄转角)范围内，以便减小泵送损失并由此减小燃料消耗。在由此延迟关闭进气门3a的正时的情况下，在如图1所示从进气行程下止点到关闭进气门3a之间的时间段期间，气缸中的部分进气经过进气门3a流出至进气口30。更准确地，因为进气会在进气行程下止点之后继续从进气口30进入气缸一段时间，所以前述进气向进气口30的流出在进气从进气口30的流入结束之后立即开始。
进气经过进气门3a的这种流出加速了正沿着气缸膛的进气门侧向上流动的滚流T。图2是表示燃料喷射阀10的阀元件的升程的时间图。在本示例性实施方式中，如图2中实线所示，从进气行程下止点BDC到进气门关闭正时T之间的时间段期间，燃料喷射阀10在喷射开始正时S处开始进行燃料喷射，并在喷射结束正时E处结束燃料喷射，使得已经由前述进气流出所加速的滚流T被所喷射燃料F进一步增强。因此，在这种情况下，相比在进气行程下止点BDC之前用所喷射燃料来增强未被加速的滚流的情况，能够有效增强滚流。
已如上所述在压缩行程前半程得以有效增强的滚流T几乎不衰退并如此在进气门3a关闭之后压缩行程的后半程中保持强有力。然后，滚流T被活塞50撞碎，由此在气缸中产生湍流。由此，如果在紧邻压缩行程上止点TDC之前的点火正时I处执行点火，则所述湍流使得以高速并由此以良好的状态进行均匀燃烧。同时，在进气行程下止点BDC之前执行燃料喷射的情况下，因为燃料喷射在发生前述进气流出之前结束，所以，所喷射燃料可能被流出的进气带出气缸。另一方面，在本示例性实施方式中，因为进气流出发生于燃料仍旧被喷射向气缸中的排气门侧的时候，所以所喷射燃料不可能被流出的进气带出气缸。
在如同在本示例性实施方式中一样在压缩行程喷射燃料的情况下，从喷射结束正时E到点火正时I之间的时间段变得相对较短，因此，允许所喷射燃料汽化的时间不太长。因此，当发动机转速变高且从喷射结束正时E到点火正时I之间的时间段因此而减小时，允许燃料汽化的时间可能变得不充分。
为了克服这种问题，在从进气行程下止点BDC到进气门关闭正时T之间的时间段期间，如果发动机转速高，则如图2中虚线所示，将喷射开始正时提前至S′并将喷射结束正时提前至E′，由此假设燃料喷射量不变、即使对应于燃料喷射持续时间的曲柄转角范围由于将喷射开始正时和喷射结束正时提前而变宽，也使得从燃料喷射结束到点火正时I之间的燃料汽化时间充分。不必说，当发动机转速增大时，优选将对应于既定燃料喷射量的喷射开始正时提前。但是，不期望将喷射开始正时提前至进气行程下止点BDC之前。此外，当燃料喷射量增大时将喷射开始正时提前。
此外，在燃料喷射阀10是能够按照两个等级改变其喷射速率的燃料喷射阀的情况下，能够按如下方式使得从燃料喷射结束到点火正时I之间的燃料汽化时间充分。即，如作为图示燃料喷射阀10的阀元件的升程的时间图的图3中的虚线所示，在从进气行程下止点BDC到进气门关闭正时T之间的时间段期间，如果发动机转速高，则增大喷射速率，使得对应于燃料喷射持续时间的曲柄转角范围变窄并由此将喷射结束正时提前至E″。尽管发动机转速高，为了实现使对应于燃料喷射持续时间的曲柄转角范围变窄，需要将燃料喷射阀10的喷射速率显著增大。因此，此时，还可以执行前述喷射开始正时的提前。
通过例如按两个等级控制燃料喷射阀10的阀元件的升程，能够按两个等级来调节燃料喷射阀10的喷射速率，即，从燃料喷射阀10喷射燃料的速率。图4是示出燃料喷射阀10的下端部的横截面图。参考图4，在燃料喷射阀10中设置有沿燃料喷射阀10的轴线方向延伸的燃料通道11，且在燃料通道11中设置有能够沿燃料喷射阀10的轴线方向移动的阀元件12。燃料贮槽14形成于与阀元件12的密封部接触的座部13的下游。喷射孔15形成为使得燃料贮槽14通过该喷射孔15与外部连通。
在如上所述构造的燃料喷射阀10中，当阀元件12已被提升且从而阀元件12的密封部已从座部13移开时，燃料通道11中的高压燃料供给至燃料贮槽14中，并且，当燃料贮槽14中的燃料压力超过气缸中的压力时，经过喷射孔15从燃料贮槽14喷射燃料。另一方面，当阀元件12的密封部与座部13接触时，从燃料通道11至燃料贮槽14的高压燃料的供给中断，由此燃料贮槽14中的燃料压力减小，且当燃料贮槽14中的燃料压力变为低于气缸中的压力时，来自喷射孔15的燃料喷射停止。
如图5A和图5B分别所示意性图示的，燃料喷射阀10构造成使得能够按照至少两个等级来调节其升程。在5A所图示的结构中，阀元件12由设置于阀元件12与阀主体16之间的阀关闭弹簧17沿阀关闭方向推压。压电应变致动器(压电致动器)18也设置于阀元件12与阀主体16之间。当压电应变致动器18伸长时，阀元件12向上移动，由此燃料喷射阀10开启。由此，通过按照两个等级控制供给至压电应变致动器18的电压而按照两个等级调节压电应变致动器18的伸长量能够按照两个等级——即，在大升程和小升程之间——来调节阀元件12的升程。
另一方面，在图5B所示的结构中，阀元件12由设置于阀元件12与阀主体16之间的阀关闭弹簧17沿阀关闭方向推压，且电磁式致动器(电磁致动器)19设置于阀主体16中。电磁致动器19设置为面向阀元件12的基部使得电磁致动器19的电磁吸引力沿提升阀元件12的方向——即，沿开启燃料喷射阀10的方向——作用。这样，通过按照两个等级控制供给至电磁致动器19的电压而按照两个等级调节作用于阀元件12上的电磁吸引力的方式能够按照两个等级——即，在大升程和小升程之间——来调节阀元件12的升程。
本示例性实施方式的控制装置控制如上所述构造的燃料喷射阀10的阀元件12的升程，使得当发动机转速高于基准发动机转速时按大升程提升阀元件12，并且当发动机转速低于基准发动机转速时按小升程提升阀元件12。阀元件12的升程越小，则当阀元件12被提升起时，阀元件12与座部13之间的间隙变得越窄，因此，在间隙处的压力损失增大，且从燃料贮槽14喷射的燃料的压力因此减小。这样，如果按小升程提升阀元件12，则从喷射孔15所喷射的燃料的喷射速率低，并且，如果按大升程提升阀元件12，则从喷射孔15所喷射的燃料的喷射速率高。
在燃料喷射阀10的上述结构中，通过按照多个等级来控制供给至压电应变致动器18或者供给至电磁致动器19的电压，能够按照多个等级来调节阀元件12的升程。由此，可以将燃料喷射阀10的喷射速率控制为使得所述喷射速率随着发动机转速的增大而增大。优选地，将燃料喷射阀10的喷射速率控制为确保即使当喷射速率处于用于发动机低转速状态的最小等级时，也能将滚流T增强至如下程度：即，所喷射燃料的前部在燃料喷射开始之后1毫秒到达距离喷射孔至少60毫米的点。注意，如果不管发动机转速如何而喷射速率总是高的，则例如当发动机以低速和在发动机小负荷下运行时，不可能准确地喷射少量燃料。
图6示出了示意性示出根据本发明另一示例性实施方式的直接喷射火花点火式内燃发动机的每个气缸的结构的竖直横截面图。以下仅对与图1的示例性实施方式的差异进行描述。在本示例性实施方式中，燃料喷射阀10′设置于气缸上部区域周边的进气门3a侧。同样，在本示例性实施方式中，每个气缸有两个进气门3a，因此优选将燃料喷射阀10′设置于两个进气门3a之间气缸上部区域的周边处。火花塞20′设置于气缸上部区域的大体中心处。
如图6所示，如此设置的燃料喷射阀10′大体水平地朝着气缸膛的排气门侧的上部喷射燃料F′。从燃料喷射阀10′所喷射的燃料F′的推力设定为使得所喷射燃料F′的前部在燃料喷射开始之后1毫秒到达距离喷射孔至少60毫米的点，如同在前一示例性实施方式中一样。当具有如此大推力的所喷射燃料F′从气缸上部区域周边的进气门3a侧朝着气缸膛的排气门侧的上部大体水平地移动时，所喷射燃料F′的推力增强滚流T。
在本示例性实施方式中，如同在前一示例性实施方式中一样，在从进气行程下止点BDC到关闭进气门3a之间的时间段期间，当滚流T由前述经过进气门3a的进气流出增强时执行燃料喷射。但是，在使用本示例性实施方式的结构中，如果燃料F′是从燃料喷射阀10′简单喷射，则所喷射燃料F′有可能撞击开启的进气门3a。如果所喷射燃料F′撞击进气门3a，则滚流T不能得以有效增强。
为了克服这一点，在本示例性实施方式中，将每个进气门凸轮的轮廓形成为以便获得图7所示的进气门升程图。在阿特金森循环操作过程中，在进气行程上止点TDC之前的气门开启正时K处开始开启进气门3a，并在进气行程下止点BDC之后的气门关闭正时T即例如90℃A(曲柄转角)处关闭进气门3a。在本示例性实施方式中，开启进气门3a的速度设定为高于关闭进气门3a的速度，使得当如上所述开启进气门3a时，在进气行程的中间阶段或中间阶段之前达到每个进气门3a的最大升程。即，用于将每个进气门3a从最大升程位置下移至气门关闭位置所用的时间设定为长于用于将每个进气门3a从气门关闭位置提升至最大升程位置所用的时间。
这样，在从进气行程下止点BDC到关闭进气门3a之间的时间段期间，每个进气门3a的升程变小，因此，在此时间段期间所喷射的燃料F′在不撞击开启的进气门3a的情况下有效增强了滚流T。

Claims (13)

1.一种直接喷射火花点火式内燃发动机，所述发动机具有将燃料直接喷射至发动机气缸中的燃料喷射阀(10；10′)，并执行将关闭进气门(3a)的正时延迟的阿特金森循环操作，所述发动机的特征在于，
在从进气行程下止点到所述进气门(3a)关闭之间的时间段期间，所述发动机气缸中的滚流由从所述燃料喷射阀(10；10′)喷射的燃料来增强。
2.如权利要求1所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，在从所述进气行程下止点到所述进气门(3a)关闭之间的所述时间段期间，当所述发动机转速高时，从所述燃料喷射阀(10；10′)喷射燃料的正时比所述发动机转速低时提前。
3.如权利要求2所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，在从所述进气行程下止点到所述进气门(3a)关闭之间的所述时间段期间，当所述发动机转速高时，开始所述燃料喷射阀(10；10′)的燃料喷射的正时以及结束所述燃料喷射的正时都比所述发动机转速低时提前。
4.如权利要求1或2所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，在从所述进气行程下止点到所述进气门(3a)关闭之间的所述时间段期间，当所述发动机转速高时，从所述燃料喷射阀(10；10′)喷射燃料的喷射速率比所述发动机转速低时增大。
5.如权利要求4所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，在从所述进气行程下止点到所述进气门(3a)关闭之间的所述时间段期间，当所述发动机转速高时，通过使所述喷射速率比所述发动机转速低时增大，来使结束所述燃料喷射阀(10；10′)的燃料喷射的正时提前。
6.如权利要求4或5所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，通过控制所述燃料喷射阀(10；10′)的阀元件(12)的升程来控制所述喷射速率。
7.如权利要求6所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，在从所述进气行程下止点到所述进气门(3a)关闭之间的所述时间段期间，当所述发动机转速高时，所述燃料喷射阀(10；10′)通过以比所述发动机转速低时大的升程提升所述阀元件(12)来喷射燃料。
8.如权利要求6或7所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，所述燃料喷射阀(10；10′)具有：弹性构件(17)，其设置于所述燃料喷射阀(10；10′)的所述阀元件(12)与所述燃料喷射阀(10；10′)的主体(16)之间，并沿着阀关闭方向推压所述阀元件(12)；以及压电应变致动器(18)，其设置于所述燃料喷射阀(10；10′)的所述阀元件(12)与所述燃料喷射阀(10；10′)的所述主体(16)之间，并伸长以提升所述阀元件(12)，并且
通过控制供给至所述压电应变致动器(18)的电压而改变所述压电应变致动器(18)的伸长量来调节所述阀元件(12)的所述升程。
9.如权利要求6或7所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，所述燃料喷射阀(10；10′)具有：弹性构件(17)，其设置于所述燃料喷射阀(10；10′)的所述阀元件(12)与所述燃料喷射阀(10；10′)的主体(16)之间，并沿着阀关闭方向推压所述阀元件(12)；以及电磁致动器(19)，其设置为面向所述阀元件(12)的基部，使得所述电磁致动器(19)的电磁吸引力沿提升所述阀元件(12)的方向作用，并且
通过控制供给至所述电磁致动器(19)的电压而改变作用于所述阀元件(12)上的所述电磁吸引力来调节所述阀元件(12)的所述升程。
10.如权利要求1所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，所述燃料喷射阀(10′)设置于所述发动机气缸的上部区域周边的进气门侧，并朝着发动机气缸膛的排气门侧的上部喷射燃料。
11.如权利要求10所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，用于所述进气门(3a)的凸轮的轮廓形成为使得所述进气门(3a)开启的速度高于所述进气门(3a)关闭的速度。
12.如权利要求1至11中任一项所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，所述进气门(3a)关闭的正时设定于所述进气行程下止点之后的90±20℃A(曲柄转角)范围内。
13.一种用于控制具有将燃料直接喷射至发动机气缸内的燃料喷射阀(10；10′)的直接喷射火花点火式内燃发动机的方法，包括以下步骤：
执行将关闭进气门(3a)的正时延迟的阿特金森循环操作；并且
在从进气行程下止点到所述进气门(10；10′)关闭之间的时间段期间，由所述燃料喷射阀喷射的燃料来增强所述发动机气缸中的滚流。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101737187A (zh) * 2010-01-21 2010-06-16 上海交通大学 阿特金森循环发动机空燃比控制系统
CN103388500A (zh) * 2013-08-13 2013-11-13 姚长水 一种普通往复式活塞发动机的变程节能的方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4582049B2 (ja) * 2006-05-30 2010-11-17 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式火花点火内燃機関
EP2047079A1 (en) * 2006-08-04 2009-04-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Direct injection spark ignition internal combustion engine and fuel injection method for same
JP5142896B2 (ja) * 2008-09-09 2013-02-13 本田技研工業株式会社 予混合圧縮自着火式内燃機関の可変動弁装置
DE102012006342A1 (de) * 2012-03-28 2013-10-02 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine
KR101393571B1 (ko) * 2012-12-17 2014-05-12 기아자동차 주식회사 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진
JP5962713B2 (ja) * 2014-07-14 2016-08-03 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関の制御装置
JP6323686B2 (ja) * 2015-07-07 2018-05-16 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
CN106224103A (zh) * 2016-08-15 2016-12-14 重庆大学 电动增压无回流阿特金森循环汽油发动机系统
JP2023167850A (ja) * 2022-05-13 2023-11-24 トヨタ自動車株式会社 車両制御装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5259348A (en) 1991-06-20 1993-11-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Direct injection type engine
JP3295975B2 (ja) * 1992-09-02 2002-06-24 日産自動車株式会社 ガソリンエンジン
US5775288A (en) 1995-08-17 1998-07-07 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Combustion chamber
JPH09119315A (ja) * 1995-10-25 1997-05-06 Yamaha Motor Co Ltd 筒内噴射エンジン
JPH09177572A (ja) * 1995-12-26 1997-07-08 Isuzu Motors Ltd 内燃機関の出力制御装置
JP3539059B2 (ja) 1996-04-25 2004-06-14 日産自動車株式会社 筒内直噴型内燃機関
JP2991182B2 (ja) * 1998-03-23 1999-12-20 三菱自動車工業株式会社 筒内噴射型内燃機関
JP2002227613A (ja) * 2001-01-31 2002-08-14 Yanmar Diesel Engine Co Ltd エンジンの吸排気弁装置
JP2003106177A (ja) * 2001-09-28 2003-04-09 Mazda Motor Corp 火花点火式直噴エンジン
DE10158789A1 (de) 2001-11-30 2003-07-10 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzventil
JP2003322022A (ja) * 2002-04-30 2003-11-14 Toyota Motor Corp 燃料噴射制御装置
JP4076212B2 (ja) * 2002-07-16 2008-04-16 株式会社日本自動車部品総合研究所 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置
JP2005030225A (ja) * 2003-07-08 2005-02-03 Toyota Motor Corp 内燃機関の吸排気弁の駆動制御
JP2005163686A (ja) * 2003-12-04 2005-06-23 Toyota Motor Corp 混合気を圧縮自着火させる自着火運転が可能な内燃機関
JP4475221B2 (ja) * 2005-03-11 2010-06-09 トヨタ自動車株式会社 エンジン

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101737187A (zh) * 2010-01-21 2010-06-16 上海交通大学 阿特金森循环发动机空燃比控制系统
CN103388500A (zh) * 2013-08-13 2013-11-13 姚长水 一种普通往复式活塞发动机的变程节能的方法

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