CN102667113A - 燃料喷射控制器和内燃发动机 - Google Patents

Abstract

燃料喷射控制器的ECU取得关于包括燃料喷射阀的内燃发动机的负荷的信息。基于该负荷信息，在低负荷状况控制与高负荷状况控制之间作出切换，在低负荷状况控制中在避免由于涡流效果而漂移的通过先导喷射所喷射的喷雾的正时执行主喷射，在高负荷状况控制中在与由于涡流效果而漂移的通过先导喷射所喷射的喷雾发生干涉（至少部分重叠）的正时执行主喷射。在低负荷状况控制中，在点火发生前扩散通过先导喷射所喷射的喷雾，以减少烟雾。在高负荷状况控制中，使通过主喷射所喷射的喷雾与含有OH自由基的通过先导喷射所喷射的喷雾发生干涉，以减少烟雾。

Description

燃料喷射控制器和内燃发动机

技术领域

本发明涉及燃料喷射控制器和内燃发动机。

背景技术

已提出通过在降低燃烧温度以减少NOx的运转区域内设定相当长的点火延迟时段来减少烟雾（例如，参见日本专利申请公报No.7-4287（JP-A-7-4287））。另外，在一些情况下，使喷射正时偏移以使得通过主喷射所喷射的燃料喷雾不会与燃烧室内残留的先导喷射的火焰或燃烧气体重叠。这避免了使通过主喷射所喷射的燃料喷雾与先导喷射的火焰或燃烧气体重叠并且避免了燃料喷雾在氧不足的状态下燃烧。因而，可防止烟雾排出量增加（参见日本专利申请公报No.11-82139（JP-A-11-82139））。

发明内容

然而，在JP-A-7-4287和JP-A-11-82139中描述的理念中，当内燃发动机的负荷高时燃料喷射时段长。由此，即使试图完成主喷射以避免通过先导喷射所形成的燃料喷雾，通过主喷射所喷射的喷雾也部分地与通过先导喷射所喷射的燃料喷雾发生干涉。另外，在燃料喷射时段长的高负荷运转期间，即使在通过主喷射所喷射的燃料被点燃之后燃料喷射也继续，这导致一定量的烟雾。

一个目的是提供能够既在低负荷状态下又在高负荷状态下减少烟雾的燃料喷射控制器和内燃发动机。

一个实施例的燃料喷射控制器包括控制部，该控制部取得关于包括燃料喷射阀的内燃发动机的负荷的信息并且基于该负荷信息在第一控制与第二控制之间进行切换。第二控制是在内燃发动机的负荷高于选择所述第一控制时的负荷的状况下选择的控制。第一控制是在避免由于涡流效果而漂移（飘偏，drift）的通过先导喷射所喷射的喷雾的正时执行主喷射的控制。第二控制是在与由于涡流效果而漂移的通过先导喷射所喷射的喷雾发生干涉的正时执行主喷射的控制。

在第一控制中，在通过主喷射所喷射的喷雾不会与通过先导喷射所喷射的喷雾重叠这样的正时执行主喷射，从而保证用于在点燃之前混合空气和燃料的时间，由此促进了混合物的扩散。这样，降低了混合物的浓度，以减少烟雾。这种第一控制旨在通过降低混合物的浓度来减少烟雾，也就是，通过物理的手段来减少烟雾。

另一方面，第二控制旨在通过在点火后利用由OH自由基实现的烟尘（soot）的氧化和烟尘的生成抑制来减少烟雾。第二控制旨在通过使OH自由基与烟尘发生反应来减少烟雾，也就是，通过化学的手段来减少烟雾。

当内燃发动机的负荷低时，燃料喷射时段短，并且在点燃后剩下的喷射时段与整个主喷射时段的比例低。也就是，利用在点燃后发生的现象的价值小。因而，在低负荷状态下，将先导喷射与随后的主喷射之间的间隔设定为积极降低混合物的浓度的间隔。具体而言，在避免由于涡流效果而漂移的通过先导喷射所喷射的喷雾的正时执行主喷射。

另一方面，当内燃发动机的负荷高时，燃料喷射时段长，并且在点火后剩下的喷射时段与整个主喷射时段的比例高。因而，在高负荷状况下，将先导喷射与随后的主喷射之间的间隔设定为积极利用在点燃之后发生的现象的间隔。具体而言，在与由于涡流效果而漂移的通过先导喷射所喷射的喷雾发生干涉的正时执行主喷射。

可以说，如上所述使OH自由基与烟尘发生反应就近来的柴油发动机降低压缩比和增加EGR量的趋势而言是合适的对策。具体而言，如果进一步降低压缩比和/或进一步增加EGR量，则会出现即使在不存在通过先导喷射所喷射的喷雾的区域内氧的量也少的情形，因此容易导致烟雾。因而，在这种情形中，难以通过物理的手段（例如，通过降低混合物的浓度）来减少烟雾。因而，通过化学的手段来减少烟雾变得有效。

燃料喷射控制器中的控制部可在通过主喷射所喷射的燃料喷雾的点火正时处在主喷射时段的前半段内的状况下切换到第二控制，并且在通过主喷射所喷射的燃料喷雾的点火正时处在主喷射时段的后半段内的状况下切换到第一控制。

如上所述，作为对抗烟雾的对策的物理手段在点火前发挥烟雾减少效果，而化学手段在点火后发挥烟雾减少效果。当内燃发动机的负荷高且燃料喷射量变大时，燃料喷射时段变长。当内燃发动机的负荷低时，燃料喷射时段短。因而，当点火正时处在燃料喷射时段的前半段内时，选择对通过在点火后发挥效果的化学手段来减少烟雾的效果给予重视的控制。控制部可执行在这种点火正时的情况下执行的第二控制。另一方面，当点火正时处在燃料喷射时段的后半段内时，选择对通过在点火前发挥效果的物理手段来减少烟雾的效果给予重视的控制。控制部可执行在这种点火正时的情况下执行的第一控制。

一个实施例的内燃发动机可包括以上燃料喷射控制器，并且该内燃发动机的压缩比可等于或低于16。在压缩比等于或低于16的内燃发动机中，趋于出现OH自由基。因而，当以上燃料喷射控制器安装在压缩比等于或低于16的内燃发动机中时，进一步发挥了通过化学手段来减少烟雾的效果。另外，当发动机在40%以上的EGR率运转时，可切换第一控制和第二控制。具体而言，该燃料喷射控制器当安装在在促进OH自由基的形成的这种状态下运转的内燃发动机中时有效。因而，以上燃料喷射控制器适合于近来的压缩比减小的内燃发动机和EGR量增加的内燃发动机。

根据以上燃料喷射控制器，在内燃发动机的负荷低的低负荷状况和内燃发动机的负荷高的高负荷状况都可减少烟雾。

附图说明

本发明的前述和/或更多目的、特征和优点将从以下参考附图对示例性实施例的描述而变得明显，附图中使用同样的标号来表示同样的元件，并且其中：

图1是示出了包括一个实施例的燃料喷射控制器的内燃发动机的示意图；

图2是示出了由该实施例的燃料喷射控制器执行的控制的示例的流程图；

图3示出了由该实施例的燃料喷射控制器所使用的控制脉谱图的一个示例；

图4是示出了通过先导喷射所喷射的喷雾与通过主喷射所喷射的喷雾之间的关系的一个示例的说明图；

图5是示出了烟雾减少的物理效果和化学效果之间的关系的说明图；

图6是示出了燃料喷射时段与点火正时之间的关系的说明图；

图7是示出了在高负荷状况下燃料喷射时段与点火正时之间的关系的说明图；

图8是示出了在低负荷状况下燃料喷射时段与点火正时之间的关系的说明图。

具体实施方式

以下将参照附图详细描述本发明的一个实施例。

图1是作为内燃发动机的一个示例的柴油发动机（下文称为发动机）100的示意性构造图。发动机100包括燃料喷射控制器1。发动机100的电子控制单元（ECU）2充当燃料喷射控制器1的控制部。ECU 2电气连接到为发动机100设置的燃料喷射阀8。发动机100包括连接在进气管3与排气管4之间的排气再循环（EGR）管5。EGR管5设置有EGR冷却器6。在EGR管5与排气管4之间的连接部处设置有EGR阀7。EGR阀7电气连接到ECU 2。发动机100的压缩比被设定在16以下。通过调节EGR阀7的开度而使得可以在40%以上的EGR率运转。EGR率是在流入排气管4的排气经EGR管5回到进气管3的情况下通过将流入发动机100的气缸的排气的量除以经进气管3吸入的空气的量和流入发动机100的气缸的排气的量的总和而获得的值。

ECU 2取得关于发动机负荷的信息。具体而言，ECU 2取得关于与发动机负荷的高低有相关关系的燃料喷射量的信息。因而，基于燃料喷射量信息，在要在低负荷状况下执行的燃料喷射阀8的低负荷状况控制（第一控制）与要在高负荷状况下执行的燃料喷射阀8的高负荷状况控制（第二控制）之间进行切换。

将参照图2所示的流程图描述通过这种燃料喷射控制器1执行的燃料喷射控制的一个示例。

ECU 2在步骤S1中取得发动机转速信息和燃料喷射量信息作为发动机的运转状态。然后，在步骤S2中，基于这些信息来确定喷射间隔。喷射间隔是先导喷射与随后的主喷射之间的间隔。通过参照喷射间隔脉谱图来确定喷射间隔，该喷射间隔脉谱图的一个示例在图3中示出。

通过曲柄角（CA）来表现喷射间隔脉谱图，每个曲柄角对应于在特定发动机速度的特定燃料喷射量。整个脉谱图被分为执行低负荷状况控制的低负荷状况控制区域和执行高负荷状况控制的高负荷状况控制区域。在图3中，低负荷状况控制区域是负荷等于或低于预定水平的区域，而高负荷状况控制区域是负荷高于该预定水平的区域。低负荷状况控制在避免如图4中通过箭头所示的由于涡流效果而漂移的通过先导喷射所喷射的喷雾（a）至（c）的正时执行主控制（A）至（C）。另一方面，高负荷状况控制在与如图4中通过箭头所示由于涡流效果而漂移的通过先导喷射所喷射的喷雾（a）至（c）发生干涉（至少部分地重叠）的正时执行主控制（A）至（C）。喷雾（a）和主喷射（A）意味着这些是从同一喷射孔喷射的。类似地，喷雾（b）和主喷射（B）这一对以及喷雾（c）和主喷射（C）这一对中的每一者均意味着所述喷射对是从同一喷射孔喷射的。因而，例如，在图4所示的高负荷状况控制中，主喷射（B）至少部分地与先导喷射（a）发生干涉。在图4的高负荷状况示例中，对于主喷射（C）和先导喷射（b）同样如此。

当发动机速度相同时，喷射间隔在低负荷状况控制区域内比在高负荷状况控制区域内短。具体而言，在低负荷状况控制区域内，在通过先导喷射所喷射的喷雾到达从邻近的喷射孔喷射燃料的位置之前执行主喷射，从而避免了两种喷射之间的干涉。另一方面，在高负荷状况控制区域内，主喷射的正时与在低负荷状况控制区域内相比延迟，从而主喷射与通过先导喷射所喷射的喷雾发生干涉。如上所述，通过曲柄角（CA）来表现喷射间隔脉谱图，每个曲柄角均对应于在特定发动机速度的特定燃料喷射量。应注意，燃料的蒸发和扩散速度独立于发动机速度是恒定的。因此，CA的值随着发动机速度升高而增大。

如上所述，在高负荷状况下，喷射间隔使得主喷射与由于涡流效果而漂移的通过先导喷射所喷射的喷雾发生干涉，因此可进一步延迟主喷射的正时。例如，在图4中，正时可被设定为使得主喷射（C）与喷雾（a）发生干涉。

现将描述在喷射间隔脉谱图中采用的原理，根据该原理进行低负荷状况控制与高负荷状况控制之间的转换。低负荷状况控制旨在通过在点火前扩散通过先导喷射所喷射的喷雾来减少烟雾。执行低负荷状况控制以避免主喷射与通过先导喷射所喷射的喷雾之间的干涉，也就是，执行低负荷状况控制以促进减少烟雾的物理效果。另一方面，高负荷状况控制旨在通过利用烟尘的氧化和烟尘生成的抑制来减少烟雾，这种氧化/抑制由通过先导喷射所喷射的喷雾中的OH自由基来促进。执行高负荷状况控制以使主喷射与通过先导喷射所喷射的喷雾发生干涉，也就是，执行高负荷状况控制以促进化学效果。

考虑以下关系：通过这种物理的效果实现的烟雾减少和通过这种化学的效果实现的烟雾减少如图5所示大致成反比。在从燃料喷射开始时到通过主喷射所喷射的喷雾被点燃时的时间段发挥了物理的效果，如图6所示。另一方面，在从通过主喷射所喷射的喷雾被点燃时到燃烧完成时的时间段发挥了化学的效果，如图6所示。因而，当通过主喷射所喷射的喷雾的点火正时如图7所示处在作为主喷射持续期间的主喷射时段的前半段内时，ECU 2切换到高负荷状况控制。当在燃料喷射时段中的早期执行点火时，发挥化学效果的时段相对长，因此，使主喷射和通过先导喷射所喷射的喷雾彼此发生干涉以减少烟雾。另一方面，当通过主喷射所喷射的喷雾的点火正时如图8所示处在主喷射时段的后半段内时，ECU 2切换到低负荷状况控制。当在燃料喷射时段中的后期执行点火时，发挥化学效果的时段相对短，因此，为了使物理效果最大化，避免主喷射与通过先导喷射所喷射的喷雾之间的干涉以减少烟雾。

燃料喷射时段通常取决于燃料喷射量，即，取决于负荷来确定。当燃料喷射时段改变时，燃料喷射时段与点火正时之间的关系也改变。

通过涡流比和先导喷射与随后的主喷射之间的间隔（喷射间隔）来确定主喷射与通过先导喷射所喷射的喷雾之间的干涉状态。具体而言，当通过将喷射间隔角度（360°/喷射孔数量）除以在上止点（TDC）处的涡流比而获得的值等于喷射间隔时，先导喷射与随后的主喷射彼此发生干涉。在TDC处的涡流比由于涡流的衰减和自旋加快效果而变成等于或大于端口涡流的涡流比。涡流比还取决于燃烧室的实际形状。当准备喷射间隔脉谱图时，可考虑这些条件。

ECU 2参照如上所述准备的喷射间隔脉谱图来确定喷射间隔，然后进行到步骤S3。在步骤S3中，ECU 2基于在步骤S2中确定的喷射间隔而发出喷射指令，以执行先导喷射和随后的主喷射。

通过执行如上所述的控制，在发动机100的负荷分别为低和高的低负荷状况和高负荷状况下都可减少烟雾。

上述实施例仅为用于实施本发明的一个示例，并且本发明不局限于此实施例。从以上描述显而易见，实施例的各种修改落在本发明的范围内，并且本发明能够通过在本发明的范围内的各种其他实施方式来实现。

Claims (15)

1.一种燃料喷射控制器，包括：

控制部，所述控制部取得关于包括燃料喷射阀的内燃发动机的负荷的信息，所述控制部基于所取得的关于所述负荷的信息在第一控制与第二控制之间进行切换，其中：

在所述内燃发动机的负荷高于选择所述第一控制时的负荷的状况下选择所述第二控制；

所述第一控制在避免由于涡流效果而漂移的通过先导喷射所喷射的喷雾的正时执行主喷射；并且

所述第二控制在与由于所述涡流效果而漂移的通过所述先导喷射所喷射的喷雾发生干涉的正时执行所述主喷射。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射控制器，其中：

所述控制部在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾的点火正时处在主喷射时段的前半段内的状况下切换到所述第二控制，并且在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾的点火正时处在所述主喷射时段的后半段内的状况下切换到所述第一控制。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射控制器，其中：

所述第一控制通过在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾的点火时间前扩散通过所述先导喷射所喷射的燃料喷雾来减少烟雾，并且

所述第二控制利用通过所述先导喷射所喷射的燃料喷雾中的OH自由基在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾被点燃后减少烟雾。

4.一种内燃发动机，包括：

根据权利要求1至3中任一项所述的燃料喷射控制器，

其中，所述内燃发动机的压缩比等于或低于16。

5.根据权利要求4所述的内燃发动机，还包括：

进气管；

排气管；和

使所述排气管中的排气的一部分回到所述进气管的排气再循环管，

其中，所述内燃发动机能够以40%以上的EGR率运转，所述EGR率是通过将流入所述内燃发动机的排气的量除以经所述进气管吸入的空气的量和所述流入所述内燃发动机的排气的量的总和而获得的值。

6.一种燃料喷射控制器，包括：

控制部，所述控制部取得关于包括燃料喷射阀的内燃发动机的负荷的信息，所述控制部在第一控制与第二控制之间进行切换，其中：

所述控制部（i）在所述内燃发动机的负荷高于基于所述内燃发动机的运转状态而确定的预定水平的状况下切换到所述第二控制，并且（ii）在所述内燃发动机的负荷等于或低于所述基于所述内燃发动机的运转状态而确定的预定水平的状况下切换到所述第一控制；

所述第一控制在避免来自主喷射的燃料喷雾与由于涡流效果而漂移的通过先导喷射所喷射的喷雾重叠的正时执行所述主喷射；并且

所述第二控制在来自所述主喷射的燃料喷雾的至少一部分与由于所述涡流效果而漂移的通过所述先导喷射所喷射的喷雾的至少一部分重叠的正时执行所述主喷射。

7.根据权利要求6所述的燃料喷射控制器，其中：

所述控制部在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾的点火正时处在主喷射时段的前半段内的状况下切换到所述第二控制，并且在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾的点火正时处在所述主喷射时段的后半段内的状况下切换到所述第一控制。

8.根据权利要求6或7所述的燃料喷射控制器，其中：

所述第一控制通过在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾的点火时间前扩散通过所述先导喷射所喷射的燃料喷雾来减少烟雾，并且

所述第二控制利用通过所述先导喷射所喷射的燃料喷雾中的OH自由基在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾被点燃后减少烟雾。

9.一种内燃发动机，包括：

根据权利要求6至8中任一项所述的燃料喷射控制器，

其中，所述内燃发动机的压缩比等于或低于16。

10.根据权利要求9所述的内燃发动机，还包括：

进气管；

排气管；和

使所述排气管中的排气的一部分回到所述进气管的排气再循环管，

其中，所述内燃发动机能够以40%以上的EGR率运转，所述EGR率是通过将流入所述内燃发动机的排气的量除以经所述进气管吸入的空气的量和所述流入所述内燃发动机的排气的量的总和而获得的值。

11.根据权利要求6至8中任一项所述的燃料喷射控制器，其中，所述运转状态包括所述内燃发动机的发动机速度。

12.一种在包括燃料喷射阀的内燃发动机中执行燃料喷射的方法，所述方法包括：

取得关于所述内燃发动机的负荷的信息；

在所述内燃发动机的负荷高于基于所述内燃发动机的运转状态的预定水平的状况下切换到第二控制；以及

在所述内燃发动机的负荷等于或低于所述基于所述内燃发动机的运转状态的预定水平的状况下切换到第一控制，其中

所述第一控制在避免来自主喷射的燃料喷雾与由于涡流效果而漂移的通过先导喷射所喷射的喷雾重叠的正时执行所述主喷射，并且

所述第二控制在来自所述主喷射的燃料喷雾的至少一部分与由于所述涡流效果而漂移的通过所述先导喷射所喷射的喷雾的至少一部分重叠的正时执行所述主喷射。

13.根据权利要求12所述的方法，其中：

所述方法在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾的点火正时处在主喷射时段的前半段内的状况下切换到所述第二控制，并且

所述方法在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾的点火正时处在所述主喷射时段的后半段内的状况下切换到所述第一控制。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中：

所述第一控制通过在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾的点火时间前扩散通过所述先导喷射所喷射的燃料喷雾来减少烟雾，并且

所述第二控制利用通过所述先导喷射所喷射的燃料喷雾中的OH自由基在通过所述主喷射所喷射的燃料喷雾被点燃后减少烟雾。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述运转状态包括所述内燃发动机的发动机速度。

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