CN110219730A - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机，抑制颗粒状物质的排出。在主燃烧室(2)的顶面形成有具有副燃料喷射阀(53)的副室(51)，利用在使副室(51)内的混合气燃烧时从连通孔(52)喷出的喷流火焰来使主燃烧室(2)内的混合气燃烧。在内燃机启动后，直到经过副室(51)的壁面温度比预热完成时的副室(51)的壁面温度低的壁面低温期间为止，与预热完成后相比，使来自副燃料喷射阀(53)的液状燃料的喷射量相对于来自主燃料喷射阀(3)的燃料喷射量的比例减小。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及内燃机。
背景技术
如下的内燃机是公知的：主燃料气体向主燃烧室内供给，在主燃烧室的顶面形成有经由连通孔而与主燃烧室内连通且具有火花塞的副室，副燃料气体向副室内供给，利用使供给到副室内的副燃料气体燃烧时从连通孔喷出的喷流火焰来使主燃烧室内的主燃料气体燃烧(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-36424号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在这样的内燃机中，在向副室内喷射液状燃料的情况下，在副室的温度低因此副室的壁面温度低时，喷射到副室内的液状燃料无法充分蒸发，因此喷射到副室内的液状燃料会向副室的内壁面上附着。当液状燃料这样向副室的内壁面上附着时，附着燃料会在氧不足的状态下被加热而碳化，其结果，会产生生成大量的颗粒状物质(PM)这一问题。然而，在上述的专利文献1中，向副室内供给的是副燃料气体即气体燃料，因此不会产生燃料向副室的内壁面上的附着的问题。因此，上述的专利文献1关于燃料向副室的内壁面上的附着未作任何考虑。
为了解决上述问题，根据本发明，提供一种内燃机，具备用于向主燃烧室内供给燃料的燃料喷射阀，在主燃烧室的顶面形成有经由连通孔而与主燃烧室内连通且具有副燃料喷射阀的副室，从副燃料喷射阀向副室内喷射液状燃料，利用使喷射到副室内的液状燃料燃烧时从连通孔喷出的喷流火焰来使主燃烧室内的混合气燃烧，其中，在内燃机启动后，直到副室的壁面温度比预热完成时的副室的壁面温度低的壁面低温期间经过为止，与预热完成后相比，使来自副燃料喷射阀的液状燃料的喷射量相对于来自主燃料喷射阀的燃料喷射量的比例减小。
发明效果
在副室的壁面温度比预热完成时的副室的壁面温度低时，与预热完成后相比，减小来自副燃料喷射阀的液状燃料的喷射量相对于来自主燃料喷射阀的燃料喷射量的比例，从而燃料向副室的内壁面上的附着受到抑制，由此能够阻止大量的颗粒状物质(PM)被排出。
附图说明
图1是内燃机的整体图。
图2是从下方观察气缸盖时的图。
图3是沿着图2的A-A截面观察时的内燃机的侧视剖视图。
图4是副室周围的放大侧视剖视图。
图5是沿着图4的B-B截面观察时的副室壳体的剖视图。
图6是示出来自副室的喷出喷流火焰的图。
图7是示出副喷射量和主喷射量的图。
图8A及图8B是示出副室的壁面温度TS与衰减系数RC的关系的图。
图9A及图9B各自是示出副室的壁面温度TSO和修正系数KC的图。
图10是示出壁面低温期间Δt的图。
图11是示出衰减系数RC与EGR率的关系的图。
图12是用于进行内燃机的运转控制的流程图。
具体实施方式
图1示出以汽油为燃料的内燃机的整体图。参照图1，1表示内燃机主体，2表示各气缸的主燃烧室，3表示对各气缸分别设置的主燃料喷射阀，4表示平衡罐，5表示进气支管，6表示排气歧管。平衡罐4经由进气管道7而连结于排气涡轮增压器8的压缩机8a的出口，压缩机8a的入口经由吸入空气量检测器9而连结于空气滤清器10。在进气管道7内配置有由致动器驱动的节气门11，在进气管道7周围配置有用于冷却在进气管道7内流动的吸入空气的中冷器12。
另一方面，排气歧管6连结于排气涡轮增压器8的排气涡轮机8b的入口，排气涡轮机8b的出口经由排气管13而连结于排气净化用催化转换器14。排气歧管5与平衡罐4经由废气再循环(以下，称作EGR)通路15而互相连结，在EGR通路15内配置有EGR控制阀16。各主燃料喷射阀3连结于燃料分配管17，该燃料分配管17经由燃料泵18而连结于燃料箱19。
电子控制单元20由数字计算机构成，具备通过双向性总线21而互相连接的ROM(只读存储器)22、RAM(随机存取存储器)23、CPU(微处理器)24、输入端口25及输出端口26。在内燃机主体1安装有用于检测内燃机冷却水温的水温传感器33，该水温传感器33的输出信号及吸入空气量检测器9的输出信号经由各自对应的AD变换器27而向输入端口25输入。另外，在加速器踏板30上连接有产生与加速器踏板30的踩踏量成比例的输出电压的负荷传感器31，负荷传感器31的输出电压经由对应的AD变换器27而向输入端口25输入。而且，在输入端口25上连接有每当曲轴旋转例如30°时产生输出脉冲的曲轴角传感器32。在CPU24中，根据该曲轴角传感器32的输出脉冲来算出内燃机转速。另一方面，输出端口26经由对应的驱动电路28而连接于主燃料喷射阀3、节气门11的驱动用致动器、EGR控制阀16及燃料泵18。
图3示出了图1所示的内燃机主体1的剖视图，图2示出了图3所示的燃烧室2的顶面的仰视图。需要说明的是，在图2及图3中，41表示气缸体，42表示安装于气缸体41上的气缸盖，43表示在气缸体41内往复运动的活塞，44表示一对进气门，45表示进气口，46表示一对排气门，47表示排气口。如图2及图3所示，进气口44以随着离开主燃烧室2而离开气缸的中心轴线的方式在气缸盖42内延伸，在图2及图3所示的例子中，进气口45由相对于一对进气门44共通的通路部分45a和从该共通的通路部分45a朝向各进气门44分支的分支通路部分45b形成，在进气口45的共通通路部分45a内配置有主燃料喷射阀3。需要说明的是，在该情况下，可以将该主燃料喷射阀3配置于主燃烧室2，也可以使用2个主燃料喷射阀3，将一方的主燃料喷射阀3配置于进气口45内，将另一方的主燃料喷射阀3配置于主燃烧室2内。
另一方面，参照图2～图5，在主燃烧室2的顶面中央部安装有副室壳体50。在图2～图5所示的例子中，该副室壳体50呈两端封闭的薄壁的中空圆筒状，以副室壳体50的中心轴线在气缸的中心轴线方向上延伸的方式安装于主燃烧室2的顶面。另外，在图2～图5所示的例子中，副室壳体50的上方部位于气缸盖42内，仅副室壳体50的下方部在主燃烧室2内露出。在该副室壳体50内形成有副室51，在副室壳体50形成有从副室51的主燃烧室2侧的端部周边部朝向主燃烧室2的周边部呈放射状地延伸的多个连通孔52。
在该情况下，在本发明的实施例中，如图5所示，各连通孔52形成为关于副室壳体50的中心轴线以等角度间隔从副室壳体50的中心轴线呈放射状地延伸。另外，在本发明的实施例中，在副室51的顶面中央部配置有副燃料喷射阀53，而且在副室51的顶面周边部配置有火花塞54。如图1所示，各气缸的副燃料喷射阀53连结于燃料分配管55，该燃料分配管55经由燃料泵56而连结于燃料箱19。在该燃料分配管55安装有用于检测燃料分配管55内的燃料压的燃料压传感器57，该燃料压传感器57的输出信号经由对应的AD变换器27而向输入端口25输入。另外，各气缸的副燃料喷射阀53及火花塞54经由对应的驱动电路28而连结于输出端口26。
在图1～图5所示的内燃机中，当进气门44开阀时，从主燃料喷射阀3喷射出的燃料与吸入空气一起向主燃烧室2内供给，由此在主燃烧室2内形成混合气。当接着压缩行程开始时，主燃烧室2内的一部分混合气从全部的连通孔52均匀地向副室51内流入。需要说明的是，如图4的F所示，在进气行程中或者压缩行程的前半或后半，从副燃料喷射阀53向副室51内喷射液状燃料。接着，当成为压缩行程末期时，发挥火花塞54的点火作用，使副室51内的混合气燃烧。当使副室51内的混合气燃烧时，如图6所示，喷流火焰J从各连通孔52喷出，主燃烧室2内的混合气通过这些喷流火焰J而燃烧。
图7示出了要求喷射量Qt与来自主燃料喷射阀3的主喷射量Qm及来自副燃料喷射阀53的副喷射量Qa的关系。需要说明的是，在这些要求喷射量Qt、主喷射量Qm及副喷射量Qa之间存在要求喷射量Qt＝主喷射量Qm+副喷射量Qa的关系。在本发明的实施例中，从图7可知，来自副燃料喷射阀53的副喷射量Qa相对于来自主燃料喷射阀3的主喷射量Qm的比例(Qa/Qm)通常无论要求喷射量Qt如何都是恒定的。需要说明的是，在图7所示的例子中，副喷射量Qa无论要求喷射量Qt如何都被设为要求喷射量Qt的5％左右。
在本发明的实施例中，从副燃料喷射阀53向副室51内喷射液状燃料。在该情况下，在副室51的温度低因此副室51的壁面温度低时，喷射到副室51内的液状燃料无法充分蒸发，因此喷射到副室51内的液状燃料会向副室51的内壁面上附着。当液状燃料这样向副室51的内壁面上附着时，附着燃料会在氧不足的状态下被加热而碳化，其结果，生成大量的颗粒状物质(PM)，从内燃机排出。
在该情况下，当使从副燃料喷射阀53喷射的液状燃料的量减少时，喷射到副室51内的液状燃料能够充分蒸发，其结果，能够抑制喷射到副室51内的液状燃料向副室51的内壁面附着。因此，在本发明的实施例中，在副室51的温度低因此副室51的壁面温度低时，使从副燃料喷射阀53喷射的液状燃料的量减少。需要说明的是，在本发明的实施例中，对图7所示的副喷射量Qa导入减少系数RC(实际的副喷射量＝副喷射量Qa·减少系数RC)，使用该减少系数RC来调整从副燃料喷射阀53喷射的液状燃料的量。接着，参照图8对该减少系数RC进行说明。
图8A示出了副室51的壁面温度TS与减少系数RC的关系，图8A的横轴上的TSX表示在使副室51的壁面温度TS下降时喷射到副室51内的液状燃料开始向副室51的内壁面附着的燃料附着壁面温度。因此，在副室51的壁面温度TS比燃料附着壁面温度TSX高时，液状燃料不会向副室51的内壁面附着。因此，此时，无需使副喷射量Qa减小，减少系数RC被设为1.0。相对于此，当副室51的壁面温度TS比燃料附着壁面温度TSX低时，液状燃料会向副室51的内壁面附着。因此，此时，需要使副喷射量Qa减小，因此，此时，减少系数RC被设为比1.0小。需要说明的是，副室51的壁面温度TS越比燃料附着壁面温度TSX低，则液状燃料越容易向副室51的内壁面附着，因此，副室51的壁面温度TS越比燃料附着壁面温度TSX低，则减少系数RC越被减小。
这样，在本发明的实施例中，副室51的壁面温度TS越比燃料附着壁面温度TSX低，则减少系数RC越被减小。在该情况下，当减少系数RC变小时，实际的副喷射量下降。此时，在本发明的实施例中，以使实际的副喷射量与实际的主喷射量的合计喷射量即总喷射量成为要求喷射量Qt的方式，副室51的壁面温度TS越比燃料附着壁面温度TSX低，则越使主喷射量Qm增大，即，在本发明的实施例中，副室51的壁面温度TS越比燃料附着壁面温度TSX低，则越使来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例减小。
燃料附着壁面温度TSX根据副室51的壁面的形状、材质而变化，在本发明的实施例中，燃料附着壁面温度TSX是40℃～60℃左右。副室51的壁面温度TS在内燃机的预热运转完成时上升到200℃以上，副室51的壁面温度TS成为燃料附着壁面温度TSX以下的是在内燃机刚冷启动后的内燃机预热运转时。即，液状燃料有可能向副室51的内壁面附着的是在内燃机刚冷启动后的内燃机预热运转时。于是，在本发明的实施例中，在内燃机刚冷启动后的内燃机预热运转时，使来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例减少。
接着，参照图8B对本发明的实施例进行说明。需要说明的是，图8B示出了内燃机冷启动后的副室51的壁面温度TS的变化和减少系数RC的变化。如图8B所示，内燃机冷启动时的副室51的壁面温度TS比燃料附着壁面温度TSX低，因此，从图8A可知，此时，减少系数RC被设为比1.0低。即，此时，使来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例减小。
接着，当内燃机的预热运转开始而副室51的壁面温度TS上升时，减少系数RC也随之上升，即，来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例上升。接着，当在内燃机启动后经过Δt时间时，副室51的壁面温度TS达到燃料附着壁面温度TSX。此时，减少系数RC被设为1.0，来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例被设为预先设定的恒定值。接着，当经过一段时间后，内燃机的预热运转完成，转向通常运转。此时，副室51的壁面温度TS上升到了200℃以上。需要说明的是，在内燃机启动后直到经过Δt时间为止的期间，副室51的壁面温度TS比预热完成时的副室51的壁面温度TS低，因此，将该期间称作壁面低温期间Δt。
因此，在本发明的实施例中，在具备用于向主燃烧室2内供给燃料的燃料喷射阀3，在主燃烧室2的顶面形成有经由连通孔52而与主燃烧室2内连通且具有副燃料喷射阀53的副室51，从副燃料喷射阀53向副室51内喷射液状燃料，利用使喷射到副室51内的液状燃料燃烧时从连通孔52喷出的喷流火焰来使主燃烧室2内的混合气燃烧的内燃机中，在内燃机启动后，直到经过副室51的壁面温度TS比预热完成时的副室51的壁面温度TS低的壁面低温期间Δt为止，与预热完成后相比，使来自副燃料喷射阀53的液状燃料的喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例减小。
在本发明的实施例中，如图8B所示，在副室51的壁面温度TS比燃料附着壁面温度TSX低时，使来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例减小。在该情况下，如前所述，燃料附着壁面温度TSX表示在使副室51的壁面温度TS下降时喷射到副室51内的液状燃料开始向副室51的内壁面附着的壁面温度。因此，若换一种说法，则该燃料附着壁面温度TSX可以说表示在使副室51的壁面温度TS上升时不再产生从副燃料喷射阀53喷射出的液状燃料向副室内壁面的燃料附着的温度。
在本发明的实施例中，如上所述，在内燃机启动后，直到经过副室51的壁面温度TS比预热完成时的副室51的壁面温度TS低的壁面低温期间Δt为止，与预热完成后相比，使来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例减小。在该情况下，在本发明的一实施例中，在副室51的壁面温度TS上升至不再产生从副燃料喷射阀53喷射出的液状燃料向副室内壁面的燃料附着的温度时，视为经过了壁面低温期间Δt。因此，在该情况下，在副室51的壁面温度TS上升至不再产生从副燃料喷射阀53喷射出的液状燃料向副室内壁面的燃料附着的温度的期间，使来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例减小。
在该情况下，副室51的壁面温度TS可以通过实测来求出。另外，副室51内的温度TS也可以根据内燃机的运转状态来推定。图9A及图9B示出了这样根据内燃机的运转状态来推定副室51内的温度TS的情况的一例。即，在副室壳体50周围的气缸盖42内形成有水套，因此，副室51内的壁面温度TS强烈受到内燃机冷却水的温度的影响。而且，副室51内的壁面温度TS也受到内燃机转速及内燃机负荷的影响。在图9A中，在将内燃机转速及内燃机负荷维持为恒定的状态下内燃机冷却水温TW发生了变化时的副室51内的壁面温度TS的变化由副室51内的壁面温度TSO表示。
另一方面，在图9A中，相对于该副室51内的壁面温度TSO的修正系数KC(副室51内的壁面温度TS＝副室51内的壁面温度TSO·修正系数KC)由内燃机转速及内燃机负荷的函数的形式表示。即，内燃机转速越高，内燃机负荷越高，则在气缸内每单位时间产生的热量越高，因此，内燃机转速越高，内燃机负荷越高，则副室51内的壁面温度TS越高。因此，如图9B所示，内燃机转速越高，内燃机负荷越高，则修正系数KC被设为越大。
这样，在图9A及图9B所示的例子中，副室51内的壁面温度TS根据内燃机冷却水温TW、内燃机转速及内燃机负荷来推测。即，在该例中，副室51内的壁面温度TS根据内燃机的运转状态来推定。在该情况下，在推定出的副室51内的壁面温度TS上升至不再产生从副燃料喷射阀53喷射出的液状燃料向副室内壁面的燃料附着的温度为止的期间，使来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例减小。
另一方面，也可以将图8B所示的壁面低温期间Δt预先通过实验而求出并存储，基于该存储的壁面低温期间Δt来进行来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例的减小控制。在该情况下，在内燃机启动后，直到经过壁面低温期间Δt为止，与预热完成后相比，使来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例减小。另外，在该情况下，如图10所示，内燃机启动时的内燃机冷却水温TW越高，则可以使壁面低温期间Δt越短。
另一方面，在本发明的实施例中，如图1所示，EGR气体经由EGR通路15而向平衡罐4内再循环。在该情况下，当EGR率变高时，供给到气缸内的吸入气体的比热的比变大，其结果，气缸内的吸入气体的压缩温度下降。因此，当EGR率变高时，从副燃料喷射阀53喷射出的液状燃料的蒸发作用受到抑制，从副燃料喷射阀53喷射出的液状燃料容易向副室51的内壁面附着。因此，在本发明的一实施例中，EGR率越增大，则越使来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例减小。即，在该实施例中，对图7所示的副喷射量Qa导入减少系数EC(实际的副喷射量＝副喷射量Qa·减少系数EC)，使用该减少系数EC来调整从副燃料喷射阀53喷射的液状燃料的量。如图11所示，EGR率越高，则该减少系数EC越下降。
接着，以根据内燃机的运转状态来推定副室51内的壁面温度TS，根据EGR率来调整来自副燃料喷射阀53的燃料喷射量相对于来自主燃料喷射阀3的燃料喷射量的比例的情况为例，对内燃机的运转控制的一例进行说明。图12示出了用于执行该内燃机的运转控制的例程，该例程通过每隔一定时间的中断来执行。
参照图12，首先，在步骤100中，判别当前是否正在进行预热运转。在当前没有进行预热运转时，完成处理循环。相对于此，在当前正在进行预热运转时，进入步骤101，根据由水温传感器33检测到的内燃机冷却水温TW，使用图9A所示的关系来算出副室51内的壁面温度TSO。接着，在步骤102中，根据内燃机转速及内燃机负荷，使用图9B所示的关系来算出修正系数KC。接着，在步骤103中，算出副室51内的壁面温度TS(＝副室51内的壁面温度TSO·修正系数KC)。
接着，在步骤104中，根据加速器踏板30的踩踏量及内燃机转速来算出要求喷射量Qt。接着，在步骤105中，根据该要求喷射量Qt来算出副喷射量Qa。接着，在步骤106中，判别副室51内的壁面温度TS是否比燃料附着壁面温度TSX高。在判别为副室51内的壁面温度TS比燃料附着壁面温度TSX高时，进入步骤107，通过从在步骤104中算出的要求喷射量Qt减去在步骤105中算出的副喷射量Qa来算出主喷射量Qm。接着，在步骤108中，以算出的主喷射量Qm从主燃料喷射阀3喷射主燃料，以算出的副喷射量Qa从副燃料喷射阀53喷射副燃料。接着，在步骤109中，进行火花塞54的点火控制。
另一方面，在步骤106中判别为副室51内的壁面温度TS不比燃料附着壁面温度TSX高时，进入步骤110，根据副室51内的壁面温度TS，使用图8A所示的关系来算出减少系数RC。接着，在步骤111中，根据当前的EGR率，使用图11所示的关系来算出减少系数EC。接着，在步骤112中，通过对在步骤105中算出的副喷射量Qa乘以在步骤110中算出的减少系数RC及在步骤112中算出的减少系数EC来算出最终的副喷射量Qa。
接着，在步骤113中，通过从在步骤104中算出的要求喷射量Qt减去在步骤112中算出的最终的副喷射量Qa来算出主喷射量Qm。接着，在步骤108中，以在步骤113中算出的主喷射量Qm从主燃料喷射阀3喷射主燃料，以在步骤112中算出的副喷射量Qa从副燃料喷射阀53喷射副燃料。接着，在步骤109中，进行火花塞54的点火控制。
标号说明
2 主燃烧室
3 主燃料喷射阀
44 进气门
46 排气门
51 副室
52 连通孔
53 副燃料喷射阀
54 火花塞。

Claims (5)

1.一种内燃机，具备用于向主燃烧室内供给燃料的燃料喷射阀，在主燃烧室的顶面形成有经由连通孔而与主燃烧室内连通且具有副燃料喷射阀的副室，从副燃料喷射阀向副室内喷射液状燃料，利用使喷射到副室内的液状燃料燃烧时从连通孔喷出的喷流火焰来使主燃烧室内的混合气燃烧，其中，
在内燃机启动后直到副室的壁面温度比预热完成时的副室的壁面温度低的壁面低温期间经过为止，与预热完成后相比，使来自副燃料喷射阀的液状燃料的喷射量相对于来自主燃料喷射阀的燃料喷射量的比例减小。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其中，
在副室的壁面温度上升至不再产生从副燃料喷射阀喷射出的液状燃料向副室内壁面的燃料附着的温度时，视为经过了上述壁面低温期间，直到此时为止，与预热完成后相比，使来自副燃料喷射阀的液状燃料的喷射量相对于来自主燃料喷射阀的燃料喷射量的比例减小。
3.根据权利要求2所述的内燃机，其中，
副室内的壁面温度根据内燃机的运转状态来推定。
4.根据权利要求1所述的内燃机，其中，
预先存储有上述壁面低温期间，在内燃机启动后直到该壁面低温期间经过为止，与预热完成后相比，使来自副燃料喷射阀的液状燃料的喷射量相对于来自主燃料喷射阀的燃料喷射量的比例减小。
5.根据权利要求1所述的内燃机，其中，
EGR率越增大，则越使来自副燃料喷射阀的液状燃料的喷射量相对于来自主燃料喷射阀的燃料喷射量的比例减小。
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