CN110621871B - 内燃机的控制方法以及控制装置 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的控制方法，在从进气行程至压缩行程前半段为止的期间、和压缩行程后半段分别进行至少1次燃料喷射，由此在燃烧室内形成分层混合气体而进行分层燃烧，其中，在因压缩行程后半段喷射的燃料喷雾的能量而使得火花塞周围的流动能量增大时，相对较大的放电电流在所述火花塞流动而开始火花点火，然后，相对地减小放电电流而在规定期间进行放电。

Description

内燃机的控制方法以及控制装置

技术领域

本发明涉及如下内燃机的控制，即，在从进气行程至压缩行程前半段的期间以及压缩行程后半段分别至少进行1次燃料喷射而形成分层混合气体，在因压缩行程后半段喷射的燃料喷雾的能量而使得火花塞周围的流动能量增大的期间进行火花点火。

背景技术

已知以在火花塞周围形成可燃混合气体、且在其他部分形成稀薄混合气体的状态而燃烧的所谓分层燃烧。JP1999-303721A1中公开了如下控制，即，在内燃机的低负荷运转中进行分层燃烧时，使得放电期间比均质燃烧时的放电期间长。上述文献所公开的控制用于避免在放电期间内在火花塞周围不存在可燃混合气体的情况。

发明内容

但是，在分层燃烧的情况下，与在整个燃烧室形成均质的可燃混合气体而进行燃烧的均质燃烧的情况相比，火花塞周围的当量比增大。即，在分层燃烧时，与均质燃烧时相比，火花塞周围的混合气体处于容易着火的状态。因此，用于在分层燃烧时实现稳定的燃烧的放电电流的履历与均质燃烧时的放电电流的履历不同。

然而，上述文献中对点火的定时和放电期间进行了叙述，但却并未对适合于分层燃烧的放电电流的履历进行叙述。因此，上述文献的控制存有改善的余地。

因此，本发明的目的在于，提供在分层燃烧时将放电电流的履历控制为适合于分层燃烧的方法。

根据本发明的某个方式，提供如下内燃机的控制方法，即，在从进气行程至压缩行程前半段为止的期间、和压缩行程后半段分别进行至少1次燃料喷射，由此在燃烧室内形成分层混合气体而进行分层燃烧。在该控制方法中，在因压缩行程后半段喷射的燃料喷雾的能量而使得火花塞周围的流动能量增大时，相对较大的放电电流在火花塞流动而开始火花点火，然后，相对地减小放电电流而在规定期间进行放电。

附图说明

图1是内燃机系统的整体结构的说明图。

图2是火花塞附近形成流动的说明图。

图3是表示燃料喷射阀的喷射方式的图。

图4是用于对喷雾束进行说明的图。

图5是表示火花塞和燃料喷射阀的配置的图。

图6是表示放电区域和喷雾束的关系的图。

图7是用于对缩流进行说明的图。

图8是缸内产生的翻滚流动的说明图。

图9是压缩行程中的翻滚流动的说明图。

图10是表示火花塞周围的紊流强度的变化的图。

图11是火花塞附近的火花塞放电通道的说明图。

图12A是表示燃料喷射定时和点火时机的关系的图。

图12B是表示燃料喷射定时和点火时机的关系的图。

图13是燃烧方式对应图。

图14是表示可变压缩比机构的一个例子的图。

图15是均质稀薄燃烧时的放电间隙的气体流速以及放电间隙的空燃比的图表。

图16是表示均质稀薄燃烧时的、相对于点火时机的经过时间和二次电流的关系的图表。

图17是分层稀薄燃烧时的放电间隙的气体流速以及放电间隙的空燃比的图表。

图18是表示分层稀薄燃烧时的、相对于点火时机的经过时间和二次电流的关系的图表。

图19是表示存储于控制器的控制流程的流程图。

图20是表示稀薄燃烧区域内的二次电流、放电时间、二次电压以及点火能量和内燃机的负荷的关系的图。

图21是表示稀薄燃烧区域内的整个燃烧室的空燃比、机械压缩比以及油耗和内燃机的负荷的关系的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是内燃机系统的整体结构的说明图。在内燃机系统1中，内燃机10与进气通路51连接。另外，内燃机10与排气通路52连接。

在进气通路51设置有翻滚控制阀16。翻滚控制阀16将进气通路51的流路剖面的一部分封闭而在缸内产生翻滚流动。

在进气通路51设置有集气箱46。在集气箱46还连接有EGR通路53b。

在进气通路51设置有空气流量计33。与空气流量计33连接的控制器50从空气流量计33获取进气通路51中的进气量。另外，在进气通路51设置有进气温度传感器34。与进气温度传感器34连接的控制器50从进气温度传感器34获取从进气通路51通过的空气的温度。

另外，在进气通路51设置有电子控制节流阀41，利用控制器50对节流阀开度进行控制。

在排气通路52设置有废气净化用的废气催化器44、45。对于废气催化器44、45而采用三元催化器等。另外，排气通路52在其中途分支出与集气箱46连接的EGR通路53。

在EGR通路53设置有EGR冷却器43。另外，在EGR通路53设置有EGR阀42。EGR阀42与控制器50连接。而且，由控制器50根据内燃机10的运转条件而对EGR阀42的开度进行控制。

内燃机10具有火花塞11、燃料喷射阀12、进气侧可变动阀机构13、排气侧可变动阀机构14以及燃料喷射泵15。燃料喷射阀12是直上型喷射阀，设置于火花塞11的附近。

火花塞11被驱动装置17驱动而在内燃机10的燃烧室内进行火花点火。火花塞11与控制器50连接，作为控制部的控制器50对点火时机进行控制。此外，本实施方式中所说的“点火时机”是指开始进行火花点火的定时。另外，火花塞11还作为对放电间隙间的气体流速进行检测的流速传感器23而执行动作。

驱动装置17根据来自控制器50的点火信号而使火花塞11产生放电电压。另外，除了在放电开始时用于进行火花放电的电路以外，驱动装置17还具有在放电期间用于对火花塞11的电极间施加与放电电压相同的方向的电压(下面也称为叠加电压)的电路。用于施加叠加电压的结构是公知的(例如，JP2016-53312A1)，因此省略详细的说明。

通过在放电期间施加叠加电压而能够延长放电时间。换言之，通过对叠加电压进行控制而能够任意地控制放电期间。

燃料喷射阀12将燃料直接喷射至内燃机10的燃烧室内。燃料喷射阀12与控制器50连接，作为控制部的控制器50对燃料喷射定时进行控制。在本实施方式中，进行如下所谓的多级喷射，即，包含进气行程在内进行多次燃料喷射。燃料喷射泵15对与该燃料喷射阀12连接的燃料供给配管供给加压后的燃料。

进气侧可变动阀机构13使进气阀的开闭时机发生变化。排气侧可变动阀机构14使排气阀的开闭时机发生变化。进气侧可变动阀机构13以及排气侧可变动阀机构14与控制器50连接。而且，利用控制器50对上述开闭时机进行控制。此外，这里示出了进气侧可变动阀机构13以及排气侧可变动阀机构14，但也可以具有任一者。

在内燃机10设置有未图示的曲轴转角传感器、缸内压力传感器以及加速器开度传感器。曲轴转角传感器对内燃机10的曲轴转角进行检测。曲轴转角传感器与控制器50连接，将内燃机10的曲轴转角发送至控制器50。

缸内压力传感器对内燃机10的燃烧室的压力进行检测。缸内压力传感器与控制器50连接。而且，将内燃机10的燃烧室的压力发送至控制器50。

加速器开度传感器检测驾驶者对加速器踏板的踏入量。

另外，内燃机10可以具有爆燃传感器21、燃料压力传感器24。控制器50读入来自前述的各种传感器以及未图示的其他传感器的输出，基于上述输出而进行对点火时机、阀定时、空燃比等的控制。此外，内燃机10具有对机械压缩比进行变更的可变压缩比机构，控制器50还进行对该可变压缩比机构的控制。后文中对可变压缩比机构的详情进行叙述。

图2是用于对火花塞11和燃料喷射阀12的位置关系进行说明的图。如上所述，燃料喷射阀12是直上型喷射阀，设置于火花塞11的附近。因此，喷射的燃料的一部分从放电间隙附近通过，由此能够在火花塞附近产生流动。此外，后文中对流动的产生进行叙述。

图3示出了从燃料喷射阀12喷射的燃料喷雾的形态。图4是从图3中的箭头IV方向观察图3中的包含圆A在内的平面的图。

本实施方式中的燃料喷射阀12从6个喷孔喷射燃料。在从6个喷孔喷射的燃料喷雾(下面也称为喷雾束)设为B1-B6时，各喷雾束形成为越远离喷孔则喷雾剖面越大的圆锥形状。另外，利用包含圆A在内的平面对喷雾束B1-B6进行剖切的情况下的剖面，如图4所示那样以等间隔排列成圆环状。

图5是表示喷雾束B1-B6和火花塞11的位置关系的图。燃料喷射阀12配置于喷雾束B2的中心轴B2c和喷雾束B3的中心轴B3c所成的角的二等分线即点划线C上。

图6是表示从箭头VI的方向观察图5的情况下的、火花塞11和喷雾束B3的位置关系的图。在图6中，由中心电极11a与外侧电极11b夹着的放电区域配置在由喷雾束B3的图中上侧的外缘与图中下侧的外缘夹着的范围内。此外，并未图示，但如果从箭头VI的相反方向观察图5，则火花塞11和喷雾束B2的位置关系与图6对象，放电区域配置在由喷雾束B2的上侧的外缘与下侧的外缘夹着的范围内。即，以使得放电区域配置在由包含喷雾束B2的上侧外缘和喷雾束B3的上侧外缘在内的平面、与包含喷雾束B2的下侧外缘和喷雾束B3的下侧外缘在内的平面夹着的范围内的方式配置火花塞11。

图7是用于对喷雾束B1-B6和火花塞11处于图5及图6所示的位置关系的情况下的效果进行说明的图。

从燃料喷射阀12喷射的燃料分裂成液滴而变为喷雾，如图中的粗线箭头那样将周围的空气裹入而前进。由此，在喷雾的周围产生气流的紊乱。

另外，在物体(包含流体)处于周围的情况下，流体因所谓康达效应而被该物体吸引并沿着该物体流动。即，产生喷雾束B2和喷雾束B3如图7中的细线箭头那样相互吸引的所谓缩流。由此，在喷雾束B2与喷雾束B3之间产生非常强的紊流，因此火花塞11的周围的紊流强度增大。

这里，对翻滚流动的强度的变化进行说明。

图8是在缸内产生的翻滚流动的说明图。图9是用于对翻滚流动的衰减进行说明的图。在这些附图中，示出了进气通路51、排气通路52、火花塞11、燃料喷射阀12以及翻滚控制阀16。另外，示出了火花塞11的中心电极11a以及外侧电极11b。并且，图8中由箭头示出了吸入行程的缸内的翻滚流动。图9中由箭头示出了压缩行程的缸内的翻滚流动。

如果在吸入行程中将翻滚控制阀16关闭，则吸入气体偏向进气通路51的图中上侧流动而流入缸内。其结果，如图所示那样在缸内形成在纵向上回旋的翻滚流动。然后，在压缩行程中由于活塞上升而使得缸内的燃烧室缩小。随着燃烧室的缩小，翻滚流动被挤压破坏，其流动逐渐减弱(图9)，不久便遭到破坏。

因此，形成在火花塞11周围存在可燃混合气体、且在其他部分存在稀薄的混合气体的分层混合气体，并且在执行直至压缩行程后半段为止使得点火时机滞后的分层燃烧的情况下，在点火时机，火花塞11周围的流动减弱。因此，在火花塞11的电极11a、11b之间、即放电间隙产生的电弧(下面也称为火花塞放电通道CN)未充分伸长，有可能引起失火、局部燃烧。此外，这里所说的“火花塞11周围”，还包含火花塞11的放电间隙。

因此，在本实施方式中，利用通过喷射燃料而使得火花塞11周围的紊流强度增大的特性，产生了火花塞放电通道CN伸长的状况。

图10是表示在压缩行程后半段进行燃料喷射的情况下的、火花塞11周围的紊流强度的变化的时序图。图10中的横轴表示曲轴转角角度，纵轴表示火花塞11周围的紊流强度。图中的虚线表示未进行压缩行程后半段的燃料喷射的情况下的紊流强度的变化。

如上所述，翻滚流动的强度逐渐降低，因此火花塞11周围的紊流强度也与此相伴地降低。然而，如果在压缩行程后半段进行燃料喷射，则燃料喷射后的规定期间的紊流强度提高。在通过燃料喷射而使得紊流强度增大的期间，形成为火花塞放电通道CN容易伸长的状况。特别是紊流强度达到峰值的定时C1适合作为点火时机。另一方面，在进行后述的均质稀薄燃烧的情况下，不进行压缩行程后半段的燃料喷射，因此与分层燃烧相比而燃烧变得缓慢。因此，比定时C1提前的定时C2适合作为均质稀薄燃烧的情况下的点火时机。

图11是火花塞放电通道CN的说明图。图11中示出了火花塞11的中心电极11a和外侧电极11b、以及伸长的火花塞放电通道CN。另外，这里着眼于火花塞放电通道CN的情形，因此省略燃料喷射阀12。此外，如果以使得火花塞放电通道CN充分伸长的方式在火花塞周围产生流动，则燃料喷射阀12的前端也可以不朝向火花塞11。例如，可以是如下实施方式，即，使得喷射的燃料在燃烧室内反射而在火花塞周围产生流动。

翻滚流动越减弱则火花塞11周围的流动越小。因而，如果进行火花点火，则通常以大致呈直线状地跨越中心电极11a与外侧电极11b之间的方式生成火花塞放电通道CN。然而，在本实施方式中，通过基于燃料喷射阀12的燃料喷射在火花塞11周围的流动增强的状态下进行火花点火。由此，如图11所示，中心电极11a与外侧电极11b之间的火花塞放电通道CN伸长。

这样，在翻滚流动减弱之后在火花塞11周围产生流动，能够使得火花塞放电通道CN伸长，因此能够抑制局部燃烧以及失火而改善燃烧稳定性。

图12A、图12B是表示用于使火花塞放电通道CN伸长的燃料喷射模式的例子的图。无论在图12A、图12B的任何情况下都在进气行程中喷射大于或等于总喷射量的90％的燃料。可以在压缩行程后半段分为2次喷射剩余的燃料(图12A)，也可以1次性地喷射剩余的燃料(图12B)。此外，这里所说的总喷射量是指每1个周期喷射的燃料量。

此外，如上所述，在本实施方式的分层燃烧中，在压缩行程后半段喷射而在火花塞11周围形成可燃混合气体的燃料量小于或等于总喷射量的10％。因此，在火花塞11周围形成的可燃混合气体不过是整个燃烧室的极小的一部分。对于这种分层燃烧，为了与在压缩行程后半段喷射较多的燃料的分层燃烧加以区别，可以称为“弱分层燃烧”。

这里，对控制器50执行的控制进行说明。

首先，对燃烧方式的切换进行说明。

控制器50根据内燃机10的运转状态而对燃烧方式进行切换。此外，这里所说的运转状态是指内燃机10的旋转速度以及负荷。可以基于曲轴转角传感器的检测值，并通过公知的方法而对旋转速度进行计算。可以基于加速器开度传感器的检测值，并通过公知的方法而对负荷进行计算。

图13是表示在各运转状态下执行的燃烧方式的对应图。图13中的纵轴为负荷，横轴为旋转速度。

如图13所示，低中转速及低中负荷区域的一部分是稀薄燃烧区域，其他区域是均质化学计量燃烧区域。而且，进一步对稀薄燃烧区域进行分割，以负荷Q1为边界，负荷相对较高的区域是分层稀薄燃烧区域，负荷相对较低的区域是均质稀薄燃烧区域。这里所说的“分层稀薄燃烧”是指上述分层燃烧。均质化学计量燃烧是指在整个燃烧室形成理论空燃比的混合气体而进行的燃烧。根据应用本实施方式的内燃机10的规格而设定负荷Q1。

无论在分层稀薄燃烧以及均质稀薄燃烧的任何情况下，控制器50基本上都将整个燃烧室的空气过剩率λ控制为2。但是，严格意义上并不局限于空气过剩率λ＝2，包含近似为2左右的范围。另外，与负荷的增大相应地，为了确保着火性等，有时控制器50将空气过剩率λ向比2稀薄一侧进行校正。

另外，在下面的说明中，有时代替空气过剩率λ而使用空燃比A/F。在该情况下，空气过剩率λ＝2表示为空燃比A/F≒30。

另外，与内燃机10的负荷的增大相应地，为了抑制爆燃的产生，控制器50使机械压缩比降低。但是，在分层稀薄燃烧时，与假设以相同的运转条件进行均质稀薄燃烧的情况相比，控制器50将机械压缩比控制为较高。这是因为，与均质稀薄燃烧相比，分层稀薄燃烧的燃烧速度更快、且更难以产生爆燃。

这里，对可变压缩比机构进行说明。可变压缩比机构只要使用公知的结构即可。这里对公知的可变压缩比机构的一个例子进行说明。

图14是利用多根连杆将活塞25和曲轴30连结而能够以可变的方式对活塞25的上止点位置进行控制的可变压缩比机构。

活塞25经由上连杆26以及下连杆27而与曲轴30连结。上连杆26的一端旋转自由地与活塞25连结，另一端旋转自由地与下连杆27连结。下连杆27在不同于与上连杆26的连结部的部位旋转自由地与曲轴30的曲柄销30A连结。另外，控制连杆28的一端旋转自由地与下连杆27连结。控制连杆28的另一端与相对于控制轴29的旋转中心偏离的位置连结。

在如上所述的结构的可变压缩比机构中，利用未图示的致动器等使控制轴29旋转，由此能够使机械压缩比发生变化。例如，如果使控制轴29绕图中的逆时针方向旋转规定角度，则下连杆27经由控制连杆28并以曲柄销30A为中心而绕图中逆时针方向旋转。其结果，活塞25的上止点位置上升，机械压缩比上升。相反，如果使控制轴29绕图中顺时针方向旋转规定角度，则下连杆27经由控制连杆28并以曲柄销30A为中心绕图中顺时针方向旋转。其结果，活塞25的上止点位置下降，机械压缩比下降。

接下来，对均质稀薄燃烧时和分层稀薄燃烧时的点火能量进行说明。

图15是表示均质稀薄燃烧时的、放电间隙的气体流速以及放电间隙的空燃比A/F的变化的图表。图15中的横轴为曲轴转角角度[deg]，表示图10中的定时C2以后的情形。

图16是表示均质稀薄燃烧时的、相对于点火时机的经过时间和在火花塞11流动的二次电流的关系的图表。

图17是表示均质稀薄燃烧时的、放电间隙的气体流速以及放电间隙的空燃比A/F的变化的图表。图17中的横轴为曲轴转角角度[deg]，表示图10中的定时C1以后的情形。

图18是表示分层稀薄燃烧时的、相对于点火时机的经过时间和在火花塞11流动的二次电流的关系的图表。此外，图中的虚线为图16的均质稀薄燃烧时的图表。

图15及图17中的“放电间隙的气体流速”与图10中说明的紊流强度同义。

在均质稀薄燃烧时，放电间隙的气体流速随着曲轴转角度的增大而降低。另外，在均质稀薄燃烧时将整个燃烧室的空气过剩率λ控制为2，即将空燃比A/F大致控制为30，因此当然放电间隙的空燃比A/F大致为30。

与此相对，在分层稀薄燃烧时，在压缩行程后半段进行燃料喷射之后实施火花点火。因此，放电间隙的气体流速在点火时机比均质稀薄燃烧时高。但是，基于燃料喷射的气体流速增大的效果逐渐衰减，因此放电间隙的气体流速不久便与均质稀薄燃烧时相同。

另外，通过压缩行程后半段的燃料喷射而使得点火时机的放电间隙的空燃比A/F与均质稀薄燃烧时相比变得浓厚。但是，在压缩行程后半段喷射的燃料因自身的穿透力、翻滚流动而扩散，因此放电间隙的空燃比A/F逐渐恢复为30。

在均质稀薄燃烧时，放电间隙的A/F与化学计量相比大幅稀薄，大致为30，因此放电间隙的混合气体与分层稀薄燃烧时相比难以着火。另外，在均质稀薄燃烧时，与分层稀薄燃烧时相比，燃烧速度更缓慢。因此，在均质稀薄燃烧时，为了实现稳定的燃烧，需要使得相对较大的二次电流持续流动。

另一方面，在分层稀薄燃烧时，与均质燃烧时相比，点火时机的放电间隙的气体流速更高，因此为了不使气体流动消失而形成初期火焰核，需要与均质稀薄燃烧时相比而提高二次电流。然而，如上所述，放电间隙的混合气体与均质稀薄燃烧时相比更容易着火，因此如果一旦开始燃烧，则即使降低二次电流也能得到稳定的燃烧。因此，在分层稀薄燃烧时，能够在点火时机之后减小二次电流。另外，如上所述，放电间隙的混合气体与均质稀薄燃烧时相比更容易着火，因此在分层稀薄燃烧时与均质稀薄燃烧时相比还能够缩短放电时间。

在分层稀薄燃烧时，如上所述，通过在点火时机之后减小二次电流、或者缩短放电时间，能够使得每1个周期消耗的点火能量与均质稀薄燃烧时相比而减小。

如上所述，适合于分层稀薄燃烧时的放电波形与适合于均质稀薄燃烧时的放电波形不同。这里所说的放电波形是指图16以及图18所示的二次电流的履历。

因此，控制器50分别以如下方式对驱动装置17进行控制，即，在均质稀薄燃烧时，使得恒定的二次电流流通，在分层稀薄燃烧时，使得相对较大的二次电流在点火时机流通，然后使得二次电流减小。

此外，图18所示的二次电流的波形是一个例子，如果点火能量在点火时机相对较大而在此后相对较小、且与均质稀薄燃烧时相比减小，则也可以是其他波形。例如，可以考虑如下各种波形等：二次电流与相对于点火时机的经过时间相应地逐渐减小的波形；二次电流在起始自点火时机的规定时间内为恒定值、且在经过规定时间之后阶梯式地减小的波形。

图19是具体作为控制流程而表示上述控制内容的图。由控制器50对该控制流程进行编程。

在步骤S10中，控制器50读入运转状态。具体而言，读入内燃机10的旋转速度以及负荷。

在步骤S20中，控制器50利用步骤S10中读入的运转状态和图13的对应图，判定当前的运转区域是否为稀薄燃烧区域。如果是稀薄燃烧区域，则控制器50执行步骤S30的处理，如果是均质化学计量燃烧区域，则控制器50执行步骤S60的处理。

在步骤S30中，控制器50判定当前的运转区域是否为分层稀薄燃烧区域。如果是分层稀薄燃烧区域，则控制器50执行步骤S40的处理，如果是均质稀薄燃烧区域，则控制器50执行步骤S50的处理。

在步骤S40中，控制器50以形成上述的分层稀薄燃烧用的放电波形的方式对驱动装置17进行控制。

在步骤S50中，控制器50以形成上述的均质稀薄燃烧用的放电波形的方式对驱动装置17进行控制。

在步骤S60中，控制器50以形成均质化学计量燃烧用的放电波形的方式对驱动装置17进行控制。均质化学计量燃烧用的放电波形基本上与均质稀薄燃烧用的放电波形相同，但与均质稀薄燃烧用的放电波形相比而二次电流较小、且放电时间较短。

下面，对执行上述控制流程的作用效果进行说明。

图20是表示稀薄燃烧区域内的二次电流、放电时间、二次电压以及点火能量和内燃机10的负荷的关系的图。图中的负荷Q1与图13中的负荷Q1相同。在图中，为了进行比较而由虚线示出假定即使在稀薄燃烧区域的整个区域、即相对较高负荷的区域也进行均质稀薄燃烧的情况下的值。此外，图20中的二次电流为点火时机的电流值。如上所述，控制器50进行在点火时机之后减小二次电流的控制。

分层稀薄燃烧时的二次电流高于在该区域进行均质稀薄燃烧的情况下的二次电流。但是，在点火时机之后，控制器50将二次电流控制为减小，因此从放电期间的中期至后期，分层稀薄燃烧区域的二次电流小于在该区域进行均质稀薄燃烧的情况下的二次电流。

分层稀薄燃烧时的放电时间低于在该区域进行均质稀薄燃烧的情况下的放电时间。

在稀薄燃烧区域的整个区域，二次电压与负荷的增大相应地升高，与此相伴，点火能量也增大。但是，在相对较高负荷的区域，如上所述那样对二次电流以及放电时间进行控制而实施分层稀薄燃烧，因此点火能量与在该区域实施均质稀薄燃烧的情况相比减小。

图21是表示稀薄燃烧区域内的整个燃烧室的空燃比、机械压缩比以及油耗与内燃机10的负荷的关系的图。图中的负荷Q1与图13中的负荷Q1相同。在图中，为了进行比较而由虚线示出假定即使在稀薄燃烧区域的整个区域、即相对较高负荷的区域也进行均质稀薄燃烧的情况下的值。

随着负荷的升高，为了确保着火性等，控制器50使得整个燃烧室的空燃比与30相比而变得浓厚。但是，在分层稀薄燃烧的情况下，通过压缩行程后半段的燃料喷射而使得火花塞11周围的当量比增大，由此变得容易着火。因此，在分层稀薄燃烧的情况下，与在相同的区域进行均质稀薄燃烧的情况相比，能够使整个燃烧室的空燃比变得稀薄。

另外，随着负荷的升高，为了抑制爆燃的产生，控制器50使机械压缩比降低。但是，在分层稀薄燃烧的情况下，通过压缩行程后半段的燃料喷射使而得火花塞11周围的当量比增大，由此火焰的传播加快，这样难以产生爆燃。因此，在分层稀薄燃烧的情况下，与在相同的区域进行均质稀薄燃烧的情况相比，能够提高机械压缩比。

如上所述，如果在相对较高负荷的区域进行分层稀薄燃烧，则与在相同的区域进行均质稀薄燃烧的情况相比，能够使得整个燃烧室的空燃比变得更稀薄，而且能够进一步提高机械压缩比。其结果，相对较高负荷的区域的油耗与在相同的区域进行均质稀薄燃烧的情况相比而变得更好。

如上所述，本实施方式的内燃机10的控制方法是如下内燃机的控制方法，即，在从进气行程至压缩行程前半段为止的期间、和压缩行程后半段分别进行至少1次燃料喷射，由此在燃烧室内形成分层混合气体而进行分层燃烧。在本实施方式中，在因压缩行程后半段喷射的燃料喷雾的能量而使得火花塞11周围的流动能量增大时，相对较大的二次电流(也称为放电电流)在火花塞11流动而开始火花点火，然后，相对地减小二次电流而在规定期间进行放电。相对地增大开始火花点火时的二次电流是为了，胜过通过压缩行程后半段的燃料喷射增强的火花塞11周围的流动而形成放电通道。然后，减小二次电流是因为，通过压缩行程后半段的燃料喷射使得火花塞11周围的混合气体的当量比增大而变得容易燃烧，能够以较少的点火能量实现稳定的燃烧。这样，在分层稀薄燃烧时将放电波形控制为适合于分层燃烧的波形，从而能够降低分层稀薄燃烧时的点火能量、且实现油耗的改善。

在本实施方式中，在稀薄燃烧区域内，在内燃机10的负荷相对较高的运转区域进行分层燃烧，在内燃机10的负荷相对较低的运转区域进行均质稀薄燃烧。而且，使得火花塞的放电波形在分层燃烧时和均质稀薄燃烧时不同。由此，能够在分层燃烧时和均质稀薄燃烧时设定适合于各自的燃烧方式的放电波形。

在本实施方式中，无论在分层燃烧时和均质稀薄燃烧时的任何情况下，都将整个燃烧室的空气过剩率λ控制为2。由此，与在除了分层稀薄燃烧区域以外的所有区域内进行化学计量燃烧的情况相比，稀薄运转区域扩大，因此油耗得到改善。

在本实施方式中，与分层燃烧时的放电时间相比，使得均质稀薄燃烧时的火花塞11的放电时间(放电持续期间)延长。在均质稀薄燃烧时，与分层稀薄燃烧时相比，着火性下降、且燃烧变得缓慢，但通过延长放电时间而使得燃烧稳定。其结果，能够改善油耗、且减少排放量。

在本实施方式中，使得均质稀薄燃烧时的点火能量大于分层燃烧时的点火能量。为了增大点火能量，例如只要通过延长放电时间、或者增大二次电流而增大放电期间中的二次电流的累计值即可。由此，均质稀薄燃烧时的燃烧稳定，因此能够改善油耗、且减少排放量。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分而已，其主旨并非将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构。

Claims (5)

1.一种内燃机的控制方法，将所述内燃机的低中旋转速度及低中负荷区域的一部分设为稀薄燃烧区域，其中，

在所述稀薄燃烧区域的负荷相对较高的运转区域，在从进气行程至压缩行程前半段为止的期间、和压缩行程后半段分别进行至少1次燃料喷射，由此在燃烧室内形成分层混合气体而进行分层燃烧，

在所述稀薄燃烧区域的负荷相对较低的运转区域，在从进气行程至压缩行程前半段为止的期间进行至少1次燃料喷射，由此在所述燃烧室内形成均质混合气体而进行均质燃烧，

使火花塞的放电波形在所述分层燃烧时和所述均质燃烧时不同，

在所述分层燃烧时，在因压缩行程后半段喷射的燃料喷雾的能量而使得火花塞周围的流动能量增大时，使相对较大的放电电流在所述火花塞流动并开始火花点火，然后，相对地减小放电电流而在规定期间进行放电，

在所述分层燃烧时开始火花点火时的相对较大的放电电流大于均质燃烧时的放电电流。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其中，

无论在所述分层燃烧时和所述均质燃烧时的任何情况下，都将整个燃烧室的空气过剩率控制为2。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

与所述分层燃烧时的所述火花塞的放电持续期间相比，延长所述均质燃烧时的所述火花塞的放电持续期间。

4.根据权利要求3所述的内燃机的控制方法，其中，

与所述分层燃烧时的点火能量相比，增大所述均质燃烧时的点火能量。

5.一种内燃机的控制装置，其具有：

燃料喷射阀，其将燃料直接喷射至燃烧室内；

火花塞，其对所述燃烧室内形成的混合气体进行火花点火；

驱动装置，其对所述火花塞进行驱动；以及

控制部，其对所述燃料喷射阀和所述驱动装置进行控制，其中，

所述控制部，

将所述内燃机的低中旋转速度及低中负荷区域的一部分设为稀薄燃烧区域，

在所述稀薄燃烧区域的负荷相对较高的运转区域，在从进气行程至压缩行程前半段为止的期间、和压缩行程后半段分别进行至少1次燃料喷射，由此在所述燃烧室内形成分层混合气体而进行分层燃烧，

在所述稀薄燃烧区域的负荷相对较低的运转区域，在从进气行程至压缩行程前半段为止的期间进行至少1次燃料喷射，由此在所述燃烧室内形成均质混合气体而进行均质燃烧，

使所述火花塞的放电波形在所述分层燃烧时和所述均质燃烧时不同，

在所述分层燃烧时，在因压缩行程后半段喷射的燃料喷雾的能量而使得火花塞周围的流动能量增大时，使相对较大的放电电流在所述火花塞流动并开始火花点火，然后，相对地减小放电电流而在规定期间进行放电，

在所述分层燃烧时开始火花点火时的相对较大的放电电流大于均质燃烧时的放电电流。

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