CN110651108A - 直喷发动机的控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

在发动机的运转区域中，在低负荷侧的第1区域内进行均质燃烧，另一方面，在与第1区域相比处于高负荷侧的第2区域内进行如下分层燃烧，即，通过第1喷射动作而使得燃料分散至缸内，通过第2喷射动作而使得燃料偏向火花塞附近。在发动机的运转状态从第1区域向第2区域转移的区域转移时，执行基于分层燃烧的转移控制，在转移控制中，通过第2喷射动作而喷射比第2区域内的该第2喷射动作的目标量多的量的燃料，然后使得第2喷射动作的喷射量趋向目标量而减小。

Description

直喷发动机的控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种能够根据运转区域而对燃烧方式进行切换的直喷发动机及其控制方法。

背景技术

为了进一步减轻环境负荷，提高了针对改善内燃发动机的油耗的要求。混合气体的稀薄化是用于改善内燃发动机的油耗的已知的对策。JPH10-231746中公开了如下内容，即，作为构成为能够根据运转区域对燃烧方式进行切换的直喷发动机，在从低转速低负荷区域加速时，根据发动机负荷的增大而将燃烧方式从分层燃烧切换为均质燃烧。在基于均质燃烧的运转中，在进气行程中喷射燃料，在基于分层燃烧的运转中，在压缩行程中喷射燃料。而且，在通过分层燃烧进行运转的区域中，特别是在高负荷侧的区域内，在进气行程和压缩行程这两个行程中喷射燃料(第0036、0037段)。

发明内容

本发明的发明人进行了如下研究，即，在发动机的整个运转区域，将混合气体的空气过剩率设定为高于理论空燃比当值的值，并且在低负荷侧的运转区域通过均质燃烧而进行运转，另一方面，在高负荷侧的运转区域在一个燃烧周期中执行多次燃料喷射，通过第1喷射动作使燃料在缸内分散，通过滞后于第1喷射动作而执行的第2喷射动作并通过在火花塞附近使燃料不均地分散燃烧(下面称为“分层燃烧”，为了与仅在压缩行程中进行燃料喷射的情况下的分层燃烧加以区分，有时特别称为“弱分层燃烧”)而进行运转。

这里，在基于分层燃烧的运转中，根据抑制NOx的排出的观点，优选将第2喷射动作的喷射量限制为少量。而且，在针对发动机负荷的增大而从均质燃烧向分层燃烧切换时，如果在刚切换之后将第2喷射动作的喷射量限制为少量，则作为第2喷射动作的喷射量并不喷射足够量的燃料，有时燃烧变得不稳定。另一方面，为了避免燃烧的不稳定，如果仅增大第2喷射动作的喷射量，则不仅担忧NOx排出量增大，而且还担忧燃烧变得过度急剧。

本发明的目的在于，对于在低负荷侧的运转区域进行均质燃烧、且在高负荷侧的运转区域进行分层燃烧的直喷发动机，能够不使燃烧稳定性受损而适当地执行从均质燃烧向分层燃烧的切换。

本发明的一个方式提供一种直喷发动机的控制方法。

本发明的一个方式所涉及的方法是如下直喷发动机的控制方法，该直喷发动机具有：火花塞；以及燃料喷射阀，其设置为能够将燃料直接喷射至缸内。在发动机的运转区域中，在低负荷侧的第1区域内进行均质燃烧，另一方面，在与第1区域相比处于高负荷侧的第2区域内进行如下分层燃烧，即，通过第1喷射动作而使得燃料分散至缸内，通过第2喷射动作而使得燃料偏向火花塞附近。而且，在发动机的运转状态从第1区域向第2区域转移的区域转移时，执行基于分层燃烧的转移控制，在转移控制中，通过第2喷射动作而喷射比第2区域内的该第2喷射动作的目标量多的量的燃料，然后使得第2喷射动作的喷射量趋向目标量而减小。

本发明其他方式提供一种直喷发动机的控制装置。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的直喷发动机的结构图。

图2是上述发动机所具有的可变压缩比机构的结构图。

图3是表示上述发动机的运转区域对应图的一个例子的说明图。

图4是表示与运转区域相应的燃料喷射时机以及点火时机的说明图。

图5是表示燃料喷射阀的喷雾束重心线的说明图。

图6是表示喷雾和火花塞的位置关系的说明图。

图7是表示本发明的一个实施方式所涉及的燃烧控制(包含区域转移时的控制)的整个流程的流程图。

图8是表示相对于发动机负荷的空气过剩率、压缩比以及燃料消耗率的变化的一个例子的说明图。

图9是表示在区域转移时进行的控制(转移控制)的具体例的说明图。

图10是表示转移控制的其他例子的说明图。

图11是表示转移控制的另一其他例子的说明图。

图12是表示转移控制的另一其他例子的说明图。

图13是表示相对于发动机负荷的压缩比的变化的变更例的说明图。

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。

(发动机的整体结构)

图1是本发明的一个实施方式所涉及的直喷发动机(为火花点火发动机，下面称为“发动机”)1的结构图。

发动机1的主体由气缸体1A以及气缸盖1B形成，作为由气缸体1A以及气缸盖1B包围的空间而形成有缸体或气缸。图1仅示出了1个气缸，但发动机1也可以是具有多个气缸的多气缸型的直喷发动机。

活塞2以能够沿气缸中心轴Ax上下往返移动的方式插入于气缸体1A，活塞2经由连杆3而与未图示的曲轴连结。活塞2的往返运动通过连杆3而传递至曲轴，变换为曲轴的旋转运动。在活塞2的顶面21形成有腔室21a，抑制了通过进气端口4a吸入至缸内的空气的顺畅的流动受到活塞顶面21的阻碍。

在气缸盖1B形成有划分出阁楼屋顶式的燃烧室Ch的下表面。作为由气缸盖1B的下表面和活塞顶面21包围的空间而形成有燃烧室Ch。在气缸盖1B，作为将燃烧室Ch和发动机外部连通的通路，在气缸中心轴Ax的一侧形成有一对进气通路4，在另一侧形成有一对排气通路5。而且，在进气通路4的端口部(进气端口)4a设置有进气阀8，在排气通路5的端口部(排气端口)5a设置有排气阀9。从发动机外部取入至进气通路4的空气在进气阀8打开的期间吸入至缸内，燃烧后的排气在排气阀9打开的期间排出至排气通路5。在进气通路4设置有未图示的节流阀，利用节流阀对向缸内吸入的空气的流量进行控制。

在气缸盖1B、进而在进气端口4a以及排气端口5a之间，火花塞6设置于气缸中心轴Ax上，燃料喷射阀7在气缸中心轴Ax的一侧设置于一对进气端口4a、4a之间。优选火花塞6的位置处于气缸中心轴Ax的附近，并不限定于气缸中心轴Ax上。燃料喷射阀7构成为能够从未图示的高压燃料泵接受燃料的供给，能够直接将燃料喷射至缸内。燃料喷射阀7是多孔型的燃料喷射阀，以向相对于气缸中心轴Ax倾斜地交叉的方向喷射燃料的方式，换言之，以使得后述的喷雾束重心线AF和气缸中心轴Ax成锐角地交叉的方式，配置于气缸中心轴Ax的进气端口4a侧。在本实施方式中，燃料喷射阀7设置于由火花塞6和进气端口4a、4a包围的位置。并不局限于这种配置，燃料喷射阀7也可以相对于进气端口4a而设置于火花塞6的相反侧。

在进气通路4设置有翻滚控制阀10，利用翻滚控制阀10使得进气通路4的开口面积实质上减小，缸内的空气的流动得到强化。在本实施方式中，作为空气的流动，通过进气端口4a而吸入至缸内的空气形成相对于气缸中心轴Ax朝向进气端口4a的相反侧的翻滚流，换言之，形成在排气端口5a侧的缸内空间沿从气缸盖1B的下表面朝向活塞顶面21的方向而通过的翻滚流，利用翻滚控制阀10对该翻滚流进行强化。对于缸内流动的强化，并不局限于设置翻滚控制阀10，通过对进气通路4的形状进行变更也能够实现。例如，只要使得进气通路4形成为更接近直立的状态而形成为空气相对于气缸中心轴Ax以更平缓的角度流入缸内的形状，或者使得进气通路4的中心轴形成为更接近直线的状态而形成为使得空气以更强的势头流入缸内的形状即可。

排气净化装置(未图示)夹装于排气通路5。在本实施方式中，具有氧化功能的催化剂以及具有NOx的吸储还原功能的催化剂内置于排气净化装置，排出至排气通路5的燃烧后的排气在利用排气中残留的氧气对烃(HC)进行净化之后，在对NOx成分进行吸储的基础上向大气中释放。如后所述，在本实施方式中，在发动机1的整个运转区域将混合气体的空气过剩率λ设为2附近的值而进行燃烧，但在空气过剩率λ高于理论空燃比当值的稀薄侧的区域，一氧化碳(CO)以及氮氧化物(NOx)的排出量减少，另一方面，处于HC维持恒定的排出量的趋势。通过增大空气过剩率λ、且设为大幅高于理论值的空燃比的运转，能够抑制NOx的排出本身而抑制吸储催化剂的容量，并且能够抑制HC向大气中的释放。

(可变压缩比机构的结构)

图2是发动机1所具有的可变压缩比机构的结构图。

在本实施方式中，利用可变压缩比机构使活塞2的上止点位置变化，以机械方式对发动机1的压缩比进行变更。

可变压缩比机构经由上连杆31(连杆3)以及下连杆32而将活塞2和曲轴15连结，利用控制连杆33对下连杆32的姿态进行调整，由此对压缩比进行变更。

上连杆31在上端利用活塞销34与活塞2连接。

下连杆32在中央具有连结孔，曲轴15的曲柄销15a插入于该连结孔，由此以曲柄销15a为中心而摆动自由地与曲轴15连接。下连杆32在一端利用连结销35而与上连杆31的下端连接，在另一端利用连结销36而与控制连杆33的上端连接。

曲轴15具有曲柄销15a、曲轴轴颈15b以及平衡配重件15c，相对于发动机主体而被曲轴轴颈15b支撑。曲柄销15a设置于相对于曲轴轴颈15b而偏心的位置。

控制连杆33在上端利用连结销36而与下连杆32连接，在下端利用连结销37而与控制轴38连接。控制轴38配置为与曲轴15平行，在相对于中心偏心的位置设置有连结销37。控制轴38在外周形成有齿轮。控制轴38的齿轮与由致动器39驱动的小齿轮40卡合，利用致动器39使小齿轮40旋转，从而能够使控制轴38旋转，通过连结销37的移动而变更下连杆32的姿态。

具体而言，以使得连结销37的位置相对于控制轴38的中心相对降低的方式使控制轴38旋转，由此能够以使得连结销35的位置相对于曲柄销15a的中心相对升高的方式，变更下连杆32的姿态或斜度(在图2所示的状态下，使下连杆32向右旋转)，能够以机械方式增大发动机1的压缩比。另一方面，以使得连结销37的位置相对于控制轴38的中心相对升高的方式使控制轴38旋转，由此能够以使得连结销35的位置相对于曲柄销15a的中心相对降低的方式变更下连杆32的姿态或斜度(在图2所示的状态下，使下连杆32向左旋转)，能够以机械方式使发动机1的压缩比降低。

在本实施方式中，利用可变压缩比机构使压缩比相对于发动机负荷的增大而降低。

(控制系统的结构)

利用发动机控制器101对发动机1的运转进行控制。

在本实施方式中，发动机控制器101构成为电子控制单元，由具有中央运算装置、ROM以及RAM等各种存储装置、输入输出接口等的微机构成。

除了向发动机控制器101输入加速传感器201、旋转速度传感器202以及冷却水温度传感器203的检测信号以外，还输入未图示的空气流量计以及空燃比传感器等的检测信号。

加速传感器201将与由运转者对加速器踏板的操作量相应的信号输出。加速器踏板的操作量是对发动机1请求的负荷的指标。

旋转速度传感器202将与发动机1的旋转速度相应的信号输出。作为旋转速度传感器202，可以采用曲轴转角传感器，通过将由曲轴转角传感器输出的单位曲轴转角信号或基准曲轴转角信号换算为每单位时间的转速(发动机转速)而能够检测出旋转速度。

冷却水温度传感器203将与发动机冷却水的温度相应的信号输出。可以代替发动机冷却水的温度而采用发动机润滑油的温度。

发动机控制器101针对发动机1的负荷、旋转速度以及冷却水温度等的运转状态，而对分配了燃料喷射量等、发动机1的各种运转控制参数的对应图数据进行存储，在发动机1的实际运转时，对发动机1的运转状态进行检测，以此为基础并参照对应图数据而设定燃料喷射量、燃料喷射时机、点火时机以及压缩比等，将指令信号输出至火花塞6以及燃料喷射阀7的驱动电路，并且将指令信号输出至可变压缩比机构的致动器39。

(燃烧控制的概要)

在本实施方式中，将混合气体的空气过剩率λ设为2附近的值而使发动机1运转。“空气过剩率”是指利用理论空燃比除空燃比得到的值，空气过剩率处于“2附近”时包含2及其附近的空气过剩率，在本实施方式中，换算为空燃比则处于28～32的范围的空气过剩率，优选采用换算为空燃比为30的空气过剩率。“混合气体的空气过剩率”是指整个缸内的空气过剩率，具体而言，称为以针对发动机1而在每一个燃烧周期供给的燃料的燃烧在理论上所需的最小空气量(质量)为基准，由该最小空气量除实际供给的空气量得到的值。

图3表示本实施方式所涉及的发动机1的运转区域对应图。

在本实施方式中，不论发动机负荷如何，在使发动机1实际运转的整个区域都将混合气体的空气过剩率λ设定于2附近。将空气过剩率λ设为2附近的值而运转的区域并不局限于发动机1的整个运转区域，也可以是一部分运转区域。例如，在整个运转区域中的低负荷区域以及中负荷区域将空气过剩率λ设为2附近的值，在高负荷区域，可以对空气过剩率λ进行切换而设定为理论空燃比当值(＝1)。

在本实施方式中，在将空气过剩率λ设定于2附近的运转区域中的、发动机1的整个运转区域内的发动机负荷小于或等于规定值的第1区域Rl内，将空气过剩率λ设定为2附近的第1规定值λ1，在整个缸内形成使燃料扩散得到的均质混合气体而进行燃烧。另一方面，在发动机负荷高于规定值的第2区域Rh内，将空气过剩率λ设定为2附近的第2规定值λ2，使燃料浓厚的混合气体(第1混合气体)偏向火花塞6附近，在其周围形成使燃料比第1混合气体稀薄的混合气体(第2混合气体)分散得到的分层混合气体而进行燃烧。

为了形成分层混合气体，在本实施方式中，在一个燃烧周期中分多次喷射空气过剩率设为第2规定值(λ＝λ2)的燃料。通过第1喷射动作，在进气行程至压缩行程的前半段的第1时机喷射每一个燃烧周期的燃料的一部分，通过第2喷射动作，在曲轴转角与第1时机相比而滞后的时机、具体而言在压缩行程后半段即将到达火花塞6的点火时机之前的第2时机，喷射剩余燃料的至少一部分。在本实施方式中，将点火时机设定于压缩行程中，因此第2时机也成为压缩行程中的时机。

图4表示与运转区域相应的燃料喷射时机IT以及点火时机Ig。

在通过均质燃烧进行运转的第1区域Rl(低负荷区域)内，通过在进气行程中进行的1次喷射动作而供给每一个燃烧周期的燃料。发动机控制器101设定进气行程中的燃料喷射时机ITl，从燃料喷射时机ITl起将在与燃料喷射量相应的期间持续的喷射脉冲输出至燃料喷射阀7。利用喷射脉冲对燃料喷射阀7进行打开驱动而喷射燃料。在第1区域Rl内，点火时机Igl设定于压缩行程中。

与此相对，在通过分层燃烧而进行运转的第2区域Rh(高负荷区域)内，分为进气行程和压缩行程的2次而喷射每一个燃烧周期的燃料。通过作为第1次的喷射动作的第1喷射动作而喷射整个燃料喷射量的约90％的燃料，通过作为第2次的喷射动作的第2喷射动作而喷射剩余的10％的燃料。第2喷射动作的喷射量并不局限于相当于整个燃料喷射量的10％的量，在燃料喷射阀7的动作特性方面，可以是尽量少的量。作为燃料喷射时机，发动机控制器101设定进气行程中的第1时机ITh1、以及压缩行程中的第2时机ITh2，将在与各次的燃料喷射量相应的期间持续的喷射脉冲输出至燃料喷射阀7。利用喷射脉冲对燃料喷射阀7进行打开驱动，分别在第1时机ITh1以及第2时机ITh2喷射燃料。点火时机Igh在第2区域Rh内也设定于压缩行程中，但将其设定为与第1区域Rl的点火时机Igl相比而滞后。

可以考虑发动机1的热效率而分别适当地设定在低负荷侧的第1区域Rl内设定的空气过剩率λ(第1规定值λ1)、以及在高负荷侧的第2区域Rh内设定的空气过剩率λ(第2规定值λ2)。第1规定值λ1和第2规定值λ2可以是互不相同的值，但也可以是相等的值。在本实施方式中，设为相等的值(λ1＝λ2)。

(燃料喷雾的说明)

图5示出了燃料喷射阀7的喷雾束重心线AF。

如此前叙述，燃料喷射阀7是多孔型的燃料喷射阀，在本实施方式中，具有6个喷孔。喷雾束重心线AF定义为将燃料喷射阀7的前端和喷雾束中心CB连结的直线，燃料喷射阀7的喷射方向确定为沿着喷雾束重心线AF的方向。“喷雾束中心”CB是指利用从各喷孔喷射的燃料而形成为喷雾束B1～B6的、从喷射起经过了恒定时间的时刻的各喷雾束B1～B6的前端连结而成的虚拟圆的中心。

图6示出了喷雾(喷雾束B1～B6)和火花塞6的前端(塞间隙G)的位置关系。

在本实施方式中，使喷雾束重心线AF相对于燃料喷射阀7的中心轴而倾斜，与气缸中心轴Ax和燃料喷射阀7的中心轴所成的角度相比而扩大气缸中心轴Ax和喷雾束重心线AF所成的角度。由此，能够以使喷雾接近火花塞6、且使得喷雾束(例如喷雾束B4)从塞间隙G附近通过的方式设定方向。从塞间隙G附近通过的喷雾束并不局限于1束，也可以是多束，例如可以使得由2束喷雾束夹着塞间隙G。

这样，通过使喷雾束从塞间隙G附近通过，在高负荷侧的第2区域Rh内，能够利用在即将到达点火时机Igh之前喷射的燃料的喷雾所具有的动能，使火花塞6附近的混合气体产生流动，并且通过使火花塞6附近的混合气体中含有的燃料变得浓厚，从而即使在翻滚流动衰减或破坏之后也能够使点火的火花塞放电通道充分伸长，能够确保点火性。“火花塞放电通道”是指点火时在塞间隙G产生的电弧。

(基于流程图的说明)

图7利用流程图而示出了本实施方式所涉及的燃烧控制的整个流程。燃烧控制包含本实施方式所涉及的在区域转移时进行的控制(下面称为“转移控制”)。

图8示出了相对于发动机负荷的空气过剩率λ、压缩比CR以及燃料消耗率ISFC的变化。

适当地参照图8并利用图7对本实施方式所涉及的燃烧控制进行说明。发动机控制器101以每隔规定时间执行图7所示的控制流程的方式被编程。

在本实施方式中，在此前叙述的燃烧方式(均质燃烧、分层燃烧)的切换的基础上，利用可变压缩比机构与运转区域Rl、Rh相应地对发动机1的压缩比CRl、CRh进行变更。

在S101中，作为发动机1的运转状态，读入加速器开度APO、发动机旋转速度Ne以及冷却水温度Tw等。基于加速传感器201、旋转速度传感器202以及冷却水温度传感器203等的检测信号，并通过另外执行的运转状态运算流程而计算出加速器开度APO等的运转状态。

在S102中，基于读入的运转状态而判定发动机1的运转区域是否为低负荷侧的第1区域Rl。具体而言，在加速器开度APO小于或等于针对每个发动机旋转速度Ne而规定的规定值的情况下，判定为运转区域是第1区域Rl，进入S103，按照S103～S105的顺序通过均质燃烧而使发动机1运转。另一方面，在加速器开度APO高于上述每个发动机旋转速度Ne的规定值的情况下，判定为运转区域是高负荷侧的第2区域Rh，进入S106，按照S106～S111的顺序通过弱分层燃烧而使发动机1运转。在本实施方式中，通过S107～S109所示的处理而实现转移控制。

在S103中，设定第1区域Rl用的压缩比CRl。在第1区域Rl内，在不会产生爆燃的范围内将压缩比CRl设定为尽量大的值。在本实施方式中，如图8所示，预先设定具有相对于发动机负荷的增大而降低的趋势的目标压缩比，基于目标压缩比对可变压缩比机构进行控制，从而发动机负荷越高时使得压缩比CRl越降低。然而，并不局限于此，可以在发动机1设置爆燃传感器，在基于设定为恒定值的目标压缩比而检测爆燃的产生状况的情况下，可以利用可变压缩比机构使压缩比CRl降低而抑制爆燃。

在S104中，设定第1区域Rl用的燃料喷射量FQl以及燃料喷射时机ITl。具体而言，基于发动机1的负荷以及旋转速度等而设定燃料喷射量FQl，并且设定燃料喷射时机ITl。例如以下述方式设定燃料喷射量FQl等。

基于加速器开度APO以及发动机旋转速度Ne对基本燃料喷射量FQbase进行计算，对其实施与冷却水温度Tw等相应的校正，由此计算出每一个燃烧周期的燃料喷射量FQ。而且，将计算出的燃料喷射量FQ(＝FQl)代入下式而换算为喷射期间或者喷射脉冲宽度Δt，并且计算出燃料喷射时机IT1。能够对通过实验等适当地预先规定的对应图进行检索而进行基本燃料喷射量FQbase以及燃料喷射时机ITl的计算。

在上式(1)中，燃料喷射量设为FQ，燃料密度设为ρ，喷射喷嘴总面积设为A，喷嘴流量系数设为Cd，燃料喷射压力或燃料压力设为Pf，缸内压力设为Pa。

在S105中，设定第1区域R1用的点火时机Igl。在第1区域Rl内，设定压缩行程中的点火时机Igl。具体而言，点火时机Igl设定为MBT(最佳点火时机)或者其附近的时机。

在S106中，设定第2区域Rh用的压缩比CRh。在第2区域Rh内，将压缩比CRh设定为低于第1区域Rl的压缩比。而且，与第1区域Rl相同地，预先设定具有相对于发动机负荷的增大而降低的趋势的目标压缩比，基于目标压缩比对可变压缩比机构进行控制而使得压缩比CRh降低，但在具有爆燃传感器的情况下，可以在基于设定为恒定值(低于第1区域Rl内设定的值)的目标压缩比而检测出爆燃的产生的情况下，利用可变压缩比机构使压缩比CRh降低而抑制爆燃。

这里，在本实施方式中，将第2区域Rh用的压缩比CRh设定为比基于相同的运转状态(发动机负荷)并通过均质燃烧进行运转的情况下能够抑制爆燃的压缩比高的压缩比。图8利用双点划线示出了均质燃烧的情况下能够抑制爆燃的压缩比。这样，在本实施方式中，第2区域Rh用的压缩比CRh是比由双点划线示出的均质燃烧的情况下的压缩比高出恒定值的压缩比。关于第2区域Rh，“将压缩比CRh设定为低于第1区域Rl的压缩比”，是指作为通过整个发动机负荷体现出的整体趋势而“低于第1区域Rl”。

并且，图8示出了空气过剩率λ的变化。在本实施方式中，相对于发动机负荷的增大，空气过剩率λ在第1区域Rl内从λ＝2减小，在从第1区域Rl向第2区域Rh转移时，在增大至略大于2的值之后，在第2区域Rh内趋向λ＝2而减小。空气过剩率λ相对于发动机负荷的增大而示出的这种动作并不符合对空气过剩率λ本身进行变更的积极的设计意图。在第1区域Rl内空气过剩率λ减小的原因在于，用于相对于以抑制爆燃为目的的压缩比CRl的降低而确保点火性的调整，换言之为不使基于混合气体的稀薄化的效果受损的范围内的燃料的增量校正。而且，从第1区域Rl向第2区域Rh转移时的空气过剩率λ的增大是基于下述方式进行的调整，即，能够通过混合气体的分层化而提高点火性并基于较高的空气过剩率λ实现燃烧。

在S107中，判定是否正处于执行转移控制的过程中。是否正处于转移控制的执行过程中，换言之，转移控制是否已完毕，能够根据在转移控制中进行的第2喷射动作的喷射量(下面有时称为“第2转移喷射量”)FQt2而判断。

在本实施方式中，在开始转移控制之后，通过第2喷射动作而喷射比第2区域Rh内的该第2喷射动作的正常时的喷射量FQh2多的量的燃料，然后每当进入下一周期时便由发动机1使第2转移喷射量FQt2减小而逐渐接近正常时的喷射量FQh2。因此，因第2转移喷射量FQt2与第2区域Rh内的正常时的喷射量FQh2一致而判断为转移控制完毕。在转移控制完毕之后，发动机控制器101开始正常时的控制。这里，正常时的喷射量FQh2相当于第2喷射动作的“第2区域内的目标量”。

在S108中，设定在转移控制中进行的第1喷射动作的喷射量(下面有时称为“第1转移喷射量”)FQt1以及第2转移喷射量FQt2，并且设定转移控制用的燃料喷射时机ITt1、ITt2。具体而言，与后述的正常时的运算相同地，对与发动机1的运转状态相应的每一个燃烧周期的燃料喷射量FQ进行计算，并且将计算出的燃料喷射量FQ中的规定比例的部分设定为第1转移喷射量FQt1，将剩余的部分设定为第2转移喷射量FQt2。并且，将第1转移喷射量以及第2转移喷射量FQt1、FQt2分别代入上式(1)而换算为喷射期间或者喷射脉冲宽度Δt1a、Δt2a，计算出第1喷射动作的喷射时机ITt1以及第2喷射动作的喷射时机ITt2。

作为从正常时设定的比例R(例如90％)减去校正值ΔR所得的比例而计算出第1转移喷射量FQt1在转移控制用的燃料喷射量FQ中所占的比例Ra(Ra＝R-ΔR)。而且，在转移控制刚开始之后，换言之，在刚从第1区域Rl向第2区域Rh转移之后设定较大的校正值ΔR，每当使得转移控制的执行次数增加一次时便减小校正值ΔR，由此使得第1转移喷射量FQt1从刚开始控制之后的燃料喷射量逐渐增大，能够使得第2转移喷射量FQt2接近正常时的喷射量FQh2。

在本实施方式中，将校正值ΔR设定为在0至0.1的范围内变化的值，在刚开始转移控制之后将校正值ΔR设定为0.1(Ra＝0.8)，将第2转移喷射量FQt2设为整个燃料喷射量FQ的20％，与控制执行次数的增大相应地使得校正值ΔR减小至0，由此使得第2转移喷射量FQt2减小至整个燃料喷射量FQ的10％。而且，在校正值ΔR达到0的时机，判定为转移控制已完毕。在第2喷射动作在转移控制的中途失败而未喷射燃料的情况下，只要中断转移控制而转移至正常时的控制即可。在该情况下，将第2喷射动作失败的那次的一个周期之前的流程中设定的第2转移喷射量FQt2_n-1设定为正常时的喷射量FQh2。

可以以正常时的第1以及第2喷射动作的喷射时机ITh1、ITh2为基准而设定转移控制用的燃料喷射时机ITt1、ITt2。

在S109中，设定转移控制用的点火时机Igt。在本实施方式中，以正常时的点火时机Igh为基准而设定转移控制用的点火时机Igt。

在S110中，设定第2区域Rh用的正常时的燃料喷射量FQh1、FQh2以及燃料喷射时机ITh1、ITh2。具体而言，与第1区域Rl相同地，对与发动机1的运转状态相应的基本燃料喷射量FQbase进行计算，并对其实施与冷却水温度Tw等相应的校正，由此计算出每一个燃烧周期的燃料喷射量FQ。而且，将计算出的燃料喷射量FQ中的规定比例(例如90％)的部分设定为第1喷射动作的喷射量FQh1，将剩余部分设定为第2喷射动作的喷射量FQh2。并且，将第1以及第2喷射动作的喷射量FQh1、FQh2分别代入上式(1)而换算为喷射期间或者喷射脉冲宽度Δt1、Δt2，计算出第1喷射动作的喷射时机ITh1以及第2喷射动作的喷射时机ITh2。对于正常时的燃料喷射量FQh1、FQh2的分配以及燃料喷射时机ITh1、ITh2的计算，也能够与基本燃料喷射量FQbase同样地对通过实验等适当地预先规定的对应图进行检索而进行。

在S111中，设定第2区域Rh用的正常时的点火时机Igh。在第2区域Rh内，以通过第2喷射动作(燃料喷射时机ITh2)喷射的燃料为火种而在整个缸内产生燃烧，以能够在略微超过压缩上止点的时机迎来所产生的热的峰值的方式设定从点火时机Igh以及燃料喷射时机ITh2至点火时机Igh的间隔。具体而言，点火时机Igh设定为与第1区域Rl内的点火时机Igl相比而滞后的压缩行程中的时机，在本实施方式中，设定为即将到达压缩上止点之前。

在本实施方式中，由发动机控制器101构成“控制器”，由火花塞6、燃料喷射阀7以及发动机控制器101构成“直喷发动机的控制装置”。而且，通过图7所示的流程图中的S101的处理而实现“运转状态检测部”的功能，通过S102、S104、S107、S108以及S110的处理而实现“燃烧状态控制部”的功能，通过S105、S109以及S111的处理而实现“点火控制部”的功能。

图9～图12利用时序图而示出了本实施方式所涉及的转移控制的具体内容。

参照图9～图12对转移控制中的第2喷射动作的喷射时机ITt2以及点火时机Igt的设定进行说明。在本实施方式中，第1喷射动作的喷射时机ITt1设定为刚开始转移控制之后的正常时的第1喷射动作的喷射时机ITh1。

在图9所示的例子中，对于从第2喷射动作的喷射时机ITt2至点火时机Igt的间隔ΔCr，关于曲轴转角而在从转移控制开始时起直至结束为止的整个控制期间设为恒定。另一方面，对于点火时机Igt，在与作为第2区域Rh内的目标点火时机的正常时的点火时机Igh相比而滞后之后，使其与第2转移喷射量FQt2的减小相应地提前而接近正常时的点火时机Igh。从第2喷射动作的喷射时机ITt2至点火时机Igt的间隔ΔCr恒定，因此第2喷射动作的喷射时机ITt2也与点火时机Igt的提前相应地提前。

在图10所示的例子中，将火花塞6的点火时机Igt设定为从转移控制刚开始之后的正常时的点火时机Igh，在转移控制的整个控制期间保持于恒定的曲轴转角位置。另一方面，对于从第2喷射动作的喷射时机ITt2至点火时机Igt的间隔ΔCr，使其相对于转移控制刚开始之后的较大的间隔而与第2转移喷射量FQt2的减小相应地缩短。点火时机Igt恒定，因此第2喷射动作的喷射时机ITt2与间隔ΔCr的缩短相应地滞后。

在图11所示的例子中，将第2喷射动作的喷射时机ITt2设定为转移控制刚开始之后的正常时的喷射时机ITh2，在转移控制的整个控制期间保持于恒定的曲轴转角位置。另一方面，对于从喷射时机ITt2至火花塞6的点火时机Igt的间隔ΔCr，使其相对于转移控制刚开始之后的较大的间隔而与第2转移喷射量FQt2的减小相应地缩短。喷射时机ITt2恒定，因此在转移控制刚开始之后处于滞后侧的曲轴转角位置的点火时机Igt与间隔ΔCr的缩短相应地提前。

在图12所示的例子中，使火花塞6的点火时机Igt从第1区域Rl用的点火时机Igl趋向第2区域Rh内的目标点火时机(正常时的点火时机Igh)逐渐滞后，与此同时，对于从第2喷射动作的喷射时机ITt2至点火时机Igt的间隔ΔCr，使其相对于转移控制刚开始之后的较大的间隔而与第2转移喷射量FQt2的减小相应地缩短。通过间隔ΔCr的缩短，与点火时机Igt相比，使得喷射时机ITt2的每个控制执行周期的滞后量增大。

以上为本实施方式所涉及的燃烧控制的内容，下面对通过本实施方式获得的效果进行总结。

(作用效果的说明)

第1，在低负荷侧的第1区域Rl内进行均质燃烧，另一方面，在高负荷侧的第2区域Rh内切换燃烧方式而进行分层燃烧，由此提高燃烧的耐爆燃性，因此能够不过度依赖于点火时机的滞后角而抑制爆燃。由此，特别是通过第2区域Rh内的热效率的改善而能够在整个运转区域实现较高的热效率。

而且，在从第1区域Rl向第2区域Rh转移的区域转移时，执行基于分层燃烧的转移控制，通过第2喷射动作而喷射比第2区域Rh内的该第2喷射动作的目标量(正常时的喷射量FQh2)多的量的燃料，然后，使第2喷射动作的喷射量FQt2趋向目标量而减小，由此能够可靠地执行较少量的第2喷射动作，能够在确保燃烧稳定性的基础上喷射所需量的燃料，能够不使燃烧稳定性受损而对燃烧方式进行切换。

第2，在第1区域Rl以及第2区域Rh这两者将混合气体的空气过剩率λ设定为2附近的值，因此能够实现热效率较高的燃烧而削减油耗。

第3，在第2区域Rh内，使火花塞6的点火时机Igh比第1区域Rl内的点火时机Igl滞后，由此能够基于与活塞2的位置关系而适当地设定因燃烧而产生的热的峰值时机，具体而言，能够将压缩上止点设定为略微过大的曲轴转角位置。而且，在即将到达点火时机Igh之前进行基于目标量的第2喷射动作，由此能够利用通过第2喷射动作喷射的燃料的喷雾具有的动能而使火花塞6附近的混合气体产生流动，在残留有紊流的过程中进行点火，能够助长初期火焰的形成而使得燃烧稳定。

第4，在转移控制中，将从第2喷射动作的喷射时机ITt2至点火时机Igt的间隔ΔCr设为恒定值(图9)，由此能够稳定地产生燃烧。而且，在使点火时机Igt比正常时的点火时机(目标点火时机)Igh滞后之后，使其与第2喷射动作的喷射量FQt2的减小相应地提前而接近目标点火时机Igh，由此能够针对燃料喷射量FQt2相对于目标量FQh2的增量而避免燃烧变得过度急剧。

这样，针对第2喷射动作的喷射量FQt2的增量，通过使点火时机Igt滞后而能够避免燃烧变得过度急剧。对于基于点火时机Igt的滞后的燃烧的抑制，并不局限于图9所示的例子，还可以将第2喷射动作的喷射时机ITt2设为恒定值，另一方面，相对于刚向第2区域Rh转移之后的间隔而与第2喷射动作的喷射量FQt2的减小相应地，缩短从第2喷射动作的喷射时机ITt2至点火时机Igt的间隔ΔCr，由此实现上述抑制(图11)。

并且，对于针对第2喷射动作的喷射量FQt2的增量的燃烧的抑制，并不局限于点火时机Igt的滞后，还可以如图10及图12所示，通过对从第2喷射动作的喷射时机ITt2至点火时机Igt的间隔ΔCr进行变更而实现。具体而言，将点火时机Igt设为恒定值，另一方面，只要相对于刚向第2区域Rh转移之后的间隔而与第2喷射动作的喷射量FQt2的减小相应地缩短从喷射时机ITt2至点火时机Igt的间隔ΔCr(图10)、或者使点火时机Igt从第1区域Rl内的点火时机Igl趋向第2区域Rh内的目标点火时机Igh滞后，并且使得从喷射时机ITt2至点火时机Igt的间隔ΔCr相对于刚向第2区域Rh转移之后的间隔而与第2喷射动作的喷射量FQt2的减小相应地缩短即可(图12)。

第5，能够对发动机1的压缩比CR进行变更，通过在高负荷侧的第2区域Rh内使压缩比CR(＝CRh)与低负荷侧的第1区域Rl相比而降低，能够不依赖于点火时机的滞后而抑制爆燃。

这里，如果使得压缩比CR降低，则不仅热效率会下降，点火性也因缸内温度降低而变差，燃烧变得不稳定。与此相对，通过降低混合气体的空气过剩率λ、且相对地增加混合气体中的燃料的量，还能够确保点火性。然而，在该情况下，不仅会使得因混合气体的稀薄化而实现的改善油耗的效果抵消，NOx排出量还有可能增加。

在本实施方式中，通过在第2区域Rh进行分层燃烧而提高燃烧的耐爆燃性，因此与均质燃烧的情况相比，能够以较高的压缩比抑制爆燃，能够削减燃料消耗率。图8示出了对于第2区域Rh通过进行分层燃烧而与均质燃烧的情况相比能够削减燃料消耗率ISFC的情况(均质燃烧的情况下的燃料消耗率由双点划线示出)。而且，通过混合气体的分层化不会使空气过剩率λ降低而能够确保点火性，因此能够维持较高的热效率。

在本实施方式中，如图8所示，相对于发动机负荷的增大，在从第1区域Rl向第2区域Rh转移时使压缩比CR以阶梯状而增大(不过，在实际的运转中，可变压缩比机构的动作存在与致动器39以及连杆机构31、32、33等的特性相应的滞后)。第2区域Rh用的压缩比CRh并不局限于这种设定，可以相对于发动机负荷的增大而使其连续地变化。例如，如图13所示，在第2区域Rh内，使压缩比CRh以如下方式变化，即，相对于发动机负荷的增大，使与均质燃烧的情况下能够抑制爆燃的压缩比(由双点划线所示)之间的差值增大。

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。对于上述实施方式，可以在权利要求书记载的事项的范围内实施各种变更以及修改。

Claims (11)

1.一种直喷发动机的控制方法，该直喷发动机具有：

火花塞；以及

燃料喷射阀，其设置为能够将燃料直接喷射至缸内，其中，

在发动机的运转区域之中，在低负荷侧的第1区域内进行均质燃烧，另一方面，在与所述第1区域相比处于高负荷侧的第2区域内进行如下分层燃烧，即，通过所述燃料喷射阀的第1喷射动作而使得燃料分散至缸内，通过所述燃料喷射阀的第2喷射动作而使得燃料偏向所述火花塞附近，

在发动机的运转状态从所述第1区域向所述第2区域转移的区域转移时，执行基于所述分层燃烧的转移控制，

在所述转移控制中，通过所述第2喷射动作而喷射比所述第2区域内的该第2喷射动作的目标量更多的量的燃料，然后使得所述第2喷射动作的喷射量趋向所述目标量而减小。

2.根据权利要求1所述的直喷发动机的控制方法，其中，

在所述第1区域以及所述第2区域这两个区域内，将混合气体的空气过剩率设定于2附近。

3.根据权利要求1或2所述的直喷发动机的控制方法，其中，

在进气行程中进行所述第1喷射动作，在压缩行程中进行所述第2喷射动作。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的直喷发动机的控制方法，其中，

在所述第2区域内，作为所述火花塞的目标点火时机，设定比所述第1区域内的点火时机滞后的点火时机，

在即将到达所述目标点火时机之前进行基于所述目标量的所述第2喷射动作。

5.根据权利要求4所述的直喷发动机的控制方法，其中，

在所述转移控制中，将从所述第2喷射动作的喷射时机至所述火花塞的点火时机的间隔设为恒定值，

在使得所述点火时机比所述目标点火时机滞后之后，使所述点火时机与所述第2喷射动作的喷射量的减小相应地趋向所述目标点火时机而提前。

6.根据权利要求4所述的直喷发动机的控制方法，其中，

在所述转移控制中，将所述火花塞的点火时机设定为所述目标点火时机，

对于从所述第2喷射动作的喷射时机至所述点火时机的间隔，使其相对于刚向所述第2区域转移之后的间隔而与所述第2喷射动作的喷射量的减小相应地缩短。

7.根据权利要求4所述的直喷发动机的控制方法，其中，

在所述转移控制中，将所述第2喷射动作的喷射时机设为恒定，

对于从所述第2喷射动作的喷射时机至所述火花塞的点火时机的间隔，使其相对于刚向所述第2区域转移之后的间隔而与所述第2喷射动作的喷射量的减小相应地缩短。

8.根据权利要求4所述的直喷发动机的控制方法，其中，

在所述转移控制中，使所述火花塞的点火时机从所述第1区域内的点火时机趋向所述目标点火时机而滞后，

对于从所述第2喷射动作的喷射时机至所述火花塞的点火时机的间隔，使其相对于刚向所述第2区域转移之后的间隔而与所述第2喷射动作的喷射量的减小相应地缩短。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的直喷发动机的控制方法，其中，

构成为能够对发动机的压缩比进行变更，

在所述第2区域内，设定为与所述第1区域相比而更低的压缩比。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的直喷发动机的控制方法，其中，

在所述第2区域内，设定为比在相同的运转状态下通过均质燃烧而进行运转的情况下能够抑制爆燃的压缩比高的压缩比。

11.一种直喷发动机的控制装置，其中，

所述直喷发动机的控制装置具有：

火花塞；

燃料喷射阀，其设置为能够将燃料直接喷射至缸内；以及

控制器，其对所述火花塞以及所述燃料喷射阀的动作进行控制，

所述控制器具有：

运转状态检测部，其对发动机的运转状态进行检测；

燃烧状态控制部，其基于所述发动机的运转状态而对所述缸内的燃烧状态进行控制；以及

点火控制部，其设定所述火花塞的点火时机，

所述燃烧状态控制部，

在所述发动机的运转状态处于低负荷侧的第1区域的情况下，使所述发动机通过均质燃烧而进行运转，另一方面，在所述发动机的运转状态处于与所述第1区域相比高负荷侧的第2区域的情况下，使所述发动机通过如下分层燃烧而进行运转，即，通过所述燃料喷射阀的第1喷射动作而使得燃料分散至缸内，通过所述燃料喷射阀的第2喷射动作而使得燃料偏向所述火花塞附近，

在所述发动机的运转状态从所述第1区域向所述第2区域转移的区域转移时，执行基于所述分层燃烧的转移控制，

在所述转移控制中，通过所述第2喷射动作而喷射比所述第2区域内的该第2喷射动作的目标量多的量的燃料，然后使得所述第2喷射动作的喷射量趋向所述目标量而减小。

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