CN111971466A - 内燃机的控制方法及内燃机 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的控制方法，该内燃机具有火花塞和燃料喷射阀，该内燃机的控制方法包含：在由于从燃料喷射阀喷射的燃料的喷雾而在火花塞的放电间隙位置产生了从燃料喷射阀侧朝向火花塞侧的方向的气体流动之后，开始火花塞的放电。

Description

内燃机的控制方法及内燃机

技术领域

本发明涉及内燃机的控制方法以及内燃机。

背景技术

在JP4782836B中公开了一种技术，该技术包含在即将到达点火时间之前进行分层喷射方式的燃料喷射，该分层喷射用于在火花塞的区域局部地产生浓的能够点火的燃料/空气混合气。在该技术中，通过局部的浓混合气而实现着火性的提高。

发明内容

对于在缸内直接燃料喷射式的火花点火内燃机中进行的稀薄燃烧，火花塞的放电通道的长度、混合气的温度影响燃烧稳定性。

但是，如果燃料喷射时机与点火时机过于接近，则由于从燃料喷射阀喷射的燃料的喷雾而产生的气体流动有可能以阻碍放电通道延伸的方式起作用。另外，由于这样的气体流动，高温的混合气不能远离燃烧室的壁面，冷却损失有可能变大。结果，燃烧稳定性有可能恶化。

本发明是鉴于这样的课题而提出的，目的在于提高稀薄燃烧的燃烧稳定性。

本发明的一个方式的内燃机的控制方法是具有火花塞和向缸内直接喷射燃料的燃料喷射阀的内燃机的控制方法，其包含：在由于从所述燃料喷射阀喷射的燃料的喷雾而在所述火花塞的放电间隙位置产生了从所述燃料喷射阀侧向所述火花塞侧的方向的气体流动之后，开始所述火花塞的放电。

本发明的另一方式的内燃机的控制方法是具有火花塞和向缸内直接喷射燃料的燃料喷射阀的内燃机的控制方法，其包含：以在所述火花塞的放电间隙之间形成的放电通道夹着所述火花塞向所述燃料喷射阀的相反侧延伸的方式，控制所述燃料喷射阀的燃料喷射时机以及所述火花塞的点火时机。

根据本发明的又一方式，提供与上述内燃机的控制方法分别对应的内燃机。

附图说明

图1是内燃机的概略结构图。

图2是通过流程图表示控制器进行的控制的一个例子的图。

图3A是弱分层喷雾引导燃烧的第1说明图的第1图。

图3B是弱分层喷雾引导燃烧的第1说明图的第2图。

图4A是弱分层喷雾引导燃烧的第2说明图的第1图。

图4B是弱分层喷雾引导燃烧的第2说明图的第2图。

图4C是弱分层喷雾引导燃烧的第2说明图的第3图。

图5A是表示对比例的图的第1图。

图5B是表示对比例的图的第2图。

具体实施方式

下面，一边参照附图一边说明本发明的实施方式。

图1是内燃机100的概略结构图。内燃机100具有内燃机主体1、排气通路30、排气通路40和控制器90。下面，将内燃机主体1简称为主体1。

主体1具有气缸体10和气缸盖20。在气缸体10中形成气缸11。气缸体11对活塞2进行收容。燃烧室9形成为由活塞2的顶面、气缸11的壁面和气缸盖20的下表面所包围的空间，具有单坡屋顶(pent roof)形状。混合气体在燃烧室9中燃烧，与燃烧室9相接的活塞2受到燃烧压力而在气缸11中往复运动。

气缸盖20配置于气缸体10的上侧。在气缸盖20形成进气口3和排气口4。进气口3和排气口4与燃烧室9连通。进气口3供给进气。排气口4从燃烧室9排出排气。

进气阀5和排气阀6设置于气缸盖20。进气阀5对进气口3进行开闭。排气阀6对排气口4进行开闭。进气口3和排气口4针对每个气缸各设置有2个。关于进气阀5和排气阀6也是同样。

在气缸盖20中的进气阀5与排气阀6之间的部分设置有火花塞7。火花塞7对燃料喷射阀8喷射出的燃料的混合气进行点火。燃料喷射阀8设置于气缸盖20。燃料喷射阀8以向缸内即燃烧室9直接喷射燃料的方式设置。

火花塞7和燃料喷射阀8在沿着气缸11的延伸方向观察的情况下，设置于由2个进气阀5和2个排气阀6所包围的区域。火花塞7和燃料喷射阀8以面向燃烧室9的上部中央的方式配置。因此，火花塞7的放电间隙7a和燃料喷射阀8的燃料喷射部8a位于燃烧室9的上部中央。

火花塞7与燃料喷射阀8相比设置于排气侧即排气口4侧。火花塞7与燃烧室9的顶部相比能够配置于排气口4侧，燃料喷射阀8与燃烧室9的顶部相比能够配置于进气侧即进气口3侧。

进气通路30使导入至内燃机100的进气流通。排气通路30经由进气歧管将进气引导至进气口3。在排气通路30设置节流阀31。节流阀31对导入至内燃机100的进气量进行调整。

排气通路40使经由排气歧管从排气口4排出的排气流通。在排气通路40设置催化转化器41。催化转化器41对经由排气口4、排气歧管从燃烧室9排出的排气进行净化。能够将三元催化转化器应用于催化转化器41。

内燃机100能够设为从排气通路30导入至燃烧室9的空气在燃烧室9形成滚流的内燃机。滚流是旋转流动，在燃烧室9的上侧即气缸盖20侧具有从进气阀5侧朝向排气阀6侧的方向，在燃烧室9的下侧即活塞2侧具有朝向与该方向相反的方向。从进气阀5侧朝向排气阀6侧的方向换言之是从燃料喷射阀8侧朝向火花塞7侧的方向。

控制器90是电子控制装置，向控制器90输入来自作为各种传感器/开关类的曲轴转角传感器91、加速器踏板传感器92、水温传感器93、进气温度传感器94等的信号。

曲轴转角传感器91针对每个规定曲轴转角生成曲轴转角信号。曲轴转角信号被用作代表内燃机100的转速NE的信号。加速器踏板传感器92对搭载内燃机100的车辆所具有的加速器踏板的踩踏量进行检测。加速器踏板的踩踏量被用作代表内燃机100的负荷KL的信号。水温传感器93对内燃机100的冷却水温THW进行检测。进气温度传感器94对供给至燃烧室9的进气的温度进行检测。

控制器90被编程为与内燃机运转状态相应地进行主体1的运转。内燃机运转状态例如是转速NE、负荷KL。控制器90通过对火花塞7的点火时机、燃料喷射阀8的燃料喷射进行控制，进行主体1的运转。

但是，在内燃机100中进行稀薄燃烧。在稀薄燃烧中，火花塞7的放电通道的长度、混合气的温度影响燃烧稳定性。

但是，如果燃料喷射时机与点火时机过于接近，则由于从燃料喷射阀8喷射的燃料的喷雾而产生的气体流动有可能会以阻碍放电通道延伸的方式起作用。另外，由于这样的气体流动，高温的混合气不能远离燃烧室9的壁面，冷却损失有可能变大。结果，稀薄燃烧的燃烧稳定性有可能恶化。

鉴于这样的情况，在本实施方式中，控制器90进行下面说明的控制。

图2是通过流程图表示由控制器90进行的控制的一个例子的图。控制器90以执行本流程图的处理的方式构成，由此，成为具有控制部的结构。在步骤S1中，控制器90判定是否是规定的燃料喷射时机。在本实施方式中，规定的燃料喷射时机构成为具有多个燃料喷射时机。

因此，在步骤S1中，在规定的燃料喷射时机所包含的任一燃料喷射时机到来的情况下进行肯定判定。关于规定的燃料喷射时机，在后面进一步叙述。如果在步骤S1中是肯定判定，则处理进入步骤S2。

在步骤S2中，控制器90对燃料喷射阀8的燃料喷射进行控制。在步骤S2中，以与刚刚在步骤S1中判定为已到来的燃料喷射时机相应地预先设定的燃料喷射量进行燃料喷射。在步骤S2之后，处理进入步骤S3。在步骤S1中是否定判定的情况也相同。

在步骤S3中，控制器90判定是否是规定的点火时机。关于规定的点火时机在后面叙述。如果在步骤S3中是否定判定，则处理返回至步骤S1。如果在步骤S3中是肯定判定，则处理进入步骤S4。

在步骤S4中，控制器90进行火花塞7的点火控制。由此，开始放电间隙7a的放电。在步骤S4之后，处理暂时结束。

上述规定的燃料喷射时机以及规定的点火时机是为了进行弱分层喷射引导燃烧而设定的。弱分层喷雾引导燃烧是稀薄燃烧的一个例子，通过在到达燃烧室9的壁面之前对喷射燃料的喷雾进行点火而使其燃烧的燃烧方式进行。这种燃烧方式被称为喷雾引导燃烧方式。

弱分层引导燃烧包含以使点火的燃料的喷雾形成弱分层混合气的方式进行的燃料喷射。在弱分层喷雾引导燃烧中，为了形成均质稀薄混合气，在从进气工序至压缩行程前半程进行至少一次燃料喷射，并且为了形成弱分层混合气，在即将点火之前进行燃料喷射。就占要求燃料喷射量的比例而言，在即将点火之前喷射的燃料喷射量比在从进气工序至压缩行程前半程喷射的燃料喷射量的合计小。

例如，在弱分层喷雾引导燃烧中，从进气工序至压缩行程前半程对要求燃料喷射量的90％左右的燃料进行喷射，为了形成弱分层混合气，在即将点火之前喷射剩余的燃料。因此，与在即将点火之前对要求燃料喷射量的大部分进行喷射而形成分层混合气的情况相比，为了形成称为弱分层混合气的分层混合气而喷射的燃料喷射量大幅减小。

并且，燃料喷射以使缸内生成的混合气的空气过剩率λ大于或等于2的方式进行。空气过剩率λ是与要求燃料喷射量相应的混合气的空气过剩率，即，以每一个燃烧循环向缸内喷射的全部喷射燃料为基础而形成的作为缸内整体的混合气的空气过剩率。

在这种弱分层喷雾引导燃烧中，在预先设定的规定的燃料喷射时机进行燃料喷射，另外，在预先设定的规定的点火时机进行点火。规定的燃料喷射时机和规定的点火时机以如下方式设定。

图3A、图3B是弱分层喷雾引导燃烧的第1说明图。如图3A、3B所示，规定的燃料喷射时机包含燃料喷射时机IT。燃料喷射时机IT是为了形成弱分层混合气而进行的。燃料喷射时机IT以如下方式设定，即，通过在燃料喷射时机IT喷射出的燃料的喷雾形成的弱分层混合气由火花塞7点火。因此，燃料喷射时机IT设定于即将到达火花塞7的点火时机之前。燃料喷射时机IT设定于压缩行程后半程。

规定的点火时机设为点火时机IGT。点火时机IGT是用于进行弱分层喷射引导燃烧的点火时机，被设定为紧挨燃料喷射时机IT之后。点火时机IGT设定于压缩行程后半程。关于图3A、图3B，在后面进一步叙述。

下面，进一步使用下面说明的图，继续说明弱分层喷雾引导燃烧。

图4A至4C是弱分层喷雾引导燃烧的第2说明图。图5A、图5B是表示对比例的图。对比例表示在喷雾F到达火花塞7的放电间隙7a时进行了点火的情况。喷雾F是在燃料喷射时机IT喷射出的燃料的喷雾。

在图4A中，示出喷雾F通过放电间隙7A周围的状况。喷雾F通过与放电间隙7a相比的下方即活塞2侧的位置。喷雾F的通过位置为如下位置。

即，如图4B所示，喷雾F形成为混合气，另一方面，在喷雾F周围由于喷雾F而产生负压区域VR。负压区域VR与喷雾F一起移动，喷雾F的通过位置是负压区域VR通过放电间隙7a的位置。

由此，由于喷雾F，在放电间隙7a的位置产生从燃料喷射阀8侧朝向火花塞7侧的方向的气体流动G。即，通过由于喷雾F而产生的负压区域VR的负压作用，在放电间隙7a位置产生气体流动G。

火花塞7和燃料喷射阀8设置于由于喷雾F而产生的气体流动G在放电间隙7a位置产生的位置。即，通过火花塞7以及燃料喷射阀8的配置的设定，能够利用由于喷雾F而产生的负压区域VR，在放电间隙7a位置产生气体流动G。

在缸内产生滚流的情况下，在放电间隙7a位置，滚流的流通方向与气体流动G的流通方向为相同方向，即成为从燃料喷射阀8侧朝向火花塞7侧的方向。因此，在该情况下，气体流动G不被滚流阻碍。

在图4B所示的状态下，由于喷雾F而在喷雾F周围产生的负压区域VR的大部分通过放电间隙7a位置。然后，如图4C所示开始放电间隙7a的放电。

如图4C所示，放电间隙7a的放电在基于喷雾F形成的混合气M位于放电间隙7a位置的期间开始。因此，点火时机IGT被设定于混合气M位于放电间隙7a位置的期间内。

如果开始火花塞7的放电，则在放电间隙7a之间产生的放电通道C通过气体流动G夹着火花塞7向燃料喷射阀8的相反侧延伸。另外，在此之前，混合气M通过气体流动G而远离燃烧室9的上壁面。结果，由于气体流动G的作用，能够实现着火性的提高以及冷却损失的降低。

如上所述，在负压区域VR的大部分通过了放电间隙7a位置后开始放电间隙7a的放电。由此，能够使气体流动G有效地作用于放电通道C。结果，放电通道C夹着火花塞7向燃料喷射器8的相反侧稳定地延伸，并且放电通道C的延伸也变长。

另一方面，对对比例的情况进行如下说明。

如图5A所示，在对比例的情况下，在负压区域VR位于火花塞7以及燃料喷射阀8之间时，开始放电间隙7A的放电。因此，在放电间隙7a的放电开始时，通过负压区域VR产生与气体流动G相反方向的气体流动G’，即产生从火花塞7侧朝向燃料喷射阀8侧的方向的气体流动G’。结果，如图5B所示，放电通道C’从火花塞7侧朝向燃料喷射阀8侧延伸。

由于负压区域VR与喷雾F一起移动，因此气体流动G’之后变成气体流动G。因此，放电通道C’一旦从火花塞7侧向燃料喷射阀8侧延伸后，就与放电通道C同样地，夹着火花塞7向燃料喷射阀8的相反侧延伸。

但是，放电通道C’的这种延伸经过气体流动G’以及气体流动G之间的气体流动方向的变化，由此，导致不稳定的结果。另外，在该情况下，导致混合气M由于气体流动G’而被妨碍远离燃烧室9的壁面的结果。

并且，如图5B所示，当在缸内产生滚流的情况下，气体流动G’的流动方向与滚流的流动方向相对。因此，在该情况下，滚流以抵消气体流动G’的方式进一步起作用，在这样的状态下开始放电间隙7a的放电。

结果，在该情况下，由于气体流动方向的变化，放电通道C’的延伸不稳定，除此之外，即使在气体流动G’变为气体流动G之后，也不能充分利用气体流动G的强度大的期间来延伸放电通道C’。

参照这样的对比例，在本实施方式中，放电间隙7a的放电能够在负压区域VR移动至不产生与气体流动G相反方向的气体流动G’的位置之后开始，或者在负压区域VR移动至开始产生气体流动G的位置之后开始。

即使不是喷雾F而是负压区域VR完全通过了放电间隙7a位置后开始火花塞7的放电，放电通道C也能够稳定地延伸。但是，在放电间隙7a位置产生的气体流动G的强度降低了负压区域VR从放电间隙7a位置离开的量，与其相应地，放电通道C的延伸也变短。

因此，优选为，在负压区域VR移动至未产生与气体流动G相反方向的气体流动G’的位置之后，或者在负压区域VR移动至开始产生气体流动G的位置之后，在负压区域VR完全通过放电间隙7a位置之前，开始放电间隙7a的放电。换言之，如后所述，可以说是在提前界限LMT1以及延迟界限LMT2之间设定点火时机IGT。

如使用图4C所说明的，燃料喷射阀8的燃料喷射时机以及火花塞7的点火时机的控制以气体流动G作用于放电通道C以及混合气M的方式进行。如图3A、3B所示，这样的控制是通过将燃料喷射阀8的燃料喷射时机设定为燃料喷射时机IT、并且将火花塞7的点火时机设定为点火时机IGT而进行的。

另一方面，在弱分层喷雾引导燃烧中，如图3A、图3B所示，气体流动G的强度以及混合气M的浓度具有如下的变化趋势。即，气体流动G的强度以形成燃料喷射后峰值的方式具有上升下降的变化趋势。混合气M的浓度具有与时间相应地逐渐降低的变化趋势。

依据这样的情况，点火时机IGT能够设定在图3A所示的提前界限LMT1以及图3B所示的延迟界限LMT2之间。

提前界限LMT1是不会产生与气体流动G相反方向的气体流动G’的点火时机中的最早的点火时机、或者开始产生气体流动G的点火时机。因此，在燃料喷射时机IT及以后并且在与提前界限LMT1相比提前侧的区域，形成从火花塞7侧向燃料喷射阀8侧延伸的放电通道C’。

延迟界限LMT2为不是负压区域VR而是喷雾F完全通过放电间隙7a位置的定时(timing)。这是因为，如果喷雾F完全通过了放电间隙7a位置，则在放电间隙7a位置不存在混合气M，在即将点火之前的燃料喷射时机IT进行的燃料喷射变得无意义。因此，点火期间IGP在延迟界限LMT2结束。在点火期间IGP，通过反复进行放电间隙7a的放电，实现对混合气M的着火性的提高。

通过将点火时机IGT设定于提前界限LMT1以及延迟界限LMT2之间，在弱分层喷雾引导燃烧中，在通过放电通道C的延伸实现着火性的提高时，能够将气体流动G的强度以及混合气M的浓度的平衡控制在允许范围内。

如果负压区域VR的大部分通过放电间隙7a位置，则混合气M的浓度形成峰值。因此，通过将点火时机IGT设定在与混合气M的浓度形成峰值的定时TPK相比的延迟侧，能够在负压区域VR的大部分通过放电间隙7a位置之后，开始放电间隙7a的放电。

下面，说明本实施方式的主要作用效果。

本实施方式所涉及的内燃机的控制方法是具有火花塞7和燃料喷射阀8的内燃机100的控制方法，其包含在由于喷雾F而在放电间隙7a的位置产生从燃料喷射阀8侧朝向火花塞7侧的方向的气体流动G之后开始火花塞7的放电。

另外，本实施方式所涉及的内燃机的控制方法是具有火花塞7和燃料喷射阀8的内燃机100的控制方法，其包含以在放电间隙7a之间产生的放电通道C夹着火花塞7向燃料喷射阀8的相反侧延伸的方式对燃料喷射阀8的燃料喷射时机以及火花塞7的点火时机进行控制。

根据这些方法，通过使喷雾F产生的负压影响火花塞7周围的气体的流速，能够促进从燃料喷射阀8侧朝向火花塞7侧的方向的气体流动G而进行点火。因此，通过气体流动G使火花塞7的放电通道延伸，从而能够实现着火性的提高。另外，通过利用气体流动G使高温的分层混合气远离燃烧室9的壁面，能够实现冷却损失的降低。结果，由此能够提高稀薄燃烧的燃烧稳定性。

内燃机100的控制方法还包含以空气过剩率λ大于或等于2的方式进行来自燃料喷射阀8的燃料喷射。即，内燃机100的控制方法包含弱分层喷射引导燃烧，在进行这样的燃料喷射的稀薄燃烧中，通过实现冷却损失的降低以及着火性的提高，能够提高燃烧稳定性。

在内燃机100的控制方法中，在由于喷雾F而在缸内生成的气体流动G产生于放电间隙7a位置的位置，设置火花塞7和燃料喷射阀8而进行运转。通过这样设定火花塞7以及燃料喷射阀8的配置而进行运转，能够利用喷雾F产生的负压促进气体流动G而进行点火。

在内燃机100的控制方法中，在由于喷雾F而在喷雾F周围产生的负压区域VR的大部分通过了放电间隙7a位置后，开始火花塞7的放电。由此，由于能够使放电通道C夹着火花塞7向燃料喷射阀8的相反侧稳定且长地延伸，因此能够大幅提高稀薄燃烧的燃烧稳定性。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式表示的只不过是本发明的应用例的一部分，并不旨在将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。

在上述实施例中，说明了规定的燃料喷射时机具有包含燃料喷射时机IT在内的多个定时而构成的情况。但是，规定的燃料喷射时机例如也可以仅是燃料喷射时机IT。另外，稀薄燃烧也可以是除了弱分层喷射引导燃烧以外的稀薄燃烧。

在上述实施方式中，关于以面向燃烧室9的上部中央的方式配置的火花塞7以及燃料喷射阀8，对火花塞7与燃料喷射阀8相比设置于排气侧的情况进行了说明。但是，火花塞7例如也可以与燃料喷射阀8相比设置于进气侧。另外，内燃机100也可以取代在实施方式中说明的滚流而构成为生成在与滚流相反方向上旋转的滚流。

在上述的实施方式中，说明了内燃机100的控制方法以及控制部由控制器90实现的情况。但是，内燃机100的控制方法以及控制部例如也可以由多个控制器实现。

Claims (7)

1.一种内燃机的控制方法，其是具有火花塞和向缸内直接喷射燃料的燃料喷射阀的内燃机的控制方法，其包含：

在由于从所述燃料喷射阀喷射的燃料的喷雾，而在所述火花塞的放电间隙位置产生了从所述燃料喷射阀侧朝向所述火花塞侧的方向的气体流动之后，开始所述火花塞的放电。

2.一种内燃机的控制方法，其是具有火花塞和向缸内直接喷射燃料的燃料喷射阀的内燃机的控制方法，其包含：

以在所述火花塞的放电间隙之间产生的放电通道夹着所述火花塞向所述燃料喷射阀的相反侧延伸的方式，控制所述燃料喷射阀的燃料喷射时机以及所述火花塞的点火时机。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其还包含：

以在缸内生成的混合气的空气过剩率大于或等于2的方式，进行从所述燃料喷射阀的燃料喷射。

4.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

在由于从所述燃料喷射阀喷射的燃料的喷雾，而在所述火花塞的放电间隙位置产生在缸内生成的气体流动的位置，设置所述火花塞和所述燃料喷射阀而进行运转。

5.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

在由于从所述燃料喷射阀喷射的燃料的喷雾而在该喷雾周围产生的负压区域的大部分通过了所述火花塞的放电间隙位置之后，开始所述火花塞的放电。

6.一种内燃机，其具有火花塞和向缸内直接喷射燃料的燃料喷射阀，

该内燃机具有控制部，该控制部在由于从所述燃料喷射阀喷射的燃料的喷雾而在所述火花塞的放电间隙位置产生的气体流动变成了从所述燃料喷射阀侧朝向所述火花塞侧的方向之后，开始所述火花塞的放电。

7.一种内燃机，其具有火花塞和向缸内直接喷射燃料的燃料喷射阀，

该内燃机具有控制部，该控制部以在所述火花塞的放电间隙之间产生的放电通道夹着所述火花塞向所述燃料喷射阀的相反侧延伸的方式，控制所述燃料喷射阀的燃料喷射时机以及所述火花塞的点火时机。

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