CN1226630A

CN1226630A - 压燃式发动机

Info

Publication number: CN1226630A
Application number: CN98122960A
Authority: CN
Inventors: 柳原弘道
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 1999-08-25
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: KR100281212B1; KR19990071403A; CN1098419C

Abstract

本发明公开了一种压燃式发动机,该发动机的工作区被分为低载荷的第一工作区F和高载荷的第二工作区G。当发动机的工作状态处于第一工作区F内时,仅在压缩冲程的上死点之前50度进行一次燃料喷射。当发动机的工作状态处于第二工作区G内时,则在喷射定时区域Ⅱ内进行第一次燃料喷射I₁,其喷射量不大于最大喷射量的30%,而后大体在压缩冲程的上死点处进行第二次燃料喷射I₂。

Description

压燃式发动机

本发明涉及一种压燃式发动机。

在压燃式发动机中，喷射入燃烧室内的燃料的扩散程度对燃烧具有很大的影响。也就是说，如果燃料在整个燃烧室内扩散，则单位容积内产生的热量就变得较低，这样燃烧温度就会变得较低，进而可以得到没有NO_x产生的平稳燃烧。而且，由于围绕燃料颗粒有足够的空气，因而也不会再产生黑烟。所以，现有技术中已知的压燃式发动机被设计成在压缩冲程的上死点之前60度之前进行燃料喷射(参见日本未审查专利公开(kokai)No.7-317588)。

也就是说，如果燃烧室内的压力变得很高，空气阻力就会很大，这样所喷射的燃料遍布整个燃烧室就有困难。因此，将这种压燃式发动机设计成在压缩冲程的上死点之前60度之前喷射燃料，此时燃烧室内的压力还较低。

当以此方式使喷射的燃料在整个燃烧室内扩散时，如果燃料的喷射量较小，则可以得到没有NO_x或碳氢化合物产生的平稳燃烧。然而当燃料的喷射量增大时，即使力图使喷射的燃料在整个燃烧室内扩散，燃料也会过早点燃。一旦燃料过早点燃，燃烧室内的温度就会上升，这样燃料的点燃就会更早。其结果是，燃烧会逐渐变得更强烈，且不仅会出现爆震，而且还会产生大量的NO_x和黑烟。

所以，在上述的压燃式发动机中，当燃料的喷射量较大时，不再能将点燃定时控制到实现平稳燃烧的点燃定时。如果在此情形下，有可能将点燃定时控制到实现平稳燃烧的点燃定时，那么就有可能实现平稳燃烧，而且其中所产生的NO_x和黑烟也将很少。

本发明的一个目的是提供一种能够将点燃定时控制到一实现平稳燃烧的点燃定时的压燃式发动机。

根据本发明，所提供的一种压燃式发动机包括一燃烧室；一向燃烧室的内部喷射燃料的燃料喷射器，发动机的工作区被分为一低载荷的第一工作区和一高载荷的第二工作区；喷射控制装置，当发动机的工作状态处于第一工作区时，该装置在压缩冲程的上死点之前50度之前至少进行一次燃料喷射，使所喷射的燃料燃烧，当发动机的工作状态处于第二工作区内时，该喷射控制装置使得所进行的第一次燃料喷射的喷射量，即使喷射了，也不会出现燃烧，在压缩冲程的后半个冲程的一预定的喷射定时区内，即使进行了燃料喷射，燃烧也不会出现，并且该装置在晚于所述预定的喷射定时区的一喷射定时进行第二次燃料喷射，使得第一次喷射的燃料和第二次喷射的燃料燃烧。从下面的参照附图对本发明的最佳实施例的描述中，可以更清楚地理解本发明，附图包括：

图1是一压燃式发动机的全图；

图2是一空燃比传感器的输出特性图；

图3A和3B及图4A和4B是分别是不同的喷射定时区的视图；

图5是燃烧室内的压力变化图；

图6是一发动机的压缩比的变化范围图；

图7是一发动机的工作区域图；

图8A和8B分别是喷射定时图；

图9A至9C示出了燃料喷射总量Q等的变化；

图10是喷射控制的流程图；

图11示出了喷射定时等量；

图12示出了一EGR控制阀的基本开度Gθ2的变化；

图13A和13B示出了目标空气过量比率等；和

图14是喷射控制的流程图。

如图1所示，标号1代表一发动机体，2代表一气缸体，3是气缸盖，4代表一活塞，5是一燃烧室，6代表一电控燃料喷射器，7是一进气门，8是一进气口，9是一排气门，10代表一排气口。进气口8通过一相应的进气管11与一均压箱(surge tank)12相连。该均压箱12通过一进气导管13与一排气涡轮增加器14的压缩机15相连。另一方面，排气口10通过一排气总管16和一排气管17被连接到一涡轮增加器14的排气涡轮机18上。排气涡轮机18的出口与一催化转换器20相连，该催化转换器20内有一三向催化器19。而且，在排气总管16上还设置有一空燃比传感器21。

排气总管16和均压箱12通过一排气再循环(以下简称“EGR”)管路22相互连接起来。在EGR管路22上设置有一电控EGR控制阀23。燃料喷射器6通过燃料供给管路24与一燃料储存管，也就是所谓的公共管路25，相连。公共管路25内具有来自一电控调节的燃料排出泵26的燃料。公共管路25内的燃料通过燃料供给管路24被提供到燃料喷射器6。公共管路25上具有一燃料压力传感器27，用于监测公共管路25内的燃料压力的变化。燃料压力传感器27的输出信号用来控制燃料泵26的排出，以便使公共管路25内的燃料压力成为目标燃料压力。

一电子控制单元30包括一数字计算机，并具有通过一双向汇流母线31相互连接起来的只读存储器(ROM)32，随机存取存储器(RAM)33，微信息处理机(CPU)34，输入口35和输出口36。空燃比传感器21的输出信号通过一相应的AD转换器37输入到输入口35。而且，燃料压力传感器27的输出信号通过一相应的AD转换器37输入到输入口35。一加速器踏板40与一载荷传感器41相连，该载荷传感器41用于产生一与加速器踏板40的下降量L成正比的输出电压。载荷传感器41的输出电压通过一相应的AD转换器37输入到输入口35。而且，输入口35与一曲柄角传感器42相连，该曲柄角传感器产生一输出脉冲，曲柄轴旋转例如30度产生一脉冲。另一方面，输出口36通过一相应的驱动电路38分别与燃料喷射器6，EGR控制阀23，和燃料泵26相连。

图2示出了空燃比传感器21的输出电流I。如图2所示，空燃比传感器21产生一与空气过量比率λ相适应的输出电流I，即空气燃料比率，因此，可以从空燃比传感器21的输出电流I中找到空气燃料比率。输出电流I被转换成电压并被输入到相应的AD转换器37。

在图1所示的实施例中，为了使喷射的燃料尽可能均匀地在燃烧室5内扩散，燃料喷射器6具有一喷嘴，该喷嘴具有很多喷嘴开口。当使用这样一个燃料喷射器6使所喷射的燃料在燃烧室5内扩散时，起决定作用的因素是喷射量和喷射定时，可能出现的情况是所喷射的燃料燃烧和所喷射的燃料不燃烧。因此，首先参照图3A和3B及4A和4B来说明这个问题。

在图3A和3B及4A和4B中，纵坐标表示曲柄角，而横坐标表示发动机速度N。图3A示出了燃料喷射量为最大喷射量的5％的情况，图3B示出了燃料喷射量为最大喷射量的10％的情况，图4A示出了燃料喷射量为最大喷射量的20％的情况，图4B示出了燃料喷射量多于最大喷射量的30％的情况。

而且，在图3A和3B及4A和4B中，Ⅰ代表一喷射定时区域，当燃料以一在此区域内的喷射定时进行喷射时，出现如已往的发动机一样的常规燃烧，Ⅱ示出了一喷射定时区域，当燃料以一在此区域内的喷射定时进行喷射时，不出现燃烧，Ⅲ也示出了一喷射定时区域，当燃料以一在此区域内的喷射定时进行喷射时，几乎没有NO_x或黑烟产生。

所喷射的燃料是否燃烧取决于燃料颗粒的密度和温度。简言之，当燃料颗粒的密度相对较低时，如果燃料颗粒的温度较高则出现燃烧，如果燃料颗粒的温度较低则不出现燃烧。与此相对，当燃料颗粒的密度较高时，则无论燃料颗粒的温度如何都会出现燃烧。

因而，如果燃料颗粒的密度较高，则无论燃料颗粒的温度如何，都会出现燃烧，但此时的燃烧是爆炸性的，并产生大量的NO_x和黑烟。也就是说，当燃烧室5内的温度大于700°K时，所喷射的燃料经历了一化学反应。在大约上止点之前30度，燃烧室5内的温度小于700°K，因此如果燃料在上止点之前30度喷射，所喷射的燃料在燃烧室5内扩散，而不会经历一化学反应。接下来，当活塞4上升且燃烧室5内的温度高于某一温度时，汽化了的燃料围绕燃料颗粒与氧粘结在一起。更详细地说，碳氢化合物的直链末端的碳被氧原子团所破坏，导致在碳氢化合物直链的末端形成醛基，而后醛基变成氢氧基。如果此时燃料颗粒相互靠近，即当燃料颗粒的密度较高时，燃料颗粒从围绕燃料颗粒的汽化燃料的氧化中吸收热量，温度变得很高。其结果是，燃料颗粒中的碳氢化合物被分解成氢分子H₂和碳C。由此热分解作用中产生的氢分子H₂能够极为猛烈地燃烧，并产生很高的温度，进而产生NO_x。另一方面，当由此热分解作用产生元素碳C时，碳原子相互结合在一起，部分以黑烟的形式被排出。因此，当燃料颗粒的密度较高时，即使燃料颗粒在燃烧室5内扩散而没有经过一化学反应，由于燃料颗粒中的碳氢化合物的热分解作用也会产生NO_x和黑烟。

另外，如果燃料在大约上止点前30度之后喷射，所喷射的燃料立即进行化学反应，而且燃料颗粒中的碳氢化合物被热所分解。结果是，产生NO_x和黑烟。也就是，当燃料颗粒的密度很高时，换言之，当燃料喷射量很大时，无论何时喷射，都会产生NO_x和黑烟。

与此相反，当燃料颗粒的密度较低时，情形就完全不同了。下面将针对燃料颗粒的密度较低时的燃烧情况作以说明，也就是，当燃料的喷射量小于最大喷射量的30％，并且燃料颗粒被扩散开时，即燃料的喷射在图3A、3B、4A和4B所示的喷射定时区域Ⅲ内进行的情形。

图5所示的曲线示出了仅由活塞4的压缩作用产生的燃烧室5内的压力P的变化。从图5中可以看出，当超过大约上止点前60度时，燃烧室5内的压力P快速上升。这与进气门7的开度定时无关。所有的往复式内燃机的燃烧室5内的压力P的变化都与图5所示的相同。如果燃烧室5内的压力P变得很高，空气阻力会变得相当大，这样所喷射的燃料就不会扩散到较宽的范围。为了使所喷射的燃料能够在一较宽的范围内扩散，就必须在燃烧室5内的压力P较低时进行燃料的喷射。

如图3A,3B,4A和4B所示，喷射定时区域Ⅲ大约在上止点前50度。因而，如果在喷射定时区域Ⅲ内喷射燃料，燃料颗粒就能扩散到较宽的范围。而且，由于燃料的喷射量小于最大喷射量的30％，燃烧室内的燃料颗粒的密度会变得相当低。

以此方式，如果燃料颗粒的密度较低，燃料颗粒之间的空间就会更大一些。因此，当围绕燃料颗粒的汽化了的燃料与氧粘结在一起时，燃料颗粒不会接受围绕燃料颗粒的汽化了的燃料的氧化作用所放出的大量热量，因而燃料颗粒不会在热的作用下分解。其结果是几乎没有氢分子H₂或碳C产生。接下来，当压缩冲程继续而燃料颗粒的温度变得更高时，燃料颗粒中的汽化的燃料基本上同时开始燃烧。

如果在此情形下燃料颗粒中的汽化了的燃料基本上同时开始燃烧，就不会有局部的高温。而且，由于燃料颗粒的扩散，单位容积产生的热量下降了。所以，整个的燃烧温度下降，进而可以得到没有NO_x产生的平稳的燃烧。还有，由于围绕燃料颗粒有足够的空气，也不会再产生黑烟。

如上所述，图3A,3B和4A分别示出了燃料的喷射量为最大喷射量的5％,10％和20％的情形。如果此时燃料在喷射定时区域Ⅲ内进行喷射，则可以得到没有NO_x或黑烟产生的平稳燃烧。图4B示出了燃料的喷射量大于最大喷射量的30％的情形。如果燃料在喷射定时区域Ⅲ内进行喷射，则直到燃料喷射量大约为最大喷射量的50％都可以得到没有NO_x和黑烟产生的平稳燃烧。当燃料喷射量超过大约最大喷射量的50％，则即使燃料颗粒被扩散开，燃料颗粒的密度也会很高，因而会产生NO_x和黑烟。

所以，当燃料的喷射量小于大约最大喷射量的50％时，如果在喷射定时区域Ⅲ内进行燃料喷射则可以得到没有NO_x和黑烟产生的平稳燃烧。

如图3A,3B,4A和4B所示，喷射定时区域Ⅲ的最晚的喷射定时，即图3A,3B和4A中的喷射定时区域Ⅲ和喷射定时区域Ⅱ之间的界线Y，图4B中的喷射定时段Ⅲ和喷射定时段Ⅰ之间的界线XY，大体是相同的，与喷射量无关。也就是，当发动机转速N为600rpm时，界线Y和XY接近上止点前50度。发动机的转速N越高，它们就越移向压缩冲程的下死点。当发动机转速N为4000rpm时，它们变成为大约上止点前90度。也就是，所喷射的燃料的扩散需要时间，因此，为了使所喷射的燃料扩散，即使燃料颗粒的密度降低，必须使发动机的转速N越高，则喷射定时越早。而且，发动机转速N越高，加热燃料颗粒所需的时间越短，因此为了给予燃料颗粒使其点燃所需的足够的热量，也必须使发动机转速N越高喷射定时越早。所以，如图3A,3B,4A和4B所示，随着发动机转速N的升高，界线X和XY朝向压缩冲程的下死点移动。

值得注意的是，在实际中，不会出现完全如图3A,3B,4A和4B所示的界线X和XY，所以说界线X和XY表示的是喷射定时区域Ⅲ内的最晚喷射定时的近似值。

下面将对喷射定时区域Ⅱ进行说明。如上文所述，如果在喷射定时区域Ⅱ内进行喷射的燃料量小于最大喷射量的30％，则不会出现燃烧。

也就是，如上所述，在大约上止点前30度之前，燃烧室5内的温度小于700°K，因此如果在喷射定时区域Ⅱ内进行燃料喷射，则不会出现化学反应。而且，由于在喷射定时区域Ⅱ的燃烧室5内的压力P要高于喷射定时区域Ⅲ的燃烧室5内的压力P，因此燃料颗粒的扩散程度也小于喷射定时区域Ⅲ内的扩散程度。由于燃料的喷射量小于最大喷射量的30％，即使燃料颗粒的扩散程度降低了一些，燃料颗粒的密度也相对较小。如果以此方式燃料颗粒的密度较低，则燃料颗粒之间的空间变得较大，因而，如上所述，燃料颗粒不会接受围绕燃料颗粒的汽化了的燃料的氧化作用所放出的大量热量，进而不会在热量的作用下而分解。所以不会出现爆炸性燃烧。

另外，前面已提到，如果燃料颗粒中的汽化了的燃料经历了一氧化反应，则会在碳氢化合物的直链的末端产生氢氧基。随着活塞4的继续升高，带有氢氧基的碳氢化合物的直链的量，即含有氢氧基的易燃的碳氢化合物的量增加。然而，在喷射定时上，喷射定时区域Ⅱ要晚于喷射定时区域Ⅲ，因此在喷射定时区域Ⅱ内所喷射的燃料颗粒的温度不会升高到点燃的范围。所以，即使含有氢氧基的易燃的碳氢化合物的量增加，也不会开始燃烧。

接下来，在此状态下，达到压缩冲程的上死点，即在含有氢氧基的易燃的碳氢化合物的量增加而没有燃烧的状态下。如果而后不采取任何措施，则燃料将不会被点燃，导致发动机不着火。

如图3A,3B,4A和4B所示，在喷射定时区域Ⅱ内的最晚的喷射定时，即喷射定时区域Ⅱ和喷射定时区域Ⅰ之间的界线X基本上与界线Y相平行。也就是，喷射定时区域Ⅱ的宽度，换言之，界线X和界线Y之间的宽度基本上保持不变，与发动机转速N无关。而且，如图3A，3B和4A所示，喷射量与最大喷射量之间的比率越大，则界线X和界线Y之间的宽度越小。如图4B所示，当喷射量大于最大喷射量的30％时，就不存在喷射定时区域Ⅱ了。

当喷射量为最大喷射量的5％时，如图3A所示，当发动机转速N为600rpm时，界线X大约为上止点前20度，并且界线X和界线Y之间的宽度从大约30度曲柄角增加到大约40度曲柄角。当喷射量为最大喷射量的10％时，如图3B所示，当发动机转速N为600rpm时，界线X大约为上止点前30度，并且界线X和界线Y之间的宽度从大约20度曲柄角增加到大约30度曲柄角。当喷射量为最大喷射量的20％时，如图4A所示，当发动机转速N为600rpm时，界线X大约为上止点前40度，并且界线X和界线Y之间的宽度从大约10度曲柄角增加到大约15度曲柄角。当喷射量超过最大喷射量的30％时，如图4B所示，喷射定时区域Ⅱ不存在了。

如果燃料的喷射量增加，则燃料颗粒的密度变得更大，所以当燃料喷射量增加时，燃料颗粒的扩散程度必须增大，否则就会出现燃烧。喷射定时越早，则燃料颗粒的扩散程度则越高，所以喷射量越大，则喷射定时区域Ⅱ的宽度越小。

而且，随着发动机转速N的增高，喷射定时区域Ⅱ朝向低载荷端移动，即如上所述，所喷射的燃料的扩散需要时间。如果随着发动机转速N的增高，喷射定时没有提前，燃料颗粒的扩散程度将不会变小。所以随着发动机转速N的增高，喷射定时区域Ⅱ朝向低载荷端移动。注意到界线X比界线Y和XY更清楚地表示出了上述倾向。

另外，如果在喷射定时区域Ⅰ内进行燃料喷射，如已往的发动机一样会出现常规的燃烧，即在喷射定时区域Ⅰ内，由于燃烧室5内的压力P(图5)较高，所以所喷射的燃料不能充分扩散，燃料颗粒的密度变得很高。其结果是，燃料颗粒在热量的作用下分解产生爆炸性燃烧，进而产生大量的NO_x和黑烟。

如上所述，当燃料的喷射量小于最大喷射量的30％，在喷射定时区域Ⅱ内进行燃料喷射时，将不会出现燃烧。与此相反，当燃料的喷射量大于最大喷射量的30％时，则不论在哪个喷射定时区域进行燃料喷射，都会出现燃料的燃烧。在此情况下，如图4B所示，仅有喷射定时区域Ⅰ和Ⅲ。

如果以此方式使所喷射的燃料扩散，当燃料的喷射量小于最大喷射量的30％时，喷射定时区域可以被分成喷射定时区域Ⅰ和喷射定时区域Ⅲ及介于两者之间的喷射定时区域Ⅱ，在喷射定时区域Ⅰ内将出现爆炸性燃烧，而在喷射定时区域Ⅲ内则会出现平稳燃烧而且不会产生NO_x和黑烟，在喷射定时区域Ⅱ内则不会出现燃烧。另一方面，当燃料的喷射量超过最大喷射量的30％而小于大约50％时，喷射定时区域可以被分成喷射定时区域Ⅰ和喷射定时区域Ⅲ。当燃料的喷射量大于最大喷射量的大约50％时，在整个的喷射定时区域内都可出现如已往的发动机一样的常规燃烧。

值得注意的是，图3A,3B和4A中所示的喷射定时区域Ⅱ受到压缩比率和EGR比率(=EGR燃气量/(进气量+EGR燃气量))的影响。也就是，随着发动机压缩比率的增大，在图3A,3B和4A中所示的喷射定时区域Ⅱ内，燃烧室5内的压力增加，因而燃料颗粒变得更难以扩散，而且燃烧室5内的气体温度也升高了。因此，如果燃料在图3A，3B和4A所示的喷射定时区域Ⅱ内喷射，燃料颗粒由于热的作用而分解，进而开始燃烧。所以如果发动机的压缩比率增高，则没有燃烧出现的喷射定时区域Ⅱ就不存在了。

另外，如果EGR比率很大，围绕燃料颗粒的氧的密度变得很小，进而燃料颗粒中的汽化了的燃料的氧化作用所放出的热量也就变得很低，这样即使燃料颗粒的扩散程度小到一定范围，燃料颗粒也不会被热量所分解。所以在喷射定时区域Ⅱ内，当EGR比率很高时，甚至在发动机的压缩比率颇高时，也不会出现燃烧。

图6中的实线E示出了在喷射定时区域Ⅱ内的发动机压缩比率的上限，如图3A,3B和4A所示，在该喷射区域内没有燃烧出现。如图6所示，当EGR比率为零时，在没有燃烧出现的喷射定时区域Ⅱ内的发动机压缩比率的上限E大约为16.0。如果发动机的压缩比率大于大约16.0，则就不再存在没有燃烧出现的喷射定时区域Ⅱ了。

另一方面，EGR比率越高，则在没有燃烧出现的喷射定时区域Ⅱ内的发动机的压缩比率的上限E就越高。而且，为了实现压缩点燃，发动机的压缩比率必须至少为大约12.0。因此，在没有燃烧出现的喷射定时区域Ⅱ内的发动机的压缩比率的范围为图6中的影线所示的范围。

如上文所述，如果在喷射定时区域Ⅱ内，燃料的喷射量小于最大喷射量的30％，接近压缩冲程的上死点，在燃烧室内会产生大量的含有氧的易燃的碳氢化合物。此时，没有燃烧出现，因此如果在此时再次进行燃料喷射，燃料颗粒将在燃烧室5内扩散，而不会燃烧。随着温度的升高，各处的燃料颗粒在热的作用下分解。当燃料颗粒由于热的作用而分解时，所产生的氢分子H₂燃烧，进而整个燃烧室5内的压力上升，因而燃烧室5内的温度也整体地上升。

当整个燃烧室5内的温度上升时，在燃烧室5内扩散的含有氧的易燃的碳氢化合物同时开始燃烧，进而第二次喷射的燃料颗粒可以被点燃。如果在燃烧室5内的燃烧以此方式同时开始进行，则就不会存在局部燃烧温度的上升，进而燃烧室5内的整体的燃烧温度就较低，这样就可以抑制NO_x的产生。而且，由于第二次所喷射的燃料在扩散之后可以被点燃，所以围绕燃料颗粒有足够的空气，因而也可以抑制黑烟的产生。

如果在喷射定时区域Ⅱ内进行喷射量不大于最大喷射量的30％的第一次的燃料喷射，而后大体在压缩冲程的上死点或压缩冲程的上死点之后进行第二次燃料喷射，则有可能得到NO_x和黑烟都极少产生的平稳燃烧。

如上所述，如果在喷射定时区域Ⅲ内进行燃料喷射，则几乎没有NO_x或黑烟产生。在喷射定时区域Ⅲ内进行燃料喷射所产生的NO_x和黑烟的量比在喷射定时区域Ⅱ内进行燃料喷射所产生的要少一些，而后是大体在压缩冲程的上死点或压缩冲程的上死点之后。因此，最好是在喷射定时区域Ⅲ内尽可能多地喷射燃料。然而如上所述，当在喷射定时区域Ⅲ内进行燃料喷射时，当燃料的喷射量小于大约最大喷射量的50％时，几乎没有NO_x或黑烟产生。

因此，在本发明中，如图7所示，发动机工作区被分成在低载荷端的第一工作区F和在高载荷端的第二工作区G。当发动机处于第一工作区F时，在喷射定时区域Ⅲ内至少进行一次燃料喷射，而当发动机处于第二工作区G时，首先在喷射定时区域Ⅱ内进行喷射量不大于最大喷射量的30％的第一次喷射，而后大体在压缩冲程的上死点或压缩冲程的上死点之后进行第二次燃料喷射。

注意到已往的压燃式发动机在主喷射之前先进行少量的燃料喷射，即进行一先导喷射。该先导喷射通常是在喷射定时区域Ⅰ内进行，如图3A、3B和4B所示。因而，先导喷射所喷射的燃料自身独立地燃烧。与此相反，在本发明中，在喷射定时区域Ⅱ内所喷射的燃料不会自身独立地燃烧。因此，在喷射定时区域Ⅱ内的燃料喷射与常规的先导喷射是截然不同的。在图7中，纵坐标Q表示燃料喷射总量，而横坐标N为发动机转速。

图8A示出了在一特定的发动机转速N，例如1500rpm下，在工作区F内的燃料喷射I和在工作区G内的第一次燃料喷射I₁及第二次燃料喷射I₂的喷射定时。图8B示出了在工作区G内的第一次燃料喷射I₁的喷射定时。其中图8A的横坐标示出了燃料喷射总量Q，而图8B的横坐标为发动机转速。

而且在图8A和8B中，工作区F内的θS和θE分别示出了燃料喷射I的喷射开始定时和喷射结束定时，工作区G内的θS1和θE1分别示出了第一次燃料喷射I₁的喷射开始定时和喷射结束定时，而工作区G内的θS2和θE2分别示出了第二次燃料喷射I2的喷射开始定时和喷射结束定时。而且，图8A和8B所示的情形为公共管25内的燃料压力被保持在一恒定的压力。因此，在图8A和8B中，燃料的喷射量与喷射定时成正比。

如图8A所示，在本发明的实施例中，燃料喷射I的喷射结束定时θE基本上固定在上止点前70度，因而在此实施例中，在靠近上止点前70度处进行单一燃料喷射。当然，在此情形下，也可以将燃料喷射I分成两次进行。

另外，如图8B所示，在工作区G内的第一次燃料喷射I₁在靠近喷射定时区域Ⅱ的界线X的一时刻进行，因此发动机的转速N越高，则第一次燃料喷射I₁的定时就越早。注意到在图8A和8B所示的实施例中，第一次燃料喷射I₁的喷射量为最大喷射量的10％。而且，在图8A和8B所示的实施例中，第二次燃料喷射I2的喷射开始定时θS2被固定在压缩冲程的上死点(TDC)。

在图8A中，燃料喷射总量Q是加速器踏板40的下降量和发动机转速N的函数。燃料喷射总量Q以图9A所示的图形的形式被预先储存在ROM32中。另一方面，第一次燃料喷射I₁的喷射量Q₁是随着燃料喷射总量Q和发动机转速N的变化而变化。燃料喷射量Q₁是以图9B所示的图形的形式被预先储存在ROM32中。而且，第一次燃料喷射I₁的喷射开始定时θS1也是燃料喷射总量Q和发动机转速N的函数。喷射开始定时θS1也是以图9C所示的图形的形式被预先储存在ROM32中。

图10示出了喷射控制流程。如图10所示，首先在步骤50，燃料喷射总量Q从图9A所示的图形中计算出。接下来，在步骤51，判断发动机的工作状态是否在图7所示的工作区F内。当发动机的工作状态处于工作区F内时，工作流程继续到步骤52，在该步骤中，根据燃料喷射总量Q计算出燃料喷射I的喷射开始定时θS。与此相反，当发动机的工作状态处于如图7所示的工作区G而不是工作区F时，工作流程转到步骤53，在该步骤中，从图9B所示的图形中计算出第一次燃料喷射I₁的喷射量Q1。而后，在步骤54中，第一次燃料喷射I₁的喷射开始定时θS1从图9C所示的图形中计算出。接下来，在步骤55中，根据喷射量Q1和喷射开始定时θS1计算出第一次燃料喷射I₁的喷射结束定时θE1。然后，在步骤56中，根据燃料喷射总量Q和燃料喷射量Q1等计算出第二次燃料喷射I₂的喷射结束定时θE2。

图11至图14示出了另一个实施例。

如上所述，在工作区F内几乎没有NO_x和黑烟产生。另外，在工作区G内，虽然所产生的NO_x和黑烟的量很少，但还是有一些。在此实施例中，为了在工作区G内防止大量的NO_x和黑烟，即碳氢化合物被释放入大气环境中，空气过量比率λ被控制在1.0，如图11所示的λ2。也就是说，空气燃料比率被控制为理想配比的空气燃料比率。如果空气燃料比率被控制为理想配比的空气燃料比率，则NO_x和碳氢化合物可以由三向催化器19很好地脱离，进而可以防止NO_x和碳氢化合物向大气环境中的释放。

另外，在此实施例中，通过控制EGR气体以将空气燃料比率控制在理想配比的空气燃料比率。使空气燃料比率成为理想配比的空气燃料比率所需的EGR控制阀23的基本开度Gθ2随着燃料喷射总量Q和发动机转速的变化而变化。基本开度Gθ2以图12所示的图形的形式被预先储存在ROM32中。

在一通常的压燃式发动机中，通过控制EGR气体量使空气燃料比率保持在理想配比的空气燃料比率是不可能的。然而，在本发明的工作区G内，如上所述，由第一次燃料喷射I₁在大体靠近压缩冲程的上死点处产生含有氧的碳氢化合物。因而，即使控制EGR气体量使空气燃料比率保持在理想配比的空气燃料比率，由于碳氢化合物自身含有氧，所以当第二次燃料喷射I₂开始时，燃料的点燃和燃烧也会很好。

还有，在此实施例中，在工作区F内，将空气过量比率λ控制到为一大于1.0的数值，如图11中的λ1。而且，随着燃料喷射总量Q的增大，空气过量比率λ降低。工作区F内的目标空气过量比率λ1实际上是燃料喷射量Q和发动机转速的函数。目标空气过量比率λ1以图13A所示的图形的形式被预先储存在ROM32中。使空气过量比率λ成为目标空气过量比率λ1所需的EGR控制阀23的基本开度Gθ1随着燃料喷射量Q和发动机转速N的变化而变化。基本开度Gθ2也以图13B所示的图形的形式被预先储存在ROM32中。

图14示出了喷射控制的流程。参见图14，首先，在步骤60中，从图9A所示的图形中计算出燃料喷射总量Q。而后，在步骤61中，判断发动机的工作状态是否处于图7所示的工作区F。当发动机的工作状态在工作区F内时，流程继续到步骤62。

在步骤62，根据燃料喷射总量Q计算出喷射开始定时θS。而后，在步骤63中，从图13A所示的图形中计算出目标空气过量比率λ1，然后，在步骤64中，从图13B所示的图形中计算出EGR控制阀23的基本开度Gθ1。接下来，在步骤65中，判断由空燃比传感器21监测到的空气过量比率λ是否大于目标空气过量比率λ1。当λ＞λ1时，流程继续到步骤66，在该步骤中，在修正值Δθ1中加入一恒定值α，而后流程继续到步骤68。与此相对，当λ≤λ1时，流程转到步骤67，在该步骤中，在修正值Δθ1中减去一恒定值α，而后流程继续到步骤68。在步骤68中，在基本开度Gθ1中加入修正值Δθ1以计算EGR控制阀的最终的开度Gθ。

另外，当在步骤61判断出发动机的工作状态不是在工作区F时，即发动机的工作状态处于工作区G时，流程转到步骤69，在该步骤中，从图9B所示的图形中计算出第一次燃料喷射的喷射量Q1。而后，在步骤70中，从图9C所示的图形中计算出第一次燃料喷射I₁的喷射开始定时θS1。接下来，在步骤71中，根据喷射量Q1和喷射开始定时θS1计算第一次燃料喷射I1的喷射结束定时θE1。然后，在步骤72，根据燃料喷射总量Q和燃料喷射量Q1等计算第二次燃料喷射I₂的喷射结束定时θE2。

然后，在步骤73中，从图12所示的图形中计算出EGR控制阀23的基本开度Gθ2。接下来，在步骤74，判断由空燃比传感器21监测到的空气过量比率λ是否大于空气过量比率1.0。当λ＞1.0时，流程继续到步骤75，在该步骤中，在修正值Δθ2中加入一恒定值β，而后流程继续到步骤77。与此相对，当λ≤1.0时，流程转到步骤76，在该步骤中，在修正值Δθ2中减去恒定值β，然后，流程继续到步骤77。在步骤77中，基本开度Gθ2加上修正值Δθ2以计算EGR控制阀23的最终开度。

如上所述，根据本发明，有可能在发动机的整个工作区域内抑制NO_x和黑烟的产生。

虽然以上以特定实施例的方式对本发明进行了描述，但是很明显在不偏离本发明宗旨和范围的情况下，本领域的技术人员可以对本发明进行多种形式的修改。

Claims

1．一种压燃式发动机，包括：

一燃烧室；

一向所述燃烧室的内部喷射燃料的燃料喷射器，发动机的工作区被分为一低载荷的第一工作区和一高载荷的第二工作区；喷射控制装置，当发动机的工作状态处于第一工作区时，该装置使在压缩冲程的上死点之前50度之前至少进行一次燃料喷射，使所喷射的燃料燃烧，当发动机的工作状态处于第二工作区内时，该喷射控制装置所进行的第一次燃料喷射的喷射量，即使喷射了，也不会出现燃烧，在压缩冲程的后半个冲程的一预定的喷射定时区内，即使进行了燃料喷射，燃烧也不会出现，并且该装置在晚于所述预定的喷射定时区的一喷射定时进行第二次燃料喷射，使得第一次喷射的燃料和第二次喷射的燃料燃烧。

2．如权利要求1所述的一种压燃式发动机，其特征在于当发动机的工作状态处于第二工作区内时，不出现燃烧的第一次燃料喷射的喷射量不大于最大喷射量的30％。

3．如权利要求1所述的一种压燃式发动机，其特征在于所述预定的喷射定时区从大约压缩冲程的上死点之前的90度到大约压缩冲程的上死点之前的20度。

4．如权利要求3所述的一种压燃式发动机，其特征在于发动机转速越高，所述预定喷射定时区域内的最早的喷射定时愈靠近所述压缩冲程的下死点，并且发动机转速越高，所述预定喷射定时区域内的最晚的喷射定时越靠近所述压缩冲程的下死点。

5．如权利要求4所述的一种压燃式发动机，其特征在于当发动机转速为600rpm时，所述最早的喷射定时在压缩冲程的上死点之前50度附近，而当发动机转速为4000rpm时，所述最早的喷射定时在压缩冲程的上死点之前90度附近。

6．如权利要求4所述的一种压燃式发动机，其特征在于第一次燃料喷射的喷射量与最大喷射量之间的比率越大，则所述最晚的喷射定时越靠近所述压缩冲程的下死点，并且在相同的发动机转速下，上述比率越大，则所述最早喷射定时和最晚喷射定时之间的差值越小。

7．如权利要求6所述的一种压燃式发动机，其特征在于当第一次燃料喷射的喷射量为最大喷射量的5％且发动机转速为600rpm时，最晚的喷射定时在压缩冲程的上死点之前20度左右，并且所述喷射定时之间的差值为从大约30度曲柄角到40度曲柄角。

8．如权利要求6所述的一种压燃式发动机，其特征在于当第一次燃料喷射的喷射量为最大喷射量的10％且发动机转速为600rpm时，最晚的喷射定时在压缩冲程的上死点之前30度左右，并且所述喷射定时之间的差值为从大约20度曲柄角到30度曲柄角。

9．如权利要求6所述的一种压燃式发动机，其特征在于当第一次燃料喷射的喷射量为最大喷射量的20％且发动机转速为600rpm时，最晚的喷射定时在压缩冲程的上死点之前40度左右，并且所述喷射定时之间的差值为从大约10度曲柄角到15度曲柄角。

10．如权利要求1所述的一种压燃式发动机，其特征在于当发动机的工作状态处于第二工作区时，所述发动机的转速越高，则第一次燃料喷射的喷射定时越早。

11．如权利要求1所述的一种压燃式发动机，其特征在于当发动机的工作状态处于第二工作区时，第二次燃料喷射基本是在压缩冲程的上死点或压缩冲程的上死点之后进行。

12．如权利要求1所述的一种压燃式发动机，还包括用于将空气燃料比率控制到一预定的目标空气燃料比率的空燃比控制装置。

13．如权利要求12所述的一种压燃式发动机，其特征在于当发动机的工作状态处于第一工作区时，所述目标空气燃料比率是一可燃成分少的空气燃料比率。

14．如权利要求12所述的一种压燃式发动机，其特征在于当发动机的工作状态处于第二工作区时，所述目标空气燃料比率为理想配比的空气燃料比率。

15．如权利要求12所述的一种压燃式发动机，其特征在于所述空燃比控制装置通过控制再循环排气量进而将空气燃料比率控制到所述目标空气燃料比率。

16．如权利要求1所述的一种压燃式发动机，其特征在于在发动机的排气管内设置有一三向催化器。