CN1648430A - 直接燃料喷射/火花点火发动机控制装置 - Google Patents

直接燃料喷射/火花点火发动机控制装置 Download PDF

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Abstract

一种控制装置被配置，以实现显著延迟的点火正时和燃烧稳定性，而且在发动机温度低时，导致排气温度升高，而导致HC排放减少。在完成预热而且内燃机的冷却剂温度超过80℃时，进行常规层状燃烧过程和均匀燃烧过程。在上止点的燃油喷射操作中，喷射开始正时ITS发生在压缩上止点(TDC)之前，而喷射结束正时ITE发生在压缩上止点(TDC)后，从而进行燃油喷射，以跨越压缩上止点。点火正时ADV发生在压缩上止点(TDC)后，而在从喷射开始正时ITS延迟后的正时发生点火。

Description

直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置
有关申请的交叉参考
该专利申请要求第2004-020085号和第2004-197533号日本专利申请的优先权。在此包含第2004-020085号和第2004-197533号日本专利申请的全部内容供参考。
技术领域
本发明涉及用于直接喷射火花点火内燃机的控制装置，该直接喷射火花点火内燃机直接将燃油喷入气缸，更具体地说，本发明涉及喷射正时和点火正时的控制。
背景技术
第2000-45843号日本公开专利申请公开了一种用于将全部燃油喷射量分割为提前喷射和延迟喷射的技术。进气行程期间进行提前喷射，而在压缩行程期间进行延迟喷射，在用于净化排气的催化转化器的温度比激活温度低时，点火正时被延迟到超过MBT点。
鉴于上述原因，本技术领域的技术人员根据该公开明白，需要一种用于直接喷射火花点火内燃机的改进装置。本发明解决了本技术领域内的这种需要以及本技术领域内的技术人员根据该公开想到的其它需要。
发明内容
已经发现，最好尽可能在最大程度上显著延迟点火正时，以降低HC，而提高排气温度，从而保证在内燃机温度低时，早期激活催化剂。然而，由于在显著延迟点火正时时，燃烧稳定性恶化，所以不能使点火正时延迟到某个极限之外，根据与燃烧稳定性有关的考虑，确定该极限。在上面描述的现有技术中，难以特别是在例如发动机温度低时的条件下，保证稳定燃烧，根据燃烧稳定性确定的点火正时的延迟极限相对提前，而且不能充分延迟点火正时。
根据这些事实，本发明的一个方面是在ATDC点火期间，改善燃烧稳定性，从而减少冷起动期间和其它时间的HC以及/或在早期阶段激活催化剂。
为了实现本发明的上述目的和其它目的，提供了一种直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，它主要包括：燃油喷射控制部分和点火正时控制部分。
燃油喷射控制部分被配置成控制燃油喷射阀的燃油喷射，该燃油喷射阀直接将燃油喷射到燃烧室内。该燃油喷射控制部分被进一步配置成设置燃油喷射正时，该燃油喷射正时包括喷射开始正时在压缩上止点前、而喷射结束正时在压缩上止点后的燃油喷射，以便在跨越压缩上止点的周期内进行燃油喷射。点火正时控制部分被配置成对设置在燃烧室内的火花塞的点火进行控制，使得点火正时被设置，以在压缩上止点或者在压缩上止点后点燃燃油。
根据下面结合附图所做的详细说明，本发明的这些以及其它目的、特征、方面以及优点对于本技术领域内的技术人员更加显而易见，下面的详细说明公开了本发明的优选实施例。
附图说明
现在参考作为该原始公开的一部分的附图：
图1是装备了根据本发明的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置的内燃机的原理图；
图2是装备了根据本发明的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置的内燃机的简化剖视图；
图3是装备了根据本发明的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置的内燃机的平面俯视图；
图4是示出根据本发明的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置的控制单元从起动到预热期间执行的控制操作的流程图；
图5A是示出根据本发明在压缩上止点的燃油喷射行程的燃油喷射正时和ATDC点火正时的燃油喷射正时和点火正时的时序图；
图5B是示出根据本发明的燃油喷射正时和ATDC点火正时的各种示例的燃油喷射正时的时序图；
图6是一个周期期间活塞位置变化和体积变化的特性图；
图7是示出一个周期期间大流量变化的特性图；
图8是示出一个周期期间非常小湍流变化的特性图；
图9是示出将传统燃油喷射与本发明的点火正时延迟限制进行比较的特性图；
图10是示出点火正时与排气温度之间关系的特性图；
图11是示出点火正时与HC排放之间关系的特性图；
图12是示出燃油喷射正时、点火正时以及燃烧稳定性之间关系的特性图；
图13是装备了根据本发明另一个实施例的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置的内燃机的简化剖视图；
图14是图13所示内燃机的平面俯视图；以及
图15是图14所示其中设置涡流阀代替滚动控制阀的内燃机的平面俯视图。
具体实施方式
现在将参考附图说明选择的本发明实施例。本技术领域内的技术人员根据该公开明白，下面对本发明实施例所做的描述仅用于说明，而不是为了限制所附权利要求及其等同确定的本发明。
首先，参考图1至3，利用原理图示出直接燃油喷射/火花点火内燃机，它装备了根据本发明的第一实施例的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置。该实施例的内燃机是例如直列式四缸发动机。这种发动机主要包括：气缸体1，具有多个气缸2；多个活塞3，可滑动地设置在气缸2内；以及气缸盖4，固定在气缸体1的上表面上。在活塞3与气缸盖4之间，气缸2、活塞3以及气缸盖4形成多个燃烧室5。气缸盖4具有一对进气门(intake valve)6，这对进气门6设置在每个燃烧室5的一对进气口7上。利用进气门6的运动以传统方式打开和关闭进气口7。气缸盖4还具有一对排气门8，这对排气门8设置在每个燃烧室5的一对排气口9上。利用排气门8的运动以传统方式打开和关闭排气口9。火花塞10设置在被这四个气门包围的、每个燃烧室5的顶面的中心。
在图2中可以看出，在该实施例中，在每个进气口7的内部设置隔壁11，用于将进气口7分割为两个(上、下)流道，从而根据工作条件，增强滚动气流(tumble flow)。还对每个进气口7设置滚动控制阀12。在上游端设置滚动控制阀12，用于打开和关闭下流道。本技术领域内的技术人员容易明白，在利用滚动控制阀12关闭下流道时，滚动气流被增强，而在打开滚动控制阀12时，滚动气流被减弱。
对每个燃烧室5分别设置燃油喷射阀15，用于将燃油直接喷入气缸2。燃油喷射阀15设置在气缸盖4的进气口7的下侧。更具体地说，燃油喷射阀15设置在一对进气口7之间的中间位置。设置燃油喷射阀15，以沿着垂直于活塞3(图3的平面俯视图未示出)的方向喷射燃油。燃油喷射阀15最好斜向下，如图2示出的剖视图所示。向下的斜角较小，即，以接近水平方向的方向喷射燃油。
活塞3的顶点是凸状的，它沿着燃烧室5的顶面的斜坡，燃烧室5是单坡斜顶形状的。在活塞3的中心形成凹形部分16。凹形部分16基本上是图3所示平面俯视图示出的矩形形状。凹形部分16的底面是曲面，该曲面是圆弓形的，或者接近圆弧，它具有规定的曲率半径，以便与滚动气流平行。
该实施例的发动机的排气系统具有排气管道21，排气管道21可流通地连接到燃烧室5的每个气缸排气口9。排气管道21包括催化转化器22，该催化转化器22具有以传统方式净化排气的催化剂。相对于催化转化器22，最好在排气管道21的上游侧设置氧气传感器或另一个空气燃油比传感器，如图1所示。
该实施例的发动机的排气系统具有进气管道24，该进气管道24可流通地连接到燃烧室5的每个气缸进气口7。进气管道24在其入口端设置电子控制节气门25。利用控制信号开启和关闭节气门25。为了控制发动机的进气管道24的进气量，配置并安排该电子控制节气门25。在排气管道21与进气管道24之间设置排气再循环管道，或EGR管道26，将排气再循环控制阀，或EGR控制阀27置于其之间。配置气缸滚动控制阀12，以利用负压滚动控制致动器29同度开启和关闭气缸滚动控制阀12，负压滚动控制致动器29根据通过电磁阀28产生的进气负压工作。
通过共轨33，将被燃油泵31和调压器32调节到预定油压的燃油送到燃油喷射阀15。因此，随着施加控制脉冲，开启每个气缸的燃油喷射阀，以喷射对应于开阀间隔数量的燃油。每个气缸2的火花塞10分别连接到点火线圈34。
利用发动机控制单元或ECU 35控制内燃机的燃油喷射正时、燃油喷射量、点火正时以及其它参数。
发动机控制单元使燃油空气混合物受控燃烧，如下所述。发动机控制单元35是包括中央处理单元(CPU)和外围装置的微型计算机。发动机控制单元35还可以包括其它传统部件，例如，输入接口电路、输出接口电路以及诸如ROM(只读存储器)装置和RAM(随机存取存储器)装置的存储装置。发动机控制单元35最好包括如下所述用于控制各部件的发动机控制程序。发动机控制程序35从用于检测发动机1的工作状态的各种传感器(下面做说明)接收输入信号，并根据这些信号进行发动机控制。根据该公开，本技术领域内的技术人员明白，发动机控制程序35的精确结构和算法可以是实现本发明功能的硬件和软件的任何组合。换句话说，说明书和权利要求中采用的“装置加功能(means plus function)”语句应该包括为了实现“装置加功能”语句的功能要实现的任何结构或硬件和/或算法或软件。
利用发动机控制单元35输出的信号操作的步进电机或其它装置，控制电子控制节气门25的开度。因此，电子控制节气门25控制通过进气管道2进入发动机的燃烧室5的空气量或空气的多少。
配置每一燃油喷射阀6，以便由发动机控制单元35输出的喷射脉冲信号激励的螺线管、与进气行程或压缩行程期间的发动机转速同步开启它。每一燃油喷射阀6喷射以预定压力加压的燃油。因此，喷射的燃油分布在整个燃烧室5内，使得对于进气行程喷射，形成均匀(homogenous)空气/燃油混合物(mixture)，而对于压缩行程喷射，围绕火花塞10形成层状空气/燃油混合物。根据发动机控制单元35输出的点火信号，火花塞10对空气/燃油混合物进行点火，然后，空气/燃油混合物燃烧(均匀燃烧模式、层状燃烧模式或双喷燃烧模式)。
发动机控制单元35从下面的传感器接收输入信号：空气燃油传感器23、加速踏板传感器30、曲轴转角传感器36、热线式气流计(未示出)、节气门传感器(未示出)以及发动机冷却剂温度传感器37。根据这些信号，发动机控制单元35进行发动机控制，包括但并不局限于：进气量Qa、点火正时、燃油喷射量以及燃油喷射正时。
加速踏板传感器30检测加速器开度APO，它向发动机控制单元35输出表示加速踏板的压下量的信号。曲轴转角传感器36检测发动机转速Ne，它对发动机控制单元35输出表示发动机转速Ne的信号。气流计检测进气量Qa，它向发动机控制单元35输出表示进气量Qa的信号。节气门传感器检测节气门位置TVO，它向发动机控制单元35输出表示节气门位置TVO的信号。发动机冷却剂温度传感器37检测发动机冷却剂温度或水温Tw，它向发动机控制单元35输出表示发动机冷却剂温度Tw的信号。
配置发动机控制单元35，以根据这些输入信号检测到的发动机工作条件，执行选择的燃烧模式(均匀燃烧、层状燃烧)，然后，相应地对电子控制节气门25的开度、燃油喷射阀15的燃油喷射正时和燃油喷射量以及火花塞10的点火正时进行控制。此外，在正常工作条件下(完成预热后)，利用约30至40的A/F比(稀层状燃烧(stratifiedlean combustion))执行极稀层状燃烧(extremely lean stratifiedcombustion)，均匀燃烧包括稀均匀燃烧(A/F＝20至30)和均匀理论配比燃烧。
在要求对催化转化器22内的催化剂进行预热时，本发明要求根据负荷条件进行最优燃烧控制，这包括冷起动过程。根据图4所示的流程图，发动机控制单元35进行这种控制，即从起动开始至催化剂预热(warming-up)的控制。
现在，说明图4所示的流程图，该流程图示出从起动开始至催化剂预热的控制过程。
在步骤S1，确定催化转化器22的催化剂是否被激活。具体地说，在设置了催化剂温度传感器时，检测催化剂温度。在未设置催化剂温度传感器时，根据发动机冷却剂温度传感器37检测的冷却剂温度Tw估计催化剂温度。作为一种选择，在起动时，可以根据冷却剂温度和起动后的进气量的积分值，估计催化剂温度。总之，确定检测或估计的催化剂温度是否等于或者高于预定激活温度。在催化转化器22的催化剂未激活时，系统进入步骤S2。
在步骤S2，作为在需要预热催化剂时执行的控制类型，点火正时被延迟到压缩(compression)上止点(TDC)或上止点后(ATDC)。具体地说，最好将点火正时设置在TDC与30°ATDC之间以进行ATDC点火。从图5A中可以看出，燃油喷射正时至少包括TDC燃油喷射，其喷射开始正时在压缩上止点前，而其喷射结束正时在压缩上止点TDC后，以便在跨越压缩上止点TDC的周期内，进行燃油喷射。从图5B可以看出，应该注意，燃油喷射正时可以是跨越(straddle)压缩上止点TDC的一次燃油喷射或者被划分为两次燃油喷射。如果采用两次燃油喷射，则在压缩行程喷射时进行第一次燃油喷射，而第二次燃油喷射跨越压缩上止点TDC。燃油喷射在燃烧室内产生的空气燃油比(在燃油喷射过程被分割为两次时，第二次燃油喷射在燃烧室内产生的空气燃油比)应该为理论配比，或者略稀(A/F＝16至17)。
完成步骤S2后，系统返回步骤S1。如果在催化剂需要预热时催化转化器22的催化剂已被激活，则系统从步骤S1进入步骤S3，并转变到常规控制。在常规控制过程中，根据工作条件，实现上面描述的稀层状燃烧、稀均匀燃烧、理论配比燃烧以及其它类型的燃烧。
图5A和5B举例说明与本发明的ATDC点火正时一起采用的燃油喷射正时。特别是，图5A举例说明位于压缩上止点的燃油喷射间隔和本发明的点火正时以及气缸内部压力的变化。从图5B中可以看出，燃油喷射正时可以是最好跨越压缩上止点TDC的单次喷射，或者被分割为两次燃油喷射。
从图5B中可以看出，TDC燃油喷射具有发生在压缩上止点(TDC)之前的喷射开始正时ITS和发生在压缩上止点(TDC)后的喷射结束正时ITE，以致TDC燃油喷射跨越压缩上止点TDC。该时间期间内每次喷射的喷射间隔T的长度与喷射量成正比。点火正时ADV出现在压缩上止点(TDC)后，并从喷射开始正时ITS开始，延迟预定曲轴转角(例如，15°CA至20°CA)。由于涡流或滚动气流在压缩上止点中断形成稳定区域，所以提高了燃烧的稳定性。因此，可以显著延迟点火正时。延迟的间隔D通常与从燃油喷射阀15到火花塞10的距离相关。
如图5B中的比较示例所示，如果利用在进气行程期间进行的第一次燃油喷射和在压缩行程的后半个行程进行的第二次燃油喷射(例如，90至45°BTDC)进行两次燃油喷射，则进气行程的第一次燃油喷射产生的湍流在压缩行程的后半个行程弱化。因此，即使在压缩行程的后半个行程进行第二次燃油喷射，几乎对ATDC点火不产生影响。
考虑到上述内容，在图5B所示的示例1中，至少一次燃油喷射发生在TDC，并且点火正时(ATDC喷射)在至少最后一次燃油喷射开始正时或者最后一次燃油喷射开始正时后开始，以增强位于TDC或者TDC后的气流，并在ATDC点火期间，利用高压燃油喷射产生的湍流，改善ATDC点火期间的燃烧(改善火焰扩散(propagation))。具体地说，如图5A中的示例1所示，在对燃烧室5内的燃油点火之前，利用一次TDC燃油喷射正时产生湍流。更具体地说，利用在开始进行膨胀行程时或者在膨胀行程期间，发生的极大延迟的(膨胀行程)燃油喷射，即，ATDC燃油喷射，使燃油喷入燃烧室5内。TDC行程燃油喷射具有在压缩行程发生的喷射开始正时ITS和在膨胀行程发生的喷射结束正时ITE，如图5B的示例1所示。最好将点火正时设置在15与30°ATDC之间，以进行膨胀行程或ATDC点火。因此，至少在30°ATDC之前完成一次TDC行程燃油喷射正时。
如果采用两次燃油喷射，则第一次燃油喷射发生在压缩行程喷射中，而第二次燃油喷射跨越压缩上止点TDC。第一次燃油喷射具有进行压缩行程燃油喷射的喷射开始正时ITS和喷射结束正时ITE(参考图5B所示的示例2和3)。
在图5B所示的示例2中，在压缩行程的头半个行程期间进行第一次燃油喷射，而在TDC进行第二次燃油喷射，其喷射开始正时ITS发生在压缩行程中和其喷射结束正时ITE发生在膨胀行程中。此外，最好将点火正时设置在15与30°ATDC之间，以进行膨胀行程或ATDC点火。
在图5B的示例3中，在压缩行程的后半个行程期间进行第一次燃油喷射，而在TDC进行第二次燃油喷射，其喷射开始正时ITS发生在压缩行程中和其喷射结束正时ITE发生在膨胀行程中。此外，最好将点火正时设置在15与30°ATDC之间，以进行膨胀行程或ATDC点火。在示例3中，发动机控制单元35的燃油喷射控制部分最好被配置成在压缩上止点前，在45°或者在45°CA后，执行第一次燃油喷射的第一次喷射开始正时ITS。当在压缩行程进行第一次燃油喷射时以及在点火之前的时间短时(从产生湍流到其消散的时间)，第一次燃油喷射有助于稳定的ATDC点火。换句话说，在进行了第一次燃油喷射后，通过在45°BTDC或者更后(最好在20°BTDC或更后)进行第二次燃油喷射，可以改善或者增强第一次燃油喷射产生的湍流。这样有助于在ATDC点火时的火焰扩散。
图6示出在内燃机的单个循环期间，因为活塞行程引起的活塞位置的变化和燃烧室5的体积的变化。在行程的中间位置附近，曲轴转角的每单位变化最大，而在下止点(BTC)和上止点(TDC)附近，曲轴转角的单位变化非常小，如该图所示。在在本发明中进行燃油喷射的压缩上止点附近，活塞位置的变化和体积的变化非常小。因此，可以形成不受活塞3的运动或者其它因素的影响的稳定位置。
在进气行程期间，在气缸2内产生较大涡流、滚动气流或另一种类型的气流，而且这种气流在压缩行程中保持有效。在活塞3的位置到达压缩上止点并且燃烧室在空间上变为受限制时，这种涡流、滚动气流或另一种大的气流迅速中断。
图7示出在发动机转速发生变化的情况下，燃烧室内大气流的流率的变化，并产生其强度与转速对应的涡流或滚动气流，如该图所示。在活塞到达上止点(360°CA)之前，该气流迅速中断(break up)。因此，在本发明中靠近压缩上止点喷射的燃油喷雾形成其形状对于火花塞始终稳定，而且不被诸如涡流或滚动气流的大气流移动的喷雾(spray)。
在气流中断时，诸如上述涡流和滚动气流的较大气流的能量被变换到非常小的湍流。在压缩上止点前，燃烧室5内的非常小的湍流立即迅速增加。图8是因为中断图7所示气流产生的非常小湍流强度(被变换为流速，并利用所谓湍流流率示出它)的示意图。在压缩上止点前，湍流立即显著增加，如该图所示。这种非常小的湍流有助于激活燃烧区，而且可以获得改进的燃烧效果。
即，位于压缩上止点附近、将燃油喷射到其内的燃烧室5内的区域内没有大到足以使燃油喷雾移动的气流，但是确实存在相当多的、非常小的用于激活燃烧的湍流，提供了一个对于活塞的运动非常稳定的区域。因此，可以实现稳定燃烧，其点火正时被延迟超过压缩上止点，而且使根据燃烧稳定性限制的点火正时的延迟极限被进一步延迟。因为该原因，可以利用显著延迟的点火正时显著提高排气温度，而且可以减少HC排放。
在以上述方式配置的内燃机内，在完成预热发动机时，例如，在冷却剂温度超过80℃时，进行常规层状燃烧操作和均匀燃烧操作。换句话说，在预定范围内，以低速和低负荷，在基本关闭滚动控制阀12的条件下，在适合作为常规(normal)层状燃烧操作的压缩行程的正时，燃油喷射，而在压缩上止点前发生的正时进行点火。应该注意，在该工作模式下，始终在压缩上止点前完成燃油喷射。利用沿凹形部分16转动的滚动气流，使在压缩行程中向活塞3的喷射的燃油汇集到火花塞10的附近，然后，在该位置点火。因为该原因，可以实现平均空气燃油比稀的层状燃烧。在预定范围内，以较高速度和负荷，滚动控制阀12被基本打开的条件下，在作为正常均匀燃烧操作的压缩行程进行燃油喷射，然后，在压缩上止点前的MBT点，进行点火。在这种情况下，在气缸内，燃油是均匀空气燃油混合物，而且基本上在理论空气燃油比附近执行操作。
相反，为了起动催化转化器22，选择压缩上止点的燃油喷射操作，以减少HC排放，并在内燃机的冷却剂温度是80℃或者更低时，促使温度升高。换句话说，如上所述，在发动机未完成预热时，则选择压缩上止点燃油喷射操作。在上止点的第二次燃油喷射的燃油喷射操作中，在压缩上止点(TDC)之前发生喷射开始正时ITS，而在压缩上止点(TDC)后，发生喷射结束正时ITE，从而进行燃油喷射，以便跨越压缩上止点。在压缩上止点(TDC)后，发生点火正时ADV，而在从喷射开始正时ITS开始被延迟了15°CA至20°CA的正时发生点火。由于在该延迟间隔期间，燃油喷雾精确到达火花塞10的附近，并在火花塞10的附近形成可燃空气燃油混合物，所以燃油喷雾可靠地达到起火燃烧，然后，进行层状燃烧。对此时的燃油喷射量进行控制，以使平均空气燃油比为理论空气燃油比。
在本实施例中，控制燃油喷射正时，以便第二次燃油喷射的喷射开始正时ITS等于预定曲轴转角，并利用喷射开始正时ITS和燃油喷射量(喷射时间)，确定第二次燃油喷射的喷射结束正时ITE。应该注意，还可以采用其中根据燃油喷射量计算第二次燃油喷射的喷射开始正时ITS和第二次燃油喷射的喷射结束正时ITE的配置，以便在燃油喷射间隔中，压缩上止点前的间隔与压缩上止点后的间隔相等。
这样，可以保证燃烧的稳定性和显著延迟的点火正时，而且通过燃油喷射以跨越压缩上止点，并延迟点火正时超过压缩上止点，可以实现充分提高排气的温度而减少HC排放。
图9示出利用如上所述喷射燃油以跨越压缩上止点的本实施例的情况和使用在压缩上止点前完成燃油喷射的传统燃油喷射过程的情况，根据燃烧稳定性控制的点火正时的延迟极限的比较。换句话说，由于如该图中的曲线所示，在延迟点火正时时，燃烧稳定性变差，所以燃烧稳定性的限制制约了延迟点火正时，而且实际上，由于考虑到容限，点火正时的延迟被限制到虚线表示的位置。在传统的燃油喷射过程中，对于同样的燃烧稳定性限制，延迟被限制到虚线a的位置。相反，在本实施例中，可以使燃油喷射延迟到虚线b表示的位置，在本实施例中，喷射燃油以跨越压缩上止点。
图10示出点火正时ADV与排气温度之间的关系，而且通过使点火正时ADV延迟得超过压缩上止点，可以使排气温度更高。在本实施例中将点火正时ADV的设置点设置到尽可能靠近燃烧稳定性极限的点，该燃烧稳定性极限是燃烧稳定性变差的极限。
图11示出点火正时与HC排放之间的关系，而且通过使点火正时ADV延迟超过压缩上止点，可以更多地减少HC排放。换句话说，由于在空气燃油混合物被分层的情况下进行点火，所以未燃烧的燃油减少，而且HC排放也减少。在利用过大延迟设置点火正时ADV时，燃烧稳定性自然降低，而HC趋向于变差，因为喷射的燃油被扩散，如该图所示。
图12示出燃油喷射正时IT(喷射开始正时ITS)、点火正时ADV以及燃烧稳定性之间的关系。在喷射开始正时ITS和点火正时ADV作为参数的情况下，以轮廓线的方式示出表示同样燃烧稳定性的线。在该图中的被表示为“IT＝ADV”的线是喷射开始正时ITS和点火正时ADV相等的线，而且该线之上的区域表示点火正时ADV较慢。交替的长和短划虚线m表示燃油喷雾到达火花塞10之前的时间差。在喷射开始正时ITS在上止点的附近时，燃烧稳定性最高，而在此后，点火正时ADV被少许延迟，如该图所示。同样燃烧稳定性的各条线的内部区域是可以发生燃烧的范围，作为燃烧稳定性容许程度的燃烧稳定性极限限制该区域。在本实施例中，设置点火正时ADV，以在该范围内实现最大延迟，然后，根据点火正时ADV，设置喷射开始正时ITS。变换实施例
现在，参考图13-15，说明根据变换实施例的内燃机。鉴于第一实施例与变换实施例的相似性，利用与第一实施例中的各部分相同的参考编号表示变换实施例中与第一实施例中的各部分相同的部分。此外，为了简洁起见，省略对变换实施例中与第一实施例中的各部分相同的部分进行说明。
这些变换实施例是其中燃油喷射阀15的位置已经被改变的实施例。在所谓燃油喷射方式中，燃油喷射阀15设置在被一对进气门6和一对排气门8包围的、燃烧室5的顶面的中心。火花塞10设置在燃油喷射阀15的附近。配置燃油喷射阀15，以便以接近垂直的角度喷射燃油，更具体地说，燃油喷射阀15对着火花塞10少许倾斜，喷雾部分向火花塞10的电极部分的附近移动。应该注意，活塞3的顶点具有整体适当(moderate)凸面。此外，滚动控制阀12设置在进气口7上，用于增强滚动气流，如图13所示。作为一种选择，在进气口7上设置已知的涡流控制阀41，以便仅打开和关闭进气口7之一，而不设置滚动控制阀12，如图14所示。因此，通过关闭涡流控制阀41，产生涡流。
还可以在具有这种配置的内燃机中，实现上面描述的上止点操作。
在说明的实施例中，描述了其中为了根据要求增强滚动气流或涡流，而设置滚动控制阀或涡流控制阀的示例，但是本发明同样可以应用于未装备用于这样增强气流的装置的内燃机。
正如在此为了说明上面的实施例所使用的那样，下面的方向性术语“向前、向后、之上、向下、垂直、水平、之下和横向”以及其它类似的方向性术语指装备了本发明的车辆的这些方向。因此，像所使用的用来描述本发明的这些术语应当被理解为是相对于本发明的车辆而言。在此为了描述部件、部分、装置等实现的操作或功能使用的术语“检测”包括不需要进行物理检测的部件、部分、装置等，也包括执行操作或功能的确定或计算等。在此为了描述装置的部件、部分或单元使用的术语“配置”包括被构造和/或编程以实现要求的功能的硬件和/或软件。此外，在权利要求中被表示为“装置加功能”的术语应该包括为了实现本发明的该部分的功能可以采用的任何结构。在此使用的诸如“基本上”、“约”和“接近”的关于程度的术语表示所修改术语的合理偏离量，使得不显著改变最终结果。例如，如果该偏离不否定其修改词的意思，可把这些术语被理解为包括对修改术语的±5％的偏离。
尽管以上仅选择所选实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员从所公开的内容清楚地理解在不脱离如后附的权利要求所限定的本发明的情况下，可对本发明进行各种变化和修改。此外，根据本发明的实施例的上述描述只是用于说明，而非用于限制由后附的权利要求和其它等同所限定的本发明。因此，本发明的范围不限于上述所公开的实施例。

Claims (18)

1、一种直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，包括：
燃油喷射控制部分，被配置成控制燃油喷射阀的燃油喷射，该燃油喷射阀直接将燃油喷射到燃烧室内，该燃油喷射控制部分被进一步配置成设置燃油喷射正时，该燃油喷射正时包括喷射开始正时在压缩上止点前、而喷射结束正时在压缩上止点后的燃油喷射，以便在跨越压缩上止点的周期内进行燃油喷射；以及
点火正时控制部分，被配置成对设置在燃烧室内的火花塞的点火进行控制，使得点火正时被设置，以在压缩上止点或者在压缩上止点后点燃燃油。
2、根据权利要求1所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
点火正时控制部分被进一步配置成将点火正时设置在喷射开始正时后的15°CA与20°CA之间。
3、根据权利要求1所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成设置基本上相等的压缩上止点前的燃油喷射间隔和压缩上止点后的燃油喷射间隔。
4、根据权利要求1所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成设置附加燃油喷射的附加喷射开始正时，使得在附加燃油喷射中，附加燃油喷射的一部分在压缩行程中喷射被喷射。
5、根据权利要求4所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成将附加燃油喷射的附加喷射开始正时设置在压缩行程的后半个行程期间。
6、根据权利要求5所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成将附加燃油喷射的附加喷射开始正时设置在压缩上止点前的45°CA或者45°CA后。
7、根据权利要求1所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成在收到提高排气温度的命令时，设置燃油喷射正时。
8、根据权利要求1所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成设置燃油喷射正时，使得在点火期间燃烧室内的平均空气燃油比在约理论配比空气燃油比与稍稀空气燃油比之间的范围。
9、根据权利要求2所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成设置基本上相等的压缩上止点前的燃油喷射间隔和压缩上止点后的燃油喷射间隔。
10、根据权利要求2所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成设置附加燃油喷射的附加喷射开始正时，使得在附加燃油喷射中，附加燃油喷射的一部分在压缩行程中喷射被喷射。
11、根据权利要求10所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成将附加燃油喷射的附加喷射开始正时设置在压缩行程的后半个行程期间。
12、根据权利要求11所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成将附加燃油喷射的附加喷射开始正时设置在压缩上止点前的45°CA或者45°CA后。
13、根据权利要求11所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成在收到提高排气温度的命令时，设置燃油喷射正时。
14、根据权利要求11所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成设置燃油喷射正时，使得在点火期间燃烧室内的平均空气燃油比在约理论配比空气燃油比与稍稀空气燃油比之间的范围。
15、根据权利要求3所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成在收到提高排气温度的命令时，设置燃油喷射正时。
16、根据权利要求3所述的直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，其中
燃油喷射控制部分被进一步配置成设置燃油喷射正时，使得在点火期间燃烧室内的平均空气燃油比在约理论配比空气燃油比与稍稀空气燃油比之间的范围。
17、一种直接燃油喷射/火花点火发动机控制装置，包括：
燃油喷射控制装置，用于控制燃油喷射阀的燃油喷射，该燃油喷射阀直接将燃油喷射到燃烧室内，该燃油喷射控制装置被进一步配置成设置燃油喷射正时，该燃油喷射正时包括喷射开始正时在压缩上止点前、而喷射结束正时在压缩上止点后的燃油喷射，以便在跨越压缩上止点的周期内进行燃油喷射；以及
点火正时控制装置，用于对设置在燃烧室内的火花塞的点火进行控制，使得点火正时被设置，以在压缩上止点或者在压缩上止点后点燃燃油。
18、一种用于控制直接燃油喷射/火花点火发动机的方法，包括：
控制燃油喷射阀的燃油喷射，该燃油喷射阀直接将燃油喷射到燃烧室内；
设置燃油喷射正时，该燃油喷射正时包括其中喷射开始正时在压缩上止点前、而喷射结束正时在压缩上止点后的燃油喷射，以便在跨越压缩上止点的周期内进行燃油喷射；以及
对设置在燃烧室内的火花塞的点火进行控制，使得点火正时被设置，以在压缩上止点或者在压缩上止点后点燃燃油。
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