CN1854481A - 缸内喷射型火花点火式内燃机 - Google Patents
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Abstract
在通过喷雾引导方法的分层燃烧(SG燃烧)和通过壁引导方法的分层燃烧(WG燃烧)都可行的共存区域中，当实现从SG燃烧到WG燃烧的改变时，ECU11获得给出一组能通过WG燃烧实现和改变前的SG燃烧的目标扭矩Tq一样的目标扭矩的燃料喷射时间和点火时间的点b，并且使燃料喷射时间和点火时间逐步从SG区域中的点a跳过熄火区域改变到WG区域中的点b，而后连续改变到给出相应于MBT的一组最佳燃料喷射时间和点火时间的点c。
Description
技术领域
本发明涉及燃料直接喷射进燃烧室并且通过火花塞点火的缸内喷射型火花点火式内燃机。
背景技术
在燃料直接喷射进燃烧室的缸内喷射型火花点火式内燃机中能实现分层稀薄燃烧，在燃烧室中，点火在全部是非常稀的空气/燃料混合比下进行，例如，在压缩冲程中，把从燃料喷射阀中喷射的燃料喷雾(fuel spray)输送到火花塞的电极部分附近，因此在火花塞的电极部分周围形成具有接近理想空气/燃料混合比的空气/燃料混合比的混合气体。有各种方式将喷雾输送到火花塞的电极部分附近。例如在日本未审查专利公报No.平成11-210472(以下简称专利文件1)中提出一种内燃机，该内燃机被安排为取决于发动机的运转条件执行不同的输送燃料喷雾的方式(下文中称为“喷雾输送模式”)之间的改变。
在专利文件1中披露的技术中，燃料喷射阀设置在燃烧室的顶部几乎垂直的位置，火花塞设置成其电极部分位于燃料喷射阀的喷孔部分附近并且面对该喷孔部分，在活塞的顶面上形成一个空腔。当发动机处在低发动机负荷运转区域时，通过所谓的喷雾引导方法实现分层燃烧，该喷雾引导方法中，通过延迟燃料喷射时间使其接近点火时间，将发动机设置成当来自燃料喷射阀的喷雾在其自身动能的基础上到达火花塞的电极部分附近的时候进行点火。同时，当发动机处在高发动机负荷运转区域时，通过所谓的壁引导方法实现分层燃烧，该壁引导方法中，通过提前燃料喷射时间，将发动机设置成在由活塞的空腔产生的翻滚气流的帮助下将喷雾输送到火花塞的电极部分附近并点火。
如在专利文件1中披露的技术一样，为了根据内燃机的负荷改变喷雾输送模式，必须利用规定的发动机扭矩作为阈值(threshold)来改变燃料喷射时间和点火时间。然而，在使用普通的燃料喷射时间图(map)和普通的点火时间图的控制中，为了防止由于燃料喷射时间和点燃时间的突然变化而产生扭矩的跳变，通过对控制图进行内插，使燃料喷射时间和点火时间连续变化。这样就造成了在改变喷雾输送模式时由于以下的原因导致熄火的问题：
图4是涉及规定的空气/燃料混合比的特性图表并在燃料喷射时间Tij(横轴)和点火时间Tig(纵轴)方面显示能通过喷雾引导方法获得稳定的分层燃烧的区域(SG区域)和能通过壁引导方法获得稳定的分层燃烧的区域(WG区域)。图4显示，在该空气/燃料混合比中，SG区域和WG区域互相独立，在它们中间是熄火区域。因此，如果使燃料喷射时间Tij和点火时间Tig通过以上提到的内插方法连续变化，会发生燃料喷射时间和点火时间长时间停留在熄火区域，使熄火状态持续的情况。为了避免这种情况，喷雾输送模式需要取决于发动机负荷而改变，然而，不能执行这种模式的改变。因而，两种燃料输送模式的优点，诸如改善燃料经济性和减少NOx，不能被充分利用。
发明内容
本发明的提出是为了解决以上提到的问题。本发明的主要目的是提供一种缸内喷射型火花点火式内燃机，该内燃机能够改变燃料喷雾输送模式，抑制由内燃机产生的扭矩的跳变，防止熄火，从而能够充分利用每个燃料喷雾输送模式的优点。
为了能够实现这个目的，根据本发明的缸内喷射型火花点火式内燃机包括直接将燃料喷射进燃烧室的燃料喷射阀；具有位于由燃料喷射阀喷射的燃料喷雾的路径附近的电极部分的火花塞；和安排为能够使已通过火花塞的电极部分附近的燃料喷雾折返，而使该喷雾再次输送到电极部分附近的活塞，其中缸内喷射型火花点火式内燃机能够在运转时有选择地在由燃料喷射阀喷射的燃料喷雾通过火花塞的电极部分附近时点火的第一喷雾输送模式的分层燃烧，和在已通过电极部分附近的燃料喷雾由使其折返的活塞再次输送到电极部分附近时点火的第二喷雾输送模式的分层燃烧之间改变，其特征如下：
该缸内喷射型火花点火式内燃机进一步包括：
模式改变确定装置，该模式改变确定装置被安排确定在第一喷雾输送模式的分层燃烧和第二喷雾输送模式的分层燃烧都是可行的共存运转区域中是否执行两个喷雾输送模式之间的改变；
喷射时间和点火时间计算装置，该喷射时间和点火时间计算装置被安排来当模式改变确定装置确定改变喷雾输送模式时计算通过改变后的喷雾输送模式的分层燃烧能够获得几乎和改变前由内燃机产生的扭矩一样的发动机扭矩的一组燃料喷射时间和点火时间；和
喷雾输送模式改变装置，该喷雾输送模式改变装置被安排来当模式改变确定装置确定改变喷雾输送模式时以由喷射时间和点火时间计算装置计算的结果为基础逐步改变内燃机的喷射时间和点火时间。
因此，当由燃料喷射阀喷射的燃料喷雾通过火花塞的电极部分附近时，燃料喷雾能在第一喷雾输送模式中点火，然后，当由活塞折返的燃料喷雾再次被输送至电极部分时，燃料喷雾能在第二喷雾输送模式中点火。
关于发动机负荷和空气/燃料混合比，在可执行第一喷雾模式的分层燃烧的区域和可执行第二喷雾模式的分层燃烧的区域之间有差别，但是在这两个区域之间也有可同时实行第一喷雾模式的分层燃烧和第二喷雾模式的分层燃烧的共存区域。在该共存区域中，能实现分层燃烧的燃料喷射时间和点火时间取决于喷雾输送模式而变化。因此，在一些情况下，关于燃料喷射时间和点火时间，共存区域包括互相独立的第一喷雾模式区域和第二喷雾模式区域，它们之间为熄火区域。
当模式改变确定装置确定改变喷雾输送模式时，喷射时间和点火时间计算装置计算一组通过改变后的喷雾输送模式中的分层燃烧能够获得和切换前的发动机扭矩几乎一样的发动机扭矩的燃料喷射时间和点火时间，在计算结果的基础上，喷雾输送模式改变装置以跳过熄火区域的方式逐步改变燃料喷射时间和点火时间。因此，伴随喷雾输送模式的改变由内燃机产生的扭矩的跳变被抑制，由于燃料喷射时间和点火时间停留在熄火区域而产生的持续的熄火被防止。所以，可在改变喷雾输送模式时不用担心扭矩跳变和熄火。
这样就可以使内燃机在对于与燃料经济性和NOx排放等方面有关的当前运转状况最佳的喷雾输送模式中运转，并且能够充分利用每个喷雾输送模式的优点。
在像这样的缸内喷射型火花点火式内燃机中，最好喷射时间和点火时间计算装置计算一组以与改变前相同的空气/燃料混合比通过改变之后的喷雾输送模式的分层燃烧能够实现和改变前几乎一样的发动机扭矩的燃料喷射时间和点火时间；喷雾输送模式改变装置逐步改变燃料喷射时间和点火时间，并保持同一个空气/燃料混合比。
由于燃料喷射时间和点火时间在同一空气/燃料混合比的基础上计算并以计算结果为基础逐步变化，保持同一空气/燃料混合比，因此，可以不再需要为了抑制伴随着喷雾输送模式改变的空气/燃料混合比变化而采取措施，例如并行控制节流阀。
在缸内喷射型火花点火式内燃机中，最好当喷射时间和点火时间计算装置计算多组能够获得与改变前几乎一样的发动机扭矩的燃料喷射时间和点火时间时，喷雾输送模式改变装置选择一组根据燃料经济性及扭矩最接近于改变后的喷雾输送模式的最佳控制点的燃料喷射时间和点火时间，并将燃料喷射时间和点火时间逐步改变到被选择的该组燃料喷射时间和点火时间。
这样，当计算多组能够获得与喷雾输送模式改变前几乎一样的发动机扭矩的多组燃料喷射时间和点火时间时，从这些候选组中选择一组根据燃料经济性及扭矩与最佳控制点最接近的燃料喷射时间和点火时间，并将燃料喷射时间和点火时间变化到被选择的该组燃料喷射时间和点火时间。因此，伴随着喷雾输送模式改变的燃烧性能下降被减小到最小限度。
在缸内喷射型火花点火式内燃机中，最好喷雾输送模式改变装置逐步改变燃料喷射时间和点火时间，而后将燃料喷射时间和点火时间连续变化到根据燃料经济性和扭矩在改变后的喷雾输送模式中的最佳控制点。
由于燃料喷射时间和点火时间被逐步变化，然后连续变化到根据燃料经济性和扭矩的最佳控制点，所以在喷雾输送模式改变后的喷雾输送模式的运转中能够获得良好的燃料经济性和扭矩。
在缸内喷射型火花点火式内燃机中，最好与确定是否实现从第一喷雾输送模式改变到第二喷雾输送模式的阈值相比较，模式改变确定装置在以更低的负荷或更稀的空气/燃料混合比设定的阈值的基础上确定是否实现从第二喷雾输送模式到第一喷雾输送模式的改变。
与和吸气流一起扩散的燃料喷雾再次被输送到电极部分时进行燃料喷雾点火的第二喷雾输送模式作比较，在来自燃料喷射阀的燃料喷雾通过火花塞的电极部分附近时进行燃料喷雾点火的第一喷雾输送模式中，能实现分层燃烧的燃烧喷射时间和点火时间的范围相当狭窄。因此，存在这样的情况，在第一喷雾输送模式中不存在任何一组能够获得几乎一样的发动机扭矩的燃料喷射时间和点火时间。这种情况是发生扭矩跳变的原因。
关于负荷和空气/燃料混合比，主要在低负荷和稀空气/燃料混合比的区域，第一喷雾输送模式下的分层燃烧是可行的。这意味着当负荷更低和空气/燃料混合比更稀时，共存区域有能够实现在第一喷雾输送模式中的分层燃烧的燃料喷射时间和点火时间的更大的范围。因此，当以在更低的负荷和更稀的空气/燃料混合比下设定的阈值为基础在共存区域中进行从第二喷雾输送模式到第一喷雾输送模式的改变时，几乎相同的发动机扭矩或者虽然不相同但较接近于改变前的发动机扭矩能被实现的可能性较高。结果，伴随着朝向第一喷雾输送模式的改变而产生的扭矩跳变能以更高的必然性得到抑制。
附图说明
图1是显示本发明的实施例的缸内喷射型火花点火式内燃机的示意结构的示意图；
图2是显示能通过喷雾引导方法实现分层燃烧的区域和能通过壁引导方法实现分层燃烧的区域的特性图；
图3是定义喷雾引导运转区域和壁引导运转区域的控制图。
图4是显示进行从喷雾引导方法到壁引导方法的改变时，燃料喷射时间和点火时间怎样从SG区域转移到WG区域的说明图；
图5是显示进行喷雾引导方法和壁引导方法之间的改变时，怎样进行控制的时间表；
图6是显示进行从喷雾引导方法到壁引导方法的改变时，扭矩怎样变化的说明图；
图7是显示进行从壁引导方法到喷雾引导方法的改变时，燃料喷射时间和点火时间怎样从WG区域转移到SG区域的说明图。
具体实施方式
下文将对本发明的实施例的缸内喷射型火花点火式内燃机进行说明。
图1是显示本发明的实施例的缸内喷射型火花点火式内燃机的示意结构的示意图。本实施例的内燃机形成为直列式4缸发动机。图中涉及一个汽缸，其他汽缸具有完全相同的结构。
在内燃机E的汽缸体1中形成的汽缸1a内，活塞2被装配成能上下滑动。汽缸体1上固定汽缸盖3。汽缸盖3的下表面被形成为包括分别向下倾斜到内燃机E的吸气侧(图1的左侧)和排气侧(图1的右侧)的一对倾斜表面3a，3b。这对倾斜表面3a，3b，汽缸1a的内表面以及活塞2的顶面限定了所谓的单坡屋顶型燃烧室4。在活塞顶面中形成空腔2a。该空腔2a具有使流入燃烧室4内的吸入空气在空腔2a内向上折返以产生翻滚气流的最佳形状。
燃料喷射阀5安装到汽缸盖3上相对于两斜面3a，3b的相交处形成的突脊稍许偏向吸气一侧的位置上。燃料喷射阀5保持在几乎垂直但稍许倾斜的位置，使其上端位于比下端更略微偏向吸气侧的位置，在下端的喷射孔部分5a面对燃烧室4内部，能向燃烧室4内喷射燃料。另外，火花塞6安装在汽缸盖3上相对于两斜面3a，3b之间的突脊稍许偏向排气侧的位置上，火花塞6保持在几乎垂直但稍许倾斜的位置，使其上端位于比下端更略微偏向排气侧的位置，下端的电极部分6a面对燃烧室4内部。
由于燃料喷射阀5和火花塞6之间的这样的位置关系，在燃烧室4内燃料喷射阀5的喷射孔部分5a和火花塞6的电极部分6a互相接近，通过喷射孔部分5a喷射的燃料喷雾通过电极部分6a附近(直接在下方)。燃料喷雾的输送路径和电极部分6a之间的位置关系不局限在以上的关系，只要通过后面所述的喷雾引导方法混合气体能被点火，该关系就能以任何方式修改，例如电极部分6a可以位于燃料喷雾的输送路径上。
在汽缸盖3的吸气侧的倾斜面3a上形成一对吸气口，使其在内燃机E的前后方向(垂直于纸面的方向)上排列，燃料喷射阀5处于两个吸气口7之间。同样在汽缸盖3的排气侧的倾斜面3b上形成一对排气口8，使其在前后方向上排列，火花塞6处于两个排气口8之间。每个吸气口7中都设置一个吸气阀7a，而每个排气口8中都设置一个排气阀8a。通过汽缸盖3上设置的阀驱动机构(图上未显示)，与曲轴的旋转同步，吸气阀7和排气阀8以规定的时间被驱动开闭。
两个吸气口7和其他汽缸的吸气口都连接到共用的吸气通路(图上未显示)。当发动机运转时，引入吸气通路的吸入空气根据节流阀的开度受到流量控制，然后被分配到各个汽缸，当吸气阀7a打开时通过两个吸气口7流入燃烧室4内。同时，两个排气口8和其他汽缸的排气口都连接到共用的排气通路(图上未显示)。当发动机运转时，在排气阀8a打开时，燃烧后留在燃烧室4内的废气通过两个排气口8排向排气通路，和来自其他汽缸的废气合流，经过设置在排气通路中的催化净化器(catalytic converter)和消音器向外部排出。
在车厢内设置一个包括图上未显示的输入/输出装置，用来储存控制程序和控制图等的存储器(ROM，RAM等)，中央处理单元(CPU)，定时器计数器等的ECU(电子控制单元)11。ECU 11的输入侧连接了各种传感器，诸如检测内燃机E的转速Ne的转速传感器12，检测内燃机E的节流开度θth的节流传感器13，检测加速器下降θacc的加速器传感器14。ECU 11的输出侧连接了各种装置，诸如上述燃料喷射阀5，驱动各个火花塞6的点火器15。
以事先准备的燃料喷射量图，燃料喷射时间图和点火时间图为基础，根据发动机转速Ne和加速器下降θacc等，ECU 11设定了燃料喷射量Q，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig，并以这些目标值为基础控制燃料喷射阀5的打开周期和打开时间，和控制驱动点火器15使火花塞6点火的点火时间。
根据从加速器下降θacc等得到的目标扭矩Tq和发动机转速Ne，运转时的内燃机E能在均匀燃烧和分层燃烧之间切换。具体来说，当内燃机处在目标扭矩Tq或发动机转速Ne相对高的运转区域中时，通过在吸气冲程中喷射燃料进行均匀燃烧，从而形成均匀的混合气体并使其燃烧。同时，当内燃机处在目标扭矩Tq和发动机转速Ne相对低的运转区域中时，通过在压缩冲程中喷射燃料进行分层燃烧，从而在火花塞6的电极部分6a的周围形成具有接近于理想空气/燃料混合比的空气/燃料混合比的混合气体，导致燃烧全部在非常稀的空气/燃料混合比中进行。
在本实施例中，根据内燃机E的运转状况，以不同的喷雾输送模式(输送喷雾的不同的方式)实现上述分层燃烧。这些喷雾输送模式将在下文中详细说明。
在吸气冲程中通过吸气口7流入燃烧室4内的吸入空气由活塞2的空腔2a折返向上以形成翻滚气流。在内燃机E进行到压缩冲程后，所形成的翻滚气流仍然持续。当内燃机E以分层燃烧运转时，在压缩冲程中由燃料喷射阀5喷射的燃料喷雾以其自身的动能通过火花塞6的电极部分6a的正下方，然后和吸入空气的翻滚气流一起在上升中的活塞2的空腔2a内被折返向上，再次到达火花塞6的电极部分6a附近。
结果，在电极部分2a的周围燃料喷雾形成了能点火的混合气体，以提供两次点火的机会，这两次机会也就是在燃料喷雾被喷射后立即通过火花塞6的电极部分6a的正下方的时刻，然后在燃料喷雾与翻滚气流一起通过被活塞空腔2a折返再次到达电极部分2a的时刻。所谓的喷雾引导方法的喷雾输送模式下的分层燃烧通过在前者时刻进行点火而实现。所谓的壁引导方法的喷雾输送模式下的分层燃烧通过在后者时刻进行点火而实现。
喷雾引导方法和壁引导方法在像这样的输送燃料喷雾的方式上不同，因此能实现分层燃烧的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig根据喷雾输送模式而变化。有关空气/燃料混合比和转速，图2显示了在每种喷雾输送模式中可实现分层燃烧的区域。如图2所示，通过喷雾引导方法的分层燃烧(以下称为“SG燃烧”)可在空气/燃料混合比相对稀转速相对高的区域(以下称为“SG区域”)中实现。同时，通过壁引导方法的分层燃烧(以下称为“WG燃烧”)可在空气/燃料混合比相对富余转速相对低的区域(以下称为“WG区域”)中实现。在两个区域之间存在一个在任何喷雾输送模式中分层燃烧都能实现的共存区域。
从图2所示的特性可以期待，主要在低转速高扭矩的运转区域中，由于较富余的空气/燃料混合比，WG燃烧导致良好的燃料经济性和NOx抑制，在其他的运转区域，SG燃烧导致了良好的燃料经济性。在分层燃烧的运转中，ECU11根据图3所示的控制图进行喷雾输送模式之间的改变，主要在低转速高扭矩运转区域实现WG燃烧，在其他运转区域实现SG燃烧。
以图3的控制图为基础的喷雾输送模式的改变能在图2所示的共存区域中执行，在共存区域可实行任何一种喷雾输送模式中的分层燃烧。在共存区域内的任何点，在任何喷雾输送模式下分层燃烧都能实现，但是能够实现分层燃烧的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig取决于喷雾输送模式改变。图4是涉及在共存区域中某个空气/燃料混合比的特性图，并显示了和燃料喷射时间Tij和点火时间Tig有关的SG区域和WG区域。正如从图4中所见，SG区域和WG区域互相独立，它们之间为熄火区域。
应注意的是，图4所示的特性只是一个实例，SG区域和WG区域的范围和形状，在两个区域之间的位置关系等根据空气/燃料混合比而变化。在一些情况下，SG区域和WG区域是交迭的。然而，基本上在大多数空气/燃料混合比中，两个区域是互相独立的。
当在共存区域中喷雾输送模式被改变时，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig被改变，以从SG区域转移到WG区域或者从WG区域转移到SG区域。在通常进行的燃料喷射时间图控制和点火时间图控制中，为了防止由内燃机E产生的扭矩跳变，通过进行对控制图的内插，使燃料喷射时间Tij和点火时间Tig连续变化。在这种技术中，存在燃料喷射时间Tij和点火时间Tig长时间停留在熄火区域以至于熄火持续的情况，因此，在本实施例中，为了避免这类情况，当喷雾输送模式改变时停止内插并且采取对付熄火的措施。
图5是显示当进行喷雾引导方法和壁引导方法之间的改变时怎样进行控制的时间表。图6是显示进行从喷雾引导方法到壁引导方法的改变时扭矩怎样变化的说明图。
例如，在SG燃烧的运转中，当内燃机E的负荷增加时，目标扭矩Tq被设定得更大，并且为了实现目标扭矩Tq，目标空气/燃料混合比(目标A/F)被改变到更富余。在图5中，参考符号α表示上述共存区域的空气/燃料混合比宽度。在共存区域内进行喷雾输送模式从喷雾引导方法到壁引导方法的改变。在本实施例中，以目标扭矩Tq为基础确定改变喷雾输送模式的时间。当目标扭矩Tq超过共存区域内相应于空气/燃料混合比宽度α的预先设定的SW转换扭矩(阈值)时，通过壁引导方法，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig被改变到一组能够获得同一目标扭矩Tq的燃料喷射时间和点火时间，或者，如果该同一目标扭矩Tq不可能获得，则改变到最接近与目标扭矩Tq的扭矩(发动机负荷：在以下的说明中，词语“同一目标扭矩Tq”被用以包括最接近于目标扭矩Tq的扭矩)。
这里，如图4所示的SG区域和WG区域的特性(每个区域的范围和形状，两个区域之间的位置关系等)根据空气/燃料混合比而变化，并且以在相应于SW转换扭矩的空气/燃料混合比的区域特性为基础实现喷雾输送模式的改变。如果在喷雾输送模式改变后实现和改变前相同的目标扭矩Tq则是理想的。因此，该SW转换扭矩被设定来对应于这样的空气/燃料混合比，在该空气/燃料混合比上，就存在一组能够实现相同的目标扭矩Tq的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig的可能性而论，该区域特性为最佳。以这样设定的SW转换扭矩为基础确定改变喷雾输送模式的时间(模式改变确定装置)。
在改变前的SG燃烧中，在燃料喷射时间图和点火时间图的基础上，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig被设定到相应于根据燃料经济性提供最佳扭矩的MBT(对于最佳扭矩的最小提前量)的值(最佳控制点)。在图4中，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig被控制在SG区域内的给出MBT相应值的点a上。在图6中，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig被控制在SG燃烧特性曲线上的点a上。
当目标扭矩Tq超过SW转换扭矩时，从所准备的转换图得到一组能通过壁引导方法实现相同的目标扭矩的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig(喷射时间和点火时间计算装置)。转换图通过实验准备，在这个实验中，使内燃机E实际上在不同的空气/燃料混合比中以WG燃烧运转，以获得在每个空气/燃料混合比中实现每个目标扭矩Tq的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig。还有，准备用于从壁引导方法到喷雾引导方法的改变的转换图，并在进行相反方向的改变时使用(以后说明)。
在转换图的基础上，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig如图4所示从在SG区域内的点a跳过熄火区域逐步改变到WG区域内的点b，并且如图6所示从在SG燃烧特性曲线上的点a逐步改变到在WG燃烧特性曲线上相应于同一目标扭矩Tq的点b(喷雾输送模式改变装置)。因此，由于燃料喷射时间Tij和点火时间Tig在熄火区域停留造成的持续熄火被防止，并且同时，伴随着喷雾输送模式的改变由内燃机E产生的扭矩的跳变被抑制。
由于如图4所示在规定的空气/燃料混合比中(相应于SW转换扭矩)以区域特性为基础进行燃料喷射时间Tij和点火时间Tig的改变，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig必须保持同一空气/燃料混合比被逐步改变。因此，可以不需要采取抑止伴随喷雾输送模式改变而产生的空气/燃料混合比的变化的措施，例如，不需要并行控制节流阀。
然后，在WG燃烧中的MBT相应值(最佳控制点)从燃料喷射时间图和点火时间图中求得，并且改变后的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig连续改变到作为目标值的MBT相应值。具体来说，在图4中，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig线性地并连续地变化到在WG区域中给出MBT相应值的点c，而在图6中，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig在WG燃烧特性曲线上朝向给出MBT相应值的点c连续变化并到达MBT相应值，在该时间喷雾输送模式改变过程完成。正如图6很清楚的表示，虽然燃料喷射时间Tij和点火时间Tig从点b变化到点c增加了扭矩，因为燃料喷射时间Tij和点火时间Tig的变化是连续的，因此没有产生扭矩跳变的风险。
在MBT相应值的使用导致爆燃的区域，从燃料喷射时间图和点火时间图中求得经最低限度矫正以抑制爆燃的值作为MBT相应值，并以这些经矫正的值为基础控制燃料喷射时间Tij和点火时间Tig。
正如以上说明的，当实现从喷雾引导方法到壁引导方法的改变时，获得能够通过壁引导方法实现改变前的目标扭矩Tq的一组燃料喷射时间Tij和点火时间Tig，并且燃料喷射时间Tij和点火时间Tig被逐步改变到所获得的该组燃料喷射时间Tij和点火时间Tig。因此能够实现向壁引导方法的改变，抑制伴随着喷雾输送模式改变的扭矩跳变，防止由于燃料喷射时间Tij和点火时间Tig停留在熄火区域产生的持续熄火。
实现从壁引导方法到喷雾引导方法的改变基本上通过和上文所述相同的程序。具体来说，如图5所示，在处于WG燃烧的运转中，当负载减少时，目标扭矩Tq逐渐降低，并且当目标扭矩Tq低于用于从壁引导方法到喷雾引导方法的改变的WS转换扭矩(阈值)时，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig逐步改变到能通过喷雾引导方法实现同一目标扭矩Tq的值。
图7是显示当进行从壁引导方法到喷雾引导方法的改变时，怎样以和图4的情况相反的方向将燃料喷射时间Tij和点火时间Tig从WG区域中的点c改变到SG区域中的点a的说明图。首先，以在WG区域内的点c上实现的目标扭矩Tq为基础，从转换图中求得给出能通过喷雾引导方法实现同一目标扭矩Tq的一组燃料喷射时间Tij和点火时间Tig的点d。燃料喷射时间Tij和点火时间Tig逐步从点c跳过熄火区域改变到SG区域中的点d，然后连续改变到在SG区域中的给出MBT相应值的点a。因此，像以上所述的从喷雾引导方法改变到壁引导方法一样，可以实现从壁引导方法到喷雾引导方法的改变，抑制伴随着喷雾输送模式的改变的扭矩跳变，并防止由于燃料喷射时间Tij和点火时间Tig停留在熄火区域导致的持续熄火。
结果，在本实施例中，可以不担心扭矩跳变和熄火的发生而实现喷雾引导方法和壁引导方法之间的改变，这样就可以根据燃料经济性和NOx排放等实现对于当前的运转状况最佳的喷雾输送模式的分层燃烧，并充分利用每个喷雾输送模式的优点。
像SW转换扭矩一样，WS转换扭矩被设定到相应于特定空气/燃料混合比的值，在该空气/燃料混合比中区域特性对于实现同一目标扭矩Tq最佳。考虑到这个条件，WS转换扭矩必须被设定为比SW转换扭矩低的值(相应于较稀的空气/燃料混合比)。下文将说明WS转换扭矩的设定。
从图4和7所示的特性清楚可知，在共存区域内，SG区域在范围上比WG区域小得多，这意味着能实现SG燃烧的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig的范围相当狭窄。这种趋势基于这样的事实，即虽然由燃料喷射阀5喷射并经过火花塞6的电极部分6a的正下方的燃料喷雾能被点火的时间周期非常短，但和翻滚气流一起再次到达电极部分6a的燃料喷雾能被点火的时间周期长，因为它已经在一定程度上扩散。
由于SG区域和WG区域在范围上的不同，就存在这样的可能性，在同一空气/燃料混合比中，对于从WG区域到SG区域的转移找不到一组能够实现同一目标扭矩Tq的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig，而对于从SG区域到WG区域的转移，能找到一组能够实现同一目标扭矩Tq的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig。因此，与WG区域比较，在SG区域中，求得一组能够实现同一目标扭矩Tq的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig的可能性低，这样会导致扭矩跳变。
如图4和7所示的SG区域和WG区域的区域特性(每个区域的范围和形状，两个区域之间的位置关系等)取决于空气/燃料混合比而变化。总的趋势是，当在共存区域中空气/燃料混合比较富余时，WG燃烧容易实现并且WG区域较大，而当在共存区域中空气/燃料混合比较稀时，SG燃烧容易实现并且SG区域较大。考虑到这个趋势，WS转换扭矩设定为比SW转换扭矩低的值(相应于较稀的空气/燃料混合比)。
因此，在如图7所示的相应于WS转换扭矩的区域特性中，SG区域与在图4中的SG区域(在图7中用虚线表示)相比较大(相反，WG区域较小)。因此，当实现从壁引导方法到喷雾引导方法的改变时，求得一组在SG区域中能够获得同一目标扭矩Tq的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig的可能性高，并且即使找不到这样的一组燃料喷射时间Tij和点火时间Tig，求得一组能够获得接近于目标扭矩Tq的扭矩的可能性也是高的。结果，能在无扭矩跳变的情况下完成向喷雾引导方法的改变。
取决于如图4和7所示的区域特性，可以存在超过一组的能在改变后的喷雾输送模式中实现同一目标扭矩Tq的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig。在如此情况下，以转换图为基础，从那些候选组中选出一组在改变后的喷雾输送模式中最接近于MBT相应值的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig，并使燃料喷射时间Tij和点火时间Tig逐步改变到被选的这组喷射时间Tij和点火时间Tig。结果，燃料喷射时间Tij和点火时间Tig被改变到接近于MBT相应值的点，而后通过最短距离到达MBT相应值。这样将使由于改变喷雾输送模式造成燃料喷射时间Tij和点火时间Tig偏离MBT相应值的时间周期非常短，并且能把在这段时间周期内的燃烧性能的下降减少到最小值。
在不存在任何一组能够获得同一目标扭矩Tq的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig但存在多组能够获得接近于同一目标扭矩Tq的扭矩的燃料喷射时间Tij和点火时间Tig的候选组的情况下，在转换图的基础上选择根据扭矩跳变和燃烧状况为最佳的候选组。更具体来说，考虑到对于当选择能够获得接近于同一目标扭矩Tq的扭矩的候选组时造成的扭矩跳变的抑制和对于当选择接近于MBT相应值的候选组时造成的燃烧性能下降的抑制，在转换图中预先设定能最大程度满足两个要求的候选组，而后使燃料喷射时间Tij和点火时间Tig逐步改变到该候选组。结果，同样在这种情况下，抑制扭矩跳变和防止熄火都能被实现。
以上是对本发明的一个实施例的说明。然而，本发明不局限于以上说明的实施例。例如，在上述实施例中，发动机被形成为直列式4缸内燃机E。然而，只要允许燃料直接喷射到燃烧室4中和在不同的喷雾输送模式间进行变化，内燃机E汽缸的排列和数目不受限制而能在任何方式下修改。
此外，在所说明的实施例中，喷雾输送模式改变的时间以目标扭矩Tq为基础确定，然而，从对实施例的说明清楚可知，由于目标扭矩Tq和空气/燃料混合比有关，代替目标扭矩Tq，变化的时间也能以空气/燃料混合比为基础确定。
Claims (5)
1.一种缸内喷射型火花点火式内燃机，该内燃机包括：
直接将燃料喷射到燃烧室中的燃料喷射阀(5)；火花塞(6)，该火花塞(6)具有位于从燃料喷射阀(5)喷射的燃料喷雾的路径附近的电极部分(6a)；和活塞(2)，该活塞(2)被安排为能够使已通过火花塞(6)的电极部分(6a)附近的燃料喷雾折返而使燃料喷雾再次输送到电极部分(6a)附近，其中，缸内喷射型火花点火式内燃机能够在运转时有选择地在由燃料喷射阀(5)喷射的燃料喷雾通过火花塞(6)的电极部分(6a)附近时点火的第一喷雾输送模式的分层燃烧，和在已通过电极部分(6a)附近的燃料喷雾由使其折返的活塞再次输送到电极部分(6a)附近时点火的第二喷雾输送模式的分层燃烧之间改变，其特征在于，
该缸内喷射型火花点火式内燃机进一步包括：
模式改变确定装置(11)，该模式改变确定装置(11)被安排来确定在第一喷雾输送模式的分层燃烧和第二喷雾输送模式的分层燃烧都是可行的共存运转区域中是否执行两个喷雾输送模式之间的改变；
喷射时间和点火时间计算装置(11)，该喷射时间和点火时间计算装置(11)被安排来当模式改变确定装置(11)确定改变喷雾输送模式时计算通过改变后的喷雾输送模式的分层燃烧能够获得几乎和改变前由内燃机产生的扭矩一样的发动机扭矩的一组燃料喷射时间和点火时间；和
喷雾输送模式改变装置(11)，该喷雾输送模式改变装置(11)被安排来当模式改变确定装置(11)确定改变喷雾输送模式时以由喷射时间和点火时间计算装置计算的结果为基础逐步变化内燃机的喷射时间和点火时间。
2.如权利要求1所述的缸内喷射型火花点火式内燃机，其特征在于，
所述喷射时间和点火时间计算装置(11)计算一组以与改变前的空气/燃料混合比相同的空气/燃料混合比通过改变后的喷雾输送模式的分层燃烧能够获得和改变前的发动机扭矩几乎一样的发动机扭矩的燃料喷射时间和点火时间；以及
所述喷雾输送模式改变装置(11)逐步变化燃料喷射时间和点火时间，并保持同样的空气/燃料混合比。
3.如权利要求1或2所述的缸内喷射型火花点火式内燃机，其特征在于，
当由喷射时间和点火时间计算装置(11)计算多组能够获得与改变前几乎一样的发动机扭矩的多组燃料喷射时间和点火时间时，喷雾输送模式改变装置(11)根据燃料经济性及扭矩选择一组改变后的喷雾输送模式中与最佳控制点最接近的燃料喷射时间和点火时间，并将燃料喷射时间和点火时间逐渐变化到被选择的该组燃料喷射时间和点火时间。
4.如权利要求1到3中的任何一项所述的缸内喷射型火花点火式内燃机，其特征在于，
喷雾输送模式改变装置(11)逐步变化燃料喷射时间和点火时间，而后根据燃料经济性和扭矩将燃料喷射时间和点火时间连续变化到改变后的喷雾输送模式中的最佳控制点。
5.如权利要求1到4中的任何一项所述的缸内喷射型火花点火式内燃机，其特征在于，
与确定是否实现从第一喷雾输送模式改变到第二喷雾输送模式的阈值相比较，模式改变确定装置(11)在以更低的负荷或更稀的空气/燃料混合比设定的阈值的基础上确定是否实现从第二喷雾输送模式到第一喷雾输送模式的改变。
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