CN1936296A - 直喷式内燃机及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种直喷式内燃机(1－1)，包括控制可变排气门(42)的气门正时的可变排气门控制装置(74)，内燃机气缸(30)的燃烧室(A)通过所述可变排气门(42)与排气通道(6)连通。在直喷式内燃机在冷起动状态下运行期间，当燃料在压缩行程或膨胀行程中通过燃料喷射阀(21)喷射时，可变排气门控制装置(74)延迟可变排气门(42)的打开正时。

Description

直喷式内燃机及其控制方法
技术领域
本发明涉及直喷式内燃机及其控制方法。更具体地，本发明涉及直喷式内燃机及其控制方法，当内燃机在冷起动状态下运行时，所述内燃机在压缩行程或膨胀行程中通过燃料喷射阀喷射燃料。
背景技术
近年来，可普遍地利用通过燃料喷射阀将燃料直接喷入具有多个气缸的燃烧室的直喷式内燃机。在直喷式内燃机中，按照内燃机的运行状态，燃烧模式从分层燃烧变为均质燃烧。分层燃烧主要在轻载和低速运行时进行，例如在内燃机刚起动时时进行。当进行分层燃烧时，在至少一个压缩行程和膨胀行程中，燃料通过喷射阀喷入燃烧室。对于壁面引导的直喷式内燃机，在进行分层燃烧时喷射的燃料沿着气缸的壁面或者活塞顶部流向火花塞。当燃料流向火花塞时，其与已从进气通道引入燃烧室的进气进行混合。通过火花塞的点火引燃该空气-燃料混合物，造成混合物中燃料的燃烧。
对于壁面引导的直喷式内燃机，由于内燃机刚起动时，特别是处于冷起动状态时，燃烧室内的温度(亦即气缸内的温度)较低，在分层燃烧中喷射的燃料的一部分以液态粘附在气缸的壁面或者活塞顶部上。由于粘附燃料处于液态，难以将其进行气化。因此，即使在引燃混合物并且燃烧燃料时，大部分粘附的燃料不会气化，并且保持以液态粘附。由此，有可能在燃烧室中产生大量烟雾。
如日本专利申请公报No.JP-A-2004-340040所述，提出一种直喷式内燃机，该直喷式内燃机产生垂直涡流(滚流)、并保持该垂直涡流直到压缩行程的后期。所述内燃机还包括燃料喷射阀，该阀在火花塞侧的穿透率长于活塞侧的穿透率。日本专利申请公报No.JP-A-2004-340040所述的直喷式内燃机主要通过防止燃料粘附活塞顶部来减少燃烧室中产生的烟雾。
另一方面，已经提出喷雾引导的直喷式内燃机。在喷雾引导的直喷式内燃机中，分层燃烧期间喷射的燃料与从进气通道引入燃烧室的进气进行混合，在火花塞附近形成混合物。此后，混合物通过火花塞的点火来引燃，造成混合物中燃料的燃烧。对于喷雾引导的直喷式内燃机，通过燃料喷射阀喷入燃烧室的燃料不通过使燃料沿气缸的壁面或者活塞顶部流动来送往火花塞。相反，燃料通过燃烧室中的进气的流动送往火花塞。因此，喷雾引导的直喷式内燃机通过极大地抑制燃料粘附气缸的壁面或者活塞顶部，进一步减少燃烧室中产生的烟雾。
在冷起动状态下，由于燃烧室中的温度较低，燃料难以气化。尤其在进行分层燃烧的情况下，由于空气-燃料混合物通常较浓，更是如此。火花塞附近的空气-燃料混合物可能包括在燃烧室中局部产生的过浓区域。液体燃料或燃料滴悬浮在所述过浓区域中。因此，对于喷雾引导的直喷式内燃机，尽管其中的烟雾量少于壁面引导的直喷式内燃机的烟雾量，但是也有可能在燃烧室的过浓区域中产生烟雾。
发明内容
本发明提供一种抑制烟雾产生的直喷式内燃机及其控制方法。
本发明的第一方面是提供一种直喷式内燃机，其中，在压缩行程或者膨胀行程中喷入燃烧室的燃料与引入燃烧室的进气混合，在火花塞附近形成空气-燃料混合物。该直喷式内燃机包括控制可变排气门的气门正时的可变排气门控制装置。当内燃机在冷起动状态下运行、燃料在压缩行程或膨胀行程中通过燃料喷射阀喷射时，可变排气门控制装置延迟可变排气门的打开正时。
按照本发明的第一方面，当直喷内燃机在冷起动状态下运行并且燃料在压缩行程或膨胀行程中通过燃料喷射阀喷射时，可变排气门的打开正时被延迟，以延迟燃烧室与排气通道发生连通时的时间。如果燃烧室关闭，燃烧室中悬浮的未气化燃料得到气化，并继续进行燃烧。因此，通过延长燃烧室的闭合时间，就有可能延长未气化燃料的气化及燃烧时间。按照该方式，有可能抑制在燃烧室中产生烟雾。
本发明的第二方面是一种根据上述第一方面的直喷式内燃机，所述内燃机还包括用于检测在直喷式内燃机中循环的冷却液的温度的冷却液温度检测装置，其中可变排气门控制装置根据检测的冷却液温度控制可变排气门的打开正时的延迟量。
本发明的第三方面是一种根据上述第二方面的直喷式内燃机，其中可变排气门控制装置按照检测的冷却液温度的降低量，成比例地增加可变排气门的打开正时的延迟量。
按照第二和第三方面，根据冷起动状态下产生的冷却液温度控制燃烧室关闭的时间。当冷却液温度较低时，气缸内的温度也相应较低。如果气缸内的温度较低，则燃料难以在燃烧室中燃烧。因此，出现大量未气化燃料悬浮在燃烧中的这种状况。鉴于这种情况，例如按照冷却液温度的降低量成比例地增加可变排气门的打开正时的延迟量，由此有可能延长燃烧室关闭的时间。按照该方式，有可能使悬浮在燃烧室中的未气化燃料得到气化并进行燃烧。因此，有可能抑制在燃烧室中产生烟雾。
本发明的第四方面是一种根据上述第一方面的直喷式内燃机，所述内燃机还包括用于预测通过燃料喷射阀喷射的燃料的气化度的气化度预测装置。本发明的这一方面中，可变排气门控制装置根据预测的气化度控制可变排气门的延迟量。
本发明的第五方面与第四方面相似，其中，可变排气门控制装置按照预测气化度的降低量，成比例地增加可变排气门的打开正时的延迟量。
本发明的第六方面是一种根据上述第四方面的直喷式内燃机，其中，气化度预测装置基于燃烧室温度、待喷射燃料的温度和通过燃料喷射阀喷射的燃料的滴径中的至少一项，对燃料的气化度进行预测。
按照第四～第六方面，根据在冷起动期间喷射的燃料的气化度控制燃烧室的关闭时间。当内燃机在冷起动状态下运行时，燃料的气化度越小，燃烧室中混合物的局部空气-燃料比的过浓区域将越多。这使得燃烧室中悬浮的燃料变得难以气化。简言之，如果燃料的气化度较低，则燃烧室中就会出现未气化燃料悬浮的状况。鉴于这种情况，例如按照气化度的降低量成比例地增加排气门的打开正时的延迟量，由此有可能使得燃烧室保持更长的关闭时间。按照该方式，有可能使悬浮在燃烧室中的未气化燃料得到气化，并在其气化之后进行燃烧。因此，有可能抑制在燃烧室中产生烟雾。
本发明的第七方面是一种根据上述第一方面的直喷式内燃机，所述内燃机还包括点火正时控制装置，当直喷式内燃机在冷起动状态下运行、燃料在压缩行程或者膨胀行程中进行喷射时，所述控制装置延迟火花塞的点火正时。
当内燃机在冷起动状态下运行时，排气净化装置61的净化催化剂的温度未到达其活化温度。照此，优选地提高引入排气净化装置61的排气的温度。因此，当内燃机在冷起动状态下运行时，延迟火花塞的点火正时以延迟点火正时，使得排入排气通道中的排气的温度得到提高。然而，当火花塞的点火正时被延迟时，混合物中燃料的燃烧时间变短。在这种情况下，悬浮在燃烧室中的许多未气化燃料不能被气化，从而燃烧无法继续进行。结果，燃烧室中产生许多烟雾。按照本发明的第七方面，当直喷式内燃机在冷起动状态下运行、燃料在压缩行程或者膨胀行程中进行喷射时，火花塞的点火正时和可变排气门的打开正时都被延迟。按照该方式，有可能快速提高排气净化装置的净化催化剂的温度。此外，有可能抑制燃烧室中烟雾的产生。
本发明的第八方面是一种控制直喷式内燃机的方法，其中，在压缩行程或者膨胀行程喷入燃烧室的燃料与引入燃烧室的进气进行混合，在火花塞附近形成空气-燃料混合物，所述方法包括：控制可变排气门的气门正时，内燃机气缸的燃烧室通过所述可变排气门连通排气通道，其中，当直喷式内燃机在冷起动状态下运行、燃料在压缩行程或者膨胀行程中进行喷射时，可变排气门的打开正时被延迟。
按照本发明的直喷式内燃机使得燃烧室关闭的时间延长，从而能气化和燃烧悬浮在燃烧室中的未气化燃料。因此，有可能抑制燃烧室中烟雾的产生。
附图说明
从优选实施例的下述说明并参考附图，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更加清楚，附图中相同的数字用于代表相同的元件，其中：
图1是显示第一实施例的喷雾引导的直喷式内燃机的构造示例的示意图；
图2A是显示燃料喷射阀和火花塞相对于燃烧室的布置的示意图；
图2B是显示沿图2A的线2B-2B的剖视图的示意图；
图3是显示第一实施例的直喷式内燃机的运行流程示意图；
图4是显示可变排气门打开正时映射的示意图；
图5是显示第二实施例的喷雾引导的直喷式内燃机的构造示例的示意图；
图6显示第二实施例的直喷式内燃机的运行流程示意图；以及
图7是显示可变排气门打开正时映射的示意图。
具体实施方式
将参照附图详细说明本发明。本发明不局限于下述实施例。这些实施例包括能容易地被本领域技术人员想出的元件和/或实质上与上述元件相同的元件。
图1是显示第一实施例的喷雾引导的直喷式内燃机的构造示例的示意图。图2A是显示燃料喷射阀和火花塞相对于燃烧室的布置的示意图。图2B显示沿图2A的线2B-2B的剖视图。如图1所示，直喷式内燃机1-1包括：燃料供给装置2；由多个气缸(第一实施例中直列的四个气缸)组成的内燃机主体3；与内燃机主体3相连的进气通道5；与内燃机主体3相连的排气通道6；以及作为运行控制器控制直喷式内燃机1-1运行的ECU(电控单元)7。
燃料供给装置2用于将储存在燃料箱22中的燃料，例如汽油，供给到直喷式内燃机1-1。燃料供给装置2包括：燃料喷射阀21、燃料箱22、低压燃料泵23、高压燃料泵24和燃料供给管道(未显示)。
内燃机主体3的每个气缸30a～30d都设有燃料喷射阀21。燃料喷射阀21将由低压燃料泵23和高压燃料泵24加压的燃料喷射到气缸30a～30d的各自的燃烧室A中。燃料喷射阀21布置在火花塞36(将在以后说明)附近，使其有可能引导喷雾，如图2A和2B所示。燃料喷射阀21的燃料喷射方向设置为，在分层燃烧期间，亦即当燃料在压缩行程和膨胀行程中的至少一个期间通过燃料喷射阀21喷入燃烧室A的时候，喷入燃烧室A的燃料B与已经通过一对可变进气门41(将在以后说明)从进气通道5引入燃烧室A的进气进行混合，以在火花塞36附近形成空气-燃料混合物。ECU7控制燃料喷射阀21的喷射量和喷射正时，亦即进行燃料喷射控制。
高压燃料泵24进一步增加从燃料泵22供给的、其压力由低压燃料泵23增压的燃料的压力。连接在可变气门系统4的进气凸轮轴43上的泵驱动凸轮(未显示)的转动，例如驱动高压燃料泵24。进气凸轮轴43随着曲轴35的转动而转动。因此，高压燃料泵24由内燃机1-1的输出驱动。
高压燃料泵24设有电磁溢流阀(未显示)。电磁溢流阀调节流入高压燃料泵24的、已通过低压燃料泵23增压的燃料的量。ECU7通过电磁溢流阀(未显示)控制流入高压燃料泵24的燃料量，亦即进行流入量控制。
内燃机主体3包括：气缸体31；固定在气缸体31上的气缸盖32；为每个气缸30a～30d设置的活塞33和连杆34；曲轴35；为每个气缸30a～30d设置的火花塞36；以及可变气门系统4。在内燃机主体3的每个气缸30a～30d中，燃烧室A由每个气缸30a～30d的活塞33、气缸体31和气缸盖32组成。在气缸盖32中，形成用于每个气缸30a～30d的进气口37和排气口38，所述进气口和排气口分别连接于进气通道5和排气通道6。活塞33自由转动地连接于连杆34，而连杆34自由转动地连接于曲轴35。因此，当空气-燃料混合物在燃烧室A中燃烧时，活塞33在气缸体31中进行往复运动，致使曲轴35转动。
每个气缸30a～30d都设有火花塞36。火花塞36根据来自ECU7的点火信号引燃气缸30a～30d的燃烧室A中的混合物。如前所述，火花塞36布置在燃料喷射阀21附近，以便有可能引导喷雾，如图2A和2B所示。ECU7控制火花塞36的点火正时，亦即进行点火控制。
曲轴35设有曲柄转角传感器39，所述传感器检测曲柄转角(CA)，即曲轴35的转动角度，并将所述角度输出到ECU7。ECU7基于曲柄转角传感器39检测的曲柄转角确定内燃机1-1的转数，并识别每个气缸30a～30d。
可变气门系统4引起可变进气门41和可变排气门42的打开和关闭。可变气门系统4包括：为每个气缸30a～30d设置的一对可变进气门41和一对可变排气门41；进气凸轮轴43；排气凸轮轴44；可变进气门正时机构45；以及可变排气门正时机构46。可变进气门41布置在进气口37和燃烧室A之间，并且由于进气凸轮轴43的转动而打开和关闭。可变排气门42布置在排气口38和燃烧室A之间，并且由于排气凸轮轴44的转动而打开和关闭。进气凸轮轴43和排气凸轮轴44通过正时链连接到曲轴35上，并随着曲轴35的转动而转动。
可变进气门正时机构45布置在进气凸轮轴43和曲轴35之间。可变排气门正时机构46布置在排气凸轮轴44和曲轴35之间。可变进气门正时机构45和可变排气门正时机构46都是连续可变气门正时机构，其分别地连续改变进气凸轮轴43和排气凸轮轴44的相位。
在可变进气门正时机构45和可变排气门正时机构46中分别形成提前室和延迟室(未显示)。油从可变气门系统4的油控制阀(未显示)供给到提前室和延迟室之一。当油供给到提前室时，进气凸轮轴43和排气凸轮轴44的相位被提前，或者当油供给到延迟室时，所述凸轮轴的相位被延迟。可变气门系统4通过改变进气凸轮轴43和排气凸轮轴44的相位，调节可变进气门41和可变排气门42的气门正时。具体地，可变气门系统4提前或延迟可变进气门41和可变排气门42的气门正时。更具体地，可变气门系统4控制可变进气门41和可变排气门42的气门正时的提前量或者延迟量。
每个都指派给可变进气门正时机构45和可变排气门正时机构46的两个油控制阀(未显示)通过改变设于其中的滑阀的位置，将油供给到每个可变进气门正时机构45和可变排气门正时机构46的提前室和延迟室之一。通过后述的ECU7进行这两个滑阀位置的控制，亦即可变进气门41的气门正时的控制和可变排气门42的气门正时的控制。可变气门系统4设有进气凸轮位置传感器47和排气凸轮位置传感器48，用于分别检测进气凸轮轴43和排气凸轮轴44的转动位置，并将这些位置信息输出到ECU7。可变气门系统4利用可变进气门正时机构45和可变排气门正时机构，分别调节可变进气门41和可变排气门42的气门正时。然而，可变气门系统4并不局限于上述实施例。例如，可变气门系统4可以只设有可变排气门正时机构46。在这种情况下，可变气门系统4只调节可变排气门42的气门正时。
进气通道5用于从外部吸入空气，并将空气引入到内燃机主体3的气缸30a～30d的燃烧室A内。进气通道5包括空气净化器51、空气流量计52、节气门53、以及将空气净化器51连接于每个气缸30a～30d的进气口37的进气通路54。空气净化器51除去通过进气通路54和进气口37引入每个气缸30a～30d的燃烧室A中的空气中的尘粒。空气流量计52检测引入到每个气缸30a～30d内的空气量，即进气量，并将测量值输出到ECU7。诸如步进电机的致动器53驱动节气门53。节气门53调节将被引入到每个气缸30a～30d的燃烧室A中的进气的量。ECU7执行节气门开度控制，亦即节气门53的开度的控制，这将在以后说明。
排气通道6由排气净化装置61、消声器(未显示)和排气通路62组成，所述排气通路62通过排气净化装置61将每个气缸30a～30d的排气口38连接于消声器。排气净化装置61去除包含在通过排气通路62引入的排气中的有害物质。去除了有害物质的净化的排气通过消声器(未显示)排到大气中。位于排气净化装置61上游的排气通路62设有A/F传感器63，该传感器检测将要排入排气通路62的排气的空气-燃料比，并将所述空气-燃料比输出到ECU7。用于检测排气的空气-燃料比的装置不局限于A/F传感器63。例如，可使用检测将要排入排气通路62的排气的氧气含量的氧气传感器。
ECU7控制直喷式内燃机1-1的运行。各种输入信号从连接于安装有直喷式内燃机的车辆的各个部分上的传感器传输到ECU7。具体地，上述各种信号例如是：由设在曲轴35上的曲柄转角传感器39检测的曲柄转角信号、分别由进气凸轮位置传感器47和排气凸轮位置传感器48检测的进气凸轮轴和排气凸轮轴的转动位置信号、由空气流量计52检测的进气量信号、由油门踏板传感器8检测的油门踏板操作量信号、由A/F传感器63检测的空气-燃料比信号、以及由连接于冷却液通路的水温传感器9检测的在直喷式内燃机1-1中循环的冷却液的温度T信号。
ECU7基于这些输入信号和存储在存储部分73中的各种映射输出各种输出信号。具体地，上述各种输出信号例如是：用于进行燃料喷射阀21的喷射控制的喷射信号、用于进行流入高压燃料泵24的燃料量的控制的高压燃料泵控制信号、用于进行火花塞36的点火控制的点火信号、用于进行可变进气门41的控制的可变进气门提前/延迟量信号、用于进行可变排气门42的控制的可变排气门提前/延迟量信号、以及用于进行节气门53的开度控制的节气门开度信号。
ECU7包括：输入和输出输入信号和输出信号的输入/输出部分(I/O)71；处理部分72；以及存储了各种映射的存储部分73，上述映射例如是燃料喷射量映射、基于可变排气门42的打开正时和冷却液温度T的可变排气门打开正时映射。处理部分72具有至少一个作为可变排气门控制装置的可变排气门控制部分74。可变排气门控制部分74包括内存和CPU(中央处理器)。处理部分72可通过将基于直喷式内燃机1-1的运行控制编写的程序载入内存并执行该程序，来执行直喷式内燃机1-1的运行控制和其它类似的控制。存储部分73可由诸如闪速存储器的非易失性存储器、诸如ROM(只读存储器)的只读非易失性存储器、诸如RAM(随机存取存储器)的可读/可写非非易失性存储器、或各种存储器类型的组合所构成。
接下来将说明第一实施例的直喷式内燃机1-1的运行和分层燃烧期间所进行的可变排气门控制。图3显示第一实施例的直喷式内燃机的运行流程。图4是显示可变排气门打开正时映射的示意图。如图3所示，ECU7的处理部分72确定直喷式内燃机1-1是否在冷起动状态下运行(ST101)。例如，在点火传感器(未显示)检测到点火开关打开之后，处理部分72确定由冷却液传感器9检测的冷却液温度T是否低于热起动冷却液温度。热起动冷却液温度是指由于直喷式内燃机1-1没有停止足够长的时间，相对于直喷式内燃机运行时产生的温度，排气净化装置61的净化催化剂的温度和气缸内的温度没有下降到充分低的温度时所产生的水温。
随后，如果确定直喷式内燃机1-1是在冷起动状态下运行，则ECU7的处理部分72确定是否发生分层燃烧(ST102)。具体地，处理部分72确定在气缸30a～30d的压缩行程和膨胀行程中的至少一个中燃料是否喷入每个气缸30a～30d的燃烧室A中。
随后，如果确定直喷式内燃机1-1是在发生分层燃烧的状况下运行，则ECU7的处理部分72获得由冷却液温度传感器9检测的冷却液温度T(ST103)。
随后，处理部分72的可变排气门控制部分74由所获得的冷却液温度T和可变排气门打开正时映射计算可变排气门的打开正时S(ST104)，其中所述可变排气门打开正时映射在可变排气门打开正时和冷却液温度T的基础上得到，存储在存储部分73中，并表示在图4中。如图4所示，可变排气门打开正时映射设置为使得当冷却液温度T低于预定的冷却液温度T1时，可变排气门42的打开正时相对于正常的打开正时S1被延迟，其中正常的打开正时S1取决于直喷式内燃机1-1所处的运行状态。具体地，可变排气门打开正时映射设置为，当冷却液温度T低于预定的冷却液温度T1时，可变排气门42的打开正时的延迟量按照冷却液温度T的降低量成比例地增加。因此，如果获得的冷却液温度T处在预定的冷却液温度T1上，则计算的可变排气门打开正时S就位于正常的打开正时S1的延迟侧。预定的冷却液温度T1例如也可能与上述热起动冷却液温度相同。当冷却液温度T低于预定冷却液温度T1时，这就表示内燃机处于冷起动状态。例如，预定的冷却液温度T1是指由于直喷式内燃机1-1没有停止足够长的时间，相对于直喷式内燃机运行时产生的温度，排气净化装置61的净化催化剂的温度和气缸内的温度没有下降到充分低的温度时所产生的冷却液温度。
随后，处理部分72的可变排气门控制部分74基于计算的可变排气门的打开正时S进行控制可变排气门42的气门正时的可变排气门控制(ST105)。例如，处理部分72的可变排气门控制部分74基于作为所计算的可变排气门打开正时S和正常的打开正时S1之间差值的延迟量，通过将油供给到可变排气门正时机构46的延迟室来延迟可变排气门42的打开正时。具体地，当直喷式内燃机1-1在冷起动状态下运行并且燃料在压缩行程或膨胀行程中喷射时，可变排气门控制部分74延迟可变排气门42的打开正时，以延迟燃烧室A与排气通道5发生连通的时间。当确定获得的冷却液温度T等于或高于预定的冷却液温度T1时，可变排气门控制部分74进行可变排气门控制，使得可变排气门的打开正时S设置为正常的打开正时S1。
如果可变排气门42的打开正时被延迟，则燃烧室A关闭的时间就会增加。因此，有可能气化未气化的燃料，并延长气化燃料的燃烧时间。具体地，在第一实施例中，当内燃机在冷起动状态下运行时，可变排气门42的打开正时的延迟量按照冷却液温度T的降低量成比例地增加。按照该方式，根据冷起动状态下产生的冷却液的温度控制燃烧室A的关闭时间。因此，当排气净化装置61的净化催化剂的温度较低时，通过按照冷却液温度的降低量成比例地增加可变排气门42的打开正时的延迟量，增加燃烧室A的关闭时间，其中当燃烧室A中的温度(亦即气缸内的温度)降低时冷却液温度也会降低。按照该方式，有可能气化和燃烧大量悬浮在燃烧室A中的未气化燃料，从而有可能抑制燃烧室A中烟雾的产生。
第二实施例的直喷式内燃机1-2是一种如同第一实施例的直喷式内燃机1-1的喷雾引导的直喷式内燃机。图5显示了第二实施例的喷雾引导的直喷式内燃机的示例构造。图5所示的直喷式内燃机1-2与直喷式内燃机1-1的不同之处在于，可变排气门42的打开正时的延迟量不是根据冷却液温度T来控制，而是根据所喷射燃料的气化度EV来控制。在第二实施例的直喷式内燃机1-2的基本元件中，与第一实施例的直喷式内燃机1-1的基本元件相同的那些元件(图1和图5中由相同参考数字代表的元件)将进行简要说明，或者将省略其说明。
所喷射燃料的气化度EV取决于燃烧室A中的温度，即气缸内的温度、所喷射燃料的燃料温度F和所喷射燃料的滴径。因此，在第二实施例中，基于影响气缸内的温度的冷却液温度T、引入燃烧室A的进气的进气温度I、和燃料温度F、以及影响燃料的滴径的将被喷射的燃料的燃料压力P和燃料喷射阀21的升程量L，来计算燃料的气化度EV。
燃料供给装置2设有燃料温度传感器25和燃料压力传感器26。连接在第二实施例中的燃料箱22上的燃料温度传感器25检测将被喷射的燃料的燃料温度F，并将该温度输出到ECU7。连接在第二实施例中的高压燃料泵24和燃料喷射阀21之间的燃料压力传感器26检测将被通过燃料喷射阀21喷射的燃料的燃料压力P，并将该压力输出到ECU7。
进气通道5设有进气温度传感器55。连接在第二实施例中的进气通道5的进气通路54中的进气温度传感器55检测通过进气口37从进气通道5引入燃烧室A的进气的进气温度I，并将该温度输出到ECU7。
ECU7的处理部分72具有气化度预测部分75，该部分是一种基于进气温度I、冷却液温度T、燃料温度F、燃料压力P和升程量L计算燃料的气化度EV的气化度预测装置。ECU7的存储部分73中存储有：基于气化度系数EVI和进气温度I形成的气化度系数EVI的映射、基于气化度系数EVT和冷却液温度T形成的气化度系数EVT的映射、基于气化度系数EVF和燃料温度F形成的气化度系数EVF的映射、基于气化度系数EVP和燃料压力P形成的气化度系数EVP的映射、基于气化度系数EVL和升程量L形成的气化度系数EVL的映射、以及基于可变排气门42的打开正时和气化度EV形成的可变排气门打开正时的映射。
尽管未显示，但是气化度系数EVI的映射设置为：进气温度I越低，则气化度系数EVI越小。这是因为气缸内的温度随着进气温度I的降低而降低，并且气缸内的温度的下降使得燃料难以气化。尽管未显示，但是气化度系数EVT的映射设置为：冷却液温度T越低，则气化度系数EVT越小。这是因为气缸内的温度随着冷却液温度T的降低而降低，并且气缸内的温度的下降使得燃料难以气化。尽管未显示，但是气化度系数EVF的映射设置为：燃料温度F越低，则气化度系数EVF越小。这是因为燃料温度F的下降使得燃料难以气化。尽管未显示，但是气化度系数EVP的映射设置为：燃料压力P越低，则气化度系数EVP越小。这是因为燃料的滴径随着燃料压力P的下降而增加，燃料的滴径的增加使得燃料难以气化。尽管未显示，但是气化度系数EVL的映射设置为：燃料喷射阀21的升程量L越大，则气化度系数EVL越小。这是因为燃料的滴径随着升程量L的增加而增加，燃料的滴径的增加使得燃料难以气化。简言之，随着燃料气化难度的增加，气化度系数EVI～EVP的值减小。
接下来将说明第二实施例的直喷式内燃机1-2的运行和分层燃烧期间所进行的可变排气门的控制。图6显示第二实施例的直喷式内燃机的运行流程。图7显示可变排气的打开正时的映射。将简要说明图6所示的并当直喷式内燃机1-2在发生分层燃烧的状况下运行时所进行的可变排气门的运行的这一部分，所述部分与图3所示的并当直喷式内燃机1-1在发生分层燃烧的状况下运行时所进行的可变排气门的运行的那部分相同。
首先，如图6所示，ECU7的处理部分72确定直喷式内燃机1-2是否在冷起动状态下运行(ST201)。如果确定是直喷式内燃机1-2是在冷起动状态下运行，则处理部分72确定是否发生分层燃烧(ST202)。
随后，如果确定直喷式内燃机1-2是在发生分层燃烧的状况下运行，则处理部分72的气化度预测部分75获得由进气温度传感器55检测的进气温度I(ST203)。然后，气化度预测部分75由所获得的进气温度I和气化度系数EVI的映射计算气化度系数EVI(ST204)。
在计算气化度系数EVI之后，处理部分72的气化度预测部分75获得由冷却液温度传感器9检测的冷却液温度T(ST205)。随后，气化度预测部分75由所获得的冷却液温度T和气化度系数EVT的映射计算气化度系数EVT(ST206)。
在计算气化度系数EVT之后，处理部分72的气化度预测部分75获得由燃料温度传感器25检测的、通过燃料喷射阀21喷射的燃料的燃料温度F(ST207)。随后，气化度预测部分75由所获得的燃料温度F和气化度系数EVF的映射计算气化度系数EVF(ST208)。
在计算气化度系数EVF之后，处理部分72的气化度预测部分75获得由燃料压力传感器26检测的燃料压力P(ST209)。随后，气化度预测部分75由所获得的燃料压力P和气化度系数EVP的映射计算气化度系数EVP(ST210)。
在计算气化度系数EVP之后，处理部分72的气化度预测部分75获得燃料喷射阀21的升程量L(ST211)。升程量L由通过燃料喷射阀21喷射的燃料的喷射量以及燃料压力P确定。因此，气化度预测部分75获得由各种输入信号和燃料喷射量的映射计算的燃料喷射量，并由该燃料喷射量和所获得的燃料压力P计算升程量L。随后，气化度预测部分75由所获得的升程量L和气化度系数EVL的映射计算气化度系数EVL(ST212)。
随后，处理部分72的气化度预测部分75由气化度系数EVI、EVT、EVF、EVP和EVL计算气化度EV(ST213)。例如，可通过将气化度系数EVI、EVT、EVF、EVP和EVL相乘或相加来计算气化度EV。
随后，处理部分72的可变排气门控制部分74由所计算的气化度EV和可变排气门打开正时的映射计算可变排气门的打开正时(ST214)，其中所述可变排气门打开正时的映射在可变排气门打开正时和气化度EV的基础上形成，存储在存储部分73中，并表示在图7中。如图7所示，可变排气门打开正时的映射设置为如果气化度EV小于预定的气化度EV1，即燃料难以气化，则可变排气门42的打开正时相对于正常的打开正时S2被延迟，其中正常的打开正时S2取决于直喷式内燃机1-2所处的运行状态。具体地，可变排气门的打开正时映射设置为，当气化度EV小于预定的气化度EV1时，可变排气门42的打开正时的延迟量按照气化度EV的降低量成比例地增加。因此，如果计算的气化度EV小于预定的气化度EV1，则计算的可变排气门的打开正时S与正常的打开正时S2相比就被延迟了。预定的气化度EV1是指这样一种气化度，如果气化度小于该气化度，则有可能确定燃料的气化不充分，从而在燃烧室A中将产生烟雾。
随后，处理部分72的可变排气门控制部分74基于所计算的可变排气门的打开正时S进行可变排气门控制(ST215)，上述可变排气门控制是可变排气门42的气门正时的控制。在该实施例中，处理部分72的可变排气门控制部分74基于作为所计算的可变排气门打开正时S和正常的打开正时S2之间差值的延迟量，通过将油供给到可变排气门正时机构46的延迟室来延迟可变排气门42的打开正时。具体地，当直喷式内燃机1-2在冷起动状态下运行并且燃料在压缩行程或膨胀行程中喷射时，ECU7的处理部分72延迟可变排气门42的打开正时，以延迟燃烧室A与排气通道5发生连通的时间。
如果可变排气门42的打开正时被延迟，则燃烧室A的关闭时间就会增加。因此，有可能气化悬浮在燃烧室A中的未气化的燃料，即使燃料的气化度较小。此外，有可能延长按上述方式气化的燃料的燃烧时间。具体地，在第二实施例中，当内燃机在冷起动状态下运行时，可变排气门42的打开正时的延迟量按照气化度的降低量成比例地增加。按照该方式，根据冷起动状态下产生的气化度控制燃烧室A的关闭时间。因此，当排气净化装置61的净化催化剂的温度较低时——在这种情况下，燃烧室A中的空气-燃料混合物在空气-燃料比方面可能会过浓，增加可变排气门42的打开正时的延迟量以增加燃烧室A的关闭时间。当气化度较小时——在这种情况下燃烧室A中可能仍然悬浮了大量未气化燃料，也可以增加可变排气门42的打开正时的延迟量。按照该方式，有可能气化悬浮在燃烧室A中的未气化燃料。此外，通过增加按照该方式气化的燃料的燃烧时间，有可能抑制燃烧室A中烟雾的产生。
第一和第二实施例还可包括确定火花塞36的点火正时的步骤，以控制可变排气门。具体地，ECU7的处理部分72可确定火花塞36的点火正时是否被延迟。如果确定点火正时被延迟，则处理部分72基于如图3和图6所示的所计算的可变排气门正时S进行可变排气门的控制。
当直喷式内燃机1-1(1-2)在冷起动状态下运行时，排气净化装置61的净化催化剂的温度还未达到净化催化剂的活化温度。在这种条件下，优选地将高温排气引入排气净化装置61。因此，当内燃机在冷起动状态下运行时，延迟火花塞36的点火正时来延迟点火正时，以增加排入排气通道的排气的温度。然而，当火花塞36的点火正时被延迟时，混合物中燃料的燃烧时间减少。在这种情况下，悬浮在燃烧室A中的许多未气化燃料不能气化，从而无法继续进行燃烧。结果，燃烧室A中会产生大量烟雾。然而，通过延迟火花塞36的点火正时和可变排气门42的打开正时，有可能快速升高排气净化装置61中的净化催化剂的温度，并且抑制燃烧室A中烟雾的产生。
对于上述第一和第二实施例，根据冷却液温度T或气化度EV控制可变排气门42的打开正时的延迟量。然而，当确定冷却液温度T低于预定的冷却液温度T时，或者当确定气化度EV低于预定的气化度EV1时，可进行可变排气门控制使得可变排气门42的打开正时被稍微延迟。
第一和第二实施例的可变排气门的控制仅当直喷式内燃机1-1(1-2)在冷起动状态下运行时才进行。换言之，当直喷式内燃机1-1(1-2)在热起动状态下运行时，不进行上述控制。

Claims (20)

1.一种直喷式内燃机(1-1)，其中，在压缩行程或膨胀行程中通过燃料喷射阀(21)喷入燃烧室(A)的燃料与引入所述燃烧室(A)的进气混合，以在火花塞(36)附近形成空气-燃料混合物，其特征在于包括：
控制可变排气门(42)的气门正时的可变排气门控制装置(74)，每个内燃机气缸(30)的所述燃烧室(A)通过所述可变排气门(42)与排气通道(6)连通，其中，在所述直喷式内燃机在冷起动状态下运行期间，当燃料在所述压缩行程或所述膨胀行程中喷射时，所述可变排气门控制装置(74)延迟所述可变排气门(42)的打开正时。
2.如权利要求1所述的直喷式内燃机(1-1)，其中在所述直喷式内燃机在冷起动状态下运行期间，当燃料在所述压缩行程或所述膨胀行程中喷射时，所述可变排气门控制装置(74)使得所述可变排气门(42)的打开正时相对于正常的打开正时延迟。
3.如权利要求2所述的直喷式内燃机(1-1)，其中在所述直喷式内燃机在冷起动状态下运行期间，当燃料在所述压缩行程或所述膨胀行程中喷射时，所述可变排气门控制装置(74)使得所述可变排气门(42)的打开正时相对于正常的打开正时延迟一定的量。
4.如权利要求1所述的直喷式内燃机(1-1)，还包括：
检测在所述直喷式内燃机(1-1)中循环的冷却液温度的水温检测装置(9)，
其中所述可变排气门控制装置(74)根据所检测的冷却液温度控制所述可变排气门(42)的打开正时的延迟量。
5.如权利要求4所述的直喷式内燃机(1-1)，其中所述可变排气门控制装置(74)与所检测的冷却液温度的降低量成比例地增加所述可变排气门(42)的打开正时的延迟量。
6.如权利要求1所述的直喷式内燃机(1-1)，还包括：
预测所喷射燃料的气化度的气化度预测装置(75)，
其中所述可变排气门控制装置(74)根据所预测的气化度控制所述可变排气门(42)的打开正时的延迟量。
7.如权利要求6所述的直喷式内燃机(1-1)，其中所述可变排气门控制装置(74)根据所预测的气化度使得所述可变排气门(42)的打开正时相对于正常的打开正时延迟。
8.如权利要求6所述的直喷式内燃机(1-1)，其中所述可变排气门控制装置(74)与所预测的气化度的降低量成比例地增加所述可变排气门(42)的打开正时的延迟量。
9.如权利要求6～8中任一项所述的直喷式内燃机(1-1)，其中，所述气化度预测装置(75)基于所述燃烧室(A)中的温度、将通过所述燃料喷射阀(21)喷射的燃料的温度、和通过所述燃料喷射阀(21)喷射的燃料的滴径中的至少一项预测燃料的气化度。
10.如权利要求1～8中任一项所述的直喷式内燃机(1-1)，还包括：
点火正时控制装置(7)，在所述直喷式内燃机(1-1)在冷起动状态下运行期间，当燃料在所述压缩行程或者所述膨胀行程中喷射时，所述点火控制装置延迟所述火花塞(36)的点火正时。
11.一种控制直喷式内燃机(1-1)的方法，其中，在压缩行程或者膨胀行程中喷入燃烧室(A)的燃料与引入所述燃烧室(A)的进气混合，以在火花塞(36)附近形成空气-燃料混合物，所述方法的特征在于包括以下步骤：
控制可变排气门(42)的气门正时，内燃机气缸(30)的所述燃烧室(A)通过所述可变排气门连通排气通道(6)，其中，
在所述直喷式内燃机在冷起动状态下运行期间，当燃料在所述压缩行程或者所述膨胀行程中喷射时，所述可变排气门(42)的打开正时被延迟。
12.如权利要求11所述的控制直喷式内燃机(1-1)的方法，其中，在所述直喷式内燃机在冷起动状态下运行期间，当燃料在所述压缩行程或者所述膨胀行程中喷射时，所述可变排气门(42)的打开正时相对于正常的打开正时延迟。
13.如权利要求12所述的控制直喷式内燃机(1-1)的方法，其中，在所述直喷式内燃机在冷起动状态下运行期间，当燃料在所述压缩行程或者所述膨胀行程中通过燃料喷射阀(21)喷射时，所述可变排气门(42)的打开正时相对于正常的打开正时延迟一定的量。
14.如权利要求11所述的控制直喷式内燃机(1-1)的方法，还包括步骤：
检测在所述直喷式内燃机(1-1)中循环的冷却液的温度，
其中，根据所检测的冷却液温度控制所述可变排气门(42)的打开正时的延迟量。
15.如权利要求14所述的控制直喷式内燃机(1-1)的方法，其中，所述可变排气门(42)的打开正时的延迟量与所检测的冷却液温度的降低量成比例地增加。
16.如权利要求11所述的控制直喷式内燃机(1-1)的方法，还包括步骤：
预测通过燃料喷射阀喷射的燃料的气化度，
其中，根据所预测的气化度控制所述可变排气门(42)的打开正时的延迟量。
17.如权利要求16所述的控制直喷式内燃机(1-1)的方法，其中，根据所预测的气化度，所述可变排气门(42)的打开正时相对于正常的打开正时延迟。
18.如权利要求16所述的控制直喷式内燃机(1-1)的方法，其中，所述可变排气门(42)的打开正时的延迟量与所预测的气化度的降低量成比例地增加。
19.如权利要求16～18中任一项所述的控制直喷式内燃机(1-1)的方法，其中，基于所述燃烧室(A)中的温度、将通过所述燃料喷射阀(21)喷射的燃料的温度、和通过所述燃料喷射阀(21)喷射的燃料的滴径中的至少一项，预测燃料的气化度。
20.如权利要求11～18中任一项所述的控制直喷式内燃机(1-1)的方法，还包括步骤：
控制所述火花塞(36)的点火正时，
其中，在所述直喷式内燃机(1-1)在冷起动状态下运行期间，当燃料在所述压缩行程或者所述膨胀行程中喷射时，所述火花塞(36)的点火正时延迟。
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