火花点火式汽油发动机的控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及火花点火式汽油发动机的控制装置。本发明专利技术几何压缩比设定较高的高压缩比火花点火式汽油发动机（1）能避免高负荷区域发生的异常燃烧。控制器（PCM10）在发动机主体运行状态处于低速区域时，在高负荷区域驱动燃压可变机构（高压燃料供给系统（62）），使燃料压力比低负荷区域的高；在高负荷区域驱动缸内喷射阀（直喷喷射器（67）），使其至少包含在从压缩行程后期到膨胀行程初期的延迟期间内的正时进行的燃料喷射。控制器（10）在高负荷区域驱动火花塞（25），以在延迟期间内的燃料喷射后的正时进行点火。控制器（10）在发动机主体运行状态处于高负荷区域内的中速区域时，除实施所述延迟期间内的燃料喷射外，还实施进气行程中的燃料喷射。

【技术实现步骤摘要】

在此公开的技术涉及火花点火式汽油发动机的控制装置。
技术介绍
在提高火花点火式汽油发动机的理论热效率上，提高其几何压缩比是有效的方法。例如在专利文献I中就记载了将几 何压缩比设定为14以上的高压缩比的火花点火式直喷发动机。又，例如专利文献2中所述，作为能够使改进排气排放与提高热效率两者同时实现的技术，已知有使稀混合气体压缩点火的燃烧方式。在进行这样的压缩点火燃烧的发动机中提高几何压缩比，由于分别提高了压缩端压力及压缩端温度，因此有利于压缩点火燃烧的稳定化。专利文献I :日本特开2007 - 292050号公报； 专利文献2 :日本特开2007 - 154859号公报。但是，专利文献I所述的高压缩比的火花点火式汽油发动机，虽然有利于提高热效率，但另一面，发动机的运行状态，特别是在低速区域而且处于中 高负荷区域时，存在容易导致过早着火和爆震(spark knock，火花爆燃)之类的异常燃烧的问题。又，进行压缩点火燃烧的发动机，在低负荷侧的运行区域，即使是有可能发生压缩点火燃烧，也随着发动机负荷的增大，压缩点火燃烧变成压力上升激烈的过早着火的燃烧。因此，会导致燃烧噪声的增大和爆震等异常燃烧的发生，同时将导致因高燃烧温度而造成的未经处理的NOx (Raw NOx)的增多。因此，也像上述专利文献2上记载的那样，即使是进行压缩点火燃烧的发动机，在高负荷侧的运行区域，通常也不进行压缩点火燃烧，而是进行通过火花塞驱动的火花点火燃烧。但是，以压缩点火燃烧的稳定化为目标，将几何压缩比设定得比较高的发动机，在进行火花点火燃烧的高负荷侧的运行区域，与专利文献I的发动机一样会有导致异常燃烧的问题。
技术实现思路
在此公开的技术，是鉴于这样的存在问题而做出的，其目的在于，在设定为例如14以上的较高的几何压缩比的高压缩比火花点火式汽油发动机中，避免在高负荷区域发生异常燃烧。过早着火和爆震这样的异常燃烧，是在压缩行程中随着未燃混合气体被压缩而发生的自己着火的反应、以及在混合气体的燃烧中，由于已燃部分的膨胀，随着混合气体的未燃部分被压缩而发生的自己着火的反应。在进气行程中喷射燃料的现有发动机，从燃料开始喷射到燃烧结束为止的时间，即、未燃混合气体的可能反应时间较长，是导致这些异常燃烧的主要原因之一。未燃混合气体的可能反应时间由燃料喷射阀喷射燃料的期间，即喷射期间、从燃料喷射完后到在火花塞周围形成可燃混合气体为止的混合气体形成期间、以及对火花塞周围的可燃混合气体点火使其开始燃烧后到该燃烧结束为止的燃烧期间这三段期间构成。本申请的专利技术人对能够分别使这三段期间缩短的对策进行了研究，结果发现，在压缩上死点附近的正时，用比较高的燃料压力向汽缸内喷射燃料，可分别使喷射期间、混合气体形成期间及燃烧期间缩短，从而完成了在此公开的技术。具体地说，在此公开的火花点火式汽油发动机的控制装置，具备形成为具有几何压缩比设定为14以上的汽缸，而且供给有至少含有汽油的燃料的发动机主体；形成为至少包含向所述汽缸内喷射所述燃料的缸内喷射阀的燃料喷射机构；形成为能够对所述汽缸内的混合气体点火的火花塞；形成为能够改变所述缸内喷射阀喷射的燃料压力的燃压可变机构；以及形成为通过至少控制所述燃料喷射机构、所述火花塞及所述燃压可变机构，使所述发动机主体运行的控制器。而且所述控制器在所述发动机主体的运行状态处于低速区域时，在高负荷区域，驱动所述燃压可变机构，使所述燃料压力比低负荷区域的燃料压力高；在所述高负荷区域，在从压缩行程后期到膨胀行程初期的延迟(retard)期间内的正时，驱动所述燃料喷射机构，实施至少包含通过所述缸内喷射阀对所述汽缸内进行燃料喷射的动作；在所述高负荷区域，驱动所述火花塞，在所述延迟期间内的所述燃料喷射后的正时进行点火。所述控制器又在所述发动机主体的运行状态处于所述高负荷区域内的中速区域时，驱动所述燃料喷射机构，除了实施所述延迟期间内的燃料喷射外，还实施进气行程中的燃料喷射。还可以，上述控制器使所述发动机主体的运行状态处于所述高负荷区域内的中速域时的进气行程中的燃料喷射量与所述延迟期间内的燃料喷射量之比，比所述发动机主体的运行状态处于所述高负荷区域内的低速区域时的所述比大。在这里，也可以将发动机主体的几何压缩比设定于14以上，例如20以下。又，也可以将「低负荷区域」及「高负荷区域」分别作为将发动机主体的运行区域区分为负荷高低不同的两个区域的情况下的低负荷侧区域和高负荷侧区域。也可以将「低速区域」及「中速区域」分别作为将发动机主体的运行区域区分为低速、中速、高速三个区域的情况下的低速区域及中速区域。也可以将「压缩行程后期」作为将压缩行程区分为初期、中期、后期三个期间的情况下的后期，同样，也可以将「膨胀行程初期」作为将膨胀行程区分为初期、中期、后期三个期间的情况下的初期。发动机主体的运行区域处于低速区域内的高负荷区域时，相对于曲轴角的变化的实际时间变长，而且汽缸内的压力及温度升高，因此容易发生过早着火和爆震之类的异常燃烧。上述结构的发动机主体，由于是高压缩比，发动机主体的运行区域处于低速区域内的高负荷区域时，特别容易发生异常燃烧。这样的低速区域内的高负荷区域中，上述结构的发动机的控制装置中，控制器使燃料压力高于低负荷区域的燃料压力。高燃料压力使每单位时间喷射的燃料量相对较多。 因此，在以相同的燃料喷射量进行比较的情况下，相比于低燃料压力，高燃料压力使向汽缸内喷射燃料的期间缩短、也就是使喷射期间缩短。又，高燃料压力有利于向汽缸内喷射的燃料喷雾微粒化，同时使燃料喷雾的飞行距离更长。因此，高燃料压力将缩短燃料喷射结束后在火花塞周围形成可燃混合气体的期间(混合气体形成期间)。混合气体形成期间终结的正时与设定于压缩上死点附近的点火正时实质上相同，因此上述喷射期间的缩短以及混合气体形成期间的缩短使得将燃料的喷射正时(更正确地说，喷射开始正时)定为较迟的正时成为可能。因此，上述结构的情况下，在压缩行程后期到膨胀行程初期的延迟期间内的正时执行高燃料压力下的燃料喷射随着在高燃料压力下向汽缸内喷射燃料，该汽缸内的湍流加强，汽缸内的湍流能量增大。该较大的湍流能量与将燃料喷射的正时设定为较迟的正时相结合，有利于缩短燃烧期间。也就是说，即使是以高燃料压力向汽缸内喷射燃料，如果该喷射正时与现有的一样处于进气行程中，则会因到点火正时为止的时间长、进气行程后的压缩行程中汽缸内被压缩，导致湍流衰减，燃烧期间内汽缸内的湍流能量变得比较低。汽缸内的湍流能量较高有利于缩短燃烧期间，因此即使是以高燃料压力对汽缸内喷射燃料，由于喷射正时在进气行程中，因此对燃烧期间的缩短没有起到太大的作用。相反，如上所述构成，在延迟期间内的比较迟的正时而且以较高的燃料压力对汽缸内喷射燃料，则能够一边抑制汽缸内的湍流的衰减，一边开始燃烧，因此燃烧期间内的汽缸内的湍流能量高。这种情况能够缩短燃烧期间。这样以较高的燃料压力而且在比较迟的正时的延迟期间内对汽缸内进行燃料喷射，能够缩短喷射期间，缩短混合气体形成期间，缩短燃烧期间。其结果是，未燃混合气体的可能反应时间与现有的相比大大缩短，因此能够有效避免过早着火和爆震等异常燃烧。而且，上述结构由于在对汽缸内进行燃料喷射的形式上下了功夫，而避免了异常燃烧，因此不必为了避免异常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.24 JP 2011-0388071.ー种火花点火式汽油发动机的控制装置，具备 形成为具有几何压缩比设定为14以上的汽缸，而且供给有至少包含汽油的燃料的发动机主体、 形成为至少包含向所述汽缸内喷射所述燃料的缸内喷射阀的燃料喷射机构、 形成为能够对所述汽缸内的混合气体点火的火花塞、 形成为能够改变所述缸内喷射阀喷射的燃料压カ的燃压可变机构、以及形成为通过至少控制所述燃料喷射机构、所述火花塞及所述燃压可变机构，使所述发动机主体运行的控制器， 所述控制器在所述发动机主体的运行状态处于低速区域吋，在高负荷区域，驱动所述燃压可变机构，使所述燃料压カ比低负荷区域的燃料压カ高，在所述高负荷区域，在从压缩行程后期到膨胀行程初期的延迟期间内的正时，驱动所述燃料喷射机构，实施至少包含通过所述缸内喷射阀对所述汽缸内进行燃料喷射的动作，在所述高负荷区域，驱动所述火花塞，以在所述延迟期间内的所述燃料喷射后的正时进行点火， 所述控制器又在所述发动机主体的运行状态处于所述高负荷区域内的中速区域吋，驱动所述燃料喷射机构，除了实施所述延迟期间内的燃料喷射外，还实施进气行程中的燃料喷射。2.根据权利要求I所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在干， 所述控制器使所述发动机主体的运行状态处于所述高负荷区域内的中速域时的进气行程中的燃料喷射量与所述延迟期间内的燃料喷射量之比，比所述发动机主体的运行状态处于所述高负荷区域内的低速区域时的所述比大。3.根据权利要求I所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在干， 所述燃料喷射机构还包含向所述发动机主体的进气道内喷射燃料的进气道喷射阀，所述进气行程中的燃料喷射由所述进气道喷射阀进行。4.根据权利要求I所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于，所述控制器在所述发动机主体的运行状态处于所述高负荷区域时，使所述发动机主体以空燃比入=I运行。5.根据权利要求I所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于，所述燃压可变机构在所述发动机主体的运行状态处于所述高负荷区域内的至少所述低速区域吋，将所述燃料压カ设定于40MPa以上。6.根据权利要求I所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于，所述缸内喷射阀具有多个喷ロ，而且形成为能够使从这些喷ロ喷射的燃料喷雾在所述汽缸内呈放射状扩散。7.根据权利要求6所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在干， 所述缸内喷射阀配置于由所述汽缸、插入该汽缸内的活塞、及汽缸盖区隔的燃烧室的顶壁部的中央部分， 所述活塞的顶面上具有腔， 所述腔形成为能够将所述延迟期间内喷射的燃料喷雾收入其内部。8.根据权利要求I所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在干，还具备使所述发动机主体的排气侧的已燃气体的一部分流回进气侧的EGR通道， 所述控制器在所述发动机主体的运行状态处于至少除全开负荷外的所述高负荷区域内的至少低速区域时，通过所述EGR通道使排气回流。9.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩井浩平，山川正尚，太田统之，长津和弘，养祖隆，渡边一丰，栗田宽之，渡边直哉，长野高皓，大场秀儿，
申请(专利权)人：马自达汽车株式会社，
类型：发明
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