火花点火式汽油发动机的控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及火花点火式汽油发动机的控制装置及控制方法，其中，发动机在低负载区域中以压缩点火模式运转，在高负载区域中以火花点火模式运转。在火花点火模式中，在从压缩冲程后期至膨胀冲程初期的延迟期间内将燃料以高压喷射，并且执行外部EGR控制。在火花点火模式的执行区域中的负载相对较低的切换区域中，将由外部EGR控制实现的EGR率设定得比负载高于所述切换区域的区域高，并且执行使进气填充量低于压缩点火模式时的填充量的填充量控制。由此，能够提高火花点火模式中的燃烧稳定性，其结果，能够尽可能缩小需要减少进气填充量的负载区域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控制火花点火式汽油发动机的技术。
技术介绍
作为兼顾改善废气排放和改善热效率的技术，已知有例如日本专利公开公报特开2009-91994号所公开的使稀薄的混合气体压缩点火的HCCI (均质压燃)发动机。然而，随着发动机负载变高，压缩点火燃烧会变成压力上升剧烈的过早点火的燃烧。因此会导致燃 烧噪音的增大以及爆震等异常燃烧的发生，并且会导致起因于高燃烧温度的原始NOx的增大。为此，在此种HCCI发动机中，将压缩点火燃烧仅限定在低负载侧的运转区域，而在高负载侧的运转区域中，一般进行由火花塞工作而实现的火花点火燃烧。此外，发动机在压缩点火燃烧的情况下以比理论空燃比稀薄的空燃比运转，而在火花点火燃烧的情况下以理论空燃比运转。因此，在火花点火燃烧时，相对于与发动机负载相当的燃料量的新鲜空气量便被决定，因此必须通过例如节流阀的节流控制来减少进气填充量。但是，此种节流控制会导致泵损失增大，因此希望能够尽可能减少泵损失。对此，向气缸内导入外部EGR气体的做法能够减少新鲜空气量但不减少进气填充量。因此，在火花点火燃烧时并用外部EGR控制的做法有利于降低泵损失。而且，外部EGR气体的导入也有利于降低冷却损失，并且还有避免过早点火及爆震等异常燃烧或抑制原始NOx的生成的优点。但是，基于燃烧稳定性的观点，外部EGR气体的可导入气缸内的量被限制在相对较少的量。因此，当发动机负载高而燃料量及新鲜空气量相对较多时，虽然不需要通过导入外部EGR气体来减少进气填充量，但当发动机负载在例如执行压缩点火燃烧的负载区域与执行火花点火燃烧的负载区域的边界附近般的中负载程度而燃料量相对较少时，即使最大限度地导入外部EGR气体，仍必须通过节流控制来减少新鲜空气量，因此便存在几乎改善不了泵损失的问题。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述情况而作，其目的在于，提供一种，以在执行压缩点火燃烧的压缩点火模式与执行火花点火燃烧的火花点火模式之间进行模式切换的火花点火式汽油发动机中，通过提高火花点火模式下的燃烧稳定性，从而尽可能缩小需要减少进气填充量的负载区域。本案专利技术人发现在压缩上止点附近的时期，以相对较高的燃料压力向气缸内喷射燃料的特征性燃料喷射形态能够缩短燃烧期间，由此可提高燃烧稳定性。基于该发现，能够使大量的EGR气体导入气缸内，从而完成了本专利技术。具体而言，本专利技术的控制装置以火花点火式汽油发动机为对象，该火花点火式汽油发动机包括发动机主体，具有几何压缩比设定在14以上的气缸，而且被供给至少包含汽油的燃料；燃料喷射阀，将所述燃料喷射到所述气缸内；火花塞，面临所述气缸内而设置，而且对该气缸内的混合气体进行点火；燃料压力可变机构，改变所述燃料喷射阀所喷射的燃料的压力=EGR通道，用于使从所述气缸排出的一部分已燃气体回流到进气侧；EGR阀，设置在所述EGR通道中。该发动机的控制装置包括控制器，该控制器至少控制所述燃料喷射阀、所述火花塞及所述燃料压力可变机构。所述发动机主体在指定的低负载区域中以执行压缩点火燃烧的压缩点火模式运转，而在负载高于所述压缩点火模式的高负载区域中以执行火花点火燃烧的火花点火模式运转。并且，在所述火花点火模式下的运转时，所述控制器执行驱动所述燃料压力可变机构的控制以使燃料压力高于所述压缩点火模式时的压力、驱动所述燃料喷射阀的控制以在至少包含从压缩冲程后期至膨胀冲程初期的延迟期间的时期喷射燃料、使所述火花塞工作的控制以在所述延迟期间内在燃料被喷射后进行点火、以及驱动所述EGR阀的外部EGR控制以使已燃气体通过所述EGR通道回流到进气侧。而且，在所述火花点火模式的执行区域中的负载相对较低的切换区域中，所述控制器将由所述外部EGR控制实现的EGR率(外部EGR率)设定得比负载高于所述切换区域的区域高，并且执行使进气填充量低于所述压缩点火模式时的填充量的填充量控制。在所述火花点火模式的负载高于所述切换区域的区域中，在负载低时所述控制器将所述EGR率设高。此处，发动机主体的几何压缩比也可设定为14以上且例如20以下。另外，“低负载区域”及“高负载区域”也可被分别设为基于负载的高低而将发动机主体的运转区域划分为两个区域时的低负载侧的区域及高负载侧的区域。“低速区域”既可被设为基于速度的高低而将发动机主体的运转区域划分为两个区域时的低速侧的区域，或者也可被设为将发动机主体的运转区域划分为低速、中速、高速这三个区域时的低速的区域。“压缩冲程后期”也可被设为将压缩冲程划分为初期、中期及后期这三个期间时的后期，同样地，“膨胀冲程初期”也可被设为将膨胀冲程划分为初期、中期及后期这三个期间时的初期。首先，当发动机主体的运转状态处于指定的低负载区域时，设为执行压缩点火燃烧的压缩点火模式。压缩点火燃烧有利于兼顾改善废气排放和改善热效率。尤其，该发动机主体通过将几何压缩比设定为14以上，从而气缸内的压缩端温度及压缩端压力增高，因此有利于压缩点火燃烧的稳定。另外，在压缩点火模式下，以比理论空燃比稀薄的空燃比使发动机主体运转即可。而且，在压缩点火模式下，为了使压缩点火燃烧稳定，也可通过执行内部EGR控制来提高压缩端温度。与此相对，当发动机主体的运转区域处于比压缩点火模式高负载的区域时，设为火花点火模式。而且，在火花点火模式下，燃料压力提高到比压缩点火模式中的至少低负载 侧的燃料压力更高的压力。随着燃料以高燃料压力被喷射到气缸内，气缸内的紊流的程度(乱流)增强，气缸内的紊流能量提高。而且，该燃料喷射至少在从压缩冲程后期到膨胀冲程初期的延迟期间内进行。该高燃料压力与相对较迟时期的燃料喷射的组合缩短了由该燃料喷射后的点火而开始的燃烧的燃烧期间。S卩，气缸内的紊流能量高有利于燃烧期间的缩短。尽管如前所述高燃料压力下的燃料喷射能够提高气缸内的紊流能量，但如果其喷射时期是处在进气冲程中，则会因至点火时期为止的时间长或在进气冲程后的压缩冲程中气缸内受到压缩而导致乱流衰减，造成燃烧期间内的气缸内的紊流能量相对变低。即，即使燃料以高燃料压力喷射到气缸内，但如果喷射时期是在进气冲程中，则对于燃烧期间的缩短并无大的帮助。与此相对，当如所述结构般，以延迟期间内的时期即相对较迟的时期且以高燃料压力将燃料喷射到气缸内则能够在抑制气缸内的乱流的衰减的情况下开始燃烧。由此，燃烧期间内的气缸内的紊流能量增高。从而燃烧期间变短，能够实现燃烧的稳定化。而且，高燃料压力使得单位 时间内喷射的燃料量相对增多。因此，如果以同一燃料喷射量来比较，则高燃料压力可使燃料喷射到气缸内的期间即喷射期间比低燃料压力时缩短。此外，高燃料压力有利于喷射到气缸内的燃料喷雾的微粒化，并且使燃料喷雾的飞翔距离更长。由此，高燃料压力可缩短燃料喷射结束后到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)。因此，上述喷射期间的缩短及混合气体形成期间的缩短能够使得燃料的喷射时期(更准确地讲，为喷射开始时期)为相对较迟的时期。即，高燃料压力使得延迟期间内的燃料喷射成为可能。这样，在火花点火模式下，通过以高燃料压力且在延迟期间内执行将燃料喷射到气缸内，实现燃烧期间短的急速燃烧，从而使得燃烧稳定。另一方面，在火花点火模式下，执行外部EGR控制。更具体而言，将外部EGR控制的执行区域分为负载相对较低的切换区域和较之高负载的区域，在负本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.24 JP 2011-0388101.ー种火花点火式汽油发动机的控制装置，控制火花点火式汽油发动机，其特征在于: 所述火花点火式汽油发动机包括 发动机主体，具有几何压缩比设定在14以上的气缸，而且被供给至少包含汽油的燃料； 燃料喷射阀，将所述燃料喷射到所述气缸内； 火花塞，面临所述气缸内而设置，而且对该气缸内的混合气体进行点火； 燃料压カ可变机构，改变所述燃料喷射阀所喷射的燃料的压カ； EGR通道，用于使从所述气缸排出的一部分已燃气体回流到进气侧； EGR阀，设置在所述EGR通道中； 所述控制装置包括控制器，该控制器至少控制所述燃料喷射阀、所述火花塞及所述燃料压カ可变机构， 所述发动机主体在指定的低负载区域中以执行压缩点火燃烧的压缩点火模式运转，而在负载高于所述压缩点火模式的高负载区域中以执行火花点火燃烧的火花点火模式运转，在所述火花点火模式下的运转时，所述控制器执行驱动所述燃料压カ可变机构的控制以使燃料压カ高于所述压缩点火模式时的压力、驱动所述燃料喷射阀的控制以在至少包含从压缩冲程后期至膨胀冲程初期的延迟期间的时期喷射燃料、使所述火花塞工作的控制以在所述延迟期间内在燃料被喷射后进行点火、以及驱动所述EGR阀的外部EGR控制以使已燃气体通过所述EGR通道回流到进气侧， 在所述火花点火模式的执行区域中的负载相对较低的切換区域中，所述控制器将由所述外部EGR控制实现的EGR率设定得比负载高于所述切換区域的区域高，并且执行使进气填充量低于所述压缩点火模式时的填充量的填充量控制， 在所述火花点火模式的负载高于所述切換区域的区域中，在负载低时所述控制器将所述EGR率设高。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，其特征在于 在所述火花点火模式中，所述控制器使所述发动机主体以空燃比为I来运转。3.根据权利要求I或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于 在所述火花点火模式中，所述燃料压カ可变机构将所述燃料压カ设定在40MPa以上。4.根据权利要求I或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于 在所述火花点火模式的所述切换区域中，所述控制器将所述EGR率设定在30%以上。5.根据权利要求I或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于 在所述火花点火模式中，所述控制器驱动所述燃料喷射阀以执行多次燃料喷射，并且将所述多次燃料喷射中的最后一次的燃料喷射的时期设定在所述延迟期间内。6.根据权利要求I或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于 在所述火花点火模式的所述切换区域中，所述控制器通过进行进气通道中所设的节流阀的节流控制来进行所述EGR率的调整。7.根据权利要求I或2所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于 所述发动机包括改变排气门的工作状态的可变机构， 在所述压缩点火模式下的运转时，所述控制器通过执行使所述排气门不仅在排气冲程而且在进气冲程也打开的排气的二次打开来执行使已燃气体残留在气缸内的内部EGR控制。8.根据权利要求7所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于 在所述压缩点火模式下的运转时 ，所述控制器执行使进气通道中所设的节流阀保持在全开的控制、将所述EGR阀保持在全闭的控制、使在进气冲程中打开的排气门的气门关闭时期和进气门的气门关闭时期保持在一定的时期的控制、以及伴随负载的增大而使进气门的气门打开时期提前并且加大进气门的升程的控制，以便调整内部EGR气体的量。9.根据权利要求7所述的火花点火式汽油发动机的控制装置，其特征在于 在所述压缩点火模式下的运转时，所述控制器执行使进气通道中所设的节流阀对应于负载的増大而开大的控制、将所述EGR阀保持在全闭的控...

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