專利名稱：增壓式發(fā)動機的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種增壓式發(fā)動機的控制裝置。尤其是，本發(fā)明涉及一種適用于多氣缸發(fā)動機中控制各個氣缸的燃燒狀態(tài)從而提高燃料經(jīng)濟性和放射物凈化功能的控制裝置。
背景技術：
在已有技術中，已知有一種在“稀薄”空氣燃料比的狀態(tài)下進行燃燒來實現(xiàn)燃料的經(jīng)濟性的技術，在該狀態(tài)下，火花點火發(fā)動機的各個氣缸中的空氣燃料混合物在比理論空氣燃料比的大的比例下燃燒。這類發(fā)動機的一個例子揭示在日本未審專利出版物H10-270458中，該發(fā)動機使用燃料噴射器將燃料直接噴射至燃燒室，從而通過在低速度和低負荷的壓縮沖程中噴射燃料而產(chǎn)生分層充氣燃燒，進而完成極稀薄混合燃燒。
在這種發(fā)動機中，在稀薄燃燒操作條件下，只使用普通的三效催化劑(three-waycatalyst)是不可能達到足夠的放射-凈化氮氧化合物的效果的，該三效催化劑是一種在理論比條件下可以很好地把碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)以及氮氧化合物(NOx)作凈化轉換的催化劑。因此，如前述出版物中所述，發(fā)動機中另外配置有可在富含氧氣的大氣中吸收氮氧化物(NOx)，并且可在大氣中氧氣濃度減小時釋放和降低氮氧化物的脫氮氧(NOx)催化劑。例如，如前述出版物所述，如果當使用這種脫氮氧化物催化劑時，在稀薄燃燒操作條件下被脫氮氧催化劑吸收的NOx量增加，則不僅要把燃料噴射主要的燃燒，而且在膨脹沖程時還要加入燃料以降低空氣燃料比以產(chǎn)生一氧化碳來加速釋放和降低氮氧化物。
前述進行傳統(tǒng)的稀薄燃燒操作的發(fā)動機在稀薄燃燒操作條件下需要脫氮氧化物催化劑來實現(xiàn)氮氧化物的轉化性能。這類發(fā)動機還需要三效催化劑，用于在高負荷運轉區(qū)域工作時，對在理論空氣燃料比下操作的發(fā)動機進行放射物凈化。與三效催化劑配置在一起的脫氮氧催化劑需要一個相對較大的數(shù)量吸收一定數(shù)量的氮氧化物，這種催化劑與三效催化劑相比，價格比較昂貴，從成本角度考慮的話，使用這種脫氮氧催化劑是沒有優(yōu)勢可言的。
另外，如上所述當吸收的氮氧化物量增加時，要通過在規(guī)定的間隔需另外添加燃料來暫時降低空氣燃料比以加速釋放和減少氮氧化物，從而保持脫氮氧催化劑的轉化性能。這將危害稀薄燃燒操作帶來的燃料經(jīng)濟性的改進效果。
還有，當使用的燃料含有高度的硫成分時，脫氮氧催化劑容易被硫化中毒。脫氮氧催化劑因此要接受再生處理，例如對催化劑加熱和提供還原劑以防止硫化中毒問題。這種脫氮氧催化劑的再生處理很可能會導致降低燃料經(jīng)濟性改進效果和使耐久性退化。
當上述類型的發(fā)動機通常是在發(fā)動機的較低負荷運轉區(qū)域內(nèi)進行稀薄混合的分層充氣燃燒的，并且在較高負荷運轉區(qū)域內(nèi)，是以低于理論空氣燃料比進行均勻充氣燃燒，確保所需的發(fā)動機的輸出時，最好還是盡可能在高負荷運轉區(qū)域內(nèi)也能實現(xiàn)良好的燃料經(jīng)濟性及良好的發(fā)射物質量。
本發(fā)明已經(jīng)考慮到了已有技術中的前述問題。因此，本發(fā)明的一個目的就是提供一個火花點火發(fā)動機的控制裝置，該發(fā)動機能夠通過僅僅使用三效催化劑不另外使用脫氮氧催化劑就達到改進放射物凈化的功能，同時能保證稀薄燃燒的燃料經(jīng)濟性改進效果。本發(fā)明的另一個目的就是，提供一在高負荷運轉區(qū)域內(nèi)也能夠提供好的燃料經(jīng)濟性和放射物凈化功能的火花點火發(fā)動機的控制裝置，通過使用一個增壓器能夠使在更高的負荷運轉區(qū)域中保持所需要的發(fā)動機輸出性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的控制裝置是用于多氣缸的增壓式發(fā)動機中，該發(fā)動機的各個氣缸以規(guī)定的相位差來執(zhí)行由進氣、壓縮、膨脹、排氣的各個沖程所構成的循環(huán)，其中進氣沖程和排氣沖程彼此重疊的一對氣缸中，位于排氣沖程的氣缸為前氣缸而位于進氣沖程的氣缸為后氣缸，并形成有氣體流動路徑使前氣缸排出的已燃燒氣體通過缸際氣體通道被直接引入后氣缸，之后只有從后氣缸排出的氣體才被引入排氣通道，所述發(fā)動機具有用于增壓提供給前氣缸的進氣的增壓器，和設置在所述排氣通道中的三效催化劑。該控制裝置包括對上述各氣缸的燃料供給進行控制的控制器，在發(fā)動機的所有運轉區(qū)域內(nèi)，使前氣缸的燃燒在空氣燃料比大于理論空氣燃料比規(guī)定量的條件下進行，然后通過供應燃料給前氣缸排出的稀薄空氣燃料比的已燃燒氣體，使后氣缸的燃燒在空氣燃料比等于或者小于理論空氣燃料比的條件下進行。
根據(jù)這種結構，在發(fā)動機的全部運轉區(qū)域中，前氣缸在稀薄混合物的條件下燃燒，由于熱效率的增加和泵送損失的減小，產(chǎn)生顯著的燃料經(jīng)濟性的改進效果，通過為從前氣缸中引入的稀薄空氣燃料比的燃燒氣體提供燃料，使后氣缸以空氣燃料等于或者小于理論空氣燃料比的條件下燃燒，從而至少由于泵送損失的減少而產(chǎn)生燃料經(jīng)濟性的改進效果。此外，僅僅由使用三效催化劑而不需要用脫氮氧催化劑就能產(chǎn)生足夠的放射物-凈化效果，因為只有等于或者小于理論空氣燃料比的氣體從后氣缸中排放到排氣通道。
還有，氮氧化物反射量被有效地減少。這是由于前氣缸中的燃燒是在稀薄空氣燃料比條件下進行以使得其中產(chǎn)生得氮氧化物保持在相對較低的水平，并且燃燒氣體被從前氣缸引入到后氣缸，以產(chǎn)生一個等效于通過排氣再循環(huán)(EGR)引入大量排氣的條件。這種設置從某種觀點看也提高了放射物凈化的功能。
此外，由于進入前氣缸的進氣被增壓器增壓，即使在發(fā)動機的高負荷運轉區(qū)域內(nèi)，也可能通過增加進入前氣缸的新鮮空氣使前氣缸內(nèi)產(chǎn)生稀薄燃燒操作，并且當向后氣缸噴射產(chǎn)生所需轉矩需要的適當燃料時，后氣缸中通過引入燃燒氣體而產(chǎn)生燃燒。這就可能在高負荷運轉區(qū)域內(nèi)也產(chǎn)生顯著的燃料經(jīng)濟性改進效果。
在本發(fā)明中，最好使前氣缸中的空氣燃料比大致等于理論空氣燃料比的兩倍或者等大。
這種配置是為了有效地增加通過稀薄燃燒操作獲得的燃料經(jīng)濟性改進效果，防止引入后氣缸中的燃燒氣體中的過量空氣變得太小，保證后氣缸內(nèi)的可燃性。
最好是，本發(fā)明的控制裝置應該配置成使發(fā)動機具有將燃料直接噴射至前氣缸的燃料噴射器，所述控制器使前氣缸中形成稀薄混和狀態(tài)，且于壓縮沖程通過燃料噴射器噴射燃料以在前氣缸中產(chǎn)生分層充氣燃燒。
在這種結構中，即使在稀薄空氣燃料比時，前氣缸中的燃燒也是按照所需的方式分層進行的。
控制器最好控制燃料的供應以使后氣缸中的空氣燃料比至少在發(fā)動機的低負荷運轉區(qū)域內(nèi)等于理論空氣燃料比。
這種配置能夠讓三效催化劑至少在發(fā)動機的低負荷運轉區(qū)域內(nèi)以所需的方式顯示其放射-凈化功能。
具體地說，最好控制器使后氣缸中的空氣燃料比，在發(fā)動機高負荷運轉區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)等于化學計量理論空氣燃料比，在高負荷運轉區(qū)域內(nèi)小于理論空氣燃料比。
這種配置能夠讓三效催化劑在發(fā)動機的高負荷運轉區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)以預期的方式展示其放射物-凈化功能，防止高負荷運轉區(qū)域內(nèi)的后氣缸中的熱負荷的增加。
在本發(fā)明的另一種較好的形式中，發(fā)動機具有將燃料直接噴射至后氣缸中的燃料噴射器，并且控制器使燃料噴射器在后氣缸的壓縮沖程中至少噴射一部分的燃料。
在這種結構中，后氣缸中產(chǎn)生分層充氣燃燒或者輕度分層充氣燃燒，以致即使在等效于大量排氣被排氣循環(huán)操作引入的情況下，后氣缸中的燃燒仍然按照所需的方式進行。
或者，燃料也可以在后氣缸的進氣沖程中被共給至后氣缸。
例如，如果由于從前氣缸引入到后氣缸的燃燒氣體具有足夠高的溫度，即使當燃料在那里被均勻分散，能保持后氣缸的點火性時，那就將是有效的。
還有，在發(fā)動機的部分負荷運轉區(qū)域內(nèi)，最好是后氣缸中的燃燒是通過壓縮自我點火而予以進行。
這就會通過后氣缸中的壓縮自我點火有效地增加熱效率，從而使燃料的經(jīng)濟性得到更大的改進。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，配置了控制裝置的整個發(fā)動機的平面圖；圖2是發(fā)動機主體及其零部件的剖面示意圖；圖3是控制系統(tǒng)的方框圖；圖4是發(fā)動機運轉區(qū)域的解說性方框圖；圖5顯示了各個氣缸進氣、排氣沖程時序以及燃料噴射時序和點火時序的方框圖；圖6顯示了后氣缸燃料噴射時序的另一個實施例的方框圖；圖7顯示了后氣缸燃料噴射時序的又一個實施例的方框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖描述本發(fā)明的實施例。
圖1顯示了按照本發(fā)明的一個實施例配置控制裝置的整個發(fā)動機的平面圖，圖2顯示了發(fā)動機主體的一個氣缸的結構，進氣閥和排氣閥等等。參考這些附圖，發(fā)動機主體1具有多個氣缸。在實施例中，發(fā)動機具有四個氣缸，分別標為2A到2D，各個氣缸2A-2D中配備有活塞3，以及一形成于活塞3上的燃燒室4。
在每個氣缸2中燃燒室4的頂部都配有一個火花塞7，其遠端置于燃燒室4的內(nèi)部。火花塞7連接到一個能夠控制點火時序的點火電路8上。
每個氣缸2中的燃燒室4的一側配有一個燃料噴射器9，用以將燃料直接噴射到燃燒室4中。燃料噴射器9結合了一個針形閥和一個螺線管(未圖示)。在稍后介紹的脈沖信號輸入的驅動后，燃料噴射器9使針形閥在對應于脈沖信號的持續(xù)時間脈沖長度在脈沖輸入時間同步打開，然后噴射由閥門打開時序決定的一定的燃料量。盡管沒有示出，燃料通過一條供油通道由燃料泵提供燃料給噴射器9，一個燃料供應系統(tǒng)的結構被設置成各個壓縮沖程中提供一高于燃燒室4的內(nèi)部壓力的燃料壓力。
進氣口11和排氣口12通向各個氣缸2A-2D的燃燒室4，進氣閥13和排氣閥14置于各個進氣口14和排氣口12中。這些進氣閥和排氣閥13，14通過一個包括凸輪軸15，16的閥驅動機構而在一定時間內(nèi)被打開和關閉。
各個氣缸2A-2D以一定的相位差來執(zhí)行由進氣，壓縮，膨脹和排氣沖程所構成的循環(huán)。如圖5中所示，在四氣缸發(fā)動機中，從氣缸組的一端看過去的四個氣缸2A-2D分別被稱為第一個氣缸2A，第二個氣缸2B，第三個氣缸2C和第四個氣缸2D，上述的循環(huán)的次序依次是第一個氣缸2A，第三個氣缸3C，第四個氣缸2D和第二個氣缸2B，彼此之間有180°的相位差，圖5中“EX”表示排氣沖程，“IN”表示進氣沖程，“F”表示燃料噴射，“S”表示點火。
在排氣進氣沖程重疊交接的兩個氣缸之間設置一缸際氣體通道22，這樣，使燃燒的氣體在排氣進氣沖程重疊期間可以從處于排氣沖程的氣缸(本發(fā)明后文中稱之為前氣缸)中導入處于進氣沖程的氣缸(本發(fā)明后文中稱之為后氣缸)。如圖5中所示，在本實施例中的四氣缸發(fā)動機中，第一個氣缸2A的排氣沖程(EX)與第二個氣缸2B的進氣沖程(IN)重疊，第四個氣缸2D的排氣沖程(EX)和第三個氣缸2C的進氣沖程(IN)重疊。因此，第一個氣缸2A和第二個氣缸2B組成一對氣缸而第四個氣缸2D和第三個氣缸2C組成另一對氣缸，第一個氣缸2A和第四個氣缸2D是前氣缸，而第二個氣缸2B和第三個氣缸2C是后氣缸。
一條進氣通道17，一條排氣通道20和連接在各個氣缸2A-2D的進氣和排氣口11，12的缸際氣體通道22的構造具體敘述如下。
進氣通道17在其下游側具有兩個與第一個氣缸2A和第四個氣缸2D的進氣口11相連的分支進氣通道18，用以提供空氣給前氣缸(第一個氣缸2A和第四個氣缸2D)。另一方面，排氣通道20在其上游側具有兩個與第二個氣缸2B和第三個氣缸2C的排氣口12相連的分支排氣通道21，用以引導從后氣缸(第二個氣缸2B和第三個氣缸2C)中排出的氣體。
缸際氣體通道22置于第一個氣缸2A和第二個氣缸2B之間以及第三個氣缸2C和第四個氣缸2D之間。缸際氣體通道22的上游端與作為前氣缸的第一和第四氣缸2A，2D的排氣口12相連，而缸際氣體通道22的下游端與作為后氣缸的第二和第三氣缸2B，2C的進氣口11相連。
此外，還提供了一個增壓器，在高壓下提供空氣給前氣缸2A，2D。本實施例中，發(fā)動機配備有一個渦輪增壓器23。渦輪增壓器23包括一個位于通過分支排氣通道21與第二和第三氣缸2B，2C排氣口12相連的排氣通道20中的渦輪24，和一個位于通過分支進氣通道18與第一和第四氣缸2A，2D進氣口11相連的進氣通道17中的壓縮器25。這種結構的渦輪增壓器23中，渦輪24被流經(jīng)排氣通道20的排出氣體的能量的驅動而旋轉燃燒。結果，與渦輪24互鎖的壓縮器25旋轉產(chǎn)生高進氣壓力。
冷卻增壓進氣的一個內(nèi)部冷卻器26置于壓縮器25下游處的進氣通道17中，一個節(jié)流閥27置于內(nèi)部冷卻器26的下游處。節(jié)流閥27由一個致動器28根據(jù)一控制信號驅動來調節(jié)進氣量。
在渦輪24下游處的排氣通道20中設置有一種三效催化劑30，用以轉換排出氣體。眾所周知，當排出氣體中的空氣燃料比近似等于理論比(即過量空氣系數(shù)λ＝1)時，三效催化劑30是一種對碳氫化合物(HC)，一氧化碳(CO)和氮氧化合物(NOx)具有高轉換性能的催化劑。
在渦輪24上游處的排氣通道20中配有一個氧氣傳感器23，該傳感器通過測量排出氣體中氧氣濃度來探測空氣燃料比。氧氣傳感器23包括一個λ氧氣傳感器，其輸出在理論空氣燃料比附近突然改變。
此外，一個線性氧氣傳感器置于各個前述的缸際氣體通道22中，其輸出隨著排出氣體中氧氣濃度的變化呈線性變化。
圖3是一個驅動/控制系統(tǒng)的結構圖。參考該附圖，從氧氣傳感器31，線性氧氣傳感器和一個探測進氣量的氣流傳感器33中輸出的信號被輸入到ECU(電子控制單元)40中，該ECU包括一控制發(fā)動機的微型計算機。從一個探測發(fā)動機速度以判別發(fā)動機操作條件的發(fā)動機速度傳感器34和一個探測節(jié)流閥開口打開(油門的降壓量)的油門踏板行程傳感器35中輸出的信號也輸入至ECU40中。另一方面，ECU40輸出控制信號至各個燃料噴射器9，節(jié)流閥27的致動器28和點火電路8。
ECU40包括一個運轉狀態(tài)識別器41，一個進氣量控制器42，一個燃料噴射控制器43和一個點火時序控制器44。
運轉狀態(tài)識別器41基于從發(fā)動機速度傳感器34，油門踏板行程傳感器35等中輸出的信號來檢驗發(fā)動機的操作條件(發(fā)動機速度和負荷)，以及判別發(fā)動機操作條件在圖4中所示的滿節(jié)流負荷和靠近滿節(jié)流范圍中是處于從低到中級負荷運轉區(qū)域A還是處于高負荷運轉區(qū)域B中。
進氣量控制器42通過控制致動器28來控制節(jié)流閥27的開口打開(節(jié)流閥打開)。具體地說，該進氣量控制器42根據(jù)例如發(fā)動機操作條件來決定目標進氣量，以及根據(jù)獲得的目標進氣量來控制節(jié)流閥開口打開。在本實施例中，進氣不是通過進氣通道17直接供應給后氣缸(第二和第三氣缸2B，2C)的，而是用從前氣缸2A，2D中引入的燃燒氣體中的過量空氣在后氣缸2B，2C中燃燒。因此，節(jié)流閥的開口打開被調節(jié)使得通過渦輪增壓器23增壓并供應給前氣缸2A，2D的進氣的量足夠滿足兩對前后氣缸2A-2B，2D-2C中燃料燃燒以產(chǎn)生所需的轉矩的量。
前述的燃料噴射控制器43是用于控制從各個氣缸2A-2D中的燃料噴射器9噴射的燃料量以及根據(jù)發(fā)動機操作條件來控制噴射時序的。具體地說，在所有發(fā)動機運轉區(qū)域內(nèi)，燃料噴射控制器43控制噴射至前氣缸(第一和第四氣缸2A，2D)的燃料量，使空氣燃料比大于理論空氣燃料比，最好近似于理論空氣燃料比的2倍或2倍以上，以產(chǎn)生稀薄混合，同時為前氣缸2A，2D設置噴射燃料時序以在壓縮沖程期間噴射燃料從而于前氣缸2A，2D中實現(xiàn)分層充氣燃燒。
另一方面，燃料噴射控制器43通過供應燃料給從前氣缸2A，2D引入的“稀薄”空氣燃料比中的燃燒氣體來控制噴射到后氣缸(第二和第三氣缸2B，2C)的燃料量以產(chǎn)生空氣燃料比等于或小于理論空氣燃料比的富混合物。更具體地說，噴射到后氣缸2B，2C的燃料量被控制，使后氣缸2B，2C的空氣燃料比至少在低負荷運轉區(qū)域內(nèi)等于理論空氣燃料比，最好在圖4中的從低到中負荷運轉區(qū)域A內(nèi)等于理論空氣燃料比，同時降低后氣缸2B，2C中的空氣燃料比以在圖4中的高負荷運轉區(qū)域B內(nèi)產(chǎn)生富混合物。然后，燃料噴射控制器43設置后氣缸2B，2C的噴射燃料時序，使點火和燃燒在富含燃燒氣體的環(huán)境中進行。例如，燃料在壓縮沖程期間被噴射以保證點火性能。
在圖4所示的運轉區(qū)域A中，氣缸2B，2C的空氣燃料比被設置成等于理論空氣燃料比，調節(jié)前述燃料噴射量的控制操作是通過基于從氣流傳感器33，氧氣傳感器31等的輸出信號的反饋控制來進行。具體地說，各個氣缸基本燃料噴射量是基于進氣量計算所得，在前氣缸2A，2D中產(chǎn)生“稀薄”空氣燃料比，而在后氣缸2B，2C中產(chǎn)生理論空氣燃料比。噴射到前氣缸2A，2D的燃料量通過基于從缸際氣體通道22中線性氧氣傳感器32中輸出信號的反饋來校正，而噴射到后氣缸2B，2C的燃料量通過基于排氣通道20中的氧氣傳感器31的輸出信號的反饋來校正。
點火時序控制器44根據(jù)有關情況決定各個氣缸2A-2D的點火點，并控制點火電路8使點火發(fā)生在如此決定的點火點處。
下面結合圖5介紹本實施例中前述裝置的操作效果。
通過渦輪增壓器23增壓的進氣沿著進氣通道17向下游流動，并通過致動器28和各個分支進氣通道18(圖1中的箭頭“a”)被導入前氣缸(第一和第四氣缸2A，2D)中。燃料(F)在前氣缸2A，2D的壓縮沖程中噴射其中，同時反饋控制被噴射的燃料量，使得被各個線性氧氣傳感器32探測到的空氣燃料比等于前述的“稀薄”空氣燃料比，點火(S)在一定的點火點處發(fā)生，在“稀薄”空氣燃料比下產(chǎn)生分層充氣燃燒。
隨后，從前氣缸2A，2D中排出的燃燒氣體，在前氣缸2A，2D的排氣沖程與后氣缸2B，2C的進氣沖程重疊期間，通過缸際氣體通道22分別被引入各后氣缸2B，2C(圖5中的空心箭頭和圖1中的箭頭“b”)。后氣缸2B，2C中，燃料供應給從前氣缸2A，2D引入的“稀薄”空氣燃料比中的燃燒氣體，所形成的混合物在一定的點火點處點火(S)燃燒。具體地說，在從低到中的負荷運轉區(qū)域A內(nèi)，后氣缸2B，2C中進行燃燒時，噴射到后氣缸2B，2C的燃料量基于從氧氣傳感器31的輸出信號來控制，以使后氣缸2B，2C中的空氣燃料比等于理論空氣燃料比。后氣缸2B，2C中燃燒后，燃燒氣體被排入具有三效催化劑30的排氣通道20中(圖1中的箭頭“c”)。
因為前氣缸2A，2D中，如上所述分層充氣燃燒是在“稀薄”空氣燃料比下進行的，因此前氣缸2A，2D中的熱效率提高而泵送損失降低，其總的效果大大提高了燃料經(jīng)濟性。另一方面，后氣缸2B，2C中，混合物是在空氣燃料比被控制得與理論空氣燃料比相匹配的條件下進行燃燒，同時，額外的燃料供應給處于過量空氣狀態(tài)的燃燒氣體。因此，盡管后氣缸2B，2C中的熱效率稍小于在“稀薄”空氣燃料比下進行分層充氣燃燒的前氣缸2A，2D中的熱效率，但由于泵送損失的減少仍有可能足夠提高燃料經(jīng)濟性。
另外，無需如傳統(tǒng)的稀薄燃燒發(fā)動機那樣提供一種脫NOx的催化劑，僅僅用三效催化劑30就可以保證足夠的放射物凈化功能，這是因為從后氣缸2B，2C排入排氣通道20的氣體是滿足理論空氣燃料比的氣體。
由于如上所述無需提供脫NOx的催化劑，因此沒有必要當脫NOx催化劑吸收的NOx量增加時，暫時降低空氣燃料比來加速NOx的釋放和減少，從而可以避免燃料經(jīng)濟性改進的降低。而且，實施例中的配置不會引起前述脫Nox催化劑被硫化中毒情況的發(fā)生。
此外，該實施例中，放射物Nox的量充分降低。這是因為前氣缸2A，2D中空氣燃料比非常大，即近似于理論空氣燃料比的兩倍或更大，從而使氣缸2A，2D中產(chǎn)生的NOx量相對比較低，燃燒氣體從前氣缸2A，2D被引入后氣缸2B，2C中，產(chǎn)生等效于當大量排出氣體通過EGR操作引入時所產(chǎn)生的情況。從這樣一個觀點看，前述實施例中的配置有利于改進放射物的質量。
如上所述，燃燒氣體通過缸際氣體通道22從前氣缸2A，2D被引入后氣缸2B，2C中。通過例如調節(jié)缸際氣體通道22的長度有可能調節(jié)散熱量，從而調節(jié)引入后氣缸2B，2C中的燃燒氣體的溫度。通過這樣調節(jié)燃燒氣體的溫度和適當調節(jié)燃料噴射到后氣缸2B，2C的時序，有可能在后氣缸2B，2C中引入大量排出氣體時保持良好的點火性和可燃性。
盡管當過量氧氣和從前氣缸2A，2D引入后氣缸2B，2C的氣體的比例大大減少時，后氣缸2B，2C穩(wěn)定的可燃性降低，但是如果前氣缸2A，2D中空氣燃料比近似于理論空氣燃料比或更大，就可以充分保證后氣缸2B，2C中的穩(wěn)定可燃性。
具體地說，因為在前氣缸2A，2D中進行極度稀薄混合燃燒，噴射到前氣缸2A，2D中的進氣通過渦輪增壓器23增壓，而后氣缸中2B，2C中的燃燒條件是，燃燒氣體在如上所述發(fā)動機所有的運轉區(qū)域內(nèi)從前氣缸2A，2D導入，因此本發(fā)明能夠充分的改進燃料經(jīng)濟性能。
如果在前氣缸2A，2D中進行極度稀薄混合燃燒，而后氣缸中2B，2C中的燃燒條件為，燃燒氣體在不帶前述渦輪增壓器23的自然吸氣發(fā)動機中高負荷運轉區(qū)域內(nèi)從前氣缸2A，2D中導入，這樣，就不可能會產(chǎn)生足夠的轉矩，因此發(fā)動機應該轉變成高負荷運轉區(qū)域內(nèi)的普通燃燒狀態(tài)(即進氣和燃料供應給各個氣缸來燃燒)。然而，根據(jù)本發(fā)明，供應給前氣缸2A，2D的進氣被增壓，即使在高負荷運轉區(qū)域內(nèi)下，還是有可能往前氣缸2A，2D中噴射較多新鮮空氣進行極度稀薄混合物燃燒，后氣缸2B，2C中的燃燒則在引入大量燃燒氣體的同時噴射適當量的燃料以產(chǎn)生所需的轉矩。因此，本發(fā)明有可能在高負荷運轉區(qū)域內(nèi)充分改進燃料經(jīng)濟性而保持近似于自然吸氣發(fā)動機的輸出水平。
通常，因為燃燒氣體從前氣缸2A，2D的導入，后氣缸2B，2C中的熱負荷在高負荷運轉區(qū)域內(nèi)可能會增加。然而，因為后氣缸中的空氣燃料比小于理論空氣燃料比以在高負荷運轉區(qū)域B內(nèi)產(chǎn)生富混合物，因此有可能減少熱負荷和增強后氣缸2B，2C中的輸出轉矩。
本發(fā)明的控制裝置并不限于前述實施例中說明的結構，而是可以有種種方式對之進行改變和變化。下面接下來說明一下本發(fā)明中的其他實施例及其變化情況。
(1)盡管前述基本實施例中，后氣缸2B，2C中分層充氣燃燒是通過將燃料噴射點設置在壓縮沖程中在空氣燃料比等于或小于理論空氣燃料比的條件下進行的，但是如圖6中所示也可通過在進氣沖程和壓縮沖程期間噴射燃料兩次而在各個后氣缸2B，2C中進行多點式燃料噴射(F1，F(xiàn)2)。這就有可能防止火花塞7周圍燃料濃度過高，而在稍微分層條件下產(chǎn)生燃燒。
(2)如果即使燃料均勻地分散在后氣缸2B，2C中，仍有可能由于有燃燒氣體的足夠高的溫度，從前氣缸2A，2D導入后氣缸2B，2C而保持點火性，就可以如圖7所示通過在進氣沖程期間僅僅對各后氣缸2B，2C噴射燃料一次而進行一點式燃料噴射。
(3)如上所述，即使燃料均勻地分散在后氣缸2B，2C中，仍有可能保持點火性，配智于后氣缸2B，2C中的燃料噴射器就沒必要一定設計成直接將燃料噴射到燃燒室4的直注模式，而可以設計成將燃料噴射到進氣口11的模式。
(4)因為高溫的燃燒氣體從前氣缸2A，2D噴射到后氣缸2B，2C中，所以可以在后氣缸2B，2C中引起壓縮自動點火(壓縮沖程中上死點附近混合物的自動點火)而不進行強制點火。具體地說，如果通過在進氣沖程期間只噴射燃料一次而在后氣缸2B，2C中進行一點式燃料噴射，造成燃燒氣體和燃料在整個燃燒室4中均勻分散，后氣缸2B，2C中的混合物通過同時進行壓縮自動點火可能馬上燃燒，導致熱效率的提高。
(5)增壓器并不一定是要用前述的渦輪增壓器23，也可以是一個受發(fā)動機輸出軸驅動的機械增壓器。在這種情況下，可以將通過機械增壓器增壓的進氣引入前氣缸2A，2D中。
(6)在前述基本實施例中，盡管后氣缸2B，2C中的空氣燃料比小于理論空氣燃料比以在高負荷運轉區(qū)域B內(nèi)產(chǎn)生富混合物，但如果從熱負荷角度考慮允許的話，也可以使后氣缸2B，2C中的空氣燃料比在發(fā)動機所有運轉區(qū)域內(nèi)等于理論空氣燃料比。這種經(jīng)過改變的配置可以進一步改進燃料經(jīng)濟性和放射物質量。
(7)除了四氣缸發(fā)動機，本發(fā)明的裝置也可適用于多氣缸發(fā)動機。在六氣缸發(fā)動機中，一個氣缸的排氣沖程不必正好與另一個氣缸的進氣沖程重疊。在這種情況下，每一對前后氣缸中，一個氣缸的排氣沖程可以在前面而與另一個氣缸的進氣沖程部分重疊。
工業(yè)適用性本發(fā)明的一個控制裝置控制一個至少具有一對前后氣缸的發(fā)動機，其中排氣及進氣重疊，供應給前氣缸中的進氣通過一個增壓器增壓，使前氣缸中的燃燒在“稀薄”空氣燃料比條件下進行，從前氣缸中排出的燃燒氣體通過一條缸際氣體通道導入后氣缸中，同時供應燃料給從前氣缸導出的“稀薄”空氣燃料比中的燃燒氣體，使后氣缸中的燃燒在空氣燃料比等于或小于理論空氣燃料比的條件下進行，而從后氣缸中排出的燃燒氣體被引入具有三效催化劑的排氣通道中。這種結構的控制裝置由于提高了熱效率以及前氣缸中的稀薄燃燒操作減少了泵送損失以及后氣缸中減少泵送損失而充分地提高燃料經(jīng)濟性，而且僅僅使用三效催化劑就可以充分改進放射物凈化功能。結果，例如脫NOx催化劑的使用不再需要，這就有利于減少生產(chǎn)成本。
此外，本發(fā)明的控制裝置可以明顯地增強燃料經(jīng)濟性能的提高效果。這是因為在發(fā)動機所有運轉區(qū)域內(nèi)，通過增加器增壓引入前氣缸的進氣，在前氣缸中進行稀薄混合物燃燒，而后氣缸中的燃燒操作條件為，從前氣缸中引入燃燒氣體。
權利要求
1.一種用于多氣缸的增壓式發(fā)動機的控制裝置，該發(fā)動機的各個氣缸以規(guī)定的相位差來執(zhí)行由進氣、壓縮、膨脹、排氣的各個沖程所構成的循環(huán)，其中進氣沖程和排氣沖程彼此重疊的一對氣缸中，位于排氣沖程的氣缸為前氣缸而位于進氣沖程的氣缸為后氣缸，并形成有氣體流動路徑使前氣缸排出的已燃燒氣體通過缸際氣體通道被直接引入后氣缸，之后只有從后氣缸排出的氣體被引入排氣通道，所述發(fā)動機具有用于增壓提供給前氣缸的進氣的增壓器，和設置在所述排氣通道中的三效催化劑，所述的控制裝置包括對上述各氣缸的燃料供給進行控制的控制器，在發(fā)動機的所有運轉區(qū)域內(nèi)，使前氣缸的燃燒在空氣燃料比大于理論空氣燃料比規(guī)定量的條件下進行，然后通過供應燃料給前氣缸排出的稀薄空氣燃料比的已燃燒氣體，使后氣缸的燃燒在空氣燃料比等于或者小于理論空氣燃料比的條件下進行。
2.如權利要求1所述的增壓式發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，前氣缸中的空氣燃料比大致為等于理論空氣燃料比的兩倍或者更大。
3.如權利要求1所述的增壓式發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述發(fā)動機具有將燃料直接噴射至前氣缸的燃料噴射器，所述控制器使前氣缸中形成稀薄混和狀態(tài)，且于壓縮沖程通過燃料噴射器噴射燃料以在前氣缸中產(chǎn)生分層充氣燃燒。
4.如權利要求1所述的增壓式發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述控制器控制燃料供應以使后氣缸中的空氣燃料比至少在發(fā)動機的低負荷運轉區(qū)域內(nèi)等于理論空氣燃料比。
5.如權利要求4所述的增壓式發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述控制器使后氣缸中的空氣燃料比，在發(fā)動機高負荷運轉區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)等于理論空氣燃料比，在高負荷運轉區(qū)域內(nèi)小于理論空氣燃料比。
6.如權利要求1所述的增壓式發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述發(fā)動機具有將燃料直接噴射至后氣缸的燃料噴射器，所述控制器使該燃料噴射器在后氣缸的壓縮沖程中至少噴射一部分的燃料。
7.如權利要求1所述的增壓式發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，燃料在后氣缸的進氣沖程中被供給至后氣缸。
8.如權利要求1所述的增壓式發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，在所述發(fā)動機的部分負荷運轉區(qū)域內(nèi)，后氣缸中的燃燒通過壓縮自我點火而予以進行。
9.一種用于四沖程多氣缸增壓式火花點火發(fā)動機的控制裝置，該發(fā)動機的各個配有火花塞的氣缸以規(guī)定的相位差來執(zhí)行由進氣、壓縮、膨脹、排氣的各個沖程所構成的循環(huán)，其中進氣沖程和排氣沖程彼此重疊的一對氣缸中位于排氣沖程的氣缸為前氣缸而位于進氣沖程的氣缸為后氣缸，所述發(fā)動機具有將前氣缸排出的燃燒過的氣體直接引入后氣缸的缸際氣體通道，設置于進氣通道的增壓器，設置于排氣通道的三效催化劑，將燃料供給至上述各氣缸的燃料供給裝置，所述的控制裝置包括對上述各氣缸的燃料供給進行控制的控制器；其中，所述增壓器對進入到前氣缸中的氣體進行增壓，使前氣缸的燃燒在空氣燃料比大于理論空氣燃料比規(guī)定量的稀薄混合條件下進行，已燃燒氣體從前氣缸排出后被直接引入后氣缸，并通過供應燃料給前氣缸排出的稀薄空氣燃料比的已燃燒氣體，使后氣缸的燃燒至少在部分負荷運轉區(qū)域內(nèi)于等于理論空氣燃料比的條件下進行，并使從后氣缸的排氣口排出的已燃燒氣體通過上述三效催化劑。
10.一種用于多氣缸的增壓式發(fā)動機的控制裝置，該發(fā)動機的各個氣缸以規(guī)定的相位差來執(zhí)行由進氣、壓縮、膨脹、排氣的各個沖程所構成的循環(huán)，其中進氣和排氣沖程重疊的一對氣缸中，位于排氣沖程的氣缸作前氣缸而位于進氣沖程的氣缸為后氣缸，并形成有氣體流動路徑使前氣缸排出的已燃燒氣體通過缸際氣體通道被直接引入后氣缸，之后只有從后氣缸排出的氣體被引入排氣通道，所述發(fā)動機具有用于增壓提供給前氣缸的進氣的增壓器，設置在所述排氣通道中的三效催化劑，以及向各個氣缸供給燃料的燃料噴射器，所述的控制裝置包括用于控制發(fā)動機的控制單元，所述控制單元，在發(fā)動機的所有運轉區(qū)域內(nèi)，使前氣缸的燃燒是在空氣燃料比大于理論空氣燃料比規(guī)定量的稀薄混合條件下進行，并通過供應燃料給前氣缸中排出的稀薄空氣燃料比的已燃燒氣體，使后氣缸中的燃燒在空氣燃料比等于或者小于理論空氣燃料比的條件下進行。
全文摘要
在一對排氣進氣沖程互相重疊的前后氣缸中，引入前氣缸(2A，2D)的進氣通過渦輪增壓器(23)增壓，使前氣缸(2A，2D)中的燃燒在“稀薄”空氣燃料比條件下進行，從前氣缸(2A，2D)中排出的燃燒氣體通過一條缸際氣體通道(22)導入后氣缸(2B，2C)。后氣缸(2B，2C)中的燃燒通過供應燃料給從前氣缸(2A，2D)導出的“稀薄”空氣燃料比中的燃燒氣體而在空氣燃料比等于或小于理論空氣燃料比的條件下進行，從后氣缸(2B，2C)中排出的氣體被引入具有三效催化劑(30)的排氣通道(20)中。
文檔編號F02B29/04GK1620550SQ03802488
公開日2005年5月25日 申請日期2003年2月6日 優(yōu)先權日2002年2月6日
發(fā)明者人見光夫, 淺海皓二, 進矢義之 申請人:馬自達汽車株式會社