火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供一種用于火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)，所述火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)被配置為在氣缸中產(chǎn)生滾流。所述火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)包括火花塞，其被配置為點(diǎn)燃所述氣缸中的空氣?燃料混合物。所述控制系統(tǒng)包括滾流流速控制器，其被配置為改變所述滾流的旋渦中心沿著所述氣缸的中心軸方向的位置，以便控制在所述火花塞的點(diǎn)火正時(shí)時(shí)在所述火花塞周圍的所述滾流的流速。
【專利說明】
火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]例如在第2012-021501(JP 2012-021501 A)號日本專利申請公開中披露一種用于內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)，該內(nèi)燃機(jī)包括在每個氣缸中產(chǎn)生滾流的滾流控制閥。在該控制系統(tǒng)中，基于在節(jié)流閥的上游設(shè)置的第一氣流計(jì)的檢測值以及在滾流控制閥的正下方設(shè)置的第二氣流計(jì)的檢測值，計(jì)算推定滾流比。然后，執(zhí)行滾流控制閥的開度的反饋控制，以使得如此計(jì)算的推定滾流比遵循目標(biāo)滾流比。將目標(biāo)滾流比設(shè)置為確定的允許控制范圍內(nèi)的值，以便避免失火和不穩(wěn)定燃燒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]即使將滾流比(滾流的流速/發(fā)動機(jī)速度)控制到特定限定范圍內(nèi)，如果發(fā)動機(jī)速度改變，則整個滾流的流速也會改變。如果在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)火花塞周圍的氣體的流速太高或太低，則難以穩(wěn)定地點(diǎn)燃空氣-燃料混合物。在以下情況下這種現(xiàn)象尤其顯著:當(dāng)發(fā)動機(jī)在空氣-燃料混合物的燃料濃度低的條件下處于稀薄燃燒操作時(shí)，例如當(dāng)在高于化學(xué)計(jì)量比的空燃比下操作發(fā)動機(jī)時(shí)，或者處于其中燃燒包含大量EGR氣體的EGR操作時(shí)。
[0004]本發(fā)明提供一種用于火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)有利于提高空氣-燃料混合物的點(diǎn)火性能。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)，所述火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)被配置為在氣缸中產(chǎn)生滾流。所述火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)包括火花塞，所述火花塞被配置為點(diǎn)燃所述氣缸中的空氣-燃料混合物。所述控制系統(tǒng)包括滾流流速控制器，其被配置為改變沿所述氣缸的中心軸方向觀察的所述滾流的旋渦中心的位置，以便控制在所述火花塞的點(diǎn)火正時(shí)時(shí)在所述火花塞周圍的所述滾流的流速。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的上述方面，能夠?qū)⑺鳇c(diǎn)火正時(shí)時(shí)在所述火花塞周圍的氣體的流速控制到適合于點(diǎn)火的范圍內(nèi)，而與發(fā)動機(jī)速度無關(guān)。因此，提高了所述空氣-燃料混合物的點(diǎn)火性能。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明的上述方面的控制系統(tǒng)中，所述滾流流速控制器可以被配置為在第一時(shí)間點(diǎn)增大所述滾流的一部分的流速。所述第一時(shí)間點(diǎn)可以被如此確定:使得當(dāng)在增大所述滾流的上述部分的流速之后所述點(diǎn)火正時(shí)到來時(shí)，所述滾流的上述部分到達(dá)就所述滾流的所述旋渦中心而言與所述火花塞相對的位置。
[0008]借助上述布置，即使增大發(fā)動機(jī)速度，在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)所述火花塞周圍的氣體的流速也不太可能過高或不可能過高。
[0009]在如上所述的控制系統(tǒng)中，所述內(nèi)燃機(jī)可以包括燃料噴射閥，所述燃料噴射閥被配置為將燃料噴射到所述氣缸中以使得所噴射的燃料沿著所述滾流流動。所述滾流流速控制器可以被配置為導(dǎo)致所述燃料噴射閥在進(jìn)氣沖程或壓縮沖程期間噴射所述燃料，以便利用從所述燃料噴射閥噴射的所述燃料的噴流來增大所述滾流的上述部分的流速。
[0010]借助上述布置，能夠利用噴射到所述氣缸中的所述燃料的噴流來增大所述滾流的一部分的流速。
[0011]在如上所述的控制系統(tǒng)中，所述滾流流速控制器可以被配置為增大從所述燃料噴射閥噴射的所述燃料的噴流量，以使得在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心的位置移動到更接近所述火花塞。
[0012]借助上述布置，能夠通過改變在上述燃料噴射中使用的所述燃料的流速，調(diào)整沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心相對于所述火花塞的位置。以這種方式，能夠更有效地控制所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)在所述火花塞周圍的氣體的流速。
[0013]在如上所述的控制系統(tǒng)中，所述滾流流速控制器可以被配置為增大從所述燃料噴射閥噴射的所述燃料的壓力，以使得在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心的位置移動到更接近所述火花塞。
[0014]借助上述布置，能夠通過改變在所述燃料噴射中使用的所述燃料的壓力，調(diào)整沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心相對于所述火花塞的位置。以這種方式，能夠更有效地控制所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)在所述火花塞周圍的氣體的流速。
[0015]在如上所述的控制系統(tǒng)中，所述滾流流速控制器可以被配置為基于所述點(diǎn)火正時(shí)、滾流比、以及使所述滾流的所述一部分在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)到達(dá)與所述火花塞相對的位置所需的噴流旋轉(zhuǎn)角度，確定所述燃料噴射的執(zhí)行時(shí)間。
[0016]借助上述布置，能夠適當(dāng)?shù)卮_定所述燃料噴射的執(zhí)行時(shí)間，以使得所述滾流的具有增大的流速的部分在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)到達(dá)就所述滾流的所述旋渦中心而言與所述火花塞相對的位置。
[0017]在如上所述的控制系統(tǒng)中，所述內(nèi)燃機(jī)可以包括燃燒后氣體噴射閥，所述燃燒后氣體噴射閥被配置為將燃燒后氣體噴射到所述氣缸中以使得所噴射的燃燒后氣體沿著所述滾流流動。所述滾流流速控制器可以被配置為導(dǎo)致所述燃燒后氣體噴射閥在進(jìn)氣沖程或壓縮沖程期間噴射所述燃燒后氣體，以便利用從所述燃燒后氣體噴射閥噴射的所述燃燒后氣體的噴流來增大所述滾流的所述一部分的流速。
[0018]借助上述布置，能夠利用噴射到所述氣缸中的所述燃燒后氣體的噴流來增大所述滾流的一部分的流速。
[0019]在如上所述的控制系統(tǒng)中，所述滾流流速控制器可以被配置為增大從所述燃燒后氣體噴射閥噴射的所述燃燒后氣體的噴流量，以使得在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心的位置移動到更接近所述火花塞。
[0020]使用上述布置，能夠通過改變在上述噴射中使用的所述燃燒后氣體的流速，調(diào)整沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心相對于所述火花塞的位置。以這種方式，能夠更有效地控制所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)在所述火花塞周圍的氣體的流速。
[0021]在如上所述的控制系統(tǒng)中，所述滾流流速控制器可以被配置為升高從所述燃燒后氣體噴射閥噴射的所述燃燒后氣體的壓力，以使得在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心的位置移動到更接近所述火花塞。
[0022]使用上述布置，能夠通過改變上述噴射中使用的所述燃燒后氣體的壓力，調(diào)整沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心相對于所述火花塞的位置。以這種方式，能夠更有效地控制所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)在所述火花塞周圍的氣體的流速。
[0023]在如上所述的控制系統(tǒng)中，所述滾流流速控制器可以被配置為，基于所述點(diǎn)火正時(shí)、滾流比、以及使所述滾流的所述一部分在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)到達(dá)與所述火花塞相對的位置所需的噴流旋轉(zhuǎn)角度，確定所述燃燒后氣體噴射的執(zhí)行時(shí)間。
[0024]使用上述布置，能夠適當(dāng)?shù)卮_定所述燃燒后氣體噴射的執(zhí)行時(shí)間，以使得所述滾流的具有增大的流速的部分在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)到達(dá)就所述滾流的所述旋渦中心而言與所述火花塞相對的位置。
【附圖說明】
[0025]下面將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特性、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，其中相同標(biāo)號表示相同元素，這些附圖是:
[0026]圖1是用于解釋根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)配置的示意圖；
[0027]圖2是示出空氣-燃料混合物的點(diǎn)火延遲、火花塞周圍的氣體的流速、以及空氣-燃料混合物的燃料濃度之間的關(guān)系的圖；
[0028]圖3A到圖3E是示出在其中放電火花截?cái)嗟那闆r下，在放電期間內(nèi)放電火花相對于時(shí)間的彳丁為的圖；
[0029 ]圖4是用于解釋由燃料噴射閥噴射的燃料的噴射角度，以及微噴射的燃料噴射正時(shí)IT的圖；
[0030]圖5是示出由于燃料的微噴射而在滾流中產(chǎn)生的強(qiáng)弱部分的分布的圖；
[0031]圖6是示出在本發(fā)明第一實(shí)施例中設(shè)置燃料噴射正時(shí)IT的一個特定實(shí)例的圖；
[0032]圖7A是示出當(dāng)未執(zhí)行本發(fā)明第一實(shí)施例的氣體流速控制時(shí)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的氣流分布的圖；
[0033]圖7B是示出當(dāng)未執(zhí)行本發(fā)明第一實(shí)施例的氣體流速控制時(shí)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速的波形的圖；
[0034]圖8A是示出當(dāng)執(zhí)行本發(fā)明第一實(shí)施例的氣體流速控制時(shí)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的氣流分布的圖；
[0035]圖SB是示出當(dāng)執(zhí)行本發(fā)明第一實(shí)施例的氣體流速控制時(shí)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速的波形的圖；
[0036]圖9是在本發(fā)明第一實(shí)施例中執(zhí)行的例程的流程圖；
[0037]圖10是示出發(fā)動機(jī)速度與微噴射量之間的關(guān)系的圖；
[0038]圖11是用于解釋根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)配置的示意圖；
[0039]圖12是用于解釋由燃料噴射閥噴射的燃料的噴射角度，以及微噴射的燃料噴射正時(shí)IT的圖；
[0040]圖13是示出由于燃料的微噴射而在滾流中產(chǎn)生的強(qiáng)弱部分的分布的圖；
[0041]圖14是示出在本發(fā)明第二實(shí)施例中設(shè)置燃料噴射正時(shí)IT的一個特定實(shí)例的圖；
[0042]圖15是用于解釋根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)配置的示意圖；
[0043]圖16是示出由于燃燒后氣體的微噴射而在滾流中產(chǎn)生的強(qiáng)弱部分的分布的圖；以及
[0044]圖17是示出當(dāng)進(jìn)行使用燃燒后氣體的微噴射時(shí)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的氣缸中的氣流分布的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]圖1是用于解釋根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)10的系統(tǒng)配置的示意圖。該實(shí)施例的系統(tǒng)包括火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)10。在發(fā)動機(jī)10的每個氣缸中設(shè)置活塞12。在氣缸中的活塞12的頂面上方形成燃燒室14。進(jìn)氣通道16和排氣通道18與燃燒室14連通。
[0046]在進(jìn)氣通道16的入口附近設(shè)置氣流計(jì)20，其輸出指示吸入進(jìn)氣通道16的空氣的流速的信號。在氣流計(jì)20的下游設(shè)置電子控制式節(jié)流閥22。在其中進(jìn)氣通道16朝著相應(yīng)氣缸分支的每個分支通道中設(shè)置電子控制式滾流控制閥(TCVdTCV 24在每個進(jìn)氣端口 16a中導(dǎo)致進(jìn)氣流偏離，從而在氣缸中產(chǎn)生滾流(縱渦流)。可以通過改變TCV 24的開度，調(diào)整滾流比(滾流的角速度/發(fā)動機(jī)速度)。
[0047]進(jìn)氣通道16的每個進(jìn)氣端口 16a具備用于打開和關(guān)閉進(jìn)氣端口 16a的進(jìn)氣閥26，并且排氣通道18的每個排氣端口 18a具備用于打開和關(guān)閉排氣端口 18a的排氣閥28。在內(nèi)燃機(jī)10的每個氣缸中，設(shè)置用于直接將燃料噴射到氣缸中的燃料噴射閥30。如圖1中所示，燃料噴射閥30安裝在燃燒室14的更接近進(jìn)氣閥26的端部(在氣缸的側(cè)壁附近)中的氣缸頭31內(nèi)。在操作中，向每個氣缸的燃料噴射閥30供應(yīng)通過高壓燃料栗32加壓的燃料?？梢酝ㄟ^在給定燃料壓力下控制燃料噴射閥30的開閥時(shí)段，調(diào)整噴射的燃料的流速，并且可以通過控制高壓燃料栗32的排出流速，調(diào)整由燃料噴射閥30噴射的燃料的噴射壓力。此外，在發(fā)動機(jī)10的每個氣缸中設(shè)置點(diǎn)火裝置(未示出)的火花塞34，其用于點(diǎn)燃空氣-燃料混合物。更具體地說，火花塞34安裝在燃燒室14的上壁(S卩，氣缸頭的壁)的中央?yún)^(qū)域中或中央?yún)^(qū)域附近。每個氣缸具有彼此相鄰的兩個進(jìn)氣閥26，以及在進(jìn)氣閥26的相對側(cè)彼此相鄰定位的兩個排氣閥28(其中火花塞34介于進(jìn)氣閥26與排氣閥28之間)。
[0048]內(nèi)燃機(jī)10包括EGR通道36，其將進(jìn)氣通道16與排氣通道18相連。在EGR通道36的中部布置EGR閥38，其用于調(diào)整經(jīng)由EGR通道36回流到進(jìn)氣通道16中的EGR氣體(外部EGR氣體)量。通過改變EGR閥38的開度，改變流經(jīng)EGR通道36的廢氣(EGR氣體)的流速，以使得能夠調(diào)整EGR率。此外，在排氣通道18中布置空燃比傳感器40，其用于檢測廢氣的空燃比。在排氣通道18中空燃比傳感器40的下游布置排氣凈化催化劑(例如三元催化劑)42。
[0049]圖1中所示的系統(tǒng)進(jìn)一步具備ECU(電子控制單元)50。用于檢測內(nèi)燃機(jī)10的操作狀況的各種傳感器連接到ECU 50的輸入部。除了如上所述的氣流計(jì)20和空燃比傳感器40之夕卜，所述傳感器包括用于檢測發(fā)動機(jī)速度的曲柄角傳感器52等。此外，用于控制發(fā)動機(jī)10的操作的各種啟動器被連接到ECU 50的輸出部。所述啟動器包括上述節(jié)流閥22、TCV 24、燃料噴射閥30、高壓燃料栗32、點(diǎn)火裝置、EGR閥38等。ECU 50被配置為根據(jù)上述各種傳感器的檢測值和特定程序來操作各種啟動器，以便執(zhí)行特定發(fā)動機(jī)控制(例如燃料噴射控制和點(diǎn)火控制)，并且還執(zhí)行如后面描述的滾流流速控制。
[0050]將解釋在稀薄燃燒操作期間在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)控制火花塞周圍的氣體的流速的需要。圖2示出空氣-燃料混合物的點(diǎn)火延遲、火花塞34周圍的氣體的流速、以及空氣-燃料混合物的燃料濃度之間的關(guān)系。發(fā)動機(jī)10的操作區(qū)域包括稀薄燃燒操作區(qū)域，其中發(fā)動機(jī)10在混合物的燃料濃度低(即，空氣(當(dāng)引入EGR氣體時(shí)包括EGR氣體)與燃料的比率小)的條件下操作。因此，在本說明書中，當(dāng)解釋混合物的燃料濃度水平時(shí)，假設(shè)空氣-燃料混合物中存在EGR以及空氣。更具體地說，當(dāng)空氣量或EGR氣體量大于基準(zhǔn)條件時(shí)，執(zhí)行稀薄燃燒操作，在基準(zhǔn)條件下，在EGR率等于O的化學(xué)計(jì)量空燃比下操作發(fā)動機(jī)。即，在空氣-燃料混合物的燃料濃度低于基準(zhǔn)條件的條件下執(zhí)行稀薄燃燒操作。換言之，在空氣-燃料混合物的燃料濃度等于或低于預(yù)定值的條件(即，空氣-燃料混合物的點(diǎn)火性可能劣化(更具體地說，可能發(fā)生點(diǎn)火延遲)的條件)下執(zhí)行稀薄燃燒操作。稀薄燃燒操作區(qū)域由發(fā)動機(jī)速度和發(fā)動機(jī)負(fù)載指定。
[0051]因此，在本說明書中提及的稀薄燃燒操作不僅包括在高于化學(xué)計(jì)量比的空燃比下執(zhí)行的操作(即，其中通過增大空氣量對燃料量的比率而降低燃料濃度的操作)，而且還包括在通過引入大量EGR氣體而實(shí)現(xiàn)的高EGR率下執(zhí)行的操作(S卩，其中通過增大EGR氣體量對燃料量的比率而降低燃料濃度的操作)。在高EGR率下的操作可以包括在化學(xué)計(jì)量空燃比附近執(zhí)行的操作。
[0052]在實(shí)現(xiàn)高熱效率的上述稀薄燃燒操作中，重要的是降低氣缸中的空氣-燃料混合物的燃料濃度，從而減少從發(fā)動機(jī)10排出的NOx。但是，在稀薄燃燒操作期間(具體地說，如在本實(shí)施例的發(fā)動機(jī)1中，在通過在氣缸的整個容積內(nèi)均勻形成稀薄混合物而實(shí)現(xiàn)的均勻稀薄燃燒期間)，燃料濃度的過度降低可能導(dǎo)致不穩(wěn)定燃燒。
[0053]如圖2中所示，在稀薄燃燒操作期間，隨著燃料濃度降低，空氣-燃料混合物的點(diǎn)火延遲增大。隨著點(diǎn)火延遲增大，發(fā)動機(jī)10的轉(zhuǎn)矩波動增大。此外，點(diǎn)火延遲根據(jù)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)火花塞34周圍的氣體的流速(將稱為“火花塞附近流速”)而變化。因此，有必要將點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速控制到特定限定范圍內(nèi)，以使得點(diǎn)火延遲落入其中轉(zhuǎn)矩波動等于或小于允許水平的范圍內(nèi)，以便實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。隨著燃料濃度變得較低，針對該目的設(shè)置的火花塞附近流速的范圍變窄，如圖2中所示。
[0054]點(diǎn)火延遲和火花塞附近流速彼此相關(guān)，以使得當(dāng)火花塞附近流速變得比給定流速值(最佳值)越來越高或越來越低時(shí)，點(diǎn)火延遲增大。接下來參考圖3A-3E，將描述點(diǎn)火延遲為何在較高流速側(cè)和較低流速側(cè)增大的原因。圖3A到圖3E示出在其中放電火花截?cái)嗟那闆r下，在放電期間內(nèi)放電火花的行為，這些行為隨著時(shí)間按照圖3A、3B、3C、3D和3E的順序相繼發(fā)生。
[0055]在如圖3A中所示開始放電之后，由于火花塞34周圍的氣流，導(dǎo)致在火花塞間隙中產(chǎn)生的電火花如圖3B和圖3C中所示那樣漂移。因此，放電路徑長度增加。一旦發(fā)生放電，放電火花路徑上的氣體被電離，并且其電阻降低。但是，如果放電路徑長度因?yàn)楦呋鸹ㄈ浇魉俣黾?，則放電路徑上的電阻值變得大于具有最短距離的火花塞間隙的電阻值，并且如圖3D中所示發(fā)生放電火花截?cái)唷．?dāng)發(fā)生放電火花截?cái)鄷r(shí)，如圖3E中所示，立即在具有最短距離的火花塞間隙中發(fā)生重新放電。
[0056]首先，將解釋點(diǎn)火性能為何在較高流速側(cè)劣化的原因。在其中燃料濃度處于稀薄可燃性極限附近的情況下，空氣-燃料混合物需要一段特定時(shí)間來達(dá)到點(diǎn)燃(開始化學(xué)反應(yīng))。隨著火花塞附近流速增大，在發(fā)生放電火花截?cái)嘀靶枰臅r(shí)間縮短；因此，特定位置處的相同空氣-燃料混合物通過電火花加熱并且達(dá)到點(diǎn)燃需要的時(shí)間變得不足。因此，點(diǎn)火性能劣化。
[0057]其次，將解釋點(diǎn)火性能為何在較低流速側(cè)劣化的原因。通過放電產(chǎn)生的電火花的每單位長度的能量由點(diǎn)火線圈的特性確定，并且無論放電路徑長度為何都恒定。因此，隨著放電路徑長度由于氣流等增大，向混合物供應(yīng)的能量整體增大，并且加熱的混合物的體積也增大。但是，如果火花塞附近流速降低，則放電路徑不太可能延長，從而導(dǎo)致供應(yīng)的能量和混合物的體積不增大。因此，點(diǎn)火性能劣化。
[0058]如上所述，有必要將在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速保持在特定限定范圍內(nèi)，以便將點(diǎn)火延遲控制為在其中轉(zhuǎn)矩波動等于或低于允許水平的范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。但是，流入氣缸中的氣體的流速與發(fā)動機(jī)速度成比例。因此，如果不針對火花塞附近流速執(zhí)行控制，則火花塞附近流速隨發(fā)動機(jī)速度成比例單調(diào)增大。因此，如果設(shè)置滾流比以便在低發(fā)動機(jī)速度區(qū)域內(nèi)確保良好的火花塞附近流速，則火花塞附近流速在高發(fā)動機(jī)速度區(qū)域內(nèi)變得過大。
[0059]將描述第一實(shí)施例中在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速的控制。在第一實(shí)施例中，使用TCV 24設(shè)置基本滾流比TR，以使得能夠在低發(fā)動機(jī)速度區(qū)域內(nèi)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)獲得適合于稀薄燃燒操作的特定最佳點(diǎn)火范圍(圖2中所示的流速范圍)內(nèi)的火花塞附近流速。在此提及的基本滾流比TR基本上是無論發(fā)動機(jī)速度水平為何均統(tǒng)一使用的值。
[0060]在第一實(shí)施例中，在其中以基本滾流比TR在氣缸中產(chǎn)生滾流的情況下，當(dāng)預(yù)計(jì)由于火花塞附近流速過度增大而使混合物的點(diǎn)火性能劣化時(shí)，使用能夠?qū)⑷剂现苯訃娚涞綒飧字械娜剂蠂娚溟y30執(zhí)行如下所述的燃料噴射。即，在進(jìn)氣沖程或壓縮沖程期間在給定燃料噴射時(shí)間IT噴射少量燃料(將稱為“微噴射”)，以便改變沿著氣缸的中心軸方向觀察的滾流的旋渦中心的位置，從而控制點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速。
[0061 ]圖4是用于解釋從燃料噴射閥30噴射的燃料的噴射角度，以及微噴射的燃料噴射正時(shí)IT的圖。圖5是示出由于燃料的微噴射而在滾流中產(chǎn)生的強(qiáng)弱部分的分布的圖。
[0062]第一實(shí)施例的微噴射是使用用于獲得所需轉(zhuǎn)矩的燃料噴射量的一部分產(chǎn)生的分割噴射。當(dāng)未進(jìn)行微噴射時(shí)，滾流的旋渦中心的位置(圖4中所示的已知旋渦中心位置)位于作為活塞12的頂面與氣缸頭31的端面之間距離的活塞高度的一半處。甚至在活塞12上升過程中也保持這種關(guān)系。
[0063]定位燃料噴射閥30以便朝著氣缸的中心軸噴射燃料。此外，如圖4中所示，設(shè)置從燃料噴射閥30噴射的燃料的噴射角度，以使得在微噴射的執(zhí)行期間，沿著氣缸中心軸方向觀察時(shí)，指示噴射方向的虛擬線與氣缸的中心軸之間的交點(diǎn)位于比滾流的旋渦中心高的位置(更接近火花塞34的位置)。在燃料噴射正時(shí)IT進(jìn)行微噴射，以使得噴射的燃料沿著滾流流動，該燃料噴射正時(shí)IT滿足以下條件:沿著氣缸中心軸方向觀察時(shí)，噴流到達(dá)比滾流的旋渦中心高的位置。更具體地說，因?yàn)楫?dāng)活塞12如上所述上下移動時(shí)，滾流的旋渦中心保持在對應(yīng)于活塞高度一半的位置處，所以根據(jù)燃料噴射閥30的噴射角度(相對于圖4中水平線的噴射方向的傾角Θ)，指定滿足交點(diǎn)位于旋渦中心上方的條件的曲柄角周期。更具體地說，當(dāng)傾角Θ較大時(shí)，曲柄角周期縮短。如后面將描述的，燃料噴射正時(shí)IT是因此指定的曲柄角周期內(nèi)的給定時(shí)間點(diǎn)(在進(jìn)氣沖程或壓縮沖程期間)。
[0064]借助如此在燃料噴射正時(shí)IT進(jìn)行的微噴射，滾流的一部分的流速由于燃料的噴流而增大，以使得在滾流中分布強(qiáng)弱部分。燃料噴射正時(shí)IT被確定為這樣的時(shí)間:在該時(shí)間，滾流的具有高流速的部分旋轉(zhuǎn)，并且在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)到達(dá)就滾流的旋渦中心而言與火花塞34相對的位置(即，更接近活塞12的頂面的位置)。如在本實(shí)施例的發(fā)動機(jī)10中，當(dāng)燃料噴射閥3 O安裝在氣缸的側(cè)壁附近時(shí)，使?jié)L流的具有增大的流速的部分(由微噴射導(dǎo)致的燃料的噴流造成)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)到達(dá)上述位置所需的噴流旋轉(zhuǎn)角度A Θ大約為180°，如圖5中所示?？梢曰邳c(diǎn)火正時(shí)SA、基本滾流比TR、以及噴流旋轉(zhuǎn)角度△ Θ，以下面的方式設(shè)置實(shí)現(xiàn)滾流的高流速部分的上述移動所需的燃料噴射正時(shí)IT。
[0065]其中ΔT表示從燃料噴射正時(shí)IT到點(diǎn)火正時(shí)SA(兼容值)的曲柄角周期，Δ T由如下指示的等式(I)表示。上面提及的噴流旋轉(zhuǎn)角度A Θ是與滾流在曲柄角周期AT期間旋轉(zhuǎn)的角度對應(yīng)的值，并且使用滾流比TR和曲柄角周期AT由如下指示的等式(2)來表示。在此，滾流比TR是當(dāng)滾流旋轉(zhuǎn)一周而曲柄軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)等于I的指標(biāo)值。如果鑒于等式(2)的關(guān)系修改等式(I)，則基于點(diǎn)火正時(shí)SA、滾流比TR、以及噴流旋轉(zhuǎn)角度ΔΘ，由如下指示的等式(3)表示燃料噴射正時(shí)IT。
[0066]AT = IT-SA (I)
[0067]a 0 = 36OXTRX AT/360 = TRX ΔΤ (2)
[0068]IT = SA+ΔΘ/TR (3)
[0069]在第一實(shí)施例中，利用滾流確定燃料噴射正時(shí)IT以使得噴流旋轉(zhuǎn)角度△Θ變得等于180°。即使噴流旋轉(zhuǎn)角度△ Θ是相同值，曲柄角周期△ T也根據(jù)基本滾流比TR而改變，如從上面等式(2)理解的那樣，并且燃料噴射正時(shí)IT根據(jù)滾流比TR和點(diǎn)火正時(shí)SA而改變，如從上面等式(3)理解的那樣。
[0070]圖6示出在第一實(shí)施例中設(shè)置燃料噴射正時(shí)IT的一個特定實(shí)例。在此，曲柄角(度)作為指標(biāo)被表示為壓縮上死點(diǎn)前(BTDC)角度。這也適用于將在后面描述的圖14。圖6示出在其中例如將點(diǎn)火正時(shí)SA設(shè)置為40BTDC的情況下，計(jì)算對應(yīng)于滾流比TR的燃料噴射正時(shí)IT的結(jié)果。更具體地說，如果滾流比TR為I，則根據(jù)等式(2)，當(dāng)噴流旋轉(zhuǎn)角度ΔΘ為180°時(shí)，曲柄角周期A T變得等于180°。因此，根據(jù)等式(I)或等式(3)，燃料噴射正時(shí)IT變得等于220BTDC。同樣，如果滾流比TR為1.5，則曲柄角周期Δ T變得等于120°，并且因此，燃料噴射正時(shí)IT變得等于160BTDC。同樣，如果滾流比TR為2，則曲柄角周期Δ T變得等于90°，并且因此，燃料噴射正時(shí)IT變得等于130BTDC。
[0071]如上面參考圖4描述的，滿足噴射的燃料沿著滾流流動的條件的曲柄角周期根據(jù)噴射角度Θ而變化。如果在滿足上面條件的曲柄角周期內(nèi)存在滿足噴流旋轉(zhuǎn)角度ΔΘ為540°(即，當(dāng)在旋轉(zhuǎn)上述180°之后滾流旋轉(zhuǎn)另一周時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度)的條件的燃料噴射正時(shí)IT，則可以使用該燃料噴射正時(shí)IT。在圖6的實(shí)例中，當(dāng)滾流比TR為2時(shí)，對應(yīng)于270° (作為當(dāng)噴流旋轉(zhuǎn)角度A Θ為540°時(shí)的曲柄角周期△ T的值)的燃料噴射正時(shí)IT可以作為在進(jìn)氣沖程期間的時(shí)間點(diǎn)被計(jì)算為310BTDC。因此，根據(jù)噴射角度Θ，該時(shí)間點(diǎn)可以用作燃料噴射正時(shí)IT。
[0072]參考圖7A和圖7B以便比較，并且圖7A示出當(dāng)未執(zhí)行第一實(shí)施例的氣體流速控制時(shí)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的氣流分布，而圖7B示出火花塞附近流速的波形。圖8A示出當(dāng)執(zhí)行第一實(shí)施例的氣體流速控制時(shí)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的氣流分布，并且圖8B示出火花塞附近流速的波形。在圖7B和圖8B中，當(dāng)氣體從進(jìn)氣側(cè)流向排氣側(cè)時(shí)，火花塞附近流速取正值。
[0073]借助該實(shí)施例的微噴射，滾流的一部分的流速增大，以使得可以在滾流中分布強(qiáng)弱部分，如上所述。當(dāng)未進(jìn)行微噴射時(shí)，在通常設(shè)置點(diǎn)火正時(shí)SA的時(shí)間(比壓縮上死點(diǎn)提前給定周期的時(shí)間)，如圖7A中所示滾流的旋渦中心位于火花塞的下方(在活塞側(cè))。
[0074]本發(fā)明的
【發(fā)明人】發(fā)現(xiàn)，如果在燃料噴射正時(shí)IT執(zhí)行微噴射以使得滾流的具有高流速的部分在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)到達(dá)上述相對位置(即，更接近活塞12的頂面的位置)，則與其中未進(jìn)行微噴射的情況相比，在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)滾流的旋渦中心的位置向上(即，朝著火花塞34)移動，如從圖7A與圖8A之間的比較理解的那樣。因此，在第一實(shí)施例中，在其中混合物的點(diǎn)火性能可能劣化的區(qū)域中，如上所述在燃料噴射正時(shí)IT執(zhí)行微噴射。
[0075]如從圖7B與圖SB之間的比較理解的那樣，通過借助微噴射升高滾流的旋渦中心位置以使該位置更接近火花塞34，能夠使火花塞附近流速開始降低的時(shí)間提前。以這種方式，能夠降低在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速。因此，即使當(dāng)發(fā)動機(jī)速度高，并且在不采取對策的情況下在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速將超出最佳點(diǎn)火范圍時(shí)(如圖7B中所示)，也能夠?qū)Ⅻc(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速保持在最佳點(diǎn)火范圍內(nèi)(如圖8B中所示)。
[0076]如果在微噴射中噴射的燃料量增大太多，則滾流本身的速度可能增大。因此，將第一實(shí)施例的微噴射中使用的燃料量設(shè)置為預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)等預(yù)定的值，作為此類僅增大滾流的一部分的流速而不增大整個滾流的速度的少量。本發(fā)明的
【發(fā)明人】進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，如果用于微噴射的燃料量在其中增大滾流的一部分而不是整個滾流的流速的少量范圍內(nèi)，則當(dāng)用于微噴射的燃料量較大時(shí)，能夠在滾流中產(chǎn)生強(qiáng)度較大程度改變的強(qiáng)弱部分的分布，并且能夠進(jìn)一步升高滾流的旋渦中心位置(即，能夠使旋渦中心進(jìn)一步接近火花塞34)。因此，在該實(shí)施例中，在其中混合物的點(diǎn)火性能可能劣化的區(qū)域中，隨著發(fā)動機(jī)速度更高，在微噴射中噴射的燃料量增大。
[0077]將描述根據(jù)第一實(shí)施例的由ECU50執(zhí)行的特定過程。圖9是示出由ECU 50執(zhí)行的用于實(shí)施根據(jù)第一實(shí)施例的氣體流速控制的例程的流程圖。針對每個氣缸中的每個循環(huán)重復(fù)執(zhí)行圖9的例程。
[0078]在圖9中所示的例程中，ECU50首先獲得發(fā)動機(jī)速度、發(fā)動機(jī)負(fù)載因數(shù)、以及空燃比(步驟100)?？梢允褂们莻鞲衅?2計(jì)算發(fā)動機(jī)速度，并且可以基于由氣流計(jì)20測量的進(jìn)氣量和發(fā)動機(jī)速度計(jì)算發(fā)動機(jī)負(fù)載因數(shù)?？梢允褂每杖急葌鞲衅?0檢測空燃比。
[0079]然后，E⑶50獲得所需點(diǎn)火正時(shí)SA13E⑶50存儲映射(未示出)，該映射針對發(fā)動機(jī)速度、發(fā)動機(jī)負(fù)載因數(shù)以及空燃比預(yù)先定義所需點(diǎn)火正時(shí)SA。在步驟102，參考映射獲得所需點(diǎn)火正時(shí)SA。
[0080]然后，E⑶50基于發(fā)動機(jī)速度和所需點(diǎn)火正時(shí)SA，推定在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速(步驟104)。如圖SB等中所示，火花塞附近流速根據(jù)點(diǎn)火正時(shí)以及發(fā)動機(jī)速度而改變。在該實(shí)例中，ECU 50存儲映射(未示出)，在該映射中根據(jù)發(fā)動機(jī)速度和所需點(diǎn)火正時(shí)SA預(yù)先確定在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速。能夠參考該映射計(jì)算在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速。
[0081]然后，ECU50判定內(nèi)燃機(jī)10的操作區(qū)域是否在惡化的點(diǎn)火性能區(qū)域(S卩，其中點(diǎn)火性能可能劣化的區(qū)域)內(nèi)(步驟106)。更具體地說，判定在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速是否高于給定條件值。在此提及的條件值是對應(yīng)于如圖SB等中所示的最佳點(diǎn)火范圍的上限的值。
[0082]如果在步驟106獲得肯定決策(是)，即，如果判定在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速過高，則ECU 50然后獲得基本滾流比TR(步驟108)。無論發(fā)動機(jī)速度為何，在此提及的基本滾流比TR預(yù)先被確定為固定值。但是，該實(shí)施例的微噴射還可以適用于其中滾流比TR根據(jù)諸如發(fā)動機(jī)速度之類的各種操作條件而改變的系統(tǒng)。
[0083]然后，E⑶50確定微噴射的燃料噴射正時(shí)IT(步驟110)?；谒椟c(diǎn)火正時(shí)SA、基本滾流比TR、以及噴流旋轉(zhuǎn)角度△ θ，通過上述方法計(jì)算燃料噴射正時(shí)IT。噴流旋轉(zhuǎn)角度Δ θ是鑒于燃料噴射閥30的安裝位置以及噴射角度而預(yù)先確定的值(在該實(shí)施例中為180°)。
[0084]然后，ECU50計(jì)算作為在微噴射中噴射的燃料量的微噴射量(步驟112)。圖10指示發(fā)動機(jī)速度與微噴射量之間的關(guān)系。如圖10中所示，在惡化的點(diǎn)火性能區(qū)域中，微噴射量被設(shè)置為當(dāng)發(fā)動機(jī)速度較高時(shí)增大。ECU 50存儲定義如圖10中所示的預(yù)定關(guān)系的映射，并且參考存儲在其中的映射，根據(jù)發(fā)動機(jī)速度計(jì)算步驟112中的微噴射量。優(yōu)選地，通過從提供需要由發(fā)動機(jī)10產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩所需的燃料噴射量中減去計(jì)算的微噴射量，獲得在該循環(huán)中噴射的燃料量。
[0085]然后，E⑶50使用曲柄角傳感器52判定燃料噴射正時(shí)IT是否到來(步驟114)。如果在步驟S144獲得肯定決策(是)JljECU 50執(zhí)行微噴射(步驟116)。
[0086]根據(jù)如上解釋的圖10中所示的例程，在其中點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速過高的惡化點(diǎn)火性能區(qū)域中，執(zhí)行微噴射。因此利用由微噴射導(dǎo)致的燃料噴流，能夠增大滾流的一部分的流速，并且在滾流中產(chǎn)生強(qiáng)弱部分的分布。通過上述燃料噴射正時(shí)IT時(shí)的微噴射在滾流中產(chǎn)生強(qiáng)弱部分的分布，與未進(jìn)行微噴射時(shí)相比，能夠使點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的滾流的旋渦中心位置更接近火花塞34。因此，通過微噴射，滾流的旋渦中心被改變，以使得能夠改變點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的氣缸中的氣流分布。因此，即使當(dāng)發(fā)動機(jī)速度高時(shí)，點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速不太可能過高或不可能過高。以這種方式，無論發(fā)動機(jī)速度水平為何，能夠?qū)Ⅻc(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速控制為在最佳點(diǎn)火范圍內(nèi)。因此，能夠提高在稀薄燃燒操作期間的點(diǎn)火性會K。
[0087]在第一實(shí)施例的微噴射中噴射的燃料量不會如此大以致增大整個滾流。即，微噴射改變點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速，而不改變氣缸中的滾流比。因此，能夠控制火花塞附近流速，同時(shí)維持作為燃燒速度的主要因素的氣缸中的氣流的紊流強(qiáng)度。此外，因?yàn)閲娚涞娜剂狭咳绱诵?，所以不會由于氣體流速控制的燃料噴射而劣化氣缸中的空氣-燃料混合物的均勻度。
[0088]如上所述，如果未執(zhí)行任何特殊控制(例如微噴射)，則隨著發(fā)動機(jī)速度升高，點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速增大。根據(jù)上面的例程，在惡化的點(diǎn)火性能區(qū)域中，隨著發(fā)動機(jī)速度升高，微噴射量增大。因此，隨著發(fā)動機(jī)速度升高，更大程度地改變滾流的旋渦中心，并且能夠使旋渦中心更接近火花塞34。因此，能夠增大點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速的降低量；因此，能夠以較高可靠性將點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速控制到在最佳點(diǎn)火范圍內(nèi)，而與發(fā)動機(jī)速度水平無關(guān)。
[0089]同時(shí)，在上述第一實(shí)施例中，在惡化的點(diǎn)火性能區(qū)域中，隨著發(fā)動機(jī)速度升高，微噴射量增大。但是，還能夠通過增大在微噴射中噴射的燃料的壓力(噴射壓力)而不是增大微噴射量，同樣地加強(qiáng)滾流的一部分。因此，能夠在滾流中產(chǎn)生強(qiáng)度較大程度改變的強(qiáng)弱部分的分布，以使得能夠進(jìn)一步升高滾流的旋渦中心以便更接近火花塞34。因此，在惡化的點(diǎn)火性能區(qū)域中，隨著發(fā)動機(jī)速度升高，代替或者除了增大在微噴射中噴射的燃料量之外，還可以增大在微噴射中噴射的燃料的壓力。
[0090]在如上所述的第一實(shí)施例中，E⑶50通過執(zhí)行如圖9中所示的例程中的一系列步驟，控制燃料噴射閥30，以便提供根據(jù)本發(fā)明的“滾流流速控制器”。
[0091]接下來參考圖11至圖14，將描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。
[0092]首先，將描述第二實(shí)施例的系統(tǒng)配置。圖11是用于解釋根據(jù)第二實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)60的系統(tǒng)配置的示意圖。在圖11中，為與圖1中所示相同的構(gòu)成元件指定圖1中使用的相同參考標(biāo)號，并且將簡化或不提供這些元件的解釋。
[0093]該實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)60的構(gòu)造類似于第一實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)10，只是缸內(nèi)直接噴射類型的燃料噴射閥62的安裝位置不同于燃料噴射閥30的安裝位置。更具體地說，燃料噴射閥62安裝在燃燒室14的上壁的中央部分附近，處于與火花塞34相鄰的位置。
[0094]接下來，將描述根據(jù)第二實(shí)施例的點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速的控制。圖12是用于解釋由燃料噴射閥62噴射的燃料的噴射角度，以及微噴射的燃料噴射正時(shí)IT的圖。圖13是示出通過燃料的微噴射而在滾流中產(chǎn)生的強(qiáng)弱部分的分布的圖。
[0095]在該實(shí)施例中，也基于與第一實(shí)施例相同的概念利用微噴射，以便控制點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速。借助如此安裝在燃燒室14的上壁的中心處的燃料噴射閥62，設(shè)置噴射角度以使得相對于氣缸的中心軸朝向排氣側(cè)空間噴射燃料，如圖12中所示。借助以這種方式設(shè)置的噴射角度，噴射的燃料沿著滾流流動，而與噴射正時(shí)無關(guān)。
[0096]如果燃料噴射閥62被安裝在燃燒室14的上壁的中心處，則使?jié)L流的具有增大的流速的部分(由于通過微噴射的燃料的噴流)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)到達(dá)上述相對位置(更接近活塞12的頂面的位置)所需的噴流旋轉(zhuǎn)角度△ Θ大約為90°，如圖13中所示。因此，確定用于本實(shí)施例中的燃料噴射正時(shí)IT以使得噴流旋轉(zhuǎn)角度△ Θ變得等于90°或450° (當(dāng)在旋轉(zhuǎn)90°之后滾流旋轉(zhuǎn)另一周時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度)。
[0097]圖14示出在第二實(shí)施例中設(shè)置燃料噴射正時(shí)IT的一個特定實(shí)例。圖14示出在其中例如將點(diǎn)火正時(shí)SA設(shè)置為40BTDC的情況下，計(jì)算對應(yīng)于滾流比TR的燃料噴射正時(shí)IT的結(jié)果。更具體地說，基于與上面在第一實(shí)施例中所述相同的概念，如果滾流比TR為1，則當(dāng)噴流旋轉(zhuǎn)角度A Θ為90°時(shí)，曲柄角周期Δ T變得等于90° ;因此，燃料噴射正時(shí)IT變得等于130BTDC。同樣，如果滾流比TR為1.5，則當(dāng)噴流旋轉(zhuǎn)角度Δ Θ為90°時(shí)，曲柄角周期Δ T變得等于60°，并且當(dāng)噴流旋轉(zhuǎn)角度△ Θ為450°時(shí)，曲柄角周期AT變得等于300°。因此，燃料噴射正時(shí)IT變得等于100BTDC(在壓縮沖程期間)或340BTDC(在進(jìn)氣沖程期間)。同樣，如果滾流比TR為2，則當(dāng)噴流旋轉(zhuǎn)角度△ Θ為90°時(shí)，曲柄角周期△ T變得等于45°，并且當(dāng)噴流旋轉(zhuǎn)角度Δ Θ為450°時(shí)，曲柄角周期Δ T變得等于225°。因此，燃料噴射正時(shí)IT變得等于85BTDC(在壓縮沖程期間)或265BTDC(在進(jìn)氣沖程期間)。
[0098]將描述第二實(shí)施例的特定過程。第二實(shí)施例的滾流流速控制與第一實(shí)施例的滾流流速控制基本相同，只是將噴流旋轉(zhuǎn)角度△ Θ設(shè)置為90° (或450° )。因此，修改步驟112的操作以使得使用90° (或450°)而不是180°作為噴流旋轉(zhuǎn)角度△ Θ來確定燃料噴射正時(shí)IT，以便提供類似于如圖9中所示的第一實(shí)施例的例程的例程。ECU 50執(zhí)行該例程以便實(shí)施第二實(shí)施例的滾流流速控制。因此，第二實(shí)施例的滾流流速控制提供與第一實(shí)施例基本相同的效果O
[0099]接下來，將參考圖15到圖17描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。
[0100]圖15是用于解釋第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)70的系統(tǒng)配置的示意圖。在圖15中，為與圖1中所示構(gòu)成元件相同的圖15中所示構(gòu)成元件指定圖1中使用的相同參考標(biāo)號，并且將簡化或不提供這些元件的解釋。內(nèi)燃機(jī)70的系統(tǒng)還包括未在圖15中示出而在圖1中示出的構(gòu)成元件。
[0101]如圖15中所示，第三實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)70包括燃燒后氣體噴射閥72，其將燃燒后氣體(S卩，EGR氣體)噴射到每個氣缸中。燃燒后氣體噴射閥72可以安裝在燃燒室14的更接近進(jìn)氣閥26的端部，或者可以安裝在燃燒室14的上壁的中央部分中，與第二實(shí)施例的燃料噴射閥62相同ο
[0102]內(nèi)燃機(jī)70包括燃燒后氣體供應(yīng)通道74，通過該通道向每個氣缸的燃燒后氣體噴射閥72供應(yīng)高壓燃燒后氣體。燃燒后氣體供應(yīng)通道74連接到排氣凈化催化劑42下游的排氣通道18。在燃燒后氣體供應(yīng)通道74的中部安裝壓縮機(jī)76，其壓縮燃燒后氣體以便將燃燒后氣體的壓力增大到這樣的水平:使能在壓縮沖程期間將氣體噴射到氣缸中。燃燒后氣體噴射閥72和壓縮機(jī)76由E⑶50控制。
[0103]將描述根據(jù)第三實(shí)施例的對點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速的控制。圖16示出通過燃燒后氣體的微噴射而在滾流中產(chǎn)生的強(qiáng)弱部分的分布。在第三實(shí)施例中，燃燒后氣體噴射閥72用于控制點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速，如圖16中所示，并且進(jìn)行燃燒后氣體的微噴射以使得噴射的燃燒后氣體沿著滾流流動。燃料噴射正時(shí)IT和噴射角度的設(shè)置方式類似于上面在第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中描述的設(shè)置方式。即，圖16示出其中燃燒后氣體噴射閥72安裝在燃燒室14的更接近進(jìn)氣閥26的端部的布置。在這種情況下，將噴流旋轉(zhuǎn)角度ΔΘ設(shè)置為180° (或540°，具體取決于噴射角度Θ)。在其中燃燒后氣體噴射閥72安裝在燃燒室14的上壁的中央部分的情況下，將噴流旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置為90° (或450° )，如在第二實(shí)施例中那樣。
[0104]如在第一實(shí)施例等中的燃料的情況下，隨著發(fā)動機(jī)速度升高，在微噴射中噴射的燃燒后氣體量增大。此外，如在第一實(shí)施例等中，隨著發(fā)動機(jī)速度升高，代替或者除了增大在微噴射中噴射的燃燒后氣體量之外，可以增大燃燒后氣體的噴射壓力。
[0105]圖17示出當(dāng)進(jìn)行使用燃燒后氣體的微噴射時(shí)在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的氣缸中的氣流分布。如果由于通過微噴射的燃燒后氣體噴流而增大滾流的一部分的流速，則該滾流部分變成EGR氣體層，如圖16中所示。因此，如圖17中所示，在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)，如在第一實(shí)施例等中滾流的旋渦中心向上移動，并且上述部分(即，EGR氣體層)位于遠(yuǎn)離火花塞34而接近活塞12的頂面的區(qū)域中。因此，執(zhí)行所謂的EGR分層進(jìn)氣燃燒。因此，通過使用燃燒后氣體的微噴射，移動或改變滾流的旋渦中心以便控制在點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速，同時(shí)確保由于通過EGR分層進(jìn)氣燃燒的冷卻損失降低而導(dǎo)致的熱效率提高。
[0106]將描述根據(jù)第三實(shí)施例的特定過程。由ECU50執(zhí)行的第三實(shí)施例的滾流流速控制與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的滾流流速控制基本相同(即，類似于圖10中所示例程的過程)，只是使用燃燒后氣體代替燃料。
[0107]在如上所述的第三實(shí)施例中，使用燃燒后氣體代替燃料以便進(jìn)行微噴射。但是，能夠通過進(jìn)行使用新空氣代替燃燒后氣體的微噴射，執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的氣體流速控制。
[0108]在如上所述的第一到第三實(shí)施例中，作為本發(fā)明特性的氣體流速控制被應(yīng)用于處于稀薄燃燒操作的發(fā)動機(jī)，在該操作中點(diǎn)火性能可能受到點(diǎn)火正時(shí)時(shí)的火花塞附近流速的影響。但是，本發(fā)明的氣體流速控制不一定應(yīng)用于處于稀薄燃燒操作中間的發(fā)動機(jī)，而是可以應(yīng)用于例如在化學(xué)計(jì)量空燃比下操作的內(nèi)燃機(jī)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)，所述火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)被配置為在氣缸中產(chǎn)生滾流，并且所述火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)包括火花塞，所述火花塞被配置為點(diǎn)燃所述氣缸中的空氣-燃料混合物，所述控制系統(tǒng)包括: 滾流流速控制器，其被配置為改變所述滾流的旋渦中心沿所述氣缸的中心軸方向的位置，以便控制在所述火花塞的點(diǎn)火正時(shí)時(shí)在所述火花塞周圍的所述滾流的流速。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中 所述滾流流速控制器被配置為在第一時(shí)間點(diǎn)增大所述滾流的一部分的流速，所述第一時(shí)間點(diǎn)被如此確定:使得當(dāng)在增大所述滾流的所述一部分的流速之后所述點(diǎn)火正時(shí)到來時(shí)，所述滾流的所述一部分到達(dá)就所述滾流的所述旋渦中心而言與所述火花塞相對的位置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中: 所述內(nèi)燃機(jī)包括燃料噴射閥，所述燃料噴射閥被配置為將燃料噴射到所述氣缸中以使得所噴射的燃料沿著所述滾流流動；以及 所述滾流流速控制器被配置為導(dǎo)致所述燃料噴射閥在進(jìn)氣沖程或壓縮沖程期間噴射所述燃料，以便利用從所述燃料噴射閥噴射的所述燃料的噴流來增大所述滾流的所述一部分的流速。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中 所述滾流流速控制器被配置為增大從所述燃料噴射閥噴射的所述燃料的噴流量，以使得在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心的位置移動到更接近所述火花塞。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的控制系統(tǒng)，其中 所述滾流流速控制器被配置為升高從所述燃料噴射閥噴射的所述燃料的壓力，以使得在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心的位置移動到更接近所述火花塞。6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中的任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其中 所述滾流流速控制器被配置為，基于所述點(diǎn)火正時(shí)、滾流比、以及使所述滾流的所述一部分在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)到達(dá)與所述火花塞相對的位置所需的噴流旋轉(zhuǎn)角度，確定所述燃料噴射的執(zhí)行時(shí)間。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中: 所述火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)包括燃燒后氣體噴射閥，所述燃燒后氣體噴射閥被配置為將燃燒后氣體噴射到所述氣缸中以使得所噴射的燃燒后氣體沿著所述滾流流動；以及 所述滾流流速控制器被配置為導(dǎo)致所述燃燒后氣體噴射閥在進(jìn)氣沖程或壓縮沖程期間噴射所述燃燒后氣體，以便利用從所述燃燒后氣體噴射閥噴射的所述燃燒后氣體的噴流來增大所述滾流的所述一部分的流速。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其中 所述滾流流速控制器被配置為增大從所述燃燒后氣體噴射閥噴射的所述燃燒后氣體的噴流量，以使得在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心的位置移動到更接近所述火花塞。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的控制系統(tǒng)，其中 所述滾流流速控制器被配置為升高從所述燃燒后氣體噴射閥噴射的所述燃燒后氣體的壓力，以使得在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)沿著所述氣缸的所述中心軸方向觀察的所述滾流的所述旋渦中心的位置移動到更接近所述火花塞。10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中的任一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，其中 所述滾流流速控制器被配置為，基于所述點(diǎn)火正時(shí)、滾流比、以及使所述滾流的所述一部分在所述點(diǎn)火正時(shí)時(shí)到達(dá)與所述火花塞相對的位置所需的噴流旋轉(zhuǎn)角度，確定所述燃燒后氣體噴射的執(zhí)行時(shí)間。
【文檔編號】F02D41/00GK105829691SQ201480068256
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月9日
【發(fā)明人】木村幸四郎
【申請人】豐田自動車株式會社