直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置的制造方法
【專利摘要】發(fā)動(dòng)機(jī)(1)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，其具有設(shè)置在氣缸(11)內(nèi)的活塞(15)且由氣缸(11)和活塞(15)劃分出燃燒室(17)；燃料噴射器(33)，其經(jīng)噴口(41)向燃燒室(17)內(nèi)噴射至少含有汽油的燃料；以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(100)，其讓燃料噴射器(33)至少在壓縮行程后半期噴射燃料，且所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(100)對(duì)燃料噴射器(33)的噴射方式進(jìn)行控制。燃料噴射器(33)具有用以調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散的參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(100)調(diào)節(jié)參數(shù)，以便做到：燃燒室(17)的壓力越高，燃料噴霧擴(kuò)散越大。
【專利說(shuō)明】
直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]這里所公開的技術(shù)涉及一種直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]迄今為止，在燃燒室內(nèi)對(duì)混合氣的濃度分布、形狀等進(jìn)行控制的技術(shù)已為人所知。例如，在專利文獻(xiàn)I所涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了抑制產(chǎn)生碳煙，在進(jìn)氣行程中或壓縮行程中進(jìn)行第一次燃料噴射而在燃燒室內(nèi)形成稀混合氣，然后在壓縮行程中進(jìn)行第二次燃料噴射而在燃燒室內(nèi)形成濃混合氣。
[0003]專利文獻(xiàn)2中記載了向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)噴射燃料的外開閥式燃料噴射器。在外開閥式燃料噴射器中，噴射燃料的噴嘴口的有效截面積通過(guò)改變閥體的移動(dòng)(I i ft)量而變化。專利文獻(xiàn)3中記載了閥蓋孔(VC0:Valve Covered Orifice)噴嘴式燃料噴射器。VCO噴嘴式燃料噴射器構(gòu)成為:針閥直接落在噴嘴口敞開的閥座(seat)部而將噴嘴口關(guān)閉，產(chǎn)生在噴嘴口的內(nèi)周面上的氣穴(cavitat1n)區(qū)域的大小根據(jù)針閥的移動(dòng)量而變化。其結(jié)果是，和外開閥式燃料噴射器一樣，VCO噴嘴式燃料噴射器中噴嘴口的有效截面積也根據(jù)針閥的移動(dòng)量而變化。
[0004]專利文獻(xiàn)4中記載了以下內(nèi)容:在包括布置在氣缸中心軸上且將燃料錐狀地噴射出來(lái)的外開閥式燃料噴射器的發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過(guò)在壓縮行程的后期向氣缸內(nèi)噴射燃料，而在燃燒室內(nèi)形成混合氣層及其周圍的氣層(含新氣的氣層)。在該專利文獻(xiàn)4所記載的發(fā)動(dòng)機(jī)中，在形成混合氣層的混合氣燃燒時(shí)，讓周圍的氣層起絕熱層的作用以減少冷卻損失。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本公開專利公報(bào)特開平11-101127號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本公開專利公報(bào)特開2008-151043號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)3:日本專利第4194564號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)4:日本公開專利公報(bào)特開2013-57266號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]-發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題_
[0010]向燃燒室噴射的燃料噴霧會(huì)受燃燒室內(nèi)的環(huán)境的影響。也就是說(shuō)，即使用同一噴射方式噴射燃料，形成在燃燒室內(nèi)的混合氣的濃度分布、形狀等也會(huì)根據(jù)燃燒室內(nèi)的環(huán)境而不同。
[0011 ]這里所公開的技術(shù)正是鑒于上述問(wèn)題而完成的，其目的在于:抑制由于燃燒室內(nèi)的環(huán)境的變化引起的混合氣的變化。
[0012]-用以解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案_
[0013]這里所公開的技術(shù)以一種直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置為對(duì)象。該直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置包括:發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，其具有設(shè)置在氣缸內(nèi)的活塞且由該氣缸和該活塞劃分出燃燒室;燃料噴射器，其經(jīng)噴口向所述燃燒室內(nèi)噴射至少含有汽油的燃料；以及控制部，其讓所述燃料噴射器至少在壓縮行程后半期噴射燃料，且所述控制部對(duì)該燃料噴射器的噴射方式進(jìn)行控制。所述燃料噴射器具有用以調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散的參數(shù)，所述控制部對(duì)所述燃燒室的壓力狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且調(diào)節(jié)所述參數(shù)，以便做到:即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力高時(shí)的燃料噴霧擴(kuò)散大于預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力低時(shí)的燃料噴霧擴(kuò)散。
[0014]還可以這樣:所述控制部調(diào)節(jié)所述參數(shù)，以便做到:即使為同一燃料噴射量，當(dāng)預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力越高，燃料噴霧擴(kuò)散就越大。
[0015]這里，“壓縮行程后半期”是指在將壓縮行程平分為前半期和后半期的情況下的后半期。
[0016]假設(shè)將該參數(shù)固定不變來(lái)噴射燃料，則氣缸內(nèi)的壓力越高，燃料噴霧就越難以擴(kuò)散。也就是說(shuō)，氣缸內(nèi)的壓力越高，形成出的混合氣的燃料噴霧擴(kuò)散就越小。相對(duì)于此，所述燃料噴射器能夠通過(guò)調(diào)節(jié)所述參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散。用以調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散的參數(shù)例如為噴口的有效截面積、在多級(jí)噴射情況下的噴射間隔。而且，該參數(shù)被調(diào)節(jié)為:氣缸內(nèi)的壓力越高，燃料噴霧擴(kuò)散就越大。由此，能夠抑制由于氣缸內(nèi)的壓力上升引起的燃料噴霧的縮小。也就是說(shuō)，盡可能地排除由于氣缸內(nèi)的壓力變化所造成的影響，從而能夠容易地形成所期望的混合氣。
[0017]還可以這樣:所述參數(shù)為所述噴口的有效截面積，所述控制部做到:即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力高時(shí)的所述噴口的有效截面積大于預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力低時(shí)的所述噴口的有效截面積。
[0018]通過(guò)調(diào)節(jié)所述噴口的有效截面積，能夠調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散。詳細(xì)而言，如果噴口的有效截面積發(fā)生變化，噴口所噴射的燃料噴霧的粒徑就會(huì)發(fā)生變化。如果燃料噴霧的粒徑發(fā)生變化，燃料噴霧的運(yùn)動(dòng)量就會(huì)發(fā)生變化。如果燃料噴霧的運(yùn)動(dòng)量發(fā)生變化，燃料噴霧的飛散距離就會(huì)發(fā)生變化，燃料噴霧擴(kuò)散的狀況也會(huì)發(fā)生變化。詳細(xì)而言，噴口的有效截面積越大，燃料噴霧的粒徑就會(huì)越大，燃料噴霧擴(kuò)散也會(huì)越大。
[0019]還可以這樣:所述參數(shù)為在進(jìn)行多級(jí)噴射的情況下的噴射間隔，所述控制部做到:讓所述燃料噴射器至少在壓縮行程后半期進(jìn)行多級(jí)噴射，并且，即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力高時(shí)的所述噴射間隔大于預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力低時(shí)的所述噴射間隔。
[0020]在進(jìn)行多級(jí)噴射的情況下，斷續(xù)地進(jìn)行多次燃料噴射，通過(guò)對(duì)此時(shí)的噴射間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)，也能夠調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散。詳細(xì)而言，燃料一噴射，就由于康達(dá)效應(yīng)(Coandaeffect)而會(huì)在燃料噴射的中心軸附近產(chǎn)生成為負(fù)壓的區(qū)域。該負(fù)壓區(qū)域的大小根據(jù)噴射間隔變化。詳細(xì)而言，在噴射間隔大時(shí)，因?yàn)樨?fù)壓區(qū)域的壓力在到下一次的燃料噴射之前的這段時(shí)間內(nèi)能夠恢復(fù)，所以負(fù)壓區(qū)域會(huì)變小。在負(fù)壓區(qū)域小的情況下，燃料噴霧不太被負(fù)壓吸引，容易擴(kuò)散。相對(duì)于此，在噴射間隔小時(shí)，接連不斷地噴射燃料，從而負(fù)壓區(qū)域的負(fù)壓被維持，負(fù)壓區(qū)域會(huì)變大。在負(fù)壓區(qū)域大的情況下，燃料噴霧被負(fù)壓吸引，燃料噴霧擴(kuò)散受到抑制。也就是說(shuō)，噴射間隔越大，燃料噴霧就越容易擴(kuò)散;噴射間隔越小，燃料噴霧擴(kuò)散會(huì)就越受到抑制。
[0021]需要說(shuō)明的是，噴口的有效截面積對(duì)于燃料噴霧是否容易受到負(fù)壓區(qū)域的影響是有影響的。如果噴口的有效截面積小，燃料噴霧的粒徑就小，因此燃料噴霧容易受來(lái)自負(fù)壓區(qū)域的影響。也就是說(shuō)，粒徑小的燃料噴霧容易被負(fù)壓區(qū)域吸引，也容易被負(fù)壓區(qū)域減速。由此，通過(guò)減小噴口的有效截面積，就能夠抑制燃料噴霧擴(kuò)散。
[0022]如上所述，通過(guò)根據(jù)氣缸內(nèi)壓力對(duì)噴口的有效截面積和噴射間隔中的至少一者進(jìn)行調(diào)節(jié)，就能夠根據(jù)氣缸內(nèi)壓力調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散。
[0023]還可以這樣:所述參數(shù)為所述噴口的有效截面積、以及在進(jìn)行多級(jí)噴射的情況下的噴射間隔，所述控制部做到:讓所述燃料噴射器至少在壓縮行程的后半期進(jìn)行多級(jí)噴射，并且，即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力高時(shí)的所述噴口的有效截面積和所述噴射間隔都大于預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力低時(shí)的所述噴口的有效截面積和所述噴射間隔。
[0024]如上所述，噴口的有效截面積越大，燃料噴霧擴(kuò)散就會(huì)越大。此外，噴射間隔越大，燃料噴霧擴(kuò)散就會(huì)越大。由此，通過(guò)氣缸內(nèi)壓力越高，使噴口的有效截面積越大，和/或使噴射間隔越大，氣缸內(nèi)壓力的上升導(dǎo)致的燃料噴霧的縮小就會(huì)得到抑制。其結(jié)果是，能夠抑制由于氣缸內(nèi)壓力的變化引起的、混合氣的濃度分布、形狀等的變化。
[0025]還可以這樣:所述燃料噴射器具有:形成有所述噴口的噴嘴本體以及將該噴口打開、關(guān)閉的閥體，且所述燃料噴射器構(gòu)成為:該噴口的有效截面積根據(jù)該閥體的移動(dòng)量變化，該閥體的移動(dòng)量越大，該噴口的有效截面積就越大。
[0026]根據(jù)所述燃料噴射器，通過(guò)調(diào)節(jié)閥體的移動(dòng)量，就能夠調(diào)節(jié)噴口的有效截面積，進(jìn)而，能夠改變?nèi)剂蠂婌F的粒徑。
[0027]這里所公開的技術(shù)以一種直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置為對(duì)象。該直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置包括:發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，其具有設(shè)置在氣缸內(nèi)的活塞且由該氣缸和該活塞劃分出燃燒室;燃料噴射器，其經(jīng)噴口向所述燃燒室內(nèi)噴射至少含有汽油的燃料；以及控制部，其讓所述燃料噴射器至少在壓縮行程后半期噴射燃料，且所述控制部對(duì)該燃料噴射器的噴射方式進(jìn)行控制。所述燃料噴射器具有用以調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散的參數(shù)，所述控制部對(duì)應(yīng)于所述燃料噴射器在所述壓縮行程后半期進(jìn)行的燃料噴射的時(shí)刻來(lái)調(diào)節(jié)所述參數(shù)，以便做到:燃料噴射的時(shí)刻越早，燃料噴霧擴(kuò)散就越小。
[0028]氣缸內(nèi)壓力也會(huì)根據(jù)壓縮行程后半期的燃料噴射時(shí)刻有較大的變化，即使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷相同且燃料噴射量大致相同，但例如在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高的情況下，為了確保燃料的氣化時(shí)間(點(diǎn)火遲后時(shí)間)，有燃料噴射的開始時(shí)刻提早這一趨勢(shì)，由此，燃料噴射開始時(shí)的氣缸內(nèi)壓力低，燃料噴霧容易擴(kuò)散。
[0029]因此，即使進(jìn)氣填充量相等，也能夠?qū)?yīng)于燃料噴射器的燃料噴射時(shí)刻來(lái)將用以調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散的參數(shù)調(diào)節(jié)為燃料噴射時(shí)刻越早，燃料噴霧擴(kuò)散就越小，由此，即使燃料噴射時(shí)刻不同，也能夠使燃料噴霧的擴(kuò)散狀況相同。
[0030]需要說(shuō)明的是，通過(guò)按照上述方式使燃料噴霧的擴(kuò)散狀況相同，就能夠?qū)⑿職?、已燃?xì)怏w等的氣層(燃燒時(shí)的絕熱氣層)形成在燃燒室壁面與混合氣層之間。
[0031]也可以這樣:所述參數(shù)為所述噴口的有效截面積，所述燃料噴射器在所述壓縮行程后半期進(jìn)行的燃料噴射的時(shí)刻較早時(shí)，所述控制部使所述噴口的有效截面積比所述燃料噴射器進(jìn)行的燃料噴射的時(shí)刻較晚時(shí)小。
[0032]還可以這樣:所述控制部讓所述燃料噴射器在壓縮行程后半期噴射燃料，以便做至IJ:在所述混合氣層內(nèi)的混合氣點(diǎn)火的時(shí)刻，在劃分所述燃燒室的壁面和所述混合氣層之間形成新氣和/或已燃?xì)怏w的氣層。
[0033]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，形成混合氣層的混合氣燃燒時(shí)，其周圍的氣層作為介于混合氣層和劃分出燃燒室的壁面之間的絕熱層起作用，從而能夠使冷卻損失大幅度地減少。
[0034]需要說(shuō)明的是，氣層是實(shí)質(zhì)上不包括燃料的層(詳細(xì)而言，當(dāng)量比Φ=0.1以下的層)，其中含有新氣和廢氣。
[0035]也可以這樣:所述燃燒室的壁面為形成在所述活塞的頂面上的凹狀腔的內(nèi)壁面。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于從所述燃料噴射器噴射出的燃料噴霧在具有一定容積的凹狀腔的空間內(nèi)形成混合氣層，因此所述氣層可靠地形成在腔內(nèi)壁面與混合氣層之間，從而能夠使冷卻損失大幅度地減少。
[0036]-發(fā)明的效果-
[0037]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠抑制由于燃燒室內(nèi)環(huán)境變化引起的混合氣的變化。
【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1是示出直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0039]圖2是示出燃料噴射器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0040]圖3是示例出發(fā)動(dòng)機(jī)的工況的圖。
[0041]圖4是概念性地示出在燃燒室內(nèi)形成的混合氣層的形狀的剖視圖。
[0042]圖5是說(shuō)明從燃料噴射器噴射的燃料噴霧的擴(kuò)散方向的圖。
[0043]圖6是示出燃料的噴射間隔的圖。
[0044]圖7是不出外開閥式燃料噴射器的移動(dòng)量的圖。
[0045]圖8(A)是概念圖，其示出燃料的噴射間隔長(zhǎng)時(shí)的燃料噴霧的擴(kuò)散狀況，圖8(B)是概念圖，其不出燃料的噴射間隔短時(shí)的燃料噴霧的擴(kuò)散狀況。
[0046]圖9(A)是概念圖，其示出燃料噴射器的移動(dòng)量小時(shí)的燃料噴霧的擴(kuò)散狀況，圖9(B)是概念圖，其示出燃料噴射器的移動(dòng)量大時(shí)的燃料噴霧的擴(kuò)散狀況。
[0047]圖1O是示出相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的氣缸內(nèi)壓力的變化的圖。
[0048]圖11是示出相對(duì)于氣缸內(nèi)壓力的移動(dòng)量變化的圖。
[0049]圖12是示出相對(duì)于氣缸內(nèi)壓力的噴射間隔的變化的圖。
[0050]圖13是示出負(fù)荷低時(shí)的噴射方式的圖。
[0051 ]圖14是示出負(fù)荷高時(shí)的噴射方式的圖。
[0052]圖15是示出其它實(shí)施方式所涉及的燃料噴射器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0053]圖16(A)示出氣缸內(nèi)壓力相對(duì)較高時(shí)的混合氣層的形狀，圖16(B)示出氣缸內(nèi)壓力相對(duì)較高時(shí)的噴射方式。
[0054]圖17(A)示出氣缸內(nèi)壓力相對(duì)較低時(shí)的混合氣層的形狀，圖17(B)示出氣缸內(nèi)壓力相對(duì)較低時(shí)的噴射方式。
【具體實(shí)施方式】
[0055]下面，參照附圖對(duì)示例的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0056]圖1概略地示出直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)1(以下簡(jiǎn)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)I)。發(fā)動(dòng)機(jī)I包括發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體所附帶的各種執(zhí)行部件、各種傳感器以及基于來(lái)自該傳感器的信號(hào)對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100。
[0057]發(fā)動(dòng)機(jī)I安裝在汽車等車輛上，發(fā)動(dòng)機(jī)I的輸出軸經(jīng)變速器與驅(qū)動(dòng)輪相連結(jié)，但這并未圖示出來(lái)。車輛借助發(fā)動(dòng)機(jī)I的輸出傳遞給驅(qū)動(dòng)輪而前進(jìn)。發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體包括氣缸體12、和載放在該氣缸體12上的氣缸蓋13，在氣缸體12的內(nèi)部形成有多個(gè)氣缸11 (圖1中僅示出一個(gè)氣缸11)。在氣缸體12和氣缸蓋13的內(nèi)部形成有供冷卻水流動(dòng)的水套，但這并未圖示出來(lái)。
[0058]這里，在本實(shí)施方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)I的燃料是汽油，但燃料也可以是含有生物乙醇等的汽油，只要是至少含有汽油的液體燃料，則可以是任意燃料。
[0059]活塞15可滑動(dòng)地嵌插在各氣缸11內(nèi)?；钊?5與氣缸11和氣缸蓋13—起劃分出燃燒室17。圖例中，燃燒室17是所謂的屋脊(pent roof)形燃燒室，其頂面(即氣缸蓋13的下表面)呈由進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)兩個(gè)斜面構(gòu)成的三角屋脊形狀。活塞15的頂面呈與燃燒室的所述頂面相對(duì)應(yīng)的凸?fàn)?，在活?5的頂面的中央部位形成有凹狀腔(凹部)15a。需要說(shuō)明的是，只要實(shí)現(xiàn)后述較高的幾何壓縮比，燃燒室的所述頂面和活塞15的所述頂面可以為任意形狀。例如，燃燒室的頂面和活塞15的頂面(即腔15a以外的部分)雙方都可以由垂直于氣缸11的中心軸的面構(gòu)成，或者，也可以是這樣的:燃燒室的頂面如上所述呈三角屋脊形狀，另一方面，活塞15的頂面(即腔15a以外的部分)由垂直于氣缸11中心軸的面構(gòu)成。
[0060]每一個(gè)氣缸11都在氣缸蓋13上形成有兩個(gè)進(jìn)氣口 18，但在圖1中僅示出了一個(gè)進(jìn)氣口 18，每個(gè)進(jìn)氣口 18分別開在氣缸蓋13的下表面(即燃燒室17的頂面中的進(jìn)氣側(cè)斜面)上而與燃燒室17連通。同樣，每一個(gè)氣缸11都在氣缸蓋13上形成有兩個(gè)排氣口 19，每個(gè)排氣口19分別開在氣缸蓋13的下表面(亦即燃燒室17頂面中的排氣側(cè)斜面)上而與燃燒室17連通。進(jìn)氣口 18與被引入氣缸11內(nèi)的新氣流通的進(jìn)氣通路(省略圖示)相連接。調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量的氣門閥(throttle valve)20設(shè)置在進(jìn)氣通路上，氣門閥20的開度通過(guò)接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100的控制信號(hào)而調(diào)節(jié)。另一方面，排氣口 19與來(lái)自各氣缸11的已燃?xì)怏w(即廢氣)流通的排氣通路(省略圖示)相連接。在排氣通路上設(shè)置有具有一個(gè)以上的催化轉(zhuǎn)換器的尾氣凈化系統(tǒng)，但這并未圖示出來(lái)。催化轉(zhuǎn)換器中含三效催化劑。
[0061]在氣缸蓋13上，進(jìn)氣閥21被設(shè)置成能夠使進(jìn)氣口18與燃燒室17斷開(即關(guān)閉)；排氣閥22被設(shè)置成能夠使排氣口 19與燃燒室17斷開(即關(guān)閉)。進(jìn)氣閥21由進(jìn)氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，排氣閥22由排氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。進(jìn)氣閥21在規(guī)定的時(shí)刻做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，打開和關(guān)閉進(jìn)氣口 18;排氣閥22在規(guī)定的時(shí)刻做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，打開和關(guān)閉排氣口 19。這樣一來(lái)，進(jìn)行氣缸11內(nèi)的氣體更新。進(jìn)氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有與曲軸相連結(jié)并被曲軸驅(qū)動(dòng)的進(jìn)氣凸輪軸，進(jìn)氣凸輪軸與曲軸同步旋轉(zhuǎn)，但省略圖示。排氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有與曲軸相連結(jié)并被曲軸驅(qū)動(dòng)的排氣凸輪軸，排氣凸輪軸與曲軸同步旋轉(zhuǎn)，但省略圖示。而且，至少進(jìn)氣閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括:能夠在規(guī)定的角度范圍內(nèi)連續(xù)地改變進(jìn)氣凸輪軸的相位的液壓式、電動(dòng)式或機(jī)械式可變配氣相位機(jī)構(gòu)(可變氣門正時(shí)VVT:Variable Valve Timing)23構(gòu)成。需要說(shuō)明的是，還可以這樣:不僅包括VVT23，還包括能夠連續(xù)地改變氣門移動(dòng)量的升程可變機(jī)構(gòu)(連續(xù)可變氣門升程(CVVL:Continuous Variable Valve Lift))。
[0062]氣缸蓋13上設(shè)置有火花塞31。該火花塞31利用例如螺紋等公知構(gòu)造安裝固定在氣缸蓋13上。圖例中，火花塞31以相對(duì)于氣缸11的中心軸朝著排氣一側(cè)傾斜的狀態(tài)安裝固定好，火花塞31的頂端部對(duì)著燃燒室17的頂部。該火花塞31的頂端部位于后述的燃料噴射器33上的噴嘴口 41附近。需要說(shuō)明的是，火花塞31的布置情況并不限于此。在本實(shí)施方式中，火花塞31是等離子點(diǎn)火式火花塞，點(diǎn)火系統(tǒng)32包括等離子體產(chǎn)生電路。通過(guò)點(diǎn)火系統(tǒng)32的等離子體產(chǎn)生電路，火花塞31放電而產(chǎn)生等離子體，讓該等離子體從火花塞31的頂端朝著氣缸內(nèi)強(qiáng)烈地噴射，進(jìn)行燃料的點(diǎn)火。點(diǎn)火系統(tǒng)32接收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100的控制信號(hào)對(duì)火花塞31通電，以便火花塞31在所希望的點(diǎn)火時(shí)刻產(chǎn)生等離子體。需要說(shuō)明的是，火花塞31并不限于等離子體點(diǎn)火式火花塞，還可以是經(jīng)常使用的火花點(diǎn)火式火花塞。
[0063]在氣缸蓋13的氣缸11中心軸上設(shè)置有將燃料直接朝著氣缸內(nèi)(即燃燒室17內(nèi))噴射的燃料噴射器33。該燃料噴射器33通過(guò)使用例如支架(bracket)等公知構(gòu)造安裝固定在氣缸蓋13上。燃料噴射器33的頂端對(duì)著燃燒室17的頂部的中心。
[0064]如圖2所示，燃料噴射器33是外開閥式的燃料噴射器，具有噴嘴本體40和將噴嘴口41打開、關(guān)閉的外開閥42，其中，在噴嘴本體40上形成有向氣缸11內(nèi)噴射燃料的噴嘴口41。燃料噴射器33朝著相對(duì)于規(guī)定的中心軸S傾斜且往以該中心軸S為中心的徑向外側(cè)擴(kuò)散開的方向噴射燃料，并且燃料噴射器33構(gòu)成為能夠調(diào)節(jié)噴嘴口 41的有效截面積。噴嘴口 41為噴口之一例，外開閥42為閥體之一例。
[0065]噴嘴本體40是沿著中心軸S延伸的管狀部件，燃料在其內(nèi)部流動(dòng)。噴嘴口41的開口緣形成為:在噴嘴本體40的頂端部，越靠近頂端一側(cè)直徑越大的錐形。噴嘴本體40的基端一側(cè)的端部與內(nèi)部設(shè)置有壓電元件44的殼體45相連接。外開閥42具有閥本體42a和連結(jié)部42b，所述連結(jié)部42b從閥本體42a穿過(guò)噴嘴本體40內(nèi)部而與壓電元件44連接。閥本體42a在噴嘴本體40的頂端從噴嘴本體40朝著外側(cè)露出來(lái)。閥本體42a中的靠近連結(jié)部42b—側(cè)的部分具有大致與噴嘴口 41的開口緣一樣的形狀，該部分緊頂在(亦即落在)噴嘴口 41的開口緣上時(shí)，噴嘴口 41即成為關(guān)閉狀態(tài)。
[0066]燃料噴射器33以其中心軸S與氣缸11的中心軸X(即氣缸中心軸X)重合且噴嘴口41對(duì)著燃燒室17的頂部的狀態(tài)設(shè)置好。
[0067]一施加電壓，壓電元件44就變形，由此而朝著中心軸方向推壓該外開閥42，讓該外開閥42從噴嘴本體40的噴嘴口 41的開口緣開始移動(dòng)，從而使噴嘴口 41開放。此時(shí)，燃料從噴嘴口 41朝著相對(duì)于中心軸S傾斜且往以中心軸S為中心的半徑方向擴(kuò)散開的方向噴射出來(lái)。具體而言，燃料呈以中心軸S為中心的圓錐狀(詳細(xì)而言是空心錐狀)噴射出來(lái)。在本實(shí)施方式中，該圓錐體的錐角為90°?100° (空心錐內(nèi)側(cè)的空心部的錐角為70°左右)。并且，當(dāng)停止對(duì)壓電元件44施加電壓時(shí)，壓電元件44就會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，外開閥42會(huì)再次使噴嘴口41成為關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)，設(shè)置在殼體45內(nèi)的連結(jié)部42b周圍的壓縮螺旋彈簧46幫助壓電元件44復(fù)位。
[0068]對(duì)壓電元件44施加的電壓越大，外開閥42從將噴嘴口41關(guān)閉的狀態(tài)開始移動(dòng)的移動(dòng)量(以下簡(jiǎn)稱為移動(dòng)量)就越大(也參照?qǐng)D7)。該移動(dòng)量越大，噴嘴口 41的開度(即有效截面積)就越大，從噴嘴口 41向氣缸內(nèi)噴射的燃料噴霧的粒徑就越大。相反，該移動(dòng)量越小，噴嘴口 41的開度就越小，從噴嘴口 41向氣缸內(nèi)噴射的燃料噴霧的粒徑就越小。壓電元件44響應(yīng)快，例如一次循環(huán)中能夠進(jìn)行20次左右的多級(jí)噴射。不過(guò)，作為驅(qū)動(dòng)外開閥42的部件并不限于壓電元件44。
[0069]燃料供給系統(tǒng)34包括:用于驅(qū)動(dòng)外開閥42(壓電元件44)的電路和將燃料供向燃料噴射器33的燃料供給系。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100在規(guī)定的時(shí)刻將具有與移動(dòng)量相對(duì)應(yīng)的電壓的噴射信號(hào)輸出給所述電路，由此，經(jīng)該電路讓壓電元件44和外開閥42工作，將希望量的燃料噴射到氣缸內(nèi)。當(dāng)不輸出所述噴射信號(hào)時(shí)(即噴射信號(hào)的電壓為O時(shí))，噴嘴口41就在該外開閥42的作用下成為關(guān)閉狀態(tài)。壓電元件44就這樣被來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100的噴射信號(hào)控制著工作。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100這樣控制著壓電元件44工作，從而控制從燃料噴射器33的噴嘴口41進(jìn)行的燃料噴射以及在該燃料噴射時(shí)的移動(dòng)量。
[0070]在所述燃料供給系中設(shè)置有省略圖示的高壓燃料栗和共軌(commonrail)，該高壓燃料栗將經(jīng)低壓燃料栗從燃料箱供來(lái)的燃料壓送到共軌上，共軌以規(guī)定的燃料壓力將該壓送來(lái)的燃料儲(chǔ)存起來(lái)。然后，儲(chǔ)存在所述共軌內(nèi)的燃料借助燃料噴射器33工作(即外開閥42移動(dòng))而被從噴嘴口 41噴射出來(lái)。
[0071]發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100是以公知的微型電腦為基礎(chǔ)的控制器，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100包括執(zhí)行程序的中央處理裝置(CPU)、由例如RAM、R0M構(gòu)成且存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、以及輸出入電信號(hào)的輸出入(I/O)總線。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100是控制部之一例。
[0072]發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100至少分別接收:來(lái)自空氣流傳感器71的、與進(jìn)氣流量相關(guān)的信號(hào)；來(lái)自曲軸轉(zhuǎn)角傳感器7 2的曲軸轉(zhuǎn)角脈沖信號(hào);來(lái)自檢測(cè)油門腳踏板的踩下量的油門開度傳感器73的油門開度信號(hào)；以及來(lái)自車速傳感器74的車速信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100根據(jù)這些輸入信號(hào)計(jì)算所希望的發(fā)動(dòng)機(jī)I的控制參數(shù)，例如氣門開度信號(hào)、燃料噴射脈沖、點(diǎn)火信號(hào)、閥相位角信號(hào)等。然后，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100將這些信號(hào)輸出給氣門閥20(準(zhǔn)確地講，是讓氣門閥20工作的氣門執(zhí)行部件)、燃料供給系統(tǒng)34(準(zhǔn)確地講，是上述電路)、點(diǎn)火系統(tǒng)32以及VVT23等。
[0073]該發(fā)動(dòng)機(jī)I包括EGR系統(tǒng)，在該EGR系統(tǒng)中設(shè)置有接通進(jìn)氣通路和排氣通路的EGR通路而將排出氣體的一部分回流為進(jìn)氣，但省略圖示。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)I的工作狀態(tài)對(duì)通過(guò)了 EGR系統(tǒng)的排出氣體的回流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0074]該發(fā)動(dòng)機(jī)I的幾何壓縮比ε被設(shè)定在15以上40以下。在本實(shí)施方式中，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)I具有壓縮比=膨脹比的結(jié)構(gòu)，所以該發(fā)動(dòng)機(jī)I在具有高壓縮比的同時(shí)，還具有較高的膨脹比。通過(guò)提高幾何壓縮比來(lái)實(shí)現(xiàn)熱效率的提高。
[0075]如圖1所示，燃燒室17由氣缸11的壁面、活塞15的頂面、氣缸蓋13的下表面(即燃燒室17的頂面)、進(jìn)氣閥21和排氣閥22各自的閥蓋面劃分而成。在該發(fā)動(dòng)機(jī)I中，為減少冷卻損失，通過(guò)在上述各個(gè)面上設(shè)置絕熱層61、62、63、64、65而將燃燒室17絕熱化。需要說(shuō)明的是，以下在通稱這些絕熱層61?65的情況下，有時(shí)候用符號(hào)“6”表示絕熱層。絕熱層6可以設(shè)置在所有這些劃分面上，也可以設(shè)置在這些劃分面中的一部分劃分面上。而且，在圖例中，氣缸壁面上的絕熱層61被設(shè)置成在活塞15位于上止點(diǎn)的狀態(tài)下位于比該活塞環(huán)14更靠上側(cè)的位置，這樣就是一種活塞環(huán)14不會(huì)在絕熱層61上滑動(dòng)的結(jié)構(gòu)。不過(guò)，氣缸壁面上的絕熱層61并不限于該結(jié)構(gòu)，還可以通過(guò)讓絕熱層61朝著下方延伸，來(lái)將絕熱層61設(shè)置在活塞15的整個(gè)沖程范圍或者一部分沖程范圍內(nèi)。還可以將絕熱層設(shè)置在進(jìn)氣口 18、排氣口 19的靠燃燒室17頂面一側(cè)開口附近的口壁面上，雖然這些壁面不是直接劃分出燃燒室17的壁面。需要說(shuō)明的是，圖1中示出的各絕熱層61?65的厚度并不表示實(shí)際的厚度，僅為示例而已，并且也不表示各個(gè)面上的絕熱層的厚度的大小關(guān)系。
[0076]進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明燃燒室17的絕熱構(gòu)造。如上所述，燃燒室17的絕熱構(gòu)造由設(shè)置在劃分出燃燒室17的各劃分面上的各絕熱層61?65構(gòu)成。為了抑制燃燒室17內(nèi)的燃燒氣體的熱通過(guò)劃分面釋放出來(lái)，這些絕熱層61?65被設(shè)定為其導(dǎo)熱率比構(gòu)成燃燒室17的金屬母材低。這里，針對(duì)設(shè)置在氣缸11的壁面上的絕熱層61而言，氣缸體12為母材;對(duì)于設(shè)置在活塞15的頂面上的絕熱層62而言，活塞15為母材;對(duì)于設(shè)置在氣缸蓋13的頂面上的絕熱層63而言，氣缸蓋13為母材;對(duì)于設(shè)置在進(jìn)氣閥21和排氣閥22各自的閥蓋面上的絕熱層64、65而言，進(jìn)氣閥21和排氣閥22分別是母材。因此，對(duì)于氣缸體12、氣缸蓋13以及活塞15而言，母材的材質(zhì)是鋁合金或鑄鐵。對(duì)于進(jìn)氣閥21和排氣閥22而言，母材的材質(zhì)是耐熱鋼或鑄鐵等。
[0077]為減小冷卻損失，優(yōu)選絕熱層6的容積比熱小于母材的容積比熱。也就是說(shuō)，燃燒室17內(nèi)的氣體溫度隨著燃燒循環(huán)的進(jìn)行而變化，在現(xiàn)有的不具有燃燒室17的絕熱構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過(guò)讓冷卻水在形成于氣缸蓋、氣缸體內(nèi)的水套內(nèi)流動(dòng)，從而不管燃燒循環(huán)的進(jìn)行情況如何，劃分燃燒室17的面的溫度都會(huì)被維持為大致一定。
[0078]另一方面，冷卻損失由冷卻損失=熱傳遞率X傳熱面積X(氣體溫度-劃分面的溫度)決定，由此可知，氣體溫度和壁面溫度的溫度差越大，冷卻損失就會(huì)越大。為抑制冷卻損失，優(yōu)選使氣體溫度和劃分面的溫度的溫度差較小。但是，在利用冷卻水將燃燒室17的劃分面的溫度維持為大致一定的情況下，溫度差伴隨著氣體溫度的變化而增大是不可避免的。于是，優(yōu)選使絕熱層6的熱容量較小，燃燒室17的劃分面的溫度追隨著燃燒室17內(nèi)的氣體溫度的變化而變化。
[0079]例如可以利用等離子噴涂(plasma spraying)將Ζ1?2等陶瓷材料噴涂在母材上來(lái)形成所述絕熱層6。在該陶瓷材料中可以含有大量的氣孔。這樣一來(lái)，能夠使絕熱層6的導(dǎo)熱率和容積比熱更低。
[0080]在本實(shí)施方式中，如圖1所示，通過(guò)將由導(dǎo)熱率非常低、絕熱性優(yōu)良且耐熱性也優(yōu)良的鈦酸鋁制成的氣道夾層(port liner) 181與氣缸蓋13夾心鑄造為一體，來(lái)將絕熱層設(shè)置在進(jìn)氣口 18上。在該結(jié)構(gòu)下，能夠抑制甚至避免新氣在通過(guò)進(jìn)氣口 18時(shí)從氣缸蓋13受熱而溫度上升。這樣一來(lái)，因?yàn)楸灰霘飧?1內(nèi)的新氣的溫度(初始?xì)怏w溫度)變低，所以燃燒時(shí)的氣體溫度下降，而有利于使氣體溫度和燃燒室17的劃分面的溫度差減小。因?yàn)槭谷紵龝r(shí)的氣體溫度降低就能夠使導(dǎo)熱率降低，所以也有利于由此來(lái)減少冷卻損失。需要說(shuō)明的是，設(shè)置在進(jìn)氣口 18處的絕熱層的結(jié)構(gòu)并不限于氣道夾層181的夾心鑄造。
[0081]該發(fā)動(dòng)機(jī)I的幾何壓縮比ε如上所述設(shè)定為15<ε<40。理論循環(huán)即奧托循環(huán)(Ottocycle)的理論熱效率nth為nth = 1-1/(εκ-工)，使壓縮比ε越高，理論熱效率nth就會(huì)越高。然而，發(fā)動(dòng)機(jī)(準(zhǔn)確而言，沒(méi)有燃燒室的絕熱構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī))的指示熱效率(indicated thermalefficiency)在規(guī)定的幾何壓縮比ε (例如15左右)下達(dá)到峰值，即使讓幾何壓縮比ε大于該峰值，指示熱效率也不再升高。反之，指示熱效率會(huì)下降。這是由于在使燃料量與進(jìn)氣量保持不變而提高了幾何壓縮比的情況下，壓縮比越高，燃燒壓力和燃燒溫度就越高而引起的。如上所述，燃燒壓力和燃燒溫度提高就是導(dǎo)致冷卻損失增大的原因。
[0082]相對(duì)于此，為了使指示熱效率在較高的幾何壓縮比ε下提高，如上所述，在該發(fā)動(dòng)機(jī)I中將燃燒室17的絕熱構(gòu)造結(jié)合進(jìn)來(lái)了。也就是說(shuō)，通過(guò)將燃燒室17絕熱化來(lái)減少冷卻損失，由此來(lái)提尚指不熱效率。
[0083]另一方面，僅通過(guò)將燃燒室17絕熱化來(lái)減少冷卻損失的話，該減少的冷卻損失會(huì)被轉(zhuǎn)換成排氣損失，對(duì)指示熱效率的提高不會(huì)有太大的幫助。有關(guān)這一點(diǎn)，如上所述，該發(fā)動(dòng)機(jī)I是通過(guò)伴隨著高壓縮比化的高膨脹比化而將燃燒氣體的相當(dāng)于減少的冷卻損失的能量效率良好地轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的。也就是說(shuō)，該發(fā)動(dòng)機(jī)I通過(guò)采用讓冷卻損失和排氣損失共同減少的結(jié)構(gòu)，而能夠使指示熱效率大幅度地提高。
[0084]在該發(fā)動(dòng)機(jī)I中，除了采用所述燃燒室17和進(jìn)氣口18的絕熱構(gòu)造以外，還在氣缸內(nèi)(燃燒室17內(nèi))由絕熱氣層(以下有時(shí)簡(jiǎn)稱為氣層)形成了絕熱層，由此來(lái)進(jìn)一步減少冷卻損失。下面對(duì)此做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0085]圖3示例出該發(fā)動(dòng)機(jī)I在熱狀態(tài)時(shí)的工況。該發(fā)動(dòng)機(jī)I構(gòu)成為:基本上在整個(gè)工作區(qū)域讓燃燒室17內(nèi)的混合氣借助壓縮自點(diǎn)火而燃燒。在圖3所示的工況中，在負(fù)荷比規(guī)定負(fù)荷低的低負(fù)荷區(qū)域、及負(fù)荷比低負(fù)荷區(qū)域高的中負(fù)荷區(qū)域，在燃燒室17內(nèi)形成由氣層形成的絕熱層。也就是說(shuō)，在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較低且燃料噴射量由此而較少的工作狀態(tài)下，在燃燒室17內(nèi)形成由氣層形成的絕熱層，從而減少冷卻損失，謀求提高熱效率。這里，可以將低負(fù)荷區(qū)域和中負(fù)荷區(qū)域分別定義為:與將發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷區(qū)域分為低、中及高三個(gè)區(qū)域(例如三等分)時(shí)的低區(qū)域和中區(qū)域相當(dāng)?shù)膮^(qū)域。特別是中負(fù)荷區(qū)域，可以將其定義為例如負(fù)荷在滿負(fù)荷的規(guī)定值以下(例如負(fù)荷為70%以下)的區(qū)域。
[0086]圖4概念性地示出在低負(fù)荷區(qū)域和中負(fù)荷區(qū)域中在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層的形狀。如該圖所示，在燃燒室17內(nèi)形成由氣層形成的絕熱層是指:在燃燒室17內(nèi)的中央部位形成混合氣層Gl，并且在混合氣層Gl的周圍形成含新氣的氣層G2。
[0087]將這里所說(shuō)的混合氣層Gl定義為由可燃混合氣(例如為當(dāng)量比Φ=0.1以上的混合氣)形成的層。因?yàn)閺拈_始噴射燃料時(shí)起經(jīng)過(guò)的時(shí)間越長(zhǎng)，燃料噴霧就越擴(kuò)散，所以混合氣層Gl的大小為點(diǎn)火時(shí)刻的大小。而且，例如當(dāng)燃料的燃燒質(zhì)量比例達(dá)到1%以上時(shí)，則能夠做出點(diǎn)火的判斷。
[0088]此外，將氣層G2定義為由當(dāng)量比小于Φ=0.1的混合氣形成的層。氣層G2可以僅包括新氣，還可以不僅包括新氣，還包括已燃?xì)怏w(即EGR氣體)。需要說(shuō)明的是，如后所述，只要?dú)鈱覩2發(fā)揮絕熱層的作用，就允許少量的燃料混在氣層G2內(nèi)。
[0089]需要說(shuō)明的是，能夠通過(guò)紋影法(schlieren method)或者將娃油混入燃料中后以光學(xué)方式對(duì)該燃料的噴霧進(jìn)行觀察的手法等來(lái)使燃料室內(nèi)的混合氣層Gl和氣層G2可視化。而且，能夠根據(jù)可視化了的燃料噴霧獲得當(dāng)量比Φ，從而能夠辨別混合氣層Gl和氣層G2。例如，能夠通過(guò)與規(guī)定的當(dāng)量比Φ相當(dāng)?shù)妮x度來(lái)辨別混合氣層Gl和氣層G2。
[0090]通過(guò)減小混合氣層Gl的表面積(S)和體積(V)之比(S/V比)，燃燒時(shí)與周圍的氣層G2之間的傳熱面積減小；由于在混合氣層Gl和氣缸11的壁面之間存在氣層G2，因此混合氣層Gl的火炎接觸到氣缸11的壁面和腔15a的內(nèi)壁15b這樣的情況得到抑制;氣層G2本身成為絕熱層而能夠抑制熱從氣缸11的壁面和腔15a的內(nèi)壁15b釋放出來(lái)。其結(jié)果是，能夠大幅度地減少冷卻損失。
[0091]為了在從壓縮行程的后半期到膨脹行程初期的這段時(shí)間內(nèi)讓燃料從燃料噴射器33的噴嘴口 41噴射到氣缸11內(nèi)，以便在燃燒室17內(nèi)的中央部位形成混合氣層Gl且在其周圍形成氣層G2，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100向燃料供給系統(tǒng)34的電路輸出噴射信號(hào)。這里，壓縮行程的后半期是指將壓縮行程分(例如二等分)為前半期和后半期的兩個(gè)區(qū)域時(shí)的后半期。膨脹行程初期是指將膨脹行程分(例如三等分)為初期、中期以及終期時(shí)的初期。
[0092]在低負(fù)荷區(qū)域，因?yàn)槿剂蠂娚淞肯鄬?duì)較少，所以通過(guò)在從壓縮行程的后半期到膨脹行程初期的這段時(shí)間內(nèi)，從設(shè)置在氣缸11的中心軸X上的燃料噴射器33向氣缸11內(nèi)噴射燃料，由此抑制燃料噴霧的擴(kuò)散，從而形成燃燒室17內(nèi)的中央部位的混合氣層Gl及其周圍的氣層G2這一作法是比較容易實(shí)現(xiàn)的。然而，因?yàn)殡S著燃料噴射量增加，燃料噴射時(shí)間會(huì)增長(zhǎng)，所以燃料噴霧特別是會(huì)沿著氣缸11的中心軸X的方向擴(kuò)散。其結(jié)果是，混合氣層Gl會(huì)與例如包括腔15a的內(nèi)壁15b在內(nèi)的、活塞15的頂面接觸。也就是說(shuō)，就不會(huì)可靠地形成混合氣層Gl周圍的氣層G2。如上所述，該發(fā)動(dòng)機(jī)I的幾何壓縮比高，伴隨于此，燃燒室(即活塞位于壓縮上止點(diǎn)時(shí)氣缸內(nèi)的空間)的容積就小。因此，就該發(fā)動(dòng)機(jī)I而言，當(dāng)燃料噴霧沿著氣缸11的中心軸X的方向擴(kuò)散時(shí)，混合氣層GI就容易與包括腔15a的內(nèi)壁15b在內(nèi)的、活塞15的頂面接觸。
[0093]于是，為了在燃料噴射量增加的中負(fù)荷區(qū)域也可靠地形成燃燒室17內(nèi)的中心部位的混合氣層Gl及其周圍的氣層G2，該發(fā)動(dòng)機(jī)I對(duì)在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層Gl的形狀進(jìn)行控制。具體而言，如圖4中的空心箭頭所示，當(dāng)燃料噴射量增加時(shí)，就讓燃料噴霧朝著與氣缸11的中心軸X交叉的徑向外側(cè)擴(kuò)散。由此，抑制混合氣層Gl在中心軸X方向上的長(zhǎng)度變長(zhǎng)以避免混合氣層Gl與包括腔15a的內(nèi)壁15b在內(nèi)的、活塞15的頂面接觸，與此同時(shí)，還通過(guò)讓混合氣層Gl朝著在空間上比中心軸X的方向更具有余量的徑向外側(cè)擴(kuò)散來(lái)避免混合氣層Gl與氣缸11的內(nèi)壁接觸。對(duì)在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層Gl的形狀進(jìn)行控制就是指:在設(shè)在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層Gl在中心軸方向上的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，并且設(shè)在燃燒室17內(nèi)形成的混合氣層Gl在徑向上的寬度為W時(shí)，對(duì)長(zhǎng)度L與寬度W之比(L/W)進(jìn)行調(diào)節(jié)。也就是說(shuō)，為了減小上述S/V比，將L/W之比設(shè)定為規(guī)定值以上，而當(dāng)燃料噴射量增加時(shí)，則減小L/W之比。
[0094]為了實(shí)現(xiàn)上述那樣對(duì)混合氣層Gl的形狀進(jìn)行的控制，在發(fā)動(dòng)機(jī)I中，分別對(duì)燃料噴射器33的燃料噴射的間隔(參照?qǐng)D6)和移動(dòng)量(參照?qǐng)D7)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣一來(lái)，如圖5所示，燃料噴霧朝著前進(jìn)方向的擴(kuò)散和燃料噴霧朝著徑向的擴(kuò)散就單獨(dú)受到控制。如圖6中概念性地示出的那樣，將燃料噴射的間隔定義為從燃料噴射結(jié)束起到下一次燃料噴射開始為止的間隔。如上所述，該燃料噴射器33響應(yīng)性高，在I?2毫秒的時(shí)間內(nèi)能夠進(jìn)行20次左右的多級(jí)噴射。如圖7中概念性地不出的那樣，燃料噴射器33的移動(dòng)量與燃料的噴射開口面積成正比。如上所述，移動(dòng)量越大，噴射開口面積(即噴嘴口 41的有效截面積)就越大;移動(dòng)量越小，噴射開口面積就越小。
[0095]圖8概念性地示出在將燃料噴射器33的移動(dòng)量設(shè)為一定值的基礎(chǔ)上增長(zhǎng)燃料的噴射間隔時(shí)(圖8(A))和縮短噴射間隔時(shí)(圖8(B))的燃料噴霧的擴(kuò)散狀況的差異。從燃料噴射器33空心錐狀地噴射出的燃料噴霧在燃燒室17內(nèi)高速流動(dòng)。因此，由于康達(dá)效應(yīng)而在空心錐的內(nèi)側(cè)以沿著燃料噴射器33的中心軸S的方式產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)域。當(dāng)燃料噴射間隔長(zhǎng)時(shí)，在從燃料噴射到下一次燃料噴射的這段時(shí)間內(nèi)，負(fù)壓區(qū)域的壓力會(huì)恢復(fù)，故負(fù)壓區(qū)域變小。相對(duì)于此，當(dāng)燃料噴射間隔短時(shí)，不間斷地重復(fù)噴射燃料，故負(fù)壓區(qū)域的壓力恢復(fù)受到抑制。其結(jié)果是，如圖8(B)所示，負(fù)壓區(qū)域增大。
[0096]燃料噴霧被該負(fù)壓吸引。因?yàn)樨?fù)壓區(qū)域形成在以中心軸S為中心的徑向中央側(cè)，所以當(dāng)負(fù)壓區(qū)域相對(duì)較大時(shí)，如圖8(B)所示，能夠抑制燃料噴霧朝著徑向擴(kuò)散。相對(duì)于此，當(dāng)負(fù)壓區(qū)域相對(duì)較小時(shí)，則如圖8(A)所示，因?yàn)槿剂蠂婌F不太被吸引，所以容易朝著徑向擴(kuò)散。也就是說(shuō)，如果縮短燃料噴射器33的燃料噴射間隔，就能夠抑制燃料噴霧朝著徑向擴(kuò)散。另一方面，如果增長(zhǎng)該噴射間隔，則能夠促進(jìn)燃料噴霧朝著徑向擴(kuò)散。
[0097]圖9概念性地示出在將燃料的噴射間隔設(shè)為一定值的基礎(chǔ)上減小燃料噴射器33的移動(dòng)量時(shí)(圖9(A))和增大移動(dòng)量時(shí)(圖9圖(B))燃料噴霧的擴(kuò)散狀況的差異。在該情況下，因?yàn)閲娚溟g隔相同，所以燃燒室17內(nèi)的負(fù)壓區(qū)域相同，但是燃料噴霧的粒徑會(huì)由于移動(dòng)量不同而不同。也就是說(shuō)，因?yàn)閷⑷剂蠂娚淦?3的移動(dòng)量減小以后，燃料噴霧的粒徑也變小，所以燃料噴霧的運(yùn)動(dòng)量變小。因此，燃料噴霧容易被負(fù)壓吸引到徑向中央側(cè)，從而如圖9(A)所示，能夠抑制燃料噴霧朝著徑向外側(cè)的擴(kuò)散。相對(duì)于此，因?yàn)閷⑷剂蠂娚淦?3的移動(dòng)量增大以后，燃料噴霧的粒徑就變大，所以燃料噴霧的運(yùn)動(dòng)量變大。因此，燃料噴霧難以被負(fù)壓吸引而容易如圖9(B)所示那樣朝著徑向外側(cè)擴(kuò)散。也就是說(shuō)，如果增大燃料噴射器33的移動(dòng)量，則能夠促進(jìn)燃料噴霧朝著徑向擴(kuò)散。另一方面，如果減小燃料噴射器33的移動(dòng)量，則能夠抑制燃料噴霧朝著徑向擴(kuò)散。
[0098]粒徑較大的燃料噴霧，因其運(yùn)動(dòng)量大，故朝著前進(jìn)方向飛散的飛散距離也變長(zhǎng)。而且，粒徑較大的燃料噴霧不易受到負(fù)壓區(qū)域的影響而減速，其飛散距離也會(huì)因此而變長(zhǎng)。相對(duì)于此，粒徑較小的燃料噴霧，因其運(yùn)動(dòng)量小，故朝著前進(jìn)方向飛散的飛散距離變短。而且，粒徑較小的燃料噴霧容易受負(fù)壓區(qū)域的影響而減速，其飛散距離也會(huì)因此而變短。
[0099]通過(guò)這樣改變?nèi)剂蠂娚淦?3的噴射間隔和移動(dòng)量，就能夠單獨(dú)針對(duì)徑向和前進(jìn)方向這兩個(gè)方向控制燃料噴霧的擴(kuò)散狀況。于是，在該發(fā)動(dòng)機(jī)I中，將第一噴射群和第二噴射群結(jié)合起來(lái)對(duì)混合氣層Gl的形狀進(jìn)行控制。其中，所述第一噴射群包括移動(dòng)量相對(duì)較大且噴射間隔相對(duì)較大的多次燃料噴射;所述第二噴射群包括移動(dòng)量相對(duì)較小且噴射間隔相對(duì)較小的多次燃料噴射。在任一個(gè)噴射群中都進(jìn)行多級(jí)噴射，即進(jìn)行多次的燃料噴射。這里，多級(jí)噴射指的是，燃料的噴射間隔(從燃料噴射結(jié)束起到下一次燃料噴射開始為止的間隔)在0.5毫秒以下的間歇性燃料噴射。
[0100]詳細(xì)而言，第一噴射群包括:將燃料噴射器33的移動(dòng)量設(shè)為比第二噴射群大且將燃料的噴射間隔設(shè)為比第二噴射群大的、規(guī)定次數(shù)的燃料噴射。負(fù)壓區(qū)域通過(guò)使噴射間隔增寬而變小。除此以外，通過(guò)增大移動(dòng)量來(lái)增大燃料噴霧的粒徑，從而燃料噴霧的運(yùn)動(dòng)量變大。其結(jié)果是，形成朝著前進(jìn)方向飛散的飛散距離相對(duì)較長(zhǎng)且朝著徑向擴(kuò)散的燃料噴霧。
[0101]第二噴射群包括:將燃料噴射器33的移動(dòng)量設(shè)為比第一噴射群小且將燃料的噴射間隔設(shè)為比第一噴射群小的、規(guī)定次數(shù)的燃料噴射。負(fù)壓區(qū)域通過(guò)使噴射間隔變窄而擴(kuò)大。除此以外，通過(guò)減小移動(dòng)量來(lái)減小燃料噴霧的粒徑，從而燃料噴霧的運(yùn)動(dòng)量變小。其結(jié)果是，形成朝著前進(jìn)方向飛散的飛散距離相對(duì)較短且徑向擴(kuò)散受到抑制的燃料噴霧。
[0102]發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)I的工作狀態(tài)改變第一噴射群和第二噴射群的比例，由此將混合氣層Gl控制成與發(fā)動(dòng)機(jī)I的工作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的形狀?；驹硎?，通過(guò)增大第一噴射群的比例，而形成朝著徑向外擴(kuò)散的混合氣層G1。另一方面，通過(guò)增大第二噴射群的比例，而形成朝著徑向外側(cè)的擴(kuò)散受到抑制的混合氣層G1。
[0103]需要說(shuō)明的是，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)I的工作狀態(tài)而存在以下情況:第一噴射群被省略，僅進(jìn)行第二噴射群的情況;包括在第一噴射群中的燃料噴射僅進(jìn)行一次，剩下的都是第二噴射群的情況;第二噴射群被省略，僅進(jìn)行第一噴射群的情況;包括在第二噴射群中的燃料噴射僅進(jìn)行一次，剩下的都是第一噴射群的情況。而且，既可以在第一噴射群之后進(jìn)行第二噴射群，又可以在第二噴射群之后進(jìn)行第一噴射群。
[0104]發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100以上述的多級(jí)噴射為前提，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)I的工作狀態(tài)對(duì)噴射方式進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的控制。圖10是示出相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的氣缸內(nèi)壓力的變化的圖。圖11是示出相對(duì)于氣缸內(nèi)壓力的移動(dòng)量變化的圖。圖12是示出相對(duì)于氣缸內(nèi)壓力的噴射間隔的變化的圖。
[0105]具體而言，在發(fā)動(dòng)機(jī)I的工作狀態(tài)被包括在如圖4所示的低負(fù)荷區(qū)域和中負(fù)荷區(qū)域時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100就根據(jù)燃燒室17的壓力(氣缸內(nèi)壓力)，對(duì)多級(jí)噴射中的燃料噴射器33的移動(dòng)量和噴射間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0106]氣缸內(nèi)壓力會(huì)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)I的工作狀態(tài)發(fā)生多種變化。例如，氣缸內(nèi)壓力會(huì)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化。詳細(xì)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷使進(jìn)氣閥21的關(guān)閉時(shí)刻推遲到下止點(diǎn)以后，從而使進(jìn)氣填充量調(diào)節(jié)為與燃料量相應(yīng)的量。由此，如圖10所示，如果發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大，進(jìn)氣填充量就會(huì)增加，其結(jié)果是，壓縮行程中的氣缸內(nèi)壓力就會(huì)整體上升。另一方面，如果發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變小，進(jìn)氣填充量就會(huì)減少，從而壓縮行程中的氣缸內(nèi)壓力就會(huì)整體降低。
[0107]發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100根據(jù)氣門閥20的開度、進(jìn)氣閥21的關(guān)閉時(shí)刻以及曲軸轉(zhuǎn)角等求出氣缸內(nèi)壓力，并根據(jù)所求得的氣缸內(nèi)壓力對(duì)燃料噴射器33的噴射方式進(jìn)行以下調(diào)節(jié)。
[0108]發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100將燃料噴射器33的噴射方式調(diào)節(jié)為:氣缸內(nèi)壓力越大，燃料噴霧的擴(kuò)散(擴(kuò)散范圍)越大。具體而言，如圖11所示，氣缸內(nèi)壓力越高，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100就使移動(dòng)量越大。除此之外，如圖12所示，氣缸內(nèi)壓力越高，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100就使噴射間隔越大。也就是說(shuō)，移動(dòng)量和噴射間隔是用于調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散的、燃料噴射器33具有的參數(shù)。
[0109]這里的氣缸內(nèi)壓力是每一燃燒循環(huán)中的代表性的氣缸內(nèi)壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100例如根據(jù)各燃燒循環(huán)中的噴射開始時(shí)刻的氣缸內(nèi)壓力，對(duì)移動(dòng)量和噴射間隔進(jìn)行如上所述的調(diào)節(jié)。需要說(shuō)明的是，在各燃燒循環(huán)中，根據(jù)哪一時(shí)刻的氣缸內(nèi)壓力來(lái)調(diào)節(jié)移動(dòng)量和噴射間隔是可以任意設(shè)定的。例如，也可以不采用噴射開始時(shí)刻的氣缸內(nèi)壓力，而采用噴射結(jié)束時(shí)刻的氣缸內(nèi)壓力，也可以采用壓縮上止點(diǎn)時(shí)刻的氣缸內(nèi)壓力。也就是說(shuō)，只要是能夠判斷出燃燒室17內(nèi)的燃料噴霧容易擴(kuò)散還是不容易擴(kuò)散的時(shí)刻，采用哪一時(shí)刻的氣缸內(nèi)壓力都可以。
[0110]使移動(dòng)量相對(duì)于氣缸內(nèi)壓力線性地增加。
[0111]另一方面，即便使噴射間隔增長(zhǎng)到某一間隔以上，對(duì)燃料噴霧擴(kuò)散的影響也會(huì)變小，因此，使噴射間隔的增長(zhǎng)量隨著氣缸內(nèi)的壓力上升而減少。此外，氣缸內(nèi)壓力尚的時(shí)候就是燃料量多的時(shí)候，燃料的噴射期間長(zhǎng)。除此之外，如果使噴射間隔增長(zhǎng)，就會(huì)導(dǎo)致噴射期間更長(zhǎng)。由此，通過(guò)隨著氣缸內(nèi)壓力上升使噴射間隔的增長(zhǎng)量減少，從而防止燃料量多時(shí)的噴射期間的長(zhǎng)期化。這樣一來(lái)，能夠在壓縮行程后半期這一有限的期間內(nèi)，使所需量的燃料在以下規(guī)定時(shí)刻以前全部噴射完，該規(guī)定時(shí)刻是為了使自點(diǎn)火燃燒發(fā)生在合適時(shí)刻的時(shí)刻。
[0112]在圖13和圖14中不出具體的噴射方式。圖13是氣缸內(nèi)壓力相對(duì)較低時(shí)的噴射方式，圖14是氣缸內(nèi)壓力相對(duì)較高時(shí)的噴射方式。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100在上述兩種情況下都進(jìn)行第一噴射群8和第二噴射群9。而且，氣缸內(nèi)壓力越高，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100就使第一噴射群8中的移動(dòng)量和噴射間隔、以及第二噴射群9中的移動(dòng)量和噴射間隔越大于低負(fù)荷區(qū)域的移動(dòng)量和噴射間隔。通過(guò)增大移動(dòng)量，燃料噴霧會(huì)容易飛散，從而燃料噴霧會(huì)容易擴(kuò)散。通過(guò)擴(kuò)大噴射間隔，負(fù)壓區(qū)域會(huì)變小，燃料噴霧由此也會(huì)容易擴(kuò)散。
[0113]即使增大移動(dòng)量和噴射間隔，因?yàn)闅飧變?nèi)壓力高，所以實(shí)際的燃料噴霧也不會(huì)按照移動(dòng)量和噴射間隔的調(diào)節(jié)量的程度擴(kuò)散。也就是說(shuō)，利用燃料噴霧容易擴(kuò)散的噴射方式來(lái)抵消燃料噴霧難以擴(kuò)散的氣缸內(nèi)環(huán)境。由此，能夠容易形成所期望的混合氣。
[0114]例如，在低負(fù)荷區(qū)域和中負(fù)荷區(qū)域，如上述那樣形成燃燒室17內(nèi)的中央部位的混合氣層Gl及其周圍的氣層G2。這里，如果發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷上升，燃料量就增加，氣缸內(nèi)壓力相應(yīng)地提高，氣缸內(nèi)環(huán)境變成燃料噴霧難以擴(kuò)散的環(huán)境。為此，混合氣層Gl有變小的傾向。如果除了燃料量多之外，混合氣層Gl也變小了，就容易局部性地產(chǎn)生燃料較濃的部分，從而過(guò)早點(diǎn)火的可能性會(huì)提尚。
[0115]相對(duì)于此，氣缸內(nèi)壓力越高，就使移動(dòng)量和噴射間隔越大，由此來(lái)對(duì)抗燃料噴霧難以擴(kuò)散的環(huán)境，使噴射方式作為燃料噴霧容易擴(kuò)散的噴射方式。由此，能夠抑制由于氣缸內(nèi)的壓力上升引起的混合氣層Gl的縮小。例如，能夠使燃料噴霧即混合氣層Gl的擴(kuò)散大于氣缸內(nèi)壓力低時(shí)的混合氣層Gl的擴(kuò)散，或者，能夠使混合氣層Gl的擴(kuò)散與氣缸內(nèi)壓力低時(shí)的混合氣層Gl的擴(kuò)散大致相同。由此，能夠抑制過(guò)早點(diǎn)火。
[0116]需要說(shuō)明的是，如果發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷發(fā)生了變化，燃料噴射時(shí)刻也就發(fā)生變化。例如，在燃燒噪聲不構(gòu)成問(wèn)題的、負(fù)荷較低的工作區(qū)域(即，燃燒時(shí)的壓力上升率dP/d0較小的區(qū)域)，燃料量越增加，燃料噴射的開始時(shí)刻越提前。這是因?yàn)樾枰_保適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火遲后時(shí)間，使所需量的燃料在以下規(guī)定時(shí)刻以前全部噴射完，該規(guī)定時(shí)刻是為了使壓縮自點(diǎn)火發(fā)生在合適時(shí)刻的時(shí)刻。另一方面，在燃料量多且燃燒噪聲構(gòu)成問(wèn)題的工作區(qū)域(即，燃燒時(shí)的壓力上升率dP/d0較大的區(qū)域)，為了通過(guò)推遲壓縮自點(diǎn)火的發(fā)生時(shí)刻來(lái)使壓力上升率dP/d0減小，推遲燃料噴射的開始時(shí)刻。如圖10所示，因?yàn)閴嚎s行程中的氣缸內(nèi)壓力根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角變化，所以如果燃料噴射時(shí)刻發(fā)生了變化，燃料噴射時(shí)和燃料噴霧飛散時(shí)的氣缸內(nèi)壓力也就發(fā)生變化。例如，即使同樣是在壓縮行程后半期進(jìn)行燃料噴射，氣缸內(nèi)壓力也會(huì)因?yàn)槭窃趬嚎s行程后半期的開始時(shí)噴射燃料還是在壓縮行程后半期的結(jié)束時(shí)噴射燃料而有很大的不同。
[0117]于是，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100不僅根據(jù)每一燃燒循環(huán)的代表性的氣缸內(nèi)壓力對(duì)移動(dòng)量和噴射間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)，還根據(jù)燃料的噴射時(shí)刻的變化對(duì)移動(dòng)量和噴射間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)。也就是說(shuō)，在燃料的噴射時(shí)刻提前而從氣缸內(nèi)壓力較低的時(shí)刻就開始噴射燃料之際，移動(dòng)量和噴射間隔被調(diào)節(jié)為較小。另一方面，在燃料的噴射時(shí)刻被推遲而在氣缸內(nèi)壓力較高的時(shí)刻噴射燃料之際，移動(dòng)量和噴射間隔被調(diào)節(jié)為較大。
[0118]如上所述，發(fā)動(dòng)機(jī)I包括:發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，其具有設(shè)置在氣缸11內(nèi)的活塞15且由該氣缸11和該活塞15劃分出燃燒室17;燃料噴射器33，其經(jīng)噴口 41向所述燃燒室17內(nèi)噴射至少含有汽油的燃料；以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100，其讓所述燃料噴射器33至少在壓縮行程后半期噴射燃料，且所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100對(duì)該燃料噴射器33的噴射方式進(jìn)行控制。所述燃料噴射器33具有用以調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散的參數(shù)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100對(duì)所述參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便做至IJ:所述燃燒室17的壓力越高，燃料噴霧擴(kuò)散越大。
[0119]具體而言，發(fā)動(dòng)機(jī)I包括:發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，其具有設(shè)置在氣缸11內(nèi)的活塞15且由該氣缸11和該活塞15劃分出燃燒室17;燃料噴射器33，其經(jīng)噴口 41向所述燃燒室17內(nèi)噴射至少含有汽油的燃料；以及發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100，其讓所述燃料噴射器33至少在壓縮行程后半期噴射燃料，且所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100對(duì)該燃料噴射器33的噴射方式進(jìn)行控制。所述燃料噴射器33構(gòu)成為能夠調(diào)節(jié)噴嘴口 41的有效截面積，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100根據(jù)所述燃燒室17的壓力，對(duì)所述噴口41的有效截面積和進(jìn)行多級(jí)噴射時(shí)的噴射間隔中的至少一者進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0120]更詳細(xì)而言，所述燃燒室17的壓力越高，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器100越使所述噴嘴口41的有效截面積加大，和/或越使進(jìn)行多級(jí)噴射時(shí)的噴射間隔擴(kuò)大。
[0121]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，越成為燃燒室17的壓力提高而燃料噴霧難以擴(kuò)散的環(huán)境，燃料噴射器33的噴射方式就越被調(diào)節(jié)為燃料噴霧容易擴(kuò)散的方式。由此，能夠抑制由于氣缸內(nèi)的壓力上升引起的燃料噴霧的縮小，從而能夠形成出所期望的混合氣。
[0122](其它實(shí)施方式)
[0123]如上所述，將上述實(shí)施方式作為本發(fā)明的技術(shù)示例進(jìn)行了說(shuō)明。然而，本發(fā)明中的技術(shù)并不限于此，也可以應(yīng)用于進(jìn)行了適當(dāng)?shù)淖兏⒅脫Q、追加、省略等的實(shí)施方式。也可以將在上述實(shí)施方式中說(shuō)明的各構(gòu)成要素結(jié)合起來(lái)作為新的實(shí)施方式。在附圖及詳細(xì)說(shuō)明所記載的構(gòu)成要素中，不僅包括為解決技術(shù)問(wèn)題所必要的構(gòu)成要素，還可以包括為了舉例說(shuō)明上述技術(shù)而列舉出的、在解決技術(shù)問(wèn)題上非必要的構(gòu)成要素。因此，不能夠以這些非必要的構(gòu)成要素記載在附圖、詳細(xì)說(shuō)明中為由，就直接認(rèn)定這些非必要的構(gòu)成要素是必要的。
[0124]上述實(shí)施方式也可以采用以下構(gòu)成。
[0125]例如，并不限于只在低負(fù)荷區(qū)域和中負(fù)荷區(qū)域根據(jù)氣缸內(nèi)壓力來(lái)調(diào)節(jié)移動(dòng)量和噴射間隔。在其它工作區(qū)域也可以根據(jù)氣缸內(nèi)壓力對(duì)移動(dòng)量和噴射間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0126]在上述實(shí)施方式中，通過(guò)調(diào)節(jié)移動(dòng)量和噴射間隔兩者，來(lái)調(diào)節(jié)燃料噴霧容易擴(kuò)散的程度，但并不限于此。也可以通過(guò)只調(diào)節(jié)移動(dòng)量和噴射間隔中的任一者，來(lái)調(diào)節(jié)燃料噴霧容易擴(kuò)散的程度。
[0127]用以調(diào)節(jié)燃料噴霧容易擴(kuò)散的程度的參數(shù)并不限于移動(dòng)量和噴射間隔。例如，也可以通過(guò)調(diào)節(jié)燃料壓力，來(lái)調(diào)節(jié)燃料噴霧容易擴(kuò)散的程度。因?yàn)橥ㄟ^(guò)提高燃料壓力，燃料噴霧的運(yùn)動(dòng)能量就提高，所以燃料噴霧容易擴(kuò)散。而且，通過(guò)將移動(dòng)量、噴射間隔和燃料壓力結(jié)合起來(lái)，就能夠進(jìn)一步擴(kuò)大混合氣層形狀的改變幅度。也就是說(shuō)，通過(guò)提高燃料壓力，在加大了燃料噴射器33的移動(dòng)量時(shí)，燃料噴霧的運(yùn)動(dòng)能量就會(huì)進(jìn)一步增大;在縮短了燃料噴射間隔時(shí)，則負(fù)壓程度就會(huì)提高而負(fù)壓區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。其結(jié)果是，混合氣層形狀的改變幅度進(jìn)一步擴(kuò)大。
[0128]根據(jù)氣缸內(nèi)壓力的上升使移動(dòng)量和噴射間隔加大時(shí)所形成的混合氣層Gl的形狀，只要相比不調(diào)節(jié)移動(dòng)量和噴射間隔時(shí)的混合氣層Gl大即可，并不是一定要比氣缸內(nèi)壓力低時(shí)的混合氣層Gl大。
[0129]在圖11、圖12中所示的相對(duì)于氣缸內(nèi)壓力的移動(dòng)量和噴射間隔的變化只是一個(gè)例子，也可以通過(guò)其它方式使移動(dòng)量和噴射間隔變化。
[0130]在上述實(shí)施方式中，根據(jù)氣缸內(nèi)壓力進(jìn)行的移動(dòng)量和噴射間隔的調(diào)節(jié)是對(duì)于各燃燒循環(huán)的整個(gè)燃料噴射一概地進(jìn)行的。但是，也可以對(duì)各燃燒循環(huán)的一連串的燃料噴射調(diào)節(jié)其一部分的移動(dòng)量和噴射間隔。例如，在各燃燒循環(huán)的一連串的燃料噴射中，減小氣缸內(nèi)壓力低的部分的移動(dòng)量和噴射間隔，加大氣缸內(nèi)壓力尚的部分的移動(dòng)量和噴射間隔。
[0131]在上述實(shí)施方式中，在低負(fù)荷區(qū)域和中負(fù)荷區(qū)域，在壓縮行程的后半期噴射燃料，但并不限于此。不僅在壓縮行程后半期噴射燃料，還可以在壓縮行程后半期以前就開始噴射燃料，也可以超過(guò)壓縮上止點(diǎn)后繼續(xù)噴射燃料。
[0132]如圖13、圖14所示，通過(guò)第一噴射群8和第二噴射群9的多級(jí)噴射進(jìn)行燃料噴射，但并不限于該噴射方式。例如，也可以進(jìn)行第一噴射群8和第二噴射群9中的一噴射群;也可以如圖16、圖17所不那樣的一次噴射。
[0133]需要說(shuō)明的是，圖16和圖17示出:在由于進(jìn)氣閥21的關(guān)閉時(shí)刻不同而氣缸內(nèi)壓力不同的狀態(tài)下的燃料噴射器33的移動(dòng)量。在示出了氣缸內(nèi)壓力相對(duì)較高的狀態(tài)的圖16中移動(dòng)量多，在示出了氣缸內(nèi)壓力相對(duì)較低的狀態(tài)的圖17中移動(dòng)量少，但形成在燃燒室17內(nèi)的混合氣層的大小沒(méi)有差別。需要說(shuō)明的是，燃料噴射量也大致相等。這是因?yàn)?在氣缸內(nèi)壓力高的狀態(tài)下，燃料噴霧難以飛散，燃料噴霧受到較大的阻力，因此燃料噴射器33噴出來(lái)的燃料量也會(huì)少。
[0134]燃料噴射器的結(jié)構(gòu)并不限于上述實(shí)施方式的燃料噴射器的結(jié)構(gòu)。只要能夠改變噴口的有效截面積，都可以采用任意的燃料噴射器。也可以采用例如如圖15所示的VCO噴嘴式燃料噴射器233。圖15是示出燃料噴射器233的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0135]詳細(xì)而言，燃料噴射器233具有:形成有向氣缸11內(nèi)噴射燃料的噴嘴口241的噴嘴本體240;和將噴嘴口 241打開、關(guān)閉的針閥242。噴嘴本體240是沿著規(guī)定的中心軸S延伸的管狀部件，燃料在其內(nèi)部流動(dòng)。噴嘴本體240的頂端部呈圓錐狀。在噴嘴本體240的頂端部的內(nèi)周面上形成有擂缽狀的閥座部243。貫通噴嘴本體240的頂端部形成有多個(gè)噴嘴口 241。噴嘴口 241的一端朝著閥座部243敞開口。繞中心軸S等間隔地設(shè)置有多個(gè)噴嘴口 241。針閥242的頂端部呈圓錐狀，坐落在噴嘴本體240的閥座部243上。噴嘴口 241通過(guò)針閥242落在閥座部243上而被堵起來(lái)。噴嘴口 241是噴口之一例，針閥242是閥體之一例。
[0136]針閥242與燃料噴射器33—樣由壓電元件驅(qū)動(dòng)。針閥242被驅(qū)動(dòng)而從閥座部243開始移動(dòng)以后，就會(huì)在閥座部243和針閥242之間形成燃料能夠流動(dòng)的間隙，在該間隙中流動(dòng)的燃料經(jīng)噴嘴口 241被噴射到噴嘴本體240的外部。
[0137]此時(shí)，在燃料流動(dòng)之際會(huì)在噴嘴口241的內(nèi)周面上產(chǎn)生氣穴。該氣穴的程度(例如產(chǎn)生氣穴的區(qū)域的大小)根據(jù)針閥242和閥座部243之間的間隙即針閥242的移動(dòng)量變化。具體而言，當(dāng)針閥242的移動(dòng)量小，針閥242和閥座部243之間的間隙小時(shí)，產(chǎn)生氣穴的區(qū)域也變大。另一方面，當(dāng)針閥242的移動(dòng)量大，針閥242和閥座部243之間的間隙大時(shí)，產(chǎn)生氣穴的區(qū)域也變小。如果產(chǎn)生氣穴的區(qū)域大，噴嘴口241的有效截面積就變?。蝗绻a(chǎn)生氣穴的區(qū)域小，噴嘴口 241的有效截面積就變大。也就是說(shuō)，針閥242的移動(dòng)量越小，噴嘴口 241的有效截面積就越小;針閥242的移動(dòng)量越大，噴嘴口 241的有效截面積就越大。
[0138]需要說(shuō)明的是，在上述的例子中，采用了燃燒室17和進(jìn)氣口18的絕熱結(jié)構(gòu)，但這里所公開的技術(shù)也可以應(yīng)用于不采用燃燒室17和進(jìn)氣口 18的絕熱結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0139]所述發(fā)動(dòng)機(jī)I在整個(gè)工作區(qū)域借助壓縮自點(diǎn)火而燃燒，但并不限于此。也可以采用借助火花塞點(diǎn)火燃燒的結(jié)構(gòu)，也可以采用根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)I的工作區(qū)域選擇壓縮自點(diǎn)火或火花塞點(diǎn)火的結(jié)構(gòu)。
[0140]-產(chǎn)業(yè)實(shí)用性-
[0141]綜上所述，這里所公開的技術(shù)對(duì)于直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置很有用。
[0142]-符號(hào)說(shuō)明-
[0143]I 發(fā)動(dòng)機(jī)
[0144]11 氣缸
[0145]15 活塞
[0146]15a 腔
[0147]15b內(nèi)壁
[0148]17燃燒室
[0149]33燃料噴射器
[0150]40噴嘴本體
[0151]41噴嘴口(噴口)
[0152]42外開閥(閥體)
[0153]100發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(控制部)
[0154]233燃料噴射器
[0155]241噴嘴口(噴口)
[0156]242針閥(閥體)
[0157]S中心軸
[0158]X中心軸
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，該直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置包括: 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，其具有設(shè)置在氣缸內(nèi)的活塞且由該氣缸和該活塞劃分出燃燒室； 燃料噴射器，其經(jīng)噴口向所述燃燒室內(nèi)噴射至少含有汽油的燃料；以及控制部，其讓所述燃料噴射器至少在壓縮行程后半期噴射燃料，且所述控制部對(duì)該燃料噴射器的噴射方式進(jìn)行控制， 所述直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置的特征在于: 所述燃料噴射器具有用以調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散的參數(shù)， 所述控制部對(duì)所述燃燒室的壓力狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且調(diào)節(jié)所述參數(shù)，以便做到:即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力高時(shí)的燃料噴霧擴(kuò)散大于預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力低時(shí)的燃料噴霧擴(kuò)散。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述控制部調(diào)節(jié)所述參數(shù)，以便做到:即使為同一燃料噴射量，當(dāng)預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力越高，燃料噴霧擴(kuò)散就越大。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述參數(shù)為所述噴口的有效截面積， 所述控制部做到:即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力高時(shí)的所述噴口的有效截面積大于預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力低時(shí)的所述噴口的有效截面積。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述參數(shù)為在進(jìn)行多級(jí)噴射的情況下的噴射間隔， 所述控制部做到:讓所述燃料噴射器至少在壓縮行程后半期進(jìn)行多級(jí)噴射，并且，即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力高時(shí)的所述噴射間隔大于預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力低時(shí)的所述噴射間隔。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述參數(shù)為所述噴口的有效截面積、以及在進(jìn)行多級(jí)噴射的情況下的噴射間隔， 所述控制部做到:讓所述燃料噴射器至少在壓縮行程的后半期進(jìn)行多級(jí)噴射，并且，即使為同一燃料噴射量，也讓預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力高時(shí)的所述噴口的有效截面積和所述噴射間隔都大于預(yù)測(cè)到的所述燃燒室的壓力低時(shí)的所述噴口的有效截面積和所述噴射間隔。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述燃料噴射器具有:形成有所述噴口的噴嘴本體以及將該噴口打開、關(guān)閉的閥體，且所述燃料噴射器構(gòu)成為:該噴口的有效截面積根據(jù)該閥體的移動(dòng)量變化，該閥體的移動(dòng)量越大，該噴口的有效截面積就越大。7.一種直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，該直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置包括: 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，其具有設(shè)置在氣缸內(nèi)的活塞且由該氣缸和該活塞劃分出燃燒室； 燃料噴射器，其經(jīng)噴口向所述燃燒室內(nèi)噴射至少含有汽油的燃料；以及 控制部，其讓所述燃料噴射器至少在壓縮行程后半期噴射燃料，且所述控制部對(duì)該燃料噴射器的噴射方式進(jìn)行控制， 所述直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置的特征在于: 所述燃料噴射器具有用以調(diào)節(jié)燃料噴霧擴(kuò)散的參數(shù)， 所述控制部對(duì)應(yīng)于所述燃料噴射器在所述壓縮行程后半期進(jìn)行的燃料噴射的時(shí)刻來(lái)調(diào)節(jié)所述參數(shù)，以便做到:燃料噴射的時(shí)刻越早，燃料噴霧擴(kuò)散就越小。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述參數(shù)為所述噴口的有效截面積， 所述控制部做到:所述燃料噴射器在所述壓縮行程后半期進(jìn)行的燃料噴射的時(shí)刻較早時(shí)，所述控制部使所述噴口的有效截面積比所述燃料噴射器進(jìn)行的燃料噴射的時(shí)刻較晚時(shí)小。9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述控制部讓所述燃料噴射器在壓縮行程后半期噴射燃料，以便做到:在所述混合氣層內(nèi)的混合氣點(diǎn)火的時(shí)刻，在劃分所述燃燒室的壁面和所述混合氣層之間形成新氣和/或已燃?xì)怏w的氣層。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，其特征在于: 所述燃燒室的壁面為形成在所述活塞的頂面上的凹狀腔的內(nèi)壁面。
【文檔編號(hào)】F02D41/34GK106030079SQ201580009648
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年3月2日
【發(fā)明人】原田雄司, 山下洋幸, 田中達(dá)也, 服平次男
【申請(qǐng)人】馬自達(dá)汽車株式會(huì)社