CN102057151A - 用于内燃机的燃料喷射控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于压缩自燃式内燃机的***化的燃料喷射控制方法，所述内燃机能够在主喷射之前进行副喷射，以使由主喷射和副喷射提供的喷射方式能够被优化。在作为从喷射器(23)喷射燃料的动作至少能够进行主喷射和预喷射的共轨式柴油发动机(1)中，在将预喷射分割为第一预喷射和第二预喷射的同时进行预喷射。控制每次燃料喷射的喷射正时和喷射量，以使在第一预喷射中喷射出的燃料的一部分通过自燃而燃烧，并且使剩余部分在主喷射中喷射出燃料之前不燃烧，而是与在主喷射中喷射出的燃料一起燃烧。此外，控制每次燃料喷射的喷射正时，以使在第一预喷射中喷射出的且沿气缸中的旋涡流流动的燃料和随后在主喷射中喷射出的燃料同时被使用。

Description

用于内燃机的燃料喷射控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于以柴油发动机为典型示例的内燃机的燃料喷射控制装置。特别地，本发明涉及一种用于优化在压缩自燃式内燃机中的主喷射和副喷射的喷射模式的技术，所述压缩自燃式内燃机能够在来自燃料喷射阀的主喷射(primary injection)(下文也称为“主喷射(main injection)”)之前执行副喷射(下文也称为“预喷射”)。
背景技术
如传统技术中公知的，在用作汽车发动机等的柴油发动机中，能够进行燃料喷射控制以便根据发动机转速、加速器操作量、冷却液温度、进气温度等调节来自燃料喷射阀(下文也称为“喷射器”)的燃料喷射正时和燃料喷射量(例如，请参见PTL1)。
通过预混燃烧和扩散燃烧来实现柴油发动机的燃烧。当来自燃料喷射阀的燃料喷射开始时，首先，通过燃料的汽化和扩散产生可燃混合气(点火延迟期间)。然后可燃混合气在燃烧室中的多个位置处近似同时自燃，并且燃烧快速进行(预混燃烧)。此外，继续将燃料喷射到燃烧室中，使得燃烧连续地发生(扩散燃烧)。此后，甚至在燃料喷射完成之后还存在未燃燃料，因此在一时间段内继续生热(后燃期间)。
另外，在柴油发动机中，当点火延迟期间变得更长时，或者当在点火延迟期间中的燃料的汽化变得更强烈时，点火后的火焰传播速度增大。当火焰传播速度高时，每次有过多燃料燃烧，并且气缸内的压力急剧增大，产生振动或噪声。这种现象被称为“柴油机爆震”，并且这种现象尤其在低负荷运行时经常发生。而且，在这种情况下，随着燃烧温度的急剧升高，氮氧化物(下文称为“NOx”)的产生量增大，使废气排放恶化。
为了防止上述的柴油机爆震并且降低NOx的产生量，已经研制了各种燃料喷射控制装置。例如，通常进行间歇喷射，其中通过将来自燃料喷射阀的燃料喷射分割为多次喷射来间歇地进行所述燃料喷射。
例如，根据PTL2，将在主喷射之前喷射燃料的引燃喷射的喷射正时设定为提早与从引燃喷射的喷射正时到实际点火正时的延迟期间相等的量。结果，能够将在引燃喷射中喷射出的燃料的点火正时设定为与主喷射期间基本相同，从而减少PM(颗粒物质)和HC(碳氢化合物)的排放量。
引文列表
专利文献
[PTL1]JP 2002-155791A
[PTL2]JP 2002-195084A
发明内容
技术问题
如上所述，在主喷射之前执行预喷射或引燃喷射(作为典型示例，下面的说明是指预喷射)的情况下，在开始所述喷射时，由于吸热反应产生了点火延迟，并且点火延迟的长度基于发动机的运转状态和其它环境条件而变化。
在柴油发动机的传统燃料喷射控制中，使由吸热反应产生的热平衡最小化的燃料喷射的喷射正时，或者燃料喷射之间的间隔(喷射间隔)未被定量化。因此，还没有研制出通常在最佳正时执行预喷射和主喷射的技术。换句话说，利用传统的技术，从降低燃烧噪声、减小NOx的产生量和确保高发动机转矩的观点单独设定各种控制参数(诸如燃料喷射量和燃料喷射正时)，并且通过反复试验确定用于每种类型的发动机的合适设置(为每种类型的发动机构造用于预喷射和主喷射的合适的燃料喷射方式)。
如上所述，在设定用于预喷射和主喷射的燃料喷射方式的传统技术中，存在喷射正时和间隔的多种组合，并且确定合适设置的操作者的评价变化导致与最佳燃料喷射方式的偏离，与所述最佳燃料喷射方式的偏离直接表现为燃料喷射方式的变化。为此，几乎不可能获得最佳燃料喷射方式(最佳方案)。换句话说，在传统技术中，由于每种燃料喷射方式都是通过反复试验来确定的，还没有研制出一种对于各种发动机共用的***化的燃料喷射控制技术，因此，存在有优化燃料喷射控制的需求。
本发明是鉴于上述问题来构思的，并且本发明的目的是提供一种用于能够在主喷射之前执行副喷射的压缩自燃式内燃机的***化的燃料喷射控制技术，利用所述技术能够实现用于主喷射和副喷射的最佳喷射模式。
问题的解决方案
作为一种解决上述问题的技术手段，将本发明构造如下。特别地，本发明涉及一种用于压缩自燃式内燃机的燃料喷射控制装置，作为从燃料喷射阀喷射燃料的动作，所述内燃机被构造为至少能够执行主喷射和在所述主喷射之前进行的副喷射。所述副喷射被分割为多次喷射来执行，并且所述燃料喷射控制装置设置有燃料喷射控制部，所述燃料喷射控制部用于控制每次燃料喷射的喷射正时和喷射量，以使在第二副喷射之前进行的第一副喷射中喷射出的燃料的一部分通过自燃而燃烧，并且使所述燃料的剩余部分在所述主喷射中喷射出燃料之前不燃烧，而是与在所述主喷射中喷射出的所述燃料一起燃烧。优选的是所述第二副喷射为有助于在所述气缸中预热的用于预热的副喷射。
对于上述构造，在主喷射之前进行的副喷射被分割为多次喷射来进行。进行这种用于副喷射的分割喷射(多级喷射)的理由如下。特别地，当副喷射中每次的喷射量增大时，汽化的潜热量增大，由此吸热量增大。结果，燃烧场所中气氛温度的降低率增大，引起对在副喷射中喷射出的燃料的点火延迟增大的顾虑。此外，由于在副喷射中喷射出的燃料点火后产生的热量同样增大，产生了对由在副喷射中喷射出的燃料的燃烧产生的反向扭矩(作用在与曲轴转动方向相反方向上的扭矩)增大的顾虑。因此，为了使所述点火延迟和反向扭矩最小化，尽可能地将副喷射中每次的喷射量降到最低水平，并且通过执行多次喷射来确保所需的喷射量。
对于这种构造，能够使在第一副喷射中喷射出的燃料的一部分有助于在气缸中预热，并且使无助于在气缸中预热的剩余燃料有助于内燃机的扭矩。更确切地说，在第一副喷射中喷射出的燃料的一部分能够自燃，因此该部分燃料在第一副喷射进行时快速燃烧。气缸内的温度随着所述燃烧而升高。而且，能够将由所述燃烧产生的热量用于促进在第二副喷射中喷射出的燃料的燃烧。如此，能够使在第一副喷射中喷射出的燃料的一部分有助于为在第二副喷射中喷射出的燃料的良好点火而预热。当进行第二副喷射时，在第二副喷射中喷射出的燃料快速燃烧，进一步使气缸温度升高。而且，能够将由燃料燃烧产生的热量用于促进在主喷射中喷射出的燃料的燃烧。因此，能够良好地确保在主喷射中喷射出的燃料的点火。
如上所述，当从使点火延迟和反向扭矩最小化的观点通过分割喷射进行所述副喷射时，由于第二副喷射的喷射量受到限制，因此存在仅第二副喷射的预热功能不足够的顾虑。因而，在所述构造中，使在第一副喷射中喷射出的燃料的一部分燃烧以有助于在气缸中预热，从而对第二副喷射的预热功能进行补充。
另一方面，在第一副喷射中喷射出的燃料的剩余部分与在主喷射中喷射出的燃料一起燃烧，从而能够使内燃机的扭矩增大与所述燃料的量对应的量。而且，通过将主喷射的喷射正时设定在活塞的压缩上止点(TDC)的附近，能够避免反向扭矩的出现。因此，能够有效地确保高扭矩。
在本发明中，优选的是，设定每次燃料喷射的喷射正时，以使在所述第一副喷射中喷射出的且沿气缸中的旋涡流流动的所述燃料与在随后的所述主喷射中喷射出的所述燃料重叠，并且使在所述第二副喷射中喷射出的燃料不与在随后的所述主喷射中喷射出的所述燃料重叠。
对于这种构造，考虑到气缸中的旋涡流，将用于第一副喷射的燃料预先喷射到用于所述主喷射的燃料所要喷射到的场所中。通过这种重叠喷射，在所述第一副喷射中喷射出的燃料的剩余部分与在所述主喷射中喷射出的燃料一起燃烧，从而能够使内燃机的扭矩增大与所述燃料的量对应的量。另外，由于用于第一副喷射的燃料被预先喷射到用于所述主喷射的燃料所要喷射到的场所中，因此能够使燃料扩散并达到可燃空燃比所需的时间缩短，结果，能够抑制初始燃烧速度的降低以及点火延迟。
在本发明中，优选的是，在所述第一副喷射之前执行第三副喷射，并且控制每次燃料喷射的所述喷射正时和所述喷射量，以使在所述第三副喷射中喷射出的燃料与在所述主喷射中喷射出的所述燃料一起燃烧。这里，优选的是，设定每次燃料喷射的所述喷射正时，以使在所述第三副喷射中喷射出的且沿所述气缸中的旋涡流流动的所述燃料与在随后的所述主喷射中喷射出的所述燃料重叠。
对于这种构造，在第三副喷射中喷射出的燃料能够产生与由第一副喷射的剩余部分产生的效果基本相同的效果，并且因此能够进一步增强由第一副喷射的剩余部分产生的效果。具体地，在第三副喷射中喷射出的大部分燃料不能够自燃，因此几乎无助于在气缸中预热。相应地，考虑到气缸中的旋涡流，将用于第三副喷射的燃料预先喷射到用于所述主喷射的燃料所要喷射到的场所中。通过这种重叠喷射，在所述第三副喷射中喷射出的燃料与在主喷射中喷射出的燃料一起燃烧，从而能够使内燃机的扭矩增大与所述燃料的量对应的量。如上所述，由于不仅第一副喷射的剩余部分而且在第三副喷射中喷射出的燃料都能够与在主喷射中喷射出的燃料一起燃烧，因此内燃机能够在较高扭矩下运转。此外，在第三副喷射中喷射出的燃料在活塞到达在主喷射中喷射出燃料的其压缩上止点(TDC)之前几乎不燃烧，因此通过这种燃烧能够避免反向扭矩的出现。另外，由于用于第三副喷射的燃料被预先喷射到用于主喷射的燃料所要喷射到的场所中，因此能够使燃料扩散并达到可燃空燃比所需的时间缩短，结果，能够抑制初始燃烧速度的降低以及点火延迟。
如上所述，当从使点火延迟和反向扭矩最小化的观点通过分割喷射进行所述副喷射时，由于第一副喷射的喷射量受到限制，因此存在仅第一副喷射的剩余部分的扭矩增大功能不足的顾虑。鉴于此，在这种构造中，将用于第三副喷射的喷射模式如上所述设定为重叠喷射，以便使在第三副喷射中喷射出的燃料与在主喷射中喷射出的燃料一起燃烧，从而对第一副喷射的扭矩增大功能进行补充。
本发明的有益效果
根据本发明，能够使在第一副喷射中喷射出的燃料的一部分有助于在气缸中预热，并且使无助于在气缸中预热的剩余燃料有助于内燃机的扭矩。
附图说明
图1为示出了根据本发明的实施例的柴油发动机的总体构造和所述发动机的控制***的图。
图2为示出了根据本发明的实施例的柴油发动机的燃烧室和在所述燃烧室附近的零件的截面图。
图3为示出了根据本发明的实施例的诸如电子控制模块(ECU)的控制***的构造的框图。
图4为示出了根据本发明的实施例的在膨胀冲程期间生热的变化状态的波形图。
图5为示出了根据本发明的实施例的对于多个燃料喷射量的预喷射执行正时和在预喷射执行正时气缸中产生的热量之间的关系进行分析的结果的图。
图6为示出了根据本发明的实施例的预喷射和主喷射的燃料喷射方式的图。
图7为示出了根据本发明的另一个实施例的预喷射和主喷射的燃料喷射方式的图。
具体实施方式
将参照附图描述实现本发明的最佳方式。
下文中，将描述本发明被应用于安装在汽车中的共轨式缸内直接喷射型多气缸(例如，直列四气缸)柴油发动机(压缩自燃式内燃机)的示例。
-发动机构造-
首先，将描述根据本发明的实施例的柴油发动机的总体构造。图1为示出了根据本实施例的柴油发动机的总体构造和所述发动机的控制***的图。图2为示出了柴油发动机的燃烧室和在所述燃烧室附近的零件的截面图。
如图1所示，柴油发动机(在下文中简称为“发动机”)1被构造为柴油发动机***，所述柴油发动机***包括作为主要部件的燃料供给***2、燃烧室3、进气***6、排气***7等。
例如，燃料供给***2设置有供给泵21、共轨22、喷射器(燃料喷射阀)23、截流阀24、燃料添加阀26、发动机燃料通路27和添加燃料通路28。
供给泵21将燃料从燃料罐中抽出，并且在将抽出的燃料压缩至高压之后，经由发动机燃料通路27将所述燃料供给到共轨22。共轨22起到将从供给泵21供给的高压燃料保持(储压)在特定压力下的储压室的作用，并且所述经储压的燃料被分配给喷射器23。喷射器23由压电喷射器构造而成，所述压电喷射器内包括压电元件(压电式元件(piezo element))，并且通过适当地开启阀将燃料喷射到其燃烧室3中来供给燃料。下面将详细描述对来自这样的喷射器23的燃料喷射的控制。
而且，经由添加燃料通路28，供给泵21将从燃料罐中抽出的燃料的一部分供给到燃料添加阀26。在添加燃料通路28中，截流阀24被设置以便如果发生紧急情况则通过截断添加燃料通路28来停止燃料的添加。
燃料添加阀26由电子控制式开/闭阀构造而成，通过由电子控制模块100(将在下面描述)进行的添加控制动作来控制所述燃料添加阀26的开阀正时，以使添加到排气***7的燃料量达到目标添加量(使排气空燃比达到目标空燃比的添加量)，并且使燃料添加正时被设定到特定正时。换句话说，燃料添加阀26被构造为使得来自燃料添加阀26的期望燃料量在适当的正时通过喷射被供给到排气***7(从排气口71到排气歧管72)。
进气***6设置有进气歧管63和进气管64，所述进气歧管63连接到形成于气缸盖15中的进气口15a(见图2)上，所述进气管64构成了连接到进气歧管63上的进气通路。而且，在所述进气通路中，空气滤清器65、空气流量计43和节流阀62从上游侧起以上述顺序布置。空气流量计43根据经由空气滤清器65流入到进气通路中的空气量来输出电信号。
排气***7设置有排气歧管72和排气管73、74，所述排气歧管72连接到形成于气缸盖15中的排气口71上，所述排气管73、74构成了连接到排气歧管72上的排气通路。而且，在所述排气通路中，布置了歧管式催化转化器(排气净化装置)77，其设置有NOx存储催化剂(NSR催化剂：NOx存储还原催化剂)75和DPNR催化剂(柴油机颗粒-NOx还原催化剂)76。
NSR催化剂75是存储还原NOx催化剂，并且由下述物质组成：例如，氧化铝(AL2O3)作为载体，以及承载于氧化铝载体上的诸如钾(K)、钠(Na)、锂(Li)或铯(Cs)的碱金属，诸如钡(Ba)或钙(Ca)的碱土金属元素，诸如镧(La)或钇(Y)的稀土金属，或者诸如铂(Pt)的贵金属。
NSR催化剂75在大量氧存在于排气中的状态下存储NOx，并且在排气中的氧浓度低且大量还原成分(例如，未燃烧的燃料成分(HC))存在的状态下将NOx还原为NO2或NO并释放还原后的NO2或NO。已经作为NO2或NO而被释放的NOx通过与排气中的HC或CO快速反应被进一步还原而变成为N2。而且，通过还原NO2或NO，HC和CO本身被氧化而因此变成为H2O和CO2。换句话说，通过适当调节引入到NSR催化剂75中的排气中的氧浓度或HC成分，能够净化排气中的HC、CO和NOx。在本实施例的构造中，能够通过从燃料添加阀26添加燃料的动作来进行排气中氧浓度或HC成分的调节。
DPNR催化剂76例如由多孔陶瓷结构和承载于所述多孔陶瓷结构上的NOx存储还原催化剂组成，并且排气中的PM在通过多孔壁时被捕集。当排气的空燃比稀时，排气中的NOx被存储在NOx存储还原催化剂中，并且当空燃比浓时，已存储的NOx被还原且释放。此外，使捕集到的PM氧化/燃烧的催化剂(例如，其主要成分是诸如铂的贵金属的氧化催化剂)承载于DPNR催化剂76上。
现在将参照图2描述柴油发动机的燃烧室3和在所述燃烧室3附近的零件的构造。如图2所示，在构成发动机的一部分的气缸体11中，筒形缸膛12形成在每个气缸(四个气缸中的每一个)中，并且活塞13被容纳在每个缸膛12中，以使活塞13能够在垂直方向上滑动。
燃烧室3形成在活塞13的顶面13a的顶侧。换句话说，燃烧室3由通过密封垫14安装在气缸体11的顶部的气缸盖15的底面、缸膛12的内壁面和活塞13的顶面13a限定。空腔13b凹设在活塞13的顶面13a的大致中央处，并且所述空腔13b也构成燃烧室3的一部分。
连杆18的小端部18a通过活塞销13c链接到活塞13上，并且连杆18的大端部链接到作为发动机输出轴的曲轴上。由此，活塞13在缸膛12内的往复运动经由连杆18被传递给曲轴，并且由于所述曲轴的转动而获得发动机输出。而且，电热塞19面向燃烧室3布置。电热塞19紧接在发动机1起动之前由于流过的电流而发热，并且起到起动辅助装置的作用，由此，由于一部分燃料喷雾被吹到电热塞上而促进点火和燃烧。
在气缸盖15中，形成了将空气引入到燃烧室3中的进气口15a和将排气从燃烧室3中排出的排气口71，并且布置了开/闭进气口15a的进气阀16和开/闭排气口71的排气阀17。进气阀16和排气阀17布置在气缸中心线P的相反两侧。即，发动机1被构造为横流式发动机。而且，将燃料直接喷射到燃烧室3中的喷射器23被安装在气缸盖15中。喷射器23沿着气缸中心线P以直立定向布置在燃烧室3上方的大致中央处，并且在特定正时将从共轨22引入的燃料朝向燃烧室3喷射。
此外，如图1所示，发动机1设置有增压器(涡轮增压器)5。涡轮增压器5配备有经由涡轮轴5A链接的涡轮5B和压缩机轮5C。面向进气管64的内侧布置压缩机轮5C，而面向排气管73的内侧布置涡轮5B。因此，涡轮增压器5利用由涡轮5B接收到的排气流(排气压力)来使压缩机轮5C转动，从而进行所谓的使进气压力增大的“增压动作”。在该实施例中，涡轮增压器5是可变喷嘴型涡轮增压器，其中可变喷嘴叶片机构(未示出)设置在涡轮5B侧，并且通过调节可变喷嘴叶片机构的开度，能够调节发动机1的增压压力。
用于强制冷却通过由涡轮增压器5增压而被加热的进气的内部冷却器61设置在进气***6的进气管64中。设置在从内部冷却器61起的下游侧的节流阀62是电子控制式开/闭阀，它的开度可以是无级调节的，并且具有在特定条件下限制进气的流道面积并调节(减少)进气供给量的功能。
而且，发动机1设置有将进气***6和排气***7连接起来的排气再循环通路(EGR通路)。EGR通路8通过适当地将部分排气导回到进气***6并将所述排气再供给到燃烧室3来降低燃烧温度，由此减少NOx的产生量。而且，EGR通路8设置有EGR阀81和EGR冷却器82，所述EGR阀81在电子控制下通过无级地开/闭能够自由调节流经EGR通路的排气流量，而所述EGR冷却器82用于冷却通过(再循环通过)EGR通路8的排气。
-传感器-
各种传感器被安装在发动机1的部件中，并且每个传感器都输出与每个部件的环境条件或发动机1的运转状态相关的信号。
例如，空气流量计43根据设置在进气***6中的节流阀62的上游侧的进气流量(进气量)来输出检测信号。进气温度传感器49布置在进气歧管63中，并且根据进气温度输出检测信号。进气压力传感器48布置在进气歧管63中，并且根据进气压力输出检测信号。A/F(空燃比)传感器44根据在排气***7的歧管式催化转化器77的下游侧的排气中的氧浓度来输出连续变化的检测信号。同样地，排气温度传感器45根据在排气***7的歧管式催化转化器77的下游侧的排气的温度(排气温度)来输出检测信号。轨压传感器41根据积聚在共轨22中的燃料的压力来输出检测信号。节流阀开度传感器42检测节流阀62的开度。
-电子控制模块-
如图3所示，电子控制模块100设置有CPU 101、ROM 102、RAM 103和后备RAM 104等。在ROM 102中，各种控制程序、在执行所述各种控制程序时参照的设定表等都被存储。CPU 101基于存储在ROM 102中的各种控制程序和设定表来执行各种计算处理。RAM 103是一存储器，其临时存储作为由CPU 101进行的计算的结果而获得的数据、已经从传感器输入的数据等，而后备RAM 104例如可为非易失性存储器，其存储要在发动机1停止时保存的数据等。
CPU 101、ROM 102、RAM 103和后备RAM 104经由总线107而彼此连接，并且经由总线107连接到输入接口105和输出接口106上。
输入接口105连接到轨压传感器41、节流阀开度传感器42、空气流量计43、A/F传感器44、排气温度传感器45、进气压力传感器48和进气温度传感器49上。此外，输入接口105连接到水温传感器46、加速器开度传感器47、曲轴位置传感器40等上，所述水温传感器46根据发动机1的冷却液温度输出检测信号，所述加速器开度传感器47根据加速踏板的下压量输出检测信号，每当发动机1的输出轴(曲轴)转动特定角度时，所述曲轴位置传感器40输出检测信号(脉冲)。另一方面，输出接口106连接到喷射器23、燃料添加阀26、节流阀62、EGR阀81等上。
电子控制模块100基于上述传感器的输出来控制发动机1的各种操作。此外，电子控制模块100执行引燃喷射、预喷射、主喷射、后喷射(after-injection)和次后喷射(post-injection)(所有这些喷射都将在下面描述)，作为对喷射器23的燃料喷射的控制。
当执行这些燃料喷射时，基于共轨22的内压确定燃料喷射压力。通常地，随着发动机负荷增大，并且随着发动机转数增大，作为共轨内压，从共轨22供给到喷射器23的燃料的压力的目标值或者换句话说目标轨压被设定得更高。也就是说，当发动机负荷高时，由于大量空气被抽入到燃烧室3中，因此需要将大量燃料从喷射器23喷射到燃烧室中。因此，有必要增大喷射器23的喷射压力。而且，当发动机转数高时，由于能够喷射的期间短，因此有必要在每单位时间喷射大量燃料。相应地，有必要增大喷射器23的喷射压力。如此，通常基于发动机负荷和发动机转数设定目标轨压。
用于诸如上文提及的引燃喷射或主喷射的燃料喷射的燃料喷射参数的最佳值根据发动机的温度条件、进气等改变。
例如，电子控制模块100调节由供给泵21排出的燃料量，以使共轨压力变得等于基于发动机的运转状态设定的目标轨压，或者换句话说，以使燃料喷射压力与目标喷射压力一致。而且，电子控制模块100基于发动机的运转状态确定燃料喷射量和燃料喷射模式。具体地，电子控制模块100基于由曲轴位置传感器40检测出的值计算发动机转速，基于由加速器开度传感器47检测出的值获得加速踏板下压量(加速器开度)，并且基于发动机转速和加速器开度确定总燃料喷射量(在预喷射中喷射出的喷射量与在主喷射中喷射出的喷射量的总和，这将在下面描述)。
-燃料喷射模式-
接下来将对根据本实施例的引燃喷射、预喷射、主喷射、后喷射和次后喷射的动作进行综述。
(引燃喷射)
引燃喷射是在主喷射(main injection)(主喷射(primary injection))之前从喷射器23喷射出少量燃料的喷射动作。更确切地说，它是这样一种动作：为了在执行引燃喷射后燃料喷射被暂时中断时的时刻和在主喷射开始时的时刻之间的期间内使压缩气体的温度(气缸温度)充分升高以便达到燃料的自燃温度，从而良好地确保在主喷射中喷射出的燃料的点火。也就是说，在本实施例中引燃喷射的功能是为在气缸中预热而专门设计的。换句话说，本实施例中的引燃喷射是在燃烧室3内预热气体的喷射动作(用于预热的燃料供给动作)。
具体地，为了实现合适的喷雾分布和局部浓度，将引燃喷射中每次的喷射量设定为喷射器23的最小限度喷射量(例如，1.5mm3)，并且设定喷射次数，以便能够确保必要的总引燃喷射量。如刚刚所描述的，在通过分割喷射进行引燃喷射的情况下，根据喷射器23的响应性(开/闭动作的速度)确定间隔。例如，所述间隔可被设定为200μs。而且，将用于引燃喷射的喷射开始正时设定为例如在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)80°或者之后的曲轴转角。引燃喷射的每次喷射量、间隔和喷射开始正时都不限于以上给定的值。
(预喷射)
预喷射是在主喷射之前从喷射器23喷射出少量燃料的喷射动作。预喷射是用于抑制在主喷射中的燃料点火延迟并引起稳定扩散燃烧的喷射动作，并且也被称为“副喷射”。预喷射包括用于产生发动机1的扭矩的喷射动作(用于扭矩产生的燃料供给动作)和用于在燃烧室3内预热气体的喷射动作(用于预热的燃料供给动作)。用于本实施例的预喷射的特定喷射模式，以及预喷射和主喷射之间的关系将在下面说明。
能够将预喷射中的喷射量设定为相对于用于获得根据诸如发动机转速、加速器操作量、冷却液温度和进气温度的运转状态而确定出的所需扭矩的总燃料喷射量(在预喷射中喷射出的喷射量和在主喷射中喷射出的喷射量的总和)的特定比率(例如，10％)。
通过下述的等式(1)能够获得预喷射开始角度(曲轴转角位置)。如在这里所使用的，“角度”是指换算成曲轴转角的值。
预喷射开始角度＝预燃烧结束角度+预喷射期间工作角度+(在预喷射中燃烧所需时间的曲轴转角换算值+点火延迟时间的曲轴转角换算值-重叠时间的曲轴转角换算值)    ...(1)
在等式(1)中，点火延迟时间为执行预喷射时的时刻和预喷射中喷射出的燃料点火时的时刻之间的时差。当进行多次预喷射时，所述重叠时间为在前次执行的预喷射中喷射出的燃料的燃烧期间与在下次执行的预喷射中喷射出的燃料的燃烧期间的重叠时间(同时进行两种燃烧的时间)、在最后的预喷射中喷射出的燃料的燃烧期间与在随后执行的主喷射中喷射出的燃料的燃烧期间的重叠时间，还有在最后的引燃喷射中喷射出的燃料的燃烧期间与在预喷射中喷射出的燃料的燃烧期间的重叠时间。本发明不限于上面给出的等式(1)，并且也能够根据下述情况设定预喷射开始角度，即根据在预喷射中的点火延迟时间的曲轴转角换算值(点火延迟角度)，以及根据在经过点火延迟时间之后，从由于在预喷射开始时的吸热反应使气缸中产生的热量的平衡是负平衡时的时刻起直到产生的热量的平衡变为正平衡时的时刻为止所需时间的曲轴转角换算值(燃烧开始角度)。
(主喷射)
主喷射是用于产生发动机1的扭矩的喷射动作(用于扭矩产生的燃料供给动作)。下面将描述用于本实施的主喷射的特定喷射模式以及预喷射和主喷射之间的关系。
主喷射中的喷射量能够被设定为，通过从用于获得根据诸如发动机转速、加速器操作量、冷却液温度和进气温度的运转状态而确定出的所需扭矩的上述总燃料量中减去上述预喷射中的喷射量而获得的量。
通过下述的等式(2)能够获得主喷射开始角度(曲轴转角位置)。
主喷射开始角度＝主点火正时+主喷射期间工作角度+(在主喷射中燃烧所需时间的曲轴转角换算值+点火延迟时间的曲轴转角换算值-重叠时间的曲轴转角换算值)    ...(2)
在等式(2)中，点火延迟时间为执行主喷射时的时刻和在主喷射中喷射出的燃料点火时的时刻之间的时差。所述重叠时间为在预喷射中喷射出的燃料的燃烧期间与在主喷射中喷射出的燃料的燃烧期间的重叠时间，以及在主喷射中喷射出的燃料的燃烧期间与在后喷射中喷射出的燃料的燃烧期间的重叠时间。本发明不限于上面给出的等式(2)，并且也能够根据在主喷射中的点火延迟时间的曲轴转角换算值(点火延迟角度)来设定主喷射开始角度。
这里，将简要描述用于上述预喷射和主喷射的控制过程。首先，关于发动机1的扭矩要求值，计算在预喷射中的喷射量和在主喷射中的喷射量的总和作为要喷射的总燃料量。换句话说，计算要喷射的总燃料量作为产生发动机1所需扭矩的量。
根据诸如发动机转速、加速器操作量、冷却液温度和进气温度的运转状态，以及根据辅助装置等的使用状况，确定发动机1的扭矩要求值。例如，发动机转速(基于由曲轴位置传感器40检测出的值而计算出的发动机转速)越高，或者加速器操作量(由加速器开度传感器47检测出的加速踏板下压量)越大(加速器开度越大)，则所得到的发动机1的扭矩要求值越高。
在以所述方式计算出要喷射的总燃料量之后，设定预喷射中的喷射量相对于要喷射的总燃料量的比率(分割率)。换句话说，将预喷射量设定为利用上述分割率将要喷射的总燃料量进行分割而获得的量。在这种情况下，获得的分割率(预喷射量)作为能够实现抑制主喷射中的燃料点火延迟的值。在本实施例中，分割率被设定为10％。对于这样的预喷射和主喷射，在确保高发动机扭矩的同时，能够通过缓慢燃烧的实现来达到燃烧噪声的降低和NOx的产生量的降低。
(后喷射)
后喷射为用于使排气温度升高的喷射动作。具体地，在本实施例中，在一正时执行后喷射，以使由所述后喷射供给的燃料的大部分燃烧能量被作为排气热能获得而不会被转换为发动机1的扭矩。而且，同样在所述后喷射中，与上述引燃喷射的情况相同，将后喷射中每次的喷射量设定为喷射器23的最小限度喷射量(例如，1.5mm3)，并且设定喷射次数，以便能够确保必要的总后喷射量。
(次后喷射)
次后喷射为用于通过将燃料直接引入到排气***7中来使歧管式催化转化器77的温度升高的喷射动作。例如，当通过DPNR催化剂76捕集到的且沉积在DPNR催化剂76中的PM量已经超过特定量时(例如这能够通过检测歧管式催化转化器77的压差而检测出)，执行次后喷射。
-目标燃料压力设定技术-
现在将描述本实施例中的设定目标燃料压力的技术思想。
在柴油发动机1中，通过降低NOx的产生量、降低燃烧冲程期间的燃烧噪声和确保足够的发动机扭矩来同时满足诸如改善废气排放的各需求是重要的。本发明的发明人注意的事实是，作为同时满足所述各需求的技术，适当地控制在燃烧冲程期间气缸内生热的变化状态(由生热波形表示的变化状态)是有效的，并且已经得到了下述的目标燃料压力设定技术作为用于控制生热的变化状态的技术。
图4中的实线表示关于在主喷射中喷射出的燃料燃烧的理想生热波形，其中，横轴代表曲轴转角，而纵轴代表生热。在图4中，仅示出了主喷射的生热波形(未加入在预喷射中的生热的生热波形)。图4中示出的TDC表示与活塞13的压缩上止点对应的曲轴转角位置。
在所述生热波形中，例如，当活塞13处于压缩上止点(TDC)时在主喷射中喷射出的燃料的燃烧开始，生热在压缩上止点之后的特定活塞位置处(例如，在压缩上止点之后10°(10°ATDC)处)达到其最大值(峰值)，并且在压缩上止点之后的另一个特定活塞位置处(例如，在压缩上止点之后25°(25°ATDC)处)在主喷射中喷射出的燃料的燃烧结束。为了不迟于25°ATDC结束燃烧，在本实施例中，主喷射中的燃料喷射不迟于在压缩上止点之后22°(22°ATDC)结束。在生热的所述变化状态下执行混合气的燃烧创建了一种状况，在所述状况中，在压缩上止点之后10°(10°ATDC)处完成气缸中存在的混合气的50％的燃烧。换句话说，在膨胀冲程中产生的总热量的大约50％不迟于10°ATDC产生，并且发动机1能够以高的热效率运转。
由图4中的双点划线α表示的波形为当设定燃料喷射压力高于适当值时引起的生热波形。燃烧速度和峰值均过高，并且因此存在对燃烧噪声和NOx的产生量增大的顾虑。另一方面，由图4中的双点划线β表示的波形为当设定燃料喷射压力小于适当值时引起的生热波形。燃烧速度低且峰值出现处的正时朝向延迟侧的角度显著移位，因此存在不能获得足够发动机扭矩的顾虑。
如上所述，根据本实施例的目标燃料压力设定技术是基于通过优化生热的变化状态(优化生热波形)来改善燃烧效率的技术思想。作为实际的燃料喷射动作，在获得所述生热波形的主喷射之前执行上述引燃喷射和预喷射。换句话说，通过引燃喷射和预喷射使气缸温度充分升高，良好地确保了在主喷射中喷射出的燃料的点火，通过预喷射抑制主喷射中的燃料点火延迟，引起稳定的扩散燃烧。
-用于预喷射和主喷射的喷射模式-
接下来，将描述作为本实施例的特征的用于预喷射和主喷射的喷射模式。
首先，将描述预喷射的功能。在预喷射中喷射出的燃料通常具有通过自燃而有助于在气缸中预热的功能(称为“预热功能”)，以及与随后喷射出的未自燃的燃料(在本实施例中为在主喷射中喷射出的燃料)一起燃烧的功能(称为“预混功能”)。在预喷射中喷射出的燃料中，在有助于预热功能的燃料(称为“预热部分”)和有助于预混功能的燃料(称为“预混部分”)之间的比率根据预喷射的喷射正时和喷射量而变化。这将参照图5来描述。
图5示出了对于多个燃料喷射量(A至D)的预喷射执行正时和在预喷射执行正时气缸中产生的热量之间的关系进行分析的结果。例如，A表示0.7mm3的燃料喷射量，B表示1.5mm3的燃料喷射量，C表示3.0mm3的燃料喷射量，以及D表示6.0mm3的燃料喷射量。图5中的单点划线示出了当1.5mm3量的燃料完全燃烧时产生的热量。例如，图5中的点X表示当在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)15°的正时执行预喷射并且将燃料喷射量设定为1.5mm3时产生的热量为X1[J]。图5中的点Y表示当在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)7°的正时执行预喷射并且将燃料喷射量设定为3.0mm3时产生的热量为Y1[J]。此外，图5中的点Z表示当在活塞13的压缩上止点(BTDC)的正时执行预喷射并且将燃料喷射量设定为6.0mm3时产生的热量为Z1[J]。
如从所述图中能够理解到的，预喷射正时越靠近活塞13的压缩上止点(TDC)，则即使喷射出的燃料量相同产生的热量也越大。换句话说，如果在活塞13已经接近压缩上止点并且气缸温度已经升高的环境中执行预喷射，则局部具有高浓度的混合气被暴露于高温环境且燃烧开始。因此，预喷射正时越靠近活塞13的压缩上止点(TDC)，则即使燃料喷射量相同发热量也越大。因而，这种能够自燃的燃料能用作上述预热部分。
另一方面，当预喷射正时从活塞13的压缩上止点(TDC)提前时，在燃烧室的内部容积大时(在活塞13处于低位时)非常少量的燃料被预喷射。因此，即使当此后活塞13接近压缩上止点且气缸温度升高(由于进气的压缩引起的温度升高)时，由于燃料已经在大范围内扩散，并且混合气已经变得比可燃空燃比稀，因此所述混合气不能点火。因而，这种不能自燃的燃料能用作预混部分。
预喷射正时越靠近活塞13的压缩上止点(TDC)，则预热部分的比率越高。然而，即使在活塞13的压缩上止点(TDC)的附近执行预喷射，也大约仅有喷射出的燃料(预热部分)量的50％能够实际有助于发热量。例如，在于活塞13的压缩上止点(TDC)的正时喷射出3.0mm3的燃料的预喷射的情况下，所述发热量与在1.5mm3的燃料已经完全燃烧时获得的热量水平相对应。
相比之下，当预喷射正时从活塞13的压缩上止点(TDC)提前时，预混部分的比率增大。如从图5中能够理解到的，当在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)18°的提前角度侧的正时执行预喷射时，混合气快速变稀，并且预混部分的比率进一步增大。而且，当在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)30°的提前角度侧的正时执行预喷射时，如果喷射量为特定上限值以下，则在预喷射中喷射出的所有燃料都能够用作预混部分。相反地，当在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)30°的延迟角度侧的正时执行预喷射时，在预喷射中喷射出的燃料的一部分用作预热部分，并且剩余部分用作预混部分。
接下来将描述本实施例的特征。在本实施例中，在主喷射之前进行的预喷射被分割为多次喷射来进行。通过分割喷射(多级喷射)来进行预喷射的理由如下。特别地，当在预喷射中每次的喷射量增大时，汽化的潜热量增大，由此吸热量增大。结果，燃烧场所中气氛温度的降低率增大，引起对在预喷射中喷射出的燃料的点火延迟增大的顾虑。此外，由于在预喷射中喷射出的燃料点火后产生的热量同样增大，产生了对由在预喷射中喷射出的燃料燃烧产生的反向扭矩增大的顾虑。因此，为了使所述点火延迟和反向扭矩最小化，尽可能地将预喷射中每次的喷射量降到最低水平，并且通过进行多次喷射来确保所需的喷射量。在下文中，将描述通过两次喷射来进行预喷射的示例。前次执行的预喷射被称为“第一预喷射”，而下次执行的预喷射被称为“第二预喷射”。
本实施例的特征在于控制预喷射和主喷射的点火正时和喷射量，以使在第一预喷射中喷射出的燃料的一部分(预热部分)通过自燃而燃烧，并且使在第一预喷射中喷射出的燃料的剩余部分(预混部分)在主喷射中喷射出燃料之前不燃烧，而是与在主喷射中喷射出的燃料一起燃烧(用于通过燃料喷射控制部来控制燃料喷射正时和喷射量的动作)。换句话说，用于预喷射和主喷射的喷射模式被构造为使在第一预喷射中喷射出的燃料的一部分通过自燃而有助于在气缸中预热，并且使在第一预喷射中喷射出的燃料的剩余部分通过与在主喷射中喷射出的燃料一起燃烧而有助于发动机1的扭矩。换句话说，在第一预喷射中喷射出的燃料用作预热功能和预混功能二者。在第二预喷射中喷射出的燃料主要用作预热功能。
如上所述，将第一预喷射的喷射量和第二预喷射的喷射量的总和设定为相对于用于获得所需扭矩的总燃料喷射量的10％。第一预喷射的喷射量和第二预喷射的喷射量可相等，或者第一预喷射的喷射量和第二预喷射的喷射量可不同而具有不同的适当比率。然而，将第一预喷射的喷射量和第二预喷射的喷射量设定为喷射器23的最小限度喷射量以上。
接下来将描述各燃料喷射的喷射正时。
首先，设定第一预喷射的喷射正时和主喷射的喷射正时，以使在第一预喷射中喷射出的燃料的剩余部分(预混部分)在主喷射中喷射出燃料之前不燃烧，而是与在主喷射中喷射出的燃料一起燃烧。换句话说，设定第一预喷射和主喷射的喷射正时，以使在第一预喷射中供给的燃料作为预混部分与在随后的主喷射中供给的燃料一起燃烧。
具体地，设定第一预喷射的喷射正时和主喷射的喷射正时，以使在第一预喷射中喷射出的且沿气缸中的旋涡流流动的燃料与在随后的主喷射中喷射出的燃料重叠。换句话说，考虑到气缸中的旋涡流，将用于第一预喷射的燃料预先喷射到用于主喷射的燃料所要喷射到的场所中。这种用于第一预喷射和主喷射的喷射模式被称为“重叠喷射”。
为了更明确地说明，在发动机1的吸入冲程期间从进气口15a流入到气缸中的空气流为旋涡流，所述旋涡流的旋转中心为上述的气缸中心线P，并且所述旋涡流在压缩冲程期间连续出现在气缸中。为此，在第一预喷射中喷射出的燃料由于所述旋涡流而在气缸中沿周向流动。换句话说，在压缩冲程期间随着时间的推移，在第一预喷射中喷射出的燃料(喷雾团)从面向喷射器23的喷孔的位置(紧接喷射后的位置)起随着旋涡流沿周向流动。
因此，在第一预喷射后执行主喷射的时间点处，在前次执行的第一预喷射中喷射出的燃料已经在气缸中沿周向上流动，并且在所述两种喷射(预喷射和主喷射)中从同一喷孔喷射出的燃料团彼此不重叠(即，在两种喷射中喷射出的燃料团不融合)。
在这种情况下，在预喷射中喷射出的燃料从沿旋涡流方向的上游侧的喷孔流向沿旋涡流方向的下游侧的位置，所述位置与所述喷孔相对，因此通过调节随后的主喷射的喷射正时，或者换句话说，通过调节预喷射和主喷射之间的间隔，能够使得在预喷射中喷射出的燃料和在主喷射中喷射出的燃料融合。
更具体地说，考虑到一种情况，其中，在活塞13从下止点移动到上止点的时间内(当活塞13移动180°曲轴转角时)，所述旋涡流在气缸内沿周向环绕一次，或者换句话说，涡流比为“2”。这里，喷射器23的喷孔数量被假定为“10”。在这种情况下，如果将在第一预喷射和主喷射之间的间隔设定为在气缸中的周向上的36°(18°曲轴转角)的整数倍，则能够将在第一预喷射中喷射出的燃料和在主喷射中喷射出的燃料融合。
在本实施例中，例如，在第一预喷射与主喷射之间的重叠喷射的喷射方式如图6所示。如在图6中所示，将第一预喷射的喷射正时设定在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)18°，并且将主喷射的喷射正时设定在活塞13的压缩上止点(TDC)。因此，将第一预喷射和主喷射之间的间隔设定为18°曲轴转角。
如果仅考虑重叠喷射，则能够将第一预喷射和主喷射之间的间隔设定为36°曲轴转角，但是由于下述原因，所述间隔优选被设定为18°曲轴转角。首先，如上所述，当从使点火延迟和反向扭矩最小化的观点通过分割喷射进行预喷射时，由于第一预喷射的喷射量受到限制，因此当在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)30°的提前角度侧的正时执行第一预喷射时，能够用作预热部分的燃料的量可能极少(见图5)。而且，当在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)30°的提前角度侧的正时执行第一预喷射时，由于存在第一预喷射中喷射出的燃料可能到达气缸的内壁面的可能性，因此可能出现如下问题，诸如由于燃料已到达气缸的内壁面而引起的润滑剂稀释，或者由于燃料附到气缸的内壁面上而可能使排气中的HC或CO的量增大，故使废气排放恶化。
接下来，设定第二预喷射的喷射正时和主喷射的喷射正时，以使在第二预喷射中喷射出的且沿气缸内的旋涡流流动的燃料不与在随后的主喷射中喷射出的燃料重叠。换句话说，考虑到气缸中的旋涡流，将用于第二预喷射的燃料预先喷射到与用于主喷射的燃料所要喷射到的场所不同的场所中。这种用于第二预喷射和主喷射的喷射模式被称为“邻接喷射(contiguousinjection)”。
更具体地说，当涡流比为“2”并且喷射器23的喷孔数量为“10”时，通过将在第二预喷射和主喷射之间的间隔设定为在气缸中的周向上小于36°(18°曲轴转角)，能够防止在第二预喷射中喷射出的燃料与在主喷射中喷射出的燃料重叠。在这种情况下，由于在第二预喷射中喷射出的燃料的燃烧而引起的发热率最大时的正时优选被设定为与活塞13到达压缩上止点时的正时基本相同。这样，能够充分利用在第二预喷射中喷射出的燃料，从而确保必要且足够的发热量。另外，第二预喷射能够几乎不产生反向扭矩。
在本实施例中，例如，第二预喷射和主喷射的邻接喷射的喷射方式如图6所示。如在图6中所示，将第二预喷射的喷射正时设定为小于在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)18°(例如，7°)，并且将主喷射的喷射正时设定在活塞13的压缩上止点(TDC)。因此，将第二预喷射和主喷射之间的间隔设定为小于18°曲轴转角。
而且，设定第一预喷射的喷射正时和第二预喷射的喷射正时，以使在第一预喷射中喷射出的且沿气缸内的旋涡流流动的燃料不与在随后的第二预喷射中喷射出的燃料重叠。换句话说，考虑到气缸中的旋涡流，将用于第一预喷射的燃料预先喷射到与用于第二预喷射的燃料将要喷射到的场所不同的场所中。
对于本实施例的燃料喷射控制，能够获得下述效果。特别地，使在第一预喷射中喷射出的燃料的一部分(预热部分)有助于在气缸中预热，并且使无助于在气缸中预热的剩余燃料(预混部分)有助于发动机1的扭矩。
更具体地说，第一预喷射的预热部分能够自燃，并且其在第一预喷射时快速燃烧。当第一预喷射的预热部分燃烧时，在燃烧发生的气缸的场所中压缩气体的温度局部升高，从而使气缸压力增大。这使气缸温度升高以达到燃料的自燃温度。换句话说，通过这种燃烧产生的热量能够被用于促进在第二预喷射中喷射出的燃料的燃烧。如此，能够使在第一预喷射中喷射出的燃料的一部分有助于为在第二预喷射中喷射出的燃料的更好点火而预热。
当进行第二预喷射时，在第二预喷射中喷射出的燃料快速燃烧，并且气缸温度进一步升高。在这种情况下，由于防止在第二预喷射中喷射出的燃料与在主喷射中喷射出的燃料重叠，因此能够使在第二预喷射中喷射出的燃料有助于在气缸中预热。而且，通过所述燃料的燃烧产生的热量能够被用于促进在主喷射中喷射出的燃料的燃烧。从而，能够良好地确保在主喷射中喷射出的燃料的点火。
如上所述，当从使点火延迟和反向扭矩最小化的观点通过分割喷射进行副喷射时，由于第二预喷射的喷射量受到限制，因此存在仅第二预喷射的预热功能不足够的顾虑。因此，在本实施例中，使在第一预喷射中喷射出的燃料的一部分燃烧以有助于在气缸中预热，从而对第二预喷射的预热功能进行补充。换句话说，通过在第一预喷射中喷射出的燃料的一部分来补充第二预喷射的喷射量的不足。
另一方面，在第一预喷射中喷射出的燃料中，与预热部分不同，无助于在气缸中预热的剩余燃料(预混部分)不能自燃。换句话说，第一预喷射的预混部分的预混气体在主喷射中喷射出燃料之前比可燃空燃比稀，因此其不能点火。本实施例被构造为使得在主喷射中喷射出的燃料与第一预喷射的预混部分的预混气体重叠。通过这种重叠喷射，预混气体获得可燃空燃比，并且与在主喷射中喷射出的燃料一起快速燃烧，有助于发动机1的扭矩。
如上所述，通过利用第一预喷射的预混部分的点火失能，发动机1能够在高扭矩下运转。换句话说，这种燃烧能使第一预喷射的预混部分有助于发动机1的扭矩，并且所述扭矩能够增大与已经燃烧的第一预喷射的预混部分的量对应的量。这时，通过使第一预喷射的所有预混部分有助于发动机1的扭矩，能够确保通过燃烧产生的足够的扭矩量，并且发动机1能够以高效率运转。而且，由于第一预喷射的预混部分在活塞13到达在主喷射中喷射出燃料的压缩上止点(TDC)之前不燃烧，因此预混部分能够防止通过燃烧产生的反向扭矩的出现。另外，由于通过重叠喷射将用于第一预喷射的燃料预先喷射到用于主喷射的燃料所要喷射到的场所中，因此能够使燃料扩散且达到可燃空燃比所需的时间缩短，结果，能够抑制初始燃烧速度的降低以及点火延迟。
-其它实施例-
本发明的实施例已经在上面描述，但是所述实施例能够以多种方式更改。
上述的发动机1的涡流比和喷射器23的喷孔数量仅是示例，并且它们能被适当地改变。当发动机1的涡流比和喷射器23的喷孔数量被改变时，在预喷射和主喷射之间的重叠喷射的间隔也被改变。
在上述实施例中，主喷射的喷射正时被设定在活塞13的压缩上止点(TDC)，但是主喷射的喷射正时能够被适当地改变。当主喷射的喷射正时被改变时，第一预喷射和第二预喷射的喷射正时也被改变。优选的是，从抑制反向扭矩出现的观点，将主喷射的喷射正时设定在活塞13的压缩上止点(TDC)的附近。
在上述实施例中，通过两次喷射进行预喷射，但是也能够使用通过三次喷射进行预喷射的构造。将参照图7描述将预喷射分割为三次喷射时用于预喷射和主喷射的喷射模式。第一预喷射和第二预喷射与上述实施例中的第一预喷射和第二预喷射相同，由此将主要描述与上述实施例的区别。在第一预喷射之前进行的预喷射被称为“第三预喷射”。
首先，将第一预喷射的喷射量、第二预喷射的喷射量和第三预喷射的喷射量的总和设定为相对于用于获得所需扭矩的总燃料喷射量的10％。第一预喷射的喷射量、第二预喷射的喷射量和第三预喷射的喷射量可相等，或者第一预喷射的喷射量、第二预喷射的喷射量和第三预喷射的喷射量可不同而具有不同的适当比率。然而，将第一预喷射的喷射量、第二预喷射的喷射量和第三预喷射的喷射量设定为喷射器23的最小限度喷射量以上。
接下来，设定第三预喷射的喷射正时和主喷射的喷射正时，以使在第三预喷射中喷射出的燃料与在主喷射中喷射出的燃料一起燃烧。具体地，设定第三预喷射的喷射正时和主喷射的喷射正时，以使在第三喷射中喷射出的且沿气缸中的旋涡流流动的燃料与在随后的主喷射中喷射出的燃料重叠。换句话说，用于第三预喷射和主喷射的喷射模式为重叠喷射。
当涡流比为“2”且喷射器23的喷孔数量为“10”时，将第三预喷射和主喷射之间的间隔设定为在气缸中的周向上的36°(18°曲轴转角)的整数倍。在本实施例中，例如，在第三预喷射和主喷射之间的重叠喷射的喷射方式如图7所示。如在图7中所示，将第三预喷射的喷射正时设定在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)36°，并且将主喷射的喷射正时设定在活塞13的压缩上止点(TDC)。因此，将在第三预喷射和主喷射之间的间隔设定为36°曲轴转角。如果仅考虑重叠喷射，则可将第三预喷射和主喷射之间的间隔设定为18°曲轴转角，但是由于在所述正时进行第一预喷射，因此将所述间隔设定为36°曲轴转角。当在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)30°的提前角度侧的正时进行第三预喷射时，由于有助于在气缸中预热的燃料量极小(见图5)，因此优选将所述间隔设定为36°曲轴转角。
设定第三预喷射和第一预喷射的喷射正时，以使在第三预喷射中喷射出的且沿气缸中的旋涡流流动的燃料不与在随后的第一预喷射中喷射出的燃料重叠。换句话说，用于第三预喷射和第一预喷射的喷射模式是重叠喷射。因此，在图7所示的示例中，将第三预喷射和第一预喷射之间的间隔设定为18°曲轴转角。另一方面，设定第三预喷射和第二预喷射的喷射正时，以使在第三预喷射中喷射出的且沿气缸中的旋涡流流动的燃料不与在随后的第二预喷射中喷射出的燃料重叠。
对于本实施例的燃料喷射控制，除了与上述实施例的效果相同的效果之外，还能够获得下述效果。
在第三预喷射中喷射出的燃料能够产生与由第一预喷射的预混部分产生的效果基本相同的效果，因此能够进一步增强由第一预喷射的预混部分产生的效果。换句话说，在第三预喷射中喷射出的燃料主要用作预混功能。
具体地，在第三预喷射中喷射出的大部分燃料不能够自燃，由此它们几乎无助于在气缸中预热。换句话说，第三预喷射的大部分混合气在主喷射中喷射出燃料之前比可燃空燃比稀，由此它们不能点火。本实施例被构造为使得在主喷射中喷射出的燃料与第三预喷射的混合气重叠。通过这种重叠喷射，混合气获得可燃空燃比，并且与在主喷射中喷射出的燃料一起快速燃烧，有助于发动机1的扭矩。
如上所述，由于不仅第一预喷射的预混部分而且在第三预喷射中喷射出的燃料都能够与在主喷射中喷射出的燃料一起燃烧，因此发动机1能够在高扭矩下运转。此时，扭矩能够被增大与在第三预喷射中喷射出的已经燃烧的燃料量对应的量。而且，由于在第三预喷射中喷射出的燃料在活塞13到达在主喷射中喷射出燃料的压缩上止点(TDC)之前几乎不燃烧，因此能够避免通过燃烧产生的反向扭矩的出现。另外，由于通过重叠喷射将用于第三预喷射的燃料预先喷射到用于主喷射的燃料所要喷射到的场所中，因此能够使燃料扩散和达到可燃空燃比所需的时间缩短，结果，能够抑制初始燃烧速度的降低以及点火延迟。
如上所述，当从使点火延迟和反向扭矩最小化的观点通过分割喷射进行预喷射时，由于第一预喷射的喷射量受到限制，因此存在当在中、高负荷下运转时仅第一预喷射的预混部分的预混功能不足够的顾虑。鉴于此，在本实施例中，通过进行作为第三预喷射的喷射模式的重叠喷射，在第三预喷射中喷射出的燃料能够与在主喷射中喷射出的燃料一起燃烧，从而对第一预喷射的预混功能进行补充。换句话说，通过第三预喷射补充第一预喷射的喷射量的不足。
上面的实施例描述了一示例，其中本发明被应用于安装在汽车中的直列四气缸的柴油发动机上。本发明不限于这种汽车用途，并且可应用于用在其它应用中的发动机上。而且，对气缸的数量、发动机的类型(分类为直列式发动机、V型发动机等)等没有特别的限制。
本发明在不脱离其要旨或要点特征的情况下可体现为各种其它形式。因此，上述实施例从各方面来看都被认为是示例性的而非限制性的。本发明的范围由所附的权利要求而非前述的说明书表示，并且在权利要求的等同的意义和范围内的全部更改或改变都旨在被包含于此。
工业适用性
本发明的应用不限于汽车，并且本发明还可被应用于在其它应用中使用的发动机。
附图标记说明
1     发动机(内燃机)
12    缸膛
13    活塞
23    喷射器(燃料喷射阀)

Claims (5)

1.一种用于压缩自燃式内燃机的燃料喷射控制装置，作为从燃料喷射阀喷射燃料的动作，所述内燃机至少能够执行主喷射和在所述主喷射之前进行的副喷射，
其中，所述副喷射被分割为多次喷射来执行，并且
所述燃料喷射控制装置包括燃料喷射控制部，所述燃料喷射控制部用于控制每次燃料喷射的喷射正时和喷射量，以使在第二副喷射之前进行的第一副喷射中喷射出的燃料的一部分通过自燃而燃烧，并且使所述燃料的剩余部分在所述主喷射中喷射出燃料之前不燃烧，而是与在所述主喷射中喷射出的所述燃料一起燃烧。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的燃料喷射控制装置，
其中，设定每次燃料喷射的所述喷射正时，以使在所述第一副喷射中喷射出的且沿气缸中的旋涡流流动的所述燃料与在随后的所述主喷射中喷射出的所述燃料重叠，并且使在所述第二副喷射中喷射出的燃料不与在随后的所述主喷射中喷射出的所述燃料重叠。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的燃料喷射控制装置，
其中，所述第二副喷射为有助于在所述气缸中预热的用于预热的副喷射。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于内燃机的燃料喷射控制装置，
其中，在所述第一副喷射之前执行第三副喷射，并且
控制每次燃料喷射的所述喷射正时和所述喷射量，以使在所述第三副喷射中喷射出的燃料与在所述主喷射中喷射出的所述燃料一起燃烧。
5.根据权利要求4所述的用于内燃机的燃料喷射控制装置，
其中，设定每次燃料喷射的所述喷射正时，以使在所述第三副喷射中喷射出的且沿所述气缸中的旋涡流流动的所述燃料与在随后的所述主喷射中喷射出的所述燃料重叠。
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