CN102345520A - 内燃机 - Google Patents

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Abstract

在一种内燃机中，喷射器将燃料喷射到进气通道内；进气开口与气缸内的进气通道连通；燃料喷射装置至少包括进气冲程期间使得喷射器喷射燃料的进气冲程喷射装置；并且在排气净化催化剂的温度低于或等于预定温度的状态下，喷射控制装置控制进气冲程喷射装置在进气冲程期间从喷射器喷射燃料并且将燃料从进气开口引入到气缸中，从而在气缸内形成分层的空燃混合物。该控制装置操作进气冲程喷射装置来喷射燃料，使得来自喷射器的燃料喷射时段的中心位于在进气门的闭合方向上发生位移速度之前。

Description

内燃机
技术领域
本发明涉及一种控制燃料喷射到进气通道中的状况，从而使排气净化催化剂在早期活化，而无需在气缸内设置将燃料直接喷射到气缸中的燃料喷射装置的内燃机。
背景技术
作为一种内燃机(发动机)，在气缸内设置将燃料直接喷射到气缸中的直喷喷射器的缸内喷射型发动机被投入实际使用。在缸内喷射型发动机中，通过其中利用将高压燃料从直喷喷射器直接喷射到气缸中而使具有丰富燃料的空燃混合物能够聚集在火花塞周围的所谓分层稀薄燃烧，可以使燃烧处于其中总的空燃比稀薄的状态，并且可以实现燃料消耗的显著减少。而且，可以利用燃料气化的潜热来冷却进气，并且可以使空燃混合物的温度下降以抑制爆震的发生。此外，由于通过冷却进气能够升高空气密度，所以能够使满载时的进气量增大以提高性能。
即使在这种缸内喷射型发动机中，也要在进气通道中设置执行净化排气的排气净化催化剂。由于如果排气净化催化剂的温度没有达到预定的活性温度或高于活性温度，该排气净化催化剂就不能实现令人满意的净化特性，所以致使在早期，例如冷态开始后立即使排气净化催化剂活化(参见专利文献1)。在专利文献1中公开的技术除了主喷射外还在膨胀冲程中进行副喷射，利用主燃烧的火焰传播，通过副喷射使燃料燃烧以提高排气的温度，而使由于副喷射的燃料增加，从而使排气净化催化剂在早期活化。
在缸内喷射型发动机中，能够容易地实现排气净化催化剂的早期活化。然而，由于在气缸内安装了直喷喷射器，所以喷射器可能暴露于高温和高压的燃烧气体。因此，直喷喷射器需要保证耐热性和耐压性，并且需要昂贵的燃料喷射***。因此，由于需要从直喷喷射器喷射高压燃料，所以无法避免高压泵的功率损失影响性能。此外，由于燃料的碳化，在气缸内易于产生沉淀物，并且沉淀物易于根据运转条件而积累。从而，需要针对沉淀物而采取措施。
引用列表
[专利文献1]日本专利公开No.8-228447
发明内容
技术问题
考虑到上述情况而制成了本发明，并且其目的是提供一种能够控制燃料喷射到进气通道中的状况，从而使排气净化催化剂在早期活化，而无需在气缸内设置将燃料直接喷射到气缸中的燃料喷射装置的内燃机。
问题的解决方案
为了实现上述目的，提供一种内燃机，包括：喷射器，该喷射器将燃料喷射到进气通道内；进气开口，该进气开口与气缸内的所述进气通道连通；燃料喷射装置，该燃料喷射装置至少包括在进气冲程期间使得所述喷射器喷射燃料的进气冲程喷射装置；以及喷射控制装置，在排气净化催化剂的温度低于或等于预定温度的状态下，该喷射控制装置控制所述进气冲程喷射装置在进气冲程期间从所述喷射器喷射燃料并将燃料从进气开口引入到气缸中，从而在所述气缸内形成分层的空燃混合物。所述控制装置操作所述进气冲程喷射装置来喷射燃料，使得所述喷射器的燃料喷射时段的中心处于在进气门的闭合方向上发生位移速度之前。
在本发明中，在进气冲程期间将燃料从喷射器喷射到进气通道中，在排气冲程期间将燃料从喷射器喷射到进气通道中，并且当进气门打开时燃料流入到气缸中。关于进气冲程期间的燃料喷射，从喷射器喷射燃料，使得喷射器的燃料喷射时段的中心处于进气门在闭合方向上产生位移速度之前。从而，在促进空燃混合物被吸引到气缸中的期间内，至少能够喷射大部分的燃料。
当排气净化催化剂的温度是预定温度或更低时，可以在进气冲程期间从喷射器喷射燃料，以在气缸内形成分层的空燃混合物，使燃料丰富部分的空燃混合物聚集在火花塞周围，并且使点火和火焰传播稳定，从而延迟了点火时间并且由于点火时间的延迟而提高了排气温度。此外，使得在分层的空燃混合物中在燃料丰富部分的燃烧中产生的CO和在燃料稀薄部分的燃烧中产生的O2与排气共存，并且促进了气缸内膨胀冲程的后半部分中的氧化反应、排气管内的氧化反应，以及排气净化催化剂的氧化反应，从而使排气净化催化剂的温度升高。
从而，可以控制燃料喷射到进气通道中的状况，从而使排气净化催化剂在早期活化，而无需在气缸内设置将燃料直接喷射到气缸中的直喷喷射器。
而且，在使用进气冲程喷射装置的燃料喷射中，在进气门打开时喷射燃料，从而抑制了燃料附着于壁表面，以利用燃料的气化潜热来冷却进气而不是用来冷却具有大比热的壁表面，从而降低了空燃混合物的温度以抑制爆震的发生，并且提高了空气密度而使满载时的进气量增多。在使用喷射器的燃料喷射中，在打开进气门的同时，燃料在气门座与伞形部之间经过并且直接到气缸内，这是有效的。
此外，由于在进气通道内设置喷射器，所以能够获得不暴露于高温和高压燃烧气体并且不需要保证耐热性和耐压性的简单结构。此外，由于不需要喷射高压燃料，所以无需高压泵，并且能够使由于泵的功率损失对性能的影响小。
而且，内燃机可以被构造成使得在所述进气门的闭合方向上发生位移速度之前，所述控制装置操作所述进气冲程喷射装置来完成从所述喷射器的燃料喷射。
在本发明中，在进气门的闭合方向上产生位移速度之前，即，在进气门的位移速度是0或更高的期间内，完成从喷射器的燃料喷射。从而，在由于进气门的打开而使燃料被引入到气缸内的状态下，预定量的燃料能够完全被喷射进气缸内达到最大值。
此外，所述内燃机可以被构造成使得将所述喷射器设置成由所述进气冲程喷射装置的操作而喷射的燃料经过所述进气门的伞形部的外周与所述进气开口的边缘之间，并且所述分层的空燃混合物的燃料丰富部分被引导至火花塞周围。
在本发明中，从喷射器喷射燃料，使得喷射的燃料经过进气门的伞形部的外周与进气开口的边缘之间，并且分层的空燃混合物的丰富燃料部分滞留在进气门的伞形部的剥离涡流内，并且丰富燃料部分被引导至火花塞周围。从而，能够使点火的稳定性更加可靠。
此外，所述内燃机还可以包括气门开闭时间变更装置，该气门开闭时间变更装置利用所述控制装置使所述进气门的打开时间和关闭时间改变。所述控制装置可以使得该气门开闭时间变更装置将所述进气门的关闭时间设定于进气下死点的附近。
在本发明中，将进气门的闭合时间设定于进气下死点附近。从而，当活塞上升时，使进气门关闭。结果，丰富燃料部分的空燃混合物没有被吹回到进气通道，并且火花塞周围没有变得稀薄。
发明的有益效果
本发明的内燃机能够控制燃料喷射到进气通道中的状况，从而使排气净化催化剂在早期活化，而无需在气缸内设置将燃料直接喷射到气缸中的直喷喷射器。
附图说明
图1是关于本发明的一个实施例的内燃机的示意性构造图。
图2是图1中的主要部分的构造图。
图3是示出了喷射控制的功能的示意性框图。
图4是燃料喷射的控制流程图。
图5是示出了进气门的升程操作和位移速度的随着时间变化的图示。
图6是示出了进气门在燃料喷射时期的操作的说明图示。
具体实施方式
将参考图1和图2来描述本发明的内燃机。
图1示出了关于本发明的一个实施例的整个内燃机的示意性构造图，而图2示出了进气口周围的构造。
如图1所示，每个气缸的火花塞3安装于作为内燃机(发动机)的发动机主体(下文中，称为“发动机”)1的气缸头2，并且输出高压的点火线圈4连接于火花塞3。此外，对于每个气缸，气缸头2都形成有进气口5(进气通道)，并且进气门7设置在每个进气口5的燃烧室6侧上。进气门7随着根据发动机的旋转而旋转的凸轮轴(未示出)的凸轮而被打开或关闭，以便进行每个进气口5和燃烧室6之间的连通或阻断。
进气歧管9的一端连接于各自的进气口5，并且该进气歧管9与该进气口5连通。电磁燃料喷射阀(喷射器)10安装于进气歧管9，并且经由燃料管8将燃料从燃料箱供应到喷射器10。该电磁燃料喷射阀10可以安装于气缸头2。
此外，对于每个气缸，气缸头2都形成有排气口11，并且排气门12设置在排气口11的燃烧室6侧。排气门12随着根据发动机的旋转而旋转的凸轮轴(未示出)的凸轮而被打开或关闭，以便进行各自的排气口11和燃烧室6之间的连通或阻断。而且，排气歧管13的一端连接于各自的排气口11，并且排气歧管13与该排气口11连通。
此外，由于这种类型的发动机是已知的，所以省略其构造的细节。
在喷射器10的上游侧上，进气管14连接于进气歧管9，电磁节气门15安装于进气管14，并且该进气管具有检测节气门15的开度的节气门位置传感器16。通过油门位置传感器62来检测油门踏板61的踩踏量，并且基于油门位置传感器62的检测信息来操作节气门15。
在节气门15的上游侧上，设置有测量进气量的气流传感器17。作为该气流传感器17，可以使用卡门涡(Karman vortex)式或热膜式气流传感器。此外，在进气歧管9与节气门15之间的进气管14之间安装有储风箱18。
排气管20连接于排气歧管13的另一端，并且排气再循环口(EGR口)21从排气歧管13分支。EGR管22的一端连接于EGR口21，而EGR管22的另一端连接于储风箱18的上游部分的进气管14。靠近出储风箱18的EGR管22具有EGR阀23。当打开EGR阀23时，一部分排气经由EGR管22被引入到储风箱18的上游部分的进气管14中。
即，EGR管22和EGR阀23构成了排气再循环装置(EGR装置)。EGR装置是用于使一部分排气再循环到发动机1的进气***(储风箱18)、降低发动机的燃烧室6中的燃烧温度并减少氮氧化物(NOX)的排放量的一种装置。当EGR阀23打开或关闭时，一部分排气根据开度作为EGR气体以预定的EGR率而再循环到进气***。
此外，当排气通过EGR装置再循环到发动机1的进气***时，能够减少由节气门15控制的空气量。即，即使节气门15打开，也而没有大量空气流入，并且能够减少节气门15的节气损失。此外，即使在低速且低旋转区域，也能够在流入到燃烧室中的近期中产生湍流。
同时，进气歧管9具有扰流片25，并且该扰流片25通过诸如负压致动器这样的致动器26来使该扰流片25打开或关闭。扰流片25由诸如蝴蝶阀或百叶阀这样的开闭式阀门构成，并且如图1所示，该扰流片25适合于使进气通道的下半部分打开或关闭。即，通过关闭扰流片25，在进气通道横截面的上侧中形成开口部，并且通过使进气通道的横截面积变窄而使燃烧室6的内部发生纵向湍流。
此外，储风箱18的上游部分的进气管14具有增压器51。在增压器51中，发动机1的排气使设置在排气歧管13处的排气涡轮51a旋转，通过直接连接于排气涡轮51a的进气压缩机51b的操作，进气被压缩并体积密度增大，并且，压缩了的并且体积密度增大了的进气被运送(增压)至燃烧室6。
排气净化催化剂(例如，三效催化剂)55放置在与排气歧管13相连的排气管20中，并且排气被该排气净化催化剂55净化。排气净化催化剂55具有催化剂温度传感器56，并且根据由该催化剂温度传感器56检测的温度信息来确定排气净化催化剂55的活化状态(例如，是否冷态)。
此外，在检测排气净化催化剂55的温度的情况下，除了催化剂温度传感器56，还可以利用ECU(电子控制单元)31由发动机1的运转状态等来推算(计算)温度。
例如，在排气净化催化剂55中，当排气空燃比接近理论空燃比(理论配比)时，排气中含有的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)等被净化。此外，当排气空燃比已经达到氧化性气氛(稀空燃比)时，HC或CO被氧化或净化，并且存储氧气(O2)直到排气空燃比变成还原性气氛(浓空燃比)为止。当排气空燃比已经达到浓空燃比时，NOX被还原或净化，并且释放所储存的氧气O2，并且，HC或CO被氧化或净化。
发动机1具有可变气门机构63，该可变气门机构63任意改变进气门7和排气门12的升程量和升程时间(气门工作状态)。随着通过可变气门机构63来改变凸轮相位，随意地设定进气门7和排气门12的工作状态。此外，燃料管8具有燃压传感器64，该燃压传感器64检测供应到喷射器10的燃料的压力。此外，发动机1具有检测曲柄角以获得发动机转速(Ne)的曲柄角传感器32，以及检测冷却水温度的水温传感器33。
ECU(电子控制单元)31包括输入/输出单元、存储单元(ROM、RAM等)、中央处理器(CPU)、计时器等等。由ECU 31来综合控制发动机1。
诸如上述的节气门位置传感器16、气流传感器17、曲柄角传感器32、水温传感器33、催化剂温度传感器56、油门位置传感器62和燃压传感器64这样的各种传感器连接于ECU 31的输入侧，并且由这些传感器检测到的检测信息被输入到ECU 31的该输入侧。此外，可变气门机构63的信息被输入到ECU 31，并且进气门7和排气门12的升程量和升程时间的信息被发送到ECU。
同时，诸如上述的点火线圈4、节气门15、喷射器10的驱动装置、EGR阀23、扰流片25的致动器26以及可变气门机构63这样的各种输出装置连接于ECU 31的输出侧。ECU 31基于由各种传感器检测的检测信息而计算出的燃料喷射量、燃料喷射时段、燃料喷射时间、点火时间、EGR阀23的工作时间和工作量、扰流片25的工作时间以及进气门7和排气门12的工作状态(气门工作状态)等被输入到这些各种输出装置中。
基于由各种传感器检测的检测信息将空燃比设定为合适的目标空燃比，并且在恰当的时刻从喷射器10喷射根据所述目标空燃比的量的燃料，将节气门15调节为合适的开度，并且在恰当的时刻通过火花塞3进行火花点火。
本实施例的发动机1适于在进气冲程期间从喷射器10喷射燃料，并且在排气冲程期间从喷射器10喷射燃料。此外，如果在喷射的燃料已经到达进气门7附近时该进气门7打开，这种情况被定义为进气冲程喷射。如果进气门7还没有被打开，这种情况被定义为排气冲程喷射。实际上，由于存在时间延迟，例如从喷射器的驱动指令直到燃料到达进气门7附近为止的喷射器阀门的阀门打开延迟以及从喷射器10到进气门7的传输延迟，所以进气冲程喷射的喷射器驱动指令可能是在排气冲程期间进行的。
通过在进气门7打开的进气冲程期间喷射燃料，抑制了燃料附着在进气口5或进气门7的伞形部，使得燃料的气化潜热能够用于冷却进气。
因此，可以使混合气的温度降低来抑制爆震的发生，可以使空气密度增加而使满载时的进气量增大，并且，即使在喷口喷射的情况下，也能够最大程度地实现进气冷却的效果。
如图2所示，关于利用喷射器10的燃料喷射，当进气门7打开时，燃料在进气口5的气门座与进气门7的伞形部之间经过，并且直接进入到燃烧室6内。在这种情况下，通过利用由燃料喷射引起的流动来使燃料不均匀地分布在附图中的横跨气门轴的上侧上，能够加强燃烧室6中的湍流。此外，通过使燃料不均匀地分布在跨过气门轴的左方向和右方向中任意一个方向上，能够加强燃烧室6中的湍流。
通过在排气冲程期间从喷射器10喷射燃料，获得其中燃料和空气在进气口5内部被充分均匀混合的空燃混合物。由于喷射器10设置在进气口5中，所以该喷射器10具有不需要确保耐热性和耐压性的简单的连接结构，而没有被暴露于高温和高压的燃烧气体。此外，由于不需要喷射高压燃料，能够使由于泵的功率损失对性能的影响小。
因此，在气缸中不设置用于将燃料直接喷射到气缸中的直喷喷射器的情况下，通过控制到进气通道的燃料喷射的状况，即，通过根据运转情况来设定进气冲程中的燃料喷射与排气冲程中的燃料喷射的比率，可以维持燃料被直接喷射到气缸中的情况下的性能，并且获得高性能。
另一方面，在本实施例的发动机1中，当排气净化催化剂55的温度低于预定温度时(诸如冷态开始时的冷态时)，实施燃料喷射(催化剂暖机燃烧)，以便在早期令排气净化催化剂55到达活化温度或更高。即，在包含进气冲程的时间喷射燃料，从而实施催化剂暖机燃烧。
通过在进气冲程期间利用喷射器10进行燃料喷射，如图2所示，将燃料直接喷入进气口5的气门座与进气门7的伞形部之间的燃烧室6。从而，在燃烧室6内形成分层的空燃混合物，使得空燃混合物的燃料丰富部分能够聚集在火花塞3周围。因此，可以使点火和火焰传播稳定，从而使得点火时间能够延迟，并且由于点火时间的延迟能够使排气温度升高。此外，使得分层的空燃混合物的燃料丰富部分的CO和O2与排气共存，并且促进气缸内膨胀冲程的后半部分中的氧化反应、排气管内的氧化反应，以及排气净化催化剂55的氧化反应，使得排气净化催化剂55的温度能够升高。
由于燃料不均匀地分布在图2中横跨气门轴的上侧上，所以燃料停滞在由于进气流或由燃料喷射引起的流动而形成在进气门7的伞形部处的剥离涡流S内，并且空燃混合物的燃料丰富部分被引导至火花塞3周围，使得点火的稳定性更加可靠。此外，如上所述，由于通过由燃料喷射引起的流动能够使气缸内的湍流或漩涡流加强，所以通过气缸内扰流的加强能够促进火焰传播，并能使燃烧稳定。
例如，在双进气门发动机中，在对应于两个进气门的进气口中分别设置有喷射器的发动机(双喷射器)的情况下，燃料仅仅从一个喷射器喷射，以通过由燃料喷射引起的流动而在气缸内形成漩涡流。从而，通过气缸内扰流的加强能够促进火焰传播，并能使燃烧稳定。
此外，在本实施例的发动机1中，当在包含进气冲程期间的时间喷射燃料以实施催化剂暖机燃烧的时候，进气门7被可变气门机构63关闭的时间变成靠近活塞的进气下死点的时间。从而，在活塞已经上升之后关闭进气门7，并且因此，不存在燃料丰富部分的空燃混合物被吹回到进气口的情况，并且火花塞周围的混合物变得稀薄。
根据发动机1的运转状态，通过ECU 31的喷射控制装置来设定进气冲程期间的燃料喷射与排气冲程期间的燃料喷射的比率。而且，如果排气净化催化剂55的温度低于预定温度，那么就实施用于使排气净化催化剂55达到或高于活化温度的燃料喷射(催化剂暖机燃烧)，使得即使在诸如冷态开始时的冷态的时候也能够在早期获得利用排气净化催化剂55的充足净化特性。根据排气净化催化剂55的温度状况，通过喷射控制装置(控制装置)来设定实施催化剂暖机燃烧时的燃料喷射。
将参考图3至图6来描述具体的控制状况。
图3示出了表示喷射控制功能的示意性框图，图4示出了利用燃料喷射装置的燃料喷射的状况，图5示出了进气门的升程操作和位移速度随着时间的变化状态，而图6示出了在催化剂暖机燃烧时进气门的升程操作和位移速度随着时间的变化状态。
如图3所示，基于曲柄角传感器32的检测信息的发动机转速Ne、气流传感器17的检测信息、基于催化剂温度传感器56的信息的催化剂温度TCAT、油门位置传感器62的检测信息、基于燃压传感器64的检测信息的实际燃压Preal以及基于可变气门机构63的信息的相位和升程信息(气门相位和气门升程)被输入到ECU 31。
ECU 31具有燃压设定装置71，该燃压设定装置71根据发动机1的发动机转速Ne和负载(进气量等)来设定燃压(目标燃压)Pobj。由该燃压设定装置71所设定的目标燃压Pobj被发送到喷射控制装置72。在喷射控制装置72中，根据目标燃压Pobj以及发动机1的发动机转速Ne和负载(进气量等)来设定进气冲程喷射中的燃料喷射与排气冲程中的燃料喷射的比率。
此外，ECU 31具有暖机燃烧装置75，该暖机燃烧装置75根据各种输入信息来判断需要暖机燃烧，并且来自暖机燃烧装置75的关于暖机燃烧的信息被发送至喷射控制装置72(控制装置)。在喷射控制装置72中，根据催化剂温度TCAT、发动机1的发动机转速Ne和进气量等来控制进气冲程喷射中的燃料喷射的状况(喷射时间、燃压等)。
而且，ECU 31具有进气冲程喷射装置73(燃料喷射装置)和排气冲程喷射装置74(燃料喷射装置)，该进气冲程喷射装置73在进气冲程期间从喷射器10喷射燃料，该排气冲程喷射装置74在排气冲程期间从喷射器10喷射燃料。驱动指令从所述进气冲程喷射装置73和排气冲程喷射装置74发送到喷射器10，并且在预定的冲程时间喷射预定量的燃料。
由喷射控制装置72所设定的进气冲程喷射中的燃料喷射与排气冲程中的燃料喷射的比率的信息被发送到进气冲程喷射装置73和排气冲程喷射装置74，并且，根据所述比率的信息，将驱动指令从进气冲程喷射装置73和排气冲程喷射装置74发送到喷射器10。此外，在催化剂暖机燃烧时，发送进气冲程喷射中燃料喷射的状况(喷射时间、燃压等)，并且根据所发送的信息将驱动指令从进气冲程喷射装置73和排气冲程喷射装置74发送到喷射器10。
关于进气冲程中燃料喷射的喷射终止时间，为了抑制由于吹回到进气口5或者在进气口7的伞形部的附着量变化而引起的空燃比的变动，而使喷射终止时间固定。如图5所示，从进气门7的升程开始之后直到升程变为最大的时段成为了进气门7在其打开方向上产生位移速度的时段。在该时段中，燃料很难附着于进气门7，并且易于直接进入气缸。
另一方面，在进气门7的升程变为最大之后的时段成为了进气门7中在其关闭方向上产生位移速度的时段。在该时段中，燃料易于附着于进气门7，并且很难直接进入气缸。此外，当在活塞的进气下死点(BDC)之后进气门7的升程没有变为0的时段内进行燃料喷射的时候，由于活塞的上升而发生从气缸到进气口5的吹回，并且燃料不再直接进入气缸。因此，这是不希望的。
因此，喷射燃料并且促进燃料向气缸的吸入，使得燃料喷射时段的中心位置位于关闭进气门7之前。在该情况下，还可以在进气门7的最大升程之前终止燃料喷射。换句话说，还可以在进气门7在关闭方向上发生位移速度之前终止燃料喷射。关于在排气冲程中的燃料喷射的喷射终止时间，对进气门7的伞形部的附着量的改变小，并且气缸内的空燃比不受影响。因此，使得喷射终止时间可变。
将参考图4至图6来描述具体的处理状况。
如图4所示，当开始处理时，在步骤S1中，由发动机转速Ne和油门开度θaps来计算目标转矩Tobj。在步骤21中，判断发动机1是否被暖机，或者是否需要用于使排气净化催化剂55活化的暖机燃烧。由催化剂温度传感器56的检测信息、从发动起1的起动开始的经过时间、水温传感器33的检测信息等来判断是否需要暖机燃烧。
如果在步骤S21中判断不需要暖机燃烧，即，如果判断发动机1被暖机并且排气净化催化剂55处于活化状态，那么基于根据运转状况而设定的比率来执行进气冲程喷射中的燃料喷射和排气冲程喷射中的燃料喷射，并且处理进行至返回。
如果在步骤S21中判断需要暖机燃烧，那么在步骤S23中判断排气净化催化剂55的温度(催化剂温度)TCAT是否低于预定温度。如果在步骤S23中判断催化剂温度低于预定温度，那么在步骤S24中，基于发动机转速Ne和目标转矩Tobj，从ECU map图读取并设定目标节气门开度θtps、目标燃压Pobj、目标燃料喷射量Qobj和目标点火时间θsa。
在步骤S25中，由发动机转速(Ne)、气门相位、气门升程来计算气门打开时间θIO和气门关闭时间θIC，将活塞的进气上死点TDC设定为θITDC，并且将活塞的进气下死点BDC设定为θIBDC。在步骤S26中，计算当进气门7的位移速度从大于等于零变为负值的时间，即，当在闭合方向上产生位移速度的时间θACC0。
如果将催化剂温度TCAT设定为例如低于预定温度的冷态时的温度，那么实施包含进气冲程中的燃料喷射的控制，而不单独进行排气冲程中的燃料喷射。通过实施进气冲程中的燃料喷射，提供分层的空燃混合物来进行暖机燃烧，从而在早期使排气净化催化剂55活化。
当在步骤S26中计算出进气门7的位移速度从大于等于零变为负值的时间θACC0之后，处理进行到设定催化剂暖机燃烧中的燃料喷射时间的步骤S27。在步骤S27中，示出了当实施进气冲程中的燃料喷射时的喷射开始时间θSOI和喷射终止时间θEOI的设定。
在这种情况下，如图6所示，根据活塞的压缩上死点为0°、进气下死点θIBDC为-180°、进气上死点θITC为-360°以及排气下死点为-540°时的角度大小来设定所述时间。
在步骤S27中，设定喷射开始时间θSOI和喷射终止时间θEOI，处理返回，从而，催化剂暖机燃烧的处理终止。结果，燃压可以被设定为高，以便缩短喷射时间而进一步提高分层度。
将喷射开始时间θSOI设定为比通过从气门打开时间θIO和进气上死点θITDC中的较大者(较晚者)中减去(提前)直到所喷射的燃料已经到达进气门7为止的延迟时间θdly而获得的时间迟的时间。延迟时间θdly包括喷射器针形阀的阀门升度。即，将喷射开始时间θSOI设定为使得在进气门7打开的状态下将燃料喷射进气缸中。即，满足下面的表达式(1)：
θSOI＞Max(θIO，θITDC)-θdly  (1)
将喷射终止时间θEOI设定为比通过从当进气门7的位移速度由大于等于零变为负值时的时间θACC0和进气下死点θIBDC中的较小者(较早者)中减去(提前)直到所喷射的燃料已经到达进气门7的延迟时间θdly而获得的时间早的时间。即，满足下面的表达式(2)：
θEOI＞Min(θACC0，θIBDC)-θdly  (2)
另一方面，如果在步骤S23中判断催化剂温度TCAT大于等于预定温度，那么在步骤S28中，基于发动机转速Ne和目标转矩Tobj，从ECU map图读取并设定目标节气门开度θtps、目标燃压Pobj、目标燃料喷射量Qobj和目标点火时间θsa。
在步骤S29中，由发动机转速Ne、气门相位和气门升程来计算气门打开时间θIO和气门关闭时间θIC，并将活塞的进气上死点(TDC)设定为θITDC，并且将活塞的进气下死点(BDC)设定为θIBDC。在步骤S30中，设定喷射开始时间θSOI，处理进行至返回，并且催化剂暖机燃烧的处理结束。
将喷射开始时间θSOI设定为比通过从进气门7的气门打开时间θIO和进气上死点θITDC中较大者(较迟者)减去(提前)直到所喷射的燃料已经到达进气门7为止的延迟时间θdly而获得的时间早的时间。延迟时间θdly包括喷射器针形阀的阀门开度。即，将喷射开始时间θSOI设定为使得向气缸提供在进气门7关闭的状态下喷射燃料并且燃料被充分均匀混合的空燃混合物。即，满足下面的表达式(3)：
θSOI＜Max(θIO，θITDC)-θdly  (3)
为了充分考虑在催化剂暖机燃烧的处理已经终止之后直到发动机的暖机终止的燃料的气化时间，并且抑制HC的排放，期望进行排气冲程喷射。此时，为了对抑制HC排放给予优先并且实现抑制由于喷雾的微粒化提升而引起HC排放，可以将燃压设定为高。此外，为了对改善燃料成本给予优先，可以将燃压设定为低。
当在步骤S23中判断催化剂温度TCAT低于预定温度的情况下的催化剂暖机期间，与在步骤S23中判断催化剂温度TCAT大于等于预定温度的情况相比，由于出于使排气温度高的目的而使点火时间大幅延迟的设定，不输出转矩。从而，需要大幅地打开节气门，并且燃料喷射量相应地增多。
在上述发动机1中，当排气净化催化剂55的温度低于预定温度时，或者在诸如冷态开始时的冷态的时候，能够在包含进气冲程的时间喷射燃料以实施催化剂暖机燃烧，并且能够使排气净化催化剂55在早期活化而达到活化温度或更高。即，可以使空燃混合物的燃料丰富部分聚集在火花塞3周围并且使点火和火焰传播稳定，从而由于点火时间的延迟而使排气温度升高，此外，使得分层的空燃混合物的燃料丰富部分的CO和O2与排气共存，并且促进气缸内膨胀冲程的后半部分中的氧化反应、排气管内的氧化反应，以及排气净化催化剂55的氧化反应，使得排气净化催化剂55的温度能够升高。
在催化剂暖机燃烧中，进气冲程的燃料喷射的时段成为喷射燃料而使得燃料喷射时段的中心位置位于进气门7关闭之前的时段，并且成为在进气门7的打开方向上产生位移速度的时段。因此，能够在促进空燃混合物向气缸吸入的时段内喷射燃料。此外，进气门7关闭的时间成为活塞的进气下死点的附近的时间。从而，在活塞已经上升之后关闭进气门7，因此，不存在燃料丰富部分的混合物被吹回进气口，并且火花塞周围的混合物变得稀薄的情况。
因此，上述发动机1能够控制燃料喷射到进气通道中的状况，从而使排气净化催化剂55在早期活化，而无需在气缸内设置将燃料直接喷射到气缸中的直喷喷射器。
工业实用性
本发明能够应用在可使排气净化催化剂在早期活化的内燃机的工业领域中。

Claims (4)

1.一种内燃机，包括：
喷射器，该喷射器将燃料喷射到进气通道内；
进气开口，该进气开口与气缸内的所述进气通道连通；
燃料喷射装置，该燃料喷射装置至少包括在进气冲程期间使得所述喷射器喷射燃料的进气冲程喷射装置；以及
喷射控制装置，在排气净化催化剂的温度低于或等于预定温度的状态下，该喷射控制装置控制所述进气冲程喷射装置在进气冲程期间从所述喷射器喷射燃料并且将燃料从进气开口引入到气缸中，从而在所述气缸内形成分层的空燃混合物，
其中，所述喷射控制装置操作所述进气冲程喷射装置来喷射燃料，使得来自所述喷射器的燃料喷射时段的中心位于在进气门的闭合方向上发生位移速度之前。
2.根据权利要求1所述的内燃机，其中
在所述进气门的闭合方向上发生位移速度之前，所述喷射控制装置操作所述进气冲程喷射装置来完成从所述喷射器的燃料喷射。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机，其中
将所述喷射器设置成使得由所述进气冲程喷射装置的操作而喷射的燃料在所述进气门的伞形部的外周与所述进气开口的边缘之间经过，并且所述分层的空燃混合物的燃料丰富部分被引导至火花塞周围。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的内燃机，还包括：
气门开闭时间变更装置，该气门开闭时间变更装置利用所述喷射控制装置使所述进气门的打开时间和关闭时间改变，
其中，所述喷射控制装置使得所述气门开闭时间变更装置将所述进气门的关闭时间设定于进气下死点的附近。
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