CN106687677A

CN106687677A - 内燃发动机

Info

Publication number: CN106687677A
Application number: CN201580047089.XA
Authority: CN
Inventors: 芦泽刚; 越智雄大
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-05-17
Also published as: US20170284329A1; WO2016035276A1; JP2016053333A; JP6206364B2; EP3189222A1

Abstract

本发明的一个目的是在使用自着火温度比较高的燃料的内燃发动机中实现稳定的柴油燃烧。在该内燃发动机中，进行预喷射和预喷射燃料的点火，并且此后进行主喷射以使主喷射燃料的一部分通过扩散燃烧而燃烧。燃料喷射阀的喷射口是以这样的方式设置的，即，喷射到通过以燃料喷射阀为中心在涡流的旋转方向上自点火装置的位置起在90度以下的预定角度限定出的预定区域的主喷射燃料的量比较少。

Description

内燃发动机

技术领域

本发明涉及一种内燃发动机。

背景技术

所谓的柴油发动机——其中燃料向燃烧室的压缩空气中直接喷射、自行着火、并且通过扩散燃烧而燃烧——就其优良的热效率而言优于火花点火式燃烧。尽管通常用于柴油燃烧中的燃料是自着火温度比较低的轻油，但例如专利文献1公开了一种使用自着火温度比较高的天然气作为燃料的柴油燃烧技术。具体地，在燃烧室的预定区域中在压缩行程的初期或中期进行燃料喷射(预喷射)，并且形成在前述区域中的空燃混合物在紧临压缩行程的上死点之前的时期点火，以在燃烧室内确立能够实现天然气的自着火的高温、高压的状态。此外，用于扩散燃烧的燃料喷射(主喷射)在处于压缩行程的上死点之后的高温高压状态的燃烧室中进行。

[引用清单]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请特开No.2003-254105

[专利文献2]日本专利申请特开No.2002-097960

[专利文献3]日本专利申请特开No.2008-267318

发明内容

[技术问题]

在燃烧室内通过预喷射而喷射的燃料在其中燃烧的区域中，氧由于燃烧而被消耗。如果燃料通过主喷射而喷射到该区域中，则燃烧通过主喷射而喷射的燃料所需的氧将不足。因此，通过主喷射而喷射的燃料的燃烧状态将恶化，从而可能导致烟雾的产生。

本发明是鉴于上述问题而做出的，并且本发明的一个目的在于在使用自着火温度比较高的燃料的内燃发动机中实现稳定的柴油燃烧。

[问题的解决方案]

为了解决上述问题，根据本发明，提供了一种具有燃烧室的内燃发动机，在所述燃烧室中产生围绕气缸中心轴线的涡流或回旋流，所述内燃发动机包括：燃料喷射阀，所述燃料喷射阀具有多个喷射口并且沿从气缸中心轴线朝向气缸壁的方向喷射燃料；点火装置，所述点火装置相对于所述燃料喷射阀的位置是以这样的方式设定的，即，经所述燃料喷射阀喷射的燃料喷雾经过点火可能区域并且所述点火装置能直接点燃该燃料喷雾；控制器，所述控制器配置成进行预喷射——该预喷射是在压缩行程期间通过所述燃料喷射阀进行的燃料喷射，通过所述点火装置点燃预喷雾——该预喷雾是通过所述预喷射而形成的燃料喷雾，并且此后进行主喷射——该主喷射是在压缩行程上死点前的使得能通过预喷射燃料的火焰开始燃烧的预定喷射开始时间通过所述燃料喷射阀进行的燃料喷射，由此使主喷射燃料的至少一部分通过扩散燃烧而燃烧，

其中，所述燃料喷射阀具有以这种方式设置的多个喷射口，即，喷射到通过以所述燃料喷射阀为中心在涡流的旋转方向上自所述点火装置的位置起在90度以下的预定角度限定出的预定区域的所述主喷射燃料的量比喷射到位置在涡流的旋转方向上与所述预定区域相邻或隔开、不包含所述预定区域并且由与所述预定角度相等的角度限定成具有与所述预定区域相同的大小的区域的所述主喷射燃料的量少。

在该内燃发动机中，预喷射在主要决定内燃发动机功率的主喷射之前进行，并且通过预喷射而喷射的燃料(以下将称为“预喷射燃料”)被火花点火，使得预喷射燃料的一部分保持未燃烧并与通过主喷射而喷射的燃料(以下将称为“主喷射燃料”)一起经受柴油燃烧。通过这样进行预喷射和主喷射，燃烧室内在主喷射时确立适于主喷射燃料的柴油燃烧的状况，并且预喷射燃料的一部分可有助于内燃发动机的功率。因此，能提高热效率。应当指出，本发明的上下文中的用语“预”和“主”仅在它们的时间前后关系上量化两种喷射，并且这些用语不应当以下面描述中的技术含义以外的任何限制意义来解释。

点火装置相对于燃料喷射阀的位置是以点火装置能直接点燃通过的燃料喷雾这样的方式设定的，所述通过的燃料喷雾是经燃料喷射阀喷射并从点火可能区域通过的燃料喷雾。点火装置与燃料喷射阀之间的相对位置关系不限于燃料喷射阀的喷射口指向点火装置这样的关系或燃料喷雾的中心从点火可能区域通过这样的关系。也有可能的是，燃料喷射阀的喷射口不指向点火装置，但是燃料喷雾的一部分进入点火可能区域。一般而言，借助于在进气门打开时燃烧室内根据目标燃烧形式而形成的气流或位于活塞顶部上的空腔等的形状来使空燃混合物到达点火装置的点火可能区域，从而点燃燃料喷雾。在这种一般采用的点火模式中，通过喷射阀进行喷射的喷射时间在很大程度上取决于进气门的打开时间和气缸内的活塞位置以及其它因素。与此相对，在根据本发明的内燃发动机中，由于燃料喷射阀和点火装置的相对位置是如上所述相对于彼此设定的，所以燃料喷射时间和点火时间的控制具有极高的自由度，从而使各燃料喷射的控制成为可能。优选地，点火装置适合能够与内燃发动机的进气门的打开时间和活塞位置无关地在期望时间直接点燃经燃料喷射阀喷射的所通过的燃料喷雾。

在本发明中，首先，在压缩行程期间进行预喷射，并且通过点火装置点燃预喷雾。此后，在压缩行程上死点之前的预定喷射开始时间进行主喷射，从而引起自着火扩散燃烧。主喷射是以燃烧通过预喷射燃料的火焰而开始这样的方式进行的燃料喷射。因此，预喷射与主喷射之间的相关性被控制成使得主喷射燃料通过利用预喷射燃料的点火和燃烧产生的火焰点燃并且随后引起自着火扩散燃烧。可以以使得在主喷射之后能引起自着火扩散燃烧的方式考虑与主喷射的相关性来确定进行预喷射的时间。

已发现，以上述方式进行预喷射和主喷射能实现通过常规技术无法实现的内燃发动机的燃烧稳定性和热效率提高。认为能实现这种燃烧稳定性和热效率提高的原因之一是，利用预喷射和主喷射的上述关联，在主喷射的燃料喷射时在燃烧室内通过预喷射燃料的燃烧确立了高温高压状态，并且预喷射燃料的一部分连同主喷射燃料一起自着火并通过扩散燃烧而燃烧以有效地贡献了发动机功率。能通过本发明实现内燃发动机的燃烧稳定性和热效率提高的原因不限于上述原因，并且基于上述技术思想的内燃发动机全都落入本发明的范围内，即使燃烧稳定性和热效率提高是由于其它原因而实现的。

在存在预喷射燃料的已燃气体的区域(以下将称为已燃气体区域)中，氧浓度已由于预喷射燃料的燃烧而降低，并且存在氧量不足够用于主喷射燃料的燃烧的可能性。因此，如果主喷射指向已燃气体区域，则存在在该已燃气体区域中主喷射燃料的燃烧状态可能恶化的可能性。如果使喷射到通过以燃料喷射阀为中心在涡流的旋转方向上自所述点火装置的位置起在90度以下的预定角度限定出的预定区域的主喷射燃料的量相对少，则能抑制由于氧不足而引起的燃烧状态的恶化。由于燃烧室中存在涡流，所以已燃气体区域通过涡流运送。换言之，在自预喷射燃料的点火起到主喷射开始的时间段中，已燃气体区域沿涡流的旋转方向移动。在根据本发明的内燃发动机中，燃料喷射阀的喷射口的位置或形状是以通过主喷射而喷射的燃料不太可能到达已燃气体区域能通过涡流的作用移动或运送到的区域这样的方式设计的。在进行主喷射时，认为已燃气体区域已从点火装置的位置沿涡流的旋转方向移动。因此，上述预定角度的范围可被设定为从点火装置延伸。涡流围绕气缸中心轴线回旋，但涡流的中心轴线和气缸中心轴线不必彼此精确地一致。而且，涡流的中心轴线和燃料喷射阀的中心轴线不必彼此精确地一致。再者，在本发明的上下文中提到的气缸中心轴线不必严格位于气缸的中心。例如，气缸中心轴线可以是在从上方看去时位于气缸内的中心区域中并沿活塞上下往复运动的方向延伸的轴线。换言之，重要的是气缸中心轴线位于中心区域中。

在根据本发明的内燃发动机中，所述预定区域可以是燃烧室内预期在所述主喷射在所述预喷射燃料的已燃气体已通过涡流运送之后进行时存在所述预喷射燃料的已燃气体的区域。预定区域可以是在预喷射燃料的已燃气体区域已通过涡流运送之后存在该已燃气体的区域。预定区域涉及预喷射与主喷射之间的喷射间隔，并且可表述为预定区域是在进行主喷射时存在大量预喷射燃料的已燃气体的区域。上述预定区域可以是已燃气体区域在其上方延伸的区域或已燃气体区域能在其上方延伸的区域。预定角度是以所述燃料喷射阀为中心在涡流的旋转方向上自所述点火装置的位置起的角度，并且该角度可以是预期已燃气体跨越其延伸的角度。预定角度是以燃料喷射阀为中心在涡流的旋转方向上自所述点火装置的位置起的角度，并且该角度可以是已燃气体区域跨越其延伸或能跨越其延伸的角度。燃料喷射阀的多个喷射口是考虑预定区域设置的。

用语“喷射到通过以所述燃料喷射阀为中心在涡流的旋转方向上自所述点火装置的位置起在90度以下的预定角度限定出的预定区域的所述主喷射燃料的量比喷射到位置在涡流的旋转方向上与所述预定区域相邻或隔开、不包含所述预定区域并且由与所述预定角度相等的角度限定成具有与所述预定区域相同的大小的区域的所述主喷射燃料的量少”应当被解释为包含主喷射燃料根本未喷射到预定区域的情形。

通过使喷射到预定区域的主喷射燃料的量相对少，可以防止可用于主喷射燃料的燃烧的氧不足。因此，可以防止燃烧状态的恶化并提高热效率。

在根据本发明的内燃发动机中，所述燃料喷射阀可以不具有在所述主喷射时朝所述预定区域喷射所述主喷射燃料的喷射口。

换言之，喷射口可以以在主喷射时燃料喷射阀的喷射口不朝预定区域取向这样的方式设置。由于已燃气体区域沿涡流的旋转方向移动，所以喷射了构成已燃气体区域的来源的燃料的喷射口在主喷射时不再与已燃气体区域对向。因此，通过喷射了构成已燃气体区域的来源的燃料的喷射口喷射的主喷射燃料能利用足量的氧燃烧。另一方面，存在相对于涡流的旋转方向位于喷射了构成已燃气体区域的来源的燃料的喷射口的下游的喷射口在主喷射时会与已燃气体区域对向的可能性。如果燃料喷射阀的喷射口围绕燃料喷射阀的中心轴线等间隔(或等角间隔)配置，则存在通过相对于涡流的旋转方向位于喷射了构成已燃气体区域的来源的燃料的喷射口的下游的喷射口喷射的燃料会进入已燃气体区域的可能性。

如果不存在在主喷射时与预定区域(或已燃气体区域)对向的喷射口，则能防止主喷射燃料进入已燃气体区域，并且能促进主喷射燃料的燃烧。因此，能抑制主喷射燃料的燃烧状态的恶化。

在根据本发明的内燃发动机中，所述燃料喷射阀的在所述主喷射时朝所述预定区域喷射所述主喷射燃料的喷射口的尺寸可小于所述燃料喷射阀的在所述主喷射时朝所述预定区域以外的区域喷射所述主喷射燃料的喷射口的尺寸。

换言之，与预定区域对向的喷射口的尺寸可小于不与预定区域对向的喷射口的尺寸。如果燃料压力相同，则喷射口的尺寸越小，经它喷射的燃料量就越少。因此，如果与预定区域对向的喷射口的尺寸相对小，则能使到达预定区域(或已燃气体区域)的主喷射燃料的量相对少。

由于这样使进入已燃气体区域的主喷射燃料的量少，所以能促进主喷射燃料的燃烧。因此，能抑制主喷射燃料的燃烧状态的恶化。

根据本发明的内燃发动机可具有设置在所述内燃发动机的进气通路中并且能够通过减小开度来增大所述内燃发动机的气缸内的涡流的速度的涡流控制阀，并且内燃发动机的发动机转速越高，可使所述涡流控制阀的开度越大。

涡流的速度可根据内燃发动机的发动机转速而变化。发动机转速越高，进气流的速度就越高，并且涡流的速度就能越高。涡流的速度的变化引起通过预喷射燃料的燃烧形成已燃气体区域之后主喷射开始之前的已燃气体区域的移动距离的变化。燃料喷射阀的喷射口之间的间隔或喷射口的尺寸在燃料喷射阀安装在内燃发动机中的状态下无法变化。如果喷射口是考虑已燃气体区域在整个运转范围中的位置设计的，则预喷射燃料的量和主喷射燃料的量在大范围内变少。鉴于这种情况，可以不论该内燃发动机的发动机转速如何都保持涡流的速度不变。为此，根据本发明的内燃发动机可适于通过涡流控制阀来控制涡流的速度。当涡流控制阀的开度减小时，涡流的速度由于流入燃烧室内的进气的不均匀程度增大和进气流的速度增加而提高。相反，当涡流控制阀的开度增大时，涡流的速度由于流入燃烧室内的进气的不均匀程度减小和进气流的速度减小而降低。因此，内燃发动机的发动机转速越高，可使涡流控制阀的开度越大。通过此控制，不论内燃发动机的发动机转速如何，都能保持涡流的速度不变。因此，能抑制已燃气体区域的移动距离变化，并且能抑制主喷射燃料进入已燃气体区域。

[本发明的有利效果]

本发明能在使用自着火温度比较高的燃料的内燃发动机中实现稳定的柴油燃烧。

附图说明

[图1]图1是示出本发明的实施例适用的内燃发动机的进气***和排气***的大体构型的图。

[图2]图2是示出燃料从根据实施例1的燃料喷射阀喷雾的图。

[图3]图3是示出通过根据本发明的实施例的内燃发动机的控制装置进行的燃烧控制(以下将称为“根据本发明的燃烧控制”)的图。

[图4]图4是在图1所示的内燃发动机中进行的根据本发明的燃烧控制的流程图。

[图5]图5示出与在图1所示的内燃发动机中进行的预喷射、预喷射燃料的点火和主喷射有关的控制脉谱图。

[图6]图6示出在喷射口以能够在16个方向上大致放射状地喷射燃料这样的方式配置的情况下的燃料喷雾状态。

[图7]图7包括示意性地示出在燃料喷射阀的喷射口围绕燃料喷射阀的中心轴线等间隔配置的情况下在从预喷射后到主喷射后的期间中的不同阶段从燃烧室上方看去的燃烧室内的状态的图。

[图8]图8包括示意性地示出在喷射口以在主喷射时不指向已燃气体区域这样的方式配置的情况下在从预喷射后到主喷射后的期间的不同阶段从燃烧室上方看去的燃烧室内的状态的图。

[图9]图9是示意性地示出在燃料喷射阀具有等间隔配置的数量较少的喷射口的情况下主喷射之后的状态的图。

[图10]图10是示意性地示出从根据实施例2的燃料喷射阀的各喷射口喷射的燃料量的图。

[图11]图11是示出根据实施例3的内燃发动机的进气***和排气***的大致构型的图。

[图12]图12是根据实施例3的控制SCV的过程的流程图。

[图13]图13是示出发动机转速与SCV的开度之间的关系的曲线图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的示例性实施方式。将结合各实施例描述的部件的尺寸、材质、形状、相对配置和其它特征并非旨在将本发明的范围仅限于它们，除非特别地述及。

(实施例1)

图1是示出根据实施例1的内燃发动机及其进气***和排气***的大体构型的图。图1所示的内燃发动机1是具有多个气缸2的四冲程循环内燃发动机。图1仅示出多个气缸中的一个气缸。

在内燃发动机1的各气缸2中，活塞3以可滑动方式设置。活塞3通过连杆4与图中未示出的输出轴(曲轴)连结。气缸2的内部与进气口7和排气口8连通。在气缸2中开口的进气口7的端部由进气门9开闭。在气缸2中开口的排气口8的端部由排气门10开闭。进气门9和排气门10分别由图中未示出的进气凸轮和排气凸轮驱动而开闭。

每个气缸2都设置有燃料喷射阀6，该燃料喷射阀配置在形成于气缸2中的燃烧室的顶部中央以将燃料喷射到气缸内。各气缸2还在内燃发动机1的气缸盖侧设置有火花塞5。火花塞5能够点燃通过燃料喷射阀6喷射的燃料。稍后将进一步说明燃料喷射阀6。在本实施例中，火花塞5构成根据本发明的点火装置。

进气口7与进气通路70连通。在进气通路70中设置有节气门71。在节气门71上游的进气通路70中设置有空气流量计72。排气口8与排气通路80连通。在排气通路80中，设置了用于净化从内燃发动机1排出的排气的排气净化催化剂81。如稍后将描述的，从内燃发动机1排出的排气具有比理论空燃比稀的空燃比，并且可采用能够去除具有稀空燃比的排气中包含的NOx的选择性催化还原NOx催化剂作为排气净化催化剂81。

此外，ECU 20附连至内燃发动机1。ECU 20是控制内燃发动机1的运转状态、排气净化装置和其它部件的电子控制单元。ECU 20与上述空气流量计72、曲柄位置传感器21和加速器位置传感器22电连接。通过这些传感器测定的值供给到ECU 20。因此，ECU 20能分别基于空气流量计72的测定值、曲柄位置传感器21的测定值和加速器位置传感器22的测定值来把握诸如进气量、发动机转速和发动机负荷的内燃发动机1的运转状态。ECU 20还与由ECU20控制的燃料喷射阀6、火花塞5和节气门71电连接。在本实施例中，ECU 20用作本发明中的控制器。

图2是示出燃料从本实施例中的燃料喷射阀6喷雾的状态图。本实施例中的燃料喷射阀6具有如图2所示的未设置喷射口6a以使得在部分区域(即图2中用点划线围出的区域)中不喷射燃料的部位。图2是示出从气缸盖侧看去的燃烧室的内部的图。图2示出存在顺时针涡流的情形。如图2所示，喷射口6a是以燃料喷雾不会进入由点划线围出的区域这样的方式配置的。在通过点划线围出的区域中，存在在预喷射燃料的燃烧之后残留的已燃气体。以下该区域将称为“已燃气体区域”。稍后将详细说明该已燃气体区域。如上所述，用于本实施例中的燃料喷射阀6不具有在于主喷射时会存在已燃气体区域的从燃料喷射阀6的中心轴线看去的方向上的喷射口6a。除了与已燃气体区域相邻的喷射口6a之外，喷射口6a围绕燃料喷射阀6的中心轴线(其可以是气缸2的中心轴线)等间隔(或等角间隔)配置在燃料喷射阀6的端部附近。本实施例中的气缸2的中心轴线可由燃料喷射阀6的中心轴线限定。气缸2的中心轴线、燃料喷射阀6的中心轴线和涡流的中心轴线不必精确地一致。喷射口6a以沿相对于气缸2的中心轴线形成相同夹角的方向喷射燃料这样的方式配置。喷射口6a的开口端部的中心位于与气缸2的中心轴线垂直的同一平面中。火花塞5相对于燃料喷射阀6的位置，特别是火花塞5能够点燃燃料的火花塞5的电极之间的区域5a相对于燃料喷射阀6的位置，是以这样的方式设定的，即从喷射口6a喷射的至少一股燃料喷雾从区域5a通过并且这样从区域5a通过的燃料喷雾能通过在区域5a中流动的电极间电流直接点燃。火花塞5位于两个进气门9之间，使得它不会干涉进气门9和排气门10的动作。

这样构成的火花塞5和燃料喷射阀6能带来喷雾引导燃烧。换言之，不论内燃发动机1的进气门9的打开时间或活塞3的位置如何，燃料喷射阀6和以能够直接点燃由燃料喷射阀6喷射的燃料这样的方式配置的火花塞5都能在任何时间点燃从区域5a通过的喷射燃料。与此相反，在通过燃料喷射阀喷射的燃料借助于随着进气门打开而流入燃烧室内的空气被运送至火花塞附近以点燃的空气引导燃烧的情况下，以及在喷射燃料利用设置在活塞顶部上的空腔的形状而被运送至火花塞附近以点燃的壁引导燃烧的情况下，难以进行燃料喷射和点火，除非达到进气门的打开时间并且预定的活塞位置确立。本实施例中进行的喷雾引导燃烧允许与空气引导燃烧和壁引导燃烧相比灵活得多的燃料喷射和点火正时控制。在本实施例中，如图2所示，燃料喷射阀6和火花塞5是以一股从喷射口6a喷射的燃料喷雾落在火花塞5的电极上这样的方式配置的。然而，火花塞5的点火可能区域不限于电极之间的区域5a，而是也包括电极周围的区域。因此，不必要求从喷射口6a喷射的燃料喷雾落在火花塞5的电极上。换言之，不必要求火花塞5配置在来自喷射口6a的燃料喷射的方向上(即，燃料喷雾的中心轴线上)。即使在从喷射口6a喷射的燃料喷雾偏离火花塞5的电极的情况下，也能带来通过火花塞5的电极之间产生的火花而开始的喷雾引导燃烧，只要燃料喷雾从点火可能区域通过即可。因此，在本实施例中，仅要求火花塞5相对于燃料喷射阀6的位置是以能带来喷雾引导燃烧这样的方式配置的。因此，火花塞5可偏离来自喷射口6a的燃料喷射的方向(即，燃料喷雾的中心轴线)。

将参照图3说明利用如上所述构成的内燃发动机1进行的燃烧控制。图3(a)示意性地示出内燃发动机1中以图中从左至右的时间顺序进行的燃烧控制中的燃料喷射和点火的流程(参见图3(a)的上段)和被认为由于该燃料喷射和点火而在燃烧室内相继发生的与燃烧有关的现象(参见图3(a)的下段)。图3(b)示出在图3(a)中示出的预喷射和主喷射与点火之间的时间关系。图3所示的模式仅作为根据本发明进行的燃烧控制的示意性图示给出，并且本发明不应当被认为局限于这种模式。

在根据本发明的燃烧控制中，在一个循环中进行预喷射和主喷射。预喷射是在压缩行程期间的预定时间通过燃料喷射阀6进行的燃料喷射。主喷射是在预喷射之后且压缩行程的上死点(TDC)之前的时间也通过燃料喷射阀6进行的燃料喷射。如图3(b)所示，预喷射的喷射开始时间(以下将简称为“预喷射时间”)用Tp表示，并且主喷射的喷射开始时间(以下将简称为“主喷射时间”)用Tm表示。预喷射与主喷射之间的间隔(Tm-Tp)定义为喷射间隔Di。利用预喷射的燃烧作为上述喷雾引导燃烧进行，并且通过预喷射而喷射的燃料(以下将称为“预喷射燃料”)利用火花塞5点燃。该点火的时间如图3(b)所示用Ts表示，并且从预喷射开始到该点火时间的间隔(Ts-Tp)定义为点火间隔Ds。

以下将说明根据本发明的燃烧控制的流程。

i.预喷射

首先在压缩行程期间的预定时间进行预喷射。预喷射时间Tp是与后述主喷射相关地确定的。在预喷射开始之后，经燃料喷射阀6喷射的燃料如图2所示在燃烧室内从火花塞5的点火可能区域5a通过。紧接在预喷射开始之后，预喷射燃料不是在燃烧室内广泛扩散，而是在将喷雾射流的前端周围的空气卷入的同时通过喷射的穿透力在燃烧室内行进。因此，预喷射燃料形成在燃烧室内分层的空燃混合物。

(2)预喷射燃料的点火

这样分层的预喷射燃料在从预喷射开始起的点火间隔Ds之后的时间Ts通过火花塞5点燃。如上所述。由于预喷射燃料被分层，所以局部空燃比处于允许通过该点火进行的燃烧的水平。除活塞3的压缩作用以外，这样点燃的预喷射燃料的燃烧的进行引起燃烧室内的进一步升温。另一方面，在本发明中，预喷射燃料的一部分未在通过利用火花塞5进行的点火引起的燃烧中点燃，而是作为“未燃残留燃料”残留在燃烧室内。由于未燃残留燃料已暴露于由燃烧室内的预喷射燃料的一部分的燃烧所引起的高温气氛，所以预期未燃残留燃料的至少一部分已改良成其通过不会引起其燃烧的状况下的低温氧化引起的可燃性提高。然而，应当指出，在本发明的上下文中，未燃残留燃料指的是在通过利用火花塞5进行的点火引起的燃烧中尚未燃烧的情况下残留的预喷射燃料的一部分，并且未燃残留燃料不必处于呈现特定性质的状态下。

(3)主喷射

在自预喷射开始起的喷射间隔Di之后的时间Tm，换言之，在压缩行程的上死点之前自通过火花塞5进行的点火时间Ts起经过等于Di-Ds的时间之后的时间Tm，执行通过燃料喷射阀6进行的主喷射。在该内燃发动机1中，如稍后将描述的，主喷射燃料通过扩散燃烧而燃烧以贡献发动机功率的大部分。主喷射的喷射开始时间Tm是以使利用由发动机负荷和其它因素决定的主燃料喷射量达到的发动机功率接近最大化这样的方式设定的。(这样设定的时间以下将称为“适当喷射时间”。)通过在时间Tm开始的主喷射而喷射的燃料通过由预喷射燃料的燃烧产生的火焰点燃，藉此燃烧室内的温度进一步上升。此外，预喷射燃料的未燃残留物和主喷射燃料随着温度上升而自着火并且经历扩散燃烧。如上所述，在未燃残留燃料的可燃性已提高的情况下，预期主喷射燃料的燃烧更平顺地进行。

如上所述，在根据本发明的燃烧控制中，在预喷射与主喷射之间的期间中，上述一连串燃烧利用通过火花塞5的中介点火而发生。关于预燃烧，以对于在适当喷射时间进行的主喷射而言使上述一连串燃烧成为可能这样的方式设定预喷射的喷射时间Tp或喷射间隔Di。

<燃烧控制流程>

图4示出内燃发动机1中的根据本发明的燃烧控制的具体处理的流程。图4所示的燃烧控制通过在内燃发动机1运转的同时执行存储在ECU 20中的控制程序而反复进行。图5示出在燃烧控制的处理中使用的示例性控制脉谱图。在图5的上段(a)中，线L30表示内燃发动机1的发动机负荷与预喷射量之间的关系，线L31表示发动机负荷与主喷射量之间的关系，且线L32表示发动机负荷与作为适合发动机负荷的燃料喷射量的负荷对应喷射量之间的关系。此外，图5的上段(a)还关于发动机负荷示出预喷射燃料的未燃残留量M1。在图5的下段(b)中，L33表示内燃发动机1的发动机负荷与预喷射时间Tp之间的关系，L34表示发动机负荷与点火时间Ts之间的关系，且L35表示发动机负荷与主喷射时间Tm之间的关系。图5的下段(b)的水平轴线表示喷射时间，其中越大的值表示从压缩行程的上死点的提前量越大。

首先，在步骤S101中，基于加速器位置传感器22的测定值来计算内燃发动机1的发动机负荷。或者，可基于进气通路70中的空气流量、也即空气流量计72的测定值或进气通路70中的进气压力来计算内燃发动机1的发动机负荷。然后，在步骤S102中，基于在步骤S101中计算出的发动机负荷来确定负荷对应喷射量S0。具体地，利用图5的上段(a)中用线L32表示的控制脉谱图来计算适合发动机负荷的负荷对应喷射量S0。在本实施例中，发动机负荷与负荷对应喷射量S0之间的关系被记录在控制脉谱图中，其中负荷对应喷射量S0随着发动机负荷增加而增大。在步骤S102的处理完成之后，处理进行至步骤S103。

在步骤S103中，利用图5的下段(b)中用线L35表示的控制脉谱图确定主喷射时间Tm。如上所述，为了提高内燃发动机1的热效率，主喷射时间Tm被设定为压缩行程的上死点之前的适当喷射时间。内燃发动机1的适当喷射时间已通过事先对发动机负荷的每个值执行的实验而测量，并且已基于测量结果准备了用线L35表示的控制脉谱图。在一种示例性情形中，主喷射时间Tm随着发动机负荷增加而逐渐提前，但在高负荷范围R8(即负荷对应喷射量S0在稍后将描述的S2以上的范围)中维持在上限提前量。这是因为适当主喷射时间Tm是按照如稍后将描述的在高负荷范围R8中维持在恒定值(最大主喷射量)的主喷射量确定的。在步骤S103的处理完成之后，处理进行至步骤S104。

在步骤S104中，判定在步骤S102中确定的负荷对应喷射量S0是否在预定的第一喷射量S1以下。预定的第一喷射量S1是与这样的发动机负荷对应的阈值，即在该发动机负荷之上会发生如下状况：如果预喷射时间Tp如稍后所述连同主喷射时间Tm一起提前(参见步骤S106中的处理)，则由于预喷射燃料的未燃残留物和主喷射燃料的叠加而引起的可用空气的不足而容易产生烟雾。因此，如果负荷对应喷射量S0在预定的第一喷射量S1以下，则内燃发动机1未处于容易产生烟雾的状况下。另一方面，如果负荷对应喷射量S0超过预定的第一喷射量S1，则内燃发动机1处于容易产生烟雾的状况下。如果在步骤S104中做出的判定是肯定的，则处理进行至步骤S105，而如果是否定的，则处理进行至步骤S110。

如果在步骤S104中做出的判定是肯定的，也即，如果负荷对应喷射量S0在预定的第一喷射量S1以下，则内燃发动机1的发动机负荷处于低负荷范围R6中(参见图5)。然后，在步骤S105中，将预喷射量Sp设定为最小预喷射量Spmin。因此，当发动机负荷处于低负荷范围R6中时，预喷射量Sp如图5的上段(a)中用线L30所示固定于最小预喷射量Spmin。在步骤S105的处理完成之后，处理进行至步骤S106。

在步骤S106中，利用图5的下段(b)中用线L33表示的控制脉谱图来确定预喷射时间Tp。在低负荷范围R6中，可以以提供引起适当热效率的喷射间隔Di这样的方式来设定预喷射时间Tp。因此，在预喷射量Sp固定于最小预喷射量Spmin的低负荷范围R6中，以使得喷射间隔Di贯穿低负荷范围R6保持不变这样的方式、也即以预喷射时间Tp以相同方式连同在步骤S103中确定的主喷射时间Tm一起变化这样的方式来设定预喷射时间Tp。在步骤S107中，利用图5的下段(b)中用线L34表示的控制脉谱图来确定点火时间Ts。具体地，与预喷射间隔Tp一样，以点火间隔Ds贯穿低负荷范围R6保持恒定这样的方式来设定点火时间Ts，这是因为在低负荷范围R6中预喷射量Sp固定于最小预喷射量。

在步骤S108中，利用图5的上段(a)中用线L31表示的控制脉谱图来计算主喷射量Sm。在低负荷范围R6中，通过线L31表示的发动机负荷与主喷射量之间的相关性符合下式1：

Sm＝S0-Sp×α(式1)

其中α是预喷射燃料的未燃残留率。

如上所述，在根据本发明的燃烧控制中，预喷射燃料的未燃残留物自着火并且连同主喷射燃料一起通过扩散燃烧而燃烧以贡献发动机功率，藉此能提高内燃发动机1的热效率。就对发动机功率的贡献而言，预喷射燃料的一部分或其未燃残留物能被视为与主喷射燃料相当。因此，可以通过利用实验或其它方法预先测量代表预喷射燃料的未燃残留率的系数α并利用上式1来考虑根据本发明的燃烧控制的特征计算主喷射量Sm。如上所述，预喷射燃料的未燃残留率根据预喷射时间、点火间隔Ds和喷射间隔Di而变化。因此，基于它们来确定系数α的值。在通过使用火花塞5的点火而燃烧的燃料量(即通过喷雾引导燃烧而燃烧的燃料量)相对于总预喷射量而言很小的情况下，在控制中可将系数α设定为等于1。这种情况下，在控制中假设负荷对应喷射量等于总喷射量。在步骤S108中的处理完成之后，处理进行至步骤S130。

由于以上述方式确定了与预喷射、主喷射和点火有关的参数，所以在低负荷范围R6中，图5的上段(a)中用M1表示的预喷射燃料的未燃残留物在预喷射燃料的点火之后保留。如上所述，在低负荷范围R6中，由于预喷射量Sp固定于最小预喷射量Spmin并且点火间隔Ds和喷射间隔Di也是固定的，所以预喷射燃料的未燃残留量大致是恒定的。

如果在步骤S104中做出的判定是否定的，则处理进行至步骤S110。在步骤S110中，判定在步骤S102中确定的负荷对应喷射量S0是否在预定的第二喷射量S2以下。预定的第二喷射量S2是与这样的发动机负荷对应的阈值，在该发动机负荷之上在汽油发动机中的适当喷射时间喷射的燃料量比较大，以致于发生自着火扩散燃烧容易受其蒸发潜热影响而变得不稳定并且由于其燃料喷雾周围的空气(氧)的不足而容易产生烟雾的状况。换言之，预定的第二喷射量S2是从燃烧稳定性和烟雾的观点看汽油发动机中能在适当喷射时间喷射的最大极限喷射量。因此，如果负荷对应喷射量S0在第二喷射量S2以下，则存在不容易产生烟雾的状况。另一方面，如果负荷对应喷射量S0超过预定的第二喷射量S2，则存在会产生烟雾的状况。如果在步骤S110中做出的判定是肯定的，则处理进行至步骤S111，而如果是否定的，则处理进行至步骤S121。

如果在步骤S110中做出的判定是肯定的，也即如果负荷对应喷射量S0大于预定的第一喷射量S1并且在预定的第二喷射量S2以下，则内燃发动机1的发动机负荷处于中负荷区域R7中(参见图5)。这种情况下，处理进行至步骤S111和S112。在步骤S111中，利用图5(a)中用线L30表示的控制脉谱图来确定预喷射量Sp，并且在步骤S112中，利用图5(b)中用线L33表示的控制脉谱图来确定预喷射时间Tp。具体地，在中负荷范围R7中，负荷对应喷射量S0大于预定的第一喷射量S1，并且因此有必要抑制预喷射燃料的未燃残留物和主喷射燃料的干涉所引起的烟雾的产生。因此，如前文所述，响应于发动机负荷的增加(即负荷对应喷射量S0的增加)，除以相同量与对主喷射时间Tm的提前一起做出的提前以外，还进一步提前预喷射时间Tp，以便抑制烟雾的产生。可考虑热效率与烟雾产生量之间的平衡来适当设定预喷射时间Tp。因此，可以通过如线L30所示按照预喷射时间Tp的提前量的增加而增加预喷射量Sp，由此增加预喷射燃料的未燃残留量并利用主喷射燃料燃烧它，来在不牺牲内燃发动机1的热效率的情况下抑制烟雾的产生。

然后，在步骤S113中，利用图5(b)中用线L34表示的控制脉谱图来确定点火时间Ts。具体地，响应于发动机负荷的增加，以在步骤S112中确定的预喷射时间Tp的提前量的增量相同的量增加点火时间Ts的提前量。换言之，在中负荷范围R7中，在点火间隔Ds保持恒定的状态下响应于发动机负荷的增加而提前点火时间Ts。在步骤S113的处理完成之后，处理进行至步骤S114。

在步骤S114中，利用图5(a)中用线L31表示的控制脉谱图来确定主喷射量Sm。在中负荷范围R7中，同样，与在低负荷范围R6中一样，由线L31表示的发动机负荷与主喷射量Sm之间的关系符合上式1。因此，与步骤S108的处理中一样，能考虑根据本发明的燃烧控制的特征来确定主喷射量Sm。在中负荷范围R7中，由于预喷射量Sp随着发动机负荷的增加而增加，所以中负荷范围R7中的主喷射量Sm的增加比率(即主喷射量Sm相对于发动机负荷增加的增加比率)小于低负荷范围R6中的主喷射量Sm的增加比率。在步骤S114的处理完成之后，处理进行至步骤S130。

利用如上所述确定的与预喷射、主喷射和点火有关的参数，在中负荷范围R7中，图5(a)中用M1表示的预喷射燃料的未燃残留物在预喷射燃料的点火之后保留。如上所述，在中负荷范围R7中，预喷射量响应于发动机负荷的增加而增加，并且预喷射时间Tp和点火时间Ts在点火间隔Ds固定的情况下提前。因此，未燃残留物的量也随着发动机负荷的增加而增加。

如果在步骤S110中做出的判定是否定的，也即，如果负荷对应喷射量S0大于预定的第二喷射量S2，则内燃发动机1的发动机负荷处于高负荷范围R8中(参见图5)。这种情况下，处理进行至步骤S121。在步骤S121中，利用图5(a)中用线L31表示的控制脉谱图来确定主喷射量Sm。具体地，在高负荷范围R8中，响应于发动机负荷的增加而使主喷射量Sm比较大。如上所述，如果主喷射量在一定程度上变大，则燃烧将由于喷射期间的蒸发潜热的影响而变得不稳定，并且由于喷射的燃料喷雾周围的空气(氧)的不足而容易产生烟雾。鉴于此，在高负荷范围R8中，将主喷射量Sm设定为最大主喷射量Smmax——其是用以确保稳定燃烧并且能用以抑制产生过大烟雾量的主喷射量上限。在步骤S121的处理完成之后，处理进行至步骤S122。

在步骤S122中，利用图5(a)中用线L30表示的控制脉谱图来计算预喷射量Sp。在高负荷范围R8中，由线L30表示的发动机负荷与预喷射量Sp之间的关系通过下式2来表达：

Sp＝(S0-Sm)/α(式2)

在上式2中，与式1一样，α是预喷射燃料的未燃残留率。在高负荷范围R8中，主喷射量Sm出于上述原因而固定于最大主喷射量Smmax。因而，通过使用上式2，由于与步骤S108和S114的处理中基本上相同的原因，能考虑根据本发明的燃烧控制的特征来确定预喷射量Sp。在步骤S122中的处理完成之后，处理进行至步骤S123。

在步骤S123中，利用图5(b)中用线L33表示的控制脉谱图来确定预喷射时间Tp。具体地，在高负荷范围R8中，由于总喷射量S0大于预定的第二喷射量S2，所以主喷射量Sm固定于在步骤S121中确定的最大主喷射量Smmax以便确保稳定的燃烧并抑制烟雾。因此，为了实现所需的发动机负荷，预喷射量Sp根据上式2被确定为比中负荷范围R7中的值大的值。随着预喷射量Sp这样变大，再次发生由于预喷射燃料的未燃残留物和主喷射燃料的干涉而产生烟雾的可能性。因此，如从图5(b)的线L33所见，比在发动机负荷处于中负荷范围R7中的情况下更大幅地提前预喷射时间Tp，换言之，以高负荷范围R8中的喷射间隔Di随着发动机负荷的增加而增加这样的方式设定预喷射时间Tp，以由此抑制烟雾。在确定预喷射时间Tp的提前量时，由于存在如上所述在高负荷范围R8中产生烟雾的可能性，所以优选在对通过预喷射时间的提前抑制烟雾给予更高优先度的情况下适当设定预喷射时间Tp。如果能按需实现烟雾的抑制，则可考虑喷射间隔Di与内燃发动机1的热效率之间的关系来适当设定预喷射时间Tp。在步骤S123的处理完成之后，处理进行至步骤S124。

然后，在步骤S124中，利用图5(b)中用线L34表示的控制脉谱图来确定点火时间Ts。具体地，点火时间Ts随着发动机负荷的增加而提前，其中提前量的增加比率(即提前量的增加与发动机负荷增加的比率)小于预喷射提前量的增加比率。因此，在高负荷范围R8中，在预喷射时间Tp和点火时间Ts两者随着发动机负荷的增加而提前的同时，点火间隔Ds随着发动机负荷的增加而扩大。因此，在高负荷范围R8中，能大幅增加与主喷射燃料一起经历燃烧的预喷射燃料的未燃残留量(参照图5(a)中的M1)。如上所述，虽然在高负荷范围R8中主喷射量固定于最大主喷射量，但可以通过以上述方式增加预喷射燃料的未燃残留量来对要求的发动机负荷做出响应并且将内燃发动机1的热效率保持在满意的水平。在步骤S124的处理完成之后，处理进行至步骤S130。

利用如上所述确定的与预喷射、主喷射和点火有关的参数，在高负荷范围R8中，图5(a)中用M1表示的预喷射燃料的未燃残留物在预喷射燃料的点火之后保留。如上所述，在高负荷范围R8中，预喷射量响应于发动机负荷的增加而增加，并且预喷射时间Tp和点火时间Ts在点火间隔Ds扩大的情况下提前。由于主喷射量Sm固定于最大主喷射量Smmax，所以预喷射量Sp的增加与发动机负荷增加的比率比在发动机负荷处于中负荷范围R7中的情况下高。因此，未燃残留量随着发动机负荷的增加而比在发动机负荷处于中负荷范围R7中的情况下更大幅地增加。

在步骤S108、S114和S124中的任一步骤的处理完成之后，执行S130的处理。在步骤S130中，根据已在前面的处理中确定的预喷射量Sp、预喷射时间Tp、主喷射量Sm、主喷射时间Tm和点火时间Ts来进行通过燃料喷射阀6进行的预喷射和主喷射以及通过火花塞5进行的点火。在步骤S130的处理完成之后，再次进行从步骤S101开始的处理。

根据该燃烧控制，可以通过响应于发动机负荷适当确定预喷射量Sp、预喷射时间Tp、主喷射量Sm、主喷射时间Tm和点火时间Ts来实现烟雾产生减少的稳定柴油燃烧和燃烧的热效率的提高。此外，在内燃发动机的从低负荷范围至高负荷范围的宽运转范围中实现了优良的燃烧。

<燃料喷射阀>

燃料喷射阀6的全部喷射口6a等间隔地配置。图6示出在喷射口6a以能够在16个方向上大致放射状地喷射燃料这样的方式配置的情况下的燃料喷雾。这种情况下，喷射口6a设置在燃料喷射阀6的端部附近并且围绕燃料喷射阀6的中心轴线(其可以是气缸2的中心轴线)等间隔(或等角间隔)配置。在如上所述构成的内燃发动机1中，会发生以下描述的现象。

图7包括示意性地示出在燃料喷射阀6具有围绕燃料喷射阀6的中心轴线等间隔配置的16个喷射口6a的情况下在从预喷射之后到主喷射之后的期间中的不同阶段从燃烧室上方看去的燃烧室内的状态的图。在图7所示的情况下，燃烧室内不存在涡流。

图7(a)示出预喷射之后和通过火花塞5进行点火之前的状态。此时，燃料喷雾等间隔地存在。图7(b)示出通过火花塞5进行点火之后以及紧临主喷射之前的状态。在通过火花塞5进行的点火时点火可能区域5a中存在的燃料已燃烧，并且已燃气体保留在点火可能区域5a周围的区域中。在预喷射燃料的燃烧之后已燃气体保留在其中的该区域是所谓的已燃气体区域。火焰由于离点火可能区域5a的距离而未向其传播的燃料喷雾未燃烧，并且作为未燃残留燃料保留在燃烧室内。在不存在涡流的情况下，已燃气体区域保留在点火可能区域5a附近，尽管它由于预喷射燃料的燃烧而扩大。

图7(c)示出紧接在主喷射之后的状态。在此状态下，主喷射燃料的一部分处于已燃气体区域中。图7(d)示出主喷射燃料的燃烧期间的状态。主喷射燃料的扩散燃烧从主喷射燃料接触已燃气体区域的外边界的部位开始。然而，已燃气体区域中的主喷射燃料由于氧不足而仅仅缓慢地燃烧，并且存在产生烟雾的可能性。图7示出未产生涡流的情形。在产生涡流的情况下，同样，指向已燃气体区域的主喷射会由于氧不足而引起烟雾的产生。

如图2所示，本实施例中使用的燃料喷射阀6不具有从燃料喷射阀6的中心轴线指向在主喷射时会存在已燃气体区域的方向的喷射口6a。因而，燃料喷射阀6具有以这种方式设置的多个喷射口6a，即，喷射到通过以燃料喷射阀6为中心在涡流的旋转方向上自火花塞5的位置(其可以是点火可能区域5a的位置)起在90度以下的预定角度限定出的已燃气体区域的主喷射燃料的量比喷射到位置在涡流的旋转方向上与所述预定区域相邻或隔开、不包含已燃气体区域并且由与上述预定角度范围相等的角度限定成具有与已燃气体区域相同的大小的区域的主喷射燃料的量少。在本实施例中，已燃气体区域对应于根据本发明的预定区域。预定区域是在于预喷射燃料的已燃气体已通过涡流运送之后进行主喷射时预期存在预喷射燃料的已燃气体的燃烧室内的区域。在本实施例中，内燃发动机1是以燃烧室内产生涡流这样的方式构成的。例如，进气口7可以以产生涡流这样的方式形成。或者，内燃发动机1可设置有适合通过改变进气口7的通道截面积来产生涡流的涡流控制阀。

图8包括示意性地示出在燃料喷射阀6的喷射口6a以在主喷射时不指向燃烧气体区域这样的方式配置的情况下，在从预喷射后到主喷射后的期间的不同阶段从燃烧室上方看去的燃烧室内的状态的图。图8示出在存在顺时针涡流的情况下从气缸盖侧看去的燃烧室的内部。

图8(a)示出预喷射之后和通过火花塞5进行点火之前的状态。此时，点火可能区域5a中存在预喷射燃料。相反，相对于涡流的旋转方向紧在点火可能区域5a的下游的区域中不存在预喷射的喷雾。

图8(b)示出通过火花塞5进行点火之后以及紧临主喷射之前的状态。在通过火花塞进行点火时点火可能区域5a中存在的燃料已燃烧，并且存在已燃气体区域。火焰不会传播至远离点火可能区域5a的燃料喷雾，并且未燃残留燃料保留在燃烧室内。

图8(c)示出紧接在主喷射之后的状态。此时，已燃气体区域已通过回旋流动而在涡流的旋转方向上移动。在此状态下，主喷射燃料的一部分接触已燃气体区域的外边界。换言之，已燃气体区域在从喷射口6a喷射并从点火可能区域5a通过的燃料喷雾与从相对于涡流的旋转方向紧接在从点火可能区域5a通过的燃料喷雾从其喷射的喷射口6a下游的喷射口6a喷射的燃料喷雾之间延伸。在已燃气体区域中，氧已在预喷射燃料的燃烧中消耗。因此，已燃气体区域中的氧浓度比其它区域中的氧浓度低。因此，如果已燃气体区域中存在主喷射燃料，则存在燃烧主喷射燃料所需的氧在已燃气体区域中会不足的可能性。因此，已燃气体区域中可能产生烟雾。在本实施例的燃料喷射阀6中，喷射口6a以在主喷射中不向已燃气体区域喷射燃料这样的方式配置。

图8(d)示出主喷射燃料的燃烧开始之后的状态。当主喷射燃料从已燃气体区域的外边界附近通过时，燃烧通过由预喷射燃料的燃烧所产生的火焰而开始，并且主喷射燃料与预喷射燃料的未燃残留物一起通过自着火扩散燃烧而燃烧。由于扩散燃烧紧接在主喷射之后开始，所以主喷射燃料的喷雾和主喷射燃料的已燃部分不容易受涡流影响。而且，涡流的转速已通过预喷射燃料的燃烧而减慢。因此，主喷射燃料的喷雾和主喷射燃料的已燃部分不容易沿涡流的旋转方向移动。我们已通过实验验证该事实。因此，主喷射燃料不容易进入已燃气体区域。因此，已燃气体区域中几乎不存在主喷射燃料，并且能抑制在主喷射燃料的燃烧时的氧不足。因此，能抑制烟雾的产生。由于以上原因，在本实施例中，喷射口6a以使进入已燃气体区域的主喷射燃料的量少并且使主喷射燃料从已燃气体区域的外边界附近通过这样的方式配置。

如上所述，以当进行主喷射时已燃气体区域在两股相邻的燃料喷雾之间延伸这样的方式设定两个喷射口6a之间的间隔。利用该设定，能抑制主喷射燃料进入已燃气体区域。因此，能抑制在主喷射燃料的燃烧时的氧不足，并且能抑制烟雾的产生。

即使主喷射燃料进入已燃气体区域，也能抑制烟雾的产生或减少烟雾量，只要进入未燃气体区域的主喷射燃料的量少即可。具体地，甚至在存在指向已燃气体区域的喷射口6a的情况下，即使主喷射燃料进入已燃气体区域也能降低烟雾量，只要相邻的喷射口6a之间的间隔大于不指向已燃气体区域的喷射口6a的间隔即可。因此，如果指向已燃气体区域的喷射口6a之间的间隔大于不指向已燃气体区域的喷射口6a的间隔，则可受益于本发明的有利效果。换言之，如果上述预定角范围中的喷射口6a之间的间隔大于上述预定角范围以外的喷射口6a之间的间隔，则可受益于本发明的有利效果。

在主喷射时已燃气体区域的位置可根据内燃发动机1的运转状态而变化。因此，可以以当内燃发动机1处于预定运转范围中时主喷射燃料不会进入已燃气体区域这样的方式设定喷射口6a之间的间隔。预定运转范围例如是烟雾产生量大的范围。或者，可以以在内燃发动机1的全部假设运转状态下主喷射燃料不会进入已燃气体区域这样的方式设定喷射口6a的间隔。

如上所述，在本实施例中，在主喷射时指向从燃料喷射阀6的中心轴线朝向已燃气体区域的方向的喷射口6a之间的间隔比不指向从燃料喷射阀6的中心轴线朝向已燃气体区域的方向的喷射口6a之间的间隔大以使得主喷射燃料保持远离已燃气体区域，而不指向从燃料喷射阀6的中心轴线朝已燃气体区域的方向的喷射口6a之间的间隔比较小。如果燃料喷射阀具有等间隔配置的数量较少的喷射口，则也可能存在在主喷射时没有喷射口指向已燃气体区域的情况。换言之，为使喷射口不指向已燃气体区域而设定的大间隔也可适用于不与已燃气体区域对向的部位。这种情况下，至少可以抑制主喷射燃料从已燃气体区域通过。然而，由于下述原因而不希望这种构型。

图9是示意性地示出在燃料喷射阀具有等间隔配置的数量较少的喷射口的情况下主喷射之后的状态的图。如图所示的喷射口的比较大的等间隔能抑制主喷射燃料进入已燃气体区域。然而，由于全部喷射口等间隔配置，所以火焰由于相邻的燃料喷雾之间的大间隔而不易在远离已燃气体区域的区域中——例如在关于燃料喷射阀与已燃气体区域相对的区域中——传播。因而，不易发生扩散燃烧。因此，存在烟雾产生的可能性。而且，喷射口之间的比较大的间隔引起在主喷射中经一个喷射口喷射的燃料的量大。因而，空燃比将局部地变得过浓，从而可能引起烟雾的产生。

在本实施例中的燃料喷射阀6的情况下，由于在主喷射时不指向已燃气体区域的喷射口6a之间的间隔比较小，所以从已燃气体区域的外边界开始的火焰易于传播至相邻的燃料喷雾。因此，易于发生扩散燃烧。此外，由于喷射口6a之间的小间隔引起喷射口6a的数量多，所以在主喷射中经一个喷射口喷射的燃料量比较少。因此，可以抑制燃料的浓度局部变得过高。因而，能抑制烟雾的产生。

如上所述，在本实施例中，通过使用火花塞5点燃预喷射燃料来引起喷雾引导燃烧，并且此后进行主喷射以引起扩散燃烧和自着火燃烧。因而，可以引起与柴油燃烧相似的燃烧。因此，可以实现非常高的热效率。而且，燃料喷射阀6的喷射口6a是以主喷射燃料不易进入氧浓度已由于预喷射燃料的燃烧而降低的区域这样的方式配置的。因此，能抑制主喷射燃料的燃烧状态的恶化。结果，可以抑制烟雾的产生并且进一步提高热效率。

(实施例2)

在实施例1中，喷射口6a的间隔是以在主喷射时没有喷射口6a指向已燃气体区域或进入已燃气体区域的主喷射燃料的量比较少这样的方式设置的。另一方面，在实施例2中，燃料喷射阀6的喷射口6a等间隔配置。换言之，燃料喷射阀6具有在主喷射时指向已燃气体区域的喷射口6a。而且，在主喷射时指向已燃气体区域的喷射口6a的尺寸比不指向已燃气体区域的喷射口6a的尺寸小。喷射口6a的尺寸可指喷射口6a的直径或在与喷射口6a的轴向垂直地交叉的方向上设置的截面积。

喷射口6a的小型化使经它喷射的燃料量相对少。因此，在本实施例中，虽然主喷射燃料进入已燃气体区域，但喷射口6a的形状是以使进入已燃气体区域的主喷射燃料的量比较少这样的方式设计的。因此，可表述为燃料喷射阀6具有以这种方式设置的多个喷射口6a，即，喷射到通过以燃料喷射阀6为中心在涡流的旋转方向上自火花塞5的位置(其可以是点火可能区域5a的位置)起在90度以下的预定角度限定出的预定区域(即已燃气体区域)的主喷射燃料的量比喷射到位置在涡流的旋转方向上与已燃气体区域相邻或隔开、不包含预定区域并且由与预定角度相等的角度限定成具有与预定区域相同的大小的区域的主喷射燃料的量少。

图10是示意性地示出通过本实施例中的燃料喷射阀6的各喷射口6a喷射的燃料量的图。图10示意性地示出从气缸盖侧看去的燃烧室内的状态。由各喷射口6a喷射的燃料的量通过图示的燃料喷雾的宽度表示。越大的喷雾宽度表示越大的燃料喷射量。因此，应当理解，图示的喷雾宽度可与实际的喷雾宽度不同。在图10中，尺寸小的喷射口6a是在主喷射时与已燃气体区域对向的喷射口6a，或设置在实施例1中未设置喷射口6a的位置处的喷射口6a。

在已燃气体区域中，由于已燃气体区域中的氧浓度低，所以可用于主喷射燃料的燃烧的氧量会不足。本实施例的燃料喷射阀6使进入已燃气体区域的主喷射燃料的量少，从而能抑制氧不足的发生。即使氧量不足，也能抑制烟雾的产生。能通过实验或仿真来确定各喷射口6a的最佳尺寸。

如上所述，在本实施例中，可以使进入已燃气体区域的主喷射燃料的量比较少，由此防止燃烧状态的恶化。因而，能抑制烟雾的产生。

在本实施例中，至关重要的是指向已燃气体区域的喷射口6a中的至少一个或一些喷射口的尺寸比其它喷射口6a小。因此，指向已燃气体区域6a的喷射口6a可包括尺寸与不指向已燃气体区域的喷射口6a相同的喷射口。在本实施例中，燃料喷射阀6的喷射口6a等间隔配置。或者，与实施例1中的情况一样，指向已燃气体区域的喷射口6a之间的间隔可大于指向其它区域的喷射口6a之间的间隔。

(实施例3)

图11是示出根据实施例3的内燃发动机及其进气***和排气***的大体构型的图。以下将主要说明根据实施例3的内燃发动机的与图1所示的内燃发动机不同的特征。

在本实施例中，各气缸设置有两个进气口7，其中一个设置有能开闭的涡流控制阀(以下将称为SCV)。在本实施例中，SCV 73对应于根据本发明的涡流控制阀。SCV 73的操作由ECU 20控制。当SCV 73的开度小时，经一个进气口7流入气缸内的空气的量比经另一进气口7流入气缸内的空气的量少。因而，燃烧室内的沿涡流的旋转方向流动的空气的量增加。因此，涡流的速度增加。换言之，能通过控制SCV 73的开度来控制涡流的速度。SCV 73的结构不限于上述结构。也可采用能使流经一个进气口7的空气的量和流经另一进气口7中的空气的量相对于彼此改变的其它结构。在各气缸设置有仅一个进气口7的情况下，也可设置SCV 73。这种情况下，关闭SCV 73使进气口7中的空气流不均匀，并且在这种不均匀状态下流入气缸内的空气提高了涡流的速度。

涡流的速度能根据内燃发动机1的运转状态、特别是根据内燃发动机1的发动机转速而变化。具体地，内燃发动机1的发动机转速越高，流经进气口7的进气的速度越高，并且涡流的速度就会越高。由于已燃气体区域随回旋流移动，所以已燃气体区域在主喷射开始之前移过的距离随着涡流的速度提高而增大。因此，在主喷射时的已燃气体区域的位置会根据内燃发动机1的发动机转速而变化。然而，在燃料喷射阀6安装在内燃发动机1中的状态下，燃料喷射阀6的喷射口的位置和尺寸不会变化。而且，预喷射与主喷射之间的间隔被设定为不允许大幅变化的最佳间隔。因此，在采用本实施例的上述燃料喷射阀6的情况下，存在这样的可能性，即当内燃发动机1正以一定发动机转速运转时，已燃气体区域可移动到存在大量主喷射燃料的位置。如果喷射口是以在根据内燃发动机1的发动机转速而移动的已燃气体区域能位于其中的范围中预喷射燃料的量少这样的方式配置的，则当内燃发动机1正以一定发动机转速运转时，主喷射燃料可能难以到达已燃气体区域的外边界。

鉴于以上情况，在本实施例中，以涡流的速度不变这样的方式来控制SCV 73的开度。具体地，内燃发动机1的发动机转速越高，就使SCV 73的开度越大。能通过实验或仿真预先确定内燃发动机1的发动机转速与SCV 73的开度之间的关系。SCV 73的开度可根据内燃发动机1的发动机转速连续地或分步变化。可以以涡流的速度根本不改变这样的方式来控制SCV 73的开度。或者，可允许涡流的速度变化，只要烟雾产生量保持在容许范围内即可。

图12是根据本实施例的控制SCV 73的过程的流程图。该过程由ECU 20以预定时间间隔执行。

在步骤S201中，测量发动机转速。在本实施例中，首先出于基于发动机转速控制SCV 73的开度的目的来测量发动机转速。ECU 20利用曲柄位置传感器21获得发动机转速。在步骤S201的处理完成之后，处理进行至步骤S202。

在步骤S202中，确定SCV 73的开度。图13是示出发动机转速与SCV 73的开度之间的关系的曲线图。发动机转速越高，就使SCV 73的开度越大。图13所示的关系是以涡流的速度不改变或即使涡流的速度改变烟雾产生生量也保持在容许范围内这样的方式确定的。图13所示的关系通过实验或仿真预先确定并且存储在ECU 20中。在步骤S202的处理完成之后，处理进行至步骤S203。

在步骤S203中，调节SCV 73的开度。具体地，ECU 20将SCV 73的开度调节为在步骤S202中确定的开度。例如，能通过使用步进电机开闭SCV 73来精确地调节SCV的开度。此外，例如，可为SCV 73设置测量开度的开度传感器，并且可以以使得由开度传感器测定的SCV73的开度等于在步骤S202中确定的开度这样的方式来调节SCV 73的开度。在步骤S203的处理完成之后，处理进行至步骤S204。

在步骤S204中，执行燃料喷射控制和点火时间控制。具体地，进行预喷射、预喷射燃料的点火和主喷射。预喷射、预喷射燃料的点火和主喷射以在上述实施例的描述中说明的方式进行。在步骤S204的处理完成之后，结束该过程。

如上所述，在本实施例中，即使发动机转速改变，也能抑制涡流的速度变化。因此，在主喷射时已燃气体区域位于基本上相同的位置。因此，即使发动机转速变化，也可以抑制主喷射燃料进入已燃气体区域，并且主喷射燃料能在存在足量氧的情况下燃烧。从而，能抑制烟雾的产生。

[附图标记列表]

1：内燃发动机

2：气缸

3：活塞

5：火花塞

6：燃料喷射阀

7：进气口

8：排气口

9：进气门

10：排气门

20：ECU

21：曲柄位置传感器

22：加速器位置传感器

71：节气门

72：空气流量计

73：涡流控制阀(SCV)

Tp：预喷射时间

Tm：主喷射时间

Ts：点火时间

Di：喷射间隔

Ds：点火间隔

Claims

1.一种内燃发动机，所述内燃发动机具有燃烧室，在所述燃烧室中产生围绕气缸中心轴线的涡流或回旋流，所述内燃发动机包括：

燃料喷射阀，所述燃料喷射阀具有多个喷射口并且沿从气缸中心轴线朝向气缸壁的方向喷射燃料；

点火装置，所述点火装置相对于所述燃料喷射阀的位置是以这样的方式设定的，即，经所述燃料喷射阀喷射的燃料喷雾经过点火可能区域并且所述点火装置能直接点燃该燃料喷雾；

控制器，所述控制器配置成进行预喷射——该预喷射是在压缩行程期间通过所述燃料喷射阀进行的燃料喷射，通过所述点火装置点燃预喷雾——该预喷雾是通过所述预喷射而形成的燃料喷雾，并且此后进行主喷射——该主喷射是在压缩行程上死点前的使得能通过预喷射燃料的火焰开始燃烧的预定喷射开始时间通过所述燃料喷射阀进行的燃料喷射，由此使主喷射燃料的至少一部分通过扩散燃烧而燃烧，

2.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述燃料喷射阀不具有在所述主喷射时朝所述预定区域喷射所述主喷射燃料的喷射口。

3.根据权利要求1所述的内燃发动机，其中，所述燃料喷射阀的在所述主喷射时朝所述预定区域喷射所述主喷射燃料的喷射口的尺寸小于所述燃料喷射阀的在所述主喷射时朝所述预定区域以外的区域喷射所述主喷射燃料的喷射口的尺寸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃发动机，还包括涡流控制阀，所述涡流控制阀设置在所述内燃发动机的进气通路中并且能够通过减小开度来增大所述内燃发动机的气缸内的涡流的速度，

其中，所述内燃发动机的发动机转速越高，就使所述涡流控制阀的开度越大。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃发动机，其中，所述预定区域是燃烧室内预期在所述主喷射在所述预喷射燃料的燃烧气体已通过涡流运送之后进行时存在所述预喷射燃料的燃烧气体的区域。