直接噴射火花點火式內燃發動機及其控制方法

2023-06-14 09:08:51

專利名稱：直接噴射火花點火式內燃發動機及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種直接噴射火花點火式內燃發動機及其控制方法。
背景技術：
當在直接將燃料噴射到每個氣缸中的直接噴射火花點火式內燃發動 機的每個進氣行程中通過噴射燃料執行均勻燃燒時，與將燃料噴射到每 個進氣口的內燃發動W目比，能夠可靠地將所需量的燃料噴射到每個氣 缸中。但是，當燃料被噴向每個活塞的頂面時，所噴射的燃料可能粘附 在活塞的頂面上，並且如果在點火之前活塞頂面上的燃料仍未蒸發並因 而導致未能燃燒，則會產生煙。
已經提出了一種技術，其中為了抑制煙的產生，在發動機溫度低時 減弱所噴射燃料的推力，此時所噴射燃料粘附到每個活塞的頂面上的可
能性變低(例如，參見日本專利申請公報No. 09-68072 )。
根據這種技術，當發動機溫度低時，通過降低所噴射燃料的推力能 夠降低粘附到每個活塞上的燃料的量。但是，在發動機溫度高並且增強 了噴射燃料的推力時，特別是當噴射了大量的燃料時，大量燃料便粘附 在每個活塞的頂面上。如果在點火之前活塞上的大部分燃料都未蒸發， 則將會產生大量的煙。

發明內容
本發明提供一種直接噴射火花點火式內燃發動機及其控制方法，其 有效地抑制了煙的產生。
本發明的第 一方面涉及一種直接噴射火花點火式內燃發動機，其包 括燃料噴射閥；以及燃料噴射控制裝置，其用於控制燃料噴射使得燃
6氣缸的上部區域向活塞的頂面噴射。在 這種直接噴射火花點火式內燃發動機中，所述燃料噴射控制裝置在至少 兩個級別之間切換從所述燃料噴射閥噴射的燃料的推力，使得所噴射的 燃料的推力在所述活塞處於高位時變得比所述活塞處於低位時弱。
根據本發明第 一方面的直接噴射火花點火式內燃發動機，在燃料噴 射期間，所噴射燃料的推力在至少兩個級別之間切換，使得與當活塞處 於低位並且因此所噴射的燃料粘附到活塞頂面的可能性小時相比，當活 塞處於高位並且因此所噴射的燃料粘附到活塞頂面的可能性大時所噴射 的燃料的推力變小。因此，充分降低了將粘附到活塞的頂面上的燃料的 量，並因而充分地抑制了煙的產生。根據本發明第一方面的直接噴射火 花點火式內燃發動機，另外，當活塞處於低位時加強所噴射的燃料的推 力，這促進所噴射的燃料的霧化，因此所噴射的燃料得以有效蒸發。這 種特徵消除了產生如下問題的可能性，即由於燃料噴射的推力弱，所以 整個燃料噴射過程延長的程度使得在點火的時間之前用以噴射燃料蒸發 的時間不充足。
本發明的第二方面涉及本發明第一方面所述的直接噴射火花點火式 內燃發動機，其中所述燃料噴射控制裝置基於發動機負載、發動機轉速 和發動機溫度中的至少一個改變推力切換活塞位置，所述推力切換活塞 位置是切換所噴射的燃料的推力時的活塞位置。
根據本發明第二方面的直接噴射火花點火式內燃發動機，即使所噴 射的燃料將粘附到活塞頂面上的可能性以及活塞頂面上的燃料在點火時 間之前蒸發的可能性由於發動機負載、發動機轉速以及發動機溫度的改 變而改變，但是，通過基於發動機負載、發動機轉速和發動機溫度中的 至少 一個改變推力切換活塞位置仍能夠抑制煙的產生。
本發明的第三方面涉及本發明第二方面所述的直接噴射火花點火式 內燃發動機，其中所述燃料噴射控制裝置改變所述推力切換活塞位置， 使得當發動機負載等於預定發動機負載時所述推力切換活塞位置最高，
^:降低，並且當發動機負載升高到高於所述預定發動機負載時所述:力 切換活塞位置被降低。
在本發明第三方面的直噴式火花點燃內燃發動機中，在當發動機負載等於預定發動機負載時所噴射的燃料最不可能粘附到活塞頂面的情況 下，當發動機負載等於所設定的發動機負載時，推力切換活塞位置被設 定到最高位置。另外，當發動機負載降低到低於預定發動機負載並且從 而活塞的溫度相應地降低時，活塞頂面上的燃料的蒸發變慢。因此，在 本發明第三方面的直接噴射火花點火式內燃發動機中，當發動機負載降 低到低於預定發動機負載時，降低推力切換活塞位置。另外，當發動機 負載升高到高於預定發動機負栽並且燃料噴射量因此增大時，所噴射的 燃料粘附在活塞頂面上的可能性增加。因此，在本發明第三實施方式的 直接噴射火花點火式內燃發動機中，當發動機負載升高到高於預定發動 機負載時，降低推力切換活塞位置。
本發明的第四方面涉及本發明第二方面所述的直接噴射火花點火式 內燃發動機，其中所述推力切換活塞位置被改變，使得當所述發動機轉 速等於預定發動機轉速時所述推力切換活塞位置最高，當所述發動機轉 速降低到低於所述預定發動機轉速時所述推力切換活塞位置被降低，並 且當所述發動機轉速升高到高於所述預定發動機轉速時所述推力切換活 塞位置被降低。
在本發明第四方面的直接噴射火花點火式內燃發動機中，在當發動 機轉速等於預定發動機轉速時點火時間之前允許所噴射的燃料蒸發的時 間段足夠的情況下，當發動機轉速等於預定發動機轉速時將推力切換活 塞位置設定到最高位置。另外，當發動機轉速降低到低於預定發動機轉 速並且因此活塞的溫度相應降低時，活塞的頂面上的燃料的蒸發變慢。 因此，在本發明第四方面的直接噴射火花點火式內燃發動機中，當發動 機轉速降低到低於預定發動機轉速時推力切換活塞位置被降低。另外， 當發動機轉速升高到高於預定發動機轉速時，在點火時間之前用於活塞 的頂面上的燃料蒸發的時間段縮短。因此，在本發明第四方面的直接噴 射火花點火式內燃發動機中，當發動機轉速升高到高於預定發動機轉速 時，推力切換活塞位置被降低。這樣一來，便能夠抑制煙的產生。
本發明的第五方面涉及本發明第二方面所述的直接噴射火花點火式 內燃發動機，其中當發動機溫度降低時所述燃料噴射控制裝置降低所述 推力切換活塞位置。
當發動機溫度降低並且從而活塞的溫度相應地降低時，活塞的頂面 上的燃料的蒸發變慢。因此，在本發明第五方面的直接噴射火花點火式內燃發動機中，當發動機溫度降低時推力切換活塞位置被降低。這樣一 來，便能夠抑制煙的產生。
本發明的第六方面涉及本發明第一方面所述的直接噴射火花點火式
內燃發動機，其中所述內燃發動機構造成使得所述燃料噴射閥大體上 設置在所述發動機氣缸的上部區域的中央或者設置在所述發動機氣缸的 上部區域的周邊的排氣門側；所述燃料通過所述燃料噴射閥向所述活塞 的頂面的排氣門側噴射；至少當基於所述內燃發動機的運轉狀態確定的 所需燃料量處於給定範圍內時，所述燃料噴射控制裝置將燃料噴射持續 時間固定為從進氣行程的中間階段中的第一曲軸轉角到緊鄰進氣行程下 止點之前的第二曲軸轉角的曲軸轉角範圍，所述第一曲軸轉角是開始燃 料噴射的正時，所述第二曲軸轉角是結束燃料噴射的正時；並且所述燃 料噴射控制裝置在兩個級別之間切換所噴射的燃料的推力，並且改變切 換所噴射的燃料的推力的正時，使得噴射出所需的燃料量。
根據本發明第六方面的直接噴射火花點火式內燃發動機，因為內燃 發動機配置成使得燃料噴射閥大體上設置在發動機氣缸的上部區域的中
閥向著活塞的頂面的排氣門側噴射，所以能夠有效地加強在發動機氣缸 的排氣門側向下流動在進氣門側向上流動的翻轉流。為了加強翻轉流使 得其在後半個壓縮行程之前保持活動，並且因此在點火時刻之前發動機 氣缸內空氣燃料混合物的運動保持劇烈以增加燃燒速度，燃料噴射區間 優選地固定到單位時間的進氣量大的曲軸轉角範圍。因此，在本發明第 六方面的直接噴射火花點火式內燃發動機中，燃料噴射區間固定到從進 氣行程的作為開始燃料噴射的正時的中間階段的第一曲軸轉角到在進氣 行程上作為結束燃料噴射的正時的下止點之前的第二曲軸轉角的曲軸轉 角範圍。另夕卜，在本發明第六方面的直接噴射火花點火式內燃發動機中， 噴射燃料的推力在兩個級別之間切換，並且所噴射燃料的推力的切換正 時延遲，使得以小推力噴射燃料的區間延長，而以大推力噴射燃料的區 間縮短，因此燃料噴射量降低。即，能夠通過適當地設定用於切換所噴 射燃料的推力來噴射所需的燃料量。
本發明的第七方面涉及一種用於控制直接噴射火花點火式內燃發動 機的方法，包括當燃料通過燃料噴射閥從發動機氣缸的上部區域向活 塞的頂面噴射時，在至少兩個級別之間切換所噴射的燃料的推力，使得所噴射的燃料的推力在所述活塞處於高位時變得比所述活塞處於低位時 弱。


參照附圖，根據下文中對示例性實施方式的說明，本發明的前述以 及其它目的、特徵和優點將變得明顯，附圖中相同的附圖標記用於表示相同的元件，並且附圖中圖l是示意性地示出了根據本發明示例性實施方式的直接噴射火花 點火式內燃發動機的每個氣缸的結構的縱向剖視圖；圖2是示出用於控制燃料噴射閥閥體的升程的示例性模式的視圖；圖射；圖射；圖5是用於根據冷卻液溫度設定切換燃料噴射推力的曲軸轉角的映射；曲軸轉角的映射； _ " 、 '、 '圖7是示出用於控制燃料噴射閥閥體的升程的另一模式的視圖；圖8是示出用於控制燃料噴射閥閥體的升程的又一模式的視圖。
具體實施方式
圖1是示意性地示出了根據本發明示例性實施方式的直接噴射火花 點火式內燃發動機的每個氣釭的結構的縱向剖視圖。具體而言，圖1示 出了緊接在進氣行程的下止點(將稱其為"進氣行程下止點")之前的狀 態。參照圖1，燃料噴射閥1大體上設置在每個氣缸上方區域的中央處以 直接將燃料噴射到氣缸內。而且，該氣缸還設置有經由一對進氣門(未圖示)與氣釭的內部連通的一對進氣口 2以及經由一對排氣門(未圖示) 與氣釭的內部連通的一對排氣口 3。在氣缸內，火花塞4在燃料噴射閥1的進氣門側設置於燃料噴射閥1附近，並且氣釭內還設置有活塞5。燃料噴射閥1向著活塞5頂面上的排氣門側的部分傾斜地向下噴射 燃料F。因為火花塞4設置在燃料噴射閥1的進氣門側，所以火花塞4 不會被所噴射的燃料F弄溼，因而也能夠防止火花塞4由於被所噴射的 燃料F弄溼而失火。從燃料噴射閥1噴射的燃料F的推力設定成使得在 燃料噴射開始之後1亳秒時所噴射的燃料F的前端到&巨離燃料噴射岡 的下閥端至少60毫米的點。由於具有如此大的推力的噴射燃料F大體上 從氣釭的上方區域的中央向著活塞5的頂面的排氣門側的部分傾斜地向 下移動，所以所噴射燃料F的推力加強了在氣釭內產生的翻轉流T,所 述翻轉流T在氣缸的排氣門側向下流動，在氣釭的進氣門側向上流動。因此而加強了的翻轉流T在後半個壓縮行程之前始g持活躍，因 此直到壓縮#^呈結束時的點火時刻，空氣燃料混合物始終保持劇烈運動。 空氣燃料混合物的劇烈運動增加了燃燒的速度，使得均勻燃燒良好地進 行。在該示例性實施方式中，為了節省燃料消耗，均勻燃燒的空燃比被 設定為比化學計量空燃比(優選為20或更多，其抑制NOx的產生)稀的 空燃比，因此均勻燃燒將緩慢地進行。從而，如上所述地增加燃燒速度 是特別有利的。同時，均勻燃燒的空燃比也可替代性地設定成化學計量 空燃比或者濃空燃比。在這種情況下，增加燃燒速度也會提供各種優點。燃料F可以被噴射成從各種形狀中任意選擇的形狀。例如，使用單 個噴射孔，燃料F可以被噴射成實心錐形或空心錐形。另外，使用狹縫 形狀的噴射孔，燃料F可以被噴射成相對較薄的扇形。另外，使用弧形 狹縫形狀的噴射孔，燃料F可以被噴射成相對較薄的弧形，所述弧形的 凸起側面向上側以及排氣門側。另外，使用兩個或多個直狹縫形噴射孔 的組合，燃料F可以被噴射成鋸齒形。簡言之，只要能夠使所噴射的燃 料F的推力大得足以加速氣釭中的翻轉流T，就可以將燃料F噴射成任 意的形狀。另外，燃料噴射閥1也可以設置在氣缸上部區域的周邊的排 氣門側(例如在兩個排氣門之間)，而不設置在大體上氣缸上部區域的中 央處，4吏得燃料噴射閥1向著活塞5的頂面上的排氣側部分大體上直線 地向下噴射燃料。不^加強翻轉流T時，而且在向活塞5的頂面噴射燃料F的任何 時候，所噴射的燃料都有可能粘附到活塞5的頂面上，如果這些粘附的 燃料在點火時刻之前未被蒸發掉並且導致未能燃燒，則會產生煙。在該示例性實施方式中，通過在至少兩個級別中控制燃料噴射閥1的閥體升 程等，可以對所噴射燃料的推力在至少兩個級別中進行調節。更具體地說，當活塞5處於高位時，由於在從燃料噴射閥1噴射出燃料時所噴射 的燃料很可能粘附到活塞5的頂面，所以與活塞5處於低位時相比將減 弱從燃料噴射閥1噴射的燃料的推力(將稱其為"燃料噴射推力")，從 而所噴射燃料粘附到活塞5的頂面上的可能性相對較小。這樣能夠減少 粘附到活塞5的頂面上的燃料的量，因此充分抑制了煙的產生。另一方面，當活塞5處於低位時，燃料噴射推力^強，這促進了 所噴射燃料的霧化，因此所噴射的燃料高效地蒸發。該特徵消除了產生 如下問題的可能性，即由於燃料噴射推力弱，所以整個燃料噴射過程延 長到某種程度，以至於在點火之前用於所噴射燃料蒸發的時間不充足。 如該示例性實施方式中一樣，在為了加強翻轉流T而加強燃料噴射推力 的情況下，至少在活塞5處於低位的情況下燃料噴射推力被加強時，可亳秒時到達至少距離燃料噴射閥的下部閥端60毫米的點。為了以多級形式控制燃料噴射閥1的閥體的升程，例如，可以釆用 如下結構，即其中燃料噴射閥1的沿閥閉合方向被彈簧等迫壓的閥體通 過壓電應變致動器打開，並且通過以多級形式控制施加到壓電應變致動 器的電壓來調節閥體的升程。替代性地，可以採用如下結構，即其中通 過多級電磁致動器打開燃料噴射閥1的閥體，並且通過控制用以打開燃 料噴射閥1的電磁致動器的數量來調節閥體的升程。圖2示出了閥升程控制模式A到E，在每個模式中，閥體的升程被 控制，從而使得當活塞5處於高位時燃料噴射推力比活塞5處於低位時 弱。在圖2中所示的每個模式中，燃料噴射在進氣行程下止點之前的點 處結束。在模式A、 B、 C中，小升程氣門打開區間和大升程氣門打開區 間均限定為曲軸轉角範圍且彼此相等，並且如果發動機轉速相等則每個 模式中的燃料噴射量相等(嚴格地說，因為曲軸不以恆定的角速度旋轉， 所以為了在每個模式中噴射相等的燃料量，當將曲軸轉角範圍設定為氣 門打開區間時需要考慮到每個曲軸轉角處的曲軸的角速度)。模式A、 B、 C的將閥升程從小升程切換到大升程的曲軸轉角彼此各不不同。更具體 地說，模式A的閥升程切換曲軸轉角a3、模式B的閥升程切換曲軸轉角 a2、模式C的閥升程切換曲軸轉角al從進氣行程下止點側開始以此順序設定。即，在模式C中燃料噴射推力從弱級別切換到強級別時活塞5所 處的位置(將簡稱其為"用於切換燃料噴射推力的活塞位置")最高，在 模式B中次之，在模式A中最低。在模式D中，用於切換閥升程的活塞位置(曲軸轉角)與模式B(即， 曲軸轉角a2)中的相同。但是，在模式D中，用於大升程氣門開度的曲 軸轉角範圍設定的比模式B中的長。因此，如果在每個模式中發動機轉 速相等，則模式D中的燃料噴射量比模式B中的大。另外，即使當模式 D中的發動機轉速大於模式B時，也能夠使模式D中的燃料噴射與模式 B中的相等。同時，在模式E中，用於切換閥升程的活塞位置(曲軸轉 角)與模式A中的(即曲軸轉角a3)相同。但是，在模式E中，用於小 升程氣門開度的曲軸轉角範圍比模式A中的長。因此，如果在每個模式 中發動機轉速相等，則模式E中的燃料噴射量比模式A中的大。另外， 即使當模式E中的發動機轉速比模式A中的大時，也能使模式E中的燃 料噴射量與模式A中的相等。在任何閥升程控制模式中，在燃料噴射期間使活塞5處於高位時的 燃料噴射推力比活塞5處於低位時的燃料噴射推力小，因此與燃料噴射 推力甚至在活塞5處於高位時也保持較大的情形相比，將粘附到活塞5 的頂面上的燃料的量小。在均勻燃燒期間，通過更早完成燃料噴射使得點火之前的時間段更 長，則所噴射的燃料能夠蒸發得更充分並且與空氣混合得更充分，進而 能夠形成更均勻的空氣燃料混合物。因此，將用於切換燃料噴射推力的 活塞位置設定到高位是可取的。為此原因，當發動機負載適中時，用於切換燃料噴射推力的活塞位 置被設定到相對較高的位置。但是，當發動機負載變低並且活塞5的溫 度也因此變低時，活塞5上燃料的蒸發變'艮。因此，這時煙的量將會增 加，除非降低粘附到活塞5上的燃料的量。因此，在該示例性實施方式 中，發動機負載越低，則用於切換燃料噴射推力的活塞位置被設定得越 低。另一方面，當發動機負載高時，燃料噴射量大並且因此所噴射的燃 料粘附到活塞5的頂面上的量也高。在這種情況下，煙的量將增加，除 非降低粘附到活塞5上的燃料的量。因此，在該示例性實施方式中，發 動機負載越高，則用於切換燃料噴射推力的活塞位置被設定得越低。這 樣一來，通過根據如圖3中所示的發動機負載改變用於切換燃料噴射推力的活塞位置，能夠抑制煙的產生。
另外，當發動機轉速適中時，用於切換燃料噴射推力的活塞位置被
設定到相對較高的位置。但是，當發動機轉速變低並且活塞5的溫度也 因此變低時，活塞5上的燃料的蒸發變慢。在這種情況下，煙的量將會 增加，除非降低粘附到活塞5上的燃料的量。因此，在該示例性實施方 式中，發動機轉速越低，則用於切換燃料噴射推力的活塞位置被設定得 越低。另一方面，當發動機轉速變高時，允許活塞5上的燃料蒸發的時 間段變短。在這種狀態下，煙的量將增加，除非降低將粘附到活塞5頂 面的燃料的量。因此，在該示例性實施方式中，發動機轉速越高，則用 於切換燃料噴射推力的活塞位置被設定得越低。這樣一來，通過根據如 圖4中所示的發動機轉速切換用於切換燃料噴射推力的活塞位置，能夠 抑制煙的產生。
另外，當發動機溫度降低並且活塞5的溫度也因此降低時，活塞5 上的燃料的蒸發變慢。在這種狀態下，煙的量將增加，除非降低將粘附 到活塞5的頂面上的燃料的量。因此，在該示例性實施方式中，發動機 溫度越低，則用於切換燃料噴射推力的活塞位置被設定得越低。這樣一 來，通過根據圖5中所示的指示發動機溫度的冷卻液溫度切換用於切換 燃料噴射推力的活塞位置，能夠抑制煙的產生。
如上所述，可以根據發動機負載、發動機轉速和發動機溫度中的任 一個設定用於切換燃料噴射推力的活塞位置。例如，可以根據如圖6的
塞位置。應當指出，這種映射可以設置為用於每個級別的發動機溫度。
圖7示出了閥升程控制模式F,其中在進氣行程下止點之後燃料噴射 結束。在模式F中，進氣行程下止點之後的燃料噴射區間(壓縮行程上 的燃料噴射區間)相對較長，並且在經過壓縮行程上的與在前一進氣行 程上的燃料噴射推力從小升程切換到大升程的活塞位置相對應的活塞位 置後燃料噴射仍在繼續。更具體地說，在模式F中，在如上所述基於發 動機負載、發動機轉速和發動機溫度中的任一個被設定為在進氣行程中 用於切換燃料噴射推力的活塞位置的曲軸轉角a4處，閥升程從小升程切 換到大升程，並且然後在與壓縮行程上的和進氣行程上的前述活塞位置 相同的活塞位置相對應的曲軸轉角a5處，閥升程從大升程切換回到小升 程。雖然在前述示例中以兩個級別調節燃料噴射推力，但是也可以三級 或更多級來調節燃料噴射推力，使得燃料噴射推力以更多級的方式增強。 在這種情況下，上述技術可用於將燃料噴射推力切換到最高級的活塞位 置的設定。另外，上述技術還可用於切換燃料噴射推力的其它活塞位置 的設定。
同時，當使用所噴射的燃料加強翻轉流時，如果在單位時間進氣量 大的時間段-例如從進氣行程的中間階段到後半階段噴射燃料，則能夠 高效地加強翻轉流。因此，在燃料噴射閥大體上設置在氣缸上部區域的 中央或者在氣缸上部區域周邊的排氣門側並且通過從燃料噴射閥向活塞 的頂面的排氣門側噴射燃料加強翻轉流的情況下，不論所需的燃料噴射
量如何，可通過如圖8中的實線所示將燃料噴射開始正時固定到進氣行 程的中間階段中的第一曲軸轉角as並且將燃料噴射結束正時固定到緊接 在進氣行程下止點之前的第二曲軸轉角ae來設定燃料噴射區間，因此只 要基於由發動機負載和發動機轉速限定的發動機運轉狀態確定的所需燃 料噴射量在預定範圍內，就可以通過所噴射燃料高效地加強翻轉流。
在上述情況下，例如，如果以兩個級別的形式調節燃料噴射推力， 使得當活塞5處於高位並且因而所噴射的燃料粘附在活塞5的頂面上的 可能性大時，燃料噴射推力被設定為弱於活塞5處於低位因而所噴射的 燃料粘附在活塞5的頂面上的可能性小時的燃料噴射推力，則也能夠降 低煙的量。
另夕卜，在用於切換燃料噴射推力的正時設定在曲軸轉角a8的情況下， 如果通過將其延遲到例如a9或a10而使相同的正時更接近進氣行程下止 點，則以小推力噴射燃料的燃料噴射區間延長，而以大推力噴射燃料的 燃料噴射區間縮短，因此燃料噴射量降低。另一方面，如果相同的正時 通過提前到例如a7或a6而從進氣行程下止點移離，則以小推力噴射燃 料的燃料噴射區間縮短，而以大推力噴射燃料的燃料噴射區間延長，因 此燃料噴射量增加。這樣一來，即使燃料噴射區間是固定的，通過改變 用於切換燃料噴射推力的正時也能夠噴射所需的燃料量。同時，當發動 機轉速高時，為了噴射給定量的燃料，需要將切換燃料噴射推力的曲軸 轉角設定為距離進氣下止點比當發動機轉速低時的更遠。
在如上所述地切換燃料噴射推力的情況下，當需要用大的推力噴射 燃料時，可以將燃料噴射推力設定成使得在開始燃料噴射之後1毫秒時
15所噴射的燃料的前端到i^巨離燃料噴射閥的下閥端至少60亳米的點。另 外，即使當需要減小的燃料噴射推力時，為了加強翻轉流，也可以將燃 料噴射推力設定成儘可能地大。另外，在如上所述固定了用於噴射燃料 的曲軸轉角範圍的情況下，如果能夠在小推力和大推力之間切換燃料噴
射推力，則通過在每個發動機轉速級別設定的燃料噴射推力獲得的最小 燃料噴射量和最大燃料噴射量得以確定。即，在這種情況下，能夠噴射 的燃料量的範圍得以確定，並且因此如果所需的燃料量超出了此燃料噴 射量範圍，則無法在固定了燃料噴射曲軸轉角範圍的情況下執行燃料噴 射。可以為每個發動機轉速級別設定共有的燃料噴射量範圍。但是，在 這種情況下，需要設定窄的共有燃料噴射量範圍。因此，可以為每個發 動機轉速級別設定不同的燃料噴射量範圍。
權利要求
1. 一種直接噴射火花點火式內燃發動機，包括燃料噴射閥(1)；以及燃料噴射控制裝置，其用於控制燃料噴射使得燃料通過所述燃料噴射閥(1)從發動機氣缸的上部區域向活塞的頂面噴射，所述直接噴射火花點火式內燃發動機的特徵在於所述燃料噴射控制裝置在至少兩個級別之間切換從所述燃料噴射閥(1)噴射的燃料的推力，使得所噴射的燃料的推力在所述活塞處於高位時變得比所述活塞處於低位時弱。
2.如權利要求1所述的直接噴射火花點火式內燃發動機，其中， 所述燃料噴射控制裝置基於發動機負載、發動機轉速和發動機溫度中的 至少一個改變推力切換活塞位置，所述推力切換活塞位置是切換所噴射 的燃料的推力時的活塞位置。
3.如權利要求2所述的直接噴射火花點火式內燃發動機，其中， 所述燃料噴射控制裝置改變所述推力切換活塞位置，使得當發動機負載 等於預^動機負載時所述推力切換活塞位置最高，當發動機負載降低 到低於所述預定發動機負載時所述推力切換活塞位置被降低，並且當發 動機負載升高到高於所述預定發動機負載時所述推力切換活塞位置被 降低。
4.如權利要求3所述的直接噴射火花點火式內燃發動機，其中， 所述預^JL動機負載被設定為中等發動機負載。
5.如權利要求2所述的直接噴射火花點火式內燃發動機，其中， 所述燃料噴射控制裝置改變所述推力切換活塞位置，使得當發動機轉速 等於預定發動機轉速時所述推力切換活塞位置最高，當發動機轉速降低 到低於所述預定發動機轉速時所述推力切換活塞位置被降低，並且當發 動機轉速升高到高於所述預定發動機轉速時所述推力切換活塞位置被 降低。
6.如權利要求5所述的直接噴射火花點火式內燃發動機，其中， 所述預定發動機轉速被設定為中等發動機轉速。
7.如權利要求2所述的直接噴射火花點火式內燃發動機，其中， 當發動機溫度降低時所述燃料噴射控制裝置降低所述推力切換活塞位 置。
8.如權利要求l所述的直接噴射火花點火式內燃發動機，其中所述內燃發動機構造成使得所述燃料噴射岡(1)大體上設置在所 述發動機氣缸的上部區域的中央或者設置在所述發動機氣缸的上部區 域的周邊的排氣門側；所述燃料通過所述燃料噴射閥(1)向所述活塞的頂面的排氣門側 噴射；至少當基於所述內燃發動機的運轉狀態確定的所需燃料量處於給 定範圍內時，所述燃料噴射控制裝置將燃料噴射持續時間固定為從進氣 行程的中間階段中的第一曲軸轉角到緊鄰進氣行程下止點之前的第二 曲軸轉角的曲軸轉角範圍，所述第一曲軸轉角是開始燃料噴射的正時， 所述第二曲軸轉角是結束燃料噴射的正時；並且所述燃料噴射控制裝置在兩個級別之間切換所噴射的燃料的推力， 並且改變切換所噴射的燃料的推力的正時，使得噴射出所需的燃料量。
9. 一種用於控制直接噴射火花點火式內燃發動機的方法，包括當燃料通過燃料噴射閥(1)從發動機氣缸的上部區域向活塞的頂 面噴射時，在至少兩個級別之間切換所噴射的燃料的推力，使得所噴射 的燃料的推力在所述活塞處於高位時變得比所述活塞處於低位時弱。
10.如權利要求9所述的方法，其中，基於發動機負載、發動機轉 速和發動機溫度中的至少一個改變推力切換活塞位置，所述推力切換活塞位置是切換所噴射的燃料的推力時的活塞位置。
11.如權利要求10所述的方法，其中，改變所述推力切換活塞位置，使得當發動機負載等於預定發動機負載時所述推力切換活塞位置最位置被降低，並且當發動機負載升高到高於所述預定發動機負載時所述 推力切換活塞位置被降低。
12.如權利要求10所述的方法，其中，改變所述推力切換活塞位 置，使得當發動機轉速等於預定發動機轉速時所述推力切換活塞位置最位置被降低，並且當發動機轉速升高到高於所述預定發動機轉速時所述 推力切換活塞位置被降低。
13.如權利要求10所述的方法，其中，當發動機溫度降低時降低 所述推力切換活塞位置。
14.如權利要求9所述的方法，其中所述內燃發動機被構造成使得所述燃料噴射閥(1)大體上設置在 所述發動機氣缸的上部區域的中央或者設置在所述發動機氣缸的上部 區域的周邊的排氣門側；通過所述燃料噴射閥(1)向所述活塞的頂面的排氣門側噴射燃料;至少當基於所述內燃發動機的運轉狀態確定的所需燃料量在給定 範圍內時，將燃料噴射持續時間固定為從進氣行程的中間階段中的第一 曲軸轉角到緊鄰進氣行程下止點之前的第二曲軸轉角的曲軸轉角範圍， 所述第一曲軸轉角是開始燃料噴射的正時，所述第二曲軸轉角是結束燃 料噴射的正時；在兩個級別之間切換所噴射的燃料的推力；並且改變切換所噴射的燃料的推力的正時，使得噴射出所需的燃料量。
15. —種直噴式火花點火內燃發動機，包括 燃料噴射閥，以及燃料噴射控制裝置，其控制燃料噴射，使得通過燃料噴射閥從發動 機氣釭的上部區域向著活塞的頂面噴射燃料，其中所述燃料噴射控制裝置在兩級之間切換從所述燃料噴射閥噴射的 燃料的推進力，使得當所述活塞的位置高時所噴射的燃料的推進力比當 所述活塞的位置低時的小。
全文摘要
一種直接噴射火花點火式內燃發動機，其包括燃料噴射閥(1)和燃料噴射控制裝置，該燃料噴射控制裝置用於控制燃料噴射使得通過燃料噴射閥(1)從發動機氣缸的上部區域向活塞的頂面噴射燃料。燃料噴射控制裝置在至少兩個級別之間切換從燃料噴射閥(1)噴射的燃料的推力，使得當活塞處於高位時所噴射燃料的推力比活塞處於低位時的弱。
文檔編號F02M45/12GK101506517SQ200780031777
公開日2009年8月12日 申請日期2007年9月27日 優先權日2006年9月29日
發明者蘆澤剛 申請人:豐田自動車株式會社