專利名稱：火花點火式直噴發(fā)動機控制方法及火花點火式直噴發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火花點火式直噴發(fā)動機的控制方法及火花點火式直噴發(fā)動機。
背景技術(shù)：
為了提高發(fā)動機的熱效率，改善燃耗，提高壓縮比是有效的手段。然而，若將使用汽油或含汽油的燃料的火花點火式發(fā)動機的幾何壓縮比設(shè)定為超過12的高壓縮比時，在發(fā)動機的高負載區(qū)域的低速側(cè)運轉(zhuǎn)區(qū)域中容易產(chǎn)生爆震或早燃(preignition)等異常燃燒(以下，將這些異常燃燒簡單地統(tǒng)稱為“爆震”)。作為抑制爆震的措施之一例如有使點火時期大幅延遲的措施。例如日本專利公開公報特開2010-101312號中記載了如下控制方法，S卩，在高壓縮比的火花點火式直噴發(fā)動機中，在易于產(chǎn)生爆震的高負載區(qū)域的低速區(qū)域中，不僅將點火時期大幅延遲至壓縮上止點之后，而且還進行在進氣沖程中噴射少量燃料和在壓縮沖程后期噴射較多量燃料的分割噴射，由此來抑制爆震的發(fā)生。然而，上述控制方法雖可期待抑制爆震，但無法確保充分高的轉(zhuǎn)矩。S卩，高壓縮比發(fā)動機雖具有高轉(zhuǎn)矩化的潛力，但因爆震對策的原因，以往的高壓縮比發(fā)動機未能實現(xiàn)充分的高轉(zhuǎn)矩化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題而作，其目的在于提供一種火花點火式直噴發(fā)動機的控制方法和火花點火式直噴發(fā)動機，在發(fā)動機的高負載區(qū)域的低速側(cè)的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中有效地抑制爆震并且實現(xiàn)高壓縮比發(fā)動機所帶來的高轉(zhuǎn)矩化。本發(fā)明在易于產(chǎn)生爆震的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的相對低速側(cè)區(qū)域中，實現(xiàn)由氣缸內(nèi)的氣體冷卻所引起的抗爆震性的提高，通過增大點火時期的提前量而實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的提高，另一方面在特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的相對高速側(cè)的區(qū)域，通過提高進氣填充效率而避免爆震并且實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的提高。具體而言，本發(fā)明涉及控制火花點火式直噴發(fā)動機的方法，該火花點火式直噴發(fā)動機包括發(fā)動機主體和燃料噴射閥，所述發(fā)動機主體具有幾何壓縮比設(shè)定在12以上的氣缸，所述燃料噴射閥向所述氣缸內(nèi)直接噴射燃料。該控制方法包括以下步驟所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于設(shè)定在高負載區(qū)域的低速側(cè)區(qū)域中的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時將有效壓縮比設(shè)定在10以上的步驟；在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中，使對所述氣缸內(nèi)的混合氣體點火的點火時期相對于MBT (Minimum advance for Best Torque (最大扭矩的最小點火提前角))延遲的步驟；在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中，在從進氣沖程至壓縮沖程前半期的期間中執(zhí)行從所述燃料噴射閥噴射至少兩次燃料的分割噴射的步馬聚ο在使所述點火時期相對于MBT延遲的步驟中，在所述發(fā)動機主體的速度(轉(zhuǎn)速) 處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的速度相對低的第一速度區(qū)域時，將所述點火時期的延遲量設(shè)定得大于處于比所述第一速度區(qū)域更高速的第二速度區(qū)域時的點火時期的延遲量。此外，在執(zhí)行所述分割噴射的步驟中，在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的所述第一速度區(qū)域?qū)⑺龇指顕娚涞淖罱K階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的所述第二速度區(qū)域?qū)⑺龇指顕娚涞淖罱K階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期并且將在該最終階段之前噴射的噴射階段的至少一噴射時期設(shè)定在進氣沖程中期。此處，在“設(shè)定在高負載區(qū)域的低速側(cè)區(qū)域中的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域”這一用語中，“高負載區(qū)域”是指發(fā)動機主體的負載區(qū)域中負載比指定負載高的區(qū)域，至少包含滿負載及其近傍。此外，“低速側(cè)區(qū)域”是指在發(fā)動機主體的速度區(qū)域中速度比指定速度低的區(qū)域，至少包含怠速及其近傍。換言之，該特定運轉(zhuǎn)區(qū)域在幾何壓縮比設(shè)定為12以上的高壓縮比的發(fā)動機主體中也可定義為易于產(chǎn)生包含爆震或早燃的異常燃燒的運轉(zhuǎn)區(qū)域。作為一例，在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域包含高負載區(qū)域中的低速區(qū)域及中速區(qū)域(將發(fā)動機主體的速度區(qū)域三分割為低速區(qū)域、中速區(qū)域及高速區(qū)域時的低速區(qū)域及中速區(qū)域)的至少一部分的情況下，在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中，發(fā)動機主體的速度相對低的“第一速度區(qū)域”大致對應(yīng)于低速區(qū)域，而發(fā)動機主體的速度相對高的第二速度區(qū)域大致對應(yīng)于中速區(qū)域。此外，“壓縮沖程前半期”是指將壓縮沖程二分割為前半期與后半期時的前半期。 另一方面，“進氣沖程后期”是指將進氣沖程三分割為前期、中期及后期時的后期，同樣，“進氣沖程中期”是指將進氣沖程三分割為前期、中期及后期時的中期。但將壓縮沖程二分割為前半期與后半期的說明中的“二分割”并不限定于在嚴格意義上對壓縮沖程進行二分割 (二等分)，前半期、后半期的各期間之間也可存在一些差。此外，將進氣沖程三分割為前期、中期及后期的說明中的“三分割”并不限定于在嚴格意義上對進氣沖程進行三分割(三等分)，前期、中期及后期的各期間之間也可存在一些差。此外，進氣沖程及壓縮沖程并不限定于僅由在氣缸內(nèi)往返移動的活塞的位置(曲柄角)所規(guī)定。例如進氣沖程的結(jié)束可以不是在活塞到達進氣下止點的時間點，即便是在活塞過了進氣下止點之后，進氣門打開而實質(zhì)上持續(xù)向氣缸內(nèi)進氣的期間(發(fā)動機速度比較高，即便活塞過了進氣下止點也不會產(chǎn)生逆流的期間)實質(zhì)上也可包含于進氣沖程后期。所述控制方法中，當(dāng)發(fā)動機主體處于特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時，換言之，處于易于產(chǎn)生爆震的運轉(zhuǎn)區(qū)域時，將有效壓縮比設(shè)定在10以上。該10以上的有效壓縮比可兼顧改善抗爆震性與提高轉(zhuǎn)矩。此外，在特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中，通過使對氣缸內(nèi)的混合氣體的點火時期相對于MBT延遲來抑制爆震。此時，當(dāng)發(fā)動機主體的速度處于相對低的第一速度區(qū)域時，與處于相對高的第二速度區(qū)域時相比易于產(chǎn)生爆震，因此在處于第一速度區(qū)域時，將點火時期的延遲量設(shè)定得更大。由此，可分別在第一速度區(qū)域及第二速度區(qū)域有效地抑制爆震。并且，在特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中，在從進氣沖程至壓縮沖程前半期的期間中執(zhí)行從燃料噴射閥噴射至少兩次燃料的分割噴射。伴隨此，在第一速度區(qū)域中，將分割噴射的最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期。在壓縮沖程中直接噴射到氣缸內(nèi)的燃料通過隨著其汽化的潛熱而有助于降低氣缸內(nèi)的氣體溫度，從而有利于降低點火前的氣缸內(nèi)溫度(抑制溫度上升)。這可抑制爆震，因而可改善抗爆震性，從而可相應(yīng)地縮小點火時期的延遲量。艮口， 可避免爆震的產(chǎn)生，并且可實現(xiàn)因點火時期的提前所引起的轉(zhuǎn)矩提高。此外，在最終階段之前噴射的燃料在壓縮沖程前半期之前噴射，因此可在至點火時期為止的期間確保充足的汽化時間。另一方面，在第二速度區(qū)域中，與第一速度區(qū)域不同，將分割噴射的最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期，且將在該最終階段之前噴射的噴射階段的至少一噴射時期設(shè)定在進氣沖程中期。在進氣沖程后期噴射到氣缸內(nèi)的燃料通過隨著其汽化的潛熱而冷卻進氣，因而可有效地提高進氣填充效率。這有利于提高轉(zhuǎn)矩。另一方面，進氣沖程中期為進氣流速變得最快的期間，因此在該進氣沖程中期向氣缸內(nèi)噴射燃料尤其可提高燃料混合性。 這可抑制氣缸內(nèi)的燃料的濃度不均而有利于改善抗爆震性，并且縮短燃燒時間也有利于提高抗爆震性。其結(jié)果，可使點火時期提前。因此，在相對低速的第一速度區(qū)域中，通過在壓縮沖程前半期執(zhí)行分割噴射中的最終階段的燃料噴射而加強氣缸內(nèi)的氣體冷卻，從而可改善抗爆震性，并且可使點火時期提前，因而可避免爆震的產(chǎn)生，并且可提高轉(zhuǎn)矩。另一方面，在相對高速的第二速度區(qū)域中， 執(zhí)行分割為進氣沖程中期與后期至少兩次的燃料噴射，由此可提高抗爆震性，并且可通過由加強進氣的冷卻所實現(xiàn)的進氣填充效率的提高而提高轉(zhuǎn)矩。此處，就點火時期與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系進行檢討。即，點火時期與轉(zhuǎn)矩之間具有以下的關(guān)系相對于MBT的延遲量越大，則與指定提前量(例如每1° CA的提前量)對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩的提高量越大，相對于MBT的延遲量越小，則與指定提前量對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩的提高量越小。由于相對低速的第一速度區(qū)域更易于產(chǎn)生爆震，因此點火時期的延遲量本來就設(shè)定得較大，另一方面，相對高速的第二速度區(qū)域設(shè)定相對小的點火時期的延遲量。因此，在第一速度區(qū)域中， 通過使點火時期提前而獲得的轉(zhuǎn)矩提高效果較高。此外，在比第二速度區(qū)域易于產(chǎn)生爆震的第一速度區(qū)域中，即便欲通過提高進氣填充量來提高轉(zhuǎn)矩，也會因隨著進氣填充量的提高而導(dǎo)致氣缸內(nèi)壓力升高，從而有可能會導(dǎo)致抗爆震性進一步惡化。因此，會導(dǎo)致點火時期進一步延遲，其結(jié)果，有可能會導(dǎo)致所提高的進氣填充量未能相應(yīng)地提高轉(zhuǎn)矩的情形。因此，如上所述，在第一速度區(qū)域中，盡量降低氣缸內(nèi)的氣體溫度以改善抗爆震性，由此盡量使點火時期提前而可有利于提高轉(zhuǎn)矩。反之，在第二速度區(qū)域中，即便改善抗爆震性而使點火時期提前，轉(zhuǎn)矩的提高量也較小，因此提高進氣填充效率可有利于提高轉(zhuǎn)矩。所述控制方法中，較為理想的是，在所述發(fā)動機主體的溫度高于指定值時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述發(fā)動機主體的溫度為所述指定值以下時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期。在發(fā)動機主體的溫度為指定值以下時，例如在發(fā)動機冷機時，由于氣缸內(nèi)的溫度低，從而對于爆震問題相對有利。因此，在發(fā)動機主體的溫度為指定值以下這樣的對于爆震問題相對有利的狀態(tài)下，通過將最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期可實現(xiàn)進氣填充效率的提高，可提高轉(zhuǎn)矩。另一方面，在例如發(fā)動機暖機時那樣的發(fā)動機主體的溫度高于指定值的對于爆震問題相對不利的狀態(tài)下，較為理想的是，將最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期來加強氣缸內(nèi)的氣體冷卻以改善抗爆震性，實現(xiàn)點火時期的提前所引起的轉(zhuǎn)矩提高。所述控制方法中，較為理想的是，還包括在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時將所述氣缸的進氣門的閉合時期設(shè)定在壓縮沖程前半期的步驟，其中，在所述發(fā)動機主體的溫度從所述指定值以下的狀態(tài)過渡到高于該指定值的狀態(tài)時，將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期從進氣沖程后期變更到壓縮沖程前半期中所述進氣門的閉合后。如上所述，在發(fā)動機主體的溫度為指定值以下時，例如在發(fā)動機冷機時，通過將最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期可實現(xiàn)進氣填充效率的提高而提高轉(zhuǎn)矩。之后，在發(fā)動機被暖機而導(dǎo)致發(fā)動機主體的溫度高于指定值時，由于在爆震問題上從有利的狀態(tài)變化為不利的狀態(tài)，因此將最終階段的噴射時期變更至壓縮沖程前半期。由此來加強氣缸內(nèi)的氣體冷卻，改善抗爆震性，實現(xiàn)由點火時期提前所引起的轉(zhuǎn)矩提高。此時，通過將最終階段的噴射時期變更至進氣門的閉合后，可防止向進氣口逆流。這可將所噴射的燃料切實地封入氣缸內(nèi)，從而有利于通過其汽化潛熱而充分冷卻氣缸內(nèi)的氣體，其結(jié)果，可盡量使點火時期提前而有效地提高轉(zhuǎn)矩。此處，“進氣門的閉合時”并不限定于進氣門實際上閉合的狀態(tài)，可包含進氣門實質(zhì)上閉合的狀態(tài)。作為具體例(但并不限定于此)，也可將升程0. 3mm時的位置定義為進氣門的閉合時。所述控制方法中，較為理想的是，在所述發(fā)動機主體的進氣溫度高于指定值時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述進氣溫度為所述指定值以下時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期。與所述的發(fā)動機主體的溫度同樣地，在進氣溫度為指定值以下時，氣缸內(nèi)的氣體溫度低而對于爆震問題相對有利，因此將最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期。由此， 可實現(xiàn)進氣填充效率的提高而提高轉(zhuǎn)矩。另一方面，在進氣溫度高于指定值這樣的對于爆震問題相對不利的狀態(tài)下，通過將最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期來加強氣缸內(nèi)的氣體冷卻以改善抗爆震性，實現(xiàn)由點火時期提前所引起的轉(zhuǎn)矩提高。所述控制方法中，較為理想的是，在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述第一速度區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為在進氣沖程中執(zhí)行的第一噴射和在壓縮沖程前半期執(zhí)行的第二噴射的兩次噴射，在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述第二速度區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為在進氣沖程中期執(zhí)行的第一噴射和在進氣沖程后期執(zhí)行的第二噴射的兩次噴射。此外，將所述發(fā)動機主體的速度相對高時的第一噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得高于該發(fā)動機主體的速度相對低時的所述比率。第一噴射是在進氣沖程中執(zhí)行的噴射，可有助于由進氣流動所引起的燃料混合性的提高、以及由進氣被冷卻所引起的進氣填充效率的提高。在發(fā)動機主體的速度相對高時， 進氣流動相對劇烈，因此將第一噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得高于發(fā)動機主體的速度相對低時的比率，可利用劇烈的進氣流動有效地提高混合性及進氣填充效率。即，有利于更大程度地兼顧避免爆震和提高轉(zhuǎn)矩。另外，“將所述發(fā)動機主體的速度相對高時的第一噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得高于發(fā)動機主體的速度相對低時的所述比率”的情形中，包含使第二速度區(qū)域的第一噴射量的相對于總噴射量的比率高于第一速度區(qū)域的該比率的情形。所述控制方法中，較為理想的是，在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為第一噴射和第二噴射的兩次噴射。此
9夕卜，在所述第二噴射的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期時在進氣沖程中執(zhí)行所述第一噴射，在所述第二噴射的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期時在進氣沖程中期執(zhí)行所述第一噴射并且將第二噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得低于該第二噴射的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期時的所述比率。由于第二噴射的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期時難以產(chǎn)生爆震因而對于爆震問題處于相對有利的狀態(tài)，因此將第二噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得比較低。由于設(shè)定較低的第二噴射量的比率從而相應(yīng)地提高在進氣沖程中期噴射的第一噴射量的比率， 因此如上所述，有利于進氣流動所引起的燃料混合性的提高、以及進氣被冷卻所引起的進氣填充效率的提高，從而可在對爆震問題相對有利的狀態(tài)下有效地提高轉(zhuǎn)矩。另一方面，在第二噴射的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期時，易于產(chǎn)生爆震因而對于爆震問題處于相對不利的狀態(tài)，因此將第二噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得比較高，通過優(yōu)先冷卻氣缸內(nèi)的氣體，改善抗爆震性進而盡量使點火時期提前而有效地提高轉(zhuǎn)矩。所述控制方法中，較為理想的是，在所述第一速度區(qū)域中將所述點火時期設(shè)定在壓縮上止點以后的膨脹沖程，在所述第二速度區(qū)域中將所述點火時期設(shè)定在壓縮上止點以前的壓縮沖程。如上所述，在爆震的問題上，相對低速的第一速度區(qū)域與第二速度區(qū)域相比不利， 因此，使第一速度區(qū)域的點火時期相對于第二速度區(qū)域的點火時期延遲，在避免爆震方面較為理想。所述控制方法中，較為理想的是，還包括將供應(yīng)給所述燃料噴射閥的燃料的壓力設(shè)定為隨著所述發(fā)動機主體的轉(zhuǎn)速上升而升高的步驟。燃料壓力的上升可縮短燃料噴射閥的燃料噴射所涉及的脈沖寬度，因而在燃料噴射量增大的高轉(zhuǎn)速側(cè)，有利于提高分割噴射的各噴射階段的噴射時期的設(shè)定自由度。此情形尤其在發(fā)動機主體的速度相對高而相對于曲柄角的實際時間較短且至少在進氣沖程的中期與后期進行分割噴射的第二速度區(qū)域中有利。本發(fā)明的火花點火式直噴發(fā)動機包括發(fā)動機主體，具有幾何壓縮比設(shè)定在12以上的氣缸；燃料噴射閥，在指定的噴射時期將燃料直接噴射到所述氣缸內(nèi)；火花塞，在指定的點火時期對所述氣缸內(nèi)的混合氣體進行火花點火；壓縮比調(diào)整裝置，通過變更至少包括所述氣缸的進氣門的閉合時期的該進氣門的工作狀態(tài)而調(diào)整所述發(fā)動機主體的有效壓縮比；控制裝置，通過控制所述燃料噴射閥、所述火花塞及所述壓縮比調(diào)整裝置而控制所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)。并且，所述控制裝置在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于設(shè)定在高負載區(qū)域的低速側(cè)區(qū)域中的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時，執(zhí)行將所述有效壓縮比設(shè)定在10以上的控制、將所述點火時期設(shè)定在比MBT遲的時期的控制、以及在從進氣沖程至壓縮沖程前半期的期間中從所述燃料噴射閥噴射至少兩次燃料的分割噴射。此外，所述控制裝置在執(zhí)行使所述點火時期相對于MBT延遲的控制時，在所述發(fā)動機主體的速度處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的速度相對低的第一速度區(qū)域時，將所述點火時期的延遲量設(shè)定得大于處于比所述第一速度區(qū)域更高速的第二速度區(qū)域時的點火時期的延遲量。而且在執(zhí)行所述分割噴射時，在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的所述第一速度區(qū)域?qū)⑺龇指顕娚涞淖罱K階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的所述第二速度區(qū)域?qū)⑺龇指顕娚涞淖罱K階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期并且將在該最終階段之前噴射的噴射階段的至少一噴射時期設(shè)定在進氣沖程中期。所述發(fā)動機中，較為理想的是，所述發(fā)動機還包括檢測與所述發(fā)動機主體的溫度相關(guān)的溫度參數(shù)的裝置(溫度參數(shù)檢測裝置)。所述控制裝置基于檢測溫度參數(shù)的所述裝置(所述溫度參數(shù)檢測裝置)的檢測結(jié)果，在所述發(fā)動機主體的溫度高于指定值時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述發(fā)動機主體的溫度為所述指定值以下時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期。所述發(fā)動機中，較為理想的是，所述控制裝置在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時將所述進氣門的閉合時期設(shè)定在壓縮沖程前半期。此外，所述控制裝置在所述發(fā)動機主體的溫度從所述指定值以下的狀態(tài)過渡到高于該指定值的狀態(tài)時，將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期從進氣沖程后期變更到壓縮沖程前半期中所述進氣門的閉合后。所述發(fā)動機中，較為理想的是，所述發(fā)動機還包括檢測所述發(fā)動機主體的進氣溫度的裝置(進氣溫度檢測裝置)。所述控制裝置基于檢測進氣溫度的所述裝置(所述進氣溫度檢測裝置)的檢測結(jié)果，在所述進氣溫度高于指定值時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述進氣溫度為所述指定值以下時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在所述進氣沖程后期。所述發(fā)動機中，較為理想的是，所述控制裝置在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述第一速度區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為在進氣沖程中執(zhí)行的第一噴射和在壓縮沖程前半期執(zhí)行的第二噴射的兩次噴射，另一方面，在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述第二速度區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為在進氣沖程中期執(zhí)行的第一噴射和在進氣沖程后期執(zhí)行的第二噴射的兩次噴射。此外，所述控制裝置將所述發(fā)動機主體的速度相對高時的第一噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得高于該發(fā)動機主體的速度相對低時的所述比率。所述發(fā)動機中，較為理想的是，所述控制裝置在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為第一噴射和第二噴射的兩次噴射。此外，所述控制裝置在所述第二噴射的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期時在進氣沖程中執(zhí)行所述第一噴射，在所述第二噴射的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期時在進氣沖程中期執(zhí)行所述第一噴射并且將第二噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得低于該第二噴射的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期時的所述比率。所述發(fā)動機中，較為理想的是，所述控制裝置在所述第一速度區(qū)域中將所述點火時期設(shè)定在壓縮上止點以后的膨脹沖程，在所述第二速度區(qū)域中將所述點火時期設(shè)定在壓縮上止點以前的壓縮沖程。所述發(fā)動機中，較為理想的是，供應(yīng)至所述燃料噴射閥的燃料的壓力隨著所述發(fā)動機主體的轉(zhuǎn)速上升而被升高。所述發(fā)動機中，較為理想的是，所述發(fā)動機主體以至少處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時的所述氣缸內(nèi)的滾流比為1.5以上的方式構(gòu)成。滾流的強化會縮短燃燒時間，有利于改善高壓縮比發(fā)動機中的抗爆震性，進而有利于提高轉(zhuǎn)矩。
如上所述，根據(jù)所述的火花點火式直噴發(fā)動機及其控制方法，即便在設(shè)定在高負載區(qū)域的低速側(cè)區(qū)域中的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中，也可通過在相對低速的第一速度區(qū)域中在壓縮沖程前半期執(zhí)行分割噴射的最終階段的噴射，可降低氣缸內(nèi)的氣體溫度而提高抗爆震性， 從而可相應(yīng)地使點火時期提前而有效地提高轉(zhuǎn)矩，另一方面，在相對高速的第二速度區(qū)域中，通過執(zhí)行進氣沖程中期與后期的至少兩次燃料噴射，從而可主要地提高進氣填充效率， 避免爆震并且有效地提高轉(zhuǎn)矩效率。


圖1是表示火花點火式直噴汽油發(fā)動機的結(jié)構(gòu)的概略圖。圖2是發(fā)動機主體及排氣岐管的概略俯視圖。圖3是發(fā)動機的排氣系統(tǒng)的概略俯視圖。圖4是表示氣缸與排氣岐管的第二集合部之間的壓力波往返的狀態(tài)的說明圖。圖5是表示在氣缸的排氣口產(chǎn)生的壓力變化的圖。圖6是表示燃料噴射時期相對于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化的圖。圖7是表示轉(zhuǎn)矩與點火時期的關(guān)系的圖。圖8是表示第一速度區(qū)域中和第二速度區(qū)域中的進排氣門的升程曲線、燃料噴射時期及點火時期之間的關(guān)系的一例的圖。圖9是說明根據(jù)氣缸內(nèi)的空燃比差異的大小而令點火時期的設(shè)定基準不相同的圖。
具體實施例方式以下，基于附圖對火花點火式直噴發(fā)動機及其控制方法進行說明。另外，以下的優(yōu)選實施方式的說明，本質(zhì)上只是例示。如圖1所示，火花點火式直噴發(fā)動機(以下簡單地稱作“發(fā)動機”)包括發(fā)動機主體1、附加在發(fā)動機主體1上的各種致動器、各種傳感器及基于傳感器的信號而控制致動器的發(fā)動機控制器100。該發(fā)動機的發(fā)動機主體1的幾何壓縮比被設(shè)定為12以上的高壓縮比。在該高壓縮比發(fā)動機中，尤其在作為高負載區(qū)域的低速側(cè)區(qū)域中的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域易于產(chǎn)生爆震，但如后面所明示，在本實施方式的發(fā)動機中，可在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域有效地抑制爆震，并且可實現(xiàn)高壓縮比發(fā)動機所帶來的高轉(zhuǎn)矩化。發(fā)動機主體1為火花點火式內(nèi)燃機，如圖2所示包括第一至第四的4個氣缸111、 112、113、114。另外，以下在不限定于特定的第一至第四氣缸時，對氣缸附上符號“11”。發(fā)動機主體1搭載在汽車等車輛上，其輸出軸雖未圖示但經(jīng)由變速器而連結(jié)于驅(qū)動輪。發(fā)動機主體1的輸出傳遞至驅(qū)動輪而推動車輛。發(fā)動機主體1包括氣缸體12及載置在其上的氣缸蓋13，在氣缸體12內(nèi)部形成有氣缸11。眾所周知，曲軸14通過軸頸、軸承而旋轉(zhuǎn)自如地支撐于氣缸體12，該曲軸14經(jīng)由連桿16連結(jié)于活塞15。各氣缸11的頂部上形成有從大致中央部延伸至氣缸蓋13的下端面附近的兩個傾斜面，這些傾斜面構(gòu)成呈相互搭連的屋頂形狀的所謂的屋脊型。所述活塞15滑動自如地嵌插在各氣缸11內(nèi)，與氣缸11及氣缸蓋13 —起區(qū)劃出燃燒室17?；钊?5的頂面以與所述氣缸11的頂面的屋脊型形狀對應(yīng)的方式形成為從其周緣部向中央部隆起的梯形形狀，由此，可縮小活塞15到達壓縮上止點時的燃燒室容積而實現(xiàn)12以上的高幾何壓縮比。此外，在活塞15頂面的大致中心位置形成有呈大致球面狀地凹陷的空腔151。該空腔151以與設(shè)置氣缸11中心部的火花塞51相對的方式設(shè)置，由此縮短燃燒時間。即，如上所述，該高壓縮比發(fā)動機的活塞15的頂面隆起，在活塞15到達壓縮上止點時，活塞15的頂面與氣缸11的頂面之間的間隔極為狹窄。因此，在未形成有空腔151的情況下，初始火焰與活塞15的頂面發(fā)生干擾而導(dǎo)致冷卻損耗增大，火焰?zhèn)鞑ナ茏瓒鴮?dǎo)致燃燒速度變慢。相對于此，所述空腔151可避免與初始火焰發(fā)生干擾而不妨礙其成長，因此火焰?zhèn)鞑ゼ涌於煽s短燃燒時間。此情況有利于抑制爆震，從而有助于由點火時期的提前所實現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩提高。每個氣缸11中，在氣缸蓋13上形成有進氣口 18及排氣口 19，這些進氣口 18和排氣口 19分別與燃燒室17連通。進氣門21及排氣門22以可分別將進氣口 18及排氣口 19與燃燒室17之間隔斷的方式設(shè)置。進氣門21由進氣門驅(qū)動機構(gòu)30驅(qū)動，排氣門22由排氣門驅(qū)動機構(gòu)40驅(qū)動，由此以指定的正時往返運動而將進氣口 18及排氣口 19打開及關(guān)閉。進氣門驅(qū)動機構(gòu)30包括進氣凸輪軸31，排氣門驅(qū)動機構(gòu)40包括排氣凸輪軸41。 凸輪軸31、41經(jīng)由眾所周知的鏈條/鏈輪機構(gòu)等動力傳遞機構(gòu)而連結(jié)于曲軸14。眾所周知，動力傳遞機構(gòu)在曲軸14旋轉(zhuǎn)兩圈的期間使凸輪軸31、41旋轉(zhuǎn)一圈。進氣門驅(qū)動機構(gòu)30包括可變更進氣門21的開閉時期的進氣門正時可變機構(gòu)32， 排氣門驅(qū)動機構(gòu)40包括可變更排氣門22的打開及閉合時期的排氣門正時可變機構(gòu)42。在該實施方式中，進氣門正時可變機構(gòu)32由可在指定的角度范圍內(nèi)連續(xù)變更進氣凸輪軸31 的相位的液壓式或機械式相位可變機構(gòu)(Variable Valve Timing =VVT)構(gòu)成，排氣門正時可變機構(gòu)42由可在指定的角度范圍內(nèi)連續(xù)變更排氣凸輪軸41的相位的液壓式或機械式相位可變機構(gòu)構(gòu)成。進氣門正時可變機構(gòu)32可通過變更進氣門21的閉合時期而調(diào)整有效壓縮比，其構(gòu)成壓縮比調(diào)整裝置。另外，有效壓縮比是指進氣門閉合時的燃燒室容積與活塞15 處于上止點時的燃燒室容積的比。這樣，該發(fā)動機主體1中(詳情后述)在發(fā)動機主體1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于設(shè)定在高負載區(qū)域的低速側(cè)區(qū)域中的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時，通過進氣門正時可變機構(gòu)32的控制來設(shè)定進氣門21的閉合時期IVC，以使有效壓縮比為10以上。此外，通過排氣門正時可變機構(gòu)42的控制來設(shè)定排氣門22的打開時期EV0，以使進氣門21與排氣門22的打開重疊期間OL(參照圖8)可確保與發(fā)動機轉(zhuǎn)速對應(yīng)的指定期間。此外，該發(fā)動機主本1基于對進氣口 18的形狀等進行了研究設(shè)計，使?jié)L流比 (tumble ratio)尤其在發(fā)動機主體1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時為1. 5以上。此處，滾流比由一進氣沖程中的縱向渦流的回旋次數(shù)來定義，滾流比為1.5以上意味著在一進氣沖程中，縱向渦流回旋1. 5次以上。較高的滾流比可縮短燃燒時間而改善抗爆震性，從而有利于在高壓縮比發(fā)動機中提高轉(zhuǎn)矩?；鸹ㄈ?1通過例如螺絲等眾所周知的結(jié)構(gòu)安裝在氣缸蓋13上?；鸹ㄈ?1的電極在氣缸11的大致中心面臨燃燒室17的頂部。點火系統(tǒng)52接收來自發(fā)動機控制器100 的控制信號而對火花塞51通電以使其按所望的點火時期產(chǎn)生火花。在該實施方式中，燃料噴射閥53通過使用例如支架等眾所周知的結(jié)構(gòu)安裝在氣缸蓋13的一側(cè)(圖例中為進氣側(cè))。該發(fā)動機主體1為將燃料直接噴射到氣缸11內(nèi)的所謂的直噴發(fā)動機，燃料噴射閥53的遠端在上下方向位于進氣口 18的下方，而在水平方向位于氣缸11的中央，面臨燃燒室17內(nèi)。但燃料噴射閥53的布置并不限定于此。燃料噴射閥 53在本實施方式的例中為多噴口(例如6噴口)型燃料噴射閥(Multi Hall Injector MHI)。有關(guān)各噴口的方向圖示予以省略，但各噴口的軸芯遠端擴散，以便可向整個氣缸11 內(nèi)噴射燃料。MHI的優(yōu)點在于如下方面因是多噴口，所以一個噴口的直徑較小，能夠以比較高的燃壓噴射燃燒，及燃料可向整個氣缸11內(nèi)噴射地分散，因此燃料混合性提高，并且促進燃料的汽化、霧化。因此，在進氣沖程中噴射燃料時，有利于利用氣缸11內(nèi)的進氣流動的燃料混合性、及促進汽化、霧化，另一方面，在壓縮沖程中噴射燃料時，由于燃料的汽化、 霧化的促進因而有利于氣缸11內(nèi)的氣體冷卻。另外，燃料噴射閥53并不限定于MHI。燃料供應(yīng)系統(tǒng)M包括高壓泵(燃料噴射泵)，將燃料升壓后供應(yīng)給燃料噴射閥 53 ；配管或軟管等，對該高壓泵輸送來自燃料箱的燃料；電路，驅(qū)動燃料噴射閥53。在燃料噴射閥53為多噴口型時，由于從微小的噴口噴射燃料，因此燃料噴射壓力設(shè)定得比較高。 電路接收來自發(fā)動機控制器100的控制信號而使燃料噴射閥53工作，以指定的時期向燃燒室17內(nèi)噴射所需量的燃料。此處，燃料供應(yīng)系統(tǒng)M隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升而將燃壓提高。從而隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升，噴射到氣缸11內(nèi)的燃料量也增大，但因燃壓升高而具有有利于燃料的汽化、霧化，并且可盡量縮短與燃料噴射閥53的燃料噴射相關(guān)的脈沖寬度的優(yōu)點。進氣口 18通過進氣岐管55內(nèi)的進氣路徑5 而與平衡箱5 連通。來自未圖示的空氣濾清器的進氣流通過節(jié)流體56供應(yīng)至平衡箱55a。在節(jié)流體56上設(shè)置有節(jié)流閥57， 該節(jié)流閥57如眾所周知般收窄往平衡箱55a的進氣流而調(diào)整其流量。節(jié)流器致動器58接收來自發(fā)動機控制器100的控制信號而調(diào)整節(jié)流閥57的開度。排氣口 19如眾所周知般經(jīng)由排氣岐管60內(nèi)的排氣路徑而與排氣管610內(nèi)的通路連通。該排氣岐管60如圖2所例示包括4條分支排氣通路61，連接于各氣缸11的排氣口 19 ；兩個第一集合部62，由排氣順序不相鄰的氣缸的分支排氣通路61彼此集合而成；兩條中間排氣通路63，連接于各第一集合部62的下游；單個第二集合部64，由各中間排氣通路 63彼此集合而成。這樣，在排氣沖程按第一氣缸111 —第三氣缸113 —第四氣缸114 —第二氣缸112的順序進行的四氣缸發(fā)動機中，與各氣缸11的排氣口 19連接的4條分支排氣通路61中的、與第一氣缸111和第四氣缸114的各排氣口 19連通的分支排氣通路61集合并且與第二氣缸112和第三氣缸113的各排氣口 19連通的分支排氣通路61集合，從而形成兩個第一集合部62及在其下游的兩條中間排氣通路63。而且，該兩條中間排氣通路63 在其下游側(cè)在第二集合部64集合，該第二集合部64的下游成為1條排氣通路65。這樣，在該發(fā)動機的排氣岐管60采用所謂的4-2-1布局。分支排氣通路61的1條通路面積Sl、中間排氣通路63的1條通路面積S2及第二集合部64下游的排氣通路65的通路面積S3的關(guān)系以這些通路的通路面積滿足(S2/S1) < (S3/S2)來設(shè)定。即，中間排氣通路63的通路面積S2與分支排氣通路61的通路面積Sl 之比的程度較小，與此相比，第二集合部64下游的排氣通路65的通路面積S3與中間排氣通路63的通路面積S2之比的程度大。圖3表示包括排氣岐管60及其下游側(cè)的部分的排氣系統(tǒng)的概略。如該圖所示，在排氣岐管60的第二集合部64下游的排氣通路上連接有直接催化轉(zhuǎn)換器66，在該直接催化轉(zhuǎn)換器66的下游側(cè)經(jīng)由柔性接頭67連接有催化轉(zhuǎn)換器68。這些直接催化轉(zhuǎn)換器66及催
14化轉(zhuǎn)換器68為對排氣進行凈化的催化轉(zhuǎn)換器，采用在筒狀殼體內(nèi)的流路中設(shè)置催化劑的結(jié)構(gòu)。此外，在排氣岐管60的下游設(shè)置有多個空洞擴大室，該空洞擴大室在內(nèi)部具有排氣通路剖面擴大的空間部，在該例中，前消聲器69及主消聲器611構(gòu)成空洞擴大室。前消聲器69連接于催化轉(zhuǎn)換器68的下游側(cè)。主消聲器611經(jīng)由指定長度的排氣管610連接于前消聲器69的下游。如下面所詳述，從各氣缸11至排氣岐管60的第二集合部64為止的通路長Ll與從各氣缸11至前消聲器69為止的通路長L2的關(guān)系設(shè)定為3L1 < L2 < 4L1，所述通路長Ll與從各氣缸11至主消聲器611為止的通路長L3的關(guān)系設(shè)定為5L1 < L3 < 7L1。返回至圖1，發(fā)動機控制器100為眾所周知的以微電腦為基礎(chǔ)的控制器，包括執(zhí)行程序的中央運算處理裝置(CPU)、由例如RAM或ROM等構(gòu)成且存儲程序及數(shù)據(jù)的存儲器、以及輸入輸出電信號的輸入輸出(I/O)總線。發(fā)動機控制器100接收來自氣流傳感器71的進氣流量及進氣溫度的輸入、來自進氣壓傳感器72的進氣岐管壓的輸入、來自曲柄角傳感器73的曲柄角脈沖信號的輸入、來自水溫傳感器78的發(fā)動機水溫的輸入等各種輸入。發(fā)動機控制器100基于例如曲柄角脈沖信號而計算發(fā)動機轉(zhuǎn)速。此外，發(fā)動機控制器100接收來自檢測加速踏板的踩踏量的加速器開度傳感器75的加速器開度信號。而且發(fā)動機控制器100還接受來自檢測變速器的輸出軸的轉(zhuǎn)速的車速傳感器76的車速信號的輸入。此外，在氣缸體12上安裝有將該氣缸體12 的振動轉(zhuǎn)換為電壓信號并予以輸出的由加速度傳感器構(gòu)成的爆震傳感器77，該爆震傳感器 77的輸出信號也輸入至發(fā)動機控制器100。發(fā)動機控制器100基于所述那樣的輸入而計算出以下的發(fā)動機控制參數(shù)。作為所計算的控制參數(shù)，例如可列舉所望的節(jié)流器開度信號、燃料噴射脈沖、點火信號、氣門相位角信號等。而且發(fā)動機控制器100將這些信號輸出給節(jié)流器致動器58、燃料供應(yīng)系統(tǒng)M、 點火系統(tǒng)52、進排氣門正時可變機構(gòu)32、42等。本實施方式的發(fā)動機為高壓縮比發(fā)動機，因此在高負載區(qū)域的低速側(cè)的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中易于產(chǎn)生爆震，通常為了避免爆震而使點火時期角度大幅延遲從而導(dǎo)致無法確保高轉(zhuǎn)矩，但在本實施方式中，通過進行有效地抑制爆震的控制而實現(xiàn)由高壓縮比發(fā)動機所帶來的高轉(zhuǎn)矩化。作為涉及抑制該爆震的控制，在該例中為將涉及掃氣的控制和涉及燃料噴射及點火時期的控制這兩種控制予以組合的控制。以下，依序?qū)Ω骺刂七M行說明。(涉及掃氣的控制)涉及掃氣的控制以包含所述4-2-1布局的排氣岐管60的排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為前提， 通過由發(fā)動機控制器100經(jīng)由進氣門正時可變機構(gòu)32及排氣門正時可變機構(gòu)42控制進氣門21的開閉時期及排氣門22的開閉時期而進行。具體而言，發(fā)動機控制器100根據(jù)包含發(fā)動機轉(zhuǎn)速及發(fā)動機負載的發(fā)動機主體1 的運轉(zhuǎn)狀態(tài)而執(zhí)行以下控制。即，發(fā)動機控制器100在設(shè)定在高負載區(qū)域的低速側(cè)區(qū)域(包含低速及中速區(qū)域)中的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域，通過進氣門正時可變機構(gòu)32的控制以使有效壓縮比為10以上的方式控制進氣門21的閉合時期IVC。此外，在該特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，改變排氣門22的打開時期EV0，以確保指定期間的打開重疊期間0L，并且在多個發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)域使排氣脈動所引起的負壓波在打開重疊期間OL中到達氣缸11的排氣口 19。 另外，此處，進氣門21及排氣門22的打開時期IV0、EV0及閉合時期IVC、EVC以0. 3mm的氣門升程量來定義。氣門升程量0.3mm被省略圖示，其相當(dāng)于氣門升程特性中的斜面部(在氣門打開位置近傍及氣門閉合位置近傍氣門升程的梯度平緩的區(qū)間)的高度。因此，進氣門21及排氣門22的打開期間及打開重疊期間OL是除斜面部以外的期間。排氣岐管60采用有利于防止氣缸11間的排氣干擾對掃氣性造成不良影響并且使脈動所引起的負壓在氣門打開重疊期間到達排氣口 19而發(fā)揮提高掃氣性的作用的結(jié)構(gòu)。這里，首先對氣缸間的排氣干擾進行說明，在指定的氣缸(例如第三氣缸113)的排氣門22剛打開之后，因排氣急劇流出的所謂的吹掃氣(blow down)而在排氣口 19產(chǎn)生較高的正壓。此外，第一氣缸111在稍遲于第三氣缸113的排氣門22打開的時期后形成氣門打開重疊期間0L。而且，第三氣缸113所產(chǎn)生的正壓波傳播至其他氣缸，在圖2所示的 4-2-1布局的排氣岐管60的情況下，第三氣缸113所產(chǎn)生的正壓波，通過從第三氣缸113至第二集合部64為止的分支排氣通路61及中間排氣通路63、以及從第二集合部64至第一氣缸111為止的中間排氣通路63及分支排氣通路61而傳播至第一氣缸111，因此壓力傳播路徑長。由此，正壓波到達第一氣缸111的排氣口 19的時期遲，即便在2000rpm或4000rpm 左右的低速及中速區(qū)域，在氣門打開重疊期間OL中，也可避免正壓波到達第一氣缸111的排氣口 19，從而可防止排氣干擾所引起的掃氣性惡化。接著參照圖4及圖5對通過排氣脈動而作用于排氣口 19的壓力波進行說明。在各氣缸11中，在排氣門22剛打開之后產(chǎn)生因吹掃氣所引起的高的正壓波，由此在排氣岐管 60內(nèi)產(chǎn)生排氣脈動。在圖2所示的排氣岐管60中，由于上述的(S2/S1) < (S3/S2)的關(guān)系成立，因此在排氣順序不相鄰的氣缸11的分支排氣通路61彼此集合而成的第一集合部 62，壓力波幾乎不反轉(zhuǎn)而是直接通過，而在第二集合部64，壓力波反轉(zhuǎn)并反射。由此，如圖4 示，壓力波在氣缸11與第二集合部64之間往返，且正壓、負壓在第二集合部64反轉(zhuǎn)，由此負壓波與正壓波交替到達排氣口 19。其結(jié)果，到達排氣口 19的壓力波在1次(第一次往返)、3次(第三次往返)、5次(第五次往返)時為負壓波，而在2次(第二次往返)、4次 (第四次往返)、6次(第六次往返)時為正壓波。這樣，作用于排氣口 19的壓力如圖5所示般變動，交替地變化為負壓、正壓，并且隨著壓力波反復(fù)往返而逐漸衰減。如果這樣的排氣脈動所產(chǎn)生的負壓波在氣門打開重疊期間OL中到達排氣口 19，則可獲得從氣缸11內(nèi)吸出排氣而提高掃氣性的作用。但當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速改變時，從排氣門22剛打開之后的正壓波的產(chǎn)生時間點至氣門打開重疊期間為止的時間發(fā)生變化，由此負壓波到達排氣口 19的時期相對于氣門打開重疊期間OL發(fā)生變化。當(dāng)以例如在5000rpm附近的轉(zhuǎn)速區(qū)域使1次負壓波在氣門打開重疊期間OL中到達排氣口 19的方式設(shè)定從氣缸11至第二集合部64為止的通路長Ll時，在 2500至3000rpm左右的轉(zhuǎn)速區(qū)域，3次負壓波在氣門打開重疊期間OL中到達排氣口 19，而在1500至2000rpm左右的轉(zhuǎn)速區(qū)域，5次負壓波在氣門打開重疊期間OL中到達排氣口 19， 從而即便在發(fā)動機的低速及中速區(qū)域也可獲得通過負壓波提高掃氣性的作用。在圖2所示的排氣岐管60中，可進行該設(shè)定。這樣，在該排氣岐管60中，從低速區(qū)域至高速區(qū)域的范圍，可通過避免排氣干擾所引起的掃氣性惡化而提高進氣的體積效率，進而，在2000rpm附近、3500rpm附近、5000rpm附近的特定轉(zhuǎn)速區(qū)域，通過負壓波在氣門打開重疊期間OL中作用于排氣口 19而提高掃氣性。當(dāng)排氣門22的打開時期及打開重疊期間OL為一定時，形成負壓波在氣門打開重疊期間OL中到達排氣口 19的狀態(tài)的只限于特定轉(zhuǎn)速區(qū)域，在此外的轉(zhuǎn)速區(qū)域中，負壓波到達排氣口 19的時期與氣門打開重疊期間OL錯開。相對于此，本實施方式中，排氣門22的打開時期與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相應(yīng)地變化，由此可在多個轉(zhuǎn)速區(qū)域中獲得負壓波在氣門打開重疊期間OL中到達排氣口 19的狀態(tài)。具體而言，如表1所示，排氣門22的打開時期、閉合時期及進氣門21的打開時期、閉合時期與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相應(yīng)地變化。表 權(quán)利要求
1.一種火花點火式直噴發(fā)動機的控制方法，其特征在于所述火花點火式直噴發(fā)動機包括發(fā)動機主體和燃料噴射閥，所述發(fā)動機主體具有幾何壓縮比設(shè)定在12以上的氣缸，所述燃料噴射閥向所述氣缸內(nèi)直接噴射燃料，所述控制方法包括以下步驟在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于設(shè)定在高負載區(qū)域的低速側(cè)區(qū)域中的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時將有效壓縮比設(shè)定在10以上的步驟；在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中，使對所述氣缸內(nèi)的混合氣體點火的點火時期相對于MBT延遲的步驟；在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中，在從進氣沖程至壓縮沖程前半期的期間中執(zhí)行從所述燃料噴射閥噴射至少兩次燃料的分割噴射的步驟；其中，在使所述點火時期相對于MBT延遲的步驟中，在所述發(fā)動機主體的速度處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的速度相對低的第一速度區(qū)域時，將所述點火時期的延遲量設(shè)定得大于處于比所述第一速度區(qū)域更高速的第二速度區(qū)域時的點火時期的延遲量，在執(zhí)行所述分割噴射的步驟中，在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的所述第一速度區(qū)域?qū)⑺龇指顕娚涞淖罱K階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的所述第二速度區(qū)域?qū)⑺龇指顕娚涞淖罱K階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期并且將在該最終階段之前噴射的噴射階段的至少一噴射時期設(shè)定在進氣沖程中期。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花點火式直噴發(fā)動機的控制方法，其特征在于 在所述發(fā)動機主體的溫度高于指定值時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述發(fā)動機主體的溫度為所述指定值以下時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的火花點火式直噴發(fā)動機的控制方法，其特征在于還包括 在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時將所述氣缸的進氣門的閉合時期設(shè)定在壓縮沖程前半期的步驟，其中，在所述發(fā)動機主體的溫度從所述指定值以下的狀態(tài)過渡到高于該指定值的狀態(tài)時，將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期從進氣中程后期變更到壓縮沖程前半期中所述進氣門的閉合后。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的火花點火式直噴發(fā)動機的控制方法，其特征在于 在所述發(fā)動機主體的進氣溫度高于指定值時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述進氣溫度為所述指定值以下時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的火花點火式直噴發(fā)動機的控制方法，其特征在于 在所述發(fā)動機主體的進氣溫度高于指定值時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述進氣溫度為所述指定值以下時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的火花點火式直噴發(fā)動機的控制方法，其特征在于在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述第一速度區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為在進氣沖程中執(zhí)行的第一噴射和在壓縮沖程前半期執(zhí)行的第二噴射的兩次噴射，在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述第二速度區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為在進氣沖程中期執(zhí)行的第一噴射和在進氣沖程后期執(zhí)行的第二噴射的兩次噴射，將所述發(fā)動機主體的速度相對高時的第一噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得高于該發(fā)動機主體的速度相對低時的所述比率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的火花點火式直噴發(fā)動機的控制方法，其特征在于在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為第一噴射和第二噴射的兩次噴射，在所述第二噴射的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期時在進氣沖程中執(zhí)行所述第一噴射，在所述第二噴射的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期時在進氣沖程中期執(zhí)行所述第一噴射并且將第二噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得低于該第二噴射的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期時的所述比率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的火花點火式直噴發(fā)動機的控制方法，其特征在于在所述第一速度區(qū)域中將所述點火時期設(shè)定在壓縮上止點以后的膨脹沖程，在所述第二速度區(qū)域中將所述點火時期設(shè)定在壓縮上止點以前的壓縮沖程。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的火花點火式直噴發(fā)動機的控制方法，其特征在于還包括將供應(yīng)給所述燃料噴射閥的燃料的壓力設(shè)定為隨著所述發(fā)動機主體的轉(zhuǎn)速上升而升高的步驟。
10.一種火花點火式直噴發(fā)動機，其特征在于包括 發(fā)動機主體，具有幾何壓縮比設(shè)定在12以上的氣缸；燃料噴射閥，在指定的噴射時期將燃料直接噴射到所述氣缸內(nèi)； 火花塞，在指定的點火時期對所述氣缸內(nèi)的混合氣體進行火花點火； 壓縮比調(diào)整裝置，通過變更至少包括所述氣缸的進氣門的閉合時期的該進氣門的工作狀態(tài)而調(diào)整所述發(fā)動機主體的有效壓縮比；控制裝置，通過控制所述燃料噴射閥、所述火花塞及所述壓縮比調(diào)整裝置而控制所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)；其中，所述控制裝置在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于設(shè)定在高負載區(qū)域的低速側(cè)區(qū)域中的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時，執(zhí)行將所述有效壓縮比設(shè)定在10以上的控制、將所述點火時期設(shè)定在比MBT遲的時期的控制、以及在從進氣沖程至壓縮沖程前半期的期間中從所述燃料噴射閥噴射至少兩次燃料的分割噴射，在執(zhí)行使所述點火時期相對于MBT延遲的控制時，在所述發(fā)動機主體的速度處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的速度相對低的第一速度區(qū)域時，將所述點火時期的延遲量設(shè)定得大于處于比所述第一速度區(qū)域更高速的第二速度區(qū)域時的點火時期的延遲量，在執(zhí)行所述分割噴射時，在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的所述第一速度區(qū)域?qū)⑺龇指顕娚涞淖罱K階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的所述第二速度區(qū)域?qū)⑺龇指顕娚涞淖罱K階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期并且將在該最終階段之前噴射的噴射階段的至少一噴射時期設(shè)定在進氣沖程中期。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的火花點火式直噴發(fā)動機，其特征在于還包括 檢測與所述發(fā)動機主體的溫度相關(guān)的溫度參數(shù)的裝置，其中，所述控制裝置基于檢測溫度參數(shù)的所述裝置的檢測結(jié)果，在所述發(fā)動機主體的溫度高于指定值時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述發(fā)動機主體的溫度為所述指定值以下時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的火花點火式直噴發(fā)動機，其特征在于所述控制裝置在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時將所述進氣門的閉合時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，所述控制裝置在所述發(fā)動機主體的溫度從所述指定值以下的狀態(tài)過渡到高于該指定值的狀態(tài)時，將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期從進氣沖程后期變更到壓縮沖程前半期中所述進氣門的閉合后。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的火花點火式直噴發(fā)動機，其特征在于還包括 檢測所述發(fā)動機主體的進氣溫度的裝置，其中，所述控制裝置基于檢測進氣溫度的所述裝置的檢測結(jié)果，在所述進氣溫度高于指定值時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述進氣溫度為所述指定值以下時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的火花點火式直噴發(fā)動機，其特征在于還包括 檢測所述發(fā)動機主體的進氣溫度的裝置，其中，所述控制裝置基于檢測進氣溫度的所述裝置的檢測結(jié)果，在所述進氣溫度高于指定值時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在所述進氣溫度為所述指定值以下時將所述第一速度區(qū)域中的最終階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項所述的火花點火式直噴發(fā)動機，其特征在于 所述控制裝置在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述第一速度區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為在進氣沖程中執(zhí)行的第一噴射和在壓縮沖程前半期執(zhí)行的第二噴射的兩次噴射，在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述第二速度區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為在進氣沖程中期執(zhí)行的第一噴射和在進氣沖程后期執(zhí)行的第二噴射的兩次噴射，所述控制裝置將所述發(fā)動機主體的速度相對高時的第一噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得高于該發(fā)動機主體的速度相對低時的所述比率。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項所述的火花點火式直噴發(fā)動機，其特征在于 所述控制裝置在所述發(fā)動機主體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時將由所述燃料噴射閥進行的燃料噴射分割為第一噴射和第二噴射的兩次噴射，所述控制裝置在所述第二噴射的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期時在進氣沖程中執(zhí)行所述第一噴射，在所述第二噴射的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期時在進氣沖程中期執(zhí)行所述第一噴射并且將第二噴射量的相對于總噴射量的比率設(shè)定得低于該第二噴射的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期時的所述比率。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項所述的火花點火式直噴發(fā)動機，其特征在于所述控制裝置在所述第一速度區(qū)域中將所述點火時期設(shè)定在壓縮上止點以后的膨脹沖程，在所述第二速度區(qū)域中將所述點火時期設(shè)定在壓縮上止點以前的壓縮沖程。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項所述的火花點火式直噴發(fā)動機，其特征在于 供應(yīng)給所述燃料噴射閥的燃料的壓力隨著所述發(fā)動機主體的轉(zhuǎn)速上升而被升高。
19.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項所述的火花點火式直噴發(fā)動機，其特征在于 所述發(fā)動機主體以至少處于所述特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時的所述氣缸內(nèi)的滾流比為1.5以上的方式構(gòu)成。
全文摘要
一種火花點火式直噴發(fā)動機及其控制方法，其中控制裝置在發(fā)動機主體運轉(zhuǎn)狀態(tài)處于設(shè)定在高負載區(qū)域的低速側(cè)區(qū)域中的特定運轉(zhuǎn)區(qū)域時，將有效壓縮比設(shè)定在10以上，使點火時期相對于MTB延遲，執(zhí)行噴射至少兩次燃料的分割噴射，在特定運轉(zhuǎn)區(qū)域中的速度相對低的第一速度區(qū)域?qū)Ⅻc火時期的延遲量設(shè)定得大于在速度相對高的第二速度區(qū)域時的點火時期的延遲量，并且在第一速度區(qū)域?qū)⒎指顕娚涞淖罱K階段的噴射時期設(shè)定在壓縮沖程前半期，在第二速度區(qū)域?qū)⒎指顕娚涞淖罱K階段的噴射時期設(shè)定在進氣沖程后期并且將在最終階段前噴射的噴射階段的至少一噴射時期設(shè)定在進氣沖程中期。由此可在特定運轉(zhuǎn)區(qū)域有效地抑制爆震并且實現(xiàn)高壓縮比發(fā)動機帶來的高轉(zhuǎn)矩化。
文檔編號F02D43/00GK102465782SQ20111034877
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者佐佐木潤三, 大森秀樹, 志志目宏二 申請人:馬自達汽車株式會社