專利名稱：缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣升溫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，它直接將燃料噴入燃燒室，并使噴入的燃料被火花點(diǎn)燃而進(jìn)行分層燃燒，更具體地說，涉及一種當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的凈化裝置處于非激活狀態(tài)時(例如發(fā)動機(jī)處于冷態(tài)工作時)，或當(dāng)廢氣凈化裝置不能維持其激活溫度時(例如發(fā)動機(jī)在分層燃燒的空燃比較為稀薄的情況下工作時)，用來升高排出氣體溫度的系統(tǒng)。
對火花點(diǎn)燃型的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)而言，已經(jīng)研制出不同于傳統(tǒng)的進(jìn)氣歧管噴射型發(fā)動機(jī)的、直接將燃料噴入燃燒室的各種缸內(nèi)噴射型汽油發(fā)動機(jī)。通常的缸內(nèi)噴射型發(fā)動機(jī)被布置成將燃料從一燃料噴射閥噴入一形成在發(fā)動機(jī)活塞頂部的腔室內(nèi)，因而能讓稀薄的空氣-燃油混合物燃燒，從而減少有害廢氣成分的散發(fā)，并降低燃油消耗。然而，如果發(fā)動機(jī)在整個發(fā)動機(jī)工作區(qū)域內(nèi)都進(jìn)行這樣一種稀薄燃燒，那么在某些發(fā)動機(jī)工作區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生發(fā)動機(jī)輸出功率不足的現(xiàn)象。為避免這一缺陷，將缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)布置成根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況，例如發(fā)動機(jī)負(fù)載，在壓縮行程噴射方式和進(jìn)氣行程噴射方式這兩種噴射方式之間切換。
當(dāng)發(fā)動機(jī)處于低負(fù)載工作區(qū)域時，可選擇壓縮行程噴射方式，即，燃料主要是在壓縮行程時噴射。在這種噴射方式下，在壓縮行程時向活塞頂部的腔室噴射的大部分燃料會因為于吸氣行程時吸入燃燒室的吸入空氣在該腔室內(nèi)環(huán)繞流動的旋流的作用而停留在腔室內(nèi)。因此，即使在只噴入少量燃料(壓縮-稀薄方式)而使氣缸總的空燃比較大(例如40)的情況下，也可以在活塞接近火花塞點(diǎn)火時，在火花塞電極周圍的腔室內(nèi)形成其空燃比接近理論空燃比的空氣-燃油混合物。這樣就使通過火花讓該空氣-燃油混合物燃燒成為可能。于是，在壓縮行程噴射的方式下，使大量供給的吸入空氣和排出氣體一起以廢氣再循環(huán)的方式再循環(huán)進(jìn)入氣缸，這樣就能減少泵氣損失，并大大降低燃油消耗。
另一方面，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于中等或高負(fù)載工作區(qū)域時，燃料主要是在進(jìn)氣行程噴射，這樣就在燃燒室內(nèi)形成空燃比較為均勻的空氣-燃油混合物。在憑借這種方式獲得較為均勻的空燃比的情況下，可使大量燃料燃燒，并且不會因為火花塞周圍局部地濃度過大而造成缺火現(xiàn)象，從而確保在車輛加速或高速運(yùn)行時能獲得所需的發(fā)動機(jī)輸出功率。
在發(fā)動機(jī)冷起動、或在大氣溫度較低情況下低負(fù)載的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，一缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)可能需要更多的時間來激活發(fā)動機(jī)排氣通道上的廢氣凈化裝置的催化劑。當(dāng)發(fā)動機(jī)以壓縮-稀薄方式工作并有大量吸入空氣供給氣缸時，排出氣體的流速較高，因而排出氣體的溫度趨于變低。因此，如果發(fā)動機(jī)是以壓縮-稀薄方式工作，即使催化劑曾經(jīng)達(dá)到過被激活的溫度，排出氣體的催化劑也不能保持其激活溫度。為了解決這些問題，已經(jīng)提出了多種使排出氣體溫度升高而快速激活催化劑的方法。
例如，日本專利JP-A-4-183922所揭示的缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)是在發(fā)動機(jī)的壓縮行程內(nèi)控制一燃料噴射閥，把主燃料噴入燃燒室，并使火花塞點(diǎn)燃主燃料。然后，燃料噴射閥在膨脹行程或排氣行程的早期(這時進(jìn)氣閥保持關(guān)閉)重新動作，向燃燒室噴入附加的燃料，并且重新使火花塞點(diǎn)燃附加的燃料。
然而，上述系統(tǒng)的不利之處在于，它需要一個復(fù)雜的點(diǎn)火控制邏輯，并且不能保證有足夠的能量用于第二次點(diǎn)火，這是因為通常在壓縮行程內(nèi)噴入的主燃料基本上在膨脹行程的過程中完全燃燒。因此，在噴射附加燃料時，氣缸內(nèi)能促進(jìn)空氣-燃油混合物燃燒的活性化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量就變得少了。另一方面，自燃能力很小的燃料(例如汽油)的燃燒需要有很大的能量(例如熱、壓力、溫度能量)。因此，像如上所述的那樣，若緊接在噴射附加燃料之后簡單地再次起動火花塞，有時就不能提供用來點(diǎn)燃附加燃料所需的點(diǎn)火能量。在這種情況下，附加的燃料不能充分地燃燒，因此不能保證排出氣體的溫度升高，于是就不能迅速地激活凈化器的催化劑。
為了能獲得足夠的點(diǎn)火能量以消除上述問題，必須采用一具有大容量的點(diǎn)火器。在這種情況下，點(diǎn)火器的尺寸必然較大，而且成本也較高。
上述的日本專利JP-A-4-183922還揭示了這樣一種技術(shù)，即通過使附加燃料和排出氣體混合，并起動設(shè)置在排氣通道內(nèi)的火花塞，來加熱凈化器催化劑，使催化劑快速升高到激活溫度。然而，這種裝置的不利之處在于，它需要增加部件數(shù)量，因而成本較高。
在這一方面，日本專利JP-A-8-100638提出了一種無需利用火花塞點(diǎn)火就能允許附加附加燃料燃燒的方法。在該方法中，主燃料是在發(fā)動機(jī)的壓縮行程內(nèi)噴入，起動火花塞來點(diǎn)燃主燃料，并且在膨脹行程的過程中噴入附加燃料。因火花塞的點(diǎn)火動作而起動的主燃料燃燒所生成的火焰可波及附加燃料并使之燃燒。借助這種方法，可以在不必重新起動火花塞的情況下使附加燃料燃燒，附加燃料的燃燒導(dǎo)致排出氣體溫度升高，從而縮短催化劑激活所需的時間。
然而，根據(jù)這種方法，附加的燃料必須在這樣一個時間內(nèi)噴射，即，可以保證附加燃料能被在主燃燒過程中蔓延過來的火焰所點(diǎn)燃。實際上，在這種方法中，是將附加燃料的點(diǎn)火正時設(shè)定在例如曲軸轉(zhuǎn)角為10°至80°ATDC的范圍內(nèi)。然而，如果像這樣在膨脹行程的早期噴射附加燃料，就會浪費(fèi)附加燃料燃燒時所產(chǎn)生的一部分熱量用作膨脹功，這樣就可能無法達(dá)到足夠的排氣溫度。此外，必須增加附加燃料的數(shù)量，以便使排出氣體的溫度充分地升高。這樣就導(dǎo)致燃料消耗進(jìn)一步增加的缺陷。
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣升溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在無需設(shè)置一特別裝置的情況下供給和點(diǎn)燃附加的燃料，而且能有效地利用附加燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量來使排出氣體升溫。
本發(fā)明提供一種用于缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣升溫系統(tǒng)，它適用于將主燃料從一噴射閥直接噴入燃燒室，并用火花塞點(diǎn)燃噴入的主燃料，以進(jìn)行稀薄燃燒。
本發(fā)明的排氣升溫系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)控制裝置，用以控制發(fā)動機(jī)的控制參數(shù)，例如在主燃料燃燒過程中產(chǎn)生、并且在膨脹行程的中間階段或下一階段保留在燃燒室內(nèi)的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度和當(dāng)發(fā)動機(jī)處于需升高排出氣體溫度的工作情況時所到達(dá)的燃燒濃度極限；以及，附加燃料控制裝置，用以在膨脹行程的中間階段或下一階段從燃料噴射閥噴射附加燃料，以便在發(fā)動機(jī)控制裝置對發(fā)動機(jī)控制參數(shù)進(jìn)行控制時，使整個冷焰反應(yīng)產(chǎn)物(包括留存在燃燒室內(nèi)的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物和由附加燃料新產(chǎn)生的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物)的濃度超過可燃濃度的極限值。
在根據(jù)本發(fā)明的排氣升溫系統(tǒng)中，如果發(fā)動機(jī)處于排出氣體需要升溫的工作狀態(tài)，例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)的廢氣凈化器催化劑的溫度不到激活溫度時，將附加燃料噴入燃燒室，這時在燃燒室內(nèi)留存著由主燃料的冷焰反應(yīng)而產(chǎn)生的一部分冷焰反應(yīng)產(chǎn)物。附加燃料的冷焰反應(yīng)將產(chǎn)生新的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物。于是，燃燒室內(nèi)冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度超過可燃濃度極限值，附加燃料就可以自燃。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以在不需要操作一點(diǎn)火裝置并且不需要利用在主燃料燃燒(主燃燒)過程中所產(chǎn)生之火焰的情況下點(diǎn)燃附加燃料。在已有技術(shù)中，附加燃料的噴射是在膨脹行程的早期進(jìn)行的，以便將附加燃料噴入主燃燒所產(chǎn)生的火焰內(nèi)，與之不同的是，本發(fā)明中附加燃料的噴射是在膨脹行程的中間階段或下一階段進(jìn)行的。因此，根據(jù)本發(fā)明，附加燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量并不浪費(fèi)在發(fā)動機(jī)內(nèi)作膨脹功，因而能有效地升高排出氣體的溫度。
從以上說明中可以看出，本發(fā)明是在發(fā)明人研制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，它能有效地在一膨脹行程的中間階段或下一階段噴射附加燃料，以便有效地利用附加燃料的燃燒所產(chǎn)生的能量使排出氣體的溫度升高。
本發(fā)明的發(fā)明人通過下述的考慮和實驗已經(jīng)實現(xiàn)了上述目的。
在配備了排氣升溫系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中，通常是在壓縮行程內(nèi)例如圖2所示的曲軸轉(zhuǎn)角位置CA1時，將能使總的空燃比小于理論空燃比的一定數(shù)量的主燃料(一般是汽油)噴入燃燒室。主燃料和在主燃料噴入之前吸入的燃燒室的吸入空氣混合，并借助吸入空氣在形成于活塞頂部的一個腔室內(nèi)的循環(huán)流動而造成的旋流作用而保持在該腔室內(nèi)。
當(dāng)主燃料與吸入空氣混合時，將發(fā)生不會產(chǎn)生熱量的冷焰反應(yīng)(不產(chǎn)生火焰)。該冷焰反應(yīng)可產(chǎn)生一些化學(xué)物質(zhì)(冷焰反應(yīng)產(chǎn)物)，諸如可促進(jìn)支鏈反應(yīng)的過氧化物、甲醛或類似物(例如CHO、H2O2、OH)。當(dāng)空氣-燃油混合物被壓縮或暴露于高溫下時，可促進(jìn)冷焰反應(yīng)。
如圖2所示，當(dāng)活塞向氣缸蓋移動時，也就是從主燃料噴射時間(曲軸轉(zhuǎn)角位置CA1)至點(diǎn)火正時(曲軸轉(zhuǎn)角位置CA2)的周期內(nèi)，氣缸內(nèi)的壓力Pe漸增得比較慢。在這一周期內(nèi)，空氣-燃油混合物因氣缸內(nèi)的絕熱壓縮而被加熱，因而如圖3所示，冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度慢慢地逐漸增加。圖3示出了在一特定位置上(在一較濃的空氣-燃油混合物部分)得到的、火花塞周圍的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度，它是曲軸轉(zhuǎn)角的函數(shù)。
在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前，火花塞是在例如曲軸轉(zhuǎn)角的位置是如圖2所示的CA2時被起動。在點(diǎn)火正時，可在燃燒室內(nèi)火花塞周圍形成空燃比接近理論空燃比的濃空氣-燃油混合物，而在該濃空氣-燃油混合物的周圍則形成稀薄的空氣-燃油混合物，如

圖1左上的標(biāo)有“形成空氣-燃油混合物”的部分所示。當(dāng)火花塞在分層充氣狀態(tài)下(如圖1中的標(biāo)有“點(diǎn)火”部分所示)工作時，在火花塞電極附近形成一火焰中心。然后，在形成火焰中心的觸發(fā)下，冷焰反應(yīng)在火花塞周圍迅速地進(jìn)行(如圖1中的“進(jìn)行冷焰反應(yīng)”部分所示)。于是，可迅速地增加冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的數(shù)量。
當(dāng)冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的數(shù)量進(jìn)一步增加到能使燃燒室內(nèi)的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物濃度增大至超過一均衡濃度(可燃濃度極限)INTD時(在圖3中的時間點(diǎn)CA3)，冷焰反應(yīng)開始指數(shù)地或爆炸地進(jìn)行，并生成一火焰(熱焰)，如圖1中右上的“生成火焰”那一部分所示。也就是說，火花塞周圍的濃空氣-燃油混合物被點(diǎn)燃。
如果空氣-燃油混合物是以這種伴隨著化學(xué)反應(yīng)和熱量釋放的方式燃燒，那么氣缸內(nèi)的壓力Pe迅速上升，如圖2中的實線所示。圖2中的“DZ區(qū)域”是指從點(diǎn)火至燃燒的這一段時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)角區(qū)域。順便說一下，在空氣-燃油混合物沒有被點(diǎn)燃的情況下，在活塞向壓縮方向移動時，氣缸內(nèi)的壓力Pe略微增大，如圖2中的虛線所示。
在空氣-燃油混合物被點(diǎn)燃的情況下，將從冷焰反應(yīng)過程變成熱焰反應(yīng)過程。在熱焰反應(yīng)開始的位置上，冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度迅速下降，而最終產(chǎn)物，例如CO2、H2O以及未燃燒的碳?xì)浠衔颰HC(全部碳?xì)浠衔?迅速增加，如圖3中的虛線所示。此外，在鄰近已發(fā)生熱焰反應(yīng)位置的位置上，由化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量從熱焰供給至濃空氣-燃油混合物。于是，在這些鄰近位置上，濃空氣-燃油混合物開始冷焰反應(yīng)，以迅速增加冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度，從而起動熱焰反應(yīng)。因此，熱焰反應(yīng)的區(qū)域向外擴(kuò)散，以致火焰或火焰前鋒蔓延(如圖1中左下方的“火焰蔓延”部分所示)。于是，如圖2所示，氣缸內(nèi)的壓力Pe迅速增大。
隨后，火焰前鋒抵達(dá)濃的空氣燃油混合物和稀薄的空氣燃油混合物的邊界，但是火焰并不蔓延至稀空氣燃油混合物，火焰在此處停止蔓延。由于濃空氣-燃油混合物的化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量(熱焰反應(yīng)區(qū))被供給至稀空氣燃油混合物，所以開始進(jìn)行稀空氣-燃油混合物的慢的冷焰反應(yīng)，并隨后繼續(xù)(如圖1中標(biāo)有“冷焰反應(yīng)繼續(xù)”部分所示)。氣缸內(nèi)的壓力Pe如圖2所示的那樣迅速降低。
圖1示出了作為曲軸轉(zhuǎn)角之函數(shù)的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度，這是在稀空氣-燃油混合物內(nèi)的一個特定位置上，并且當(dāng)進(jìn)行了本發(fā)明的發(fā)動機(jī)控制以升高排氣溫度(排氣升溫控制)時觀察到的，所述控制可以是例如對空燃比和點(diǎn)火正時的控制。從圖4中清楚可見，在已經(jīng)完成濃空氣-燃油混合物燃燒的膨脹行程的從中間階段至下一階段的這一段時間內(nèi)(圖2中標(biāo)有“WZ區(qū)域”的曲軸轉(zhuǎn)角區(qū)域)，如果進(jìn)行排氣升溫控制，就可以把稀空氣-燃油混合物內(nèi)的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度維持在一個接近可燃濃度極限值的高水平上。也就是說，即使在主燃料燃燒(主燃燒)之后，也會在氣缸內(nèi)留下相當(dāng)多數(shù)量的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物。
如果在這一階段(圖2和圖4中的時間點(diǎn)CA4)噴射附加燃料，就會使附加燃料暴露在氣缸內(nèi)的高溫氣氛中，附加燃料的冷焰反應(yīng)迅速進(jìn)行，因而重新生成新的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物。從圖4中清楚可見，在附加燃料剛剛噴入之后，整個冷焰反應(yīng)的濃度(更具體地說，是在稀空氣-燃油混合物內(nèi)的上述特定位置上的濃度)，包括噴射附加燃料時新產(chǎn)生的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物以及主燃燒之后留存在氣缸內(nèi)的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度超過了可燃濃度極限值。于是，附加燃料開始自燃(如圖1中右下方的“附加燃料自燃”部分所示)。也就是說，可以在不用火花點(diǎn)燃的情況下點(diǎn)燃附加燃料。
以上的說明可以概括如下通過將燃燒室內(nèi)剛噴入附加燃料之前的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度控制成接近可燃濃度極限的值，并將燃燒室內(nèi)剛噴入附加燃料之后的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度控制成超過可燃濃度極限的值，就可以讓附加燃料自燃，即使是在膨脹行程的中間階段到下一階段(這時火花塞周圍的濃空氣-燃油混合物已經(jīng)完成燃燒)噴入附加燃料也行。也就是說，要點(diǎn)燃附加燃料時不必再次起動火花塞，或者是在火焰蔓延的過程中噴射附加燃料。在已有技術(shù)中，附加燃料是在火焰蔓延的過程中噴入的，與之相比，在本發(fā)明中可使附加燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量中用于作膨脹功的能量相對于燃燒所產(chǎn)生的總能量所占的比例降低，因而可以有效地利用附加燃料燃燒所產(chǎn)生的能量來升高排氣溫度。
為了檢查排氣升溫的要求，本發(fā)明的發(fā)明人作了如下實驗在第一實驗中，在使吸入的空氣量保持恒定的同時，把主燃料的噴射量設(shè)定成能使主燃料噴射時的空燃比等于30，并把附加燃料和主燃料的噴射量設(shè)定成能使總的空燃比等于理論空燃比。此外，將作為發(fā)動機(jī)控制參數(shù)的點(diǎn)火正時TRD設(shè)定在壓縮上止點(diǎn)上。在進(jìn)行該實驗使發(fā)動機(jī)工作時，將主燃料和附加燃料的噴射量以及點(diǎn)火正時分別控制為設(shè)定值，并使作為另一發(fā)動機(jī)參數(shù)的附加燃料噴射正時在上止點(diǎn)之后30°至110°(曲軸轉(zhuǎn)角)的范圍內(nèi)變化，并測量每一附加燃料噴射時的排氣溫度和排出氣體內(nèi)未燃燒碳?xì)浠衔锏臐舛取４送?，進(jìn)行類似的實驗時，點(diǎn)火正時TRD分別被設(shè)定成在上止點(diǎn)之后5°、10°和15°。在下面的說明中，壓縮上止點(diǎn)、壓縮上止點(diǎn)之前和壓縮上止點(diǎn)之后分別表示為TDC、BTDC和ATDC。
在第二實驗中，將主燃料的噴射量設(shè)定成能使總的空燃比等于40的值。換言之，主燃料的噴射量小于第一實驗，在如圖1左上部分所示的“形成空氣-燃油混合物”的過程中，形成在火花塞周圍的濃空氣-燃油混合物部分比較小。除了主燃料的噴射量以外，其它的實驗條件都和第一實驗相同。在第二實驗中，在使附加燃料噴射正時于30°至110°(曲軸轉(zhuǎn)角)的范圍內(nèi)變化的同時，測量排氣溫度，并將點(diǎn)火正時TRD設(shè)定為TDC。此外，進(jìn)行類似的實驗時是將點(diǎn)火正時TRD分別設(shè)定為5°BTDC和15°BTDC。
圖5是根據(jù)第一實驗的結(jié)果而繪制的曲線圖，它示出了作為附加燃料噴射正時和點(diǎn)火正時TRD之函數(shù)的排出氣體溫度。圖6是根據(jù)第二實驗的結(jié)果繪制的類似于圖5的曲線圖。圖7是根據(jù)第一實驗的結(jié)果繪制的曲線圖，它示出了作為點(diǎn)火正時TRD和附加燃料噴射時間之函數(shù)的排出氣體溫度和排出氣體內(nèi)未燃燒碳?xì)浠衔锏臐舛取?br> 從圖5-7所示的實驗結(jié)果中清楚可見，當(dāng)附加燃料噴射正時在壓縮上止點(diǎn)之后的30°至110°的范圍內(nèi)變化時，排出氣體的溫度呈現(xiàn)兩個頂峰。當(dāng)附加燃料噴射正時被設(shè)定在膨脹行程的早期階段內(nèi)(曲軸轉(zhuǎn)角在45°ATDC附近)時出現(xiàn)第一頂峰，而當(dāng)附加燃料噴射正時被設(shè)定在膨脹行程的中間階段或下一階段內(nèi)(曲軸轉(zhuǎn)角在90°至100°ATDC附近)時出現(xiàn)第二頂峰。
經(jīng)研究，當(dāng)附加燃料的噴射正時從曲軸轉(zhuǎn)角45°ATDC變化至65°ATDC時排氣溫度下降的原因是未燃燒的、并作為THC(總的碳?xì)浠衔?排放的附加燃料的量在剛剛提到過的附加燃料噴射正時的區(qū)域內(nèi)增大。
此外，圖5至圖7示出了逐漸超過第一頂峰的第二頂峰。經(jīng)研究，其原因在于，當(dāng)附加燃料是在膨脹行程的中間階段或下一階段噴入的情況下，附加燃料燃燒所產(chǎn)生的用于作膨脹功的那一部分能量相對燃燒所獲得的總能量所占的比例小于附加燃料是在膨脹行程的早期噴入的那種情況。也就是說，通過在膨脹行程的中間階段或下一階段噴入附加燃料，可以有效地使附加燃料燃燒所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變成能讓排出氣體升溫的能量，進(jìn)而減少了附加燃料的用量。
從圖5至圖7的實驗結(jié)果清楚可見，當(dāng)主燃料點(diǎn)火正時TRD朝著TDC延遲時，排氣溫度的上升變得更快。經(jīng)研究，其原因在于，若點(diǎn)火正晨TRD被延遲，主燃燒就變得緩慢，因而火焰前鋒的蔓延時間也變得緩慢。因此，在火焰前鋒完全蔓延之前，缸內(nèi)壓力下降，火焰熄滅。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明人的觀點(diǎn)，冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度上升，附加燃料的燃燒速度上升，從而獲得一較大的排氣溫度上升的效果。
此外，將圖5和圖6的實驗結(jié)果作比較可以清楚地發(fā)現(xiàn)，在點(diǎn)火正時分別被設(shè)定為TDC、5°BTDC和15°BTDC的情況下，當(dāng)主燃料噴射量的設(shè)定值能使總的空燃比等于40，即大于能使總的空燃比等于30的情況下，就能獲得一個較大的溫度上升的效果。經(jīng)研究，其原因在于，如果在主燃燒時空燃比較為稀薄，就會發(fā)生緩慢的主燃燒，因而獲得類似于將點(diǎn)火正時延遲的結(jié)果。
圖5至圖7所示的實驗結(jié)果表明若將點(diǎn)火時間延遲或在發(fā)動機(jī)工作以使排氣溫度升高的情況下使空燃比變得稀薄，就能夠改善排氣溫度上升的效果，并降低THC的散發(fā)。當(dāng)考慮圖3和圖4所示的、關(guān)于燃燒室內(nèi)冷焰反應(yīng)產(chǎn)物之濃度的檢測結(jié)果以及圖5至圖7所示的實驗結(jié)果時，可以清楚地發(fā)現(xiàn)，通過使點(diǎn)火正時延遲或使空燃比變得稀薄，就可以在剛好噴射附加燃料之前，在膨脹行程的中間階段或下一階段內(nèi)，于燃燒室內(nèi)保留相當(dāng)數(shù)量的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物，并且能使在剛噴入附加燃料之后獲得的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度超過可燃濃度的極限值。經(jīng)研究，如果點(diǎn)火正時被延遲或空燃比變稀薄，主燃燒就會變得緩慢。因此，借助另一些能使主燃燒緩慢進(jìn)行的方法也可以獲得排氣溫度上升的效果。
更具體地說，為了加強(qiáng)排氣升溫的效果，最好是根據(jù)圖5至7所示的實驗結(jié)果將附加燃料噴射正時設(shè)定在曲軸轉(zhuǎn)角為70°ATDC至110°ATDC范圍內(nèi)的一個值(更好的是在80°ATDC至100°ATDC的范圍內(nèi))，這時冷焰反應(yīng)產(chǎn)物增加。70°ATDC至110°ATDC的范圍是和膨脹行程的中間階段或下一階段相對應(yīng)。
根據(jù)圖5至7所示的實驗結(jié)果以及本發(fā)明人的研究，要加強(qiáng)排氣升溫的效果，最好是利用包括點(diǎn)火正時設(shè)定裝置的發(fā)動機(jī)控制裝置將點(diǎn)火正時設(shè)定在曲軸轉(zhuǎn)角為10°BTDC至5°BTDC的范圍內(nèi)的一個值，以將主燃料的點(diǎn)火正時延遲，從而使主燃料緩慢燃燒。
為了加強(qiáng)分層燃燒(主燃燒)的穩(wěn)定性，最好是將點(diǎn)火正時設(shè)定成在5°BTDC至TDC的范圍內(nèi)的一個值。在這種情況下，最好是利用包括空燃比控制裝置在內(nèi)的發(fā)動機(jī)控制裝置將分層燃燒時的空燃比設(shè)定成小于25，以便讓主燃料緩慢燃燒。更好的是，為了進(jìn)一步加強(qiáng)分層燃燒(主燃燒)的穩(wěn)定性，應(yīng)該將分層燃燒的空燃比設(shè)定為大約30至40。這樣，就可以在不延遲點(diǎn)火正時的情況下，獲得排出氣體的升溫的效果。
當(dāng)發(fā)動機(jī)處于需要升高排出氣體溫度的工況時，利用至少包括點(diǎn)火正時設(shè)定裝置或空燃比控制裝置的發(fā)動機(jī)控制裝置，通過將點(diǎn)火正時控制在延遲側(cè)(分層燃燒控制)或?qū)⒖杖急瓤刂圃谙”?cè)就能以任何的速率獲得所需的排氣升溫效果，所謂延遲側(cè)和稀薄側(cè)是相對于在無需排氣升溫的發(fā)動機(jī)工況下進(jìn)行的對點(diǎn)火正時或空燃比的發(fā)動機(jī)控制(分層燃燒控制)而言。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在主燃料噴射之后進(jìn)行附加燃料的噴射時，在發(fā)動機(jī)的排氣歧管出口處會出現(xiàn)火焰。在這個實驗中，發(fā)動機(jī)是在不受負(fù)載的情況下以1500rpm的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。在噴射正時為57°BTDC時噴射能使空燃比等于30的主燃料，在點(diǎn)火正時為15°BTDC時利用火花塞點(diǎn)燃，而噴入的附加燃料可以使相關(guān)于主燃料噴射和附加燃料噴射的總的空燃比等于14.7。附加燃料的噴射正時是設(shè)定在屬于膨脹行程中間階段的90°ATDC。在這種情況下，可在排氣歧管出口處觀察到藍(lán)色的火焰，如圖17右下方的標(biāo)有“本發(fā)明”部分所示。
此外，進(jìn)行一次類似于前述已有技術(shù)的發(fā)動機(jī)工作，也就是將附加燃料的噴射正時設(shè)定在屬于膨脹行程早期的30°ATDC。為了解因附加燃料噴射正時的不同而帶來的影響，除了附加燃料的噴射正時以外，故意讓其余的發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)都等于剛提到過的本發(fā)明的發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)。在相應(yīng)于已有技術(shù)的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時，在排氣歧管出口處可觀察到明亮的火焰，如圖17左下方的標(biāo)有“已有技術(shù)”的部分所示。
在膨脹行程的早期噴射附加燃料而觀察到的明亮火焰的現(xiàn)象表明附加燃料是由因主燃料燃燒而產(chǎn)生的熱火焰點(diǎn)燃的。另一方面，在膨脹行程的中間階段或下一階段噴射附加燃料而觀察到藍(lán)色火焰的現(xiàn)象表明附加燃料是自燃的。因此，圖17說明了在本發(fā)明和已有技術(shù)的附加燃料點(diǎn)火機(jī)理之間的重要差別。如上所述，附加燃料自燃而產(chǎn)生的燃燒熱能不會浪費(fèi)于用作膨脹功，這些能量可以有效地使排出氣體升溫。
在圖17的上部，示出了與附加燃料噴射正時成函數(shù)關(guān)系的排出氣體溫度和排出氣體內(nèi)未燃燒碳?xì)浠衔餄舛取?br> 本發(fā)明的排氣升溫系統(tǒng)適用于缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，這種發(fā)動機(jī)是從一燃料噴射閥直接將需由火花點(diǎn)燃的燃料噴入燃燒室，并使噴入的燃料進(jìn)行有效的分層燃燒。
可以將缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)設(shè)置成能在一進(jìn)氣行程噴射方式下工作，也就是在進(jìn)氣行程的過程中噴入燃料。在這種情況下，可根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)載狀況，使發(fā)動機(jī)在進(jìn)氣行程噴射方式和壓縮行程噴射方式(在壓縮行程的過程中噴入燃料)之間切換。進(jìn)氣行程噴射方式可以包括一進(jìn)氣行程濃噴射方式，在這種方式下是將燃料的噴射量設(shè)定成能使總的空燃比等于一濃空燃比或理想空燃比的值；以及，一進(jìn)氣行程稀薄噴射方式，在這種方式下是將燃料的噴射量設(shè)定成能使總的空燃比較稀薄的值。在進(jìn)氣行程稀薄噴射方式下，利用吸入空氣的渦流來進(jìn)行稀薄燃燒。
本發(fā)明的排氣升溫系統(tǒng)可應(yīng)用于能在壓縮行程噴射方式和進(jìn)氣行程噴射方式之間切換工作方式的發(fā)動機(jī)。在這種情況下，當(dāng)使排出氣體升溫時，最好是讓發(fā)動機(jī)以壓縮行程噴射的方式工作。
本發(fā)明的排氣升溫系統(tǒng)還能應(yīng)用于配備了廢氣凈化裝置的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。所述廢氣凈化裝置可以配備用來凈化排出氣體內(nèi)的CO、HC和NOx的三元催化凈化器和在分層燃燒或稀薄燃燒過程中凈化NOx的稀NOx催化凈化器或它們中的一個，這種類型的廢氣凈化裝置是在稀NOx催化凈化器的下游設(shè)置三元催化凈化器，其優(yōu)點(diǎn)在于，在稀NOx催化凈化器中對NOx的凈化不會受到三元催化凈化器的阻礙，并且可以借助三元催化凈化器將在稀NOx催化凈化器中沒有完全凈化的CO和HC完全凈化。此外，廢氣凈化裝置還可以是只有一具三元凈化凈化器功能的稀Nox催化凈化器。
圖1是一示意圖，示出了在一壓縮行程的過程中噴射主燃料的燃燒過程以及在膨脹行程的中間階段或下一階段進(jìn)行附加燃料噴射的情況；圖2是一曲線圖，示出了當(dāng)進(jìn)行本發(fā)明的排氣升溫控制時觀察到的、缸內(nèi)壓力與曲軸的函數(shù)關(guān)系；圖3是一曲線圖，示出了在如圖2中的橢圓DZ所示的主燃燒區(qū)域內(nèi)觀察到的、燃燒室內(nèi)冷焰反應(yīng)產(chǎn)物濃度的變化；圖4是一曲線圖，示出了在如圖2中的橢圓WZ所示的附加燃料燃燒區(qū)域內(nèi)觀察到的、冷焰反應(yīng)產(chǎn)物濃度的變化；圖5是一曲線圖，示出了根據(jù)實驗確定的點(diǎn)火正時TRD、排氣溫度和附加燃料噴射正時之間的關(guān)系，在所述實驗中將主燃料的噴射量設(shè)定成能使空燃比等于30；圖6是一曲線圖，示出了點(diǎn)火正時TRD、排氣溫度和附加燃料噴射正時之間的關(guān)系，在這種情況下是將主燃料的噴射量設(shè)定成能使空燃比等于40；圖7是一曲線圖，示出了根據(jù)有關(guān)圖5的實驗而確定的排氣溫度、點(diǎn)火正時TRD和附加燃料點(diǎn)火正時之間的關(guān)系，以及排出氣體內(nèi)未燃燒的碳?xì)浠衔锏牧俊Ⅻc(diǎn)火正時TRD和附加燃料噴射正時之間的關(guān)系；圖8是一示意圖，示出了一配備有本發(fā)明第一實施例的排氣升溫系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)；圖9是一發(fā)動機(jī)控制方式的曲線分域圖，示出了與氣缸內(nèi)的平均有效壓力Pe及發(fā)動機(jī)速度Ne成函數(shù)關(guān)系的壓縮行程稀薄噴射區(qū)域、進(jìn)氣行程稀薄噴射區(qū)域、理想反饋區(qū)域以及燃料切斷區(qū)域；圖10是一局部示意圖，示出了一缸內(nèi)噴射、火花點(diǎn)燃型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在壓縮行程噴射方式下工作時的燃料噴射情況；圖11是類似于圖10的視圖，示出了發(fā)動機(jī)在進(jìn)氣行程噴射方式下工作時的燃料噴射情況；圖12是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的排氣升溫控制的流程圖；圖13是一第一稀薄特性圖，用來在排氣溫度上升而使發(fā)動機(jī)冷卻水溫度較低的情況下設(shè)定主燃料燃燒時的目標(biāo)空燃比；圖14是一第二稀薄特性圖，用來在發(fā)動機(jī)冷卻水的溫度不低的情況下設(shè)定目標(biāo)空燃比；圖15是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的排氣升溫控制的流程圖；圖16是用來修正一基礎(chǔ)目標(biāo)空燃比的一個修正因素KL的曲線分域圖；圖17是一彩色視圖，示出了與附加燃料噴射正時成函數(shù)關(guān)系的排出氣體溫度和排出氣體內(nèi)未燃燒碳?xì)浠衔餄舛?，并示出了分別在膨脹行程早期和膨脹行程后期噴射附加燃料時在排氣歧管出口處觀察到的明亮火焰和藍(lán)色火焰。
下面將結(jié)合各附圖來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的排氣升溫系統(tǒng)以及配備了該系統(tǒng)的一缸內(nèi)噴射型汽油發(fā)動機(jī)。
在圖8中，標(biāo)號1表示一火花點(diǎn)燃、缸內(nèi)噴射型直列四缸汽車汽油發(fā)動機(jī)(下面將簡稱為發(fā)動機(jī))。發(fā)動機(jī)1是一四沖程發(fā)動機(jī)，每個工作循環(huán)包括進(jìn)氣行程、壓縮行程、膨脹行程和排氣行程，發(fā)動機(jī)1具有燃燒室1a、進(jìn)氣系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)10以及除了缸內(nèi)噴射以外其它類似的設(shè)計。
發(fā)動機(jī)1的氣缸蓋上裝配了用于每一氣缸的電磁燃油噴射閥8以及火花塞35，以便將燃油從燃油噴射閥直接噴入相關(guān)的燃燒室1a。在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動的一活塞的頂面上形成了一個半球形的腔室(參見圖10和11)。該腔室是處在這樣一個位置上，即，當(dāng)活塞接近其往復(fù)運(yùn)動的上止點(diǎn)位置時從燃油噴射閥8噴射的燃料可以到達(dá)的位置。發(fā)動機(jī)1的理論壓縮比是設(shè)定為一個比進(jìn)氣歧管噴射型發(fā)動機(jī)高的值(在該實施例中大約是12)。采用一頂置雙凸輪軸(DOHC)四閥系統(tǒng)作為閥的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。在氣缸蓋2的上部可轉(zhuǎn)動地設(shè)置了分別用來驅(qū)動進(jìn)氣閥9和排氣閥10的一進(jìn)氣側(cè)凸輪軸和一排氣側(cè)凸輪軸。
氣缸蓋上形成有若干進(jìn)氣口2a，每一進(jìn)氣口均在凸輪軸之間大致豎直地延伸。經(jīng)過進(jìn)氣口2a吸入的空氣流可在燃燒室1a內(nèi)產(chǎn)生反向旋流，這將在稍后提及。和普通的發(fā)動機(jī)一樣，排氣口3a大致沿水平方向延伸。一個未圖示的大直徑的排氣再循環(huán)口(EGR開口)從相關(guān)的排氣口沿對角線向下偏斜。在圖8中，標(biāo)號19表示一用來探測冷卻水溫度Tw的水溫傳感器；21表示一用來在預(yù)定的曲軸位置上(在該實施例中是5°BTDC和75°BTDC)輸出一曲軸轉(zhuǎn)角信號SGT的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器；34表示一用來向火花塞35提供高壓的點(diǎn)火線圈。以曲軸的一半轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的凸輪軸之一上裝配了一個用來輸出一氣缸識別信號SGC的識別傳感器(未圖示)，根據(jù)該傳感器信號SGC可以識別出由曲軸轉(zhuǎn)角信號SGT指示出其曲軸轉(zhuǎn)角的那一個氣缸。
各進(jìn)氣口2a通過一進(jìn)氣歧管2連接于一進(jìn)氣管6，所述進(jìn)氣歧管2包括一緩沖箱2b，而所述進(jìn)氣管6上則設(shè)有一空氣濾清器6、一節(jié)氣門段6b以及一步進(jìn)電機(jī)式怠速控制閥(以下將稱作怠速控制閥)16。進(jìn)氣管6上還設(shè)有一大直徑的空氣旁通管50a，它形成節(jié)氣門段的迂回通路，通過該旁通管可將吸入的空氣引入進(jìn)氣歧管2，在該旁通管內(nèi)還設(shè)置了一個線性螺線管型的空氣旁通閥(ABV閥)50?？諝馀酝ü?0a的流動截面積大致等于進(jìn)氣管6的流動截面積，因此，當(dāng)ABV閥50完全打開時，發(fā)動機(jī)低速或中速運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的一定量的吸入空氣流過管道50a。怠速控制閥16的流動截面積小于ABV閥的流動截面積，并且它是用來精細(xì)地調(diào)節(jié)吸入空氣的量。
節(jié)氣門段6b上設(shè)有一用來打開或關(guān)閉內(nèi)部通路的蝶型節(jié)氣閥7、一用來探測節(jié)氣閥開度θth作為油門開度節(jié)氣閥位置傳感器14以及一用來探測氣閥的完全關(guān)閉狀態(tài)的怠速開關(guān)15?？諝鉃V清器6a內(nèi)設(shè)有一進(jìn)氣溫度傳感器12和一大氣壓力傳感器13，用以確定吸入空氣的密度。這些傳感器可分別輸出表示大氣壓力Pa和吸入空氣溫度的輸出信號。在吸氣管6的進(jìn)口附近，設(shè)置一卡門旋渦式空氣流量傳感器11并且輸出一與每一吸氣沖程的空氣容積流率Qa成比例的流旋渦發(fā)生信號。
通過內(nèi)部設(shè)有一步進(jìn)電動機(jī)型排氣再循環(huán)閥10a的大直徑排氣再循環(huán)管10b，將前述排氣再循環(huán)開口與節(jié)流閥7的下游和進(jìn)氣歧管2的上游相連接。
排氣口3a與一具有一O2傳感器17的排氣歧管3連接。一具有用于凈化排氣的催化轉(zhuǎn)化器9以及一排氣消音器(未圖示)的排氣管(排氣通道)3b與排氣歧管3連接。O2傳感器17探測排氣中的氧氣濃度，并輸出探測信號。固定在催化劑9下游側(cè)的是一用于探測催化劑或鄰近位置溫度TCC(將在下文中稱作催化劑溫度)的催化溫度傳感器26。從燃燒室1a排至排氣歧管3的排氣進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器9，在那里清除三種有害的排氣成分CO、HC和NOX，然后再通過消音器消音，以便被排放到大氣中去。
當(dāng)控制空燃比至燃料稀薄側(cè)(稀薄側(cè))時，稀薄NOX催化凈化器9a與一三元催化凈化器9b組合而成的催化劑9適合于實現(xiàn)節(jié)油運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)1。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在理論空燃比條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時，三元催化凈化器9b清除排氣中的CO、HC、和NOX。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)使用稀薄空燃混合物運(yùn)轉(zhuǎn)時，稀薄NOX催化凈化器9a用來清除三元催化凈化器9b不能充分清除的排氣中的NOX，三元催化凈化器9b位于稀薄NOX催化凈化器9a的下游側(cè)，這樣，稀薄NOX催化凈化器9a清除NOx就不會被三元催化凈化器9b所中斷，并且一定能在三元催化凈化器9b中清除稀薄NOX催化凈化器9a不能充分清除的CO和HC。順便提及，如果稀薄NOX催化凈化器具有三元功能，可以僅設(shè)置稀薄NOX催化凈化器。
一燃油箱，圖中未示，設(shè)置在一車輛本體的后部。通過一燃油供給系統(tǒng)(未圖示)從燃油箱向噴油閥8提供燃油。即，儲存在燃油箱內(nèi)的燃油由一電動的低壓燃油泵抽吸，通過一低壓輸送管輸送到內(nèi)燃機(jī)1。依靠在氣缸蓋上的高壓燃油泵，通過一高壓輸送管和一傳送管將朝著內(nèi)燃機(jī)1提供的燃油輸送進(jìn)入每個噴油閥8。
一電子控制器(ECU)23設(shè)置在車輛的乘客駕駛室內(nèi)，它包括一輸入/輸出器，用于存儲控制程序、控制特性圖之類的存儲器(ROM、RAM、BURAM等)，中央處理器(CPU)和計時器等。電子控制器23處理內(nèi)燃機(jī)1的整個控制。
用于測試空調(diào)器、動力操縱裝置以及自動變速器等在運(yùn)轉(zhuǎn)時給發(fā)動機(jī)1提供負(fù)載的裝置工況的各種開關(guān)，分別與接收從這些開關(guān)傳出的各測試信號的電子控制器23的輸入側(cè)相連接。另外對于上述各種傳感器和開關(guān)，許多開關(guān)和傳感器(未圖示)與電子控制器23的輸入側(cè)連接，而電子控制器23的輸出側(cè)與警告燈、裝備件等連接。根據(jù)相關(guān)傳感器和開關(guān)提供的輸入信號，電子控制器23決定燃油噴射模式、燃油噴射數(shù)量、燃油噴射結(jié)束時間、點(diǎn)火正時、排氣再循環(huán)氣體引入量等，然后控制油噴閥8、點(diǎn)火線圈34、排氣再循環(huán)閥10a等。
接下來將簡單地解釋如下所述內(nèi)燃機(jī)1不進(jìn)行排氣溫度加熱控制情況下的一普通控制作用。
啟動處于冷態(tài)的內(nèi)燃機(jī)時，電子控制器23選擇吸氣沖程噴射模式，并且控制燃油噴射，以得到一相對高的空燃比。這樣做的原因是因為當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于冷態(tài)時，燃油的蒸發(fā)率很低，如果以壓縮沖程噴射模式進(jìn)行燃油噴射，就不可避免地產(chǎn)生未燃燃油成分的點(diǎn)火不良和排放。另外，在內(nèi)燃機(jī)起動階段電子控制器23關(guān)閉了空氣旁通閥(ABV)50。在這種情況下，通過節(jié)流閥7和吸氣管6周圍壁間的間隙以及通過設(shè)有怠速控制閥16的旁路通道，將吸入空氣提供進(jìn)燃燒室1a。順便提及，怠速控制閥16和空氣旁通閥50都由電子控制器23整體控制，并且根據(jù)所提供的由節(jié)流閥7旁路進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣(旁路空氣)的引入量來決定它們這些閥的打開程度。
在起動內(nèi)燃機(jī)的情況下，在起動內(nèi)燃機(jī)后，直至冷水溫度TW上升至一給定值，電子控制器23選擇吸氣沖程噴射模式進(jìn)行燃油噴射并保持空氣旁通閥50閉合。另外在吸氣歧管噴射型內(nèi)燃機(jī)情況下，根據(jù)隨著輔助設(shè)備(諸如空調(diào)器之類)運(yùn)行狀態(tài)變化而升高或降低的內(nèi)燃機(jī)負(fù)載，通過調(diào)節(jié)怠速控制閥16的打開程度，實現(xiàn)怠速控制。如果需要也可打開空氣旁通閥50。當(dāng)O2傳感器17達(dá)到它的啟動溫度，根據(jù)O2傳感器17的輸出值，電子控制器23起動空燃比反饋控制，這樣可由催化劑9清除有害的排氣成分。如上所述，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于冷態(tài)時，燃油噴射控制是以與吸氣歧管噴射型內(nèi)燃機(jī)相似的方式來實現(xiàn)的。在不發(fā)生燃油滴粘附在吸氣口內(nèi)壁表面上的缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃機(jī)1中控制響應(yīng)和控制準(zhǔn)確性都很高。
一旦完成了內(nèi)燃機(jī)1的預(yù)熱，電子控制器23即根據(jù)由節(jié)流閥打開θ等決定的內(nèi)燃機(jī)速度Ne和目標(biāo)有效缸內(nèi)壓力(目標(biāo)負(fù)載)Pe，按照圖9中的燃料噴射控制區(qū)域圖來修正目前的燃油噴射控制區(qū)域。然后，決定一適合于目前控制區(qū)域的燃油噴射模式和燃油噴射量，再驅(qū)動燃油噴射閥8。另外，再對空氣旁通閥50和排氣再循環(huán)閥45打開程度進(jìn)行控制。
例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于低負(fù)載，低速范圍時，舉例來說，在怠速時，內(nèi)燃機(jī)在圖9陰影線區(qū)域所示的壓縮沖程稀薄噴射區(qū)域內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。在這種情況下，電子控制器23選擇壓縮沖程噴射模式，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工況控制空氣旁通閥50和排氣再循環(huán)閥10a的打開程度，并且控制燃料噴射，所噴射的燃料數(shù)量使空燃比變稀薄(在本實施例中大約在20至40的范圍內(nèi))。如圖10中的箭頭所示，在燃料噴射前通過吸氣口2a被吸入燃燒室內(nèi)的吸氣形成一反向旋流80。通過反向旋流的作用，燃料噴霧81停滯在位于適當(dāng)位置的空腔內(nèi)。結(jié)果，在點(diǎn)火正時，圍繞著火花塞35形成一空燃比接近理論空燃比的空燃混合物。完成內(nèi)燃機(jī)預(yù)熱后，燃料的蒸發(fā)率升高。因此，即使整個空燃比很稀薄時(例如50左右)，所噴射的燃料也能被點(diǎn)燃。因為內(nèi)燃機(jī)在如此稀薄的空燃比下運(yùn)轉(zhuǎn)，所以CO和HC的排放量很小，并且通過排氣再循環(huán)也能使NOX的排放限定在很低的范圍內(nèi)。另外，通過打開空氣旁通閥50和排氣再循環(huán)閥10a提供大量空氣和排氣，可降低泵氣損失。因為在稀薄空燃比與泵氣損失共同作用下運(yùn)轉(zhuǎn)，可以大大地提高燃料的消耗量。通過增加或減少燃料噴射量來實現(xiàn)與內(nèi)燃機(jī)負(fù)載的升高或降低相應(yīng)的轉(zhuǎn)速控制，使得控制的響應(yīng)(度)也很高。
在壓縮沖程噴射模式中，從噴射閥8噴射出來并通過吸入空氣的反向旋流進(jìn)行傳遞的燃料應(yīng)該到達(dá)火花塞35，并應(yīng)該在點(diǎn)火正時前蒸發(fā)，以便形成一容易點(diǎn)著的空燃混合物。如果整個或平均的空燃比等于或小于20，就會圍繞著火花塞局部地形成過濃的空燃混合物，這樣就發(fā)生了所謂的濃點(diǎn)火不良。另一方面，如果平均空燃比等于或大于40，空燃比超過了稀薄極限植，這樣就會發(fā)生所謂的稀薄點(diǎn)火不良。因此，正如下面將提及的，將準(zhǔn)確地控制燃料噴射開始時間、燃料噴射終止時間和點(diǎn)火正時，并且將空燃比的平均值設(shè)定在20至40范圍內(nèi)。如果必須提供使平均空燃比等于或小于20的燃料量，就將對吸氣沖程噴射模式作一變化。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在低速或中速下運(yùn)轉(zhuǎn)時，內(nèi)燃機(jī)將在圖9中吸氣沖程稀薄區(qū)域或理論反饋區(qū)域(理論空燃比反饋控制區(qū)域)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。在這種情況下，電子控制器23選擇一吸氣沖程噴射模式。
更具體地說，如果由平均有效壓力Pe和內(nèi)燃機(jī)速度Ne表示的內(nèi)燃機(jī)工況屬于吸氣沖程稀薄區(qū)域時，就選擇吸氣沖程稀薄噴射模式，并且控制空氣旁通閥50的打開程度和燃料噴射量，以取得相對稀薄的空燃比(例如大約在20至23之間)。在吸氣沖程稀薄噴射模式中，如圖11所示，通過吸氣口2a進(jìn)入的吸入空氣在燃燒室內(nèi)形成一反向旋流80，以產(chǎn)生一紊流效果。因此通過控制燃料噴射開始時間和燃料噴射終止時間，可以燃燒具有如此稀薄空燃比的混合物。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在理論反饋區(qū)域(S-FB區(qū)域)范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時，選擇S-FB控制模式，并且當(dāng)空氣旁通閥50保持關(guān)閉時，控制排氣再循環(huán)閥10a的打開和關(guān)閉(僅當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在S-FB區(qū)域內(nèi)的特定范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時，才對排氣再循環(huán)閥10a進(jìn)行控制)。另外，根據(jù)O2傳感器17輸出的電壓，對空燃比進(jìn)行反饋控制。在S-FB區(qū)域內(nèi)，因為內(nèi)燃機(jī)在高壓縮率下運(yùn)轉(zhuǎn)所以可以得到一較大的內(nèi)燃機(jī)輸出功率，并且可以通過催化劑9清除有害的排氣成分，同時通過排氣的再循環(huán)降低NOX的排放。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)急劇加速或在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)時，進(jìn)入圖9所示的開路控制區(qū)域。電子控制器23選擇開路控制模式(吸氣沖程噴射模式)，關(guān)閉空氣旁通閥50并且根據(jù)節(jié)流打開θth、內(nèi)燃機(jī)速度Ne等控制燃料噴射，以便取得一相對較濃的空燃比。在這種情況下，由于壓縮比較高可以取得一較高的內(nèi)燃機(jī)輸出功率，一股吸入空氣可形成反向旋流80，并且由于吸氣口2a基本上相對于燃燒室1a垂直延伸還可以取得一慣性效果。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在中速或高速運(yùn)行中出現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時，進(jìn)入圖9所示的切斷燃料區(qū)域。電子控制器23完全停止燃料的噴射，這樣可降低燃料消耗，并減少了有害的排氣成分。如果內(nèi)燃機(jī)的速度Ne變得低于恢復(fù)速度，或者操作者壓下加速器踏板時，切斷燃料操作立即停止。
下面，將參閱圖12中所示的流程圖說明本發(fā)明排氣升溫控制的過程。
當(dāng)進(jìn)行上述普通的內(nèi)燃機(jī)控制的同時，也進(jìn)行圖12所示的排氣升溫控制過程，每時每刻都從一曲軸轉(zhuǎn)角傳感器21中輸出一曲軸轉(zhuǎn)角信號SGT。
首先，在步驟S10中，電子控制器23讀取由各傳感器分別測試到的內(nèi)燃機(jī)工況數(shù)據(jù)，例如催化劑溫度Tcc、內(nèi)燃機(jī)冷卻水溫度Tw、吸入空氣流率Qa、節(jié)流打開度θth、內(nèi)燃機(jī)速度Ne、大氣壓力Pa以及吸氣溫度Ta。然后，在步驟12前的過程中，通過判斷由催化劑溫度傳感器26測試出的催化劑溫度TCC是否超出催化劑判別溫度TCW，來判斷催化劑9是否處于激活狀態(tài)，TCW是根據(jù)激活催化劑的最低溫度極限值預(yù)先設(shè)定的，催化劑激活判別溫度TCW的設(shè)定值，例如可以等于激活催化劑的低限溫度或者一特定的溫度值。如果是本實施例稀薄NOX催化凈化器9a的情況下，激活催化劑的低限在大約是400℃。
在催化劑激活判別步驟S12中，不僅判斷催化劑溫度TCC是否超過催化劑激活判別溫度TCW，而且還進(jìn)一步判斷允許排氣升溫的條件是否滿足。
當(dāng)下列兩項要求中的一項或兩項不滿足時，就達(dá)到了禁止排氣升溫控制的條件(1)當(dāng)完成內(nèi)燃機(jī)起動后的內(nèi)燃機(jī)速度Ne超過一特定的內(nèi)燃機(jī)速度，或當(dāng)內(nèi)燃機(jī)起動時，通常要求內(nèi)燃機(jī)速度保持穩(wěn)定的一段時間(例如大約四秒)已過去時；以及，(2)在排氣升溫控制過程中，空氣量控制裝置的工況沒有實質(zhì)性變化(例如節(jié)流閥的打開程度)。
下面將說明當(dāng)空氣量控制裝置的工況有變化時，禁止排氣升溫控制的原因。
如果空氣量控制裝置朝著增加空氣供給量的方向變化，這說明需要一加速的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在這種情況下，燃料噴射量增加，因此可以不利用排氣升溫控制而升高排氣溫度。另一方面，如果當(dāng)內(nèi)燃機(jī)以中速或高速運(yùn)行時，空氣量控制裝置朝著減小空氣供給量的方向變化時，實現(xiàn)燃料切斷控制來停止提供主燃料。在這種情況下，不能通過簡單地提供附加燃料燃燒一附加的燃料，來試圖升高排氣溫度。另外，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于燃料切斷區(qū)域內(nèi)時，如果同時提供主燃料與附加燃料，則不可能實現(xiàn)一與操作者希望內(nèi)燃機(jī)減速的意圖相對應(yīng)的減速運(yùn)轉(zhuǎn)。
下面將對步驟S12中所進(jìn)行的催化劑溫度判斷和禁止排氣升溫控制的條件判斷進(jìn)行解釋。
如果在步驟S12中的判斷結(jié)果是肯定的(是)，即如果催化劑溫度TCC高于催化劑激活判別溫度TCW，或者如果滿足禁止排氣升溫控制的條件，這樣就斷定催化劑9處于激活狀態(tài)或是不必或不適合進(jìn)行排氣升溫控制。在這種情況下，過程前進(jìn)至步驟S14。
在步驟S14中，進(jìn)行上述普通的內(nèi)燃機(jī)控制。即僅進(jìn)行主燃料的噴射，而禁止附加燃料的噴射。更具體地說，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工況在壓縮沖程噴射模式或在吸氣沖程噴射模式中實現(xiàn)普通的內(nèi)燃機(jī)控制。
另一方面，在步驟S12如果判別結(jié)果是負(fù)的(否)，即如果催化劑溫度TCC低于催化劑激活判別溫度TCW或者如果不滿足禁止排氣升溫控制的條件，這樣就斷定催化劑9處于未激活狀態(tài)，允許排氣升溫控制，因此實現(xiàn)下面將詳細(xì)討論的排氣升溫控制。
在排氣升溫控制中，在壓縮稀薄模式中進(jìn)行主燃料噴射，而點(diǎn)火正時被控制延遲。更具體地說，在步驟S16中，從一延遲特性圖(未示出)中讀取一點(diǎn)火正時θRD。預(yù)先根據(jù)與圖5至圖7中的的實驗結(jié)果相似的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來準(zhǔn)備延遲特性圖，并將它存儲在電子控制器23的存儲器中。更具體地說，在排氣溫度上升控制過程中，根據(jù)催化劑溫度TCC、目標(biāo)排氣溫度、內(nèi)燃機(jī)冷卻水溫度TW等從延遲特性圖中讀取與主燃料噴射相聯(lián)的點(diǎn)火正時θRD。另外，因為所決定的點(diǎn)火正時須根據(jù)吸入空氣的密度進(jìn)行修正，而吸入空氣的密度又是根據(jù)大氣壓力Pa和吸入空氣溫度Ta所決定的。任何情況下，點(diǎn)火正時θRD的數(shù)值總適當(dāng)?shù)卦O(shè)定在根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角而定的10°BTDC至5°ATDC范圍內(nèi)。
下面在步驟S18中，可以判斷由水溫傳感器19測試到的冷卻水溫TW是否小于一特定的判別溫度TWO(例如50℃)。
從圖5與圖6中的比較明顯看出，如果要借助于提供附加燃料來升高排氣溫度，就要進(jìn)行一兩階段的燃燒，其中附加燃料燃燒后再進(jìn)行主燃料的燃燒，建議將空燃比設(shè)定在40左右，以取得一更大的排氣溫度上升效果。但是，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)溫度很低時，不能得到空燃比大約為40的稀薄空燃混合物的穩(wěn)定燃燒。在本實施例中，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)溫度很低時，所設(shè)定的一目標(biāo)空燃比AF數(shù)值可允許主燃料的燃燒穩(wěn)定。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的溫度不低時，所設(shè)定的目標(biāo)空燃比AF的數(shù)值大于在低內(nèi)燃機(jī)溫度時的數(shù)值，以便于提高排氣升溫效果。另外，可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工況變化目標(biāo)空燃比AF。
更具體地說，在本實施例中，力求容易地設(shè)定適合于內(nèi)燃機(jī)溫度的目標(biāo)空燃比AF，在低內(nèi)燃機(jī)溫度時通過實驗預(yù)先決定相對于內(nèi)燃機(jī)工況下(相對于內(nèi)燃機(jī)速度Ne和目標(biāo)平均有效壓力Pe的每個燃燒)的目標(biāo)空燃比AF。根據(jù)實驗從而得到結(jié)果，可準(zhǔn)備一圖13中所示的對應(yīng)于低內(nèi)燃機(jī)的的第一稀薄特性圖(AF＝f(Ne，Pe))，并將它儲存在電子控制器23的內(nèi)存中。另外如第一稀薄特性圖一樣準(zhǔn)備一對應(yīng)于普通內(nèi)燃機(jī)溫度的第二稀薄特性圖，并將它儲存在內(nèi)存中。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)冷卻水溫度Tw選擇第一特性圖或第二特性圖。
第一稀薄特性圖中所設(shè)定的目標(biāo)空燃比AF的數(shù)值Cij(i＝1、2、3…；j＝1、2、3、…)比第二稀薄特性圖中的目標(biāo)空燃比AF的數(shù)值Dij小。具有相同下標(biāo)ij的數(shù)值C和D用于相同的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)態(tài)中(除了冷卻水溫度Tw)。例如，把第一稀薄特性圖的C22設(shè)定為30，而把在相同內(nèi)燃機(jī)工況中使用的與C22相同的第二稀薄特性圖的D22設(shè)定為40。
如果在步驟S18中判別結(jié)果是正的，即，如果冷卻水溫度Tw低于判別溫度Two時，在步驟S20中，根據(jù)目標(biāo)負(fù)載Pe和內(nèi)燃機(jī)速度Ne從圖13中所示的第一稀薄特性圖中讀取目標(biāo)空氣燃料比AF。與操作者所需的內(nèi)燃機(jī)輸出功率相關(guān)的目標(biāo)平均有效壓力Pe可被表示為一節(jié)流打開θth和內(nèi)燃機(jī)速度Ne的函數(shù)。在本實施例中，在從稀薄特性圖中讀取目標(biāo)空燃比時使用的目標(biāo)平均有效壓力Pe是從預(yù)先準(zhǔn)備好的并存入存儲器中的目標(biāo)平均有效壓力特性圖中讀取的。
如果在步驟要8中判別結(jié)果是負(fù)的，即，如果冷卻水溫度Tw等于或大于判別溫度Two時，斷定不可能存在不穩(wěn)定的燃燒，程序進(jìn)行至步驟S22，在那里，根據(jù)目標(biāo)負(fù)載Pe和內(nèi)燃機(jī)速度Ne，從圖14所示的第二稀薄特性圖中讀取目標(biāo)空燃比AF。
因此，如果內(nèi)燃機(jī)冷卻水溫度Tw小于判別溫度Two，目標(biāo)空燃比AF的設(shè)定值Cij小于當(dāng)冷卻水溫度Tw等于或大于判別溫度Two時的值Dij，從而可穩(wěn)定一主燃料燃燒。
接著在步驟S24中，通過利用從第一或第二稀薄特性圖中讀取的目標(biāo)空燃比AF，可以根據(jù)下面的方程式(M1)計算出一主燃料噴射正時(燃料噴射閥8的閥門打開時間)TinjmTinjm-K×(Qa×γ/AF)×(Kwt×Kaf...)×Kg+TDEC…(M1)其中K是將燃料數(shù)量轉(zhuǎn)換成閥門打開時間的轉(zhuǎn)換系數(shù)(常數(shù))；Qa是每一吸氣沖程中一吸入空氣的容積流率；γ是吸入空氣密度；AF是在步驟S24中讀取的目標(biāo)空燃比；Kwt、Kaf...是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)水溫Tw等設(shè)定的不同修正系數(shù)；Kg是一用于噴射閥8的放大修正系數(shù)；TDEC是一根據(jù)目標(biāo)平均有效壓力Pe和內(nèi)燃機(jī)速度Ne設(shè)定的空載時間修正值。
計算出主要燃料噴射正時Tinjm后，在步驟S26中，根據(jù)下列方程式(M2)計算出一附加燃料噴射正時TinjaTinja＝K×Qa×γ{(1/理論AF)-(1/AF)}×(Kwt×Kaf...)×Kg+TDEC...(M2)其中理論AF表示理論空燃比(14.7)，而AF表示在步驟S24中讀取的目標(biāo)空燃比。
在本實施例中，從方程式(M2)中得知，附加燃料噴射正時Tinja，即附加燃料噴射量的設(shè)定基本上取決于主燃燒以后保留在氣缸內(nèi)的氧氣量(Qa×γ{(1/理論AF)-(1/AF)}。從而根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工況，諸如內(nèi)燃機(jī)冷卻水溫度Tw(對應(yīng)于修正系數(shù)Kwt等)修正設(shè)定的噴射正時。即，附加燃料噴射量的設(shè)定方式使得每個汽缸每個循環(huán)的一空燃比(這個空燃比是由每一汽缸的每個循環(huán)的整個燃料噴射量(主燃料噴射量和附加燃料噴射量的總和)和每一汽缸每一循環(huán)的吸入空氣量Qa決定的)等于由適于取得排氣溫度上升效果的特定空燃比(在這里是理論空燃比)和諸如冷卻水溫度Tw之類的內(nèi)燃機(jī)工況決定的一總目標(biāo)空燃比，換句話說，附加燃料噴射量的設(shè)定使得每一汽缸的每一循環(huán)的空燃比與根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工況的不同而圍繞著特定空燃比變化的總目標(biāo)空燃比相等。例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)以1500rpm的速度運(yùn)行時，為了使主燃燒穩(wěn)定，較可取地是所設(shè)定的空燃比數(shù)值是朝著相對于理論空燃比的稀薄側(cè)稍稍移動的(例如大約15)。
計算出主燃料噴射量和附加燃料噴射量后，在步驟S28中進(jìn)行主燃料噴射和點(diǎn)火。
較可取地是，在那個時間開始主燃料噴射，它允許空燃混合物在取得最佳穩(wěn)定點(diǎn)火的時刻到達(dá)鄰近的火花塞。在本實施例中，根據(jù)在步驟S16中參考具有預(yù)先設(shè)定的作為點(diǎn)火正時θRD函數(shù)的主燃料噴射開始時間的特性圖而設(shè)定的點(diǎn)火正時θRD，決定主燃料噴射的開始時間。在這個已設(shè)定的主燃料噴射開始時間，在壓縮沖程內(nèi)，燃料噴射閥8被驅(qū)動打開，從而開始主燃料的噴射。
接著，程序前進(jìn)至步驟S30，在膨脹沖程的中間階段的一特定時刻進(jìn)行附加燃料的噴射。根據(jù)如圖5至圖7中所示的實驗結(jié)果，附加燃料噴射的開始時間可以被固定在一特定的時刻，例如，曲軸轉(zhuǎn)角90°ATDC即在膨脹沖程的中間階段。在本實施例中，認(rèn)為能取得最大排氣升溫效果的最合適的附加燃料噴射開始時間是根據(jù)諸如大氣壓力Pa和吸入空氣溫度Ta之類的內(nèi)燃機(jī)工況環(huán)境條件而變化的，而相對于每個內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境條件的附加燃料噴射的最適合開始時間是由預(yù)先的實驗設(shè)定并以特性圖(未示)的形式儲存在電子控制器23的存儲器中的。參照考特性圖，根據(jù)大氣壓力Pa等設(shè)定最適合的附加燃料噴射的開始時間。
EUC 23等待已設(shè)定的附加燃料噴射開始時間的到來，并驅(qū)動燃料噴射閥8打開，從而噴射出附加燃料。在附加燃料噴射的時刻，在稀薄空燃混合物通過主燃料噴射形成于燃燒室1a的部分內(nèi)，仍然剩下具有與可燃燒的濃度極限值濃度相近的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物。然后，噴入汽缸內(nèi)高溫大氣中的附加燃料生成新的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物，這樣包括剩余冷焰反應(yīng)產(chǎn)物和新的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物在內(nèi)的整個冷焰反應(yīng)物的濃度超過了可燃燒濃度的極限值。因此，附加燃料由于自燃而燃燒，開始了附加燃料的燃燒。由附加燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能確保排氣升溫，所以不浪費(fèi)于作膨脹功。
接下來，將說明本發(fā)明第二實施例的一排氣升溫系統(tǒng)。
與第一實施例不同，在第一實施例中，在主燃燒時設(shè)定了目標(biāo)空燃比AF的情況下，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)冷卻水的溫度Tw是否小于判別溫度Two而選擇第一或第二稀薄特性圖，而本實施例通過由與第一和第二稀薄特性圖相似的一特性圖所決定的一基礎(chǔ)目標(biāo)空燃比，并且通過基礎(chǔ)目標(biāo)空燃比與一隨水溫Tw的變化而變化的修正系數(shù)相乘而在主燃燒時決定目標(biāo)空燃比AF。即，本實施例的排氣升溫系統(tǒng)與第一實施例的排氣升溫控制過程不同，而與第一實施例的其他方面都相同。
將參閱圖15中的流程圖來解釋本實施例的排氣升溫控制過程。
圖15中所示的排氣升溫控制程序步驟S42至S46以及步驟S54至S60分別與圖12流程圖中所示的步驟S10至S16以及步驟S24至步驟S30基本相似，將省略對這些步驟的描述。
在步驟S40中，電子控制器23讀取包括目標(biāo)負(fù)載Pe、催化劑溫度Tcc、冷卻水溫度Tw、吸入空氣流率Qa、節(jié)流閥打開θth、內(nèi)燃機(jī)速度Ne、大氣壓力Pa、吸入空氣溫度Ta等在內(nèi)的各種內(nèi)燃機(jī)工況量。在步驟S42中，如果斷定催化劑溫度Tcc低于催化劑激活判別溫度Tcw以及不滿足允許排氣升溫控制的條件時，在步驟S46中，從延遲特性圖中讀取點(diǎn)火正時θRD。程序前進(jìn)至步驟S48，在那里從一用于排氣升溫控制的基本目標(biāo)空燃比特性圖中讀取一基本目標(biāo)空燃比(基本AF)。這幅特性圖也是以與圖13中的第一稀薄特性圖相似的方式預(yù)先設(shè)定的。接著在步驟S50中，從圖16所示的一修正系數(shù)特性圖中讀取一修正系數(shù)KL。修正系數(shù)KL是用來修正在步驟48中根據(jù)冷卻水溫度Tw讀取的基本目標(biāo)空燃比。在修正系數(shù)特性圖中，修正系數(shù)KL以這樣一種方式設(shè)定在冷卻水溫度Tw等于或小于對應(yīng)于第一實施例中判別溫度Two的預(yù)設(shè)溫度TW1的水溫范圍內(nèi)，將修正系數(shù)值取為1，在水溫Tw超過預(yù)設(shè)溫度TW1的水溫范圍內(nèi)，修正值所取的數(shù)值隨著水溫Tw上升而增加。
在步驟S52中，利用基本目標(biāo)空燃比和修正系數(shù)KL，根據(jù)下列方程式(N1)可計算出一目標(biāo)空燃比(目標(biāo)AF)目標(biāo)空燃比＝(基本目標(biāo)空燃比)×(修正系數(shù)KL)...(N1)當(dāng)冷卻水溫度Tw的升高超過了預(yù)設(shè)溫度TW1時，目標(biāo)空燃比的數(shù)值將變得很大。
接著，實現(xiàn)步驟S54以及其后的步驟，這些步驟與圖12中流程圖中步驟S24及其后的步驟過程相同。
本發(fā)明并不局限于第一和第二實施例，它可以有多種變化和修改。
例如，在前述排氣升溫控制中，設(shè)定附加燃料噴射量的數(shù)值，為了使在相繼進(jìn)行主燃料噴射和附加燃料噴射時所取得的用于每個汽缸每一循環(huán)的整個空燃比變得等于目標(biāo)空燃比，目標(biāo)空燃比圍繞著由內(nèi)燃機(jī)工況決定的一特定空燃比(較可取地是理論空燃比)而變化。但是不必通過剛才提及的設(shè)定方法來設(shè)定附加燃料噴射量。在某些情況下，用于每個汽缸每一循環(huán)的整個空燃比可能小于或大于理論空燃比。另外，只要能使附加燃料燃燒，還可將附加燃料噴射量固定設(shè)置為一個不變的噴射量，
在上述的排氣溫度上升控制中，與普通內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的點(diǎn)火正時相比，延遲主燃料的點(diǎn)火正時，從而實現(xiàn)一緩慢燃燒，因此可控制在膨脹沖程的中間或隨后階段中剩余在汽缸內(nèi)的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度的數(shù)值，使它接近可燃燒濃度的極限值。但是，不必在排氣升溫控制中延遲與主燃料相關(guān)的點(diǎn)火正時。例如，在主燃燒的時候，簡單地使空燃比稀薄到等于或大于35的程度也是很有效的。在這種情況下，主燃料緩慢燃燒，控制在膨脹沖程中間或隨后階段中的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物濃度值與可燃燒濃度的極限值相近。
為了使附加燃料噴射有效，并不是必需一次完成噴射?？蓪⒏郊尤剂蠂娚浞殖啥啻芜M(jìn)行。
另外，可對全部汽缸、或者僅對一個或幾個特別的汽缸進(jìn)行附加燃料噴射。
在上述的實施例中，已確定當(dāng)由催化劑溫度傳感器26所測試的催化劑溫度Tcc低于催化劑激活判別溫度Tcw時，應(yīng)進(jìn)行排氣升溫控制。換句話說，可以根據(jù)從用于測試內(nèi)燃機(jī)工況的各種傳感器中得到的相關(guān)信號來估計催化劑的溫度，當(dāng)已估計的催化劑低于催化劑激活判別溫度時，進(jìn)行排氣溫度上升控制。另外，為了簡化控制，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)起動后由內(nèi)燃機(jī)溫度探測裝置探測出的內(nèi)燃機(jī)溫度(冷卻水溫度)超過一設(shè)定溫度，或者當(dāng)由經(jīng)過時間探測裝置探測出一根據(jù)內(nèi)燃機(jī)起動時水溫而設(shè)定的可變的或固定的預(yù)定時間段已超過了內(nèi)燃機(jī)起動時間時，可以進(jìn)行排氣升溫控制。
另外，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在催化劑未激活的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時，可在一特定時間段實現(xiàn)排氣升溫控制，只要滿足以下(1)-(3)中的任一要求(1)內(nèi)燃機(jī)起動后，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的速度超過一特定的內(nèi)燃機(jī)速度時，或者自內(nèi)燃機(jī)起動以后，要求內(nèi)燃機(jī)速度穩(wěn)定的一定時間段已過去；(2)正在進(jìn)行分層燃燒模式的內(nèi)燃機(jī)控制，并且正在進(jìn)行一節(jié)流閥打開程度沒有很大變化的固定式內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；(3)正在進(jìn)行當(dāng)從燃料切斷區(qū)域復(fù)原后的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)正在進(jìn)行。
在第一實施例中，如果催化劑未激活，根據(jù)水溫從第一和第二稀薄特性圖中讀取目標(biāo)空燃比，然后主燃料噴射量等的設(shè)定方法使得可以取得目標(biāo)空燃比。另外，可以不使用特性圖，根據(jù)水溫信息來不定地設(shè)定主燃料噴射量與附加燃料噴射量之比。即，如果水溫低，可以提高主燃料噴射量以穩(wěn)定主燃燒，相反如果水溫高，可以增加附加燃料噴射量來縮短激活催化劑所需的整個時間段。
權(quán)利要求
1.一種適用于將主燃料直接從一燃料噴射閥噴入燃燒室并采用火花點(diǎn)燃被噴射的主燃料而進(jìn)行稀薄燃燒的缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃機(jī)的排氣升溫系統(tǒng)，它包括用于控制一內(nèi)燃機(jī)控制參數(shù)的內(nèi)燃機(jī)控制裝置，它使得當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于需要升高排氣溫度的運(yùn)轉(zhuǎn)條件時，在主燃料燃燒過程中產(chǎn)生的、并在膨脹的的中間階段或隨后階段中剩余在燃燒室內(nèi)的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物濃度接近一可燃燒濃度極限值；以及，用于在膨脹的的中間階段或隨后的階段從燃料噴射閥噴射一附加燃料的附加燃料控制裝置，它使得當(dāng)內(nèi)燃機(jī)控制裝置控制內(nèi)燃機(jī)控制參數(shù)時、包括剩余在燃燒室內(nèi)的冷焰反應(yīng)產(chǎn)物和一通過附加燃料的冷焰反應(yīng)新產(chǎn)生的一冷焰反應(yīng)產(chǎn)物在內(nèi)的整個冷焰反應(yīng)產(chǎn)物的濃度超過燃燒濃度的極限值，從而升高了設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)內(nèi)的一排氣清除裝置的溫度。
2.一種如權(quán)利要求1所述的排氣升溫系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)控制裝置包括一點(diǎn)火正時設(shè)定裝置，它用于設(shè)定一主燃料被點(diǎn)燃的點(diǎn)火正時，它的范圍在曲軸轉(zhuǎn)角從到達(dá)壓縮上止點(diǎn)前的10°至到達(dá)壓縮上止點(diǎn)后的5°。
3.如權(quán)利要求2所述的排氣升溫系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)控制裝置包括空燃比控制裝置，它用來在燃燒主燃料時將空燃比的數(shù)值設(shè)定為等于或大于25。
4.如權(quán)利要求1所述的排氣升溫系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)控制裝置包括空燃比控制裝置，它用來在燃燒主燃料時將空燃比的數(shù)值設(shè)定為等于或大于35。
5.如權(quán)利要求1所述的排氣升溫系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)控制裝置包括至少一個點(diǎn)火正時設(shè)定裝置和一空燃比控制裝置，并且，所述內(nèi)燃機(jī)控制裝置將一主燃料被點(diǎn)燃的點(diǎn)火正時的數(shù)值控制在與當(dāng)內(nèi)燃機(jī)不在需要升高排氣溫度的工況點(diǎn)火正時相比的延遲側(cè)，或者將有關(guān)主燃料的空燃比數(shù)值控制在與當(dāng)內(nèi)燃機(jī)不在需要升高排氣溫度的工況下空燃比相比的燃料稀薄側(cè)。
6.如權(quán)利要求5所述的排氣升溫系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)不在需要升高排氣溫度的工況下，內(nèi)燃機(jī)以一吸氣沖程稀薄模式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，其中一目標(biāo)空燃比被設(shè)定成與理論空燃比相比燃料較稀薄側(cè)的第一空燃比，并且在吸氣沖程中燃料主要從燃料噴射閥噴射，或者內(nèi)燃機(jī)以壓縮沖程稀薄模式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，其中目標(biāo)空燃比被設(shè)定成一在與所述第一空燃比相比燃料較稀薄側(cè)上的第二空燃比，并且在壓縮沖程中燃料主要從燃料噴射閥中噴射。
7.如權(quán)利要求1所述的排氣升溫系統(tǒng)，其特征在于，所述附加燃料控制裝置設(shè)置的附加燃料噴射起動時間的數(shù)值范圍是從曲柄軸轉(zhuǎn)角壓縮上止點(diǎn)后的70°至110°。
8.如權(quán)利要求1所述的排氣升溫系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)控制裝置根據(jù)內(nèi)燃機(jī)溫度設(shè)定一有關(guān)主燃料的空燃比。
9.如權(quán)利要求1所述的排氣升溫系統(tǒng)，其特征在于，所述附加燃料控制裝置設(shè)定一附加燃料噴射量，使得一從用于一個循環(huán)的總?cè)剂蠂娚淞亢陀糜谝谎h(huán)的吸入空氣量(即一主燃料噴射量和一附加燃料噴射量的總和)中計算出來的空燃比成為與一隨著內(nèi)燃機(jī)圍繞著一適合于有效地升高排氣溫度的特定空燃比的工況而變化的目標(biāo)空燃比相等。
全文摘要
一用于火花點(diǎn)火、缸內(nèi)噴射型內(nèi)燃機(jī)排氣升溫系統(tǒng),包括一電子控制器。在內(nèi)燃機(jī)處于需排氣升溫工況下、主燃料在壓縮沖程內(nèi)噴射時,電子控制器控制內(nèi)燃機(jī)控制參數(shù),以使一在膨脹沖程中間或隨后階段剩在燃燒室內(nèi)的冷焰反應(yīng)物濃度與可燃燒濃度極限值相近,再在膨脹沖程中間或隨后階段通過燃燒噴射閥將一附加燃料噴入燃燒室。發(fā)生附加燃料冷焰反應(yīng),冷焰反應(yīng)物濃度超過可燃燒濃度極限值,附加燃料可自燃燃燒。利用附加燃料燃燒產(chǎn)生熱能使排氣升溫。
文檔編號F01N13/02GK1180785SQ9712131
公開日1998年5月6日 申請日期1997年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月24日
發(fā)明者金子勝典, 桑原一成, 安東弘光, 首藤登志夫 申請人:三菱自動車工業(yè)株式會社