专利名称：柴油机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种执行预混合燃烧的柴油机，特别是涉及一种使预混合燃烧中的混合气的着火时期(时刻)或预混合期间最佳化的柴油机。
背景技术：
以往，在柴油机中，通常在缸内成为高温、高压的活塞的压缩上止点附近喷射燃料。此时，在燃料喷射中燃料(混合气)着火从而形成火焰，通过向该火焰供给后续的燃料来继续燃烧。在如此以往的燃烧方式中，存在着初期喷射的燃料在着火延迟期间之后一下子燃烧的部分和在空气不足的燃烧气体中的燃烧部分，具有产生NOx或烟雾等的问题。
为此，本申请人提出了一种将燃料的喷射时期早于压缩上止点并在燃料的喷射结束后混合气着火的柴油机(参照专利文献1)。
在这种柴油机中，在燃料喷射结束后，因经过一定程度的期间混合气才着火，所以直到着火混合气被充分稀薄和均匀化。因此，局部的燃烧温度会下降，降低了NOx排出量。另外，由于避免了局部空气不足状态下的燃烧，也可抑制烟雾的产生。
如此，在燃料喷射结束后混合气着火的燃烧方式在本说明书中称作预混合燃烧，将结束燃料喷射起到混合气着火为止的期间称作预混合期间。
尽管为有效地改善废气的预混合燃烧，但实现这种燃烧之时，存在以下所示的两个技术问题。
(1)难以确保预混合期间在燃料喷射量较多的运转领域等中，即使提早喷射燃料，也存在着在燃料喷射中混合气着火的情况。此时，因混合气的燃烧方式与以往的燃烧相同，不能获得改善废气的效果。
(2)难以控制混合气的着火时期在燃料喷射中开始着火的以往燃烧方式下，通过控制燃料喷射时期可控制着火时期，但在预混合燃烧中，因存在着预混合期间，着火时期由缸内温度、缸内压力、空燃比等的外部参数支配，因而只控制燃料喷射时期不能准确地控制着火时期。在预混合燃烧中，混合气的着火时期不适当时，不能获得改善废气的效果，还会带来效率恶化(油耗恶化)或产生燃烧噪音等。例如，混合气的着火时期过早(上止点前)时，会导致热损失的增大，并且由于在着火后受到活塞的压缩，因而缸内成为高温，从而恐怕会产生NOx，并且油耗恶化。
本申请人为了克服上述两个技术问题，发现与燃料喷射时期相配合地控制EGR率的技术是有效的。即，如果提高EGR率，则会降低混合气的氧浓度，从而延长预混合期间(着火时期延迟)。相反，如降低EGR率，就会缩短预混合期间(着火时期提早)。因此，通过与燃料喷射时期的控制相配合地适当地控制EGR率，可对预混合期间和着火时期最佳地进行控制。另外，该技术在本申请提出时未公开，不构成现有技术。
专利文献1日本特开2003-83119号公报可是，存在着相对于通过对喷油器通电时期的控制而能够高精度地控制燃料喷射时期的方式，很难严密地控制EGR率的问题。
例如，EGR率由于也受到对EGR装置的控制量(例如，外部EGR装置中的EGR阀开度等)以外的参数的影响，存在着即使固定对EGR装置的控制量，因其他因素EGR率也变动的情况。
另外，在外部EGR装置中，具有EGR阀的响应延迟、或由于存在着从EGR阀到燃烧室的距离(吸气通路)所致的容积部分，因而从使对于EGR装置的控制量变化到实际上混合气的EGR率变化会产生一些时间延迟。为此，将对于燃料喷射时期和EGR装置的控制量变更时，存在着两者之间会暂时产生失配(不匹配)的情况。
如此，因很难严密地控制EGR率，结果，存在着混合气的着火时期或预混合期间暂时不适当的可能性，恐怕会导致废气和油耗的恶化。
发明内容
因此，本发明的目的在于将预混合燃烧中的混合气的着火时期控制成最佳。
本发明的另一目的在于将预混合燃烧中的混合气的预混合期间控制成最佳。
为了实现上述目的，本发明的柴油机具有向燃烧室内喷射燃料的燃料喷射装置、将废气的一部分回流到燃烧室内的EGR装置、控制所述燃料喷射装置和EGR装置以执行在燃料的喷射结束后混合气着火的预混合燃烧的控制装置，其中，还具有检测混合气的着火时期的检测机构，所述控制装置在由所述检测机构检测出的实际着火时期与预定的最佳着火时期不一致时，将所述燃料喷射装置的燃料喷射时期加以修正，使实际的着火时期与所述最佳着火时期相一致。
在此，所述控制装置根据发动机的运转状态来确定目标燃料喷射时期，并根据该目标燃料喷射时期来控制所述燃料喷射装置，在由所述检测机构检测出的实际着火时期早于所述最佳着火时期时，可将所述目标燃料喷射时期向滞后角一侧修正，相反，在实际着火时期迟于所述最佳着火时期时，将所述目标燃料喷射时期向提前角一侧修正。
另外，上述检测机构可为爆震传感器(ノツクセンサ)。
此外，本发明的柴油机具有燃料喷射装置、EGR装置、控制这些燃料喷射装置和EGR装置以执行在燃料的喷射结束后混合气着火的预混合燃烧的控制装置，其中，还具有计测由所述燃料喷射装置进行的燃料喷射结束起到混合气着火为止的预混合期间的计测机构，所述控制装置在由所述计测机构计测出的预混合期间与预定的最佳预混合期间不一致时，将所述燃料喷射装置的燃料喷射时期加以修正，使实际的预混合期间与所述最佳预混合期间相一致。
发明的效果根据本发明，能够发挥将预混合燃烧中的混合气的着火时期或预混合期间控制成最佳的优良效果。
附图简述
图1为本发明一实施方式的柴油机的示意图。
图2(a)为示出实际的着火时期与最佳的着火时期、以及实际的预混合期间与最佳的预混合期间相一致的状态的视图，(b)为示出实际的预混合期间比最佳的预混合期间短、实际的着火时期比最佳的着火时期早的状态的视图，(c)为示出通过燃料喷射时期的修正使实际的着火时期与最佳的着火时期相一致的状态的视图，(d)为示出通过燃料喷射时期的修正使实际的预混合期间与最佳的预混合期间相一致的状态的视图。
具体实施例方式
以下，根据附图详细地说明本发明的一较佳实施方式。
图1为本实施方式的柴油机(以下简称为发动机)的示意图。另外，图1中尽管只示出了一个汽缸，当然也可以是多个汽缸。
图中1为发动机本体，其由汽缸2、汽缸盖3、活塞4、吸气口5、排气口6、吸气阀7、排气阀8、喷油器9等构成。在汽缸2与汽缸盖3间的空间形成燃烧室10，燃料从喷油器9直接向燃烧室10内喷射。在活塞4的顶部形成腔室11，腔室11成为燃烧室10的一部分。腔室11成为底部中央隆起的ω形燃烧室的形态。另外，本发明的燃烧室10的形状并没有限制，也可以是凹形燃烧室等。
喷油器9与汽缸2大致同轴地设置，将燃料从多个喷射孔(孔)同时成放射状喷射。喷油器9与共轨(コモンレ一ル)24连接，被贮存在该共轨24中的高压燃料总是向喷油器9供给。向共轨24中的燃料压送是由高压供给泵25实现的。另外，本申请的“权利要求书”中的“燃料喷射装置”为包括喷油器9、共轨24、高压供给泵25等燃料喷射所需要素的称谓。
吸气口5与吸气管12连接，而排气口6与排气管13连接。
本实施方式的发动机具有将废气的一部分向燃烧室10内回流的外部EGR(废气再循环)装置19。EGR装置19具有将吸气管12和排气管13连接的EGR管20、用于改变EGR管20的管路面积以调节EGR率的EGR阀21、在EGR阀21的上游侧冷却EGR气体的EGR冷却器22。在吸气管12中，在与EGR管20的连接部的上游侧设有将吸入空气适当节流用的吸气节气阀23。
设有电控该发动机用的ECU(电控装置)26。ECU26从各种传感器类读取发动机的运转状态，并根据该发动机的运转状态，控制喷油器9、EGR阀21、吸气节气阀23等。作为前述传感器类，包含有检测油门踏板开度的踏板开度传感器14、检测发动机的回转速度的发动机回转传感器15、检测出发动机的曲轴(未图示)的角度的曲柄角度传感器16、检测出共轨24内的燃料压力的共轨压传感器17、检测流过与EGR管20的连接部的上游侧的吸气管12中的吸入空气量(新气流量)的吸气量传感器32等，各传感器的检测值向ECU26输入。
本实施方式的ECU26控制喷油器9和EGR装置19，以执行在燃料的喷射结束后混合气着火的预混合燃烧。
具体而言，首先，根据发动机的每个运转状态预先求出在燃料的喷射完全结束后混合气着火、并且其着火时期成为最佳着火时期(基本上为上止点附近)的燃料喷射时期(喷射开始时期)以及EGR率，根据该数据，生成目标燃料喷射时期映射图和目标EGR阀开度映射图并向ECU26输入。ECU26如根据踏板开度传感器14和发动机回转传感器15等的检测值，读取发动机的运转状态，则从上述映射图中决定目标燃料喷射时期和目标EGR阀开度，并随之分别控制喷油器9和EGR阀21。预混合燃烧中的目标燃料喷射时期基本上设定成比以往燃烧中所设定的燃料喷射时期(上止点附近)提早(例如40～20°BTDC左右)。另外，目标EGR率基本上设定成比以往燃烧中设定的EGR率要高(例如50％以上)。根据该预混合燃烧，因促进了混合气的稀薄和均匀化，能够大幅度地降低NOx和烟雾。
如此本实施方式的柴油机是根据发动机的运转状态控制燃料喷射时期和EGR率来执行预混合燃烧的，但正如“发明所要解决的技术问题”部分所说明的，很难严密地控制EGR率。即，即使根据映射图来控制EGR阀21的阀开度，也存在着实际的EGR率与预定的最佳EGR率不一致的情况。如此，混合气的着火时期会与最佳着火时期不一致，会招致油耗和废气的恶化。
为此，在本实施方式的柴油机中，进行了应防止EGR率控制的不稳定所致的着火时期的偏差的工作。以下对此进行说明。
本实施方式的柴油机中，作为检测混合气的着火时期的检测机构，具有安装到汽缸体上的爆震传感器(ノツクセンサ)31，ECU26根据爆震传感器31的检测值，计算和确定混合气的着火时期。
另外，将混合气的最佳着火时期预先输入到ECU26，ECU26将根据爆震传感器31的检测值确定的实际着火时期与该最佳着火时期相比较。
实际的着火时期与最佳着火时期无差(偏差)时，可推定为将目前的EGR率控制成适当值。此时，ECU26如通常根据映射图来控制喷油器9和EGR阀21。
另外，实际的着火时期与最佳着火时期有偏差时，可推定为EGR率与适当值有偏差。例如，实际的着火时期比最佳着火时期早时，EGR率低于适当值，考虑到混合气的氧浓度变高。相反，实际的着火时期比最佳着火时期迟时，EGR率高于适当值，考虑到混合气的氧浓度变低。
此时，ECU将从映射图确定的目标燃料喷射时期加以修正，使实际的着火时期与最佳的着火时期相一致。
下面，用图2(a)～图2(c)说明其一例。
该图横轴为曲柄角，T1-a表示从映射图确定的目标燃料喷射时期(喷射开始时期)、T2-a表示从该映射图确定的目标燃料喷射时期、T3-a～c表示混合气的预混合期间、T4-a～c表示混合气的着火时期。另外，本例中混合气的最佳着火时期为压缩上止点(TDC)。
图2(a)示出适当地控制EGR率、混合气的着火时期适当的状态。即，正如图示，燃料的喷射结束后，经过预混合期间T3-a，混合气着火，其着火时期T4-a与最佳着火时期TDC一致。因此，可以说是废气的净化效果高并且油耗也少的良好燃烧方式。
可是，因任何理由(干扰或EGR率的控制延迟等)，实际的EGR率偏离适当值时，混合气的预混合期间变化，着火时期错动。例如，EGR率低于适当值时，因混合气的氧浓度变高，如图2(b)所示，预混合期间变短(T3-a→T3-b)，着火时期比最佳着火时期TDC要早(T4-a→T4-b)。
ECU26如确认实际的着火时期与最佳着火时期不一致，则反馈控制燃料喷射时期(修正目标燃料喷射时期T1-a)，以使实际的着火时期与最佳的着火时期TDC一致。
例如，如图2(b)所示，实际的着火时期T4-b比最佳着火时期TDC早时，首先，ECU26算出实际的着火时期T4-b与最佳着火时期TDC之差T5(参照图2(b))，根据该差T5，确定目标燃料喷射时期T1-a的修正量ΔT。更具体地讲，预先通过实验等求出实际的着火时期与最佳着火时期之差与消除该差所需的目标燃料喷射时期的修正量的关系，且作为例如运算式输入到ECU26中。ECU26根据上述差T5和该运算式，确定修正量ΔT。另外，在本实施方式中，差T5与修正量ΔT大致相等，但本发明并不限于此。
ECU26如果确定了目标燃料喷射时期T1-a的修正量ΔT，则如图2(c)所示，将目标燃料喷射时期T1-a只以修正量ΔT修正到滞后角一侧(T1-a→T1-b)，根据该修正后的目标燃料喷射时期T1-b，向喷油器9通电。结果，混合气的着火时期向滞后角一侧移动，成为最佳的着火时期TDC(T4-b→T4-c)。
此外，考虑到正如图2(c)所示，即使将燃料喷射时期向滞后角一侧修正，也可充分确保预混合期间T3-c。这是由于如上所述地、在预混合燃烧中，因燃料喷射提早进行则喷射时的缸内压力较低且通过大量的EGR混合气的氧浓度被绝对降低的缘故。
在进行了燃料喷射时期的修正后，EGR率回到适当值时，着火时期向滞后角一侧移动。ECU26与之相配合地使燃料喷射时期T1-b向提前角一侧移动。即，结束目标燃料喷射时期T1-a的修正。由此，能够再次回到如图2(a)所示的良好的预混合燃烧。
另外，实际的着火时期迟于最佳着火时期TDC时，将目标燃料喷射时期T1-a向提前角一侧修正，从而使实际的着火时期与最佳着火时期TDC一致。
如此，在本实施方式的柴油机中，EGR率暂时成为不适当值时，修正燃料喷射时期并将实际的着火时期维持在最佳的着火时期。即，着眼于燃料喷射时期的高精度，通过燃料喷射时期的修正来修正EGR率控制的不稳定。另外，尽管通过检测或演算求得实际的EGR率是非常困难的，但本实施方式的柴油机着眼于EGR率与着火时期的相关性，通过检测出着火时期来间接地推定实际的EGR率。
根据本实施方式的柴油机，因总是能确保适当的着火时期，能够可靠地避免油耗或废气的恶化等。
本发明并不限于上述的实施方式。
例如，在上述实施方式中，以ECU26根据从映射图确定的目标EGR阀开度来控制EGR阀21进行了说明，但本发明并不限于此，也可将新气流量或混合气的氧浓度等、与EGR率具有相关性的其他参数作为目标值加以设定，并根据该目标值来控制EGR阀21。例如，也可将新气流量作为目标值来加以设定，反馈控制EGR阀21以使吸气量传感器32(参照图1)的检测值与目标值一致。
另外，在上述实施方式中，是将最佳的着火时期作为上止点TDC进行了说明，但本发明并不限于此。此外，也可将最佳的着火时期不限定为固定值，而是根据发动机的运转状态来适当地变更。
并且，着火时期检测机构并不限于爆震传感器31，也可使用缸内压传感器、离子传感器等其他机构。可是，爆震传感器31与其他传感器相比具有成本低的优点。
另外，EGR装置并不限于外部EGR装置，可以是在吸气行程中开放排气阀的内部EGR装置。
在上述实施方式中，以EGR率偏离了适当值时，将着火时期维持在最佳着火时期为例进行了说明，但下述的第二实施方式为，将在预混合燃烧中、作为另一个重要参数的预混合期间维持在最佳的预混合期间。
具体而言，经常计算和确定从燃料的喷射结束到混合气着火的实际的预混合期间，将实际的预混合期间与预定的最佳预混合期间进行比较，根据两者的差(偏差)来修正燃料喷射时期。
检测出预混合期间的机构可由检测燃料的喷射结束时期的机构、上述着火时期检测机构(爆震传感器31等)、内藏于ECU26中的定时器等构成。
燃料的喷射结束时期能够由ECU26根据从上述映射图确定的燃料喷射开始时期和燃料喷射期间来判断。即，在燃料喷射开始时期上加上燃料喷射期间的时期为燃料的喷射结束时期。或者，也可根据共轨压传感器24或检测喷油器9的针阀位移量的传感器等的检测值来判断燃料喷射结束时期。
由预混合期间检测机构检测出的实际的预混合期间与最佳的预混合期间错开时，可推定为EGR率偏离适当值。例如，实际的预混合期间短于最佳的预混合期间时，EGR率低于适当值，考虑到混合气的氧浓度变高。相反，实际的预混合期间长于最佳的预混合期间时，EGR率高于适当值，考虑到混合气的氧浓度变低。
在此情况下，ECU26反馈控制燃料喷射时期(修正目标燃料喷射时期)，以使实际的预混合期间与最佳的预混合期间相一致。
例如，在图2(b)所示例中，由于预混合期间T3-b短于最佳的预混合期间T3-a(参照图2(a))，此时，ECU26如图2(d)所示，将目标燃料喷射时期修正到提前角一侧(T1-a→T1-c)。由此，因燃料喷射时的缸内压力进一步降低，预混合期间变长，与最佳的预混合期间一致(T3-d＝T3-a)。
另外，实际的预混合期间长于最佳的预混合期间T3-a时，将目标燃料喷射时期向滞后角一侧修正，以与最佳的预混合期间T3-a相一致。
在此，最佳的预混合期间因在每个发动机运转状态下是不同的，预先作为映射图输入到ECU26中，ECU26根据各种传感器类的检测值读取发动机的运转状态后，从映射图确定最佳的预混合期间。
根据本实施方式，总是能确保适当的预混合期间，能够有效地获得废气改善的效果。
权利要求
1.一种柴油机，具有向燃烧室内喷射燃料的燃料喷射装置、将废气的一部分回流到燃烧室内的EGR装置、控制所述燃料喷射装置和EGR装置以执行在燃料的喷射结束后混合气着火的预混合燃烧的控制装置，其特征在于，还具有检测混合气的着火时期的检测机构，所述控制装置在由所述检测机构检测出的实际着火时期与预定的最佳着火时期不一致时，将所述燃料喷射装置的燃料喷射时期加以修正，使实际的着火时期与所述最佳着火时期相一致。
2.按照权利要求1所述的柴油机，其特征在于，所述控制装置根据发动机的运转状态来确定目标燃料喷射时期，并根据该目标燃料喷射时期来控制所述燃料喷射装置，在由所述检测机构检测出的实际着火时期早于所述最佳着火时期时，可将所述目标燃料喷射时期向滞后角一侧修正，相反，在实际着火时期迟于所述最佳着火时期时，将所述目标燃料喷射时期向提前角一侧修正。
3.按照权利要求1或2所述的柴油机，其特征在于，检测所述混合气的着火时期的所述检测机构为爆震传感器。
4.一种柴油机，具有燃料喷射装置、EGR装置、控制这些燃料喷射装置和EGR装置以执行在燃料的喷射结束后混合气着火的预混合燃烧的控制装置，其特征在于，还具有计测由所述燃料喷射装置进行的燃料喷射结束起到混合气着火为止的预混合期间的计测机构，所述控制装置在由所述计测机构计测出的预混合期间与预定的最佳预混合期间不一致时，将所述燃料喷射装置的燃料喷射时期加以修正，使实际的预混合期间与所述最佳预混合期间相一致。
全文摘要
本发明提供一种可将预混合燃烧中的混合气着火时期或预混合期间控制成最佳的柴油机。其具有燃料喷射装置(9、24、25)、EGR装置(19)、控制燃料喷射装置(9、24、25)和EGR装置(19)以执行在燃料的喷射结束后混合气着火的预混合燃烧的控制装置(26)，其中，还具有检测混合气的着火时期的检测机构(31)，上述控制装置(26)为，在由上述检测机构(31)检测出的实际着火时期与预定的最佳着火时期不一致时，将由上述燃料喷射装置(9、24、25)形成的燃料的喷射时期加以修正，使实际的着火时期与上述最佳着火时期相一致。
文档编号F02M25/07GK1676910SQ20051006008
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者岛崎直基, 西村辉一 申请人:五十铃自动车株式会社