专利名称：气缸内喷射式内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及向气缸内直接喷射燃料的气缸内喷射式内燃机。
背景技术：
过去，例如，如专利文献1(日本特开2004 — 176607号公报)中所揭示的那样，已知配备有直接向气缸内喷射燃料的燃料喷射阀的内燃机。另外，在专利文献I中，揭示了一种在发动机的冷态起动时，在排气行程中，将进气门和排气门一起关闭，将燃烧室密闭，在密闭中向燃烧室内喷射燃料，并且，紧接在进气上止点(排气上止点)之后打开进气门的技术。根据这种技术，由于紧接在气缸内压力上升到最高的进气上止点之后打开进气门，所以，被压缩并升温了的燃烧室内的残留气体从进气口被一度喷出到燃烧室的外部。之后，由于活塞从上止点的下降而产生的足够的负压，被喷回到燃烧室内，与新鲜气体一起再度流入燃烧室内，促进与喷射燃料混合。
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现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2004 - 176607号公报
发明内容
发明所要解决的课题但是，在上述现有的内燃机中，由于将燃料喷射到高温的残留气体中，所以，存在着爆震的发生明显化的担忧。另外，在上述现有的内燃机中，由于向密闭中的燃烧室内喷射燃料，紧接在进气上止点之后打开进气门，所以，有必要在进气上止点之前喷射燃料。进气上止点之前，气缸内还存在大的气流，并且，气缸内的气流在循环间波动。因此，如果在进气上止点之前喷射燃料，则在循环间，喷雾状态发生大的波动。如果喷雾状态产生大的波动，则附着在气缸的内壁上的燃料量产生波动。如果附着的燃料量产生波动，则燃烧的稳定性降低。本发明是为了解决上述课题完成的，其目的是提供一种能够抑制爆震的发生，并且可以提高燃烧的稳定性的气缸内喷射式内燃机。解决课题的手段为了达到上述目的，第一个发明是一种直接喷射式内燃机，其特征在于，包括增压器，所述增压器对流入内燃机的进气进行增压；燃料喷射阀，所述燃料喷射阀向所述内燃机的燃烧室内直接喷射燃料；气门控制机构，所述气门控制机构，在排气行程中，在打开了排气门和进气门之后，在比进气上止点提前的正时，关闭所述进气门和所述排气门，在进气行程中，在比所述进气上止点滞后的正时，打开所述进气门；和喷射控制机构，在从所述进气上止点到所述滞后的正时的期间，使所述燃料喷射阀喷射燃料。
另外，第二个发明，在第一个发明中，其特征在于，所述燃烧室在所述提前的正时的体积和在所述滞后的正时的体积相同。第三个发明，在第一或第二个发明中，其特征在于，所述内燃机是稀燃发动机。另外，第四个发明，在第一之第三个发明中任何一个发明中，其特征在于，包括火花塞，所述火花塞配置在所述燃烧室的上表面的中央部；和层状燃料分布形成机构，所述层状燃料分布形成机构使进气沿着形成所述燃烧室 的气缸的内周流入，使燃料层分布在所述气缸的中央部，使空气层分布在所述气缸的内周部。第五个发明，在第一至第四个发明中的任何一个发明中，其特征在于，在从所述进气上止点到所述滞后的正时的期间，所述喷射控制机构分多次使所述燃料喷射阀喷射燃料。第六个发明，在第一至第四个发明中的任何一个发明中，其特征在于，所述气门控制机构还包括可变气门机构，所述可变气门机构能够相对地改变所述进气门的关闭正时和所述排气门的关闭正时，低负荷时气门控制机构，在所述内燃机的运转区域为低负荷区域的情况下，所述低负荷时气门控制机构通过所述可变气门机构将在所述排气行程中的所述进气门的关闭正时控制成比所述排气门关闭正时早的正时。另外，第七个发明，在第六个发明中，其特征在于，所述喷射控制机构还包括低负荷时喷射控制机构，在所述内燃机的运转区域为所述低负荷区域的情况下，所述低负荷时喷射控制机构，在从所述提前的正时到所述滞后的正时的期间分多次使所述燃料喷射阀喷射燃料，至少在从所述提前的正时到所述进气上止点的期间喷射第一次的燃料。另外，第八个发明，在第一至第五个发明中的任何一个发明中，其特征在于，所述增压器是涡轮增压器，所述直接喷射式内燃机还包括第一排气门及第二排气门，所述第一排气门及第二排气门构成所述排气门；第一排气口，通过打开所述第一排气门，所述第一排气口与所述燃烧室连通；第二排气口，通过打开所述第二排气门，所述第二排气口与所述燃烧室连通；和所述涡轮增压器的涡轮，所述涡轮设置在所述第一排气口的下游，所述气门控制机构，在所述排气行程中，在开闭了所述第一排气门之后，打开所述进气门和所述第二排气门，在关闭了所述第二排气门之后，在比进气上止点提前的正时，关闭所述进气门，在进气行程中，在比进气上止点滞后的正时，打开所述进气门。发明的效果根据第一个发明，可以在排气行程中打开排气门和进气门。因此，可以通过增压将新鲜的气体导入燃烧室，将高温的残留气体扫气。借此，可以抑制爆震的发生。另外，根据第一个发明，可以在排气行程中，在打开了排气门和进气门之后，在比进气上止点提前的正时，关闭进气门和排气门。因此，通过活塞的上升，可以压缩燃烧室内的气流，消除该气流。进而，根据第一个发明，可以在比进气上止点滞后的正时，在直到打开进气门为止的期间，向燃烧室内喷射燃料。通过在没有气流的状态下喷射燃料，可以减少循环间的喷雾状态的波动。结果，可以提高燃烧的稳定性。因而，根据本发明，能够抑制爆震的发生，并且，提高燃烧的稳定性。根据第二个发明，可以使燃烧室在比进气上止点提前的正时的体积和比进气上止点滞后的正时的体积相同。通过使上述体积相同，可以防止由于压缩或膨胀引起的功的损失。根据第三个发明，由于通过上述第一及第二个发明可以提高燃烧的稳定性，所以，可以谋求稀空燃比区域的扩大。通过谋求稀空燃比区域的扩大，可以实现油耗性能的改善及NOx的减少。根据第四个发明，形成使燃料层分布在气缸的中央部、使空气层分布在气缸的内·周部的层状燃料分布。另外，由于借助第一个发明的效果，喷雾的分布变动小，所以，可以形成在火花塞附近的变动小的稳定的混合气。因而，根据本发明，可以提高燃烧的稳定性，可以谋求稀空燃比区域的扩大。根据第五个发明，在从进气上止点到滞后的正时的期间，可以分多次使所述燃料喷射阀喷射燃料。由于各次的燃料喷射在燃烧室内的温度、压力不同的正时进行，喷雾的贯穿力不同，所以，可以控制混合气形成位置。因此，根据本发明，可以生成均匀的混合气，降低由于混合气的不均匀而生成的NOx。根据第六个发明，在运转区域是低负荷区域的情况下，可以将排气行程中的进气门的关闭正时控制成比排气门的关闭正时早的正时。因此，在不容易发生爆震的低负荷区域，可以加入多的不活泼的残留气体。因此，根据本发明，可以减少NOx。根据第七个发明，在运转区域是低负荷区域的情况下，分多次喷射燃料，在从比进气上止点提前的正时到进气上止点为止的期间，至少可以进行第一次的燃料喷射。因此，第一次的燃料喷射在进气上止点之前的高温的残留气体内进行，获得燃料改性的效果。因此，根据本发明，在本来温度低、燃烧不稳定的低负荷区域，可以进一步提高燃烧稳定性。根据第八个发明，可以在排气行程中开闭了第一排气门之后，打开进气门和第二排气门，在关闭了第二排气门之后，在比进气上止点提前的正时关闭进气门。燃烧室内的未燃烧HC，在被吹出到进气口 42中之后，再次被吹回到燃烧室20内。因此，可以再次使未燃烧的HC燃烧。因此，根据本发明，可以实现排放性能的改善和油耗性能的改善。
图I是用于说明根据本发明的实施方式I的系统结构的图示。图2是表示气缸内燃料量对燃烧的灵敏度的图示。图3是用于对进气流在循环间波动进行说明的图示。图4是用于对本发明的实施方式1，说明在排气行程和进气行程的进气门44及排气门48的开闭正时和燃料喷射正时的图示。图5是用于说明根据本发明的实施方式2的系统的进气口 42周边的结构的俯视图。图6是用于对本发明的实施方式3，说明在排气行程和进气行程中的进气门44及排气门48的开闭正时和燃料喷射正时的图示。图7是用于对本发明的实施方式5，说明在排气行程和进气行程中的进气门44及排气门48的开闭正时和燃料喷射正时的图示。图8是用于对本发明的实施方式6的系统所具有的增压器34、进气门44、排气门48进行说明的图示。图9是用于对本发明的实施方式6，说明在排气行程和进气行程中的进气门44及排气门48的开闭正时和燃料喷射正时的图示。
具体实施例方式下面，参照附图，对于本发明的实施方式详细地进行说明。另外，在各个图中，对于共同的部件，赋予相同的附图标记，省略其说明。实施方式I.[实施方式I的系统结构]图I是用于说明根据本发明的实施方式I的系统结构的图示。图I所示的系统配备有作为四冲程发动机的直接喷射式的内燃机10。另外，内燃机10是稀燃发动机。内燃机10具有图中未示出的多个气缸12。在气缸12内设置有在其内部往复运动的活塞14。活塞14的往复运动被变换成曲轴的旋转运动。在曲轴的附近设置有用于检测曲轴的旋转角(曲柄角)的曲柄角传感器16。内燃机10配备有气缸盖18。在气缸盖18的下表面、气缸12的内壁(气缸套19)和活塞14的顶面之间形成燃烧室20。进气通路22及排气通路24与燃烧室20连接。在气缸盖18上设置有用于朝向燃烧室20的中央部直接喷射燃料的燃料喷射阀26。在气缸盖18上，在燃烧室20上表面的中央部设置有火花塞28。在进气通路22中设置有空气滤清器30。在空气滤清器30的下游设置有用于检测吸入空气量的空气流量计32。在空气流量计32的下游设置有用于进行增压的增压器34。增压器34通过电动或者利用前述曲轴的旋转而驱动以进行增压。另外，增压器34是具有借助排气的能量进行旋转的涡轮和被该涡轮驱动而旋转的压缩机的涡轮增压器，也可以利用该压缩机进行增压。在增压器34的下游，设置中间冷却器36。在中间冷却器36的下游，设置电子控制式的节气门38。在节气门38的附近，设置用于检测节气门开度的节气门开度传感器40。在节气门38的下游，与燃烧室20连接的进气口 42形成在气缸盖18内。进气通路22是包含进气口 42的概念。在进气通路22的下游端设置有对进气口 42和燃烧室20之间进行开闭的进气门44。另外，在排气通路24的上游端，设置有对燃烧室20和排气口 46之间进行开闭的排气门48。排气口 46形成在气缸盖18内。排气通路24是包含排气口 46的概念。本实施方式的系统配备有EQXElectronic Control Unit :电子控制装置)50。在E⑶50的输入部，连接有前述曲柄角传感器16、空气流量计32、节气门开度传感器40等各种传感器。另外，在ECU50的输出部，连接有前述燃料喷射阀26、火花塞28、节气门38等各种促动器。ECU50根据来自于各种传感器的输入信息执行规定的程序，使各种促动器动作，借此，控制内燃机10的运转状态。[实施方式I的特征结构]其次，利用图2 图4说明本实施方式的系统的特征结构。图2是表示气缸内燃料量对燃烧的灵敏度的图示。如图I所示，在稀燃烧时(例如，空燃比20.0)，与化学计量的空气量时(例如，空燃比14. 5)相比，气缸内燃料量对燃烧的灵敏度高。在稀燃烧时，由于在燃烧界限附近运转，所以，为了谋求稀空燃比界限的扩大，要求使燃烧稳定。图3是用于对进气流在循环间波动进行说明的图示。如图3所示，在循环间，气缸12内的进气流波动。喷射到流入气缸12内的进气中的燃料喷雾受到进气流的影响。因此，附着到气缸12的内壁等上的燃料量在各循环中波动。另外，在循环间燃料喷雾变得不 均匀，其分布波动。其结果是，在循环间，燃烧波动，变得不稳定。进而，在像内燃机10这样的直接喷射式的稀燃发动机中，当燃烧变得不稳定时，妨碍稀空燃比界限的扩大。因此，在本实施方式的系统中，消除了由于进气流的循环间波动引起的附着在气缸12的内壁等上的燃料量的波动及分布的波动，提高了燃烧的稳定性。下面，利用图4说明本实施方式的具体的特征结构。图4是用于对本发明的实施方式1，说明排气行程及进气行程中的进气门44及排气门48的开闭正时和燃料喷射正时的图示。(进气门44及排气门48的开闭正时)在本实施方式的系统中，如图4所示，在排气下止点附近的正时CAlO，排气门48被打开。在CAlO之后的CAll，进气门44被打开。在比CAll之后的进气上止点(排气上止点)提前的正时CA12，排气门48和进气门44 一起被关闭。进而，在比进气上止点滞后的正时CA13，进气门44被打开。另外，CA12和CA13被设定成各自曲柄角处的燃烧室20的体积相同。通过使体积相同，可以防止由压缩或膨胀弓丨起的功的损失。在本实施方式的系统中，设置有用于在上述各个正时分别开闭进气门44、排气门48的气门机构60、62 (图I)。进气侧的气门机构60，除了通常的凸轮之外，还配备有具有两个上升部的凸轮，所述两个上升部用于在排气行程和进气行程中两次打开进气门44。气门机构60被连接到E⑶50的输出部，可以根据来自于E⑶50的控制信号切换通常的凸轮和具有两个上升部的凸轮。另外，排气侧的气门机构62被连接到ECU50的输出部，可以根据来自于ECU50的控制信号改变排气门48的气门开闭正时。ECU50例如在高负荷区域将用于实现图4所示的气门开闭正时的控制信号输出给气门机构60、62。另外，运转区域由发动机转速和负荷决定。发动机转速可以根据曲柄角传感器的检测值计算出来。负荷例如可以根据发动机转速和节气门开度计算出来。[燃料喷射正时]另外，在本实施方式的系统中，在从进气上止点到打开进气门44的正时CA13的期间，向燃烧室20内喷射燃料。详细地说，在进气上止点之后开始燃料喷射，在即将到达CA13之前，燃料喷射完毕。ECU50向燃料喷射控制阀26输出控制信号，以使得在即将到达CA13之前燃料喷射完毕。(作用、效果)
根据上述本实施方式的系统，在排气行程中，在从CAll到CA12的期间，通过打开排气门48和进气门44，可以将新鲜气体增压并导入燃烧室20，将高温的残留气体扫气。从而，可以抑制爆震的发生。另外，在CA12，在从关闭排气门48和进气门44到进气上止点的期间，通过由活塞14进行的压缩，燃烧室20的体积缩小。从而，可以将燃烧室20内的气流压缩，消除该气流。并且，以打开进气门44的正时CA13之前的没有气流的状态喷射燃料。从而，可以减少循环间的喷雾形状的波动。因此，可以实现附着在气缸12的内壁等上的燃料量的波动的减小和喷雾的分布波动的减小。另外，根据本实施方式的系统，在从进气上止点到打开进气门44的正时CA13的期间喷射燃料。通过在气缸内压力和温度高的正时进行燃料喷射，可以谋求降低喷雾的贯穿力和促进气化。从而，可以减少作为气缸内燃料量的波动的主要原因的燃料向气缸12的内 壁等上的附着。并且，通过使燃料喷射完毕的正时在即将到达打开进气门44的正时CA13之前，可以适当地抑制在高负荷区域的爆震的发生。这样，根据本实施方式的系统，可以实现燃料向气缸12的内壁等上的附着量的降低、燃料附着量的波动的降低，以及喷雾的分布波动的降低。因此，可以提高燃烧的稳定性，可以谋求扩大稀空燃比区域。通过谋求稀空燃比区域的扩大，可以实现油耗性能的改善和NOx的减少。不过，虽然在上述实施方式I的系统中，在高负荷区域，E⑶50输出用于实现图4所示的气门正时的控制信号，但是，输出该控制信号的运转区域并不局限于高负荷区域。该运转区域也可以是高负荷区域之外的区域。另外，在上述实施方式I中，增压器34分别相当于前述第一个发明中的“增压器”，前述燃料喷射阀26相当于前述第一个发明中的“燃料喷射阀”，气门机构60、62及ECU50相当于前述第一个发明中的“气门控制机构”，ECU50相当于前述第一个发明中的“喷射控制机构”，内燃机10相当于前述第三个发明中的“稀燃发动机”。另外，这里，CA12对应于前述第一或第二个发明中的“提前的正时”，CA13对应于前述第一或第二个发明中的“滞后的正时”。实施方式2.其次，参照图5对本发明的实施方式2进行说明。本实施方式的系统，除了配备有在图5中说明的结构这一点之外，和实施方式I中所述的结构一样。[实施方式2的特征结构]图5是用于说明本实施方式的系统中的进气口 42周边的结构的俯视图。如图5所示，进气门44由两个进气门44a、44b构成。进气口 42由进气口 42a和进气口 42b构成，所述进气口 42a通过打开进气门44a而与燃烧室20连通，进气口 42b通过打开进气门44b而与燃烧室20连通。在本实施方式的进气口 42a中，沿纵向设置有间隔壁，进气口 42a被划分成两个通路42al、42a2。通过通路42al的进气沿着气缸12的内周面流入。另一方面，通过通路42a2的进气流入气缸12的中央部。在通路42a2中设置用于开闭通路42a2的进气控制阀64。进气控制阀64与E⑶50的输出侧连接。另外，本实施方式的系统中的气门传动机构60是可以对凸轮的旋转力被传递给进气门44a及44b的状态和将该凸轮的旋转力只传递给进气门44a的状态进行切换的可变气门机构。ECU50例如在运转区域是高负荷区域以外的情况下，将用于形成将凸轮的旋转力只传递给进气门44a的状态的控制信号输出给气门机构60。其结果是，在进气门44b被关闭了的状态下，进气门44a被开闭。此外，E⑶50向进气控制阀64输出用于封闭通路42a2的控制信号。其结果是，借助进气控制阀64封闭通路42a2。通过封闭通路42a2，进气不流入气缸12的中央部，而通过通路42al流入气缸12的内周部。其结果是，形成沿着气缸12的内周面(内壁)的涡流。根据上述本实施方式的系统，形成使燃料层分布在气缸12的中心部、空气层分布在气缸12的内周部的层状燃料分布。另外，和实施方式I 一样，由于喷雾的分布波动小，所以，形成在火花塞28附近波动小的稳定的混合气。因此，可以提高燃烧的稳定性，可以谋求稀空燃比区域的扩大。 另外，在上述实施方式2中，火花塞28相当于前述第四个发明中的“火花塞”，进气口 42、进气门44、气门机构60、进气控制阀64及ECU50相当于前述第四个发明中的“层状燃料分布形成机构”。
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实施方式3.其次，参照图6对本发明的实施方式3进行说明。本实施方式的系统，除了具有在图6中说明的结构之外，与实施方式I中所述的结构一样。[实施方式3的特征结构]图6是用于对本发明的实施方式3，说明在排气行程和进气行程的进气门44及排气门48的开闭正时和燃料喷射正时的图不。图6所不的结构，除了燃料喷射正时不同之外，与图4所示的结构一样。因此，对于在排气行程及进气行程中的进气门44及排气门48的开闭正时赋予相同的附图标记，省略或者简化其说明。在本实施方式的系统中，如图6所不，在从进气上止点到打开进气门44的正时CA13的期间，分两次向燃烧室20内喷射燃料。首先，ECU50根据预先存储在ECU50中的设定表等计算出对应于运转状态的当前循环的总燃料喷射量。其次，ECU50按照规定的燃料喷射比例分两次喷射总燃料喷射量。具体地说，ECU50向燃料喷射阀26输出控制信号，以在即将到达CA13之前完成两次燃料喷射。上述规定的燃料喷射比例根据实验或者模拟被预先确定，并存储在ECU50中。第一次及第二次的燃料喷射分别在燃烧室20内的温度、压力不同的正时进行。即，第一次的燃料喷射与第二次的燃料喷射相比，在高温、高压的燃烧室20内进行。因此，第一次的燃料喷射与第二次的燃料喷射相比，喷雾的贯穿力变低。利用喷雾贯穿力的不同，可以控制混合气形成位置。另外，通过借助第一次的燃料喷射使燃料的一部分变成燃烧状态，可以提高由第二次的燃料喷射引起的燃烧的稳定性。特别是在低负荷区域，这是合适的。另外，ECU50在低负荷区域或高旋转区域可以将第一次的燃料喷射比例设定成比规定值(例如，第二次的燃料喷射比例)高。在低负荷区域，可以将更多的燃料喷射到高温、高压的气缸内，可以提高燃烧的稳定性。另外，在高旋转区域，可以确保更长的气化时间，可以提闻燃烧的稳定性。这样，根据本实施方式的系统，通过控制混合气形成位置，可以生成均匀的混合气。其结果是，可以降低由于混合气的不均匀的原因而产生的NOx，可以实现良好的排放性倉泛。不过，在上述实施方式3的系统中，也可以兼用在实施方式2中所述的图5所示的结构。另外，关于这一点，在下面的实施方式中也一样。另外，在上述实施方式3中，E⑶50相当于前述第五个发明中的“喷射控制机构”。实施方式4.其次，对本发明的实施方式4进行说明。本实施方式的系统，除了在排气行程中的排气门48及进气门44的开闭正时根据运转区域的不同而异之外，与实施方式I中所述的
结构一样。[实施方式4的特征结构] 在上述实施方式I的系统中，如图4所示，在比进气上止点提前的正时CA12，排气门48和进气门44被同时关闭，与此相对，在实施方式4的系统中，在运转区域是低负荷区域的情况下，在排气行程中，进气门44比排气门48先关闭。另外，在高负荷区域的情况下，在排气行程中，进气门44比排气门48后关闭。这样的气门控制，例如，可以通过下述方式实现气门机构60配备有将在排气行程中的进气门44的关闭正时设定成比CA12提前的正时的低负荷区域用的凸轮、以及将排气行程中的进气门44的关闭正时设定成比CA 12滞后的正时的高负荷区域用的凸轮，ECU50向气门机构60输出根据运转区域切换凸轮的控制信号。另外，也可以下述方式实现ECU50向排气侧的气门机构62输出使排气门48的气门正时改变的控制信号。这样，根据本实施方式的系统，除了在实施方式I中所述的效果之外，还可以在难以发生爆震的低负荷区域，多引入不活泼的残留气体。其结果是，可以谋求NOx的减少。另一方面，在高负荷区域中，可以进行充分的扫气，很好地抑制爆震。另外，在上述实施方式4中，气门机构60、62相当于前述第六个发明中的“可变气门机构”，ECU50相当于前述第六个发明中的“低负荷时气门控制机构”。实施方式5.其次，参照图7对本发明的实施方式5进行说明。本实施方式的系统除了燃料喷射正时不同这一点之外，与实施方式4所述的结构一样。[实施方式5的特征结构]图7是用于对本发明的实施方式5，说明在排气行程和进气行程中的进气门44及排气门48的开闭正时和燃料喷射正时的图示。图7所示的气门开闭正时表示在实施方式4中描述的运转区域是低负荷区域的情况。即，进气门44在排气行程中比排气门48先关闭。进而，在本实施方式的系统中，在运转区域是低负荷区域的情况下，分两次向燃烧室20内喷射燃料。具体地说，在排气行程中从进气门44和排气门48关闭到进气上止点的期间，进行第一次的燃料喷射。从进气上止点到打开进气门44的正时CA13的期间，进行第二次的燃料喷射。这样，根据本实施方式的系统，如在实施方式4中所描述的那样，在不容易发生爆震的低负荷区域，可以多引入不活泼的残留气体。进而，由于第一次的燃料喷射在进气上止点之前进行，所以，燃料被喷射到高温的残留气体内，获得燃料改性效果。因此，在本来温度低、燃烧不稳定的低负荷下，获得更稳定的燃烧。另外，在上述实施方式5中，ECU50相当于前述第七个发明中的“低负荷时喷射控制机构”。实施方式6.其次，参照图8和图9，对本发明的实施方式6进行说明。本实施方式的系统以图I所示的结构作为基本结构，通过配备有图8、图9中说明的特征结构来实现。[实施方式6的特征结构]图8是用于对本发明的实施方式6的系统所具有的增压器34、进气门44、排气门48进行说明的图示。本实施方式的系统中的增压器34是利用排气的能量进行增压的涡轮增压器。该涡轮增压器具有利用排气的能量旋转的涡轮34a和被该涡轮34a驱动而旋转的压缩机34b。如图8所示，进气门44由两个进气门44a、44b构成。进气口 42由通过打开进气 门44a而与燃烧室20连通的进气口 42a和通过打开进气门44b而与燃烧室20连通的进气口 42b构成。排气门48由两个排气门48a、48b构成。排气口 46由通过打开排气门48a而与燃烧室20连通的排气口 46a和通过打开排气门48b而与燃烧室20连通的排气口 46b构成。在排气口 46a下游的排气通路24上设置涡轮34a。在进气口 42a、42b上游的进气通路22上设置共同的压缩机34b。下面，在不用区别进气口 42a、42b的情况下，简单地称之为进气口 42。图9是用于对本发明的实施方式6，说明在排气行程和进气行程中的进气门44及排气门48的开闭正时和燃料喷射正时的图示。(进气门44及排气门48的开闭正时)在本实施方式的系统中，如图9所示，在排气下止点附近的正时CA20，排气门48a被打开。在CA20之后的CA21，排气门48a被关闭。另外，在CA21，排气门48b和进气门44被打开。在CA21之后的CA22，在排气门48b被关闭之后，在比进气上止点提前的正时CA23，进气门44被关闭。进而，在比进气上止点滞后的正时CA24，进气门44被打开。另外，CA23和CA24被设定成在各自的曲柄角处的燃烧室20的体积相同。通过使体积相同，可以防止由压缩、膨胀引起的功的损失。(燃料喷射正时)另外，在本实施方式的系统中，在从进气上止点到打开进气门44的正时CA24的期间，向气缸12内喷射燃料。详细地说，在进气上止点之后开始燃料喷射，在即将到达CA24之前，燃料喷射完毕。ECU50向燃料喷射阀26输出控制信号，以使得在即将到达CA24之前燃料喷射完毕。(作用、效果)根据上述本实施方式的系统，在排气行程中，在从CA20到CA21的期间，只有排气门48a被打开。从而，将高温、高压的排气供应给涡轮34a。因此，压缩机34b可以被恰当地驱动。另外，由于只有涡轮34a侧的排气门48a被打开，所以，燃烧室20内的压力高，未燃烧HC被保持在活塞14、气缸套19和活塞环70的间隙中(图9)。之后，在CA21，排气门48a被关闭，进气门44和排气门48b被打开。因此，燃烧室20内的压力降低，未燃烧的HC被放出到燃烧室20内。未燃烧的HC的一部分也被喷出到进气口 42。另外，排气门48b在被放出到燃烧室20内的未燃烧的HC被完全扫气之前(CA22)被关闭。然后，被喷出到进气口 42的未燃烧的HC，在直到进气门44被关闭(CA23)为止的期间，被再次喷回到燃烧室20内。因此，可以使未燃烧的HC再次燃烧。这样，根据本实施方式的系统，可以谋求排放性能的改善和油耗性能的改善。另外，和实施方式I 一样，由于在从进气上止点到进气门44被打开的CA25的期间喷射燃料，所以，获得和实施方式I同样的效果。另外，在上述实施方式6中，增压器34相当于前述第八个发明中的“涡轮增压器”，排气门48a相当于前述第八个发明中的“第一排气门”，排气门48b相当于前述第八个发明中的“第二排气门”，排气口 46a相当于前述第八个发明中的“第一排气口”，排气口 46b相 当于前述第八个发明中的“第二排气口”，涡轮34a相当于第八个发明中的“涡轮”，气门机构60、62及ECU50相当于前述第八个发明中的“气门控制机构”。附图标记说明
10 内燃机12 气缸14 活塞16 曲柄角传感器18 气缸盖19 气缸套20 燃烧室22 进气通路24 排气通路26 燃料喷射阀28 火花塞30空气滤清器32空气流量计34增压器34a涡轮34b压缩机36中间冷却器38节气门40节气门开动传感器42、42a、42b 进气口42al、42a2 通路44、44a、44b 进气门46 46a、46b 排气口48、48a、48b 排气门50ECU (Electronic Control Unit :电子控制装置)60、62气门机构64进气控制阀70活塞环
权利要求
1.一种直接喷射式内燃机，其特征在于，所述直接喷射式内燃机包括 增压器，所述增压器对流入内燃机的进气进行增压； 燃料喷射阀，所述燃料喷射阀向所述内燃机的燃烧室内直接喷射燃料； 气门控制机构，所述气门控制机构，在排气行程中，在打开了排气门和进气门之后，在比进气上止点提前的正时，关闭所述进气门和所述排气门，在进气行程中，在比所述进气上止点滞后的正时，打开所述进气门；和 喷射控制机构，在从所述进气上止点到所述滞后的正时的期间，使所述燃料喷射阀喷射燃料。
2.如权利要求I所述的直接喷射式内燃机，其特征在于，所述燃烧室在所述提前的正时的体积和在所述滞后的正时的体积相同。
3.如权利要求I或2所述的直接喷射式内燃机，其特征在于，所述内燃机是稀燃发动机。
4.如权利要求I至3中任何一项所述的直接喷射式内燃机，其特征在于，包括 火花塞，所述火花塞配置在所述燃烧室的上表面的中央部；和 层状燃料分布形成机构，所述层状燃料分布形成机构使进气沿着形成所述燃烧室的气缸的内周流入，使燃料层分布在所述气缸的中央部，使空气层分布在所述气缸的内周部。
5.如权利要求I至4中任何一项所述的直接喷射式内燃机，其特征在于，在从所述进气上止点到所述滞后的正时的期间，所述喷射控制机构分多次使所述燃料喷射阀喷射燃料。
6.如权利要求I至4中任何一项所述的直接喷射式内燃机，其特征在于，所述气门控制机构还包括 可变气门机构，所述可变气门机构能够相对地改变所述进气门的关闭正时和所述排气门的关闭正时；和 低负荷时气门控制机构，在所述内燃机的运转区域为低负荷区域的情况下，所述低负荷时气门控制机构通过所述可变气门机构将在所述排气行程中的所述进气门的关闭正时控制成比所述排气门的关闭正时早的正时。
7.如权利要求6所述的直接喷射式内燃机，其特征在于，所述喷射控制机构还包括 低负荷时喷射控制机构，在所述内燃机的运转区域为所述低负荷区域的情况下，所述低负荷时喷射控制机构，在从所述提前的正时到所述滞后的正时的期间分多次使所述燃料喷射阀喷射燃料，至少在从所述提前的正时到所述进气上止点的期间喷射第一次的燃料。
8.如权利要求I至5中任何一项所述的直接喷射式内燃机，其特征在于， 所述增压器是涡轮增压器， 所述直接喷射式内燃机还包括 第一排气门及第二排气门，所述第一排气门及第二排气门构成所述排气门； 第一排气口，通过打开所述第一排气门，所述第一排气口与所述燃烧室连通； 第二排气口，通过打开所述第二排气门，所述第二排气口与所述燃烧室连通；和 所述涡轮增压器的涡轮，所述涡轮设置在所述第一排气口的下游， 所述气门控制机构，在所述排气行程中，在开闭了所述第一排气门之后，打开所述进气门和所述第二排气门，在关闭了所述第二排气门之后，在比进气上止点提前的正时，关闭所述进气门，在进气行程中，在比进气上止点滞后的正时，打开所述进气门。
全文摘要
本发明的目的是提供一种直接喷射式内燃机，所述直接喷射式内燃机可以抑制爆震的发生，并且，提高燃烧的稳定性。本发明的直接喷射式内燃机包括将流入内燃机的进气增压的增压器和直接将燃料喷射到前述内燃机的燃烧室内的燃料喷射阀。在排气行程中，在打开排气门和进气门之后，在比进气上止点提前的正时关闭前述进气门和前述排气门，在进气行程中，在比进气上止点滞后的正时打开前述进气门。在从前述进气上止点到前述滞后的正时的期间，向前述燃料喷射阀喷射燃料。
文档编号F02D23/00GK102971516SQ20108006779
公开日2013年3月13日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者森幸生 申请人:丰田自动车株式会社