内燃发动机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种内燃发动机，所述内燃发动机包括：配置在燃烧室的上壁面中的火花塞；缸内喷射阀，所述缸内喷射阀在执行分层燃烧运转时将燃料喷射到所述燃烧室中以使得燃料喷雾通过滚流被运送到所述火花塞的周围；活塞，所述活塞在其冠面中具有凹部，所述凹部形成为沿活塞销孔的轴线的正交方向延伸并且使得深度沿所述轴线的方向是变化的；和偏流产生装置，所述偏流产生装置在于点火正时延迟的状态下执行分层燃烧运转的情况下在进气口内的进气流中产生偏转以使得进气被引向所述轴线的方向上相对深的部位。
【专利说明】
内燃发动机
技术领域
[0001 ]本发明涉及内燃发动机，更具体地涉及利用滚流(tumble flow)来执行分层燃烧运转的内燃发动机。
【背景技术】
[0002]在日本特开专利N0.11-343855中，公开了一种用于利用滚流执行分层燃烧运转的缸内喷射式火花点火内燃发动机的进气控制装置。上述进气控制装置包括用于强化被导入燃烧室内的进气的流动的气体流动强化手段。该气体流动强化手段在进气流中产生偏转以使得进气以进气流朝火花塞附近集中的方式从进气口流入。
[0003]现有技术列表
[0004]以下是
【申请人】已注意到的作为本申请的现有技术的专利文献的列表。
[0005][专利文献I]
[0006]日本特开专利N0.11-343855
[0007][专利文献2]
[0008]国际公报N0.WO 2000/77361
[0009]技术问题
[0010]在利用气缸内产生的滚流执行分层燃烧运转的情况下，如果滚流形成为在点火正时附近破坏，则空燃混合物的紊乱(紊流，turbu I ence)在火花塞的周围会增大以由此提高燃烧速度。在气缸内产生滚流的内燃发动机中，分层燃烧运转可在例如使催化剂升温时在点火正时相对于最佳点火正时大量延迟的状态下执行。气缸内的空燃混合物的紊乱在压缩上止点的前后随着曲柄角前移而衰减。为了有利地稳定点火正时的延迟伴随的分层燃烧，希望该紊乱在延迟后的点火正时大。
【发明内容】
[0011]为了解决上述问题而作出本发明，且本发明的一个目的是提供一种能有利地使伴有点火正时延迟的分层燃烧稳定的内燃发动机。
[0012]在燃烧室内产生滚流的内燃发动机包括火花塞、缸内喷射阀、活塞和偏流产生装置。所述火花塞配置在所述燃烧室的上壁面中。所述缸内喷射阀构造成在执行分层燃烧运转时将燃料喷射到所述燃烧室中以使得燃料喷雾通过滚流被运送到所述火花塞的周围。所述活塞在其冠面中具有凹部，所述凹部形成为沿活塞销孔的轴线的正交方向延伸并且使得所述凹部的深度沿所述轴线的方向是变化的。所述偏流产生装置构造成在于点火正时相对于最佳点火正时延迟的状态下执行分层燃烧运转的情况下在进气口内的进气流中产生偏转以使得进气被引向所述凹部内在所述轴线的方向上相对深的部位。
[0013]所述凹部可形成为沿所述轴线的方向在所述冠面的中央部处最深。
[0014]所述偏流产生装置可包括气流控制阀，所述气流控制阀构造成在关闭状态下在所述进气口内的进气流中产生偏转以使得进气被引向所述凹部的所述部位。此外，所述偏流产生装置可构造成在于点火正时相对于最佳点火正时延迟的状态下执行分层燃烧运转的情况下关闭所述气流控制阀，并且在于点火正时被控制为最佳点火正时的状态下执行分层燃烧运转的情况下打开所述气流控制阀。
[0015]根据本发明，在于点火正时相对于最佳点火正时延迟的状态下执行分层燃烧运转的情况下，在进气口内的进气流中产生偏转以使得进气由偏流产生装置引向凹部内相对深的部位。通过这种方式，在此情况下，由于滚流利用凹部内相对深的部位旋转，所以滚流的破坏进行的时刻延迟。结果，伴随滚流的破坏的紊乱的产生持续到稍后的时间。因此，根据本发明，能有利地稳定伴有点火正时延迟的分层燃烧。
[0016]此外，根据本发明，在凹部形成为沿活塞销孔的轴线方向在冠面中的中央部处最深的情况下，滚流在燃烧室中的最宽空间中旋转。因此，滚流的破坏进行的时刻能更有利地延迟。
【附图说明】
[0017]图1是用于说明根据本发明第一实施例的内燃发动机的系统构型的示意图；
[0018]图2是用于说明用于实现本发明的第一实施例中使用的分层燃烧的技术的示意图；
[0019]图3是示意性地示出活塞和进气口周围的构型的透视图；
[0020]图4是从沿气缸的轴线方向的上方看时活塞的冠面的视图；
[0021]图5示出外侧沟槽和内侧沟槽的横断面；
[0022]图6分别示出外侧沟槽和内侧沟槽的纵断面；
[0023]图7是用于说明气流控制阀的具体构型的视图；
[0024]图8是用于说明伴随气流控制阀的开闭动作的进气口内的进气流的变化的视图；
[0025]图9是用于说明用于强化空燃混合物的紊乱的已知技术的视图；
[0026]图10是表示活塞冠面中的沟槽深度与缸内平均紊乱之间的关系的视图；
[0027]图11是示出根据本发明第一实施例的控制流的流程图；
[0028]图12是用于说明借以产生通过根据本发明第一实施例的控制获得的空燃混合物的紊乱的特性的视图；
[0029]图13是用于说明本发明中的凹部的第一改型的活塞的横断面图；
[0030]图14是用于说明本发明中的凹部的第二改型的活塞的横断面图；
[0031]图15是用于说明本发明中的凹部的第三改型的活塞的横断面图；
[0032]图16是用于说明本发明中的凹部的第四改型的活塞的横断面图；和
[0033]图17是示出在燃烧室内产生在进气侧下降且在排气侧上升的逆向滚流的方式的视图。
【具体实施方式】
[0034]第一实施例
[0035][第一实施例的构型]
[0036](内燃发动机的总构型)
[0037]图1是用于说明根据本发明第一实施例的内燃发动机10的系统构型的示意图。本实施例的系统包括火花点火式内燃发动机10。在内燃发动机10的各个气缸内设置有活塞
12。稍后将参照图3至图6详细说明活塞12的冠面12a的详细构型。各气缸内在活塞12的顶部侧形成有燃烧室14。进气通路16和排气通路18与燃烧室14连通。
[0038]在进气通路16中设置有电子控制式节气门20。节气门20能通过节气门20的开度按照加速器位置而被调节来调节进气流量。电子控制式气流控制阀22配置在进气通路16中相对于节气门20位于下游侧的位置处。稍后参照图3、图4和图7描述气流控制阀22的详细构型。
[0039]作为进气通路16中供进气通路16与燃烧室14连接的部位的进气口16a形成为通过进气的流动而在燃烧室14内产生纵向地旋转的涡流，也就是滚流。在进气口 16a中设置有各自打开和关闭进气口 16a的进气门24。如稍后描述的图3等所示，在各气缸中，两个进气门24设置成沿轴线LI (参照图4)的方向相邻。
[0040]在内燃发动机10的各气缸中设置有将燃料直接喷射到燃烧室14中的缸内喷射阀26 ο在各气缸中还设置有用于点燃空燃混合物的点火装置(图中未示出)的火花塞28 ο火花塞28配置在燃烧室14的上壁面(亦即，位于气缸盖侧的壁面)中(在图1所示的构型中，作为一个示例，配置在上壁面的中央部处)。
[0041]排气通路18的排气口18a设置有排气门30，各排气门打开和关闭排气口 18a。在排气通路18中安装有用于净化排气的排气净化催化剂32。此外，在内燃发动机10中安装有用于检测曲柄角和发动机转速的曲柄角传感器34。
[0042]图1所示的系统还包括电子控制单元(EroWet3Era36包括输入/输出接口、存储器和中央处理单元(CPU)。输入/输出接口构造成接收来自安装在内燃发动机10或搭载内燃发动机10的车辆中的各种传感器的传感器信号，并且还向用于控制内燃发动机10的各种致动器输出致动信号。用于控制内燃发动机10的各种控制程序和脉谱图等存储在存储器中。CPU从存储器读取控制程序等并执行该控制程序等，并且基于接收的传感器信号来产生用于各种致动器的致动信号。ECU 36自其接收信号的传感器包括用于取得发动机运转状态的各种传感器如上述曲柄角传感器34，和用于检测搭载内燃发动机10的车辆的加速器踏板的踏压量(加速器位置)的加速器位置传感器37ACU 36向其输出致动信号的致动器包括上述节气门20、气流控制阀22和缸内喷射阀26以及上述点火装置。
[0043](利用滚流的分层燃烧)
[0044]图2是说明用于实现本发明的第一实施例中所使用的分层燃烧的技术的示意图。如上所述，通过预先选择进气口 16a的形状，内燃发动机10构造成使得在燃烧室14内产生滚流。更具体地，如图2所示，本实施例中产生的滚流是在进气侧上升且在排气侧下降的正滚流。
[0045]在本实施例中，为了实现分层燃烧，使用利用了滚流的空气引导方法，更具体地，使用借助于滚流将燃料喷雾运送到火花塞28周围的方法。术语“分层燃烧”指的是通过在点火正时在火花塞28附近形成空燃比比在其外侧浓的空燃混合物层而执行的燃烧。注意，图2示出压缩上止点(压缩TDC)之前90°CA附近的状态。
[0046]为了实现利用该空气引导方法执行分层燃烧，缸内喷射阀26的喷射角度被设定成使得缸内喷射阀26能在压缩行程的中间时期内的预定正时朝滚流的涡旋中心喷射燃料。这里所用的术语“压缩行程的中间时期”优选为在压缩TDC之前120至60°CA。作为一个示例，以压缩TDC之前90°CA作为这里所用的预定正时。
[0047]使用分割喷射作为执行分层燃烧时的燃料喷射。分割喷射是在一个循环中应当喷射的燃料量被分割成多个燃料喷射量并且相应燃料喷射量在多次燃料喷射操作中喷射的技术。作为一个示例，这里使用二等分燃料喷射，其中在进气行程期间执行初始燃料喷射，并且在上述预定正时(压缩TDC之前90°CA)执行二次燃料喷射。初始燃料喷射为主燃料喷射，并且在一个循环期间应当喷射的燃料量的主要部分通过该初始燃料喷射来喷射。二次燃料喷射是分层所需的少量燃料的喷射。
[0048]通过以适当的喷雾穿透力执行上述二次燃料喷射，燃料喷雾变成被滚流包围。被滚流包围的燃料喷雾由于活塞12的上升而被运送到火花塞28的周围。通过这种方式，气缸内的气体能被分层以使得在点火正时位于火花塞28附近的空燃混合物层是空燃比比在其外侧浓的空燃混合物层。
[0049]注意，在图2中，将气流控制阀22完全打开时的状态作为一个示例示出。气流控制阀22在执行如稍后描述的催化剂升温控制时全闭，而在未执行这种催化剂升温控制时全开。对气流控制阀22为了催化剂升温控制而关闭时实现分层燃烧的基本思想与上述相同。此外，参照图2说明的方法是基于被滚流包围的燃料喷雾通过滚流输送的思想的空气引导方法。然而，只要燃料喷雾能通过滚流运送到火花塞的周围，作为本发明的对象的空气引导方法就不限于基于上述思想的方法。亦即，例如，也可使用基于通过喷射少量燃料以便沿与朝燃料喷射阀上升的滚流对向的方向行进来允许连同滚流一起朝火花塞运送燃料喷雾的思想的空气引导方法。
[0050](活塞冠面和气流控制阀的具体构型)
[0051]图3是示意性地示出活塞12和进气口16a周围的构型的透视图。图4是沿气缸的轴线方向从上方看的活塞12的冠面12a的视图。如图3所示，在活塞12中形成有活塞销孔12b，用于接纳用于将活塞12和连杆13联接的活塞销15的插入。活塞销孔12b的轴线LI的方向与图中未示出的曲轴的轴线方向平行。
[0052]两个外侧沟槽38和一个内侧沟槽40作为具有不同深度的沟槽形成在活塞12的冠面12a中。内侧沟槽40设置在沿轴线LI的方向的中央侧(在本例中，两个进气门24的相应阀杆24a的中心线L2的内侧)。外侧沟槽38设置成在轴线LI的方向上与内侧沟槽40的两侧邻接。内侧沟槽40和外侧沟槽38形成为沿关于轴线LI的正交方向D延伸。更具体地，正交方向D是在从气缸的轴线方向看轴线LI时与轴线LI正交的方向。注意，这里所用的术语“形成为沿正交方向D延伸”不需要有关沟槽沿正交方向D精确地直线延伸，并且例如还包括大致沿正交方向D延伸的沟槽，如在沿相对于正交方向D稍微倾斜的方向延伸的沟槽的情况下一样。此外，只要沟槽基于上述思想，就不需要其宽度是严格固定的。
[0053]图5示出外侧沟槽38和内侧沟槽40的横断面。图6分别示出外侧沟槽38和内侧沟槽40的纵断面。更具体地，图5对应于活塞12在活塞销孔12b的轴线LI处被切断的截面图。图6对应于活塞12分别在与轴线LI的正交方向D平行的气缸孔的中心线L3和方向与轴线LI的正交方向D平行的方向的进气门24的中心线L2处被切断的截面图。
[0054]如图5和图6所示，内侧沟槽40形成为比定位在其两侧的外侧沟槽38深。在本例中，内侧沟槽40和外侧沟槽38各自都形成为具有恒定曲率的沟槽。内侧沟槽40的曲率形成为大于外侧沟槽38的曲率。
[0055]相比而言，如图3等所示，气流控制阀22在比分支成两个部分的进气口16a的合流部位于更上游侧的位置处配置在进气通路16中。图7是用于说明气流控制阀22的具体构型的视图。图7示出从进气流的下游侧看去的气流控制阀22。气流控制阀22是使进气通路16的流路面积可变的蝶型阀。
[0056]如图4所示，气流控制阀22的阀杆22a形成为与轴线LI平行。在气流控制阀22的阀元件22b中，沿轴线LI的方向的中央部在其全部区域上被开槽，且因此阀元件22b以阀元件22b在沿轴线LI的方向的两端侧被分割为两部分的形式固定在阀杆22a上。根据以此方式构成的气流控制阀22，如图7所示，气流控制阀22在气流控制阀22处于全开状态时将进气通路16完全打开，另一方面，沿轴线LI的方向的中央部在气流控制阀22处于全闭状态时也保持打开。在下文中，为了方便，将如上所述的不论开度如何都不闭塞进气通路16的上述中央部称为气流控制阀22的“非闭塞部22c”。
[0057]非闭塞部22c设置在气流控制阀22中的位置关于进气流与形成在活塞12的冠面12a中的沟槽之中相对深的内侧沟槽40对应。因此，非闭塞部22c的宽度w形成为与内侧沟槽40的宽度相等，不过所述宽度无需完全相同。
[0058]图8是用于说明伴随气流控制阀22的开闭动作的进气口16a内的进气流动的变化的视图。如图8所示，在气流控制阀22处于全开状态的情况下，进气在不会由于气流控制阀22的存在而在进气中产生偏转的情况下流入燃烧室14中。
[0059]另一方面，在气流控制阀22处于全闭状态的情况下，偏转由于气流控制阀22的存在而以使得进气仅通过不闭塞进气通路16的位于中央侧的非闭塞部22c的方式被施加给进气流。更具体地，这种情况下，如图8所示，关于进气口 16a内的进气流，气流控制阀22能产生偏转以使得空气被引向形成在冠面12a中的沟槽之中相对深的内侧沟槽40。换言之，借助于气流控制阀22，进气口 16a内的进气流中能产生偏转以使得进气以进气沿内侧沟槽40的方向集中的形式流入燃烧室14中。
[0060](通过点火正时的延迟进行的催化剂升温控制和分层燃烧的组合)
[0061]在本实施例中，当排气净化催化剂32的温度低于预定的活化温度时(基本上，在冷起动之后的快速怠速运转时)执行通过点火正时的延迟进行的催化剂升温控制。更具体地，催化剂升温控制是使点火正时相对于最佳点火正时(MBT(针对最佳转矩的最小点火提前)点火正时)大量延迟的控制，以由此出于使排气净化催化剂32在早期阶段活化的目的而提高排气温度。注意，快速怠速运转紧接在内燃发动机10的冷起动等之后执行，以将怠速维持在比在升温结束之后使用的通常怠速高的速度。
[0062]本控制未被执行时的非催化剂升温运转期间(亦即，通常运转期间)的点火正时被设定为针对于最佳点火正时的点火正时。最佳点火正时按照内燃发动机10的运转状态(主要为发动机负荷率和发动机转速)而变化。相应地，非催化剂升温运转期间的点火正时被设定在压缩TDC之前的预定曲柄角范围(例如，如后述图9等所示，压缩TDC之前30°CA附近的曲柄角范围)Rl内。相比而言，催化剂升温控制的执行期间的点火正时相比于针对于最佳点火正时的通常运转期间的值显著延迟。更具体地，这时的点火正时被设定为压缩TDC之后的正时，例如，如图9等所示，该点火正时被设定在压缩TDC之后的15°CA附近的曲柄角范围R2内。注意，在图9等中，催化剂升温控制的执行期间的点火正时的使用范围比其在非催化剂升温运转时的使用范围窄的原因在于，关于本实施例中催化剂升温控制被执行的运转状态，被视为催化剂升温控制的对象的运转状态相比于非催化剂升温运转被执行的运转状态而言被限制(亦即，快速怠速状态)。
[0063][与分层燃烧的执行有关的问题]
[0064]在本实施例中，在催化剂升温控制被执行的快速怠速运转时，利用上述空气引导方法执行分层燃烧。如果在快速怠速时执行分层燃烧，则能在火花塞28附近产生具有比在其外侧高的燃料浓度的空燃混合物层而不使空燃比显著增浓，且因此能在实现燃料消耗的下降的同时稳定冷起动之后的燃烧。
[0065]此外，为了确保能利用空气引导方法稳定地执行分层燃烧，希望有效地利用气缸内的空燃混合物的紊乱。在气缸内产生的单股滚流由于在压缩TDC附近被上升的活塞12加压和收缩而破坏，并且变成一批小涡旋。结果，气缸内的空燃混合物的紊乱变得更强。如果紊乱在点火正时附近变得更强，则燃烧将是有利的(亦即，燃烧速度将提高)。原因在于，由于紊乱变得更强，作为从火花塞28的周围扩散(传播)的火焰的边界的火焰前缘的表面积增大。因此，为了确保利用空气引导方法的分层燃烧的稳定性，重要的是强化点火正时附近的空燃混合物的紊乱。
[0066]注意，除上述空气引导方法以外，壁引导方法也被已知为用于实现分层燃烧的方法。壁引导方法是基于以下思想:朝形成在活塞的冠面中的腔体喷射燃料，以由此利用该腔体来蓄积燃料喷雾并将燃料喷雾输送到火花塞的周围。当利用壁引导方法时，需要抑制燃料喷雾由于滚流而分散且因此需要尽可能抑制滚流的产生的状况的发生。因此，壁引导方法是用于基于与主动将滚流用于分层的空气引导方法不同的思想来实现分层燃烧的技术。
[0067]如上所述，点火正时的使用范围在催化剂升温控制被执行的催化剂升温运转时与非催化剂升温运转时之间显著不同。为了稳定这两种运转期间的分层燃烧，需要针对每种运转强化点火正时附近的空燃混合物的紊乱。然而，气缸内的空燃混合物的紊乱的基本特性在于该紊乱随着曲柄角在压缩上止点前后前移而衰减(例如，参照后述的图9)。
[0068]图9是用于说明用于强化空燃混合物的紊乱的已知技术的视图。图9示出通过在相同运转条件下按照TCV(滚流控制阀)的开度来模拟缸内平均紊乱(气缸内的平均紊乱强度)而获得的结果。TCV是配置在进气通路中并且用于使滚流的强度(滚流比)可变的阀。当TCV开度变小时，施加给进气口内的进气的偏流增大且滚流变得更强。如图9所示，通过使TCV开度小以相比于TCV开度相对大的情形强化滚流，不论曲柄角位置如何都能强化空燃混合物的紊乱(亦即，包括伴随滚流在压缩TDC附近的破坏而产生的紊乱)。
[0069]通过使用图9所示的技术，点火正时附近的空燃混合物的紊乱在催化剂升温运转时和非催化剂升温运转时都能提高。然而，由于在使用这种关闭TCV的技术时有必要使进气通路的开度明显变窄，所以栗吸损失增大且燃料效率恶化。希望在抑制栗吸损失的增大的同时满足对在催化剂升温运转时和非催化剂升温运转时都提高点火正时附近的空燃混合物的紊乱的要求。
[0070][第一实施例中的控制]
[0071](活塞冠面中的沟槽深度和用于产生紊乱的时刻)
[0072]作为本发明人进行的锐意研究的结果，发现通过使形成在活塞的冠面中的沟槽深，与该沟槽相对浅的情形相比，能延迟伴随滚流的破坏而产生紊乱的时刻。
[0073]图10是表示活塞冠面中的沟槽深度与缸内平均紊乱之间的关系的视图。更具体地，图10示出在两种活塞的情况下通过按照活塞的冠面中的沟槽深度差来模拟缸内平均紊乱而获得的结果，在所述两种活塞中在相应活塞的冠面中形成为沿上述正交方向D延伸的沟槽的深度彼此不同。该模拟是基于在产生强度相等的滚流的条件下的比较。基于图10发现，在压缩TDC之前，紊乱在沟槽浅的情况下比在沟槽深的情况下强，并且该关系在压缩TDC附近逆转，而在压缩TDC之后紊乱在沟槽深的情况下比在沟槽浅的情况下强。
[0074]认为获得上述特性的原因如下。亦即，当冠面中的沟槽浅时，因为单股滚流的破坏由于上升的活塞而进行的时间早，所以伴随着滚流的破坏而产生紊乱的时间集中在早期。相比之下，当冠面中的沟槽深时，保持用于压缩TDC附近的曲柄角位置处的滚流的旋转的空间(换言之，燃烧室高度)相比于沟槽浅时增大。因此，滚流的破坏进行的时间相对迟。结果，伴随滚流破坏的紊乱的产生持续到稍后的时间。
[0075](第一实施例中的控制的概要)
[0076]在着重于图10所示的发现的本实施例中，在利用滚流执行分层燃烧的情况下采取执行以下控制的构型。亦即，被视为该控制的前提的硬件构型如上所述包括具有冠面12a的活塞12和气流控制阀22，在所述冠面12a中形成有具有彼此不同的深度的外侧沟槽38和内侧沟槽40，所述气流控制阀22能够将进气流控制成使得滚流集中在相对深的内侧沟槽40。此外，气流控制阀22在非催化剂升温运转期间全开且在催化剂升温运转期间全闭。
[0077]在气流控制阀22全开的情况下，如已经参照图8所述，进气口 16a处的进气流中不会产生偏转。因此，进气均匀地流入气缸内而不会朝两个外侧沟槽38和一个内侧沟槽40中的任一者倾斜。结果，这种情况下的滚流利用全部两个外侧沟槽38和一个内侧沟槽40旋转。相应地，这种情况下的滚流的旋转被视为与利用具有两个外侧沟槽38和一个内侧沟槽40的平均沟槽深度的单个沟槽执行的滚流的旋转相同。
[0078]相比之下，在气流控制阀22全闭的情况下，如已经参照图8所述，在进气口16a处的进气流中产生偏转，并且进气关于轴线LI的方向以集中在设置了内侧沟槽40的部位处这样的方式流入气缸内。结果，这种情况下的滚流的旋转主要利用内侧沟槽40执行。
[0079]内侧沟槽40的深度大于两个外侧沟槽38和一个内侧沟槽40的平均沟槽深度。相应地，通过开闭气流控制阀22，与使用单个硬件构型这一事实无关地，都能利用基于图10所示的发现的特性，亦即，产生空燃混合物的紊乱的时刻伴随冠面中的沟槽深度差而改变的特性。
[0080]注意，与沟槽宽度(沿轴线LI方向的沟槽长度)的选择一样，优选地内侧沟槽40和外侧沟槽38的深度也被选择成满足以下要求。亦即，催化剂升温运转时和非催化剂升温运转时两者的点火正时附近要求的空燃混合物的湍流的强度被确定为保持燃烧变动小于或等于预定容许值的所需的值。相应地，优选内侧沟槽40和外侧沟槽38的深度和宽度分别被选择成使得点火正时附近的紊乱的强度满足如上所述确定的值。
[0081 ](第一实施例中的具体处理)
[0082]图11是示出根据本发明第一实施例的控制流的流程图。ECU 36在内燃发动机10起动时开始该流程中的处理。首先，在步骤100中，ECU 36取得排气净化催化剂32的温度。例如，该催化剂温度的取得可利用温度传感器执行，或可利用预定的推定技术执行。作为推定技术，能使用基于例如外部气温、紧接在前的排气温度和自内燃发动机10最近一次停止以来经过的时间来推定催化剂温度的已知方法。
[0083]接下来，ECU36转入步骤102以判定催化剂温度是否低于预定的活化温度。活化温度是基于事先执行的催化剂单体测试的结果而确定的值。
[0084]当在步骤102中判定的结果为否定结果时，E⑶36转入步骤112。另一方面，如果在步骤102中判定的结果为肯定结果，亦即，当催化剂温度低于活化温度时，ECU 36转入步骤104。在步骤104中，ECT 36使用加速器位置传感器37来读入加速器踏压量。
[0085]接下来，ECU36转入步骤106以判定加速器踏压量是否为零。当作为结果判定为加速器踏压量不为零时，亦即，当能判定为内燃发动机10由于加速器踏板正被踏压而未处于怠速状态时，E⑶36转入步骤112。
[0086]相比之下，当在步骤106中判定的结果为肯定结果时，亦即，当能判定为内燃发动机10处于怠速状态时，E⑶36转入步骤108。在步骤108中，E⑶36完全关闭气流控制阀22。接下来，ECU 36转入步骤110。在步骤110中，点火正时被设定成变成催化剂升温运转期间的点火正时的使用范围R2内的值(例如，压缩TDC之后15 °C A附近的值)。亦即，使用相对于最佳点火正时大量延迟的点火正时。
[0087]在执行步骤110中的处理之后，E⑶36在ECU36的计算周期中的下一个正时重复步骤100之后的处理的执行。通过这种方式，在催化剂温度低于活化温度且内燃发动机10处于怠速状态(亦即，快速怠速状态)的状况下，通过点火正时的延迟而进行的催化剂升温控制以气流控制阀22被控制为全闭的状态继续。
[0088]上述催化剂升温控制在催化剂温度在催化剂升温控制的执行期间达到活化温度时或在加速器踏板被踏压且内燃发动机10不再处于怠速状态时结束。这种情况下，在步骤112中，气流控制阀22被控制为全开。接下来，在步骤114中，点火正时被设定为变成非催化剂升温运转期间的点火正时的使用范围Rl (例如，压缩TDC之前40?10°CA)内的值。亦即，使用最佳点火正时作为这种情况下的点火正时。当执行步骤114中的处理时，ECU 36结束根据图11所示的流程图的本实施例的控制。
[0089](根据第一实施例的内燃发动机的优点)
[0090]图12是用于说明借以产生通过根据本发明第一实施例的控制获得的空燃混合物的紊乱的特性的视图。根据本实施例的气流控制阀22的控制，如图12所示，在气流控制阀22全开的情况下，在压缩TDC之前的时刻(亦即，在非催化剂升温运转时的点火正时附近)，获得这样的特性，即空燃混合物的紊乱相比于气流控制阀22全闭时变得更强。另一方面，在气流控制阀22全闭的情况下，在压缩TDC之后的时刻(亦即，在催化剂升温运转时的点火正时附近)，获得这样的特性，即空燃混合物的紊乱相比于气流控制阀22全开变得更强。因此，根据本实施例中的控制，利用单一的硬件构型，能在催化剂升温运转时和非催化剂升温运转时各者的点火正时附近确保空燃混合物的紊乱。
[0091]此外，图12中为了比较而用虚线示出的波形是以包括具有单个沟槽的活塞并且还包括TCV而不包括气流控制阀22的内燃发动机为对象而执行的“比较控制”期间的波形，所述单个沟槽形成为具有与两个外侧沟槽38和一个内侧沟槽40的平均沟槽深度对应的深度。这里所用的术语“比较控制”指的是在有关的内燃发动机中通过关闭TCV以在催化剂升温运转期间的点火正时附近获得强度与气流控制阀22全闭的情况下的强度相等的紊乱来强化滚流的控制。如上所述，与该类型的控制的执行有关的担忧在于栗吸损失显著增大。相比之下，根据本实施例中的控制，在抑制了这种栗吸损失的增大的同时，能在催化剂升温运转时和非催化剂升温运转时各者的点火正时附近确保空燃混合物的紊乱。
[0092]此外，关于形成在本实施例的活塞12的冠面12a中的外侧沟槽38和内侧沟槽40，作为位于沿轴线LI的方向的冠面12a的中央部中的沟槽的内侧沟槽40形成为最深的沟槽。中央部位是在滚流旋转时能确保气缸孔的最大长度的部位，并且也是一般能确保燃烧室的最大高度的部位。亦即，在上述中央部位中，与沿轴线LI的方向的边缘侧相比能使滚流在更宽的截面积上旋转。因此，在该中央部位处，滚流破坏的可能性低并且容易长时间维持。在本实施例的活塞12中，冠面12a中的沟槽之中的深部位(亦即，内侧沟槽40)对应于这种中央部位。因此，能有利地延迟伴随滚流的破坏执行紊乱的产生的时刻。结果，能促进催化剂升温运转期间的点火正时附近的紊乱的强化。
[0093][第一实施例的改型]
[0094]已以在冠面12a中具有两个外侧沟槽38和一个内侧沟槽40作为其中如图5等所示深度沿轴线LI的方向逐步改变的凹部的活塞12为例说明了上述第一实施例。然而，形成在根据本发明的活塞的冠面中的凹部不限于上述形状，并且例如可以是后述图13至图15所示的形状。注意，图13至图15是从与图5相同的方向看去的视图。
[0095]图13是用于说明本发明中的凹部的第一改型的活塞44的横断面图。在图13所示的活塞44的冠面44a中，形成有作为本发明中的凹部的沟槽46。沟槽46与由内侧沟槽40和外侧沟槽38的组合形成的第一实施例的凹部的不同之处在于，沟槽46形成为使得其深度沿轴线LI的方向是变化的。更具体地，沟槽46形成为在冠面44a的沿轴线LI的方向的中央部处最深。相应地，在以具有沟槽46的活塞44作为对象来控制进气口内的进气流的偏转的情况下，与第一实施例相似，采取使用非闭塞部22c设置于沿轴线LI的方向的中央部的气流控制阀22的构型即可，在所述构型中气流控制阀22在催化剂升温运转期间全闭。
[0096]图14是用于说明本发明中的凹部的第二改型的活塞48的横断面图。在图14所示的活塞48的冠面48a中，形成有作为本发明中的凹部的两个外侧沟槽50和一个内侧沟槽52。根据本例，与第一实施例中的示例相反，沿轴线LI的方向，相对深的外侧沟槽50邻接于相对浅的内侧沟槽52的两侧形成。此外，在本例中，内燃发动机包括气流控制阀54。在图14中示意性地示出的气流控制阀54处于全闭状态。气流控制阀54与外侧沟槽50和内侧沟槽52的形状的设定对应地形成为使得，当气流控制阀54全闭时，进气通路16的与作为浅沟槽的内侧沟槽52对应的部位被闭塞且进气通路16的与深外侧沟槽50对应的部位能保持开放。根据此构型，通过全闭气流控制阀54，能在进气口 16a内的进气流中产生偏转，使得进气沿轴线LI的方向被引向相对深的外侧沟槽50。
[0097]图15是用于说明本发明中的凹部的第三改型的活塞56的横断面图。在图15所示的活塞56的冠面56a中，形成有作为本发明中的凹部的浅沟槽58和深沟槽60。更具体地，冠面56a在轴线LI的方向上包括借助于浅沟槽58和深沟槽60关于深度设置的较高部位和较低部位。此外，在本例中，内燃发动机包括气流控制阀62。在图15中示意性地示出的气流控制阀62处于全闭状态。气流控制阀62与浅沟槽58和深沟槽60的形状的设定对应地形成为使得，当气流控制阀62全闭时，进气通路16的与浅沟槽58对应的部位被闭塞且进气通路16的与深沟槽60对应的部位能保持开放。根据此构型，通过全闭气流控制阀62，能在进气口 16a内的进气流中产生偏转，以使得进气沿轴线LI的方向被引向作为相对深的沟槽的深沟槽60。
[0098]此外，在上述第一实施例中，如图6所示，设置了形成为其中相应曲率一致的沟槽的内侧沟槽40和外侧沟槽38。然而，本发明中的凹部不限于具有其中曲率一致的断面形状的凹部。亦即，该凹部例如可以是具有其中曲率逐步或连续改变的断面形状的凹部。此外，例如，也可使用如后述图16所示的断面形状。注意，图16是从与图6相同的方向看去的视图。
[0099]图16是用于说明本发明中的凹部的第四改型的活塞64的横断面图。在图16所示的活塞64的冠面64a中，形成有作为本发明中的凹部的沟槽66。本发明中的凹部的断面形状也可以如图16所示的沟槽66中那样是通过组合多根直线而获得的形状。
[0100]此外，在上述第一实施例中，采取在怠速运转时全闭气流控制阀22的构型，在所述怠速运转中通过延迟点火正时来执行催化剂升温控制。然而，只要在点火正时相对于最佳点火正时延迟的状态下执行运转，被视为借助于本发明中的偏流产生装置在进气口内的进气流中产生偏转的对象的分层燃烧运转的时间就不限于其中执行催化剂升温控制的怠速运转的时间。
[0101]此外，在上述第一实施例中，以使用缸内喷射阀26的分割喷射为例说明了执行分层燃烧时的燃料喷射。然而，作为本发明的对象的内燃发动机可以是这样的内燃发动机，该内燃发动机除缸内喷射阀以外还包括将燃料喷射到进气口中的端口喷射阀，利用该端口喷射阀执行作为主燃料喷射的初始燃料喷射，并且使用缸内喷射阀来执行分层所需的少量燃料的喷射。
[0102]此外，已以在进气侧上升且在排气侧下降的正滚流作为在燃烧室14内产生的滚流的示例说明了上述第一实施例。然而，本发明能适用的滚流并不局限于此。图17是图示在燃烧室14内产生在进气侧下降且在排气侧上升的逆向滚流的方式的视图。如图17所示，本发明同样能适用于在气缸内产生逆向滚流的内燃发动机。
[0103]注意，在上述第一实施例中，气流控制阀22和ECU36对应于根据本发明的“偏流产
目.0
【主权项】
1.一种在燃烧室内产生滚流的内燃发动机，包括: 配置在所述燃烧室的上壁面中的火花塞； 缸内喷射阀，所述缸内喷射阀构造成在执行分层燃烧运转时将燃料喷射到所述燃烧室中以使得燃料喷雾通过滚流被运送到所述火花塞的周围； 活塞，所述活塞在其冠面中具有凹部，所述凹部形成为沿活塞销孔的轴线的正交方向延伸并且使得所述凹部的深度沿所述轴线的方向是变化的;和 偏流产生装置，所述偏流产生装置构造成在于点火正时相对于最佳点火正时延迟的状态下执行分层燃烧运转的情况下在进气口内的进气流中产生偏转以使得进气被引向所述凹部内在所述轴线的方向上相对深的部位。2.根据权利要求1所述的内燃发动机， 其中，所述凹部形成为沿所述轴线的方向在所述冠面的中央部处最深。3.根据权利要求1或2所述的内燃发动机， 其中，所述偏流产生装置包括气流控制阀，所述气流控制阀构造成在关闭状态下在所述进气口内的进气流中产生偏转以使得进气被引向所述凹部的所述部位，并且 其中，所述偏流产生装置构造成在于点火正时相对于最佳点火正时延迟的状态下执行分层燃烧运转的情况下关闭所述气流控制阀，并且在于点火正时被控制为最佳点火正时的状态下执行分层燃烧运转的情况下打开所述气流控制阀。
【文档编号】F02B23/10GK105986877SQ201610166128
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】芦泽刚
【申请人】丰田自动车株式会社