内燃机的燃料喷射控制装置的制作方法

专利名称：内燃机的燃料喷射控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以柴油发动机为代表的内燃机的燃料喷射控制装置。本发明尤 其涉及一种对于能够通过燃料喷射阀在主喷射之前进行副喷射(在下文中也被称为预喷 射)的压缩自燃式内燃机的用于使主喷射和副喷射的喷射形式最优化的技术。
背景技术：
众所周知，在用作汽车发动机等的柴油发动机中，执行根据发动机转数、加速 器操作量、冷却液温度、进气温度等来调节燃料喷射阀(在下文中也被称为喷射器)的燃 料喷射周期和燃料喷射量的燃料喷射控制(例如，参见下列专利引文PLT1)。
柴油发动机燃烧通过预混燃烧和扩散燃烧来实现。当来自燃料喷射阀的燃料喷 射开始时，首先通过燃料的汽化和扩散来生成可燃混合气(点火延迟期间)。接下来， 该可燃混合气在燃烧室中的多处在大约同一时刻自燃，并且燃烧迅速进行(预混燃烧)。 此外，燃料继续被喷射到燃烧室中，使得燃烧连续地进行(扩散燃烧)。之后，甚至在燃 料喷射已经结束之后未燃燃料仍然存在，因此在一时间段内继续生热(后燃期间)。
而且，在柴油发动机中，随着点火延迟期间变长，或者随着燃料在点火延迟期 间的汽化变得更强烈，在点火之后的火焰传播速度提高。当该火焰传播速度高时，立即 燃烧的燃料的量变得过大，气缸内的压力急剧增大，因此产生了振动或噪声。这种现象 被称为柴油机爆震，并且通常特别是在低负荷运转时发生。而且，在这种状况下，燃烧 温度急剧上升，伴随的是生成的氮氧化物(在下文中被称为“NOx”)的量的增大，因此 废气排放变得恶化。
鉴于此，为了防止这种柴油机爆震并且减少NOx的生成量，已经开发了各种燃 料喷射控制装置。例如，来自燃料喷射阀的燃料喷射通常通过将该喷射分割为多次来间 歇地进行。
例如，在下列专利引文PLT2中，在主喷射之前喷射燃料的引燃喷射的喷射期 间被设定为提早了与从引燃喷射期间到实际点火期间的延迟期间相等的量。结果，在引 燃喷射中喷射出的燃料的点火期间与主喷射期间基本相同，从而减少PM(颗粒物质)和 HC (碳氢化合物)的排出量。
引文列表
专利文献
PTLl JP 2002-155791A
PTL2 JP 2002-195084A发明内容
技术问题
在如上所述在主喷射之前执行预喷射或引燃喷射(在下面的说明书中以预喷射 为代表)的情况下，当开始所述喷射时，由于吸热反应而发生了点火延迟，并且点火延迟的长度取决于发动机的运转状态以及其它环境条件而变化。
柴油发动机中的常规燃料喷射控制还无法量化这样一种使得由吸热反应产生的 热平衡最小化的燃料喷射的喷射正时，也无法量化燃料喷射之间的间隔(喷射间隔)。由 此，还未开发出用于通常在最优正时进行预喷射和主喷射的技术。
换句话说，从降低燃烧噪声、减少NOx的生成量以及确保高发动机转矩的观点 来看，已经分别设定了各种控制参数(例如燃料喷射量和燃料喷射正时)，并且在实践 中，通过反复试验，使设定适应于各种类型的发动机(构造用于各种类型的发动机的预 喷射和主喷射的适当的燃料喷射模式)。
这样，在设定用于预喷射和主喷射的燃料喷射模式的常规技术中，存在喷射正 时和喷射间隔的多种组合，并且例如，进行所述适应的工人的估计变化导致偏离最优燃 料喷射模式，这直接地反映为燃料喷射模式的变化。由此，几乎不可能获得最优燃料喷 射模式(最优方案)。
换句话说，由于通常通过反复试验来确定燃料喷射模式，因此还未开发出各种 类型发动机共用的系统化燃料喷射控制技术，并且因此还存在为了实现燃料喷射控制的 最优化而进行改进的一些余地。
本发明鉴于上述问题而实现，并且本发明的目的在于为能够在主喷射之前进行 副喷射的压缩自燃式内燃机提供一种能够使得主喷射和副喷射的喷射形式最优化的系统 化燃料喷射控制技术。
问题的解决方案
-问题的解决方案的原理-
由本发明提供的用于实现上述目的的方案的原理为适当地设定副喷射和主喷 射的喷射正时，使得在活塞到达压缩上止点时的正时，由于在副喷射中喷射出的燃料的 燃烧引起的发热率基本为最大，而且在主喷射中喷射出的燃料的燃烧在同一正时的附近 开始。换句话说，考虑到由于在副喷射中的吸热引起的点火延迟，并且使发热率在活塞 位于压缩上止点时在副喷射中到达最大值，使得在预加热中产生的热量最大化并且燃烧 效率最大化。而且，为了避免由于在主喷射中喷射出的燃料的燃烧产生的反向转矩(在 活塞到达压缩上止点之前产生的转矩)，将在所述主喷射中喷射出的燃料的燃烧的开始正 时设定为在活塞到达压缩上止点时的附近。
-解决方法_
具体地，本发明的前提是一种压缩自燃式内燃机的燃料喷射控制装置，作为从 燃料喷射阀进行燃料喷射的操作，在所述内燃机中，至少能够进行主喷射和在所述主喷 射之前进行的副喷射。在所述内燃机的燃料喷射控制装置中，燃料喷射控制器件用于执 行高效率燃料喷射控制操作，所述高效率燃料喷射控制操作用于控制所述主喷射和所述 副喷射的喷射正时和喷射量，使得由于在所述副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热 率为最大时的正时、在所述主喷射中喷射出的燃料的燃烧的开始正时以及在气缸中往复 运动的活塞到达压缩上止点时的正时基本相同。
通过根据这些正时来设定副喷射和主喷射的喷射形式，当在主喷射中喷射出的 燃料的燃烧开始时，由于在副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率最大，并且能够 通过充分地利用在副喷射中的发热量来开始在主喷射中喷射出的燃料的燃烧。这抑制了4由于在主喷射开始时的吸热反应引起的温度降低，并且抑制了在主喷射中喷射出的燃料 的点火延迟。由此，可以从主喷射中的燃烧进行到稳定的扩散燃烧而没有点火延迟，同 时将在副喷射中喷射出的燃料的量抑制到所需最小值，从而能够改善燃料燃烧率。而 且，由于在主喷射中喷射出的燃料的燃烧的开始正时与活塞到达压缩上止点时基本相 同，所以不产生反向转矩(沿与曲轴转动方向相反的方向作用的转矩)，此外，当燃烧室 处于基本最小尺寸时，用于产生转矩的燃烧开始，从而能够确保由燃烧产生的转矩的最 大量。
如下为燃料喷射控制器件的更具体形式。所述燃料喷射控制器件还用于执行废 气排放优先燃料喷射控制操作，所述废气排放优先燃料喷射控制操作用于将在所述主喷 射中喷射出的燃料的燃烧的开始正时设定为晚于由于在所述副喷射中喷射出的燃料的燃 烧引起的发热率为最大时的正时。而且，所述燃料喷射控制器件根据所述内燃机的运转 状态来切换所述高效率燃料喷射控制操作和所述废气排放优先燃料喷射控制操作。
在这种情况下，作为具体的废气排放优先燃料喷射控制操作，如下构造是适合 的其中，可以根据所述内燃机的运转状态来切换将由于在所述副喷射中喷射出的燃 料的燃烧引起的发热率为最大时的正时设定为与所述活塞到达压缩上止点时的正时基本 相同的情况，和将由于在所述副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正 时设定为晚于所述活塞到达压缩上止点时的正时的情况。
根据上述构造，例如，在废气排放不恶化的内燃机的运转范围内，燃料喷射控 制器件进行高效率燃料喷射控制操作(使得由于在副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的 发热率为最大时的正时、在主喷射中喷射出的燃料的燃烧的开始正时，以及在气缸中往 复运动的活塞到达压缩上止点时的正时基本相同的控制操作)。另一方面，在存在关于废 气排放恶化的顾虑的内燃机的运转范围内，或者在废气排放实际上已经恶化的情形下， 燃料喷射控制器件进行废气排放优先燃料喷射控制操作(用于将在主喷射中喷射出的燃 料的燃烧的开始正时设定为晚于由于在副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最 大时的正时)。这样，根据内燃机的运转状态来切换高效率燃料喷射控制操作和废气排放 优先燃料喷射控制操作，从而不仅防止了废气排放的恶化，而且实现了高燃烧效率。而 且，当进行废气排放优先燃料喷射控制操作时，如果期望通过副喷射来获得充分的预加 热效果(例如，当内燃机冷时)，则将由于在副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率 为最大时的正时设定为与活塞到达压缩上止点时的正时基本相同。此外，如果期望可靠 地避免上述反向转矩的产生，则将由于在副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为 最大时的正时设定为晚于活塞达压缩上止点时的正时。
发明的有益效果
在本发明中，关于设定压缩自燃式内燃机中的燃料喷射压力，将由于在副喷射 中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时、在主喷射中喷射出的燃料的燃烧 的开始正时，以及在气缸中往复运动的活塞到达压缩上止点时的正时设定为基本相同。 这能够通过充分地利用由副喷射产生的热量来开始在主喷射中喷射出的燃料的燃烧，而 且能够确保内燃机中的转矩产生的最大量，而没有由于在主喷射中喷射出的燃料的燃烧 引起的反向转矩的产生。


[图1]图1为根据本发明的实施例的柴油发动机以及该柴油发动机的控制系统的 示意性构造图。
[图2]图2为示出了根据本发明的实施例的柴油发动机的燃烧室和该燃烧室附近 的部件的截面图。
[图3]图3为示出了根据本发明的实施例的诸如ECU的控制系统的构造的方框图。
[图4]图4为示出了根据本发明的实施例的在膨胀冲程期间发热率的变化的波形 图。
[图5]图5为示出了根据本发明的实施例的在执行高效率燃料喷射控制操作时气 缸中的燃料喷射模式和发热量的图。
[图6]图6为示出了根据本发明的实施例的分析对于多个燃料喷射量的预喷射执 行正时与在该执行正时气缸中产生的热量之间的关系的结果的图。
[图7]图7为示出了根据本发明的实施例的在执行废气排放优先燃料喷射控制操 作时气缸中的燃料喷射模式和发热量的图。
[图8]图8为示出了在本发明的改进例中在执行高效率燃料喷射控制操作时的燃 料喷射模式的图。
具体实施方式
下面基于附图对本发明的实施例进行描述。在本实施例中，对本发明被应用于 安装在汽车中的共轨式缸内直接喷射型多气缸(例如，直列四气缸)柴油发动机(压缩自 燃式内燃机)的情况进行描述。
-发动机构造-
首先，将对根据本实施例的柴油发动机(下文中被简称为发动机)的整体构造进 行描述。图1为根据本实施例的发动机1及其控制系统的示意性构造图。图2为示出了 柴油发动机的燃烧室3和燃烧室3附近的部件的截面图。
如图1所示，根据本实施例的发动机1被构造为柴油发动机系统，其主要部分为 燃料供给系统2、燃烧室3、进气系统6、排气系统7等。
燃料供给系统2设置有供给泵21、共轨22、喷射器(燃料喷射阀)23、截流阀 24,燃料添加阀沈、发动机燃料通路27、添加燃料通路观等。
供给泵21从燃料罐中吸取燃料，并且在使吸取出的燃料处于高压下之后，经由 发动机燃料通路27将所述燃料供给到共轨22。共轨22起到将从供给泵21供给的高压燃 料保持(储压)在预定压力下的储压室的作用，并且该经储压的燃料被分配给各个喷射器 23。喷射器23由内部设置有压电元件(压电式元件(piezo element))的压电喷射器构造 而成，并且通过适当地打开阀而将燃料喷射到燃烧室3中来供给燃料。喷射器23的燃料 喷射控制的细节将在稍后进行描述。
而且，供给泵21将从燃料罐吸取的一部分燃料经由添加燃料通路观供给到燃料 添加阀沈。在添加燃料通路观中，设置上述截流阀对，以便在紧急时通过截断添加燃 料通路观来停止燃料添加。
燃料添加阀沈由电子控制式开/关阀构造而成，该电子控制式开/关阀利用稍 后进行描述的ECU 100的添加控制操作来控制其开阀期间，使得添加到排气系统7的燃 料量变为目标添加量(使得排气A/F变为目标A/F的添加量)，或者使得燃料添加正时 变为预定正时。也就是说，来自燃料添加阀沈的期望燃料量在适当的正时通过喷射被供 给到排气系统7 (从排气口 71被供给到排气歧管72)。
进气系统6设置有进气歧管63，进气歧管63连接到形成在气缸盖15中的进气 口 15a上(参见图2)，并且构成进气通路的进气管64被连接到进气歧管63上。而且， 在所述进气通路中，从上游侧按顺序布置有空气滤清器65、空气流量计43和节流阀62。 空气流量计43根据经由空气滤清器65流入进气通路中的空气量来输出电信号。
排气系统7设置有排气歧管72，排气歧管72连接到形成在气缸盖15中的排气 口 71上，并且构成排气通路的排气管73和74被连接到排气歧管72上。而且，在所述 排气通路中，布置有歧管式催化转化器(排气净化装置)77，歧管式催化转化器77设置有 稍后进行描述的NOx存储催化剂(NSR催化剂NOx存储还原催化剂)75以及DPNR催 化剂(柴油机微粒-NOx还原催化剂)76。下面对NSR催化剂75和DPNR催化剂76进 行描述。
NSR催化剂75是存储还原型NOx催化剂，并且利用例如氧化铝(Al2O3)作为载 体构造而成，例如，在该载体上承载有诸如钾(K)、钠(Na)、锂(Li)或铯(Cs)的碱金 属，诸如钡(Ba)或钙(Ca)的碱土金属元素，诸如镧(La)或钇(Y)的稀土元素，以及诸 如钼(Pt)的贵金属。
NSR催化剂75在排气中存在大量氧的状态下存储NOx，并且在排气中的氧浓度 低且存在大量的还原成分(例如，燃料的未燃成分(HC))的状态下将NOx还原为NO2或 NO并且释放得到的NO2或NO。已经作为NO2或NO被释放的NOx由于与排气中的HC 或CO的快速反应而被进一步还原并且变为N2。而且，通过还原N02或N0，HC和CO 本身被氧化从而变为H2O和C02。换句话说，通过适当地调节引入NSR催化剂75的排 气中的氧浓度或HC成分，可以净化排气中的HC、CO和NOx。在本实施例的构造中， 能够利用从上述燃料添加阀沈添加燃料的操作来进行对排气中的氧浓度或HC成分的调 节。
另一方面，在DPNR催化剂76中，NOx存储还原催化剂被承载在多孔陶瓷结构 上，例如，排气中的PM在穿过多孔壁时被捕获。当排气的空燃比稀时，排气中的NOx 被存储在NOx存储还原催化剂中，而当空燃比浓时，所存储的NOx被还原和释放。此 外，使捕获到的PM氧化/燃烧的催化剂(例如，其主要成分是诸如钼的贵金属的氧化催 化剂)被承载在DPNR催化剂76上。
此处，将结合图2对柴油发动机的燃烧室3以及燃烧室3附近的部件的构造进行 描述。如图2所示，在构成发动机的主体的一部分的气缸体11中，在每个气缸(四个气 缸中的每一个)中形成有筒形缸膛12，并且活塞13被容纳在每个缸膛12中，使得活塞 13能够沿垂直方向滑动。
上述燃烧室3形成在活塞13的顶面13a的顶侧。更具体地，燃烧室3由通过密 封垫14安装在气缸体11的顶部处的气缸盖15的底面、缸膛12的内壁面以及活塞13的 顶面13a区划而成。腔室13b凹入地设置在活塞13的顶面13a的大约中央处，并且该腔室13b还构成了燃烧室3的一部分。
连杆18的小端部18a通过活塞销1 联结到活塞13上，并且连杆18的大端部 联结到作为发动机输出轴的曲轴上。因此，活塞13在缸膛12内的往复运动经由连杆18 被传递至曲轴，并且由于该曲轴的转动，获得了发动机输出。而且，电热塞19面向燃烧 室3布置。电热塞19紧接在发动机1起动之前由于电流的流动而发热，并且起到起动辅 助装置的作用，由此，由于一部分燃料喷雾被吹到电热塞上而促进了点火和燃烧。
在气缸盖15中，分别形成有将空气引入燃烧室3中的进气口 15a和将排气从燃 烧室3中排出的排气口 71，并且布置有开/闭进气口 15a的进气阀16和开/闭排气口 71 的排气阀17。进气阀16和排气阀17在气缸中心线P的两侧面向彼此布置。也就是说， 所述发动机1被构造为横流式发动机。而且，将燃料直接喷射到燃烧室3中的喷射器23 被安装在气缸盖15中。喷射器23沿气缸中心线P以直立定向布置在燃烧室3上方的大 约中央处，并且在预定正时朝向燃烧室3喷射从共轨22引入的燃料。
此外，如图1所示，涡轮增压器5设置在发动机1中。该涡轮增压器5设置有 经由涡轮轴5A联结的涡轮5B和压缩机轮5C。压缩机轮5C面向进气管64的内部布置， 并且涡轮5B面向排气管73的内部布置。因此，涡轮增压器5利用由涡轮5B接收到的 排气流(排气压力)来使压缩机轮5C转动，从而进行增大进气压力的所谓的涡轮增压操 作。在本实施例中，涡轮增压器5是可变喷嘴式涡轮增压器，其中，可变喷嘴叶片机构 (未示出)设置在涡轮5B侧，并且通过调节该可变喷嘴叶片机构的开度，可以调节发动 机1的涡轮增压压力。
用于对由于涡轮增压器5的增压而被加热的进气进行强制冷却的内部冷却器61 设置在进气系统6的进气管64中。设置在内部冷却器61的下游侧的节流阀62为开度能 够无级调节的电子控制开/闭阀，并且起到在预定条件下限制进气的流道面积的作用， 从而调节(减少)进气的供给量。
而且，发动机1设置有连接进气系统6和排气系统7的排气再循环通路(EGR通 路)8。EGR通路8通过使一部分排气适当地再循环至进气系统6并且将所述排气再供给 到燃烧室3来降低燃烧温度，从而减少所产生的NOx的量。而且，设置在EGR通路8 中的有EGR阀81以及EGR冷却器82，EGR阀81通过在电子控制下被连续地开/闭能 够自由地调节流经EGR通路8的排气流的量，EGR冷却器82用于冷却流经(再循环经 过)EGR通路8的排气。
-传感器-
各种传感器被安装在发动机1的相应部位中，并且这些传感器输出与相应部位 的环境条件以及发动机1的运转状态有关的信号。
例如，上述空气流量计43根据在进气系统6内的节流阀62的上游侧的进气流量 (进气量)来输出检测信号。进气温度传感器49布置在进气歧管63中，并且根据进气 的温度来输出检测信号。进气压力传感器48布置在进气歧管63中，并且根据进气压力 来输出检测信号。A/F(空燃比)传感器44输出根据排气系统7的歧管式催化转化器77 的下游侧的排气中的氧浓度而连续变化的检测信号。排气温度传感器45同样地根据排气 系统7的歧管式催化转化器77的下游侧的排气的温度(排气温度)来输出检测信号。轨 压传感器41根据在共轨22中累积的燃料的压力来输出检测信号。节流阀开度传感器428检测节流阀62的开度。
-ECU-
如图3 所示，ECU 100 设置有 CPU 101、ROM 102、RAM 103、后备 RAM104等。在ROM 102中，存储有各种控制程序、在执行这些各种控制程序时参照的设定表 等。CPU 101基于存储在ROM 102中的各种控制程序和设定表来执行各种计算处理。 RAM 103为暂时存储利用CPU 101的计算所得到的数据或已经从相应传感器输入的数据 的存储器，并且，后备RAM 104例如为存储要在发动机1停止时保存的上述数据等的非 易失性存储器。
CPU 101、ROM 102、RAM 103和后备RAM 104经由总线107彼此连接，并且经由总线107连接到输入接口 105和输出接口 106上。
轨压传感器41、节流阀开度传感器42、空气流量计43、A/F传感器44、排气温 度传感器45、进气压力传感器48和进气温度传感器49连接到输入接口 105上。此外， 水温传感器46、加速器开度传感器47、曲轴位置传感器40等连接到输入接口 105上，水 温传感器46根据发动机1的冷却液温度来输出检测信号，加速器开度传感器47根据加速 踏板被下压的量来输出检测信号，而曲轴位置传感器40在每当发动机1的输出轴(曲轴) 转动一固定角度时输出检测信号(脉冲)。另一方面，上述喷射器23、燃料添加阀沈、 节流阀62、EGR阀81等连接到输出接口 106上。
ECU 100基于上述各个传感器的输出来执行对发动机1的各种控制。此外，ECU 100执行下述引燃喷射、预喷射、主喷射、后喷射(after-injection)以及次后喷射(post injection)，作为对喷射器23的燃料喷射的控制。
根据共轨22的内压来确定执行这些燃料喷射时的燃料喷射压力。作为共轨内 压，通常，从共轨22供给到喷射器23的燃料压力的目标值(即，目标轨压)被设定为 随着发动机负荷的增大以及随着发动机转数的增加而增大。也就是说，当发动机负荷高 时，大量的空气被吸入燃烧室3中，因此需要从喷射器23将大量的燃料喷射到燃烧室3 中，并且因此需要为喷射器23设定高的喷射压力。而且，当发动机转数高时，可以喷射 的期间短，因此每单位时间需要喷射大量的燃料，并且因此需要为喷射器23设定高的喷 射压力。这样，通常基于发动机负荷和发动机转数来设定目标轨压。
用于诸如上述引燃喷射、主喷射等的燃料喷射的燃料喷射参数的最优值根据发 动机、进气等的温度条件而不同。
例如，ECU 100调节由供给泵21排出的燃料量，使得共轨压力变得与基于发动 机运转状态设定的目标轨压相同，即，使得燃料喷射压力与目标喷射压力一致。而且， ECU 100基于发动机运转状态来确定燃料喷射量和燃料喷射形式。具体地，ECU 100基 于由曲轴位置传感器40检测出的值来计算发动机转速，并且基于由加速器开度传感器47 检测出的值来获得加速踏板下压量(加速器开度)，并且基于发动机转速和加速器开度来 确定总燃料喷射量(下述预喷射中的喷射量与主喷射中的喷射量的和)。
-燃料喷射形式_
下面对本实施例中的引燃喷射、预喷射、主喷射、后喷射以及次后喷射的操作 进行一般性描述。
(引燃喷射)
引燃喷射为在主喷射之前从喷射器23预喷射少量燃料的喷射操作。更具体地， 在执行所述引燃喷射之后，暂时地中断燃料喷射，使压缩气体的温度(气缸中的温度)在 开始主喷射之前充分地增大至达到燃料自燃温度，从而良好地确保了在主喷射中喷射出 的燃料的点火。也就是说，本实施例中的引燃喷射的功能被专门用于对气缸的内部进行 预加热。换句话说，本实施例中的引燃喷射为用于对燃烧室3内的气体进行预加热的喷 射操作(预加热燃料供给操作)。
具体地，在本实施例中，为了实现适当的喷雾分布和局部浓度，将喷射率设定 为最小喷射率(例如，每次1.5mm3的喷射量)，并且通过执行多次引燃喷射，确保了该 引燃喷射中所需的总引燃喷射量。更具体地，通过下列表达式(1)来确定引燃喷射的次数。
表达式(1)
N= {(Ca “乘” “delta” Τ) “乘” Kc “乘” Kv}/(J “乘” “eta” )
(N引燃喷射的喷射次数，Ca:引入气缸中的空气的热容量，“delta” Τ达 到自燃温度所需的余温，Kc:根据EGR率的热容量校正系数，Kv:受到燃烧作用的空 间，J: 1.5mm3中的理论发热量，“eta” 燃料效率)
此处，还未达到自燃温度的部分的温度“delta” T为燃料自燃温度与在主喷射 期间燃料的目标点火期间(例如，活塞13已经到达压缩上止点的期间)的压缩气体温度 之间的差，并且对应于使目标点火期间的压缩气体温度达到燃料自燃温度所需的热量。 应当注意到的是，在上述表达式(1)中，每一次的引燃喷射量被设定为固定值(例如， 1.5mm3),并且通过设定喷射次数确保了必要的总引燃喷射量。每一次的引燃喷射量的所 述固定值不局限于上述值。
根据喷射器23的响应(开/闭操作的速度)来确定以该方式分割喷射的引燃喷 射的间隔。在本实施例中，例如，所述间隔被设定为200微秒。所述引燃喷射间隔不局 限于上述值。应当注意到的是，下述角度是指变换为曲轴转角的值。
此外，根据下列表达式(2)来设定该引燃喷射的喷射开始正时，例如为在活塞 13的压缩上止点之前(BTDC)SO度或之后的曲轴转角。
表达式O)
引燃喷射开始角度=引燃燃烧结束角度+引燃喷射期间作用角度+(—次引燃喷 射中的燃烧所需时间的曲轴转角换算值*N+点火延迟时间的曲轴转角换算值-重叠时间 的曲轴转角换算值)
此处，引燃燃烧结束角度是为了在开始预喷射之前完成引燃喷射的燃烧而设定 的角度。点火延迟时间为从执行引燃喷射的时刻到在引燃喷射中喷射出的燃料点火的时 刻的延迟时间。重叠时间为前次执行的引燃喷射所喷射出的燃料的燃烧期间与下次执 行的引燃喷射所喷射出的燃料的燃烧期间的重叠时间(同时进行两次燃烧的时间)，以及 最终的引燃喷射所喷射出的燃料的燃烧期间与随后执行的预喷射所喷射出的燃料的燃烧 期间的重叠时间。
(预喷射)
预喷射为用于抑制主喷射的初始燃烧速度从而引起稳定的扩散燃烧的喷射操作 (转矩产生用燃料供给操作)，并且也被称为副喷射。而且，本实施例的预喷射不仅具有抑制上述主喷射的初始燃烧速度的功能，而且具有进行预加热以提高气缸内的温度的功 能。
具体地，在本实施例中，例如，将预喷射量设定为用于获得根据诸如发动机转 数、加速器操作量、冷却液温度以及进气温度的运转状态而确定出的所需扭矩的总喷射 量(预喷射中的喷射量与主喷射中的喷射量的和)的10%。例如，根据在对气缸的内部 进行预加热时所需的热量来设定预喷射量与总喷射量的比率。
在这种情况下，如果上述总喷射量小于15mm3，则预喷射中的喷射量小于喷射 器23的最小极限喷射量(1.5mm3)，因此不执行预喷射。应当注意到的是，在这种情况 下，在预喷射中喷射器23可以仅喷射燃料的最小极限喷射量(1.5mm3)。另一方面，当要 求预喷射的总喷射量为喷射器23的最小极限喷射量的两倍以上(例如，3mm3以上)时， 通过执行多次预喷射来确保所述预喷射中所需的总喷射量。结果，抑制了预喷射的点火 延迟，可靠地抑制了主喷射的初始燃烧速度，因此能够引起稳定的扩散燃烧。
而且，根据下列表达式( 来设定用于所述预喷射的喷射开始角度。
表达式(3)
预喷射开始角度=预燃烧结束角度+预喷射期间作用角度+(预喷射中的燃烧所 需时间的曲轴转角换算值+点火延迟时间的曲轴转角换算值-重叠时间的曲轴转角换算 值)
此处，点火延迟时间为从执行预喷射的时刻到所述燃料点火的时刻的延迟时 间。重叠时间为当进行多次预喷射时，前次执行的预喷射所喷射出的燃料的燃烧期 间与下次执行的预喷射所喷射出的燃料的燃烧期间的重叠时间(同时进行两次燃烧的时 间)，以及从最终的预喷射所喷射出的燃料的燃烧期间与随后执行的主喷射所喷射出的燃 料的燃烧期间的重叠时间，还有最终的引燃喷射所喷射出的燃料的燃烧期间与预喷射所 喷射出的燃料的燃烧期间的重叠时间。
本发明不局限于上述表达式(3)，而是可以根据如下来设定用于预喷射的喷射开 始角度预喷射的点火延迟时间的曲轴转角换算值(点火延迟角度)，以及在经过点火延 迟时间之后，从在预喷射开始时刻由于吸热反应引起的气缸中产生的热量的平为负时到 所述产生的热量的平变为正为止的时刻的时间的曲轴转角换算值(燃烧开始角度)。
(主喷射)
主喷射为用于产生发动机1的转矩的喷射操作(转矩产生用燃料供给操作)。具 体地，在本实施例中，设定喷射量，其是通过从上述总燃烧喷射量中减去上述预喷射中 的喷射量而获得的，上述总燃烧喷射量用于获得根据诸如发动机转数、加速器操作量、 冷却液温度以及进气温度的运转状态而确定出的所需转矩。
而且，根据下列表达式(4)来设定用于所述主喷射的喷射开始角度(曲轴转角位置)。
表达式
主喷射开始角度=主点火期间+主喷射期间作用角度+(主喷射中的燃烧所需时 间的曲轴转角换算值+点火延迟时间的曲轴转角换算值-重叠时间的曲轴转角换算值)
此处，点火延迟时间为从执行主喷射的时刻到所述燃料点火的时刻的延迟时 间。重叠时间为上述预喷射所喷射出的燃料的燃烧期间与主喷射所喷射出的燃料的燃烧期间的重叠时间，以及主喷射所喷射出的燃料的燃烧期间与后喷射所喷射出的燃料的 燃烧期间的重叠时间。
本发明不局限于上述表达式0)，而是可以根据主喷射的点火延迟时间的曲轴转 角换算值(点火延迟角度)来设定用于主喷射的喷射开始角度。
应当注意到的是，稍后描述上述预喷射和主喷射的具体喷射形式，尤其是与曲 轴转角位置的关系的细节。
下面对用于上述预喷射和主喷射的控制处理进行简要描述。首先，对于发动机1 的转矩要求值，获得预喷射中的喷射量与主喷射中的喷射量的和作为总燃料喷射量。换 句话说，计算总燃料喷射量，作为产生发动机1所需的转矩而所需的量。
根据诸如发动机转数、加速器操作量、冷却液温度以及进气温度的运转状态并 且根据辅助装置等的使用状况来确定发动机1的转矩要求值。例如，随着发动机转数(基 于由曲轴位置传感器40检测出的值而计算出的发动机转数)增加，或者随着加速器操作 量(由加速器开度传感器47检测出的加速踏板下压量)增大(随着加速器开度增大)，获 得了更高的发动机转矩要求值。
这样，在已经计算出总燃料喷射量之后，设定预喷射中的喷射量相对于该总燃 料喷射量的比率(分割率)。换句话说，将预喷射量设定为通过利用上述分割率来分割 总燃料喷射量而获得的量。获得了该分割率(预喷射量)，作为实现“对主喷射中的燃 料点火延迟的抑制”和“对主喷射中由于燃烧引起的发热率的峰值的抑制” 二者的值。 利用这两种抑制，可以实现燃烧噪声的降低和由于缓慢燃烧的实现而产生的NOx量的减 少，同时还确保了高的发动机转矩。在本实施例中，分割率被设定为10%。
(后喷射)
后喷射为用于使排气温度上升的喷射操作。具体地，在本实施例中，通过后喷 射供给的燃料的燃烧能量不被变换为发动机转矩，而是在使得大部分的所述燃烧能量被 作为排气热能而获得的正时执行后喷射。而且，同样在所述后喷射中，与在上述引燃喷 射的情况下相同，设定最小喷射率(例如，每次1.5mm3的喷射量)，并且通过执行多次 后喷射，确保在所述后喷射中所需的总后喷射量。
(次后喷射)
次后喷射为用于通过将燃料直接地引入排气系统7中来实现上述歧管式催化转 化器77的升温的喷射操作。例如，当由DPNR催化剂76捕获到的PM的沉积量已经超 过预定量时(例如，通过检测歧管式催化转化器77的前/后压差而得知)，执行次后喷射。
-用于设定目标燃料压力的技术-
下文描述一种在本实施例中设定目标燃料压力的情况下的技术思想。
在柴油发动机1中，重要的是同时满足以下要求通过减少NOx生成量来改善 废气排放，降低燃烧冲程期间的燃烧噪声，并且确保足够的发动机转矩。作为同时满足 这些要求的方法，本发明的发明人将注意力集中在以下事实适当地控制在燃烧冲程期 间气缸中的发热率的变化状态(表现为发热率波形的变化状态)是有效的，并且实现了用 于设定下述目标燃料压力的技术，该技术是一种用于控制发热率的变化状态的技术。
在图4中，横轴代表曲轴转角，纵轴代表发热率，而实线表示与在主喷射中喷射出的燃料的燃烧有关的理想发热率波形。图4示出了仅用于主喷射的发热率波形(还 未添加预喷射的发热率的发热率波形)。在该附图中，“TDC”表示与活塞13的压缩上 止点相对应的曲轴转角位置。
在所述发热率波形中，例如，当活塞13位于压缩上止点(TDC)时，在主喷射中 喷射出的燃料的燃烧开始，在压缩上止点之后的预定活塞位置(例如，在压缩上止点之 后10度(ATDC 10度)的位置)处发热率达到最大值(峰值)，此外，在压缩上止点之后 的另一预定活塞位置(例如，在压缩上止点之后25度(ATDC25度)的位置)处，在主 喷射中喷射出的燃料的燃烧结束。为了使燃烧不晚于该位置结束，在本实施例中，在主 喷射中的燃料喷射不晚于在压缩上止点之后22度(ATDC 22度)结束。通过使混合气的 燃烧在这种发热率变化状态下进行，例如，气缸中的混合气50%的燃烧在压缩上止点之 后10度(ATDC 10度)处完成。换句话说，膨胀冲程中产生的总热量的大约50%不晚于 ATDC 10度产生，并且发动机1能够以高的热效率来运转。
而且，图4中由双点划线“alpha”表示的波形是在燃料喷射压力已经被设定得 高于适当值的情况下的发热率波形，并且如该波形所示，燃烧速度和峰值均过高，并且 存在关于燃烧噪声增大和NOx生成量增加的顾虑。另一方面，图4中由双点划线“beta” 表示的波形是在燃料喷射压力已经被设定得低于适当值的情况下的发热率波形，并且如 该波形所示，燃烧速度低且峰值出现的正时朝向延迟侧的角度偏移了大的量，因此存在 将无法确保足够的发动机转矩的顾虑。
如上所述，根据本实施例的用于设定目标燃料压力的技术基于如下技术思想 通过使发热率的变化状态最优化(使发热率波形最优化)来提高燃烧效率。
应当注意到的是，在实际的燃料喷射操作中，在具有这种发热率波形的主喷射 之前执行上述引燃喷射和预喷射。作为引燃喷射和预喷射的结果，气缸中的温度充分上 升，并且确保了在主喷射中喷射出的燃料的良好点火，而作为预喷射的结果，抑制了主 喷射的初始燃烧速度，从而引起稳定的扩散燃烧。
-预喷射和主喷射的喷射形式-
下面对作为本实施例的特征的上述预喷射和主喷射的喷射形式进行具体描述。
在本实施例中的预喷射和主喷射的喷射形式中，控制预喷射和主喷射的喷射正 时和喷射量，使得由于在预喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时、 在主喷射中喷射出的燃料的燃烧开始正时，以及在气缸中往复运动的活塞13到达压缩上 止点时的正时基本相同(用于通过燃料喷射控制器件来控制燃料喷射正时和喷射量的操 作)。换句话说，由于在预喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时与在 主喷射中喷射出的燃料的燃烧开始正时基本相同，此外，使得该正时与活塞13到达压缩 上止点时的正时基本相同。在下文中，用于预喷射和主喷射的喷射形式的这种燃料喷射 控制被称为高效率燃料喷射控制操作。
图5示出了在执行高效率燃料喷射控制操作期间的发热率波形以及预喷射和主 喷射的喷射模式。
如图5所示，在活塞13到达压缩上止点(TDC)时的点的提前侧的角度执行预喷 射(预喷射开始正时和结束正时被设定为在活塞13到达压缩上止点时的点的提前侧的角 度)，并且由于在所述预喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时被设定为活塞13到达压缩上止点时的正时(在附图中，参见由于在预喷射中喷射出的燃料的燃 烧引起的发热率的变化波形，该波形由点划线表示)。
而且，主喷射在活塞13到达压缩上止点时的点的稍提前侧的角度开始，主喷射 在活塞13到达压缩上止点时的点的延迟侧的角度结束，并且在所述主喷射中喷射出的燃 料的燃烧开始正时被设定为活塞13到达压缩上止点时的正时(在附图中，参见由于在主 喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率的变化波形，该波形由虚线表示)。
结果，通过图5中由实线表示的发热率波形应当理解的是，由于在预喷射中喷 射出的燃料的燃烧引起的发热率和由于在主喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率形 成了连续波形(形成包络线的波形)。
在根据这些正时执行预喷射的情况下，在预喷射中喷射出的且在气缸中沿着涡 流流动的燃料不会与在随后的主喷射中喷射出的燃料重叠。
具体地，在发动机1的吸入冲程中从进气口 15a流入气缸中的气流为回转中心为 上述气缸中心线P的涡流，并且该涡流在压缩冲程中在气缸中继续产生。
由此，在预喷射中喷射出的燃料由于所述涡流而在气缸中沿周向流动。换句话 说，随着在压缩冲程中时间的推移，在预喷射中喷射出的燃料(喷雾团)从面向喷射器23 的喷孔的位置(紧接在喷射之后的位置)沿着涡流在周向上流动。
因此，在执行预喷射之后的主喷射的点处，在先前执行的预喷射中喷射出的燃 料已经在气缸中沿周向流动，并且在两次喷射(预喷射和主喷射)中从同一喷孔喷射出的 燃料团不会彼此重叠(即，来自所述喷射的燃料团不会结合)。
在这种情况下，来自预喷射的从在涡流方向上的上游侧的喷孔喷射出的燃料流 向与在涡流方向上的下游侧的喷孔对置的位置，因此通过调节随后的主喷射的喷射正 时，也就是说，通过调节预喷射与主喷射之间的间隔，可以防止在预喷射中喷射出的燃 料与在主喷射中喷射出的燃料结合。
更具体地，考虑从活塞13位于下止点时至活塞13到达上止点时止(至曲轴角度 运动180度止)涡流在气缸中沿周向回转一次的情况。换句话说，也就是如下情况涡 流比为“2”。而且，考虑到在这种情况下，喷射器23设置有“10个”喷孔。
在这种情况下，如果预喷射与主喷射之间的间隔被设定为在气缸中在周向上小 于36度(曲轴角度为18度)，则可以防止在预喷射中喷射出的燃料与在主喷射中喷射出 的燃料重叠。
这样，通过防止在预喷射中喷射出的燃料与在主喷射中喷射出的燃料重叠，可 以使得在预喷射中喷射出的大部分燃料有助于在气缸中进行预加热(即，使得预喷射为 预加热项)。这使得通过充分地利用在预喷射中喷射出的燃料的燃烧所产生的热量，能够 开始在主喷射中喷射出的燃料的燃烧。
下面对燃料喷射正时进行更具体的描述。
图6示出了分析对于多个燃料喷射量(A至D)的预喷射执行正时与在预喷射执 行正时气缸中产生的热量之间的关系的结果。例如，A为0.7mm3的燃料喷射量，B为 1.5mm3的燃料喷射量，C为3.0mm3的燃料喷射量，并且D为6.0mm3的燃料喷射量。 图6中的点划线示出了在1.5mm3的燃料量完全燃烧的情况下的热量水平。例如，在图6 中，点X表示当在活塞13在压缩上止点之前(BTDC) 15度时的正时执行预喷射并且燃14料喷射量为1.5mm3时，发热量为X1[J]。而且，图6中的点Y表示当在活塞13在压 缩上止点之前(BTDC) 7度时的正时执行预喷射并且燃料喷射量为3.0mm3时，发热量为 Y1[J]。此外，图6中的点Z表示当在活塞13位于压缩上止点(TDC)时的正时执行预 喷射并且燃料喷射量为6.0mm3时，发热量为Z1[J]。
通过该附图应当理解的是，即使在燃料喷射量相同时，预喷射喷射正时越靠近 活塞13的压缩上止点(TDC)，发热量越大。这是因为随着预喷射喷射正时远离活塞13 的压缩上止点(TDC)而提前，在预喷射中喷射非常少量的燃料，同时燃烧室的内部容积 大(同时活塞13位于低位)，之后，甚至在活塞13到达压缩上止点的附近并且气缸中的 温度上升(温度的上升是由于进气的压缩)时，由于燃料已经在燃烧室3中的广阔范围内 扩散并且混合气已经变稀，因此不可能点火。特别地，如果在处于活塞13的压缩上止 点之前(BTDC) 18度的提前侧的角度的正时执行预喷射，则混合气的稀化迅速地进行， 并且如果在处于活塞13的压缩上止点之前(BTDC) 30度的提前侧的角度的正时执行预喷 射，则点火变得不可能，而与燃料喷射量无关。
相应地，如果在活塞13已经到达压缩上止点的附近并且气缸中的温度已经上升 的环境下执行预喷射，则局部具有高浓度的混合气被暴露在高温环境下并且燃烧开始， 因此即使在燃料喷射量相同时，预喷射喷射正时越靠近活塞13的压缩上止点(TDC)，发 热量越大。
然而，即使在活塞13的压缩上止点(TDC)的附近执行预喷射，喷射出的燃料量 的仅大约50%能够实际上有助于发热量。例如，在活塞13的压缩上止点(TDC)的正时 喷射3.0mm3的燃料的预喷射的情况下，发热量相当于在1.5mm3的燃料已经完全燃烧的情 况下的热量水平(参见图6)。
由此，为了增加预喷射中的发热量，尽管可以增加预喷射中的燃料喷射量，但 是这引起了降低燃料效率和产生反向转矩的顾虑。
鉴于此，在本实施例中，设定预喷射的燃料喷射正时使得由于在预喷射中喷射 出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时与活塞13到达压缩上止点时的正时基本相 同，其结果是，通过充分地利用在预喷射中喷射出的燃料，产生了所需且足够的热量， 此外，所述预喷射几乎没有产生反向转矩。换句话说，这能够通过充分地利用由于在预 喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热量，来开始在主喷射中喷射出的燃料的燃烧。例 如，将预喷射的燃料喷射正时设定为在活塞13的压缩上止点之前(BTDC)7度的正时，结 果，由于在预喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时与活塞13到达压 缩上止点时的正时基本相同。
为了在所述正时执行预喷射，预先通过试验等将发动机转数、加速器开度(发 动机负荷)、冷却液温度等设定为参数，产生预喷射执行正时的设定表，并且将该设定表 存储在上述ROM 102中，在所述预喷射执行正时，由于在预喷射中喷射出的燃料的燃烧 引起的最大发热率的正时与活塞13到达压缩上止点时的正时基本相同。然后，在执行预 喷射的情况下，参考所述设定表，设定其中示出的执行正时，并且执行预喷射。结果， 由于在所述预喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时与活塞13到达压 缩上止点时的正时基本相同。应当注意到的是，获得设定表，使得随着发动机转数增 加，随着加速器开度增加，而且随着冷却液温度降低，预喷射执行正时被调节为更靠提前侧的角度。由所述设定表获得的参数与预喷射执行正时之间的关系不局限于此。
同样地，预先通过试验等将发动机转数、加速器开度(发动机负荷)、冷却液温 度、预喷射中的燃料喷射量等设定为参数，产生主喷射执行正时的设定表，并且将该设 定表存储在上述ROM 102中，在所述主喷射执行正时，在主喷射中喷射出的燃料的燃烧 的开始正时与活塞13到达压缩上止点时的正时基本相同。然后，在执行主喷射的情况 下，参考所述设定表，设定其中示出的执行正时，并且执行主喷射。结果，在主喷射中 喷射出的燃料的燃烧的开始正时与活塞13到达压缩上止点时的正时基本相同。应当注意 到的是，获得设定表，使得随着发动机转数增加，随着加速器开度增加，随着冷却液 温度降低，而且随着预喷射中的燃料喷射量减少，主喷射执行正时被调节为更靠提前侧 的角度。由所述设定表获得的参数与主喷射执行正时之间的关系不局限于此。
除上述高效率燃料喷射控制操作以外，本实施例中的预喷射和主喷射的另一种 喷射形式为如下形式其中，在主喷射中喷射出的燃料的燃烧的开始正时被设定为晚于 (处于延迟侧的角度)由于在预喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正 时。在下文中，这种预喷射和主喷射的喷射形式的燃料喷射控制被称为废气排放优先燃 料喷射控制操作。图7示出了在执行所述废气排放优先燃料喷射控制操作期间的发热率 波形以及预喷射和主喷射的燃料喷射模式的示例。
图5(在高效率燃料喷射控制操作中的发热率波形)与图7 (在废气排放优先燃料 喷射控制操作中的发热率波形)的比较示出如上所述，在高效率燃料喷射控制操作中 预喷射的发热率波形和主喷射的发热率波形形成包络线(包络线燃烧方式)。相比之下， 在废气排放优先燃料喷射控制操作中预喷射的发热率波形和主喷射的发热率波形形成独 立波形(独立燃烧方式)。
在本实施例中，根据发动机1的运转状态来切换根据用于执行上述高效率燃 料喷射控制操作的喷射模式来执行预喷射和主喷射的情况，和根据用于执行上述废气排 放优先燃料喷射控制操作的喷射模式来执行预喷射和主喷射的情况。
例如，在废气排放不恶化的发动机1的运转范围内(例如，在低负荷下或中负 荷运转范围内)，进行高效率燃料喷射控制操作，其中，由于在预喷射中喷射出的燃料的 燃烧引起的发热率为最大时的正时、在主喷射中喷射出的燃料的燃烧的开始正时以及活 塞13到达压缩上止点时的正时被设定为基本相同。另一方面，在存在关于废气排放恶 化(例如，NOx生成量的增加)的顾虑的发动机1的运转范围(例如，高负荷运转范围) 内，或者在废气排放实际上已经恶化的情形下，进行废气排放优先燃料喷射控制操作， 其中，将在主喷射中喷射出的燃料的燃烧的开始正时设定为晚于由于在预喷射中喷射出 的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时(设定为在活塞13已经到达压缩上止点之后 的正时)。如图7所示，作为使燃料喷射正时朝向延迟侧的角度(与进行高效率燃料喷射 控制操作相比更靠延迟侧的角度)移动的结果，通过降低燃烧温度抑制了 NOx生成量。
这样，根据发动机1的运转状态来切换高效率燃料喷射控制操作和废气排放优 先燃料喷射控制操作不仅能够防止废气排放的恶化，而且能够实现高燃料效率。
如上所述，在本实施例中，可以将预喷射和主喷射的喷射形式设定为一系列控 制处理，并且新颖的控制规则的构造能够固定喷射中的参数并且实现唯一地确定预喷射 和主喷射的喷射模式的综合控制。而且，根据所述控制处理来执行预喷射和主喷射能够获得高效率燃烧形式，同时改善燃料燃烧率。
应当注意到的是，尽管在上述废气排放优先燃料喷射控制操作中预喷射和主喷 射的喷射正时均被设定为与在上述高效率燃料喷射控制操作中预喷射和主喷射的喷射正 时相比更靠延迟侧的角度，但是可以仅将主喷射的喷射正时设定为更靠延迟侧的角度。 换句话说，将在废气排放优先燃料喷射控制操作中预喷射的喷射正时设定为与在高效率 燃料喷射控制操作中预喷射的喷射正时相同，并且将由于在预喷射中喷射出的燃料的燃 烧引起的发热率为最大时的正时设定为与活塞13到达压缩上止点时的正时基本相同。
作为上述用于设定预喷射的喷射正时的技术思想，当进行废气排放优先燃料喷 射控制操作时，如果期望通过预喷射来获得充分的预加热效果(例如，当内燃机冷时)， 则使得由于在预喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时与活塞13到达 压缩上止点时的正时基本相同。另一方面，如果期望可靠地避免上述反向转矩的产生， 则将由于在预喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时设定为晚于活塞 13到达压缩上止点时的正时。应当注意到的是，由于在这种情况下的预喷射的喷射正时 并非被限定为切换两个正时(将预喷射中最大发热率的正时设定为TDC或ATDC)，因此 可以根据所需预加热量等来切换多个水平。
-改进例_
下面对改进例进行描述。上述实施例描述了仅执行一次在主喷射之前进行的预 喷射的情况(参见图幻。在本改进例中，执行两次所述预喷射。一个示例是在气缸中要 求大的预加热量的情况下执行的燃料喷射模式。其它构造和燃料喷射操作与在上述实施 例中相同，因此下面仅描述与上述实施例的不同点。
图8示出了在本改进例中在执行高效率燃料喷射控制操作时的预喷射和主喷射 的喷射模式。
在图8所示的燃料喷射模式中，以与在上述实施例中的预喷射相同的方式来执 行第二次预喷射(紧接在主喷射之前执行的预喷射)。换句话说，由于在所述第二次预喷 射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时与活塞13到达压缩上止点时的正 时基本相同。
-其它实施例_
上述实施例和改进例描述了本发明被应用于安装在汽车中的直列四汽缸柴油发 动机的示例。然而，本发明不局限于用在汽车中，而是还能够应用于为其它目的而使用 的发动机。而且，对气缸的数量或发动机形式(直列发动机、V型发动机等)没有特定 的限制。
而且，在上述实施例中，尽管歧管式催化转化器77包括NSR催化剂75以及 DPNR催化剂76，但是歧管式催化转化器77也可以包括NSR催化剂75以及DPF (柴油机微粒滤清器)。
此外，在上述实施例和改进例中，根据发动机1的运转状态来切换高效率燃料 喷射控制操作和废气排放优先燃料喷射控制操作。本发明的技术思想不局限于此，而是 还包括仅执行高效率燃料喷射控制操作的情况。
应当注意到的是，如以下在说明书中所示，一些符号被描述为字母符号。各个 字母符号“alpha”、“beta”、“delta”、“eta”以及“乘”对应于相应的符号。
“ α ”、 “ β ”、 “ Δ ”、 “ η ” 以及 ‘‘ · ”。
本发明能够在不背离本发明的精神或主要特性的情况下以各种其它形式来执 行。因此上述实施例和改进例仅是各方面的示例，并且不应当以限制性方式来解释。本 发明的范围在权利要求中进行限定，并且不应当以任何方式局限于说明书的主体部分。 此外，本发明涵盖了存在于等同于权利要求的范围内的所有变化和改进。
工业实用性
本发明的内燃机的燃料喷射控制装置的有益效果在于，为能够在主喷射之前进 行副喷射的压缩自燃式内燃机提供了一种能够使主喷射和副喷射的喷射形式最优化的系 统化燃料喷射控制技术。
如上所述，尽管本发明可应用于安装在汽车中的直列四气缸柴油发动机，但是 本发明不局限于汽车用途。本发明还能够应用于为其它目的而使用的发动机。而且，除 根据发动机的运转状态来切换高效率燃料喷射控制操作和废气排放优先燃料喷射控制操 作的情况以外，本发明还能够被用于仅执行高效率燃料喷射控制操作的情况。
附图标记列表
1发动机(内燃机)
12缸膛
13活塞
23喷射器(燃料喷射阀)
权利要求
1.一种压缩自燃式内燃机的燃料喷射控制装置，在所述压缩自燃式内燃机中，作为 从燃料喷射阀进行燃料喷射的操作，至少能够进行主喷射和在所述主喷射之前进行的副 喷射，所述燃料喷射控制装置包括燃料喷射控制器件，其用于执行高效率燃料喷射控制操作，所述高效率燃料喷射控 制操作用于控制所述主喷射和所述副喷射的喷射正时和喷射量，使得由于在所述副喷射 中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率为最大时的正时、在所述主喷射中喷射出的燃料的 燃烧的开始正时以及在气缸中往复运动的活塞到达压缩上止点时的正时基本相同。
2.根据权利要求1所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其中，所述燃料喷射控制器件还用于执行废气排放优先燃料喷射控制操作，所述废 气排放优先燃料喷射控制操作用于将在所述主喷射中喷射出的燃料的燃烧的所述开始正 时设定为迟于由于在所述副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的所述发热率为最大时的所 述正时，并且所述燃料喷射控制器件根据所述内燃机的运转状态来切换所述高效率燃料 喷射控制操作和所述废气排放优先燃料喷射控制操作。
3.根据权利要求2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其中，在执行所述废气排放优先燃料喷射控制操作的情况下，所述燃料喷射控制器 件根据所述内燃机的运转状态来切换将由于在所述副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起 的所述发热率为最大时的所述正时设定为与所述活塞到达压缩上止点时的所述正时基本 相同的情况，和将由于在所述副喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的所述发热率为最大时 的所述正时设定为迟于所述活塞到达压缩上止点时的所述正时的情况。
全文摘要
本发明的内燃机的燃料喷射控制装置对共轨式柴油发动机进行控制，使得在活塞到达压缩上止点时的正时，由于在预喷射中喷射出的燃料的燃烧引起的发热率基本为最大，还使得在主喷射中喷射出的燃料的燃烧在所述正时的附近开始。结果，通过充分地利用由于预喷射引起的发热率来开始在主喷射中喷射出的燃料的燃烧。而且，这避免了反向转矩的产生，而且确保了使得由在主喷射中喷射出的燃料的燃烧而产生的转矩的量最大化。
文档编号F02D41/40GK102027222SQ20098011681
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年5月16日
发明者滩光博 申请人:丰田自动车株式会社