专利名称：具有涡轮增压器的车载柴油发动机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及具有涡轮增压器的车载柴油发动机，特别是涉及在该柴油发动机中的燃料喷射的控制。
背景技术：
在车载柴油发动机中，为了例如减少排气中包含的NOx和黑烟、减少噪声或振动， 并改善燃料消耗和扭矩，在发动机的一次循环中在每个汽缸中执行超过一次的燃料喷射。 例如，JP2009-293383A公开的具有涡轮增压器的柴油发动机执行五次燃料喷射用于产生扭矩的主喷射、在主喷射之前执行以预加热汽缸的先导喷射(pilot injection)、在先导喷射和主喷射之间执行以抑制主喷射喷射的燃料的点火延迟的预喷射(pre-injection)、在主喷射之后执行以提高排气温度的后喷射(after injection)、及在后喷射之后通过直接将燃料引入排气系统以提高催化剂温度的后期喷射(post injection)。同时，在柴油发动机中，特别是在低发动机转速范围中在部分负荷范围内(在此， 当发动机的工作范围划分为分别是高负荷、中负荷、低负荷的三个范围时，部分负荷范围确定为具有中负荷的范围，当发动机的工作范围划分为分别是低发动机转速范围和高发动机转速范围的两个范围时，确定低发动机转速范围)执行再循环燃烧气体的EGR (排气再循环) 以便减少NOx的排放量。然而，在引进大量EGR气体的工作范围内，在汽缸内的空气的量减少，从而不利于减少黑烟排放。在这种情况下，如在JP2009-293383A中公开，在主喷射之前执行两次前阶段喷射，如先导喷射和预喷射，增加燃料的预混合比，有利于减少黑烟。对于涡轮增压发动机，在负荷高于引进大量EGR气体的工作范围的这样的发动机工作范围内，涡轮增压量和燃料喷射量随着负荷增加而增加，因此，改善汽缸中的可燃性。 因此，在可燃性改善的相对高负荷范围中，执行两次前阶段喷射将在主喷射产生的主燃烧之前的预燃烧中的热释放率(dQ/de)增加到较高。因此，在预燃烧和主燃烧中产生热释放率的两次高峰，从而在燃烧中的低频燃烧噪声彼此重叠变大，并造成NVH(噪声，振动和声振粗糙度)性能劣化的问题。特别是因为在低发动机转速范围内的部分负荷范围比较频繁使用，NVH性能的劣化容易成为问题。
发明内容
本发明基于上述情形产生，本发明的目的在于提供具有涡轮增压器的车载柴油发动机，该车载柴油发动机在引进EGR气体到汽缸中的特定的工作范围内能够减少黑烟的排放量并改善NVH性能。根据本发明的一个方面提供一种具有涡轮增压器的车载柴油发动机，该车载柴油发动机包括具有涡轮增压器的发动机本体，该发动机本体安装在汽车中并供给有包含柴油燃料作为其主要成分的燃料、设置在发动机本体中朝向发动机本体的汽缸并直接喷射燃料到汽缸中的燃料喷射阀、控制通过燃料喷射阀喷射燃料到汽缸中的模式的喷射控制模块、 及调节引进到汽缸中的EGR气体的量的EGR量控制模块。当发动机本体至少在低转速和部分负荷的预定工作范围内时，EGR量控制模块引进EGR气体到汽缸中，喷射控制模块执行在压缩行程中的上止点或压缩行程中的上止点附近喷射燃料的主喷射以产生主要包括扩散燃烧的主燃烧，并执行在主喷射之前喷射燃料的前阶段喷射。在预定工作范围内负荷相对较低的范围内，喷射控制模块还切换到第一喷射模式，在第一喷射模式中执行相对于主喷射的燃料喷射量具有预定喷射比的前阶段喷射，及在预定工作范围负荷相对较高的范围内，喷射控制模块切换到第二喷射模式，在第二喷射模式中前阶段喷射的喷射比减少到低于在第一喷射模式中的前阶段喷射的喷射比，以及执行在主喷射之后喷射燃料以延长主燃烧的后阶段喷射。后阶段喷射在喷射的燃料到达插入到汽缸中的活塞的顶面形成的腔外部的正时被部分地执行。如上所述，当发动机本体至少在低转速和部分负荷(特别是中负荷)的预定工作范围内时，EGR量控制模块引进EGR气体到汽缸中，从而不利于抑制黑烟的产生。因此，在预定工作范围内发动机负荷相对较低的范围内，喷射控制模块通过在主喷射之前喷射燃料的前阶段喷射喷射相对于主喷射的燃料喷射量具有预定喷射比的燃料，其中主喷射是在压缩行程中的上止点附近喷射燃料，即，在压缩行程中通过前阶段喷射喷射燃料(第一喷射模式)。 通过增加前阶段喷射喷射的燃料量，燃料的预混合水平增加，从而有利于抑制黑烟的产生。另一方面，在预定工作范围内发动机负荷相对较高的范围内，相比较于发动机负荷相对较低的范围，涡轮增压器的涡轮增压量和总燃料喷射量增加。从而，类似于在发动机负荷相对较低的范围内的第一喷射模式，通过执行具有较大喷射量的前阶段喷射，在主燃烧之前产生的预燃烧中的热释放率过多增加，NVH性能会劣化。因此在发动机负荷相对较高的范围内，喷射控制模块将第二喷射模式中的前阶段喷射对主喷射的喷射比降低到低于在第一喷射模式中的喷射比。喷射比的降低有利于改善NVH性能。然而，虽然NVH性能改善，但是因为特别是主喷射的燃料喷射量增加，预混合比减少，另一方面，响应于在发动机负荷相对较高的范围内发动机负荷的增加，如上所述前阶段喷射的燃料喷射量降低。从而会容易产生黑烟，因此，在第二喷射模式中执行在主喷射之后喷射燃料的后阶段喷射。在某个正时执行后阶段喷射以延长主燃烧，以及在喷射的燃料到达插入到汽缸中的活塞的顶面中形成的腔的外部的正时部分执行后阶段喷射。从而，抑制在主燃烧中的热释放率的峰值之后在膨胀行程中汽缸中的温度降低，并且汽缸中的温度保持较高。换言之，延长保持在燃烧行程中的后期的0-T区域图(0=局部当量比，T=局部温度)的OH区域中的时期以利用腔外部的空气促进黑烟的氧化。从而尽可能多地减少黑烟的排放。因此，在通过EGR量控制模块引进EGR气体到汽缸中的预定工作范围内，通过根据发动机本体的负荷水平在第一喷射模式和第二喷射模式之间切换，能够实现黑烟排放的抑制和NVH性能的改善。根据本发明的发明人的发现，在配置为具有较低的几何压缩比以便例如改善热效率的发动机本体中，在低转速和部分负荷的工作范围内发动机负荷相对较低的范围内可燃性降低。在此，在第一喷射模式中，特别是多次执行相对于主喷射的燃料喷射量具有预定喷射比的前阶段喷射，产生在压缩行程中的上止点之前的预定正时具有合适热释放率的预燃烧(前阶段燃烧)，有利于缩短通过主喷射喷射的燃料的点火延迟。即在具有低压缩比的发动机本体中执行具有预定喷射比的前阶段喷射减少主喷射导致的主燃烧中的热释放率的增加，并减少燃烧噪声。另一方面，在发动机负荷相对较高的范围内，因为涡轮增压量和燃料喷射量增加导致可燃性改善，即使在第二喷射模式中前阶段喷射的喷射比减少时，仍在压缩行程中的上止点之前的预定正时产生具有合适的热释放率的预燃烧，并可以缩短通过主喷射喷射的燃料的点火延迟。即，燃烧噪声不会变大。第一喷射模式可以包括多次前阶段喷射，第二喷射模式包括比第一喷射模式中次数少的前阶段喷射。如上所述，多次前阶段喷射造成在压缩行程中的上止点之前的预定正时具有合适热释放率的预燃烧，从而有利于缩短通过主喷射喷射的燃料的点火延迟。当发动机本体的工作范围可以分为低转速范围和高转速范围时，预定工作范围可以是在低转速范围内的相对较高的转速范围。预定工作范围可以重新表述为发动机转速高于发动机怠速预定值的范围和执行涡轮增压超过预定量的范围。即，在执行涡轮增压超过预定量的范围内，可以执行在第一喷射模式和第二喷射模式之间的上述切换。在第一喷射模式中，喷射控制模块可以在喷射的燃料的至少一部分到达腔中的正时执行后阶段喷射，在第二喷射模式中，喷射控制模块可以在喷射的燃料的至少一部分到达腔中的正时和喷射的燃料到达活塞的腔的外部的正时执行两次后阶段喷射。对于后阶段喷射，在喷射的燃料的至少一部分到达腔中的正时执行燃料喷射意味着在主喷射之后的较早正时执行燃料喷射。因此，在上述正时喷射燃料促进主燃烧，并缩短后燃烧时期，因为在主燃烧中额外地喷射燃料。因此，在上述正时喷射燃料减少了排气损耗，并改善热效率，进一步有利于改善扭矩和燃料消耗。对于后阶段喷射，如上所述在喷射的燃料到达活塞的腔的外部的正时执行燃料喷射，通过利用腔外部的空气促进黑烟的氧化并有利于降低黑烟的排放，同时保持在膨胀行程中汽缸中的温度较高。因此，在预定工作范围内发动机负荷相对较低的范围内，执行前阶段喷射多次增加燃料的预混合比，有利于减少黑烟的产生，并进一步在较早的正时执行一次后阶段喷射有利于改善扭矩和燃料消耗(即，第一喷射模式)。另一方面，在预定工作范围内发动机负荷相对较高的范围内，减少前阶段喷射的次数避免过多的前阶段燃烧，有利于改善NVH性能， 并进一步在较早的正时和后阶段正时执行两次后阶段喷射改善扭矩和燃料消耗，并有利于减少黑烟的排放(即，第二喷射模式)。特别地，虽然执行在主燃烧中额外喷射燃料的后阶段喷射不利于抑制黑烟的产生，因为在发动机负荷相对较高的范围内燃料喷射量增加，通过结合在后阶段正时执行的后阶段喷射，可以尽可能多地减少黑烟的排放。在第二喷射模式中执行主喷射的正时可以早于在第一喷射模式中的该正时。当发动机本体在相对较高负荷状态时，主喷射的正时设定得较早有利于改善扭矩。另一方面，主喷射的正时设定得较早缩短点火延迟，不利于抑制黑烟的产生；然而，通过在第二喷射模式中执行主喷射之后的后阶段喷射，可以尽可能多地减少黑烟的排放。在相比较于预定工作范围负荷较高的工作范围内，EGR量控制模块可以停止引进 EGR气体到汽缸中，喷射控制模块可以将前阶段喷射的喷射比减少到低于在第二喷射模式中的喷射比。在工作范围内发动机负荷相对较高的范围内，由于涡轮增压器的涡轮增压量增加和停止EGR气体的引进的结合，增加了在汽缸中的新鲜空气的量。新鲜空气量的增加有利于产生高扭矩。此外，在该工作范围内，在压缩行程中上止点附近汽缸内的温度和压力增加，燃料的可燃性改善。因此，不要求具有较大功率的预燃烧，可以将前阶段喷射的喷射比减少到低于在第二喷射模式中的喷射比。在相比较于预定工作范围负荷较高的工作范围内，喷射控制模块可以将前阶段喷射的次数减少到少于在第二喷射模式中的次数。或者，通过减少喷射次数减少主喷射的喷射比。根据本发明的另一方面，提供一种控制具有涡轮增压器的车载柴油发动机的方法，其中该发动机供给有包含柴油燃料作为其主要成分的燃料。该方法包括，当发动机在低转速和部分负荷的预定工作范围内负荷相对较低的范围内时，切换到第一喷射模式，第一喷射模式包括引进EGR气体到发动机的汽缸中，执行在压缩行程中的上止点或压缩行程中的上止点附近喷射燃料的主喷射以产生主要包括扩散燃烧的主燃烧，及执行根据相对于主喷射的燃料喷射量的预定喷射比在主喷射之前喷射燃料的前阶段喷射，当发动机在预定工作范围内负荷相对较高的范围内时，切换到第二喷射模式，第二喷射模式包括引进EGR气体到发动机的汽缸中并执行主喷射，具有低于在第一喷射模式中的喷射比的前阶段喷射，在主喷射之后喷射燃料以延长主燃烧的后阶段喷射， 在喷射的燃料到达在活塞的顶面中形成的腔外部的正时部分地执行后阶段喷射。
图1是示出根据一个实施例的柴油发动机的结构的示意图； 图2是与柴油发动机的控制相关的框图3是示出根据柴油发动机状况的喷射器的燃料喷射模式的区域图(map)的示例； 图4是曲线图，其中(a)图是示出在图3的区域图中的工作范围A内的燃料喷射模式的示例的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围A内的燃料喷射模式的热释放率的历史的示例的曲线图5是曲线图，其中(a)图是示出在图3的区域图中的工作范围B内的燃料喷射模式的示例的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围B内的燃料喷射模式的热释放率的历史的示例的曲线图6是曲线图，其中(a)图是示出在图3的区域图中的工作范围C内的燃料喷射模式的示例的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围C内的燃料喷射模式的热释放率的历史的示例的曲线图7是曲线图，其中(a)图是示出在图3的区域图中的工作范围D内的燃料喷射模式的示例的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围D内的燃料喷射模式的热释放率的历史的示例的曲线图8是曲线图，其中(a)图是示出在图3的区域图中的工作范围E内的燃料喷射模式的示例的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围E内的燃料喷射模式的热释放率的历史的示例的曲线图9是曲线图，其中(a)图是示出在图3的区域图中的工作范围F内的燃料喷射模式的示例的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围F内的燃料喷射模式的热释放率的历史的示例的曲线图10是曲线图，其中(a)图是示出在图3的区域图中的工作范围G内的燃料喷射模式的示例的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围G内的燃料喷射模式的热释放率的历史的示例的曲线图11是曲线图，其中(a)图是示出在图3的区域图中的工作范围H内的燃料喷射模式的示例的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围H内的燃料喷射模式的热释放率的历史的示例的曲线图12是0-T区域图的示例；
图13中图3的区域图中的工作范围F和工作范围G之间的汽缸内部压力中的变化的比较示例的视图14是示出根据第二实施例的喷射器的燃料喷射模式的区域图； 图15是示出在图14的区域图中的工作范围a内的燃料喷射模式的示例的曲线图； 图16是示出在图14的区域图中的工作范围al内的燃料喷射模式的示例的曲线图； 图17是示出在图14的区域图中的工作范围b内的燃料喷射模式的示例的曲线图； 图18是示出在图14的区域图中的工作范围c内的燃料喷射模式的示例的曲线图； 图19是示出在图14的区域图中的工作范围d内的燃料喷射模式的示例的曲线图； 图20是示出在图14的区域图中的工作范围f内的燃料喷射模式的示例的曲线图； 图21是示出在图14的区域图中的工作范围h内的燃料喷射模式的示例的曲线图； 图22是示出在图14的区域图中的工作范围bl内的燃料喷射模式的示例的曲线图； 图23是示出在图14的区域图中的工作范围cl内的燃料喷射模式的示例的曲线图； 图M是根据第二实施例当发动机在预热中的状态下时燃料喷射的区域图的示例； 图25是示出在图M的区域图中的工作范围a2内的燃料喷射模式的示例的曲线图。
具体实施例方式以下参考附图详细描述根据本发明的实施例的柴油发动机。注意，以下优选实施例的描述仅是示例。图1和2示出了该实施例的发动机1 (发动机本体)的示意结构。发动机1是安装到车辆并且供给有其中主要成分为柴油燃料的燃料的柴油发动机。柴油发动机包括具有多个汽缸Ila (仅示出了一个汽缸)的汽缸体11，设置在该汽缸体11上的汽缸盖 12，以及设置在该汽缸体11下方并在其中存储润滑油的油底壳13。在发动机1的汽缸Ila 内，往复式地插入活塞14，部分形成缩口型燃烧室14a的腔在各活塞14的顶面上形成。各活塞14通过连杆14b连接到曲轴15。在汽缸盖12中，对每个汽缸11a，形成进气道16和排气道17，并设有进气门21和排气门22，进气门21用于开启和关闭在燃烧室1 侧上的进气道16的开口，排气门22用于开启和关闭燃烧室Ha侧上的排气道17的开口。在用于操作进气门21和排气门22的发动机1的气门系统中，用于在正常模式与特殊模式之间切换排气门22的操作模式的液压驱动切换机构71 (参见图2，在下文中称为 VVM，可变气门装置(variable valve motion))设置在排气门侧。该VVM 71 (未示出其详细结构)包括两种彼此具有不同凸轮轮廓的凸轮，即具有一个凸轮尖的第一凸轮和具有两个凸轮尖的第二凸轮，以及用于选择性地将第一凸轮和第二凸轮中的任一个的操作状态传递至排气门22的空转机构。当空转机构将第一凸轮的操作状态传递至排气门22时，排气门22在正常模式中操作，且在排气行程中仅开启一次。另一方面，当空转机构将第二凸轮的操作状态传递至排气门22时，排气门22在特殊模式中操作，且在排气行程中开启并在进气行程中再次开启，即排气门开启两次。VVM 71中在正常模式与特殊模式之间的模式切换通过由发动机操作的液压泵(未图示)施加的液压执行。该特殊模式可用于与内部EGR相关的控制。应注意，可采用通过使用电磁驱动器操作排气门22的电磁操作气门系统在正常模式与特殊模式之间切换。此外， 内部EGR的执行不限于开启排气门22两次，且内部EGR的执行可经由通过开启进气门21 两次的内部EGR控制实现，或可经由通过在排气行程或进气行程期间关闭进气门21和排气门22两者设定负重叠期使燃烧气体保持在燃烧室内的内部EGR控制实现。应注意，主要是在燃料可燃性低的发动机1的冷状态下通过VVM 71控制内部EGR控制。用于喷射燃料的喷射器18和用于通过在发动机1处于冷状态下加热汽缸Ila中的进气以改善燃料可燃性的电热塞(glow plug)19设置在汽缸盖12内。喷射器18设置为使其燃料喷射口分别从燃烧室Ha的天花板表面面向燃烧室14a，且喷射器18通过主要在压缩行程中的上止点附近直接喷射燃料以将燃料供给至燃烧室14a。进气通道30连接到发动机1的侧面以便与汽缸Ila的进气道16连通。同时，用于从汽缸Ila的燃烧室Ha排出燃烧气体(即，排气)的排气通道40连接到发动机1的另一侧面。进气通道30和排气通道40中设置有用于对进气涡轮增压的大型涡轮增压器61和小型涡轮增压器62 (在下文中详述)。用于过滤进气的空气滤清器31设置在进气通道30的上游端部。均压箱(surge tank) 33设置在进气通道30的下游端附近。在均压箱33的下游侧的进气通道30的一部分分支为向各汽缸Ila延伸的独立通道，独立通道的下游端与汽缸Ila的进气道16连接。大型涡轮增压器61的压缩机61a，小型涡轮增压器62的压缩机62a，用于冷却由压缩机61a和6 压缩的空气的中间冷却器35，以及用于调节流入汽缸Ila的燃烧室1 的进气量的节流阀36，设置在空气滤清器31和均压箱33之间的进气通道30中。该节流阀 36基本上全开；然而，当发动机1停止时，该节流阀36全闭以防止爆震。排气通道40的上游侧的部分由排气歧管构成，该排气歧管具有向汽缸Ila分支且与排气道17的外端相连的独立通道以及这些独立通道集合在一起的集合部。在排气歧管下游的排气通道40的部分，从上游按此顺序设置有小型涡轮增压器 62的涡轮62b，大型涡轮增压器61的涡轮61b，用于清除排气中含有的有害成分的排气排放控制装置41，以及消声器42。该排气排放控制装置41包括氧化催化剂41a和柴油微粒过滤器41b (在下文中， 称为过滤器)，这些构件从上游按此顺序设置。该氧化催化剂41a和过滤器41b容纳在壳体中。该氧化催化剂41a具有承载例如钼或添加有钯的钼的氧化催化剂，并引起通过氧化排气中含有的CO和HC而产生(X)2和H2O的反应。该过滤器41b捕捉来自发动机1的排气中含有的微粒，例如黑烟。应注意，过滤器41b可涂有氧化催化剂。在均压箱33与节流阀36之间的进气通道30的部分(即小型涡轮增压器62的小型压缩机6 下游的部分)和在排气歧管与小型涡轮增压器62的小型涡轮62b之间的排气通道40的部分(即小型涡轮增压器62的小型涡轮62b上游的部分)，与排气再循环通道51连接用于将排气部分再循环至进气通道30。用于调节至进气通道30的排气的再循环量的排气再循环阀51a和用于通过发动机冷却剂冷却排气的EGR冷却器52设置在排气再循环通道51中。该大型涡轮增压器61具有设置在进气通道30中的大型压缩机61a和设置在排气通道40中的大型涡轮61b。该大型压缩机61a设置在空气滤清器31与中间冷却器35之间的进气通道30中。该大型涡轮61b设置在排气歧管与氧化催化剂41a之间的排气通道40 中。该小型涡轮增压器62具有设置在进气通道30中的小型压缩机6 和设置在排气通道40中的小型涡轮62b。该小型压缩机6 设置在大型压缩机61a下游的进气通道30 中。该小型涡轮62b设置在大型涡轮61b上游的排气通道40中。S卩，大型压缩机61a和小型压缩机6 从上游按此顺序串联设置在进气通道30 中，而小型涡轮62b和大型涡轮61b从上游按此顺序串联设置在排气通道40中。大型涡轮 61b和小型涡轮62b通过排气的流动旋转，且与大型涡轮61b和小型涡轮62b相连的大型压缩机61a和小型压缩机6 分别通过大型涡轮61b和小型涡轮62b的旋转驱动。小型涡轮增压器62相对较小而大型涡轮增压器61相对较大。因此大型涡轮增压器61的大型涡轮61b的惯性大于小型涡轮增压器62的小型涡轮62b的惯性。用于绕过小型压缩机62a的小型进气旁通道63与进气通道30相连。用于调节流入小型进气旁通道63的空气量的小型进气旁通阀63a设置在小型进气旁通道63中。该小型进气旁通阀63a在没有分配到电力时全闭(常闭)。用于绕过小型涡轮62b的小型排气旁通道64和用于绕过大型涡轮61b的大型排气旁通道65与排气通道40相连。用于调节流入小型排气旁通道64的排气量的调节阀6 设置在小型排气旁通道64中，且用于调节流入大型排气旁通道65的排气量的排气泄压阀 65a设置在大型排气旁通道65中。该调节阀6 和排气泄压阀6 在没有分配到电力时都全开(常开)。具有上述结构的柴油发动机1通过动力系控制模块10 (在下文中称为PCM)控制。 该PCM 10配置有CPU，存储器，计数器计时器组，接口以及具有用于与这些单元相连的路径的微处理器。PCM 10配置为控制装置。如图2所示，将来自用于检测发动机冷却剂温度的流体温度传感器SW1、连接到均压箱33用于检测供给至燃烧室1 的空气的压力的涡轮增压压力传感器SW2、用于检测进气温度的进气温度传感器SW3、用于检测曲轴15的转角的曲轴转角传感器SW4、用于检测相应于车辆加速踏板(未图示)角度的加速器开度的加速器位置传感器SW5、以及用于检测排气中的氧浓度的O2传感器SW6的检测信号输入PCM 10。PCM 10基于该检测信号执行各种计算以确定发动机1和车辆的状态，进而根据确定的状态输出控制信号至喷射器18、电热塞19、气门系统的VVM 71以及阀36、51a、63a、6^和6 的驱动器。因此，发动机1配置为具有几何压缩比在12 1至低于15 1的范围内的较低压缩比，从而改进了排气排放性能并提高了热效率。大型涡轮增压器61和小型涡轮增压器62 增加了发动机1的扭矩以补偿由低几何压缩比损失的动力。(发动机的燃烧控制说明)
在通过PCM 10进行的发动机1的基本控制中，目标扭矩(S卩，目标负荷)主要基于加速器开度确定，相应于目标扭矩的燃料喷射量和喷射正时通过控制喷射器18的驱动实现。此外，通过控制节流阀36和排气再循环阀51a的开启角度(S卩，外部EGR控制)以及控制VVM 71 (BP,内部EGR控制)控制至汽缸Ila的排气的再循环率。图3是示出根据预热后的状态下的发动机条件的喷射器18的燃料喷射模式的区域图。如图3所示，当发动机1在预热后的状态下时，根据发动机转速和发动机负荷(S卩，实际总喷射量)设定九个工作范围A至H (其中存在两个工作范围B)，并对各个工作范围设定燃烧模式。在此，如在图3中所示在发动机转速和负荷相对低的范围A、D及E内，通过控制排气再循环阀51a和节流阀36的开启角度引进较大量的外部EGR气体到汽缸Ila中以便改善排气排放性能(即，减少NOx)。因此，由于引进大量外部EGR气体并结合发动机1的上述低压缩比，特别在这些工作范围内在汽缸Ila中的燃料的可燃性低。在下文，参考图4至图11详细描述在工作范围内的燃料喷射模式。应注意当图4 至图11相互比较时，没有必要表示它们之间在燃料喷射量和热释放率中的相对差。在图4中，(a)图是示出在工作范围A内的燃料喷射模式的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围A内的燃料喷射模式的在汽缸Ila中的热释放率的历史的示例的曲线图。 工作范围A是低发动机转速和低发动机负荷的工作范围，包括怠速范围。在工作范围A内的燃料喷射模式中，在压缩行程中上止点之前执行两次具有较大喷射量的燃料喷射(即，预喷射)，其中两次喷射之间具有预定时间间隔，在压缩行程中的上止点之后执行具有较短脉冲宽度的主喷射，然后再次执行燃料喷射。即，在工作范围A内总共执行四次燃料喷射。在图5中，(a)图是示出在工作范围B内的燃料喷射模式的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围B内的燃料喷射模式的在汽缸Ila中的热释放率的历史的示例的曲线图。 工作范围B是相对于工作范围A发动机转速或发动机负荷较高的范围。在工作范围B内，在压缩行程中在上止点之前并较接近上止点的正时执行两次燃料喷射(即，预喷射)，其中两次燃料喷射具有较短的时间间隔，然后，在压缩行程中的上止点附近执行一次主喷射。即， 在工作范围B内总共执行三次燃料喷射。两次预喷射在压缩行程中的上止点之前的预定正时产生具有充足热释放率的预燃烧(即，前阶段燃烧)，从而改善了随后的主燃烧的稳定性， 并减缓了主燃烧中的热释放率的增加。避免热释放率的快速增加有利于降低燃烧噪声并改善NVH性能。在图6中，(a)图是示出在工作范围C内的燃料喷射模式的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围C内的燃料喷射模式的在汽缸Ila中的热释放率的历史的示例的曲线图。 工作范围C是相对于工作范围B发动机转速和发动机负荷较高的范围。在工作范围C内， 在压缩行程中执行一次燃料喷射(即，预喷射)，然后，在压缩行程中的上止点附近执行主喷射，即，总共执行两次燃料喷射。在工作范围C内，相比较于工作范围B，发动机转速和负荷较高，能够获得充足的涡轮增压量，且燃料喷射量增加。因此，在工作范围C内，相比较于工作范围B，汽缸中的温度升高并且改善了燃料的可燃性，因此，即使当预喷射的次数减少时， 仍可以在压缩行程中的上止点之前的预定正时产生类似于在工作范围B内的具有充足热释放率的预燃烧。即，在工作范围B和工作范围C内设定预喷射，特别是调节预喷射的次数以便其在图5和图6中的预燃烧的水平(即，热释放率)和峰值的位置是在实质上相同的位置。因此，在工作范围C内，有利于主燃烧的稳定，可以避免主燃烧的热释放率的快速增加，以便改善NVH性能。因此，燃料喷射的次数设定为随着发动机1的转速变高或发动机1上的负荷变高而减少，在工作范围B内的燃料喷射次数少于在工作范围A内的燃料喷射次数，进一步在工作范围C内的燃料喷射次数少于在工作范围B内的燃料喷射次数。燃料喷射的次数可以设定得较少，同时实现期望的燃烧模式，因为燃料喷射量随着发动机1的转速或负荷变高而增加，有利于点燃燃料。另一方面，通过提高燃料喷射精度减少燃料喷射次数有利于改善稳定性(robustness)。在图7中，(a)图是示出在工作范围D内的燃料喷射模式的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围D内的燃料喷射模式的在汽缸Ila中的热释放率的历史的示例的曲线图。 当发动机转速分成低发动机转速范围和高发动机转速范围时，工作范围D是在发动机转速较低的范围内相对高的发动机转速范围。虽然工作范围D仅是示例并且不限于此，其对应于例如约为1600至2200 rpm的发动机转速范围。此外，工作范围D在具有部分负荷(具体地，中负荷)的范围内。在工作范围D内，在压缩行程中执行两次燃料喷射。在两次喷射之间的第一燃料喷射是在距离压缩行程中的上止点相对较远的正时，换言之在较早的正时执行的先导喷射。另一方面，第二燃料喷射是在较接近压缩行程中的上止点的正时执行的预喷射。先导喷射通过改进燃料的预混合水平有利于抑制黑烟的产生。即，如上所述，在工作范围D内，引进大量的外部EGR气体，且因为相比较于工作范围E (在下文描述)，工作范围 D在低发动机负荷下，涡轮增压量较小，从而不利于抑制黑烟的产生。因此通过执行先导喷射能够有效抑制黑烟的产生。此外，如上所述，除了发动机1的几何压缩比设定得较低外，在工作范围D内，引进大量的外部EGR气体，且涡轮增压量较小，从而在工作范围D内的汽缸1 Ia中的燃料的可燃性较低。因此，先导喷射和预喷射的结合作为前阶段喷射可以产生在主燃烧之前的充足的预燃烧，缩短在压缩行程中的上止点附近通过主喷射喷射的燃料的点火延迟，并抑制热释放率的快速增加，进而该结合可以改善NVH性能。此外，在工作范围D内，在主喷射之后执行一次后阶段喷射(即，后喷射)。在主燃烧中执行后喷射，换言之，当通过主燃烧释放热量时执行后喷射，后喷射喷射的燃料的至少一部分到达在压缩行程中的上止点之后正下降的活塞14的腔中。优选地，后喷射喷射的燃料的大部分到达腔中。后喷射促进主燃烧并缩短后燃烧时期。即，在图7的(b)图中，实线表示的波形是在执行后喷射时的波形的示例，虚线表示的波形是在不执行后喷射时的波形的示例。后喷射不影响主燃烧的上升波形，并能缩短燃烧时期。因此，有利于改进扭矩，从而有利于改进燃料消耗。在图8中，(a)图是示出在工作范围E内的燃料喷射模式的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围E内的燃料喷射模式的在汽缸Ila中的热释放率的历史的示例的曲线图。 工作范围E是自图3中的工作范围D起并邻接于图3中的工作范围D的较高负荷范围。因此，当发动机转速分成低发动机转速范围和高发动机转速范围时，工作范围E是在发动机转速较低的范围内相对高的发动机转速范围，并且工作范围E对应于部分负荷(具体地，中负荷)的范围。在工作范围E内，在压缩行程中执行一次预喷射。因此，相比较于工作范围 D，在工作范围E内省略先导喷射并减少前阶段喷射的次数。然而，在工作范围E内前阶段喷射的喷射量对主喷射的喷射量的喷射比低于工作范围D内的喷射比，因为主喷射的喷射量随着发动机负荷的增加而增加。在工作范围E内，由于相对高的发动机负荷，涡轮增压量增加，燃料喷射量相对较大，相对于工作范围D燃料可燃性改善。前阶段喷射次数的减少避免由于过多的前阶段喷射导致预燃烧中的热释放率提前过多增加，有利于避免NVH性能的劣化。即，过多的前阶段喷射造成具有高热释放率峰值的预燃烧。因此，产生预燃烧的高峰值和主燃烧的峰值，从而特别是对低频燃烧噪声而言是不利的，如上所述，在工作范围E内省略先导喷射抑制预燃烧的峰值，并改善NVH性能。此外，在工作范围E内，在主喷射之后执行两次后喷射，即第一后喷射和第二后喷射。第一后喷射类似于在工作范围D内的后喷射在主喷射之后的较早的正时执行，第一后喷射喷射的燃料的至少一部分到达在压缩行程中的上止点之后正下降的活塞14的腔中。 优选地，第一后喷射喷射的燃料的大部分到达腔中。因此，如上所述，第一后喷射促进主燃烧并缩短燃烧时期(见图8的(b)图中的虚线)。第二后喷射在第一后喷射之后较晚的正时执行。即，第二后喷射在延长主燃烧的正时(对应于延迟极限正时)和喷射的燃料到达正下降的活塞14的腔的外部的正时(对应于提前极限正时)执行。第二后喷射具有延长主燃烧以便抑制汽缸Ila中的温度下降，并保持在膨胀行程中汽缸Ila中的温度较高的功能。从而促进在燃烧行程的后期中的黑烟的氧化。S卩，在工作范围E内，当发动机负荷高于工作范围D且燃料喷射量增加时，由于省略先导喷射容易产生黑烟。此外，当比较图7和图8时明显得出在工作范围E内的主喷射的正时设定得早于工作范围D内的主喷射正时以改进扭矩。因此，更不利于抑制黑烟的产生。此外，执行第一后喷射对抑制黑烟的产生也是不利的，因为在主燃烧时期额外地喷射燃料。另一方面，如上所述，第二后喷射延长主燃烧以便抑制汽缸Ila中的温度下降，并保持在膨胀行程中汽缸Ila的温度较高。换言之，在汽缸中的温度逐渐下降的燃烧行程后期第二后喷射延长了例如保持在图12中的0-T区域图的OH区域中的时期。此外，因为第二后喷射在喷射的燃料到达活塞的腔的外部的正时执行，利用腔外部的空气的比率增加。因此，保持汽缸Ila中的温度较高和增加腔外部的空气的利用率结合以促进燃烧期的后期的黑烟的氧化。因此，在其条件不利于抑制黑烟的产生的工作范围E内，可以尽可能地抑制黑烟的排放。在图9中，(a)图是示出在工作范围F内的燃料喷射模式的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围F内的燃料喷射模式的在汽缸Ila中的热释放率的历史的示例的曲线图。 工作范围F是在高发动机负荷范围(包括发动机全负荷)内相对低的发动机转速范围。在工作范围F内，燃料喷射(即预喷射)执行一次，主喷射被分割并被执行独立的两次。S卩，执行在压缩行程中的上止点附近的第一主喷射和随后的第二主喷射，从而在工作范围F内总共执行三次燃料喷射。在工作范围F内，尽管由于高发动机负荷燃料喷射量增加，但因为在大量燃料通过单次主喷射喷射发生热释放率快速增加的同时燃烧压力过多增加，这对燃烧噪声以及 NVH性能(特别是振动)不利。特别地，因为发动机1具有涡轮增压器并设计为在高发动机负荷范围内增加扭矩，NVH性能容易劣化。此外，因为在工作范围F内的发动机转速相对较低，该条件也对NVH性能不利。因此，通过将主喷射分割为多次喷射(在此为两次喷射)，减少每单次喷射的燃料喷射量。通过减少每单次喷射的燃料喷射量并执行通过预喷射产生的预燃烧，避免了热释放率的快速增加，并抑制了燃烧压力变得过高。因此，有利于改善NVH 性能。此外，分割主喷射相应地延长了主燃烧时期，因此有利于改进扭矩。如图9中的(b) 图所示，第一主喷射和第二主喷射的热释放率变得连续，并且它们的峰值连续排列以便实质上延长主燃烧时期。从而，在发动机负荷较高并且发动机转速相对较低的工作范围F内， 同时实现高扭矩的确保和NVH性能的改善。在图10中，(a)图是示出在工作范围G内的燃料喷射模式的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围G内的燃料喷射模式的在汽缸Ila中的热释放率的历史的示例的曲线图。 相比较于工作范围F，工作范围G是在更高发动机负荷(包发动机全负荷)中的高发动机转速范围。在工作范围G内，在压缩行程中执行一次燃料喷射(即先导喷射)，在压缩行程中的上止点附近执行一次主喷射，即总共执行两次燃料喷射。因为工作范围F具有较高的发动机负荷和发动机转速，燃料喷射量增加，从而工作范围F不利于抑制黑烟的产生。此外，因为例如在加速期间在工作范围F内容易发生涡轮增压延迟，工作范围F进一步不利于抑制黑烟的产生。因此，通过执行先导喷射作为前阶段喷射以便改善燃料的预混合水平，并有利于抑制黑烟的产生，通过将燃料喷射次数限制到两次(执行先导喷射和主喷射各一次)，以便充分确保主喷射的燃料喷射量，确保高扭矩。在此，虽然工作范围F和工作范围G是在发动机负荷较高的范围内，但它们的发动机转速彼此不同。如上所述，在发动机转速较低的工作范围F内需要进一步改善NVH性能。 对于这点，如下参考图13给出的说明。图13是比较在工作范围F和工作范围G之间的汽缸内部压力的变化的视图。如上所述，在工作范围G内的燃料喷射模式中，先导喷射和主喷射各执行一次(见图13的(b)图)，因此，如在图13中的(a)图中的虚线所示，在压缩行程中的上止点之后的点产生汽缸内部压力的较高峰值。这样的峰值的产生不利于NVH性能，特别是振动。另一方面，在工作范围F内的燃料喷射模式中，预喷射执行一次，主喷射被分割并执行独立的两次(见图13的(c)图)，因此，如在图13中的(a)图中的实线所示，不会产生明显的汽缸内部压力的峰值并且不存在与驱动波形(motoring waveform)的明显差别。因此特别有利于减少发动机1的振动以改进NVH性能。在图11中，(a)图是示出在工作范围H内的燃料喷射模式的曲线图，(b)图是示出对应于工作范围H内的燃料喷射模式的在汽缸Ila中的热释放率的历史的示例的曲线图。 工作范围H是在高发动机负荷范围(包括发动机全负荷)内发动机转速高于工作范围G的范围。在工作范围H内，在压缩行程中的上止点附近执行一次主喷射。即，增加发动机输出， 同时特别地改善稳定性以确保在工作范围H内的最高扭矩。应注意，上述工作范围的燃料喷射模式仅是示例，并不限于此。例如前阶段喷射的次数、后阶段喷射的次数、及主喷射的次数可以在合适的范围内变化。因此，在引进较大量的EGR气体到汽缸Ila中的工作范围D和工作范围E之间，通过在发动机负荷相对低的工作范围D内执行两次前阶段喷射(先导喷射和预喷射)，改善燃料的预混合水平并且有利于抑制黑烟的产生。另一方面，通过在发动机负荷相对高的工作范围E内省略先导喷射，从而可以避免产生过多的前阶段喷射和过多的预燃烧以改善NVH性能。虽然在工作范围E内黑烟容易产生，因为响应于发动机负荷的增加，主喷射喷射的燃料量增加，前阶段喷射喷射的燃料量减少，通过在延长主燃烧的正时和喷射的燃料到达在活塞14的顶面上形成的腔的外部的正时执行后阶段喷射(即，第二后喷射)，可以促进燃烧行程的后期中的黑烟的氧化并尽可能多地抑制黑烟的排放。如上所述，因为发动机1的几何压缩比设定得较低，且工作范围D和工作范围E是所谓的常规工作范围，因此在工作范围D和工作范围E内NVH性能很重要。在工作范围D 内，执行两次前阶段喷射(先导喷射和预喷射)在压缩行程中的上止点之前的预定正时产生具有合适热释放率的预燃烧，从而有利于缩短主喷射喷射的燃料的点火延迟。因此，减少通过主喷射产生的主燃烧的热释放率的增加，并改善NVH性能。在发动机负荷相对高的工作范围E内，由于涡轮增压量和燃料喷射量的增加改善了可燃性，即使当前阶段喷射的次数减少时，也可以在压缩行程中的上止点之前的预定正时产生具有合适的热释放率的预燃烧，并缩短主喷射喷射的燃料的点火延迟。即，NVH性能不会劣化。此外，在工作范围D和工作范围E内，通过在喷射的燃料的至少一部分到达腔内的正时执行燃料喷射作为后阶段喷射(即，第一后喷射)，缩短后燃烧时期，并改善扭矩和燃料消耗。此外，在工作范围E内，通过结合第一后喷射和第二后喷射，即使在由于第一后喷射导致的不利于抑制黑烟的产生的条件下，如上所述第二后喷射促进黑烟的氧化，并尽可能减少黑烟的排放。在工作范围E内的主喷射的正时设定得早于工作范围D内的主喷射的正时以便主要改善扭矩，从而在工作范围E内，缩短了点火延迟，但不利于抑制黑烟的产生。 然而，通过执行上述第二后喷射，在工作范围E内，可以尽可能多地减少的黑烟的排放。(第二实施例)
图14是示出根据第二实施例的喷射器18的燃料喷射模式的区域图。图14的区域图类似于图3的区域图对应于在预热后的状态下的发动机1。根据图14的区域图，预混合燃烧发生在发动机负荷和转速相对低的范围al内。此外，根据图14的区域图，在工作范围a、 工作范围al、工作范围d内引进EGR气体到汽缸11a。特别是在产生预混合燃烧的工作范围al内，执行内部EGR控制。在下文，参考图15至图23详细描述相应的工作范围的燃料喷射模式。图15示出在工作范围a内的燃料喷射模式。在工作范围a内，在压缩行程中执行两次预喷射，在压缩行程中的上止点附近执行主喷射。即，在工作范围a内总共执行三次燃料喷射。应注意可以在主喷射之后执行一次后喷射以便缩短主燃烧中的后燃烧时期。图16示出在工作范围al内的燃料喷射模式。在工作范围al内，如上所述产生预混合燃烧。因此，在压缩行程中执行多次燃料喷射(在图16中三次)，在燃料点火之前完成燃料喷射。在此，在多次燃料喷射中，在较早的正时喷射的燃料喷射量设定得相对较大，在较晚的正时喷射的燃料喷射量设定得相对较小，以便通过在尽可能早期喷射燃料改善燃料的预混合水平。在燃料与空气充分混合并燃烧的状态下喷射的燃料因此在压缩行程中的上止点附近自燃。在预混合的燃烧中，在燃料点燃之前能够产生燃料均勻混合的氛围，燃料量对空气量的比减少到较低，从而可以抑制燃料的不完全燃烧和黑烟的产生。预混合燃烧有利于燃料消耗和排放；然而，因为需要确保均勻分布燃料所要求的时间，当发动机负荷较低且发动机转速较低时利用预混合燃烧。应注意，当发动机怠速明显较低或发动机转速稍快， 发动机负荷明显较低时，不能确保预混合燃烧的稳定，从而在工作范围a内产生扩散燃烧。图17示出在工作范围b内的燃料喷射模式。工作范围b是对应于图3的区域图中的工作范围B (工作范围B处的发动机转速较高)的较高发动机转速范围。在工作范围b 内，在压缩行程中执行两次预喷射，在压缩行程中的上止点附近执行一次主喷射。两次预喷射在预定的正时产生具有充分热释放率的预燃烧，以便改善主燃烧的稳定性，并减少热释放率的增加。图18示出在工作范围c内的燃料喷射模式。工作范围c是对应于图3的区域图中的工作范围C、发动机负荷较高的工作范围B、和发动机全负荷范围的工作范围G的较高发动机负荷范围。在工作范围c内，在压缩行程中执行一次预喷射，在压缩行程中的上止点附近执行主喷射，从而，总共执行两次燃料喷射。因此，改善主燃烧的稳定性，避免热释放率的快速增加，从而有利于改善NVH性能。图19示出在工作范围d内的燃料喷射模式。当发动机转速分成两级低发动机转速范围和高发动机转速范围时，工作范围d是在低发动机转速范围内相对于工作范围al更高的发动机转速范围。工作范围d对应于图3的区域图中的工作范围D和工作范围E。在工作范围d内，在压缩行程中在较早的正时执行的先导喷射，在接近压缩行程中的上止点的正时执行的预喷射，各执行一次作为前阶段喷射，在压缩行程中的上止点附近执行主喷射，然后，在预定时间间隔执行后阶段喷射。先导喷射有利于抑制黑烟，先导喷射和预喷射的结合通过促使在主燃烧之前的预燃烧有利于改善NVH性能。后阶段喷射是对应于图8的燃料喷射模式中的第二后喷射的后续喷射。后续喷射具有延长主燃烧并抑制汽缸Ila中的温度降低以便保持在膨胀行程中汽缸Ila中的温度较高的功能，从而促进在燃烧行程后期中的黑烟的氧化。在此，当比较工作范围a和工作范围d时，工作范围d相对于工作范围a对应于发动机负荷较高的范围。相对于工作范围a内的燃料喷射模式，在工作范围a内不执行的后阶段喷射，可以在工作范围d内的燃料喷射模式中执行，同时相对于工作范围a内的喷射比， 可以减少工作范围d内的前阶段喷射对主喷射的燃料喷射比。具体地，当假设在工作范围a 内的总燃料喷射量是IOQ时，三次燃料喷射的燃料量的比按照喷射的顺序例如是2 2 6。因此，在工作范围a内的前阶段喷射对主喷射的喷射比为4/6(=2/3)。此外，当假设在工作范围d内的总燃料喷射量是30Q时，四次燃料喷射的燃料量按照喷射的顺序例如是5:1:21:3。 因此，在工作范围d内前阶段喷射对主喷射的喷射比为6/21。S卩，工作范围d的前阶段喷射的喷射比小于工作范围a的喷射比。此外，在工作范围d内，当减少前阶段喷射的喷射比时，增加后阶段喷射。因此，在执行EGR控制的工作范围内根据发动机负荷的水平改变燃料喷射模式，有利于实现黑烟排放的减少和NVH性能的改善。此外，当比较工作范围c和工作范围d时，工作范围c具有的发动机负荷高于工作范围d，并且在其中停止EGR控制，而在工作范围d中执行EGR控制。因此，在工作范围c内的燃料喷射模式中，相对于在工作范围d内的燃料喷射模式，通过减少前阶段喷射的次数减少前阶段喷射对主喷射的喷射比，因此，避免过多的预燃烧并改善NVH性能。图20示出在工作范围f内的燃料喷射模式。工作范围f对应于图3的区域图中的工作范围F。类似于工作范围F，在工作范围f内，执行一次预喷射，主喷射被分割并被执行独立的两次，即，总共执行三次燃料喷射。因此，有利于改善在高发动机负荷范围(包括全负荷)中的相对低发动机转速范围内的NVH性能。图21示出在工作范围h内的燃料喷射模式。工作范围h对应于图3的区域图中的工作范围H。类似于工作范围H，在工作范围h内，通过在压缩行程中的上止点附近执行单次主喷射，增加发动机输出，同时特别地改善稳定性以便确保最高扭矩。图22示出在工作范围bl内的燃料喷射模式。在工作范围bl内，在压缩行程中执行两次预喷射，在压缩行程中的上止点附近执行主喷射，在主喷射之后执行后阶段喷射， 即，总共执行四次燃料喷射。工作范围bl的燃料喷射模式对应于具有额外的后阶段喷射的工作范围b的燃料喷射模式(见图17)。在此，后阶段喷射不同于在图19的燃料喷射模式中并在较接近于主喷射的正时执行该后阶段喷射。在图22中的后阶段喷射对应于在图8 中的燃料喷射模式中的第一后喷射。即，缩短主燃烧的后燃烧时期以有利于改善燃料消耗。图23示出在工作范围Cl内的燃料喷射模式。在工作范围Cl内，在压缩行程中执行一次预喷射，在压缩行程中的上止点附近执行主喷射，在主喷射之后执行后阶段喷射， 即，总共执行三次燃料喷射。工作范围Cl的燃料喷射模式对应于具有额外后阶段喷射的工作范围c的燃料喷射模式(见图18)。工作范围Cl的燃料喷射模式也用于改善燃料消耗。图14是当发动机1在预热后的状态下的燃料喷射模式的区域图。图M是当发动机1在预热中的状态下的燃料喷射模式的区域图。当发动机1在预热中的状态下时，在汽缸Ila中的温度较低，并不能控制预混合燃烧的点火，从而去除预混合燃烧的工作范围。在图M的区域图中的工作范围b、C、d、bl及cl分别对应于在图14的区域图中的工作范围b、c、d、bl及Cl。彼此对应的工作范围的燃料喷射模式也相同(见图17、图18、 图19、图22及图23)。在图M的区域图中发动机负荷和发动机转速较低的工作范围a2内，如图25所示设定燃料喷射模式。在此，执行具有较大喷射量的先导喷射，执行两次预喷射，执行一次主喷射，即，总共执行四次燃料喷射。通过增加前阶段喷射的次数和前阶段喷射的喷射比，可以改善可燃性并改善耐失火性。应注意，在工作范围a2内，设定加速预热系统(AWS)范围。应理解，本文所述实施例是示例性的而非限制性的，本发明的范围由权利要求而非说明书限定，且落入权利要求的界限和范围内的所有变化或这些界限和范围的等价物应理解包含在权利要求内。
权利要求
1.一种具有涡轮增压器的车载柴油发动机，包括具有涡轮增压器的发动机本体，所述发动机本体安装在汽车中并供给有包含柴油燃料作为其主要成分的燃料；设置在所述发动机本体中朝向所述发动机本体的汽缸并直接喷射燃料到所述汽缸中的燃料喷射阀；控制通过所述燃料喷射阀喷射燃料到所述汽缸中的模式的喷射控制模块；及调节引进到所述汽缸中的EGR气体的量的EGR量控制模块；其中，当所述发动机本体至少在低转速和部分负荷的预定工作范围内时，所述EGR量控制模块引进EGR气体到所述汽缸中，所述喷射控制模块执行在压缩行程中的上止点或压缩行程中的上止点附近喷射燃料的主喷射以产生主要包括扩散燃烧的主燃烧，并执行在所述主喷射之前喷射燃料的前阶段喷射；在所述预定工作范围内负荷相对较低的范围内，所述喷射控制模块切换到第一喷射模式，在所述第一喷射模式中执行相对于所述主喷射的燃料喷射量具有预定喷射比的所述前阶段喷射，及在所述预定工作范围内负荷相对较高的范围内，所述喷射控制模块切换到第二喷射模式，在所述第二喷射模式中前阶段喷射的喷射比减少到低于在所述第一喷射模式中的前阶段喷射的喷射比，以及执行在所述主喷射之后喷射燃料以延长所述主燃烧的后阶段喷射；及所述后阶段喷射在所述喷射的燃料到达插入到所述汽缸中的活塞的顶面形成的腔外部的正时被部分地执行。
2.如权利要求1所述的柴油发动机，其特征在于，所述第一喷射模式包括多次前阶段喷射，所述第二喷射模式包括比所述第一喷射模式中次数少的前阶段喷射。
3.如权利要求1或2所述的柴油发动机，其特征在于，当所述发动机本体的工作范围分成低转速范围和高转速范围时，所述预定工作范围是在所述低转速范围内的相对较高的转速范围。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的柴油发动机，其特征在于，在所述第一喷射模式中，所述喷射控制模块在所述喷射的燃料的至少一部分到达所述腔内的正时执行所述后阶段喷射，在所述第二喷射模式中，所述喷射控制模块在所述喷射的燃料的至少一部分到达所述腔内的正时和所述喷射的燃料到达所述活塞的腔的外部的正时执行两次所述后阶段喷射。
5.如权利要求1至4中的任意一项所述的柴油发动机，其特征在于，在所述第二喷射模式中执行所述主喷射的正时早于在所述第一喷射模式中执行所述主喷射的正时。
6.如权利要求1至5中的任意一项所述的柴油发动机，其特征在于，在相比较于所述预定工作范围负荷更高的工作范围内，所述EGR量控制模块停止引进EGR气体到所述汽缸中，并且所述喷射控制模块将所述前阶段喷射的喷射比减少到低于在所述第二喷射模式中的前阶段喷射的喷射比。
7.如权利要求6所述的柴油发动机，其特征在于，在相比较于所述预定工作范围负荷更高的工作范围内，所述喷射控制模块将所述前阶段喷射的次数减少到少于在所述第二喷射模式中的前阶段喷射的次数。
8.—种控制具有涡轮增压器的车载柴油发动机的方法，所述发动机供给有包含柴油燃料作为其主要成分的燃料，包括当所述发动机在低转速和部分负荷的预定工作范围内负荷相对较低的范围内时，切换到第一喷射模式，所述第一喷射模式包括引进EGR气体到所述发动机的汽缸中，执行在压缩行程中的上止点或压缩行程中的上止点附近喷射燃料的主喷射以产生主要包括扩散燃烧的主燃烧，及执行根据相对于所述主喷射的燃料喷射量的预定喷射比在所述主喷射之前喷射所述燃料的前阶段喷射；当所述发动机在所述预定工作范围内负荷相对较高的范围内时，切换到第二喷射模式，所述第二喷射模式包括引进所述EGR气体到所述发动机的汽缸中，执行所述主喷射，并执行具有低于在所述第一喷射模式中的喷射比的前阶段喷射，以及在所述主喷射之后喷射燃料以延长所述主燃烧的后阶段喷射；及在所述喷射的燃料到达在活塞的顶面形成的腔的外部的正时部分地执行所述后阶段喷射。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一喷射模式包括多次前阶段喷射，所述第二喷射模式包括比所述第一喷射模式中次数少的前阶段喷射。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，当所述发动机本体的工作范围分成低转速范围和高转速范围时，所述预定工作范围是在所述低转速范围内的相对较高的转速范围。
11.如权利要求8至10中的任意一项所述的方法，其特征在于，在所述第一喷射模式中，喷射控制模块在所述喷射的燃料的至少一部分到达所述腔内的正时执行所述后阶段喷射，在所述第二喷射模式中，所述喷射控制模块在所述喷射的燃料的至少一部分到达腔内的正时和所述喷射的燃料到达所述活塞的腔的外部的正时执行两次所述后阶段喷射。
12.如权利要求8至11中的任意一项所述的方法，其特征在于，在所述第二喷射模式中执行所述主喷射的正时早于在所述第一喷射模式中执行所述主喷射的正时。
13.如权利要求8至12中的任意一项所述的方法，其特征在于，在相比较于所述预定工作范围负荷更高的工作范围内，停止引进EGR气体到所述汽缸中，并且所述前阶段喷射的喷射比减少到低于在所述第二喷射模式中的前阶段喷射的喷射比。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在相比较于所述预定工作范围负荷更高的工作范围内，所述前阶段喷射的次数减少到少于在所述第二喷射模式中的前阶段喷射的次数。
全文摘要
本发明涉及具有涡轮增压器的车载柴油发动机及其控制方法，该柴油发动机包括具有涡轮增压器的发动机本体，该发动机本体安装在汽车中并供给有包含柴油燃料作为其主要成分的燃料、设置在所述发动机本体中朝向所述发动机本体的汽缸并直接喷射燃料到所述汽缸中的燃料喷射阀、控制通过所述燃料喷射阀喷射燃料到所述汽缸中的模式的喷射控制模块、及调节引进到所述汽缸中的EGR气体的量的EGR量控制模块。基于发动机的转速-负荷状况调节EGR和燃料喷射。
文档编号F02D41/04GK102312739SQ20111017194
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月24日 优先权日2010年6月30日
发明者丸山庆士, 牛谷真树 申请人:马自达汽车株式会社