专利名称：车载柴油发动机的控制方法及该车载柴油发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车载柴油发动机，特别涉及在预混合燃烧模式和扩散燃烧模式之间切换的情况下操作的车载柴油发动机。
背景技术：
通常，根据发动机负荷执行对发动机一个或多个汽缸内燃料的燃烧模式的切换控制的柴油发动机是已知的。作为燃料的燃烧模式，有扩散燃烧模式，其中在喷射燃料进入汽缸时燃烧燃料，和预混合燃烧模式，其中在燃料被点火前先在汽缸内混合燃料。当发动机处于高负荷状态时，采用扩散燃烧模式；以及当发动机处于低负荷状态时，采用预混合燃烧模式。例如，JP2007-162544A公开了，为了抑制氮氧化物(NOx)、黑烟、噪声(NVH 噪声、 振动和声振粗糙性)的产生同时使燃烧模式的切换平滑，在移转(shifting)燃烧模式时，喷射燃料至汽缸内的正时和量，及汽缸内的氧浓度连续地变化。具体地，在JP2007-162M4A 公开的控制方法中，在燃烧模式的移转的过渡状态期间，设置从移转前的燃料喷射正时和氧浓度到移转后的燃料喷射正时和氧浓度的移转过程，以确保NOx、NVH和黑烟的产生量分别不超过容许界限。此外，燃料喷射正时和氧浓度都是根据该过程逐渐改变的。然而，取决于燃烧模式切换时的状况，例如，当燃料喷射正时和氧浓度都连续地变化时，如果切换前后汽缸内的氧浓度的差别大，燃烧室内的氧浓度可能变得过剩且燃烧噪声(S卩、NVH)可能超过容许界限，或者燃烧室内的氧浓度可能变得稀薄且黑烟的产生量可能超过容许界限。也就是说，即使任何移转过程都是在燃料喷射正时和氧浓度连续变化的前提下设置，NVH和排气排放中的至少一个超过容许界限，因此，同时避免这两者的移转过程可能是无法设置的。在这种情况下，如JP2007-162M4A公开那样连续变化燃料喷射正时和氧浓度会有问题。
发明内容
鉴于以上情况，本发明提供一种改进的车载柴油发动机，其中，当在预混合燃烧模式和扩散燃烧模式之间移转燃烧模式时，可靠地避免NVH和排气排放两者超过其容许界限。发明人已经配置了发动机，以使当在预混合燃烧模式和扩散燃烧模式之间移转燃烧模式时，在燃料喷射正时和汽缸内的氧浓度中，控制灵活性相对较高的燃料喷射正时为非连续性地变化。也就是说，当从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，无需将燃料喷射正时从预混合燃烧模式的正时(即、早于扩散燃烧模式的喷射正时的第一正时)向扩散燃烧模式的喷射正时(即、第二正时)逐渐延迟，燃料喷射正时直接变化(换言之，非连续性地变化)至晚于扩散燃烧模式的喷射正时的第三正时，此后，喷射正时根据汽缸内的氧浓度的变化变回到第二正时。
此外，当从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，无需将燃料喷射正时从第二正时(扩散燃烧模式的正时)逐渐提前至第一正时(预混合燃烧模式的正时)，根据汽缸内的氧浓度的变化在晚于第二正时的第三正时改变燃料喷射正时。进一步，当汽缸内的氧浓度变至预定氧浓度状态时(换言之，即使在该状态下模式切换至预混合燃烧模式，仍能避免 NVH界限的氧浓度状态)，燃料喷射正时直接变化(换言之，非连续性地变化)至第一正时(预混合燃烧模式的喷射正时)。具体地，根据本发明的一个方面，文本公开的柴油发动机包括安装在车辆内且供给有主要包含柴油燃料的燃料的发动机本体，所述发动机本体用于选择性地在低负荷时以预混合燃烧模式操作，或在高负荷时以扩散燃烧模式操作；用于根据燃烧模式控制经由燃料喷射阀进入汽缸的燃料喷射的喷射控制模块；以及用于调整进入汽缸的EGR气体量的 EGR量控制模块。当发动机本体以预混合燃烧模式操作时，喷射控制模块在汽缸内压力相对较低时的第一正时执行包括一次或多次喷射的预混合燃烧方式的燃料喷射；当发动机本体以扩散燃烧模式操作时，喷射控制模块在晚于第一正时的第二正时执行包括一次或多次喷射的扩散燃烧方式的燃料喷射。EGR量控制模块执行至少在预混合燃烧模式下及在从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时根据发动机本体的操作条件将一定量的EGR气体引入到汽缸的控制。当随着发动机本体负荷的增加从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，喷射控制模块还将燃料喷射方式从预混合燃烧方式切换至扩散燃烧方式，并在晚于第二正时的第三正时执行扩散燃烧方式的燃料喷射，此后，喷射控制模块执行根据汽缸内的氧浓度的变化使第三正时向第二正时变化的过渡控制。在此，当预混合燃烧方式和扩散燃烧方式包含两次或更多次燃料喷射时，作为燃料喷射正时的第一正时、第二正时、第三正时可以相对于在两次或更多次燃料喷射中代表相关喷射模式的喷射(例如，对发动机扭矩产生贡献最大的燃料喷射(即、主喷射))设置。具体地，本文使用的短语“在晚于第一正时的第二正时执行扩散燃烧方式”是指将扩散燃烧方式的主喷射的正时延迟至晚于预混合燃烧方式的主喷射的正时。此外，本文使用的短语“将扩散燃烧方式的正时设置至晚于第二正时的第三正时”是指将扩散燃烧方式的主喷射的正时延迟至晚于在第二正时执行的主喷射。此外，短语“根据汽缸内的氧浓度的变化使扩散燃烧方式的正时(设置为第三正时)向第二正时变化”包括从第三正时向第二正时逐渐地变化，也包括改变正时使其从第三正时直接变化至第二正时，前提是基于汽缸内的氧浓度的变化能将正时变化至第二正时。根据该配置，当随着发动机本体负荷的增加从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，燃料喷射方式从预混合燃烧方式切换至扩散燃烧方式，此后，将扩散燃烧方式的正时设置至晚于第二正时的第三正时，第二正时之前被设置为扩散燃烧模式的喷射正时。也就是说，燃料喷射正时不是连续地从第一正时变化至第三正时。第二正时(扩散燃烧模式的喷射正时)位于压缩行程的上止点或压缩行程上止点附近，另一方面，因为第三正时是晚于第二正时的正时，燃料喷射实质上在膨胀行程中进行。因为将扩散燃烧方式的正时设置为第三正时，导致是在活塞下降期间喷射燃料，这对燃料的混合性能是有利的，并对减少NOx和黑烟是有效的。此外，燃烧会变慢且由此对NVH是有利的。因此，将燃料喷射正时设置至第三正时并且执行扩散燃烧方式的燃料喷射避免了NVH和排气排放的问题。另一方面，EGR量控制模块通过控制引入汽缸的EGR气体量将对应于预混合燃烧模式的汽缸内的状态移转至对应于扩散燃烧模式的汽缸内的状态。与此相关，因为汽缸内的氧浓度变高，第三正时根据氧浓度的变化向第二正时变化。如上所述，喷射正时可以逐渐地向第二正时变化或者直接变化至第二正时。以此方式，通过将燃料喷射正时改变至第二正时完成从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式的移转，同时避免了 NVH和排气排放的问题。这种控制对以下情况是有效的，S卩、在燃料喷射量需要关联于发动机本体负荷的增加而增加，且汽缸内的氧浓度需要变化相对较大的情况下，当这种氧浓度无法快速变化而只能连续地变化时，并响应于氧浓度的连续变化，当燃料喷射模式(即、特别是燃料喷射正时，虽然喷射模式包括燃料喷射的方式、正时和喷射量)连续地变化时，NVH或排气排放不可避免地超过容许界限。也就是说，当从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，在使燃料喷射正时直接变化至在延迟侧的第三正时后，且在燃料喷射正时被设置至在延迟侧的第三正时的状态下，等待随后氧浓度的变化使避免NVH和排气排放的容许界限成为可能。当从发动机本体负荷为高的状态(S卩、在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度低于预定值的状态)向扩散燃烧模式移转时，喷射控制模块可执行过渡控制。当从发动机本体负荷为低的状态(即、在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度高于预定值的状态)向扩散燃烧模式移转时，喷射控制模块可禁止过渡控制。在燃烧效率相对较低且不利于燃料消耗的扩散燃烧模式中，第三正时为晚于正常燃料喷射正时(即、第二正时)的正时。另外，在从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，当响应于汽缸内的氧浓度的变化连续地变化燃料喷射正时时，当燃烧模式移转前后汽缸内的氧浓度的差别变大，从根本上讲，不可避免NVH和排气排放的容许界限的情形。具体地，这是从预混合燃烧模式中负荷相对较高而汽缸内的氧浓度低的状态向汽缸内的氧浓度相对较高的扩散燃烧模式移转的情形。与此不同，即使是从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转的情形，如果移转是从负荷相对较低而汽缸内的氧浓度高的状态向扩散燃烧模式做出，则移转前后汽缸内的氧浓度的差别相对较小。在这种情况下，根据汽缸内的氧浓度变化可连续地改变燃料喷射正时，同时避免NVH和排气排放的容许界限。因此，只有在无法避免NVH和排气排放的容许界限时才会执行上述过渡控制，另一方面，当能够避免NVH和排气排放的容许界限时，禁止上述过渡控制。因此，在从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时改进燃料消耗，同时可靠地避免NVH和排气排放的容许界限。在从预混合燃烧方式向扩散燃烧方式切换之前，喷射控制模块可执行至少包含位于第一正时或第一正时附近的燃料喷射和位于第二正时或第二正时附近的燃料喷射的燃料喷射集合。本发明人发现源于燃烧现象的不同，预混合燃烧和扩散燃烧之间的燃烧声的音质不同。为此，在从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，音质的突然改变可能会给乘员带来不协调感，即使抑制了燃烧声中的声压变化。因此，在从执行预混合燃烧(其中执行预混合燃烧方式的燃料喷射)的状态切换至扩散燃烧方式之前，执行至少包含位于第一正时或第一正时附近的燃料喷射和位于第二正时或第二正时附近的燃料喷射的燃料喷射集合。燃料喷射集合包括位于对应于预混合燃烧模式的第一正时或该第一正时附近的燃料喷射和位于对应于扩散燃烧模式的第二正时或该第二正时附近的燃料喷射两者。换言之，因为两者喷射正时彼此接近，上述燃料喷射集合包括预混合燃烧方式的喷射特性和扩散燃烧方式的喷射特性两者。为此，燃烧声的音质变为预混合燃烧与扩散燃烧之间的中间音质。因此，在从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，避免了燃烧声的音质的突然改变，并可消除或减轻给乘员带来的不协调感。根据本发明的另一方面，本文公开的车载柴油发动机包括发动机本体、喷射控制模块和EGR量控制模块。当随着发动机本体负荷的降低从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，喷射控制模块在晚于第二正时的第三正时执行扩散燃烧方式的燃料喷射。在汽缸内的氧浓度变成预定浓度后，喷射控制模块执行过渡控制，其中燃料喷射方式从扩散燃烧方式切换至预混合燃烧方式，并在第一正时执行预混合燃烧方式的燃料喷射。与此不同的是，当随着发动机本体负荷的降低从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，燃料喷射方式维持为扩散燃烧方式不变，其燃料喷射正时设置为晚于第二正时的第三正时，其中第二正时之前被设置为扩散燃烧模式的喷射正时。从而，由于可避免NVH和排气排放的问题，在该状态下，其等待后续氧浓度的变化。在此，根据汽缸内的氧浓度的变化，第三正时可变化至延迟侧。从而，可能将第三正时尽可能地设置至提前侧，且这对燃料消耗的改进是有利的。此后，在汽缸内的氧浓度变成预定浓度后(换言之，在此状态下，在从扩散燃烧方式切换至预混合燃烧方式之后，燃料喷射模式变至第一正时，且NVH的容许界限变得可避免)，切换燃料喷射模式。也就是说，燃料喷射正时从延迟侧的第三正时非连续地或直接变化至第一正时。以此方式，完成从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式的移转，同时避免了 NVH 和排气排放的问题。当从扩散燃烧模式向发动机本体负荷为高的状态(S卩、在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度低于预定值的状态)移转时，喷射控制模块可执行过渡控制。当从扩散燃烧模式向发动机本体负荷为低的状态(即、在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度高于预定值的状态)移转时，喷射控制模块可禁止过渡控制。与上述相似，在从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，当响应于汽缸内的氧浓度的变化连续地改变燃料喷射正时时，当燃烧模式移转前后汽缸内的氧浓度的差别变大，从根本上讲，不可避免NVH和排气排放的容许界限的情形。为此，只有当从汽缸内的氧浓度相对较高的扩散燃烧模式向即使在预混合燃烧模式中负荷也相对较高而汽缸内的氧浓度低的状态移转时，才执行上述过渡控制。另一方面，当从扩散燃烧模式向即使在预混合燃烧模式中负荷也相对较低而汽缸内的氧浓度高的状态移转时，禁止上述过渡控制。从而， 可改进燃料消耗。在从扩散燃烧方式向预混合燃烧方式切换之前，喷射控制模块可执行至少包含位于第一正时或第一正时附近的燃料喷射和位于第二正时或第二正时附近的燃料喷射的燃料喷射集合。与上述类似，同样在从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，燃烧声的音质突然改变。因此，在将燃料喷射方式从扩散燃烧方式切换至预混合燃烧方式之前，执行至少包含位于第一正时或第一正时附近的燃料喷射和位于第二正时或第二正时附近的燃料喷射的燃料喷射集合，避免了燃烧声的音质的突然改变，并避免或减轻了给乘员带来的不协调感。第三正时可被设置在黑烟容许界限与失火界限之间，以便在膨胀行程期间喷射的雾化燃料到达汽缸活塞顶部中的凹腔。如果燃料喷射正时延迟得太长，则导致喷射的燃料无法被点火，结果为失火。因此，将第三正时设置早于失火界限是优选的，并且为了不超过黑烟的容许界限，优选将第三正时设置于晚于黑烟的容许界限。扩散燃烧方式可包括主喷射和在主喷射前执行的两次或更多次前阶段喷射。由于预燃烧是由两次或更多次前阶段喷射引起的，汽缸内部变成基于主喷射就能容易地发生点火的状态。结果，通过执行主喷射喷射的燃料的点火延迟变短。这使得主燃烧变缓，避免或抑制了热释放率的突然上升。即、这对减少燃烧噪声是有利的。此外，两次或更多次前阶段喷射减少了主喷射的燃料喷射量，也有利于抑制黑烟。前阶段喷射与主喷射之间的喷射时间间隔可短于前阶段喷射的喷射时间间隔。该配置相当于执行至少两次前阶段喷射，其包括在相对接近主喷射的正时执行的前阶段喷射(预喷射)和在相对远离主喷射的正时执行的前阶段喷射(先导喷射(Pilot injection))。在该两个前阶段喷射中的先导喷射提高了预混合性，同时改进了空气利用率。然而，预喷射在主燃烧之前引起预燃烧，且如上述，这缩短了由主喷射喷射的燃料的点火延迟。扩散燃烧方式可包括主喷射和在主喷射后预定时间间隔之后执行的后阶段喷射。 可设置被设置至第三正时的用于扩散燃烧的燃料喷射，以便相对于被设置至第二正时的用于扩散燃烧的燃料喷射，使后阶段喷射保持相同的正时而只延迟主喷射的正时。在主喷射后预定时间间隔之后执行后阶段喷射。换言之，在相对远离主喷射的正时执行后阶段喷射。为此，在经过主燃烧的热释放率的峰值后，后阶段喷射抑制了在膨胀行程期间汽缸内的温度的下降，从而将汽缸内的温度保持在高温度。这有利于利用腔外空气氧化在燃烧的第一阶段和中间阶段产生的黑烟，并减少黑烟的排放。此外，在预混合燃烧模式和扩散燃烧模式之间相互切换时，当在第三正时执行扩散燃烧方式的燃料喷射时，只有主喷射的正时被延迟，而后阶段喷射的正时未被延迟。因此，通过延迟主喷射可实现避免NVH和排气排放的容许界限，同时如上述确保黑烟的氧化效果。通过控制发动机本体的进气门操作和排气门操作中的至少一个，EGR量控制模块可调整内部EGR气体量。因此，由于大量的EGR气体能被引入汽缸，这对负荷低的预混合燃烧模式尤为有利。此外，由于其控制响应性变得相对较高，这在当燃烧模式在预混合燃烧模式和扩散燃烧模式之间切换时汽缸内的氧浓度的变化变得相对较快的这一点上是有利的。根据本发明的另一方面，文本公开了一种车载柴油发动机的控制方法。发动机安装在车辆内且供给有主要包含柴油燃料的燃料。所述控制方法包括当发动机负荷为低时，在第一正时执行包括一次或多次喷射的预混合燃烧方式的燃料喷射，同时根据发动机的操作条件将一定量的EGR气体引入汽缸，以使发动机以预混合燃烧模式操作。所述方法还包括当发动机负荷为高时，在晚于第一正时的第二正时执行包括一次或多次喷射的扩散燃烧方式的燃料喷射，以使发动机以扩散燃烧模式操作。所述方法还包括当随着发动机负荷的增加从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，将燃料喷射方式从预混合燃烧方式切换至扩散燃烧方式，同时根据发动机的操作条件将一定量的EGR气体引入汽缸。所述方法还包括在切换至扩散燃烧方式之后立即将燃料喷射正时设置至晚于第二正时的第三正时，以及在此之后，根据汽缸内的氧浓度的变化使第三正时向第二正时变化。此外，根据本发明的另一方面，所述控制方法包括当随着发动机负荷的降低从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，在晚于第二正时的第三正时执行扩散燃烧方式的燃料喷射，同时根据发动机的操作条件将一定量的EGR气体引入汽缸，以及在汽缸内的氧浓度变成预定浓度后，将燃料喷射方式从扩散燃烧方式切换为预混合燃烧方式，并在第一正时执行燃料喷射。如上述，根据车载柴油发动机和该发动机的控制方法，当从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转，或从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，燃料喷射的正时非连续性地变化，从而在移转燃烧模式的同时避免NVH和排气排放的容许界限。
图1为示出柴油发动机的结构的示意性框图。图2示出根据柴油发动机的状态的燃烧模式的区域图的例子。图3为说明燃料喷射量与汽缸内的氧浓度之间的关系的图。图4A为示出氧浓度与燃料喷射正时之间的关系的区域图的图，其示出当从预混合燃烧模式至扩散燃烧模式的连续移转过程不存在的情形下移转的例子；图4B示出当从预混合燃烧模式至扩散燃烧模式的连续移转过程存在的情形下移转的例子。图5A为示出氧浓度与燃料喷射正时之间的关系的区域图的图，其示出当从扩散燃烧模式至预混合燃烧模式的连续移转过程不存在的情形下移转的例子；图5B示出当从扩散燃烧模式至预混合燃烧模式的连续移转过程存在的情形下移转的例子。图6A示出预混合燃烧模式的燃料喷射模式的例子，及与此相关的热释放率历史的例子；图6B示出扩散燃烧模式的燃料喷射模式的例子，及与此相关的热释放率历史的例子；图6C示出扩散延迟模式的燃料喷射模式的例子，及与此相关的热释放率历史的例子。图7为根据从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式的移转控制的流程图。图8为根据从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式的移转控制的流程图。图9为示出根据第二实施例的燃料喷射模式的例子的图，其中图9A示出预混合燃烧模式的燃料喷射模式的例子，图9B示出扩散燃烧模式的燃料喷射模式的例子，图9C示出扩散延迟模式的燃料喷射模式的例子，图9D示出移转燃烧模式的燃料喷射模式的例子。图10示出分别用于预混合燃烧、扩散燃烧、移转燃烧的燃烧声的频带和声压之间的关系的图。图11示出在第二实施例中，当从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时氧浓度的变化的例子，并响应于氧浓度的变化在预混合燃烧模式、移转燃烧模式和扩散燃烧模式之间切换的图。图12A与12B为根据第二实施例，如图7所示的从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式的移转控制的流程图的补充步骤。图13为根据第二实施例，如图8所示的从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式的移转控制的流程图的补充步骤。
具体实施例方式以下参考附图描述根据本发明柴油发动机的几个实施例。注意，以下优选实施例的描述本质上仅是本发明的示例说明。实施例1
图1示出发动机A的例子。附图标记1指示安装在车辆内的发动机本体。发动机本体 1为柴油发动机(向其供给主要包含柴油燃料的燃料)，并包括两个或更多个汽缸2 (图中仅示例了一个汽缸)。活塞3往复式地安装到各个汽缸2中，界定缩口形燃烧室4的腔31形成在活塞3的顶面。此外，喷射器5 (燃料喷射阀)设置在燃烧室4的天花板部分。喷射器5 从其尖端部的喷嘴将高压燃料直接喷射入燃烧室4。发动机本体1具有15:1以下(但12:1 以上)的几何压缩比，是压缩比相对较低的发动机。通过将在下文描述的对EGR通道34和 44中的EGR阀35和45的控制，或排气门82的开闭控制，发动机本体1将大量EGR气体引入汽缸2，以允许预混合充量压缩点火(PCI)燃烧。尽管省略了其图示，向各个汽缸2的喷射器5供给燃料的结构是所谓的具有共用燃料分配管(共歧管)的“共歧管型”，该共用燃料分配管分别连接到喷射器5，从而允许在发动机的一个循环期间向各个汽缸2进行两次或更多次的燃料喷射。虽然喷射器5例如可为具有内置控制阀的类型，其中根据喷射器5的通电量改变控制阀的升程来喷射燃料，但不限于此。在发动机本体1的上部，设置分别用于开启和关闭进气门81和排气门82的气门操作机构71和72。在进气门81和排气门82侧的气门操作机构71和72中，在排气门82 侧的气门操作机构72中设置有用于在正常模式和特殊模式之间切换排气门82的操作模式的液压操作可变机构(在下文中称为VVM (可变气门装置(variable valve motion))并以附图标记72表示)。虽然省略了其详细结构的图示，VVM 72包括具有两种有不同凸轮轮廓的凸轮(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)并用于选择性地将第一凸轮和第二凸轮中的一个的操作状态传递至排气门的空转机构。当将第一凸轮的操作状态传递至排气门82时，VVM 72以正常模式操作，其中排气门82在排气行程中仅开启一次， 另一方面，当将第二凸轮的操作状态传递至排气门82时，VVM 72以特殊模式操作，其中排气门82在排气行程及进气行程中开启(即、排气门开启两次)。通过由发动机驱动的液压泵 (未图示)供给的油液压地执行VVM 72在正常模式与特殊模式之间的模式切换，特殊模式可用于根据内部EGR的控制(将在下文描述)。应注意，该结构不是限制性的，能通过控制进气门81和排气门82引入内部EGR气体的任何结构都在本发明的范围内。例如，可采用由电磁驱动器驱动进气门81和排气门82的电磁驱动型的气门操作系统。用于对各个汽缸2的燃烧室4供给经由空气滤清器(未图示)过滤的空气(换言之， 新鲜空气)的进气通道16连接到发动机本体1的一个侧面(即、图1的右手侧)。从上游侧到下游侧，进气通道16设置有具有蝶形阀的进气节流阀22、由涡轮增压器30 (将在下文描述)的涡轮27驱动并压缩进气的压缩机20、冷却由压缩机20压缩的进气的中间冷却器21、具有蝶形阀的中间冷却(I/C)通路节流阀23。另一方面，用于排出来自各个汽缸2的燃烧室4的燃烧气体(S卩、排气)的排气通道沈连接到发动机本体1的另一相反侧面(即、图1的左手侧)。排气通道沈的上游端部分支到各个汽缸2以形成通过排气道分别与燃烧室4连通的排气歧管。在排气歧管下游的排气通道沈的部分，从上游侧到下游侧按此顺序设置有由排气流旋转的涡轮27、能净化排气中包含的有害成分的柴油氧化催化剂观和DPF (柴油颗粒过滤器》9。氧化催化剂观和DPF 29容纳在单一壳体中。氧化催化剂观具有承载例如钼或添加有钯的钼的氧化催化剂，并有利于排气中的CO和HC氧化产生(X)2和H2O的反应。DPF 29捕捉发动机本体1的排气中含有的颗粒，例如黑烟。应注意，DPF四可涂有氧化催化剂材料。排气通道沈与第一排气再循环通道(以下称为“第一 EGR通道”)；34相连，第一 EGR 通道34用于将一部分排气再循环至进气侧，以使第一 EGR通道34在来自DPF 29的排气的下游侧的排气通道26的部分中打开。第一 EGR通道34的下游端与进气节流阀22和压缩机 20之间的进气通道16相连，并将从排气通道沈提取的排气的部分再循环至进气通道16。 此外，在第一 EGR通道34的中间部分，设置用于冷却在其中流动的排气的EGR冷却器37及开度可调的排气再循环量调节阀35 (以下称为“第一 EGR阀”)。此外，第二排气再循环通道(以下称为“第二 EGR通道”)44的上游端连接至排气歧管。第二 EGR通道44的下游端在中间冷却器21 (更具体地，I/C通路节流阀23)的下游侧连接至进气通道16。此外，在第二 EGR通道44的中间部分，设置开度可调的排气再循环量调节阀45 (以下称为“第二 EGR阀”)。应注意EGR冷却器可设置在第二 EGR通道44的中间部分。各个喷射器5，气门操作系统的VVM 72，进气节流阀22，I/C通路节流阀23，第一 EGR阀35和第二 EGR阀45等均响应于来自电子控制单元(EOT) 40的控制信号来操作。 ECU 40包括包含CPU、存储器、计数器计时器组、接口及具有用于与这些单元相互相连的路径的微处理器。将至少来自用于检测发动机本体1的曲轴的转角的曲轴转角传感器51、用于检测进气的压力状态的进气压力传感器52、用于检测排气中的氧浓度的O2传感器53、 用于检测从外部吸入到发动机本体1的空气的流量的空气流量传感器M、用于检测与EGR 气体混合后的进气温度的进气温度传感器阳，及用于检测加速器踏板(未图示)的操作量 (depression amount)(即、加速器开度)的加速器位置传感器56的输出信号分别输入到 E⑶40。E⑶40基于这些信号执行各种计算以确定发动机本体1或车辆的状态，并且根据该状态输出控制信号至如上述的喷射器5、气门操作系统的VVM 72以及各种阀22、23、35和 45的驱动器。E⑶40由喷射控制模块和EGR量控制模块组成。(发动机的燃烧控制概述)
通过E⑶40对发动机本体1进行的基本控制为，主要基于加速器开度确定目标扭矩 (换言之、目标负荷)，并通过控制喷射器5的操作得到响应于目标扭矩或负荷的燃料的喷射量和喷射正时等。此外，E⑶40通过控制节流阀22和23及第一和第二 EGR阀35和45的开度(外部EGR控制)以及控制VVM 72 (内部EGR控制)控制至汽缸2的排气的再循环率。图2为示出根据柴油发动机的状态的燃烧模式的区域图。如图2所示，根据发动机转速与发动机负荷(换言之、燃料的实际总喷射量)，发动机本体1在两种燃烧模式(扩散燃烧模式和预混合燃烧模式)之间切换。
在这些模式中，在扩散燃烧模式中，如图6B的上部所示，当活塞3位于压缩行程上止点或在压缩行程上止点附近时，燃料被喷射至汽缸2中(S卩、主喷射)。从而，通过喷射器5 的燃料喷射与燃料点火并行进行。在该实施例中，在扩散燃烧模式中，在主喷射前执行前阶段喷射，而在主喷射后执行后阶段喷射。该模式的燃料喷射在此成为“扩散燃烧燃料喷射” 或“扩散燃烧方式”。应注意，扩散燃烧模式的燃料喷射次数并不限于三次，而是可作适当设置。应注意，图6B的下部示出与上述燃料喷射相关的汽缸2中的热释放率的历史的例子。另一方面，在预混合燃烧模式中，在压缩行程期间燃料在较早的正时处喷射至汽缸2中，且燃料喷射在燃料被点火之前完成。例如，如图6A的上部所示，在这个实施例中，作为预混合燃烧模式的燃料喷射模式(即、预混合燃烧方式)，在压缩行程期间，在到达压缩行程上止点前，以相互之间间隔预定时间间隔执行三次燃料喷射。应注意，图6A的下部示出与上述燃料喷射相关的汽缸2中的热释放率的历史的例子。此处，在预混合燃烧燃料喷射模式中，将在相对较早的正时喷射的燃料喷射量设置为相对大量，及将在相对较晚的正时喷射的燃料喷射量设置为相对小量。这是因为，通过在较早期喷射较多燃料增加了燃料的预混合性。应注意，预混合燃烧模式的燃料喷射次数并不限于三次，而是可作适当设置。由此喷射的燃料，在处于燃料与空气充分混合的状态中，在位于压缩行程上止点或压缩行程上止点附近通过自点火燃烧(即、PCI燃烧)。在该预混合燃烧模式中，在燃料点火前可以产生具有均一燃料的氛围，且燃料与空气的当量比设置得相对较低以抑制燃料的不完全燃烧和黑烟的产生。预混合燃烧模式对燃料的消耗与排放是有利的，但由于其需要确保使燃料均一的时间，其在发动机负荷相对较低且发动机转速相对较低时使用。因此，如图2所示， 在发动机转速为高和/或发动机负荷为高的其他范围内，发动机将处于扩散燃烧模式。通过图6A与图6B的比较可以明了，预混合燃烧模式与扩散燃烧模式之间的燃料喷射模式不同。作为代表预混合燃烧模式的三次燃料喷射正时的正时，当将第二次燃料喷射的正时设置为主喷射的正时(即、第一正时)时，扩散燃烧模式的主喷射的正时(即、第二正时)设置得晚于第一正时。应注意，图6A、6B、及将在下文描述的6C中所示的燃料喷射量与热释放率不必要示出用于比较这些图的相对燃料喷射量和相对热释放率。在此，当执行扩散燃烧模式时的汽缸内的氧浓度设置得高于当执行预混合燃烧模式时的氧浓度。图3示出了在预定发动机转速下汽缸内的氧浓度与燃料喷射量之间的关系的例子。具有相对较多的燃料喷射量的范围(即、图3中右手侧的范围)对应于扩散燃烧模式，具有相对较少的燃料喷射量的范围(即、图3中左手侧的范围)对应于预混合燃烧模式。当执行扩散燃烧模式时，如果当量比增加(即、氧气变少)，由于其变得容易产生 C0、HC或黑烟，需要使汽缸内的氧浓度高于执行预混合燃烧模式的情形以抑制不完全燃烧。 换言之，相比于执行扩散燃烧模式，在执行预混合燃烧模式时的EGR量增加。在上述发动机 A中，至少在预混合燃烧模式中和在燃烧模式间移转(将在下文描述)的时候，通过控制VVM 72将相对大量的内部EGR气体引入到汽缸2内。通过控制VVM 72控制内部EGR气体量是有利的，当在燃烧模式间移转时，汽缸2内的氧浓度的变化的响应性增加及燃烧模式的移转更早完成。同样在预混合燃烧模式中，当燃料喷射量进一步降低而负荷相对较低时，基于燃烧稳定性的观点，使氧浓度再次变高。因此，如图3所示，当燃料喷射量很大时(S卩、扩散燃烧模式，接近该图的右端)，以及当燃料喷射量较小时(即、在预混合燃烧模式中负荷为低，接近该图的左端)，氧浓度变得相对较高。此外，当燃料喷射量适中时(即、在预混合燃烧模式中负荷为高，接近该图的中央)，氧浓度变得相对较低，作为图整体，发动机具有中央部向下凸出的特性。因此，例如，与发动机负荷的变化相关，当在预混合燃烧模式与扩散燃烧模式之间切换并伴随着燃料喷射量的改变时，如图3所示有两种移转模式。一种情形是从预混合燃烧模式中氧浓度相对较高的范围Al到扩散燃烧模式中的范围A2的移转，或从扩散燃烧模式中的范围A2到预混合燃烧模式中的范围Al的移转。另一种情形是从预混合燃烧模式中氧浓度相对较低的范围A3到扩散燃烧模式中的范围A2的移转，或从扩散燃烧模式中的范围A2到预混合燃烧模式中的范围A3的移转。在这些移转模式中，前者的移转模式(S卩、在范围Al和范围A2之间)，移转前后汽缸内的氧浓度的变化相对较小。因此，从根本上讲，在通过VVM 72等执行对内部EGR气体量的变化控制时，通过连续地变化喷射量、喷射方式和喷射正时，使平稳的燃烧模式移转成为可能同时避免NOx、NVH和黑烟的全部产生界限。另一方面，后者的移转模式(即、在范围A2和范围A3之间)，移转前后汽缸内的氧浓度的变化相对较大。因此，在通过VVM 72等执行对内部EGR气体量的变化控制时，通过连续地变化喷射量、喷射方式和喷射正时，NVH和黑烟的产生界限中的至少一个可能不能避
免ο参考图4A、4B、5A、5B进行说明。图4A、4B、5A、5B为分别示出氧浓度与喷射正时之间的关系的区域图。在这些区域图中，随着在横轴上向右手侧移动时，汽缸内的氧浓度变低 (换言之，EGR量增加)，另一方，随着在横轴上向左手侧移动时，汽缸内的氧浓度变高(换言之，EGR量减小)。此外，随着在纵轴上向上移动时，喷射正时提前，另一方，随着在纵轴上向下移动时，喷射正时延迟。此外，在这些区域图中还分别示出NVH、黑烟和NOx的容许界限以及失火界限。图中，10Q、15Q和25Q表示燃料喷射量，并根据燃料喷射量改变NVH、黑烟和 NOx的容许界限及失火界限。具体地，燃料喷射量之间的关系是10Q<15Q<25Q，且随着燃料喷射量的增加，各容许界限扩大。首先，图4A示出随着发动机负荷的增加燃料喷射量从15Q变化至25Q同时燃烧模式从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转的情形中的例子。图中白圈Pii示出移转前的状态，该状态对应于当氧浓度为低时预混合燃烧模式中负荷相对较高的状态(即、图3中的范围A3)。此外，图中黑圈P12示出移转后的状态，该状态对应于氧浓度为高时图3中的范围 A2。在此，当从白圈Pll移转至黑圈P12时，即使逐渐地延迟喷射正时并使氧浓度逐渐变高 (即、在图中设置从白圈Pll向黑圈P12的向下倾斜直线延伸的移转过程)，在白圈Pll和黑圈P12之间，25Q的NVH的容许界限和25Q的黑烟的容许界限互相重叠。因此，移转过程干扰了 NVH的容许界限和/或黑烟的容许界限。当设置了倾斜向下的移转过程，且喷射正时和氧浓度随着移转过程连续变化时，NVH和黑烟会不可避免地超过容许限度。应注意，即使从白圈Pl 1到黑圈P12设置倾斜向下的移转过程而不增加燃料喷射量(其维持在15Q)，在白圈Pll和黑圈P12之间，15Q的NVH的容许界限和15Q的黑烟的容许界限彼此接近，移转过程会干扰NVH和黑烟的容许界限中的任一个。因此，当将燃烧模式从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转同时将燃料喷射量从15Q变化至25Q时，从白圈Pll到黑圈P12的最短移转过程是不存在的。
另一方面，图4B示出随着发动机负荷的增加燃烧模式从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转同时燃料喷射量从IOQ变化至25Q的情形中的例子。图中白圈P21示出移转前的状态，该状态对应于当氧浓度相对较高时预混合燃烧模式中负荷相对较低的状态(即、 图3中的范围Al)。此外，图中黑圈P22示出移转后的状态。在此，当从白圈P21向黑圈P22 移转时，通过变化燃料喷射量至25Q并延迟喷射正时(参见该图中L21、L22和L23)，可能避免NVH的容许界限以及避免黑烟的容许界限。因此，可能将燃烧模式从预混合燃烧模式移转至扩散燃烧模式同时避免NVH、黑烟和NOx的全部容许界限。换言之，在燃烧模式从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转同时燃料喷射量从IOQ变化至25Q的情形下，燃料喷射模式和汽缸内的氧浓度都从白圈P21向黑圈P22连续地变化的最短移转过程是存在的。图5A示出随着发动机负荷的降低燃烧模式从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转同时燃料喷射量从25Q变化至15Q的情形中的例子。图中白圈P31示出移转前的状态， 该状态对应于图3中的范围A2。另一方面，图中黑圈P32示出移转后的状态，如上述，该状态对应于当氧浓度为低时预混合燃烧模式中负荷相对较高的状态(即、图3中的范围A3)。 与图4A所示的情形类似，当从白圈P31向黑圈P32移转时，即使逐渐地提前喷射正时并使氧浓度逐渐变低，也就是说，即使在图中设置从白圈P31向黑圈P32的向上倾斜直线延伸的移转过程，移转过程会干扰NVH的容许界限和/或黑烟的容许界限。因此，当燃烧模式从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转同时将燃料喷射量从25Q变化至15Q时，从白圈P31到黑圈P32的最短移转过程是不存在的。另一方面，图5B示出随着发动机负荷的降低燃烧模式从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转同时燃料喷射量从25Q变化至IOQ的情形中的例子。图中白圈P41示出移转前的状态，该状态对应于图3中的范围A2。图中黑圈P42示出移转后的状态，其对应于当氧浓度相对较高时预混合燃烧模式中负荷相对较低的状态(即、图3中的范围Al)。在此，当从白圈P41向黑圈P42移转时，通过将燃料喷射量从25Q变化至IOQ并提前喷射正时(参见该图中L41和L42)，可能避免NVH的容许界限同时避免黑烟的容许界限。因此，可能将燃烧模式从扩散燃烧模式移转至预混合燃烧模式同时避免NVH、黑烟和NOx的全部容许界限。 换言之，在燃烧模式从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转同时燃料喷射量从2 变化至 IOQ的情形下，燃料喷射模式和汽缸内的氧浓度都从白圈P41向黑圈42连续地变化的最短移转过程是存在的。因此，在上述例子中，如与燃料喷射量从15Q到25Q的改变相关的燃烧模式的移转，及与燃料喷射量从2 到1 的改变相关的燃烧模式的移转，当在预混合燃烧模式中负荷相对较高的范围和扩散燃烧模式之间移转时，由于移转前后氧浓度差别大，可能无法连续地改变燃料喷射正时。因此，在文本公开的柴油发动机A中，如图4A与5A中白色箭头所示，分别设置绕过白圈与黑圈之间存在的NVH和黑烟的容许界限的移转过程，并且改变燃料喷射模式和汽缸内的氧浓度以遵从移转过程以移转燃烧模式。具体地，当从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转(如图4A中的P14所示)时，燃料喷射正时比扩散燃烧模式的燃料喷射正时(参见P12)延迟得更多。这称为“扩散延迟模式”。图6C示出扩散延迟模式的燃料喷射模式的例子。该燃料喷射模式具有与扩散燃烧模式类似的方式，其中执行主喷射、前阶段喷射和后阶段喷射的三次喷射，而主喷射和后阶段喷射的喷射正时设置于比第二正时延迟得更多的第三正时，其中第二正时是扩散燃烧模式的主喷射和后阶段喷射的喷射正时(参见图6B和6C)。应注意，前阶段喷射的正时位于压缩行程上止点前，且其与扩散燃烧模式的前阶段喷射的正时(参见图6B)基本相同。通过在活塞3下降的膨胀行程期间执行主喷射和后阶段喷射，对燃料混合性能是有利的，对减少NOx和黑烟是有效的，燃烧变缓，对NVH是有利的。也就是说，在扩散延迟模式中，如图 4A中L12所示，通过将燃料喷射正时直接变化至延迟侧，可避免黑烟的容许界限，以及避免 NVH和NOx的容许界限。之后，根据汽缸2内的氧浓度的变化，燃料喷射正时向第二正时(扩散燃烧模式的燃料喷射正时)提前同时避免黑烟的容许界限，且最终将正时设置于由P12所示的第二正时 (参见该图的L13)。以此方式，可能从Pll的预混合燃烧模式向P12的扩散燃烧模式移转同时避免NVH、NOx和黑烟的容许界限。在此，上述扩散延迟模式的执行开始可如下设置。也就是说，如图4A中Lll所示， 在从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式切换的开始，可以执行燃料喷射模式(即、燃料喷射量、喷射正时和喷射方式)连续地变化的正常控制。然后当超过NVH、黑烟或NOx的容许界限时(参见该图中P13)，喷射方式可切换至扩散燃烧方式以执行扩散延迟模式，以将燃料喷射正时直接变化至第三正时。在此，由于如果大幅延迟主喷射会发生失火，设置第三正时位于不超过失火界限的范围内。因此，如P14所示，第三正时设置在黑烟容许界限和失火界限之间。此外，基于抑制燃料消耗增加的观点，优选将第三正时设置得尽量早，并为此将第三正时设置于接近黑烟的容许界限，且该正时将沿着黑烟的容许界限变化至第二正时。与此不同的是，当从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，如图5A中P33所示， 在燃料喷射正时比扩散燃烧模式的燃料喷射正时P31延迟得更多的情况下执行扩散延迟模式(参见该图中L31)。从而，避免了黑烟的容许界限以及NVH和NOx的容许界限。然后根据汽缸2内的氧浓度的减小，延迟燃料喷射正时同时避免黑烟的容许界限。具体地，通过将燃料喷射量从25Q变化至15Q，可沿着15Q处的黑烟容许界限延迟喷射正时(参见该图 L32)。从而，避免了燃料消耗的增加。因此，当向预混合燃烧模式移转时，ECU 40等待能够避免NVH容许界限的氧浓度，然后，当其处于可避免NVH的状态时(参见P34)，正时提前至作为预混合燃烧模式的喷射正时的第一正时(参见L33、P35)。此后，随着氧浓度的变化，移转至预定的预混合燃烧模式的状态(参见L34、P32)。以此方式，可能从P31的扩散燃烧模式向P32的预混合燃烧模式移转同时避免NVH和黑烟的容许界限。在此，与上述类似，由于如果大幅延迟主喷射会发生失火，设置第三正时位于不超过失火界限的范围内。然而，基于尽可能减少燃料消耗的观点，如图5A中的L32所示，接近黑烟的容许界限，沿其容许界限延迟喷射正时是优选的。接下来，参考图7和图8的流程图说明由ECU 40执行的燃烧模式的移转控制。图 7示出了从预混合燃烧模式到扩散燃烧模式的移转控制，其对应于图4A和4B。该流程在基于加速器位置传感器56的检测结果接收从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式的移转请求时开始。首先，在步骤S71，基于例如O2传感器53的检测值(即、排气通道沈内的氧浓度检测结果)评估汽缸2内的氧浓度，且ECU 40判定汽缸2内的当前氧浓度是否超过黑烟的容许界限。若未超过黑烟的容许界限(判定结果为是)，E⑶40进入步骤S72，在步骤S72执行正常控制。该正常控制设置从预混合燃烧模式至扩散燃烧模式的移转过程，且随着移转过程逐渐地改变燃料喷射模式(即、燃料喷射方式、喷射正时和喷射量)，同时通过对EGR阀35和 45及VVM 72的控制逐渐地改变汽缸2内的氧浓度(在此，EGR量减小且氧浓度增加)。从而， 如图4A的区域图中Lll所示，状态移转至P13，以及如图4B的区域图中L21、L22和L23所示，状态移转至P23、P24和P22。在随后的步骤S77，ECU 40判定燃烧模式的移转是否完成，若移转已完成(判定结果为是)，该流程结束。另一方面，如果移转未完成(判定结果为否)，则流程返回至步骤S71。 因此，即使在执行正常控制期间，如果汽缸2内的状态变化至超过黑烟的容许界限的状态， E⑶40停止正常控制并进入步骤S73。在步骤S71，如果E⑶40判定氧浓度超过了黑烟的容许界限，E⑶40进入步骤 S73，在步骤S73执行扩散延迟模式。也就是说，在随后的步骤S74，E⑶40基于黑烟的容许界限和失火界限，设置扩散燃烧燃料喷射的延迟量。也就是说，ECU 40设置避免上述黑烟的容许界限的第三正时，并基于第三正时，执行前阶段喷射、主喷射和后阶段喷射。从而，在图4A的区域图中，如L12所示移转状态并达到P14。此后，根据汽缸2内的氧浓度的变化，ECU 40在未超出黑烟的容许界限的范围内使燃料喷射正时向作为扩散燃烧模式的喷射正时的第二正时提前(参见步骤S75)，并继续提前喷射正时直到完成燃烧模式的移转(参见步骤S76)。从而，在图4A的区域图中，如L13 所示移转状态。然后，当扩散燃烧燃料喷射的正时变化至扩散燃烧模式的喷射正时，且燃烧模式的移转完成时(换言之，步骤S76的判定结果为“是”)，该流程结束。图8示出了从扩散燃烧模式到预混合燃烧模式的移转控制，其对应于图5A和5B。 该流程在基于加速器位置传感器56的检测结果接收从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式的移转请求时开始。首先，在步骤S81，基于汽缸2内的氧浓度(其基于例如A传感器53的检测值评估)，ECU 40判定当切换至预混合燃烧模式的燃料喷射模式时在当前状态下是否能避免NVH 的容许界限。在该步骤中，也考虑到NOx的容许界限，也可判定是否可避免NVH的容许界限和NOx的容许界限两者。若在步骤S81的判定结果为是，则E⑶40进入步骤S82，在步骤 S82执行正常控制。该正常控制设置从扩散燃烧模式至预混合燃烧模式的移转过程，且随着移转过程逐渐地改变燃料喷射模式(即、燃料喷射方式、喷射正时和喷射量)，同时通过对 EGR阀35和45及VVM 72的控制逐渐地改变汽缸2内的氧浓度(在此，EGR量增加且氧浓度减小)。从而，在图5B的区域图中，如L41和L42所示，状态移转至P43和P42。在随后的步骤S85，ECU 40判定燃烧模式的移转是否完成，若移转已完成(判定结果为是)，该流程结束。另一方面，如果移转未完成(判定结果为否)，则流程返回至步骤S81。在步骤S81，如果E⑶40判定氧浓度超过了 NVH的容许界限(判定结果为否)，E⑶ 40进入步骤S83，在步骤S83执行扩散延迟模式。也就是说，在随后的步骤S84，E⑶40基于黑烟的容许界限和失火界限，设置扩散燃烧燃料喷射的正时的延迟量。具体地，ECU 40设置避免上述黑烟的容许界限的第三正时，同时基于第三正时执行前阶段喷射、主喷射和后阶段喷射。从而，在图5A的区域图中，如L31和L32所示移转状态并达到P33和P34。应注意，即使第三正时未延迟至晚于第二正时，当能避免黑烟的容许界限时，延迟量可设置为 0 (零)。然后，在步骤S84，E⑶40等待改变汽缸2内的氧浓度同时延迟第三正时以避免黑烟的容许界限。然后，通过在步骤S81的判定结果，得到能避免NVH容许界限的状态，ECU 40进入步骤S82，在步骤S82，扩散延迟模式切换至正常控制。与此相关，燃料喷射方式切换至预混合燃烧方式，喷射正时也直接变化(提前)至第一正时。也就是说，在图5A的区域图中，如L33所示移转状态并达到P35。此后，通过继续进行正常控制直到移转完成，如图5A的区域图中L34所示移转状态，以及当氧浓度变化至预定状态且完成移转时，该流程结束。因此，在上述柴油发动机A中，随着发动机本体1的负荷的增加，当从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，燃料喷射方式从预混合燃烧方式切换至扩散燃烧方式，此后， 将燃料喷射的正时设置至晚于作为扩散燃烧模式的喷射正时的第二正时的第三正时。从而，在避免NVH和排气排放的问题的状态下，ECU 40等待汽缸2内的氧浓度的变化，并通过根据氧浓度的变化将燃料喷射正时从第三正时向第二正时改变，使燃烧模式的移转可能完成。与此不同的是，随着发动机本体1的负荷的降低，当从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，燃料喷射方式保持为扩散燃烧方式，但将燃料喷射的正时设置至晚于扩散燃烧模式的第二正时的第三正时。从而，与上述类似，在避免NVH和排气排放的问题的状态下，ECU 40等待汽缸2内的氧浓度的变化，当氧浓度变化至可切换至预混合燃烧模式的状态时，燃料喷射方式切换至预混合燃烧方式，并通过将燃料喷射正时从第三正时直接改变至预混合燃烧模式的第一正时，使燃烧模式的移转可能完成。在燃烧模式移转时，当燃料喷射模式和汽缸2内的氧浓度连续地变化时，即使当 NVH或排气排放不可避免地超过容许界限时，这种扩散延迟模式使得移转燃烧模式而不超过NVH或排气排放的容许界限成为可能。另一方面，在燃烧模式移转时，当燃料喷射模式和汽缸2内的氧浓度连续变化时， 如上述，由于上述扩散延迟模式对燃料消耗不利，因此仅当NVH或排气排放不可避免地超过容许界限时，才执行扩散延迟模式，除此以外，禁止该模式(即、执行正常控制)，从而对改进燃料消耗起作用(同样参见图3中白色箭头)。实施例2
图9示出根据第二实施例的各个燃烧模式的燃料喷射模式的例子。在本实施例中，当燃烧模式在预混合燃烧模式和扩散燃烧模式(包括扩散延迟模式)之间互相切换时，执行移转燃烧模式。该移转燃烧模式为避免或消除在切换燃烧模式时由于燃烧声的音质的突然改变给乘员带来的不协调感的模式。首先，在如图9A所示的预混合燃烧模式的燃料喷射模式中，与如图6A所示的燃料喷射模式类似，在压缩行程期间在较早的正时执行三次到汽缸2的燃料喷射。从而，由此喷射的燃料在处于燃料和空气充分混合的状态中在位于压缩行程的上止点或压缩行程上止点附近通过自点火燃烧。在此，将接近三次燃料喷射中的第二次燃料喷射的正时定义为预混合燃烧的燃料喷射正时(即、第一正时)。接着，在如图9B所示的扩散燃烧模式的燃料喷射模式中，与如图6B所示的燃料喷射模式稍有不同，在位于压缩行程上止点或压缩行程上止点附近的主喷射前执行两次前阶段喷射。两次前阶段喷射中的第一次前阶段喷射为在相对远离主喷射的正时执行的先导喷射，该先导喷射增加了燃料的预混合性能，同时改进了空气利用率。另一方面，接着的前阶段喷射为在相对接近主喷射的正时执行的预喷射。通过与先导喷射的结合，预喷射在主燃烧之前引起预燃烧，并产生了燃料容易点火的汽缸2内的状态。这缩短了执行主喷射喷射的燃料的点火延迟，使主燃烧变缓，并避免或抑制了热释放率的突然增加。也就是说，两次或更多次前阶段喷射对减少燃烧噪声是有利的。此外，如图9B所示的扩散燃烧模式的燃料喷射模式包括在主喷射之后执行的后阶段喷射。与如图6B所示的燃料喷射模式的后阶段喷射稍有不同，该后阶段喷射在距主喷射预定时间间隔处执行。这种后阶段喷射抑制了在经过主燃烧的热释放率的峰值后在膨胀行程期间汽缸2内的温度的下降，并将汽缸2内的温度保持在高温度。这对利用腔外空气促进氧化在燃烧的最初阶段和中间阶段产生的黑烟来减少黑烟的排放是有利的。将扩散燃烧模式的燃料喷射模式的燃料喷射正时(即、第二正时)定义为位于压缩行程上止点或压缩行程上止点附近的主喷射的正时。接着，在如图9C所示的扩散延迟模式的燃料喷射模式中，与如图9B所示的扩散燃烧模式的燃料喷射模式相比，只是延迟了主喷射的正时，而将先导喷射、预喷射和后阶段喷射的正时分别设置为基本上与扩散燃烧模式的喷射正时相同的正时。与上述相同，这维持了通过先导喷射和预喷射在主燃烧前发生预燃烧以及后阶段喷射对黑烟的氧化效果，并在预混合燃烧模式和扩散燃烧模式之间相互移转时通过主喷射的延迟实现了避免NVH和产生的排气排放的容许界限。由主喷射的延迟的正时(即、第三正时)定义扩散延迟模式的燃料喷射正时，且如上述根据汽缸2内的氧浓度的变化改变该第三正时。如图9D所示的移转燃烧模式总共包括四次燃料喷射在第一正时(如图9A所示的预混合燃烧模式的燃料喷射正时)附近执行的燃料喷射、在第二正时(如图9B所示的扩散燃烧模式的燃料喷射正时)附近执行的燃料喷射、在第二正时附近执行的喷射前的燃料喷射、 以及在后阶段喷射的正时附近执行的燃料喷射。换言之，在该燃料喷射模式中，预混合燃烧模式的燃料喷射模式包括的压缩行程期间的三次燃料喷射的间隔分别被延长，而使间隔接近执行四次燃料喷射的扩散燃烧模式的燃料喷射模式。在此，在图10中，比较预混合燃烧、扩散燃烧和移转燃烧的燃烧声的特性，图中横轴表示频带，纵轴表示声压。根据该图，如图10中虚线所示，预混合燃烧的燃烧声具有如下特性在相对较低的频带内其声压高于扩散燃烧的燃烧声(如图10中点划线所示)，并在相对较高的频带内声压低于扩散燃烧的燃烧声。燃烧声特性的差别(音质的差别)在切换燃烧模式时引起燃烧声的音质的突然改变。另一方面，如上述，移转燃烧模式包括在对应于预混合燃烧模式的燃料喷射正时的第一正时附近执行的燃料喷射和在对应于扩散燃烧模式的燃料喷射正时的第二正时附近执行的燃料喷射两者。在该实施例中，移转燃烧模式也包括在扩散燃烧模式中的后阶段喷射的正时附近执行的燃料喷射。从而，如图10中实线所示，移转燃烧的燃烧声的特性具有预混合燃烧和扩散燃烧的中间特性。也就是说，移转燃烧的燃烧声的声压在从低频带到高频带的广的频带范围内位于预混合燃烧和扩散燃烧之间。为此，移转燃烧模式的执行优先于从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式的移转和从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式的移转，避免了燃烧声的音质突然改变。图11为说明预混合燃烧模式、扩散燃烧模式和移转燃烧模式的转变的图，其中横轴表示时间，纵轴表示汽缸2内的氧浓度。在此，举例描述随着发动机负荷的增加(与加速器踏板的踩踏相关)状态从图11中P51所示的预混合燃烧模式的状态向P52所示的扩散燃烧模式的状态移转的情形。该实施例示出因为移转前后汽缸2内的氧浓度差别大所以执行扩散延迟模式的例子。首先，如图9A所示，在P51的预混合燃烧模式的状态下，在压缩行程期间执行三次燃料喷射，并执行PCI燃烧。因此，当燃料喷射量增加(与加速器踏板的踩踏相关)，汽缸2内的氧浓度暂时地降低。也就是说，汽缸2内的氧浓度并不是简单地从P51向P52增加(如图 11中点划线所示)，而是如该图实线所示，氧浓度先下降然后逐渐地增加。从P51的状态到氧浓度变得最低的P53，预混合燃烧模式持续。然后，在加速器踏板的踩踏操作之后的EGR 控制开始跟随，并在其后，汽缸2内的氧浓度逐渐地增加。此时，从P53的状态直到氧浓度变得稍微高于初始氧浓度的时候(如P^所示)，执行上述移转燃烧模式(参见图9D)。通过在移转至扩散燃烧模式之前执行移转燃烧模式避免了燃烧声的音质的突然改变。然后，当汽缸2内的氧浓度变成K4所示的状态时，模式移转至扩散燃烧模式。在此情况下，在移转之后立即进入扩散延迟模式。也就是说，如图9C所示，只有主喷射的正时被延迟。从而，如上述，实现了避免NVH和排气排放的容许界限。然后，随着汽缸2内的氧浓度增加，逐渐地提前主喷射的正时。然后，主喷射变成如图9B所示的预定正时，且当汽缸2内的氧浓度达到P52的状态时，完成燃烧模式的移转。如图12A所示，当从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，由ECU 40执行的控制流程，在图7的流程图中的步骤S73和S74之间结合执行移转燃烧模式的步骤S78。此外，如图12B所示，用步骤S79替代图7的流程图中的步骤S72。虽然步骤S79基本上与在步骤S72处的正常控制的步骤相同，但是其增加了在移转至扩散燃烧模式前执行如上所述的移转燃烧模式。应注意，在图4A与图11中，Pll和P51、P12和P52、P14和K4分别互相对应，P53 对应于从Pll到P13的部分。另一方面，如图13所示，当从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，在由ECU 40执行的控制流程中，用步骤S86替代图8的流程图中的步骤S82。虽然步骤S86基本上与在步骤S82处的正常控制的步骤相同，但是其增加了在移转至预混合燃烧模式前执行如上所述的移转燃烧模式。以此方式，通过分别在从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转中和在从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式的移转中设置移转燃烧模式，避免了燃烧声的音质的突然改变，并使避免或减轻给乘员带来的不协调感成为可能。应注意，图6A到6C所示的各个燃烧模式的燃料喷射模式与图9A到9D所示的各个燃烧模式的燃料喷射模式是可相互替换的。应理解，本文所述实施例是示例性的而非限制性的，因为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
1.一种车载柴油发动机，包括安装在车辆内且供给有主要包含柴油燃料的燃料的发动机本体，所述发动机本体用于选择性地在低负荷时以预混合燃烧模式操作，或在高负荷时以扩散燃烧模式操作；用于根据燃烧模式控制经由燃料喷射阀进入汽缸的燃料喷射的喷射控制模块；以及用于调整进入所述汽缸的EGR气体量的EGR量控制模块；其中，当所述发动机本体以预混合燃烧模式操作时，所述喷射控制模块在汽缸内压力相对较低时的第一正时执行包括一次或多次喷射的预混合燃烧方式的燃料喷射，以及当发动机本体以扩散燃烧模式操作时，所述喷射控制模块在晚于第一正时的第二正时执行包括一次或多次喷射的扩散燃烧方式的燃料喷射；所述EGR量控制模块执行至少在预混合燃烧模式中及在从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时根据所述发动机本体的操作条件将一定量的EGR气体引入到所述汽缸的控制；以及当随着所述发动机本体负荷的增加从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，所述喷射控制模块还将燃料喷射方式从预混合燃烧方式切换至扩散燃烧方式，并在晚于第二正时的第三正时执行扩散燃烧方式的燃料喷射，此后，所述喷射控制模块执行根据汽缸内的氧浓度的变化使第三正时向第二正时变化的过渡控制。
2.根据权利要求1所述的车载柴油发动机，其特征在于，当从发动机本体负荷为高的状态向扩散燃烧模式移转时，所述喷射控制模块执行所述过渡控制，所述发动机本体负荷为高的状态为在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度低于预定值的状态；以及当从发动机本体负荷为低的状态向扩散燃烧模式移转时，所述喷射控制模块禁止所述过渡控制，所述发动机本体负荷为低的状态为在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度高于预定值的状态。
3.根据权利要求1或2所述的车载柴油发动机，其特征在于，在从预混合燃烧方式向扩散燃烧方式切换之前，所述喷射控制模块执行至少包含位于第一正时或第一正时附近的燃料喷射和位于第二正时或第二正时附近的燃料喷射的燃料喷射集合。
4.一种车载柴油发动机，包括安装在车辆内且供给有主要包含柴油燃料的燃料的发动机本体，所述发动机本体用于选择性地在低负荷时以预混合燃烧模式操作，或在高负荷时以扩散燃烧模式操作；用于根据燃烧模式控制经由燃料喷射阀进入汽缸的燃料喷射的喷射控制模块；以及用于调整进入所述汽缸的EGR气体量的EGR量控制模块；其中，当所述发动机本体以预混合燃烧模式操作时，所述喷射控制模块在汽缸内压力相对较低时的第一正时执行包括一次或多次喷射的预混合燃烧方式的燃料喷射，以及当发动机本体以扩散燃烧模式操作时，所述喷射控制模块在晚于第一正时的第二正时执行包括一次或多次喷射的扩散燃烧方式的燃料喷射；所述EGR量控制模块执行至少在预混合燃烧模式中及在从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时根据所述发动机本体的操作条件将一定量的EGR气体引入到所述汽缸的控制；且当随着发动机本体负荷的降低从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，所述喷射控制模块在晚于第二正时的第三正时执行扩散燃烧方式的燃料喷射，以及在汽缸内的氧浓度变成预定浓度后，所述喷射控制模块执行过渡控制，在所述过渡控制中燃料喷射方式从扩散燃烧方式切换至预混合燃烧方式，并在第一正时执行预混合燃烧方式的燃料喷射。
5.根据权利要求4所述的车载柴油发动机，其特征在于，当从扩散燃烧模式向发动机本体负荷为高的状态移转时，所述喷射控制模块执行所述过渡控制，所述发动机本体负荷为高的状态为在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度低于预定值的状态；以及当从扩散燃烧模式向发动机本体负荷为低的状态移转时，所述喷射控制模块禁止所述过渡控制，所述发动机本体负荷为低的状态为在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度高于预定值的状态。
6.根据权利要求4或5所述的车载柴油发动机，其特征在于，在从扩散燃烧方式向预混合燃烧方式切换之前，所述喷射控制模块执行至少包含位于第一正时或第一正时附近的燃料喷射和位于第二正时或第二正时附近的燃料喷射的燃料喷射集合。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的车载柴油发动机，其特征在于，将所述第三正时设置在黑烟容许界限与失火界限之间，以便在膨胀行程期间喷射的雾化燃料到达汽缸内活塞顶部中的凹腔。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的车载柴油发动机，其特征在于，所述扩散燃烧方式包括主喷射和在主喷射前执行的两次或更多次前阶段喷射。
9.根据权利要求8所述的车载柴油发动机，其特征在于，所述前阶段喷射与所述主喷射之间的喷射时间间隔短于所述前阶段喷射的喷射时间间隔。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的车载柴油发动机，其特征在于，所述扩散燃烧方式包括主喷射和在主喷射后预定时间间隔之后执行的后阶段喷射，设置被设置至第三正时的用于扩散燃烧的燃料喷射，以便相对于被设置至第二正时的用于扩散燃烧的燃料喷射，使后阶段喷射保持相同的正时而只延迟主喷射的正时。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的车载柴油发动机，其特征在于，通过控制所述发动机本体的进气门操作和排气门操作中的至少一个，所述EGR量控制模块调整内部EGR 气体量。
12.—种车载柴油发动机的控制方法，所述柴油发动机安装在车辆内且供给有主要包含柴油燃料的燃料，所述控制方法包括当发动机负荷为低时，在第一正时执行包括一次或多次喷射的预混合燃烧方式的燃料喷射，同时根据发动机的操作条件将一定量的EGR气体引入汽缸，以使发动机以预混合燃烧模式操作；当发动机负荷为高时，在晚于第一正时的第二正时执行包括一次或多次喷射的扩散燃烧方式的燃料喷射，以使发动机以扩散燃烧模式操作；当随着发动机负荷的增加从预混合燃烧模式向扩散燃烧模式移转时，将燃料喷射方式从预混合燃烧方式切换至扩散燃烧方式，同时根据发动机的操作条件将一定量的EGR气体引入汽缸；在切换至扩散燃烧方式之后立即将燃料喷射正时设置至晚于第二正时的第三正时；以及在此之后，根据汽缸内的氧浓度的变化使第三正时向第二正时变化。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，当从发动机本体负荷为高的状态向扩散燃烧模式移转时，将喷射正时设置至第三正时，所述发动机本体负荷为高的状态为在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度低于预定值的状态；以及当从发动机本体负荷为低的状态向扩散燃烧模式移转时，不将喷射正时设置至第三正时，所述发动机本体负荷为低的状态为在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度高于预定值的状态。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在从预混合燃烧方式向扩散燃烧方式切换之前，还执行至少包含位于第一正时或第一正时附近的燃料喷射和位于第二正时或第二正时附近的燃料喷射的燃料喷射集合。
15.一种车载柴油发动机的控制方法，所述柴油发动机安装在车辆内且供给有主要包含柴油燃料的燃料，所述控制方法包括当发动机负荷为低时，在第一正时执行包括一次或多次喷射的预混合燃烧方式的燃料喷射，同时根据发动机的操作条件将一定量的EGR气体引入汽缸，以使发动机以预混合燃烧模式操作；当发动机负荷为高时，在晚于第一正时的第二正时执行包括一次或多次喷射的扩散燃烧方式的燃料喷射，以使发动机以扩散燃烧模式操作；当随着发动机负荷的降低从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，在晚于第二正时的第三正时执行扩散燃烧方式的燃料喷射，同时根据发动机的操作条件将一定量的EGR气体引入汽缸；以及在汽缸内的氧浓度变成预定浓度后，将燃料喷射方式从扩散燃烧方式切换至预混合燃烧方式，以在第一正时执行燃料喷射。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，当从扩散燃烧模式向发动机负荷为高的状态移转时，将喷射正时设置至第三正时，所述发动机负荷为高的状态为在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度低于预定值的状态；以及当从扩散燃烧模式向发动机负荷为低的状态移转时，不将喷射正时设置至第三正时， 所述发动机负荷为低的状态为在预混合燃烧模式中汽缸内的氧浓度高于预定值的状态。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，还包括在从扩散燃烧方式向预混合燃烧方式切换之前，执行至少包含位于第一正时或第一正时附近的燃料喷射和位于第二正时或第二正时附近的燃料喷射的燃料喷射集合。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其特征在于，将所述第三正时设置在黑烟容许界限与失火界限之间，以便在膨胀行程期间喷射的雾化燃料到达汽缸内活塞顶部中的凹腔。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述扩散燃烧方式包括主喷射和在主喷射前执行的两次或更多次前阶段喷射。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述前阶段喷射与所述主喷射之间的喷射时间间隔短于所述前阶段喷射的喷射时间间隔。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的方法，其特征在于，所述扩散燃烧方式包括主喷射和在主喷射后预定时间间隔之后执行的后阶段喷射， 设置被设置至第三正时的用于扩散燃烧的燃料喷射，以便相对于被设置至第二正时的用于扩散燃烧的燃料喷射，使后阶段喷射保持相同的正时而只延迟主喷射的正时。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述EGR气体为通过控制所述发动机的进气门操作和排气门操作中的至少一个引入到汽缸的内部EGR气体。
全文摘要
本发明涉及一种车载柴油发动机的控制方法及该车载柴油发动机，公开了一种柴油发动机的控制方法，包括当发动机负荷为低时，在第一正时执行包括一次或多次喷射的预混合燃烧方式的燃料喷射，同时根据发动机的操作条件将一定量的EGR气体引入汽缸，以使发动机以预混合燃烧模式操作；当发动机负荷为高时，在晚于第一正时的第二正时执行包括一次或多次喷射的扩散燃烧方式的燃料喷射，以使发动机以扩散燃烧模式操作；以及当随着发动机负荷的降低从扩散燃烧模式向预混合燃烧模式移转时，在晚于第二正时的第三正时执行扩散燃烧方式的燃料喷射，同时根据发动机的操作条件将一定量的EGR气体引入汽缸。
文档编号F02D41/30GK102312740SQ20111017216
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29日
发明者志茂大辅, 林原宽, 森永真一, 谷村兼次 申请人:马自达汽车株式会社