用于内燃机的控制设备的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机的控制设备。

背景技术：

其中燃料被直接地喷射到燃烧室中的压缩空气中，自燃，并且被扩散燃烧点燃的所谓的柴油燃烧由于其良好的热效率而比火花点燃燃烧有利。虽然柴油燃烧中通常使用的燃料是具有相对低的自燃温度的轻油，但例如PTL 1公开了一种其中使用具有相对高的自燃温度的天然气作为柴油燃烧中的燃料的技术。特别地，在压缩冲程的早期或者中间阶段中，在燃烧室中的预定区域中执行燃料喷射，并且在正好在压缩冲程的上死点之前的时间点燃在上述区域中形成的空气燃料混合物，以产生高温、高压条件，使得天然气能够在燃烧室中自燃。另外，为了在压缩冲程的上死点之后扩散燃烧，燃料被在高温、高压条件下喷射到燃烧室中。

也已经做出通过自燃点燃汽油，并且通过在火花点燃汽油发动机中的扩散燃烧而燃烧汽油的尝试。例如，在PTL 2中公开的技术中，在压缩冲程的前半段中的时段中执行第一燃料喷射，以在整个燃烧室中形成充分均匀的空燃比，并且火花点燃通过这种燃料喷射形成的空气燃料混合物。之后，执行第二燃料喷射以燃烧由此喷射的燃料，以便其余燃料随着燃烧室中的温度和压力由于燃烧升高而自燃。这种技术能够扩大其中能够防止爆震发生的运行范围，由此能够具有柴油燃烧的优点。

与PTL 2中公开的技术一样，PTL 3公开了一种涉及为了爆震抑制而在汽油发动机中进行柴油燃烧的技术。特别地，在其中可能发生爆震的汽油发动机的相对高负荷运行范围中，在压缩冲程的上死点之前的时段中执行第一燃料喷射，并且通过火花点燃燃烧由此喷射的燃料，并且在其中燃烧室中的压力由于燃烧而高的压缩冲程的上死点之后的时段中执行用于扩散燃烧的燃料喷射。在这种技术中，根据发动机转速调节第一燃料喷射的时刻，以实现对抑制爆震有利的燃烧。

引用列表

专利文献

PTL 1：日本专利申请公开号2003-254105

PTL 2：日本专利申请公开号2002-276442

PTL 3：日本专利申请公开号2007-64187

技术实现要素：

技术问题

为了促使在使用具有相对高自燃温度的燃料的内燃机诸如汽油发动机中进行柴油燃烧，燃烧室中的温度和压力有必要足够高，以允许所喷射的燃料自燃并且在执行确定内燃机的功率的主喷射时通过扩散燃烧而燃烧。在主喷射之前在压缩冲程的上死点之后立即执行第一喷射，并且燃料经火花点燃而燃烧的情况下，与上述现有技术的情况相同，第一喷射同样在压缩冲程期间促使燃烧。这是内燃机的功率降低的原因。因此，难以提高内燃机的热效率。此外，上述现有技术未充分描述火花点燃内燃机中的柴油燃烧期间的热效率改进。

已经考虑到上述问题而做出本发明，并且其目的在于在使用具有相对高的自燃温度的燃料的内燃机中实现稳定柴油燃烧以及其热效率的提高。

问题的解决方案

在本发明中，为了解决上述问题，我们开发了一种在主要确定内燃机的功率的主喷射之前执行预喷射并且火花点燃预喷射所喷射的燃料(下文将称为“预喷射燃料”)的控制设备，以便一部分预喷射燃料保持未燃烧，并且与主喷射所喷射的燃料(下文将称为“主喷射燃料”)一起经受柴油燃烧。通过这种设备，在主喷射时在燃烧室中建立适合主喷射燃料的柴油燃烧的条件，并且一部分预喷射燃料可能对内燃机的功率做出贡献。因而，热效率能够提高。应注意，本发明上下文中的“预”和“主”仅在它们的热优先级和先后性方面量化喷射，并且这些词语不应被理解为除了下文所述的技术意思之外的任何限制意义。

特别地，根据本发明，提供一种用于内燃机的控制设备，包括：燃料喷射阀，燃料喷射阀能够将燃料喷射到内燃机的燃烧室中；点火装置，点火装置相对于燃料喷射阀的位置以通过燃料喷射阀喷射的燃料喷雾经过能够点火区域并且点火装置能够直接点燃燃料喷雾的方式来设定；预燃烧装置，预燃烧装置促使燃料喷射阀在压缩冲程期间在预定的预喷射时间执行预喷射，并且促使点火设备点燃通过预喷射形成的预喷雾，由此使预喷射燃料燃烧，并且在燃烧室中产生预喷射燃料的未燃烧残留物；和主燃烧装置，主燃烧装置在压缩冲程的上死点之前的预定喷射开始时间开始主喷射，使得能够通过预燃烧装置燃烧的预喷射燃料的火焰而开始燃烧，由此以下列方式燃烧通过预燃烧装置产生的预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料，即预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料自燃，并且主喷射燃料的至少一部分通过扩散燃烧而燃烧。

以点火装置能够直接点燃通过燃料喷射阀喷射的并且经过能够点火区域的经过燃料喷雾的方式，设定点火装置相对于燃料喷射阀的位置。通常情况是根据进气门开启时的目标燃烧形式或者位于活塞顶部上的腔体等的形状，通过在燃烧室中形成的气流使空气燃料混合物进入点火装置的能够点火区域，以便点燃燃料喷雾。在这种通常采用的点火模式中，将执行通过喷射阀喷射的喷射时间通常取决于进气门的开启时间以及活塞在气缸中的位置以及其它因素。与此相反，在根据本发明的用于内燃机的控制设备中，由于如上所述相对彼此地设定燃料喷射阀和点火装置的相对位置，所以对燃料喷射时间和点火时间的控制具有非常高的灵活性，使得能够通过下文将描述的预燃烧装置和主燃烧装置控制燃料喷射。优选地，点火装置适合能够在期望时间，与进气门的开启时间和内燃机的活塞位置无关地，直接点燃通过燃料喷射阀喷射的经过燃料喷雾。

预燃烧装置控制在压缩冲程期间的预定预喷射时间执行的预喷射，以及通过点火装置对预喷雾的点火，由此在燃烧室中产生预喷射燃料的未燃烧残留物。换句话说，预喷射的燃料不是全部通过点火装置的点火而燃烧，而是预喷射燃料的一部分在主喷射时在燃烧室中保持未燃烧，以便与主喷射燃料相互作用。因而，执行预喷射的预定预喷射时间不是简单地压缩冲程期间的喷射时间，而是考虑到预喷射与主喷射的相关性被设定，以便使得能够通过主燃烧装置而燃烧。

主燃烧装置以下列方式执行主喷射，即预燃烧装置产生的预喷射燃料的未燃烧残留物对主喷射燃料施加影响。特别地，在开始主喷射燃料的燃烧时的压缩冲程的上死点之前的预定喷射开始时间执行主喷射，主喷射燃料的燃烧是由在被视为通过其产生预喷射燃料的未燃烧残留物的燃烧过程中产生的火焰开始的。通过考虑到主喷射与预喷射燃料的未燃烧残留物的相关性而执行主喷射，在燃烧室中促使一系列燃烧。此外，以下列方式控制预喷射和主喷射的相关性，即通过上述预喷射燃料的点火燃烧产生的火焰点燃主喷射燃料，并且因此预喷射燃料的未燃烧残留物与主喷射燃料一起暴露于高温和高压。

我们已经发现，预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料暴露于高温和高压使得预喷射燃料的未燃烧残留物对内燃机的发动机功率以及主喷射燃料做出贡献，使得内燃机的热效率能够大大提高。特别地，认为随着在其中预喷射燃料的未燃烧残留物存在的高温、高压条件下将主喷射燃料喷射到燃烧室中，预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料重叠，并且其中的温度局部地超过燃料的自燃温度，使得自燃发生并且主喷射燃料的至少一部分通过扩散燃烧而燃烧，以提供高效燃烧。此外，如果以上述一系列燃烧通过预喷射燃料和主喷射燃料发生的方式控制预喷射和主喷射的相关性，换句话说，如果在预喷射开始时开始主喷射，则能够确保可靠的自燃和扩散燃烧。

在上述用于内燃机的控制设备中，所述预燃烧装置可以根据所述预喷射燃料的量的增大而增大所述预喷射燃料的未燃烧残留物的量。当预喷射燃料的量出于一些原因，诸如内燃机的发动机负荷增大而增大时，预喷射燃料的未燃烧残留物的量增大，并且因此自燃以及通过扩散燃烧而与主喷射燃料一起燃烧的未燃烧残留物的量增大。因此，即使预喷射量增大，也能够保持内燃的热效率处于令人满意的水平。

作为增大预喷射燃料的未燃烧残留物的量的控制的示例，所述预燃烧装置可以通过以所述预喷射燃料的增大越大，则提前的量越大的方式使所述预喷射的时间提前，来增大所述预喷射燃料的未燃烧残留物的量。随着预喷射时间相对提前，在预喷射燃料已经在燃烧室中流动经过更长距离时点燃预喷射燃料，使得预喷射燃料的未燃烧残留物增多。此外，当预喷射时间提前时，在燃烧室中的压力低于没有提前的压力的状态下执行预喷射。因此，高效地使用燃烧室中的空气(氧气)，使得所产生的烟的量能够降低。

作为提高预喷射燃料的未燃烧残留物的量的控制的另一示例，所述预燃烧装置可以通过所述预喷射燃料的量增大越大，则所述预喷射的时间和所述点火的时间之间的点火间隔的增大的量越大的方式，增大所述点火间隔，来增大所述预喷射燃料的未燃烧残留物的量。与上述情况一样，以上述方式改变点火间隔也导致点火时的燃烧室中的预喷射燃料的流动状态的变化，使得能够优选地控制预喷射燃料的未燃烧残留物的量。

在上文所述的用于内燃机的控制设备中，当所述内燃机的发动机负荷等于或者高于预定第一负荷时，所述预燃烧装置可以根据发动机负荷的增大而增大所述预喷射燃料的量，并且根据所述预喷射燃料的量的增大而使所述预喷射时间提前。上述预定第一负荷是在内燃机的一个循环内燃烧时所燃烧的喷射燃料量相对大的发动机负荷。在这种情况下，如果预喷射和主喷射之间的间隔固定，则随着发动机负荷增大，预喷射燃料的未燃烧残留物的一部分和主喷射后燃烧室中的主喷射燃料的重叠变大。预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料的重叠导致可用空气的局部不足。因此，可能产生烟。作为这种问题的对策，在本发明中，如上所述，预喷射量增大，并且其喷射时间响应于发动机负荷的增大而提前。因而，能够实现对更大发动机负荷和烟减少的适应。在本发明中，由于预燃烧装置执行的预喷射和主喷射装置执行的主喷射彼此相关，所以当预喷射燃料的量增大时，其一部分与主喷射燃料一起燃烧。因此，内燃机的热效率能够保持在令人满意的水平。

在上文所述的用于内燃机的控制设备中，当所述内燃机的发动机负荷等于或者高于比所述预定第一负荷高的预定第二负荷时，所述预燃烧装置可以根据发动机负荷的增大而增大所述预喷射燃料的量，并且根据所述预喷射燃料的量的增大而使所述预喷射的时间提前，使得在由所述主燃烧装置执行的所述主喷射中喷射的燃料的量保持在预定的上限量。上述预定第二负荷是如下发动机负荷，即在该发动机负荷下，如果主喷射燃料的量随着在内燃机中的一个循环中燃烧时燃烧的喷射燃料的量的进一步增大而增大，则造成自燃扩散燃烧可能由于主喷射燃料的蒸发潜热的影响而变得不稳定，并且所产生的烟的量可能由于主喷射形成的燃料喷雾周围的空气(氧气)不足而增大的可能性。因此，当发动机负荷达到或者超过较高的第二负荷时，则将主喷射燃料的量保持在预定的上限量，以便不超过上限量，由此减少烟。通过增大预喷射燃料的量并且使预喷射时间提前而实现燃料量响应于发动机负荷增大而增大。通过执行上述燃烧控制，预燃烧装置和主燃烧装置的燃烧控制能够被应用于内燃机的更广的高负荷范围中。

本发明的有利效果

根据本发明，能够在使用具有相对高自燃温度的燃料的内燃机中实现稳定柴油燃烧以及其热效率的提高。

附图说明

[图1]图1是应用本发明的实施例的内燃机的进气和排气系统的总体构造的视图。

[图2]图2是示出图1中所示的内燃机所配备的点火装置的点火模式的视图。

[图3]图3是示出由根据本发明的用于内燃机的控制设备执行的燃烧控制(下文将称为“根据本发明的燃烧控制”)的视图。

[图4]图4是示出采用根据本发明的燃烧控制的燃烧室中的放热率的变化的第一曲线图。

[图5]图5是示出在图1中所示的内燃机中执行根据本发明的燃烧控制中的预喷射的情况下预喷射燃料的预喷射量和燃烧效率之间的关系的曲线图，其中对不同预喷射时间执行测量。

[图6]图6是示出利用根据本发明的燃烧控制的燃烧室中的放热率的变化的第二曲线图。

[图7]图7包括在根据本发明的燃烧控制被应用于图1中所示的内燃机的情况下，示出发动机负荷和热效率之间的关系的示例的曲线图，以及示出发动机负荷和燃烧室中的空气燃料比之间的关系的示例的曲线图。

[图8]图8是示出在根据本发明的燃烧控制中的低负荷状态下内燃机中的预喷射量和热效率之间的关系的曲线图。

[图9]图9包括在根据本发明的燃烧控制中，示出气缸内的压力变化的曲线图和示出不同预喷射量的放热率的变化的曲线图。

[图10]图10是示出在根据本发明的燃烧控制中，热效率随着预喷射和主喷射之间的喷射间隔变化而变化的曲线图。

[图11]图11包括在根据本发明的燃烧控制被应用于图1中所示的内燃机的情况下，示出所产生的烟的量的变化的曲线图，以及示出热效率随着预喷射燃料的量的增大和预喷射时间的提前而变化的曲线图。

[图12]图12是示出在根据本发明的燃烧控制被应用于图1中所示的内燃机的情况下所产生的烟的量和对不同预喷射量测量的热效率之间的关系的视图。

[图13]图13是被应用于图1中所示的内燃机的根据本发明的燃烧控制的流程图。

[图14]图14是示出被用于图1中所示的内燃机的预喷射、预喷射燃料的点火以及主喷射的控制图的第一曲线图。

[图15]图15是示出被用于图1中所示的内燃机的预喷射、预喷射燃料的点火以及主喷射的控制图的第二曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的具体实施例。除非特殊之处，否则将结合实施例描述的组件的尺寸、材料、形状、相对布置和其它特征无意将本发明的技术范围仅限于这些内容。

示例1

图1是应用本发明的实施例的内燃机的进气和排气系统的总体构造的视图。图1中所示的内燃机为具有多个气缸的四冲程循环的火花点火内燃机(汽油发动机)。图1仅示出多个气缸中的一个。

在内燃机1的每个气缸2中，活塞3被以可滑动方式设置。通过连接杆4将活塞3与图中未示出的输出轴(曲柄轴)链接。气缸2的内部与进气端口7和排气端口8连通。通到气缸2的进气端口7的端部通过进气门9开启/闭合。通到气缸2的排气端口8的端部通过排气门10开启/闭合。进气门9和排气门10被驱动成分别被图中未示出的进气凸轮和排气凸轮开启/闭合。

此外，每个气缸2都设有用于将燃料喷射到气缸中的燃料喷射阀6。燃料喷射阀6被布置在气缸2中形成的燃烧室的顶部上的中心处。此外，能够点燃通过燃料喷射阀6喷射的燃料的火花塞5被设置在内燃机1的气缸盖中。特别地，燃料喷射阀6具有喷射端口6a，通过喷射端口6a能够接近径向地在图2中所示的16(十六)个方向上喷射燃料。火花塞5相对于燃料喷射阀6的位置，特别是其中火花塞5能够点火的电极之间的区域5a相对于燃料喷射阀6的位置被以下列方式布置，即从喷射端口6a喷射的燃料喷雾或者燃料射流中的至少一个经过区域5a，并且因而经过区域5a的燃料喷雾能够被区域5a中流动的电极间电流直接点燃。火花塞5位于两个进气门9之间，以便火花塞不干扰进气门9和排气门10的运行。

按上文构造的火花塞5和燃料喷射阀6能够执行喷雾引导燃烧。换句话说，以能够直接点燃通过燃料喷射阀6喷射的燃料的方式布置的火花塞5，以及燃料喷射阀6使得能够与内燃机1的进气门9的开启时刻或者活塞3的位置无关地，在任何期望时间点燃经过区域5a的喷射燃料。另一方面，在通过燃料喷射阀喷射的燃料通过由于进气门开启而流入燃烧室的空气而被携带至火花塞附近从而将燃料点燃的空气引导燃烧的情况下，以及在所喷射的燃料被携带至利用布置在活塞顶部上的腔体形状的火花塞附近从而将燃料点燃的壁引导燃烧的情况下，难以执行燃料喷射和点燃，除非达到开启进气门的预定时间并且建立预定活塞位置。与空气引导燃烧和壁引导燃烧相比，根据该示例的喷雾引导燃烧允许非常灵活的燃料喷射和点火时刻控制。

重新参考图1，进气端口7与进气通道70连通。进气通道70具有节气门71。空气流量计72被设置在进气通道70中节气门71的上游。另一方面，排气端口8与排气通道80连通。用于净化从内燃机1排出的排气的排气净化催化器81被设置在排气通道80中。如下文所述的，从内燃机1排出的排气具有比化学计量关系贫的空气燃料比，并且能清除具有这种贫空气燃料比的排气中的NOx的选择性催化还原NOx催化器，以及能够捕捉排气中的颗粒物质(PM)的过滤器可以被采用作为排气净化催化器81。

此外，电子控制单元(ECU)20被附于内燃机1。ECU 20是控制内燃机1以及排气净化设备等的运行状态的单元。ECU 20与上述空气流量计72、曲柄位置传感器21和加速器位置传感器22电连接，并且这些传感器的测量值被提供给ECU 20。因而，ECU 20能够基于空气流量计72的测量值识别内燃机1的运行状态，诸如进入空气量，基于曲柄位置传感器21的测量值识别发动机转速，并且基于加速器位置传感器22的测量值识别发动机负荷。ECU 20也与燃料喷射阀6、火花塞5和节气门71等电连接。这些组件受ECU 20控制。

<燃烧控制>

现在将参考图3描述在具有上述构造的内燃机1中执行的燃烧控制。图3(a)以视图的从左到右的时间顺序(参见图(3a)的上行)示意性地示出在内燃机1中执行的燃烧控制中的燃料喷射和点火的规程，并且示出与作为燃料喷射和点火的结果而在燃烧室中相继发生的燃烧相关的现象(参见图3(a)的下一行)。图3(b)以时间线示出图3(a)中所示的燃料喷射中所包括的预喷射和主喷射以及点火的关系。图3中所示的模式仅作为根据本发明的燃烧控制的示意图给出，并且不应将本发明视为限于这种模式。

在根据本发明的燃烧控制中，在一个循环中执行预喷射和主喷射。预喷射是在压缩冲程期间的预定时间时通过燃料喷射阀6执行的燃料喷射。主喷射是在预喷射之后并且在压缩冲程的上死点(TDC)之前的时间，也通过燃料喷射阀6执行的燃料喷射。如图3(b)中所示，预喷射的喷射开始时间(下文将其简称为“预喷射时间”)由Tp表示，并且主喷射的开始时间(下文将其简称为“主喷射时间”)由Tm表示。预喷射和主喷射之间的间隔(Tm-Tp)被定义为喷射间隔Di。作为上述喷雾引导燃烧执行具有预喷射的燃烧，并且使用火花塞5点燃被预喷射所喷射的燃料(下文将其称为“预喷射燃料”)。这种点燃的时间由如图3(b)中所示的Ts表示，并且从预喷射开始至点火时间的间隔(Ts-Tp)被定义为点火间隔Ds。

在下文中，将描述根据本发明的燃烧控制的规程。

(1)预喷射

在基本燃烧控制中的一个循环中，首先在压缩冲程期间的预定时间执行预喷射。关于下文所述的主喷射确定预喷射时间Tp。在预喷射开始后，通过燃料喷射阀6喷射的燃料经过如图2中所示的燃烧室中的火花塞5的能够点火区域5a。在预喷射开始后，预喷射燃料不立即在燃烧室中大范围地扩散，而是通过喷射的穿透力在燃烧室中行进，同时引入喷雾射流的前端周围的空气。因此，预喷射燃料产生在燃烧室中层化的空气燃料混合物。

(2)预喷射燃料的点燃

由此层化的预喷射燃料被火花塞5在从预喷射开始的点火间隔Ds之后的时间Ts点燃。如上所述，由于预喷射燃料被层化，所以局部空气燃料比处于允许通过这种点燃而燃烧的水平。除了活塞3的压缩效果之外，由此点燃的预喷射燃料的燃烧过程促使燃烧室中的温度进一步升高。另一方面，在本发明中，一部分预喷射燃料未在火花塞5点燃而促使的燃烧中燃烧，而是作为“未燃烧残留燃料”保留在燃烧室中。由于未燃烧的残留燃料已经暴露于预喷射燃料的一部分在燃烧室中燃烧而导致的高温气氛，所以预期未燃烧的残留燃料的至少一部分已经重组，从而通过在不促使其燃烧的条件下的低温氧化而提高其可燃性。然而，应明白，在本发明中，未燃烧的残留燃料指的是在火花塞5的点燃促使的燃烧中没有燃烧而保留的一部分预喷射燃料，并且未燃烧的残留燃料不必处于显示具体性能的条件。

(3)主喷射

在从预喷射开始的喷射间隔Di之后的时间Tm，换句话说在等于从火花塞5的点燃时间Ts的Di-Ds的时间消逝后的压缩冲程的上死点之前的时间Tm执行通过燃料喷射阀6的主喷射。在这种内燃机1中，主喷射燃料通过扩散燃烧而燃烧，从而如下文所述贡献大部分发动机功率。主喷射的喷射开始时间Tm被设定成由通过发动机负荷和其它因素确定的主燃料喷射的量获得的发动机功率接近被最大化(下文将其称为“适当喷射时间”)。时间Tm时开始的主喷射所喷射的一部分燃料被预喷射燃料燃烧而产生的火焰点燃并且燃烧，由此，燃烧室中的温度进一步升高。此外，预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料通过温度的升高而自燃，并且经受扩散燃烧。如上所述，在其中未燃烧的残留燃料的可燃性已经提高的情况下，预期主喷射燃料的燃烧更平稳地进行。

如上所述，在根据本发明的燃烧控制中，上述一系列燃烧通过火花塞在预喷射和主喷射之间的时段中的中间点燃而发生。在预燃烧中，预喷射的喷射时间或者喷射间隔Di以如下方式设定，即使得能够通过适当喷射时间执行的主喷射而进行上述一系列燃烧。在本说明书中，促使主喷射燃料通过预喷射燃料的火焰开始燃烧，并且促使预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料发生自燃和扩散燃烧的预喷射和主喷射之间的相关性将在下文中被称为“预主相关性”。因而，在根据本发明的燃烧控制中，执行与预喷射和主喷射燃料的点燃具有预主相关性的主喷射。

图4示出在执行根据本发明的燃烧控制的情况下的燃烧室中的放热率的变化。图4示出在其中内燃机1的发动机转速为2000rpm的情况下对应于四种不同控制模式(L1至L4)的放热率的变化。在这些控制模式中，在预喷射时间Tp期间，预喷射量、主喷射时间Tm和点火时间Ts相同，主喷射量在控制模式之间变化(特别地，主喷射量如L1>L2>L3>L4变化)。因而，预主相关性在多种控制模式之间相同，并且图4示出预主相关性相同的条件下放热率的改变随着主喷射量的变化而变化。

在图4中，放热率在由虚线圈出的部分Z1中显示第一峰值。该峰值是由预喷射燃料的点燃和燃烧产生的热导致的。在部分Z1的时段中，还未执行主喷射，并且预喷射燃料和未燃烧的残留燃料或者预喷射燃料的未燃烧部分所产生的火焰存在于燃烧室中。现在，将参考图5描述预喷射燃料的未燃烧残留物。图5示出三种燃烧条件(L5至L7)的预喷射燃料的预喷射量和燃烧效率的相关性，其中假定预喷射为在图4中所示的燃烧控制中执行的预喷射。特别地，作为燃烧条件的预喷射时间Tp和点燃时间Ts以L5、L6和L7的顺序提前，而点火间隔Ds或者时间Tp和时间Ts之间的间隔固定。图5示出其中仅执行预喷射和点燃，但是不执行主喷射的情况下的上述相关性。

预喷射燃料的燃烧效率和预喷射燃料的未燃烧残留物比率为下列方程1所表示的关系，并且燃烧效率越高，未燃烧残留物比率越低。

[数学式1]

(预喷射燃料的未燃烧残留物比率)＝1-(预喷射燃料的燃烧效率) (方程1)

参考图5，如果预喷射时间Tp和点火时间Ts提前而预喷射量固定，则预喷射燃料的燃烧效率趋向于降低，并且因此未燃烧残留物比率趋向于增大。可替选地，能够通过调节预喷射量以及预喷射时间Tp和点火时间Ts的提前程度来保持预喷射燃料的燃烧效率或者未燃烧的残留物比率恒定。如上所述，根据本发明的燃烧控制能够通过控制预喷射量、预喷射时间Tp和点火时间Ts控制作为预主相关性的一个因素的预喷射燃料的未燃烧残留物比率。

重新参考图4，在部分Z1之后的压缩冲程的上死点之前的时间Tm执行主喷射。然后，主喷射燃料与预喷射燃料的未燃烧残留物一起被预喷射燃料产生的火焰点燃，并且自燃，从而通过扩散燃烧而燃烧。因此，放热率的最高峰值(第二峰值)发生在压缩冲程的上死点之后的时间。随着主喷射量增大，第二峰值处的放热率的最高值增大，并且峰值的时间推迟。这意味着主喷射燃料的燃烧持续时间随着主喷射量的增大而增大，并且因此推测主喷射燃料和预喷射燃料的未燃烧残留物经受扩散燃烧或者能够被视为基本等同于扩散燃烧的燃烧。

将参考图6描述根据本发明的燃烧控制中发生的自燃。图6示出在一个循环中的总喷射量(即，预喷射量和主喷射量的和)保持恒定的同时，两种模式(L9、L10)的燃烧室中的放热率的改变，预喷射量和主喷射量的比率在这两种模式之间的变化。在图6中所示的情况下，内燃机1的发动机速度为2000rpm。预喷射量的比率在模式L10中比模式L9中高。换句话说，与模式L9中相比，在模式L10中，预喷射燃料的预喷射量和未燃烧残留物更大，而主喷射量更小。通过图6应理解，压缩冲程的上死点之后发生的放热率的峰值(上述第二峰值的值)在模式L10中比模式L9中高。此外，从放热率的峰值下降的速率(曲线图中曲线的斜率)在模式L10中比模式L9中高。推测上述事实暗示与在模式L9中相比，在模式L10中更促进自燃促使的主喷射开始后的主喷射燃料和预喷射燃料的燃烧(即，通过自燃而燃烧的燃料比率更大，并且通过扩散燃烧而燃烧的燃料比率更小)。换句话说，认为预喷射燃料的未燃烧残留物在主喷射后有助于促进自燃。我们验证了如果通过不仅控制预喷射量，而且也控制预喷射时间Tp和点火时间Ts而执行根据本发明的燃烧控制，则促进自燃。如上所述，在根据本发明的燃烧控制中，能够通过控制与预喷射和点火相关的条件而促进使主喷射燃料和预喷射燃料燃烧时的自燃。

如上所述，根据本发明的燃烧控制能够通过利用在预喷射和主喷射之间的时段中发生的火花塞5的中间点燃进行的上述一系列燃烧获得如图7中所示的不能通过现有技术获得的热效率。图7示出在内燃机1的发动机转速为2000rpm的情况下，发动机负荷和热效率之间的关系(上曲线图(a))以及发动机负荷和空气燃料混合物的空燃比之间的关系(下曲线图(b))。在图7的曲线图(a)和(b)中，曲线L11和L13用于根据本发明的燃烧控制，并且曲线L12和L14用于在汽油发动机中采用的传统燃烧控制的均匀化学计量控制。均匀化学计量控制是一种以燃烧室中的空气燃料混合物的空燃比等于接近于化学计量均匀的空燃比的方式控制燃烧的燃烧控制。

通过图7应理解，在根据本发明的燃烧控制中，由于在预喷射促使的喷雾引导燃烧和火花塞5促使的点火之后执行促使发生自燃扩散燃烧的主喷射，所以根据该控制的燃烧类似于所谓的柴油燃烧，并且能够被视为基本等同于柴油燃烧。因此，允许燃烧室中的空气燃料混合物的空燃比极贫(在图7(b)中的曲线L13所示的例证性情况下，空燃比近似为20至70)。在根据本发明的燃烧控制中，为了以这种贫空燃比实现燃烧，可以使得与汽油发动机中的传统均匀化学计量控制相比，使节气门71的开度更大。因此，能够使内燃机1的泵送损失更小。此外，自燃扩散燃烧能够使内燃机1中的冷却损耗比汽油发动机中的传统均匀化学计量控制相比更小。因此，其中执行根据本发明的燃烧控制的内燃机1的热效率非常高。

<根据本发明的燃烧控制的详细描述>

如上所述，根据本发明的燃烧控制通过执行预喷射、预喷射燃料的点火以及与预喷射具有预主相关性的主喷射而提供如图7中所示的现有技术不能提供的有利效果。下面将详细地描述这种燃烧控制中的三种技术因素，即(1)预喷射量，(2)喷射间隔，和(3)喷射时间。这些技术因素被视为与作为预喷射和主喷射之间的相关性的预主相关性高度相关。

(1)预喷射量

在根据本发明的燃烧控制中，在图3中所示的压缩冲程期间的时间Tp执行预喷射。因此，火花塞5点燃的预喷射燃料的燃烧抵消内燃机1的发动机功率。然而，在根据本发明的燃烧控制中，点火促使的燃烧中所燃烧的燃料仅是一部分预喷射燃料，并且对发动机功率的抵消效果小。没有在点火促使的燃烧中燃烧的预喷射燃料的未燃烧残留物在主喷射后与主喷射燃料一起在自燃扩散燃烧中燃烧，从而对发动机功率做出贡献。如上所述，在适当喷射时间执行的主喷射对内燃机1的发动机功率贡献很大，但是如果主喷射量大，则存在自燃扩散燃烧可能受主喷射燃料的蒸发潜热影响而变得不稳定，以及主喷射形成的燃料喷雾周围的空气(氧气)不足可能促使所产生的烟的量增大的可能性。出于这些原因，在主喷射量的增大量上设置特定限制。因此，为了响应于发动机功率的增大，则必需进一步增大预喷射燃料的贡献。因而，预喷射燃料和主喷射燃料彼此相关。将考虑这一事实详细地讨论预喷射量。

(1-1)在低负荷状态

在其中内燃机1的发动机负荷相对低的低负荷状态下，预喷射量和主喷射量的总喷射量或总和通常小。图8示出低负荷状态下的内燃机1的预喷射量和热效率之间的关系。在图8中所示的例示性情况下，示出其中预喷射量随着固定的总喷射量变化的关系。如果预喷射量在低负荷状态下小，例如，如果预喷射量小于图8中的Mp1，则预喷射燃料的点火燃烧所产生的热量小，以致主喷射和预喷射燃料的未燃烧残留物的自燃和扩散燃烧难以稳定地进行。因此，如果预喷射量小于Mp1，则内燃机1的热效率逐渐降低，并且不能点燃主喷射燃料的不发火状态最终出现。在图8中，其中燃烧不稳定的预喷射量范围(即，低于Mp1的范围)被指示为不稳定燃烧范围R1。为了在低负荷状态下实现稳定燃烧，不期望预喷射量小于Mp1。

如果预喷射量在低负荷状态下大，例如，如果预喷射量大于图8中的Mp2，则趋向于促进由火花塞5的点火促使的燃烧，并且因此预喷射燃料的未燃烧残留物比率降低。换句话说，在主喷射后经受燃烧的对发动机功率做出贡献的未燃烧残留物的量的比率降低。此外，主喷射量降低与预喷射量的增大量相等的量。因此，主喷射燃料的降低导致的发动机功率的降低明显变大，即使考虑增大的预喷射量的未燃烧残留物的贡献也是如此。在图8中，其中热效率由于上述发动机功率的降低而退化的预喷射量范围(即，高于Mp2的范围)被指示为热效率退化范围R2。为了保持高的热效率，不期望预喷射量高于Mp2。

图9示出当内燃机1处于低负荷状态时，预喷射量变化而总喷射量相同的三种模式的燃烧室中的压力变化(L15至L17)和燃烧室中的放热率的变化(L18至L20)。特别地，在压力变化图中，预喷射量以L15、L16和L17的顺序增大。在放热率变化图中，预喷射量以L18、、L19和L20的顺序增大。预喷射量在L15和L18之间、L16和L19之间以及L17和L20之间相同。当预喷射量小时，其燃烧产生的热小。因此，如图9中所示，燃烧室中的压力升高延迟(参见L15)，并且主喷射燃料的热产生也延迟(参见L18)。从该图能够看出燃烧不稳定。另一方面，当预喷射量大时，主喷射量小，导致发动机功率降低。因此，燃烧室中的压力升高不充分(参见L17)，并且主喷射燃料产生的热小(参见L20)。

通过上述内燃机1处于低负荷状态时的讨论，优选地，在其下边界由Mp1限定并且上边界由Mp2限定的范围Rp中的预喷射量(例如，以图9中所示的L16和L19的预喷射量)执行预喷射。在其中内燃机1的热效率在图8中所示的范围Rp中变化不大的情况下，落入范围Rp中的预喷射量的特定值可以被用作低负荷状态下的代表性预喷射量或者最小预喷射量。在这种情况下，当内燃机1的发动机负荷在低负荷状态下增大时，能够通过在将预喷射量固定至上述代表性值的同时增大主喷射量而保持内燃机1的热效率高。

(1-2)高负荷状态

在其中内燃机1的发动机负荷相对高的高负荷状态下，主喷射量响应于所需发动机负荷而增大。因而，如果在压缩冲程的上死点之前的适当喷射时间执行的主喷射中喷射大量燃料，则所喷射的燃料的蒸发潜热的影响变得显著。例如，在图4中所示的部分Z2中能够看出，随着主喷射量增大，主喷射的放热率的升高由于其蒸发潜热的影响而延迟。因而，随着蒸发潜热变大，燃烧室中的温度升高显著地减慢。因此，存在预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料的自燃扩散燃烧变得不稳定的可能性。此外，当主喷射量大时，则存在主喷射形成的燃料喷雾周围的空气(氧气)不足可能导致所产生的烟的量增大的可能性。考虑到这一点，在高负荷状态下，优选地对主喷射量设定上限，以使自燃扩散燃烧稳定，并且降低烟的量。为了响应于发动机负荷的增大，预喷射量增大而主喷射量被保持在上限值。如上所述，在根据本发明的燃烧控制中，存在预喷射和主喷射之间的预主相关性，并且预喷射燃料的未燃烧残留物对发动机功率做出贡献。因此，即使不可能增大高负荷状态下的主喷射量，也能够通过增大预喷射燃料而响应发动机负荷的增大要求，并且增大其未燃烧残留物。

下面将描述内燃机1的发动机负荷和预喷射燃料之间的相关性的细节。

(2)喷射间隔

在根据本发明的燃烧控制中，如图3中所示，在压缩冲程期间的时间Tp执行预喷射，并且在压缩冲程的上死点之前的时间Tm执行主喷射。它们之间的间隔(Tm-Tp)被定义为喷射间隔Di。在根据本发明的燃烧控制中，在预喷射燃料和预喷射燃料的未燃烧残留物的燃烧产生的火焰上执行主喷射，以便进行未燃烧残留燃料和主喷射燃料的自燃和扩散燃烧。因此，认为确定主喷射时通过预喷射燃料和预喷射燃料的未燃烧残留物的燃烧产生的火焰的状态的喷射间隔是预主相关性的一个因素。在该示例中，由曲柄角度表达或者测量喷射间隔。

图10示出喷射间隔Di和内燃机1的热效率之间的关系。在图10中所示的例示性情况下，示出其中喷射间隔Di随着预喷射量、主喷射量和点火间隔Ds固定而变化的情况下的关系。在根据本发明的燃烧控制中，在预喷射之后使用同一个燃料喷射阀6执行主喷射。燃料喷射阀6通常被构造成通过提升设置在内部的喷射针而通过喷射端口喷射燃料。因此，存在燃料喷射阀6的机械结构因素诸如喷射针移动和返回所需的时间所必要的喷射间隔的最小可行值Di1。在图10中，由于燃料喷射阀6的机械结构因素而不能实现的喷射间隔的范围(即，低于Di1的范围)被指示为机械限制范围R3。

随着喷射间隔Di增大，执行主喷射的时间更接近于点燃预喷射燃料促使的燃烧过程的终点。在接近于终点的时间时，预喷射燃料的燃烧接近终点。在这种情况下，主喷射燃料的燃烧难以通过预喷射燃料的火焰开始。如果喷射间隔Di进一步增大，则存在主喷射燃料不能燃烧从而导致不发火的可能性。因此，如果喷射间隔Di太长(例如，在图10中高于Di2的范围中)，则执行根据本发明的燃烧控制不利，并且内燃机1的热效率将退化。其中热效率显著退化的喷射间隔Di的范围被指示为图10中的热效率退化范围R4。热效率降低范围R4的下限值(图10中的Di2)随着预喷射燃料量而变化。随着预喷射燃料量增大，则通过点火开始的预喷射燃料的燃烧持续更长时间。因此，即使使喷射间隔Di更长，也能够开始主喷射燃料的燃烧。

如上所述，优选地，在其下边界由Di1限定并且上边界由Di2限定的范围Rd中，喷射间隔Di被设定成内燃机1的热效率具有最高值的喷射间隔Di0。下面将描述内燃机1的发动机负荷和喷射间隔Di之间的关系的细节。

(3)预喷射时间Tp

在根据本发明的燃烧控制中，在已经执行了预喷射燃料的预喷射和点火之后执行主喷射。通过预喷射燃料的燃烧的火焰开始主喷射燃料的燃烧，并且主喷射燃料自燃，并且通过扩散燃烧与预喷射燃料的未燃烧残留物一起燃烧。在主喷射燃料燃烧的早期阶段，预喷射燃料及其未燃烧残留物的火焰在燃烧室中均匀地分布。在这种情况下，趋向于不促进主喷射燃料和空气的混合，并且可能产生烟。特别地，在其中主喷射量大的情况下，可能产生烟。烟量的增大导致阻碍所喷射的燃料的高效燃烧，并且内燃机1的热效率趋向于随着烟量的增大而降低。另一方面，为了提高内燃机1的热效率，优选地，在压缩冲程的上死点之前的适当喷射时间执行主燃料喷射。因而，为了减少烟，优选地控制预喷射时间Tp，以便调节主喷射燃料和预喷射燃料的未燃烧残留物的相互关系。因而，认为预喷射时间Tp也是预主相关性的一个因素。

图11示出预喷射量和主喷射量的比率随着预喷射和主喷射的总喷射量固定而变化的三种模式(参见图11的曲线图(a))的所产生的烟量和预喷射时间Tp之间的关系(参见图11的曲线图(b))以及热效率和预喷射时间Tp之间的关系(参见图11的曲线图(c))，其中主喷射时间Tm被固定在压缩冲程的上死点之前的预定时间，并且预喷射时间Tp变化。对于点火时间，点火间隔Ds(即从预喷射时间Tp至点火时间Ts的时间段)在所有模式之间相同。预喷射量和主喷射量的比率在模式1至3中如下：

模式1：预喷射量＝X1，主喷射量＝Y1，

模式2：预喷射量＝X2，主喷射量＝Y2，并且

模式3：预喷射量＝X3，主喷射量＝Y3，

其中，X1>X2>X3，Y1<Y2<Y3，并且X1＝Y1。

在图11的曲线图(b)中，由L24表示模式1中的烟量的变化，由L25表示模式2中的烟量的变化，并且由L26表示模式3中的烟量的变化。在图11的曲线图(c)中，由L27表示模式1中的热效率变化，由L28表示模式2中的热效率变化，并且由L29表示模式3中的热效率变化。由圆表示模式1中的烟和热效率的测量点，由三角形表示模式2中的烟和热效率的测量点，并且由菱形表示模式3中的烟和热效率的测量点。由实心黑色的圆、三角形和菱形表示热效率在相应模式中变得最高的曲柄角度(或者预喷射时间Tp)的烟和热效率的测量点。

这里，我们在关注上述实心黑色测量点的同时认为从模式3转变到模式2，然后转变到模式1。通过提高预喷射量以及使预喷射时间Tp提前，能够将内燃机1的热效率保持在最高水平附近，同时降低或者保持所产生的烟的量(参见图11的曲线图(b))。当预喷射量增大时，主喷射量相反地减小。然而，通过使预喷射时间Tp提前，能够增大预喷射燃料的未燃烧残留物。如果更大量的未燃烧残留燃料与主喷射燃料一起经受自燃扩散燃烧，则能够补偿主喷射量降低导致的功率下降。因此，内燃机的热效率能够保持在令人满意的水平。即使预喷射量增大，也能够可能通过使预喷射时间Tp提前而控制烟的量。这被视为是因为如果预喷射时间Tp提前，则在燃烧室中的压力更低时执行预喷射，使得预喷射燃料的穿透力更高，以便预喷射燃料高效地使用燃烧室中的空气(氧气)燃烧。预喷射燃料和空气的这种高效混合能够降低燃烧室中的预喷射燃料的未燃烧残留物的分布不均匀性，即使预喷射量增大也是如此，并且降低烟的量。此外，使预喷射时间Tp提前导致喷射间隔增大，由此能够防止发生预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料的重叠。因此，也能够防止由于可用空气的局部不足而导致的烟的产生，如果预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料的重叠，则可能发生这种烟的产生。

应理解，如果假定根据模式1至3执行预喷射，同时将预喷射时间Tp固定至例如在图11的曲线图(c)中以模式3获得最高热效率的时间Ta，则随着预喷射量增大，烟的量增大，并且内燃机1的热效率降低。从这一事实也应理解，其中喷射时间随着喷射燃料的增大而提前的控制预喷射的上述方式在减少烟以及提高热效率方面非常有效。不用说，必需执行预喷射提前到允许保持预主相关性的程度，并且不合理地提前预喷射时间Tp将使得难以有利地燃烧主喷射燃料。

图11的曲线图(b)和(c)中所示的模式1至3中的测量点能够被转换为具有表示所产生的烟的量的水平轴和表示内燃机1的热效率的竖直轴的曲线图中的点。图12示出所产生的烟的量和热效率的这种相互关系。图12中的虚线R5围绕的测量点处于其中所产生的烟的量小并且内燃机1的热效率高的范围中内。表示各个模式中的最高热效率的测量点落入该范围R5中内。通过这一事实也应充分地理解，根据本发明，能够在保持内燃机1的热效率的同时降低所产生的烟的量。

<燃烧控制流程>

图13示出内燃机1中根据本发明的燃烧控制的具体过程的流程图。通过在内燃机1运行的同时执行存储在ECU 20中的控制程序而重复地执行图13中所示的燃烧控制。图14示出在燃烧控制过程中使用的例证性控制图。在图14中的上曲线图(a)中，线L30表示内燃机1的发动机负荷和预喷射量之间的关系，线L31表示发动机负荷和主喷射量之间的关系，并且线L32表示发动机负荷和作为适应发动机负荷的燃料喷射量的负荷适应喷射量之间的关系。此外，图14中的上曲线图(a)也示出关于发动机负荷的预喷射燃料的未燃烧残留物M1。在图14中的下曲线图(b)中，L33表示内燃机1的发动机负荷和预喷射时间Tp之间的关系，L34表示发动机负荷和点火时间Ts之间的关系，并且L35表示发动机负荷和主喷射时间Tm之间的关系。图14中的曲线图(b)的水平轴表示喷射时间，其中越大的值表示从压缩冲程的上死点提前的量越大。

首先，在步骤S101中，基于加速器位置传感器22的测量值计算内燃机1的发动机负荷。可替选地，可以基于进气通道70中的空气流速，即空气流量计72的测量值或者进气通道70中的进气压力计算内燃机1的发动机负荷。然后，在步骤S102中，基于在步骤S101中计算的发动机负荷确定负荷适应喷射量S0。特别地，使用图14的曲线图(a)中的线L32所表示的控制图计算适应发动机负荷的负荷适应喷射量S0。在该示例中，发动机负荷和负荷适应喷射量S0之间的关系被记录在控制图中，其中负荷适应喷射量S0随着发动机负荷增大而增大。在完成步骤S102的处理之后，过程前进至步骤S103。

在步骤S103中，使用由图14的曲线图(b)中的线L35表示的控制图确定主喷射时间Tm。如上所述，为了提高内燃机1的热效率，主喷射时间Tm被设定成压缩冲程的上死点之前的适当喷射时间。已经通过先前对每个发动机负荷值进行的试验测量了内燃机1的适当喷射时间，并且已经基于测量结果制备了由线L35表示的控制图。在例证性情况下，主喷射时间Tm随着发动机负荷增大而逐渐提前，但是该提前量被保持在高负荷范围R8(即，下文将描述的其中负荷适应喷射量S0等于或者大于S2的范围)中的上限提前量。这是因为根据主喷射量确定主喷射时间Tm，如下文将描述的，该主喷射量被保持在高负荷范围R8中的恒定值(最大主喷射量)。在完成步骤S103的处理之后，过程前进至步骤S104。

在步骤S104中，判断在步骤S102中确定的负荷适应喷射量S0是否等于或者小于预定第一喷射量S1。预定第一喷射量S1是对应于下列发动机负荷的阈值，高于该发动机负荷时，如果如下文所述的，预喷射时间Tp和主喷射时间Tm一起提前，则产生由于预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料的重叠导致可用空气不足而可能产生烟的情况(参见步骤S106中的处理)。因此，如果负荷适应喷射量S0等于或者小于预定第一喷射量S1，则内燃机1不处于可能产生烟的情况下。另一方面，如果负荷适应喷射量S0超过预定第一喷射量S1，则内燃机1处于可能产生烟的情况下。如果在步骤S104中做出的判断是肯定的，则过程前进至步骤S105，并且如果是否定的，则过程前进至步骤S110。

如果在步骤S104中做出的判断是肯定的，即如果负荷适应喷射量S0等于或者小于预定第一喷射量S1，则内燃机1的发动机负荷处于低负荷范围R6中(参见图14)。在这种情况下，为了在防止不稳定燃烧的同时保持内燃机1的热效率处于高水平，优选地，预喷射量被设定成落入上文参考图8所述的范围Rp中的喷射量。因此，在步骤S105中，预喷射量Sp被设定成落入范围Rp中的预喷射量的最小预喷射量Spmin。因此，如果发动机负荷处于低负荷范围R6中，则预喷射量Sp被固定在图14的曲线图(a)中的线L30所示的最小预喷射量Spmin。在完成步骤S105中的处理之后，过程前进至步骤S106。

在步骤S106中，使用图14的曲线图(b)中的线L33表示的控制图确定预喷射时间Tp。在低负荷范围R6中，可以以这样的方式设定预喷射时间Tp，即考虑已经参考图10描述的喷射间隔Di和内燃机1的热效率之间的相关性提供促使适当的热效率的喷射间隔Di。因此，由于在低负荷范围R6中，预喷射量被固定在最小预喷射量Spmin，则以喷射间隔Di贯穿低负荷范围R6都保持恒定的方式，即以预喷射时间Tp以相同方式与主喷射时间一起改变的方式设定预喷射时间Tp。在步骤S107中，使用由图14的曲线图(b)中的线L34表示的控制图确定点火时间Ts。特别地，与预喷射时间Tp相同，在低负荷范围R6中，以点火间隔Ds适应于预喷射量Sp被固定至最小预喷射量而贯穿低负荷范围R6都保持恒定的方式设定点火时间Ts。

在步骤S108中，使用图14的曲线图(a)中的线L31表示的控制图计算主喷射量Sm。在低负荷范围R6中，发动机负荷和主喷射量之间的相关性遵循下列方程2：

[数学式2]

Sm＝S0-Sp×α (方程2)，

其中α为预喷射燃料的未燃烧残留物比率。

如上所述，在根据本发明的燃烧控制中，预喷射燃料的未燃烧残留物自燃，并且与主喷射燃料一起通过扩散燃烧而燃烧从而对发动机功率做出贡献，因此能够提高内燃机1的热效率。在对发动机功率的贡献方面，一部分预喷射燃料或者其未燃烧残留物能够被视为等同于主喷射燃料。因此，能够通过提前通过试验或者其它过程测量表示预喷射燃料的未燃烧残留物的比率的系数α并且使用上述方程2，考虑根据本发明的燃烧控制的特性而计算主喷射量Sm。如上所述，预喷射燃料的未燃烧残留物比率取决于预喷射时间、点火间隔Ds和喷射间隔Di而改变。因此，基于这些值确定系数α的值。在利用火花塞5点火而燃烧的燃料的量(即，通过喷雾引导燃烧而燃烧的燃料量)相对于总预喷射量非常小的情况下，在控制中，系数α可以被设定成等于1。在这种情况下，假定在控制中负荷适应喷射量等于总喷射量。在完成步骤S108中的处理之后，过程前进至步骤S130。

随着以上述方式确定了与预喷射、主喷射和点火相关的参数，在低负荷范围R6中，图14的曲线图(a)中的M1表示的预喷射燃料的未燃烧残留物在预喷射燃料点燃后保留。如上所述，在低负荷范围R6中，由于预喷射量Sp被固定在最小预喷射量Spmin，并且点火间隔Ds和喷射间隔Di也被固定，所以预喷射燃料的未燃烧残留物的量基本恒定。

如果在步骤S104中做出的判断是否定的，则过程前进至步骤S110。在步骤S110中，判断在步骤S102中确定的负荷适应喷射量S0是否等于或者小于预定第二喷射量S2。预定第二喷射量S2是对应于下列发动机负荷的阈值，高于该发动机负荷时，在汽油发动机中的适当喷射时间喷射的燃料的量相对太大，以致产生如下情况，即自燃扩散燃烧可能受其蒸发潜热影响而变得不稳定，并且可能由于其燃料喷雾周围的空气(氧气)不足而产生烟。换句话说，预定第二喷射量S2是考虑到燃烧稳定性和烟而能够在汽油发动机中的适当喷射时间喷射的最大限制喷射量。因此，如果负荷适应喷射量S0等于或者小于第二喷射量S2，则存在不可能产生烟的情况。另一方面，如果负荷适应喷射量S0超过预定第二喷射量S2，则存在能够产生烟的情况。如果在步骤S110中做出的判断是肯定的，则过程前进至步骤S11，并且如果是否定的，则过程前进至步骤S121。

如果在步骤S110中做出的判断是肯定的，即如果负荷适应喷射量S0大于预定第一喷射量S1并且等于或者小于预定第二喷射量S2，则内燃机1的发动机负荷处于中负荷范围R7中(参见图14)。在这种情况下，过程前进至步骤S111和S112。在步骤S111中，使用图14的曲线图(a)中的线L30表示的控制图确定预喷射量Sp，并且在步骤S112中，使用图14的曲线图(b)中的线L33表示的控制图确定预喷射时间Tp。特别地，在中负荷范围R7中，负荷适应喷射量S0大于预定第一喷射量S1，并且因此有必要减少由于预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料的干扰导致的烟的产生。因此，如上所述，除了与主喷射时间Tm的提前一起做出的以相同的量的提前之外，预喷射时间Tp被进一步提前，以便随着发动机负荷的提高(即，负荷适应喷射量S0的提高)而减少烟的产生。可以基于上文参考图10所述的喷射间隔Di和内燃机1的热效率之间的关系以及上文参考图11所述的烟的减少两者，考虑到热效率和所产生的烟的量之间的平衡而适当地设定预喷射时间Tp。因而，能够根据线L30表示的预喷射时间Tp的提前量的增大而提高预喷射量从而减少烟的产生，而不牺牲内燃机1的热效率，由此增大预喷射燃料的未燃烧残留物并且将其与主喷射燃料一起燃烧(参见图11)。

然后，在步骤S113中，使用图14的曲线图(b)中的线L34表示的控制图确定点火时间Ts。特别地，点火时间Ts的提前量被增大与步骤S112中响应于发动机负荷增大而确定的预点火时间Tp的提前量的增大相同的量。换句话说，在中负荷范围R7中，点火时间Ts响应于发动机负荷的增大而提前。在完成了步骤S113中的处理之后，过程前进至步骤S114。

在步骤S114中，使用图14的曲线图(a)中的线L31表示的控制图确定主喷射量Sm。在中负荷范围R7中，与低负荷范围R6中相同，发动机负荷和线L31表示的主喷射量Sm之间的关系遵循上述方程2。因此，与步骤S108的处理相同，能够考虑根据本发明的燃烧控制的特性确定主喷射量Sm。在中负荷范围R7中，由于预喷射量Sp随着发动机负荷的增大而增大，所以中负荷范围R7中的主喷射量Sm的增大速率(即，主喷射量Sm相对于发动机负荷增大的增大速率)比低负荷范围R6中的主喷射量Sm的增大速率小。在完成了步骤S114的处理之后，过程前进至步骤S130。

通过按上文所述确定的与预喷射、主喷射和点火相关的参数，图14的曲线图(a)中的M1表示的预喷射燃料的未燃烧残留物在中负荷范围R7中的预喷射燃料点火之后保留。如上所述，在中负荷范围R7中，预喷射量响应于发动机负荷的增大而增大，并且预喷射时间Tp和点火时间Ts被提前而点火间隔Ds被固定。因此，未燃烧残留物的量也随着发动机负荷的增大而增大。

如果步骤S110中做出的判断是否定的，即如果负荷适应喷射量S0大于预定第二喷射量S2，则内燃机1的发动机负荷处于高负荷范围R8中(参见图14)。在这种情况下，过程前进至步骤S121。在步骤S121中，使用图14的曲线图(a)中的线L31表示的控制图确定主喷射量Sm。特别地，在高负荷范围R8中，响应于发动机负荷的增大而使主喷射量Sm相对大。如上所述，如果主喷射量变得稍微大，则燃烧将由于喷射期间的蒸发潜热的影响而变得不稳定，可能由于喷射燃料喷雾周围的空气(氧气)不足而产生烟。考虑到这种情况，在高负荷范围R8中，主喷射量Sm被设定成最大主喷射量Smmax，最大主喷射量Smmax是能够通过其确保稳定燃烧并且能够防止产生过大量的烟的主喷射量的上限。在完成步骤S121的处理后，过程前进至步骤S122。

在步骤S122中，使用图14的曲线图(a)中的线L30表示的控制图计算预喷射量Sp。在高负荷范围R8中，由下列方程3表达发动机负荷和线L30表示的预喷射量Sp之间的关系：

[数学式3]

Sp＝(S0-Sm)/α (方程3)，

其中与方程2中相同，α为预喷射燃料的未燃烧残留物比率。在高负荷范围R8中，主喷射量由于上述原因而被固定在最大主喷射量Smmax。因而，通过使用上述方程3，能够由于本质上与步骤S108和S114的处理中相同的原因，考虑到根据本发明的燃烧控制的特性确定预喷射量Sp。在完成步骤S122中的处理之后，过程前进至步骤S123。

在步骤S123中，使用图14的曲线图(b)中的线L33表示的控制图确定预喷射时间Tp。特别地，在高负荷范围R8中，由于负荷适应喷射量S0比预定第二喷射量S2更大，所以主喷射量Sm被固定在步骤S121中确定的最大主喷射量Smmax，以便确保稳定燃烧以及减少烟。因此，响应于所需的发动机负荷，根据上述方程3，预喷射量Sp被确定为大于中负荷范围R7中的值的值。随着预喷射量Sp变得如此大，再次出现由于预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料的干扰导致产生烟的可能性。因此，如图14的曲线图(b)中的线L33所示，与其中发动机负荷处于中负荷范围R7中的情况相比，预喷射时间Tp提前更大，换句话说，以高负荷范围R8中的喷射间隔Di随着发动机负荷升高而升高的方式设定预喷射时间Tp，由此减少烟。因为在上述高负荷范围R8中存在产生烟的可能性，所以优选地，预喷射时间Tp被适当地设定成通过上文参考图11所述的提前而赋予减少烟更高优先级。如果能够视需要地实现烟的减少，则如上文参考图10所述的，可以考虑喷射间隔Di和内燃机1的热效率之间的关系适当地设定预喷射时间Tp。在完成步骤S123的处理之后，过程前进至步骤S124。

然后，在步骤S124中，使用图14的曲线图(b)中的线L34表示的控制图确定点火时间Ts。特别地，点火时间Ts随着发动机负荷的增大而提前，其中提前量的增大速度速率(即，提前量相对于发动机负荷增大而增大的提前量的增大速率度)比预喷射的提前量的增大速度速率小。因此，在高负荷范围R8中，预喷射时间Tp和点火时间Ts两者都随着发动机负荷增大而增大，点火间隔Ds随着发动机负荷增大而增大。因此，在高负荷范围R8中，与主喷射燃料一起经受燃烧的预喷射燃料的未燃烧残留物的量能够大大增大很大(参见图14的曲线图(a)中的M1)。如上所述，虽然主喷射量在高负荷范围R8中被固定为在最大主喷射量，但能够可能通过以上述方式增大预喷射燃料的未燃烧残留物的量而响应于所需发动机负荷，并且将内燃机1的热效率保持为在令人满意的水平。在完成步骤S124的处理之后，过程前进继续至步骤S130。

通过如上所述确定的与预喷射、主喷射和点火相关的参数，图14的曲线图(a)中的M1表示的预喷射燃料的未燃烧残留物在预喷射燃料在高负荷范围R8中点火后保留。如上所述，在高负荷范围R8中，预喷射量Sp响应于发动机负荷的增大而增大，并且预喷射时间Tp和点火时间Ts随着点火间隔Ds增大而提前。由于主喷射量Sm被固定在最大主喷射量Smmax，所以预喷射量Sp相对于发动机负荷的增大而增大的速率在发动机负荷处于中负荷范围R7的情况下更高。因此，与其中发动机负荷处于中负荷范围R7的情况相比，未燃烧残留物的量随着发动机负荷的增大而更大地增大。

在完成步骤S108、S114和S124任何一个步骤的处理之后，执行步骤S130的处理。在步骤S130中，根据在上述处理中已经确定的预喷射量Sp、预喷射时间Ts、主喷射量Sm、主喷射时间Tm和点火时间Ts执行燃料喷射阀6的预喷射和主喷射以及火花塞6的点火。在完成步骤S130的处理之后，再次执行从步骤S101开始的过程。

根据这种燃烧控制，能够通过响应于发动机负荷适当地确定预喷射量Sp、预喷射时间Ts、主喷射量Sm、主喷射时间Tm和点火时间Ts而同时实现具有较少烟产生的稳定柴油燃烧和燃烧热效率的提高。此外，在从低负荷范围至高负荷范围的宽内燃机运行范围上实现优选燃烧。

示例2

将参考图15描述能够被应用于图13中所示的燃烧控制的预喷射、主喷射和点火的控制图的第二示例。在图15中，以相同附图标记指示与图14中的那些控制图相同的控制图，以排除对这些控制图的详细描述。特别地，在图15中所示的控制图中，发动机负荷的范围的划分，或者低负荷范围R6、中负荷范围R7与高负荷范围R8与图14中的那些范围相同。此外，主喷射量Sp(由线L30表示)、主喷射量Sm(由线L31表示)和负荷适应喷射量S0(由线L32表示)的控制图，以及主喷射时间(由线L35表示)的控制图在图14和15之间相同。

在下文中，将对每个负荷范围描述预喷射时间Tp(由线L36表示)和点火时间Ts(由线L37表示)的控制图。

(1)低负荷范围R6

在低负荷范围R6中，发动机负荷和预喷射时间Tp之间的关系以及发动机负荷和点火时间Ts之间的关系与图14中所示的控制图相同。

(2)中负荷范围R7

在该示例中，在中负荷范围R7中，预喷射时间Tp与主喷射时间Tm一起提前相同的提前量。因此，在中负荷范围R7中，与低负荷范围R6中相同，喷射间隔Di保持恒定。另一方面，以点火间隔Ds随着发动机负荷增大而变得更长的方式确定点火时间Ts。因此，随着发动机负荷增大，点火时间Ts朝着压缩冲程的上死点推迟。随着点火间隔Ds变大，则直到点火为止流入燃烧室的预喷射燃料的量增大。因此，点火后的预喷射燃料的未燃烧残留物的量能够增大。如上所述，预喷射燃料的这种未燃烧残留物量的增大对于提高内燃机1的热效率有利。

(3)高负荷范围R8

在该示例中，同样地，在高负荷范围R8中，主喷射量Sm被固定在步骤S121中确定的最大主喷射量Smmax，以便确保稳定燃烧并且减少烟，并且因此预喷射量Sp相对大。因此，与第一示例中的高负荷范围R8中的情况相同，为了减少由于预喷射燃料的未燃烧残留物和主喷射燃料的干扰产生的烟，与中负荷范围R7相比，预喷射时间Tp提前更多。换句话说，以喷射间隔Di随着高负荷范围R8中的发动机负荷的增大而变得更长的方式设定预喷射时间Tp。点火时间Ts可以随着发动机负荷的增大而提前，以便点火间隔Ds随着发动机负荷的增大而变得更长。可替选地，点火时间Ts可以与发动机负荷的增大无关地固定在固定时间。

随着以上述方式确定预喷射时间Tp和点火时间Ts，通过响应于发动机负荷的增大而大大提前预喷射时间Tp来增大点火间隔Ds。因此，预喷射燃料的未燃烧残留物的量Tp能够有效地增大(参见图15的曲线图(s)中的M1)。特别地，由于主喷射量在主负荷范围R8中被固定在最大喷射量Smmax，以便确保稳定燃烧并且减少烟，所以能够通过以这种方式增大预喷射燃料的未燃烧残留物的量而获得所需发动机负荷，并且也可能将内燃机1的热效率保持在令人满意的水平。

能够通过使用上述图15中所示的控制图，响应于根据本发明的用于燃烧控制的发动机负荷而适当地确定预喷射量Sp、预喷射时间Ts、主喷射量Sm、主喷射时间Tm和点火时间Ts来同时实现较少烟产生的稳定柴油燃烧和燃烧热效率的提高。此外，在从低负荷范围至高负荷范围的宽内燃机运行范围上实现优选燃烧。

示例3

在上文所述的示例中，点火时间Ts被设定成预喷射时间Tp之后的时间。作为这种模式的替选，在该示例中，点火时间Ts可以被设定成预喷射时间Tp之前的时间。在这种情况下，在火花塞5的点火持续的同时，换句话说，在火花塞5的电极之间的放电持续的同时执行预喷射。在预喷射时间Tp之前的预定时间开始火花塞5的点火，并且在点火持续的同时执行预喷射，以便点燃预喷射燃料。通过提前开始火花塞5的点火，图2中所示的区域5a周围的空气温度能够升高，由此能够提高预喷射燃料的可燃性。因此，根据本发明的燃烧控制的可靠性能够提高。

在该示例的情况下，在预喷射燃料达到火花塞5的区域5a之前的时间点燃预喷射燃料。因此，难以与上述示例的情况一样通过增大点火间隔Ds而增大预喷射燃料的未燃烧残留物的量。因此，当预喷射燃料的未燃烧残留物的量将被增大，以便提高内燃机1的热效率时，预喷射量Sp可以增大。此外，如果存在随着预喷射量增大而产生烟的可能性，则除了增大预喷射量Sp之外，还可以使预喷射时间Tp提前。

附图标记列表

1:内燃机

2:气缸

3:活塞

5:火花塞

6:燃料喷射阀

7:进气端口

8:排气端口

9:进气门

10:排气门

20:ECU

21:曲柄位置传感器

22:加速器位置传感器

71:节气门

72:空气流量计

Tp:预喷射时间

Tm:主喷射时间

Ts:点火时间

Di:喷射间隔

Ds:点火间隔