火花点火式发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]这里公开的技术涉及一种火花点火式发动机。
【背景技术】
[0002]如专利文献I中所记载的那样，作为同时提高发动机的废气排放性能以及热效率的技术，已经知道有使气缸内的混合气压缩点火这样的燃烧方式。但是，随着发动机的负荷提高，压缩点火燃烧会变成压力上升的激烈燃烧，导致燃烧噪音增大。于是，如专利文献I中所记载的那样，即使是进行压缩点火燃烧的发动机，一般在高负荷一侧的工作区域也不进行压缩点火燃烧，而是进行通过驱动火花塞来点火的火花点火燃烧。
[0003]在专利文献2中记载有与专利文献I的发动机同样地在低负荷低转速的区域进行压缩点火燃烧的发动机。在进行压缩点火燃烧的区域内，该发动机通过调整进气阀和排气阀的开阀期间来使高温已燃气体留在气缸内，从而提高气缸内的温度而促进压缩自点火燃烧。另一方面，在进行压缩点火燃烧的区域内的高负荷高转速区域中，该发动机通过使进气阀的开阀时刻提前，从而在将气缸内的已燃气体吹回进气口一侧后，将已燃气体与新气一起再引入气缸内。这样一来，已燃气体的温度就会因为新气而下降，在相对高负荷高转速的区域中，压缩端温度下降，压缩点火燃烧所引起的急剧的压力上升得到抑制。
[0004]专利文献1:日本公开专利公报特开2007-154859号公报
[0005]专利文献2:日本公开专利公报特开2009-197740号公报
【发明内容】
[0006]-发明要解决的技术问题-
[0007]由于火花点火燃烧的热效率相对较低，因此燃烧气体温度会升高。另一方面，在压缩点火燃烧中，为了确保点火性，如所述专利文献中所记载的那样，将高温已燃气体引入气缸内。因此，在发动机刚从火花点火燃烧切换到压缩点火燃烧后，气缸内的环境温度变得较高，而且火花点火燃烧所产生的高温已燃气体被引入气缸内，从而气缸内的温度变得过高。这样的情况有可能导致气缸内的混合气在例如压缩冲程期间中压缩点火这样的过早点火，从而气缸内的压力上升率(dP/d0)变得急剧而引起较大的燃烧噪音。
[0008]需要说明的是，从火花点火燃烧往压缩点火燃烧的切换不局限于在例如发动机的负荷降低时进行，即使发动机的负荷为等负荷，有时候也会进行切换。此外，在例如发动机的温度从冷机温度上升到热机温度时，或者在其它状况下，有时候也会进行切换。
[0009]这里公开的技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于:避免燃烧噪音在发动机从火花点火燃烧切换到压缩点火燃烧时增大。
[0010]-用以解决技术问题的技术方案-
[0011]这里公开的技术，其特征在于:在发动机刚从火花点火燃烧切换到压缩点火燃烧后，使引入气缸内的废气量的比例即EGR(废气再循环:Exhaust Gas Recirculat1n)率暂时下降。通过这样做，使引入气缸内的、由火花点火燃烧所产生的高温废气的量减少，使刚切换到压缩点火燃烧后的气缸内的温度降低。这样一来，能够避免混合气过早点火，从而避免发生燃烧噪音。
[0012]具体而言，这里公开的技术涉及一种火花点火式发动机，该发动机具备:发动机主体，其具有气缸；火花塞，其设置为对着所述气缸内部，且对所述气缸内的混合气点火；排气回流装置，其构成为将废气引入所述气缸内；以及控制器，其构成为通过至少控制所述火花塞和所述排气回流装置来使所述发动机主体工作。
[0013]所述控制器对压缩点火模式和火花点火模式进行切换，在该压缩点火模式下，进行使所述气缸内的混合气通过自点火而燃烧的压缩点火燃烧，由此使所述发动机主体工作，在该火花点火模式下，进行通过驱动所述火花塞而对所述气缸内的混合气点火使该混合气燃烧的火花点火燃烧，由此使所述发动机主体工作，并且至少在所述压缩点火模式下，所述控制器通过对所述排气回流装置的控制来将所述废气引入所述气缸内，以使所述废气量在所述气缸内的所有气体量中所占的比例即EGR率成为规定值。
[0014]当所述发动机主体从所述火花点火模式往所述压缩点火模式切换时，所述控制器在该火花点火模式和该压缩点火模式之间执行过渡模式，在该过渡模式下，使所述EGR率低于在所述压缩点火模式下设定的EGR率并进行压缩点火燃烧。
[0015]根据该结构，在发动机主体从火花点火模式往压缩点火模式切换时进行的过渡模式下，EGR率低于在压缩点火模式下设定好的EGR率。通过这样，引入气缸内的由燃烧模式切换前的火花点火模式所产生的高温废气的量就会减少。这样一来，在过渡模式下，气缸内的温度变得较低。需要说明的是，“使EGR率低于在压缩点火模式下设定好的EGR率”包括使EGR率为零，不将高温废气引入气缸内这一情况。
[0016]在过渡模式下，进行压缩点火燃烧。在过渡模式下，由于气缸内的温度低，因此能够避免气缸内的混合气发生过早点火，混合气会在适当的时刻进行压缩点火。通过这样使气缸内的温度降低，并且进行热效率较高的压缩点火燃烧，在过渡模式下，燃烧气体温度降低，废气温度也降低。
[0017]在过渡模式后的压缩点火模式下，EGR率相对较高。由此，较多的废气被引入气缸内。如上所述，由于在过渡模式下废气温度降低了，因此不会出现压缩点火模式下的气缸内的温度变得太高的情况。其结果是，在压缩点火模式下也能够避免发生过早点火，混合气会在适当的时刻进行压缩点火。这样一来，解决了发动机主体从火花点火燃烧往压缩点火燃烧切换时燃烧噪音增大的问题。
[0018]所述火花点火式发动机也可以构成为:所述排气回流装置包括内部EGR调节装置，该内部EGR调节装置调节在从排气冲程到进气冲程之间残留在所述气缸内的废气量，在所述火花点火模式下和所述过渡模式下，所述控制器使所述内部EGR调节装置不工作，并且在所述压缩点火模式下，所述控制器使所述内部EGR调节装置工作。
[0019]在火花点火模式下，内部EGR调节装置不工作。这样一来，能够避免气缸内的温度过度上升，这有利于避免过早点火、爆震。另一方面，在压缩点火模式下，内部EGR调节装置工作。这样一来，气缸内的温度上升，能够谋求改善压缩点火燃烧的点火性和燃烧稳定性。
[0020]在过渡模式下，内部EGR调节装置不工作。这样一来，发动机主体从火花点火模式往过渡模式转移时，内部EGR调节装置维持在不工作的状态。这使得模式能够顺利地切换。在过渡模式下，不向气缸内引入高温废气。这样一来，能够避免在过渡模式下发生过早点火，能够有效地避免燃烧噪音。
[0021]所述火花点火式发动机也可以构成为:所述火花点火式发动机进一步具备控制进气阀和排气阀的动作的气门传动机构，在所述火花点火模式下，所述气门传动机构进行第一阀动作，在该第一阀动作中，使所述排气阀在排气冲程中打开，并且使所述进气阀在进气冲程中打开，在所述压缩点火模式下，所述气门传动机构在所述第一阀动作的基础上，还使所述排气阀在比所述第一阀动作中的所述排气阀的关闭时刻晚的时刻成为打开了的状态，或者还使所述进气阀在比所述第一阀动作中的所述进气阀的打开时刻早的时刻成为打开了的状态，在所述过渡模式下，所述气门传动机构使所述进气阀和所述排气阀按照所述第一阀动作进行动作。
[0022]在压缩点火模式下，在火花点火模式下的第一阀动作的基础上，排气阀还在比第一阀动作中的排气阀的关闭时刻晚的时刻成为打开了的状态。这里，排气阀“打开了的状态”包含以下两种情况，即:使在排气冲程中打开的排气阀直到进气冲程中都维持在打开了的状态(也就是说，不关闭)；以及，使在排气冲程中打开的排气阀暂时关闭后，在进气冲程中再次打开。并且，使在排气冲程中打开的排气阀直到进气冲程中都维持在打开了的状态包括:排气阀的升程量从排气冲程中的最大升程开始逐渐减少后，排气阀的升程量再次增加；以及，在最大升程后，不增加排气阀的升程量，使开阀期间变长(例如使升程量相对于曲轴角的进行维持一定，或者使升程量的减少率降低)。能够利用对具有相互不同的凸轮特性的多个凸轮进行切换的凸轮切换机构来像上述那样使排气阀的开阀特性与第一阀动作不同。就阀特性的切换来说，凸轮切换机构具有良好的切换响应性，因此有利于燃烧模式的切换控制。
[0023]排气阀在排气冲程中打开，并且在进气冲程中也打开，由此，在排气冲程中从气缸内排向排气侧的废气的一部分，在接着进行的进气冲程中排气阀打开时再次被引入气缸内。这使得在从排气冲程到进气冲程这一期间内残留在气缸内的废气量增加。
[0024]同样地，也可以是在压缩点火模式下，在火花点火模式下的第一阀动作的基础上，进气阀还在比第一阀动作中的进气阀的打开时刻早的时刻成为打开了的状态。这里所说的进气阀“打开了的状态”与上述相同。
[0025]在该结构下，进气阀成为在排气冲程中打开了的状态，并且在进气冲程中也打开。这样一来，在排气冲程中，一部分废气从气缸内排出到进气侧，在接着进行的进气冲程中，当进气阀打开以后，该废气再次被引入气缸内。这也使得在从排气冲程到进气冲程这一期间内残留在气缸内的废气量增加。
[0026]相对于在压缩点火模式下的这样的阀动作，在过渡模式下，进气阀和排气阀按照火花点火模式下的第一阀动作进行动作。这样一来，在从排气冲程到进气冲程这一期间内残留在气缸内的废气量理想上来说会成为零。也就是说，过渡模式的EGR率会低于压缩点火模式的EGR率。
[0027]所述火花点火式发动机也可以构成为:所述火花点火式发动机进一步具备控制进气阀和排气阀的动作的气门传动机构，当所述发动机主体从所述火花点火模式经由所述过渡模式往所述压缩点火模式切换时:在所述火花点火模式下，所述气门传动机构进行第一阀动作，在该第一阀动作中，使所述排气阀在排气冲程中打开，并且使所述进气阀在进气冲程中打开；在所述过渡模式下，所述气门传动机构进行第二阀动作，与所述第一阀动作相比，该第二阀动作缩短了所述进气阀的打开期间；在所述压缩点火模式下，所述气门传动机构进行第三阀动作，在该第三阀动作中，该气门传动机构在所述第二阀动作的基础上，还使所述排气阀在比该第二阀动作中的所述排气阀的关闭时刻晚的时刻成为打开了的状态。
[0028]在该结构下，当发动机主体从火花点火模式往过渡模式转移时，气门传动机构改变进气阀的开阀动作。也就是说，相对于在排气冲程中打开排气阀，并且在进气冲程中打开进气阀这样的第一阀动作，进气阀的开阀动作改变为进气阀的开阀期间缩短。能够通过对多个种类的凸轮进行切换的凸轮切换机构来改变开阀期间。凸轮切换机构以高响应性来改变开阀期间。
[0029]当发动机主体从过渡模式往压缩点火模式转移时，气门传动机构改变排气阀的开阀动作。也就是说，在过渡模式下，排气阀在排气冲程中打开，而在压缩点火模式下，排气阀在排气冲程中打开，并且在进气冲程中也打开。能够利用前述凸轮切换机构来实现如上所述的阀升程特性的切换。
[0030]因此，在所述结构中，当发动机主体从火花点火模式往压缩点火模式切换时:气门传动机构改变进气阀的阀升程特性，发动机主体从火花点火模式转移到过渡模式，然后，气门传动机构改变排气阀的阀升程特性，发动机主体从过渡模式转移到压缩点火模式。这有利于提高模式的切换控制的响应性，从而顺利地进行从火花点火模式往压缩点火模式的切换。
[0031]所述火花点火式发动机也可以构成为:所述火花点火式发动机进一步具备控制进气阀和排气阀的动作的气门传动机构，当所述发动机主体从所述火花点火模式经由所述过渡模式往所述压缩点火模式切换时:在所述火花点火模式下，所述气门传动机构进行第一阀动作，在该第一阀动作中，使所述排气阀在排气冲程中打开，并且使所述进气阀在进气冲程中打开；在所述过渡模式下，所述气门传动机构进行第二阀动作，与所述第一阀动作相比，该第二阀动作缩短了所述排气阀的打开期间；在所述压缩点火模式下，所述气门传动机构进行第三阀动作，在该第三阀动作中，该气门传动机构在所述第二阀动作的基础上，还使所述进气阀在比该第二阀动作中的所述进气阀的打开时刻早的时刻成为打开了的状态。
[0032]在该结构下，与上述相反，当发动机主体从火花点火模式往过渡模式转移时，气门传动机构改变排气阀的开阀动作，当发动机主体从过渡模式往压缩点火模式转移时，气门传动机构改变进气阀的开阀动作。该结构也有利于提高模式的切换控制的响应性，从而顺利地进行从火花点火模式往压缩点火模式的切换。
[0033]所述火花点火式发动机也可以构成为:当所述发动机主体从所述压缩点火模式往所述火花点火模式切换时，所述控制器以不在该压缩点火模式和该火花点火模式之间执行所述过渡模式的方式进行切换。
[0034]当发动机主体从压缩点火模式往火花点火模式切换时，不存在随着过早点火发生而出现燃烧噪音这样的问题。因此，能够不在压缩点火模式和火花点火模式之间执行过渡模式，而直接从压缩点火模式切换到火花点火模式。省略过渡模式这样的作法，能够加快从压缩点火模式往火花点火模式的切换。在当发动机主体的负荷相对低时执行压缩点火模式，而当发动机主体的负荷相对高时执行火花点火模式这样的结构中，发动机主体根据驾驶者的加速要求而从压缩点火模式往火花点火模式切换。因此，加快从压缩点火模式往火花点火模式的切换，能够提高车辆的加速响应性。
[0035]所述火花点火式发动机也可以构成为:所述火花点火式发动机进一步具备燃料喷射阀，该燃料喷射阀构成为直接向所述气缸内喷射燃料，在所述发动机主体从所述火花点火模式切换到所述过渡模式以后，所述控制器根据所述气缸内的温度状态，将通过所述燃料喷射阀喷射燃料的燃料喷射时刻设定在压缩冲程中期以后。
[0036]如上所述，从火花点火模式往压缩点火模式切换时，通过在火花点火模式和压缩点火模式之间执行让EGR率相对降低了的过渡模式，能够抑制过早点火发生。但是，在从火花点火模式切换到了过渡模式后，当气缸内的温度较高时，例如气缸的内壁温度较高时，在过渡模式下有时会引发过早点火。
[0037]能够想到:通过继续执行过渡模式，并且让往压缩点火模式的转移延迟，由此来等待气缸内的温度降低。但是，一旦长时间地继续执行EGR率相对低的过渡模式，气缸内的温度就会过度下降而无法实现稳定的压缩点火。因此，有可能发生这样的状况，即:从点火稳定性的角度出发，有必要往压缩点火模式转移，然而起因于气缸的内壁温度较高而在压缩点火模式下会引发过早点火。
[0038]于是，在过渡模式或压缩点火模式下，也可以根据气缸内的温度来改变燃料喷射时刻，当气缸内的温度高于规定温度时，将通过所述燃料喷射阀喷射燃料的燃料喷射时刻设定在压缩冲程中期以后。气缸内的温度会因为喷射到气缸内的燃料的汽化潜热而降低。并且，燃料的喷射开始时刻相对地较晚，混合气的可反应时间变短。这样一来，能够在过渡模式或压缩点火模式下更可靠地避免过早点火发生。
[0039]-发明的效果-
[0040]如上所述，该火花点火式发动机能够在从火花点火模式往压缩点火模式切换时，
避免燃烧噪音增大。
【附图说明】
[0041]图1是不出火花点火式直喷发动机的结构的简图。
[0042]图2是与火花点火式直喷发动机的控制相关的方框图。
[0043]图3是放大示出燃烧室的剖视图。
[0044]图4是示出发动机工作图之例的图。
[0045]图5A是在Cl模式下进行进气冲程喷射时的燃料喷射时刻的一个例子，以及伴随于此的Cl燃烧的产热率的示例。