ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники
Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, а более конкретно, к двигателю внутреннего сгорания с типом самовоспламенения от сжатия, который выполняет сжигание посредством прямого впрыска топлива в находящуюся под давлением камеру.
Уровень техники
Обычно, как, например, раскрыто в JP 2017-530298 A относительно двигателя внутреннего сгорания с типом самовоспламенения от сжатия, применяется метод для стимулирования предварительного смешивания топлива и наполненного воздуха в камере сгорания. С помощью этого метода канал, сконфигурированный посредством полой трубки, предусматривается близко к участку отверстия в участке наконечника устройства впрыска топлива, которое раскрывается в камеру сгорания. Топливо, которое впрыскивается из участка отверстия, впрыскивается в камеру сгорания через полую трубку. Внутри полой трубки предварительное смешивание с наполненным воздухом стимулируется в процессе прохождения впрыснутого топлива. Распределение чрезмерно богатого топлива, таким образом, уменьшается в камере сгорания, и формирование дыма уменьшается.
Сущность изобретения
Однако, с вышеописанным традиционным методом, канал размещается подвешенным в камере сгорания. С такой конфигурацией, канал вероятно перегревается, когда сгорание в камере сгорания непрерывно выполняется. В этом случае, испарение топлива стимулируется в процессе прохождения топлива через канал, и сгорание вероятно будет возникать до того, как ускоряется предварительное смешивание с наполненным воздухом.
Настоящее изобретение выполнено в свете проблемы, которая описана выше, и его целью является предоставление двигателя внутреннего сгорания, который приспособлен для пресечения формирования дыма посредством стимулирования предварительного смешивания топлива.
Для того чтобы добиться вышеописанной цели, первый аспект настоящего изобретения направлен на двигатель внутреннего сгорания с типом самовоспламенения от сжатия, который выполняет сжигание, впрыскивая топливо в находящуюся под давлением камеру сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя сопло для впрыска топлива, снабженное сопловым отверстием для впрыска топлива, сопловое отверстие раскрывается из головки цилиндра двигателя внутреннего сгорания в камеру сгорания, и полый канал, впускное и выпускное отверстия которого раскрываются в камеру сгорания. Канал предусматривается способом, предоставляющим возможность для струи топлива, впрыснутой из соплового отверстия сопла для впрыска топлива, проходить насквозь от впускного отверстия к выпускному отверстию. Сопло для впрыска топлива и канал конфигурируются так, что часть струи топлива, которая впрыскивается из соплового отверстия при предварительном впрыске, который выполняется перед основным впрыском, непосредственно прилипает к внутренней поверхности стенки канала.
Второй аспект настоящего изобретения является первым аспектом, дополнительно включающим в себя следующий признак.
Сопло для впрыска топлива конфигурируется так, что угол струи для струи топлива, которая впрыскивается из соплового отверстия, является регулируемым. Сопло для впрыска топлива регулируется в угол струи, при котором часть струи топлива, которая впрыскивается из соплового отверстия при предварительном впрыске, непосредственно прилипает к внутренней поверхности стенки канала.
Третий аспект настоящего изобретения является первым аспектом, дополнительно включающим в себя следующий признак.
Двигатель внутреннего сгорания дополнительно включает в себя устройство управления, которое регулирует объем прилипающего топлива для топлива, которое непосредственно прилипает к каналу при предварительном впрыске. Устройство управления конфигурируется, чтобы получать заданное значение, которое служит в качестве показателя для температуры канала, и в случае, когда заданное значение находится в области, соответствующей высокотемпературной области температуры канала, увеличивать объем прилипающего топлива по сравнению со случаем, когда заданное значение находится в области, соответствующей низкотемпературной области.
Четвертый аспект настоящего изобретения является третьим аспектом, дополнительно включающим в себя следующий признак.
Сопло для впрыска топлива включает в себя корпус, включающий в себя сопловое отверстие в участке наконечника, игольчатый клапан, который размещается способом, приспособленным для перемещения в осевом направлении внутри корпуса, и актуатор, который регулирует величину поднятия игольчатого клапана из посаженного положения. Сопло для впрыска топлива увеличивает угол впрыска для впрыска топлива из соплового отверстия, когда величина поднятия игольчатого клапана из посаженного положения становится меньшей. Устройство управления конфигурируется, чтобы приводить в действие актуатор согласно заданному значению.
Пятый аспект настоящего изобретения является четвертым аспектом, дополнительно включающим в себя следующий признак.
В случае, когда заданное значение находится в области, соответствующей высокотемпературной области температуры канала, устройство управления конфигурируется, чтобы задействовать актуатор так, что максимальное значение величины поднятия при предварительном впрыске уменьшается по сравнению со случаем, когда заданное значение находится в области, соответствующей низкотемпературной области.
Шестой аспект настоящего изобретения является четвертым аспектом, дополнительно включающим в себя следующий признак.
В случае, когда заданное значение находится в области, соответствующей высокотемпературной области температуры канала, устройство управления конфигурируется, чтобы задействовать актуатор так, что скорость повышения до максимального значения величины поднятия или скорость понижения от максимального значения при предварительном впрыске уменьшается по сравнению со случаем, когда заданное значение находится в области, соответствующей низкотемпературной области.
Седьмой аспект настоящего изобретения является четвертым аспектом, дополнительно включающим в себя следующий признак.
В случае, когда заданное значение находится в области, соответствующей высокотемпературной области температуры канала, устройство управления конфигурируется, чтобы задействовать актуатор так, что период, когда величина поднятия принимает максимальное значение при предварительном впрыске, уменьшается, и число раз предварительного впрыска увеличивается по сравнению со случаем, когда заданное значение находится в области, соответствующей низкотемпературной области.
Согласно первому аспекту, часть струи топлива, которая впрыскивается в камеру сгорания при предварительном впрыске, непосредственно прилипает к внутренней поверхности стенки канала, предусмотренной внутри головки цилиндра. Канал охлаждается скрытым теплом прилипшего топлива. Перегрев канала, таким образом, предотвращается, и струя топлива, которая впрыскивается при последующем основном впрыске, эффективно охлаждается в ходе прохождения через канал. Предварительное смешивание с наполненным воздухом, таким образом, ускоряется, в то же время предотвращая самовоспламенение струи топлива, и может быть предотвращено сгорание чрезмерно богатого топлива. Соответственно, тепловой КПД может быть увеличен благодаря уменьшению дыма и уменьшению периода догорания.
Согласно второму аспекту, угол струи сопла для впрыска топлива может быть отрегулирован таким способом, что часть струи топлива непосредственно прилипает к внутренней поверхности стенки канала при предварительном впрыске. Перегрев может, таким образом, быть предотвращен посредством простой конфигурации.
Согласно третьему аспекту, в случае, когда температура канала является высокой, объем прилипшего топлива для топлива, которое непосредственно прилипает к внутренней поверхности стенки канала при предварительном впрыске, увеличивается по сравнению со случаем, когда температура является низкой. Соответственно, степень охлаждения скрытым теплом может быть увеличена, когда температура канала становится выше, и охлаждение канала может быть оптимизировано.
Согласно четвертому аспекту, угол струи для струи топлива может быть отрегулирован посредством регулирования величины поднятия игольчатого клапана сопла для впрыска топлива при предварительном впрыске. Соответственно, с помощью текущего аспекта, объем прилипшего топлива для топлива, которое непосредственно прилипает к поверхности внутренней стенки канала при предварительном впрыске, может быть отрегулирован посредством регулирования величины поднятия согласно заданному значению для температуры канала.
Согласно пятому аспекту, максимальное значение величины поднятия игольчатого клапана при предварительном впрыске уменьшается в случае, когда температура канала является высокой, по сравнению со случаем, когда температура является низкой. Угол струи может, таким образом, быть увеличен, когда температура канала становится выше, и охлаждение канала с помощью скрытого тепла может быть оптимизировано.
Согласно шестому аспекту, скорость повышения до максимального значения величины поднятия игольчатого клапана или скорость понижения от максимального значения при предварительном впрыске уменьшается в случае, когда температура канала является высокой, по сравнению со случаем, когда температура является низкой. Период, когда угол струи является большим при предварительном впрыске, может, таким образом, быть сделан больше, когда температура канала становится выше, и охлаждение канала с помощью скрытого тепла может быть оптимизировано.
Согласно седьмому аспекту, число раз предварительного впрыска увеличивается в случае, когда температура канала является высокой, по сравнению со случаем, когда температура является низкой. Период, когда угол струи является большим при предварительном впрыске, может, таким образом, быть сделан больше, когда температура канала становится выше, и охлаждение канала с помощью скрытого тепла может быть оптимизировано.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид внутренней структуры камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания согласно первому варианту осуществления, схематично видимой насквозь со стороны нижней поверхности;
Фиг. 2 - схема внутренней структуры двигателя внутреннего сгорания с фиг. 1, схематично видимой со стороны боковой поверхности по линии A-A;
Фиг. 3 - схема для описания соотношения между величиной поднятия игольчатого клапана и углом струи;
Фиг. 4 - схема, иллюстрирующая схематичную конфигурацию устройства управления, предусмотренного в двигателе первого варианта осуществления;
Фиг. 5 - схема, иллюстрирующая соотношение между температурой канала и величиной поднятия при предварительном впрыске;
Фиг. 6 - схематичный чертеж для описания соотношения между струей топлива при предварительном впрыске в состоянии высокого поднятия и каналом;
Фиг. 7 - схематичный чертеж для описания соотношения между струей топлива при предварительном впрыске в состоянии низкого поднятия и каналом;
Фиг. 8 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая программу управления, которая выполняется двигателем первого варианта осуществления;
Фиг. 9 - схема, иллюстрирующая отношение величины поднятия игольчатого клапана к углу поворота коленчатого вала;
Фиг. 10 - схема для описания примерной модификации предварительного впрыска, применяемого двигателем первого варианта осуществления;
Фиг. 11 - схема для описания другой примерной модификации предварительного впрыска, применяемого двигателем первого варианта осуществления; и
Фиг. 12 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая программу управления, которая выполняется двигателем второго варианта осуществления.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Далее в данном документе, варианты осуществления настоящего открытия будут описаны со ссылкой на чертежи. Настоящее изобретение не ограничивается числом частей, количеством, величиной, диапазоном и т.п. соответствующих элементов, упомянутых в последующих вариантах осуществления, пока специально не указано иное, или пока изобретение явно и теоретически не указывается такими числами. Кроме того, структуры, описанные в последующих вариантах осуществления, не всегда являются необходимыми для изобретения, пока специально не указано иное, или пока изобретение явно и теоретически не определяется такими структурами.
Первый вариант осуществления
Первый вариант осуществления будет описан со ссылкой на чертежи.
Конфигурация первого варианта осуществления
Фиг. 1 представляет собой схему внутренней структуры камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания согласно первому варианту осуществления, схематично видимой насквозь со стороны нижней поверхности. Фиг. 2 представляет собой схему внутренней структуры двигателя внутреннего сгорания на фиг. 1, схематично видимой со стороны боковой поверхности по линии A-A. Двигатель 2 внутреннего сгорания первого варианта осуществления является двигателем внутреннего сгорания с типом самовоспламенения от сжатия (далее в данном документе просто называется "двигателем"), включающим в себя множество цилиндров. Фиг. 1 и 2 иллюстрируют внутреннюю структуру одного цилиндра из множества цилиндров, включенных в двигатель 2.
Как иллюстрировано на фиг. 1 и 2, двигатель 2 включает в себя головку 4 цилиндра и блок 6 цилиндров. Отверстие 62 цилиндра формируется в блоке 6 цилиндров. Неиллюстрированный поршень, располагается внутри отверстия 62 цилиндра. Камера 8 сгорания формируется в пространстве, окруженном головкой 4 цилиндра, отверстием 62 цилиндра и верхней поверхностью поршня.
Два впускных клапана 12 и два выпускных клапана 14 размещаются на участке 42 верхней поверхности головки 4 цилиндра, формирующей камеру 8 сгорания. Сопло 16 для впрыска топлива размещается в центре участка 42 верхней поверхности. Более конкретно, монтажное отверстие 46 для крепления сопла 16 для впрыска топлива пронизывает центр участка 42 верхней поверхности, с центральной осью L1 цилиндра в качестве центральной оси. Сопло 16 для впрыска топлива прикрепляется к монтажному отверстию 46, при этом сопловое отверстие 164, предусмотренное на наконечнике, раскрывается внутрь камеры 8 сгорания.
Сопло 16 для впрыска топлива предназначено для прямого впрыска топлива в камеру 8 сгорания. Сопло 16 для впрыска топлива первого варианта осуществления снабжается восьмью сопловыми отверстиями 164, которые выполняют впрыск одинаково и радиально в отверстие 62 цилиндра. Каждое сопловое отверстие 164 конфигурируется таким образом, что угол θ1, сформированный осью L2 соплового отверстия, указывающей направление впрыска топлива, и центральной осью L1 цилиндра, находится в диапазоне между 45 градусами и 90 градусами. Подробное описание внутренней структуры сопла 16 для впрыска топлива будет предоставлено позже.
Двигатель 2 первого варианта осуществления включает в себя, в качестве характерной структуры, опору 48 для каналов, где каналы 20 формируются. Опора 48 для канала является кольцеобразным элементом, который формируется выступающим образом, в то же время окружая периметр соплового отверстия 164 сопла 16 для впрыска топлива. Опора 48 для канала закрепляется четырьмя болтами 44 в тесном контакте с участком 42 верхней поверхности головки 4 цилиндра.
Канал 20 конфигурируется посредством прямой полой трубки, которая пронизывает насквозь опору 48 для канала от впускного отверстия 202, предусмотренного на внутренней стороне окружности опоры 48 для канала, по направлению к выпускному отверстию 204, предусмотренному на внешней стороне окружности. Канал 20 конфигурируется так, что центральная ось полой канала совпадает с осью L2 соплового отверстия. С двигателем 2 первого варианта осуществления, канал 20 предусматривается для оси L2 соплового отверстия каждого из восьми сопловых отверстий 164.
Далее будет описана внутренняя структура отверстия 16 для впрыска топлива. Сопло 16 для впрыска топлива включает в себя корпус 161 и игольчатый клапан 162. Корпус 161 имеет имеющую дно цилиндрическую форму, где игольчатый клапан 162 размещается с возможностью возвратно-поступательного движения. Корпус 161 включает в себя мешкообразный участок 163, множество сопловых отверстий 164, участок 165 седла и канал 166 для подачи топлива. Топливо в аккумуляторной системе подачи топлива, не иллюстрирована, втекает в канал 166 для подачи топлива. Участок 165 седла имеет коническую поверхность, с внутренним диаметром, уменьшающимся по направлению к наконечнику. Мешкообразный участок 163 формируется в полусферической форме и соединяется с нижним по потоку концом участка 165 седла. Множество сопловых отверстий 164 предусматриваются на оконечности корпуса 161 и связывают мешкообразный участок 163 и внешнюю сторону.
Игольчатый клапан 162 размещается на внутренней окружности корпуса 161. Игольчатый клапан 162 начинает или заканчивает впрыск топлива через сопловое отверстие 164, выполняя возвратно-поступательное движение в осевом направлении корпуса 161. Игольчатый клапан 162 включает в себя участок 167 наконечника и участок 168 основной части. Участок 167 наконечника формируется в конической форме и может быть посажен на участок 165 седла. Участок 168 основной части является участком на задней торцевой стороне в осевом направлении участка 167 наконечника и протягивается в осевом направлении со стороны впускного отверстия канала 166 для подачи топлива к участку 165 седла.
Актуатор 169 (не иллюстрирован) для приведения в действие игольчатого клапана 162 в направлении отделения от участка 165 седла соединяется с корпусом 161. В качестве актуатора, например, используется соленоидный актуатор или пьезоэлектрический актуатор.
С соплом 16 для впрыска топлива, когда игольчатый клапан 162 движется в сторону наконечника в осевом направлении посредством смещающего усилия возвратной пружины (не иллюстрирована), участок 167 наконечника усаживается на участок 165 седла. Положение игольчатого клапана 162 в это время называется "посаженным положением". Когда игольчатый клапан 162 находится в посаженном положении, канал 166 для подачи топлива блокируется, и впрыск топлива из соплового отверстия 164 в камеру 8 сгорания прекращается. Кроме того, с соплом 16 для впрыска топлива, когда игольчатый клапан 162 перемещается из посаженного положения к задней торцевой стороне в осевом направлении, приводясь в действие посредством актуатора 169, участок 167 наконечника отделяется от посаженного положения 165. Интервал перемещения игольчатого клапана 162 из посаженного положения в это время будет называться "величиной поднятия" игольчатого клапана 162. Канал 166 для подачи топлива является открытым в течение периода, когда участок 167 наконечника отделен от посаженного положения 165. Топливо, которое протекает из канала 166 для подачи топлива в мешкообразный участок 163, таким образом, впрыскивается из соплового отверстия 164 в камеру 8 сгорания.
Как иллюстрировано на фиг. 2, топливо, которое впрыскивается из соплового отверстия 164, является конической струей впрыска. Угол θ2 распространения струи топлива будет называться "углом струи". Сопло 16 для впрыска топлива приспособлено для регулирования угла струи посредством регулирования величины поднятия игольчатого клапана посредством актуатора 169. Фиг. 3 представляет собой схему для описания соотношения между величиной поднятия игольчатого клапана и углом струи. Как иллюстрировано на чертеже, в состоянии низкого поднятия, когда величина поднятия игольчатого клапана 162 является небольшой, пустота возникает в участке 165 седла. Соответственно, в состоянии низкого поднятия игольчатого клапана 162, угол струи больше, чем в состоянии высокого поднятия, когда величина поднятия игольчатого клапана 162 является большой. Кроме того, в состоянии низкого поднятия игольчатого клапана 162 объем впрыска меньше, чем в состоянии высокого поднятия.
Двигатель 2, сконфигурированный вышеописанным образом, управляется посредством устройства 100 управления. Фиг. 4 представляет собой схему, иллюстрирующую схематичную конфигурацию устройства управления, предусмотренного в двигателе первого варианта осуществления. Устройство 100 управления является электронным блоком управления (ECU). Схема обработки ECU 100 включает в себя, по меньшей мере, один интерфейс 102 ввода/вывода, по меньшей мере, одно запоминающее устройство 104 и, по меньшей мере, один CPU (процессор) 106. Интерфейс 102 ввода/вывода предусматривается, чтобы захватывать сигналы датчиков от различных датчиков, установленных в двигателе, и выводить сигналы срабатывания актуаторам, предусмотренным в двигателе внутреннего сгорания. Датчики, от которых ECU 100 захватывает сигналы, включают в себя различные датчики, которые являются необходимыми для управления двигателем, такие как расходомер 50 воздуха для измерения расхода свежего воздуха, который захватывается во впускной канал, датчик 52 угла поворота коленчатого вала для обнаружения угла поворота коленчатого вала, датчик 54 положения акселератора для обнаружения величины нажатия педали акселератора и т.п. Актуаторы, которым ECU 100 отправляет сигналы срабатывания, включают в себя различные актуаторы, такие как актуатор 169, описанный выше. Различные программы управления для управления двигателем внутреннего сгорания, карты и т.п. хранятся в запоминающем устройстве 104. CPU (процессор) 106 считывает, из запоминающего устройства, и исполняет программы управления и т.п. и формирует сигналы срабатывания на основе захваченных сигналов датчиков.
Каждая функция устройства 100 управления реализуется посредством программного обеспечения, микропрограммного обеспечения или сочетания программного обеспечения и микропрограммного обеспечения. По меньшей мере, одно из программного обеспечения и микропрограммного обеспечения написано как программа. По меньшей мере, одно из программного обеспечения и микропрограммного обеспечения хранится, по меньшей мере, в одном запоминающем устройстве 104. По меньшей мере, один процессор 106 считывает и исполняет программу, сохраненную, по меньшей мере, в одном запоминающем устройстве 104, чтобы, тем самым, реализовывать соответствующую функцию устройства 100 управления. По меньшей мере, один процессор 106 может также называться центральным процессором (CPU), устройством обработки, арифметическим устройством, микропроцессором, микрокомпьютером или цифровым сигнальным процессором (DSP). Например, по меньшей мере, одно запоминающее устройство 104 является энергонезависимым или энергозависимым полупроводниковым запоминающим устройством, таким как оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), флеш-память, стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM) или электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM), магнитный диск, гибкий диск или оптический диск.
В случае, когда схема обработки устройства 100 управления включает в себя, по меньшей мере, одну часть специализированных аппаратных средств, схема обработки является единой схемой, объединенной схемой, программируемым процессором, параллельно программируемым процессором, специализированной интегральной схемой (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицей (FPGA) или их сочетанием, например. Функция каждого блока устройства 100 управления может быть реализована посредством схемы обработки. Альтернативно, функции блоков устройства 100 управления могут быть совокупно реализованы посредством схемы обработки.
Каждая функция устройства 100 управления может быть реализована частично посредством специализированных аппаратных средств и частично посредством программного обеспечения или аппаратных средств. Таким образом, схема обработки реализует каждую функцию устройства 100 управления посредством аппаратных средств, программного обеспечения, микропрограммного обеспечения или их сочетания.
Действие первого варианта осуществления
С двигателем 2 с типом самовоспламенения от сжатия, топливо впрыскивается из сопла 16 для впрыска топлива в состоянии, когда воздух, наполненный в камеру 8 сгорания, сжимается. Сгорание посредством самовоспламенения предпочтительно выполняется после того, как впрыснутая струя топлива смешивается с наполненным воздухом, и гомогенизация концентрации топлива ускоряется. Однако, например, в конфигурации, когда канал 20 не предусматривается, струя топлива, впрыснутая из сопла 16 для впрыска топлива, вероятно быстро перегревается вследствие тепла, получаемого из камеры 8 сгорания, и самовозгорание возможно возникает прежде, чем смешивание с наполненным воздухом выполняется в достаточной степени. В этом случае формирование дыма в результате сжигания чрезмерно богатого топлива и уменьшение теплового КПД вследствие продления периода дожигания топлива становятся проблемами.
С двигателем 2 первого варианта осуществления, канал 20 предусматривается внутри камеры 8 сгорания в качестве средства для решения вышеописанных проблем. Струя топлива, которая впрыскивается из сопла 16 для впрыска топлива, поступает в канал 20 из впускного отверстия 202. Поскольку впускное отверстие 202 канала 20 раскрывается внутрь камеры 8 сгорания, свежий воздух внутри камеры 8 сгорания также поступает в канал 20. Внутренняя часть канала 20 не подвергается воздействию тепла из камеры 8 сгорания простым и непосредственным образом. Соответственно, струя топлива, которая впрыскивается в канал 20, смешивается с наполненным воздухом, в то же время охлаждаясь, и концентрация топлива гомогенизируется без раннего самовоспламенения струи топлива. Смешанный газ, впрыснутый из выпускного отверстия 204 канала 20, самовоспламеняется и сгорает, получая тепло из камеры 8 сгорания.
Таким образом, с двигателем 2 первого варианта осуществления, предварительное смешивание струи топлива, которая впрыскивается, и наполненного воздуха может быть ускорено, в то же время пресекая самовоспламенение, в ход прохождения струи топлива через канал 20. Формирование дыма, вызванного самовоспламенением чрезмерно богатого топлива, которое еще не гомогенизировано, может, таким образом, быть пресечено. Кроме того, с двигателем 2 первого варианта осуществления, самовоспламенение во время прохождения через канал 20 пресекается, и момент самовоспламенения может быть задержан. Соответственно, период дожигания уменьшается, и тепловой КПД может быть улучшен.
Изобретатель настоящего изобретения признал следующую проблему в отношении вышеописанного канала 20. Т.е., когда работа двигателя 2 с высокой нагрузкой продолжается, температура канала, которая является температурой самого канала 20, становится высокой, и эффект охлаждения для струи топлива, проходящей через канал 20, снижается. Предварительное смешивание струи топлива и наполненного воздуха не может быть ускорено, в то же время пресекая самовоспламенение, и эффект предотвращения формирования дыма снижается.
Соответственно, изобретатель настоящего изобретения сфокусировался на режиме впрыска для предварительного впрыска. Дополнительно, предварительный впрыск является впрыском небольшого объема топлива, который выполняется до основного впрыска для получения крутящего момента двигателя. Период без впрыска может быть включен между предварительным впрыском и основным впрыском, или предварительный впрыск и основной впрыск могут выполняться последовательно. Когда выполняется предварительный впрыск, скорость сгорания предварительной смеси может быть уменьшена, и время задержки зажигания может быть уменьшено, и шум может быть уменьшен.
Двигатель 2 настоящего варианта осуществления применяет конфигурацию, где струя топлива, которая впрыскивается при предварительном впрыске, непосредственно прилипает к внутренней поверхности стенки канала 20. Фиг. 5 представляет собой схему, иллюстрирующую соотношение между температурой канала и величиной поднятия при предварительном впрыске. Фиг. 6 представляет собой схематичный чертеж для описания соотношения между струей топлива при предварительном впрыске в состоянии высокого поднятия и каналом. Фиг. 7 представляет собой схематичный чертеж для описания соотношения между струей топлива при предварительном впрыске в состоянии низкого поднятия и каналом. Фиг. 6 и 7 являются схематичными чертежами, иллюстрирующими часть канала 20 в двигателе 2 прозрачным образом.
Как иллюстрировано на фиг. 5, в случае, когда температура канала находится в низкотемпературной области, устройство 100 управления двигателя 2 управляет величиной поднятия игольчатого клапана 162 в состояние высокого поднятия (такое как состояние полного поднятия). При предварительном впрыске в таком случае угол струи для струи топлива уменьшается, как иллюстрировано на фиг. 6, и объем предварительного впрыска, таким образом, увеличивается. Соответственно, струя топлива при предварительном впрыске не касается внутренней стенки канала 20 и впрыскивается через внутренность канала 20 в камеру 8 сгорания.
С другой стороны, как иллюстрировано на фиг. 5, в случае, когда температура канала находится в высокотемпературной области выше низкотемпературной области, устройство 100 управления двигателя 2 управляет величиной поднятия игольчатого клапана 162 в состояние низкого поднятия, когда величина поднятия меньше, чем в состоянии высокого поднятия. Таким случаем является случай, когда продолжается работа двигателя 2 с высокой нагрузкой, например. При предварительном впрыске в таком случае, объем предварительного впрыска уменьшается до небольшого объема, и угол струи для струи топлива увеличивается, как иллюстрировано на фиг. 7. Соответственно, часть струи топлива при предварительном впрыске касается внутренней поверхности стенки канала 20. Топливо, которое прилипло к внутренней поверхности стенки канала 20, поглощает тепло из канала 20 вследствие скрытого тепла испарения. Канал 20, таким образом, охлаждается перед основным впрыском.
Таким образом, когда часть струи топлива при предварительном впрыске прилипает к внутренней поверхности стенки канала 20, температура поверхности стенки канала 20 может поддерживаться при температуре ниже температуры газа в камере 8 сгорания даже во время работы двигателя 2 с высокой нагрузкой. Струя топлива при основном впрыске может, таким образом, быть охлаждена посредством канала 20, и преимущества канала 20, такие как уменьшение дыма и увеличение теплового КПД, могут постоянно осуществляться.
Конкретный процесс первого варианта осуществления
Далее, конкретная обработка управления, которая выполняется устройством 100 управления двигателя 2 первого варианта осуществления, имеющего конфигурацию, как описано выше, будет описана со ссылкой на блок-схему последовательности операций. Фиг. 8 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующуюрограмму управления, которая выполняется двигателем первого варианта осуществления. Программа, иллюстрированная на фиг. 8, циклически выполняется устройством 100 управления в предварительно определенном цикле управления во время работы двигателя 2.
С помощью программы, иллюстрированной на фиг. 8, сначала оценивается температура Td канала (этап S2). Сначала, в качестве различных частей данных, необходимых для оценки температуры Td канала, получаются скорость двигателя, объем впрыска топлива, объем всасываемого воздуха и т.п. Далее, температура Td канала оценивается на основе количества тепла, поступающего в канал 20, и количества рассеиваемого тепла из канала 20. В частности, количество тепла, поступающего в канал 20, может быть оценено с помощью скорости двигателя, объема впрыска топлива, объема всасываемого воздуха и т.п., например. Количество рассеиваемого тепла из канала 20 может быть оценено с помощью объема прилипшего топлива к каналу 20, расхода охлаждающей жидкости, температуры охлаждающей жидкости и т.п. Отклонение, полученное вычитанием количества рассеянного тепла из количества поступившего тепла, является количеством тепла, которым обладает канал 20, и температура Td канала может быть оценена на основе этого количества тепла.
Далее, определяется, является ли температура Td канала выше предварительно определенной контрольной температуры T1 (этап S4). Контрольная температура T1 является пороговым значением для определения того, становится ли недостаточное охлаждение струи топлива вследствие перегрева канала 20 проблемой или нет, и значение, которое сохранено заранее в запоминающем устройстве 104, считывается. Если выполняется положительное определение, температура Td канала может быть определена как находящаяся в высокотемпературной области, где температура выше контрольной температуры T1. В таком случае, перегрев канала 20 определяется как проблема, и выполняется следующий этап, и угол впрыска для предварительного впрыска увеличивается (этап S6).
Фиг. 9 представляет собой схему, иллюстрирующую отношение величины поднятия игольчатого клапана к углу поворота коленчатого вала. Как иллюстрировано на чертеже, в процессе на этапе S6, актуатор 169 работает таким образом, что максимальное значение величины поднятия при предварительном впрыске достигает состояния низкого поднятия ниже состояния высокого поднятия в обычное время. Угол струи предварительного впрыска в состоянии максимального поднятия, таким образом, увеличивается по сравнению с обычным временем.
С другой стороны, в случае, когда отрицательное определение выполняется на этапе S4, описанном выше, температура Td канала определяется как находящаяся в низкотемпературной области, где температура равна или ниже контрольной температуры T1. В этом случае, определяется, что проблема недостаточного охлаждения струи топлива, вызванная перегревом канала 20, не возникает, и величина поднятия сохраняется в состоянии высокого поднятия в обычное время.
Как описано выше, с двигателем 2 первого варианта осуществления, в случае, когда температура Td канала чрезмерно повышается, часть струи топлива при предварительном впрыске может быть вынуждена прилипать к каналу 20, чтобы охлаждать канал 20. Струя топлива при основном впрыске может, таким образом, быть охлаждена посредством канала 20, и преимущества канала 20, такие как уменьшение дыма и увеличение теплового КПД, могут постоянно осуществляться.
Пример модификации первого варианта осуществления
Двигатель 2 первого варианта осуществления может применять модифицированный режим, как описано ниже.
Форма, число и т.п. каналов 20 не ограничиваются, пока струя топлива, впрыснутая из сопловых отверстий 164 сопла 16 для впрыска топлива, проходит от впускных отверстий 202 до выпускных отверстий 204. Например, канал 20 может быть сформирован внутри головки 4 цилиндра. Альтернативно, цилиндрический канал 20 может быть установлен на участке 42 верхней поверхности головки 4 цилиндра. Эта примерная модификация может также быть применена к двигателю 2 второго варианта осуществления, описанного позже.
Управление для увеличения угла впрыска для предварительного впрыска не ограничивается способом, описанным выше. Фиг. 10 представляет собой схему для описания примерной модификации предварительного впрыска, применяемого двигателем первого варианта осуществления. Как иллюстрировано на чертеже, при предварительном впрыске, в случае, когда температура Td канала находится в высокотемпературной области, скорость повышения до максимального значения величины поднятия может быть уменьшена, или скорость понижения от максимального значения величины поднятия может быть уменьшена. С таким управлением, период, когда угол впрыска увеличивается, является более длинным при предварительном впрыске, чем в обычное время. Объем прилипшего топлива к каналу 20, таким образом, увеличивается по сравнению с обычным временем, и охлаждающее действие канала 20 может быть увеличено по сравнению с обычным временем. Эта примерная модификация может также быть применена к двигателю 2 второго варианта осуществления, описанного позже.
Фиг. 11 представляет собой схему для описания другой примерной модификации предварительного впрыска, применяемого двигателем первого варианта осуществления. Как иллюстрировано на чертеже, при предварительном впрыске, в случае, когда температура Td канала находится в высокотемпературной области, период, когда величина поднятия принимает максимальное значение, может быть уменьшен по сравнению с обычным временем, а также число раз впрыска при предварительном впрыске может быть увеличено. С таким управлением, период, когда угол впрыска увеличивается, является более длинным при предварительном впрыске, чем в обычное время. Объем прилипшего топлива к каналу 20, таким образом, увеличивается по сравнению с обычным временем, и охлаждающее действие канала 20 может быть увеличено по сравнению с обычным временем. Эта примерная модификация может также быть применена к двигателю 2 второго варианта осуществления, описанного позже.
Суммарное время впрыска для предварительного впрыска, когда температура Td канала находится в высокотемпературной области, не должно быть таким же, как и когда температура Td канала находится в низкотемпературной области (обычное время). Т.е., предварительный впрыск, иллюстрированный на фиг. 9-11, указывает случаи, когда суммарное время впрыска является одинаковым, когда температура Td канала находится в высокотемпературной области, и когда температура Td канала находится в низкотемпературной области (обычное время). Однако, суммарное время впрыска, когда температура Td канала находится в высокотемпературной области, может быть короче или длиннее, чем в обычное время, пока суммарный объем прилипшего топлива к внутренней поверхности стенки канала 20 увеличивается. В частности, объем впрыска при предварительном впрыске уменьшается тем больше, чем больше увеличивается угол струи. Соответственно, если время впрыска для предварительного впрыска в случае, когда температура Td канала находится в высокотемпературной области, делается продолжительней, чем в обычное время, объем прилипшего топлива к внутренней поверхности стенки канала 20 может быть увеличен, в то же время предотвращая уменьшение суммарного объема впрыска при предварительном впрыске по сравнению с обычным временем. Эта примерная модификация может также быть применена к двигателю 2 второго варианта осуществления, описанного позже.
Устройство 100 управления может изменять величину поднятия игольчатого клапана 162 ступенчатым образом согласно температуре Td канала. В таком случае, устройство 100 управления задействует актуатор 169 таким образом, что величина поднятия уменьшается, когда температура Td канала становится выше. Это предоставляет возможность объему прилипшего топлива к внутренней поверхности стенки канала 20 увеличиваться, когда температура Td канала становится выше, и, таким образом, охлаждение согласно температуре Td канала может быть выполнено.
При предварительном впрыске часть струи топлива может постоянно касаться канала 20 независимо от температуры Td канала. Согласно такой конфигурации, охлаждение канала 20 может постоянно выполняться.
Второй вариантосуществления
Отличительные признаки второго варианта осуществления
Далее будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения. Двигатель второго варианта осуществления может быть реализован с помощью аппаратной конфигурации, иллюстрированной на фиг. 1, и посредством инструктирования устройству 100 управления выполнять процесс согласно блок-схеме последовательности операций на фиг. 12, описанной позже.
Двигатель 2 второго варианта осуществления является характерным в том, что угол струи для предварительного впрыска управляется согласно нагрузке двигателя для двигателя 2 вместо температуры Td канала. Т.е., когда нагрузка двигателя увеличивается вследствие увеличения в объеме впрыска в одном цикле, температура сгорания внутри камеры 8 сгорания повышается. Когда температура сгорания повышается, количество тепла, поступающего в канал 20, увеличивается, и температура Td канала, таким образом, увеличивается. Т.е., объем впрыска для двигателя 2 может быть использован в качестве заданного значения, которое служит в качестве показателя температуры Td канала.
Соответственно, в области низкой нагрузки, где объем впрыска является небольшим, устройство 100 управления двигателя 2 второго варианта осуществления управляет величиной поднятия игольчатого клапана 162, чтобы он находился в состоянии высокого поднятия (таком как состояние полного поднятия). В таком случае, поскольку угол струи при предварительном впрыске является небольшим, струя топлива не касается внутренней стенки канала 20, а впрыскивается в камеру 8 сгорания через канал 20.
С другой стороны, в области высокой нагрузки, когда объем впрыска больше, чем в области низкой нагрузки, устройство 100 управления двигателя 2 управляет величиной поднятия игольчатого клапана 162, чтобы он находился в состоянии низкого поднятия, когда величина меньше, чем в состоянии высокого поднятия. В таком случае, угол струи при предварительном впрыске является большим, и часть струи топлива касается внутренней стенки канала 20. Топливо, которое прилипло к внутренней стенке канала 20, поглощает тепло из канала 20 вследствие скрытого тепла испарения. Канал 20, таким образом, охлаждается перед основным впрыском.
Таким образом, с двигателем 2 второго варианта осуществления, температура поверхности стенки канала 20 может поддерживаться на более низкой температуре, чем температура газа в камере 8 сгорания, даже во время работы двигателя 2 с высокой нагрузкой. Струя топлива при основном впрыске может, таким образом, быть охлаждена посредством канала 20, и преимущества канала 20, такие как уменьшение дыма и увеличение теплового КПД, могут постоянно осуществляться.
Конкретный процесс второго варианта осуществления
Далее, конкретная обработка управления, которая выполняется устройством 100 управления двигателя 2 второго варианта осуществления, имеющего конфигурацию, как описано выше, будет описана со ссылкой на блок-схему последовательности операций. Фиг. 12 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую программу управления, которая выполняется двигателем второго варианта осуществления. Программа, иллюстрированная на фиг. 12, циклически выполняется устройством 100 управления в предварительно определенном цикле управления во время работы двигателя 2.
С помощью программы, иллюстрированной на фиг. 12, сначала получается рабочее состояние (этап S12). В частности, получается объем впрыска Q в одном цикле. Далее, определяется, больше ли объем впрыска Q, чем предварительно определенный контрольный объем впрыска Q1 (этап S14). Контрольный объем впрыска Q1 является пороговым значением для определения того, становится ли недостаточное охлаждение струи топлива вследствие перегрева канала 20 проблемой или нет, и значение, которое сохранено заранее в запоминающем устройстве 104, считывается. Если выполняется положительное определение, объем впрыска Q может быть определен как находящийся в области высокой нагрузки, когда объем впрыска Q больше контрольного объема впрыска Q1. В таком случае, перегрев канала 20 определяется как проблема, и выполняется следующий этап, и угол впрыска для предварительного впрыска увеличивается (этап S16). В частности, как иллюстрировано на фиг. 9, актуатор 169 задействуется таким образом, что максимальное значение величины поднятия при предварительном впрыске достигает состояния низкого поднятия ниже состояния высокого поднятия в обычное время. Угол струи для предварительного впрыска, таким образом, увеличивается по сравнению с обычным временем.
С другой стороны, в случае, когда отрицательное определение выполняется на этапе S14, описанном выше, объем впрыска Q определяется как находящийся в области низкой нагрузки, когда объем равен или меньше контрольного объема впрыска Q1. В этом случае, определяется, что проблема недостаточного охлаждения струи топлива, вызванная перегревом канала 20, не возникает, и величина поднятия сохраняется в состоянии высокого поднятия в обычное время.
Как описано выше, с двигателем 2 второго варианта осуществления, с использованием объема впрыска Q в качестве заданного значения для температуры Td канала, канал 20, который перегревается, может быть эффективно охлажден. Струя топлива при основном впрыске может, таким образом, быть охлаждена посредством канала 20, и преимущества канала 20, такие как уменьшение дыма и увеличение теплового КПД, могут постоянно осуществляться.
Пример модификации второго варианта осуществления
Двигатель 2 второго варианта осуществления может применять модифицированный режим, как описано ниже.
Заданное значение для температуры Td канала не ограничивается объемом впрыска Q двигателя 2. Т.е., устройство 100 управления может управлять величиной поднятия с помощью заданных значений, как описано ниже, например.
Когда температура охлаждающей жидкости или температура смазочного масла двигателя 2 повышается, количество рассеянного тепла от канала 20 уменьшается, и температура Td канала, таким образом, повышается. Соответственно, устройство 100 управления может использовать температуру охлаждающей жидкости или температуру смазочного масла в качестве заданного значения для температуры Td канала. В таком случае, устройство 100 управления может выполнять управление, чтобы добиваться состояния низкого поднятия, когда температура охлаждающей жидкости или температура смазочного масла находится в области, соответствующей высокотемпературной области температуры Td канала, и может выполнять управление, чтобы добиваться состояния высокого поднятия, когда температура охлаждающей жидкости или температура смазочного масла находится в области, соответствующей низкотемпературной области температуры Td канала.
Даже в случае, когда нагрузка двигателя 2 находится в области высокой нагрузки, если такое состояние является временным, канал 20 возможно не нагревается чрезмерно. Соответственно, устройство 100 управления может использовать период, когда нагрузка двигателя 2 находится в области высокой нагрузки, в качестве заданного значения для температуры Td канала. В таком случае, устройство 100 управления может выполнять управление, чтобы добиваться состояния низкого поднятия, когда период находится в области, соответствующей высокотемпературной области температуры Td канала, и может выполнять управление, чтобы добиваться состояния высокого поднятия, когда период находится в области, соответствующей низкотемпературной области температуры Td канала.
Когда температура всасываемого воздуха двигателя 2 является высокой, количество тепла, подаваемого в канал 20, увеличивается, и, таким образом, температура Td канала повышается. Соответственно, устройство 100 управления может использовать температуру всасываемого воздуха двигателя 2 в качестве заданного значения для температуры Td канала. В таком случае, устройство 100 управления обнаруживает температуру на впуске из температуры наружного воздуха или температуры впускного коллектора и может выполнять управление, чтобы добиваться состояния низкого поднятия, когда обнаруженная температура на впуске находится в области, соответствующей высокотемпературной области температуры Td канала, и может выполнять управление, чтобы добиваться состояния высокого поднятия, когда обнаруженная температура на впуске находится в области, соответствующей низкотемпературной области температуры Td канала.
Когда температура Td канала повышается, время задержки зажигания уменьшается. Соответственно, устройство 100 управления может использовать время задержки зажигания в качестве заданного значения для температуры Td канала. В таком случае, устройство 100 управления обнаруживает время задержки зажигания из обнаруженного значения датчика давления в цилиндре или датчика 52 угла поворота коленчатого вала и может выполнять управление, чтобы добиваться состояния низкого поднятия, когда обнаруженное время задержки зажигания находится в области, соответствующей высокотемпературной области температуры Td канала, и может выполнять управление, чтобы добиваться состояния высокого поднятия, когда обнаруженное время задержки зажигания находится в области, соответствующей низкотемпературной области температуры Td канала.
В случае, когда концентрация дыма в выхлопном газе является высокой, определяется, что канал 20 перегревается, и струя топлива при основном впрыске не охлаждается. Соответственно, устройство 100 управления может использовать концентрацию дыма в выхлопном газе в качестве заданного значения для температуры Td канала. В таком случае, устройство 100 управления обнаруживает концентрацию дыма из обнаруженного значения датчика сажи для обнаружения количества сажи и может выполнять управление, чтобы добиваться состояния низкого поднятия, когда обнаруженная концентрация дыма находится в области, соответствующей высокотемпературной области температуры Td канала, и может выполнять управление, чтобы добиваться состояния высокого поднятия, когда обнаруженная концентрация дыма находится в области, соответствующей низкотемпературной области температуры Td канала.
В случае, когда состояние, в котором скорость транспортного средства для транспортного средства, где установлен двигатель 2, является высокой, продолжается, может быть определено, что работа двигателя с высокой нагрузкой продолжается. Соответственно, устройство 100 управления может использовать период состояния, в котором скорость транспортного средства является высокой, в качестве заданного значения для температуры Td канала. В таком случае, устройство 100 управления вычисляет период, когда скорость транспортного средства, обнаруженная посредством датчика скорости транспортного средства, выше скорости транспортного средства, соответствующей предварительно определенной работе с высокой нагрузкой, и может выполнять управление, чтобы добиваться состояния низкого поднятия, когда период находится в области, соответствующей высокотемпературной области температуры Td канала, и может выполнять управление, чтобы добиваться состояния высокого поднятия, когда период находится в области, соответствующей низкотемпературной области температуры Td канала.