УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
DEVICE AND METHOD FOR ENGINE REGULATION

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству и способу для регулирования двигателя для регулирования цилиндрового двигателя с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива.
Уровень техники
Вообще, выхлопной канал для выхлопных газов двигателя имеет устройство катализатора для очистки выхлопного газа. Катализатор, опертый на устройство катализатора, не обеспечивает превосходной характеристики катализатора при температуре ниже, чем температура активации. Следовательно, необходимо осуществить операцию прогревания для повышения температуры катализатора до температуры активации в течение короткого времени, во время запуска двигателя. В публикации JP 2011-220210 A раскрыта операция прогревания для повышения температуры катализатора, при которой выхлопной газ нагревается посредством замедления синхронизации зажигания. Кроме того, при операции прогревания, раскрытой в вышеупомянутом документе, для того, чтобы гарантировать хорошую воспламеняемость даже посредством замедления синхронизации зажигания, осуществляется так называемое сгорания при послойном распределении заряда, при котором вырабатывается искровое зажигание, в то время как струя топлива концентрируется вблизи свечи зажигания.
Однако, операция прогревания, раскрытая в вышеупомянутом документе, если нагреватель включается, даже когда устанавливается условие для выполнения операции прогревания катализатора, гомогенное стехиометрическое горение выполняется посредством замедления синхронизации зажигания. Хотя такая операция прогревания является эффективной, чтобы гарантировать характеристику нагрева, это не удовлетворительно для понижения эмиссии. В особенности, в вышеупомянутом документе нет рассмотрения количества жидкого топлива, прилипшего к поверхности головки поршня, которое является важным, чтобы устранить количество твердых частиц (РМ) в выхлопном газе. Следовательно, является трудным понизить производительность РМ (ниже, также именуемую, как число частиц (PN)).
Ввиду вышеупомянутых проблем, целью настоящего изобретения является регулировать двигатель посредством заблаговременной активации катализатора и понижения PN.
Сущность изобретения
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, предусмотрено устройство для регулирования двигателя для регулирования цилиндрового двигателя с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива, снабженного клапаном впрыска топлива, выполненным, чтобы непосредственно впрыскивать топливо в цилиндр, и свечой зажигания, выполненной, чтобы осуществлять искровое зажигание для газообразной смеси внутри цилиндра. В случае, где необходимо прогревать катализатор, очищающий выхлопной газ, размещенный в выхлопном канале, устройство для регулирования двигателя выполняет операцию прогревания катализатора, при которой топливо впрыскивается при синхронизации в продолжение такта сжатия и при синхронизации, когда струя топлива, сталкивающаяся с поверхностью головки поршня, движется по направлению к свече зажигания вдоль формы поверхности головки поршня, и при которой синхронизация зажигания находится после верхней мертвой точки сжатия. Устройство для регулирования двигателя продвигает синхронизацию впуска топлива в соответствии с возрастанием оценочного количества жидкого топлива, остающегося на верхней поверхности поршня в продолжение выполнения операции прогревания катализатора.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее двигатель в соответствии с первым вариантом осуществления.
Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую алгоритм регулирования для подавления возрастания PN.
Фиг.3 представляет собой таблицу, в которой устанавливаются углы продвижения синхронизации впрыска топлива, используемые при регулировании по первому варианту осуществления.
Фиг.4 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую синхронизацию впрыска топлива, когда выполняется регулирование по первому варианту осуществления.
Фиг.5 представляет собой таблицу, в которой устанавливается длина периода перекрытия клапанов, используемого при регулировании по первому варианту осуществления.
Фиг.6 представляет собой таблицу, в которой устанавливается синхронизация клапанов для получения периода перекрытия клапанов, рассчитанного в таблице по фиг.5.
Фиг.7 представляет собой таблицу, в которой устанавливается длина периода перекрытия клапанов, используемого при регулировании по второму варианту осуществления.
Фиг.8 представляет собой таблицу, в которой устанавливается синхронизация клапанов для получения периода перекрытия клапанов, рассчитанного в таблице по фиг.7.
Фиг.9 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую синхронизацию впрыска топлива, где нет периода демпфера.
Фиг.10 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую другой пример синхронизации впрыска топлива.
Описание вариантов осуществления изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения будут теперь описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Первый вариант осуществления
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее камеру сгорания цилиндрового двигателя 1 с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива в соответствии с этим вариантом осуществления (ниже, также именуемого, как «двигатель») и ее близости. Необходимо отметить, что, хотя фиг.1 иллюстрирует один цилиндр, вариант осуществления также применим к многоцилиндровому двигателю.
Блок 1В цилиндров двигателя 1 снабжен цилиндром 2. Поршень 3 возвратно-поступательно помещен в цилиндр 2. Поршень 3 соединен с коленчатым валом (не показан) через соединительный стержень 12, чтобы он совершал возвратно-поступательное движение посредством вращения коленчатого вала. Кроме того, поршень 3 имеет полость 10, образованную на верхней поверхности 3А (ниже, также упоминаемой, как поверхность 3А головки поршня), как описано ниже.
Головка 1А цилиндра двигателя 1 имеет полую камеру 11 сгорания. Камера 11 сгорания представляет собой так называемый тип односкатной крыши, в которой пара впускных клапанов 6 предусмотрена на наклонной поверхности впускной стороны, и пара выхлопных клапанов 7 предусмотрена на наклонной поверхности выхлопной стороны, соответственно. Кроме того, свеча 8 зажигания расположена в по существу центральном положении камеры 11 сгорания, окруженная парой впускных клапанов 6 и парой выхлопных клапанов 7 вдоль осевой линии цилиндра 2.
Кроме того, в положении головки 1А цилиндра, которая зажата посредством пары вставленных впускных клапанов 6, клапан 9 впрыска топлива расположен, чтобы быть обращенным к камере 11 сгорания. Направление струи топлива, впрыскиваемой из клапана 9 для впрыска топлива, будет описано ниже.
Впускной клапан 6 и выхлопной клапан 7 приводятся в действие посредством механизма регулирования синхронизации клапанов (не показан). Как механизм регулирования синхронизации клапанов, может быть применен любой механизм, поскольку синхронизация клапанов впускного клапана 6 и выхлопного клапана 7, то есть синхронизация открытия клапана и синхронизация закрытия клапана могут быть изменены, чтобы выработать период перекрытия клапанов, в котором как впускной клапан 6, так и выхлопной клапан 7 открыты. Необходимо отметить, что синхронизация открытия клапана относится к синхронизации начала операции открытия клапана, и синхронизация закрытия клапана относится к синхронизации завершения операции закрытия клапана. В соответствии с этим вариантом осуществления, механизм регулирования синхронизации хорошо известен в области техники для изменения фаз вращения кулачкового вала, приводящего в действие впускной клапан 6, и кулачкового вала, приводящего в действие выхлопной клапан 7, что касается используемого коленчатого вала. Отмечено, что механизм регулирования синхронизации, хорошо известный в области техники, способен к изменению углов операции, а также фаз вращения впускного клапана и выхлопного клапана, может также быть использован.
Катализатор, очищающий выхлопной газ, для очистки выхлопного газа двигателя 1 размешен на стороне ниже по потоку потока выхлопного газа выхлопного канала 5. Катализатор, очищающий выхлопной газ, является, например, трехходовым катализатором.
Поршень 3 предусмотрен в полости 10 на поверхности 3А головки поршня, как описано выше. Полость 10 предусмотрена в положении, наклонном к стороне впуска поверхности 3А головки поршня. Кроме того, клапан 9 впрыска топлива помещен так, что струя топлива направлена в полость 10, когда топливо впрыскивается вблизи верхней мертвой точки поршня 3. Струя топлива, сталкивающаяся с полостью 10, закручивается вверх вдоль поверхности стенки полости 10 и направляется к свече 8 зажигания.
Необходимо отметить, что количество впрыска топлива, синхронизация зажигания и тому подобное двигателя 1 регулируются контроллером 100 в соответствии с рабочим состоянием двигателя 1. Отмечено, что синхронизация впрыска топлива относится к синхронизации первоначального впрыска топлива. Кроме того, для того, чтобы выполнять это регулирование, двигатель 1 снабжен различными детекторами, как например, датчиком угла поворота коленчатого вала, датчиком температуры охлаждения и расходомером воздуха для определения количества впускаемого воздуха.
Затем будет описано регулирование, осуществляемое при запуске двигателя 1, выполняемое посредством контроллера 100. В этом варианте осуществления предполагается, что количество топлива, необходимое для одного цикла сгорания, впрыскивается раздельно в два раза. То есть осуществляется так называемый двухступенчатый впрыск.
Катализатор, очищающий выхлопной газ, не обеспечивает достаточной характеристики очистки при температуре ниже, чем температура активации. По этой причине в продолжение операции холодного запуска, при которой катализатор, очищающий выхлопной газ, имеет температуру ниже, чем температура активации, необходимо повысить температуру катализатора, очищающего выхлопной газ, заблаговременно. С этой целью контроллер 100 выполняет сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда для того, чтобы активировать катализатор, очищающий выхлопной газ, заблаговременно, когда катализатор, очищающий выхлопной газ, имеет неактивное состояние при работе на холостом ходу немедленно после холодного запуска. Отмечено, что сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда хорошо известно в области техники (см. JP 2008-25535 A).
При сверхзамедленном сгорании с послойным распределением заряда контроллер 100 устанавливает синхронизацию зажигания в пределах первой половины такта расширения, например, от 15 до 30° после верхней мертвой точки сжатия. Кроме того, контроллер 100 устанавливает синхронизацию первого впрыска топлива на первую половину такта впуска и устанавливает синхронизацию второго впрыска топлива в пределах второй половины такта сжатия при синхронизации, способной давать возможность струе топлива достигать близости свечи 8 зажигания до синхронизации зажигания. Например, синхронизция второго впрыска топлива устанавливается от 50 до 60°, предшествуя верхней мертвой точке сжатия.
Здесь будут описаны количество первого впрыска топлива и количество второго впрыска топлива.
Отношение воздух-топливо выхлопного газа, выпускаемого при сверхзамедленном сгорании при послойном распределении заряда, описанное выше, является стехиометрическим (стехиометрическое отношение воздух-топливо). Аналогично обычному способу для установки количества впрыска топлива, контроллер 100 рассчитывает количество топлива, посредством которого топливо может быть полностью сожжено с количеством впускаемого воздуха на один цикл сгорания (ниже, также именуемое, как суммарное количество топлива). Часть этого суммарного количества топлива, например, от 50 до 90 весовых %, используется, как количество первого впрыска, и остающееся количество топлива используется, как количество второго впрыска.
Если количество впрыска топлива установлено, как описано выше, струя топлива, впрыскиваемая при первом впрыске топлива, распыляется внутри цилиндра 2 без столкновения с полостью 10 и смешивается с воздухом, чтобы образовать однородную газообразную смесь, более бедную, чем стехиометрическое состояние, по всей площади камеры 11 сгорания. Кроме того, струя топлива, впрыскиваемая во втором впрыске топлива, сталкивается с полостью 10 и закручивается вверх с тем, чтобы она достигала близости со свечой 8 зажигания, и газообразная смесь, более богатая, чем стехиометрическое состояние, концентрируется вблизи свечи 8 зажигания. Как результат, газообразная смесь внутри камеры 11 сгорания становится слоистым состоянием. Если зажигание искры вырабатывается свечой 8 зажигания в этом состоянии, осуществляется сопротивление нарушению сгорания, в то же время подавление образования случайного огня или дыма. Хотя вышеупомянутое сгорание представляет собой сгорание при послойном распределении заряда, это сгорание будет относиться к «сверхзамедленному сгоранию при послойном распределении заряда» для того, чтобы отличаться от типичного сгорания при послойном распределении заряда, при котором синхронизация зажигания предшествует верхней мертвой точке сжатия.
При сверхзамедленном сгорании при послойном распределении заряда, описанном выше, по сравнению с однородным стехиометрическим сгоранием по известному уровню техники, возможно повысить температуру выхлопного газа и понизить количество выпуска углеводородов (НС), выпускаемое из камеры 11 в выхлопной канал 5. То есть используя сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда, возможно получить заблаговременную активацию катализатора, очищающего выхлопной газ, в то же время подавляя углеводород от выпуска в атмосферу до активации катализатора, очищающего выхлопной газ, от начального запуска по сравнению со случаем, где осуществляется только однородное стехиометрическое сгорание по известному уровню техники, со случаем, где осуществляется только сгорание при послойном распределении заряда, или со случаем, где дополнительное топливо впрыскивается кроме того к однородному стехиометрическому сгоранию и сгоранию при послойном распределении заряда после второй половины сгорания (после такта расширения или в продолжении такта выпуска), чтобы осуществить операцию прогревания.
Между тем, часть топлива, сталкивающаяся с поверхностью 3А головки поршня, в продолжение выполнения сверхзамедленного сгорания при послойном распределении заряда не закручивается по направлению к свече 8 зажигания и прилипает к поверхности 3А головки поршня. Даже когда топливо прилипает к поверхности 3А головки поршня, топливо не остается на поверхности 3А головки поршня, если прилипшее топливо испаряется и сжигается в соответствующем цикле сгорания. Однако, так как сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда выполняется в продолжение холодного запуска, трудно испарять прилипшее топливо до того, как температура поверхности 3А головки поршня повышается. Более того, топливо не останется на поверхности 3А головки поршня, если прилипшее топливо сжигается, когда пламя сгорания распространяется в продолжении цикла сгорания. Однако, так как сгорание начинается в продолжение такта расширения при сверхзамедленном сгорании при послойном распределении заряда, пламя сгорания не достигает поверхности 3А головки поршня. Даже если оно достигает поверхности 3А головки поршня, температура понижается во второй половине такта расширения. Следовательно, трудно сжечь прилипшее топливо в продолжение соответствующего цикла. Отмечено, что явление, при котором жидкое топливо, остающееся на поверхности 3А головки поршня и сжигаемое посредством пламени сгорания, называется «пожаром пролива».
Следовательно, для заранее определенного периода после холодного запуска количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, постоянно возрастает. Здесь заранее определенный период относится к периоду до того, как количество жидкого топлива, остающееся на поверхности 3А головки поршня, испаренное в продолжение одного цикла сгорания будет больше, чем количество топлива, прилипшего к поверхности 3А головки поршня для одного цикла сгорания.
То есть если сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда непрерывно осуществляется в течение заранее определенного периода, количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, медленно уменьшается. Однако, в некоторых случаях сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда переключается на однородное стехиометрическое горение, в то время как жидкое топливо остается на поверхности 3А головки поршня перед тем, как заранее определенное время истекает. Например, это может случиться, когда катализатор, очищающий выхлопной газ, активируется, или когда педаль газа нажимается для ускорения. Необходимо отметить, что однородное стехиометрическое сгорание, относящееся к этому, представляет собой режим сгорания, при котором газоообразная смесь, имеющая стехиометрическое отношение воздух-топливо, образуется во всей камере 11 сгорания, и искровое зажигание осуществляется при оптимальной синхронизации зажигания (минимум продвижения для лучшего крутящего момента (МВТ)).
Если режим сгорания переключается на однородное стехиометрическое сгорание, в то время как жидкое топливо остается на поверхности 3А головки поршня, пламя сгорания достигает поверхности 3А головки поршня при высокой температуре, чтобы выработать пожар пролива с тем, чтобы остающееся жидкое топливо сжигалось. В этом способе, если жидкое топливо, накопленное до того, как цикл сгорания сгорает, PN имеет тенденцию повышаться.
В этом отношении, в соответствии с вариантом осуществления, для того, чтобы подавить повышение PN, вызванное сгоранием жидкого топлива, контроллер 100 выполняет следующее регулирование.
Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую алгоритм регулирования для подавления повышения PN, выполняемый контроллером 100. Необходимо отметить, что этот алгоритм повторно выполняется с коротким интервалом, например, 10 миллисекунд.
В этом алгоритме синхронизация второго впрыска двухступенчатого впрыска изменяется в соответствии с количеством жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня для того, чтобы подавить количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня (ниже, просто именуемое, как «количество жидкого топлива»). Стадии блок-схемы будут теперь описаны.
На стадии S101, контроллер 100 определяет, выполняется или нет сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда. Если сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда выполняется, выполняется обработка стадии S102. Иначе, если сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда не выполняется, на стадии S102 выполняется обработка для переключения на однородное стехиометрическое горение (ниже, именуемое, как типичное регулирование) осуществляется на стадии S108. Выполняется или нет сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда, определяется на основе температуры катализатора, очищающего выхлопной газ. Говоря более конкретно, если температура катализатора, очищающего выхлопной газ, ниже, чем температура активации, определяется, что сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда выполняется. Если температура катализатора, очищающего выхлопной газ, равна или выше, чем температура активации, определяется, что сверхзамедленное сгорание при послойном распределении заряда не выполняется. Отмечено, что если имеется требование на ускорение, даже когда температура катализатора, очищающего выхлопной газ, ниже, чем температура активации, контроллер 100 выполняет обработку стадии S108. Имеется или нет требование на ускорение, может быть определено на основе величины определения педали газа датчика уровня открытия педали газа (не показан). Например, может быть определено, что имеется требование на ускорение, когда педаль газа нажата или когда уровень открытия является выше, чем заранее определенный уровень. Альтернативно, может быть определено, что имеется требование на ускорение, когда педаль газа нажата и скорость изменения уровня открытия педали газа равна или выше, чем заранее определенная величина.
На стадии S102 контроллер оценивает количество жидкого топлива. В соответствии с этим вариантом осуществления количество жидкого топлива оценивается на основе температуры стенки цилиндра 2 (ниже именуемой, как температура стенки цилиндра) и времени, истекающего от запуска двигателя. Говоря более конкретно, сперва, на основе факта, что жидкое топливо легче остается на поверхности 3А головки поршня, когда температура стенки отверстия цилиндра понижается, остающееся количество на единицу времени устанавливается для каждой температуры стенки отверстия цилиндра, и время, истекающее после запуска двигателя, объединяется в эту величину с тем, чтобы накопленное количество топлива, прилипшего к поверхности 3А головки поршня, было рассчитано. Затем, количество испарения, описанное ниже, вычитается из накопленного количества, и его результат устанавливается, как оценочное количество жидкого топлива.
Необходимо отметить, что, хотя температура поверхности 3А головки поршня непосредственно относится к легкости остающегося жидкого топлива, температура стенки отверстия цилиндра применяется здесь, потому что она относится к температуре поверхности 3А головки поршня, и она может быть оценена из величины определения существующего датчика температуры охлаждения.
Вышеупомянутое количество испарения относится к количеству топлива, испаренного из топлива, прилипшего к поверхности 3А головки поршня. Испарение более легко имеет место, когда температура топлива повышается. Следовательно, количество испарения возрастает, когда температура поверхности 3А головки поршня повышается.
На стадии S103, контроллер 100 определяет, действительно или нет количество жидкого топлива, оцененное на стадии S102, (ниже, также именуемое, как оценочное количество жидкого топлива) меньше, чем заранее определенная пороговая величина L2. Если оценочное количество жидкого топлива меньше, чем пороговая величина L2, контроллер 100 выполняет обработку стадии S104. Иначе, если оценочное количество жидкого топлива равно или больше, чем пороговая величина L2, выполняется обработка стадии S108.
Пороговая величина L2, примененная на этой стадии, представляет собой величину, которая может удовлетворять величине PN регулирования эмиссии, даже когда сгорание переключается от сверхзамедленного сгорания при послойном распределении заряда до однородного стехиометрического сгорания.
На стадии S104 контроллер 100 рассчитывает угол продвижения синхронизации второго впрыска топлива двухступенчатого впрыска, (ниже также именуемый, как угол ADV продвижения времени выбора впрыска топлива) против синхронизации основного впрыска топлива, как описано ниже. Синхронизация основного впрыска топлива представляет собой синхронизацию, при которой струя топлива сталкивается с полостью 10 в продолжение такта сжатия. Приведенная величина синхронизации основного впрыска топлива устанавливается соответствующим образом в соответствии с требованиям к транспортному средству, для которого этот вариант осуществления предназначен. В соответствии с этим вариантом осуществления, основная синхронизация впрыска топлива установлена на от 50 до 60° перед верхней мертвой точкой сжатия, как описано выше. Необходимо отметить, что единица «угла продвижения» и «угла замедления» в соответствии с этим вариантом осуществления представляет собой угол поворота кривошипа.
Угол ADV продвижения синхронизации впрыска топлива рассчитывается, например, посредством составления таблицы по фиг.3 при продвижении, сохранения ее в контроллере 100 и перебора этой таблицы с оценочным количеством жидкого топлива.
На фиг.3 ордината относится к углу ADV продвижения синхронизации впрыска топлива, и абсцисса относится к оценочному количеству L жидкого топлива. Угол ADV продвижения синхронизации впрыска топлива устанавливается на нуль, если количество L жидкого топлива находится в пределах диапазона «0 ≤ L < L1». Если оценочное количество L находится в диапазоне «пороговая величина L1 ≤ L < пороговой величины L2», угол ADV продвижения синхронизации впрыска топлива устанавливается на «ADV1». Если «L > пороговой величины L2», угол ADV продвижения синхронизации впрыска топлива устанавливается на «ADV2». Угол ADV1 продвижения синхронизации впрыска топлива устанавливается на синхронизацию, при которой часть струи топлива сталкивается с полостью 10 в продолжение такта сжатия синхронизации впрыска топлива. Угол ADV2 продвижения синхронизации впрыска топлива устанавливается на синхронизацию, при которой струя топлива не сталкивается с полостью 10 в продолжение такта впуска синхронизации впрыска топлива. Пороговая величина L1 представляет собой заранее определенную величину. Конкретная величина пороговой величины L1 устанавливается в соответствии с требованием к транспортному средству, к которому применен вариант осуществления.
Альтернативно, таблица установки угла продвижения синхронизации для каждой температуры поверхности 3А головки поршня может быть составлена заранее, и величина в таблице может быть выбрана в соответствии с температурой поверхности 3А головки поршня, когда угол продвижения синхронизации впрыска топлива рассчитывается на стадии S104. В этом случае таблица устанавливается так, что угол продвижения синхронизации впрыска топлива устанавливается большим, когда температура поверхности 3А головки поршня понижается. То есть в таблице угол продвижения синхронизации впрыска топлива по фиг.3 сдвигается вверх, когда температура поверхности 3А головки поршня понижается. Так как сталкивающееся топливо легче остается, как жидкое топливо, когда температура поверхности 3А головки поршня понижается, возможно более надежно подавлять повышение количества жидкого топлива, остающееся на поверхности 3А головки поршня посредством расчета угла ADV1 продвижения синхронизации впрыска топлива, как описано выше.
На стадии S105 контроллер 100 устанавливает синхронизацию впрыска топлива. Говоря более конкретно, новая синхронизация впрыска топлива рассчитывается из синхронизации основного впрыска топлива для сверхзамедленного сгорания при послойном распределении заряда и угла ADV продвижения синхронизации впрыска топлива, рассчитанного на стадии S104.
Фиг.4 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую примерную синхронизацию впрыска топлива, где выполняется обработка стадий S104 и S105. На фиг.4 ордината относится к углу поворота кривошипа и абсцисса относится к оценочному количеству L жидкого топлива. Если оценочное количество L жидкого топлива меньше, чем пороговая величина L1, синхронизация впрыска топлива все еще представляет собой синхронизацию основного впрыска.
Если оценочное количество L жидкого топлива равно или больше, чем пороговая величина L1, и меньше, чем пороговая величина L2, синхронизация впрыска топлива продвигается от синхронизации основного впрыска посредством угла ADV1 продвижения синхронизации впрыска топлива. В этом случае часть струи топлива сталкивается с полостью 10, как описано выше. Следовательно, послойно распределенная смесь образуется вблизи свечи 8 зажигания, хотя она меньше относительно случая синхронизации основного впрыска топлива. Сгорание, осуществляемое посредством выработки искрового зажигания, в этом состоянии именуется, как «бедное сгорание при послойном распределении заряда».
Если оценочное количество L жидкого топлива равно или больше, чем пороговая величина L2, осуществляется впрыск при такте впуска, в то время как синхронизация впрыска топлива продвигается от синхронизации основного впрыска посредством угла ADV2 продвижения синхронизации впрыска топлива. Если осуществляется впрыск при такте впуска, струя топлива распыляется и смешивается до синхронизации зажигания с тем, чтобы однородная газообразная смесь образовалась по всей площади цилиндра. Следовательно, режим сгорания становится однородным стехиометрическим сгоранием.
Как описано выше, контроллер 100 продвигает синхронизацию впрыска топлива, когда оценочное количество L жидкого топлива возрастает. Говоря более конкретно, если оценочное количество L жидкого топлива становится равным или больше, чем пороговая величина L1, контроллер 100 продвигает синхронизацию впрыска топлива до переключения на бедное сгорание при послойном распределении заряда. Как результат, количество топлива, сталкивающегося с полостью 10, понижается по сравнению со случаем сверхзамедленного сгорания при послойном распределении заряда. Следовательно, возможно подавлять повышение количества топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня. Если оценочное количество L жидкого топлива равно или больше, чем пороговая величина L2, контроллер 100 продвигает синхронизацию впрыска топлива до такта впуска и переключает режим сгорания на однородное стехиометрическое сгорание. Как результат, струя топлива не прилипает к полости 10. Следовательно, возможно дополнительно подавлять возрастание количества топлива, остающегося на поверхности головки поршня.
Необходимо отметить, что контроллер 100 регулирует синхронизацию зажигания в соответствии с рабочим состоянием в отдельном потоке (не показан). Кроме того, хотя контроллер 100 замедляет синхронизацию зажигания, чтобы быть меньше, чем МВТ в случае сверхзамедленного сгорания при послойном распределении заряда, контроллер 100 также продвигает синхронизацию зажигания в соответствии с синхронизацией нового впрыска топлива.
Описание будет возвращено к блок-схеме.
На стадии S106 контроллер 100 рассчитывает период перекрытия клапанов на основе оценочного количества L жидкого топлива. Период перекрытия клапанов здесь относится к периоду, в продолжение которого впускной клапан 6 и выхлопной клапан 7 непрерывно открыты, как выражено относительно угла поворота кривошипа.
На фиг.5 ордината относится к периоду перекрытия клапанов, и абсцисса относится к оценочному количеству L жидкого топлива. На фиг.5 период перекрытия клапанов установлен на базовый период VO перекрытия клапанов, если оценочное количество жидкого топлива находится в диапазоне «0≤L<L1». Между тем, период перекрытия клапанов устанавливается на V1, если «L1≤L<L2». Кроме того, период перекрытия клапанов устанавливается на V2, если «L≥L2». Здесь устанавливается соотношение «V0<V1<V2».
Когда период перекрытия клапанов возрастает, так называемое количество внутреннего газа EGR возрастает. Следовательно, температура внутри цилиндра от такта впуска до синхронизации зажигания становится выше. Когда температура внутри цилиндра становится выше, температура поверхности 3А головки поршня также становится выше с тем, чтобы способствовать испарению жидкого топлива, прилипшего к полости. В этом отношении, в таблице 5 период перекрытия клапанов устанавливается, чтобы возрастать, когда оценочное количество жидкого топлива возрастает.
Альтернативно, таблица периода перекрытия клапанов может быть составлена для каждой температуры поверхности 3А головки поршня, и величина в таблице может быть выбрана в соответствии с температурой поверхности 3А головки поршня, когда угол продвижения синхронизации впрыска топлива рассчитан на стадии S106. В этом случае таблица создана так, что период перекрытия клапанов устанавливается, чтобы быть дольше, когда температура поверхности 3А головки поршня понижается. То есть период перекрытия клапанов по фиг.5 сдвигается вверх, когда температура поверхности 3А головки поршня понижается. Так как сталкивающееся топливо легче остается, как жидкое топливо, когда температура поверхности 3А головки поршня понижается, возможно более надежно подавлять возрастание количества жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, посредством расчета периода перекрытия клапанов, как описано выше.
На стадии S107 контроллер 100 изменяет период перекрытия клапанов посредством установки угла поворота механизма регулирования синхронизации клапанов для осуществления периода перекрытия клапанов, рассчитанного на стадии S106. Говоря более конкретно, синхронизации клапанов впускного клапана 6 и выхлопного клапана 7 рассчитываются на основе способа, описанного ниже, и углы поворота механизмов регулирования синхронизации на стороне впуска и стороне выхлопа изменяются на основе результата расчета.
Фиг.6 представляет собой таблицу для расчета синхронизации открытия впускного клапана 6 (IVO на фиг.4) и синхронизации закрытия выхлопного клапана 7 (EVC на фиг.6) для получения периода перекрытия клапанов, рассчитанного на стадии S106. На фиг.6 ордината относится к синхронизации клапанов, и абсцисса относится к периоду перекрытия клапанов. В случае основного периода VO перекрытия клапанов синхронизация открытия впускного клапана устанавливается на IVO0, и синхронизация закрытия выхлопного клапана устанавливается на EVC0. В случае периода V1 перекрытия клапанов синхронизация открытия впускного клапана устанавливается на IVO1, продвинутый от IVO0, и синхронизация закрытия выхлопного клапана устанавливается на EVC1, замедленный от EVC0. В случае периода V2 перекрытия клапанов синхронизация открытия впускного клапана устанавливается на IVO2, продвинутый от IVO1, и синхронизация закрытия выхлопного клапана устанавливается на EVC2, замедленный от EVC1. Таким образом, даже когда период перекрытия клапанов устанавливается на любую длину, синхронизация открытия впускного клапана и синхронизация закрытия выхлопного клапана устанавливаются так, что верхняя мертвая точка выхлопа вставлена между ними.
Угол продвижения синхронизации открытия впускного клапана 6 больше, чем угол замедления синхронизации закрытия выхлопного клапана 7. Это происходит потому, что синхронизация закрытия выхлопного клапана 7 замедляется, количество выгоревшего впускного воздуха возрастает с тем, чтобы коэффициент наполнения цилиндра ухудшался. То есть если период перекрытия клапанов возрастает посредством преобладающего продвижения синхронизации открытия впускного клапана 6, как описано в этом варианте осуществления, возможно понизить ухудшение коэффициента наполнения цилиндра.
Необходимо отметить, что в блок-схеме на фиг.2 обработка стадий от S106 до S107 может быть выполнена перед обработкой стадий от S104 до 105.
Алгоритм регулирования, описанный выше, может быть резюмирован следующим образом. Во-первых, контроллер 100 оценивает количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня в продолжение сверхзамедленного сгорания при послойном распределении. Если оценочное количество жидкого топлива равно или больше, чем пороговая величина L2, контроллер 100 переключает режим сгорания от сверхзамедленного сгорания при послойном распределении заряда до типичного регулирования. Если оценочное количество жидкого топлива меньше, чем пороговая величина L2, контроллер 100 продвигает синхронизацию впрыска топлива и увеличивает период перекрытия клапанов в соответствии с возрастанием оценочного количества жидкого топлива.
Затем будут описаны эффекты этого варианта осуществления.
В соответствии с этим вариантом осуществления в случае, где необходимо прогревать катализатор, очищающий выхлопной газ, размещенный в выхлопном канале 5, контроллер 100 осуществляет регулирование с тем, чтобы топливо впрыскивалось при синхронизации впрыска топлива, при которой струя топлива сталкивается с поверхностью 3А головки поршня, и сталкивающаяся струя топлива направляется по направлению к свече 8 зажигания в соответствии с формой поверхности 3А головки поршня, и выполняется операция прогревания катализатора, в которой искровое зажигание осуществляется после верхней мертвой точки сжатия (сверхзамедленное горение при послойном распределении заряда). Кроме того, в продолжение выполнения сверхзамедленного горения при послойном распределении заряда контроллер 100 продвигает синхронизацию впрыска топлива, когда оценочное количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, возрастает. Посредством продвижения синхронизации впрыска топлива количество топлива, сталкивающегося с поверхностью 3А головки поршня, понижается. Следовательно, количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, понижается. Как результат, возможно понизить PN.
В соответствии с этим вариантом осуществления, если оценочное количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, превышает пороговую величину, установленную на основе величины регулирования эмиссии твердых частиц выхлопного газа, синхронизация впрыска топлива продвигается до такта впуска от синхронизации, при которой струя топлива сталкивается с поверхностью 3А головки поршня и направляется к свече зажигания в продолжение такта сжатия. Как результат, расстояние от клапана 9 впрыска топлива до поверхности 3А головки поршня возрастает при синхронизации впрыска топлива с тем, чтобы струя топлива не сталкивалась с поверхностью 3А головки поршня. Следовательно, возможно подавлять возрастание жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня.
Необходимо отметить, что если синхронизация впрыска топлива в продолжение такта сжатия находится вблизи нижней мертвой точки, расстояние между клапаном 9 впрыска топлива и поверхностью 3А головки поршня уменьшается посредством продвижения синхронизации впрыска топлива до такта впуска. Однако, если продвинутая синхронизация впрыска топлива представляет собой синхронизацию впрыска топлива, при которой струя топлива не сталкивается с поверхностью 3А головки поршня, например, 100° перед нижней мертвой точкой, возможно получить эффект, что возрастание жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, может быть подавлено посредством продвижения синхронизации впрыска топлива.
Даже в синхронизации впрыска топлива, при которой струя топлива прилипает к поверхности 3А головки поршня посредством продвижения синхронизации впрыска топлива, время, истекающее до искрового зажигания после прилипания топлива к поверхности 3А головки поршня, то есть время для испарения прилипшего топлива, возрастает. В особенности, атмосферная температура внутри цилиндра повышается благодаря эффекту сжатия после начала такта сжатия с тем, чтобы способствовать испарению. Следовательно, даже при синхронизации впрыска топлива, в которой струя топлива прилипает к поверхности 3А головки поршня посредством продвижения угла, если количество прилипшего топлива является небольшим, возможно подавить возрастание жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня.
Как описано выше, трудно абсолютно сказать, что количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, возрастает посредством ускорения синхронизации впрыска топлива, чтобы предварить нижнюю мертвую точку. Факт, что возможно подавить возрастание жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, посредством продвижения синхронизации впрыска топлива от такта сжатия до такта впуска, основан на любом из вышеупомянутых двух механизмов, то есть механизма, в котором количество топлива, сталкивающегося с поверхностью 3А головки поршня, понижается, или механизма, в котором время испарения для прилипшего топлива возрастает посредством столкновения.
В соответствии с вариантом осуществления, когда оценочное количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, возрастает, синхронизация впрыска топлива постепенно достигает такта впуска. То есть когда оценочное количество жидкого топлива возрастает, режим сгорания переключается от сверхзамедленного сгорания при послойном распределении заряда до бедного сгорания при послойном распределении заряда. Как результат, возможно способствовать операции прогревания катализатора, очищающего выхлопной газ, благодаря бедному сгоранию при послойном распределении заряда, в то же время подавляя возрастание жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня.
В соответствии с этим вариантом осуществления угол продвижения синхронизации впрыска топлива, описанный выше, устанавливается, чтобы быть больше, когда температура поверхности 3А головки поршня понижается. Когда температура поверхности 3А головки поршня понижается, сталкивающаяся струя топлива легче остается на поверхности 3А головки поршня. Следовательно, в соответствии с этим вариантом осуществления возможно более надежно понижать количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня.
В соответствии с этим вариантом осуществления по меньшей мере в продолжение выполнения операции прогревания (сверхзамедленное горение при послойном распределении заряда) часть топлива впрыскивается даже в такте впуска. То есть двухступенчатый впрыск осуществляется с тем, чтобы топливо впрыскивалось как в такте впуска, так и в такте сжатия. Топливо, впрыскиваемое в такте впуска, образует однородную газообразную смесь, более бедную, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо внутри камеры 11 сгорания. Если искровое зажигание имеет место в этом состоянии, осуществляется сопротивление нарушению горения.
В соответствии с этим вариантом осуществления, в продолжение выполнения сверхзамедленного сгорания с послойным распределением заряда контроллер 100 увеличивает период перекрытия клапанов с тем, чтобы температура поверхности головки поршня повышалась, когда оценочное количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, возрастает. Количество внутреннего EGR возрастает, когда период перекрытия клапанов возрастает с тем, чтобы температура внутри цилиндра повышалась, начиная от ступени такта впуска. Следовательно, возможно способствовать испарению жидкого топлива. Как результат, возможно понизить PN.
В соответствии с этим вариантом осуществления период перекрытия клапанов медленно повышается, когда оценочное количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня, возрастает. То есть регулирование периода перекрытия клапанов, описанное выше, выполняется, даже когда режим сгорания переключается от сверхзамедленного сгорания при послойном распределении заряда до бедного сгорания при послойном распределении заряда, когда оценочное количество жидкого топлива возрастает. Как результат, возможно способствовать операции прогревания катализатора, очищающего выхлопной газ, благодаря бедному сгоранию при послойном распределении заряда, в то же время подавляя возрастание жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня.
В соответствии с этим вариантом осуществления величина изменения периода перекрытия клапанов устанавливается, чтобы быть больше, когда температура поверхности 3А головки поршня понижается. Когда температура поверхности 3А головки поршня понижается, сталкивающаяся струя топлива легко остается на поверхности 3А головки поршня. Следовательно, в соответствии с этим вариантом осуществления возможно более надежно понизить количество жидкого топлива, остающегося на поверхности 3А головки поршня.
Второй вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления способом расчета периода перекрытия клапанов. Описание будет теперь сделано посредством фокусирования на этом различии.
Аналогично, в этом варианте осуществления контроллер 100 выполняет алгоритм регулирования по фиг.2. Как описано выше, способ расчета периода перекрытия клапанов в соответствии с этим вариантом осуществления отличается от способа по первому варианту осуществления. То есть в соответствии с этим вариантом осуществления обработка от стадии S106 до стадии S107 по фиг.2 отличается от обработки по первому варианту осуществления.
Фиг.7 представляет собой таблицу, используемую, чтобы рассчитывать период перекрытия клапанов на стадии S106. Непохожий на фиг.5, используемую в первом варианте осуществления, период перекрытия клапанов возрастает пропорционально возрастанию оценочного количества жидкого топлива. Как результат, возможно более точно осуществить регулирование в соответствии с оценочным количеством жидкого топлива.
Необходимо отметить, что аналогично первому варианту осуществления таблица по фиг.7 может быть составлена для каждой температуры поверхности 3А головки поршня, и период перекрытия клапанов может быть установлен, чтобы быть больше, когда температура поверхности 3А головки поршня понижается.
Фиг.8 представляет собой таблицу, используемую, чтобы установить синхронизации клапанов впускного клапана 6 и выхлопного клапана 7 на стадии S107. Синхронизации клапанов впускного клапана 6 и выхлопного клапана 7 являются пропорциональными периоду перекрытия клапанов. То есть когда период перекрытия клапанов возрастает, угол продвижения синхронизации открытия впускного клапана 6 и угол замедления синхронизации закрытия выхлопного клапана 7 возрастают.
Необходимо отметить, что угол продвижения синхронизации открытия впускного клапана 6 устанавливается, чтобы быть больше, чем угол замедления синхронизации закрытия выхлопного клапана 7, когда период перекрытия клапанов возрастает. Это соотношение аналогично соотношению по фиг.6, используемому в первом варианте осуществления.
В соответствии с этим вариантом осуществления, аналогично первому варианту осуществления, возможно подавлять возрастание жидкого топлива. Кроме того, возможно более должным образом устанавливать период перекрытия клапанов в соответствии с оценочным количеством жидкого топлива.
Необходимо отметить, что каждый вариант осуществления, описанный выше, не ограничен случаем, где такое сгорание при послойном распределении заряда осуществляется посредством двухступенчатого раздельного впрыска. Например, одноступенчатый впрыск может быть осуществлен посредством исключения первого впрыска топлива двухступенчатого впрыска топлива, описанного выше. Следовательно, сгорание при послойном распределении топлива может быть осуществлено посредством только второго впрыска топлива.
Как иллюстрировано на фиг.9, контроллер 100 может переключать режим сгорания на однородное стехиометрическое сгорание, когда оценочное количество жидкого топлива в продолжение выполнения сверхзамедленного сгорания при послойном распределении заряда становится равным или больше, чем заранее определенная пороговая величина.
Способ «синхронизация впрыска топлива постепенно приближается к такту впуска, когда оценочное количество жидкого топлива возрастает», описанный выше, не ограничен случаем, где синхронизация впрыска топлива продвигается постепенно, как иллюстрировано на фиг.4 или 9. Например, как показано сплошной линией или пунктирной линией на фиг.10, угол продвижения синхронизации впрыска топлива в случае, где оценочное количество жидкого топлива меньше, чем пороговая величина L2, может непрерывно возрастать, когда оценочное количество жидкого топлива возрастает.
В то время как варианты осуществления были описаны ранее, варианты осуществления, описанные выше, были лишь для иллюстративных целей и не предназначены, чтобы ограничить технический объем настоящего изобретения до специфической конфигурации варианта осуществления.