СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к управлению двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Уровень техники
[0002] В последние годы низкий расход топлива для транспортных средств желателен с точки зрения проблем окружающей среды и т.п. Таким образом, изучалось и изучается работа двигателя внутреннего сгорания с использованием бензина в качестве топлива (далее в данном документе также называется "бензиновым двигателем") с соотношением воздух-топливо беднее стехиометрического соотношения воздух-топливо, т.е., в состоянии, когда коэффициент λ избытка воздуха больше 1 (далее в данном документе также называется "сгоранием обедненной смеси"). Например, JP2010-196517A раскрывает технологию для сгорания с диффузионным самовоспламенением бензина посредством формирования области высокой температуры в цилиндре (камере сгорания) посредством предварительного сгорания и впрыска бензина для прохождения через область высокой температуры. Согласно этой технологии, сгорание с диффузионным самовоспламенением, аналогичное сгоранию для дизельного двигателя, является возможным также в бензиновом двигателе, в связи с чем, характеристика расхода топлива может быть улучшена посредством выполнения сгорания обедненной смеси.
Сущность изобретения
[0003] Однако, предельное значение коэффициента λ избытка воздуха на обедненной стороне (далее в данном документе также называемое "предельно бедной смесью"), при котором устойчивое сгорание является возможным в бензиновом двигателе, обычно, скажем, должно быть около 2, что является таким же, как и в технологии вышеописанной литературы.
[0004] Соответственно, настоящее изобретение имеет целью выполнять устойчивое сгорание при коэффициенте избытка воздуха беднее коэффициента, который традиционно рассматривается в качестве предельно бедной смеси в бензиновых двигателях.
[0005] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения способ управления для двигателя внутреннего сгорания содержит: формирование воздушно-топливной смеси, более бедной, чем смесь со стехиометрическим соотношением воздух-топливо в цилиндре, посредством первого впрыска топлива; выполнение второго впрыска топлива, чтобы впрыскивать топливо в окрестное пространство разрядного канала свечи зажигания в течение периода, в котором воздушно-топливная смесь подвергается низкотемпературной окислительной реакции в такте сжатия; и после второго впрыска топлива выполнение искрового зажигания посредством свечи зажигания в момент времени, в который искра свечи зажигания достигает топлива, впрыснутого посредством второго впрыска топлива.
Краткое описание чертежей
[0006] Фиг. 1 - это схематический чертеж конфигурации системы, к которой применяется вариант осуществления.
Фиг. 2 - это вид в разрезе двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 3 - это временная диаграмма в случае выполнения варианта осуществления.
Фиг. 4 - это схема, показывающая состояние камеры сгорания в момент искрового зажигания.
Фиг. 5 - это схема, показывающая состояние камеры сгорания после искрового зажигания.
Фиг. 6 - это график, показывающий взаимосвязь между стабильностью сгорания и отношением воздух-топливо.
Фиг. 7 - это график, показывающий взаимосвязь между характеристикой расхода топлива и отношением воздух-топливо.
Фиг. 8 - это график, показывающий взаимосвязь между объемом выброса NOx и отношением воздух-топливо.
Фиг. 9 - это график, показывающий взаимосвязь между объемом выброса HC и отношением воздух-топливо.
Фиг. 10 - это график, показывающий взаимосвязь между объемом выброса CO и отношением воздух-топливо.
Фиг. 11 - это временная диаграмма в случае работы с коэффициентом избытка воздуха λ=1.
Фиг. 12 - это временная диаграмма в случае операции прогрева каталитического нейтрализатора.
Фиг. 13 - это временная диаграмма в случае работы с послойной обедненной смесью.
Фиг. 14 - это график, показывающий результат снижения объема выброса NOx.
Подробное описание вариантов осуществления
[0007] Далее в данном документе вариант осуществления настоящего изобретения описывается со ссылкой на чертежи и т.п.
[0008] Фиг. 1 - это схематический чертеж конфигурации системы, к которой применяется вариант осуществления.
[0009] Клапан 12 формирования дифференциального давления, компрессор 4A турбонагнетателя 4 и дроссельная заслонка 5 для регулирования нагрузки двигателя размещаются в таком порядке со стороны выше по потоку всасываемого воздуха во впускном канале 2 двигателя 1 внутреннего сгорания. Клапан 12 формирования дифференциального давления и дроссельная заслонка 5 являются клапанами, каждый из которых приводным образом открывается и закрывается посредством электромотора и управляется посредством контроллера 100, который будет описан позже. Хотя двустворчатые клапаны показаны в качестве клапана 12 формирования дифференциального давления и дроссельной заслонки 5 на фиг. 1, могут быть использованы клапаны другого типа.
[0010] Турбина 4B турбонагнетателя 4 и каталитический нейтрализатор 6 для очистки отработавшего газа размещаются в таком порядке со стороны выше по потоку отработавшего газа в выхлопном канале 3 двигателя 1 внутреннего сгорания. Каталитический нейтрализатор 6 очистки отработавшего газа является, например, трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором.
[0011] Двигатель 1 внутреннего сгорания включает в себя обходной канал 7, предоставляющий возможность сообщения между сторонами выше и ниже по потоку от турбины 4B в выхлопном канале 3. Перепускной клапан 8 для открытия и закрытия обходного канала 7 размещается в обходном канале 7. Перепускной клапан 8 является клапаном, который приводным образом открывается и закрывается посредством электромотора и управляется посредством контроллера 100, который будет описан позже. Когда перепускной клапан 8 открыт, часть отработавшего газа протекает, обходя турбину 4B. Таким образом, давление наддува может регулироваться посредством управления степенью открытия перепускного клапана 8. Т.е., в рабочей области, где давление наддува выше атмосферного давления, и объем всасываемого воздуха не может регулироваться посредством дроссельной заслонки 5, нагрузка двигателя регулируется посредством перепускного клапана 8.
[0012] Следует отметить, что, хотя поворотный клапан показан в качестве перепускного клапана 8 на фиг. 1, может быть использован клапан другого типа.
[0013] Дополнительно, эта система включает в себя EGR-устройство для рециркуляции части отработавшего газа во впускной канал 2. Далее в данном документе отработавший газ, который должен рециркулировать, называется EGR-газом.
[0014] EGR-устройство включает в себя EGR-канал 9, связывающий выхлопной канал 3A ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 6 очистки отработавшего газа с впускным каналом 2 выше по потоку от компрессора 4A, EGR-клапан 10 для открытия и закрытия EGR-канала 9 и EGR-охладитель 11 для охлаждения отработавшего газа, проходящего по EGR-каналу 9.
[0015] Двигатель 1 внутреннего сгорания включает в себя механизм 13 регулировки фаз газораспределения для изменения фаз газораспределения впускного клапана и выпускного клапана. Известный механизм может быть применен в качестве механизма 13 регулировки фаз газораспределения. Например, используется механизм для изменения фазы вращения впускного кулачкового вала относительно коленчатого вала.
[0016] Контроллер 100 устанавливает объем впрыска топлива, момент впрыска топлива, момент зажигания, долю EGR и т.п. на основе обнаруженных значений неиллюстрированного датчика угла поворота коленчатого вала, датчика положения акселератора, датчика давления всасываемого воздуха, расходомера воздуха и т.п. Затем контроллер 100 управляет открытием и закрытием клапана 12 формирования дифференциального давления, дроссельной заслонки 5, EGR-клапана 10 и перепускного клапана 8 и регулирует фазы газораспределения с помощью механизма 13 регулировки фаз газораспределения на основе этих заданных значений.
[0017] Следует отметить, что контроллер 100 состоит из микрокомпьютера, включающего в себя центральный процессор (CPU), постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативное запоминающее устройство (RAM) и интерфейс ввода/вывода (I/O-интерфейс). Также возможно составлять контроллер 100 из множества микрокомпьютеров.
[0018] Фиг. 2 является видом в разрезе одного цилиндра двигателя 1 внутреннего сгорания.
[0019] Впускной канал 23 и выхлопной канал 25 сообщаются с камерой 22 сгорания. Впускной клапан 24 предусматривается в отверстии впускного канала 23 на стороне камеры сгорания. Выпускной клапан 26 предусматривается в отверстии выхлопного канала 25 на стороне камеры сгорания.
[0020] Свеча 20 зажигания и клапан 21 для впрыска топлива размещаются рядом друг с другом на потолочной поверхности камеры 22 сгорания. Клапан 21 для впрыска топлива является многоходовым клапаном, и множество струй распыления формируются, как показано, во время впрыска топлива. По меньшей мере, одна из множества струй распыления проходит через окрестное пространство разрядного канала свечи 20 зажигания. "Окрестное пространство", упомянутое здесь, означает диапазон, достаточно близкий, чтобы зажигать распыляемое топливо, когда свеча 20 зажигания выдает искру.
[0021] Дополнительно, двигатель 1 внутреннего сгорания включает в себя механизм переменой степени сжатия, приспособленный для регулировки переменным образом степени сжатия. Механизм для изменения позиции верхней мертвой точки поршня посредством соединения коленчатого вала и поршня множеством звеньев может быть, например, использован в качестве механизма переменной степени сжатия. Следует отметить, что другой известный механизм, такой как механизм для регулировки переменным образом позиции головки цилиндра, также может быть использован.
[0022] Двигатель 1 внутреннего сгорания, сконфигурированный, как описано выше, может выполнять сгорание обедненной смеси, в то же время выполняя наддув посредством турбонагнетателя 4 в предварительно определенной рабочей области (например, области низкой нагрузки), т.е. так называемую работу на обедненной смеси с наддувом.
[0023] Далее описывается управление впрыском топлива и управление зажиганием во время работы на обедненной смеси с наддувом.
[0024] Фиг. 3 - это временная диаграмма, показывающая момент впрыска топлива, момент зажигания и величину формирования тепла в камере сгорания во время работы на обедненной смеси с наддувом. Величина формирования тепла равна нулю, когда заканчивается такт впуска.
[0025] Контроллер 100 формирует однородную воздушно-топливную смесь в камере сгорания, выполняя первый впрыск топлива в момент времени T1 во время такта впуска. Здесь, наддув выполняется посредством турбонагнетателя 4, так что отношение воздух-топливо (A/F) воздушно-топливной смеси становится равным приблизительно 30, чтобы формировать требуемую нагрузку при коэффициенте избытка воздуха λ=2. В это время контроллер 100 регулирует механизм переменной степени сжатия в сторону высокой степени сжатия.
[0026] Условия, которые описаны выше, включающие в себя сильный наддув, высокую степень сжатия и высокий коэффициент избытка воздуха, устраиваются, чтобы вызывать низкотемпературную окислительную реакцию однородной воздушно-топливной смеси в такте сжатия. Низкотемпературная окислительная реакция становится более активной с увеличением температуры. Соответственно, создается ситуация, когда температура легко увеличивается во время такта сжатия посредством установки высокой степени сжатия. Дополнительно, низкотемпературная окислительная реакция становится более активной с увеличением в плотности воздушно-топливной смеси. Соответственно, внутреннее давление цилиндра улучшается, чтобы улучшать плотность воздушно-топливной смеси посредством подачи большого объема воздуха в камеру сгорания турбонагнетателем 4.
[0027] После входа в такт сжатия с удовлетворенными вышеупомянутыми условиями воздушно-топливная смесь в камере сгорания сжимается поршнем, чтобы достигать высокой температуры и высокой плотности, в результате чего возникает низкотемпературная окислительная реакция.
[0028] Следует отметить, что, поскольку конкретное значение каждого условия отличается в зависимости от спецификации двигателя 1 внутреннего сгорания, это значение определяется подбором.
[0029] Если тепло формируется вследствие низкотемпературной окислительной реакции во время такта сжатия, контроллер 100 выполняет второй впрыск топлива, чтобы впрыскивать меньший объем топлива, чем при первом впрыске топлива, в момент времени T2 во время периода, в котором формируется тепло.
[0030] Следует отметить, что около 90% объема топлива, которое должно быть впрыснуто в одном цикле, впрыскивается посредством первого впрыска топлива, и примерно оставшиеся 10% топлива впрыскивается посредством второго впрыска топлива. Дополнительно, более высокое давление впрыска топлива является желательным. Это обусловлено тем, что распыляемое топливо более атомизируется с увеличением давления впрыска топлива, приводя в результате к тому, что ухудшение компонентов отработавшего газа может быть пресечено.
[0031] Момент формирования тепла посредством низкотемпературной окислительной реакции получается посредством моделирования или т.п., а момент выполнения второго впрыска топлива задается на основе полученного момента времени. Следует отметить, что изменение температуры в камере сгорания может наблюдаться, и второй впрыск топлива может начинаться при обнаружении формирования тепла посредством низкотемпературной окислительной реакции.
[0032] Затем, контроллер 100 выполняет искровое зажигание посредством свечи 20 зажигания в момент времени T3, прежде чем струя топлива, впрыснутого посредством второго впрыска топлива, полностью проходит через разрядной канал свечи 20 зажигания. Момент времени T3, другими словами, является моментом времени, в который искра свечи зажигания достигает топлива, впрыснутого посредством второго впрыска топлива.
[0033] Величина формирования тепла, когда вышеупомянутый впрыск топлива и искровое зажигание выполняются, является такой, как показано на фиг. 3. Величина формирования тепла постепенно увеличивается до середины такта сжатия, поскольку воздушно-топливная смесь была сжата поршнем. Это формирование тепла возникает также в обычных двигателях внутреннего сгорания, которые не используют низкотемпературную окислительную реакцию. Величина формирования тепла резко увеличивается непосредственно перед моментом времени T2, поскольку начинается низкотемпературная окислительная реакция. Величина формирования тепла дополнительно увеличивается после момента времени T3, поскольку начинается сгорание посредством искрового зажигания. Как только что описано, в управлении настоящего варианта осуществления, использующем низкотемпературную окислительную реакцию, величина формирования тепла увеличивается в два этапа.
[0034] Посредством вышеописанного управления устойчивое сгорание является возможным даже при коэффициенте избытка воздуха λ=2 или выше. Этот механизм предполагает следующее.
[0035] Фиг. 4 и 5 - оба являются схематичными чертежами, показывающими камеру 22 сгорания, рассматриваемую с верхней поверхности. Фиг. 4 показывает состояние, когда выполняется искровое зажигание. Фиг. 5 показывает состояние после искрового зажигания. Круги на фиг. 5 указывают возникновение самовоспламенения.
[0036] Как описано выше, низкотемпературная окислительная реакция возникает в момент выполнения второго впрыска топлива. Низкотемпературная окислительная реакция является окислительной реакцией молекул топлива в бензине, возникающей в температурном диапазоне 600-800 [K], и, главным образом, происходит рядом с центральной точкой камеры 22 сгорания (в пределах прерывистой линии на фиг. 4). Т.е., радикалы формируются в однородной воздушно-топливной смеси беднее смеси со стехиометрическим отношением воздух-топливо (далее в данном документе также называется "однородной обедненной воздушно-топливной смесью") посредством низкотемпературной окислительной реакции. Посредством выполнения второго впрыска топлива в камеру 22 сгорания, в которой присутствуют радикалы, стимулируется самовоспламенение бензина.
[0037] Дополнительно, поскольку турбулентность газа возникает в камере 22 сгорания, если выполняется второй впрыск топлива, стимулируется распространение пламени после искрового зажигания. Следует отметить, что, на фиг. 5, струи распыления лишены турбулентности газа для простоты.
[0038] Согласно настоящему варианту осуществления, пламя от искрового зажигания распространяется, в то время как происходит самовоспламенение, как описано выше. Таким образом, устойчивое сгорание является возможным даже при бедном отношении воздух-топливо, обеспечивающем коэффициент избытка воздуха λ=2 или выше, которое традиционно упоминалось как предельно бедная смесь.
[0039] Считается, что чем более длительным является время реакции для низкотемпературной окислительной реакции, тем большим становится количество сформировавшихся радикалов, и, в результате, стабильность сгорания улучшается. В частности, управление настоящего варианта осуществления считается более эффективным в области низкой скорости вращения двигателя 1 внутреннего сгорания.
[0040] Хотя наддув выполняется так, что отношение воздух-топливо становится приблизительно равным 30 в вышеприведенном описании, устойчивое сгорание является возможным даже при более бедном отношении воздух-топливо, как описано ниже.
[0041] Фиг. 6 - это график, показывающий взаимосвязь между стабильностью сгорания и отношением воздух-топливо. Сплошная линия на фиг. 6 представляет стабильность сгорания посредством традиционного управления, которое не использует низкотемпературную окислительную реакцию. Прерывистая линия на фиг. 6 представляет стабильность сгорания посредством настоящего варианта осуществления.
[0042] В традиционном управлении отношение воздух-топливо (A/F)=приблизительно 30 является так называемой предельно обедненной смесью с точки зрения предела стабильности сгорания. Однако, как показано, стабильность сгорания может сохраняться вплоть до отношения воздух-топливо (A/F) равного приблизительно 70 согласно настоящему варианту осуществления.
[0043] FIG. Фиг. 7 - это график, показывающий взаимосвязь между характеристикой расхода топлива и отношением воздух-топливо. Сплошная линия на фиг. 7 представляет характеристику расхода топлива посредством традиционного управления, которое не использует низкотемпературную окислительную реакцию. Прерывистая линия на фиг. 7 представляет характеристику расхода топлива посредством настоящего варианта осуществления. Следует отметить, что характеристика расхода топлива, упомянутая здесь, является указанным удельным расходом топлива (ISFC).
[0044] В традиционном управлении, если отношение воздух-топливо (A/F) превышает 30, указанный удельный расход топлива увеличивается вследствие снижения стабильности сгорания. Однако, согласно настоящему варианту осуществления, стабильность сгорания сохраняется, даже если отношение воздух-топливо (A/F) превышает 30, как описано выше. Таким образом, указанный удельный расход топлива может сдерживаться посредством создания более бедного отношения воздух-топливо.
[0045] Согласно настоящему варианту осуществления, возможно не только улучшать характеристику расхода топлива, как описано выше, но также пресекать ухудшение компонентов отработавшего газа, как описано ниже.
[0046] Фиг. 8 - это график, показывающий взаимосвязь между объемом выброса NOx и отношением воздух-топливо.
[0047] В случае сгорания обедненной смеси, NOx не может быть очищен трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором в отличие от случая сгорания при стехиометрическом отношении воздух-топливо. Таким образом, объем NOx, испускаемого из двигателя 1 внутреннего сгорания (объем выброса NOx), должен быть уменьшен. NOx является окисленным азотом в камере сгорания, и эта окислительная реакция больше стимулируется с увеличением температуры внутри цилиндра. Дополнительно, в конфигурации для формирования воздушно-топливной смеси вокруг свечи зажигания посредством второго впрыска топлива как в настоящем варианте осуществления, впрыснутое топливо сжигается без достаточно сильного рассеивания. Таким образом, если отношение воздух-топливо является равным, объем выброса NOx увеличивается по сравнению с конфигурацией для формирования однородной обедненной воздушно-топливной смеси в камере сгорания. Однако, в конфигурации для формирования воздушно-топливной смеси вокруг свечи зажигания посредством второго впрыска топлива как в настоящем варианте осуществления, отношение воздух-топливо во всей камере сгорания может быть сделано более бедным, и объем выброса NOx уменьшается, как показано, если отношение воздух-топливо становится беднее. Таким образом, увеличение объема выброса NOx может быть пресечено посредством создания более бедного отношения воздух-топливо всей камеры сгорания, в то же время обеспечивая стабильность сгорания.
[0048] Фиг. 9 - это график, показывающий взаимосвязь между объемом выброса HC и отношением воздух-топливо. HC состоит из несгоревшего топлива и является промежуточным продуктом горения, и большая его часть формируется в пограничном слое в поверхности стенки камеры сгорания. Согласно традиционно известному управлению, объем выброса HC увеличивается, поскольку HC не может быть связан кислородом, если отношение воздух-топливо является богатым, и объем выброса HC увеличивается вследствие срыва пламени рядом с поверхностью стенки, вызванного уменьшением температуры горения и замедления сгорания, также когда отношение воздух-топливо является некоторым обедненным отношением воздух-топливо или беднее. Поскольку сгорание может быть активировано посредством впрыска топлива также с бедным отношением воздух-топливо согласно настоящему варианту осуществления, объем выброса HC может сдерживаться по сравнению с традиционно известным управлением, как показано на фиг. 9.
[0049] Фиг. 10 - это график, показывающий взаимосвязь между величиной формирования CO и отношением воздух-топливо.
2
[0050] CO в отработавшем газе формируется посредством неполного сгорания углерода (С) вследствие недостатка кислорода. В случае сгорания обедненной смеси известно, что объем выброса должен уменьшаться, поскольку недостаточно кислорода присутствует для бензина. Однако, в области, где отношение воздух-топливо (A/F) выше 30, объем выброса постепенно увеличивается, как показано на фиг. 10. Это обусловлено тем, что CO окисляется, чтобы уменьшать скорость реакции, чтобы становиться CO, и пропорция оставшегося CO увеличивается, поскольку температура сгорания уменьшается, когда отношение воздух-топливо становится беднее.
[0051]
Если вышеупомянутая стабильность сгорания, характеристика расхода топлива и компоненты отработавшего газа всесторонне учитываются, отношение воздух-топливо (A/F) около 45, т.е. коэффициент избытка воздуха λ около 3, устанавливается в качестве верхнего предельного значения в сгорании обедненной смеси с наддувом настоящего варианта осуществления.
[0052] Далее описывается различие между, в целом, известным многоэтапным впрыском и настоящим вариантом осуществления.
[0053] Фиг. 11 является временной диаграммой, показывающей момент впрыска топлива, момент зажигания и величину формирования тепла в камере сгорания, когда коэффициент избытка воздуха λ=1 как на фиг. 3.
[0054] В момент времени T21 во время такта впуска впрыск топлива выполняется, чтобы формировать однородную воздушно-топливную смесь в камере сгорания. Здесь, поскольку требуемая нагрузка создается при коэффициенте избытка воздуха λ=1, объем воздуха, подаваемого в камеру 22 сгорания, равен приблизительно 14,7, когда объем впрыска топлива равен 1. Таким образом, внутри камеры сгорания не достигается высокая температура и высокая плотность во время такта сжатия в отличие от настоящего варианта осуществления, в связи с чем низкотемпературная окислительная реакция не возникает.
[0055] Поскольку низкотемпературная окислительная реакция не возникает, второй впрыск топлива выполняется в момент времени T22 во время такта сжатия. Даже если искровое зажигание выполняется в момент времени T23 после этого, история величины формирования тепла полностью отличается от истории настоящего варианта осуществления. Даже если момент времени T22 существует непосредственно перед моментом времени T23, самовоспламенение и распространение пламени не происходят параллельно в отличие от настоящего варианта осуществления, поскольку тепло не формируется посредством низкотемпературной окислительной реакции.
[0056] Фиг. 12 является временной диаграммой, показывающей момент впрыска топлива, момент зажигания и величину формирования тепла в камере сгорания, когда момент зажигания задерживается до момента времени после верхней мертвой точки такта сжатия, и небольшой объем топлива впрыскивается в окрестное пространство свечи зажигания непосредственно перед зажиганием, как на фиг. 3. Такое управление выполняется, чтобы стимулировать увеличение температуры каталитического нейтрализатора отработавшего газа, например, при холодном запуске.
[0057] В момент времени T31 во время такта впуска впрыск топлива выполняется, чтобы формировать однородную воздушно-топливную смесь в камере сгорания. Как и в случае на фиг. 11, объем воздуха, подаваемого в камеру 22 сгорания, равен приблизительно 14,7, когда объем впрыска топлива равен 1, в связи с чем низкотемпературная окислительная реакция не происходит.
[0058] Соответственно, даже если момент времени T32, в который второй впрыск топлива выполняется, существует непосредственно перед моментом T33 зажигания, самовоспламенение и распространение пламени не происходят параллельно в отличие от настоящего варианта осуществления.
[0059] Дополнительно, поскольку управление, показанное на фиг. 12, выполняется только во время холостого хода после холодного запуска, наддув не выполняется во время этого управления. Т.е., даже если предполагается делать отношение воздух-топливо воздушно-топливной смеси, сформированной посредством первого впрыска топлива, беднее стехиометрического отношения воздух-топливо, большой объем воздуха как в настоящем варианте осуществления не может быть подан. Таким образом, тепло не формируется посредством низкотемпературной окислительной реакции в управлении, показанном на фиг. 12.
[0060] Фиг. 13 - это временная диаграмма, показывающая момент впрыска топлива, момент зажигания и величину формирования тепла в камере сгорания в случае выполнения так называемого сгорания послойной обедненной смеси как на фиг. 3.
[0061] Сгорание послойной обедненной смеси является формой сгорания, в которой однородная воздушно-топливная смесь формируется посредством впрыска топлива во время такта впуска (момент времени T41), распавшаяся на слои воздушно-топливная смесь формируется вокруг свечи зажигания посредством впрыска топлива во время такта сжатия (моменты времени T42, T43), и сгорание выполняется с отношением воздух-топливо беднее стехиометрического отношения воздух-топливо во всей камере сгорания. Искровое зажигание посредством свечи 20 зажигания выполняется непосредственно после момента T43 третьего впрыска топлива (момент времени T44). Следует отметить, что нагрузка регулируется посредством степени расслоения в сгорании послойной обедненной смеси. Дополнительно, сгорание послойной обедненной смеси выполняется в области низкой нагрузки и, в основном, в состоянии без наддува.
[0062] Поскольку требуемая нагрузка создается при низком бедном отношении воздух-топливо (коэффициент избытка воздуха λ=приблизительно 1,2-1,3) в сгорании послойной обедненной смеси, объем воздуха, подаваемого в камеру 22 сгорания, равен приблизительно 20, когда объем первого впрыска топлива равен 1. Т.е., объем воздуха в камере сгорания меньше, чем в настоящем варианте осуществления.
[0063] Как описано выше, поскольку объем воздуха в камере сгорания является небольшим, и наддув не выполняется в сгорании послойной обедненной смеси, низкотемпературная окислительная реакция не возникает. Таким образом, однородная обедненная воздушно-топливная смесь формируется в камере сгорания, топливо впрыскивается вокруг свечи зажигания рядом с верхней мертвой точкой такта сжатия, и искровое зажигание выполняется непосредственно после этого в сгорании послойной обедненной смеси, показанном на фиг. 13, но сгорание послойной обедненной смеси полностью отличается от формы сгорания настоящего варианта осуществления в том, что низкотемпературная окислительная реакция не используется.
[0064] Как описано выше, форма сгорания согласно настоящему варианту осуществления отличается от традиционной известной формы. Согласно настоящему варианту осуществления устойчивая работа возможна при отношении воздух-топливо, даже более бедном, чем считающееся предельно бедной смесью в традиционно известной форме сгорания.
[0065] Фиг. 14 - это график, описывающий, что ухудшение компонентов отработавшего газа пресекается посредством настоящего варианта осуществления. Вертикальная ось представляет коэффициент избытка воздуха, а горизонтальная ось представляет температуру газа в цилиндре во время сгорания. Дополнительно, заштрихованные области на фиг. 14 соответственно указывают область, где формируются PM (твердые частицы), и область, где формируется NOx. Область, окруженная прерывистой линией на фиг. 14, указывает область, когда выполняется настоящий вариант осуществления.
[0066] Как показано, PM формируются в области средней-высокой температуры, когда коэффициент избытка воздуха больше 2, а NOx формируется в области высокой температуры, когда коэффициент избытка воздуха равен от 0 до приблизительно 2,5. Традиционно известная форма сгорания, описанная выше, попадает в область формирования NOx на фиг. 14. Это обусловлено тем, что температура сгорания является высокой, как само собой разумеется, если коэффициент избытка воздуха равен 1, и температура увеличивается вследствие сгорания воздушно-топливной смеси, даже если коэффициент избытка воздуха меньше 1. В отличие от этого, поскольку большой объем воздуха подается в камеру сгорания посредством наддува в настоящем варианте осуществления, как описано выше, теплоемкость газа в камере сгорания увеличивается, и увеличение температуры в случае сжигания воздушно-топливной смеси пресекается. В результате, область, когда настоящий вариант осуществления выполняется, является областью, окруженной прерывистой линией на фиг. 14. Т.е., согласно настоящему варианту осуществления, возможно не только предоставлять возможность устойчивого сгорания с коэффициентом избытка воздуха беднее коэффициента избытка воздуха, традиционно рассматриваемого как предельно бедная смесь, но также сдерживать объемы выброса PM и NOx.
[0067] Следует отметить, что хотя только один клапан 21 впрыска топлива для непосредственного впрыска топлива в цилиндр предусматривается в вышеприведенном описании, не существует ограничения для этого. Например, клапан впрыска во впускной канал для впрыска топлива во впускной канал 23 может быть дополнительно предусмотрен, и первый впрыск топлива может быть выполнен посредством клапана впрыска во впускной канал.
[0068] Дополнительно, если, по меньшей мере, некоторые из струй распыления проходят через окрестное пространство разрядного канала свечи 20 зажигания, клапан 21 впрыска топлива может быть размещен на боковой стенке камеры 22 сгорания.
[0069] Дополнительно, вышеупомянутая работа на обедненной смеси с наддувом может, в основном, выполняться, и настоящий вариант осуществления может выполняться, например, во время работы в переходном режиме, таком как переключение между работой на обедненной смеси с наддувом и работой на однородной стехиометрической смеси.
[0070] Дополнительно, хотя турбонагнетатель 4 предусматривается в качестве нагнетателя в вышеприведенном описании, не существует ограничения для этого. Например, механический нагнетатель или электрический нагнетатель может быть использован. Поскольку электрический нагнетатель может получать желаемое давление наддува в более широком рабочем диапазоне, чем турбонагнетатель 4, настоящий вариант осуществления может быть выполнен в более широком рабочем диапазоне.
[0071] Дополнительно, озон или т.п. может быть подан, чтобы дополнительно стимулировать низкотемпературную окислительную реакцию. Однако, в этом случае, устройство для подачи озона или т.п. является необходимым помимо клапана 21 впрыска топлива.
[0072] Как описано выше, в настоящем варианте осуществления, однородная воздушно-топливная смесь беднее смеси со стехиометрическим отношением воздух-топливо формируется в цилиндре посредством первого впрыска топлива, и второй впрыск топлива выполняется, чтобы впрыскивать меньший объем топлива, чем при первом впрыске топлива, в окрестное пространство разрядного канала свечи 21 зажигания во время периода, в котором однородная воздушно-топливная смесь подвергается низкотемпературной окислительной реакции в такте сжатия. После второго впрыска топлива искровое зажигание выполняется в такой момент времени, что искра свечи 21 зажигания достигает топлива, впрыснутого посредством второго впрыска топлива. Таким образом, устойчивое сгорание является возможным даже при отношении воздух-топливо беднее отношения воздух-топливо, традиционно рассматриваемого как предельно бедная смесь. Дополнительно, ухудшение компонентов отработавшего газа может быть пресечено. Следует отметить, что объем впрыска для второго впрыска топлива меньше объема первого впрыска топлива по следующей причине. Поскольку достаточно обеспечивать объем топлива, способный начинать сгорание посредством искрового зажигания искрой свечи зажигания, достигающей впрыснутого топлива во втором впрыске топлива, объем впрыска для второго впрыска топлива является относительно меньшим, чем объем первого впрыска топлива. Таким образом, не является обязательным требованием, что объем впрыска для второго впрыска топлива является меньшим, чем объем первого впрыска топлива.
[0073] Дополнительно, в настоящем варианте осуществления условие для возникновения низкотемпературной окислительной реакции удовлетворяется посредством подачи большого объема воздуха с помощью нагнетателя.
[0074] Дополнительно, в настоящем варианте осуществления, условие для возникновения низкотемпературной окислительной реакции удовлетворяется посредством регулировки механизма переменной степени сжатия в сторону высокой степени сжатия.
[0075] Хотя вариант осуществления настоящего изобретения был описан выше, вышеописанный вариант осуществления является просто иллюстрацией одного примера применения настоящего изобретения и не предназначен, чтобы ограничивать технические рамки настоящего изобретения конкретной конфигурацией вышеописанного варианта осуществления.