УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА
DEVICE AND METHOD OF CONTROLLING INJECTION FUEL

Область техники
Настоящее изобретение относится к управлению впрыском топлива для двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и внутрицилиндровым впрыском, за счет чего топливо впрыскивается непосредственно внутрь цилиндра.
Уровень техники
В двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием и внутрицилиндровым впрыском, топливо может прилипать к поверхности головки поршня и т.п. Если объем прилипающего топлива увеличивается и зажигается и сгорает посредством пламени сгорания, число макрочастиц (PN) будет увеличиваться. С учетом этого, чтобы не допускать прилипания топлива к поверхности головки поршня, JP 2004-211664A раскрывает технологию для того, чтобы применять коррекцию опережения к регулированию впрыска топлива в ходе процесса сжатия в соответствии с выдуваемым обратно количеством в течение периода перекрытия клапанов.
В вышеприведенном документе, сгорание на основе послойного заряда топлива выполняется посредством впрыска в процессе сжатия. Кроме того, в вышеприведенном документе, регулирование впрыска топлива в ходе процесса сжатия выполняется к фазе опережения, чтобы задавать расстояние между клапаном впрыска топлива и поверхностью головки поршня во время впрыска топлива большим, чем до коррекции, за счет этого уменьшая объем топлива, прилипающего к поверхности головки поршня.
Сущность изобретения
Тем не менее, при управлении согласно вышеприведенному документу, в ходе движения на холостом ходу, например, величина коррекции опережения является постоянной, и струя топлива всегда сталкивается в идентичной позиции на поверхности головки поршня. Как результат, увеличивается объем топлива, прилипающий к поверхности головки поршня.
С учетом этого, настоящее изобретение направлено на предоставление устройства управления впрыском топлива и способа управления впрыском топлива, которые позволяют уменьшать объем топлива, прилипающий к поверхности головки поршня.
Согласно одному варианту осуществления этого изобретения, предусмотрено устройство управления впрыском топлива для двигателя с искровым зажиганием и внутрицилиндровым прямым впрыском топлива, причем двигатель содержит клапан впрыска топлива, выполненный с возможностью непосредственно впрыскивать топливо внутрь цилиндра; и свечу зажигания, выполненную с возможностью зажигать, посредством искры, воздушно-топливную смесь в цилиндре. Когда впрыскиваемое топливо сталкивается с участком в заданном низкотемпературном состоянии, устройство управления впрыском топлива впрыскивает топливо при изменении условия впрыска топлива в заданном рабочем режиме таким образом, чтобы непрерывно не допускать поддержание столкновения струи топлива в идентичной позиции.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 показывает конфигурацию двигателя внутреннего сгорания, к которому применяется управление согласно настоящему варианту осуществления.
Фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей управляющую процедуру согласно настоящему варианту осуществления.
Фиг. 3 является таблицей, показывающей диапазон, в котором может изменяться регулирование впрыска топлива.
Фиг. 4 является таблицей, показывающей взаимосвязь между величиной изменения регулирования впрыска топлива и объемом впрыска топлива при постоянном давлении топлива.
Фиг. 5 является таблицей, показывающей диапазон, в котором может изменяться давление топлива.
Фиг. 6 является таблицей, показывающей взаимосвязь между величиной изменения давления топлива и объемом впрыска топлива при постоянном регулировании впрыска топлива.
Фиг. 7 является картой, показывающей диапазоны, в которых могут изменяться давление топлива и регулирование впрыска топлива.
Фиг. 8 показывает пример того, как изменять регулирование впрыска топлива.
Фиг. 9 показывает взаимосвязь между позицией столкновения со струей топлива на поверхности головки поршня и регулированием впрыска топлива.
Фиг. 10 иллюстрирует преимущества, достигаемые посредством осуществления управления согласно настоящему варианту осуществления.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Далее описывается вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 является схемой принципиальной конфигурации, показывающей окрестность камеры сгорания двигателя 1 с искровым зажиганием и внутрицилиндровым прямым впрыском топлива (в дальнейшем также называемого "двигателем 1"), к которому применяется настоящий вариант осуществления. Хотя фиг. 1 показывает только один цилиндр, настоящий вариант осуществления также может применяться к многоцилиндровому двигателю.
Блок 1B цилиндров двигателя 1 включает в себя цилиндр 2. Поршень 3 размещается с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндре 2. Поршень 3 присоединен к непроиллюстрированному коленчатому валу через шатун 12 и совершает возвратно-поступательное движение по мере того, как коленчатый вал вращается. Поверхность 3A головки поршня 3 (в дальнейшем также называемая "поверхностью 3A головки поршня") имеет нижеописанную полость 10.
Головка 1A блока цилиндров двигателя 1 включает в себя углубленную камеру 11 сгорания. Камера 11 сгорания сконфигурирована в так называемом шатровом стиле. Пара впускных клапанов 6 приподнимается на наклонной поверхности камеры 11 сгорания на впускной стороне. Пара выпускных клапанов 7 приподнимается на наклонной поверхности камеры 11 сгорания на выпускной стороне. Свеча 8 зажигания расположена практически в центральной позиции камеры 11 сгорания, окруженной посредством пары впускных клапанов 6 и пары выпускных клапанов 7, так что свеча 8 зажигания идет вдоль осевой линии цилиндра 2.
В головке 1A блока цилиндров, клапан 9 впрыска топлива расположен в позиции, размещенной между парой впускных клапанов 6, так что клапан 9 впрыска топлива выступает находится напротив камеры 11 сгорания. Ниже описывается направленность струи топлива, впрыскиваемой посредством клапана 9 впрыска топлива.
Впускные клапаны 6 и выпускные клапаны 7 приводятся в действие и открываются/закрываются посредством соответствующих непроиллюстрированных распределительных валов. Время открытия клапана и время закрытия клапана могут переменно управляться посредством предоставления механизма управления фазами газораспределения, по меньшей мере, на одной из впускной стороны и выпускной стороны. Время открытия клапана обозначает время для того, чтобы начинать операцию открытия клапана, тогда как время закрытия клапана обозначает время для того, чтобы завершать операцию закрытия клапана. Известный механизм может использоваться в качестве механизма управления фазами газораспределения. Примеры включают в себя механизм, который изменяет фазу вращения распределительных валов относительно коленчатого вала, и механизм, который может изменять не только фазу вращения, но также и рабочий угол каждого клапана.
Катализатор очистки выхлопных газов для очистки выхлопного газа двигателя 1 располагается в выпускном канале 5 на стороне выпуска потока выхлопного газа. Катализатор очистки выхлопных газов представляет собой, например, трехкомпонентный катализатор.
Как указано выше, поверхность 3A головки поршня для поршня 3 имеет полость 10. На поверхности 3A головки поршня полость 10 расположена в позиции, которая ближе к впускной стороне. Клапан 9 впрыска топлива располагается таким образом, что когда топливо впрыскивается с помощью поршня 3, расположенного около верхней мертвой точки, струя топлива направляется к полости 10. Форма полости 10 обеспечивает возможность направления струи топлива, которая сталкивается и отскакивает обратно от полости 10, к свече 8 зажигания.
Контроллер 100 управляет объемом впрыска топлива, регулированием впрыска топлива, распределением зажигания и т.п. двигателя 1 в соответствии с рабочим состоянием двигателя 1. Регулирование впрыска топлива, упомянутое здесь, обозначает время для того, чтобы начинать впрыск топлива. Чтобы управлять означенным, двигатель 1 включает в себя различные типы устройств определения, таких как датчик угла поворота коленчатого вала, датчик температуры охлаждающей воды и расходомер воздуха, который обнаруживает объем всасываемого воздуха.
Далее описывается управление, которое выполняется посредством контроллера 100 при запуске двигателя 1. В настоящем варианте осуществления, предполагается, что так выполняется называемый двухфазный впрыск, т.е. объем топлива, который необходим в расчете на цикл, впрыскивается в двух порциях.
Катализатор очистки выхлопных газов не демонстрирует достаточную производительность очистки при температурах ниже температуры активации. Следовательно, во время холодного запуска двигателя, т.е. когда температура катализатора очистки выхлопных газов ниже температуры активации, необходимо быстро увеличивать температуру катализатора очистки выхлопных газов. С учетом этого, когда катализатор очистки выхлопных газов находится в неактивном состоянии в режиме холостого хода сразу после холодного запуска, контроллер 100 выполняет сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием таким образом, чтобы быстро активировать катализатор очистки выхлопных газов. Следует отметить, что сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием общеизвестно (см. JP 2008-25535A).
При сгорании на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием, контроллер 100 задает момент зажигания таким образом, что он совпадает, например, с 15-30 градусами после верхней мертвой точки сжатия в первой половине процесса расширения. Кроме того, контроллер 100 задает регулирование впрыска первого топлива таким образом, что оно совпадает с первой половиной процесса впуска, и задает регулирование впрыска второго топлива таким образом, что оно совпадает со второй половиной процесса сжатия, так что струя топлива может достигать окрестности свечи 8 зажигания посредством распределения зажигания. Например, регулирование впрыска второго топлива задается таким образом, что оно совпадает с 50-60 градусами перед верхней мертвой точкой сжатия.
Далее приводится описание объема впрыска первого топлива и объема впрыска второго топлива.
Воздушно-топливное соотношение выхлопного газа, выпускаемого при вышеуказанном сгорании на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием, представляет собой стехиометрическую смесь (стехиометрическое воздушно-топливное соотношение). Аналогично обычно используемому способу задания объема впрыска топлива, контроллер 100 вычисляет объем топлива, который обеспечивает совершенное сгорание с объемом всасываемого воздуха в расчете на цикл (в дальнейшем также называемым "полным объемом топлива"). Часть полного объема топлива, например, 50-90% по весу от полного объема топлива используется в качестве объема первого впрыска, и оставшаяся часть используется в качестве объема второго впрыска.
В результате задания объемов впрыска топлива вышеприведенным способом, струя топлива, впрыскиваемая посредством впрыска первого топлива, рассеивается в цилиндре 2 без столкновения с полостью 10 и смешивается с воздухом, за счет этого образуя бедную гомогенную воздушно-топливную смесь во всей камере 11 сгорания по сравнению со случаем, в котором используется стехиометрическая смесь. С другой стороны, струя топлива, впрыскиваемая посредством впрыска второго топлива, достигает окрестности свечи 8 зажигания посредством поднятия вверх после столкновения с полостью 10, за счет этого интенсивно образуя обогащенную воздушно-топливную смесь вокруг свечи 8 зажигания по сравнению со случаем, в котором используется стехиометрическая смесь. Следовательно, воздушно-топливная смесь в камере 11 сгорания переводится в стратифицированное состояние. Когда свеча 8 зажигания выполняет искровое зажигание в этом состоянии, осуществляется устойчивое к возмущениям сгорание, которое не допускает возникновения случайного возгорания и дыма. Хотя вышеприведенное сгорание представляет собой сгорание на основе послойного заряда топлива, оно упоминается как сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием для различения от обычно используемого сгорания на основе послойного заряда топлива, в котором момент зажигания находится перед верхней мертвой точкой сжатия. Следует отметить, что вышеуказанный впрыск первого топлива может разделяться на две порции. В этом случае, может выполняться трехфазный впрыск, т.е. объем топлива, который требуется в расчете на цикл, может впрыскиваться всего в трех порциях: две в процессе впуска и одна в процессе сжатия.
Вышеприведенное сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием может не только увеличивать температуру выхлопных газов, но также и уменьшать объем углеводородов (HC), выпускаемых из камеры 11 сгорания в выпускной канал 5, по сравнению с традиционным гомогенным сгоранием стехиометрической смеси. В частности, сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием может быстро активировать катализатор очистки выхлопных газов при недопущении выпуска HC в окружающий воздух в период от начала запуска двигателя до активации катализатора очистки выхлопных газов по сравнению со случаем, в котором прогрев выполняется только посредством традиционного гомогенного сгорания стехиометрической смеси, только посредством сгорания на основе послойного заряда топлива либо в режиме сгорания, в котором дополнительное топливо еще впрыскивается, в дополнение к этим типам сгорания на/после поздней стадии сгорания (на/после процесса расширения или в ходе процесса выпуска).
Часть топлива, которая сталкивается с поверхностью 3A головки поршня в ходе выполнения сгорания на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием, прилипает к поверхности 3A головки поршня без продвижения к свече 8 зажигания. Даже когда топливо прилипает к поверхности 3A головки поршня, топливо не будет оставаться на поверхности 3A головки поршня, если прилипающее топливо испаряется и сгорает в течение соответствующего цикла. Тем не менее, по мере того, как сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием выполняется во время холодного запуска двигателя, прилипающее топливо легко не испаряется до тех пор, пока температура поверхности 3A головки поршня не будет увеличена. Кроме того, топливо не будет оставаться на поверхности 3A головки поршня, если прилипающее топливо сгорает посредством распространения пламени сгорания в соответствующем цикле. Тем не менее, при сгорании на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием, когда сгорание начинается в процессе расширения, пламя сгорания может не достигать поверхности 3A головки поршня либо может не достигать поверхности 3A головки поршня при уменьшенной температуре во второй половине процесса расширения. По этим причинам, затруднительно полностью сжигать прилипающее топливо в течение соответствующего цикла. Следует отметить, что явление, в котором жидкое топливо, остающееся на поверхности 3A головки поршня, зажигается и сгорает посредством пламени сгорания, называется "возгорание участка пролива".
Следовательно, жидкое топливо, остающееся на поверхности 3A головки поршня, продолжает увеличиваться в течение заданного периода после холодного запуска двигателя. Заданный период, упомянутый здесь, является периодом до тех пор, пока объем, в котором жидкое топливо, остающееся на поверхности 3A головки поршня, испаряется за один цикл, не будет превышать объем топлива, который прилипает к поверхности 3A головки поршня за один цикл.
Таким образом, если сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием продолжается в течение периода, превышающего заданный период, жидкое топливо, остающееся на поверхности 3A головки поршня, постепенно снижается. Тем не менее, в некоторых случаях, до того как истекает заданный период, может возникать переход от сгорания на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием к гомогенному сгоранию стехиометрической смеси с жидким топливом, остающимся на поверхности 3A головки поршня. Примеры таких случаев включают в себя случай, в котором катализатор очистки выхлопных газов активирован, и случай, в котором ускорение осуществляется вследствие нажатия педали акселератора. Следует отметить, что гомогенное сгорание стехиометрической смеси, упомянутое здесь, обозначает режим сгорания, в котором воздушно-топливная смесь формируется во всей камере 11 сгорания в стехиометрическом воздушно-топливном соотношении, и искровое зажигание выполняется с наилучшим распределением зажигания (минимальным опережением для наилучшего крутящего момента или MBT).
Если выполняется переход в гомогенное сгорание стехиометрической смеси с жидким топливом, остающимся на поверхности 3A головки поршня, пламя сгорания достигает поверхности 3A головки поршня при поддержании высокой температуры, возникает возгорание участка пролива, и оставшееся жидкое топливо сгорает. Такое сгорание жидкого топлива, которое накоплено до текущего цикла, имеет тенденцию увеличивать PN.
С учетом вышеизложенного, в настоящем варианте осуществления, контроллер 100 выполняет следующее управление для того, чтобы уменьшать объем жидкого топлива, остающегося на поверхности 3A головки поршня.
Фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей управляющую процедуру, выполняемую посредством контроллера 100. Эта процедура многократно выполняется в коротком цикле (например, каждые 10 миллисекунд).
На этапе S10, контроллер 100 определяет то, выполнен или нет запрос на ускорение. В частности, контроллер 100 определяет то, превышает или нет позиция педали акселератора (степень открытия педали акселератора), или APO, нуль, т.е. то, нажата или нет педаль акселератора. Следует отметить, что на настоящем этапе, достаточно определять то, выполнен или нет запрос на ускорение. Таким образом, например, контроллер 100 может определять то, что запрос на ускорение выполнен, если скорость изменения позиции педали акселератора выше заданного значения. Альтернативно, контроллер 100 может определять то, что запрос на ускорение выполнен, если позиция педали акселератора превышает нуль, и скорость изменения позиции педали акселератора выше заданного значения.
Если позиция педали акселератора превышает нуль, контроллер 100 определяет то, что запрос на ускорение выполнен, и выполняет гомогенное сгорание стехиометрической смеси на этапе S50. С другой стороны, если позиция педали акселератора является нулевой, контроллер 100 определяет то, что запрос на ускорение не выполнен, и выполняет процесс этапа S20.
На этапе S20, контроллер 100 определяет то, выше или нет температура катализатора температуры активации катализатора (A°C). Если температура катализатора выше температуры активации катализатора, контроллер 100 выполняет гомогенное сгорание стехиометрической смеси на этапе S50. С другой стороны, если температура катализатора ниже температуры активации катализатора, контроллер 100 выполняет сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием (FIR) на этапе S30 таким образом, чтобы упрощать увеличение температуры катализатора.
Таким образом, контроллер 100 выполняет сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием, если катализатор находится в неактивном состоянии, и выполняет гомогенное сгорание стехиометрической смеси, если катализатор находится в активном состоянии. Следует отметить, что если запрос на ускорение выполнен, гомогенное сгорание стехиометрической смеси выполняется для того, чтобы достигать ускорения, которое удовлетворяет запросу на ускорение.
На этапе S40, контроллер 100 изменяет регулирование впрыска топлива и давление впрыска топлива (в дальнейшем также называемое "давлением топлива") на поцикловой основе, как описано ниже.
Если гомогенное сгорание стехиометрической смеси выполнено на этапе S50, контроллер 100 определяет то, ниже или нет температура поверхности 3A головки поршня, которая представляет собой участок, с которым сталкивается струя топлива, предварительно установленной температуры (B°C), на этапе S60 (в дальнейшем в этом документе, температура поверхности 3A головки поршня также упоминается как "температура поверхности головки поршня"). Если температура поверхности головки поршня равна или выше B°C, контроллер 100 завершает настоящую процедуру. Если температура поверхности головки поршня ниже B°C, контроллер 100 выполняет процесс этапа S40. Предварительно установленная температура (B°C), используемая на этапе S60, например, представляет собой температуру поверхности головки поршня в состоянии, в котором жидкое топливо, остающееся на поверхности 3A головки поршня, снижается во времени. Следует отметить, что температура поверхности головки поршня может оцениваться из температуры поверхности стенок цилиндров в этом состоянии. Температура поверхности стенок цилиндров может оцениваться из температуры охлаждающей воды.
Как описано выше, когда запрос на ускорение не выполнен, контроллер 100 выполняет сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием, если катализатор находится в неактивном состоянии, и выполняет гомогенное сгорание стехиометрической смеси, если катализатор находится в активном состоянии. Когда выполняется сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием, регулирование впрыска топлива и давление топлива изменяются на поцикловой основе. Кроме того, даже когда выполняется гомогенный режим, контроллер 100 изменяет регулирование впрыска топлива и давление топлива на поцикловой основе, если температура поверхности головки поршня ниже B°C, в котором жидкое топливо может накапливаться на поверхности 3A головки поршня.
Не обязательно имеет место то, что должны изменяться как регулирование впрыска топлива, так и давление топлива. Только одно из регулирования впрыска топлива и давления топлива может изменяться при условии, что могут достигаться вышеприведенные преимущества. Кроме того, регулирование впрыска топлива и давление топлива не ограничены изменением на поцикловой основе и могут изменяться каждые несколько циклов или в нерегулярных циклах. Еще один другой вариант осуществления может приспосабливаться при условии, что он может не допускать возникновения ситуации, в которой жидкое топливо непрерывно распыляется в идентичном участке и легко не высыхает при непрерывном использовании (т.е. без изменения) базового условия впрыска топлива (регулирования впрыска топлива или давления топлива), которое вычисляется посредством контроллера 100 в заданном (идентичном) рабочем режиме двигателя.
Этот "заданный рабочий режим двигателя" обозначает окружающие условия (объем всасываемого воздуха, температуру, запрашиваемый крутящий момент и т.д.), при которых различные управляющие параметры последовательно вычисляются в то время, когда двигатель работает. В частности, в отличие от традиционных случаев, в которых управление выполняется с использованием идентичных условий впрыска топлива (регулирования впрыска топлива и давления топлива) в заданном (идентичном) рабочем режиме двигателя, настоящий вариант осуществления осуществляет управление для того, чтобы намеренно изменять условие(е) впрыска топлива (по меньшей мере, одно из регулирования впрыска топлива и давления топлива) и сдвигать позицию, в которой топливо прилипает с микроуровневым прохождением времени, даже в заданных (идентичных) рабочих режимах двигателя. Кроме того, достаточно того, что преимущество недопущения увеличения PN достигается посредством величины сдвига в позиции, к которой прилипает топливо. Отсутствует необходимость вызывать сдвиг больший, чем требуется.
Следует отметить, что, когда выполняется сгорание на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием, определение в отношении температуры поверхности головки не выполняется, поскольку этап S20 выполняет вторую функцию в качестве определения в отношении температуры поверхности головки. В частности, катализатор может переводиться в неактивное состояние во время холодного запуска двигателя или после прекращения глушения двигателя на холостом ходу или отсечки топлива, т.е. когда температура поверхности головки поршня является низкой. Следовательно, может быть оценено, что температура поверхности головки поршня является низкой, если температура катализатора ниже температуры активации на этапе S20.
Далее приводится описание процесса этапа S40.
Как описано выше, на этапе S40, контроллер 100 изменяет регулирование впрыска топлива и давление топлива на поцикловой основе. Это предназначено для того, чтобы изменять позицию, в которой струя топлива сталкивается на поверхности 3A головки поршня (также называемую "позицией столкновения с топливом") на поцикловой основе. Если позиция столкновения с топливом не изменяется, струя топлива в следующем цикле сталкивается с позицией столкновения с топливом перед испарением топлива, которое прилипает к поверхности 3A головки поршня. Повторение такого столкновения приводит к накоплению жидкого топлива в позиции столкновения с топливом. Чтобы не допускать такого накопления жидкого топлива, контроллер 100 выполняет управление впрыском топлива, чтобы сдвигать позицию впрыска топлива в текущем цикле относительно позиции столкновения с топливом в предыдущем цикле. Далее описываются три шаблона управления впрыском топлива, которые позволяют сдвигать позицию впрыска топлива в текущем цикле относительно позиции столкновения с топливом в предыдущем цикле.
Первый шаблон
Первый шаблон представляет собой шаблон, в котором контроллер 100 изменяет регулирование впрыска топлива при поддержании давления топлива постоянным.
Фиг. 3 является таблицей, показывающей диапазон, в котором может изменяться регулирование впрыска топлива. На фиг. 3, вертикальная ось представляет давление топлива, горизонтальная ось представляет регулирование впрыска топлива, и IT0 представляет опорное значение впрыска топлива (базовое регулирование впрыска топлива), используемое при выполнении сгорания на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием. Фиг. 4 является таблицей, показывающей взаимосвязь между величиной изменения регулирования впрыска топлива и объемом впрыска топлива при постоянном давлении топлива.
Чтобы не допускать накопления жидкого топлива на поверхности 3A головки поршня, предпочтительно предотвращать столкновение струи топлива в идентичной позиции на поверхности 3A головки поршня. При постоянном давлении топлива, чем больше объем впрыска топлива, тем больше период впрыска. С учетом этого, как показано на фиг. 4, величина изменения регулирования впрыска топлива увеличивается по мере того, как объем впрыска топлива увеличивается. Следует отметить, что если величина изменения регулирования впрыска топлива увеличивается до такой степени, что струя топлива более не сталкивается с полостью 10, воздушно-топливная смесь с послойным зарядом топлива легко не образуется вокруг свечи зажигания, так что в итоге степень стабильности сгорания снижается в режиме сгорания на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием. С учетом этого, как показано на фиг. 3, предел IT1 опережения и предел IT2 запаздывания задаются таким образом, чтобы достигать надежной степени стабильности сгорания, несмотря на изменение регулирования впрыска топлива.
Хотя объем впрыска топлива практически не изменяется в ходе выполнения сгорания на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием, объем впрыска топлива изменяется в ходе выполнения гомогенного сгорания стехиометрической смеси в соответствии с рабочим режимом двигателя. По этой причине, имеет смысл задавать взаимосвязь между объемом впрыска топлива и величиной изменения регулирования впрыска топлива так, как показано на фиг. 4.
При сгорании на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием, поскольку струя топлива, которая сталкивается с поверхностью 3A головки поршня, будет отражаться к свече 8 зажигания и образовывать воздушно-топливную смесь с послойным зарядом топлива, необходимо учитывать то, будет или нет отражаться струя топлива при задании предела IT1 опережения и предела IT2 запаздывания. С другой стороны, при гомогенном сгорании стехиометрической смеси, достаточно учитывать в основном простоту испарения топлива, которое прилипает к поверхности 3A головки поршня.
Второй шаблон
Второй шаблон представляет собой шаблон, в котором контроллер 100 изменяет давление топлива при поддержании регулирования впрыска топлива постоянным.
Фиг. 5 является таблицей, показывающей диапазон, в котором давление топлива может изменяться во втором шаблоне. На фиг. 5, вертикальная ось представляет давление топлива, горизонтальная ось представляет регулирование впрыска топлива, и P1 представляет опорное давление топлива (базовое давление топлива), используемое при выполнении сгорания на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием. Фиг. 6 является таблицей, показывающей взаимосвязь между величиной изменения давления топлива и объемом впрыска топлива при постоянном регулировании впрыска топлива.
Даже если регулирование впрыска топлива является фиксированным, изменение давления топлива изменяет скорость и расстояние, достигаемые посредством струи топлива, за счет этого изменяя позицию столкновения с топливом на поверхности 3A головки поршня. Например, даже если регулирование впрыска топлива остается идентичным, увеличение давления топлива будет сокращать период, требуемый для столкновения струи топлива с поршнем 3; как результат, когда струя топлива сталкивается с поршнем 3, поршень 3 расположен ближе к нижней мертвой точке, чем до того, как уменьшается давление топлива. Поскольку направление впрыска из клапана 9 впрыска топлива является постоянным, сдвиг к позиции поршня к нижней мертвой точке также будет сдвигать позицию столкновения с топливом на поверхности 3A головки поршня.
Как показано на фиг. 6, величина изменения давления топлива увеличивается по мере того, как объем впрыска топлива увеличивается. Следует отметить, что чем ниже давление топлива, тем труднее распыление топлива, тем и ниже стабильность сгорания как при сгорании на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием, так и при гомогенном сгорании стехиометрической смеси. Кроме того, чем ниже давление топлива, тем труднее отражение струи топлива после столкновения с поверхностью 3A головки поршня, тем труднее образовывать воздушно-топливную смесь с послойным зарядом топлива вокруг свечи зажигания, и тем ниже стабильность сгорания в режиме сгорания на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием. Кроме того, предел давления топлива на стороне высокого давления задается, например, посредством производительности топливного насоса. С учетом вышеизложенного, как показано на фиг. 5, предел P1 низкого давления и предел P2 высокого давления задаются на основе свойства распыления топлива, степени стабильности сгорания, производительности топливного насоса и т.п., и предел P1 низкого давления используется в качестве базового давления топлива. Таким образом, в настоящем варианте осуществления, "изменение давления топлива" означает увеличение давления топлива. Следует отметить, что базовое давление топлива может задаваться выше предела P1 низкого давления.
Третий шаблон
Третий шаблон представляет собой шаблон, в котором контроллер 100 изменяет давление топлива и регулирование впрыска топлива.
Фиг. 7 является картой, показывающей диапазоны, в которых давление топлива и регулирование впрыска топлива могут изменяться в третьем шаблоне. На фиг. 7, диапазон, в котором может изменяться регулирование впрыска топлива, является более широким, когда используется давление P2 топлива, чем тогда, когда используется давление P1 топлива, по следующим причинам. Во-первых, по мере того, как давление топлива увеличивается, струя топлива более тонко распыляется, количество движения струи топлива увеличивается, и степень стабильности сгорания увеличивается. Во-вторых, по мере того, как давление топлива увеличивается, скорость и расстояние, достигаемые посредством струи топлива, увеличиваются; в силу этого, даже если расстояние от клапана 9 впрыска топлива до поверхности 3A головки поршня увеличивается при регулировании впрыска топлива, струя топлива может отражаться посредством поверхности 3A головки поршня и образовывать воздушно-топливную смесь с послойным зарядом топлива вокруг свечи 8 зажигания, и степень стабильности сгорания увеличивается.
В частности, как показано на фиг. 8, если давление топлива поддерживается постоянным, регулирование впрыска топлива может изменяться только в диапазоне от предела IT1 опережения до предела IT2 запаздывания; напротив, если давление топлива также изменяется, диапазон, в котором может изменяться регулирование впрыска топлива, может быть расширен до диапазона, указываемого посредством пунктирных линий на фиг. 8. Позиция столкновения с топливом на поверхности 3A головки поршня может сдвигаться в любом из вышеприведенных шаблонов. В настоящем варианте осуществления, контроллер 100 выполняет третий шаблон, который изменяет давление топлива и регулирование впрыска топлива.
Следует отметить, что на фиг. 8, порядок может изменяться на любой из следующих порядков: опорное значение → запаздывание → опорное значение → опережение → опорное значение...; опорное значение → запаздывание → опережение → опорное значение → запаздывание → опережение...
На этапе S40, контроллер 100 выполняет управление впрыском топлива на основе одного из вышеуказанных первого-третьего шаблонов. В любом типе управления впрыском топлива, регулирование впрыска топлива и давление топлива изменяются таким образом, что струя топлива концентрируется вокруг свечи 8 зажигания в ходе выполнения сгорания на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием. Хотя полость 10 удовлетворяет функции направления струи топлива, которая сталкивается с ней в направлении свечи 8 зажигания, струя топлива не будет обязательно сталкиваться с полостью 10, чтобы отражаться к свече 8 зажигания. Например, количество движения струи топлива может увеличиваться посредством увеличения давления топлива таким образом, что струя топлива, которая сталкивается с позицией, которая смещена от полости 10 поверхности 3A головки поршня, концентрируется вокруг свечи 8 зажигания, либо непосредственно, либо после отражения посредством стенки цилиндра снова.
Далее описываются функциональные преимущества настоящего варианта осуществления.
Фиг. 9 показывает взаимосвязь между струей топлива и поршнем 3 для случая, в котором регулирование впрыска топлива и давление топлива изменяются в следующем порядке на поцикловой основе в ходе выполнения сгорания на основе послойного заряда топлива с сильным запаздыванием: опорное значение → опережение → запаздывание → опорное значение → опережение...
В исходной позиции, струя топлива сталкивается с окрестностью центра поверхности 3A головки поршня, включающей в себя полость 10. В следующем цикле, регулирование впрыска топлива изменяется к стороне запаздывания, и позиция столкновения со струей топлива сдвигается вправо на чертеже относительно позиции столкновения со струей топлива в случае исходной позиции. В еще одном следующем цикле, регулирование впрыска топлива изменяется к стороне опережения, и позиция столкновения со струей топлива сдвигается влево на чертеже относительно позиции столкновения со струей топлива в случае исходной позиции.
Фиг. 10 является временной диаграммой, показывающей температуру поверхности головки поршня и объем жидкого топлива для случая, в котором выполняется управление впрыском топлива, показанное на фиг. 9. Временная диаграмма для случая, в котором регулирование впрыска топлива и давление топлива не изменяются, указываются посредством пунктирных линий в качестве сравнительного примера.
Согласно сравнительному примеру, струя топлива сталкивается в идентичной позиции на поверхности 3A головки поршня в каждом цикле. Таким образом, когда температура поверхности головки поршня является низкой, к примеру, во время холодного запуска двигателя, струя топлива в следующем цикле сталкивается с поверхностью 3A головки поршня перед испарением топлива, которое прилипает к поверхности 3A головки поршня в предыдущем цикле. По этой причине, топливо, которое прилипает к поверхности 3A головки поршня, легко образует жидкую пленку. Образование жидкой пленки создает неправильный цикл, в котором температура поверхности головки поршня с меньшей вероятностью будет увеличиваться, и объем жидкого топлива увеличивается.
Напротив, согласно настоящему варианту осуществления, позиция столкновения со струей топлива на поверхности 3A головки поршня изменяется на поцикловой основе. Таким образом, может быть получено время для того, чтобы испарять топливо, которое прилипает к поверхности 3A головки поршня. Как результат, неправильный цикл, вызываемый посредством сравнительного примера, возникает с меньшей вероятностью. Кроме того, по сравнению со сравнительным примером, температура поверхности головки поршня легко увеличивается, и может не допускаться объем жидкого топлива, накопленного на поверхности 3A головки поршня.
Хотя регулирование впрыска топлива и давление впрыска топлива изменяются на поцикловой основе в настоящем варианте осуществления, ограничения в этом отношении не накладываются. Например, они могут изменяться каждые несколько циклов либо случайно при условии, что может непрерывно не допускаться поддержание столкновения струи топлива в идентичной позиции на поверхности 3A головки поршня или на поверхности стенки цилиндров. В этом контексте, "непрерывно" означает таким последовательным способом, что жидкое топливо накапливается на поверхности 3A головки поршня или на поверхности стенки цилиндров. Взаимосвязь между степенью последовательных столкновений и объемом накопленного жидкого топлива варьируется в зависимости от множества факторов, таких как шаблон впрыска топлива (форма струи), форма поверхности 3A головки поршня и объем одного впрыска топлива. Следовательно, эта взаимосвязь анализируется заранее посредством экспериментов и т.п.
Как описано выше, в настоящем варианте осуществления, когда участок, с которым сталкивается впрыскиваемое топливо, находится в заданном низкотемпературном состоянии, топливо впрыскивается при изменении условия(я) впрыска топлива в заданном рабочем режиме таким образом, чтобы непрерывно не допускать поддержание столкновения струи топлива в идентичной позиции. В частности, когда температура поверхности головки поршня ниже заданной температуры, топливо впрыскивается при изменении позиции столкновения со струей топлива на поверхности 3A головки поршня на поцикловой основе. Это не допускает зонного прилипания топлива к поверхности 3A головки поршня. Следовательно, может не допускаться накопление жидкого топлива на поверхности 3A головки поршня.
Настоящий вариант осуществления имел дело со случаем, в котором участок, с которым сталкивается струя топлива, представляет собой поверхность 3A головки поршня. Тем не менее, когда участок, с которым сталкивается струя топлива, представляет собой поверхность стенки цилиндров, управление согласно настоящему варианту осуществления может применяться, чтобы не допускать накопления топлива, вызываемого посредством непрерывного столкновения между струей топлива и идентичной позицией на поверхности стенки цилиндров.
В настоящем варианте осуществления, регулирование впрыска топлива изменяется, чтобы изменять позицию столкновения со струей топлива на поверхности 3A головки поршня. Это позволяет не допускать накопления жидкого топлива на поверхности 3A головки поршня. В настоящем варианте осуществления, впрыск в процессе расширения, в котором изменяются регулирование впрыска топлива и давление топлива, предназначен для того, чтобы впрыскивать топливо, предоставленное для так называемого основного сгорания. Альтернативно, этот впрыск может применяться к так называемому последующему впрыску и подвпрыску. Это обусловлено тем, что топливо, впрыскиваемое через эти типы впрыска топлива, также может быть причиной увеличения PN, если они накапливаются на поверхности 3A головки поршня и т.п.
В настоящем варианте осуществления, посредством изменения давления впрыска топлива, непрерывно не допускается поддержание столкновения струи топлива в идентичной позиции. Изменение давления топлива изменяет, например, расстояние перемещения струи топлива, за счет этого изменяя позицию столкновения с топливом при впрыске на поверхности 3A головки поршня. Как результат, накопление жидкого топлива на поверхности 3A головки поршня может не допускаться, как и в случае, когда изменяется регулирование впрыска топлива. Впрыск в процессе расширения, в котором изменяется давление впрыска топлива, может представлять собой так называемый последующий впрыск и подвпрыск, как и в случае, когда изменяется регулирование впрыска топлива.
Кроме того, регулирование впрыска топлива и давление впрыска топлива могут изменяться. В этом случае, например, давление топлива, которое позволяет достигать надежной степени стабильности сгорания, используется в качестве опорного значения, и величина увеличения давления топлива относительно опорного значения регулируется в соответствии с величиной изменения регулирования впрыска топлива. Увеличение давления топлива должно упрощать более точное распыление струи топлива, увеличивать количество движения струи топлива и увеличивать степень стабильности сгорания. Как результат, уменьшение степени стабильности сгорания может не допускаться, даже если струя топлива, которая отклоняется от полости 10, увеличивается вследствие изменения регулирования впрыска топлива.
Когда регулирование впрыска топлива и давление впрыска топлива изменяются, величина изменения регулирования впрыска топлива увеличивается по мере того, как давление топлива увеличивается. Таким образом, по сравнению со случаем, в котором давление топлива не изменяется, величина изменения позиции столкновения со струей топлива на поверхности 3A головки поршня увеличивается, и в силу этого легко не допускается прилипание жидкого топлива к поверхности 3A головки поршня.
В настоящем варианте осуществления, величины изменения регулирования впрыска топлива и давления топлива увеличиваются по мере того, как объем впрыска топлива увеличивается. По мере того, как объем впрыска топлива увеличивается, импульс впрыска становится более длинным, величина перемещения поршня в течение периода впрыска увеличивается, и позиция столкновения со струей топлива на поверхности 3A головки поршня за один цикл занимает более широкий диапазон. С учетом этого, аналогично настоящему варианту осуществления, величины изменения регулирования впрыска топлива и давления топлива увеличиваются по мере того, как объем впрыска топлива увеличивается. Таким образом, может не допускаться перекрытие между собой позиций столкновения со струей топлива на поверхности 3A головки поршня в последовательных циклах.
Хотя настоящий вариант осуществления, как описано выше, применяется к так называемому двигателю 1 с боковым впрыском, за счет которого клапан 9 впрыска топлива расположен на стороне камеры сгорания, настоящий вариант осуществления может аналогично применяться к так называемому двигателю 1 с вертикальным впрыском, за счет которого клапан 9 впрыска топлива расположен около апикального участка камеры сгорания.
Вышеописанный вариант осуществления настоящего изобретения просто иллюстрирует часть примерных вариантов осуществления настоящего изобретения, и конкретные конфигурации вышеописанного варианта осуществления не имеют намерение ограничивать объем настоящего изобретения.