專利名稱：氣缸內(nèi)噴射式內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向氣缸內(nèi)直接噴射燃料的氣缸內(nèi)噴射式內(nèi)燃機(jī)。
背景技術(shù)：
過去，例如，如專利文獻(xiàn)1(日本特開2004 — 176607號公報)中所揭示的那樣，已知配備有直接向氣缸內(nèi)噴射燃料的燃料噴射閥的內(nèi)燃機(jī)。另外，在專利文獻(xiàn)I中，揭示了一種在發(fā)動機(jī)的冷態(tài)起動時，在排氣行程中，將進(jìn)氣門和排氣門一起關(guān)閉，將燃燒室密閉，在密閉中向燃燒室內(nèi)噴射燃料，并且，緊接在進(jìn)氣上止點(排氣上止點)之后打開進(jìn)氣門的技術(shù)。根據(jù)這種技術(shù)，由于緊接在氣缸內(nèi)壓力上升到最高的進(jìn)氣上止點之后打開進(jìn)氣門，所以，被壓縮并升溫了的燃燒室內(nèi)的殘留氣體從進(jìn)氣口被一度噴出到燃燒室的外部。之后，由于活塞從上止點的下降而產(chǎn)生的足夠的負(fù)壓，被噴回到燃燒室內(nèi)，與新鮮氣體一起再度流入燃燒室內(nèi)，促進(jìn)與噴射燃料混合。
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現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2004 - 176607號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題但是，在上述現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)中，由于將燃料噴射到高溫的殘留氣體中，所以，存在著爆震的發(fā)生明顯化的擔(dān)憂。另外，在上述現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)中，由于向密閉中的燃燒室內(nèi)噴射燃料，緊接在進(jìn)氣上止點之后打開進(jìn)氣門，所以，有必要在進(jìn)氣上止點之前噴射燃料。進(jìn)氣上止點之前，氣缸內(nèi)還存在大的氣流，并且，氣缸內(nèi)的氣流在循環(huán)間波動。因此，如果在進(jìn)氣上止點之前噴射燃料，則在循環(huán)間，噴霧狀態(tài)發(fā)生大的波動。如果噴霧狀態(tài)產(chǎn)生大的波動，則附著在氣缸的內(nèi)壁上的燃料量產(chǎn)生波動。如果附著的燃料量產(chǎn)生波動，則燃燒的穩(wěn)定性降低。本發(fā)明是為了解決上述課題完成的，其目的是提供一種能夠抑制爆震的發(fā)生，并且可以提高燃燒的穩(wěn)定性的氣缸內(nèi)噴射式內(nèi)燃機(jī)。解決課題的手段為了達(dá)到上述目的，第一個發(fā)明是一種直接噴射式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，包括增壓器，所述增壓器對流入內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣進(jìn)行增壓；燃料噴射閥，所述燃料噴射閥向所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)直接噴射燃料；氣門控制機(jī)構(gòu)，所述氣門控制機(jī)構(gòu)，在排氣行程中，在打開了排氣門和進(jìn)氣門之后，在比進(jìn)氣上止點提前的正時，關(guān)閉所述進(jìn)氣門和所述排氣門，在進(jìn)氣行程中，在比所述進(jìn)氣上止點滯后的正時，打開所述進(jìn)氣門；和噴射控制機(jī)構(gòu)，在從所述進(jìn)氣上止點到所述滯后的正時的期間，使所述燃料噴射閥噴射燃料。
另外，第二個發(fā)明，在第一個發(fā)明中，其特征在于，所述燃燒室在所述提前的正時的體積和在所述滯后的正時的體積相同。第三個發(fā)明，在第一或第二個發(fā)明中，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)是稀燃發(fā)動機(jī)。另外，第四個發(fā)明，在第一之第三個發(fā)明中任何一個發(fā)明中，其特征在于，包括火花塞，所述火花塞配置在所述燃燒室的上表面的中央部；和層狀燃料分布形成機(jī)構(gòu)，所述層狀燃料分布形成機(jī)構(gòu)使進(jìn)氣沿著形成所述燃燒室 的氣缸的內(nèi)周流入，使燃料層分布在所述氣缸的中央部，使空氣層分布在所述氣缸的內(nèi)周部。第五個發(fā)明，在第一至第四個發(fā)明中的任何一個發(fā)明中，其特征在于，在從所述進(jìn)氣上止點到所述滯后的正時的期間，所述噴射控制機(jī)構(gòu)分多次使所述燃料噴射閥噴射燃料。第六個發(fā)明，在第一至第四個發(fā)明中的任何一個發(fā)明中，其特征在于，所述氣門控制機(jī)構(gòu)還包括可變氣門機(jī)構(gòu)，所述可變氣門機(jī)構(gòu)能夠相對地改變所述進(jìn)氣門的關(guān)閉正時和所述排氣門的關(guān)閉正時，低負(fù)荷時氣門控制機(jī)構(gòu)，在所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域為低負(fù)荷區(qū)域的情況下，所述低負(fù)荷時氣門控制機(jī)構(gòu)通過所述可變氣門機(jī)構(gòu)將在所述排氣行程中的所述進(jìn)氣門的關(guān)閉正時控制成比所述排氣門關(guān)閉正時早的正時。另外，第七個發(fā)明，在第六個發(fā)明中，其特征在于，所述噴射控制機(jī)構(gòu)還包括低負(fù)荷時噴射控制機(jī)構(gòu)，在所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域為所述低負(fù)荷區(qū)域的情況下，所述低負(fù)荷時噴射控制機(jī)構(gòu)，在從所述提前的正時到所述滯后的正時的期間分多次使所述燃料噴射閥噴射燃料，至少在從所述提前的正時到所述進(jìn)氣上止點的期間噴射第一次的燃料。另外，第八個發(fā)明，在第一至第五個發(fā)明中的任何一個發(fā)明中，其特征在于，所述增壓器是渦輪增壓器，所述直接噴射式內(nèi)燃機(jī)還包括第一排氣門及第二排氣門，所述第一排氣門及第二排氣門構(gòu)成所述排氣門；第一排氣口，通過打開所述第一排氣門，所述第一排氣口與所述燃燒室連通；第二排氣口，通過打開所述第二排氣門，所述第二排氣口與所述燃燒室連通；和所述渦輪增壓器的渦輪，所述渦輪設(shè)置在所述第一排氣口的下游，所述氣門控制機(jī)構(gòu)，在所述排氣行程中，在開閉了所述第一排氣門之后，打開所述進(jìn)氣門和所述第二排氣門，在關(guān)閉了所述第二排氣門之后，在比進(jìn)氣上止點提前的正時，關(guān)閉所述進(jìn)氣門，在進(jìn)氣行程中，在比進(jìn)氣上止點滯后的正時，打開所述進(jìn)氣門。發(fā)明的效果根據(jù)第一個發(fā)明，可以在排氣行程中打開排氣門和進(jìn)氣門。因此，可以通過增壓將新鮮的氣體導(dǎo)入燃燒室，將高溫的殘留氣體掃氣。借此，可以抑制爆震的發(fā)生。另外，根據(jù)第一個發(fā)明，可以在排氣行程中，在打開了排氣門和進(jìn)氣門之后，在比進(jìn)氣上止點提前的正時，關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門。因此，通過活塞的上升，可以壓縮燃燒室內(nèi)的氣流，消除該氣流。進(jìn)而，根據(jù)第一個發(fā)明，可以在比進(jìn)氣上止點滯后的正時，在直到打開進(jìn)氣門為止的期間，向燃燒室內(nèi)噴射燃料。通過在沒有氣流的狀態(tài)下噴射燃料，可以減少循環(huán)間的噴霧狀態(tài)的波動。結(jié)果，可以提高燃燒的穩(wěn)定性。因而，根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制爆震的發(fā)生，并且，提高燃燒的穩(wěn)定性。根據(jù)第二個發(fā)明，可以使燃燒室在比進(jìn)氣上止點提前的正時的體積和比進(jìn)氣上止點滯后的正時的體積相同。通過使上述體積相同，可以防止由于壓縮或膨脹引起的功的損失。根據(jù)第三個發(fā)明，由于通過上述第一及第二個發(fā)明可以提高燃燒的穩(wěn)定性，所以，可以謀求稀空燃比區(qū)域的擴(kuò)大。通過謀求稀空燃比區(qū)域的擴(kuò)大，可以實現(xiàn)油耗性能的改善及NOx的減少。根據(jù)第四個發(fā)明，形成使燃料層分布在氣缸的中央部、使空氣層分布在氣缸的內(nèi)·周部的層狀燃料分布。另外，由于借助第一個發(fā)明的效果，噴霧的分布變動小，所以，可以形成在火花塞附近的變動小的穩(wěn)定的混合氣。因而，根據(jù)本發(fā)明，可以提高燃燒的穩(wěn)定性，可以謀求稀空燃比區(qū)域的擴(kuò)大。根據(jù)第五個發(fā)明，在從進(jìn)氣上止點到滯后的正時的期間，可以分多次使所述燃料噴射閥噴射燃料。由于各次的燃料噴射在燃燒室內(nèi)的溫度、壓力不同的正時進(jìn)行，噴霧的貫穿力不同，所以，可以控制混合氣形成位置。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以生成均勻的混合氣，降低由于混合氣的不均勻而生成的NOx。根據(jù)第六個發(fā)明，在運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域是低負(fù)荷區(qū)域的情況下，可以將排氣行程中的進(jìn)氣門的關(guān)閉正時控制成比排氣門的關(guān)閉正時早的正時。因此，在不容易發(fā)生爆震的低負(fù)荷區(qū)域，可以加入多的不活潑的殘留氣體。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以減少NOx。根據(jù)第七個發(fā)明，在運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域是低負(fù)荷區(qū)域的情況下，分多次噴射燃料，在從比進(jìn)氣上止點提前的正時到進(jìn)氣上止點為止的期間，至少可以進(jìn)行第一次的燃料噴射。因此，第一次的燃料噴射在進(jìn)氣上止點之前的高溫的殘留氣體內(nèi)進(jìn)行，獲得燃料改性的效果。因此，根據(jù)本發(fā)明，在本來溫度低、燃燒不穩(wěn)定的低負(fù)荷區(qū)域，可以進(jìn)一步提高燃燒穩(wěn)定性。根據(jù)第八個發(fā)明，可以在排氣行程中開閉了第一排氣門之后，打開進(jìn)氣門和第二排氣門，在關(guān)閉了第二排氣門之后，在比進(jìn)氣上止點提前的正時關(guān)閉進(jìn)氣門。燃燒室內(nèi)的未燃燒HC，在被吹出到進(jìn)氣口 42中之后，再次被吹回到燃燒室20內(nèi)。因此，可以再次使未燃燒的HC燃燒。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)排放性能的改善和油耗性能的改善。


圖I是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實施方式I的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖示。圖2是表示氣缸內(nèi)燃料量對燃燒的靈敏度的圖示。圖3是用于對進(jìn)氣流在循環(huán)間波動進(jìn)行說明的圖示。圖4是用于對本發(fā)明的實施方式1，說明在排氣行程和進(jìn)氣行程的進(jìn)氣門44及排氣門48的開閉正時和燃料噴射正時的圖示。圖5是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實施方式2的系統(tǒng)的進(jìn)氣口 42周邊的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖6是用于對本發(fā)明的實施方式3，說明在排氣行程和進(jìn)氣行程中的進(jìn)氣門44及排氣門48的開閉正時和燃料噴射正時的圖示。圖7是用于對本發(fā)明的實施方式5，說明在排氣行程和進(jìn)氣行程中的進(jìn)氣門44及排氣門48的開閉正時和燃料噴射正時的圖示。圖8是用于對本發(fā)明的實施方式6的系統(tǒng)所具有的增壓器34、進(jìn)氣門44、排氣門48進(jìn)行說明的圖示。圖9是用于對本發(fā)明的實施方式6，說明在排氣行程和進(jìn)氣行程中的進(jìn)氣門44及排氣門48的開閉正時和燃料噴射正時的圖示。
具體實施例方式下面，參照附圖，對于本發(fā)明的實施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。另外，在各個圖中，對于共同的部件，賦予相同的附圖標(biāo)記，省略其說明。實施方式I.[實施方式I的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)]圖I是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實施方式I的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖示。圖I所示的系統(tǒng)配備有作為四沖程發(fā)動機(jī)的直接噴射式的內(nèi)燃機(jī)10。另外，內(nèi)燃機(jī)10是稀燃發(fā)動機(jī)。內(nèi)燃機(jī)10具有圖中未示出的多個氣缸12。在氣缸12內(nèi)設(shè)置有在其內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動的活塞14?；钊?4的往復(fù)運(yùn)動被變換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在曲軸的附近設(shè)置有用于檢測曲軸的旋轉(zhuǎn)角(曲柄角)的曲柄角傳感器16。內(nèi)燃機(jī)10配備有氣缸蓋18。在氣缸蓋18的下表面、氣缸12的內(nèi)壁(氣缸套19)和活塞14的頂面之間形成燃燒室20。進(jìn)氣通路22及排氣通路24與燃燒室20連接。在氣缸蓋18上設(shè)置有用于朝向燃燒室20的中央部直接噴射燃料的燃料噴射閥26。在氣缸蓋18上，在燃燒室20上表面的中央部設(shè)置有火花塞28。在進(jìn)氣通路22中設(shè)置有空氣濾清器30。在空氣濾清器30的下游設(shè)置有用于檢測吸入空氣量的空氣流量計32。在空氣流量計32的下游設(shè)置有用于進(jìn)行增壓的增壓器34。增壓器34通過電動或者利用前述曲軸的旋轉(zhuǎn)而驅(qū)動以進(jìn)行增壓。另外，增壓器34是具有借助排氣的能量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的渦輪和被該渦輪驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)的渦輪增壓器，也可以利用該壓縮機(jī)進(jìn)行增壓。在增壓器34的下游，設(shè)置中間冷卻器36。在中間冷卻器36的下游，設(shè)置電子控制式的節(jié)氣門38。在節(jié)氣門38的附近，設(shè)置用于檢測節(jié)氣門開度的節(jié)氣門開度傳感器40。在節(jié)氣門38的下游，與燃燒室20連接的進(jìn)氣口 42形成在氣缸蓋18內(nèi)。進(jìn)氣通路22是包含進(jìn)氣口 42的概念。在進(jìn)氣通路22的下游端設(shè)置有對進(jìn)氣口 42和燃燒室20之間進(jìn)行開閉的進(jìn)氣門44。另外，在排氣通路24的上游端，設(shè)置有對燃燒室20和排氣口 46之間進(jìn)行開閉的排氣門48。排氣口 46形成在氣缸蓋18內(nèi)。排氣通路24是包含排氣口 46的概念。本實施方式的系統(tǒng)配備有EQXElectronic Control Unit :電子控制裝置)50。在E⑶50的輸入部，連接有前述曲柄角傳感器16、空氣流量計32、節(jié)氣門開度傳感器40等各種傳感器。另外，在ECU50的輸出部，連接有前述燃料噴射閥26、火花塞28、節(jié)氣門38等各種促動器。ECU50根據(jù)來自于各種傳感器的輸入信息執(zhí)行規(guī)定的程序，使各種促動器動作，借此，控制內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。[實施方式I的特征結(jié)構(gòu)]其次，利用圖2 圖4說明本實施方式的系統(tǒng)的特征結(jié)構(gòu)。圖2是表示氣缸內(nèi)燃料量對燃燒的靈敏度的圖示。如圖I所示，在稀燃燒時(例如，空燃比20.0)，與化學(xué)計量的空氣量時(例如，空燃比14. 5)相比，氣缸內(nèi)燃料量對燃燒的靈敏度高。在稀燃燒時，由于在燃燒界限附近運(yùn)轉(zhuǎn)，所以，為了謀求稀空燃比界限的擴(kuò)大，要求使燃燒穩(wěn)定。圖3是用于對進(jìn)氣流在循環(huán)間波動進(jìn)行說明的圖示。如圖3所示，在循環(huán)間，氣缸12內(nèi)的進(jìn)氣流波動。噴射到流入氣缸12內(nèi)的進(jìn)氣中的燃料噴霧受到進(jìn)氣流的影響。因此，附著到氣缸12的內(nèi)壁等上的燃料量在各循環(huán)中波動。另外，在循環(huán)間燃料噴霧變得不 均勻，其分布波動。其結(jié)果是，在循環(huán)間，燃燒波動，變得不穩(wěn)定。進(jìn)而，在像內(nèi)燃機(jī)10這樣的直接噴射式的稀燃發(fā)動機(jī)中，當(dāng)燃燒變得不穩(wěn)定時，妨礙稀空燃比界限的擴(kuò)大。因此，在本實施方式的系統(tǒng)中，消除了由于進(jìn)氣流的循環(huán)間波動引起的附著在氣缸12的內(nèi)壁等上的燃料量的波動及分布的波動，提高了燃燒的穩(wěn)定性。下面，利用圖4說明本實施方式的具體的特征結(jié)構(gòu)。圖4是用于對本發(fā)明的實施方式1，說明排氣行程及進(jìn)氣行程中的進(jìn)氣門44及排氣門48的開閉正時和燃料噴射正時的圖示。(進(jìn)氣門44及排氣門48的開閉正時)在本實施方式的系統(tǒng)中，如圖4所示，在排氣下止點附近的正時CAlO，排氣門48被打開。在CAlO之后的CAll，進(jìn)氣門44被打開。在比CAll之后的進(jìn)氣上止點(排氣上止點)提前的正時CA12，排氣門48和進(jìn)氣門44 一起被關(guān)閉。進(jìn)而，在比進(jìn)氣上止點滯后的正時CA13，進(jìn)氣門44被打開。另外，CA12和CA13被設(shè)定成各自曲柄角處的燃燒室20的體積相同。通過使體積相同，可以防止由壓縮或膨脹弓丨起的功的損失。在本實施方式的系統(tǒng)中，設(shè)置有用于在上述各個正時分別開閉進(jìn)氣門44、排氣門48的氣門機(jī)構(gòu)60、62 (圖I)。進(jìn)氣側(cè)的氣門機(jī)構(gòu)60，除了通常的凸輪之外，還配備有具有兩個上升部的凸輪，所述兩個上升部用于在排氣行程和進(jìn)氣行程中兩次打開進(jìn)氣門44。氣門機(jī)構(gòu)60被連接到E⑶50的輸出部，可以根據(jù)來自于E⑶50的控制信號切換通常的凸輪和具有兩個上升部的凸輪。另外，排氣側(cè)的氣門機(jī)構(gòu)62被連接到ECU50的輸出部，可以根據(jù)來自于ECU50的控制信號改變排氣門48的氣門開閉正時。ECU50例如在高負(fù)荷區(qū)域?qū)⒂糜趯崿F(xiàn)圖4所示的氣門開閉正時的控制信號輸出給氣門機(jī)構(gòu)60、62。另外，運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷決定。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速可以根據(jù)曲柄角傳感器的檢測值計算出來。負(fù)荷例如可以根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度計算出來。[燃料噴射正時]另外，在本實施方式的系統(tǒng)中，在從進(jìn)氣上止點到打開進(jìn)氣門44的正時CA13的期間，向燃燒室20內(nèi)噴射燃料。詳細(xì)地說，在進(jìn)氣上止點之后開始燃料噴射，在即將到達(dá)CA13之前，燃料噴射完畢。ECU50向燃料噴射控制閥26輸出控制信號，以使得在即將到達(dá)CA13之前燃料噴射完畢。(作用、效果)
根據(jù)上述本實施方式的系統(tǒng)，在排氣行程中，在從CAll到CA12的期間，通過打開排氣門48和進(jìn)氣門44，可以將新鮮氣體增壓并導(dǎo)入燃燒室20，將高溫的殘留氣體掃氣。從而，可以抑制爆震的發(fā)生。另外，在CA12，在從關(guān)閉排氣門48和進(jìn)氣門44到進(jìn)氣上止點的期間，通過由活塞14進(jìn)行的壓縮，燃燒室20的體積縮小。從而，可以將燃燒室20內(nèi)的氣流壓縮，消除該氣流。并且，以打開進(jìn)氣門44的正時CA13之前的沒有氣流的狀態(tài)噴射燃料。從而，可以減少循環(huán)間的噴霧形狀的波動。因此，可以實現(xiàn)附著在氣缸12的內(nèi)壁等上的燃料量的波動的減小和噴霧的分布波動的減小。另外，根據(jù)本實施方式的系統(tǒng)，在從進(jìn)氣上止點到打開進(jìn)氣門44的正時CA13的期間噴射燃料。通過在氣缸內(nèi)壓力和溫度高的正時進(jìn)行燃料噴射，可以謀求降低噴霧的貫穿力和促進(jìn)氣化。從而，可以減少作為氣缸內(nèi)燃料量的波動的主要原因的燃料向氣缸12的內(nèi) 壁等上的附著。并且，通過使燃料噴射完畢的正時在即將到達(dá)打開進(jìn)氣門44的正時CA13之前，可以適當(dāng)?shù)匾种圃诟哓?fù)荷區(qū)域的爆震的發(fā)生。這樣，根據(jù)本實施方式的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)燃料向氣缸12的內(nèi)壁等上的附著量的降低、燃料附著量的波動的降低，以及噴霧的分布波動的降低。因此，可以提高燃燒的穩(wěn)定性，可以謀求擴(kuò)大稀空燃比區(qū)域。通過謀求稀空燃比區(qū)域的擴(kuò)大，可以實現(xiàn)油耗性能的改善和NOx的減少。不過，雖然在上述實施方式I的系統(tǒng)中，在高負(fù)荷區(qū)域，E⑶50輸出用于實現(xiàn)圖4所示的氣門正時的控制信號，但是，輸出該控制信號的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域并不局限于高負(fù)荷區(qū)域。該運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域也可以是高負(fù)荷區(qū)域之外的區(qū)域。另外，在上述實施方式I中，增壓器34分別相當(dāng)于前述第一個發(fā)明中的“增壓器”，前述燃料噴射閥26相當(dāng)于前述第一個發(fā)明中的“燃料噴射閥”，氣門機(jī)構(gòu)60、62及ECU50相當(dāng)于前述第一個發(fā)明中的“氣門控制機(jī)構(gòu)”，ECU50相當(dāng)于前述第一個發(fā)明中的“噴射控制機(jī)構(gòu)”，內(nèi)燃機(jī)10相當(dāng)于前述第三個發(fā)明中的“稀燃發(fā)動機(jī)”。另外，這里，CA12對應(yīng)于前述第一或第二個發(fā)明中的“提前的正時”，CA13對應(yīng)于前述第一或第二個發(fā)明中的“滯后的正時”。實施方式2.其次，參照圖5對本發(fā)明的實施方式2進(jìn)行說明。本實施方式的系統(tǒng)，除了配備有在圖5中說明的結(jié)構(gòu)這一點之外，和實施方式I中所述的結(jié)構(gòu)一樣。[實施方式2的特征結(jié)構(gòu)]圖5是用于說明本實施方式的系統(tǒng)中的進(jìn)氣口 42周邊的結(jié)構(gòu)的俯視圖。如圖5所示，進(jìn)氣門44由兩個進(jìn)氣門44a、44b構(gòu)成。進(jìn)氣口 42由進(jìn)氣口 42a和進(jìn)氣口 42b構(gòu)成，所述進(jìn)氣口 42a通過打開進(jìn)氣門44a而與燃燒室20連通，進(jìn)氣口 42b通過打開進(jìn)氣門44b而與燃燒室20連通。在本實施方式的進(jìn)氣口 42a中，沿縱向設(shè)置有間隔壁，進(jìn)氣口 42a被劃分成兩個通路42al、42a2。通過通路42al的進(jìn)氣沿著氣缸12的內(nèi)周面流入。另一方面，通過通路42a2的進(jìn)氣流入氣缸12的中央部。在通路42a2中設(shè)置用于開閉通路42a2的進(jìn)氣控制閥64。進(jìn)氣控制閥64與E⑶50的輸出側(cè)連接。另外，本實施方式的系統(tǒng)中的氣門傳動機(jī)構(gòu)60是可以對凸輪的旋轉(zhuǎn)力被傳遞給進(jìn)氣門44a及44b的狀態(tài)和將該凸輪的旋轉(zhuǎn)力只傳遞給進(jìn)氣門44a的狀態(tài)進(jìn)行切換的可變氣門機(jī)構(gòu)。ECU50例如在運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域是高負(fù)荷區(qū)域以外的情況下，將用于形成將凸輪的旋轉(zhuǎn)力只傳遞給進(jìn)氣門44a的狀態(tài)的控制信號輸出給氣門機(jī)構(gòu)60。其結(jié)果是，在進(jìn)氣門44b被關(guān)閉了的狀態(tài)下，進(jìn)氣門44a被開閉。此外，E⑶50向進(jìn)氣控制閥64輸出用于封閉通路42a2的控制信號。其結(jié)果是，借助進(jìn)氣控制閥64封閉通路42a2。通過封閉通路42a2，進(jìn)氣不流入氣缸12的中央部，而通過通路42al流入氣缸12的內(nèi)周部。其結(jié)果是，形成沿著氣缸12的內(nèi)周面(內(nèi)壁)的渦流。根據(jù)上述本實施方式的系統(tǒng)，形成使燃料層分布在氣缸12的中心部、空氣層分布在氣缸12的內(nèi)周部的層狀燃料分布。另外，和實施方式I 一樣，由于噴霧的分布波動小，所以，形成在火花塞28附近波動小的穩(wěn)定的混合氣。因此，可以提高燃燒的穩(wěn)定性，可以謀求稀空燃比區(qū)域的擴(kuò)大。 另外，在上述實施方式2中，火花塞28相當(dāng)于前述第四個發(fā)明中的“火花塞”，進(jìn)氣口 42、進(jìn)氣門44、氣門機(jī)構(gòu)60、進(jìn)氣控制閥64及ECU50相當(dāng)于前述第四個發(fā)明中的“層狀燃料分布形成機(jī)構(gòu)”。
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實施方式3.其次，參照圖6對本發(fā)明的實施方式3進(jìn)行說明。本實施方式的系統(tǒng)，除了具有在圖6中說明的結(jié)構(gòu)之外，與實施方式I中所述的結(jié)構(gòu)一樣。[實施方式3的特征結(jié)構(gòu)]圖6是用于對本發(fā)明的實施方式3，說明在排氣行程和進(jìn)氣行程的進(jìn)氣門44及排氣門48的開閉正時和燃料噴射正時的圖不。圖6所不的結(jié)構(gòu)，除了燃料噴射正時不同之外，與圖4所示的結(jié)構(gòu)一樣。因此，對于在排氣行程及進(jìn)氣行程中的進(jìn)氣門44及排氣門48的開閉正時賦予相同的附圖標(biāo)記，省略或者簡化其說明。在本實施方式的系統(tǒng)中，如圖6所不，在從進(jìn)氣上止點到打開進(jìn)氣門44的正時CA13的期間，分兩次向燃燒室20內(nèi)噴射燃料。首先，ECU50根據(jù)預(yù)先存儲在ECU50中的設(shè)定表等計算出對應(yīng)于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的當(dāng)前循環(huán)的總?cè)剂蠂娚淞?。其次，ECU50按照規(guī)定的燃料噴射比例分兩次噴射總?cè)剂蠂娚淞?。具體地說，ECU50向燃料噴射閥26輸出控制信號，以在即將到達(dá)CA13之前完成兩次燃料噴射。上述規(guī)定的燃料噴射比例根據(jù)實驗或者模擬被預(yù)先確定，并存儲在ECU50中。第一次及第二次的燃料噴射分別在燃燒室20內(nèi)的溫度、壓力不同的正時進(jìn)行。即，第一次的燃料噴射與第二次的燃料噴射相比，在高溫、高壓的燃燒室20內(nèi)進(jìn)行。因此，第一次的燃料噴射與第二次的燃料噴射相比，噴霧的貫穿力變低。利用噴霧貫穿力的不同，可以控制混合氣形成位置。另外，通過借助第一次的燃料噴射使燃料的一部分變成燃燒狀態(tài)，可以提高由第二次的燃料噴射引起的燃燒的穩(wěn)定性。特別是在低負(fù)荷區(qū)域，這是合適的。另外，ECU50在低負(fù)荷區(qū)域或高旋轉(zhuǎn)區(qū)域可以將第一次的燃料噴射比例設(shè)定成比規(guī)定值(例如，第二次的燃料噴射比例)高。在低負(fù)荷區(qū)域，可以將更多的燃料噴射到高溫、高壓的氣缸內(nèi)，可以提高燃燒的穩(wěn)定性。另外，在高旋轉(zhuǎn)區(qū)域，可以確保更長的氣化時間，可以提聞燃燒的穩(wěn)定性。這樣，根據(jù)本實施方式的系統(tǒng)，通過控制混合氣形成位置，可以生成均勻的混合氣。其結(jié)果是，可以降低由于混合氣的不均勻的原因而產(chǎn)生的NOx，可以實現(xiàn)良好的排放性倉泛。不過，在上述實施方式3的系統(tǒng)中，也可以兼用在實施方式2中所述的圖5所示的結(jié)構(gòu)。另外，關(guān)于這一點，在下面的實施方式中也一樣。另外，在上述實施方式3中，E⑶50相當(dāng)于前述第五個發(fā)明中的“噴射控制機(jī)構(gòu)”。實施方式4.其次，對本發(fā)明的實施方式4進(jìn)行說明。本實施方式的系統(tǒng)，除了在排氣行程中的排氣門48及進(jìn)氣門44的開閉正時根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域的不同而異之外，與實施方式I中所述的
結(jié)構(gòu)一樣。[實施方式4的特征結(jié)構(gòu)] 在上述實施方式I的系統(tǒng)中，如圖4所示，在比進(jìn)氣上止點提前的正時CA12，排氣門48和進(jìn)氣門44被同時關(guān)閉，與此相對，在實施方式4的系統(tǒng)中，在運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域是低負(fù)荷區(qū)域的情況下，在排氣行程中，進(jìn)氣門44比排氣門48先關(guān)閉。另外，在高負(fù)荷區(qū)域的情況下，在排氣行程中，進(jìn)氣門44比排氣門48后關(guān)閉。這樣的氣門控制，例如，可以通過下述方式實現(xiàn)氣門機(jī)構(gòu)60配備有將在排氣行程中的進(jìn)氣門44的關(guān)閉正時設(shè)定成比CA12提前的正時的低負(fù)荷區(qū)域用的凸輪、以及將排氣行程中的進(jìn)氣門44的關(guān)閉正時設(shè)定成比CA 12滯后的正時的高負(fù)荷區(qū)域用的凸輪，ECU50向氣門機(jī)構(gòu)60輸出根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域切換凸輪的控制信號。另外，也可以下述方式實現(xiàn)ECU50向排氣側(cè)的氣門機(jī)構(gòu)62輸出使排氣門48的氣門正時改變的控制信號。這樣，根據(jù)本實施方式的系統(tǒng)，除了在實施方式I中所述的效果之外，還可以在難以發(fā)生爆震的低負(fù)荷區(qū)域，多引入不活潑的殘留氣體。其結(jié)果是，可以謀求NOx的減少。另一方面，在高負(fù)荷區(qū)域中，可以進(jìn)行充分的掃氣，很好地抑制爆震。另外，在上述實施方式4中，氣門機(jī)構(gòu)60、62相當(dāng)于前述第六個發(fā)明中的“可變氣門機(jī)構(gòu)”，ECU50相當(dāng)于前述第六個發(fā)明中的“低負(fù)荷時氣門控制機(jī)構(gòu)”。實施方式5.其次，參照圖7對本發(fā)明的實施方式5進(jìn)行說明。本實施方式的系統(tǒng)除了燃料噴射正時不同這一點之外，與實施方式4所述的結(jié)構(gòu)一樣。[實施方式5的特征結(jié)構(gòu)]圖7是用于對本發(fā)明的實施方式5，說明在排氣行程和進(jìn)氣行程中的進(jìn)氣門44及排氣門48的開閉正時和燃料噴射正時的圖示。圖7所示的氣門開閉正時表示在實施方式4中描述的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域是低負(fù)荷區(qū)域的情況。即，進(jìn)氣門44在排氣行程中比排氣門48先關(guān)閉。進(jìn)而，在本實施方式的系統(tǒng)中，在運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域是低負(fù)荷區(qū)域的情況下，分兩次向燃燒室20內(nèi)噴射燃料。具體地說，在排氣行程中從進(jìn)氣門44和排氣門48關(guān)閉到進(jìn)氣上止點的期間，進(jìn)行第一次的燃料噴射。從進(jìn)氣上止點到打開進(jìn)氣門44的正時CA13的期間，進(jìn)行第二次的燃料噴射。這樣，根據(jù)本實施方式的系統(tǒng)，如在實施方式4中所描述的那樣，在不容易發(fā)生爆震的低負(fù)荷區(qū)域，可以多引入不活潑的殘留氣體。進(jìn)而，由于第一次的燃料噴射在進(jìn)氣上止點之前進(jìn)行，所以，燃料被噴射到高溫的殘留氣體內(nèi)，獲得燃料改性效果。因此，在本來溫度低、燃燒不穩(wěn)定的低負(fù)荷下，獲得更穩(wěn)定的燃燒。另外，在上述實施方式5中，ECU50相當(dāng)于前述第七個發(fā)明中的“低負(fù)荷時噴射控制機(jī)構(gòu)”。實施方式6.其次，參照圖8和圖9，對本發(fā)明的實施方式6進(jìn)行說明。本實施方式的系統(tǒng)以圖I所示的結(jié)構(gòu)作為基本結(jié)構(gòu)，通過配備有圖8、圖9中說明的特征結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。[實施方式6的特征結(jié)構(gòu)]圖8是用于對本發(fā)明的實施方式6的系統(tǒng)所具有的增壓器34、進(jìn)氣門44、排氣門48進(jìn)行說明的圖示。本實施方式的系統(tǒng)中的增壓器34是利用排氣的能量進(jìn)行增壓的渦輪增壓器。該渦輪增壓器具有利用排氣的能量旋轉(zhuǎn)的渦輪34a和被該渦輪34a驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)34b。如圖8所示，進(jìn)氣門44由兩個進(jìn)氣門44a、44b構(gòu)成。進(jìn)氣口 42由通過打開進(jìn)氣 門44a而與燃燒室20連通的進(jìn)氣口 42a和通過打開進(jìn)氣門44b而與燃燒室20連通的進(jìn)氣口 42b構(gòu)成。排氣門48由兩個排氣門48a、48b構(gòu)成。排氣口 46由通過打開排氣門48a而與燃燒室20連通的排氣口 46a和通過打開排氣門48b而與燃燒室20連通的排氣口 46b構(gòu)成。在排氣口 46a下游的排氣通路24上設(shè)置渦輪34a。在進(jìn)氣口 42a、42b上游的進(jìn)氣通路22上設(shè)置共同的壓縮機(jī)34b。下面，在不用區(qū)別進(jìn)氣口 42a、42b的情況下，簡單地稱之為進(jìn)氣口 42。圖9是用于對本發(fā)明的實施方式6，說明在排氣行程和進(jìn)氣行程中的進(jìn)氣門44及排氣門48的開閉正時和燃料噴射正時的圖示。(進(jìn)氣門44及排氣門48的開閉正時)在本實施方式的系統(tǒng)中，如圖9所示，在排氣下止點附近的正時CA20，排氣門48a被打開。在CA20之后的CA21，排氣門48a被關(guān)閉。另外，在CA21，排氣門48b和進(jìn)氣門44被打開。在CA21之后的CA22，在排氣門48b被關(guān)閉之后，在比進(jìn)氣上止點提前的正時CA23，進(jìn)氣門44被關(guān)閉。進(jìn)而，在比進(jìn)氣上止點滯后的正時CA24，進(jìn)氣門44被打開。另外，CA23和CA24被設(shè)定成在各自的曲柄角處的燃燒室20的體積相同。通過使體積相同，可以防止由壓縮、膨脹引起的功的損失。(燃料噴射正時)另外，在本實施方式的系統(tǒng)中，在從進(jìn)氣上止點到打開進(jìn)氣門44的正時CA24的期間，向氣缸12內(nèi)噴射燃料。詳細(xì)地說，在進(jìn)氣上止點之后開始燃料噴射，在即將到達(dá)CA24之前，燃料噴射完畢。ECU50向燃料噴射閥26輸出控制信號，以使得在即將到達(dá)CA24之前燃料噴射完畢。(作用、效果)根據(jù)上述本實施方式的系統(tǒng)，在排氣行程中，在從CA20到CA21的期間，只有排氣門48a被打開。從而，將高溫、高壓的排氣供應(yīng)給渦輪34a。因此，壓縮機(jī)34b可以被恰當(dāng)?shù)仳?qū)動。另外，由于只有渦輪34a側(cè)的排氣門48a被打開，所以，燃燒室20內(nèi)的壓力高，未燃燒HC被保持在活塞14、氣缸套19和活塞環(huán)70的間隙中(圖9)。之后，在CA21，排氣門48a被關(guān)閉，進(jìn)氣門44和排氣門48b被打開。因此，燃燒室20內(nèi)的壓力降低，未燃燒的HC被放出到燃燒室20內(nèi)。未燃燒的HC的一部分也被噴出到進(jìn)氣口 42。另外，排氣門48b在被放出到燃燒室20內(nèi)的未燃燒的HC被完全掃氣之前(CA22)被關(guān)閉。然后，被噴出到進(jìn)氣口 42的未燃燒的HC，在直到進(jìn)氣門44被關(guān)閉(CA23)為止的期間，被再次噴回到燃燒室20內(nèi)。因此，可以使未燃燒的HC再次燃燒。這樣，根據(jù)本實施方式的系統(tǒng)，可以謀求排放性能的改善和油耗性能的改善。另外，和實施方式I 一樣，由于在從進(jìn)氣上止點到進(jìn)氣門44被打開的CA25的期間噴射燃料，所以，獲得和實施方式I同樣的效果。另外，在上述實施方式6中，增壓器34相當(dāng)于前述第八個發(fā)明中的“渦輪增壓器”，排氣門48a相當(dāng)于前述第八個發(fā)明中的“第一排氣門”，排氣門48b相當(dāng)于前述第八個發(fā)明中的“第二排氣門”，排氣口 46a相當(dāng)于前述第八個發(fā)明中的“第一排氣口”，排氣口 46b相 當(dāng)于前述第八個發(fā)明中的“第二排氣口”，渦輪34a相當(dāng)于第八個發(fā)明中的“渦輪”，氣門機(jī)構(gòu)60、62及ECU50相當(dāng)于前述第八個發(fā)明中的“氣門控制機(jī)構(gòu)”。附圖標(biāo)記說明
10 內(nèi)燃機(jī)12 氣缸14 活塞16 曲柄角傳感器18 氣缸蓋19 氣缸套20 燃燒室22 進(jìn)氣通路24 排氣通路26 燃料噴射閥28 火花塞30空氣濾清器32空氣流量計34增壓器34a渦輪34b壓縮機(jī)36中間冷卻器38節(jié)氣門40節(jié)氣門開動傳感器42、42a、42b 進(jìn)氣口42al、42a2 通路44、44a、44b 進(jìn)氣門46 46a、46b 排氣口48、48a、48b 排氣門50ECU (Electronic Control Unit :電子控制裝置)60、62氣門機(jī)構(gòu)64進(jìn)氣控制閥70活塞環(huán)
權(quán)利要求
1.一種直接噴射式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述直接噴射式內(nèi)燃機(jī)包括 增壓器，所述增壓器對流入內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣進(jìn)行增壓； 燃料噴射閥，所述燃料噴射閥向所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)直接噴射燃料； 氣門控制機(jī)構(gòu)，所述氣門控制機(jī)構(gòu)，在排氣行程中，在打開了排氣門和進(jìn)氣門之后，在比進(jìn)氣上止點提前的正時，關(guān)閉所述進(jìn)氣門和所述排氣門，在進(jìn)氣行程中，在比所述進(jìn)氣上止點滯后的正時，打開所述進(jìn)氣門；和 噴射控制機(jī)構(gòu)，在從所述進(jìn)氣上止點到所述滯后的正時的期間，使所述燃料噴射閥噴射燃料。
2.如權(quán)利要求I所述的直接噴射式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述燃燒室在所述提前的正時的體積和在所述滯后的正時的體積相同。
3.如權(quán)利要求I或2所述的直接噴射式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)是稀燃發(fā)動機(jī)。
4.如權(quán)利要求I至3中任何一項所述的直接噴射式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，包括 火花塞，所述火花塞配置在所述燃燒室的上表面的中央部；和 層狀燃料分布形成機(jī)構(gòu)，所述層狀燃料分布形成機(jī)構(gòu)使進(jìn)氣沿著形成所述燃燒室的氣缸的內(nèi)周流入，使燃料層分布在所述氣缸的中央部，使空氣層分布在所述氣缸的內(nèi)周部。
5.如權(quán)利要求I至4中任何一項所述的直接噴射式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，在從所述進(jìn)氣上止點到所述滯后的正時的期間，所述噴射控制機(jī)構(gòu)分多次使所述燃料噴射閥噴射燃料。
6.如權(quán)利要求I至4中任何一項所述的直接噴射式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述氣門控制機(jī)構(gòu)還包括 可變氣門機(jī)構(gòu)，所述可變氣門機(jī)構(gòu)能夠相對地改變所述進(jìn)氣門的關(guān)閉正時和所述排氣門的關(guān)閉正時；和 低負(fù)荷時氣門控制機(jī)構(gòu)，在所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域為低負(fù)荷區(qū)域的情況下，所述低負(fù)荷時氣門控制機(jī)構(gòu)通過所述可變氣門機(jī)構(gòu)將在所述排氣行程中的所述進(jìn)氣門的關(guān)閉正時控制成比所述排氣門的關(guān)閉正時早的正時。
7.如權(quán)利要求6所述的直接噴射式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述噴射控制機(jī)構(gòu)還包括 低負(fù)荷時噴射控制機(jī)構(gòu)，在所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域為所述低負(fù)荷區(qū)域的情況下，所述低負(fù)荷時噴射控制機(jī)構(gòu)，在從所述提前的正時到所述滯后的正時的期間分多次使所述燃料噴射閥噴射燃料，至少在從所述提前的正時到所述進(jìn)氣上止點的期間噴射第一次的燃料。
8.如權(quán)利要求I至5中任何一項所述的直接噴射式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于， 所述增壓器是渦輪增壓器， 所述直接噴射式內(nèi)燃機(jī)還包括 第一排氣門及第二排氣門，所述第一排氣門及第二排氣門構(gòu)成所述排氣門； 第一排氣口，通過打開所述第一排氣門，所述第一排氣口與所述燃燒室連通； 第二排氣口，通過打開所述第二排氣門，所述第二排氣口與所述燃燒室連通；和 所述渦輪增壓器的渦輪，所述渦輪設(shè)置在所述第一排氣口的下游， 所述氣門控制機(jī)構(gòu)，在所述排氣行程中，在開閉了所述第一排氣門之后，打開所述進(jìn)氣門和所述第二排氣門，在關(guān)閉了所述第二排氣門之后，在比進(jìn)氣上止點提前的正時，關(guān)閉所述進(jìn)氣門，在進(jìn)氣行程中，在比進(jìn)氣上止點滯后的正時，打開所述進(jìn)氣門。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種直接噴射式內(nèi)燃機(jī)，所述直接噴射式內(nèi)燃機(jī)可以抑制爆震的發(fā)生，并且，提高燃燒的穩(wěn)定性。本發(fā)明的直接噴射式內(nèi)燃機(jī)包括將流入內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣增壓的增壓器和直接將燃料噴射到前述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)的燃料噴射閥。在排氣行程中，在打開排氣門和進(jìn)氣門之后，在比進(jìn)氣上止點提前的正時關(guān)閉前述進(jìn)氣門和前述排氣門，在進(jìn)氣行程中，在比進(jìn)氣上止點滯后的正時打開前述進(jìn)氣門。在從前述進(jìn)氣上止點到前述滯后的正時的期間，向前述燃料噴射閥噴射燃料。
文檔編號F02D23/00GK102971516SQ20108006779
公開日2013年3月13日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者森幸生 申請人:豐田自動車株式會社