內燃機的控制裝置的制造方法

內燃機的控制裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種內燃機的控制裝置。目的在于，在使用自燃溫度較高的燃料來進行柴油燃燒的內燃機中，抑制燃料發生急劇的自燃。在本發明中，在壓縮行程中進行火花點火的預燃燒。之后，在壓縮行程上止點前執行缸內噴射閥的主噴射。由此，通過主噴射而噴射出的燃料以通過預燃燒而產生的火焰為起點開始燃燒，進而產生燃料的自燃以及擴散燃燒。而且，在本發明中，至少在內燃機的一部分運轉區域，在對預噴射燃料進行火花點火之后且主噴射之前的正時執行中間噴射。而且，通過中間噴射而噴射出的燃料通過火焰傳播而燃燒。
【專利說明】
內燃機的控制裝置
技術領域
[0001] 本發明設及內燃機的控制裝置。
【背景技術】
[0002] 作為對燃燒室內的壓縮空氣直接噴射燃料而使該燃料自燃并擴散燃燒的燃燒方 式的所謂的柴油燃燒，與通過火花點火進行的燃燒相比，其熱效率較高。近年來，為了在汽 油發動機也享有運樣的柴油燃燒的優點，正在開發用于使通過汽油的自燃W及擴散燃燒進 行的燃燒成立的技術。
[0003] 例如在專利文獻1所公開的技術中，首先，通過利用缸內噴射閥在壓縮行程的前一 半進行第1燃料噴射而在燃燒室內整個區域形成大致均質的混合氣。然后，對通過第1燃料 噴射形成的混合氣進行火花點火。之后進行第2燃料噴射而使所噴射出的燃料燃燒，進而， 利用由該燃燒引起的燃燒室內的溫度W及壓力上升而使剩余的燃料自燃。
[0004] 另外，在專利文獻2中公開了 W自燃溫度較高的天然氣等作為燃料來用于實現柴 油燃燒的技術。在該專利文獻2所公開的技術中，首先，在壓縮行程的初期或中期對燃燒室 內的預定的火花點火區域進行燃料噴射，由此形成可火花點火的混合氣。而且，在即將到達 壓縮行程上止點的正時對形成于該火花點火區域的混合氣進行點火，由此進行火花點火燃 燒。由此，燃燒室內成為能夠使天然氣自燃的高溫且高壓的狀態。之后，向高溫高壓狀態的 燃燒室內直接噴射燃料而使該燃料進行柴油燃燒。
[0005] 現有技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1:日本特開2002-276442號公報 [000引專利文獻2:日本特開2003-254105號公報

【發明內容】

[0009] 發明要解決的問題
[0010] 本發明的目的在于，在使用像汽油運樣自燃溫度較高的燃料來進行柴油燃燒的內 燃機中，抑制產生燃料急劇的自燃。
[0011] 用于解決問題的方案
[0012] 本發明的內燃機的燃料噴射閥從燃燒室的中央附近的位置放射狀噴射燃料。在內 燃機中，在壓縮行程中執行燃料噴射閥的預噴射，并且對通過該預噴射而噴射出的燃料 下也有時稱為"預噴射燃料"）進行火花點火。之后，在壓縮行程上止點前開始執行燃料噴射 閥的主噴射。由此，W通過對預噴射燃料進行火花點火而產生的火焰為起點，使通過主噴射 而噴射出的燃料下也有時稱為"主噴射燃料"）開始燃燒，進而產生燃料的自燃W及擴散 燃燒。
[0013] 進而，在本發明中，至少在內燃機的一部分運轉區域，除了執行預噴射W及主噴射 之外，還執行燃料噴射閥的中間噴射。該中間噴射在對預噴射燃料進行的火花點火之后且 主噴射之前的正時進行。而且，通過中間噴射而噴射出的燃料（w下也有時稱為"中間噴射 燃料"）通過火焰傳播而燃燒。此外，本發明的"預噴射"、"主噴射"、"中間噴射"運樣的用語 只不過是為了在一個燃燒循環中區分由燃料噴射閥執行的各個燃料噴射而出于方便的目 的使用的。
[0014] 更詳細而言，本發明的內燃機的控制裝置具備:燃料噴射閥，其從內燃機中的燃燒 室的中央附近的位置放射狀噴射燃料；點火裝置，其相對于所述燃料噴射閥的相對位置被 確定為使得從該燃料噴射閥噴射出的燃料噴霧的一部分通過可點火區域并能夠對該燃料 噴霧直接點火；W及燃燒控制單元，其在壓縮行程中的預噴射正時執行所述燃料噴射閥的 預噴射，并且由所述點火裝置對通過該預噴射形成的燃料噴霧即預噴霧進行點火，進而，在 主噴射正時開始執行所述燃料噴射閥的主噴射，由此產生燃料的自燃并且至少使通過所述 主噴射而噴射出的燃料的一部分擴散燃燒，所述主噴射正時是由所述點火裝置對所述預噴 霧點火之后且壓縮行程上止點前的正時，且所述主噴射正時被設定為使得噴射燃料W通過 對所述預噴霧點火而產生的火焰為起點開始燃燒，至少在內燃機的一部分運轉區域，所述 燃燒控制單元，在一個燃燒循環中除了執行所述預噴射和所述主噴射W外還在中間噴射正 時執行由所述燃料噴射閥噴射比同一個燃燒循環中的所述預噴射的燃料噴射量少的燃料 的中間噴射，并通過下述的火焰傳播使通過該中間噴射而噴射出的燃料燃燒，所述火焰傳 播是W通過對所述預噴霧點火而產生的火焰為起點的火焰傳播，所述中間噴射正時是由所 述點火裝置對所述預噴霧點火之后且所述主噴射正時之前的正時。
[0015] 本發明的燃料噴射閥從燃燒室的中央附近的位置放射狀噴射燃料。而且，在本發 明中，首先，在壓縮行程中的預噴射正時執行預噴射，并且利用點火裝置對由預噴射燃料形 成的預噴霧進行直接點火。由此，可實現所謂的噴霧引導燃燒。W下也有時將運樣的通過對 預噴霧點火而產生的噴霧引導燃燒稱為"預燃燒"。而且，在對預噴霧進行點火的點火正時 之后的主噴射正時開始執行主噴射。此外，主噴射是在壓縮行程上止點前開始執行的噴射， 但也可W使主噴射持續到壓縮行程上止點W后。
[0016] 另外，在本發明中，預噴射正時、點火正時、W及主噴射正時被設定為使得主噴射 燃料W通過預燃燒而產生的火焰為起點開始燃燒。而且，在主噴射燃料開始燃燒后，燃料會 因燃燒室內的溫度W及壓力上升而發生自燃，進而至少主噴射燃料的一部分進行擴散燃 燒。另外，預噴射燃料中的、通過點火裝置的點火而燃燒的燃料是一部分。除了通過由該點 火產生的火焰傳播而燃燒的一部分燃料W外的預噴射燃料在主噴射的執行開始后通過自 燃或擴散燃燒而燃燒。因此，預噴射燃料W及主噴射燃料均貢獻于內燃機的輸出。因此，能 夠實現熱效率高的柴油燃燒。
[0017] 在此，如上所述，預燃燒是通過火焰傳播而進行的燃燒。而且，通過在產生了該火 焰傳播的期間執行主噴射，從而主噴射燃料W該火焰為起點開始燃燒。然而，在燃料噴射閥 的周圍的一部分區域，在因對預噴霧點火而在點火裝置附近產生的火焰通過傳播到達之 前，預噴射燃料發生擴散，從而有時成為空燃比高到燃料難W燃燒的程度的狀態。在成為運 樣的空燃比高的狀態的區域火焰無法傳播。因此，在燃料噴射閥的周圍，局部地產生即使在 預燃燒時也不產生火焰的區域。W下將運樣的區域稱為"火焰未產生區域"。
[0018] 而且，在本發明中，自燃料噴射閥從燃燒室的中央附近的位置放射狀噴射燃料。因 此，在預燃燒時產生了火焰未產生區域的情況下，若通過燃料噴射閥執行主噴射，則也向該 火焰未產生區域供給主噴射燃料。然而，在火焰未產生區域，與存在有通過預燃燒而產生的 火焰的其他區域相比，通過主噴射而供給的燃料(主噴射燃料)難W燃燒。因此，火焰未產生 區域中的開始執行主噴射后的燃料的自燃的產生遲于其他區域中的執行主噴射后的燃料 的自燃的產生。其結果，在火焰未產生區域中產生的燃料的自燃變得急劇。運樣的燃料的急 劇的自燃成為產生爆震、燃燒噪音的產生原因。
[0019] 于是，在本發明中，至少在內燃機的一部分運轉區域，除了執行預噴射W及主噴射 之外，還執行燃料噴射閥的中間噴射。該中間噴射通過在點火裝置對預噴霧點火后且主噴 射正時之前的中間噴射正時，由燃料噴射閥噴射比同一燃燒循環中的預噴射的燃料噴射量 少的量的燃料來執行。另外，中間噴射正時被設定為使得中間噴射燃料通過W通過對預噴 霧點火而產生的火焰為起點的火焰傳播來燃燒的正時。即，中間噴射燃料被提供給預燃燒。
[0020] 通過在中間噴射正時執行中間噴射，從而在主噴射正時之前向如下區域追加供給 燃料（中間噴射燃料），所述區域是在假定沒有執行所述中間噴射的情況下可能成為火焰未 產生區域的區域。由此，該區域中的空燃比降低到燃料能夠燃燒的程度。其結果，通過預燃 燒而產生的火焰能夠傳播到該區域。因此，在該區域也產生火焰。即，中間噴射燃料通過火 焰傳播而燃燒，由此，可在主燃料噴射開始執行的時刻的燃料噴射閥的周圍擴大火焰所存 在的區域。
[0021] 運樣，通過執行中間噴射，可抑制火焰未產生區域的產生。另外，中間噴射燃料量 少于同一燃燒循環中的預噴射燃料量。因此，即使在執行了中間噴射的情況下，也能夠盡量 地抑制在主噴射正時之前產生燃料的自燃。
[0022] 根據W上內容，采用本發明，能夠抑制燃料發生急劇的自燃。其結果，能夠抑制爆 震、燃燒噪音的產生。
[0023] 在此，存在如下傾向：內燃機的內燃機負載越高，則汽缸內的壓力W及溫度越高。 因此，在預燃燒時產生了火焰未產生區域的情況下，內燃機的內燃機負載越高，則在執行了 主噴射時越容易產生燃料的急劇的自燃。于是，在本發明中，也可W將執行中間噴射的運一 部分的運轉區域設為內燃機的內燃機負載高于預定負載的運轉區域。而且，也可W是，在內 燃機的內燃機負載為預定負載W下的運轉區域，燃燒控制單元在一個燃燒循環中執行預噴 射W及主噴射，在內燃機的內燃機負載高于預定負載的運轉區域中，燃燒控制單元在一個 燃燒循環中除了執行預噴射W及主噴射之外還執行中間噴射。運樣的話，在內燃機的內燃 機負載較高的運轉區域，能夠在盡量抑制燃料的急劇的自燃的同時實現熱效率高的柴油燃 燒。
[0024] 另外，在本發明中，也可W是，將中間噴射燃料量設為比在執行預噴射的所有運轉 區域中的最少的預噴射燃料量少的量。運樣的話，即使在執行了中間噴射的情況下，也能夠 W更高的概率抑制在主噴射正時之前產生燃料的自燃。
[0025] 另外，在本發明中，也可W是，將中間噴射燃料量設為比下述燃料噴射量的下限值 少的量，該燃料噴射量是基于所述中間噴射正時的汽缸內的空氣量、壓力W及溫度并使用 Livengood-mi積分算式算出的、在所述中間噴射執行后且所述主噴射正時之前會產生燃料 的自燃的燃料噴射量。
[0026] 發明的效果
[0027] 根據本發明，其目的在于，在使用像汽油那樣自燃溫度較高的燃料來進行柴油燃 燒的內燃機中，抑制燃料發生急劇的自燃。
【附圖說明】
[0028] 圖1是表示應用本發明的實施例的內燃機及其進氣系統W及排氣系統的概略結構 的圖。
[0029] 圖2是用于說明被搭載在圖1所示的內燃機的火花塞的配置的圖。
[0030] 圖3是用于說明在本發明的實施例中執行的基本燃燒控制的圖。
[0031] 圖4是表示在進行本發明的實施例的基本燃燒控制時的燃燒室中的熱產生率的推 移的圖。
[0032] 圖5是表示本發明的實施例的基本燃燒控制中的預噴射的、預噴射燃料量和預噴 射燃料的燃燒效率的相關的圖。
[0033] 圖6是表示在本發明的實施例的基本燃燒控制中變更了預噴射燃料量和主噴射燃 料量的比率的情況下的燃燒室內的熱產生率的推移的變化的圖。
[0034] 圖7是表示在執行了本發明的實施例的基本燃燒控制的情況下的汽缸內的燃料和 火焰的情形的圖。
[0035] 圖8是用于說明在本發明的實施例中執行的高負載燃燒控制的圖。
[0036] 圖9是表示執行了本發明的實施例的高負載燃燒控制的情況下的汽缸內的燃料和 火焰的情形的圖。
[0037] 圖10是表示本發明的實施例的燃燒控制所使用的控制映射的圖。
[0038] 圖11是表示本發明的實施例的燃燒控制的控制流程的流程圖。
【具體實施方式】
[0039] W下基于附圖對本發明的具體的實施方式進行說明。本實施例所記載的構成部件 的尺寸、材質、形狀、及其相對配置等只要沒有特別記載，并不意在將發明的技術范圍僅限 定于此。
[0040] 【實施例1】
[0041 ]圖1是表示應用本發明的內燃機及其吸氣排氣系統的概略結構的圖。圖1所示的內 燃機1是具備多個汽缸的4沖程.循環的火花點火式內燃機(汽油發動機）。此外，在圖1中僅 示出了多個汽缸中的1個汽缸。另外，內燃機1構成為在汽缸2內形成滿流。
[0042] 在內燃機1的各汽缸2, W滑動自由的方式內置有活塞3。活塞3借助連桿4與未圖示 的輸出軸（曲軸)連結。另外，汽缸2的內部與進氣口 7 W及排氣口 8連通。汽缸2內的進氣口 7 的開口端由進氣口9進行開閉。汽缸納的排氣口8的開口端由排氣口 10進行開閉。進氣口9 和排氣口 10分別由未圖示的進氣凸輪和排氣凸輪驅動而進行開閉。
[0043] 另外，在各汽缸2設有燃料噴射閥6W及火花塞5。燃料噴射閥6配置于在汽缸2內形 成的燃燒室的中央頂部，向汽缸內直接噴射燃料。火花塞5在汽缸2的燃燒室內對燃料(噴霧 或混合氣)進行點火。
[0044] 在此，基于圖2對汽缸2中的火花塞5的配置進行說明。本實施例的燃料噴射閥6具 有噴孔6a，W能夠如圖2所示那樣放射狀向16個方向噴射燃料。而且，火花塞5相對于燃料噴 射閥6的相對位置被確定為，使得從噴孔6a噴射出的燃料噴霧的至少一個通過火花塞5的可 點火區域即電極間的區域5a，并且能夠通過在區域5a中的電極間產生的火花對該通過的噴 霧直接點火。如此構成的火花塞5和燃料噴射閥6能夠實現噴霧引導燃燒。即，燃料噴射閥6 W及火花塞5與內燃機1的進氣口 9的開閥正時、活塞3的位置無關而能夠在任意正時對通過 區域5a的燃料噴霧進行點火。此外，在本實施例中，火花塞5為了不與進氣口 9W及排氣口 10 的動作發生干設而位于兩個進氣口 7的開口部之間。但是，本發明的點火裝置的位置并不限 于兩個進氣口的開口部之間。另外，在本實施例中，如圖2所示，設為從噴孔6a噴射出的燃料 噴霧中的一個和火花塞5的電極相重疊運樣的結構。然而，火花塞5的可點火區域并不限于 該電極間的區域5曰，也包括該電極附近的區域。因此，從噴孔6a噴射出的燃料噴霧和火花塞 5的電極未必需要重疊。即，火花塞5a未必需要配置在來自噴孔6a的燃料的噴射方向上（噴 霧的中屯、軸上）。從噴孔6a噴射出的燃料噴霧即使偏離火花塞5的電極，只要該燃料噴霧通 過可點火區域，就也能夠實現W在火花塞5的電極間產生的火花為起點的噴霧引導燃燒。 即，在本實施例中，火花塞5相對于燃料噴射閥6的相對位置只要是能夠實現噴霧引導燃燒 的位置即可，火花塞5也可W配置在與來自噴孔6a的燃料的噴射方向上（噴霧的中屯、軸上） 相偏離的位置。
[0045] 在此，返回圖1，進氣口 7與進氣通路70連通。在進氣通路70配置有節氣口71。在節 氣口 71上游的進氣通路70配置有空氣流量計72。另一方面，排氣口 8與排氣通路80連通。在 排氣通路80配置有用于對從內燃機1排出的排氣進行凈化的排氣凈化催化劑81。此外，如后 述那樣，從內燃機1排出的排氣的空燃比是比理想空燃比高的稀空燃比。因此，作為排氣凈 化催化劑81，可W采用能夠進行稀空燃比的排氣中的NOx凈化的選擇還原型的NOx催化劑 和/或能夠捕集排氣中的顆粒狀物質(PM)的過濾器。
[0046] 而且，在內燃機1中一并設有電子控制單元化CU)20。該ECU20是對內燃機1的運轉 狀態、排氣凈化裝置等進行控制的單元。ECU20電連接上述的空氣流量計72、曲軸位置傳感 器21W及加速器位置傳感器22,各傳感器的檢測值被輸入到ECU20。因此，ECU20能夠掌握由 空氣流量計72檢測的吸入空氣量、基于曲軸位置傳感器21的檢測值算出的內燃機旋轉速 度、W及基于加速器位置傳感器22的檢測值算出的內燃機負載等內燃機1的運轉狀態。另 外，ECU20電連接燃料噴射閥6、火花塞5、W及節氣口 71等，該各要素由ECU20控制。
[0047] <基本燃燒控制>
[0048] 基于圖3對在如上述那樣構成的內燃機1中執行的基本的燃燒控制即基本燃燒控 制進行說明。圖3是示意性地表示在從圖的左側向右側行進的時間序列中與在內燃機1中進 行的基本燃燒控制有關的燃料噴射W及點火的流程(參照圖3的(a)的上段）、和與設想由于 該燃料噴射W及點火而在燃燒室產生的燃燒有關的事件的變遷(參照圖3的（a)的下段）的 圖。另外，在圖3的(b)中示出了圖3的(a)所示的燃料噴射即預噴射和主噴射、W及點火的時 間相關。此外，圖3所示的方式終歸是為了說明本實施例的基本燃燒控制而示意性地示出的 方式，不應該將本發明限定于該方式地進行解釋。
[0049] 在本實施例的基本燃燒控制中，在一個燃燒循環中，通過燃料噴射閥6執行預噴射 和主噴射。預噴射是在壓縮行程中執行的燃料噴射。主噴射是在預噴射之后且壓縮行程上 止點（TDC)之前的正時開始執行的燃料噴射。此外，主噴射雖然在TDC之前的正時開始執行， 但可W使其執行持續到TDCW后。而且，如圖3的(b)所示，將預噴射的噴射開始正時下簡 稱為"預噴射正時"）設為化，將主噴射的噴射開始正時下簡稱為"主噴射正時"）設為Tm。 另外，將預噴射正時和主噴射正時的間隔（Tm-Tp)定義為第1噴射間隔Dil。另外，通過預噴 射進行的燃燒作為上述的噴霧引導燃燒被執行。即，通過火花塞5對由通過預噴射噴射出的 燃料下稱為"預噴射燃料"）形成的預噴霧進行點火。將該點火正時如圖3的(b)所示設為 Ts。另外，將從開始執行預噴射到進行點火的間隔(Ts-化)定義為點火間隔化。
[0050] 接著，對本發明的基本燃燒控制的流程進行說明。
[0051] (1)預噴射
[0052] 在基本燃燒控制中，在一個燃燒循環中，首先，在壓縮行程中的預噴射正時化進行 預噴射。此外，預噴射正時化基于與后述的主噴射正時Tm的相關來決定。通過執行預噴射， 如圖2所示，由從燃料噴射閥6噴射出的預噴射燃料形成的預噴霧在燃燒室內通過火花塞5 的可點火區域5a。另外，由于預噴霧的滲透性(penetrat ion)小，因此在燃燒室內不大范圍 地擴散。因此，在剛執行預噴射之后，由預噴射燃料在燃燒室內形成分層混合氣。
[0053] (2)對預噴射燃料的點火
[0054] 然后，在從預噴射正時經過了預定的點火間隔化的點火正時Ts，由火花塞5對預噴 霧進行點火。如上所述，在剛執行預噴射之后，預噴射燃料變得分層。因此，即使該預噴射燃 料量是少量的，火花塞5周圍的局部的空燃比也成為能夠通過該點火而燃燒的空燃比。由于 該點火，預噴射燃料通過火焰傳播而燃燒。即，可進行預噴射燃料的噴霧引導燃燒。換言之， 將點火間隔化設定成能夠進行噴霧引導燃燒下將預噴射燃料的噴霧引導燃燒稱為"預 燃燒"。）。而且，除了由活塞3的壓縮作用引起的壓力上升之外，還進行預燃燒，由此可獲得 燃燒室內的進一步的溫度上升。不過，預噴射燃料中通過該預燃燒而燃燒的燃料是一部分。 即，預噴射燃料的大部分不提供給通過因點火產生的火焰傳播而進行的燃燒，而在該點火 W后也作為"燃剩燃料"存在于燃燒室內。運是因為，對于由預噴射燃料形成的分層混合氣 中的距火花塞5的電極間較遠的部分，由于其空燃比高，因此火焰無法傳播。不過，該燃剩燃 料因預噴射燃料的一部分在燃燒室內燃燒而暴露在高溫氣氛中。因此，可期待燃剩燃料的 至少一部分成為由于不至于燃燒的狀況下的低溫氧化反應而被改性為燃燒性提高了的物 性的狀態。不過，本發明中的預噴射燃料的燃燒剩余是指不提供給通過因點火產生的火焰 傳播而進行燃燒，而在該點火W后也在燃燒室內W未燃的狀態殘留的燃料，并不是必須要 求該燃燒后所殘留的燃料成為呈現特定的物性的狀態。
[0化5] (3)主噴射
[0056]接著，在從預噴射正時經過了預定的第1噴射間隔Dil的壓縮行程上止點前的主噴 射正時Tm(從火花塞5的點火正時Ts經過了Dil-Ds的時間的正時Tm)，開始通過燃料噴射閥6 執行主噴射。此外，在內燃機1中，如后述那樣主噴射燃料提供給自燃或擴散燃燒，貢獻于內 燃機輸出。因此，主噴射正時Tm被設定為通過由內燃機負載等決定的量的主噴射燃料的燃 燒而獲得的內燃機輸出成為大致最大的正時下稱為"適當噴射正時"）。而且，對于主噴 射燃料，由對預噴霧進行點火而產生的火焰成為火種而燃燒。即，主噴射正時Tm被設定為適 當噴射正時，并且將第1噴射間隔Dil設定成W通過對預噴霧進行點火而產生的火焰為起點 開始主噴射燃料的燃燒。通過如此設定主噴射正時Tm和第1噴射間隔Dil，預噴射正時化必 然確定。而且，若主噴射燃料開始燃燒，則燃燒室內的溫度進一步上升。其結果，預噴射燃料 的燃燒剩余和主噴射燃料在該溫度上升的時候自燃，進而運些燃料被提供給擴散燃燒。此 時，在如上述那樣預噴射燃料的燃燒剩余的燃燒性提高了的情況下，能夠期待可進一步促 進主噴射開始執行后的燃料的自燃。
[0057]在此，圖4中示出進行本實施例的基本燃燒控制時的燃燒室內的熱產生率的推移。 此外，在圖4中，示出了與4個不同的控制方式L1~L4相對應的熱產生率的推移。在運些控制 方式L1~L4中，預噴射正時化、預噴射燃料量(即，預噴射的執行期間）、主噴射正時Tm、點火 正時Ts相同，但主噴射燃料量（即，主噴射的執行期間）按每個控制方式而不同。即，主噴射 燃料量成為11〉1^2〉1^3〉1^4。即，在圖4中示出了使預噴射正時化、預噴射燃料量、主噴射正時 Tm、W及點火正時Ts相同時的與主噴射燃料量的增減相應的熱產生率的推移的變化。
[005引在此，在圖4中，在由虛線圈起來的Z1的部分，表示熱產生率的一次峰值。該一次峰 值表示通過預噴射燃料因點火發生燃燒而產生的熱（即，通過預燃燒而產生的熱）。在該熱 產生率的一次峰值出現的正時，主噴射還未進行，在燃燒室內存在有通過對預噴射燃料進 行點火而產生的火焰、和未因該點火發生燃燒的預噴射燃料即燃剩燃料。在此，基于圖5對 預噴射燃料的燃燒剩余進行說明。圖5是針對3個燃燒條件L5~L7分別表示基本燃燒控制下 的預噴射中的、預噴射燃料量和預噴射燃料的燃燒效率下稱為預燃燒效率。）的相關的 圖。具體而言，按照L5、L6、L7的順序，使作為燃燒條件的預噴射正時化和點火正時Ts在兩正 時的間隔即點火間隔Ds恒定的狀態下提前。此外，在圖5中，示出了在不進行主噴射而僅進 行預噴射W及點火的（即，僅噴霧引導燃燒)的情況下的上述相關。
[0059] 預燃燒效率與預噴射燃料的燃剩率具有W下的式1所示的關聯性。即，預燃燒效率 越高，則預噴射燃料的燃剩率越低。
[0060] 預噴射燃料的燃剩率=1-預燃燒效率...（式1)
[0061] 在此，根據圖5,在預噴射燃料量恒定的情況下，若使預噴射正時化W及點火正時 Ts提前（即，若增大第1噴射間隔Dil)，則預燃燒效率降低，因此顯現出燃剩率變高的傾向。 另外，即使在使預噴射燃料量變化的情況下，通過對預噴射正時化W及點火正時Ts的提前 量進行調整，也能夠將預燃燒效率和燃剩率控制為恒定。運樣在本實施例的燃燒控制中，通 過對預噴射燃料量、預噴射正時化W及點火正時Ts的提前量（即，第1噴射間隔Dil)進行調 整，能夠控制預噴射燃料的燃剩率。
[0062] 在此，返回圖4,在熱產生率的一次峰值產生的正時之后且在壓縮行程上止點前的 正時Tm開始執行主噴射。此時，如上所述，主噴射燃料首先W通過預燃燒而產生的火焰為起 點開始燃燒，然后與預噴射燃料的燃燒剩余一起自燃，進而提供給擴散燃燒。其結果，在過 了壓縮行程上止點的正時產生熱產生率的最大峰值即二次峰值。在此，在圖4中，隨著主噴 射燃料量的增加（即，隨著主噴射期間變長），熱產生率的二次峰值的值變大的同時，二次峰 值的產生正時變晚。運意味著隨著主噴射燃料量的增加而主噴射燃料的燃燒期間變長。由 此能夠推測，主噴射燃料W及預噴射燃料的燃燒剩余被提供給擴散燃燒。
[0063] 并且，基于圖6對在本實施例的基本燃燒控制中產生的燃料的自燃進行說明。圖6 表示在本實施例的基本燃燒控制中在一個燃燒循環中的合計噴射量(預噴射燃料量和主噴 射燃料量的合計)保持恒定的狀態下變更了預噴射燃料量和主噴射燃料量的比率的兩個方 式L8、L9各自的、在燃燒室內的熱產生率的推移。另外，L9的方式與L8的方式相比，預噴射燃 料量的比率較高。即，L9的方式與L8的方式相比，預噴射燃料量較多，其結果，預噴射燃料的 燃剩量也較多。在該情況下，如圖6所示，在L9的方式中，與L8的方式相比，壓縮行程上止點 后的熱產生率的二次峰值較大。而且，在L9的方式中，與L8的方式相比，從熱產生率的二次 峰值起的下降速度(二次峰值w后的圖形的傾斜度)較大。推測為運意味著:在主噴射開始 后的預噴射燃料的燃燒剩余W及主噴射燃料的燃燒中，在L9的方式中，與L8的方式相比，更 加促進自燃的燃燒(即，通過自燃而燃燒的燃料的比例較高，通過擴散燃燒而燃燒的燃料的 比例較低）。由此可認為，預噴射燃料的燃燒剩余有助于促進主噴射后的燃料的自燃。另外， 本發明的發明人確認了如下內容:在本實施的基本燃燒控制中，除了預噴射燃料量W外，在 通過調整預噴射正時化和/或點火正時Ts來增多預噴射燃料的燃剩量的情況下，也可促進 主噴射后的燃料的自燃。即，在本實施例的基本燃燒控制中，通過對與預噴射和/或點火有 關的參數進行調整來提高預噴射燃料的燃剩率，能夠在主噴射開始執行后的預噴射燃料的 燃燒剩余和主噴射燃料的燃燒中促進自燃。
[0064] 如W上說明那樣，在本實施例的基本燃燒控制中，在通過預噴射和火花塞5的點火 而進行的噴霧引導燃燒之后執行主噴射，由此產生燃料的自燃W及擴散燃燒。因此，該基本 燃燒控制下的燃燒相當于所謂的柴油燃燒。因此，能夠將燃燒室內的混合氣的空燃比設為 極高的稀空燃比（例如20~70程度）。另外，為了實現運樣的稀空燃比下的燃燒，在本實施例 的燃燒控制中，與W往的汽油發動機的燃燒控制（均質理想配比控制)相比，將節氣口71的 開度設置得較大。因此，能夠減小內燃機1中的累氣損失。而且，通過貢獻于內燃機輸出的燃 燒由自燃W及擴散燃燒進行，也能夠使內燃機1中的冷卻損失小于W往的均質理想配比控 制時的冷卻損失。因此，根據本實施例的基本燃燒控制，能夠達成在W往的汽油發動機的燃 燒控制中無法實現的高的熱效率。
[0065] 此外，預噴射在壓縮行程中的預噴射正時化進行。因此，也認為，若預噴射燃料通 過火花塞5的點火而燃燒，則會發揮作用而妨礙內燃機1的內燃機輸出。然而，在通過對預噴 射燃料的預噴霧進行點火而進行的燃燒中，只要形成作為主噴射燃料的燃燒用的火種的火 焰即可。因此，如上述，在預噴射燃料中，被提供給通過因點火產生的火焰傳播而進行的燃 燒的燃料是其中的一部分。因此，預噴射燃料的噴霧引導燃燒妨礙內燃機輸出的作用小。而 且，不被提供給噴霧引導燃燒的預噴射燃料的燃燒剩余在主噴射后與主噴射燃料一起被提 供給自燃或擴散燃燒，因此貢獻于內燃機輸出。因此，通過增加預噴射燃料量并且使其燃剩 率上升，也能夠應對內燃機負載的上升。
[0066] 另外，如上述，主噴射正時被設定為內燃機1的內燃機輸出成為大致最大的適當噴 射正時。因此，能夠通過增加主噴射燃料量來在某種程度內應對內燃機的負載的上升。然 而，主噴射是在壓縮行程上止點附近的燃燒室內的壓力非常高時進行的，因此，從燃料噴射 閥6噴射出的燃料噴霧的滲透性小。即，通過主噴射而噴射出的燃料噴霧難W大范圍地擴 散。因此，若過度地增加主噴射燃料量，則會變成存在于主噴射燃料的噴霧的周圍的氧即被 提供給主噴射燃料的燃燒的氧的量相對于燃料不足的狀態，其結果，煙的產生量有可能增 加。另外，在本實施例的燃燒控制中，在主噴射后需要產生燃料的自燃，但若主噴射燃料量 變得過多，則也有可能由于該主噴射燃料的汽化潛熱而使燃燒室內的溫度降低，燃燒變得 不穩定。另一方面，在主噴射正時，預噴射燃料的燃燒剩余與主噴射燃料相比在燃燒室內擴 散到更大的范圍。因此，預噴射燃料的燃燒剩余在被提供給自燃或擴散燃燒時成為容易確 保充分的氧的狀態。因此，在通過預噴射燃料的增加及其燃剩率的上升來應對內燃機負載 的上升的情況下，與增加主噴射燃料量的情況相比，能夠抑制煙的產生量。
[0067] <火焰未產生區域>
[0068] 在此，基于圖7對執行了上述那樣的基本燃燒控制的情況下的汽缸內的燃料和火 焰的情形進行說明。在圖7中，時間按照(曰）、化）、山）、（(1)的順序推移。另外，在圖7中，。5口表 示預噴霧。FSm表示通過主噴射而形成的燃料噴霧下也有時稱為"主噴霧"。）。日表示在燃 料噴射后存在于燃料噴射閥6的周圍的燃料(包括燃剩燃料）。化表示由預燃燒產生的火焰。 此外，如圖2所示，從燃料噴射閥6向16個方向噴射燃料，但在圖7中，為了方便起見僅圖示了 8個從燃料噴射閥6噴射出的燃料噴霧。另外，在圖7中，白色空屯、箭頭表示汽缸2內的滿流的 流動方向。
[0069] 在內燃機1中，在預噴射正時執行燃料噴射閥6的預噴射后，如圖7的(b)所示，預噴 霧FSp其中之一通過火花塞5的可點火區域。而且，在由火花塞5對預噴霧FSp進行點火后，預 噴射燃料燃燒，從而在火花塞5附近產生火焰化。該火焰化在燃料噴射閥6的周圍傳播。此 時，在汽缸2內形成有滿流，因此如圖7的山)所示，火焰Fr主要向滿流的流動方向傳播出去。 而且，在產生了該火焰傳播的期間，若在主噴射正時執行燃料噴射閥6的主噴射后，如圖7的 (d)所示，對火焰Fr供給主噴射燃料。由此，W火焰化作為起點開始主噴射燃料的燃燒，然后 產生燃料的自燃W及擴散燃燒。
[0070] 在此，如上所述，在剛執行預噴射之后，預噴射燃料在燃料噴射閥6的周圍變得分 層。然而，從燃料噴射閥6噴射出的預噴射燃料在預噴射后隨著時間的推移逐漸擴散到大的 范圍。因此，在燃料噴射閥6的周圍的一部分區域，預噴射燃料在火焰化通過傳播而到達之 前擴散，從而有時成為空燃比高到燃料難W燃燒的程度的狀態。其結果，如在圖7的（C)中由 虛線圈起來的區域X那樣，有時在燃燒室內局部地產生即使在預燃燒時也不產生火焰的區 域(W下稱為"火焰未產生區域"）。
[0071] 而且，在產生了上述那樣的火焰未產生區域X的情況下，在執行燃料噴射閥6的主 噴射后，如圖7的(d)所示，也向該火焰未產生區域X供給主噴射燃料。如上所述，朝向火焰Fr 噴射出的主噴射燃料W該火焰Fr為起點開始燃燒。然而，在火焰未產生區域X中不存在應該 成為主噴射燃料的燃燒的起點的火焰化。因此，在火焰未產生區域X，與在主噴射正時存在 有火焰Fr的燃燒室內的其他區域相比，所供給的主噴射燃料難W燃燒。但是，若燃燒室內的 溫度W及壓力因向火焰未產生區域XW外的區域供給的主噴射燃料產生燃燒而上升，則向 火焰未產生區域X供給的主噴射燃料也會自燃。然而，在該情況下，火焰未產生區域X中的主 噴射開始執行后的燃料的自燃的產生晚于其他區域中的主噴射執行開始后的燃料的自燃 的產生。即，燃料的自燃延遲期間變長。其結果，在火焰未產生區域X中產生的燃料的自燃變 得比其他區域中的燃料的自燃急劇。運樣的燃料的急劇的自燃成為爆震、燃燒噪音的產生 原因。
[0072] <高負載燃燒控制>
[0073] 尤其是，在內燃機1的內燃機負載高的情況下，存在汽缸2內的壓力W及溫度變高 的傾向。因此，若在預燃燒時產生火焰未產生區域，則在執行了主噴射時容易產生燃料的急 劇的自燃。于是，在本實施例中，在內燃機1的內燃機負載比預定負載高的運轉區域，為了抑 制燃料產生急劇的自燃，替代上述的基本燃燒控制而進行高負載燃燒控制。W下基于圖8對 本實施例的高負載燃燒控制進行說明。圖8是表示在從圖的左側向右側行進的時間序列中 高負載燃燒控制下的各燃料噴射W及點火的時間相關的圖。
[0074] 在高負載燃燒控制中，在一個燃燒循環中除了執行預噴射W及主噴射之外還通過 燃料噴射閥6執行中間噴射。如圖8所示，中間噴射在火花塞5對預噴霧進行點火后且主噴射 正時Tm之前的中間噴射正時Tmid執行。在此，將中間噴射正時Tmid和主噴射正時Tm之間的 間隔（Tm-Tmid)定義為第2噴射間隔Di2。在高負載燃燒控制中，主噴射正時Tm也與基本燃燒 控制同樣地，被設定為適當噴射正時。而且，第2噴射間隔Di2被設定為利用中間噴射而噴射 出的燃料下稱為"中間噴射燃料"）通過如下火焰傳播而燃燒的那樣的期間，所述火焰傳 播是W通過對預噴霧進行點火而產生的火焰Fr為起點的火焰傳播。即，中間噴射燃料被提 供給預燃燒。
[0075] 此外，在高負載燃燒控制中，預噴射正時和點火正時之間的間隔(Ts-化）即點火間 隔化也與基本燃燒控制同樣地，被設定為能夠進行預噴射燃料的噴霧引導燃燒。另外，在高 負載燃燒巧制中，預噴射正時和主噴射正時之間的間隔（Tm-Tp)即第1噴射間隔Dil也與基 本燃燒控制同樣地，被設定為使得主噴射燃料W通過對預噴霧進行點火而產生的火焰為起 點開始燃燒。
[0076] 基于圖9對執行了上述那樣的高負載燃燒控制的情況下的汽缸內的燃料和火焰的 情形進行說明。在圖9中，時間按照(3)、化）、（(3)、（(1)、（6)、（門的順序推移。另外，在圖9中， FSp W及FSm與圖7同樣地，分別表示預噴霧W及主噴霧。而且，FSmid表示通過中間噴射形成 的燃料噴霧下也有時稱為"中間噴霧"。）。另外，EW及Fr與圖7同樣地，分別表示在燃料 噴射后存在于燃料噴射閥6的周圍的燃料W及通過預燃燒而產生的火焰。此外，在圖9中，也 為了方便起見，僅圖示了8個從燃料噴射閥6噴射出的燃料噴霧。另外，在圖9中，白色空屯、箭 頭也表示汽缸2內的滿流的流動方向。
[0077] 圖9的(b)與圖7的（b)同樣地，表示在預噴射正時通過燃料噴射閥6執行了預噴射 時的情形。另外，圖9的（C)與圖7的（C)同樣地，表示通過預噴射燃料燃燒而產生的火焰Fr正 在燃料噴射閥6的周圍傳播的情形。而且，若在產生了該火焰傳播的期間、且在主噴射正時 之前的中間噴射正時通過燃料噴射閥6執行中間噴射，則如圖9的(d)所示，向在假設沒有執 行該中間噴射的情況下可能成為火焰未產生區域的區域公追加供給燃料（中間噴射燃料）。 由此，區域r中的空燃比低于沒有在中間噴射正時執行中間噴射的情況下的區域r中的空 燃比。即，區域r中的空燃比降低到燃料能夠燃燒的程度。其結果，通過預燃燒而產生的火 焰化也能夠傳播到區域r。因此，如圖9的（e)所示，也在區域r產生火焰Fr。即，在開始執行 主燃料噴射的時刻，在燃料噴射閥6的周圍火焰化所存在的區域擴大。
[0078] 運樣，若執行中間噴射，則通過中間噴射燃料被提供給預燃燒，可抑制火焰未產生 區域的產生。因此，如圖9的(f)所示，在假設沒有執行該中間噴射的情況下被供給到火焰未 產生區域的主噴射燃料被供給至火焰化。由此，主噴射燃料在更廣的區域W火焰Fr為起點 開始燃燒。其結果，可抑制產生燃燒室內的一部分區域中的主噴射開始執行后的燃料的自 燃的產生遲于其他區域中的主噴射開始執行后的燃料的自燃的產生運樣的現象。
[0079] 此外，在中間噴射中，只要向在假設沒有執行該中間噴射的情況下可能成為火焰 未產生區域的區域r噴射能夠形成火焰的程度的量的燃料即可。另外，若中間噴射燃料量 過多，則有可能在執行主噴射之前產生燃料的自燃。因此，在本實施例中，如后述那樣，中間 噴射的燃料噴射量被設定為比在執行預噴射的所有運轉區域中最少的預噴射的燃料噴射 量少的量。由此，能夠抑制在主噴射正時之前產生燃料的自燃。
[0080] 因此，根據本實施例的高負載燃燒控制，通過執行中間噴射，能夠抑制燃料產生急 劇的自燃。其結果，能夠抑制爆震、燃燒噪音的產生。
[0081] <燃燒控制映射>
[0082] 在此，基于圖10對在本實施例的燃燒控制中使用的控制映射進行說明。在圖10的 上段(a)中，內燃機1的內燃機負載和預噴射燃料量的相關用線L21表示，該內燃機負載和主 噴射燃料量的相關用線L22表示，該內燃機負載和中間噴射燃料量的相關用線L23表示，該 內燃機負載和負載對應噴射量的相關用線L20表示，所述負載對應噴射量是與該內燃機負 載相對應的燃料噴射量。另外，在圖10所示的控制映射中，運轉區域被劃分為4個運轉區域 R1、R2、R3、R4。而且，各個運轉區域中的內燃機負載的關系為R1<R2<R3<R4。
[0083] 另外，在圖10的（a)中，S1表示與成為運轉區域R1(W下稱為第1負載區域R1)和R2 (W下稱為第2負載區域R2)的分界的內燃機負載相對應的燃料噴射量下稱為第1預定量 S1)。另外，S2(〉S1)表示與成為第2負載區域R2和運轉區域R3(W下稱為第3負載區域R3)的 分界的內燃機負載相對應的燃料噴射量下稱為第2預定量S2)。另外，S3(〉S2)表示與成 為第3負載區域R3和運轉區域R4(W下稱為第4負載區域R4)的分界的內燃機負載相對應的 燃料噴射量（W下稱為第3預定量S3)。而且，在本實施例中，在內燃機1的內燃機負載屬于第 1負載區域R1或第2負載區域R2的情況下，進行上述的基本燃燒控制，在內燃機1的內燃機負 載屬于第3負載區域R3或第4負載區域R4的情況下，進行上述的高負載燃燒控制。即，第3負 載區域R3W及第4負載區域R4被設定為在預燃燒時產生了火焰未產生區域的情況下，在執 行了主噴射時燃料產生急劇的自燃的可能性高的運轉區域。因此，在本實施例中，成為第2 負載區域R2和第3負載區域R3的分界的內燃機負載QeO相當于本發明的"預定負載"。
[0084] 另外，在圖10的下段(b)中，內燃機1的內燃機負載和預噴射正時化的相關用線L31 表示，該內燃機負載和點火正時Ts的相關用線L30表示，該內燃機負載和主噴射正時Tm的相 關用線L32表示，該內燃機負載和中間噴射正時Tmid的相關用線L33表示。而且，線L31和線 L32之間的間隔表示第1噴射間隔Dil，線L31和線L30之間的間隔表示點火間隔Ds，線L33和 線L32之間的間隔表示第2噴射間隔Di2。此外，圖10的（b)的縱軸表示W壓縮行程上止點為 基準的曲軸角(BTDC:Before Top Dead Center:上止點前），其值越大則意味著壓縮行程中 越早的正時。
[0085] 在此，對在第1負載區域R1W及第2負載區域R2用于實現基本燃燒控制的各控制參 數的值進行說明。在第1負載區域R1中，如圖10的(a)所示，預噴射燃料量Sp被設定為最小預 噴射燃料量Spmin。在此，最小預噴射燃料量Spmin是在執行了主噴射時能夠形成成為用于 主噴射燃料開始燃燒的火種的火焰的預噴射燃料量的下限值。在此，若預噴射燃料量Sp變 多，則容易促進通過火花塞5的點火進行的燃燒(即噴霧引導燃燒），因此預噴射燃料中的燃 剩率有可能降低，但通過將預噴射燃料量Sp設為最小預噴射燃料量Spmin,能夠盡量提高其 燃剩率。因此，在第1負載區域R1，通過將預噴射燃料量Sp設為最小預噴射燃料量Spmin，能 夠在確保穩定的燃燒的同時實現高的熱效率。另外，第1負載區域R1的負載對應噴射量較 少，因此，第1負載區域R1被設定為如下運轉區域，該運轉區域是即使通過僅使主噴射燃料 量Sm增加來應對內燃機負載的增加，煙的產生量增加、或因主噴射燃料的汽化潛熱而使燃 燒變得不穩定的可能性也低的運轉區域。因此，如圖10的(a)所示，在第1負載區域R1，通過 僅使主噴射燃料量Sm增加來應對內燃機負載的增加，預噴射燃料量Sp被固定為最小預噴射 燃料量Spmin。
[0086] 另外，為了提高內燃機1的熱效率，主噴射正時Tm被設定為壓縮行程上止點前的適 當噴射正時。而且，在第1負載區域R1，相對于被設定為適當噴射正時的主噴射正時TmW確 保如下第1噴射間隔Dil的方式設定預噴射正時化，所述第1噴射間隔Dil是使得在預噴射燃 料量Sp為最小預噴射燃料量Spmin的情況下成為熱效率合適的狀態的間隔。此外，如上述那 樣，在第1負載區域R1，預噴射燃料量Sp被固定為最小預噴射燃料量Spmin。因此，在第1負載 區域R1，第1噴射間隔Dil也被維持為恒定。因此，如圖10的(b)所示，在第1負載區域R1，在主 噴射燃料量Sm因內燃機負載的增加而增加而隨之使主噴射正時Tm提前了的情況下，也使預 噴射正時化與該主噴射正時化的提前聯動而提前。
[0087] 另外，如圖10的（b)所示，預噴射正時化和點火正時Ts之間的間隔即點火間隔化被 維持為恒定。因此，在第1負載區域R1，在使預噴射正時化與主噴射正時Tm的增加聯動而提 前了的情況下，也使點火正時Ts與該預噴射正時化的提前聯動而提前。
[008引此外，第1負載區域R1，圖10的(a)中用線L20表示的負載對應噴射量SO和主噴射燃 料量Sm的相關按照W下的式2。
[0089] Sm = S〇-SpXa ? ? ?(式2)
[0090] a:預噴射燃料的燃剩率
[0091] 如上所述，在本實施例的基本燃燒控制中，預噴射燃料的燃燒剩余與主噴射燃料 一起通過被提供給自燃或擴散燃燒，從而貢獻于內燃機輸出。因此，若站在貢獻于內燃機輸 出運樣的觀點看，可W說預噴射燃料的燃燒剩余與主噴射燃料等同。于是，預先通過實驗等 求出表示預噴射燃料的燃剩率的系數a,按照考慮了該系數a的上述式2算出主噴射燃料量 Sm，由此能夠決定適當的主噴射燃料量Sm。此外，預噴射燃料的燃剩率根據點火間隔化W及 第1噴射間隔Dil而變化。因此，系數a是基于運些而決定的值。而且，在第1負載區域R1，點火 間隔化W及第1噴射間隔Dil均恒定，因此上述式2中的系數a也為恒定值。另外，在第1負載 區域R1，根據上述的理由，預噴射燃料量Sp被固定為最小預噴射燃料量Spmin,因此，在上述 式2中Sp = Spmin。另外，在相對于預噴射燃料量而言通過火花塞5的點火而燃燒的部分的燃 料量(即通過預燃燒而燃燒的部分的燃料量)非常少的情況下，在控制上，也可W設為系數a =1。
[0092] 另外，第2負載區域R2被設定為如下運轉區域，所述運轉區域是在通過僅使主噴射 燃料量Sm增加來應對內燃機負載的增加的情況下，煙的產生量增加、或因主噴射燃料的汽 化潛熱而使燃燒變得不穩定的可能性高的運轉區域。因此，在第2負載區域R2,通過不僅增 加主噴射燃料量Sm還增加預噴射燃料量Sp，來應對內燃機負載的增加。因此，在第2負載區 域R2,如圖10的(a)所示，內燃機1的內燃機負載越高，貝順噴射燃料量Sp越增加。而且，在第 2負載區域R2，如后述那樣，隨著預噴射燃料量Sp的增加而使預噴射正時化提前。由此，內燃 機1的內燃機負載越高，則預噴射燃料的燃剩量越多。
[0093] 另外，在第2負載區域R2,如圖10的（a)的線L22所示，主噴射燃料量Sm也隨著內燃 機1的內燃機負載變高而增加。此外，在第2負載區域R2中，也與第1負載區域R1同樣地，用線 L20所示的負載對應噴射量SO和主噴射燃料量Sm的相關按照上述式2。另外，如上述，在第2 負載區域R2,隨著內燃機負載的上升，預噴射燃料量Sp增加。因此，如圖10的(a)中的線L22 所示，該第2負載區域R2中的主噴射燃料量Sm的增加比率(主噴射燃料量Sm的增加量相對于 內燃機負載的上升量的比率)小于預噴射燃料量Sp被固定了的第1負載區域R1中的主噴射 燃料量Sm的增加比率。由此，能夠抑制因主噴射燃料量的增加而引起的煙的產生量的增加、 因主噴射燃料的汽化潛熱的增加而引起的不發火的產生。
[0094]另外，在第2負載區域R2,如圖10的(b)所示，W內燃機1的內燃機負載越高則第1噴 射間隔Dil越大的方式使預噴射正時化提前。即，在第2負載區域R2,使預噴射正時化提前與 主噴射正時Tm的提前量聯動而得到的提前量W上，內燃機負載越高則其提前量越大。通過 如此控制預噴射正時化，從而即使預噴射燃料的燃剩量變多，也能夠抑制預噴射燃料的燃 燒剩余和主噴射燃料相重疊的部分的燃料濃度變高。其結果，能夠抑制因運些燃料的重疊 而引起的煙的產生量。
[009引另外，如圖10的(b)所示，在第2負載區域R2中，也與第1負載區域R1同樣地，預噴射 正時化和點火正時Ts之間的間隔即點火間隔Ds被維持為恒定。因此，在隨著內燃機負載的 上升而使預噴射正時化提前了與主噴射正時Tm的提前量聯動而得到的提前量W上的情況 下，使點火正時Ts也提前與預噴射正時化相同程度。
[0096] 接著，對用于在第3負載區域R3W及第4負載區域R4實現高負載燃燒控制的各控制 參數的值進行說明。首先，對運些運轉區域中的、預噴射和主噴射的控制參數進行說明。與 第2負載區域R2同樣地，第3負載區域R3被設定為如下運轉區域，所述運轉區域是在通過僅 使主噴射燃料量Sm增加來應對內燃機負載的增加的情況下，煙的產生量增加、或因主噴射 燃料的汽化潛熱而使燃燒變得不穩定的可能性高的運轉區域。因此，在第3負載區域R3,如 圖10的(a)、（b)所示，針對內燃機負載的變動，預噴射燃料量Sp、主噴射燃料量Sm、預噴射正 時化、主噴射正時時1、點火正時TsW與上述的第2負載區域R2中的傾向同樣的傾向變動。即， 在第3負載區域R3,隨著內燃機負載的上升而使預噴射燃料量SpW及主噴射燃料量Sm增加。 而且，在內燃機1的內燃機負載是第3負載區域R3中的最大內燃機負載時，主噴射燃料量Sm 成為最大主噴射燃料量Smmax。在此，最大主噴射燃料量Smmax是能夠確保穩定的燃燒且能 夠抑制過多的煙的產生的主噴射燃料量的上限值。另外，與第2負載區域R2同樣地，第3負載 區域R3中的主噴射燃料量Sm的增加比率小于第1負載區域R1中的主噴射燃料量Sm的增加比 率。另外，與第2負載區域R2同樣地，在第3負載區域R3，W內燃機負載越高則第1噴射間隔 Dil越大的方式使預噴射正時化提前。另外，通過內燃機負載越高則使點火正時Ts也越提 前，點火間隔化被維持為恒定。
[0097] 另外，第4負載區域R4被設定為如下運轉區域，所述運轉區域是從煙的產生量W及 燃燒穩定性的觀點考慮，難W通過主噴射燃料量Sm的增加來應對內燃機負載的增加的運轉 區域。因此，如圖10的(a)所示，在第4負載區域R4,主噴射燃料量Sm被固定為最大主噴射燃 料量Smmax，通過僅使預噴射燃料量Sp增加來應對內燃機負載的增加。此時，如圖10的(a)中 的線L21所示，第4負載區域R4中的預噴射燃料量Sp的增加比率大于第2負載區域R2W及第3 負載區域R3中的預噴射燃料量Sp的增加比率。
[0098] 此外，在第4負載區域R4,圖10的(a)中用線L21表示的負載對應噴射量SO和預噴射 燃料量Sp的相關按照W下的式3。
[0099] Sp = (S〇-Smmax)/a ? ? ?(式3)
[0100] 此外，a與式2相同，是預噴射燃料的燃剩率。另外，在處于第4負載區域R4的情況 下，如上述那樣，主噴射燃料量Sm被固定為最大主噴射燃料量Smmax。因此，通過按照上述式 3算出預噴射燃料量Sp，能夠決定適當的預噴射燃料量Sp。
[0101] 另外，在第4負載區域R4,如圖10的(b)所示，主噴射正時Tm被固定為與最大主噴射 燃料量Smmax相對應的適當噴射正時。而且，在第4負載區域R4，預噴射燃料量Sp隨著內燃機 負載的增加而增加，因此，會再次擔屯、由預噴射燃料的燃燒剩余和主噴射燃料的干設引起 的煙的產生。于是，在第4負載區域R4,如圖10的(b)所示，根據預噴射燃料量Sp的增加而使 預噴射正時化提前。即，W第1噴射間隔Dil根據內燃機負載的增加而擴大的方式設定預噴 射正時化。此時，在第4負載區域R4中的預噴射燃料量Sp的增加比率大于第2負載區域R2W 及第3負載區域R3中的預噴射燃料量Sp的增加比率，因此第4負載區域R4中的預噴射正時化 的提前量的增加比率(預噴射正時化的提前量的增加相對于內燃機負載的上升量的比率） 也大于第2負載區域R2W及第3負載區域R3的預噴射正時化的提前量的增加比率。由此，可 謀求煙的產生量的抑制。
[0102] 另外，在第4負載區域R4,如圖10的(b)所示，使點火正時Ts也隨著內燃機負載的增 加而提前。但是，此時的點火正時Ts的提前量的增加比率小于預噴射正時化的提前量的增 力化率。即，在第4負載區域R4,點火間隔Ds根據內燃機負載的增加而擴大。由此，能夠更加 提高預噴射燃料的燃剩率。即，能夠更增加與主噴射燃料一起被提供給燃燒的預噴射燃料 的燃剩量。如上所述，在第4負載區域R4，主噴射燃料量被固定為最大主噴射燃料量，但通過 如此使預噴射燃料的燃剩量增加，能夠在滿足所要求的內燃機負載的同時將內燃機1的熱 效率維持為較佳。
[0103] 接著，對第3負載區域R3W及第4負載區域R4中的中間噴射的控制參數進行說明。 如圖10的（a)中的線L23所示，在第3負載區域R3W及第4負載區域R4中，中間噴射燃料量 Smid被固定為比最小預噴射燃料量Spmin少的恒定量。中間噴射燃料的燃燒不是W火花塞5 的點火為起點來進行的，而是W通過預噴射燃料燃燒而已經產生的火焰為起點來進行的。 因此，即使中間噴射燃料量Smid是比最小預噴射燃料量Spmin少的量，中間噴射燃料也能夠 通過火焰傳播而燃燒。該中間噴射燃料量Smid被預先設定為能夠在如下區域形成火焰的程 度的量，所述區域是在假設沒有執行該中間噴射的情況下可能成為火焰未產生區域的區 域。
[0104] 另外，在第3負載區域R3W及第4負載區域R4中，中間噴射燃料量Smid被固定為恒 定量，因此，第2噴射間隔Di2也被維持為恒定。此時，相對于被設定為適當噴射正時的主噴 射正時TmW確保如下第2噴射間隔Di2的方式設定中間噴射正時Tmid，所述第2噴射間隔Di2 是使得中間噴射燃料通過因對預噴霧進行點火產生的火焰的傳播而燃燒的間隔。即，設定 中間噴射正時TmicUW使得中間噴射燃料通過火焰傳播而燃燒，來在在主燃料噴射正時的 燃料噴射閥6的周圍擴大火焰所存在的區域。因此，如圖10的(b)所示，在第3負載區域R3,在 主噴射燃料量Sm因內燃機負載的增加而增加，使主噴射正時Tm隨之提前了的情況下，也使 中間噴射正時Tmid與該主噴射正時Tm的提前聯動而提前。另外，在第4負載區域R4,主噴射 正時化被固定為恒定的正時，因此中間噴射正時化id也被固定為恒定的正時。
[0105] 另外，在本實施例中，W中間噴射燃料的大部分通過因預燃燒產生的火焰的傳播 而燃燒的方式設定中間噴射燃料量SmidW及中間噴射正時Tmid。因此，中間噴射燃料被作 為不貢獻于內燃機1的輸出的燃料對待。因此，在上述式2W及式3中，未考慮中間噴射燃料 量。不過，也可W認為，即使預燃燒的參數相同，在執行中間噴射的情況下和不執行中間噴 射的情況下，預噴射燃料的燃剩率也為不同的值。在運樣的情況下，在第3負載區域R3W及 第4負載區域R4中，基于執行中間噴射的情況下的預噴射燃料的燃剩率來決定預噴射燃料 量SpW及主噴射燃料量Sm。
[0106] 此外，在第3負載區域R3W及第4負載區域R4中的任一個區域中，中間噴射燃料量 Smid都少于最小預噴射燃料量Spmin，因此，即使中間噴射燃料在主噴射正時之前被提供給 了通過火焰傳播進行的燃燒，妨礙內燃機1的內燃機輸出的那樣的作用也小。
[0107] <燃燒控制流程>
[0108] 在此，基于圖11對本實施例的燃燒控制的控制流程進行說明。圖11是表示本實施 例的燃燒控制的控制流程的流程圖。該控制流程預先存儲在ECU20中，在內燃機1運轉期間 執行存儲于ECU20的控制程序，W運樣的方式按預定的間隔反復執行。
[0109] 在本實施例的控制流程中，首先，在S101中，基于加速器位置傳感器22的檢測值算 出內燃機1的內燃機負載Qe。另外，作為另一方法，也可W基于在進氣通路70流動的空氣流 量即空氣流量計72的檢測值、進氣通路70內的進氣壓力，來算出內燃機1的內燃機負載。接 著，在S102中，基于在S101中算出的內燃機負載Qe算出負載對應噴射量SO。具體而言，利用 在圖10的（a)中用線L20所示的控制映射，算出與內燃機負載Qe相對應的負載對應噴射量 SO。此外，在本實施例中，如線L20所示，W隨著內燃機負載增加而使負載對應噴射量SO變大 的方式，將兩者的相關記錄在控制映射上。
[0110] 接著，在S103中，對在S102中算出的負載對應噴射量SO是否為第2預定量S2W下進 行判別。即，在S103中，對內燃機1的內燃機負載Qe是屬于第1負載區域R1或第2負載區域R2、 還是屬于第3負載區域R3或第4負載區域R4進行判別。在S103中判定為是的情況下，即在內 燃機1的內燃機負載Qe屬于第1負載區域R1或第2負載區域R2的情況下，應該執行基本燃燒 控制，從而接著執行S104的處理。
[0111] 在S104中，使用圖10所示的控制映射來決定用于實現基本燃燒控制的、預噴射燃 料量Sp、主噴射燃料量Sm、預噴射正時化、主噴射正時化、W及點火正時Ts。接著，在S105中， 按照在S104中決定的預噴射燃料量Sp、主噴射燃料量Sm、預噴射正時化、主噴射正時Tm、W 及點火正時Ts，通過燃料噴射閥6執行預噴射及主噴射、火花塞5的點火。由此，可實現本實 施例的基本燃燒控制。
[0112] 另一方面，在S103中判定為否的情況下，即在內燃機1的內燃機負載Qe屬于第3負 載區域R3或第4負載區域R4的情況下，應該執行高負載燃燒控制，從而接著執行S106的處 理。
[0113] 在S106中，使用圖10所示的控制映射來決定用于實現高負載燃燒控制的、預噴射 燃料量Sp、中間噴射燃料量Smid、主噴射燃料量Sm、預噴射正時化、中間噴射正時Tmid、主噴 射正時化、點火正時Ts。接著，在S107中，按照在S106中決定的預噴射燃料量Sp、中間噴射燃 料量Smid、主噴射燃料量Sm、預噴射正時化、中間噴射正時Tmid、主噴射正時時1、點火正時 Ts，通過燃料噴射閥6執行預噴射、中間噴射及主噴射、火花塞5的點火。由此，可實現本實施 例的高負載燃燒控制。
[0114] 此外，圖10所示的控制映射終歸是在本實施例的燃燒控制中所使用的控制映射的 一例，內燃機1的內燃機負載和基本燃燒控制及高負載燃燒控制中的各控制參數的相關并 不限于該圖10所示的例子。
[011引另外，在上述高負載燃燒控制中，無論內燃機1的內燃機負載如何，都將中間噴射 燃料量固定為比最小預噴射燃料量Spmin少的恒定量。然而，也可W根據內燃機1的內燃機 負載而使中間噴射燃料量變動。例如，也可W根據內燃機負載的增加而使中間噴射燃料量 增加。但是，如上所述，若中間噴射燃料量過多，則有可能在執行主噴射之前產生燃料的自 燃。因此，在根據內燃機負載的增加而使中間噴射燃料量增加的那樣的情況下，也將中間噴 射燃料量設為比同一燃燒循環中的預噴射燃料量少的量。由此，能夠盡量地抑制在主噴射 正時之前產生燃料的自燃。
[0116] 另外，在高負載燃燒控制中，也可W將中間噴射燃料量W及中間噴射正時控制成 使得中間噴射燃料的一部分不被提供給通過火焰傳播進行的燃燒而成為燃燒剩余。在該情 況下，中間噴射燃料的燃燒剩余與預噴射燃料的燃燒剩余同樣地，在主噴射執行開始后通 過自燃或擴散燃燒而燃燒。即，中間噴射燃料的燃燒剩余貢獻于內燃機1的內燃機輸出。因 此，在將中間噴射燃料量W及中間噴射正時控制成使得產生中間噴射燃料的燃燒剩余的情 況下，需要使主噴射燃料量減少與該燃剩量運部分相當的量。在該情況下，負載對應噴射量 SO和主噴射燃料量Sm的相關成為如W下的式4那樣。
[0117] Sm = S〇-(SpXa+SmidX0) ? ? ?(式4)
[0118] a:預噴射燃料的燃剩率
[0119] 0:中間噴射燃料的燃剩率
[0120] 另外，在本實施例中，僅在第3負載區域R3W及第4負載區域R4中執行了中間噴射。 然而，執行中間噴射的運轉區域未必限于運些運轉區域。例如也可W是，也在第1負載區域 R1或第2負載區域R2中執行中間噴射。
[0121] 另外，在汽缸內形成滾流(tumble flow)的內燃機、沒有形成如滿流或滾流那樣的 回轉流的內燃機，也有可能在預燃燒時產生火焰未產生區域。因此，應用本發明的內燃機并 不限于構成為在汽缸內形成滿流的內燃機。
[0122] <變形例>
[0123] 在如上所述那樣，在一個燃燒循環中，在除了執行預噴射W及主噴射之外還執行 中間噴射的情況下，需要在中間噴射執行后且主噴射執行前抑制燃料發生自燃。于是，可W 將高負載燃燒控制中的中間噴射燃料量設定為下述燃料噴射量的下限值少的量，所述燃料 噴射量是比使用Livengood-Wu積分算式算出的、在中間噴射執行后且主噴射正時之前會產 生燃料的自燃的燃料噴射量。
[0124] Li vengoocHVu積分算式表示為下述式5那樣。
[0125]
?".式（日）
[0126] T:發火延遲期間
[0127] A:頻率因子 [012引 n:反應次數 [01巧]E:活性能量
[0130] R:通用氣體常數
[0131] P:汽缸內的壓力
[0132] T:汽缸內的溫度
[0133] 而且，通常知曉在下述式6成立時產生燃料的自燃。
[0134]
? ?.式（行）
[0135] t:從燃料噴射的執行開始時刻起的經過時間
[0136] 另外，頻率因子A可W由下述式7表示。
[0137] A = aXpb ? ??式(7)
[013引 a、b =常數
[0139] F =當量比（=理論空燃比/汽缸內的空燃比）
[0140] 中間噴射正時的汽缸2內的壓力PW及溫度巧良據內燃機1的運轉狀態而不同，但運 些值能夠基于實驗等來推定。因此，根據中間噴射正時的汽缸2內的壓力P、溫度T的推定值 W及上述式(5)~（7)，能夠算出上述式(6)成立時的當量比F。另外，汽缸2內的空氣量根據 內燃機1的運轉狀態而不同，但該值也能夠基于實驗等來推定。而且，根據上述式(6)成立時 的當量比F和汽缸2內的空氣量的推定值，能夠算出上述式(6)成立時的燃料噴射量即在中 間噴射執行后且主噴射正時之前會產生燃料的自燃的燃料噴射量的下限值。
[0141] 而且，通過將中間噴射燃料量設定為比如上述那樣算出的在中間噴射執行后且主 噴射正時之前會產生燃料的自燃的燃料噴射量的下限值少的量，能夠W更高的概率抑制在 中間噴射執行后且主噴射執行之前產生燃料的自燃。
[0142] 附圖標記說明
[0143] 1 ? ??內燃機
[0144] 2 ? ? ?汽缸
[0145] 3 ? ? ?活塞
[0146] 5 ? ??火花塞
[0147] 6 - ??燃料噴射閥
[014引 7 ? ??進氣口
[0149] 8 ? ??排氣口
[0150] 9. ??進氣口
[0151] 10...排氣口
[0152] 20 ? ? ? ECU
[0153] 21曲軸位置傳感器
[0154] 22加速器位置傳感器
[0155] 71 節氣口
[0156] 72空氣流量計
【主權項】
1. 一種內燃機的控制裝置，具備： 燃料噴射閥，其從內燃機中的燃燒室的中央附近的位置放射狀噴射燃料； 點火裝置，其相對于所述燃料噴射閥的相對位置被確定為使得從該燃料噴射閥噴射出 的燃料噴霧的一部分通過可點火區域并能夠對該燃料噴霧直接點火；以及 燃燒控制單元，其在壓縮行程中的預噴射正時執行所述燃料噴射閥的預噴射，并且由 所述點火裝置對通過該預噴射形成的燃料噴霧即預噴霧進行點火，進而，在主噴射正時開 始執行所述燃料噴射閥的主噴射，由此產生燃料的自燃并且至少使通過所述主噴射而噴射 出的燃料的一部分擴散燃燒，所述主噴射正時是由所述點火裝置對所述預噴霧點火之后且 壓縮行程上止點前的正時，且所述主噴射正時被設定為使得噴射燃料以通過對所述預噴霧 點火而產生的火焰為起點開始燃燒， 至少在內燃機的一部分運轉區域，所述燃燒控制單元，在一個燃燒循環中除了執行所 述預噴射和所述主噴射以外還在中間噴射正時執行由所述燃料噴射閥噴射比同一個燃燒 循環中的所述預噴射的燃料噴射量少的燃料的中間噴射，并通過下述的火焰傳播使通過該 中間噴射而噴射出的燃料燃燒，所述火焰傳播是以通過對所述預噴霧點火而產生的火焰為 起點的火焰傳播，所述中間噴射正時是由所述點火裝置對所述預噴霧點火之后且所述主噴 射正時之前的正時。2. 根據權利要求1所述的內燃機的控制裝置， 所述一部分運轉區域是內燃機的內燃機負載比預定負載高的運轉區域， 在內燃機的內燃機負載為所述預定負載以下的運轉區域，所述燃燒控制單元在一個燃 燒循環中執行所述預噴射和所述主噴射， 在內燃機的內燃機負載比所述預定負載高的運轉區域，所述燃燒控制單元在一個燃燒 循環中除了執行所述預噴射和所述主噴射以外還執行所述中間噴射。3. 根據權利要求1或2所述的內燃機的控制裝置， 所述中間噴射的燃料噴射量比在執行所述預噴射的所有運轉區域中最少的所述預噴 射的燃料噴射量少。4. 根據權利要求1~3中任一項所述的內燃機的控制裝置， 所述中間噴射的燃料噴射量是比下述燃料噴射量的下限值少的量，該燃料噴射量是基 于所述中間噴射正時的汽缸內的空氣量、壓力以及溫度并使用Livengood-Wu積分算式算出 的、在所述中間噴射執行后且所述主噴射正時之前會產生燃料的自燃的燃料噴射量。5. 根據權利要求1或2所述的內燃機的控制裝置， 將所述中間噴射的燃料噴射量以及所述中間噴射正時控制成使得通過所述中間噴射 而噴射出的燃料的一部分不被提供給通過所述火焰傳播進行的燃燒而成為燃燒剩余。6. 根據權利要求2所述的內燃機的控制裝置， 在內燃機的內燃機負載超過了預先設定的閾值的情況下，將所述主噴射的燃料噴射量 固定為恒定，隨著內燃機負載的增加，使所述預噴射的燃料噴射量增加，并且使所述預噴射 正時和所述點火裝置的點火正時提前、且使所述點火裝置的點火正時的提前量相對于內燃 機負載的增加量的增加比率比所述預噴射正時的提前量相對于內燃機負載的增加量的增 加比率小，所述預先設定的閾值是比所述預定負載高的閾值。
【文檔編號】F02D41/30GK106050451SQ201610196240
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年3月31日 公開號201610196240.2, CN 106050451 A, CN 106050451A, CN 201610196240, CN-A-106050451, CN106050451 A, CN106050451A, CN201610196240, CN201610196240.2
【發明人】越智雄大
【申請人】豐田自動車株式會社