[发明专利]内燃机的燃料喷射控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种以柴油发动机为代表的内燃机的燃料喷射控制装置。更特别地，本发明涉及在通过分割有助于内燃机的转矩产生的燃料的喷射量来执行喷射时的分割技术的改进。

背景技术

众所周知，在用作汽车发动机等的柴油发动机中，执行根据诸如发动机转数、加速器操作量、冷却液温度以及进气温度的运转状态来调节燃料喷射阀(下文中也被称为喷射器)的燃料喷射正时和燃料喷射量的燃料喷射控制(见下文的专利引文1和2)。

顺带提及，柴油发动机燃烧包括预混燃烧和扩散燃烧。当来自燃料喷射阀的燃料喷射开始时，首先通过燃料的汽化和扩散(点火延迟期间)来生成可燃混合气。接下来，该可燃混合气在燃烧室中的多处在大约同一时刻自燃，并且燃烧迅速进行(预混燃烧)。此外，向燃烧室内的燃料喷射继续，使得燃烧连续地进行(扩散燃烧)。之后，甚至在燃料喷射已经结束之后未燃燃料仍然存在，因此在一时间段内继续生热(后燃期间)。

而且，在柴油发动机中，随着点火延迟期间变长，或者随着燃料在点火延迟期间的汽化变得更强烈，在点火之后的火焰传播速度将增大。当该火焰传播速度大时，立即燃烧的燃料的量变得过大，气缸内的压力急剧增大，因此产生了振动或噪声。这种现象被称为柴油机爆震，并且通常特别是在低负荷运转时发生。而且，在这种状况下，燃烧温度急剧上升，伴随的是生成的氮氧化物(下文中被称为“NO_X”)的量的增大，因此废气排放变得恶化。

因此，为了防止这种柴油机爆震并且降低NO_X的生成量，已经开发了各种燃料喷射控制装置。例如，来自燃料喷射阀的燃料喷射通常通过将所述喷射分割为多次来间歇地执行。

而且，专利引文1公开了执行用于在气缸中形成预混气体的引燃喷射以及用于形成点火和燃烧主喷射所喷射出的燃料的点火源的引燃喷射，作为在主喷射之前执行燃料喷射的引燃喷射。

此外，专利引文2公开了通过将主喷射分割为多次来执行主喷射，并且当内燃机在高负荷下时，使后一阶段的喷射开始正时延迟，使得主喷射的燃烧中断，从而抑制了烟尘的产生。

专利引文1：JP 2001-254645A

专利引文2：JP 2002-155791A

发明内容

技术问题

顺带提及，利用柴油发动机中的常规燃料喷射控制，从确保燃烧噪声降低、NOx生成量减少以及高发动机转矩的观点来分别设定各种控制参数(例如燃料喷射量和燃料喷射正时)，并且在实践中，通过反复试验，使设定适于各种类型的发动机(构造适于各种类型的发动机的燃料喷射模式)。

因此，例如，当以燃烧噪声降低和NOx生成量减少为优先来执行燃料喷射控制时，存在如下可能性：燃烧效率将恶化因此将无法获得足够的发动机转矩，因此相反地，当以确保高发动机转矩为优先来执行燃料喷射控制时，存在如下可能性：这将导致燃烧噪声增大和NOx生成量增大。为了既降低燃烧噪声和NOx生成量又确保高转矩，通常，如上所述，因为燃料喷射模式是通过反复试验来确定的，所以还未构建各种发动机共用的系统燃料喷射控制技术，因此还存在为了实现燃料喷射控制的最优化而改进的一些余地。

更具体地，柴油发动机的燃料点火延迟包括物理延迟和化学延迟二者。物理延迟是燃料液滴的汽化和混合所需的时间，并且受燃烧位置处的气体温度的影响。另一方面，化学延迟是燃料蒸汽的化学键接/分解以及氧化/发热所需的时间。由于燃料喷射阀的特性，来自燃料喷射阀的燃料喷射局部地集中，因此点火延迟与燃料喷射量的增加成比例地增加。

当喷射延迟变大时，如上所述，同时燃烧的燃料的量增加，并且由于燃烧室中压力和温度的急剧上升，燃烧噪声增大，并且NOx的生成量也增大。而且，在这种状况下，燃料点火正时是不稳定的，因此变得难以使点火正时与目标点火正时一致。

为了避免这种状况，使用燃料多级分割喷射的技术。该多级分割喷射的示范性参数包括喷射次数、总燃料喷射量、喷射正时以及多次喷射之间的间隔。

在常规燃料喷射控制中，还未构建统一这些参数的物理定律，因此仅基于废气排放、发动机转矩等的变化来确定燃料喷射参数。换句话说，在常规燃料喷射控制中，因为存在许多适应参数因子，并且因此存在这些因子的多种不同组合，所以通过反复试验来确定燃料喷射模式，而无法实现适应处理的统一化。

而且应当注意到的是，在上述每一篇专利引文的技术思想中，不考虑各种发动机所共用的燃料喷射控制技术的系统化；仅执行简单的燃料喷射次数分割和喷射量调节。