[发明专利]用于控制一缸内喷射型内燃机之点火时间的装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于控制缸内喷射并火花点燃型内燃机之点火时间的装置和方法，以便能防止发动机在其过渡工况的过程中发生爆震，并确保增加发动机的输出且降低其燃油消耗。

希望的是，安装在汽车上的发动机能降低其排出气体中有害物质的组分并且能降低燃油的消耗。因此，最近建议采用的是缸内喷射并火花点燃型的内燃机(下文中将把这种类型的发动机称作DI发动机)，在这种发动机中是将燃油直接喷入燃烧室，而不是像传统的火花点燃型发动机(即传统的汽油发动机)那样将燃油喷入其进气口或进气歧管。

在DI发动机上设有燃油喷射阀，以用来将燃油直接喷入发动机的燃烧室。更具体地说，在装配于气缸内的活塞的顶部形成有一个腔室，当DI发动机处于低负载的工况时，燃油喷射阀在压缩行程的最后阶段将燃油直接喷入燃烧室或腔室。在该腔室内，喷入的燃油形成了空气-燃油混合物，在火花塞同周围其空燃比接近于理论空燃比。尽管整个燃烧室内的空气-燃油混合物平均起来是较为稀薄的，但是因为火花塞周围的空燃比接近于理论空燃比，所以仍可保证通过火花塞来点燃。于是便可减少从DI发动机排出的气体中CO和HC的含量，并可在DI发动机的空转或低负载的工况下大大减少DI发动机的燃油消耗。

另一方面，当DI发动机处于高负载的工况时，燃油喷射阀在进气行程的最初阶段将燃油直接喷入燃烧室。喷入的燃油可在燃烧室内均匀地形成理想配比的或相对较浓的空气-燃油混合物，因此可增加发动机的输出。

如上所述，与传统的汽油发动机不同，由于燃油是直接喷入气缸或燃烧室内的，所以DI发动机没有燃油传送被延迟的问题。在传统的发动机中，燃油被喷入进气口或进气歧管内，所以不能避免燃油传送上的延迟，也就是在燃油喷射的时间和燃油实际进入燃烧室的时间之间的迟滞。如果DI发动机内的燃油喷入量有所增加或减少，这样的增加或减少会立即反映成DI发动机的加速或减速，所以可大大提高发动机的响应速度。

传统汽油发动机的输出和燃油消耗主要取决于火花塞的点火时间。换言之，点火时间是决定的发动机输出和燃油消耗的一个重要因素。更具体地说，如果空气-燃油混合物在除了点火时间以外其余条件都相同的情况下燃烧，通过燃油燃烧而获得的发动机的输出或扭矩基本上受点火时间的影响。在这种情况下，使传统的汽油发动机产生最大输出的点火时间是在活塞的上死点之前，点火时间的提前被称作MBT(最大扭矩的最小点火提前角)。如果点火时间的提前相比MBT有所增加或减少，就不能有效地利用气缸内的燃烧压力。这样，发动机的输出减低了，而同时燃油的消耗却增加了。

虽然把点火时间设定在MBT，但传统的汽油发动机仍会因为燃油的辛烷值或发动机的负载等的提前量而发生爆震。因此，在传统汽油发动机的大多数工作区内，通常都是把点火时间调节成一个相对MBT减少或延迟某一特定间隔的基本点火时间。

当传统的汽油发动机处于一稳定的工作区时，基本点火时间通常是根据基于发动机速度、负载等参数的曲线图来设定的。然而，当传统的汽油发动机处于过渡工作区时，通常控制点火时间使其相对于由曲线图获得的基本点火时间进一步地延迟或提前。例如，日本专利申请公开号2-223647中揭示了这样一种技术，它是将点火时间暂时地延迟在基本点火时间之后，然后再使其提前某一周期而到达基本点火时间之前。采用这种技术可以防止传统汽油发动机的爆震现象，并提高了发动机的输出。更具体地说，当传统的汽油发动机开始加速时，燃油的喷入量增加，从而使粘着于传统汽油发动机之进气口或进气歧管的内壁上的燃油的量也有所增加，因此，被引入燃烧室的燃油的低辛烷或高挥发的组分大于高辛烷的组分。然而，如果在这一时间点上把点火时间延迟到基本点火时间之后，就可以防止爆震。另一方面，当把点火时间延迟到基本点火时间之后，燃烧室内壁的温度决不会突然地增加。如果在发动机开始加速之后使点火时间向MBT提前，就可以提高传统汽油发动机的输出，并且不会导致爆震。

在DI发动机中，燃油直接喷入气缸或燃烧室，因此进入燃烧室的低辛烷组分不可能多于高辛烷组分。因此，如果把上述用于传统汽油发动机的点火时间控制用于DI发动机，点火时间的延迟会使发动机的输出功率非所愿地降低，此外，当发动机开始加速时，不可避免地会使燃油消耗增加。

本发明的目的在于，提供一种可对缸内喷射火花点燃型内燃机(即DI内燃机)的点火时间进行最佳控制的装置和方法，以便在DI发动机的过渡工况中，防止DI发动机的爆震，并且增加发动机的输出。