[发明专利]点火花式缸内喷油内燃机

说明书

本发明涉及在压缩行程中喷油以便进行分层燃烧的点火花式缸内喷油内燃机，具体涉及适合于用作汽车内燃机的点火花式缸内喷油内燃机。

近来，实际应用的点火花式缸内喷油内燃机通过火花塞进行火花点火和向缸内直接喷油。利用其可自由设定喷油正时和自由调节空气燃油混合气构成状态的独特特征，这种点火花式缸内喷油内燃机可以改善燃油消耗性能和输出性能。

也就是说，由于是分层燃烧，通过在压缩行程中喷油，点火花式缸内喷油内燃机可以在燃油非常稀薄(即空燃比大大高于理论空燃比)的情况下运行(超稀燃运行)，于是点火花式缸内喷油内燃机的燃烧模式具有超稀燃运行模式(压缩的稀燃运行模式)，因而极大地降低了耗油率。

另一方面，通过主要在进气行程过程中喷油，点火花式缸内喷油内燃机当然也可以进行预混合燃烧运行。在这种情况中，将燃油直接喷入燃烧室(在缸内)，在燃烧循环中能够使大部分燃油充分地燃烧，从而也有助于改善输出性能。

在上述预混合燃烧运行中还可以设定燃烧模式：稀燃运行模式(进气稀燃运行模式)，该模式在燃油浓度低(即空燃比高于理论空燃比)、但高于超稀燃模式的状态下运行；理论运行模式(理论反馈运行模式)，该模式基于O₂传感器或其它传感器的信息进行反馈控制，使空燃比成为理论空燃比；加浓运行模式(开环模式)，它在富油状态(即空燃比低于理论空燃比)下运行。

然后，根据内燃机的运行状态，即内燃机转速和负载，从上述各种运行模式中选出恰当的运行模式，以便调节内燃机。

通常，在所要求内燃机的输出小时(即内燃机转速和负载低时)，为改善燃油消耗率而采用压缩稀燃运行模式；而随着内燃机转速和负载的开始增大，依次采用进气稀燃运行模式、理论运行模式和加浓运行模式。

同时，如图14(B)所示，通常燃烧室内的温度或压力越高，就越可能发生燃油自燃和内燃机爆震，因而从消除爆震的观点看应限制压缩比的提高。而在点火花式缸内喷油内燃机中，由于导入燃烧室的空气被进气行程初期喷入的燃油冷却，所以不易发生爆震，因而可以设定较高的压缩比。

另一方面，已经发现当设定较高压缩比时，点火花式缸内喷油内燃机只是在汽车起动的短暂时间内发生爆震，特别是自动变速汽车。在使用汽油作燃油时，低辛烷值汽油(普通汽油)发生爆震的现象比高辛烷值汽油(高级汽油)严重。

据信自动变速汽车在起动时发生爆震的原因是此时出现了低转速而高负载的状态。

也就是说，如图15所示，在自动变速汽车起动时，当加速器被从空转状态开始驱动时，进气量随着油门开度角的迅速增大而急剧增加，由此内燃机的负载显著增加。而内燃机转速的提高低于内燃机负载的增加，从而暂时出现了低转速而高负载的情况(见图15中区域LH)，虽然只是在短暂的时间内。

也就是说，在内燃机低转速高负载时，采用理论运行模式或加浓运行模式，所获得的空燃比(数量在12和18之间)处在易发生爆震的区间，如图14(A)所示。并且，在这种运行模式中，与大量的燃油从进气行程的前一半喷入燃烧室中的同时，如上所述出现暂时的低转速状态，由此雾化喷入的燃油需要较长的时间，从而容易导致自燃。因此，在低转速高负载的情况下非常容易发生爆震。

对于手动换挡汽车，由于内燃机转速在离合器操作的延迟过程中提高，所以起动时产生爆震的可能性比自动变速汽车小。

点火正时延迟可以作为防止上述起动爆震的方法。然而，为保证起动扭矩，延迟控制受到限制，因而难以充分防止起动爆震发生。

因此，提出另一种防止起动爆震的方法，例如，在自动变速汽车的D范围内设定较高的空转速度，以便减小起动时转速低的程度，从而保证起动扭矩。

然而，当设定较高的空转速度时，耗油率因此而提高。

在日本专利申请公开号(Kokai)No.平7-189767中披露了一项防止点火花式缸内喷油内燃机爆震的技术。在这项技术中，燃油被分多次喷入，结果在较早的喷油过程中形成均匀的空燃混合气，并且在随后的喷油过程中、在点火正时附近产生火花，由此在较早喷油过程中形成的空燃混合气迅速地燃烧，从而防止了爆震。

这项技术应该是利用熏蒸法，这是一种在柴油机中应用的防爆方法。这里熏蒸法是指这样一种技术，在柴油机进气行程中，当燃油被雾化或汽化时，燃油混入到吸入气体中达到这样一种程度，使空燃混合气不会发生自燃，由此通过在压缩行程中的预燃反应减少了点火的延迟，因此防止了爆震。