[发明专利]直接喷射式发动机的控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有喷射器能将燃料直接地喷射至燃烧室的直接喷射式发动机的控制装置。

背景技术

具有喷射器能将燃料直接喷射至燃烧室的直接喷射式发动机已为公知。这种发动机的工作，通过在压缩冲程后半程由喷射器喷射所产生的分布于火花塞附近的混和体，使得在低负荷状态下实现所谓分层燃烧。这种工作过程使得能够在维持燃烧稳定性和改善燃料经济性的同时还提高空气燃料比率(稀混合气)。

现在迫切希望减少从发动机交通工具排放的废气，例如碳氢化合物(HC)，一氧化碳(CO)及氮的氧化物(NO_x)，尽可能减少这些有毒物质，以便改善排放物的性质。一种公知的做法是在排气通路上设置催化剂，实践当中也经常采用在直接喷射式发动机的废气通路中设置催化剂。一般公知的这类催化剂的例子是三元(three-way)催化剂，这种催化剂几乎能按理想配比的空气燃料比率清除HC、CO及NO_x。另一个例子是为了适应在“贫稀”的工作条件下上述直接喷射式发动机或其他种类发动机的分层燃烧的要求，开发出一种即使在贫稀(lean)的工作条件下也能够清除NO_x的催化剂。

例如，日本未审专利出版物特开平4-231645号中所揭示的燃料喷射控制装置，被公知为一种在低温状态下，此类直接喷射式发动机能够改善催化剂转换效率的装置。由于设在直接喷射式发动机废气通路上的这类弱NO_x催化剂需要HC以减少NO_x，因此控制装置被配置成，在压缩冲程的后半程由喷射器进行主喷射，在催化剂处于低温时，再在吸气冲程至压缩冲程前半程的期间内在主喷射基础上进行二次喷射，喷射少量燃料，以提供HC给弱NO_x催化剂，或者是在催化剂处于高温时，在压缩冲程后半程至排气冲程前半程期间内在主喷射基础上进行前述二次喷射。在这种装置中，通过设定由二次喷射喷注的燃料量如此之小，以至几乎不影响燃烧室内的燃烧，从二次喷射喷注的燃料中抽出HC提供给设在废气通路上的弱NO_x催化剂，还通过在低温或高温条件下以前述方式改变二次喷射的时间，在低温条件下将低沸点HC提供给弱NO_x催化剂，而在高温条件下把高沸点HC提供给弱NO_x催化剂。

当催化剂还没有被加热，其温度尚低于其活性温度时，用于废气转换的催化剂不能充分展现其转换效果。在此种情况下，会有大量HC和NO_x被漏出。因此，就需要减少从发动机排放到废气通路的HC和NO_x的量，例如在催化剂未被加热的状态下，通过提高废气温度，促进催化剂快速生效的动作。

然而，即使催化剂尚未被加热时通过在压缩冲程的喷射进行分层燃烧，以增加空气燃料比率的情况下，因为排放到废气通路的热量很少，上述直接喷射式发动机仍存在催化剂不易被加热的问题。

尽管上述出版物中揭示的装置通过在催化剂温度尚低时，尝试在压缩冲程的后半程进行主喷射，再在主喷射基础上进行二次喷射，实现在低温下改善催化剂的性能，但因二次喷射喷注的燃料量相当少，以至几乎没有在燃烧室内燃烧就被排放到废气通路中。因此，只有在使用为减少NO_x所需的HC的弱NO_x催化剂时，这种装置的优点才能显示出来。此外，只有在使催化剂已被活性化到一定程度(尽管一直处于低温状态)之后，通过加给HC，这种装置才能实现NO_x转换的效果，由于HC在未被加热那一点之前就被排放，因此这种装置不适用于改善排放物的目的。而且，这种装置不具有通过提高废气温度，以促进催化剂快速起作用动作的功能。

另外一种处理直接喷射式发动机冷启动问题的办法有如日本未审专利出版物特开平4-187841号所揭示者，当汽缸内部温度尚低时，通过增加压缩冲程喷射燃料的量来维持可燃性。具体他说，在发动机处于预热状态下，控制发动机在低负荷状态下于压缩冲程期间进行喷射，在中度负荷状态下在接续的吸气冲程至压缩冲程期间分步喷射，在高负荷状态下在吸气冲程期间进行喷射。其中，在发动机一直处于凉的状态，把上述分步喷射的情况延长至高负荷时。

然而，这种装置通过在发动机凉的情况下使压缩冲程中喷射燃料的量增加得像对应于蒸发和雾化的损害那样多的，能够简单地维持可燃性，但是没有能力在催化剂一直处于不受热状态时，通过提高废气温度实现快速起作用动作及改善排放。

发明内容