專利名稱：車載柴油發(fā)動機的控制方法及該車載柴油發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車載柴油發(fā)動機，特別涉及在預(yù)混合燃燒模式和擴散燃燒模式之間切換的情況下操作的車載柴油發(fā)動機。
背景技術(shù)：
通常，根據(jù)發(fā)動機負(fù)荷執(zhí)行對發(fā)動機一個或多個汽缸內(nèi)燃料的燃燒模式的切換控制的柴油發(fā)動機是已知的。作為燃料的燃燒模式，有擴散燃燒模式，其中在噴射燃料進(jìn)入汽缸時燃燒燃料，和預(yù)混合燃燒模式，其中在燃料被點火前先在汽缸內(nèi)混合燃料。當(dāng)發(fā)動機處于高負(fù)荷狀態(tài)時，采用擴散燃燒模式；以及當(dāng)發(fā)動機處于低負(fù)荷狀態(tài)時，采用預(yù)混合燃燒模式。例如，JP2007-162544A公開了，為了抑制氮氧化物(NOx)、黑煙、噪聲(NVH 噪聲、 振動和聲振粗糙性)的產(chǎn)生同時使燃燒模式的切換平滑，在移轉(zhuǎn)(shifting)燃燒模式時，噴射燃料至汽缸內(nèi)的正時和量，及汽缸內(nèi)的氧濃度連續(xù)地變化。具體地，在JP2007-162M4A 公開的控制方法中，在燃燒模式的移轉(zhuǎn)的過渡狀態(tài)期間，設(shè)置從移轉(zhuǎn)前的燃料噴射正時和氧濃度到移轉(zhuǎn)后的燃料噴射正時和氧濃度的移轉(zhuǎn)過程，以確保NOx、NVH和黑煙的產(chǎn)生量分別不超過容許界限。此外，燃料噴射正時和氧濃度都是根據(jù)該過程逐漸改變的。然而，取決于燃燒模式切換時的狀況，例如，當(dāng)燃料噴射正時和氧濃度都連續(xù)地變化時，如果切換前后汽缸內(nèi)的氧濃度的差別大，燃燒室內(nèi)的氧濃度可能變得過剩且燃燒噪聲(S卩、NVH)可能超過容許界限，或者燃燒室內(nèi)的氧濃度可能變得稀薄且黑煙的產(chǎn)生量可能超過容許界限。也就是說，即使任何移轉(zhuǎn)過程都是在燃料噴射正時和氧濃度連續(xù)變化的前提下設(shè)置，NVH和排氣排放中的至少一個超過容許界限，因此，同時避免這兩者的移轉(zhuǎn)過程可能是無法設(shè)置的。在這種情況下，如JP2007-162M4A公開那樣連續(xù)變化燃料噴射正時和氧濃度會有問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上情況，本發(fā)明提供一種改進(jìn)的車載柴油發(fā)動機，其中，當(dāng)在預(yù)混合燃燒模式和擴散燃燒模式之間移轉(zhuǎn)燃燒模式時，可靠地避免NVH和排氣排放兩者超過其容許界限。發(fā)明人已經(jīng)配置了發(fā)動機，以使當(dāng)在預(yù)混合燃燒模式和擴散燃燒模式之間移轉(zhuǎn)燃燒模式時，在燃料噴射正時和汽缸內(nèi)的氧濃度中，控制靈活性相對較高的燃料噴射正時為非連續(xù)性地變化。也就是說，當(dāng)從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，無需將燃料噴射正時從預(yù)混合燃燒模式的正時(即、早于擴散燃燒模式的噴射正時的第一正時)向擴散燃燒模式的噴射正時(即、第二正時)逐漸延遲，燃料噴射正時直接變化(換言之，非連續(xù)性地變化)至晚于擴散燃燒模式的噴射正時的第三正時，此后，噴射正時根據(jù)汽缸內(nèi)的氧濃度的變化變回到第二正時。
此外，當(dāng)從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，無需將燃料噴射正時從第二正時(擴散燃燒模式的正時)逐漸提前至第一正時(預(yù)混合燃燒模式的正時)，根據(jù)汽缸內(nèi)的氧濃度的變化在晚于第二正時的第三正時改變?nèi)剂蠂娚湔龝r。進(jìn)一步，當(dāng)汽缸內(nèi)的氧濃度變至預(yù)定氧濃度狀態(tài)時(換言之，即使在該狀態(tài)下模式切換至預(yù)混合燃燒模式，仍能避免 NVH界限的氧濃度狀態(tài))，燃料噴射正時直接變化(換言之，非連續(xù)性地變化)至第一正時(預(yù)混合燃燒模式的噴射正時)。具體地，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，文本公開的柴油發(fā)動機包括安裝在車輛內(nèi)且供給有主要包含柴油燃料的燃料的發(fā)動機本體，所述發(fā)動機本體用于選擇性地在低負(fù)荷時以預(yù)混合燃燒模式操作，或在高負(fù)荷時以擴散燃燒模式操作；用于根據(jù)燃燒模式控制經(jīng)由燃料噴射閥進(jìn)入汽缸的燃料噴射的噴射控制模塊；以及用于調(diào)整進(jìn)入汽缸的EGR氣體量的 EGR量控制模塊。當(dāng)發(fā)動機本體以預(yù)混合燃燒模式操作時，噴射控制模塊在汽缸內(nèi)壓力相對較低時的第一正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的預(yù)混合燃燒方式的燃料噴射；當(dāng)發(fā)動機本體以擴散燃燒模式操作時，噴射控制模塊在晚于第一正時的第二正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的擴散燃燒方式的燃料噴射。EGR量控制模塊執(zhí)行至少在預(yù)混合燃燒模式下及在從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時根據(jù)發(fā)動機本體的操作條件將一定量的EGR氣體引入到汽缸的控制。當(dāng)隨著發(fā)動機本體負(fù)荷的增加從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，噴射控制模塊還將燃料噴射方式從預(yù)混合燃燒方式切換至擴散燃燒方式，并在晚于第二正時的第三正時執(zhí)行擴散燃燒方式的燃料噴射，此后，噴射控制模塊執(zhí)行根據(jù)汽缸內(nèi)的氧濃度的變化使第三正時向第二正時變化的過渡控制。在此，當(dāng)預(yù)混合燃燒方式和擴散燃燒方式包含兩次或更多次燃料噴射時，作為燃料噴射正時的第一正時、第二正時、第三正時可以相對于在兩次或更多次燃料噴射中代表相關(guān)噴射模式的噴射(例如，對發(fā)動機扭矩產(chǎn)生貢獻(xiàn)最大的燃料噴射(即、主噴射))設(shè)置。具體地，本文使用的短語“在晚于第一正時的第二正時執(zhí)行擴散燃燒方式”是指將擴散燃燒方式的主噴射的正時延遲至晚于預(yù)混合燃燒方式的主噴射的正時。此外，本文使用的短語“將擴散燃燒方式的正時設(shè)置至晚于第二正時的第三正時”是指將擴散燃燒方式的主噴射的正時延遲至晚于在第二正時執(zhí)行的主噴射。此外，短語“根據(jù)汽缸內(nèi)的氧濃度的變化使擴散燃燒方式的正時(設(shè)置為第三正時)向第二正時變化”包括從第三正時向第二正時逐漸地變化，也包括改變正時使其從第三正時直接變化至第二正時，前提是基于汽缸內(nèi)的氧濃度的變化能將正時變化至第二正時。根據(jù)該配置，當(dāng)隨著發(fā)動機本體負(fù)荷的增加從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，燃料噴射方式從預(yù)混合燃燒方式切換至擴散燃燒方式，此后，將擴散燃燒方式的正時設(shè)置至晚于第二正時的第三正時，第二正時之前被設(shè)置為擴散燃燒模式的噴射正時。也就是說，燃料噴射正時不是連續(xù)地從第一正時變化至第三正時。第二正時(擴散燃燒模式的噴射正時)位于壓縮行程的上止點或壓縮行程上止點附近，另一方面，因為第三正時是晚于第二正時的正時，燃料噴射實質(zhì)上在膨脹行程中進(jìn)行。因為將擴散燃燒方式的正時設(shè)置為第三正時，導(dǎo)致是在活塞下降期間噴射燃料，這對燃料的混合性能是有利的，并對減少NOx和黑煙是有效的。此外，燃燒會變慢且由此對NVH是有利的。因此，將燃料噴射正時設(shè)置至第三正時并且執(zhí)行擴散燃燒方式的燃料噴射避免了NVH和排氣排放的問題。另一方面，EGR量控制模塊通過控制引入汽缸的EGR氣體量將對應(yīng)于預(yù)混合燃燒模式的汽缸內(nèi)的狀態(tài)移轉(zhuǎn)至對應(yīng)于擴散燃燒模式的汽缸內(nèi)的狀態(tài)。與此相關(guān)，因為汽缸內(nèi)的氧濃度變高，第三正時根據(jù)氧濃度的變化向第二正時變化。如上所述，噴射正時可以逐漸地向第二正時變化或者直接變化至第二正時。以此方式，通過將燃料噴射正時改變至第二正時完成從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式的移轉(zhuǎn)，同時避免了 NVH和排氣排放的問題。這種控制對以下情況是有效的，S卩、在燃料噴射量需要關(guān)聯(lián)于發(fā)動機本體負(fù)荷的增加而增加，且汽缸內(nèi)的氧濃度需要變化相對較大的情況下，當(dāng)這種氧濃度無法快速變化而只能連續(xù)地變化時，并響應(yīng)于氧濃度的連續(xù)變化，當(dāng)燃料噴射模式(即、特別是燃料噴射正時，雖然噴射模式包括燃料噴射的方式、正時和噴射量)連續(xù)地變化時，NVH或排氣排放不可避免地超過容許界限。也就是說，當(dāng)從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，在使燃料噴射正時直接變化至在延遲側(cè)的第三正時后，且在燃料噴射正時被設(shè)置至在延遲側(cè)的第三正時的狀態(tài)下，等待隨后氧濃度的變化使避免NVH和排氣排放的容許界限成為可能。當(dāng)從發(fā)動機本體負(fù)荷為高的狀態(tài)(S卩、在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度低于預(yù)定值的狀態(tài))向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，噴射控制模塊可執(zhí)行過渡控制。當(dāng)從發(fā)動機本體負(fù)荷為低的狀態(tài)(即、在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度高于預(yù)定值的狀態(tài))向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，噴射控制模塊可禁止過渡控制。在燃燒效率相對較低且不利于燃料消耗的擴散燃燒模式中，第三正時為晚于正常燃料噴射正時(即、第二正時)的正時。另外，在從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，當(dāng)響應(yīng)于汽缸內(nèi)的氧濃度的變化連續(xù)地變化燃料噴射正時時，當(dāng)燃燒模式移轉(zhuǎn)前后汽缸內(nèi)的氧濃度的差別變大，從根本上講，不可避免NVH和排氣排放的容許界限的情形。具體地，這是從預(yù)混合燃燒模式中負(fù)荷相對較高而汽缸內(nèi)的氧濃度低的狀態(tài)向汽缸內(nèi)的氧濃度相對較高的擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)的情形。與此不同，即使是從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)的情形，如果移轉(zhuǎn)是從負(fù)荷相對較低而汽缸內(nèi)的氧濃度高的狀態(tài)向擴散燃燒模式做出，則移轉(zhuǎn)前后汽缸內(nèi)的氧濃度的差別相對較小。在這種情況下，根據(jù)汽缸內(nèi)的氧濃度變化可連續(xù)地改變?nèi)剂蠂娚湔龝r，同時避免NVH和排氣排放的容許界限。因此，只有在無法避免NVH和排氣排放的容許界限時才會執(zhí)行上述過渡控制，另一方面，當(dāng)能夠避免NVH和排氣排放的容許界限時，禁止上述過渡控制。因此，在從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時改進(jìn)燃料消耗，同時可靠地避免NVH和排氣排放的容許界限。在從預(yù)混合燃燒方式向擴散燃燒方式切換之前，噴射控制模塊可執(zhí)行至少包含位于第一正時或第一正時附近的燃料噴射和位于第二正時或第二正時附近的燃料噴射的燃料噴射集合。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)源于燃燒現(xiàn)象的不同，預(yù)混合燃燒和擴散燃燒之間的燃燒聲的音質(zhì)不同。為此，在從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，音質(zhì)的突然改變可能會給乘員帶來不協(xié)調(diào)感，即使抑制了燃燒聲中的聲壓變化。因此，在從執(zhí)行預(yù)混合燃燒(其中執(zhí)行預(yù)混合燃燒方式的燃料噴射)的狀態(tài)切換至擴散燃燒方式之前，執(zhí)行至少包含位于第一正時或第一正時附近的燃料噴射和位于第二正時或第二正時附近的燃料噴射的燃料噴射集合。燃料噴射集合包括位于對應(yīng)于預(yù)混合燃燒模式的第一正時或該第一正時附近的燃料噴射和位于對應(yīng)于擴散燃燒模式的第二正時或該第二正時附近的燃料噴射兩者。換言之，因為兩者噴射正時彼此接近，上述燃料噴射集合包括預(yù)混合燃燒方式的噴射特性和擴散燃燒方式的噴射特性兩者。為此，燃燒聲的音質(zhì)變?yōu)轭A(yù)混合燃燒與擴散燃燒之間的中間音質(zhì)。因此，在從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，避免了燃燒聲的音質(zhì)的突然改變，并可消除或減輕給乘員帶來的不協(xié)調(diào)感。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本文公開的車載柴油發(fā)動機包括發(fā)動機本體、噴射控制模塊和EGR量控制模塊。當(dāng)隨著發(fā)動機本體負(fù)荷的降低從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，噴射控制模塊在晚于第二正時的第三正時執(zhí)行擴散燃燒方式的燃料噴射。在汽缸內(nèi)的氧濃度變成預(yù)定濃度后，噴射控制模塊執(zhí)行過渡控制，其中燃料噴射方式從擴散燃燒方式切換至預(yù)混合燃燒方式，并在第一正時執(zhí)行預(yù)混合燃燒方式的燃料噴射。與此不同的是，當(dāng)隨著發(fā)動機本體負(fù)荷的降低從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，燃料噴射方式維持為擴散燃燒方式不變，其燃料噴射正時設(shè)置為晚于第二正時的第三正時，其中第二正時之前被設(shè)置為擴散燃燒模式的噴射正時。從而，由于可避免NVH和排氣排放的問題，在該狀態(tài)下，其等待后續(xù)氧濃度的變化。在此，根據(jù)汽缸內(nèi)的氧濃度的變化，第三正時可變化至延遲側(cè)。從而，可能將第三正時盡可能地設(shè)置至提前側(cè)，且這對燃料消耗的改進(jìn)是有利的。此后，在汽缸內(nèi)的氧濃度變成預(yù)定濃度后(換言之，在此狀態(tài)下，在從擴散燃燒方式切換至預(yù)混合燃燒方式之后，燃料噴射模式變至第一正時，且NVH的容許界限變得可避免)，切換燃料噴射模式。也就是說，燃料噴射正時從延遲側(cè)的第三正時非連續(xù)地或直接變化至第一正時。以此方式，完成從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式的移轉(zhuǎn)，同時避免了 NVH 和排氣排放的問題。當(dāng)從擴散燃燒模式向發(fā)動機本體負(fù)荷為高的狀態(tài)(S卩、在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度低于預(yù)定值的狀態(tài))移轉(zhuǎn)時，噴射控制模塊可執(zhí)行過渡控制。當(dāng)從擴散燃燒模式向發(fā)動機本體負(fù)荷為低的狀態(tài)(即、在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度高于預(yù)定值的狀態(tài))移轉(zhuǎn)時，噴射控制模塊可禁止過渡控制。與上述相似，在從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，當(dāng)響應(yīng)于汽缸內(nèi)的氧濃度的變化連續(xù)地改變?nèi)剂蠂娚湔龝r時，當(dāng)燃燒模式移轉(zhuǎn)前后汽缸內(nèi)的氧濃度的差別變大，從根本上講，不可避免NVH和排氣排放的容許界限的情形。為此，只有當(dāng)從汽缸內(nèi)的氧濃度相對較高的擴散燃燒模式向即使在預(yù)混合燃燒模式中負(fù)荷也相對較高而汽缸內(nèi)的氧濃度低的狀態(tài)移轉(zhuǎn)時，才執(zhí)行上述過渡控制。另一方面，當(dāng)從擴散燃燒模式向即使在預(yù)混合燃燒模式中負(fù)荷也相對較低而汽缸內(nèi)的氧濃度高的狀態(tài)移轉(zhuǎn)時，禁止上述過渡控制。從而， 可改進(jìn)燃料消耗。在從擴散燃燒方式向預(yù)混合燃燒方式切換之前，噴射控制模塊可執(zhí)行至少包含位于第一正時或第一正時附近的燃料噴射和位于第二正時或第二正時附近的燃料噴射的燃料噴射集合。與上述類似，同樣在從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，燃燒聲的音質(zhì)突然改變。因此，在將燃料噴射方式從擴散燃燒方式切換至預(yù)混合燃燒方式之前，執(zhí)行至少包含位于第一正時或第一正時附近的燃料噴射和位于第二正時或第二正時附近的燃料噴射的燃料噴射集合，避免了燃燒聲的音質(zhì)的突然改變，并避免或減輕了給乘員帶來的不協(xié)調(diào)感。第三正時可被設(shè)置在黑煙容許界限與失火界限之間，以便在膨脹行程期間噴射的霧化燃料到達(dá)汽缸活塞頂部中的凹腔。如果燃料噴射正時延遲得太長，則導(dǎo)致噴射的燃料無法被點火，結(jié)果為失火。因此，將第三正時設(shè)置早于失火界限是優(yōu)選的，并且為了不超過黑煙的容許界限，優(yōu)選將第三正時設(shè)置于晚于黑煙的容許界限。擴散燃燒方式可包括主噴射和在主噴射前執(zhí)行的兩次或更多次前階段噴射。由于預(yù)燃燒是由兩次或更多次前階段噴射引起的，汽缸內(nèi)部變成基于主噴射就能容易地發(fā)生點火的狀態(tài)。結(jié)果，通過執(zhí)行主噴射噴射的燃料的點火延遲變短。這使得主燃燒變緩，避免或抑制了熱釋放率的突然上升。即、這對減少燃燒噪聲是有利的。此外，兩次或更多次前階段噴射減少了主噴射的燃料噴射量，也有利于抑制黑煙。前階段噴射與主噴射之間的噴射時間間隔可短于前階段噴射的噴射時間間隔。該配置相當(dāng)于執(zhí)行至少兩次前階段噴射，其包括在相對接近主噴射的正時執(zhí)行的前階段噴射(預(yù)噴射)和在相對遠(yuǎn)離主噴射的正時執(zhí)行的前階段噴射(先導(dǎo)噴射(Pilot injection))。在該兩個前階段噴射中的先導(dǎo)噴射提高了預(yù)混合性，同時改進(jìn)了空氣利用率。然而，預(yù)噴射在主燃燒之前引起預(yù)燃燒，且如上述，這縮短了由主噴射噴射的燃料的點火延遲。擴散燃燒方式可包括主噴射和在主噴射后預(yù)定時間間隔之后執(zhí)行的后階段噴射。 可設(shè)置被設(shè)置至第三正時的用于擴散燃燒的燃料噴射，以便相對于被設(shè)置至第二正時的用于擴散燃燒的燃料噴射，使后階段噴射保持相同的正時而只延遲主噴射的正時。在主噴射后預(yù)定時間間隔之后執(zhí)行后階段噴射。換言之，在相對遠(yuǎn)離主噴射的正時執(zhí)行后階段噴射。為此，在經(jīng)過主燃燒的熱釋放率的峰值后，后階段噴射抑制了在膨脹行程期間汽缸內(nèi)的溫度的下降，從而將汽缸內(nèi)的溫度保持在高溫度。這有利于利用腔外空氣氧化在燃燒的第一階段和中間階段產(chǎn)生的黑煙，并減少黑煙的排放。此外，在預(yù)混合燃燒模式和擴散燃燒模式之間相互切換時，當(dāng)在第三正時執(zhí)行擴散燃燒方式的燃料噴射時，只有主噴射的正時被延遲，而后階段噴射的正時未被延遲。因此，通過延遲主噴射可實現(xiàn)避免NVH和排氣排放的容許界限，同時如上述確保黑煙的氧化效果。通過控制發(fā)動機本體的進(jìn)氣門操作和排氣門操作中的至少一個，EGR量控制模塊可調(diào)整內(nèi)部EGR氣體量。因此，由于大量的EGR氣體能被引入汽缸，這對負(fù)荷低的預(yù)混合燃燒模式尤為有利。此外，由于其控制響應(yīng)性變得相對較高，這在當(dāng)燃燒模式在預(yù)混合燃燒模式和擴散燃燒模式之間切換時汽缸內(nèi)的氧濃度的變化變得相對較快的這一點上是有利的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，文本公開了一種車載柴油發(fā)動機的控制方法。發(fā)動機安裝在車輛內(nèi)且供給有主要包含柴油燃料的燃料。所述控制方法包括當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷為低時，在第一正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的預(yù)混合燃燒方式的燃料噴射，同時根據(jù)發(fā)動機的操作條件將一定量的EGR氣體引入汽缸，以使發(fā)動機以預(yù)混合燃燒模式操作。所述方法還包括當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷為高時，在晚于第一正時的第二正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的擴散燃燒方式的燃料噴射，以使發(fā)動機以擴散燃燒模式操作。所述方法還包括當(dāng)隨著發(fā)動機負(fù)荷的增加從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，將燃料噴射方式從預(yù)混合燃燒方式切換至擴散燃燒方式，同時根據(jù)發(fā)動機的操作條件將一定量的EGR氣體引入汽缸。所述方法還包括在切換至擴散燃燒方式之后立即將燃料噴射正時設(shè)置至晚于第二正時的第三正時，以及在此之后，根據(jù)汽缸內(nèi)的氧濃度的變化使第三正時向第二正時變化。此外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述控制方法包括當(dāng)隨著發(fā)動機負(fù)荷的降低從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，在晚于第二正時的第三正時執(zhí)行擴散燃燒方式的燃料噴射，同時根據(jù)發(fā)動機的操作條件將一定量的EGR氣體引入汽缸，以及在汽缸內(nèi)的氧濃度變成預(yù)定濃度后，將燃料噴射方式從擴散燃燒方式切換為預(yù)混合燃燒方式，并在第一正時執(zhí)行燃料噴射。如上述，根據(jù)車載柴油發(fā)動機和該發(fā)動機的控制方法，當(dāng)從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)，或從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，燃料噴射的正時非連續(xù)性地變化，從而在移轉(zhuǎn)燃燒模式的同時避免NVH和排氣排放的容許界限。


圖1為示出柴油發(fā)動機的結(jié)構(gòu)的示意性框圖。圖2示出根據(jù)柴油發(fā)動機的狀態(tài)的燃燒模式的區(qū)域圖的例子。圖3為說明燃料噴射量與汽缸內(nèi)的氧濃度之間的關(guān)系的圖。圖4A為示出氧濃度與燃料噴射正時之間的關(guān)系的區(qū)域圖的圖，其示出當(dāng)從預(yù)混合燃燒模式至擴散燃燒模式的連續(xù)移轉(zhuǎn)過程不存在的情形下移轉(zhuǎn)的例子；圖4B示出當(dāng)從預(yù)混合燃燒模式至擴散燃燒模式的連續(xù)移轉(zhuǎn)過程存在的情形下移轉(zhuǎn)的例子。圖5A為示出氧濃度與燃料噴射正時之間的關(guān)系的區(qū)域圖的圖，其示出當(dāng)從擴散燃燒模式至預(yù)混合燃燒模式的連續(xù)移轉(zhuǎn)過程不存在的情形下移轉(zhuǎn)的例子；圖5B示出當(dāng)從擴散燃燒模式至預(yù)混合燃燒模式的連續(xù)移轉(zhuǎn)過程存在的情形下移轉(zhuǎn)的例子。圖6A示出預(yù)混合燃燒模式的燃料噴射模式的例子，及與此相關(guān)的熱釋放率歷史的例子；圖6B示出擴散燃燒模式的燃料噴射模式的例子，及與此相關(guān)的熱釋放率歷史的例子；圖6C示出擴散延遲模式的燃料噴射模式的例子，及與此相關(guān)的熱釋放率歷史的例子。圖7為根據(jù)從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式的移轉(zhuǎn)控制的流程圖。圖8為根據(jù)從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式的移轉(zhuǎn)控制的流程圖。圖9為示出根據(jù)第二實施例的燃料噴射模式的例子的圖，其中圖9A示出預(yù)混合燃燒模式的燃料噴射模式的例子，圖9B示出擴散燃燒模式的燃料噴射模式的例子，圖9C示出擴散延遲模式的燃料噴射模式的例子，圖9D示出移轉(zhuǎn)燃燒模式的燃料噴射模式的例子。圖10示出分別用于預(yù)混合燃燒、擴散燃燒、移轉(zhuǎn)燃燒的燃燒聲的頻帶和聲壓之間的關(guān)系的圖。圖11示出在第二實施例中，當(dāng)從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時氧濃度的變化的例子，并響應(yīng)于氧濃度的變化在預(yù)混合燃燒模式、移轉(zhuǎn)燃燒模式和擴散燃燒模式之間切換的圖。圖12A與12B為根據(jù)第二實施例，如圖7所示的從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式的移轉(zhuǎn)控制的流程圖的補充步驟。圖13為根據(jù)第二實施例，如圖8所示的從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式的移轉(zhuǎn)控制的流程圖的補充步驟。
具體實施例方式以下參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明柴油發(fā)動機的幾個實施例。注意，以下優(yōu)選實施例的描述本質(zhì)上僅是本發(fā)明的示例說明。實施例1
圖1示出發(fā)動機A的例子。附圖標(biāo)記1指示安裝在車輛內(nèi)的發(fā)動機本體。發(fā)動機本體 1為柴油發(fā)動機(向其供給主要包含柴油燃料的燃料)，并包括兩個或更多個汽缸2 (圖中僅示例了一個汽缸)?；钊?往復(fù)式地安裝到各個汽缸2中，界定縮口形燃燒室4的腔31形成在活塞3的頂面。此外，噴射器5 (燃料噴射閥)設(shè)置在燃燒室4的天花板部分。噴射器5 從其尖端部的噴嘴將高壓燃料直接噴射入燃燒室4。發(fā)動機本體1具有15:1以下(但12:1 以上)的幾何壓縮比，是壓縮比相對較低的發(fā)動機。通過將在下文描述的對EGR通道34和 44中的EGR閥35和45的控制，或排氣門82的開閉控制，發(fā)動機本體1將大量EGR氣體引入汽缸2，以允許預(yù)混合充量壓縮點火(PCI)燃燒。盡管省略了其圖示，向各個汽缸2的噴射器5供給燃料的結(jié)構(gòu)是所謂的具有共用燃料分配管(共歧管)的“共歧管型”，該共用燃料分配管分別連接到噴射器5，從而允許在發(fā)動機的一個循環(huán)期間向各個汽缸2進(jìn)行兩次或更多次的燃料噴射。雖然噴射器5例如可為具有內(nèi)置控制閥的類型，其中根據(jù)噴射器5的通電量改變控制閥的升程來噴射燃料，但不限于此。在發(fā)動機本體1的上部，設(shè)置分別用于開啟和關(guān)閉進(jìn)氣門81和排氣門82的氣門操作機構(gòu)71和72。在進(jìn)氣門81和排氣門82側(cè)的氣門操作機構(gòu)71和72中，在排氣門82 側(cè)的氣門操作機構(gòu)72中設(shè)置有用于在正常模式和特殊模式之間切換排氣門82的操作模式的液壓操作可變機構(gòu)(在下文中稱為VVM (可變氣門裝置(variable valve motion))并以附圖標(biāo)記72表示)。雖然省略了其詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖示，VVM 72包括具有兩種有不同凸輪輪廓的凸輪(具有一個凸輪尖的第一凸輪和具有兩個凸輪尖的第二凸輪)并用于選擇性地將第一凸輪和第二凸輪中的一個的操作狀態(tài)傳遞至排氣門的空轉(zhuǎn)機構(gòu)。當(dāng)將第一凸輪的操作狀態(tài)傳遞至排氣門82時，VVM 72以正常模式操作，其中排氣門82在排氣行程中僅開啟一次， 另一方面，當(dāng)將第二凸輪的操作狀態(tài)傳遞至排氣門82時，VVM 72以特殊模式操作，其中排氣門82在排氣行程及進(jìn)氣行程中開啟(即、排氣門開啟兩次)。通過由發(fā)動機驅(qū)動的液壓泵 (未圖示)供給的油液壓地執(zhí)行VVM 72在正常模式與特殊模式之間的模式切換，特殊模式可用于根據(jù)內(nèi)部EGR的控制(將在下文描述)。應(yīng)注意，該結(jié)構(gòu)不是限制性的，能通過控制進(jìn)氣門81和排氣門82引入內(nèi)部EGR氣體的任何結(jié)構(gòu)都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，可采用由電磁驅(qū)動器驅(qū)動進(jìn)氣門81和排氣門82的電磁驅(qū)動型的氣門操作系統(tǒng)。用于對各個汽缸2的燃燒室4供給經(jīng)由空氣濾清器(未圖示)過濾的空氣(換言之， 新鮮空氣)的進(jìn)氣通道16連接到發(fā)動機本體1的一個側(cè)面(即、圖1的右手側(cè))。從上游側(cè)到下游側(cè)，進(jìn)氣通道16設(shè)置有具有蝶形閥的進(jìn)氣節(jié)流閥22、由渦輪增壓器30 (將在下文描述)的渦輪27驅(qū)動并壓縮進(jìn)氣的壓縮機20、冷卻由壓縮機20壓縮的進(jìn)氣的中間冷卻器21、具有蝶形閥的中間冷卻(I/C)通路節(jié)流閥23。另一方面，用于排出來自各個汽缸2的燃燒室4的燃燒氣體(S卩、排氣)的排氣通道沈連接到發(fā)動機本體1的另一相反側(cè)面(即、圖1的左手側(cè))。排氣通道沈的上游端部分支到各個汽缸2以形成通過排氣道分別與燃燒室4連通的排氣歧管。在排氣歧管下游的排氣通道沈的部分，從上游側(cè)到下游側(cè)按此順序設(shè)置有由排氣流旋轉(zhuǎn)的渦輪27、能凈化排氣中包含的有害成分的柴油氧化催化劑觀和DPF (柴油顆粒過濾器》9。氧化催化劑觀和DPF 29容納在單一殼體中。氧化催化劑觀具有承載例如鉬或添加有鈀的鉬的氧化催化劑，并有利于排氣中的CO和HC氧化產(chǎn)生(X)2和H2O的反應(yīng)。DPF 29捕捉發(fā)動機本體1的排氣中含有的顆粒，例如黑煙。應(yīng)注意，DPF四可涂有氧化催化劑材料。排氣通道沈與第一排氣再循環(huán)通道(以下稱為“第一 EGR通道”)；34相連，第一 EGR 通道34用于將一部分排氣再循環(huán)至進(jìn)氣側(cè)，以使第一 EGR通道34在來自DPF 29的排氣的下游側(cè)的排氣通道26的部分中打開。第一 EGR通道34的下游端與進(jìn)氣節(jié)流閥22和壓縮機 20之間的進(jìn)氣通道16相連，并將從排氣通道沈提取的排氣的部分再循環(huán)至進(jìn)氣通道16。 此外，在第一 EGR通道34的中間部分，設(shè)置用于冷卻在其中流動的排氣的EGR冷卻器37及開度可調(diào)的排氣再循環(huán)量調(diào)節(jié)閥35 (以下稱為“第一 EGR閥”)。此外，第二排氣再循環(huán)通道(以下稱為“第二 EGR通道”)44的上游端連接至排氣歧管。第二 EGR通道44的下游端在中間冷卻器21 (更具體地，I/C通路節(jié)流閥23)的下游側(cè)連接至進(jìn)氣通道16。此外，在第二 EGR通道44的中間部分，設(shè)置開度可調(diào)的排氣再循環(huán)量調(diào)節(jié)閥45 (以下稱為“第二 EGR閥”)。應(yīng)注意EGR冷卻器可設(shè)置在第二 EGR通道44的中間部分。各個噴射器5，氣門操作系統(tǒng)的VVM 72，進(jìn)氣節(jié)流閥22，I/C通路節(jié)流閥23，第一 EGR閥35和第二 EGR閥45等均響應(yīng)于來自電子控制單元(EOT) 40的控制信號來操作。 ECU 40包括包含CPU、存儲器、計數(shù)器計時器組、接口及具有用于與這些單元相互相連的路徑的微處理器。將至少來自用于檢測發(fā)動機本體1的曲軸的轉(zhuǎn)角的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器51、用于檢測進(jìn)氣的壓力狀態(tài)的進(jìn)氣壓力傳感器52、用于檢測排氣中的氧濃度的O2傳感器53、 用于檢測從外部吸入到發(fā)動機本體1的空氣的流量的空氣流量傳感器M、用于檢測與EGR 氣體混合后的進(jìn)氣溫度的進(jìn)氣溫度傳感器陽，及用于檢測加速器踏板(未圖示)的操作量 (depression amount)(即、加速器開度)的加速器位置傳感器56的輸出信號分別輸入到 E⑶40。E⑶40基于這些信號執(zhí)行各種計算以確定發(fā)動機本體1或車輛的狀態(tài)，并且根據(jù)該狀態(tài)輸出控制信號至如上述的噴射器5、氣門操作系統(tǒng)的VVM 72以及各種閥22、23、35和 45的驅(qū)動器。E⑶40由噴射控制模塊和EGR量控制模塊組成。(發(fā)動機的燃燒控制概述)
通過E⑶40對發(fā)動機本體1進(jìn)行的基本控制為，主要基于加速器開度確定目標(biāo)扭矩 (換言之、目標(biāo)負(fù)荷)，并通過控制噴射器5的操作得到響應(yīng)于目標(biāo)扭矩或負(fù)荷的燃料的噴射量和噴射正時等。此外，E⑶40通過控制節(jié)流閥22和23及第一和第二 EGR閥35和45的開度(外部EGR控制)以及控制VVM 72 (內(nèi)部EGR控制)控制至汽缸2的排氣的再循環(huán)率。圖2為示出根據(jù)柴油發(fā)動機的狀態(tài)的燃燒模式的區(qū)域圖。如圖2所示，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速與發(fā)動機負(fù)荷(換言之、燃料的實際總噴射量)，發(fā)動機本體1在兩種燃燒模式(擴散燃燒模式和預(yù)混合燃燒模式)之間切換。
在這些模式中，在擴散燃燒模式中，如圖6B的上部所示，當(dāng)活塞3位于壓縮行程上止點或在壓縮行程上止點附近時，燃料被噴射至汽缸2中(S卩、主噴射)。從而，通過噴射器5 的燃料噴射與燃料點火并行進(jìn)行。在該實施例中，在擴散燃燒模式中，在主噴射前執(zhí)行前階段噴射，而在主噴射后執(zhí)行后階段噴射。該模式的燃料噴射在此成為“擴散燃燒燃料噴射” 或“擴散燃燒方式”。應(yīng)注意，擴散燃燒模式的燃料噴射次數(shù)并不限于三次，而是可作適當(dāng)設(shè)置。應(yīng)注意，圖6B的下部示出與上述燃料噴射相關(guān)的汽缸2中的熱釋放率的歷史的例子。另一方面，在預(yù)混合燃燒模式中，在壓縮行程期間燃料在較早的正時處噴射至汽缸2中，且燃料噴射在燃料被點火之前完成。例如，如圖6A的上部所示，在這個實施例中，作為預(yù)混合燃燒模式的燃料噴射模式(即、預(yù)混合燃燒方式)，在壓縮行程期間，在到達(dá)壓縮行程上止點前，以相互之間間隔預(yù)定時間間隔執(zhí)行三次燃料噴射。應(yīng)注意，圖6A的下部示出與上述燃料噴射相關(guān)的汽缸2中的熱釋放率的歷史的例子。此處，在預(yù)混合燃燒燃料噴射模式中，將在相對較早的正時噴射的燃料噴射量設(shè)置為相對大量，及將在相對較晚的正時噴射的燃料噴射量設(shè)置為相對小量。這是因為，通過在較早期噴射較多燃料增加了燃料的預(yù)混合性。應(yīng)注意，預(yù)混合燃燒模式的燃料噴射次數(shù)并不限于三次，而是可作適當(dāng)設(shè)置。由此噴射的燃料，在處于燃料與空氣充分混合的狀態(tài)中，在位于壓縮行程上止點或壓縮行程上止點附近通過自點火燃燒(即、PCI燃燒)。在該預(yù)混合燃燒模式中，在燃料點火前可以產(chǎn)生具有均一燃料的氛圍，且燃料與空氣的當(dāng)量比設(shè)置得相對較低以抑制燃料的不完全燃燒和黑煙的產(chǎn)生。預(yù)混合燃燒模式對燃料的消耗與排放是有利的，但由于其需要確保使燃料均一的時間，其在發(fā)動機負(fù)荷相對較低且發(fā)動機轉(zhuǎn)速相對較低時使用。因此，如圖2所示， 在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為高和/或發(fā)動機負(fù)荷為高的其他范圍內(nèi)，發(fā)動機將處于擴散燃燒模式。通過圖6A與圖6B的比較可以明了，預(yù)混合燃燒模式與擴散燃燒模式之間的燃料噴射模式不同。作為代表預(yù)混合燃燒模式的三次燃料噴射正時的正時，當(dāng)將第二次燃料噴射的正時設(shè)置為主噴射的正時(即、第一正時)時，擴散燃燒模式的主噴射的正時(即、第二正時)設(shè)置得晚于第一正時。應(yīng)注意，圖6A、6B、及將在下文描述的6C中所示的燃料噴射量與熱釋放率不必要示出用于比較這些圖的相對燃料噴射量和相對熱釋放率。在此，當(dāng)執(zhí)行擴散燃燒模式時的汽缸內(nèi)的氧濃度設(shè)置得高于當(dāng)執(zhí)行預(yù)混合燃燒模式時的氧濃度。圖3示出了在預(yù)定發(fā)動機轉(zhuǎn)速下汽缸內(nèi)的氧濃度與燃料噴射量之間的關(guān)系的例子。具有相對較多的燃料噴射量的范圍(即、圖3中右手側(cè)的范圍)對應(yīng)于擴散燃燒模式，具有相對較少的燃料噴射量的范圍(即、圖3中左手側(cè)的范圍)對應(yīng)于預(yù)混合燃燒模式。當(dāng)執(zhí)行擴散燃燒模式時，如果當(dāng)量比增加(即、氧氣變少)，由于其變得容易產(chǎn)生 C0、HC或黑煙，需要使汽缸內(nèi)的氧濃度高于執(zhí)行預(yù)混合燃燒模式的情形以抑制不完全燃燒。 換言之，相比于執(zhí)行擴散燃燒模式，在執(zhí)行預(yù)混合燃燒模式時的EGR量增加。在上述發(fā)動機 A中，至少在預(yù)混合燃燒模式中和在燃燒模式間移轉(zhuǎn)(將在下文描述)的時候，通過控制VVM 72將相對大量的內(nèi)部EGR氣體引入到汽缸2內(nèi)。通過控制VVM 72控制內(nèi)部EGR氣體量是有利的，當(dāng)在燃燒模式間移轉(zhuǎn)時，汽缸2內(nèi)的氧濃度的變化的響應(yīng)性增加及燃燒模式的移轉(zhuǎn)更早完成。同樣在預(yù)混合燃燒模式中，當(dāng)燃料噴射量進(jìn)一步降低而負(fù)荷相對較低時，基于燃燒穩(wěn)定性的觀點，使氧濃度再次變高。因此，如圖3所示，當(dāng)燃料噴射量很大時(S卩、擴散燃燒模式，接近該圖的右端)，以及當(dāng)燃料噴射量較小時(即、在預(yù)混合燃燒模式中負(fù)荷為低，接近該圖的左端)，氧濃度變得相對較高。此外，當(dāng)燃料噴射量適中時(即、在預(yù)混合燃燒模式中負(fù)荷為高，接近該圖的中央)，氧濃度變得相對較低，作為圖整體，發(fā)動機具有中央部向下凸出的特性。因此，例如，與發(fā)動機負(fù)荷的變化相關(guān)，當(dāng)在預(yù)混合燃燒模式與擴散燃燒模式之間切換并伴隨著燃料噴射量的改變時，如圖3所示有兩種移轉(zhuǎn)模式。一種情形是從預(yù)混合燃燒模式中氧濃度相對較高的范圍Al到擴散燃燒模式中的范圍A2的移轉(zhuǎn)，或從擴散燃燒模式中的范圍A2到預(yù)混合燃燒模式中的范圍Al的移轉(zhuǎn)。另一種情形是從預(yù)混合燃燒模式中氧濃度相對較低的范圍A3到擴散燃燒模式中的范圍A2的移轉(zhuǎn)，或從擴散燃燒模式中的范圍A2到預(yù)混合燃燒模式中的范圍A3的移轉(zhuǎn)。在這些移轉(zhuǎn)模式中，前者的移轉(zhuǎn)模式(S卩、在范圍Al和范圍A2之間)，移轉(zhuǎn)前后汽缸內(nèi)的氧濃度的變化相對較小。因此，從根本上講，在通過VVM 72等執(zhí)行對內(nèi)部EGR氣體量的變化控制時，通過連續(xù)地變化噴射量、噴射方式和噴射正時，使平穩(wěn)的燃燒模式移轉(zhuǎn)成為可能同時避免NOx、NVH和黑煙的全部產(chǎn)生界限。另一方面，后者的移轉(zhuǎn)模式(即、在范圍A2和范圍A3之間)，移轉(zhuǎn)前后汽缸內(nèi)的氧濃度的變化相對較大。因此，在通過VVM 72等執(zhí)行對內(nèi)部EGR氣體量的變化控制時，通過連續(xù)地變化噴射量、噴射方式和噴射正時，NVH和黑煙的產(chǎn)生界限中的至少一個可能不能避
免ο參考圖4A、4B、5A、5B進(jìn)行說明。圖4A、4B、5A、5B為分別示出氧濃度與噴射正時之間的關(guān)系的區(qū)域圖。在這些區(qū)域圖中，隨著在橫軸上向右手側(cè)移動時，汽缸內(nèi)的氧濃度變低 (換言之，EGR量增加)，另一方，隨著在橫軸上向左手側(cè)移動時，汽缸內(nèi)的氧濃度變高(換言之，EGR量減小)。此外，隨著在縱軸上向上移動時，噴射正時提前，另一方，隨著在縱軸上向下移動時，噴射正時延遲。此外，在這些區(qū)域圖中還分別示出NVH、黑煙和NOx的容許界限以及失火界限。圖中，10Q、15Q和25Q表示燃料噴射量，并根據(jù)燃料噴射量改變NVH、黑煙和 NOx的容許界限及失火界限。具體地，燃料噴射量之間的關(guān)系是10Q<15Q<25Q，且隨著燃料噴射量的增加，各容許界限擴大。首先，圖4A示出隨著發(fā)動機負(fù)荷的增加燃料噴射量從15Q變化至25Q同時燃燒模式從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)的情形中的例子。圖中白圈Pii示出移轉(zhuǎn)前的狀態(tài)，該狀態(tài)對應(yīng)于當(dāng)氧濃度為低時預(yù)混合燃燒模式中負(fù)荷相對較高的狀態(tài)(即、圖3中的范圍A3)。此外，圖中黑圈P12示出移轉(zhuǎn)后的狀態(tài)，該狀態(tài)對應(yīng)于氧濃度為高時圖3中的范圍 A2。在此，當(dāng)從白圈Pll移轉(zhuǎn)至黑圈P12時，即使逐漸地延遲噴射正時并使氧濃度逐漸變高 (即、在圖中設(shè)置從白圈Pll向黑圈P12的向下傾斜直線延伸的移轉(zhuǎn)過程)，在白圈Pll和黑圈P12之間，25Q的NVH的容許界限和25Q的黑煙的容許界限互相重疊。因此，移轉(zhuǎn)過程干擾了 NVH的容許界限和/或黑煙的容許界限。當(dāng)設(shè)置了傾斜向下的移轉(zhuǎn)過程，且噴射正時和氧濃度隨著移轉(zhuǎn)過程連續(xù)變化時，NVH和黑煙會不可避免地超過容許限度。應(yīng)注意，即使從白圈Pl 1到黑圈P12設(shè)置傾斜向下的移轉(zhuǎn)過程而不增加燃料噴射量(其維持在15Q)，在白圈Pll和黑圈P12之間，15Q的NVH的容許界限和15Q的黑煙的容許界限彼此接近，移轉(zhuǎn)過程會干擾NVH和黑煙的容許界限中的任一個。因此，當(dāng)將燃燒模式從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)同時將燃料噴射量從15Q變化至25Q時，從白圈Pll到黑圈P12的最短移轉(zhuǎn)過程是不存在的。
另一方面，圖4B示出隨著發(fā)動機負(fù)荷的增加燃燒模式從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)同時燃料噴射量從IOQ變化至25Q的情形中的例子。圖中白圈P21示出移轉(zhuǎn)前的狀態(tài)，該狀態(tài)對應(yīng)于當(dāng)氧濃度相對較高時預(yù)混合燃燒模式中負(fù)荷相對較低的狀態(tài)(即、 圖3中的范圍Al)。此外，圖中黑圈P22示出移轉(zhuǎn)后的狀態(tài)。在此，當(dāng)從白圈P21向黑圈P22 移轉(zhuǎn)時，通過變化燃料噴射量至25Q并延遲噴射正時(參見該圖中L21、L22和L23)，可能避免NVH的容許界限以及避免黑煙的容許界限。因此，可能將燃燒模式從預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)至擴散燃燒模式同時避免NVH、黑煙和NOx的全部容許界限。換言之，在燃燒模式從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)同時燃料噴射量從IOQ變化至25Q的情形下，燃料噴射模式和汽缸內(nèi)的氧濃度都從白圈P21向黑圈P22連續(xù)地變化的最短移轉(zhuǎn)過程是存在的。圖5A示出隨著發(fā)動機負(fù)荷的降低燃燒模式從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)同時燃料噴射量從25Q變化至15Q的情形中的例子。圖中白圈P31示出移轉(zhuǎn)前的狀態(tài)， 該狀態(tài)對應(yīng)于圖3中的范圍A2。另一方面，圖中黑圈P32示出移轉(zhuǎn)后的狀態(tài)，如上述，該狀態(tài)對應(yīng)于當(dāng)氧濃度為低時預(yù)混合燃燒模式中負(fù)荷相對較高的狀態(tài)(即、圖3中的范圍A3)。 與圖4A所示的情形類似，當(dāng)從白圈P31向黑圈P32移轉(zhuǎn)時，即使逐漸地提前噴射正時并使氧濃度逐漸變低，也就是說，即使在圖中設(shè)置從白圈P31向黑圈P32的向上傾斜直線延伸的移轉(zhuǎn)過程，移轉(zhuǎn)過程會干擾NVH的容許界限和/或黑煙的容許界限。因此，當(dāng)燃燒模式從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)同時將燃料噴射量從25Q變化至15Q時，從白圈P31到黑圈P32的最短移轉(zhuǎn)過程是不存在的。另一方面，圖5B示出隨著發(fā)動機負(fù)荷的降低燃燒模式從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)同時燃料噴射量從25Q變化至IOQ的情形中的例子。圖中白圈P41示出移轉(zhuǎn)前的狀態(tài)，該狀態(tài)對應(yīng)于圖3中的范圍A2。圖中黑圈P42示出移轉(zhuǎn)后的狀態(tài)，其對應(yīng)于當(dāng)氧濃度相對較高時預(yù)混合燃燒模式中負(fù)荷相對較低的狀態(tài)(即、圖3中的范圍Al)。在此，當(dāng)從白圈P41向黑圈P42移轉(zhuǎn)時，通過將燃料噴射量從25Q變化至IOQ并提前噴射正時(參見該圖中L41和L42)，可能避免NVH的容許界限同時避免黑煙的容許界限。因此，可能將燃燒模式從擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)至預(yù)混合燃燒模式同時避免NVH、黑煙和NOx的全部容許界限。 換言之，在燃燒模式從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)同時燃料噴射量從2 變化至 IOQ的情形下，燃料噴射模式和汽缸內(nèi)的氧濃度都從白圈P41向黑圈42連續(xù)地變化的最短移轉(zhuǎn)過程是存在的。因此，在上述例子中，如與燃料噴射量從15Q到25Q的改變相關(guān)的燃燒模式的移轉(zhuǎn)，及與燃料噴射量從2 到1 的改變相關(guān)的燃燒模式的移轉(zhuǎn)，當(dāng)在預(yù)混合燃燒模式中負(fù)荷相對較高的范圍和擴散燃燒模式之間移轉(zhuǎn)時，由于移轉(zhuǎn)前后氧濃度差別大，可能無法連續(xù)地改變?nèi)剂蠂娚湔龝r。因此，在文本公開的柴油發(fā)動機A中，如圖4A與5A中白色箭頭所示，分別設(shè)置繞過白圈與黑圈之間存在的NVH和黑煙的容許界限的移轉(zhuǎn)過程，并且改變?nèi)剂蠂娚淠Ｊ胶推變?nèi)的氧濃度以遵從移轉(zhuǎn)過程以移轉(zhuǎn)燃燒模式。具體地，當(dāng)從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)(如圖4A中的P14所示)時，燃料噴射正時比擴散燃燒模式的燃料噴射正時(參見P12)延遲得更多。這稱為“擴散延遲模式”。圖6C示出擴散延遲模式的燃料噴射模式的例子。該燃料噴射模式具有與擴散燃燒模式類似的方式，其中執(zhí)行主噴射、前階段噴射和后階段噴射的三次噴射，而主噴射和后階段噴射的噴射正時設(shè)置于比第二正時延遲得更多的第三正時，其中第二正時是擴散燃燒模式的主噴射和后階段噴射的噴射正時(參見圖6B和6C)。應(yīng)注意，前階段噴射的正時位于壓縮行程上止點前，且其與擴散燃燒模式的前階段噴射的正時(參見圖6B)基本相同。通過在活塞3下降的膨脹行程期間執(zhí)行主噴射和后階段噴射，對燃料混合性能是有利的，對減少NOx和黑煙是有效的，燃燒變緩，對NVH是有利的。也就是說，在擴散延遲模式中，如圖 4A中L12所示，通過將燃料噴射正時直接變化至延遲側(cè)，可避免黑煙的容許界限，以及避免 NVH和NOx的容許界限。之后，根據(jù)汽缸2內(nèi)的氧濃度的變化，燃料噴射正時向第二正時(擴散燃燒模式的燃料噴射正時)提前同時避免黑煙的容許界限，且最終將正時設(shè)置于由P12所示的第二正時 (參見該圖的L13)。以此方式，可能從Pll的預(yù)混合燃燒模式向P12的擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)同時避免NVH、NOx和黑煙的容許界限。在此，上述擴散延遲模式的執(zhí)行開始可如下設(shè)置。也就是說，如圖4A中Lll所示， 在從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式切換的開始，可以執(zhí)行燃料噴射模式(即、燃料噴射量、噴射正時和噴射方式)連續(xù)地變化的正?？刂啤Ｈ缓螽?dāng)超過NVH、黑煙或NOx的容許界限時(參見該圖中P13)，噴射方式可切換至擴散燃燒方式以執(zhí)行擴散延遲模式，以將燃料噴射正時直接變化至第三正時。在此，由于如果大幅延遲主噴射會發(fā)生失火，設(shè)置第三正時位于不超過失火界限的范圍內(nèi)。因此，如P14所示，第三正時設(shè)置在黑煙容許界限和失火界限之間。此外，基于抑制燃料消耗增加的觀點，優(yōu)選將第三正時設(shè)置得盡量早，并為此將第三正時設(shè)置于接近黑煙的容許界限，且該正時將沿著黑煙的容許界限變化至第二正時。與此不同的是，當(dāng)從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，如圖5A中P33所示， 在燃料噴射正時比擴散燃燒模式的燃料噴射正時P31延遲得更多的情況下執(zhí)行擴散延遲模式(參見該圖中L31)。從而，避免了黑煙的容許界限以及NVH和NOx的容許界限。然后根據(jù)汽缸2內(nèi)的氧濃度的減小，延遲燃料噴射正時同時避免黑煙的容許界限。具體地，通過將燃料噴射量從25Q變化至15Q，可沿著15Q處的黑煙容許界限延遲噴射正時(參見該圖 L32)。從而，避免了燃料消耗的增加。因此，當(dāng)向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，ECU 40等待能夠避免NVH容許界限的氧濃度，然后，當(dāng)其處于可避免NVH的狀態(tài)時(參見P34)，正時提前至作為預(yù)混合燃燒模式的噴射正時的第一正時(參見L33、P35)。此后，隨著氧濃度的變化，移轉(zhuǎn)至預(yù)定的預(yù)混合燃燒模式的狀態(tài)(參見L34、P32)。以此方式，可能從P31的擴散燃燒模式向P32的預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)同時避免NVH和黑煙的容許界限。在此，與上述類似，由于如果大幅延遲主噴射會發(fā)生失火，設(shè)置第三正時位于不超過失火界限的范圍內(nèi)。然而，基于盡可能減少燃料消耗的觀點，如圖5A中的L32所示，接近黑煙的容許界限，沿其容許界限延遲噴射正時是優(yōu)選的。接下來，參考圖7和圖8的流程圖說明由ECU 40執(zhí)行的燃燒模式的移轉(zhuǎn)控制。圖 7示出了從預(yù)混合燃燒模式到擴散燃燒模式的移轉(zhuǎn)控制，其對應(yīng)于圖4A和4B。該流程在基于加速器位置傳感器56的檢測結(jié)果接收從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式的移轉(zhuǎn)請求時開始。首先，在步驟S71，基于例如O2傳感器53的檢測值(即、排氣通道沈內(nèi)的氧濃度檢測結(jié)果)評估汽缸2內(nèi)的氧濃度，且ECU 40判定汽缸2內(nèi)的當(dāng)前氧濃度是否超過黑煙的容許界限。若未超過黑煙的容許界限(判定結(jié)果為是)，E⑶40進(jìn)入步驟S72，在步驟S72執(zhí)行正?？刂啤Ｔ撜？刂圃O(shè)置從預(yù)混合燃燒模式至擴散燃燒模式的移轉(zhuǎn)過程，且隨著移轉(zhuǎn)過程逐漸地改變?nèi)剂蠂娚淠Ｊ?即、燃料噴射方式、噴射正時和噴射量)，同時通過對EGR閥35和 45及VVM 72的控制逐漸地改變汽缸2內(nèi)的氧濃度(在此，EGR量減小且氧濃度增加)。從而， 如圖4A的區(qū)域圖中Lll所示，狀態(tài)移轉(zhuǎn)至P13，以及如圖4B的區(qū)域圖中L21、L22和L23所示，狀態(tài)移轉(zhuǎn)至P23、P24和P22。在隨后的步驟S77，ECU 40判定燃燒模式的移轉(zhuǎn)是否完成，若移轉(zhuǎn)已完成(判定結(jié)果為是)，該流程結(jié)束。另一方面，如果移轉(zhuǎn)未完成(判定結(jié)果為否)，則流程返回至步驟S71。 因此，即使在執(zhí)行正常控制期間，如果汽缸2內(nèi)的狀態(tài)變化至超過黑煙的容許界限的狀態(tài)， E⑶40停止正?？刂撇⑦M(jìn)入步驟S73。在步驟S71，如果E⑶40判定氧濃度超過了黑煙的容許界限，E⑶40進(jìn)入步驟 S73，在步驟S73執(zhí)行擴散延遲模式。也就是說，在隨后的步驟S74，E⑶40基于黑煙的容許界限和失火界限，設(shè)置擴散燃燒燃料噴射的延遲量。也就是說，ECU 40設(shè)置避免上述黑煙的容許界限的第三正時，并基于第三正時，執(zhí)行前階段噴射、主噴射和后階段噴射。從而，在圖4A的區(qū)域圖中，如L12所示移轉(zhuǎn)狀態(tài)并達(dá)到P14。此后，根據(jù)汽缸2內(nèi)的氧濃度的變化，ECU 40在未超出黑煙的容許界限的范圍內(nèi)使燃料噴射正時向作為擴散燃燒模式的噴射正時的第二正時提前(參見步驟S75)，并繼續(xù)提前噴射正時直到完成燃燒模式的移轉(zhuǎn)(參見步驟S76)。從而，在圖4A的區(qū)域圖中，如L13 所示移轉(zhuǎn)狀態(tài)。然后，當(dāng)擴散燃燒燃料噴射的正時變化至擴散燃燒模式的噴射正時，且燃燒模式的移轉(zhuǎn)完成時(換言之，步驟S76的判定結(jié)果為“是”)，該流程結(jié)束。圖8示出了從擴散燃燒模式到預(yù)混合燃燒模式的移轉(zhuǎn)控制，其對應(yīng)于圖5A和5B。 該流程在基于加速器位置傳感器56的檢測結(jié)果接收從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式的移轉(zhuǎn)請求時開始。首先，在步驟S81，基于汽缸2內(nèi)的氧濃度(其基于例如A傳感器53的檢測值評估)，ECU 40判定當(dāng)切換至預(yù)混合燃燒模式的燃料噴射模式時在當(dāng)前狀態(tài)下是否能避免NVH 的容許界限。在該步驟中，也考慮到NOx的容許界限，也可判定是否可避免NVH的容許界限和NOx的容許界限兩者。若在步驟S81的判定結(jié)果為是，則E⑶40進(jìn)入步驟S82，在步驟 S82執(zhí)行正?？刂啤Ｔ撜？刂圃O(shè)置從擴散燃燒模式至預(yù)混合燃燒模式的移轉(zhuǎn)過程，且隨著移轉(zhuǎn)過程逐漸地改變?nèi)剂蠂娚淠Ｊ?即、燃料噴射方式、噴射正時和噴射量)，同時通過對 EGR閥35和45及VVM 72的控制逐漸地改變汽缸2內(nèi)的氧濃度(在此，EGR量增加且氧濃度減小)。從而，在圖5B的區(qū)域圖中，如L41和L42所示，狀態(tài)移轉(zhuǎn)至P43和P42。在隨后的步驟S85，ECU 40判定燃燒模式的移轉(zhuǎn)是否完成，若移轉(zhuǎn)已完成(判定結(jié)果為是)，該流程結(jié)束。另一方面，如果移轉(zhuǎn)未完成(判定結(jié)果為否)，則流程返回至步驟S81。在步驟S81，如果E⑶40判定氧濃度超過了 NVH的容許界限(判定結(jié)果為否)，E⑶ 40進(jìn)入步驟S83，在步驟S83執(zhí)行擴散延遲模式。也就是說，在隨后的步驟S84，E⑶40基于黑煙的容許界限和失火界限，設(shè)置擴散燃燒燃料噴射的正時的延遲量。具體地，ECU 40設(shè)置避免上述黑煙的容許界限的第三正時，同時基于第三正時執(zhí)行前階段噴射、主噴射和后階段噴射。從而，在圖5A的區(qū)域圖中，如L31和L32所示移轉(zhuǎn)狀態(tài)并達(dá)到P33和P34。應(yīng)注意，即使第三正時未延遲至晚于第二正時，當(dāng)能避免黑煙的容許界限時，延遲量可設(shè)置為 0 (零)。然后，在步驟S84，E⑶40等待改變汽缸2內(nèi)的氧濃度同時延遲第三正時以避免黑煙的容許界限。然后，通過在步驟S81的判定結(jié)果，得到能避免NVH容許界限的狀態(tài)，ECU 40進(jìn)入步驟S82，在步驟S82，擴散延遲模式切換至正?？刂?。與此相關(guān)，燃料噴射方式切換至預(yù)混合燃燒方式，噴射正時也直接變化(提前)至第一正時。也就是說，在圖5A的區(qū)域圖中，如L33所示移轉(zhuǎn)狀態(tài)并達(dá)到P35。此后，通過繼續(xù)進(jìn)行正?？刂浦钡揭妻D(zhuǎn)完成，如圖5A的區(qū)域圖中L34所示移轉(zhuǎn)狀態(tài)，以及當(dāng)氧濃度變化至預(yù)定狀態(tài)且完成移轉(zhuǎn)時，該流程結(jié)束。因此，在上述柴油發(fā)動機A中，隨著發(fā)動機本體1的負(fù)荷的增加，當(dāng)從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，燃料噴射方式從預(yù)混合燃燒方式切換至擴散燃燒方式，此后， 將燃料噴射的正時設(shè)置至晚于作為擴散燃燒模式的噴射正時的第二正時的第三正時。從而，在避免NVH和排氣排放的問題的狀態(tài)下，ECU 40等待汽缸2內(nèi)的氧濃度的變化，并通過根據(jù)氧濃度的變化將燃料噴射正時從第三正時向第二正時改變，使燃燒模式的移轉(zhuǎn)可能完成。與此不同的是，隨著發(fā)動機本體1的負(fù)荷的降低，當(dāng)從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，燃料噴射方式保持為擴散燃燒方式，但將燃料噴射的正時設(shè)置至晚于擴散燃燒模式的第二正時的第三正時。從而，與上述類似，在避免NVH和排氣排放的問題的狀態(tài)下，ECU 40等待汽缸2內(nèi)的氧濃度的變化，當(dāng)氧濃度變化至可切換至預(yù)混合燃燒模式的狀態(tài)時，燃料噴射方式切換至預(yù)混合燃燒方式，并通過將燃料噴射正時從第三正時直接改變至預(yù)混合燃燒模式的第一正時，使燃燒模式的移轉(zhuǎn)可能完成。在燃燒模式移轉(zhuǎn)時，當(dāng)燃料噴射模式和汽缸2內(nèi)的氧濃度連續(xù)地變化時，即使當(dāng) NVH或排氣排放不可避免地超過容許界限時，這種擴散延遲模式使得移轉(zhuǎn)燃燒模式而不超過NVH或排氣排放的容許界限成為可能。另一方面，在燃燒模式移轉(zhuǎn)時，當(dāng)燃料噴射模式和汽缸2內(nèi)的氧濃度連續(xù)變化時， 如上述，由于上述擴散延遲模式對燃料消耗不利，因此僅當(dāng)NVH或排氣排放不可避免地超過容許界限時，才執(zhí)行擴散延遲模式，除此以外，禁止該模式(即、執(zhí)行正常控制)，從而對改進(jìn)燃料消耗起作用(同樣參見圖3中白色箭頭)。實施例2
圖9示出根據(jù)第二實施例的各個燃燒模式的燃料噴射模式的例子。在本實施例中，當(dāng)燃燒模式在預(yù)混合燃燒模式和擴散燃燒模式(包括擴散延遲模式)之間互相切換時，執(zhí)行移轉(zhuǎn)燃燒模式。該移轉(zhuǎn)燃燒模式為避免或消除在切換燃燒模式時由于燃燒聲的音質(zhì)的突然改變給乘員帶來的不協(xié)調(diào)感的模式。首先，在如圖9A所示的預(yù)混合燃燒模式的燃料噴射模式中，與如圖6A所示的燃料噴射模式類似，在壓縮行程期間在較早的正時執(zhí)行三次到汽缸2的燃料噴射。從而，由此噴射的燃料在處于燃料和空氣充分混合的狀態(tài)中在位于壓縮行程的上止點或壓縮行程上止點附近通過自點火燃燒。在此，將接近三次燃料噴射中的第二次燃料噴射的正時定義為預(yù)混合燃燒的燃料噴射正時(即、第一正時)。接著，在如圖9B所示的擴散燃燒模式的燃料噴射模式中，與如圖6B所示的燃料噴射模式稍有不同，在位于壓縮行程上止點或壓縮行程上止點附近的主噴射前執(zhí)行兩次前階段噴射。兩次前階段噴射中的第一次前階段噴射為在相對遠(yuǎn)離主噴射的正時執(zhí)行的先導(dǎo)噴射，該先導(dǎo)噴射增加了燃料的預(yù)混合性能，同時改進(jìn)了空氣利用率。另一方面，接著的前階段噴射為在相對接近主噴射的正時執(zhí)行的預(yù)噴射。通過與先導(dǎo)噴射的結(jié)合，預(yù)噴射在主燃燒之前引起預(yù)燃燒，并產(chǎn)生了燃料容易點火的汽缸2內(nèi)的狀態(tài)。這縮短了執(zhí)行主噴射噴射的燃料的點火延遲，使主燃燒變緩，并避免或抑制了熱釋放率的突然增加。也就是說，兩次或更多次前階段噴射對減少燃燒噪聲是有利的。此外，如圖9B所示的擴散燃燒模式的燃料噴射模式包括在主噴射之后執(zhí)行的后階段噴射。與如圖6B所示的燃料噴射模式的后階段噴射稍有不同，該后階段噴射在距主噴射預(yù)定時間間隔處執(zhí)行。這種后階段噴射抑制了在經(jīng)過主燃燒的熱釋放率的峰值后在膨脹行程期間汽缸2內(nèi)的溫度的下降，并將汽缸2內(nèi)的溫度保持在高溫度。這對利用腔外空氣促進(jìn)氧化在燃燒的最初階段和中間階段產(chǎn)生的黑煙來減少黑煙的排放是有利的。將擴散燃燒模式的燃料噴射模式的燃料噴射正時(即、第二正時)定義為位于壓縮行程上止點或壓縮行程上止點附近的主噴射的正時。接著，在如圖9C所示的擴散延遲模式的燃料噴射模式中，與如圖9B所示的擴散燃燒模式的燃料噴射模式相比，只是延遲了主噴射的正時，而將先導(dǎo)噴射、預(yù)噴射和后階段噴射的正時分別設(shè)置為基本上與擴散燃燒模式的噴射正時相同的正時。與上述相同，這維持了通過先導(dǎo)噴射和預(yù)噴射在主燃燒前發(fā)生預(yù)燃燒以及后階段噴射對黑煙的氧化效果，并在預(yù)混合燃燒模式和擴散燃燒模式之間相互移轉(zhuǎn)時通過主噴射的延遲實現(xiàn)了避免NVH和產(chǎn)生的排氣排放的容許界限。由主噴射的延遲的正時(即、第三正時)定義擴散延遲模式的燃料噴射正時，且如上述根據(jù)汽缸2內(nèi)的氧濃度的變化改變該第三正時。如圖9D所示的移轉(zhuǎn)燃燒模式總共包括四次燃料噴射在第一正時(如圖9A所示的預(yù)混合燃燒模式的燃料噴射正時)附近執(zhí)行的燃料噴射、在第二正時(如圖9B所示的擴散燃燒模式的燃料噴射正時)附近執(zhí)行的燃料噴射、在第二正時附近執(zhí)行的噴射前的燃料噴射、 以及在后階段噴射的正時附近執(zhí)行的燃料噴射。換言之，在該燃料噴射模式中，預(yù)混合燃燒模式的燃料噴射模式包括的壓縮行程期間的三次燃料噴射的間隔分別被延長，而使間隔接近執(zhí)行四次燃料噴射的擴散燃燒模式的燃料噴射模式。在此，在圖10中，比較預(yù)混合燃燒、擴散燃燒和移轉(zhuǎn)燃燒的燃燒聲的特性，圖中橫軸表示頻帶，縱軸表示聲壓。根據(jù)該圖，如圖10中虛線所示，預(yù)混合燃燒的燃燒聲具有如下特性在相對較低的頻帶內(nèi)其聲壓高于擴散燃燒的燃燒聲(如圖10中點劃線所示)，并在相對較高的頻帶內(nèi)聲壓低于擴散燃燒的燃燒聲。燃燒聲特性的差別(音質(zhì)的差別)在切換燃燒模式時引起燃燒聲的音質(zhì)的突然改變。另一方面，如上述，移轉(zhuǎn)燃燒模式包括在對應(yīng)于預(yù)混合燃燒模式的燃料噴射正時的第一正時附近執(zhí)行的燃料噴射和在對應(yīng)于擴散燃燒模式的燃料噴射正時的第二正時附近執(zhí)行的燃料噴射兩者。在該實施例中，移轉(zhuǎn)燃燒模式也包括在擴散燃燒模式中的后階段噴射的正時附近執(zhí)行的燃料噴射。從而，如圖10中實線所示，移轉(zhuǎn)燃燒的燃燒聲的特性具有預(yù)混合燃燒和擴散燃燒的中間特性。也就是說，移轉(zhuǎn)燃燒的燃燒聲的聲壓在從低頻帶到高頻帶的廣的頻帶范圍內(nèi)位于預(yù)混合燃燒和擴散燃燒之間。為此，移轉(zhuǎn)燃燒模式的執(zhí)行優(yōu)先于從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式的移轉(zhuǎn)和從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式的移轉(zhuǎn)，避免了燃燒聲的音質(zhì)突然改變。圖11為說明預(yù)混合燃燒模式、擴散燃燒模式和移轉(zhuǎn)燃燒模式的轉(zhuǎn)變的圖，其中橫軸表示時間，縱軸表示汽缸2內(nèi)的氧濃度。在此，舉例描述隨著發(fā)動機負(fù)荷的增加(與加速器踏板的踩踏相關(guān))狀態(tài)從圖11中P51所示的預(yù)混合燃燒模式的狀態(tài)向P52所示的擴散燃燒模式的狀態(tài)移轉(zhuǎn)的情形。該實施例示出因為移轉(zhuǎn)前后汽缸2內(nèi)的氧濃度差別大所以執(zhí)行擴散延遲模式的例子。首先，如圖9A所示，在P51的預(yù)混合燃燒模式的狀態(tài)下，在壓縮行程期間執(zhí)行三次燃料噴射，并執(zhí)行PCI燃燒。因此，當(dāng)燃料噴射量增加(與加速器踏板的踩踏相關(guān))，汽缸2內(nèi)的氧濃度暫時地降低。也就是說，汽缸2內(nèi)的氧濃度并不是簡單地從P51向P52增加(如圖 11中點劃線所示)，而是如該圖實線所示，氧濃度先下降然后逐漸地增加。從P51的狀態(tài)到氧濃度變得最低的P53，預(yù)混合燃燒模式持續(xù)。然后，在加速器踏板的踩踏操作之后的EGR 控制開始跟隨，并在其后，汽缸2內(nèi)的氧濃度逐漸地增加。此時，從P53的狀態(tài)直到氧濃度變得稍微高于初始氧濃度的時候(如P^所示)，執(zhí)行上述移轉(zhuǎn)燃燒模式(參見圖9D)。通過在移轉(zhuǎn)至擴散燃燒模式之前執(zhí)行移轉(zhuǎn)燃燒模式避免了燃燒聲的音質(zhì)的突然改變。然后，當(dāng)汽缸2內(nèi)的氧濃度變成K4所示的狀態(tài)時，模式移轉(zhuǎn)至擴散燃燒模式。在此情況下，在移轉(zhuǎn)之后立即進(jìn)入擴散延遲模式。也就是說，如圖9C所示，只有主噴射的正時被延遲。從而，如上述，實現(xiàn)了避免NVH和排氣排放的容許界限。然后，隨著汽缸2內(nèi)的氧濃度增加，逐漸地提前主噴射的正時。然后，主噴射變成如圖9B所示的預(yù)定正時，且當(dāng)汽缸2內(nèi)的氧濃度達(dá)到P52的狀態(tài)時，完成燃燒模式的移轉(zhuǎn)。如圖12A所示，當(dāng)從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，由ECU 40執(zhí)行的控制流程，在圖7的流程圖中的步驟S73和S74之間結(jié)合執(zhí)行移轉(zhuǎn)燃燒模式的步驟S78。此外，如圖12B所示，用步驟S79替代圖7的流程圖中的步驟S72。雖然步驟S79基本上與在步驟S72處的正常控制的步驟相同，但是其增加了在移轉(zhuǎn)至擴散燃燒模式前執(zhí)行如上所述的移轉(zhuǎn)燃燒模式。應(yīng)注意，在圖4A與圖11中，Pll和P51、P12和P52、P14和K4分別互相對應(yīng)，P53 對應(yīng)于從Pll到P13的部分。另一方面，如圖13所示，當(dāng)從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，在由ECU 40執(zhí)行的控制流程中，用步驟S86替代圖8的流程圖中的步驟S82。雖然步驟S86基本上與在步驟S82處的正?？刂频牟襟E相同，但是其增加了在移轉(zhuǎn)至預(yù)混合燃燒模式前執(zhí)行如上所述的移轉(zhuǎn)燃燒模式。以此方式，通過分別在從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)中和在從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式的移轉(zhuǎn)中設(shè)置移轉(zhuǎn)燃燒模式，避免了燃燒聲的音質(zhì)的突然改變，并使避免或減輕給乘員帶來的不協(xié)調(diào)感成為可能。應(yīng)注意，圖6A到6C所示的各個燃燒模式的燃料噴射模式與圖9A到9D所示的各個燃燒模式的燃料噴射模式是可相互替換的。應(yīng)理解，本文所述實施例是示例性的而非限制性的，因為本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求而非說明書限定，且落入權(quán)利要求的界限和范圍內(nèi)的所有變化或這些界限和范圍的等價物應(yīng)理解包含在權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種車載柴油發(fā)動機，包括安裝在車輛內(nèi)且供給有主要包含柴油燃料的燃料的發(fā)動機本體，所述發(fā)動機本體用于選擇性地在低負(fù)荷時以預(yù)混合燃燒模式操作，或在高負(fù)荷時以擴散燃燒模式操作；用于根據(jù)燃燒模式控制經(jīng)由燃料噴射閥進(jìn)入汽缸的燃料噴射的噴射控制模塊；以及用于調(diào)整進(jìn)入所述汽缸的EGR氣體量的EGR量控制模塊；其中，當(dāng)所述發(fā)動機本體以預(yù)混合燃燒模式操作時，所述噴射控制模塊在汽缸內(nèi)壓力相對較低時的第一正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的預(yù)混合燃燒方式的燃料噴射，以及當(dāng)發(fā)動機本體以擴散燃燒模式操作時，所述噴射控制模塊在晚于第一正時的第二正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的擴散燃燒方式的燃料噴射；所述EGR量控制模塊執(zhí)行至少在預(yù)混合燃燒模式中及在從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時根據(jù)所述發(fā)動機本體的操作條件將一定量的EGR氣體引入到所述汽缸的控制；以及當(dāng)隨著所述發(fā)動機本體負(fù)荷的增加從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，所述噴射控制模塊還將燃料噴射方式從預(yù)混合燃燒方式切換至擴散燃燒方式，并在晚于第二正時的第三正時執(zhí)行擴散燃燒方式的燃料噴射，此后，所述噴射控制模塊執(zhí)行根據(jù)汽缸內(nèi)的氧濃度的變化使第三正時向第二正時變化的過渡控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載柴油發(fā)動機，其特征在于，當(dāng)從發(fā)動機本體負(fù)荷為高的狀態(tài)向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，所述噴射控制模塊執(zhí)行所述過渡控制，所述發(fā)動機本體負(fù)荷為高的狀態(tài)為在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度低于預(yù)定值的狀態(tài)；以及當(dāng)從發(fā)動機本體負(fù)荷為低的狀態(tài)向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，所述噴射控制模塊禁止所述過渡控制，所述發(fā)動機本體負(fù)荷為低的狀態(tài)為在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度高于預(yù)定值的狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車載柴油發(fā)動機，其特征在于，在從預(yù)混合燃燒方式向擴散燃燒方式切換之前，所述噴射控制模塊執(zhí)行至少包含位于第一正時或第一正時附近的燃料噴射和位于第二正時或第二正時附近的燃料噴射的燃料噴射集合。
4.一種車載柴油發(fā)動機，包括安裝在車輛內(nèi)且供給有主要包含柴油燃料的燃料的發(fā)動機本體，所述發(fā)動機本體用于選擇性地在低負(fù)荷時以預(yù)混合燃燒模式操作，或在高負(fù)荷時以擴散燃燒模式操作；用于根據(jù)燃燒模式控制經(jīng)由燃料噴射閥進(jìn)入汽缸的燃料噴射的噴射控制模塊；以及用于調(diào)整進(jìn)入所述汽缸的EGR氣體量的EGR量控制模塊；其中，當(dāng)所述發(fā)動機本體以預(yù)混合燃燒模式操作時，所述噴射控制模塊在汽缸內(nèi)壓力相對較低時的第一正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的預(yù)混合燃燒方式的燃料噴射，以及當(dāng)發(fā)動機本體以擴散燃燒模式操作時，所述噴射控制模塊在晚于第一正時的第二正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的擴散燃燒方式的燃料噴射；所述EGR量控制模塊執(zhí)行至少在預(yù)混合燃燒模式中及在從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時根據(jù)所述發(fā)動機本體的操作條件將一定量的EGR氣體引入到所述汽缸的控制；且當(dāng)隨著發(fā)動機本體負(fù)荷的降低從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，所述噴射控制模塊在晚于第二正時的第三正時執(zhí)行擴散燃燒方式的燃料噴射，以及在汽缸內(nèi)的氧濃度變成預(yù)定濃度后，所述噴射控制模塊執(zhí)行過渡控制，在所述過渡控制中燃料噴射方式從擴散燃燒方式切換至預(yù)混合燃燒方式，并在第一正時執(zhí)行預(yù)混合燃燒方式的燃料噴射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車載柴油發(fā)動機，其特征在于，當(dāng)從擴散燃燒模式向發(fā)動機本體負(fù)荷為高的狀態(tài)移轉(zhuǎn)時，所述噴射控制模塊執(zhí)行所述過渡控制，所述發(fā)動機本體負(fù)荷為高的狀態(tài)為在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度低于預(yù)定值的狀態(tài)；以及當(dāng)從擴散燃燒模式向發(fā)動機本體負(fù)荷為低的狀態(tài)移轉(zhuǎn)時，所述噴射控制模塊禁止所述過渡控制，所述發(fā)動機本體負(fù)荷為低的狀態(tài)為在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度高于預(yù)定值的狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的車載柴油發(fā)動機，其特征在于，在從擴散燃燒方式向預(yù)混合燃燒方式切換之前，所述噴射控制模塊執(zhí)行至少包含位于第一正時或第一正時附近的燃料噴射和位于第二正時或第二正時附近的燃料噴射的燃料噴射集合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的車載柴油發(fā)動機，其特征在于，將所述第三正時設(shè)置在黑煙容許界限與失火界限之間，以便在膨脹行程期間噴射的霧化燃料到達(dá)汽缸內(nèi)活塞頂部中的凹腔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的車載柴油發(fā)動機，其特征在于，所述擴散燃燒方式包括主噴射和在主噴射前執(zhí)行的兩次或更多次前階段噴射。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車載柴油發(fā)動機，其特征在于，所述前階段噴射與所述主噴射之間的噴射時間間隔短于所述前階段噴射的噴射時間間隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的車載柴油發(fā)動機，其特征在于，所述擴散燃燒方式包括主噴射和在主噴射后預(yù)定時間間隔之后執(zhí)行的后階段噴射，設(shè)置被設(shè)置至第三正時的用于擴散燃燒的燃料噴射，以便相對于被設(shè)置至第二正時的用于擴散燃燒的燃料噴射，使后階段噴射保持相同的正時而只延遲主噴射的正時。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的車載柴油發(fā)動機，其特征在于，通過控制所述發(fā)動機本體的進(jìn)氣門操作和排氣門操作中的至少一個，所述EGR量控制模塊調(diào)整內(nèi)部EGR 氣體量。
12.—種車載柴油發(fā)動機的控制方法，所述柴油發(fā)動機安裝在車輛內(nèi)且供給有主要包含柴油燃料的燃料，所述控制方法包括當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷為低時，在第一正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的預(yù)混合燃燒方式的燃料噴射，同時根據(jù)發(fā)動機的操作條件將一定量的EGR氣體引入汽缸，以使發(fā)動機以預(yù)混合燃燒模式操作；當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷為高時，在晚于第一正時的第二正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的擴散燃燒方式的燃料噴射，以使發(fā)動機以擴散燃燒模式操作；當(dāng)隨著發(fā)動機負(fù)荷的增加從預(yù)混合燃燒模式向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，將燃料噴射方式從預(yù)混合燃燒方式切換至擴散燃燒方式，同時根據(jù)發(fā)動機的操作條件將一定量的EGR氣體引入汽缸；在切換至擴散燃燒方式之后立即將燃料噴射正時設(shè)置至晚于第二正時的第三正時；以及在此之后，根據(jù)汽缸內(nèi)的氧濃度的變化使第三正時向第二正時變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，當(dāng)從發(fā)動機本體負(fù)荷為高的狀態(tài)向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，將噴射正時設(shè)置至第三正時，所述發(fā)動機本體負(fù)荷為高的狀態(tài)為在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度低于預(yù)定值的狀態(tài)；以及當(dāng)從發(fā)動機本體負(fù)荷為低的狀態(tài)向擴散燃燒模式移轉(zhuǎn)時，不將噴射正時設(shè)置至第三正時，所述發(fā)動機本體負(fù)荷為低的狀態(tài)為在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度高于預(yù)定值的狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，在從預(yù)混合燃燒方式向擴散燃燒方式切換之前，還執(zhí)行至少包含位于第一正時或第一正時附近的燃料噴射和位于第二正時或第二正時附近的燃料噴射的燃料噴射集合。
15.一種車載柴油發(fā)動機的控制方法，所述柴油發(fā)動機安裝在車輛內(nèi)且供給有主要包含柴油燃料的燃料，所述控制方法包括當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷為低時，在第一正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的預(yù)混合燃燒方式的燃料噴射，同時根據(jù)發(fā)動機的操作條件將一定量的EGR氣體引入汽缸，以使發(fā)動機以預(yù)混合燃燒模式操作；當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷為高時，在晚于第一正時的第二正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的擴散燃燒方式的燃料噴射，以使發(fā)動機以擴散燃燒模式操作；當(dāng)隨著發(fā)動機負(fù)荷的降低從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，在晚于第二正時的第三正時執(zhí)行擴散燃燒方式的燃料噴射，同時根據(jù)發(fā)動機的操作條件將一定量的EGR氣體引入汽缸；以及在汽缸內(nèi)的氧濃度變成預(yù)定濃度后，將燃料噴射方式從擴散燃燒方式切換至預(yù)混合燃燒方式，以在第一正時執(zhí)行燃料噴射。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，當(dāng)從擴散燃燒模式向發(fā)動機負(fù)荷為高的狀態(tài)移轉(zhuǎn)時，將噴射正時設(shè)置至第三正時，所述發(fā)動機負(fù)荷為高的狀態(tài)為在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度低于預(yù)定值的狀態(tài)；以及當(dāng)從擴散燃燒模式向發(fā)動機負(fù)荷為低的狀態(tài)移轉(zhuǎn)時，不將噴射正時設(shè)置至第三正時， 所述發(fā)動機負(fù)荷為低的狀態(tài)為在預(yù)混合燃燒模式中汽缸內(nèi)的氧濃度高于預(yù)定值的狀態(tài)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，還包括在從擴散燃燒方式向預(yù)混合燃燒方式切換之前，執(zhí)行至少包含位于第一正時或第一正時附近的燃料噴射和位于第二正時或第二正時附近的燃料噴射的燃料噴射集合。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至17中任一項所述的方法，其特征在于，將所述第三正時設(shè)置在黑煙容許界限與失火界限之間，以便在膨脹行程期間噴射的霧化燃料到達(dá)汽缸內(nèi)活塞頂部中的凹腔。
19.根據(jù)權(quán)利要求12至18中任一項所述的方法，其特征在于，所述擴散燃燒方式包括主噴射和在主噴射前執(zhí)行的兩次或更多次前階段噴射。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述前階段噴射與所述主噴射之間的噴射時間間隔短于所述前階段噴射的噴射時間間隔。
21.根據(jù)權(quán)利要求12至20中任一項所述的方法，其特征在于，所述擴散燃燒方式包括主噴射和在主噴射后預(yù)定時間間隔之后執(zhí)行的后階段噴射， 設(shè)置被設(shè)置至第三正時的用于擴散燃燒的燃料噴射，以便相對于被設(shè)置至第二正時的用于擴散燃燒的燃料噴射，使后階段噴射保持相同的正時而只延遲主噴射的正時。
22.根據(jù)權(quán)利要求12至21中任一項所述的方法，其特征在于，所述EGR氣體為通過控制所述發(fā)動機的進(jìn)氣門操作和排氣門操作中的至少一個引入到汽缸的內(nèi)部EGR氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車載柴油發(fā)動機的控制方法及該車載柴油發(fā)動機，公開了一種柴油發(fā)動機的控制方法，包括當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷為低時，在第一正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的預(yù)混合燃燒方式的燃料噴射，同時根據(jù)發(fā)動機的操作條件將一定量的EGR氣體引入汽缸，以使發(fā)動機以預(yù)混合燃燒模式操作；當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷為高時，在晚于第一正時的第二正時執(zhí)行包括一次或多次噴射的擴散燃燒方式的燃料噴射，以使發(fā)動機以擴散燃燒模式操作；以及當(dāng)隨著發(fā)動機負(fù)荷的降低從擴散燃燒模式向預(yù)混合燃燒模式移轉(zhuǎn)時，在晚于第二正時的第三正時執(zhí)行擴散燃燒方式的燃料噴射，同時根據(jù)發(fā)動機的操作條件將一定量的EGR氣體引入汽缸。
文檔編號F02D41/30GK102312740SQ20111017216
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者志茂大輔, 林原寬, 森永真一, 谷村兼次 申請人:馬自達(dá)汽車株式會社