专利名称：用于车辆的柴油发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于车辆的柴油发动机，特别涉及用于车辆的柴油发动机中的燃料喷射控制。
背景技术：
在车辆的柴油发动机中，为了例如减少排气中含有的NOx和黑烟，减少噪声或振动，以及改进燃料消耗和扭矩，在发动机的一个循环中，在一个或多个汽缸中的每个中执行多次燃料喷射。例如，JP2009-293383A公开了一种在五个时间间隔执行燃料喷射的柴油发动机，具体如下用于产生扭矩的主喷射，在该主喷射之前执行以预加热汽缸的先导喷射 (piolt injection)，在先导喷射与主喷射之间执行以抑制主喷射喷射的燃料的点火延迟的预喷射，在主喷射之后执行以提高排气温度的后喷射，以及在后喷射之后通过直接将燃料引入排气系统以提高催化剂温度的后期喷射(post injection)。同时，柴油发动机的几何压缩比通常在15 1至17 1的范围内，特别是在15 1至 17 1的后半段。通过将压缩比降低至，例如，低于15 :1，有望改进排气排放性能和热效率。 在另一方面，当使用具有低压缩比的发动机时，会产生汽缸内的燃料点火效率降低的问题。在此，本发明的发明人发现在具有低压缩比的柴油发动机中，通过由单次预喷射 (优选多次)产生的在压缩行程上止点之前的预定正时处具有预定峰值热释放率的预燃烧， 可缩短主喷射喷射的燃料的点火延迟并使主燃烧稳定。然而，本发明的发明人还发现在发动机上的负荷变低和燃料喷射量减少的工作范围内，包含上述预喷射和主喷射的燃料喷射模式不能保持主燃烧的稳定状态。
发明内容
鉴于上述情况，本发明目的在于提供一种用于车辆的柴油发动机，其可在减少燃料喷射量的低负荷范围内使汽缸内的燃烧稳定。通过研究低负荷范围内的燃烧的不稳定性，本发明的发明人发现由于发动机负荷降低造成在预喷射与主喷射之间通过预喷射喷射的燃料量的减少导致的燃料喷射量的减少。即，由于预喷射中的燃料喷射量减少，预燃烧不能在足够的热释放率下发生。因此，主喷射中喷射的燃料的点火延迟变长，从而主燃烧变得不稳定。特别是在具有低压缩比的发动机中，由于燃料喷射量的设定随着热效率提高而减少，当发动机负荷降低时燃料喷射量进一步减少，从而进一步增加了主燃烧的不稳定性。为此，为了有效产生具有足够热释放率的预燃烧，执行汽缸减少操作模式 (cylinder-cutoff operating mode)，其中停止对汽缸中的一个或多个进行燃料供给；而且，对于在低负荷范围内供给有燃料的汽缸中的一个或多个增加了每汽缸燃料喷射量，其中燃料喷射量变得小于预定量。根据本发明的一方面，提供一种用于车辆的柴油发动机，其包括安装到车辆并且具有供给有包含主要成分为柴油燃料的燃料的多个汽缸的发动机本体；设置在所述发动机本体内以朝向所述汽缸并分别向所述汽缸直接喷射所述燃料的多个燃料喷射阀；以及用于控制通过所述燃料喷射阀将所述燃料喷射入所述汽缸的模式的喷射控制模块。所述喷射控制模块至少根据所述发动机本体上的负荷设定每汽缸燃料喷射量，执行在压缩行程上止点附近喷射燃料的主喷射以产生主要由扩散燃烧触发的主燃烧，且执行至少一次在所述主喷射之前喷射所述燃料的预喷射以产生在所述压缩行程上止点之前的预定正时处具有峰值热释放率的预燃烧。所述喷射控制模块还执行当所述发动机本体处于低负荷条件下且每汽缸燃料喷射量低于预定量时停止对一个或多个汽缸进行燃料供给的汽缸减少操作模式。在此，在所述压缩行程上止点之前的预定正时处具有峰值热释放率的预燃烧包括在压缩行程上止点之前热释放率升高达到峰值后，该热释放率降低然后由于主燃烧而升高的情况，以及在热释放率由于主燃烧而提前升高达到峰值后最低限度地降低的情况。因此，通过在压缩行程上止点附近喷射燃料的主喷射之前执行至少一次预喷射， 产生在所述压缩行程上止点之前的预定正时处具有峰值热释放率的预燃烧。在此，优选在喷射的燃料的至少一部分到达插入汽缸的活塞的顶面上形成的腔的正时处执行预喷射。此外，优选实质上通过预喷射喷射的燃料的总量到达该腔。此外，优选执行多次预喷射，且鉴于将燃料局部充实腔内并提高点火效率，预喷射执行次数越多越优选。一次或多次预喷射产生在所述压缩行程上止点之前的预定正时处具有峰值热释放率的预燃烧，且可缩短主喷射喷射的燃料的点火延迟，并可通过预燃烧改进后续主燃烧的稳定性。当发动机本体处于每汽缸燃料喷射量低于预定量的低负荷条件下时，预喷射中喷射的燃料量减少，从而不能发生具有足够的热释放率的预燃烧，主喷射中喷射的燃料的点火延迟变长，点火效率降低，抑制了热释放。换言之，主燃烧不稳定。因此，如上所述，可执行当所述发动机本体处于低负荷条件下时停止对一个或多个汽缸进行燃料供给的汽缸减少操作模式。从而，增加供给有燃料的每个汽缸的燃料喷射量，以在预喷射期间确保输送足够的燃料喷射量。因此，在压缩行程上止点之前的预定正时处可发生具有足够的热释放率的预燃烧，可缩短主喷射喷射的燃料的点火延迟，并可使主燃烧稳定。柴油发动机不同于进气基本上不节流的火花点火式发动机。因此，由于输入到汽缸中的空气的压缩形成了指示波(indicator wave)(驱动波)。另一方面，当发动机本体处于低负荷时执行汽缸减少操作模式，在操作期间通过汽缸内的燃烧导致的汽缸内部压力的增加较小。因此，驱动波形在指示波形的变化中变得占主导，指示波形的变化变得实质上规则的。从而，在汽缸减少操作模式中，可避免噪声、振动和声振粗糙性(NVH)的性能劣化。在所述燃料供给至每个汽缸的条件下，所述预定量基于产生具有预定热释放率的所述预燃烧所需的所述预喷射的最小喷射量和通过所述扩散燃烧响应于所述发动机本体上的负荷产生燃烧扭矩所需的所述主喷射的最小喷射量的总和设定。换言之，通过基于预喷射和主喷射的最小喷射量的总和(该总和可设定为预定量) 设定与燃料喷射相关的预定量，其为与确定是否执行汽缸减少操作模式相关的阈值，发生具有足够的热释放率的预燃烧，以便可通过主燃烧获得所需的燃烧扭矩同时使主燃烧稳定。所述发动机本体的几何压缩比设定在12 1至低于15 1的范围内。
换言之，考虑到使低负荷范围内的主燃烧稳定化，汽缸减少操作模式在由于低压缩比导致的点火效率较低和由于热释放率增加导致的燃料喷射量的设定减少的发动机本体中特别有效。每当执行所述汽缸减少操作模式时，所述喷射控制模块使未供给有所述燃料的一个或多个汽缸交替。由于当停止向一个或多个汽缸进行燃料供给时燃烧不发生，因此一个或多个汽缸内的温度降低。因此，用于执行汽缸减少操作模式所需的条件不满足，且当操作模式改变回正常模式时，由于一个或多个汽缸内的温度过低，供给至一个或多个停用的汽缸的燃料难以点燃或不点燃。为此，通过使未供给有燃料的一个或多个汽缸交替，可避免汽缸保持停用及汽缸内的温度显著降低。当所述发动机本体的转速超过预定值时，所述喷射控制模块执行所述汽缸减少操作模式。当发动机本体处于转速超过预定值的高转速范围内时，曲轴角速度变高，由于预喷射之间的时间间隔变短，多次预喷射变得难以执行。换言之，在高转速范围内预喷射次数必须减少；然而，该减少导致汽缸中的点火效率的降低。因此，难以产生预燃烧，抑制了热释放率，并使主燃烧不稳定。因此，当发动机本体处于低负荷且高转速下时执行汽缸减少操作模式，对于避免预燃烧和主燃烧的不稳定性特别有效。根据本发明的另一方面，提供一种用于车辆的柴油发动机，其包括安装到车辆并且具有供给有包含主要成分为柴油燃料的燃料的多个汽缸的发动机本体；设置在所述发动机本体内以朝向所述汽缸并分别向所述汽缸直接喷射所述燃料的多个燃料喷射阀；以及用于控制通过所述燃料喷射阀将所述燃料喷射入所述汽缸的模式的喷射控制模块。所述发动机本体的几何压缩比设定在12 1至低于15 1的范围内。所述喷射控制模块至少根据所述发动机本体上的负荷设定每汽缸燃料喷射量，执行在压缩行程上止点附近喷射燃料的主喷射以产生主要由扩散燃烧触发的主燃烧，且执行至少一次在所述主喷射之前喷射所述燃料的预喷射以产生在所述压缩行程上止点之前的预定正时处具有峰值热释放率的预燃烧。所述喷射控制模块还执行当所述发动机本体处于低负荷条件下且每汽缸燃料喷射量低于预定量时停止对所述汽缸中的一个或多个进行燃料供给的汽缸减少操作模式。在所述燃料供给至所有汽缸的条件下，所述预定量基于产生具有预定热释放率的所述预燃烧所需的所述预喷射的最小喷射量和通过所述扩散燃烧响应于所述发动机本体上的负荷产生燃烧扭矩所需的所述主喷射的最小喷射量的总和设定。
图1是示出根据一个实施例的柴油发动机的结构的示意图； 图2是关于柴油发动机的控制的框图3包括两个图，其中(a)图是预定工作范围内的燃料喷射模式的示例，(b)图是根据该燃料喷射模式的热释放率的历史的示例；
图4是示出了发动机转速与每汽缸所需最小燃料喷射量之间的关系的示图；图5是示出了四汽缸中的两个汽缸停用时的汽缸停用操作的示意图； 图6是两汽缸操作下的指示波图的示例图7是示出了四汽缸中的一个汽缸停用时的汽缸停用操作的示意图； 图8是示出了每个预定循环中单个汽缸停用时的汽缸停用操作的示意图。
具体实施例方式以下参考附图详细描述根据本发明的实施例的柴油发动机。注意，以下优选实施例的描述仅是示例。图1和2示出了该实施例的发动机1 (发动机本体)的示意结构。发动机1是安装到车辆并且供给有其中主要成分为柴油燃料的燃料的柴油发动机。柴油发动机包括具有多个汽缸Ila(虽然附图中仅示出了一个汽缸，但本实施例的发动机是具有第一至第四汽缸的直列四汽缸发动机)的汽缸体11，设置在该汽缸体11上的汽缸盖12，以及设置在该汽缸体11下方用于存储润滑油的油底壳13。在发动机1的汽缸Ila内，往复式地插入活塞14，部分形成缩口型燃烧室1 的腔在各活塞14的顶面上形成。各活塞14通过连杆14b连接到曲轴15。在汽缸盖12中，对于各汽缸11a，形成进气道16和排气道17，且用于开启和关闭进气道16和排气道17的开口的进气门21和排气门22设置在燃烧室14a的两侧。在用于操作进气门21和排气门22的发动机1的气门系统中，用于在正常模式与特殊模式之间切换排气门22的操作模式的液压驱动切换机构71 (参见图2，在下文中称为 VVM，可变气门装置(variable valve motion))设置在排气门侧。该VVM 71 (未示出其详细结构)包括具有一个凸轮尖的第一凸轮和具有两个凸轮尖的第二凸轮(这是具有不同凸轮轮廓的两种凸轮)，以及用于选择性地将第一凸轮和第二凸轮中的任一个的操作状态传递至排气门22的空转机构。当空转机构将第一凸轮的操作状态传递至排气门22时，排气门22在正常模式中操作，且在排气行程中仅开启一次。另一方面，当空转机构将第二凸轮的操作状态传递至排气门22时，排气门22在特殊模式中操作，且在排气行程中开启并在进气行程中再次开启，因此排气门开启两次。VVM 71中在正常模式与特殊模式之间的模式切换通过由发动机操作的液压泵(未图示)施加的液压执行。该特殊模式可用于与内部EGR相关的控制。应注意，可采用通过使用电磁驱动器操作排气门22的电磁操作气门系统在正常模式与特殊模式之间切换。此外， 内部EGR的执行不限于开启排气门22两次，且内部EGR的执行可经由通过开启进气门21 两次的内部EGR控制实现，或可经由通过在排气行程或进气行程期间关闭进气门21和排气门22两者设定负重叠期使燃烧气体保持在燃烧室内的内部EGR控制实现。用于喷射燃料的喷射器18和用于通过在发动机1的冷状态下加热进气以提高燃料点火效率的电热塞(glow plug)19设置在汽缸盖12内。喷射器18设置为使其燃料喷射口分别从燃烧室Ha的天花板表面面向燃烧室14a，且基本上，喷射器18通过在压缩行程上止点附近直接喷射燃料以将燃料供给至燃烧室14a。进气通道30连接到发动机1的侧面以便与汽缸Ila的进气道16连通。同时，用于排出来自汽缸Ila的燃烧室14a的已燃烧气体(排气)的排气通道40连接到发动机1的另一侧面。进气通道30和排气通道40设置有用于对进气涡轮增压的大型涡轮增压器61 和小型涡轮增压器62 (在下文中详述)。
用于过滤进气的空气滤清器31设置在进气通道30的上游端部。均压箱(surge tank) 33设置在进气通道30的下游端附近。在均压箱33的下游侧的进气通道30的一部分分支为向各汽缸Ila延伸的独立通道，独立通道的下游端与汽缸Ila的进气道16连接。大型涡轮增压器61的压缩机61a，小型涡轮增压器62的压缩机62a，用于冷却由压缩机61a和6 压缩的空气的中间冷却器35，以及用于调节汽缸Ila的燃烧室14a的进气量的节流阀36，设置在空气滤清器31和均压箱33之间的进气通道30中。该节流阀36 通常全开；然而，当发动机1停止时，该节流阀36全闭以防止爆震。排气通道40的上游侧的部分由排气歧管构成，该排气歧管具有向汽缸Ila分支且与排气道17的外端相连的独立通道以及这些独立通道集合在一起的集合部。在排气歧管下游的排气通道40的部分，从上游按此顺序设置有小型涡轮增压器 62的涡轮62b，大型涡轮增压器61的涡轮61b，用于清除排气中含有的有害成分的排气排放控制装置41，以及消声器42。该排气排放控制装置41包括氧化催化剂41a和柴油颗粒过滤器41b (在下文中， 称为过滤器)，这些构件从上游按此顺序设置。该氧化催化剂41a和过滤器41b容纳在壳体中。该氧化催化剂41a具有承载例如钼或添加有钯的钼的氧化催化剂，并引起通过氧化排气中含有的CO和HC而产生(X)2和H2O的反应。该过滤器41b捕捉来自发动机1的排气中含有的颗粒，例如黑烟。应注意，过滤器41b可涂有氧化催化剂。在均压箱33与节流阀36之间的进气通道30的一部分(即小型涡轮增压器62的小型压缩机6 下游的部分)和排气歧管与小型涡轮增压器62的小型涡轮62b之间的排气通道40的一部分(即小型涡轮增压器62的小型涡轮62b上游的部分)，与排气再循环通道 51连接而将排气部分地再循环至进气通道30。用于调节至进气通道30的排气的再循环量的排气再循环阀51a和用于通过发动机冷却剂冷却排气的EGR冷却器52设置在排气再循环通道51中。该大型涡轮增压器61具有设置在进气通道30中的大型压缩机61a和设置在排气通道40中的大型涡轮61b。该大型压缩机61a设置在空气滤清器31与中间冷却器35之间的进气通道30中。该大型涡轮61b设置在排气歧管与氧化催化剂41a之间的排气通道40 中。该小型涡轮增压器62具有设置在进气通道30中的小型压缩机6 和设置在排气通道40中的小型涡轮62b。该小型压缩机6 设置在大型压缩机61a下游的进气通道30 中。该小型涡轮62b设置在大型涡轮61b上游的排气通道40中。换言之，大型压缩机61a和小型压缩机6 从大型涡轮增压器61的上游按此顺序串联设置在进气通道30中，而小型涡轮62b和大型涡轮61b从汽缸盖12的下游按此顺序串联设置在排气通道40中。大型涡轮61b和小型涡轮62b通过排气的流动旋转，且与大型涡轮61b和小型涡轮62b相连的大型压缩机61a和小型压缩机6 分别通过大型涡轮61b 和小型涡轮62b的旋转驱动。小型涡轮增压器62相对较小而大型涡轮增压器61相对较大。因此大型涡轮增压器61的大型涡轮61b的惯性大于小型涡轮增压器62的小型涡轮62b的惯性。用于绕过小型压缩机62a的小型进气旁通道63与进气通道30相连。用于调节流入小型进气旁通道63的空气量的小型进气旁通阀63a设置在小型进气旁通道63中。该小型进气旁通阀63a在没有分配到电力时通常全闭。用于绕过小型涡轮62b的小型排气旁通道64和用于绕过大型涡轮61b的大型排气旁通道65与排气通道40相连。用于调节流入小型排气旁通道64的排气量的调节阀6 设置在小型排气旁通道64中，且用于调节流入大型排气旁通道65的排气量的排气泄压阀 65a设置在大型排气旁通道65中。该调节阀6 和排气泄压阀6 在没有分配到电力时都全开(常开)。具有上述结构的柴油发动机1通过动力系控制模块10 (在下文中称为PCM)控制。 该PCM 10配置有CPU，存储器，计数器计时器组，接口以及具有用于与这些单元相连的路径的微处理器。PCM 10配置为控制装置。如图2所示，将来自用于检测发动机冷却剂温度的流体温度传感器SW1、连接到均压箱33用于检测供给至燃烧室1 的空气的压力的涡轮增压压力传感器SW2、用于检测进气温度的进气温度传感器SW3、用于检测曲轴15的转角的曲轴转角传感器SW4、用于检测相应于车辆加速器踏板(未图示)角度的加速器开度的加速器位置传感器SW5、以及用于检测排气中的氧浓度的&传感器SW6的检测信号输入PCM 10。 PCM 10基于该检测信号执行各种计算以确定发动机1和车辆的状态，进而根据确定的状态输出控制信号至喷射器18、电热塞19、气门系统的VVM 71以及阀36、51a、63a、6^和6 的驱动器。因此，发动机1配置为具有较低的压缩比，其几何压缩比在12 1至低于15 1的范围内，从而改进了排气排放性能并提高了热效率。大型涡轮增压器61和小型涡轮增压器 62增加了发动机1的扭矩以补偿由低几何压缩比损失的动力。应注意，发动机1的几何压缩比不限于此。(发动机的燃烧控制说明)
在通过PCM 10进行的发动机1的基本控制中，目标扭矩(目标负荷)主要基于加速器开度确定，相应于目标扭矩的燃料喷射量和喷射正时通过控制喷射器18的驱动实现。此外， 通过控制节流阀36和排气再循环阀51a的开启角度(外部EGR控制)以及控制VVM 71 (内部EGR控制)控制至汽缸Ila的排气的再循环率。在发动机1中，根据发动机转速和发动机负荷(实际总燃料喷射量)分区设定多个工作范围，且对于每个工作范围设定不同燃料喷射模式。图3包括两个图，其中(a)图是较低负荷的工作范围内的燃料喷射模式的示例，(b)图是根据该燃料喷射模式汽缸Ila中热释放率的历史的示例。如图3的(a)图中的实线所示，在该范围内的燃料喷射模式中，对每个汽缸Ila在较接近压缩行程上止点的正时处执行三次具有较短时间间隔的预喷射，然后在压缩行程上止点附近执行一次主喷射。因此，在该工作范围内共执行四次燃料喷射。在此，执行三次预喷射以使至少一部分喷射的燃料，优选实质上喷射的燃料的总量到达活塞14中形成的腔。从而，燃料可局部充实该腔内。此外，如图3的(b)图中的实线所示，预喷射产生在压缩行程上止点之前的预定正时处(例如BTDC5° CA)具有预定热释放率的预燃烧。从而，在汽缸Ila的点火效率由于压缩比设定得较低而降低的柴油发动机 1中，可缩短通过主喷射喷射的燃料的点火延迟并可改进随后的主燃烧的稳定性。此外，该预燃烧可有效减缓热释放率的升高以减少燃烧噪声并改进NVH性能。在发动机1上的负荷进一步降低的范围内，每汽缸总燃料喷射量(在预喷射和主喷射中的总喷射量)相应于负荷的降低而减少。特别地，由于低压缩比和预先将发动机1中的总燃料喷射量设定得较低而导致的热效率的提高，总燃料喷射量由于负荷降低而进一步变少。在此，由于主喷射中的燃料喷射量设定为满足所需扭矩，例如，如图3的(a)图中的虚线所示，响应于总燃料喷射量的减少量，每个预喷射中的燃料喷射量相对较少。从而，如图3的(b)图中的虚线所示，预燃烧的热释放率降低，因而主喷射喷射的燃料的点火延迟变长，降低了点火效率，且抑制了热释放。换言之，使主燃烧不稳定。特别地，由于曲轴的角速度随着发动机转速变快而变快以及预喷射之间的时间间隔变短，减少预喷射次数以允许喷射之间的间隔。然而，如上所述，由于多次预喷射通过使燃料局部充实腔内而提高了点火效率，因此预喷射次数的减少导致点火效率的进一步降低。因此，当发动机负荷低且总燃料喷射量少于预定量时，随着发动机转速的增加，上述预燃烧变得更困难且主喷射的不稳定性增加。发动机1的这种工作状态对应于车辆以实质上恒定的车速在例如平坦或下坡路面上行驶的状态。因此，当发动机1的负荷低且总燃料喷射量减少时，在发动机1中执行汽缸减少操作模式，在该模式中通过减少要供给燃料的汽缸的数量(特别是将要供给燃料的汽缸数量从四个减少到两个)增加了每汽缸燃料喷射量。具体地，当总燃料喷射量(当燃料供给至全部四个汽缸时每汽缸燃料喷射量)根据例如发动机负荷设定时，PCM 10比较燃料喷射量与预先设定的预定量。在此，如图4所示， 预定量可设定为发生预燃烧所需的预喷射中的最小燃料喷射量(参见图4中的虚线)以及用于在主喷射中产生所要求的扭矩所需的最小燃料喷射量(相应于图4中的虚线和实线之间的距离的燃料喷射量)的总量。图4中的虚线所示的预喷射中的最小燃料喷射量具有响应于发动机转速的增加而逐步增加的特性以补偿预喷射次数的减少，且当发动机转速超过预定值时实质上恒定。此外，主喷射中的最小燃料喷射量具有与预喷射中的最小燃料喷射量相似的特性。因此，图4中的实线所示的预定量具有响应于发动机转速的增加而逐步增加的特性。因此，如图4中的黑色圆所示，当由于主燃烧变得不稳定导致根据发动机负荷设定的总燃料喷射量低于预定量时，执行汽缸减少操作模式。从而，要供给燃料的汽缸数量从四个减少至两个，并因此如图4中的白色箭头所示，每汽缸燃料喷射量增加(在此，实质上为两倍)以达到图4中的白色圆所示的量。因此，如上所述，产生在压缩行程上止点之前的预定正时处具有足够热释放率的预燃烧，从而使主燃烧稳定并使扭矩稳定。在此，由于在高发动机转速导致预喷射的次数需要减少时产生问题，特别是主燃烧不稳定性的问题，在确定是否执行汽缸减少操作模式中可包括发动机转速高于预定转速的情况。如上所述，在汽缸减少操作模式中，停止对发动机1的四个汽缸中的两个供给燃料且仅操作另两个汽缸。特别地，如图5所示，在用于以第一、第三、第四、然后第二的顺序执行汽缸中的燃烧的直列四汽缸发动机1中，停止对第二和第三汽缸供给燃料同时对第一和第四汽缸供给燃料，以使各汽缸Ila中供给有燃料的活动汽缸和未供给有燃料的停用汽缸交替。因此，汽缸Ila中的一个或多个有规则地停用，并因而有效地抑制汽缸减少操作模式中NVH性能的劣化。由于节流阀36全开因而在每个汽缸Ila中执行进气压缩，所以柴油发动机1不同于形成驱动波的火花点火式发动机，如图6中指示波形的示例所示。另一方面，在如上所述总燃料喷射量低于预定量的低负荷范围内执行汽缸减少操作模式，如图6中的虚线所示， 通过燃烧最低限度地增加了汽缸内部压力。因此，由于在汽缸减少操作模式中驱动波形在指示波形的变化中占主导，即使在汽缸Ila中的一个或多个停用时该指示波形变化也是实质上规则的。因而，在汽缸减少操作模式中可避免NVH性能的劣化。当由于例如在汽缸减少操作模式期间负荷的增加而导致用于执行汽缸减少操作模式所要求的条件未满足时，PCM 10将模式从汽缸减少操作模式切换至正常操作模式，即四汽缸操作。然后，当再次执行汽缸减少操作模式时，未供给有燃料的汽缸Ila从先前的汽缸减少操作模式中的第二和第三汽缸改变至第一和第四汽缸。即，每当执行汽缸减少操作模式时，PCM 10使未供给有燃料的汽缸交替。因此，可以预先避免由于在汽缸减少操作模式中停止燃料供给导致汽缸Ila内的温度的过度降低，并从而有效地确保从停用状态切换至活动状态的汽缸Ila的点火效率。换言之，发动机1是自点火柴油发动机，因此汽缸内的温度对于确保燃料的点火效率极其重要。然而，由于在未供给有燃料的汽缸Ila中未发生燃烧，因此在汽缸减少操作模式期间汽缸内的温度随着时间的流逝而降低。因此，每当执行汽缸减少操作模式时使未供给有燃料的汽缸Ila交替，以避免由于长期有效地保持在停用状态而导致停用汽缸Ila 内的温度降低。因而，汽缸减少操作模式可安全有效地操作发动机1。因此，在发动机1中，通过在主喷射之间执行多次预喷射，可产生在压缩行程上止点之前的预定正时处具有预定热释放率的预燃烧。因此，可改进低压缩比发动机1中的点火效率并可使主燃烧稳定(参见图3的(a)图和(b)图中的实线所示)。此外，当发动机1的负荷降低且每汽缸燃料喷射量低于预定量时，停止对某些汽缸(在此为两个汽缸)的燃料供给以增加对每个要供给燃料的汽缸的燃料喷射量。因此，确保产生具有预定热释放率的预燃烧，从而即使在低负荷条件下也能改进点火效率，以及使主燃烧稳定。此外，特别是在低压缩比下，总燃料喷射量设定得较低，因此，发动机1通过使用汽缸减少操作模式有效地使主燃烧稳定。对于火花点火式发动机，由于燃烧不是只在某些汽缸中执行，因此相比于正常操作，汽缸减少操作模式导致指示波形不规则，从而使NVH性能劣化。另一方面，当使用柴油发动机1时，在发动机1上的负荷较低时，形成驱动波并执行汽缸减少操作模式，因此该驱动波形在指示波形中变得占主导且波形变得实质上规则的。此外，两汽缸操作有效地形成规则的指示波。因此，即使在汽缸减少操作模式中也可避免NVH性能的劣化。此外，当执行汽缸减少操作模式同时发动机1的转速较高时，可进一步抑制NVH性能的劣化。此外，每当执行汽缸减少操作模式时使未供给有燃料的汽缸交替，抑制了停用的汽缸Ila的温度降低，并可安全有效地操作发动机1。应注意，在上述实施例中，每次执行汽缸减少操作模式时，变换停用状态中的汽缸。然而，如果由于例如长期保持在汽缸减少操作模式导致未供给有燃料的汽缸Ila内的温度降低，则未供给有燃料的汽缸Ila可在汽缸减少操作模式期间切换。在这种情况下，通过测量或评估汽缸Ila内的温度，可切换停用状态中的汽缸，或可基于汽缸Ila的停用时间切换汽缸。此外，在上述实施例中，在汽缸减少操作模式中使用两汽缸操作。然而，如图7所示，在汽缸减少操作模式中可仅停用一个汽缸而可使用三汽缸操作。此外，在该情况下，如图7所示，每当执行汽缸减少操作模式时交替停用的汽缸可有效地抑制汽缸内的温度降低。此外，在汽缸减少操作模式期间可交替停用的汽缸。此外，如图8所示，在每个预定循环可停用汽缸中的一个(在此，每四个循环)，而不是如图6和图7所示在汽缸减少操作模式中设定要停用的特定汽缸11a。从而，要停用的汽缸Ila依次变换，因此可避免某汽缸Ila内的温度降低。应注意，上述燃料喷射模式是实施本发明的示例，但并不限于该实施例。例如，预喷射次数不限于三次，且可在适当范围内增加或减少。此外，发动机1的汽缸数量和类型不限于该实施例中所述。应理解，本文所述实施例是示例性的而非限制性的，本发明的范围由权利要求而非说明书限定，且落入权利要求的界限和范围内的所有变化或这些界限和范围的等价物应理解包含在权利要求内。
权利要求
1.一种用于车辆的柴油发动机，包括安装到车辆并且具有供给有包含主要成分为柴油燃料的燃料的多个汽缸的发动机本体；设置在所述发动机本体内以朝向所述汽缸并分别向所述汽缸直接喷射所述燃料的多个燃料喷射阀；以及用于控制通过所述燃料喷射阀将所述燃料喷射入所述汽缸的模式的喷射控制模块； 所述喷射控制模块至少根据所述发动机本体上的负荷设定每汽缸燃料喷射量，执行在压缩行程上止点附近喷射燃料的主喷射以产生主要由扩散燃烧触发的主燃烧，且执行在所述主喷射之前喷射所述燃料的至少一次预喷射以产生在所述压缩行程上止点之前的预定正时处具有峰值热释放率的预燃烧；且所述喷射控制模块还执行当所述发动机本体处于低负荷条件下且每汽缸燃料喷射量低于预定量时停止对所述汽缸中的一个或多个进行燃料供给的汽缸减少操作模式。
2.根据权利要求1所述的柴油发动机，其特征在于，所述预定量是基于在所述燃料供给至所有汽缸的条件下，产生具有预定热释放率的所述预燃烧所需的所述至少一次预喷射的最小喷射量和通过所述扩散燃烧响应于所述发动机本体上的负荷产生燃烧扭矩所需的所述主喷射的最小喷射量的总和设定。
3.根据权利要求1或2所述的柴油发动机，其特征在于，所述发动机本体的几何压缩比设定在12 1至低于15 1的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的柴油发动机，其特征在于，每当执行所述汽缸减少操作模式时，所述喷射控制模块使未供给有所述燃料的一个或多个汽缸交替。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的柴油发动机，其特征在于，当所述发动机本体的转速超过预定值时执行所述汽缸减少操作模式。
6.一种用于车辆的柴油发动机，包括安装到车辆并且具有供给有包含主要成分为柴油燃料的燃料的多个汽缸的发动机本体；设置在所述发动机本体内以朝向所述汽缸并分别向所述汽缸直接喷射所述燃料的多个燃料喷射阀；以及用于控制通过所述燃料喷射阀将所述燃料喷射入所述汽缸的模式的喷射控制模块； 所述发动机本体的几何压缩比设定在12 1至低于15 1的范围内； 所述喷射控制模块至少根据所述发动机本体上的负荷设定每汽缸燃料喷射量，执行在压缩行程上止点附近喷射燃料的主喷射以产生主要由扩散燃烧触发的主燃烧，且执行在所述主喷射之前喷射所述燃料的至少一次预喷射以产生在所述压缩行程上止点之前的预定正时处具有峰值热释放率的预燃烧；所述喷射控制模块还执行当所述发动机本体处于低负荷条件下且每汽缸燃料喷射量低于预定量时停止对所述汽缸中的一个或多个进行燃料供给的汽缸减少操作模式；且所述预定量是基于在所述燃料供给至所有汽缸的条件下，产生具有预定热释放率的所述预燃烧所需的所述至少一次预喷射的最小喷射量和通过所述扩散燃烧响应于所述发动机本体上的负荷产生燃烧扭矩所需的所述主喷射的最小喷射量的总和设定。
全文摘要
本发明涉及一种用于车辆的柴油发动机，包括安装到车辆并且具有供给有燃料的多个汽缸的发动机本体；用于向所述汽缸直接喷射所述燃料的多个燃料喷射阀；以及用于控制通过所述燃料喷射阀将所述燃料喷射入所述汽缸的模式的喷射控制模块。所述燃料喷射模块至少根据所述发动机本体上的负荷设定每汽缸燃料喷射量，执行主喷射，且执行至少一次在所述主喷射之前喷射所述燃料的预喷射。所述喷射控制模块还执行当所述发动机本体处于低负荷条件下且每汽缸燃料喷射量低于预定量时停止对一个或多个汽缸进行燃料供给的汽缸减少操作模式。
文档编号F02D17/02GK102312744SQ20111016170
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月16日 优先权日2010年6月30日
发明者中井英二, 松元贞治, 森永真一, 白桥尚俊 申请人:马自达汽车株式会社