[发明专利]柴油发动机及控制该柴油发动机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有几何压缩比设定得较低的低压缩比柴油发动机。

背景技术

在安装到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，在每个汽缸中执行多次燃料喷射。例如，JP2009-293383A公开了一种具有涡轮增压器的柴油发动机，其执行五次燃料喷射：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（pre-injection），在主喷射之后执行以提高排气温度的后喷射（after injection），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，在柴油发动机中，在喷射燃料后，在燃烧开始之前存在时延（例如点火延迟）。当点火延迟较长时，燃烧的热释放率的斜率（=dQ/dθ，其中“Q”表示热量，“θ”表示曲轴转角）变得较陡且燃烧噪声变得较大，从而NVH性能下降。因此，在柴油发动机中，期望点火延迟相对较短。然而，在具有几何压缩比设定为例如15：1或更低的低压缩比的发动机中，在压缩行程末端的温度和压力较低，从而点火延迟倾向于延长。

发明内容

本发明鉴于上述情况形成，本发明能够缩短具有低压缩比的柴油发动机中的点火延迟并改善NVH性能。

在本发明中，通过在主燃烧之前执行前阶段燃烧使发动机汽缸内的温度上升且压力增加，从而缩短了主燃烧的点火延迟。

根据本发明的一个方面，提供一种柴油发动机，包括：供给有包含柴油燃料作为其主要成分的燃料，且几何压缩比设定在15:1以下的发动机本体；设置在所述发动机本体中朝向所述发动机本体的汽缸并直接喷射燃料到所述汽缸中的燃料喷射阀；及控制通过所述燃料喷射阀喷射所述燃料到所述汽缸中的模式的控制模块。所述控制模块执行主喷射使所述喷射的燃料产生主要包括扩散燃烧的主燃烧，并在所述主喷射之前执行多次前阶段喷射使所述喷射的燃料在所述主燃烧之前产生前阶段燃烧。所述控制模块控制所述前阶段喷射的喷射模式和所述主喷射的喷射模式，以便在当所述前阶段燃烧的热释放率达到峰值同时所述前阶段燃烧的热释放率开始降低之后，所述主燃烧的热释放率开始增加。应注意，在此，术语“喷射模式”包括喷射燃料的类型和正时，以及燃料喷射量。

根据该结构，发动机本体设定为具有15：1以下的较低几何压缩比，且在压缩行程末端发动机本体内的温度和压力较低。从而，发动机本体的点火延迟较长。应注意，发动机本体的几何压缩比可设定为12：1或更高。

因此，在主喷射之前执行多次前阶段喷射。执行前阶段喷射产生前阶段燃烧，增加了汽缸内（即，燃烧室内）的温度和压力。点火延迟主要取决于汽缸内温度和压力，因此，点火延迟随着汽缸内温度和压力的增加而缩短。 即，通过经前阶段燃烧增加汽缸内的温度和压力，后续主燃烧的点火延迟缩短。结果是，主燃烧的热释放率的斜率不再变陡而是变缓，且抑制了热释放率的峰值。因此，有利于改善NVH性能。

特别地，根据上述结构，设定前阶段喷射和主喷射的喷射模式，以便在当前阶段燃烧的热释放率达到峰值同时前阶段燃烧的热释放率开始降低之后，主燃烧的热释放率开始增加。即，在示出相对于曲轴转角变化的热释放率变化的图中， 最小值存在于前阶段燃烧的较低钟形曲线和主燃烧的较高钟形曲线之间。换言之，在主燃烧的热释放率开始增加之前产生前阶段燃烧的热释放率的钟形曲线峰值。因此，通过使用从前阶段燃烧获得的能量，在主燃烧开始时，足以增加汽缸内温度和压力以缩短点火延迟，同时避免增加主燃烧的燃烧噪声。因此，除了缩短点火延迟外，前阶段喷射的喷射量减少至所需的最小值，从而，有利于改善燃料消耗。

在此，点火延迟不仅存在于主燃烧，还存在于前阶段燃烧。前阶段燃烧的较长的点火延迟使前阶段燃烧的可控性下降。特别地，因为在汽缸内温度和压力不太高的压缩行程中执行前阶段喷射，相比较于主燃烧，前阶段燃烧时期处于不利的情况。