CN108368817B - 内燃机的控制方法以及控制装置 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的控制方法，该内燃机具有：燃料喷射阀，其具有多个喷孔，直接向缸内喷射燃料；以及火花塞，其生成火花塞放电通道，其中，在进行燃料喷射之后，利用火花塞在因燃料喷射而产生气流的紊流的期间进行火花点火，该火花塞配置为被从相邻的2个喷孔喷射的燃料喷雾夹着，且使得放电区域位于产生气流的紊流的范围内。

Description

内燃机的控制方法以及控制装置

技术领域

本发明涉及内燃机的控制方法以及控制装置。

背景技术

JP2009-85012A中公开有如下内容，即，在进气行程中进行主燃料喷射，在压缩行程中以强化滚流流动的方式进行副燃料喷射，由此提高缸内的混合气体的均质性。

发明内容

然而，滚流流动随着压缩行程的发展而逐渐减弱，不久即溃散，因此即使如上述文献那样强化滚流流动，也难以将该滚流流动维持至点火时机。而且，点火时机下的缸内的气体流动越弱，燃烧稳定性越低。即，如果如上述文献那样强化滚流流动，则能够提高缸内的混合气体的均质性，但如果即使混合气体实现了均质化在火花塞点火时火花塞放电通道(channel)也未充分伸长，则无法期待可靠的点火。

本发明的目的在于改善缸内直喷式内燃机的点燃性。

根据本发明的某个方式，提供一种内燃机的控制方法，该内燃机具有：燃料喷射阀，其具有多个喷孔，直接向缸内喷射燃料；以及火花塞，其将喷射的燃料点燃。在该控制方法中，利用火花塞在因喷射燃料而产生气流的紊流的期间进行火花点火，该火花塞配置为，被从相邻的2个喷孔喷射的燃料喷雾夹着，且使得放电区域位于产生气流的紊流的范围内。

附图说明

图1是内燃机系统的整体结构的说明图。

图2是在缸内产生的滚流流动的说明图。

图3是滚流流动溃散的说明图。

图4A是表示燃料喷射定时和点火时机的关系的图。

图4B是表示燃料喷射定时和点火时机的关系的图。

图5是在火花塞附近施加流动的说明图。

图6是燃料喷射阀的紊流增强的说明图。

图7是火花塞附近的火花塞放电通道的说明图。

图8是表示燃料喷射阀的喷射方式的图。

图9是用于对喷雾束进行说明的图。

图10是表示第1实施方式的火花塞和燃料喷射阀的配置的图。

图11是用于对缩流进行说明的图。

图12是表示放电区域和喷雾束的关系的图。

图13是用于对火花塞的位置和燃烧稳定度进行说明的图。

图14是表示火花塞的位置和燃烧稳定度的关系的图。

图15是表示放电区域和喷雾束的关系的图。

图16是表示火花塞的位置和当量比的关系的图。

图17是表示在比相邻的喷雾束更近的位置处存在燃烧室壁面的情况的图。

图18是火花塞放电通道伸长控制的流程图。

图19是表示火花塞附近的流速和燃烧期间的关系的图。

图20是表示火花塞附近的流速和燃料喷射阀工作量的关系的图。

图21是因施加流动而提高了A/F耐力的效果的说明图。

图22是应用本实施方式的运转区域的说明图。

图23是表示第2实施方式的火花塞和燃料喷射阀的配置的图。

图24是表示第3实施方式的喷雾束和放电区域的关系的图。

图25是用于对火花塞的位置和燃烧稳定度进行说明的图。

图26是表示燃烧稳定度和燃料喷射压力的关系的图。

图27是表示第4实施方式的控制流程的流程图。

图28是表示能够应用第1实施方式至第4实施方式的内燃机的其他例子的图。

具体实施方式

下面，参照附图等对本发明的实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是内燃机系统的整体结构的说明图。在内燃机系统1中，内燃机10与进气通路51连接。另外，内燃机10与排气通路52连接。

在进气通路51设置有滚流控制阀16。滚流控制阀16将进气通路51的流路剖面的一部分进行封堵而在缸内生成滚流流动。

在进气通路51设置有集气箱46。在集气箱46还连接有EGR通路53b。

在进气通路51设置有空气流量计33。与空气流量计33连接的控制器50从空气流量计33获取进气通路51中的进气量。另外，在进气通路51设置有进气温度传感器34。与进气温度传感器34连接的控制器50从进气温度传感器34获取通过进气通路51的空气的温度。

另外，在进气通路51设置有电子控制节流阀41，利用控制器50对节流阀开度进行控制。

在排气通路52设置有排气净化用的排气催化剂44、45。对于排气催化剂44、45而使用三元催化剂等。另外，排气通路52在其中途分支为与集气箱46连接的EGR通路53。

在EGR通路53设置有EGR冷却器43。另外，在EGR通路53设置有EGR阀42。EGR阀42与控制器50连接。而且，利用控制器50根据内燃机10的运转条件而对EGR阀42的开度进行控制。

内燃机10具有火花塞11、燃料喷射阀12、进气侧可变动阀机构13、排气侧可变动阀机构14以及燃料喷射泵15。燃料喷射阀12是正上喷射阀，设置于火花塞11的附近。

火花塞11在内燃机10的燃烧室内进行火花点火。火花塞11与控制器50连接，利用控制器50对火花点火时机进行控制。如后所述，火花塞11还作为流速传感器23而执行动作。后文中对流速检测的方法进行叙述。

燃料喷射阀12将燃料直接喷射至内燃机10的燃烧室内。燃料喷射阀12与控制器50连接而对燃料喷射定时进行控制。在本实施方式中，进行所谓的多阶段喷射，即，包含进气行程在内进行多次燃料喷射。燃料喷射泵15对与该燃料喷射阀12连接的燃料供给配管供给加压后的燃料。

进气侧可变动阀机构13使进气阀的开闭时机发生变化。排气侧可变动阀机构14使排气阀的开闭时机发生变化。进气侧可变动阀机构13以及排气侧可变动阀机构14与控制器50连接。而且，利用控制器50对上述开闭时机进行控制。此外，这里示出了进气侧可变动阀机构13以及排气侧可变动阀机构14，但也可以具有任一者。

在内燃机10设置有曲轴转角传感器27以及缸内压力传感器35。曲轴转角传感器27对内燃机10的曲轴转角进行检测。曲轴转角传感器26与控制器50连接，将内燃机10的曲轴转角传送至控制器50。

缸内压力传感器35对内燃机10的燃烧室的压力进行检测。缸内压力传感器35与控制器50连接。而且，将内燃机10的燃烧室的压力传送至控制器50。

另外，内燃机10可以具有爆震传感器21、燃烧压力传感器24。控制器50将来自前述的各种传感器以及未图示的其他传感器的输出读入，基于上述输出而对点火时机、阀定时、空燃比等进行控制。另外，控制器50进行后述的火花塞放电通道伸长控制。

图2是在缸内所产生的滚流流动的说明图。图3是滚流流动溃散说明图。上述图中示出了进气通路51、排气通路52、火花塞11、燃料喷射阀12以及滚流控制阀16。另外，示出了火花塞11的中心电极11a以及外侧电极11b。并且，图2中由箭头示出了吸入行程中的缸内的滚流流动。图3中由箭头示出了压缩行程中的缸内的滚流流动。

在吸入行程中，如果将滚流控制阀16关闭，则吸入气体偏向进气通路51的图中的上侧流动而流入缸内。其结果，如图所示，在缸内形成沿纵向回旋的滚流流动。然后，在压缩行程中活塞升高，由此使得缸内的燃烧室缩小。如果燃烧室缩小，则滚流流动被推压而逐渐无法维持该流动(图3)，不久即溃散。

在滚流流动得到维持的期间，燃料和吸入气体的混合得到促进。因而，在滚流流动溃散之后，缸内的混合气体实现了均质化。然而，在滚流流动溃散之后，流动在缸内减弱，在火花塞点火时形成为火花塞放电通道CN未充分伸长的状态。特别是如果火花塞附近的流动减弱，则因火花点火而产生的火焰核心难以生长，因此容易引起失火、部分燃烧(partialburn)。

因此，在本实施方式中，以使得火花塞放电通道CN在压缩上止点以后的火花塞点火时充分伸长的方式，在点火时附近的定时使火花塞附近施加流动。具体而言，可以在前述的多阶段喷射的进气行程和膨胀行程的基础上，在滚流流动溃散之后直至生成火花塞放电通道为止的期间内进一步进行燃料喷射(图4A)，也可以在滚流流动溃散之后直至生成火花塞放电通道为止的期间内进行多阶段喷射的膨胀行程喷射(图4B)。但是，如果考虑到因后述的燃料喷雾所引起的气流的紊流而使得喷雾的一部分附着于火花塞11的电极11a、11b的可能性，则如图4A那样在膨胀行程喷射之后仅为了使火花塞放电通道CN伸长而优选喷射少量(总喷射量的1成左右)的燃料。

此外，这里所说的“火花塞放电通道”是指在火花塞的电极11a、11b之间产生的电弧。燃料喷射阀12配置于火花塞11的附近，因此喷出的燃料的一部分从火花塞11的附近通过。由此，在火花塞11附近施加流动。

另外，如果施加流动而使得火花塞放电通道伸长，则火焰核心的生长得到促进，可以期待燃烧性的进一步提高。后文中对火花塞放电通道的伸长进行叙述。

图5是在火花塞附近施加流动的说明图。如上所述，燃料喷射阀12是正上喷射阀，设置于火花塞11的附近。因此，喷射出的燃料的一部分从放电间隙附近通过。因而，通过在滚流流动溃散之后进行燃料喷射，能够在火花塞附近施加流动。此外，后文中对从燃料喷射阀12喷射的燃料喷雾的方式、以及燃料喷雾和火花塞11的位置关系进行叙述。

图6是因燃料喷射阀使得紊流增强的说明图。图6中示出了在任意定时进行燃料喷射时的缸内的紊流强度。在图6的曲线图中，横轴为进气下止点至压缩上止点的曲轴转角，纵轴为紊流强度。如前所述，滚流流动在压缩行程中溃散。因此，紊流强度也在压缩行程中逐渐减弱。然而，如图6所示，可知通过在任意定时进行燃料喷射而能够提高紊流强度。即，通过进行燃料喷射而能够施加流动。

图7是火花塞附近的火花塞放电通道的说明图。图7中示出了火花塞11的中心电极11a和外侧电极11b。另外，示出了伸长后的火花塞放电通道CN。另外，这里，着眼于火花塞放电通道CN的情形而省略了燃料喷射阀12，但与前述的图5相同地设置为靠近进气通路51。此外，可以是如下实施方式，即，如果在火花塞附近施加流动而使得火花塞放电通道CN充分伸长，则燃料喷射阀12的前端可以不朝向火花塞11，即使朝向不同的方向，通过在燃烧室内反射也能在火花塞附近施加流动。

滚流流动溃散后的火花塞11附近的流动较弱。因而，通常，如果进行火花点火，则以大致呈直线状地跨越中心电极11a与外侧电极11b之间的方式生成火花塞放电通道CN。然而，在本实施方式中，在滚流流动溃散之后直至生成火花塞放电通道CN为止的期间，由于通过燃料喷射阀12进行的燃料喷射而在火花塞11的附近施加流动。而且，因形成的流动而使得中心电极11a与外侧电极11b之间的的火花塞放电通道CN如图7所示那样伸长。

由此，能够在滚流流动溃散后在燃烧室内施加流动而使火花塞放电通道CN伸长，因此能够抑制部分燃烧以及失火而改善燃烧稳定性。特别是即使在如后所述那样使用EGR的情况、采用稀薄燃烧的情况那样与通常相比难以进行火焰传播燃烧的状况下，也能够稳定地进行火花点火。

下面，对从燃料喷射阀12喷射的燃料喷雾的方式、以及燃料喷雾和火花塞11的位置关系进行说明。

图8示出了从燃料喷射阀12喷射的燃料喷雾的方式。图9是从图8中的箭头IX方向观察图8中包含圆A在内的平面的图。

本实施方式的燃料喷射阀12从6个喷孔喷射燃料。在将从6个喷孔喷射的燃料喷雾(下面，也称为喷雾束)设为B1-B6时，各喷雾束形成为越远离喷孔则喷雾剖面越扩大的圆锥形状。另外，以包含圆A在内的平面对喷雾束B1-B6进行剖切的情况下的剖面，如图9所示那样以等间隔而排列为圆环状。

图10是表示喷雾束B1-B6和火花塞11的位置关系的图。燃料喷射阀12配置于作为由喷雾束B2的中心轴B2c和喷雾束B3的中心轴B3c所成的角的二等分线的点划线C上。

图11是用于对如图10那样配置所带来的效果进行说明的图。

从燃料喷射阀12喷射的燃料分裂为液滴而成为喷雾，在如图中的粗线箭头所示一边将周围的空气纳入一边前进。由此，在喷雾的周围产生气流的紊乱。

另外，在周围存在物体(包含流体)的情况下，流体因所谓的贴附效应而被该物体吸引并沿该物体流动。即，通过图10的配置，产生喷雾束B2和喷雾束B3如图11中的细线箭头那样相互吸引的所谓缩流。

由此，在喷雾束B2与喷雾束B3之间产生非常强的紊流，能够通过该紊流而使得火花塞放电通道CN伸长。

图12是表示从箭头XII的方向观察图10的情况下的、火花塞11和喷雾束B3的位置关系的图。在图12中，由中心电极11a和外侧电极11b夹着的放电区域配置于由喷雾束B3的图中上侧的外缘和图中下侧的外缘夹着的范围内。此外，并未进行图示，但如果从箭头XII的相反方向观察图10，则对于火花塞11和喷雾束B2的位置关系，以图12为对象，放电区域配置于由喷雾束B2的上侧的外缘和下侧的外缘夹着的范围内。即，火花塞11配置为，使得放电区域配置于由包含喷雾束B2的上侧外缘和喷雾束B3的上侧外缘在内的平面、与包含喷雾束B2的下侧外缘和喷雾束B3的下侧外缘在内的平面夹着的范围内。

通过上述那样配置，能够更有效地利用上述喷雾束之间的气流的紊流而提高燃烧稳定度。上述配置是能够最有效地利用气流的紊流的配置，如果放电区域配置于在相邻的喷雾束之间产生气流的紊流的范围内，则因气流的紊流而使得火花塞放电通道伸长，因此能够获得提高燃烧稳定度的效果。

这里，对火花塞11的位置和燃烧稳定度的关系进行说明。

图13是表示在将燃料喷射阀12的位置固定的状态下使火花塞11的Z方向位置偏移后的状态的图。图13(b)是与图12相同的配置。图13(a)是火花塞11的Z轴方向位置与图13(b)相比而向负侧偏移后的状态，图13(c)表示相同地向正侧偏移后的状态。图14是表示火花塞11的Z轴方向位置和燃烧稳定度的关系的图。图14中的纵轴为燃烧稳定度，越趋向图中的下侧，燃烧稳定度越高。

在图14(a)的情况下，在由包含喷雾束B2的中心轴和喷雾束B3的中心轴在内的平面、与包含喷雾束B2的上侧外缘和喷雾束B3的上侧外缘在内的平面夹着的范围内不存在放电区域。因此，在两个喷雾束之间产生的气流的紊流的影响难以波及至放电区域。即，通过图14(a)的配置，使火花塞放电通道CN伸长的效果与图14(b)相比变小。

在图14(c)的情况下，与图14(a)的情况相同地，气流的紊流的影响难以波及至放电区域，并且，喷雾束B2、B3还有可能与火花塞11碰撞。即，通过图14(c)的配置，使火花塞放电通道CN伸长的效果与图14(b)相比变小。

其结果，如图14所示，与14(a)的情况、图14(c)的情况相比，图14(b)的情况下的燃烧稳定度高。此外，在由包含喷雾束B2的中心轴和喷雾束B3的中心轴在内的平面、与包含喷雾束B2的上侧外缘和喷雾束B3的上侧外缘在内的平面或者包含喷雾束B2的下侧外缘和喷雾束B3的下侧外缘在内的平面夹着的范围内配置有放电区域的情况下，也能够获得与图14(b)的情况接近的燃烧稳定度。

具体的Z轴方向位置根据使用的燃料喷射阀12而不同。在所谓的多孔式的燃料喷射阀12中，呈现出如下趋势，即，喷孔直径越大，图12所示的锥角越大，锥角越大，相邻的喷雾束之间的距离越小。因此，例如在锥角大于图12所示的锥角的情况下，如果火花塞11的Z轴方向位置与图12的情况相比而向负侧偏移，则能够获得更高的燃烧稳定度。

下面，对从燃料喷射阀12的喷孔至火花塞11的距离进行说明。这里所说的距离是指如图15所示将燃料喷射阀12的中心轴方向设为X轴、将喷孔的位置设为0的情况下的X轴方向的长度。

图16是表示X轴方向的距离x、和距离x处的喷雾剖面的喷雾内部的混合比(当量比φ)的关系的图。此外，当量比φ为空气过剩率λ的倒数。

如图16所示，距离x越大，该距离x处的喷雾剖面的喷雾内部的当量比φ越减小。这正如燃料喷雾一边将周围的空气卷入一边前进时的燃料喷雾和空气之间的运动量的交换相关的、由和栗等人提出的喷雾的动量理论(式(1))所示的那样。

[数学式1]

λ：空燃比

L_th：理论空燃比

ρ_a：气氛(空气密度)

ρ_f：燃料密度

x：喷雾到达距离

d：喷孔直径

θ：喷雾角

c：系数

在例如催化剂加热运转那样通过膨胀行程喷射在火花塞周围形成层状混合气体并在燃料喷射后的膨胀行程中进行点火的燃烧方式中，滚流流动在点火时机溃散，在缸内不存在除了用于使火花塞放电通道CN伸长的燃料喷射所引起的气流的紊流以外的紊流。即，从整个缸内来看，可以视为几乎不存在气流的紊流。在不存在气流的紊流的情况下，燃烧的层流燃烧速度起到支配性作用，层流燃烧速度的当量比φ的最大值大于1。即，最容易进行燃烧。另一方面，当量比φ越小，越难以燃烧。

如果放电区域周围的当量比φ不适当，则即使因上述燃料喷雾所引起的气流的紊流而使得火花塞放电通道CN伸长，也难以燃烧。因此，将能够确保燃烧稳定度的当量比的范围设定为目标当量比范围，将火花塞11配置为使得放电区域位于作为该目标当量比范围的xmin至xmax的范围。

如上所述，通过配置火花塞11和燃料喷射阀12，能够通过燃料喷射使火花塞放电通道CN伸长而确保燃烧稳定度。

此外，在上述的火花塞11和燃料喷射阀12的配置中，其前提为喷雾束B2或喷雾束B3至燃烧室的壁面(包含顶面)的距离(喷雾壁面间距离)大于喷雾束B2与喷雾束B3之间的距离(喷雾束间距离)。其理由如下。如图17所示，在喷雾间距离L1小于喷雾束B3至燃烧室壁面的喷雾壁面间距离L2的情况下，喷雾束B3与喷雾束B2相比更强烈地被燃烧室壁面吸引。其结果，在喷雾束B2与喷雾束B3之间难以产生气流的紊流，难以获得使火花塞放电通道CN伸长的效果。此外，喷雾束间距离L1是相对的喷雾束外缘之间的距离，随着远离喷孔而增大。

下面，对使火花塞放电通道CN伸长的控制进行说明。

图18是火花塞放电通道伸长控制的流程图。由控制器50以例如10毫秒左右的较短的间隔而反复执行本流程。

控制器50对内燃机10的燃烧状态进行检测(S1)。例如能够基于内燃机10的旋转速度的变动而对内燃机10的燃烧状态进行检测。此时，在内燃机10的旋转速度的变动小于规定量的情况下，可以判定为内燃机10的燃烧状态良好。能够基于来自曲轴转角传感器27的输出而求出内燃机10的旋转速度的变动。

此外，可以基于从设置于内燃机10的缸内压力传感器35获得的缸内压力变动而对内燃机10的燃烧状态进行检测。在该情况下，在缸内压力变动小于规定量的情况下，可以判定为内燃机10的燃烧状态良好。另外，可以通过设置扭矩传感器而基于扭矩变动对燃烧稳定性进行检测。另外，可以通过设置离子传感器而基于离子浓度的变动对燃烧稳定性进行检测。

然后，控制器50判定是否进行流动的测量(S2)。关于是否进行流动的测量，可以基于步骤S1中求出的内燃机10的燃烧状态而进行判定。而且，在内燃机10的燃烧状态不良时，控制器50在下一步骤中对火花塞11附近的流动进行测量(S3)。具体而言，对火花塞11附近的流速进行测量。另一方面，在内燃机10的燃烧状态良好时，结束本控制。

此外，关于是否进行流动的测量，可以基于EGR率而进行判定。具体而言，在EGR率高于规定值的情况下，可以判定为进行流动的测量。这是因为，如果EGR率较高，则容易产生失火以及部分燃烧。

另外，关于是否进行流动的测量，在稀薄燃烧运转时A/F值高于规定值的情况下、即在空燃比与规定值相比稀薄的那侧进行运转的情况下，可以判定为进行流动的测量。这是因为，在稀薄侧进行运转的情况下也容易产生失火以及部分燃烧。

在步骤S3中，控制器50对火花塞11附近的流动进行测量。在压缩行程的后半段进行流动的测量。对火花塞11附近的流动进行测量的流速传感器例如可以利用火花塞11而以如下方式构成。

设置有对在火花塞11的中心电极11a流动的电流值进行测量的电流计。另外，设置有对在火花塞的外侧电极11b流动的电流值进行测量的电流计。而且，在对火花塞11附近的流速进行测量的定时，在中心电极11a与外侧电极11b之间施加有短脉冲的电场。该短脉冲的电场是不会进行火花点火的程度的微弱的电场。

如果对电极11a、11b之间施加电压，则从中心电极11a释放电子。释放出的电子通过在电极11a、11b之间的流动而流动。而且，流速越快，未到达外侧电极11b的电子越多。因此，流速越快，与在中心电极11a侧测量的电流相比，在外侧电极11b侧测量的电流越小。

预先求出上述电流值之差和流速的关系。而且，在求出流速的定时对电极11a、11b之间施加短脉冲。而且，通过求出中心电极11a的电流值与外侧电极11b的电流值之差，能够求出流速。

图19是表示火花塞附近的流速和燃烧期间的关系的图。在图19的曲线图中，横轴为火花塞11附近的流速，纵轴为燃烧期间。存在如下关系，即，如果火花塞11附近的流速较快，则燃烧速度较快，因此燃烧期间较短。如果燃烧期间比某个长度更长，则无法完成燃烧。因而，燃烧期间存在适当值。而且，为了使燃烧期间不比该适当值长，使得在测量所得的流速比与该适当值相对应的流速慢的情况下，设为流速不足而施加流动。

因此，控制器50判定流动是否不足(S4)。关于流动是否不足，可以基于测量所得的流速是否比规定速度慢而进行判定。这里，规定速度是指与前述的适当值相对应的火花塞11附近的流速。而且，在测量所得的流速小于规定速度而判定为流动不足的情况下，控制器50对燃料喷射阀12的工作量进行计算(S5)。

图20是表示火花塞附近的流速和燃料喷射阀工作量的关系的图。在图20的曲线图中，横轴为火花塞附近的流速，纵轴为燃料喷射阀工作量。而且，对于规定的燃料喷射阀工作量而示出了工作许可上限。

在计算出的工作量过大的情况下，如果以该工作量喷射燃料，则有时燃料的混合会变得不充分。在燃料的混合不充分的情况下，排气性能变差。因此，以喷射不会使燃料的混合变得不充分的程度的燃料的方式设定工作量许可上限。

在计算出的喷射阀工作量小于工作许可上限的情况下，控制器50以计算出的工作量而使燃料喷射阀喷射燃料(S7)。而且，在火花塞附近施加流动。此外，此时优选地，计算出相对于火花点火时机而最能够施加流动的燃料喷射定时，在计算出的燃料喷射定时喷射燃料而施加流动。

另一方面，在计算出的燃料喷射阀工作量不小于工作许可上限的情况下，控制器50使燃料喷射阀12以许可上限的工作量喷射燃料(S8)。而且，控制器50尽量以工作量使燃料喷射阀12施加流动。

由此，即使在滚流流动溃散、火花塞附近的流动不足时也能够施加流动，因此能够使火花塞放电通道CN伸长而改善燃烧稳定性。另外，在EGR时，能够抑制失火以及部分燃烧，因此能够实现高EGR燃烧。

在上述实施方式中，设为在火花塞附近的流速不足的周期中施加流动。然而，可以在每个周期中施加流动。特别是可以在稀薄燃烧运转时在每个周期中施加上述流动。由此，能够确保稀释混合气体的火焰传播速度，能够抑制在稀薄燃烧运转时失火以及部分燃烧的产生。另外，在根据解析结果进行统计而以规定的概率产生流动减弱的周期的情况下，可以在该周期中施加流动。

图21是因施加流动而使得A/F耐力提高的效果的说明图。在图21的曲线图中，横轴为A/F(空燃比)，纵轴为紊流强度。这里，A/F耐力的提高是指能够更稀薄且稳定地进行燃烧。另外，在图21的曲线图中，示出了相对于紊流强度的燃烧边界线。在图21中，难以在燃烧边界线的左侧稳定地进行燃烧。

在图21中，在紊流强度约为3.2(m/s)时，燃烧边界A/F约为19.5。与此相对，在因施加流动而使得紊流强度提高至越3.8(m/s)的情况下，燃烧边界A/F提高至21.5。即，A/F耐力得到提高。

如前所述，如果进行燃料喷射，则能够在火花塞附近施加流动。由此，缸内的紊流强度也增强，火花塞放电通道CN伸长，因此能够获得图21所示那样的A/F耐力提高的效果。

另外，在具有增压器而进行增压稀薄燃烧的内燃机中，可以进行上述控制。此时，可以采用如下多孔式喷射器，即，在前述那样的各气缸设置有正上喷射阀，并且在各气缸的进气端口设置有喷射器。另外，可以在各气缸设置正上喷射阀、且在各气缸设置侧部喷射阀。

图22是应用本实施方式的运转区域的说明图。在图22的曲线图中，横轴为内燃机旋转速度，纵轴为负荷。如本实施方式这样，为了提高混合气体的均质度、且获得紊流增强的效果，可以提高燃烧压力，且优选即将进行点火之前的燃料喷射量较少。在内燃机速度以及负荷较高的区域，燃料喷射量增多。因而，能够以高压而进行多阶段喷射。因此，在稀薄启动区域(图中的区域A)中能够有效地应用本实施方式。

但是，如上所述，在压缩行程中进行燃料喷射的情况下，还能想到燃烧室内的混合气体的空燃比与理论空燃比相比浓厚的情况。在压缩行程的后半段进行流速的测量。在多阶段喷射中且在压缩行程之前进行燃料喷射的情况下，有时在压缩行程之前就完成达到理论空燃比的量的燃料的喷射。此时，在滚流流动溃散后追加进行燃料喷射的情况下，1个气缸内的混合气体的空燃比变得比理论空燃比浓厚。

在这种情况下，控制器50以如下方式对燃料喷射量进行控制，即，使得其他气缸中的混合气体的空燃比与理论空燃比相比稀薄。而且，以如下方式对燃料喷射量进行控制，即，使得多个气缸的混合气体的总空燃比达到理论空燃比。例如，在4个气缸中的1个气缸中的空燃比与理论空燃比相比浓厚的情况下，将剩余的3个气缸中空燃比设为比理论空燃比稀薄。而且，以使得全部4个气缸的空燃比达到理论空燃比的方式对燃料喷射量进行控制。由此，能够使三元催化剂有效地发挥作用，因此还能够提高排气性能。

此外，在不对流速进行测量而是在每个周期中滚流流动溃散之后喷射燃料的情况下，能够在多阶段喷射的各喷射中预先确定喷射量。因而，在该情况下，对各喷射的喷射量进行调整而在各气缸中使得1个周期中的混合气体的空燃比达到理论空燃比。由此，能够有效地使三元催化剂发挥作用，因此还能够提高排气性能。

在上述实施方式中，利用火花塞11对流速进行测量，但流速的测量方法并不局限于上述方法。例如，可以在缸内设置流速计，由此对流速进行测量。另外，可以对缸内的离子电流进行检测、或者基于缸内压力传感器35的变动而对流速进行测量。

另外，在使上述火花塞放电通道CN伸长时，可以提高火花塞11的放电电压。另外，如果能够使火花塞放电通道CN伸长，则可以在生成火花塞放电通道时而并非在生成火花塞放电通道之前施加流动。

在压缩行程中进行用于施加流动的燃料喷射。压缩行程的燃料喷射定时的制约条件为混合气体的不均质性。如果在较晚的时机进行燃料喷射，则因混合气体的不均质性而使得燃烧稳定性受损。因此，可以基于燃烧稳定性对用于施加流动的燃料喷射的定时进行反馈控制而增强鲁棒性。

下面，对本实施方式的效果进行说明。

如上所述，在本实施方式中，使内燃机从燃料喷射阀12进行燃料喷射，利用配置为放电区域位于被从相邻的2个喷孔喷射的燃料喷雾夹着、且产生气流的紊流的范围内的火花塞11在通过喷射燃料而产生气流的紊流的期间进行火花点火的控制，其中，所述内燃机具有：燃料喷射阀12，其具有多个喷孔，直接向缸内喷射燃料；以及火花塞11，其将喷射的燃料点燃。通过将周围的空气取入的卷载效应而使2股燃料喷雾产生缩流，因由此产生的气流的紊流使得火花塞放电通道伸长而促进火焰传播。其结果，燃烧稳定度得到提高。

另外，在本实施方式中，在膨胀行程中进行燃料喷射并进行滞后燃烧时，在通过燃料喷射而产生气流的紊流的期间利用火花塞进行火花点火。此外，这里所说的滞后燃烧是指在膨胀行程中进行燃料喷射之后在膨胀行程中进行火花点火的燃料方式。例如，还可以应用于如下情况，即，如用于促进催化剂的加热的稀薄燃烧运转那样通过膨胀行程喷射而在火花塞周围生成成层混合气体，由此在膨胀行程中进行点火。即，在通过膨胀行程喷射而在火花塞周围形成成层混合气体之后，进一步进行燃料喷射，在通过此后的燃料喷射而产生气流的紊流的期间内利用火花塞进行火花点火。在上述稀薄燃烧运转时，点火时机滞后至膨胀行程、且内燃机10为低温，因此形成为不利于燃烧的状态，通过应用本实施方式，能够提高燃烧稳定度。

(第2实施方式)

本实施方式的基本的结构以及用于使火花塞放电通道伸长的控制与第1实施方式相同，但喷雾束B1-B6的方式与第1实施方式不同。

图23是表示本实施方式的喷雾束B1-B6和火花塞11的位置关系的图。

在第1实施方式中，喷雾束B1-B6以等间隔形成，但在本实施方式中，喷雾束B2和喷雾束B3所成的角度α小于喷雾束B2和喷雾束B1所成的角度γ以及喷雾束B3和喷雾束B4所成的角度β。此外，2个喷雾束所成的角度为各喷雾束的中心轴之间的角度。

由此，与喷雾束B1相比，喷雾束B2被喷雾束B3更强烈地吸引，与喷雾束B4相比，喷雾束B3被喷雾束B2更强烈地吸引。其结果，与以等间隔而形成各喷雾束B1-B6的情况相比，能够促进喷雾束B2与喷雾束B3之间的缩流，能够生成更强的气流的紊流。

如上，在本实施方式中，夹着放电区域的2股燃料喷雾(喷雾束B2、B3)所成的角度，小于这2股燃料喷雾分别与其他相邻的燃料喷雾(喷雾束B1、B4)所成的角度。由此，容易在夹着放电区域的2束燃料喷雾之间产生缩流，能够产生更大的气流的紊流。

(第3实施方式)

本实施方式的基本结构以及用于使火花塞放电通道伸长的控制与第1实施方式相同，但夹入火花塞11的喷雾束B2和喷雾束B3的位置关系与第1实施方式不同。

在第1实施方式中，在从图10中的箭头XII方向观察的情况下，喷雾束B2和喷雾束B3重叠。然而，在本实施方式中，如图24所示，在将与气缸轴平行且通过喷孔的基准线和喷雾束B2所成的角度设为θ1、且将基准线和喷雾束B3所成的角度设为θ2时，θ1≠θ2。

例如，在进气2阀式的内燃机10中具有根据运转状态使得一个进气阀工作而不维持为闭阀状态的机构的情况下、缸内流动为滚流流和涡流混在一起的状态的情况下，为了促进空气和燃料的混合，有时形成为如上的喷雾形态。

如上所述，在θ1≈θ2的情况下，设定火花塞11和燃料喷射阀12的位置关系的思路也相同。

即，火花塞11的Z轴方向上的位置设定为使得包含喷雾束B2的中心轴和喷雾束B3的中心轴在内的平面、以及包含喷雾束B2的上侧外缘和喷雾束B3的上侧外缘在内的平面通过放电区域。

另外，以如下方式对火花塞11和燃料喷射阀12的X轴方向的距离x进行设定，即，将能够确保燃烧稳定度的当量比的范围设定为目标当量比范围，使得放电区域位于成为该目标当量比范围的xmin至xmax的范围。

如上，在本实施方式中，隔着放电区域的2股燃料喷雾各自与气缸轴线所成的角度不同。由此，与内燃机10所能够实现的各种运转方式相对应地，能够获得使火花塞放电通道伸长而提高燃烧稳定度的效果。

(第4实施方式)

如第1实施方式至第3实施方式中说明的那样设定火花塞11以及燃料喷射阀12的配置，有时也因制造误差、组装工序的偏差等而无法实现符合设定的配置。而且，如果未实现符合设定的配置，则燃烧稳定度会降低。

例如，在火花塞11的螺纹切削部分因制造误差而比规定值短的情况下，火花塞11的Z轴方向的位置与符合设定的配置相比向负向偏移(图25中的点A)。另外，如果在组装工序中对火花塞11进行过度紧固，则火花塞11的Z轴方向的位置与符合设定的配置相比向正向偏移(图25中的点C)。无论在任何情况下，与符合设定地配置的情况(图25中的点B)相比，燃烧稳定度都降低。此外，图25中的“目标值”设定为不会对内燃机10的运转造成妨碍的燃烧稳定度。

图26是表示内燃机10的负荷、燃烧稳定度以及燃料喷射压力(也称为燃烧压力)的关系的图，纵轴为燃烧稳定度，横轴为负荷，图中的曲线为等燃烧压力线。如图26所示，在内燃机10的负荷恒定的情况下，燃烧稳定度相对于燃料喷射压力(也称为燃烧压力)具有灵敏度。

因此，在本实施方式中，即使在存在上述制造误差等的情况下，也以使得燃烧稳定度满足目标值的方式而在内燃机10的运转中执行下面说明的控制流程。

图27是表示控制器50所执行的控制流程的流程图。

控制器50判定在内燃机10运转之后燃烧稳定度是否满足目标值(S20)。例如使用内燃机10所具有的爆震传感器21的检测信号，并通过对预先制作的对应图进行检索而获取燃烧稳定度。另外，还可以基于缸内压力传感器35的检测值而对图示的平均有效压力Pi进行计算并基于其周期偏差而获取燃烧稳定度。

在控制器50在步骤S20中判定为燃烧稳定度满足目标值的情况下，结束此次的流程，在判定为不满足的情况下，执行步骤S30的处理。

在步骤S30中，控制器50使燃烧压力升高。可以预先以对应图的方式表现例如图26所示的关系并基于该对应图而设定升高量。

如上，在本实施方式中，判定燃烧是否稳定，在不稳定的情况下使燃料喷射压力升高。例如，判定燃烧稳定度是否达到预先设定的目标值，在未达到目标值的情况下使燃烧压力升高。通过使燃烧压力升高而使得燃料喷雾的流速提高并使得气流的紊流增强，因此即使因制造误差、组装工序的偏差而使得燃料喷雾和放电区域的位置产生偏移，也能够获得使火花塞放电通道伸长而提高燃烧稳定度的效果。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分而已，其主旨并非将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。例如，在各实施方式中，对燃料喷射阀12配置于燃烧室的顶面中央附近的所谓正上喷射型的情况进行了说明，但并不局限于此。例如，除了图28所示那样的顶面中央的火花塞11以外，在燃烧室的侧壁部也具有火花塞11、且在侧壁部的火花塞11的附近具有燃料喷射阀12的结构，也能够相同地应用。另外，除了面对燃烧室的燃料喷射阀12以外，还可以应用于具有面对进气通路51的燃料喷射阀的内燃机。

分别作为单独的实施方式而对上述各实施方式进行了说明，但也可以适当地进行组合。

Claims (4)

1.一种内燃机的控制方法，该内燃机具有：

燃料喷射阀，其具有多个喷孔，直接向缸内喷射燃料；以及

火花塞，其将喷射的燃料点燃，

在该内燃机的控制方法中，

在执行在膨胀行程中进行燃料喷射且在之后的膨胀行程中进行火花点火的滞后燃烧时，

利用所述火花塞在因所述膨胀行程中的燃料喷射而在所述火花塞的附近产生气流的紊流的期间进行火花点火，该火花塞配置为，被从相邻的2个所述喷孔喷射的燃料喷雾夹着，且使得放电区域位于产生气流的紊流的范围内，其中，所述喷孔所喷射的2股燃料喷雾所成的角小于该2股燃料喷雾分别与其他相邻的燃料喷雾所成的角度。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制方法，其中，

判定燃烧是否稳定，

在不稳定的情况下，使燃料喷射压力升高。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的控制方法，其中，

夹着所述放电区域的2股燃料喷雾各自与气缸轴线所成的角度不同。

4.一种内燃机的控制装置，该内燃机具有：

燃料喷射阀，其具有多个喷孔，直接向缸内喷射燃料；以及

火花塞，其将喷射的燃料点燃，

在该内燃机的控制装置中，

所述燃料喷射阀以及所述火花塞配置为，使得所述火花塞的放电区域被从相邻的2个所述喷孔喷射的燃料喷雾夹着，且位于产生气流的紊流的范围内，

夹着所述放电区域的2股燃料喷雾所成的角度，小于该2股燃料喷雾分别与其他相邻的燃料喷雾所成的角度，

具有控制部，该控制部在执行在膨胀行程中进行燃料喷射且在之后的膨胀行程中进行火花点火的滞后燃烧时，在因所述膨胀行程中的燃料喷射而在所述火花塞的附近产生气流的紊流的期间利用所述火花塞进行火花点火。

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