[发明专利]柴油机的排气阀控制方法及排气阀控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及根据发动机的运转状态切换通常燃烧模式和预混合燃烧模式的柴油机的排气阀控制方法及排气阀控制装置，尤其涉及通过在预混合燃烧模式时进行排气阀的2级开阀控制进行内部EGR的技术。

背景技术

下面用图9说明根据内燃机(发动机)的运转状态切换通常燃烧模式和预混合燃烧模式的柴油机(参照专利文献1)。

通常燃烧模式为与通常的发动机一样在活塞1的压缩上死点附近的定时从燃料喷射喷嘴2向活塞顶面的腔室3内喷射燃料的模式。在图示例中，在BTDC10°～0°的任何一个定时开始喷射燃料。该通常燃烧模式采用燃料喷射初期喷射的燃料经过点火延迟期间后点火，继续往由此形成的火焰中喷射燃料，通过这样使燃料燃烧这一扩散燃烧形态。这种扩散燃烧由于往火焰中喷射新的燃料使其燃烧，因此必须在原本氧气少的地方提供燃料使其燃烧，因此容易产生烟雾。因此，根据发动机的运转状态并用以下叙述的预混合燃烧模式。

预混合燃烧模式为在比通常燃烧模式早的定时、并且在喷射结束之前燃料未点火的定时从燃料喷射喷嘴2往腔室3内喷射燃料的模式。在图示例中在BTDC50°～20°的某一定时开始喷射燃料。该预混合燃烧模式由于喷射的所有燃料与空气混合，燃烧室内稀释成大致均匀后燃烧，因此在燃料周围存在足够氧气的状态下燃烧，所以能够抑制烟雾的产生，并且由于燃烧速度比较缓慢、燃烧温度不会急剧上升，因此能够抑制NO_X的产生。

专利文献1：日本特开2003-83119号公报

但是，在发动机高负荷运转时，难以进行预混合燃烧模式。原因是由于高负荷时喷射大量的燃料，如果比平时提前从燃料喷射喷嘴2喷射燃料，则在活塞1到达上死点附近之前就开始了点火，很可能引起急剧爆震或者损伤发动机。因此，在发动机高负荷运转时采用通常燃烧模式，在中低负荷运转时切换到预混合燃烧模式。

本发明者对预混合燃烧模式时产生爆震的情况进行了反复研究，结果发现了以下事实。即，通过本发明者的实验、模拟判明：在活塞1的压缩上死点附近，挤气间隙的周围——即活塞1的顶部的腔室3的外周部4的温度比其他部位高几十k左右。并且发现，上述爆震是由该活塞外周部4的温度上升区域点火引发的。因此，如果抑制该外周部4的燃烧反应的话，则有可能抑制预混合燃烧模式中成为问题的爆震，能够将预混合燃烧模式的运转区域扩大到高负荷。

作为抑制燃烧反应的技术我们知道EGR(废气再循环)，但由于通常的EGR通过EGR管连通排气管和进气管，通过该EGR管进行EGR，因此EGR气体(废气)在与进气(空气)混合的状态下被导入了汽缸内，不能只将EGR气体导入汽缸内。因此由EGR气体与空气的混合气体抑制爆震，为了防止爆震需要一定程度以上的EGR气体量(EGR率)。因此吸入汽缸内的进气量相应减少，招致输出功率降低或烟雾的产生，所以限制了将预混合燃烧模式扩展到高负荷区域。

并且，作为其他的EGR方法，还知道不仅在排气行程中打开排气阀，从进气行程的初期到中期再次打开排气阀，通过这样将排气口中的废气的一部分导入汽缸内的EGR(内部EGR)。但是，由于该内部EGR也从进气行程的初期到中期将排气阀打开，因此导入汽缸内的EGR气体在进气行程中在汽缸内流动，尤其是受翻转流的影响严重，在汽缸内与进气混合了，所以由EGR气体和空气的混合气体抑制爆震。因此，存在与上一段叙述过的相同的问题。

发明内容

鉴于上述问题而发明的本发明的目的就是要提供一种柴油机的排气阀控制方法和排气阀控制装置，在预混合燃烧模式时不会让EGR气体与进气混合，并且不会扩散到汽缸内，能够呈层状配置在汽缸内的上部，能够用比以往少的EGR气体量(EGR率)有效地抑制爆震。

为了达到上述目的而发明的本发明的第一方案为一种柴油机排气阀的控制方法，根据运转状态切换通常燃烧模式和预混合燃烧模式，其中，在通常燃烧模式下只在排气行程中打开排气阀；在预混合燃烧模式下进行不仅在排气行程中、而且从进气行程的后半期到压缩行程初期也打开上述排气阀的二级开阀控制。

第二方案为一种柴油机的排气阀控制装置，根据运转状态切换通常燃烧模式和预混合燃烧模式，其中，具有：能够改变排气阀的开闭时期和期间的排气阀驱动装置、和控制该排气阀驱动装置的控制部；该控制部，在上述通常燃烧模式时只在排气行程中打开上述排气阀地控制上述排气阀驱动装置；在上述预混合燃烧模式时进行不仅在排气行程中、而且从进气行程的后半期到压缩行程的初期也打开上述排气阀的二级开阀控制地控制上述排气阀驱动装置。

发明的效果：