[发明专利]缸内喷射内燃机用废气加热系统

说明书

本发明涉及一种缸内喷射内燃机用废气加热系统，其中燃料被直接喷射到燃烧室内，发动机废气的加热是由控制燃料的喷射来实现的。特别是，本发明涉及一种缸内的喷射内燃机用废气加热系统，该系统适宜用在废气净化装置的加热上(尤其是稀薄的NOx催化剂)。

在直接将燃料喷射到燃烧室内的那种缸内喷射内燃机中作为废气加热的方法，例如日本专利申请公报平字4-183922曾提出一种技术，其目的在于迅速活化催化剂，它是在吸气阀仍然关闭时即在发动机的膨胀冲程或排气冲程时，重新启动燃料喷射阀来完成增添燃料的喷射，然后使燃烧室内的火花塞重新为增添燃料充电来完成增添燃料的点燃，或者将增添燃料混合到废气内然后用设在废气通道内的火花塞点燃增添燃料，这样来使催化剂迅速加热到活化温度。

另外，日本专利申请公报平字8-100638还提出过一种技术，它是在喷射一次燃料(第一次燃料喷射)并点燃后，利用一次燃烧传播的火焰，点燃在一次燃烧膨胀冲程中段开始时第二次燃料喷射所喷射的燃料，进一步定时完成另外增添燃料的喷射(第三次燃料喷射)，使喷射的另外增添燃料能被第二次燃料喷射的燃烧所传播的火焰点燃，从而使废气的温度提高到能活化催化剂的程度。

按照上面第二次所提到的技术，第二次燃料喷射(增添的燃料喷射)的喷射开始时间被设定在第一次燃料喷射(一次燃料喷射)的一次燃烧结束之前紧接的最佳时刻，即在顶死点之后的10°到80°的范围内(第二次喷射的喷射定时的最佳范围为在顶死点之后的30°到60°)，使第二次燃料喷射增添的燃料被一次燃烧所传播的火焰点燃从而提高废气的温度以使活化催化剂。

另外，上面第二次所提到的技术还被设计成可根据废气温度目标值的需要，选用以第二次燃料喷射为基础的废气加热或以一次燃烧点燃定时的延迟为基础的废气加热，而由废气加热方法选择单元设定，从而使单位燃料消耗保持在低值。具体地说，当废气的目标温度被设定为300°或更高时，它受控完成第二次增添喷射，而当废气的目标温度被设定为低于300°时，它受控完成一次燃烧点燃定时的延迟。

但按照日本专利申请公报平字4-183922提出的技术，是使燃烧室内的火花塞重新充电或将另外的火花塞设置在废气通道内，从而使增添的燃料燃烧来加热废气。这种使燃烧室内的火花塞重新充电的做法是有缺点的，它使控制点燃的逻辑变得复杂并且不能为第二次点燃保证提供足够的能量。而任何一种确保足够点燃能量的尝试都会牵涉到一个问题，即不可避免地要采用较大的点燃器，还会导致较高的制造费用。在另一方面，将火花塞设置在废气通道内以便点燃增添燃料的做法也是有问题的，它会导致零件数的增加，也会增加制造费用。

日本专利申请公报平字4-183922提供的技术被设计为采用设置在废气通道内的火花塞来点燃增添的燃料。但在缸内喷射的内燃机中，一次燃料喷射所喷射的燃料通常在膨胀冲程和排气冲程经历基本上完全的燃料，因此可成为燃烧源的CO和HC在缸内只留有低浓度。另外，对一自燃性能低的燃料(如汽油)，需要有相当大的能量(如热、压力、温度及/或类似物)来完成燃烧。即使在膨胀冲程或排气冲程简单地重新启动燃料喷射阀来完成增添燃料的喷射，然后如同传统技术那样用火花塞来点燃增添的燃料，仍然有潜在问题，即可能会生产不出足够的能量，以致使增添燃料的燃烧不会发生。因此废气的加热可能得不到保证，造成的潜在问题是催化剂可能不会很快地活化。

按照日本专利申请公报平字8-100638提出的技术，第二次燃料喷射的喷射数量和定时取决于第一次燃料喷射的基本燃料的喷射数量和发动机的速率。换句话说，第二次燃料喷射的喷射数量是根据第一次燃料喷射的基本燃料喷射数量来确定的，并且就第二次燃料喷射的定时而言，当采用第一次燃料喷射的基本燃料喷射数量和发动机速率为参数时，通过实验预先准备好一幅指示图，相应于运行条件的优化的喷射定时可根据该指示图来确定。

由于一次燃料喷射(第一次燃料喷射)造成的一次燃烧的火焰持续时间会随发动机各种参数(例如发动机的温度、在一次燃烧时废气的再循环率、在一次燃烧时空气和燃料的比率(A/F)，在一次燃烧时点燃的定时等)的改变而变化，在某些情况下，被增添的燃料喷射(第二次燃料喷射)喷射的增添燃料不一定能被一次燃烧所传播的火焰点燃。