一种直接喷射火花点火式内燃发动机，其包括燃料喷射阀(1)和燃料喷射控制装置，该燃料喷射控制装置用于控制燃料喷射使得通过燃料喷射阀(1)从发动机气缸的上部区域向活塞的顶面喷射燃料。燃料喷射控制装置在至少两个级别之间切换从燃料喷射阀(1)喷射的燃料的推力，使得当活塞处于高位时所喷射燃料的推力比活塞处于低位时的弱。
1.一种直接喷射火花点火式内燃发动机，包括：燃料喷射阀(1)；以及燃料喷射控制装置，其用于控制燃料喷射使得燃料通过所述燃料喷射阀(1)从发动机气缸的上部区域向活塞的顶面喷射，所述燃料喷射控制装置在至少两个级别之间切换从所述燃料喷射阀(1)喷射的燃料的推力，其中所喷射的燃料的推力在所述发动机气缸中所述活塞处于高位时变得相比在所述发动机气缸中所述活塞处于低位时弱，其中，所述燃料喷射控制装置基于发动机负载、发动机转速和发动机温度中的至少一个改变推力切换活塞位置，所述推力切换活塞位置是切换所喷射的燃料的推力时的活塞位置，并且其中，所述燃料喷射控制装置改变所述推力切换活塞位置，使得当发动机负载等于预定发动机负载时所述推力切换活塞位置最高，当发动机负载降低到低于所述预定发动机负载时所述推力切换活塞位置被降低，并且当发动机负载升高到高于所述预定发动机负载时所述推力切换活塞位置被降低。
2.如权利要求1所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，所述预定发动机负载被设定为中等发动机负载。
3.如权利要求1所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，所述燃料喷射控制装置改变所述推力切换活塞位置，使得当发动机转速等于预定发动机转速时所述推力切换活塞位置最高，当发动机转速降低到低于所述预定发动机转速时所述推力切换活塞位置被降低，并且当发动机转速升高到高于所述预定发动机转速时所述推力切换活塞位置被降低。
4.如权利要求3所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，所述预定发动机转速被设定为中等发动机转速。
5.如权利要求1所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中，当发动机温度降低时所述燃料喷射控制装置降低所述推力切换活塞位置。
6.如权利要求1所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中：
所述内燃发动机构造成使得所述燃料喷射阀(1)大体上设置在所述发动机气缸的上部区域的中央或者设置在所述发动机气缸的上部区域的周边的排气门侧；
所述燃料通过所述燃料喷射阀(1)向所述活塞的顶面的排气门侧喷射；
至少当基于所述内燃发动机的运转状态确定的所需燃料量处于给定范围内时，所述燃料喷射控制装置将燃料喷射持续时间固定为从进气行程的中间阶段中的第一曲轴转角到紧邻进气行程下止点之前的第二曲轴转角的曲轴转角范围，所述第一曲轴转角是开始燃料喷射的正时，所述第二曲轴转角是结束燃料喷射的正时；并且所述燃料喷射控制装置在两个级别之间切换所喷射的燃料的推力，并且改变切换所喷射的燃料的推力的正时，使得喷射出所需的燃料量。
7.一种用于控制直接喷射火花点火式内燃发动机的方法，包括：
当燃料通过燃料喷射阀(1)从发动机气缸的上部区域向活塞的顶面喷射时，在至少两个级别之间切换所喷射的燃料的推力，其中所喷射的燃料的推力在所述发动机气缸中所述活塞处于高位时变得相比在所述发动机气缸中所述活塞处于低位时弱，其中，基于发动机负载、发动机转速和发动机温度中的至少一个改变推力切换活塞位置，所述推力切换活塞位置是切换所喷射的燃料的推力时的活塞位置，并且其中，改变所述推力切换活塞位置，使得当发动机负载等于预定发动机负载时所述推力切换活塞位置最高，当发动机负载降低到低于所述预定发动机负载时所述推力切换活塞位置被降低，并且当发动机负载升高到高于所述预定发动机负载时所述推力切换活塞位置被降低。
8.如权利要求7所述的方法，其中，改变所述推力切换活塞位置，使得当发动机转速等于预定发动机转速时所述推力切换活塞位置最高，当发动机转速降低到低于所述预定发动机转速时所述推力切换活塞位置被降低，并且当发动机转速升高到高于所述预定发动机转速时所述推力切换活塞位置被降低。
9.如权利要求7所述的方法，其中，当发动机温度降低时降低所述推力切换活塞位置。
所述内燃发动机被构造成使得所述燃料喷射阀(1)大体上设置在所述发动机气缸的上部区域的中央或者设置在所述发动机气缸的上部区域的周边的排气门侧；
通过所述燃料喷射阀(1)向所述活塞的顶面的排气门侧喷射燃料；
至少当基于所述内燃发动机的运转状态确定的所需燃料量在给定范围内时，将燃料喷射持续时间固定为从进气行程的中间阶段中的第一曲轴转角到紧邻进气行程下止点之前的第二曲轴转角的曲轴转角范围，所述第一曲轴转角是开始燃料喷射的正时，所述第二曲轴转角是结束燃料喷射的正时；在两个级别之间切换所喷射的燃料的推力；并且改变切换所喷射的燃料的推力的正时，使得喷射出所需的燃料量。
11.一种直接喷射火花点火式内燃发动机，包括：燃料喷射阀(1)；以及燃料喷射控制装置，其用于控制燃料喷射使得燃料通过所述燃料喷射阀(1)从发动机气缸的上部区域向活塞的顶面喷射，所述燃料喷射控制装置在至少两个级别之间切换从所述燃料喷射阀(1)喷射的燃料的推力，其中所喷射的燃料的推力在所述发动机气缸中所述活塞处于高位时变得相比在所述发动机气缸中所述活塞处于低位时弱， 其中，所述燃料喷射控制装置基于发动机负载、发动机转速和发动机温度中的至少一个改变推力切换活塞位置，所述推力切换活塞位置是切换所喷射的燃料的推力时的活塞位置，并且其中，所述燃料喷射控制装置改变所述推力切换活塞位置，使得当发动机转速等于预定发动机转速时所述推力切换活塞位置最高，当发动机转速降低到低于所述预定发动机转速时所述推力切换活塞位置被降低，并且当发动机转速升高到高于所述预定发动机转速时所述推力切换活塞位置被降低。
12.一种直接喷射火花点火式内燃发动机，包括：燃料喷射阀(1)；以及燃料喷射控制装置，其用于控制燃料喷射使得燃料通过所述燃料喷射阀(1)从发动机气缸的上部区域向活塞的顶面喷射，所述燃料喷射控制装置在至少两个级别之间切换从所述燃料喷射阀(1)喷射的燃料的推力，其中所喷射的燃料的推力在所述发动机气缸中所述活塞处于高位时变得相比在所述发动机气缸中所述活塞处于低位时弱，其中，所述内燃发动机构造成使得所述燃料喷射阀(1)大体上设置在所述发动机气缸的上部区域的中央或者设置在所述发动机气缸的上部区域的周边的排气门侧，其中，所述燃料通过所述燃料喷射阀(1)向所述活塞的顶面的排气门侧喷射，其中，至少当基于所述内燃发动机的运转状态确定的所需燃料量处于给定范围内时，所述燃料喷射控制装置将燃料喷射持续时间固定为从进气行程的中间阶段中的第一曲轴转角到紧邻进气行程下止点之前的第二曲轴转角的曲轴转角范围，所述第一曲轴转角是开始燃料喷射的正时，所述第二曲轴转角是结束燃料喷射的正时，并且其中，所述燃料喷射控制装置在两个级别之间切换所喷射的燃料的推力，并且改变切换所喷射的燃料的推力的正时，使得喷射出所需的燃料量。
13.一种用于控制直接喷射火花点火式内燃发动机的方法，包括：
当燃料通过燃料喷射阀(1)从发动机气缸的上部区域向活塞的顶面喷射时，在至少两个级别之间切换所喷射的燃料的推力，其中所喷射的燃料的推力在所述发动机气缸中所述活塞处于高位时变得相比在所述发动机气缸中所述活塞处于低位时弱，其中，基于发动机负载、发动机转速和发动机温度中的至少一个改变推力切换活塞位置，所述推力切换活塞位置是切换所喷射的燃料的推力时的活塞位置，其中，改变所述推力切换活塞位置，使得当发动机转速等于预定发动机转速时所述推力切换活塞位置最高，当发动机转速降低到低于所述预定发动机转速时所述推力切换活塞位置被降低，并且当发动机转速升高到高于所述预定发动机转速时所述推力切换活塞位置被降低。
14.一种用于控制直接喷射火花点火式内燃发动机的方法，包括：
当燃料通过燃料喷射阀(1)从发动机气缸的上部区域向活塞的顶面喷射时，在至少两个级别之间切换所喷射的燃料的推力，其中所喷射的燃料的推力在所述发动机气缸中所述活塞处于高位时变得相比在所述发动机气缸中所述活塞处于低位时弱，其中，所述内燃发动机被构造成使得所述燃料喷射阀(1)大体上设置在所述发动机气缸的上部区域的中央或者设置在所述发动机气缸的上部区域的周边的排气门侧，其中，通过所述燃料喷射阀(1)向所述活塞的顶面的排气门侧喷射燃料，其中，至少当基于所述内燃发动机的运转状态确定的所需燃料量在给定范围内时，将燃料喷射持续时间固定为从进气行程的中间阶段中的第一曲轴转角到紧邻进气行程下止点之前的第二曲轴转角的曲轴转角范围，所述第一曲轴转角是开始燃料喷射的正时，所述第二曲轴转角是结束燃料喷射的正时；在两个级别之间切换所喷射的燃料的推力，并且其中，改变切换所喷射的燃料的推力的正时，使得喷射出所需的燃料量。
直接喷射火花点火式内燃发动机及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种直接喷射火花点火式内燃发动机及其控制方法。 背景技术
[0002] 当在直接将燃料喷射到每个气缸中的直接喷射火花点火式内燃发动机的每个进气行程中通过喷射燃料执行均匀燃烧时，与将燃料喷射到每个进气口的内燃发动机相比，能够可靠地将所需量的燃料喷射到每个气缸中。但是，当燃料被喷向每个活塞的顶面时，所喷射的燃料可能粘附在活塞的顶面上，并且如果在点火之前活塞顶面上的燃料仍未蒸发并因而导致未能燃烧，则会产生烟。
[0003] 已经提出了一种技术，其中为了抑制烟的产生，在发动机温度低时减弱所喷射燃料的推力，此时所喷射燃料粘附到每个活塞的顶面上的可能性变低(例如，参见日本专利申请公报No.09-68072)。
[0004] 根据这种技术，当发动机温度低时，通过降低所喷射燃料的推力能够降低粘附到每个活塞上的燃料的量。但是，在发动机温度高并且增强了喷射燃料的推力时，特别是当喷射了大量的燃料时，大量燃料便粘附在每个活塞的顶面上。如果在点火之前活塞上的大部分燃料都未蒸发，则将会产生大量的烟。
发明内容
[0005] 本发明提供一种直接喷射火花点火式内燃发动机及其控制方法，其有效地抑制了烟的产生。
[0006] 本发明的第一方面涉及一种直接喷射火花点火式内燃发动机，其包括：燃料喷射阀；以及燃料喷射控制装置，其用于控制燃料喷射使得燃料通过所述燃料喷射阀从发动机气缸的上部区域向活塞的顶面喷射。在这种直接喷射火花点火式内燃发动机中，所述燃料喷射控制装置在至少两个级别之间切换从所述燃料喷射阀喷射的燃料的推力，其中所喷射的燃料的推力在所述发动机汽缸中所述活塞处于高位时变得相比在所述发动机汽缸中所述活塞处于低位时弱，
[0007] 其中，所述燃料喷射控制装置基于发动机负载、发动机转速和发动机温度中的至少一个改变推力切换活塞位置，所述推力切换活塞位置是切换所喷射的燃料的推力时的活塞位置，并且
[0008] 其中，所述燃料喷射控制装置改变所述推力切换活塞位置，使得当发动机负载等于预定发动机负载时所述推力切换活塞位置最高，当发动机负载降低到低于所述预定发动机负载时所述推力切换活塞位置被降低，并且当发动机负载升高到高于所述预定发动机负载时所述推力切换活塞位置被降低。
[0009] 根据本发明第一方面的直接喷射火花点火式内燃发动机，在燃料喷射期间，所喷射燃料的推力在至少两个级别之间切换，使得与当活塞处于低位并且因此所喷射的燃料粘附到活塞顶面的可能性小时相比，当活塞处于高位并且因此所喷射的燃料粘附到活塞顶面的可能性大时所喷射的燃料的推力变小。因此，充分降低了将粘附到活塞的顶面上的燃料的量，并因而充分地抑制了烟的产生。根据本发明第一方面的直接喷射火花点火式内燃发动机，另外，当活塞处于低位时加强所喷射的燃料的推力，这促进所喷射的燃料的雾化，因此所喷射的燃料得以有效蒸发。这种特征消除了产生如下问题的可能性，即由于燃料喷射的推力弱，所以整个燃料喷射过程延长的程度使得在点火的时间之前用以喷射燃料蒸发的时间不充足。
[0010] 根据本发明第一方面的直接喷射火花点火式内燃发动机，即使所喷射的燃料将粘附到活塞顶面上的可能性以及活塞顶面上的燃料在点火时间之前蒸发的可能性由于发动机负载、发动机转速以及发动机温度的改变而改变，但是，通过基于发动机负载、发动机转速和发动机温度中的至少一个改变推力切换活塞位置仍能够抑制烟的产生。 [0011] 在本发明第一方面的直喷式火花点燃内燃发动机中，在当发动机负载等于预定发动机负载时所喷射的燃料最不可能粘附到活塞顶面的情况 下，当发动机负载等于所设定的发动机负载时，推力切换活塞位置被设定到最高位置。另外，当发动机负载降低到低于预定发动机负载并且从而活塞的温度相应地降低时，活塞顶面上的燃料的蒸发变慢。因此，在本发明第一方面的直接喷射火花点火式内燃发动机中，当发动机负载降低到低于预定发动机负载时，降低推力切换活塞位置。另外，当发动机负载升高到高于预定发动机负载并且燃料喷射量因此增大时，所喷射的燃料粘附在活塞顶面上的可能性增加。因此，在本发明第三实施方式的直接喷射火花点火式内燃发动机中，当发动机负载升高到高于预定发动机负载时，降低推力切换活塞位置。
[0012] 本发明的第二方面涉及本发明第一方面所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中所述推力切换活塞位置被改变，使得当所述发动机转速等于预定发动机转速时所述推力切换活塞位置最高，当所述发动机转速降低到低于所述预定发动机转速时所述推力切换活塞位置被降低，并且当所述发动机转速升高到高于所述预定发动机转速时所述推力切换活塞位置被降低。
[0013] 在本发明第二方面的直接喷射火花点火式内燃发动机中，在当发动机转速等于预定发动机转速时点火时间之前允许所喷射的燃料蒸发的时间段足够的情况下，当发动机转速等于预定发动机转速时将推力切换活塞位置设定到最高位置。另外，当发动机转速降低到低于预定发动机转速并且因此活塞的温度相应降低时，活塞的顶面上的燃料的蒸发变慢。因此，在本发明第二方面的直接喷射火花点火式内燃发动机中，当发动机转速降低到低于预定发动机转速时推力切换活塞位置被降低。另外，当发动机转速升高到高于预定发动机转速时，在点火时间之前用于活塞的顶面上的燃料蒸发的时间段缩短。因此，在本发明第二方面的直接喷射火花点火式内燃发动机中，当发动机转速升高到高于预定发动机转速时，推力切换活塞位置被降低。这样一来，便能够抑制烟的产生。
[0014] 本发明的第三方面涉及本发明第一方面所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中当发动机温度降低时所述燃料喷射控制装置降低所述推力切换活塞位置。 [0015] 当发动机温度降低并且从而活塞的温度相应地降低时，活塞的顶面上的燃料的蒸发变慢。因此，在本发明第三方面的直接喷射火花点火式内燃发动机中，当发动机温度降低时推力切换活塞位置被降低。这样一 来，便能够抑制烟的产生。
[0016] 本发明的第四方面涉及本发明第一方面所述的直接喷射火花点火式内燃发动机，其中：所述内燃发动机构造成使得所述燃料喷射阀大体上设置在所述发动机气缸的上部区域的中央或者设置在所述发动机气缸的上部区域的周边的排气门侧；所述燃料通过所述燃料喷射阀向所述活塞的顶面的排气门侧喷射；至少当基于所述内燃发动机的运转状态确定的所需燃料量处于给定范围内时，所述燃料喷射控制装置将燃料喷射持续时间固定为从进气行程的中间阶段中的第一曲轴转角到紧邻进气行程下止点之前的第二曲轴转角的曲轴转角范围，所述第一曲轴转角是开始燃料喷射的正时，所述第二曲轴转角是结束燃料喷射的正时；并且所述燃料喷射控制装置在两个级别之间切换所喷射的燃料的推力，并且改变切换所喷射的燃料的推力的正时，使得喷射出所需的燃料量。
[0017] 根据本发明第四方面的直接喷射火花点火式内燃发动机，因为内燃发动机配置成使得燃料喷射阀大体上设置在发动机气缸的上部区域的中央或者发动机气缸的上部区域的周边的排气门侧并且燃料通过燃料喷射阀向着活塞的顶面的排气门侧喷射，所以能够有效地加强在发动机气缸的排气门侧向下流动在进气门侧向上流动的翻转流。为了加强翻转流使得其在后半个压缩行程之前保持活动，并且因此在点火时刻之前发动机气缸内空气燃料混合物的运动保持剧烈以增加燃烧速度，燃料喷射区间优选地固定到单位时间的进气量大的曲轴转角范围。因此，在本发明第四方面的直接喷射火花点火式内燃发动机中，燃料喷射区间固定到从进气行程的作为开始燃料喷射的正时的中间阶段的第一曲轴转角到在进气行程上作为结束燃料喷射的正时的下止点之前的第二曲轴转角的曲轴转角范围。另外，在本发明第四方面的直接喷射火花点火式内燃发动机中，喷射燃料的推力在两个级别之间切换，并且所喷射燃料的推力的切换正时延迟，使得以小推力喷射燃料的区间延长，而以大推力喷射燃料的区间缩短，因此燃料喷射量降低。即，能够通过适当地设定用于切换所喷射燃料的推力来喷射所需的燃料量。
[0018] 本发明的第五方面涉及一种用于控制直接喷射火花点火式内燃发动机的方法，包括：当燃料通过燃料喷射阀从发动机气缸的上部区域向活塞的顶面喷射时，在至少两个级别之间切换所喷射的燃料的推力，使得所喷射的燃料的推力在所述活塞处于高位时变得比所述活塞处于低位时弱。
附图说明
[0019] 参照附图，根据下文中对示例性实施方式的说明，本发明的前述以及其它目的、特征和优点将变得明显，附图中相同的附图标记用于表示相同的元件，并且附图中： [0020] 图1是示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的直接喷射火花点火式内燃发动机的每个气缸的结构的纵向剖视图；
[0021] 图2是示出用于控制燃料喷射阀阀体的升程的示例性模式的视图； [0022] 图3是用于根据发动机负载设定切换燃料喷射推力的曲轴转角的映射； [0023] 图4是用于根据发动机转速设定切换燃料喷射推力的曲轴转角的映射； [0024] 图5是用于根据冷却液温度设定切换燃料喷射推力的曲轴转角的映射； [0025] 图6是用于根据发动机负载和发动机转速设定切换燃料喷射推力的曲轴转角的映射；
[0026] 图7是示出用于控制燃料喷射阀阀体的升程的另一模式的视图； [0027] 图8是示出用于控制燃料喷射阀阀体的升程的又一模式的视图。 具体实施方式
[0028] 图1是示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的直接喷射火花点火式内燃发动机的每个气缸的结构的纵向剖视图。具体而言，图1示出了紧接在进气行程的下止点(将称其为“进气行程下止点”)之前的状态。参照图1，燃料喷射阀1大体上设置在每个气缸上方区域的中央处以直接将燃料喷射到气缸内。而且，该气缸还设置有经由一对进气门(未图示)与气缸的内部连通的一对进气口2以及经由一对排气门(未图示)与气缸的内部连通的一对排气口3。在气缸内，火花塞4在燃料喷射阀1 的进气门侧设置于燃料喷射阀1附近，并且气缸内还设置有活塞5。
[0029] 燃料喷射阀1向着活塞5顶面上的排气门侧的部分倾斜地向下喷射燃料F。因为火花塞4设置在燃料喷射阀1的进气门侧，所以火花塞4不会被所喷射的燃料F弄湿，因而也能够防止火花塞4由于被所喷射的燃料F弄湿而失火。从燃料喷射阀1喷射的燃料F的推力设定成使得在燃料喷射开始之后1毫秒时所喷射的燃料F的前端到达距离燃料喷射阀的下阀端至少60毫米的点。由于具有如此大的推力的喷射燃料F大体上从气缸的上方区域的中央向着活塞5的顶面的排气门侧的部分倾斜地向下移动，所以所喷射燃料F的推力加强了在气缸内产生的翻转流T，所述翻转流T在气缸的排气门侧向下流动，在气缸的进气门侧向上流动。
[0030] 因此而加强了的翻转流T在后半个压缩行程之前始终保持活跃，因此直到压缩行程结束时的点火时刻，空气燃料混合物始终保持剧烈运动。空气燃料混合物的剧烈运动增加了燃烧的速度，使得均匀燃烧良好地进行。在该示例性实施方式中，为了节省燃料消耗，均匀燃烧的空燃比被设定为比化学计量空燃比(优选为20或更多，其抑制NOX的产生)稀的空燃比，因此均匀燃烧将缓慢地进行。从而，如上所述地增加燃烧速度是特别有利的。同时，均匀燃烧的空燃比也可替代性地设定成化学计量空燃比或者浓空燃比。在这种情况下，增加燃烧速度也会提供各种优点。
[0031] 燃料F可以被喷射成从各种形状中任意选择的形状。例如，使用单个喷射孔，燃料F可以被喷射成实心锥形或空心锥形。另外，使用狭缝形状的喷射孔，燃料F可以被喷射成相对较薄的扇形。另外，使用弧形狭缝形状的喷射孔，燃料F可以被喷射成相对较薄的弧形，所述弧形的凸起侧面向上侧以及排气门侧。另外，使用两个或多个直狭缝形喷射孔的组合，燃料F可以被喷射成锯齿形。简言之，只要能够使所喷射的燃料F的推力大得足以加速气缸中的翻转流T，就可以将燃料F喷射成任意的形状。另外，燃料喷射阀1也可以设置在气缸上部区域的周边的排气门侧(例如在两个排气门之间)，而不设置在大体上气缸上部区域的中央处，使得燃料喷射阀1向着活塞5的顶面上的排气侧部分大体上直线地向下喷射燃料。
[0032] 不仅在加强翻转流T时，而且在向活塞5的顶面喷射燃料F的任何时候，所喷射的燃料都有可能粘附到活塞5的顶面上，如果这些粘附的燃料在点火时刻之前未被蒸发掉并且导致未能燃烧，则会产生烟。在该 示例性实施方式中，通过在至少两个级别中控制燃料喷射阀1的阀体升程等，可以对所喷射燃料的推力在至少两个级别中进行调节。更具体地说，当活塞5处于高位时，由于在从燃料喷射阀1喷射出燃料时所喷射的燃料很可能粘附到活塞5的顶面，所以与活塞5处于低位时相比将减弱从燃料喷射阀1喷射的燃料的推力(将称其为“燃料喷射推力”)，从而所喷射燃料粘附到活塞5的顶面上的可能性相对较小。这样能够减少粘附到活塞5的顶面上的燃料的量，因此充分抑制了烟的产生。 [0033] 另一方面，当活塞5处于低位时，燃料喷射推力被加强，这促进了所喷射燃料的雾化，因此所喷射的燃料高效地蒸发。该特征消除了产生如下问题的可能性，即由于燃料喷射推力弱，所以整个燃料喷射过程延长到某种程度，以至于在点火之前用于所喷射燃料蒸发的时间不充足。如该示例性实施方式中一样，在为了加强翻转流T而加强燃料喷射推力的情况下，至少在活塞5处于低位的情况下燃料喷射推力被加强时，可以将燃料喷射推力设定成使得所喷射燃料的前部在燃料喷射开始之后1毫秒时到达至少距离燃料喷射阀的下部阀端60毫米的点。
[0034] 为了以多级形式控制燃料喷射阀1的阀体的升程，例如，可以采用如下结构，即其中燃料喷射阀1的沿阀闭合方向被弹簧等迫压的阀体通过压电应变致动器打开，并且通过以多级形式控制施加到压电应变致动器的电压来调节阀体的升程。替代性地，可以采用如下结构，即其中通过多级电磁致动器打开燃料喷射阀1的阀体，并且通过控制用以打开燃料喷射阀1的电磁致动器的数量来调节阀体的升程。
[0035] 图2示出了阀升程控制模式A到E，在每个模式中，阀体的升程被控制，从而使得当活塞5处于高位时燃料喷射推力比活塞5处于低位时弱。在图2中所示的每个模式中，燃料喷射在进气行程下止点之前的点处结束。在模式A、B、C中，小升程气门打开区间和大升程气门打开区间均限定为曲轴转角范围且彼此相等，并且如果发动机转速相等则每个模式中的燃料喷射量相等(严格地说，因为曲轴不以恒定的角速度旋转，所以为了在每个模式中喷射相等的燃料量，当将曲轴转角范围设定为气门打开区间时需要考虑到每个曲轴转角处的曲轴的角速度)。模式A、B、C的将阀升程从小升程切换到大升程的曲轴转角彼此各不不同。更具体地说，模式A的阀升程切换曲轴转角a3、模式B的阀升程切换曲轴转角a2、模式C的阀升程切换曲轴转角a1从进气行程下止点侧开始以此顺序 设定。即，在模式C中燃料喷射推力从弱级别切换到强级别时活塞5所处的位置(将简称其为“用于切换燃料喷射推力的活塞位置”)最高，在模式B中次之，在模式A中最低。
[0036] 在模式D中，用于切换阀升程的活塞位置(曲轴转角)与模式B(即，曲轴转角a2)中的相同。但是，在模式D中，用于大升程气门开度的曲轴转角范围设定的比模式B中的长。因此，如果在每个模式中发动机转速相等，则模式D中的燃料喷射量比模式B中的大。另外，即使当模式D中的发动机转速大于模式B时，也能够使模式D中的燃料喷射与模式B中的相等。同时，在模式E中，用于切换阀升程的活塞位置(曲轴转角)与模式A中的(即曲轴转角a3)相同。但是，在模式E中，用于小升程气门开度的曲轴转角范围比模式A中的长。因此，如果在每个模式中发动机转速相等，则模式E中的燃料喷射量比模式A中的大。
另外，即使当模式E中的发动机转速比模式A中的大时，也能使模式E中的燃料喷射量与模式A中的相等。
[0037] 在任何阀升程控制模式中，在燃料喷射期间使活塞5处于高位时的燃料喷射推力比活塞5处于低位时的燃料喷射推力小，因此与燃料喷射推力甚至在活塞5处于高位时也保持较大的情形相比，将粘附到活塞5的顶面上的燃料的量小。
[0038] 在均匀燃烧期间，通过更早完成燃料喷射使得点火之前的时间段更长，则所喷射的燃料能够蒸发得更充分并且与空气混合得更充分，进而能够形成更均匀的空气燃料混合物。因此，将用于切换燃料喷射推力的活塞位置设定到高位是可取的。 [0039] 为此原因，当发动机负载适中时，用于切换燃料喷射推力的活塞位置被设定到相对较高的位置。但是，当发动机负载变低并且活塞5的温度也因此变低时，活塞5上燃料的蒸发变慢。因此，这时烟的量将会增加，除非降低粘附到活塞5上的燃料的量。因此，在该示例性实施方式中，发动机负载越低，则用于切换燃料喷射推力的活塞位置被设定得越低。另一方面，当发动机负载高时，燃料喷射量大并且因此所喷射的燃料粘附到活塞5的顶面上的量也高。在这种情况下，烟的量将增加，除非降低粘附到活塞5上的燃料的量。因此，在该示例性实施方式中，发动机负载越高，则用于切换燃料喷射推力的活塞位置被设定得越低。这样一来，通过根据如图3中所示的发动机负载改变用于切换燃料喷射推 力的活塞位置，能够抑制烟的产生。
[0040] 另外，当发动机转速适中时，用于切换燃料喷射推力的活塞位置被设定到相对较高的位置。但是，当发动机转速变低并且活塞5的温度也因此变低时，活塞5上的燃料的蒸发变慢。在这种情况下，烟的量将会增加，除非降低粘附到活塞5上的燃料的量。因此，在该示例性实施方式中，发动机转速越低，则用于切换燃料喷射推力的活塞位置被设定得越低。另一方面，当发动机转速变高时，允许活塞5上的燃料蒸发的时间段变短。在这种状态下，烟的量将增加，除非降低将粘附到活塞5顶面的燃料的量。因此，在该示例性实施方式中，发动机转速越高，则用于切换燃料喷射推力的活塞位置被设定得越低。这样一来，通过根据如图4中所示的发动机转速切换用于切换燃料喷射推力的活塞位置，能够抑制烟的产生。 [0041] 另外，当发动机温度降低并且活塞5的温度也因此降低时，活塞5上的燃料的蒸发变慢。在这种状态下，烟的量将增加，除非降低将粘附到活塞5的顶面上的燃料的量。因此，在该示例性实施方式中，发动机温度越低，则用于切换燃料喷射推力的活塞位置被设定得越低。这样一来，通过根据图5中所示的指示发动机温度的冷却液温度切换用于切换燃料喷射推力的活塞位置，能够抑制烟的产生。
[0042] 如上所述，可以根据发动机负载、发动机转速和发动机温度中的任一个设定用于切换燃料喷射推力的活塞位置。例如，可以根据如图6的映射所示的发动机负载和发动机转速设定用于切换燃料喷射推时力的活塞位置。应当指出，这种映射可以设置为用于每个级别的发动机温度。
[0043] 图7示出了阀升程控制模式F，其中在进气行程下止点之后燃料喷射结束。在模式F中，进气行程下止点之后的燃料喷射区间(压缩行程上的燃料喷射区间)相对较长，并且在经过压缩行程上的与在前一进气行程上的燃料喷射推力从小升程切换到大升程的活塞位置相对应的活塞位置后燃料喷射仍在继续。更具体地说，在模式F中，在如上所述基于发动机负载、发动机转速和发动机温度中的任一个被设定为在进气行程中用于切换燃料喷射推力的活塞位置的曲轴转角a4处，阀升程从小升程切换到大升程，并且然后在与压缩行程上的和进气行程上的前述活塞位置相同的活塞位置相对应的曲轴转角a5处，阀升程从大升程切换回到小升程。
[0044] 虽然在前述示例中以两个级别调节燃料喷射推力，但是也可以三级或更多级来调节燃料喷射推力，使得燃料喷射推力以更多级的方式增强。在这种情况下，上述技术可用于将燃料喷射推力切换到最高级的活塞位置的设定。另外，上述技术还可用于切换燃料喷射推力的其它活塞位置的设定。
[0045] 同时，当使用所喷射的燃料加强翻转流时，如果在单位时间进气量大的时间段-例如从进气行程的中间阶段到后半阶段喷射燃料，则能够高效地加强翻转流。因此，在燃料喷射阀大体上设置在气缸上部区域的中央或者在气缸上部区域周边的排气门侧并且通过从燃料喷射阀向活塞的顶面的排气门侧喷射燃料加强翻转流的情况下，不论所需的燃料喷射量如何，可通过如图8中的实线所示将燃料喷射开始正时固定到进气行程的中间阶段中的第一曲轴转角as并且将燃料喷射结束正时固定到紧接在进气行程下止点之前的第二曲轴转角ae来设定燃料喷射区间，因此只要基于由发动机负载和发动机转速限定的发动机运转状态确定的所需燃料喷射量在预定范围内，就可以通过所喷射燃料高效地加强翻转流。
[0046] 在上述情况下，例如，如果以两个级别的形式调节燃料喷射推力，使得当活塞5处于高位并且因而所喷射的燃料粘附在活塞5的顶面上的可能性大时，燃料喷射推力被设定为弱于活塞5处于低位因而所喷射的燃料粘附在活塞5的顶面上的可能性小时的燃料喷射推力，则也能够降低烟的量。
[0047] 另外，在用于切换燃料喷射推力的正时设定在曲轴转角a8的情况下，如果通过将其延迟到例如a9或a10而使相同的正时更接近进气行程下止点，则以小推力喷射燃料的燃料喷射区间延长，而以大推力喷射燃料的燃料喷射区间缩短，因此燃料喷射量降低。另一方面，如果相同的正时通过提前到例如a7或a6而从进气行程下止点移离，则以小推力喷射燃料的燃料喷射区间缩短，而以大推力喷射燃料的燃料喷射区间延长，因此燃料喷射量增加。这样一来，即使燃料喷射区间是固定的，通过改变用于切换燃料喷射推力的正时也能够喷射所需的燃料量。同时，当发动机转速高时，为了喷射给定量的燃料，需要将切换燃料喷射推力的曲轴转角设定为距离进气下止点比当发动机转速低时的更远。
[0048] 在如上所述地切换燃料喷射推力的情况下，当需要用大的推力喷射燃料时，可以将燃料喷射推力设定成使得在开始燃料喷射之后1毫秒时 所喷射的燃料的前端到达距离燃料喷射阀的下阀端至少60毫米的点。另外，即使当需要减小的燃料喷射推力时，为了加强翻转流，也可以将燃料喷射推力设定成尽可能地大。另外，在如上所述固定了用于喷射燃料的曲轴转角范围的情况下，如果能够在小推力和大推力之间切换燃料喷射推力，则通过在每个发动机转速级别设定的燃料喷射推力获得的最小燃料喷射量和最大燃料喷射量得以确定。即，在这种情况下，能够喷射的燃料量的范围得以确定，并且因此如果所需的燃料量超出了此燃料喷射量范围，则无法在固定了燃料喷射曲轴转角范围的情况下执行燃料喷射。可以为每个发动机转速级别设定共有的燃料喷射量范围。但是，在这种情况下，需要设定窄的共有燃料喷射量范围。因此，可以为每个发动机转速级别设定不同的燃料喷射量范围。
