DE102004029424A1

DE102004029424A1 - Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtungen für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102004029424A1
Application number: DE102004029424A
Authority: DE
Inventors: Masaya Obu Hayakawa; Kazuhiro Obu Yoneshige
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2005-01-27
Also published as: JP2005016496A; US6920861B2; US20040261761A1

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil (43) zum Einspritzen von Kraftstoff durch eine Kraftstoffeinspritzöffnung (69a) in eine Verbrennungskammer (2) versehen, mit einem Lufteinblasventil (44) zum Einblasen von Luft durch eine Lufteinblasöffnung (69b) in die Verbrennungskammer (2), mit verschiedenen Sensoren (21-25) zur Erfassung eines Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors (1) und einer elektronischen Steuereinheit (ECU) (30) zur individuellen Steuerung des Kraftstoffeinspritzventils (3) und des Lufteinblasventils. Die Ausrichtungen der Lufteinblasöffnung (69b) und der Kraftstoffeinspritzöffnung (69a) werden so bestimmt, daß ein Luftstrahl mit einem Kraftstoffsprühstoß kollidiert. Die ECU (30) steuert das Kraftstoffeinspritzventil (43) auf der Basis des durch die Sensoren (21-25) erfaßten Betriebszustandes, um eine Sprühstoßgeschwindigkeit, einen Sprühstoßpartikeldurchmesser, einen Sprühwinkel etc. des durch die Kraftstoffeinspritzöffnung einzuspritzenden Kraftstoffes zu steuern. Die ECU (30) steuert ferner eine zeitliche Steuerung der Lufteinblasung und/oder eine Lufteinblasdauer für die Lufteinblasung, die durch das Lufteinblasventil durchgeführt werden soll.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Direkteinspritzbauart, der dazu angepaßt ist, Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors einzuspritzen. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, die so aufgebaut ist, daß ein Kraftstoffsprühstoß entsprechend einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors geliefert wird.

Hinsichtlich Verbrennungsmotoren der Direkteinspritzbauart sind bislang Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtungen, die dazu angepaßt sind, Kraftstoff in Form eines Sprühstoßes in geeigneter Weise für einen Motorbetriebszustand zu liefern, beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2000-97030 (Seiten 4 bis 6 und 3), der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. HEI 10-318096 (Seite 9 und 7) und der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2002-161790 (Seiten 2 bis 5 und 1 bis 6) offenbart.

Das obige Dokument mit der Endnummer '030 offenbart einen Verbrennungsmotor der Zylindereinspritzbauart (Direkteinspritzung) und ein Kraftstoffeinspritzventil für die Zylindereinspritzung. In diesem Dokument wird ferner beschrieben, daß der Verbrennungsmotor, der so aufgebaut ist, daß er einen Betriebsmodus zwischen einem Vormischverbrennungsmodus und einem Schichtladungsverbrennungsmodus umzuschalten, dazu angepaßt ist, die Kraftstoffsprühstoßeigenschaften in Abhängigkeit von dem ausgewählten Betriebsmodus zu verändern. Genauer gesagt ist er so aufgebaut, daß ein Kraftstoffsprühstoß von dem Kraftstoffeinspritzventil ein Sprühmuster annimmt, das eine im wesentlichen achsensymmetrische Gestalt in Bezug zu einer Düsenbohrungsachse für einen ersten vorbestimmten Abstand von dem Düsenloch, und ein anderes Sprühmuster, das im wesentlichen punktsymmetrische oder eine liniensymmetrische Gestalt hat, bei der sich eine Schnittform, die die Düsenbohrungsachse senkrecht schneidet, in eine die Düsenbohrungsachse senkrecht schneidende Richtung verteilt, für einen zweiten vorbestimmten Abstand oder viel länger als dem ersten vorbestimmten Abstand, besitzt.

Das Dokument mit der Endnummer '096 offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil, das in der Lage ist, einen sogenannten Verbundsprühstoß (Vollstrahl, bzw. solid spray) einzuspritzen, der einen Kraftstoffsprühstoß für eine gute Verbrennbarkeit und einen Kraftstoffsprühstoß für eine gute Zündfähigkeit beinhaltet, und ferner einen Verbrennungsmotor, der das Kraftstoffeinspritzventil verwendet. Genauer gesagt beschreibt es ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit einem Düsenkörper versehen ist, der eine Einspritzbohrung, einen Ventilkörper und eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Ventilkörpers in seine Axialrichtung besitzt, um einen Sprühstoß als Vollstrahl mit einem kurzen Sprühstoßweg und einem vergrößerten Sprühwinkel zu erzeugen, indem eine Trägheitskraft verringert wird, und einen Sprühstoß mit einem verringerten Sprühwinkel, in dem die Trägheitskraft erhöht wird. Dieses Kraftstoffeinspritzventil ist so aufgebaut, daß zwei eine Drehkraft bereitstellende Vorrichtungen, zur Weitergabe einer Drehkraft an den Kraftstoff, stromaufwärts von der Einspritzbohrung axial angeordnet sind, und die erste eine Drehkraft bereitstellende Vorrichtung und die zweite eine Drehkraft bereitstellende Vorrichtung der zwei eine Drehkraft bereitstellenden Vorrichtungen einen unterschiedlichen Aufbau besitzen.

Das Dokument mit der Endnummer '790 offenbart eine Verbrennungssteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Direkteinspritz-/Fremdzündbauart. Diese Vorrichtung ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer, und mit einer Zündkerze versehen. Die Vorrichtung ist so aufgebaut, daß sie wahlweise einen Schichtladungsverbrennungsvorgang, bei dem ein Sprühstoß nahe der Zündkerze konzentriert ist, und einen gleichmäßigen Betrieb, bei dem der Sprühstoß gleichmäßig durch die Verbrennungskammer hindurch verteilt wird, durchführt. Dieses Dokument beschreibt ferner eine separate Einspritzsteuervorrichtung, die Kraftstoffeinspritzungen mehrmals pro Zyklus während dem gleichmäßigen Betrieb ausführt. Diese separate Einspritzsteuervorrichtung variiert ein Zeitintervall zwischen den Einspritzungen und eine Einspritzmengenrate in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Verbrennungsmotors und einer auf den Motor aufgebrachten Last.

Im allgemeinen besitzen ein Kraftstoffsprühstoßmuster (ein Kraftstoffsprühstoß, der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch nahe an der Zündkerze sammelt), das für die Schichtladungsverbrennung erforderlich ist, und ein Kraftstoffsprühstoßmuster (ein fein verteilter Kraftstoffsprühstoß, mit dem ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer verteilt wird), die für die gleichmäßige Verbrennung erforderlich sind, unterschiedliche Eigenschaften. Die in den obigen Dokumenten mit den Endnummern '030 und '096 offenbarten Vorrichtungen konnten jedoch lediglich ein Kraftstoffsprühstoßmuster realisieren, das dem Kraftstoffsprühstoßmuster für die Schichtladungsverbrennung ähnelt. Genauer gesagt ist es unmöglich, die gleichmäßige Verbrennung wirksam zu erzielen und eines der zwei oder mehrerer Verbrennungsmuster auszuwählen, so daß die Motorleistungen nicht verbessert werden konnten.

In der in dem Dokument mit der Endnummer '790 offenbarten Vorrichtung werden Kraftstoffeinspritzungen mehrmals durchgeführt, was zu einer Vielzahl an kurzzeitigen Ansprechzeiten des Einspritzventils führt, während denen sich eine Kraftstoffzerstäubung verschlechtern würde. Dies führt zu einer Zunahme des Durchmessers der Kraftstoffsprühstoßpartikel, was den Luftwiderstand des Kraftstoffsprühstoßes vermindert und somit eine Kraftstoffsprühstoßweite (Distanz) erhöht. Des weiteren besitzt der Kraftstoffsprühstoßweg einen großen Einfluß hauptsächlich auf eine Einspritzmenge (Einspritzrate) pro Zeiteinheit. Demgemäß konnte diese Vorrichtung den Kraftstoffsprühstoßweg, der oben erwähnt wurde, nicht einfach verkürzen, sogar wenn die Kraftstoffeinspritzungen zahlenmeßig durchgeführt wurden. Bei der gleichmäßigen Verbrennung, wenn eine Motordrehzahl niedrig ist, beispielsweise während des Motorleerlaufs, können die Zeitintervalle für eine Vielzahl an Einspritzungen vorgesehen werden. Wenn jedoch die Motordrehzahl beim Vollastbetrieb hoch ist, besteht nicht ausreichend Zeit für mehrere Einspritzungen. Die Vorrichtung in dem Dokument mit der Endnummer '790 mußte eine große Kraftstoffmenge ein spritzen und konnte deshalb keinen Kraftstoffsprühstoß bereitstellen, der für die oben erwähnte gleichmäßige Verbrennung durch mehrfache Einspritzungen angemessen wäre.

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht oben erwähnter Umstände vorgenommen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzsteuerung für Verbrennungsmotoren bereitzustellen, die ein Verbrennungsmuster in Abhängigkeit von einem Betriebszustand ändert, wobei die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung in der Lage ist, die Motoreigenschaften wie die Sparsamkeit, die Abgasemission und die Motorleistung zu verbessern, indem ein Kraftstoffsprühstoß geliefert wird, der für einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors geeignet ist.

Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt und sind teilweise anhand der Beschreibung offensichtlich oder können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis in Erfahrung gebracht werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können durch Maßnahmen und Kombinationen, die in den angefügten Ansprüchen ausgeführt sind, verwirklicht und erzielt werden.

Um den Zweck der Erfindung zu erfüllen, ist eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung vorgesehen, die in einem Verbrennungsmotor der Direkteinspritzbauart verwendet wird, wobei Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird, wobei die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung dazu angepaßt ist, wahlweise umzuschalten zwischen einem Schichtladungsverbrennungsmodus, der einen Kraftstoffsprühstoß nahe einer Zündkerze, die in der Verbrennungskammer vorgesehen ist, zu sammeln, und einem gleichmäßigen Verbrennungsmodus oder einer gleichmäßigen Kraftstoffsprühverteilung durch die Verbrennungskammer, gekennzeichnet durch folgende Bauteile: wenigstens eine Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung zur Änderung einer Geschwindigkeit des Kraftstoffsprühstoßes, eine Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung zur Änderung eines Partikeldurchmessers des Kraftstoffsprühstoßes und eine Sprühwinkeländerungsvorrichtung zur Änderung eines Winkels des Kraftstoffsprühstoßes.

Vorzugsweise weist die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung des weiteren folgendes auf: eine Betriebszustandserfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors; eine Steuervorrichtung zur Steuerung von wenigstens einer Vorrichtung aus der Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, der Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung und der Sprühwinkeländerungsvorrichtung, um die Kraftstoffsprühstoßgeschwindigkeit, den Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmesser und den Kraftstoffsprühwinkel auf der Basis des von der Betriebszustandserfassungsvorrichtung erfaßten Betriebszustandes zu steuern.

Vorzugsweise steuert die Steuervorrichtung die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung und die Sprühwinkeländerungsvorrichtung im gleichmäßigen Verbrennungsmodus so, daß die Kraftstoffsprühstoßgeschwindigkeit im mittleren Bereich liegt, der Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein ist und der Kraftstoffsprühwinkel im mittleren Bereich liegt. Der Verbrennungsmotor enthält vorzugsweise einen Zylinder und einen Kolben, die die Verbrennungskammer bilden, die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung weist des weiteren eine Vorrichtung zur Änderung einer zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung auf, und die Steuervorrichtung steuert die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung, die Sprühwinkeländerungsvorrichtung und die Änderungsvorrichtung der zeitlichen Steuerung der Einspritzung beim gleichmäßigen Verbrennungsmodus so, daß die Kraftstoffsprühstoßgeschwindigkeit, der Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmesser und der Kraftstoffsprühwinkel im Zusammenhang mit der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einem solchen Ausmaß gesteuert werden, daß der Kraftstoffsprühstoß relativ schwach mit einer Deckplatte des Kolbens und einer Innenwand des Zylinders kollidiert.

Die Steuervorrichtung steuert vorzugsweise die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeländerungsvorrichtung und die Sprühwinkeländerungsvorrichtung im Schichtladungsverbrennungsmodus so, daß die Kraftstoffsprühstoßgeschwindigkeit relativ hoch ist, der Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein und der Kraftstoffsprühwinkel relativ groß ist.

Der Verbrennungsmotor enthält vorzugsweise einen. Zylinder und einen Kolben, die die Verbrennungskammer bilden, die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung weist des weiteren eine Vorrichtung zur Änderung einer zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung auf und die Steuerungsvorrichtung steuert die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung, die Sprühwinkeländerungsvorrichtung und die Änderungsvorrichturg der zeitlichen Steuerung der Einspritzung in dem Schichtladungsverbrennungsmodus, um die Kraftstoffsprühstoßgeschwindigkeit, den Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmesser und den Kraftstoffsprühwinkel in Verbindung mit der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einem solchen Ausmaß zu steuern, daß der Kraftstoffsprühstoß relativ stark mit einer oberen Deckschicht des Kolbens und einer Innenwand des Zylinders kollidiert.

Die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung und die Sprühwinkeländerungsvorrichtung werden durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Heizbauart gebildet, und enthalten: ein Kraftstoffeinspritzventil, das eine Kraftstoffeinspritzöffnung besitzt, die sich in die Verbrennungskammer öffnet und einen unter Druck stehenden Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzöffnung in die Verbrennungskammer einspritzt; und eine Kraftstoffheizvorrichtung zum Erwärmen des einzuspritzenden Kraftstoffs.

Vorzugsweise werden die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung und die Sprühwinkeländerungsvorrichtung durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der variablen Kraftstoffdruckbauart gebildet und enthalten: ein Kraftstoffeinspritzventil, das eine Kraftstoffeinspritzöffnung besitzt, die sich in die Verbrennungskammer öffnet und einen unter Druck stehenden Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzöffnung in die Verbrennungskammer einspritzt; und eine Kraftstoffdruckänderungsvorrichtung zur Änderung eines Drucks des Kraftstoffs, der an das Kraftstoffeinspritzventil geliefert wird.

1 ist eine schematische Konstruktionszeichnung, die ein Direkteinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung in dem Motor eingebaut ist.
3 ist eine konzeptionelle Konstruktionszeichnung, die eine elektrische Verschaltung, etc. für ein Kraftstoffeinspritzventil und ein Lufteinblasventil zeigt.
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Endabschnitt eines Montagebauteils zeigt.
5 ist eine Draufsicht, die eine Öffnungsplatte zeigt.
6 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A aus 5.
Die 7A bis 7C sind konzeptionelle Darstellungen, die jeweils einen Kraftstoffsprühstoß und einen Luftstrahl zeigen.
8 ist eine konzeptionelle Darstellung, die eine Kollision zwischen einem Kraftstoffsprühstoß und Luftstrahlen an einem Kollisionspunkt zeigt.
9 ist eine konzeptionelle Darstellung, die einen Luftstrahl zeigt.
Die 10A bis 10C sind konzeptionelle Darstellungen, die jeweils einen Unterschied zwischen einer Sprühstoßstärke und einer Strahlstärke an einem Kollisionspunkt zeigen.
11 ist eine konzeptionelle Darstellung, die einen Zustand bei der Kollision der Luftstrahlen mit einem Kraftstoffsprühstoß zeigt.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Kraftstoffeinspritzsteuerroutine zeigt.
13 ist eine Tabelle, die ein Verhältnis zwischen Motorbetriebszuständen und Verbrennungsmustern und anderes zeigt.
Die 14A und 14B sind zeitliche Ablaufdiagramme, die eine zeitliche Steuerung des Öffnens/Schließens eines Kraftstoffeinspritzventils und eines Lufteinblasventils zeigen.
15A und 15B sind Zeitablaufdiagramme, die eine zeitliche Steuerung des Öffnens/Schließens des Kraftstoffeinspritzventils und des Lufteinblasventils zeigen.
16A und 16B sind Zeitablaufdiagramme, die eine zeitliche Steuerung des Öffnens/Schließens des Kraftstoffeinspritzventils und des Lufteinblasventils zeigen.
17 ist eine Darstellung, die Sprüheigenschaften in der Aufwärmverbrennung zeigt.
18 ist eine Abbildung, die Sprüheigenschaften bei der Schichtladungsverbrennung zeigt.
19 ist eine Darstellung, die Sprüheigenschaften bei der gleichmäßigen Verbrennung zeigt.
Die 20A bis 20C sind erläuternde Darstellungen, die unterschiedliche Durchdringungsabstände des Kraftstoffsprühstoßes zeigen.
21 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einer Zeit, die nach einem Einspritzbeginn verstrichen ist, und eine Sprühstoßdurchdringungsdistanz zeigt.
22 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einer Zeit, die nach einem Einspritzbeginn verstrichen ist, und einer Sprühstoßdurchdringungsdistanz zeigt.
23 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einer Zeit, die nach dem Einspritzbeginn verstrichen ist, und einer Sprühdurchdringungsdistanz zeigt.
24 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einer Zeit, die nach dem Einspritzbeginn verstrichen ist, und einer Sprühdurchdringungsdistanz zeigt.
25 ist eine konzeptionelle Konstruktionszeichnung, die eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Heizbauart und anderes in einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.
26 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Kraftstoffeinspritzsteuerroutine zeigt.
27 ist eine Tabelle, die ein Verhältnis zwischen Motorbetriebszuständen und Verbrennungsmustern zeigt.
28 ist eine konzeptionelle Konstruktionszeichnung, die eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit variablem Kraftstoffdruck und anderes in einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
29 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Kraftstoffeinspritzsteuerroutine zeigt.
30 ist eine Tabelle, die ein Verhältnis zwischen Motorbetriebszuständen und Verbrennungsmustern zeigt.
Eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Konstruktionszeichnung eines Direkteinspritzsystems für einen Verbrennungsmotor (im nachfolgenden wird darauf als "Direkteinspritzmotorsystem" Bezug genommen), das eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die die vorliegende Erfindung verkörpert, enthält. Ein Motorsystem der Direkteinspritzbauart, das in ein Fahrzeug eingebaut ist, enthält einen Mehrzylinderkolbenmotor 1 einer bekannten Bauart. Eine Direkteinspritzkraftstoffeinspritzvorrichtung (im nachfolgenden einfach als "Kraftstoffeinspritzvorrichtung" bezeichnet) 3 ist in jeder der Verbrennungskammern 2, die jeweils in den Zylindern des Motors 1 ausgebildet sind, eingebaut. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 ist so aufgebaut, daß sie Kraftstoff und Luft direkt in die dazugehörige Verbrennungskammer 2 einspritzt bzw. einbläst. In dem Motor 1 wird ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch aus der Luft, die durch einen Ansaugkanal 4 eingeführt wird, und dem Kraftstoff und der Luft, die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 eingespritzt werden, zur Explosion gebracht und in der Verbrennungskammer 2 in jedem Zy linder verbrannt und das Abgas wird nach der Verbrennung durch einen Abgaskanal 5 ausgestoßen, wodurch ein Kolben 6 betätigt wird, um eine Kurbelwelle 7 zu drehen und Leistung zu erzeugen.
Eine Drosselklappe 8, die in dem Ansaugkanal 4 angeordnet ist, wird zur Einstellung der Luftmenge (Ansaugmenge) Ga, die durch den Kanal 4 in die Verbrennungskammer 2 eines jeden Zylinders eingeführt wird, geöffnet und geschlossen. Die Klappe 8 arbeitet verzahnt mit der Betätigung eines Gaspedals (nicht gezeigt), das beim Fahrersitz vorgesehen ist. Ein Drosselsensor 21, der entsprechend an der Drosselklappe 8 vorgesehen ist, erfaßt einen Öffnungsgrad (eine Drosselklappenposition, oder einen Winkel) TA der Klappe 8 und gibt ein elektrisches Signal, das den erfaßten Wert darstellt, aus. Da die Drosselklappe 8 mit der Betätigung des Gaspedals verzahnt funktioniert, wird die Betätigung des Gaspedals in der Drosselklappenposition TA, die durch den Drosselsensor 21 erfaßt wird, wiedergegeben. Ein Druckausgleichsbehälter 9 ist in dem Ansaugkanal 4 vorgesehen und ein Ansaugdrucksensor 22 ist an dem Druckausgleichsbehälter 9 angebracht. Der Ansaugdrucksensor 22 erfaßt einen Druck (Ansaugdruck) PM der Ansaugluft in dem Ansaugkanal 4 an einer Position stromabwärts von der Drosselklappe 8 und gibt ein elektrisches Signal aus, das den erfaßten Wert darstellt.
Jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 spritzt Kraftstoff und Luft direkt in die entsprechende Verbrennungskammer 2 ein. Jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 wird mit Kraftstoff und Luft mit einem vorbestimmten Druck von einer vorbestimmten Kraftstoffversorgungseinheit und einer Luftversorgungseinheit (nicht gezeigt) beliefert. Durch den Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 werden sowohl Kraftstoff als auch Luft, die auf diese Weise an jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 geliefert werden, in die entsprechende Verbrennungskammer 2 eingespritzt. Luft wird von außerhalb durch einen Luftfilter 10 in den Ansaugkanal 4 eingeführt. Die auf diese Weise in den Ansaugkanal 4 eingeführte Luft wird anschließend in die Verbrennungskammer 2 eines jeden Zylinders eingeführt, bildet dort zusammen mit dem Kraftstoff und der Luft, die von jeder Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 eingespritzt wurde, ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch.
Eine Zündkerze 11, die in der Verbrennungskammer 2 eines jeden Zylinders vorgesehen ist, führt einen Zündvorgang infolge des Erhaltes eines Zündsignals, das von einer Zündspule 12 bereitgestellt wird, durch. Die Zündkerze 11 und die Zündspule 12 bilden eine Zündvorrichtung zum Entzünden des brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches, das in der Verbrennungskammer 2 ausgebildet ist.
Ein katalytischer Umwandler 13, der in dem Auslaßkanal 5 angeordnet ist, enthält einen Dreiwegekatalysator zur Reinigung des Abgases, das von der Verbrennungskammer 2 ausgegeben wird.
Ein Sauerstoffsensor 23, der stromaufwärts von dem katalytischen Umwandler 13 angeordnet ist, erfaßt eine Sauerstoffkonzentration Ox in dem Abgas, das von der Verbrennungskammer 2 zu dem Auslaßkanal 5 ausgegeben wird und gibt ein elektrisches Signal aus, das den erfaßten Wert darstellt.
Ein Wassertemperatursensor 24, der in dem Motor 1 installiert ist, erfaßt die Temperatur (Kühlwassertemperatur) THW des Kühlwassers, das durch das Innere des Motors 1 fließt und gibt ein elektrisches Signal aus, das den erfaßten Wert darstellt. Ein Drehzahlsensor 25, der in dem Motor 1 eingebaut ist, er faßt eine Drehzahl der Kurbelwelle 7 als Motordrehzahl (im nachfolgenden wird darauf als "Motordrehzahl" Bezug genommen) NE und gibt ein elektrisches Signal aus, das den erfaßten Wert darstellt. Der Sensor 25 erfaßt eine Änderung des Drehwinkels (Kurbelwinkels) der Kurbelwelle 7 an jedem vorbestimmten Winkel und gibt den erfaßten Wert als Pulssignal aus. Ein Zündschalter 26, der beim Fahrersitz eingebaut ist, gibt ein Startsignal aus, wenn er zum Starten des Motors 1 eingeschaltet wird. Der Zündschalter 26 gibt ein Stopsignal aus, wenn es zum Anhalten des Motors 1 ausgeschaltet wird.
In diesem Ausführungsbeispiel entsprechen der Drosselsensor 21, der Ansaugdrucksensor 22, der Sauerstoffsensor 23, der Wassertemperatursensor 24 und der Drehzahlsensor 25 einer Betriebszustandserfassungsvorrichtung in der vorliegenden Erfindung, die zur Erfassung eines Betriebszustandsmotors dient. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Ansaugmenge Ga durch Umwandlung der Werte des Ansaugdruckes PM und der Motordrehzahl NE erhalten, die jeweils durch den Ansaugdrucksensor 22 und den Drehzahlsensor 25 erfaßt werden.
In diesem Ausführungsbeispiel empfängt eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30 verschiedene Signale von dem Drosselsensor 21, dem Ansaugdrucksensor 22, dem Sauerstoffsensor 23, dem Wassertemperatursensor 24, dem Drehzahlsensor 25 und dem Zündschalter 26. In Abhängigkeit von diesen Eingangssignalen führt die ECU 30 Steuerungen durch, wie eine Kraftstoffeinspritzsteuerung und eine zeitliche Steuerung der Zündung, um die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 und die Zündspule 12 jeweils zu steuern.
Mit der Kraftstoffeinspritzsteuerung ist gemeint, eine jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 in Abhängigkeit von einem Be triebszustand des Motors 1 zu steuern, wodurch die Kraftstoffeinspritzmenge, die zeitliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und ein Kraftstoffsprühstoß gesteuert werden. Mit der zeitlichen Steuerung der Zündung ist gemeint, die Zündspule 12 in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors 1 zu steuern, wodurch die zeitliche Steuerung der Zündung in jeder Zündkerze 11 gesteuert wird.
Wie wohl bekannt ist weist die ECU 30 eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 31, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 32, einen freien Zugriffsspeicher (RAM) 33, und ein Sicherungs-RAM (B.U. RAM) 34 auf. In dem ROM 32 sind vorbestimmte Steuerprogramme, die mit den vorgenannten verschiedenen Steuerungen zusammenhängen, vorab gespeichert. In Abhängigkeit von den gespeicherten Steuerprogrammen führt die ECU 30 (CPU 31) die vorgenannten verschiedenen Steuerungen aus.
2 ist eine Schnittansicht, die zeigt, in welchem Zustand jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 in dem Motor 1 eingebaut ist. Diese Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 entspricht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Lufteinblasbauart, die eine Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, eine Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung, eine Sprühwinkeländerungsvorrichtung und eine Änderungsvorrichtung der zeitlichen Steuerung der Einspritzung der vorliegenden Erfindung aufbaut. Das Kraftstoffeinspritzsystem 3 ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil 43 zur Einspritzung von Kraftstoff in die entsprechende Verbrennungskammer 2 in dem Motor 1 und mit einem Lufteinblasventil 44 als ein Gaseinblasventil zum Einblasen von Luft als Gas in die Verbrennungskammer 2 versehen. Der Motor 1 enthält einen Zylinderblock 45 und einen Zylinderkopf 46. In jeder der Zylinderbohrungen 47, die in dem Zylinderblock 45 ausgebildet ist, ist ein Kolben 6 zur hin- und herge henden Bewegung vorgesehen. Jede Verbrennungskammer 2 wird als ein Raum gebildet, der von der jeweiligen Zylinderbohrung 47, dem Kolben 6 und dem Zylinderkopf 46 umschlossen ist. Wie in 1 gezeigt ist, sind in dem Zylinderkopf 46 Ansaugöffnungen 4a und Auslaßöffnungen 5a, die mit den Verbrennungskammern 2 in Verbindung stehen, ausgebildet. Ein Ansaugventil 14 einer bekannten Bauart ist in jeder Ansauföffnung 4a befestigt, während ein Auslaßventil 15 einer bekannten Bauart in jeder Auslaßöffnung 5a befestigt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 43 und das Lufteinblasventil 44 sind durch ein Montagebauteil 49 entsprechend der dazugehörigen Verbrennungskammer 2 einstückig an dem Zylinderkopf 46 befestigt. Beide Ventile 43 und 44 werden so an dem Befestigungsbauteil 49 befestigt, daß jeweilige Mittelachsen L1 und L2 einander schräg kreuzen.
Das Kraftstoffeinspritzventil 43, das durch ein bekanntes elektromagnetisches Ventil gebildet wird, weist ein Gehäuse 51, einen in dem Gehäuse 51 eingepaßten Kern 52, ein Einstellrohr 53, das im Inneren des Kerns 52 angeordnet ist, ein Solenoid 54, das zwischen dem Gehäuse 51 und dem Kern 52 angeordnet ist, einen unteren Körper 55, der auf einer vorderen Endseite des Gehäuses 51 angeordnet ist, einen Düsenkörper 56, der im Inneren des unteren Körpers 55 angeordnet ist, und einen Ventilkörper 57, der zwischen dem Düsenkörper 56 und dem Kern 52 angeordnet ist, auf. Der Ventilkörper 57 ist mit einem Ventilschaft 58, der einen Ventilabschnitt 58a an seinem vorderen Ende besitzt, und einer Befestigungsanordnung 59, die an seiner Basis montiert ist, versehen. Eine Druckfeder 60 ist zwischen der Befestigungsvorrichtung 59 und dem Einstellrohr 53 angeordnet. Ein Basisendabschnitt des Kerns 52 ist als Rohrverbinder 61, der mit einem Kraftstoffrohr (nicht gezeigt) verbunden ist, ausgebildet. Ein O-Ring 62 ist auf einem Außenumfang des Rohrverbinders 61 aufgesteckt. Ein Filter 63 zur Entfernung von Fremdstoffen ist im Inneren des Rohrverbinders 61 angeordnet. Ein Stecker 64, der mit einer elektrischen Verkabelung verbunden ist, ist auf dem Gehäuse 51 ausgebildet. Das Kraftstoffeinpritzventil 43 und das Lufteinblasventil 44 besitzen im wesentlichen dieselbe Grundkonstruktion und deshalb werden die Komponenten des Lufteinblasventils 44 mit denselben Bezugszeichen wie diejenigen des Kraftstoffeinspritzventils 43 benannt und deren Erläuterung wird weggelassen.
3 ist eine konzeptionelle Konstruktionszeichnung, die eine elektrische Verschaltung und eine Kraftstoffeinspritz- und Luftverrohrung in Verbindung mit dem Kraftstoffeinspritzventil 43 und dem Lufteinblasventil 44 zeigt. Wie in der gleichen Figur gezeigt ist, ist in dem Kraftstoffeinspritzventil 43 ein Kraftstoffohr 71 mit dem Rohrverbinder 61 verbunden, während in dem Lufteinblasventil 44 ein Luftrohr 72 mit dem Rohrverbinder 61 verbunden ist. Ein Druckregler 73 und eine Kraftstoffpumpe 74 sind in dem Kraftstoffrohr 71 eingebaut, während ein Druckregler 75 und eine Luftpumpe 76 in dem Luftrohr 72 eingebaut sind. Die Pumpen 74 und 76 werden jeweils durch entsprechende Motoren 77 und 78 betätigt. Wenn die Kraftstoffpumpe 74 betätigt wird, wird Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) gespeichert wurde, von der Pumpe 74 ausgegeben und als konstanter unter Hochdruck stehender Kraftstoff durch den Druckregler 73 an das Kraftstoffeinspritzventil 43 geliefert. Auf ähnliche Weise wird Luft, wenn die Luftpumpe 76 betätigt wird, von der Pumpe 76 ausgegeben und als Druckluft durch den Druckregler 75 an das Lufteinblasventil 44 geliefert.
Wie in 3 gezeigt ist, sind der Stecker 64 in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 43 und der Stecker 64 in dem Lufteinblasventil 44 elektrisch mit der ECU 30 verbunden. Das Kraftstoffeinspritzventil 43 und das Lufteinblasventil 44 arbeiten in Abhängigkeit von Einspritzsignalen, die von der ECU 30 bereitgestellt werden. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 43 in Abhängigkeit von einem Einspritzsignal arbeitet, das von der ECU 30 bereitgestellt wird, wird ein Kraftstoff unter Hochdruck von dem Einspritzventil 43 eingespritzt. Auf ähnliche Weise wird, wenn das Lufteinblasventil 34 in Abhängigkeit von einem Einblassignal, das von der ECU 30 vorgesehen ist, arbeitet, Druckluft von dem Einblasventil 44 eingeblasen. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die ECU 30 einer Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung zur Steuerung des Kraftstoffeinspritzventils 43 und des Lufteinblasventils 44, jeweils unabhängig voneinander.
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Endabschnittes des Befestigungsbauteils 49. Wie in den 2 bis 4 gezeigt ist, weist das Befestigungsbauteil 49, das blockförmig ist, einen zylindrischen Abschnitt 49a auf, der der entsprechenden Verbrennungskammer 2 gegenüberliegt, eine erste Befestigungsbohrung 49b, in die der untere Körper 55 des Einspritzventils 43 eingepaßt wird, und eine zweite Befestigungsbohrung 49c, in die der Düsenkörper 56 des Lufteinblasventils 44 eingepaßt ist. Der zylindrische Abschnitt 49a und die erste Befestigungsbohrung 49b sind aneinander ausgerichtet angeordnet und durch eine Trennwand 49d voneinander getrennt. Eine Bohrung 49e ist in der Mitte der Trennwand 49d gebildet. Ein Rohrstück 66, das eine Bohrung 66a besitzt, ist in der Mitte des zylindrischen Abschnitts 49a vorgesehen. Der Düsenkörper 56, der in der ersten Befestigungsbohrung 49b eingepaßt ist, ist mit einem Ventilsitz 56a ausgebildet, der dem Ventilabschnitt 58a entspricht. Eine Ventilbohrung 56b, die in dem Ventilsitz 56a ausgebildet ist, ist an den zwei Bohrungen 49e und 66a ausgerichtet, um einen einzigen Kraftstoffkanal 67 zu bilden. In dem Befestigungsbauteil 49 ist eine Bohrung 49f ausgebildet, die sich von der Mitte der zweiten Befestigungsbohrung 49c zum Innenraum des zylindrischen Abschnitts 49a hin erstreckt. Die Bohrung 49f ist so angeordnet, daß sie die Mitte des zylindrischen Abschnitts 49a schräg schneidet. Ein Ventilsitz 56a, der dem Ventilabschnitt 58a entspricht, ist in dem Düsenkörper 56, der in der zweiten Montagebohrung 49c eingepaßt ist, ausgebildet. Eine Ventilbohrung 56b, die in dem Ventilsitz 56a ausgebildet ist, ist an der schrägen Bohrung 49f ausgerichtet, um einen einzigen Luftkanal 68 zu bilden. Eine Öffnungsplatte 69 ist an einem offenen Ende des zylindrischen Abschnitts 49a befestigt. In der Mitte der Öffnungsplatte 69 ist eine einzige Kraftstoffeinspritzöffnung 69a ausgebildet, die dem Kraftstoffeinspritzventil 43 entspricht. Die Kraftstoffeinspritzöffnung 69a öffnet sich in die Verbrennungskammer 2 und ist an dem Kraftstoffkanal 67 ausgerichtet. In der Öffnungsplatte 69 sind mehrere Lufteinblasöffnungen 69b als Gaseinblasöffnungen ausgebildet, die dem Lufteinblasventil 44 entsprechen. Die Lufteinblasöffnungen 69b sind in der Nähe der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a angeordnet und öffnen sich in die Verbrennungskammer 2 und stehen mit dem Inneren des zylindrischen Abschnitts 49a in Verbindung. Folglich geht ein unter hohem Druck stehender Kraftstoff, der von dem Kraftstoffeinspritzventil 43 eingespritzt wird, durch den Kraftstoffkanal 67 und wird aus der in der Öffnungsplatte 69 ausgebildeten Kraftstoffeinspritzöffnung 69a in die Verbrennungskammer 2 eingespritzt. Andererseits geht Druckluft, die von dem Lufteinblasventil 44 eingeblasen wird, durch den Kraftstoffkanal 68 und wird auf einmal in den zylindrischen Abschnitt 49a eingeblasen und anschließend aus den in der Öffnungsplatte 69 ausgebildeten Lufteinblasöffnungen 69b in die Verbrennungskammer 2 eingeblasen.
5 ist eine Draufsicht der Öffnungsplatte 69 und 6 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A aus 5. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, besitzt die Kraftstoffeinspritzöffnung 69a einen kreisförmigen Querschnitt und ist senkrecht durch eine Endseite der Öffnungsplatte 69 ausgebildet. Die vielen Lufteinblasöffnungen 69b besitzen ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt (elliptisch an ihren offenen Enden) und sind durch die Endseite der Öffnungsplatte 69 schräg ausgebildet. Wie in 5 gezeigt ist, sind die vielen (acht in dem dargestellten Beispiel) Lufteinblasöffnungen 69b in gleichen Winkelabständen auf dem Umfang, zentriert zu der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a, angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innendurchmesser der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a auf 0,6 mm festgelegt und derjenige einer jeden Lufteinblasöffnung 69b ist auf 1,0 mm festgelegt.
Wie in 6 gezeigt ist, sind die Kraftstoffeinspritzöffnung 69a und die Lufteinblasöffnung 69b in einer solchen Art und Weise ausgebildet, daß sich eine Mittellinie der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a und diejenige einer jeden Lufteinblasöffnung 69b einander an einem Punkt HP kreuzen ("Kollisionspunkt" im nachfolgenden genannt). Der Kraftstoff wird aus der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a zu dem Kollisionspunkt HP eingespritzt, wodurch dort ein Kraftstoffsprühstoß gebildet wird. Auf ähnliche Weise wird Luft aus den Lufteinblasöffnungen 69b zu dem Kollisionspunkt HP eingeblasen, wodurch dort ein Luftstrahl gebildet wird. Somit kollidieren der Kraftstoffsprühstoß und die Luftstrahlen miteinander, zentriert um den Kollisionspunkt HP. In diesem Ausführungsbeispiel werden, wie oben beschrieben, die Richtungen der Lufteinblasöffnungen 69b und der Kraftstoffeinspritzöffnungen 69a so eingestellt, daß die Luftstrahlen aus den Lufteinblasöffnungen 69b mit dem Kraftstoffsprühstoß, der von der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a eingespritzt wird, kollidieren.
Die 7A bis 7C sind konzeptionelle Darstellungen eines Kraftstoffsprühstoßes und eines Luftstrahls bzw. von Luftstrahlen. Wie in 7A gezeigt ist, wird ein Kraftstoffsprühstoß im allgemeinen sowohl in Vorderansicht als auch in Seitenansicht konisch. Ein Verteilwinkel (Sprühwinkel) θ1 des Kraftstoffsprühstoßes wird von der Größe eines Innendurchmessers der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a, die in der Öffnungsplatte 69 ausgebildet ist, bestimmt. Wie in 7B gezeigt ist, ist ein Luftstrahl (freier Strahl) sowohl in Vorderansicht als auch in Seitenansicht im allgemeinen konisch. Ein Verbreitungswinkel (Strahlwinkel) θ2 des Luftstrahls wird beispielsweise von der Größe des Innendurchmessers einer jeden Lufteinblasöffnung 69b, die in der Öffnungsplatte 69 ausgebildet ist, bestimmt. Wie in 7C gezeigt ist, sind Umfangsluftstrahlen (Mehrfachöffnungsstrahlen) von der Vielzahl an Lufteinblasöffnungen 69b im allgemeinen kronenförmig sowohl in Vorder- als auch in Seitenansicht. Im allgemeinen wird die Energie eines Gasstrahls mit der Trennung von einer Gaseinblasöffnung kleiner. Deshalb wird der Kollisionspunkt HP im Kraftstoffsprühstoß auf eine Position eingestellt, bei der ein Abstand von einer jeden Lufteinblasöffnung 69b in dem Umfang aufrechterhalten wird, daß die Energie eines jeden Luftstrahls den Kraftstoffsprühstoß stört und eine Einstellung des Kraftstoffsprühstoßdurchdringungsabstandes (im nachfolgenden "Sprühdurchdringungsdistanz"), der Kraftstoffsprühstoßgeschwindigkeit (im nachfolgenden "Sprühstoßgeschwindigkeit"), des Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmessers (im nachfolgenden "Sprühstoßpartikeldurchmesser"), des Kraftstoffsprühwinkels (im nachfolgenden "Sprühwinkel") und der Kraftstoffsprühform (im nachfolgenden "Sprühform") zuläßt. Die Größe (Außendurchmesser (Breite)) an dem Kollisionspunkt HP eines jeden Luftstrahls, der von jeder Lufteinblasbohrung 69b eingeblasen wird, ist so festgelegt, daß sie annähernd gleich einem Außendurchmesser D1 am Kollisionspunkt HP des Kraftstoffsprühstoßes, der von der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a eingespritzt wird, wird. "Die Größe eines jedes Luftstrahls", die annähernd gleich dem Außendurchmesser D1 des Kraftstoffsprühstoßes wird, wird von einem "Strahlwinkel β" und "einem Luftstrahlaußendurchmesser b" eines Luftstrahls, der in 9 gezeigt ist, einer "Distanz c" von einer Lufteinblasöffnung zum Kollisionspunkt HP, die in 8 gezeigt ist, und von einer vorbestimmten Gleichung "b=2 c∙tan (β/2)" definiert.
Die 10A bis 10C sind konzeptionelle Darstellungen, die einen Unterschied zwischen einer Kraftstoffsprühstärke (Sprühstärke) und einer Luftstrahlstärke (Strahlstärke) am Kollisionspunkt HP zeigen. Wie in 10A gezeigt ist, weist ein Kraftstoffsprühstoß eine Sprühstärke auf, die die gleiche Verteilungsbreite sowohl in der Vorder- als auch in der Seitenansicht besitzt. Wie in 10B gezeigt ist, weist ein Luftstrahl (freier Strahl) eine Strahlstärke auf, die die gleiche Verteilungsbreite sowohl in der Vorder- als auch in der Seitenansicht besitzt. Diese Strahlstärke ist etwas niedriger als die Sprühstärke. Wie in 10 gezeigt ist, besitzt eine Strahlstärke auf der Basis einer Vielzahl an Luftstrahlen (Mehrfachöffnungsstrahlen) dieselbe Verteilungsbreite sowohl in der Vorder- als auch in der Seitenansicht. Die Strahlstärke der Mehrfachöffnungsstrahlen ist höher als diejenige eines einzelnen Luftstrahls. Somit wird eine Konstruktion durchgeführt, so daß die Luftstrahlstärkenverteilung gleichmäßig von der Kraftstoffsprühstoßstärkenverteilung überlagert wird. Die Sprühstoßstärke und die Strahlstärke können anhand des Produk tes aus der Strömungsgeschwindigkeit und der Dichte berechnet werden.
Gemäß der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 dieses Ausführungsbeispiels, das auf diese Weise konstruiert ist, wird Kraftstoff von einem Kraftstoffeinspritzventil 43 durch eine entsprechende Kraftstoffeinspritzöffnung 69a in die Verbrennungskammer 2 eingespritzt, wodurch dort ein Kraftstoffsprühstoß in der Verbrennungskammer 2 gebildet wird. Die Form des Kraftstoffsprühstoßes wird von der Spezifizierung der Form, der Größe und der Richtung der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a bestimmt. Andererseits wird eine Luft von einem Lufteinblasventil 44 durch eine entsprechende Vielzahl an Lufteinblasöffnungen 69b in die Verbrennungskammer 2 eingeblasen, wodurch dort Luftstrahlen in der Verbrennungskammer 2 ausgebildet werden. Die Form der Luftstrahlen und der Einfluß davon auf den Kraftstoffsprühstoß werden von der Spezifizierung der Anzahl, der Form, der Größe und der Richtung einer jeden Lufteinblasöffnung 69b bestimmt, ebenso wie von deren Anordnung in bezug auf die Kraftstoffeinspritzöffnung.
Luftstrahlachsen AL (siehe 4), die sich von den Lufteinblasöffnungen 69b aus erstrecken, werden so festgelegt, daß sie einander in der Mitte eines maximalen Durchmessers D1 (siehe 7A) in dem Kraftstoffsprühstoß, der von der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a eingespritzt wird, kreuzen. Deshalb kollidiert in Abhängigkeit von der Form des Kraftstoffsprühstoßes jeder Luftstrahl mit der Gesamtheit des Kraftstoffsprühstoßes, zentriert am Kollisionspunkt HP, so daß die Stärkenverteilungen der Luftstrahlen relativ zu dem Kraftstoffsprühstoß gleich werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, eine gleichmäßige und feinere Kraftstoffzerstäubung in der Gesamtheit des Kraftstoffsprühstoßes zu erzielen und folglich ist es möglich, die der Zerstäubung des Kraftstoffs zu fördern. Folglich ist es möglich, die Verbrennungsleistung des Direkteinspritzmotors 1 zu verbessern.
Da in diesem Ausführungsbeispiel die Kraftstoffeinspritzöffnung 69a, die in der Öffnungsplatte 69 ausgebildet ist, kreisförmig ist, wird insbesondere der Kraftstoffsprühstoß konisch und der Sprühwinkel θ1 (siehe 7A) des Kraftstoffsprühstoßes wird von der Größe eines Innendurchmessers der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a bestimmt. Da jede Lufteinblasöffnung 69b, die in der Öffnungsplatte 69 ausgebildet ist, kreisförmig ist, wird des weiteren jeder Luftstrahl konisch und sein Strahlwinkel θ2 (siehe 7B) wird beispielsweise von der Größe des Innendurchmessers einer jeden Lufteinblasöffnung 69b bestimmt. Mehrere Lufteinblasöffnungen 69b sind in gleichen Winkelabständen am Umfang zentriert um die Kraftstoffeinspritzöffnung 69a angeordnet und, wie in 7C gezeigt ist, sind mehrere Luftstrahlen von den Lufteinblasöffnungen 79b zu einem Kollisionspunkt HP hin geneigt. Somit kollidieren mehrere Luftstrahlen mit dem Umfangsbereich des konischen Kraftstoffsprühstoßes und die Stärkenverteilungen der Luftstrahlen relativ zu dem Kraftstoffsprühstoß werden gleich. Folglich können gemäß der Form des Kraftstoffsprühstoßes Luftstrahlen mit dem Kraftstoffsprühstoß gleichmäßig in der Gesamtheit der Breitenrichtung des Kraftstoffsprühstoßes in Kollision mit dem Kraftstoffsprühstoß gebracht werden. Insbesondere ist es für einen konischen Kraftstoffsprühstoß möglich, eine gleichmäßige und feinere Kraftstoffzerstäubung im gesamten Kraftstoffsprühstoß ohne große Veränderung der Sprühform zu erzielen, und folglich ist es möglich, die Zerstäubung des Kraftstoffs zu fördern.
In diesem Ausführungsbeispiel ist jede Lufteinblasöffnung 69b in der Nähe der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a angeordnet. Zur Einstellung des Kraftstoffsprühstoßdurchdringungsabstandes und der Sprühform mit der Verwendung von Luftstrahlen ist es notwendig, daß die Energie der Luftstrahlen den Kraftstoffsprühstoß am Kollisionspunkt HP zwischen dem Kraftstoffsprühstoß und den Luftstrahlen stören und um ein solches Ausmaß aufrechterhalten bleiben, daß eine Einstellung der Sprühdurchdringungsdistanz, der Sprühstoßgeschwindigkeit, des Sprühstoßpartikeldurchmessers, des Sprühwinkels und der Sprühform aufrecht erhalten wird. Die Energie eines jeden Luftstrahles wird mit der Trennung von jeder Lufteinblasöffnung 69b kleiner. Deshalb wird dann, wenn jede Lufteinblasöffnung 69b in der Nähe der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a angeordnet ist, der Kollisionspunkt HP zwischen jedem Luftstrahl und dem Kraftstoffsprühstoß in der Nähe der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a eingestellt. Als ein Ergebnis wird es möglich, die Kraftstoffsprühstoßdurchdringungsdistanz, die Sprühstoßgeschwindigkeit, den Sprühstoßpartikeldurchmesser, den Sprühwinkel und die Sprühform einzustellen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt die "Sprühdurchdringungsdistanz" eine vertikale Distanz (in einer Einspritzrichtung) von der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a zu einem Wegende eines Kraftstoffsprühstoßes in einer vorbestimmten verstrichenen Zeit nach dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung an.
In dem Fall der Annahme, daß ein Kontrast in einer Fotografie eines Kraftstoffsprühstoßes, der von vorne unter Beleuchtung beider Seiten durch ein Blitzlicht fotografiert wird, zwischen einem Bereich (weiß), in dem der Kraftstoffsprühstoß existiert, und einem Bereich (schwarz), in dem der Kraftstoffsprühstoß nicht existiert, "1" ist, zeigt das obige "Wegende eines Kraftstoffsprühstoßes" eine Sprühgrenze mit einem Kontrast in einem Bereich von "0,5 (Referenz) ± 0,2" an. Die "Sprühstoßgeschwindigkeit" zeigt einen Wert an, der von einer zeitlichen Ableitung des Sprühdurchdringungsabstandes oder einer Zuwachsrate der Sprühdurchdringungsdistanz in dem Fall, in dem die Sprühdurchdringungsdistanz unter Verwendung desselben Schwellwertes (nicht durch den obigen Bereich begrenzt) des Sprühwegendes bestimmt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel wird er so ausgelegt, daß ein aus jeder Lufteinblasöffnung 69b einzublasender Luftstrahl annähernd die gleiche Größe zu einem Kraftstoffsprühstoß, der von der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a eingespritzt werden soll, besitzt. Deshalb kollidieren Luftstrahlen mit der Gesamtheit des Kraftstoffsprühstoßes entsprechend der Form des Kraftstoffsprühstoßes und es wird möglich, den gesamten Kraftstoffsprühstoß im Verhältnis zu der Kraftstoffdurchdringungsdistanz, der Sprühstoßgeschwindigkeit, des Sprühstoßpartikeldurchmessers, des Sprühwinkels und der Sprühform einzustellen. Somit wird es dadurch, daß ein Luftstrahl mit ungefähr der gleichen Größe wie ein Kraftstoffsprühstoß mit dem Kraftstoffsprühstoß kollidiert, möglich, den Kraftstoff in der Gesamtheit des Kraftstoffsprühstoßes noch feiner zu zerstäuben.
Da die Kraftstoffeinspritzöffnung 69a und die Lufteinblasöffnungen 69b in diesem Ausführungsbeispiel beide einen kreisförmigen Schnitt besitzen, können die Einspritzöffnungen 69a und 69b relativ leicht durch Ausstanzen unter Verwendung eines Stempels oder dergleichen gebildet werden. Deshalb kann die Öffnungsplatte 69 relativ einfach hergestellt werden. Darüber hinaus wird der Strahlwinkel θ2 eines jeden Luftstrahls (siehe 7B) durch einfaches Ändern des Druckes und der Form (zum Beispiel "kegelig") einer jeden Lufteinblasöffnung 69b, geän dert und die Luftstrahlstärkenverteilung wird eingestellt. Des weiteren wird durch einfaches Verändern des Innendurchmessers der kreisförmigen Kraftstoffeinspritzöffnung 69a der Sprühwinkel θ1 des Kraftstoffsprühstoßes (siehe 7A) verändert und die Kraftstoffsprühstoßstärkenverteilung wird eingestellt.
Folglich kann auf relativ einfache Art und Weise das Partikelgrößenniveau für die Zerstäubung willkürlich festgelegt werden. Zusätzlich ist es durch Einstellen des Sprühwinkels θ1 und des Strahlwinkels θ2 und durch Einstellen der Richtung eines Kraftstoffsprühstoßes und derjenigen des Luftstrahls möglich, eine gewünschte Sprühstoßdurchdringungsdistanz, eine Sprühstoßgeschwindigkeit und eine gewünschte Sprühform relativ einfach festzulegen.
11 ist eine konzeptionelle Darstellung, die einen Zustand einer Kollision mehrerer Luftstrahlen mit einem Kraftstoffsprühstoß zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel kollidieren, wie in 7A bis 7C gezeigt ist, mehrere Luftstrahlen mit der gleichen Größe und der Stärkenverteilung mit einem Kraftstoffsprühstoß, so daß, sogar dann, wenn die Stärkenverteilung des Kraftstoffsprühstoßes selbst nicht gleichmäßig ist, es möglich ist, den Einfluß der Luftstrahlen gleichmäßig auf der Gesamtheit des Sprühstoßes auszuüben. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Kraftstoff in geeigneter Weise zu zerstäuben und daher ist es möglich, eine geeignete Sprühstoßdurchdringungsdistanz, Sprühstoßgeschwindigkeit, etc. festzulegen.
In diesem Ausführungsbeispiel sind das Kraftstoffeinspritzventil 43 und das Lufteinblasventil 44 durch das Montagebauteil 49 entsprechend der Verbrennungskammer 2 integriert in den Zylinderkopf 46 eingebaut. Deshalb wird im Vergleich zu dem Fall, in dem die Einspritzventile 43 und 44 jeweils unabhängig voneinander eingebaut werden, die Positionsgenauigkeit der Lufteinblasöffnungen 69b relativ zu der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a höher und die Montagearbeiten, einschließlich der Bearbeitung des Zylinderkopfs 46, nehmen ab. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 43 und das Lufteinblasventil 44 vorher an dem Montagebauteil 49 angebaut werden, besteht alles, was erforderlich ist, lediglich aus dem Montieren des Montagebauteils 49 in den Zylinderkopf 46, wobei die Einspritzventile 43 und 44 ebenso gleichzeitig in dem Zylinderkopf 46 eingebaut werden. Folglich ist es möglich, die Herstellung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu vereinfachen.
Als nächstes erfolgt nachfolgend eine Beschreibung über die Details einer Kraftstoffeinspritzsteuerverarbeitung, die die ECU 30 ausführt, um die Kraftstoffsprühstoßdurchdringungsdistanz, die Sprühstoßgeschwindigkeit, den Sprühstoßpartikeldurchmesser, den Sprühwinkel und die Sprühform variabel zu machen. 12 zeigt eine damit verbundene "Kraftstoffeinspritzsteuerroutine" in Form eines Ablaufdiagramms. Die ECU 30 führt diese Routine periodisch zu jeder vorbestimmten Zeit während des Betriebs des Motors 1 durch.
Zuerst liest die ECU 30 in Schritt 101 erfaßte Signale ein, die von dem Drosselsensor 21, dem Ansaugdrucksensor 22, dem Sauerstoffsensor 23, dem Wassertemperatursensor 24 und einem Drehzahlsensor 25 erfaßt werden.
In Schritt 102 bestimmt die ECU 30 einen Betriebszustand des Motors 1 auf der Basis der erfaßten und auf diese Weise eingegebenen Signale. In diesem Ausführungsbeispiel bestimmt die ECU 30 einen Betriebszustand aus Zuständen einschließlich einem "Startbetrieb bei niedriger Temperatur", "Teillastbetrieb" und einem "Vollastbetrieb". Wenn die Kühlwassertemperatur THW und die Motordrehzahl NE beispielsweise relativ niedrig sind und der Drosselwinkel TA relativ klein ist, stellt die ECU 30 fest, daß der Motorbetrieb ein "Startbetrieb bei niedriger Temperatur" ist. Wenn die Kühlwassertemperatur THW und die Motordrehzahl NE etwas hoch sind und eine leichte Änderung des Drosselwinkels TA vorliegt, stellt die ECU 30 fest, daß der Motorbetriebszustand ein "Teillastbetrieb" ist. Wenn des weiteren die Kühlwassertemperatur THW und die Motordrehzahl NE etwas hoch und sich der Drosselwinkel TA zu einem vollständig geöffneten Winkel ändert, bestimmt die ECU 30, daß der Motorbetriebszustand ein "Vollastbetrieb" ist.
Im Schritt 103 bestimmt die ECU 30 ein optimales Verbrennungsmuster entsprechend dem auf diese Weise festgestellten Betriebszustand. In diesem Ausführungsbeispiel werden Verbrennungsmuster, die für verschiedene Betriebszustände geeignet sind, bestätigt und im voraus experimentell bestimmt. 13 führt Verhältnisse zwischen Betriebszuständen und Verbrennungsmustern tabellarisch auf. Wie anhand der Tabelle in 13 zu sehen ist, wird eine "Aufwärmverbrennung" als Verbrennungsmuster bestimmt, wenn der Betriebszustand ein "Startbetrieb bei niedriger Temperatur" ist. Auf ähnliche Weise wird im Falle eines "Teillastbetriebes" eine "Schichtladungsverbrennung" als Verbrennungsmuster festgelegt. Des weiteren wird in dem Fall eines "Vollastbetriebes" eine "gleichmäßige Verbrennung" als ein Verbrennungsmuster bestimmt.
In Schritt 104 bestimmt die ECU 30 in Abhängigkeit von dem so bestimmten Verbrennungsmuster eine "Kraftstoffeinspritzperiode", eine "Lufteinblasperiode", und "eine Kraftstoffeinspritz-/Lufteinblassteuerungsdifferenz" bei der Einspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 43 und das Lufteinblasventil 44. Beispielsweise werden in dem Fall der "Aufwärm verbrennung", wie in 13 gezeigt ist, "Kraftstoffeinspritz-/Lufteinblasperioden" so bestimmt, daß sie "die gleiche Periode" sind, und eine Differenz der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritz-/Lufteinblasung wird so festgelegt, daß sie "dieselbe zeitliche Steuerung" ist. Im Falle einer "Schichtladungsverbrennung" werden, wie in 13 gezeigt ist, "Kraftstoffeinspritz-/Lufteinblasperioden" so bestimmt, daß eine "Lufteinblasperiode lang ist" und eine "Differenz der zeitlichen Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff/Luft" wird so bestimmt, daß eine "Lufteinblassteuerung voreilt". Des weiteren werden in dem Falle "einer gleichmäßigen Verbrennung", wie in 13 gezeigt ist, "Kraftstoffeinspritz-/Lufteinblasperioden" so bestimmt, daß die "Lufteinblasperiode etwas lang ist" und "eine Differenz der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritz-/Lufteinblasung" wird so festgelegt, daß "eine zeitliche Steuerung der Lufteinblasung etwas voreilt".
Im Schritt 105 stellt die ECU 30 auf der Basis der so bestimmten "Kraftstoffeinspritz-/Lufteinblasperioden" und des "unterschiedlichen zeitlichen Steuerns der Kraftstoffeinspritzung/Luftblasung" zeitliche Steuerungen der Öffnung/der Schließung des Kraftstoffeinspritzventils 43 und des Lufteinblasventils 44 entsprechend einer Änderung des Kurbelwinkels. Beispielsweise werden in dem Falle einer "Aufwärmverbrennung", wie in den 14A und 14B gezeigt ist, eine zeitliche Steuerung der Öffnung des Kraftstoffeinspritzventils 43 und derjenigen des Lufteinblasventils 44, gleichmäßig im Bereich von einem Winkel a0 bis zu einem Winkel a3 festgelegt. In dem Falle einer "Schichtladungsverbrennung" wird, wie in den 15A und 15B gezeigt ist, eine zeitliche Steuerung der Öffnung des Kraftstoffeinspritzventils 43 in dem Bereich von einem Winkel a2 bis zu einem Winkel a3 festgelegt, während eine zeitliche Steuerung einer Öffnung des Lufteinblasventils 44 im Bereich von dem Winkel a0, der dem Winkel a2 des Kraftstoffeinspritzventils 43 um eine Winkeldifferenz ΔA voreilt, bis zu dem Winkel a3, wie im Falle des Kraftstoffeinspritzventils 43 eingestellt. Des weiteren wird im Falle einer "gleichmäßigen Verbrennung", wie in den 16A und 16B gezeigt ist, eine zeitliche Steuerung der Öffnung des Kraftstoffeinspritzventils 42 auf einen Bereich von einem Winkel a2 bis zu einem Winkel a3 festgelegt, während eine zeitliche Steuerung des Lufteinblasventils 44 in einem Bereich von einem Winkel a1, der dem Winkel a2 des Kraftstoffeinspritzventils 43 um eine Winkeldifferenz ΔB (ΔB < ΔA) etwas voreilt, zu einem Winkel a3, wie im Falle des Kraftstoffeinspritzventils 43, eingestellt wird.
Anschließend gibt die ECU 30 im Schritt 106 jeweils ein Kraftstoffeinspritzsignal und ein Lufteinblassignal entsprechend der zeitlichen Steuerungen der somit festgelegten Öffnungen und Schließungen des Kraftstoffeinspritzventils 43 und des Lufteinblasventils 44 aus.
Die oben beschriebenen zeitlichen Steuerungen für die Öffnung/Schließung des Kraftstoffeinspritzventils 43 und des Lufteinblasventils 44 dient zur Steuerung der Kraftstoffstoßdurchdringungsdistanz, der Sprühstoßgeschwindigkeit, des Sprühstoßpartikeldurchmessers, des Sprühwinkels und der Sprühform der Einspritzung von Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3. Das heißt, zur Steuerung der Kraftstoffsprühstoßdurchdringungsdistanz, der Sprühstoßgeschwindigkeit, des Sprühstoßpartikeldurchmessers, des Sprühwinkels und der Sprühform stellt die ECU 30 die zeitliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und die Kraftstoffeinspritzperiode in einer Kraftstoffeinspritzung, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 43 durchgeführt wird, so auf konstante Werte ein, daß sie einer Änderung des Kurbelwinkels entsprechen, und anschließend steuert sie sowohl die Lufteinblassteuerung als auch die Lufteinblasperiode bei der Einblasung von Luft, durchgeführt durch das Lufteinblasventil 44, auf der Basis eines Betriebszustandes, der für den Motor 1 bestimmt wird. Genauer gesagt gleicht die ECU 30 zur Erzielung einer "Aufwärmverbrennung" die zeitliche Steuerung einer Lufteinblasung, die durch das Lufteinblasventil 44 ausgeführt wird, der zeitlichen Steuerung einer Kraftstoffeinspritzung, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 43 durchgeführt wird, an, und gleicht gleichzeitig die Periode der Lufteinblasung, die durch das Lufteinblasventil 44 ausgeführt wird, der Periode der Kraftstoffeinspritzung, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 43 ausgeführt wird, an. Des weiteren sorgt die ECU 30 zur Erzielung einer "Schichtladungsverbrennung" und einer "gleichmäßigen Verbrennung" dafür, daß die zeitliche Steuerung einer Lufteinblasung, die durch das Lufteinblasventil 44 durchgeführt wird, der zeitlichen Steuerung einer Kraftstoffeinspritzung, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 43 durchgeführt wird, etwas vorauseilt und macht die Periode der Lufteinblasung, die durch das Lufteinblasventil 44 erfolgt, um eine Winkeldifferenz ΔA oder ΔB auf der Basis des Kurbelwinkels länger als die Periode der Kraftstoffspritzung, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 43 erfolgt.
Gemäß der obigen Kraftstoffeinspritzsteuerung, wie sie in 13 gezeigt ist, werden in der "Aufwärmverbrennung" die Kraftstoffeinspritz-/Lufteinblasperioden auf die "gleiche Periode" und der Unterschied der zeitlichen Steuerung der Einspritzung/Einblasung auf "die gleiche zeitliche Steuerung" festgelegt. Mit dieser Anordnung werden Sprüheigenschaften so erzielt, daß die Sprühdurchdringungsdistanz kurz ist, die Sprühstoßgeschwindigkeit zur Zeit der Kollision mit einer Wandober fläche der Verbrennungskammer 2 relativ niedrig, der Sprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein ist und die Sprühform einen großen Sprühwinkel besitzt. 17 ist eine Darstellung der fraglichen Sprüheigenschaften. Bei einem Betriebsstart des Motors 1 bei niedriger Temperatur ist es zur Verhinderung, daß Kraftstoff an der Oberseite des Kolbens 6 haftet, wünschenswert, daß die Sprühdurchdringungsdistanz relativ kurz eingestellt wird, der Sprühstoßpartikeldurchmesser zur Förderung der Verdampfung des Kraftstoffs relativ klein eingestellt wird und die Sprühform zur Ausbreitung des Kraftstoffs durch die Gesamtheit der Verbrennungskammer 2 auf einen großen Sprühwinkel eingestellt wird. Somit werden die obigen Sprüheigenschaften für eine "Aufwärmverbrennung" für den Startbetrieb des Motors 1 bei niedriger Temperatur geeignet.
Andererseits werden bei einer "Schichtladungsverbrennung", wie sie in 13 gezeigt ist, die Kraftstoffeinspritz-/Lufteinblasperioden so festgelegt, daß eine "Lufteinblasperiode etwas lang ist". Und die Differenz der zeitlichen Steuerung der Einspritzung wird so festgelegt, daß eine "zeitliche Steuerung einer Lufteinblasung voreilt". Mit dieser Anordnung werden Sprüheigenschaften erzielt, bei denen die Sprühdurchdringungsdistanz relativ lang ist, die Sprühstoßgeschwindigkeit zur Zeit der Kollision mit der Wandoberfläche relativ hoch ist, der Sprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein ist und die Sprühform einen kleinen Sprühwinkel besitzt. Mit anderen Worten steuert die ECU 30 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Lufteinblasbauart so, daß die Sprühstoßgeschwindigkeit relativ hoch ist und der Sprühstoßpartikeldurchmesser und der Sprühwinkel relativ klein sind. Die ECU 30 steuert ferner die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Lufteinblasbauart 3 so, daß die Sprühstoßgeschwindigkeit, der Sprühstoßpartikeldurchmesser und der Sprühwinkel ebenso wie die zeitliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung so gesteuert werden, daß der Kraftstoffsprühstoß relativ hoch mit der Oberseite des Kolbens 6 und der Innenwand der Zylinderbohrung 47 kollidiert. 18 ist eine Darstellung der fraglichen Sprüheigenschaften. In einem Teillastbetrieb des Motors 1 ist ein starker Sprühstoß (lange Durchdringungsdistanz) erforderlich, so daß sich ein stabiles Luft-Kraftstoff-Gemisch in jedem Zyklus um die Zündkerze sammeln kann, ohne von einer Störung wie einer Luftstrahlveränderung in der Verbrennungskammer 2 beeinflußt zu werden. Darüber hinaus ist es mit der Hitze des Kolbens 6 nicht erforderlich, eine solche hohe Zerstäubung zu erzielen, wie in einem Startbetrieb mit niedriger Temperatur, jedoch um die Ausbildung eines stabilen Luft-Kraftstoff-Gemisches herzustellen, ist es wünschenswert, den Durchmesser der Sprühstoßpartikel kleiner als in dem vorliegenden Zustand auszubilden. Des weiteren ist es erforderlich, eine Sprühstoßform zu erzielen, die einen geringen Sprühwinkel besitzt, um für die Schichtung eines Sprühstoßes geeignet zu sein. Folglich sind die obigen Sprüheigenschaften für eine "Schichtladungsverbrennung" für einen Teillastbetrieb des Motors 1 geeignet.
Andererseits werden bei einer "gleichmäßigen Verbrennung", wie in der 13 gezeigt ist, die Kraftstoffeinspritz-/Lufteinblasperioden so festgelegt, daß eine "Lufteinblasperiode nicht sehr lang ist". Und der Unterschied der zeitlichen Steuerung der Einblasung wird so festgelegt, daß "eine zeitliche Steuerung der Lufteinblasung etwas voreilt". Mit dieser Anordnung werden Sprüheigenschaften erzielt, bei denen die Sprühdurchdringungsdistanz in etwa im mittleren Bereich liegt, die Sprühstoßgeschwindigkeit zur Zeit der Kollision mit der Wandoberfläche etwa im mittleren Bereich liegt, der Sprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein ist und die Sprühform einen Sprühwinkel im mittleren Bereich besitzt. Genauer gesagt steu ert die ECU 30 die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Lufteinblasbauart 3 so, daß im Falle einer "gleichmäßigen Verbrennung" die Sprühstoßgeschwindigkeit in etwa im mittleren Bereich liegt, der Sprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein ist, und der Sprühwinkel in etwa im mittleren Bereich liegt. Die ECU 30 steuert ferner die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Lufteinblasbauart 3, um die Sprühstoßgeschwindigkeit, den Sprühstoßpartikeldurchmesser und den Sprühwinkel ebenso wie die zeitliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung um ein solches Ausmaß zu steuern, daß der Kraftstoffsprühstoß relativ schwach mit der Oberseite des Kolbens 6 und der Innenwand der Bohrung 47 kollidiert. 19 ist eine Abbildung, die die fraglichen Sprühstoßeigenschaften zeigt. In einem Vollastbetrieb des Motors 1 kann eine Wärme von der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 2 trotz gleicher Bedingungen zu denjenigen eines Startbetriebs bei niedriger Temperatur erwartet werden. Deshalb ist es erforderlich, daß die Sprühdurchdringungsdistanz länger als diejenige bei einem Startbetrieb mit niedriger Temperatur ist, und kürzer als diejenige in einem Teillastbetrieb. Darüber hinaus ist es zur Ausbildung eines stabilen Luft-Kraftstoff-Gemisches erforderlich, daß der Sprühstoßpartikeldurchmesser kleiner als im vorliegenden Zustand gemacht wird. Des weiteren ist es erforderlich, daß der Sprühwinkel kleiner als derjenige in einem Startbetrieb bei niedriger Temperatur gemacht wird und größer als derjenige in einem Teillastbetrieb. Somit werden die Sprüheigenschaften für eine "gleichmäßige Verbrennung" für einen Vollastbetrieb des Motors 1 geeignet.
Gemäß der Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels, das oben beschrieben wurde, wird Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 in die Verbrennungskammer 2 eingespritzt, um einen Kraftstoffsprühstoß in der Verbrennungskammer 2 auszubilden. Andererseits wird Luft von den Lufteinblasöffnungen 69b in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 in die Verbrennungskammer 2 eingeblasen, um Luftstrahlen in der Verbrennungskammer 2 zu bilden. Bei dieser Konstruktion werden die Lufteinblasöffnungen 69b und die Kraftstoffeinspritzöffnungen 69a so ausgerichtet, daß die Luftstrahlen, die von den Lufteinblasöffnungen 69b eingeblasen werden, mit dem Kraftstoffsprühstoß, der aus der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a eingespritzt wird, kollidieren. Deshalb wird die Form des Kraftstoffsprühstoßes infolge der Kollision der Luftstrahlen mit dem Kraftstoffsprühstoß verändert.
Zur Steuerung der Sprühdurchdringungsdistanz, der Sprühstoßgeschwindigkeit, des Sprühstoßpartikeldurchmessers, des Sprühwinkels und der Sprühform des Kraftstoffsprühstoßes, der von der Kraftstoffeinspritzöffnung 69a eingespritzt wird, steuert die ECU 30 das Kraftstoffeinspritzventil 43 und das Lufteinblasventil 44 unabhängig voneinander auf der Basis eines Betriebszustandes des Motors 1. Bei dieser Steuerung steuert die ECU 30 insbesondere sowohl die zeitliche Steuerung als auch die Zeitdauer einer Lufteinblasung, die durch das Lufteinblasventil 44 durchgeführt wird. Mit dieser Steuerung kann die Kraftstoffsprühdurchdringungsdistanz, die Sprühstoßgeschwindigkeit, der Sprühstoßpartikeldurchmesser, der Sprühwinkel und die Sprühform in Abhängigkeit von einem unterschiedlichen Betriebszustand des Direkteinspritzmotors 1 verändert werden, und es kann ein Kraftstoffsprühstoß erhalten werden, der Eigenschaften besitzt, die für den festgestellten Betriebszustand am besten geeignet sind. Als ein Ergebnis ist es möglich, einen Kraftstoffsprühstoß zu liefern, der für den Betriebszustand des Motors 1 geeignet ist, der eine Verbrennungsart in Abhängigkeit von dem Betriebszustand verändert und die Verbrennungseigenschaft von Kraftstoff kann in jeder Verbrennungskammer 2 des Motors 1 verbessert werden, was es ermöglicht, die Abgasemission des Motors 1 zu verbessern und die Kraftstoffsparsamkeit und die Motorleistung zu verbessern.
Es erfolgt nun eine Beschreibung eines Mechanismus zur Steuerung der Sprühdurchdringungsdistanz. Wie in 14 gezeigt ist, ist es dann, wenn die Lufteinblaszeit so eingestellt ist, daß sie gleich der Kraftstoffeinspritzzeit ist, und die Lufteinblasdauer so eingestellt ist, daß sie gleich der Kraftstoffeinspritzdauer ist, indem die zeitliche Steuerung des Öffnens/Schließens des Kraftstoffeinspritzventils 43 und des Lufteinblasventils 44 gesteuert werden, so daß die Sprühdurchdringungsdistanz relativ kurz wird. Der Grund dafür ist, daß die Luftstrahlen, die gleichzeitig mit der Ausbildung eines Kraftstoffsprühstoßes erzeugt werden, als Widerstand für den Kraftstoffsprühstoß wirken. Andererseits, wie in den 15 und 16 gezeigt ist, ist es dann, wenn es der zeitlichen Steuerung des Lufteinblasens gestattet ist, der zeitlichen Steuerung des Kraftstoffeinspritzens vorzueilen oder etwas vorzueilen, indem die zeitliche Steuerung des Öffnens/ Schließens des Kraftstoffeinspritzventils 43 und des Lufteinlaßventils 44 gesteuert werden, so, daß die Sprühstoßdurchdringungsdistanz relativ lang wird. Der Grund dafür ist, daß die Luftstrahlen, die vor oder etwas vor einem Kraftstoffsprühstoß gebildet werden, stark auf den Kraftstoffsprühstoß einwirken. Deshalb ist es durch Verändern des Grades der Voreilung der zeitlichen Steuerung des Lufteinblasens hinsichtlich der zeitlichen Steuerung des Kraftstoffeinspritzens möglich, die Sprühstoßdurchdringungsdistanz zu ändern.
Die 20A bis 20C zeigen Steuerungsbeispiele für die Sprühdurchdringungsdistanz, bei denen Zustände von Kraftstoffsprüh stößen dargestellt sind, die unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 erzeugt werden. Genauer gesagt zeigt 20A einen Kraftstoffsprühstoß, der ohne eine Lufteinblasung zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung gebildet wird. 20B zeigt einen Kraftstoffsprühstoß, der gebildet wird, indem es der Lufteinblasung gestattet ist, der Kraftstoffeinspritzung um "1,0 ms" vorzueilen. 20C zeigt einen Kraftstoffsprühstoß, der gebildet wird, indem es der Lufteinblasung gestattet ist, der Kraftstoffeinspritzung um "2,0 ms" vorzueilen. Aus den 20A bis 20C kann erkannt werden, daß die Sprühdurchdringungsdistanz um so länger werden kann, je mehr die Lufteinblasung hinsichtlich der Kraftstoffeinspritzung voreilt.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Mechanismus zur Steuerung des Sprühstoßpartikeldurchmessers. Wie in den 14 bis 16 gezeigt ist, ist es in all den Fällen, in denen das Verhältnis zwischen der zeitlichen Steuerung der Lufteinblasung und der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und das Verhältnis zwischen der Dauer der Lufteinblasung und der Dauer der Kraftstoffeinspritzung durch Steuerung der zeitlichen Steuerung des Öffnens/Schließens des Kraftstoffeinspritzventils 43 und des Lufteinblasventils 44 verändert werden, so, daß die Sprühstoßpartikelgröße relativ klein wird. Der Grund dafür ist, daß in all den Fällen die Kraftstoffsprühstoßpartikel durch Kollision der Luftstrahlen mit dem Kraftstoffsprühstoß geteilt werden.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Mechanismus zur Steuerung des Sprühwinkels und der Sprühstoßform. Wie in den 14 bis 16 gezeigt ist, ist es in all den Fällen, in denen das Verhältnis zwischen der zeitlichen Steuerung der Lufteinblasung und der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinsprit zung und das Verhältnis zwischen der Zeitdauer der Lufteinblasung und der Zeitdauer der Kraftstoffeinspritzung durch Steuern der zeitlichen Steuerung des Öffnens/Schließens des Kraftstoffeinspritzventils 43 und des Lufteinlaßventils 44 verändert werden, so, daß sich der Sprühwinkel und die Sprühstoßform ändern. Wie in 13 gezeigt ist, liegt der Grund, warum der Sprühwinkel durch die Steuerung zur "Aufwärmverbrennung" groß wird ("großer Sprühwinkel") darin, daß die Zeitdauern der Kraftstoffeinspritzung-/Lufteinblasung gleich sind und die zeitlichen Steuerungen der Kraftstoffeinspritzungen gleich sind und daß deshalb die Verteilung an die Umgebung infolge der Kraftstoff-Luft-Kollision verbessert wird. Wie in 13 gezeigt ist, liegt der Grund, warum der Sprühwinkel durch die Steuerung für die "Schichtladungsverbrennung" klein wird ("kleiner Sprühwinkel") darin, daß sich ein Kraftstoffsprühstoß dadurch, daß es der Lufteinblasung gestattet ist, der Kraftstoffeinspritzung vorzueilen, in der Richtung der Kraftstoffeinspritzung erstreckt oder verlängert, während er durch einen Luftstrom getragen wird, was dazu führt, daß die Sprühstoßdurchdringungsdistanz lang wird, während die Ausdehnung des Kraftstoffsprühstoßes in der Breitenrichtung umgekehrt proportional zur Zunahme der Länge klein wird, sogar bei der Kollision mit Luft. Wie in 13 gezeigt ist, liegt der Grund, warum der Sprühwinkel durch die Steuerung für eine "gleichmäßige Verbrennung" mittel wird ("mittlerer Sprühwinkel") darin, daß der Grad des Voreilens der Lufteinblasung kleiner als derjenige bei der "Schichtladungsverbrennung" ist.
In Verbindung mit der oben beschriebenen Kraftstoffeinspritzsteuerung für eine "Aufwärmverbrennung", "eine Schichtladungsverbrennung" und eine "gleichmäßige Verbrennung" erfolgte die Beschreibung für den Fall, bei dem eine Änderung der zeitlichen Steuerungen der Kraftstoffeinspritzung/Lufteinblasungen und eine Änderung der Einspritz- bzw. Einblasdauern von Kraftstoff/Luft miteinander kombiniert werden. Es wird jedoch angenommen, daß in dem Fall, in dem die zeitlichen Steuerungen der Einspritzung bzw. Einblasung von Kraftstoff/Luft und der Einspritz-/Einblasdauern von Kraftstoff/Luft jeweils unabhängig voneinander verändert werden, die folgenden Funktionen und Auswirkungen erhalten werden.
Wenn die ECU 30 eine Steuerung durchführt, um die zeitliche Steuerung der Lufteinblasung, die durch das Lufteinblasventil 44 durchgeführt wird, der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 43 durchgeführt wird, voreilen zu lassen, wird die Kraftstoffsprühstoßdurchdringungsdistanz relativ lang, während der Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein wird und es wird ein Kraftstoffsprühstoß erhalten, der Eigenschaften besitzt, die für die Schichtladungsverbrennung geeignet sind. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Kraftstoffverbrennungsleistung des Motors 1 zu verbessern.
Wenn die ECU 30 eine Steuerung durchführt, um die Lufteinblasdauer durch das Lufteinblasventil 44 gleich der Kraftstoffeinspritzdauer durch das Kraftstoffeinspritzventil 43 zu machen, wird der Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmesser durchgehend während der gesamten Kraftstoffeinspritzdauer relativ klein, wodurch es möglich ist, die Kraftstoffverbrennungsleistung des Motors 1 zu verbessern.
Wenn des weiteren die ECU 30 eine Steuerung durchführt, um die Lufteinblasdauer durch das Lufteinblasventil 44 länger als die Kraftstoffeinspritzdauer durch das Kraftstoffeinspritzventil 43 zu machen, wird die Kraftstoffsprühstoßdurchdringungsdistanz relativ lange und der Sprühstoßpartikeldurchmesser wird durch den gesamten Bereich des Kraftstoffsprühstoßes klein, wodurch es möglich ist, die Kraftstoffverbrennungsleistung des Motors 1 zu verbessern.
Im nachfolgenden erfolgt eine zusätzliche Beschreibung hinsichtlich der Funktionen und Auswirkungen der Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
21 ist ein Diagramm von gekrümmten Linien, die Veränderungen der Sprühstoßdurchdringungsdistanz des eingespritzten Kraftstoffes in einem stationären Zustand zeigen. In diesem Diagramm gibt eine kontinuierliche Linie eine Sprühstoßdurchdringungsdistanz unter Druck in einer Einspritzumgebung an, die dem Motoransaugtakt entspricht, während eine gestrichelte Linie eine Sprühstoßdurchdringungsdistanz unter einem Druck in einer Einspritzumgebung angibt, die dem Motorkompressionstakt entspricht. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, daß eine Zuwachsrate der Sprühstoßdurchdringungsdistanz mit der Zeit nach dem Kraftstoffeinspritzbeginn kleiner wird. Dies resultiert daraus, daß eine Trägheitskraft des eingespritzten Kraftstoffsprühstoßes in der Einspritzrichtung durch einen Reibungswiderstand der Luft auf den Kraftstoffsprühstoß und der Verteilung des Kraftstoffsprühstoßes reduziert wird, und daß der Sprühstoßpartikeldurchmesser durch eine Verdampfung im Verlaufe der Zeit reduziert wird, wodurch eine Zunahme des Luftwiderstandes hervorgerufen wird.
Aus dem Diagramm in 21 ist andererseits ersichtlich, daß der Druck in der Einspritzumgebung, die dem Kompressionstakt entspricht, relativ hoch ist, und daß deshalb die Sprühstoßdurchdringungsdistanz in einer vorbestimmten Zeit, die nach dem Kraftstoffeinspritzbeginn verstrichen ist, relativ kurz im Vergleich zu jener in der Einspritzumgebung, die dem Ansaugtakt entspricht, wird. Der in dem Ansaugtakt eingespritzte Kraftstoffsprühstoß wird nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit mit der Oberseite des Kolbens und der Wandoberfläche der Bohrung (der Wandoberfläche der Verbrennungskammer) kollidieren. Wie in 22 gezeigt ist, wird die Sprühstoßgeschwindigkeit in einem Bereich, in dem die gekrümmte Linie einer sich verändernden Sprühstoßdurchdringungsdistanz eine relativ große Neigung besitzt, relativ hoch. Demgemäß haftet der Kraftstoff dann, wenn der Kraftstoffsprühstoß mit der Wandoberfläche der Verbrennungskammer kollidiert, fest an der Wandoberfläche, was zu einer Abnahme der HC-Emission und zu einer Zunahme der Kraftstoffsparsamkeit führt. Wie durch die gekrümmte Linie in 22 gezeigt ist, wird die Trägheitskraft des Kraftstoffsprühstoßes in einem Bereich, in dem die gekrümmte Linie einer sich verändernden Sprühstoßdurchdringungsdistanz einen relativ kleinen Neigungswinkel besitzt, relativ klein. Demgemäß wird der Kraftstoff an der Wandoberfläche der Verbrennungskammer nicht haften oder im Gegensatz dazu zurückprallen, sogar wenn ein Kraftstoffsprühstoß mit der Wandoberfläche kollidiert und somit wird der Kraftstoff stark verteilt, um ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden, das für die gleichmäßige Verbrennung geeignet ist.
Im Falle der Schichtladungsverbrennung, in der Kraftstoff hauptsächlich während des Motorkompressionstaktes eingespritzt wird, kollidiert der Kraftstoßsprühstoß mit der Oberseite des Kolbens zu einem früheren Zeitpunkt als im Falle der gleichmäßigen Verbrennung. Um ein gesammeltes brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden, das für die Schichtladungsverbrennung erforderlich ist, ist es jedoch notwendig, daß der Kraftstoffsprühstoß mit der Oberseite des Kolbens mit einer Geschwindigkeit kollidiert, die so ist, daß verhindert wird, daß der Kraftstoffsprühstoß von der Kolbenoberseite zurückprallt und verteilt wird, sogar wenn der Kraftstoffsprühstoß mit der Kolbenoberseite kollidiert. In diesem Fall ist es des weiteren vorteilhaft, daß der Kraftstoffsprühstoß einen kleinen Partikeldurchmesser besitzt, um zu verhindern, daß Kraftstoff an der Wandoberfläche haftet.
Um die obige Technologie zu erhalten, gibt es ein Verfahren zur Einstellung der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung. In dem Kraftstoffeinspritzventil ohne der Funktion, einen variablen Kraftstoffsprühstoß bereitzustellen, werden die zeitlichen Steuerungen der Einspritzung durch eine Motordrehzahl, den Motortyp, und feststehende Einspritzbedingungen beschränkt. Dieses Kraftstoffeinspritzventil könnte die oben erwähnten Funktionen nicht ausreichend erfüllen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Sprühstoßdurchdringungsdistanz, die Sprühstoßgeschwindigkeit, der Sprühstoßpartikeldurchmesser, der Sprühwinkel und die Sprühstoßform variabel gestaltet, so daß der Kraftstoffsprühstoß in einen angemessenen Zustand für einen Betriebszustand des Motors 1 gebracht werden kann.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Sprühstoßgeschwindigkeit variabel gestaltet. Auf diese Weise wird die Sprühstoßgeschwindigkeit auf dieselbe verstrichene Zeit nach dem Kraftstoffeinspritzbeninn verändert, um (1) abzunehmen (alternativ, um zuzunehmen für die Schichtladungsverbrennung) mit annähernd der gleichen Rate im Vergleich zu derjenigen für die herkömmliche Kraftstoffeinspritzung, oder um (2) sich in unterschiedlichen Raten zu verändern. Das obige Verfahren (1) dient zur Steuerung der Sprühstoßgeschwindigkeit, so daß sie zu einer Sprühstoßgeschwindigkeit wird, die durch Vervielfa chen einer Sprühstoßgeschwindigkeit für einen herkömmlichen Kraftstoffsprühstoß um einen Koeffizienten (die gleiche Rate) erhalten wird, wie in 23 gezeigt ist. Dies entspricht beispielsweise dem Fall, in dem nur der später erwähnte Sprühstoßwinkel variabel gestaltet wurde, und dem Fall, in dem nur die Zerstäubung des Kraftstoffsprühstoßes variabel gesteuert wird. Das obige Verfahren (2) dient zur Steuerung der Sprühstoßgeschwindigkeit unabhängig von einer Sprühstoßgeschwindigkeit für einen herkömmlichen Kraftstoffsprühstoß. Dieses Verfahren ist effektiver und kann unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Luftblasbauart in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erhalten werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Sprühstoßpartikeldurchmesser variabel gestaltet, was die folgenden Vorteile verschafft. Wenn der Sprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein gemacht wird, können ein Ansaugwirkungsgrad und ein Verbrennungswirkungsgrad durch eine Verdampfungskühlung verbessert werden. Da der Sprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein wird, wird der Luftwiderstand für den Kraftstoffsprühstoß groß, so daß die Sprühstoßgeschwindigkeit variabel gesteuert werden kann. Die Sprühstoßgeschwindigkeit kann sich mit wenigstens der gleichen Rate wie die Sprühstoßgeschwindigkeit für den herkömmlichen Kraftstoffsprühstoß verändern, wie in 23 gezeigt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Sprühwinkel variabel gestaltet, was für folgende Vorteile sorgt. Wenn der Sprühwinkel nicht allzu groß gemacht wird, kann ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch leicht für die gesamte Verbrennungskammer für eine gleichmäßige Verbrennung gebildet werden. Wenn der Sprühwinkel relativ klein gehalten wird, kann ein gesammeltes brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch, das für die Schichtla dungsverbrennung erforderlich ist, leicht gebildet werden. Des weiteren wird eine Kraftstoffeinspritzströmungsmenge in der Einspritzrichtung um einen Betrag entsprechend geändert, der einer Änderung des Sprühwinkels entspricht, und somit kann die Sprühstoßgeschwindigkeit variabel gesteuert werden. Die Sprühstoßgeschwindigkeit wird sich mit annähernd der gleichen Rate wie die Sprühstoßgeschwindigkeit für den herkömmlichen Kraftstoffsprühstoß ändern.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in der gleichmäßigen Verbrennung, wenn die Motordrehzahl niedrig ist (beispielsweise während des Leerlaufs) während einer Kraftstoffeinspritzdauer (wenn beispielsweise die Motordrehzahl "1.000 Umdrehungen pro Minute" und die Ansaugtaktdauer "ungefähr 30 ms" beträgt) ausreichend Zeit. Durch das Voreilen der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung kann weitgehend verhindert werden, daß der Kraftstoffsprühstoß stark mit der Kolbenoberseite kollidiert. Der Grund, warum das Wort "weitgehend" verwendet wird, liegt darin, daß das herkömmliche Kraftstoffeinspritzverfahren die Motorfunktionen nicht ausreichend verbessern könnte, da die Sprühstoßgeschwindigkeit extrem viel höher als die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens ist und deshalb der Kraftstoffsprühstoß sogar dann, wenn er der Bewegung des Kolbens folgend eingespritzt würde, mit dem Kolben kollidieren würde, bevor die Sprühstoßgeschwindigkeit nicht ausreichend verringert wurde (ein Kollisionspunkt ist maximal der untere Todpunkt). Die Sprühstoßgeschwindigkeit in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wie in 23 gezeigt ist, im Vergleich zu derjenigen des herkömmlichen Kraftstoffeinspritzverfahrens verringert, so daß die Sprühstoßdurchdringungsdistanz relativ klein werden kann. Demgemäß kann eine Zeitdauer zur Voreilung der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung groß gemacht werden und die Sprühstoß geschwindigkeit kann ferner verringert werden. Sogar bei der Kollision kann ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch, das für die gleichmäßige Verbrennung angemessen ist, erzeugt werden, wie vorstehend beschrieben wurde.
Bei der gleichmäßigen Verbrennung ist dann, wenn die Motordrehzahl hoch ist (beispielsweise nahe eines vollständig geöffneten Zustandes der Drosselklappe) nicht genug Zeit während einer Kraftstoffeinspritzdauer (beispielsweise beträgt die Motordrehzahl "600 Umdrehungen pro Minute" und die Ansaugtaktdauer "ungefähr 5 ms") und deshalb muß eine große Kraftstoffmenge eingespritzt werden. Somit ist es notwendig, den Kraftstoffsprühstoß in der kürzesten Zeit nach dem Kraftstoffeinspritzbeginn durch die gesamte Verbrennungskammer zu verteilen und die Sprühstoßgeschwindigkeit bald danach zu reduzieren. In diesem Fall ist es sehr effektiv, daß die Sprühstoßgeschwindigkeit so gesteuert wird, daß sie nicht mehr reduziert wird, wie in 23 gezeigt ist, sondern daß sie auch für eine kurze Zeit nach dem Kraftstoffeinspritzbeginn erhöht wird, wie in 24 gezeigt ist, wodurch die Sprühstoßdurchdringungsdistanz erhöht wird, um danach abrupt zu fallen.
Bei der Schichtladungsverbrennung neigt ein Kraftstoffsprühstoß andererseits oftmals dazu, unmittelbar nach Beginn der Kraftstoffeinspritzung mit der Kolbenoberseite und anderem zu kollidieren. Es ist vorteilhaft, daß die Sprühstoßgeschwindigkeit für eine kurze Zeit nach Beginn der Kraftstoffeinspritzung hoch gemacht wird. Je größer ein steuerbarer Bereich der Sprühstoßgeschwindigkeit ist, desto größer ist ein gewährbarer Bereich der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung vorgesehen, wodurch die Kraftstoffverbrennungssteuerung erleichtert wird. Deshalb ist es, wie in 23 gezeigt, in dem Fall, in dem die Sprühstoßgeschwindigkeit hoch gesteuert wird, effektiver im Vergleich zu dem herkömmlichen Kraftstoffsprühstoß.
Zweites Ausführungsbeispiel
Als nächstes wird eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahem auf die dazugefügten Zeichnungen beschrieben.
In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen einschließlich dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die gleichen Bauteile wie im ersten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen im ersten Ausführungsbeispiel versehen und deren Erläuterung wird weggelassen. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf die unterschiedlichen Punkte.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in der Konstruktion der Verwendung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Kraftstoffheizbauart und einer Steuervorrichtung hierfür, anstelle der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung des Luftblastyps 3. 25 ist eine konzeptionelle Darstellung, die eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 der Heizbauart und eine dazugehörige elektrische Verschaltung und ein Kraftstoffrohr zeigt. Wie in 25 gezeigt ist, enthält die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Heizbauart 101 ein Kraftstoffeinspritzventil 102, das mit einer Kraftstoffeinspritzöffnung 102a ausgebildet ist, die sich zur Verbrennungskammer 2 hin öffnet, und zum Einspritzen von unter Druck stehendem Kraftstoff aus der Öffnung 102a in die Verbrennungskammer 2 vorgesehen ist, und eine Widerstandsheizung 103, die als Kraftstoffheizvorrichtung dient, um Kraftstoff, der durch das Kraftstoffeinspritzventil 102 eingespritzt wird, zu erwärmen. Die Heizung 103 ist in einem Führungsende (einem unteren Ende in 25) des unteren Körpers 55, der das Kraftstoffeinspritzventil 102 bildet, eingebaut. Ein Rohrverbinder 61 in dem Kraftstoffeinspritzventil 102 ist mit einem Kraftstoffrohr 71 verbunden, in dem ein Druckregler 73 und eine Kraftstoffpumpe 75 vorgesehen sind. Die Pumpe 74 wird durch einen damit verbundenen Motor 77 betrieben. Wenn die Pumpe 74 betrieben wird, wird Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) durch die Pumpe 74 ausgegeben und als konstanter Hochdruckkraftstoff an das Kraftstoffeinspritzventil 102 geliefert.
Wie in 25 gezeigt ist, ist der Stecker 64 in dem Kraftstoffeinspritzventil 102 elektrisch mit der ECU 30 verbunden. Das Kraftstoffeinspritzventil 102 arbeitet auf der Grundlage eines Einspritzsignals, das von der ECU 30 übertragen wird. Durch Betätigung des Kraftstoffeinspritzventils 102 auf der Basis des Einspritzsignals von der ECU 30, wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff aus dem Einspritzventil 102 eingespritzt.
Wie in 25 gezeigt ist, ist die Heizung 103 seriell mit einer elektrischen Stromsteuerungseinheit 104 und einer Leistungsquelle 105 verbunden. Die elektrische Stromsteuerungseinheit 104 ist elektrisch mit der ECU 30 verbunden und arbeitet auf der Basis eines Heizsignals, das von der ECU 30 übertragen wird. Durch den Betrieb der elektrischen Stromsteuereinheit 104 auf der Basis des Heizsignals von der ECU 30 wird die Heizung 103 mit Energie versorgt, um Wärme zu erzeugen, wodurch der Kraftstoff, der von dem Kraftstoffeinspritzventil 102 eingespritzt wird, erwärmt wird.
Es erfolgt eine detaillierte Beschreibung eines Kraftstoffeinspritzsteuervorgangs, den die ECU 30 ausführt, um die Kraftstoffsprühstoßdurchdringungsdistanz, die Sprühstoßgeschwindigkeit, den Sprühstoßpartikeldurchmesser, den Sprühstoßwinkel und die Sprühstoßform variabel zu gestalten. 26 zeigt eine zugehörige "Kraftstoffeinspritzsteuerroutine" in der Gestalt eines Ablaufdiagramms. Die ECU 30 führt diese Routine periodisch an vorbestimmten Zeitintervallen während des Betriebs des Motors 1 durch.
Zuerst ist der Prozeß in jedem Schritt 101 bis 103 der gleiche wie in jedem Schritt 101 bis 103 in dem Ablaufdiagramm aus 12, das hinsichtlich des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde.
Im Schritt 204, der dem Schritt 103 folgt, bestimmt die ECU 30 die Temperatur des Kraftstoffes, der durch die Heizung 30 in Abhängigkeit von dem gültigen Verbrennungsmuster erhitzt werden soll. Beispielsweise wird die "Kraftstofftemperatur" im Falle der "Aufwärmverbrennung" auf "hoch" festgelegt, wie in 27 gezeigt ist. Auf ähnliche Weise wird in dem Fall der "Schichtladungsverbrennung" die "Kraftstofftemperatur" auf "niedrig" festgelegt, wie in 27 gezeigt ist. Im Falle einer "gleichmäßigen Verbrennung" wird die "Kraftstofftemperatur" auf "mittel" festgelegt, wie in 27 gezeigt ist.
Im Schritt 205 stellt die ECU 30 die zeitlichen Steuerungen für das Öffnen und Schließen des Kraftstoffeinspritzventils 102 entsprechend einer Änderung des Kurbelwinkels in Abhängigkeit von dem gültigen Verbrennungsmuster ein.
Im Schritt 206 gibt die ECU 30 ein Kraftstoffeinspritzsignal aus, das die oben erwähnten eingestellten zeitlichen Steuerun gen für das Öffnen und Schließen des Kraftstoffeinspritzventils 102 darstellt, während sie ein Heizsignal ausgibt, das die obige bestimmte Kraftstofftemperatur darstellt, an die Heizung 103 ausgibt.
Wie oben erwähnt, wird die Heizung 103 in Abhängigkeit von dem Verbrennungsmuster gesteuert, wodurch die Temperatur des von dem Kraftstoffeinspritzventil 102 einzuspritzenden Kraftstoffs verändert wird. Wenn die Kraftstofftemperatur auf diese Weise geändert wurde, ist es für Kraftstofftröpfchen einfach, zu verdampfen, und der Kraftstoffpartikeldurchmesser wird verringert. Deshalb können die Sprühstoßgeschwindigkeit, der Sprühstoßpartikeldurchmesser und der Sprühstoßwinkel variabel gesteuert werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Kraftstoffheizbauart 101 eine Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, eine Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung, eine Sprühstoßwinkeländerungsvorrichtung und eine Änderungsvorrichtung für die zeitliche Einspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Genauer gesagt werden für die "Aufwärmverbrennung", wie in 27 gezeigt ist, durch Einstellen der Kraftstofftemperatur auf "hoch" Sprühstoßeigenschaften erzielt, so daß die Sprühstoßdurchdringungsdistanz relativ kurz ist, die Sprühstoßgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Kollision mit der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 2 relativ niedrig ist, der Sprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein ist und die Sprühstoßform einen großen Sprühwinkel aufgrund der Förderung der Verdampfung besitzt. Der größte Effekt der Änderungen der Sprühstoßgeschwindigkeit ist ein erhöhter Luftwiderstand, der von der Sprühstoßzerstäubung herrührt, wodurch ein Effekt hin sichtlich der Reduzierung der Sprühstoßgeschwindigkeit erzielt wird.
Bei der "Schichtladungsverbrennung" werden, wie in 27 gezeigt ist, durch Einstellen der Kraftstofftemperatur auf "niedrig" Kraftstoffsprühstoßeigenschaften erzielt, so daß die Sprühstoßdurchdringungsdistanz relativ lang ist, die Sprühstoßgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Kollision mit der Wandoberfläche relativ hoch ist, der Sprühstoßpartikeldurchmesser relativ groß ist und die Sprühstoßform einen kleinen Sprühwinkel besitzt.
Bei der "gleichmäßigen Verbrennung" werden, wie in 27 gezeigt ist, des weiteren durch Einstellen der Kraftstofftemperatur auf "mittel" Kraftstoffsprühstoßeigenschaften erzielt, so daß die Sprühstoßdurchdringungsdistanz in etwa im mittleren Bereich liegt, die Sprühstoßgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Kollision mit der Wandoberfläche in etwa im mittleren Bereich liegt, der Sprühstoßpartikeldurchmesser in etwa im mittleren Bereich liegt und die Sprühstoßform einen mittleren Sprühstoßwinkel besitzt.
Folglich kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Motors 1, der ein Verbrauchsmuster in Abhängigkeit von einem für den Betriebszustand angemessenen Betriebszustand ändert, ein Kraftstoffsprühstoß an den Motor 1 geliefert werden, und die Kraftstoffverbrennungsleistungen in der Verbrennungskammer 2 im Motor 1 können verbessert werden. Somit können die Motoreigenschaften wie die Kraftstoffsparsamkeit, die Abgasemission und die Motorleistung verbessert werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Als nächstes wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in der Konstruktion unter Verwendung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der veränderbaren Kraftstoffdruckbauart und dessen Steuervorrichtung, anstelle der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Luftblasbauart 3. 28 ist eine konzeptionelle Darstellung, die eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der veränderbaren Kraftstoffdruckbauart 111 und eine dazugehörige elektrische Verschaltung und ein Kraftstoffrohr zeigt. Wie in 28 gezeigt ist, enthält die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der veränderbaren Kraftstoffdruckbauart 111 ein Kraftstoffeinspritzventil 112, das mit einer Kraftstoffeinspritzöffnung 102a ausgebildet ist, die sich in die Verbrennungskammer hin öffnet, und zum Einspritzen von unter Druck stehendem Kraftstoff aus der Öffnung 102a in die Verbrennungskammer 2 dient, und einen veränderbaren Druckregler 113, der als Kraftstoffdruckänderungsvorrichtung zur Änderung des Drucks des Kraftstoffs, der an das Kraftstoffeinspritzventil 112 geliefert werden soll, dient. Ein Rohrverbinder 61 ist in dem Kraftstoffeinspritzventil 112 mit einem Kraftstoffrohr 71 verbunden, in dem der veränderbare Druckregler 113 und eine Kraftstoffpumpe 74 vorgesehen sind. Die Pumpe 74 wird durch einen dazugehörigen Motor 77 betrieben. Wenn die Pumpe 74 betrieben wird, wird Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) durch die Pumpe 74 ausgegeben und als Kraftstoff mit einem konstant hohen Druck durch den veränder baren Druckregler 113 an das Kraftstoffeinspritzventil 112 geliefert.
Wie in 28 gezeigt ist, ist der Stecker 64 in dem Kraftstoffeinspritzventil 112 elektrisch mit der ECU 30 verbunden. Das Kraftstoffeinspritzventil 112 arbeitet auf der Basis eines Einspritzsignals, das von der ECU 30 übertragen wird. Durch den Betrieb des Betriebskraftstoffeinspritzventils 112 auf der Basis des Einspritzsignals von der ECU 30 wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff aus dem Einspritzventil 112 eingespritzt.
Wie in 28 gezeigt ist, ist der veränderbare Druckregler 113 elektrisch mit der ECU 30 verbunden. Der veränderbare Druckregler 113 arbeitet auf der Basis eines Drucksignals, das von der ECU 30 übertragen wird. Durch den Betrieb des veränderbaren Druckreglers 113 auf der Basis des Drucksignals von der ECU 30, wird der Druck des Kraftstoffs, der an das Kraftstoffeinspritzventil 112 geliefert werden soll, verändert.
Es erfolgt eine Beschreibung hinsichtlich der Details eines Kraftstoffeinspritzsteuerprozesses, den die ECU 30 ausführt, um die Kraftstoffsprühstoßdurchdringungsdistanz, die Sprühstoßgeschwindigkeit, den Sprühstoßpartikeldurchmesser, den Sprühstoßwinkel und die Sprühstoßform variabel zu gestalten. 29 zeigt eine dazugehörige "Kraftstoffeinspritzsteuerroutine" in Form eines Ablaufdiagramms. Die ECU 30 führt diese Routine periodisch zu vorbestimmten Zeitintervallen während des Betriebes des Motors 1 durch.
Zuerst ist der Prozeß in jedem Schritt 101 bis 103 der gleiche wie jener in jedem Schritt 101 bis 103 im Ablaufdiagramm aus
12, in dem das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wird.
Im Schritt 304, der dem Schritt 103 folgt, bestimmt die ECU 30 den Kraftstoffdruck, der durch den veränderbaren Druckregler 113 in Abhängigkeit von dem gültigen Verbrennungsmuster eingestellt werden soll. Beispielsweise wird der "Kraftstoffdruck" in der "Aufwärmverbrennung" auf "niedrig" festgelegt, wie in 30 gezeigt ist. Auf ähnliche Weise wird in dem Fall der "Schichtladungsverbrennung" der "Kraftstoffdruck" auf "hoch" festgelegt, wie in 30 gezeigt ist. Im Falle einer "gleichmäßigen Verbrennung" wird der "Kraftstoffdruck" auf "mittel" festgelegt, wie in 30 gezeigt ist.
Im Schritt 305 stellt die ECU 30 die zeitlichen Steuerungen für das Öffnen/Schließen des Kraftstoffeinspritzventils 112 entsprechend einer Veränderung des Kurbelwinkels in Abhängigkeit von dem gültigen Verbrennungsmuster ein.
Im Schritt 306 gibt die ECU 30 ein Kraftstoffeinspritzsignal aus, das den zeitlichen Steuerungen des Öffnens und Schließens des Kraftstoffeinspritzventils 112 entspricht, während sie ein Drucksignal ausgibt, das den vorbestimmten Kraftstoffdruck für den veränderbaren Druckregler 113 darstellt.
Wie oben beschrieben, wird der veränderbare Druckregler 113 in Abhängigkeit von dem Verbrennungsmuster gesteuert, wodurch der Druck des Kraftstoffs, der von dem Kraftstoffeinspritzventil 112 eingespritzt werden soll, verändert wird. Wenn sich der Kraftstoffdruck auf diese Weise ändert, wird eine Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 112 eingespritzt werden soll, verändert und ferner wird die Kraftstoffeinspritzenergie verändert. Deshalb kann die Sprühstoßgeschwindigkeit und der Sprühstoßpartikeldurchmesser variabel gesteuert werden. Jedoch ändert sich der Sprühwinkel im besonderen nicht, da sich der Effekt, der aus der Zerstäubung des Kraftstoffsprühstoßes resultiert, und der Effekt, der aus der Veränderung der Sprühstoßgeschwindigkeit resultiert, einander gegenseitig auslöschen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der veränderbaren Kraftstoffdruckbauart 111 die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung, die Sprühwinkeländerungsvorrichtung und die Änderungsvorrichtung für die zeitliche Steuerung des Sprühstoßes der vorliegenden Erfindung.
Genauer gesagt werden durch Einstellen des Kraftstoffdruckes auf "niedrig" bei der "Aufwärmverbrennung" wie in 30 gezeigt ist, Sprühstoßeigenschaften erzielt, so daß die Sprühstoßdurchdringungsdistanz relativ kurz ist, die Sprühstoßgeschwindigkeit zur Zeit der Kollision mit der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 2 relativ niedrig ist, der Sprühstoßpartikeldurchmesser relativ groß ist und die Sprühstoßform standardmäßig ist. Als ein Effekt der Änderungen der Sprühstoßgeschwindigkeit kann eine Zunahme oder Abnahme der Sprühstoßgeschwindigkeit bewirkt werden.
Für die "Schichtladungsverbrennung" werden andererseits, wie in 30 gezeigt ist, durch Einstellen des Kraftstoffdruckes auf "hoch" Kraftstoffsprühstoßeigenschaften erzielt, so daß die Sprühstoßdurchdringungsdistanz relativ lang ist, die Sprühstoßgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Kollision mit der Wandoberfläche relativ hoch ist, der Sprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein ist, und die Sprühstoßform standardmäßig ist.
Bei der "gleichmäßigen Verbrennung" werden des weiteren durch Einstellen des Kraftstoffdruckes auf "mittel", wie in 30 gezeigt ist, Kraftstoffsprühstoßeigenschaften erzielt, so daß die Sprühstoßdurchdringungsdistanz in etwa im mittleren Bereich liegt, die Sprühstoßgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Kollision mit der Wandoberfläche in etwa im mittleren Bereich liegt, der Sprühstoßpartikeldurchmesser in etwa im mittleren Bereich liegt und die Sprühstoßform standardmäßig ist.
Folglich kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Motors 1, der ein Verbrennungsmuster gemäß einem Betriebszustand verändert, ein für den Betriebszustand angemessener Kraftstoffsprühstoß an den Motor 1 geliefert werden, und die Verbrennungseigenschaften in der Verbrennungskammer 2 in dem Motor 1 können verbessert werden. Somit können die Motoreigenschaften wie die Kraftstoffsparsamkeit, die Abgasemission und die Motorleistung verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern ein Teil ihrer Konstruktion kann in geeigneter Weise abgeändert werden, beispielsweise folgendermaßen.
Obwohl in dem ersten Ausführungsbeispiel Luft als Gas verwendet wird, das mit dem Kraftstoff in Kollision gebracht wird, kann auch jedes andere spezifische Gas verwendet werden.
Obwohl in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Heizung 103 in dem Kraftstoffeinspritzventil 102 als Kraftstoffheizungsvorrichtung vorgesehen ist, um Kraftstoff zu erwärmen, kann die Kraftstoffheizungsvorrichtung in den Kraftstoffkanal direkt vor dem Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen sein. Alternativ kann die Kraftstoffheizvorrichtung zur Sicherstellung der An sprechbarkeit, in jedem einer Vielzahl an Kraftstoffversorgungskanälen vorgesehen sein, um den Kraftstoff auf verschiedene Temperaturen zu erhitzen. In diesem Fall werden die Kanäle wahlweise verwendet.
In den zweiten und dritten Ausführungsbeispielen sind die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen der Kraftstoffheizungsbauart 101 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der veränderbaren Kraftstoffbauart 111 individuell vorgesehen, aber deren Funktionen können kombiniert werden. In diesem Fall kann ein variabler Bereich der Kraftstoffsprühstoßeigenschaften etwas ausgedehnt werden.
In den obigen Ausführungsbeispielen sind die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Luftblasbauart 3, die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 der Kraftstofferwärmungsbauart und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der veränderbaren Kraftstoffdruckbauart 111 vorgesehen, um alle Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtungen, Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtungen und Sprühstoßwinkeländerungsvorrichtungen der vorliegenden Erfindung zu bilden. Alternativ kann eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen sein, die wenigstens eine Vorrichtung aus der Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, der Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung und der Sprühstoßwinkeländerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bildet.

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor (1) der Direkteinspritzbauart, bei der Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer (2) eingespritzt wird, wobei die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung dazu angepaßt ist, wahlweise zwischen einem Schichtladungsverbrennungsmodus zur Sammlung eines Kraftstoffsprühstoßes nahe einer Zündkerze (11), die in der Verbrennungskammer (2) angeordnet ist, und einem gleichmäßigen Verbrennungsmodus zur gleichmäßigen Verteilung eines Kraftstoffsprühstoßes durch die gesamte Verbrennungskammer zu schalten, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens eine aus den folgenden Vorrichtungen aufweist: eine Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung zur Änderung einer Geschwindigkeit des Kraftstoffsprühstoßes, eine Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung zur Änderung eines Partikeldurchmessers des Kraftstoffsprühstoßes und eine Sprühstoßwinkeländerungsvorrichtung zur Änderung eines Winkels des Kraftstoffsprühstoßes.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, des weiteren aufweisend: eine Betriebszustandserfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors, und eine Steuerungsvorrichtung (30) zur Steuerung von wenigstens einer Vorrichtung aus der Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, der Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung und der Sprühwinkeländerungsvorrichtung, zur Steuerung der Kraftstoffsprühstoßgeschwindigkeit, des Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmessers und des Kraftstoffsprühwinkels auf der Basis des Betriebszustandes, der von der Betriebszustandserfassungsvorrichtung erfaßt wurde.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerungsvorrichtung die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung und die Sprühwinkeländerungsvorrichtung im gleichmäßigen Verbrennungsmodus so steuert, daß die Kraftstoffsprühstoßgeschwindigkeit im relativen Mittelbereich liegt, der Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein ist und der Kraftstoffsprühwinkel im relativem Mittelbereich liegt.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Zylinder und einen Kolben (6) enthält, die die Verbrennungskammer (2) bilden, die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung des weiteren eine Vorrichtung zur Änderung der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung aufweist, und die Steuervorrichtung die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung, die Sprühwinkeländerungsvorrichtung und die Änderungsvorrichtung zur zeitlichen Steuerung der Einspritzung im gleichmäßigen Verbrennungsmodus steuert, um die Kraftstoffsprühstoßgeschwindigkeit, den Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmesser und den Kraftstoffsprühwinkel in Verbindung mit der fertigen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung so zu steuern, daß der Kraftstoffsprühstoß relativ schwach mit einer Oberseite eines Kolbens (6) und einer Innenwand des Zylinders kollidiert.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerungsvorrichtung (30) die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung und die Sprühwinkeländerungsvorrichtung im Schichtladungsverbrennungsmodus so steuert, daß die Kraft stoffsprühstoßgeschwindigkeit relativ hoch ist, der Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmesser relativ klein ist und der Kraftstoffsprühstoßwinkel relativ klein ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Zylinder und einen Kolben (6) besitzt, die die Verbrennungskammer (2) ausbilden, die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung des weiteren eine Vorrichtung zur Änderung einer zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeispritzung aufweist, und die Steuerungsvorrichtung (30) die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung, die Sprühstoßwinkeländerungsvorrichtung und die Änderungsvorrichtung zur zeitlichen Steuerung der Einspritzung in dem Schichtladungsverbrennungsmodus so steuert, daß die Kraftstoffsprühstoßgeschwindigkeit, der Kraftstoffsprühstoßpartikeldurchmesser und der Kraftstoffsprühwinkel in Verbindung mit der zeitlichen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung so gesteuert wird, daß der Kraftstoffsprühstoß relativ stark mit einer Oberseite des Kolbens (6) und einer Innenwand des Zylinders kollidiert.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung und die Sprühstoßwinkeländerungsvorrichtung durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Luftblasbauart gebildet werden, die folgendes aufweist: ein Kraftstoffeinspritzventil (43), das eine Kraftstoffeinspritzöffnung (69a) besitzt, die sich in die Verbrennungskammer (2) öffnet und einen unter Druck stehenden Kraft stoff durch die Kraftstoffeinspritzöffnung (69a) in die Verbrennungskammer (2) einspritzt; ein Gaseinblasventil (44), das eine Gaseinblasöffnung (69b) besitzt, die sich in die Verbrennungskammer (2) öffnet und ein unter Druck stehendes Gas durch die Gaseinblasöffnung in die Verbrennungskammer einbläst; die Gaseinblasöffnung und die Kraftstoffeinspritzöffnung so ausgerichtet sind, daß das durch die Gaseinblasöffnung eingeblasene Gas mit den durch die Kraftstoffeinspritzöffnung eingespritzten Kraftstoffsprühstoß kollidiert.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung und die Sprühwinkeländerungsvorrichtung durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Heizbauart gebildet werden, die folgende Bauteile aufweist: ein Kraftstoffeinspritzventil (43), das eine Kraftstoffeinspritzöffnung besitzt, die sich in die Verbrennungskammer (2) öffnet und einen unter Druck stehenden Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzöffnung in die Verbrennungskammer einspritzt; und eine Kraftstoffheizvorrichtung zum Erhitzen des einzuspritzenden Kraftstoffs.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sprühstoßgeschwindigkeitsänderungsvorrichtung, die Sprühstoßpartikeldurchmesseränderungsvorrichtung und die Sprühwinkeländerungsvorrichtung durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der veränderbaren Kraftstoffdruckbauart gebildet werden, die folgende Bauteile aufweist: ein Kraftstoffeinspritzventil (43), das eine Kraftstoffeinspritzöffnung besitzt, die sich in die Verbrennungskammer (2) öffnet und einen unter Druck stehenden Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzöffnung in die Verbrennungskammer (2) einspritzt; und eine Kraftstoffdruckänderungsvorrichtung zur Änderung eines Drucks des Kraftstoffs, der an das Kraftstoffeinspritzventil geliefert werden soll.