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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kompressionszündungsbrennkraftmaschine.
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Bei
einer Kompressionszündungsbrennkraftmaschine
wird von einem Injektor in der Form von Flüssigkeitstropfen eingespritzter
Kraftstoff zerstäubt und
verdampft und wird mit Luft zum Ausbilden eines brennbaren Gasgemischs
gemischt. Dann wird das brennbare Gasgemisch gezündet. Somit wird der Kraftstoff
bei der Kompressionszündungsbrennkraftmaschine
verbrannt. Der eingespritzte Kraftstoff erreicht einen brennbaren
Zustand, nachdem der Kraftstoff zerstäubt ist und das brennbare Gasgemisch ausgebildet
ist. Daher läuft
die Zündungszeitabstimmung
zwischen der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung nach. Insbesondere
ist eine Zündungsverzögerung zwischen
der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung und der Zündungszeitabstimmung vorhanden. Im
Allgemeinen tritt bei der Verbrennung eine vorgemischte Verbrennung
zuerst auf und tritt dann eine Diffusionsverbrennung auf, deren
Geschwindigkeit durch eine Mischgeschwindigkeit des Kraftstoffs
und der Luft begrenzt ist. In einem frühzeitigen Stadium der Verbrennung
(oder bei der vorgemischten Verbrennung) wird die Luft und der Kraftstoff
ausreichend einheitlich gemischt und tritt die Verbrennung rasch
auf. Daher hat ein Wärmeabfuhrratenmuster bei
dem Verbrennungsprozess einen Spitzenwert in dem frühzeitigen
Stadium der Verbrennung, bei dem die Wärmeabfuhrrate in hohem Maße ansteigt.
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In
den vergangenen Jahren ist die Verringerung von Abgasemissionen
und Lärm
der Brennkraftmaschine zusätzlich
zu einer Verbesserung der Fortbewegungsleistung immer mehr in den
Vordergrund gerückt.
Eine Abgasrezirkulation (EGR) zum Rezirkulieren von Abgas in ein
Einlasssystem ist als eine der Technologien zum Verringern der Abgasemission gut
bekannt. Die vorgemischte Verbrennung verursacht die rasche Verbrennung
und erhöht
die Temperatur innerhalb eines Zylinders. Daher wird die EGR durchgeführt, um
die Sauerstoffkonzentration zu verringern, so dass eine übermäßige Erhöhung der
Temperatur innerhalb des Zylinders verhindert wird. Somit können Stickstoffoxide
verringert werden.
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Wenn
die EGR durchgeführt
wird, können die
Stickstoffoxide verringert werden, aber ist die Verringerung der
Sauerstoffkonzentration unausweichlich. Demgemäß kann Rauch einfach bei der
Diffusionsverbrennung gebildet werden, bei der der Kraftstoff und
die Luft nicht ausreichend gemischt werden. Daher verzögert eine
in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2864896 (Patentdokument
1) offenbarte Technologie die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung
bis nach einem oberen Totpunkt (TDC), um die Zündungsverzögerung zu erweitern, wenn die EGR
durchgeführt
wird, so dass die Erzeugung von Rauch unterbunden wird. Diese Technologie
erweitert die Zündungsverzögerung außerordentlich,
so dass die Gesamtheit des eingespritzten Kraftstoffs in den vorgemischten
Zustand vor der Zündung
gebracht wird.
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Bei
einer in der ungeprüften
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-165017 (Patentdokument
2) offenbarten Technologie sind mehrere Einspritzlöcher ausgebildet
und ist eine Durchgangsfläche
von jedem Einspritzloch verringert. Somit kann der gemischte Zustand
des Kraftstoffs und der Luft wirksam verbessert werden.
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Jedoch
wird bei der in dem Patentdokument 1 offenbarten Technologie die
Zündung
gestartet, nachdem die Gesamtheit des eingespritzten Kraftstoffs
den vorgemischten Zustand erreicht. Daher wird eine große Menge
Kraftstoff auf einmal verbraucht. Demgemäß steigt die Wärmeabfuhrrate
sofort und verringert sich dann rasch. Ein Wärmeerzeugungsmuster sieht ein
spitzenförmiges
Profil im Ganzen vor. Daher verstärkt sich der Lärm. Der
in dem frühzeitigen
Stadium der Einspritzung eingespritzte Kraftstoff diffundiert während der
langen Zündungsverzögerung.
Daher besteht die Möglichkeit,
dass das gemischte Gas übermäßig mager
wird und Kohlenwasserstoff oder Kohlenmonoxid erzeugt wird. Da die
Einspritzzeitabstimmung verzögert
wird und die Zündverzögerungsdauer
außerordentlich
verlängert wird,
ist der Einfluss auf den Wirkungsgrad unausweichlich und wird der
Kraftstoffverbrauch verschlechtert.
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Die
in dem Patentdokument 2 offenbarte Technologie treibt die Zerstäubung des
Kraftstoffs voran und kann die Zündverzögerung verkürzen. Auch
wenn jedoch die Technologie des Patentdokuments 2 auf die Technologie
des Patentdokuments 1 angewendet wird, kann das insgesamt spitzenförmige Profil
des Wärmeabfuhrratenmusters
nicht geändert
werden. Als Folge kann die Verringerung der Stickstoffoxide oder
des Rauchs nicht gleichzeitig mit der Verbesserung der Lärmverhinderungsfähigkeit und
des Kraftstoffverbrauchs erzielt werden.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine
zu schaffen, die fähig
ist, eine Abgasemission, wie z.B. Stickstoffoxide oder Rauch, zu
verringern und gleichzeitig eine Lärmverhinderungsfähigkeit
sowie einen Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat ein Kompressionszündungsverbrennungsmotor,
der ein Abgasrezirkulationssystem zum Rezirkulieren von Abgas in
ein Einlasssystem hat, eine Zufuhreinrichtung und eine Steuerungseinrichtung.
Die Zufuhreinrichtung spritzt Kraftstoff durch Einspritzlöcher bei
einer im Wesentlichen konstanten Einspritzrate zum Zerstäuben des
Kraftstoffs ein, so dass der Kraftstoff einfach verdampft werden kann,
und um zu veranlassen, dass der Kraftstoff in eine Atmosphäre innerhalb
eines Zylinders des Verbrennungsmotors eindringt. Somit stellt die
Zufuhreinrichtung eine räumliche
Verteilung des eingespritzten Kraftstoffs bereit, bei der die Mischung
des Kraftstoffs und der Luft voranschreitet, wenn der Kraftstoff
von dem Einspritzloch entlang einer Einspritzrichtung zurückweicht
und der Kraftstoff einen Vormischraum erreicht, bei dem der Kraftstoff
mit der Luft vorgemischt wird. Die Steuerungseinrichtung führt eine
Verbrennungssteuerung durch. Bei der Verbrennungssteuerung steuert
die Steuerungseinrichtung die Sauerstoffkonzentration innerhalb
des Zylinders, so dass ein Verbrennungsraum, in dem der Kraftstoff
verbrannt wird, mit dem Vormischraum übereinstimmt. Unterdessen steuert
die Steuerungseinrichtung eine Länge
einer Dauer von einer Einspritzzeitabstimmung zu einer Zündzeitabstimmung des
Kraftstoffs, so dass der Kraftstoff gezündet wird, während der
Kraftstoff eingespritzt wird, und so dass ein Verhältnis der
Menge des Kraftstoffs, die vor einem Start der Zündung eingespritzt wird, zu
einer Gesamtmenge des Kraftstoffs, der während der einen Einspritzung
eingespritzt wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
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Bei
der räumlichen
Verteilung des eingespritzten Kraftstoffs schreitet die Mischung
des Kraftstoffs und der Luft voran, wenn der Kraftstoff von dem Einspritzloch
entlang der Einspritzrichtung zurückweicht und der Kraftstoff
den Vormischraum erreicht, bei dem der Kraftstoff mit der Luft vorgemischt
wird. Die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Zylinders und die
Länge der
Dauer von der Einspritzzeitabstimmung zu der Zündzeitabstimmung (die Zündverzögerung)
werden so gesteuert, dass der Verbrennungsraum mit dem Vormischraum übereinstimmt.
Somit sieht das Wärmeerzeugungsmuster
ein Profil ohne Spitze bzw. Spitzenwert vor. Somit kann die Verbrennung
verwirklicht werden, die den Lärm
verringert und die Erzeugung des Rauchs unterbindet.
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Darüber hinaus
liegt das Verhältnis
der Menge des Kraftstoffs, der vor dem Start der Zündung eingespritzt
wird (die Vorzündeinspritzmenge)
zu der gesamten Einspritzmenge in dem vorbestimmten Bereich. Daher
wird die Zündverzögerung verkürzt, wenn
sich die Gesamteinspritzmenge verringert. Daher verringert sich
das Ausmaß des
Vormischraums zu dem Zeitpunkt, wenn der Kraftstoff gezündet wird, wenn
sich die Gesamteinspritzmenge verringert. Außerdem verringert sich ein
Verbrennungsbetrag pro Zeiteinheit und verringert sich der Lärm. Wenn
nur eine geringe Menge Kraftstoff als gesamte Einspritzmenge erforderlich
ist, ist die Lärmverhinderungsfähigkeit
des Verbrennungsmotors in hohem Maße erforderlich. Die Verbrennung
entsprechend der Anforderung der Lärmverhinderungsfähigkeit
kann durchgeführt
werden.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Zufuhreinrichtung
so ausgebildet, dass die angrenzenden Einspritzlöcher eine Einspritzlochgruppe
ausbilden, wobei Mittellinien der Einspritzlöcher, die zu der gleichen Einspritzlochgruppe
gehören,
im Wesentlichen in die gleiche Richtung gerichtet sind. Da die Anzahl
der Einspritzlöcher
erhöht
ist, ist eine Durchgangsquerschnittsfläche jedes Einspritzlochs verringert
und wird die Zerstäubung
vorangetrieben. Bei jeder Einspritzlochgruppe wird der Kraftstoff
durch angrenzende Einspritzlöcher
in im Wesentlichen die gleiche Richtung eingespritzt. Daher übt die Einspritzlochgruppe
eine hohe Eindringkraft des Kraftstoffs wie ein einziges Einspritzloch
mit einer großen
Durchgangsquerschnittsfläche
aus. Somit kann die Verbesserung der Zerstäubungsfähigkeit und der Eindringkraft
des eingespritzten Kraftstoffs durch den Düsenaufbau allein gleichzeitig
erzielt werden.
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Merkmale
und Vorteile eines Ausführungsbeispiels
werden ebenso wie Verfahren des Betriebs und die Funktion der zugehörigen Teile
aus einem Studium der folgenden genauen Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und
den Zeichnungen offensichtlich, die alle einen Teil dieser Anmeldung
bilden. In den Zeichnungen ist:
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1 ein
schematisches Diagramm, das eine Brennkraftmaschine gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Schnittansicht, die eine Düse
eines Injektors des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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3 eine
fragmentarische Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil der
Düse gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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4 eine
Grafik, die Charakteristiken des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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5A ein
Zeitdiagramm, das ein Wärmeabfuhrratenmuster
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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5B ein
Zeitdiagramm, das ein Wärmeabfuhrratenmuster
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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5C ein
Zeitdiagramm, das ein Wärmeabfuhrratenmuster
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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5D ein
Zeitdiagramm, das ein Wärmeabfuhrratenmuster
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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6 ein
Zeitdiagramm, das einen Kraftstoffeinspritzbetrieb des Verbrennungsmotors
gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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7 eine
Grafik, die Charakteristiken des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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8A ein
Zeitdiagramm, das ein Wärmeabfuhrratenmuster
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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8B ein
Zeitdiagramm, das ein Wärmeabfuhrratenmuster
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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8C ein
Zeitdiagramm, das ein Wärmeabfuhrratenmuster
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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8D ein
Zeitdiagramm, das ein Wärmeabfuhrratenmuster
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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9 ein
Zeitdiagramm, das einen Kraftstoffeinspritzbetrieb des Verbrennungsmotors
gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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10A ein schematisches Diagramm, das einen Kraftstoffeinspritzbetrieb
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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10B ein schematisches Diagramm, das einen Kraftstoffeinspritzbetrieb
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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10C ein schematisches Diagramm, das einen Kraftstoffeinspritzbetrieb
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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10D ein schematisches Diagramm, das einen Kraftstoffeinspritzbetrieb
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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11 ein
schematisches Diagramm, das eine Kraftstoffsprühsteuerung des Verbrennungsmotors
gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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12 eine
Grafik, die eine Kraftstoffeinspritzmengensteuerung des Verbrennungsmotor
gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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13A eine Grafik, die ein Wärmeabfuhrratenmuster des Verbrennungsmotors
gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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13B eine Grafik, die ein Wärmeabfuhrratenmuster des Verbrennungsmotors
gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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14 eine
Grafik, die Charakteristiken des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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15A eine Grafik, die ein Wärmeabfuhrratenmuster des Verbrennungsmotors
gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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15B eine Grafik, die ein Wärmeabfuhrratenmuster des Verbrennungsmotors
gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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15C eine Grafik, die ein Wärmeabfuhrratenmuster des Verbrennungsmotors
gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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16 eine
Grafik, die einen Betriebsbereich zum Durchführen einer Verbrennungssteuerung
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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17A ein Wärmeerzeugungsmuster
des Verbrennungsmotors gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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17B ein Wärmeerzeugungsmuster
des Verbrennungsmotors eines abgewandelten Beispiels des Ausführungsbeispiels;
und
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17C ein Wärmeerzeugungsmuster
des Verbrennungsmotors eines abgewandelten Beispiels des Ausführungsbeispiels.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist ein Kompressionszündungsverbrennungsmotors
mit einem Kraftstoffsteuerungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel
wird beispielsweise auf ein Automobil angewendet. Der in 1 gezeigte
Verbrennungsmotor ist ein Vierzylinder-Verbrennungsmotor. Luft wird
in jeweilige Zylinder eines Verbrennungsmotorhauptkörpers 1 von
einem Einlasssystem 2 zugeführt und die Luft wird bei der
Verbrennung des Kraftstoffs verbraucht. Ein Einlass 21,
der mit den jeweiligen Zylindern in Verbindung steht, ist an einem
stromabwärtigen
Ende des Einlasssystems 2 angeordnet. Eine Einlassmenge der
Luft wird durch einen Öffnungsgrad
eines Drosselventils 22 definiert. Ein variabler Ventilmechanismus 12 zum
Regulieren einer Öffnungszeitabstimmung
und einer Schließzeitabstimmung
von Einlassventilen und Auslassventilen ist an dem Verbrennungsmotorhauptkörper 1 montiert.
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Injektoren 11 als
Zufuhreinrichtung sind an den jeweiligen Zylindern einzeln montiert.
Der Injektor 11 spritzt den Kraftstoff ein, wenn der Injektor 11 offen
ist. Der Kraftstoff wird von einer Common-Rail bzw. gemeinsamen
Leitung 63, die den Zylindern gemeinsam ist, zu den Injektoren 11 zugeführt. Eine Kraftstoffdruckfördervorrichtung 62 mit
einer Hochdruckzufuhrpumpe, die Niederdruckkraftstoff fördert, der
von einem Kraftstofftank 61 angesaugt wird, führt den
Kraftstoff in die Common-Rail 63 zu. Somit wird der Kraftstoff
in der Common-Rail 63 auf einem hohen Druck gehalten. Der
Kraftstoffdruck in der Common-Rail 63 (Common-Rail-Druck)
definiert einen Einspritzdruck der Injektoren 11. Der Common-Rail-Druck wird durch
Steuern der Kraftstoffdruckfördervorrichtung 62 reguliert.
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Eine
Düse 11a des
Injektors 11 ist in den 2 und 3 gezeigt.
Die Düse 11a weist
einen Düsenkörper 81 in
der Gestalt eines runden Balkens und eine Nadel 82 auf,
wie in 2 gezeigt ist. Der Düsenkörper 81 ist mit einem
längsgerichteten
Loch 811 ausgebildet, das entlang einer Mittelachse des Düsenkörpers 81 gebohrt
ist, und die Nadel 82 ist gleitfähig innerhalb des längsgerichteten
Lochs 811 untergebracht. Ein Innendurchmesser eines mittleren Abschnitts
des längsgerichteten
Lochs 811 ist vergrößert, um
einen Kraftstoffsumpf 813 vorzusehen, wie in 2 gezeigt
ist. Ein oberer Abschnitt der Nadel 81 oberhalb des Kraftstoffsumpfs 813 in 2 ist gleitfähig innerhalb
des längsgerichteten
Lochs 81 gehalten. Der Hochdruckkraftstoff wird von der
Common-Rail 63 in den Kraftstoffsumpf 813 durch
einen Hochdruckdurchgang 812 eingeführt und erreicht ein unteres
Ende des längsgerichteten
Lochs 811. Ein Sitz 811a ist an dem unteren Ende
des längsgerichteten
Lochs 811 ausgebildet. Eine Nadelspitze 821 der
Nadel 82 wird an den Sitz 811a gesetzt. Wenn die Nadelspitze 821 sich
von dem Sitz 811a hebt, wird der Kraftstoff durch Einspritzlöcher 831a, 832a, 833a, 831b, 832b eingespritzt.
Die Nadel 82 ist mit einer gestuften Fläche 823, die nach
unten in 2 weist, bei dem Kraftstoffsumpf 813 ausgebildet.
Ein Druck des Hochdruckkraftstoffs wirkt an der gestuften Fläche 823 in
die nach oben weisende Richtung in 2 oder eine
Hubrichtung der Nadel 82. Der Injektor 11 weist
eine Vorspanneinrichtung zum Vorspannen der Nadel 82 nach
unten auf. Wenn die nach unten weisende Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung
aufgehoben wird, hebt sich die Nadel 82 an.
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Die
Vielzahl der Einspritzlöcher 831a–832b ist
an einer Spitze des Düsenkörpers 81 ausgebildet. Genauer
gesagt stellen drei Einspritzlöcher 831a, 832a, 833a,
die in der Nähe
zueinander an Schenkeln eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet
sind, eine Einspritzlochgruppe 83a bereit. In ähnlicher Weise
stellen weitere drei Einspritzlöcher 831b, 832b,
eine weitere Einspritzlochgruppe 83b bereit (das andere
Einspritzloch der Einspritzlochgruppe 83b ist in 3 nicht
gezeigt). Somit stellen drei Einspritzlöcher eine Einspritzlochgruppe
bereit. Der Düsenkörper 81 ist
ebenso mit weiteren Einspritzlochgruppen zusätzlich zu den Einspritzlochgruppen 83a, 83b ausgebildet.
Beispielsweise sind sechs Einspritzlochgruppen entlang einem Umfang
des Düsenkörpers 81 an
einem gleichen Intervall angeordnet. Mittellinien der Einspritzlöcher jeder
Einspritzlochgruppe sind im Wesentlichen parallel zueinander ausgebildet,
wie in 3 gezeigt ist. Ein Durchmesser von jedem der Einspritzlöcher 831a–832b ist
im Wesentlichen auf einen Bereich von 0,05 mm bis 0,1 mm eingerichtet.
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Wenn
der Kraftstoff durch die Einspritzlöcher 831a–832b der
Düse 11a eingespritzt
wird, wird der Kraftstoff im Wesentlichen in die gleiche Richtung
für jeder
der Einspritzlochgruppen 83a, 83b eingespritzt. Somit
bildet der durch jede der Einspritzlochgruppen 83a, 83b eingespritzte
Kraftstoff einen Sprühnebel. Daher übt jede
der Einspritzlochgruppen 83a, 83b eine hohe Eindringkraft
des Kraftstoffs wie ein einziges Einspritzloch mit einer großen Durchgangsquerschnittsfläche aus.
Darüber
hinaus wird die Zerstäubung
des Kraftstoffs vorangetrieben, da die Durchgangsquerschnittsfläche von
jedem der Einspritzlöcher 831a–832b klein
ist.
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Das
Abgas, das durch die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs
erzeugt wird, wird zu der Umgebungsluft durch ein Abgassystem 3 ausgestoßen. Das
Abgassystem 3 weist einen Abgaskrümmer 31 auf, dessen
stromaufwärtige
Enden mit den gesamten Zylindern in Verbindung stehen, und einen Einfangfilter 32 zum
Sammeln von Partikelstoffen, die in dem Abgas enthalten sind.
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Wie
in 1 gezeigt ist, weist der Verbrennungsmotor einen
Turbolader 4 zum erzwungenen Einführen von Luft in den Verbrennungsmotorhauptkörper 1 unter
der Verwendung von Abwärme
des Abgases auf, das zu dem Abgaskrümmer 31 ausgestoßen wird.
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Wie
in 1 gezeigt ist, weist der Verbrennungsmotor ein
Abgasrezirkulationssystem (ein EGR-System) 5 zum Rezirkulieren
eines Teils des Abgases von dem Abgassystem 3 in das Einlasssystem 2 durch
einen EGR-Durchgang 51 auf, der das Einlasssystem 2 mit
dem Abgassystem 3 verbindet. Eine EGR-Rate wird durch Regulieren
einer Rückflussrate
des rezirkulierten Abgases (EGR-Gas) unter der Verwendung eines
EGR-Ventils 52 reguliert, dessen Öffnungsgrad frei wählbar eingerichtet
werden kann. Ein EGR-Kühler 53 ist
in dem EGR-Durchgang 51 angeordnet und kühlt das
EGR-Gas, bevor das EGR-Gas in das Einlasssystem 2 aufgenommen wird.
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Das
EGR-Gas kann den EGR-Kühler 53 durch
Durchströmen
eines Umgehungsdurchgangs 54 umgehen. Der Umgehungsdurchgang 54 mündet in
den EGR-Durchgang 51 an einem Mündungspunkt stromabwärts von
dem EGR-Kühler 53.
Ein Umschaltventil 55 ist an dem Mündungspunkt angeordnet. Das
Umschaltventil 55 schaltet zwischen einem Betriebszustand,
in dem das EGR-Gas zu dem Einlasssystem 2 durch den EGR-Kühler rezirkuliert
wird, und einem anderen Betriebszustand, in dem das EGR-Gas den
EGR-Kühler 53 umgeht
und zu dem Einlasssystem 2 durch den Umgehungsdurchgang 54 (nicht
durch den EGR-Kühler 53)
rezirkuliert wird.
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Das
Einlasssystem 2 weist einen Zwischenkühler 23 auf. Der Zwischenkühler 23 ist
zwischen einem Verdichter des Turboladers 4 und dem Drosselventil 22 angeordnet.
Der Zwischenkühler 23 kühlt die
Einlassluft, die durch den Turbolader 4 aufgeladen wird.
Die Einlassluft kann den Zwischenkühler 23 durch Strömen durch
einen Umgehungsdurchgang 24 umgehen. Der Umgehungsdurchgang 24 mündet in
den Einlassdurchgang an einem Mündungspunkt stromabwärts von
dem Zwischenkühler 23.
Ein Zwischenkühlerumschaltventil 25 ist
an dem Mündungspunkt
angeordnet. Das Zwischenkühlerumschaltventil 25 schaltet
zwischen einem Betriebszustand, in dem die Einlassluft in den Einlasskrümmer 21 durch den
Zwischenkühler 23 eingeführt wird,
und einem weiteren Betriebszustand um, in dem die Einlassluft den
Zwischenkühler 23 umgeht
und in den Einlasskrümmer 21 durch
den Umgehungsdurchgang 24 eingeführt wird.
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Eine
elektronische Steuerungseinheit (ECU) 71 steuert die Kraftstoffeinspritzung
auf der Grundlage eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors, der
durch Sensoren gemessen wird, die an verschiedenen Abschnitten des
Verbrennungsmotors montiert sind. Die Sensoren umfassen einen Drosselpositionssensor 72 zum
Messen eines Öffnungsgrads des
Drosselventils 22 (eines Drosselöffnungsgrads) und einen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 73 zum Messen
einer Sauerstoffkonzentration des Abgases. Ein Drucksensor 74 zum
Messen des Common-Rail-Drucks ist an der Common-Rail 63 montiert.
Der Verbrennungsmotor weist einen Drehzahlsensor 75 zum
Messen einer Verbrennungsmotordrehzahl NE, einen Beschleunigerpositionssensor 76 zum
Messen einer Beschleunigerposition und andere Sensoren auf, die üblicherweise
bei dem Dieselverbrennungsmotor verwendet werden.
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Die
ECU 71 weist verschiedenartige Signalverarbeitungsschaltkreise
und Berechnungsschaltkreise auf. Beispielsweise ist die ECU 71 zentral
an einem Mikrocomputer aufgebaut.
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Die
ECU 71 verwendet einen gemessenen Drosselöffnungsgrad
als Wert eines Drehmoments, das durch einen Fahrzeugfahrer angefordert
wird, und richtet einen Anweisungswert der Kraftstoffeinspritzmenge
gemäß dem Drosselöffnungsgrad
ein. Die ECU 71 steuert Injektoren 11. Insbesondere öffnet die
ECU 71 den Injektor 11 bei einer vorbestimmten
Zeitabstimmung für
eine vorbestimmte Dauer zum Einspritzen des Kraftstoffs. Die ECU 71 steuert die
Kraftstoffdruckfördervorrichtung 72,
so dass der gemessene Common-Rail-Druck mit einem Solldruck übereinstimmt.
Die ECU 71 steuert das EGR-Ventil 52, das Umschaltventil 55,
das Zwischenkühlerumschaltventil 25,
den variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus 12 und dergleichen
gemäß dem Betriebszustand.
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Als
Nächstes
wird eine Verbrennungssteuerung erklärt, die durch die ECU 71 als
Steuerungseinrichtung durchgeführt
wird. Die Steuerung wird wahlweise in einem vorbestimmten Betriebsbereich durchgeführt (später erklärt).
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Zuerst
wird die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Zylinders durch Steuern
der EGR-Rate eingerichtet (Rr). Charakteristiken der Stickoxide, des
Rauchs, des Lärms,
des Kraftstoffverbrauchs und der Zündverzögerungsdauer (einer Dauer von einer
Einspritzzeitabstimmung zu einer Zündzeitabstimmung) mit Bezug
auf die EGR-Rate Rr in dem Fall, in dem eine Einspritzzeitabstimmung
Tinj auf einen oberen Totpunkt (TDC) eingerichtet ist, sind durch
eine durchgezogene Linie "a", eine gestrichelte Linie "b", eine durchgezogene Linie "c", eine gestrichelte Linie "d" bzw. eine durchgezogene Linie "e" in 4 gezeigt.
Wenn die EGR-Rate Rr ansteigt, verringert sich die Sauerstoffkonzentration
und kann eine übermäßige Aktivierung
der Verbrennung in einem Verbrennungsraum nach der Zündung verhindert
werden. Demgemäß kann eine übermäßige Erhöhung der
Verbrennungstemperatur unterbunden werden. Daher verringern sich
die Stickoxide, wenn die EGR-Rate Rr ansteigt, wie durch die durchgezogene
Linie "a" in 4 gezeigt
ist. In diesem Fall kann der Lärm
ebenso verringert werden, wie durch die durchgezogene Linie "c" gezeigt wird, da die übermäßige Aktivierung
der Verbrennung verhindert wird. Wenn die EGR-Rate Rr ansteigt,
wird der Sauerstoff unzureichend in dem Verbrennungsraum und wird
der Rauch verschlechtert (erhöht),
wie durch die gestrichelte Linie "b" gezeigt
ist. Daher ist die EGR-Rate Rr gemäß den Stickoxiden, dem Lärm und dem
Rauch bestimmt, zwischen denen ein Zielkonflikt vorhanden ist. Die
EGR-Rate Rr wird ebenso gemäß anderer
Faktoren bestimmt. Die EGR-Rate Rr wird beispielsweise auf 35 %
eingerichtet (wie durch einen Punkt C1 in 4 gezeigt
ist).
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Als
zweites wird die Zündverzögerung durch Steuern
der Einspritzzeitabstimmung Tinj, bei der die Einspritzung gestartet
wird, und dergleichen wie folgt eingerichtet. Die Zündverzögerung wird
so eingerichtet, dass die Zündzeitabstimmung
später
als der obere Totpunkt liegt und ein Verhältnis einer Vorzündungseinspritzmenge
Qp zu einer gesamten Einspritzmenge Qt in einen vorbestimmten Bereich
fällt (einen
Bereich von 25 % bis 50 % zum Beispiel). Die Vorzündungseinspritzmenge
Qp und die gesamte Einspritzmenge Qt werden wie folgt definiert.
Wenn ein Einspritzimpuls (PULSE) als ein Ventilöffnungssteuerungssignal des
Injektors 11 einmal abgegeben wird, wie durch eine durchgezogene
Linie "a" in 6 gezeigt
ist, wird eine Einspritzrate Ri, deren zeitliches Profil in der
Gestalt eines Trapezoids vorliegt, vorgesehen, wie durch eine durchgezogene
Linie "b" gezeigt ist. Ein
zeitliches Profil einer Wärmeabfuhrrate
Rh (ein Wärmeabfuhrratenmuster)
in verschiedenen Formen entsprechend den Steuerungsbedingungen und
dergleichen wird vorgesehen, wie durch eine durchgezogene Linie "c" in 6 gezeigt ist.
Die Vorzündungseinspritzmenge
Qp ist eine Menge des Kraftstoffs, der in einer Dauer von der Einspritzzeitabstimmung
Tinj zu der Zündzeitabstimmung
Tign eingespritzt wird, von der die Wärmeabfuhrrate Rh ansteigt.
Die gesamte Einspritzmenge Qt ist eine Gesamtmenge des Kraftstoffs,
der gemäß einem
Einspritzimpuls eingespritzt wird.
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Die
Zündverzögerung hängt hauptsächlich von
der Zylindertemperatur und dem Zylinderdruck ab. Wenn die Zylindertemperatur
und der Zylinderdruck ansteigen, wird die Zündverzögerung verkürzt. Daher wird die Zündverzögerung durch
Steuern von zumindest entweder der Einspritzzeitabstimmung Tinj,
die die Zylindertemperatur beeinflusst, der Temperatur des Gases,
das in den Zylinder aufgenommen wird (Zylindereinlassgastemperatur),
der Temperatur des EGR-Gases, eines Verdichtungsverhältnisses,
eines Ladedrucks, der die Zylindertemperatur beeinflusst, oder des
Einspritzdrucks eingerichtet. Charakteristiken der Stickoxide, des
Rauchs, des Lärms,
des Kraftstoffverbrauchs und der Zündverzögerung mit Bezug auf die Einspritzzeitabstimmung Tinj
in dem Fall, in dem die EGR-Rate 35 % beträgt, sind durch eine durchgezogene
Linie "a", eine gestrichelte
Linie "b", eine durchgezogene
Linie "c", eine gestrichelte
Linie "d" bzw. eine durchgezogene
Linie "e" in 7 gezeigt.
Im Allgemeinen wird die Zündverzögerung minimiert,
wenn die Einspritzzeitabstimmung Tinj auf einen gewissen Winkel
vor dem oberen Totpunkt eingerichtet wird, und wird die Zündverzögerung vergrößert, wenn
die Einspritzzeitabstimmung Tinj von dem gewissen Winkel vorgestellt
oder verzögert
wird, wie durch eine durchgezogene Linie "e" in 7 gezeigt
ist. Wenn die Zündverzögerung minimiert
wird, wird die Zündung
in der Nähe
des oberen Totpunkts gestartet. Wenn die Einspritzzeitabstimmung
Tinj vor dem oberen Totpunkt liegt, hat das zeitliche Profil der
Wärmeabfuhrrate
Rh einen großen
Spitzenwert in einem frühzeitigen
Stadium der Verbrennung, wie in 8A gezeigt
ist. Das in 8A gezeigte Profil wird vorgesehen,
wenn die Einspritzzeitabstimmung Tinj auf einen Wert A2 in 7 eingerichtet
wird. Wenn die Einspritzzeitabstimmung Tinj den gewissen Winkel
erreicht, bei dem die Zündverzögerung minimiert
wird, wird der Spitzenwert verringert, wie in 8B gezeigt
ist und wird schließlich
das zeitliche Profil der Wärmeabfuhrrate Rh
auf die in 8C gezeigte Trapezoidgestalt
geändert.
Das in 8D gezeigte Profil wird vorgesehen,
wenn die Einspritzzeitabstimmung Tinj auf einen Wert B2 in 7 eingerichtet
wird. Das in 8C gezeigte Profil wird vorgesehen,
wenn die Einspritzzeitabstimmung Tinj auf einen Wert C2 in 7 eingerichtet
wird.
-
Wenn
die Einspritzzeitabstimmung Tinj auf den gewissen Winkel eingerichtet
wird, bei dem die Länge
der Zündverzögerung minimiert
wird, wird der Rauch am meisten verschlechtert (erhöht), wie
durch die gestrichelte Linie "b" in 7 gezeigt
ist. Der Rauch wird verbessert (verringert), wenn die Einspritzzeitabstimmung
Tinj von dem gewissen Winkel vorgestellt oder verzögert wird.
Daher wird die Einspritzzeitabstimmung Tinj so eingerichtet, dass
die Zündzeitabstimmung
Tign später
als der obere Totpunkt liegt und die Zündverzögerung in dem vorbestimmten
Bereich liegt.
-
Die
EGR-Gastemperatur, die Zylindereinlassgastemperatur, das Verdichtungsverhältnis, der Ladedruck
und der Einspritzdruck können
als Parameter zum Regulieren der Zündverzögerung zusätzlich zu der Einspritzzeitabstimmung
Tinj verwendet werden. Durch Schalten des Umschaltventils 55 zu der
Seite des Umgehungsdurchgangs 54 zum Verhindern, dass EGR-Gas
durch den EGR-Kühler 53 strömt, kann
das EGR-Gas in den Zylinder zugeführt werden, während im
Wesentlichen die Verringerung der EGR-Gastemperatur verhindert wird.
Somit kann auch dann, wenn die Abgastemperatur während eines kalten Zeitraums
oder einer Niedriglastdauer gering ist, die übermäßige Verringerung der EGR-Gastemperatur
verhindert werden.
-
Die
Zylindereinlassgastemperatur ist die Temperatur des Abgases, das
ein Gemisch des EGR-Gases und Frischluft ist und in die Zylinder durch
den Einlasskrümmer 21 aufgenommen
wird. Die Zündverzögerungssteuerung
wird direkt durch die Temperatur des Gases beeinflusst, das durch
Mischen der Frischluft, die durch das Drosselventil 22 tritt
und des EGR-Gases erstellt wird, das durch den EGR-Durchgang 51 vorgesehen
wird. Daher wird die Zylindereinlassgastemperatur als Parameter
zum Steuern der Zündverzögerung gesteuert.
Die Zylindereinlassgastemperatur wird auf der Grundlage der Frischlufttemperatur
und der EGR-Gastemperatur gesteuert. Die Frischlufttemperatur und
die EGR-Gastemperatur können
durch Umschalten der Umschaltventile 25, 55 der
Umgehungsdurchgänge 24 bzw. 54 gesteuert
werden.
-
Das
Verdichtungsverhältnis
wird durch Steuern der Ventilschließzeitabstimmung des Einlassventils
reguliert. Wenn das Verdichtungsverhältnis ansteigt, steigt die
Zylindertemperatur an.
-
Der
Zylinderdruck wird durch Steuern des Ladedrucks des Turboladers 4 reguliert.
Wenn der Ladedruck ansteigt, steigt der Zylinderdruck an. Der Einspritzdruck
wird durch Steuern der Kraftstoffdruckfördervorrichtung 62 so
reguliert, dass der Common-Rail-Druck mit dem Solldruck übereinstimmt.
-
Wenn
die Sauerstoffkonzentration verringert wird, wird die Zündverzögerung verlängert. Wenn
der Einspritzdruck erhöht
wird, wird die Zerstäubung
des Kraftstoffs vorangetrieben und wird die Ausbildung des vorgemischten
Gases vorangetrieben. Daher kann die Zündverzögerung so reguliert werden,
dass das Verhältnis
der Vorzündungseinspritzmenge
Qp zu der gesamten Einspritzmenge Qt in den vorbestimmten Bereich
durch Erhöhen
des Einspritzdrucks fällt.
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Als
Nächstes
wird eine Kraftstoffeinspritzbetriebsart des Injektors 11 in
dem Fall, in dem die vorstehend genannte Steuerung der Zylindersauerstoffkonzentration
und der Zündverzögerung durchgeführt wird,
auf Grundlage der 9 bis 10D erklärt. Ein
Zustand der Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt A3 in 9 ist
in 10A gezeigt. Ein Zustand der Kraftstoffeinspritzung
zu einem Zeitpunkt B3 in 9 ist in 10B gezeigt.
Ein Zustand der Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt C3 ist
in 10C gezeigt. Ein Zustand der Kraftstoffeinspritzung
zu einem Zeitpunkt D3 in 9 ist in 10D gezeigt.
Der Sprühnebel
des Kraftstoffs ist in der Form einer Gruppe von Flüssigkeitstropfen
in einem frühzeitigen
Stadium der Einspritzung vorhanden, wie durch einen Bereich "a" in 10A gezeigt
ist. Wenn der Sprühnebel
von den Einspritzlöchern
zurückweicht,
schreiten die Zerstäubung
und die Verdampfung voran und wird der Kraftstoff mit der Luft weiter
gemischt. Somit werden der Kraftstoff und die Luft ausgeglichen
und wird die Ausbildung des gemischten Gases von Kraftstoff und
Luft vorangetrieben. Wie vorstehend erklärt ist, behindert der Düsenaufbau
des Injektors 11 die Zerstäubung und die Eindringkraft
des Kraftstoffs nicht. Der eingespritzte Kraftstoff bewegt sich
im ganzen entlang der Mittellinien der Einspritzlöcher 831a–833a oder
der Einspritzlöcher 831b, 932b für jeder
der Einspritzlochgruppen 83a, 83b. Da der Sprühnebel des
Kraftstoffs die ausreichende Eindringkraft hat, gibt es eine klare Tendenz,
dass der gemischte Zustand des Kraftstoffs und der Luft ausgeglichener
ist, wenn der Kraftstoff von den Einspritzlöchern 831a–832b zurückweicht. Der
Kraftstoff wird in einem Bereich "b" in 10B, 10C oder 10D zerstäubt
und verdampft. Da die Zerstäubung
nicht behindert wird, kann das vorgemischte Gas ausgebildet werden,
bevor der Kraftstoff eine Wand W der Brennkammer erreicht, die zu den
Einspritzlöchern 831a–832b weist,
wie in 11 gezeigt. Das vorgemischte
Gas wird in einem Bereich "c" in 10B, 10C oder 10D ausgebildet. Das vorgemischte Gas wird in
einem Bereich "d" in 10C oder 10D verbrannt.
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Zum
Ausbilden des vorgemischten Gases, bevor der Kraftstoff die Brennkammerwand
W erreicht, die zu den Einspritzlöchern weist, muss ein gewisser
Abstand D zwischen einer Spitze des Sprühnebels, der während der
Zündverzögerung ausgebildet
wird, und der Brennkammerwandfläche W
vorgesehen werden, wie in 11 gezeigt
ist. Der gewisse Abstand D sollte vorzugsweise innerhalb eines vorbestimmten
Bereichs eingerichtet werden. Beispielsweise wird der vorbestimmte
Bereich des Abstands D durch eine folgende Gleichung (1) definiert. 0 < D ≤ L1 × 0,2 (1)
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In
der Gleichung (1) stellt L1 einen Abstand zwischen dem Einspritzloch
der Düse 11a und
der Spitze des Sprühnebels
dar und ist L2 ein Abstand zwischen dem Einspritzloch der Düse 11a und
der Brennkammerwand W, wie in 11 gezeigt
ist. Der gewisse Abstand D wird durch Subtrahieren des Abstands
L1 von dem Abstand L2 berechnet.
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Das
Ausmaß des
Verbrennungsraums kann durch Steuern der Sauerstoffkonzentration
reguliert werden. Die Sauerstoffkonzentration kann durch Regulieren
der EGR-Rate Rr gesteuert werden. Daher kann der Verbrennungsraum
auf innerhalb des Vormischraums beschränkt werden, so dass der Verbrennungsraum
sich nicht in einen Raum ausdehnt, in dem Kraftstoff und Luft nicht
ausreichend gemischt sind. Darüber
hinaus kann durch Steuern der Zündverzögerung die
Fortschrittsgeschwindigkeit der Verbrennung (Verbrennungsfortschrittsgeschwindigkeit) reguliert
werden. Daher können
eine Geschwindigkeit, bei der das vorgemischte Gas neu ausgebildet wird
(Vormischgasausbildungsgeschwindigkeit), und die Verbrennungsfortschrittsgeschwindigkeit
ausgewiesen werden. Somit wird das vorgemischte Gas zu der Spitze
des Kraftstoffsprühnebels
sequentiell zugeführt,
wie in den 10A bis 10D gezeigt
ist, und kann eine konstante Wärmeabfuhrrate
Rh vorgesehen werden. Somit tritt die vorgemischte Verbrennung in
dem Vormischraum eines konstanten Ausmaßes auf. Somit bleibt die Wärmeabfuhrrate
Rh konstant und wird das Wärmeabfuhrratenmuster
in der Gestalt eines Trapezoids erhalten, wie in 9 gezeigt
ist. Somit kann die Verringerung der Stickoxide, des Lärms und
des Rauchs gleichzeitig erzielt werden. Diese Wirkung wird erzielt,
wenn die EGR-Rate Rr ein gewisser Wert C1 ist, wie in den 4 und 5C gezeigt
ist, oder wenn die Einspritzzeitabstimmung Tinj eine gewisse Zeitabstimmung
C1, wie in den 7 und 8C gezeigt
ist. Wenn sich die EGR-Rate Rr von dem gewissen Wert C1 ändert oder
wenn sich die Einspritzzeitabstimmung Tinj von der gewissen Zeitabstimmung
C2 ändert, ändert sich
das Wärmeabfuhrratenmuster
von der Trapezoidgestalt zu einem Profil, das eine Spitze bzw. einen
Spitzenwert in einem frühzeitigen
Stadium der Verbrennung hat, wie in 5A, 5B, 8A oder 8B gezeigt
ist, oder zu einem spitzenförmigen
Profil im ganzen, wie in 5D oder 8D gezeigt
ist. Das in 5A gezeigte Wärmeabfuhrratenmuster
wird vorgesehen, wenn die EGR-Rate
Rr auf einen Wert A1 in 4 eingerichtet wird. Das in 5B gezeigte
Wärmeabfuhrratenmuster
wird vorgesehen, wenn die EGR-Rate Rr auf einen Wert B1 in 1 eingerichtet
wird. Das in 5D gezeigte Wärmeabfuhrratenmuster
wird vorgesehen, wenn die EGR-Rate Rr auf einen Wert D1 in 4 eingerichtet
wird. Das in 8D gezeigte Wärmeabfuhrratenmuster
wird vorgesehen, wenn die Einspritzzeitabstimmung Tinj auf eine
Zeitabstimmung B2 eingerichtet wird, wie in 7 gezeigt
wird.
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Der
Abstand zwischen jedem der Einspritzlöcher 831a–832b der
Düse 11a und
der Verbrennungsraum hängen
von der Zündverzögerung und der
Eindringkraft ab, die durch die Düse 11a vorgesehen
wird. Die Eindringkraft hängt
von dem Einspritzdruck des Kraftstoffs ab. Der Einspritzdruck kann durch
Regulieren des Common-Rail-Drucks geändert werden. Daher wird der
Common-Rail-Druck so eingerichtet, dass die Wärmeabfurhrate Rh konstant gehalten
wird und das vorgemischte Gas sequentiell für die Verbrennung zugeführt wird.
-
Wenn
die Sprühnebel
einander aufgrund einer Luftströmung
während
des Prozesses der Ausbildung des Vormischraums stören, kann
ein gleichmäßig gemischtes
Gas nicht ausgebildet werden und erhöht sich der Verbrennungsbetrag.
Demgemäß kann die
Wärmeabfuhrrate
Rh mit dem Trapezoidprofil nicht erhalten werden und dehnt sich
der Verbrennungsraum in den Raum aus, in dem Kraftstoff nicht mit
der Luft ausreichend gemischt ist. Als Ergebnis wird der Rauch verschlechtert
(erhöht).
Daher sollte die Störung
zwischen den angrenzenden Sprühnebeln
vorzugsweise durch verringernde Wirbel bzw. Dralle verhindert werden.
Ein Drallverhältnis
sollte vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 eingerichtet
werden.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
der eingespritzte Kraftstoff nur in dem Vormischraum diffundiert
und verbrannt. Wenn der von einer gewissen Einspritzlochgruppe eingespritzte
Sprühnebel
einen von einer angrenzenden Einspritzlochgruppe eingespritzten
Sprühnebel
stört,
wird die vorstehend erklärte
Verbrennungsart nicht gebildet und erhöht sich der Verbrennungsbetrag.
In diesem Fall können
Rauch und Lärm
verschlechtert (erhöht)
werden. Daher wird zum Verhindern der Störung zwischen angrenzenden
Sprühnebeln
ein Verhältnis
der Menge q des Kraftstoffs, der von einer Einspritzlochgruppe pro
Zeiteinheit eingespritzt wird, zu einem Zylindervolumen V geteilt
durch die Anzahl N der Einspritzlochgruppen als Index (q/(V/N))
eingesetzt und wird der Index (q/(V/N)) in einen vorbestimmten Bereich
eingerichtet (einen Bereich, der gleich wie oder geringer als 5
ist, wie in 12 beispielsweise gezeigt ist,
wenn die Zeiteinheit eine Minute ist). Wie in 13A gezeigt ist, wird die Wärmeabfuhrrate Rh eine Trapezoidgestalt,
wenn der Index (q/(V/N)) auf innerhalb des vorbestimmten Bereichs
eingerichtet wird, wenn die Einspritzzeitabstimmung auf den oberen
Totpunkt eingerichtet wird und die EGR-Rate auf 35 % eingerichtet
wird. Somit können
Rauch und Lärm
verringert werden, wie in 12 gezeigt
ist. Wenn der Index (q/(V/N)) größer als
5 ist, wird das Muster der Wärmeabfuhrrate
Rh das spritzenförmige Muster
im ganzen, wie in 13B gezeigt ist.
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In
der in dem Patentdokument 1 offenbarten Technologie wird der Kraftstoff
gezündet,
nachdem die Einspritzung beendet ist. Daher wird das Ausmaß des Vormischraums
sehr groß.
Als Ergebnis wird eine große
Wärmemenge
erzeugt und erhöht
sich der Lärm.
Dagegen tritt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Verbrennung
sequentiell bei einem konstanten Verhältnis auf. Daher wird der Lärm auf ein
Niedrigstniveau begrenzt. Da darüber
hinaus der zu verbrennende Kraftstoff schon zu dem vorgemischten
Gas verändert
ist, kann die Erzeugung von Rauch unterbunden werden.
-
In
der Technologie des Patentdokuments 1 diffundiert der in dem frühzeitigen
Stadium der Einspritzung eingespritzte Kraftstoff während der
langen Zündverzögerung und
wird das gemischte Gas übermäßig mager.
Als Ergebnis besteht die Möglichkeit, dass
Kohlenwasserstoff oder Kohlenmonoxid ausgebildet wird. Dagegen wird
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Verbrennung sequentiell von der Verbrennung des Kraftstoffs
durchgeführt,
der eingespritzt wird und zuerst vorgemischt wird. Daher kann die
Ausbildung des mageren Vormischraums verhindert werden. Somit kann
die Ausbildung von Kohlenwasserstoff oder Kohlenmonoxid unterbunden
werden.
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Die
Zündverzögerung wird
so eingerichtet, dass das Verhältnis
der Vorzündungseinspritzmenge Qp
zu der gesamten Einspritzmenge Qt in einem vorbestimmten Bereich "B", wie in 14 gezeigt
ist. Ein Punkt "c" in 14 stellt
das Verhältnis
(1,0) der Vorzündungseinspritzmenge
Qp zu der gesamten Einspritzmenge Qt in der Technologie von dem
Patentdokument 1 dar. Ein Hubabstand L der Nadel 82 und
die Wärmeerzeugungsrate
Rh in dem Betriebsbereich B, wie in 14 gezeigt
ist, sind in 15 gezeigt. Eine Dauer "a", die in 15B gezeigt
ist, stellt die Zündverzögerung dar.
Der Hubabstand L der Nadel 82 und die Wärmeabfuhrrate Rh in dem in 14 gezeigten
Betriebsbereich "A" sind in 15A gezeigt. Der Hubabstand L der Nadel 82 und
die Wärmeabfuhrrate
Rh in dem in 14 gezeigten Betriebsbereich "C" sind in 15C gezeigt. Wenn
die Zündverzögerung kurz
ist oder wenn das Verhältnis
der Vorzündungseinspritzsmenge
Qp zu der gesamten Einspritzmenge Qt klein ist, ist der Vormischraum
klein. In diesem Fall wird der Kraftstoff gezündet, bevor der Kraftstoff
mit dem Zylindergas ausreichend gemischt ist, und wird eine große Menge Kraftstoff
nach der Zündung
eingespritzt. Daher steigt die Zylindertemperatur an und dehnt sich
der Verbrennungsraum in den Raum aus, in dem der Kraftstoff nicht
mit dem Zylindergas ausreichend gemischt ist. Als Ergebnis wird
der Rauch erzeugt. Wenn die Zündverzögerung lang
ist oder wenn das Verhältnis
der Vorzündungseinspritzmenge
Qp zu der gesamten Einspritzmenge Qt groß ist, wird der Vormischraum
vergrößert und
wird eine große
Wärmemenge
erzeugt und wird der Lärm
gesteigert. Daher wird die Zündverzögerung in
den vorbestimmten Bereich eingerichtet, der gemäß dem Rauch und dem Lärm bestimmt
wird, die eine Beziehung eines Zielkonflikts haben.
-
Die
Zündverzögerung wird
auf der Grundlage des Verhältnisses
der Vorzündungseinspritzmenge
Qp zu der gesamten Einspritzmenge Qt definiert. Wenn daher der Betriebszustand
sich in einem Betriebsbereich befindet, in dem die gesamte Einspritzmenge
Qt relativ groß ist,
verschiebt sich der Bereich der Zündverzögerung entsprechend dem vorbestimmten
Bereich des Verhältnisses
der Vorzündungseinspritzmenge
Qp zu der gesamten Einspritzmenge Qt zu einem Bereich, der eine
längere
Zündverzögerung vorsieht.
Wenn der Betriebszustand ein weiterer Betriebsbereich ist, in dem
die gesamte Einspritzmenge Qt relativ klein ist, verschiebt sich
der Bereich der Zündverzögerung entsprechend
dem vorbestimmten Bereich des Verhältnisses der Vorzündungseinspritzmenge
Qp zu der gesamten Einspritzmenge Qt zu einem Bereich, der eine
kürzere Zündverzögerung vorsieht.
Dieses Phänomen
deutet an, dass das Ausmaß des
Vormischraums zu der Zündungsstartzeitabstimmung
sich in dem Betriebsbereich vergrößert, in dem die gesamte Einspritzmenge
Qt groß ist,
und sich das Ausmaß des
Vormischraums bei der Zündungsstartzeitabstimmung
in dem Betriebsbereich verringert, in dem die gesamte Einspritzmenge
Qt klein ist. Genauer gesagt ist die Wärmeabfuhrrate Rh in dem Betriebsbereich
groß,
in dem die gesamte Einspritzmenge Qt groß ist und ist die Wärmeabfuhrrate
Rh in dem Betriebsbereich gering, in dem die gesamte Einspritzmenge
Qt klein ist. Somit können
Charakteristiken erhalten werden, dass die Wärmeabfuhrrate Rh und der Lärm verringert
werden, wenn die gesamte Einspritzmenge Qt sich verringert. Allgemein
wird eine striktere Verhinderung des Lärms erforderlich, wenn die
gesamte Einspritzmenge Qt sich verringert. Die Lärmverringerungswirkung, die
mit einem erforderlichen Niveau anspricht, kann durch die vorstehend
genannte Verbrennungssteuerung erzielt werden.
-
In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt
das Verhältnis
der Vorzündungseinspritzmenge Qp
zu der gesamten Einspritzmenge Qt in dem Bereich von 0,25 bis 0,5,
der durch spezifische Zahlen definiert ist. Der vorbestimmte Bereich ändert sich gemäß dem Aufbau
der Brennkraftmaschine und dergleichen. Wenn beispielsweise die
Kraftstoffeinspritzcharakteristiken des Injektors 11, wie
z.B. die Zerstäubungsfähigkeit
oder die Eindringkraft verbessert werden, kann das vorgemischte
Gas rascher ausgebildet werden. In diesem Fall verschiebt sich der
vorbestimmte Bereich zu einem Bereich, der durch kleinere Werte
definiert wird.
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Als
Nächstes
wird ein vorbestimmter Betriebsbereich, in dem die vorstehend genannte
Verbrennungssteuerung durchgeführt
wird, auf der Grundlage von 16 erklärt. Die
Verbrennungssteuerung wird in einem Mittellastbetriebsbereich "A" in 16 durchgeführt. Die
Verbrennungssteuerung wird nicht in einem Hochlastbetriebsbereich
oder einem Niedriglastbetriebsbereich durchgeführt. Wenn die Verbrennungsmotordrehzahl
NE hoch ist, steigt die Zylindertemperatur an und wird die Zündzeitabstimmung
vorgestellt. Demgemäß wird es
schwierig, das Verhältnis
der Vorzündungseinspritzmenge
Qp zu der gesamten Einspritzmenge Qt innerhalb des vorbestimmten
Bereichs einzurichten. Daher wird die vorstehend genannte Verbrennungssteuerung
nicht durchgeführt,
wenn die Drehzahl NE eine vorbestimmte obere Grenzdrehzahl übersteigt.
Wenn die Last gering ist, ist die Zylindertemperatur niedrig und ist
die gesamte Einspritzmenge Qt klein. Wenn die Last hoch ist, ist
eine große
Menge an Frischluft erforderlich. Daher wird in derartigen Fällen die EGR-Rate
auf einen niedrigen Wert eingerichtet, so dass die vorstehend genannte
Verbrennungssteuerung nicht durchgeführt wird. Das liegt daran,
dass die vorliegende Erfindung darauf abzielt, die Probleme zu beseitigen,
die durch die EGR verursacht werden, und nicht eine ausreichende
Wirkung ausübt, auch
wenn die vorliegende Erfindung angewendet wird, wenn die EGR-Rate
selbst niedrig ist. In 16 stellt Tr ein Drehmoment
dar, das durch den Verbrennungsmotor abgegeben wird und ist NEi
eine Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors.
-
Wenn
der Zerstäubungsgrad
des Sprühnebels
aufgrund einer Verschlechterung mit Zeit verschlechtert wird, dehnt
sich der Verbrennungsraum von dem Vormischraum in Richtung auf den
Zerstäubungsraum,
der stromaufwärts
von dem Vormischraum entlang einer Richtung des Sprühnebels
ausgerichtet wird, unter einer Bedingung aus, dass die Zylindertemperatur
hoch ist. In diesem Fall wird der Sprühnebel in dem Raum verbrannt,
in dem der Kraftstoff nicht ausreichend vorgemischt wird, und kann
der Rauch leichter erzeugt werden. In dem Fall, in dem der Zerstäubungsgrad
verschlechtert wird, wird eine Nacheinspritzung zusätzlich so
durchgeführt,
dass der Rauch zur gleichen Zeit verbrannt wird, wenn der Kraftstoff,
der bei der Nacheinspritzung eingespritzt wird, in der Brennkammer verbrannt
wird. Somit kann die Erzeugung von Rauch sicher auch unter der Bedingung
unterbunden werden, dass die Zylindertemperatur hoch ist.
-
Zusätzlich zu
dem trapezförmigen
Wärmeerzeugungsmuster,
das in 17A gezeigt ist, kann ein Wärmeabfuhrratenmuster
mit im Wesentlichen keinem Spitzenwert, wie z.B. ein Muster, das
in der Gestalt einer umgekehrten Schale ausgebildet ist, wie in 17B gezeigt ist, oder ein Muster, das einen kleinen
Spitzenwert in dem frühzeitigen
Stadium der Verbrennung hat, wie in 17C gezeigt
ist, durch Durchführen
der Verbrennungssteuerung des vorliegenden Ausführungsbeispiels vorgesehen
werden.
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Die
vorliegende Erfindung sollte nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel
beschränkt
werden, sondern sie kann auf viele andere Arten ohne Abweichen von
dem Anwendungsbereich der Erfindung ausgeführt werden, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist.
-
Somit
spritzt der Kompressionszündungsverbrennungsmotor
Kraftstoff durch Einspritzlöcher 831a, 832a, 833a, 831b, 832b eines
Injektors 11 bei einer im Wesentlichen konstanten Einspritzrate
zum Zerstäuben
des Kraftstoffs ein, so dass der Kraftstoff einfach verdampft werden
kann, und um zu veranlassen, dass der Kraftstoff eine Atmosphäre innerhalb des
Zylinders durchdringt. Somit sieht der Verbrennungsmotor eine räumliche
Verteilung des eingespritzten Kraftstoffs vor, bei der die Mischung
des Kraftstoffs und der Luft voranschreitet, wenn der Kraftstoff
von dem Einspritzloch 831a, 832a, 833a, 831b, 832b zurückweicht,
und der Kraftstoff einen Vormischraum erreicht, bei dem der Kraftstoff
mit der Luft vorgemischt wird. Der Verbrennungsmotor steuert eine
Sauerstoffkonzentration innerhalb des Zylinders und eine Zündverzögerung,
so dass ein Verhältnis
einer Menge des Kraftstoffs, die vor einem Start einer Zündung eingespritzt wird,
zu einer gesamten Kraftstoffeinspritzmenge in einem Bereich von
25 % bis 50 % liegt, und so dass das vorgemischte Gas, das in dem
Vormischraum ausgebildet wird, seriell verbrannt wird.