DE102005015844A1

DE102005015844A1 - Homogener Ladekompressionszündungsmotor und Verfahren zum Betätigen des homogenen Ladekompressionszündungsmotors

Info

Publication number: DE102005015844A1
Application number: DE102005015844A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kariya Kuzuyama
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2005-12-15
Also published as: US20050224045A1; CN100416058C; JP2005320948A; CN1680695A; US6983730B2

Abstract

Ein homogener Ladekompressionszündungsmotor hat eine Verbrennungskammer und einen Kolben zum Komprimieren und Zünden eines Luft/Kraftstoffgemischs in der Verbrennungskammer. Ein variabler Ventilbetätigungsmechanismus öffnet und schließt ein Auslassventil zum Ausführen einer inneren Abgasrückführung. Eine Heizeinrichtung erhitzt das Gemisch, bevor das Gemisch zu der Verbrennungskammer zugeführt wird. Ein Speicher speichert Zuordnungsinformationen des Betrags der inneren Abgasrückführung und des erhitzten Zustands des Gemischs, das durch die Heizeinrichtung erhitzt wird, die notwendig zum Ausführen der homogenen Ladekompressionszündung im Hinblick auf die Last des Motors und die Drehzahl der Ausgangswelle sind. Eine Steuereinrichtung steuert den variablen Ventilbetätigungsmechanismus und die Heizeinrichtung zum Erreichen des Betrags der inneren Abgasrückführung und des Heizzustands des Gemischs in Übereinstimmung mit der Last und der Drehzahl, die für den Motor erforderlich sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen homogenen Ladekompressionszündungsmotor und ein Verfahren zum Betätigen eines homogenen Ladekompressionszündungsmotors. Im speziellen bezieht sich die Erfindung auf einen homogenen Ladekompressionszündungsmotor, der für die Verwendung als ein stationärer Motor für einen alleinigen Leistungsgenerator oder dergleichen optimal ist.

Herkömmliche Motoren können in zwei Arten kategorisiert werden, nämlich einen funkengezündeten Motor (SI-Motor) und einen Dieselmotor. Die thermische Effizienz des SI-Motors kann durch Verursachen, dass das Luft/Kraftstoffgemisch mager ist, erhöht werden. Jedoch besteht eine Grenze des Konzentrationsverhältnisses, bei welchem sich eine Zündung ausbreitet. Daher benötigt ein SI-Motor eine Einstellung der Luftmenge mit einem Drosselventil. Als Folge ist die thermische Effizienz des SI-Motors geringer als die eines Dieselmotors. Umgekehrt hat ein Dieselmotor eine zufriedenstellende thermische Effizienz. Jedoch mischt der Dieselmotor nicht hinreichend Kraftstoff und Luft. Als Folge tendiert ein NOx dazu, wegen der örtlichen Verbrennung des Kraftstoffs bei hohen Temperaturen erzeugt zu werden, und Ruß tendiert dazu, wegen der örtlichen Anreicherung erzeugt zu werden.

Im Vergleich zu solchen Motoren mischt ein homogener Ladekompressionszündungsmotor Luft und Kraftstoff vor. Daher ist die Wahrscheinlichkeit einer örtlichen hohen Temperaturverbrennung oder einer Anreicherung gering, wobei die erzeugte Menge von NOx und Ruß klein ist. Weiter verursachen bei einem homogenen Ladekompressionsmotor chemische Änderungen eine Zündung. Daher ist die Abhängigkeit von dem Konzentrationsverhältnis kleiner als die eines SI-Motors. Als Folge ist der homogene Ladekompressionszündungsmotor dazu im Stande ein maßgeblich mageres Luft/Kraftstoffgemisch zu verursachen, während dieser eine thermische Effizienz bei dem gleichen Niveau wie ein Dieselmotor erreicht. Mit solchen Vorteilen erhalten homogene Ladekompressionsmotoren viel Aufmerksamkeit. Jedoch würde bei einem homogenen Ladekompressionszündungsmotor eine übermäßig hohe Hitze in einer plötzlichen Verbrennung resultieren, wobei eine unzureichend hohe Hitze in Fehlzündungen resultieren würde. Daher neigen im Vergleich zu anderen Motoren Fehlzündungen, Klopfen und Vorzündungen leichter aufzutreten. Dies tendiert dazu, den betriebsfähigen Bereich des homogenen Ladekompressionszündungsmotors zu verengen.

Ein Viertaktmotor mit niedriger NOx-Emission, der die Menge von Kohlenwasserstoff (HC), die zusammen mit Abgas emittiert wird, durch in Anspruchnahme des Vorteils der homogen Ladekompressionszündung verringert, wurde vorgeschlagen (man beziehe sich beispielsweise auf die japanische offengelegte Patentveröffentlichungsschrift mit der Nr. 2000-64863). Der Motor, der in der Veröffentlichung beschrieben wird, hat einen variablen Ventilbetätigungsmechanismus, der die Ventilzeit eines Ansaugventils und eines Auslassventils in Übereinstimmung damit, ob die Last des Motors niedrig oder hoch ist, variiert. Wenn die Motorlast hoch, wird die Ventilzeit derart festgelegt, dass das Auslassventil schließt, wenn der Kolben nahe dem oberen Totpunkt ist. Wenn die Motorlast niedrig ist, wird so wie sich die Last verringert, die Ventilschließzeit derart festgelegt, dass das Auslassventil zu einer früheren Zeit schließt, bevor der Kolben den oberen Totpunkt während des Auslasshubs erreicht. Weiter zündet und verbrennt eine Zündvorrichtung, die in der Verbrennungskammer angeordnet ist, Kraftstoff, wenn der Kolben nahe des oberen Totpunkts bei der Kompression ist, wenn die Motorlast bei einem hohen Zustand ist. Wenn die Motorlast niedrig ist, führt der Motor eine homogene Ladekompressionszündung aus, anstelle des Zündens des Kraftstoffs mit der Zündvorrichtung. Das heißt, dass der variable Ventilbetätigungsmechanismus während einer homogenen Ladekompressionszündung die Zeit einstellt, bei welcher das Auslassventil schließt, um eine innere Abgasrückführung (EGR) auszuführen.

Ein homogener Ladekompressionszündungsmotor, der einiges Abgas rückführt und das rückgeführte Abgas in ein vorgemischtes Gemisch lädt, so dass eine Zündung leicht auftritt, wurde ebenso vorgeschlagen (man beziehe sich beispielsweise auf die japanische offengelegte Patentveröffentlichungsschrift mit der Nr. 2000-240513). Die Veröffentlichungsschrift schlägt die Verwendung eines Wärmetauschers vor, der Kraftstoffgas, Ansaugluft oder das Luft/Kraftstoffgemisch erhitzt. Der Wärmetauscher erhitzt das vorgemischte Gemisch derart, dass eine Zündung leicht bei dem Motor auftritt. Heißwasser, das durch einen Wasserheizer erzeugt wird, oder das Abgas des Motors werden als Beispiele der Heizquelle für den Wärmetauscher gegeben.

Weiter wurde ein homogener Ladekompressionszündungsmotor, der einen Lader zum Zuführen von geladener Luft (Ansaugluft) der Verbrennungskammer, eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Luft mit einem Kühlmittel, die durch den Lader zugeführt und erhitzt wird, und eine Ladererfassungseinrichtung zum Erfassen des Ladezustands des Laders hat, wurde vorgeschlagen (man beziehe sich beispielsweise auf die japanische offengelegte Patentveröffentlichungsschrift mit der Nr. 2001-221075). Der Lader wird durch das Abgas des homogenen Ladekompressionszündungsmotors angetrieben. Ein Kühlturm kühlt das Kühlmittel mit Luft. Der homogene Ladekompressionszündungsmotor hat ebenso eine Konzentrationsverhältnisfestlegeeinrichtung, welche den Betrag des zugeführten Kraftstoffs zu dem festgelegten Konzentrationsverhältnis des vorgemischten Gemischs festlegt, und eine Lufttemperaturfestlegeeinrichtung, welche die Temperatur der Luft, die zu der Verbrennungskammer zugeführt wird, festlegt. Der Motor speichert die Motorausgabe im Hinblick auf das Konzentrationsverhältnis und die Temperatur der zugeführten Luft unter einem Überladungszustand. Der Motor hat weiter eine Ausgabefestlegeeinrichtung, die die Motorausgabe durch Betätigen der zwei oben erwähnten Festlegeeinrichtungen basierend auf der gespeicherten Beziehung zum Einstellen des Konzentrationsverhältnisses und der Temperatur der zugeführten Luft festlegt.

Der Motor, der in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichungsschrift mit der Nr. 2000-64863 beschrieben wird, führt eine innere EGR zum Erhöhen der Temperatur des vorgemischten Gemischs und zum Erleichtern der Zündung aus. Jedoch wird die thermische Energie zum Erhitzen des vorgemischten Gemischs unzureichend, wenn der Motor im Leerlauf ist und wenn lediglich die innere EGR ausgeführt wird. In solch einem Fall wird die homogene Ladekompressionszündung unstabil.

Das Verfahren, das in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichungsschrift mit der Nr. 2000-240513 beschrieben wird, das einiges vom Abgas zu dem Ansaugdurchgang rückführt und das Abgas in das vorgemischte Gemisch zum Heizen des vorgemischten Gemischs überlädt, das heißt, das Verfahren, das eine äußere EGR zum Erhöhen der Temperatur des vorgemischten Gemischs verwendet, hat einen niedrigen Heizeffekt. Dies rührt daher, dass die hohe Effizienz der homogenen Ladekompressionszündung in einer niedrigen Abgastemperatur resultiert. Daher erhöht die Verwendung der Abgasrückführung (äußere EGR) geringfügig die Temperatur der Ansaugluft. Jedoch wird die spezifische Wärme des Luft/Kraftstoffgemischs ebenso erhöht. Dies kann die Temperatur bei dem Kompressionsende des Kolbens (oberer Totpunkt) verringern, was sich auf die Zündung auswirkt.

Ein anderes Verfahren, das in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichungsschrift mit der Nr. 2000-240513 beschrieben wird, erhitzt das vorgemischte Gemisch mit einem Wärmetauscher, der Abgas oder Heißwasser als eine Wärmequelle verwendet. Bei diesem Verfahren kann es schwer werden, das vorgemischte Gemisch auf eine hinreichende Temperatur wegen der niedrigen Abgastemperatur und der Länge des Durchgangs, der sich durch den Wärmetauscher erstreckt zu erhitzen. Die Veröffentlichung beschreibt eine Brenneinrichtung, die für das Erhitzen zum Erhalten des Heißwassers verwendet wird. Wenn der Kraftstoffverbrauch der Brenneinrichtung in Betracht gezogen wird, ist es schwierig, die Energieeffizienz der gesamten Vorrichtung zu erhöhen, selbst wenn die homogene Ladekompressionszündung eine hohe Verbrennungseffizienz gewährleistet. Weiter muss zum Erhitzen des Luft/Kraftstoffgemischs auf eine Temperatur, die die homogene Ladekompressionszündung lediglich mit der Ansaugluft stabilisiert, die Ansauglufttemperatur auf 120°C oder größer erhöht werden. Daher müssen Maßnahmen, solche die Heißwasser mit Druck beaufschlagen erwogen werden, wenn Heißwasser verwendet wird, so dass das Heißwasser nicht siedet.

Wie in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichungsschrift mit der Nr. 2001-221075 beschrieben, hat der homogene Ladekompressionszündungsmotor eine Einrichtung zum Erhitzen des Luft/Kraftstoffgemischs mit einem Lader, der überladete Luft (Ansaugluft) zuführt. Dies erhält die notwendige Hitze, wenn der Motor bei hoher Drehzahl betrieben wird. Jedoch wird das Erhitzen des vorgemischten Gemischs unzureichend, wenn der Motor bei einer niedrigen Drehzahl betrieben wird. Wenn eine andere Antriebsquelle, solche wie ein Motor zum Antreiben des Laders verwendet wird, würde der Lader dazu im Stande sein Luft zu überladen. Jedoch würde dies Energie verbrauchen. Weiter würde die Verwendung eines Laders in einer komplizierten Temperatureinstelleinrichtung für die Ansaugluft resultieren. Beispielsweise würde eine Kühleinrichtung notwendig werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen homogenen Ladekompressionszündungsmotor bereitzustellen, der es ermöglicht, eine homogene Ladekompressionszündung in einem großen Bereich mit einer einfachen Anordnung auszuführen. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Motors bereitzustellen.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein homogener Ladekompressionszündungsmotor zum Betreiben mit einem Gemisch aus Kraftstoff und sauerstoffenthaltendem Gas. Der Motor hat eine Verbrennungskammer zum Zuführen von dem Gemisch aus Kraftstoff und sauerstoffenthaltendem Gas. Ein sich hin- und herbewegender Kolben komprimiert und zündet das Gemisch in der Verbrennungskammer. Eine Ausgangswelle wird durch das Hin- und Herbewegen des Kolbens gedreht. Ein Ansaugventil und ein Auslassventil öffnen und schließen die Verbrennungskammer. Ein variabler Ventilbetätigungsmechanismus öffnet und schließt das Ansaugventil oder das Auslassventil zum Ausführen der inneren Abgasrückführung. Eine Heizeinrichtung erhitzt das sauerstoffenthaltende Gas oder das Gemisch, bevor das sauerstoffenthaltende Gas oder das Gemisch der Verbrennungskammer zugeführt wird. Ein Speichergerät speichert Zuordnungsinformationen eines Betrags der inneren Abgasrückführung und eines erhitzten Zustands des sauerstoffenthaltenden Gases oder Gemisches, das durch die Heizeinrichtung erhitzt wird, die notwendig zum Ausführen der homogenen Ladekompressionszündung im Hinblick auf die Last des Motors und die Drehzahl der Ausgangswelle sind. Eine Steuereinrichtung steuert den variablen Ventilbetätigungsmechanismus und die Heizeinrichtung zum Erreichen des Betrags der inneren Abgasrückführung und des erhitzten Zustands des sauerstoffenthaltenden Gases oder Gemisches in Übereinstimmung mit der Last, die für den Motor erforderlich ist, und der Drehzahl, die für die Ausgangswelle erforderlich ist.

Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines homogenen Ladekompressionszündungsmotors. Das Verfahren hat die Schritte des Zuführens eines Gemischs aus Kraftstoff und sauerstoffenthaltendem Gas zu einer Verbrennungskammer, des Komprimierens und Zündens des Gemischs in der Verbrennungskammer durch Hin- und Herbewegen eines Kolbens, des Drehens einer Ausgangswelle durch das Hin- und Herbewegen des Kolbens, des Öffnens und Schließens der Verbrennungskammer mit einem Ansaugventil und einem Auslassventil, des Antreibens eines variablen Ventilbetätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen des Ansaugventils oder des Auslassventils, um eine innere Abgasrückführung auszuführen, des Speicherns von Zuordnungsinformationen, die einen Betrag einer inneren Abgasrückführung und einen erhitzten Zustand des sauerstoffenthaltenden Gases oder Gemisches angeben, die zum Ausführen einer homogenen Ladekompressionszündung im Hinblick auf die Last des Motors und die Drehzahl der Ausgangswelle notwendig sind, des Bestimmens aus den Zuordnungsinformationen, ob die Last, die für den Motor erforderlich ist, und die Drehzahl, die für die Ausgangswelle erforderlich ist, in einem Bereich sind, der eine homogene Ladekompressionszündung ermöglicht, und des Steuerns des variablen Ventilbetätigungsmechanismus basierend auf den Zuordnungsinformationen zum Erreichen des Betrags der inneren Abgasrückführung und des erhitzten Zustands des sauerstoffenthaltenden Gases oder Gemischs in Übereinstimmung mit der Last, die für den Motor erforderlich ist, und der Drehzahl, die für die Ausgangswelle erforderlich ist, wenn die erforderliche Last und die erforderliche Drehzahl in dem Bereich sind, der eine homogene Ladekompressionszündung ermöglicht, während des Erhitzens des sauerstoffenthaltenden Gases oder Gemisches, bevor das sauerstoffenthaltende Gas oder das Gemisch der Verbrennungskammer zugeführt wird.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines homogenen Ladekompressionszündungsmotors. Das Verfahren hat die Schritte: Zuführen eines Gemischs aus Kraftstoff und sauerstoffenthaltenden Gases zu einer Verbrennungskammer, Komprimieren und Zünden des Gemischs in der Verbrennungskammer durch Hin- und Herbewegen eines Kolbens, Drehen einer Ausgangswelle durch Hin- und Herbewegen des Kolbens, Öffnen und Schließen der Verbrennungskammer mit einem Ansaugventil und einem Auslassventil, Antreiben eines variablen Ventilbetätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen des Ansaugventils oder des Auslassventils, um eine innere Abgasrückführung auszuführen, Speichern einer Abbildung, die einen Betrag der inneren Abgasrückführung und einen erhitzten Zustand des sauerstoffenthaltenden Gases oder Gemisches zeigt, die zum Ausführen einer homogenen Ladekompressionszündung im Hinblick auf die Last des Motors und die Drehzahl der Ausgangswelle notwendig sind, Steuern des variablen Ventilbetätigungsmechanismus basierend auf der Abbildung zum Erreichen des Betrags der inneren Abgasrückführung und des erhitzten Zustands des sauerstoffenthaltenden Gases oder Gemisches in Übereinstimmung mit der Last, die für den Motor erforderlich ist, und der Drehzahl, die für die Ausgangswelle erforderlich ist, während des Erhitzens des sauerstoffenthaltenden Gases oder Gemisches, bevor das sauerstoffenthaltende Gas oder das Gemisch zu der Verbrennungskammer zugeführt wird, und Ausführen eines Funkenzündungsbetriebs, wenn die erforderliche Last des Motors und die erforderliche Drehzahl der Ausgangswelle nicht durch Ausführen des homogenen Ladekompressionszündungsbetriebs erreicht werden kann.

Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen genommen wird, die mittels eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung erläutern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung zusammen mit den Aufgaben und Vorteilen kann am Besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden werden, wovon:
1 eine schematische Darstellung ist, die einen homogenen Ladekompressionszündungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2(a) eine Abbildung ist, die den Bereich zeigt, in welchem der Motor von 1 betriebsfähig ist, wenn dieser eine homogene Ladekompressionszündung im Zusammenhang mit der Drehzahl und der Last des Motors ausführt;
2(b) eine Darstellung ist, die im Detail den Abschnitt zeigt, der in 2(a) durch die gestrichelte Linie eingekreist ist;
3(a) und 3(b) Darstellungen sind, die Öffnung- und Schließzeiten des Ansaug- und Auslassventils bei dem Motor von 1 zeigen;
4 ein Flussdiagramm ist, das eine Betriebssteuerung des homogenen Ladekompressionszündungsmotors von 1 zeigt;
5(a) und 5(b) schematische Darstellungen sind, die unterschiedliche Stufen einer inneren EGR zeigen, die durch den Motor von 1 ausgeführt wird;
6 eine schematische Darstellung ist, die einen homogenen Ladekompressionszündungsmotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ein Flussdiagramm ist, das eine Betriebssteuerung des homogenen Ladekompressionszündungsmotors von 6 zeigt;
8(a) eine Abbildung ist, die den Bereich zeigt, in welchem ein Motor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betriebsfähig ist, wenn die homogene Ladekompressionszündung im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit und der Last des Motors ausgeführt wird;
8(b), 8(c) und 8(d) Darstellungen sind, die Abschnitte von 8(a) im Detail zeigen; und
9 eine Abbildung ist, die den Bereich zeigt, in welchem Motor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betriebsfähig ist, wenn die homogene Ladekompressionszündung in Zusammenhang mit der Drehzahl und der Last des Motors ausgeführt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben. Der homogene Ladekompressionszündungsmotor 10 (nachstehend einfach als Motor bezeichnet) hat einen Motorrumpf 11 und eine Steuereinrichtung 12, welche den Motor 10 elektronisch steuert.
Der Motorrumpf 11 hat einen Zylinderblock 13, welcher eine Vielzahl von Zylindern 13a (lediglich einer ist in 1 gezeigt) einhaust, und einen Zylinderkopf 14. Ein Kolben 15 bewegt sich in jedem Zylinder 13a hin und her. Eine Verbrennungskammer 16 ist in jedem Zylinder 13a zwischen dem Kolben 15 und dem Zylinderkopf 14 definiert. Der Kolben 15 wird zum Hin- und Herbewegen in dem Zylinder 13a durch die Kraft angetrieben, die durch die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs in der Verbrennungskammer 16 nach dem Ansaug- und Kompressionshub erzeugt wird. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens wird in eine Rotation einer Kurbelwelle 18 umgewandelt, welche als eine Ausgangswelle fungiert, nämlich über eine Verbindungsstange 17 zum Erzeugen des Ausgangs des Motorrumpfs 11. Der Motorrumpf 11 ist ein Viertaktverbrennungsmotor.
Für jeden Zylinder 13a sind ein Ansaugventil 20 zum Öffnen und Schließen eines Ansaugkanals 19 und ein Auslassventil 22 zum Öffnen und Schließen eines Auslasskanals 21 in dem Zylinderkopf 14 angeordnet. Ein variabler Ventilbetätigungsmechanismus 23 und 24 variiert die Öffnungs- und Schließzeit jeweils des Ansaug- und Auslassventils 20 und 22. Das Ansaug- und Auslassventil 20 und 22 werden durch den variablen Ventilbetätigungsmechanismus 23 und 24 unabhängig geöffnet und geschlossen. Die variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24 werden durch beispielsweise ein elektromagnetischen Mitnehmer oder einer hydraulischen Betätigungseinrichtung ausgebildet.
Ein Ansaugdurchgang 25, welcher sich zu den Ansaugkanälen 19 erstreckt, und ein Auslassdurchgang 26, welcher sich von den Auslasskanälen 21 erstreckt, sind mit dem Zylinderkopf 14 verbunden. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 27 ist in dem Ansaugdurchgang 25 angeordnet. Die Kraftstoffeinspritzdüse 27 ist mit einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) durch ein Rohr 28 verbunden. Ein elektromagnetisches Steuerventil 29 zum Steuern der zugeführten Kraftstoffmenge ist in dem Rohr 28 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Erdgas als Kraftstoff verwendet. Weiter sind ein Luftfilter 30 und Drosselventil 31 in dem Ansaugdurchgang 25 stromaufwärts von der Kraftstoffeinspritzdüse 27 angeordnet. Das Drosselventil 31 wird durch einen Drosselmotor 32 elektrisch betrieben (elektrischer Motor). Die Einstellung des Öffnungsbetrags des Drosselventils 31 stellt die Strömungsrate der Ansaugluft ein, die in die Verbrennungskammern 16 gezogen wird.
Eine Heizeinrichtung 33 zum Erhitzen der Ansaugluft ist in dem Ansaugdurchgang 25 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Heizeinrichtung 33 durch einen Wärmetauscher ausgebildet, der Wärme zwischen dem Auslassgas und der Ansaugluft austauscht. Der Ansaugdurchgang 26 ist in zwei Durchgänge verzweigt. Ein Zweigdurchgang 26a ist mit der Heizeinrichtung 33 verbunden. Das Abgas, das durch den Zweigdurchgang 26a strömt, tauscht Wärme mit der Ansaugluft aus und wird dann in die Atmosphäre entlassen. Das Abgas, das durch den anderen Zweigdurchgang 26b strömt, wird direkt in die Atmosphäre entlassen. Ein elektromagnetisches Dreiwegeventil 34 ist in dem Zweigabschnitt des Auslassdurchgangs 26 zum Einstellen des Prozentteils des Abgases, das durch den Zweigdurchgang 26a strömt, innerhalb eines Bereichs von 0 bis 100 angeordnet. Das heißt das Dreiwegeventil 34 stellt den Betrag des Abgases zwischen einem Zustand, bei welchem all das Gas von dem Abgasdurchgang 26 zu dem Zweigdurchgang 26b ohne durch den Zweigdurchgang 26a und die Heizeinrichtung 33 durchzugehen strömt, und einem Zustand ein, bei welchem all das Abgas zu dem Zweigdurchgang 26b strömt, sodass dieses in die Atmosphäre ausgelassen wird. Das Dreiwegeventil 34 kann ein Schieberventil sein.
Ein Temperatursensor 35, welcher die Temperatur in dem Ansaugdurchgang 25 erfasst, und ein Luftmengenmesser 36, welcher die Strömungsrate der Ansaugluft erfasst, sind in dem Ansaugdurchgang 25 stromabwärts der Heizeinrichtung 33 und stromaufwärts von der Kraftstoffeinspritzdüse 27 angeordnet.
Die Steuereinrichtung 12, welche den Betrieb des Motors 10 steuert, steuert die variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24, das elektromagnetische Steuerventil 29, den Drosselmotor 32 und das Dreiwegeventil 34, um der Last und Drehzahl des Motors 10, die durch eine Ausgabefestlegeeinrichtung 37 festgelegt werden, zu entsprechen.
Die Steuereinrichtung 12 gliedert einen Mikrocomputer 38 ein. Der Mikrocomputer 38 hat einen Speicher 39 (ROM und RAM), welcher als ein Speichergerät fungiert. Der Temperatursensor 35, der Luftmengenmesser 36, ein Kühlmitteltemperatursensor 40 zum Erfassen der Kühlmitteltemperatur in dem Motorrumpf 11, und ein Drehzahlsensor 41 zum Erfassen der Motordrehzahl, oder der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 18, sind jeweils elektrisch mit einem Eingangsabschnitt (Eingangsschnittstelle) der Steuereinrichtung 12 verbunden. Die variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24, das elektromagnetische Steuerventil 29, der Drosselmotor 32 und das Dreiwegeventil 34 sind jeweils elektrisch mit einem Ausgangsabschnitt (Ausgangsschnittstelle) in der Steuereinrichtung 12 verbunden.
Basierend auf Erfassungssignalen, die von den Sensoren ausgegeben werden, bestimmt die Steuereinrichtung 12 den Betriebszustand des Motors 10 und steuert die variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24, das elektromagnetische Steuerventil 29, den Drosselmotor 32 und das Dreiwegeventil 34 zum Einstellen des Motors 10 auf einen vorbestimmten Betriebszustand.
Der Speicher 39 speichert Abbildungen, Formeln etc., die zum Bestimmen von Anweisungswerten (Steuerwerten) zum Steuern des Motors 10 basierend auf dem Betriebszustand des Motors 10 verwendet werden, der aus den Erfassungssignalen des Temperatursensors 35, des Luftmengenmessers 36, des Kühlmitteltemperatursensors 40 und des Drehzahlsensors 41 bestimmt wird. Die Abbildungen und Formeln haben Abbildungen und Formeln, die zum Bestimmen von beispielsweise der Kraftstoffeinspritzmenge und des Drosselöffnungsbetrags verwendet werden.
Der Speicher 39 speichert eine homogene Ladekompressionszündungsbetriebsabbildung, die die Menge der inneren EGR und den Heizzustand der Ansaugluft zeigt, die durch die Heizeinrichtung 33 erhitzt wird, die eine homogene Ladekompressionszündung im Hinblick auf die Drehzahl und Last der Kurbelwelle 18 ermöglichen. Bezugnehmend auf 2(a) zeigt eine homogene Ladekompressionszündungsbetriebsabbildung M, welche als Zuordnungsinformationen fungiert, den Bereich, in welchem die homogene Ladekompressionszündung im Hinblick auf die Last und Drehzahl der Kurbelwelle 18 (das heißt, der Motor 10) ermöglicht ist. Wie in 2(a) gezeigt ist, hat der Bereich, in welchem die homogene Ladekompressionszündung möglich ist, einen ersten Bereich A1, bei welchem eine Verbrennung stabil durch Erhitzen des Luft/Kraftstoffgemischs lediglich mit der inneren EGR ausgeführt werden kann, und einen zweiten Bereich A2, bei welchem sowohl das Erhitzen des Luft/Kraftstoffgemischs mit der inneren EGR als auch das Erhitzen der Ansaugluft mit der Heizeinrichtung 33 ausgeführt werden. Durch Ausführen von sowohl dem Erhitzen des Luft/Kraftstoffgemischs mit der inneren EGR als auch des Erhitzens der Ansaugluft mit der Heizeinrichtung 33 werden der homogene Ladekompressionszündbereich, wenn die Last und die Drehzahl des Motors 10 gering sind, und der homogene Ladekompressionszündbereich, wenn die Last und die Drehzahl des Motors hoch sind, im Vergleich dazu vergrößert, wenn das Heizen lediglich mit der inneren EGR ausgeführt wird.
Basierend auf der Abbildung M steuert die Steuereinrichtung 12 die variable Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24 und die Heizeinrichtung 33 zum Erreichen des inneren EGR- Betrags und den Heizzustand der Ansaugluft, die der erforderlichen Last und Drehzahl des Motors 10 entspricht. Es gibt Benzin- und Dieselmotoren, die eine innere EGR ausführen. Jedoch ist in solchen Fällen die innere EGR-Rate mehrere Prozent bis mehrere Dutzend Prozent. Bei der vorliegenden Erfindung wird die innere EGR derart ausgeführt, dass die innere EGR-Rate größer ist als mehrere Prozent bis mehrere dutzende Prozent. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die innere EGR derart ausgeführt, dass die innere EGR-Rate 30 bis 80% beträgt. Die innere EGR-Rate bezieht sich auf das Verhältnis des verbrannten Gases in der Verbrennungskammer 16 relativ zu dem Gesamtbetrag des Gases in der Verbrennungskammer 16.
Der Betrieb des Motors 10 wird nun beschrieben.
Die Steuereinrichtung 12 bestimmt den Betriebszustand des Motorrumpfs 11 aus den Erfassungssignalen des Kühlmitteltemperatursensors 40, des Drehzahlsensors 41 etc.. Weiter berechnet die Steuereinrichtung 12 die Solldrehzahl und die Last des Motors 10 zum Ausführen eines homogenen Ladekompressionszündungsbetrieb in einem Zustand, der einen Zustand erfüllt oder diesem nahe ist, der die erforderliche Drehzahl und Last des Motors, die durch die Ausgabefestlegeeinrichtung 37 festgelegt, wird erfüllt. Weiter steuert die Steuereinrichtung 12 das elektromagnetische Steuerventil 29, den Drosselmotor 32, die variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24 und das Dreiwegeventil 34 zum Erhalten eines Verbrennungszustands der zum Erreichen der Solldrehzahl und Last geeignet ist, das heißt zum Erhalten des angemessen Luft/Kraftstoffverhältnisses, des inneren EGR-Betrags und des Heizzustands der Ansaugluft.
Der Betrieb des homogenen Ladekompressionszündungsmotors 10 wird in Übereinstimmung mit dem Flussdiagramm von 4 ausgeführt. Zuerst in Schritt S1 durchläuft der Motor 10 einen Aufwärmbetrieb. Die Steuereinrichtung 12 gibt ein Anweisungssignal zum elektromagnetischen Steuerventil 29 und den Drosselmotor 32 aus, um das Luft/Kraftstoffverhältnis zu erreichen, das die Aufwärmbetriebsbedingungen erfüllt, welche in dem Speicher 39 gespeichert sind. Weiter gibt die Steuereinrichtung 12 ein Anweisungssignal zu den variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24 zum Erreichen des inneren EGR-Betrags aus, der die Aufwärmbetriebsbedingungen erfüllt.
Dann bestimmt die Steuereinrichtung 12 in Schritt S2, ob der Motor 10 basierend auf dem Erfassungssignal des Kühlmitteltemperatursensors 40 aufgewärmt wurde oder nicht. Das heißt, dass die Steuereinrichtung 12 bestimmt, ob die Erfassungstemperatur des Kühlmitteltemperatursensors 40 größer oder gleich ist als ein Wert, der angibt, dass der Motor 10 aufgewärmt ist. Die Steuereinrichtung 12 schreitet zu Schritt S3 voran, wenn das Aufwärmen abgeschlossen ist und kehrt zu Schritt S1 zurück, wenn das Aufwärmen nicht abgeschlossen wurde. Die Kühlmitteltemperatur, die angibt, dass der Motor 10 aufgewärmt wurde, wird im Voraus durch Versuche erhalten und in dem Speicher 39 gespeichert.
In Schritt S3 bestimmt die Steuereinrichtung 12, ob die vorliegende Kühlmitteltemperatur größer ist als ein Wert (regulierter Wert) entsprechend der erforderlichen Drehzahl und Last des Motors 10 oder nicht. Die Steuereinrichtung 12 schreitet zu Schritt S4 voran, wenn die Kühlmitteltemperatur größer ist als der regulierte Wert und schreitet zu Schritt S5 voran, wenn die Kühlmitteltemperatur kleiner ist oder gleich als der regulierte Wert. Der regulierte Wert ist die Temperatur des Motorrumpfs 11, die einen stabilen homogenen Ladekompressionszündungsbetrieb (HCCI-Betrieb) in Übereinstimmung mit der erforderlichen Drehzahl und Last ermöglicht, nämlich durch Einstellen der Bedingungen zum Ausführen des Erhitzens mit der inneren EGR und dem Wärmetauscher 33. Weiter wird der regulierte Wert im Voraus durch Versuche erhalten und in dem Speicher 39 gespeichert.
In Schritt S4 bestimmt die Steuereinrichtung 12 aus der Abbildung M von 2(a), ob die erforderliche Drehzahl und Last in einem homogenen Ladekompressionszündungsbetriebsfähigkeitsbereich eingeschlossen sind. Die Steuereinrichtung 12 schreitet zu Schritt S6 voran, wenn die erforderliche Drehzahl und Last in dem homogenen Ladekompressionszündungsbetriebsfähigkeitsbereich eingeschlossen sind und schreitet zu Schritt S5 voran, wenn die erforderliche Drehzahl und Last aus dem homogenen Ladekompressionszündungsbetriebsfähigkeitsbereich ausgeschlossen sind. In Schritt S5 sendet die Steuereinrichtung 12 Anweisungssignale zu den variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24 und dem Dreiwegeventil 34 zum Erreichen von Betriebszuständen, die eine homogene Ladekompressionszündung nahe der erforderlichen Drehzahl und Last unter der vorliegenden Kühlmitteltemperatur ermöglicht. Das heißt, das die Steuereinrichtung 12 unter der vorliegenden Kühlmitteltemperatur Anweisungssignale zu den variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24 zum Erhalten des inneren EGR-Betrags entsprechend den Werten sendet, die nahe der erforderlichen Drehzahl und Last sind. Die Steuereinrichtung 12 sendet weiter ein Anweisungssignal zu dem Dreiwegeventil 34 zum Erhitzen der Ansaugluft auf einen Zustand entsprechend den Werten nahe der erforderlichen Drehzahl und Last.
In Schritt S6 bestimmt die Steuereinrichtung 12, ob die Ansaugluft durch die Heizeinrichtung 33 erhitzt werden muss. Die Steuereinrichtung schreitet zu Schritt S7 voran, wenn das Erhitzen notwendig ist und schreitet zu Schritt S8 voran, wenn das Erhitzen nicht notwendig ist. In Schritt S7 sendet die Steuereinrichtung 12 ein Anweisungssignal an das Dreiwegeventil 34 zum Zuführen von dem Abgasbetrag an die Heizeinrichtung 33, die zum Erhitzen der Ansaugluft in Übereinstimmung mit der erforderlichen Drehzahl und Last notwendig ist. Dann schreitet die Steuereinrichtung 12 zu Schritt S9 voran. In Schritt S8 sendet die Steuereinrichtung 12 ein Anweisungssignal zu dem Dreiwegeventil 34, so dass die Heizeinrichtung 33 die Ansaugluft nicht erhitzt. Mit anderen Worten sendet die Steuereinrichtung 12 ein Anweisungssignal zu dem Dreiwegeventil 34, sodass das Abgas nicht der Heizeinrichtung 33 zugeführt wird. Dann schreitet die Steuereinrichtung 12 zu dem Schritt S9 voran.
Im Schritt S9 sendet die Steuereinrichtung 12 ein Anweisungssignal an den variablen Ventilbetätigungsmechanismus 24 zum Erreichen der erforderlichen Drehzahl und Last des Motors 10. Mit anderen Worten sendet die Steuereinrichtung 12 ein Anweisungssignal zu dem variablen Ventilbetätigungsmechanismus 24 zum Erreichen der Schließzeit des Auslassventils 22 oder der Auslassventilschließzeit (EVC-Zeit), die in Übereinstimmung mit der Soll-Drehzahl und Soll-Last ist. Die Steuereinrichtung 12 sendet ein Anweisungssignal an das elektromagnetische Steuerventil 29 und den Drosselmotor 32 zum Erreichen des Luft/Kraftstoffverhältnisses (A/F) entsprechend der Soll-Drehzahl und Soll-Last. Als Folge läuft der Motor 10 stabil unter der erforderlichen Drehzahl und Last.
Die Abbildung M ist im Detail derart ausgebildet, dass ein bandförmiger Bereich (A1), welcher dem inneren EGR-Betrag im Hinblick auf die Motordrehzahl und Last angibt, und ein bandförmiger Bereich (A2), welcher den inneren EGR-Betrag und Heizzustand im Hinblick auf die Motordrehzahl und Last angibt, teilweise überlappen. Mit Bezug auf 2(b) ist die Abbildung M derart ausgebildet, dass der bandförmige Abschnitt des ersten Bereichs A1 und der bandförmige Abschnitt des zweiten Bereichs A2 an der Grenze zwischen dem ersten Bereich A1 und dem zweiten Bereich A2 überlappen. Dementsprechend wird die Heizeinrichtung 33 zum Starten des Erhitzens in einem Zustand gesteuert, bei welchem der Motor 10 dem Grenzabschnitt A1 des ersten Bereichs A1 entspricht, wenn die Betriebsbedingungen des Motors 10 sich von dem ersten Bereich A1, bei welchem die Heizeinrichtung 33 nicht verwendet wird, zum dem zweiten Bereich A2, bei welchem die Heizeinrichtung 33 verwendet wird, verlagern. Dies ist für das sanfte Erhitzen des Luft/Kraftstoffgemischs auf eine gewünschte Temperatur vorzuziehen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird das Luft/Kraftstoffgemisch durch die innere EGR zum Erleichtern der Zündung erhitzt, wenn die homogene Ladekompressionszündung ausgeführt wird. Die Heizeinrichtung 33 wird verwendet, wenn das Erhitzen mit lediglich der inneren EGR unzureichend ist, sowie während einem Niederlastbetrieb. Dies erweitert den Betriebsbereich, bei welchem die homogene Ladekompressionszündung ausgeführt werden kann, zu dem Niederlast- und Hochdrehteilbereich. Das heißt, dass der erste Bereich A1, der in 2(a) gezeigt ist, dem Bereich entspricht, bei welchem eine homogene Ladekompressionszündung stabil unter der entsprechenden Motordrehzahl und Last ausgeführt werden kann, wenn lediglich die innere EGR ausgeführt wird. Wenn die Heizeinrichtung 33 zusammen mit der inneren EGR verwendet wird, wird der Bereich, in welchem die homogene Ladekompressionszündung stabil ausgeführt werden kann, auf den zweiten Bereich A2 vergrößert.
Wenn die Umgebungstemperatur ungefähr 25°C ist, wird die Temperatur der Ansaugluft, wenn diese den Eingang des Motorrumpfs 11 erreicht, ungefähr 40°C, selbst wenn die Heizeinrichtung 33 nicht die Ansaugluft erhitzt. Es ist vorzuziehen, dass die Heizeinrichtung 33 die Ansaugluft derart erhitzt, dass deren Temperatur 80 bis 90°C an dem Eingang des Motorrumpfs 11 ist.
Die 3(a) und 3(b) sind Darstellungen, die ein Beispiel der Ventilzeiten der variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24 zeigen. Wie in 3(a) und 3(b) gezeigt ist, öffnet das Ansaugventil 20 (IVO), wenn der Kolben 15 den oberen Totpunkt (TDC) passiert und sich in Richtung des unteren Totpunkts (BDC) bewegt. Das Ansaugventil 20 schließt (IVC), wenn der Kolben 15 den unteren Totpunkt (BDC) passiert und sich in Richtung des oberen Totpunkts (TDC) bewegt. Weiter öffnet das Auslassventil 22 (EVO), wenn der Kolben 15 sich dem unteren Totpunkt (BDC) nähert und schließt (IVC), wenn der Kolben 15 den unteren Totpunkt (BDC) passiert und sich in Richtung des oberen Totpunkts (TDC) bewegt. Das heißt dass keine Zeitspanne besteht, wie in 3(b) gezeigt ist, in welcher das Auslassventil 22 in einem offnen Zustand mit dem Ansaugventil 20 in einem offnen Zustand überlappt, wenn der Kolben 15 sich von dem Auslasshub zu dem Ansaughub verlagert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel schließt das Auslassventil 22 das Auslassventil während des Auslasshubs, wie bei dem Zustand von 5(a) gezeigt ist, zum Umgeben von einigem verbrannten Gas in der Verbrennungskammer 16. Von dem Zustand in 5(a) wird der Kolben 15 weiter zum Komprimieren gehoben und zum Erhitzen des verbrannten Gases. So wie der Kolben 15 den oberen Totpunkt passiert und sich in Richtung des unteren Totpunkts bewegt, ist das Ansaugventil offen, wie bei dem Zustand von 5(b) gezeigt ist, und ein frisches Luft/Kraftstoffgemisch für den nächsten Takt (Gemisch, das frisch der Verbrennungskammer 16 zugeführt wird) wird mit dem erhitzten verbrannten Gas gemischt. Die Schließzeit des Auslassventils 22 (EVC) wird derart eingestellt, dass die innere EGR-Rate in dem Bereich von 30 bis 80% ist. Der Kurbelwinkel entsprechend der Schließzeit EVC des Auslassventils 22 ist beispielsweise 68 Grad bis 92 Grad.
Dieses Ausführungsbeispiel hat die untenstehend beschriebenen Vorteile.

(1) Der homogene Ladekompressionszündungsmotor 10 hat den Speicher 39, welcher die homogene Ladekompressionszündungsbetriebsabbildung M speichert, die die Beziehung zwischen dem Betrag des inneren EGR, die die homogene Ladekompressionszündung ermöglicht, und dem Zustand der Ansaugluft zeigt, die durch die Heizeinrichtung 33 erhitzt wird. Basierend auf der Abbildung M steuert die Steuereinrichtung 12 die variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24 und die Heizeinrichtung 33 zum Erreichen des inneren EGR-Betrags und des Heizzustands der Ansaugluft entsprechend der erforderlichen Last und Drehzahl. Dementsprechend vergrößert der Motor 10 den homogenen Ladekompressionszündungsbetriebsbereich mit einem einfachen Aufbau. Weiter wird das Gemisch grundlegend unter der Verwendung der Wärme erhitzt, die durch die innere EGR erzeugt wird. Dies verringert die thermische Energie, die für die Heizeinrichtung 33 erforderlich ist. Dementsprechend wird eine hinreichende Steuerbarkeit (die anwendbar auf die erforderliche Motordrehzahl und Last einem großen Bereich ist) durch Verwenden von Restwärme während der homogenen Ladekompressionszündung gewährleistet.
(2) Die Öffnungs- und Schließzeit des Auslassventils 22 (EVC) wird derart gesteuert, dass die innere EGR-Rate in dem Bereich von 30 bis 80% ist. Dementsprechend wird das Erhitzen des Gemischs durch die innere EGR effektiv ausgeführt. Dies stabilisiert die homogene Ladekompressionszündung.
(3) Die Heizeinrichtung 33 ist ein Wärmetauscher, der Wärme zwischen dem Abgas und der Ansaugluft austauscht. Die Wärme, die durch den Betrieb des Motors 10 erzeugt wird, wird effektiv für die homogene Ladekompressionszündung verwendet. Daher wird eine homogene Ladekompressionszündung mit einer zufriedenstellenden Effizienz ausgeführt, selbst wenn der Motor 10 im Leerlauf ist, ohne die thermische Energie von einem äußeren Gerät zuführen zu müssen. Dies verringert den Energieverbrauch im Vergleich dazu, wenn andere Heizeinrichtungen verwendet werden. Weiter kompensiert die Restwärme fehlende Wärmeenergie, selbst wenn der innere EGR-Betrag für Hochlastbetriebe verringert wird. Daher wird eine hocheffiziente und stabile homogene Ladekompressionszündung mit einem mageren Luft/Kraftstoffgemisch ausgeführt. Dies ermöglicht, dass der Betriebsbereich des Motors 10 vergrößert wird, ohne thermische Energie von einem äußeren Gerät zuführen zu müssen.
(4) Die innere EGR wird durch Schließen des Auslassventils 22 während des Auslasshubs und Umgeben von einigem verbrannten Gas in der Verbrennungskammer 16 ausgeführt. Dies erleichtert die Öffnungs- und Schließ-Zeitsteuerung des Auslassventils 22 im Vergleich dazu, wenn zeitweise Öffnen und Schließen des Auslassventils 22 während des Ansaughubs zum Zurückziehen des Auslassgases in den Auslasskanal 21 durch das Auslassventil 22 und in die Verbrennungskammer 16 ausgeführt wird, um das Abgas mit einem frischen Luft/Kraftstoffgemisch zu mischen.
(5) Basierend auf der homogenen Ladekompressionszündungsbetriebsabbildung M bestimmt die Steuereinrichtung 12, ob die erforderliche Last und Drehzahl in dem homogenen Ladekompressionszündbereich eingeschlossen sind. Wenn die erforderliche Last und Drehzahl in dem homogenen Ladekompressionszündbereich eingeschlossen sind, steuert die Steuereinrichtung 12 basierend auf der Abbildung M die variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24 und die Heizeinrichtung 33 zum Erreichen des inneren EGR-Betrags und den Heizzustand der Ansaugluft oder des Luft/Kraftstoffgemischs entsprechend der erforderlichen Last und Drehzahl. Dementsprechend wird ein homogener Ladekompressionszündungsbetrieb bei einem stabilen Zustand ausgeführt.
(6) Die variablen Ventilbetätigungsmechanismen 23 und 24 werden durch elektromagnetische Mitnehmer oder hydraulische Betätigungseinrichtungen ausgebildet. Dementsprechend kann die Schließzeit des Auslassventils 22 frei geändert werden. Dies erleichtert die Steuerung der inneren EGR-Rate. Weiter erleichtert die Einstellung der Öffnungszeit des Ansaugventils 20 (IVO) die Einstellung des Mischzustands des Luft/Kraftstoffgemischs und des inneren EGR-Gases, wenn der Verbrennungskammer 16 ein Luft/Kraftstoffgemisch zugeführt wird.
(7) Wenn die erforderliche Last und Drehzahl nicht in dem homogenen Ladekompressionszündungsbereich eingeschlossen sind, ist der Motor 10 mit einem EGR-Betrag und einem Ansaugluftheizzustand betrieben, die einer Last und einer Drehzahl im homogenen Ladekompressionszündbereich entsprechen, der nahe der erforderlichen Last und Drehzahl ist (Schritt S5). Dementsprechend wird der Motor in einem Zustand betrieben, der nahe dem Bereich entsprechend der erforderlichen Last und Drehzahl ist, wenn die erforderliche Last und Drehzahl nicht in dem homogenen Ladekompressionszündbereich sind.

Ein zweites Ausführungsbeispiel wird nun mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben. Der homogene Ladekompressionszündungsmotor 10 in diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich bedeutend von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass dieser sowohl eine homogene Ladekompressionszündung als auch die Funkenzündung (SI) ausführen kann. Im Speziellen unterscheidet sich der Motor 10 des zweiten Ausführungsbeispiels von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass dieser Zündeinrichtungen hat. Zum Vermeiden einer Redundanz werden gleiche oder ähnliche Bezugszeichen jenen Bauteilen gegeben, die die gleichen wie die entsprechenden Bauteile des ersten Ausführungsbeispiels sind. Solche Bauteile werden nicht im Detail beschrieben. 7 ist eine schematische Darstellung, die den homogenen Ladekompressionszündungsmotor 10 des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt. 7 ist ein Flussdiagramm, das die Betriebssteuerung des homogenen Ladekompressionszündungsmotors 10 zeigt.
Bezugnehmend auf 6 ist eine Zündkerze 42, welche als eine Zündeinrichtung fungiert an dem Zylinderkopf 14 für jede Verbrennungskammer 16 angeordnet. Die Zündkerze hat einen Zündungsabschnitt, der in der entsprechenden Verbrennungskammer 16 ausgesetzt ist. Zusätzlich zu der homogenen Ladekompressionszündungsbetriebsabbildung M von 2(a) speichert der Speicher 39 eine Zündkerzenbetriebsabbildung (nicht gezeigt). Wenn die erforderliche Motorlast und Drehzahl nicht in der homogenen Ladekompressionszündungsbetriebsabbildung M eingeschlossen sind, führt die Steuereinrichtung 12 den Zündkerzenbetrieb aus. Die Steuereinrichtung 12 steuert den Betrieb des homogenen Ladekompressionszündungsmotors 10 in Übereinstimmung mit dem Flussdiagramm von 7.
Das Flussdiagramm von 7 unterscheidet sich von dem Flussdiagramm von dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich darin, dass dieses den Schritt S10 an Stelle von Schritt S5 hat. Auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Aufwärmbetrieb in Schritt S1 ausgeführt. Jedoch wird der Aufwärmbetrieb durch den Zündkerzenbetrieb ausgeführt. Dann führt die Steuereinrichtung 12 den homogenen Ladekompressionszündungsbetrieb aus, wenn die erforderliche Last und Drehzahl in dem homogenen Ladekompressionszündbereich sind und schreitet zu Schritt S10 voran, wenn die erforderliche Last und Drehzahl nicht in dem homogenen Ladekompressionszündbereich eingeschlossen sind. Im Schritt S10 steuert die Steuereinrichtung 12 basierend auf der Zündkerzenbetriebsabbildung das elektromagnetische Steuerventil 29 und den Drosselmotor 32 zum Erreichen des Luft/Kraftstoffverhältnisses und der Zündzeit entsprechend der Sollmotordrehzahl und Last.
Zusätzlich zu den Vorteilen (1) bis (6) hat dieses Ausführungsbeispiel die untenstehend beschrieben Vorteile.

(8) Die Verbrennungskammer 16 hat die Zündkerze 42 zum Ermöglichen einer Funkenzündung. Dementsprechend ist der Motor 10 auf eine höhere Motordrehzahl und Last im Vergleich zu dem Motor 10 von dem ersten Ausführungsbeispiel anwendbar.
(9) Zusätzlich zu der homogenen Ladekompressionszündungsbetriebsabbildung M hat der Speicher 39 eine Funkenzündungsbetriebsabbildung. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung 12 leicht zu dem Funkenzündungsbetrieb schalten, der die erforderliche Last und Drehzahl erreicht, wenn die erforderliche Last und Drehzahl nicht durch den homogenen Ladekompressionszündungsbetrieb erreicht werden kann.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich der homogene Ladekompressionszündungsmotor 10 bedeutend von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass die homogene Ladekompressionszündung ermöglicht wird, selbst bei einem hohen Lastbereich, bei welchem die homogene Ladekompressionszündung nicht durch lediglich die innere EGR ausgeführt werden kann. Die Hardwareanordnung des homogenen Ladekompressionszündungsmotors 10 ist die gleiche wie die des zweiten Ausführungsbeispiels, das in 6 gezeigt ist. Ein Teil des Programms, das in dem Speicher 39 gespeichert ist, unterscheidet sich von dem des zweiten Ausführungsbeispiels. Zum Vermeiden einer Redundanz werden gleiche oder ähnliche Bezugszeichen den Bauteilen gegeben, die die gleichen wie die entsprechenden Bauteile des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels sind. Solche Bauteile werden nicht im Detail beschrieben. 8(a) ist eine Abbildung, die die Beziehung zwischen der Drehzahl und Last des Motors 10 bei dem homogenen Ladekompressionszündbereich zeigt. 8(b), 8(c), 8(d) zeigen die Abschnitte, die durch die gebrochenen Linien in 8(a) umgeben werden.
Der Speicher 39 speichert eine Abbildung M2, die in 8(a) gezeigt ist. Die Abbildung M2 ist eine homogene Ladekompressionszündungsbetriebsabbildung, die die Beziehung zwischen dem EGR-Betrag, der eine homogene Ladekompressionszündung ermöglicht, und dem Heizzustand der Ansaugluft zeigt. Die homogene Ladekompressionszündungsbetriebsabbildung M2 zeigt den homogenen Ladekompressionszündbereich (A1, A2 und A3) im Hinblick auf die Last und Drehzahl des Motors 10.
Bezugnehmend auf 8(a) hat der homogene Ladekompressionszündungsbereich einen ersten Bereich A1, eine zweiten Bereich A2 und einen dritten Bereich A3. Bei dem ersten Bereich A1 ist das Gemisch durch die innere EGR zum Stabilisieren der Verbrennung erhitzt. Bei dem zweiten Bereich A2 wird das Gemisch durch die innere EGR erhitzt und die Ansaugluft wird durch die Heizeinrichtung 33 erhitzt. Bei dem dritten Bereich A3 wird das Gemisch durch die innere EGR erhitzt und die Ansaugluft wird durch die Heizeinrichtung 33 erhitzt. Mit anderen Worten wird die Abbildung M2 durch Zuführen des dritten Bereichs A3 zu der Abbildung M von 2(a) ausgebildet.
Der zweite Bereich A2 deckt einen Niederlastbereich, bei welchem die Verbrennung nicht lediglich durch Erhitzen des Gemischs mit der inneren EGR stabilisiert werden kann, und einen Hochdrehzahlbereich, bei welchem die Verbrennung nicht lediglich durch Erhitzen des Gemischs mit der inneren EGR stabilisiert werden kann. Der dritte Bereich A3 deckt einen Hochlastbereich, bei welchem die Verbrennung nicht lediglich durch Erhitzen des Gemischs mit der inneren EGR stabilisiert werden kann, und einen Hochlast, Hochdrehzahlbereich, bei welchem die Verbrennung nicht lediglich zum Erhitzen des Gemischs mit der inneren EGR stabilisiert werden kann. Bei der Abbildung M2 werden der Grenzabschnitt zwischen dem ersten Bereich A1 und dem dritten Bereich A3 (8(c)) und der Grenzabschnitt zwischen dem zweiten Bereich A2 und dem dritten Bereich A3 (8(d)) auf die gleiche Weise ausgebildet, wie der Grenzbereich zwischen dem ersten Bereich A1 und dem zweiten Bereich A2 (8(b)). Im Speziellen überlappt in 8(c) der bandförmige Bereich (A1) der den inneren EGR-Betrag und Heizzustand im Hinblick auf die Drehzahl und Last zeigt, teilweise den bandförmigen Bereich (A3), der den inneren EGR-Betrag und den Heizzustand im Hinblick auf die Drehzahl und Last zeigt. In 8(d) überlappen die zwei bandförmigen Bereiche (A2 und A3), welche den inneren EGR-Betrag und den Heizzustand im Hinblick auf die Drehzahl und Last zeigen, teilweise miteinander.
Der zweite Bereich A2 und der dritte Bereich A3 sind dahingehend die Gleichen, dass diese beide beim Erhitzen des Gemischs mit der inneren EGR und das Erhitzen der Ansaugluft mit der Heizeinrichtung 33 erfordern. Jedoch wird das Erhitzen hauptsächlich durch die innere EGR in dem zweiten Bereich A2 ausgeführt, während das Erhitzen hauptsächlich durch die Heizeinrichtung 33 in dem dritten Bereich A3 ausgeführt wird. Das rührt daher, dass die Kraftstoffmenge, die in Übereinstimmung mit der erforderlichen Last in dem Niederlastbereich (A2) zugeführt wird, klein ist. Daher würde kein Problem bestehen, wenn die Ansaugluft verringert wird und der innere EGR-Betrag erhöht wird. Jedoch ist die Kraftstoffmenge, die in Übereinstimmung mit der erforderlichen Last in dem Hochlastbereich (A3) zugeführt wird, groß. Daher kann die Verbrennung unstabil werden und Fehlzündungen können wegen einem Fehlen der Menge der Ansaugluft oder Sauerstoff auftreten, wenn die innere EGR-Rate erhöht wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist die innere EGR-Rate 80% bei der Grenze zwischen dem ersten Bereich A1 und dem zweiten Bereich A2 (8(b)), wobei die innere EGR-Rate 30% bei der Grenze zwischen dem ersten Bereich A1 und dem dritten Bereich A3 ist (8(c)).
Bei dem dritten Bereich A3 wird die innere EGR-Rate zu 30% oder weniger festgelegt. Das heißt, dass die Schließzeit des Auslassventils 22 (EVC) derart eingestellt ist, dass die innere EGR-Rate 30% oder weniger ist. Die Ventilschließzeit entspricht beispielsweise dem Kurbelwinkel, der 68 Grad oder weniger ist, was vor dem oberen Totpunkt ist. Bei dem dritten Bereich A3 wird der innere EGR-Betrag im Wesentlichen Null, abhängig von den Betriebszuständen. Wenn der innere EGR-Betrag nahe Null wird, das heißt, wenn der Großteil des Erhitzens durch die Heizeinrichtung 33 ausgeführt ist, wird die Temperatur der Ansaugluft 120°C. Dementsprechend ist bei dem dritten Bereich A3 die Temperatur der Ansaugluft, die der Erhitzung folgt, 80 bis 120°C.
Wenn der homogene Ladekompressionszündungsmotor 10 betrieben wird, gibt die Steuereinrichtung 12 dem homogenen Ladekompressionszündungsbetrieb die Priorität. Jedoch führt die Steuereinrichtung 12 den Funkenzündungsbetrieb aus, wenn die erforderliche Motorleistungsdrehzahl nicht in dem homogenen Ladekompressionszündungsbereich der Abbildung M2 eingeschlossen ist. Die Steuereinrichtung 12 steuert den Betrieb des homogenen Ladekompressionszündungsmotors 10 mit der Einstellung mit einem Flussdiagramm, das ähnlich zu dem Flussdiagramm von 7 ist. In dem Flussdiagramm von dem dritten Ausführungsbeispiel, unterscheiden sich die Inhalte von den Schritten S6 und S7 von denen von 7.
In Schritt S6 bestimmt die Steuereinrichtung 12, ob Erhitzen mit der Heizeinrichtung 33 notwendig ist oder nicht. Die Steuereinrichtung 12 macht diese Bestimmung basierend darauf, in welchem Bereich der Abbildung M2 die erforderliche Drehzahl und Last angeordnet ist. Wenn die erforderliche Drehzahl und Last in dem zweiten Bereich A2 oder dem dritten Bereich A3 angeordnet ist, schreitet die Steuereinrichtung 12 zu Schritt S7 voran. In Schritt S7 bestimmt die Steuereinrichtung 12 den Öffnungsbetrag des Dreiwegeventils 34 basierend auf der Abbildung und sendet ein Anweisungssignal an das Dreiwegeventil 34, nämlich zum Zuführen des Betrags des Abgases zu der Heizeinrichtung, der zum Erreichen des Heizzustands erforderlich ist, der in Übereinstimmung mit der Anordnung der erforderlichen Drehzahl und Last in dem zweiten Bereich A2 oder dritten Bereich A3 ist. Wenn die erforderliche Last eine Hochlast ist, bei welcher eine homogene Ladekompressionszündung nicht stabil lediglich mit der inneren EGR ausgeführt werden kann, stellt die Steuereinrichtung 12 den inneren EGR-Betrag und den Öffnungsbetrags des Dreiwegeventils basierend auf dem dritten Bereich A3 der Abbildung M2 ein. Wenn die erforderliche Last eine Niederlast ist, bei welcher die homogene Ladekompressionszündung nicht stabil lediglich mit der inneren EGR ausgeführt werden kann, stellt die Steuereinrichtung 12 den inneren EGR-Betrag und den Öffnungsbetrag des Dreiwegeventils 34 basierend auf dem zweiten Bereich A2 der Abbildung M2 ein.
Wenn der Betriebszustand sich von dem ersten Bereich A1, welcher nicht die Heizeinrichtung 33 verwendet, zu dem dritten Bereich A3, welcher die Heizeinrichtung 33 verwendet, verlagert, ist es vorzuziehen, dass das Erhitzen der Ansaugluft mit der Heizeinrichtung 33 bei einem Zustand begonnen wird, der dem Grenzabschnitt des ersten Bereichs A1 entspricht, um sanft die Ansauglufttemperatur auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Wenn der Betriebszustand sich von dem zweiten Bereich A2 zu dem dritten Bereich A3 verlagert, ist es vorzuziehen, dass der Betrag der Ansaugluft, die mit der Heizeinrichtung 33 erhitzt wird, bei einem Zustand erhöht wird, der dem Grenzabschnitt des zweiten Bereichs A2 entspricht. Wenn der Betriebszustand sich von dem dritten Bereich A3 zu dem zweiten Bereich A2 verlagert, ist es vorzuziehen, dass die Menge der Ansaugluft, die mit der Heizeinrichtung 33 erhitzt wird, sich bei einem Zustand verringert, der dem Grenzabschnitt des dritten Bereichs A3 entspricht.
Zusätzlich zu den Vorteilen (1) bis (6) des ersten Ausführungsbeispiels und der Vorteile (8) und (9) des zweiten Ausführungsbeispiels hat dieses Ausführungsbeispiel die untenstehend beschriebenen Vorteile.

(10) Durch Verursachen der inneren EGR-Rate auf 30% oder weniger zu sein, kann der inneren EGR-Betrag zum Erhöhen der Menge der zugeführten Ansaugluft in Übereinstimmung mit einer Hochlast verringert werden. Weiter wird das Fehlen des Heizbetrags der Ansaugluft, das von der Verringerung des inneren EGR-Betrags resultiert, durch Erhöhen des Betrags der Ansaugluft, die durch die Heizeinrichtung 33 erhitzt wird, und Ansteigen der Temperatur der Ansaugluft kompensiert. Dementsprechend kann der homogene Ladekompressionszündungsbereich vergrößert werden, nämlich zu dem Hochlastbereich, bei welchem die homogene Ladekompressionszündung nicht bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden kann.
(11) Wenn der Motor mit einer Hochlast betrieben wird, ist die Temperatur des Abgases verglichen damit, wenn der Motor 10 mit einer Niederlast betrieben wird, höher. Die Restwärme, die erzeugt wird, wenn der Motor 10 unter einer Hochlast betrieben wird, kann durch die Heizeinrichtung verwendet werden. Dies kompensiert thermische Energie, die unzureichend wird, wenn die innere EGR verringert wird und ermöglicht eine hocheffiziente homogene Ladekompressionszündung mit einem mageren Luft/Kraftstoffgemisch.

Es sollte für diejenigen ersichtlich sein, die mit der Technik vertraut sind, dass die Erfindung auf viele andere bestimmte Ausbildungen abgewandelt werden kann, ohne das Wesen oder den Bereich der Erfindung zu verlassen. Im Speziellen sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung in den vorliegenden Ausbildungen abgewandelt werden kann.
Abhängig von der Umgebung wird der homogene Ladekompressionszündungsmotor 10 verwendet, an Stelle des Niederlastbereichs, können Fälle bestehen, bei welchen der Bereich, der die stabile homogene Ladekompressionszündung ermöglicht, zu dem Hochlastbereich vergrößert werden muss. In solch einem Fall kann unter Verwendung der Anordnung von dem dritten Ausführungsbeispiel die Abbildung M3, die in 9 gezeigt ist, an Stelle der Abbildung M2 von 8(a) als eine Abbildung verwendet werden, die die Beziehung zwischen dem inneren EGR-Betrag, der die homogene Ladekompressionszündung ermöglicht, und dem Zustand der Ansaugluft, die durch die Heizeinrichtung 33 erhitzt wird, zeigt. In der Abbildung M3 hat der homogene Ladekompressionszündbereich eine ersten Bereich A1, in welchem die Verbrennung durch Ausführen von lediglich des Erhitzens des Gemischs mit der inneren EGR stabilisiert wird, und einen dritten Bereich A3, bei welchem das Erhitzen des Gemischs mit der inneren EGR und das Erhitzen der Ansaugluft mit der Heizeinrichtung bei beiden ausgeführt werden muss.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel (8(a)) und dem Ausführungsbeispiel von 9, kann die Anordnung, die eine homogenen Ladekompressionszündung in dem Hochlastbereich (A3) ermöglicht, in welchem die homogene Ladekompressionszündung nicht lediglich mit der innere EGR ausgeführt werden kann, für den homogenen Ladekompressionszündungsmotor 10 von 1 verwendet werden, der eine Zündeinrichtung (Zündkerze 42) hat und lediglich eine homogene Ladekompressionszündung ausgeführt.
In dem dritten Bereich A3 der Abbildung M2 und der Abbildung M3 kann die Temperatur des Luft/Kraftstoffgemischs auf einen Wert eingestellt werden, der eine stabile homogene Ladekompressionszündung ermöglicht, selbst wenn die innere EGR-Rate 0% ist, das heißt, selbst wenn die innere EGR nicht ausgeführt wird und lediglich das Erhitzen der Ansaugluft mit der Heizeinrichtung 33 ausgeführt wird.
Die innere EGR kann durch Öffnen des Auslassventils 22 während des Ansaughubs zum Zurückziehen von einigem von Auslassgas aus dem Auslasskanal 21 zu der Verbrennungskammer 16 ausgeführt werden. Weiter können ein Abgasführungsdurchgang, welcher mit der Verbrennungskammer 16 und dem Auslasskanal 21 verbunden ist, und ein Ventil, welches den Abgasführungsdurchgang öffnet und schließt, verwendet werden. Mit anderen Worten kann das Ventil zum Zurückziehen von einigem von Abgas aus dem Auslasskanal 21 zu der Verbrennungskammer 16 während des Ansaughubs und zum Mischen des Abgases mit einem frischen Luft/Kraftstoffgemisch gesteuert werden.
Die Heizeinrichtung 33 ist nicht auf einen Wärmetauscher begrenzt, der Abgas als eine Wärmequelle verwendet und Wärme mit der Ansaugluft austauscht. Die Heizeinrichtung 33 kann ein Wärmetauscher sein, der das Kühlmittel des Motorrumpfs 11 als eine Wärmequelle verwendet und Wärme mit der Ansaugluft austauscht. Jedoch ist die Temperatur des Abgases höher als die des Kühlmittels. Daher hat ein Wärmetauscher, der Abgas als eine Wärmequelle verwendet eine höhere Ansaugluftheizeffizient. Weiter können sowohl ein Wärmetauscher, der Abgas als eine Wärmequelle zum Ausführen des Wärmeaustauschs verwendet als auch ein Wärmetauscher, der das Kühlmittel des Motorrumpfs 11 zum Ausführen eines Wärmetauschs verwendet werden.
An Stelle des Erhitzens der Ansaugluft kann die Heizeinrichtung 33 das Gemisch der Ansaugluft und den Kraftstoff erhitzen. Alternativ kann sowohl die Ansaugluft und das Gemisch erhitzt werden.
An Stelle eines Wärmetauschers, der Abgas oder das Kühlmittel des Motorrumpfs 11 als eine Wärmequelle zum Ausführen des Wärmeaustauschs verwendet, kann die Heizeinrichtung 33 eine elektrische Heizeinrichtung sein, die die Ansaugluft oder das Luft/Kraftstoffgemisch erhitzt. Alternativ kann die Heizeinrichtung 33 zusätzlich eine elektrische Heizeinrichtung haben. Während eines Aufwärmbetriebs sind die Temperaturen des Abgases und des Kühlmittels gering. Daher kann die Ansaugluft oder das Luft/Kraftstoffgemisch nicht hinreichend erhitzt werden, wenn das Abgas oder das Kühlmittel als eine Wärmequelle verwendet werden. Jedoch ermöglicht die Verwendung einer elektrischen Heizeinrichtung das Erhitzen der Ansaugluft oder des Luft/Kraftstoffgemischs zu der notwendigen Temperatur innerhalb einer kurzen Zeitspanne und stabilisiert den Aufwärmbetrieb. Weiter ist die elektrische Heizeinrichtung effektiv, wenn die Ansaugluft oder das Luft/Kraftstoffgemisch innerhalb einer kurzen Zeitspanne ab dem Aufwärmbetrieb erhitzt werden muss.
Bei der homogenen Ladekompressionszündungsbetriebsabbildung M, die den Betrag der inneren EGR und den Zustand der Ansaugluft, die durch die Heizeinrichtung 33 erhitzt, die die homogene Ladekompressionszündung im Hinblick auf die Motorlast und Drehzahl ermöglicht, können anstelle dem direkten Zeigen der Last andere Werte entsprechend der Last, solche wie ein angebender Mitteleffektivdruck (IMEP) oder der Betriebsbetrag einer Festlegeeinrichtung zum Festlegen der erforderlichen Last verwendet werden.
In den Abbildung M2 und Abbildung M3 können an Stelle des direkten Zeigens der Last andere Werte entsprechend der Last, solche wie einen angebebenen Mitteleffektivdruck (IMEP) oder einen Betriebsbetrag einer Festlegeeinrichtung zum Festlegen der erforderlichen Last verwendet werden.
Der Kraftstoff des homogenen Ladekompressionszündungsmotors 10 ist nicht auf Erdgas begrenzt und kann jegliche Arten von Kraftstoff sein, solches wie Benzin, Propangas, Methanol, Diemethylether, Hydrogen und Dieselkraftstoff.
Kraftstoff, der während lediglich dem Aufwärmbetrieb leicht komprimiert und entzündet wird, kann verwendet werden. In diesem Fall wird der Kraftstoff zu dem Normalbetriebskraftstoff umgeschaltet, nämlich nach dem Aufwärmbetrieb.
Der homogene Ladekompressionszündungsmotor 10 ist nicht auf einen Viertaktmotor begrenzt und kann ebenso ein Zweitaktmotor sein.
Der Kraftstoff des Luft/Kraftstoffgemischs muss nicht ein Gas sein und kann ebenso ein zerstäubter Kraftstoff sein.
Der Kraftstoff muss nicht in den Ansaugdurchgang 25 eingespritzt werden und mit der Ansaugluft zum Erzeugen eines Luft/Kraftstoffgemischs, was in die Verbrennungskammer 16 gezogen wird gemischt werden. Beispielsweise kann der Kraftstoff in die Verbrennungskammer 16 während des Ansaughubs eingespritzt werden. Weiter kann der Kraftstoff mit der Ansaugluft in einem Vergaser oder Mischer gemischt werden.
Der homogene Ladekompressionszündungsmotor 10 muss nicht eine Vielzahl von Zylindern haben und kann lediglich einen Zylinder haben.
Der variable Ventilbetätigungsmechanismus 23 und 24 kann ein bekannter Mechanismus sein, der eine Nockwelle zum Öffnen und Schließen des Ansaugventils oder Auslassventils mittels einer Nocke oder eines Sperrarms (engl. locker arm) verwendet.
An Stelle eines Dreiwegeventils 34, das bei einem Zweigabschnitt der Zweigdurchgänge 26a und 26b zum Einstellen des Abgasbetrags das zu dem Zweigdurchgang 26a von dem Auslassdurchgang 26 strömt angeordnet ist, kann ein Strömungseinstellventil in jedem der Zweigdurchgänge 26a und 26b angeordnet sein. In diesem Fall steuert die Steuereinrichtung die zwei Strömungseinstellventile.
Der homogene Ladekompressionszündungsmotor 10 muss nicht stationär sein und kann ebenso als ein Automobilmotor verwendet werden. In solch einem Fall muss der Motor 10 zwischen einem homogenen Ladekompressionszündungsbetrieb und einem Funkenzündungsbetrieb umschaltbar sein.
Die Ansaugluft muss nicht Luft sein und kann ebenso ein Gas sein, das Sauerstoff enthält, sein, welches notwendig ist, um Kraftstoff zu verbrennen. Beispielsweise kann ein Gas, das durch Mischen von Sauerstoff in der Luft zum Erhöhen der Sauerstoffkonzentration erzeugt wird, verwendet werden.
Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele sind als illustrativ und nicht einschränkend zu betrachten, wobei die Erfindung nicht auf die Details, die hierin gegeben sind, zu beschränken ist, sondern ebenso innerhalb des Umfangs und der Gleichheit der beigefügten Ansprüche abgewandelt werden kann.
Ein homogener Ladekompressionszündungsmotor hat eine Verbrennungskammer und einen Kolben zum Komprimieren und Zünden eines Luft/Kraftstoffgemischs in der Verbrennungskammer. Ein variabler Ventilbetätigungsmechanismus öffnet und schließt ein Auslassventil zum Ausführen einer inneren Abgasrückführung. Eine Heizeinrichtung erhitzt das Gemisch bevor das Gemisch zu der Verbrennungskammer zugeführt wird. Ein Speicher speichert Zuordnungsinformationen des Betrags der inneren Abgasrückführung und des erhitzten Zustands des Gemischs, das durch die Heizeinrichtung erhitzt wird, die notwendig zum Ausführen der homogenen Ladekompressionszündung im Hinblick auf die Last des Motors und die Drehzahl der Ausgangswelle sind. Eine Steuereinrichtung steuert den variablen Ventilbetätigungsmechanismus und die Heizeinrichtung zum Erreichen des Betrags der inneren Abgasrückführung und des Heizzustands des Gemischs in Übereinstimmung mit der Last und der Drehzahl, die für den Motor erforderlich sind.

Claims

Homogener Ladekompressionszündungsmotor zum Betreiben mit einem Gemisch von Kraftstoff und sauerstoffenthaltendem Gas, aufweisend: eine Verbrennungskammer für die Zufuhr des Gemischs aus Kraftstoff und sauerstoffenthaltendem Gas; einen hin- und herbewegenden Kolben zum Komprimieren und Zünden des Gemischs in der Verbrennungskammer; eine Ausgangswelle, die durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens gedreht wird; ein Ansaugventil und ein Auslassventil zum Öffnen und Schließen der Verbrennungskammer; und einen variablen Ventilbetätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen des Ansaugventils oder Auslassventils zum Ausführen einer inneren Abgasrückführung, dabei ist der Motor gekennzeichnet durch: eine Heizeinrichtung zum Erhitzen des sauerstoffenthaltenden Gases oder des Gemischs, bevor das sauerstoffenthaltende Gas oder das Gemisch der Verbrennungskammer zugeführt wird; ein Speichergerät zum Speichern von Zuordnungsinformationen eines Betrags der inneren Abgasrückführung und eines Heizzustands des sauerstoffenthaltenden Gases oder des Gemischs, das durch die Heizeinrichtung erhitzt wird, die notwenig zum Ausführen einer homogenen Ladekompressionszündung im Hinblick auf die Last des Motors und die Drehzahl der Ausgangswelle sind; und eine Steuereinrichtung zum Steuern des variablen Ventilbetätigungsmechanismus und der Heizeinrichtung zum Erreichen des Betrags der inneren Abgasrückführung und des Heizzustands des sauerstoffenthaltenden Gases oder des Gemisch in Übereinstimmung mit der Last, die für den Motor erforderlich ist, und der Drehzahl, die für die Ausgangswelle erforderlich ist.
Motor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung den variablen Ventilbetätigungsmechanismus zum Schließen des Auslassventils steuert, wenn der Kolben in einem Auslasshub ist, oder zum Schließen des Auslassventils, wenn der Kolben in einem Ansaughub ist, um die innere Abgasrückführung auszuführen.
Motor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungs- und Schließzeiten des Auslassventils derart gesteuert werden, dass eine innere Abgasrückführungsrate in dem Bereich von 30 bis 80% ist.
Motor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Abgasrückführungsrate sich auf die Verhältnis des verbrannten Gases in der Verbrennungskammer relativ zu der Gesamtmenge des Gases in der Verbrennungskammer bezieht.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das verbrannte Gas, das mittels der inneren Abgasrückführung in die Verbrennungskammer zurückgezogen oder von der Verbrennungskammer umgeben wird, das sauerstoffenthaltende Gas oder Gemisch erhitzt, wobei die Steuereinrichtung die Heizeinrichtung aktiviert, wenn der Motor nicht dazu im Stande ist, eine stabile homogene Ladekompressionszündung durch Erhitzen des sauerstoffenthaltenden Gases oder des Gemisches lediglich mit der inneren Abgasrückführung auszuführen.
Motor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die Heizeinrichtung aktiviert, wenn die Last des Motors niedrig ist.
Motor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verbrannte Gas, das mittels der inneren Abgasrückführung in die Verbrennungskammer zurückgezogen oder von der Verbrennungskammer umgeben wird, das sauerstoffenthaltende Gas oder das Gemisch erhitzt, wobei die Steuereinrichtung die Heizeinrichtung aktiviert, wenn die Last des Motors hoch ist und der Motor nicht dazu im Stande ist, eine homogene Ladekompressionszündung stabil durch Erhitzen des sauerstoffenthaltenden Gases oder des Gemischs lediglich mit der inneren Abgasrückführung durchzuführen.
Motor gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung die Öffnungs- und Schließzeit des Auslassventils derart steuert, dass die innere Gasrate 30% oder geringer wird.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung einen Wärmetauscher zum Austauschen von Wärme zwischen dem Abgas oder einem Motorkühlmittel und dem sauerstoffenthaltendem Gas oder dem Gemisch hat.
Motor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung weiter eine elektrische Heizeinrichtung zum Heizen des sauerstoffenthaltenden Gases oder des Gemisches hat, wobei die Steuereinrichtung das sauerstoffenthaltende Gas oder das Gemisch durch Verwenden des elektrischen Heizers zumindest dann erhitzt, wenn der Motor aufgewärmt wird.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskammer eine Zündeinrichtung hat, wobei die Steuereinrichtung die Zündeinrichtung derart steuert, dass der Motor eine Funkenzündung ausführt, wenn die Last, die für den Motor erforderlich ist, und die Last und die Drehzahl, die für die Ausgangswelle erforderlich ist, nicht erreicht werden können, wenn der Motor die homogene Ladekompressionszündung ausgeführt.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnungsinformationen eine Abbildung aufweisen, die hat: einen Bereich, der den inneren Abgasrückführungsbetrag im Hinblick auf die Last des Motors und die Drehzahl der Ausgangswelle zeigt; und einen Bereich, der den inneren Abgasrückführungsbetrag und den Heizzustand des sauerstoffenthaltenden Gases oder des Gemisches zeigt, das durch die Heizeinrichtung im Hinblick auf die Last des Motors und die Drehzahl der Ausgangswelle erhitzt wird, wobei die zwei Bereiche teilweise überlappen.
Verfahren zum Betreiben eines homogenen Ladekompressionszündungsmotors, aufweisend: Zuführen eines Gemischs aus Kraftstoff und sauerstoffenthaltendem Gas zu einer Verbrennungskammer; Komprimieren und Zünden des Gemischs in der Verbrennungskammer durch Hin- und Herbewegen eines Kolbens; Drehen einer Ausgangswelle durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens; Öffnen und Schließen der Verbrennungskammer mit einem Ansaugventil und einem Auslassventil; und Antreiben eines variablen Ventilbetätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen des Ansaugventils oder des Auslassventils, um eine innere Abgasrückführung auszuführen, dabei ist das Verfahren gekennzeichnet durch: Speichern von Zuordnungsinformationen, die einen Betrag der inneren Abgasrückführung und einen Heizzustand des sauerstoffenthaltenden Gases oder des Gemisches angeben, die notwendig zum Ausführen der homogenen Ladekompressionszündung im Hinblick auf die Last des Motors und die Drehzahl der Ausgangswelle sind; Bestimmen aus den Zuordnungsinformationen, ob die Last, die für den Motor erforderlich ist, und die Drehzahl, die für die Ausgangswelle erforderlich ist, in einem Bereich sind, der eine homogene Ladekompressionszündung ermöglicht; und Steuern des variablen Ventilbetätigungsmechanismus basierend auf den Zuordnungsinformationen zum Erreichen des Betrags der inneren Abgasrückführung und des Heizzustands des sauerstoffenthaltenden Gases oder des Gemisches in Übereinstimmung mit der Last, die für den Motor erforderlich ist, und der Drehzahl, die für die Ausgangswelle erforderlich ist, wenn die erforderliche Last und die erforderliche Drehzahl in dem Bereich sind, der eine homogene Ladekompressionszündung ermöglicht, während des Erhitzens des sauerstoffenthaltenden Gases oder des Gemisches, bevor das sauerstoffenthaltende Gas oder das Gemisch der Verbrennungskammer zugeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, gekennzeichnet durch: Ausführen eines Funkenzündungsbetriebs, wenn die erforderliche Last des Motors und die erforderliche Drehzahl der Ausgangswelle nicht durch Ausführen eines homogenen Ladekompressionszündungsbetriebs erreicht werden können.
Verfahren gemäß Anspruch 14, gekennzeichnet durch: Ausführen einer Funkenzündung mit dem Motor, bis der Motor aufgewärmt ist; und Ausführen eines homogenen Ladekompressionszündungsbetriebs mit dem Motor nach dem Funkenzündungsbetrieb, wenn die erforderliche Last des Motors und die erforderliche Drehzahl der Ausgangswelle in einem Bereich sind, in welchem eine homogene Ladekompressionszündung ermöglicht wird.