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Diese Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit Direkt- bzw. Zylindereinspritzung und Kerzenzündung, in welchem Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt und durch eine Zündkerze entzündet wird.
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In dem Verbrennungsmotor mit Zylindereinspritzung und Kerzenzündung, in welchen Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird, kann eine geschichtete Magerverbrennung ausgeführt werden, wenn die Zündung bei einem insgesamt sehr magereren Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird, indem beispielsweise der durch ein Kraftstoffeinspritzventil in den Kompressionshub eingespritzte Kraftstoffstrahl nahe an einen Elektrodenabschnitt einer Zündkerze geführt wird, und dadurch ein Gemisch mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis um den Elektrodenabschnitt der Zündkerze herum ausgebildet wird. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Kraftstoffstrahl nahe an den Elektrodenabschnitt der Zündkerze zu führen. Ein Verbrennungsmotor, der so ausgebildet ist, dass ein Änderung zwischen unterschiedlichen Arten einer Führung des Kraftstoffstrahls (hierin nachstehend als ”Strahlführungsmodi” bezeichnet) abhängig von den Betriebsbedingungen des Motor ausgeführt wird, wurde bereits durch die Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Nr.
JP 11-210472 A (nachstehend als ”Patentdokument 1” bezeichnet), vorgeschlagen.
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In der in dem Patentdokument 1 offenbarten Technik ist ein Kraftstoffeinspritzventil in einer nahezu vertikalen Position an der Oberseite einer Verbrennungskammer angeordnet, eine Zündkerze mit ihrem Elektrodenabschnitt in der Nähe und dem Einspritzlochabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils gegenüberliegend angeordnet, und ein Hohlraum ist in der Oberseite eines Kolbens ausgebildet. Wenn sich der Motor in einem Betriebsbereich niedriger Motorbelastung befindet, wird eine geschichtete Verbrennung durch ein so genanntes Strahl-Führungsverfahren ausgeführt, in welchem durch Verzögerung des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes bis nahe an den Zündzeitpunkt eine Anordnung geschaffen wird, dass die Zündung zu dem Zeitpunkt erfolgt, wenn der Kraftstoffstrahl aus dem Kraftstoffeinspritzventil in der Nähe des Elektrodenabschnitts der Zündkerze aufgrund seiner eigenen kinetischen Energie ankommt. Währenddessen wird, wenn sich der Motor in einem Betriebsbereich hoher Motorbelastung befindet, eine geschichtete Verbrennung durch ein so genanntes Wand-Führungsverfahren ausgeführt, in welchem durch die Vorverlegung des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes eine solche Anordnung geschaffen wird, dass der Kraftstoffstrahl mit Hilfe einer durch den Hohlraum in den Kolben erzeugten Walzenströmung nahe an den Elektrodenabschnitt der Zündkerze geführt und gezündet wird.
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EP 1 471 227 A2 beschreibt einen Direkteinspritzmotor, der eine Verbrennungskammer, einen Kolben mit einem Hohlraum, ein Kraftstoffeinspritzventil, eine Zündkerze und eine Steuereinheit aufweist. Die Steuereinheit ist konfiguriert, ein erstes Luft-Kraftstoff-Gemisch anzuzünden, das unmittelbar nachdem der Kraftstoffstrahl eingespritzt ist und bevor eine Mehrheit des Kraftstoffstrahls in den Hohlraum eindringt, gebildet ist, wenn der Direkteinspritzmotor in einem niedrig belasteten geschichteten Verbrennungsbereich in Betrieb befindlich ist, und ein zweites Luft-Kraftstoffgemisch anzuzünden, das, nachdem die Mehrheit des Kraftstoffstrahls durch den Hohlraum in Richtung eines oberen Abschnitts der Verbrennungskammer auf den Hohlraum geführt ist, gebildet ist, wenn der Direkteinspritzmotor in einem hoch belasteten geschichteten Verbrennungsbereich in Betrieb befindlich ist.
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JP 11-210472 A beschreibt einen Aufbau eines Verbrennungsraums eines Ottomotors mit Zylindereinspritzung, um den Bereich des Schichtbetriebs der Verbrennung zu vergrößern. Eine Düsenöffnung in einer Einspritzdüse ist auf die Seite gerichtet, an der eine Tumble-Strömung in einem Kolbenhohlraum auf einer Deckfläche eines Kolbens aufsteigend ausgebildet ist. Ein Zündelement einer Zündkerze ist in einer Richtung angeordnet, in der die Tumble-Strömung aufsteigt. Wenn ein Teil des Kraftstoffs, der während der Anfangsphase des Kompressionshubs eingespritzt ist, aus dem Kolbenhohlraum austritt, wird der in einem Zündelement durch eine „Squish”-Strömung aus dem „Squish”-Bereich aufgenommen und verbrannt, so dass kein Kohlenwasserstoff unverbrannt bleibt.
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JP 2002-130016 A beschreibt eine Steuereinheit für einen Verbrennungsmotor, um die Verschlechterung des Fahrverhaltens durch eine falsche Drehmoment-Steuerung abzugrenzen, wenn der Verbrennungsmotor von einem Leerlaufzustand zu einem Nicht-Leerlaufzustand wechselt. Dabei wird das Kraftstoffflusssteuerungsventil von einem geschlossenen Zustand zu einem geöffneten Zustand umgeschaltet, nachdem die Drehmomentsteuerung beendet ist; und von einem geöffneten Zustand zu einem geschlossenen Zustand umgeschaltet, während die Drehmomentsteuerung eine Verschlechterung des Schließens und Öffnens des Steuerungsventils abgrenzt.
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Um den Strahlführungsmodus in Abhängigkeit von der Belastung des Verbrennungsmotors, wie es in dem Patentdokument 1 offenbart ist, zu verändern, ist es erforderlich, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt unter Verwendung eines spezifizierten Motordrehmomentes als Schwellenwert zu verändern. Jedoch werden bei der Regelung unter Verwendung normaler Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Kennfelder und normaler Zündzeitpunkt-Kennfelder, um eine Stufe in einem Drehmoment aufgrund einer abrupten Änderung im Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt zu verhindern, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt kontinuierlich verändert, indem eine Interpolation an den Steuerkennfeldern ausgeführt wird. Dieses bewirkt ein Problem, dass zum Zeitpunkt einer Änderung eines Strahlführungsmodus Fehlzündungen aufgrund der nachstehenden Gründe auftreten.
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4 ist ein Kennliniendiagramm, welches ein spezifiziertes Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrifft und in Bezug auf den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij (horizontale Achse) und den Zündzeitpunkt Tig (vertikale Achse) einen Bereich zeigt, welcher eine stabile geschichtete Verbrennung durch das Strahl-Führungsverfahren (SG-Bereich) erreichen kann, und einen Bereich, der eine stabile geschichtete Verbrennung durch das Wand-Führungsverfahren (WG-Bereich) erreichen kann. 4 stellt dar, dass bei diesem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der SG-Bereich und der WG-Bereich mit einem dazwischen liegenden Fehlzündungsbereich voneinander unabhängig sind. Somit kann es, wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig wie vorstehend erwähnt kontinuierlich durch Interpolation verändert werden, Fälle geben, bei denen der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt längere Zeit in dem Fehlzündungsbereich liegen, so dass Fehlzündungen fortgesetzt auftreten. Um diese Situation zu vermeiden, muss ein Strahlführungsmodus abhängig von der Motorbelastung geändert werden, wobei jedoch die Änderung des Modus nicht durchgeführt werden kann. Somit können die Vorteile beider der Kraftstoffführungsmodi, wie z. B. die Verbesserung im Kraftstoffwirkungsgrad als auch in der Reduzierung von NOx nicht genutzt werden.
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Diese Erfindung wurde gemacht, um Probleme wie die vorstehend erwähnten zu lösen. Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verbrennungsmotor mit Direkt- bzw. Zylindereinspritzung und Kerzenzündung, welcher einen Kraftstoff-Strahlführungsmodus ändern kann, eine Stufe in dem von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoment unterdrücken und Fehlzündung verhindern kann, und somit vollständig die Vorteile jedes Kraftstoff-Strahlführungsmodus nutzen kann.
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Diese Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden.
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Insbesondere weist zur Lösung dieser Aufgabe ein Verbrennungsmotor mit Direkt- bzw. Zylindereinspritzung und Kerzenzündung gemäß dieser Erfindung ein Kraftstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer; eine Zündkerze mit einem in der Nähe eines Pfades des durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffstrahls angeordneten Elektrodenabschnitt; und einen Kolben auf, der so ausgebildet ist, dass er den Kraftstoffstrahl, welcher den Elektrodenabschnitt der Zündkerze passiert hat, so umkehrt, dass der Kraftstoffstrahl wieder in die Nähe des Elektrodenabschnitts geführt wird, wobei der Verbrennungsmotor mit Zylindereinspritzung und Kerzenzündung selektiv zwischen geschichteter Verbrennung in einem ersten Strahlführungsmodus, in welchem eine Zündung zum Zeitpunkt ausgeführt wird, wenn der durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzte Kraftstoffstrahl den Elektrodenabschnitt der Zündkerze passiert, und geschichteter Verbrennung in einem zweiten Strahlführungsmodus, in welchem die Zündung zu einem Zeitpunkt ausgeführt wird, wenn der Kraftstoffstrahl, welcher den Elektrodenabschnitt passiert hat, durch den den Kraftstoffstrahl umkehrenden Kolben wieder in die Nähe des Elektrodenabschnitts geführt wird, umgeschaltet betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit Zylindereinspritzung und Kerzenzündung ferner eine Modusänderungs-Bestimmungseinrichtung, um zu bestimmen, ob eine Änderung zwischen den zwei Strahlführungsmodi in einem Koexistenzbetriebsbereich auszuführen ist, wenn sowohl eine geschichtete Verbrennung in dem ersten Strahlführungsmodus als auch eine geschichtete Verbrennung in dem zweiten Strahlführungsmodus ausführbar sind; eine Einspritzzeitpunkt- und Zündzeitpunkt-Berechnungseinheit, die dafür eingerichtet ist, wenn die Modusänderungs-Bestimmungseinrichtung die Änderung des Strahlführungsmodus bestimmt, einen Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und Zündzeitpunktes zu berechnen, welcher in der Lage ist, mittels einer geschichteten Verbrennung indem Strahlführungsmodus nach der Änderung nahezu dasselbe Drehmoment zu erreichen, wie ein Drehmoment, das von dem Verbrennungsmotor vor der Änderung erzeugt wurde; und eine Strahlführungsmodus-Änderungseinrichtung aufweist, die dafür eingerichtet ist, wenn die Modusänderungs-Bestimmungseinrichtung eine Änderung des Strahlführungsmodus bestimmt, schrittweise den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt für den Verbrennungsmotor auf der Basis des Ergebnisses der Berechnung der Einspritzzeitpunkt- und Zündzeitpunkt-Berechnungseinrichtung zu verändern.
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Somit kann, wenn der durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzte Kraftstoffstrahl den Elektrodenabschnitt der Zündkerze passiert, der Kraftstoffstrahl in dem ersten Strahlführungsmodus gezündet werden, und dann, wenn der durch den Kolben umgekehrte Kraftstoffstrahl wieder an den Elektrodenabschnitt geführt wird, der Kraftstoffstrahl in dem zweiten Kraftstoff-Strahlführungsmodus gezündet werden.
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Bezüglich der Motorbelastung und des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gibt es einen Unterschied zwischen einem Bereich, in welchem die geschichtete Verbrennung in dem ersten Strahlführungsmodus ausführbar bzw. praktikabel ist, und einem Bereich, in welchem eine geschichtete Verbrennung in dem zweiten Strahlführungsmodus ausführbar bzw. praktikabel ist, und zwischen beiden Bereichen gibt es einen Koexistenzbereich, in welchem eine geschichtete Verbrennung in dem ersten Strahlführungsmodus und eine geschichtete Verbrennung in dem zweiten Strahlführungsmodus beide ausführbar bzw. praktikabel sind. In dem Koexistenzbereich variieren der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt, welche eine geschichtete Verbrennung erreichen können, abhängig von dem Strahlführungsmodus. Somit weist in einigen Fällen der Koexistenzbereich in Bezug auf den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt eine erste Strahlführungsmodusregion und eine zweite Strahlführungsmodusregion auf, welche mit einem Fehlzündungsbereich dazwischen voneinander unabhängig sind.
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Wenn die Modusänderungs-Bestimmungseinrichtung die Änderung des Strahlführungsmodus bestimmt, berechnet die Einspritzzeitpunkt- und Zündzeitpunkt-Berechnungseinrichtung einen Satz von Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und einen Zündzeitpunkt, die in der Lage sind, nahezu dasselbe Motordrehmoment wie ein Motordrehmoment vor dem Umschalten durch eine geschichtete Verbrennung in dem Strahlführungsmodus nach der Änderung zu erreichen, und auf der Basis des Ergebnisses der Berechnung ändert die Strahlführungsmodus-Änderungseinrichtung schrittweise den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt. in einer die Fehlzündungsbereich überspringenden Weise. Somit wird eine Stufe bzw. Änderung in dem von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoment, die von einer Änderung eines Strahlführungsmodus begleitet ist, unterdrückt, und die Fortsetzung der Fehlzündung aufgrund des in dem Fehlzündungsbereich befindlichen Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und Zündzeitpunktes wird verhindert. Somit kann der Strahlführungsmodus ohne Bedenken bezüglich einer Drehmomentstufe und Fehlzündung umgeschaltet werden.
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Dieses macht es möglich, den Verbrennungsmotor in einem für die momentanen Betriebsbedingungen im Hinblick auf den Kraftstoffwirkungsgrad, die NOx Emission usw. optimalen Strahlführungsmodus arbeiten zu lassen und vollständig die Vorteile jedes Strahlführungsmodus zu nutzen.
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Bevorzugt berechnet in dem Verbrennungsmotor mit Zylindereinspritzung und Kerzenzündung wie diesem die Einspritzzeitpunkt- und Zündzeitpunkt-Berechnungseinrichtung einen Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und Zündzeitpunktes, welcher nahezu dasselbe Motordrehmoment wie ein Motordrehmoment vor der Änderung durch geschichtete Verbrennung in dem Strahlführungsmodus nach der Änderung bei demselben Luft/Kraftstoff-Verhältnis wie einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis vor der Änderung erreichen kann; und die Strahlführungsmodus-Änderungseinrichtung ändert stufenweise unter Beibehaltung desselben Luft/Kraftstoff-Verhältnisses den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt.
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Da der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt auf der Basis desselben Luft/Kraftstoff-Verhältnisses berechnet werden, und schrittweise auf der Basis des Ergebnisses der Berechnung unter Beibehaltung desselben Luft/Kraftstoff-Verhältnisses geändert werden, kann die Notwendigkeit, Maßnahmen zur Unterdrückung einer Luft/Kraftstoff-Verhältnisänderung, welche die Änderung des Strahlführungsmodus begleitet, zu ergreifen, beispielsweise zur parallelen Steuerung eines Drosselklappenventils, vermieden werden.
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Beispielsweise wählt in dem Verbrennungsmotor mit Zylindereinspritzung und Kerzenzündung, wenn mehrere Sätze eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und Zündzeitpunktes, die nahezu dasselbe Motordrehmoment wie ein Motordrehmoment vor der Änderung erreichen können, von der Einspritzzeitpunkt- und Zündzeitpunkt-Berechnungseinheit berechnet werden, die Strahlführungsmodus-Änderungseinrichtung einen Satz eines Einspritzzeitpunktes und eines Zündzeitpunktes der nach der Änderung möglichst nahe an einem optimalen Steuerpunkt in dem Strahlführungsmodus im Hinblick auf den des Kraftstoffwirkungsgrad und das Drehmoment liegt, und verändert den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt schrittweise zu dem ausgewählten Satz hin.
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Somit wird, wenn mehrere Sätze eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und eines Zündzeitpunktes in der Lage sind, nahezu dasselbe Motordrehmoment wie ein Drehmoment vor die Änderung des Strahlführungsmodus zu erreichen, berechnet werden, der Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und Zündzeitpunktes, der einem optimalen Steuerpunkt im Hinblick auf den Kraftstoffwirkungsgrad und das Drehmoment am nächsten kommt, aus diesen Kandidatensätzen ausgewählt und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt gemäß dem ausgewählten Satz geändert. Demzufolge wird eine die Änderung des Strahlführungsmodus begleitende Verschlechterung der Verbrennung auf ein Minimum reduziert.
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Die Strahlführungsmodus-Änderungseinrichtung in dem Verbrennungsmotor mit Zylindereinspritzung und Kerzenzündung verändert den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt schrittweise und verändert dann den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt kontinuierlich auf einen optimalen Steuerpunkt in dem Strahlführungsmodus nach der Änderung im Hinblick auf den Kraftstoffwirkungsgrad und das Drehmoment.
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Da der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt schrittweise verändert werden und dann kontinuierlich auf dem optimalen Steuerpunkt im Hinblick auf den Kraftstoffwirkungsgrad und das Drehmoment verändert werden, kann ein guter Kraftstoffwirkungsgrad und ein gutes Drehmoment im Betrieb des Strahlführungsmodus nach der Änderung des Strahlführungsmodus erreicht werden.
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Bevorzugt ermittelt die Modusänderungs-Bestimmungseinrichtung in dem Verbrennungsmotor mit Zylindereinspritzung und Kerzenzündung, ob ein Änderung von dem zweiten Strahlführungsmodus auf den ersten Strahlführungsmodus auszuführen ist, auf der Basis eines bei einer geringeren Belastung festgelegten Schwellenwertes oder eines magereren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, im Vergleich zu einem Schwellenwert zur Ermittlung, ob eine Änderung von dem ersten Strahlführungsmodus auf den zweiten Strahlführungsmodus auszuführen ist.
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Im Vergleich zu dem zweiten Strahlführungsmodus, in welchem die Zündung des Kraftstoffstrahls zu dem Zeitpunkt erfolgt, wenn der sich mit einer Ansaugluftströmung verdünnende Kraftstoffstrahl wieder zu dem Elektrodenabschnitt geführt wird, ist in dem ersten Strahlführungsmodus, in welchem die Zündung des Kraftstoffstrahls zu dem Zeitpunkt erfolgt, wenn der Kraftstoffstrahl aus dem Kraftstoffeinspritzventil den Elektrodenabschnitt passiert, der Bereich von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten und Zündzeitpunkten, welche eine geschichtete Verbrennung erreichen können, ziemlich schmal. Somit gibt es Fälle, in welchen kein Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und eines Zündzeitpunktes, welche nahezu dasselbe Motordrehmoment in dem ersten Strahlführungsmodus erreichen können, existiert. Dieses kann eine Drehmomentstufe bewirken.
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Bezüglich der Last und des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist eine geschichtete Verbrennung in dem ersten Strahlführungsmodus hauptsächlich in einem Bereich ausführbar, in welchem die Belastung niedrig und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Dieses bedeutet, dass, wenn die Belastung niedriger oder das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer ist, der Koexistenzbereich einen größeren Bereich von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten und Zündzeitpunkten hat, welche eine geschichtete Verbrennung in dem ersten Strahlführungsmodus erreichen können. Somit ist, wenn eine Änderung von dem zweiten Strahlführungsmodus zu dem ersten Strahlführungsmodus in dem Koexistenzbereich auf der Basis eines Schwellenwertes ausgeführt wird, der bei einer niedrigeren Belastung oder einem magereren Luft/Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, die Wahrscheinlichkeit, dass nahezu dasselbe Drehmoment oder ein nicht gleiches Drehmoment aber näher an einem Drehmoment vor der Änderung erreicht werden kann, höher. Demzufolge kann eine eine Änderung auf dem ersten Strahlführungsmodus begleitende Drehmomentstufe mit größerer Sicherheit unterdrückt werden.
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Die Erfindung wird im Detail in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:
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1 eine Darstellung, die den schematischen Aufbau des Verbrennungsmotors mit Zylindereinspritzung und Kerzenzündung in einer Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
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2 ein Kennliniendiagramm, das einen Bereich darstellt, in welchem eine geschichtete Verbrennung durch das Strahl-Führungsverfahren ausführbar ist, und einen Bereich, in welchem eine geschichtete Verbrennung durch das Wand-Führungsverfahren ausführbar ist;
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3 ein Steuerkennfeld, das einen Strahlführungs-Betriebsbereich und eine Wandführungs-Betriebsbereich darstellt;
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4 eine Erläuterungsdarstellung, um zu zeigen, wie der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und Zündzeitpunkt aus dem SG-Bereich in den WG-Bereich überführt werden, wenn eine Änderung von dem Strahl-Führungsverfahren auf das Wand-Führungsverfahren ausgeführt wird;
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5 ein Zeitdiagramm, das darstellt, wie eine Steuerung durchgeführt wird, wenn eine Änderung zwischen dem Strahl-Führungsverfahren und dem Wand-Führungsverfahren ausgeführt wird;
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6 ein Diagramm, das darstellt, wie sich das Drehmoment verändert, wenn eine Änderung zwischen dem Strahl-Führungsverfahren und dem Wand-Führungsverfahren ausgeführt wird; und
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7 ein Diagramm, das darstellt, wie der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt aus dem WG-Bereich in den SG-Bereich überführt werden, wenn eine Änderung von dem Wand-Führungsverfahren auf das Strahl-Führungsverfahren ausgeführt wird.
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Ein Verbrennungsmotor mit Direkt- bzw. Zylindereinspritzung und Kerzenzündung in einer Ausführungsform dieser Erfindung wird nachstehend beschrieben.
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1 ist eine Darstellung, die den schematischen Aufbau des Verbrennungsmotors mit Direkt- bzw. Zylindereinspritzung und Kerzenzündung in einer Ausführungsform dieser Erfindung darstellt. Der Verbrennungsmotor in dieser Ausführungsform ist als ein Reihenvierzylindermotor ausgebildet. Die Zeichnung bezieht sich auf einen der Zylinder und die anderen Zylinder haben einen identischen Aufbau.
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Innerhalb eines in einem Zylinderblock 1 eines Verbrennungsmotors E ausgebildeten Zylinders 1a ist ein Kolben 2 so eingebaut, dass er aufwärts und abwärts gleiten kann. Ein Zylinderkopf 3 ist auf dem Zylinderblock 1 befestigt. Die Unterseite des Zylinderkopfes 3 ist so ausgebildet, dass sie gepaarte geneigte Flächen 3a, 3b aufweist, welche sich nach unten zu der Einlassseite (linke Seite in 1) und zu der Auslassseite (rechte Seite in 1) des Verbrennungsmotors E neigen. Die geneigten Flächen 3a, 3b, die Innenoberfläche des Zylinders 1a und die Oberseite des Kolbens 2 definieren einen so genannte Dachverbrennungskammer 4. Eine Aussparung 2a ist in der Kolbenoberseite ausgebildet. Die Aussparung 2a besitzt eine optimale Form, um die in die Verbrennungskammer 4 einströmende Ansaugluft innerhalb der Aussparung 2a nach oben rückwärts umzulenken, um eine Walzenströmung zu erzeugen.
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Ein Kraftstoffeinspritzventil 5 ist in dem Zylinderkopf 3 an einer Stelle etwas zu der Einlassseite in Bezug auf den First, der dort ausgebildet ist, wo sich die geneigten Flächen 3a, 3b treffen, versetzt eingebaut. Das Kraftstoffeinspritzventil 5 wird in einer nahezu vertikalen jedoch leicht geneigten Position so gehalten, dass sein oberes Ende etwas weiter zu der Einlassseite hin als sein unteres Ende angeordnet ist, wo ein Einspritzlochabschnitt 5a an dem unteren Ende dem Innenraum der Verbrennungskammer 4 so gegenüberliegt, dass Kraftstoff in die Verbrennungskammer 4 eingespritzt werden kann. Ferner ist eine Zündkerze 6 in den Zylinderkopf 3 an einer Stelle etwas zur Auslassseite in Bezug auf den First zwischen den geneigten Flächen 3a, 3b versetzt eingebaut. Die Zündkerze 3 wird in einer nahezu vertikalen jedoch geneigten Position so gehalten, dass ihr oberes Ende etwas mehr zu der Auslassseite als ihr unteres Ende angeordnet ist, wo ein Elektrodenabschnitt 6a an dem unteren Ende dem Innenraum der Verbrennungskammer 4 gegenüberliegt.
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Aufgrund dieser Positionsbeziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil 5 und der Zündkerze 6 befinden sich der Einspritzlochabschnitt 5a des Kraftstoffeinspritzventils 5 und der Elektrodenabschnitt 6a der Zündkerze 6 innerhalb der Verbrennungskammer 4 nahe beieinander und ein in das Einspritzlochabschnitt 5a eingespritzter Kraftstoffstrahl verläuft (direkt unterhalb) des Elektrodenabschnitts 6a. Die Positionsbeziehung zwischen dem Kraftstoffstrahlführungspfad und dem Elektrodenabschnitt 6a ist nicht darauf beschränkt. Sie kann in jeder Weise modifiziert werden, solange ein Gemisch durch ein später beschriebenes Strahl-Führungsverfahren gezündet werden kann. Beispielsweise kann der Elektrodenabschnitt 6a in dem Kraftstoffstrahlführungspfad angeordnet sein.
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Auf der einlassseitig geneigten Fläche 3a des Zylinderkopfes 3 sind Einlassöffnungen 7 paarweise so ausgebildet, dass sie in einer Vorne/Hinten-Richtung des Verbrennungsmotors E (Richtung senkrecht zu dem Blatt) mit dem Kraftstoffeinspritzventil 5 dazwischen angeordnet sind. Ebenso sind auf der auslassseitig geneigten Fläche 3b des Zylinderkopfes 3 Auslassöffnungen 8 paarweise so angeordnet, dass sie in einer Vorne/Hinten-Richtung mit der Zündkerze 6 dazwischen angeordnet sind. Ein Einlassventil 7a ist in jeder Einlassöffnung 7 angeordnet, während ein Auslassventil 8a in jeder Auslassöffnung 8 angeordnet ist. Die Einlassventile 7a und Auslassventile 8a werden so gesteuert, dass sie sich zu einem spezifizierten Zeitpunkt mittels eines (nicht dargestellten) Ventilantriebsmechanismus, der auf dem Zylinderkopf vorgesehen ist, synchron zu der Drehung einer Kurbelwelle öffnen und schließen.
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Beide Einlassöffnungen 7 sowie die Einlassöffnungen für die anderen Zylinder sind mit einem (nicht dargestellten) gemeinsamen Einlasskanal verbunden. Während des Betriebs des Motors wird in den Einlasskanal eingeführte Ansaugluft abhängig von der Öffnung eines Drosselklappenventils strömungsgesteuert, dann auf die entsprechenden Zylinder verteilt und strömt durch beide Einlassöffnungen 7 in die Verbrennungskammer 4 ein, sobald die Einlassventile 7a offen sind. Außerdem sind beide Auslassöffnungen 8 sowie die Auslassöffnungen für die anderen Zylinder mit einem (nicht dargestellten) Auslasskanal verbunden. Während des Betriebs des Motors wird nach der Verbrennung in der Verbrennungskammer 4 verbliebenes Abgas über beide Auslassöffnungen 8 an den Auslasskanal abgegeben, sobald sich die Auslassventile 8a öffnen, vereint sich mit dem Abgas aus den anderen Zylindern, passiert einen Katalysator und einen Schalldämpfer, der in dem Auslasskanal angeordnet ist, und wird nach außen abgegeben.
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Im Fahrzeuginnenraum ist eine ECU (Elektronische Steuereinheit) 11 vorgesehen, welche eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung, einen Speicher (ROM, RAM, usw.), der zum Speichern von Steuerprogrammen, Steuerkennfeldern, usw. verwendet wird, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Zeitgeber/Zähler, usw., welche nicht dargestellt sind, aufweist. Mit der Eingangsseite der ECU 11 sind verschiedene Sensoren wie z. B. ein Drehzahlsensor 12 zum Detektieren der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors E, ein Drosselklappensensor 13 zum Detektieren der Drosselklappenöffnung θth in dem Verbrennungsmotor E und ein Beschleunigungspedalsensor 14 zum Detektieren der Niederdrückung des Beschleunigungspedals θacc verbunden. Mit der Ausgangsseite der ECU sind verschiedene Vorrichtungen wie z. B. die vorstehend erwähnten Kraftstoffeinspritzventile 5 und Zündspulen 15 für den Betrieb der entsprechenden Zündkerzen 6 verbunden.
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Auf der Basis von Kraftstoffeinspritzmengen-Kennfeldern, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Kennfeldern und Zündzeitpunkt-Kennfeldern, die im Voraus erstellt werden, legt die ECU 11 die Kraftstoffeinspritzmenge Q, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und den Zündzeitpunkt Tig abhängig von der Motordrehzahl Ne, der Beschleunigungspedalniederdrückung θacc, usw. fest, steuert die Öffnungszeit und den Öffnungszeitpunkt des Kraftstoffeinspritzventils 5 auf der Basis dieser Sollwerte und steuert den Zündzeitpunkt für die Zündkerze 6 durch die Ansteuerung der Zündspule 15.
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Während des Betriebs kann der Verbrennungsmotor E zwischen homogener Verbrennung und geschichteter Verbrennung abhängig von dem Solldrehmoment Tq, das aus der Beschleunigungspedalniederdrückung θacc, usw. erhalten wird, und von der Motordrehzahl Ne umgeschaltet werden. Insbesondere wird, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem Betriebsbereich befindet, in welchem das Solldrehmoment Tq oder die Motordrehzahl Ne relativ hoch sind, eine homogene Verbrennung ausgeführt, indem Kraftstoff in den Einlasshub eingespritzt wird, wodurch ein homogenes Gemisch ausgebildet und dieses verbrannt wird. Währenddessen wird, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem Betriebsbereich befindet, in welchem das Solldrehmoment Tq und die Motordrehzahl Ne relativ niedrig sind, eine geschichtete Verbrennung ausgeführt, indem Kraftstoff in den Kompressionshub eingespritzt wird, wodurch ein Gemisch mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis nahe an dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis um den Elektrodenabschnitt 6a der Zündkerze 6 herum ausgebildet wird, und eine Verbrennung bei einem insgesamt sehr mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis bewirkt wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird die vorstehend erwähnte geschichtete Verbrennung in unterschiedlichen Strahlführungsmodi (unterschiedlichen Arten der Führung des Kraftstoffstrahls) abhängig von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors E erreicht. Diese Strahlführungsmodi werden nachstehend im Detail beschrieben.
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In die Verbrennungskammer 4 durch die Einlassöffnungen 7 in dem Einlass einströmende Ansaugluft wird durch die Aussparung 2a des Kolbens 2 zurück nach oben umgekehrt, um eine Walzenströmung auszubilden. Die ausgebildete Walzenströmung bleibt auch bestehen, nachdem der Motor E zu dem Kompressionshub übergeht. Wenn der Verbrennungsmotor E mit geschichteter Verbrennung arbeitet, tritt der durch das Kraftstoffeinspritzventil 5 in den Kompressionshub eingespritzte Kraftstoffstrahl direkt unter dem Elektrodenabschnitt 6a der Zündkerze aufgrund seiner eigenen kinetischen Energie hindurch und wird dann innerhalb der Aussparung 2a des sich nach oben bewegenden Kolbens zurück nach oben mit der Walzenströmung der Ansaugluft umgekehrt und kommt wieder in der Nähe des Elektrodenabschnitts 6a der Zündkerze 6 an.
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Demzufolge bildet der Kraftstoffstrahl ein entzündbares Gemisch um den Elektrodenabschnitt 2a, um die Gelegenheit zur Zündung zweimal, nämlich zu dem Zeitpunkt, an dem es direkt unterhalb des Elektrodenabschnitts 6a der Zündkerze 6 unmittelbar nach der Einspritzung hindurchtritt, und dann zu dem Zeitpunkt, an dem er den Elektrodenabschnitt 6a nochmals durch die Umkehrung durch die Kolbenaussparung 2a mit der Walzenströmung erreicht. Die geschichtete Verbrennung in dem Strahlführungsmodus des so genannten Strahl-Führungsverfahrens (erster Strahlführungsmodus) wird erreicht, indem die Zündung zu dem ersteren Zeitpunkt durchgeführt wird, und die geschichtete Verbrennung in dem Strahlführungsmodus des so genannten Wand-Führungsverfahrens (zweiter Strahlführungsmodus) wird durch die Durchführung der Zündung zu dem späteren Zeitpunkt erreicht.
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Das Strahl-Führungsverfahren und das Wand-Führungsverfahren unterscheiden sich in der Art der Führung des Kraftstoffstrahls wie dieser, und somit hängen der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig, die eine geschichtete Verbrennung erreichen können, von dem Strahlführungsmodus ab. 2 stellt in Bezug auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die Drehzahl den Bereich dar, in welchem eine geschichtete Verbrennung in jedem Strahlführungsmodus ausführbar ist. Wie es aus 2 ersichtlich ist, ist die geschichtete Verbrennung mittels des Strahl-Führungsverfahrens (hierin nachstehend als ”SG-Verbrennung” bezeichnet) in einem Bereich ausführbar, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis relativ mager und die Drehzahl relativ hoch ist (hierin nachstehend als ”SG-Bereich” bezeichnet). Währenddessen ist die geschichtete Verbrennung mittels des Wand-Führungsverfahrens (hierin nachstehend als ”WG-Verbrennung” bezeichnet) in einem Bereich ausführbar, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis relativ fett und die Umdrehungszahl relativ niedrig ist (hierin nachstehend als ”WG-Bereich” bezeichnet). Zwischen beiden Bereichen existiert ein Koexistenzbereich, in welchem die geschichtete Verbrennung in jedem Strahlführungsverfahren ausführbar ist.
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Aus den in 2 dargestellten Kennlinien kann man erwarten, dass die WG-Verbrennung einen guten Kraftstoffwirkungsgrad und gute NOx-Unterdrückung aufgrund der fetteren Luft/Kraftstoff-Verhältnisse hauptsächlich in dem Niedrigdrehzahl/Hochdrehmoment-Betriebsbereich liefert, und dass die SG-Verbrennung einen guten Kraftstoffwirkungsgrad in den anderen Betriebsbereichen liefert. Im Betrieb mit geschichteter Verbrennung führt die ECU 11 eine Änderung zwischen den Strahlführungsmodi gemäß dem in 3 dargestellten Steuerkennfeld aus, um die WG-Verbrennung hauptsächlich in dem Niedrigdrehzahl/Hochdrehmoment-Betriebsbereich und die SG-Verbrennung in den anderen Betriebsbereichen auszuführen.
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Die Änderung des Strahlführungsmodus auf der Basis des Steuerkennfeldes von 3 wird in dem in 2 dargestellten Koexistenzbereich ausgeführt, in welchem eine geschichtete Verbrennung in jedem Strahlführungsmodus ausführbar bzw. praktikabel ist. An jedem Punkt innerhalb des Koexistenzbereichs ist eine geschichtete Verbrennung in jedem Strahlführungsmodus ausführbar, wobei aber der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig, welche eine geschichtete Verbrennung erreichen können, abhängig von dem Strahlführungsmodus variieren. 4 ist eine Kennfelddarstellung, welche ein bestimmtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb des Koexistenzbereichs darstellt und in Bezug auf einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und Zündzeitpunkt Tig einen SG-Bereich und einen WG-Bereich darstellt. Wie es aus 4 zu ersehen ist, sind der SG-Bereich und WG-Bereich mit einem dazwischen liegenden Fehlzündungsbereich voneinander unabhängig.
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Es ist anzumerken, dass die in 4 dargestellten Kennfelder lediglich ein Beispiel sind, und dass die Fläche und Form des SG-Bereichs und des WG-Bereichs, die Positionsbeziehung zwischen beiden Bereichen usw. abhängig von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis variieren. In einigen Fällen überlappen sich der SG-Bereich und der WG-Bereich. Jedoch sind im Wesentlichen bei den meisten Luft/Kraftstoff-Verhältnissen beide Bereiche voneinander unabhängig.
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Wenn ein Strahlführungsmodus innerhalb des Koexistenzbereichs geändert wird, werden der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig zum Übergang aus dem SG-Bereich in den WG-Bereich oder aus dem WG-Bereich in den SG-Bereich in 4 geändert. In der allgemein durchgeführten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Kennfeldsteuerung und Zündzeitpunkt-Kennfeldsteuerung werden, um eine Stufe in dem von dem Verbrennungsmotor E erzeugten Drehmoment zu vermeiden, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig kontinuierlich verändert, indem eine Interpolation an den Steuerfeldern ausgeführt wird. In dieser Technik gibt es Fälle, in welchen der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig lange in einem Fehlzündungsbereich bleiben, so dass Fehlzündungen anhalten. Daher werden in der vorliegenden Erfindung, um eine derartige Situation zu beenden, die Interpolation beendet, und Maßnahmen gegen Fehlzündung unternommen, wenn der Strahlführungsmodus geändert wird.
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5 ist ein Zeitdiagramm, das darstellt, wie eine Steuerung durchgeführt wird, wenn eine Änderung zwischen dem Strahl-Führungsverfahren und dem Wand-Führungsverfahren ausgeführt wird. 6 ist ein Erläuterungsdiagramm, das darstellt, wie sich das Drehmoment ändert, wenn eine Änderung von dem Strahl-Führungsverfahren zu dem Wand-Führungsverfahren durchgeführt wird.
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Beispielsweise wird in einem Betrieb mit SG-Verbrennung sobald die Belastung des Verbrennungsmotors E zunimmt, das Solldrehmoment Tq größer eingestellt, und um das Solldrehmoment Tq zu erreichen, das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Soll-L/K) auf einen fetteren Wert geändert. In 5 zeigt das Bezugszeichen α die Luft/Kraftstoff-Verhältnisbreite des vorstehend erwähnten Koexistenzbereichs an. Eine Änderung des Strahlführungsmodus von dem Strahl-Führungsverfahren zu dem Wand-Führungsverfahren wird innerhalb des Koexistenzbereichs ausgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Zeitpunkt der Änderung des Strahlführungsmodus auf der Basis des Soll-Drehmomentes Tq bestimmt. Wenn das Soll-Drehmoment Tq ein SW-Umschaltdrehmoment (Schwellenwert) überschreitet, welches im Voraus innerhalb des der Luft/Kraftstoff-Verhältnisbreite α entsprechenden Koexistenzbereich festgelegt wurde, überschreitet, werden der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig auf einen Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und eines Zündzeitpunktes verändert, die in der Lage sind, dasselbe Soll-Drehmoment Tq, oder wenn dasselbe Soll-Drehmoment Tq nicht möglich ist, ein Drehmoment, das möglichst nahe an dem Soll-Drehmoment Tq liegt (Motorbelastung: In der nachstehenden Beschreibung wird der Ausdruck ”dasselbe Soll-Drehmoment Tq” als ein Drehmoment möglichst nahe an dem Soll-Drehmoment Tq beinhaltend verwendet) mittels des Wand-Führungsverfahrens zu erreichen.
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Hier variieren die Kennlinien des SG-Bereichs und WG-Bereichs (die Fläche und Form jedes Bereichs, die Positionsbeziehung zwischen beiden Bereichen, usw.) gemäß Darstellung in 4 in Abhängigkeit von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die Änderung des Strahlführungsmodus wird auf der Basis der Bereichskennwerte des dem SW-Umschaltdrehmoment entsprechenden Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt. Es ist ideal, wenn dasselbe Soll-Drehmoment Tq wie das vor der Änderung des Strahlführungsmodus nach der Änderung erreicht wird. Somit wird das SW-Umschaltdrehmoment so festgelegt, dass es dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, bei welchem die Bereichskennwerte in Bezug auf die Möglichkeit optimal sind, dass ein Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und eines Zündzeitpunkt Tig, welche dasselbe Soll-Drehmoment Tq erreichen können, existiert. Auf der Basis des so festgelegten SW-Umschaltdrehmomentes wird der Zeitpunkt die Änderung des Strahlführungsmodus bestimmt (Modusänderungs-Bestimmungseinrichtung).
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In der SG-Verbrennung werden vor der Änderung der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und Zündzeitpunkt Tig auf Werte, die einer MBT (minimalen Vorzündung für bestes Drehmoment) (optimalen Steuerpunkt) entsprechen, welche das beste Drehmoment im Hinblick auf den Kraftstoffwirkungsgrad liefern, auf der Basis des Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Kennfeldes und des Zündzeitpunkt-Kennfeldes eingestellt. In 4 werden der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig so gesteuert, dass sie ein Punkt a innerhalb des SG-Bereichs sind, der die der MBT entsprechenden Werte ergibt. In 6 werden der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig so gesteuert, dass sie ein Punkt a auf der SG-Verbrennungskennlinienkurve sind.
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Wenn das Soll-Drehmoment Tq das SW-Umschaltdrehmoment überschreitet, wird ein Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und eines Zündzeitpunkt Tig, die dasselbe Soll-Drehmoment Tq mittels des Wand-Führungsverfahrens erreichen können, aus einem vorab erstellten Umwandlungskennfeld (Einspritzzeitpunkt- und Zündzeitpunkt-Berechnungseinrichtung) erhalten. Die Umwandlungskennfelder werden mittels eines Experimentes erstellt, in welchen der Verbrennungsmotor E tatsächlich zu einem Betrieb mit WG-Verbrennung bei unterschiedlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen gebracht wird, um den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und den Zündzeitpunkt Tig zu erhalten, welche jedes Soll-Drehmoment Tq bei jedem Luft/Kraftstoff-Verhältnis erreichen. Ferner werden die Umwandlungskennfelder für eine Änderung von dem Wand-Führungsverfahren zu dem Strahl-Führungsverfahren erstellt und verwendet, wenn eine Änderung in der (später beschriebenen) umgekehrten Richtung ausgeführt wird.
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Auf der Basis der Umwandlungskennfelder werden der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig schrittweise von einem Punkt a innerhalb des SG-Bereichs zu einem Punkt b innerhalb des WG-Bereichs unter Überspringen des Fehlzündungsbereichs gemäß Darstellung in 4 geändert, und schrittweise von einem Punkt, a auf der SG-Verbrennungskennlinienkurve zu einem Punkt b auf der WG-Verbrennungskennlinienkurve, die demselben Soll-Drehmoment Tq entspricht, gemäß Darstellung in 6 geändert (Strahlführungsmodus-Änderungseinrichtung). Somit wird eine Fortsetzung von Fehlzündungen aufgrund dessen, dass der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig in dem Fehlzündungsbereich liegen verhindert, und gleichzeitig wird eine Stufe in dem von dem Verbrennungsmotor E erzeugten Drehmoment, das die Änderung des Strahlführungsmodus begleitet, unterdrückt.
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Da die Änderung des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und des Zündzeitpunktes Tig auf der Basis der Bereichskennwerte bei einem spezifizierten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (das dem SW-Umschaltdrehmoment entspricht) gemäß Darstellung in 4 ausgeführt wird, werden der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig stufenweise, notwendigerweise unter Beibehaltung desselben Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, durchgeführt. Somit kann die Notwendigkeit, Maßnahmen zur Unterdrückung einer Luft/Kraftstoff-Verhältnisänderung, welche die Änderung des Strahlführungsmodus begleitet, beispielsweise eine parallele Steuerung des Drosselklappenventils, vermieden werden.
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Dann werden der MBT entsprechende Werte (optimaler Steuerpunkt) in der WG-Verbrennung aus dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Kennfeld und dem Zündzeitpunkt-Kennfeld erreicht, und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig nach der Änderung werden kontinuierlich gemäß der MBT entsprechenden Werten als Sollwerte verändert. Insbesondere verändern sich in 4 der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig linear und kontinuierlich zu einem Punkt c, welcher die der MBT entsprechenden Werte innerhalb des WG-Bereichs ergibt, und in 6 ändern sich der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig kontinuierlich auf der WG-Verbrennungskennlinienkurve zu dem Punkt c hin, der die der MBT entsprechenden Werte ergibt und die der MBT entsprechenden Werte erreicht, wobei zu diesem Zeitpunkt der Strahlführungsmodus-Änderungsvorgang abgeschlossen ist. Wie es aus 6 ersichtlich ist, besteht, obwohl die Änderung des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und des Zündzeitpunktes Tig von dem Punkt b zu dem Punkt c das Drehmoment erhöht, kein Risiko einer Drehmomentstufe, da sich der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig kontinuierlich verändern.
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In einem Bereich, in welchem die Verwendung der der MBT entsprechenden Werte ein Klopfen verursachen, werden minimal korrigierte Werte zum Unterdrücken des Klopfens aus dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Kennfeld und dem Zündzeitpunkt-Kennfeld als der MBT entsprechende Werte erhalten und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig auf der Basis dieser korrigierten Werte gesteuert.
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Wie es vorstehend festgestellt wurde, wird, wenn eine Änderung von dem Strahl-Führungsverfahren zu dem Wand-Führungsverfahren ausgeführt wird, ein Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und eines Zündzeitpunktes Tig, die das Soll-Drehmoment Tq vor der Änderung erreichen können, durch das Wand-Führungsverfahren erreicht, und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig werden stufenweise auf den erhaltenen Satz verändert. Somit kann die Änderung auf das Wand-Führungsverfahren unter Unterdrückung einer Drehmomentstufe, welche die Änderung von dem Strahlführungsmodus begleitet, und Verhinderung einer Fortsetzung von Fehlzündungen, die durch einen in dem Fehlzündungsbereich liegenden Einspritzzeitpunkt Tij und Zündzeitpunkt Tig verursacht wird, ausgeführt werden.
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Eine Änderung von dem Wand-Führungsverfahren auf das Strahl-Führungsverfahren wird im Wesentlichen mit derselben Prozedur wie der vorstehenden durchgeführt. Insbesondere wird gemäß Darstellung in 5 in einem Betrieb mit WG-Verbrennung, sobald die Belastung abnimmt, das Soll-Drehmoment Tq allmählich verringert, und wenn das Soll-Drehmoment Tq niedriger als ein WS-Umschaltdrehmoment (Schwellenwert) für eine Änderung von dem Wand-Führungsverfahren auf das Strahl-Führungsverfahren wird, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und Zündzeitpunkt Tig schrittweise auf die Werte verändert, welche dasselbe Soll-Drehmoment Tq durch das Strahl-Führungsverfahren erreichen können.
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7 ist eine Erläuterungsdarstellung, die zeigt, wie der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig von dem Punkt c in dem WG-Bereich zu einem Punkt a in dem SG-Bereich in entgegengesetzter Richtung zu der in dem Falle von 4 verändert werden, wenn eine Änderung aus dem Wandführungsmodus in den Strahlführungsmodus ausgeführt wird. Zuerst wird auf der Basis des an einem Punkt c innerhalb des WG-Bereichs erhaltenen Soll-Drehmomentes Tq ein Punkt d, welcher einen Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und eines Zündzeitpunktes Tig ergibt, die dasselbe Soll-Drehmoment Tq durch das Strahl-Führungsverfahren erreichen können, aus dem Umwandlungskennfeld erhalten. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig werden schrittweise von einem Punkt c zu einem Punkt d innerhalb des SG-Bereichs unter Überspringen des Fehlzündungsbereichs geändert und dann kontinuierlich bis zu dem Punkt, der der MBT entsprechende Werte innerhalb des SG-Bereichs ergibt, geändert. Somit kann wie bei der Änderung von dem Strahl-Führungsverfahren zu dem Wand-Führungsverfahren, das vorstehend beschrieben wurde, die Änderung zu dem Wand-Führungsverfahren ausgeführt werden, wobei eine die Änderung des Strahlführungsmodus begleitende Drehmomentstufe unterdrückt und die Fortsetzung einer Fehlzündung, die dadurch bewirkt wird, dass der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig in dem Fehlzündungsbereich liegen, vermieden werden kann.
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Demzufolge kann in der vorliegenden Erfindung eine Änderung zwischen dem Strahl-Führungsverfahren und dem Wand-Führungsverfahren ohne Bedenken bezüglich einer Drehmomentstufe und Fehlzündung ausgeführt werden, was es ermöglicht, eine geschichtete Verbrennung in einem Strahlführungsmodus auszuführen, der für die momentanen Betriebsbedingungen in Hinsicht auf Kraftstoffwirkungsgrad, NOx-Emission usw. optimal ist, und vollständig die Vorteile jedes Strahlführungsmodus zu nutzen.
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Wie das SW-Umschaltdrehmoment, wird das WS-Umschaltdrehmoment auf einen Wert festgelegt, der dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, bei welchem die Bereichskennwerte optimal sind, um dasselbe Soll-Drehmoment Tq zu erreichen. Unter Berücksichtigung dieses Zustandes wird das WS-Umschaltdrehmoment notwendigerweise auf einen niedrigeren Wert (der einem magereren Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht) als das SW-Umschaltdrehmoment festgelegt. Die Festlegung des WS-Umschaltdrehmomentes wird nachstehend beschrieben.
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Wie es aus den in 4 und 7 dargestellten Kennlinien ersichtlich ist, ist innerhalb des Koexistenzbereichs der SG-Bereich in der Fläche wesentlich kleiner als der WG-Bereich, was bedeutet, dass der Bereich von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten Tij und Zündzeitpunkten Tig, welche eine SG-Verbrennung erreichen können, ziemlich schmal ist. Diese Tendenz basiert auf dem Umstand, dass, während die Dauer, in welcher durch das Kraftstoffeinspritzventil 5 eingespritzter und direkt unter dem Elektrodenabschnitt 6a der Zündkerze 6 passierender Kraftstoffstrahl gezündet werden kann, sehr kurz ist, die Dauer, in welcher ein den Elektrodenabschnitt 6a nochmals mit der Walzenströmung erreichender Kraftstoffstrahl gezündet werden kann, lang ist, da er bereits zu einem gewissen Grad diffundiert ist.
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Aufgrund dieser Differenz in der Fläche zwischen dem SG-Bereich und dem WG-Bereich besteht eine Möglichkeit, dass bei demselben Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Übergang aus dem WG-Bereich in den SG-Bereich kein Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und eines Zündzeitpunktes Tig, welche dasselbe Soll-Drehmoment Tq erreichen können, gefunden wird, während für den Übergang aus der SG-Bereich in der WG-Bereich ein Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes und eines Zündzeitpunktes, welche dasselbe Soll-Drehmoment Tq erreichen können, gefunden wird. Somit ist im Vergleich zu dem WG-Bereich in dem SG-Bereich die Wahrscheinlichkeit, einen Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und eines Zündzeitpunktes Tig, die dasselbe Soll-Drehmoment Tq erreichen können, geringer, was eine Drehmomentstufe bewirken kann.
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Die Bereichskennwerte des SG-Bereichs und des WG-Bereichs (Fläche und Form jedes Bereichs, die Positionsbeziehung zwischen beiden Bereichen, usw., wie sie in den 4 und 7 dargestellt sind, variieren abhängig von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Die gesamte Tendenz ist so, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb des Koexistenzbereichs fetter ist, die WG-Verbrennung leichter zu erreichen ist und der WG-Bereich größer ist, und dass, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb des Koexistenzbereich magerer ist, die SG-Verbrennung leichter zu erreichen ist und der SG-Bereich größer ist. Unter Berücksichtigung dieser Tendenz wird das WS-Umschaltdrehmoment auf einen geringeren Wert (dem magereren Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht) als das SW-Umschaltdrehmoment festgelegt.
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Somit ist in den in 7 dargestellten Bereichskennwerten, die dem WS-Umschaltdrehmoment entsprechen, der SG-Bereich im Vergleich zu dem SG-Bereich in 4 (dargestellt durch die unterbrochene Linie in 7) größer (und umgekehrt ist der WG-Bereich kleiner). Somit ist, wenn die Änderung von dem Wand-Führungsverfahren zu dem Strahl-Führungsverfahren ausgeführt wird, die Wahrscheinlichkeit, einen Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und eines Zündzeitpunktes Tig zu erreichen, die dasselbe Soll-Drehmoment Tq in der SG-Bereich erreichen können, höher, und selbst dann, wenn ein derartiger Satz nicht gefunden wird, die Wahrscheinlichkeit, einen Satz mit einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und einem Zündzeitpunkt Tig zu erreichen, der ein Drehmoment erreicht, das näher an dem Soll-Drehmoment Tq liegt, höher. Demzufolge kann die Änderung zu dem Strahl-Führungsverfahren ohne Drehmomentstufe abgeschlossen werden.
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Abhängig von den Bereichseigenschaften gemäß Darstellung in den 4 und 7 kann mehr als ein Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und eines Zündzeitpunktes Tig, die dasselbe Soll-Drehmoment Tq in dem Strahlführungsmodus nach der Änderung erreichen können, existieren. In einem derartigen Falle wird aus diesen Kandidatensätzen, ein Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und eines Zündzeitpunktes Tig, möglichst nahe an den der MBT entsprechenden Werten in dem Strahlführungsmodus nach der Änderung auf der Basis des Umwandlungskennfeldes ausgewählt, und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und Zündzeitpunkt Tig werden schrittweise auf den gewählten Satz verändert. Demzufolge werden der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und der Zündzeitpunkt Tig an einen Punkt nahe an den der MBT entsprechenden Werten verändert, und erreichen dann die der MBT entsprechenden Werte auf dem kürzesten Weg. Dieses macht die Dauer, in welcher der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt Tij und Zündzeitpunkt Tig außerhalb der der MBT entsprechenden Werte aufgrund einer Änderung des Strahlführungsmodus liegen, sehr kurz und kann die Verschlechterung der Verbrennung in dieser Dauer auf ein Minimum reduzieren.
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In dem Falle, in welchem kein Satz eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes Tij und eines Zündzeitpunktes Tig, welche dasselbe Soll-Drehmoment Tq erreichen können, existiert, aber mehrere Kandidatensätze, welche ein Drehmoment nahe an demselben Drehmoment Tq erreichen können, existiert, wird ein Kandidat, welcher der beste im Hinblick auf eine Drehmomentstufe und Verbrennungsbedingungen ist, auf der Basis des Umwandlungskennfeldes ausgewählt. Insbesondere werden unter Berücksichtigung der zustande gebrachten Unterdrückung einer Drehmomentstufe, wenn ein Kandidat, der ein Drehmoment nahe an demselben Drehmoment erreichen kann, ausgewählt wird, und die Unterdrückung zustande gebrachten Verbrennungsverschlechterung, wenn ein Kandidat nahe an den der MBT entsprechenden Werten ausgewählt wird, ein Kandidat der beide Anforderungen maximal erfüllen kann, im Voraus in dem Umwandlungskennfeld festgelegt, und der Kraftstoffeinspritzeitpunkt Tij und Zündzeitpunkt Tig schrittweise auf diesen Kandidaten hin geändert. Demzufolge kann auch in diesem Falle sowohl eine Unterdrückung einer Drehmomentstufe als auch Verhinderung einer Fehlzündung erreicht werden.
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Vorstehendes ist die Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise ist in der vorstehenden Ausführungsform der Motor ein Reihen-Vierzylinder-Verbrennungsmotor E. Jedoch ist die Anordnung oder Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors E nicht beschränkt, sondern kann in beliebiger Weise modifiziert werden, solange dieses eine Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 4 und eine Änderung zwischen unterschiedlichen Strahlführungsmodi zulässt.
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Ferner wird in der beschriebenen Ausführungsform der Zeitpunkt der Änderung des Strahlführungsmodus auf der Basis des Soll-Drehmomentes Tq bestimmt. Wie es jedoch aus der Beschreibung der Ausführungsform ersichtlich ist, kann, da das Soll-Drehmoment Tq mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis korreliert, der Zeitpunkt der Änderung auf der Basis des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses anstelle des Soll-Drehmomentes Tq ermittelt werden.
