DE102012002135A1 - Fremdgezündeter Benzinmotor, Verfahren zu dessen Steuerung, Steuervorrichtung und Computerprogrammprodukt - Google Patents

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Abstract

Die Offenbarung stellt einen fremdgezündeten Benzinmotor bereit. Wenn ein Betriebszustand eines Motorkörpers in einem niedrigen Motordrehzahlbereich ist, betreibt eine Steuerung einen Kraftstoffdruckvariationsmechanismus, so dass ein Kraftstoffdruck in einem hohen Motorlastbereich im Vergleich zu einem niedrigen Motorlastbereich höher ist, die Steuerung betreibt in dem hohen Motorlastbereich einen Kraftstoffeinspritzmechanismus, um wenigstens eine Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder durch ein zylinderinternes Einspritzventil zu einer Zeit durchzuführen, die während einer Verzögerungszeitspanne von einer späten Phase eines Verdichtungstakts bis zu einer frühen Phase eines Expansionstakts ist, und die Steuerung betreibt in dem hohen Motorlastbereich eine Zündkerze, um zu einer Zeit während der Verzögerungszeitspanne und nach der Kraftstoffeinspritzung zu zünden.

Description

  • Hintergrund
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen fremdgezündeten Benzinmotor, ein Verfahren zu dessen Steuerung, eine Steuervorrichtung für einen derartigen Motor und ein Computerprogrammprodukt.
  • Bei der Verbesserung eines Sollwärmewirkungsgrads eines fremdgezündeten Benzinmotors ist die Erhöhung eines geometrischen Verdichtungsverhältnisses des fremdgezündeten Benzinmotors wirkungsvoll. Zum Beispiel offenbart JP2007-292050A einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor mit einem hohen Verdichtungsverhältnis, in dem ein geometrisches Verdichtungsverhältnis auf 14:1 oder darüber festgelegt ist.
  • Ferner ist als eine Technik, um sowohl eine Verbesserung in der Abgasemission als auch eine Verbesserung im Wärmewirkungsgrad zu erzielen, wie zum Beispiel in JP2007-154859A offenbart, eine Verbrennungsbetriebsart bekannt, in der eine magere Luft-Kraftstoff-Mischung durch Verdichtung gezündet wird. Die Erhöhung eines geometrischen Verdichtungsverhältnisses in einem Motor, in dem eine derartige Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung durchgeführt wird, führt zu der Erhöhung eines Drucks und einer Temperatur am Ende eines Verdichtungstakts und ist daher vorteilhaft bei der Stabilisierung einer Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung.
  • Obwohl indessen ein fremdgezündeter Benzinmotor, wie etwa der in JP2007-292050A offenbarte, vorteilhaft für die Verbesserung des Wärmewirkungsgrads ist, gab es ein Problem, dass leicht Störungen in der Verbrennung, wie etwa eine Frühzündung, und Klopfen (Funkenklopfen), bewirkt werden, wenn ein Betriebszustand des Motors insbesondere in einem niedrigen Motordrehzahlbereich und einem mittleren oder hohen Motorlastbereich ist.
  • Selbst wenn ferner bei einem Motor, in dem eine Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung durchgeführt wird, die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung innerhalb eines Betriebsbereichs durchgeführt werden kann, in dem eine Motorlast niedrig ist, verwandelt sich die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung in eine Verbrennung, die durch eine Frühzündung bewirkt wird, bei der eine Druckzunahme schnell ist, wenn die Motorlast zunimmt. Daher werden Verbrennungsgeräusche lauter, und es werden gleichzeitig Störungen in der Verbrennung, wie etwa das Klopfen, bewirkt; gleichzeitig nimmt aufgrund einer hohen Verbrennungstemperatur das Roh-NOx zu. Folglich wird, wie in JP2007-154859A offenbart, selbst bei dem Motor, bei dem die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung durchgeführt wird, in dem Betriebsbereich, in dem die Motorlast hoch ist, nicht die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung durchgeführt, sondern im Allgemeinen wird durch Betreiben einer Zündkerze eine fremdgezündete Verbrennung durchgeführt. Bei einem Motor, bei dem ein geometrisches Verdichtungsverhältnis hoch festgelegt ist, so dass die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung stabilisiert ist, entsteht jedoch innerhalb eines Betriebsbereichs, in dem die Motordrehzahl hoch ist, wenn eine fremdgezündete Verbrennung durchgeführt wird, ähnlich dem Motor in JP2007-292050A ein Problem, dass Störungen in der Verbrennung bewirkt werden.
  • Die vorliegende Erfindung wird angesichts der vorstehenden Gegebenheiten gemacht und vermeidet Störungen in der Verbrennung in einem fremdgezündeten Benzinmotor mit einem hohen Verdichtungsverhältnis, in dem ein geometrisches Verdichtungsverhältnis vergleichsweise hoch, zum Beispiel auf 14:1, festgelegt ist, wenn der Motor in einem hohen Lastbereich ist.
  • Störungen in der Verbrennung, wie etwa eine Frühzündung und Klopfen, entsprechen einer Selbstzündungsreaktion aufgrund unverbrannter Luft-Kraftstoff-Mischung, die während eines Verdichtungstakts verdichtet wird, und einer Selbstzündungsreaktion aufgrund eines unverbrannten Teils der Luft-Kraftstoff-Mischung, die durch eine Ausdehnung ihres verbrannten Teils verdichtet wird, während die Luft-Kraftstoff-Mischung verbrannt wird. Mit dem herkömmlichen Motor, bei dem Kraftstoff während eines Einlasstakts in ihn eingespritzt wird, ist einer der Faktoren, die derartige Störungen in der Verbrennung bewirken, eine lange Reaktionsdauer der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung, mit anderen Worten eine Zeitdauer von dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung bis zum Ende der Verbrennung.
  • Die Reaktionsdauer der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung wird durch drei Zeitspannen festgelegt: eine Einspritzzeitspanne, in der ein Kraftstoffeinspritzventil den Kraftstoff einspritzt, eine Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne, die beginnt, wenn die Kraftstoffeinspritzung abgeschlossen ist, bis eine brennbare Luft-Kraftstoff-Mischung um die Zündkerze herum gebildet ist, und eine Verbrennungszeitspanne ab dem Beginn der Verbrennung, indem die brennbare Luft-Kraftstoff-Mischung um die Zündkerze herum gezündet wird, bis, wenn die Verbrennung endet. Durch Untersuchen einer Maßnahme zur Verkürzung dieser jeweiligen drei Zeitspannen, wurde herausgefunden, dass das Einspritzen des Kraftstoffs in einen Zylinder mit einer Zeitabstimmung nahe eines oberen Totpunkts der Verdichtung mit einem vergleichsweise hohen Kraftstoffdruck jeweils die Einspritzungs-, Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungs- und Verbrennungszeitspannen verkürzt, und als ein Ergebnis zu dem Abschluss der vorliegenden Erfindung führt.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Insbesondere umfasst ein hier offenbarter fremdgezündeter Otto- oder Benzinmotor einen Motorkörper mit einem Zylinder, dessen geometrisches Verdichtungsverhältnis ungefähr auf 14:1 oder darüber festgelegt ist, der mit Kraftstoff versorgt werden soll, der wenigstens Benzin enthält, einen Kraftstoffeinspritzmechanismus, der wenigstens ein zylinderinternes Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder, eine Zündkerze zum Zünden einer Luft-Kraftstoff-Mischung im Inneren des Zylinders, einen Kraftstoffdruckvariationsmechanismus zum Ändern eines Drucks des Kraftstoffs, der von dem zylinderinternen Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, und eine Steuerung zum Betreiben des Motorkörpers, indem wenigstens der Kraftstoffeinspritzmechanismus, die Zündkerze und der Kraftstoffdruckvariationsmechanismus gesteuert oder geregelt werden.
  • Wenn ein Betriebszustand des Motorkörpers in einem niedrigen Motordrehzahlbereich ist, betreibt die Steuerung den Kraftstoffdruckvariationsmechanismus, so dass der Kraftstoffdruck in einem hohen Motorlastbereich im Vergleich zu einem niedrigen Motorlastbereich höher ist, die Steuerung betreibt den Kraftstoffeinspritzmechanismus in dem hohen Motorlastbereich, um wenigstens eine Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder durch das zylinderinterne Einspritzventil zu einer Zeit während einer Verzögerungszeitspanne von der späten Phase eines Verdichtungstakts bis zu der frühen Phase eines Expansionstakts durchzuführen, und die Steuerung betreibt in dem hohen Motorlastbereich die Zündkerze, um zu einer Zeit während der Verzögerungszeit und nach der Kraftstoffeinspritzung zu zünden.
  • Wenn der Betriebszustand des Motorkörpers in einem mittleren Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, betreibt die Steuerung den Kraftstoffeinspritzmechanismus, um ferner eine Kraftstoffeinspritzung während eines Einlasstakts durchzuführen. Vorzugsweise betreibt die Steuerung den Kraftstoffeinspritzmechanismus, um die Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts durchzuführen, wenn der Betriebszustand des Motorkörpers in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, und die Steuerung betreibt den Kraftstoffeinspritzmechanismus, um die Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts in dem mittleren Motordrehzahlbereich im Vergleich zu dem niedrigen Motordrehzahlbereich mit einer größeren Kraftstoffeinspritzmenge durchzuführen.
  • Hier kann das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motorkörpers zum Beispiel auf einen Bereich von ungefähr 14:1 bis 20:1 festgelegt werden.
  • Ferner können der „niedrige Motorlastbereich” und der „hohe Motorlastbereich” in einem Fall, in dem ein Betriebsbereich des Motorkörpers gemäß der Höhe der Motorlast zweigeteilt wird, jeweils Bereiche auf einer Seite einer niedrigen Motorlast und einer Seite einer hohen Motorlast sein.
  • Der „niedrige Motordrehzahlbereich” und der „mittlere Motordrehzahlbereich” können in einem Fall, in dem der Betriebsbereich des Motorkörpers in den niedrigen, mittleren und hohen Motordrehzahlbereich dreigeteilt wird, jeweils Bereiche mit der niedrigen Motordrehzahl und der mittleren Motordrehzahl sein.
  • Die „späte Phase des Verdichtungstakts” kann in einem Fall, in dem der Verdichtungstakt in die frühe, mittlere und späte Phase dreigeteilt wird, eine späte Phase sein, und ebenso kann die „frühe Phase des Expansionstakts” in einem Fall, in dem der Expansionstakt in die frühe, mittlere und späte Phase dreigeteilt wird, die frühe Phase sein.
  • Wenn der Betriebsbereich des Motorkörpers in dem hohen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist, wird die tatsächliche Zeitdauer, die für eine Änderung eines Kurbelwinkels benötigt wird, länger, und ein Druck und eine Temperatur im Inneren des Zylinders steigen, wodurch leicht Störungen in der Verbrennung, wie etwa eine Frühzündung und Klopfen, auftreten. Da der Motorkörper mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ein hohes Verdichtungsverhältnis hat, wenn der Betriebsbereich des Motorkörpers in dem hohen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist, treten ferner leicht die Störungen in der Verbrennung auf.
  • In dem Motor mit dem vorstehenden Aufbau steuert die Steuerung in einem derartigen hohen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs den Kraftstoffdruck, so dass er im Vergleich zu einem Fall des niedrigen Motorlastbereichs höher ist. Der hohe Kraftstoffdruck erhöht die Kraftstoffmenge, die pro Einheitszeit eingespritzt wird, relativ. Wenn dabei die gleiche Menge der Kraftstoffeinspritzung verglichen wird, verkürzt der hohe Kraftstoffdruck eine Zeitspanne zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder, das heißt, eine Einspritzzeitspanne, gegenüber dem niedrigen Kraftstoffdruck.
  • Überdies ist der hohe Kraftstoffdruck vorteilhaft beim Zerstäuben eines zerstäubten Kraftstoffs, der in den Zylinder eingespritzt wird, und verlängert auch Ausbreitungsstrecke des zerstäubten Kraftstoffs. Somit verkürzt der hohe Kraftstoffdruck eine Zeitspanne, die beginnt, wenn die Kraftstoffeinspritzung abgeschlossen ist, bis eine brennbare Luft-Kraftstoff-Mischung um die Zündkerze herum gebildet ist (eine Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne).
  • Eine Endzeit der Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne ist im Wesentlichen die gleiche wie eine Einspritzzeit, die nahe einem oberen Verdichtungstotpunkt ist, daher erlaubt die Verkürzung der Einspritzzeitspanne und der Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne, wie vorstehend beschrieben, dass die Einspritzzeit des Kraftstoffs (genauer eine Einspritzanfangszeit) zu einer vergleichsweise späten Zeit festgelegt wird. Somit wird in dem vorstehenden Aufbau zur Zeit während der Verzögerungszeitspanne von der späten Phase des Verdichtungstakts bis zu der frühen Phase des Expansionstakts die Einspritzung mit hohem Kraftstoffdruck durchgeführt.
  • Begleitend zu der Einspritzung des Kraftstoffs in den Zylinder mit dem hohen Kraftstoffdruck werden Turbulenzen im Inneren des Zylinders stark und eine kinetische Turbulenzenergie im Inneren des Zylinders nimmt zu. Die hohe kinetische Turbulenzenergie ist zusammen damit, dass die Zeit der Kraftstoffeinspritzung auf die vergleichsweise späte Zeit festgelegt wird, vorteilhaft für die Verkürzung der Verbrennungszeitspanne.
  • Das heißt, selbst wenn der Kraftstoff mit dem hohen Kraftstoffdruck in den Zylinder eingespritzt wird, lassen die Turbulenzen im Inneren des Zylinders in dem Fall, in dem die Einspritzzeit während des Einlasstakts ist, ähnlich dem herkömmlichen Fall, da die Zeitdauer bis zur Zündungszeit θzünd lang ist und das Innere des Zylinders bei dem Verdichtungstakt nach dem Einlasstakt verdichtet wird, nach, und die kinetische Turbulenzenergie im Inneren des Zylinders wird während der Verbrennungszeitspanne relativ niedrig. Ein höherer Pegel der kinetischen Turbulenzenergie im Inneren des Zylinders ist ferner vorteilhaft bei der Verkürzung der Verbrennungszeitspanne, selbst wenn der Kraftstoff mit dem hohen Kraftstoffdruck in den Zylinder eingespritzt wird, trägt daher die kinetische Turbulenzenergie nicht stark zu der Verkürzung der Verbrennungszeitspanne bei, solange die Einspritzzeit während des Einlasstakts ist.
  • Andererseits lässt der vorstehend beschriebene Aufbau das Einspritzen des Kraftstoffs mit dem hohen Kraftstoffdruck in den Zylinder zu der vergleichsweise späten Zeit während der Verzögerungszeitspanne zu, dass die Verbrennung gestartet wird, während das Abklingen der Turbulenzen im Inneren des Zylinders unterdrückt wird, somit steigt die kinetische Turbulenzenergie im Inneren des Zylinders während der Verbrennungszeitspanne. Die erhöhte kinetische Turbulenzenergie verkürzt die Verbrennungszeitspanne.
  • Wie vorstehend erlaubt das Durchführen der Kraftstoffeinspritzung mit dem hohen Kraftstoffdruck in den Zylinder während der Verzögerungszeitspanne, wobei die Zeit vergleichsweise spät ist, dass die Einspritzzeitspanne, die Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne und die Verbrennungszeitspanne verkürzt werden. Als ein Ergebnis wird eine Reaktionsdauer der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall erheblich verkürzt und die Störungen in der Verbrennung, wie etwa die Frühzündung und das Klopfen, können wirkungsvoll vermieden werden.
  • Ferner werden in dem vorstehenden Aufbau die Störungen in der Verbrennung vermieden, indem eine Art der Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder entwickelt wird, wodurch die Verzögerung der Zündungszeit zu dem Zweck, Störungen in der Verbrennung zu verhindern, nicht erforderlich ist oder ein Verzögerungsbetrag verringert werden kann. Dadurch kann die Zündungszeit so weit wie möglich vorgerückt werden, somit ist der vorstehende Aufbau vorteilhaft bei der Verbesserung des Wärmewirkungsgrads und der Erhöhung eines Drehmoments, mit anderen Worten der Verbesserung eines Kraftstoffverbrauchs, ebenso wie der Vermeidung der Störungen in der Verbrennung.
  • Wenn der Betriebszustand des Motorkörpers, wie vorstehend beschrieben, in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, können die Störungen in der Verbrennung vermieden werden, indem die Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder mit dem hohen Kraftstoffdruck während der Verzögerungszeitspanne, in welcher die Zeit vergleichsweise spät ist, durchgeführt wird.
  • Wenn andererseits der Betriebszustand des Motorkörpers in dem mittleren Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, wird, da die Motordrehzahl vergleichsweise hoch ist, die tatsächliche Zeitdauer, die für die Änderung des Kurbelwinkels benötigt wird, kürzer, und die Störungen in der Verbrennung treten schwerer auf, ebenso wie die Strömung im Inneren des Zylinders stärker wird, und ist ferner vorteilhaft bei der Verkürzung der Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne und der Verbrennungszeitspanne. Daher können die Störungen in der Verbrennung vermieden werden, selbst wenn während der Verzögerungszeitspanne keine Kraftstoffeinspritzung mit großer Menge durchgeführt wird.
  • Wenn folglich bei der Steuervorrichtung des Motors mit den vorstehenden Aufbauten der Betriebszustand des Motorkörpers in dem mittleren Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge, die während der Verzögerungszeitspanne eingespritzt werden soll, verringert, und die verringerte Kraftstoffmenge wird während des Einlasstakts eingespritzt. Das heißt, (wenn die Kraftstoffeinspritzung in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs nicht während des Einlasstakts durchgeführt wird) die Kraftstoffeinspritzung wird während des Einlasstakts zusätzlich durchgeführt, und (wenn die Kraftstoffeinspritzung in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs während des Einlasstakts durchgeführt wird) die Kraftstoffeinspritzung wird während des Einlasstakts mit einer größeren Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt. Die Kraftstoffeinspritzmenge während des Einlasstakts verbessert einen Einlassladewirkungsgrad durch eine Kühlwirkung der Einlassluft und ist dadurch vorteilhaft bei der Erhöhung des Drehmoments. Daher kann sowohl die Vermeidung der Störungen in der Verbrennung als auch die Erhöhung des Drehmoments erreicht werden.
  • Der Kraftstoffeinspritzmechanismus kann ferner ein Kanaleinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Einlasskanal des Motorkörpers umfassen, und die Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts kann durch das Kanaleinspritzventil durchgeführt werden.
  • Wenn der Betriebszustand des Motorkörpers, wie vorstehend beschrieben, in dem hohen Motorlastbereich ist, wird der Druck des Kraftstoffs, der von dem zylinderinternen Einspritzventil eingespritzt werden soll, höher als in dem niedrigen Motorlastbereich festgelegt. Wenn das zylinderinterne Einspritzventil daher den Kraftstoff mit einem vergleichsweise hohen Druck während des Einlasstakts direkt in den Zylinder einspritzt, kann eine große Menge an Kraftstoff zum Beispiel an einer Zylinderwandfläche haften, und ein Problem, wie etwa eine Ölverdünnung, kann auftreten.
  • Folglich spritzt das Kanaleinspritzventil den Kraftstoff während des Einlasstakts in den Einlasskanal ein. Dadurch kann das vorstehend beschriebene Problem, wie etwa die Ölverdünnung, im Voraus vermieden werden. Beachten Sie, dass der von dem Kanaleinspritzventil eingespritzte Kraftstoffdruck niedriger festgelegt sein kann als der von dem zylinderinternen Einspritzventil eingespritzte Kraftstoffdruck.
  • Wenn der Betriebszustand des Motorkörpers in dem hohen Motorlastbereich ist, kann die Steuerung den Motorkörper mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr λ = 1 betreiben.
  • Ein Betrieb bei einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis verkürzt die Verbrennungszeitspanne im Vergleich zu einem mageren Betrieb. Wenn daher der Betriebszustand des Motorkörpers in dem hohen Motorlastbereich ist, wird die Reaktionsdauer der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung verkürzt und wird vorteilhaft für die Vermeidung der Störungen in der Verbrennung.
  • Außerdem erlaubt der Betrieb des Motorkörpers bei dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, dass ein Dreiwegekatalysator verwendet wird. Folglich wird der Betrieb bei λ = 1 vorteilhaft bei der Verbesserung einer Emissionsleistung, wenn der Betriebszustand des Motorkörpers in dem hohen Motorlastbereich ist.
  • Wenn der Betriebszustand des Motorkörpers wenigstens in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, kann der Kraftstoffdruckvariationsmechanismus den Kraftstoffdruck auf ungefähr 40 MPa oder darüber festlegen.
  • Der Kraftstoffdruck von ungefähr 40 MPa oder darüber kann wirkungsvoll die Verkürzung der Einspritzzeitspanne, der Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne und der Verbrennungszeitspanne erreichen. Als ein Ergebnis kann die Vermeidung der Störungen in der Verbrennung erreicht werden, wenn der Betriebszustand des Motorkörpers wenigstens in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist. Beachten Sie, dass ein Maximalwert des Kraftstoffdrucks gemäß einer Charakteristik des Kraftstoffs festgelegt werden kann. Wenngleich er nicht darauf beschränkt ist, kann der Maximalwert des Kraftstoffdrucks zum Beispiel auf etwa 120 MPa festgelegt werden.
  • Das zylinderinterne Kraftstoffeinspritzventil kann mit einer Vielzahl von Düsenlöchern ausgebildet sein, so dass der zerstäubte Kraftstoff, der von den Düsenlöchern eingespritzt wird, sich radial in dem Zylinder verbreitet.
  • Das zylinderinterne Kraftstoffeinspritzventil mit der Vielzahl von Düsenlöchern wird vorteilhaft bei der Verbesserung der kinetischen Turbulenzenergie im Inneren des Zylinders. Daher ist das Kraftstoffeinspritzventil mit der Vielzahl von Düsenlöchern vorteilhaft bei der Verkürzung der Verbrennungszeitspanne.
  • Das zylinderinterne Kraftstoffeinspritzventil kann in einem Mittelabschnitt eines Deckenteils einer Brennkammer angeordnet sein, die durch den Zylinder, einen in den Zylinder eingesetzten Kolben und einen Zylinderkopf definiert ist. Der Kolben kann mit einem Hohlraum auf seiner Oberseite ausgebildet sein. Der zerstäubte Kraftstoff, der während der Verzögerungszeitspanne eingespritzt wird, kann in dem Hohlraum aufgenommen werden.
  • Eine Kombination aus dem in dem Mittelabschnitt des Deckenteils angeordneten zylinderinternen Kraftstoffeinspritzventil und dem auf der Oberseite des Kolbens ausgebildeten Hohlraum verkürzt die Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne und die Verbrennungszeitspanne weiter und wird dadurch vorteilhaft für die Vermeidung der Störungen in der Verbrennung.
  • Der fremdgezündete Benzinmotor kann ferner einen Abgasrückführungs-(AGR-)Durchgang zum Zirkulieren eines Teils von verbranntem Gas auf einer Auslassseite des Motorkörpers zurück zu seiner Einlassseite umfassen. Wenn der Betriebszustand des Motorkörpers wenigstens in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, von dem wenigstens eine volle Motorlast ausgenommen ist, kann die Steuerung die Abgasrückzirkulation über den Abgasrückführungsdurchgang durchführen.
  • Das heißt, wenn der Betriebszustand des Motorkörpers wenigstens in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, von dem wenigstens die volle Motorlast ausgenommen ist, kann ein AGR-Gas unter Verwendung einer externen Abgasrückführung (AGR) in den Zylinder eingeleitet werden. Die externe AGR vermeidet die Störungen in der Verbrennung und unterdrückt auch die Erzeugung von Roh-NOx und trägt ferner zum Beispiel aufgrund von Verringerungen des Pumpenverlusts und Kühlverlusts zu der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs bei.
  • Wenn der Betriebszustand des Motorkörpers in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, kann die Steuerung das zylinderinterne Kraftstoffeinspritzventil betreiben, um während der Verzögerungszeitspanne eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen durchzuführen.
  • Eine Kraftstoffeinspritzung, die zu einer relativ frühen Zeit aus der Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen, die getrennt durchgeführt werden, durchgeführt wird, kann eine lange Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne sicherstellen und wird dadurch vorteilhaft bei der Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs. Da eine ausreichende Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne sichergestellt wird, kann die Kraftstoffeinspritzung zu einer relativ späten Zeit zu einer weiter verzögerten Zeit durchgeführt werden. Dies wird vorteilhaft bei der Erhöhung der kinetischen Turbulenzenergie im Inneren des Zylinders, und die Verbrennungszeitspanne wird weiter verkürzt.
  • Wenn der Betriebszustand des Motorkörpers in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des niedrigen Motorlastbereichs ist, kann die Steuerung den Kraftstoffeinspritzmechanismus betreiben, um den Kraftstoff zu einer weiter vorgerückten Zeit als der Kraftstoffeinspritzzeit während des Verzögerungszeitspanne einspritzen und um die Luft-Kraftstoff-Mischung in dem Zylinder durch Verdichtung zu zünden, indem zugelassen wird, dass ein Teil des unverbrannten Gases des Motorkörpers in dem Zylinder vorhanden ist.
  • Die Durchführung der Verbrennung mit der Zündung durch Verdichtung wird, wenn der Betriebszustand des Motorkörpers in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des niedrigen Motorlastbereichs ist, vorteilhaft bei der Verbesserung der Abgasemission und des Wärmewirkungsgrads. Insbesondere ist dieser Motorkörper ein Motor mit hohem Verdichtungsverhältnis, dessen geometrisches Verdichtungsverhältnis auf ungefähr 14:1 oder darüber festgelegt ist, daher kann eine stabilisierte Fremdzündung mit Verdichtung durchgeführt werden.
  • Der fremdgezündete Benzinmotor kann ferner einen variablen Ventilmechanismus (VVL) zum Ändern eines Betätigungszustands eines Auslassventils umfassen. Die Steuerung kann das unverbrannte Gas in den Zylinder einleiten, indem das Auslassventil während des Auslasstakts und des Einlasstakts zweimal geöffnet wird.
  • Die interne AGR-Steuerung wird mit einem einfachen Aufbau zur Steuerung der AGR-Menge durchgeführt, dadurch kann die Temperatur am Ende des Verdichtungstakts eingestellt werden.
  • Die Steuerung kann eine Klopfvariable berechnen und dann den Kraftstoffdruck in dem hohen Motorlastbereich basierend auf der Klopfvariablen berechnen.
  • Es wird eine Leichtigkeit des Auftretens der Störungen bei der Verbrennung berechnet, und basierend auf dem Ergebnis wird der Kraftstoffdruck eingestellt, dadurch können die Störungen in der Verbrennung vermieden werden.
  • Die Steuerung kann eine Klopfvariable berechnen und dann basierend auf der Klopfvariablen ein Kraftstoffeinspritzverhältnis während der Verzögerungszeitspanne berechnen.
  • Die Leichtigkeit des Auftretens der Störungen in der Verbrennung wird berechnet, und basierend auf dem Ergebnis wird das Kraftstoffeinspritzverhältnis eingestellt, dadurch können die Störungen in der Verbrennung vermieden werden.
  • Die Steuerung kann eine Klopfvariable berechnen und dann basierend auf der Klopfvariablen einen Verzögerungsbetrag der Einspritzzeit während der Verzögerungszeitspanne berechnen.
  • Die Leichtigkeit des Auftretens der Störungen in der Verbrennung wird berechnet, und basierend auf dem Ergebnis wird die Einspritzzeit eingestellt, dadurch können die Störungen in der Verbrennung vermieden werden.
  • Die Steuerung kann basierend auf einer Bestimmungsvariablen, die aus einer Gaspedalöffnung, einer Motordrehzahl, einer Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung, einer Motorkühlmitteltemperatur und einer Einlasslufttemperatur berechnet wird, bestimmen, eine Kraftstoffeinspritzbetriebsart auf eine Betriebsart für die Verzögerungszeitspanne zu schalten.
  • Ob die Luft-Kraftstoffmischung nahe dem oberen Verdichtungstotpunkt durch Verdichtung zündet, wird berechnet, um zu bestimmen, ob die Kraftstoffeinspritzbetriebsart auf die Betriebsart für die Verzögerungszeitspanne geschaltet werden soll, dadurch können die Fehlzündung und Frühzündung vermieden werden.
  • Die Zündkerze kann den Zylinderkopf durchdringend angebracht sein, so dass sie sich von der Auslassseite des Motorkörpers schräg nach unten erstreckt, und eine Spitze der Zündkerze kann in nächster Nähe zu einer Spitze des zylinderinternen Einspritzventils, das in dem Mittelabschnitt der Brennkammer angeordnet und in Richtung der Brennkammer orientiert ist, orientiert sein.
  • Die Zeitdauer nach der Kraftstoffeinspritzung von dem zylinderinternen Einspritzventil, bis der zerstäubte Kraftstoff um die Zündkerze herum ankommt, kann verkürzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern eines fremdgezündeten Benzinmotors bereitgestellt, der umfasst: einen Motorkörper mit wenigstens einem Zylinder, dessen geometrisches Verdichtungsverhältnis ungefähr auf 14:1 oder darüber festgelegt ist, der mit Kraftstoff versorgt wird, der wenigstens Benzin enthält; einen Kraftstoffeinspritzmechanismus mit wenigstens einem zylinderinternen Einspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder; eine Zündkerze, zum Zünden einer Luft-Kraftstoff-Mischung in dem Zylinder und einen Kraftstoffdruckvariationsmechanismus zum Ändern eines Drucks des Kraftstoffs, der von dem zylinderinternen Einspritzventil eingespritzt wird; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    Betreiben des Motorkörpers durch Steuern oder Regeln wenigstens des Kraftstoffeinspritzmechanismus, der Zündkerze und des Kraftstoffdruckvariationsmechanismus,
    Betreiben des Kraftstoffdruckvariationsmechanismus, so dass der Kraftstoffdruck in einem hohen Motorlastbereich im Vergleich zu einem niedrigen Motorlastbereich höher ist, wenn ein Betriebszustand des Motorkörpers in einem niedrigen Motordrehzahlbereich ist,
    in dem hohen Motorlastbereich Durchführen wenigstens einer Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder durch das zylinderinterne Einspritzventil zu einer Zeit während einer Verzögerungszeitspanne von einer späten Phase eines Verdichtungstakts bis zu einer frühen Phase eines Expansionstakts, und
    Zünden der Zündkerze in dem hohen Motorlastbereich zu einer Zeit während der Verzögerungszeitspanne und nach der Kraftstoffeinspritzung; und
    Durchführen einer Kraftstoffeinspritzung während eines Einlasstakts, wenn der Betriebszustand des Motorkörpers in einem mittleren Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist.
  • Das Verfahren kann ferner die folgenden Schritte umfassen:
    Durchführen der Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts, wenn der Betriebszustand des Motorkörpers in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereich ist, und
    Durchführen der Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts mit einer im mittleren Motordrehzahlbereich im Vergleich zu dem niedrigen Motordrehzahlbereich größeren Kraftstoffmenge.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuervorrichtung, die eine Steuerung umfasst, bereitgestellt, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens auszuführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das computerimplementierte Anweisungen umfasst, das, wenn es auf ein passendes System geladen und ausgeführt wird, die Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens durchführen kann.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau eines fremdgezündeten Benzinmotors zeigt.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerung des fremdgezündeten Benzinmotors betrifft.
  • 3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die eine Brennkammer zeigt.
  • 4 ist ein Diagramm, das einen Betriebsbereich des Verbrennungsmotors beispielhaft darstellt.
  • 5 ist ein Diagramm, das einen Zustand der fremdgezündeten (SI) Verbrennung durch eine verzögerte Hochdruckeinspritzung und einen Zustand der herkömmlichen SI-Verbrennung vergleicht.
  • 6 sind Ansichten, die eine Beziehung zwischen einer unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischungsreaktionsdauer und ein Ausmaß der Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung betrachtend einen Unterschied zwischen der SI-Verbrennung durch die verzögerte Hochdruckeinspritzung und der herkömmlichen SI-Verbrennung (das Diagramm in der ersten Reihe) und eine Beziehung eines Kraftstoffdrucks mit jedem der Parameter, die sich auf die Reaktionsdauer der unverbrannten Luft-Kraftstoffmischung beziehen, (jedes der Diagramme in den zweiten bis vierten Reihen) zeigen.
  • 7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Zündungszeit und dem Ausmaß der Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung betrachtend einen Unterschied zwischen der SI-Verbrennung durch die verzögerte Hochdruckeinspritzung und der herkömmlichen SI-Verbrennung zeigt.
  • 8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Zündungszeit und einem Wärmewirkungsgrad und einem Drehmoment betrachtend einen Unterschied zwischen der SI-Verbrennung durch die verzögerte Hochdruckeinspritzung und der herkömmlichen SI-Verbrennung zeigt.
  • 9 sind Diagramme, die einen Unterschied (a) einer Wärmeabgaberate (dQ/dθ), und (b) einer Zylinderinnendruckzunahmerate (dP/dθ) zwischen der SI-Verbrennung durch die verzögerte Hochdruckeinspritzung und einer CI-Verbrennung zeigt.
  • 10 sind Zeitablaufdiagramme, die einen Unterschied in den Betrieben eines Einlassventils und eines Auslassventils und einen Unterschied in der Zündungszeit und einer Einspritzzeit gemäß einer Änderung einer Motorlast zeigen.
  • 11 sind Diagramme, die ein Beispiel für Änderungen (a) einer Luft-Kraftstoff-Mischungsfüll- bzw. Lademenge, (b) einer Drosselventilöffnung, (c) einer AGR-Ventilöffnung, (d) einer Schließzeit in einem Fall, in dem das Auslassventil zweimal geöffnet wird, (e) einer Öffnungszeit des Einlassventils, (f) einer Schließzeit des Einlassventils und (g) eines Hubs des Einlassventils in einem Fall zeigen, in dem eine Steuerung einer internen AGR-Menge in einem niedrigen Motorlastbereich durch eine Steuerung des Einlassventils durchgeführt wird und in einem hohen Motorlastbereich eine Steuerung der Drosselung des Einlasses durchgeführt wird.
  • 12 sind Diagramme, die 11 in einem Fall entsprechen, in dem die Steuerung der AGR-Menge in dem niedrigen Motorlastbereich durch eine Steuerung des Drosselventils durchgeführt wird und in dem hohen Motorlastbereich die Steuerung der Drosselung des Einlasses durchgeführt wird.
  • 13 sind Diagramme, die 11 in einem Fall entsprechen, in dem die Steuerung der internen AGR-Menge in dem niedrigen Motorlastbereich durch eine Steuerung des Drosselventils durchgeführt wird und in dem hohen Motorlastbereich eine externe AGR verwendet wird.
  • 14 sind Diagramme, die 11 in einem Fall entsprechen, in dem die Steuerung der internen AGR-Menge in dem niedrigen Motorlastbereich durch eine Steuerung des Drosselventils durchgeführt wird und in dem hohen Motorlastbereich eine externe AGR verwendet wird.
  • 15 sind Diagramme, die ein Beispiel für Änderungen (a) der Luft-Kraftstoff-Mischungslademenge, (b) einem G/F, (c) der Einspritzzeit, (d) des Kraftstoffdrucks, (e) einer Einspritzimpulsbreite und (f) der Zündungszeit in einem Fall zeigen, in dem in dem niedrigen Motorlastbereich die Steuerung der internen AGR-Menge durchgeführt wird und in dem hohen Motorlastbereich die Steuerung der Drosselung des Einlasses durchgeführt wird.
  • 16 sind Diagramme, die 15 in einem Fall entsprechen, in dem in dem niedrigen Motorlastbereich die Steuerung der internen AGR-Menge durchgeführt wird und in dem hohen Motorlastbereich die externe AGR verwendet wird.
  • 17 ist ein Flussdiagramm einer Motorsteuerung, die von einem Antriebsstrangsteuermodul PCM durchgeführt wird.
  • 18 sind charakteristische Diagramme von Parametern, die gemäß dem Fluss in 17 berechnet wurden.
  • Beschreibung der Ausführungsform
  • Hier nachstehend wird eine Steuervorrichtung eines fremdgezündeten Benzinmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die angehängten Zeichnungen im Detail beschrieben. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist eine Veranschaulichung. 1 und 2 zeigen einen schematischen Aufbau eines Motors 1 (Motorkörpers) dieser Ausführungsform. Der Motor 1 ist ein fremdgezündeter Benzinmotor, der in einem Fahrzeug montiert ist und mit Kraftstoff versorgt wird, der wenigstens Benzin enthält. Der Motor 1 umfasst einen Zylinderblock 11, der mit einer Vielzahl von Zylindern 18 (nur ein Zylinder ist dargestellt) versehen ist, einen Zylinderkopf 12, der auf dem Zylinderblock 11 angeordnet ist, und eine Ölwanne 13, die unter dem Zylinderblock 11 angeordnet ist und wo ein Schmiermittel gelagert wird. Im Inneren der Zylinder 18, sind sich hin und her bewegende Kolben 14, die jeweils über Verbindungsstangen 142 mit einer Kurbelwelle 15 gekoppelt sind, montiert. Wie in 3 in einer vergrößerten Weise gezeigt, ist ein Hohlraum 141 in einer eingesenkten Form auf einer Oberseite jedes Kolbens 14 ausgebildet. Wenn der Kolben 14 an einer Position nahe einem oberen Verdichtungstotpunkt ist, ist der Hohlraum 141 nach unten in Richtung eines später beschriebenen Direkteinspritzers 67 gewandt. Der Zylinderkopf 12, die Zylinder 18 und die Kolben 14, die jeweils in dem Hohlraum 141 ausgebildet sind, unterteilen die Brennkammern 19. Beachten Sie, dass die Form der Brennkammer 19 nicht auf die Form in der Darstellung beschränkt ist. Zum Beispiel können die Form des Hohlraums 141, die Form der Oberseite des Kolbens 14 und eine Form eines Deckenteils der Brennkammer 19 geeignet geändert werden.
  • Ein geometrisches Verdichtungsverhältnis des Motors 1 wird vergleichsweise hoch, so dass es ungefähr 14:1 oder darüber ist, festgelegt, um einen Sollwärmewirkungsgrad zu verbessern und eine (später beschriebene) Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung zu stabilisieren. Beachten Sie, dass das geometrische Verdichtungsverhältnis innerhalb eines Bereichs von ungefähr 14:1 bis ungefähr 20:1 passend festgelegt werden kann.
  • In dem Zylinderkopf 12 sind ein Einlasskanal 16 und ein Auslasskanal 17 ausgebildet, und ein Einlassventil 21 zum Öffnen und Schließen der Öffnung des Einlasskanals 16 auf der Seite der Brennkammer 19 und ein Auslassventil 22 zum Öffnen und Schließen der Öffnung des Auslasskanals 17 auf der Seite der Brennkammer 19 sind für jeden der Zylinder 18 eingerichtet.
  • Innerhalb eines Ventiltriebs des Motors 1 zum Betätigen der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 ist auf einer Auslassseite ein Mechanismus, wie etwa ein hydraulisch betätigter variabler Ventilmechanismus 71 (siehe 2, hier nachstehend kann darauf als VVL (variabler Ventilhub) Bezug genommen werden) zum Umschalten einer Betriebsart des Auslassventils 22 zwischen einer normalen Betriebsart und einer speziellen Betriebsart bereitgestellt. Der VVL 71 (ein detaillierter Aufbau ist nicht dargestellt) ist derart aufgebaut, dass er umfasst: zwei Arten von Nocken mit zueinander unterschiedlichen Nockenprofilen, wobei die erste Nocke eine Nockennase hat und eine zweite Nocke zwei Nockennasen hat; und einen Leerlaufmechanismus zum selektiven Übertragen eines Betriebszustands einer der ersten und zweiten Nocken an das Auslassventil 22. Wenn der Leerlaufmechanismus den Betriebszustand der ersten Nocke an das Auslassventil 22 überträgt, arbeitet das Auslassventil 22 in der normalen Betriebsart, in der es sich während des Auslasstakts nur einmal öffnet (siehe die Teile (c) und (d) in 10). Wenn der Leerlaufmechanismus andererseits den Betriebszustand der zweiten Nocke an das Auslassventil 22 überträgt, arbeitet das Auslassventil 22 in der speziellen Betriebsart, in der es sich während des Auslasstakts und ferner während des Einlasstakts jeweils einmal öffnet, das heißt, das Auslassventil öffnet sich zweimal (siehe die Teile (a) und (b) in 10). Die normalen und speziellen Betriebsarten des VVL 71 werden gemäß einem Betriebszustand des Motors untereinander umgeschaltet. Insbesondere wird die spezielle Betriebsart für eine auf die interne AGR bezogene Steuerung verwendet. Beachten Sie, dass ein elektromagnetisch betätigtes Ventilsystem zum Betreiben des Auslassventils 22 unter Verwendung eines elektromagnetischen Aktuators verwendet werden kann, um zwischen der normalen und speziellen Betriebsart umzuschalten. Ferner ist die Ausführung der internen AGR nicht auf die zweimalige Öffnung des Auslassventils 22 beschränkt und kann zum Beispiel durch eine interne AGR-Steuerung durch zweimaliges Öffnen des Einlassventils 21 oder durch eine interne AGR-Steuerung, in der das verbrannte Gas in dem Zylinder 18 gelassen wird, indem eine negative Überschneidungszeitspanne festgelegt wird, in der sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil 21 und 22 während des Auslasstakts oder des Einlasstakts geschlossen sind, bewerkstelligt werden.
  • Während das Ventilsystem auf der Auslassseite mit dem VVL 71 versehen ist, sind, wie in 2 gezeigt, auf einer Einlassseite des Ventilsystems ein Phasenvariationsmechanismus 72 (auf den hier nachstehend als der VVT (variable Ventilzeitsteuerung) Bezug genommen werden kann) zum Ändern einer Drehphase einer Einlassnockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle 15 und ein Hubvariationsmechanismus 73 (auf den hier nachstehend als der CVVL (kontinuierlich variabler Ventilhub) zum kontinuierlichen Ändern eines Hubs des Einlassventils 21 Bezug genommen werden kann, bereitgestellt. Eine wohlbekannte hydraulische elektromagnetische oder mechanische Struktur kann geeignet für den VVT 72 verwendet werden (eine detaillierte Struktur ist nicht dargestellt). Ferner können verschiedene Arten von wohlbekannten Strukturen geeigneterweise für den CVVL 73 verwendet werden (ein detaillierte Struktur ist nicht dargestellt). Wie in den Teilen (a) bis (d) in 10 gezeigt, können die Öffnungs- und Schließzeiten und der Hub des Einlassventils 21 jeweils von dem VVT 72 und dem CVVL 73 geändert werden.
  • Der Direkteinspritzer 67 zum direkten Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder 18 und ein Kanaleinspritzer 67 zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Einlasskanal 16 sind für jeden Zylinder 18 an dem Zylinderkopf 12 befestigt.
  • Wie in 3 in einer vergrößerten Weise gezeigt, ist ein Düsenloch des Direkteinspritzers 67 in einem Mittelteil der Deckenfläche der Brennkammer 19 angeordnet, so dass er in Richtung der Brennkammer 19 orientiert ist. Der Direkteinspritzer 67 spritzt den Kraftstoff in einer dem Betriebszustand des Motors 1 entsprechenden Menge zu einer dem Betriebszustand des Motors 1 entsprechenden Einspritzzeit direkt in die Brennkammer 19 ein. In dieser Ausführungsform ist der Direkteinspritzer 67 (ein detaillierter Aufbau ist weggelassen) ein Viellocheinspritzer, der mit einer Vielzahl von Düsenlöchern ausgebildet ist. Daher spritzt der Direkteinspritzer 67 den Kraftstoff ein, so dass der zerstäubte Kraftstoff sich radial verbreitet. Wie durch die Pfeile in 3 gezeigt, strömt der von dem Mittelteil der Brennkammer 19 eingespritzte zerstäubte Kraftstoff zu einer Zeit, die dem Erreichen des Kolbens 14 der Nähe des oberen Verdichtungstotpunkts entspricht, radial entlang einer Wandfläche des Hohlraums 141, der auf der Oberseite des Kolbens ausgebildet ist, dadurch erreicht der zerstäubte Brennstoff den Umfang einer später beschriebenen Zündkerze 25. Daher kann gesagt werden, dass der Hohlraum 141 ausgebildet ist, um den zerstäubten Kraftstoff darin aufzunehmen, der zu der Zeit eingespritzt wird, die der Position des Kolbens 14 entspricht, der die Position nahe des oberen Verdichtungstotpunkts erreicht. Die Kombination des Viellocheinspritzers 67 und des Hohlraums 141 ist vorteilhaft für die Verkürzung einer Zeitdauer von der Einspritzung des Kraftstoffs, bis der zerstäubte Kraftstoff den Umfang der Zündkerze 25 erreicht, und vorteilhaft bei der Verkürzung der Verbrennungszeitspanne. Beachten Sie, dass der Direkteinspritzer 67 nicht auf den Viellocheinspritzer beschränkt ist, und ein Einspritzer vom nach außen öffnenden Ventiltyp für den Direkteinspritzer 67 verwendet werden kann.
  • Wie in 1 gezeigt, ist der Kanaleinspritzer 68 derart angeordnet, dass er in Richtung des Einlasskanals 16 oder eines unabhängigen Durchgangs, der mit dem Einlasskanal 16 in Verbindung steht, orientiert ist und den Kraftstoff in den Einlasskanal 16 einspritzt. Ein Kanaleinspritzer 68 kann für jeden Zylinder 18 bereitgestellt werden, oder wenn der Einlasskanal 16 zwei Kanäle für jeden Zylinder 18 umfasst, kann der Kanaleinspritzer 68 für jeden der zwei Einlasskanäle 16 bereitgestellt sein. Ein Typ des Kanaleinspritzers 68 ist nicht auf einen bestimmten Typ beschränkt, und verschiedene Einspritzertypen können passend verwendet werden.
  • Ein Hochdruckkraftstoffzuführungsweg verbindet zwischen einem Kraftstoffbehälter (der in einer Position außerhalb des Darstellungsbereichs bereitgestellt ist) und den Direkteinspritzern 67. Ein Hochdruckkraftstoffzuführungssystem 62 mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe 63 und einer gemeinsamen Kraftstoffleitung bzw. ein Common-Rail 64 und zum Zuführen des Kraftstoffs an jeden der Direkteinspritzer 67 mit einem relativ hohen Kraftstoffdruck ist in dem Hochdruckkraftstoffzuführungsweg bereitgestellt. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 63 pumpt den Kraftstoff von dem Kraftstoffbehälter zu dem Common-Rail 64, und das Common-Rail 64 sammelt den gepumpten Kraftstoff mit einem hohen Kraftstoffdruck. Durch Öffnen der Düsenlöcher des Direkteinspritzers 67 wird der in dem Common-Rail 64 angesammelte Kraftstoff aus den Düsenlöchern des Direkteinspritzers 67 eingespritzt. Hier ist die Hochdruckkraftstoffpumpe 63 (deren Darstellung in den Zeichnungen weggelassen ist) eine Kolbenpumpe, und indem sie zum Beispiel mit einem Zahn- bzw. Steuerriemen zwischen die Kurbelwelle und die Nockenwelle gekoppelt ist, wird sie von dem Motor 1 betrieben. Das Hochdruckkraftstoffzuführungssystem 62, das die motorbetriebene Pumpe umfasst, ermöglicht die Zuführung von Kraftstoff mit einem hohen Kraftstoffdruck, das heißt z. B. 40 ungefähr MPa oder darüber, an jeden der Direkteinspritzer 67. Wie später beschrieben wird, wird der Druck des Kraftstoffs, der an den Direkteinspritzer 67 zugeführt werden soll, gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 geändert. Beachten Sie, dass das Hochdruckkraftstoffzuführungssystem 62 nicht auf den vorstehenden Aufbau beschränkt ist.
  • Ähnlich verbindet ein Niederdruckkraftstoffzuführungsweg zwischen dem Kraftstoffbehälter (der an einer Position außerhalb des Darstellungsbereichs bereitgestellt ist) und den Kanaleinspritzern 68. Ein Niederdruckkraftstoffzuführungssystem 66 zum Zuführen des Kraftstoffs mit einem relativ niedrigen Kraftstoffdruck an jeden der Kanaleinspritzer 68 ist in dem Niederdruckkraftstoffzuführungsweg bereitgestellt. Das Niederdruckkraftstoffzuführungssystem 66 (dessen Darstellung in den Zeichnungen weggelassen ist) umfasst eine elektrisch betriebene oder verbrennungsmotorbetriebene Niederdruckkraftstoffpumpe und einen Regler und ist aufgebaut, um den Kraftstoff mit einem vorgegebenen Druck an jeden Kanaleinspritzer 68 zuzuführen. Der Kanaleinspritzer 68 spritzt den Kraftstoff zu dem Einlasskanal ein, und daher wird der Druck des Kraftstoffs, der von dem Niederdruckkraftstoffzuführungssystem 66 zugeführt wird, niedriger festgelegt als der Druck des Kraftstoffs, der von dem Hochdruckkraftstoffzuführungssystem 62 zugeführt wird.
  • Ferner ist in dem Zylinderkopf 12 die Zündkerze 25 zum Zünden der Luft-Kraftstoff-Mischung im Inneren der Brennkammer 19 an jedem Zylinder 18 angebracht. Die Zündkerze 25 ist angebracht, durchdringt den Zylinderkopf 12, um sich von der Auslassseite des Motors 1 schräg nach unten zu erstrecken. Wie in 3 gezeigt, ist eine Spitze der Zündkerze 25 in der Nähe einer Spitze des Direkteinspritzers 67 in dem Mittelteil der Brennkammer 19 angeordnet und in Richtung der Brennkammer 19 orientiert.
  • Auf einer Seitenfläche des Motors 1 ist ein Einlassdurchgang 30 verbunden, um mit jedem der Einlasskanäle 16 der Zylinder 18 in Verbindung zu stehen. Auf der anderen Seite des Motors 1 ist ein Auslassdurchgang 40 zum Auslassen des verbrannten Gases (Abgas) aus jeder der Brennkammern 19 der Zylinder 18 verbunden.
  • Ein Luftfilter 31 zum Filtern von Einlassluft ist in einem stromaufwärtigen Endteil des Einlassdurchgangs 30 angeordnet. Ein Ausgleichsbehälter 33 ist nahe einem stromabwärtigen Ende des Einlassdurchgangs 30 angeordnet. Ein Teil des Einlassdurchgangs 30 auf der stromabwärtigen Seite des Ausgleichsbehälters 33 wird verzweigt, um zu unabhängigen Durchgängen, die sich in Richtung der jeweiligen Zylinder 18 erstrecken, zu werden, und stromabwärtige Enden der unabhängigen Durchgänge sind für jeden der Zylinder 18 mit den jeweiligen Einlasskanälen 16 verbunden.
  • Ein wassergekühlter Ladeluftkühler/wärmer 34 zum Kühlen oder Heizen von Luft und ein Drosselventil 36 zum Einstellen einer Einlassluftmenge in jeden Zylinder 18. sind zwischen dem Luftfilter 31 und dem Ausgleichsbehälter 33 in dem Einlassdurchgang 30 angeordnet. Ferner ist ein Ladeluftkühler/wärmer-Umleitungsdurchgang 35 zum Umgehen des Ladeluftkühlers/wärmers 34 mit dem Einlassdurchgang 30 verbunden, und ein Ladeluftkühler-Umleitungsventil 351 zum Einstellen eines Luftdurchsatzes, der den Durchgang 35 durchläuft, ist in dem Ladeluftkühler/wärmer-Umleitungsdurchgang 35 angeordnet. Ein Verhältnis eines Durchsatzes durch den Ladeluftkühler/wärmer-Umleitungsdurchgang 35 und eines Durchsatzes durch den Ladeluftkühler/wärmer 34 wird durch Einstellen einer Öffnung des Ladeluftkühler-Umleitungsventils 351 eingestellt, und dadurch wird eine Temperatur von neuer Luft, die in den Zylinder 18 eingeleitet werden soll, eingestellt.
  • Ein Teil des Auslassdurchgangs 40 auf der stromaufwärtigen Seite ist mit einem Auspuffkrümmer mit unabhängigen Durchgängen, die jeweils in Richtung der Zylinder 18 verzweigt sind, gebildet und mit äußeren Enden der Auslasskanäle 17 und einem Vereinigungsteil, an dem sich die unabhängigen Durchgänge miteinander vereinigen, verbunden. In einem Teil des Auslassdurchgangs 40 stromabwärtig von dem Abgaskrümmer sind ein direkter Katalysator 41 und ein Katalysator 42 am Boden als ein Abgasemissionssteuersystem zum Reinigen von gefährlichen Bestandteilen, die in dem Abgas enthalten sind, verbunden. Der direkte Katalysator 41 und der Katalysator 42 am Boden umfassen jeweils ein Zylindergehäuse und zum Beispiel einen Dreiwegekatalysator, der in einem Strömungsdurchgang in dem Gehäuse angeordnet ist.
  • Ein Teil des Einlassdurchgangs 30 zwischen dem Ausgleichsbehälter 33 und dem Drosselventil 36 und ein Teil des Auslassdurchgangs 40 stromaufwärtig von dem direkten Katalysator 41 sind über einen AGR-Durchgang 50 zum Rückzirkulieren eines Teils des Abgases zu dem Einlassdurchgang 30 miteinander verbunden. Der AGR-Durchgang 50 umfasst einen Hauptdurchgang 51, der mit einem AGR-Kühler 52 zum Kühlen des Abgases durch ein Motorkühlmittel und einem AGR-Kühlerumleitungsdurchgang 53 zum Umgehen des AGR-Kühlers 52 angeordnet ist. Ein AGR-Ventil 511 zum Einstellen einer Rückzirkulationsmenge des Abgases zu dem Einlassdurchgang 30 ist in dem Hauptdurchgang 51 angeordnet und ein AGR-Kühlerumleitungsventil 531 zum Einstellen eines Durchsatzes des Abgases, das durch den AGR-Kühlerumleitungsdurchgang 53 strömt, ist in dem AGR-Kühlerumleitungsdurchgang 53 angeordnet.
  • Der Dieselmotor 1 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird durch ein Antriebsstrangsteuermodul 10 (auf das hier nachstehend als das PCM Bezug genommen werden kann) gesteuert. Das PCM 10 ist durch eine CPU, einen Speicher, eine Zähler-Zeitgeber-Gruppe, eine Schnittstelle und einen Mikroprozessor mit Wegen zum Verbinden dieser Einheiten aufgebaut. Das PCM 10 konfiguriert eine Steuerung.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, werden Erfassungssignale verschiedener Arten von Sensoren SW1 bis SW16 in das PCM 10 eingegeben. Die verschiedenen Arten von Sensoren umfassen Sensoren wie folgt: einen Luftmengensensor SW1 zum Erfassen des Durchsatzes der neuen Luft und einen Einlasslufttemperatursensor SW2 zum Erfassen der Temperatur der neuen Luft, die stromabwärtig von dem Luftfilter 31 angeordnet sind; einen zweiten Einlasslufttemperatursensor SW3, der stromabwärtig von dem Ladeluftkühler/wärmer 34 angeordnet ist, zum Erfassen der Temperatur der neuen Luft nach dem Durchlaufen des Ladeluftkühlers/wärmers 34; einen AGR-Gastemperatursensor SW4, der angeordnet ist, um einen Verbindungsteil des AGR-Durchgangs 50 mit dem Einlassdurchgang 30 zu schließen und die Temperatur des externen AGR-Gases zu erfassen; einen Einlasskanaltemperatursensor SW5, der an dem Einlasskanal 16 angebracht ist, zum Erfassen der Temperatur der Einlassluft unmittelbar vor dem Strömen in den Zylinder 18; einen Zylinderinnendrucksensor SW6, der an dem Zylinderkopf 12 angebracht ist, zum Erfassen des Drucks im Inneren des Zylinders 18; einen Abgastemperatursensor SW7 und einen Abgasdrucksensor SW8, die nahe einem Verbindungsteil des Auslassdurchgangs 40 mit dem AGR-Durchgang 50 angeordnet sind, um jeweils die Abgastemperatur und den Druck zu erfassen; einen linearen O2-Sensor SW9, der auf der stromaufwärtigen Seite des direkten Katalysators 41 angeordnet ist, zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas; einen O2-Lambdasensor SW10, der zwischen dem direkten Katalysator 41 und dem Katalysator 42 am Boden angeordnet ist, zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas; einen Fluidtemperatursensor SW11 zum Erfassen einer Temperatur des Motorkühlmittels; einen Kurbelwinkelsensor SW12 zum Erfassen eines Drehwinkels der Kurbelwelle 15; einen Gaspedalpositionssensor SW13 zum Erfassen eines Gaspedalöffnungsbetrags, der einem Winkel eines (nicht dargestellten) Gaspedals des Fahrzeugs entspricht; Nockenwinkelsensoren SW14 und SW15 jeweils auf den Einlass- und Auslassseiten; und einen Kraftstoffdrucksensor SW16, der an dem Common-Rail 16 des Hochdruckkraftstoffzuführungssystems 62 angebracht ist, zum Erfassen des Kraftstoffdrucks, der an den Direkteinspritzer 67 zugeführt werden soll.
  • Durch Durchführen verschiedener Arten von Arbeitsgängen basierend auf diesen Erfassungssignalen bestimmt das PCM 10 die Zustände des Motors 1 und des Fahrzeugs und gibt ferner gemäß den bestimmten Zuständen Steuersignale an die Direkteinspritzer 67, die Kanaleinspritzer 68, die Zündkerzen 25, den VVT 72 und den CVVL 73 auf der Einlassventilseite, den VVL 71 auf der Auslassventilseite, das Hochdruckkraftstoffzuführungssystem 62 und die Aktuatoren der verschiedenen Ventilarten (Drosselventil 36, Ladekühler-Umleitungsventil 351, das AGR-Ventil 511 und das AGR-Kühler-Umleitungsventil 531) aus. Dadurch betreibt das PCM 10 den Motor 1.
  • 4 zeigt ein Beispiel für einen Betriebsbereich des Motors 1. In einem niedrigen Motorlastbereich, in dem eine Motorlast relativ niedrig ist, führt der Motor 1 keine Zündungen durch die Zündkerzen 25 durch und führt eine Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung durch, bei der eine Verbrennung durch eine Selbstzündung durch Verdichtung erzeugt wird, um den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionsleistung zu verbessern. Bei der Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung wird die Verbrennungsgeschwindigkeit übermäßig schnell, wenn die Last des Motors 1 steigt, und verursacht dadurch ein Problem, zum Beispiel eines Verbrennungsgeräuschs. Daher wird bei dem Motor 1 in einem hohen Motorlastbereich, in dem die Motorlast relativ hoch ist, die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung gestoppt und wird auf eine fremdgezündete Verbrennung unter Verwendung der Zündkerzen 25 umgeschaltet. Ferner wird mit der Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung eine Reaktionsdauertoleranz kürzer, da eine Drehzahl des Motors 1 steigt und es schwierig oder unmöglich wird, die Zündung durch Verdichtung durchzuführen. Folglich wird bei dem Motor 1 selbst in dem relativ niedrigen Motorlastbereich in einem hohen Motordrehzahlbereich die fremdgezündete Verbrennung durchgeführt. Daher ist der Motor 1 aufgebaut, um eine Betriebsart zwischen einer CI-(Zündung durch Verdichtung)Betriebsart, in der die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung durchgeführt wird, und einer SI-(Fremdzündung)Betriebsart, in der die fremdgezündete Verbrennung durchgeführt wird, umzuschalten. Eine Grenzlinie für das Umschalten zwischen der CI-Betriebsart und der SI-Betriebsart ist in einem in 4 gezeigten Kennfeld der Motordrehzahl und der Last vergleichsweise nach rechts abwärts festgelegt. Beachten Sie, dass die Grenzlinie nicht auf diese in der Darstellung beschränkt ist.
  • In der CI-Betriebsart (die später im Detail beschrieben wird) spritzt der Direkteinspritzer 67 den Kraftstoff im Prinzip zu einer relativ frühen Zeit, zum Beispiel während des Einlasstakts oder des Verdichtungstakts ins Innere des Zylinders 18, bildet dadurch eine vergleichsweise homogene magere Luft-Kraftstoff-Mischung, und ferner zündet die Luft-Kraftstoff-Mischung selbst nahe eines oberen Verdichtungstotpunkts. Indessen spritzt der Direkteinspritzer 67 in der SI-Betriebsart den Kraftstoff im Prinzip während des Einlasstakts oder des Verdichtungstakts ins Innere des Zylinders ein, bildet dadurch eine homogenisierte oder geschichtete magere Luft-Kraftstoff-Mischung, und ferner wird durch Durchführen der Zündung nahe des oberen Verdichtungstotpunkts die Luft-Kraftstoffmischung gezündet. Überdies wird der Motor 1 in der SI-Betriebsart mit einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) betrieben. Dadurch kann der Dreiwegekatalysator verwendet werden, und dies wird vorteilhaft bei der Verbesserung der Emissionsleistung.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors 1 auf ungefähr 14:1 oder darüber (zum Beispiel 18:1) festgelegt. Da das hohe Verdichtungsverhältnis eine Temperatur und einen Druck am Ende des Verdichtungstakts erhöht, ist es vorteilhaft bei der Stabilisierung der Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung in der CI-Betriebsart. Da der Motor 1 mit hohem Verdichtungsverhältnis die Verbrennungsbetriebsart in dem hohen Motorlastbereich auf die SI-Betriebsart schaltet, gibt es indessen insbesondere in einem niedrigen Motordrehzahlbereich eine Schwierigkeit, dass leicht Störungen in der Verbrennung, wie etwa eine Frühzündung und Klopfen, auftreten, wenn die Motorlast zunimmt (siehe den weißen Pfeil in 4).
  • Folglich werden bei dem Motor 1, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist, durch Durchführen der SI-Verbrennung, in der eine Einspritzbetriebsart des Kraftstoffs erheblich von der herkömmlichen Betriebsart abweicht, die Störungen in der Verbrennung vermieden. Insbesondere in der Einspritzbetriebsart des Kraftstoffs dieser Ausführungsform wird die Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder 18 durch den Direkteinspritzer 67 in einer Zeitspanne zwischen der späten Phase des Verdichtungstakts und der frühen Phase des Expansionstakts, das heißt, in einer Zeitspanne, die im Vergleich zu der herkömmlichen Betriebsart erheblich verzögert ist (auf diese Zeitspanne wird hier nachstehend als Verzögerungszeitspanne Bezug genommen), durchgeführt. Hier nachstehend wird auf diese Kraftstoffeinspritzbetriebsart als die „verzögerte Hochdruckeinspritzung” Bezug genommen.
  • 5 ist ein Diagramm, das zwischen der SI-Verbrennung durch die verzögerte Hochdruckeinspritzung (durchgezogene Linie) und der herkömmlichen Si-Verbrennung, in der die Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts durchgeführt wird (gestrichelte Linie), Unterschiede in der Wärmeabgaberate (oberes Diagramm) und einem Ausmaß der Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoffmischung (unteres Diagramm) vergleicht. Die seitliche Achse in 5 gibt den Kurbelwinkel an. Eine Bedingung für den Vergleich ist, dass der Betriebszustand des Motors 1 in dem hohen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist und eine Kraftstoffmenge, die eingespritzt werden soll, für die SI-Verbrennung durch die verzögerte Hochdruckeinspritzung und die herkömmliche SI-Verbrennung in beiden Fällen die gleiche ist.
  • Zuerst wird für die herkömmliche SI-Verbrennung während des Einlasstakts (gestrichelte Linie in dem oberen Diagramm) eine vorgegebene Menge der Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder 18 durchgeführt. Während der Zeitspanne, nachdem der Kraftstoff in den Zylinder 18 eingespritzt wurde, bis wenn der Kolben 14 den oberen Verdichtungstotpunkt erreicht, wird eine vergleichsweise homogenisierte Luft-Kraftstoff-Mischung im Inneren des Zylinders 18 ausgebildet. Ferner wird in diesem Fall die Zündung zu einer vorgegebenen Zeit, die durch den ersten weißen Kreis nach dem oberen Verdichtungstotpunkt angegeben ist, durchgeführt, und dadurch beginnt die Verbrennung. Wie durch die gestrichelte Linie in dem oberen Diagramm von 5 angezeigt, endet die Verbrennung, nachdem die Verbrennung begonnen hat, nach dem Fortschreiten durch eine Spitze der Wärmeabgaberate. Hier entspricht eine Zeitspanne zwischen dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung und dem Ende der Verbrennung einer Reaktionsdauer der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung (auf die hier nachstehend einfach als eine Reaktionsdauer Bezug genommen werden kann) und, wie durch die gestrichelte Linie in dem unteren Diagramm von 5 angezeigt, schreitet die Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung allmählich voran. Die gepunktete Linie in dem unteren Diagramm zeigt eine Zündungsschwelle an, die eine Reaktionsfähigkeit der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung darstellt, die gezündet werden soll. Die herkömmliche SI-Verbrennung hat eine extrem lange Reaktionsdauer und die Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoffmischung schreitet während der Reaktionsdauer weiter voran, daher übersteigt das Reaktionsvermögen der unverbrannten Luft-Kraftstoffmischung die Zündungsschwelle um die Zündungszeit herum und bewirkt dadurch die Störungen in der Verbrennung, wie etwa die Frühzündung und das Klopfen.
  • Andererseits zielt die verzögerte Hochdruckeinspritzung darauf ab, durch Verkürzen der Reaktionsdauer die Störungen in der Verbrennung zu vermeiden. Wie in 5 gezeigt, ist die Reaktionsdauer eine Zeitdauer, in der eine Zeitspanne, in der der Direkteinspritzer 67 Kraftstoff einspritzt ((1) eine Einspritzzeitspanne), eine Zeitspanne von dem Ende der Einspritzung bis eine brennbare Luft-Kraftstoff-Mischung um die Zündkerze 25 herum ausgebildet ist ((2) eine Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne), und eine Zeitspanne von dem Ende der Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne um die Zündkerze 25 herum, bis die begonnene Verbrennung endet ((3) eine Verbrennungszeitspanne), miteinander addiert werden, das heißt (1) + (2) + (3). Die verzögerte Hochdruckeinspritzung verkürzt jeweils die Einspritzzeitspanne, die Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne und die Verbrennungszeitspanne und verkürzt dadurch die Reaktionsdauer. Die Verkürzungen der Zeitspannen werden der Reihe nach erklärt.
  • Zuerst erhöht ein hoher Kraftstoffdruck die Kraftstoffeinspritzmenge, die von dem Direkteinspritzer 67 eingespritzt werden soll, pro Einheitszeit relativ. Daher wird, wie in dem Diagramm in der zweiten Reihe von 6 als mit „(1)” markiert gezeigt, in einem Fall, in dem die Kraftstoffeinspritzmenge als konstant festgelegt ist, eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und der Einspritzzeitspanne des Kraftstoffs im Wesentlichen wie folgt: die Einspritzzeitspanne verlängert sich, wenn der Kraftstoffdruck abnimmt, und die Kraftstoffeinspritzzeitspanne verkürzt sich, wenn der Kraftstoffdruck steigt. Daher verkürzt die verzögerte Hochdruckeinspritzung, bei der der Kraftstoffdruck erheblich höher als der herkömmliche Druck festgelegt ist, die Einspritzzeitspanne.
  • Ferner ist der hohe Kraftstoffdruck vorteilhaft bei der Zerstäubung des zerstäubten Kraftstoffs, der in den Zylinder 18 eingespritzt wird, und dehnt eine Ausbreitungsstrecke des zerstäubten Kraftstoffs aus, so dass sie länger wird. Wie in dem als „(A)” markierten Diagramm in der dritten Reihe von 6 gezeigt, wird eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und der Kraftstoffverdampfungszeit daher wie folgt: Die Kraftstoffverdampfungszeit verlängert sich, wenn der Kraftstoffdruck abnimmt, und die Kraftstoffverdampfungszeit verkürzt sich, wenn der Kraftstoffdruck zunimmt. Wie ferner in dem als „(B)” markierten Diagramm in der vierten Reihe von 6 gezeigt, wird eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und einer Zeitdauer, bis der zerstäubte Kraftstoff die Umgebung der Zündkerze 25 erreicht, im Wesentlichen wie folgt: Die Zeitdauer bis der zerstäubte Kraftstoff die Umgebung der Zündkerze 25 erreicht (die Zerstäubungskraftstoffeinbringzeit) verlängert sich, wenn der Kraftstoffdruck abnimmt, und die Einbringzeit des zerstäubten Kraftstoffs verkürzt sich, wenn der Kraftstoffdruck zunimmt. Beachten Sie, dass die Zeitdauer, bis der zerstäubte Kraftstoff die Umgebung der Zündkerze 25 erreicht, aus einer Ausbreitungsstrecke des zerstäubten Kraftstoffs zwischen der Spitze des Direkteinspritzers 67 und der Zündkerze 25 und einer Einspritzgeschwindigkeit, die proportional zu dem Kraftstoffdruck ist, berechnet werden kann. Die Luft-Kraftstoffbildungszeitspanne ist eine Zeitdauer, in der eine Kraftstoffverdampfungszeit und die Zerstäubungskraftstoffeinbringzeit zu der Umgebung der Zündkerze 25 miteinander addiert werden ((A) + (B)), daher verkürzt sich die Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne, wenn der Kraftstoffdruck zunimmt, wie in dem als „(2)” markierten Diagramm in der zweiten Reihe von 6 gezeigt. Daher verkürzt die verzögerte Hochdruckeinspritzung, bei der der Kraftstoffdruck erheblich höher als der herkömmliche Druck festgelegt ist, die Kraftstoffverdampfungszeit und die Zerstäubungskraftstoffeinbringzeit in die Umgebung der Zündkerze 25, und verkürzt als ein Ergebnis die Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne. Wie durch den weißen Kreis in dem als „(2)” markierten Diagramm in 6 angezeigt, verlängert sich andererseits bei der herkömmlichen Einlasstakteinspritzung mit dem niedrigen Kraftstoffdruck die Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne erheblich. Beachten Sie, dass die Kombination des Viellocheinspritzers 67 und des Hohlraums 141, wie vorstehend beschrieben, die Zeitdauer von dem Ende der Kraftstoffeinspritzung bis der zerstäubte Kraftstoff die Umgebung der Zündkerze 25 erreicht, verkürzt, und als ein Ergebnis vorteilhaft bei der Verkürzung der Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne wird.
  • Wie vorstehend ermöglicht die Verkürzung der Einspritzzeitspanne und der Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne, dass die Einspritzzeit des Kraftstoffs verzögert wird, um genauer zu sein, dass die Einspritzanfangszeit relativ spät festgelegt wird. Daher wird die Kraftstoffeinspritzung bei der verzögerten Hochdruckeinspritzung, wie in dem oberen Diagramm von 5 gezeigt, in der Verzögerungszeitspanne von der späten Phase des Verdichtungstakts bis zu der frühen Phase des Expansionstakts durchgeführt. Obwohl begleitend zu der Einspritzung des Kraftstoffs in den Zylinder 18 mit dem hohen Kraftstoffdruck die Strömungsturbulenzen im Inneren des Zylinders stark werden und eine kinetische Turbulenzenergie im Inneren des Zylinders 18 zunimmt, ist die hohe kinetische Turbulenzenergie zusammen damit, dass die Zeit der Kraftstoffeinspritzung auf die relativ späte Zeit festgelegt wird, für die Verkürzung der Verbrennungszeitspanne vorteilhaft.
  • Das heißt, wie in dem als „(D)” markierten Diagramm in der vierten Reihe von 6 gezeigt, wird in einem Fall, in dem die Kraftstoffeinspritzung während der Verzögerungszeitspanne durchgeführt wird, eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und der kinetischen Turbulenzenergie während der Verbrennungszeitspanne im Wesentlichen wie folgt: Die kinetische Truburlenzenergie nimmt ab, wenn der Kraftstoffdruck abnimmt, und die kinetische Turbulenzenergie nimmt zu, wenn der Kraftstoffdruck zunimmt. Beachten Sie, dass die gestrichelte Linie in dem als „(D)” markierten Diagramm von 6 ein Beispiel eines Falls zeigt, in dem die Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts durchgeführt wird. Selbst wenn der Kraftstoff mit dem hohen Kraftstoffdruck in den Zylinder 18 eingespritzt wird, lassen die Turbulenzen im Inneren des Zylinders 18 in dem Fall, in dem die Einspritzzeit während des Einlasstakts ist, nach, da die Zeitdauer bis zur Zündungszeit θzünd lang ist und das Innere des Zylinders 18 bei dem Verdichtungstakt nach dem Einlasstakt verdichtet wird. Als ein Ergebnis wird die kinetische Turbulenzenergie in der Verbrennungszeitspanne in dem Fall, in dem die Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts durchgeführt wird, ungeachtet des Kraftstoffdruckpegels relativ niedrig.
  • Wie in dem als „(C)” markierten Diagramm in der dritten Reihe von 6 gezeigt, wird eine Beziehung zwischen der kinetischen Turbulenzenergie in der Verbrennungszeitspanne und der Verbrennungszeitspanne im Wesentlichen wie folgt: Die Verbrennungszeitspanne verlängert sich, wenn die kinetische Turbulenzenergie abnimmt, und die Verbrennungszeitspanne verkürzt sich, wenn die kinetische Turbulenzenergie zunimmt. Daher wird basierend auf den Teilen (C) und (D) in 6 eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und der Verbrennungszeitspanne, wie in dem als „(3)” markierten Diagramm in der zweiten Reihe von 6 gezeigt, wie folgt: Die Verbrennungszeitspanne verlängert sich, wenn der Kraftstoffdruck abnimmt, und die Verbrennungszeitspanne verkürzt sich, wenn der Kraftstoffdruck zunimmt. Das heißt, die verzögerte Hochdruckeinspritzung verkürzt die Verbrennungszeitspanne. Wie andererseits durch den weißen Kreis in dem als „(3)” markierten Diagramm in 6 gezeigt, verlängert sich bei der herkömmlichen Einlasstakteinspritzung mit dem niedrigen Kraftstoffdruck die Verbrennungszeitspanne. Beachten Sie, dass der Viellocheinspritzer 67 vorteilhaft bei der Erhöhung der kinetischen Turbulenzenergie im Inneren des Zylinders 18 und der Verkürzung der Verbrennungszeitspanne ist und mit der Kombination des Vielzylinderlocheinspritzers 67 und dem Hohlraum 141 ferner das Halten des zerstäubten Kraftstoffs innerhalb des Hohlraums 141 ebenfalls vorteilhaft bei der Verkürzung der Verbrennungszeitspanne ist.
  • Basierend auf der der in dem Diagramm von (3) in 6 gezeigten Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und der Verbrennungszeitspanne, mit anderen Worten basierend auf der Kurvenlinienform in dem Diagramm, kann die Verbrennungszeitspanne durch Festlegen des Kraftstoffdrucks zum Beispiel auf 40 MPa oder darüber wirkungsvoll verkürzt werden. Ferner kann der Kraftstoffdruck von ungefähr 40 MPa oder darüber auch jeweils die Einspritzzeitspanne und die Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne wirksam verkürzen. Beachten Sie, dass der Kraftstoffdruck vorzugsweise gemäß der Art des verwendeten Kraftstoffs festgelegt wird, der wenigstens Benzin umfasst. Der Maximalwert des Kraftstoffdrucks kann zum Beispiel ungefähr 120 MPa sein.
  • Wie vorstehend verkürzt die verzögerte Hochdruckeinspritzung jeweils die Einspritzzeitspanne, die Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne und die Verbrennungszeitspanne, und kann als ein Ergebnis, wie in 5 gezeigt, die Reaktionsdauer der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung von einer Einspritzanfangszeit des Kraftstoffs (SOI) bis zu einer Verbrennungsendzeit θende verkürzen, so dass sie erheblich kürzer als in dem herkömmlichen Fall ist, in dem die Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts durchgeführt wird. Obwohl bei der herkömmlichen Einlasstakteinspritzung mit dem niedrigen Kraftstoffdruck, wie durch den weißen Kreis angezeigt, das Ausmaß der Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung am Ende der Verbrennung die Zündungsschwelle übersteigt und die Störungen in der Verbrennung auftreten, wird als ein Ergebnis der Verkürzung der Reaktionsdauer, wie in dem Diagramm in der ersten Reihe gezeigt, bei der verzögerten Hochdruckeinspritzung, wie durch den schwarzen Kreis angezeigt, das Fortschreiten der Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung am Ende der Verbrennung vermieden, und die Störungen in der Verbrennung können vermieden werden. Beachten Sie, dass die Zündungszeiten θzünd für Fälle, die durch die weißen und schwarzen Kreise in dem Diagramm in der ersten Reihe von 6 angezeigt sind, gleich festgelegt sind.
  • Die verzögerte Hochdruckeinspritzung vermeidet die Störungen in der Verbrennung, indem sie die Betriebsart der Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder 18 entwickelt. Alternativ war herkömmlicherweise bekannt, die Zündungszeit θzünd zum Zwecke der Vermeidung der Störungen in der Verbrennung zu verzögern. Die verzögerte Zündungszeit θzünd unterdrückt die Erhöhung der Temperatur und des Drucks der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung und unterdrückt dadurch das Fortschreiten der Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung. 7 zeigt eine Beziehung zwischen der Zündungszeit θzünd und dem Ausmaß der Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung. Die gestrichelte Linie in 7 zeigt den Fall der herkömmlichen SI-Verbrennung, in der die Einlasstakteinspritzung durchgeführt wird, und die durchgezogene Linie zeigt den Fall der SI-Verbrennung, in der die verzögerte Hochdruckeinspritzung durchgeführt wird. Da die verzögerte Zündungszeit θzünd, wie vorstehend beschrieben, das Fortschreiten der Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung unterdrückt, ist jede der durchgezogenen und gestrichelten Linien eine abfallende Kurve. Da die verzögerte Hochdruckeinspritzung, wie vorstehend beschrieben, das Fortschreiten der Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung durch die Kraftstoffeinspritzung unterdrückt, wobei die Zündungszeiten θzünd für beide Fälle gleich festgelegt sind, schreitet die Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung bei der herkömmlichen SI-Verbrennung, bei der die Einlasstakteinspritzung durchgeführt wird, im Vergleich zu dem Fall der SI-Verbrennung, bei der die verzögerte Hochdruckeinspritzung durchgeführt wird, weiter voran. Das heißt, die gestrichelte Linie befindet sich über der durchgezogenen Linie. Daher muss in dem Fall, in dem die herkömmliche Einlasstakteinspritzung durchgeführt wird (weißer Kreis), die Zündungszeit θzünd im Vergleich zu dem Fall, in dem die verzögerte Hochdruckeinspritzung durchgeführt wird (schwarzer Kreis), verzögert werden, ansonsten übersteigt der Fortschritt der Reaktion der unverbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung die Zündungsschwelle. Mit anderen Worten kann die Zündungszeit θzünd in dem Fall, in dem die verzögerte Hochdruckeinspritzung durchgeführt wird, weiter vorgerückt werden als im Fall der Durchführung der herkömmlichen Einlasstakteinspritzung.
  • Ferner ist 8 ein Diagramm, das eine Beziehung der Zündungszeit θzünd mit einem Wärmewirkungsgrad und einem Drehmoment zeigt. Die Zündungszeit θzünd, zu der der Wärmewirkungsgrad und das Drehmoment jeweils Maximalwerte sind, ist nahe dem oberen Verdichtungstotpunkt, und der Wärmewirkungsgrad und das Drehmoment nehmen ab, wenn die Zündungszeit θzünd verzögert wird. Wie vorstehend beschrieben, muss in dem Fall der Durchführung der Einspritzung während des Einlasstakts, wie durch den weißen Kreis angezeigt, die Zündungszeit θzünd verzögert werden. Andererseits kann die Zündungszeit θzünd in dem Fall der Durchführung der verzögerten Hochdruckeinspritzung, wie durch den schwarzen Kreis angezeigt, vorgerückt werden, und dadurch kann die Zeit sich dem oberen Verdichtungstotpunkt nähern. Folglich verbessert sich der Wärmewirkungsgrad und das Drehmoment steigt. Das heißt, die verzögerte Hochdruckeinspritzung vermeidet nicht nur die Störungen in der Verbrennung, sondern ermöglicht auch, dass die Zündungszeit θzünd um den Betrag vorgerückt wird, mit dem die Störungen in der Verbrennung vermieden werden können, und dadurch ist sie vorteilhaft bei der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs.
  • Hier wird die Charakteristik der SI-Verbrennung unter Verwendung der verzögerten Hochdruckeinspritzung kurz unter Bezug auf 9 beschrieben. In 9 ist der Teil (a) ein Diagramm, das eine Änderung der Wärmeabgaberate (dQ/dθ) gemäß dem Kurbelwinkel zeigt, und der Teil (b) ist ein Diagramm, das eine Änderung einer Zylinderinnendruckerhöhungsrate (dP/dθ) gemäß dem Kurbelwinkel zeigt. Die durchgezogenen Linien in den Teilen (a) und (b) zeigen den Fall an, in dem die SI-Verbrennung unter Verwendung der verzögerten Hochdruckeinspritzung durchgeführt wird, und die gestrichelten Linien in den Teilen (a) und (b) zeigen den Fall an, in dem die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung (CI-Verbrennung) durchgeführt wird. Beachten Sie, dass der Betriebszustand des Motors 1 in dem hohen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist. Zuerst wird bei der CI-Verbrennung, wie in dem Teil (a) von 9 gezeigt, die Geschwindigkeit der Verbrennung schnell, und die Verbrennungszeitspanne wird extrem kurz. Wie ferner in dem Teil (b) von 9 gezeigt, wird eine Spitze des Zylinderinnendrucks zu hoch, so dass sie den zulässigen Wert übersteigt, und das Problem der Verbrennungsgeräusche entsteht. Das heißt, die vorstehenden Ergebnisse zeigen an, dass die CI-Verbrennung nicht durchgeführt werden kann, wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem hohen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist.
  • Andererseits werden bei der SI-Verbrennung unter Verwendung der verzögerten Hochdruckeinspritzung, wie in dem Teil (a) von 9 gezeigt, eine hohe Wärmeabgaberate und eine passende Verbrennungszeitspanne sichergestellt und ein ausreichendes Drehmoment wird erhalten, und ferner wird die Spitze des Zylinderinnendrucks, wie in dem Teil (b) von 9 gezeigt, niedriger als der zulässige Wert, und die Erzeugung des Verbrennungsgeräusches kann vermieden werden. Das heißt, wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem hohen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist, ist die SI-Verbrennung unter Verwendung der verzögerten Hochdruckeinspritzung äußerst vorteilhaft.
  • Als nächstes werden Betriebszustände der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 und Beispiele der Steuerung der Kraftstoffeinspritzzeit und der Zündungszeit θzünd gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 unter Bezug auf 10 beschrieben. Hier ist in den Fällen, die in den Teilen (a), (b), (c) und (d) von 10 gezeigt sind, der Betriebszustand des Motors 1 im Wesentlichen in dem niedrigen Drehzahlbereich, und die Motorlast wird in der Reihenfolge (a) < (b) < (c) < (d) höher. In den Fällen der Teile (a). und (b) ist der Betriebszustand in dem niedrigen Motorlastbereich, der der CI-Betriebsart entspricht, und in dem Fall des Teils (c) ist der Betriebszustand in dem hohen Motorlastbereich, der der SI-Betriebsart entspricht. In dem Fall des Teils (d) ist der Betriebszustand in dem vollen Motorlastbereich, der der SI-Betriebsart entspricht. Beachten Sie, dass der Fall des Teils (d) auch dem Fall entspricht, in dem der Betriebszustand des Motors 1 in einem mittleren Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist.
  • Zuerst zeigt der Teil (a) in 10 an, wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem niedrigen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist. Da die Verbrennungsbetriebsart in diesem Bereich die CI-Betriebsart ist, wird das Auslassventil zweimal geöffnet, wobei das Auslassventil 22 während des Einlasstakts geöffnet wird, indem der VVL 71 geöffnet wird (siehe die durchgezogene Linie, die als „EX2” in dem Teil (a) von 10 markiert ist; beachten Sie, dass die durchgezogene Linie eine Hubkurve des Auslassventils 22 anzeigt und die gestrichelte Linie eine Hubkurve des Einlassventils 21 anzeigt), und dadurch wird das interne AGR-Gas in den Zylinder 18 eingeleitet. Die Einleitung des internen AGR-Gases erhöht die Temperatur am Ende des Verdichtungstakts und stabilisiert die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung. Die Zeit der Kraftstoffeinspritzung wird auf während des Einlasstakts festgelegt, und der Direkteinspritzer 67 spritzt den Kraftstoff in den Zylinder 18 ein; dadurch wird die homogene magere Luft-Kraftstoff-Mischung im Inneren des Zylinders 18 gebildet. Beachten Sie, dass die Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der Last des Motors 1 festgelegt wird.
  • Der Teil (b) in 10 zeigt auch den Fall, in dem der Betriebszustand des Motors 1 in dem niedrigen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist. Jedoch ist die Motorlast in dem Fall des Teils (b) in 10 höher als in dem Fall des Teils (a) in 10. Da die Verbrennungsbetriebsart in dieser Betriebsart ebenfalls die CI-Betriebsart ist, wird das Auslassventil ähnlich dem Vorstehenden während eines Zyklus des Motors durch Steuern des VVL 71 zweimal geöffnet, und das interne AGR-Gas wird in den Zylinder 18 eingeleitet. Beachten Sie, dass die Temperatur im Inneren des Zylinders 18 natürlich zunimmt, wenn die Motorlast zunimmt, daher wird im Hinblick auf die Vermeidung der Frühzündung eine interne AGR-Menge verringert. Wie in den Teilen (a) und (b) von 10 veranschaulichend gezeigt, kann der Hub des Einlassventils 21 durch Steuern des CVVL 73 eingestellt werden, um die interne AGR-Menge einzustellen. Beachten Sie, dass die interne AGR-Menge, wenngleich in den Zeichnungen nicht dargestellt, durch Steuern der Öffnung des Drosselventils 36 gesteuert werden kann. Ferner wird die Zeit der Kraftstoffeinspritzung auf eine passende Zeit während des Einlasstakts oder des Verdichtungstakts festgelegt. Der Direkteinspritzer 67 spritzt den Kraftstoff zu der festgelegten Zeit in den Zylinder 18 ein und bildet dadurch die homogenisierte oder geschichtete Luft-Kraftstoff-Mischung. Ähnlich dem Fall des Teils (a) in 10 wird die Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der Last des Motors 1 festgelegt.
  • Beachten Sie, dass die Teile (a) und (b) in 10 Beispiele zeigen, in denen die Öffnungszeitspanne des Auslassventils 22 während des Einlasstakts in dessen früher Halbphase festgelegt ist. Die Öffnungszeitspanne des Auslassventils 22 kann in der späten Halbphase des Einlasstakts festgelegt werden. Wenn ferner die Öffnungszeitspanne des Auslassventils 22 in der frühen Halbphase des Einlasstakts festgelegt ist, kann das Auslassventil 22 von während des Auslasstakts, was den oberen Auslasstotpunkt umfasst, bis zu der frühen Halbphase des Einlasstakts offen gehalten werden.
  • Der Teil (c) in 10 zeigt einen Fall, in dem der Betriebszustand des Motors 1 in dem hohen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist. Die Verbrennungsbetriebsart in diesem Betriebsbereich ist die SI-Betriebsart, und das Auslassventil 22 wird während eines Zyklus des Motors in dem Betriebsbereich nicht zweimal geöffnet. Ferner wird die Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung in der SI-Betriebsart eingestellt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ = 1 zu erfüllen. Die Einstellung der Lademenge kann durch ein verzögertes Schließen des Einlassventils 21 durchgeführt werden, wobei die Schließzeit des Einlassventils 21 nach einem unteren Einlasstotpunkt festgelegt wird, indem der VVT 72 und der CVVL 73 gesteuert werden, während das Drosselventil 36 ganz geöffnet ist. Dies ist günstig bei der Verringerung eines Pumpverlusts. Die Einstellung der Lademenge kann durchgeführt werden, indem die Öffnung des AGR-Ventils 511 gesteuert wird, um die Mengen an neuer Luft und des externen AGR-Gases, die in den Zylinder 18 eingeleitet werden sollen, einzustellen, während das Drosselventil 36 ganz geöffnet ist. Dies ist günstig bei der Verringerung des Pumpverlusts ebenso wie der Verringerung eines Kühlverlusts. Die Einleitung des externen AGR-Gases trägt dazu bei, die Störungen in der Verbrennung zu vermeiden, und ist vorteilhaft bei der Unterdrückung von Roh-NOx. Alternativ können die verzögerte Schließsteuerung des Einlassventils 21 und die Steuerung der externen AGR kombiniert werden, um die Lademenge einzustellen. Insbesondere, wenn die Motorlast in dem Hochlastbereich relativ niedrig ist, kann die Lademenge durch die verzögerte Schließsteuerung des Einlassventils 21 eingestellt werden, während das externe AGR-Gas in den Zylinder 18 eingeleitet wird, um die übermäßige Zunahme des AGR-Verhältnisses zu unterdrücken.
  • Ferner ist die Betriebsart der Kraftstoffeinspritzung in diesem Fall die verzögerte Hochdruckeinspritzung. Daher spritzt der Einspritzer 67 den Kraftstoff durch den hohen Kraftstoffdruck in der Verzögerungszeitspanne von der späten Phase des Verdichtungstakts bis zu der frühen Phase des Expansionstakts direkt in den Zylinder 18. Bei der verzögerten Hochdruckeinspritzung kann die Einspritzung einmal (d. h. die pauschale Einspritzung), und alternativ, wie in dem Teil (c) von 10 gezeigt, mit zwei Einspritzungen erfolgen; eine erste Einspritzung und eine folgende zweite Einspritzung können in der Verzögerungszeitspanne (d. h. in den geteilten Einspritzungen) durchgeführt werden. Die erste Einspritzung kann eine relativ lange Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne sicherstellen und ist daher günstig für die Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs. Die Zeit der zweiten Einspritzung kann auf eine weiter verzögerte Zeit, die der ausreichenden Luft-Kraftstoff-Mischungsbildungszeitspanne, die durch die erste Einspritzung sichergestellt wird, entspricht, festgelegt werden. Dies ist günstig für die Erhöhung der kinetischen Turbulenzenergie im Inneren des Zylinders ebenso wie bei der Verkürzung der Verbrennungszeitspanne. In dem Fall der Durchführung der geteilten Einspritzungen wird die Kraftstoffeinspritzmenge in der zweiten Einspritzung vorzugsweise größer festgelegt als die Kraftstoffeinspritzmenge in der ersten Einspritzung. Dadurch wird die kinetische Turbulenzenergie ausreichend erhöht, was günstig für die Verkürzung der Verbrennungszeitspanne ist, und als ein Ergebnis die Störungen in der Verbrennung vermeidet. Beachten sie, dass die geteilten Einspritzungen nur durchgeführt werden können, wenn die Motorlast in dem hohen Motorlastbereich relativ hoch ist, wobei die Kraftstoffeinspritzmenge zunimmt, und die pauschale Einspritzung kann durchgeführt werden, wenn die Motorlast in dem hohen Motorlastbereich relativ niedrig ist, wobei die Kraftstoffeinspritzmenge vergleichsweise klein ist. Ferner sind die geteilten Einspritzungen nicht auf zweimal beschränkt und können dreimal oder darüber sein.
  • Dadurch wird in der SI-Betriebsart die Zündung durch die Zündkerze 25 nahe dem oberen Verdichtungstotpunkt nach der Kraftstoffeinspritzung ausgeführt.
  • Der Teil (d) in 10 zeigt einen Fall, in dem der Betriebszustand des Motors 1 in dem vollen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist. Ähnlich dem Teil (c) in 10 ist die Verbrennungsbetriebsart in diesem Betriebsbereich ebenfalls die SI-Betriebsart, und das Auslassventil 22 wird während eines Zyklus des Motors nicht zweimal geöffnet. Ferner wird, da der Betriebszustand in dem vollen Motorlastbereich ist, die externe AGR gestoppt, indem das AGR-Ventil 551 geschlossen wird.
  • Die Betriebsart der Kraftstoffeinspritzung ist in diesem Fall im Wesentlichen die verzögerte Hochdruckeinspritzung, und, wie in dem Teil (d) von 10 gezeigt, werden die zwei Einspritzungen der ersten und zweiten Einspritzungen in den Zylinder 18 innerhalb der Verzögerungszeitspanne durchgeführt. Beachten Sie, dass die verzögerte Hochdruckeinspritzung die pauschale Einspritzung sein kann. Ferner können in dem vollen Motorlastbereich die Einspritzungen während des Einlasstakts addiert werden, um einen Einlassluftladewirkungsgrad zu verbessern. Die Einlasstakteinspritzung verbessert den Einlassluftladewirkungsgrad aufgrund der Kühlwirkung der Einlassluft, die durch die Kraftstoffeinspritzung bewirkt wird, und ist vorteilhaft bei der Erhöhung des Drehmoments. Wenn daher der Betriebszustand des Motors 1 in dem vollen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist, wird die Kraftstoffeinspritzung dreimal durchgeführt: die Einlasstakteinspritzung und die erste Einspritzung und die zweite Einspritzung, oder die Kraftstoffeinspritzung wird zweimal durchgeführt: die Einlasstakteinspritzung und die pauschale Einspritzung.
  • Wie vorstehend beschrieben, hat hier die verzögerte Hochdruckeinspritzung, bei der der Kraftstoff durch den Direkteinspritzer 67 direkt in den Zylinder 18 eingespritzt wird, einen extrem hohen Kraftstoffdruck. Wenn daher der Kraftstoff während des Einlasstakts mit einem derartig hohen Druck direkt in den Zylinder 18 eingespritzt wird, besteht eine Möglichkeit, dass eine große Menge an Kraftstoff auf einer Wandfläche des Zylinders 18 haftet, und bewirkt dadurch ein Problem, wie etwa Ölverdünnung. Folglich wird der Kraftstoff in der Einlasstakteinspritzung durch den Kanaleinspritzer 68 in den Einlasskanal 16 eingespritzt, um den Kraftstoff mit dem relativ niedrigen Kraftstoffdruck einzuspritzen, ohne den Direkteinspritzer 67 zu verwenden. Dadurch wird das vorstehend beschriebene Problem, wie etwa die Ölverdünnung, vermieden.
  • Wie vorstehend beschrieben, entspricht ferner der in dem Teil (d) von 10 gezeigte Fall auch einem Fall, in dem der Betriebsbereich des Motors 1 in dem mittleren Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist. Wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem mittleren Motordrehzahlbereich ist, wird die Strömung im Inneren des Zylinders 18 im Vergleich zu einem Betriebszustand in dem niedrigen Motordrehzahlbereich stärker. Überdies wird eine tatsächliche Zeitdauer, die für die Änderung des Kurbelwinkels erforderlich ist, kürzer. Folglich wird es vorteilhaft bei der Vermeidung der Störungen in der Verbrennung. Selbst wenn daher die Kraftstoffmenge der verzögerten Hochdruckeinspritzung, die während der Verzögerungszeitspanne von der späten Phase des Verdichtungstakts bis zu der frühen Phase des Expansionstakts durchgeführt wird, verringert wird, können die Störungen in der Verbrennung vermieden werden. Wenn folglich der Betriebszustand des Motors 1 in dem mittleren Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge der verzögerten Hochdruckeinspritzung verringert, und die Kraftstoffmenge, die der verringerten Menge entspricht, wird zu der Einlasstakteinspritzung zum Einspritzen während des Einlasstakts hinzugefügt. Dadurch wird dieser Fall ähnlich dem Vorstehenden als ein Ergebnis der Verbesserung des Einlassluftladewirkungsgrads vorteilhaft bei der Vergrößerung des Drehmoments. Wenn daher der Betriebszustand des Motors 1 in dem mittleren Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, wird sowohl die Vermeidung der Störungen in der Verbrennung als auch die Verbesserung des Drehmoments erreicht. Beachten Sie, dass, wenn Fälle der Betriebszustände des Motors 1, die in dem hohen Motorlastbereich (insbesondere dem vollen Motorlastbereich) des niedrigen Drehzahlbereichs und in dem mittleren Motordrehzahlbereich des hohen Motordrehzahlbereichs sind, miteinander verglichen werden, mit anderen Worten, wenn in dem hohen Motorlastbereich der niedrige Drehzahlbereich und der mittlere Bereich miteinander verglichen werden, gibt es Fälle, in denen die Kraftstoffeinspritzmenge der Einlasstakteinspritzung in dem mittleren Motordrehzahlbereich stärker steigen kann als in dem niedrigen Motordrehzahlbereich.
  • 11 bis 14 zeigen die Steuerbeispiele der jeweiligen Parameter des Motors 1 entsprechend der Variation der Motorlast in dem niedrigen Motordrehzahlbereich, die sind: (b) die Öffnung des Drosselventils 36, (c) die Öffnung des AGR-Ventils 511, (d) die Schließzeiten in dem Fall, in dem das Auslassventil 22 zweimal geöffnet wird, (e) die Öffnungszeit des Einlassventils 21, (f) die Schließzeit des Einlassventils 21 und (g) der Hub des Einlassventils.
  • Der Teil (a) in 11 zeigt einen Zustand im Inneren des Zylinders 18. Indem man die seitliche Achse als das Drehmoment (mit anderen Worten die Motorlast) und die vertikale Achse als die Luft-Kraftstoff-Mischung-Lademenge hat, zeigt der Teil (a) in 11 einen Aufbau der Luft-Kraftstoff-Mischung im Inneren des Zylinders. Wie vorstehend beschrieben, ist die Verbrennungsbetriebsart in dem Bereich der linken Halbseite des Diagramms, wo die Motorlast relativ niedrig ist, die CI-Betriebsart, und die Betriebsart in dem Bereich der rechten Halbseite des Diagramms, wo die Motorlast höher als eine vorgegebene Motorlast ist, ist die SI-Betriebsart. Die Kraftstoffmenge (Gesamtkraftstoffmenge) wird ungeachtet dessen, ob die Verbrennungsbetriebsart die CI- oder SI-Betriebsart ist, entsprechend der Zunahme der Motorlast erhöht. Daher wird die Menge an neuer Luft in Bezug auf die Kraftstoffmenge festgelegt, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) zu erfüllen, und die Menge an neuer Luft wird entsprechend der Zunahme der Motorlast erhöht, wenn die Kraftstoffmenge zunimmt.
  • Da das interne AGR-Gas in den Zylinder 18 eingeleitet wird, wird in der CI-Betriebsart, wie vorstehend beschrieben, der Rest der Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung durch das interne AGR-Gas und die überschüssige neue Luft gebildet. Daher wird die Luft-Kraftstoff-Mischung in der CI-Betriebsart mager.
  • Dahingegen wird der Motor 1 in der SI-Betriebsart betrieben, um ungefähr λ = 1 zu erfüllen, und die Einleitung des AGR-Gases wird gestoppt. Als eines der Steuerbeispiele in 11 wird die Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung in den Zylinder 18 in der SI-Betriebsart verringert, und insbesondere wird in 11 in der SI-Betriebsart die Lademenge gesteuert, indem die Schließzeit des Einlassventils 21 eingestellt wird.
  • Wie in den Teilen (b) und (c) von 11 gezeigt, ist das Drosselventil 36 festgelegt, so dass es ganz geöffnet ist, und das AGR-Ventil 511 ist derart festgelegt, dass es ungeachtet des Lastpegels des Motors 1 jeweils ganz geschlossen ist, so dass der Zustand im Inneren des Zylinders 18 der in dem Teil (a) von 1 gezeigte Zustand wird. Jede der Steuerungen wird vorteilhaft bei der Verringerung des Pumpverlusts.
  • Der Teil (d) in 11 zeigt die Schließzeiten des Auslassventils 22 in dem Fall, in dem es zweimal geöffnet wird. In der CI-Betriebsart sind die vorgegebenen Zeiten zwischen dem oberen Auslasstotpunkt und dem unteren Einlasstotpunkt, wie vorstehend beschrieben, derart, dass das interne AGR-Gas in den Zylinder 18 eingeleitet wird. Indessen ist die Schließzeit in der SI-Betriebsart auf den oberen Auslasstotpunkt festgelegt. Das heißt, in der SI-Betriebsart wird als ein Ergebnis des Stoppens der zweimaligen Öffnung des Auslassventils, die Steuerung der internen AGR gestoppt.
  • Wie vorstehend wird in dem Fall der zweimaligen Öffnung des Auslassventils 22 die Schließzeit in der CI-Betriebsart auf die vorgegebene Schließzeit festgelegt. Dahingegen wird die Öffnungszeit des Einlassventils 21, wie in dem Teil (e) von 11 gezeigt, vorgerückt, wenn die Last des Motors 1 zunimmt, so dass sie sich dem oberen Auslasstotpunkt nähert. Daher nimmt das interne AGR-Gas, das in den Zylinder 18 eingeleitet werden soll, zu, wenn die Last des Motors 1 abnimmt, und das interne AGR-Gas, das in den Zylinder 18 eingeleitet werden soll, nimmt ab, wenn die Last des Motors 1 zunimmt. Die Temperatur im Inneren des Zylinders 18 am Ende des Verdichtungstakts steigt, wenn die Last des Motors 1 abnimmt, aufgrund der größeren Menge des internen AGR-Gases, daher ist der Fall von (e) vorteilhaft bei der Erreichung der stabilen Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung. Ferner wird die Zunahme der Temperatur im Inneren des Zylinders 18 am Ende des Verdichtungstakts unterdrückt, wenn die Last des Motors 1 zunimmt, weil das interne AGR-Gas unterdrückt wird, daher ist der Fall von (e) vorteilhaft bei der Unterdrückung der Frühzündung. Beachten Sie, dass die Öffnungszeit des Einlassventils 21 in der SI-Betriebsart von dem oberen Auslasstotpunkt weiter vorgerückt ist, und der Vorrückungsbetrag entsprechend der Zunahme der Motorlast zunimmt.
  • Indessen wird die Schließzeit des Einlassventils 21, wie in dem Teil (f) von 11 gezeigt, in der CI-Betriebsart konstant auf den unteren Einlasstotpunkt festgelegt. Andererseits wird die Schließzeit des Einlassventils 21 in der SI-Betriebsart von dem unteren Einlasstotpunkt weiter verzögert. Der Verzögerungsbetrag wird derart festgelegt, dass er entsprechend der Zunahme der Motorlast allmählich abnimmt, so dass der Verzögerungsbetrag groß ist, wenn die Last des Motors 1 relativ niedrig ist, und klein, wenn die Last des Motors 1 relativ hoch ist. Dabei wird in der SI-Betriebsart die Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung durch die verzögerte Schließsteuerung des Einlassventils 21 verringert. Beachten Sie, dass alternativ zu der verzögerten Schließsteuerung des Einlassventils 21 die Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung verringert werden kann, indem die Öffnungseinstellung des Drosselventils 36 in der SI-Betriebsart durchgeführt wird.
  • Wie ferner in dem Teil (g) von 11 gezeigt, nimmt in der CI-Betriebsart der Hub des Einlassventils 21 entsprechend der Zunahme der Motorlast beginnend von dem minimalen Hub allmählich zu, während der Hub in der SI-Betriebsart ungeachtet des Pegels der Motorlast konstant bei dem maximalen Hub festgelegt ist.
  • 12 zeigt ein anderes Steuerbeispiel, das sich von 11 unterscheidet. In 11 und 12 sind die Steuerungen von (b) der Öffnung des Drosselventils 36, (e) der Öffnungszeit des Einlassventils 21 und (g) des Hubs des Einlassventils 21 in der CI-Betriebsart voneinander verschieden. Das heißt, zuerst wird in der in 12 gezeigten Steuerung, wie in dem Teil (b) gezeigt, das Drosselventil 36 in der CI-Betriebsart gedrosselt, und die Öffnung des Drosselventils 36 wird derart gesteuert, dass sie entsprechend der Zunahme der Motorlast allmählich zunimmt, so dass sie klein ist, wenn die Motorlast in der CI-Betriebsart niedrig ist, und groß ist, wenn die Motorlast in der CI-Betriebsart hoch ist. Indessen ist das Drosselventil 36 in der SI-Betriebsart ganz geöffnet.
  • Wie ferner in dem Teil (e) von 12 gezeigt, ist die Öffnungszeit des Einlassventils 21 in der CI-Betriebsart ungeachtet des Pegels der Motorlast konstant an dem oberen Auslasstotpunkt festgelegt, und, wie in dem Teil (g) von 12 gezeigt, ist der Hub des Einlassventils in der CI-Betriebsart ungeachtet des Pegels der Motorlast auf einen vorgegebenen Hub festgelegt. Durch eine derartige Kombination der Steuerungen des Drosselventils 36 und des Einlassventils 21 wird in der CI-Betriebsart die interne AGR-Gasmenge, die in den Zylinder 18 eingeführt werden soll, entsprechend der Öffnung des Drosselventils 36 eingestellt. Wie daher aus dem Vergleich der Teile (a) in 11 und 12 miteinander deutlich ist, ist der Aufbau der Luft-Kraftstoff-Mischung, die in den Zylinder 18 geladen werden soll, in dem in 12 gezeigten Beispiel ähnlich dem des in 11 gezeigten Steuerbeispiels.
  • 13 zeigt ein anderes Steuerbeispiel, das sich von dem in 11 (und 12) unterscheidet. In 11 und 13 sind die Steuerungen von (c) der Öffnung des AGR-Ventils 511, (e) der Öffnungszeit des Einlassventils 21 und (f) der Schließzeit des Einlassventils 21 in der SI-Betriebsart verschieden voneinander. Das heißt, in 11 (und in 12) wird, wie in dem Teil (a) gezeigt, die Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung in den Zylinder 18 verringert, indem die Schließzeit des Einlassventils 21 in der SI-Betriebsart verringert wird, während in dem Steuerbeispiel von 13, wie in dem Teil (a) gezeigt, das externe AGR-Gas in der SI-Betriebsarten den Zylinder 18 eingeführt wird.
  • Zuerst bleibt das AGR-Ventil 511, wie in dem Teil (c) von 13 gezeigt, in der CI-Betriebsart geschlossen und wird in der SI-Betriebsart geöffnet. Die Öffnung des AGR-Ventils 511 wird entsprechend der Zunahme der Motorlast verringert, so dass sie größer ist, wenn die Motorlast in der SI-Betriebsart niedriger wird, und kleiner, wenn die Motorlast in der SI-Betriebsart höher wird. Insbesondere wird das ERG-Ventil 511 ganz geöffnet, wenn zwischen den CI- und SI-Betriebsarten umgeschaltet wird, und ganz geschlossen, wenn die Motorlast voll ist. Daher wird in diesem Steuerbeispiel das externe AGR-Gas selbst in der SI-Betriebsart nicht in den Zylinder 18 eingeleitet, wenn die Motorlast voll ist.
  • Wie ferner in dem Teil (e) von 13 gezeigt, wird die Öffnungszeit des Einlassventils 21 in der SI-Betriebsart konstant an dem oberen Auslasstotpunkt festgelegt, und, wie in dem Teil (f) von 13 gezeigt, wird die Schließzeit des Einlassventils 21 in der SI-Betriebsart konstant auf den unteren Einlasstotpunkt festgelegt. Daher wird das Drosselventil 36 in der SI-Betriebsart konstant auf einen ganz geöffneten Zustand (den Teil (b) in 13) festgelegt, die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 21 werden konstant festgelegt, und der Hub des Einlassventils 21 wird konstant bei dem Maximum festgelegt (der Teil (g) in 13). Folglich wird das Verhältnis der Menge der neuen Luft und der externen AGR-Gasmenge, die in den Zylinder 18 eingeleitet werden sollen, durch Einstellen der Öffnung des AGR-Ventils 511 eingestellt. Eine derartige Steuerung ist vorteilhaft bei der Verringerung des Pumpverlusts. Ferner ist in der SI-Betriebsart, das Einleiten des externen AGR-Gases in den Zylinder 18 vorteilhaft bei der Verringerung des Kühlverlusts, der Vermeidung der Störungen in der Verbrennung und der Unterdrückung von Roh-NOx.
  • Das in 14 gezeigte Steuerbeispiel ist das Beispiel der Verwendung des in 12 gezeigten Steuerbeispiels für die CI-Betriebsart und des in 13 gezeigten Steuerbeispiels für die SI-Betriebsart, und das Kombinieren der zwei Steuerbeispiele.
  • Als nächstes zeigt 15 Änderungen der jeweiligen Steuerparameter des Motors 1 gemäß der Variation in der Last in dem niedrigen Motordrehzahlbereich, die sind: (b) G/F, (c) die Einspritzzeit, (d) der Kraftstoffdruck, (e) eine Kraftstoffeinspritzimpulsbreite (d. h. Einspritzzeitspanne) und (f) die Zündungszeit θzünd.
  • Zuerst wird in dem Fall, der einem der in 11 und 12 gezeigten Steuerbeispiele folgt, der Zustand der Luft-Kraftstoff-Mischung im Inneren des Zylinders ein Zustand, wie in dem Teil (a) von 15 gezeigt. Wie in dem Teil (b) von 15 gezeigt, ändert sich in der CI-Betriebsart das G/F daher entsprechend der Zunahme der Kraftstoffmenge von mager und nähert sich allmählich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und da in der SI-Betriebsart die Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung, wie vorstehend beschrieben, verringert wird, ist das G/F ungefähr konstant bei dem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis (G/F = 14,7).
  • Wie in dem Teil (c) von 15 gezeigt, wird die Kraftstoffeinspritzzeit in der CI-Betriebsart zum Beispiel während des Einlasstakts zwischen dem oberen Auslasstotpunkt und dem unteren Einlasstotpunkt festgelegt. Die Kraftstoffeinspritzzeit kann entsprechend der Last des Motors 1 geändert werden. Andererseits wird die Kraftstoffeinspritzzeit in der SI-Betriebsart innerhalb der Verzögerungszeitspanne von der späten Halbphase des Verdichtungstakts bis zu der frühen Phase des Expansionstakts, das heißt, auf die verzögerte Hochdruckeinspritzung festgelegt. Ferner wird in der SI-Betriebsart die Einspritzzeit entsprechend der Zunahme der Motorlast allmählich auf die Verzögerungsseite geändert. Dies liegt daran, dass der Druck und die Temperatur im Inneren des Zylinders 18 entsprechend der Zunahme der Motorlast zunehmen und dabei leicht die Störungen in der Verbrennung auftreten, folglich muss die Einspritzzeit auf der Verzögerungsseite festgelegt werden, um die Störungen in der Verbrennung wirksam zu vermeiden. Hier zeigt die durchgezogene Linie in dem Teil (c) von 15 ein Beispiel für die Kraftstoffeinspritzzeit in dem Fall der Durchführung der pauschalen Einspritzung, in der die verzögerte Hochdruckeinspritzung durch eine einzige Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Andererseits zeigt die Punkt-Strichlinie in dem Teil (c) von 15 ein Beispiel für die Kraftstoffeinspritzzeiten der ersten und zweiten Einspritzungen in dem Fall, in dem die verzögerte Hochdruckeinspritzung in zwei Kraftstoffeinspritzungen geteilt ist: die erste und die zweite Einspritzung. Gemäß dem Diagramm wird die zweite Einspritzung in den geteilten Einspritzungen im Vergleich zu dem Fall der pauschalen Einspritzung auf der Verzögerungsseite durchgeführt und ist daher ferner vorteilhaft bei der Vermeidung der Störungen in der Verbrennung. Dies ergibt sich aus der Sicherstellung der Zeit für die Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs durch Durchführen der ersten Einspritzung in der relativ frühen Phase und der verkürzten Zeitdauer, die für die Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs erforderlich ist, weil die Kraftstoffeinspritzmenge in der zweiten Einspritzung relativ weniger wird.
  • Wie ferner durch die gepunktete Linie in dem Teil (c) von 15 angezeigt, kann, da die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in dem vollen Lastbereich zunimmt, die erhöhte Kraftstoffmenge in der Einlasstakteinspritzung enthalten sein, die durchgeführt werden soll, um den Einlassluftladewirkungsgrad zu verbessern.
  • Der Teil (d) in 15 zeigt die Änderung des Kraftstoffdrucks, der an den Direkteinspritzer 67 zugeführt wird, und in der CI-Betriebsart wird der Kraftstoffdruck konstant bei dem minimalen Kraftstoffdruck festgelegt. Andererseits wird der Kraftstoffdruck in der SI-Betriebsart höher als der minimale Kraftstoffdruck festgelegt und wird festgelegt, um entsprechend der Zunahme der Motorlast zu steigen. Dies liegt daran, dass es aufgrund dessen, dass die Störungen in der Verbrennung leicht auftreten, wenn die Motorlast zunimmt, erforderlich ist, die Einspritzzeitspanne weiter zu verkürzen, und es erforderlich ist, die Einspritzzeit weiter zu verzögern.
  • Der Teil (e) in 15 zeigt die Änderung der Einspritzimpulsbreite (Öffnungszeitspanne des Einspritzers), die der Einspritzzeitspanne in dem Fall der Durchführung der pauschalen Einspritzung entspricht. In der CI-Betriebsart verbreitert sich die Impulsbreite entsprechend der Zunahme der Kraftstoffeinspritzmenge und ebenso verbreitert sich in der SI-Betriebsart, die Impulsbreite entsprechend der Zunahme der Kraftstoffeinspritzmenge. Wie jedoch in dem Teil (d) von 15 gezeigt, wird der Kraftstoffdruck in der SI-Betriebsart erheblich höher als in der CI-Betriebsart festgelegt, daher wird ungeachtet dessen, dass die Kraftstoffeinspritzmenge in der SI-Betriebsart größer als in der CI-Betriebsart ist, deren Impulsbreite kürzer als die in der CI-Betriebsart festgelegt. Dies verkürzt die unverbrannte Luft-Kraftstoff-Mischungsreaktionsdauer und ist vorteilhaft bei der Vermeidung der Störungen in der Verbrennung.
  • Ferner zeigt der Teil (f) in 15 die Änderung der Zündungszeit θzünd. In der SI-Betriebsart wird neben der Kraftstoffeinspritzzeit, die verzögert wird, wenn die Motorlast zunimmt, auch die Zündungszeit θzünd verzögert, wenn die Motorlast zunimmt. Dies ist vorteilhaft bei der Vermeidung der Störungen in der Verbrennung. Ferner kann in der CI-Betriebsart, wenngleich die Zündung, wie durch die Punktstrichlinie in dem Diagramm angezeigt, im Wesentlichen nicht durchgeführt wird, die Zündung zum Beispiel nahe dem oberen Auslasstotpunkt durchgeführt werden, um ein Schwelen der Zündkerze 25 zu vermeiden.
  • 16, die sich von 15 unterscheidet, zeigt Änderungen (b) des G/F, (c) der Einspritzzeit, (d) des Kraftstoffdrucks, (e) der Kraftstoffeinspritzimpulsbreite (d. h. Einspritzzeitspanne) und (f) der Zündungszeit θzünd im Fall, dass einem der in 13 und 14 gezeigten Steuerbeispiele gefolgt wird. Beachten Sie, dass beim Vergleich zwischen 15 und 16 die Teile (c), (e) und (f) jeweils zueinander gleich sind.
  • Der Zustand der Luft-Kraftstoff-Mischung im Inneren des Zylinders 18 wird der Zustand wie in dem Teil (a) von 16 gezeigt. Da in der SI-Betriebsart das externe AGR-Gas in den Zylinder 18 eingeleitet wird, ist die Änderung des G/F, wie in dem Teil (b) von 16 gezeigt, von der CI-Betriebsart auf die SI-Betriebsart kontinuierlich und nimmt allmählich ab, während die Motorlast zunimmt. Da in der SI-Betriebsart wie vorstehend das externe AGR-Gas in den Zylinder 18 eingeleitet wird, besteht, insbesondere wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem mittleren Motorlastbereich ist, eine Möglichkeit, dass die Geschwindigkeit der Verbrennung sinkt und die Verbrennungszeitspanne sich verlängert. Daher wird der Kraftstoffdruck in diesem Steuerbeispiel, wie in dem Teil (d) von 16 gezeigt, im Vergleich zu dem Fall des Teils (d) in 15 (siehe Punktstrichlinie) ferner höher festgelegt, um die Verbrennungszeitspanne zu verkürzen.
  • Als nächstes wird die Steuerung des Motors 1 unter Bezug auf das Flussdiagramm in 17 detaillierter beschrieben. Das Flussdiagramm zeigt einen Steuerfluss des Motors 1, der von dem PCM 10 durchgeführt wird. Durch Steuern des Motors 1 gemäß dem Flussdiagramm wird der Zustand des Motors 1 entsprechend der Variation der Motorlast (beachten Sie, dass die Umgebung in einem konstanten Zustand ist) jeder der in 11 bis 16 gezeigten Zustände. Beachten Sie, dass der in 17 gezeigte Fluss die Reihenfolge der Durchführung jeder Steuerung nicht beschränkt und die in dem Fluss von 17 gezeigte Reihenfolge ein Beispiel ist. Daher kann die Reihenfolge der Steuerungen in dem Fluss geeignet vertauscht werden, oder mehrere Steuerungen können gleichzeitig durchgeführt werden. Ferner kann jede der Steuerungen geeignet weggelassen werden oder andere Steuerungen können in dem in 17 gezeigten Fluss hinzugefügt werden.
  • Zuerst wird bei Schritt SA1 eine integrierte AWS-Betriebsdauer gelesen, und bei dem folgenden Schritt SA2 wird bestimmt, ob die gelesene AWS-Betriebsdauer über einem vorgegebenen Wert ist oder nicht. Das AWS (beschleunigtes Aufwärmsystem) ist ein System zur Beschleunigung der Aktivierung der Katalysatoren 41 und 42 durch Erhöhen der Temperatur des Abgases, wenn der Motor 1 gestartet wird, und dadurch zur Förderung der Reinigung des Abgases. Das AWS läuft eine vorgegebene Zeitdauer, nachdem der Motor 1 gestartet wurde. Wenn daher das Ergebnis der Bestimmung bei Schritt SA2 Nein ist (d. h. die AWS-Betriebsdauer ist unter dem vorgegebenen Wert), geht der Steuerfluss weiter zu Schritt SA3, und der Motor ist in einer AWS-Betriebsart. In der AWS-Betriebsart wird im Wesentlichen die SI-Verbrennung durchgeführt, bei der die Einlassluftmenge vergrößert ist und die Zündungszeit θzünd der Zündkerze 25 erheblich verzögert ist.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung bei Schritt SA2 Ja ist (d. h. die AWS-Betriebsdauer ist über dem vorgegebenen Wert), geht der Steuerfluss weiter zu dem Schritt SA4. Das heißt, das AWS wird gestoppt, und der Motor 1 schaltet in eine normale Betriebsart.
  • Bei dem Schritt SA4 liest das PCM 10 zuerst die Gaspedalöffnung und die Motordrehzahl, bei dem Schritt SA5 berechnet das PCM 10 die Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung basierend auf einem Einlassluftdurchsatz, der von dem Luftmengensensor (AFS) SW1 erfasst wird, und dem Zylinderinnendruck, der von dem Zylinderinnendrucksensor (CPS) SW6 erfasst wird. Bei dem Schritt SA6 liest das PCM 10 ferner die Motorkühlmitteltemperatur und die Temperatur der Einlassluft, die in den Zylinder 18 eingeleitet werden soll. Dadurch wird eine CI-Bestimmungsvariable Y basierend auf der Gaspedalöffnung, der Motordrehzahl, der Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung, der Motorkühlmitteltemperatur und der Einlasslufttemperatur berechnet.
  • Die CI-Bestimmungsvariable Y wird zum Beispiel aus der nachstehenden Gleichung jeweils basierend auf einer Funktion I der Gaspedalöffnung (Gaspedalöffnung), einer Funktion J der Motordrehzahl (1/Motordrehzahl), einer Funktion K der Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung (Lademenge), einer Funktion L der Motorkühlmitteltemperatur (Motorkühlmitteltemperatur) und einer Funktion M der Einlasslufttemperatur (Einlasslufttemperatur) berechnet.
  • CI-Bestimmungsvariable Y = I (Gaspedalöffnung) + J (1/Motordrehzahl) + K (Lademenge) + L (Motorkühlmitteltemperatur) + M (Einlasslufttemperatur).
  • Diese CI-Bestimmungsvariable Y ist ein Index dafür, ob die Luft-Kraftstoff-Mischung nahe dem oberen Verdichtungstotpunkt durch Verdichtung gezündet werden kann. Mit anderen Worten bestimmt die CI-Bestimmungsvariable Y, ob der Motor 1 in der CI-Betriebsart oder der SI-Betriebsart betrieben werden sollte. Wenn, wie zum Beispiel in 18A gezeigt, die CI-Bestimmungsvariable Y unter einem ersten Schwellwert ist, besteht eine große Möglichkeit, dass ein Aussetzer bzw. eine Fehlzündung stattfindet, wenn der Motor in der CI-Betriebsart arbeiten soll, daher kann eine Bestimmung durchgeführt werden, um auf die SI-Betriebsart zu wechseln, und wenn andererseits die CI-Bestimmungsvariable Y über dem zweiten Schwellwert ist, besteht eine große Möglichkeit, dass eine Frühzündung auftritt, wenn der Motor in der CI-Betriebsart arbeiten soll, daher kann die Bestimmung durchgeführt werden, auf die SI-Betriebsart zu wechseln. Wenn die CI-Bestimmungsvariable Y ferner über dem ersten Schwellwert und unter dem zweiten Schwellwert ist, wird die Luft-Kraftstoff-Mischung zu einer passenden Zeit nahe dem oberen Verdichtungstotpunkt durch Verdichtung gezündet, daher kann eine Bestimmung durchgeführt werden, um auf die CI-Betriebsart zu wechseln.
  • Zurück bei dem Steuerfluss in 17 wird bei dem Schritt SA7 basierend auf der bei dem Schritt SA6 berechneten CI-Bestimmungsvariablen Y eine Bestimmung durchgeführt, ob auf die CI-Betriebsart gewechselt werden soll, und wenn das Ergebnis der Bestimmung Ja ist, geht der Steuerfluss weiter zu dem Schritt SA8, und die Betriebsart des Motors 1 wird auf die CI-Betriebsart festgelegt. Wenn das Ergebnis der Bestimmung andererseits Nein ist, geht der Steuerfluss weiter zu Schritt SA13, und die Betriebsart des Motors 1 wird auf die SI-Betriebsart festgelegt.
  • In der CI-Betriebsart wird bei dem Schritt SA9 der Kraftstoffdruck (Zieldruck) für die SI-Betriebsart aus einem Charakteristik-Kennfeld gelesen, das im Voraus festgelegt und in dem PCM 10 gespeichert wird. Das Charakteristik-Kennfeld wird, wie in einem Beispiel dafür in 18B gezeigt als eine primäre Funktion der Motordrehzahl festgelegt, und wird derart festgelegt, dass der Zieldruck des Kraftstoffs zunimmt, wenn die Motordrehzahl zunimmt. Der Maximalwert des Kraftstoffdrucks für die CI-Betriebsart ist ein vorgegebener Wert (FP1).
  • Bei dem folgenden Schritt SA10 wird das Hochdruckkraftstoffzuführungssystem 62 derart gesteuert, dass der Kraftstoffdruck der Zieldruck wird, und bei dem Schritt SA11 wird die Lademengensteuerung der Luft-Kraftstoff-Mischung durchgeführt. Die Lademengensteuerung umfasst, wie unter Bezug auf 11 bis 14 beschrieben, wenigstens die Steuerung der zweimaligen Öffnung des Auslassventils durch Steuern des VVL 71 und leitet dadurch das interne AGR-Gas in den Zylinder 18 ein. Dadurch wird bei dem Schritt SA12 eine festgelegte vorgegebene Menge an Kraftstoff zusätzlich durch den Direkteinspritzer 67 zu der vorgegebenen Zeit während des Einlasstakts oder des Verdichtungstakts in den Zylinder 18 eingespritzt.
  • Im Gegensatz zu der vorstehenden CI-Betriebsart wird in der SI-Betriebsart bei dem Schritt SA14 zuerst eine Gesamteinspritzmenge (was eine Gesamtmenge des Kraftstoffs, die in einem Zyklus des Motors eingespritzt wird bedeutet) aus dem Charakteristik-Kennfeld, das im Voraus festgelegt und in dem PCM 10 gespeichert ist, gelesen. Das Charakteristik-Kennfeld der Gesamteinspritzmenge, wofür ein Beispiel in 18C gezeigt ist, wird als eine Funktion der Gaspedalöffnung festgelegt, und wird derart festgelegt, dass die Gesamteinspritzmenge größer wird, wenn die Gaspedalöffnung größer wird.
  • Bei dem folgenden Schritt SA15 wird basierend auf der Motordrehzahl, dem Einlassluftdruck, der Einlasslufttemperatur und der Gesamteinspritzmenge eine Klopfvariable X berechnet. Die Klopfvariable X wird zum Beispiel aus der nachstehenden Gleichung jeweils als eine Funktion A der Motordrehzahl (1/Motordrehzahl), einer Funktion B des Einlassluftdrucks (Einlassluftdruck), einer Funktion C der Einlasslufttemperatur (Einlasslufttemperatur) und einer Funktion der Gesamteinspritzmenge (Gesamteinspritzmenge) berechnet.
  • Klopfvariable X = A (1/Motordrehzahl) + B (Einlassluftdruck) + C (Einlasslufttemperatur) + D (Gesamteinspritzmenge).
  • Die Motordrehzahl, der Einlassluftdruck, die Einlasslufttemperatur und die Gesamteinspritzmenge sind jeweils ein Parameter, der sich auf die Erzeugung des Klopfens und der Frühzündung bezieht, und die Klopfvariable X ist ein Index für die Leichtigkeit, mit der Störungen in der Verbrennung erzeugt werden. Das heißt, es treten leichter Störungen in der Verbrennung auf, wenn die Klopfvariable X größer wird, und andererseits treten die Störungen in der Verbrennung schwerer auf, wenn die Klopfvariable X kleiner wird. Da die Klopfvariable X zum Beispiel direkt mit einer Inversen der Drehzahl des Motors 1 zusammenhängt, wird sie kleiner, wenn die Motordrehzahl zunimmt. Ferner wird die Klopfvariable X größer, wenn die Gesamteinspritzmenge größer wird, mit anderen Worten, wenn die Motorlast zunimmt.
  • Bei dem Schritt SA16 wird der Kraftstoffdruck (Zieldruck) für die SI-Betriebsart aus einem Charakteristik-Kennfeld gelesen, das im Voraus festgelegt und in dem PCM 10 gespeichert ist. Dieses Charakteristik-Kennfeld, wofür ein Beispiel in 18D gezeigt ist, wird unterschiedlich zu dem Kraftstoffdruck für die CI-Verbrennung (18B) als eine primäre Funktion einer Funktion G für die Klopfvariable und der Motordrehzahl (die Klopfvariable und die Motordrehzahl) festgelegt. Zum Beispiel wird der Zieldruck höher festgelegt, wenn die Klopfvariable X höher wird, was, wie vorstehend beschrieben, vorteilhaft bei der Vermeidung der Störungen in der Verbrennung ist. Beachten Sie, dass der Minimalwert des Kraftstoffdrucks für die SI-Betriebsart (FP2) auf einen höheren Druck als den Maximalwert FP1 des Kraftstoffdrucks für die CI-Verbrennung festgelegt ist. Dabei ist der Kraftstoffdruck für die SI-Betriebsart zu jeder Zeit höher als der Kraftstoffdruck für die CI-Betriebsart.
  • Bei dem Schritt SA17 werden ein verzögertes Einspritzverhältnis R und ein verzögerter Einspritzverzögerungsbetrag T basierend auf Charakteristik-Kennfeldern festgelegt, die jeweils in 18E und 18F veranschaulichend gezeigt sind. Das verzögerte Einspritzverhältnis R ist eine Variable zum Festlegen des Verhältnisses der Kraftstoffeinspritzmenge, die in der Verzögerungszeitspanne eingespritzt werden soll, und der Einlasstakteinspritzung innerhalb der Gesamteinspritzmenge. Das verzögerte Einspritzverhältnis R wird größer festgelegt, wenn die Klopfvariable X größer wird. Hier wird die Kraftstoffeinspritzmenge durch die verzögerte Hochdruckeinspritzung, wie nachstehend beschrieben, berechnet aus „Gesamteinspritzmenge × verzögertes Einspritzverhältnis” und die Kraftstoffeinspritzmenge durch die Einlasstakteinspritzung wird berechnet aus „Gesamteinspritzmenge × (1 – verzögertes Einspritzverhältnis)”. Wenn die Klopfvariable X größer wird, wird dadurch die Einlasstakteinspritzmenge verringert, während die Kraftstoffeinspritzmenge durch die verzögerte Hochdruckeinspritzung vergrößert wird. Ferner ist das verzögerte Einspritzverhältnis eine Variable in einem Bereich von über null bis eins. Wenn das verzögerte Einspritzverhältnis eins ist, wird die ganze Gesamteinspritzmenge durch die verzögerte Hochdruckeinspritzung eingespritzt, und die Einlasstakteinspritzung wird nicht durchgeführt. Wenn hier, wie in 18E gezeigt, die Klopfvariable X über dem vorgegebenen Wert ist, wird die Einlasstakteinspritzmenge null und die Einlasstakteinspritzung wird nicht durchgeführt, da das verzögerte Einspritzverhältnis R eins wird.
  • Ferner wird in dem mittleren Motordrehzahlbereich des Motors 1 das verzögerte Einspritzverhältnis kleiner als eins, da die Klopfvariable X kleiner wird, wenn die Motordrehzahl zunimmt. Als ein Ergebnis wird, wie vorstehend beschrieben, die Einlasstakteinspritzung in dem mittleren Motordrehzahlbereich des Motors 1 durchgeführt (siehe den Teil (d) in 10).
  • Wie in 18F gezeigt, wird der verzögerte Einspritzverzögerungsbetrag T größer festgelegt, wenn die Klopfvariable X größer wird. Mit anderen Worten wird die Einspritzzeit der verzögerten Hochdruckeinspritzung in Richtung der Verzögerungsseite festgelegt, wenn die Klopfvariable X größer wird. Wie vorstehend beschrieben, sind die Gesamteinspritzmenge (Motorlast) und die Klopfvariable X proportional zueinander, daher wird die Einspritzzeit der verzögerten Hochdruckeinspritzung auf der Verzögerungsseite festgelegt, wenn die Motorlast zunimmt. Anschließend an die verzögerte Kraftstoffeinspritzzeit θzünd, wird die Zündungszeit ebenfalls auf der Verzögerungsseite festgelegt, wenn die Motorlast zunimmt. Die Einstellungen sind vorteilhaft bei der Vermeidung der Störungen in der Verbrennung.
  • Bei dem Schritt SA18 wird die Kraftstoffeinspritzmenge aus den folgenden Gleichungen basierend auf dem gelesenen verzögerten Einspritzverhältnis berechnet.
  • Einlasstakteinspritzmenge = Gesamteinspritzmenge × (1 – verzögertes Einspritzverhältnis R)
  • Verzögerte Hochdruckeinspritzmenge = Gesamteinspritzmenge × verzögertes Einspritzverhältnis R
  • Bei dem Schritt SA19 wird die Zündungszeit θzünd aus einem Zündungskennfeld, wie in 18G veranschaulichend gezeigt, das im Voraus festgelegt und in dem PCM 10 gespeichert ist, gelesen. Das Zündungskennfeld ist ein Kennfeld zum Festlegen einer Zündungszeit θzünd (IG) basierend auf der Motordrehzahl und der Gaspedalöffnung. Die Zündungszeit θzünd wird, wenn die Motordrehzahl abnimmt und die Gaspedalöffnung zunimmt, mit anderen Worten in der linken Richtung in dem Kennfeld, auf der Verzögerungsseite festgelegt, und die Zündungszeit θzünd wird, wenn die Motordrehzahl zunimmt und die Gaspedalöffnung abnimmt, mit anderen Worten in der rechten Richtung in dem Kennfeld, auf der Vorrückseite festgelegt (IG1 < IG2 < IG3). Beachten Sie, dass die Zündungszeit hier später festgelegt ist als die vorstehend beschriebene Kraftstoffeinspritzzeit.
  • Dadurch werden der Zielkraftstoffdruck, die Kraftstoffeinspritzmenge und die Zeit der verzögerten Hochdruckeinspritzung, die Kraftstoffeinspritzmenge und die Zeit für die Einlasstakteinspritzung, wenn die Einlasstakteinspritzung durchgeführt wird, und die Zündungszeit θzünd festgelegt. Bei dem folgenden Schritt SA20 wird zuerst das Hochdruckkraftstoffzuführungssystem 62 gesteuert, so dass der Kraftstoffdruck den Zieldruck erreicht, und bei dem nächsten Schritt SA21 wird die Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung gesteuert. Die Lademengensteuerung wird, wie in 11 bis 14 gezeigt, in der SI-Betriebsart, in der der Motor ungefähr bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von λ = 1 betrieben wird, durchgeführt, um entsprechend der festgelegten Gesamteinspritzmenge das Luft-Kraftstoffverhältnis λ = 1 zu erfüllen, und in der Lademengensteuerung wird/werden die Steuerung der Drosselung der Einlassluft, die in den Zylinder 18 eingeleitet werden soll, und/oder die Steuerung der Einleitung des externen AGR-Gases in den Zylinder 18 durchgeführt.
  • Bei dem Schritt SA22 wird die Einlasstakteinspritzung mit der festgelegten Einspritzmenge zu der festgelegten Einspritzzeit durchgeführt. Wie vorstehend beschrieben, wird hier der Kraftstoff durch den Kanaleinspritzer 68 in den Einlasskanal 16 eingespritzt. Beachten Sie, dass in dem Fall, in dem die Kraftstoffeinspritzmenge der Einlasstakteinspritzung auf null festgelegt ist, der Schritt SA22 im Wesentlichen weggelassen wird.
  • Bei dem Schritt SA23 wird die verzögerte Hochdruckeinspritzung mit der festgelegten Kraftstoffeinspritzmenge zu der festgelegten Einspritzzeit durchgeführt. Daher ist die Einspritzzeit innerhalb der Verzögerungszeitspanne von der späten Phase des Verdichtungstakts zu der frühen Phase des Expansionstakts, und der Kraftstoff wird durch den Direkteinspritzer 67 direkt in den Zylinder 18 eingespritzt. Beachten Sie, dass die verzögerte Hochdruckeinspritzung, wie vorstehend beschrieben, die geteilten Einspritzungen einschließlich der zwei Einspritzungen der ersten und zweiten Einspritzungen sein können, die in der Verzögerungszeitspanne zum Beispiel entsprechend der Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt werden. Dabei wird bei dem Schritt SA24 die Zündung durch die Zündkerze 25 zu der festgelegten Zündungszeit θzünd durchgeführt.
  • Beachten Sie, dass, wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem vorstehenden Aufbau in dem niedrigen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist, die Verbrennungsbetriebsart die CI-Betriebsart ist, in der die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung durchgeführt wird; wenn der Betriebszustand des Motors 1 jedoch alternativ in dem niedrigen Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist, kann der Motor 1 in einer Betriebsart sein, in der eine Verbrennung durch Fremdzünden der geschichteten mageren Luft-Kraftstoff-Mischung durchgeführt wird.
  • Wie ferner zum Beispiel aus 11 klar ist, wird in dem vorstehenden Aufbau der Wechsel zwischen den CI- und SI-Betriebsarten zweimal mit der Durchführung und dem Stopp der Steuerung der Öffnung des Auslassventils 22 synchronisiert. Mit anderen Worten, wenn der Betriebszustand des Motors 1 entweder in dem niedrigen oder mittleren Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist und die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung durchgeführt wird, wird das interne AGR-Gas sicher in den Zylinder 18 eingeleitet. Während, wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem mittleren Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist, die CI-Betriebsart durchgeführt werden kann, während die Steuerung der Öffnung des Auslassventils 22 zweimal gestoppt wird und die interne AGR gestoppt wird. Das heißt, wenn der Betriebsbereich des Motors 1 in dem mittleren Motorlastbereich des niedrigen Motordrehzahlbereichs ist, kann die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung durchgeführt werden, ohne das interne AGR-Gas in den Zylinder 18 einzuleiten. Mit anderen Worten wird im Hinblick auf die Vermeidung der übermäßigen Temperaturzunahme im Inneren des Zylinders 18 und der Sicherstellung der erforderlichen Menge an neuer Luft die interne AGR in der CI-Betriebsart, in der die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung durchgeführt wird, in dem vorstehenden Aufbau bei einer vorgegebenen Motorlast (mittlere Motorlast) gestoppt, indessen kann der Bereich, in dem die Verbrennung mit Zündung durch Verdichtung durchgeführt wird, auf die hohe Motorlastseite erweitert werden.
  • Ferner können der Kanaleinspritzer 68 und das Niederdruckkraftstoffzuführungssystem 66 weggelassen werden, und die Einlasstakteinspritzung kann durch den Direkteinspritzer 67 durchgeführt werden.
  • Es sollte sich verstehen, dass die Ausführungsformen hier veranschaulichend und nicht einschränkend sind, da der Bereich der Erfindung vielmehr durch die beigefügten Patentansprüche als durch die ihnen vorangehende Beschreibung definiert ist, und alle Änderungen, die in die Maße und Grenzen der Patentansprüche oder ihre Äquivalente mit derartigen Maßen und Grenzen fallen, sollen daher von den Patentansprüchen umspannt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor (Motorkörper)
    10
    PCM (Steuerung)
    12
    Zylinderkopf
    14
    Kolben
    141
    Hohlraum
    18
    Zylinder
    19
    Brennkammer
    21
    Einlassventil
    22
    Auslassventil
    25
    Zündkerze
    50
    AGR-Durchgang
    62
    Hochdruckkraftstoffzuführungssystem (Kraftstoffdruckvariationsmechanismus)
    67
    Direkteinspritzer (zylinderinternes Einspritzventil, Kraftstoffeinspritzmechanismus)
    68
    Kanaleinspritzer (Kanaleinspritzventil, Kraftstoffeinspritzmechanismus)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007-292050 A [0002, 0004, 0005]
    • JP 2007-154859 A [0003, 0005]

Claims (14)

  1. Fremdgezündeter Ottomotor (1), der umfasst: einen Motorkörper (11, 12) mit wenigstens einem Zylinder (18), dessen geometrisches Verdichtungsverhältnis ungefähr auf 14:1 oder darüber festgelegt ist, der mit Kraftstoff versorgt werden soll, der wenigstens Benzin enthält; einen Kraftstoffeinspritzmechanismus mit wenigstens einem zylinderinternen Einspritzventil (67) zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder (18); eine Zündkerze (25) zum Zünden einer Luft-Kraftstoff-Mischung in dem Zylinder (18); einen Kraftstoffdruckvariationsmechanismus zum Ändern eines Drucks des Kraftstoffs, der von dem zylinderinternen Einspritzventil (67) eingespritzt wird; und eine Steuerung (10) zum Betreiben des Motorkörpers (11, 12), indem wenigstens der Kraftstoffeinspritzmechanismus, die Zündkerze (25) und der Kraftstoffdruckvariationsmechanismus gesteuert oder geregelt werden, wobei die Steuerung (10), wenn ein Betriebszustand des Motorkörpers (11, 12) in einem niedrigen Motordrehzahlbereich ist, den Kraftstoffdruckvariationsmechanismus steuert oder regelt, so dass der Kraftstoffdruck in einem hohen Motorlastbereich im Vergleich zu einem niedrigen Motorlastbereich höher ist, die Steuerung (10) den Kraftstoffeinspritzmechanismus in dem hohen Motorlastbereich betreibt, um wenigstens eine Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder durch das zylinderinterne Einspritzventil (67) zu einer Zeit während einer Verzögerungszeitspanne von einer späten Phase eines Verdichtungstakts bis zu einer frühen Phase eines Expansionstakts durchzuführen, und die Steuerung (10) in dem hohen Motorlastbereich die Zündkerze (25) betreibt, um zu einer Zeit während der Verzögerungszeit und nach der Kraftstoffeinspritzung zu zünden, und wobei die Steuerung (10), wenn der Betriebszustand des Motorkörpers (11, 12) in einem mittleren Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, den Kraftstoffeinspritzmechanismus betreibt um ferner eine Kraftstoffeinspritzung während eines Einlasstakts durchzuführen.
  2. Motor (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (10) den Kraftstoffeinspritzmechanismus betreibt, um die Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts durchzuführen, wenn der Betriebszustand des Motorkörpers (11, 12) in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, und die Steuerung (10) den Kraftstoffeinspritzmechanismus betreibt, um die Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts in dem mittleren Motordrehzahlbereich im Vergleich zu dem niedrigen Motordrehzahlbereich mit einer größeren Kraftstoffeinspritzmenge durchzuführen, und/oder der Kraftstoffeinspritzmechanismus ferner ein Kanaleinspritzventil (68) zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Einlasskanal (16) des Motorkörpers (11, 12) umfasst und die Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts durch das Kanaleinspritzventil (68) durchgeführt wird.
  3. Motor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerung (10), wenn der Betriebszustand des Motorkörpers (11, 12) in dem hohen Motorlastbereich ist, den Motorkörper (11, 12) mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr λ = 1 betreibt und/oder der Kraftstoffdruckvariationsmechanismus, wenn der Betriebszustand des Motorkörpers (11, 12) wenigstens in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, den Kraftstoffdruck auf ungefähr 40 MPa oder darüber festlegt.
  4. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zylinderinterne Kraftstoffeinspritzventil (67) mit einer Vielzahl von Düsenlöchern ausgebildet ist, so dass der zerstäubte Kraftstoff, der von den Düsenlöchern eingespritzt wird, sich radial in dem Zylinder (18) verbreitet, und/oder das zylinderinterne Kraftstoffeinspritzventil (67) in einem Mittelabschnitt eines Deckenteils einer Brennkammer (19) angeordnet ist, die durch den Zylinder (18), einen in den Zylinder (18) eingesetzten Kolben (14) und einen Zylinderkopf (12) definiert ist, wobei der Kolben (14) mit einem Hohlraum (141) auf seiner Oberseite ausgebildet ist, und wobei der zerstäubte Kraftstoff, der während der Verzögerungszeitspanne eingespritzt wird, in dem Hohlraum (141) aufgenommen wird.
  5. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner einen AGR-Durchgang (50) zum Zirkulieren eine Teils des verbrannten Gases auf einer Auslassseite des Motorkörpers (11, 12) zurück zu seiner Einlassseite umfasst, wobei die Steuerung (10), wenn der Betriebszustand des Motorkörpers (11, 12) wenigstens in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, von dem wenigstens eine volle Motorlast ausgenommen ist, die Abgasrückzirkulation über den AGR-Durchgang (50) durchführt.
  6. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (10), wenn der Betriebszustand des Motorkörpers (11, 12) in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, das zylinderinterne Kraftstoffeinspritzventil (67) betreibt, um während der Verzögerungszeitspanne eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen durchzuführen, und/oder wobei die Steuerung (10) den Kraftstoffeinspritzmechanismus betreibt, um den Kraftstoff zu einer weiter vorgerückten Zeit als der Kraftstoffeinspritzung während der Verzögerungszeit einzuspritzen, und die Luft-Kraftstoff-Mischung in dem Zylinder (18) durch Verdichtung zündet, indem zugelassen wird, dass ein Teil von verbranntem Gas des Motorkörpers (11, 12) in dem Zylinder (18) vorhanden ist.
  7. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner einen variablen Ventilmechanismus (VVL) zum Ändern eines Betätigungszustands eines Auslassventils umfasst, wobei die Steuerung (190) das verbrannte Gas in den Zylinder (18) einleitet, indem sie das Auslassventil während des Auslasstakts und des Einlasstakts zweimal öffnet.
  8. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (10) eine Klopfvariable berechnet und dann basierend auf der Klopfvariablen den Kraftstoffdruck in dem hohen Motorlastbereich berechnet und/oder dann ein Kraftstoffeinspritzverhältnis während der Verzögerungszeitspanne basierend auf der Klopfvariablen berechnet und/oder dann basierend auf der Klopfvariablen einen Verzögerungsbetrag der Einspritzzeit während der Verzögerungszeitspanne berechnet.
  9. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (10) bestimmt, eine Kraftstoffeinspritzbetriebsart basierend auf einer Bestimmungsvariablen, die aus einer Gaspedalöffnung, einer Motordrehzahl, einer Lademenge der Luft-Kraftstoff-Mischung, einer Motorkühlmitteltemperatur und einer Einlasslufttemperatur berechnet wird, auf eine Betriebsart für die Verzögerungszeitspanne zu schalten.
  10. Motor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zündkerze (25) einen Zylinderkopf (12) durchdringend angebracht ist, so dass sie sich von einer Auslassseite des Motorkörpers (11, 12) schräg nach unten erstreckt, und eine Spitze der Zündkerze (25) in nächster Nähe zu einer Spitze des zylinderinternen Einspritzventils (67), das in einem Mittelabschnitt der Brennkammer (19) angeordnet und in Richtung der Brennkammer (19) orientiert ist, orientiert ist.
  11. Verfahren zum Steuern eines fremdgezündeten Ottomotors (1), der umfasst: einen Motorkörper (11, 12) mit wenigstens einem Zylinder (18), dessen geometrisches Verdichtungsverhältnis ungefähr auf 14:1 oder darüber festgelegt ist, und der mit Kraftstoff versorgt werden soll, der wenigstens Benzin enthält; einen Kraftstoffeinspritzmechanismus mit wenigstens einem zylinderinternen Einspritzventil (67) zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder (18), eine Zündkerze (25) zum Zünden der Luft-Kraftstoff-Mischung im Inneren des Zylinders (18), und einen Kraftstoffdruckvariationsmechanismus zum Ändern eines Drucks des Kraftstoffs, der von dem zylinderinternen Einspritzventil (67) eingespritzt wird; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Betreiben des Motorkörpers (11, 12) durch Steuern oder Regeln wenigstens des Kraftstoffeinspritzmechanismus, der Zündkerze (25) und des Kraftstoffdruckvariationsmechanismus, Betreiben des Kraftstoffdruckvariationsmechanismus, so dass der Kraftstoffdruck in einem hohen Motorlastbereich im Vergleich zu einem niedrigen Motorlastbereich höher ist, wenn ein Betriebszustand des Motorkörpers (11, 12) in einem niedrigen Motordrehzahlbereich ist, in dem hohen Motorlastbereich Durchführen wenigstens einer Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder (18) durch das zylinderinterne Einspritzventil (67) zu einer Zeit während einer Verzögerungszeitspanne von einer späten Phase eines Verdichtungstakts bis zu einer frühen Phase eines Expansionstakts, und Zünden der Zündkerze (25) in dem hohen Motorlastbereich zu einer Zeit in der Verzögerungszeitspanne und nach der Kraftstoffeinspritzung; und Durchführen einer Kraftstoffeinspritzung während eines Einlasstakts, wenn der Betriebszustand des Motorkörpers (11, 12) in einem mittleren Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Durchführen der Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts, wenn der Betriebszustand des Motorkörpers (11, 12) in dem niedrigen Motordrehzahlbereich des hohen Motorlastbereichs ist, und Durchführen der Kraftstoffeinspritzung während des Einlasstakts in dem mittleren Motordrehzahlbereich mit einer im Vergleich zu dem niedrigen Motordrehzahlbereich größeren Einspritzmenge.
  13. Steuervorrichtung, die eine Steuerung (10) umfasst, wobei die Steuerung (10) konfiguriert ist, um die Schritte des Verfahrens von Anspruch 11 oder 12 auszuführen.
  14. Computerprogrammprodukt, das computerimplementierte Anweisungen umfasst, die, wenn sie auf ein geeignetes System geladen und ausgeführt werden, die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 12 durchführen können.
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