DE102012206305B4

DE102012206305B4 - Brennkraftmaschine und Abgasrückführvorrichtung

Info

Publication number: DE102012206305B4
Application number: DE102012206305.6A
Authority: DE
Inventors: Kohei Motoo; Satoru Sasaki; Tokuji Kuronita; Masaharu Ito
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2032-04-18
Also published as: DE102012206305A1; JP2012225213A; JP5453340B2

Abstract

Brennkraftmaschine (10) mit:einem Kraftmaschinenkörper (11), der eine Brennkammer (27) hat;einem Einlassgassystem (12), das einen Einlassgasdurchlass (32) bildet, der mit der Brennkammer (27) in Verbindung ist und durch den Einlassgas strömt und in das Innere der Brennkammer (27) eingebracht wird;einem Abgassystem (14), das einen Abgasdurchlass (34) bildet, durch den ein von der Brennkammer (27) abgegebenes Abgas strömt;einem Inertgaszuführabschnitt, der mit dem Einlassgasdurchlass (32) in Verbindung ist und einen Inertgaszuführdurchlass (42) bildet, durch den Inertgas zu dem Einlassgasdurchlass (32) zugeführt wird;einem Inertgaszuführventil (15), das in dem Inertgaszuführdurchlass (42) montiert ist und in der Lage ist, den Inertgaszuführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um die Zufuhr des Inertgases zu dem Einlassgasdurchlass (32) zuzulassen und anzuhalten; undeiner Steuereinrichtung (16) zum Anweisen des Inertgaszuführventils (15), den Inertgaszuführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um eine Zeitspanne zum Zuführen frischer Einlassluft in den Einlassgasdurchlass (32) und eine Zeitgebung einzustellen, bei der das durch den Inertgaszuführabschnitt zugeführte Inertgas in den Einlassgasdurchlass (32) eingebracht wird, sodass ein aus frischer Einlassluft und Inertgas bestehendes Gasgemisch erzeugt und zu dem Inneren des Einlassgasdurchlasses (32) zugeführt wird, wenn sich der Kraftmaschinenkörper (11) in einem Einlasstakt befindet, ferner mit einer Antriebszustandsermittlungseinrichtung (50) zum Ermitteln einer Information hinsichtlich des Antriebszustands des Kraftmaschinenkörpers (11), wobei die Steuereinrichtung (16) die von der Antriebszustandsermittlungseinrichtung übermittelte Information empfängt und die Zeitspanne zum Öffnen und Schließen des Einlassgaszuführdurchlasses (42) auf Grundlage der von der Antriebszustandsermittlungseinrichtung übermittelten Information einstellt, dadurch gekennzeichnet, dassdie Steuereinrichtung (16) das Inertgasventil (15) dazu anweist, den Inertgaszuführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer frühen Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers (11) zu verringern, und um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer späteren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers (11) zu erhöhen, oder dassdie Steuereinrichtung (16) das Inertgasventil (15) dazu anweist, den Inertgaszuführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer früheren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers (11) zu erhöhen, und um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer späteren Hälfte des Einlasstakts in dem Kraftmaschinenkörper (11) zu verringern.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen und Abgasrückführvorrichtungen.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Es ist bekannt, inertes Gas, welches zu der Kraftstoffverbrennung nicht beigetragen hat, etwa von einer Brennkraftmaschine abgegebenes Abgas und Stickstoff zu einer Brennkammer der Brennkraftmaschine zurückzuführen, um eine Temperatur bei der Kraftstoffverbrennung zu verringern und die Erzeugung von NOx zu unterdrücken.
Als eine herkömmliche Technik hat beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift mit der Nr. JP 2008 - 196 306 A eine solche Art einer Brennkraftmaschine offenbart, die in der Lage ist, von einer Brennkraftmaschine abgegebenes Abgas der frischen Einlassluft hinzuzufügen, die von einem Einlass eingebracht wird und einen Einlassgasdurchlass passiert. Insbesondere wird gemäß der herkömmlichen Technik eine solche Abgasschicht zu der frischen Einlassluft in dem Einlassgasdurchlass eingebracht. Der Einlassgasdurchlass ist mit der Brennkammer der Brennkraftmaschine in Verbindung. Das heißt, das in einem nicht gleichförmigen Zustand aus frischer Einlassluft und dem Abgas bestehende Einlassgas wird zur Innenseite der Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt. Das heißt, die frische Einlassluft und das Abgas werden in einer geschichteten Struktur in das Innere der Brennkammer der Brennkraftmaschine eingebracht.
Jedoch wird bei der durch die japanische Patentoffenlegungsschrift mit der Nr. JP 2008 - 196 306 A offenbarten herkömmlichen Technik entlang des Stroms des Einlassgases in dem Einlassgasdurchlass eine geschichtete Struktur hergestellt, die aus der Schicht der frischen Einlassluft und der Schicht des Abgases besteht. Die Schicht der frischen Einlassluft und die Schicht des Abgases werden in das Innere der Brennkammer eingebracht und es gibt eine Grenze zwischen der Schicht der frischen Einlassluft und der Schicht des Abgases in einer Richtung, die parallel zur einer Achsrichtung der Brennkammer verläuft, nämlich parallel zu einer Hin- und Herbewegung eines Kolbens in der Brennkammer. Als ein Ergebnis wird die Dicke sowohl der Schicht der frischen Einlassluft als auch der Schicht des Abgases verringert und eine Kontaktfläche zwischen der frischen Einlassluft und dem Abgas wird vergrößert. Dies macht es möglich, die frische Einlassluft und das Abgas im Inneren der Brennkammer der Brennkraftmaschine einfach zu mischen.
Ferner sind eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Abgasrückführvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 7 aus DE 10 2004 044 249 A1 bekannt. Eine weitere Brennkraftmaschine und Abgasrückführvorrichtung sind in US 5 379 743 A offenbart.
Zusammenfassung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine und eine Abgasrückführvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Kontaktfläche zwischen frischer Einlassluft und einem Abgas in einer Brennkammer zu verringern, und ein Schichtungswachstum der frischen Einlassluft und des Abgases in der Brennkammer zu fördern. Das heißt, das Schichtungswachstum gibt an, dass eine Doppelschichtstruktur in der Brennkammer des Kraftmaschinenkörpers erzeugt wird, die aus einer Schicht mit höherer AGR-Konzentration und der Schicht mit niedrigerer AGR-Konzentration besteht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 und mit einer Abgasrückführungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7 gelöst.
In einer Brennkraftmaschine 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Steuereinrichtung 16 (etwa eine ECU) ein Inertgaszuführventil 15, 93 dazu an, d.h. es treibt dieses an, dass es einen Inertgaszuführdurchlass öffnet und schließt, um das Zuführen des in dem Inertgaszuführabschnitt 91 gespeicherte oder von einem AGR-Gaszuführdurchlass 42 kommende Inertgases zu einem Einlassgasdurchlass 32 zu ermöglichen oder anzuhalten. Die Steuereinrichtung 16 stellt eine Zeitspanne ein, in welcher frische Einlassluft und Inertgas während des Einlasstakts eines Kraftmaschinenkörpers 11 in die Brennkammer 27 eingebracht werden. Das Einstellen der Zeitspanne durch die Steuereinrichtung 16 macht es möglich, ein zweites Gasgemisch (das einer Schicht 62 mit hoher AGR-Konzentration entspricht), welches aus einer niedrigen Konzentration von Inertgas und einer hohen Konzentration frischer Einlassluft besteht, sowie ein erstes Gasgemisch (das einer Schicht 61 mit niedriger AGR-Konzentration entspricht), welches aus einer hohen Konzentration eines Inertgases und einer niedrigen Konzentration frischer Einlassluft besteht, bei unterschiedlichen Zeitgebungen zu dem Inneren einer Brennkammer 27 zuzuführen. Wenn das zweite Gasgemisch zuerst zu dem Inneren der Brennkammer 27 zugeführt wird und danach das erste Gasgemisch zu dem Inneren der Brennkammer 27 bei unterschiedlichen Zeitgebungen zugeführt wird, ist es möglich, das zweite Gasgemisch mit einer niedrigen Konzentration des Inertgases näher an einem Kolben 23 (oder näher an dem Boden der Brennkammer 27) auszubilden und das erste Gasgemisch mit einer hohen Konzentration des Inertgases näher an einem Injektor 28 entlang einer Achsrichtung der Brennkammer 27 auszubilden. Als ein Ergebnis wird die Kontaktfläche zwischen dem ersten Gasgemisch und dem zweiten Gasgemisch nahezu gleich zu einer Querschnittsfläche, die senkrecht zu einer Achsrichtung der Brennkammer 27 verläuft. Ferner wird eine Dicke sowohl des ersten Gasgemischs als auch des zweiten Gasgemischs in der Brennkammer 27 vergrößert. Dementsprechend macht es diese Struktur möglich, das Mischen des ersten Gasgemischs und des zweiten Gasgemischs in der Brennkammer 27 zu verhindern und das Schichtungswachstum sowohl des ersten Gasgemischs als auch des zweiten Gasgemischs zu fördern. In der Beschreibung und den Patentansprüche ist ein solches Inertgas ein Gas, welches eine niedrige Sauerstoffkonzentration enthält, wenn man es mit der frischen Einlassluft vergleicht, die eine hohe Sauerstoffkonzentration enthält. Beispielsweise ist ein solches Inertgas ein solches, welches von Kohlendioxid, Stickstoffgas, Edelgas und Abgas als durch eine Abgasrückführvorrichtung in einem Abgassystem 14 zugeführtes Rückführungsgas ausgewählt ist.
Das Steuermittel 16 steuert den Betrieb des Inertgaszuführventils (oder des AGR-Zuführventils) 15 so, dass es den Inertgaszuführdurchlass 42 öffnet und schließt, um eine Konzentration des in dem Einlassgases enthaltenden Inertgases bei unterschiedlichen Zeitgebungen zu ändern, welches in dem Verbindungsabschnitt 43 strömt, der zwischen dem Einlassgasdurchlass 32 und der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 befindet, wobei der Verbindungsabschnitt den Inertgaszuführabschnitt 42 mit dem Einlassgasdurchlass 32 verbindet. Es ist daher möglich, dass die frische Einlassluft und das Inertgas unterschiedliche Konzentrationen in unterschiedlichen Schichten in dem Einlassgasdurchlass 32 zu der Brennkammer 27 aufweisen. Daher werden während des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 diese Gase, frische Einlassluft und Inertgas, etwa Abgas, in das Innere der Brennkammer 27 eingebracht, während die einzelnen Konzentrationen sowohl der frischen Einlassluft als auch des Inertgases beibehalten werden. Dies macht es möglich, ein Vermischen der frischen Einlassluft und des Inertgases in der Brennkammer 27 zu verhindern und ein Schichtungswachstum der frischen Einlassluft und des Inertgases in der Brennkammer 27 zu fördern.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung hat die Brennkraftmaschine ferner eine Antriebszustandsermittlungseinrichtung 50, die in der Lage ist, eine Information oder Daten hinsichtlich eines Antriebszustands des Kraftmaschinenkörpers 11 zu ermitteln. Beispielsweise besteht die Antriebszustandsermittlungseinrichtung 50 aus einem oder mehreren Erfassungssensoren, etwa einem Beschleunigungseinrichtungsöffnungsverhältnissensor 51 und einem Drehzahlsensor 52. Die Steuereinrichtung stellt die Zeitgebung für das Inertgaszuführventil 15 zum Öffnen und Schließen des Inertgaszuführabschnitts 42 auf Grundlage des Antriebszustands des Kraftmaschinenkörpers 11 ein. Dies macht es möglich, das Gasgemisch mit einer optimalen Konzentration der frischen Einlassluft und des Inertgases gemäß dem Antriebszustand des Kraftmaschinenkörpers zu dem Inneren der Brennkammer zuzuführen.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung weist die Steuereinrichtung 16 das Inertgasventil 15 dazu an, den Inertgaszuführdurchlass 42 zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in der Gasschichtungsstruktur während einer frühen Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu verringern. Wie diese Steuerung weist die Steuereinrichtung 16 das Inertgasventil 15 ferner dazu an, den Inertgaszuführdurchlass 42 zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in der Gasschichtstruktur während der späteren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu erhöhen. Das heißt, die Steuereinrichtung 16 führt das erste Gasgemisch, das eine hohe Konzentration frischer Einlassluft und eine niedrige Konzentration des Inertgases enthält, während der frühen Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu dem Inneren der Brennkammer 27 zu. Ferner führt die Steuereinrichtung 16 das zweite Gasgemisch, das eine niedrige Konzentration frischer Einlassluft und eine hohe Konzentration des Inertgases enthält, während der späteren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu dem Inneren der Brennkammer 27 zu. Diese Steuerung erzeugt das zweite Gasgemisch in dem Abschnitt der Brennkammer 27, der näher an dem Kolben 23 und weiter entfernt von dem Einlassgasdurchlass 32 liegt, und erzeugt das erste Gasgemisch in dem Abschnitt der Brennkammer 27, der näher an dem Injektor 28 und dem Einlassgasdurchlass 32 liegt. Das heißt, das erste Gasgemisch enthält eine hohe Konzentration des Inertgases und andererseits enthält das zweite Gasgemisch eine niedrige Konzentration des Inertgases. Dementsprechend wird die Verbrennung des Kraftstoffs zuerst in dem ersten Gasgemisch erzeugt, das nahe an dem Injektor 28 liegt, und wird dann in dem zweiten Gasgemisch gestartet, das von dem Injektor 28 weiter entfernt ist. Dies macht es möglich, die Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs zu verringern und die Erzeugung von NOx zu reduzieren. Dementsprechend ist es möglich, die Menge des von dem Kraftmaschinenkörper 11 zu der äußeren Umgebung emittierten NOx zu verringern.
Andererseits führt die Steuereinrichtung 16 gemäß einem anderen Gesichtspunkt des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ferner die folgende Steuerung aus. Das heißt, die Steuereinrichtung 16 weist das Inertgasventil 15 dazu an, den Inertgaszuführdurchlass 42 zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch in dem Einlassgasdurchlass 32 während der früheren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu erhöhen, und um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während der späteren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu verringern.
Das heißt, die Steuereinrichtung 16 führt das Gasgemisch, das eine hohe Konzentration des Inertgases und eine niedrige Konzentration der frischen Einlassluft enthält, während der früheren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu dem Inneren der Brennkammer 27 zu. Ferner führt die Steuereinrichtung 16 das Gasgemisch, das eine niedrige Konzentration des Inertgases und eine hohe Konzentration der frischen Einlassluft enthält, während der späteren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu dem Inneren der Brennkammer 27 zu.
Diese Steuerung erzeugt das zweite Gasgemisch in dem Abschnitt der Brennkammer 27, der näher an dem Injektor 28 und dem Einlassgasdurchlass 32 liegt, und erzeugt das erste Gasgemisch in dem Abschnitt der Brennkammer 27, der näher an dem Kolben 23 und weiter entfernt von dem Einlassgasdurchlass 32 liegt. Das heißt, das erste Gasgemisch enthält eine hohe Konzentration des Inertgases und andererseits enthält das zweite Gasgemisch eine niedrige Konzentration des Inertgases. Dementsprechend wird die Verbrennung des Kraftstoffs zuerst in dem zweiten Gasgemisch in der Nähe des Injektors 28 gestartet und wird dann in dem ersten Gasgemisch gestartet, das von dem Injektor 28 weiter entfernt ist. Dadurch wird das erste Gasgemisch, das eine hohe Konzentration des Inertgases hat, nahe der Wandfläche des Kraftmaschinenkörpers 11 erzeugt, die die Brennkammer 27 bildet. Wenn die Kraftmaschine 11 eine niedrige Last aufweist, ist es als ein Ergebnis möglich, einen durch die Bewegung der thermischen Energie von dem Kraftmaschinenkörper 11 zu der frischen Einlassluft in der Brennkammer 27 verursachten thermischen Verlust zu verringern. Ferner ist es möglich, die Kraftstoffverbrennung unter Verwendung frischer Einlassluft in dem Einlassgas zu fördern oder zu beschleunigen, da das zweite Gasgemisch mit einer hohen Konzentration der frischen Einlassluft in dem oberen Abschnitt der Brennkammer 27 erzeugt wird, der näher an dem Injektor 28 liegt. Selbst wenn die Kraftmaschine 10 eine niedrige Last aufweist, ist es möglich, die thermische Effizienz zu erhöhen und einen stabilen Betrieb der Kraftmaschine 10 auszuführen.
Im Allgemeinen wird die Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs in der Brennkammer 27 umso einfacher erhöht je stärker die Last der Kraftmaschine 10 erhöht wird. Als ein Ergebnis wird die Gesamtmenge des in der Brennkammer 27 erzeugten NOx erhöht. Das heißt, je stärker die Last der Kraftmaschine 10 erhöht wird, umso mehr ist es vorzuziehen, das Gasgemisch einer hohen Konzentration des Inertgases an einem Abschnitt zu erzeugen, der näher an dem Einlassgasdurchlass 32 und dem Injektor 28 liegt, und die Kraftstoffverbrennung in der Gasschicht mit einer hohen Konzentration des Inertgases in der Brennkammer 27 auszuführen.
Dementsprechend verzögert die Steuereinrichtung 16 die Zeitgebung zum Zuführen des Inertgases zu dem Einlassgas 32 umso mehr, je stärker die Last der Kraftmaschine 10 erhöht ist, d.h., sie verzögert das Öffnen des Inertgaszuführventils 15, um die Zeitgebung zum Zuführen des Gasgemischs mit hoher Konzentration des Inertgases zu dem Inneren des Einlassgasdurchlass 32 in die spätere Hälfte des Einlasstakts zu verschieben. Diese Steuerung macht es möglich, das erste Gasgemisch mit einer hohen Konzentration des Inertgases in der Brennkammer 27 an einem Abschnitt zu erzeugen, der näher an den Injektor 28 und dem Einlassgasdurchlass 32 liegt, an welchem die Kraftstoffverbrennung ausgeführt wird. Ferner ist es möglich, die Zeitspanne zu verkürzen, in welcher die frische Einlassluft mit dem Inertgas in Kontakt ist, und die Zeitspanne deren Mischvorgangs zu verkürzen. Die Steuereinrichtung 16 kann die Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs gemäß der Last des Kraftmaschinenkörpers 11 und gemäß der Verringerung einer Menge des in dem von der Brennkraftmaschine 10 emittierten Abgases enthaltenen NOx steuern.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung hat die Brennkraftmaschine ferner eine Fehlzündungsentscheidungseinrichtung. Die Fehlzündungsentscheidungseinrichtung entscheidet über das Auftreten einer Fehlzündung des Kraftstoffs in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11, beispielsweise wenn die Temperatur des Kühlwassers niedrig ist, eine Konzentration des Sauerstoffs in der frischen Einlassluft niedrig ist oder eine Cetanzahl des Kraftstoffs niedrig ist.
Wenn die Fehlzündungsentscheidungseinrichtung entscheidet, dass es eine hohe Wahrscheinlichkeit gibt, dass die Brennkraftmaschine 10 eine Fehlzündung verursacht, dann weist die Steuereinrichtung 16 das Inertgasventil 15 dazu an, den Inertgaszuführdurchlass 42 zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch in dem Einlassgasdurchlass 32 während der früheren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu erhöhen. Die Steuereinrichtung 16 weist ferner das Inertgasventil 15 dazu an, den Inertgaszuführdurchlass 52 zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in dem Einlassgasdurchlass 32 erzeugten Gasgemisch während der späteren Hälfte der Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu verringern. Dies macht es möglich, ein Gasgemisch, nämlich das zweite Gasgemisch, das eine niedrige Konzentration des Inertgases und eine hohe Konzentration der frischen Einlassluft hat, in dem Abschnitt der Brennkammer 27 zu erzeugen, der näher an dem Injektor 28 und dem Einlassgasdurchlass 32 liegt, und bei dem die Verbrennung des Kraftstoffs ausgeführt wird. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Zündfähigkeit des Kraftstoffs zu erhöhen und die stabile Verbrennung des Kraftstoffs in der Brennkammer 27 sicher zustellen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung hat das Abgassystem 12 einen geraden Abschnitt 71 und einen drallförmigen Abschnitt 72. Das von dem Inertgaszuführabschnitt zugeführte Inertgas wird durch den geraden Abschnitt 71 auf gerade Weise zu dem Inneren der Brennkammer 27 zugeführt. Das Einlassgas wird durch den drallförmigen Abschnitt 72 mit Drall zu dem Inneren der Brennkammer 27 zugeführt. Der Inertgaszuführdurchlass 42 ist mit dem geraden Abschnitt 71 in Verbindung. Dementsprechend wird das durch den Inertgaszuführdurchlass 42 zugeführte Inertgas durch den geraden Abschnitt 71 zu der Innenseite der Brennkammer 27 zugeführt. Dies macht es möglich, das Gasgemisch, das im Wesentlichen eine Schichtenstruktur aus frischer Einlassluft und aus Inertgas hat, zu dem mittleren Abschnitt bezüglich einer Radiusrichtung der Brennkammer 27 zuzuführen. Dies macht es möglich, das Mischen von frischer Einlassluft und von Inertgas in der Brennkammer 27 zu verhindern und die Erzeugung der aus der frischen Einlassluft und dem Inertgas bestehenden Schichtenstruktur in der Brennkammer 27 zu fördern.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung hat die Brennkraftmaschine 10 ferner einen Abgasrückführabschnitt 42 als die Inertgaszuführeinrichtung. Durch den Abgasrückführabschnitt 42 ist es möglich, die Rückführung des Abgases, welches von der Brennkammer 27 abgegeben wurde und durch den Abgasdurchlass 34 strömt, zu dem Einlassgasdurchlass 32 auszuführen. Das heißt, der Inertgaszuführabschnitt führt das Abgas, welches in dem Abgasdurchlass 34 strömt, als das Inertgas zu dem Einlassgasdurchlass 32 zu. Selbst wenn die Brennkraftmaschine als das Inertgas das Abgas in der Rückführung durch einen Abgasrückführungsabschnitt verwendet, ist es daher möglich, das Mischen der frischen Einlassluft und des Abgases zu verhindern und das Schichtungswachstum der frischen Einlassluft und des Abgases zu fördern.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist der Inertgaszuführdurchlass 42 mit einem Zwangseinbringungsabschnitt 80 ausgestattet. Der Zwangseinbringungsabschnitt 80 ist in der Lage, das Abgas bei der Rückführung von dem Abgasdurchlass 34 zu dem Einlassgasdurchlass 32 auszustoßen. Dieser Aufbau macht es möglich, einen Druck des Abgases zu erhöhen und das Abgas mit hoher Geschwindigkeit von dem Einlassgasdurchlass 32 zu der Brennkammer 27 zuzuführen. Dies verhindert das Mischen der frischen Einlassluft und des Abgases in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat eine Abgasrückführvorrichtung ein Durchlassbildungselement, das Abgasrückführventil 15 und die Steuereinrichtung 16. Die Steuereinrichtung 16, etwa eine ECU, steuert das Abgasrückführventil (AGR-Ventil 15), um den Strom des Abgases bei der Rückführung von dem Abgasdurchlass 34 zu dem Einlassgasdurchlass 32 durch den AGR-Durchlass 42 zu öffnen und zu schließen. Somit stellt die Steuereinrichtung 16 die Zeitspanne ein, während der frische Einlassluft und rückgeführtes Abgas in die Brennkammer 27 eingebracht werden, wenn sich der Kraftmaschinenkörper 11 in dem Einlasstakt befindet. Diese Steuerung macht es möglich, ein Gasgemisch mit niedriger Konzentration von Abgas und hoher Konzentration von frischer Einlassluft und ein Gasgemisch mit einer hohen Konzentration von Abgas und einer niedrigen Konzentration von frischer Einlassluft bei unterschiedlichen Zeitgebungen in die Brennkammer 27 zuzuführen.
Damit wird eine Gasschichtstruktur entlang einer Achsrichtung der Brennkammer 27 erzeugt, der aus den vorstehend erwähnten Gaszuständen besteht. Als ein Ergebnis ist eine Kontaktfläche zwischen der frischen Einlassluft und dem Abgas im Wesentlichen gleich wie eine Querschnittsfläche der Brennkammer 27, die senkrecht zu einer Achsrichtung der Brennkammer 27 verläuft. Ferner hat jedes Gasgemisch eine große Dicke entlang einer Achsrichtung der Brennkammer 27. Dies macht es möglich, das Mischen der in die Brennkammer 27 eingebrachten frischen Einlassluft und des Abgases zu verhindern, und ein Schichtungswachstum dieser Gasgemische zu fördern.
Figurenliste
Ein bevorzugtes, nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mittels Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 eine Ansicht ist, die einen schematischen Aufbau einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Blockdiagramm der Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine schematische Ansicht ist, die eine Betriebszeitgebung eines AGR-(Abgasrückführungs-)Ventils der Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine schematische Ansicht ist, die Betriebszeitgebungen eines AGR-Ventils einer herkömmlichen Kraftmaschine zeigt;
5A eine schematische Ansicht ist, die eine Betriebszeitgebung des AGR-Ventils und einen Strom eines Einlassgases, das aus einer Schicht mit hoher AGR-Konzentration und einer Schicht mit niedriger AGR-Konzentration besteht, in der Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
5B eine Ansicht ist, die das zu der Brennkraftmaschine des Kraftmaschinenkörpers gemäß den in 5A gezeigten Zeitspannen A bis C zuzuführenden Gasgemisches zeigt;
6 eine schematische Ansicht ist, die ein Beispiel der Erzeugung einer Schicht mit hoher AGR-Konzentration an der Einlassgasdurchlassseite in der Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine schematische Ansicht ist, die ein Beispiel zum Erzeugen einer Schicht mit niedriger AGR-Konzentration an der Einlassgasdurchlassseite in der Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ein Ablaufdiagramm ist, das den Betriebsablauf der Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 eine schematische Ansicht ist, die eine Beziehung zwischen der Kraftmaschinendrehzahl, einer Kraftstoffeinspritzmenge und einem Sollgrad des Erzeugens eines Schichtungswachstums des Einlassgases in der Brennkraftmaschine zeigt;
10 eine schematische Ansicht ist, die einen Teil der Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 eine schematische Ansicht ist, die einen Teil der Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine schematische Ansicht ist, die einen Abschnitt der Brennkraftmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 eine Ansicht ist, die einen schematischen Aufbau der Brennkraftmaschine gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 eine Ansicht ist, die einen schematischen Aufbau der Brennkraftmaschine gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
15 eine Ansicht ist, die einen schematischen Aufbau der Brennkraftmaschine gemäß einer Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im weiteren Verlauf werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder Nummern gleiche oder äquivalent Komponententeile über die verschiedenen Schaubilder hinweg.
Erstes Ausführungsbeispiel
Eine Beschreibung einer Brennkraftmaschine und einer Abgasrückführvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 9 beschrieben.
1 ist eine Ansicht, die einen schematischen Aufbau einer Dieselkraftmaschine 10 als eine Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Die Dieselkraftmaschine 10 wird als die „Kraftmaschine 10“ bezeichnet. Wie dies in 1 gezeigt ist, ist die Kraftmaschine 10 mit einem Kraftmaschinenkörper 11, einem Einlassgassystem 12, einem Abgassystem 13, einer Abgasrückführvorrichtung (AGR-Vorrichtung) 14 (als ein Inertgaszuführabschnitt oder ein Abgasrückführabschnitt), einem AGR-Ventil 15 (als ein Inertgaszuführventil) und einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 16 als ein Steuerabschnitt ausgestattet.
Der Kraftmaschinenkörper 11 ist mit einem Zylinderblock 21, einem Zylinderkopf 22, einem Kolben 23, einem Einlassgasventil 24, einem Abgasventil 25, einem (nicht gezeigten) Ventiltriebmechanismus usw. ausgestattet.
Der Zylinderblock 21 hat einen Zylinder 26 mit einer zylindrischen Form. Der Kolben 23 führt eine Hin- und Herbewegung entlang einer Achsrichtung der Innenseite des (oder entlang einer Vertikalrichtung des) Zylinders 26 durch. Der Zylinderblock 21, der Zylinderkopf 22 und der Kolben 23 bilden eine Brennkammer 27. Die Kraftmaschine 10 ist mit einem Injektor 28 ausgestattet. Ein vorderer Abschnitt des Injektors 28 ist durch den Zylinderkopf 22 so in die Brennkammer 27 eingesetzt, dass der vordere Abschnitt des Injektors 28 dem Inneren der Brennkammer 27 ausgesetzt ist. Der Injektor 28 spritzt den durch eine (nicht gezeigte) Hochdruckpumpe bereitgestellten Hochdruckkraftstoff in das Innere der Brennkammer 27 ein. Es ist für die Kraftmaschine 10 akzeptierbar, dass sie mit einem (nicht gezeigten) Turbolader ausgestattet ist, der in der Lage ist, das Einlassgas aufzuladen.
Das Einlassgassystem 12 hat ein Einlassgasrohr 31. Das Einlassgasrohr 31 bildet einen Einlassgasdurchlass 32. Ein Ende des Einlassgasdurchlasses 32 ist mit einem (nicht gezeigten) Einlass in Verbindung, der zu der äußeren Umgebung offen ist. Das andere Ende des Einlassgasdurchlasses 32 ist mit der Brennkammer 27 in Verbindung. Das Einlassgasventil 24 öffnet und schließt die Verbindung zwischen dem Einlassgasdurchlass 32 und der Brennkammer 27. Dies macht es möglich, durch den (nicht gezeigten) Einlassabschnitt in das Innere des Einlassgasdurchlasses 32 eingebrachte Einlassluft durch den Einlassgasdurchlass 32 zu der Brennkammer 27 zuzuführen.
Das Abgassystem 13 hat ein Abgasrohr 33. Das Abgasrohr 33 bildet einen Abgasdurchlass 34. Ein Ende des Abgasdurchlasses 34 ist durch einen Katalysatoreinheit und einen Schalldämpfer der äußeren Umgebung ausgesetzt. Das andere Ende des Abgasdurchlasses 34 ist mit der Brennkammer 27 in Verbindung. Das Abgasventil 25 öffnet und schließt die Verbindung zwischen der Brennkammer 27 und dem Abgasdurchlass 34. Dies macht es möglich, das von der Brennkammer 27 emittierte Abgas durch den Abgasdurchlass 34 zu der äußeren Umgebung auszustoßen.
Der Ventiltriebmechanismus (nicht gezeigt) treibt das Einlassventil 24 und das Auslassventil 25 in Synchronisation mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens 23 an.
Die AGR-Vorrichtung 14 hat ein AGR-Rohr 41. Das AGR-Rohr 41 bildet einen AGR-Durchlass 42. Das AGR-Rohr 41 entspricht einem in den Patentansprüchen niedergeschriebenem Durchlassbildungselement.
Ein Ende des AGR-Durchlasses 42 ist mit dem Abgasdurchlass 34 in Verbindung. Das andere Ende des AGR-Durchlasses 42 ist mit dem Einlassgasdurchlass 32 in Verbindung. Genauer gesagt ist ein Ende des AGR-Durchlasses 42 mit einem Verbindungsknoten zwischen dem Abgasventil 25 und der (nicht gezeigten) Katalysatoreinheit in Verbindung. Das andere Ende des AGR-Durchlasses 42 ist mit einem Verbindungsknoten zwischen dem (nicht gezeigten Einlassabschnitt) des Einlassgasdurchlasses 32 und der Brennkammer 27 in Verbindung. Dies macht es möglich, die Rückführung eines Teils des von der Brennkammer 27 emittierten Abgases von dem Abgasdurchlass 34 zu dem Einlassgasdurchlass 32 durch den AGR-Durchlass 42 durchzuführen. Ein solcher Teil des Abgases in dem Rückführungsprozess wird auch als das „AGR-Gas“ beschrieben. Das AGR-Gas enthält eine kleinere Menge Sauerstoff, da der in dem Kraftstoffgemisch, welches aus der frischen Einlassluft und dem Kraftstoff besteht, enthaltene Sauerstoff durch die Kraftstoffverbrennung in der Brennkammer 27 nahezu vollständig verbraucht wurde. Eine Konzentration des in dem AGR-Gas enthaltenen Sauerstoffs ist verglichen mit der Konzentration des Sauerstoffs, der in dem durch den (nicht gezeigten) Einlass und den Einlassgasdurchlass 32 zugeführten frischen Einlassluft enthalten ist, extrem niedrig. Als ein Ergebnis fördert das AGR-Gas verglichen mit der frischen Einlassluft nicht die Kraftstoffverbrennung in der Brennkammer 27. Das AGR-Gas entspricht dem in den Patentansprüchen niedergeschriebenen Inertgas. Das AGR-Ventil 15 ist an dem AGR-Durchlass 42 installiert.
Das AGR-Ventil 15 öffnet und schließt den AGR-Durchlass 42. Das AGR-Rohr 41 bildet den AGR-Durchlass 42. Diese Steuerung des AGR-Ventils 15 macht es möglich, die Zufuhr des in dem AGR-Durchlass 42 strömenden AGR-Gases zu starten und zu stoppen. Das AGR-Ventil 15 ist mit einem Stellglied 44 ausgestattet. Wenn ein elektrisches Steuersignal empfangen wird, das von der ECU 16 übermittelt wird, dann öffnet und schließt das AGR-Ventil 15 den AGR-Durchlass 42 auf Grundlage des empfangenen elektrischen Steuersignals.
Die ECU 16 besteht aus einer Zentralverarbeitungseinheit (CPU), einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Direktzugriffsspeicher (RAM) usw. Diese CPU, der ROM und der RAM sind in den Zeichnungen ausgelassen. Die ECU 16 führt in dem ROM gespeicherte Computerprogramme aus, um den Gesamtbetrieb der Kraftmaschine 10 zu steuern.
2 ist ein Blockdiagramm der Brennkraftmaschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie dies in 2 gezeigt ist, hat die Kraftmaschine 10 einen Antriebszustandsermittlungsabschnitt 50. Der Antriebszustandsermittlungsabschnitt 50 hat einen Beschleunigungseinrichtungsöffnungsverhältnissensor 51 und einen Drehzahlsensor 52. Der Beschleunigungseinrichtungsöffnungsverhältnissensor 51 erfasst einen Niederdrückbetrag eines Beschleunigungspedals (nicht gezeigt), welches durch den Fahrer eines Kraftfahrzeugs niedergedrückt wird. Der Beschleunigungseinrichtungsöffnungsverhältnissensor 51 erzeugt ein Erfassungssignal in Folge des erfassten Niederdrückbetrags des Beschleunigungspedals und übermittelt das erfasste Signal zu der ECU 16. Der Drehzahlsensor 52 erfasst eine Drehzahl des Kraftmaschinenkörpers 11 und erzeugt ein Erfassungssignal in Folge der erfassten Drehzahl des Kraftmaschinenkörpers 11. Der Drehzahlsensor 52 übermittelt das Erfassungssignal zu der ECU 16.
Die ECU 16 ist elektrisch an einen Kühlwassertemperatursensor 53, einen Sauerstoffkonzentrationssensor 54 und einen Cetanzahlermittlungsabschnitt 55 angeschlossen. Der Wassertemperatursensor 53 erfasst eine Temperatur des zu dem Kraftmaschinenkörper 11 zuzuführenden Kühlwassers und erzeugt ein Erfassungssignal in Folge der erfassten Temperatur des Kühlwassers. Der Kühlwassertemperatursensor 53 übermittelt das Erfassungssignal zu der ECU 16.
Der Sauerstoffkonzentrationssensor 54 erfasst eine Konzentration des in der frischen Einlassluft enthaltenen Sauerstoffs, die in dem Einlassgasdurchlass 32 strömt, und erzeugt einen Erfassungssignal in Folge der erfassten Konzentration des in der frischen Einlassluft enthaltenen Sauerstoffs. Der Sauerstoffkonzentrationssensor 54 übermittelt das Erfassungssignal zu der ECU 16. Der Cetanzahlermittlungsabschnitt 55 ermittelt eine Cetanzahl des Kraftstoffs auf Grundlage eines Verbrennungszustands des Kraftmaschinenkörpers 11 und erzeugt ein Erfassungssignal in Folge der erfassten Cetanzahl. Der Cetanzahlermittlungsabschnitt 55 übermittelt das Erfassungssignal zu der ECU 16.
Die ECU 16 hat einen Lastentscheidungsabschnitt 56 und einen Fehlzündungsentscheidungsabschnitt 57. Die ECU führt ein in dem ROM gespeichertes Programm aus, um die Funktion des Lastentscheidungsabschnitts 56 zu realisieren. Ferner führt die ECU ein in dem ROM gespeichertes Programm aus, um die Funktion des Fehlzündungsentscheidungsabschnitts 57 zu realisieren. Es ist möglich, dass die Kraftmaschine 10 Hardwarevorrichtungen hat, die spezielle Vorrichtungen zum Ausführen der Funktionen des Lastentscheidungsabschnitts 56 und des Fehlzündungsentscheidungsabschnitts 57 sind.
Der Lastentscheidungsabschnitt 56 erfasst einen Lastzustand der Kraftmaschine 10 auf Grundlage des Öffnungsverhältnisses des Beschleunigungspedals, welches durch den Beschleunigungseinrichtungsöffnungsverhältnissensor 51 erfasst wird, und auf Grundlage der Drehzahl des Kraftmaschinenkörpers 11, die durch den Drehzahlsensor 52 erfasst wird.
Der Fehlzündungsentscheidungsabschnitt 57 entscheidet, ob die Bedingung zum verursachen einer Fehlzündung des Kraftstoffs in dem Kraftmaschinenkörper 11 erfasst wird oder nicht, und zwar auf Grundlage der Information hinsichtlich der durch den Wassertemperatursensor 53 erfassten Temperatur des Kühlwassers, der durch den Sauerstoffkonzentrationssensor 54 erfassten Konzentration des in der frischen Einlassluft enthaltenen Sauerstoffs und der durch den Cetanzahlermittlungsabschnitt 55 ermittelten Cetanzahl. Es ist möglich, dass der Fehlzündungsentscheidungsabschnitt 57 anstelle der Verwendung der von dem Wassertemperatursensor 53, dem Sauerstoffkonzentrationssensor 54 und dem Cetanzahlermittlungsabschnitt 55 übermittelten Information eine solche Information verwendet, die durch andere Sensoren erhalten werden.
Nun wird eine Beschreibung der Zufuhr des Einlassgases zu der Kraftmaschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gegeben.
Wie gewöhnliche Kraftmaschinen führt die Kraftmaschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen Einlasstakt (oder einen Ansaugtakt), einen Kompressionstakt, einen Verbrennungstakt und einen Auslasstakt in dieser Reihenfolge durch.
3 ist eine schematische Ansicht, die eine Betriebszeitgebung des AGR-Ventils 15 der Brennkraftmaschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie dies in 3 gezeigt ist, weist die ECU 16 das AGR-Ventil 15 dazu an, den AGR-Durchlass 42 während des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu öffnen und zu schließen. Andererseits schließt das AGR-Ventil 15 den AGR-Durchlass 42 immer während des Kompressionstakts, des Verbrennungstakts und des Auslasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11.
Während einer Zeitspanne des Einlasstakts in der Nähe des Kompressionstakts weist die ECU 16 das AGR-Ventil 15 dazu an, den AGR-Durchlass 42 zu schließen. Dies macht es möglich, das AGR-Gas zu der Brennkammer 27 zuzuführen, wobei das AGR-GAS das Rückführungsgas ist, das während der letzten Zeitspanne in dem Einlasstakt des Kraftmaschinenkörpers 11 von der Brennkammer 27 durch den AGR-Durchlass 42 und den Abgasdurchlass 34 zugeführt wurde.
4 ist eine schematische Ansicht, die eine Betriebszeit eines AGR-Ventils einer herkömmlichen Brennkraftmaschine zeigt.
Wie dies in 1 gezeigt ist, ist bei einer mit einer herkömmlichen AGR-Vorrichtung ausgestatteten Kraftmaschine das Öffnungsverhältnis des AGR-Ventils während des gesamten Einlasstakts, des Kompressionstakts, des Kraftstoffverbrennungstakts und des Auslasstakts konstant, sofern nicht der Zustand der Kraftmaschine stabil ist. Dementsprechend werden durch einen (nicht gezeigten) Einlass eingebrachte frische Einlassluft und durch den AGR-Durchlass rückgeführtes AGR-Gas mit einem vorbestimmten Verhältnis in die Brennkammer 27 der herkömmlichen Kraftmaschine 10 zugeführt.
Bei dem Aufbau der Kraftmaschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist die ECU 16 das AGR-Ventil15 dazu an, den AGR-Durchlass 42 während des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu öffnen und zu schließen. Im Allgemeinen hat das AGR-Gas bei der Rückführung von dem Abgasdurchlass 34 durch den AGR-Durchlass 42 in den Einlassgasdurchlass 32 einen Druck, der höher als der der frischen Einlassluft ist, da eine solche frische Einlassluft in der äußeren Umgebungsluft vorhanden ist. Ferner enthält das AGR-Gas Sauerstoff mit einer hohen Temperatur und einer hohen Konzentration verglichen mit jenen des Sauerstoffs, der in der frischen Einlassluft enthalten ist. Dies macht es schwierig, die frische Einlassluft leicht mit dem AGR-Gas zu mischen. Als ein Ergebnis hat das in das Innere der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 eingebrachte Einlassgas eine Doppelschichtstruktur, die aus einer Schicht mit niedriger AGR-Konzentration und einer Schicht mit hoher AGR-Konzentration besteht. Die Schicht mit niedriger AGR-Konzentration besteht aus einer hohen Konzentration von frischer Einlassluft und einer niedrigen Konzentration von AGR-Gas. Andererseits besteht die Schicht mit hoher AGR-Konzentration aus einer niedrigen Konzentration von frischer Einlassluft und einer hohen Konzentration von AGR-Gas.
5A ist eine schematische Ansicht, die die Betriebszeitgebung des AGR-Ventils 15 und einen Strom des Einlassgases, das aus der Schicht mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht mit niedriger AGR-Konzentration besteht, in der Brennkraftmaschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. 5B ist eine Ansicht, die ein Gasgemisch zeigt, das gemäß den in 5A gezeigten Zeitspannen A bis C zu der Brennkammer des Kraftmaschinenkörpers zuzuführen ist.
Wie dies in 5A und 5B gezeigt ist, wird dann, wenn das AGR-Ventil 15 den AGR-Durchlass 42 während der späteren Hälfte des Einlasstakts öffnet, die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in dem Einlassgasdurchlass 32, der zwischen dem Verbindungsabschnitt 43 und der Brennkammer 27 installiert ist, in der Nähe der Brennkammer 27 ausgebildet, und die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration wird in dem Einlassgasdurchlass 32, weiter entfernt von der Brennkammer 27 ausgebildet.
Das heißt, wenn das Einlassgasventil 24 den Durchlass zwischen dem Einlassgasdurchlass 32 und der Brennkammer 27 zu dem Zeitpunkt schließt, der unmittelbar vor dem Betreten des Einlasstakts durch den Kraftmaschinenkörper 11 liegt, wird der Einlassgasdurchlass 32 mit frischer Einlassluft gefüllt, die durch den (nicht gezeigten) Einlass eingebracht wird. Dadurch wird der Einlassgasdurchlass 32 in der Nähe der Brennkammer 27 mit der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration gefüllt, die aus einer hohen Konzentration der frischen Einlassluft besteht.
Wenn das AGR-Ventil 15 den AGR-Durchlass 42 öffnet, dann wird Abgas von dem AGR-Durchlass 42 in den Einlassgasdurchlass 32 eingebracht. Dies macht es möglich, die Schicht 61 hoher AGR-Konzentration, die aus einer hohen Konzentration des Abgases besteht, in einem Abschnitt des Einlassgasdurchlasses 32, der von der Brennkammer 27 weiter entfernt ist, nämlich in der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration zu erzeugen.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel zum Erzeugen der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 näher an dem Einlassgasdurchlass 32 in der Brennkraftmaschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wenn zu diesem Zeitpunkt das Einlassgasventil 24 offen ist und die frische Einlassluft durch den Einlassgasdurchlass 32 in das Innere der Brennkammer 27 eingebracht wird, dann wird die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 näher an den Kolben 23 aber weiter weg von dem Einlassgasdurchlass 32 erzeugt, wenn man diesen entlang einer Achsrichtung der Brennkammer 24 betrachtet. Andererseits wird die Schicht 61 hoher AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 in der Achsrichtung der Brennkammer 27 näher an dem Einlassgasdurchlass 32 erzeugt.
Das heißt, die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration, die eine Doppelschichtstruktur bilden, werden im Inneren der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 ausgebildet.
Falls das AGR-Ventil 15 den AGR-Durchlass 42 zu einer frühen Zeitgebung in dem Einlasstakt des Kraftmaschinenkörpers 11 schließt, dann wird die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration zu dem Inneren der Brennkammer 27 zugeführt, nachdem die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in das Innere der Brennkammer 27 eingebracht wurde. Wenn andererseits das AGR-Ventil 15 den AGR-Durchlass 42 zu einer verspäteten Zeitgebung schließt, dann verbleibt die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration nach dem Schließen des Einlassgasventils 24 in dem Einlassgasdurchlass 32.
Aus den vorstehend erwähnten Gründen ist es erforderlich, dass die ECU 16 die optimale Zeitgebung zum Öffnen und Schließen des AGR-Ventils 15 bestimmt, während die Zeitspanne berücksichtigt wird, die dazu erforderlich ist, das Einlassgas in die Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 zu bewegen.
Wie dies zuvor beschrieben wurde, stellt die ECU 16 die Zeitgebung zum Schließen und Öffnen des AGR-Ventils 15 ein, um die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration näher an dem Einlassgasdurchlass 32, nämlich in der Umgebung um den Injektor 28 in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 zu erzeugen, und um die Schicht mit niedriger AGR-Konzentration näher an dem Kolben 23 in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 zu erzeugen. Wenn der Injektor 28 Kraftstoff in das Innere der Brennkammer 27 einspritzt, dann verbrennt der durch den Injektor 28 eingespritzte Kraftstoff langsam in der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration, die eine niedrige Sauerstoffkonzentration hat, in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11. Nachdem der Kraftstoff auf geeignete Weise in der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration verbrannt ist, erreicht der durch den Injektor 28 eingespritzte Kraftstoff die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration, die eine hohe Sauerstoffkonzentration hat. Dies macht es möglich, die Zeitgebung zum Zünden des Kraftstoffs selbst dann zu verzögern, wenn die Kraftmaschine 10 mit einer schweren Last beaufschlagt ist, und die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 zu senken. Als ein Ergebnis macht es dies möglich, die Erzeugung von Partikelstoffen (PM), Stickoxiden (NOx) und Geräuschen zu unterdrücken. Solche Partikelstoffe würden schwarzen Rauch erzeugen.
Andererseits ist es möglich, dass die ECU 16 das AGR-Ventil 15 dazu anweist, den AGR-Durchlass 42 in der früheren halben Zeitspanne des Einlasstakts der Kraftmaschine 10 zu öffnen. In diesem Fall wird die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration an dem Abschnitt, der näher an der Brennkammer 27 liegt, in dem Einlassgasdurchlass 32 zwischen dem Verbindungsabschnitt 43 und der Brennkammer 27 erzeugt, und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration wird an dem Abschnitt erzeugt, der in dem Einlassgasdurchlass 32 weiter von der Brennkammer 27 entfernt ist.
7 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel des Erzeugens der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in dem Einlassgasdurchlass 32 in der Kraftmaschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie dies in 7 gezeigt ist, wird zu dem Zeitpunkt, zu dem das Einlassgas durch den Einlassgasdurchlass 32 zu dem Inneren der Brennkammer 27 zugeführt wird, die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 näher an dem Kolben 23 und weiter weg von dem Einlassgasdurchlass 32 erzeugt, wenn man dies entlang einer Achsrichtung der Brennkammer 27 betrachtet. Andererseits wird die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration näher an dem Einlassgasdurchlass 32 in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 erzeugt, wenn man dies entlang der Achsrichtung der Brennkammer 27 betrachtet.
Wie dies zuvor beschrieben wurde, wird dann, wenn die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 näher an den Kolben 23 ausgebildet wird und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 näher an dem Einlassgasdurchlass 32 ausgebildet wird, die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in dem Abschnitt nahe dem und um den Injektor 28 herum in der Brennkammer 27 ausgebildet. Der durch den Injektor 28 eingespritzte Kraftstoff verbrennt langsam in der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration, die Sauerstoff einer relativ niedrigen Konzentration enthält. Ferner wird die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration an dem Abschnitt näher an dem Zylinderblock 21 und dem Kolben 23 erzeugt, die die Brennkammer 27 bilden. Das Einlassgas, welches mit dem Zylinderblock 2 und dem Kolben 23 in Kontakt ist, enthält AGR-Gas einer relativ hohen Temperatur. Als ein Ergebnis absorbiert das Einlassgas einen kleineren Betrag der thermischen Energie von dem Zylinderblock 21 und dem Kolben 23. Insbesondere dann, wenn die Temperatur der Kraftmaschine 10 zu Beginn niedrig ist, wenn die Kraftmaschine 10 mit dem Betrieb startet oder wenn die Kraftmaschine 10 mit einer niedrigen Last beaufschlagt ist, ist es möglich, das Zünden des Kraftstoffs in der Brennkammer 27 zu garantieren und die thermische Effizienz zu erhöhen.
Im Allgemeinen wird die Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs in der Brennkammer 21 umso leichter erhöht, je stärker die Last der Kraftmaschine 10 erhöht wird. Als ein Ergebnis wird die Gesamtmenge des durch die Kraftstoffverbrennung erzeugten NOx erhöht. Das heißt, wie dies in 6 gezeigt ist, ist es umso mehr vorzuziehen, die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration näher an dem Einlassgasdurchlass 32 und dem Injektor 28 zu erzeugen, und die Kraftstoffverbrennung in der Brennkammer 27 in der Schicht 61 mit der hohen AGR-Konzentration auszuführen, je stärker die Last der Kraftmaschine 10 erhöht ist. Dementsprechend verzögert die ECU 16 die Zeitgebung zum Öffnen des AGR-Ventils 15 umso mehr, je stärker die Last der Kraftmaschine 10 erhöht ist, um die Zeitgebung zum Zuführen der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in das Innere der Brennkammer 27 in die spätere Hälfte des Einlasstakts zu verschieben. Diese Steuerung durch die ECU 16 macht es möglich, die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration zu erzeugen, die eine hohe Konzentration des rückgeführten Abgases enthält, die an dem Abschnitt in der Brennkammer 27 erzeugt wird, der näher an dem Injektor 28 liegt, an dem die Kraftstoffverbrennung ausgeführt wird. Wenn ferner die Zeitgebung zum Zuführen der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in die spätere Hälfte des Einlasstakts verschoben wird, ist es möglich, die Zeitspanne zu verkürzen, in welcher die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration mit der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in Kontakt ist, und die Menge des Gasgemischs aus der Schicht hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit der niedrigen AGR-Konzentration zu verringern.
Als nächstes wird nun eine Beschreibung des Betriebsablaufs der Kraftmaschine 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 8 angegeben.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf der Brennkraftmaschine 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
In Schritt S101 ermittelt die ECU 16 periodisch die Information hinsichtlich des Betriebszustands der Kraftmaschine 1, wenn die Kraftmaschine 10 in Betrieb ist. Genauer gesagt ermittelt die ECU 16 die Information hinsichtlich des Niederdrückbetrags des Beschleunigungspedals, die von dem Beschleunigungseinrichtungsöffnungsverhältnissensor 51 übermittelt wird, und die Information hinsichtlich der Drehzahl des Kraftmaschinenkörpers 11, die von dem Drehzahlsensor 52 übermittelt wird.
Die ECU 16 ermittelt den Betriebszustand der Kraftmaschine 10 auf Grundlage des Niederdrückbetrags des Beschleunigungspedals und der Drehzahl des Kraftmaschinenkörpers 10. Beim Ermitteln des Betriebszustands der Kraftmaschine 10 entscheidet die ECU 16, ob es notwendig ist oder nicht, ein Schichtungswachstum des Einlassgases in der Brennkammer 27 zu fördern (Schritt S102). Das heißt, dieses Schichtungswachstum des Einlassgases zeigt an, dass eine Doppelschichtstruktur, die aus einer Schicht mit hoher AGR-Konzentration und einer Schicht mit niedriger AGR-Konzentration besteht, in der Brennkammer des Kraftmaschinenkörpers 11 erzeugt wird. Die ECU 16 bestimmt, ob es notwenig ist oder nicht, das Schichtungswachstum des zu der Innenseite der Brennkammer 27 zugeführten Einlassgases zu fördern, und zwar auf Grundlage des Betriebszustands der Kraftmaschine 10, der in Schritt S101 erhalten wird.
Wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S102 positiv ist („JA“ in Schritt S102), wenn nämlich angezeigt wird, dass es erforderlich ist, das Schichtungswachstum des Einlassgases zu fördern, schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S103 vor. In Schritt S103 bestimmt die ECU 16 die Zeit zum Öffnen und Schließen des AGR-Ventils 15 und legt diese fest. Die ECU 16 weist das AGR-Ventil 15 auf Grundlage der in Schritt S103 bestimmten Zeitgebung dazu an, den AGR-Durchlass 42 zu öffnen und zu schließen.
Wenn andererseits das Entscheidungsergebnis in Schritt S102 negativ ist („NEIN“ in Schritt S102), wenn nämlich angezeigt wird, dass es nicht erforderlich ist, irgendein Schichtungswachstum des Einlassgases durchzuführen, kehrt der Betriebsablauf zu Schritt S101 zurück. Die ECU 16 führt den Betrieb in Schritt S101 während des Betriebs der Kraftmaschine 10 wiederholtermaßen aus.
9 ist eine schematische Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Kraftmaschinendrehzahl, der Kraftstoffeinspritzmenge und dem Sollgrad der Erzeugung eines Schichtungswachstums in der Brennkraftmaschine 10 zeigt.
In dem in 8 gezeigten Schritt S102 bestimmt die ECU 16 einen in 9 gezeigten Sollgrad des Schichtungswachstums des Einlassgases auf Grundlage der Beziehung zwischen der Drehzahl des Kraftmaschinenkörpers 11 und der Kraftstoffeinspritzmenge in den Kraftmaschinenkörper 11.
Der in 9 gezeigte Sollgrad des Schichtungswachstums wird im Vorfeld auf Grundlage der Beziehung zwischen der Drehzahl des Kraftmaschinenkörpers 11 und der durch den Injektor 28 zu dem Kraftmaschinenkörper 11 zuzuführenden Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt. Beispielsweise wird der Sollgrad des Schichtungswachstums im Vorfeld in einer Speichervorrichtung, etwa dem ROM der ECU 16 gespeichert. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird auf Grundlage des in Schritt S101 erhaltenen Betriebszustands der Kraftmaschine 10 bestimmt.
Der Sollgrad des Schichtungswachstums des Einlassgases gibt einen Grad eines Schichtungswachstums an, der erzeugt wird, indem zu dem Inneren der Brennkammer 27 zuzuführendes Einlassgas verwendet wird. Ferner gibt das Schichtungswachstum den Zustand einer Grenze zwischen einer Schicht 61 mit einer hohen AGR-Konzentration und einer Schicht 62 mit einer niedrigen AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 an, nämlich einen AGR-Konzentrationsgradienten zwischen der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27.
Wie dies in 9 gezeigt ist, kann dann, wenn eine Menge des in die Brennkammer 27 einzuspritzenden Kraftstoffs kleiner als ein erforderlicher Betrag einer gegenwärtigen Drehzahl des Kraftmaschinenkörpers 11 ist, bestimmt werden, dass die Kraftmaschinenlast niedrig ist. Der Lastentscheidungsabschnitt 56 in der ECU 16 entscheidet, dass die Last der Kraftmaschine 10 niedrig ist, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge bezüglich der Drehzahl der Kraftmaschine 10 niedrig ist. Wenn entschieden wird, dass die Last der Kraftmaschine 10 niedrig ist, dann legt die ECU 16 einen niedrigen Wert für den Sollgrad eines Schichtungswachstums fest.
Wenn andererseits die Menge des in die Brennkammer 27 eingespritzten Kraftstoffs bezüglich der Drehzahl des Kraftmaschinenkörpers 11 groß ist, kann bestimmt werden, dass die Kraftmaschinenlast hoch ist. Der Lastentscheidungsabschnitt 56 in der ECU 16 entscheidet, dass die Last der Kraftmaschine 10 hoch ist, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge bezüglich der Drehzahl der Kraftmaschine 10 hoch ist. Wenn entschieden wird, dass die Last der Kraftmaschine 10 hoch ist, dann legt die ECU 16 einen hohen Wert für den Sollgrad des Schichtungswachstums fest.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, bestimmt die ECU 16 den Sollgrad des Schichtungswachstums auf Grundlage des in Schritt S101 ermittelten Betriebszustands der Kraftmaschine 10. Ferner bestimmt die ECU 16 die Reihenfolge oder Priorität des Zuführens der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration auf Grundlage des Lastzustands der Kraftmaschine 10, der auf Grundlage des in Schritt S101 ermittelten Betriebszustands der Kraftmaschine erhalten wird.
In einem Fall, in dem die ECU 16 und das AGR-Ventil 15 den AGR-Durchlass 42 während einer kurzen Zeitspanne öffnen, wird während der kurzen Zeitspanne eine relativ große Menge des AGR-Gases zu dem Einlassgasdurchlass 32 zugeführt, wenn die ECU 16 das AGR-Ventil 15 dazu anweist, den AGR-Durchlass 42 während des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 relativ weit zu öffnen.
In diesem Fall werden die frische Einlassluft und das AGR-Gas nicht auf geeigneter Weise in dem Einlassgasdurchlass 32 gemischt, da die Zeitspanne, in der die frische Einlassluft mit dem AGR-Gas in dem Einlassgasdurchlass 32 in Kontakt ist, relativ kurz ist. Als ein Ergebnis wird zwischen der frischen Einlassluft und dem AGR-Gas in dem Einlassgasdurchlass 32 eine deutliche Grenze erzeugt. Mit anderen Worten wird zwischen der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration eine deutliche Grenze erzeugt. Dies erhöht den Grad des Schichtungswachstums.
Wenn andererseits das AGR-Ventil 15 den AGR-Durchlass 42 für eine lange Zeitspanne öffnet und das Öffnungsverhältnis des AGR-Ventils 15 während des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 relativ klein ist, wird eine relativ kleine Menge des AGR-Gases für eine lange Zeitspanne zu dem Einlassgasdurchlass 32 zugeführt. Dies macht es möglich, die frische Einlassluft und das AGR-Gas in dem Einlassgasdurchlass 32 einfach zu mischen, da die frische Einlassluft mit dem AGR-Gas für eine lange Zeitspanne in dem Einlassgasdurchlass 32 in Kontakt ist. Als ein Ergebnis ist die Grenze zwischen der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration nicht deutlich. Dies verringert den Grad des Schichtungswachstums. Die ECU 16 treibt das AGR-Ventil 15 während des Betriebs in Schritt S104 gemäß dem in Schritt S103 bestimmten Grad des Schichtungswachstums an. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Grad des Schichtungswachstums der frischen Einlassluft, die von dem Einlassgasdurchlass 32 in die Brennkammer 27 einzubringen ist, so gesteuert, dass sie den Sollgrad des Schichtungswachstums erreicht.
Wie dies vorstehend ausführlich beschrieben wurde, führt die ECU 16 dann, wenn die Kraftmaschine 10 mit einer hohen Last beaufschlagt ist, die Zufuhr der frischen Einlassluft so durch, dass die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration und die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration der Reihe nach zu der Brennkammer 27 zugeführt werden.
Wenn andererseits die Kraftmaschine 10 mit einer niedrigen Last beaufschlagt ist, führt die ECU 16 die frische Einlassluft so zu, dass die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration der Reihe nach zu der Brennkammer 27 zugeführt werden. Ferner wird die Zeit zum Ausbilden der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration umso weiter in die späte Zeitspanne des Einlasstakts verschoben, je stärker die Last der Kraftmaschine 10 ansteigt. Um das AGR-Ventil 15 bei der optimalen Zeitgebung anzutreiben, stellt die ECU 16 die Zeitgebung zum Zuführen der frischen Einlassluft, die Reihenfolge der Zufuhr oder des Erzeugens der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 und die Zeitgebung zum Zuführen der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in die Brennkammer 27 ein.
Wie dies vorstehend ausführlich beschrieben ist, stellt die ECU 16 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Zeitgebung zum Antreiben des AGR-Ventils 15 ein, um die frische Einlassluft und das AGR-Gas zu der Brennkammer 27 zuzuführen, wenn sich der Kraftmaschinenkörper 11 in dem Einlasstakt befindet. Diese Steuerung macht es möglich, die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration bei unterschiedlichen Zeitgebungen in die Brennkammer 27 von dem Einlassgasdurchlass 32 zuzuführen, und in der Brennkammer 27 entlang einer Achsrichtung der Brennkammer 27 ein Schichtungswachstum zu erzeugen, d.h., eine Doppelschichtstruktur zu erzeugen, die aus der Schicht 61 mit der hohen AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit der niedrigen AGR-Konzentration besteht. Als ein Ergebnis wird die Kontaktfläche zwischen der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 ungefähr auf eine Querschnittsfläche verringert, die senkrecht zu einer Achsrichtung der Brennkammer 27 verläuft. Darüber hinaus erhöht dies eine Stärke bzw. Dicke sowohl der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration als auch der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration entlang einer Achsrichtung der Brennkammer 27. Dementsprechend wird dadurch ermöglicht, das Verhältnis zwischen der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 zu verringern und das Schichtungswachstum mit einer deutlichen Grenze zwischen der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 zu fördern.
In dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel stellt die ECU 16 die Zeitgebung ein, zu der das AGR-Ventil 15 den Einlassgasdurchlass 32 öffnet und schließt, um eine unterschiedliche Konzentration des AGR-Gases in der frischen Einlassluft in dem Einlassgasdurchlass 32 zu erzeugen, welcher mit der Brennkammer 27 in dem Kraftmaschinenkörper 11 in Verbindung ist. Dies macht es möglich, die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration zu erzeugen, die jeweils unterschiedliche Konzentrationen des AGR-Gases schichtenweise in dem Einlassgasdurchlass 32 haben, der von dem Verbindungsabschnitt 43 mit der Brennkammer 27 in Verbindung ist. Wenn die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration, die in der Doppelschichtstruktur in dem Einlassgasdurchlass 32 jeweils unterschiedliche AGR-Gaskonzentrationen haben, erzeugt werden, werden diese Schichten 61 und 62, die unterschiedliche AGR-Gaskonzentrationen haben, während des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu dem Inneren der Brennkammer 27 zugeführt. Dies macht es möglich, zu verhindern, dass die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 gemischt werden, und das Schichtungswachstum einer solchen Doppelschichtstruktur zu fördern, die aus der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 besteht.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ermittelt die ECU 16 die Information oder die Daten hinsichtlich des Antriebszustands der Kraftmaschine 10 auf Grundlage des Beschleunigungspedalöffnungsverhältnissensors 15 und des Drehzahlsensors 52. Die ECU 16 stellt die Zeitgebung des AGR-Ventils 15 zum Öffnen und Schließen des Einlassgasdurchlasses 32 auf Grundlage der hinsichtlich des Antriebszustands der Kraftmaschine 10 ermittelten Information ein. Dies macht es möglich, das optimale Schichtungswachstum der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration gemäß dem Lastzustand der Kraftmaschine 10 zu erzeugen und sowohl die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration als auch die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration gemäß dem Lastzustand der Kraftmaschine 10 zu dem Inneren der Brennkammer 27 zuzuführen.
Weiterhin gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel führt die ECU 16 die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration während der früheren Hälfte des Einlasstakts der Kraftmaschine 10 durch den Einlassgasdurchlass 32 zu und führt die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration während der späteren Hälfte des Einlasstakts der Kraftmaschine 10 durch den Einlassgasdurchlass 32 zu bzw. erzeugt diese. Dies macht es möglich, die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in dem Bodenabschnitt der Brennkammer 27 zu erzeugen, der weiter von dem Einlassgasdurchlass 32 entfernt und näher an dem Kolben 37 liegt, und andererseits die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in dem oberen Abschnitt der Brennkammer 27 zu erzeugen, der näher an dem Einlassgasdurchlass 32 liegt. Dies macht es möglich, die Kraftstoffverbrennung zuerst an der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 zu starten. Als ein Ergebnis wird dadurch die Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs verringert und die Zeit zum Starten der Zündung in der Brennkammer 27 wird verzögert. Ferner wird dadurch ermöglicht, eine Menge der von dem Kraftmaschinenkörper 11 emittierten NOx und Partikelstoffe zu verringern und die Geräuschbildung zu verringern. Weiterhin wird es mit der in dem zuvor beschriebenen Verfahren umgekehrten Reihenfolge möglich, dass die ECU 16 das AGR-Ventil 15 dazu anweist, die Öffnungs- und Schließzeitgebung des AGR-Durchlasses 42 einzustellen, um die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration während der früheren Hälfte des Einlasstakts in die Brennkammer 27 zuzuführen und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration während der späteren Hälfte des Einlasstakts zu der Brennkammer 27 zuzuführen. In diesem Fall wird die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in dem Abschnitt der Brennkammer 27 erzeugt, der näher an den Kolben 23 und weiter entfernt von dem Einlassgasdurchlass 32 liegt, und andererseits wird die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in dem Abschnitt der Brennkammer 27 erzeugt, der näher an dem Einlassgasdurchlass 32 liegt. Dies macht es möglich, die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration zu erzeugen, deren Temperatur relativ höher als die der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration ist, und die nahe an der Wandfläche des Zylinderblocks 21 und des Kolbens 23 liegt. Wenn die Kraftmaschine 10 mit einer niedrigen Last beaufschlagt ist, ist es möglich, einen thermischen Verlust zu verringern, der durch die Bewegung der Wärmeenergie von dem Kraftmaschinenkörper 11 zu der Brennkammer 27 verursacht wird, und für die frische Einlassluft, die in der in die Brennkammer 27 eingebrachten Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration enthalten ist, wird es möglich, die Verbrennung des durch den Injektor 28 eingespritzten Kraftstoffs zu fördern. Dementsprechend ist es selbst dann, wenn die Kraftmaschine 10 mit einer niedrigen Last beaufschlagt ist, möglich, die Verbrennungseffizienz zu erhöhen und den stabilen Betrieb der Kraftmaschine 10 beizubehalten.
Bei dem vorstehend beschriebenen Steuerungsprozess verschiebt die ECU 16 die Zeitspanne, während der die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration zu dem Inneren der Brennkammer 27 zugeführt wird, in die spätere Hälfte des Einlasstakts gemäß einer Zunahme der Größe der Last der Kraftmaschine 10. Dies erzeugt die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in dem oberen Abschnitt der Brennkammer 27, der näher an dem Injektor 28 liegt, und in dem die Kraftstoffverbrennung ausgeführt wird. Dies verringert die Zeitspanne, in der die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration mit der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in Kontakt ist und verringert ferner die Erzeugung des aus der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration bestehenden Gasgemischs. Dieses Verfahren macht es möglich, die Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs auf Grundlage der Kraftmaschinenlast zu Steuern und das Schichtungswachstum der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration zu fördern, d.h., zu verhindern, dass sie sich in der Brennkammer 27 mischen.
In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Kraftmaschine 10 mit der AGR-Vorrichtung 14 ausgestattet, die das Abgas als das AGR-Gas durch den Einlassgasdurchlass 32 in die Brennkammer 27 zurückführt. Die AGR-Vorrichtung 14 stellt als ein Inertgas in dem Einlassgasdurchlass 32 das Abgas bereit, das durch den Abgasdurchlass 34 strömt und von der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 abgegeben wurde. Selbst wenn das von dem Abgasdurchlass 34 durch den AGR-Gaszuführdurchlass 42 zugeführte AGR-Gas als Inertgas verwendet wird, ist es möglich, dass die ECU 16 verhindert, dass frische Einlassluft und AGR-Gas miteinander gemischt werden, und dass sie ein Schichtungswachstum der frischen Einlassluft und des AGR-Gases fördert, um die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 zu erzeugen.
(Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels)
Es ist für die ECU 16 möglich, dass sie den Fehlzündungsentscheidungsabschnitt 57 so anweist, dass dieser erfasst, ob die Bedingung, die eine Fehlzündung des Kraftstoffs in dem Kraftmaschinenkörper 11 verursacht, aufgestellt ist oder nicht. Genauer gesagt entscheidet der Fehlzündungsentscheidungsabschnitt 57, ob die Bedingung, die eine Fehlzündung des Kraftstoffs verursacht, aufgestellt ist oder nicht, auf Grundlage der durch den Temperatursensor 53 erfasste Temperatur des Kühlwassers, der durch den Sauerstoffkonzentrationssensor 54 erfassten Konzentration des in der frischen Einlassluft enthaltenen Sauerstoffs und der Cetanzahl des Kraftstoffs, die durch den Cetanzahlermittlungsabschnitt 55 erfasst wird. Wenn beispielsweise die Temperatur des Kühlwassers niedrig ist, ist es relativ schwierig, den durch den Injektor 28 in das Innere der Brennkammer 27 eingespritzten Kraftstoff zu zünden und daher besteht eine große Wahrscheinlichkeit, dass eine Fehlzündung des Kraftstoffs verursacht wird. In diesem Fall entscheidet der Fehlzündungsentscheidungsabschnitt 57, ob die Bedingung aufgestellt ist oder nicht, die eine Fehlzündung des Kraftstoffs hervorruft, auf Grundlage der durch die verschiedenen Arten von zuvor beschriebenen Sensoren ermittelten Informationen.
Wenn der Fehlzündungsentscheidungsabschnitt 57 entscheidet, dass die eine Fehlzündung des Kraftstoffs hervorrufende Bedingung erfasst wird, weist die ECU 16 das AGR-Ventil 15 dazu an, den AGR-Durchlass 42 in der früheren Hälfte des Einlasstakts zu öffnen, um die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration herzustellen, und weist das AGR-Ventil 15 dazu an, den AGR-Durchlass 42 in der späteren Hälfte des Einlasstakts zu schließen, um die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration zu erstellen. Dies macht es möglich, die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration, die eine relativ niedrige Sauerstoffkonzentration hat, in dem oberen Abschnitt der Brennkammer 27 zu erzeugen, der näher an dem Injektor 28 liegt. Es ist daher möglich, dass der durch den Injektor 28 eingespritzte Kraftstoff mit der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration, die eine hohe Sauerstoffkonzentration hat, direkt in Kontakt kommt. Dadurch wird die Zündeffizienz des Kraftstoffs gefördert.
Gemäß der Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels ist die Kraftmaschine 10 mit dem Fehlzündungsentscheidungsabschnitt 57 ausgestattet. Beim Entscheiden durch den Fehlzündungsentscheidungsabschnitt 57, um zu erfassen, dass die Bedingung zum Hervorrufen einer Fehlzündung des Kraftstoffs in dem Kraftmaschinenkörper 11 erfüllt ist, führt die ECU 16 das Verfahren zum Erhöhen der Konzentration des AGR-Gases in der späteren Hälfte des Einlasstakts durch und verringert die Konzentration des AGR-Gases in der späteren Hälfte des Einlasstakts in der Brennkammer 27, die durch die Innenwand des Kraftmaschinenkörpers 11 und den Kolben 23 ausgebildet ist. Dies macht es möglich, die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration, die eine hohe Sauerstoffkonzentration hat, in dem oberen Abschnitt der Brennkammer 27 auszubilden, der näher an dem Injektor 28 liegt, und in dem die Verbrennung des Kraftstoffs ausgeführt wird. Als ein Ergebnis erhöht dies die Zündeffizienz des Kraftstoffs und stellt einen stabilen Betrieb des Kraftmaschinenkörpers 11 bereit.
Zweites Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 10 wird eine Beschreibung der Brennkraftmaschine und der Abgasrückführvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gegeben.
10 ist eine schematische Ansicht, die einen Abschnitt einer Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie dies in 10 gezeigt ist, ist an einem Abschnitt, der näher an der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 als bei dem Aufbau des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels liegt, ein Verbindungsabschnitt 43-1 ausgebildet. Das heißt, die Stelle des Verbindungsabschnitts 43 in der Kraftmaschine gemäß dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel hat eine relativ lange Strecke gemessen von der Brennkammer 27 verglichen mit der Strecke des Verbindungsabschnitts 43-1 gemessen ab der Brennkammer 11 gemäß dem in 10 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel. Das heißt, der Verbindungsabschnitt 43-1 in der Kraftmaschine 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel befindet sich an dem Abschnitt, der näher an der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 liegt. Dieser Aufbau macht es möglich, die Länge des Durchlasses von dem AGR-Durchlass 42 zu der Brennkammer 27 durch den Einlassgasdurchlass 32 zu verkürzen. Dies kann eine Wahrscheinlichkeit verringern, mit der das AGR-Gas mit der frischen Einlassluft in dem Einlassgasdurchlass 32 in Kontakt kommt. Dies macht es möglich, die Erzeugung eines Schichtungswachstums von frischer Einlassluft und AGR-Gas zu fördern, nämlich die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 zu erzeugen.
Bei dem Aufbau der Kraftmaschine 10 gemäß den in 10 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel verbleibt das in den Einlassgasdurchlass 32 eingebrachte AGR-Gas in dem Einlassgasdurchlass 32, während die in dem Einlassgasdurchlass 32 verbleibende frische Einlassluft in Richtung zu dem (nicht gezeigten) Einlass herausgedrückt wird, wenn das AGR-Ventil 15 den AGR-Durchlass 42 öffnet.
Wenn das AGR-Ventil 15 den AGR-Durchlass 42 während einer Zeitspanne öffnet, in der sich das Einlassgasventil 24 öffnet, dann verbleibt das AGR-Gas in dem Einlassgasdurchlass 32 an dem Endabschnitt der Brennkammer 27. Als ein Ergebnis wird dann, wenn sich das Einlassgasventil 24 öffnet, zuerst die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in das Innere der Brennkammer 27 eingebracht. Zusätzlich zu diesem Merkmal ist es möglich, eine Zeitverzögerung zum Zuführen des AGR-Gases von dem AGR-Durchlass 42 zu der Brennkammer 27 zu verringern, wenn das AGR-Ventil 15 den AGR-Durchlass 42 öffnet, da die Kraftmaschine 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Verbindung mit kurzer Strecke zwischen dem Verbindungsabschnitt 43-1 und der Brennkammer 27 hat. Dies macht es möglich, die Erzeugung eines Schichtungswachstums zu fördern, nämlich die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 zu erzeugen. Dies kann die Effizienz beim Ausbilden des Schichtungswachstums frischer Einlassluft und AGR-Gases in der Brennkammer 27 verbessern.
Drittes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 11 wird eine Beschreibung der Brennkraftmaschine und der Abgasrückführvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gegeben.
11 ist eine schematische Ansicht, die einen Abschnitt der Brennkraftmaschine gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie dies in 11 gezeigt ist, hat die Kraftmaschine 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel das Einlassgassystem 12, das aus einem geraden Anschluss 71 und einem drallartigen Anschluss 72 besteht. Das heißt, der Einlassgasdurchlass 32 ist in den geraden Anschluss 71 und in den drallartigen Anschluss 72 aufgeteilt. Ein Teil des Abgases in dem Einlassgasdurchlass 32 wird durch den geraden Anschluss 71, in welchem ein Teil des Abgases in gerader Weise zu dem Inneren der Brennkammer 27 zugeführt wird, zu dem Inneren der Brennkammer 27 zugeführt. Andererseits wird der übrige Teil des Einlassgases in dem Einlassgasdurchlass 32 durch den drallartigen Anschluss 72 zu der Brennkammer 27 zugeführt, in welchem das Einlassgas drallartig bewegt und zu dem Inneren der Brennkammer 27 zugeführt wird.
Der Verbindungsabschnitt 43-1 zwischen dem AGR-Durchlass 42 und dem Einlassgasdurchlass 32 ist in dem geraden Anschluss 71 installiert. Das durch den AGR-Durchlass 42 passierende AGR-Gas wird durch den geraden Anschluss 71 direkt in das Innere der Brennkammer 27 eingebracht. Die durch den geraden Anschluss 71 zugeführte frische Einlassluft hat einen geraden Gasstrom ohne Verwirbelung und strömt direkt in den mittleren Abschnitt der Brennkammer 27 entlang einer Achsrichtung der Brennkammer 27. Dies macht es möglich, während der späteren Hälfte des Einlasstakts die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in dem oberen Abschnitt der Brennkammer 27, der näher an dem Zylinderkopf 22 mit dem Injektor 28 und um die Mittelachse der Brennkammer 27 herum liegt, auszubilden. Als ein Ergebnis wird dadurch die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration an der oberen Seite der Brennkammer 27 erzeugt, die näher an dem Injektor 28 liegt, um den herum die Kraftstoffverbrennung ausgeführt wird. Dieser Aufbau und dieser Steuerungsprozess machen es möglich, die Verbrennungstemperatur des durch den Injektor 28 eingespritzten Kraftstoffs zu verringern, da die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration eine hohe Menge von AGR-Gas enthält, welches durch den AGR-Durchlass 42 und dem geraden Anschluss 71 zugeführt wurde. Ferner wird dadurch ermöglicht, die Erzeugung von NOx während der Kraftstoffverbrennung in der Brennkammer 27 zu verringern.
Viertes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 12 wird eine Beschreibung der Brennkraftmaschine und der Abgasrückführvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gegeben.
12 ist eine schematische Ansicht, die einen Abschnitt der Brennkraftmaschine gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei dem Aufbau der Kraftmaschine 10 gemäß dem in 12 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel ist ein Gasinjektor 73 an einen Endabschnitt des AGR-Durchlasses 42 montiert, der näher an dem Einlassgasdurchlass 32 liegt.
Bei dem Aufbau der Kraftmaschine 10 gemäß dem in 12 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel entspricht bzw. wirkt der Verbindungsabschnitt 43 als der Gasinjektor 73, durch den das durch den AGR-Durchlass 42 zugeführte AGR-Gas in den Einlassgasdurchlass 32 eingespritzt wird. Dieser Aufbau ermöglicht der ECU 16, den Gasinjektor 73 dazu anzuweisen, das AGR-Gas einzuspritzen oder mit dem Einspritzen des AGR-Gases in das Innere des Einlassgasdurchlasses 32 aufzuhören. Wenn die ECU 16 den Gasinjektor 73 dazu anweist, das AGR-Gas einzuspritzen, dann wird durch den AGR-Durchlass 42 strömendes AGR-Gas in das durch den Einlassgasdurchlass 32 strömende Einlassgas eingespritzt. Wenn andererseits die ECU 16 den Gasinjektor 73 dazu anweist, mit der Einspritzung des AGR-Gases aufzuhören, dann wird das durch den AGR-Durchlass 42 strömende AGR-Gas nicht zu dem in dem Einlassgasdurchlass 32 strömenden Einlassgas zugeführt. Das von dem Kraftmaschinenkörper 11 abgegebene AGR-Gas wird von dem Abgasdurchlass 34 durch den AGR-Durchlass 42 zu dem Inneren des Einlassgasdurchlasses 32 zugeführt, wobei das AGR-Gas einen höheren Druck als die in dem Einlassgasdurchlass 32 strömende frische Einlassluft hat. Dementsprechend ist es möglich, dass die ECU 16 die Menge eines solchen zu dem Einlassgaszuführdurchlass 32 zuzuführenden AGR-Gases unter Verwendung des Gasinjektors 73 an Stelle der Verwendung AGR-Ventils 15 einstellt. In diesem Fall weist die ECU 16 den Gasinjektor 73 dazu an, die Einspritzung des AGR-Gases in den Einlassgasdurchlass 32 zuzulassen und anzuhalten.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 13 werden die Brennkraftmaschine und die Abgasrückführvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
13 ist eine Ansicht, die einen schematischen Aufbau der Brennkraftmaschine gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie dies in 13 gezeigt ist, ist die AGR-Vorrichtung 14 mit einem Zwangseinführungsabschnitt 80 ausgestattet. Der Zwangseinführungsabschnitt 80 ist in der Lage, das von dem AGR-Durchlass 42 zugeführte AGR-Gas zu dem Einlassgasdurchlass 32 auszustoßen. Beispielsweise ist es möglich, als den Zwangszuführungsabschnitt 80 die Auswahl aus einem Vorverdichter und einem Turbolader zu verwenden. Der Turbolader wird durch das Abgas angetrieben, welches in dem Abgasdurchlass 34 strömt. Der Vorverdichter wird durch die Rotationskraft des Kraftmaschinenkörpers 11 angetrieben. Die Verwendung des Zwangseinbringungsabschnitts 80 macht es möglich, eine größere Menge des AGR-Gases für eine kurze Zeitspanne in den Einlassgasdurchlass 32 zuzuführen. Dies macht es möglich, die Gasschichtbildung in der Brennkammer 27 zu fördern, nämlich die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 einfach auszubilden.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 14 wird eine Beschreibung der Brennkraftmaschine und der Abgasrückführvorrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angegeben.
14 ist eine Ansicht, die einen schematischen Aufbau der Brennkraftmaschine gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie dies in 14 gezeigt ist, ist die Kraftmaschine 10 mit einem Inertgaszuführabschnitt 90 ausgestattet. Der Inertgaszuführabschnitt 90 hat einen Inertgastank 91, einen Inertgasdurchlass 92 und ein Inertgaszuführventil 93. Der Inertgastank 91 speichert Inertgas, etwa Stickstoffgas, Kohlendioxidgas und Argongas, die die Kraftstoffverbrennung nicht fördern. Das Inertgasdurchlasselement 92 bildet einen Inertgaszuführdurchlass 94, durch den in dem Inertgastank 91 gespeichertes Inertgas zu dem Einlassgasdurchlass 32 zugeführt wird. Der Inertgaszuführdurchlass 94 ist durch einen Verbindungsabschnitt 95 mit dem Einlassgasdurchlass 32 in Verbindung. Die ECU 16 weist einem Stellglied 44 das Zulassen und Anhalten der Zufuhr des Inertgases durch den Inertgaszuführdurchlass 94 an.
Die Kraftmaschine 10 gemäß dem in 14 gezeigten sechsten Ausführungsbeispiel führt das in dem Inertgastank 91 gespeicherte Inertgas zu der in dem Einlassgasdurchlass 32 strömenden frischen Einlassluft zu, anstelle das AGR-Gas zuzuführen, wie dies zuvor in dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Der Aufbau der Kraftmaschine 10 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel bietet die gleichen Wirkungen wie das erste bis fünfte Ausführungsbeispiel, nämlich das Fördern des Schichtungswachstums, also die Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und die Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 des Kraftmaschinenkörpers 11 zu erzeugen.
(Andere Modifikationen)
Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und Modifikationen beschränkt. Beispielsweise hat die Kraftmaschine 10 einen AGR-Durchlass 42-1, der in zwei Durchlässe unterteilt ist, an einem vorderen Abschnitt des AGR-Durchlasses 42-1 näher an dem Einlassgasdurchlass 32, einen Abzweigungsdurchlass 422 und einen abgezweigten AGR-Durchlass 423.
15 ist eine Ansicht, die einen schematischen Aufbau der Brennkraftmaschine gemäß einer Modifikation des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 15 gezeigt ist, hat der AGR-Durchlass 42-1 den Abzweigungsdurchlass 421 und den abgezweigten AGR-Durchlass 423, die an dem vorderen Abschnitt des AGR-Gaszuführdurchlass 42-1 ausgebildet sind, die sich nahe dem Einlassgasdurchlass 43 und dem Kraftmaschinenkörper 11 befinden.
Wie dies in 15 gezeigt ist, ist der Abzweigungsdurchlass 421 an dem vorderen Abschnitt des AGR-Durchlasses 42-1 ausgebildet. Ein Gasinjektor 422 ist an dem vorderen Endabschnitt des Verzweigungsdurchlasses 421 näher an dem Einlassgasdurchlass 32 installiert. Der Gasinjektor 422 spritzt einen Teil des durch den AGR-Durchlass 42-1 zugeführten AGR-Gases in das Innere des Einlassgasdurchlasses 32 näher an der Brennkammer 27 ein. Andererseits ist der abgezweigte AGR-Durchlass 423 mit der stromaufwärtigen Seite des Einlassgasdurchlasses 32 in Verbindung, die näher an dem (nicht gezeigten) Einlass liegt, wenn man dies mit der Stelle des Gasinjektors 422 vergleicht. Wenn eine Konzentration des AGR-Gases in dem zu dem Inneren der Brennkammer 27 zuzuführenden Einlassgases erhöht ist, macht es dieser in 15 gezeigte Aufbau möglich, AGR-Gas durch den abgezweigten AGR-Durchlass 423 des AGR-Durchlasses 42-1 zu dem Inneren des Einlassgasdurchlasses 32 zuzuführen, da sich der abgezweigte AGR-Durchlass 423 weiter stromaufwärts in dem Einlassgasdurchlass 32 befindet, wenn man dies mit dem Gasinjektor 422 vergleicht, der sich näher an der Brennkammer 27 befindet. Dies macht es möglich, die Konzentration des AGR-Gases in dem zu der Brennkammer 27 zuzuführenden Einlassgas auf geeignete Weise zu erhöhen.
Das erste bis fünfte Ausführungsbeispiel zeigen die Erzeugung eines Schichtungswachstums mit einer Struktur, die aus der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 besteht. Jedoch ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Es ist möglich, eine vielschichtige Struktur auszubilden, der aus nicht weniger als drei AGR-Schichten besteht, die zusätzlich zu Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration eine zusätzliche Schicht aufweisen. In diesem Fall weist die ECU 16 das AGR-Ventil 15 dazu an, sich mehrere Male von nicht mehr als drei Mal während des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers 11 zu öffnen und zu schließen. Dies macht es möglich, die gleichen Wirkungen beim Ausbilden eines stabilen Schichtungswachstums der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und der Schicht 62 mit niedriger AGR-Konzentration in der Brennkammer 27 zu erhalten.
Darüber hinaus zeigen das erste bis sechste Ausführungsbeispiel und die Modifikationen die Beispiele, die als die Brennkraftmaschine 10 die Dieselkraftmaschine verwenden. Jedoch ist das Konzept der vorliegenden Erfindung nicht durch diese Ausführungsbeispiele und Modifikationen beschränkt. Es ist möglich, das Konzept der vorliegenden Erfindung auf andere Arten von Kraftmaschinen anzuwenden, etwa auf Ottomotoren.
Während bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, ist es für den Fachmann ersichtlich, das verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Details im Lichte der Gesamtleere der Offenbarung entwickelt werden können. Dementsprechend ist es beabsichtigt, dass die offenbarten besonderen Anordnungen lediglich veranschaulichend sind und den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, die die volle Breite der folgenden Patentansprüche und deren Äquivalente abdecken soll.
Eine ECU 16 weist ein AGR-Ventil 15 dazu an, einen AGR-Durchlass 42 während des Einlasstakts einer Kraftmaschine zu öffnen/zu schließen. Dies erzeugt eine Schicht 61 hoher AGR-Konzentration und eine Schicht 62 niedriger AGR-Konzentration und führt diese bei unterschiedlichen Zeitgebungen zu einer Brennkammer 27 zu. Als ein Ergebnis wird dadurch ein Schichtungswachstum dieser Schichten 61 und 62 in der Brennkammer 27 gefördert. Eine Kontaktfläche zwischen den Schichten 61 und 62, die jeweils entlang der Achsrichtung der Brennkammer 27 gewachsen sind, wird im Wesentlichen gleich zu einer Querschnittsfläche, die senkrecht zu der Achsrichtung der Brennkammer 27 verläuft. Dies startet die Kraftstoffverbrennung zuerst an der Schicht 61 mit hoher AGR-Konzentration und verringert eine Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs. Dadurch wird die Verbrennungstemperatur des Kraftstoffs verringert und die Zeitgebung zum Starten der Zündung in der Brennkammer 27 verzögert und damit werden eine Menge von NOx und Partikelstoffen sowie die Geräuschbildung reduziert.

Claims

Brennkraftmaschine (10) mit: einem Kraftmaschinenkörper (11), der eine Brennkammer (27) hat; einem Einlassgassystem (12), das einen Einlassgasdurchlass (32) bildet, der mit der Brennkammer (27) in Verbindung ist und durch den Einlassgas strömt und in das Innere der Brennkammer (27) eingebracht wird; einem Abgassystem (14), das einen Abgasdurchlass (34) bildet, durch den ein von der Brennkammer (27) abgegebenes Abgas strömt; einem Inertgaszuführabschnitt, der mit dem Einlassgasdurchlass (32) in Verbindung ist und einen Inertgaszuführdurchlass (42) bildet, durch den Inertgas zu dem Einlassgasdurchlass (32) zugeführt wird; einem Inertgaszuführventil (15), das in dem Inertgaszuführdurchlass (42) montiert ist und in der Lage ist, den Inertgaszuführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um die Zufuhr des Inertgases zu dem Einlassgasdurchlass (32) zuzulassen und anzuhalten; und einer Steuereinrichtung (16) zum Anweisen des Inertgaszuführventils (15), den Inertgaszuführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um eine Zeitspanne zum Zuführen frischer Einlassluft in den Einlassgasdurchlass (32) und eine Zeitgebung einzustellen, bei der das durch den Inertgaszuführabschnitt zugeführte Inertgas in den Einlassgasdurchlass (32) eingebracht wird, sodass ein aus frischer Einlassluft und Inertgas bestehendes Gasgemisch erzeugt und zu dem Inneren des Einlassgasdurchlasses (32) zugeführt wird, wenn sich der Kraftmaschinenkörper (11) in einem Einlasstakt befindet, ferner mit einer Antriebszustandsermittlungseinrichtung (50) zum Ermitteln einer Information hinsichtlich des Antriebszustands des Kraftmaschinenkörpers (11), wobei die Steuereinrichtung (16) die von der Antriebszustandsermittlungseinrichtung übermittelte Information empfängt und die Zeitspanne zum Öffnen und Schließen des Einlassgaszuführdurchlasses (42) auf Grundlage der von der Antriebszustandsermittlungseinrichtung übermittelten Information einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (16) das Inertgasventil (15) dazu anweist, den Inertgaszuführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer frühen Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers (11) zu verringern, und um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer späteren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers (11) zu erhöhen, oder dass die Steuereinrichtung (16) das Inertgasventil (15) dazu anweist, den Inertgaszuführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer früheren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers (11) zu erhöhen, und um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer späteren Hälfte des Einlasstakts in dem Kraftmaschinenkörper (11) zu verringern.
Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (16) das Inertgasventil (15) dazu anweist, die Zeitspanne zum Zuführen des Inertgases zu dem Einlassgasdurchlass (32) in Richtung einer Zeitspanne in der späteren Hälfte des Einlasstakts zu verzögern.
Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 1, ferner mit einer Fehlzündungsentscheidungseinrichtung, die in der Lage ist, zu entscheiden, dass eine Fehlzündung bereits in der Brennkammer (27) des Kraftmaschinenkörpers (11) aufgetreten ist, wobei die Steuereinrichtung (16) das Inertgasventil (15) dazu anweist, den Inertgaszuführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch in dem Einlassgasdurchlass (32) während der früheren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers (11) zu erhöhen, und die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch in dem Einlassgasdurchlass (32) während der späteren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers (11) zu verringern, wenn die Fehlzündungsentscheidungseinrichtung entscheidet, dass eine Fehlzündung des Kraftstoffs in der Brennkammer (27) des Kraftmaschinenkörpers (11) aufgetreten ist.
Brennkraftmaschine (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Einlassgassystem (12) den Einlassgasdurchlass (32), einen geraden Anschluss (71) und einen drallartigen Anschluss (72) aufweist, ein Teil des Einlassgases durch den geraden Anschluss (71) geradförmig zu dem Inneren der Brennkammer (27) zugeführt wird, ein restlicher Teil des Einlassgases durch den drallartigen Anschluss (72) drallförmig zu dem Inneren der Brennkammer (27) zugeführt wird, und der Inertgaszuführdurchlass (42) mit dem geraden Anschluss (71) in Verbindung ist.
Brennkraftmaschine (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einem Abgasrückführabschnitt (42), durch welchen von der Brennkammer (27) und durch den Abgasdurchlass (34) strömendes Abgas zu dem Einlassgasdurchlass (32) zurückgeführt wird, wobei der Inertgaszuführabschnitt als das Inertgas ein Abgas, das in dem Abgasdurchlass (34) strömt, zu dem Einlassgasdurchlass (32) zuführt.
Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 5, wobei der Inertgaszuführdurchlass (42) mit einem Zwangseinbringungsabschnitt (80) ausgestattet ist, der in der Lage ist, Abgas auszustoßen, das bei der Rückführung von dem Abgasdurchlass (34) zu dem Einlassgasdurchlass (32) zugeführt wird.
Abgasrückführvorrichtung mit: einem Durchlassbildungselement, das dazu konfiguriert ist, einen Abgasrückführdurchlass (42) zu bilden, der einen Abgasdurchlass (34) mit einem Einlassgasdurchlass (32) verbindet, wobei Einlassgas in dem Einlassgasdurchlass (32) strömt und Abgas, das von einer Brennkammer (27) einer Brennkraftmaschine (10) abgegeben wird, in dem Abgasdurchlass (34) strömt; einem Abgasrückführventil (15), das dazu konfiguriert ist, den Abgasrückführdurchlass (42) zu schließen und zu öffnen, um den Strom des von dem Abgasdurchlass (34) zu dem Einlassgasdurchlass (32) rückgeführten Abgases zu ermöglichen oder zu verhindern; und einer Steuereinrichtung (16) zum Anweisen des Abgasrückführventils (15), den Abgasrückführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um eine Zeitspanne einzustellen, in der frische Einlassluft und Abgas in den Einlassgasdurchlass (32) eingebracht werden, wobei die frische Einlassluft in dem Einlassgasdurchlass (32) strömt, und das Abgas von dem Abgasdurchlass (34) zu dem Abgasrückführdurchlass (42) zurückgeführt wird, und die Steuereinrichtung (16) das Ausbilden eines Gasgemischs aus frischer Einlassluft und Abgas steuert, damit das Gasgemisch in die Brennkammer (27) eingebracht werden kann, wenn sich der Kraftmaschinenkörper (11) in einem Einlasstakt befindet, ferner mit einer Antriebszustandsermittlungseinrichtung (50) zum Ermitteln einer Information hinsichtlich des Antriebszustands des Kraftmaschinenkörpers (11), wobei die Steuereinrichtung (16) die von der Antriebszustandsermittlungseinrichtung übermittelte Information empfängt und die Zeitspanne zum Öffnen und Schließen des Einlassgaszuführdurchlasses (42) auf Grundlage der von der Antriebszustandsermittlungseinrichtung übermittelten Information einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (16) das Inertgasventil (15) dazu anweist, den Inertgaszuführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer frühen Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers (11) zu verringern, und um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer späteren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers (11) zu erhöhen, oder dass die Steuereinrichtung (16) das Inertgasventil (15) dazu anweist, den Inertgaszuführdurchlass (42) zu öffnen und zu schließen, um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer früheren Hälfte des Einlasstakts des Kraftmaschinenkörpers (11) zu erhöhen, und um die Konzentration des Inertgases in dem Gasgemisch während einer späteren Hälfte des Einlasstakts in dem Kraftmaschinenkörper (11) zu verringern.