DE102013001112A1

DE102013001112A1 - Steuervorrichtung eines Dieselmotors mit Turbolader, Dieselmotor, Verfahrenzum Steuern eines Dieselmotors und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102013001112A1
Application number: DE102013001112A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Morinaga; Issei Oiso; Shingo Harada; Motonori Yoshida
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: JP5978662B2; DE102013001112B4; US9546629B2; CN103306840A; US20130233281A1; CN103306840B; JP2013185540A

Abstract

Eine Regel- bzw. Steuervorrichtung eines Dieselmotors wird zur Verfügung gestellt. Der Dieselmotor beinhaltet eine Einspritzeinrichtung für ein Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder, und einen Turbolader für ein Verdichten von Einlass- bzw. Aufnahmeluft durch ein Verwenden von Abgasenergie. Die Regel- bzw. Steuervorrichtung beinhaltet ein Berechnungsmodul für ein Einstellen eines Basiseinspritzzeitpunkts, welcher gemäß einem Betriebszustand des Motors bestimmt wird, als einen Zeitpunkt einer Einspritzung des Kraftstoffs von der Einspritzeinrichtung, und ein Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul für ein Einspritzen des Kraftstoffs von der Einspritzeinrichtung bei dem festgelegten Basiseinspritzzeitpunkt, zumindest während sich der Motor in einem gleichmäßigen Betrieb befindet.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Regel- bzw. Steuervorrichtung für ein Regeln bzw. Steuern eines Dieselmotors und auf einen Dieselmotor, welcher Einspritzeinrichtungen für ein Einspritzen von Kraftstoff in Zylinder und einen Turbolader für ein Verdichten von Einlass- bzw. Aufnahmeluft durch ein Verwenden von Abgas- bzw. Auslassenergie beinhaltet. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren eines Regelns bzw. Steuerns eines Dieselmotors und auf ein Computerprogrammprodukt.
Allgemein zeichnen sich Dieselmotoren, in welchen Kraftstoff in Zylinder eingespritzt wird, welcher in der Temperatur und im Druck erhöht ist, indem er für eine Selbstentzündung komprimiert bzw. verdichtet wird, in einer thermischen Effizienz verglichen mit Funkenzündungsmotoren (z. B. Benzinmotoren) aus und weisen eine geringere Austragsmenge an CO₂ auf. Daher wurden in jüngster Zeit derartige Dieselmotoren weit verbreitet nicht nur als Motoren für große Fahrzeuge (z. B. Lastkraftwagen), sondern auch für Personenkraftwagen bekannt bzw. vertraut.
Als Regel- bzw. Steuervorrichtungen von derartigen Dieselmotoren offenbart beispielsweise JP1998-274088A eine Regel- bzw. Steuervorrichtung, welche bekannt war. Wie dies in JP1988-274088A geoffenbart ist, werden eine Einspritzmenge und ein Einspritzungszeitpunkt an Kraftstoff, welcher in einen Zylinder einzuspritzen ist, basierend auf einer Motorlast und einer Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl bestimmt, und die Kraftstoffeinspritzmenge wird erhöht, wenn die Motordrehzahl und die Motorlast höher werden.
Wie dies oben beschrieben ist, gibt es, obwohl die Kraftstoffeinspritzmenge und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß der Motorlast und Drehzahl bestimmt werden, wenn die Motorlast beispielsweise durch eine raue bzw. abrupte Gaspedalbetätigung rasch geändert wird, eine Möglichkeit, dass ein maximaler Zylinderinnendruck, welcher durch eine Menge an verdichteter Luft oder eine Menge einer Verbrennungswärme im Inneren des Zylinders bestimmt wird, vorübergehend übermäßig hoch wird. Insbesondere kann, da der Dieselmotor in JP1998-274088A mit einem Turbolader versehen ist, welcher eine Turbine, welche durch eine Abgasenergie angetrieben wird, und einen Kompressor bzw. Verdichter für ein Komprimieren von Einlassluft beinhaltet, eine Turbolademenge übermäßig groß aufgrund einer Antwort- bzw. Ansprechverzögerung des Turboladers sein, und ein derartiges Phänomen, wie es oben beschrieben ist (der übermäßige Anstieg des maximalen Zylinderinnendrucks) tritt leicht auf.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Situationen gemacht und stellt eine Regel- bzw. Steuervorrichtung eines Dieselmotors mit einem Turbolader zur Verfügung, welche wirksam einen übermäßigen Anstieg eines maximalen Zylinderinnendrucks verhindern, welcher aufgrund einer Ansprechverzögerung des Turboladers bewirkt wird, und eine Zuverlässigkeit des Motors erhöhen kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Regel- bzw. Steuervorrichtung eines Dieselmotors zur Verfügung gestellt. Der Dieselmotor beinhaltet eine Einspritzeinrichtung für ein Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder, und einen Turbolader für ein Komprimieren bzw. Verdichten von Aufnahme- bzw. Einlassluft durch ein Verwenden von Abgasenergie. Die Regel- bzw. Steuervorrichtung beinhaltet ein Berechnungsmodul für ein Einstellen bzw. Festlegen eines Zeitpunkts einer Basiseinspritzung bzw. eines Basiseinspritzzeitpunkts, welcher gemäß einem Betriebszustand des Motors bestimmt wird, als einen Zeitpunkt eines Einspritzens des Kraftstoffs von der Einspritzeinrichtung, und ein Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul für ein Einspritzen des Kraftstoffs von der Einspritzeinrichtung an dem festgelegten Basiseinspritzzeitpunkt, zumindest während sich der Motor in einem gleichmäßigen Betrieb befindet. Unter einer Bedingung bzw. einem Zustand, in welcher(m) eine Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl festgelegt oder konstant ist, wird der Basiseinspritzzeitpunkt, wenn eine Motorlast niedrig ist, eingestellt bzw. festgelegt, um weiter vorgerückt bzw. vorgestellt zu sein, als wenn die Motorlast hoch ist. Das Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul führt eine Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung eines Einspritzens des Kraftstoffs zu einem Zeitpunkt einer sicheren Einspritzung, welcher eingestellt bzw. festgelegt ist, um weiter verzögert als der Basiseinspritzzeitpunkt zu sein, nur für eine Zeitperiode durch, wenn die Motorlast von der hohen Motorlast zu der niedrigen Motorlast verschoben oder geändert wird.
Gemäß diesem Aspekt wird, wenn von der hohen Motorlast zu der niedrigen Motorlast verschoben bzw. umgeschaltet wird, die Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung eines vorübergehenden Verzögerns des Zeitpunkts der Einspritzung von der Einspritzeinrichtung durchgeführt. Somit wird, selbst wenn eine Antwort- bzw. Ansprechverzögerung auftritt, in welcher sich eine Reduktion der Turbolademenge in Bezug auf eine Reduktion der Motorlast verzögert, ein übermäßiger Anstieg eines maximalen Zylinderinnendrucks (eines maximalen Zylinderinnendrucks) des Motors verhindert. Daher kann, selbst wenn ein Turbolader mit einer hohen Turboladeleistung verwendet wird, der Motor sicher davor geschützt werden, an seinen Komponenten, wie beispielsweise dem Kolben und dem Zylinderkopf beschädigt zu werden, und die Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit des Motors kann erhöht werden.
Das Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul kann die Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung durchführen, wenn die Motordrehzahl über einer Bezugsdrehzahl ist bzw. liegt, welche höher als eine Leerlaufdrehzahl ist, und die Motorlast von der hohen Motorlast zu der niedrigen Motorlast verschoben wird.
Gemäß dieser Konfiguration kann innerhalb des Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereichs, wo der Turbolader im Wesentlichen betrieben wird (dem Drehzahlbereich mit Ausnahme wenigstens eines Bereichs einer sehr niedrigen Drehzahl), der übermäßige Anstieg des maximalen Zylinderinnendrucks aufgrund der Ansprechverzögerung des Turboladers, wie oben beschrieben, in geeigneter Weise durch die Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung vermieden werden.
Der Turbolader kann einen kleinen Turbolader und einen großen Turbolader beinhalten, welcher größer als der kleine Turbolader ist. Der große Turbolader kann zumindest betrieben bzw. betätigt werden, wenn die Motordrehzahl über der Referenz- bzw. Bezugsdrehzahl ist bzw. liegt.
Gemäß dieser Konfiguration kann zumindest innerhalb des Bereichs, wo der große Turbolader betrieben wird, von der Regelung bzw. Steuerung der Sicherheitseinspritzung erwartet werden, dass sie durchgeführt wird. Somit kann, selbst wenn ein großer Turbolader mit einer großen Masse, in welchem eine Ansprechverzögerung leicht auftritt, an dem Motor vorgesehen ist, der Motor sicher geschützt werden, indem ein übermäßiger Anstieg des maximalen Zylinderinnendrucks verhindert wird.
Der Zeitpunkt einer sicheren Einspritzung kann durch das Berechnungsmodul unter Berücksichtigung eines maximalen Zylinderinnendrucks bestimmt werden, welcher ein maximaler Zylinderinnendruck des Motors ist. Basierend auf verschiedenen Parametern, beinhaltend wenigstens einen Einlassluftdruck des Motors und eine Einspritzmenge des Kraftstoffs, kann das Berechnungsmodul als den Zeitpunkt einer sicheren Einspritzung einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt berechnen, bei welchem der maximale Zylinderinnendruck mit einem vorbestimmten erlaubbaren Wert übereinstimmt bzw. diesem entspricht.
Gemäß dieser Konfiguration wird in der Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung der Kraftstoff zu einem Grenzzeitpunkt eingespritzt, bei welchem der maximale Zylinderinnendruck nicht den erlaubbaren Wert übersteigt. Somit kann ein Leistungsabfall des Motors, welcher dadurch bewirkt wird, dass der Einspritzzeitpunkt mehr als notwendig verzögert wird, wirksam verhindert werden.
Ein geometrisches Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis des Motors kann unter etwa 16:1 eingestellt bzw. festgelegt werden.
In dem Dieselmotor, dessen geometrisches Verdichtungsverhältnis unter 16:1 ist bzw. liegt, kann der maximale Zylinderinnendruck niedriger als bei konventionellen Dieselmotoren unterdrückt bzw. verringert werden (allgemein ist das Verdichtungsverhältnis 18:1 oder höher). Darüber hinaus kann in der Erfindung, da der übermäßige Anstieg des maximalen Zylinderinnendrucks durch die Regelung bzw. Steuerung einer sicheren Einspritzung unterdrückt bzw. verhindert wird, die für den Motor erforderliche Festigkeit im Vergleich zu den konventionellen Motoren verringert werden, und die Gewichts- und Kostenreduktion des Motors kann erzielt werden.
Unter Berücksichtigung eines Verbesserns einer Zündbarkeit bzw. Zündempfindlichkeit eines derartigen Motors mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis kann das Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul eine Haupteinspritzung, welche eine Hauptverbrennung bewirkt, welche nahe einem oberen Totpunkt einer Verdichtung gestartet wird, und eine Vor- bzw. Piloteinspritzung durchführen, welche eine einleitende bzw. vorbereitende Verbrennung vor der Hauptverbrennung bewirkt. Hier kann, da der Anstieg des maximalen Zylinderinnendrucks am meisten durch die Haupteinspritzung beeinflusst wird, der Zeitpunkt einer sicheren Einspritzung bzw. sichere Einspritzzeitpunkt, welcher in der Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung eingestellt bzw. festgelegt wird, wenigstens einen Zeitpunkt der Haupteinspritzung beinhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Dieselmotor zur Verfügung gestellt, welcher wenigstens einen Turbolader und eine Einspritzeinrichtung für ein Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder aufweist, wobei:
ein Basiseinspritzzeitpunkt der Einspritzeinrichtung weiter verzögert ist bzw. wird, wenn eine Motorlast ansteigt; und
ein Zeitpunkt einer sicheren Einspritzung, welcher weiter verzögert ist als der Basiseinspritzzeitpunkt, nur in einer Übergangsperiode durchgeführt wird, wenn die Motorlast von einer hohen Motorlast zu einer niedrigen Motorlast geändert wird.
Vorzugsweise ist das geometrische Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis des Motors auf etwa 12:1 oder höher, und unter etwa 16:1 eingestellt bzw. festgelegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Dieselmotors zur Verfügung gestellt, wobei der Dieselmotor eine Einspritzeinrichtung für ein Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder und einen Turbolader beinhaltet, während sich der Motor in einem gleichmäßigen Betrieb befindet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Einstellen bei einer konstanten Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl eines Basiseinspritzzeitpunkts, wenn eine Motorlast niedrig ist, um weiter vorgerückt zu sein, als wenn eine Motorlast hoch ist; und
Durchführen einer Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung eines Einspritzens des Kraftstoffs zu einem Zeitpunkt einer sicheren Einspritzung, welcher eingestellt wird, um weiter verzögert zu sein als der Basiseinspritzzeitpunkt, nur für eine Zeitperiode, für welche die Motorlast von der hohen Motorlast zu der niedrigen Motorlast verschoben bzw. umgeschaltet wird.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren darüber hinaus den Schritt:
Einstellen des Zeitpunkts einer sicheren Einspritzung als ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt, bei welchem ein maximaler Zylinderinnendruck im Wesentlichen mit einem vorbestimmten Wert übereinstimmt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt zur Verfügung gestellt, umfassend auf einem Computer implementierte Instruktionen, welche, wenn auf ein geeignetes System geladen und auf diesem ausgeführt, die Schritte des oben erwähnten Verfahrens durchführen können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, welches eine Gesamtkonfiguration eines Dieselmotors mit einem Turbolader zeigt, welcher mit einer Regel- bzw. Steuervorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung versehen ist.
2 ist ein Blockdiagramm, welches ein Regel- bzw. Steuersystem des Motors zeigt.
3 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Regel- bzw. Steuerkarte zeigt, welche in einer Regelung bzw. Steuerung des Turboladers verwendet wird.
4 ist ein Flussdiagramm, welches einen spezifischen Inhalt einer Regelung bzw. Steuerung eines Einspritzens von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer des Motors zeigt (Kraftstoffeinspritzungsregelung bzw. -steuerung).
5 ist eine schematische Ansicht, welche ein Beispiel eines Kraftstoffeinspritzungsmusters zeigt.
6 ist ein Diagramm, welches ein Verfahren eines Einstellens bzw. Festlegens einer Kraftstoffeinspritzmenge gemäß einer Motorlast zeigt.
7A ist ein Diagramm, welches eine Änderung eines Zylinderinnendrucks vor und nach einem oberen Totpunkt einer Verdichtung zeigt, und 7B ist ein Diagramm, welches eine Änderung einer Wärmefreisetzungsrate vor und nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung zeigt.
8 ist ein Zeitdiagramm, welches ein Resultat eines Experiments zeigt, welches durchgeführt wird, um einen Betrieb der vorliegenden Erfindung zu verifizieren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
(1) Gesamtkonfiguration eines Motors
1 ist ein Diagramm, welches eine Gesamtkonfiguration eines Dieselmotors mit einem Turbolader zeigt, welcher mit einer Regel- bzw. Steuervorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung versehen ist. Der Dieselmotor, welcher in 1 gezeigt ist, ist ein Viertakt-Dieselmotor, welcher in einem Fahrzeug als seine Leistungsquelle für ein Fahren installiert ist. Ein Motorkörper 1 des Motors ist ein Reihen-Mehrfachzylinder-Typ, und beinhaltet einen Zylinderblock 11, welcher eine Mehrzahl von Zylindern 11a (nur ein Zylinder ist in 1 illustriert), einen Zylinderkopf 12, welcher auf dem Zylinderblock 11 angeordnet ist, und eine Ölwanne 13 aufweist, welche unter dem Zylinderblock 11 angeordnet ist und ein Schmiermittel speichert.
Im Inneren der Zylinder 11a des Motorkörpers 1 sind Kolben 14 hin- und herbewegbar eingesetzt, und Hohlräume, welche rückspringende Verbrennungskammern 14a unterteilen, sind jeweils in oberen Flächen der Kolben 14 ausgebildet.
Jeder der Kolben 14 ist mit einer Kurbelwelle 15 über eine Verbindungsstange 14b gekoppelt, und die Kurbelwelle 15 rotiert um ihre zentrale Achse gemäß einer hin- und hergehenden Bewegung der Kolben 14.
In dem Zylinderkopf 12 sind eine Einlassöffnung 16 und eine Auslassöffnung 17, welche in die Verbrennungskammer 14a münden, ausgebildet und ein Einlassventil 21 für ein Öffnen und Schließen der Einlassöffnung bzw. des Einlassports 16 und ein Auslassventil 22 für ein Öffnen und Schließen der Auslassöffnung bzw. des Auslassports 17 sind für jeden der Zylinder 11a angeordnet.
Im Inneren des Zylinderkopfs 12 sind Einspritzeinrichtungen 18 für ein Einspritzen von Kraftstoff, von welchem eine Hauptkomponente Dieselkraftstoff ist, jeweils eine für jeden Zylinder 11a vorgesehen. Jede Einspritzeinrichtung 18 ist derart angeordnet, dass ein Loch (Kraftstoffeinspritzöffnung bzw. -port), welches in ihrer Spitze ausgebildet ist, zu dem Hohlraum in der oberen Fläche des Kolbens 14 freigelegt ist, und die Einspritzeinrichtung 18 spritzt den Kraftstoff in die Verbrennungskammer 14a zu einem geeigneten Zeitpunkt zwischen vor und nach einem oberen Totpunkt einer Verdichtung (wenn ein Verdichtungshub endet) ein.
Hier ist ein geometrisches Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis (ein Verhältnis eines Volumens der Verbrennungskammer, wenn sich der Kolben 14 an einem unteren Totpunkt (BDC) befindet, mit dem Volumen der Verbrennungskammer, wenn sich der Kolben 14 an einem oberen Totpunkt (TDC) befindet) des Motorkörpers 1 dieser Ausführungsform auf etwa 14:1 eingestellt bzw. festgelegt. Mit anderen Worten ist in dieser Ausführungsform das geometrische Verdichtungsverhältnis so signifikant niedrig wie etwa 14:1 eingestellt, während geometrische Verdichtungsverhältnisse von allgemeinen Dieselmotoren in Fahrzeugen auf etwa 18:1 oder höher in vielen Fällen eingestellt sind.
Ein Einlassdurchtritt 30 ist mit einer Seitenfläche des Motorkörpers 1 verbunden, um mit den Einlassöffnungen 16 der Zylinder 11a zu kommunizieren bzw. in Verbindung zu stehen, und ein Auslassdurchtritt 40 ist mit der anderen Seitenfläche des Motorkörpers 1 verbunden, um mit den Auslassöffnungen bzw. -ports 17 der Zylinder 11a zu kommunizieren. Somit wird die Einlass- bzw. Aufnahmeluft von außen in die Verbrennungskammern 14a durch den Einlassdurchtritt 30 und die Einlassöffnungen 16 eingebracht, und Abgas (verbranntes Gas), welches innerhalb der Verbrennungskammern 14a erzeugt bzw. generiert wird, wird nach außen durch die Auslassöffnungen 17 und den Auslassdurchtritt 40 ausgetragen bzw. ausgebracht.
Ein großer Turbolader 61 und ein kleiner Turbolader 62 sind zwischen dem Einlassdurchtritt 30 und dem Auslassdurchtritt 40 angeordnet.
Der große Turbolader 61 weist einen Kompressor bzw. Verdichter 61a, welcher in dem Einlassdurchtritt 30 angeordnet ist, und eine Turbine 61b auf, welche koaxial mit dem Kompressor 61a gekoppelt und innerhalb des Auslassdurchtritts 40 angeordnet ist.
In ähnlicher Weise weist der kleine Turbolader 62 einen Verdichter 62a, welcher in dem Einlassdurchtritt 30 angeordnet ist, und eine Turbine 62b auf, welche koaxial mit dem Verdichter 62a gekoppelt und innerhalb des Auslassdurchtritts 40 angeordnet ist.
Der große und der kleine Turbolader 61 und 62 werden durch die Abgasenergie angetrieben und komprimieren bzw. verdichten die Einlassluft. Spezifisch rotieren, während der Motor in Betrieb ist, wenn das Abgas bei einer hohen Temperatur durch den Auslassdurchtritt 40 bei hoher Geschwindigkeit hindurchtritt, die Turbinen 61b und 62b des großen und kleinen Turboladers 61 und 62, welche durch ein Aufnehmen der Energie des Abgases rotieren, ebenso wie die damit gekoppelten Verdichter 61a und 62a gleichzeitig. Auf diese Weise wird die Luft, welche durch den Einlassdurchtritt 30 hindurchtritt (Einlassluft), komprimiert, um einen hohen Druck aufzuweisen, und zu den jeweiligen Zylindern 11a des Motorkörpers 1 zugeführt.
Der Verdichter 61a und die Turbine 61b des großen Turboladers 61 sind größer in einer Größe als der Verdichter 62a und die Turbine 62b des kleinen Turboladers 62 ausgebildet. Insbesondere ist, da die Turbine, welche in dem Auslassdurchtritt 40 vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt ist, beispielsweise aus einer hitze- bzw. wärmebeständigen Legierung hergestellt ist, eine Masse (Trägheit) der Turbine 61a des großen Turboladers 61 größer als der Turbine 62b des kleinen Turboladers 62.
Der Verdichter 61a des großen Turboladers 61 ist in dem Einlassdurchtritt 30 stromaufwärts von dem Verdichter 62a des kleinen Turboladers 62 angeordnet, und die Turbine 61b des großen Turboladers 61 ist in dem Auslassdurchtritt 40 stromabwärts von der Turbine 62b des kleinen Turboladers 62 angeordnet.
Ein Einlass-Bypassdurchtritt 63 für ein Umgehen des Verdichters 62a des kleinen Turboladers 62 ist mit dem Einlassdurchtritt 30 verbunden, und ein Einlass-Bypassventil 63a, um geöffnet und geschlossen zu werden, ist mit dem Einlass-Bypassdurchtritt 63 verbunden.
Ein erster Auslass-Bypassdurchtritt 64 für ein Umgehen der Turbine 62b des kleinen Turboladers 62 und ein zweiter Auslass-Bypassdurchtritt 65 für ein Umgehen der Turbine 61b des großen Turboladers 61 sind mit dem Auslassdurchtritt 40 verbunden. Ein Regulierventil 64a und ein Ladedruckregelventil 65a, um geöffnet und geschlossen zu werden, sind in dem ersten Auslass-Bypassdurchtritt 64 bzw. dem Auslass-Bypassdurchtritt 65 angeordnet.
Eine Luftreinigungseinrichtung 31 für ein Filtern der Einlassluft ist in einem stromaufwärtigen Endteil des Einlassdurchtritts 30 vorgesehen, und ein Druckausgleichsbehälter 33 ist nahe einem stromabwärtigen Ende des Einlassdurchtritts 30 (nahe dem Motorkörper 1) vorgesehen. Ein Teil des Einlassdurchtritts 30 stromabwärts von dem Druckausgleichsbehälter 33 ist verzweigt, um unabhängige Durchtritte zu sein, welche sich zu den jeweiligen Zylindern 11a erstrecken, und stromabwärtige Enden der unabhängigen Durchtritte sind mit den jeweiligen Einlassöffnungen 16 der Zylinder 11a verbunden.
Der Verdichter 61a des großen Turboladers 61, der Verdichter 62a des kleinen Turboladers 62, ein Zwischenkühler 35 für ein Kühlen von Luft, welche durch die Verdichter 61a und 62a verdichtet wird, und ein Drosselventil 36, um geöffnet und geschlossen zu werden, um eine Querschnittsfläche des Einlassdurchtritts 30 einzustellen, sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in dem Einlassdurchtritt 30 zwischen der Luftreinigungseinrichtung 31 und dem Druckausgleichsbehälter 33 vorgesehen. Es ist festzuhalten, dass das Drosselventil 36 im Wesentlichen vollständig geöffnet oder bei einer großen Öffnung nahezu vollständig geöffnet gehalten wird, während der Motor in Betrieb ist, und im Wesentlichen nur geschlossen ist bzw. wird, wenn dies beispielsweise erforderlich ist, wenn der Motor angehalten wird.
Ein Teil des Auslassdurchtritts 40 an der stromaufwärtigen Seite benachbart zu dem Motorkörper 1 ist mit einem Auslassverteiler bzw. Abgassammler ausgebildet, welcher unabhängige Durchtritte, welche verzweigt sind, um mit den Auslassöffnungen 17 der jeweiligen Zylinder 11a zu kommunizieren, und ein sich vereinigendes Teil beinhaltet, wo sich die unabhängigen Durchtritte miteinander vereinen.
In einem Teil des Auslassdurchtritts 40 stromabwärts von dem Auslassverteiler sind die Turbine 62b des kleinen Turboladers 62, die Turbine 61b des großen Turboladers 61, eine Abgasemissions-Regel- bzw. -Steuervorrichtung 41 für ein Reinigen des Abgases, welches gefährliche Komponenten enthält, und ein Schalldämpfer 42 für ein Reduzieren von Abgasgeräuschen in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite angeordnet.
Die Abgasemissions-Regel- bzw. -Steuervorrichtung 41 beinhaltet einen Oxidationskatalysator 41a, welcher eine Funktion eines Oxidierens von CO und HC aufweist, welche in dem Abgas enthalten sind, und ein DPF 41b, welches eine Funktion eines Sammelns von PM (Ruß) aufweist, welches(r) in dem Abgas enthalten ist.
Ein EGR Durchtritt 51 für ein Rezirkulieren bzw. Rückführen eines Teils des Abgases zu dem Einlassdurchtritt 30 ist zwischen dem Einlass- und Auslassdurchtritt 30 und 40 vorgesehen. Spezifisch sind der Einlassdurchtritt 30 zwischen dem Druckausgleichsbehälter 33 und dem Drosselventil 36 und der Auslassdurchtritt 40 zwischen dem Abgasverteiler und der Turbine 62b des kleinen Turboladers 62 miteinander über den EGR Durchtritt 51 verbunden. Darüber hinaus ist der EGR Durchtritt 51 mit einem EGR Ventil 51a, um geöffnet und geschlossen zu werden, um eine Rezirkulationsmenge des Abgases zu dem Einlassdurchtritt 30 einzustellen, und einem EGR Kühler 52 für ein Kühlen des Abgases durch ein Kühlmittel des Motors versehen.
(2) Regel- bzw. Steuersystem
Der Motor, welcher konfiguriert ist, wie dies oben beschrieben ist, wird durch ein Antriebsstrang-Regel- bzw. -Steuermodul 10 geregelt bzw. gesteuert (kann nachfolgend als das PCM bezeichnet werden). Das PCM 10 ist bzw. wird durch eine CPU, einen Speicher, eine Zähler-Zeitgebergruppe, ein Interface und einen Mikroprozessor mit Pfaden für ein Verbinden dieser Einheiten konfiguriert.
Das PCM 10 wird mit verschiedenen Signalen von verschiedenen Sensoren versorgt, welche in 2 gezeigt sind. Spezifisch ist einer des Motors und des Fahrzeugs versehen mit einem Wassertemperatursensor SW1 für ein Detektieren einer Temperatur eines Kühlmittels des Motorkörpers 1 (Motorwassertemperatur), einem Luftstromsensor SW2 für ein Detektieren einer Fluss- bzw. Strömungsrate der Einlassluft, welche durch den Einlassdurchtritt 30 hindurchtritt (Einlassluftmenge), einem Einlassluftdrucksensor SW3 für ein Detektieren eines Drucks der Einlassluft im Inneren des Druckausgleichsbehälters 33 (Einlassluftdruck), einem Einlasslufttemperatursensor SW4 für ein Detektieren einer Temperatur der Einlassluft (Einlasslufttemperatur), einem Motordrehzahlsensor SW5 für ein Detektieren einer Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 15 des Motorkörpers 1 (Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl), einem Beschleunigungseinrichtungspositionssensor SW6 für ein Detektieren einer Beschleunigungseinrichtungsöffnung entsprechend einem Winkel eines Beschleunigungspedals (nicht illustriert) des Fahrzeugs. Die Sensoren SW1 bis SW6 sind elektrisch mit dem PCM 10 verbunden. Das PCM 10 erhält verschiedene Information, wie beispielsweise die Motorwassertemperatur, die Einlassluftströmungsrate, den Einlassluftdruck, die Einlasslufttemperatur, die Motordrehzahl und die Beschleunigungseinrichtungsöffnung, basierend auf den eingegebenen bzw. Eingangssignalen von den Sensoren SW1 bis SW6.
Das PCM 10 regelt bzw. steuert jeweilige Komponenten des Motors, während verschiedene Berechnungen basierend auf den eingegebenen Signalen von den Sensoren SW1 bis SW6 durchgeführt werden. Spezifisch ist das PCM 10 elektrisch mit den Einspritzeinrichtungen 18, dem Drosselventil 36, dem EGR Ventil 51a, dem Einlass-Bypassventil 63a, dem Regulierventil 64a und dem Ladedruckregelventil 65a verbunden, und gibt Antriebs-Regel- bzw. -Steuersignale an diese Komponenten basierend beispielsweise auf den Resultaten der Berechnungen aus.
Eine spezifische Funktion des PCM 10 wird beschrieben. Wie dies in 2 gezeigt ist, beinhaltet das PCM 10 funktionell ein Berechnungsmodul 10a, ein Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul 10b, ein EGR Regel- bzw. Steuermodul 10c und ein Turbolade-Regel- bzw. -Steuermodul 10d.
Das Berechnungsmodul 10a führt die verschiedenen Berechnungen basierend auf den Detektionssignalen von den Sensoren SW1 bis SW6 durch und bestimmt Zustände des Motors und des Fahrzeugs.
Das Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul 10b regelt bzw. steuert die Einspritzeinrichtungen 18 derart, dass der Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder 11a entsprechend einer Einspritzmenge und einem Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, welche durch die Berechnungen durch das Berechnungsmodul 10a bestimmt werden. Es ist festzuhalten, dass ein spezifischer Inhalt einer Regelung bzw. Steuerung eines Einspritzens des Kraftstoffs von den Einspritzeinrichtungen 18 in dem später beschriebenen Abschnitt ”(3) Kraftstoffeinspritzungs-Regelung bzw. -Steuerung” beschrieben wird.
Das EGR Regel- bzw. Steuermodul 10c stellt die Menge des Abgases, welches zurück zu dem Einlassdurchtritt 30 von dem Auslassdurchtritt 40 (EGR Menge) zu rezirkulieren ist, durch ein Regeln bzw. Steuern einer Öffnung des EGR Ventils 51a ein.
Das Turbolade-Regel- bzw. -Steuermodul 10d regelt bzw. steuert die Vorgänge bzw. Betriebe des großen und kleinen Turboladers 61 und 62 durch ein Regeln bzw. Steuern von Öffnungen des Einlass-Bypassventils 63a, des Regulierventils 64a und des Ladedruckregelventils 65a.
Das Um- bzw. Einschalten eines Betriebs (ein und aus) der Turbolader 61 und 62 wird basierend auf einer Regel- bzw. Steuerkarte durchgeführt, welche in 3 gezeigt ist. In 3 ist ein erster Bereich A, welcher an einer Seite einer relativ niedrigen Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl angeordnet ist, als ein Betriebs- bzw. Betätigungsbereich eingestellt bzw. festgelegt, wo sowohl der große als auch der kleine Turbolader 61 und 62 arbeiten. Andererseits ist ein zweiter Bereich B, welcher an einer Seite einer relativ höheren Motordrehzahl als der erste Bereich A angeordnet ist, als ein Betriebsbereich eingestellt, wo nur der große Turbolader 61 arbeitet. Das Berechnungsmodul 10a bestimmt zwischen dem ersten und zweiten Bereich A und B den Betriebsbereich, wo der Motor betrieben bzw. betätigt wird, und basierend auf dem Resultat regelt bzw. steuert das Turbolade-Regel- bzw. -Steuermodul 10d die Ventile 63a, 64a und 65a.
Spezifisch werden innerhalb des ersten Bereichs A an der Seite der niedrigen Motordrehzahl sowohl der große als auch der kleine Turbolader 61 und 62 betrieben, indem im Wesentlichen das Einlass-Bypassventil 63a, das Regulierventil 64a und das Ladedruckregelventil 65a vollständig geschlossen sind bzw. werden. Andererseits ist innerhalb des zweiten Bereichs B an der Seite der hohen Motordrehzahl die Abgasmenge vergleichsweise groß und die Turbine 62b des kleinen Turboladers 62 fungiert als ein Abgaswiderstand. Daher wird nur der große Turbolader 61 betrieben und der kleine Turbolader 62 wird nicht betrieben, indem das Ladedruckregelventil 65a vollständig geschlossen wird, während das Einlass-Bypassventil 63a und das Regulierventil 64a vollständig geöffnet sind bzw. werden. Es ist festzuhalten, dass innerhalb des zweiten Bereichs B das Ladedruckregelventil 65a vorübergehend geöffnet werden kann, um eine übermäßige Rotation des großen Turboladers 61 zu verhindern.
(3) Kraftstoffeinspritzungsregelung bzw. -steuerung
Als nächstes wird der spezifische Inhalt der Kraftstoffeinspritzungsregelung bzw. -steuerung, welche durch das PCM 10 durchgeführt wird, während sich der Motor in Betrieb befindet, unter Verwendung des Flussdiagramms in 4 beschrieben.
Wenn die Bearbeitung bzw. Abarbeitung, welche in 4 gezeigt ist, gestartet wird, liest das Berechnungsmodul 10a des PCM 10 die verschiedenen Sensorwerte (Schritt S1). Spezifisch liest das Berechnungsmodul 10a die Detektionssignale von dem Wassertemperatursensor SW1, dem Luftstromsensor SW2, dem Einlassluftdrucksensor SW3, dem Einlasslufttemperatursensor SW4, dem Motordrehzahlsensor SW5 und dem Beschleunigungseinrichtungsöffnungssensor SW6, und basierend auf diesen Signalen erhält das Berechnungsmodul 10a Information, wie beispielsweise die Motorkühlmitteltemperatur, die Einlassluftmenge, die Einlasslufttemperatur, die Motordrehzahl und die Beschleunigungseinrichtungsöffnung.
Nachfolgend bestimmt basierend auf der verschiedenen Information, welche bei Schritt S1 erhalten bzw. erlangt wird, das Berechnungsmodul 10a die Einspritzmenge und ein Einspritzungsmuster des Kraftstoffs, welcher von jeder Einspritzeinrichtung 18 einzuspritzen ist, und bestimmt einen Basiseinspritzzeitpunkt Ta, bei welchem der Kraftstoff im Wesentlichen bzw. grundlegend eingespritzt wird (Schritte S2 und S3). Diese Einspritzmenge, das Einspritzmuster und der Einspritzzeitpunkt (Basiseinspritzzeitpunkt Ta) werden unter Bezugnahme auf eine Kraftstoffeinspritzkarte Mf bestimmt, in welcher ein geeigneter Modus der Kraftstoffeinspritzung gemäß verschiedenen Parametern (z. B. Beschleunigungseinrichtungsöffnung und der Motordrehzahl) bestimmt wird. Spezifisch wird unter Bezugnahme auf die Kraftstoffeinspritzkarte Mf die Kraftstoffeinspritzmenge basierend wenigstens auf der Beschleunigungseinrichtungsöffnung (d. h. einem erforderlichen Drehmoment des Motors) bestimmt, und das Einspritzmuster und der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs werden basierend wenigstens auf der bestimmten Einspritzmenge und der Motordrehzahl bestimmt. Hier werden die Einspritzmenge, das Einspritzmuster und/oder der Einspritzzeitpunkt in Abhängigkeit von beispielsweise der Einlasslufttemperatur und der Motorwassertemperatur korrigiert.
Hier bedeutet das Einspritzmuster, auf welches bei Schritt S2 Bezug genommen wird, die Anzahl, welche durch ein Dividieren der Einspritzmenge des Kraftstoffs, welcher von der Einspritzeinrichtung 18 einzuspritzen ist, durch ein Verhältnis der Einspritzmenge erhalten wird. Spezifisch werden in dieser Ausführungsform, wie dies schematisch in 5 gezeigt ist, wenigstens zwei Kraftstoffeinspritzungen Ip und Im, welche als eine Vor- bzw. Piloteinspritzung und als eine Haupteinspritzung bezeichnet werden, innerhalb vieler Betriebs- bzw. Betätigungsbereiche durchgeführt. Die Haupteinspritzung Im bedeutet ein Einspritzen des Kraftstoffs geringfügig vor oder nach dem Verdichtungs TDC, so dass der eingespritzte Kraftstoff ein Verbrennen nahe dem Verbrennungs TDC startet. Die Piloteinspritzung Ip bedeutet eine Einspritzung einer geringen Menge an Kraftstoff vor der Haupteinspritzung Im, um eine einleitende bzw. vorangehende Verbrennung vor der Verbrennung basierend auf der Haupteinspritzung Im (Hauptverbrennung) zu bewirken. Es ist festzuhalten, dass eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung, welche als eine Nacheinspritzung bezeichnet wird, auch nach der Haupteinspritzung Im in Abhängigkeit von dem Betriebsbereich durchgeführt werden kann.
Bei einem Bestimmen des Einspritzmusters bei Schritt S2 wird beispielsweise bestimmt, ob der Kraftstoff ein Mal durch die Piloteinspritzung Ip, zwei Mal durch die Pilot- und Haupteinspritzung Ip und Im oder drei Mal mit der zusätzlichen Einspritzung durch die Nacheinspritzung einzuspritzen ist, und darüber hinaus wird, wenn die Einspritzung mehrere Male durchgeführt wird, ein Unterteilungsverhältnis der Einspritzmenge auch bestimmt.
Andererseits wird bei Schritt S3 ein geeigneter Zeitpunkt als der Basiseinspritzzeitpunkt Ta unter Berücksichtigung des geforderten Drehmoments, des Kraftstoffverbrauchs und einer EM (Emissionseffizienz), etc. bestimmt. Spezifisch speichert die Kraftstoffeinspritzkarte Mf geeignete Zeitpunkte unter Berücksichtigung von beispielsweise dem Drehmoment und dem Kraftstoffverbrauch für verschiedene Bedingungen, und der Einspritzzeitpunkt, welcher mit einem gegenwärtigen Betriebszustand bzw. einer gegenwärtigen Betriebsbedingung übereinstimmt bzw. zusammenpasst, wird aus diesen ausgelesen, um als der Zeitpunkt einer Basiseinspritzung bzw. der Basiseinspritzzeitpunkt Ta bestimmt zu werden. Daher wird, zumindest während sich der Motor in einem stabilen bzw. gleichmäßigen Betrieb befindet, der grundlegende bzw. Basiseinspritzzeitpunkt Ta naturgemäß als der Einspritzzeitpunkt der Einspritzeinrichtung 18 angenommen bzw. angewandt.
Es ist festzuhalten, dass, wenn das Einspritzmuster eine Mehrzahl von Einspritzungen (z. B. der Kraftstoff wird unterteilt und durch die Piloteinspritzung Ip und die Haupteinspritzung Im eingespritzt) bei Schritt S3 (wobei der Basiseinspritzzeitpunkt Ta bestimmt wird) beinhaltet, jeder Zeitpunkt der Mehrzahl von Einspritzungen bestimmt wird. Darüber hinaus bezeichnet in der folgenden Beschreibung, außer es ist anders angezeigt, der Einspritzzeitpunkt den Zeitpunkt der Haupteinspritzung.
Unter einer Bedingung, in welcher die Motordrehzahl fixiert bzw. festgelegt ist, wie dies in 6 gezeigt ist, wird der Basiseinspritzzeitpunkt Ta eingestellt bzw. festgelegt, um weiter in Richtung zu einer höheren Motorlast zu verzögern, wo die Einspritzmenge größer ist. Spezifisch wird in dem Beispiel von 6 der Basiseinspritzzeitpunkt Ta (der Zeitpunkt einer Haupteinspritzung, wenn die Einspritzung mehrere Male durchgeführt wird) auf einen Zeitpunkt eingestellt bzw. festgelegt, welcher in einem gewissen Ausmaß in Bezug auf den Verdichtungs TDC innerhalb eines Bereichs einer niedrigen Motorlast vorgerückt bzw. vorgestellt ist, wobei er sich jedoch von diesem Zeitpunkt zu der verzögernden Seite verschiebt, wenn die Motorlast ansteigt, und bei der maximalen Motorlast Lmax (die Beschleunigungseinrichtungsöffnung beträgt ungefähr 100%) wird er auf nahe zu dem Verdichtungs TDC eingestellt. Der Basiseinspritzzeitpunkt Ta wird verzögert, wenn bzw. da die Motorlast ansteigt, wie dies oben beschrieben ist, so dass eine erforderliche Verbrennungsenergie innerhalb eines Bereichs einer hohen Motorlast erhalten wird, wo ein hohes Drehmoment erforderlich ist, während ein übermäßiger Anstieg eines Drucks im Inneren des Zylinders 11a (nachfolgend als der Zylinderinnendruck bezeichnet) verhindert wird. Es ist festzuhalten, dass, obwohl der Basiseinspritzzeitpunkt Ta, wenn die Motordrehzahl variiert, verschieden von 6 ist, eine Tendenz, dass der Zeitpunkt weiter in Richtung zu der höheren Motorlast verzögert wird, gleich bzw. ähnlich verbleibt.
Wenn die oben beschriebene Einstellung des Basiseinspritzzeitpunkts Ta endet, bestimmt das Berechnungsmodul 10a, ob eine Bedingung vorliegt, in welcher die Motordrehzahl über einer Referenz- bzw. Bezugsdrehzahl Nex liegt, welche durch die unterbrochene bzw. strichlierte Linie in 3 angezeigt ist, und der Einlassluftdruck über einem vorbestimmten Bezugs- bzw. Referenzdruck INx liegt, basierend auf der verschiedenen Information, welche bei Schritt S1 erhalten wird (Schritt S4). Es ist festzuhalten, dass die Bezugsdrehzahl Nex höher als eine Leerlaufdrehzahl ist und beispielsweise auf eine beliebige Drehzahl zwischen etwa 1000 und etwa 2000 U/min eingestellt ist. Darüber hinaus ist bzw. wird der Bezugsdruck INx beispielsweise auf etwa 150 kPa eingestellt bzw. festgelegt.
Die Bestimmung bei Schritt S4 dient für ein Bestimmen, ob es eine Möglichkeit gibt, dass der Zylinderinnendruck des Motorkörpers 1 übermäßig ansteigt. Spezifisch wird ein Zustand, wo die Motordrehzahl = Nex und der Einlassluftdruck = INx ist, als ein Zustand erachtet, wo das Turboladen durch den großen Turbolader 61 effektiv bzw. wirksam auf einem gewissen Niveau arbeitet. Da die Turbine 61b des großen Turboladers 61 groß in ihrer Größe und Masse ist, verzögert sich, wenn die Motorlast rasch geändert wird, das Abbremsen bzw. Verringern in einer Rotation der Turbine 61b und bewirkt vorübergehend eine übermäßige Turbolademenge, und der Zylinderinnendruck kann über ein erwartetes Niveau erhöht werden. Die Bestimmung bei Schritt S4 wird durchgeführt, um zu bestimmen, ob es eine derartige Möglichkeit gibt.
7A und 7B sind Diagramme, welche Änderungen des Zylinderinnendrucks und einer Wärmefreisetzungs- bzw. -freigaberate vor und nach dem Verdichtungs TDC für Fälle zeigen, wo die Motorlast (erforderliches bzw. gefordertes Drehmoment basierend auf der Beschleunigungseinrichtungsöffnung) hoch und niedrig ist. Spezifisch zeigen die Wellenform A1 in 7A und die Wellenform B1 in 7B den Zylinderinnendruck und die Wärmefreisetzungsrate an, wenn der Motor stabil in einem Zustand mit der Beschleunigungseinrichtungsöffnung von 50% betrieben wird, und die Wellenform A2 in 7A und die Wellenform B2 in 7B zeigen jeweils den Zylinderinnendruck und die Wärmefreisetzungsrate an, wenn der Motor stabil in einem Zustand mit der Beschleunigungseinrichtungsöffnung von etwa 100% (volle Motorlast) betrieben wird. Es ist festzuhalten, dass die Motordrehzahl bei etwa 3200 U/min in jeglichen Daten der Wellenformen fixiert ist.
In dem Diagramm des Zylinderinnendrucks, welcher in 7A gezeigt ist, sind Spitzen der Wellenformen A1 und A2 Punkte, wo der Zylinderinnendruck sein Maximum erreicht, und jeder maximale Wert wird als ein maximaler Zylinderinnendruck Pmax bezeichnet. Darüber hinaus zeigt ”Xp”, welches in der vertikalen Achse des Diagramms angezeigt ist, einen erlaubbaren Wert, welcher als eine obere Grenze vorbestimmt ist, wo die Zuverlässigkeit des Motors unter Berücksichtigung der Qualität eines Materials und einer Festigkeit des Motorkörpers 1 (der Kolben 14, des Zylinderblocks 11 und des Zylinderkopfs 12) sichergestellt werden kann.
Wie dies durch die Wellenform A2 angezeigt ist, fällt, selbst obwohl die Beschleunigungseinrichtungsöffnung etwa 100% (volle Motorlast) ist, der maximale Zylinderinnendruck Pmax unter den erlaubbaren Wert Xp. Dies deshalb, da aufgrund der Tatsache, dass der Basiseinspritzzeitpunkt Ta eingestellt bzw. festgelegt ist, um sich weiter in Richtung zu der höheren Motorlast (d. h. in Richtung zu der größeren Einspritzmenge) zu verzögern, wie dies oben beschrieben ist (6), die Spitze der Verbrennung, wenn die Beschleunigungseinrichtungsöffnung etwa 100% ist (die Spitze der Wellenform B2 in 7B), zu einem Zeitpunkt vorliegt, welcher signifikant mehr bzw. weiter als der Verdichtungs TDC verzögert ist, und somit der Anstieg des maximalen Zylinderinnendrucks Pmax unterdrückt bzw. verhindert wird.
Andererseits ist, wenn die Beschleunigungseinrichtungsöffnung etwa 50% ist bzw. beträgt, der Basiseinspritzzeitpunkt Ta relativ vorgerückt bzw. vorgestellt (6), wobei jedoch die Kraftstoffeinspritzmenge gering ist und die Wärmefreisetzungsrate niedrig ist. Daher ist, wie dies durch die Wellenform A1 in 7A angedeutet ist, der maximale Zylinderinnendruck Pmax, wenn die Beschleunigungseinrichtungsöffnung etwa 50% ist, niedriger als der Pmax, wenn die Beschleunigungseinrichtungsöffnung etwa 100% ist, und er fällt offensichtlich unter den erlaubbaren Wert Xp.
Somit wird unabhängig davon, ob die Beschleunigungseinrichtungsöffnung etwa 100% oder etwa 50% beträgt, solange der Motor stabil in diesem Zustand betrieben wird, der maximale Zylinderinnendruck Pmax nicht den erlaubbaren Wert Xp überschreiten. Jedoch wird beispielsweise, wenn die Beschleunigungseinrichtungsöffnung rasch von etwa 100% auf etwa 50% reduziert wird (d. h. wenn die Motorlast rasch von der hohen Motorlast zu der geringen Motorlast verschoben oder geändert wird), der Turboladedruck vorübergehend auf einem hohen Wert beibehalten, während der Basiseinspritzzeitpunkt Ta rasch gemäß der raschen Reduktion vorgestellt wird. Daher kann, wie dies in 7A als die Wellenform A1' angedeutet ist, der maximale Zylinderinnendruck Pmax den erlaubbaren Wert Xp überschreiten. Spezifisch wird aufgrund der Tatsache, dass die Spitze der Verbrennung nahe zu dem Verdichtungs TDC durch das Vorrücken bzw. Vorstellen des Einspritzzeitpunkts gelangt, und eine große Menge an Luft, welche durch den hohen Aufladedruck verdichtet ist bzw. wird, in den Zylinder eingebracht und verdichtet wird, der maximale Zylinderinnendruck Pmax übermäßig erhöht und kann den erlaubbaren Wert Xp überschreiten. Insbesondere rotiert in dieser Ausführungsform, da der große Turbolader 61, welcher die große Turbine 61b aufweist, welche groß in ihrer Größe und Masse ist, an dem Motor vorgesehen ist, wenn die Turbine 61b bei hoher Drehzahl innerhalb des Bereichs hoher Motorlast rotiert und der Betriebsbereich zu dem Bereich niedriger Motorlast verschoben wird, die Turbine 61b vorübergehend durch die Trägheit selbst nach dem Verschieben bzw. Verstellen, und somit verbleibt der Turboladedruck hoch und der übermäßige Anstieg des maximalen Zylinderinnendrucks Pmax, wie oben beschrieben, tritt leicht auf.
Unter Berücksichtigung der obigen Situation wird bei Schritt S4 bestimmt, ob das Turboladen durch den großen Turbolader 61 effektiv bzw. wirksam ist, basierend auf der Motordrehzahl und auf dem Einlassluftdruck, um zu bestimmen, ob der übermäßige Anstieg des maximalen Zylinderinnendrucks Pmax auftreten kann.
Wenn bestätigt ist bzw. wird, dass keine Möglichkeit des übermäßigen Anstiegs des Zylinderinnendrucks vorliegt (Schritt S4: NEIN), führt das Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul 10b des PCM 10 eine normale Einspritzungssteuerung bzw. -regelung eines Einspritzens des Kraftstoffs von der Einspritzeinrichtung 18 gemäß dem Basiseinspritzzeitpunkt Ta durch, welcher durch das Berechnungsmodul 10a bei Schritt S3 bestimmt wird (Schritt S8). Spezifisch wird der Einspritzvorgang der Einspritzeinrichtung 18 geregelt bzw. gesteuert, so dass der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt der Einspritzeinrichtung 18 derselbe wie der Basiseinspritzzeitpunkt Ta ist, welcher durch ein Verwenden der Kraftstoffeinspritzkarte Mf basierend auf dem Motorbetriebszustand (z. B. Last bzw. Belastung und Geschwindigkeit bzw. Drehzahl) bestimmt wird.
Wenn bestätigt wird, dass es die Möglichkeit des übermäßigen Anstiegs des Zylinderinnendrucks gibt (Schritt S4: JA), berechnet das Berechnungsmodul 10a einen sicheren Einspritzzeitpunkt bzw. Zeitpunkt einer sicheren Einspritzung, bei welchem der übermäßige Anstieg des Zylinderinnendrucks nicht bewirkt wird (Schritt S5). Spezifisch wird ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, bei welchem der maximale Zylinderinnendruck Pmax mit dem erlaubbaren Wert Xp übereinstimmt bzw. abgestimmt ist, basierend auf der Einlassluftmenge, dem Einlassluftdruck, der Einlasslufttemperatur, der Drehzahl und der Kühlmitteltemperatur des Motors, welche bei Schritt S1 erhalten werden, und der Einspritzmenge und dem Einspritzmuster des Kraftstoffs erhalten, welche bei Schritt S2 bestimmt werden, und der erhaltene Kraftstoffeinspritzzeitpunkt wird als der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung bestimmt. Es ist festzuhalten, dass, wenn das Einspritzmuster eine Mehrzahl von Einspritzungen beinhaltet (z. B. der Kraftstoff wird unterteilt und durch die Piloteinspritzung Ip und die Haupteinspritzung Im eingespritzt), der Zeitpunkt einer sicheren Einspritzung wenigstens für die Haupteinspritzung Im berechnet wird.
Hier kann der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung, bei welchem der maximale Zylinderinnendruck Pmax mit dem erlaubbaren Wert Xp übereinstimmt bzw. abgestimmt ist, durch eine vorbestimmte Gleichung erhalten werden, welche basierend beispielsweise auf Experimenten abgeleitet ist. Beispielsweise wird der Zeitpunkt, bei welchem der maximale Zylinderinnendruck Pmax mit dem erlaubbaren Wert Xp übereinstimmt, durch ein Wiederholen von Verbrennungsexperimenten und Simulationen unter einer Mehrzahl von Bedingungen mit einer(m) unterschiedlichen Einlassluftmenge, Einlassluftdruck, Einlasslufttemperatur, Drehzahl und Kraftstoffeinspritzmenge des Motors gefunden, und basierend auf einem Resultat davon wird eine verallgemeinerte Gleichung für ein Erhalten des Einspritzzeitpunkts, bei welchem der maximale Zylinderinnendruck Pmax mit dem erlaubbaren Wert Xp übereinstimmt (d. h. Einspritzzeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung), festgelegt. In der Regelung bzw. Steuerung bei Schritt S5 wird der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung unter Verwendung der Gleichung erhalten, welche durch ein derartiges Verfahren voreingestellt ist.
Wenn die Berechnung des Zeitpunkts Tb einer sicheren Einspritzung, wie oben beschrieben, endet, bestimmt das Berechnungsmodul 10a, ob der berechnete Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung später als der Basiseinspritzzeitpunkt Ta ist, welcher bei Schritt S3 bestimmt wird (Schritt S6).
Wenn für den Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung bestätigt wird, dass er später als der Basiseinspritzzeitpunkt Ta ist (Schritt S6: JA), führt das Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul 10b eine Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung eines Einspritzens des Kraftstoffs von der Einspritzeinrichtung 18 zu dem Einspritzzeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung durch (Schritt S7). Spezifisch bedeutet, dass der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung später als der Basiseinspritzzeitpunkt Ta ist, dass der maximale Zylinderinnendruck Pmax den erlaubbaren Wert Xp übersteigt bzw. überschreitet, wenn der Kraftstoff zu bzw. bei dem Basiseinspritzzeitpunkt Ta eingespritzt wird. Daher wird, um eine derartige Situation zu vermeiden, bei Schritt S7 der Kraftstoff von der Einspritzeinrichtung 18 zu dem Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung und nicht zu dem Basiseinspritzzeitpunkt Ta eingespritzt.
Andererseits führt, wenn bestätigt wird, dass der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung derselbe wie oder früher als der Basiseinspritzzeitpunkt Ta ist (Schritt S6: NEIN), das Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul 10b die normale Einspritzungsregelung bzw. -steuerung eines Einspritzens des Kraftstoffs von der Einspritzeinrichtung 18 zu dem Basiseinspritzzeitpunkt Ta durch, welcher bei Schritt S3 bestimmt wurde (Schritt S8).
(4) Betrieb, etc.
Wie oben beschrieben, wird bei dem Dieselmotor dieser Ausführungsform, während der Motor in Betrieb ist, der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung, bei welcher der maximale Zylinderinnendruck Pmax mit dem erlaubbaren Wert Xp übereinstimmt bzw. abgestimmt ist, berechnet, und wenn der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung später als der Basiseinspritzzeitpunkt Ta ist, welcher gemäß dem Betriebszustand des Motors (z. B. Last und Drehzahl) bestimmt ist, wird die Sicherheitseinspritzungsregelung bzw. -steuerung eines Einspritzens des Kraftstoffs von der Einspritzeinrichtung 18 bei dem Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung durchgeführt. Gemäß einer derartigen Konfiguration wird der Motor derart geregelt bzw. gesteuert, dass der maximale Zylinderinnendruck Pmax immer unter dem erlaubbaren Wert Xp liegt. Daher wird beispielsweise, selbst wenn eine übermäßige Turbolademenge vorübergehend aufgrund der Änderung der Motorlast zugeführt bzw. geliefert wird, der übermäßige Anstieg des maximalen Zylinderinnendrucks Pmax verhindert und der Motor kann sicher vor einer Beschädigung an seinen Komponenten, wie beispielsweise dem Kolben 14 und dem Zylinderkopf 12 geschützt werden.
8 ist ein Zeitdiagramm, welches ein Resultat eines Experiments zeigt, welches durchgeführt wurde, um den oben beschriebenen Betrieb bzw. Vorgang zu verifizieren. In diesem Experiment wird die Beschleunigungseinrichtungsöffnung rasch geändert, während die Motordrehzahl fixiert bzw. festgelegt ist, und die Änderungen der verschiedenen Zustandsmengen (des Einlassluftdrucks, der Einspritzmenge, des maximalen Zylinderinnendrucks und des Einspritzzeitpunkts) werden überprüft, bevor und nachdem die Beschleunigungseinrichtungsöffnung geändert wird. Es ist festzuhalten, dass bei dem in dem Experiment verwendeten Motor der Kraftstoff in dem Einspritzmuster, beinhaltend die Piloteinspritzung Ip und die Haupteinspritzung Im (5) zu jedem Zeitpunkt in 8 eingespritzt wird. ”Der Einspritzzeitpunkt” in 8 bezeichnet den Zeitpunkt der Haupteinspritzung Im.
In dem Experiment, welches in 8 gezeigt ist, wird der Motor stabil in dem Zustand einer hohen Motorlast, wo die Beschleunigungseinrichtungsöffnung etwa 100% beträgt, bis zu einem Zeitpunkt t1 betrieben, und zu dem Zeitpunkt t1 wird die Beschleunigungseinrichtungsöffnung rasch von etwa 100% auf etwa 50% reduziert. Nach dem Zeitpunkt t1 wird der Motor stabil bei der niedrigen Motorlast mit der Beschleunigungseinrichtungsöffnung von etwa 50% betrieben. Die Motordrehzahl ist bei etwa 3200 U/min unabhängig ob vor oder nach dem Zeitpunkt t1 fixiert.
Die Änderung des Betriebszustands gemäß einem derartigen Experiment ist auf der Karte in 3 illustriert. Der Zustand vor dem Zeitpunkt t1 in 8 (die Beschleunigungseinrichtungsöffnung: etwa 100% und die Motordrehzahl: etwa 3200 U/min) entspricht einem Punkt D1, und der Zustand nach dem Zeitpunkt t1 (Beschleunigungseinrichtungsöffnung: etwa 50%, Motordrehzahl: etwa 3200 U/min) entspricht einem Punkt D2. Beide Punkte D1 und D2 gehören zu dem zweiten Bereich B, wo nur der große Turbolader 61 betrieben wird, und es kann verstanden werden, dass die Turbolademenge durch den großen Turbolader 61 in diesem Bereich groß ist.
Wie dies in 8 gezeigt ist, ist innerhalb der Zeitperiode vor dem Zeitpunkt t1, bei welchem die Beschleunigungseinrichtungsöffnung etwa 100% beträgt, der Einlassluftdruck P1, ist die Kraftstoffeinspritzmenge Q1 und ist der Einspritzzeitpunkt (der Zeitpunkt der Haupteinspritzung) θ1. Es ist festzuhalten, dass die Einspritzmenge Q1 und der Einspritzzeitpunkt θ1 basierend auf der Kraftstoffeinspritzkarte Mf als die jeweilige bzw. entsprechende Einspritzmenge und der Einspritzzeitpunkt gemäß dem Betriebszustand bestimmt werden, wo die Beschleunigungseinrichtungsöffnung etwa 100% beträgt und die Motordrehzahl etwa 3200 U/min beträgt. Der Einspritzzeitpunkt θ2 stimmt mit dem Basiseinspritzzeitpunkt Ta überein, welcher bei Schritt S3 in 4 bestimmt wird, und an diesem Punkt wird die normale Einspritzungsregelung bzw. -steuerung durchgeführt.
Darüber hinaus wird bei dem Zeitpunkt t1, wenn die Beschleunigungseinrichtungsöffnung rasch von etwa 100% auf etwa 50% reduziert wird, gleichzeitig mit dieser Reduktion die Kraftstoffeinspritzmenge rasch von Q1 auf Q2 reduziert. Wenn die Einspritzmenge derart reduziert wird, wird ursprünglich bzw. zuerst der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt rasch zu dem Zeitpunkt θ2 vorgestellt, wie dies durch die Wellenform mit unterbrochener Linie in 8 angezeigt bzw. angedeutet ist. Mit anderen Worten wird, wenn die Einspritzmenge rasch auf Q2 in Übereinstimmung damit reduziert wird, dass die Beschleunigungseinrichtungsöffnung etwa 50% beträgt, wenn die oben beschriebene Kraftstoffeinspritzkarte Mf verwendet wird, der Einspritzzeitpunkt rasch auf θ2 in Übereinstimmung mit der raschen Reduktion der Einspritzmenge vorgestellt. Jedoch wird in der Praxis, wie dies durch die Wellenform mit durchgehender Linie angezeigt ist, der Einspritzzeitpunkt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 nur zunehmend bzw. stufenweise und nicht rasch vorgestellt. Dies deshalb, da zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung als der tatsächliche Einspritzzeitpunkt durch ein Berechnen des Zeitpunkts Tb einer sicheren Einspritzung angewandt bzw. eingesetzt wird, welcher bei Schritt S5 in 4 berechnet wird, um später zu sein als der Basiseinspritzzeitpunkt Ta basierend auf der Kraftstoffeinspritzkarte Mf.
Die Wellenform einer mit zwei Punkten strichlierten Linie in 8 zeigt den Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung an. Wie dies in 8 gezeigt ist, befindet sich der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung weiter auf der vorrückenden bzw. vorstellenden Seite als θ1 vor dem Zeitpunkt t1. Daher wird vor dem Zeitpunkt t1 der aktuelle bzw. tatsächliche Einspritzzeitpunkt auf θ1 eingestellt bzw. festgelegt, welcher mit dem Basiseinspritzzeitpunkt Ta übereinstimmt. Andererseits befindet sich zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung auf der verzögernden bzw. nacheilenden Seite des Basiseinspritzzeitpunkts Ta nach dem Zeitpunkt t2 (= θ2). Daher wird der tatsächliche Einspritzzeitpunkt zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 nicht auf θ2, sondern auf den Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung festgelegt, welcher auf der verzögernden bzw. nacheilenden Seite von θ2 ist (Sicherheitseinspritzungsregelung bzw. -steuerung).
Der Grund, warum der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung auf der verzögernden Seite des Basiseinspritzzeitpunkts Ta für nach dem Zeitpunkt t2 (= θ2) zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 eingestellt bzw. festgelegt ist, wie dies oben beschrieben ist, wird erachtet, darin zu liegen, dass der Turboladedruck durch den großen Turbolader 61 bei einem hohen Wert selbst nach dem Zeitpunkt t1 gehalten wird. Somit wird, wie dies aus der Wellenform des Einlassluftdrucks nach dem Zeitpunkt t1 verstanden werden kann, der Einlassluftdruck nur schrittweise bzw. zunehmend nach dem Zeitpunkt t1 reduziert, zu welchem die Beschleunigungseinrichtungsöffnung rasch reduziert wird. Dies deshalb, da die Turbine 61b des großen Turboladers 61 fortsetzt, bei hoher Drehzahl selbst nach dem Zeitpunkt t1 zu rotieren, und der hohe Turboladedruck aufrecht bzw. beibehalten wird. Spezifisch setzt die Turbine 61b, welche groß in der Größe und Masse ist, fort, bei der hohen Drehzahl vorübergehend durch die Trägheit zu rotieren, selbst wenn die Auslass- bzw. Abgasenergie durch die rasche Reduktion der Beschleunigungseinrichtungsöffnung (Einspritzmenge) reduziert wird. Es wird angenommen bzw. erachtet, dass dies der Grund dafür ist, warum der Einlassluftdruck nur zunehmend nach dem Zeitpunkt t1 reduziert wird, und darüber hinaus der Einspritzzeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung berechnet ist bzw. wird, um relativ spät aufgrund der Reduktionsverzögerung des Einlassluftdrucks zu sein. Aufgrund der oben beschriebenen Gründe wird in 8 die Sicherheitseinspritzungsregelung bzw. -steuerung eines Einspritzens des Kraftstoffs zu dem Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung auf der verzögernden Seite des Basiseinspritzzeitpunkts Ta zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 durchgeführt.
Danach wird nach dem Zeitpunkt t2 der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung verschoben, um wieder weiter vorgerückt bzw. vorgeschoben als der Basiseinspritzzeitpunkt Ta zu sein. Daher wird der tatsächliche bzw. aktuelle Einspritzzeitpunkt auf den Zeitpunkt θ2 eingestellt, welcher mit dem Basiseinspritzzeitpunkt Ta übereinstimmt (normale Einspritzregelung bzw. -steuerung).
Die Bodenreihe bzw. -zeile in 8 zeigt die Änderung des maximalen Zylinderinnendrucks Pmax. Wie dies in 8 gezeigt ist, wird der maximale Zylinderinnendruck Pmax auf unter den erlaubbaren Wert Xp zu jedem Zeitpunkt als ein Resultat der Regelung bzw. Steuerung des Einspritzzeitpunkts, wie dies oben beschrieben ist, gedrückt. Andererseits überschreitet, wenn die Sicherheitseinspritzungsregelung bzw. -steuerung zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 nicht durchgeführt wird, wie dies durch die Wellenform mit der unterbrochenen bzw. strichlierten Linie angedeutet ist, der maximale Zylinderinnendruck Pmax den erlaubbaren Wert Xp, und dies bewirkt ein Problem beim Sicherstellen der Zuverlässigkeit des Motors.
Wie dies oben beschrieben ist, wird mit bzw. bei dem Dieselmotor dieser Ausführungsform, wenn die Motorlast von der hohen Motorlast zu der niedrigen Motorlast verschoben wird (der Zeitpunkt t1 in 8), die Sicherheitseinspritzungsregelung bzw. -steuerung eines Einspritzens des Kraftstoffs bei dem Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung auf der verzögernden Seite des Basiseinspritzzeitpunkts Ta nur für eine vorbestimmte Zeitperiode von der Verschiebung (zwischen t1 und t2) durchgeführt. Daher wird, selbst wenn die Turbolademenge vorübergehend übermäßig groß aufgrund der Ansprechverzögerung des großen Turboladers 61 wird, eine Chance, dass der maximale Zylinderinnendruck Pmax den erlaubbaren Wert Xp übersteigt, reduziert, und die Zuverlässigkeit des Motors kann verbessert werden.
Es ist festzuhalten, dass, obwohl die Daten beispielsweise der Einspritzmenge und des Einspritzzeitpunkts, wenn die Beschleunigungseinrichtungsöffnung von etwa 100% auf etwa 50% reduziert wird, in 8 gezeigt sind, selbstverständlich Daten mit einer ähnlichen Tendenz auch durch eine andere Beschleunigungseinrichtungsbetätigung erhalten werden können. In jedem Fall kann, hauptsächlich innerhalb des Motordrehzahlbereichs, wo der große Turbolader 61 betrieben wird (in dieser Ausführungsform der Motordrehzahlbereich oberhalb der Bezugsdrehzahl Nex in 3), wenn die Motorlast von der hohen Motorlast zu der niedrigen Motorlast verschoben wird, ähnlich zu der Ausbildung zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in 8, die Sicherheitseinspritzungsregelung bzw. -steuerung eines vorübergehenden Verzögerns des Einspritzzeitpunkts durchgeführt werden. Es ist festzuhalten, dass in diesem Fall ”die hohe Motorlast” und ”die niedrige Motorlast” bedeuten, dass ein gewisses Niveau einer Differenz in der Motorlast existiert, und der absolute Wert der Differenz nicht besonders betroffen bzw. wesentlich ist. Spezifisch ist, wenn über ein vorbestimmtes Niveau eines Abfalls in der Richtung einer Motorlast (beispielsweise über etwa 30% einer Differenz in der Beschleunigungseinrichtungsöffnung) vorliegt, der höhere Wert die hohe Motorlast, und der niedrigere Wert ist die niedrige Motorlast.
Darüber hinaus kann bei dem Dieselmotor dieser Ausführungsform, bei welchem das geometrische Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis des Motorkörpers 1 auf etwa 14:1 eingestellt bzw. festgelegt ist, im Gegensatz zu dem konventionellen Dieselmotor (im Allgemeinen ist das Verdichtungsverhältnis etwa 18:1 oder höher), der maximale Zylinderinnendruck Pmax unterdrückt bzw. verringert werden. Darüber hinaus kann in dieser Ausführungsform, da der übermäßige Anstieg des maximalen Zylinderinnendrucks Pmax durch die Sicherheitseinspritzungsregelung bzw. -steuerung unterdrückt wird, die Festigkeit, welche für den Motorkörper 1 erforderlich bzw. gefordert ist, im Vergleich zu dem konventionellen Motor reduziert werden, und die Reduktion in Gewicht und Kosten des Motors kann erzielt werden.
Darüber hinaus werden in dieser Ausführungsform wenigstens innerhalb eines Teils des Betriebsbereichs die Haupteinspritzung Im, welche die Hauptverbrennung bewirkt, welche nahe zu dem Verdichtungs TDC gestartet wird, und die Piloteinspritzung Ip, welche die einleitende Verbrennung vor der Hauptverbrennung bewirkt, durchgeführt. Durch ein Durchführen der Piloteinspritzung Ip, welche der Haupteinspritzung Im vorangeht, wie dies oben beschrieben ist, wird selbst bei dem Dieselmotor dieser Ausführungsform mit dem niedrigen geometrischen Verdichtungsverhältnis von etwa 14:1 die Entzündbarkeit des Kraftstoffs verbessert und eine Fehlzündung kann sicher verhindert werden.
Zusätzlich wird in dieser Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, bei welchem der maximale Zylinderinnendruck Pmax mit dem erlaubbaren Wert Xp übereinstimmt, durch die Berechnung basierend auf den jeweiligen Parametern erhalten, beinhaltend die Einlassluftmenge, den Einlassluftdruck, die Einlasslufttemperatur, die Drehzahl, die Kühlmitteltemperatur, die Kraftstoffeinspritzmenge und das Einspritzmuster des Motors, und der erhaltene Kraftstoffeinspritzzeitpunkt wird bestimmt, um der Zeitpunkt Tb der sicheren Einspritzung zu sein. Daher kann in der Sicherheitseinspritzregelung bzw. -steuerung der Kraftstoff bei dem Grenzzeitpunkt eingespritzt werden, bei welchem der maximale Zylinderinnendruck Pmax nicht den erlaubbaren Wert Xp überschreitet, und ein Leistungsverlust des Motors, welcher dadurch bewirkt wird, dass der Einspritzzeitpunkt mehr als notwendig verzögert wird, kann wirksam verhindert werden.
Es ist festzuhalten, dass in dieser Ausführungsform, wie dies in 3 gezeigt ist, sowohl der große als auch der kleine Turbolader 61 und 62 innerhalb des ersten Bereichs A auf der Seite einer relativ niedrigen Motordrehzahl betrieben werden, und nur der große Turbolader 61 innerhalb des zweiten Bereichs B auf der Seite einer relativ hohen Motordrehzahl betrieben wird; jedoch kann innerhalb des ersten Bereichs A auf der Seite einer relativ niedrigen Motordrehzahl der große Turbolader 61 gestoppt bzw. angehalten werden und es kann nur der kleine Turbolader 62 betrieben werden (d. h. das Ladedruckregelventil 65a ist vollständig geöffnet). Wenn nur der große Turbolader 61 innerhalb des zweiten Bereichs B auf der Seite der hohen Motordrehzahl betrieben wird, wie dies oben beschrieben ist, wird die Berechnung des sicheren Einspritzzeitpunkts bzw. Einspritzzeitpunkts Tb einer sicheren Einspritzung (Schritt S5 in 4) nur während des Betriebs innerhalb des zweiten Bereichs B durchgeführt. Spezifisch tritt, wenn nur der große Turbolader 61 innerhalb des zweiten Bereichs B betrieben wird, das Risiko des übermäßigen Anstiegs des maximalen Zylinderinnendrucks Pmax nur innerhalb des zweiten Bereichs B auf. Somit wird die Berechnung des Zeitpunkts Tb einer sicheren Einspritzung nur innerhalb des zweiten Bereichs B durchgeführt, und die Sicherheitseinspritzungsregelung bzw. -steuerung (die Kraftstoffeinspritzung zu dem Zeitpunkt Tb) wird entsprechend den Erfordernissen durchgeführt. In jedem Fall wird mit bzw. bei einem Dieselmotor wie in dieser Ausführungsform, welche mit zwei Arten von Turboladern, beinhaltend den großen und kleinen Turbolader 61 und 62 versehen ist, die Sicherheitseinspritzungsregelung bzw. -steuerung wenigstens durchgeführt, wenn der große Turbolader 61 im Wesentlichen betrieben wird.
Darüber hinaus kann alternativ zu der Konfiguration dieser Ausführungsform, in welcher die zwei Arten von Turbolader, beinhaltend den großen und kleinen Turbolader 61 und 62, an dem Motor vorgesehen sind, eine Konfiguration, in welcher eine Art eines Turboladers an dem Motor vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt ist, angewandt bzw. eingesetzt werden. Auch in diesem Fall kann das Problem des übermäßigen Anstiegs des maximalen Zylinderinnendrucks Pmax aufgrund der Verlangsamungsverzögerung der Turbinenrotation in ähnlicher Weise auf einem Niveau oder einem anderen auftreten, da die Turbine des Turboladers bis zu einem gewissen Ausmaß groß sein muss, außer die Turbine ist eingestellt, um bei einem Betrieb bei niedriger Motordrehzahl zu unterstützen. Daher kann, solange der Motor einen Turbolader aufweist, die Konfiguration dieser Ausführungsform, in welcher der Einspritzzeitpunkt vorübergehend bei einem Verschieben von der hohen Motorlast zu der niedrigen Motorlast verzögert wird, unabhängig von der Anzahl der Turbolader angewandt werden.
Darüber hinaus wird in dieser Ausführungsform der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung, welcher der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt ist, bei welchem der maximale Zylinderinnendruck Pmax mit dem erlaubbaren Wert Xp übereinstimmt bzw. abgestimmt ist, durch die Berechnung basierend auf den jeweiligen Parametern erhalten, beinhaltend die Einlassluftmenge, den Einlassluftdruck, die Einlasslufttemperatur, die Drehzahl, die Kühlmitteltemperatur, die Kraftstoffeinspritzmenge und das Einspritzmuster des Motors; jedoch wird der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung nicht notwendigerweise basierend auf allen diesen Parametern erhalten. Beispielsweise kann, wenn Gelegenheiten, wo die Berechnung des Zeitpunkts Tb einer sicheren Einspritzung erforderlich ist, beschränkt sind (d. h. potentielle Betriebsbedingungen, in welchen der maximale Zylinderinnendruck Pmax vorübergehend den erlaubbaren Wert Xp überschreitet, beschränkt bzw. begrenzt sind), der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung ohne einen oder mehreren der Parameter erhalten werden. Jedoch müssen wenigstens der Einlassluftdruck und die Kraftstoffeinspritzmenge berücksichtigt werden, und die Gleichung für ein Erhalten des Zeitpunkts Tb einer sicheren Einspritzung beinhaltet notwendigerweise diese zwei Parameter (den Einlassluftdruck und die Kraftstoffeinspritzmenge).
Darüber hinaus wird in dieser Ausführungsform, wenn das Muster der Kraftstoffeinspritzung eine Mehrzahl von Einspritzungen, beinhaltend die Piloteinspritzung Ip und die Haupteinspritzung Im, aufweist, der Zeitpunkt Tb einer sicheren Einspritzung wenigstens für die Haupteinspritzung Im berechnet, und der Zeitpunkt der Haupteinspritzung Im wird zu dem Zeitpunkt Tb der sicheren Einspritzung verzögert, wie dies erforderlich ist; jedoch ist das Ziel eines Verzögerns des Einspritzzeitpunkts nicht auf die Haupteinspritzung Im beschränkt, sondern kann die Piloteinspritzung Ip sein. Der maximale Zylinderinnendruck Pmax wird am meisten durch den Zeitpunkt der Haupteinspritzung Im beeinflusst, welche nahe dem Verdichtungs TDC durchgeführt wird, wobei er jedoch auch geringfügig durch den Zeitpunkt der Piloteinspritzung Ip beeinflusst werden kann. In diesem Fall kann der maximale Zylinderinnendruck Pmax durch ein Verzögern des Zeitpunkts der Piloteinspritzung Ip reduziert werden.
Darüber hinaus wird bzw. ist in dieser Ausführungsform das geometrische Verdichtungsverhältnis des Dieselmotors auf etwa 14:1 eingestellt bzw. festgelegt; jedoch kann die Konfiguration dieser Ausführungsform auch geeignet auf Dieselmotoren mit anderen geometrischen Verdichtungsverhältnissen angewandt werden. Jedoch sollte beispielsweise, wenn eine Gewichtsreduktion durch ein Reduzieren des geometrischen Verdichtungsverhältnisses unter dasjenige der konventionellen Dieselmotoren angestrebt wird, das geometrische Verdichtungsverhältnis des Dieselmotors wenigstens unter etwa 16:1 sein bzw. liegen. Andererseits wird basierend auf der Grenze der Entzündbarkeit des Kraftstoffs erachtet, dass das geometrische Verdichtungsverhältnis etwa 12:1 oder höher sein muss. Unter Berücksichtigung der obigen Situationen ist in der vorliegenden Erfindung für das geometrische Verdichtungsverhältnis des Dieselmotors erwünscht, dass es bei etwa 12:1 oder höher, jedoch unter etwa 16:1 liegt.
Es sollte verstanden werden, dass die Ausführungsformen hierin illustrativ und nicht beschränkend sind, da der Rahmen der Erfindung durch die beigeschlossenen Ansprüche eher als durch die diesen vorangehende Beschreibung definiert wird, und alle Änderungen, welche innerhalb der Beschränkungen und Grenzen der Ansprüche fallen, oder Äquivalente derartiger Beschränkungen und Grenzen davon daher durch die Ansprüche mitumfasst sein sollen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 1998-274088 A [0003, 0004]
JP 1988-274088 A [0003]

Claims

Regel- bzw. Steuervorrichtung eines Dieselmotors, wobei der Dieselmotor eine Einspritzeinrichtung (18) für ein Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder (11a) und einen Turbolader (61, 62) für ein Verdichten von Einlassluft durch ein Verwenden von Abgasenergie beinhaltet, wobei die Regel- bzw. Steuervorrichtung (10) umfasst: ein Berechnungsmodul (10a) für ein Einstellen eines Basiseinspritzzeitpunkts (Ta), welcher gemäß einem Betriebszustand des Motors bestimmt wird, als ein Zeitpunkt eines Einspritzens des Kraftstoffs von der Einspritzeinrichtung (18); und ein Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul (10b) für ein Einspritzen des Kraftstoffs von der Einspritzeinrichtung (18) bei dem festgelegten Basiseinspritzzeitpunkt, zumindest während sich der Motor in einem gleichmäßigen Betrieb befindet, wobei unter einer Bedingung, in welcher eine Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl festgelegt ist, der Basiseinspritzzeitpunkt (Ta), wenn eine Motorlast niedrig ist, eingestellt ist, um weiter vorgestellt zu sein, als wenn die Motorlast hoch ist, und wobei das Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul (10b) eine Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung eines Einspritzens des Kraftstoffs zu einem Zeitpunkt (Tb) einer sicheren Einspritzung, welcher eingestellt ist, um weiter verzögert als der Basiseinspritzzeitpunkt (Ta) zu sein, nur für eine Zeitperiode durchführt, von welcher die Motorlast von der hohen Motorlast zu der niedrigen Motorlast verschoben bzw. umgeschaltet wird.
Regel- bzw. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul (10b) die Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung durchführt, wenn die Motordrehzahl über einer Bezugsdrehzahl (Nex) ist, welche höher als eine Leerlaufdrehzahl ist.
Regel- bzw. Steuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zeitpunkt (Tb) einer sicheren Einspritzung durch das Berechnungsmodul (10a) unter Berücksichtigung eines maximalen Zylinderinnendrucks (Pmax) des Motors bestimmt wird, und wobei basierend auf verschiedenen Parametern, beinhaltend wenigstens einen Einlassluftdruck des Motors und eine Einspritzmenge des Kraftstoffs das Berechnungsmodul (10a) als den Zeitpunkt (Tb) einer sicheren Einspritzung einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt berechnet, bei welchem der maximale Zylinderinnendruck (Pmax) im Wesentlichen mit einem vorbestimmten erlaubbaren Wert (Xp) übereinstimmt.
Regel- bzw. Steuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einspritzungs-Regel- bzw. -Steuermodul (10b) eine Haupteinspritzung, welche eine Hauptverbrennung (Im) bewirkt, welche nahe einem oberen Totpunkt (TDC) einer Verdichtung gestartet wird, und eine Pilot- bzw. Voreinspritzung (Ip) durchführt, welche eine einleitende Verbrennung vor der Hauptverbrennung bewirkt, und wobei der Zeitpunkt (Tb) einer sicheren Einspritzung, welcher in der Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung eingestellt ist, wenigstens einen Zeitpunkt der Haupteinspritzung (Im) beinhaltet.
Dieselmotor, welcher wenigstens einen Turbolader (61, 62) und eine Einspritzeinrichtung (18) für ein Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder (11a) aufweist, wobei: ein Basiseinspritzzeitpunkt (Ta) der Einspritzeinrichtung (18) weiter verzögert ist, wenn eine Motorlast ansteigt; und ein Zeitpunkt (Tb) einer sicheren Einspritzung, welcher weiter verzögert als der Basiseinspritzzeitpunkt (Ta) ist, nur in einer Übergangsperiode durchgeführt wird, wenn die Motorlast von einer hohen Motorlast zu einer niedrigen Motorlast geändert wird.
Dieselmotor nach Anspruch 5, wobei der Turbolader einen kleinen Turbolader (62) und einen großen Turbolader (61) beinhaltet, welcher größer als der kleine Turbolader (62) ist, und wobei der große Turbolader (61) zumindest betrieben wird, wenn die Motordrehzahl über einer Bezugsdrehzahl (Nex) ist, welche höher als eine Leerlaufdrehzahl ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 6, wobei ein geometrisches Verdichtungsverhältnis des Motors auf etwa 12:1 oder höher, jedoch unter etwa 16:1 eingestellt bzw. festgelegt ist.
Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Dieselmotors, wobei der Dieselmotor eine Einspritzeinrichtung (18) für ein Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder (11a) und einen Turbolader (61, 62) beinhaltet, während sich der Motor in einem gleichmäßigen Betrieb befindet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Einstellen bei einer konstanten Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl eines Basiseinspritzzeitpunkts (Ta), wenn eine Motorlast niedrig ist, um weiter vorgerückt zu sein, als wenn eine Motorlast hoch ist; und Durchführen einer Regelung bzw. Steuerung einer Sicherheitseinspritzung eines Einspritzens des Kraftstoffs zu einem Zeitpunkt (Tb) einer sicheren Einspritzung, welcher eingestellt wird, um weiter verzögert zu sein als der Basiseinspritzzeitpunkt (Ta), nur für eine Zeitperiode, für welche die Motorlast von der hohen Motorlast zu der niedrigen Motorlast verschoben bzw. umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, darüber hinaus umfassend den Schritt: Einstellen des Zeitpunkts (Tb) einer sicheren Einspritzung als ein Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt, bei welchem ein maximaler Zylinderinnendruck (Pmax) im Wesentlichen mit einem vorbestimmten Wert (Xp) übereinstimmt.
Computerprogrammprodukt, umfassend auf einem Computer implementierte Instruktionen, welche, wenn auf ein geeignetes System geladen und auf diesem ausgeführt, die Schritte eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 oder 9 durchführen können.