DE102013010271B4

DE102013010271B4 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Direkteinspritzungsmotors, Direkteinspritzungsmotor, Verfahren zum Steuern eines Motors und Computerprogammprodukt

Info

Publication number: DE102013010271B4
Application number: DE102013010271.5A
Authority: DE
Inventors: Masami Nishida; Yuki Shimogawa
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2033-06-19
Also published as: JP2014009630A; CN103511146B; US20140000568A1; CN103511146A; US9347410B2; DE102013010271A1; JP6123175B2

Abstract

Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Direkteinspritzungsmotors, umfassend: ein Kraftstoffeinspritzventil (80) für ein direktes Einspritzen von Kraftstoff, welcher Benzin enthält, in einen Zylinder (18) des Motors; und eine Regel- bzw. Steuereinrichtung (10) für ein Regeln bzw. Steuern der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil (80), wobei das Kraftstoffeinspritzventil (80) beinhaltet: ein Düsenloch (84) für ein Öffnen, um in das Innere der Zylinders (18) gerichtet zu sein; einen Ventilkörper (83) für ein Beaufschlagen bzw. Anheben, um das Düsenloch (84) zu öffnen und zu schließen; eine erste Magnetspule (81) für ein Anheben des Ventilkörpers (83) um ein erstes Hubausmaß; und eine zweite Magnetspule (82) für ein Anheben des Ventilkörpers (83) um ein zweites Hubausmaß, wobei die Regel- bzw. Steuereinrichtung (10) nur die erste Magnetspule (81) betätigt, um die Kraftstoffeinspritzung wenigstens in einer Einlasshubperiode durchzuführen, wenn sich ein Betriebs- bzw. Betätigungszustand des Motors innerhalb eines Bereichs befindet, wo eine Motorlast wenigstens unter einer vorbestimmten Last innerhalb eines Bereichs niedriger Motorlast ist, wo eine Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt wird, und wobei die Regel- bzw. Steuereinrichtung (10) sowohl die erste Magnetspule (81) als auch die zweite Magnetspule (82) betätigt, um die Kraftstoffeinspritzung mit einem Kraftstoffdruck von etwa 40 MPa oder darüber in einer Periode zwischen einer späten Stufe eines Verdichtungshubs und einer frühen Stufe eines Expansionshubs durchzuführen, wenn der Betriebszustand des Motors wenigstens innerhalb eines Bereichs niedriger Motordrehzahl ist, wo sich eine Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl innerhalb eines Bereichs hoher Motorlast befindet, wo die Motorlast höher als der Bereich niedriger Motorlast ist.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Direkteinspritzungsmotors.
Beispielsweise offenbart EP2302197A1 ( JP2010-019194A ) ein Kraftstoffeinspritzventil, welches eine erste und zweite Solenoid- bzw. Magnetspule aufweist, um als ein durch ein Solenoid betätigtes Kraftstoffeinspritzventil zu dienen. Spezifisch weist das Kraftstoffeinspritzventil, welches in EP2302197A1 (JP2010-019194A) geoffenbart ist, eine erste Magnetspule, um dem Ventilkörper zu erlauben, sich innerhalb eines relativ großen Bereichs anzuheben, und eine zweite Magnetspule auf, um dem Ventilkörper zu erlauben, sich innerhalb eines relativ kleinen Bereichs anzuheben. Wenn die Motorlast niedrig ist, wird der Hubbereich des Ventilkörpers durch ein Zuführen von Energie bzw. Leistung nur zu der zweiten Magnetspule reduziert, um eine geschichtete magere Verbrennung durchzuführen. Andererseits wird, wenn die Motorlast hoch ist, der Hubbereich des Ventilkörpers durch ein Zuführen der Leistung nur zu der ersten Magnetspule erhöht, um eine homogene Verbrennung bei λ = 1 durchzuführen.
Demgegenüber war ein Verbrennungsmodus für ein Komprimieren eines mageren Mischgases für eine Zündung als eine Technik für ein Erzielen von Verbesserungen sowohl in einer Abgasemissionsleistung als auch einer thermischen Effizienz bekannt. Ein Erhöhen eines geometrischen Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnisses eines Motors, wo eine derartige Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt wird, führt zu einer Erhöhung im Druck und der Temperatur des Endes des Verdichtungshubs und ist somit vorteilhaft beim Stabilisieren der Verdichtungszündungsverbrennung.
Jedoch wird eine Verdichtungszündungsverbrennung allgemein eine Vor-Zündungs-Verbrennung mit einem signifikanten Druckanstieg, wenn die Motorlast ansteigt. Daher bewirkt sie eine Erhöhung in einem Verbrennungsgeräusch und eine abnormale Verbrennung (z. B. Klopfen), als auch eine Erhöhung in rohem NOx aufgrund einer hohen Verbrennungstemperatur. Somit wurde selbst mit einem Motor, in welchem eine Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt wird, innerhalb eines Betriebsbereichs an einer Seite einer hohen Motorlast eine Funkenzündungsverbrennung allgemein durch ein Betätigen bzw. Betreiben einer Zündkerze anstelle der Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt. Jedoch wird mit bzw. bei einem Motor, welcher sein geometrisches Verdichtungsverhältnis hoch eingestellt bzw. festgelegt aufweist, um die Verdichtungszündungsverbrennung zu stabilisieren, eine abnormale Verbrennung (z. B. Vorzündung oder Klopfen) innerhalb des Betriebsbereichs hoher Motorlast bewirkt.
In diesem Hinblick hat die Anmelderin der vorliegenden Erfindung Kenntnis davon erlangt, dass es innerhalb des Betriebsbereichs hoher Motorlast bei einem Vermeiden einer derartigen abnormalen Verbrennung wirksam bzw. effektiv ist, Kraftstoff in einen Zylinder bei einem vergleichsweise hohen Kraftstoffdruck zu einem Zeitpunkt nahe einem oberen Totpunkt einer Verdichtung einzuspritzen, da eine derartige Einspritzung eine Einspritzperiode, eine ein Mischgas bildende Periode und eine Verbrennungsperiode verkürzt. Die Vermeidung einer abnormalen Verbrennung trägt zu einer Verbesserung eines Kraftstoffverbrauchs innerhalb des Bereichs hoher Motorlast bei, wo die Funkenzündungsverbrennung durchgeführt wird. Bei einem Erzielen eines derartigen Einspritzmodus ist es erforderlich, eine Einspritzrate (d. h. die Einspritzmenge pro Zeiteinheit) zu erhöhen, und als ein Verfahren für die Erhöhung kann das Hubausmaß des Ventilkörpers des Kraftstoffeinspritzventils erhöht werden.
Jedoch wird das große Hubausmaß des Ventilkörpers ein neues Problem einer Verschlechterung in einer Genauigkeit eines Regelns bzw. Steuern der Einspritzmenge innerhalb eines Betriebsbereichs bewirken, wo die Kraftstoffeinspritzmenge niedrig eingestellt bzw. festgelegt ist, wie beispielsweise einem Betätigungs- bzw. Betriebsbereich niedriger Motorlast.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Situation gemacht und zielt darauf ab, eine Kraftstoffverbrauchsverbesserung über einen weiten Betriebsbereich eines Motors durch eine Verwendung eines Kraftstoffeinspritzventils zu erzielen, welches in einer Kraftstoffeinspritzgenauigkeit über einen weiten Bereich zwischen einer geringen Einspritzmenge bis zu einer hohen Einspritzmenge verbessert ist.
DE 11 2009 001 000 T5 offenbart Verbesserungen einer HCCI-Verbrennungssteuerung bei leichter Last und im Leerlauf durch Modifikation des Kraftstoffdrucks in einem Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors.
EP 2 302 197 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem variablen Sprühmuster für eine Ladeschichtverbrennung und eine homogene Verbrennung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung einer Kraftstoffeinspritzung derart, dass sowohl bei geringer als auch bei hoher Einspritzmenge eine Genauigkeit der Einspritzmenge erhöht wird und eine Stromaufnahme der Kraftstoffeinspritzung vermindert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Direkteinspritzungsmotors, beinhaltend ein Kraftstoffeinspritzventil für ein direktes Einspritzen von Kraftstoff, welcher Benzin enthält, in einen Zylinder des Motorkörpers, und eine Regel- bzw. Steuereinrichtung für ein Regeln bzw. Steuern der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil.
Das Kraftstoffeinspritzventil beinhaltet ein Düsenloch für ein Öffnen, um in das Innere des Zylinders gerichtet zu sein, einen Ventilkörper für ein Beaufschlagen bzw. Anheben, um das Düsenloch zu öffnen und zu schließen, eine erste Solenoid- bzw. Magnetspule für ein Beaufschlagen bzw. Anheben des Ventilkörpers um ein erstes Hubausmaß und eine zweite Solenoid- bzw. Magnetspule für ein Beaufschlagen bzw. Anheben des Ventilkörpers um ein zweites Hubausmaß.
Die Regel- bzw. Steuereinrichtung betätigt nur die erste Magnetspule, um die Kraftstoffeinspritzung wenigstens in einer Einlasshubperiode durchzuführen, wenn sich ein Betriebs- bzw. Betätigungszustand des Motors innerhalb eines Bereichs befindet, wo eine Motorlast wenigstens unter einer vorbestimmten Last innerhalb eines Bereichs niedriger Motorlast ist, wo eine Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt wird. Die Regel- bzw. Steuereinrichtung betätigt sowohl die erste Magnetspule als auch die zweite Magnetspule, um die Kraftstoffeinspritzung mit einem Kraftstoffdruck von etwa 40 MPa oder darüber in einer Periode zwischen einer späten Stufe eines. Verdichtungshubs und einer frühen Stufe eines Expansionshubs durchzuführen, wenn der Betriebszustand des Motors wenigstens innerhalb eines Bereichs niedriger Motordrehzahl ist, wo sich eine Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl innerhalb eines Bereichs hoher Motorlast befindet, wo die Motorlast höher als der Bereich niedriger Motorlast ist.
Es ist festzuhalten, dass die Phrase ”Bereich niedriger Motordrehzahl, wo eine Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl liegt” einem Bereich auf einer Seite niedriger Drehzahl entsprechen kann, wenn der Betätigungs- bzw. Betriebsbereich des Motors in zwei Bereiche im Hinblick auf eine Drehzahl unterteilt ist, oder einem Bereich niedriger Motordrehzahl entsprechen kann, wenn der Betriebsbereich des Motors in drei Bereiche unterteilt ist: Bereich hoher Motordrehzahl, Bereich mittlerer Motordrehzahl und Bereich niedriger Motordrehzahl.
Darüber hinaus kann die Phrase bzw. der Ausdruck ”späte Stufe eines Verdichtungshubs” eine späte Stufe des Kompressions- bzw. Verdichtungshubs sein, wenn der Verdichtungshub in drei Perioden unterteilt ist: frühe Stufe, mittlere Stufe und späte Stufe. In ähnlicher Weise kann die Phrase ”frühe Stufe eines Expansionshubs” eine frühe Stufe des Expansionshubs sein, wenn er in drei Perioden unterteilt ist bzw. wird: frühe Stufe, mittlere Stufe und späte Stufe.
Gemäß der obigen Konfiguration wird, wenn sich der Betriebszustand des Motors innerhalb des Bereichs befindet, wo sich die Motordrehzahl wenigstens unter der vorbestimmten Last innerhalb des Bereichs niedriger Motorlast befindet, die Kraftstoffeinspritzung wenigstens innerhalb der Einlasshubperiode durchgeführt. Somit wird der Kraftstoff, welcher in den Zylinder eingespritzt wird, ausreichend mit Luft gemischt, und es wird eine homogene Mischung von Gas gebildet. Hier hebt sich, da nur die erste Magnetspule des Kraftstoffeinspritzventils betätigt wird, der Ventilkörper um das erste Hubausmaß, welches relativ gering ist. Da sich der Betriebsbereich des Motors innerhalb des Bereichs niedriger Motorlast befindet, ist bzw. wird die Einspritzmenge des Kraftstoffs vergleichsweise klein eingestellt bzw. festgelegt, beispielsweise auf eine Einspritzmenge, mit welcher ein Luftüberschussverhältnis λ mager ist (d. h. λ = 1 oder darüber). Somit wird, wenn sich der Motorbetriebszustand wenigstens in dem Bereich unter der vorbestimmten Last innerhalb des Bereichs niedriger Last befindet, das homogene magere Mischgas durch die Verdichtungszündung verbrannt. Auf diese Weise werden beide Verbesserungen bei einer Abgasemissionsleistung und einem Kraftstoffverbrauch erzielt.
Andererseits wird, wenn sich der Motorbetriebszustand innerhalb des Bereichs niedriger Motordrehzahl befindet, wo die Motordrehzahl unter der vorbestimmten Drehzahl innerhalb des Bereichs hoher Motorlast liegt, die Kraftstoffeinspritzung mit einem hohen Kraftstoffdruck von etwa 40 MPa oder darüber innerhalb einer Periode zwischen der späten Stufe eines Verdichtungshubs und der frühen Stufe eines Expansionshubs durchgeführt. Hier wird wenigstens die zweite Magnetspule des Kraftstoffeinspritzventils betätigt, und somit hebt sich der Ventilkörper um das zweite Hubausmaß, welches relativ groß ist. Eine hohe Einspritzrate wird durch den hohen Kraftstoffdruck und den großen Hub realisiert, so dass die vergleichsweise große Menge an Kraftstoff entsprechend dem Bereich hoher Last in den Zylinder nahe dem oberen Totpunkt mit einem hohen Druck und innerhalb einer kurzen Zeitperiode eingespritzt werden kann. Spezifisch wird, da der Kraftstoff mit dem hohen Kraftstoffdruck von etwa 40 MPa oder darüber eingespritzt wird, eine Turbulenzkinetik hoch und es tritt eine rasche Verbrennung auf, welche die Verbrennungsperiode verkürzt. Da eine abnormale Verbrennung durch eine derartige charakteristische Kraftstoffeinspritzung vermieden wird, weist sie den Vorteil eines Erhöhens einer thermischen Effizienz und eines Drehmoments auf.
Das Kraftstoffeinspritzventil weist die zwei Arten von Solenoid- bzw. Magnetspulen (die erste und zweite Magnetspule) auf, und das Hubausmaß des Ventilkörpers ist unterschiedlich zwischen dem Betrieb der ersten Magnetspule und dem Betrieb der zweiten Magnetspule. Somit kann, wie oben beschrieben, durch ein Betätigen nur der ersten Magnetspule eine kleine Kraftstoffmenge genau eingespritzt werden. Speziell wird in dem Betriebs- bzw. Betätigungszustand, wo nur die erste Magnetspule betätigt wird, durch ein Einspritzen des Kraftstoffs bei einem relativ frühen Zeitpunkt, das homogene magere Luft-Kraftstoff-Mischgas durch die Verdichtungszündung verbrannt, und daher kann eine Verbrennungsstabilität sichergestellt werden, selbst wenn ein gewisses Ausmaß einer Änderung in der Kraftstoffeinspritzmenge auftritt.
Andererseits kann, wenn sich der Betriebszustand des Motors innerhalb des Bereichs hoher Last befindet, welcher in dem Bereich liegt, wo die Motordrehzahl unter der vorbestimmten Drehzahl liegt, mit anderen Worten, einem Bereich, wo die abnormale Verbrennung leicht auftritt, durch ein Betätigen wenigstens der zweiten Magnetspule, um das Hubausmaß zu erhöhen, eine hohe Einspritzrate erzielt werden. Daher kann, wie oben beschrieben, die erforderliche Kraftstoffmenge in den Zylinder nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung mit einem hohen Kraftstoffdruck und einer kurzen Periode eingespritzt werden, wobei dies den Vorteil hat, die abnormale Verbrennung zu vermeiden.
Somit kann ein Kraftstoffverbrauch über einen weiten Betriebsbereich des Motors durch das Kraftstoffeinspritzventil verbessert werden, welches eine Kraftstoffeinspritzgenauigkeit über einen weiten Bereich von einer geringen Einspritzmenge bis zu einer hohen Einspritzmenge verbessert.
Eine Funkenzündungsverbrennung kann innerhalb des Bereichs hoher Motorlast durchgeführt werden.
Da die Verdichtungszündungsverbrennung eine Vorzündungsverbrennung mit einem starken Druckanstieg werden kann, wenn die Motorlast ansteigt, wird, wenn sich der Betriebszustand des Motors innerhalb des Bereichs hoher Motorlast befindet, die Funkenzündungsverbrennung vorzugsweise durchgeführt. Darüber hinaus wird innerhalb des Bereichs niedriger Motordrehzahl in dem Bereich hoher Motorlast, wo eine abnormale Verbrennung leicht auftritt, die abnormale Verbrennung wenigstens durch ein Betätigen der zweiten Magnetspule des Kraftstoffeinspritzventils vermieden, wie dies oben beschrieben ist. Daher kann die Zündung zu einem geeigneten Zeitpunkt ohne ein Verzögern des Zündzeitpunkts durchgeführt werden. Dies weist den Vorteil eines Erhöhens eines Drehmoments und eines Verbesserns eines Kraftstoffverbrauchs auf.
Der Ventilkörper kann eine Nadel, welche in einem Kraftstoffdurchtritt angeordnet ist, welcher im Inneren des Kraftstoffeinspritzventils ausgebildet ist, für ein Anheben bzw. Beaufschlagen sein, um das Düsenloch zu öffnen und zu schließen. Das Kraftstoffeinspritzventil kann auch einen ersten bewegbaren Kern, welcher in dem Kraftstoffdurchtritt angeordnet ist und dazu dient, angezogen zu werden, um die Nadel während des Betriebs der ersten Magnetspule zu beaufschlagen bzw. anzuheben, und einen zweiten bewegbaren Kern beinhalten, um angezogen zu werden, um die Nadel während des Betriebs der zweiten Magnetspule anzuheben. Die Regel- bzw. Steuereinrichtung kann sowohl die erste als auch die zweite Magnetspule betätigen, zumindest wenn sich der Motorbetriebszustand des Motors innerhalb des Bereichs niedriger Motordrehzahl des Bereichs hoher Motorlast befindet.
Dies ermöglicht, das relativ große zweite Hubausmaß mit geringem Energie- bzw. Leistungsverbrauch zu realisieren. Spezifisch muss, um ein Öffnen der Nadel in einem geschlossenen Zustand zu starten, eine große Anziehungskraft erzeugt bzw. generiert werden, welche ausreichend für ein Halten gegen einen Rückdruck, welcher auf die Nadel aufgrund des Kraftstoffdrucks im Inneren des Kraftstoffdurchtritts wirkt, und eine beaufschlagende bzw. vorspannende Kraft ist, wie beispielsweise eine Feder, welche die Nadel in Richtung zur schließenden Seite beaufschlagt. Jedoch muss, wenn die große Anziehungskraft nur durch die zweite Magnetspule zu erzeugen ist, welche eingestellt ist, um das relativ große Hubausmaß aufzuweisen, der Strom, welcher zu der zweiten Magnetspule zuzuführen ist, erhöht werden, um die Intensität des Magnetfelds anzuheben.
Demgegenüber ist, wenn die Leistung zuerst zu der ersten Magnetspule zugeführt wird, da die erste Magnetspule eingestellt bzw. festgelegt ist, um das relativ geringe Hubausmaß aufzuweisen, ein kleinerer Stromwert als der Stromwert, welcher zu der zweiten Magnetspule zugeführt wird, ausreichend, so dass der erste bewegbare Kern angezogen werden kann, während er dem Rückdruck und der beaufschlagenden Kraft entgegenwirkt, welche auf die Nadel wirkt.
Wenn die Nadel von dem Sitzabschnitt durch ein Anziehen des ersten bewegbaren Kerns getrennt ist bzw. wird, wird der Rückdruck aufgrund des Kraftstoffdrucks eliminiert, und somit wird die Anziehungskraft, welche für die Anziehung der Nadel erforderlich ist, geringer. Demgemäß wird durch ein Zuführen der Leistung zu der zweiten Magnetspule mit einem vergleichsweise geringen Stromwert der zweite bewegbare Kern angezogen und das zweite Hubausmaß kann erzielt werden. Somit weist ein Betätigen sowohl der ersten als auch der zweiten Magnetspule den Vorteil eines Reduzierens eines Leistungsverbrauchs auf. Es ist festzuhalten, dass bei einem Betätigen der ersten und zweiten Magnetspule dies derart sein kann, dass die erste Magnetspule zuerst betätigt wird, und dann die zweite Magnetspule, oder dass beide Betätigungen zur selben Zeit starten.
Ein geometrisches Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis des Zylinders kann auf 15:1 oder darüber eingestellt bzw. festgelegt werden.
Ein hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis ist vorteilhaft beim Stabilisieren der Verdichtungszündungsverbrennung innerhalb des Bereichs niedriger Motorlast, während es leicht eine abnormale Verbrennung innerhalb des Bereichs hoher Motorlast, insbesondere innerhalb des Bereichs niedriger Motordrehzahl des Bereichs hoher Motorlast bewirkt. Jedoch wird innerhalb dieses Bereichs, wie oben beschrieben, innerhalb der Periode zwischen der späten Stufe eines Verdichtungshubs und der frühen Stufe eines Expansionshubs wenigstens die zweite Magnetspule des Kraftstoffeinspritzventils betätigt, um eine Kraftstoffeinspritzung mit dem Kraftstoffdruck von etwa 40 MPa oder darüber durchzuführen. Dadurch kann eine erforderliche Menge an Kraftstoff in den Zylinder mit bzw. bei hohem Kraftstoffdruck und innerhalb einer kurzen Zeitperiode eingespritzt werden, wobei dies wirksam beim Vermeiden der abnormalen Verbrennung ist. Es ist festzuhalten, dass das geometrische Verdichtungsverhältnis des Direkteinspritzungsmotors geeigneterweise innerhalb eines Bereichs zwischen beispielsweise etwa 15:1 und etwa 20:1 eingestellt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Direkteinspritzungsmotor zur Verfügung gestellt, umfassend:
einen Motorkörper, welcher wenigstens einen Zylinder aufweist;
ein Kraftstoffeinspritzventil für ein direktes Einspritzen von Kraftstoff, welcher Benzin enthält, in den Zylinder des Motors; und
wobei das Kraftstoffeinspritzventil beinhaltet:
eine erste Magnetspule für ein Betätigen des Kraftstoffeinspritzventils um ein erstes Hubausmaß; und
eine zweite Magnetspule für ein Betätigen des Kraftstoffeinspritzventils um ein zweites Hubausmaß,
wobei die erste Magnetspule die Kraftstoffeinspritzung wenigstens in einer Einlasshubperiode durchführt, wenn ein Betriebs- bzw. Betätigungszustand des Motors innerhalb eines Bereichs liegt, wo eine Motorlast wenigstens unter einer vorbestimmten Last innerhalb eines Bereichs niedriger Motorlast liegt, wo eine Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt wird, und
wobei sowohl die erste Magnetspule als auch die zweite Magnetspule die Kraftstoffeinspritzung mit einem Kraftstoffdruck von etwa 40 MPa oder darüber in einer Periode zwischen einer späten Stufe eines Verdichtungshubs und einer frühen Stufe eines Expansionshubs durchführt, wenn sich der Betriebszustand des Motors wenigstens innerhalb eines Bereichs niedriger Motordrehzahl bzw. -drehzahl befindet, wo eine Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl innerhalb eines Bereichs hoher Motorlast ist, wo die Motorlast höher als der Bereich niedriger Motorlast ist.
Vorzugsweise ist ein geometrisches Verdichtungsverhältnis des Zylinders eingestellt, um etwa 15:1 oder darüber zu sein.
Darüber hinaus bevorzugt wird eine Funkenzündungsverbrennung innerhalb des Bereichs hoher Motorlast durchgeführt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Direkteinspritzungsmotors zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte:
direktes Einspritzen von Kraftstoff, welcher Benzin enthält, in einen Zylinder des Motors über ein Kraftstoffeinspritzventil durch:
ein Betätigen des Kraftstoffeinspritzventils durch eine erste Magnetspule um ein erstes Hubausmaß wenigstens in einer Einlasshubperiode, wenn sich ein Betriebszustand des Motors innerhalb eines Bereichs befindet, wo eine Motorlast wenigstens unter einer vorbestimmten Last innerhalb eines Bereichs niedriger Motorlast liegt, wo eine Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt wird, und
Betätigen des Kraftstoffeinspritzventils durch sowohl die erste Magnetspule als auch die zweite Magnetspule um ein zweites Hubausmaß mit einem Kraftstoffdruck von etwa 40 MPa oder darüber in einer Periode zwischen einer späten Stufe eines Verdichtungshubs und einer frühen Stufe eines Expansionshubs, wenn sich der Betriebszustand des Motors wenigstens innerhalb eines Bereichs niedriger Motordrehzahl befindet, wo eine Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl innerhalb eines Bereichs hoher Motorlast liegt, wo die Motorlast höher als der Bereich niedriger Motorlast ist.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren darüber hinaus den Schritt:
Durchführen einer Funkenzündungsverbrennung wenigstens innerhalb des Bereichs hoher Motorlast.
Schließlich 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 schematisches Diagramm, welches eine Konfiguration eines Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Benzinmotors zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, welches sich auf eine Regelung bzw. Steuerung des Funkenzündungs-Direkteinspritzungs-Benzinmotors bezieht.
3 ist ein Diagramm, welches einen Betätigungs- bzw. Betriebsbereich des Motors illustriert.
4A ist ein Diagramm, welches einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und einen Zündzeitpunkt in einer Verzögerungseinspritzung und eine entsprechende Wärmefreisetzungsrate illustriert; und 4B ist ein Diagramm, welches einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und einen Zündzeitpunkt in bzw. bei einer Einlasshubeinspritzung und eine entsprechende Wärmefreisetzungsrate illustriert.
5 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration einer Einspritzeinrichtung zeigt.
6 ist ein Diagramm, welches eine Eigenschaft zwischen einem großen Hub und einem kleinen Hub der Einspritzeinrichtung vergleicht.
7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Struktur der Einspritzeinrichtung nahe einer ersten Magnetspule zeigt.
8A ist ein Diagramm, welches einen Anhebezustand eines bewegbaren Kerns der Einspritzeinrichtung zeigt, welche in 5 gezeigt ist, wenn eine Leistung nur zu der ersten Magnetspule zugeführt wird, und 8B ist ein Diagramm, welches einen Anhebezustand eines bewegbaren Kerns der Einspritzeinrichtung zeigt, welche in 5 gezeigt ist, wenn die Leistung nur zu einer zweiten Magnetspule zugeführt wird.
9 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Einspritzeinrichtung zeigt, welche eine unterschiedliche Konfiguration zu 5 aufweist.
10A ist ein Diagramm, welches einen Anhebezustand eines bewegbaren Kerns der Einspritzeinrichtung zeigt, welche in 9 gezeigt ist, wenn eine Leistung nur zu der ersten Magnetspule zugeführt wird, und 10B ist ein Diagramm, welches einen Anhebezustand eines bewegbaren Kerns der Einspritzeinrichtung zeigt, welche in 9 gezeigt ist, wenn die Leistung nur zu der zweiten Magnetspule zugeführt wird.
11A ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration eines Spitzenabschnitts der Einspritzeinrichtung zeigt, und 11B ist eine Bodenansicht, welche eine Anordnung von Düsenlöchern illustriert, welche an der Einspritzeinrichtung vorgesehen sind.
12 ist eine Bodenansicht, welche eine unterschiedliche Anordnung der Düsenlöcher illustriert.
13 ist ein schematisches Diagramm, welches sowohl einen Anordnungszusammenhang als auch einen Kopplungszusammenhang zwischen dem Motor und einer Kraftstoffpumpe hohen Drucks zeigt.
14A ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration einer Kraftstoffpumpe hohen Drucks bzw. Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einem Zustand zeigt, wo ein Kolben bzw. Plunger an einem oberen Totpunkt positioniert ist, 14B ist eine Querschnittsansicht, welche eine Konfiguration der Kraftstoffpumpe hohen Drucks in einem Zustand zeigt, wo der Kolben an einem unteren Totpunkt positioniert ist, und 14C ist eine Querschnittsansicht der Pumpe, genommen entlang einer Linie C-C in 14B.
15 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Struktur der Kraftstoffpumpe hohen Drucks nahe einem Einlassventil zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung der Ausführungsform ist eine Illustration. 1 und 2 zeigen eine schematische Konfiguration eines Motors 1 dieser Ausführungsform. Der Motor 1 ist ein Funkenzündungs-Viertaktmotor, welcher in einem Fahrzeug montiert ist und mit Kraftstoff versorgt wird, welcher wenigstens Benzin enthält (spezifisch Benzin oder einen Mischkraftstoff von Benzin und Alkohol (z. B. E25)). Der Motor 1 beinhaltet einen Zylinderblock 11, welcher mit einer Mehrzahl von Zylindern 18 versehen ist (nur ein Zylinder ist illustriert), einen Zylinderkopf 12, welcher auf dem Zylinderblock 11 angeordnet ist, und eine Ölwanne 13, welche unterhalb des Zylinderblocks 11 angeordnet ist, und wo ein Schmiermittel gespeichert ist. In dieser Ausführungsform beinhaltet der Motor 1 vier Zylinder 18, welche in Reihe angeordnet sind (nicht illustriert). Im Inneren der Zylinder 18 sind Kolben 14, welche mit einer Kurbelwelle 15 jeweils über Verbindungsstangen 142 gekoppelt sind, hin- und herbewegbar eingepasst. Ein Hohlraum 141, welcher eine rückspringende Form bzw. Gestalt, wie beispielsweise die Form aufweist, welche in Dieselmotoren ausgebildet ist, ist an einer oberen Fläche von jedem Kolben 14 ausgebildet. Wenn sich der Kolben 14 an einer Position nahe einem oberen Verdichtungs- bzw. Kompressionstotpunkt (TDC) befindet, ist der Hohlraum 141 in Richtung zu einer später beschriebenen Einspritzeinrichtung 80 gerichtet.
Der Zylinderkopf 12, die Zylinder 18 und die Kolben 14, welche jeweils mit dem Hohlraum 141 ausgebildet sind, unterteilen Verbrennungskammern. Es ist festzuhalten, dass die Form der Verbrennungskammer nicht auf die Form in der Illustration beschränkt ist. Beispielsweise kann als bzw. für die Form des Hohlraums 141, eine Form der oberen Oberfläche des Kolbens 14, eine Form bzw. Gestalt eines Deckenteils der Verbrennungskammer in geeigneter Weise geändert werden.
Ein geometrisches Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis des Motors 1 ist vergleichsweise hoch (etwa 15:1 oder darüber) eingestellt bzw. festgelegt, um eine theoretische thermische Effizienz zu verbessern und eine Verdichtungszündungsverbrennung (später beschrieben) zu stabilisieren. Es ist festzuhalten, dass das geometrische Verdichtungsverhältnis geeignet festgelegt werden kann, um innerhalb eines Bereichs von etwa 15:1 bis etwa 20:1 zu liegen.
In dem Zylinderkopf 12 sind für jeden der Zylinder 18 eine Einlassöffnung 16 und eine Auslassöffnung 17 ausgebildet, und ein Einlassventil 21 für ein Öffnen und Schließen der Öffnung der Einlassöffnung bzw. des Einlassports 16 an der Seite der Verbrennungskammer und ein Auslassventil 22 für ein Öffnen und Schließen der Öffnung der Auslassöffnung bzw. des Auslassports 17 an der Seite der Verbrennungskammer sind angeordnet.
Innerhalb eines Ventilsystems des Motors 1 für ein Betätigen der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 ist ein Mechanismus, wie beispielsweise ein hydraulisch betätigter variabler Ventilmechanismus 71 (siehe 2, er kann nachfolgend als der VVL (Variable Valve Lift, variable Ventilanhebung) bezeichnet werden) für ein Umschalten eines Betätigungs- bzw. Betriebsmodus des Auslassventils 22 zwischen einem normalen Modus und einem speziellen Modus an einer Auslassseite vorgesehen. Der VVL 71 (eine detaillierte Konfiguration ist nicht illustriert) beinhaltet zwei Arten von Nocken, welche unterschiedliche Nockenprofile aufweisen, in welchen ein erster Nocken eine Nockennase aufweist und ein zweiter Nocken zwei Nockennasen aufweist; und einen Totgangmechanismus für ein selektives Übertragen eines Betriebs- bzw. Betätigungszustands von einem des ersten und zweiten Nockens auf das Auslassventil 22. Wenn der Totgangmechanismus den Betätigungszustand des ersten Nockens auf das Auslassventil 22 überträgt, arbeitet das Auslassventil 22 in dem normalen Modus, wo es nur ein Mal während eines Auslasshubs öffnet. Andererseits arbeitet, wenn der Totgangmechanismus den Betätigungszustand des zweiten Nockens auf das Auslassventil 22 überträgt, das Auslassventil 22 in dem speziellen Modus, wo es ein Mal während eines Auslasshubs als auch ein Mal während eines Einlasshubs, einer sogenannten Auslassregelung bzw. -steuerung mit zweifachem Öffnen öffnet. Der normale und spezielle Modus des VVL 71 werden dazwischen gemäß einem Betriebs- bzw. Betätigungszustand des Motors umgeschaltet. Spezifisch wird der spezielle Modus für eine Regelung bzw. Steuerung in Bezug auf eine interne EGR verwendet. Es ist festzuhalten, dass ein elektromagnetisch betätigtes Ventilsystem für ein Betätigen des Auslassventils 22 durch ein Verwenden einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung bzw. eines elektromagnetischen Stellglieds für ein Umschalten zwischen dem normalen und speziellen Modus angewandt werden kann.
Darüber hinaus ist an dem Ventilsystem an der Auslassseite ein Mechanismus 74 variabler Phase (er kann nachfolgend als der VVT (Variable Valve Timing, variable Ventilzeitgebung) genannt werden) für ein Ändern einer Rotations- bzw. Drehphase einer Auslassnockenwelle relativ zu der Kurbelwelle 15 vorgesehen. Jegliche bekannte Struktur, wie beispielsweise ein elektromagnetischer Typ oder ein mechanischer Typ kann geeignet für den VVT 74 (eine detaillierte Struktur ist nicht illustriert) angewandt bzw. eingesetzt werden.
Während das Ventilsystem mit dem VVL 71 und VVT 74 an der Auslassseite versehen ist, wie dies in 2 gezeigt ist, sind der VVT 72 und ein Mechanismus 73 variabler Anhebung (er kann nachfolgend als der CVVL (Continuously Variable Valve Lift, kontinuierlich variable Ventilanhebung) bezeichnet werden) für ein kontinuierliches Ändern eines Anhebens des Einlassventils 21 an einer Einlassseite des Ventilsystems vorgesehen. Verschiedene Arten von bekannten Strukturen können geeignet für den CVVL 73 (eine detaillierte Struktur ist nicht illustriert) angewandt werden. Öffnungs- und Schließzeitpunkte und das Anheben des Einlassventils 21 können durch den VVT 72 bzw. den CVVL 73 geändert werden.
Eine Einspritzeinrichtung 80 für ein direktes Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder 18 ist an dem Zylinderkopf 12 für jeden Zylinder 18 festgelegt. Ein Düsenloch der Einspritzeinrichtung 80 ist angeordnet, um in das Innere der Verbrennungskammer von einem zentralen Bereich der Deckenoberfläche der Verbrennungskammer gerichtet zu sein. Die Einspritzeinrichtung 80 spritzt direkt den Kraftstoff in die Verbrennungskammer in einer Menge entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1 zu einem Einspritzzeitpunkt gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 ein. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Düse der Einspritzeinrichtung 80 eine Mehrzahl von Düsenlöchern, mit anderen Worten ist die Einspritzeinrichtung 80 eine Mehrfachloch-Einspritzeinrichtung. Dadurch spritzt die Einspritzeinrichtung 80 den Kraftstoff derart ein, dass sich der zerstäubte Kraftstoff radial verteilt. Die detaillierte Konfiguration der Einspritzeinrichtung 80 wird später beschrieben.
Ein Kraftstoffzufuhrpfad koppelt einen Kraftstofftank (in einer Position außerhalb des Bereichs der Darstellung vorgesehen) mit jeder Einspritzeinrichtung 80. Ein Kraftstoffzufuhrsystem 62, welches eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 und ein Kraftstoffverteilerrohr 64 aufweist und welches fähig ist, den Kraftstoff zu jeder der Direkteinspritzeinrichtungen 67 mit einem vergleichsweise hohen Kraftstoffdruck zuzuführen bzw. zu liefern, ist innerhalb des Kraftstoffzufuhrpfads vorgesehen. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 pumpt den Kraftstoff von dem Kraftstofftank zu dem Kraftstoffverteilerrohr 64 und das Kraftstoffverteilerrohr 64 sammelt den gepumpten Kraftstoff mit einem vergleichsweise hohen Kraftstoffdruck darin. Durch ein Öffnen der Düsenlöcher der Einspritzeinrichtung 80 wird der Kraftstoff, welcher in dem Kraftstoffverteilerrohr 64 gesammelt ist, von den Düsenlöchern der Einspritzeinrichtung 80 eingespritzt. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 (im Detail später beschrieben) ist eine Plunger-Typ-Pumpe und wird durch den Motor 1 angetrieben bzw. betätigt. Das Kraftstoffzufuhrsystem 62 ist konfiguriert, um fähig zu sein, Kraftstoff mit einem hohen Kraftstoffdruck (etwa 40 MPa oder darüber) zu jeder Einspritzeinrichtung 80 zuzuführen. Wie dies später beschrieben wird, wird der Druck des Kraftstoffs, welcher zu der Einspritzeinrichtung 80 zuzuführen ist, gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 eingestellt. Es ist festzuhalten, dass das Kraftstoffzufuhrsystem 62 nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist.
Darüber hinaus sind in dem Zylinderkopf 12 Zündkerzen 25 und 26 für ein Zünden der Luft-Kraftstoff-Mischung im Inneren der Verbrennungskammer für jeden Zylinder 18 festgelegt (siehe 2, wobei festgehalten wird, dass die Illustration der Zündkerzen in 1 weggelassen ist). Der Motor 1 ist mit zwei Zündkerzen, der ersten Zündkerze 25 und der zweiten Zündkerze 26 für jeden Zylinder 18 versehen. Jede Zündkerze 25 ist zwischen den zwei Einlassventilen 21 jedes Zylinders 18 angeordnet und jede Zündkerze 26 ist zwischen den zwei Auslassventilen 22 jedes Zylinders 18 angeordnet, so dass die zwei Zündkerzen 25 und 26 einander gegenüberliegen, wobei sie auch festgelegt sind, um den Zylinderkopf 12 zu durchdringen, um sich schräg nach unten in Richtung zu der zentralen Achse des Zylinders 18 zu erstrecken. Somit sind Spitzenenden der Zündkerzen 25 und 26 in der Nähe bzw. Nachbarschaft zu einem Spitzenende der Einspritzeinrichtung 80 angeordnet, welche in dem zentralen Bereich der Verbrennungskammer angeordnet ist, in Richtung zu der Verbrennungskammer orientiert bzw. gerichtet.
An einer Seitenoberfläche des Motors 1 ist bzw. wird, wie dies in 1 gezeigt ist, ein Einlassdurchtritt 30 angeschlossen bzw. verbunden, um mit jeder der Einlassöffnungen 16 der Zylinder 18 zu kommunizieren bzw. in Verbindung zu stehen. An der anderen Seite des Motors 1 ist bzw. wird ein Auslassdurchtritt 40 für ein Ausbringen bzw. Austragen des verbrannten Gases (Abgases) von jeder der Verbrennungskammern der Zylinder 18 angeschlossen.
Eine Luftreinigungseinrichtung 31 für ein Filtern von Einlassluft ist in einem stromaufwärtigen Endabschnitt des Einlassdurchtritts 30 angeordnet. Ein Druckausgleichsbehälter 33 ist nahe einem stromabwärtigen Ende des Einlassdurchtritts 30 angeordnet. Ein Teil des Einlassdurchtritts 30 an der stromabwärtigen Seite des Druckausgleichsbehälters 33 ist verzweigt, um unabhängige Durchtritte darzustellen, welche sich in Richtung zu den jeweiligen Zylindern 18 erstrecken, und stromabwärtige Enden der unabhängigen Durchtritte sind mit den jeweiligen Einlassöffnungen bzw. -ports 16 für jeden der Zylinder 18 verbunden.
Ein Zwischenkühler/Wärmer 34 vom wassergekühlten Typ für ein Kühlen oder Erhitzen bzw. Erwärmen von Luft und ein Drosselventil 36 für ein Einstellen einer Einlassluftmenge zu jedem Zylinder 18 sind innerhalb des Einlassdurchtritts 30 zwischen der Luftreinigungseinrichtung 31 und dem Druckausgleichsbehälter 33 angeordnet. Darüber hinaus ist ein Zwischenkühler/Wärmer-Bypassdurchtritt 35 für ein Umgehen des Zwischenkühlers/Wärmers 34 mit dem Einlassdurchtritt 30 verbunden, und ein Zwischenkühler/Wärmer-Bypassventil 351 für ein Einstellen einer Luftströmungsrate, welche durch den Durchtritt 35 hindurchtritt, ist innerhalb des Zwischenkühler/Wärmer-Bypassdurchtritts 35 angeordnet. Ein Verhältnis einer Fluss- bzw. Strömungsrate durch den Zwischenkühler/Wärmer-Bypassdurchtritt 35 und einer Strömungsrate durch den Zwischenkühler/Wärmer 34 ist bzw. wird durch ein Einstellen einer Öffnung des Zwischenkühler/Wärmer-Bypassventils 351 eingestellt, und dadurch wird eine Temperatur von Frischluft, welche in den Zylinder 18 einzubringen ist, eingestellt.
Ein stromaufwärtiger Abschnitt des Auslassdurchtritts 40 ist mit einem Auslassverteiler, welcher unabhängige Durchtritte aufweist, welche in Richtung zu den jeweiligen Zylindern 18 verzweigt sind, um sich mit äußeren Enden der Auslassöffnungen bzw. -ports 17 zu verbinden, und einem sammelnden bzw. Sammelquerschnitt konfiguriert, wo die unabhängigen Durchtritte darin gesammelt sind bzw. werden. In einem Abschnitt des Auslassdurchtritts 40 an der stromabwärtigen Seite des Auslassverteilers sind ein direkter Katalysator 41 und ein Unterbaukatalysator 42 verbunden bzw. angeschlossen, um als ein Abgasemissions-Regel- bzw. -Steuersystem für ein Reinigen von gefährlichen Komponenten zu dienen, welche in dem Abgas enthalten sind. Jeder des direkten Katalysators 41 und des Unterbaukatalysators 42 beinhaltet ein Zylindergehäuse und beispielsweise einen Dreiweg-Katalysator, welcher in einem Strömungsdurchtritt innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Ein Abschnitt des Einlassdurchtritts 30 zwischen dem Druckausgleichsbehälter 33 und dem Drosselventil 36 ist mit einem Abschnitt des Auslassdurchtritts 40 an der stromaufwärtigen Seite des direkten Katalysators 41 über einen EGR Durchtritt 50 für ein Rezirkulieren bzw. Rückführen eines Teils des Abgases zu dem Einlassdurchtritt 30 verbunden. Der EGR Durchtritt 50 beinhaltet einen Hauptdurchtritt 51, welcher mit einem EGR Kühler 52 für ein Kühlen des Abgases durch ein Motorkühlmittel angeordnet ist, und einen EGR Kühler-Bypassdurchtritt 53 für ein Umgehen des EGR Kühlers 52. Ein EGR Ventil 511 für ein Einstellen einer Rezirkulations- bzw. Rückführmenge des Abgases zu dem Einlassdurchtritt 30 ist innerhalb des Hauptdurchtritts 51 angeordnet und ein EGR Kühler-Bypassventil 531 für ein Einstellen einer Strömungsrate des Abgases, welches durch den EGR Kühler-Bypassdurchtritt 53 strömt bzw. fließt, ist innerhalb des EGR Kühler-Bypassdurchtritts 53 angeordnet.
Der Dieselmotor 1, welcher wie oben konfiguriert ist, wird durch ein Antriebsstrang-Regel- bzw. -Steuermodul 10 geregelt bzw. gesteuert (nachfolgend kann dies als das PCM bezeichnet werden). Das PCM 10 ist bzw. wird durch eine CPU, einen Speicher, eine Zähler-Zeitgeber-Gruppe, ein Interface und einen Mikroprozessor mit Pfaden für ein Verbinden dieser Einheiten konfiguriert. Das PCM 10 bildet einen Controller bzw. eine Regel- bzw. Steuereinrichtung.
Wie dies in 1 und 2 gezeigt ist, werden Detektionssignale von verschiedenen Arten von Sensoren SW1 bis SW16 zu dem PCM 10 eingegeben. Die verschiedenen Arten von Sensoren beinhalten Sensoren wie folgt: einen Luftstromsensor SW1 für ein Detektieren der Fluss- bzw. Strömungsrate der Frischluft und einen Einlassluft-Temperatursensor SW2 für ein Detektieren der Temperatur der Frischluft, welche an der stromabwärtigen Seite der Luftreinigungseinrichtung 31 angeordnet sind; einen zweiten Einlassluft-Temperatursensor SW3, welcher an der stromabwärtigen Seite des Zwischenkühlers/Wärmers 34 angeordnet ist und für ein Detektieren der Temperatur der Frischluft nach einem Passieren des Zwischenkühlers/Wärmers 34 dient; einen EGR Gas-Temperatursensor SW4, welcher nahe zu einem verbindenden bzw. Verbindungsquerschnitt des EGR Durchtritts 50 mit dem Einlassdurchtritt 30 angeordnet ist und für ein Detektieren der Temperatur des externen EGR Gases dient; einen Einlassöffnungs-Temperatursensor SW5, welcher an der Einlassöffnung 16 festgelegt ist und für ein Detektieren der Temperatur der Einlassluft unmittelbar vor einem Strömen in den Zylinder 18 dient; einen Zylinderinnendrucksensor SW6, welcher an dem Zylinderkopf 12 festgelegt ist und für ein Detektieren des Drucks im Inneren jedes Zylinders 18 dient; einen Abgastemperatursensor SW7 und einen Abgasdrucksensor SW8, welche nahe zu einem Verbindungsquerschnitt des Auslassdurchtritts 40 mit dem EGR Durchtritt 50 angeordnet sind und für ein Detektieren der Abgastemperatur bzw. des Abgasdrucks dienen; einen linearen O₂ Sensor SW9, welcher an der stromabwärtigen Seite des direkten Katalysators 41 angeordnet ist und für ein Detektieren einer Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgases dient; einen Lambda O₂ Sensor SW10, welcher zwischen dem unmittelbar gekoppelten Katalysator 41 und dem Unterbaukatalysator 42 angeordnet ist und für ein Detektieren der Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgases dient; einen Fluidtemperatursensor SW11 für ein Detektieren einer Temperatur des Motorkühlmittels; einen Kurbelwellenwinkelsensor SW12 für ein Detektieren eines Drehwinkels der Kurbelwelle 15; einen Beschleunigungseinrichtungs-Positionssensor SW13 für ein Detektieren einer Beschleunigungseinrichtungsöffnungsmenge entsprechend einem Winkel eines Beschleunigungs- bzw. Gaspedals (nicht illustriert) des Fahrzeugs; Nockenwinkelsensoren SW14 und SW15 an der Einlass- bzw. Auslassseite; und einen Kraftstoffdrucksensor SW16, welcher an dem Kraftstoffverteilerrohr 64 des Kraftstoffzufuhrsystems 62 festgelegt ist und für ein Detektieren des Kraftstoffdrucks dient, welcher zu der Einspritzeinrichtung 80 zuzuführen ist.
Durch ein Durchführen von verschiedenen Arten von Vorgängen bzw. Betätigungen basierend auf diesen Detektionssignalen bestimmt das PCM 10 Zustände des Motors 1 und des Fahrzeugs und gibt darüber hinaus Regel- bzw. Steuersignale zu den Einspritzeinrichtungen 80, den ersten und zweiten Zündkerzen 25 und 26, dem VVT 72 und CVVL 73 an der Einlassventilseite, dem VVL 71 an der Auslassventilseite, dem VVT 74, dem Kraftstoffzufuhrsystem 62 und den Betätigungseinrichtungen bzw. Stellgliedern der verschiedenen Arten von Ventilen (Drosselventil 36, Zwischenkühler-Bypassventil 351, dem EGR Ventil 511 und dem EGR Kühler-Bypassventil 531) gemäß den bestimmten Zuständen aus. Dadurch betreibt das PCM 10 den Motor 1.
3 zeigt ein Beispiel eines Betriebsbereichs des Motors 1. Innerhalb eines Bereichs niedriger Motorlast, wo eine Motorlast relativ niedrig ist, führt der Motor 1 eine Verdichtungszündungsverbrennung durch, in welcher eine Verbrennung durch eine Verdichtungs- bzw. Kompressionsselbstentzündung ohne ein Durchführen von Zündungen bzw. Zündvorgängen durch die Zündkerzen 25 und 26 generiert bzw. erzeugt wird, um einen Kraftstoffverbrauch und eine Abgasemissionsleistung zu verbessern. Jedoch wird mit der Verdichtungszündungsverbrennung die Geschwindigkeit der Verbrennung übermäßig rasch, wenn die Last bzw. Belastung des Motors 1 ansteigt, und bewirkt dadurch ein Problem beispielsweise eines Verbrennungsgeräuschs. Daher wird bei dem Motor 1 innerhalb eines Bereichs hoher Motorlast, wo die Motorlast relativ hoch ist, die Verdichtungszündungsverbrennung gestoppt bzw. angehalten und die Umschaltung zu einer Funkenzündungsverbrennung unter Verwendung der Zündkerzen 25 und 26 durchgeführt. Somit ist der Motor 1 konfiguriert, um einen Modus zwischen einem CI Modus (Compression-Ignition, Verdichtungs-Zündung), wo die Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt wird, und einem SI Modus (Spark Ignition, Funkenzündung), wo die Funkenzündungsverbrennung durchgeführt wird, gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 und seiner Last umzuschalten. Eine Grenzlinie für ein Umschalten des Verbrennungsmodus ist nicht auf die Linie in der Illustration bzw. Darstellung beschränkt.
In dem CI Modus spritzt im Wesentlichen bzw. grundlegend die Einspritzeinrichtung 80 den Kraftstoff in das Innere des Zylinders 18 zu einem vergleichsweise frühen Zeitpunkt, beispielsweise während eines des Einlasshubs und Verdichtungshubs ein, und dadurch wird ein vergleichsweise homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Mischgas gebildet (Luftüberschussverhältnis λ = 1, z. B. λ = 2,5), und darüber hinaus wird das Luft-Kraftstoff-Mischgas komprimiert bzw. verdichtet, um sich selbst nahe einem oberen Verdichtungstotpunkt zu entzünden. Es ist festzuhalten, dass die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der Last des Motors 1 festgelegt bzw. eingestellt wird.
Darüber hinaus wird in dem CI Modus die Auslassregelung bzw. -steuerung mit zweimaligem Öffnen, in welcher das Auslassventil 22 auch während des Einlasshubs geöffnet wird, durch die Regelung bzw. Steuerung des VVL 71 durchgeführt, und somit wird das interne EGR Gas in den Zylinder 18 eingebracht. Die Einbringung des internen EGR Gases erhöht eine Temperatur im Inneren des Zylinders an dem Ende eines Verdichtungshubs und stabilisiert die Verdichtungszündungsverbrennung.
Da die Temperatur im Inneren des Zylinders 18 (Zylinderinnentemperatur) naturgemäß aufgrund des Anstiegs der Motorlast ansteigt, wird im Hinblick auf ein Vermeiden der Vorzündung die interne EGR Menge reduziert. Beispielsweise kann die interne EGR Menge durch die Regelung bzw. Steuerung des CVVL 73 eingestellt werden, um das Anheben des Einlassventils 21 einzustellen. Alternativ kann die interne EGR Menge durch ein Regeln bzw. Steuern der Öffnung des Drosselventils 36 eingestellt werden.
Wenn die Motorlast weiter innerhalb des Betriebsbereichs, welcher in 3 gezeigt ist, nahe der Grenzlinie zwischen dem CI Modus und dem SI Modus erhöht wird, kann die Zylinderinnentemperatur übermäßig ansteigen und eine Schwierigkeit beim Regeln bzw. Steuern der Verdichtungszündung bewirken. Daher wird innerhalb eines Teils des Betriebsbereichs in dem CI Modus, wo die Motorlast hoch ist, die Rate des internen EGR Gases, welches in den Zylinder 18 einzubringen ist, reduziert, und stattdessen wird die Öffnung des EGR Ventils 511 vergrößert, um eine größere Menge an externem EGR Gas, welches durch die EGR Kühleinrichtung 52 gekühlt wird, in den Zylinder 18 einzubringen. Auf diese Weise kann die Zylinderinnentemperatur herabgesetzt werden, um niedrig zu sein, und die Kompressions- bzw. Verdichtungszündung wird regel- bzw. steuerbar.
Demgegenüber spritzt in dem SI Modus (welcher später im Detail beschrieben wird) im Wesentlichen die Einspritzeinrichtung 80 den Kraftstoff in das Innere des Zylinders 18 zwischen einem Einlasshub und einer frühen Stufe eines Expansionshubs, und dadurch wird ein homogenisiertes oder geschichtetes mageres Luft-Kraftstoff-Mischgas gebildet, und darüber hinaus wird eine Zündung nahe dem Verdichtungs TDC durchgeführt, um das Luft-Kraftstoff-Mischgas zu entzünden. Darüber hinaus wird in dem SI Modus der Motor 1 mit einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) betrieben. Dadurch kann ein Dreiweg-Katalysator verwendet werden und dies weist den Vorteil eines Verbesserns der Emissionsleistung auf.
In dem SI Modus wird die Öffnung des EGR Ventils 511 eingestellt, während das Drosselventil 36 vollständig geöffnet ist, um die Frischluftmenge und die externe EGR Gasmenge, welche in den Zylinder 18 einzubringen sind, einzustellen, und als ein Resultat wird eine Füllmenge eingestellt. Dies ist auch effektiv bzw. wirksam beim Reduzieren eines Pumpenverlusts und eines Kühlverlusts. Zusätzlich trägt das Einbringen des gekühlten externen EGR Gases zu einem Vermeiden der abnormalen Verbrennung bei und weist auch einen Vorteil eines Unterdrückens der Erzeugung von rohem NOx auf. Es ist festzuhalten, dass innerhalb eines Bereichs voller Motorlast die externe EGR durch ein Schließen des EGR Ventils 511 gestoppt bzw. unterbrochen wird.
Wie oben beschrieben, ist bzw. wird das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors 1 eingestellt bzw. festgelegt, um etwa 15:1 oder darüber (z. B. etwa 18:1) zu sein bzw. zu betragen. Da ein hohes Verdichtungsverhältnis die Temperatur und den Druck an dem Ende eines Verdichtungshubs erhöht, ist es vorteilhaft beim Stabilisieren der Verdichtungszündungsverbrennung in dem CI Modus. Andererseits gibt es, da der Motor 1 mit hohem Verdichtungsverhältnis den Verbrennungsmodus zu dem SI Modus innerhalb des Bereichs hoher Motorlast umschaltet, einen Nachteil bzw. eine Unannehmlichkeit, dass eine abnormale Verbrennung, wie beispielsweise eine Vorzündung und ein Klopfen leicht auftreten, wenn die Motorlast ansteigt.
Somit wird bei dem Motor 1, wenn sich der Betriebszustand des Motors innerhalb eines Bereichs niedriger Motordrehzahl innerhalb eines Bereichs hoher Motorlast befindet, beinhaltend eine maximale Motorlast (siehe die Teile (1) und (2) in 3, wobei festgehalten wird, dass die Phrase bzw. der Ausdruck ”Bereich niedriger Motordrehzahl”, welche(r) hierin verwendet wird, einem Bereich niedriger Motordrehzahl entspricht, welcher durch ein Unterteilen des Betriebsbereichs des Motors 1 in drei Bereiche gebildet wird: Bereich hoher Motordrehzahl, Bereich mittlerer Motordrehzahl und Bereich niedriger Motordrehzahl), durch ein Durchführen der SI Verbrennung, in welcher sich ein Einspritzmodus des Kraftstoffs stark von dem konventionellen Modus unterscheidet, die abnormale Verbrennung vermieden. Spezifisch wird in dem Einspritzmodus des Kraftstoffs dieser Ausführungsform innerhalb einer Periode zwischen einer späten Stufe eines Verdichtungshubs und der frühen Stufe eines Expansionshubs, d. h. einer Periode signifikant verzögert im Vergleich zu dem konventionellen Modus (nachfolgend wird diese Periode als die verzögerte Periode bezeichnet), die Kraftstoffeinspritzung zu dem Zylinder 18 durch die Einspritzeinrichtung 80 mit einem Kraftstoffdruck durchgeführt, welcher im Vergleich zu dem konventionellen Modus (siehe 4A) stark erhöht ist. Nachfolgend wird dieser charakteristische Kraftstoffeinspritzmodus als ”die verzögerte Einspritzung hohen Drucks” oder einfach ”die verzögerte Einspritzung” bezeichnet. Die verzögerte Einspritzung hohen Drucks bzw. bei hohem Druck verkürzt die entsprechende bzw. jeweilige Kraftstoffeinspritzperiode, die ein Mischgas bildende Periode und die Verbrennungsperiode, um eine reaktive Zeitdauer eines nicht verbrannten Mischgases von dem Start der Kraftstoffeinspritzung bis zum Abschluss der Verbrennung zu verkürzen. Als ein Resultat kann innerhalb eines Bereichs, wo die Motorlast hoch ist und die Motordrehzahl niedrig ist, und die abnormale Verbrennung leicht auftritt, die abnormale Verbrennung vermieden werden. Für den Kraftstoffdruck ist erforderlich, dass er auf etwa 40 MPa oder darüber bzw. höher eingestellt wird. Der Kraftstoffdruck kann geeignet in Abhängigkeit von der Eigenschaft des verwendeten Kraftstoffs, welcher Benzin enthält, eingestellt bzw. festgelegt werden, und der maximale Wert kann bei etwa 120 MPa liegen.
Da die verzögerte Einspritzung hohen Drucks bzw. bei hohem Druck die abnormale Verbrennung durch ein Entwickeln bzw. Konzipieren des Kraftstoffeinspritzmodus vermeidet, kann der Zündzeitpunkt vorgerückt bzw. vorgestellt werden. Wie dies in 4A gezeigt ist, ist bzw. wird der Zündzeitpunkt auf nahe zu dem Verdichtungs TDC eingestellt, und die Zündung wird durch ein Betätigen von einer der ersten Zündkerze 25 oder der zweiten Zündkerze 26 durchgeführt. Das Vorstellen des Zündzeitpunkts ist vorteilhaft beim Erhöhen einer thermischen Effizienz und eines Drehmoments. Es ist festzuhalten, dass der Einspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt, welche in 4A gezeigt sind, lediglich eine Illustration sind und nicht darauf beschränkt sind.
Innerhalb des Betriebsbereichs, wo die verzögerte Einspritzung hohen Drucks durchgeführt wird, innerhalb des Bereichs mit niedriger Motorlast (siehe den Teil (2) in 3) als dem Bereich maximaler Motorlast (siehe den Teil (1) in 3) kann, da die Erzeugung der abnormalen Verbrennung im Vergleich zu dem Bereich (1) unterdrückt wird, die obere Grenze des Kraftstoffdrucks (z. B. etwa 80 MPa) abgesenkt bzw. verringert werden und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt kann innerhalb des Bereichs in der späteren Stufe eines Kompressionshubs vorgerückt werden.
Es ist festzuhalten, dass innerhalb des Bereichs des Betriebsbereichs in dem CI Modus, wo die Motorlast hoch ist und es somit schwierig wird, die Verdichtungs- bzw. Kompressionszündung zu regeln bzw. zu steuern, die verzögerte Einspritzung hohen Drucks als der Betriebsbereich in dem SI Modus mit der hohen Motorlast (siehe den Teil (2) in 3) zusätzlich zu einem Reduzieren der Einbringrate des internen EGR Gases, wie oben beschrieben, durchgeführt werden kann. Auf diese Weise wird ein rascher Anstieg des Kraftstoffdrucks in dem CI Modus unterdrückt, und der Anstieg in einem Motorlärm kann unterdrückt werden.
Andererseits wird, wenn sich der Betriebszustand des Motors innerhalb eines Bereichs hoher Motordrehzahl innerhalb des Bereichs hoher Motorlast befindet (siehe den Teil (3) in 3, wobei festgehalten wird, dass der Ausdruck ”Bereich hoher Motordrehzahl”, welcher hierin verwendet wird, einem Bereich hoher Motordrehzahl entspricht, welcher durch ein Unterteilen des Betriebsbereichs des Motors 1 in drei Bereiche gebildet wird: Bereich hoher Motordrehzahl, Bereich mittlerer Motordrehzahl und Bereich niedriger Motordrehzahl), wie dies in 4B gezeigt ist, der Kraftstoff innerhalb einer Periode eines Einlasshubs, in welcher das Einlassventil 21 offen ist, und nicht innerhalb der verzögerten Periode eingespritzt. Nachfolgend wird dieser Kraftstoffeinspritzmodus als ”die Einlasshubeinspritzung” bezeichnet. In der Einlasshubeinspritzung ist bzw. wird, da ein hoher Kraftstoffdruck nicht erforderlich ist, der Kraftstoffdruck reduziert, um niedriger als in der verzögerten Einspritzung hohen Drucks zu sein (z. B. unter etwa 40 MPa). Auf diese Weise wird der mechanische Widerstandsverlust des Motors 1 aufgrund des Betriebs der Kraftstoffpumpe 90 hohen Drucks reduziert, und es wird vorteilhaft beim Verbessern des Kraftstoffverbrauchs.
Obwohl die verzögerte Einspritzung hohen Drucks die reagierbare Zeitdauer des nicht verbrannten Mischgases durch ein Einspritzen des Kraftstoffs innerhalb der verzögerten Periode verkürzt, ist das Verkürzen der reagierbaren Zeitdauer nicht effektiv bzw. wirksam innerhalb des Bereichs hoher Motordrehzahl, wo die Motordrehzahl vergleichsweise hoch ist, da eine tatsächliche Zeitdauer, welche für die Änderung des Kurbelwellenwinkels erforderlich ist, kurz ist, während die Verkürzung innerhalb des Bereichs niedriger Motordrehzahl effektiv bzw. wirksam ist, wo die Motordrehzahl vergleichsweise niedrig ist, da die tatsächliche Zeitdauer, welche für die Änderung des Kurbelwellenwinkels erforderlich ist, lang ist. Im Gegensatz dazu wird in der verzögerten Einspritzung, da der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt auf nahe dem Verdichtungs TDC eingestellt bzw. festgelegt ist, Luft ohne Kraftstoff, mit anderen Worten, Luft mit einer hohen Wärmekapazität an einem Verdichtungshub komprimiert. Als ein Resultat wird innerhalb des Bereichs hoher Motordrehzahl die Temperatur im Inneren des Zylinders 18 bei dem Verdichtungs TDC (d. h. Verdichtungsendtemperatur) hoch, wobei dies ein Klopfen aufgrund der hohen Verdichtungsendtemperatur bewirkt. Daher muss, wenn die verzögerte Einspritzung während des Betriebs bei hoher Drehzahl durchgeführt wird, der Zündzeitpunkt verzögert werden, um ein Klopfen zu vermeiden.
Somit wird bei dem Motor 1 dieser Ausführungsform innerhalb des Bereichs (3) (d. h. Bereich hoher Motorlast und hoher Motordrehzahl) die Einlasshubeinspritzung anstelle der verzögerten Einspritzung durchgeführt.
In der Einlasshubeinspritzung kann das Verhältnis der Wärmekapazität bzw. spezifischen Wärme des Gases im Zylinder während des Verdichtungshubs (d. h. Mischgas, welches den Kraftstoff enthält) reduziert werden, und demgemäß kann die Verdichtungsendtemperatur unterdrückt bzw. verringert werden, um niedrig zu sein. Da ein Klopfen durch ein Verringern der Verdichtungsendtemperatur unterdrückt werden kann, kann der Zündzeitpunkt vorgestellt bzw. vorgerückt werden. Somit wird innerhalb des Bereichs (3) die Zündung nahe dem Verdichtungs TDC ähnlich zu der verzögerten Einspritzung hohen Drucks durchgeführt. Jedoch ist innerhalb des Bereichs (3) im Hinblick auf ein Verkürzen der Verbrennungsperiode die Zündung eine Zweipunkt-Zündung, in welcher die erste und zweite Zündkerze 25 und 26 beide betrieben bzw. betätigt werden. Die erste und zweite Zündkerze 25 und 26 können gleichzeitig oder mit einer Zeitdifferenz dazwischen zünden.
Daher wird mit bzw. bei diesem Motor 1 innerhalb des Bereichs hoher Motorlast und niedriger Motordrehzahl (den Bereichen (1) und (2), welche in 3 gezeigt sind) die thermische Effizienz verbessert, während die abnormale Verbrennung durch ein Durchführen der verzögerten Einspritzung hohen Drucks vermieden wird.
Darüber hinaus wird bei diesem Motor innerhalb des Bereichs hoher Motorlast und hoher Motordrehzahl (des Bereichs (3), welcher in 3 gezeigt ist) durch ein Durchführen der Einlasshubeinspritzung die thermische Effizienz verbessert, während die abnormale Verbrennung durch ein Durchführen der verzögerten Einspritzung hohen Drucks vermieden wird. Zusätzlich verteilt sich innerhalb des Bereichs hoher Motorlast und hoher Motordrehzahl durch ein Durchführen der Zweipunkt-Zündung die Flamme jeweils von einer Vielzahl von Feuerursprüngen innerhalb der Verbrennungskammer, und daher verteilt sich die Flamme rasch und die Verbrennungsperiode wird kürzer. Mit der Zweipunkt-Zündung wird, selbst wenn der Zündzeitpunkt auf nach dem Verdichtungs TDC verzögert wird, der Schwerpunkt der Verbrennung an der Vorrückungsseite soweit wie möglich positioniert, die Dual- bzw. Zweipunkt-Zündung wird vorteilhaft beim Verbessern der thermischen Effizienz und beim Erhöhen des Drehmoments und als ein Resultat beim Verbessern des Kraftstoffverbrauchs. Es ist festzuhalten, dass die Anzahl von Zündkerzen nicht auf zwei beschränkt ist, und dass es drei oder mehrere oder nur eine sein können bzw. kann. Eine Mehrfachpunkt-Zündung kann in der verzögerten Einspritzung hohen Drucks durchgeführt werden. Die verzögerte Einspritzung bei hohem Druck kann erforderlichenfalls auf unterteilte Einspritzungen umgeschaltet werden, und in ähnlicher Weise kann die Einlasshubeinspritzung auch auf unterteilte Einspritzungen erforderlichenfalls umgeschaltet werden. Als ein Resultat wird die Einspritzung wenigstens ein Mal an einem Einlasshub durchgeführt, wobei ebenso die Kraftstoffeinspritzung auch an einem Verdichtungshub durchgeführt werden kann.
(Basiskonfiguration einer Einspritzeinrichtung)
5 zeigt eine Konfiguration der Einspritzeinrichtung 80. Die Einspritzeinrichtung 80 ist konfiguriert, um eine durch ein Solenoid bzw. Magnetventil betätigte Einspritzeinrichtung für ein Öffnen einer Mehrzahl von Düsenlöchern 84 (siehe auch 11), welche in einer Spitzenfläche 804 ausgebildet sind, durch ein direktes Anziehen einer Nadel 83 zu sein, welche innerhalb ihres Kraftstoffdurchtritts angeordnet ist, um durch einen magnetischen Kreis angehoben bzw. betätigt zu werden, welcher durch ein Zuführen von Energie bzw. Leistung zu einer Magnetspule gebildet wird. Die Einspritzeinrichtung 80 weist zwei Magnet- bzw. Solenoidspulen auf: eine erste Magnetspule 81 und eine zweite Magnetspule 82, und kann das Hubausmaß der Nadel 83 zwischen einem ersten Hubausmaß S1, welches relativ klein ist, und einem zweiten Hubausmaß S2 umschalten, welches relativ groß ist. Auf diese Weise kann, wie dies in 6 illustriert ist, die Einspritzeinrichtung 80 eine hohe Kraftstoffeinspritzgenauigkeit von einer kleinen Einspritzmenge bis zu einer großen Einspritzmenge sicherstellen. Eine derartige Einspritzeinrichtung 80 ist für den Motor 1 geeignet, wo eine hohe Kraftstoffeinspritzgenauigkeit über einen weiten Bereich von der geringen Einspritzmenge für die Verdichtungszündungsverbrennung, welche durchgeführt wird, wenn sich der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des Bereichs niedriger Motorlast befindet, bis zu der großen Einspritzmenge erforderlich ist, wenn sich der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des Bereichs hoher Motorlast befindet. Speziell ist, da der Kraftstoff, welcher Benzin enthält, verwendet wird und ein Einfluss einer Änderung in einer Kraftstoffeinspritzmenge auf die Verschlechterung der Abgasemissionsleistung und auch auf die Verbrennungsstabilität sehr empfindlich ist, eine insbesondere hohe Kraftstoffeinspritzgenauigkeit mit bzw. bei dem Motor 1 erforderlich.
Der Körper der Einspritzeinrichtung 80 ist bzw. wird durch ein Koppeln unter Verwendung eines koppelnden bzw. Kopplungsglieds 843 eines ersten zylindrischen Ventilkörpers 841, welcher einen großen Durchmesser aufweist, mit einem zweiten zylindrischen Ventilkörper 842 konfiguriert, welcher sich von einem Ende des ersten Ventilkörpers 841 erstreckt und einen kleinen Durchmesser aufweist, wobei sein Spitzenende geschlossen ist.
Innerhalb des ersten Ventilkörpers 841 ist eine zylindrische Ummantelung 85 aufgenommen, und ein Kraftstoffdurchtritt 800 wird durch eine innere Umfangsoberfläche der Ummantelung bzw. des Gehäuses 85 gebildet. Ein oberer Endabschnitt der Ummantelung 85 öffnet an einem Basisende der Einspritzeinrichtung 80 (oberen Ende in 5) der Einspritzeinrichtung 80, und ein unteres Ende der Ummantelung 85 öffnet bzw. mündet, um mit einer Basisendöffnung des zweiten Ventilkörpers 842 zu kommunizieren bzw. in Verbindung zu stehen. Dementsprechend wird der Kraftstoffdurchtritt 800 im Inneren der Einspritzeinrichtung 80 ausgebildet, welcher den Kraftstoff von der Kraftstoffeinlassöffnung 844, welche mit der Kraftstoffleiste bzw. dem Kraftstoffverteilerrohr 64 an dem Basisende der Einspritzeinrichtung 80 kommuniziert bzw. in Verbindung steht, zu jedem Düsenloch 84 zuführt, welches an dem Spitzenende der Einspritzeinrichtung 80 öffnet bzw. mündet.
Wie dies später beschrieben wird, ist bzw. wird die zylindrische Ummantelung 85 im Wesentlichen mit einem magnetischen Körper gebildet, um ein Teil des magnetischen Kreises darzustellen, während die Energie bzw. Leistung zu der ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82 zugeführt wird. Spezifisch ist bzw. wird die Ummantelung 85 durch ein ferritisches Metall (z. B. Ferritstahl) gebildet.
Die Nadel 83 für ein Öffnen und Schließen jedes Düsenlochs 84 ist innerhalb der Ummantelung 85 angeordnet, um koaxial zu der Ummantelung 85 zu sein. Die Nadel 83 erstreckt sich in Richtung zu dem Spitzenende der Einspritzeinrichtung 80 von nahe einem zentralen Bereich der Ummantelung 85 in einer axialen Richtung der Einspritzeinrichtung 80, und ein Spitzenabschnitt der Nadel 83 ist in einem Spitzenabschnitt des zweiten Ventilkörpers 842 positioniert. In der Nadel 83 ist ein Loch 831, welches zu einer Basisendfläche der Nadel 83 öffnet bzw. mündet und sich in Richtung zu dem Spitzenabschnitt der Nadel 83 erstreckt, ausgebildet, um sich entlang einer zentralen Achse der Nadel 83 zu erstrecken. Das Loch 831 öffnet bzw. mündet zu einer Umfangsoberfläche der Nadel 83 nahe einem zentralen Bereich der Nadel 83 in der axialen Richtung. Das Loch 831 fungiert als ein Teil des Kraftstoffdurchtritts, welcher die obere Seite eines zweiten bewegbaren Kerns 872 und die untere Seite des ersten bewegbaren Kerns 871 verbindet.
Die erste und zweite Magnetspule 81 und 82 sind zwischen dem ersten Ventilkörper 841 und der Ummantelung 85 derart angeordnet, dass sich die erste Magnetspule 81 an der unteren Seite befindet und sich die zweite Magnetspule 82 an der oberen Seite relativ zueinander befindet, während sie einen vorbestimmten Spalt dazwischen in der axialen Richtung der Einspritzeinrichtung 80 aufweisen.
Innerhalb der Ummantelung 85 ist ein zylindrischer erster festgelegter Kern 861 an einer Position gegenüberliegend zu der ersten Magnetspule 81 über die Ummantelung 85 festgelegt, und in ähnlicher Weise ist ein zylindrischer zweiter festgelegter Kern 862 an einer Position gegenüberliegend zu der zweiten Magnetspule 82 über die Ummantelung 85 festgelegt. Der erste und zweite festgelegte Kern 861 und 862 beinhalten magnetische Körper, um ein Teil des magnetischen Kreises jeweils individuell bzw. einzeln darzustellen, während die Energie zu der ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82 zugeführt wird.
Der ringförmige erste bewegbare Kern 871 ist unterhalb des ersten festgelegten Kerns 861 mit einem vorbestimmten Spalt bzw. Abstand S1 von einer unteren Endfläche des ersten festgelegten Kerns 861 in einem Zustand eines Anpassens auf die Nadel 83 angeordnet. Demgegenüber ist der ringförmige zweite bewegbare Kern 872 unterhalb des zweiten festgelegten Kerns 862 mit einem vorbestimmten Spalt S2 von einer unteren Endfläche des zweiten festgelegten Kerns 862 in einem Zustand eines Ein- bzw. Anpassens auf die Nadel 83 angeordnet. Die Spalte S1 und S2 sind eingestellt bzw. festgelegt, um S1 < S2 zu erfüllen.
Der erste bewegbare Kern 871, welcher auf die Nadel 83 angepasst ist, ist bzw. gelangt in Eingriff mit einem abgestuften Querschnitt bzw. Abschnitt, welcher in einem zentralen Bereich der Nadel 83 ausgebildet ist, und in ähnlicher Weise ist bzw. gelangt der zweite bewegbare Kern 872, welcher auf die Nadel 83 angepasst ist, in Eingriff mit einem abgestuften Abschnitt bzw. Querschnitt, welcher in einem oberen Endbereich der Nadel 83 ausgebildet ist. Der erste und zweite bewegbare Kern 871 und 872 sind in der Ummantelung 85 angeordnet, um in der axialen Richtung hin- und herbewegbar zu sein, und wenn sich der erste bewegbare Kern 871 nach oben bewegt, bewegt sich die Nadel 83 nach oben aufgrund des Eingriffs zwischen dem ersten bewegbaren Kern 871 und dem Stufenabschnitt. Darüber hinaus bewegt sich, auch wenn sich der zweite bewegbare Kern 872 nach oben bewegt, die Nadel 83 nach oben aufgrund des Eingriffs zwischen dem zweiten bewegbaren Kern 872 und dem Stufenabschnitt. Daher kann die selektive bzw. ausgewählte Bewegung des ersten und zweiten bewegbaren Kerns 871 und 872 die Nadel 83 anheben bzw. beaufschlagen.
Die Nadel 83 ist nach unten durch eine Feder 881 beaufschlagt bzw. vorgespannt, welche an der Basisendseite der Nadel 83 angeordnet ist, so dass jedes Düsenloch 84 normalerweise geschlossen ist. Andererseits sind der erste und zweite bewegbare Kern 871 und 872 nach oben jeweils durch Federn 882 und 883 vorgespannt bzw. beaufschlagt, so dass der Zustand, wo der erste und zweite bewegbare Kern 871 und 872 in Eingriff mit den jeweiligen Stufenabschnitten der Nadel 83 sind, normalerweise beibehalten wird.
Der erste und zweite bewegbare Kern 871 und 872 beinhalten jeweils magnetische Körper, und es wird, wie dies in 7 in einer vergrößerten Weise gezeigt ist, wenn die Energie zu der ersten Magnetspule 81 zugeführt bzw. geliefert wird, der magnetische Kreis (siehe die dicke durchgehende Pfeillinie in 7), welcher durch den ersten Ventilkörper 841, die Ummantelung 85, den ersten bewegbaren Kern 871 und den ersten festgelegten Kern 861 (und verstärkende Glieder 891 erster Art, welche später beschrieben werden) hindurchtritt, ausgebildet, und dadurch wird der erste bewegbare Kern 871, welcher in der axialen Richtung innerhalb der Ummantelung 85 hin- und herbewegbar ist, nach oben angezogen. In Übereinstimmung mit der Anziehung des ersten bewegbaren Kerns 871 bewegt sich auch die Nadel 83, welche mit dem ersten bewegbaren Kern 871 an dem Stufenabschnitt in Eingriff steht, nach oben entgegen der beaufschlagenden Kraft der Feder 881 (und einem Rückdruck, welcher auf die Nadel 83 aufgrund des Kraftstoffdrucks wirkt, wie dies später beschrieben wird). Der erste bewegbare Kern 871 und die Nadel 83 bewegen sich nach oben, bis der erste bewegbare Kern 871 mit dem ersten festgelegten Kern 861 in Kontakt gelangt. Mit anderen Worten hebt sich die Nadel 83 um ein erstes Hubausmaß S1 entsprechend dem Spalt bzw. Abstand S1.
In ähnlicher Weise wird, wenn die Energie bzw. Leistung zu der zweiten Magnetspule 82 zugeführt wird, der magnetische Kreis, welcher durch den ersten Ventilkörper 841, die Ummantelung 85, den zweiten bewegbaren Kern 872 und den zweiten festgelegten Kern 862 (und verstärkende Glieder 891 erster Art, welche später beschrieben werden) hindurchtritt, gebildet, und dadurch wird der zweite bewegbare Kern 872, welcher in der axialen Richtung innerhalb der Ummantelung 85 hin- und herbewegbar ist, nach oben angezogen. In Übereinstimmung mit der Anziehung des zweiten bewegbaren Kerns 872 bewegt sich die Nadel 83, welche mit dem zweiten bewegbaren Kern 872 an dem Stufenabschnitt in Eingriff steht, auch nach oben gegen die beaufschlagende Kraft der Feder 881 (und den Rückdruck, welcher auf die Nadel 83 wirkt, wie dies später beschrieben wird). Somit hebt sich jeder des zweiten bewegbaren Kerns 872 und der Nadel 83 um ein zweites Hubausmaß S2 entsprechend dem Spalt S2, bis der zweite bewegbare Kern 872 mit dem zweiten festgelegten Kern 862 in Kontakt gelangt bzw. diesen kontaktiert.
Hier sind in der Ummantelung 85 nicht-magnetische Körperteile 851 für ein Verhindern eines Kurzschlusses des magnetischen Kreises an einer Position entsprechend einem Abschnitt bzw. Bereich zwischen dem ersten festgelegten Kern 861 und dem ersten bewegbaren Kern 871 und einer Position entsprechend einem Bereich zwischen dem zweiten festgelegten Kern 862 und dem zweiten bewegbaren Kern 872 an der Gesamtheit von zwei Positionen jeweils zwischengeschaltet. Derartige nicht-magnetische Körperteile 851 können durch ein Reibverbinden, bei bzw. nach einem Unterteilen der Ummantelung in eine Mehrzahl von Teilen, an zwischenliegenden Abschnitten bzw. Bereichen der zylindrischen Ummantelung 85 jeweils vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt sein, welche sich in der axialen Richtung erstreckt. Die Reibverbindung kann fest die Ummantelung 85 mit dem nicht-magnetischen Körperabschnitt 851 ohne ein Verdünnen der Ummantelung 85 und der nicht-magnetischen Körperteile 851 koppeln, und die Reibverbindung ist, wie dies später beschrieben wird, vorteilhaft beim Erhöhen der Stärke bzw. Festigkeit des Gehäuses bzw. der Ummantelung 85, welche(s) einen durch einen hohen Kraftstoffdruck bewirkten Innendruck empfängt bzw. erhält.
(Verstärkende Struktur, welche erlaubt, einen hohen Kraftstoffdruck einer Einspritzeinrichtung zu erhalten)
Wie oben beschrieben, kann der Kraftstoffdruck auf einen hohen Kraftstoffdruck innerhalb eines Bereichs zwischen beispielsweise etwa 40 MPa und maximal etwa 120 MPa eingestellt bzw. festgelegt werden, und somit steigt der interne bzw. Innendruck der Ummantelung 85 an. Um dem hohen Innendruck zu widerstehen, muss die Dicke der Ummantelung 85 vergrößert werden. Jedoch ist, da die Ummantelung 85 das Teil des magnetischen Kreises darstellt, sie beispielsweise aus einem ferritischen Metall hergestellt, wie dies oben beschrieben ist; mit anderen Worten, ist sie vergleichsweise schwach in ihrer Festigkeit. Daher steigt, wenn die Ummantelung 85 dem hohen Innendruck selbst widerstehen soll, die Dicke signifikant an. Mit einer derartigen dicken Ummantelung 85 kann der magnetische Kreis, welcher sich über das Innere und Äußere der Ummantelung 85 erstreckt, nicht konfiguriert werden.
Daher sind bzw. werden bei dieser Einspritzeinrichtung 80 verstärkende bzw. Verstärkungsglieder auf die Ummantelung 85 gepasst, so dass die Ummantelung 85, welche den Kraftstoffdurchtritt 800 bildet, eine im Wesentlichen duale bzw. Doppelrohrstruktur aufweist. Spezifisch ist, als die verstärkenden Glieder, die Einspritzeinrichtung 80 mit verstärkenden Gliedern 891 erster Art, welche benachbart zu der jeweiligen ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82 in der axialen Richtung angeordnet sind, und verstärkenden Gliedern 892 zweiter Art versehen, welche jeweils zwischen der ersten Magnetspule 81 und der Ummantelung 85 und zwischen der zweiten Magnetspule 82 und der Ummantelung 85 vorgesehen sind.
In der Einspritzeinrichtung 80 in der Illustration sind die verstärkenden Glieder 891 erster Art zwischen dem ersten Ventilkörper 841 und der Ummantelung 85 jeweils an einer Position zwischen der ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82 und einer Position unterhalb der zweiten Magnetspule 81 angeordnet. Wie dies in 7 in einer vergrößerten Weise gezeigt ist, beinhaltet das verstärkende Glied 891 erster Art benachbart zu der ersten Magnetspule 81 oder der zweiten Magnetspule 82 in der axialen Richtung einen magnetischen Körper, um ein Teil des magnetischen Kreises darzustellen, während die Energie zu den Magnetspulen zugeführt wird. Im Hinblick auf eine Verbesserung einer Effizienz der magnetischen Kreise kann jeder magnetische Körper, welcher das verstärkende Glied 891 erster Art konfiguriert bzw. darstellt, aus einem ferritischen Metall (z. B. Ferritstahl) ähnlich zu der Ummantelung 85 hergestellt sein bzw. werden. Das verstärkende Glied 891 erster Art wird extern auf die Ummantelung 85 gepasst und dadurch wirkt eine Last auf die Ummantelung 85 einwärts von außen in einer radialen Richtung davon. Die Last bzw. Belastung wirkt gegen den Innendruck auf eine innere Umfangsoberfläche der Ummantelung 85, welcher durch den Kraftstoffdruck bewirkt wird, welcher nach außen von innen in der radialen Richtung wirkt. Das verstärkende Glied 891 erster Art kann extern auf die Ummantelung 85 durch ein Anwenden eines geeigneten Verfahrens, wie beispielsweise ein Presspassen oder Schrumpfpassen angepasst bzw. festgelegt werden.
Demgegenüber sind die verstärkenden Glieder 892 zweiter Art, wie oben beschrieben, jeweils zwischen der ersten Magnetspule 81 und der Ummantelung 85 und auch zwischen der zweiten Magnetspule 82 und der Ummantelung 85 zwischengeschaltet. Eine Länge von jedem der verstärkenden Glieder 892 zweiter Art in der axialen Richtung entspricht jeder von Längen der ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82. Im Gegensatz zu dem verstärkenden Glied 891 erster Art beinhaltet jedes verstärkende Glied 892 zweiter Art einen nicht-magnetischen Körper, um einen Kurzschluss des magnetischen Kreises zu verhindern, während die Energie zu einer der ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82 zugeführt wird. Der nicht-magnetische Körper kann durch einen austenitischen Stahl, etc. konfiguriert bzw. gebildet sein. Ähnlich zu dem verstärkenden Glied 891 erster Art ist bzw. wird das verstärkende Glied 892 zweiter Art auch extern auf die Ummantelung 85 gepasst, und dadurch wirkt eine Last, welche einwärts von außen in der radialen Richtung wirkt, welche entgegen dem Innendruck ist, auf die Ummantelung 85. Das verstärkende Glied 892 zweiter Art kann extern auf die Ummantelung 85 auch durch ein Anwenden eines geeigneten Verfahrens, wie beispielsweise ein Presspassen oder Schrumpfpassen angepasst bzw. festgelegt werden.
Wie dies oben beschrieben ist, wirkt durch ein Anpassen der verstärkenden Glieder 891 und 892 erster und zweiter Art extern auf die Ummantelung 85 eine entgegengesetzte Kraft, welche einwärts von außen in der radialen Richtung wirkt, auf die Ummantelung 85, wo ein hoher Innendruck darin aufgrund des hohen Kraftstoffdrucks wirkt, welcher in dem Kraftstoffdurchtritt 800 enthalten ist. Wie dies in 7 gezeigt ist, kann die Doppelrohrstruktur mit der Ummantelung und dem verstärkenden Glied eine Beanspruchung bzw. Belastung auf die zwei inneren und äußeren Rohre verteilen. Als ein Resultat kann eine erforderliche Stärke bzw. Festigkeit ohne ein Verdicken der Ummantelung 85 sichergestellt werden. Dies wird vorteilhaft beim Ausbilden des magnetischen Kreises über das Innere und Äußere der Ummantelung 85.
Darüber hinaus ist jedes verstärkende Glied 891 erster Art benachbart zu einer der ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82 in der axialen Richtung angeordnet und beinhaltet den magnetischen Körper, welcher das Teil des magnetischen Kreises darstellt, und es trägt somit sowohl zum Erhöhen des Kraftstoffdrucks durch ein Verstärken der Ummantelung 85 als auch zu einem Ausbilden des magnetischen Kreises bei. Die Konstruktion des verstärkenden Glieds 891 erster Art mit Ferritstahl, welcher eine hohe magnetische Permeabilität und einen niedrigen Restmagnetismus aufweist, ist vorteilhaft beim Verbessern der Leistung der Einspritzeinrichtung 80.
Demgegenüber ist jedes verstärkende Glied 892 zweiter Art zwischen der ersten Magnetspule 81 und der Ummantelung 85 und zwischen der zweiten Magnetspule 82 und der Ummantelung 85 zwischengeschaltet und beinhaltet den nicht-magnetischen Körper, und somit verhindert es einen Kurzschluss des magnetischen Kreises und trägt sowohl zu einem Erhöhen des Kraftstoffdrucks durch ein Verstärken der Ummantelung 85 als auch zu einem Ausbilden des magnetischen Kreises bei. Die Konstruktion des verstärkenden Glieds 892 zweiter Art mit einem austenitischen Stahl kann das verstärkende Glied 892 zweiter Art durch die Stärke bzw. Festigkeit des austenitischen Stahl dünn machen und verschmälert die Abstände bzw. Spalte der ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82 mit der Ummantelung 85 und ist somit vorteilhaft beim Ausbilden eines magnetischen Kreises mit hoher Effizienz als auch bei einem Minimieren der Einspritzeinrichtung 80.
(Abstützende Strukturen des ersten und zweiten bewegbaren Kerns)
Hier sind in der Einspritzeinrichtung 80, welche in 5 gezeigt ist, Federn 882 und 883 jeweils unterhalb des ersten und zweiten bewegbaren Kerns 871 und 872 angeordnet, um den ersten und zweiten bewegbaren Kern 871 und 872 nach oben vorzuspannen bzw. zu beaufschlagen. Mit bzw. bei einer derartigen abstützenden Konfiguration bewegt sich, wenn die Energie bzw. Leistung zu der zweiten Magnetspule 82 zugeführt wird, wie dies durch die durchgehende Linie in 8A angedeutet ist, der zweite bewegbare Kern 872 um das vorbestimmte Hubausmaß S2 und hebt bzw. beaufschlagt dementsprechend die Nadel 83 nach oben. Da der Eingriff zwischen dem ersten bewegbaren Kern 871 und dem Stufenabschnitt der Nadel 83 durch den Aufwärtshub freigegeben wird, wie dies durch die unterbrochene Linie in 8A angezeigt ist, bewegt sich der erste bewegbare Kern 871 nach oben durch die beaufschlagende bzw. vorspannende Kraft der Feder 882.
Dann gelangt, wenn die Energie- bzw. Leistungszufuhr zu der zweiten Magnetspule 82 endet, und während sich der zweite bewegbare Kern 872 und die Nadel 83 gemeinsam gemäß einer Differenz zwischen der nach unten beaufschlagenden Kraft der Feder 881 und der nach oben beaufschlagenden Kraft der Feder 883 bewegen, der Stufenabschnitt der Nadel 83 wiederum in Eingriff mit dem ersten bewegbaren Kern 871 (siehe den Punkt mit ”KONTAKT” in 8A), und dann wird die aufwärts gerichtete beaufschlagende Kraft der Feder 882 hinzugefügt. Der erste und zweite bewegbare Kern 871 und 872 und die Nadel 83 bewegen sich integral bzw. gemeinsam gemäß der Differenz einer Kraft zwischen der nach unten gerichteten beaufschlagenden Kraft der Feder 881 und der nach oben gerichteten beaufschlagenden Kraft der Federn 882 und 883. Mit anderen Worten verlangsamt sich die absteigende Geschwindigkeit der Nadel 83 während eines Absteigens bzw. einer Abwärtsbewegung, und ein Schlag bzw. Aufprall des Spitzenendes der Nadel 83, wenn sie auf einem Sitzabschnitt 801 (später beschrieben) sitzt, klingt ab bzw. lässt nach. Dies ist vorteilhaft beim Unterdrücken des Geräusches eines Aufpralls.
Andererseits bewegt sich, wenn die Leistung zu der ersten Magnetspule 81 zugeführt wird, wie dies durch die unterbrochene Linie in 8 angedeutet ist, der erste bewegbare Kern 871, und es heben sich dementsprechend, wie dies durch die durchgezogene Linie in 8B angedeutet ist, die Nadel 83 und der zweite bewegbare Kern 872 jeweils bzw. entsprechend nach oben um das vorbestimmte Hubausmaß S1.
Darüber hinaus bewegen sich, wenn die Leistungszufuhr zu der ersten Magnetspule 81 endet, der erste und zweite bewegbare Kern 871 und 872 und die Nadel 83 integral bzw. gemeinsam gemäß der Differenz einer Kraft zwischen der nach unten gerichteten beaufschlagenden Kraft der Feder 881 und den nach oben gerichteten beaufschlagenden Kräften der Federn 882 und 883 nach unten, und auch in diesem Fall nimmt die absteigende Geschwindigkeit der Nadel 83 ab. Daher nimmt, ähnlich zu dem obigen Fall, der Aufprall des Spitzenendes der Nadel 83, wenn sie auf dem Sitzabschnitt 801 sitzt, ab. Dies ist vorteilhaft beim Unterdrücken des Geräusches eines Aufschlags bzw. Aufpralls.
9 ist eine Ansicht, welche eine Modifikation der Einspritzeinrichtung 80 zeigt, welche eine Konfiguration aufweist, in welcher die nach unten gerichtete beaufschlagende Kraft auf den ersten bewegbaren Kern 871 durch ein Anordnen der Feder 882 auf dem ersten bewegbaren Kern 871 aufgebracht bzw. ausgeübt wird. Es ist festzuhalten, dass in 9 dieselben Komponenten wie die Einspritzeinrichtung 80, welche in 5 gezeigt ist, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. In der Einspritzeinrichtung 80, welche in 9 gezeigt ist, ist ein Abstandhalter 884 unterhalb des ersten bewegbaren Kerns 871 angeordnet, um den Spalt bzw. Abstand S1 zwischen dem ersten bewegbaren Kern 871 und dem ersten festgelegten Kern 861 zu definieren.
In der Einspritzeinrichtung 80, welche in 9 gezeigt ist, bewegen sich, wenn die Leistung zu der zweiten Magnetspule 82 zugeführt wird, wie dies durch die durchgehende Linie in 10A angedeutet ist, der zweite bewegbare Kern 872 und die Nadel 83 nach oben nur um das vorbestimmte Hubausmaß S2 ähnlich zu der obigen Ausführungsform; jedoch verbleibt, da der erste bewegbare Kern 871 nach unten beaufschlagt bzw. vorgespannt ist, er angehalten bzw. gestoppt, wie dies durch die durchbrochene Linie in 10A angedeutet ist.
Wenn die Leistungszufuhr zu der zweiten Magnetspule 82 endet, bewegen sich der zweite bewegbare Kern 872 und die Nadel 83 gemeinsam gemäß der Differenz zwischen der nach unten gerichteten beaufschlagenden Kraft der Feder 881 und der nach oben gerichteten beaufschlagenden Kraft der Feder 883 nach unten. Wie oben beschrieben, gelangt hier, da sich der erste bewegbare Kern 871 im Gegensatz zu der Ausführungsform, welche in 8A gezeigt ist, nicht nach oben bewegt, der erste bewegbare Kern 871 nicht in Eingriff mit dem Stufenabschnitt der Nadel 83 während einer Abwärtsbewegung. Als ein Resultat gelangt die Nadel 83 zu einem Sitzen auf dem Sitzabschnitt 801, ohne ihre absteigende Geschwindigkeit während einer Abwärtsbewegung zu ändern.
Andererseits bewegt sich, wenn die Leistung zu der ersten Magnetspule 81 zugeführt wird, wie dies durch die durchbrochene Linie in 10B angedeutet ist, der erste bewegbare Kern 871, und demgemäß heben sich, wie dies durch die durchgehende Linie in 10B angedeutet ist, die Nadel 83 und der zweite bewegbare Kern 872 jeweils nach oben um das vorbestimmte Hubausmaß S1. Hier ist, da die nach unten gerichtete beaufschlagende Kraft durch die Feder 882 auf den ersten bewegbaren Kern 871 wirkt, die anhebende bzw. Anhebegeschwindigkeit der Nadel 83 und dgl. kleiner im Vergleich zu der Ausführungsform, welche in 8B gezeigt ist. Darüber hinaus bewegen sich, wenn die Leistungszufuhr zu der ersten Magnetspule 81 endet, der erste und zweite bewegbare Kern 871 und 872 und die Nadel 83 integral bzw. gemeinsam gemäß der Differenz einer Kraft zwischen der nach unten gerichteten beaufschlagenden Kraft der Federn 881 und 882 und der nach oben gerichteten beaufschlagenden Kraft der Feder 883 nach unten, und daher wird die absteigende Geschwindigkeit der Nadel 83 schneller im Vergleich zu der Ausführungsform, welche in 8B gezeigt ist.
Es ist festzuhalten, dass, obwohl die Illustration weggelassen ist, für beide Ausführungsformen, welche in 5 und 9 gezeigt sind, die Feder 883 an bzw. auf dem zweiten bewegbaren Kern 872 angeordnet sein bzw. werden kann, um eine nach unten bzw. abwärts gerichtete beaufschlagende Kraft auf den zweiten bewegbaren Kern 872 auszuüben.
Darüber hinaus ist in den Einspritzeinrichtungen 80, welche in 5 und 9 gezeigt sind, die Solenoid- bzw. Magnetspule mit einem relativ großen Hubausmaß, mit anderen Worten, die zweite Magnetspule 82 an der oberen Seite angeordnet, und die Magnetspule mit einem relativ geringen bzw. kleinen Hubausmaß, mit anderen Worten, die erste Magnetspule 81 ist an der unteren Seite angeordnet; es kann jedoch die entgegengesetzte Anordnung angewandt werden, in welcher die Magnetspule mit einem relativ großen Hubausmaß an der unteren Seite angeordnet ist und die Magnetspule mit einem relativ kleinen Hubausmaß an der oberen Seite relativ zueinander angeordnet ist.
(Struktur für ein Reduzieren einer Anziehungskraft, welche aufgrund eines Kraftstoffdruckanstiegs einer Einspritzeinrichtung ansteigt)
In der Einspritzeinrichtung 80 der Ausführungsform, welche die Struktur aufweist, in welcher die Nadel innerhalb des Kraftstoffdurchtritts 800 angeordnet ist, wirkt der Rückdruck aufgrund des Kraftstoffdrucks auf die Nadel 83 in einem geschlossenen Zustand des Ventils. Mit anderen Worten wirkt die Last, welche in einer Öffnungsrichtung (trennenden bzw. Trennrichtung) der Nadel 83 wirkt, auf die Nadel 83. Der Rückdruck ist proportional zum Niveau bzw. der Höhe des Kraftstoffdrucks, und wenn der Kraftstoffdruck wie in der hierin beschriebenen Einspritzeinrichtung 80 hoch eingestellt ist, steigt der Rückdruck an, welcher auf die Nadel 83 wirkt. Der Rückdruck weist einen Einfluss auf die Anziehungskraft der Magnetspulen 81 und 82 auf, wenn die Nadel 83 von dem Sitzabschnitt geöffnet wird, und eine erforderliche Anziehungskraft steigt an, wenn der Rückdruck größer ist. Daher ist in dieser Einspritzeinrichtung 80 ein Durchmesser des Sitzabschnitts 801, wo der Spitzenabschnitt der Nadel 83 darauf aufsitzt, klein eingestellt bzw. festgelegt, so dass die Anziehungskraft, welche für ein Öffnen der Nadel 80 erforderlich ist bzw. wird, klein wird.
11A und 11B zeigen eine Konfiguration des Spitzenabschnitts der Einspritzeinrichtung 80. Der Spitzenabschnitt der Nadel 83 ist ausgebildet, um sich zu verjüngen, und, wie dies durch die mit zwei Punkten strichlierte Linie in 11A angedeutet ist, ist der Sitzabschnitt 801 derart konfiguriert, dass ein zwischenliegender Bereich des sich verjüngenden Spitzenabschnitts der Nadel 83 darauf sitzt und davon getrennt wird. Somit ist der Durchmesser ⌀1 des Sitzabschnitts 801 kleiner als ein Durchmesser ⌀2 eines im Wesentlichen zylindrischen Abschnitts des Spitzenabschnitts der Nadel 83. In dem Zustand, wo die Nadel 83 auf dem Sitzabschnitt 801 aufsitzt, kann, obwohl der Rückdruck, welcher auf die Nadel 83 aufgrund des Kraftstoffdrucks wirkt, proportional zu dem Durchmesser des Sitzabschnitts 801 ist, durch ein Einstellen des Sitzabschnitts 801 auf eine geringe Größe, wie dies oben beschrieben ist, um die Fläche davon zu reduzieren, der Rückdruck, welcher auf die Nadel 83 wirkt, dementsprechend reduziert werden. Es ist festzuhalten, dass in dem Zustand, wo die Nadel 83 auf dem Sitzabschnitt 801 sitzt bzw. aufruht, in dem Spitzenabschnitt der Nadel 83 der Kraftstoffdruck auf eine Oberfläche wirkt, welche in Richtung zu der axialen Richtung geneigt ist. Obwohl eine Kraft, mit welcher der Kraftstoffdruck in der axialen Richtung (Öffnungsrichtung) der Nadel 83 wirkt, einer cos (Kosinus) Komponente entspricht, wird, da die Druckaufnahmefläche gemäß der Neigung ansteigt, eine Reduktion der Kraft, welche in der axialen Richtung der Nadel 83 wirkt, durch die cos Komponente kompensiert.
Die Reduktion des Rückdrucks, welcher auf die Nadel 83 wirkt, reduziert die Anziehungskraft, welche für ein Öffnen (Trennen) der Nadel 83 erforderlich ist. Dies ist vorteilhaft beim Minimieren der ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82. Die Minimierung der ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82 ermöglicht ein Minimieren des Durchmessers der Einspritzeinrichtung 80 und ist somit vorteilhaft beim Sicherstellen eines Festlegungsraums der Einspritzeinrichtung 80, welche in dem Zylinderkopf 12 des Motors 1 festgelegt ist, um entlang der Achse des Zylinders 18 orientiert zu sein, wie dies in 1 gezeigt ist. Die Reduktion der Anziehungskraft ist auch vorteilhaft für eine Energieeinsparung. Es ist festzuhalten, dass, da das Spitzenende der Nadel 83 verjüngt ist, wenn die Nadel 83 von dem Sitzabschnitt 801 getrennt wird, der Kraftstoff, welcher durch den Sitzabschnitt 801 fließt bzw. strömt, entlang der geneigten Fläche bzw. Seite des Spitzenendes der Nadel 83 geführt wird und somit ein Strömungswiderstand reduziert ist bzw. wird. Daher steigt der Kraftstoffdruck auf einer Seite des gedrosselten Abschnitts 802 leicht an. Da dieser Anstieg der Kraftstoffdruckanstiege zu dem Anstieg bzw. der Erhöhung der Kraft führt, welche auf die Nadel 83 in der Öffnungsrichtung wirkt, ist er vorteilhaft beim Reduzieren der Anziehungskraft, welche für ein Öffnen der Nadel 83 erforderlich ist.
Der gedrosselte Abschnitt 802 ist anschließend an den Sitzabschnitt 801 vorgesehen, welcher wie oben minimiert wurde. Der gedrosselte Abschnitt 802 ist konfiguriert, um einen kleineren Durchmesser als den Durchmesser des Sitzabschnitts 801 aufzuweisen. Darüber hinaus ist ein vergrößerter Abschnitt 803, wo der Durchmesser vergrößert ist, anschließend an den gedrosselten Abschnitt 802 vorgesehen. Ein Abschnitt von dem gedrosselten Abschnitt 802 zu dem vergrößerten Abschnitt 803 ist in eine Form bzw. Gestalt einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet, wo ihre innere Wand glatt ist, so dass der Kraftstofffluss von dem Sitzabschnitt 801 durch den gedrosselten Abschnitt 802 und zu dem vergrößerten Abschnitt 803 ruhig bzw. glatt ist. Der vergrößerte Abschnitt 803 kommuniziert bzw. steht in Verbindung mit einer Mehrzahl von Düsenlöchern 84 (zehn in 11B), und es sind, wie dies in 11B gezeigt ist, die zehn Düsenlöcher 84 in der Spitzenfläche 804 der Einspritzeinrichtung 80 ausgebildet, welche konkav in einer kugelförmigen Form bzw. Gestalt ist, um gegen den hohen Kraftstoffdruck zu wirken, und sind in Umfangsrichtung über einen gleichen Raum angeordnet.
Durch ein Verbinden der zehn Düsenlöcher 84 mit dem vergrößerten Abschnitt 803, wo der Durchmesser vergrößert ist, wie dies oben beschrieben ist, kann jeder Raum bzw. Abstand zwischen den Düsenlöchern 84 ausreichend in der Spitzenfläche 804 der Einspritzeinrichtung 80 sichergestellt werden. Auf diese Weise wird die Zerstäubung des Kraftstoffs, welcher durch jedes Düsenloch 84 einzuspritzen ist, günstig durch den hohen Kraftstoffdruck. Die günstige Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs ist insbesondere innerhalb eines Bereichs niedriger Motorlast, wo die Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt wird, vorteilhaft beim Ausbilden eines homogenen mageren Mischgases und kann die Verdichtungszündungsverbrennung stabilisieren.
Es ist festzuhalten, dass die Anordnung der Löcher nicht auf die Anordnung in Umfangsrichtung beschränkt ist, wie dies in 11B gezeigt ist, und es kann, wie dies in 12 gezeigt ist, die Mehrzahl von Düsenlöchern 84 (zehn in 12) angeordnet sein, um zwei Kreise (wobei einer der Kreise an der Innenseite positioniert ist und der andere Kreis an der Außenseite positioniert ist) in der radialen Richtung zu bilden. Darüber hinaus kann die Anzahl der Löcher geeignet eingestellt bzw. festgelegt werden.
(Zusammenhang zwischen einer zweistufigen Solenoideinspritzeinrichtung und einem Betriebsbereich eines Motors)
In der Einspritzeinrichtung 80, welche eine derartige Konfiguration wie die Ausführungsform aufweist, wie sie oben beschrieben ist, kann sich, wenn die Energie bzw. Leistung zu der ersten Magnetspule 81 zugeführt wird, die Nadel 83 um das erste Hubausmaß S1 anheben, und wenn die Leistung zu der zweiten Solenoid- bzw. Magnetspule 82 zugeführt wird, kann sich die Nadel 83 um das zweite Hubausmaß S2 anheben. Hier sind das erste Hubausmaß S1 und das zweite Hubausmaß S2 eingestellt bzw. festgelegt, um S1 < S2 zu erfüllen, und dadurch ist bzw. wird die Einspritzeinrichtung 80 konfiguriert, um die Nadel 83 um die unterschiedlichen Hubausmaße bzw. -größen anzuheben und den Kraftstoff einzuspritzen.
Wie dies in 2 gezeigt ist, gibt das PCM 10 den Regel- bzw. Steuerstrom an beide oder an eine der ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82 der Einspritzeinrichtung 80 aus, um eine erforderliche Menge an Kraftstoff in den Zylinder 18 einzuspritzen, um eine erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 zu erzielen. Mit anderen Worten wird, wenn die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge gering ist, spezifisch in dem CI Modus, wo die Verdichtungszündungsverbrennung innerhalb des Betriebsbereichs durchgeführt wird, welcher in 3 gezeigt ist, die Leistung zu der ersten Magnetspule 81 zugeführt. Auf diese Weise öffnet das PCM 10 die Nadel 83 durch bzw. über den ersten bewegbaren Kern 871, hält die Nadel 83 bei dem Hubausmaß S1 (d. h. geringer Hub) und beendet dann die Energiezufuhr. Somit ist bzw. wird die Nadel 83 geschlossen (sitzt auf). Darüber hinaus ist bzw. wird, wie dies in 6 gezeigt ist, eine Wellenform einer sofortigen bzw. unmittelbaren Einspritzrate im Hinblick auf die Zeit ausgebildet, um eine vorbestimmte trapezartige Form bzw. Gestalt durch die Regelung bzw. Steuerung des PCM 10 aufzuweisen. Als ein Resultat wird die Einspritzgenauigkeit mit bzw. bei einer vergleichsweise geringen Einspritzmenge verbessert. In dem CI Modus kann, da das homogene magere Mischgas durch ein Durchführen der Kraftstoffeinspritzung innerhalb der Einlasshubperiode gebildet wird, selbst wenn ein gewisses Ausmaß einer Variation bzw. Änderung in der Kraftstoffeinspritzmenge auftritt, die Stabilität der Verdichtungszündungsverbrennung ausreichend sichergestellt werden.
Andererseits wird, wenn die erforderliche bzw. geforderte Kraftstoffeinspritzmenge groß ist, spezifisch in dem SI Modus, wo die Funkenzündungsverbrennung innerhalb des Betriebsbereichs durchgeführt wird, welcher in 3 gezeigt ist, die Energie wenigstens zu der zweiten Magnetspule 82 zugeführt, um die Nadel 83 über den zweiten bewegbaren Kern 872 zu öffnen. Dann wird die Nadel 83 bei dem Hubausmaß S2 (d. h. großer Hub) gehalten, die Energiezufuhr endet danach, und die Nadel 83 wird geschlossen (sitzt auf). Darüber hinaus wird, wie dies in 6 gezeigt ist, eine Wellenform einer unmittelbaren Einspritzrate im Hinblick auf die Zeit ausgebildet, um eine ähnliche trapezartige Form bzw. Gestalt zu der Wellenform bei dem kleinen Hub durch die Regelung bzw. Steuerung des PCM 10 aufzuweisen. Als ein Resultat kann die Einspritzgenauigkeit mit einer vergleichsweise großen Einspritzung auch verbessert werden. Insbesondere wird innerhalb der Bereiche (1) und (2) des Betriebsbereichs, welcher in 3 gezeigt ist, eine hohe Einspritzrate gefordert, da die verzögerte Einspritzung hohen Drucks bzw. bei hohem Druck durchgeführt wird. Dieses Erfordernis kann durch ein Anheben der Nadel 83 mit bzw. bei dem hohen Kraftstoffdruck durch das vergleichsweise große zweite Hubausmaß S2 erzielt werden, und die erforderliche Kraftstoffmenge kann in den Zylinder 18 nahe dem Verdichtungs TDC in einer kurzen Zeitperiode mit dem hohen Kraftstoffdruck eingespritzt werden.
Hier kann es, wenn die Nadel 83 um das zweite Hubausmaß S2 angehoben wird, derart sein, dass die Energie nur zu der zweiten Magnetspule 82 oder sowohl zu der ersten als auch zu der zweiten Magnetspule 81 und 82 zugeführt wird. In dem Fall eines Zuführens der Energie sowohl zu der ersten als auch zu der zweiten Magnetspule 81 und 82 wird die Energie vorzugsweise zu der ersten Magnetspule 81 bei dem Start des Öffnungsvorgangs der Nadel 83 zugeführt bzw. geliefert. Mit anderen Worten ist es bei dem Start des Öffnungsvorgangs der Nadel 83 erforderlich, die Anziehungskraft zu generieren bzw. zu erzeugen, welche gegen den Rückdruck, welcher durch den Kraftstoffdruck bewirkt wird und auf die Nadel 83 wirkt, und die beaufschlagende Kraft durch die Feder 881 wirkt. Da der Abstand bzw. Spalt S1 zwischen dem ersten bewegbaren Kern 871 und dem ersten festgelegten Kern 861 für die erste Magnetspule 81 geringer als der Spalt S2 zwischen dem zweiten bewegbaren Kern 872 und dem zweiten festgelegten Kern 862 für die zweite Magnetspule 82 ist, wird ein Stromwert, welcher für ein Erzeugen der Anziehungskraft erforderlich ist, gering. Darüber hinaus wird, nachdem die Nadel 83 von dem Sitzabschnitt 801 getrennt wird, der Rückdruck aufgrund des Kraftstoffdrucks eliminiert und somit wird die Anziehungskraft, welche für den Hub der Nadel 83 erforderlich ist, entsprechend kleiner. Daher ist nur eine geringe Zufuhr- bzw. Liefermenge der Energie für die zweite Magnetspule 82 erforderlich. Mit anderen Worten kann beim Anheben der Nadel 83 um das zweite Hubausmaß S2 die Energie- bzw. Leistungszufuhr zu der ersten Magnetspule 81 bei dem Start des Öffnungsvorgangs der Nadel 83 einen gesamten Energieverbrauch unterdrücken bzw. verhindern. Es ist festzuhalten, dass die Energiezufuhr zu der zweiten Magnetspule 82 nach einer vorbestimmten Zeitperiode von dem Start der Energiezufuhr zu der ersten Magnetspule 81 gestartet werden kann, oder gestartet werden kann, wenn die Energiezufuhr zu der ersten Magnetspule 81 startet.
Wie oben wird die Einspritzeinrichtung 80 verwendet, welche die zwei Arten einer ersten und zweiten Magnetspule 81 und 82 aufweist und fähig ist, das Hubausmaß der Nadel 83 zwischen dem ersten und zweiten Hubausmaß S1 und S2 durch die Spulen zu ändern. Dadurch kann innerhalb des Bereichs niedriger Motorlast, wo die Kraftstoffeinspritzmenge relativ gering ist, nur durch ein Betätigen der ersten Magnetspule 81 die geringe Menge an Kraftstoff genau eingespritzt werden, und die Stabilität der Verdichtungszündungsverbrennung kann sichergestellt werden. Demgegenüber werden innerhalb des Bereichs hoher Motorlast, wo die Kraftstoffeinspritzmenge relativ groß ist, insbesondere innerhalb eines Bereichs, wo die verzögerte Einspritzung hohen Drucks durchgeführt wird, durch ein Betätigen wenigstens der zweiten Magnetspule 82 die hohe Einspritzrate, ebenso wie der hohe Kraftstoffdruck erzielt, es kann die erforderliche Menge an Kraftstoff in den Zylinder nahe dem Verdichtungs TDC in der kurzen Zeitperiode mit dem hohen Kraftstoffdruck eingespritzt werden und es wird somit vorteilhaft beim Vermeiden der abnormalen Verbrennung. Als ein Resultat kann der Kraftstoffverbrauch über einen weiten Betriebsbereich des Motors 1 verbessert werden.
(Konfiguration einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe)
13 bis 15 zeigen die Konfiguration der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90. Wie oben beschrieben, wird in dem Motor 1 der Ausführungsform der Kraftstoff, welcher Benzin enthält, mit dem hohen Kraftstoffdruck innerhalb eines Bereichs zwischen etwa 40 MPa und maximal etwa 120 MPa eingespritzt. Daher weist die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 eine unterschiedliche Konfiguration von der konventionellen Plungertyp-Kraftstoffpumpe auf.
Mit anderen Worten beinhaltet, wie dies in 14A bis 14C gezeigt ist, die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 einen Zylinder 91, welcher angeordnet ist, um sich in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung zu erstrecken, einen Kolben bzw. Plunger 94, welcher in den Zylinder 91 eingesetzt ist, und einen Betriebs- bzw. Betätigungsmechanismus 93 für ein Beaufschlagen des Plungers 94 innerhalb des Zylinders 91 in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung.
Wie dies in 15 gezeigt ist, ist der Zylinder 91 innerhalb einer ersten Ummantelung 901 ausgebildet, und eine Einbringöffnung 911 für ein Einbringen des Kraftstoffs in den Zylinder 91 ist in einem oberen Endabschnitt des Zylinders 91 vorgesehen. Darüber hinaus ist, obwohl die detaillierte Illustration weggelassen ist, eine Zufuhrkammer 912, wo der Kraftstoff von dem Kraftstofftank übertragen wird (siehe die dicke durchgehende Pfeillinie in 14), innerhalb der ersten Ummantelung bzw. des ersten Gehäuses 901 ausgebildet. Die Eintrags- bzw. Einbringöffnung 911, welche in dem oberen Endabschnitt des Zylinders 91 ausgebildet ist, steht in Verbindung mit der Zufuhrkammer 912. Die Zufuhrkammer 912 weist einen Durchmesser gleich wie oder größer als den Durchmesser des Zylinders 91 auf, und ist derart konfiguriert, dass der Durchmesser zunehmend kleiner in Richtung zu der Einbringöffnung bzw. dem Einbringport 911 wird.
Ein Einlassventil 92 ist an der Einlassöffnung 911 festgelegt, und der Kraftstoff fließt bzw. strömt in den Zylinder 91 von der Zufuhrkammer 912, wenn das Einlassventil 92 die Einbringöffnung 911 öffnet. Das Einlassventil 92 weist einen Ventilkörper 921 auf, welcher nach oben beaufschlagt bzw. vorgespannt ist, um an der Einbringöffnung 911 zu sitzen bzw. anzuliegen, und der Ventilkörper 921 schließt normalerweise die Einbringöffnung 911, während, wie dies später beschrieben wird, wenn der Ventilkörper 921 nach unten geschoben bzw. gedrückt wird, er die Einbringöffnung 911 öffnet, um zu erlauben, dass der Kraftstoff in den Zylinder 91 von der Einbringöffnung 911 fließt bzw. strömt (siehe 15).
Das Einlassventil 92 weist auch eine Stange 922 auf, welche an der oberen Seite des Ventilkörpers 921 angeordnet ist, um sich in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung zu erstrecken, und ein unteres Ende der Stange 922 kontaktiert eine obere Endoberfläche des Ventilkörpers 921, während ein oberes Ende der Stange 922 durch das Innere der Zufuhrkammer 912 hindurchtritt, um über die Zufuhrkammer 912 zu reichen. Die Stange 922 bewegt sich in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung durch eine Solenoid- bzw. Magnetspule 923 hin und her, welche an der ersten Ummantelung 901 festgelegt ist. Mit anderen Worten bewegt sich, wenn die Energie zu der Magnetspule 923 über eine Kopplungseinrichtung 924 zugeführt wird, welche an einem oberen Ende der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 vorgesehen ist, die Stange 922 nach unten, um den Ventilkörper 921 nach unten zu drücken, welcher nach oben beaufschlagt ist, um die Einbringöffnung 911 durch ein Trennen des Ventilkörpers 921 von der Einbringöffnung 922 zu öffnen. Somit fließt bzw. strömt der Kraftstoff in den Zylinder 91. Andererseits wird, wenn die Energiezufuhr zu der Magnetspule 923 unterbrochen bzw. angehalten wird, der Ventilkörper 921 durch die nach oben gerichtete beaufschlagende Kraft angehoben, wodurch der Ventilkörper 921 in der Einbringöffnung 911 aufsitzt und somit die Einbringöffnung 911 geschlossen wird. Auf diese Weise ist das Einlassventil 92 als ein elektromagnetisches Ventil konfiguriert, welches für ein Öffnen und Schließen durch das PCM 10 geregelt bzw. gesteuert wird.
Wie dies in 14A und 14B gezeigt ist, ist eine Ausbringöffnung 913 für ein Ausbringen bzw. Austragen eines Hochdruckkraftstoffs von dem Zylinder 91 an einer Seite des Zylinders 91 nahe seinem oberen Endabschnitt vorgesehen. Es ist festzuhalten, dass das Bezugszeichen 914 in 14A ein Pulsations-Dämpfer 914 ist, welcher an der Einbringseite der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 angeordnet ist und für ein Unterdrücken einer Pulsation bzw. eines Vibrierens aufgrund der Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzeinrichtung 80 dient.
Der Plunger bzw. Kolben 94 ist bzw. wird in den Zylinder 91 wie oben beschrieben eingesetzt und bewegt sich in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung durch den Betätigungsmechanismus 93 (später beschrieben). Wenn sich der Plunger 94 von seinem oberen Totpunkt, welcher in 14A gezeigt ist, abwärts bewegt, tritt der Kraftstoff im Inneren der Zufuhrkammer 912 durch die Einbringöffnung 911 hindurch, welche entsprechend der Zeitgebung geöffnet ist bzw. wird, und fließt bzw. strömt in den Zylinder 91. Wenn die Einbringöffnung 911 geschlossen wird, hebt sich der Plunger 94 von seinem unteren Totpunkt an, welcher in 14B gezeigt ist, und somit steigt der Kraftstoffdruck im Inneren des Zylinders 91 an und der komprimierte bzw. verdichtete Kraftstoff tritt durch die Austrags- bzw. Ausbringöffnung 913 hindurch, um von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 zu der Kraftstoffleiste bzw. -schiene 64 ausgebracht zu werden.
Der Betätigungsmechanismus 93 beinhaltet einen Kolben 931, an welchem ein unteres Ende des Plungers 94 festgelegt ist und welcher in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung hin- und herbewegbar ist, eine Feder 932, welche nach unten den Kolben 931 beaufschlagt bzw. vorspannt, eine Walze 933, welche an dem Kolben 931 festgelegt ist, und einen Nocken 934 für ein Beaufschlagen des Plungers 94 in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung über die Walze 933 und den Kolben 931.
Der Kolben 931 ist bzw. wird in eine Kolbenaufnahme 903 eingesetzt, welche eine kreisförmige Form bzw. Gestalt in ihrem Querschnitt aufweist und in einer zweiten Ummantelung 902 ausgebildet ist, welche an der unteren Seite der ersten Ummantelung 901 festgelegt bzw. angeordnet ist, und der Kolben 931 bewegt sich in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung innerhalb der Kolbenaufnahme 903 hin und her.
Die Walze bzw. Rolle 933 (nicht im Detail illustriert) ist bzw. wird an dem Kolben 931 festgelegt, um um eine Achse normal auf die Hubrichtung des Plungers 94 (d. h. die Längsrichtung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe in 14A bis 14C) über ein Rollenlager oder ein Gleitlager (siehe 14C) drehbar zu sein.
Die Walze 933 reduziert einen Reibungswiderstand mit dem Nocken 934 und ist vorteilhaft beim Reduzieren eines Betätigungsdrehmoments der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 und als ein Resultat bei einem Reduzieren des mechanischen Widerstandverlusts des Motors 1.
Im Inneren der zweiten Ummantelung 902 ist eine Nockenaufnahme 904 auch anschließend an ein unteres Ende der Kolbenaufnahme 903 ausgebildet. Der Nocken 934 ist angeordnet, um durch eine Nockenwelle 935 innerhalb der Nockenaufnahme 904 abgestützt bzw. getragen zu werden, um um eine Achse normal auf die Hubrichtung des Plungers 94 drehbar zu sein. Wie dies klar in 14A und 14B gezeigt ist, weist der Nocken 934 zwei Nockennasen auf, und die Nockennasen sind an beiden Seiten relativ zu der zentralen Drehachse des Nockens 934 ausgebildet. Die Nockenwelle 935 ist, wie dies schematisch in 13 gezeigt ist, betrieblich mit der Kurbelwelle 15 des Motors 1 über ein Ritzel 936, welches an einem Spitzenabschnitt der Nockenwelle 935 festgelegt ist, und eine Kette 937 gekoppelt, welche um das Ritzel bzw. Zahnrad 936 gewickelt ist. Die Nockenwelle 935 des Betätigungsmechanismus 93 wird betrieben bzw. betätigt, um bei einem Reduktions- bzw. Übersetzungsverhältnis von 1:1 mit der Kurbelwelle 15 des Motors 1 zu rotieren.
Hier ist, da der Betätigungsmechanismus 93 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 betrieblich mit der Kurbelwelle 15 gekoppelt ist, wie dies in 13 gezeigt ist, der Betätigungsmechanismus 93 an einer Position näher in der Höhe zu der Kurbelwelle 15 als die Nockenwellen 210 und 220 des Motors 1 angeordnet. Darüber hinaus ist, wie dies oben beschrieben ist, in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 die Einbringöffnung 911 an dem oberen Ende des Zylinders 91 ausgebildet, welcher sich in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung erstreckt, und steht in Verbindung mit der Zufuhrkammer 912, welche oberhalb des Zylinders 91 vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt ist, und die Magnetspule 923 für ein Betätigen des Einlassventils 92 ist darüber hinaus über der Zufuhrkammer 912 angeordnet. Somit kann, selbst obwohl die gesamte Höhe der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 vergleichsweise hoch festgelegt ist, wie dies oben beschrieben ist, durch ein Anordnen der voluminösen Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 an der vergleichsweise niedrigen Höhenposition an einer Seite des Motors 1, die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 innerhalb der gesamten Höhe des Motors angeordnet werden, wobei dies in einem vorteilhaften Layout im Inneren des Motorraums resultiert.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90, welche die obige Konfiguration aufweist, erzielt einen hohen Kraftstoffdruck, d. h. etwa 40 MPa oder darüber. Daher ist das Volumen des Zylinders 91, wenn sich der Plunger 93 an dem oberen Totpunkt befindet, signifikant klein eingestellt bzw. festgelegt. Mit anderen Worten können, da die Erhöhung des Kraftstoffdrucks ein Augenmerk auf die Verdichtungseigenschaft des Kraftstoffs bringen wird, durch ein Einstellen des Zylindervolumens in dem Zustand des oberen Totpunkts auf eine geringe Größe, sowohl ein Erhalten des hohen Kraftstoffdrucks als auch ein Sicherstellen der Ausbringströmungsrate erzielt werden.
Jedoch wird aufgrund des reduzierten Zylindervolumens in dem Zustand des oberen Totpunkts, wenn sich der Plunger 94 abwärts bewegt, um den Kraftstoff in den Zylinder 91 einzubringen, der Druck im Inneren des Zylinders 91 stark reduziert. Mit dem Kraftstoff, welcher Benzin enthält, bewirkt dieser Druckabfall eine Kavitation nahe der Einbringöffnung 911 und es kann für den Kraftstoff schwierig werden, in den Zylinder zu fließen bzw. zu strömen.
Somit fließt bzw. strömt in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90, welche die obige Konfiguration aufweist, durch ein Bereitstellen der Zufuhrkammer 912, welche ein vergleichsweise großes Volumen aufweist, wenn das Einlassventil 92 geöffnet wird, wie dies durch den Pfeil in 15 angedeutet wird, der Kraftstoff von der Zufuhrkammer 912 in der axialen Richtung des Zylinders 91 (d. h. in der Hubrichtung des Plungers 94), tritt durch die Einbringöffnung 911 hindurch und fließt bzw. strömt weiter in den Zylinder 91. Eine derartige Konfiguration glättet den Strom des Kraftstoffs in den Zylinder 91 und unterdrückt das Auftreten einer Kavitation aufgrund des Druckabfalls, welcher bewirkt wird, während sich die Zufuhrkammer 912 abwärts bewegt. Hier kann, da die Zufuhrkammer 912 ausgebildet ist, um sich zunehmend im Durchmesser in Richtung zu der Kraftstoffströmungsrichtung zu verschmälern, der Strom des Kraftstroms geglättet werden. Als ein Resultat kann der Kraftstoff sicher in den Zylinder 91 strömen und es können in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 sowohl ein Erhalten des hohen Kraftstoffdrucks von etwa 40 MPa oder darüber als auch ein Sicherstellen einer erforderlichen Kraftstoffaustragsmenge erzielt werden.
Darüber hinaus steigt in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 mit dem erhöhten Kraftstoffdruck eine Last, welche auf den Betätigungsmechanismus 93 wirkt, durch eine Reaktionskraft an, welche erzeugt wird, wenn der Plunger 94 den oberen Totpunkt erreicht. Daher kann, um der großen Last zu widerstehen, der Betätigungsmechanismus 93 in der Größe vergrößert werden. Spezifisch werden, wenn die Walze 933 des Betätigungsmechanismus 93 durch den Kolben 931 über das Rollenlager abzustützen bzw. zu tragen ist, die Walze und das Rollenlager signifikant in der Größe vergrößert. Somit werden mit bzw. bei der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90, welche die obige Konfiguration aufweist, der Zylinderdurchmesser und der Plungerdurchmesser reduziert, so dass die Last bzw. Belastung, welche auf den Betätigungsmechanismus 93 wirkt, reduziert wird. Darüber hinaus wird für den Zweck eines Erzielens des hohen Kraftstoffdrucks das Hubausmaß des Plungers 94 vergleichsweise groß eingestellt bzw. festgelegt (siehe 14A und 14B). Als ein Resultat ist die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 konfiguriert, um ein Typ mit langem Hub zu sein, in welchem das Hubausmaß des Plungers 94 größer als der Zylinderdurchmesser ist. Dies erzielt sowohl eine Minimierung bzw. Verkleinerung als auch einen hohen Kraftstoffdruck der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90.
Zusätzlich ist die Konfiguration des Nockens 934 des Betätigungsmechanismus 93, welcher die zwei Nockennasen aufweist, auf den langen Hub des oben beschriebenen Plungers 94 anwendbar und kann auch den Anstieg der Größe des Nockens durch ein vergleichsweises Vergrößern des Anhebens bzw. Hubs jeder Nockennase vermeiden. Dies deshalb, da bei bzw. mit den zwei Nockennasen die Nockennasen an beiden Seiten des Nockens 934 relativ zu seiner zentralen Achse angeordnet sind, und somit, selbst wenn eine der Nockennasen höher ausgebildet ist, die andere Nockennase nicht beeinflusst bzw. betroffen wird. Daher trägt die Konfiguration des Nockens 934 des Betätigungsmechanismus 93, um die zwei Nockennasen aufzuweisen, auch zu einem Erzielen sowohl einer Minimierung bzw. Verkleinerung als auch eines hohen Kraftstoffdrucks der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 bei.
Da der Nocken 934 des Betätigungsmechanismus 93, welcher konfiguriert ist, um die zwei Nockennasen aufzuweisen, konfiguriert ist, um bei einer konstanten Drehzahl relativ zu der Kurbelwelle 15 zu rotieren, bringt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 den Kraftstoff vier Mal aus, während die Kurbelwelle 15 zwei Umdrehungen durchführt. In dem Vierzylinder-Viertaktmotor 1 ermöglicht dies, den Kraftstoff entsprechend einer Kraftstoffeinspritzung für jeden der vier Zylinder 18 auszubringen bzw. auszutragen. Somit ist die Anwendung der zwei Nockennasen auch vorteilhaft bei einem betrieblichen Koppeln des Betätigungsmechanismus 93 mit der Kurbelwelle 15.
Mit bzw. bei der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90, welche konfiguriert ist, um den Kraftstoff mit einem hohen Kraftstoffdruck auszubringen bzw. auszutragen, wird ihr Betätigungsdrehmoment auch signifikant groß verglichen mit der konventionellen Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Wenn die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90 mit einem derart hohen Betätigungsdrehmoment an einem Endabschnitt der Einlassnockenwelle 210 oder der Auslassnockenwelle 220 ähnlich zu dem konventionellen Fall festgelegt bzw. angeordnet wird, kann der VVT 72 oder 74 nicht betrieben werden, selbst wenn dies gewünscht wird (d. h. die Nockenwelle 210 oder 220 dreht sich nicht). Jedoch ist, wie dies oben beschrieben ist, die Hochdruckx-Kraftstoffpumpe 90 betrieblich mit der Kurbelwelle 15 gekoppelt, wie dies in 13 gezeigt ist, und sie beeinflusst daher nicht den Betrieb der VVTs 72 und 74, welche an der Einlass- und Auslassnockenwelle 210 bzw. 220 festgelegt sind. Das betriebliche Koppeln der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 90, wo der hohe Kraftstoffdruck erzielt wird, mit der Kurbelwelle 15, wie dies oben beschrieben ist, ist auch vorteilhaft beim Sicherstellen des Betriebs der VVTs 72 und 74, welche an den Nockenwellen festgelegt sind.
Es ist festzuhalten, dass der Betriebsbereich (Karte), welcher in 3 gezeigt ist, lediglich eine Illustration ist, und dass die Anwendung der hier geoffenbarten Lehre nicht auf den Motor beschränkt ist, für welchen die Karte, welche in 3 gezeigt ist, festgelegt ist. Die Karte kann geeignet geändert werden.
Darüber hinaus ist die hier geoffenbarte Lehre nicht auf den natürlich ansaugenden Motor beschränkt, wie er oben beschrieben ist, und kann auf einen Motor mit einem erzwungenen bzw. zwangsweisen Einlasssystem angewandt werden. In dem Motor mit dem zwangsweisen Einlasssystem kann der Bereich für den CI Modus auf die Seite hoher Motorlast ausgeweitet werden.
Bezugszeichenliste

1: Motor
10: PCM (Controller bzw. Regel- bzw. Steuereinrichtung)
15: Kurbelwelle
18: Zylinder
210: Einlassnockenwelle
220: Auslassnockenwelle
72: VVT (Einlassseite)
74: VVT (Auslassseite)
80: Einspritzeinrichtung (Kraftstoffeinspritzventil)
800: Kraftstoffdurchtritt
801: Sitzabschnitt
802: gedrosselter Abschnitt
803: vergrößerter Abschnitt
81: erste Solenoid- bzw. Magnetspule
82: zweite Solenoid- bzw. Magnetspule
83: Nadel (Ventilkörper)
84: Düsenloch
841: erster Ventilkörper
842: zweiter Ventilkörper
85: Gehäuse bzw. Ummantelung
871: erster bewegbarer Kern
872: zweiter bewegbarer Kern
891: verstärkendes Glied erster Art
892: verstärkendes Glied zweiter Art
90: Hochdruck-Kraftstoffpumpe
91: Zylinder
911: Einbringöffnung bzw. Einbringport
92: Einlassventil
923: Solenoid- bzw. Magnetspule
93: Betätigungsmechanismus
934: Nocken mit zwei Nasen
94: Plunger

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Direkteinspritzungsmotors, umfassend: ein Kraftstoffeinspritzventil (80) für ein direktes Einspritzen von Kraftstoff, welcher Benzin enthält, in einen Zylinder (18) des Motors; und eine Regel- bzw. Steuereinrichtung (10) für ein Regeln bzw. Steuern der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil (80), wobei das Kraftstoffeinspritzventil (80) beinhaltet: ein Düsenloch (84) für ein Öffnen, um in das Innere der Zylinders (18) gerichtet zu sein; einen Ventilkörper (83) für ein Beaufschlagen bzw. Anheben, um das Düsenloch (84) zu öffnen und zu schließen; eine erste Magnetspule (81) für ein Anheben des Ventilkörpers (83) um ein erstes Hubausmaß; und eine zweite Magnetspule (82) für ein Anheben des Ventilkörpers (83) um ein zweites Hubausmaß, wobei die Regel- bzw. Steuereinrichtung (10) nur die erste Magnetspule (81) betätigt, um die Kraftstoffeinspritzung wenigstens in einer Einlasshubperiode durchzuführen, wenn sich ein Betriebs- bzw. Betätigungszustand des Motors innerhalb eines Bereichs befindet, wo eine Motorlast wenigstens unter einer vorbestimmten Last innerhalb eines Bereichs niedriger Motorlast ist, wo eine Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt wird, und wobei die Regel- bzw. Steuereinrichtung (10) sowohl die erste Magnetspule (81) als auch die zweite Magnetspule (82) betätigt, um die Kraftstoffeinspritzung mit einem Kraftstoffdruck von etwa 40 MPa oder darüber in einer Periode zwischen einer späten Stufe eines Verdichtungshubs und einer frühen Stufe eines Expansionshubs durchzuführen, wenn der Betriebszustand des Motors wenigstens innerhalb eines Bereichs niedriger Motordrehzahl ist, wo sich eine Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl innerhalb eines Bereichs hoher Motorlast befindet, wo die Motorlast höher als der Bereich niedriger Motorlast ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Funkenzündungsverbrennung innerhalb des Bereichs hoher Motorlast durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ventilkörper (83) eine Nadel ist, welche in einem Kraftstoffdurchtritt angeordnet ist, welcher im Inneren des Kraftstoffeinspritzventils (80) ausgebildet ist, wobei die Nadel anhebt, um das Düsenloch (84) zu öffnen und zu schließen, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (80) darüber hinaus einen ersten bewegbaren Kern (871), welcher in dem Kraftstoffdurchtritt angeordnet ist und dazu dient angezogen zu werden, um die Nadel während des Betriebs der ersten Magnetspule (81) zu beaufschlagen bzw. anzuheben, und einen zweiten bewegbaren Kern (872) beinhaltet, um angezogen zu werden, um die Nadel während des Betriebs der zweiten Magnetspule (82) anzuheben.
Direkteinspritzungsmotor, umfassend: einen Motorkörper, welcher wenigstens einen Zylinder (18) aufweist; ein Kraftstoffeinspritzventil (80) für ein direktes Einspritzen von Kraftstoff, welcher Benzin enthält, in den Zylinder (18) des Motors; und wobei das Kraftstoffeinspritzventil (80) beinhaltet: eine erste Magnetspule (81) für ein Betätigen des Kraftstoffeinspritzventils (80) um ein erstes Hubausmaß; und eine zweite Magnetspule (82) für ein Betätigen des Kraftstoffeinspritzventils (80) um ein zweites Hubausmaß, wobei die erste Magnetspule (81) die Kraftstoffeinspritzung wenigstens in einer Einlasshubperiode durchführt, wenn ein Betriebs- bzw. Betätigungszustand des Motors innerhalb eines Bereichs liegt, wo eine Motorlast wenigstens unter einer vorbestimmten Last innerhalb eines Bereichs niedriger Motorlast liegt, wo eine Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt wird, und wobei sowohl die erste Magnetspule (81) als auch die zweite Magnetspule (82) die Kraftstoffeinspritzung mit einem Kraftstoffdruck von etwa 40 MPa oder darüber in einer Periode zwischen einer späten Stufe eines Verdichtungshubs und einer frühen Stufe eines Expansionshubs durchführt, wenn sich der Betriebszustand des Motors wenigstens innerhalb eines Bereichs niedriger Motordrehzahl befindet, wo eine Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl innerhalb eines Bereichs hoher Motorlast ist, wo die Motorlast höher als der Bereich niedriger Motorlast ist.
Motor nach Anspruch 4, wobei ein geometrisches Verdichtungsverhältnis des Zylinders (18) eingestellt ist, um etwa 15:1 oder darüber zu sein.
Motor nach Anspruch 4 oder 5, wobei eine Funkenzündungsverbrennung innerhalb des Bereichs hoher Motorlast durchgeführt wird.
Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Direkteinspritzungsmotors, umfassend die Schritte: direktes Einspritzen von Kraftstoff, welcher Benzin enthält, in einen Zylinder (18) des Motors über ein Kraftstoffeinspritzventil (80) durch: ein Betätigen des Kraftstoffeinspritzventils (80) durch eine erste Magnetspule (81) um ein erstes Hubausmaß wenigstens in einer Einlasshubperiode, wenn sich ein Betriebszustand des Motors innerhalb eines Bereichs befindet, wo eine Motorlast wenigstens unter einer vorbestimmten Last innerhalb eines Bereichs niedriger Motorlast liegt, wo eine Verdichtungszündungsverbrennung durchgeführt wird, und Betätigen des Kraftstoffeinspritzventils (80) durch sowohl die erste Magnetspule (81) als auch eine zweite Magnetspule (82) um ein zweites Hubausmaß mit einem Kraftstoffdruck von etwa 40 MPa oder darüber in einer Periode zwischen einer späten Stufe eines Verdichtungshubs und einer frühen Stufe eines Expansionshubs, wenn sich der Betriebszustand des Motors wenigstens innerhalb eines Bereichs niedriger Motordrehzahl befindet, wo eine Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl innerhalb eines Bereichs hoher Motorlast liegt, wo die Motorlast höher als der Bereich niedriger Motorlast ist.
Verfahren nach Anspruch 7, darüber hinaus umfassend den Schritt: Durchführen einer Funkenzündungsverbrennung wenigstens innerhalb des Bereichs hoher Motorlast.
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 7 oder 8 ausführen können.