DE102013113700B4

DE102013113700B4 - Einlasssteuervorrichtung einer Verbrennungsmaschine

Info

Publication number: DE102013113700B4
Application number: DE102013113700.8A
Authority: DE
Inventors: Munehisa Horibe; Kohei Motoo; Masaharu Ito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2022-07-14
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: JP2014122562A; DE102013113700A1; JP5816161B2

Abstract

Einlasssteuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine (10), aufweisend:ein Umschaltmittel (37), das stromaufwärts von einem Einlassanschluss (61) der Verbrennungsmaschine (10) bereitgestellt ist, wobei das Umschaltmittel (37) eine Kanalöffnung zu dem Einlassanschluss (61) zu einem ersten Kanal, durch den ein erstes Gas fließt, oder zu einem zweiten Kanal, durch den ein zweites Gas fließt, umschaltet; undein Umschaltsteuermittel (50), welches das Umschaltmittel (37) derart steuert, dass das erste Gas während einer ersten Hälfte eines Einlasstakts aus dem Einlassanschluss (61) in einem Zylinder (11) der Verbrennungsmaschine (10) aufgenommen wird und das zweite Gas während einer zweiten Hälfte des Einlasstakts aus dem Einlassanschluss in dem Zylinder (11) aufgenommen wird,wobei das Umschaltsteuermittel (50) dazu ausgestaltet ist, um:ein Umschalten des Umschaltmittels (37) während des Einlasstakts derart durchzuführen, dass ein zweiter Kanalzustand, bei dem der zweite Kanal zu dem Einlassanschluss geöffnet ist, zu einem ersten Kanalzustand, bei dem der erste Kanal zu dem Einlassanschluss (61) geöffnet ist, geändert wird; undeine Umschaltzeit des Umschaltmittels (37) in Abhängigkeit von wenigstens einer aus einer Drehzahl der Verbrennungsmaschine und einer Soll-Abgasrezirkulations-(EGR)-Rate zu ändern, wobei:eines von dem ersten Gas und dem zweiten Gas ein EGR-Schwachgas ist, das eine schwache Konzentration eines EGR-Gases aufweist, das aus einem Abgassystem der Verbrennungsmaschine (10) in ein Einlasssystem der Verbrennungsmaschine (10) rezirkuliert;das andere von dem ersten Gas und dem zweiten Gas ein EGR-Starkgas ist, das eine starke Konzentration des EGR-Gases aufweist; und wobeidas Umschaltsteuermittel (50) dazu ausgestaltet ist, die Umschaltzeit in Abhängigkeit von einer Zunahme der Drehzahl der Verbrennungsmaschine vorzuverlegen,wobei die Einlasssteuervorrichtung ferner aufweist:ein erstes Verhältnisdatenspeichermittel (51), das erste Verhältnisdaten (301) zwischen der Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) und einem Startwinkel speichert, der ein Kurbelwinkel ist, bei dem das Umschaltmittel (37) eine Umschaltbewegung von dem zweiten Kanalzustand zu dem ersten Kanalzustand beginnt, wobeidie ersten Verhältnisdaten (301) derart eingestellt sind, dass ein mittlerer Kurbelwinkel unabhängig von der Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) festgelegt ist, und der mittlere Kurbelwinkel zwischen dem Startwinkel und einem Abschlusswinkel liegt, der ein Kurbelwinkel ist, bei dem das Umschaltmittel (37) die Umschaltbewegung abschließt, wobeidas Umschaltsteuermittel (50) ein erstes Berechnungsmittel (50; S3) umfasst, das den Startwinkel für eine derzeitige Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) basierend auf den ersten Verhältnisdaten (301) berechnet.

Description

HINTERGRUND
[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einlasssteuervorrichtung, die einen Lufteinlass in einen Zylinder einer Verbrennungsmaschine steuert, und insbesondere eine Einlassteuervorrichtung einer Verbrennungsmaschine, die verschiedene Gase in einem geschichteten Zustand in einem Zylinder aufnimmt.
[Stand der Technik]
Im Stand der Technik wurde eine Technik vorgeschlagen, um Emissionen (NO_x und Rauch) zu unterdrücken, die von einer Verbrennungsmaschine ausgestoßen werden. Beispielsweise offenbart die JP 2010-261 363 A eine Technik, um während einem Einlasstakt der Verbrennungsmaschine verschiedene Gase in einem geschichteten Zustand in einem Zylinder aufzunehmen. Bei dieser Technik ist ein Abgasrezirkulations-(EGR)-Kanal mit einem Einlassanschluss der Verbrennungsmaschine verbunden, und ein EGR-Ventil ist dazu vorgesehen, um ein Öffnen und Verschließen des EGR-Kanals zu steuern. Das EGR-Ventil wird vor einem Ventilöffnungsvorgang eines Einlassventils geöffnet. Danach wird während einem ersten halben Einlasstakt das EGR-Gas in dem Zylinder aufgenommen. Anschließend wird während einem zweiten halben Einlasstakt ein Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder aufgenommen.
Mit anderen Worten wird während dem ersten halben Einlasstakt ein erstes Gas in dem Zylinder aufgenommen, und während der zweiten Hälfte wird ein zweites Gas, das sich von dem ersten Gas unterscheidet, aufgenommen. In einem System, das eine solche Technik verwendet, wird etwas von dem ersten Gas und etwas von dem zweiten Gas an einer Grenze zwischen dem ersten Gas und dem zweiten Gas an dem Kanal des Einlassventils vereint. Danach schreitet eine Grenzfläche, in der das erste Gas und das zweite Gas vereint sind, fort und wird anschließend in dem Zylinder aufgenommen. Demzufolge tritt ein Problem auf, das das Ausmaß einer Schichtung des ersten Gases und des zweiten Gases innerhalb des Zylinders abnimmt.
Darüber hinaus offenbart die JP 2006 - 266 159 A einen Controller für die Abgasrückführung einer Maschine mit einem Ansaugluftsteuerventil, das in einem Ansaugluftkanal auf der stromaufwärts gelegenen Seite eines Einlassventils installiert ist und entsprechend den Öffnungs-/Schließzeiten des Einlassventils geöffnet werden kann, einem Abgasrückführungsgassteuerventil, das in einem Abgasrückführungsgaskanal installiert ist, der sich zwischen dem Einlassventil und dem Ansaugluftsteuerventil zum Ansaugluftkanal öffnet, einem Maschinenbetriebsbereich-Bestimmungsteil, welches bestimmt, ob sich die Maschine in einem Abgasrückführungsgas-Einführungsbereich befindet oder nicht, und einer Öffnungs-/Schließbetriebszeit-Steuereinrichtung, die, wenn durch das Maschinenbetriebsbereich-Bestimmungsteil bestimmt wird, dass sich die Maschine in einem Abgasrückführungsgas-Einführungsbereich befindet, die Öffnungs-/Schließbetriebszeiten des Ansaugluftsteuerventil und des Abgasrückführungsgassteuerventil steuerbar voneinander unterscheidet.
Zudem offenbart die DE 10 2011 084 169 A1 , dass ein Ansaugluftsteuerungsgerät, das ein eine Verbrennung verzögerndes Gas in eine in eine Brennkammer einer Maschine zu ziehende Ansaugluft mischt, eine Bestimmungseinrichtung und eine Steuerungseinrichtung besitzt. Die Bestimmungseinrichtung bestimmt, ob eine Last der Maschine höher als ein vorbestimmter Wert ist. Die Steuerungseinrichtung steuert eine Konzentration des die Verbrennung verzögernden Gases in einem in einer radialen Richtung äußeren Bereich niedriger zu sein als in einem inneren Bereich der Brennkammer, wenn die Bestimmungseinrichtung bestimmt, dass die Last der Maschine höher als der vorbestimmte Wert ist.
KURZFASSUNG
Somit ist es wünschenswert, eine Einlassteuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine zu schaffen, die eine Abnahme des Ausmaßes der Schichtung innerhalb des Zylinders unterdrücken kann. Bei der Einlasssteuervorrichtung der Verbrennungsmaschine unterscheiden sich das erste Gas, das während der ersten Hälfte des Einlasstakts in dem Zylinder aufgenommen wird, und das zweite Gas, das während der zweiten Hälfte von demselben Einlassanschluss aufgenommen wird.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 8, 10 und 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Offenbarung schlägt eine Einlassteuervorrichtung einer Verbrennungsmaschine vor, die umfasst: ein Umschaltmittel, das an einem Einlassanschluss der Verbrennungsmaschine stromaufwärts bereitgestellt ist, wobei das Umschaltmittel eine Kanalöffnung zu dem Einlassanschluss zu einem ersten Kanal, durch den ein erstes Gas fließt, oder zu einem zweiten Kanal, durch den ein zweites Gas fließt, umschaltet; und ein Umschaltsteuermittel, welches das Umschaltmittel derart steuert, dass das erste Gas während einer ersten Hälfte eines Einlasstakts aus dem Einlassanschluss in einem Zylinder der Verbrennungsmaschine aufgenommen wird und das zweite Gas während einer zweiten Hälfte des Einlasstakts aus dem Einlassanschluss in dem Zylinder aufgenommen wird.
Das Umschaltsteuermittel ist ausgestaltet für: eine Durchführung eines Umschaltens des Umschaltmittels während des Einlasstakts derart, dass ein zweiter Kanalzustand, bei dem der zweite Kanal zu dem Einlassanschluss geöffnet ist, zu einem ersten Kanalzustand, bei dem der erste Kanal zu dem Einlassanschluss geöffnet ist, geändert wird; und eine Änderung der Umschaltzeit in Abhängigkeit von wenigstens einer aus einer Drehzahl der Verbrennungsmaschine und einer Soll-Abgasrezirkulations-(EGR)-Rate.
Demzufolge ist das Umschaltmittel stromabwärts von dem Einlassanschluss angeordnet. Das Umschaltmittel schaltet die Kanalöffnung des Einlassanschlusses zu dem ersten Kanal oder dem zweiten Kanal um. Das erste Gas fließt durch den ersten Kanal. Das zweite Gas fließt durch den zweiten Kanal. Das Umschaltsteuermittel steuert ein Umschalten des Umschaltmittels.
Demzufolge wird das erste Gas während der ersten Hälfte des Einlasstakts in dem Zylinder aufgenommen. Das zweite Gas wird während der zweiten Hälfte des Einlasstakts in dem Zylinder aufgenommen. Zu dieser Zeit schaltet das Umschaltsteuermittel das Umschaltmittel während dem Einlasstakt derart um, dass sich der zweite Kanalzustand zu dem ersten Kanalzustand ändert. In dem zweiten Kanalzustand ist der zweite Kanal zu dem Einlassanschluss geöffnet. In dem ersten Kanalzustand ist der erste Kanal zu dem Einlassanschluss geöffnet. Daher wird das erste Gas, das während der ersten Hälfte des Einlasstakts aufgenommen wird, vorab in dem Einlassanschluss aufgenommen, sodass das zweite Gas nachfolgt, das während der zweiten Hälfte des Einlasstakts aufgenommen wird.
Zudem wird das Gas, das in dem Zylinder aufgenommen wird, durch den Betriebszustand der Verbrennungsmaschine beeinflusst. Insbesondere wird das Gas durch die Drehzahl der Verbrennungsmaschine und die Soll-EGR-Rate beeinflusst. Die Drehzahl der Verbrennungsmaschine beeinflusst die volumetrische Flussrate des Einlasses (ebenso als Volumenflussrate oder Volumengeschwindigkeit bekannt) des Gases (erstes Gas und zweites Gas), das in dem Zylinder aufgenommen wird. Die Soll-EGR-Rate beeinflusst die Zusammensetzung des Gases (erstes Gas und zweites Gas), das in dem Zylinder aufgenommen wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung sind zu der Erkenntnis gekommen, dass sich der Zustand des Gases in der Nähe des Einlassventils (einer Grenzfläche zwischen dem ersten Gas und dem zweiten Gas) zum Ende des Einlasstakts auf Grund der Beeinflussung der Drehzahl der Verbrennungsmaschine und der Soll-EGR-Rate verändert. Auf Grund der Änderung des Zustands des Gases ändert sich das Ausmaß der Schichtung des ersten Gases und des zweiten Gases innerhalb des Zylinders.
Daher wird bei der Einlasssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung die Umschaltzeit des Umschaltmittels von dem zweiten Kanalzustand zu dem ersten Kanalzustand während dem Einlasstakt in Abhängigkeit von wenigstens einer aus der Drehzahl der Verbrennungsmaschine und der Soll-EGR-Rate verändert. Der Zustand des Gases in der Nähe des Einlassventils zum Ende des Einlasstakts kann dadurch basierend auf der Drehzahl der Verbrennungsmaschine und der Soll-EGR-Rate optimiert werden. Demzufolge kann das Ausmaß der Schichtung innerhalb des Zylinders verbessert werden.
Figurenliste
In den begleitenden Zeichnungen zeigen:

1 ein Aufbaudiagramm eines Maschinensystems, das eine Einlasssteuervorrichtung einer Verbrennungsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst;
2 eine Schnittansicht einer Struktur in der Nähe eines Umschaltventils und ein Einlassanschluss gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ein Diagramm eines Übergangs eines Öffnen und Verschließens des Umschaltventils gemäß der ersten Ausführungsform;
4A bis 4C Diagramme eines Einlasszustands des Gases zu jedem Punkt von Beginn eines Einlasstakts bis zum Ende des Einlasstakts gemäß der ersten Ausführungsform;
5A und 5B Diagramme eines Einströmungszustands des Gases in der Umgebung des Umschaltventils während einer Reaktionsdauer und nach einem vollständigen Verschließen des Schaltelements;
6 ein Diagramm eines tatsächlichen Zustands des Gases zum Ende des Einlasstakts;
7 ein Diagramm zur Erklärung, wie sich eine Ventilverschlussstartzeit in Abhängigkeit von einer Maschinendrehzahl gemäß der ersten Ausführungsform ändert;
8 ein Diagramm eines Verhältnisses zwischen der Maschinendrehzahl und einem Ventilverschlussstartkorrekturwinkel;
9A und 9B Diagramme der Änderung des Ausmaßes der Schichtung in Fällen, in denen ein Ventilverschlussstartwinkel zu verschiedenen Winkeln geändert wird, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist und wenn die Maschinendrehzahl hoch ist;
10A und 10B Diagramme der Veränderung des Ausmaßes der Schichtung in Fällen, in denen ein Ventilverschlusszwischenwinkel zu verschiedenen Winkeln geändert wird, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist und wenn die Maschinendrehzahl hoch ist;
11 ein Diagramm zur Erklärung, wie die Ventilverschlussstartzeit in Abhängigkeit von einer Soll-EGR-Rate gemäß der ersten Ausführungsform geändert wird;
12 ein Diagramm zur Erklärung des Zustands des Gases zum Ende des Einlasstakts, wenn die Ventilverschlussstartzeit auf Grund eines Anstiegs in der Soll-EGR-Rate verzögert wird;
13 ein Diagramm eines Verhältnisses zwischen der Soll-EGR-Rate und dem Ventilverschlussstartkorrekturwinkel;
14A bis 14C Diagramme der Änderung des Ausmaßes der Schichtung in Fällen, in denen ein Ventilverschlussstartwinkel zu verschiedenen Winkeln geändert wird, wenn die Soll-EGR-Rate „mittel“, „etwas niedrig“ und „niedrig“ ist;
15 ein Flussdiagramm eines Ablaufs, der durch eine ECU durchgeführt wird;
16 ein Diagramm eines Übergangs einer Öffnung und Verschließung eines Umschaltventils gemäß einer zweiten Ausführungsform;
17Abis 17C Diagramme eines Einlasszustands des Gases an jedem Punkt von Beginn eines Einlasstakts bis zum Ende des Einlasstakts gemäß der zweiten Ausführungsform;
18 ein Diagramm zur Erklärung, wie eine Ventilöffnungsstartzeit in Abhängigkeit von einer Maschinendrehzahl gemäß der zweiten Ausführungsform geändert wird;
19 ein Diagramm zur Erklärung, wie eine Ventilöffnungsstartzeit in Abhängigkeit von einer Soll-EGR-Rate gemäß der zweiten Ausführungsform geändert wird; und
20 ein Diagramm eines Verhältnisses zwischen der Soll-EGR-Rate und einem Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel gemäß der zweiten Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform einer Einlassteuervorrichtung einer Verbrennungsmaschine der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 15 beschrieben.
1 ist ein Aufbaudiagramm eines Maschinensystems 1, das in einem Fahrzeug angebracht ist. Das Maschinensystem 1 ist dazu ausgestaltet, eine Dieselmaschine 10 (nachstehend vereinfacht Maschine genannt) und verschiedene Aufbauten zu umfassen, die zum Betrieb der Maschine 10 erforderlich sind. Die Dieselmaschine 10 dient als Verbrennungsmaschine.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist die Maschine 10 eine Vierzylindermaschine mit vier Zylindern 11. Mit jedem Zylinder 11 sind zwei Einlasskanäle verbunden. Die zwei Einlasskanäle sind ein Anschluss 61, der einen Fallstrom (bzw. tumble-flow) erzeugt, und ein Anschluss 62, der einen Wirbelstrom (bzw. swirl-flow) erzeugt. Die zwei Einlasskanäle dienen als Eingänge zum Einlassen von Luft (Gas), die in den Zylindern 11 aufgenommen wird. Der Anschluss 61, der den Fallstrom erzeugt, erzeugt in dem Gas, das in dem Zylinder 11 aufgenommen wird, einen Fallstrom (Längsstrudel). Der Anschluss 62, der den Wirbelstrom erzeugt, erzeugt in dem Gas, das in dem Zylinder 11 aufgenommen wird, einen Wirbelstrom (Querstrudel). Der Anschluss 61, der den Fallstrom erzeugt, und der Anschluss 62, der den Wirbelstrom erzeugt, erleichtern das Mischen des Kraftstoffs und des Gases. Der Kraftstoff wird von einem Injektor 16 (siehe 2) eingespritzt. Das Gas wird in dem Anschluss 61, der den Fallstrom erzeugt, und dem Anschluss 62, der den Wirbelstrom erzeugt, aufgenommen.
Das Maschinensystem 1 umfasst einen Einlasskanal 21. Frische Luft wird in den Zylindern 11 der Maschine 10 aufgenommen und fließt durch den Einlasskanal 21. In dem Einlasskanal 21 sind ein Luftfilter 31, ein Ladegebläse 32 und ein Ladeluftkühler 33 von der Seite stromaufwärts aus in dieser Reihenfolge bereitgestellt. Der Luftfilter 21 entfernt Staub und dergleichen, der in der frischen Luft enthalten ist. Das Ladegebläse 32 lädt die frische Luft auf, die den Luftfilter 31 durchlaufen hat. Der Ladeluftkühler 33 kühlt die frische Luft, die durch das Ladegebläse 32 aufgeladen worden ist.
An dem Einlasskanal 21 ist ferner abwärts von dem Ladeluftkühler 33 ein erstes Flussmengenanpassungsventil 34 bereitgestellt. Das erste Flussmengenanpassungsventil 34 entspricht einem Teil des Mengenanpassungsmittels oder Einheit der vorliegenden Ausführungsform. Das erste Flussmengenanpassungsventil 34 passt die Menge der frischen Luft an. Weiter stromabwärts von dem ersten Flussmengenanpassungsventil 34 zweigen von dem Einlasskanal 21 Durchlässe 27 ab (ein Einlasskrümmerkanal; nachstehend als EGR-Schwachgaskanal bezeichnet). Jeder der EGR-Schwachgasdurchlässe 27 führt zu einem Zylinder 11 (insbesondere einem Maschinenkopf 14 [siehe 2]). Jeder der EGR-Schwachgasdurchlässe 27 ist sowohl mit dem Anschluss 61, der einen Fallstrom erzeugt, als auch mit dem Anschluss 62, der einen Wirbelstrom erzeugt, des Zylinders 11 verbunden.
Zudem ist mit den Zylindern 11 ein Abgaskrümmer 22 verbunden. Der Abgaskrümmer 22 schickt das Abgas, das aus den Zylindern 11 ausgestoßen wird, gesammelt an einen Abgaskanal 23. Der Abgaskanal 23 ist mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) 38 ausgestattet. Der DPF 38 entfernt Feinstaub (PM), der in dem Abgas enthalten ist.
Mit dem Abgaskrümmer 22 ist ein EGR-Kanal 24 verbunden. Der EGR-Kanal 24 lässt etwas von dem Abgas als EGR-Gas in das Einlasssystem rezirkulieren. Der EGR-Kanal 24 ist mit einem EGR-Ventil 36 ausgestattet. Das EGR-Ventil 36 entspricht einem Teil des Mengenanpassungsmittels oder Einheit der vorliegenden Ausführungsform. Das EGR-Ventil 36 passt die Menge des Flusses des EGR-Gases (EGR-Menge) an, die durch den EGR-Kanal 24 fließt. Weiter stromabwärts von dem EGR-Ventil 36 zweigen von dem EGR-Kanal 24 Durchlässe 25 ab (nachstehend ebenso als EGR-Starkgasdurchlässe bezeichnet). Jeder EGR-Starkgaskanal 25 führt zu einem Zylinder 11 (insbesondere dem Maschinenkopf 14 [siehe 2]). Der EGR-Starkgaskanal 25 ist mit dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 des Zylinders 11 verbunden. Insbesondere geht der EGR-Starkgaskanal 25 stromaufwärts von dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 in den EGR-Schwachgaskanal 27 über.
Zudem ist ein Verbindungskanal 26 bereitgestellt, der eine Verbindung zwischen dem Einlasskanal 21 und dem EGR-Kanal 24 herstellt. Gemäß der ersten Ausführungsform stellt der Verbindungskanal 26 eine Verbindung zwischen dem Einlasskanal 21 weiter stromabwärts von dem ersten Flussmengenanpassungsventil 34 und dem EGR-Kanal 24 weiter stromabwärts von dem EGR-Ventil 36 her.
Der Verbindungskanal 26 ist mit einem zweiten Flussmengenanpassungsventil 35 ausgestattet, das einen Teil des Mengenanpassungsmittels der vorliegenden Ausführungsform entspricht. Das zweite Flussmengenanpassungsventil 35 stellt die Menge der frischen Luft ein, die von dem Einlasskanal 21 zu dem EGR-Kanal 24 fließt. Anderenfalls passt das zweite Flussmengenanpassungsventil 35 die EGR-Menge an, die von dem EGR-Kanal 24 zu dem Einlasskanal 21 fließt.
Der Verbindungskanal 26 und das zweite Flussmengenanpassungsventil 35 lassen lediglich zu, dass die frische Luft zu dem EGR-Schwachgaskanal 27 fließt. Anderenfalls lassen der Verbindungskanal 26 und das zweite Flussmengenanpassungsventil 35 zu, dass ein Gas (nachstehend als EGR-Schwachgas bezeichnet), das frische Luft enthält, und das EGR-Gas zu dem EGR-Schwachgaskanal 27 fließt. Die Menge des EGR-Gases in dem EGR-Schwachgas hängt von dem Grad der Öffnung des zweiten Flussmengenanpassungswinkels 35 ab.
Zudem fließt lediglich das EGR-Gas zu dem EGR-Starkgaskanal 25.
Anderenfalls fließt ein Gas (nachstehend als EGR-Starkgas bezeichnet), das EGR-Gas enthält, und frische Luft zu dem EGR-Starkgas 25. Die Menge der frischen Luft in dem EGR-Starkgas hängt von dem Grad der Öffnung des zweiten Flussmengenanpassungsventils 35 ab. Die Konzentration des EGR-Gases (EGR-Konzentration) in dem EGR-Schwachgas ist geneigt als die EGR-Konzentration in dem EGR-Starkgas.
An dem Übergangspunkt zwischen dem EGR-Schwachgaskanal 27 und dem EGR-Starkgaskanal 25 ist ein Ventil 37 bereitgestellt. Das Ventil 37 entspricht dem Umschaltmittel oder Einheit der vorliegenden Ausführungsform. 2 ist hierbei eine Schnittansicht des Aufbaus in der Nähe des Ventils 37 und des fallstromerzeugenden Anschlusses 61. Wie in 2 gezeigt ist, ist der fallstromerzeugende Anschluss 61 (zusammen mit dem wirbelstromerzeugenden Anschluss 62 in 1) innerhalb des Maschinenkopfs 14 ausgebildet. Der Maschinenkopf 14 ist an einem oberen Abschnitt des Zylinders 11 bereitgestellt. Ein Öffnungsabschnitt 151 stellt eine Verbindung zwischen dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 und einem Zylinderinneren 13 her (ein Bereich zwischen einem Kolben 12 und dem Maschinenkopf 14 innerhalb des Zylinders 11). Ein Einlassventil 15 ist in dem Öffnungsabschnitt 151 bereitgestellt. Das Einlassventil 15 öffnet und verschließt den Öffnungsabschnitt 151.
Das Ventil 37 ist als Dreiwegeventil ausgestaltet. Das Ventil 37 schaltet einen Kanal um, der den fallstromerzeugenden Anschluss 61 (insbesondere einen Kanal 28 von dem Ventil 37 zu dem Einlassventil 15; nachstehend ebenso als gemeinsamer Kanal bezeichnet) zu dem EGR-Schwachgaskanal 27 oder dem EGR-Starkgaskanal 25 öffnet. Das Ventil 37 wird nachstehend als Umschaltventil bezeichnet. Ein Ende 371 des Umschaltventils 37 ist an einen Verbindungsabschnitt 8 angefügt. Der Verbindungsabschnitt 8 verbindet eine Wandoberfläche 271 und eine Wandoberfläche 251. Die Wandoberfläche 271 bildet den EGR-Schwachgaskanal 27 aus. Die Wandoberfläche 251 bildet den EGR-Schwachgaskanal 25 aus.
Ein Öffnen und Verschließen des Umschaltventils 37 wird derart durchgeführt, dass das andere Ende 372 des Umschaltventils 37 zu dem einen Ende 371 herumschwenkt. Wenn das andere Ende 371 mit einer Wandoberfläche 281 auf der Seite des EGR-Schwachgaskanals 27 in Kontakt kommt, ist der EGR-Starkgaskanal 25 geöffnet (der EGR-Starkgaskanal 27 ist geschlossen; dieser Zustand ist in 2 gezeigt). Wenn andererseits das andere Ende 372 mit einer Wandoberfläche 282 auf der Seite des EGR-Starkgaskanals 25 in Kontakt kommt, ist der EGR-Starkgaskanal 25 geschlossen (der EGR-Schwachgaskanal 27 ist geöffnet).
Das Umschaltventil 37 ist lediglich auf der Seite des fallstromerzeugenden Anschlusses 61 bereitgestellt (nicht auf der Seite des wirbelstromerzeugenden Anschlusses 62). Daher kann der fallstromerzeugende Anschluss 61 sowohl das EGR-Starkgas als auch das EGR-Schwachgas in dem Zylinderinneren 13 aufnehmen. Andererseits nimmt der wirbelstromerzeugende Anschluss 61 lediglich das EGR-Schwachgas in dem Zylinderinneren 13 auf.
Zurückkommend auf die Beschreibung in Bezug auf 1 umfasst das Maschinensystem 1 eine elektronische Steuereinheit (ECU 50), die dem Umschaltsteuermittel oder Einheit entspricht und ein Teil des Mengenanpassungsmittels oder Einheit der vorliegenden Ausführungsform ist. Die ECU 50 steuert jedes Element, das das Maschinensystem 1 ausbildet, wie z. B. das Öffnen und Verschließen (Öffnungs- und Verschlusszeiten, Grad der Öffnung und dergleichen) von jedem Ventil einschließlich des Umschaltventils 37 (wie z. B. die Flussmengenanpassungsventile 34 und 35, das EGR-Ventil 36 und das Einlassventil 15) und dem Injektor 16 (siehe 2). Die ECU 50 ist als Computer ausgestaltet, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Lesespeicher (ROM) und einen Arbeitsspeicher (RAM) umfasst.
Ein Kurbelwinkelsensor 41 und ein Nockenwinkelsensor 42 sind mit der ECU 50 verbunden. Der Kurbelwinkelsensor 41 umfasst ein Kurbelwinkelsignal ωc und ein Signal des oberen Totpunkts Rs der Maschine 10. Der Nockenwickelsensor 42 erfasst ein Zylinderbestimmungssignal (ein Signal, das jede zweite Drehung der Kurbelwelle einmal ausgegeben wird) Ds. Die ECU 50 bestimmt eine Kraftstoffeinspritzzeit und eine Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf dem Kurbelwinkelsignal ωc, dem Signal des oberen Totpunkts Rs, dem Zylinderbestimmungssignal Ds und dergleichen, die von den Sensoren 41 und 42 eingegeben werden.
Zudem steuert die ECU 50 das Öffnen und Schließen des Umschaltventils 37 basierend auf diesen Signalen. Ferner umfasst die ECU 50 einen Speicher 51, der dem ersten oder zweiten Verhältnisdatenspeichermittel oder Einheit der vorliegenden Ausführungsform entspricht, wie beispielsweise einem elektrischen löschbaren und programmierbaren ROM (EEPROM). Der Speicher 51 speichert darin Ventilverschlussstartwinkelprofile, die in 8 und 13 gespeichert sind, wie nachstehend beschrieben wird.
Zudem stellt die ECU 50 basierend auf einem Betriebszustand (Maschinendrehzahl und Last) der Maschine 10 eine Soll-EGR-Rate ein. Die Soll-EGR-Rate wird als ein Prozentsatz der EGR-Menge im Verhältnis zu einer Gesamteinlassmenge (Menge der frischen Luft + der EGR-Menge) ausgedrückt, die in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen wird. Die ECU 50 steuert die Zusammensetzung aus Gas und dergleichen, sodass die eingestellte Soll-EGR-Rate erfüllt wird. Insbesondere passt die ECU beispielsweise die EGR-Menge an, die in dem EGR-Schwachgas umfasst ist, und die Menge der frischen Luft, die in dem EGR-Starkgas umfasst ist, unter Verwendung des ersten Flussmengenanpassungsventil 34, des EGR-Ventils 36 und des zweiten Flussmengenanpassungsventils 35.
Demzufolge erfüllt die ECU 50 die Soll-EGR-Rate während das Verhältnis der Menge (Volumen) des EGR-Schwachgases und die Menge (Volumen) des EGR-Starkgases aufrechterhalten wird, die in einem vorbestimmten Verhältnis in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen werden. Die ECU 50 kann ebenso die Soll-EGR-Rate dadurch erfüllen, dass das Verhältnis des EGR-Schwachgases und des EGR-Starkgases, die in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen werden, geändert wird.
Nachstehend wird die Öffnungs- und Verschlusssteuerung des Umschaltventils 37, die durch die ECU 50 durchgeführt wird, ausführlich beschrieben. Die ECU 50 steuert das Umschaltventil 37 in der folgenden Art und Weise, um eine Schichtung in dem Zylinderinneren 13 durchzuführen (siehe 2). Die ECU 50 nimmt während der ersten Hälfte eines Einlasstakts das EGR-Schwachgas in dem Zylinderinneren 13 auf. Die Menge des EGR-Schwachgases ist zu dieser Zeit eine vorbestimmte Menge (Volumen). Danach nimmt die ECU 50 während der zweiten Hälfte des Einlasstakts das EGR-Starkgas in dem Zylinderinneren 13 auf. Die Menge des EGR-Starkgases ist zu dieser Zeit eine vorbestimmte Menge (Volumen).
3 ist hierbei ein Diagramm zur Erklärung der Öffnungs- und Verschlusszeiten des Umschaltventils 37. Insbesondere zeigt 3 den Zustand des Umschaltventils 37 in Bezug auf einen Kurbelwinkel (°ATDC). In 3 (sowie in den nachfolgenden Zeichnungen der 3) entspricht das Öffnen und Verschließen des Umschaltventils 37 dem Öffnen und Verschließen des EGR-Starkgaskanals 25. Mit anderen Worten entspricht ein Zustand, in dem der EGR-Starkgaskanal 25 geschlossen ist, einem geschlossenen Zustand des Umschaltventils 37 (Ventil geschlossen). Ein Zustand, in dem der EGR-Starkgaskanal 25 geöffnet ist entspricht einem geöffneten Zustand des Umschaltventils 37 (Ventil geöffnet). Zudem zeigt die horizontale Achse in 3 einen Auslasstakt, einen Einlasstakt und einen Kompressionstakt entsprechend mit dem Kurbelwinkel (°ATDC) an.
Wie in 3 gezeigt ist, ist das Umschaltventil 37 während dem Auslasstakt bis zum Punkt 71 in dem geschlossenen Zustand (Ventil geschlossen). Daher öffnet sich beim Punkt 71 der EGR-Schwachgaskanal 27 zu dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 (gemeinsamer Kanal 28). Der fallstromerzeugende Anschluss 61 ist mit dem EGR-Schwachgas gefüllt. Die ECU 50 beginnt ab dem Punkt 71 in 3 mit einer Ventilöffnung des Umschaltventils 37. Bei Punkt 72 öffnet die ECU 50 das Umschaltventil 37 vollständig bevor der Einlasstakt beginnt.
Die 4A bis 4C sind Schnittansichten ähnlich wie 2. Die 4A bis 4C zeigen die Gase, die in den Durchlässen 25, 27, 61 und 62 zu jedem Punkt vorhanden sind von Beginn bis zum Ende des Einlasstakts. 4A zeigt einen Zustand beim Punkt 72, wenn das Umschaltventil 73 vollständig geöffnet ist. Bei Punkt 72 ist das Einlassventil 15 geschlossen. Daher werden das EGR-Schwachgas und das EGR-Starkgas nicht in einem gemischten Zustand in das Zylinderinnere 13 aufgenommen, selbst wenn das Umschaltventil 37 beim Punkt 72 geöffnet ist. Mit anderen Worten ist beim Punkt 72, wie in 4A gezeigt ist, der fallstromerzeugende Anschluss 61 mit dem EGR-Schwachgas GLEAN gefüllt. Zudem ist das EGR-Starkgas GRICH vorhanden, sodass es dem stromaufwärts liegenden Ende des EGR-Schwachgases GLEAN nachfolgt. Das EGR-Schwachgas GLEAN ist zu jeder Zeit in dem wirbelstromerzeugenden Anschluss 62 vorhanden.
Wenn der Einlasstakt darauffolgend beginnt (wenn das Einlassventil 15 geöffnet ist), wird das EGR-Schwachgas GLEAN, das zuvor in dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 eingefüllt ist, in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen. Wenn ein Einlassen des EGR-Schwachgases GLEAN abgeschlossen ist, wird nachfolgend das EGR-Starkgas GRICH in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen.
Wie in 3 gezeigt ist, verschließt die ECU 50 das Umschaltventil 37 während dem Einlasstakt. 4B zeigt einen Zustand bei Punkt 74 (siehe 3), bei dem das Umschaltventil 37 während des Einlasstakts vollständig geschlossen ist. In dem Beispiel in 4B ist das Einlassen des EGR-Schwachgases GLEAN noch nicht abgeschlossen. Etwas von dem EGR-Schwachgas GLEAN und dem EGR-Starkgas GRICH fließt in den fallstromerzeugenden Anschluss 61. Zudem ist der EGR-Schwachgaskanal 27 geöffnet, weil das Umschaltventil 37 vollständig geschlossen ist. Das EGR-Schwachgas GLEAN beginnt durch den gemeinsamen Kanal 28 zu fließen, sodass es dem stromaufwärts liegenden Ende des EGR-Starkgases GRICH nachfolgt.
4C zeigt einen Zustand bei dem Punkt, bei dem das Einlassventil 15 vollständig geschlossen ist (am Ende des Einlasstakts). Wie in 4 gezeigt ist, ist das EGR-Schwachgas GLEAN am Ende des Einlasstakts (Beginn des Kompressionstakts) in einem unteren Abschnitt 131 (Seite des Kolbens) des Zylinderinneren 13 vorhanden. Das EGR-Starkgas GRICH ist in einem oberen Abschnitt 132 (Seite des Einlassventils 15) vorhanden. Mit anderen Worten sind das EGR-Schwachgas GLEAN und das EGR-Starkgas GRICH in einem geschichteten Zustand in dem Zylinderinneren 13 vorhanden. Zudem ist das EGR-Schwachgas GLEAN zum Ende des Einlasstakts in dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 vorhanden. Das EGR-Schwachgas GLEAN wird während der ersten Hälfte des nächsten Einlasstakts in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen.
Auf diese Weise sind zum Ende des Einlasstakts das EGR-Starkgas und das EGR-Schwachgas in einem geschichteten Zustand vorhanden, wie in 4C gezeigt ist. Somit sind in einem finalen Zustand des Kompressionstakts das EGR-Starkgas und das EGR-Schwachgas in einem geschichteten Zustand vorhanden, sodass das EGR-Starkgas in dem mittleren Abschnitt des Zylinderinneren 13 ist und das EGR-Schwachgas auf der unteren Oberflächenseite des äußeren Umfangs des Zylinderinneren 13 ist. Da das EGR-Starkgas und das EGR-Schwachgas in diesem geschichteten Zustand vorhanden sind, kann die Menge des ausgestoßenen Rauchs verringert werden.
Um am Ende des Einlasstakts den in 4C gezeigten Zustand zu erreichen, ist es erforderlich, dass die ECU 50 eine Ventilverschlussstartzeit (Punkt 73) des Umschaltventils 37 geeignet einstellt. Wenn beispielsweise die Ventilverschlussstartzeit des Umschaltventils 37 zu früh ist, ist am Ende des Einlasstakts das EGR-Schwachgas GLEAN zusätzlich über dem EGR-Starkgas GRICH vorhanden, das in dem oberen Abschnitt 132 des Zylinderinneren 13 vorhanden ist. Wenn hingegen die Ventilverschlusszeit des Umschaltventils 37 zu spät ist, verbleibt das EGR-Starkgas GRICH am Ende des Einlasstakts in dem fallstromerzeugenden Anschluss 61.
Andererseits fließen während der Reaktionsdauer das EGR-Starkgas GRICH und das EGR-Schwachgas GLEAN zeitgleich in den gemeinsamen Kanal 28, wie in 5A gezeigt ist. Die Reaktionsdauer erstreckt sich vom Beginn des Ventilverschlussvorgangs des Umschaltventils 37 bis zum Abschluss des Ventilverschlussvorgangs. Eine Fläche 100 ist diejenige Fläche, in der das zeitgleiche Einströmen des EGR-Starkgases GRICH und das EGR-Schwachgases GLEAN stattgefunden haben (eine Grenzfläche zwischen dem EGR-Starkgas GRICH und dem EGR-Schwachgas GLEAN). Die Fläche 100 bewegt sich in dem gemeinsamen Kanal 28 fort während das Einlassventil 15 geöffnet ist, selbst nachdem das Umschaltventil 37 geschlossen worden ist, wie in 5B gezeigt ist.
Während sich die Grenzfläche 100 in dem gemeinsamen Kanal 28 fortbewegt schreitet eine Vermischung des EGR-Starkgases GRICH und des EGR-Schwachgases GLEAN in der Grenzfläche 100 voran. Am Ende des Einlasstakts befindet sich die Grenzfläche 100 in der Nähe des Einlassventils 15, wie in 6 gezeigt ist. Wegen der Grenzfläche 100 kann das Ausmaß der Schichtung des EGR-Starkgases GRICH und des EGR-Schwachgases GLEAN in dem Zylinderinneren 13 herabgesetzt sein. Das Ausmaß der Schichtung bezieht sich auf die Differenz zwischen einer Fläche, in der die Abgaskonzentration am höchsten ist, und einer Fläche, in der die Abgaskonzentration am niedrigsten ist, gegen Beendung des Kompressionstakts, der auf den Einlasstakt folgt.
Mit anderen Worten bezieht sich das Ausmaß der Schichtung auf die Differenz zwischen einer Fläche, in der die Sauerstoffkonzentration am niedrigsten ist, und einer Fläche, in der die Sauerstoffkonzentration zum Abschluss des Kompressionstakts am höchsten ist. Das Ausmaß der Schichtung nimmt zu, wenn die Differenz der Abgaskonzentration oder die Differenz der Sauerstoffkonzentration zunimmt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass der Zustand der Fläche 100 in der Nähe des Einlassventils 15 durch Veränderung der Ventilverschlussstartzeit des Umschaltventils 37 in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine 10 (nachstehend ebenso vereinfacht als Maschinendrehzahl bezeichnet) und der Soll-EGR-Rate optimiert werden kann. Die Erfinder haben ebenso herausgefunden, dass durch Optimierung des Zustands der Fläche 100 eine Herabsetzung des Ausmaßes der Schichtung in dem Zylinderinneren 13 unterdrückt werden kann.
Mit anderen Worten beginnt die ECU 50 den Ventilverschlussvorgang des Umschaltventils 37 zu einer Ventilverschlussstartzeit basierend auf der Maschinendrehzahl und der Soll-EGR-Rate. Zunächst wird ausführlich beschrieben, wie die Ventilverschlussstartzeit in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl geändert wird.
7 zeigt eine Übergangslinie, die das Öffnen und Verschließen des Umschaltwinkels 37 in einer ähnlichen Weise wie in 3 anzeigt. Insbesondere zeigt 7 eine Mehrzahl von Linien 201 bis 203 (Ventilverschlussvorgangslinien), die auf der Maschinendrehzahl basieren. Jede der Linien 201 bis 203 verbindet auf der Öffnungs- und Verschlussübergangslinie einen Punkt, an dem der Ventilverschlussvorgang des Umschaltventils 37 begonnen wird, mit einem Punkt, an dem der Ventilverschlussvorgang beendet wird. Die Maschinendrehzahl steigt in der Reihenfolge von Linie 201 zu Linie 202 zu Linie 203.
Wenn eine Dauer ab einem Beginn des Abschlusses des Ventilverschlussvorgangs des Umschaltventils 37 (nachstehend ebenso als erforderliche Dauer zum Ventilverschluss bezeichnet) durch den Kurbelwinkel ausgedrückt wird, wird die erforderliche Dauer zum Ventilverschluss (Kurbelwinkel) länger, wenn die Maschinendrehzahl zunimmt.
In dem Beispiel aus 7 ist die erforderliche Dauer zum Ventilverschluss ΔA2 (die Länge zwischen einem Kurbelwinkel [Ventilverschlussstartwinkel] 202a, wenn das Umschaltventil 37 mit dem Ventilverschlussvorgang beginnt, und einem Kurbelwinkel [Ventilverschlussabschlusswinkel] 202b, wenn das Umschaltventil 37 den Ventilverschlussvorgang beendet) der Linie 202 länger als eine erforderliche Dauer zum Ventilverschluss ΔA1 (Dauer zwischen einem Ventilverschlussstartwinkel 201a und einem Ventilverschlussabschlusswinkel 201b) der Linie 201.
Eine erforderliche Dauer zum Ventilverschluss ΔA3 (Dauer zwischen einem Ventilverschlussstartwinkel 203a und einem Ventilverschlussabschlusswinkel 203b) der Linie 203 ist länger als die erforderliche Dauer zum Ventilverschluss ΔA2. Dies zeigt auf, dass das Volumen pro Zeiteinheit (volumetrische Einlassflussrate) des Gases, das in das Zylinderinnere 13 aufgenommen wird, zunimmt, wenn die Maschinendrehzahl zunimmt.
Wie in 7 gezeigt ist, verlegt die ECU 50 einen Ventilverschlussstartwinkel X des Umschaltventils 37 vor, wenn die Maschinendrehzahl zunimmt. Mit anderen Worten wird der Ventilverschlussstartwinkel 202a weiter vorverlegt als der Ventilverschlussstartwinkel 201a. Der Ventilverschlussstartwinkel 203 wird weiter vorverlegt als der Ventilverschlussstartwinkel 202a.
Zu dieser Zeit stellt die ECU 50 den Ventilverschlussstartwinkel X basierend auf der Maschinendrehzahl ein, sodass ein mittlerer Kurbelwinkel (ein Kurbelwinkel, der durch Addieren des Ventilverschlussstartwinkels und des Ventilverschlussabschlusswinkels und ein Dividieren der Summe durch 2 erlangt wird; nachstehend ebenso als Ventilverschlusszwischenwinkel bezeichnet) Y zwischen dem Ventilverschlussstartwinkel und dem Ventilverschlussabschlusswinkel unabhängig von der Maschinendrehzahl festgelegt ist.
Insbesondere speichert der Speicher 51 (siehe 1) darin ein Ventilverschlussstartwinkelprofil 301, das den ersten Verhältnisdaten der vorliegenden Ausführungsform entspricht, die in 8 als Kennfeld einer Zirkulationsformel gezeigt ist. Das Ventilverschlussstartprofil 301 zeigt an, wie der Ventilverschlussstartwinkel in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl geändert wird. Insbesondere zeigt das Ventilverschlussstartwinkelprofil 301 den Betrag eines vorverlegten Winkels von einem Referenzstartwinkel im Verhältnis zu der Maschinendrehzahl als Ventilverschlussstartkorrekturwinkel an. Der Referenzstartwinkel ist der Ventilverschlussstartwinkel während einer Leerlaufdrehzahl (untere Grenze der Drehzahl).
Wie durch das Ventilverschlussstartwinkelprofil 301 angezeigt ist, nimmt der Ventilverschlussstartkorrekturwinkel zu der negativen Seite hin zu (Seite des vorverlegten Winkels), wenn die Maschinendrehzahl zunimmt. Das Verhältnis zwischen der Maschinendrehzahl und dem Ventilverschlussstartkorrekturwinkel wird derart eingestellt, dass der Ventilverschlusszwischenwinkel Y (siehe 7) unabhängig von der Maschinendrehzahl festgelegt ist.
Die ECU 50 referenziert das Ventilverschlussstartwinkelprofil 301, das in 8 gezeigt ist, und berechnet den Ventilverschlussstartkorrekturwinkel für die derzeitige Drehzahl. Danach verlegt die ECU 50 den Ventilverschlussstartwinkel um einen Betrag vor, der zu dem Ventilverschlussstartkorrekturwinkel ab dem Referenzstartwinkel äquivalent ist.
Demzufolge kann der Ventilverschlussvorgang des Umschaltventils 37, wie in 7 gezeigt ist, mit dem Ventilverschlusszwischenwinkel Y durchgeführt werden, der unabhängig von der Maschinendrehzahl festgelegt ist. 7 ist ein Diagramm für einen Fall, in dem keine Steuerung des Ventilverschlussstartwinkels basierend auf der Soll-EGR-Rate durchgeführt wird. Wenn die Steuerung des Ventilverschlussstartwinkels basierend auf der Soll-EGR-Rate doch durchgeführt wird, weicht der Ventilverschlusszwischenwinkel Y leicht ab, wie nachstehend beschrieben wird.
Wenn der Ventilverschlussstartwinkel, wie in 7 und 8 gezeigt, gesteuert wird, kann die Grenzfläche 100 (siehe 6) des EGR-Starkgases und des EGR-Schwachgases am Ende des Einlasstakts basierend auf der Maschinendrehzahl (basierend auf der Einlassvolumengeschwindigkeit) an einer optimalen Position angeordnet werden. Mit anderen Worten kann der Zustand des Gases in der Nähe des Einlassventils 15 am Ende des Einlasstakts basierend auf der Maschinendrehzahl optimiert werden.
Wenn der Maschinenverschlussstartwinkel andererseits unabhängig von der Maschinendrehzahl festgelegt ist (in dem Fall ist der Maschinenverschlusszwischenwinkel in Begleitung der Zunahme der erforderlichen Dauer zum Ventilverschluss, die durch eine Zunahme der Maschinendrehzahl bedingt ist, verzögert), verbleibt am Ende des Einlasstakts zuviel EGR-Starkgas in der EGR-Schwachgasfläche des fallstromerzeugenden Anschlusses 61, wenn die Maschinendrehzahl zunimmt.
Demzufolge nimmt die EGR-Konzentration in dem EGR-Schwachgas zu, das während der ersten Hälfte des nächsten Einlasstakts aufgenommen wird. Schließlich nimmt das Ausmaß der Schichtung ab. Wenn in Folge der Zunahme der Maschinendrehzahl der Ventilverschlussstartwinkel erheblich vorverlegt wird, oder mit anderen Worten, wenn in Folge der Zunahme der Maschinendrehzahl der Ventilverschlussstartwinkel in einem solchen Ausmaß vorverlegt wird, dass auch der Ventilverschlusszwischenwinkel Y vorverlegt wird, wird am Ende des Einlasstakts zuviel EGR-Schwachgas in der Fläche des EGR-Starkgases in der Nähe des Einlassventils 15 in dem Zylinderinneren 13 vermischt.
Demzufolge nimmt die EGR-Konzentration in der Nähe des Einlassventils 15 in dem Zylinderinneren 13 ab. Das Ausmaß der Schichtung in dem Zylinderinneren 13 würde abnehmen. Bei der vorliegenden Erfindung kann eine solche Abnahme des Ausmaßes der Schichtung unterdrückt werden.
Hier zeigen die 9A, 9B, 10A und 10B experimentelle Daten, welche die Wirkung in Bezug auf die Steuerung zeigen, die bei der vorliegenden Erfindung auf der Maschinendrehzahl basiert. Insbesondere zeigt 9A die Veränderung des Ausmaßes der Schichtung, wenn der Ventilverschlussstartwinkel X in einem Fall, in dem die Maschinendrehzahl ein bestimmter niedriger Wert ist (ein Wert, der niedriger als die Maschinendrehzahl in 9B ist), in mehrere Winkel geändert wird. 9B zeigt die Veränderung des Ausmaßes der Schichtung, wenn der Ventilverschlussstartwinkel X in einem Fall, in dem die Maschinendrehzahl ein bestimmter hoher Wert ist (ein Wert, der höher als die Maschinendrehzahl in 9A ist), in mehrere Winkel verändert wird.
Zudem zeigen die 10A und 10B experimentelle Daten, in welchen die experimentellen Daten aus den 9A und 9B derart umgewandelt werden, dass die horizontale Achse den Ventilverschlusszwischenwinkel Y anzeigt. 10A ist ein Diagramm, das durch Umwandeln der experimentellen Daten aus 9A erlangt wird. 10B ist ein Diagramm, das durch Umwandeln der experimentellen Daten aus 9B erlangt wird.
Wie in 9A gezeigt ist, ist das Ausmaß der Schichtung bei dem Ventilverschlussstartwinkel x1 am größten, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist. Wie andererseits in 9B gezeigt ist, wird das Ausmaß der Schichtung bei dem Ventilverschlussstartwinkel x2, der weiter vorverlegt ist als der Ventilverschlusswinkel x1, am größten, wenn die Maschinendrehzahl zunimmt. Mit anderen Worten zeigen die 9A, 9B an, dass sich das Ausmaß der Schichtung durch ein Vorverlegen des Ventilverschlussstartwinkels basierend auf einer Zunahme der Maschinendrehzahl verbessert.
Wie zudem in den 10A und 10B gezeigt ist, ist das Ausmaß der Schichtung bei dem Ventilverschlusszwischenwinkel y1 am größten, sowohl wenn die Maschinendrehzahl hoch als auch niedrig ist. Mit anderen Worten zeigen die 10A und 10B an, dass das Ausmaß der Schichtung durch Steuerung des Maschinenverschlusszwischenwinkels y, der unabhängig von der Maschinendrehzahl festgelegt ist, verbessert werden kann.
Als Nächstes wird ausführlich beschrieben, wie die Ventilverschlussstartzeit (Ventilverschlussstartwinkel) in Abhängigkeit von der Soll-EGR-Rate verändert wird.
11 zeigt Übergangslinien, die das Öffnen und Verschließen des Umschaltventils 37 in derselben Weise wie in 3 anzeigen. 11 zeigt eine Mehrzahl von Linien 211 bis 213 (Ventilverschlussvorgangslinien), die auf der Soll-EGR-Rate basieren. Jede Linie 211 bis 213 verbindet auf der Öffnungs- und der Schlussübergangslinie einen Punkt, an dem der Ventilverschlussvorgang des Umschaltventils 37 beginnt, bis zu einem Punkt, an dem der Ventilverschlussvorgang abgeschlossen ist.
In 11 ist die Maschinendrehzahl zwischen den Linien 211 bis 213 zur Vereinfachung der Erklärung festgelegt. Mit anderen Worten ist die Neigung von jeder Linie 211 bis 213 (erforderliche Dauer zum Ventilverschluss) festgelegt. Die Soll-EGR-Rate nimmt in der Reihenfolge von Linie 211 zu Linie 212 zu Linie 213 zu. Mit anderen Worten verzögert die ECU 50 den Ventilverschlussstartwinkel X, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt.
Demzufolge nimmt die Menge des EGR-Starkgases, das während dem Einlasstakt von dem EGR-Starkgaskanal 25 in den fallstromerzeugenden Anschluss 61 fließt, um eine Menge zu, die zu dem verzögerten Winkel äquivalent ist. Wie in 12 gezeigt ist, verbleibt am Ende des Einlasstakts eine kleine Menge des EGR-Starkgases GRICH innerhalb des fallstromerzeugenden Anschlusses 61. Durch das verbleibende EGR-Starkgas GRICH kann eine Wand für die Grenzfläche 100, die dem EGR-Starkgas GRICH nachfolgt, gebildet werden.
Mit anderen Worten kann die EGR-Konzentration in der Nähe des Einlassventils 15 erhöht werden. Demzufolge kann eine Abnahme der EGR-Konzentration in der Nähe des Einlassventils 15 des Zylinderinneren unterdrückt werden. Darüber hinaus kann eine Abnahme des Ausmaßes der Schichtung unterdrückt werden.
Das EGR-Starkgas GRICH, das innerhalb des fallstromerzeugenden Anschlusses 61 verbleibt, wird während der ersten Hälfte des Einlasstakts zusammen mit dem EGR-Schwachgas GLEAN in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen. Daher wird die EGR-Konzentration des eingelassenen EGR-Schwachgases GLEAN leicht erhöht. Jedoch selbst mit der leichten Erhöhung sind die Erfinder der vorliegenden Erfindung zu der Kenntnis gelangt, dass das Ausmaß der Schichtung im Vergleich dazu, wenn der Ventilverschlussstartwinkel festgelegt ist, verbessert werden kann.
Wenn der Ventilverschlussstartwinkel unabhängig von der Soll-EGR-Rate festgelegt ist, nimmt die EGR-Konzentration in der Nähe des Einlassventils 15 in Folge der Grenzfläche 100 ab, wie mit Bezug auf 6 beschrieben ist. Darüber hinaus nimmt ebenso die EGR-Konzentration der EGR-Starkgasschicht ab.
Wenn zudem die Soll-EGR-Rate zunimmt, ist es erforderlich, dass die EGR-Menge, die in dem EGR-Schwachgas enthalten sein soll, erhöht wird, um die Soll-EGR-Rate zu erfüllen. Daher nimmt die EGR-Konzentration in der EGR-Schwachgasschicht im Vergleich dazu, wenn die Soll-EGR-Rate niedrig ist, zu.
Wenn der Ventilverschlussstartwinkel festgelegt ist, ist demzufolge zu beachten, dass die Differenz der EGR-Konzentration zwischen dem EGR-Schwachgas und dem EGR-Starkgas klein wird, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt. Das Ausmaß der Schichtung nimmt ab.
Die Differenz bei der Steuerung des Ventilverschlussstartwinkels zwischen der vorliegenden Erfindung und einem herkömmlichen Aufbau wird nachstehend unter der Angabe bestimmter numerischer Werte für die Soll-EGR-Rate und dergleichen beispielhaft beschrieben. Zur Vereinfachung der Beschreibung gilt die Beschreibung unter der Annahme, dass kein EGR-Schwachgas aus dem wirbelstromerzeugenden Anschluss 62 eingelassen wird.
Beispielsweise ist die Soll-EGR-Rate 20 %. Das Volumenverhältnis des EGR-Schwachgases zu dem EGR-Starkgas, das aus dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen wird, wird konstant auf 85 % : 15 % gesteuert. Bei der vorliegenden Erfindung enthält das EGR-Schwachgas beispielsweise nur frische Luft. Das EGR-Starkgas enthält nur EGR-Gas. Während der ersten Hälfte des Einlasstakts wird EGR-Schwachgas (nur frische Luft) von 85 % im Verhältnis zu der Gesamtmenge des Einlasses aufgenommen. Während der zweiten Hälfte wird EGR-Starkgas (nur EGR-Gas) von 15 % im Verhältnis zu der Gesamtmenge des Einlasses aufgenommen.
In diesem Fall besteht ein Mangel von 5 %, um die Soll-EGR-Rate von 20 % zu erfüllen. Daher wird bei der vorliegenden Erfindung der Ventilverschlussstartwinkel verzögert. Das EGR-Starkgas, das die verbleibenden 5 % beträgt, wird in dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 zurückgelassen. Das EGR-Gas, das die verbleibenden 5 % beträgt, wird zusammen mit dem EGR-Schwachgas während der ersten Hälfte des nächsten Einlasstakts aufgenommen. Demzufolge wird die Ziel-EGR-Rate von 20 % schließlich erfüllt.
Wenn zudem auch die Soll-EGR-Rate niedrig ist, beispielsweise 10 %, wird das EGR-Schwachgas von 85 % im Verhältnis zur Gesamtmenge des Einlasses während der ersten Hälfte des Einlasstakts aufgenommen. Während der zweiten Hälfte wird das EGR-Starkgas von 15 % im Verhältnis zur Gesamtmenge des Einlasses aufgenommen. Das EGR-Starkgas muss mit der frischen Luft vermischt werden, um die Soll-EGR-Rate von 10 % zu erfüllen.
Wenn der Ventilverschlussstartwinkel verzögert ist, und das EGR-Starkgas in dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 zurückbleibt, wird auch in diesem Fall die Differenz der EGR-Konzentration zwischen der EGR-Schwachgasschicht, in der das verbleibende EGR-Schwachgas gemischt ist, und der EGR-Starkgasschicht, in der die frische Luft vermischt, klein. Das Ausmaß der Schichtung nimmt ab. Daher wird bei der vorliegenden Erfindung die Menge des verzögerten Winkels bei dem Ventilverschlussstartwinkel verringert, oder der Ventilverschlussstartwinkel wird nicht verzögert, wenn die Soll-EGR-Rate niedrig ist. Mit anderen Worten wird die Menge des verzögerten Winkels bei dem Ventilverschlussstartwinkel erhöht, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt. Wenn andererseits auch der Ventilverschlussstartwinkel festgelegt ist, wird während der ersten Hälfte des Einlasstakts das EGR-Schwachgas von 85 % in Bezug auf die Gesamtmenge des Einlasses aufgenommen. Während der zweiten Hälfte wird das EGR-Starkgas von 15 % im Bezug auf die Gesamtmenge eingelassen. Da jedoch der Ventilverschlussstartwinkel festgelegt ist, verbleibt kein EGR-Starkgas in dem fallstromerzeugenden Anschluss 61. Wenn die Soll-EGR-Rate 20 % beträgt, wird daher die EGR-Menge, welche die verbleibenden 5 % beträgt, mit dem EGR-Schwachgas vermischt. Demzufolge wird die Soll-EGR-Rate von 20 % schließlich erfüllt.
Wenn die Soll-EGR-Rate 10 % beträgt, wird zudem die frische Luft mit dem EGR-Starkgas vermischt. Demzufolge wird die Soll-EGR-Rate von 10% erfüllt. Der Unterschied bei der Steuerung zwischen der vorliegenden Erfindung in der herkömmlichen Technologie (wenn der Ventilverschlussstartwinkel festegelegt ist) ist wie obenstehend beschrieben ist.
Um den Ventilverschlussstartwinkel so zu steuern wie in 11 gezeigt ist, speichert der Speicher 51 darin ein Ventilverschlussstartwinkelprofil 302, das den zweiten Verhältnisdaten der vorliegenden Ausführungsform, wie in 13 gezeigt ist, als Kennfeld oder als Berechnungsformel entspricht. Das Ventilverschlussstartwinkelprofil 302 zeigt an, wie der Ventilverschlussstartwinkel in Abhängigkeit von der Soll-EGR-Rate verändert wird.
Insbesondere zeigt das Ventilverschlussstartwinkelprofil 302 die Menge eines verzögerten Winkels ab einem Referenzstartwinkel in Bezug auf die Soll-EGR-Rate als den Ventilverschlussstartkorrekturwinkel an. Der Referenzstartwinkel ist der Ventilverschlussstartwinkel bei einer niedrigen Soll-EGR-Rate, die eine vorbestimmte Soll-EGR-Rate z1 oder niedriger ist. Wenn bei dem Ventilverschlussstartwinkelprofil 302 die Soll-EGR-Rate innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, nimmt der Ventilverschlusskorrekturwinkel (Menge des verzögerten Winkels) zu der positiven Seite (Seite des verzögerten Winkels) zu, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt.
Der Grad des Ventilsverschlussstartkorrekturwinkels in Bezug auf die Soll-EGR-Rate wird durch den Ventilverschlussstartkorrekturwinkel bestimmt, der so eingestellt wird, dass eine EGR-Starkgasmenge einer Differenz zwischen dem Prozentsatz des EGR-Starkgases in dem Zylinderinneren 13 und der Soll-EGR-Rate (beispielsweise 5 %, wenn die Soll-EGR-Rate 20 % beträgt, und der Prozentsatz des EGR-Starkgases in dem Zylinderinneren 13 15 % ist) in dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 verbleibt.
Zudem ist in dem Ventilverschlussstartwinkelprofil 302 der Ventilverschlussstartkorrekturwinkel auf den Ventilverschlussstartkorrekturwinkel (0) an der unteren Grenze z1 festgelegt, wenn die Soll-EGR Rate in einem Bereicht liegt, der die unter Grenze z1 des vorbestimmten Bereichs oder niedriger ist. Dies liegt daran, dass am Ende des Einlasstakts auf der Schicht des EGR-Starkgases im Zylinderinneren 13 zusätzlich eine Schicht des EGR-Schwachgases vorliegen kann, wenn der Ventilverschlussstartkorrekturwinkel weiter vorverlegt ist als der Ventilverschlussstartwinkel (Referenzstartwinkel) an der unteren Grenze z1.
Ferner ist in dem Ventilverschlussstartwinkelprofil 302 der Ventilverschlussstartkorrekturwinkel auf den Ventilverschlussstartkorrekturwinkel an der oberen Grenze z2 festgelegt, wenn die Soll-EGR-Rate in einem Bereich liegt, der eine obere Grenze z2 des vorbestimmten Bereichs oder höher ist. Dies liegt daran, dass am Ende des Einlasstakts zuviel EGR-Starkgas in dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 verbleibt (die EGR-Konzentration innerhalb des fallstromerzeugenden Anschlusses 61 wird zu hoch), wenn der Ventilverschlussstartkorrekturwinkel unbegrenzt ansteigt, da die Soll-EGR-Rate zugenommen hat. Die EGR-Konzentration in dem EGR-Schwachgas, das während der ersten Hälfte des nächsten Einlasstakts aufgenommen wird, wird hoch. Das Ausmaß der Schichtung nimmt ab.
Die ECU 50 referenziert das Ventilverschlussstartwinkelprofil 302 aus 13 und berechnet den Ventilverschlussstartkorrekturwinkel (Verzögerungsbetrag) für die derzeitige Soll-EGR-Rate. Die ECU 50 verzögert danach den Ventilverschlussstartwinkel um einen Betrag, der zu dem Ventilverschlussstartkorrekturwinkel ab dem Referenzstartwinkel äquivalent ist. Demzufolge kann der Zustand des Gases in der Nähe des Einlassventils 15 basierend auf der Soll-EGR-Rate optimiert werden. Eine Abnahme des Ausmaßes der Schichtung kann unterdrückt werden.
Hierbei zeigen die 14 bis 14C experimentelle Daten, welche die Wirkung in Bezug auf die Steuerung basierend auf der Soll-EGR-Rate bei der vorliegenden Erfindung zeigen. Insbesondere zeigen die 14A bis 14C die Änderung des Ausmaßes der Schichtung, wenn in einem Fall, in dem die Soll-EGR-Rate einen bestimmten Wert beträgt, der Ventilverschlussstartwinkel X in mehrere beispielhafte Winkel geändert wird.
14A ist ein Diagramm in einem Fall, in dem die Soll-EGR-Rate einen Wert beträgt, der in 13 als „Mitte“ angezeigt wird. 14B ist ein Diagramm, in einem Fall, in dem die Soll-EGR-Rate einen Wert beträgt, der in 13 als „leicht niedriger“ angezeigt wird. 14C ist ein Diagramm in einem Fall, in dem die Soll-EGR-Rate einen Wert beträgt, der in 13 als „niedrig“ angezeigt wird.
Wie in den 14B und 14C gezeigt ist, ist das Ausmaß der Schichtung bei demselben Ventilverschlussstartwinkel x3 am höchsten, wenn die Soll-EGR-Rate „niedrig“ und „leicht niedriger“ ist. Mit anderen Worten zeigen die 14B und 14C an, dass der Ventilverschlussstartwinkel vorzugsweise festgelegt ist, selbst wenn sich die Soll-EGR-Rate ändert, wenn die Soll-EGR-Rate in einem Bereich liegt, der die untere Grenze z1 in 13 oder weniger ist.
Wenn andererseits, wie in 14A gezeigt ist, die EGR-Rate „mittel“ ist, ist das Ausmaß der Schichtung bei dem Ventilverschlussstartwinkel x4, der ab dem Ventilverschlussstartwinkel x3 in den 14B und 14C verzögert ist, am höchsten. 14A zeigt an, dass das Ausmaß der Schichtung durch Verzögern der Ventilverschlussstartzeit basierend auf der Zunahme der Soll-EGR-Rate verbessert werden kann, wenn die Soll-EGR-Rate in dem Bereich der unteren Grenze z1 und der oberen Grenze z2 in 13 liegt.
Die ECU 50 steuert die Ventilverschlussstartzeit (Ventilverschlussstartwinkel) des Umschaltventils 37 basierend auf der Maschinendrehzahl und der Soll-EGR-Rate. Insbesondere steuert die ECU 50 das Umschaltventil 37, in dem beispielsweise ein Ablauf aus dem Flussdiagramm in 15 durchgeführt wird.
Der Ablauf von dem Flussdiagramm 15 wird beispielsweise bei einem Starten der Maschine 10 begonnen (siehe 1). Der Ablauf wird danach in einem vorbestimmten Intervall wiederholt durchgeführt, bis die Maschine 10 stoppt. Wenn der Ablauf in 15 begonnen wird, erlangt die ECU 50 zunächst den Betriebszustand (wie beispielsweise die Maschinendrehzahl, die Soll-EGR-Rate und die Last) der Maschine 10 (Schritt S1). Danach beurteilt die ECU 50 basierend auf dem Betriebszustand, der bei Schritt S1 erlangt wird, ob eine Schichtung des EGR-Schwachgases und des EGR-Startgases in dem Zylinderinneren 13 durchgeführt wird oder nicht.
Wenn insbesondere der Betriebszustand, der bei Schritt S1 erlangt wird, beispielsweise eine große Menge eines ausgestoßenen Rauchs anzeigt, beurteilt die ECU 50, dass eine Schichtung durchgeführt wird. Wenn der Betriebszustand eine kleine Menge eines ausgestoßenen Rauchs anzeigt, beurteilt die ECU 50, dass keine Schichtung durchgeführt wird. Zudem kann in einigen Fällen z.B. gesetzlich vorgeschrieben sein, dass die Menge des ausgestoßenen Rauchs einen bestimmten Wert oder weniger betragen muss, wenn sich die Maschine in einem bestimmten Betriebszustand befindet.
In diesen Fällen kann die ECU 50 beurteilen, dass die Schichtung durchgeführt wird, wenn der Betriebszustand, der bei Schritt S1 erlangt wird, der bestimmte, gesetzlich vorgeschriebene Betriebszustand ist. Die ECU 50 kann beurteilen, dass keine Schichtung durchgeführt wird, wenn der Betriebszustand, der bei Schritt S1 erlangt wird, ein anderer Betriebszustand als der bestimmte, gesetzlich vorgeschriebene Betriebszustand ist.
Wenn beurteilt wird, dass keine Schichtung durchgeführt wird (NEIN bei Schritt S2) führt die ECU 50 keine Umschaltung des Umschaltventils 37 durch. Die ECU 50 führt einen Einlass durch während das Umschaltventil 37 in dem geschlossenen Zustand beibehalten wird (der Zustand, in dem der EGR-Startgaskanal 25 geschlossen ist) (Schritt S7). Mit anderen Worten wird lediglich das EGR-Schwachgas aus dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen, und es wird keine Schichtung durchgeführt. Die ECU 50 beendet danach den Ablauf in dem Flussdiagramm aus 15.
Wenn beurteilt wird, dass eine Schichtung durchgeführt wird (JA bei Schritt S2), referenziert die ECU 50, wie obenstehend beschrieben ist, das Ventilverschlussstartwinkelprofil aus 8 und berechnet den Ventilverschlussstartkorrekturwinkel (der Winkelvorverlegungsbetrag ab dem Referenzstartwinkel) basierend auf der Maschinendrehzahl, die bei Schritt S1 erlangt wird (Schritt S3). Wenn der Ventilverschlussstartwinkel nicht basierend auf Maschinendrehzahl gesteuert wird (der Ventilverschlussstartwinkel wird basierend auf der Soll-EGR-Rate gesteuert), wird der Ablaufvorgang bei Schritt S3 ausgelassen.
Danach referenziert die ECU 50 das Ventilverschlussstartwinkelprofil 302 in 13 und berechnet den Ventilverschlussstartkorrekturwinkel (den Winkelverzögerungsbetrag ab dem Referenzstartwinkel) basierend auf der Soll-EGR-Rate, die bei Schritt S1 erlangt wird (Schritt S4). Wenn der Ventilverschlussstartwinkel nicht basierend auf der Soll-EGR-Rate gesteuert wird (der Ventilverschlussstartwinkel wird lediglich basierend auf der Maschinendrehzahl gesteuert), wird der Ablaufvorgang bei Schritt S4 ausgelassen. Der Ventilverschlussstartwinkel (Referenzstartwinkel), bei dem der Ventilverschlussstartkorrekturwinkel in 8 Null ist, und der Ventilverschlussstartwinkel (Referenzstartwinkel), bei dem der Ventilverschlussstartkorrekturwinkel in 13 Null ist, werden auf denselben Wert eingestellt.
Danach berechnet die ECU 50 den Ventilverschlussstartwinkel (Ventilverschlussstartzeit) basierend auf dem Ventilverschlussstartkorrekturwinkel (Winkelvorverlegungsbetrag), der bei Schritt S3 berechnet wird, und den Ventilverschlussstartkorrekturwinkel (Winkelverzögerungsbetrag) der bei Schritt S4 berechnet wird (Schritt S5). Die Symbole (+ und -) des Ventilverschlussstartkorrekturwinkels, der bei Schritt S3 erlangt wird, und des Ventilverschlussstartkorrekturwinkels, der bei Schritt S4 erlangt wird, sind zueinander entgegengesetzt.
Daher stellt die ECU 50 bei Schritt S5 einen Wert ein, der als schlussendlicher Ventilverschlussstartkorrekturwinkel die Summe aus den zwei Ventilverschlussstartkorrekturwinkeln ist. Danach berechnet die ECU 50 den Ventilverschlussstartwinkel durch Addieren des schlussendlichen Ventilverschlussstartkorrekturwinkels und des Referenzstartwinkels. Somit kann die ECU 50 den Ventilverschlussstartwinkel erlangen, bei dem sowohl die Maschinendrehzahl als auch die Soll-EGR-Rate berücksichtigt sind.
Wenn der Ventilverschlussstartwinkel bei Schritt S5 lediglich basierend auf der Maschinendrehzahl gesteuert wird, berechnet die ECU 50 den Ventilverschlussstartwinkel, der den Referenzstartwinkel beträgt, der um einen Betrag vorverlegt ist, der zu dem Ventilverschlussstartkorrekturwinkel bei Schritt S3 äquivalent ist. Wenn zudem der Ventilverschlussstartwinkel bei Schritt S3 lediglich basierend auf der Soll-EGR-Rate gesteuert wird, berechnet die ECU 50 den Ventilverschlussstartwinkel, der den Referenzstartwinkel beträgt, der um einen Betrag verzögert ist, der zu dem Ventilverschlussstartkorrekturwinkel bei Schritt S4 äquivalent ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht die ECU 50, welche die Schritte S3 bis S5 durchführt, dem Startwinkelberechnungsmittel oder Einheit, welche die ersten bis dritten Berechnungsmittel oder Einheiten umfasst.
Danach führt die ECU 50 ein Umschalten des Umschaltventils 37 in ähnlicher Weise wie der Öffnungs- und Verschlussübergang in 3 durch. Die ECU 50 nimmt das EGR-Schwachgas während der ersten Hälfte des Einlasstakts auf und nimmt das EGR-Starkgas während der zweiten Hälfte auf (Schritt S6).
Zu dieser Zeit beginnt die ECU 50 den Ventilverschlussvorgang des Umschaltventils 37 mit einem Ventilverschlussstartwinkel, der bei Schritt S5 berechnet wird (Schritt S6). Wie obenstehend beschrieben ist, kann somit der Zustand des Gases in der Nähe des Einlassventils 15 zum Ende des Einlasstakts basierend auf der Maschinendrehzahl und der Soll-EGR-Rate optimiert werden. Ferner kann das Ausmaß der Schichtung verbessert werden. Nach Schritt S6 beendet die ECU 50 den Ablauf im Flussdiagramm aus 15.
Wie obenstehend beschrieben ist, wird gemäß der ersten Ausführungsform die Ventilverschlussstartzeit des Umschaltventils während dem Einlasstakt in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und der Soll-EGR-Rate verändert. Daher kann das Ausmaß der Schichtung im Vergleich dazu, wenn die Ventilverschlussstartzeit festgelegt ist, verbessert werden.
(Zweite Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine Einlasssteuervorrichtung einer Verbrennungsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf die 16 bis 20 beschrieben, wobei die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform im Mittelpunkt stehen.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird das EGR-Starkgas während der ersten Hälfte des Einlasstakts aufgenommen. Das EGR-Schwachgas wird während der zweiten Hälfte des Einlasstakts aufgenommen. Der Aufbau der Einlasssteuervorrichtung der Verbrennungsmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform ist derselbe wie der Aufbau gemäß der ersten Ausführungsform (1 und 2). Allerdings unterscheidet sich eine Steuerung des Umschaltventils 37, die durch die ECU 50 durchgeführt wird, von derjenigen gemäß der ersten Ausführungsform.
Mit anderen Worten steuert die ECU 50 das Umschaltventil 37 in der folgenden Weise. Die ECU 50 nimmt das EGR-Starkgas in einer ersten Hälfte des Einlasstakts in dem Zylinderinneren 13 auf. Die Menge des EGR-Starkgases zu dieser Zeit ist eine vorbestimmte Menge (Volumen). Die ECU 50 nimmt danach das EGR-Schwachgas während der zweiten Hälfte des Einlasstakts in dem Zylinderinneren 13 auf. Die Menge des EGR-Schwachgases ist zu dieser Zeit eine vorbestimmte Menge (Volumen).
16 ist hierbei ein Diagramm, das der 3 ähnlich ist. 16 zeigt den Übergang des Öffnens und Verschließens des Umschaltventils 37 gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 16 gezeigt ist, befindet sich das Umschaltventil 37 während des Einlasstakts bis zu Punkt 75 in einem geöffneten Zustand (Ventil offen).
Daher öffnet sich der EGR-Starkgaskanal 25 bis Punkt 75 zu dem fallstromerzeugenden Anschluss 61 (gemeinsamer Kanal 28). Der fallstromerzeugende Anschluss 61 ist mit dem EGR-Starkgas gefüllt. Die ECU 50 startet ab Punkt 75 in 16 einen Ventilverschluss des Umschaltventils 37. Die ECU 50 verschließt das Umschaltventil 37 bei Punkt 76 vollständig bevor der Einlasstakt beginnt.
Die 17A bis 17C zeigen die Gase, die in den Durchlässen 25, 27 und 61 zu jedem Punkt vom Start bis zum Ende des Einlasstakts gemäß der zweiten Ausführungsform vorliegen. 17A zeigt einen Zustand bei Punkt 76, bei dem das Umschaltventil 37 vollständig geschlossen ist. Wie in 17A gezeigt ist, ist der fallstromerzeugende Anschluss 61 bei Punkt 76 mit dem EGR-Starkgas GRICH gefüllt. Zudem liegt das EGR-Schwachgas GLEAN derart vor, dass es im stromaufwärts liegenden Ende des EGR-Starkgases GRICH nachfolgt.
Wenn darauffolgend der Einlasstakt beginnt, wird das EGR-Starkgas GRICH, das den fallstromerzeugenden Anschluss 61 füllt, vorab in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen. Wenn ein Einlass des EGR-Starkgases GRICH abgeschlossen ist, wird nachfolgend das EGR-Schwachgas GLEAN in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen. Wie in 16 gezeigt ist, öffnet die ECU 50 das Umschaltventil 37 während dem Einlasstakt.
17B zeigt einen Zustand bei Punkt 78 (siehe 16), bei dem das Umschaltventil 37 während des Einlasstakts vollständig geöffnet ist. Wie in 17B gezeigt ist, ist der EGR-Starkgaskanal 25 in Folge einer vollständigen Öffnung des Umschaltventils 37 geöffnet. Das EGR-Starkgas GRICH beginnt durch den gemeinsamen Kanal 28 zu fließen, sodass es dem stromaufwärts liegenden Ende des EGR-Schwachgases GLEAN nachfolgt.
17C zeigt einen Zustand zum Ende des Einlasstakts (Beginn des Kompressionstakts). Wie in 17C gezeigt ist, befindet sich das EGR-Starkgas GRICH am Ende des Einlasstakts in dem unteren Abschnitt 131 des Zylinderinneren 13. Das EGR-Schwachgas GLEAN befindet sich in dem oberen Abschnitt 132. Zudem befindet sich das EGR-Starkgas in dem fallstromerzeugenden Anschluss 61. Das EGR-Starkgas wird während der ersten Hälfte des Einlasstakts in dem Zylinderinneren 13 aufgenommen.
Auf diese Weise liegt das EGR-Starkgas und das EGR-Schwachgas am Ende des Einlasstakts in einem geschichteten Zustand vor, wie in 17C gezeigt ist. Daher liegt das EGR-Starkgas und das EGR-Schwachgas in dem finalen Zustand des Kompressionstakts in einem geschichteten Zustand vor, sodass das EGR-Schwachgas in dem mittleren Abschnitt des Zylinderinneren 13 ist und das EGR-Starkgas auf einer Seite der Bodenoberfläche an dem äußeren Umfang des Zylinderinneren 13 ist.
Wie gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben ist, kann jedoch das Ausmaß der Schichtung aufgrund der Wirkung der Grenzfläche 100 (die Fläche, an der das EGR-Schwachgas und das EGR-Starkgas vermischt werden; siehe 17C) in der Nähe des Einlassventils 15 abnehmen. Gemäß der zweiten Ausführungsform verändert die ECU 50 eine Ventilöffnungsstartzeit W (Punkt 77 in 16) des Umschaltventils 37 basierend auf der Maschinendrehzahl und der Soll-EGR-Rate. Demzufolge wird eine Abnahme des Ausmaßes der Schichtung unterdrückt. Zunächst wird ausführlich beschrieben, wie die Ventilöffnungsstartzeit in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl verändert wird.
18 zeigt Übergangslinien, die das Öffnen und Verschließen des Umschaltventils 37 in ähnlicher Weise wie in 16 zeigen. Insbesondere zeigt 18 eine Mehrzahl von Ventilöffnungsvorgangslinien 214 bis 216, die auf der Maschinendrehzahl basieren. Die Maschinendrehzahl nimmt in der Reihenfolge von Linie 214 zu Linie 215 zu Linie 216 zu.
Auf diese Weise verlegt die ECU 50 in ähnlicher Weise wie gemäß der ersten Ausführungsform den Ventilöffnungsstartwinkel W des Umschaltventils 37 vor, wenn die Maschinendrehzahl zunimmt. Zu dieser Zeit stellt die ECU 50 den Ventilöffnungsstartwinkel W basierend auf der Maschinendrehzahl derart ein, dass ein Ventilöffnungszwischenwinkel Y' (ein Kurbelwinkel, der durch Addieren des Ventilöffnungsstartwinkels und des Ventilöffnungsabschlusswinkels und ein Dividieren der Summe durch 2 erlangt wird) festgelegt ist. Der Grund hierfür ist derselbe wie derjenige gemäß der ersten Ausführungsform.
Der Speicher 51 (siehe 1) speichert darin ein Ventilöffnungsstartwinkelprofil, das einen Übergang in ähnlicher Weise wie das Ventilverschlussstartwinkelprofil 301 in 1 bildet (ein Profil, welches das Profil in 8 ist, indem der Ventilverschlussstartkorrekturwinkel auf den Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel geändert wird). Die ECU 50 referenziert das Ventilöffnungsstartwinkelprofil und berechnet den Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel für die derzeitige Maschinendrehzahl. Danach verlegt die ECU 50 den Ventilöffnungsstartwinkel um einen Betrag vor, der zu dem Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel ab dem Referenzstartwinkel äquivalent ist. Demzufolge kann die Grenzfläche 100 (siehe 17C) am Ende des Einlasstakts basierend auf der Maschinendrehzahl in einer optimalen Position angeordnet werden. Ferner wird eine Abnahme des Ausmaßes der Schichtung unterdrückt.
Als Nächstes wird ausführlich beschrieben, wie die Ventilöffnungsstartzeit (Ventilöffnungsstartwinkel) in Abhängigkeit von der Soll-EGR-Rate verändert wird.
19 zeigt Übergangslinien, die das Öffnen und Verschließen des Umschaltventils 37 in ähnlicher Weise wie in 16 anzeigen. Insbesondere zeigt 18 eine Mehrzahl von Ventilöffnungsvorgangslinien 217 bis 219, die auf der Soll-EGR-Rate basieren. Die Soll-EGR-Rate nimmt in der Reihenfolge von Linie 217 zu Linie 218 zu Linie 219 zu.
Auf diese Weise verlegt die ECU 50 in umgekehrter Weise wie bei der ersten Ausführungsform den Ventilöffnungsstartwinkel W des Umschaltventils 37 vor, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt. Der Grund hierfür wird nachstehend beschrieben. Gemäß der ersten Ausführungsform wird der Ventilverschlussstartwinkel verzögert, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt. Die EGR-Konzentration innerhalb des fallstromerzeugenden Anschlusses 61 am Ende des Einlasstakts wird erhöht (das EGR-Starkgas ist links in dem fallstromerzeugenden Anschluss 61).
Demzufolge wird eine Abnahme des Ausmaßes der Schichtung unterdrückt. Mit anderen Worten wird basierend auf der Kenntnis gemäß der ersten Ausführungsform die EGR-Konzentration innerhalb des fallstromerzeugenden Anschlusses 61 am Ende des Einlasstakts erhöht, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt. Demzufolge kann eine Abnahme des Ausmaßes der Schichtung unterdrückt werden.
Wenn die Kenntnis gemäß der ersten Ausführungsform auf die zweite Ausführungsform angewendet wird, wird eine Steuerung durchgeführt, um den Ventilöffnungsstartwinkel W des Umschaltventils 37 vorzuverlegen, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt. Mit anderen Worten wird der EGR-Starkgaskanal 25 um einen Betrag, der zu dem vorverlegten Winkel äquivalent ist, früher geöffnet, wenn der Ventilöffnungswinkel W des Umschaltventils 37 vorverlegt wird (der EGR-Schwachgaskanal 27 verschließt früher).
Die Menge des EGR-Starkgases, das durch den fallstromerzeugenden Anschluss 61 fließt, nimmt zu (die Menge des EGR-Schwachgases nimmt ab). Daher nimmt die EGR-Konzentration in der Nähe des Einlassventils 15 am Ende des Einlasstakts zu. Demzufolge kann eine Abnahme des Ausmaßes der Schichtung unter Verwendung der oben beschriebenen Kenntnis unterdrückt werden.
Um den Ventilöffnungsstartwinkel so zu steuern, wie in 19 gezeigt ist, speichert der Speicher 51 darin ein Ventilöffnungsstartwinkelprofil 303, das den zweiten Verhältnisdaten der ersten Ausführungsform, die in 20 gezeigt sind, als Kennfeld oder als Berechnungsformel entspricht. Das Ventilöffnungsstartwinkelprofil 303 zeigt an, wie der Ventilöffnungsstartwinkel in Abhängigkeit von der Soll-EGR-Rate verändert wird.
Wenn bei dem Ventilöffnungsstartwinkelprofil 303 die Soll-EGR-Rate innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt (die Soll-EGR-Rate liegt innerhalb eines Bereichs von z3 bis z4), nimmt der Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel (Winkelvorverlegungsbetrag) zu der negativen Seite (Winkelvorverlegungsseite) zu, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt.
Wenn zudem bei dem Ventilöffnungsstartwinkelprofil 303 die Soll-EGR-Rate in einem Bereich liegt, der die untere Grenze z3 des vorbestimmten Bereichs oder niedriger ist, ist der Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel auf den Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel (Null) von der unteren Grenze z3 festgelegt. Dies liegt daran, dass die EGR-Konzentration in dem Gas innerhalb des fallstromerzeugenden Anschlusses 61 am Ende des Einlasstakts zu niedrig wird, wenn der Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel weiter als der Ventilöffnungsstartwinkel (Referenzstartwinkel) an der unteren Grenze z3 verzögert wird. Die EGR-Konzentration des EGR-Starkgases, das während der ersten Hälfte des Einlasstakts aufgenommen wird, wird niedrig. Das Ausmaß der Schichtung nimmt ab.
Wenn ferner bei dem Ventilöffnungsstartwinkelprofil 303 die Soll-EGR-Rate in einem Bereich liegt, der die obere Grenze z4 des vorbestimmten Bereichs oder höher ist, ist der Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel auf den Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel von der oberen Grenze z4 festgelegt. Dies liegt daran, dass auf der Schicht des EGR-Schwachgases in dem Zylinderinneren 13 am Ende des Einlasstakts zusätzlich eine Schicht des EGR-Starkgases vorhanden sein kann, wenn der Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel weiter als der Ventilöffnungsstartwinkel von der oberen Grenze z4 vorverlegt wird.
Die ECU 50 referenziert das Ventilöffnungsstartwinkelprofil 303 in 20 und berechnet den Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel (Winkelvorverlegungsbetrag) für die derzeitige Soll-EGR-Rate. Die ECU 50 verlegt danach den Ventilöffnungsstartwinkel um einen Betrag vor, der zu dem Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel ab dem Referenzstartwert äquivalent ist. Demzufolge kann der Zustand des Gases in der Nähe des Einlassventils 15 basierend auf der Soll-EGR-Rate optimiert werden. Eine Abnahme des Ausmaßes der Schichtung kann unterdrückt werden.
In einer ähnlichen Weise wie gemäß der ersten Ausführungsform führt die ECU 50 eine Steuerung des Umschaltventils 37 durch, indem beispielsweise der Ablauf in dem Flussdiagramm aus 15 durchgeführt wird. In diesem Fall sind der Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel, der bei Schritt S3 erlangt wird, und der Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel, der bei Schritt S4 erlangt wird, beides Winkelvorverlegungsbeträge ab dem Referenzstartwinkel.
Daher berechnet die ECU 50 bei Schritt S5 beispielsweise einen Durchschnittswert der zwei Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel (die Summe der zwei Ventilöffnungsstarkorrekturwinkel geteilt durch 2) als schlussendlichen Ventilöffnungsstartkorrekturwinkel. Danach berechnet die ECU 50 den Ventilöffnungsstartwinkel durch Addieren des schlussendlichen Ventilöffnungsstartkorrekturwinkels mit dem Referenzstartwinkel (Schritt S5).
Danach führt die ECU 50 ein Umschalten des Umschaltventils 37 in einer ähnlichen Weise wie bei dem Öffnungs- und Verschlussübergang in 16 durch. Die ECU 50 nimmt während der ersten Hälfte des Einlasstakts das EGR-Starkgas auf und nimmt in der zweiten Hälfte das EGR-Schwachgas auf (Schritt S6). Zu dieser Zeit startet die ECU 5 den Ventilöffnungsvorgang des Umschaltventils 37 mit dem Ventilöffnungsstartwinkel, der bei Schritt S5 berechnet wird (Schritt S6). Wie obenstehend beschrieben ist, kann demzufolge der Zustand des Gases in der Nähe des Einlassventils 15 am Ende des Einlasstakts basierend auf der Maschinendrehzahl und der Soll-EGR-Rate optimiert werden. Ferner kann das Ausmaß der Schichtung verbessert werden.
Wie obenstehend beschrieben ist, kann eine ähnliche Wirkung erreicht werden wie diejenige, die gemäß der ersten Ausführungsform erreicht wird, selbst wenn die Reihenfolge des Einlasses des EGR-Starkgases und des EGR-Schwachgases zu derjenigen der ersten Ausführungsform umgedreht wird.
Die Einlasssteuervorrichtung einer Verwendungsmaschine der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine solche gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform beschränkt. Es sind verschiedene Modifikationen möglich. Beispielsweise ist gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, indem das Umschaltventil ein Dreiwegeventil ist. Allerdings kann ebenso ein Zweiwegeventil, wie beispielsweise ein Absperrventil oder ein Drehklappenventil (bzw. Schmetterlingsventil) an jedem von dem EGR-Starkgaskanal und dem EGR-Schwachgaskanal bereitgestellt sein.
Die Kanalöffnung des fallstromerzeugenden Anschlusses kann zwischen dem EGR-Starkgaskanal und dem EGR-Schwachgaskanal durch die Zweiwegeventile umgeschaltet werden. Wenn beispielsweise das EGR-Schwachgas durch den fallstromerzeugenden Anschluss geschickt wird, ist das Zweiwegeventil, das an dem EGR-Schwachgaskanal bereitgestellt ist, geöffnet. Das Zweiwegeventil, das an dem EGR-Starkgaskanal bereitgestellt ist, ist geschlossen.
Wenn im Gegensatz hierzu das EGR-Starkgas durch den fallstromerzeugenden Anschluss geschickt wird, ist das Zweiwegeventil, das an dem EGR-Starkgaskanal bereitgestellt ist, geöffnet. Das Zweiwegeventil, das an dem EGR-Schwachgaskanal bereitgestellt ist, ist geschlossen. Auf diese Weise kann eine ähnliche Wirkung wie diejenige gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform erlangt werden, selbst wenn das Umschaltventil als Zweiwegeventil ausgestaltet ist.
Zudem ist ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf ein System angewendet wird, das gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform zwei Einlasskanäle umfasst, den wirbelstromerzeugenden Anschluss und den fallstromerzeugenden Anschluss. Allerdings kann die vorliegende Erfindung ebenso auf ein System angewendet werden, das lediglich einen einzelnen Einlassanschluss umfasst.
Solange das Ausmaß der Schichtung verbessert werden kann und die Wirkung zur Reduzierung der Menge des ausgestoßenen Rauchs erlangt werden kann, kann zudem das Umschaltventil auf der Seite des wirbelstormerzeugenden Anschlusses bereitgestellt sein. Das EGR-Schwachgas und das EGR-Starkgas kann anderenfalls aus dem wirbelstromerzeugenden Anschluss aufgenommen werden. Zudem kann sowohl auf der Seite des fallstromerzeugenden Anschlusses als auch auf der Seite des wirbelstromerzeugenden Anschlusses ein Umschaltventil bereitgestellt sein. Das EGR-Schwachgas und das EGR-Starkgas kann anderenfalls sowohl aus dem fallstromerzeugenden Anschluss als auch aus dem wirbelstromerzeugenden Anschluss aufgenommen werden.
Ferner ist ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf ein System einer Dieselmaschine angewendet wird, die gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform als Verbrennungsmaschine dient. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auf ein System einer Benzinmaschine angewendet werden. Zudem kann die vorliegende Erfindung ebenso auf ein System angewendet werden, das anderenfalls ein anderes Gas als das EGR-Schwachgas und das EGR-Starkgas aufnimmt (beispielsweise EGR-Gas und eine Luftkraftstoffmischung wie in der JP 2010 - 261363 A ).

Claims

Einlasssteuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine (10), aufweisend: ein Umschaltmittel (37), das stromaufwärts von einem Einlassanschluss (61) der Verbrennungsmaschine (10) bereitgestellt ist, wobei das Umschaltmittel (37) eine Kanalöffnung zu dem Einlassanschluss (61) zu einem ersten Kanal, durch den ein erstes Gas fließt, oder zu einem zweiten Kanal, durch den ein zweites Gas fließt, umschaltet; und ein Umschaltsteuermittel (50), welches das Umschaltmittel (37) derart steuert, dass das erste Gas während einer ersten Hälfte eines Einlasstakts aus dem Einlassanschluss (61) in einem Zylinder (11) der Verbrennungsmaschine (10) aufgenommen wird und das zweite Gas während einer zweiten Hälfte des Einlasstakts aus dem Einlassanschluss in dem Zylinder (11) aufgenommen wird, wobei das Umschaltsteuermittel (50) dazu ausgestaltet ist, um: ein Umschalten des Umschaltmittels (37) während des Einlasstakts derart durchzuführen, dass ein zweiter Kanalzustand, bei dem der zweite Kanal zu dem Einlassanschluss geöffnet ist, zu einem ersten Kanalzustand, bei dem der erste Kanal zu dem Einlassanschluss (61) geöffnet ist, geändert wird; und eine Umschaltzeit des Umschaltmittels (37) in Abhängigkeit von wenigstens einer aus einer Drehzahl der Verbrennungsmaschine und einer Soll-Abgasrezirkulations-(EGR)-Rate zu ändern, wobei: eines von dem ersten Gas und dem zweiten Gas ein EGR-Schwachgas ist, das eine schwache Konzentration eines EGR-Gases aufweist, das aus einem Abgassystem der Verbrennungsmaschine (10) in ein Einlasssystem der Verbrennungsmaschine (10) rezirkuliert; das andere von dem ersten Gas und dem zweiten Gas ein EGR-Starkgas ist, das eine starke Konzentration des EGR-Gases aufweist; und wobei das Umschaltsteuermittel (50) dazu ausgestaltet ist, die Umschaltzeit in Abhängigkeit von einer Zunahme der Drehzahl der Verbrennungsmaschine vorzuverlegen, wobei die Einlasssteuervorrichtung ferner aufweist: ein erstes Verhältnisdatenspeichermittel (51), das erste Verhältnisdaten (301) zwischen der Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) und einem Startwinkel speichert, der ein Kurbelwinkel ist, bei dem das Umschaltmittel (37) eine Umschaltbewegung von dem zweiten Kanalzustand zu dem ersten Kanalzustand beginnt, wobei die ersten Verhältnisdaten (301) derart eingestellt sind, dass ein mittlerer Kurbelwinkel unabhängig von der Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) festgelegt ist, und der mittlere Kurbelwinkel zwischen dem Startwinkel und einem Abschlusswinkel liegt, der ein Kurbelwinkel ist, bei dem das Umschaltmittel (37) die Umschaltbewegung abschließt, wobei das Umschaltsteuermittel (50) ein erstes Berechnungsmittel (50; S3) umfasst, das den Startwinkel für eine derzeitige Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) basierend auf den ersten Verhältnisdaten (301) berechnet.
Einlasssteuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine (10) nach Anspruch 1, wobei: das erste Gas das EGR-Schwachgas ist; das zweite Gas das EGR-Starkgas ist; und das Umschaltsteuermittel (50) dazu ausgestaltet ist, die Umschaltzeit in Abhängigkeit von einer Zunahme der Soll-EGR-Rate zu verzögern.
Einlasssteuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine (10) nach Anspruch 1, wobei: das erste Gas das EGR-Starkgas ist; das zweite Gas das EGR-Schwachgas ist; und das Umschaltsteuermittel (50) dazu ausgestaltet ist, die Umschaltzeit in Abhängigkeit von einer Zunahme der Soll-EGR-Rate vorzuverlegen.
Einlasssteuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, ferner aufweisend ein zweites Verhältnisdatenspeichermittel (51), das zweite Verhältnisdaten (302, 303) zwischen der Soll-EGR-Rate und einem Startwinkel speichert, der ein Kurbelwinkel ist, bei dem das Umschaltmittel (37) beginnt, von dem zweiten Kanalzustand zu dem ersten Kanalzustand umzuschalten, wobei die zweiten Verhältnisdaten (302, 303) derart eingestellt sind, dass: (I) der Startwinkel verzögert oder vorverlegt wird, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt, während die Soll-EGR-Rate innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt; (II) der Startwinkel auf einen Wert an einer oberen Grenze des vorbestimmten Bereichs festgelegt wird, wenn die Soll-EGR-Rate die obere Grenze oder mehr beträgt; und (III) der Startwinkel auf einen Wert an einer unteren Grenze des vorbestimmten Bereichs festgelegt wird, wenn die Soll-EGR-Rate die untere Grenze oder weniger beträgt, wobei das Umschaltsteuermittel (50) ein zweites Berechnungsmittel (50; S4) umfasst, das den Startwinkel für eine derzeitige Soll-EGR-Rate basierend auf den zweiten Verhältnisdaten (302, 303) berechnet.
Einlasssteuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine (10) nach Anspruch 1, wobei: ein Startwinkel auf einen Referenzstartwinkel eingestellt wird, wenn die Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) eine Referenzdrehzahl ist und die Soll-EGR-Rate eine Referenz-EGR-Rate ist, wobei der Startwinkel ein Kurbelwinkel ist, bei dem das Umschaltmittel (37) eine Umschaltbewegung von dem zweiten Kanalzustand zu dem ersten Kanalzustand beginnt; das Umschaltsteuermittel (50) ein Startwinkelberechnungsmittel (50; S3, S4, S5) umfasst, das den Startwinkel derart berechnet, dass: (I) in Abhängigkeit von einer Zunahme der Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) von der Referenzdrehzahl, der Startwinkel von dem Referenzstartwinkel vorverlegt wird; (II) in Abhängigkeit von einer Zunahme der Soll-EGR-Rate von der Referenz-EGR-Rate der Startwinkel von dem Referenzstartwinkel vorverlegt wird, wenn das erste Gas das EGR-Schwachgas ist; und (III) in Abhängigkeit von einer Zunahme der Soll-EGR-Rate zu der Referenz-EGR-Rate der Startwinkel von dem Referenzstartwinkel verzögert wird, wenn das erste Gas das EGR-Starkgas ist; und das Umschaltsteuermittel (50) dazu ausgestaltet ist, eine Umschaltbewegung des Umschaltmittels (37) mit dem Startwinkel zu beginnen, der durch das Startwinkelberechnungsmittel (50; S3, S4, S5) berechnet wird.
Einlasssteuervorrichtung nach Anspruch 5, ferner aufweisend: ein erstes Verhältnisdatenspeichermittel (51), das erste Verhältnisdaten (301) zwischen der Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) und dem Startwinkel speichert, wobei die ersten Verhältnisdaten (301) derart eingestellt sind, dass der Startwinkel vorverlegt wird, falls die Drehzahl zunimmt; ein zweites Verhältnisdatenspeichermittel (51), das zweite Verhältnisdaten (302, 302) zwischen der Soll-EGR-Rate und dem Startwinkel speichert, wobei die zweiten Verhältnisdaten (302, 303) derart eingestellt sind, dass: (I) der Startwinkel vorverlegt wird, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt, falls das erste Gas das EGR-Schwachgas ist; und (II) der Startwinkel verzögert wird, wenn die Soll-EGR-Rate zunimmt, falls das erste Gas das EGR-Starkgas ist, wobei das Startwinkelberechnungsmittel (50; S3, S4, S5) umfasst: ein erstes Berechnungsmittel (50; S3), das basierend auf den ersten Verhältnisdaten (301) einen Winkelvorverlegungsbetrag des Startwinkels, der zu dem Referenzstartwinkel vorverlegt ist, im Zusammenhang mit einem Zunahmebetrag der Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10), die zu der Referenzdrehzahl zunimmt, berechnet; ein zweites Berechnungsmittel (50; S4), das basierend auf den zweiten Verhältnisdaten (302, 303) einen Winkelvorverlegungs- oder Winkelverzögerungsbetrag des Startwinkels, der zu dem Referenzstartwinkel vorverlegt oder verzögert ist, im Zusammenhang mit einem Zunahmebetrag der Soll-EGR-Rate, die zu der Referenz-EGR-Rate zunimmt, berechnet; ein drittes Berechnungsmittel (50; S5), das als einen finalen Korrekturwert einen Wert basierend auf ersten und zweiten Korrekturwerten berechnet, wobei der erste Korrekturwert der Winkelvorverlegungsbetrag ist, der durch das erste Berechnungsmittel (50; S3) berechnet wird, und der zweite Korrekturwert der Winkelvorverlegungs- oder Winkelverzögerungsbetrag ist, der durch das zweite Berechnungsmittel (50; S4) berechnet wird, wobei das Umschaltsteuermittel (50, S6) dazu ausgestaltet ist, eine Umschaltbewegung des Umschaltmittels (37) bei einem Startwinkel zu beginnen, der durch Addieren des finalen Korrekturwerts mit dem Referenzstartwinkel erlangt wird.
Einlasssteuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: das Umschaltsteuermittel (50) dazu ausgestaltet ist, ein Umschalten des Umschaltmittels (37) derart durchzuführen, dass der zweite Kanalzustand vor dem Einlasstakt eingenommen wird.
Einlasssteuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine (10), aufweisend: ein Umschaltmittel (37), das stromaufwärts von einem Einlassanschluss (61) der Verbrennungsmaschine (10) bereitgestellt ist, wobei das Umschaltmittel (37) eine Kanalöffnung zu dem Einlassanschluss (61) zu einem ersten Kanal, durch den ein erstes Gas fließt, oder zu einem zweiten Kanal, durch den ein zweites Gas fließt, umschaltet; und ein Umschaltsteuermittel (50), welches das Umschaltmittel (37) derart steuert, dass das erste Gas während einer ersten Hälfte eines Einlasstakts aus dem Einlassanschluss (61) in einem Zylinder (11) der Verbrennungsmaschine (10) aufgenommen wird und das zweite Gas während einer zweiten Hälfte des Einlasstakts aus dem Einlassanschluss in dem Zylinder (11) aufgenommen wird, wobei das Umschaltsteuermittel (50) dazu ausgestaltet ist, um: ein Umschalten des Umschaltmittels (37) während des Einlasstakts derart durchzuführen, dass ein zweiter Kanalzustand, bei dem der zweite Kanal zu dem Einlassanschluss geöffnet ist, zu einem ersten Kanalzustand, bei dem der erste Kanal zu dem Einlassanschluss (61) geöffnet ist, geändert wird; und eine Umschaltzeit des Umschaltmittels (37) in Abhängigkeit von wenigstens einer aus einer Drehzahl der Verbrennungsmaschine und einer Soll-Abgasrezirkulations-(EGR)-Rate zu ändern, wobei: eines von dem ersten Gas und dem zweiten Gas ein EGR-Schwachgas ist, das eine schwache Konzentration eines EGR-Gases aufweist, das aus einem Abgassystem der Verbrennungsmaschine (10) in ein Einlasssystem der Verbrennungsmaschine (10) rezirkuliert; das andere von dem ersten Gas und dem zweiten Gas ein EGR-Starkgas ist, das eine starke Konzentration des EGR-Gases aufweist; das EGR-Schwachgas frische Luft oder ein Gas ist, bei welchem das EGR-Gas zu frischer Luft hinzugefügt wird; das EGR-Starkgas das EGR-Gas oder ein Gas ist, bei welchem dem EGR-Gas frische Luft hinzugefügt ist; und die Einlasssteuervorrichtung ferner ein Gasmengenanpassungsmittel (50, 34, 35, 36) aufweist, das die Zusammensetzung aus Gas und dergleichen steuert, sodass die Soll-EGR-Rate erfüllt wird, indem wenigstens eines von (i) einer Menge des EGR-Gases, das zu dem EGR-Schwachgas hinzugefügt wird, und (ii) eine Menge an frischer Luft, die zu dem EGR-Starkgas hinzugefügt wird, angepasst wird.
Einlasssteuervorrichtung für eine Verbrennungsmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: das Umschaltmittel (37) als ein Umschaltventil ausgestaltet ist; und das Umschaltsteuermittel als eine elektronische Steuereinheit (ECU) ausgestaltet ist, die ein Öffnen und Verschließen des Umschaltventils steuern kann.
Maschinensystem, aufweisend: eine Verbrennungsmaschine (10), die einen Zylinder (11) und einen Einlassanschluss (61) umfasst; und eine Einlasssteuervorrichtung, die einen Gaseinlass in den Zylinder (11) mittels des Einlassanschlusses (61) steuert, wobei die Einlasssteuervorrichtung umfasst: ein Umschaltmittel (37), das stromaufwärts von dem Einlassanschluss (61) bereitgestellt ist, wobei das Umschaltmittel (37) eine Kanalöffnung zu dem Einlassanschluss (61) zu einem ersten Kanal, durch den ein erstes Gas fließt, oder zu einem zweiten Kanal, durch den ein zweites Gas fließt, umschaltet; und ein Umschaltsteuermittel (50), welches das Umschaltmittel (37) derart steuert, dass das erste Gas während einer ersten Hälfte eines Einlasstakts aus dem Einlassanschluss (61) in dem Zylinder (11) aufgenommen wird, und das zweite Gas während einer zweiten Hälfte des Einlasstakts aus dem Einlassanschluss in dem Zylinder (11) aufgenommen wird, wobei das Umschaltsteuermittel (50) dazu ausgestaltet ist, um: ein Umschalten des Umschaltmittels (37) während des Einlasstakts derart durchzuführen, dass ein zweiter Kanalzustand, bei dem der zweite Kanal zu dem Einlassanschluss öffnet, zu einem ersten Kanalzustand, bei dem der erste Kanal zu dem Einlassanschluss (61) öffnet, geändert wird; und eine Umschaltzeit des Umschaltmittels (37) in Abhängigkeit von wenigstens einer aus einer Drehzahl der Verbrennungsmaschine und einer Soll-Abgasrezirkulations-(EGR)-Rate zu ändern; wobei eines von dem ersten Gas und dem zweiten Gas ein EGR-Schwachgas ist, das eine schwache Konzentration eines EGR-Gases aufweist, das aus einem Abgassystem der Verbrennungsmaschine (10) in ein Einlasssystem der Verbrennungsmaschine (10) rezirkuliert; das andere von dem ersten Gas und dem zweiten Gas ein EGR-Starkgas ist, das eine starke Konzentration des EGR-Gases aufweist; und das Umschaltsteuermittel (50) dazu ausgestaltet ist, die Umschaltzeit in Abhängigkeit von einer Zunahme der Drehzahl der Verbrennungsmaschine vorzuverlegen, wobei die Einlasssteuervorrichtung ferner aufweist: ein erstes Verhältnisdatenspeichermittel (51), das erste Verhältnisdaten (301) zwischen der Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) und einem Startwinkel speichert, der ein Kurbelwinkel ist, bei dem das Umschaltmittel (37) eine Umschaltbewegung von dem zweiten Kanalzustand zu dem ersten Kanalzustand beginnt, wobei die ersten Verhältnisdaten (301) derart eingestellt sind, dass ein mittlerer Kurbelwinkel unabhängig von der Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) festgelegt ist, und der mittlere Kurbelwinkel zwischen dem Startwinkel und einem Abschlusswinkel liegt, der ein Kurbelwinkel ist, bei dem das Umschaltmittel (37) die Umschaltbewegung abschließt, wobei das Umschaltsteuermittel (50) ein erstes Berechnungsmittel (50; S3) umfasst, das den Startwinkel für eine derzeitige Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) basierend auf den ersten Verhältnisdaten (301) berechnet.
Einlasssteuerverfahren einer Verbrennungsmaschine (10), aufweisend: Umschalten eines Kanals, der zu einem Einlassanschluss (61) geöffnet ist, zu einem ersten Kanal, durch den ein erstes Gas fließt, oder zu einem zweiten Kanal, durch den ein zweites Gas fließt, an einem Umschaltmittel (37), das stromaufwärts von dem Einlassanschluss (61) der Verbrennungsmaschine (10) bereitgestellt ist, Steuern des Umschaltmittels (37) an einem Umschaltsteuermittel (50) derart, dass das erste Gas das während einer ersten Hälfte eines Einlasstakts aus dem Einlassanschluss (61) in einen Zylinder (11) der Verbrennungsmaschine (10) aufgenommen wird, und das zweite Gas während einer letzten Hälfte des Einlasstakts aus dem Einlassanschluss in dem Zylinder (11) aufgenommen wird; Durchführen eines Umschaltens des Umschaltmittels (37) an dem Umschaltsteuermittel (50) während dem Einlasstakt, sodass ein zweiter Kanalzustand, bei dem der zweite Kanal zu dem Einlassanschluss öffnet, zu einem ersten Kanalzustand, bei dem der erste Kanal zu dem Einlassanschluss (61) öffnet, geändert wird; und Ändern einer Umschaltzeit des Umschaltmittels (37) an dem Umschaltsteuermittel (50) in Abhängigkeit von wenigstens einer aus einer Drehzahl der Verbrennungsmaschine und einer Soll-Abgasrezirkulations-(EGR)-Rate; wobei eines von dem ersten Gas und dem zweiten Gas ein EGR-Schwachgas ist, das eine schwache Konzentration eines EGR-Gases aufweist, das aus einem Abgassystem der Verbrennungsmaschine (10) in ein Einlasssystem der Verbrennungsmaschine (10) rezirkuliert; das andere von dem ersten Gas und dem zweiten Gas ein EGR-Starkgas ist, das eine starke Konzentration des EGR-Gases aufweist; und das Einlasssteuerverfahren weiter umfasst: Vorverlegen der Umschaltzeit an dem Umschaltsteuermittel (50) in Abhängigkeit von einer Zunahme der Drehzahl der Verbrennungsmaschine; Speichern von ersten Verhältnisdaten (301) zwischen der Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) und einem Startwinkel, der ein Kurbelwinkel ist, bei dem das Umschaltmittel (37) eine Umschaltbewegung von dem zweiten Kanalzustand zu dem ersten Kanalzustand beginnt, bei einem ersten Verhältnisdatenspeichermittel (51), wobei die ersten Verhältnisdaten (301) derart eingestellt sind, dass ein mittlerer Kurbelwinkel unabhängig von der Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) festgelegt ist, und der mittlere Kurbelwinkel zwischen dem Startwinkel und einem Abschlusswinkel liegt, der ein Kurbelwinkel ist, bei dem das Umschaltmittel (37) die Umschaltbewegung abschließt; und Berechnen des Startwinkels für eine derzeitige Drehzahl der Verbrennungsmaschine (10) basierend auf den ersten Verhältnisdaten (301) bei einem in dem Umschaltsteuermittel (50) bereitgestellten ersten Berechnungsmittel (50; S3).