DE102013218579A1

DE102013218579A1 - Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und Verbrennungsverfahren für ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch

Info

Publication number: DE102013218579A1
Application number: DE102013218579.0A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kondo; Hiroshi Sono; Kohtaro Hashimoto; Hiroshi Hanabusa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: JP5753142B2; DE102013218579B4; CN103670761B; JP2014062466A; US9273661B2; CN103670761A; US20140076280A1

Abstract

Bereitgestellt sind eine Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Motor, welcher zum Betrieb über einen weiten Bereich in der Lage ist und in welchem die abgegebene NOx-Menge klein ist, sowie ein Verbrennungsverfahren für ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch. Das Verbrennungsverfahren für ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch der vorliegenden Erfindung bildet im Inneren des Zylinders des Motors ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch und bewirkt dann, dass dieses homogene magere Luft-Kraftstoff-Gemisch mittels Fremdzündung verbrennt. Eine Temperatur, bei welcher ein starker Anstieg einer laminaren Brenngeschwindigkeit auftritt, wenn eine Zylindertemperatur unter einer Druckbedingung, die einem oberen Verbrennungstotpunkt entspricht, geändert wird, ist als eine Wendepunkttemperatur definiert. Mit dem Verbrennungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkts im Inneren des Zylinders auf mehr als die Wendepunkttemperatur beim Verbrennen des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs angehoben.

Description

Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am 19. September 2012 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nummer 2012-206209 , deren Inhalt hierin unter Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren und ein Verbrennungsverfahren für ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, welche ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch im Inneren des Zylinders eines Verbrennungsmotors bildet und bewirkt, dass dieses homogene magere Luft-Kraftstoff-Gemisch mittels Fremdzündung verbrennt, und ein Verbrennungsverfahren für ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch.
Stand der Technik
Als ein effektives Mittel zum Optimieren von Ottomotoren ist eine magere Verbrennung vorgeschlagen worden, bei welcher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs magerer als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Da NOx in Abgas nicht mittels magerer Verbrennung mit einem Drei-Wege-Katalysator gereinigt werden kann, war es für einen Magermotor wichtig, die NOx-Menge selbst zu verringern, die von dem Motor abgegeben wird, d. h., das Luft-Kraftstoff-Grenzverhältnis der Verbrennung (nachfolgend als „Magergrenze” bezeichnet) zu verbessern.
Als eine der Techniken zum Verbessern der Magergrenze ist eine Technik vorgeschlagen worden, bei welcher bewirkt wird, dass ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch stabil als ein gesamter Zylinder verbrennt, indem verhältnismäßig magere Luft-Kraftstoff-Gemische in der Nähe einer in dem Zylinder bereitgestellten Zündkerze in Schichten angeordnet werden (zum Beispiel Patentdokumente 1 und 2).

[Patentdokument 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer H10-122015
[Patentdokument 2] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2002-256927

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Da die verhältnismäßig mageren Luft-Kraftstoff-Gemische in der ersten Verbrennungshälfte verbrennen, sogar wenn die Magergrenze erhöht werden könnte, wäre es jedoch mit dieser Technik nicht möglich, die abgegebene Menge von NOx um eine dazu im Verhältnis stehende Menge zu verringern. Andererseits ist ein Verbrennungsverfahren namens HCCI-Verbrennung vorgeschlagen worden, welches ein homogenes mageres Vorgemisch innerhalb des Zylinders bildet und bewirkt, dass sich dieses selbstständig entzündet; jedoch sind Probleme aufgetreten, wie etwa die Enge des Betriebsbereichs, in welchem eine stabile Verbrennung möglich ist, und Schwierigkeiten bei der Regel-/Steuerbarkeit in Bezug auf Umgebungsschwankungen.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Probleme gemacht und hat die Aufgabe, eine Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welcher einen Betrieb über einen breiten Bereich ermöglicht und bei welchem die abgegebene Menge an NOx klein ist, sowie ein Verbrennungsverfahren für ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch bereitzustellen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, umfassend: ein Luft-Kraftstoff-Gemisch-Bildungsmittel zum Bilden eines homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs im Inneren eines Zylinders des Verbrennungsmotors; und ein Fremdzündungsmittel, welches im Inneren des Zylinders bereitgestellt ist, in dem der Verbrennungsmotor zündet, um ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches durch das Luft-Kraftstoff-Gemisch-Bildungsmittel gebildet wird, mittels der Fremdzündungsmittel zu verbrennen, und in dem eine Temperatur, bei welcher ein starker Anstieg einer laminaren Brenngeschwindigkeit beim Ändern einer Zylindertemperatur unter einer mit einem oberen Verbrennungstotpunkt zusammenhängenden Druckbedingung auftritt, als eine Wendepunkttemperatur definiert ist, und die Zylindertemperatur an dem oberen Verbrennungstotpunkt im Inneren des Zylinders beim Verbrennen des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs höher als die Wendepunkttemperatur ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass der starke Anstieg der laminaren Brenngeschwindigkeit bei der Wendepunkttemperatur aufgrund einer Zerfallsreaktion von H₂O₂ auftritt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass die Zylindertemperatur an dem oberen Verbrennungstotpunkt im Inneren des Zylinders wenigstens etwa 1000 K beim Verbrennen des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs beträgt.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors auf innerhalb des Bereichs von 12 bis 15 eingestellt ist, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch-Bildungsmittel das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs auf wenigstens 25 A/F einstellt.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass eine Rückführung von Abgas in den Zylinder während einer Verbrennung des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs gestoppt ist.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass ferner ein Einlassluft-Heizmittel zum Heizen der Einlassluft umfasst ist, um sie vor dem Einführen in das Innere des Zylinders zu heizen.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Fremdzündungsmittel eine Zündung mehrfach ausführt, und zwar wenigstens zweimal vor dem Erreichen des oberen Verbrennungstotpunkts.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verbrennungsverfahren für ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch, ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemischs im Inneren eines Zylinders eines Verbrennungsmotors zu bilden, und mittels einer Fremdzündung zu bewirken, dass das homogene magere Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt, bei welchem eine Temperatur, bei der ein starker Anstieg einer laminaren Brenngeschwindigkeit beim Ändern einer Zylindertemperatur unter einer mit einem oberen Verbrennungstotpunkt zusammenhängenden Druckbedingung auftritt, als eine Wendepunkttemperatur definiert wird, und die Zylindertemperatur an dem oberen Verbrennungstotpunkt im Inneren des Zylinders beim Verbrennen des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs auf mehr als die Wendepunkttemperatur erhöht wird.
Bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das innerhalb des Zylinders mittels des Luft-Kraftstoff-Gemisch-Bildungsmittel gebildete homogene magere Luft-Kraftstoff-Gemisch mittels des Fremdzündungsmittels gezündet, um zu verbrennen. In diesem Fall kann die vorliegende Erfindung die laminare Brenngeschwindigkeit in einer Größenordnung verringern, bei welcher eine stabile Verbrennung möglich ist, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs ausreichend mager eingestellt wird (z. B. wenigstens 24 A/F), indem die Zylindertemperatur an dem oberen Verbrennungstotpunkt auf mehr als eine vorbestimmte Wendepunkttemperatur erhöht wird. Konkret, obwohl die Magergrenze einer konventionellen homogenen mageren Verbrennung in der Größenordnung von 18 A/F liegt, kann diese auf eine Größenordnung von wenigstens 30 A/F gemäß der vorliegenden Erfindung angehoben werden. Zusätzlich ist es möglich, die abgegebene Menge an NOx um die Menge zu verringern, um welche das Luft-Kraftstoff-Gemisch abgemagert worden ist, indem bewirkt wird, dass ein homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt. Ferner ist es möglich, im Gegensatz zur HCCI-Verbrennung durch Einsetzen eines Fremdzündungsmittels über einen breiten Betriebsbereich hinweg stabil zu verbrennen.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung können OH-Radikale, welche durch die Zerfallsreaktion von H₂O₂ erzeugt werden, dazu verwendet werden, die laminare Brenngeschwindigkeit in einem solchen Ausmaß zu erhöhen, dass eine stabile Verbrennung sogar mit einem homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch möglich wird, indem die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt auf mehr als die Wendepunkttemperatur erhöht wird.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Zylindertemperatur zuverlässig auf mehr als die Wendepunkttemperatur anzuheben, um es dem homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch zu erlauben, stabil zu verbrennen, indem die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt auf wenigstens 1000 K aufgebaut wird.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt in einem Ausmaß zu erhöhen, bei welchem Klopfen nicht auftritt, indem das Verbrennungsverhältnis auf innerhalb des Bereichs von 12 bis 15 eingestellt wird. Daher kann das Anheben der Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt auf mehr als die Wendepunkttemperatur erleichtert werden.
Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Zylindertemperatur daran zu hindern, abzusinken, indem das Rückführen von Abgas in den Zylinder gestoppt wird, wenn das homogene magere Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt.
Bei dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt stabil auf mehr als die Wendepunkttemperatur unter verschiedenen Umgebungen erhöht werden, indem die Einlassluft vor ihrer Einführung in das Innere des Zylinders mittels des Einlassluft-Heizmittels erwärmt wird, wodurch die Magergrenze angehoben werden kann.
Bei dem siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt auf mehr als die Wendepunkttemperatur erhöht werden, indem eine Zündung vor dem Erreichen des oberen Verbrennungstotpunkts mehrfach durchgeführt wird, wodurch die Magergrenze erhöht werden kann.
Beim achten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die gleichen Effekte wie beim ersten Aspekt erzielt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, welches einen Zusammenhang zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs und einer Veränderungsrate eines indizierten effektiven Mitteldrucks in einer Testmaschine (kombinierte Beispiele 1–4) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, welches einen Zusammenhang zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs und einer NOx-Konzentration von Abgas unmittelbar nach dem Motor in einer Testmaschine (kombinierte Beispiele 1–4) gemäß der Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Diagramm, welches einen Zusammenhang zwischen dem Kraftstoffverhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs und eines Mittelwertes einer Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt in einer Testmaschine (kombinierte Beispiele 1–4) gemäß der Ausführungsform zeigt;
4 stellt Diagramme bereit, welche einen Zusammenhang zwischen einem Kurbelwinkel und einer Zylindertemperatur in einer Testmaschine (kombiniertes Beispiel 1) gemäß der Ausführungsform zeigen;
5 stellt Diagramme bereit, welche einen Zusammenhang zwischen einem Kurbelwinkel und einer Zylindertemperatur in einer Testmaschine (kombiniertes Beispiel 2) gemäß der Ausführungsform zeigen;
6 stellt Diagramme bereit, welche einen Zusammenhang zwischen einem Kurbelwinkel und einer Zylindertemperatur in einer Testmaschine (kombiniertes Beispiel 3) gemäß der Ausführungsform zeigen;
7 stellt Diagramme bereit, welche einen Zusammenhang zwischen einem Kurbelwinkel und einer Zylindertemperatur in einer Testmaschine (kombiniertes Beispiel 4) gemäß der Ausführungsform zeigen;
8 ist ein Diagramm, welches einen Zusammenhang zwischen einer anfänglichen Zylindertemperatur und einer mittels einer Reaktionsberechnung erhaltenen laminaren Brenngeschwindigkeit zeigt;
9 ist ein Diagramm, welches unter elementaren Reaktionen, die zu der laminaren Brenngeschwindigkeit in dem Fall beitragen, dass die anfängliche Zylindertemperatur kleiner als eine Wendepunkttemperatur (900 K) ist, die oberen vier als Betragswerte einer Empfindlichkeit zeigt;
10 ist ein Diagramm, welches unter elementaren Reaktionen, die zu der laminaren Brenngeschwindigkeit in dem Fall beitragen, dass die anfängliche Zylindertemperatur größer als eine Wendepunkttemperatur (1000 K) ist, die oberen vier als Betragswerte einer Empfindlichkeit zeigt;
11 ist eine Darstellung, welche schematisch eine H₂O₂-Reaktionskette zeigt, bei der angenommen wird, dass sie in einem höher als die Wendepunkttemperatur liegenden Bereich voranschreitet;
12 ist ein Diagramm, welches einen Zusammenhang zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs und einer Veränderungsrate eines indizierten effektiven Mitteldrucks in einer Massenproduktionsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Diagramm, welches einen Zusammenhang zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs und der NOx-Konzentration von Abgas unmittelbar nach dem Motor in der Massenproduktionsmaschine gemäß der Ausführungsform zeigt;
14 ist ein Diagramm, welches einen Zusammenhang zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs und einer indizierten Kraftstoffverbrauchsrate in der Massenproduktionsmaschine gemäß der Ausführungsform zeigt; und
15 stellt Diagramme bereit, welche einen Zusammenhang zwischen dem Kurbelwinkel und der Zylindertemperatur in der Massenproduktionsmaschine gemäß der Ausführungsform zeigen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
Nachfolgend werden eine erste Ausführungsform eines Verbrennungsverfahrens für ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch der vorliegenden Erfindung und eine Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (nachfolgend einfach als „Motor” bezeichnet), die dazu eingerichtet ist, dieses Verbrennungsverfahren auszuführen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Verschiedene Bestandteile eines Einzylindermotors und dessen Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Es sei bemerkt, dass der Motor und dessen erfindungsgemäße Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung einer Testmaschine entsprechen, welche dazu konfiguriert worden ist, das Konzept des Verbrennungsverfahrens eines homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs nach der vorliegenden Erfindung verständlich zu machen. Die Anwendung des Verbrennungsverfahrens der vorliegenden Erfindung auf eine mittels dieser Testmaschine verständlich gemachten Massenproduktionsmaschine wird detailliert als eine zweite Ausführungsform erklärt werden. [Tabelle 1]

Abgegebene Menge	402 [cm³]
Bohrung × Hub	80 × 80 [mm]
Verdichtungsverhältnis	12,4, 13,2
Ventiltrieb	DOHC-4-Ventiler (darunter ein angehaltenes EIN-Ventil)
Einlasssystem	Einlassluftheizer
Zündungssystem	Massenproduktionsartikel
Kraftstoffeinspritzsystem	1,5 [m] stromauf vom Einlassventil angeordnet
Betriebsbereich	Motordrehzahl 1500 [rpm] Indizierter effektiver Mitteldruck 300 [kPa]

Als ein Luft-Kraftstoff-Gemisch-Bildungsmittel zum Bilden eines homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs im Inneren des Zylinders in der Testmaschine der vorliegenden Ausführungsform ist ein Kraftstoffinjektor der Massenproduktionsmaschine in einer Position etwa 1,5 m stromauf von dem Einlassventil des Motors bereitgestellt. Indem auf diese Weise Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor an einer ausreichend auf der stromaufwärtigen Seite von dem Einlassventil gelegenen Stelle eingespritzt wird, ist es möglich, Kraftstoff und Luft von der Stelle, bei welcher der Kraftstoffinjektor einspritzt, bis zu dem Einlassventil zu mischen; deshalb kann ein ausreichend homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Zylinders gebildet werden.
Als ein Einlassluft-Heizmittel zum Heizen der Einlassluft, bevor sie in das Innere des Zylinders in der erfindungsgemäßen Testmaschine eingeführt wird, ist der Einlassluftheizer, der Einlassluft heizt, in dem Einlasskanal vorgesehen. Durch Erwärmen der Einlassluft mit dem Einlassluftheizer in dieser Testmaschine wird die Einlasslufttemperatur und die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt auf mehr als die später beschriebene Wendepunkttemperatur angehoben, wodurch es möglich ist, ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch stabil zu verbrennen.
Das Verdichtungsverhältnis des Motors wird erklärt. Die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt steigt, wenn das Verdichtungsverhältnis größer wird; jedoch tritt vermehrt Klopfen auf, wenn das Verdichtungsverhältnis zu groß ist. Deshalb kann die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt auf mehr als die später beschriebene Wendepunkttemperatur erhöht werden, so dass kein Klopfen auftritt; daher wird das Verdichtungsverhältnis des Motors bevorzugt auf innerhalb des Bereichs von 12,0 bis 15,0 eingestellt. Für die Testmaschine der ersten Ausführungsform wurden ein Motor mit einem Verdichtungsverhältnis von 12,4 und ein Motor mit einem solchen von 13,2 als Motoren innerhalb dieses Bereichs vorbereitet.
Tabelle 2 zeigt eine Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für die Motoren der kombinierten Beispiele 1 bis 4.
Im kombinierten Beispiel 1 wurde die Einlasslufttemperatur auf 50°C mittels des Einlassluftheizers in der Testmaschine mit dem Verdichtungsverhältnis von 12,4 erwärmt.
Im kombinierten Beispiel 2 wurde die Einlasslufttemperatur auf 100°C mittels des Einlassluftheizers in der Testmaschine mit dem Verdichtungsverhältnis von 12,4 erwärmt.
Im kombinierten Beispiel 3 wurde die Einlasslufttemperatur auf 50°C mittels des Einlassluftheizers in der Testmaschine mit dem Verdichtungsverhältnis von 13,2 erwärmt.

In den kombinierten Beispiel 4 wurde die Einlasslufttemperatur auf 100°C mittels des Einlassluftheizers in der Testmaschine mit dem Verdichtungsverhältnis von 13,2 erwärmt. [Tabelle 2]

	Verdichtungsverhältnis	Einlasslufttemperatur
Kombiniertes Beispiel 1	12,4	50°C
Kombiniertes Beispiel 2	12,4	100°C
Kombiniertes Beispiel 3	13,2	50°C
Kombiniertes Beispiel 4	13,2	100°C

Als nächstes werden die Zusammenhänge zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Magergrenze sowie der unteren Grenze der abgegebenen NOx-Menge (NOx-Konzentration von Abgas unmittelbar nach dem Motor) bestätigt, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs in jedem der kombinierten Beispiele 1 bis 4 auf einen Bereich geändert wird, welcher ausreichend magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (etwa 15 (A/F)) ist.
1 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs und einer Veränderungsrate eines indizierten effektiven Mitteldrucks (IMEP) in den kombinierten Beispielen 1–4 zeigt. In der vorliegenden Erfindung wird als Kriterium der Verbrennungsstabilität des Motors definiert, dass die IMEP-Veränderungsrate nicht mehr als 6% ist, wobei die IMEP-Veränderungsrate ein die Verbrennungsinstabilität des Motors anzeigender Index ist. Es sei bemerkt, dass 1 Ergebnisse, welche das oben genannte Verbrennungsstabilitätskriterium erfüllen, mit umrandeten Symbolen zeigt und Ergebnisse, welche die Verbrennungsstabilitätskriterium nicht erfüllen, mit ausgefüllten Symbolen zeigt.
Wie in 1 gezeigt, wird die Verbrennung für sämtliche der kombinierten Beispiele instabil, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager eingestellt ist. Gemäß dem jeweiligen kombinierten Beispiel 1 bis 4 unterscheidet sich zudem der Maximalwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welches eine IMEP-Veränderungsrate von nicht mehr als 6%, d. h. Magergrenze, erreichen kann. Konkret betrug die Magergrenze vom kombinierten Beispiel 1 etwa 25,3 (A/F), betrug die Magergrenze vom kombinierten Beispiel 3 etwa 26,4 (A/F), betrug die Magergrenze von kombinierten Beispiel 2 etwa 27,1 (A/F) und betrug die Magergrenze vom kombinierten Beispiel 4 etwa 28,1 (A/F). Zudem ist die Magergrenze vom kombinierten Beispiel 4, welches sowohl ein hohes Verdichtungsverhältnis als auch eine hohe Einlasslufttemperatur aufweist, am höchsten. Deshalb wird ein Erhöhen der Zylindertemperatur als zur Verbesserung der Magergrenze beitragend angesehen.
2 ist ein Diagramm, welches für jedes der kombinierten Beispiele 1–4 eine Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs und der NOx-Konzentration (ppm) von Abgas unmittelbar nach dem Motor zeigt. Es sei bemerkt, dass auch 2 für jedes der kombinierten Beispiele 1 bis 4 Ergebnisse, welche das oben genannte Verbrennungsstabilitätskriterium erfüllen, mit umrandeten Symbolen zeigt und Ergebnisse, welche das Verbrennungsstabilitätskriterium nicht erfüllen, mit ausgefüllten Symbolen zeigt.
Wie in 2 gezeigt, nimmt die abgegebene NOx-Menge ab, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch mager wird, da in sämtlichen der kombinierten Beispiele ein ausreichend abgemagertes Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder eingeführt wird. Wie durch die gepunktete Linie in 2 gezeigt, wurde dadurch bestätigt, dass diesmal die NOx-Konzentration von Abgas abnimmt, wenn die Magergrenze größer wird. Insbesondere kann in dem kombinierten Beispiel 4, welches eine etwa 28,1 A/F erreichende Magergrenze aufweist, die NOx-Konzentration auf nicht mehr als 20 ppm verringert werden.
3 ist ein Diagramm, welches für die kombinierten Beispielen 1–4 jeweils eine Beziehung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs und einem Mittelwert der Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt (nachfolgend als „mittlere Zylindertemperatur” bezeichnet) zeigt. Insbesondere ist die Zylindertemperatur in den folgenden Ausführungen eine Temperatur, welche basierend auf dem Zylinderdruck berechnet wird, der mittels eines in dem Zylinder bereitgestellten Piezo-Sensors gemessen wird. Zudem ist die mittlere Zylindertemperatur T_TDC in 3 als ein Mittelwert der Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt über 200 Zyklen hinweg definiert. Es sei bemerkt, dass – ähnlich wie in den 1 und 2–3 für jedes der kombinierten Beispiel 1 bis 4 Ergebnisse, welche das oben genannte Verbrennungsstabilitätskriterium erfüllen, mit umrandeten Symbolen zeigt und Ergebnisse, welche das Verbrennungsstabilitätskriterium nicht erfüllen, mit ausgefüllten Symbolen zeigt.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Bereich von wenigstens etwa 24,0 A/F auf mager eingestellt wird, besteht, wie durch die gepunktete Linie in 3 gezeigt, in den jeweiligen kombinierten Beispielen 1 bis 4 eine Tendenz dafür, dass dies von einer absinkenden mittleren Zylindertemperatur begleitet wird. Zudem wird die Verbrennung unabhängig von der Größe der Magergrenze in jedem der kombinierten Beispiel 1 bis 4 besonders instabil, wenn die mittlere Zylindertemperatur nicht höher als etwa 1150 (K) wird. Mit anderen Worten ergibt sich aus dem Diagramm der 1, dass die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt ein Parameter ist, welcher in dem Fall einer Verbrennung eines homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs direkt mit der Stabilität der Verbrennung, d. h. der Magergrenze, zusammenhängt. Als nächstes wird die Korrelation zwischen der Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt und der Magergrenze basierend auf der Entwicklung der Zylindertemperatur detailliert betrachtet.
4, 5, 6 und 7 stellen Diagramme bereit, welche für das kombinierte Beispiel 1, das kombinierte Beispiel 2, das kombinierte Beispiel 3 bzw. das kombinierte Beispiel 4 die Beziehung zwischen einem Kurbelwinkel CA (°) (oberer Verbrennungstotpunkt als 0° definiert) und der Zylindertemperatur T (K) zeigen. Insbesondere zeigen die 4 bis 7 Diagramme, welche jeweils erhalten wurden durch Aufzeichnen der Zylindertemperatur bei jedem Kurbelwinkel über 200 Zyklen hinweg. Zudem sind in jeder der 4 bis 7 jeweils die Diagramme (a) auf der linken Seite jeweils während einer stabilen Verbrennung, in welcher die IMEP-Veränderungsrate kleiner als 6% ist, und die Diagramme (b) auf der rechten Seite jeweils während einer instabilen Verbrennung, bei welcher die IMEP-Veränderungsrate größer als 6% ist.
Wie in den Diagrammen (a) auf der linken Seite der 4 bis 7 gezeigt, überschreitet die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt in jedem der kombinierten Beispiele 1 bis 4 immer etwa 1000 K während einer stabilen Verbrennung.
Im Gegensatz dazu, wie in den Diagrammen (b) auf der rechten Seite der 4 bis 7 gezeigt, treten in jedem der kombinierten Beispiele 1 bis 4 Zyklen auf, in welchen die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt unter etwa 1000 K fällt, wenn die Verbrennung instabil wird. Genauer wurde bestätigt, dass, wenn ein Zyklus auftritt, in welchem die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt nicht etwa 1000 K erreicht hat, die anschließende Wärmeerzeugung abnimmt, was eine Ursache dafür ist, dass die IMEP-Veränderungsrate abnimmt. Mit anderen Worten wurde bestätigt, dass es durch Aufbauen der Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt innerhalb des Zylinders auf wenigstens etwa 1000 K, was höher als die später beschriebene Wendepunkttemperatur ist, möglich ist, ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch stabil zu verbrennen.
Als nächstes werden die Ergebnisse einer Simulation erklärt, welche ausgeführt worden ist, um den Grund dafür festzustellen, weshalb ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch stabil verbrannt werden kann, wenn eine Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt von wenigstens etwa 1000 K aufgebaut wird. Konkret wurde unter der Zylinderdruckbedingung am oberen Verbrennungstotpunkt der oben genannten Testmaschine die laminaren Brenngeschwindigkeit bei jeder anfänglichen Zylindertemperatur durch eine Reaktionsberechnung errechnet. Die Bedingungen der Simulation sind wie folgt.
Verwendete Analysesoftware: ChemkinPro
Verwendetes Reaktionsmodell: Benzin-Ersatz-Reaktionsmodell (siehe Hashimoto, Koutarou, Mitsuo Koshi, Akira Miyoshi, Yoshiki Murakami, Tatsuo Oguchi, Yasuyuki Sakai, Hiromitsu Andou und Kentarou Tsuchiya; „Construction of Gasoline Combustion Reaction Model", Verband der Automobilingenieure von Japan, Veröffentlichung vor dem Beginn des eigentlichen Kongresses, Nr. 29-12, Seiten 21–24 (2012))
Druckbedingung: 3 MPa (entspricht dem Zylinderdruck am oberen Verbrennungstotpunkt der Testmaschine)
Äquivalenzverhältnis: 0,5 (etwa 30 A/F durch Umwandlung in Luft-Kraftstoff-Verhältnis)
Verwendeter Kraftstoff: PRF90
8 ist ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen einer anfänglichen Zylindertemperatur (K) und einer laminaren Brenngeschwindigkeit (cm/s) zeigt, welche durch die obige Reaktionsberechnung erhalten wurde.
Wie in 8 gezeigt, nimmt die laminare Brenngeschwindigkeit zu, wenn die anfängliche Zylindertemperatur ansteigt; jedoch ist klar geworden, dass ein starker Anstieg bei etwa 960 K auftritt. In der vorliegenden Erfindung ist die Temperatur, bei welcher der starke Anstieg der laminaren Brenngeschwindigkeit auftritt, wenn die Zylindertemperatur dazu veranlasst wird, sich unter einer dem oberen Verbrennungstotpunkt entsprechenden Druckbedingung zu verändern, als die Wendepunkttemperatur definiert.
Die 9 und 10 sind jeweils Diagramme, welche die betragsmäßig oberen vier Werte der Empfindlichkeit von elementaren Reaktionen zeigen, die zu der laminaren Brenngeschwindigkeit beitragen, und zwar für den Fall, dass die anfängliche Zylindertemperatur 900 K beträgt, was niedriger ist als die oben genannte Wendepunkttemperatur, und für den Fall, dass die anfängliche Zylindertemperatur 1000 K beträgt, was höher ist die oben genannte Wendepunkttemperatur.
Wie in 9 gezeigt, tragen in dem Fall, dass die anfängliche Zylindertemperatur niedriger als die Wendepunkttemperatur ist, hauptsächlich die Sauerstoff- und Wasserstoffreaktion, und die Kohlenstoffmonooxidreaktion zu der laminaren Brenngeschwindigkeit positiv bei. Das ist das gleiche wie bei einer normalen Feuerreaktion.
Wenn andererseits die anfängliche Zylindertemperatur die Wendepunkttemperatur überschreitet, wie in 10 gezeigt, tritt die H₂O₂-Zerfallsreaktion auf, was positiv zu der laminaren Brenngeschwindigkeit beiträgt. Mit anderen Worten, wenn die Zylindertemperatur dazu gebracht wird, anzusteigen, beginnt die H₂O₂-Zerfallsreaktion damit, von der Nähe der Wendepunkttemperatur aufzutreten, und es wird angenommen, dass die dadurch erzeugten OH-Radikale wesentlich zu einer Erhöhung der laminaren Brenngeschwindigkeit beitragen. Insbesondere wenn die Zylindertemperatur die Wendepunkttemperatur überschreitet, werden OH-Radikale durch zerfallendes H₂O₂ erzeugt, wonach die H₂O₂-Reaktionskette, in welcher H₂O₂ durch eine exotherme Reaktion wieder erzeugt wird, weiter voranschreitet (vergleiche 11), und es wird angenommen, dass die laminare Brenngeschwindigkeit dadurch ansteigt. Es sei bemerkt, dass die H₂O₂-Reaktionskette von 11 in ihrer Gesamtheit eine Reaktion ist, welche Wärme erzeugt, indem Formaldehyd wie in der folgenden Gleichung oxidiert wird. 2CH₂O + O₂ → 2H₂O + 2CO + 473 (kJ)
Zusammenfassend kann in der vorliegenden Erfindung die laminare Brenngeschwindigkeit ausreichend erhöht werden, um eine stabile Verbrennung sogar eines homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs zu erlauben, indem sich die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt als eine Temperatur aufbaut, die höher als die Wendepunkttemperatur ist, um die H₂O₂-Zerfallsreaktion auszulösen.
Es sei bemerkt, dass die in den 8 bis 10 gezeigten Ergebnisse auf einer Reaktionsberechnung mit einem Äquivalenzverhältnis von 0,5 basieren; jedoch wird angenommen, dass sich die oben genannte Wendepunkttemperatur sogar dann nicht stark ändert, wenn sich das Äquivalenzverhältnis ändert. Daher betrug die Magergrenze des kombinierten Beispiels 4 der erfindungsgemäßen Testmaschine etwa 28,1 A/F (vergleiche 1); jedoch wird angenommen, dass die Magergrenze dazu in der Lage ist, weiter verbessert zu werden, indem die Einlassluft beispielsweise mittels eines Einlassluftheizers auf eine sogar noch höhere Temperatur erhitzt wird, das Motor-Verdichtungsverhältnis erhöht wird oder dergleichen.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden. Bei der oben genannten Testmaschine der ersten Ausführungsform wurde der Einlassluftheizer, welcher Einlassluft heizt, bevor sie in den Zylinder eingebracht wird, als ein Mittel zum Erhöhen der Zylindertemperatur verwendet. Jedoch ist es technisch schwierig, die Temperatur von Einlassluft in einem Fahrzeug während der Fahrt genau zu regeln/steuern, und bei einer Massenproduktionsmaschine nicht geeignet. Deshalb wird in der zweiten Ausführungsform eine für Massenproduktionsmaschinen geeignetere Vorrichtung erläutert werden, welche ein von dem Einlassluftheizer verschiedenes Mittel als das Mittel zum Heizen der Zylindertemperatur verwendet.

Verschiedene Bestandteile eines Einzylindermotors und dessen erfindungsgemäßer Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben.

Abgegebene Menge	374 [cc]
Bohrung × Hub	73 × 89,5 [mm]
Verdichtungsverhältnis	13,2
Ventiltrieb	DOHC-4-Ventiler (darunter ein angehaltenes EIN-Ventil)
Einlasssystem	Mit variabler Klappe
Zündungssystem	Mehrfachzündungstyp
Kraftstoffeinspritzsystem	Saugrohreinspritzung
Betriebsbereich	Motordrehzahl 1500 [rpm] Indizierter effektiver Mitteldruck 300 [kPa]

Bei der Massenproduktionsmaschine der vorliegenden Erfindung ist ein mit einer Zerstäuberdüse ausgestatteter Kraftstoffinjektor an der Einlassöffnung außerhalb des Zylinders als ein Luft-Kraftstoff-Gemisch-Bildungsmittel zum Bilden eines homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb des Zylinders bereitgestellt. Bei einem Vergleich mit der Testmaschine der ersten Ausführungsform ist der Abstand von der Stelle, an welcher Kraftstoff eingespritzt wird, bis zu dem Zylinder kürzer; jedoch ist es möglich, durch Verwenden eines mit einer Zerstäuberdüse ausgestatteten Kraftstoffinjektors ein ausreichend homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Zylinders zu bilden.
Bei der Massenproduktionsmaschine der vorliegenden Erfindung wurde ein Mehrfachzündungstyp-Zündungssystem anstelle des in der ersten Ausführungsform erläuterten Einlassluftheizers als das Mittel zum Erhöhen der Zylindertemperatur verwendet. Mit anderen Worten ist es sogar ohne Verwendung eines Einlassluftheizers möglich, die Zylindertemperatur dazu zu veranlassen, am oberen Verbrennungstotpunkt auf etwa 1000 K anzusteigen, indem eine Zündung mehrfach, also wenigstens zweimal bis zum Erreichen des oberen Verbrennungstotpunkts ausgeführt wird.
Als nächstes werden die Zusammenhänge zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Magergrenze sowie der unteren Grenze der abgegebenen NOx-Menge bestätigt, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der obigen Massenproduktionsmaschine auf einen ausreichend magereren Bereich als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird.
12 ist ein Diagramm, welches einen Zusammenhang zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs und einer IMEP-Veränderungsrate in der Massenproduktionsmaschine der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein Diagramm, welches einen Zusammenhang zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs und der NOx-Konzentration von Abgas unmittelbar nach dem Motor in der Massenproduktionsmaschine der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist ein Diagramm, welches einen Zusammenhang zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs und einer indizierten Kraftstoffverbrauchsrate (ISFC) in der Massenproduktionsmaschine der vorliegenden Erfindung zeigt.
Es sei bemerkt, dass die Temperatur der Einlassluft 50°C betrug, bevor sie in den Zylinder eingebracht wurde. Zusätzlich zeigen diese 12 bis 14 für die oben genannte Massenproduktionsmaschine Ergebnisse, welche das oben genannte Verbrennungsstabilitätskriterium erfüllen, mit umrandeten Symbolen zeigt und Ergebnisse, welche die Verbrennungsstabilitätskriterium nicht erfüllen, mit ausgefüllten Symbolen zeigt.
Wie in 12 gezeigt, betrug die Magergrenze gemäß der Massenproduktionsmaschine der vorliegenden Erfindung etwa 30,0 A/F. Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform und wie in 13 gezeigt, nahm zudem die abgegebene NOx-Menge ab, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis magerer wird, da ein ausreichend abgemagertes Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder eingebracht wurde. Ferner kann gemäß der Massenproduktionsmaschine der vorliegenden Erfindung, wie 14 gezeigt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgemagert werden, ohne zu bewirken, dass sich die indizierte Kraftstoffverbrauchsrate verschlechtert.
15 ist ein Diagramm, welches der Kurbelwinkel CA (°) der Massenproduktionsmaschine der vorliegenden Erfindung und die Zylindertemperatur T (K) zeigt. Insbesondere zeigt 15 ein durch Aufzeichnen der Zylindertemperatur bei jedem Kurbelwinkel über 200 Zyklen hinweg erhaltenes Diagramm. Zudem ist Diagramm (a) auf der linken Seite von 15 ein Diagramm, bei welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei dem die IMEP-Veränderungsrate kleiner als 6% wurde, 30,0 A/F betrug, und ist Diagramm (b) auf der rechten Seite ein Diagramm, bei welchem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei welchem die IMEP-Veränderungsrate größer als 6% wurde, 30,5 A/F betrug.
Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform und wie in 15(a) gezeigt, überschreitet die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt während einer stabilen Verbrennung immer etwa 1000 K.
Im Gegensatz dazu, wie in 15(b) gezeigt, tritt ein Zyklus auf, bei welchem die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt unter etwa 1000 K fällt, wenn die Verbrennung instabil wird. Damit wurde bestätigt, dass ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch auch in der in Tabelle 3 angegebenen Massenproduktionsmaschine stabil verbrannt werden kann, indem die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt innerhalb des Zylinders wenigstens etwa 1000 K erreicht, was höher als die Wendepunkttemperatur ist.
Obwohl vorstehend beide Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Obwohl bei den obigen Ausführungsformen ein Fall beschrieben worden ist, wo ein Einzylindermotor verwendet wurde, kann das Verbrennungsverfahren der vorliegenden Erfindung beispielsweise auch auf einen Motor angewendet werden, der eine beliebige Anzahl von Zylindern aufweist. Zudem, obwohl bei den obigen Ausführungsformen ein Fall erklärt worden ist, bei welchem für die Motorbetriebsbedingungen die Motordrehzahl auf 1500 rpm eingestellt wurde und der indizierte effektive Mitteldruck auf 300 kPa eingestellt wurde, kann die vorliegende Erfindung auch auf einen beliebigen Betriebsbereich angewendet werden, ohne darauf beschränkt zu sein.
Es sei angemerkt, dass die in den 8 bis 10 gezeigten Simulationsergebnisse auf den Reaktionsberechnungen mit einem Äquivalenzverhältnis von 0,5 basieren; jedoch wird angenommen, dass sich die Größe der oben genannten Wendepunkttemperatur sogar dann nicht stark ändert, wenn beispielsweise das Äquivalenzverhältnis geändert wird. Obwohl die Magergrenze der Testmaschine der ersten Ausführungsform etwa 28,1 A/F betrug und die Magergrenze der Massenproduktionsmaschine der zweiten Ausführungsform etwa 30,0 A/F betrug, können diese Magergrenzen daher weiter zunehmen, indem beispielsweise die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt angehoben wird.
Um zudem ein homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch im Inneren des Zylinders zu bilden, wird bei der ersten Ausführungsform Kraftstoff an einer Position eingespritzt, die von der Einlassöffnung ausreichend getrennt ist, und wird bei der zweiten Ausführungsform Kraftstoff mittels eines mit einer Zerstäuberdüse ausgestatteten Kraftstoffinjektors eingespritzt; jedoch ist das Mittel zum Bilden eines homogenen Luft-Kraftstoff-Gemischs im Inneren des Zylinders der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, ein ausreichend homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb des Zylinders auch in einem Fall zu bilden, wo ein Kraftstoffinjektor im Inneren des Zylinders bereitgestellt ist, indem Kraftstoff zu einem früheren Zeitpunkt eingespritzt wird, wie etwa während eines Einlasshubs, und dann einen Zeitraum bereitzustellen, um ein Vormischen zu erlauben.
Um zudem eine Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkt zu erzeugen, welche höher als die Wendepunkttemperatur ist, wurde in der ersten Ausführungsform ein Einlassluftheizer verwendet und daneben das Verdichtungsverhältnis erhöht, und wurde in der zweiten Ausführungsform ein Mehrfachzündungstyp-Zündungssystem verwendet und daneben das Verdichtungsverhältnis erhöht; jedoch ist das Mittel zum Erhöhen der Zylindertemperatur in der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Da sich der Flammen-Vorderbereich vergrößert, wenn die Zylinderströmung stärker wird, ist es beispielsweise möglich, die Zylindertemperatur dadurch anzuheben.
Zudem ist es beim Verbrennen eines homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs mittels des Verbrennungsverfahren der vorliegenden Erfindung bevorzugt, das Rückführen von Abgas in den Zylinder zu verhindern, so dass die Zylindertemperatur nicht abnimmt.
Bereitgestellt sind eine Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Motor, welcher zum Betrieb über einen weiten Bereich in der Lage ist und in welchem die abgegebene NOx-Menge klein ist, sowie ein Verbrennungsverfahren für ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch. Das Verbrennungsverfahren für ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch der vorliegenden Erfindung bildet im Inneren des Zylinders des Motors ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch und bewirkt dann, dass dieses homogene magere Luft-Kraftstoff-Gemisch mittels Fremdzündung verbrennt. Eine Temperatur, bei welcher ein starker Anstieg einer laminaren Brenngeschwindigkeit auftritt, wenn eine Zylindertemperatur unter einer Druckbedingung, die einem oberen Verbrennungstotpunkt entspricht, geändert wird, ist als eine Wendepunkttemperatur definiert. Mit dem Verbrennungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird die Zylindertemperatur am oberen Verbrennungstotpunkts im Inneren des Zylinders auf mehr als die Wendepunkttemperatur beim Verbrennen des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs angehoben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-206209 [0001]
JP 10-122015 [0004]
JP 2002-256927 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Hashimoto, Koutarou, Mitsuo Koshi, Akira Miyoshi, Yoshiki Murakami, Tatsuo Oguchi, Yasuyuki Sakai, Hiromitsu Andou und Kentarou Tsuchiya; „Construction of Gasoline Combustion Reaction Model”, Verband der Automobilingenieure von Japan, Veröffentlichung vor dem Beginn des eigentlichen Kongresses, Nr. 29-12, Seiten 21–24 (2012) [0058]

Claims

Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, umfassend: ein Luft-Kraftstoff-Gemisch-Bildungsmittel zum Bilden eines homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs im Inneren eines Zylinders des Verbrennungsmotors; und ein Fremdzündungsmittel, welches im Inneren des Zylinders bereitgestellt ist, wobei der Verbrennungsmotor zündet, um ein durch das Luft-Kraftstoff-Gemisch-Bildungsmittel gebildetes homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch mittels des Fremdzündungsmittels zu verbrennen, und wobei eine Temperatur, bei welcher ein starker Anstieg einer laminaren Brenngeschwindigkeit beim Ändern einer Zylindertemperatur unter einer mit einem oberen Verbrennungstotpunkt zusammenhängenden Druckbedingung auftritt, als eine Wendepunkttemperatur definiert ist, und die Zylindertemperatur an dem oberen Verbrennungstotpunkt im Inneren des Zylinders beim Verbrennen des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs höher als die Wendepunkttemperatur ist.
Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der starke Anstieg der laminaren Brenngeschwindigkeit bei der Wendepunkttemperatur aufgrund einer Zerfallsreaktion von H₂O₂ auftritt.
Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zylindertemperatur an dem oberen Verbrennungstotpunkt im Inneren des Zylinders wenigstens etwa 1000 K beim Verbrennen des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs beträgt.
Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors auf innerhalb des Bereichs von 12 bis 15 eingestellt ist, und wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch-Bildungsmittel das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs auf wenigstens 25 A/F einstellt.
Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Rückführung von Abgas in den Zylinder während einer Verbrennung des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs gestoppt ist.
Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend ein Einlassluft-Heizmittel, um die Einlassluft vor dem Einführen in das Innere des Zylinders zu heizen.
Verbrennungs-Regelungs-/Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Fremdzündungsmittel eine Zündung mehrfach ausführt, und zwar wenigstens zweimal vor dem Erreichen des oberen Verbrennungstotpunkts.
Verbrennungsverfahren für ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches umfasst, ein homogenes mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch im Inneren eines Zylinders eines Verbrennungsmotors zu bilden, und mittels einer Fremdzündung zu bewirken, dass das homogene magere Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt, wobei eine Temperatur, bei welcher ein starker Anstieg einer laminaren Brenngeschwindigkeit beim Ändern einer Zylindertemperatur unter einer mit einem oberen Verbrennungstotpunkt zusammenhängenden Druckbedingung auftritt, als eine Wendepunkttemperatur definiert wird, und die Zylindertemperatur an dem oberen Verbrennungstotpunkt im Inneren des Zylinders beim Verbrennen des homogenen mageren Luft-Kraftstoff-Gemischs auf mehr als die Wendepunkttemperatur erhöht wird.