DE102014106153B4 - Ansaugsystem einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Ansaugsystem einer Verbrennungskraftmaschine, aufweisend:eine Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem mit einem Zylinder verbundenen ersten Ansauganschluss (12) und einem mit dem Zylinder verbundenen zweiten Ansauganschluss (13);eine erste Passage (21, 22), in der ein EGR-Schwachgas strömt und mit dem ersten Ansauganschluss verbunden ist;eine zweite Passage (24, 25), in der ein EGR-Starkgas strömt und mit dem zweiten Ansauganschluss verbunden ist;eine Verbindungspassage (29), die die erste Passage und die zweite Passage an einer dem ersten Ansauganschluss und dem zweiten Ansauganschluss stromaufwärts gelegenen Position verbindet; undeine Strömungsratensteuereinrichtung (50, 142, 42, 43) zum Steuern einer Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases, so dass das in den Zylinder aus dem ersten Ansauganschluss gesaugte EGR-Schwachgas und das in den Zylinder aus dem zweiten Ansauganschluss gesaugte EGR-Starkgas in Schichten verteilt werden; wobeidas EGR-Schwachgas ein Abgas ist, das eine geringere Konzentration eines EGR-Gases aufweist, das aus einem Abgassystem zu einem Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine rezirkuliert wird;das EGR-Starkgas eine hohe Konzentration des EGR-Gases aufweist;eine EGR-Rate, die ein Wert ist, der durch Teilen einer Menge des in den Zylinder angesaugten EGR-Gases durch eine Gesamtmenge des in den Zylinder angesaugten Gases erhalten wird, sowohl durch Durchleiten des in der ersten Passage strömenden EGR-Schwachgases in die zweite Passage aus der Verbindungspassage als auch durch Durchleiten des in der zweiten Passage strömenden EGR-Starkgases in die erste Passage aus der Verbindungspassage erreicht werden kann; unddie Strömungsratensteuereinrichtung die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases entsprechend einem Sollwert der EGR-Rate so verändert, dass entweder eine Menge des in die zweite Passage strömenden EGR-Schwachgases oder eine Menge des in die erste Passage aus der Verbindungspassage strömenden EGR-Starkgases reduziert wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ansaugsystem, das eine Ansaugung in einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine ausführt, und betrifft insbesondere das Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine, das Gasschichten mit unterschiedlicher Dichte in den Zylinder ansaugt.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Herkömmlich gibt es, um von einer Verbrennungskraftmaschine abgegebene Abgasemissionen (NOx, Rauch) zu unterdrücken, eine Technik, die ein rückgeführtes Abgas bzw. EGR-(Exhaustion Gas Recirculation)-Gas, das aus einem Abgassystem zu einem Ansaugsystem rezirkuliert wird, und eine Frischluft separat ansaugt, und diese Gase in Schichten (geschichtete Verteilung) in einen Zylinder verteilt (Bezugnehmend beispielsweise auf die veröffentlichte japanische Patentanmeldung JP 2006 - 266 159 A ).
  • Bei einem in der Offenlegungsschrift JP 2006 - 266 159 A offenbarten Ansaugsystem sind beispielsweise eine Passage, in der die Frischluft strömt (nachstehend als Frischluftströmungspassage bezeichnet), und eine Passage, in der ein EGR-Gas strömt (nachstehend als EGR-Gasströmungspassage bezeichnet) vorgesehen, und diese Passagen werden bei stromaufwärts gelegenen bzw. vorgeschalteten Positionen mit einem Ansauganschluss verbunden, und anschließend werden die verbundenen Passagen mit dem Ansauganschluss verbunden.
  • Ferner ist jeweils ein Ventil in jeder Passage vorgesehen.
  • Anschließend ist in einer ersten Hälfte eines Ansaugtakts das in der EGR-Gasströmungspassage vorgesehene Ventil geschlossen, und durch Öffnen des in der Frischluftströmungspassage vorgesehenen Ventils wird Frischluft in den Zylinder angesaugt.
  • Danach wird in einer zweiten Hälfte des Ansaugtakts das in der Frischluftströmungspassage vorgesehene Ventil geschlossen, und durch Öffnen des in der EGR-Gasströmungspassage vorgesehenen Ventils wird das EGR-Gas in den Zylinder angesaugt.
  • Dadurch werden in dem Ansaugsystem der JP 2006 - 266 159 A durch Ansaugen eines EGR-Schwachgases (Frischluft) mit einer geringen EGR-Gaskonzentration und eines EGR-Starkgases (EGR-Gas) mit einer hohen EGR-Gaskonzentration abwechselnd von einem einzelnen Ansauganschluss das EGR-Schwachgas und das EGR-Starkgas in Schichten in den Zylinder verteilt.
  • Allerdings würde in dem Verfahren der JP 2006 - 266 159 A das EGR-Schwachgas und das EGR-Starkgas während einer Reaktionszeit des Ventils gemischt, wenn jedes Ventil während des Ansaugtakts geöffnet oder geschlossen wird (die Zeit, die für das Ventil angenommen werden muss, dass es von vollständig geschlossen vollständig geöffnet wird oder umgekehrt).
  • JP H11- 303 687 A offenbart ein System zur Abgasrückführung (AGR) mit einem einfachen Aufbau, das in der Lage ist, die AGR unabhängig von einem Aufladungszustand mit der optimalen Rate auszuführen. Bei einem aufgeladenen Motor ist jeder Zylinder mit zwei Einlasskanälen versehen, wobei der aufgeladene Motor mit einem ersten Einlasskrümmer, der mit einem Einlasskanal verbunden ist, einem zweiten Einlasskrümmer, der mit dem anderen Einlasskanal verbunden ist, und einem Abgasturbolader zum Zuführen von Luft zu beiden Einlasskrümmern versehen ist. Ein Druckregelventil ist vorgesehen, um den Druck eines Ansaugkrümmers einzustellen. Der Ansaugkrümmer, dessen Druck durch das Druckregelventil gesteuert wird, ist über einen AGR-Kanal mit einem Abgaskanal verbunden. Das Ergebnis ermöglicht das AGR System einen bedarfsgerechten Betrieb selbst im Hochlastbereich mit hohem Ansaugdruck.
  • DE 10 2004 024 568 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung in einem Brennraum der Brennkraftmaschine, bei dem Abgas in den Brennraum zurückgeführt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas in den Brennraum während eines ersten Zeitraumes eingebracht wird, und dass das Frischgas während eines zweiten Zeitraumes in den Brennraum eingebracht wird, wobei der zweite Zeitraum im Wesentlichen vom ersten Zeitraum verschieden ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ladungsschichtung in dem Brennraum, die aus einem das Abgas umfassenden Inertgasbereich und einem weiteren Bereich besteht, der Frischgas und/oder eine Gemisch aus Frischgas und Kraftstoff enthält und somit zündfähig ist. Die Trennung der beiden Bereiche wird dadurch erreicht, dass das Abgas sowie auch das Frischgas beim Einbringen in den Brennraum einen Drall um eine Rotationsachse erhält, die sich im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens erstreckt.
  • DE 10 2011 084 169 A1 offenbart ein Ansaugluftsteuerungsgerät, das ein eine Verbrennung verzögerndes Gas in eine in eine Brennkammer einer Maschine zu ziehende Ansaugluft mischt, mit einer Bestimmungseinrichtung und einer Steuerungseinrichtung. 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.
  • US 2013 / 0 042 611 A1 offenbart eine Technologie, bei der eine Schichtung eines AGR-Gases mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch oder Frischluft erreicht wird und das AGR-Gas in einer großen Menge eingeleitet werden kann, selbst wenn eine Motorlast hoch als Betriebszustand eines Verbrennungsmotors angenommen wird. Dabei wird, wenn eine geschichtete Verbrennung durch Einführen des AGR-Gases durchgeführt wird, die Frischluft durch einen Kompressor aufgeladen, ein Frischluftsperrventil geschlossen, um das Einströmen der Frischluft in eine erste Einlassöffnung zu blockieren, und ein variabler Ventilmechanismus derart gesteuert, dass ein erstes Einlassventil vor dem Öffnen eines zweiten Einlassventils öffnet und danach das zweite Einlassventil öffnet.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der vorstehend dargelegten Probleme durchgeführt und es ist deren Aufgabe, ein Ansaugsystem einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die ein Ausmaß einer Schichtbildung eines EGR-Schwachgases und eines EGR-Starkgases verbessert.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ansaugsystem einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der sich daran anschließenden Ansprüche.
  • Ein Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine gemäß einem ersten Aspekt enthält das Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine eine Verbrennungskraftmaschine mit einem mit einem Zylinder verbundenen ersten Ansauganschluss und einem mit dem Zylinder verbundenen zweiten Ansauganschluss, eine erste Passage, in der ein EGR-Schwachgas strömt und mit dem ersten Ansauganschluss verbunden ist, eine zweite Passage, in der ein EGR-Starkgas strömt und mit dem zweiten Ansauganschluss verbunden ist, eine Verbindungspassage, die die erste Passage und die zweite Passage an einer dem ersten Ansauganschluss und dem zweiten Ansauganschluss stromaufwärts gelegenen bzw. vorgeschalteten Position verbindet, und eine Strömungsratensteuereinrichtung zum Steuern einer Einlassgasströmungsrate eines EGR-Starkgases, so dass das in den Zylinder von dem ersten Ansauganschluss angesaugte EGR-Schwachgas und das in den Zylinder von dem zweiten Ansauganschluss angesaugte EGR-Starkgas in Schichten verteilt werden.
  • Das EGR-Schwachgas ist ein Abgas, das eine geringe Konzentration eines EGR-Gases aufweist, das aus einem Abgassystem zu einem Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine rezirkuliert wird, und das EGR-Starkgas weist eine hohe Konzentration des EGR-Gases auf.
  • Eine EGR-Rate, die ein Wert ist, der durch Teilen einer Menge des in den Zylinder angesaugten EGR-Gases durch eine Gesamtmenge des in den Zylinder angesaugten Gases erhalten wird, kann durch Durchführen des in die erste Passage strömenden EGR-Schwachgases in die zweite Passage von der Verbindungspassage oder durch Durchführen des in die zweite Passage strömenden EGR-Gases in die erste Passage von der Verbindungspassage erreicht werden, und die Strömungsratensteuereinrichtung verändert die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases entsprechend dem Sollwert, so dass sich eine Menge des in die zweite Passage strömenden EGR-Schwachgases oder eine Menge des in die erste Passage von der Verbindungspassage strömenden EGR-Starkgases reduziert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden das EGR-Schwachgas und das EGR-Starkgas in Schichten durch Ansaugen des EGR-Starkgases und des EGR-Schwachgases von den unterschiedlichen Ansauganschlüssen und durch Einstellen der Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases verteilt.
  • Dadurch können verglichen mit dem System, das abwechselnd von dem gleichen Ansauganschluss ansaugt, das EGR-Schwachgas und das EGR-Starkgas, die gemischt werden bevor sie angesaugt werden, unterdrückt werden, und dadurch ist es möglich, das Ausmaß der Schichtbildung zu verbessern.
  • Ferner können in der vorliegenden Erfindung, da die Verbindungspassage, die die erste Passage, in der das EGR-Schwachgas strömt, und die zweite Passage, in der das EGR-Starkgas strömt, verbindet, vorgesehen ist, ein Druck des EGR-Schwachgases und ein Druck des EGR-Starkgases ausgeglichen werden.
  • Dadurch kann die geschichtete Verteilung des EGR-Schwachgases und des EGR-Starkgases, die aufgrund des Druckunterschieds in dem Zylinder verteilt werden, unterdrückt werden.
  • Mit anderen Worten, das Ausmaß der Schichtbildung kann verbessert werden.
  • Ferner ist es möglich, die EGR-Rate einzustellen, in dem das EGR-Starkgas in die erste Passage strömt, oder in dem das EGR-Schwachgas in die zweite Passage über die Verbindungspassage strömt.
  • Ferner kann, da die Strömungsratensteuereinrichtung der vorliegenden Erfindung die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases entsprechend dem Sollwert der EGR-Rate verändert verglichen mit einem Fall, bei dem sie nicht verändert wird, die Menge des EGR-Starkgases, das in die erste Passage strömt, oder die Menge des EGR-Schwachgases, die in die zweite Passage über die Verbindungspassage strömt, weiter reduziert werden.
  • Demgemäß ist es möglich, den Konzentrationsunterschied des EGR-Gases, der kleiner zwischen dem EGR-Schwachgas und dem EGR-Starkgas ist, zu unterdrücken, und dadurch ist es möglich, das Ausmaß der Schichtbildung in dem Zylinder zu verbessern.
  • In dem Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine gemäß einem zweiten Aspekt erhöht die Strömungsratensteuereinrichtung die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases durch eine Erhöhung des Sollwerts, und reduziert die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases durch eine Verringerung des Sollwerts.
  • In dem Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine gemäß einem dritten Aspekt steuert die Strömungsratensteuereinrichtung die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases, so dass ein Ansaugen des EGR-Starkgases eine Verzögerung eines Starts einer Ansaugung des EGR-Schwachgases beginnt.
  • In dem Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine gemäß einem vierten Aspekt ist der erste Ansauganschluss ein Drallerzeugungsanschluss, der eine Drallströmung in einem Gas erzeugt, das in den Zylinder angesaugt wird, und der zweite Ansauganschluss ist ein Tumbleerzeugungsanschluss, der eine Tumbleströmung in einem Gas erzeugt, das in den Zylinder angesaugt wird.
  • Figurenliste
  • In den begleitenden Figuren zeigt:
    • 1 ein Blockdiagramm eines Maschinensystems in einer ersten Ausführungsform,
    • 2 eine Veränderung eines Hubbetrags jedes Einlassventils bezüglich eines Kurbelwinkels;
    • 3 eine Einlassgasströmungsrate eines Gases, das von jedem Ansauganschluss angesaugt wird;
    • 4 ein schematisches Diagramm einer Drallströmung und einer Tumbleströmung, die in einen Zylinder angesaugt werden;
    • 5 ein Diagramm einer Verteilung von Gasen in den Zylinder bei einem Ende eines Ansaugtakts;
    • 6 ein Diagramm einer Verteilung von Gasen in den Zylinder bei einem Ende eines Kompressionstakts;
    • 7 eine Situation in dem Zylinder bei dem Ende des Kompressionstakts, wobei Abgaskonzentrationen in verschiedenen Positionen in dem Zylinder durch Schattierung ausgedrückt werden;
    • 8 einen Vergleich einer Beziehung zwischen der Menge des EGR-Starkgases und einem Ausmaß der EGR-Schichtausbildung, wenn eine EGR-Rate hoch und gering ist;
    • 9 einen Vergleich zwischen Hubbeträgen eines Einlassventils, wenn eine Soll-EGR-Rate hoch und gering ist;
    • 10 die Einlassgasströmungsrate, wenn die Soll-EGR-Rate gering ist;
    • 11 die Einlassgasströmungsrate, wenn die Soll-EGR-Rate hoch ist;
    • 12 ein Flussdiagramm, das einen Ablauf der Steuerung des Einlassventils entsprechend der EGR-Rate darstellt;
    • 13 eine Tabelle der Öffnungsraten (Hubbetrag) des Einlassventils für jede Soll-EGR-Rate;
    • 14 eine Tabelle eines Startöffnungszeitpunkts des Einlassventils für jede Soll-EGR-Rate;
    • 15 ein Blockdiagramm eines Maschinensystems in einer zweiten Ausführungsform; und
    • 16A, 16B und 16C jeweils eine Veränderung des Hubbetrags des Einlassventils, eine Veränderung der Öffnungsrate des Einlassventils und die Einlassgasströmung für jeden Ansauganschluss.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Erste Ausführungsform]
  • Eine erste Ausführungsform eines Ansaugsystems einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Figuren erläutert.
  • 1 zeigt ein erstes Beispiel eines Strukturdiagramms eines an einem Fahrzeug montierten Maschinensystems 1.
  • Das Maschinensystem 1 ist derart konfiguriert, das es eine Dieselmaschine 10 als eine Verbrennungskraftmaschine (nachstehend einfach als Maschine bezeichnet) und eine Vielzahl von für den Betrieb der Maschine 10 erforderlichen Komponenten enthält.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Maschine 10 eine Vier-ZylinderMaschine mit vier Zylindern 11.
  • Die Maschine 10 ist die Vier-Takt-Maschine, die Leistung durch vier Takte erzeugt, nämlich Ansaugen, Komprimieren, Verbrennen, und Abgeben in jedem Zylinder 11 zeigt.
  • Der Verbrennungszyklus (720° CA-Periode) mit vier Takten von Ansaugen, Komprimieren, Verbrennen und Abgeben wird sequentiell mit beispielsweise 180° CA ausgeführt, die zwischen den Zylinder 11 verschoben sind.
  • Wenn die Zylinder 11 in der Reihenfolge von der rechten Seite von 1 mit 1 bis 4 nummeriert werden, wird der Verbrennungszyklus beispielsweise in der Reihenfolge der Zylinder 11 Nr. 1, Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 2 ausgeführt.
  • Ein Drallerzeugungsanschluss (erster Ansauganschluss) 12 und ein Tumbleerzeugungsanschluss (zweiter Ansauganschluss) 13 als Ansauganschlüsse, die Einlässe für in den Zylinder (innerhalb des Zylinders 11) angesaugtes Einlassgas (Gas) sind, sind mit jedem Zylinder 11 verbunden.
  • Die Ansauganschlüsse 12 und 13 sind in einem im oberen Bereich der Zylinder 11 vorgesehenen Maschinenkopf (nicht gezeigt) ausgebildet.
  • Der Drallerzeugungsanschluss 12 ist ein Ansauganschluss, der eine Drallströmung (Querwirbel) in dem Gas erzeugt, das in den Zylinder angesaugt wird.
  • Der Tumbleerzeugungsanschluss 13 ist ein Ansauganschluss, der eine Tumbleströmung (vertikale Wirbel) in dem Gas erzeugt, das in den Zylinder angesaugt wird.
  • Wegen dieser zwei Ansauganschlüsse 12, 13 können ein aus einem Injektor (nicht gezeigt) eingespritzter Kraftstoff und das von den Ansauganschlüssen 12, 13 angesaugte Gas gut vermischt werden.
  • Einlassventile 141 zum Öffnen und Schließen von Öffnungen 171, die die Drallerzeugungsanschlüsse und die Zylinder verbinden, sind mit den Öffnungen 171 vorgesehen.
  • Auf ähnliche Weise werden Einlassventile 142 zum Öffnen und Schließen von Öffnungen 172, die die Tumbleerzeugungsanschlüsse 13 und die Zylinder verbinden, mit den Öffnungen 172 vorgesehen.
  • Zusätzlich sind Abgasanschlüsse (nicht gezeigt) zum Abgeben des Gases nach der Verbrennung in dem Zylinder mit jedem Zylinder 11 verbunden.
  • Abgasventile 15 zum Öffnen und Schließen von Öffnungen, die die Abgasanschlüsse und Zylinder verbinden, sind an den Öffnungen vorgesehen.
  • Eine Einlasspassage 21, in der die in die Zylinder angesaugte Frischluft strömt, ist in dem Maschinensystem 1 vorgesehen.
  • Ein Turbolader 31 zum Komprimieren der Frischluft und ein Zwischenkühler 32 zum Kühlen der in dem Turbolader 31 komprimierten Frischluft sind an der Einlasspassage 21 von der stromaufwärts gelegenen Seite davon vorgesehen.
  • Ferner ist eine Drossel 33 zum Einstellen einer Menge der Frischluft in der Einlasspassage 21 stromabwärts dem Zwischenkühler 32 vorgesehen.
  • Passagen 22 (Passagen eines Ansaugkrümmers, und nachstehend als EGR-Schwachgaspassagen (erste Passage) bezeichnet), die mit jedem Zylinder 11 (genau genommen mit dem Maschinenkopf) verbunden sind, verzweigen sich von der Einlasspassage 21 stromabwärts der Drossel 33.
  • Jede EGR-Schwachgaspassage 22 ist mit dem Drallerzeugungsanschluss 12 jedes Zylinders 11 verbunden.
  • Lediglich die Frischluft oder ein Gas gschwach (nachstehend als EGR-Schwachgas (erstes Gas) bezeichnet), das die Frischluft ist, die mit einem EGR-Gas entsprechend der Öffnungsrate des EGR-Ventils 41 gemischt wird, strömt in die Einlasspassage 21 und den EGR-Passagen 22.
  • Zusätzlich ist ein Abgaskrümmer 23, der das aus den Zylindern 11 abgegebene Abgas sammelt und das Gas zu der Abgaspassage 21 leitet, mit jedem Zylinder 11 verbunden.
  • In der Abgaspassage 27 von der stromaufwärts gelegenen Seite sind eine Turbine 37 (variabler Düsenturbo (VNT)) des Turboladers 31, der die Energie des Abgases wiedergewinnt, eine Nachbearbeitungsvorrichtung 38, die einen vorbestimmten Prozess bezüglich des Abgases ausführt, und ein Abgasdrosselventil 39, das eine Strömungsrate des Abgases einstellt, in dieser Reihenfolge angebracht.
  • Die Nachbearbeitungsvorrichtung 38 ist ein Oxidationskatalysator, der CO, HC und dergleichen in dem Abgas durch Oxidation entfernt, oder ein DPF, der beispielsweise PM in dem Abgas entfernt.
  • Eine Niederdruck-EGR-Passage 28 ist vorgesehen, in der ein Ende davon mit der Abgaspassage 27 nachgeschaltet der Nachbearbeitungsvorrichtung 38 verbunden ist und in der ein anderes Ende davon mit der Einlasspassage 27 stromaufwärts dem Turbolader 37 verbunden ist.
  • Die Niederdruck-EGR-Passage 28 ist eine Passage, die ein Teil des Abgases zu der Ansaugpassage 21 als EGR-Gas rezirkuliert.
  • Ein Niederdruck-EGR-Kühler 40, der das durch die Niederdruck-EGR-Passage 28 durchströmende EGR-Gas kühlt, und ein Niederdruck-EGR-Ventil 41, das eine Strömungsrate des EGR-Gases einstellt, sind in der Niederdruck-EGR-Passage 28 vorgesehen.
  • Es soll beachtet werden, dass ein Niederdruck-EGR-System, das die Niederdruck-EGR-Passage 28, den Niederdruck-EGR-Kühler 40 und das Niederdruck-EGR-Ventil 41 aufweist, nicht optional vorgesehen werden kann.
  • Bei einem solchen Fall strömt die Frischluft lediglich durch die Einlasspassage 21.
  • Eine Hochdruck-EGR-Passage 24, die einen Teil des Abgases zu dem Ansaugsystem als EGR-Gas rezirkuliert, ist mit dem Abgaskrümmer 23 verbunden.
  • Ein Hochdruck-EGR-Kühler 34, der das durch die Hochdruck-EGR-Passage 24 durchströmende EGR-Gas kühlt, und ein Hochdruck-EGR-Ventil 35, der eine Flussrate, des EGR-Gases einstellt, sind in der Hochdruck-EGR-Passage 24 vorgesehen.
  • Passagen 25 (nachstehend als EGR-Starkgaspassagen (zweite Passage) bezeichnet), die mit jedem Zylinder 11 (um genau zu sein mit dem Maschinenkopf) verbunden sind, verzweigen sich von der Hochdruck-EGR-Passage 24 stromabwärts des Hochdruck-EGR-Ventils 35.
  • Jede EGR-Starkgaspassage 25 ist mit dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 jedes Zylinders 11 verbunden.
  • Ein Gas gstark (nachstehend als EGR-Starkgas (zweites Gas) bezeichnet), das durch die EGR-Schwachgaspassage 22 strömt, d.h. das Gas, das eine höhere Konzentration des EGR-Gases als die des EGR-Schwachgases (Abgaskonzentration ist hoch, Sauerstoffkonzentration ist gering) aufweist, strömt in die EGR-Starkgaspassage 25.
  • Eine Verbindungspassage 29, die die Ansaugpassage 21 und die Hochdruck-EGR-Passage 24 verbindet, ist mit dem Maschinensystem 1 vorgesehen.
  • Die Verbindungspassage 29 ist mit der Einlasspassage 21 vor der Verzweigung der EGR-Schwachgaspassagen 22 und mit der Hochdruck-EGR-Passage 24 vor der Verzweigung zu den EGR-Starkgaspassagen 25 verbunden.
  • Der Druck des durch die Einlasspassage 21 und der EGR-Schwachgaspassage 22 nachgeschaltet der Einlasspassage 21 durchströmenden Gases und der Druck des durch die Hochdruck-EGR-Passage 24 und der EGR-Starkgaspassage 25 nachgeschaltet der Hochdruck-EGR-Passage 24 durchströmenden Gases kann durch die Verbindungspassage 29 ausgeglichen werden.
  • Dadurch kann eine Störung der geschichteten Verteilung des EGR-Schwachgases erzeugt werden und das EGR-Starkgas kann durch den Druckunterschied unterdrückt werden.
  • Ferner kann es einen Fall geben, bei dem ein Sollwert der EGR-Rate (Soll-EGR-Rate) nicht nur das EGR-Gas, das aus der Niederdruck-EGR-Passage 28 rezirkuliert wird, oder das EGR-Starkgas (Abgas), das durch die Starkgaspassage 25 durchströmt, erreicht werden kann.
  • In diesem Fall kann die Soll-EGR-Rate durch Durchführen des EGR-Gases zu der Einlasspassage 21 von der Hochdruck-EGR-Passage 24 über die Verbindungspassage 29 oder durch Durchführen einer Frischluft zu der Hochdruck-EGR-Passage 24 von der Einlasspassage 21 erreicht werden.
  • Das bedeutet, wenn die Soll-EGR-Rate hoch ist, kann die EGR-Rate durch Durchführen des EGR-Gases zu der Einlasspassage 21 von der Hochdruck-EGR-Passage 24 über eine Verbindungspassage 29 erhöht werden, so dass die Konzentration des durch die Einlasspassage 21 und die EGR-Schwachgaspassage 22 durchströmenden EGR-Schwachgases erhöht wird.
  • Im Gegenzug kann, wenn die Soll-EGR-Rate gering ist, die EGR-Rate durch Durchführen der Frischluft zu der Hochdruck-EGR-Passage 24 von der Einlasspassage 21 durch die Verbindungspassage 29 reduziert werden, so dass die Konzentration des durch die Hochdruck-EGR-Passage 24 und die EGR-Starkgaspassage 25 durchströmenden EGR-Starkgases reduziert wird.
  • Es ist zu beachten, dass die EGR-Rate ein Wert ist, der durch Teilen einer Menge des in den Zylinder angesaugten EGR-Gases (Abgases) durch eine Gesamtmenge des in den Zylinder angesaugten Gases (angesaugte Menge der Frischluft + angesaugte Menge des EGR-Gases) erhalten wird.
  • Das Maschinensystem 1 ist mit einer ECU 50 (Strömungsratensteuereinrichtung, Ventilsteuereinrichtung) vorgesehen, die einen Betrieb der Maschine 10 durch Steuern des Öffnens und Schließens (wie z.B. Timing bzw. Zeitpunkt oder Öffnungsrate) jedes Ventils (Drossel 33, EGR-Ventil 35, 41, Einlassventil 141, 142, Abgasventil 15, usw.) und Injektoren steuert.
  • Die ECU 50 ist hauptsächlich aus einem Computer gebildet, der eine CPU, einen ROM, einen RAM und dergleichen enthält.
  • Ein Drehzahlsensor 61, der eine Drehzahl der Maschine 10 erfasst, und ein Gaspedalsensor 62, der einen Betätigungsbetrag (Niederdruckbetrag) eines Gaspedals entsprechend einer Fahrbetätigungseinheit erfasst, die das Fahrzeug über ein gewünschtes Drehmoment des das Fahrzeug fahrenden Fahrers informiert, sind mit der ECU 50 verbunden.
  • Anschließend bestimmt die ECU 50 den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, die Kraftstoffeinspritzmenge und eine Soll-EGR-Rate oder steuert das Öffnen und Schließen jedes Ventils basierend auf der Maschinendrehzahl und dem Betätigungsbetrag des Gaspedals, die aus den Sensoren eingegeben werden.
  • Ferner enthält die ECU 50 einen Speicher 51, wie z.B. einen ROM, einen RAM, die verschiedene Informationen, wie z.B. ein durch die ECU 50 ausgeführtes Programm der Verarbeitung speichert.
  • Um die aus der Maschine 10 abgegebenen Emissionen zu unterdrücken, lässt die ECU 50 das EGR-Schwachgas und das EGR-Starkgas in den Zylinder ansaugen, so dass diese EGR-Schwach- und EGR-Starkgase in Schichten in dem Zylinder verteilt werden.
  • Insbesondere weist die ECU 50 an, dass weiterhin das EGR-Schwachgas von dem Drallerzeugungsanschluss 12 während des Einlasstakts angesaugt wird.
  • Darüber hinaus startet die ECU 50 die Ansaugung des EGR-Starkgases, das die Verzögerung des Starts des Ansaugens des EGR-Schwachgases beginnt.
  • Dadurch wird die Schichtbildung des EGR-Schwachgases und des EGR-Starkgases realisiert.
  • Hier zeigt 2 eine Veränderung eines Hubbetrags jedes Einlassventils 141, 142 bezüglich des Kurbelwinkels während des Einlasstakts.
  • In 2 kennzeichnet eine Linie 201 die Veränderung des Hubbetrags des Einlassventils 141, das in die Drallerzeugungsanschlüsse 12 vorgesehen ist.
  • Eine Linie 202 kennzeichnet die Veränderung des Hubbetrags des Einlassventils 142, das in dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 vorgesehen ist.
  • Es soll beachtet werden, dass 2 die Veränderung des Hubbetrags jedes Einlassventils 141, 142 des ersten Zylinders 11 beispielsweise während der Periode (Periode, wenn der Kurbelwinkel 0° ~ 180° CA) des Ansaugtakts des ersten Zylinders 11 zeigt.
  • Die Veränderungen des Hubbetrags jedes Einlassventils 141, 142 des zweiten von vier Zylindern 11 sind ebenso die gleichen wie in 2.
  • Das bedeutet, dass die Veränderung des Hubbetrags jedes Einlassventils 141, 142 des dritten Zylinders 11, in dem der Einlassprozess neben dem ersten Zylinder 11 ausgeführt wird, ähnlich zu der ist, die in 2 während des Ansaugtakts (in der Periode von 180° bis 360° CA) des dritten Zylinders dargestellt ist.
  • Die Veränderung des Hubbetrags jedes Einlassventils 141, 142 des vierten Zylinders 11, in dem der Einlassprozess neben dem dritten Zylinder 11 ausgeführt wird, ist ähnlich zu der, die in 2 während des Ansaugtakts (in der Periode von 360° bis 540° CA) des dritten Zylinders 11 dargestellt ist.
  • Die Veränderung des Hubbetrags jedes Einlassventils 141, 142 des zweiten Zylinders 11, in dem der Einlassprozess neben dem vierten Zylinder 11 ausgeführt wird, ist ähnlich zu der, die in 2 während des Ansaugtakts (in der Periode von 540° bis 720° CA) des dritten Zylinders 11 dargestellt ist.
  • Wie in 2 gezeigt, verzögert die ECU 50 den Startöffnungszeitpunkt des Einlassventils 141, das an den Drallerzeugungsanschlüssen 12 vorgesehen ist, von dem Startöffnungszeitpunkt des Einlassventils 142, das in dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 vorgesehen ist.
  • Außerdem legt die ECU 50 den Hubbetrag des Einlassventils 142 fest, der kleiner als der des Einlassventils 141 ist.
  • Außerdem ist der Schließzeitpunkt der Einlassventile 141, 142 der gleiche.
  • Es soll beachtet werden, dass in 2 eine Periode von einem Starten des Hubs der Linie 201 (Einlassventil 141) bis zum Ende des Hubs der Linie 201 und der Linie 202 (Einlassventil 141, 142) die Periode des Ansaugtakts pro Zylinder ist.
  • 3 zeigt eine Veränderung der Strömungsrate des Gases, das von den Ansauganschlüssen 12, 13 bezüglich des Kurbelwinkels angesaugt wird, wenn die Einlassventile 141, 142, wie in 2 dargestellt, gesteuert werden.
  • In 3 kennzeichnet eine Linie 203 die Einlassgasströmungsrate des aus dem Drallerzeugungsanschluss 12 angesaugten Gases, d.h. das EGR-Schwachgas.
  • Eine Linie 204 kennzeichnet die Einlassgasströmungsrate des aus dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angesaugten Gases, d.h. das EGR-Starkgas.
  • Wie die Linie 203 in 3 zeigt, wird das EGR-Schwachgas kontinuierlich während des Ansaugtakts angesaugt.
  • Andererseits erhöht sich eine Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases in einer zweiten Hälfte mehr als in einer ersten Hälfte des Ansaugtakts (Bezug nehmend auf Linie 204) als Ergebnis der Öffnung des Einlassventils 142, das bezüglich der Öffnung des Einlassventils 141 verzögert wird.
  • Ferner zeigt 4 schematisch eine Strömung des Gases (Drallströmung), das in einen inneren Raum des Zylinders 110 (nachstehend als das Innere-des-Zylinders 110 bezeichnet wird) aus dem Drallerzeugungsanschluss 12 angesaugt wird, und eine Strömung des Gases (Tumbleströmung), das in das Innere-des-Zylinders 110 von dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angesaugt wird.
  • Wie in 4 gezeigt, wird die Drallströmung (EGR-Schwachgas) an einer äußeren Peripherieseite des Inneren-des-Zylinders 110 gesaugt, während die Tumbleströmung (EGR-Starkgas) nahe der Mitte des Inneren-des-Zylinders 110 angesaugt wird.
  • Dadurch wird, wie in 5 dargestellt, das EGR-Schwachgas gschwach in einen Boden (Seite des Kolbens 16) des Inneren-des-Zylinders 110 eingebracht, und das EGR-Starkgas gstark wird in einem oberen Bereich (Einlassventilseite) des Inneren-des-Zylinders 110 bei dem Ende des Ansaugtakts (beim Beginn des Kompressionstakts).
  • Insbesondere ist das EGR-Starkgas gstark nahe der Mitte des oberen Bereichs des Inneren-des-Zylinders 110 angeordnet, und das EGR-Schwachgas gschwach ist um das EGR-Starkgas gstark herum angeordnet.
  • Dadurch ist es möglich, das EGR-Schwachgas gschwach und das EGR-Starkgas gstark in Schichten in dem Inneren-des-Zylinder 110 bei Beginn des Kompressionstakts zu verteilen.
  • Danach kann bei dem Ende des Kompressionstakts das EGR-Starkgas gstark, d.h. ein Gas mit einer hohen Abgaskonzentration (niedriger Sauerstoffkonzentration) in einen Mittelbereich 163 direkt unter dem Injektor 47, wie in 6 dargestellt, angeordnet werden.
  • Zusätzlich kann das EGR-Schwachgas gschwach in einem Quetschbereich 162 (ein Spalt zwischen einem äußeren Peripherieteil einer oberen Oberfläche des Kolbens 16 und des Maschinenkopfes) um den Mittelbereich 163 angeordnet werden.
  • Ferner ist ein Hohlraum 161 an der oberen Oberfläche (oberer Bereich) des Kolbens 16 ausgebildet, und das EGR-Schwachgas gschwach kann in einer Bodenoberfläche des Hohlraums 161 (nachstehend als Hohlraumbodenoberfläche 161 bezeichnet) angeordnet werden.
  • Ferner zeigt 7 eine Situation in dem Zylinder bei dem Ende des Kompressionstakts wie in 6, und die Abgaskonzentration in verschiedenen Positionen in dem Zylinder werden durch Schattierung ausgedrückt.
  • In 7 ist die Abgaskonzentration höher, wenn die Farbe sich verdunkelt.
  • Wie in 7 dargestellt, wird es durch Ausführen der Schichtbildung mit dem EGR-Schwachgas und dem EGR-Starkgas möglich, dass die Abgaskonzentration in dem Mittelbereich 163 hoch ist (die Sauerstoffkonzentration ist gering), während es möglich ist, dass die Abgaskonzentration in der Hohlraumbodenoberfläche 161 und dem Quetschbereich 162 gering ist (Sauerstoffabgaskonzentration ist hoch).
  • Der Mittelabschnitt 163 ist ein Bereich mit hoher Sauerstoffkonzentration, bei dem die Temperatur neigt höher zu werden, wodurch er ein Bereich ist, bei dem NOx auf einfache Weise durch Kombination von Stickstoff und Sauerstoff erzeugt wird.
  • Dagegen sind die Hohlraumbodenoberfläche 161 und der Quetschbereich 162 Bereiche mit wenig Sauerstoff, und Rauch (Ruß) tritt wahrscheinlich auf.
  • Demgemäß trägt die Schicht des EGR-Starkgases gstark mit geringer Sauerstoffkonzentration, das in dem Mittelbereich 163 angeordnet wird, zur Reduktion von NOx bei, und die Schicht des EGR-Schwachgases gschwach mit der hohen Sauerstoffkonzentration, die in dem Quetschbereich 162 und in der Hohlbodenoberfläche 161 angeordnet wird, trägt zur Reduktion des Rußes bei.
  • Das bedeutet, dass durch Anordnen der Schichten der Gase, wie in 6 und 7 dargestellt, Emissionen (NOx, Rauch) reduziert werden können.
  • Wie vorstehend erwähnt, kann eine mittlere EGR-Rate durch Vorsehen der Verbindungspassage 29 eingestellt werden, die die Passage, in der das EGR-Schwachgas fließt, und die Passage, in der das EGR-Starkgas fließt, stromaufwärts gelegen verbindet, oder durch Einstellen der Öffnungsrate des EGR-Ventils 35, 41, wodurch es möglich ist, die Soll-EGR-Rate in den Maschinensystemen 1 zu erreichen.
  • Allerdings beginnt, wenn die Ansaugmenge des von dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angesaugten EGR-Starkgases (EGR-Starkgasmenge) auf eine einheitliche Menge für eine Soll-EGR-Rate festgelegt wird, die Mischung des EGR-Starkgases und des EGR-Schwachgases von der Verbindungspassage 29 in Abhängigkeit der Soll-EGR-Rate voranschreiten, was dazu führt, dass das Ausmaß der EGR-Schichtbildung in dem Zylinder gesenkt wird. Diese Tatsache wird mit Bezug auf 8 erläutert.
  • 8 zeigt ein schematisches Diagramm, das darstellt, wie das Ausmaß der EGR-Schichtbildung sich entsprechend einer Menge des von dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angesaugten EGR-Starkgases verändert, wenn die EGR-Rate gering und hoch ist.
  • Es ist zu beachten, dass das Ausmaß der EGR-Schichtbildung einen Unterschied zwischen einem Teil, in dem die Abgaskonzentration die höchste ist (ein Teil, in dem Sauerstoffkonzentration die geringste ist), und einen Teil bedeutet, in dem Abgaskonzentration die geringste ist (ein Teil, in dem die Sauerstoffkonzentration die höchste ist), wenn der Kompressionstakt nach dem Ansaugtakt abgeschlossen wird.
  • In 8 kennzeichnet eine Linie 205 eine Veränderung des Ausmaßes der EGR-Schichtbildung relativ zur Menge des EGR-Starkgases, wenn die EGR-Rate gering ist.
  • Eine Linie 206 kennzeichnet eine Veränderung des Ausmaßes der EGR-Schichtbildung relativ zur Menge des EGR-Starkgases, wenn die EGR-Rate hoch ist.
  • Um das Ausmaß der EGR-Schichtbildung zu erhöhen, ist es wünschenswert, dass ein Gas, das so gut wie möglich nicht mit dem Abgas gemischt wird, d.h. die aus dem Drallerzeugungsanschluss 12 angesaugte Frischluft, und ein Gas, mit dem die Frischluft so gut wie möglich nicht gemischt wird, d.h. das EGR-Gas (Abgas), aus dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angesaugt werden.
  • Mit anderen Worten, um das Ausmaß der EGR-Schichtbildung zu erhöhen, ist es wünschenswert, die Frischluft (EGR-Schwachgas), die in die Hochdruck-EGR-Passage 24 aus der Einlasspassage 21 über die Verbindungspassage 29 strömt, und das EGR-Gas (EGR-Starkgas), das in die Einlasspassage 21 aus der Hochdruck-EGR-Passage 24 strömt, soweit wie möglich zu reduzieren.
  • Beispielsweise wird, vorausgesetzt, dass die Soll-EGR-Rate 30% ist, wenn 70% der Gesamtansaugmenge, die in dem einzelnen Ansaugtakt der Frischluft angesaugt wird, von dem Drallerzeugungsanschluss 12 angesaugt wird, und 30% der Gesamtansaugmenge, die von dem EGR-Gas angesaugt wird, von dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angesaugt wird, das Ausmaß der EGR-Schichtbildung theoretisch die höchste.
  • Andererseits wird, wenn lediglich 20% der Gesamtansaugmenge, die von dem EGR-Starkgas (EGR-Gas) angesaugt wird, von dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angesaugt wird, beispielsweise ein verbleibendes EGR-Gas im Wert von 10% der Gesamtansaugmenge benötigt, um aus dem Drallerzeugungsanschluss 12 angesaugt zu werden, in dem das EGR-Gas in die Einlasspassage 21 aus der Verbindungspassage 29 strömt, um die 30% Soll-EGR-Rate zu erfüllen.
  • Anschließend wird der Unterschied in der Abgaskonzentration zwischen dem EGR-Schwachgas, das durch die EGR-Schwachgaspassage 22 strömt, und dem EGR-Starkgas, das durch die EGR-Starkgaspassage 25 strömt, klein, und das Ausmaß der EGR-Schichtbildung in den Zylindern verringert sich.
  • Andererseits muss, wenn 40% der Gesamtansaugmenge, die von dem EGR-Starkgas (EGR-Gas) angesaugt wird, aus dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angesaugt wird, beispielsweise, da das EGR-Starkgas die 30% Soll-EGR-Rate übersteigt, das das EGR-Gas selbst ist, die Konzentration des Abgas-EGR-Starkgases verdünnt werden, indem die Frischluft im Wert von 10% die Gesamtansaugmenge in die Hochdruck-EGR-Passage 24 über die Verbindungspassage 29 strömt.
  • Erneut wird der Unterschied in der Abgaskonzentration zwischen dem EGR-Schwachgas und dem EGR-Starkgas klein, und das Ausmaß der EGR-Schichtbildung in dem Zylinder verringert sich.
  • Das bedeutet, wenn die Soll-EGR-Rate festgelegt ist, wie durch die Linien 205 und 206 in 8 gekennzeichnet, verringert sich das Ausmaß der EGR-Schichtbildung, selbst wenn die Menge des EGR-Starkgases zu klein oder zu groß ist.
  • Insbesondere nimmt zu Beginn, da die Menge des EGR-Starkgases von Null zunimmt, das Ausmaß der EGR-Schichtbildung zu.
  • Anschließend verringert sich das Ausmaß der EGR-Schichtbildung dagegen, wenn die Menge des EGR-Starkgases sich weiter erhöht.
  • Ferner wird beispielsweise, vorausgesetzt, dass die Soll-EGR-Rate 40% ist, wenn 60% der Gesamtansaugmenge, die in dem einzelnen Einlasstakt der Frischluft angesaugt wird, aus dem Drallerzeugungsanschluss 12 angesaugt wird, und 40% der Gesamtansaugmenge, die aus dem EGR-Gas angesaugt wird, von dem Tumbleerzeugungskanal 13 angesaugt wird, das Ausmaß der EGR-Schichtbildung theoretisch die höchste.
  • Mit anderen Worten, falls sich die Soll-EGR-Rate verändert, verändert sich auch die Beziehung zwischen der Menge des EGR-Starkgases und das Ausmaß der EGR-Schichtbildung.
  • Insbesondere wird, wie in 8 dargestellt, eine Linie, die die Beziehung zwischen der Menge des EGR-Starkgases und des Ausmaßes der EGR-Schichtbildung darstellt, in eine Richtung verschoben, die die Menge des EGR-Starkgases entsprechend einer Erhöhung der EGR-Rate erhöht.
  • Mit anderen Worten, die Menge des EGR-Starkgases, die das Ausmaß der EGR-Schichtbildung zur höchsten durchführt, erhöht sich in der Linie 206, wenn die EGR-Rate hoch ist anstelle der Linie 205, wenn die EGR-Rate gering ist.
  • Dadurch ist, wie in 8 dargestellt, wenn die Menge des EGR-Starkgases bei X1 ungeachtet der EGR-Rate festgelegt wird, obwohl es möglich ist, das Ausmaß der EGR-Schichtbildung zu erhöhen, wenn die EGR-Rate gering ist (Linie 205), das Ausmaß der EGR-Schichtbildung verringert, wenn die Rate hoch (Linie 206) ist.
  • Anschließend steuert die ECU 50 das Ansaugen des EGR-Schwachgases und des EGR-Starkgases, um die in 6 gezeigte geschichtete Verteilung bei dem Ende des Ansaugtakts zu erfüllen, und wenn die Soll-EGR-Rate hoch ist, verändert die ECU 50 ein Verfahren zum Steuern des Einlassventils 42, so dass sich die Menge des EGR-Starkgases erhöht anstelle wenn die Soll-EGR-Rate gering ist.
  • Insbesondere verändert, wie in 9 dargestellt, die ECU 50 den Startöffnungszeitpunkt und den Hubbetrag des Einlassventils 142 entsprechend der Soll-EGR-Rate.
  • 9 zeigt die Veränderung des Hubbetrags der Einlassventile 141, 142 bezüglich des Kurbelwinkels.
  • Insbesondere kennzeichnet eine Linie 207 einen Hubbetrag des Einlassventils 141, eine Linie 208 kennzeichnet einen Hubbetrag des Einlassventils 142, wenn die Soll-EGR-Rate gering ist, und eine Linie 209 kennzeichnet einen Hubbetrag des Einlassventils 142, wenn die Soll-EGR-Rate hoch ist.
  • Wie durch die Linien 208 und 209 von 9 gekennzeichnet, erhöht die ECU 50 den Hubbetrag des Einlassventils 142, rückt den Startöffnungszeitpunkt vor, wenn die Soll-EGR-Rate hoch ist verglichen mit der niedrigen Soll-EGR-Rate.
  • Außerdem kann lediglich entweder die Veränderung des Hubbetrags oder die Veränderung des Startöffnungszeitpunkts ausgeführt werden oder beide können ausgeführt werden.
  • 10 zeigt eine Veränderung der Einlassgasströmungsrate bezüglich des Kurbelwinkels, wenn die Soll-EGR-Rate gering ist, d.h. wenn die entsprechenden Einlassventile 141, 142 als die Linien 207 und 208 in 9 gesteuert werden.
  • Eine Linie 210 von 10 kennzeichnet die Einlassgasströmungsrate des EGR-Schwachgases, das aus dem Drallerzeugungsanschluss 12 angesaugt wird.
  • Eine Linie 211 von 10 kennzeichnet die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases, das aus dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angesaugt wird.
  • 11 zeigt eine Veränderung der Einlassgasströmungsrate bezüglich des Kurbelwinkels, wenn die Soll-EGR-Rate hoch ist, d.h. wenn die entsprechenden Einlassventile 141, 142 als die Linien 207 und 209 in 9 gesteuert werden.
  • Eine Linie 212 von 11 kennzeichnet die Einlassgasströmungsrate des EGR-Schwachgases, das aus dem Drallerzeugungsanschluss 12 angesaugt wird.
  • Eine Linie 213 von 11 kennzeichnet die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases, das aus dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angesaugt wird.
  • Entsprechend dem Vergleich der Linien 211 und 213 von 10 und 11, kann gesehen werden, dass die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases durch die erhöhte Soll-EGR-Rate erhöht wird, um die Menge des Hubbetrags oder des Startöffnungszeitpunkts des Einlassventils 142 wie von der Linie 208 zu der Linie 209 von 9 zu verändern.
  • Zu dieser Zeit wird unter Berücksichtigung der Beziehung von 8 bestimmt, in welchem Ausmaß die Menge des Hubs oder des Startöffnungszeitpunkts des Einlassventils 142 entsprechend der Soll-EGR-Rate sich verändert.
  • Insbesondere wird beispielsweise in 8, wenn die EGR-Rate gering ist, der Hubbetrag oder der Startöffnungszeitpunkt des Einlassventils 142 bestimmt, so dass die Menge des EGR-Starkgases X1 wird (Menge des EGR-Starkgases, wenn das Ausmaß der EGR-Schichtbildung die höchste in der Linie 205 wird).
  • Ferner wird, wenn die EGR-Rate hoch ist, der Hubbetrag oder der Startöffnungszeitpunkt des Ansaugventils 142 bestimmt, so dass die Menge des EGR-Starkgases X2 wird (Menge des EGR-Starkgases, wenn das Ausmaß der EGR-Schichtbildung in der Linie 206 die höchste wird).
  • Dadurch ist es möglich, die Menge des durch die Verbindungspassage 29 strömenden Gases niedrig zu halten, selbst wenn die EGR-Rate hoch oder gering ist, und dadurch kann das Ausmaß der EGR-Schichtbildung bei einem hohen Wert beibehalten werden.
  • Insbesondere führt durch einen Prozess eines in 12 gezeigten Flussdiagramms beispielsweise die ECU 50 die Steuerung des Einlassventils 142 entsprechend der EGR-Rate aus.
  • Insbesondere werden zunächst eine durch den Drehzahlsensor 61 (Bezug nehmend auf 1) erfasste Maschinendrehzahl und eine Last der Maschine als eine Betriebszustand bzw. -bedingung der Maschine 10 erfasst (S11).
  • Als Last der Maschine 10, insbesondere eine Menge der Kraftstoffeinspritzung, wird erfasst, die durch die ECU 50 selbst basierend auf dem durch den Gaspedalsensor 62 (Bezugnehmend auf 1) erfassten Betätigungsbetrag des Gaspedals nachgefragt wird.
  • Anschließend wird die Soll-EGR-Rate basierend auf dem in S11 erfassten Betriebszustand bzw. erfassten Betriebsbedingung der Maschine 10 (Maschinendrehzahl, Last) festgelegt (S12).
  • Insbesondere wird zuvor ein Kennfeld der Soll-EGR-Rate entsprechend der Betriebsbedingung der Maschine 10 in dem Speicher 51 (Bezug nehmend auf 1) gespeichert, und die Soll-EGR-Rate wird aus dem Kennfeld und der in S11 erfassten Betriebsbedingung festgelegt.
  • Als Nächstes wird der Hubbetrag (Öffnungsrate) oder der Startöffnungszeitpunkt des Einlassventils 142 entsprechend der in S12 festgelegten Soll-EGR-Rate bestimmt (S13).
  • Insbesondere wird eine Beziehung zwischen der Menge des EGR-Starkgases und des Ausmaßes der EGR-Schichtbildung für jede in 8 gezeigte Soll-EGR-Rate vorab gesucht.
  • Danach wird eine Menge des EGR-Starkgases, bei der das Ausmaß der EGR-Schichtbildung hoch wird (eine Menge des EGR-Starkgases, bei der die EGR-Schichtbildung beispielsweise die höchste wird) in jeder Soll-EGR-Rate, basierend auf einer Beziehung zwischen der erfassten Menge des EGR-Starkgases und des Ausmaßes der EGR-Schichtbildung erhalten.
  • Anschließend wird der Hubbetrag oder der Startöffnungszeitpunkt des Einlassventils 142 bestimmt, um die erforderliche Menge des EGR-Starkgases zu erzielen.
  • Der Hubbetrag oder der Startöffnungszeitpunkt, die von jeder Soll-EGR-Rate erhalten werden, werden in dem Speicher 51 gespeichert.
  • Hier veranschaulicht 13 eine Tabelle 300 der Öffnungsrate (den Hubbetrag) des Einlassventils 142 für jede in dem Speicher 51 gespeicherte Soll-EGR-Rate.
  • Ferner veranschaulicht 14 eine Tabelle 310 des Startöffnungszeitpunkts des Einlassventils 142 für jede in dem Speicher 51 gespeicherte Soll-EGR-Rate.
  • EGR-Rate-Speicherspalten 301, in denen die Soll-EGR-Raten gespeichert werden, und Öffnungsratenspeicherspalten 302, in denen die Öffnungsraten des Einlassventils 142 entsprechend der in den EGR-Rate-Speicherspalten 301 gespeicherten Soll-EGR-Rate gespeichert werden, sind in der Tabelle 300 vorgesehen.
  • Auf ähnliche Weise sind die EGR-Rate-Speicherspalten 311, in denen die Soll-EGR-Raten gespeichert sind, und die Startöffnungszeitpunkt-Speicherspalten 312, in denen der Startöffnungszeitpunkt des Einlassventils 142 entsprechend der in den EGR-Rate-Speicherspalten 311 gespeicherten Soll-EGR-Rate gespeichert werden, in der Tabelle 310 vorgesehen.
  • Ein Bereich der Soll-EGR-Rate ist in jeder Spalte der in 13 und 14 gezeigten EGR-Rate-Speicherspalten 301, 311 gespeichert.
  • Wie in 9 erläutert, ist eine höhere Öffnungsrate in der Öffnungsrate-Speicherspalte 302 von 13 gespeichert, wenn die Soll-EGR-Rate sich erhöht.
  • Das bedeutet, dass in 13 eine Öffnungsrate A2 größer als eine Öffnungsrate A1 ist, und eine Öffnungsrate A3 ist größer als die Öffnungsrate A2.
  • Wie in 9 erläutert, ist ein Voranschreiten des Startöffnungszeitpunkts in der Startöffnungszeitpunkt-Speicherspalte 312 von 14 gespeichert, wenn sich die Soll-EGR-Rate erhöht.
  • Wenn sich lediglich die Öffnungsrate entsprechend der Soll-EGR-Rate verändert, ist die Tabelle 310 in 14 nicht erforderlich, und wenn sich lediglich der Startöffnungszeitpunkt entsprechend der Soll-EGR-Rate verändert, ist die Tabelle 300 in 13 nicht erforderlich.
  • Anschließend wird in S13 eine Öffnungsrate oder ein Startöffnungszeitpunkt entsprechend der tatsächlichen in S12 festgelegten Soll-EGR-Rate aus den in 13 und 14 gezeigten und in dem Speicher 51 gespeicherten Tabellen 300, 310 ausgelesen.
  • Als Nächstes wird in dem Ansaugtakt jedes Zylinders 11 das Einlassventil 142 mit einem Betätigungsprofil (Öffnungsrate oder Startöffnungszeitpunkt), das in S12 bestimmt wird, betätigt (S14).
  • Demgemäß wird die Menge des EGR-Starkgases entsprechend der Soll-EGR-Rate erhöht oder verringert, wodurch das Ausmaß der EGR-Schichtbildung bei einem hohen Wert beibehalten werden kann, selbst wenn die Soll-EGR-Rate verändert wird.
  • Nach S14 beendet der Prozess das in 12 gezeigte Flussdiagramm.
  • Wie vorstehend beschrieben, können gemäß der vorliegenden Erfindung, da das Verfahren zum Steuern des Einlassventils 142 entsprechend der Soll-EGR-Rate verändert wird, die Menge des in die EGR-Schwachgaspassage 22 über die Verbindungspassage 29 durchströmenden EGR-Starkgases und die Menge des in die EGR-Schwachgaspassage 25 strömende EGR-Starkgases verringert werden.
  • Dadurch kann das Ausmaß der gesenkten EGR-Schichtbildung unterdrückt werden.
  • Ferner kann bei der vorliegenden Ausführungsform, da das EGR-Schwachgas und das EGR-Starkgas durch den Ansauganschluss separat angesaugt werden, verglichen mit dem Fall des abwechselnden Ansaugens von dem gleichen Ansauganschluss durch Schalten des Ventils wie in der JP 2006 - 266 159 A das Ausmaß der EGR-Schichtbildung verbessert werden.
  • Bei dem Verfahren der JP 2006 - 266 159 A werden die Frischluft und das EGR-Gas während der Reaktionszeit des Schaltens des Ventils zum Ansaugen von Frischluft und des EGR-Gases gemischt, und dadurch wird das Ausmaß der EGR-Schichtbildung gesenkt.
  • Allerdings wird in der vorliegenden Ausführungsform die Schichtbildung durch Anwenden eines variablen Ventilmechanismus mit einem unterschiedlichen Ventilöffnungszeitpunkts zwischen dem in dem Drallerzeugungsanschluss vorgesehenen Einlassventil und dem in dem Tumbleerzeugungsanschluss vorgesehenen Einlassventil realisiert.
  • Demgemäß kann, da es nicht notwendig ist, ein Ventil, das das Ansaugen des EGR-Schwachgases und des EGR-Starkgases steuert, mit Ausnahme des Einlassventils vorzusehen, die Anzahl der Ventile verringert werden.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hauptsächlich auf den Teilen erläutert, die von der ersten Ausführungsform verschieden sind.
  • 15 zeigt ein Blockdiagramm eines Maschinensystems der vorliegenden Ausführungsform.
  • Es soll beachtet werden, dass in 15 die gleichen Bezugszeichen jenen Komponenten vergeben werden, die keine Veränderungen von 1 aufweisen.
  • Das in 15 gezeigte Maschinensystem 2 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Maschinensystem 1 darin, dass ein Einlassventil 42 und ein Aktuator 43 vorgesehen sind, und der Rest das gleiche wie das in 1 gezeigte Maschinensystem 1 ist.
  • Das Einlassventil 42 ist in jeder EGR-Starkgaspassage 25 vorgesehen, und ist ein Ventil, das die EGR-Starkgaspassage 25 öffnet und schließt.
  • Ein Drosselventil oder Absperrventil können beispielsweise als Einlassventil 42 verwendet werden.
  • Es wird bevorzugt, dass Anordnungspositionen der Einlassventile 142 nächstmöglich zu den Einlassventilen 14 angeordnet sind.
  • Dies liegt daran, dass ein Volumen von dem Einlassventil 14 zu dem Einlassventil 142 reduziert wird, wodurch die Einlassgasströmungsrate besser gesteuert werden kann.
  • Das Einlassventil 42 kann in dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angeordnet sein.
  • Das Einlassventil 42 ist in der EGR-Starkgaspassage 25 jedes Zylinders 11 vorgesehen.
  • Der Aktuator 43 (Strömungsratensteuereinrichtung, Ventilsteuereinrichtung) ist mit dem Einlassventil 42 verbunden und betätigt die Einlassventile 42.
  • Der Aktuator 43 kann ein Motor oder ein Aktuator sein, die beispielsweise durch Hydraulik- oder Unterdruck betätigt werden.
  • Der Aktuator 43 kann für jedes Einlassventil 42 vorgesehen sein, oder kann ein gemeinsamer Aktuator zwischen vier Einlassventilen 42 sein.
  • Die ECU 50 in der vorliegenden Ausführungsform realisiert eine Schichtbildung des EGR-Schwachgases und des EGR-Starkgases durch Ausführen der Steuerung des Öffnens und Schließens des Einlassventils 42 während des Ansaugtakts.
  • Hier sind die 16A bis 16C Diagramme, die erläutern, wie das Einlassventil 42 während des Ansaugtakts geöffnet und geschlossen wird.
  • Insbesondere zeigt 16A eine Veränderung eines Hubbetrags des Einlassventils 141, 142 bezüglich des Kurbelwinkels, 16B zeigt eine Veränderung einer Öffnungsrate des Einlassventils 42 und 16C zeigt eine Veränderung einer Strömungsrate des von den Ansauganschlüssen 12 und 13 angesaugten Gases.
  • Die Kurbelwinkel in horizontaler Achse sind die gleichen zwischen 16A und 16C.
  • Ferner ist in 16B eine Öffnungsrate auf 0° festgelegt, wenn das Einlassventil 42 geschlossen ist, und auf 90° festgelegt, wenn das Einlassventil 42 vollständig geöffnet ist.
  • Darüber hinaus kennzeichnet in 16C eine Linie 214 eine Einlassgasströmungsrate eines Gases, das von dem Drallerzeugungsanschluss 12 angesaugt wird, d.h. das EGR-Schwachgas.
  • Ferner kennzeichnet eine Linie 215 eine Einlassgasströmungsrate des Gases, das von dem Tumbleerzeugungsanschluss 13 angesaugt wird, d.h. das EGR-Starkgas.
  • Wie in 16A gezeigt, aktiviert in der vorliegenden Ausführungsform die ECU 50 sowohl das Einlassventil 141 als auch 142 (15) synchron.
  • Darüber hinaus steuert, wie in 16B gezeigt, die ECU 50 den Aktuator 43 an, so dass das Einlassventil 42 verzögert den Startöffnungszeitpunkt des Einlassventils 142 öffnet, d.h. in der Mitte des Ansaugtakts öffnet.
  • Obwohl ein Beispiel, in dem das Einlassventil 42 vollständig bei dem Ende des Ansaugtakts geöffnet ist, in 16B gezeigt ist, kann die ECU 50 vollständig das Einlassventil 42 vor dem Ende des Ansaugtakts öffnen, und anschließend kann es bei dem Ende des Ansaugtakts geschlossen werden.
  • Demgemäß wird, wie durch Linie 214 in 16C gekennzeichnet, beibehalten, dass das EGR-Schwachgas während des Ansaugtakts angesaugt wird (sowohl in der ersten Hälfte als auch in der zweiten Hälfte des Ansaugtakts).
  • Dagegen wird, wie durch die Linie 215 gekennzeichnet, die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases in der zweiten Hälfte höher als der ersten Hälfte des Ansaugtakts.
  • Es ist zu beachten, dass in 16C, obwohl nicht gezeigt, dass das EGR-Starkgas leicht in der ersten Hälfte des Ansaugtakts angesaugt wird, dies durch eine Leckage des Einlassventils 42 verursacht wird, und es nicht absichtlich angesaugt wird.
  • Als Ergebnis des EGR-Schwachgases und des EGR-Starkgases, die angesaugt werden, wie in 16C dargestellt, kann die Schichtbildung, wie in 5 dargestellt, bei dem Ende des Ansaugtakts verteilt werden, und die Schichtbildung kann, wie in 6 dargestellt, bei dem Ende des Kompressionstakts verteilt werden.
  • Dadurch kann die Emission unterdrückt werden.
  • Anschließend erhöht zum gleichen Zweck wie in der ersten Ausführungsform die ECU 50 die Öffnungsrate des Einlassventils 42, oder rückt den Startöffnungszeitpunkt voran, so dass sich die Menge des EGR-Starkgases erhöht, wenn die Soll-EGR-Rate hoch ist verglichen mit der niedrigen Soll-EGR-Rate.
  • Insbesondere werden Tabellen der Öffnungsrate und des Startöffnungszeitpunkts des Einlassventils 42 für jede Soll-EGR-Rate ähnlich wie in 13 und 14 in den Speicher 51 gespeichert.
  • Anschließend wird in S13 von 12 die Öffnungsrate oder der Startöffnungszeitpunkt des Einlassventils 42 entsprechend der tatsächlichen Soll-EGR-Rate aus den Tabellen ausgelesen.
  • In dem nachfolgenden S14 wird das Einlassventil 42 mit der Öffnungsrate oder dem Startöffnungszeitpunkt, die in S13 ausgelesen werden, während des Einlasstakts für jeden Zylinder 11 angesteuert.
  • Dadurch können die Menge des in die EGR-Schwachgaspassage 22 über die Verbindungspassage 29 strömenden EGR-Starkgases und die Menge des in die EGR-Schwachgaspassage 25 strömenden EGR-Starkgases reduziert werden, und das gesenkte Ausmaß der EGR-Schichtausbildung kann unterdrückt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, können die gleichen Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform in der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden.
  • Zusätzlich wird, da es nicht möglich ist, einen Unterschied in dem Ventilöffnungszeitpunkt zwischen den zwei Einlassventilen 141 und 142 vorzusehen, die Steuerung des Einlassventils einfach.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Abwandlungen können verwendet werden ohne von den Ansprüchen abzuweichen.
  • Beispielsweise kann, obwohl die vorliegende Erfindung, die auf das Maschinensystem mit vier Zylindern angewandt wird, als Beispiel erläutert wird, die vorliegende Erfindung auf ein Ansaugsystem einer einzelnen Zylindermaschine oder einer mehrfachen Zylindermaschine mit Ausnahme von Vier-Zylinder-Maschinen angewandt werden.
  • Ferner kann, obwohl die vorliegende Erfindung, die die Dieselmaschine anwendet, in der vorstehenden Ausführungsform erläutert wird, die vorliegende Erfindung auf ein Ansaugsystem einer Benzindirekteinspritzermaschine angewandt werden.

Claims (4)

  1. Ansaugsystem einer Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: eine Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem mit einem Zylinder verbundenen ersten Ansauganschluss (12) und einem mit dem Zylinder verbundenen zweiten Ansauganschluss (13); eine erste Passage (21, 22), in der ein EGR-Schwachgas strömt und mit dem ersten Ansauganschluss verbunden ist; eine zweite Passage (24, 25), in der ein EGR-Starkgas strömt und mit dem zweiten Ansauganschluss verbunden ist; eine Verbindungspassage (29), die die erste Passage und die zweite Passage an einer dem ersten Ansauganschluss und dem zweiten Ansauganschluss stromaufwärts gelegenen Position verbindet; und eine Strömungsratensteuereinrichtung (50, 142, 42, 43) zum Steuern einer Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases, so dass das in den Zylinder aus dem ersten Ansauganschluss gesaugte EGR-Schwachgas und das in den Zylinder aus dem zweiten Ansauganschluss gesaugte EGR-Starkgas in Schichten verteilt werden; wobei das EGR-Schwachgas ein Abgas ist, das eine geringere Konzentration eines EGR-Gases aufweist, das aus einem Abgassystem zu einem Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine rezirkuliert wird; das EGR-Starkgas eine hohe Konzentration des EGR-Gases aufweist; eine EGR-Rate, die ein Wert ist, der durch Teilen einer Menge des in den Zylinder angesaugten EGR-Gases durch eine Gesamtmenge des in den Zylinder angesaugten Gases erhalten wird, sowohl durch Durchleiten des in der ersten Passage strömenden EGR-Schwachgases in die zweite Passage aus der Verbindungspassage als auch durch Durchleiten des in der zweiten Passage strömenden EGR-Starkgases in die erste Passage aus der Verbindungspassage erreicht werden kann; und die Strömungsratensteuereinrichtung die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases entsprechend einem Sollwert der EGR-Rate so verändert, dass entweder eine Menge des in die zweite Passage strömenden EGR-Schwachgases oder eine Menge des in die erste Passage aus der Verbindungspassage strömenden EGR-Starkgases reduziert wird.
  2. Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Strömungsratensteuereinrichtung die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases durch eine Erhöhung des Sollwerts erhöht, und die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases durch eine Verringerung des Sollwerts reduziert.
  3. Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strömungsratensteuereinrichtung die Einlassgasströmungsrate des EGR-Starkgases so steuert, dass der Start des Ansaugens des EGR-Starkgases verzögert zu dem Start des Ansaugens des EGR-Schwachgases beginnt.
  4. Ansaugsystem der Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Ansauganschluss ein Drallerzeugungsanschluss ist, der eine Drallströmung in einem Gas erzeugt, das in den Zylinder angesaugt wird; und der zweite Ansauganschluss ein Tumbleerzeugungsanschluss ist, der eine Tumbleströmung in einem Gas erzeugt, das in den Zylinder angesaugt wird.
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