DE102015000590A1 - Benzindirekteinspritzmotor, Regel- bzw. Steuervorrichtung hierfür, Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Motors und Computerprogrammprodukt - Google Patents

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Abstract

Ein Benzindirekteinspritzungsmotor wird zur Verfügung gestellt. Der Motor beinhaltet einen Motorkörper, eine Einspritzeinrichtung und einen Controller. Innerhalb eines Betriebsbereichs hoher Last bewirkt der Controller, dass die Einspritzeinrichtung eine Voreinspritzung und eine Nacheinspritzung durchführt. In der Voreinspritzung wird der Kraftstoff eingespritzt, um zu bewirken, dass eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radialen Umfangsquerschnitts im Zylinder höher als eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radial zentralen Querschnitts im Zylinder zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist. In der Nacheinspritzung wird der Kraftstoff eingespritzt, um zu bewirken, dass die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts höher als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist. Der Zeitpunkt, damit der Kraftstoff, welcher in der Nacheinspritzung eingespritzt wird, zündet, ist ein Zeitpunkt, nachdem eine oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung eingespritzt wird, auftritt, und nach einem oberen Verdichtungstotpunkt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Benzindirekteinspritzungsmotor, auf eine Regel- bzw. Steuervorrichtung hierfür, auf ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Motors und auf ein Computerprogrammprodukt.
  • Konventionell waren Benzindirekteinspritzungsmotoren für ein Verzögern eines Zündzeitpunkts von Kraftstoff bekannt.
  • Beispielsweise offenbart JP2013-057268A einen Motor. Um eine Druckanstiegsrate bzw. -geschwindigkeit innerhalb eines Zylinders in einer Verbrennung (eine Rate bzw. Geschwindigkeit einer Druckänderung im Zylinder relativ zu einer Änderung des Kurbelwellenwinkels) zu reduzieren, regelt bzw. steuert der Motor einen Verbrennungszeitpunkt derart, dass ein Zeitpunkt, bei welchem die Druckanstiegsrate während eines Betreibens bzw. Anlassens des Motors am größten wird, d. h. ein am meisten negativer Wert (niedrigste Rate) in einer Verbrennungsperiode ist. Spezifisch erreicht die Druckanstiegsrate während eines Antreibens bzw. Anlassens ihren höchsten Wert geringfügig vor einem oberen Kompressions- bzw. Verdichtungstotpunkt (CTDC), wird Null bei dem CTDC, wird dann ein negativer Wert nach dem CTDC und wird schließlich der größte negative Wert. Mit anderen Worten verzögert der Motor einen Zündzeitpunkt auf einen vorbestimmten Zeitpunkt in dem Expansionshub, um die Verbrennungsperiode mit dem Zeitpunkt zu überlappen, bei welchem die Druckanstiegsrate während eines Anlassens der größte negative Wert wird. Somit wird die Druckanstiegsrate in der Verbrennung reduziert und es wird ein Vibrations-Geräusch-Niveau (Geräusch, Vibration, Rauheit NVH) reduziert.
  • Es ist anzumerken, dass die Phrase ”während eines Betreibens bzw. Anlassens des Motors”, welche hierin verwendet wird, einen Zustand des Motors anzeigt bzw. bezeichnet, während eine Kurbelwelle des Motors durch einen Elektromotor gedreht wird und welcher nicht durch eine Verbrennung begleitet ist. Für einen Zweck einer Recherche bzw. Untersuchung wird beispielsweise ein Vergleich der Druckanstiegsrate innerhalb des Zylinders basierend darauf, ob die Verbrennung bewirkt wird oder nicht, unter bzw. in diesem Zustand durchgeführt.
  • Jedoch gibt es, da eine Zylinderinnentemperatur abnimmt, wenn bzw. da der Expansionshub fortschreitet, wenn der Zündzeitpunkt übermäßig verzögert wird, ein Risiko eines Bewirkens einer Fehlzündung. Insbesondere kann, da eine abnehmende Geschwindigkeit der Zylinderinnentemperatur in dem Expansionshub größer ist bzw. wird, wenn das Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis des Motors höher ist, der Zündzeitpunkt nicht stark verzögert werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Demgemäß ist es ein Ziel bzw. Gegenstand der Erfindung, ein Niveau von Vibration, Geräusch, Rauheit (NHV) zu reduzieren und zur selben Zeit eine Fehlzündung zu vermeiden.
  • Dieses Ziel wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Situationen durchgeführt bzw. ausgeführt und erstreckt eine Periode, um welche ein Zündzeitpunkt verzögert werden kann.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Benzindirekteinspritzungsmotor zur Verfügung gestellt. Der Motor beinhaltet einen Motorkörper, welcher wenigstens einen Zylinder und einen Kolben aufweist, welcher in dem Zylinder vorgesehen ist, eine Einspritzeinrichtung für ein Einspritzen von Kraftstoff, welcher wenigstens Benzin enthält, in den Zylinder durch eine Düsenöffnung, und eine Regel- bzw. Steuereinrichtung bzw. einen Controller für ein Regeln bzw. Steuern eines Einspritzmodus der Einspritzeinrichtung. Innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last bzw. eines Betriebsbereichs einer vorbestimmten hohen Last des Motorkörpers bewirkt der Controller, dass die Einspritzeinrichtung eine Voreinspritzung und eine Nacheinspritzung durchführt, in welcher eine mehrstufige Einspritzung durchgeführt wird, wobei die mehrstufige Einspritzung eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, welche nach der Voreinspritzung durchgeführt werden. In der Voreinspritzung wird der Kraftstoff eingespritzt, um zu bewirken, dass eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radialen Umfangsquerschnitts bzw. -abschnitts im Inneren des Zylinders höher als eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist. In der Nacheinspritzung wird der Kraftstoff eingespritzt, um zu veranlassen, dass die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders höher als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist. Der Zeitpunkt, damit der Kraftstoff, welcher in der Nacheinspritzung eingespritzt wird, zündet, ist ein Zeitpunkt, nachdem eine oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung eingespritzt wird, auftritt, und nach einem oberen Kompressions- bzw. Verdichtungstotpunkt.
  • Hier bedeutet die Phrase bzw. der Ausdruck ”der radiale Umfangsquerschnitt im Inneren des Zylinders” eine äußere Fläche bzw. ein äußerer Bereich des Zylinders, wenn der Zylinderinnenraum kreisartig in zwei Flächen bzw. Bereiche bei der Hälfte seines größten Radius unterteilt wird. Andererseits bedeutet die Phrase ”der radial zentrale Querschnitt im Inneren des Zylinders” eine innere Fläche des Zylinders, wenn der Zylinder kreisförmig in zwei Flächen bei der Hälfte seines größten Radius unterteilt wird.
  • Durch die obige Konfiguration kann ein Kraftstoffnebel bzw. -strahl weiter zu dem radialen Umfangsquerschnitt als zu dem radial zentralen Querschnitt in der Voreinspritzung verteilt bzw. ausgebreitet werden, und der Kraftstoffnebel kann weiter zu dem radial zentralen Querschnitt als zu dem radialen Umfangsquerschnitt in der Nacheinspritzung verteilt werden.
  • Spezifisch tendiert, da die Nacheinspritzung die mehrstufige Einspritzung ist, welche die Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, der Kraftstoffnebel dazu, sich in Richtung zu dem radialen Zentrum des Zylinders zu sammeln. Spezifischer wird, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird, aufgrund des Coanda-Effekts ein Bereich bzw. eine Fläche eines negativen Drucks bzw. Unterdrucks nahe der Düsenöffnung erzeugt. Obwohl ein Druck innerhalb des Bereichs negativen Drucks schließlich wieder ansteigt, wenn der Kraftstoff kontinuierlich eingespritzt wird, wird der Bereich negativen Drucks, welcher durch jede Kraftstoffeinspritzung bewirkt wird, einer nach dem anderen ausgebildet, und somit wird ein negativer Druck bzw. Unterdruck innerhalb des Bereichs negativen Drucks beibehalten, wobei dies bewirkt, dass sich der Bereich negativen Drucks vergrößert. Als ein Resultat wird der Kraftstoffnebel zu dem Bereich negativen Drucks angezogen und seine Verteilung bzw. Ausbreitung in den radialen Richtungen wird unterdrückt. Mit anderen Worten tendiert durch ein Durchführen der mehrstufigen Einspritzung der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung dazu, sich in dem radial zentralen Querschnitt bzw. Abschnitt im Inneren des Zylinders zu sammeln. Daher wird, wenn der Kraftstoff zündet, die Verteilung des Kraftstoffnebels der Nacheinspritzung wie folgt: die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders ist höher als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts.
  • Es ist festzuhalten, dass die Voreinspritzung in einem Modus durchgeführt wird, in welchem es leichter für den Kraftstoffnebel ist, sich weit verglichen mit der Nacheinspritzung zu verteilen, wie beispielsweise in einem Modus einer einzelnen bzw. einzigen Einspritzung oder wenn es eine mehrstufige Einspritzung gibt, einem Modus, in welchem das Einspritzintervall zwischen benachbarten Kraftstoffeinspritzungen länger ist als in der Nacheinspritzung.
  • In derartigen Kraftstoffeinspritzmoden bzw. -arten wird zuerst der Kraftstoff der Voreinspritzung oxidiert. Da der Kraftstoff der Voreinspritzung mehr innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts im Inneren des Zylinders als innerhalb des radial zentralen Querschnitts existiert bzw. vorliegt, wie dies oben beschrieben ist, steigt im Inneren des Zylinders eine Temperatur innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts scharf bzw. stark an. Hier wird entweder das Mischgas oder die Luft innerhalb des radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders komprimiert bzw. verdichtet, während er im Wesentlichen isoliert ist, und demgemäß steigt eine Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts an. Der Temperaturanstieg innerhalb des radial zentralen Querschnitts, welcher durch die wärmeisolierte Verdichtung bewirkt wird, ist geringer als der Temperaturanstieg innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts, welcher durch die oxidative Reaktion des Kraftstoffs bewirkt wird. Beispielsweise steigt die Temperatur innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts um etwa einige 100 K an, während die Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts um etwa einige 10 K ansteigt.
  • Darüber hinaus zündet der Kraftstoff der Nacheinspritzung zu dem Zeitpunkt, nachdem die oxidative Reaktion des Kraftstoffs der Voreinspritzung auftritt, und nach dem oberen Verdichtungstotpunkt. Nach dem oberen Verdichtungstotpunkt nimmt die Zylinderinnentemperatur durch den Expansionshub ab. Wenn die Zylinderinnentemperatur übermäßig abnimmt, wird es schwierig für den Kraftstoff der Nacheinspritzung, nach dem oberen Verdichtungstotpunkt zu zünden. Andererseits kann durch ein Bewirken der oxidativen Reaktion des Kraftstoffs der Voreinspritzung vor der Zündung des Kraftstoffs der Nacheinspritzung die Zylinderinnentemperatur nach dem oberen Verdichtungstotpunkt erhöht werden. Somit kann, selbst nach dem oberen Verdichtungstotpunkt, der Kraftstoff der Nacheinspritzung gezündet werden.
  • Jedoch zündet, wenn die Zylinderinnentemperatur übermäßig hoch ist, wenn die Nacheinspritzung durchgeführt wird, der Kraftstoff lokal, bevor er ausreichend mit der Luft gemischt ist, und es kann Ruß generiert bzw. erzeugt werden. Jedoch kann durch ein Verteilen des Kraftstoffs der Voreinspritzung hauptsächlich zu dem radialen Umfangsquerschnitt und des Kraftstoffs der Nacheinspritzung hauptsächlich zu dem radial zentralen Querschnitt, um die oxidative Reaktion des Kraftstoffs der Voreinspritzung vor der Zündung des Kraftstoffs der Nacheinspritzung zu bewirken, die Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts nach dem oberen Verdichtungstotpunkt auf eine Temperatur geregelt bzw. gesteuert werden, welche nicht übermäßig niedrig noch hoch beim Durchführen einer verzögerten Verbrennung ist. Als ein Resultat kann die verzögerte Verbrennung realisiert werden, ohne eine Fehlzündung zu bewirken, und mit einer reduzierten Erzeugung von Ruß.
  • Darüber hinaus kann die Einspritzeinrichtung eine effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung bzw. des Düsenports einstellen. Die Nacheinspritzung kann eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhalten, in welchen die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung geringer ist als diejenige in der Voreinspritzung.
  • Gemäß der obigen Konfiguration ändert sich, wenn die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung geändert wird, der Partikel- bzw. Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels, welcher von der Düsenöffnung eingespritzt wird. Wenn sich der Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels bzw. -strahls ändert, ändert sich das kinetische Moment des Kraftstoffnebels. Wenn sich das kinetische Moment des Kraftstoffnebels ändert, ändert sich der Ausbreitungs- bzw. Verteilungsabstand des Kraftstoffnebels. Spezifisch wird, wenn die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung kleiner wird, der Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels kleiner und es wird der Verteilungsabstand bzw. die Verteilungsdistanz des Kraftstoffnebels kürzer.
  • Somit ist mit bzw. bei der Voreinspritzung, da die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung größer als diejenige in der Nacheinspritzung ist, das kinetische Moment des Kraftstoffnebels relativ groß, und der Kraftstoffnebel breitet sich leicht weit aus. Mit anderen Worten erstreckt sich der Kraftstoffnebel der Voreinspritzung leicht zu dem radialen Umfangsquerschnitt im Inneren des Zylinders. Andererseits wird mit bzw. bei der Nacheinspritzung, da sie die Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, in welchen die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung kleiner ist als diejenige in der Voreinspritzung, das kinetische Moment des Kraftstoffnebels relativ klein bzw. gering, und der Kraftstoffnebel verbleibt leicht innerhalb des radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders.
  • Darüber hinaus beeinflusst bzw. beeinträchtigt die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung eine Leichtigkeit, mit welcher die Fläche bzw. der Bereich eines negativen Drucks bzw. eines Unterdrucks den Kraftstoffnebel beeinflusst bzw. beeinträchtigt. Mit anderen Worten wird, da der Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels klein ist, wenn die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung klein ist, der Kraftstoffnebel leicht durch die Fläche negativen Drucks beeinflusst. Der Kraftstoffnebel mit dem kleinen Teilchendurchmesser wird leicht zu der Fläche bzw. dem Bereich negativen Drucks angezogen und verlangsamt sich somit leicht. Daher kann durch ein Reduzieren der effektiven Querschnittsfläche der Düsenöffnung in den mehrfachen Einspritzungen, welche die mehrstufige Einspritzung der Nacheinspritzung ausbilden, der Kraftstoffnebel innerhalb des radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders leichter gesammelt werden.
  • Weiters muss EGR Gas nicht in den Zylinder innerhalb des vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last rezirkuliert bzw. rückgeführt werden, wo die Voreinspritzung und die Nacheinspritzung durchgeführt werden.
  • Gemäß der obigen Konfiguration kann, da das EGR Gas, welches ein inaktives Gas ist, nicht in den Zylinder rezirkuliert wird, die Entzündbarkeit des Kraftstoffs der Voreinspritzung verbessert werden, wobei dies in einem Stimulieren der oxidativen Reaktion des Kraftstoffs der Voreinspritzung vor dem Kraftstoff der Nacheinspritzung resultiert.
  • Darüber hinaus weist, da das EGR Gas ein inaktives Gas ist, es einen Effekt eines Verlangsamens bzw. Abbremsens der Verbrennung und eines Reduzierens einer Druckanstiegsrate auf. Jedoch ist, da das EGR Gas nicht innerhalb des vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last rezirkuliert wird, die Druckanstiegsrate allgemein schwierig zu reduzieren. Andererseits kann gemäß der obigen Konfiguration, da die Verbrennung des Kraftstoffs der Nacheinspritzung verzögert werden kann, die Druckanstiegsrate reduziert werden.
  • Weiters kann die Nacheinspritzung vor dem oberen Verdichtungstotpunkt gestartet und nach dem oberen Verdichtungstotpunkt beendet werden.
  • Darüber hinaus kann ein Luftüberschussverhältnis eingestellt bzw. festgelegt werden, um etwa 1 oder niedriger innerhalb des vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last bzw. Betriebsbereichs der vorbestimmten hohen Last zu sein, wo die Voreinspritzung und die Nacheinspritzung durchgeführt werden.
  • Darüber hinaus kann die Einspritzeinrichtung einen Düsenkörper, welcher mit der Düsenöffnung ausgebildet ist, und einen Ventilkörper für ein Öffnen und Schließen der Düsenöffnung beinhalten, und es kann sich die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung gemäß dem Hub des Ventilkörpers ändern.
  • Gemäß dieser Einspritzeinrichtung kann durch ein Regeln bzw. Steuern des Hubs des Ventilkörpers die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung eingestellt werden, und als ein Resultat kann der Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels geändert werden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Benzindirekteinspritzungsmotor zur Verfügung gestellt. Der Motor beinhaltet einen Motorkörper, welcher wenigstens einen Zylinder und einen Kolben aufweist, welcher in dem Zylinder vorgesehen ist, eine Einspritzeinrichtung für ein Einspritzen von Kraftstoff, welcher wenigstens Benzin enthält, in den Zylinder durch eine Düsenöffnung, und eine Regel- bzw. Steuereinrichtung bzw. einen Controller für ein Regeln bzw. Steuern eines Einspritzmodus der Einspritzeinrichtung. Die Einspritzeinrichtung stellt eine effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung ein. Innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last des Motorkörpers bewirkt der Controller, dass die Einspritzeinrichtung eine Voreinspritzung und eine Nacheinspritzung durchführt, in welcher eine mehrstufige Einspritzung durchgeführt wird, wobei die mehrstufige Einspritzung eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, welche nach der Voreinspritzung durchgeführt werden. Die Nacheinspritzung beinhaltet eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen, in welchen die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung relativ kleiner als diejenige in der Voreinspritzung ist, und es wird die Nacheinspritzung derart durchgeführt, dass der Kraftstoff, welcher in der Nacheinspritzung eingespritzt wird, zu einem Zeitpunkt zündet, nachdem eine oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung eingespritzt wird, auftritt, und nach einem oberen Verdichtungstotpunkt.
  • Gemäß der obigen Konfiguration weist, da die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung in der Voreinspritzung relativ groß ist, der Kraftstoffnebel der Voreinspritzung ein großes kinetisches Moment auf und breitet sich leicht weit aus. Als ein Resultat ist eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radialen Umfangsquerschnitts im Inneren des Zylinders höher als eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs der Voreinspritzung.
  • Andererseits weist, da die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung in der Nacheinspritzung relativ klein ist, der Kraftstoffnebel bzw. -strahl der Nacheinspritzung ein kleines kinetisches Moment auf und es ist die Ausbreitungs- bzw. Verteilungsdistanz des Kraftstoffnebels relativ kurz. Darüber hinaus wird, da die Nacheinspritzung die mehrfachen Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, welche die mehrstufige Einspritzung bilden, eine große Fläche negativen Drucks bzw. ein großer Bereich eines Unterdrucks gebildet verglichen mit der Fläche negativen Drucks, welche in der Voreinspritzung gebildet wird, und die Verteilung bzw. Ausbreitung des Kraftstoffnebels in den radialen Richtungen des Zylinders wird unterdrückt. Da der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung das kleine bzw. geringe kinetische Moment aufweist, wie dies oben beschrieben ist, erhält er leicht den Einfluss der Fläche negativen Drucks und die Verteilung des Kraftstoffnebels in den radialen Richtungen wird weiter bzw. mehr unterdrückt. Diese Faktoren kombinieren sich bzw. fallen zusammen, und der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung verteilt sich leicht innerhalb des radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders. Als ein Resultat ist die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders höher als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs der Nacheinspritzung.
  • In einem derartigen Kraftstoffeinspritzmodus wird zuerst der Kraftstoff der Voreinspritzung oxidiert. Da der Kraftstoff der Voreinspritzung mehr innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts im Inneren des Zylinders als innerhalb des radial zentralen Querschnitts existiert bzw. vorliegt, wie dies oben beschrieben ist, steigt im Inneren des Zylinders eine Temperatur innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts scharf bzw. stark an. Hier wird entweder das Mischgas oder die Luft innerhalb des radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders komprimiert bzw. verdichtet, während er im Wesentlichen isoliert ist, und demgemäß steigt eine Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts an. Der Temperaturanstieg innerhalb des radial zentralen Querschnitts, welcher durch die wärmeisolierte Verdichtung bewirkt wird, ist geringer als der Temperaturanstieg innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts, welcher durch die oxidative Reaktion des Kraftstoffs bewirkt wird. Beispielsweise steigt die Temperatur innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts um etwa einige 100 K an, während die Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts um etwa einige 10 K ansteigt.
  • Somit kann durch ein Erhöhen der Temperatur im Inneren des radial zentralen Querschnitts, durch ein Oxidieren des Kraftstoffs innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts, die Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts nach dem oberen Verdichtungstotpunkt auf eine Temperatur geregelt bzw. gesteuert werden, welche nicht übermäßig niedrig oder hoch beim Durchführen einer verzögerten Verbrennung ist. Als ein Resultat kann eine verzögerte Verbrennung realisiert werden, ohne eine Fehlzündung zu bewirken, und mit einer reduzierten Erzeugung von Ruß.
  • Gemäß den obigen Konfigurationen kann eine Periode, für welche ein Zündzeitpunkt verzögert werden kann, erstreckt bzw. verlängert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Regel- bzw. Steuervorrichtung für einen Benzindirekteinspritzungsmotor zur Verfügung gestellt, wobei die Regel- bzw. Steuervorrichtung einen Controller für ein Regeln bzw. Steuern eines Einspritzmodus einer Einspritzeinrichtung des Motors umfasst,
    wobei innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last des Motorkörpers der Controller bewirkt, dass die Einspritzeinrichtung eine Voreinspritzung und eine Nacheinspritzung durchführt, in welcher eine mehrstufige Einspritzung durchgeführt wird, wobei die mehrstufige Einspritzung eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, welche nach der Voreinspritzung durchgeführt werden,
    wobei in der Voreinspritzung der Kraftstoff eingespritzt wird, um zu bewirken, dass eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radialen Umfangsquerschnitts im Inneren eines Zylinders des Motors höher als eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist,
    wobei in der Nacheinspritzung der Kraftstoff eingespritzt wird, um zu veranlassen, dass die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders höher als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist, und
    wobei der Zeitpunkt, damit der Kraftstoff, welcher in der Nacheinspritzung eingespritzt wird, zündet, ein Zeitpunkt, nachdem eine oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung eingespritzt wird, auftritt, und nach einem oberen Verdichtungstotpunkt ist.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Benzindirekteinspritzungsmotors zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last des Motors eines Durchführens einer Voreinspritzung und einer Nacheinspritzung, in welcher eine mehrstufige Einspritzung durchgeführt wird, wobei die mehrstufige Einspritzung eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, welche nach der Voreinspritzung durchgeführt werden,
    eines Einspritzens des Kraftstoffs in der Voreinspritzung, um zu bewirken, dass eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radialen Umfangsquerschnitts im Inneren eines Zylinders des Motors höher ist als eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs,
    eines Einspritzens des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung, um zu bewirken, dass die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts im Inneren des Zylinders höher ist als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs, und
    wobei der Zeitpunkt, damit der Kraftstoff, welcher in der Nacheinspritzung eingespritzt wird, zündet, ein Zeitpunkt, nachdem eine oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung eingespritzt wird, auftritt, und nach einem oberen Verdichtungstotpunkt ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt zur Verfügung gestellt, welches computerlesbare Instruktionen umfasst, welche, wenn auf ein geeignetes System geladen und auf diesem ausgeführt, die Schritte des oben erwähnten Verfahrens durchführen können.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Ansicht, welche einen Benzindirekteinspritzungsmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, welche eine interne Struktur einer Einspritzeinrichtung illustriert.
  • 3 ist eine Karte, welche ein Beispiel einer Betriebs- bzw. Betätigungskarte des Motors illustriert.
  • 4 ist eine konzeptionelle Querschnittsansicht, welche eine Form bzw. Gestalt einer Mischgasschicht illustriert, welche innerhalb einer Verbrennungskammer gebildet wird.
  • 5 ist eine Ansicht, welche die Ausbreitung bzw. Verteilung des Kraftstoffnebels bzw. -strahls beschreibt, welcher von der Einspritzeinrichtung eingespritzt wird.
  • 6 ist eine Ansicht, welche ein Kraftstoffeinspritzintervall illustriert.
  • 7 ist eine Ansicht, welche einen Hub der Einspritzeinrichtung illustriert, welche eine nach außen öffnende Ventileinspritzeinrichtung ist.
  • 8A ist eine konzeptionelle Ansicht, welche illustriert, wie sich der Kraftstoffnebel verteilt, wenn das Kraftstoffeinspritzintervall lang ist, und 8B ist eine konzeptionelle Ansicht, welche illustriert, wie sich der Kraftstoffnebel verteilt, wenn das Kraftstoffeinspritzintervall kurz ist.
  • 9A ist eine konzeptionelle Ansicht, welche illustriert, wie sich der Kraftstoffnebel verteilt, wenn der Hub der Einspritzeinrichtung gering ist, und 9B ist eine konzeptionelle Ansicht, welche illustriert, wie sich der Kraftstoffnebel verteilt, wenn der Hub der Einspritzeinrichtung hoch ist.
  • 10 ist eine Ansicht, welche einen Einspritzmodus innerhalb eines Bereichs voller Motorlast illustriert.
  • 11A ist eine konzeptionelle Ansicht, welche den Kraftstoffnebel innerhalb der Verbrennungskammer illustriert, wenn eine Voreinspritzung innerhalb des Bereichs voller Motorlast durchgeführt wird, und 11B ist eine Ansicht, welche eine Temperaturverteilung innerhalb der Verbrennungskammer in dem Zustand von 11A illustriert.
  • 12A ist eine konzeptionelle Ansicht, welche den Kraftstoffnebel innerhalb der Verbrennungskammer an einem oberen Verdichtungstotpunkt innerhalb des Bereichs voller Motorlast illustriert, und 12B ist eine Ansicht, welche eine Temperaturverteilung innerhalb der Verbrennungskammer in dem Zustand von 12A illustriert.
  • 13A ist eine konzeptionelle Ansicht, welche den Kraftstoffnebel innerhalb der Verbrennungskammer illustriert, nachdem eine Nacheinspritzung innerhalb des Bereichs voller Motorlast endet, und 13B ist eine Ansicht, welche eine Temperaturverteilung innerhalb der Verbrennungskammer während eines Auftretens einer Hauptverbrennung illustriert.
  • 14 ist eine Querschnittsansicht, welche eine interne Struktur einer Einspritzeinrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend wird eine illustrative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, welche einen Benzindirekteinspritzungsmotor (nachfolgend einfach als ein ”Motor” bezeichnet) 1 gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. In dieser Ausführungsform beinhaltet der Motor 1 verschiedene Betätigungseinrichtungen bzw. Stellglieder und verschiedene Sensoren, welche mit einem Motorkörper des Motors 1 assoziiert bzw. diesem zugeordnet sind, und einen Motor-Controller 100 für ein Regeln bzw. Steuern der Betätigungseinrichtungen basierend auf Signalen von den Sensoren.
  • Der Motor 1 ist in einem Fahrzeug (z. B. einem Automobil bzw. Kraftfahrzeug) installiert, und eine Ausgangs- bzw. Abtriebswelle des Motors 1 ist, obwohl dies nicht illustriert ist, mit Antriebsrädern über ein Getriebe gekoppelt. Der Abtrieb des Motors 1 wird auf die Antriebsräder übertragen, um das Fahrzeug anzutreiben. Der Motorkörper des Motors 1 beinhaltet einen Zylinderblock 12 und einen Zylinderkopf 13, welcher auf dem Zylinderblock 12 angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Zylindern 11 ist im Inneren des Zylinderblocks 12 ausgebildet (nur ein Zylinder 11 ist in 1 illustriert). Eine Wasserummantelung (nicht illustriert), durch welche Kühlwasser fließt, ist im Inneren des Zylinderblocks 12 und des Zylinderkopfs 13 ausgebildet.
  • Hier ist ein Kraftstoff des Motors 1 Benzin in dieser Ausführungsform. Das Benzin kann auch Bioethanol enthalten oder es kann eine beliebige Art eines Kraftstoffs sein, solange er ein flüssiger Kraftstoff ist, welcher wenigstens Benzin enthält.
  • Eine Mehrzahl von Kolben 15 ist hin- und herbewegbar jeweils in die Zylinder 11 eingesetzt. Jeder Kolben 15 bildet eine Verbrennungskammer 17 gemeinsam mit dem Zylinder 11 und dem Zylinderkopf 13. In 1 ist die Verbrennungskammer 17 ein sogenannter Pultdach-Typ, und eine Deckenoberfläche der Verbrennungskammer 17 (d. h. eine Bodenoberfläche des Zylinderkopfs 13) weist eine im Wesentlichen dreieckige Form bzw. Gestalt auf, welche durch einen Abschnitt einer einlassseitigen geneigten Oberfläche und einen Abschnitt einer auslassseitigen geneigten Oberfläche gebildet ist. Eine Kronenoberfläche des Kolbens 15 weist eine sich wölbende Form bzw. Gestalt im Wesentlichen entsprechend der Deckenoberfläche auf, und ein konkaver Hohlraum (konkav ausgebildeter Abschnitt) 15a ist in einem zentralen Abschnitt der Kronenoberfläche ausgebildet. Es ist festzuhalten, dass die Formen der Deckenoberfläche und der Kronenoberfläche des Kolbens 15 jede beliebige Form sein können, solange ein hohes geometrisches Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis, welches später beschrieben wird, erzielt werden kann. Beispielsweise können sowohl die Deckenoberfläche als auch die Kronenoberfläche des Kolbens 15 (mit Ausnahme des Abschnitts entsprechend dem Hohlraum 15a) durch eine Oberfläche normal auf eine zentrale Achse des Zylinders 11 ausgebildet sein bzw. werden, oder die Deckenoberfläche kann die im Wesentlichen dreieckige dachartige Form aufweisen, wie dies oben beschrieben ist, während die Kronenoberfläche des Kolbens 15 (mit Ausnahme des Abschnitts entsprechend dem Hohlraum 15a) durch eine Oberfläche normal auf die zentrale Achse des Zylinders 11 gebildet ist bzw. wird.
  • Obwohl nur eine in 1 illustriert ist, ist ein Paar von Einlassöffnungen 18 in dem Zylinderkopf 13 für jeden Zylinder 11 ausgebildet, und sie kommunizieren bzw. stehen in Verbindung mit der Verbrennungskammer 17 durch ein Öffnen zu der Bodenoberfläche des Zylinderkopfs 13 (d. h. dem Abschnitt der einlassseitigen geneigten Oberfläche der Deckenoberfläche der Verbrennungskammer 17). In ähnlicher Weise ist ein Paar von Auslassöffnungen 19 in dem Zylinderkopf 13 für jeden Zylinder 11 ausgebildet, und sie stehen in Verbindung mit der Verbrennungskammer 17 durch ein Öffnen bzw. Münden zu der Bodenoberfläche des Zylinderkopfs 13 (d. h. dem Abschnitt der auslassseitigen geneigten Oberfläche der Deckenoberfläche der Verbrennungskammer 17). Die Einlassöffnungen bzw. -ports 18 sind mit einem Einlassdurchtritt (nicht illustriert) verbunden, durch welchen Frischluft, welche in den Zylinder 11 einzubringen ist, fließt bzw. strömt. Ein Drosselventil 20 für ein Einstellen einer Einlassluftströmungsrate bzw. -geschwindigkeit ist innerhalb des Einlassdurchtritts vorgesehen, und eine Öffnung des Drosselventils 20 wird basierend auf einem Regel- bzw. Steuersignal (das gewünschte Drosselöffnungssignal wird später beschrieben) von dem Motor-Controller 100 eingestellt. Andererseits sind die Auslassöffnungen bzw. -ports 19 mit einem Auslassdurchtritt (nicht illustriert) verbunden, durch welchen verbranntes Gas (d. h. Abgas) von dem Zylinder 11 fließt bzw. strömt. Ein Abgasreinigungssystem, welches einen oder mehrere Katalysator-Konverter (nicht illustriert) aufweist, ist in dem Auslassdurchtritt angeordnet. Jeder Katalysator-Konverter beinhaltet einen Dreiweg-Katalysator.
  • Einlassventile 21 sind in dem Zylinderkopf 13 angeordnet, um die Einlassöffnungen 18 gegenüber der Verbrennungskammer 17 abzuschließen (zu verschließen), und Auslassventile 22 sind in dem Zylinderkopf 13 angeordnet, um die Auslassöffnungen 19 gegenüber der Verbrennungskammer 17 abzuschließen (zu verschließen). Jedes Einlassventil 21 wird durch einen Einlassventil-Betätigungsmechanismus betätigt, und jedes Auslassventil 22 wird durch einen Auslassventil-Betätigungsmechanismus betätigt. Die Einlass- und Auslassventile 21 und 22 bewegen sich hin und her zu vorbestimmten Zeitpunkten, um die Einlass- und Auslassöffnungen 18 und 19 jeweils zu öffnen und zu schließen, und somit wird Gas innerhalb des Zylinders 11 ausgetauscht. Die Einlass- und Auslassventil-Betätigungsmechanismen (nicht illustriert) weisen jeweilige Einlass- und Auslassnockenwellen auf, welche betätigbar mit einer Kurbelwelle gekoppelt sind, und die Einlass- und Auslassnockenwellen drehen sich synchron mit einer Rotation der Kurbelwelle. Darüber hinaus beinhaltet wenigstens der Einlassventil-Betätigungsmechanismus einen Mechanismus variabler Phase (variable Ventilsteuerung bzw. -zeitgebung: VVT) 23, welche(r) durch eine hydraulische Kraft, eine elektrische Kraft oder eine mechanische Kraft angetrieben wird und für ein kontinuierliches Variieren bzw. Ändern einer Phase der Einlassnockenwelle innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs dient. Es ist anzumerken bzw. festzuhalten, dass ein Mechanismus eines variablen Hubs für ein kontinuierliches Variieren eines Ventilhubs (kontinuierlich variabler Ventilhub: CVVL) gemeinsam mit der VVT 23 vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Darüber hinaus sind Zündkerzen 31 in dem Zylinderkopf 13 angeordnet. Jede Zündkerze 31 ist fest an dem Zylinderkopf 13 durch eine bekannte Struktur (z. B. ein Gewinde) angeordnet. In 1 ist die Zündkerze 31 fest angeordnet, wobei sie zu der Auslassseite relativ zu der zentralen Achse des Zylinders 11 geneigt ist. Eine Spitze der Zündkerze 31 ist in Richtung zu dem Deckenabschnitt der Verbrennungskammer 17 orientiert und nahe einer Düsenöffnung 41 einer Einspritzeinrichtung 33 (später beschrieben) positioniert. Es ist festzuhalten, dass die Anordnung der Zündkerze 31 nicht darauf beschränkt ist. In dieser Ausführungsform ist die Zündkerze 31 eine Plasma-Zündkerze und ein Zündsystem 32 beinhaltet eine Plasma-Erzeugungsschaltung. Das Zündsystem 32 generiert bzw. erzeugt ein Plasma durch eine Leistungsentladung und die Zündkerze 31 führt eine Plasma-Strahleinspritzung in den Zylinder von ihrer Spitze durch, um den Kraftstoff zu entzünden. Das Zündsystem 32 erhält bzw. empfängt ein Regel- bzw. Steuersignal von dem Motor-Controller 100 und verteilt eine Leistung zu der Zündkerze 31, so dass sie das Plasma zu einem gewünschten Zündzeitpunkt injiziert bzw. einspritzt. Es ist festzuhalten, dass die Zündkerze 31 nicht auf eine derartige Plasma-Zündkerze beschränkt ist, und dass sie eine Funken-Zündkerze sein kann, welche allgemein verwendet wird.
  • Die Einspritzeinrichtung 33 für ein direktes Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder (d. h. die Verbrennungskammer 17) ist in dem Zylinderkopf 13 auf der zentralen Achse des Zylinders 11 angeordnet. Die Einspritzeinrichtung 33 ist fest an dem Zylinderkopf 13 durch eine gut bekannte Struktur beispielsweise unter Verwendung einer Klammer bzw. eines Trägers festgelegt. Eine Spitze der Einspritzeinrichtung 33 ist in Richtung zu einer zentralen Position des Deckenabschnitts der Verbrennungskammer 17 orientiert bzw. gerichtet.
  • Wie dies in 2 illustriert ist, ist die Einspritzeinrichtung 33 eine nach außen öffnende Ventileinspritzeinrichtung, welche einen Düsenkörper 40, welcher mit der Düsenöffnung bzw. dem Düsenport 41 ausgebildet ist, von welcher(m) der Kraftstoff in den Zylinder 11 eingespritzt wird, und ein nach außen öffnendes Ventil 42 für ein Öffnen und Schließen der Düsenöffnung 41 aufweist. Die Einspritzeinrichtung 33 spritzt den Kraftstoff in Richtungen ein, welche relativ zu einer vorbestimmten zentralen Achse S davon geneigt sind und sich radial nach außen zentriert auf der zentralen Achse S verteilen bzw. ausbreiten, und stellt eine effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung 41 ein. Die Düsenöffnung 41 ist ein Beispiel der Düsenöffnung der Einspritzeinrichtung, und das nach außen öffnende Ventil 42 ist ein Beispiel des Ventilkörpers.
  • Der Düsenkörper 40 ist ein rohrförmiges Glied, welches sich entlang der zentralen Achse S erstreckt, und der Kraftstoff fließt im Inneren des Düsenkörpers 40. Eine Öffnungskante bzw. ein Öffnungsrand der Düsenöffnung 41 ist in einem Spitzenabschnitt des Düsenkörpers 40 ausgebildet, um eine sich verjüngende Form aufzuweisen, in welcher ihr Durchmesser größer in Richtung zu der Spitze ist. Ein Basisendabschnitt des Düsenkörpers 40 ist mit einem Gehäuse bzw. einer Ummantelung 45 verbunden, welche(s) darin mit einem Piezo-Element 44 versehen ist. Das nach außen öffnende Ventil 42 weist einen Ventilkörper 42a und ein koppelndes Teil 42b auf, welches sich durch den Düsenkörper 40 von dem Ventilkörper 42a erstreckt und mit dem Piezo-Element 44 verbunden ist. Der Ventilkörper 42a ist extern von dem Düsenkörper 40 an der Spitze des Düsenkörpers 40 freigelegt. Ein Abschnitt bzw. Bereich des. Ventilkörpers 42a auf der Seite des koppelnden Teils 42b weist im Wesentlichen dieselbe Form bzw. Gestalt wie die Öffnungskante der Düsenöffnung 41 auf, und wenn dieser Abschnitt die Öffnungskante der Düsenöffnung 41 kontaktiert (darauf aufsitzt), befindet sich die Düsenöffnung 41 in einem geschlossenen Zustand.
  • Die Einspritzeinrichtung 33 ist in einem Zustand angeordnet, wo die zentrale Achse S mit der zentralen Achse X des Zylinders 11 übereinstimmt bzw. zusammenfällt, und die Düsenöffnung 41 ist in Richtung zu dem Deckenabschnitt der Verbrennungskammer 17 gerichtet.
  • Das Piezo-Element 44 verformt sich durch ein Empfangen einer Spannung, und derart drückt bzw. presst es das nach außen öffnende Ventil 42 in der Richtung der zentralen Achse, um das nach außen öffnende Ventil 42 von der Öffnungskante der Düsenöffnung 41 des Düsenkörpers 40 anzuheben, um derart die Düsenöffnung 41 zu öffnen. Hier wird der Kraftstoff in den Richtungen eingespritzt, welche relativ zu der zentralen Achse S geneigt sind und sich radial zentriert auf der zentralen Achse S verteilen bzw. ausbreiten. Spezifisch wird der Kraftstoff in einer Konus- bzw. Kegelform (spezifisch einer Hohlkegelform) eingespritzt, welche auf der zentralen Achse S zentriert ist. Ein sich verjüngender Winkel des Kegels (äußere Form) liegt zwischen etwa 90° und etwa 100° (ein sich verjüngender Winkel eines inneren hohlen Abschnitts bzw. Querschnitts des hohlen Kegels beträgt etwa 70°) in dieser Ausführungsform. Darüber hinaus kehrt, wenn die Aufbringung einer Spannung an das Piezo-Element 44 gestoppt bzw. angehalten wird, das Piezo-Element 44 zurück zu dem vorhergehenden Zustand, und somit bewirkt das nach außen öffnende Ventil 42, dass sich die Düsenöffnung 41 wiederum in dem geschlossenen Zustand befindet. Hier unterstützt eine Kompressionsschraubenfeder 46, welche um das koppelnde Teil 42b innerhalb des Gehäuses 45 angeordnet ist, die Zurücknahme des Piezo-Elements 44.
  • Wenn bzw. da die Spannung, welche an das Piezo-Element 44 angelegt wird, größer wird, wird ein Hub des sich nach außen öffnenden Ventils 42 von dem Zustand, wo die Düsenöffnung 41 geschlossen ist (nachfolgend einfach als der ”Hub” bezeichnet), höher (siehe auch 7). Wenn der Hub höher wird, wird die Öffnung der Düsenöffnung 41 (d. h. eine effektive Querschnittsfläche) größer und ein Partikel- bzw. Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels bzw. -strahls, welcher in den Zylinder von der Düsenöffnung 41 einzuspritzen ist, wird größer. Andererseits wird, wenn der Hub niedriger wird, die Öffnung der Düsenöffnung 41 kleiner und der Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels, welcher in den Zylinder von der Düsenöffnung 41 einzuspritzen ist, wird kleiner. Die Antwort des Piezo-Elements 44 ist prompt, und daher kann eine mehrstufige Einspritzung (beinhaltend z. B. etwa zwanzig Einspritzungen in einem einzigen Zyklus) durchgeführt werden. Es ist festzuhalten, dass der Betrieb bzw. die Betätigung des nach außen öffnenden Ventils 42 nicht darauf beschränkt ist, durch das Piezo-Element 44 durchgeführt zu werden.
  • Ein Kraftstoffzufuhrsystem 34 beinhaltet eine elektrische Schaltung für ein Betätigen bzw. Betreiben des nach außen öffnenden Ventils 42 (des Piezo-Elements 44) und ein Kraftstoffzufuhr-Subsystem für ein Zuführen bzw. Liefern des Kraftstoffs zu der Einspritzeinrichtung 33. Der Motor-Controller 100 gibt an die elektrische Schaltung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt ein Einspritzsignal (Kraftstoffeinspritzpuls) aus, welches eine Spannung entsprechend dem Hub aufweist, um das Piezo-Element 44 und das nach außen öffnende Ventil 42 über die elektrische Schaltung bzw. den elektrischen Schaltkreis zu betätigen. Somit wird eine gewünschte Menge an Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt. Wenn das Einspritzsignal nicht ausgegeben wird (d. h. wenn die Spannung des Einspritzsignals Null ist), befindet sich die Düsenöffnung 41 in dem Zustand, dass sie durch das nach außen öffnende Ventil 42 geschlossen ist. Die Betätigung des Piezo-Elements 44 wird wie oben durch das Einspritzsignal von dem Motor-Controller 100 geregelt bzw. gesteuert. Somit regelt bzw. steuert der Motor-Controller 100 den Betrieb des Piezo-Elements 44, um die Kraftstoffeinspritzung von der Düsenöffnung 41 der Einspritzeinrichtung 33 und den Hub in der Kraftstoffeinspritzung zu regeln bzw. zu steuern.
  • In dem Kraftstoff-Zufuhrsubsystem sind bzw. werden eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe und eine Common Rail bzw. gemeinsame Druckleitung (beide nicht illustriert) vorgesehen, und die Hochdruck-Kraftstoffpumpe pumpt den Kraftstoff, welcher von einem Kraftstofftank über eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe geliefert wird, zu der Common Rail und die Common Rail speichert den gepumpten Kraftstoff bei einem vorbestimmten Kraftstoffdruck. Wenn die Einspritzeinrichtung 33 aktiviert wird (d. h. das nach außen öffnende Ventil 42 angehoben wird), wird der Kraftstoff, welcher in der Common Rail gespeichert ist, von der Düsenöffnung 41 eingespritzt.
  • Der Motor-Controller 100 ist ein Controller bzw. eine Regel- bzw. Steuereinrichtung basierend auf einem gut bekannten Mikrocomputer, und er beinhaltet eine zentrale Bearbeitungseinheit (CPU) für ein Ausführen eines Programms, einen Speicher, bestehend beispielsweise aus einem RAM und einem ROM für ein Speichern des Programms und von Daten, und einen Eingabe/Ausgabe (I/O) Bus für ein Eingeben und Ausgeben von elektrischen Signalen. Der Motor-Controller 100 kann als der Controller bzw. die Regel- bzw. Steuereinrichtung bezeichnet werden.
  • Der Motor-Controller 100 erhält wenigstens ein Signal betreffend die Einlassluftströmungsrate von einem Luftstromsensor 51, ein Kurbelwellenwinkelpulssignal von einem Kurbelwellenwinkelsensor 52, ein Beschleunigungseinrichtungs-Öffnungssignal von einem Beschleunigungseinrichtungs-Öffnungssensor 53 für ein Detektieren eines niedergetretenen Ausmaßes auf ein Beschleunigungs- bzw. Gaspedal, und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 54. Basierend auf diesen eingegebenen Signalen erhält der Motor-Controller 100 Regel- bzw. Steuerparameter des Motors 1, wie beispielsweise das Signal einer gewünschten Drosselöffnung, den Kraftstoffeinspritzpuls, ein Zündsignal und ein Ventilphasenwinkelsignal. Darüber hinaus gibt der Motor-Controller 100 die Signale an das Drosselventil 20 (ein Drosselstellglied für ein Betätigen des Drosselventils 20, um genau zu sein), die VVT 23, ein später beschriebenes EGR Ventil 25, das Kraftstoffzufuhrsystem 34 (die oben beschriebene elektrische Schaltung, um exakt zu sein), das Zündsystem 32 und dgl. aus.
  • Ein geometrisches Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis ε des Motors 1 liegt zwischen etwa 15:1 und etwa 40:1. Mit bzw. bei dem Motor 1 dieser Ausführungsform ist ”Verdichtungsverhältnis = Expansionsverhältnis”. Daher weist der Motor 1 ein vergleichsweise hohes Expansionsverhältnis ebenso wie das hohe Verdichtungsverhältnis auf. Das geometrische Verdichtungsverhältnis wird erhöht, um eine thermische Effizienz zu verbessern.
  • Wie dies in 1 illustriert ist, ist bzw. wird die Verbrennungskammer 17 durch die Wandoberfläche des Zylinders 11, die Kronenoberfläche des Kolbens 15, die Bodenoberfläche des Zylinderkopfs 13 (d. h. Deckenoberfläche) und die Oberflächen der Ventilköpfe der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 gebildet. Nachfolgend kann jede der Oberflächen, welche die Verbrennungskammer 17 bilden, als eine ”teilweise Oberfläche” bezeichnet werden. Darüber hinaus sind in dem Motor 1, um einen Kühlverlust zu reduzieren, wärmeisolierende bzw. Wärmeisolationsschichten bzw. -lagen 61, 62, 63, 64 und 65 an den jeweiligen teilweisen Oberflächen vorgesehen, um die Verbrennungskammer 17 zu isolieren. Es ist festzuhalten, dass nachfolgend die Wärmeisolierungslagen 61 bis 65 gemeinsam als die Wärmeisolierungslagen 6 bezeichnet werden können. Die Wärmeisolierungslagen 6 können an allen der teilweisen Oberflächen vorgesehen sein, und können nur an einem Teil von jeder teilweisen Oberfläche oder auf einer oder mehreren der teilweisen Oberflächen vorgesehen sein. Darüber hinaus ist in 1 die Wärmeisolierungslage 61 der Zylinderwandoberfläche an einer Position oberhalb eines Kolbenrings 14 in einem Zustand vorgesehen, wo sich der Kolben 15 im Wesentlichen an einem oberen Totpunkt (TDC) befindet, so dass der Kolbenring 14 nicht auf der Wärmeisolierungslage 61 gleitet. Es ist festzuhalten, dass die Konfiguration der Wärmeisolierungslage 61 der Zylinderwandoberfläche nicht darauf beschränkt ist, und dass sie durch ein Erstreckender Wärmeisolierungslage 61 nach unten über den gesamten Hub des Kolbens 15 oder auf einem Teil des Hubs vorgesehen sein kann. Darüber hinaus kann, obwohl dies nicht eine Wandoberfläche ist, welche direkt die Verbrennungskammer 17 ausbildet, eine Wärmeisolierungslage an einem Teil von jeder der Wandoberflächen der Einlassöffnungen 18 und/oder der Auslassöffnungen 19 nahe den Mündungen der entsprechenden Öffnungen bzw. Ports auf der Seite der Deckenoberfläche der Verbrennungskammer 17 vorgesehen sein. Es ist festzuhalten, dass die Dicken der jeweiligen Wärmeisolierungslagen 61 bis 65 in 1 lediglich illustrativ sind und nicht ihre tatsächlichen Dicken anzeigen bzw. andeuten, und dass sie auch nicht den Zusammenhang zwischen den Wärmeisolierungslagen der jeweiligen Oberflächen im Hinblick auf die Dicke anzeigen.
  • Die wärmeisolierende Struktur der Verbrennungskammer 17 wird in größerem Detail beschrieben. Wie dies oben beschrieben ist, ist bzw. wird die wärmeisolierende Struktur der Verbrennungskammer 17 durch die wärmeisolierenden Lagen 61 bis 65 gebildet, welche an den jeweiligen teilweisen Oberflächen vorgesehen sind, welche die Verbrennungskammer 17 bilden. Eine Wärmeleitfähigkeit von jeder der wärmeisolierenden Lagen 61 bis 65 wird niedriger als ihr korrespondierendes metallisches Mutter- bzw. Grundglied eingestellt bzw. festgelegt, welches die Verbrennungskammer 17 bildet bzw. darstellt, um zu. unterdrücken bzw. zu verhindern, dass die Wärme des Verbrennungsgases innerhalb der Verbrennungskammer 17 durch die entsprechende teilweise Oberfläche freigegeben bzw. abgegeben wird. Hier ist der Zylinderblock 12 das Mutter- bzw. Basisglied für die wärmeisolierende Lage 61, welche an der Wandoberfläche des Zylinders 11 vorgesehen ist, es ist der Kolben 15 das Basisglied für die wärmeisolierende Lage 62, welche an der Kronenoberfläche des Kolbens 15 vorgesehen ist, es ist der Zylinderkopf 13 das Basisglied für die wärmeisolierende Lage 63, welche an der Bodenoberfläche des Zylinderkopfs 13 (Deckenoberfläche) vorgesehen ist, und es sind die Einlass- und Auslassventile 21 und 22 die Basisglieder für die jeweiligen wärmeisolierenden Lagen 64 und 65, welche an den Ventilkopfoberflächen der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 vorgesehen sind. Daher wird als das Material für jedes Mutter- bzw. Basisglied entweder eine Aluminiumlegierung oder Gusseisen für den Zylinderblock 12, den Zylinderkopf 13 und den Kolben 15 eingesetzt bzw. angewandt und eines von wärmebeständigem Stahl, Gusseisen oder dgl. wird für die Einlass- und Auslassventile 21 und 22 angewandt.
  • Darüber hinaus weist jede wärmeisolierende Lage 6 vorzugsweise eine kleinere volumetrische spezifische Wärmekapazität als das entsprechende Basisglied im Hinblick auf ein Reduzieren des Kühlverlusts auf. Spezifisch fließt bzw. strömt, obwohl eine Gastemperatur im Inneren der Verbrennungskammer 17 in Abhängigkeit von dem Fortschritt des Verbrennungszyklus variiert, mit bzw. bei dem konventionellen Motor ohne die wärmeisolierende Struktur der Verbrennungskammer 17 das Kühlwasser im Inneren der Wasserummantelung, welche in dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock ausgebildet ist, und somit wird die Temperatur von jeder Oberfläche, welche die Verbrennungskammer 17 bildet, im Wesentlichen fixiert unabhängig von dem Fortschritt des Verbrennungszyklus beibehalten.
  • Andererseits wird, da der Kühlverlust basierend auf ”Kühlverlust = Wärmedurchlässigkeit × Wärmedurchtrittsfläche × (Gastemperatur – Temperatur der teilweisen Oberfläche)” bestimmt wird, der Kühlverlust größer, wenn eine Differenz zwischen der Gastemperatur und der Temperatur der Wandoberfläche größer wird. Um den Kühlverlust zu unterdrücken, ist es, obwohl es bevorzugt ist, die Differenz zwischen der Gastemperatur und der Temperatur der teilweisen Oberfläche zu reduzieren, wenn die Temperatur der teilweisen Oberfläche der Verbrennungskammer 17 im Wesentlichen durch das Kühlwasser fixiert bzw. festgelegt beibehalten wird, unvermeidbar, dass die Temperaturdifferenz aufgrund der Änderung der Gastemperatur ansteigt. Somit ist es bevorzugt, eine Wärmekapazität der wärmeisolierenden Lage 6 zu reduzieren, so dass sich die Temperatur der teilweisen Oberfläche der Verbrennungskammer 17 nachfolgend auf die Änderung der Gastemperatur innerhalb der Verbrennungskammer 17 ändert.
  • Die wärmeisolierende Lage 6 kann durch ein thermisches Plasmaspritzen eines keramischen Materials (z. B. ZrO2) gebildet werden, um das Basisglied zu beschichten. Das keramische Material kann mehrfache Mikroporen enthalten. Auf diese Weise können die Wärmeleitfähigkeit und die volumetrische spezifische Wärmekapazität jeder wärmeisolierenden Lage 6 noch niedriger sein.
  • Darüber hinaus sind bzw. werden in dieser Ausführungsform, wie dies in 1 illustriert ist, aus Aluminium-Titan-Säure hergestellte Öffnungs- bzw. Portbeschichtungen bzw. -auskleidungen 181, welche eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen und exzellent in wärmeisolierenden Eigenschaften und auch Wärmewiderstandseigenschaften sind, integral bzw. einstückig mit dem Zylinderkopf 13 gegossen, um die wärmeisolierenden Lagen an den jeweiligen Einlassöffnungen bzw. -ports 18 zur Verfügung zu stellen. Mit dieser Konfiguration kann ein Temperaturanstieg der Frischluft durch einen Empfang von Wärme bzw. Hitze von dem Zylinderkopf 13, wenn die Frischluft durch die Einlassöffnungen 18 hindurchtritt, unterdrückt oder vermieden werden. Somit wird die Temperatur der Frischluft, welche in den Zylinder 11 eingebracht wird (Gastemperatur in einer frühen Stufe), niedrig, und daher nimmt die Gastemperatur in der Verbrennung ab, wobei dies vorteilhaft beim Reduzieren der Differenz zwischen der Gastemperatur und der Temperatur der teilweisen Oberfläche der Verbrennungskammer 17 ist. Da die Reduktion der Gastemperatur in der Verbrennung die Wärmedurchlässigkeit reduzieren kann, ist diese Konfiguration auch vorteilhaft beim Reduzieren des Kühlverlusts. Es ist festzuhalten, dass die Konfiguration der wärmeisolierenden Lage, welche an den Einlassöffnungen 18 vorgesehen ist bzw. wird, nicht auf das integrale Gießen der Portauskleidungen 181 beschränkt ist.
  • In diesem Motor 1 ist bzw. wird das geometrische Verdichtungsverhältnis ε eingestellt bzw. festgelegt, um etwa 15:1 ≤ ε ≤ 40:1 zu sein, wie dies oben beschrieben ist. Eine theoretische thermische Effizienz ηth in dem Otto-Zyklus, welcher ein theoretischer Zyklus ist, ist ηth = 1 – 1/(εK-1), und wenn das Verdichtungsverhältnis ε erhöht wird, wird die theoretische thermische Effizienz ηtn höher. Jedoch erreicht die angezeigte thermische Effizienz des Motors (des Motors ohne die wärmeisolierende Struktur der Verbrennungskammer, um exakt zu sein), ihren Spitzenwert bei einem vorbestimmten geometrischen Verdichtungsverhältnis ε (z. B. etwa 15:1). Somit steigt, wenn das geometrische Verdichtungsverhältnis ε weiter erhöht wird, die angezeigte thermische Effizienz nicht an, sondern nimmt eher ab, wobei dies der Grund ist, warum in einem Fall, wo das geometrische Verdichtungsverhältnis erhöht wird, während eine Kraftstoffmenge und eine Einlassluftmenge fixiert sind, ein Verdichtungsdruck und eine Verdichtungstemperatur ansteigen, wenn das Verdichtungsverhältnis ansteigt, und warum der Anstieg des Verdichtungsdrucks und der Verdichtungstemperatur zu dem Anstieg des Kühlverlusts führt, wie dies oben beschrieben ist.
  • In diesem Hinblick ist bzw. wird der Motor 1 dieser Ausführungsform mit der wärmeisolierenden Struktur der Verbrennungskammer 17 kombiniert, wie dies oben beschrieben ist, so dass sich die angezeigte thermische Effizienz bei dem hohen geometrischen Verdichtungsverhältnis ε verbessert. Mit anderen Worten wird der Kühlverlust durch die Wärmeisolierung der Verbrennungskammer 17 reduziert, um die angezeigte thermische Effizienz zu verbessern.
  • Andererseits trägt die Reduktion des Kühlverlusts durch die Wärmeisolierung der Verbrennungskammer 17 allgemein nicht viel beim Verbessern der angezeigten thermischen Effizienz durch sie selbst bei, da die reduzierte Menge bzw. das reduzierte Ausmaß des Kühlverlusts in einen Auslassverlust umgewandelt bzw. konvertiert wird; jedoch wird mit bzw. bei dem Motor 1 dieser Ausführungsform, wie er oben beschrieben ist, durch das hohe Expansionsverhältnis aufgrund des hohen Verdichtungsverhältnisses die Energie des Verbrennungsgases entsprechend dem reduzieren Ausmaß des Kühlverlusts wirksam in Maschinenarbeit geändert bzw. umgewandelt. Mit anderen Worten kann gesagt werden, dass der Motor 1 signifikant in der angezeigten thermischen Effizienz durch ein Anwenden der Konfiguration verbessert wird, mit bzw. bei welcher sowohl der Kühl- als auch der Auslassverlust reduziert werden können.
  • In dem Motor 1 dieser Ausführungsform ist bzw. wird eine wärmeisolierende Lage im Inneren des Zylinders (Verbrennungskammer 17) durch eine Gasschicht bzw. -lage zusätzlich zu den wärmeisolierenden Strukturen der Verbrennungskammer 17 und der Einlassöffnungen 18 gebildet, um weiter den Kühlverlust zu reduzieren, wie dies im Detail unten beschrieben werden wird.
  • 3 ist eine Karte, welche ein Beispiel einer Betriebskarte des Motors 1 in einem aufgewärmten Zustand illustriert. In allen Betriebs- bzw. Betätigungsbereichen verbrennt der Motor 1 grundsätzlich das Mischgas innerhalb der Verbrennungskammer 17 durch eine Verdichtungsselbstentzündung. In der Betriebskarte von 3 ist innerhalb eines Bereichs niedriger Motorlast, wo eine Motorlast niedriger als eine vorbestimmte Last ist, und eines Bereichs mittlerer Motorlast, wo die Motorlast höher als der Bereich niedriger Motorlast ist, die wärmeisolierende Lage im Inneren der Verbrennungskammer 17 durch die Gaslage gebildet. Mit anderen Worten ist bzw. wird, wenn die Motorlast vergleichsweise niedrig ist und die Kraftstoffeinspritzmenge vergleichsweise niedrig aufgrund der niedrigen Motorlast ist, die wärmeisolierende Lage im Inneren der Verbrennungskammer 17 durch die Gaslage bzw. -schicht gebildet, um den Kühlverlust zu reduzieren und die thermische Effizienz zu verbessern. Hier können der Bereich der niedrigen und mittleren Motorlast derart definiert werden, dass sie einem niedrigen und mittleren Bereich entsprechen, wenn der gesamte Bereich der Motorlast in drei Bereiche von niedrig, mittel bzw. hoch unterteilt wird (z. B. im Wesentlichen gleichmäßig in drei unterteilt wird). Insbesondere für den Bereich mittlerer Motorlast kann dies ein Bereich niedriger als eine vorbestimmte Last (z. B. niedriger als etwa 70%) relativ zu einer vollen Motorlast sein.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche eine Form bzw. Gestalt einer Mischgasschicht bzw. -lage illustriert, welche innerhalb der Verbrennungskammer 17 innerhalb des Bereichs niedriger und mittlerer Motorlast gebildet wird. Die Phrase bzw. der Ausdruck ”die wärmeisolierende Lage ist innerhalb der Verbrennungskammer 17 durch die Gaslage gebildet” bedeutet, dass die Mischgaslage innerhalb eines zentralen Abschnitts bzw. Querschnitts im Inneren der Verbrennungskammer 17 gebildet ist bzw. wird und eine Gaslage, welche Frischluft enthält, um die Mischgaslage gebildet wird. Die Gaslage kann die Frischluft alleine enthalten oder das verbrannte Gas (d. h. EGR Gas) zusätzlich zu der Frischluft enthalten. Es ist festzuhalten, dass erlaubt ist, dass eine geringe Menge an Kraftstoff in die Gaslage gemischt ist, solange die Gaslage als die wärmeisolierende Lage fungieren kann, wie dies unten beschrieben ist.
  • Durch ein Reduzieren eines Verhältnisses zwischen einem Oberflächenbereich (S) und einem Volumen (V) der Mischgaslage (S/V Verhältnis) wird die Wärmedurchlassfläche der Mischgaslage mit der darum befindlichen Gaslage geringer während einer Verbrennung, es wird die Flamme innerhalb der Mischgaslage daran gehindert, in Kontakt mit der Wandoberfläche des Zylinders 11 durch die Gaslage zwischen der Mischgaslage und der Wandoberfläche des Zylinders 11 zu gelangen, und darüber hinaus dient die Gaslage selbst als die wärmeisolierende Lage und die Wärmeabgabe bzw. -freisetzung von der Wandoberfläche des Zylinders 11 kann unterdrückt werden. Als ein Resultat kann der Kühlverlust signifikant reduziert werden.
  • Der Motor-Controller 100 gibt das Einspritzsignal zu der elektrischen Schaltung des Kraftstoffzufuhrsystems 34 aus, um den Kraftstoff in den Zylinder 11 von der Düsenöffnung 41 der Einspritzeinrichtung 33 in einer Periode von einer späteren Hälfte des Verdichtungshubs bis zu einer frühen Stufe des Expansionshubs einzuspritzen, so dass die Mischgaslage innerhalb des zentralen Querschnitts im Inneren der Verbrennungskammer 17 gebildet wird und die Gaslage um die Mischgaslage gebildet wird.
  • Innerhalb des Bereichs niedriger Motorlast wird, da die Kraftstoffeinspritzmenge relativ gering ist, die radiale Verteilung des Kraftstoffnebels unterdrückt, indem der Kraftstoff in den Zylinder von der Einspritzeinrichtung 33, welche auf der zentralen Achse X des Zylinders 11 angeordnet ist, in der Periode von der späteren Hälfte des Verdichtungshubs bis zu der frühen Stufe des Expansionshubs eingespritzt wird, und es kann somit die Ausbildung der Mischgaslage innerhalb des zentralen Querschnitts im Inneren der Verbrennungskammer 17 und der Gaslage um die Mischgaslage vergleichsweise leicht zu erzielen sein. Jedoch erstreckt bzw. verlängert sich, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge ansteigt, eine gesamte Kraftstoffeinspritzperiode und daher verteilt sich der Kraftstoffnebel insbesondere entlang der zentralen Achse X des Zylinders 11. Als ein Resultat berührt die Mischgaslage die Kronenoberfläche des Kolbens 15 etc. Mit anderen Worten kann die Gaslage um die Mischgaslage nicht sicher gebildet werden. Wie dies oben beschrieben ist, weist der Motor 1 dieser Ausführungsform ein hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis auf und somit ist die Kapazität der Verbrennungskammer (d. h. der Innenraum des Zylinders, wenn sich der Kolben an dem oberen Verdichtungstotpunkt befindet) klein. Daher berührt in diesem Motor 1 die Mischgaslage leicht die Kronenoberfläche des Kolbens 15, wenn sich der Kraftstoffnebel entlang der zentralen Achse X des Zylinders 11 verteilt.
  • Somit regelt bzw. steuert der Motor 1 die Form bzw. Gestalt der Mischgaslage, welche im Inneren der Verbrennungskammer 17 zu bilden ist, um sicher die Mischgaslage innerhalb des zentralen Querschnitts im Inneren der Verbrennungskammer 17 und die Gaslage um die Mischgaslage selbst innerhalb des Bereichs mittlerer Motorlast zu bilden, wo die Kraftstoffeinspritzmenge ansteigt. Spezifisch wird, wie dies durch die weißen Pfeile in 4 angedeutet ist, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, der Kraftstoff derart eingespritzt, dass sich der Kraftstoffnebel nach außen in den radialen Richtungen verteilt bzw. ausbreitet, welche die zentrale Achse X des Zylinders 11 schneiden. Auf diese Weise wird, während die Länge der Mischgaslage entlang der zentralen Achse X unterdrückt wird, um einen Kontakt der Mischgaslage mit der Kronenoberfläche des Kolbens 15 zu vermeiden, die Mischgaslage nach auswärts in den radialen Richtungen erweitert, welche geräumiger als entlang der zentralen Achse X sind, um auch den Kontakt der Mischgaslage mit der inneren Wand des Zylinders 11 zu vermeiden. Die Steuerung bzw. Regelung der Form bzw. Gestalt der Mischgaslage, um innerhalb der Verbrennungskammer 17 gebildet zu werden, führt zu einem Einstellen, wenn eine Länge der Mischgaslage in der Richtung der zentralen Achse L ist und eine Breite der Mischgaslage in den radialen Richtungen W ist, eines Verhältnisses (L/W) zwischen der Länge L und der Breite W und diese Regelung bzw. Steuerung reduziert das L/W Verhältnis, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, während das L/W Verhältnis höher als ein vorbestimmtes Verhältnis bei einem Reduzieren des S/V Verhältnisses, welches oben beschrieben ist, beibehalten wird.
  • Um eine derartige Regelung bzw. Steuerung der Form der Mischgaslage in dem Motor 1 zu erzielen, werden ein Intervall (siehe 6) zwischen benachbarten Kraftstoffeinspritzungen durch die Einspritzeinrichtung 33 und der Hub (siehe 7) in jeder Kraftstoffeinspritzung eingestellt. Somit werden, wie dies in 5 illustriert ist, die Verteilung des Kraftstoffnebels in seinen sich erstreckenden Richtungen und die Verteilung bzw. Ausbreitung bzw. Ausdehnung des Kraftstoffnebels in den radialen Richtungen unabhängig jeweils geregelt bzw. gesteuert. Wie dies konzeptionell in 6 illustriert ist, ist bzw. wird das Kraftstoffeinspritzintervall als ein Intervall von einem Ende einer Kraftstoffeinspritzung bis zu einem Start der nächsten Kraftstoffeinspritzung definiert. Wie dies oben beschrieben ist, spricht die Einspritzeinrichtung 33 unmittelbar bzw. stark an und kann eine mehrstufige Einspritzung durchführen, welche etwa zwanzig Einspritzungen innerhalb von 1 ms bis 2 ms beinhalten kann. Darüber hinaus ist, wie dies konzeptionell bzw. schematisch in 7 illustriert ist, der Hub der Einspritzeinrichtung 33 proportional zu einer Kraftstoffeinspritzöffnungsfläche und es wird, wie dies oben beschrieben ist, die Kraftstoffeinspritzöffnungsfläche (d. h. die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung 41) größer, wenn der Hub höher wird, und es wird die Kraftstoffeinspritzöffnungsfläche kleiner, wenn der Hub niedriger bzw. geringer wird.
  • 8A ist eine konzeptionelle Ansicht, welche illustriert, wie sich der Kraftstoffnebel verteilt bzw. ausbreitet, wenn das Kraftstoffeinspritzintervall lang ist, und 8B ist eine konzeptionelle Ansicht, welche illustriert, wie sich der Kraftstoffnebel verteilt bzw. ausbreitet, wenn das Kraftstoffeinspritzintervall kurz ist, während der Hub der Einspritzeinrichtung 33 fixiert ist. Der Kraftstoffnebel, welcher in der Form eines Hohlkegels von der Einspritzeinrichtung 33 eingespritzt wird, fließt bzw. strömt im Inneren der Verbrennungskammer 17 bei einer hohen Geschwindigkeit. Daher wird aufgrund des Coanda-Effekts ein Bereich bzw. eine Fläche eines negativen Drucks bzw. eines Unterdrucks im Inneren des Hohlkegels entlang der zentralen Achse S der Einspritzeinrichtung 33 erzeugt. Wenn das Kraftstoffeinspritzintervall lang ist, steigt nach der Kraftstoffeinspritzung der Druck in dem Bereich negativen Drucks wieder an, bevor die nächste Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, und daher schrumpft die Fläche bzw. der Bereich negativen Drucks. Andererseits wird, wenn das Kraftstoffeinspritzintervall kurz ist, da die Kraftstoffeinspritzung kontinuierlich wiederholt wird, die Wiederaufnahme eines Drucks in dem Bereich negativen Drucks unterdrückt. Als ein Resultat vergrößert sich die Fläche bzw. der Bereich negativen Drucks, wie dies in 8B illustriert ist.
  • Der Kraftstoffnebel wird zu dem negativen Druck bzw. Unterdruck angezogen. Da die Fläche negativen Drucks um den Ursprung der radialen Richtungen gebildet ist bzw. wird, welche auf der zentralen Achse S zentriert sind, wird, wenn die Fläche negativen Drucks relativ groß ist, wie dies in 8B illustriert ist, die Verteilung bzw. Ausbreitung des Kraftstoffnebels in den radialen Richtungen unterdrückt. Andererseits wird, wenn die Fläche negativen Drucks relativ klein ist, wie dies in 8A illustriert ist, der Kraftstoffnebel nicht sehr zu dem negativen Druck angezogen, und er verteilt sich daher leicht in den radialen Richtungen. Mit anderen Worten kann durch ein Verkürzen des Intervalls zwischen den Kraftstoffeinspritzungen von der Einspritzeinrichtung 33 die Verteilung bzw. Ausbreitung des Kraftstoffnebels in den radialen Richtungen unterdrückt werden, während durch ein Erstrecken bzw. Verlängern des Einspritzintervalls die Verteilung des Kraftstoffnebels in den radialen Richtungen stimuliert werden kann.
  • 9A ist eine konzeptionelle Ansicht, welche illustriert, wie sich der Kraftstoffnebel verteilt bzw. ausbreitet, wenn der Hub der Einspritzeinrichtung 33 niedrig bzw. gering ist, und 9B ist eine konzeptionelle Ansicht, welche illustriert, wie sich der Kraftstoffnebel verteilt, wenn der Hub der Einspritzeinrichtung 33 hoch ist, während das Kraftstoffeinspritzintervall fixiert bzw. festgelegt ist. In diesem Fall werden, obwohl die Fläche bzw. der Bereich des negativen Drucks innerhalb der Verbrennungskammer 17 derselbe wird, da das Einspritzintervall dasselbe ist, da die Hübe unterschiedlich sind, die Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels unterschiedlich. Mit anderen Worten wird, wenn der Hub der Einspritzeinrichtung 33 reduziert wird, da der Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels kleiner wird, das kinetische Moment des Kraftstoffnebels kleiner. Daher wird, wie dies in 9A illustriert ist, der sich verteilende bzw. ausbreitende Abstand des Kraftstoffnebels in den sich erstreckenden Richtungen kürzer. Andererseits wird, wenn der Hub der Einspritzeinrichtung 33 erhöht wird, da der Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels größer wird, das kinetische Moment des Kraftstoffnebels größer. Daher wird, wie dies in 9B illustriert ist, der sich ausbreitende Abstand des Kraftstoffnebels in den sich erstreckenden Richtungen länger.
  • Zusätzlich bewirkt der Hub auch eine Leichtigkeit eines Bewirkens eines Einflusses auf den Kraftstoffnebel von dem Bereich bzw. der Fläche negativen Drecks. Wenn der Hub der Einspritzeinrichtung 33 gering ist und der Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels klein ist, wird der Kraftstoffnebel leicht in Richtung zu dem Ursprung der radialen Richtungen durch den negativen Druck bzw. Unterdruck angezogen, und es wird, wie dies in 9A illustriert ist, die Verteilung bzw. Ausbreitung radial auswärts unterdrückt. Mit anderen Worten kann durch ein Reduzieren des Hubs der Einspritzeinrichtung 33 die radiale Verteilung des Kraftstoffnebels unterdrückt werden. Darüber hinaus verlangsamt sich der Kraftstoffnebel mit kleinem Teilchendurchmesser leicht durch ein Erhalten bzw. Empfangen des Einflusses von dem Bereich negativen Drucks. Auch aus diesem Grund wird der sich ausbreitende Abstand in den sich erstreckenden Richtungen kürzer. Andererseits wird es, wenn der Hub der Einspritzeinrichtung 33 hoch ist und der Teilchendurchmesser des Kraftstoffnebels groß ist, für den Kraftstoffnebel schwierig, zu dem negativen Druck bzw. Unterdruck angezogen zu werden, und er verteilt sich leicht radial auswärts, wie dies in 9B illustriert ist. Mit anderen Worten kann durch ein Erhöhen des Hubs der Einspritzeinrichtung 33 die radiale Verteilung des Kraftstoffnebels stimuliert werden. Darüber hinaus ist es für den Kraftstoffnebel mit dem großen Teilchendurchmesser schwierig, sich durch ein Empfangen des Einflusses von dem Bereich negativen Drucks zu verlangsamen bzw. abzubremsen. Auch aus diesem Grund wird der sich verteilende Abstand in den sich erstreckenden Richtungen länger.
  • Durch ein Ändern des Einspritzintervalls und des Hubs der Einspritzeinrichtung 33 wie oben kann die Verteilung bzw. Ausbreitung des Kraftstoffnebels unabhängig in jeder der zwei Arten von Richtungen geregelt bzw. gesteuert werden, beinhaltend die radialen Richtungen und die sich erstreckenden Richtungen. Somit wird mit bzw. bei dem Motor 1 ein erster Einspritzsatz, welcher (eine) Kraftstoffeinspritzung(en) beinhaltet, in welcher(n) der Hub relativ hoch ist und das Einspritzintervall relativ lang ist, mit einem zweiten Einspritzsatz kombiniert, welcher (eine) Kraftstoffeinspritzung(en) beinhaltet, in welcher(n) der Hub relativ niedrig ist und das Einspritzintervall relativ kurz ist, um die Form bzw. Gestalt der Mischgasschicht bzw. -lage zu regeln bzw. zu steuern. In jedem der Einspritzsätze wird eine mehrstufige Einspritzung, beinhaltend eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen, durchgeführt. Hier bedeutet eine mehrstufige Einspritzung kontinuierliche bzw. fortgesetzte Kraftstoffeinspritzungen, wobei die Intervalle (von einem Ende einer Kraftstoffeinspritzung bis zu einem Start der nächsten Kraftstoffeinspritzung) zwischen jedem diskreten Paar von zeitlich benachbarten Kraftstoffeinspritzungen etwa 0,5 ms oder kürzer sind.
  • Spezifisch beinhaltet der erste Einspritzsatz eine vorbestimmte Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen, in welchen die Hübe der Einspritzeinrichtung 33 höher sind als der zweite Einspritzsatz und das Kraftstoffeinspritzintervall länger als in dem zweiten Einspritzsatz ist. Die Fläche negativen Drucks wird durch ein Erstrecken des Einspritzintervalls geschrumpft bzw. verkleinert. Zusätzlich erhöht sich durch ein Erhöhen des Hubs und des Teilchendurchmessers des Kraftstoffnebels das kinetische Moment des Kraftstoffnebels. Als ein Resultat wird der Kraftstoffnebel, dessen sich ausbreitende Distanz in den sich erstreckenden Richtungen relativ lang ist und welcher sich weit bzw. breit in den radialen Richtungen verteilt, gebildet.
  • Der zweite Einspritzsatz beinhaltet eine vorbestimmte Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen, in welchen der Hub der Einspritzeinrichtung 33 niedriger bzw. geringer als der erste Einspritzsatz ist und das Kraftstoffeinspritzintervall kürzer als der erste Einspritzsatz ist. Der Bereich negativen Drucks wird durch ein Verkürzen des Einspritzintervalls vergrößert. Zusätzlich nimmt durch ein Reduzieren des Hubs und des Teilchendurchmessers des Kraftstoffnebels das kinetische Moment des Kraftstoffnebels ab. Als ein Resultat wird der Kraftstoffnebel, dessen sich ausbreitende Distanz in den sich erstreckenden Richtungen relativ kurz ist und welcher in der Verteilung in den radialen Richtungen unterdrückt ist, ausgebildet.
  • Der Motor-Controller 100 regelt bzw. steuert die Mischgaslage, um eine Form entsprechend einem Betriebszustand des Motors 1 aufzuweisen, indem ein Verhältnis zwischen dem ersten und zweiten Einspritzsatz gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 geändert wird. Das zugrunde liegende bzw. Basisprinzip ist wie folgt: die Mischgaslage, welche sich radial auswärts verteilt, ist bzw. wird durch ein Erhöhen des Verhältnisses bzw. Anteils des ersten Einspritzsatzes gebildet, während die Mischgaslage, welche in der Verteilung bzw. Ausbreitung radial auswärts unterdrückt ist, durch ein Erhöhen des Anteils des zweiten Einspritzsatzes gebildet wird.
  • Es ist festzuhalten bzw. anzumerken, dass in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors 1 ein Fall, wo der erste Einspritzsatz weggelassen wird und nur der zweite Einspritzsatz durchgeführt wird, ein Fall, wo der erste Einspritzsatz nur eine einzige Kraftstoffeinspritzung beinhaltet und dann der zweite Einspritzsatz durchgeführt wird, ein Fall, wo der zweite Einspritzsatz weggelassen wird und nur der erste Einspritzsatz durchgeführt wird, und ein Fall vorliegen kann, wo der zweite Einspritzsatz nur eine einzige Kraftstoffeinspritzung beinhaltet und der erste Einspritzsatz durchgeführt wird. Darüber hinaus kann der zweite Einspritzsatz nach dem ersten Einspritzsatz durchgeführt werden, oder es kann der erste Einspritzsatz nach dem zweiten Einspritzsatz durchgeführt werden.
  • Basierend auf der oben beschriebenen mehrstufigen Einspritzung regelt bzw. steuert der Motor-Controller 100 feiner den Einspritzmodus gemäß dem Betriebszustand des Motors 1. 10 ist eine Ansicht, welche den Einspritzmodus innerhalb eines Bereichs voller Motorlast illustriert. 11A ist eine konzeptionelle Ansicht, welche den Kraftstoffnebel innerhalb der Verbrennungskammer illustriert, wenn eine Voreinspritzung innerhalb des Bereichs voller Motorlast durchgeführt wird, und 11B ist eine Ansicht, welche eine Temperaturverteilung innerhalb der Verbrennungskammer in dem Zustand von 11A illustriert. 12A ist eine konzeptionelle Ansicht, welche den Kraftstoffnebel innerhalb der Verbrennungskammer bei einem oberen Verdichtungstotpunkt (CTDC) innerhalb des Bereichs voller Motorlast illustriert, und 12B ist eine Ansicht, welche eine Temperaturverteilung innerhalb der Verbrennungskammer in dem Zustand von 12A illustriert. 13A ist eine konzeptionelle Ansicht, welche den Kraftstoffnebel innerhalb der Verbrennungskammer illustriert, nachdem eine Nacheinspritzung innerhalb des Bereichs voller Motorlast endet, und 13B ist eine Ansicht, welche eine Temperaturverteilung innerhalb der Verbrennungskammer während eines Auftretens einer Hauptverbrennung illustriert.
  • Spezifisch bewirkt innerhalb des Bereichs voller Motorlast eines Bereichs hoher Motorlast in 3 der Motor-Controller 100, dass die Einspritzeinrichtung 33 eine Voreinspritzung 71 und eine Nacheinspritzung 72 durchführt. Die Voreinspritzung 71 dient für ein Erhöhen einer Zylinderinnentemperatur, und die Nacheinspritzung 72 dient für ein Bewirken einer Selbstzündungsverbrennung in dem Expansionshub.
  • Innerhalb des Bereichs voller Motorlast hebt der Motor-Controller 100 eine Rezirkulation bzw. Rückführung von EGR Gas auf. Obwohl dies nicht illustriert ist, ist der Motor 1 mit einem EGR Durchtritt versehen, welcher den Auslassdurchtritt mit dem Einlassdurchtritt in Verbindung setzt. Das EGR Ventil 25 für ein Einstellen einer Fluss- bzw. Strömungsrate des EGR Gases, welches im Inneren des EGR Durchtritts fließt bzw. strömt, und eine EGR Kühleinrichtung für ein Kühlen des EGR Gases, welches im Inneren des EGR Durchtritts fließt, sind in dem EGR Durchtritt vorgesehen. Der Motor-Controller 100 regelt bzw. steuert das EGR Ventil 25, um die Rückführmenge des EGR Gases einzustellen. Darüber hinaus hebt innerhalb des Bereichs voller Motorlast, da eine angeforderte bzw. Anforderungslast hoch ist und eine entsprechende Menge an Luft erforderlich ist, der Motor-Controller 100 die Rückführung des EGR Gases auf.
  • Es ist festzuhalten, dass innerhalb des Bereichs hoher Motorlast (mit Ausnahme des Bereichs vollständiger Motorlast) der Motor-Controller 100 das EGR Gas von dem Auslassdurchtritt zu dem Einlassdurchtritt rezirkuliert bzw. rückführt. Innerhalb des Bereichs hoher Motorlast ist bzw. wird das rezirkulierte EGR Gas bereits durch die EGR Kühleinrichtung gekühlt.
  • Darüber hinaus führt innerhalb des Bereichs voller Motorlast der Motor-Controller 100 eine Regelung bzw. Steuerung derart durch, dass ein Luftüberschussverhältnis λ etwa 1 oder niedriger wird. Mit anderen Worten ist innerhalb des Bereichs voller Motorlast die Kraftstoffmenge vergleichsweise groß.
  • Nachfolgend wird der Kraftstoffeinspritzmodus innerhalb des Bereichs voller Motorlast im Detail beschrieben.
  • Die Voreinspritzung 71 wird vor einer mittleren Stufe des Verdichtungshubs durchgeführt. Spezifisch wird die Voreinspritzung 71 zu einem Zeitpunkt durchgeführt während des Verdichtungshubs und nachdem ein Einlassventil des Motors 1 geschlossen ist. Beispielsweise wird die Voreinspritzung 71 durchgeführt, um zu einem Zeitpunkt zu enden, welcher etwa 120° bis etwa 90° vor dem CTDC (oberen Verdichtungstotpunkt) liegt.
  • Die Voreinspritzung 71 beinhaltet eine mehrstufige Einspritzung ähnlich zu dem ersten Einspritzsatz. Spezifisch beinhaltet die Voreinspritzung 71 eine vorbestimmte Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen 80 (zwei Kraftstoffeinspritzungen in dem Beispiel von 10), in welchen der Hub der Einspritzeinrichtung 33 höher ist als in der Nacheinspritzung 72 und das Kraftstoffeinspritzintervall länger ist als in der Nacheinspritzung 72. Mit anderen Worten weist der Kraftstoffnebel der Voreinspritzung 71 einen großen Teilchendurchmesser und ein großes kinetisches Moment auf. Darüber hinaus ist der Bereich negativen Drucks, welcher durch die Voreinspritzung 71 erzeugt wird, relativ groß. Daher verteilt sich der Kraftstoffnebel der Kraftstoffeinspritzung 71 breit in den radialen Richtungen und vergleichsweise weit. Zu einem Zeitpunkt, zu welchem der Kraftstoffnebel der Voreinspritzung 71 oxidiert wird, hat der Kraftstoffnebel einen radialen Umfangsquerschnitt 17b der Verbrennungskammer 17 erreicht (d. h. einen Querschnitt der Verbrennungskammer 17 auf der Umfangsseite in den radialen Richtungen des Zylinders 11). Mit anderen Worten wird die Voreinspritzung 71 derart durchgeführt, dass sie den radialen Umfangsquerschnitt 17b zu dem Zeitpunkt erreicht, zu welchem der Kraftstoffnebel oxidiert ist bzw. wird. Als ein Resultat ist eine Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts 17b der Verbrennungskammer 17 höher als eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radial zentralen Querschnitts 17a der Verbrennungskammer 17 zu dem Zeitpunkt, zu welchem die oxidative Reaktion des Kraftstoffnebels, welcher in der Voreinspritzung 71 eingespritzt wird, auftritt.
  • Hier hat sich, da die Voreinspritzung 71 durchgeführt wird, nachdem das Einlassventil geschlossen ist bzw. wird, wie dies oben beschrieben ist, ein Einlassluftstrom in einem gewissen Ausmaß durch den Zeitpunkt beruhigt, bei welchem die Voreinspritzung 71 durchzuführen ist, und der Kraftstoffnebel, welcher den radialen Umfangsquerschnitt 17b der Verbrennungskammer 17 erreicht hat, tendiert dazu, innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts 17b zu verbleiben.
  • Die Kraftstoffmenge der Voreinspritzung 71 ist bzw. wird festgelegt, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erzielen, welches eine teilweise oxidative Reaktion des Kraftstoffs bewirkt. Hier bedeutet eine ”teilweise oxidative Reaktion” eine oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welche nicht in einer Reaktion einer heißen Flamme resultiert. Mit anderen Worten ist diese oxidative Reaktion des Kraftstoffnebels die teilweise oxidative Reaktion. Eine Hitze- bzw. Wärmemenge, welche durch die teilweise oxidative Reaktion erzeugt wird, ist vergleichsweise klein verglichen mit einer vollständigen oxidativen Reaktion, welche auch eine Vermeidung erlaubt, dass die Zylinderinnentemperatur übermäßig ansteigt. Beispielsweise wird mit bzw. bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei welchem die teilweise oxidative Reaktion des Kraftstoffs auftritt, das Luftüberschussverhältnis λ etwa 8 oder höher. Wenn das Luftüberschussverhältnis λ etwa 8 oder höher ist, wird die Reaktion eines Umwandelns bzw. Konvertierens von CO innerhalb des Kraftstoffs in CO2 unterdrückt. Mit anderen Worten resultiert, obwohl die oxidative Reaktion des Kraftstoffs auftritt, sie nicht in der Reaktion einer heißen Flamme.
  • Zwischenzeitlich wird die Nacheinspritzung 72 vor dem CTDC gestartet und nach dem CTDC beendet. Spezifisch werden der Einspritzstart- und -endzeitpunkt der Nacheinspritzung 72 auf einen Zeitpunkt eingestellt bzw. festgelegt, welcher bewirkt, dass der Kraftstoff zu einem vorbestimmten verzögerten Zeitpunkt in dem Expansionshub zündet. Der vorbestimmte verzögerte Zeitpunkt ist ein Zeitpunkt, bei welchem eine Verbrennungsperiode einen Zeitpunkt beinhaltet, bei welchem eine Druckanstiegsrate bzw. -geschwindigkeit innerhalb des Zylinders 11 während des Antreibens bzw. Anlassens am größten wird, d. h. ein am meisten negativer Wert (geringste Rate bzw. Geschwindigkeit).
  • Die Nacheinspritzung 72 beinhaltet eine mehrstufige Einspritzung ähnlich zu dem zweiten Einspritzsatz. Die Nacheinspritzung 72 beinhaltet eine vorbestimmte Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen 90 (sechs Kraftstoffeinspritzungen in dem Beispiel von 10), in welchen der Hub der Einspritzeinrichtung 33 niedriger als in der Voreinspritzung 71 ist und das Kraftstoffeinspritzintervall kürzer als in der Voreinspritzung 71 ist. Mit anderen Worten weist der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 einen kleinen Teilchendurchmesser und ein kleines bzw. geringes kinetisches Moment auf. Darüber hinaus ist der Bereich bzw. die Fläche negativen Drucks, welche(r) durch die Nacheinspritzung 72 erzeugt wird, relativ klein. Daher verteilt sich der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 eng bzw. gering in den radialen Richtungen und der sich ausbreitende Abstand ist vergleichsweise kurz. Somit tendiert der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 dazu, innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a der Verbrennungskammer 17 zu verbleiben. Als ein Resultat ist die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a der Verbrennungskammer 17 höher als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts 17b zu dem Zeitpunkt, zu welchem sich der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 entzündet. Es ist festzuhalten, dass der Kraftstoff als entzündet bzw. gezündet bestimmt werden kann, wenn ein Verbrennungsmassenverhältnis des Kraftstoffs beispielsweise etwa 1 oder größer ist.
  • Die Nacheinspritzung 72 dient für ein Bewirken einer Hauptverbrennung (Verbrennung, welche eine größte Hitze- bzw. Wärmemenge in einem einzelnen Zyklus erzeugt), welche ein Motordrehmoment erzeugt bzw. generiert. Daher ist bzw. wird die Kraftstoffmenge der Nacheinspritzung 72 gemäß einem erforderlichen Drehmoment festgelegt. Beispielsweise ist es in der Nacheinspritzung 72 bevorzugt, etwa drei Viertel (3/4) oder mehr einer gesamten einzuspritzenden Kraftstoffmenge einzuspritzen. Die gesamte Kraftstoffmenge beinhaltet die Kraftstoffmenge der Voreinspritzung 71 und die Kraftstoffmenge der Nacheinspritzung 72.
  • Die Verbrennung des Kraftstoffs, welcher in einer derartigen Voreinspritzung 71 und Nacheinspritzung 72 eingespritzt wird, wird beschrieben.
  • Die Voreinspritzung 71 wird während des Verdichtungshubs durchgeführt, wie dies in 11A illustriert ist. Der Kraftstoffnebel der Voreinspritzung 71 verteilt sich in Richtung zu dem radialen Umfangsquerschnitt 17b der Verbrennungskammer 17, wie dies oben beschrieben ist. Hier ist, wie dies in 11B illustriert ist, die Temperatur im Inneren der Verbrennungskammer 17 eine vorbestimmte Temperatur, welche einheitlich bzw. gleichmäßig in den radialen Richtungen ist (z. B. 1000 K).
  • Dann steigt, wenn der Verdichtungshub fortschreitet, die Temperatur des Mischgases, welches den Kraftstoffnebel der Voreinspritzung 71 enthält, an, während es komprimiert bzw. verdichtet wird.
  • Nachfolgend wird die Nacheinspritzung 72 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt vor dem CTDC gestartet. Wie dies oben beschrieben ist, sammelt sich der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 in dem radial zentralen Querschnitt 17a der Verbrennungskammer 17 (siehe 12A).
  • Hier verbleibt der Kraftstoffnebel der Voreinspritzung 71 in dem radialen Umfangsquerschnitt 17b. Wenn die Zylinderinnentemperatur durch den Verdichtungshub ansteigt, tritt die oxidative Reaktion des Kraftstoffnebels schließlich auf. Die oxidative Reaktion tritt beispielsweise nahe dem CTDC auf. Es ist festzuhalten, dass, da die oxidative Reaktion die teilweise oxidative Reaktion ist, die oxidative Reaktion nicht einen signifikanten Temperaturanstieg bewirkt. Darüber hinaus tritt die teilweise oxidative Reaktion in der Verbrennungskammer 17 hauptsächlich in dem radialen Umfangsquerschnitt 17b auf. Daher steigt, wie dies in 12B illustriert ist, die Zylinderinnentemperatur scharf bzw. stark in dem radialen Umfangsquerschnitt 17b an. Beispielsweise steigt die Temperatur im Inneren des radialen Umfangsquerschnitts 17b um einige 100 K an. Es ist festzuhalten, dass die mit zwei Punkten strichlierte Linie in 12B die Zylinderinnentemperatur anzeigt, wenn die Voreinspritzung 71 durchgeführt wird. Hier wird, da sich das Mischgas innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts 17b aufgrund der oxidativen Reaktion aufweitet, entweder das Mischgas oder die Luft innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a während einer Wärmeisolierung komprimiert bzw. verdichtet, und dadurch steigt die Temperatur entweder des Mischgases oder der Luft an. Beispielsweise steigt die Temperatur des radial zentralen Querschnitts 17a um einige 10 K an.
  • Es ist festzuhalten, dass sich innerhalb des Bereichs voller Motorlast, da die Rückführung des EGR Gases aufgehoben ist, die Umgebung im Inneren der Verbrennungskammer 17 in einem Zustand befindet, wo die oxidative Reaktion des Kraftstoffnebels der Voreinspritzung 71 vergleichsweise leicht auftritt.
  • Andererseits setzt sich die Nacheinspritzung 72 selbst während der oxidativen Reaktion des Kraftstoffnebels der Voreinspritzung 71 fort und endet zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem CTDC. Wie dies in 13A illustriert ist, sammelt sich der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a der Verbrennungskammer 17. Da die Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a durch die teilweise oxidative Reaktion des Kraftstoffs innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts 17b erhöht wird, wie dies oben beschrieben ist, wird für eine Weile, selbst nachdem der Expansionshub startet, die Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a auf einer Temperatur gehalten, bei welcher der Kraftstoff selbst zünden kann. Als ein Resultat entzündet sich der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 selbst nach einer vorbestimmten Zündverzögerungszeitperiode von bzw. nach dem Ende der Einspritzung. Somit tritt, wie dies in 13B illustriert ist, die Haupteinspritzung auf und die Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a steigt scharf bzw. stark an. Es ist festzuhalten, dass die mit zwei Punkten strichlierte Linie in 13B die Zylinderinnentemperatur ist, während die oxidative Reaktion des Kraftstoffs der Voreinspritzung 71 auftritt.
  • In dem Fall eines Verzögerns der Haupteinspritzung gibt es normalerweise ein Limit für die Zeitperiode, um welche sie verzögert werden kann. Spezifisch nimmt, wenn ein Einlasshub fortschreitet, die Zylinderinnentemperatur aufgrund des Anstiegs in dem Volumen der Verbrennungskammer 17 ab, und es kann daher, wenn die Hauptverbrennung übermäßig verzögert wird, eine Fehlzündung auftreten. Die abnehmende Geschwindigkeit der Zylinderinnentemperatur in dem Einlasshub ist größer, wenn das Verdichtungsverhältnis höher ist. Daher wird die verzögerbare Zeitperiode kürzer, wenn das Verdichtungsverhältnis höher ist. Jedoch kann, indem die Voreinspritzung 71 verwendet wird, um selbst nach dem CTDC die Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a beizubehalten, wo der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 verteilt wird, die verzögerbare Zeitperiode der Hauptverbrennung erstreckt bzw. verlängert werden.
  • Es ist festzuhalten, dass, wenn die Zylinderinnentemperatur nach dem CTDC übermäßig hoch wird, der Kraftstoff, welcher durch die Nacheinspritzung 72 eingespritzt wird, lokal zündet, bevor er ausreichend mit der Luft im Inneren der Verbrennungskammer 17 gemischt ist, und Ruß erzeugt werden kann. Jedoch kann, da der Querschnitt, wo die oxidative Reaktion des Kraftstoffnebels der Voreinspritzung 71 auftritt, verschieden von dem Querschnitt ist, wo der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 verteilt wird, der übermäßige Anstieg in der Temperatur innerhalb des verteilten Querschnitts des Kraftstoffnebels der Nacheinspritzung 72 unterdrückt werden. Als ein Resultat kann die Erzeugung von Ruß durch die lokale Zündung des Kraftstoffs, welcher in der Nacheinspritzung 72 eingespritzt wird, unterdrückt werden.
  • Derart beinhaltet die Periode der verzögerten Hauptverbrennung (Periode, in welcher das Verbrennungsmassenverhältnis des Kraftstoffs zwischen etwa 10% und etwa 90% liegt) den Zeitpunkt, zu welchem die Druckanstiegsrate während des Antreibens der größte negative Wert (niedrigste Rate) wird, oder ein Schwerpunkt der verzögerten Hauptverbrennung weist ihren Schwerpunkt in einer Periode auf, in welcher die Druckanstiegsrate eines Verbrennungszentrums der Selbstzündungsverbrennung negativ groß ist (zwischen etwa 10° und etwa 20° nach dem CTDC). Mit anderen Worten tritt ursprünglich die verzögerte Selbstzündungsverbrennung während der Periode auf, in welcher die Druckanstiegsrate niedrig ist. Daher ist bzw. wird der größte Wert der Druckanstiegsrate in der Verbrennung signifikant in der verzögerten Selbstzündungsverbrennung verglichen mit der normalen Selbstzündungsverbrennung reduziert. Als ein Resultat ist bzw. wird ein Niveau von Vibration und Geräusch (NVH) signifikant in der verzögerten Selbstzündungsverbrennung verglichen mit der normalen Selbstzündungsverbrennung abgesenkt.
  • Es ist festzuhalten, dass es als das Verfahren eines Reduzierens der Druckanstiegsrate in der Verbrennung auch möglich ist, ein Erhöhen einer EGR Menge zu berücksichtigen bzw. in Betracht zu ziehen. Jedoch wird, wenn die EGR Menge erhöht wird, die Frischluftmenge reduziert, und als ein Resultat kann ein ausreichendes Drehmoment gegebenenfalls nicht sichergestellt werden. Insbesondere kann die Druckanstiegsrate ein Gegenstand bzw. Problem innerhalb des Betriebsbereichs hoher Motorlast in Abhängigkeit von dem Wert der Rate bzw. Geschwindigkeit werden, und ein großes Drehmoment ist innerhalb des Betriebsbereichs hoher Motorlast erforderlich. In diesem Hinblick kann mit den obigen Konfigurationen die Frischluftmenge sichergestellt werden und es kann somit das ausreichende Drehmoment generiere werden.
  • Somit beinhaltet der Motor 1 den Motorkörper, welcher die Kolben 15 in den Zylindern 11 vorgesehen aufweist, die Einspritzeinrichtungen 33 für ein Einspritzen des Kraftstoffs, welcher wenigstens das Benzin enthält, in die Zylinder 11 über die Düsenöffnungen 41, und den Motor-Controller 100 für ein Regeln bzw. Steuern des Einspritzmodus der Einspritzeinrichtungen 33. Innerhalb des vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Motorlast bewirkt der Motor-Controller 100, dass jede Einspritzeinrichtung 33 die Voreinspritzung 71 und die Nacheinspritzung 72 durchführt, welche eine mehrstufige Einspritzung ist, welche eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, welche nach der Voreinspritzung 71 durchgeführt werden. In der Voreinspritzung 71 wird der Kraftstoff derart eingespritzt, dass die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts 17b der Verbrennungskammer 17 höher als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a zu dem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist. In der Nacheinspritzung 72 wird der Kraftstoff derart eingespritzt, dass die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a der Verbrennungskammer 17 höher als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts 17b zu dem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist. Der Kraftstoff, welcher in der Nacheinspritzung 72 eingespritzt wird, zündet zu dem Zeitpunkt nach der oxidativen Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung 71 eingespritzt wird, und nach dem CTDC.
  • Gemäß dieser Konfiguration wird der Kraftstoffnebel der Voreinspritzung 71 hauptsächlich zu dem radialen Umfangsquerschnitt 17b verteilt, und der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 wird hauptsächlich zu dem radial zentralen Querschnitt 17a verteilt. Dann kann durch ein Bewirken der oxidativen Reaktion des Kraftstoffnebels der Voreinspritzung 71 innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts 17b die Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a erhöht, jedoch nicht übermäßig erhöht werden. Somit wird für eine Weile bzw. einen Zeitraum selbst nach dem CTDC die Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a auf der Temperatur gehalten, bei welcher der Kraftstoff selbst zünden kann. Als ein Resultat kann der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 selbst innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a zu dem Zeitpunkt zünden, welcher um eine gewünschte Verzögerungszeitperiode verzögert ist. Hier kann, da der übermäßige Anstieg in der Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a vermieden werden kann, die Erzeugung von Ruß durch die lokale Zündung des Kraftstoffs, welcher in der Nacheinspritzung 72 eingespritzt wird, unterdrückt werden.
  • Hier wird durch ein Einstellen bzw. Festlegen der Nacheinspritzung 72, um die mehrstufige Einspritzung zu sein und den. geringeren Hub als die Voreinspritzung 71 aufzuweisen, der sich verteilende bzw. ausbreitende Abstand des Kraftstoffnebels der Nacheinspritzung 72 in den sich erstreckenden Richtungen kurz und die Verteilung bzw. Ausbreitung des Kraftstoffnebels in den radialen Richtungen wird unterdrückt. Daher kann der Kraftstoffnebel der Nacheinspritzung 72 innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a der Verbrennungskammer 17 gesammelt werden.
  • <Andere Ausführungsformen>
  • Die illustrative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist oben beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und sie kann auf verschiedene Ausführungsformen mit geeigneten Änderungen, Ersetzungen, Zusätzen, Weglassungen, etc. angewandt werden. Darüber hinaus kann eine neue Ausführungsform durch ein Kombinieren der entsprechenden Komponenten erhalten werden, welche in der obigen Ausführungsform beschrieben sind. Darüber hinaus sind nicht alle der Komponenten, welche in den beigeschlossenen Zeichnungen und der obigen Ausführungsform illustriert sind, wesentlich im Hinblick auf ein Erzielen des Hauptziels bzw. -gegenstands der vorliegenden Erfindung, und sie können Komponenten beinhalten, welche für ein Illustrieren der vorliegenden Erfindung dienen und nicht wesentlich im Hinblick auf ein Erzielen des Hauptgegenstands der vorliegenden Erfindung sind. Daher sollten derartige nicht wesentliche Komponenten nicht unmittelbar als wesentlich erkannt bzw. angesehen werden, lediglich deshalb, da diese in den beigeschlossenen Zeichnungen der obigen Ausführungsform illustriert sind.
  • Die folgenden Konfigurationen können an der obigen Ausführungsform angewandt werden.
  • Beispielsweise ist der Einspritzmodus der Einspritzeinrichtung 33 nicht auf das Beispiel in 10 beschränkt bzw. begrenzt und er kann wie folgt sein.
  • Die Voreinspritzung 71 ist nicht auf zwei Einspritzungen beschränkt. Die Voreinspritzung 71 kann nur eine einzige Einspritzung oder drei oder mehr Einspritzungen beinhalten. Es ist festzuhalten, dass, wenn die Voreinspritzung 71 eine Mehrzahl von Einspritzungen beinhaltet, das Einspritzintervall zwischen benachbarten Einspritzungen vorzugsweise wenigstens länger als ein Einspritzintervall in der Nacheinspritzung 72 ist. Darüber hinaus ist der Hub der Voreinspritzung 71 in der obigen Ausführungsform fixiert; jedoch muss er nicht fixiert bzw. festgelegt sein.
  • Die Nacheinspritzung 72 ist nicht auf sechs Einspritzungen beschränkt. Die Nacheinspritzung 72 kann fünf oder weniger Einspritzungen oder sieben oder mehr Einspritzungen beinhalten. Darüber hinaus sind der Hub und das Einspritzintervall der Nacheinspritzung 72 in der obigen Ausführungsform fixiert bzw. festgelegt; jedoch kann wenigstens einer(s) von diesen nicht fixiert sein.
  • Darüber hinaus beinhaltet die Nacheinspritzung 72 nur die Kraftstoffeinspritzungen 90, in welchen der Hub der Einspritzeinrichtung 33 vergleichsweise niedrig ist und das Einspritzintervall vergleichsweise kurz in der obigen Ausführungsform ist; jedoch kann die Nacheinspritzung 72 den ersten Einspritzsatz beinhalten, in welchem der Hub relativ hoch ist und/oder das Einspritzintervall relativ lang ist, und den zweiten Einspritzsatz, in welchem der Hub relativ niedrig ist und/oder das Einspritzintervall relativ kurz verglichen mit dem ersten Einspritzsatz ist. In dem ersten Einspritzsatz wird, da die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung relativ groß ist und/oder das Einspritzintervall relativ lang ist, der Kraftstoffnebel bzw. -strahl, dessen sich ausbreitender Abstand in den sich erstreckenden Richtungen relativ lang ist und welcher sich weit in den radialen Richtungen verteilt bzw. ausbreitet, gebildet. In dem zweiten Einspritzsatz wird, da die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung relativ klein ist und/oder das Einspritzintervall relativ kurz ist, der Kraftstoffnebel, dessen sich ausbreitender Abstand in den sich erstreckenden Richtungen relativ kurz ist und welcher in der Verteilung bzw. Ausbreitung in den radialen Richtungen unterdrückt ist, gebildet. Durch ein Beinhalten des ersten und zweiten Einspritzsatzes in der Nacheinspritzung 72 kann der Kraftstoffnebel auch innerhalb des radial zentralen Querschnitts verteilt werden.
  • Die Nacheinspritzung 72 wird vor dem CTDC in der obigen Ausführungsform gestartet; jedoch kann sie nach dem CTDC gestartet werden. Darüber hinaus wird die oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher durch die Voreinspritzung 71 eingespritzt wird, bewirkt, nachdem die Nacheinspritzung 72 in der obigen Ausführungsform gestartet wird; jedoch kann die Nacheinspritzung 72 gestartet werden, nachdem die oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher durch die Voreinspritzung 71 eingespritzt wird, gestartet ist bzw. wird.
  • Darüber hinaus ist die oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung 71 eingespritzt wird, die teilweise oxidative Reaktion in der obigen Ausführungsform; jedoch ist sie nicht darauf beschränkt bzw. begrenzt. Die oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung 71 eingespritzt wird, kann eine vollständige oxidative Reaktion sein, solange die Temperatur innerhalb des radial zentralen Querschnitts 17a nach dem CTDC nicht übermäßig erhöht wird.
  • Die Voreinspritzung 71 und die Nacheinspritzung 72, welche oben beschrieben sind, sind nicht darauf beschränkt, innerhalb des Betriebsbereichs voller Motorlast durchgeführt zu werden. Eine ähnliche Regelung bzw. Steuerung kann beispielsweise innerhalb des Bereichs hoher Motorlast mit Ausnahme des Bereichs voller Motorlast durchgeführt werden.
  • Darüber hinaus ist die Konfiguration der Einspritzeinrichtung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Jegliche Einspritzeinrichtung kann angewandt werden, solange die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung änderbar ist. Beispielsweise kann, wie dies in 14 illustriert ist, eine Einspritzeinrichtung 233 eines VCO (Valve Covered Orifice, durch Ventil abgedeckte Mündung) Düsentyps angewandt werden. 14 ist eine Querschnittsansicht, welche eine interne Struktur der Einspritzeinrichtung 233 illustriert.
  • Spezifisch weist die Einspritzeinrichtung 233 einen Düsenkörper 240, welcher mit einer Düsenöffnung 241 ausgebildet ist, von welcher der Kraftstoff in den Zylinder 11 eingespritzt wird, und ein Nadelventil 242 für ein Öffnen und Schließen der Düsenöffnung 241 auf. Der Düsenkörper 240 ist ein rohrförmiges Glied, welches sich entlang der zentralen Achse S erstreckt, und der Kraftstoff fließt bzw. strömt im Inneren des Düsenkörpers 240. Ein Spitzenabschnitt des Düsenkörpers 240 weist eine Kreiskegelform auf. Ein mörserartiger Sitzabschnitt 243 ist bzw. wird in einer inneren Umfangsoberfläche des Spitzenabschnitts des Düsenkörpers 240 gebildet. Eine Mehrzahl von Düsenöffnungen bzw. -ports 241 ist ausgebildet, um den Spitzenabschnitt des Düsenkörpers 240 zu durchdringen. Ein Ende der Düsenöffnung 241 ist zu dem Sitzabschnitt 243 geöffnet. Die Düsenöffnung 241 beinhaltet eine Mehrzahl von Öffnungen bzw. Ports, welche um die zentrale Achse S bei einem gleichmäßigen Intervall bzw. Abstand ausgebildet sind. Ein Spitzenabschnitt des Nadelventils 242 weist eine Kreiskonusform auf und sitzt auf dem Sitzabschnitt 243 des Düsenkörpers 240. Die Düsenöffnung 241 wird durch ein Sitzen des Nadelventils 242 auf dem Sitzabschnitt 243 geschlossen. Die Düsenöffnung 241 ist ein Beispiel der Düsenöffnung der Einspritzeinrichtung und das Nadelventil 242 ist ein Beispiel des Ventilkörpers.
  • Das Nadelventil 242 wird durch ein Piezo-Element ähnlich zu der Einspritzeinrichtung 33 betätigt. Wenn das Nadelventil 242 betätigt und von dem Sitzabschnitt 243 angehoben wird, wird ein Spalt, durch welchen der Kraftstoff strömen kann, zwischen dem Sitzabschnitt 243 und dem Nadelventil 242 gebildet, und der Kraftstoff, welcher durch den Spalt fließt bzw. strömt, wird nach außen aus dem Düsenkörper 240 über die Düsenöffnung 241 gespritzt.
  • Hier wird ein Hohlraum bzw. eine Vertiefung in der inneren Umfangsoberfläche der Düsenöffnung 241 gebildet, wenn der Kraftstoff darauf fließt bzw. strömt. Eine Größe des Hohlraums (z. B. die Größe der Fläche bzw. des Bereichs, wo der Hohlraum ausgebildet wird) ändert sich basierend auf dem Spalt zwischen dem Nadelventil 242 und dem Sitzabschnitt 243, mit anderen Worten basierend auf dem Hub des Nadelventils 242. Spezifisch wird, wenn der Hub des Nadelventils 242 gering ist und der Spalt zwischen dem Nadelventil 242 und dem Sitzabschnitt 243 eng ist, der Bereich bzw. die Fläche, wo der Hohlraum ausgebildet wird, groß. Andererseits wird, wenn der Hub des Nadelventils 242 hoch bzw. groß ist und der Spalt bzw. Abstand zwischen dem Nadelventil 242 und dem Sitzabschnitt 243 breit ist, die Fläche, wo der Hohlraum ausgebildet wird, klein. Wenn die Fläche, wo der Hohlraum ausgebildet wird, groß ist, wird die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung 241 klein, und wenn die Fläche, wo der Hohlraum ausgebildet wird, klein ist, wird die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung 241 groß. Mit anderen Worten wird die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung 241 kleiner, wenn der Hub des Nadelventils 242 geringer wird, und es wird die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung 241 größer, wenn der Hub des Nadelventils 242 höher wird.
  • Weiters kann in der obigen Ausführungsform durch ein Ändern des Hubs und des Kraftstoffeinspritzintervalls der Einspritzeinrichtung 33 die Form bzw. Gestalt der Mischgaslage bzw. -schicht im Inneren der Verbrennungskammer 17 geändert werden. Zusätzlich kann der Kraftstoffdruck erhöht werden, um die Form der Mischgaslage zu ändern. Durch ein Erhöhen des Kraftstoffdrucks kann der änderbare Bereich, in welchem die Form der Mischgaslage aufgrund von Änderungen des Hubs und des Einspritzintervalls der Einspritzeinrichtung 33 geändert werden kann, weiter aufgeweitet bzw. erweitert werden. Spezifisch wird durch ein Erhöhen des Kraftstoffdrucks, wenn der Hub der Einspritzeinrichtung 33 erhöht wird, der Anstieg der kinetischen Energie des Kraftstoffnebels größer, und wenn das Kraftstoffeinspritzintervall verkürzt wird, steigt der negative bzw. Unterdruck an und der Bereich bzw. die Fläche eines negativen Drucks bzw. eines Unterdrucks vergrößert sich noch mehr. Als ein Resultat wird der änderbare Bereich der Form der Mischgaslage noch größer erweitert.
  • Es ist festzuhalten, dass in der obigen Ausführungsform die wärmeisolierenden Strukturen der Verbrennungskammer 17 und der Einlassöffnungen 18 angewandt werden und die wärmeisolierende Lage bzw. Schicht im Inneren des Zylinders (Verbrennungskammer 17) durch die Gaslage gebildet wird; jedoch kann die vorliegende Erfindung auch an Motoren ohne die wärmeisolierenden Strukturen der Verbrennungskammer 17 und der Einlassöffnungen bzw. -ports 18 angewandt werden.
  • Darüber hinaus wird in der Kraftstoffeinspritztechnik der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Mischgaslage innerhalb der Verbrennungskammer 17 gebildet und die Gaslage wird um die Mischgaslage gebildet; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Selbst in dem Fall, wo die Gaslage nicht existiert und die Mischgaslage einen Kontakt mit der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 17 aufweist, kann die Kraftstoffeinspritztechnik angewandt bzw. übernommen werden. Beispielsweise kann, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge relativ zu dem Volumen der Verbrennungskammer 17 erhöht wird, die Mischgaslage einen Kontakt mit der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 17 aufweisen. Selbst in einem derartigen Fall wird die Wärme- bzw. Hitzemenge, welche nahe dem Zentrum der Verbrennungskammer 17 erzeugt wird, erhöht und es wird die Wärmemenge, welche nahe der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 17 erzeugt wird, unterdrückt, um die Freigabe bzw. Abgabe von Wärme von der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 17 zu unterdrücken, und als ein Resultat kann der Kühlverlust reduziert werden.
  • Wie dies oben beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung nützlich bzw. verwendbar für Regel- bzw. Steuervorrichtungen von Benzindirekteinspritzungsmotoren.
  • Es sollte verstanden werden, dass die Ausführungsformen hierin illustrativ und nicht beschränkend sind, da der Rahmen bzw. Geltungsbereich der Erfindung durch die beigeschlossenen Ansprüche eher als durch die diesen vorangehende Beschreibung definiert wird, und dass für alle Änderungen, welche innerhalb von Grenzen und Begrenzungen der Ansprüche, oder Äquivalente von derartigen Grenzen und Begrenzungen davon fallen, daher beabsichtigt ist, durch die Ansprüche mitumfasst zu sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor
    11
    Zylinder
    15
    Kolben
    17
    Verbrennungskammer
    17a
    radial zentraler Querschnitt bzw. Abschnitt
    17b
    radialer Umfangsquerschnitt bzw. -abschnitt
    33
    Einspritzeinrichtung
    40
    Düsenkörper
    41
    Düsenöffnung bzw. -port
    42
    nach auswärts öffnendes Ventil (Ventilkörper)
    71
    Voreinspritzung
    72
    Nacheinspritzung
    100
    Motor-Controller (Controller bzw. Regel- bzw. Steuereinrichtung)
    233
    Einspritzeinrichtung
    241
    Düsenöffnung bzw. -port
    242
    Nadelventil (Ventilkörper)
    S
    zentrale Achse
    X
    zentrale Achse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2013-057268 A [0003]

Claims (10)

  1. Benzindirekteinspritzungsmotor, umfassend: einen Motorkörper, welcher wenigstens einen Zylinder (11) und einen Kolben (15) aufweist, welcher in dem Zylinder (11) vorgesehen ist; eine Einspritzeinrichtung (33) für ein Einspritzen von Kraftstoff, welcher wenigstens Benzin enthält, in den Zylinder (11) durch eine Düsenöffnung (41; 241); und einen Controller (100) für ein Regeln bzw. Steuern eines Einspritzmodus der Einspritzeinrichtung (33), wobei innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last des Motorkörpers der Controller (100) bewirkt, dass die Einspritzeinrichtung (33) eine Voreinspritzung (71) und eine Nacheinspritzung (72) durchführt, in welcher eine mehrstufige Einspritzung durchgeführt wird, wobei die mehrstufige Einspritzung eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, welche nach der Voreinspritzung (71) durchgeführt werden, wobei in der Voreinspritzung (71) der Kraftstoff eingespritzt wird, um zu bewirken, dass eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radialen Umfangsquerschnitts bzw. -abschnitts (17b) im Inneren des Zylinders (11) höher als eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radial zentralen Querschnitts (17a) im Inneren des Zylinders (11) zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist, wobei in der Nacheinspritzung (72) der Kraftstoff eingespritzt wird, um zu veranlassen, dass die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts (17a) im Inneren des Zylinders (11) höher als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts (17b) zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist, und wobei der Zeitpunkt, damit der Kraftstoff, welcher in der Nacheinspritzung (72) eingespritzt wird, zündet, ein Zeitpunkt, nachdem eine oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung (71) eingespritzt wird, auftritt, und nach einem oberen Verdichtungstotpunkt ist.
  2. Motor nach Anspruch 1, wobei die Einspritzeinrichtung (33) eine effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung (41; 241) einstellt, und/oder wobei die Nacheinspritzung (72) eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, in welchen die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung (41; 241) kleiner als in der Voreinspritzung (71) ist.
  3. Benzindirekteinspritzungsmotor, umfassend: einen Motorkörper, welcher wenigstens einen Zylinder (11) und einen Kolben (15) aufweist, welcher in dem Zylinder (11) vorgesehen ist; eine Einspritzeinrichtung (33) für ein Einspritzen von Kraftstoff, welcher wenigstens Benzin enthält, in den Zylinder (11) durch eine Düsenöffnung (41; 241); und einen Controller (100) für ein Regeln bzw. Steuern eines Einspritzmodus der Einspritzeinrichtung (33), wobei die Einspritzeinrichtung (33) eine effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung (41; 241) einstellt, wobei innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last des Motorkörpers der Controller (100) bewirkt, dass die Einspritzeinrichtung (33) eine Voreinspritzung (71) und eine Nacheinspritzung (72) durchführt, in welcher eine mehrstufige Einspritzung durchgeführt wird, wobei die mehrstufige Einspritzung eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, welche nach der Voreinspritzung (71) durchgeführt werden, und wobei die Nacheinspritzung (72) eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, in welchen die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung (41; 241) relativ kleiner als diejenige in der Voreinspritzung (71) ist, und die Nacheinspritzung (72) derart durchgeführt wird, dass der Kraftstoff, welcher in der Nacheinspritzung (72) eingespritzt wird, zu einem Zeitpunkt, nachdem eine oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung (71) eingespritzt wird, auftritt, und nach einem oberen Verdichtungstotpunkt zündet.
  4. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Nacheinspritzung (72) vor dem oberen Verdichtungstotpunkt gestartet und nach dem oberen Verdichtungstotpunkt beendet wird.
  5. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einspritzeinrichtung (33) einen Düsenkörper (40), welcher mit der Düsenöffnung (41; 241) ausgebildet ist, und einen Ventilkörper (42; 242) für ein Öffnen und Schließen der Düsenöffnung (41; 241) beinhaltet, und sich die effektive Querschnittsfläche der Düsenöffnung (41; 241) gemäß einem Hub des Ventilkörpers (42; 242) ändert.
  6. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Luftüberschussverhältnis eingestellt ist, um etwa 1 oder niedriger innerhalb des vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last zu sein, wo die Voreinspritzung (71) und die Nacheinspritzung (72) durchgeführt werden.
  7. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein EGR Gas nicht in den Zylinder (11) innerhalb des vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last rezirkuliert wird, wo die Voreinspritzung (71) und die Nacheinspritzung (72) durchgeführt werden.
  8. Regel- bzw. Steuervorrichtung für einen Benzindirekteinspritzungsmotor, wobei die Regel- bzw. Steuervorrichtung einen Controller (100) für ein Regeln bzw. Steuern eines Einspritzmodus einer Einspritzeinrichtung (33) des Motors umfasst, wobei innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last des Motorkörpers der Controller (100) bewirkt, dass die Einspritzeinrichtung (33) eine Voreinspritzung (71) und eine Nacheinspritzung (72) durchführt, in welcher eine mehrstufige Einspritzung durchgeführt wird, wobei die mehrstufige Einspritzung eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, welche nach der Voreinspritzung (71) durchgeführt werden, wobei in der Voreinspritzung (71) der Kraftstoff eingespritzt wird, um zu bewirken, dass eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radialen Umfangsquerschnitts (17b) im Inneren eines Zylinders (11) des Motors höher als eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radial zentralen Querschnitts (17a) im Inneren des Zylinders (11) zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist, wobei in der Nacheinspritzung (72) der Kraftstoff eingespritzt wird, um zu veranlassen, dass die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts (17a) im Inneren des Zylinders (11) höher als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts (17b) zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs ist, und wobei der Zeitpunkt, damit der Kraftstoff, welcher in der Nacheinspritzung (72) eingespritzt wird, zündet, ein Zeitpunkt, nachdem eine oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung (71) eingespritzt wird, auftritt, und nach einem oberen Verdichtungstotpunkt ist.
  9. Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Benzindirekteinspritzungsmotors, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs hoher Last des Motors eines Durchführens einer Voreinspritzung (71) und einer Nacheinspritzung (72), in welcher eine mehrstufige Einspritzung durchgeführt wird, wobei die mehrstufige Einspritzung eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen beinhaltet, welche nach der Voreinspritzung (71) durchgeführt werden, eines Einspritzens des Kraftstoffs in der Voreinspritzung (71), um zu bewirken, dass eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radialen Umfangsquerschnitts (17b) im Inneren eines Zylinders (11) des Motors höher ist als eine Kraftstoffkonzentration innerhalb eines radial zentralen Querschnitts (17a) im Inneren des Zylinders (11) zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs, eines Einspritzens des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung (72), um zu bewirken, dass die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radial zentralen Querschnitts (17a) im Inneren des Zylinders (11) höher ist als die Kraftstoffkonzentration innerhalb des radialen Umfangsquerschnitts (17b) zu einem Zeitpunkt für ein Zünden des Kraftstoffs, und wobei der Zeitpunkt, damit der Kraftstoff, welcher in der Nacheinspritzung (72) eingespritzt wird, zündet, ein Zeitpunkt, nachdem eine oxidative Reaktion des Kraftstoffs, welcher in der Voreinspritzung (71) eingespritzt wird, auftritt, und nach einem oberen Verdichtungstotpunkt ist.
  10. Computerprogrammprodukt, umfassend computerlesbare Instruktionen, welche, wenn auf ein geeignetes System geladen und auf diesem ausgeführt, die Schritte des Verfahrens von Anspruch 9 durchführen können.
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