DE102015102167A1

DE102015102167A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102015102167A1
Application number: DE102015102167.6A
Authority: DE
Inventors: Munehisa Horibe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2015-08-20
Also published as: JP6225740B2; JP2015151950A

Abstract

Vorgesehen ist ein Kraftstoffeinspritzsystem, welches die Einspritzung von Kraftstoff von einem Spritzloch eines Kraftstoffinjektors in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine steuert. Das Kraftstoffeinspritzsystem ermittelt eine Reichweite, welche ein Kraftstoffstrahl ausgehend von dem Spritzloch in einer Spritzrichtung voraussichtlich zurücklegt, in Bezug auf einen Kurbelwinkel der Maschine, und berechnet die Verbrennungsposition des Kraftstoffes basierend auf der Reichweite und dem Druck in der Verbrennungskammer. Das Kraftstoffeinspritzsystem arbeitet derart, dass dieses die Einspritzrate verringert, mit welcher der Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden soll, basierend auf der Verbrennungsposition des Kraftstoffes und einem Spritzloch-zu-Wand-Abstand zwischen dem Spritzloch und einer Wandoberfläche der Verbrennungskammer. Wenn eine Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Verbrennungsposition des Kraftstoffstrahls die Wandoberfläche der Verbrennungskammer erreicht, verringert das Kraftstoffeinspritzsystem die Einspritzrate, was in einer Abnahme des Impulses des Kraftstoffes resultiert. Dies verhindert, dass der verbrennende Kraftstoffstrahl die Wandoberfläche der Verbrennungskammer erreicht, wodurch ein Abfall der Temperatur des Kraftstoffstrahls oder der Temperatur, mit welcher der Kraftstoffstrahl verbrennt, vermieden wird, um die Emission von unverbranntem Kraftstoff zu minimieren.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Kraftstoffeinspritzsystem, welches derart gestaltet ist, dass dieses das Spritzen bzw. Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung eines Kraftstoffinjektors, welcher eine variable Einspritzrate aufweist, steuert.
2. Stand der Technik
Die japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer JP 2009-264332 A lehrt ein Kraftstoffeinspritzsystem, welches derart gestaltet ist, dass dieses zwei aufeinanderfolgende Einspritzungen von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine in jedem Betriebszyklus der Maschine (das heißt jedem Verbrennungszyklus) durchführt. Wenn es erforderlich ist, die Menge von Kraftstoff bei jeder der Einspritzungen zu erhöhen, verschiebt das System die Zeit, zu welcher die erste Einspritzung durchgeführt werden soll, nach früh, und verlängert ein Intervall zwischen den ersten und zweiten Einspritzungen. Dies vermeidet das Überlappen zwischen den ersten und zweiten Einspritzungen und erhöht die Verwendungsrate von Luft innerhalb der Verbrennungskammer der Maschine.
Das vorstehende Kraftstoffeinspritzsystem besitzt jedoch den Nachteil, dass das nach früh Verschieben der Einspritzzeit von Kraftstoff bewirken kann, dass ein Kraftstoffstrahl eine innere Umfangswand der Verbrennungskammer erreicht, was in einer Abnahme der Temperatur des Kraftstoffstrahls oder der Verbrennungstemperatur davon resultiert, was zu einer Zunahme der ausgestoßenen Menge von unverbranntem Kraftstoff führt.
Kurzfassung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine vorzusehen, welche derart gestaltet ist, dass diese eine ausgestoßene Menge von unverbranntem Kraftstoff verringert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritzsystem vorgesehen, welches die Einspritzung von Kraftstoff von einem Spritzloch eines Kraftstoffinjektors, der eine variable Einspritzrate besitzt, in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine steuert. Das Kraftstoffeinspritzsystem weist auf: (a) einen Drucksensor, welcher einen Druck in der Verbrennungskammer ermittelt; (b) eine Reichweiten-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Reichweite, welche einer Strecke entspricht, die ein Kraftstoffstrahl von dem Kraftstoffinjektor ausgehend von dem Spritzloch in einer Spritzrichtung, in welcher sich der Kraftstoffstrahl ausbreitet, voraussichtlich zurücklegt, als eine Funktion eines Kurbelwinkels der Verbrennungskraftmaschine basierend auf einer Tatsache, dass ein Impuls des von dem Spritzloch gespritzten Kraftstoffes als ein Impuls eines Gemisches des Kraftstoffes und von Gas innerhalb der Verbrennungskammer erhalten wird; (c) eine Verbrennungspositions-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Verbrennungsposition des Kraftstoffes basierend auf der Reichweite, welche durch die Reichweiten-Berechnungseinrichtung berechnet wird, und dem Druck in der Verbrennungskammer, welcher durch den Drucksensor gemessen wird; und (d) eine Einspritzraten-Verringerungseinrichtung zum Verringern der Einspritzrate, mit welcher der Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden soll, basierend auf der Verbrennungsposition des Kraftstoffes, welche durch die Verbrennungsposition-Berechnungseinrichtung berechnet wird, und einem Spritzloch-Zu-Wand-Abstand zwischen dem Spritzloch und einer Wandoberfläche der Verbrennungskammer.
Der Kraftstoffinjektor spritzt den Kraftstoff insbesondere durch das Spritzloch in die Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine. Der Druck innerhalb der Verbrennungskammer, während der Kraftstoff verbrennt, wird durch den Drucksensor gemessen.
Die Reichweiten-Berechnungseinrichtung ermittelt die Reichweite, welche der Kraftstoffstrahl ausgehend von dem Spritzloch in der Spritzrichtung voraussichtlich zurücklegt, in Bezug auf den Kurbelwinkel, basierend auf der Tatsache, dass der Impuls des von dem Spritzloch gespritzten Kraftstoffes als der Impuls des Gemisches innerhalb der Verbrennungskammer erhalten wird. Die Verbrennungspositions-Berechnungseinrichtung berechnet die Verbrennungsposition des Kraftstoffes basierend auf der Reichweite und dem Druck in der Verbrennungskammer, wie durch den Drucksensor gemessen. Die Einspritzraten-Verringerungseinrichtung arbeitet derart, dass diese die Einspritzrate verringert, mit welcher der Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden soll, basierend auf der Verbrennungsposition des Kraftstoffes, wie durch die Verbrennungspositions-Berechnungseinrichtung berechnet, und dem Spritzloch-Zu-Wand-Abstand zwischen dem Spritzloch und der Wandoberfläche der Verbrennungskammer. Wenn beispielsweise eine Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Verbrennungsposition des Kraftstoffstrahls die Wandoberfläche der Verbrennungskammer erreicht, verringert die Einspritzraten-Verringerungseinrichtung die Einspritzrate, mit welcher der Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor gespritzt wird. Die Verringerung der Einspritzrate resultiert in einer Abnahme des Impulses des Kraftstoffes, wodurch verhindert wird, dass der verbrennende Kraftstoffstrahl die Wandoberfläche der Verbrennungskammer erreicht. Dies verhindert einen Abfall der Temperatur des Kraftstoffstrahls oder der Temperatur, mit welcher der Kraftstoffstrahl verbrennt, wodurch die Emission von unverbranntem Kraftstoff minimiert wird.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend angegebenen, detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Abbildungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfassender verständlich, welche jedoch nicht dahingehend verstanden werden sollen, dass diese die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen beschränken, sondern diese dienen lediglich zum Zwecke der Erläuterung und des Verständnisses.
In den Abbildungen sind:
1 eine schematische Abbildung, welche eine Dieselmaschine für ein Automobil zeigt;
2 eine Schnittansicht, welche ein Muster eines Strahls von Kraftstoff zeigt, welcher von einem Spritzloch eines Kraftstoffinjektors ausgestoßen wird;
3 ein Flussdiagramm eines Programms oder logischer Schritte, um eine zweite Wärmeabgaberate als eine Funktion einer Reichweite, welche ein Kraftstoffstrahl voraussichtlich zurücklegt, zu berechnen;
4 ein Kennfeld bzw. Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Einspritzdruck, einer Gasdichte und einem Sprühwinkel darstellt;
5 ein Kennfeld bzw. Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Kontraktionskoeffizienten und einem Einspritzdruck darstellt;
6(a) und 6(b) Zeitdiagramme, welche eine Beziehung zwischen dem Impuls eines Kraftstoffstrahls und einem Einholen bzw. Überholen von Kraftstofftröpfchen darstellt;
7 ein Flussdiagramm eines Programms oder logischer Schritte, um eine Einspritzrate für eine Pilot- bzw. Voreinspritzung von Kraftstoff in eine Maschine zu verringern;
8 ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einer Reichweite eines Kraftstoffstrahls und einer zweiten Wärmeabgaberate darstellt;
9 eine Darstellung, welche eine Beziehung zwischen einem Kurbelwinkel und einem Abstand zwischen einem Kraftstoffstrahl eines Kraftstoffinjektors und einer Wandoberfläche einer Verbrennungskammer darstellt;
10 ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einem Kurbelwinkel und einer ersten Wärmeabgaberate darstellt;
11 ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einer Reichweite eines Kraftstoffstrahls, einem Einspritzdruck und einer zweiten Wärmeabgaberate darstellt;
12 ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einer Reichweite eines Kraftstoffstrahls, einer Gasdichte und einer zweiten Wärmeabgaberate darstellt;
13 ein Graph, welcher eine Einspritzrate und einen Kurbelwinkel darstellt, bevor die Einspritzrate verringert ist;
14 eine schematische Ansicht, welche Verbrennungsbereiche von Kraftstoffstrahlen innerhalb einer Verbrennungskammer darstellt, bevor eine Einspritzrate verringert ist;
15 ein Graph, welcher eine Einspritzrate und einen Kurbelwinkel darstellt, nachdem die Einspritzrate verringert ist; und
16 eine schematische Ansicht, welche Verbrennungsbereiche von Kraftstoffstrahlen innerhalb einer Verbrennungskammer darstellt, nachdem eine Einspritzrate verringert ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bezug nehmend auf die Abbildungen, worin sich in unterschiedlichen Ansichten gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile beziehen, insbesondere auf 1, ist ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Das Kraftstoffeinspritzsystem, wie hierin bezeichnet, wird mit einer Dieselmaschine (das heißt einer Verbrennungskraftmaschine) verwendet, welche in einem Automobil montiert ist, um das Spritzen bzw. Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer der Maschine unter Verwendung eines Kraftstoffinjektors, dessen Einspritzrate variabel ist, zu steuern.
Das Fahrzeug ist, wie in 1 dargestellt, mit einer Verbrennungskraftmaschine 10, einer Steuerungsvorrichtung 30 und einem Gaspedalsensor 41, welcher die Betätigung des Gaspedals durch einen Fahrer misst (das heißt die Position des Gaspedals), welches in dem Fahrzeug eingebaut ist, und ein Signal an die Steuerungsvorrichtung 30 ausgibt, welches dies angibt.
Die Maschine 10 ist beispielsweise eine Vierzylinder-Dieselmaschine. Zum Zwecke der Einfachheit der Darstellung zeigt 1 lediglich einen Zylinder der Maschine 10. Die Maschine 10 ist mit einem Zylinder 11, einem Kolben 12, einer Kurbelwelle 13, einem Einlass-Durchlass 15, einem Turbolader 16, einer Drosselventilvorrichtung 19, einem Einlassventil 17, einem Auslassventils 18, einer Kraftstoffpumpe 21, einem Common-Rail 22, einem Kraftstoffinjektor 24, einem Abgas-Durchlass 25, einer AGR(Abgasrückführ-)-Ventilvorrichtung 52, einem Drehzahlsensor 42, einem Zylinderdrucksensor 43, einem Einlassluft-Drucksensor 44, einem Einlassluft-Temperatursensor 45, einem Kraftstoffdrucksensor 46, einem Luft-Strömungsmesser 47, einem A/F-Sensor 48 und einem Kühlmittel-Temperatursensor 49 ausgerüstet. Der Kolben 12 definiert eine Verbrennungskammer 14 innerhalb des Zylinders 11.
Der Einlass-Durchlass 15 ist mit einem Zwischenkühler 54, der Drosselventilvorrichtung 19, einem Ausgleichsbehälter 20 und einen Einlasskrümmer 20a ausgerüstet, welche ausgehend von einer stromaufwärtigen Seite davon in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Der Zwischenkühler 54 arbeitet derart, dass dieser Luft, welche von dem Turboladers 16 zugeführt wird, kühlt. Die Drosselventilvorrichtung 19 ist mit einem Stellglied 19a, wie einem dc-Motor, und einem Drosselventil 19b ausgerüstet. Das Stellglied 19a arbeitet derart, dass dieses das Drosselventil 19b öffnet oder schließt. Der Ausgleichsbehälter 20 ist über den Einlasskrümmer 20a mit der Verbrennungskammer 14 jedes Zylinders 11 verbunden. Das Einlassventil 17 schafft selektiv eine Verbindung zwischen dem Einlasskrümmer 20a und der Verbrennungskammer 14 oder blockiert diese.
Die Kraftstoffpumpe 21 komprimiert Kraftstoff und führt diesen zu dem Common-Rail 22. Das Common-Rail 22 arbeitet als ein Kraftstoffspeicher, in welchem der Kraftstoff bei einem eingestellten Druck gespeichert ist. Der Kraftstoffinjektor 24 (ebenso als ein Kraftstoff-Einspritzventil bezeichnet) spritzt den von dem Common-Rail 22 zugeführten Kraftstoff in die Verbrennungskammer 14 ein. Der Kraftstoffinjektor 24 ist insbesondere derart gestaltet, dass dessen Einspritzrate von Kraftstoff variabel ist. Der Kraftstoffinjektor 24 ist beispielsweise in der Lage, zwischen einer Einspritzrate Rp der Voreinspritzung (das heißt der ersten Einspritzung) und einer Einspritzrate Rm der Haupteinspritzung (das heißt der zweiten Einspritzung) zu unterscheiden. Der Kraftstoffinjektor 24 arbeitet derart, dass dieser den von dem Common-Rail 22 zugeführten Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 14 einspritzt. Der Kraftstoffinjektor 24 besitzt einen Kopf, in welchem eine Mehrzahl von Spritzlöchern ausgebildet sind, durch welche der Kraftstoff in die Verbrennungskammer 14 ausgestoßen wird. Jedes der Spritzlöcher ist im Querschnitt davon kreisförmig.
Der Abgas-Durchlass 25 besitzt eine darin eingebaute Abgas-Emissions-Steuerungsvorrichtung 26 (ebenso als eine Reinigungseinheit bezeichnet), welche derart arbeitet, dass diese schädliche oder weniger schädliche Produkte, welche in den durch den Abgas-Durchlass 25 strömenden Emissionen enthalten sind, reduziert. Das Abgasventil 18 wird geöffnet oder geschlossen, um eine Verbindung zwischen dem Abgas-Durchlass 25 und der Verbrennungskammer 14 zu schaffen oder diese zu blockieren.
Der Turbolader 16 ist zwischen dem Einlass-Durchlass 15 und dem Abgas-Durchlass 25 angeordnet. Der Turbolader 16 ist mit einem Einlassluft-Verdichter 16a, welcher in dem Einlass-Durchlass 15 eingebaut ist, einer Abgasturbine 16b, welche in dem Abgas-Durchlass 25 eingebaut ist, und einer Drehwelle 16c, welche den Einlassluft-Verdichter 16a und die Abgasturbine 16b miteinander verbindet, ausgerüstet. Die Abgasturbine 16b wird durch die Energie des Abgases angetrieben, welches durch den Abgas-Durchlass 25 strömt, um eine Drehenergie zu erzeugen, welche über die Drehwelle 16c wiederum zu dem Einlassluft-Verdichter 16a übertragen wird, wodurch Luft, welche durch den Einlass-Durchlass 15 strömt, komprimiert bzw. verzichtet wird. Der Turbolader 16 arbeitet derart, dass dieser die in die Maschine 10 zu führende Luft verdichtet. Der Turbolader 16 ist mit einer variablen Schaufel (nicht gezeigt) ausgerüstet, welche geöffnet oder geschlossen wird, um den Ladedruck zu regulieren.
Der Abgas-Durchlass 25 ist bei einem Abschnitt davon stromaufwärts der Abgasturbine 16b mit einem Abschnitt des Einlass-Durchlasses 15 (das heißt dem Ausgleichsbehälter 20), welcher stromabwärts der Drosselventilvorrichtung 19 angeordnet ist, über einen AGR-Durchlass 51 verbunden. Der AGR-Durchlass 51 ist mit einer AGR-Ventilvorrichtung 52 und einem AGR-Kühler 53 ausgerüstet. Die AGR-Ventilvorrichtung 52 ist mit einem Stellglied 52a, wie einem dc-Motor, und einem AGR-Ventil 52b, welches durch das Stellglied 52a geöffnet oder geschlossen wird, ausgerüstet. Insbesondere wird ein Abschnitt bzw. Teil (welche nachstehend ebenso als ein AGR-Gas bezeichnet ist) des Abgases, welches durch den Abgas-Durchlass 25 strömt, hinsichtlich der Strömungsrate davon durch das AGR-Ventil 52b reguliert, durch den AGR-Kühler 53 gekühlt und anschließend in den Einlass-Durchlass 15 eingeführt. Das Stellglied 52a arbeitet ebenso als ein Sensor, um eine Öffnungsposition des AGR-Ventils 52b zu messen.
Der Drehzahlsensor 42 misst die Drehzahl NE der Maschine 10. Der Zylinderdrucksensor 43 misst einen Zylinderdruck Pcyl, welcher dem Druck innerhalb des Zylinders 11 (das heißt der Verbrennungskammer 14) entspricht. Der Einlassluft-Drucksensor 44 misst den Druck in dem Ausgleichsbehälter 20 (das heißt dem Einlass-Durchlass 15). Der Einlassluft-Temperatursensor 45 misst die Temperatur der Einlassluft innerhalb des Ausgleichsbehälters 20 (das heißt des Einlass-Durchlasses 15). Der Kraftstoffdrucksensor 46 misst den Druck von Kraftstoff innerhalb des Common-Rails 22 (das heißt den Einspritzdruck Pc). Der Luft-Strömungsmesser 47 misst, wie viel Frischluft pro Zeiteinheit in dem Einlass-Durchlass 15 strömt. Der A/F-Sensor 48 ist stromabwärts der Abgas-Emissions-Steuerungsvorrichtung 26 eingebaut und misst das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Der Kühlmittel-Temperatursensor 49 misst die Temperatur THW von Kühlmittel der Maschine 10.
Die Berechnungsvorrichtung für eine Emission unverbrannten Kraftstoffes enthält ebenso eine Steuerungsvorrichtung 30, welche durch eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) implementiert ist. Die Steuerungsvorrichtung 30 überwacht Ausgänge der vorstehenden Sensoren, um den Betrieb der Kraftstoffpumpe 21 und des Kraftstoffinjektors 24 zu steuern, und diese dient als ein Kraftstoff-Einspritz-Steuerungssystem.
2 ist eine Abbildung, welche ein Muster eines Kraftstoffstrahls zeigt. Betrachtet wird der Kraftstoffstrahl auf einer Steuerfläche (das heißt einem Längsquerschnitt des Kraftstoffstrahls), wie durch eine unterbrochene Linie angegeben.
Wenn von jedem Spritzloch 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgestoßen, verändert sich Kraftstoff üblicherweise hin zu einem Kraftstoffstrahl bestehend aus winzigen Flüssigkeitströpfchen, welcher in der x-Richtung in 2 eine im Wesentlichen dreieckige Gestalt besitzt. Der Kraftstoffstrahl bewegt sich in einer Spritzrichtung (das heißt der x-Richtung in 2), während dieser Luft in der Verbrennungskammer 14 aufnimmt. In einem Bereich A, in welchem die Flüssigkeitströpfchen des Kraftstoffstrahls vorliegen, ist ein Gemisch von Gas (das heißt Luft und das AGR-Gas) und Kraftstoff geschaffen. Der Bereich A besitzt eine kegelförmige Gestalt und ist nachfolgend ebenso als ein Kraftstoff-Einspritzbereich bezeichnet.
Die Geschwindigkeit der winzigen Tröpfchen des Kraftstoffes nimmt üblicherweise aufgrund eines Luftwiderstandes ausgehend von einer Anfangsgeschwindigkeit bei einem Querschnitt S0 eines Auslasses des Spritzlochs 24a ab. Die Bewegungsgröße bzw. der Impuls des Kraftstoffes bei den Querschnitt S0 des Auslasses des Spritzlochs 24a wird daher hin zu diesem des Gemisches innerhalb des Kraftstoff-Einspritzbereichs A verändert. Mit anderen Worten, der Impuls des von dem Spritzloch 24a abgegebenen Kraftstoffes wird als dieser des Gemisches innerhalb des Kraftstoff-Einspritzbereichs A erhalten. Insbesondere wird der Impuls von Kraftstoff, welcher den Querschnitt S0 des Spritzlochs 24a durchläuft, gleich diesem des Gemisches, welches die Zielfläche S1 durchläuft, wie bei einem vorgegebenen Abstand x(t) in der Spritzrichtung von dem Spritzloch 24a entfernt definiert. X(t) bezeichnet den Abstand von dem Auslass des Spritzlochs 24a in der Richtung x zu der Zeit t, welche ausgehend von dem Zeitpunkt 0 verstrichen ist, wenn der Kraftstoff den Querschnitt S0 des Auslasses des Spritzlochs 24a erreicht. Der Querschnitt S0 ist nachfolgend ebenso als ein Auslassquerschnitt bezeichnet.
3 ist ein Flussdiagramm einer Sequenz von logischen Schritten oder eines Programms, um eine zweite Wärmeabgaberate ROHR(x) als eine Funktion einer Strecke bzw. eines Abstandes x(θ), welcher in Bezug auf den Kurbelwinkel θ ausgedrückt ist, mathematisch zu ermitteln. Die Strecke x(θ) entspricht einer Strecke, welche der Kraftstoffstrahl (das heißt jeder Tropfen von gespritztem Kraftstoff) ausgehend von dem Spritzloch 24a (das heißt dem Auslassquerschnitt S0) voraussichtlich zurücklegt, und diese ist nachfolgend ebenso als eine Reichweite bezeichnet. Dieses Programm ist in einem Speicher der Steuerungsvorrichtung 30 gespeichert und wird durch eine CPU der Steuerungsvorrichtung 30 bei jeder Einspritzung des Kraftstoffes in die Maschine 10 ausgeführt. Bei dieser Ausführungsform berechnet die Steuerungsvorrichtung 30 insbesondere bei jeder Voreinspritzung von Kraftstoff die zweite Wärmeabgaberate ROHR(x) als eine Funktion der Reichweite x(θ).
Nach dem Eintreten in das Programm schreitet die Routine zu Schritt S11, worin ein Einspritzdruck Pc, mit welchem Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor 24 ausgestoßen wird, eine Einspritzmenge Q, mit welcher der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor 24 eingespritzt wird, eine Einspritzzeit θinj und die Einspritzraten Rp und Rm als eine Funktion von Betriebsbedingungen bzw. -zuständen der Maschine 10 ermittelt werden. Die Steuerungsvorrichtung 30 überwacht insbesondere die Position des Gaspedals, wie durch den Gaspedalsensor 41 erfasst, und die Drehzahl NE der Maschine 10, wie durch den Drehzahlsensor 42 erfasst, um den Einspritzdruck Pc, die Einspritzmenge Q, die Einspritzzeit θinj, die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung und die Einspritzrate Rm für die Haupteinspritzung durch Nachschlagen unter Verwendung eines Kennfeldes zu ermitteln. Die Einspritzzeit θinj ist in Bezug auf einen Kurbelwinkel θ (das heißt die Position der Kurbelwelle 13 der Maschine 10) vorgesehen. Die Einspritzzeit θinj der Voreinspritzung wird mit einer Zunahme der Einspritzmenge Q von Kraftstoff, welcher von dem Kraftstoffinjektor 24 gespritzt wird (das heißt der Summe einer Menge von Kraftstoff bei der Voreinspritzung und einer Menge von Kraftstoff bei der Haupteinspritzung), nach früh verschoben.
Die Steuerungsvorrichtung 30 betätigt die Kraftstoffpumpe 21, um den Druck von Kraftstoff in dem Common-Rail 22 mit einem Zieldruck (das heißt dem Einspritzdruck Pc) in Übereinstimmung zu bringen. Die Steuerungsvorrichtung 30 überwacht insbesondere den Druck in dem Common-Rail 22, wie durch den Kraftstoffdrucksensor 46 gemessen, und steuert den Betrieb der Kraftstoffpumpe 21 in einem Rückführ-Modus. Wenn die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung durch einen später detailliert beschrieben Vorgang verringert wurde, wird solch eine Einspritzrate so verwendet. Alternativ werden, wenn die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung nicht verringert ist, die Einspritzrate Rp und die Einspritzrate Rm für die Haupteinspritzung derart ausgewählt, dass diese gleich sind. Die Routine schreitet zu Schritt S12, worin die Steuerungsvorrichtung 30, wenn die Einspritzzeit θinj erreicht ist, den Kraftstoffinjektor 24 öffnet, um die Einspritzmenge Q von Kraftstoff in aufeinanderfolgenden Vorgängen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung mit den Einspritzraten Rp und Rm einzuspritzen.
Nachfolgend schreitet die Routine zu Schritt S13, worin der Zylinderdruck Pcyl(θ), wie durch den Zylinderdrucksensor 43 gemessen, für eine Zeitphase zwischen dem Start der Einspritzung von Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor 24 in die Maschine 10 und dem Abschluss der Verbrennung des Kraftstoffes in der Maschine 10 in Bezug auf den Kurbelwinkel θ überwacht wird. Die Steuerungsvorrichtung 30 nimmt insbesondere den Ausgang von den Zylinderdrucksensor 43 bei einem Intervall einer vorgegebenen Einheit des Kurbelwinkels θ periodisch auf, um den Zylinderdruck Pcyl(θ) zu jeder Einheit des Kurbelwinkels θ zu ermitteln.
Die Routine schreitet zu Schritt S14, worin die Gasdichte ρa innerhalb des Zylinders 11 (das heißt der Verbrennungskammer 14) zu der Einspritzzeit θinj ermittelt wird. Mathematisch,
worin P_im dem Druck [kpa] in dem Einlasskrümmer 20a (das heißt dem Ausgleichsbehälter 20) entspricht, R einer Gaskonstante [J/K/mol] entspricht, T_im der Gastemperatur [Grad] in dem Einlasskrümmer 20a entspricht, M_air dem molekularen Gewicht [g/mol] von Luft entspricht, V₀ dem Volumen des Zylinders 11 (das heißt der Verbrennungskammer 14) bei dem Ende des Einlasshubes bzw. -taktes der Maschine 10, das heißt, wenn das Einlassventils 17 vollständig geschlossen ist, entspricht, und V₁ dem Volumen des Zylinders 11 (das heißt der Verbrennungskammer 14) zu der Einspritzzeit θinj entspricht. Der Druck P_im wird durch den Einlassluft-Drucksensor 44 gemessen. Die Gastemperatur T_im wird durch den Einlassluft-Temperatursensor 45 gemessen. Das Volumen V₀ wird basierend auf Gestaltungsdimensionen des Zylinders 11 und der Zeit, wenn das Einlassventil 17 geschlossen ist, berechnet. Das Volumen V₁ wird basierend auf den Gestaltungsdimensionen des Zylinders 11 und der Einspritzzeit θinj berechnet. In dem Fall, bei welchem das AGR-Gas zurückgeführt wird, kann das molekulare Gewicht von Gas innerhalb der Verbrennungskammer 14, welches die Zusammensetzung des Gases berücksichtigt, anstelle des molekularen Gewichts von Luft verwendet werden.
Die Routine schreitet zu Schritt S15, worin der Sprühwinkel θ₀ ermittelt wird. Der Sprühwinkel θ₀ wird insbesondere durch Nachschlagen unter Verwendung eines Kennfeldes, wie in 4 gezeigt, basierend auf dem Einspritzdruck Pc und der Gasdichte ρ_a berechnet. Das Kennfeld von 4 stellt eine experimentell hergeleitete Beziehung zwischen dem Einspritzdruck Pc, der Gasdichte ρ_a und dem Sprühwinkel θ₀ dar. Das Kennfeld zeigt, dass der Sprühwinkel θ₀ (das heißt, ein Winkel, wie aus 2 ersichtlich, mit welchem der Kraftstoffstrahl von dem Spritzloch 24a herausspritzt) mit einer Zunahme des Einspritzdrucks Pc (das heißt einem mittleren Impuls von Kraftstoff, welcher von dem Spritzloch 24a ausgestoßen wird) zunimmt. Der mittlere Impuls von Kraftstoff entspricht einem Durchschnittsimpuls des Kraftstoffes über einen Querschnitt des Kraftstoffstrahls (das heißt der Zielfläche S1). Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet als ein erster Sprühwinkel-Korrektor, um den Sprühwinkel θ₀ derart zu korrigieren, dass dieser mit einer Zunahme des Einspritzdrucks Pc zunimmt. Das Ausmaß, zu welchem der von dem Spritzloch 24a ausgestoßene Kraftstoff auf das Gas (das heißt Luft) innerhalb der Verbrennungskammer 14 trifft, so dass diese verteilt bzw. zerstäubt wird, nimmt üblicherweise mit einer Zunahme der Gasdichte ρ_a (das heißt der Dichte von Luft) zu. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet ebenso als ein zweiter Sprühwinkel-Korrektor, um den Sprühwinkel θ₀ derart zu korrigieren, dass dieser mit einer Zunahme der Gasdichte ρ_a zunimmt.
Die Routine schreitet zu Schritt S16, worin eine Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀, welcher einem repräsentativen Wert einer Anfangsgeschwindigkeit von gespritztem Kraftstoff entspricht, und eine Erreichungs-Winkelverzögerung θdly ermittelt werden. Die Erreichungs-Winkelverzögerung θdly entspricht, wie später detailliert beschrieben ist, dem Kurbelwinkel θ, um welchen sich die Kurbelwinkel 13 dreht, ist die Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ erreicht ist. Die Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀, welche der Geschwindigkeit von Kraftstoff bei dem Auslassquerschnitt S0 des Spritzlochs 24a des Kraftstoffinjektors 24 entspricht, wird insbesondere gemäß der nachstehenden Gleichung (2) ermittelt
worin c dem Kontraktionskoeffizienten eines Kraftstoffstrahls entspricht, Pc dem Einspritzdruck entspricht, P_cyl(θ_inj) dem Druck [kPa] in dem Zylinder 11 (das heißt der Verbrennungskammer 14) zu der Einspritzzeit θ_inj entspricht, und ρ_f der Dichte von Kraftstoff [mg/mm³] entspricht. Der Koeffizient c der Kontraktion wird unter Verwendung eines Kennfeldes in 5 berechnet. Das Kennfeld von 5 stellt eine experimentell hergeleitete Beziehung zwischen dem Kontraktionskoeffizienten c und dem Einspritzdruck Pc dar. Das Kennfeld zeigt, dass der Kontraktionskoeffizient c mit einer Zunahme des Einspritzdrucks Pc abnimmt. Der Druck P_cyl(θ_inj) wird durch den Zylinderdrucksensor 43 gemessen.
Die 6(a) und 6(b) sind Zeitdiagramme, welche eine Beziehung zwischen dem Impuls des Kraftstoffstrahls und dem Einholen bzw. Überholen von Kraftstofftröpfchen durch andere Kraftstofftröpfchen darstellen. 6(a) zeigt, dass der Impuls (das heißt die Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀) von Kraftstoff, welcher von dem Spritzloch 24a gespritzt wird, beim Start des Spritzens am niedrigsten ist, mit einer Zunahme der verstrichenen Zeit t ausgehend vom Start des Spritzens zunimmt, konstant wird und anschließend allmählich abnimmt. Eine Reichweite x eines Tröpfchens von Kraftstoff in Bezug auf die verstrichene Zeit t ausgehend von dem Start des Spritzens von Kraftstoff, wie in 6(b) dargestellt, hängt üblicherweise von dem Impuls (das heißt der Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀) des Kraftstofftröpfchens, wenn dieses von dem Spritzloch 24a ausgestoßen wird, ab. Beispielsweise unterscheiden sich Kraftstofftröpfchen mit den Impulsen bei den Punkten B und C in 6(a) (technisch gesehen zwei Gruppen von Tröpfchen von Kraftstoff, welche auf Querschnitten des Kraftstoffstrahls senkrecht zu der Ebene von 2 bei den Punkten B und C liegen, als eine Funktion der verstrichene Zeit ausgehend von dem Start des Spritzens des Kraftstoffes), wie in 6(b) dargestellt, hinsichtlich der Reichweite x voneinander. Dies kann bewirken, dass ein Kraftstofftröpfchen, welches mit einer niedrigeren Geschwindigkeit (beispielsweise bei dem Punkt B) ausgestoßen wurde, durch ein anderes Kraftstofftröpfchen, welches nachfolgend mit einer höheren Geschwindigkeit (beispielsweise bei dem Punkt C) ausgestoßen wurde, eingeholt bzw. überholt wird.
Der Wert der Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ (das heißt eine repräsentative Geschwindigkeit), wie gemäß Gleichung (2) berechnet, ist tatsächlich eine Anfangsgeschwindigkeit eines Abschnittes des Kraftstoffstrahls (das heißt einer Gruppe von Tröpfchen des Kraftstoffstrahls, welche auf einem Querschnitt des Kraftstoffstrahls, senkrecht zu der Ebene der Abbildung von 2, liegen), welcher von dem Spritzloch 24a nach einem Verstreichen einer Erreichungs-Zeitverzögerung tdly, die einer Zeit zwischen dem Start des Spritzens des Kraftstoffes und dem Zeitpunkt, wenn ein Teil des Kraftstoffes mit dem Impuls bei Punkt C von dem Spritzloch 24a ausgestoßen wird, entspricht (das heißt ein Zeitintervall zwischen den Punkten A und B in 6(a), das heißt, zwischen den Startpunkten der Linien A und C in 6(b)), ausgegeben wird. Daher wird die Reichweite x eines Tröpfchens (das heißt eines Abschnittes) von Kraftstoff, wie als eine Funktion der Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ bei dem Punkt C berechnet, bei allen Tröpfchen (das heißt allen Abschnitten) eines Kraftstoffstrahls am größten. Die Charakteristik von 6(a) kann als eine Beziehung zu dem Einspritzdruck Pc, der Einspritzmenge Q und der Erreichungs-Zeitverzögerung tdly experimentell hergeleitet sein. Dies ermöglicht es, dass der Wert der Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ bei vorgegebenen Zeitintervallen (oder einem Intervall einer vorgegebenen Einheit des Kurbelwinkel θ) zu berechnen ist, nicht dem vorstehenden einzelnen repräsentativen Wert. Insbesondere kann der größte Wert der Werte der Reichweite x, welche basierend auf den Werten der Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ berechnet werden, die bei den vorgegebenen Zeitintervallen berechnet wird, als ein repräsentativer Wert der Reichweite x eines Kraftstoffstrahls verwendet werden. Mit anderen Worten, der größte der Werte der Reichweite x aller Abschnitte (beispielsweise Tröpfchen) eines von dem Spritzloch 24a des Kraftstoffinjektors 24 in einer vorgegebenen Einspritzphase ausgestoßenen Kraftstoffstrahls, wie basierend auf den aufeinanderfolgend berechneten Werten der Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ der Abschnitte des Kraftstoffstrahls zeitlich nacheinander berechnet, wird als die Reichweite x des Kraftstoffstrahls ermittelt.
Die Beziehung des Impulses von Kraftstoff zu dem Einspritzdruck Pc, der Einspritzmenge Q und der Erreichungs-Zeitverzögerung tdly (das heißt der verstrichenen Zeit t) verändert sich üblicherweise als eine Funktion von eingestellten Werten der Einspritzraten Rp und Rm, das heißt einer Steigung (oder eines Gradienten) eines Anstiegs (das heißt einer Zunahmerate) der Einspritzraten Rp und Rm. Insbesondere ist die Erreichungs-Zeitverzögerung tdly umso länger, je kleiner die Steigung des Anstiegs der Einspritzraten Rp und Rm ist.
Die Erreichungs-Winkelverzögerung θdly wird, wie vorstehend beschrieben, als der Kurbelwinkel θ ermittelt, um welchen sich die Kurbelwelle 13 ausgehend von dem Start des Spritzens von Kraftstoff, bis die Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ erreicht ist, dreht. Die Erreichungs-Winkelverzögerung θdly entspricht einer Veränderung des Kurbelwinkels θ für die Erreichungs-Zeitverzögerung tdly und kann daher ausgedrückt werden durch
worin tdly der Erreichung-Zeitverzögerung entspricht, wie experimentell vorbestimmt, und NE der Drehzahl der Maschine 10, wie durch den Drehzahlsensor 42 gemessen, entspricht.
Die Routine schreitet zu Schritt S17 voran, worin eine erste Wärmeabgaberate ROHR(θ) in Bezug auf den Kurbelwinkel θ gemäß der nachstehenden Gleichung (4) ermittelt wird, welche gemäß der thermodynamischen Gleichung und der Gas-Zustandsgleichung hergeleitet ist.
worin Cv einer molaren spezifischen Wärme bei konstantem Volumen [J/mol/K] entspricht, R einer Gaskonstante entspricht, V(θ) dem Volumen des Zylinders 11 (das heißt der Verbrennungskammer 14) in Bezug auf den Kurbelwinkel θ entspricht, und Pcyl(θ) dem Druck in dem Zylinder 11, wie bei Schritt S13 in Bezug auf den Kurbelwinkel θ hergeleitet, entspricht. Zu beachten ist, dass V(θ) ein Gestaltungswert des Volumens der Verbrennungskammer 14 ist, welcher als eine Funktion des Kurbelwinkels θ hergeleitet wird.
Die Routine schreitet zu Schritt S18 voran, worin die Reichweite x(θ) eines Kraftstoffstrahls als eine Funktion des Kurbelwinkels θ ermittelt wird. Insbesondere da der Impuls des Kraftstoffes, welcher den Auslassquerschnitt S0 durchläuft, wie in 2 dargestellt, gleich diesem des Gemisches ist, welches die Zielfläche S1 durchläuft, die bei dem Abstand x(t) von dem Spritzloch 24a angeordnet ist, ist die nachstehende Gleichung (5) erfüllt. In Gleichung (5) wird der Impuls des Kraftstoffes auf der Zielfläche S1 vernachlässigt, da die Masse von Kraftstoff, welcher die Zielfläche S1 durchläuft, kleiner ist als diese von Luft, welche die Zielfläche S1 durchlauft.
worin ρf der Dichte von Kraftstoff entspricht, d dem Durchmesser des Spritzlochs 24a entspricht, v₀ der Anfangs-Spritzgeschwindigkeit entspricht, wie bei Schritt S16 berechnet, ρ_a der Gasdichte innerhalb des Zylinders 11 (das heißt der Verbrennungskammer 14) entspricht, wie bei Schritt S14 berechnet, θ₀ dem Sprühwinkel entspricht, wie bei Schritt S15 berechnet, und w(t) der Geschwindigkeit von Kraftstoff auf der Zielfläche S1 entspricht. Durch Umschreiben von Gleichung (5) wird die nachstehende Gleichung (6) erhalten, welche die Geschwindigkeit w(t) darstellt.
Da gilt w(t) = dx/dt, wird die Reichweite x(t) eines Kraftstoffstrahls (das heißt eines Kraftstofftröpfchens) in Bezug auf die verstrichene Zeit t gemäß der nachstehenden Gleichung (7) ausgedrückt, welche durch Integrieren und Umschreiben von Gleichung (6) hergeleitet ist.
Die verstrichene Zeit t ausgehend von dem Zeitpunkt, zu welchem der Kraftstoffinjektor 24 mit dem Spritzen von Kraftstoff begonnen hat, in Bezug auf den Kurbelwinkel θ in Gleichung (7), wird gemäß der nachstehenden Gleichung (8) berechnet.
worin NE der Drehzahl der Maschine 10 als eine Funktion des Kurbelwinkels θ entspricht, θ einer Winkelposition der Kurbelwelle 13 (das heißt dem Kurbelwinkel) entspricht, θ_inj der Einspritzzeit entspricht, wie bei Schritt S11 eingestellt, und θ_dly der Erreichungs-Winkelverzögerung, wie bei Schritt S16 hergeleitet, entspricht. Die Drehzahl NE der Maschine 10 wird durch den Drehzahlsensor 42 gemessen. Die Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ nach einem Verstreichen der Erreichungs-Winkelverzögerung θdly, wie vorstehend beschrieben, wird derart verwendet, dass diese den Wert der Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ der Gesamtheit aller Kraftstofftröpfchen (das heißt eines Kraftstoffstrahls) darstellt. Eine tatsächlich verstrichene Zeit eines Kraftstofftröpfchens, welches die vorstehende Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ besitzt, ist daher durch die Erreichungs-Winkelverzögerung θdly kürzer als die vorstehende verstrichene Zeit t. Der größere Wert eines berechneten Werts (das heißt einer Lösung der linksseitigen Formel innerhalb einer Klammer in Gleichung (8)) und null wird als die verstrichene Zeit t in Gleichung (8) definiert, so dass die verstrichene Zeit t keinen negativen Wert aufweist.
Durch Einsetzen von Gleichung (8) in Gleichung (7) erhält man Gleichung (9), wie nachstehend gezeigt, welche die Reichweite x(θ) eines Kraftstoffstrahls in Bezug auf den Kurbelwinkel θ darstellt.
worin jedes Symbol in Gleichung (9) hinsichtlich der physikalischen Bedeutung gleich diesen in den Gleichungen (6) und (8) ist.
Die Reichweite x(θ) eines Kraftstoffstrahls in Bezug auf den Kurbelwinkel θ wird gemäß Gleichung (9) hergeleitet. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet insbesondere als eine Reichweiten-Berechnungsvorrichtung, um Werte der Reichweite x(θ) über einen Berechnungsbereich (θinj bis θend) des Kurbelwinkels θ zwischen der Einspritzzeit θinj (das heißt dem Start des Spritzens von Kraftstoff bei der Voreinspritzung) und dem Abschluss der Verbrennung des gespritzten Kraftstoffes in der Maschine 10 periodisch zu ermitteln.
Die Routine schreitet zu Schritt S19 voran, worin eine zweite Wärmeabgaberate ROHR(x) als eine Funktion der Reichweite x(θ), wie bei Schritt S18 hergeleitet, berechnet wird.
Die erste Wärmeabgaberate ROHR(θ), sowie bei Schritt S17 hergeleitet, und die zweite Wärmeabgaberate ROHR(x) besitzen die nachfolgende Beziehung.
worin ROHR(θ) der ersten Wärmeabgaberate entspricht, wie bei Schritt S17 berechnet, dθ einer minimalen Veränderung des Kurbelwinkels θ entspricht, und dx einer minimalen Veränderung der Reichweite x(θ) entsprechend der minimalen Veränderung dθ entspricht. Die Veränderung dx entspricht einer Veränderung der Reichweite x(θ), welche gemäß Gleichung (9) als eine Funktion einer Veränderung des Kurbelwinkels θ berechnet wird. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet als eine Berechnungsvorrichtung für eine zweite Wärmeabgaberate, um die zweite Wärmeabgaberate ROHR(x), welche gemäß Gleichung (10) berechnet wird, als eine Funktion der Reichweite x(θ) in dem vorstehenden Berechnungsbereich zu berechnen, und speichert diesen in einem Speicher. Die zweite Wärmeabgaberate ROHR(x) stellt eine Beziehung dar zwischen der Reichweite x(θ) eines Kraftstoffstrahls in einer Richtung, in welcher Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor 24 ausgestoßen wird, und einer Wärmeabgaberate, das heißt einem Verbrennungsbereich, in welchem der Kraftstoff verbrennt.
7 ist ein Flussdiagramm einer Abfolge von logischen Schritten oder eines Programms, um die Einspritzrate Rp, mit welcher der Kraftstoff bei der Voreinspritzung gespritzt werden soll, als eine Funktion der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) zu verringern. Das Programm wird bei jeder Einspritzung von Kraftstoff in die Maschine 10 durch die Steuerungsvorrichtung 30 ausgeführt.
Nach dem Eintreten in das Programm schreitet die Routine zu Schritt S21 voran, worin ermittelt wird, ob eine Durchschnittstemperatur Tav in der Verbrennungskammer 14 für einen Verbrennungshub bzw. -takt der Maschine 10 niedriger ist als eine Referenztemperatur Tr. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet insbesondere, um Werte der Temperatur T(θ) innerhalb des Zylinders 11 (das heißt der Verbrennungskammer 14) als eine Funktion des Zylinderdrucks Pcyl(θ) und des Volumens V(θ) der Verbrennungskammer 14 gemäß der Gas-Zustandsgleichung periodisch zu ermitteln. Der Zylinderdruck Pcyl(θ) wird bei Schritt S13 als eine Funktion des Kurbelwinkels θ gemessen. Das Volumen V(θ) der Verbrennungskammer 14 wird basierend auf Gestaltungsdimensionen bzw. Konstruktionsmaßen des Zylinders 11 und dem Kurbelwinkel θ ermittelt. Die Werte der Temperatur T(θ) werden für den Berechnungsbereich (θinj bis θend) des Kurbelwinkels θ zwischen der Einspritzzeit θinj (das heißt dem Start des Spritzens von Kraftstoff bei der Voreinspritzung) und dem Abschluss der Verbrennung des gespritzten Kraftstoffes in der Maschine 10 gemittelt, um die Durchschnittstemperatur Tav herzuleiten. Die Referenztemperatur Tr entspricht einer unteren Grenze eines Temperaturbereichs innerhalb der Verbrennungskammer 14, wobei von der Maschine 10 im Wesentlichen kein unverbrannter Kraftstoff ausgestoßen wird. Die Referenztemperatur Tr ist beispielsweise auf 1400 [K] eingestellt.
Falls bei Schritt S21 NEIN als Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass die Durchschnittstemperatur Tav nicht niedriger als die Referenztemperatur Tr ist, wird die Routine anschließend beendet. Wenn die Durchschnittstemperatur Tav gleich oder höher als die Referenztemperatur Tr ist, besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass die Temperatur eines Kraftstoffstrahls oder die Verbrennungstemperatur davon abfällt, auch wenn der verbrennende Kraftstoffstrahl die Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 erreicht. Die Steuerungsvorrichtung 30 reduziert daher die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung nicht.
Falls bei Schritt S21 alternativ JA als Antwort erhalten wird, schreitet die Routine anschließend zu Schritt S22, worin Werte der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) entsprechend Werten der Reichweite x(θ) eines Kraftstoffstrahls aus dem Speicher ausgelesen werden. Die Werte der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x), wie bei Schritt S19 von 3 berechnet, werden insbesondere von dem Speicher bezogen, um, wie in 8 dargestellt, eine Beziehung zwischen der Reichweite x(θ) und der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) zu erhalten.
Die Routine schreitet zu Schritt S23, worin die Reichweite x(θ) des Kraftstoffstrahls (welche nachfolgend ebenso als eine Reichweite xpeak bezeichnet ist) entsprechend dem größten Wert der Werte der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) ausgewählt wird. Üblicherweise beginnt ein von dem Spritzloch 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgestoßener Kraftstoff zu verbrennen, nimmt in der Verbrennungsintensität zu und brennt anschließend aus, während sich dieser vorwärts bewegt. Dies bewirkt, dass die zweite Wärmeabgaberate ROHR(x) zunimmt, wie aus 8 ersichtlich ist, den Spitzenwert erreicht und anschließend mit einer Zunahme der Reichweite bzw. der Strecke x abnimmt. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet als eine Verbrennungspositions-Berechnungsvorrichtung, um einen der Werte der Reichweite x auszuwählen, welcher dem Spitzenwert der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) entspricht, und ermittelt diesen als die Reichweite xpeak. Die Reichweite xpeak des Kraftstoffstrahls, welcher von dem Kraftstoffinjektor 24 in der Spritzrichtung ausgestoßen wird, die den maximalen Wert der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) zeigt, entspricht einem Index (das heißt einem Parameter), welcher einer Funktion des Verbrennungszentrums von Kraftstoff, welcher von dem Kraftstoffinjektor 24 gespritzt wird, entspricht, und stellt eine Ausrichtung der räumlichen Verteilung der Verbrennung von Kraftstoff dar (das heißt der Verbrennungsposition von Kraftstoff oder der Position des Verbrennungsbereichs).
Die Routine schreitet zu Schritt S24 voran, worin ein Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl zwischen dem Spritzloch 24a des Kraftstoffinjektors 24 und der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 ermittelt wird. Die Position des Kolbens 12, welcher die Verbrennungskammer 14 definiert, verändert sich üblicherweise, wie in 9 dargestellt, als eine Funktion des Kurbelwinkels θ der Maschine 10, so dass sich ein Abstand zwischen dem Spritzloch 24a (das heißt dem Auslassquerschnitt S0) und der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 in der Spritzrichtung, in welcher sich der Kraftstoffstrahl ausbreitet, sich mit dem Hub des Kolbens 12 (das heißt dem Kurbelwinkel θ) verändern wird. Solch ein Abstand ist als der Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl bezeichnet. In dieser Ausführungsform entspricht die Wandoberfläche 12a einer Fläche des Kopfs des Kolbens 12, welcher die Verbrennungskammer 14 definiert. In 9 gibt eine durchgehende Linie TDC die Position der Fläche des Kopfs des Kolbens 12 bei dem oberen Totpunkt an, während eine unterbrochene Linie die Position der Fläche des Kopfs des Kolbens 12 angibt, nachdem sich die Kurbelwelle 13 ausgehend von dem oberen Totpunkt um den Kurbelwinkel θ dreht. Die Steuerungsvorrichtung 30 besitzt ein darin gespeichertes Kennfeld, wie in einem unteren Abschnitt von 9 dargestellt, welches eine Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel θ und dem Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl angibt. Der Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl als eine Funktion des Kurbelwinkels θ ist nachstehend als ein Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl(θ) bezeichnet. Das Kennfeld kann experimentell hergeleitet oder alternativ basierend auf Gestaltungsdimensionen der Maschine 10 und des Kraftstoffinjektors 24 hergeleitet sein. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet als eine Berechnungsvorrichtung für einen Spritzloch-Zu-Wand-Abstand, um den Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl(θ) als eine Funktion des Kurbelwinkels θ durch Nachschlagen unter Verwendung des Kennfeldes zu berechnen.
Die Routine schreitet zu Schritt S25, worin ermittelt wird, ob die Reichweite xpeak des Kraftstoffstrahls größer als der Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl(θ) ist. Wenn der Kraftstoffstrahl die Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 oder einen Ort nahe daran erreicht, resultiert dies in einer Abnahme der Temperatur des Gemisches des gespritzten Kraftstoffes und von Gas oder der Verbrennungstemperatur des Gemisches, wodurch die Erzeugung von unverbranntem Kraftstoff erleichtert wird. Daher wird ermittelt, ob die Reichweite xpeak des Kraftstoffstrahls, wobei die zweite Wärmeabgaberate ROHR(x) maximiert ist, länger ist als der Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl(θ), das heißt, ob das Zentrum der Verbrennung des Kraftstoffstrahls die Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 erreicht hat.
Falls bei Schritt S25 NEIN als Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass die Reichweite xpeak des Kraftstoffstrahls kürzer als der Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl(θ) ist, wird die Routine anschließend beendet. Insbesondere reduziert die Steuerungsvorrichtung 30 die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung nicht.
Falls bei Schritt S25 alternativ JA als Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass die Reichweite xpeak des Kraftstoffstrahls länger als der Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl(θ) ist, schreitet die Routine anschließend zu Schritt S26 voran, worin die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung verringert wird. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet insbesondere als eine Einspritzraten-Reduziervorrichtung, um die Einspritzrate Rp, wie in Schritt S11 unter Verwendung des Kennfeldes als eine Funktion der Position des Gaspedals und der Drehzahl NE der Maschine 10 ermittelt, zu verringern. Insbesondere verringert die Steuerungsvorrichtung 30 die Steigung des Anstiegs (das heißt der Rate der Erhöhung) der Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung, so dass diese kleiner ist als diese der Einspritzrate Rm für die Haupteinspritzung, so dass die Einspritzrate Rp kleiner als die Einspritzrate Rm ist. Die Einspritzrate Rp, wie auf diese Art und Weise ermittelt, wird für einen nachfolgenden Vorgang der Voreinspritzung verwendet, welcher durch den Kraftstoffinjektor 24 durchgeführt wird. Die Routine wird anschließend beendet.
10 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel θ und der ersten Wärmeabgaberate ROHR(θ) darstellt. Die erste Wärmeabgaberate ROHR(θ) verändert sich in der dargestellten Form mit einer Veränderung des Kurbelwinkels θ.
Wenn sich lediglich der Einspritzdruck Pc verändert, wird sich die zweite Wärmeabgaberate ROHR(θ), welche als eine Funktion der Reichweite x(θ) gegeben ist, verändern, wie in 11 durch durchgezogene und unterbrochene Linien dargestellt ist. Mit anderen Worten, die Reichweite xpeak, welche zu dem Spitzenwert der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) führt, das heißt der Position des Verbrennungsbereichs (das heißt der Verbrennungsposition) des Kraftstoffstrahls, verändert sich mit einer Veränderung des Einspritzdrucks Pc. Dies resultiert in einer Veränderung der Positionsbeziehung zwischen dem Verbrennungsbereich des Kraftstoffstrahls und der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14.
Wenn sich lediglich die Gasdichte ρ_a verändert, wird sich die zweite Wärmeabgaberate ROHR(x), welche als eine Funktion der Reichweite x(θ) gegeben ist, verändern, wie in 12 mit durchgehenden und unterbrochenen Linien dargestellt ist. Mit anderen Worten, die Reichweite xpeak, welcher zu dem Spitzenwert der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) führt, das heißt die Position des Verbrennungsbereichs des Kraftstoffstrahls, verändert sich mit einer Veränderung der Gasdichte ρ_a. Dies resultiert in einer Veränderung der Positionsbeziehung zwischen dem Verbrennungsbereich des Kraftstoffstrahls und der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14. Die Gasdichte ρ_a verändert sich ebenso mit einer Veränderung der Einspritzzeit θinj des Kraftstoffes. Insbesondere ist die Gasdichte ρ_a umso kleiner, je weiter sich die Einspritzzeit θinj von dem oberen Totpunkt in dem Verdichtungstakt der Maschine 10 wegbewegt.
Angesichts der vorstehenden Tatsachen verringert die Steuerungsvorrichtung 30 die Einspritzrate von Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor 24 basierend auf der Positionsbeziehung zwischen dem berechneten Verbrennungsbereich des Kraftstoffes und dem Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl(θ) zwischen dem Spritzloch 24a und der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14.
13 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen der Einspritzrate von Kraftstoff und dem Kurbelwinkel der Maschine 10 darstellt, bevor die Einspritzrate durch die Steuerungsvorrichtung 30 verringert wird. 14 stellt die Verbrennungsbereiche BA von Kraftstoffstrahlen dar, welche bei der Voreinspritzung innerhalb der Verbrennungskammer 14 erzeugt werden.
Die Steigung einer Linie, welche die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung darstellt, wird, wie aus 13 ersichtlich ist, durch die Steuerungsvorrichtung 30 derart eingestellt, dass diese identisch zu dieser ist, welche die Einspritzrate Rm für die Haupteinspritzung darstellt, bevor die Steuerungsvorrichtung 30 die Einspritzrate Rp gemäß dem Programm von 7 verändert. Hinsichtlich der Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffes ist es vorzuziehen, dass die Einspritzrate von Kraftstoff hoch ist. Üblicherweise verändert sich die Positionsbeziehung zwischen dem Verbrennungsbereich von Kraftstoff und der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 in Abhängigkeit des Einspritzdrucks Pc, der Gasdichte ρ_a oder der Einspritzzeit θinj. Dies kann bewirken, dass der Verbrennungsbereich BA von Kraftstoffstrahlen, wie in 14 dargestellt, die Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 erreicht, was in einer Abnahme der Temperatur des Gemisches von eingespritztem Kraftstoff und Gas, oder der Temperatur, mit welcher das Gemisch verbrennt, resultiert, was die Emission von unverbranntem Kraftstoff erleichtert.
Um das vorstehende Problem zu lösen, verringert die Steuerungsvorrichtung 30, wie in 15 durch eine unterbrochene Linie hin zu einer durchgehende Linie angegeben, die Rate, mit welcher die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung ansteigt. Dies bewirkt, wie aus 16 ersichtlich ist, dass sämtliche Verbrennungsbereiche BA der Kraftstoffstrahlen bei der Voreinspritzung von der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 wegbewegt werden.
Die vorstehende Ausführungsform sieht die nachfolgenden Vorteile vor.
Die Steuerungsvorrichtung 30 berechnet die Reichweite x(θ), welche der Kraftstoffstrahl ausgehend von dem Spritzloch 24a in der Spritzrichtung voraussichtlich zurücklegt, basierend auf der Tatsache, dass ein Impuls des Kraftstoffes, welcher von dem Spritzloch 24a eingespritzt wird, als ein Impuls des Gemisches innerhalb der Verbrennungskammer 14 erhalten wird. Die Steuerungsvorrichtung 30 berechnet ebenso die Position des Verbrennungsbereichs des Kraftstoffstrahls innerhalb der Verbrennungskammer 14 basierend auf der Reichweite x(θ) und dem Zylinderblock Pcyl, wie durch den Zylinderdrucksensor 43 gemessen. Die Steuerungsvorrichtung 30 ermittelt, ob die Einspritzrate von Kraftstoff, welcher durch den Kraftstoffinjektor 24 eingespritzt werden soll, verringert werden soll, basierend auf der Positionsbeziehung zwischen dem Verbrennungsbereich des Kraftstoffstrahls und dem Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl zwischen dem Spritzloch 24a und der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14. Insbesondere wenn die Reichweite xpeak des Kraftstoffstrahls, wie bei der Voreinspritzung erzeugt, derart ermittelt wird, dass diese länger als der Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl ist, verringert die Steuerungsvorrichtung 30 die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung. Die Verringerung der Einspritzrate Rp resultiert in einer Abnahme des Impulses des Kraftstoffstrahls, wodurch der Verbrennungsbereich des Kraftstoffstrahls daran gehindert wird, die Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 zu erreichen. Dies verhindert den Abfall der Temperatur des Kraftstoffstrahls oder der Temperatur, mit welcher der Kraftstoffstrahl verbrennt, wodurch eine ausgestoßene Menge von unverbranntem Kraftstoff minimiert wird.
Die Position des Kolbens 12, welcher die Verbrennungskammer 14 definiert, wie bereits beschrieben, verändert sich mit einer Veränderung des Kurbelwinkels θ der Maschine 10. Der Abstand zwischen dem Spritzloch 24a (das heißt dem Auslassquerschnitt S0) und der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 in der Spritzrichtung verändert sich daher mit einer Veränderung des Kurbelwinkels θ der Maschine 10. Die Steuerungsvorrichtung 30 ermittelt daher den Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl, das heißt den Abstand zwischen dem Spritzloch 24a und der Wandoberfläche 12a, als eine Funktion des augenblicklichen Werts des Kurbelwinkels θ, wodurch die Genauigkeit beim Berechnen des Spritzloch-Zu-Wand-Abstandes Lwl sichergestellt wird.
Die Steuerungsvorrichtung 30 verringert die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung derart, dass dieser niedriger ist als die Einspritzrate Rm für die Haupteinspritzung, basierend auf der Positionsbeziehung zwischen dem Verbrennungsbereich des Kraftstoffstrahls und dem Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl zwischen dem Spritzloch 24a und der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14. Dies verhindert, dass der Verbrennungsbereich des Kraftstoffstrahls, wie bei der Voreinspritzung erzeugt, die Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 erreicht, ohne die Einspritzrate Rm für die Haupteinspritzung so zu belassen.
Je höher die Menge von Kraftstoff ist, welcher durch den Kraftstoffinjektor 24 gespritzt werden soll, desto mehr wird die Einspritzzeit θinj der Voreinspritzung nach früh verschoben, wodurch vermieden wird, dass sich die Kraftstoffstrahlen überlappen, welche bei der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung erzeugt werden, um die Verwendungsrate von Luft innerhalb der Verbrennungskammer 14 zu verbessern.
Wenn die Durchschnittstemperatur Tav innerhalb der Verbrennungskammer 14 bei dem Verbrennungshub bzw. Verbrennungstakt der Maschine 10 niedriger als die Referenztemperatur Tr ist, welche erforderlich ist, um die Emission von unverbranntem Kraftstoff zu minimieren, verringert die Steuerungsvorrichtung 30 die Einspritzrate von Kraftstoff, welcher durch den Kraftstoffinjektor 24 eingespritzt werden soll, basierend auf der Positionsbeziehung zwischen dem Verbrennungsbereich des Kraftstoffstrahls und dem Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl. Mit anderen Worten, die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet derart, dass diese die Einspritzrate von Kraftstoff lediglich dann verringert, wenn die Bedingung erfüllt ist, welche in einer Zunahme der Emission von unverbranntem Kraftstoff resultiert, wodurch die Stabilität der Zerstäubung von Kraftstoff innerhalb der Verbrennungskammer 14 sichergestellt wird.
Die Reichweite x(θ) ist durch den größten Wert der Werte der Reichweite x aller Abschnitte in den Kraftstoffstrahl (das heißt aller Gruppen von Tröpfchen des Kraftstoffstrahls auf Querschnitten senkrecht zu der Ebene der Abbildung von 2), welche als eine Funktion von Werten der Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ davon in der Einspritzphase berechnet werden, angegeben. Mit anderen Worten, die Reichweite x(θ) wird im Lichte des Einholens bzw. Überholens von Tröpfchen in dem Kraftstoffstrahl, was aus einem Unterschied der Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ unter dem Tröpfchen in dem Kraftstoffstrahl resultiert, exakt ermittelt.
Die Reichweite xpeak des Kraftstoffstrahls, welcher von dem Kraftstoffinjektor 24 in der Spritzrichtung ausgestoßen wird, welche den maximalen Wert der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) zeigt, kann, wie vorstehend beschrieben, als ein Index verwendet werden, welche die Position des Zentrums der Verbrennung des Kraftstoffstrahls angibt. Die Steuerungsvorrichtung 30 ermittelt daher die Position des Verbrennungsbereichs des Kraftstoffstrahls auf einfache Art und Weise unter Verwendung der Reichweite xpeak, welche die Position des Verbrennungsbereichs des Kraftstoffstrahls darstellt.
Das Kraftstoffeinspritzsystem der ersten Ausführungsform kann in der nachfolgenden Art und Weise modifiziert sein.
Die Steuerungsvorrichtung 30, wie vorstehend beschrieben, verschiebt die Einspritzzeit θinj der Voreinspritzung mit einer Zunahme der Einspritzmenge Q von Kraftstoff, welcher von dem Kraftstoffinjektor 24 eingespritzt wird (das heißt der Summe einer Menge von Kraftstoff bei der Voreinspritzung und einer Menge von Kraftstoff bei der Haupteinspritzung) nach früh, diese kann alternativ jedoch derart gestaltet sein, dass diese dies nicht tut.
Die Steuerungsvorrichtung 30 muss den Vorgang bei Schritt S21 von 7 nicht durchführen. Die Steuerungsvorrichtung 30 kann insbesondere die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung basierend auf der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) ungeachtet davon verringern, ob die Durchschnittstemperatur Tav in der Verbrennungskammer 14 für den Verbrennungshub bzw. Verbrennungstakt der Maschine 10 niedriger als die Referenztemperatur Tr ist.
Die Steuerungsvorrichtung 30 berechnet den Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl zwischen dem Spritzloch 24a und der Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 als eine Funktion des Kurbelwinkels θ. Wenn jedoch der Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl derart gesehen werden kann, dass dieser im Wesentlichen konstant ist, ungeachtet der Einspritzzeit θinj von Kraftstoff, kann die Steuerungsvorrichtung 30 den Spritzloch-Zu-Wand-Abstand Lwl als einen konstanten Wert ermitteln, welcher basierend auf Gestaltungsdimensionen bzw. Konstruktionsmaße des Zylinders 11 und des Kolbens 12 hergeleitet wird.
Der Wert der Reichweite x(θ) eines Kraftstoffstrahls, welcher von dem Spritzloch 24a des Kraftstoffinjektors 24 in der Spritzrichtung abgegeben wird, der bewirkt, dass ein integrierter Wert der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) von dem Start des Spritzens des Kraftstoffes ein vorgegebener Prozentsatz (beispielsweise 50%) eines integrierten Werts der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) in einem Bereich (das heißt der Einspritzphase) zwischen dem Start und dem Ende des Spritzens von Kraftstoff ist, entspricht einem Index, welcher von einer gegebenen Position (beispielsweise dem Zentrum) in einer Verteilung der Verbrennung des Kraftstoffstrahls abhängt. Die Steuerungsvorrichtung 30 kann daher den vorstehenden Wert der Reichweite x(θ) derart verwenden, dass dieser die Position des Verbrennungsbereichs, das heißt die Verbrennungsposition des Kraftstoffstrahls darstellt.
Der Schwerpunkt der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) als eine Funktion der Reichweite x(θ) eines Kraftstoffstrahls entspricht einem Index, welcher das Verbrennungszentrum des Kraftstoffstrahls darstellt. Es ist daher möglich, den Schwerpunkt der Verbrennung xcen als die Verbrennungsposition (das heißt den Verbrennungsbereich) des Kraftstoffstrahls zu verwenden. Der Schwerpunkt der Verbrennung xcen wird durch Dividieren eines integrierten Werts des Produkts des Werts der Reichweite x(θ) und des Werts der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) über die Einspritzphase des Kraftstoffstrahls durch einen integrierten Wert der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) über die Einspritzphase hergeleitet. Der Schwerpunkt der Verbrennung xcen wird insbesondere ausgedrückt durch
Die Steuerungsvorrichtung 30 kann derart gestaltet sein, dass diese nicht als der erste Sprühwinkel-Korrektor arbeitet, um den Wert des Sprühwinkels θ₀ mit einer Zunahme des Impulses des Kraftstoffes, welcher von dem Spritzloch 24a abgegeben wird, zu erhöhen. Die Steuerungsvorrichtung 30 kann außerdem derart gestaltet sein, dass diese nicht als der zweite Sprühwinkel-Korrektor arbeitet, um den Sprühwinkel θ₀ mit einer Zunahme der Gasdichte ρ_a von Luft zu erhöhen. In diesem Fall kann die Steuerungsvorrichtung 30 einen experimentell hergeleiteten Wert als den Sprühwinkeltäter θ₀ verwenden.
Die Steuerungsvorrichtung 30, wie vorstehend beschrieben, verringert den Gradienten des Anstiegs (das heißt die Zunahmerate) in der Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung, um die Einspritzrate Rp zu reduzieren, kann jedoch derart gestaltet sein, dass diese den Maximalwert der Einspritzrate Rp alternativ oder zusätzlich zu dem vorstehenden Vorgang verringert. Dies bietet die gleichen vorteilhaften Effekte wie vorstehend beschrieben.
Die Steuerungsvorrichtung 30, wie vorstehend beschrieben, verringert die Einspritzrate Rp für die Voreinspritzung basierend auf der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x), kann jedoch alternativ derart gestaltet sein, dass diese lediglich die Haupteinspritzung von Kraftstoff in die Maschine 10 durchführt und die Einspritzrate Rm für die Haupteinspritzung als eine Funktion der zweiten Wärmeabgaberate ROHR(x) verringert.
Der in dem Kraftstoffeinspritzsystem verwendete Kraftstoffinjektor 24 ist derart gestaltet, dass dieser hinsichtlich der Einspritzrate variabel ist, das Kraftstoffeinspritzsystem kann jedoch alternativ derart gestaltet sein, dass die Einspritzrate von Kraftstoff, welcher von dem Kraftstoffinjektor 24 eingespritzt werden soll, durch Steuern der Zuführung von Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 21 verringert wird, oder mit einem Neben-Common-Rail ausgerüstet ist, welches den Kraftstoff bei einem Druck speichert, welcher sich von diesem in dem Common-Rail 22 unterscheidet, um zwischen dem Neben-Common-Rail und dem Common-Rail 22 umzuschalten, so dass diese mit dem Kraftstoffinjektor 24 verbunden sind, um die Einspritzrate von Kraftstoff, welcher von dem Kraftstoffinjektor 24 gespritzt werden soll, zu verringern.
Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform und Modifikationen offenbart wurde, um ein besseres Verständnis davon zu erleichtern, sollte erkannt werden, dass die Erfindung in verschiedenen Arten ausgeführt sein kann, ohne von dem Grundsatz der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-264332 A [0002]

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem, welches die Einspritzung von Kraftstoff von einem Spritzloch eines Kraftstoffinjektors, der eine variable Einspritzrate besitzt, in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine steuert, aufweisend: einen Drucksensor, welcher einen Druck in der Verbrennungskammer ermittelt; eine Reichweiten-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Reichweite, welche einer Strecke entspricht, die ein Kraftstoffstrahl von dem Kraftstoffinjektor ausgehend von dem Spritzloch in einer Spritzrichtung, in welcher sich der Kraftstoffstrahl ausbreitet, voraussichtlich zurücklegt, als eine Funktion eines Kurbelwinkels der Verbrennungskraftmaschine basierend auf einer Tatsache, dass ein Impuls des von dem Spritzloch gespritzten Kraftstoffes als ein Impuls eines Gemisches des Kraftstoffes und von Gas innerhalb der Verbrennungskammer erhalten wird; eine Verbrennungspositions-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Verbrennungsposition des Kraftstoffes basierend auf der Reichweite, welche durch die Reichweiten-Berechnungseinrichtung berechnet wird, und dem Druck in der Verbrennungskammer, welcher durch den Drucksensor gemessen wird; und eine Einspritzraten-Verringerungseinrichtung zum Verringern der Einspritzrate, mit welcher der Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden soll, basierend auf der Verbrennungsposition des Kraftstoffes, welche durch die Verbrennungspositions-Berechnungseinrichtung berechnet wird, und einem Spritzloch-Zu-Wand-Abstand zwischen dem Spritzloch und einer Wandoberfläche der Verbrennungskammer.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Berechnungseinrichtung für einen Spritzloch-Zu-Wand-Abstand zum Berechnen des Spritzloch-Zu-Wand-Abstandes als eine Funktion eines Kurbelwinkels der Verbrennungskraftmaschine.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine Einspritzeinrichtung zum Steuern eines Betriebs des Kraftstoffinjektors, um eine erste Einspritzung von Kraftstoff, welcher durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskraftmaschine gespritzt wird, und eine zweite Einspritzung von Kraftstoff, welcher durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskraftmaschine gespritzt wird und der ersten Einspritzung in einem Verbrennungstakt der Verbrennungskraftmaschine folgt, durchzuführen, wobei die Einspritzraten-Verringerungseinrichtung eine Einspritzrate für die erste Einspritzung derart verringert, dass dieser niedriger ist als diese für die zweite Einspritzung, basierend auf der Verbrennungsposition des Kraftstoffes, welche durch die Verbrennungspositions-Berechnungseinrichtung berechnet wird, und dem Spritzloch-Zu-Wand-Abstand zwischen dem Spritzloch und einer Wandoberfläche der Verbrennungskammer.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, wobei die Einspritzeinrichtung eine Zeit, zu welcher die erste Einspritzung durchgeführt werden soll, mit einer Zunahme der Menge von Kraftstoff, welcher in die Verbrennungskraftmaschine gespritzt werden soll, nach früh verschiebt.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn eine Durchschnittstemperatur in der Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine für einen Verbrennungstakt davon niedriger ist als eine minimale Temperatur, bei welcher kein unverbrannter Kraftstoff ausgestoßen wird, die Einspritzraten-Verringerungseinrichtung die Einspritzrate verringert, mit welcher der Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden soll, basierend auf einer Positionsbeziehung zwischen der Verbrennungsposition des Kraftstoffes, welche durch die Verbrennungspositions-Berechnungseinrichtung berechnet wird, und dem Spritzloch-Zu-Wand-Abstand zwischen dem Spritzloch und der Wandoberfläche der Verbrennungskammer.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Reichweiten-Berechnungseinrichtung aufeinanderfolgend Werte der Reichweite für sämtliche Abschnitte des Kraftstoffstrahls basierend auf Anfangsgeschwindigkeiten der Abschnitte des Kraftstoffstrahls in einer Einspritzphase des Kraftstoffes in die Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine ermittelt, und den größten der Werte als die Reichweite für die Verwendung in der Verbrennungspositions-Berechnungseinrichtung definiert.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verbrennungspositions-Berechnungseinrichtung einen Wert der Reichweite des Kraftstoffstrahls, welcher einem Spitzenwert einer Wärmeabgaberate entspricht, die durch die Verbrennung des Kraftstoffes geschaffen wird, als die Verbrennungsposition des Kraftstoffes ermittelt.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Verbrennungspositions-Berechnungseinrichtung einen Wert der Reichweite des Kraftstoffstrahls herleitet, welcher bewirkt, dass ein integrierter Wert einer Wärmeabgaberate, die durch die Verbrennung des Kraftstoffes ausgehend vom Start des Spritzens des Kraftstoffes geschaffen wird, einem vorgegebenen Prozentsatz eines integrierten Werts der Wärmeabgaberate in einem Bereich zwischen dem Start und dem Ende des Spritzens des Kraftstoffes entspricht, und den Wert als die Verbrennungsposition des Kraftstoffstrahls ermittelt.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verbrennungspositions-Berechnungseinrichtung einen Verbrennungsschwerpunkt des Kraftstoffes durch Dividieren eines integrierten Werts des Produkts eines Werts der Reichweite und eines Werts einer Wärmeabgaberate, welche durch die Verbrennung des Kraftstoffes über eine Einspritzphase des Kraftstoffstrahls geschaffen wird, durch einen integrierten Wert der Wärmeabgaberate über die Einspritzphase herleitet.