DE102015117826B4

DE102015117826B4 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015117826B4
Application number: DE102015117826.5A
Authority: DE
Inventors: Masato Ikemoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2035-10-21
Also published as: DE102015117826A1; US20160123270A1; CN105569865A; CN105569865B; JP6269442B2; JP2016089652A; US10378476B2

Abstract

Brennkraftmaschine (1), die mit einem Kraftstoffeinspritzventil (4) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder (2) der Brennkraftmaschine (1) ausgestattet ist, wobei die Brennkraftmaschine (1) eine Steuereinrichtung (10) aufweist, die dafür ausgelegt ist, den Kraftstoff, der in einem Fall aus dem Kraftstoffeinspritzventil (4) eingespritzt werden soll, wo eine Nacheinspritzung nach einer Haupteinspritzung von Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil (4) ausgeführt wird, auf solche Weise zu steuern, dass eine Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung gegenüber einer Eindringkraft des Kraftstoffs in der Haupteinspritzung vergrößert wird, falls die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) gleich oder größer als eine erste vorgegebene Drehzahl ist, wohingegen die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs in der Haupteinspritzung verringert wird, falls die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) niedriger ist als eine zweite vorgegebene Drehzahl, die gleich oder kleiner als die erste vorgegebene Drehzahl ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine.
Dass eine Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine verteilt auf mehrere Einspritzungen durchgeführt wird, ist bekannt. Damit kann die Verbrennung dadurch unterstützt werden, dass eine Vor- oder eine Nacheinspritzung nach einer Haupteinspritzung durchgeführt wird, so dass Rauch verringert und die Kraftstoffverbrauchswerte verbessert werden können. Bekannt sind hierbei eine Technik, bei der eine Änderung einer Kraftstoffeinspritzrate (einer Menge einer Kraftstoffeinspritzung pro Zeiteinheit) aus einem Kraftstoffeinspritzventil in einem Anfangs- oder frühen Stadium einer Nacheinspritzung gegenüber einer Haupteinspritzung erhöht wird, und eine Technik, bei der eine Kraftstoffeinspritzrate so geändert wird, dass die Geschwindigkeit einer Nadel in einem Kraftstoffeinspritzventil zu Zeiten einer Nacheinspritzung gegenüber einer Haupteinspritzung erhöht wird (siehe beispielsweise die JP 2012-241 663 A ). In diesen Verfahren wird zu Zeiten einer Nacheinspritzung eine große Eindringkraft des Kraftstoffs bewirkt. Ein weiteres Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung ist Gegenstand der JP 2013-024 197 A .
Aus der EP 1 639 251 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung bekannt, bei dem Kraftstoff mittels einer eine Düsennadel aufweisenden Einspritzdüse mit Einspritzbohrungen in Form mehrerer Kraftstoffstrahlen in einen Brennraum eingespritzt wird, während eines Einspritzvorgangs ein Teil des Kraftstoffes als eine Haupteinspritzung und zu einem späteren Zeitpunkt nach der Haupteinspritzung ein Kraftstoffmenge als eine getaktete Nacheinspritzung eingespritzt wird.
Die DE 103 29 524 A1 offenbart weiter eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinheit und einem zwischen einem Kolben und einem Zylinderkopf gebildeten Brennraum und einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Einspritzdüse, welche eine Düsennadel und mehrere Einspritzbohrungen aufweist, wobei mittels der Einspritzdüse Kraftstoff in Form mehrerer Kraftstoffstrahlen als eine Haupteinspritzung und gegebenenfalls als eine Vor- und/oder Nacheinspritzung in den Brennraum eingespritzt wird. Die Einspritzbohrungen der Einspritzdüse sind in mindestens zwei unterschiedlichen, getrennt ansteuerbaren Lochreihen angeordnet, und ein Betriebshub der Düsennadel ist mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit von einer Kolbenstellung und/oder einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einstellbar.
Aus der DE 102 13 025 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Betrieb einer selbstzündenden Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, bei der Kraftstoff mittels einer eine Düsennadel und Einspritzbohrungen umfassenden Einspritzdüse in mehreren Kraftstoffstrahlen bestimmter Reichweite direkt in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei aus einem Einspritzzyklus ein Teil des Kraftstoffes im Verdichtungstakt als getaktete Voreinspritzung in Teilmengen und der restliche Kraftstoff als Haupteinspritzung zu einem späteren Zeitpunkt in den Brennraum mit einem höheren Einspritzdruck als während der Voreinspritzung eingespritzt wird.
Auch die EP 1 488 091 B1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer selbstzündenden Hubkolbenbrennkraftmaschine, bei der Kraftstoff mittels einer eine Düsennadel und Einspritzbohrungen umfassenden Einspritzdüse in mehreren Kraftstoffstrahlen bestimmter Reichweite direkt in einen Brennraum eingespritzt wird, wobei aus einem Einspritzzyklus ein Teil des Kraftstoffes im Verdichtungstakt als getaktete Voreinspritzung in Teilmengen und der restliche Kraftstoff als Haupteinspritzung zu einem späteren Zeitpunkt in den Brennraum mit einem höheren Einspritzdruck als während der Voreinspritzung eingespritzt wird.
Ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, unter Verwendung eines Injektors, mit einem Spritzloch und einem Injektorsackloch, sowie einer Injektornadel, die mit einer Innenwand des Injektors einen Drosselspalt definiert, der durch die Injektornadel des Injektors und die Innenwand des Injektors definiert ist, ist ferner aus der DE 10 2006 039 523 A1 bekannt. Hierbei wird die Injektornadel zur einstellbaren Veränderung des Öffnungsquerschnitts des Drosselspalts derart angesteuert, dass ein definierter Spritzlocheintrittsdruck innerhalb eines bestimmten Grenzbereichs erzielt wird.
Aus der US 2011/0 066 354 A1 ist zudem ein Verfahren zur Regenerieren eines Dieselpartikelfilters bekannt, bei dem eine einzuspritzende Kraftstoffmenge in zumindest zwei aufeinanderfolgende Nacheinspritzungen aufgeteilt wird, die ausgeführt werden, wenn der Kolben den oberen Totpunkt durchlaufen hat.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die mindestens einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in Form eines Einspritzstrahles in einen einen Kolben aufweisenden Brennraum der Brennkraftmaschine aufweist, ist Gegenstand der DE 10 2010 014 824 A1 . Der Injektor umfasst dabei mindestens ein Spritzloch und eine direkt angetriebene Injektornadel, die mit einer Innenwand des Injektor einen durch den Hub der Injektornadel einstellbaren Drosselspalt definiert, wobei die Einspritztiefe des Einspritzstrahles selektiv für bestimmte Einspritzvorgänge durch Einstellung des Injektornadelhubes gegenüber dem bei Normalbetrieb derart, dass der Drosselspalt nur teilweise geöffnet wird, verringert wird.
Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, bei der Kraftstoff in einen Brennraum eingespritzt wird, ist schließlich Gegenstand der DE 10 2005 054 387 A1 . Der Kraftstoff wird dabei zumindest in einer Haupteinspritzung und einer Nacheinspritzung eingespritzt. Um im Betrieb der Brennkraftmaschine in niedrigen Drehzahlbereichen eine wirksame thermische Partikelfilterregeneration bei möglichst geringer Verdünnung des Schmieröls zu ermöglichen, erfolgt die Nacheinspritzung in Intervallen.
In einem Dieselmotor, in dem Kraftstoff durch Selbstzündung verbrannt wird, können die folgenden zwei Vorteile als Hauptwirkungen für die Zeiten genannt werden, zu denen eine Nacheinspritzung nach einer Haupteinspritzung ausgeführt wird. Eine erste Wirkung ist eine, die durch die Verwirbelung oder Aufrührung von Brenngas erreicht wird. Wenn in dem Dieselmotor aus einem Kraftstoffeinspritzventil eine Haupteinspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder ausgeführt wird, kann die Eindringkraft des Kraftstoffs sinken, und Brenngas kann an einer bestimmten Stelle bleiben. Hierbei kann das verbliebene Brenngas durch die Ausführung einer Nacheinspritzung in der späteren oder zweiten Hälfte der Verbrennung des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs verwirbelt oder aufgerührt werden. Das Mischen von Kraftstoff und Luft wird durch diese Verwirbelung oder Aufrührung des Brenngases unterstützt, so dass die Geschwindigkeit oder Rate der Verbrennung erhöht werden kann. Durch Erhöhen der Verbrennungsgeschwindigkeit oder -rate kann der Grad verbessert werden, bis zu dem ein Volumen konstant bleibt, wodurch es möglich ist, die Kraftstoffverbrauchswerte zu verbessern. Außerdem kann die Reoxidation von Ruß durch die Aufrührung des Brenngases unterstützt werden, so dass die Raucherzeugung verringert werden kann. Aufgrund der Verringerung der Raucherzeugung kann eine viel größere Wärmemenge erzeugt werden, so dass die Kraftstoffverbrauchswerte auch dadurch verbessert werden können.
Eine zweite Wirkung ist eine, die dadurch erreicht wird, dass mittels der Nacheinspritzung Kraftstoff unter Verwendung des Sauerstoffs verbrannt wird, der in der Nähe des Kraftstoffeinspritzventils zurückgeblieben ist (oder der auch auf einer Zylindermittenseite vorhanden sein kann). Der Kraftstoff, der durch die Haupteinspritzung zugeführt wird, wird durch die Eindringkraft des Kraftstoffs in Richtung auf eine Zylinderwandfläche getrieben, und danach kommt es zu einer Selbstzündung des Kraftstoffs, so dass die Verbrennung des Kraftstoffs auf der Zylinderwandflächenseite beginnt. Aus diesem Grund verbleibt eine große Menge an Sauerstoff auf der Zylindermittenseite, während der durch die Haupteinspritzung zugeführte Kraftstoff an der Zylinderwandfläche verbrennt. Durch Ausführen der Nacheinspritzung zur Zylindermittenseite, die während einer Verbrennung des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs auf der Zylinderwandflächenseite unter eine hohe Temperatur und einen hohen Druck gesetzt worden ist, kann der Kraftstoff unter Verwendung einer großen Menge an Sauerstoff, der auf der Zylindermittenseite zurückgeblieben ist, verbrannt werden. Durch Verbrennen des durch die Nacheinspritzung zugeführten Kraftstoffs auf der Zylindermittenseite, auf der die große Menge an Sauerstoff zurückgeblieben ist, ist es möglich, den Sauerstoff im Zylinder effektiv zu nutzen. Als Folge davon kann die Raucherzeugung verringert werden oder die Kraftstoffverbrauchswerte können verbessert werden.
Hierbei wird in den Verfahren des Standes der Technik die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Ausführung der Nacheinspritzung vergrößert. In diesem Fall wird hauptsächlich danach gestrebt, die Wirkung zu erzielen, die auf die Verwirbelung oder Aufrührung des Brenngases zurückgeht. Jedoch kann abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine größere Wirkung dadurch erhalten werden, dass die Wirkung angestrebt wird, die auf einer Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite beruht, statt dass die Wirkung angestrebt wird, die durch die Aufrührung des Brenngases erzielt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben genannten Probleme gemacht, und das Ziel der Erfindung ist die Nutzung einer Nacheinspritzung auf effektivere Weise.
Um das genannte Ziel zu erreichen, beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, die mit einem Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine ausgestattet ist, wobei die Maschine eine Steuereinrichtung aufweist, die in einem Fall, wo eine Nacheinspritzung nach einer Haupteinspritzung von Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil ausgeführt wird, den Kraftstoff, der aus dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt werden soll, den Kraftstoff auf solche Weise steuert, dass eine Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung gegenüber einer Eindringkraft des Kraftstoffs in der Haupteinspritzung erhöht wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine gleich oder größer als eine erste vorgegebene Drehzahl ist, wohingegen die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs in der Haupteinspritzung gesenkt wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedriger ist als eine zweite vorgegebene Drehzahl, die gleich oder kleiner als die erste vorgegebene Drehzahl ist.
Die Nacheinspritzung ist eine Kraftstoffeinspritzung, die nach der Haupteinspritzung ausgeführt wird und die ausgeführt wird, um das Drehmoment der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Hierbei kann das Brenngas, das durch die Haupteinspritzung zugeführt wird, durch den in der Nacheinspritzung zugeführten Kraftstoff dadurch verwirbelt oder aufgerührt werden, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Haupteinspritzung erhöht wird. Aus diesem Grund wird die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht, größer. Dagegen kann dadurch, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Haupteinspritzung gesenkt wird, bewirkt werden, dass der in der Nacheinspritzung zugeführte Kraftstoff an einer Stelle verbrennt, wo die Sauerstoffkonzentration auf der Zylindermittenseite relativ hoch ist. Aus diesem Grund wird die Wirkung, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht, groß. In jedem Fall kann die Verbrennung des Kraftstoffs durch Ausführen der Nacheinspritzung unterstützt werden, wodurch es möglich ist, die Unterdrückung von Rauch und die Verbesserung der Kraftstoffverbrauchswerte zu erreichen.
In dem Fall, wo Kraftstoff mit einer großen Eindringkraft eingespritzt wird, und in dem Fall, wo Kraftstoff mit einer kleinen Eindringkraft eingespritzt wird, ist zu Zeiten einer Nacheinspritzung gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine jeweils ein anderer von diesen Fällen wirksamer, um die Verbrennung zu unterstützen. In Fällen, wo die Maschinendrehzahl hoch ist, kann die Reoxidation von Ruß stärker unterstützt werden, wenn die Aufrührung des Brenngase unterstützt wird als wenn die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite unterstützt wird, so dass die Raucherzeugung unterdrückt werden kann. Das heißt, in Fällen, wo die Drehzahl der Brennkraftmaschine relativ hoch ist, kann die Raucherzeugung durch Einspritzen des Kraftstoffs mit einer großen Eindringkraft zu Zeiten einer Nacheinspritzung stärker reduziert werden.
Dagegen ist in Fällen, wo die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig ist, die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht, klein, auch wenn die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung vergrößert wird. Somit kann in Fällen, wo die Drehzahl der Brennkraftmaschine relativ niedrig ist, die Raucherzeugung stärker unterdrückt werden, wenn die Verwendung von Sauerstoff auf der Zylindermittenseite unterstützt wird als wenn die Aufrührung des Brenngases unterstützt wird. Das heißt, in Fällen, wo die Drehzahl der Brennkraftmaschine relativ niedrig ist, kann die Raucherzeugung durch Einspritzen des Kraftstoffs mit einer kleinen Eindringkraft zu Zeiten einer Nacheinspritzung stärker reduziert werden.
Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine gleich oder größer als die erste vorgegebene Drehzahl ist, wird daher die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Haupteinspritzung erhöht, wohingegen dann, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine unter der zweiten vorgegebenen Drehzahl liegt, die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Haupteinspritzung gesenkt wird, wodurch die Raucherzeugung unterdrückt werden kann. Infolgedessen ist es auch möglich, die Kraftstoffverbrauchswerte zu verbessern. Hierbei ist zu beachten, dass die erste vorgegebene Drehzahl in einem Bereich der Maschinendrehzahl eingestellt wird, in dem die Raucherzeugung dadurch, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Haupteinspritzung erhöht wird, starker verringert werden kann als dadurch, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Haupteinspritzung gesenkt wird. Außerdem wird die zweite vorgegebene Drehzahl in einem Bereich der Maschinendrehzahl eingestellt, in dem die Raucherzeugung dadurch, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Haupteinspritzung gesenkt wird, stärker verringert werden kann als dadurch, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Haupteinspritzung erhöht wird,
In Fällen, wo die Drehzahl der Brennkraftmaschine gleich oder größer als die zweite vorgegebene Drehzahl ist und gleichzeitig kleiner ist als die erste vorgegebene Drehzahl, führt die Steuereinrichtung außerdem die Nacheinspritzung nach der Haupteinspritzung mehrmals in Form von Teileinspritzungen aus, bei denen die Eindringkraft des Kraftstoffs jeweils verschieden ist.
Das heißt, die Nacheinspritzung kann auch so ausgeführt werden dass sie auf eine Mehrzahl von Teileinspritzungen aufgeteilt wird. Durch Ausführen der Nacheinspritzung, während diese in die Mehrzahl von Teileinspritzungen aufgeteilt ist, kann die Eindringkraft des Kraftstoffs während der einzelnen Teileinspritzung geändert werden. Wenn die Nacheinspritzung in dem Fall ausgeführt wird, wo die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig ist, wird hierbei, wie oben angegeben, die Wirkung, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht, größer als die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht. Mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine wird also auch die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht, größer. Aus diesem Grund können in dem Fall, wo die Drehzahl der Brennkraftmaschine gleich oder größer als die zweite vorgegebene Drehzahl ist und gleichzeitig niedriger ist als die erste vorgegebene Drehzahl, die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht, und die Wirkung aufgrund der Nutzung von Sauerstoff auf der Zylindermittenseite jeweils gleichzeitig erhalten werden. In Fällen, wo die Nacheinspritzung nur einmal ausgeführt wird, ohne in eine Mehrzahl von Teileinspritzungen aufgeteilt zu werden, ist es daher nur möglich, die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung zu vergrößern oder zu verkleinern. Aus diesem Grund wird eine der beiden Wirkungen groß, aber die andere Wirkung wird klein, weswegen die Rauchverringerungswirkung als Ganzes verringert wird. Dagegen kann durch Aufteilen der Nacheinspritzung in mehrere Teileinspritzungen und Kombinieren von Kraftstoffeinspritzungen, bei denen die Eindringkraft des Kraftstoffs höher als in der Haupteinspritzung, von Kraftstoffeinspritzungen, bei denen die Eindringkraft des Kraftstoffs niedriger ist als in der Haupteinspritzung, und von Kraftstoffeinspritzungen, bei denen die Eindringkraft des Kraftstoffs der in der Haupteinspritzung gleich ist, jeweils die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht, und die Wirkung, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht, erhalten werden, so dass die Rauchverringerungswirkung sehr verstärkt werden kann.
Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung entsprechend der steigenden Drehzahl der Brennkraftmaschine vergrößern.
Hierbei wird der Zeitraum, in dem die Reoxidation von Ruß ausgeführt wird, mit einem Anstieg der Drehzahl der Brennkraftmaschine kürzer. Um die Reoxidation von Ruß zu unterstützen, ist es wirkungsvoll, die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung zu erhöhen. Der Zeitraum, in dem die Reoxidation von Ruß ausgeführt wird, wird mit einem Anstieg der Drehzahl der Brennkraftmaschine kürzer, so dass also die Erzeugung von Ruß dadurch stärker unterdrückt werden kann, dass die Wirkung verlängert wird, die auf eine Unterstützung der Reoxidation von Ruß zurückgeht. Mit sinkender Drehzahl der Brennkraftmaschine wird andererseits der Zeitraum länger, in dem die Reoxidation von Ruß ausgeführt wird, so dass die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht, klein wird, aber andererseits die Wirkung, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht, groß wird. Das heißt, zu Zeiten einer Nacheinspritzung wird die Eindringkraft des Kraftstoffs umso mehr vergrößert, je höher die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, wohingegen die Eindringkraft des Kraftstoffs umso mehr verkleinert wird, je niedriger die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, wodurch die Wirkung, die auf die Nacheinspritzung zurückgeht, stark erhöht werden kann. Hierbei ist zu beachten, dass dann, wenn die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung gemäß der zunehmenden Drehzahl der Brennkammer vergrößert wird, die Eindringkraft der Nacheinspritzung auch schrittweise oder stufenlos (kontinuierlich) entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine vergrößert werden kann.
Wenn die Nacheinspritzung so durchgeführt wird, dass sie in eine Mehrzahl von Teileinspritzungen aufgeteilt wird, kann die Steuereinrichtung ferner die Nacheinspritzung ausführen, die eine Teileinspritzung, bei der die Eindringkraft des Kraftstoffs größer ist als bei der Haupteinspritzung, und eine Teileinspritzung beinhaltet, bei der die Eindringkraft des Kraftstoffs kleiner ist als bei der Haupteinspritzung, und kann einen Anteil einer Menge einer Kraftstoffeinspritzung in der Teileinspritzung, bei der die Eindringkraft des Kraftstoffs größer ist als bei der Haupteinspritzung, in Bezug auf die Gesamtmenge der Kraftstoffeinspritzung in der Nacheinspritzung entsprechend der steigenden Drehzahl der Brennkraftmaschine vergrößern.
Hierbei wird der Zeitraum, in dem die Reoxidation von Ruß ausgeführt wird, mit einem Anstieg der Drehzahl der Brennkraftmaschine kürzer. Um die Reoxidation von Ruß zu unterstützen, ist es wirkungsvoll, die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung zu erhöhen. Andererseits ist in Fällen wo die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig ist, die Rauchverringerungswirkung größer, wenn der Sauerstoff auf der Zylindermittenseite genutzt wird. Der Zeitraum, in dem die Reoxidation von Ruß ausgeführt wird, wird mit einem Anstieg der Drehzahl der Brennkraftmaschine kürzer, so dass also die Erzeugung von Ruß dadurch stärker unterdrückt werden kann, dass die Wirkung verlängert wird, die auf eine Unterstützung der Reoxidation von Ruß zurückgeht. Das heißt, zu Zeiten einer Nacheinspritzung wird die Einspritzmenge des Kraftstoffs mit hoher Eindringkraft mit steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine vergrößert, wodurch die Wirkung, die auf die Nacheinspritzung zurückgeht, stark erhöht werden kann. Hierbei ist zu beachten, dass der Anteil der Menge einer Kraftstoffeinspritzung schrittweise oder stufenlos (kontinuierlich) entsprechend der Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht werden kann.
Außerdem kann die Steuereinrichtung zu Zeiten, in denen eine Nacheinspritzung ausgeführt wird, die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung durch eine hohe Ventilöffnungsgeschwindigkeit einer Nadel im Kraftstoffeinspritzventil vergrößern.
Hierbei kann der Strömungsquerschnitt eines Kraftstoffdurchlasses rasch vergrößert werden, indem die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel erhöht wird, so dass die Eindringkraft des Kraftstoffs schnell vergrößert werden kann. Dagegen kann der Strömungsquerschnitt eines Kraftstoffdurchlasses allmählich oder langsam vergrößert werden, indem die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel gesenkt wird, so dass die Eindringkraft des Kraftstoffs allmählich oder langsam vergrößert werden kann. Durch Anpassen der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel zu Zeiten einer Nacheinspritzung ist es somit möglich, die Eindringkraft des Kraftstoffs anzupassen.
Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung zu Zeiten, in denen eine Nacheinspritzung ausgeführt wird, die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung durch Erhöhen des Drucks des Kraftstoffs vergrößern.
Dadurch, dass der Druck des Kraftstoffs erhöht wird, kann die Eindringkraft des Kraftstoffs vergrößert werden. Somit kann die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung durch Anpassen des Druck des Kraftstoffs angepasst werden.
Ebenso kann die Steuereinrichtung bei der Ausführung der Nacheinspritzung durch Senken der Ventilöffnungsgeschwindigkeit einer Nadel im Kraftstoffeinspritzventil die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung verringern.
Ferner kann die Steuereinrichtung bei der Ausführung der Nacheinspritzung durch Senken des Drucks des Kraftstoffs die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Nacheinspritzung auf effektivere Weise genutzt werden.
1 ist eine Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Brennkraftmaschine gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Maschinendrehzahl, einer Menge einer Kraftstoffeinspritzung, einer Region, in der eine Nacheinspritzung ausgeführt wird, zeigt.
3A ist ein Zeitschema, das eine zeitabhängige Änderung eines Hubbetrags einer Nadel in einem Kraftstoffeinspritzventil im Falle einer ersten Region R1 zeigt.
3B ist ein Zeitschema, das eine zeitabhängige Änderung des Hubbetrags der Nadel in dem Kraftstoffeinspritzventil im Falle einer zweiten Region R2 zeigt.
3C ist ein Zeitschema, das eine zeitabhängige Änderung des Hubbetrags der Nadel in dem Kraftstoffeinspritzventil im Falle einer dritten Region R2 zeigt.
4 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf zur Entscheidung einer Eindringkraft eines Nacheinspritzungskraftstoffs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl, der Menge einer Kraftstoffeinspritzung, der Region, in der die Nacheinspritzung ausgeführt wird, in dem Fall zeigt, wo die erste Region R1 und die dritte Region R3 bereitgestellt sind.
6 ist ein Zeitschema, das einen Ablauf der Entscheidung einer Eindringkraft eines nacheingespritzten Kraftstoffs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7A ist ein Zeitschema, das zeitabhängige Änderungen eines Kraftstoffdrucks und einer Kraftstoffeinspritzrate im Falle einer ersten Region R1 zeigt.
7B ist ein Zeitschema, das zeitabhängige Änderungen des Kraftstoffdrucks und der Kraftstoffeinspritzrate im Falle einer zweiten Region R2 zeigt.
7C ist ein Zeitschema, das zeitabhängige Änderungen eines Kraftstoffdrucks und einer Kraftstoffeinspritzrate im Falle einer dritten Region R3 zeigt.
8 ist ein Zeitschema, das einen Ablauf zur Entscheidung einer Eindringkraft eines nacheingespritzten Kraftstoffs gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Zeitschema, das einen Ablauf der Bestimmung einer Eindringkraft eines nacheingespritzten Kraftstoffs gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Maschinendrehzahl, einer Menge einer Kraftstoffeinspritzung mit geringer Eindringkraft und einer Menge einer Kraftstoffeinspritzung mit großer Eindringkraft in der Nacheinspritzung zeigt.
11A ist ein Zeitschema, das eine zeitabhängige Änderung einer Kraftstoffeinspritzrate in einer zweiten Region R2 in dem Fall zeigt, wo die Maschinendrehzahl niedrig ist.
11B ist ein Zeitschema, das eine zeitabhängige Änderung einer Kraftstoffeinspritzrate in der zweiten Region R2 in dem Fall zeigt, wo die Maschinendrehzahl hoch ist.
12 ist ein Zeitschema, das einen Ablauf zur Entscheidung einer Eindringkraft eines nacheingespritzten Kraftstoffs gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Im Folgenden werden die besten Möglichkeiten zur Ausführung der vorliegenden Erfindung anhand von Beispielen ausführlich und auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Jedoch sollen die Abmessungen, Materialien, Formen, relativen Anordnungen von Bestandteilen und so weiter, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, den Bereich der vorliegenden Erfindung nicht besonders allein darauf beschränken, solange keine spezifischen Angaben dazu gemacht werden.
<Erste Ausführungsform>
1 ist eine Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Brennkraftmaschine 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Hierbei ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform, um die Brennkraftmaschine 1 einfach und klar darstellen zu können, ein Teil ihrer Komponenten weggelassen wurde. Die Brennkraftmaschine 1 ist ein Dieselmotor. Die Brennkraftmaschine 1 ist beispielsweise in einem Fahrzeug installiert. Ein Kolben 3 ist in einen Zylinder (jeden Zylinder) 2 der Brennkraftmaschine 1 eingesetzt. An einer Oberseite des Kolbens 3 ist eine Höhlung 31 ausgebildet, die zur Innenseite des Kolbens 3 hin gewölbt ist.
An der Brennkraftmaschine 1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil 4 angebaut, um Kraftstoff in den Zylinder 2 einzuspritzen. Das Kraftstoffeinspritzventil 4 ist mit einer Sammelleitung bzw. Common Rail 5 verbunden, und die Common Rail 5 steht über ein Kraftstoffspeiserohr 6 mit einer Kraftstoffpumpe 7 in Verbindung. Ein Druckanpassungsmechanismus 8 ist am Kraftstoffeinspritzventil 4 vorgesehen, wobei der Druck des Kraftstoffs vom Druckanpassungsmechanismus 8 angepasst wird. Hierbei ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform der Druck des Kraftstoffs, der aus dem Kraftstoffeinspritzventil 4 eingespritzt wird, lediglich angepasst werden muss, und statt den Druck mittels des Druckanpassungsmechanismus 8 anzupassen, kann der Druck des Kraftstoffs daher auch durch Ändern des Kompressibilitätskoeffizienten (oder des Kompressionsverhältnisses) des Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe 7 geändert werden. Außerdem kann für die Common Rail 5 ein Mechanismus zum Anpassen des Drucks des Kraftstoffs vorgesehen sein, und der Druck des Kraftstoffs kann mittels der Common Rail 5 angepasst werden. Ein Aufbau, mit dem der Druck des Kraftstoffs angepasst werden kann, ist bekannt, und daher wird seine Erklärung hier weggelassen.
Das Kraftstoffeinspritzventil 4 ist mit einer Nadel 42 zum Öffnen und Schließen eines Düsenlochs 41 und mit einem Ventilbetätigungsmechanismus oder Ventiltrieb 43 versehen, um die Nadel 42 so anzutreiben, dass sich diese auf und ab bewegt. Als Kraftstoffeinspritzventil 4 kann beispielsweise ein Kraftstoffeinspritzventil eines Block- (closed coupled) oder Direktantriebsventils genommen werden. Der Ventilbetätigungsmechanismus 43 ist beispielsweise mit einem piezoelektrischen Element versehen, und die Nadel 42 wird durch elektrische Anregung dieses piezoelektrischen Elements geöffnet. Hierbei ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform das Kraftstoffeinspritzventil 4 lediglich mit einem Mechanismus zum Antreiben der Nadel 42, damit diese sich auf und ab bewegt, und zum Ändern der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 ausgestattet sein muss. Ein Aufbau, mit dem die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 geändert werden kann, ist bekannt, und daher wird seine Erklärung hier weggelassen. Außerdem wird angenommen, dass das Kraftstoffeinspritzventil 4 gemäß dieser Ausführungsform so aufgebaut ist, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in mindestens drei Stufen geändert werden kann. Das Kraftstoffeinspritzventil 4 kann eines sein, bei dem die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 schrittweise geändert werden kann.
Die Brennkraftmaschine 1, die aufgebaut ist wie oben angegeben, ist mit einer ECU 10 kombiniert, das heißt mit einer elektronischen Steuereinheit zum Steuern der Brennkraftmaschine 1. Die ECU 10 steuert die Brennkraftmaschine 1 gemäß den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 1 und/oder Forderungen seitens eines Fahrers. Außerdem sind ein Beschleunigeröffnungssensor 17, der dazu dient, durch Ausgeben eines elektrischen Signals, das einem Umfang entspricht, in dem ein Fahrer ein Bremspedal niedergedrückt hat, eine Motorlast zu erfassen, und ein Kurbelpositionssensor 18, der dazu dient, die Motordrehzahl zu erfassen, über eine elektrische Verdrahtung mit der ECU 10 verbunden, und die Ausgangssignale dieser verschiedenartigen Sensoren werden in die ECU 10 eingegeben. Andererseits sind der Druckanpassungsmechanismus 8 und der Ventilbetätigungsmechanismus 43 über elektrische Verdrahtung mit der ECU 10 verbunden, so dass diese Mechanismen 8, 43 mittels der ECU 10 gesteuert werden. Hierbei ist zu beachten, dass die ECU 10 den Ventilbetätigungsmechanismus 43 des Kraftstoffeinspritzventils 4 steuert, aber im Folgenden wird angenommen, dass die ECU 10 das Kraftstoffeinspritzventil 4 steuert. Die ECU 10 passt den Druck des Kraftstoffs durch Betätigen des Druckanpassungsmechanismus 8 an. Darüber hinaus passt die ECU 10 die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 durch Betätigen des Ventilbetätigungsmechanismus 43 an.
Die ECU 10 bestimmt die Menge einer Kraftstoffeinspritzung, den Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung und den Druck des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffeinspritzventil 4 auf Basis des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 (z. B. der Maschinendrehzahl und des Beschleunigeröffnungsgrads). Hierbei ist zu beachten, dass die Beziehung zwischen dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, der Menge der Kraftstoffeinspritzung, dem Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und dem Druck des Kraftstoffs vorab durch Versuche usw. ermittelt, in ein Kennfeld eingebracht und in der ECU 10 gespeichert worden ist. Dieses Kennfeld wird auf solche Weise erstellt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder ein angestrebtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, wobei dieses angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 (z. B. der Maschinendrehzahl und dem Beschleunigeröffnungsgrad) eingestellt wird.
Hierbei wird in der Brennkraftmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform eine Nacheinspritzung nach einer Haupteinspritzung in zumindest einem Teil ihrer Betriebsregion ausgeführt. Die Nacheinspritzung ist eine Kraftstoffeinspritzung, die in einer zweiten oder späteren Hälfte der Verbrennung ausgeführt wird, wenn eine Verbrennung von Kraftstoff zu Zeiten einer Haupteinspritzung abläuft (im Folgenden als Haupteinspritzungskraftstoff bezeichnet). Demgemäß wird die Nacheinspritzung ausgeführt, während Kraftstoff, der zu Zeiten einer Nacheinspritzung eingespritzt wird (im Folgenden als Nacheinspritzungskraftstoff bezeichnet), durch das Brenngas des Haupteinspritzungskraftstoffs verbrannt werden kann. Die Zeit zur Ausführung der Nacheinspritzung kann so bestimmt werden, dass der Kraftstoff, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, in die Höhlung 31 eingespritzt werden kann. Die Nacheinspritzung wird beispielsweise ausgeführt, um die Raucherzeugung zu unterdrücken.
Hierbei kann bei diesem Dieselmotor der Haupteinspritzungskraftstoff verbrennen, während er im Zylinder an einer Zylinderflächenseite bleibt. Je größer die Eindringkraft des Kraftstoffs des Nacheinspritzungskraftstoffs ist, desto weiter und schneller kommt der Nacheinspritzungskraftstoff voran, so dass das Brenngas, das auf der Zylinderwandflächenseite bleibt, durch den Nacheinspritzungskraftstoff rasch verwirbelt oder aufgerührt werden kann. Infolgedessen kann das Mischen von Kraftstoff und Luft unterstützt werden, wodurch es möglich ist, die Geschwindigkeit oder Rate der Verbrennung zu verbessern. Aus diesem Grund kann der Zeitraum für die Verbrennung verkürzt werden, so dass der Grad, in dem ein Volumen konstant bleibt, verbessert werden kann, und als Ergebnis können die Kraftstoffverbrauchswerte verbessert werden. Außerdem kann die Reoxidation von Ruß durch die Unterstützung der Verbrennung unterstützt werden, so dass die Raucherzeugung auch verringert werden kann. Durch die Verringerung der Raucherzeugung kann eine viel größere Wärmemenge erzeugt werden, so dass die Kraftstoffverbrauchswerte auch dadurch verbessert werden können. Die Wirkung einer solchen Nacheinspritzung wird ausgeprägter, wenn die Eindringkraft der Nacheinspritzung vergrößert wird.
Dadurch, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs verkleinert wird, kann andererseits Rauch verringert werden, und die Kraftstoffverbrauchswerte können verbessert werden. In diesem Fall verbrennt der Kraftstoff mit einer kleinen Eindringkraft auf der Zylindermittenseite. Hierbei ist in diesem Dieselmotor, wenn der Haupteinspritzungskraftstoff hauptsächlich auf der Zylinderwandfläche verbrennt, die Sauerstoffkonzentration auf der Zylindermittenseite höher als auf der Zylinderwandflächenseite. In diesem Fall kann durch Verkleinern der Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs, bewirkt werden, dass der Nacheinspritzungskraftstoff auf der Zylindermittenseite, wo die Sauerstoffkonzentration hoch ist, mehr verbrennt. Somit kann durch die effiziente Nutzung des Sauerstoffs, der im Zylinder 2 verlieben ist, Rauch verringert werden und die Kraftstoffverbrauchswerte können verbessert werden.
Daher wird in dieser Ausführungsform die Eindringkraft des Kraftstoffs durch Anpassen der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 angepasst. Wenn die Nadel 42 des Kraftstoffeinspritzventils 4 geschlossen worden ist, wird ein Kraftstoffdurchlass hierbei dadurch blockiert, dass die Nadel 42 mit der Innenwandfläche des Kraftstoffeinspritzventils 4 in Kontakt steht. In dieser Lage kann der Kraftstoffnicht zwischen der Nadel 42 und der Innenwandfläche des Kraftstoffeinspritzventils 4 hindurch gelangen. Dagegen bewegt sich in einem frühen Stadium, in dem die Nadel 42 des Kraftstoffeinspritzventils 4 geöffnet wird, die Nadel 42 weg von der Innenwandfläche des Kraftstoffeinspritzventils 4, so dass der Abstand zwischen der Nadel 42 und der Innenwandfläche des Kraftstoffeinspritzventils 4 allmählich größer wird. Das heißt, der Abstand zwischen einem vorderen Endabschnitt der Nadel 42 und der Innenwandfläche des Kraftstoffeinspritzventils 4 wird größer, wenn der vordere Endabschnitt der Nadel 42 nach oben geht. Aus diesem Grund wird der Strömungsquerschnitt des Kraftstoffdurchlasses im Kraftstoffeinspritzventil 4 allmählich größer. Mit zunehmendem Strömungsquerschnitt des Kraftstoffdurchlasses wird die Kraftstoffmenge größer, die pro Zeiteinheit durchströmen kann, so dass die Menge der Kraftstoffeinspritzung pro Zeiteinheit zunimmt. Je mehr Kraftstoff pro Zeiteinheit eingespritzt wird, desto größer wird also die Eindringkraft des Kraftstoffs, so dass der Kraftstoff weiter und schneller vorwärtskommt. Hierbei kann der Strömungsquerschnitt eines Kraftstoffdurchlasses rasch vergrößert werden, indem die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 erhöht wird, so dass die Eindringkraft des Kraftstoffs schnell vergrößert werden kann. Aus diesem Grund kann die Aufrührung des Brenngases unterstützt werden.
Dagegen wird eine niedrige Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 der Strömungsquerschnitt des Kraftstoffdurchlasses im Kraftstoffeinspritzventil 4 allmählich vergrößert, so dass der Zeitraum, in dem die Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit klein ist, verlängert wird. Das heißt, die Zeitspanne, in der die Eindringkraft des Kraftstoffs gering ist, wird verlängert. Durch Einspritzen von Kraftstoff mit einer geringen Eindringkraft kann also bewirkt werden, dass der Kraftstoff auf der Zylindermittenseite verbrennt. Das heißt, durch Verkleinern der Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs kann bewirkt werden, dass der Nacheinspritzungskraftstoff auf der Zylindermittenseite, wo die Sauerstoffkonzentration hoch ist, mehr verbrennt.
Hierbei ist zu beachten, dass die Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit konstant wird, nachdem ein Hubbetrag der Nadel 42 in gewissem Umfang größer geworden ist, so dass die Eindringkraft des Kraftstoffs unabhängig von der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 gleich oder konstant wird. Das heißt, in dem Zeitraum bis der Hubbetrag der Nadel 42 in einem gewissen Umfang größer geworden ist, ändert sich die Eindringkraft des Kraftstoffs gemäß der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42, aber nachdem der Hubbetrag der Nadel 42 in einem gewissen Umfang größer geworden ist, wird die Eindringkraft des Kraftstoffs unabhängig von der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 konstant. Bei der Nacheinspritzung ist die Menge der Kraftstoffeinspritzung relativ klein, so dass die Nadel 42 häufig geschlossen wird, bevor der Hubbetrag der Nadel 42 in einem gewissen Umfang größer geworden ist. Das heißt, in einem Bereich, in dem eine Korrelation zwischen der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 und der Eindringkraft des Kraftstoffs besteht, fluktuiert die Nadel 42 oder bewegt sich auf und ab. Durch Anpassen der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 ist es somit möglich, die Eindringkraft des Kraftstoffs anzupassen. Hierbei ist zu beachten, dass auch dann, wenn die Menge der Kraftstoffeinspritzung pro Zeiteinheit im Verlauf der Nacheinspritzung konstant geworden ist, die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 und die Eindringkraft des Kraftstoffs bis dahin eine Korrelation gehabt haben, somit kann der oben genannte Effekt oder Vorteil erreicht werden.
Außerdem weist der Kraftstoff, der im frühen Stadium der Nacheinspritzung eingespritzt wird, auch dann eine geringe Eindringkraft auf, wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 hoch ist. Aus diesem Grund kann auch dann, wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 hoch ist, die Wirkung, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht, in einem wenn auch geringen Umfang erhalten werden. Auch wenn andererseits die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 niedrig ist, wird die Eindringkraft des Kraftstoffs hoch, nachdem der Hubbetrag der Nadel 42 in einem gewissen Umfang größer geworden ist, so dass das Brenngas verwirbelt oder aufgerührt wird. Aus diesem Grund kann auch dann, wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 niedrig, die Wirkung, die auf die Aufrührung des Brenngases zurückgeht, in einem wenn auch geringen Umfang erhalten werden. Somit können sowohl die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht, als auch die Wirkung, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht, unabhängig von der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 erhalten werden. Dadurch, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 erhöht wird, wird die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht, ausgeprägter, während dadurch, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit 42 gesenkt wird, die Wirkung ausgeprägter wird, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht.
Hierbei wird gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 bestimmt, ob eine stärkere Wirkung in dem Fall erhalten werden kann, wo die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten einer Nacheinspritzung vergrößert wird, oder in dem Fall, wo sie verkleinert wird. Zum Beispiel wird ein Zeitraum nach der Ausführung der Haupteinspritzung bis zur Öffnung des Abgasventils mit einem Anstieg der Maschinendrehzahl kürzer. Aus diesem Grund wird ein Zeitraum, in dem das Brenngas im Zylinder 2 bleibt, kürzer, daher wird ein Zeitraum, in dem die Reoxidation von Ruß ausgeführt wird, kürzer. Falls zu Zeiten der Nacheinspritzung die Eindringkraft des Kraftstoffs verkleinert wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 hoch ist, kann der durch Nacheinspritzung zugeführte Kraftstoff auf der Zylindermittenseite verbrennen, aber die Reoxidation von Ruß im Brenngas des Kraftstoffs, das durch die Haupteinspritzung zugeführt wird, wird niedrig, was Grund zur Befürchtung gibt, dass Rauch erzeugt wird. Somit wird in Fällen, wo die Maschinendrehzahl hoch ist, die Menge des ausgestoßenen Rußes kleiner, wenn die Reoxidation von Ruß dadurch unterstützt wird, dass die Aufrührung des Brenngases ausgeführt wird, wodurch dieses schneller verbrennt. Andererseits ist es in Fällen, wo die Maschinendrehzahl hoch ist, einfach, einen Zeitraum sicherzustellen, in dem die Reoxidation von Ruß ausgeführt wird, und somit ist auch dann, wenn die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung vergrößert wird, die erhaltene Wirkung gering. Aus diesem Grund wird in Fällen, wo die Maschinendrehzahl niedrig ist, die Menge an ausgestoßenem Ruß kleiner, wenn der Sauerstoff auf der Zylindermittenseite genutzt wird. Somit wird in dieser Ausführungsform die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung gemäß der Maschinendrehzahl bestimmt.
2 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl, der Menge einer Kraftstoffeinspritzung, einer Region, in der eine Nacheinspritzung ausgeführt wird, zeigt. In 2 stellt eine Achse der Abszisse die Maschinendrehzahl dar und eine Achse der Ordinate stellt die Menge der Kraftstoffeinspritzung dar, kann aber auch ein Maschinendrehmoment anstelle der Menge der Kraftstoffeinspritzung darstellen. Eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie zeigt Volllast an. Die Nacheinspritzung wird in Betriebsregionen ausgeführt, in denen die Maschinendrehzahl bei oder über NE1 liegt und gleichzeitig bei oder unter NE4 liegt und die Menge der Kraftstoffeinspritzung bei oder über Q1 liegt und gleichzeitig bei oder unter Q2 liegt. Die Nacheinspritzung wird hauptsächlich in Betriebsregionen ausgeführt, in denen es leicht zu einer Rauchentwicklung kommt. Unter den Betriebsregionen, in denen die Nacheinspritzung ausgeführt wird, wird eine Region, in der die Maschinendrehzahl bei oder über NE1 liegt und gleichzeitig unter NE2 liegt, als erste Region R1 eingestellt, eine Region, in der die Maschinendrehzahl bei oder über NE2 liegt und gleichzeitig unter NE3 liegt, wird als zweite Region R2 eingestellt und eine Region, in der die Maschinendrehzahl bei oder über NE3 liegt und gleichzeitig bei oder unter NE4 liegt, wird als dritte Region R3 eingestellt.
Unter den Betriebsregionen, in denen die Nacheinspritzung ausgeführt wird, ist die erste Region R1 eine Betriebsregion, in der die Maschinendrehzahl relativ niedrig ist. Aus diesem Grund wird zu Zeiten der Nacheinspritzung in der ersten Region R1, wenn die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite unterstützt wird, die Wirkung, die in einer Rauchverringerung und einer Verbesserung der Kraftstoffverbrauchswerte besteht, größer als wenn die Verwirbelung oder Aufrührung von Kraftstoff unterstützt wird. Somit wird in der ersten Region R1 durch Verkleinern der Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs die Verwendung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite unterstützt. Dagegen ist unter den Betriebsregionen, in denen die Nacheinspritzung ausgeführt wird, die dritte Region R3 eine Betriebsregion, in der die Maschinendrehzahl relativ hoch ist. Aus diesem Grund wird zu Zeiten der Nacheinspritzung in der dritten Region R3, wenn die Verwirbelung oder Aufrührung des Kraftstoffs unterstützt wird, die Wirkung, die in einer Rauchverringerung und einer Verbesserung der Kraftstoffverbrauchswerte besteht, größer als wenn die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite unterstützt wird. Somit wird in der dritten Region R3 durch Vergrößern der Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs die Verwirbelung oder Aufrührung des Brenngases unterstützt. Unter den Betriebsregionen, in denen die Nacheinspritzung ausgeführt wird, ist die zweite Region R2 eine Betriebsregion, in der die Maschinendrehzahl ungefähr in einem mittleren Bereich liegt. In der zweiten Region R2 wird die Nacheinspritzung so ausgeführt, dass sie auf zwei Teileinspritzungen aufgeteilt wird. Hierbei ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform NE2 einer zweiten vorgegebenen Drehzahl in der vorliegenden Erfindung entspricht und NE3 einer ersten vorgegebenen Drehzahl in der vorliegenden Erfindung entspricht.
In der zweiten Region R2 können sowohl die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht, als auch die Wirkung, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht, erhalten werden. Aus diesem Grund wird zu Zeiten, in denen eine erste Nacheinspritzung (im Folgenden auch als erste Teil-Nacheinspritzung bezeichnet) ausgeführt wird, die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 gegenüber der Haupteinspritzung gesenkt, und zu Zeiten, in denen eine zweite Nacheinspritzung (im Folgenden auch als zweite Teil-Nacheinspritzung bezeichnet) ausgeführt wird, wird die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 gegenüber der in der Haupteinspritzung erhöht. Das heißt, in der ersten Teil-Nacheinspritzung wird die Eindringkraft des Kraftstoffs gegenüber der Haupteinspritzung verkleinert, und in der zweiten Teil-Nacheinspritzung wird die Eindringkraft des Kraftstoffs gegenüber der Haupteinspritzung vergrößert. Hierbei ist zu beachten, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs in der ersten Teil-Nacheinspritzung größer sein kann als in der zweiten Teil-Nacheinspritzung, und umgekehrt. Das heißt, in der ersten Teil-Nacheinspritzung kann die Eindringkraft des Kraftstoffs gegenüber der Haupteinspritzung vergrößert werden, und in der zweiten Teil-Nacheinspritzung kann die Eindringkraft des Kraftstoffs gegenüber der Haupteinspritzung verkleinert werden. Jedoch wird in Betracht gezogen, dass unmittelbar nach der Durchführung der Haupteinspritzung der Haupteinspritzungskraftstoff an der Zylinderwandfläche verbrennt und eine relativ große Sauerstoffmenge auf der Zylindermittenseite zurückbleibt. Aus diesem Grund kann bei der ersten Teil-Nacheinspritzung der Sauerstoff, der auf der Zylindermittenseite verblieben ist, dadurch effizienter genutzt werden, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs gegenüber der Haupteinspritzung verkleinert wird.
Die Menge der Kraftstoffeinspritzung in der ersten Teil-Nacheinspritzung (im Folgenden auch als Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung bezeichnet) und die Menge der Kraftstoffeinspritzung in der zweiten Teil-Nacheinspritzung (im Folgenden auch als Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung bezeichnet) wurden vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen ermittelt. Hierbei ist zu beachten, dass das Verhältnis zwischen der Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung und der Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung ein fester Wert sein kann oder dass bewirkt werden kann, dass er sich gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ändert. Zum Beispiel kann die Menge der Nacheinspritzung gleichmäßig durch zwei geteilt werden, so dass die Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung und die Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung der gleiche Wert werden. Auf diese Weise können jeweils die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht, und die Wirkung, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht, erhalten werden, so dass gegenüber dem Fall, wo die Nacheinspritzung nicht aufgeteilt wird, Rauch verringert und die Kraftstoffverbrauchswerte verbessert werden können. Hierbei ist zu beachten, dass NE1, NE2, NE3, NE4, Q1 und Q2 vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen als Werte ermittelt werden können, mit denen die Erzeugung von Rauch ebenso wie die Kraftstoffverbrauchswerte verbessert werden können.
3A bis 3C sind Zeitschemata, die zeitabhängige Änderungen des Hubbetrags der Nadel 42 im Kraftstoffeinspritzventil 4 zeigen. 3A zeigt den Fall der ersten Region R1, 3B zeigt den Fall der zweiten Region R2 und 3C zeigt den Fall der dritten Region R3. In 3A bis 3C wird eine Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung durchgeführt und die Nacheinspritzung wird nach der Haupteinspritzung durchgeführt. Wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 hoch ist, wird der Gradient des Hubbetrags in 3A bis 3C jeweils groß.
In dieser Ausführungsform ist bei der Nacheinspritzung der ersten Region R1 der Gradient des Hubbetrags der Nadel 42 klein, wie in 3A dargestellt, und die Eindringkraft des Kraftstoffs ist klein. Andererseits ist in der Nacheinspritzung der dritten Region R3 der Gradient des Hubbetrags größer als in der Nacheinspritzung der ersten Region R1, wie in 3C dargestellt, und die Eindringkraft des Kraftstoffs ist groß. Darüber hinaus ist bei der Nacheinspritzung der zweiten Region R2 der Gradient des Hubbetrags in der ersten Teil-Nacheinspritzung kleiner als in der Haupteinspritzung, wie in 3B dargestellt, und die Eindringkraft des Kraftstoffs ist klein. Ferner ist der Gradient des Hubbetrags in der zweiten Teil-Nacheinspritzung größer als in der Haupteinspritzung, und die Eindringkraft des Kraftstoffs ist groß.
4 ist ein Zeitschema, das einen Ablauf einer Routine zur Bestimmung der Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gemäß dieser ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Routine in diesem Ablaufschema wird mittels der ECU 10 bei jedem Verbrennungszyklus ausgeführt. Hierbei ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform die ECU 10, die den Ablauf oder die Routine in dem in 4 dargestellten Ablaufschema ausführt, einer Steuereinrichtung in der vorliegenden Erfindung entspricht.
In Schritt S101 wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 erfasst. In diesem Schritt werden die Maschinendrehzahl und die Menge der Kraftstoffeinspritzung erfasst. Da die Menge der Kraftstoffeinspritzung mit dem Beschleunigeröffnungsgrad korreliert ist, kann der Beschleunigeröffnungsgrad anstelle der Menge der Kraftstoffeinspritzung erfasst werden. Hierbei ist zu beachten, dass die Menge der Kraftstoffeinspritzung eine Kraftstoffmenge ist, die eine Summe der Menge der Voreinspritzung, der Menge der Haupteinspritzung und der Menge der Nacheinspritzung ist. Die Maschinendrehzahl und die Menge der Kraftstoffeinspritzung werden verwendet, wenn die Betriebsregion der Brennkraftmaschine 1 ermittelt wird. Wenn die Verarbeitung von Schritt S101 abgeschlossen ist, geht die Routine zu Schritt S102 weiter.
In Schritt S102 wird entschieden, ob die Menge der Kraftstoffeinspritzung in einer Region liegt, in der eine Nacheinspritzung ausgeführt wird. Das heißt, es wird entschieden, ob in 2 die Menge der Kraftstoffeinspritzung bei oder über Q1 liegt und bei oder unter Q2 liegt. Hierbei ist zu beachten, dass die Region, in der die Nacheinspritzung ausgeführt wird, vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen ermittelt wird. In Fällen, wo in Schritt S102 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S103 weiter, wohingegen diese Routine in Fällen, wo eine negative Entscheidung getroffen wird, beendet wird. Hierbei ist zu beachten, dass in Fällen, wo in Schritt S102 eine negative Entscheidung getroffen wird, die Nacheinspritzung nicht ausgeführt wird.
In Schritt S103 wird entschieden, ob die Maschinendrehzahl in einer Region liegt, in der die Nacheinspritzung ausgeführt wird. Das heißt, es wird entschieden, ob in 2 die Maschinendrehzahl bei oder über NE1 liegt und bei oder unter NE4 liegt. In Fällen, wo in Schritt S103 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S104 weiter, wohingegen diese Routine in Fällen, wo eine negative Entscheidung getroffen wird, beendet wird. Hierbei ist zu beachten, dass in Fällen, wo in Schritt S103 eine negative Entscheidung getroffen wird, die Nacheinspritzung nicht ausgeführt wird.
In Schritt S104 wird entschieden, ob die Maschinendrehzahl niedriger ist als ein unterer Grenzwert der zweiten Region R2. Das heißt, es wird entschieden, ob in 2 die Maschinendrehzahl niedriger ist als NE2. In diesem Schritt wird entschieden, ob die Betriebsregion der Brennkraftmaschine 1 die erste Region R1 ist. In Fällen, wo in Schritt S103 eine positive Entscheidung getroffen wird, ist die Betriebsregion der Brennkraftmaschine 1 die erste Region R1, während in Fällen, wo eine negative Entscheidung getroffen wird, die Betriebsregion der Brennkraftmaschine 1 die zweite Region R2 oder die dritte Region R3 ist. In Fällen, wo in Schritt S104 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S105, wo die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs verkleinert wird. In diesem Schritt S105 wird die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der Nacheinspritzung niedriger eingestellt als die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der Haupteinspritzung. Das heißt, in diesem Schritt wird die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der Nacheinspritzung auf einen Wert eingestellt, welcher der ersten Region R1 entspricht. Wenn die Verarbeitung von Schritt S105 endet, wird diese Routine beendet.
Dagegen geht die Routine in Fällen, wo in Schritt S104 eine negative Entscheidung getroffen wird, zu Schritt S106 weiter. In Schritt S106 wird entschieden, ob die Maschinendrehzahl bei oder über einem unteren Grenzwert der dritten Region R3 liegt. Das heißt, es wird entschieden, ob die Maschinendrehzahl bei oder über NE3 in 2 liegt. In diesem Schritt wird entschieden, ob die Betriebsregion der Brennkraftmaschine 1 die dritte Region R3 ist. In Fällen, wo in Schritt S106 eine positive Entscheidung getroffen wird, ist die Betriebsregion der Brennkraftmaschine 1 die dritte Region R3, während in Fällen, wo eine negative Entscheidung getroffen wird, die Betriebsregion der Brennkraftmaschine 1 die zweite Region R2 ist.
In Fällen, wo in Schritt S106 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S107, wo die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs vergrößert wird. In diesem Schritt S107 wird die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der Nacheinspritzung höher eingestellt als die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der Haupteinspritzung. Das heißt, in diesem Schritt wird die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der Nacheinspritzung auf einen Wert eingestellt, welcher der dritten Region R3 entspricht. Wenn die Verarbeitung von Schritt S107 endet, endet diese Routine.
Außerdem geht die Routine in Fällen, wo in Schritt S106 eine negative Entscheidung getroffen wird, zu Schritt S108, wo die Nacheinspritzung so ausgeführt wird, dass sie durch zwei geteilt wird. Die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der ersten Teil-Nacheinspritzung wird gegenüber der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der Haupteinspritzung verkleinert, und die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der zweiten Teil-Nacheinspritzung wird gegenüber der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der Haupteinspritzung erhöht. Das heißt, in diesem Schritt wird die Nacheinspritzung ausgeführt, die der zweiten Region R2 entspricht. Wenn die Verarbeitung von Schritt S108 endet, wird diese Routine beendet.
Hierbei ist zu beachten, dass die Betriebsregion, in der die Nacheinspritzung ausgeführt wird, in die erste Region R1, die zweite Region R2 und die dritte Region R3 aufgeteilt wird, aber die zweite Region R2 muss nicht vorgesehen werden. Das heißt, diese Betriebsregion kann aufgeteilt werden in die erste Region R1, in der die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs vergrößert wird, und die dritte Region R3, in der die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs verkleinert wird. 5 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl, der Menge einer Kraftstoffeinspritzung, der Region, in der die Nacheinspritzung ausgeführt wird, in dem Fall zeigt, wo die erste Region R1 und die dritte Region R3 vorgesehen sind. In 5 stellt eine Achse der Abszisse die Maschinendrehzahl dar und eine Achse der Ordinate stellt die Menge der Kraftstoffeinspritzung dar, kann aber auch ein Maschinendrehmoment anstelle der Menge der Kraftstoffeinspritzung darstellen. Eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie zeigt Volllast an. Die Nacheinspritzung wird in Betriebsregionen ausgeführt, in denen die Maschinendrehzahl bei oder über NE1 liegt und gleichzeitig bei oder unter NE4 liegt und die Menge der Kraftstoffeinspritzung bei oder über Q1 liegt und gleichzeitig bei oder unter Q2 liegt. Unter den Betriebsregionen, in denen die Nacheinspritzung ausgeführt wird, wird eine Region, in der die Maschinendrehzahl bei oder über NE1 liegt und gleichzeitig unter NE2 liegt, (dies kann NE3 sein) als erste Region R1 eingestellt und eine Region, in der die Maschinendrehzahl bei oder über NE2 liegt (dies kann NE3 sein) und gleichzeitig bei oder unter NE4 liegt, wird als dritte Region R3 eingestellt. Somit wird auch in Fällen, wo die zweite Region R2 nicht vorgesehen ist, die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite in der ersten Region R1 dadurch unterstützt, dass die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs verkleinert wird. Darüber hinaus kann in der dritten Region R3 die Aufrührung des Brenngases dadurch unterstützt werden, dass die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs vergrößert wird. Als Folge davon kann die Raucherzeugung verringert werden und die Kraftstoffverbrauchswerte können verbessert werden.
Hierbei wird in Fällen, wo die zweite Region R2 nicht vorgesehen ist, in Betracht gezogen, dass NE2 und NE3 einander gleich sind, und Schritt S106 und S108 in dem in 4 dargestellten Ablaufschema werden nicht ausgeführt. In Fällen, wo in Schritt S104 eine negative Entscheidung getroffen wird, geht die Routine dann zu Schritt S107 weiter.
Man beachte, dass in dieser Ausführungsform Bezug genommen wird auf den Fall, wo die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs vergrößert wird, und auf den Fall, wo die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs verkleinert wird. Das heißt, die Eindringkraft des Kraftstoffs in Kombination mit der Haupteinspritzung bildet insgesamt drei Fälle, und die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 wird in drei Stufen geändert. Dagegen kann in dem Fall, wo das Kraftstoffeinspritzventil 4 verwendet wird, in dem die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in vier oder mehr Stufen oder auf stufenlose Weise geändert werden kann, die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in vier oder mehr Stufen geändert werden oder sie kann stufenweise geändert werden, statt die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in drei Stufen zu ändern. Also kann die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 auch auf solche Weise erhöht werden, dass die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs umso höher wird, je höher die Maschinendrehzahl ist. In diesem Fall ist es nicht nötig, die zweite Region R2 vorzusehen wie in 5 dargestellt ist.
Zum Beispiel wird in Fällen, wo die Maschinendrehzahl unter NE2 (das kann auch NE3 sein) liegt, die Eindringkraft des Kraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs gesenkt und die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs wird gemäß der Erhöhung der Maschinendrehzahl vergrößert. Außerdem wird in Fällen, wo die Maschinendrehzahl bei oder über NE2 (das kann auch NE3 sein) liegt, die Eindringkraft des Kraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs erhöht und die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs wird gemäß der Erhöhung der Maschinendrehzahl verstärkt. Darüber hinaus kann die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs auch einfach gemäß der steigenden Maschinendrehzahl erhöht werden, ohne die Betriebsregion, in der die Nacheinspritzung ausgeführt wird, in die erste Region R1, die zweite Region R2 und die dritte Region R3 zu teilen. Wie oben angegeben, wird der Zeitraum, in dem die Reoxidation von Ruß ausgeführt wird, mit einem Anstieg der Drehzahl der Brennkraftmaschine kürzer. Der Zeitraum, in dem die Reoxidation von Ruß ausgeführt wird, wird mit einem Anstieg der Drehzahl der Brennkraftmaschine kürzer, so dass also die Erzeugung von Ruß dadurch stärker unterdrückt werden kann, dass die Wirkung verlängert wird, die auf eine Unterstützung der Reoxidation von Ruß zurückgeht. Dagegen wird die Wirkung, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht, mit sinkender Maschinendrehzahl größer. Das heißt, zu Zeiten einer Nacheinspritzung wird die Eindringkraft des Kraftstoffs umso mehr vergrößert, je höher die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, wohingegen die Eindringkraft des Kraftstoffs umso mehr verkleinert wird, je niedriger die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, wodurch die Wirkung, die auf die Nacheinspritzung zurückgeht, stark erhöht werden kann.
Ferner kann in Fällen, in denen die zweite Region R2 vorgesehen ist, die Eindringkraft des Kraftstoffs auch nur in der ersten Region R1 und der dritten Region R3 gemäß der Erhöhung der Maschinendrehzahl vergrößert werden. Außerdem kann in mindestens einer von der ersten Region R1, der zweiten Region R2 und der dritten Region R3 die Eindringkraft des Kraftstoffs ebenfalls gemäß der Erhöhung der Maschinendrehzahl vergrößert werden. Darüber hinaus kann in der zweiten Region R2 die Eindringkraft von irgendeiner der Teil-Nacheinspritzungen entsprechend der Anzahl der Maschinenumdrehungen pro Zeiteinheit geändert werden, oder die Eindringkräfte beider Teil-Nacheinspritzungen können gemäß der Anzahl der Maschinenumdrehungen pro Zeiteinheit vergrößert werden. Auf diese Weise kann dadurch, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs gemäß der steigenden Maschinendrehzahl vergrößert wird, eine für den Zweck der Unterdrückung der Raucherzeugung oder der Verbesserung der Kraftstoffverbrauchswerte geeignete Eindringkraft des Kraftstoffs eingestellt werden.
Wie oben erläutert worden ist, wird in dieser Ausführungsform die Eindringkraft des Kraftstoffs durch Ändern der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 gemäß der Betriebsregion der Brennkraftmaschine 1 angepasst. Außerdem kann die Aufrührung des Brenngases dadurch unterstützt werden, dass die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs vergrößert wird, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist. Demgemäß wird es möglich, die Unterstützung der Verbrennung auszuführen, so dass die Erzeugung von Rauch unterdrückt werden und die Kraftstoffverbrauchswerte verbessert werden können. Dagegen kann die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite dadurch unterstützt werden, dass die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs verkleinert wird, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist. Infolgedessen ist es möglich, die Unterstützung der Verbrennung auszuführen, wodurch die Erzeugung von Rauch unterdrückt werden und die Kraftstoffverbrauchswerte verbessert werden können.
Hierbei ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform die Nacheinspritzung in der zweiten Region R2 so durchgeführt wird, dass sie in zwei Teil-Nacheinspritzungen aufgeteilt wird, aber auch in der ersten Region R1 kann die Nacheinspritzung so ausgeführt werden, dass sie in zwei oder mehr Teileinspritzungen aufgeteilt wird. Auch wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 gesenkt wird, wird hierbei der Hubbetrag der Nadel 42 groß, wenn die Ventilöffnungszeit lang wird, so dass der Strömungsquerschnitt des Kraftstoffdurchlasses im Kraftstoffeinspritzventil 4 groß wird. Infolgedessen wird die Eindringkraft des Kraftstoffs erhöht. Dagegen wird bewirkt, dass die erste Nacheinspritzung endet, bevor die Eindringkraft des Kraftstoffs groß wird, und danach wird die zweite Teil-Nacheinspritzung ausgeführt, wodurch Kraftstoff mit einer geringen Eindringkraft erneut in der zweiten Teil-Nacheinspritzung eingespritzt werden kann. Somit wird es möglich, insgesamt eine größere Kraftstoffmenge mit einer kleinen Eindringkraft einzuspritzen, so dass die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite weiter unterstützt werden kann. Darüber hinaus kann in jeder beliebigen Region die Nacheinspritzung so ausgeführt werden, dass sie gemäß der Menge der Nacheinspritzung in zwei oder mehr Teileinspritzungen aufgeteilt wird.
Außerdem wird in dieser Ausführungsform die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gemäß der Anzahl der Maschinenumdrehungen pro Zeiteinheit geändert, aber die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs kann ferner unter Berücksichtigung der Menge der Kraftstoffeinspritzung (das kann auch die Maschinenlast oder das Maschinendrehmoment sein) geändert werden. Ebenso kann unter Berücksichtigung der Menge der Kraftstoffeinspritzung bestimmt werden, ob die Nacheinspritzung aufgeteilt werden soll oder wie oft (durch wieviel) die Aufteilung der Nacheinspritzung durchgeführt werden soll. Die Beziehung der Maschinendrehzahl und der Menge der Kraftstoffeinspritzung zur Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs, zur Anzahl der Teilungen und zur Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs kann vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen ermittelt worden sein. Darüber hinaus wurde in dieser Ausführungsform die Erklärung auf Grundlage der Annahme gemacht, dass das Kraftstoffeinspritzventil 4 auf der Mittelachse des Zylinders 2 angeordnet ist, und daher wurde als Wirkung einer Verkleinerung der Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung genannt, dass der Sauerstoff auf der Zylindermittenseite genutzt wird, aber das Kraftstoffeinspritzventil 4 muss nicht auf der Mittelachse des Zylinders 2 angeordnet sein. Auch in einem solchen Fall ist die Sauerstoffkonzentration in der Nähe des Kraftstoffeinspritzventils 4 hoch, so dass durch Verkleinern der Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung bewirkt werden kann, dass der Kraftstoff, der durch die Nacheinspritzung zugeführt wird, an einer Stelle verbrennt, wo die Sauerstoffkonzentration hoch ist.
<Zweite Ausführungsform>
In der zweiten Ausführungsform wird auf die Steuerung in dem Fall Bezug genommen, wo zu Zeiten der Nacheinspritzung bewirkt wird, dass sich die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 auf stufenlose Weise entsprechend der Maschinendrehzahl ändert. Die Vorrichtungen, Teile und so weiter dieser zweiten Ausführungsform sind abgesehen von dieser Steuerung denen der ersten Ausführungsform gleich, weswegen auf ihre Erklärung verzichtet wird. 6 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf einer Routine zur Bestimmung der Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gemäß dieser zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Routine in diesem Ablaufschema wird mittels der ECU 10 bei jedem Verbrennungszyklus ausgeführt. Für die Schritte, in denen die gleichen Verarbeitungen ausgeführt werden wie im oben genannten Ablaufschema in 4, werden die gleichen Symbole verwendet und auf ihre Erklärung wird verzichtet. Hierbei ist zu beachten, dass in dieser zweiten Ausführungsform die ECU 10, die den Ablauf oder die Routine in dem in 6 dargestellten Ablaufschema ausführt, der Steuereinrichtung in der vorliegenden Erfindung entspricht.
In Fällen, wo in dem in 6 dargestellten Ablaufschema in Schritt S103 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S201 weiter. In Schritt S201 wird die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung gemäß der Maschinendrehzahl eingestellt. Das heißt, die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 im Kraftstoffeinspritzventil 4 zu Zeiten der Nacheinspritzung wird gemäß der Maschinendrehzahl eingestellt. Die Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der Nacheinspritzung, um die Rauchunterdrückung und die Verbesserung der Kraftstoffverbrauchswerte erreichen zu können, wurde vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen ermittelt. Eine solche Beziehung kann vorab in ein Kennfeld eingebracht werden. In Schritt S201 wird die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der Nacheinspritzung so eingestellt, dass sie gemäß der Steigerung der Maschinendrehzahl höher wird. Wenn die Maschinendrehzahl auf einer langsamen Seite liegt, wird außerdem die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs verkleinert, wohingegen dann, wenn die Maschinendrehzahl auf einer hohen Seite liegt, die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gegenüber der Eindringkraft des Haupteinspritzungskraftstoffs vergrößert wird. Wenn die Verarbeitung von Schritt S201 endet, wird diese Routine beendet. Auf diese Weise wird die Eindringkraft des Kraftstoffs durch Ändern der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 ebenfalls auf stufenlose Weise gemäß der Betriebsregion der Brennkraftmaschine 1 angepasst.
<Dritte Ausführungsform>
In der oben genannten ersten Ausführungsform wird die Eindringkraft des Kraftstoffs durch Anpassen der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 angepasst. Dagegen kann in dieser dritten Ausführungsform die Eindringkraft des Kraftstoffs durch Anpassen des Drucks des Kraftstoffs angepasst werden. Abgesehen davon sind die Vorrichtungen, Teile und so weiter denen der oben genannten Ausführungsformen gleich, weswegen auf ihre Erklärung verzichtet wird. Wie in der ersten Ausführungsform erläutert wurde, kann der Druck des Kraftstoffs durch den Druckanpassungsmechanismus 8 und/oder die Kraftstoffpumpe 7 und/oder die Common Rail 5 angepasst werden.
Hierbei ändert sich die Eindringkraft des Kraftstoffs gemäß der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42, aber sie ändert sich auch gemäß dem Druck des Kraftstoffs. Das heißt, je höher der Druck des Kraftstoffs ist, desto mehr nimmt die Menge der Kraftstoffeinspritzung pro Zeiteinheit zu und desto größer wird die Eindringkraft des Kraftstoffs. Somit kann die Eindringkraft des Kraftstoffs in der ersten Region R1 dadurch gesenkt werden, dass der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung gegenüber dem der Haupteinspritzung gesenkt wird. Infolgedessen ist es möglich, die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zu unterstützen. Dagegen kann die Eindringkraft des Kraftstoffs in der dritten Region R3 dadurch erhöht werden, dass der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung gegenüber dem der Haupteinspritzung erhöht wird. Infolgedessen kann die Aufrührung des Brenngases unterstützt werden. Hierbei ist zu beachten, dass in der Brennkraftmaschine 1 gemäß dieser dritten Ausführungsform der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Haupteinspritzung mit einem Anstieg der Maschinendrehzahl höher wird. In dieser dritten Ausführungsform wird der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung mit Bezug auf den Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Haupteinspritzung, der sich gemäß der Maschinendrehzahl ändert, erhöht oder gesenkt.
Außerdem wird in der zweiten Region R2 die Nacheinspritzung in zwei Teil-Nacheinspritzungen aufgeteilt, wobei der Druck des Kraftstoffs während einer Teil-Nacheinspritzung gegenüber dem Druck des Kraftstoffs während der anderen Teil-Nacheinspritzung erhöht wird. Zum Beispiel wird bewirkt, dass der Druck des Kraftstoffs währen einer ersten Teil-Nacheinspritzung dem Druck des Kraftstoffs während der zweiten Teil-Nacheinspritzung gleich wird und der Druck des Kraftstoffs während der zweiten Teil-Nacheinspritzung gegenüber dem Druck des Kraftstoffs während der Haupteinspritzung erhöht wird. Hierbei ist zu beachten, dass diese Beziehungen auch umgekehrt sein können. Darüber hinaus wird der Druck des Kraftstoffs während einer Teil-Nacheinspritzung gegenüber dem Druck des Kraftstoffs während der Nacheinspritzung erhöht, und es wird bewirkt, dass der Druck des Kraftstoffs während der anderen Teil-Nacheinspritzung dem Druck des Kraftstoffs während der Haupteinspritzung gleich wird. Darüber hinaus wird der Druck des Kraftstoffs während einer Teil-Nacheinspritzung gegenüber dem Druck des Kraftstoffs während der Haupteinspritzung erhöht, und es wird bewirkt, dass der Druck des Kraftstoffs während der anderen Teil-Nacheinspritzung dem Druck des Kraftstoffs während der Haupteinspritzung gleich wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Eindringkraft des Kraftstoffs gemäß der Maschinendrehzahl einzustellen. Der Druck des Kraftstoffs und die Menge der Kraftstoffeinspritzung in jeder Teil-Nacheinspritzung können vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen ermittelt werden.
Die Menge der Kraftstoffeinspritzung während der Nacheinspritzung in der zweiten Region R2 kann ähnlich betrachtet werden wie in der ersten Ausführungsform. Außerdem kann die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs ähnlich betrachtet werden wie in der ersten Ausführungsform und kann dementsprechend geändert werden. Das heißt, entweder muss die zweite Region R2 nicht vorgesehen sein, oder in der Betriebsregion, in der die Nacheinspritzung ausgeführt wird, kann die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs auch gemäß der steigenden Maschinendrehzahl vergrößert werden.
7A bis 7C sind Zeitschemata, die zeitabhängige Änderungen eines Kraftstoffdrucks und einer Kraftstoffeinspritzrate zeigen. Die Kraftstoffeinspritzrate ist eine Menge der Kraftstoffeinspritzung pro Zeiteinheit. 7A zeigt den Fall der ersten Region R1, 7B zeigt den Fall der zweiten Region R2 und 7C zeigt den Fall der dritten Region R3. In 7A bis 7C wird eine Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung durchgeführt und nach der Haupteinspritzung wird die Nacheinspritzung durchgeführt.
Wie in 7A dargestellt ist, wird bei der Nacheinspritzung der ersten Region R1 der Druck des Kraftstoffs gesenkt, nachdem die Haupteinspritzung abgeschlossen worden ist und bevor die Nacheinspritzung gestartet wird, und der Druck des Kraftstoffs wird nach Abschluss der Nacheinspritzung auf ein Ursprungs- oder Anfangsniveau zurückgebracht. Aus diesem Grund ist der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung niedriger als der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Haupteinspritzung. Wenn der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung gesenkt wird, wird also die Einspritzrate des Nacheinspritzungskraftstoffs allmählich höher und die Eindringkraft des Kraftstoffs nimmt ab.
Dagegen wird, wie in 7C dargestellt ist, bei der Nacheinspritzung der dritten Region R3 der Druck des Kraftstoffs erhöht, nachdem die Haupteinspritzung abgeschlossen worden ist und bevor die Nacheinspritzung gestartet wird, und der Druck des Kraftstoffs wird nach Abschluss der Nacheinspritzung auf das Ursprungs- oder Anfangsniveau zurückgebracht. Aus diesem Grund ist der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung höher als der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Haupteinspritzung. Wenn der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung erhöht wird, wird also die Einspritzrate des Nacheinspritzungskraftstoffs schnell höher und die Eindringkraft des Kraftstoffs nimmt zu.
Wie in 7B dargestellt ist, wird in der zweiten Region R2 die Nacheinspritzung zweigeteilt (d. h. in eine erste und eine zweite Teil-Nacheinspritzung), wobei der Druck des Kraftstoffs erhöht wird, nachdem die erste Teil-Nacheinspritzung abgeschlossen worden ist und bevor die zweite Teil-Nacheinspritzung gestartet wird, und der Druck des Kraftstoffs wird nach Abschluss der zweiten Teil-Nacheinspritzung auf ein Ursprungs- oder Anfangsniveau zurückgebracht. Das heißt, die Eindringkraft des Kraftstoffs in der zweiten Teil-Nacheinspritzung wird gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs in der ersten Teil-Nacheinspritzung erhöht.
Hierbei ist zu beachten, dass der Druck des Kraftstoffs während der Nacheinspritzung in jeder Region, um die Rauchunterdrückung und die Verbesserung der Kraftstoffverbrauchswerte erreicht zu können, vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen ermittelt worden ist.
8 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf einer Routine zur Bestimmung der Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gemäß dieser dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Routine in diesem Ablaufschema wird mittels der ECU 10 bei jedem Verbrennungszyklus ausgeführt. Für die Schritte, in denen die gleichen Verarbeitungen ausgeführt werden wie in den oben genannten Ablaufschemata, werden die gleichen Symbole verwendet und auf ihre Erklärung wird verzichtet. Hierbei ist zu beachten, dass in dieser dritten Ausführungsform die ECU 10, die den Ablauf oder die Routine in dem in 8 dargestellten Ablaufschema ausführt, der Steuereinrichtung in der vorliegenden Erfindung entspricht.
Im Ablaufschema von 8 geht die Routine in Fällen, wo in Schritt S104 eine positive Entscheidung getroffen wird, zu Schritt S301, wo die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung gesenkt wird. In diesem Schritt S301 wird der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung niedriger eingestellt als der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Haupteinspritzung. Das heißt, in diesem Schritt wird der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung auf einen Wert eingestellt, welcher der ersten Region R1 entspricht. Wenn die Verarbeitung von Schritt S301 endet, wird diese Routine beendet.
Außerdem geht die Routine in Fällen, wo in Schritt S106 eine positive Entscheidung getroffen wird, zu Schritt S302, wo die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung erhöht wird. In diesem Schritt S302 wird der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung höher eingestellt als der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Haupteinspritzung. Das heißt, in diesem Schritt wird der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung auf einen Wert eingestellt, welcher der dritten Region R3 entspricht. Wenn die Verarbeitung von Schritt S302 endet, wird diese Routine beendet.
Dagegen geht die Routine in Fällen, wo in Schritt S106 eine negative Entscheidung getroffen wird, zu Schritt S303, wo die Nacheinspritzung dadurch ausgeführt wird, dass sie auf zwei Teil-Nacheinspritzungen aufgeteilt wird. Zu dieser Zeit wird beispielsweise bewirkt, dass der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten einer Teil-Nacheinspritzung dem Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Haupteinspritzung gleich wird, und der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der anderen Teil-Nacheinspritzung wird gegenüber dem Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Haupteinspritzung erhöht. Das heißt, in diesem Schritt wird die Nacheinspritzung ausgeführt, die der zweiten Region R2 entspricht. Wenn die Verarbeitung von Schritt S303 endet, wird diese Routine beendet.
Hierbei ist zu beachten, dass in Fällen, wo die zweite Region R2 nicht vorgesehen ist, NE2 und NE3 als einander gleich betrachtet werden, und dass in Fällen, wo in Schritt S104 eine negative Entscheidung getroffen wird, die Routine zu Schritt S302 weitergeht. In diesem Fall werden die Schritt S106 bis S303 nicht ausgeführt.
Wie oben erläutert worden ist, wird in dieser dritten Ausführungsform die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung durch Anpassen des Drucks des Kraftstoffs angepasst. Außerdem kann die Aufrührung des Brenngases dadurch unterstützt werden, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs erhöht wird, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist. Infolgedessen ist es möglich, die Unterstützung der Verbrennung auszuführen, wodurch die Erzeugung von Rauch unterdrückt werden und die Kraftstoffverbrauchswerte verbessert werden können. Dagegen kann die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite dadurch unterstützt werden, dass die Eindringkraft des Kraftstoffs verringert wird, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist. Infolgedessen ist es möglich, die Unterstützung der Verbrennung auszuführen, wodurch die Erzeugung von Rauch unterdrückt werden und die Kraftstoffverbrauchswerte verbessert werden können.
<Vierte Ausführungsform>
In der vierten Ausführungsform wird auf die Steuerung in dem Fall Bezug genommen, wo während der Nacheinspritzung bewirkt wird, dass sich der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung auf stufenlose Weise entsprechend der Maschinendrehzahl ändert. Abgesehen davon sind die Vorrichtungen, Teile und so weiter denen der oben genannten Ausführungsformen gleich, weswegen auf ihre Erklärung verzichtet wird. 9 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf einer Routine zur Bestimmung der Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs gemäß dieser vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Routine in diesem Ablaufschema wird mittels der ECU 10 bei jedem Verbrennungszyklus ausgeführt. Für die Schritte, in denen die gleichen Verarbeitungen ausgeführt werden wie in den oben genannten Ablaufschemata, werden die gleichen Symbole verwendet und auf ihre Erklärung wird verzichtet. Hierbei ist zu beachten, dass in dieser vierten Ausführungsform die ECU 10, die den Ablauf oder die Routine in dem in 9 dargestellten Ablaufschema ausführt, der Steuereinrichtung in der vorliegenden Erfindung entspricht.
In Fällen, wo in dem in 9 dargestellten Ablaufschema in Schritt S103 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S401 weiter. In Schritt S401 wird die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung gemäß der Maschinendrehzahl eingestellt. Das heißt, der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung wird gemäß der Maschinendrehzahl eingestellt. Die Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und dem Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung, um die Rauchunterdrückung und die Verbesserung der Kraftstoffverbrauchswerte erreichen zu können, wurde vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen ermittelt. In Schritt S401 wird das Verhältnis des Kraftstoffdrucks zu Zeiten der Nacheinspritzung gegenüber dem Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der Haupteinspritzung so eingestellt, dass es gemäß der Zunahme der Maschinendrehzahl größer wird. Wenn die Verarbeitung von Schritt S401 endet, wird diese Routine beendet. Somit kann die Eindringkraft des Kraftstoffs zu Zeiten der Nacheinspritzung ebenfalls durch Anpassen des Druck des Kraftstoffs auf stufenlose Weise angepasst werden.
<Fünfte Ausführungsform>
In den oben genannten Ausführungsformen wird die Menge der Nacheinspritzung beispielsweise auf zwei gleiche Teile aufgeteilt. Dagegen werden in dieser fünften Ausführungsform in Fällen, wo die Nacheinspritzung so ausgeführt wird, dass sie in eine erste Teil-Nacheinspritzung und eine zweite Teil-Nacheinspritzung aufgeteilt wird, die Eindringkraft des Kraftstoffs in der ersten Teil-Nacheinspritzung und die Eindringkraft des Kraftstoffs in der zweiten Teil-Nacheinspritzung auf Basis der Maschinendrehzahl bestimmt. Genauer wird mit steigender Maschinendrehzahl der Anteil der Menge der Nacheinspritzung mit geringer Eindringkraft gesenkt und der Anteil der Menge der Nacheinspritzung mit großer Eindringkraft wird erhöht. Hierbei ist zu beachten, dass irgendeine von der Nacheinspritzung mit großer Eindringkraft und der Nacheinspritzung mit geringer Eindringkraft früher ausgeführt werden kann als die jeweils andere. Abgesehen davon sind die Vorrichtungen, Teile und so weiter denen der oben genannten Ausführungsformen gleich, weswegen auf ihre Erklärung verzichtet wird.
10 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Maschinendrehzahl, der Menge der Nacheinspritzung mit geringer Eindringkraft und der Menge der Nacheinspritzung mit großer Eindringkraft zeigt. Eine geforderte Nacheinspritzungsmenge ist eine Menge der Kraftstoffeinspritzung in der gesamten Nacheinspritzung, die auf Basis des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 bestimmt wird. Die geforderte Nacheinspritzungsmenge, um die Erzeugung von Rauch unterdrücken und die Kraftstoffverbrauchswerte verbessern zu können, wurde vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen ermittelt.
In Fällen, wo die Maschinendrehzahl bei oder über NE1 liegt und gleichzeitig unter NE2 liegt, wird eine Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft nur einmal durchgeführt. Außerdem wird in Fällen, wo die Maschinendrehzahl bei oder über NE3 liegt und gleichzeitig bei oder unter NE4 liegt, eine Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft nur einmal durchgeführt. In Fällen, wo die Maschinendrehzahl bei oder über NE2 liegt und gleichzeitig unter NE3 liegt, werden eine Teil-Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft (z. B. eine erste Teil-Nacheinspritzung) und eine Teil-Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft (z. B. eine zweite Teil-Nacheinspritzung) insgesamt zweimal ausgeführt. Hierbei ist zu beachten, dass die Gesamtsumme der Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung und der Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung die geforderte Nacheinspritzungsmenge wird. Das heißt, die Gesamtsumme der Menge der Teil-Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft und der Menge der Teil-Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft wird die geforderte Nacheinspritzungsmenge. Das Verhältnis zwischen der Menge der Nacheinspitzung mit einer geringen Eindringkraft und der Menge der Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft (d. h. das Verhältnis zwischen der Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung und der Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung) wird also auf solche Weise geändert, dass der Anteil der Menge der Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft an der geforderten Nacheinspritzungsmenge mit steigender Maschinendrehzahl größer wird. Die in 10 gezeigte Beziehung, um die Rauchunterdrückung und die Verbesserung der Kraftstoffverbrauchswerte erreichen zu können, wurde vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen ermittelt.
Hierbei können in der zweiten Region R2 die Wirkung der Ausführung der Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft und die Wirkung der Ausführung der Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft ermittelt werden. Jedoch wird auch in der zweiten Region R2 der Zeitraum für die Reoxidation von Ruß mit steigender Drehzahl der Brennkraftmaschine kürzer, so dass die Wirkung, die in dem Fall ermittelt wird, wo die Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft ausgeführt wird, groß wird und die Wirkung, die in dem Fall ermittelt wird, wo die Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft ausgeführt wird, klein wird. Dadurch, dass der Anteil der Menge der Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft gemäß der steigenden Maschinendrehzahl erhöht wird, kann somit die Aufrührung des Brenngases unterstützt werden, so dass die Geschwindigkeit oder die Rate der Verbrennung gemäß dem kürzer werdenden Zeitraum, in dem die Reoxidation von Ruß ausgeführt wird, erhöht werden kann.
11A und 11B sind Zeitschemata, die zeitabhängige Änderungen der Kraftstoffeinspritzrate in der zweiten Region R2 zeigen. 11A zeigt den Fall, wo die Maschinendrehzahl niedrig ist, und 11B zeigt den Fall, wo die Maschinendrehzahl hoch ist. In 11A und 11B wird eine Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung durchgeführt und nach der Haupteinspritzung wird die Nacheinspritzung durchgeführt.
Wie in 11A dargestellt ist, ist bei der Nacheinspritzung in der zweiten Region R2 in dem Fall, wo die Maschinendrehzahl niedrig ist, die Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft größer als die Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft. Aus diesem Grund wird die Wirkung, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht, größer als die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht.
Wie in 11B dargestellt ist, ist dagegen bei der Nacheinspritzung in der zweiten Region R2 in dem Fall, wo die Maschinendrehzahl hoch ist, die Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft größer als die Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft. Aus diesem Grund wird die Wirkung, die auf das Aufrühren des Brenngases zurückgeht, größer als die Wirkung, die auf die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite zurückgeht.
Wie in 11A und 11B dargestellt ist, ist in der zweiten Region R2 in dem Fall, wo die Maschinendrehzahl relativ niedrig ist, die Menge der Teil-Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft groß und die Menge der Teil-Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft ist klein. Dagegen ist in der zweiten Region R2 in dem Fall, wo die Maschinendrehzahl relativ hoch ist, die Menge der Teil-Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft klein und die Menge der Teil-Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft ist groß. Bei der Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft steigt die Kraftstoffeinspritzrate allmählich an, aber bei der Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft steigt die Kraftstoffeinspritzrate schnell an. Aus diesem Grund wird in Fällen, wo die Menge der Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft gestiegen ist, weil die Maschinendrehzahl niedrig ist, die Kraftstoffmenge, die in einem Zustand eingespritzt werden soll, wo die Kraftstoffeinspritzrate niedrig ist, groß. Infolgedessen wird die Menge des Kraftstoffs, der auf der Zylindermittenseite verbrennt, größer, so dass die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite unterstützt werden kann. Aus diesem Grund wird in Fällen, wo die Menge der Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft gestiegen ist, weil die Maschinendrehzahl hoch ist, die Kraftstoffmenge, die in einem Zustand eingespritzt werden soll, wo die Kraftstoffeinspritzrate hoch ist, groß. Infolgedessen kann der Kraftstoff, der auf der Zylinderwandflächenseite verbrennt, verwirbelt oder aufgerührt werden, wodurch die Verbrennung des Kraftstoffs unterstützt werden kann.
12 ist ein Ablaufschema, das einen Ablauf einer Routine zur Bestimmung der Nacheinspritzungsmenge gemäß dieser fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Routine in diesem Ablaufschema wird mittels der ECU 10 bei jedem Verbrennungszyklus ausgeführt. Für die Schritte, in denen die gleichen Verarbeitungen ausgeführt werden wie in den oben genannten Ablaufschemata, werden die gleichen Symbole verwendet und auf ihre Erklärung wird verzichtet. Hierbei ist zu beachten, dass in dieser fünften Ausführungsform die ECU 10, die den Ablauf oder die Routine in dem in 12 dargestellten Ablaufschema ausführt, der Steuereinrichtung in der vorliegenden Erfindung entspricht.
In Fällen, wo in dem in 12 dargestellten Ablaufschema in Schritt S103 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S501 weiter. In Schritt S501 wird entschieden, ob die Maschinendrehzahl im Bereich der zweiten Region R2 liegt. Das heißt, es wird entschieden, ob die Maschinendrehzahl bei oder über NE2 und unter NE3 liegt. In diesem Schritt wird entschieden, ob die Nacheinspritzung so ausgeführt wird, dass sie durch zwei teilt wird.
In Fällen, wo in Schritt S501 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S502 weiter. In Schritt S502 werden jeweils die Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung und die Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung berechnet. Hierbei ist zu beachten, dass in diesem Ablaufschema eine Erläuterung aufgrund der Tatsache abgegeben wird, dass die erste Teil-Nacheinspritzung die Nacheinspritzung mit einer geringen Eindringkraft ist und die zweite Teil-Nacheinspritzung die Nacheinspritzung mit einer großen Eindringkraft ist. Die geforderte Nacheinspritzungsmenge, das heißt eine Menge der Kraftstoffeinspritzung, welche die Summe der Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung und der Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung ist, wird aufgrund des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 bestimmt. Ferner wird das Verhältnis zwischen der Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung und der Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung durch die in 10 gezeigte Beziehung ermittelt. Die in 10 gezeigte Beziehung wurde vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen ermittelt und in der ECU 10 gespeichert. Die Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung und die Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung werden jeweils durch Teilen der geforderten Nacheinspritzungsmenge durch das in 10 gezeigte Verhältnis berechnet. Wenn die Verarbeitung von Schritt S502 abgeschlossen ist, geht die Routine zu Schritt S503 weiter.
In Schritt S503 wird die Eindringkraft des Kraftstoffs der ersten Teil-Nacheinspritzung bestimmt. Die Eindringkraft kann durch die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 oder den Druck des Kraftstoffs geändert werden, wie in der oben genannten Ausführungsform erläutert worden ist. In diesem Ablaufschema ist die erste Teil-Nacheinspritzung eine Kraftstoffeinspritzung mit einer geringen Eindringkraft, gemäß der die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der ersten Teil-Nacheinspritzung oder der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der ersten Teil-Nacheinspritzung bestimmt wird. Die Eindringkraft zu dieser Zeit kann ein fester Wert sein oder kann gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 geändert werden. Wenn die Verarbeitung von Schritt S503 abgeschlossen ist, geht die Routine zu Schritt S504 weiter.
In Schritt S504 wird die Eindringkraft des Kraftstoffs der zweiten Teil-Nacheinspritzung bestimmt. In diesem Ablaufschema ist die zweite Teil-Nacheinspritzung eine Kraftstoffeinspritzung mit einer großen Eindringkraft, gemäß der die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu Zeiten der ersten Teil-Nacheinspritzung oder der Druck des Kraftstoffs zu Zeiten der ersten Teil-Nacheinspritzung bestimmt wird. Die Eindringkraft zu dieser Zeit kann ein fester Wert sein oder kann gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 geändert werden. Wenn die Verarbeitung von Schritt S504 endet, wird diese Routine beendet.
In Fällen, wo in Schritt S504 eine negative Entscheidung getroffen wird, geht die Routine dagegen zu Schritt S505, wo die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs bestimmt wird. Die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs, die in Schritt S505 bestimmt wird, ist die Nacheinspritzungsmenge in der ersten Region R1 oder der dritten Region R3 und ist der oben genannten geforderten Nacheinspritzungsmenge gleich. Wenn die Verarbeitung von Schritt S505 abgeschlossen ist, geht die Routine zu Schritt S506.
In Schritt S505 wird die Eindringkraft des Kraftstoffs des Nacheinspritzungskraftstoffs bestimmt. Die Eindringkraft ist in diesem Fall die Eindringkraft der ersten Region R1 oder der zweiten Region R2 und wird ähnlich bestimmt wie in den oben genannten Ausführungsformen. Wenn die Verarbeitung von Schritt S506 endet, wird diese Routine beendet.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der fünften Ausführungsform mit steigender Maschinendrehzahl der Anteil der Menge der Kraftstoffeinspritzung mit einer großen Eindringkraft an der Nacheinspritzung vergrößert, und der Anteil der Menge der Kraftstoffeinspritzung mit einer geringen Eindringkraft wird verkleinert. Infolgedessen kann in dem Fall, wo die Maschinendrehzahl relativ niedrig ist, die Nutzung des Sauerstoffs auf der Zylindermittenseite unterstützt werden. Dagegen kann in dem Fall, wo die Maschinendrehzahl relativ hoch ist, die Aufrührung des Brenngases unterstützt werden. In jedem Fall kann die Verbrennung des Kraftstoffs unterstützt werden, so dass die Erzeugung von Rauch unterdrückt und die Kraftstoffverbrauchswerte verbessert werden können.
Hierbei ist zu beachten, dass in der fünften Ausführungsform die Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung und die Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung gemäß der Anzahl der Maschinenumdrehungen pro Zeiteinheit geändert werden, aber zusätzlich dazu können die Menge der ersten Teil-Nacheinspritzung und die Menge der zweiten Teil-Nacheinspritzung unter Berücksichtigung der Menge der Kraftstoffeinspritzung geändert werden. Ebenso kann unter Berücksichtigung der Menge der Kraftstoffeinspritzung bestimmt werden, ob die Nacheinspritzung aufgeteilt werden soll oder wie oft die Nacheinspritzung aufgeteilt werden soll. Die Beziehung der Maschinendrehzahl und der Menge der Kraftstoffeinspritzung zur Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs, zur Anzahl der Teilungen und zur Menge des Kraftstoffs in jeder Teil-Nacheinspritzung kann vorab durch Versuche, Simulationen oder dergleichen ermittelt worden sein.
Außerdem wird in dieser fünften Ausführungsform die Nacheinspritzung nur in der zweiten Region R2 so durchgeführt, dass sie in zwei Teil-Nacheinspritzungen aufgeteilt wird, aber stattdessen kann die Nacheinspritzung auch in der bzw. den anderen Betriebsregionen so ausgeführt werden, dass sie in zwei Teileinspritzungen aufgeteilt wird.
In diesem Fall kann auch in der bzw. den anderen Betriebsregionen der Anteil der Menge der Kraftstoffeinspritzung mit einer großen Eindringkraft an der Nacheinspritzung mit steigender Maschinendrehzahl erhöht werden. Darüber hinaus muss eine Betriebsregion, in der die Nacheinspritzung ausgeführt wird, nicht in die erste Region R1, die zweite Region R2 und die dritte Region R3 aufgeteilt werden, sondern es kann auch einfach in der Betriebsregion, in der die Nacheinspritzung ausgeführt wird, der Anteil der Menge der Kraftstoffeinspritzung mit einer großen Eindringkraft an der Nacheinspritzung gemäß der steigenden Maschinendrehzahl erhöht werden.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Zylinder
3: Kolben
4: Kraftstoffeinspritzventil
5: Common Rail
6: Kraftstoffspeiserohr
7: Kraftstoffpumpe
8: Druckanpassungsmechanismus
10: ECU
16: Gaspedal
17: Beschleunigeröffnungssensor
18: Kurbelpositionssensor
31: Höhlung
41: Löcher
42: Nadel
43: Ventilbetätigungsmechanismus

Claims

Brennkraftmaschine (1), die mit einem Kraftstoffeinspritzventil (4) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder (2) der Brennkraftmaschine (1) ausgestattet ist, wobei die Brennkraftmaschine (1) eine Steuereinrichtung (10) aufweist, die dafür ausgelegt ist, den Kraftstoff, der in einem Fall aus dem Kraftstoffeinspritzventil (4) eingespritzt werden soll, wo eine Nacheinspritzung nach einer Haupteinspritzung von Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil (4) ausgeführt wird, auf solche Weise zu steuern, dass eine Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung gegenüber einer Eindringkraft des Kraftstoffs in der Haupteinspritzung vergrößert wird, falls die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) gleich oder größer als eine erste vorgegebene Drehzahl ist, wohingegen die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung gegenüber der Eindringkraft des Kraftstoffs in der Haupteinspritzung verringert wird, falls die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) niedriger ist als eine zweite vorgegebene Drehzahl, die gleich oder kleiner als die erste vorgegebene Drehzahl ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei in Fällen, wo die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) gleich oder größer als die zweite vorgegebene Drehzahl ist und gleichzeitig unter der ersten vorgegebenen Drehzahl liegt, die Steuereinrichtung (10) die Nacheinspritzung nach der Haupteinspritzung mehrmals ausführt, indem die Nacheinspritzung in mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt wird, bei denen die Eindringkraft des Kraftstoffs jeweils verschieden ist.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (10) die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung gemäß der steigenden Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) vergrößert.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, wobei, wenn die Nacheinspritzung so ausgeführt wird, dass sie in eine Mehrzahl von Teileinspritzungen aufgeteilt wird, die Steuereinrichtung (10) die Nacheinspritzung ausführt, die eine Teileinspritzung, bei der die Eindringkraft des Kraftstoffs größer ist als bei der Haupteinspritzung, und eine Teileinspritzung beinhaltet, bei der die Eindringkraft des Kraftstoffs kleiner ist als bei der Haupteinspritzung, und einen Anteil einer Menge der Kraftstoffeinspritzung in der Teileinspritzung, bei der die Eindringkraft des Kraftstoffs größer ist als bei der Haupteinspritzung, in Bezug auf eine Gesamtmenge der Kraftstoffeinspritzung in der Nacheinspritzung entsprechend der steigenden Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) vergrößert.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (10) zu Zeiten, in denen die Nacheinspritzung ausgeführt wird, durch Erhöhen der Ventilöffnungsgeschwindigkeit einer Nadel im Kraftstoffeinspritzventil (4) die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung vergrößert.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (10) zu Zeiten, in denen die Nacheinspritzung ausgeführt wird, durch Erhöhen des Drucks des Kraftstoffs die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung vergrößert.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (10) zu Zeiten, in denen die Nacheinspritzung ausgeführt wird, durch Senken der Ventilöffnungsgeschwindigkeit einer Nadel im Kraftstoffeinspritzventil (4) die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung verringert.
Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (10) zu Zeiten, in denen die Nacheinspritzung ausgeführt wird, durch Senken des Drucks des Kraftstoffs die Eindringkraft des Kraftstoffs in der Nacheinspritzung verkleinert.