DE102015118416B4

DE102015118416B4 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015118416B4
Application number: DE102015118416.8A
Authority: DE
Inventors: Masato Ikemoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: JP2016089639A; JP6098613B2; US20160123265A1; DE102015118416A1; CN105569861B; US9840993B2; CN105569861A

Abstract

Brennkraftmaschine (1), ein Kraftstoffeinspritzventil (4) mit einer Nadel (42) aufweisend, das Kraftstoff in einen Zylinder (2) der Brennkraftmaschine (1) einspritzt, wenn das Ventil (4) mit der Nadel (42) geöffnet ist, wobei die Brennkraftmaschine (1) ferner aufweist:eine Steuereinrichtung (10), die eine Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel (42) während einer Nacheinspritzung im Vergleich zu einer Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel (42) während einer Haupteinspritzung erhöht, wenn ein Kraftstoffdruck nicht über einem ersten vorgegebenen Druck liegt, und die die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel (42) während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit während der Haupteinspritzung senkt, wenn der Kraftstoffdruck nicht geringer ist als ein zweiter vorgegebener Druck, bei dem es sich um einen Druck handelt, der höher ist als der erste vorgegebene Druck, wenn eine geforderte Einspritzmenge des Kraftstoffs, die durch die Nacheinspritzung eingespritzt werden soll, größer ist als ein Einspritzmengenschwellenwert, wenn die Nacheinspritzung nach der Haupteinspritzung des Kraftstoffs, die vom Kraftstoffeinspritzventil (4) eingespritzt werden soll, durchgeführt wird.

Description

[GEBIET DER TECHNIK]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine.
[TECHNISCHER HINTERGRUND]
Dass eine Kraftstoffeinspritzung, bei der Kraftstoff in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, mehrmals auf verteilte Weise durchgeführt wird, ist bekannt. In diesem Fall kann unverbrannter Kraftstoff durch Ausführen der Nacheinspritzung nach der Haupteinspritzung in eine Abgasleitung abgeführt werden. Die Nacheinspritzung wird beispielsweise durchgeführt, wenn die Position eines Kolbens in der Nähe des Endes des Ausdehnungshubs relativ tief ist. Aus diesem Grund trägt der Kraftstoff, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, kaum zum Drehmoment der Brennkraftmaschine bei. Dann kann die Wärme durch Umsetzung des unverbrannten Kraftstoffs, der nach der Nacheinspritzung in die Abgasleitung abgeführt wird, unter Verwendung eines Katalysators erzeugt werden, um einen Filter unter Nutzung der Wärme zu regenerieren. Ferner kann der unverbrannte Kraftstoff als Reduzierungsmittel zum Katalysator geliefert werden, um beispielsweise die Reduzierung von NOx durchzuführen. Jedoch wird die Nacheinspritzung ausgeführt, wenn die Position des Kolbens relativ tief ist, und somit ist zu befürchten, dass der Kraftstoff, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, eine Wandfläche des Zylinders erreicht und ein Öl verdünnt.
Wenn beispielsweise die Last, die auf die Brennkraftmaschine ausgeübt wird, niedrig ist, dann ist die Temperatur im Zylinder, die gegeben ist, wenn der Kraftstoff durch die Haupteinspritzung durchgeführt wird, niedrig, und somit wird kaum Kraftstoff verbrannt. Wenn die Last, die auf die Brennkraftmaschine ausgeübt wird, niedrig ist, wird außerdem der Kraftstoffdruck niedrig eingestellt. Daher wird in einem solchen Fall der Teilchendurchmesser (die Teilchengröße) des eingespritzten Kraftstoffs erhöht, und der Kraftstoff wird kaum verdampft. Wenn die Last, die auf die Brennkraftmaschine ausgeübt wird, niedrig ist, ist ferner die Temperatur des Gases, das aus dem Zylinder abgeführt wird, niedrig. Daher ist die Kraftstoffmenge, die während der Nacheinspritzung gegeben ist und die nötig ist, um die Temperatur des Katalysators zu erhöhen, ebenfalls erhöht. Aus diesem Grund wird der Kraftstoff kaum verdampft.
Wenn dagegen die Last, die auf die Brennkraftmaschine ausgeübt wird, hoch ist, wird der Einspritzdruck des Kraftstoffs hoch eingestellt, um einen Rauch zu verringern. Die Nacheinspritzung wird beispielsweise zu einem Zeitpunkt nahe dem Ende des Ausdehnungshubs durchgeführt. Daher wird die Nacheinspritzung durchgeführt, nachdem der Druck im Zylinder gesunken ist. In einer solchen Lage ist der Kraftstoffdruck im Vergleich zum Druck im Zylinder relativ erhöht, und somit ist die Eindringkraft des Kraftstoffs erhöht. Aus diesem Grund ist die Zeit, die nötig ist, bis der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders erreicht, verkürzt. Daher kann der Kraftstoff, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, leicht die Wandfläche des Zylinders erreichen, bevor er verdampft.
In diesem Zusammenhang ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Verdünnung des Öls dadurch entgegengewirkt wird, dass von der Einspritzmenge, mit der der durch die Nacheinspritzung eingespritzte Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders nicht im flüssigen Zustand erreicht, und der Einspritzmenge, die wegen der Temperatur des Katalysators gefordert wird, die kleinere Einspritzmenge ausgewählt wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1)
Der Stand der Technik kennt zudem ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine, bei der Kraftstoff in einen Brennraum einer Dieselbrennkraftmaschine, wobei der Kraftstoff zumindest in einer Haupteinspritzung und einer Nacheinspritzung eingespritzt wird. 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 (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
Ferner ist ein Verfahren zum Zumessen von Brennstoff mit einem Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt, wobei das Brennstoffeinspritzventil einen Aktor und einen von dem Aktor mit einem Ventilhub betätigbaren Ventilschließkörper aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei nahe der Ventilsitzfläche zumindest ein Drallelement zur Erzeugung einer Drallströmung angeordnet ist. Zur Erzeugung einer variablen Brennstoffverteilung des von dem Brennstoffeinspritzventil abgespritzten Brennstoffes erfolgt der von dem Aktor bewirkte Ventilhub mit einer variablen Öffnungsgeschwindigkeit, wobei ein Übergang von einer zumindest annähernd drallfreien Vorströmung des abgespritzten Brennstoffes zu einer Drallströmung des abgespritzten Brennstoffes durch eine Variation der Öffnungsgeschwindigkeit eingestellt wird (siehe beispielsweise Patentdokument 3).
Ein weiteres 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 bekannt, wobei der Injektor mindestens ein Spritzloch und eine direkt angetriebene Injektornadel umfasst, die mit einer Innenwand des Injektor einen durch den Hub der Injektornadel einstellbaren Drosselspalt definiert. Die Einspritztiefe des Einspritzstrahles wird selektiv für bestimmte Einspritzvorgänge durch Einstellung des Injektornadelhubes gegenüber dem bei Normalbetrieb derart verringert, dass der Drosselspalt nur teilweise geöffnet wird (siehe beispielsweise Patentdokument 4).
Ein anderes aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, bei dem Kraftstoff mittels einer eine Düsennadel aufweisenden Einspritzdüse mit Einspritzbohrungen in Form mehrerer Kraftstoffstrahlen in einen Brennraum eingespritzt wird, ist bekannt (siehe beispielsweise Patentdokument 5). Während eines Einspritzvorgangs wird ein Teil des Kraftstoffes als eine Haupteinspritzung eingespritzt, und zu einem späteren Zeitpunkt nach der Haupteinspritzung wird eine Kraftstoffmenge als getaktete Nacheinspritzung eingespritzt. Die Nacheinspritzung wird derart in Teilmengen getaktet eingespritzt, dass die Kraftstoffteilmengen der Nacheinspritzung unterschiedlich groß gebildet werden.
[DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK]

Patentdokument 1: JP 2006-132 375 A
Patentdokument 2: DE 10 2005 054 387 A1
Patentdokument 3: DE 199 48 237 A1
Patentdokument 4: DE 10 2010 014 824 A1
Patentdokument 5: EP 1 639 251 B1
Patentdokument 6: JP 2002-317 734 A
Patentdokument 7: JP 2013-199 916 A

[KURZFASSUNG DER ERFINDUNG]
[DER ERFINDUNG ZUGRUNDE LIEGENDE PROBLEME]
Im Falle der herkömmlichen Technik, die oben beschrieben ist, wird immer die Einspritzmenge, die kleiner ist als die Einspritzmenge, die wegen der Temperatur des Katalysators gefordert wird, eingespritzt, wenn die Möglichkeit besteht, dass das Öl verdünnt wird. Daher ist eine gewisse Zeit erforderlich, um die Temperatur des Katalysators zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund der obigen Probleme gemacht, und ein Ziel davon ist die effizientere Nutzung der Nacheinspritzung.
[MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME]
Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Brennkraftmaschine angegeben, die ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer Nadel aufweist, das Kraftstoff in einen Zylinder der Brennkraftmaschine einspritzt, wenn das Ventil, das die Nadel aufweist, geöffnet wird; wobei die Brennkraftmaschine ferner eine Steuereinrichtung aufweist, die eine Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung im Vergleich zu einer Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Haupteinspritzung erhöht, wenn ein Kraftstoffdruck nicht über einem ersten vorgegebenen Druck liegt, und die die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit während der Haupteinspritzung senkt, wenn der Kraftstoffdruck nicht geringer ist als ein zweiter vorgegebener Druck, bei dem es sich um einen Druck handelt, der höher ist als der erste vorgegebene Druck, wenn eine geforderte Einspritzmenge des Kraftstoffs, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt werden soll, größer ist als ein Einspritzmengenschwellenwert, wenn die Nacheinspritzung nach der Haupteinspritzung des Kraftstoffs, der vom Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt werden soll, durchgeführt wird.
Die Nacheinspritzung ist die Kraftstoffeinspritzung, die nach der Haupteinspritzung durchgeführt wird. Die Nacheinspritzung wird beispielsweise im späteren Zeitraum des Ausdehnungshubs durchgeführt. In diesem Zusammenhang ist der Teilchendurchmesser des Kraftstoffs, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, während des Betriebs, in dem der Kraftstoffdruck niedrig ist, niedrig, und somit wird der Kraftstoff kaum verdampft. Daher erhöht die Steuereinrichtung die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung, und somit erhöht die Steuereinrichtung die Querschnittsfläche der Leitung für den Kraftstoff im Kraftstoffeinspritzventil. Daher ist es möglich, die Einspritzmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit rasch zu erhöhen. Daher ist es möglich, den Teilchendurchmesser des Kraftstoffs zu verringern.
Dagegen ist die Eindringkraft des Kraftstoffs, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, während des Betriebs, in dem der Kraftstoffdruck hoch ist, hoch. Daher kann der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders leicht erreichen, bevor der Kraftstoff, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, verdampft. Angesichts dessen senkt die Steuereinrichtung die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel, und somit vergrößert die Steuereinrichtung die Querschnittsfläche der Leitung für den Kraftstoff im Kraftstoffeinspritzventil nur allmählich. Daher ist es möglich, die Einspritzmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit zu verringern. Daher ist es möglich, die Eindringkraft des Kraftstoffs zu verringern.
Wenn der Kraftstoffdruck nicht höher ist als der erste vorgegebene Druck, wird daher die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung höher gemacht als die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Haupteinspritzung, während dann, wenn der Kraftstoffdruck nicht niedriger ist als der zweite vorgegebene Druck, die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung niedriger gemacht wird als die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Haupteinspritzung. Dadurch kann der Kraftstoff daran gehindert werden, die Wandfläche des Zylinders zu erreichen. Somit ist es möglich, der Verdünnung des Öls durch den Kraftstoff entgegenzuwirken.
In diesem Zusammenhang wird die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs beispielsweise auf die Kraftstoffmenge eingestellt, die gefordert wird, um die Temperatur des Katalysators zu erhöhen. Wenn die Last der Brennkraftmaschine beispielsweise hoch ist, ist daher die Temperatur des Abgases niedrig. Daher wird die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs, die eine größere Menge ist, gefordert. Wenn die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs erhöht wird, wird der Kraftstoff kaum verdampft. Daher kann der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders leicht erreichen. Das heißt, es gibt eine Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs, die als Grenze für die Bestimmung dient, ob die Verdünnung des Öls stattfindet oder nicht. Daher wird ihr Wert als Einspritzmengenschwellenwert betrachtet. Dann wird der Fall, in dem die geforderte Kraftstoffeinspritzmenge, die durch die Nacheinspritzung einzuspritzen ist, größer ist als der Einspritzmengenschwellenwert, als die Vorbedingung betrachtet, um die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung zu regulieren. Man beachte, dass der Einspritzmengenschwellenwert der obere Grenzwert für die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs sein kann, mit der der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders auch dann nicht erreicht, wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Haupteinspritzung gleich ist, oder dass der Einspritzmengenschwellenwert der obere Grenzwert für die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs sein kann, mit der der Kraftstoff, der die Wandfläche des Zylinders erreicht, wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Haupteinspritzung gleich ist, in einem zulässigen Bereich liegt.
Ferner wird der Kraftstoffdruck abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine geändert. Dann werden der Teilchendurchmesser und die Eindringkraft des Kraftstoffs gemäß der Änderung des Kraftstoffdrucks geändert. In diesem Zusammenhang kann der erste vorgegebene Druck der obere Grenzwert für den Kraftstoffdruck sein, mit dem der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders erreicht, gemäß der Zunahme des Teilchendurchmessers des Kraftstoffs, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Haupteinspritzung gleich ist. Ferner kann der erste vorgegebene Druck auch der obere Grenzwert für den Kraftstoffdruck sein, mit dem der Kraftstoff, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, nicht an der Wandfläche des Zylinders haftet, oder ab dem der Kraftstoff dadurch an der Haftung gehindert wird, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Haupteinspritzung erhöht wird. Ferner kann der zweite vorgegebene Druck der untere Grenzwert für den Kraftstoffdruck sein, mit dem der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders wegen der großen Eindringkraft des Kraftstoffs erreicht, wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Haupteinspritzung gleich ist. Ferner kann der zweite vorgegebene Druck auch der untere Grenzwert für den Kraftstoffdruck sein, mit dem der Kraftstoff, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, nicht an der Wandfläche des Zylinders haftet, oder ab dem der Kraftstoff dadurch an der Haftung gehindert wird, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Haupteinspritzung gesenkt wird.
Ferner kann die Steuereinrichtung so betätigt werden, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung umso niedriger ist, je hoher der Kraftstoffdruck ist, falls der Kraftstoffdruck nicht über dem ersten vorgegebenen Druck liegt oder falls der Kraftstoffdruck nicht unter dem zweiten vorgegebenen Druck liegt.
Je niedriger der Kraftstoffdruck ist, desto größer ist der Teilchendurchmesser des Kraftstoffs während der Nacheinspritzung. Wenn der Kraftstoffdruck nicht über dem ersten vorgegebenen Druck liegt, ist es aus diesem Grund möglich, der Zunahme des Teilchendurchmessers des Kraftstoffs während der Nacheinspritzung entgegenzuwirken, indem man die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung umso mehr erhöht, je stärker der Kraftstoffdruck sinkt. Somit kann der Kraftstoff daran gehindert werden, die Wandfläche des Zylinders zu erreichen. Dies kann so ausgedrückt werden, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung umso niedriger ist, je höher der Kraftstoffdruck ist. Wenn der Kraftstoffdruck nicht unter dem zweiten vorgegebenen Druck liegt, ist es dagegen möglich, der Zunahme der Eindringkraft des Kraftstoffs dadurch entgegenzuwirken, dass man die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung umso mehr verringert, je höher der Kraftstoffdruck steigt. Daher kann der Kraftstoff daran gehindert werden, die Wandfläche des Zylinders zu erreichen.
Ferner kann die Steuereinrichtung so betätigt werden, dass, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, ein maximaler Wert eines Hubbetrags der Nadel während der Nacheinspritzung im Vergleich zu dann, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, verringert wird, falls der Kraftstoffdruck nicht über dem ersten vorgegebenen Druck liegt oder falls der Kraftstoffdruck nicht unter dem zweiten vorgegebenen Druck liegt.
Wenn der maximale Wert des Hubbetrags der Nadel erhöht wird, wird die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit erhöht. Wenn der Kraftstoffdruck nicht über dem ersten vorgegebenen Druck liegt, wird die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung erhöht. Aus diesem Grund ist jedoch zu befürchten, dass die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit erhöht werden kann und die Eindringkraft des Kraftstoffs zu hoch werden kann. Im Zusammenhang damit kann einer Erhöhung der Eindringkraft des Kraftstoffs dadurch entgegengewirkt werden, dass man den maximalen Wert des Hubbetrags der Nadel senkt. Wenn der Kraftstoffdruck dagegen nicht unter dem zweiten vorgegebenen Druck liegt, ist der Kraftstoffdruck von Anfang an hoch. Auch wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel gesenkt wird, ist daher die Eindringkraft des Kraftstoffs in manchen Fällen immer noch groß. Im Zusammenhang damit kann die Eindringkraft des Kraftstoffs dadurch gesenkt werden, dass man den maximalen Wert des Hubbetrags der Nadel senkt.
[VORTEILHAFTE WIRKUNG DER ERFINDUNG]
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Nacheinspritzung effizienter zu nutzen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Anordnung einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine Beziehung zwischen dem Druck des Nacheinspritzungskraftstoffs (dem Kraftstoffdruck) und Kennlinien der Kraftstoffspritzer bzw. des Kraftstoffsprühnebels.
3 zeigt eine Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge, der geforderten Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs und der einspritzbaren Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs.
4 zeigt eine Beziehung zwischen dem Druck des Nacheinspritzungskraftstoffs, den Kennlinien der Kraftstoffspritzer bzw. des Kraftstoffsprühnebels und dem Bereich, in dem der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders erreicht.
5A zeigt ein Zeitschema, das die Veränderung des Hubbetrags einer Nadel eines Kraftstoffeinspritzventils zeigt, wenn keine Steuerung des Hubbetrags der Nadel gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
5B zeigt ein Zeitschema, das die Veränderung des Hubbetrags der Nadel des Kraftstoffeinspritzventils zeigt, wenn der Kraftstoffdruck nicht höher ist als P1, wenn die Last auf der Brennkraftmaschine relativ niedrig ist.
5C zeigt ein Zeitschema, das die Veränderung des Hubbetrags der Nadel des Kraftstoffeinspritzventils zeigt, wenn der Kraftstoffdruck nicht niedriger ist als P2, wenn die Last der Brennkraftmaschine relativ hoch ist.
6 zeigt ein Ablaufschema, das einen Ablauf zur Bestimmung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
7 zeigt ein Ablaufschema, das einen Ablauf zur Bestimmung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
8 zeigt Zeitschemata, welche die Veränderungen der Einspritzungsrate des Kraftstoffs während der Nacheinspritzung und des Hubbetrags der Nadel während der Nacheinspritzung zeigen, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist.
9 zeigt Zeitschemata, welche die Veränderungen der Einspritzungsrate des Kraftstoffs während der Nacheinspritzung und des Hubbetrags der Nadel während der Nacheinspritzung zeigen, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist.
10 zeigt ein Ablaufschema, das einen Ablauf zur Bestimmung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel während der Nacheinspritzung und des maximalen Hubbetrags der Nadel gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.

[AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG]
Nachstehend wird ausführlich und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen auf der Basis einer Ausführungsform eine Möglichkeit der Ausführung der vorliegenden Erfindung erklärt. Jedoch sollen beispielsweise die Abmessung oder die Größe, das Material, die Form und die relative Anordnung der einzelnen Bestandteile oder Komponenten, die in der Ausführungsform beschrieben werden, den Bereich der Erfindung nicht so beschränken, dass anderes ausgeschlossen ist, solange dies nicht ausdrücklich angegeben ist.
<Erste Ausführungsform>
1 zeigt eine schematische Anordnung einer Brennkraftmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform. In dieser Ausführungsform sind einige Bestandteile oder Komponenten aus der Darstellung weggelassen, um die Darstellung der Brennkraftmaschine 1 zu vereinfachen. Die Brennkraftmaschine 1 ist ein Dieselmotor. Die Brennkraftmaschine 1 ist beispielsweise in einem Fahrzeug eingebaut. Ein Kolben 3 ist für einen Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen. Ein Hohlraum 31, der zum Kolbeninneren hin eingetieft ist, ist an der Oberseite des Kolbens 3 ausgebildet.
Ein Kraftstoffeinspritzventil 4, das den Kraftstoff direkt in den Zylinder 2 einspritzt, ist für die Brennkammer 1 vorgesehen. 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 Druckregulierungsmechanismus 8 ist für das Kraftstoffeinspritzventil 4 vorgesehen, und der Kraftstoffdruck wird vom Druckregulierungsmechanismus 8 reguliert. Man beachte, dass es in dieser Ausführungsform ausreicht, den Druck des Kraftstoffs, der vom Kraftstoffeinspritzventil 4 eingespritzt wird, wirksam zu regulieren. Daher kann der Kraftstoffdruck durch Ändern der Komprimierbarkeit (des Verdichtungsverhältnisses) des Kraftstoffs in der Kraftstoffpumpe 7 reguliert werden, statt den Kraftstoffdruck unter Verwendung des Druckregulierungsmechanismus 8 zu regulieren. Alternativ dazu kann ein Mechanismus zum Regulieren des Kraftstoffdrucks für die Common Rail 5 vorgesehen sein, und der Kraftstoffdruck kann mittels der Common Rail 5 reguliert werden. Die Konstruktion zur Regulierung des Kraftstoffdrucks wie oben beschrieben ist bekannt und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
Das Kraftstoffeinspritzventil 4 ist mit einer Nadel 42, die Einspritzlöcher 41 öffnet/schließt, und einem Ventilmechanismus 43 versehen, der die Nadel 42 nach oben und nach unten bewegt (Ventilsteuerung oder Ventiltrieb). Zum Beispiel kann ein Kraftstoffeinspritzventil der festgekoppelten Art (der direkt angetriebenen Art ohne Kopplung) als Kraftstoffeinspritzventil 4 verwendet werden. Der Ventilmechanismus 43 ist beispielsweise mit einem piezoelektrischen Element versehen. Das Ventil, das die Nadel 42 aufweist, wird durch Anlegen der elektrischen Leistung an das piezoelektrische Element geöffnet. Man beachte, dass es in dieser Ausführungsform ausreicht, wenn irgendein Mechanismus, der die Nadel 42 aufwärts und abwärts bewegt und der die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 ändert, als Kraftstoffeinspritzventil 4 vorgesehen ist. Die oben beschriebene Konstruktion, mit der es möglich ist, die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu ändern, ist bekannt und auf ihre Beschreibung wird verzichtet. Ferner kann das Kraftstoffeinspritzventil 4 gemäß dieser Ausführungsform die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in mindestens drei Stufen ändern. Das Kraftstoffeinspritzventil 4 kann irgendein Ventil sein, das die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 stufenweise ändern kann. Ein Kraftstoffdrucksensor 11, der den Kraftstoffdruck erfasst, ist an der Common Rail 5 angebracht.
Die ECU 10, die eine elektronische Regeleinheit oder eine elektronische Steuereinrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine 1 ist, ist in Kombination mit der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen, die aufgebaut ist wie oben beschrieben. Die ECU 10 steuert die Brennkraftmaschine 1 gemäß der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 1 und der Anforderung seitens eines Fahrers. Ein Beschleunigeröffnungsgradsensor 17, der ein elektrisches Signal, das einem Pedalbetätigungsumfang eines vom Fahrer mit dem Fuß betätigten Gaspedals entspricht, ausgibt, um die Maschinenlast zu erfassen, und ein Kurbelstellungssensor 18, der die Maschinendrehzahl erfasst, sind über elektrische Verdrahtungen mit der ECU 10 verbunden. Ausgangssignale verschiedener Sensoren wie oben beschrieben werden in die ECU 10 eingegeben. Andererseits sind der Druckregulierungsmechanismus 8 und der Ventilmechanismus 43 über elektrische Verdrahtungen mit der ECU 10 verbunden. Die oben beschriebenen Anlagen oder Vorrichtungen werden von der ECU 10 gesteuert. Man beachte, dass die ECU 10 den Ventilmechanismus 43 des Kraftstoffeinspritzventils 4 steuert. Jedoch wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass die ECU 10 das Kraftstoffeinspritzventil 4 steuert. Die ECU 10 reguliert den Druck des Kraftstoffs durch Betätigen des Druckregulierungsmechanismus 8. Ferner reguliert die ECU 10 die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 durch Betätigen des Ventilmechanismus 43.
Die ECU 10 bestimmt die Einspritzmenge des Kraftstoffs, der vom Kraftstoffeinspritzventil 4 eingespritzt wird, und die Kraftstoffeinspritzzeit ebenso wie den Kraftstoffdruck auf der Basis des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 (beispielsweise der Maschinendrehzahl und des Beschleunigeröffnungsgrads). Man beachte, dass die Beziehung zwischen dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, der Kraftstoffeinspritzmenge, der Kraftstoffeinspritzzeit und dem Kraftstoffdruck, beispielsweise durch irgendwelche Versuche, vorab ermittelt und in ein Kennfeld eingetragen wird und dass die Beziehung in der ECU 10 gespeichert wird. Das Kennfeld ist so eingestellt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Zylinder ein angestrebtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Das angestrebte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 (beispielsweise der Maschinendrehzahl und dem Beschleunigeröffnungsgrad) eingestellt wird.
In der Brennkraftmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform wird die Nacheinspritzung durchgeführt, um den unverbrannten Kraftstoff aus der Brennkraftmaschine 1 abzuführen oder um das Gas, das eine hohe Temperatur aufweist, aus der Brennkraftmaschine 1 abzuführen. Die Nacheinspritzung wird zu der Zeit durchgeführt, wenn nach der Haupteinspritzung keinerlei Drehmoment erzeugt wird. Zum Beispiel ist die Nacheinspritzung die Kraftstoffeinspritzung, bei der der Kraftstoff zu einer solchen Zeit eingespritzt wird, dass der eingespritzte Kraftstoff (der im Folgenden als „Nacheinspritzungskraftstoff“ bezeichnet wird) nicht verbrannt wird. Daher wird die Nacheinspritzung zu einer solchen Zeit ausgeführt, dass der Kraftstoff im Zylinder 2, der infolge der Verbrennung des Kraftstoffs, der während der Haupteinspritzung eingespritzt worden ist, (im folgenden als „Haupteinspritzungskraftstoff“ bezeichnet), eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, nicht verbrannt wird. Zum Beispiel wird die Nacheinspritzung durchgeführt, um durch Erhöhen der Temperatur eines Katalysators die Temperatur eines Filters zu erhöhen, der stromabwärts vom Katalysator vorgesehen ist. Ferner wird die Nacheinspritzung beispielsweise durchgeführt, um den unverbrannten Kraftstoff als Reduktionsmittel zum Katalysator zu liefern.
Die Nacheinspritzung wird durchgeführt, wenn der Kolben 3 eine Stellung einnimmt, die vom oberen Totpunkt relativ weit entfernt ist. Aus diesem Grund wird der Nacheinspritzungskraftstoff nicht in das Innere des Hohlraums 31 eingespritzt, sondern der Nacheinspritzungskraftstoff wird zur Wandfläche des Zylinders 2 gespritzt. Daher ist zu befürchten, dass der Nacheinspritzungskraftstoff an der Wandfläche des Zylinders 2 haften bleiben kann.
2 zeigt eine Beziehung zwischen dem Druck des Nacheinspritzungskraftstoffs (dem Kraftstoffdruck) und Kennlinien der Kraftstoffspritzer. Die „Eindringkraft“, die in 2 von einer gestrichelten Linie dargestellt wird, zeigt die Eindringkraft des eingespritzten Kraftstoffs an. Je höher die Eindringkraft des Kraftstoffs ist, desto leichter können die Kraftstoffspritzer die Wandfläche des Zylinders 2 erreichen. Das heißt, je höher der Druck des Nacheinspritzungskraftstoffs ist, desto größer ist die Eindringkraft des Kraftstoffs und desto leichter kann der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 erreichen. Ferner zeigt der „Teilchendurchmesser“, der in 2 durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, den Teilchendurchmesser des Kraftstoffs an, nachdem dieser aus dem Einspritzloch 41 eingespritzt worden ist. Je größer der Teilchendurchmesser des Kraftstoffs ist, desto schwerer lässt sich der Kraftstoff verdampfen. Daher können die Kraftstoffspritzer die Wandfläche des Zylinderss 2 leichter erreichen. Daher ist die Eindringkraft des Kraftstoffs umso größer, je höher der Kraftstoffdruck ist, weswegen es unter dem Gesichtspunkt, dass der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 leicht erreichen kann, während er eine flüssige Form beibehält, von Nachteil ist, die Verdünnung des Öls entgegenzuwirken. Dagegen ist der Teilchendurchmesser des Kraftstoffs umso kleiner, je höher der Kraftstoffdruck ist, wobei es unter dem Gesichtspunkt, dass der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 nur schwer erreichen kann, während er eine flüssige Form beibehält, von Vorteil ist, der Verdünnung des Öls entgegenzuwirken. Es ist möglich, die einspritzbare Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs auf der Basis der beiden Kennlinien der Kraftstoffspritzer zu bestimmen.
3 zeigt eine Beziehung zwischen der Last der Brennkraftmaschine 1, der geforderten Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs und der einspritzbaren Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs. Die Last, die auf der horizontalen Achse aufgetragen ist, bezieht sich auf die Kraftstoffeinspritzmenge, die bereitgestellt wird, um das Drehmoment in der Brennkraftmaschine 1 oder den Kraftstoffdruck zu erzeugen. Daher kann die horizontale Achse, die in 3 dargestellt ist, die Kraftstoffeinspritzmenge sein, die bereitgestellt wird, um das Drehmoment in der Brennkraftmaschine 1 oder den Kraftstoffdruck zu erzeugen. In diesem Zusammenhang ist die geforderte Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs (im Folgenden als „geforderte Einspritzmenge“ bezeichnet) beispielsweise die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs, die nötig ist, um die Temperatur des Katalysators auf eine geforderte Temperatur zu erhöhen. Je höher die Last der Brennkraftmaschine 1 ist, desto höher ist die Temperatur des Abgases. Daher reicht es aus, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge in der Nacheinspritzung klein ist. Je höher die Last der Brennkraftmaschine 1 ist, desto kleiner ist daher die geforderte Einspritzmenge. Die einspritzbare Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs ist der obere Grenzwert der Einspritzmenge, bei dem der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 nicht erreicht. Die einspritzbare Menge wird vom Teilchendurchmesser des Kraftstoffs, der Eindringkraft des Kraftstoffs und der Temperatur im Zylinder 2 bestimmt, wie in 2 dargestellt ist. Man beachte, dass in dieser Ausführungsform die einspritzbare Menge dem Einspritzmengenschwellenwert gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
Wie in 3 dargestellt ist, ist die Menge an heißem Gas, das aus dem Zylinder 2 abgeführt wird, umso größer, je höher die Last ist. Daher reicht es aus, wenn die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs klein ist. Aus diesem Grund ist die geforderte Einspritzmenge umso kleiner, je höher die Last ist. Andererseits ist die Temperatur im Zylinder 2 umso höher, je höher die Last ist. Daher ist die einspritzbare Menge erhöht, da der Nacheinspritzungskraftstoff leicht verdampft. Wenn die geforderte Einspritzmenge jedoch größer ist als die einspritzbare Menge, dann ist die Verdampfung des Kraftstoffs verzögert und der Kraftstoff in flüssiger Form kann die Wandfläche des Zylinders 2 erreichen. Das heißt, wie in 3 dargestellt ist, kann im Falle einer Last, bei der die geforderte Einspritzmenge größer ist als die einspritzbare Menge, der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 erreichen.
In diesem Zusammenhang wird umso leichter Rauch erzeugt, je größer die Last der Brennkraftmaschine 1 ist. Daher wird der Rauch durch Erhöhen des Drucks des Haupteinspritzungskraftstoffs reduziert. Aus diesem Grund ist die Eindringkraft der Nacheinspritzung umso größer, je höher die Last der Brennkraftmaschine 1 ist, weswegen der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 leichter erreicht. Wenn die Last der Brennkraftmaschine 1 groß ist, dann ist die geforderte Einspritzmenge jedoch an sich schon verringert und die Bildung von feinen Kraftstoffteilchen ist wegen der Erhöhung des Drucks des Nacheinspritzungskraftstoffs erleichtert. Daher ist die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs, welche die Wandfläche des Zylinders 2 erreicht, insgesamt verringert.
Andererseits ist der Druck der Haupteinspritzung umso niedriger, je kleiner die Last der Brennkraftmaschine 1 ist. Dann sinkt die Temperatur im Zylinder 2 und der Teilchendurchmesser des Nacheinspritzungskraftstoffs wird ebenfalls größer. Daher verdampft der Nacheinspritzungskraftstoff nur schwer. Ferner wird die geforderte Einspritzmenge erhöht, da die Temperatur niedrig ist. Aus diesem Grund ist die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs, der die Wandfläche des Zylinders 2 erreicht, umso größer, je kleiner die Last der Brennkraftmaschine 1 ist.
Wenn die Last der Brennkraftmaschine 1 niedrig ist, d.h. wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, ist es daher möglich, den Nacheinspritzungskraftstoff daran zu hindern, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen, indem man die Verdampfung des Nacheinspritzungskraftstoffs erleichtert. Wenn die Last der Brennkraftmaschine 1 hoch ist, d.h. wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, ist es andererseits möglich, den Nacheinspritzungskraftstoff daran zu hindern, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen, indem man die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs verringert.
Angesichts dessen werden in dieser Ausführungsform der Teilchendurchmesser des Kraftstoffs und die Eindringkraft des Kraftstoffs durch Regulieren der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung reguliert. Wenn die Nadel 42 des Kraftstoffeinspritzventils 4 geschlossen ist, steht die Nadel 42 mit der Innenwand des Kraftstoffeinspritzventils 4 in Kontakt, und daher ist der Durchweg für den Kraftstoff versperrt. In dieser Lage kann der Kraftstoff nicht zwischen der Nadel 42 und der Innenwandfläche des Kraftstoffeinspritzventils 4 hindurch gelangen. Dagegen wird im Anfangsstadium, in dem die Nadel 42 des Kraftstoffeinspritzventils 4 geöffnet wird, die Nadel 42 von der Innenwandfläche des Kraftstoffeinspritzventils 4 gelöst und der Abstand zwischen der Nadel 42 und der Innenwandfläche des Kraftstoffeinspritzventils 4 wird allmählich vergrößert. Das heißt, der Abstand zwischen dem vorderen Endabschnitt der Nadel 42 und der Innenwandfläche des Kraftstoffeinspritzventils 4 wird entsprechend der Aufwärtsbewegung des vorderen Endabschnitts der Nadel 42 vergrößert. Aus diesem Grund wird die Querschnittsfläche des Durchwegs für den Kraftstoff im Kraftstoffeinspritzventil 4 allmählich größer. Je größer die Querschnittsfläche des Durchwegs für den Kraftstoff ist, desto größer ist die Menge des Kraftstoffs, der pro Zeiteinheit durchströmen kann. Daher ist die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit vergrößert. Je größer die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit ist, desto größer ist die Eindringkraft des Kraftstoffs, weswegen die Bildung der feinen Kraftstoffteilchen erleichtert ist. Daher wird die Bildung der feinen Kraftstoffteilchen dadurch erleichtert, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 erhöht wird. Aus diesem Grund ist es möglich, die Verdampfung des Kraftstoffs durch Erhöhen der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu erleichtern, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist. In dieser Lage ist die Eindringkraft des Kraftstoffs erhöht, aber der Kraftstoffdruck ist niedrig. Daher wird der Nacheinspritzungskraftstoff daran gehindert, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen.
Andererseits wird die Querschnittsfläche des Durchwegs für den Kraftstoff im Kraftstoffeinspritzventil 4 durch Senken der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 nur allmählich erhöht. Daher ist die Zeitspanne, in der die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit klein ist, verlängert. Das heißt, die Zeitspanne, in der die Eindringkraft des Kraftstoffs gering ist, ist verlängert. Dann wird der Kraftstoff mit der geringen Eindringkraft eingespritzt, und daher ist es möglich, den Nacheinspritzungskraftstoff daran zu hindern, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen. Aus diesem Grund ist es möglich, den Nacheinspritzungskraftstoff daran zu hindern, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen, indem man die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 senkt, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist. In dieser Lage ist die Temperatur im Zylinder 2 hoch, und somit wird der Nacheinspritzungskraftstoff verdampft, obwohl die Eindringkraft des Kraftstoffs verringert ist.
Man beachte, dass die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit konstant wird, nachdem der Hubbetrag der Nadel 42 etwas vergrößert worden ist. Daher ist die Eindringkraft des Kraftstoffs unabhängig von der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 immer gleich. Das heißt, die Eindringkraft des Kraftstoffs ändert sich in dem Zeitraum, in dem der Hubbetrag der Nadel 42 etwas vergrößert wird, abhängig von der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42. Jedoch ist die Eindringkraft des Kraftstoffs unabhängig von der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 konstant, nachdem der Hubbetrag der Nadel 42 etwas vergrößert worden ist. Im Falle der Nacheinspritzung ist die Kraftstoffeinspritzmenge relativ klein. Daher wird die Nadel 42 in vielen Fällen geschlossen, bevor der Hubbetrag der Nadel 42 etwas vergrößert worden ist. Das heißt, die Nadel 42 wird in einem Bereich, in dem die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 und die Eindringkraft des Kraftstoffs miteinander korreliert sind, auf und ab bewegt. Daher ist es möglich, die Eindringkraft des Kraftstoffs durch Regulieren der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu regulieren. Man beachte, dass zwar die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit mitten in der Nacheinspritzung konstant wird, aber die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 und die Eindringkraft des Kraftstoffs bis dahin miteinander korreliert sind. Daher ist es möglich, die Wirkung dieser Ausführungsform zu erzielen.
4 zeigt eine Beziehung zwischen dem Druck des Nacheinspritzungskraftstoffs, den Kennlinien der Kraftstoffspritzer bzw. des Kraftstoffsprühnebels und dem Bereich, in dem der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 erreicht. 4 ist die Zeichnung, in der der Bereich, in dem der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 erreicht, zu 2 hinzugefügt worden ist. Man beachte, dass der adaptierte Druck der Kraftstoffdruck ist, der abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 eingestellt wird, und dass der adaptierte Druck der Kraftstoffdruck ist, der vorab bestimmt und eingestellt worden ist, beispielsweise mittels irgendwelcher Versuche oder Simulationen. Der in 4 dargestellte adaptierte Druck ist der adaptierte Druck, der zu einem bestimmten Zeitpunkt gegeben ist. Der adaptierte Druck wird beispielsweise so eingestellt, dass der Rauch reduziert ist.
In 4 zeigt eine Linie aus einem langen und zwei kurzen Strichen, die einander abwechseln, den Kennwert der Kraftstoffspritzer bzw. des Kraftstoffsprühnebels, der den unteren Grenzwert für den Bereich angibt, in dem der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 erreicht. Der Nacheinspritzungskraftstoff kann in dem Bereich, der auf und oberhalb der Linie aus einem langen und zwei kurzen Strichen, die einander abwechseln, angeordnet ist, die Wandfläche des Zylinders 2 erreichen. Das heißt, wenn der Kraftstoffdruck nicht über P1 liegt, ist der Teilchendurchmesser zu groß und der Kraftstoff verdampft kaum. Daher erreicht der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2. Wenn der Kraftstoffdruck nicht unter P2 liegt, wird andererseits die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs zu hoch, und der Kraftstoff erreicht die Wandfläche des Zylinders 2 bevor er verdampft wird. Der in 4 gezeigte adaptierte Druck ist der Druck, der nicht niedriger ist als P2. Daher erreicht der Kraftstoff im Falle des adaptierten Drucks in dieser Situation die Wandfläche des Zylinders 2. Dagegen wird in dieser Ausführungsform die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 im Vergleich zu der, die während der Haupteinspritzung gegeben ist, erhöht, so dass der Teilchendurchmesser der Nacheinspritzung verringert wird, wenn der Kraftstoffdruck nicht über P1 liegt. Wenn der Kraftstoffdruck nicht unter P2 liegt, wird ferner die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 im Vergleich zu der, die währen der Haupteinspritzung gegeben ist, verringert, so dass die Eindringkraft des Kraftstoffs verringert wird. Man beachte, dass in dieser Ausführungsform P1 dem ersten vorgegebenen Druck gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht und P2 dem zweiten vorgegebenen Druck gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
Man beachte, dass auch dann, wenn der Kraftstoffdruck höher ist als P1 und niedriger ist als P2, der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 erreichen kann, wenn eine solche Last angelegt wird, dass die geforderte Einspritzmenge größer ist als die einspritzbare Menge. In einer solchen Lage ist es trotz einer Regulierung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 schwierig, den Kraftstoff daran zu hindern, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen. In einer solchen Lage ist es auch zulässig, den Kraftstoff mithilfe einer bekannten Technik daran zu hindern, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen. In diesem Fall ist es auch zulässig, den Kraftstoff beispielsweise durch Verringern der Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs und/oder durch eine Mehrfacheinspritzung des Nacheinspritzungskraftstoffs auf verteilte Weise daran zu hindern, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen.
5A, 5B und 5C zeigen Zeitschemata, die die Änderungen des Hubbetrag der Nadel 42 des Kraftstoffeinspritzventils 4 zeigen. 5A zeigt einen Fall, in dem die Steuerung des Hubbetrags der Nadel 42 gemäß dieser Ausführungsform nicht ausgeführt wird. Dies kann auch als die Änderung des Hubbetrags während der üblichen Steuerung bezeichnet werden. Die übliche Steuerung ist die Steuerung, bei der die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 bei der Haupteinspritzung und der Nacheinspritzung jeweils gleich ist und die auch als die herkömmliche Steuerung bezeichnet werden kann. Ferner kann 5A auch als die Zeichnung bezeichnet werden, die sich ergibt, wenn der Kraftstoffdruck höher ist als P1 und niedriger ist als P2. 5B zeigt einen Fall, in dem die Last der Brennkraftmaschine 1 relativ niedrig ist und der Kraftstoffdruck nicht über P1 liegt. 5C zeigt einen Fall, in dem die Last der Brennkraftmaschine 1 relativ hoch ist und der Kraftstoffdruck nicht unter P2 liegt. In 5A, 5B und 5C wird die Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung durchgeführt und die Nacheinspritzung wird nach der Haupteinspritzung durchgeführt. Wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 hoch ist, ist die Kurve des Hubbetrags, die in 5A, 5B und 5C dargestellt ist, steiler.
Das heißt, wenn, wie in 5B dargestellt ist, der Kraftstoffdruck nicht über P1 liegt, dann ist die Kurve der Nadel 42 während der Nacheinspritzung steil und die Eindringkraft des Kraftstoffs ist groß. Die Kurve des Hubbetrags der Nadel 42 während der Nacheinspritzung, die in dieser Lage gegeben ist, ist steiler als die Kurven, die während der üblichen Steuerung und der Haupteinspritzung gegeben sind. Wenn dagegen, wie in 5C dargestellt ist, der Kraftstoffdruck nicht unter P2 liegt, dann ist die Kurve des Hubbetrags der Nadel 42 während der Nacheinspritzung flach und die Eindringkraft des Kraftstoffs ist gering. Die Kurve des Hubbetrags der Nadel 42 während der Nacheinspritzung, die in dieser Lage gegeben ist, ist flacher als die Kurven, die während der üblichen Steuerung und der Haupteinspritzung gegeben sind.
Weiter zeigt 6 ein Ablaufschema, das einen Ablauf zur Bestimmung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Dieses Ablaufschema wird von der ECU 10 jedes Mal abgearbeitet, wenn der Verbrennungszyklus ausgeführt wird. Man beachte, dass in dieser Ausführungsform die ECU 10, die das in 6 dargestellte Ablaufschema abarbeitet, der Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
In Schritt S101 wird festgestellt, ob oder ob nicht eine Forderung zur Ausführung der Nacheinspritzung gestellt wird. Das heißt, es wird festgestellt, ob oder ob nicht die Forderung zur Abführung des unverbrannten Kraftstoffs aus der Brennkraftmaschine 1 gestellt wird. In diesem Schritt wird beispielsweise dann, wenn eine Forderung zur Erhöhung der Temperatur des Katalysatorss, eine Forderung zur Regenerierung des Filters, eine Forderung zur Wiederherstellung des Katalysators nach einer Schwefelvergiftung und/oder eine Forderung zur Lieferung des Reduktionsmittels zum Katalysator gestellt wird bzw. werden, festgestellt, dass die Forderung zur Ausführung der Nacheinspritzung gestellt wird. Wenn in Schritt S101 eine positive Feststellung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S102 weiter. Wenn dagegen eine negative Feststellung getroffen wird, wird dieses Ablaufschema beendet.
In Schritt S102 wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 erfasst. In diesem Schritt werden die Maschinendrehzahl und die Kraftstoffeinspritzmenge erfasst. Die Kraftstoffeinspritzmenge ist mit dem Beschleunigeröffnungsgrad korreliert. Daher ist es auch zulässig, den Beschleunigeröffnungsgrad anstelle der Kraftstoffeinspritzmenge zu erfassen. Man beachte, dass die Kraftstoffeinspritzmenge die Kraftstoffeinspritzmenge ist, die mit dem Drehmoment der Brennkraftmaschine 1 in Beziehung steht, das heißt die Kraftstoffmenge, die durch Kombinieren von denen der Voreinspritzung, der Haupteinspritzung und der Nacheinspritzung erhalten wird. Wenn der Prozess von Schritt S102 beendet wird, geht die Routine zu Schritt S103 weiter.
In Schritt S103 wird die geforderte Einspritzmenge QP berechnet. Wenn die Nacheinspritzung beispielsweise ausgeführt wird, um die Temperatur des Katalysators zu erhöhen, wird die Einspritzmenge als die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs berechnet, die erforderlich ist, um die Temperatur des Katalysators auf die geforderte Temperatur zu erhöhen. Das heißt, die geforderte Einspritzmenge QP wird auf der Basis der Maschinendrehzahl und der Kraftstoffeinspritzmenge, die in Schritt S102 erfasst werden, berechnet. Die Beziehung zwischen der geforderten Einspritzmenge QP, der Maschinendrehzahl und der Kraftstoffeinspritzmenge kann, beispielsweise durch irgendwelche Versuche oder Simulationen, vorab bestimmt und in ein Kennfeld eingetragen werden. Wenn der Prozess von Schritt S103 beendet wird, geht die Routine zu Schritt S104 weiter.
In Schritt S104 wird der Kraftstoffdruck PCR ermittelt. Der Kraftstoffdruck PCR wird vom Kraftstoffdrucksensor 11 erfasst. Man beachte, dass der Kraftstoffdruck abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 bestimmt wird. Daher ist es auch zulässig, den so bestimmten Kraftstoffdruck zu verwenden. Wenn der Prozess von Schritt S104 beendet wird, geht die Routine zu Schritt S105 weiter.
In Schritt S105 wird die einspritzbare Menge QPL der Nacheinspritzung berechnet. Wie in 3 dargestellt ist, steht die einspritzbare Menge QPL mit der Kraftstoffeinspritzmenge (der Last der Brennkraftmaschine 1 oder dem Drehmoment der Brennkraftmaschine 1) in Beziehung. Daher wird die Beziehung zwischen der einspritzbaren Menge QPL und der Kraftstoffeinspritzmenge vorab bestimmt, beispielsweise durch irgendwelche Versuche oder Simulationen, und die Beziehung wird vorab in der ECU 10 gespeichert. Wenn der Prozess von Schritt S105 beendet wird, geht die Routine zu Schritt S106 weiter.
In Schritt S106 wird festgestellt, ob oder ob nicht die geforderte Einspritzmenge QP größer ist als die einspritzbare Menge QPL. In diesem Schritt wird festgestellt, ob oder ob nicht der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 erreichen kann. Wenn in Schritt S106 eine positive Feststellung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S107 weiter. Wenn dagegen eine negative Feststellung getroffen wird, wird dieses Ablaufschema beendet.
In Schritt S107 wird festgestellt, ob oder ob nicht der Kraftstoffdruck PCR nicht über P1 liegt, wie in 4 dargestellt ist. In diesem Schritt wird festgestellt, ob oder ob nicht der Teilchendurchmesser der Nacheinspritzung wegen des niedrigen Kraftstoffdrucks PCR vergrößert ist und der Kraftstoff infolgedessen die Wandfläche des Zylinders 2 erreichen kann, bevor er verdampft. Wenn in Schritt S107 eine positive Feststellung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S108 weiter. Die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung ist im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung erhöht. Daher ist der Teilchendurchmesser des Nacheinspritzungskraftstoffs verringert. Daher wird der Nacheinspritzungskraftstoff daran gehindert, an der Wandfläche des Zylinders 2 zu haften. Wenn der Prozess von Schritt S108 beendet wird, wird dieses Ablaufschema beendet.
Wenn in Schritt S107 dagegen eine negative Feststellung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S109 weiter. In Schritt S109 wird festgestellt, ob oder ob nicht der Kraftstoffdruck PCR nicht unter P2 liegt, wie in 4 dargestellt ist. In diesem Schritt wird festgestellt, ob oder ob nicht die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs wegen des hohen Kraftstoffdrucks PCR vergrößert ist und der Kraftstoff infolgedessen die Wandfläche des Zylinders 2 erreichen kann, bevor er verdampft. Wenn in Schritt S109 eine positive Feststellung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S110 weiter. Die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung ist im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung verringert. Daher ist die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs verringert. Daher wird der Nacheinspritzungskraftstoff daran gehindert, an der Wandfläche des Zylinders 2 zu haften. Wenn der Prozess von Schritt S110 beendet wird, wird dieses Ablaufschema beendet.
Wenn ferner in Schritt S109 eine negative Feststellung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S111 weiter. Der Nacheinspritzungskraftstoff wird beispielsweise anhand irgendeiner bekannten Technik daran gehindert, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen. Somit wird der Kraftstoff anhand irgendeines Verfahrens, bei dem es sich nicht um die Regulierung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 handelt, daran gehindert, den Zylinder 2 zu erreichen. Wenn der Prozess von Schritt S111 beendet wird, wird dieses Ablaufschema beendet.
Man beachte, dass in dieser Ausführungsform die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in dem Bereich, in dem der Kraftstoffdruck PCR höher ist als P1 und niedriger ist als P2, nicht geändert wird. Statt dessen ist es jedoch auch zulässig, dass kein Bereich gegeben ist, in dem die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel anders als oben angegeben nicht geändert wird. Das heißt, wenn die geforderte Einspritzmenge QP größer ist als die einspritzbare Menge QPL, ist es auch zulässig, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung immer angehoben oder verzögert ist. In diesem Fall ist es auch zulässig in Betracht zu ziehen, dass P1 und P2 denselben Wert haben. Zum Beispiel ist es auch zulässig, dass der Druck, bei dem sich die „Eindringkraft“ und der „Teilchendurchmesser“ schneiden, wie in 2 dargestellt, P1 und P2 ist. In einer solchen Lage werden P1 und P2 als einander gleich betrachtet und der Schritt S109 und der Schritt S111 in dem in 6 dargestellten Ablaufschema werden nicht ausgeführt. Wenn in Schritt S107 eine negative Feststellung getroffen wird, geht die Routine dann zu Schritt S110 weiter.
Wie oben erläutert worden ist, werden in dieser Ausführungsform der Teilchendurchmesser des Kraftstoffs und die Eindringkraft des Kraftstoffs durch Ändern der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 abhängig vom Kraftstoffdruck reguliert. Wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, ist dann die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung gegenüber der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung erhöht, und somit ist es möglich, den Teilchendurchmesser des Kraftstoffs zu verkleinern. Somit ist es möglich, die Verdampfung des Kraftstoffs zu erleichtern, und somit ist es möglich, den Nacheinspritzungskraftstoff daran zu hindern, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen. Wenn der Kraftstoffdruck dagegen hoch ist, ist dann die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung gegenüber der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung verringert, und somit ist es möglich, die Eindringkraft des Kraftstoffs zu verringern. Somit kann der Nacheinspritzungskraftstoff daran gehindert werden, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen. Aus diesem Grund ist es auch möglich, den Betriebsbereich, in dem die Nacheinspritzung durchgeführt wird, zu vergrößern. Das heißt, es ist möglich, den Betriebsbereich zu vergrößern, in dem beispielsweise die Regenerierung des Filters, die Regenerierung nach einer S-Vergiftung und/oder die Erhöhung der Temperatur des Katalysators durchgeführt wird/werden.
Man beachte, dass in dieser Ausführungsform die Nacheinspritzung nur einmal durchgeführt wird. Jedoch ist es statt dessen auch möglich, die Nacheinspritzung zweimal oder öfter auf verteilte Weise durchzuführen. Was dies betrifft, so wird der Hubbetrag der Nadel 42 auch dann erhöht, wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 verringert ist, falls die Ventilöffnungszeit verlängert wird. Daher wird die Querschnittsfläche des Durchwegs für den Kraftstoff im Kraftstoffeinspritzventil 4 größer. Aus diesem Grund wird die Eindringkraft des Kraftstoffs erhöht. Andererseits kann durch Beenden der zuerst durchgeführten Nacheinspritzung, bevor die Eindringkraft des Kraftstoffs erhöht wird, und dann Durchführen der zweiten Nacheinspritzung der Kraftstoff mit der geringen Eindringkraft nochmals eingespritzt werden. Daher ist es möglich, insgesamt eine größere Menge des Kraftstoffs mit der geringen Eindringkraft einzuspritzen. Auch im Bereich irgendwelcher Flächen ist es zulässig, dass die Nacheinspritzung abhängig von der Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs zweimal oder öfter auf verteilte Weise durchgeführt wird.
<Zweite Ausführungsform>
In der ersten Ausführungsform wurden der Fall, wo die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung erhöht wird, und der Fall erläutert, wo die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung gesenkt wird. Das heißt, in Kombination mit der Haupteinspritzung gibt es drei Möglichkeiten für die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42, und die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 wird in drei Stufen geändert. Wenn dagegen ein Kraftstoffeinspritzventil 4 verwendet wird, das die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in vier oder mehr Stufen oder auf stufenlose Weise ändern kann, ist es auch zulässig, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in vier oder mehr Stufen oder auf stufenlose Weise geändert wird, statt die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in drei Stufen zu ändern. Dann ist es auch zulässig, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung gesenkt wird, um die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs zu senken, da der Kraftstoffdruck stärker erhöht ist. In diesem Fall ist es auch zulässig, in Betracht zu ziehen, dass P1 und P2 einander gleich sind, wie in der ersten Ausführungsform erläutert worden ist.
Wenn der Kraftstoffdruck beispielsweise nicht über P1 liegt (und hier auch nicht über P2 liegt), dann wird die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung erhöht, und die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 wird umso mehr gesenkt, je höher der Kraftstoffdruck wird. Wenn dagegen der Kraftstoffdruck nicht unter P1 liegt (und hier auch nicht unter P2 liegt), dann wird die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung gesenkt, und die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 wird umso mehr gesenkt, je höher der Kraftstoffdruck wird. Ferner ist es sowohl in dem Fall, wo der Kraftstoffdruck nicht über P1 liegt (und hier auch nicht über P2 liegt), als auch in dem Fall, wo der Kraftstoffdruck nicht unter P1 liegt (und hier auch nicht unter P2 liegt), auch zulässig, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 umso niedriger ist, je höher der Kraftstoffdruck ist. Auch wenn der Betrieb durchgeführt wird wie oben beschrieben, ist es möglich, die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs, der die Wandfläche des Zylinders 2 erreicht, zu reduzieren. Somit ist es möglich, der Verdünnung des Öls entgegenzuwirken.
Somit wird in dieser Ausführungsform die Steuerung erläutert, die durchgeführt wird, wenn die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 auf stufenlose Weise abhängig vom Kraftstoffdruck während der Nacheinspritzung geändert wird. Zum Beispiel sind die anderen Anlagen und Vorrichtungen denen der ersten Ausführungsform gleich und auf ihre Erläuterung wird verzichtet. 7 zeigt ein Ablaufschema, das einen Ablauf zur Bestimmung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Dieses Ablaufschema wird von der ECU 10 jedes Mal abgearbeitet, wenn der Verbrennungszyklus ausgeführt wird. Die Schritte, in denen die gleichen Prozesse wie im oben beschriebenen ersten Schema durchgeführt werden, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und auf ihre Erläuterung wird verzichtet. Man beachte, dass in dieser Ausführungsform die ECU 10, die das in 7 dargestellte Ablaufschema abarbeitet, der Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
Wenn in dem in 7 dargestellten Ablaufschema in Schritt S106 die positive Feststellung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S201 weiter. In Schritt S201 wird die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 des Kraftstoffeinspritzventils 4 während der Nacheinspritzung abhängig vom Kraftstoffdruck PCR eingestellt. Die Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck PCR und der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung wird vorab anhand irgendwelcher Versuche oder Simulationen so bestimmt, dass der Kraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 nicht erreicht. Die Beziehung kann vorab in ein Kennfeld eingetragen werden. Im Schritt S201 wird eine solche Einstellung vorgenommen, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung umso niedriger ist, je höher der Kraftstoffdruck PCR ist. Ferner ist die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung auf der Seite, wo der Kraftstoffdruck PCR niedrig ist, erhöht. Die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung ist im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung auf der Seite, wo der Kraftstoffdruck PCR hoch ist, verringert. Wenn der Prozess von Schritt S201 beendet wird, wird dieses Ablaufschema beendet. Auf diese Weise ist es auch möglich, den Teilchendurchmesser des Kraftstoffs und die Eindringkraft des Kraftstoffs durch Ändern der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 auf stufenlose Weise abhängig vom Kraftstoffdruck zu zu regulieren.
<Dritte Ausführungsform>
In dieser Ausführungsform wird der maximale Wert des Hubbetrags der Nadel 42 (im Folgenden als „maximaler Hubbetrag“ bezeichnet) reguliert, um die Einspritzrate zu verwirklichen, die während der Nacheinspritzung angstrebt wird. Daher kann ein Kraftstoffeinspritzventil 4 gemäß dieser Ausführungsform den maximalen Hubbetrag der Nadel 42 anhand eines Ventilmechanismus 43 beliebig ändern. Die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 kann auf die gleiche Weise bestimmt werden wie in der ersten Ausführungsform. Zum Beispiel sind die anderen Anlagen oder Vorrichtungen denen der oben beschriebenen Ausführungsform gleich und auf ihre Erläuterung wird verzichtet.
Wenn in diesem Fall, wie oben beschrieben, der Hubbetrag der Nadel 42 vergrößert wird, dann wird die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit (d.h. die Einspritzrate) vergrößert und die Eindringkraft des Kraftstoffs wird vergrößert. Wenn die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs vergrößert wird, wird daher die Eindringkraft des Kraftstoffs zu sehr vergrößert und es ist zu befürchten, dass der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 erreicht. Dagegen wird in dieser Ausführungsform, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, der maximale Hubbetrag der Nadel 42 während der Nacheinspritzung im Vergleich zu dann, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, gesenkt, so dass die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs nicht übermäßig erhöht wird. In dieser Lage wird auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung erhöht. Wenn der Kraftstoffdruck dagegen hoch ist, wird die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Haupteinspritzung gesenkt.
In dieser Ausführungsform wird das Einspritzungsverhältnis, bei dem der Nacheinspritzungskraftstoff nicht an der Wandfläche des Zylinders 2 ankommt, gemäß dem Kraftstoffdruck berechnet, und der Hubbetrag der Nadel 4 wird so berechnet, dass das Einspritzungsverhältnis erhalten wird. Aus diesem Grund werden in dieser Ausführungsform die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 und der maximale Hubbetrag der Nadel 42 gemäß dem Kraftstoffdruck berechnet.
8 zeigt Zeitschemata, welche die Veränderungen der Einspritzungsrate des Kraftstoffs während der Nacheinspritzung und des Hubbetrags der Nadel 42 während der Nacheinspritzung zeigen, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist. 9 zeigt Zeitschemata, welche die Veränderungen der Einspritzungsrate des Kraftstoffs während der Nacheinspritzung und des Hubbetrags der Nadel 42 während der Nacheinspritzung zeigen, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist. Die durchgezogene Linie zeigt den Fall, wo die Steuerung der Nadel 42 gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt wird, und die gestrichelte Linie zeigt den Fall der üblichen Steuerung (was den Fall bedeuten kann, dass keine Steuerung der Nadel 42 gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt wird oder den Fall bedeuten kann, dass die übliche Steuerung durchgeführt wird). Die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der üblichen Steuerung ist bei der Haupteinspritzung und der Nacheinspritzung jeweils gleich.
Wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, wird in dieser Ausführungsform die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 im Vergleich zu der, die während der üblichen Steuerung gegeben ist, erhöht. Aus diesem Grund ist die Kurve des Hubbetrags der Nadel 42, die gemäß dieser Ausführungsform gegeben ist, steiler als die Kurve des Hubbetrags der Nadel 42, die während der üblichen Steuerung gegeben ist. Somit ist die Erhöhung der Einspritzrate im Vergleich zu der, die während der üblichen Steuerung gegeben ist, steil. Auf diese Weise ist es möglich, den Teilchendurchmesser des Kraftstoffs durch Erhöhen der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 zu verkleinern. Daher ist es möglich, die Verdampfung des Nacheinspritzungskraftstoffs zu erleichtern. Wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, wird in dieser Ausführungsform ferner der maximale Hubbetrag der Nadel 42, der während der Nacheinspritzung gegeben ist, kleiner gemacht als der, der während der üblichen Steuerung gegeben ist. Der maximale Hubbetrag der Nadel 42, der in dieser Lage gegeben ist, wird so eingestellt, dass der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 nicht erreicht.
Wenn der Kraftstoffdruck dagegen hoch ist, wird in dieser Ausführungsform die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 im Vergleich zu der, die während der üblichen Steuerung gegeben ist, gesenkt. Aus diesem Grund ist die Kurve des Hubbetrags der Nadel 42, die gemäß dieser Ausführungsform gegeben ist, flacher als die Kurve des Hubbetrags der Nadel 42, die während der üblichen Steuerung gegeben ist. Somit ist die Erhöhung der Einspritzrate im Vergleich zu der, die während der üblichen Steuerung gegeben ist, nicht steil. Was dies betrifft, so kann man auch sagen, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, im Vergleich zu dann, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, gesenkt wird. Ferner kann man auch sagen, dass die Erhöhung der Einspritzrate, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, im Vergleich zu dann, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, nur allmählich vor sich geht. Auf diese Weise ist es durch Senken der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 möglich, die Eindringkraft des Kraftstoffs auch dann zu senken, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist. Wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, wird in dieser Ausführungsform ferner der maximale Hubbetrag der Nadel 42 kleiner gemacht als der, der während der üblichen Steuerung gegeben ist. Der maximale Hubbetrag der Nadel 42, der in dieser Lage gegeben ist, wird so eingestellt, dass der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 nicht erreicht. In diesem Zusammenhang ist die Eindringkraft des Kraftstoffs, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, im Vergleich zu dann, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, hoch. Daher kann der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 leicht erreichen. Aus diesem Grund wird in dieser Ausführungsform, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, der Erhöhung der Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs durch Senken des maximalen Hubbetrags der Nadel 42 während der Nacheinspritzung im Vergleich zu dann, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, entgegengewirkt.
In diesem Zusammenhang wird die Einspritzrate des Kraftstoffs, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, nicht so sehr erhöht, auch wenn der maximale Hubbetrag der Nadel 42 relativ groß ist. Daher ist es möglich, den maximalen Hubbetrag der Nadel 42 relativ zu vergrößern. Wenn der Kraftstoffdruck dagegen hoch ist, wird die Einspritzrate des Kraftstoffs auch dann erhöht, wenn der maximale Hubbetrag der Nadel 42 relativ klein ist. Aus diesem Grund ist der maximale Hubbetrag der Nadel 42, der während der Nacheinspritzung gegeben ist, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, im Vergleich zu dann, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, klein. Auf diese Weise wird einer Erhöhung der Eindringkraft des Kraftstoffs durch Verkleinern des maximalen Hubbetrags der Nadel 42 während der Nacheinspritzung entgegengewirkt, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist.
Man beachte, dass die Einspritzrate des Nacheinspritzungskraftstoffs durch Verkleinern des maximalen Hubbetrags der Nadel 42, der während der Nacheinspritzung gegeben ist, im Vergleich zu dem, der während der üblichen Steuerung gegeben ist, verringert wird. Daher wird durch Verlängern der Ventilöffnungszeit des Kraftstoffeinspritzventils 4 im Vergleich zur übliche Steuerung einer Verkleinerung der Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs entgegengewirkt.
In diesem Zusammenhang ist der maximale Hubbetrag LMAX der Nadel 42 mit der Querschnittsfläche A des Durchwegs für den Kraftstoff zwischen der Nadel 42 und der Innenwandfläche des Kraftstoffeinspritzventils 4 korreliert. Die folgende Beziehung besteht zwischen der angestrebten maximalen Einspritzrate DQMAX während der Nacheinspritzung und der Querschnittsfläche A des Durchwegs für den Kraftstoff im Kraftstoffeinspritzventil 4. $DQMAX = CD \cdot A \cdot \sqrt{\frac{2 (PCR - PA)}{D}}$
In dem Ausdruck steht CD für den Durchflusskoeffizienten, der zuvor bestimmt werden muss. PCR steht für den Kraftstoffdruck (Pa), der abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 bestimmt wird. PA steht für den Atmosphärendruck während der Nacheinspritzung (den Innendruck der Brennkammer) (Pa), der aus dem Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 errechnet wird. D steht für die Dichte (kg/mm³) des Kraftstoffs, wofür die angenommene Dichte des Kraftstoffs vorab bestimmt werden muss.
Dann ist es möglich, die Beziehung zwischen dem maximalen Hubbetrag LMAX der Nadel 42 und der Querschnittsfläche A des Durchgangs für den Kraftstoff zwischen der Nadel 42 und der Innenwandfläche des Kraftstoffeinspritzventils 4 vorab zu bestimmen. Daher ist es möglich, den maximalen Hubbetrag LMAX der Nadel 42 aus der Querschnittsfläche A, die auf der Basis der im Ausdruck (1) gezeigten Beziehung erhalten wird, zu bestimmen. Der wie oben beschrieben bestimmte maximale Hubbetrag LMAX wird während der Nacheinspritzung angewendet, und somit kann die maximale Einspitzrate des Nacheinspritzungskraftstoffs auf die angestrebte maximale Einspritzrate DQMAX geregelt werden. Man beachte, dass die angestrebte maximale Einspritzrate DQMAX vorab bestimmt werden kann, beispielsweise durch irgendwelche Versuche oder Simulationen, während sie mit dem Kraftstoffdruck korreliert ist.
10 zeigt ein Ablaufschema, das einen Ablauf zur Bestimmung der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 während der Nacheinspritzung und des maximalen Hubbetrags der Nadel 42 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Dieses Ablaufschema wird von der ECU 10 jedes Mal abgearbeitet, wenn der Verbrennungszyklus ausgeführt wird. Die Schritte, in denen die gleichen Prozesse wie im oben beschriebenen ersten Schema durchgeführt werden, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und auf ihre Erläuterung wird verzichtet. Man beachte, dass in dieser Ausführungsform die ECU 10, die das in 10 dargestellte Ablaufschema abarbeitet, der Steuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
Wenn in dem in 10 dargestellten Ablaufschema in Schritt S106 die positive Feststellung getroffen wird, geht die Routine zu Schritt S301 weiter, und dann wird die angestrebte maximale Einspritzrate DQMAX bestimmt. Die angestrebte maximale Einspritzrate DQMAX wird auf Basis des Kraftstoffdrucks PCR bestimmt. Die Beziehung zwischen der angestrebten maximalen Einspritzrate DQMAX und dem Kraftstoffdruck PCR wird vorab, beispielsweise durch irgendwelche Versuche oder Simulationen, als die Beziehung bestimmt, bei der der Nacheinspritzungskraftstoff die Wandfläche des Zylinders 2 nicht erreicht, und die Beziehung wird vorab in der ECU 10 gespeichert. Wenn der Prozess von Schritt S301 beendet wird, geht die Routine zu Schritt S302 weiter.
In Schritt S302 wird der maximale Hubbetrag LMAX der Nadel 42 aus der angestrebten maximalen Einspritzrate DQMAX berechnet. Der Ausdruck, mit dem der maximale Hubbetrag LMAX der Nadel 42 aus der angestrebten maximalen Einspritzrate DQMAX berechnet wird, wird vorab in der ECU 10 gespeichert. Wenn der Prozess von Schritt S302 beendet wird, geht die Routine zu Schritt S107 weiter.
Wenn in dieser Ausführungsform ferner ein Kraftstoffeinspritzventil 4 verwendet wird, das die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in vier oder mehr Stufen oder auf stufenlose Weise ändern kann, ist es ebenso wie in der ersten Ausführungsform auch zulässig, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in vier oder mehr Stufen oder auf stufenlose Weise geändert wird, statt die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 42 in drei Stufen zu ändern.
Wie oben erläutert wird in dieser Ausführungsform die Querschnittsfläche des Durchgangs für den Kraftstoff im Kraftstoffeinspritzventil 4 durch Senken des maximalen Hubbetrag der Nadel 42 verringert. Wenn der Kraftstoff durch den Abschnitt strömt, an dem die Querschnittsfläche klein ist, wird dadurch der Kraftstoffdruck gesenkt. Infolgedessen wird die Kraftstoffmenge verkleinert, die pro Zeiteinheit in den Zylinder 2 eingespritzt wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Eindringkraft des Nacheinspritzungskraftstoffs zu verringern, und somit ist es möglich, den Kraftstoff daran zu hindern, die Wandfläche des Zylinders 2 zu erreichen.
Bezugszeichenliste
1: Brennkraftmaschine, 2: Zylinder, 3: Kolben, 4: Kraftstoffeinspritzventil, 5: Common Rail, 6: Kraftstoffspeiserohr, 7: Kraftstoffpumpe, 8: Druckregulierungsmechanismus, 10: ECU, 11: Kraftstoffdrucksensor, 17: Beschleunigeröffnungsgradsensor, 18: Kurbelstellungssensor, 31: Hohlraum, 41: Einspritzloch, 42: Nadel, 43: Ventilmechanismus.

Claims

Brennkraftmaschine (1), ein Kraftstoffeinspritzventil (4) mit einer Nadel (42) aufweisend, das Kraftstoff in einen Zylinder (2) der Brennkraftmaschine (1) einspritzt, wenn das Ventil (4) mit der Nadel (42) geöffnet ist, wobei die Brennkraftmaschine (1) ferner aufweist: eine Steuereinrichtung (10), die eine Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel (42) während einer Nacheinspritzung im Vergleich zu einer Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel (42) während einer Haupteinspritzung erhöht, wenn ein Kraftstoffdruck nicht über einem ersten vorgegebenen Druck liegt, und die die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel (42) während der Nacheinspritzung im Vergleich zur Ventilöffnungsgeschwindigkeit während der Haupteinspritzung senkt, wenn der Kraftstoffdruck nicht geringer ist als ein zweiter vorgegebener Druck, bei dem es sich um einen Druck handelt, der höher ist als der erste vorgegebene Druck, wenn eine geforderte Einspritzmenge des Kraftstoffs, die durch die Nacheinspritzung eingespritzt werden soll, größer ist als ein Einspritzmengenschwellenwert, wenn die Nacheinspritzung nach der Haupteinspritzung des Kraftstoffs, die vom Kraftstoffeinspritzventil (4) eingespritzt werden soll, durchgeführt wird.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (10) so betätigt wird, dass die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel (42) während der Nacheinspritzung umso niedriger ist, je höher der Kraftstoffdruck ist, falls der Kraftstoffdruck nicht über dem ersten vorgegebenen Druck liegt oder falls der Kraftstoffdruck nicht unter dem zweiten vorgegebenen Druck liegt.
Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (10) so betätigt wird, dass ein maximaler Wert eines Hubbetrags der Nadel (42) während der Nacheinspritzung, wenn der Kraftstoffdruck hoch ist, im Vergleich zu dann, wenn der Kraftstoffdruck niedrig ist, verringert wird, falls der Kraftstoffdruck nicht über dem ersten vorgegebenen Druck liegt oder falls der Kraftstoffdruck nicht unter dem zweiten vorgegebenen Druck liegt.