DE102016007766B4 - Innenverbrennungsmotor, Steuer- bzw. Regelvorrichtung hierfür, Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Motors und Computerprogrammerzeugnis - Google Patents

Innenverbrennungsmotor, Steuer- bzw. Regelvorrichtung hierfür, Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Motors und Computerprogrammerzeugnis Download PDF

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Abstract

Innenverbrennungsmotor umfassend:
ein Kraftstoffeinspritzventil (28) zum direkten Einspritzen des Kraftstoffes in die Brennkammer (16),
ein Tumble-Strömungserzeugungsmittel zum Erzeugen einer Tumble-Strömung in der Brennkammer (16);
ein Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) zum Einspritzen des Kraftstoffes von dem Kraftstoffeinspritzventil (28) zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten, die einen der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, der in einer frühen Hälfte eines Einlasshubes des Zylinders gewählt ist, wenn ein Betriebszustand des Motors in einem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist,
ein Vorzündungsdetektionsmittel (74) zum Detektieren eines Auftretens einer Vorzündung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch spontan vor einem Zündzeitpunkt des Zylinders (21) zündet; und
einen Variabelventiltaktungsmechanismus zum Ändern einer Ventiltaktung eines Einlassventils (25) des Motors, wobei dann, wenn eine Vorzündung von dem Vorzündungsdetektionsmittel (74) detektiert wird, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) die Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils (28) erhöht und der Variabelventiltaktungsmechanismus einen Schließzeitpunkt des Einlassventils (25) zu einem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später verzögert.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Innenverbrennungsmotor und eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung eines Motors und insbesondere eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors, die das Verhalten von Kraftstoff, der direkt in eine Brennkammer in einem Zylinder durch eine Tumble-Strömung eingespritzt wird, steuert bzw. regelt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Motors sowie ein Computerprogrammerzeugnis.
  • Hintergrund
  • Um das Kraftstoffsparverhalten zu verbessern, ohne das Leistungsverhalten eines Fahrzeuges zu verringern, ist in den vergangenen Jahren das sogenannte Downsizing-Konzept an einem Motor mit einem Superlader zum Einsatz gekommen, damit das Leistungsverhalten durch Superladen mittels des Superladers erhalten bleibt, während die Kraftstoffsparsamkeit durch Verkleinern einer Auslass- bzw. Abgasmenge des Motors verbessert wird.
  • Da bei diesem Motor mit dem Superlader von dem Superlader verdichtete Frischluft hoher Temperatur und hohen Druckes in eine Brennkammer eingeführt wird, wird der Zylinderinnendruck oder die Zylindertemperatur leicht im Vergleich zu einem natürlich belüfteten Motor hoch, und es tritt leicht eine sogenannte Vorzündung (anomale Verbrennung) auf, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer spontan vor dem Zündzeitpunkt des Zylinders zündet. Sobald eine Vorzündung auftritt, werden nicht nur Geräusche oder Schwingungen als Folge der starken Zunahme des Zylinderinnendruckes erzeugt, sondern es ist auch eine Beschädigung am Motor infolge einer kontinuierlichen Vorzündung möglich.
  • Daher sind die Frühdetektion einer Vorzündung und das Unterdrücken des Auftretens einer Vorzündung untersucht worden. Bei der Vorzündungsdetektionsvorrichtung gemäß Beschreibung in Patentdruckschrift 1 wird die Vorzündung beispielsweise durch Bestimmen dessen sicher detektierbar, dass die Vorzündung aufgetreten ist, wenn die Differenz zwischen einem Zeitpunkt, zu dem das Auftreten von anomalen Schwingungen detektiert wird, und einem Zündzeitpunkt kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist. Darüber hinaus wird entsprechend Patentdruckschrift 2 in einem Betriebsbereich niedriger Drehzahl und hoher Last, in dem leicht ein Klopfen auftritt, aufgrund dessen, dass die Zeit von der Hauptkraftstoffeinspritzung eines Verdichtungshubes zu dem Zündzeitpunkt dadurch kurz gehalten wird, dass eine kleine Menge von Kraftstoff während eines Einlasshubes eingespritzt wird und der verbleibende Kraftstoff (Hauptkraftstoffeinspritzung) während des Verdichtungshubes eingespritzt wird, die Möglichkeit, das Auftreten der Vorzündung zu vermeiden, angezeigt. Darüber hinaus wird bei dem Innenverbrennungsmotor vom Zylinderdirekteinspritztyp gemäß Beschreibung in Patentdruckschrift 2 dann, wenn das Auftreten einer Vorzündung nicht detektiert oder vorhergesagt wird, die Kraftstoffeinspritzung im Einlasshub durchgeführt und dann, wenn das Auftreten einer Vorzündung detektiert oder vorausgesagt wird, die Vorzündung durch Verzögern des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes zum Verdichtungshub vermieden.
  • Stand der Technik
  • Patentliteratur
    • Patentdruckschrift 1: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. JP H8-319 931 A
    • Patentdruckschrift 2: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. JP 2002-339 780 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Von der Erfindung zu lösende Probleme
  • Unter einer Bedingung wie der vorbeschriebenen, bei der eine Vorzündung leicht auftritt, kann zudem ein Klopfen (Phänomen, bei dem unverbranntes Luft-Kraftstoff-Gemisch spontan nach einer Funkenzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer zündet) auftreten. Da jedoch die Phänomene der Vorzündung und des Klopfens verschieden sind und die Eigenschaften der notwendigen Motorsteuerung bzw.
  • Regelung zum Unterdrücken und Vermeiden derselben ebenfalls verschieden sind, muss die Vorzündung getrennt vom Klopfen detektiert werden. Bei der herkömmlichen Vorzündungsdetektionsvorrichtung gemäß Beschreibung in Patentdruckschrift 1 wird das Auftreten einer anomalen Schwingung einfach dann detektiert, wenn ein von einem Schwingungssensor detektierter Schwingungspegel einen vorbestimmten Wert übersteigt. Da dasjenige, dass eine Vorzündung auftritt, nur dann bestimmt wird, wenn die Differenz zwischen dem Detektionszeitpunkt und dem Zündzeitpunkt kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist und dies vom Betriebszustand des Motors abhängt, kann ein Klopfen bei einem einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigenden Schwingungspegel auftreten, oder es kann eine Vorzündung bei einem unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegenden Schwingungspegel auftreten. In diesen Fällen tritt ein Problem dahingehend auf, dass eine geeignete Motorsteuerung bzw. Regelung zum Unterdrücken und Vermeiden einer Vorzündung nicht durchgeführt werden kann.
  • Darüber hinaus haftet im Stand der Technik, wie er in vorgenannter Patentdruckschrift 2 beschrieben ist, dann, wenn ein Großteil oder die Gesamtmenge der Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungshub zu einer hohe Last aufweisenden Betriebszeit mit einer großen Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt wird, ein Teil der großen Menge von eingespritztem Kraftstoff an einem Kolben oder einer Zylinderbuchse an. Wird Rauch, der während des Abziehens des anhaftenden Kraftstoffes (Ablagerung) oder der Ablagerung selbst erzeugt wird, in der Brennkammer erwärmt, so entsteht eine Zündquelle, was die Vorzündung beschleunigt.
  • DE 11 2009 000 390 T5 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einer Tumble-Strömung, die an der Zylinderkopfseite ausgebildet wird, und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder.
  • DE 699 14 449 T2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Katalysators für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der vorbeschriebenen Probleme aus dem Stand der Technik gemacht, um eine Vorzündung sicher zu unterdrücken und zu vermeiden.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Entsprechend einem ersten Aspekt wird ein Innenverbrennungsmotor bereitgestellt, der umfasst:
    • ein Kraftstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen des Kraftstoffes in die Brennkammer;
    • ein Tumble-Strömungserzeugungsmittel zum Erzeugen einer Tumble-Strömung in der Brennkammer; und
    • ein Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel zum Einspritzen des Kraftstoffes von dem Kraftstoffeinspritzventil zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten, die einen der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, der in einer frühen Hälfte eines Einlasshubes des Zylinders gewählt ist, wenn ein Betriebszustand des Motors in einem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist.
  • Vorzugsweise gilt, dass das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel den Kraftstoff zu der Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten einspritzt, die beinhalten: einen Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt, der während eines Verdichtungshubes des Zylinders gewählt ist, und/oder einen der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der in einer letzteren Hälfte des Einlasshubes des Zylinders gewählt ist, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist.
  • Weiter bevorzugt gilt, dass das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel bewirkt, dass das Kraftstoffeinspritzventil den Kraftstoff hin zu einem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt einspritzt.
  • Vorzugsweise gilt, dass das Tumble-Strömungserzeugungsmittel ein Einlassport des Motors ist, das Kraftstoffeinspritzventil an der Einlassportseite einer Umgebung einer Decke der Brennkammer angeordnet ist und den Kraftstoff schräg nach unten hin zu einer Auslassportseite des Motors von der Einlassportseite her einspritzt, und ein Schräglauf an einer Kolbenkronenoberfläche des Motors mit einer Erstreckung schräg nach oben hin zu der Kraftstoffeinspritzventilseite von einem Ende einer Seite entfernt von dem Kraftstoffeinspritzventil an der Kolbenkronenoberfläche ausgebildet ist.
  • Erfindungsgemäß umfasst der Motor des Weiteren:
    • ein Vorzündungsdetektionsmittel zum Detektieren eines Auftretens einer Vorzündung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch spontan vor einem Zündzeitpunkt des Zylinders zündet; und
    • einen Variabelventiltaktungsmechanismus zum Ändern einer Ventiltaktung eines Einlassventils des Motors, wobei dann, wenn die Vorzündung von dem Vorzündungsdetektionsmittel detektiert wird, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel die Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils erhöht und der Variabelventiltaktungsmechanismus einen Schließzeitpunkt des Einlassventils zu einem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später verzögert.
  • Weiter bevorzugt gilt, dass nach dem Detektieren der Vorzündung durch das Vorzündungsdetektionsmittel das Kraftstoffeinspritzventil die erhöhte Kraftstoffeinspritzmenge beibehält und der Variabelventiltaktungsmechanismus den Schließzeitpunkt des verzögerten Einlassventils beibehält, bis eine vorbestimmte Anzahl von Zündungen durchgeführt ist.
  • Vorzugsweise gilt, dass dann, wenn der Betriebszustand des Motors außerhalb des hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereiches ist, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel bewirkt, dass das Kraftstoffeinspritzventil den Kraftstoff zu den Einspritzzeitpunkten einspritzt, die den Einlasshubeinspritzzeitpunkt beinhalten, der im Einlasshub des Zylinders gewählt ist, und/oder dann, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel bewirkt, dass das Kraftstoffeinspritzventil den Kraftstoff zu mehr Einspritzzeitpunkten als dann, wenn der Betriebszustand des Motors außerhalb des hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereiches ist, einspritzt.
  • Vorzugsweise gilt, dass das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel bewirkt, dass das Kraftstoffeinspritzventil den Kraftstoff in einer Charge (batch) zu einem Einlasshubeinspritzzeitpunkt einspritzt, der im Einlasshub des Zylinders vorzugsweise in einer Umgebung von 280 Grad vor dem oberen Totpunkt des Einlasshubes des Zylinders gewählt ist, wenn der Betriebszustand des Motors nicht in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist.
  • Vorzugsweise gilt, dass das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel den Kraftstoff durch Unterteilen der Kraftstoffeinspritzung in drei Zeitpunkte eines der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes, eines der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes und eines Verdichtungshubeinspritzzeitpunktes einspritzt, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, wobei die der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigene Einspritzung vorzugsweise in einer Umgebung von 300 Grad vor dem oberen Totpunkt gewählt ist, der der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt vorzugsweise in einer Umgebung von 260 Grad BTDC gewählt ist und der Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt vorzugsweise in einer Umgebung von 120 Grad BTDC gewählt ist.
  • Weiter bevorzugt gilt, dass auf Grundlage einer Motorgeschwindigkeit oder einer Temperatur eines Motorkühlmittels bei einer Bestimmung, dass ein notwendiges Einspritzintervall für den Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils nicht sichergestellt werden kann, wenn die Kraftstoffeinspritzung in einem Zyklus in drei Teile unterteilt ist, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel den Kraftstoff durch Unterteilen der Kraftstoffeinspritzung in zwei Zeitpunkte einspritzt, die der der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt und der Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt sind, wenn der Betriebszustand des Motors vergleichsweise in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, wobei der der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt vorzugsweise in einer Umgebung von 300 Grad vor dem oberen Totpunkt gewählt ist und der Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt vorzugsweise in einer Umgebung von 120 Grad BTDC gewählt ist.
  • Um die vorbeschriebene Aufgabe zu lösen, wird zudem eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung für einen Motor der vorliegenden Erfindung zum Steuern bzw. Regeln des Verhaltens von Kraftstoff, der direkt in eine Brennkammer eines Zylinders eingespritzt wird, bereitgestellt, umfassend: ein Kraftstoffeinspritzventil zum direkten Einspritzen des Kraftstoffes in die Brennkammer, ein Tumble-Strömungserzeugungsmittel zum Erzeugen einer Tumble-Strömung in der Brennkammer; und ein Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel zum Einspritzen des Kraftstoffes von dem Kraftstoffeinspritzventil zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten, die einen der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, der in einer frühen Hälfte eines Einlasshubes des Zylinders gewählt ist, wenn der Betriebszustand des Motors in einem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist. Bei der vorliegenden Erfindung mit vorbeschriebenem Aufbau wird die Tumble-Strömung in der Brennkammer durch das Tumble-Strömungserzeugungsmittel erzeugt, wobei dann, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, in dem die Vorzündung leicht auftritt, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel den Kraftstoff zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten einspritzt, die den der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, der in der frühen Hälfte des Einlasshubes des Zylinders gewählt ist, sodass eine Durchdringungskraft in Einspritzrichtung des eingespritzten Kraftstoffes durch Unterdrücken der Kraftstoffeinspritzmenge zu jedem Einspritzzeitpunkt im Vergleich zu einem Fall verringert wird, in dem der Kraftstoff in einer Charge eingespritzt wird, weshalb die Kraftstoffanhaftung an einem Kolben oder einer Zylinderbuchse (cylinder liner) verringert werden kann. Da die Kraftstoffeinspritzung zudem in mehrere Zeitpunkte unterteilt ist, kann der Kraftstoff zu einem Zeitpunkt eingespritzt werden, der die Kraftstoffanhaftung an dem Kolben oder der Zylinderbuchse verringern kann. Insbesondere kann der Kraftstoff hin zu der Tumble-Strömung durch Einspritzen des Kraftstoffes zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt werden, sodass die Durchdringungskraft in Einspritzrichtung des eingespritzten Kraftstoffes durch die kinetische Energie der Tumble-Strömung verringert wird und die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderbuchse effektiv verringert werden kann. Hierdurch kann die Kraftstoffanhaftung, die zu einer Zündquelle zum Beschleunigen einer Vorzündung wird, sicher verringert werden, und es kann eine Vorzündung sicher unterdrückt und vermieden werden.
  • Darüber hinaus gilt bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise, dass das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel den Kraftstoff zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten einspritzt, die den Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt beinhalten, der während des Verdichtungshubes des Zylinders gewählt ist, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist.
  • Da bei der vorliegenden Erfindung mit vorbeschriebenem Aufbau Kraftstoff zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten eingespritzt wird, die den Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt beinhalten, wenn eine Vorzündung leicht auftritt, kann das Innere der Brennkammer durch die latente Verdampfungswärme von Kraftstoff mittels Einspritzen von Kraftstoff im Verdichtungshub gekühlt werden, wodurch es möglich wird, einen Zustand zu erhalten, in dem die Vorzündung weniger leicht auftritt. Da zudem der Druck in dem Zylinder im Verdichtungshub vergleichsweise hoch ist und die Durchdringungskraft in Einspritzrichtung des eingespritzten Kraftstoffes unterdrückt wird, kann die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderbuchse verringert werden.
  • Zudem spritzt bei der vorliegenden Erfindung das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel vorzugsweise den Kraftstoff zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten ein, die einen der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, der in einer letzteren Hälfte des Einlasshubes des Zylinders gewählt ist, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist. Tritt bei der vorliegenden Erfindung mit vorbeschriebenem Aufbau eine Vorzündung leicht auf, so wird, da Kraftstoff zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten, die den der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, eingespritzt wird, Kraftstoff zu einem Zeitpunkt eingespritzt, zu dem sich die Tumble-Strömung, die in der frühen Hälfte des Einlasshubes erzeugt wird, in vertikaler Richtung bei einem Absinken des Kolbens ausdehnt, und es kann die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderbuchse dadurch verringert werden, dass der Kraftstoff spiralartig durch Fortsetzung der Tumble-Strömung strömt, wodurch es möglich wird, einen Zustand zu erhalten, in dem die Vorzündung weniger leicht auftritt. Da zudem die Position des Kolbens im Verdichtungshub vergleichsweise niedrig ist und der Abstand zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und der Kronenoberfläche des Kolbens vergleichsweise groß ist, kann die Kraftstoffanhaftung an dem Kolben verringert werden.
  • Darüber hinaus spritzt bei der vorliegenden Erfindung das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel vorzugsweise den Kraftstoff hin zu einem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt ein. Bei der vorliegenden Erfindung mit vorbeschriebenem Aufbau wird durch Einspritzen von Kraftstoff hin zum Wirbelzentrum der Tumble-Strömung die Durchdringungskraft in Einspritzrichtung des eingespritzten Kraftstoffes durch die kinetische Energie der Tumble-Strömung sicher verringert, es kann die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderbuchse effektiv verringert werden, und es kann die Vorzündung sicher unterdrückt und vermieden werden.
  • Darüber hinaus ist bei der vorliegenden Erfindung das Tumble-Strömungserzeugungsmittel vorzugsweise ein Einlassport des Motors, das Kraftstoffeinspritzventil ist an der Einlassportseite einer Umgebung einer Decke der Brennkammer angeordnet und spritzt den Kraftstoff schräg nach unten hin zu einer Auslassportseite des Motors von der Einlassportseite her ein, und es ist ein Schräglauf an der Kolbenkronenoberfläche des Motors mit einer Erstreckung schräg nach oben hin zu der Kraftstoffeinspritzventilseite von einem Ende einer Seite entfernt von dem Kraftstoffeinspritzventil an der Kolbenkronenoberfläche ausgebildet. Da bei der vorliegenden Erfindung mit vorbeschriebenem Aufbau Kraftstoff hin zum Wirbelzentrum der Tumble-Strömung über einem unteren Teil der Tumble-Strömung mit Strömung schräg nach oben hin zu der Kraftstoffeinspritzventilseite entlang des Schräglaufes eingespritzt wird, der sich von dem Ende der Seite entfernt von dem Kraftstoffeinspritzventil aus an der Kolbenkronenoberfläche erstreckt, kann Kraftstoff zum Wirbelzentrum der Tumble-Strömung sicher eingespritzt werden, weshalb die Durchdringungskraft in Einspritzrichtung des eingespritzten Kraftstoffes durch die kinetische Energie der Tumble-Strömung sicher verringert wird und die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderbuchse effektiv verringert werden kann.
  • Darüber hinaus verfügt bei der vorliegenden Erfindung die Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors zudem über ein Vorzündungsdetektionsmittel zum Detektieren eines Auftretens einer Vorzündung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch spontan vor dem Zündzeitpunkt des Zylinders zündet, und einen Variabelventiltaktungsmechanismus zum Ändern einer Ventiltaktung eines Einlassventils des Motors, wobei dann, wenn eine Vorzündung von dem Vorzündungsdetektionsmittel detektiert wird, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel die Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils erhöht und der Variabelventiltaktungsmechanismus einen Schließzeitpunkt des Einlassventils zu einem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später verzögert. Wird bei der vorliegenden Erfindung mit vorbeschriebenem Aufbau eine Vorzündung detektiert, während das Innere der Brennkammer von der latenten Verdampfungswärme des (der Menge nach) erhöhten Kraftstoffes durch Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils gekühlt wird, so wird die Temperatur in der Brennkammer zum Zeitpunkt der Verdichtung durch Verzögern des Schließzeitpunktes des Einlassventils zu dem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später und Verringern eines effektiven Verdichtungsverhältnisses verkleinert, sodass die Vorzündung effektiv vermieden werden kann. Auf diese Weise kann durch Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge bei gleichzeitigem Verzögern einer Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils zu dem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später eine Verkleinerung des erzeugten Drehmomentes durch Verkleinern des effektiven Verdichtungsverhältnisses durch Erhöhen des erzeugten Drehmomentes durch Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge verschoben werden, und es kann das Drehmoment, das von dem Motor erzeugt wird, im Wesentlichen konstant gehalten werden.
  • Darüber hinaus gilt bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise, dass nach dem Detektieren einer Vorzündung durch das Vorzündungsdetektionsmittel bis zur Durchführung einer vorbestimmten Anzahl von Zündungen das Kraftstoffeinspritzventil die erhöhte Kraftstoffeinspritzmenge beibehält und der Variabelventiltaktungsmechanismus den Schließzeitpunkt des verzögerten Einlassventils beibehält. Bei der vorliegenden Erfindung mit vorbeschriebenem Aufbau gilt, dass nach dem Detektieren einer Vorzündung während einer ausreichende Zeitspanne, bis die vorbestimmte Anzahl von Zündungen durchgeführt ist, das Innere der Brennkammer ausreichend gekühlt ist und der anhaftende Kraftstoff oder Rauch, die eine Vorzündung bewirken, vollständig abgespült wird, wobei das Kraftstoffeinspritzventil die erhöhte Kraftstoffeinspritzmenge beibehält und der Variabelventiltaktungsmechanismus den Schließzeitpunkt des verzögerten Einlassventils beibehält, sodass das Auftreten einer Vorzündung unterdrückt wird. Beim Umdrehen (reverting) der Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils oder der Kraftstoffeinspritzmenge wird eine größere Vorzündung induziert, die durch das kontinuierliche Auftreten einer Vorzündung infolge der hohen Temperatur in der Brennkammer oder der übrigen Zündquellen, so beispielsweise anhaftender Kraftstoff oder Rauch, bewirkt wird, was jedoch sicher verhindert werden kann.
  • Darüber hinaus gilt bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise, dass dann, wenn der Betriebszustand des Motors vergleichsweise außerhalb des hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereiches ist, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel den Kraftstoff zu den Einspritzzeitpunkten einspritzt, die den Einlasshubeinspritzzeitpunkt beinhalten, der im Einlasshub des Zylinders gewählt ist, wobei dann, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel den Kraftstoff zu mehr Einspritzzeitpunkten als dann, wenn der Betriebszustand des Motors außerhalb des hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereiches ist, einspritzt. Ist bei der vorliegenden Erfindung mit vorbeschriebenem Aufbau der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich und tritt eine Vorzündung leicht auf, so spritzt das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel den Kraftstoff zu mehr Einspritzzeitpunkten als dann ein, wenn der Betriebszustand des Motors außerhalb des hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereiches ist und eine Vorzündung nicht leicht auftritt, sodass im Vergleich zu einem Fall, in dem der Betriebszustand derjenige Zustand ist, in dem die Vorzündung nicht leicht auftritt, während die Durchdringungskraft in Kraftstoffeinspritzrichtung durch Unterdrücken der Kraftstoffeinspritzmenge eines jeden Einspritzzeitpunktes verringert wird und die Kraftstoffanhaftung an dem Kolben oder der Zylinderbuchse verringert werden kann, der Kraftstoff zu dem Zeitpunkt eingespritzt werden kann, zu dem die Kraftstoffanhaftung an dem Kolben oder der Zylinderbuchse verringerbar ist.
  • Entsprechend einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Direkteinspritzinnenverbrennungsmotors bereitgestellt, das die nachfolgenden Schritte umfasst:
    • Erzeugen einer Tumble-Strömung in einer Brennkammer des Motors;
    • Einspritzen des Kraftstoffes von einem Kraftstoffeinspritzventil des Motors zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten, die einen der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, der in einer frühen Hälfte des Einlasshubes eines Zylinders des Motors gewählt ist, wenn ein Betriebszustand des Motors in einem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist,
    • Detektieren eines Auftretens einer Vorzündung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch spontan vor einem Zündzeitpunkt des Zylinders zündet; und
    • Ändern einer Ventiltaktung eines Einlassventils des Motors, wobei dann, wenn die Vorzündung detektiert wird, die Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils erhöht wird und der Schließzeitpunkt des Einlassventils zu einem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später verzögert wird.
  • Entsprechend einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammerzeugnis bereitgestellt, das computerlesbare Anweisungen umfasst, die dann, wenn sie in ein geeignetes System geladen sind und dort ausgeführt werden, die Schritte des vorbeschriebenen Verfahrens durchführen können.
  • Effekte der Erfindung
  • Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors entsprechend der vorliegenden Erfindung kann eine Vorzündung sicher unterdrücken und vermeiden.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Motorsystems, bei dem eine Steuer-bzw. Regelvorrichtung eines Motors entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung von Detailstrukturen eines Einspritzers und einer Zündkerze des Motors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3A und 3B sind Figuren zur Darstellung eines Kolbens des Motors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 3A eine obere Planansicht des Kolbens ist, während 3B eine Ansicht entlang einer Linie A-A von 3A ist.
    • 4 ist ein Streudiagramm, das Schwingungspegel und Schwingungsdetektionszeitpunkte von Motorschwingungen, die durch Vorzündung und Klopfen erzeugt werden, darstellt.
    • 5 ist ein Diagramm zur Darstellung von Schwellenwerten, die verwendet werden, wenn die Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Auftreten einer Vorzündung bestimmt.
    • 6 ist ein Zeitdiagramm zur Darstellung von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 7 ist ein Flussdiagramm einer Steuerung bzw. Regelung, die von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
    • 8 ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Zustandes in einer Brennkammer, wenn der Kraftstoff in einer frühen Hälfte eines Einlasshubes durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.
    • 9 ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Zustandes in der Brennkammer, wenn Kraftstoff in einer letzteren Hälfte des Einlasshubes durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.
    • 10 ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Zustandes in der Brennkammer, wenn Kraftstoff in einem Verdichtungshub durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.
    • 11 ist ein Taktungsdiagramm zur Darstellung von Steuer- bzw. Regelzeitpunkten von Kraftstoffeinspritzmengen und des Schließzeitpunktes des Einlassventils durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 12 ist ein Flussdiagramm einer Steuerung bzw. Regelung, die von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
  • Detailbeschreibung der Ausführungsformen
  • Nachstehend wird anhand der begleitenden Zeichnung eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung eines Motors entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • Aufbau der Vorrichtung
  • Zunächst wird der Vorrichtungsaufbau des Motors, bei dem eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, anhand 1 beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Motorsystems, bei dem die Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
  • Wie in 1 gezeigt ist, verfügt ein Motorsystem 100 hauptsächlich über einen Einlassdurchlass 10, durch den der Einlass (Luft), der von außen her zugeleitet wird, hindurchgeht, einen Motor 20 (bei der vorliegenden Ausführungsform einen Benzinmotor) zur Erzeugung einer Fahrzeugleistung durch Verbrennen des Luft-Kraftstoff-Gemisches des Einlasses, der von dem Einlassdurchlass 10 zugeleitet wird, und des Kraftstoffes, der von einem Kraftstoffeinspritzventil (beispielsweise dem Einspritzer 28), der nachstehend noch beschrieben wird, zugeleitet wird, einen Auslassdurchlass 30, der Abgas, das durch die Verbrennung in dem Motor 20 erzeugt wird, auslässt, und eine ECU (elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit) 44, die das gesamte Motorsystem 100 steuert bzw. regelt.
  • Versehen ist der Einlassdurchlass 10 in einer Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite her mit einem Luftreiniger 2 zum Reinigen der von außen her zugeleiteten Einlassluft, einem Verdichter (compressor) 4a eines Turbosuperladers 4 zum Erhöhen eines Einlassluftdruckes durch Verdichten der hindurchlaufenden Einlassluft, einem Zwischenkühler (intercooler) 9 zum Kühlen der hindurchlaufenden Einlassluft, einem Drosselventil 11 zum Anpassen der hindurchlaufenden Einlassluftmenge und einem Vorhaltetank (surge tank) 13 zum vorübergehenden Vorhalten der dem Motor 20 zuzuleitenden Einlassluft. Darüber hinaus ist der Einlassdurchlass 10 mit einem Luftüberbrückungsdurchlass 6 versehen, in dem die Einlassluft über eine Überbrückung des Verdichters 4a des Turbosuperladers 4 strömt. Insbesondere ist ein Ende des Luftüberbrückungsdurchlasses 6 mit dem Einlassdurchlass 10 an der stromabwärtigen Seite des Verdichters 4a und der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 11 verbunden, während das andere Ende mit dem Einlassdurchlass 10 an der stromaufwärtigen Seite des Verdichters 4a verbunden ist. Darüber hinaus ist ein Luftüberbrückungsventil 7, das die in dem Luftüberbrückungsdurchlass 6 strömende Einlassluft steuert bzw. regelt, an dem Luftüberbrückungsdurchlass 6 vorgesehen.
  • Der Motor 20 verfügt über einen Zylinderblock 22, an dem Zylinder 21 vorgesehen sind (Obwohl in 1 lediglich ein Zylinder gezeigt ist, können dort beispielsweise auch vier Zylinder 21 in einer Reihe vorgesehen sein), einen Zylinderkopf 23, der an dem Zylinderblock 22 angeordnet ist, und eine Ölwanne 8, die an der unteren Seite des Zylinderblockes 22 angeordnet ist und in der Schmiermittel vorgehalten wird. Ein Kolben 14, der mit einer Kurbelwelle 12 über eine Verbindungsstange 24 verbunden ist, ist formergänzend eingepasst in jeden Zylinder 21 eingeführt. Der Zylinderkopf 23, die Zylinder 21 und der Kolben 14 legen eine Brennkammer 16 fest.
  • Während jeweils zwei unabhängige Einlassports 18 und zwei Auslassports 19 für jeden Zylinder 21 an dem Zylinderkopf 23 ausgebildet sind, sind ein Einlassventil 25 und ein Auslassventil 27, die eine Öffnung an der der Brennkammer 16 zu eigenen Seite öffnen und schließen, an den Einlassports 18 und den Auslassports 19 angeordnet. Die Einlassports 18 sind mit dem Einlassdurchlass 10 verbunden, während die Auslassports 19 mit dem Auslassdurchlass 30 verbunden sind. Die Einlassports 18 wirken als Tumble-Strömungserzeugungsmittel zum Erzeugen einer Längswirbelströmung (Tumble-Strömung) in der Brennkammer 16.
  • Darüber hinaus ist eine Decke 26 der Brennkammer 16 an einer unteren Oberfläche des Zylinderkopfes 23 ausgebildet. Die Decke 26 ist vom sogenannten Pentroof-Formtyp, der zwei entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende geneigte Oberflächen aufweist, die sich von dem Zentralteil zu einem unteren Ende des Zylinderkopfes 23 erstrecken.
  • Der Zylinderkopf 23 ist zudem mit dem (direkt einspritzenden) Einspritzer 28 für jeden Zylinder 21, der Kraftstoff direkt in den Zylinder 21 einspritzt, versehen. Der Einspritzer 28 ist derart angeordnet, dass dessen Düsenport 29 schräg nach unten in die Brennkammer 16 von zwischen den zwei Einlassports 18 am Umfang der Decke 26 der Brennkammer 16 her orientiert ist. Eingespritzt wird der Kraftstoff durch den Einspritzer 28 direkt in die Brennkammer 16 zu einem Einspritzzeitpunkt, der entsprechend einem Betriebszustand des Motors 20 gewählt ist, und zudem in einer Menge, die dem Betriebszustand des Motors 20 entspricht. Die Detailstruktur des Einspritzers 28 wird nachstehend beschrieben.
  • Der Zylinderkopf 23 ist zudem mit einer Zündkerze 39 für jeden Zylinder 21 zum zwangsweise erfolgenden Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer 16 versehen. Die Zündkerze 39 ist derart angeordnet, dass sie sich nach unten von einem Zentralteil der Decke 26 der Brennkammer 16 aus erstreckt und ins Innere des Zylinderkopfes 23 vorsteht. Eine Zündschaltung 40, die eine Spannung für die Zündkerze 39 bereitstellt, ist mit der Zündkerze 39 verbunden.
  • Der Zylinderkopf 23 ist zudem mit einem Ventilbetriebsmechanismus 41 versehen, der jedes Einlassventil 25 und Auslassventil 27 eines jeden Zylinders 21 betreibt. Der Ventilbetriebsmechanismus 41 verfügt beispielsweise über einen Variabelventilanhebemechanismus (Variable Valve Lift WL) (nicht dargestellt), der den Anhebungsgrad des Einlassventils 25 und des Auslassventils 27 ändern kann, und einen Variabelventiltaktungsmechanismus (Variable Valve Timing VVT) (nicht dargestellt), der eine Drehphase einer Nockenwelle in Bezug auf die Nockenwelle 12 ändern kann.
  • Der Einspritzer 28 ist mit einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) durch einen Kraftstoffzuleitungsdurchlass (nicht gezeigt) verbunden. Ein Kraftstoffzuleitungssystem 42, das dem Einspritzer 28 Kraftstoff mit einem gewünschten Kraftstoffdruck zuleiten kann, ist an dem Kraftstoffzuleitungsdurchlass eingefügt. Der Druck des Kraftstoffes, der dem Einspritzer 28 zugeleitet wird, wird entsprechend dem Betriebszustand des Motors 20 geändert.
  • Vorgesehen sind an dem Auslassdurchlass 30 in einer Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite her eine Turbine 4b des Turbosuperladers 4, die von dem hindurchtretenden Abgas in Drehung versetzt wird und den Verdichter 4a durch diese Drehung, wie vorstehend erläutert worden ist, antreibt, sowie Abgasreinigungskatalysatoren 37 und 38, die eine Reinigungsfunktion beim Abgas wahrnehmen, so beispielsweise ein NOx-Katalysator, ein Drei-Wege-Katalysator und/oder ein Oxidationskatalysator und dergleichen mehr. Darüber hinaus ist ein EGR-Durchlass (Exhaust Gas Recirculation EGR, Abgasrückleitung) 32 zum Rückleiten des Abgases zu dem Einlassdurchlass 10 mit dem Auslassdurchlass 30 verbunden. Ein Ende des EGR-Durchlasses 32 ist mit dem Auslassdurchlass 30 an der stromaufwärtigen Seite der Turbine 4b verbunden, während das andere Ende mit dem Einlassdurchlass 10 an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 11 verbunden ist. Darüber hinaus ist der EGR-Durchlass 32 mit einem EGR-Kühler 33 zum Kühlen des rückgeleiteten Abgases und einem EGR-Ventil 34 zum Steuern bzw. Regeln des in dem EGR-Durchlass 32 strömenden Abgases versehen. Zudem ist der Auslassdurchlass 30 mit einem Turbinenüberbrückungsdurchlass 35 versehen, über den das Abgas mittels Überbrückung der Turbine 4b des Turbosuperladers 4 strömt. An dem Turbinenüberbrückungsdurchlass 35 ist ein Wastegate-Ventil (W/G-Ventil) 36 zum Steuern bzw. Regeln des in dem Turbinenüberbrückungsdurchlass 35 strömenden Abgases vorgesehen.
  • Die ECU 44 umfasst einen Mikroprozessor, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Speicher, eine Zähler-Zeitgeber-Gruppe, eine Schnittstelle und Wege zur Verbindung dieser Einheiten beinhaltet. Die ECU 44 bildet eine Steuerung bzw. Regelung.
  • Darüber hinaus verfügt der Motor 20 über einen Kurvelwinkelsensor 70 zum Detektieren eines Drehwinkels der Kurbelwelle 12, einen Wassertemperatursensor 72 zum Detektieren einer Temperatur eines Motorkühlmittels, einen Schwingungssensor 74 zum Detektieren von Schwingungen des Motors 20 und einen Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnungssensor (nicht gezeigt) zum Detektieren eines Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnungsgrades entsprechend einem Betriebsausmaß des Beschleunigers bzw. Gaspedals eines Fahrzeuges. Diese Detektionssignale von jeder Art von Sensor werden in die ECU 44 eingegeben. Die ECU 44 bestimmt den Zustand des Motors 20 oder des Fahrzeuges mittels verschiedener Berechnungen auf Grundlage dieser Detektionssignale und gibt Steuer- bzw. Regelsignale an den Einspritzer 28, die Zündschaltung 40, den Ventilbetriebsmechanismus 41, das Kraftstoffzuleitungssystem 42 und dergleichen mehr entsprechend dieser Bestimmung aus. Auf diese Weise betreibt die ECU 44 den Motor 20. Wie nachstehend noch beschrieben wird, ist die ECU 44 gleichwertig zu der Steuer-bzw. Regelvorrichtung des Motors 20 entsprechend der vorliegenden Erfindung und wirkt als Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel und als Vorzündungsdetektionsmittel.
  • Detailstrukturen des Kolbens, des Einspritzers und der Zündkerze
  • Als Nächstes werden anhand 2, 3A und 3B Detailstrukturen des Motors 20, des Kolbens 14, des Einspritzers 28 und der Zündkerze 39 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 2 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der Detailstrukturen des Einspritzers 28 und der Zündkerze 39 des Motors 20 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zudem sind 3A und 3B Figuren zur Darstellung des Kolbens 14 des Motors 20 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 3A eine obere Planansicht des Kolbens 14 ist, während 3B eine Ansicht entlang einer Linie A-A von 3A ist.
  • Wie in 2 gezeigt ist, ist der Einspritzer 28 ein Einspritzer vom Typ mit mehreren Düsenports, der eine Mehrzahl von Düsenports 29 aufweist. Der Einspritzer 28 ist derart vorgesehen, dass sich die axiale Richtung des Einspritzers 28 nach unten lediglich um den Neigungswinkel α aus der horizontalen Richtung neigt. Dementsprechend erstreckt sich ein Kraftstoffsprühnebel, der von jedem Düsenport 29 des Einspritzers 28 eingespritzt wird, radial unter einem vorbestimmten Spreizwinkel β schräg nach unten vom Umfang der Decke 26 der Brennkammer 16 aus.
  • Wie in 2 sowie in 3A und 3B gezeigt ist, ist eine Kolbenkronenoberfläche 50, die einen oberen Teil des Kolbens 14 bildet, konvex ausgebildet und erhebt sich hin zum Zentrum hiervon. Insbesondere verfügt die Kolbenkronenoberfläche 50 über einen einspritzerseitigen Schräglauf 52, der sich vom Ende der dem Einspritzer 28 zu eigenen Seite der Kolbenkronenoberfläche 50 schräg nach oben hin zum Zentrum der Kolbenkronenoberfläche 50 erstreckt, und über einen gegeneinspritzerseitigen Schräglauf 54, der sich vom Ende der Seite entfernt von dem Einspritzer 28 der Kolbenkronenoberfläche 50 (nachstehend gelegentlich als „Gegeneinspritzerseite“ bezeichnet) schräg nach oben hin zum Zentrum der Kolbenkronenoberfläche 50 unter dem Neigungswinkel θ erstreckt. Der einspritzerseitige Schräglauf 52 und der gegeneinspritzerseitige Schräglauf 54 sind entlang der Decke 26 der Brennkammer 16 ausgebildet.
  • Darüber hinaus sind horizontale Oberflächen 56, die zu einer Referenzoberfläche der Kolbenkronenoberfläche 50 werden, am Ende der dem Einspritzer 28 zu eigenen Seite und am Ende der entgegengesetzten dem Einspritzer 28 zu eigenen Seite der Kolbenkronenoberfläche 50 ausgebildet. Darüber hinaus ist eine Einlassventilausnehmung 58, die zurückgenommen ist, damit ein Kontakt zwischen dem Kolben 14 und dem Einlassventil 25 vermieden wird, am Ende der dem Einspritzer 28 zu eigenen Seite der Kolbenkronenoberfläche 50 ausgebildet, und es ist eine Auslassventilausnehmung 60, die zurückgenommen ist, damit ein Kontakt zwischen dem Kolben 14 und dem Auslassventil 27 vermieden wird, an dem gegeneinspritzerseitigen Schräglauf 54 ausgebildet.
  • Des Weiteren ist ein Hohlraum 62, der in einer im Wesentlichen runden Form bei planarer Ansicht zurückgenommen ist, im Zentrum der Kolbenkronenoberfläche 50 ausgebildet. Gebildet wird der Hohlraum 62 von einer horizontalen Bodenoberfläche 64, die eine im Wesentlichen runde Form bei planarer Ansicht aufweist, sowie einer Seitenoberfläche 66, die sich diagonal derart erstreckt, dass sie sich nach oben vom Umfang der Bodenoberfläche 64 ausdehnt. Ist der Kolben 14 am oberen Totpunkt positioniert, so ist das zugespitzte Ende der Zündkerze 39 mit Orientierung in den Hohlraum 62 hinein angeordnet, sodass ein im Wesentlichen kugelförmiger Brennraum mit Zentrierung des zugespitzten Endes der Zündkerze 39 gebildet wird.
  • Unterscheidung zwischen Vorzündung und Klopfen
  • Als Nächstes wird anhand 4 und 5 die Unterscheidung zwischen einer Vorzündung und einem Klopfen beschrieben. 4 ist ein Streudiagramm, das Schwingungspegel und Schwingungsdetektionszeitpunkte der Schwingungen des Motors 20, die durch Vorzündung und Klopfen erzeugt werden, beschreibt, während 5 ein Diagramm zur Darstellung von Schwellenwerten ist, die zu verwenden sind, wenn die Steuer-bzw. Regelvorrichtung des Motors 20 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Auftreten einer Vorzündung bestimmt.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat man einen Motor unter Betriebsbedingungen betrieben, bei denen eine Vorzündung und ein Klopfen leicht auftreten, indem man einen experimentellen Motor eingesetzt hat, der einen Zylinderinnendrucksensor eines jeden Zylinders 21 aufwies und bei dem man das Auftreten einer Vorzündung und eines Klopfens aus Änderungen beim Zylinderinnendruck bestimmt hat, und indem man zudem eine maximale Versetzung einer jeden Schwingung von Frequenzen von etwa 7 kHz und etwa 13 kHz, die von dem Schwingungssensor 34 detektiert werden, wenn eine Vorzündung und ein Klopfen auftreten, sowie einen Zeitpunkt, zu dem die maximale Versetzen detektiert wird, gemessen hat. Als Beispiel wird das Messergebnis der vorbestimmten Motorgeschwindigkeit in 4 gezeigt. Darüber hinaus sind die Frequenzen von etwa 7 kHz und etwa 13 kHz der Schwingungen als Frequenzen ausgewählt, die ein günstiges S/N-Verhältnis (Signal-zu-Rausch-Verhältnis) zum Detektieren von Schwingungen infolge einer Vorzündung und eines Klopfens liefern können. In 4 zeigt die vertikale Achse Ausgabewerte (dimensionslos), wenn der Schwingungssensor 74 die maximale Versetzung der Schwingungen einer jeden Frequenz detektiert, während die horizontale Achse Kurbelwinkel nach dem verdichtungseigenen oberen Totpunkt (Grad nach dem oberen Totpunkt, nachstehend „Grad ATDC“) bezeichnet, wenn der Schwingungssensor 74 die maximale Versetzung detektiert. Darüber hinaus ist in 4 die maximale Versetzung für den Fall des eindeutigen Identifizierens einer Vorzündung aus Änderungen eines jeden Zylinderinnendrucks mit Rauten markiert, die maximale Versetzung für den Fall des eindeutigen Identifizierens eines Klopfens aus Änderungen eines jeden Zylinderinnendrucks ist mit Quadraten markiert, und die maximale Versetzung für den Fall eines Zwischenzustandes zwischen einer Vorzündung und einem Klopfen ist mit Dreiecken markiert.
  • In 4 sind, wie durch die Rauten angedeutet ist, die Schwingungen, die von dem Schwingungssensor 74 detektiert werden, wenn eine Vorzündung auftritt, in der Zone (X-Zone in 4) befindlich, in der die maximale Versetzung gleich etwa 10 oder mehr ist und in der zudem der Detektionszeitpunkt kleiner als 30 (Grad ATDC) ist. Entsprechend sind die Schwingungen, die von dem Schwingungssensor 74 beim Auftreten eines Klopfens detektiert werden, in der Zone befindlich, in der die maximale Versetzung kleiner als etwa 10 ist (Z-Zone in 4). Darüber hinaus zeigt die Zone (Y-Zone in 4), in der die maximale Versetzung gleich etwa 10 oder mehr ist und in der zudem der Detektionszeitpunkt gleich etwa 30 oder mehr (Grad ATDC) ist, nahezu keine auftretende Vorzündung und kein auftretendes Klopfen. Dies bedeutet, dass es bei dem Beispiel von 4 dann, wenn die maximale Versetzung der Schwingungen, die von dem Schwingungssensor 74 detektiert werden, gleich etwa 10 oder mehr ist und der Detektionszeitpunkt kleiner als etwa 30 (Grad ATDC) ist, möglich ist zu bestimmen, dass diese Schwingungen nicht infolge des Klopfens, sondern infolge der Vorzündung erzeugt werden.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat man vorstehend beschriebene Messungen für verschiedene Motorgeschwindigkeiten durchgeführt und den Schwellenwert für jede Frequenz von Schwingungen bestimmt, um das Auftreten einer Vorzündung infolge der von dem Schwingungssensor 74 detektierten Schwingungen bei jeder Motorgeschwindigkeit zu bestimmen. Die Schwellenwerte (erster Schwellenwert) der Schwingungsversetzungen zur Bestimmung des Auftretens einer Vorzündung sind in 5 gezeigt. In 5 zeigt die horizontale Achse die Motorgeschwindigkeiten (UpM, Umdrehungen pro Minute, min-1), während die vertikale Achse die Schwellenwerte der maximalen Versetzung von Schwingungen zur Bestimmung des Auftretens einer Vorzündung zeigt.
  • Wie in 5 gezeigt ist, gilt in jedem Falle von Schwingungsfrequenzen von etwa 7 kHz und etwa 13 kHz: Je höher die Motorgeschwindigkeit wird, desto höher ist der Schwellenwert der Schwingungsversetzung zum Bestimmen des Auftretens einer Vorzündung gewählt. All dies spiegelt folgenden Umstand wider: Je mehr die Motorgeschwindigkeit zunimmt und die Zeit, die für den Einlasshub oder den Ausdehnungshub benötigt wird, verkürzt wird, desto stärker ist die Schockwelle, die erzeugt wird, wenn eine Vorzündung oder ein Klopfen auftreten, weshalb die Schwingungsversetzung größer wird.
  • Darüber hinaus ist, wie in 5 gezeigt ist, der Schwellenwert der maximalen Versetzung von Schwingungen zum Bestimmen des Auftretens einer Vorzündung, wenn die Frequenz einer Schwingung etwa 7 kHz beträgt, im Vergleich dazu kleiner, wenn sie etwa 13 kHz beträgt. Damit ist, wenn die Schwingungsfrequenz des Motors 20 hoch wird, der Schwellenwert der maximalen Versetzung von Schwingungen zum Bestimmen des Auftretens einer Vorzündung niedrig gewählt. Dies spiegelt den folgenden Umstand wider: Je höher die Frequenz wird, desto kleiner wird die Versetzung der mechanischen Schwingungen.
  • Darüber hinaus wird der Referenzzeitpunkt des Detektionszeitpunktes von Schwingungen zum Bestimmen des Auftretens einer Vorzündung als derjenige Zeitpunkt gewählt, der um etwa 20 (Grad) von dem Zündzeitpunkt eines jeden Zylinders 21 verzögert ist. Dieser Referenzzeitpunkt ist unabhängig von der Schwingungsfrequenz oder der Motorgeschwindigkeit konstant.
  • Kraftstoffeinspritzzeitpu nkt
  • Als Nächstes wird anhand 6 die Steuerung bzw. Regelung zum Kraftstoffeinspritzzeitpunkt durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors 20 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 6 ist ein Taktungsdiagramm zur Darstellung von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors 20 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die horizontale Achse in 6 Kurbelwinkel vor dem verdichtungseigenen oberen Totpunkt (Grad vor dem oberen Totpunkt, nachstehend „Grad BTDC“) bezeichnet. Darüber hinaus bezeichnen die Zahlen auf dem die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte zeigenden Balken die Kraftstoffeinspritzmenge zu jedem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, wenn eine gesamte Kraftstoffeinspritzsteuermenge in einem Zyklus etwa 10 ist.
  • Wie in 6 gezeigt ist, wird, wenn der Betriebszustand des Motors 20 in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, der Zylinderinnendruck oder die Zylindertemperatur hoch sind und der Betriebszustand derjenige Zustand ist, in dem eine Vorzündung leicht auftritt, zum Zwecke der Unterdrückung einer Vorzündung die Kraftstoffeinspritzung in einem Zyklus in zwei oder drei Unterteilungsteilen durchgeführt. Insbesondere wenn die Kraftstoffeinspritzung in zwei Teile unterteilt ist, wird der Kraftstoff durch den Einspritzer 28 zu zwei Unterteilungszeitpunkten eingespritzt, nämlich in der frühen Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 21, insbesondere zu einem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt mit Wahl in der Umgebung von 300 (Grad BTDC) und während des Verdichtungshubes des Zylinders 21, insbesondere zum Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt mit Wahl in der Umgebung von 120 (Grad BTDC). Insbesondere ist der der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt derjenige Zeitpunkt, zu dem Kraftstoff von dem Einspritzer 28 hin zum Wirbelzentrum der Tumble-Strömung in dem Zylinder 21 eingespritzt wird. Insbesondere erfolgt die Wahl zu dem Zeitpunkt, zu dem die Zone, die eine ausgedehnte Einspritzzone von Kraftstoff ist, der unter einem vorbestimmten Spreizwinkel β von dem Einspritzer 28 eingespritzt wird, weiter oben als die ebene Oberfläche gelegen ist, die den gegeneinspritzerseitigen Schräglauf 54 der Kolbenkronenoberfläche 50 an der Zentralachsenlinie der Brennkammer 16 beinhaltet. Das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmenge zu jedem Einspritzzeitpunkt ist, wenn die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zyklus gleich etwa 10 ist: der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt : Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt = etwa 6:4. Wenn darüber hinaus die Kraftstoffeinspritzung in drei Teile unterteilt wird, wird der Kraftstoff von dem Einspritzer 28 zu drei Unterteilungseinspritzzeitpunkten eingespritzt, nämlich in der frühen Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 21, insbesondere zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 300 (Grad BTDC) gewählt ist, in der letzteren Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 21, insbesondere zu dem der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 260 (Grad BTDC) gewählt ist, und während des Verdichtungshubes des Zylinders 21, insbesondere zu dem Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 120 (Grad BTDC) gewählt ist. Das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmenge zu jedem Einspritzzeitpunkt ist, wenn die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zyklus gleich etwa 10 ist: der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt : der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt : Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt = etwa 4:3:3. Darüber hinaus wird beispielsweise die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zyklus in einem mageren Zustand gewählt, in dem das Luft-Kraftstoff-Gemisch insgesamt dünner (magerer) als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Es muss sich jedoch nicht zwangsweise um den mageren Zustand handeln.
  • Wenn darüber hinaus der Betriebszustand des Motors 20 vergleichsweise außerhalb des hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereiches und zudem derjenige Betriebszustand ist, in dem die Vorzündung nicht leicht auftritt, spritzt die ECU 44 den Kraftstoff in einer Charge von dem Einspritzer 28 während des Einlasshubes des Zylinders 21 ein, und zwar insbesondere zu dem Einlasshubeinspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 280 (Grad BTDC) gewählt ist. Dies bedeutet, dass dann, wenn der Betriebszustand des Motors 20 derjenige Betriebszustand ist, in dem die Vorzündung nicht leicht auftritt, durch Einspritzen von Kraftstoff in einer Charge zum Einlasshubeinspritzzeitpunkt und gleichmäßiges Verteilen des Kraftstoffes in der Brennkammer 16 während einer Beschleunigung der Verdampfung des Kraftstoffes das Emissionsverhalten verbessert wird.
  • Unterdrückungsdetektionsvermeidungssteuerung bzw. Regelung einer Vorzündung
  • Als Nächstes wird anhand 7 bis 11 die Unterdrückungsdetektionsvermeidungssteuerung bzw. Regelung einer Vorzündung, die von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors 20 entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm einer Unterdrückungsdetektionsvermeidungssteuerung bzw. Regelung, die von der Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors 20 entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Die in 7 gezeigten Prozesse werden von der ECU 44 wiederholt in einem vorbestimmten Zyklus während der Fahrt des Fahrzeuges durchgeführt. Darüber hinaus sind 8 bis 10 Schnittansichten zur Darstellung desjenigen Zustandes in der Brennkammer 16, in dem der Betriebszustand des Motors 20 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, 8 zeigt denjenigen Zustand in der Brennkammer 16, in dem Kraftstoff in der frühen Hälfte des Einlasshubes eingespritzt wird, 9 zeigt denjenigen Zustand in der Brennkammer 16, in dem Kraftstoff in der letzteren Hälfte des Einlasshubes eingespritzt wird, und 10 zeigt den denjenigen Zustand in der Brennkammer 16, nachdem Kraftstoff im Verdichtungshub eingespritzt wird.
  • Darüber hinaus ist 11 ein Taktungsdiagramm zur Darstellung von Steuer-bzw. Regelzeitpunkten von Kraftstoffeinspritzmengen und dem Schließzeitpunkt des Einlassventils durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei (a) den Detektionswert („1“ bedeutet Detektion) einer Vorzündung darstellt, (b) den Schließzeitpunkt (Grad BTDC) des Einlassventils 25 darstellt, (c) den Anpassungskoeffizienten der Kraftstoffeinspritzmenge darstellt, und (d) ein erzeugtes Drehmoment (Nm) des Motors darstellt.
  • Wie in 7 gezeigt ist, ermittelt, sobald die Unterdrückungsdetektionsvermeidungssteuerung bzw. Regelung der Vorzündung beginnt, zunächst in Schritt S1 die ECU 44 den Betriebszustand des Motors 20 auf Grundlage der Detektionssignale, die von verschiedenen Sensoren eingegeben werden. Die ECU 44 ermittelt beispielsweise den Betriebszustand des Motors 20 auf Grundlage des Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnungsgrades aus der Eingabe von dem Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnungsgradsensor oder des Kurbelwinkels aus der Eingabe von dem Kurbelwinkelsensor 70.
  • Als Nächstes wählt in Schritt S2 die ECU 44 den Schwellenwert (erster Schwellenwert) der Schwingungsversetzung zum Bestimmen des Auftretens einer Vorzündung auf Grundlage des ermittelten Betriebszustandes des Motors 20 in Schritt S1.
  • Insbesondere greift die ECU 44 auf einen Abbilder (map) zurück, wie er beispielhalber in 5 dargestellt ist, und wählt den ersten Schwellenwert entsprechend der ermittelten Motorgeschwindigkeit in Schritt S1.
  • Darüber hinaus wählt die ECU 44 einen Schwellenwert (zweiter Schwellenwert) der Schwingungsversetzung zum Bestimmen des Auftretens eines Klopfens. Der zweite Schwellenwert ist kleiner als der erste Schwellenwert gewählt.
  • Als Nächstes bestimmt in Schritt S3 die ECU 44, ob der in Schritt S1 ermittelte Betriebszustand des Motors 20 der hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisende Bereich außerhalb des gesamten Betriebsbereiches ist. Als Ergebnis dessen wählt, wenn der Betriebszustand des Motors 20 der hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisende Bereich ist, beim Übergang zu Schritt S4 die ECU 44 eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten, die den der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, der in der frühen Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 21 gewählt ist.
  • Wenn beispielsweise bestimmt wird, dass ein notwendiges Einspritzintervall für den Betrieb des Einspritzers 28 sichergestellt werden kann, obwohl die Kraftstoffeinspritzung in einem Zyklus in drei Teile auf Grundlage der Motorgeschwindigkeit oder der Temperatur des Motorkühlmittels gemäß Ermittlung in Schritt S1, wie in 6 gezeigt ist, unterteilt worden ist, wählt die ECU 44 drei Zeitpunkte als Kraftstoffeinspritzzeitpunkte aus, nämlich die frühe Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 21, insbesondere den der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 300 (Grad BTDC) gewählt ist, die letztere Hälfte des Einlasshubes, insbesondere den der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 260 (Grad BTDC) gewählt ist, und während des Verdichtungshubes des Zylinders 21, insbesondere den Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 120 (Grad BTDC) gewählt ist. Demgegenüber wählt auf Grundlage der Motorgeschwindigkeit oder der Temperatur des Motorkühlmittels aus der Ermittlung in Schritt S1 bei einer Bestimmung, dass das notwendige Einspritzintervall für den Betrieb des Einspritzers 28 nicht sichergestellt werden kann, wenn die Kraftstoffeinspritzung in einem Zyklus in drei Teile unterteilt ist, wie in 6 gezeigt ist, die ECU 44 zwei Zeitpunkte als Kraftstoffeinspritzzeitpunkte aus, nämlich die frühe Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 21, insbesondere den der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 300 (Grad BTDC) gewählt ist, und während des Verdichtungshubes des Zylinders 21, insbesondere den Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 120 (Grad BTDC) gewählt ist.
  • Nachstehend wird anhand 8 bis 10 derjenige Zustand in der Brennkammer 16 beschrieben, in dem die Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors 20 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt steuert bzw. regelt. 8 bis 10 sind Schnittansichten zur Darstellung des Zustandes in der Brennkammer 16, in dem der Betriebszustand des Motors 20 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, 8 zeigt den Zustand in der Brennkammer 16, in dem Kraftstoff zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, 9 zeigt den Zustand in der Brennkammer 16, in dem der Kraftstoff zu dem der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, und 10 zeigt den Zustand in der Brennkammer 16, in dem Kraftstoff zu dem Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt eingespritzt wird.
  • Zunächst wird zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, wie in 8 gezeigt ist, eine Tumble-Strömung T (Längswirbelströmung) von der Einlassluft erzeugt, die in die Brennkammer 16 von dem Einlassport 18 entsprechend einer Öffnung des Einlassventils 25 und einem Absinken des Kolbens 14 strömt. Die ECU 44 steuert bzw. regelt den Einspritzer 28 und das Kraftstoffzuleitungssystem 42 und spritzt den Kraftstoff von dem Einspritzer 28 zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt ein, woraufhin der Kraftstoff, der von dem Einspritzer 28 eingespritzt worden ist, hin zum Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T weiter nach oben als der untere Teil der Tumble-Strömung T mit Strömung schräg nach oben hin zu der dem Einspritzer 28 zu eigenen Seite entlang dem gegeneinspritzerseitigen Schräglauf 54 der Kolbenkronenoberfläche 50 eingespritzt wird. Da in diesem Fall die Durchdringungskraft in Einspritzrichtung des eingespritzten Kraftstoffes durch die kinetische Energie der Tumble-Strömung T, die in einer Richtung senkrecht zur Kraftstoffeinspritzrichtung strömt, verringert wird, durchdringt der Kraftstoff die Tumble-Strömung T nicht vollständig, und es wird die Kraftstoffanhaftung an einer Wandoberfläche der Brennkammer 16 verringert.
  • Als Nächstes dehnt sich zu dem der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, wie in 9 gezeigt ist, die Tumble-Strömung T, die in der frühen Hälfte des Einlasshubes erzeugt worden ist, in vertikaler Richtung beim Absinken des Kolbens 14 aus. Zu diesem Zeitpunkt steuert bzw. regelt die ECU 44 den Einspritzer 28 und das Kraftstoffzuleitungssystem 42 und spritzt den Kraftstoff von dem Einspritzer 28 derart ein, dass der Kraftstoff hin zu der Umgebung eines oberen Endes der Tumble-Strömung T eingespritzt wird. In dieser Umgebung des oberen Endes der Tumble-Strömung T strömt die Tumble-Strömung T in einer Richtung von dem Einlassport 18 hin zu dem Auslassport 19, das heißt in einer Richtung weg von dem Einspritzer 28. Entsprechend wird von dem Einspritzer 28 eingespritzter Kraftstoff in derselben Richtung wie die Strömungsrichtung in der Umgebung des oberen Endes der Tumble-Strömung T eingespritzt und strömt mit der Tumble-Strömung T spiralartig in der Brennkammer 16, sodass die Kraftstoffanhaftung an der Wandoberfläche verringert wird.
  • Darüber hinaus strömt zu dem Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt, wie in 10 gezeigt ist, die Tumble-Strömung T, die in dem Einlasshub erzeugt wird, spiralartig zwischen der Decke 26 der Brennkammer 16 und der Kolbenkronenoberfläche 50 bei gleichzeitiger Verdichtung in vertikaler Richtung beim Ansteigen des Kolbens 14. Daher steuert bzw. regelt die ECU 44 den Einspritzer 28 und das Kraftstoffzuleitungssystem 42 und spritzt den Kraftstoff von dem Einspritzer 28 zu dem Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt ein. Der Kraftstoff wird von dem Einspritzer 28 hin zum Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T weiter nach oben als der untere Teil der Tumble-Strömung T mit Strömung schräg nach oben hin zu der dem Einspritzer 28 zu eigenen Seite entlang dem gegeneinspritzerseitigen Schräglauf 54 der Kolbenkronenoberfläche 50 eingespritzt. Da in diesem Fall die Durchdringungskraft in Einspritzrichtung des eingespritzten Kraftstoffes durch die kinetische Energie der Tumble-Strömung T, die in einer Richtung senkrecht zur Kraftstoffeinspritzrichtung strömt, verringert wird, durchdringt der Kraftstoff die Tumble-Strömung T nicht vollständig, und die Kraftstoffanhaftung an der Wandoberfläche der Brennkammer 16 wird verringert.
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, erfolgt, wenn die Kraftstoffeinspritzung in drei Teile unterteilt ist, während die ECU 44 den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in die drei Zeitpunkte des der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes, des der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes und des Verdichtungshubeinspritzzeitpunktes unterteilt, die Einspritzung des Kraftstoffes von dem Einspritzer 28 derart, dass das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmenge zu jedem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt folgendermaßen aussieht: der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt : der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt : Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt = etwa 4:3:3. Damit wird durch Unterteilen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes in die drei Zeitpunkte des der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes, des der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes und des Verdichtungshubeinspritzzeitpunktes im Vergleich zu einer Chargeneinspritzung die Kraftstoffeinspritzmenge eines jeden Einspritzzeitpunktes unterdrückt, es wird die Durchdringungskraft in Kraftstoffeinspritzrichtung verringert, und es wird die Kraftstoffanhaftung an der Kolbenkronenoberfläche 50 oder der Wandoberfläche der Brennkammer 16 verringert. Darüber hinaus kann durch Unterteilen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes in die drei Zeitpunkte, wie vorstehend beschrieben worden ist, Kraftstoff zu dem Zeitpunkt eingespritzt werden, zu dem die Kraftstoffanhaftung an der Kolbenkronenoberfläche 50 oder der Wandoberfläche der Brennkammer 16 verringert wird. Insbesondere im Zusammenhang mit der Kraftstoffeinspritzung zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt wird durch Einspritzung des Kraftstoffes hin zum Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T die Durchdringungskraft in Einspritzrichtung des eingespritzten Kraftstoffes durch die kinetische Energie der Tumble-Strömung T verringert, und es wird die Kraftstoffanhaftung an der Wandoberfläche der Brennkammer 16 effektiv verringert. Darüber hinaus wird mittels Durchführen der Kraftstoffeinspritzung im Verdichtungshub das Innere der Brennkammer 16 durch die latente Verdampfungswärme des Kraftstoffes gekühlt, und es entsteht ein Zustand, in dem die Vorzündung nicht leicht auftritt.
  • Darüber hinaus ergibt sich auch dann, wenn die Kraftstoffeinspritzung in die zwei Teile des der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes und des Verdichtungshubeinspritzzeitpunktes unterteilt ist, wie bei der in drei Teile unterteilten Kraftstoffeinspritzung, im Inneren der Brennkammer 16, während die Kraftstoffanhaftung an der Kolbenkronenoberfläche 50 oder der Wandoberfläche der Brennkammer 16 verringert wird, ein Zustand, in dem die Vorzündung durch die Kraftstoffeinspritzung zum Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt nicht leicht auftritt.
  • Wie wiederum in dem Flussdiagramm von 7 gezeigt ist, wählt in S3, wenn der Betriebszustand des Motors 20 außerhalb des hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereiches ist, beim Übergang zu Schritt S5, wie in 6 gezeigt ist, die ECU 44 den Zeitpunkt während des Einlasshubes des Zylinders 21, insbesondere den Einlasshubeinspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 280 (Grad BTDC) gewählt ist, als Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, zu dem der Kraftstoff in einer Charge von dem Einspritzer 28 eingespritzt werden soll.
  • Nach Schritt S4 oder S5 bestimmt die ECU 44 beim Übergang zu Schritt S6, ob eine Vorzündung aufgetreten ist, auf Grundlage der Detektionssignale aus der Eingabe von dem Schwingungssensor 74 und des in Schritt S2 eingestellten Schwellenwertes. Insbesondere bestimmt die ECU 44, dass eine Vorzündung aufgetreten ist, wenn die Schwingungsversetzung des Motors 20 bei einer Frequenz von etwa 7 kHz oder etwa 13 kHz größer oder gleich dem ersten Schwellenwert ist (der Wert der Detektionssignale ist bei der vorliegenden Ausführungsform größer oder gleich etwa 100), oder auch dann, wenn der Zeitpunkt, zu dem die Schwingungsversetzung größer oder gleich dem ersten Schwellenwert wird, früher als der vorbestimmte Referenzzeitpunkt ist (Zeitpunkt, der bei der vorliegenden Ausführungsform um etwa 20 (Grad) von dem Zündzeitpunkt des Zylinders 21 verzögert ist).
  • Im Ergebnis verzögert, wenn bestimmt wird, dass eine Vorzündung aufgetreten ist, die ECU 44 beim Übergang zu Schritt S7 die Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils 25 zu dem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später mittels des Ventilbetriebsmechanismus 41.
  • Als Nächstes erhöht in Schritt S8 die ECU 44 die Kraftstoffeinspritzmenge des Einspritzers 28 zu jedem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt um etwa 20%.
  • Anschließend erhält in Schritt S9 die ECU 44 die Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils 25, die in Schritt S7 verzögert worden ist, und die Kraftstoffeinspritzmenge, die in Schritt S8 erhöht worden ist, so lange aufrecht, bis die Anzahl von Zündungen nach dem Detektieren des Auftretens einer Vorzündung in S6 gleich 12 ist.
  • Dann, wenn nach dem Detektieren des Auftretens einer Vorzündung in Schritt S6 die Anzahl der Zündungen 12 erreicht, kehrt (reverts) die ECU 44 beim Übergang zu Schritt S10 die Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils 25, die in Schritt S7 verzögert worden ist, und die Kraftstoffeinspritzmenge, die in Schritt S8 erhöht worden ist, um. Sodann beendet die ECU 44 den Prozess.
  • Insbesondere gibt, wie in 11 gezeigt ist, bei Detektion des Auftretens einer Vorzündung in Schritt S6 (Zeit t0 in 11) die ECU 44 in Schritt S7 eine Anweisung an den Ventilbetriebsmechanismus 41 (durchgezogene Linie in 11 bei (b)) aus, um die Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils 25 zu dem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später (etwa 170 (Grad BTDC) in 11) zu verzögern. Der Ventilbetriebsmechanismus 41 betreibt die WT des Einlassventils 25 entsprechend der Anweisung der ECU 44 und verzögert die Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils 25 zu dem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später (gestrichelte Linie in 11 bei (b)). Daher wird das effektive Verdichtungsverhältnis verringert, und es wird die Temperatur in der Brennkammer 16 zum Zeitpunkt der Verdichtung verringert, sodass das Auftreten einer Vorzündung unterdrückt wird.
  • Darüber hinaus erhöht die ECU 44 in Schritt S8 die Kraftstoffeinspritzmenge des Einspritzers 28 zu jedem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt um etwa 20% (11 bei (c)) und unterdrückt das Auftreten einer Vorzündung mittels innerhalb der Brennkammer 16 erfolgenden Kühlens durch die latente Verdampfungswärme des Kraftstoffes.
  • Obwohl des Weiteren das effektive Verdichtungsverhältnis durch Verzögern der Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils 25 zu dem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später gemäß Figur S7 verringert worden ist, kann, wie in 11 bei (d) gezeigt ist, ein Drehmoment, das von dem Motor 20 erzeugt wird, durch Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge in Schritt S8 im Wesentlichen konstant gehalten werden.
  • Darüber hinaus behält die ECU 44 die Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils 25, die in Schritt S7 verzögert worden ist, und die Kraftstoffeinspritzmenge, die in Schritt S8 erhöht worden ist, bei, bis die Anzahl von Zündungen nach dem Detektieren des Auftretens einer Vorzündung zur Zeit t0 die Zahl 12 zur Zeit t1 erreicht, sodass das Innere der Brennkammer 16 ausreichend gekühlt wird, wobei durch Unterdrücken des Auftretens einer Vorzündung während einer ausreichenden Zeitspanne, bis die Ursache der Vorzündung, so beispielsweise anhaftender Kraftstoff oder Rauch, vollständig abgespült sind, die ECU 44 ein erneutes Auftreten einer Vorzündung infolge der hohen Temperatur in der Brennkammer 16 oder der restlichen Zündquellen, so beispielsweise des anhaftenden Kraftstoffes oder Rauches, wenn die Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils 25 und die Kraftstoffeinspritzmenge umgekehrt sind, unterdrücken kann.
  • Demgegenüber bestimmt in Schritt S6 beim Bestimmen, dass keine Vorzündung auftritt, beim Übergang zu Schritt S11, die ECU 44, ob eine Vorzündung aufgetreten ist, auf Grundlage der Detektionssignale aus der Eingabe von dem Schwingungssensor 74 und des in Schritt S2 gewählten Schwellenwertes. Insbesondere auf Grundlage der Detektionssignale aus der Eingabe von dem Schwingungssensor 74 bestimmt die ECU 44, dass ein Klopfen aufgetreten ist, wenn die Schwingungsversetzung des Motors 20 bei einer Frequenz von 7 kHz oder 13 kHz größer oder gleich dem zweiten Schwellenwert und kleiner als der erste Schwellenwert ist, oder dann, wenn der Zeitpunkt, zu dem die Schwingungsversetzung des Motors 20 bei der Frequenz von etwa 7 kHz oder etwa 13 kHz größer oder gleich dem ersten Schwellenwert wird und zudem die Schwingungsversetzung größer oder gleich dem ersten Schwellenwert ist, gleich dem vorbestimmten Referenzzeitpunkt oder später ist.
  • Als Ergebnis dessen verzögert beim Bestimmen, dass ein Klopfen aufgetreten ist, die ECU 44 beim Übergang zu Schritt S12 den Zündzeitpunkt um die vorbestimmte Menge und unterdrückt das Auftreten eines Klopfens.
  • In Schritt S11 beendet die ECU 44 beim Bestimmen, dass kein Klopfen aufgetreten ist, oder nach Schritt S12 den Prozess.
  • Als Nächstes werden anhand 12 die Vorzündungsdetektion und die Vermeidungssteuerung bzw. Regelung mit Durchführung durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors 20 entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 12 ist ein Flussdiagramm der Unterdrückungsdetektionsvermeidungssteuerung bzw. Regelung mit Durchführung durch die Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors 20 entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 12 gezeigten Prozesse werden von der ECU 44 in einem vorbestimmten Zyklus während der Fahrt des Fahrzeuges wiederholt durchgeführt. Da zudem jeder Prozess der Schritte S21, S22 sowie S25 bis S30 bei der Steuerung bzw. Regelung von 12 der gleiche wie jeder Prozess der Schritte S1, S2 sowie S7 bis S12 bei der anhand 7 erläuterten Steuerung ist, entfällt eine wiederholte Beschreibung hiervon.
  • Bei der Vorzündungsdetektion und der Vermeidungssteuerung bzw. Regelung entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Darstellung in 12 wird in einem Zustand, in dem keine Vorzündung auftritt, die unterteilte Einspritzung nicht durchgeführt, wohingegen beim Detektieren des Auftretens einer Vorzündung die unterteilte Einspritzung durchgeführt wird.
  • Daher bestimmt nach dem Wählen des Schwellenwertes (erster Schwellenwert) der Schwingungsversetzung zum Bestimmen des Auftretens einer Vorzündung und des Schwellenwertes (zweiter Schwellenwert) der Schwingungsversetzung zum Bestimmen des Auftretens eines Klopfens in Schritt S22 die ECU 44 in Schritt S23, ob eine Vorzündung aufgetreten ist, auf Grundlage der Detektionssignale aus der Eingabe von dem Schwingungssensor 74 und der in Schritt S22 gewählten Schwellenwerte. Insbesondere bestimmt auf Grundlage der Detektionssignale aus der Eingabe von dem Schwingungssensor 74 die ECU 44, dass eine Vorzündung aufgetreten ist, wenn die Schwingungsversetzung des Motors 20 bei einer Frequenz von etwa 7 kHz oder etwa 13 kHz größer oder gleich dem ersten Schwellenwert ist (der Wert der Detektionssignale ist bei der vorliegenden Ausführungsform größer oder gleich etwa 100) oder wenn der Zeitpunkt, zu dem die Schwingungsversetzung größer oder gleich dem ersten Schwellenwert wird, früher als der vorbestimmte Referenzzeitpunkt ist (der Zeitpunkt, der bei der vorliegenden Ausführungsform um etwa 20 (Grad) von dem Zündzeitpunkt des Zylinders 21 verzögert ist).
  • Als Ergebnis dessen wählt beim Bestimmen, dass eine Vorzündung aufgetreten ist, die ECU 44 beim Übergang zu Schritt S24 eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten, die den der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, der in der frühen Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 21 gewählt ist. Bei einer beispielsweise erfolgenden Bestimmung, dass das notwendige Einspritzintervall für den Betrieb des Einspritzers 28 sichergestellt werden kann, obwohl die Unterteilung der Kraftstoffeinspritzung in einem Zyklus in drei Teile aufgrund der Motorgeschwindigkeit oder der Temperatur des Motorkühlmittels gemäß Ermittlung in Schritt S21 erfolgt ist, wie in 6 gezeigt ist, wählt die ECU 44 drei Zeitpunkte als Kraftstoffeinspritzzeitpunkte, nämlich die frühe Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 21, insbesondere den der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 300 (Grad BTDC) gewählt ist, die letzere Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 21, insbesondere den der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 260 (Grad BTDC) gewählt ist, sowie während des Verdichtungshubes des Zylinders 21, insbesondere den Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 120 (Grad BTDC) gewählt ist. Demgegenüber wählt auf Grundlage der Motorgeschwindigkeit oder der Temperatur des Motorkühlmittels aus der Ermittlung in Schritt S21 bei einer Bestimmung, dass das notwendige Einspritzintervall für den Betrieb des Einspritzers 28 nicht sichergestellt werden kann, wenn eine Unterteilung der Kraftstoffeinspritzung in einem Zyklus in drei Teile erfolgt ist, wie in 6 gezeigt ist, die ECU 44 zwei Zeitpunkte als Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, nämlich die frühe Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 21, insbesondere den der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 300 (Grad BTDC) gewählt ist, und während des Verdichtungshubes des Zylinders 21, insbesondere den Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt, der in der Umgebung von 120 (Grad BTDC) gewählt ist.
  • Als Nächstes werden weitere Abwandlungen entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Zunächst kann bei der vorbeschriebenen Ausführungsform, obwohl diese derart beschrieben worden ist, dass zwei unabhängige Einlassports 18 und zwei Auslassports 19 für jeden Zylinder 21 ausgebildet sind, auch eine andere Zahl von Einlassports 18 und Auslassports 19 ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus kann bei der vorbeschriebenen Ausführungsform, obwohl beschrieben worden ist, dass die ECU 44 den Betriebszustand des Motors 20 aufgrund des Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnungsgrades aus der Eingabe von dem Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnungsgradsensor oder des Kurbelwinkels aus der Eingabe von dem Kurbelwinkelsensor 70 wählt, der Betriebszustand des Motors 20 auch unter Verwendung der Detektionssignale aus der Eingabe von anderen Sensoren gewählt werden.
  • Zudem kann bei der vorbeschriebenen Ausführungsform, obwohl beschrieben worden ist, dass die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zyklus in einem mageren Zustand gewählt ist, in dem das Luft-Kraftstoff-Gemisch dünner (magerer) als das theoretische Luft-Kraftstoff-Gemisch ist, die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge auch in einem Zustand gewählt werden, in dem das Luft-Kraftstoff-Gemisch gleich etwa dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Des Weiteren kann bei der vorbeschriebenen Ausführungsform, obwohl beschrieben worden ist, dass das Bestimmen, ob eine Vorzündung erfolgt ist, auf Grundlage der Detektionssignale aus der Eingabe von dem Schwingungssensor 74 erfolgt, das Bestimmen, ob eine Vorzündung aufgetreten ist, auch durch Bestimmen des Verbrennungszustandes mittels Messen eines Ionenstromes in der Brennkammer 16 mit einem lonensensor (nicht gezeigt) erfolgen.
  • Als Nächstes werden Reaktionseffekte der Steuer- bzw. Regelvorrichtung des Motors 20 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie einer Abwandlung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • Zunächst wird die Tumble-Strömung T in der Brennkammer 16 durch den Einlassport 18 erzeugt, wenn der Betriebszustand des Motors 20 in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist und eine Vorzündung leicht auftritt, wobei die ECU 44 den Kraftstoff von dem Einspritzer 28 zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten einspritzt, die den die frühe Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt des Zylinders 21 beinhalten, sodass im Vergleich zu einer Chargenkraftstoffeinspritzung von dem Einspritzer 28 die Kraftstoffeinspritzmenge eines jeden Einspritzzeitpunktes unterdrückt wird, wobei die Durchdringungskraft in Kraftstoffeinspritzrichtung verringert wird und auch die Kraftstoffanhaftung an dem Kolben 14 oder der Wandoberfläche der Brennkammer 16 verringert werden kann. Da zudem der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in eine Mehrzahl von Zeitpunkten unterteilt ist, kann der Kraftstoff zu dem Zeitpunkt eingespritzt werden, zu dem die Kraftstoffanhaftung an dem Kolben 14 oder der Wandoberfläche der Brennkammer 16 verringert werden kann. Insbesondere kann der Kraftstoff dadurch hin zur Tumble-Strömung T eingespritzt werden, dass der Kraftstoff zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, sodass die Durchdringungskraft in Einspritzrichtung des eingespritzten Kraftstoffes durch die kinetische Energie der Tumble-Strömung T verringert wird und auch die Kraftstoffanhaftung an der Wandoberfläche der Brennkammer 16 effektiv verringert werden kann. Hierdurch kann die Kraftstoffanhaftung, die zu einer Zündquelle wird, um die Vorzündung zu beschleunigen, sicher verringert werden, und es kann die Vorzündung sicher unterdrückt und vermieden werden.
  • Da zudem Kraftstoff von dem Einspritzer 28 zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten eingespritzt wird, die den Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt beinhalten, zu dem eine Vorzündung leicht auftritt, kann das Innere der Brennkammer 16 mit der latenten Verdampfungswärme des Kraftstoffes mittels Einspritzung des Kraftstoffes im Verdichtungshub gekühlt werden, wodurch es möglich wird, den Zustand, in dem die Vorzündung weniger leicht auftritt, zu erhalten.
  • Des Weiteren wird, wenn die Vorzündung leicht auftritt, da der Kraftstoff von dem Einspritzer 28 zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten eingespritzt wird, die den der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, Kraftstoff zu dem Zeitpunkt eingespritzt, zu dem die Tumble-Strömung T, die in der frühen Hälfte des Einlasshubes erzeugt wird, sich in vertikaler Richtung beim Absteigen des Kolben 14 ausdehnt, wobei die Kraftstoffanhaftung an der Wandoberfläche der Brennkammer 16 dadurch verringert werden kann, dass der Kraftstoff spiralartig in der Brennkammer 16 durch Fortsetzung der Tumble-Strömung T strömt, wodurch es wiederum möglich wird, einen Zustand, in dem die Vorzündung weniger leicht auftritt, zu erhalten.
  • Darüber hinaus wird durch Einspritzung des Kraftstoffes von dem Einspritzer 28 hin zum Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T die Durchdringungskraft in Einspritzrichtung des eingespritzten Kraftstoffes sicher durch die kinetische Energie der Tumble-Strömung T verringert, wobei die Kraftstoffanhaftung an der Wand der Brennkammer 16 effektiv verringert und die Vorzündung sicher unterdrückt und vermieden werden kann.
  • Da des Weiteren der von dem Einspritzer 28 eingespritzte Kraftstoff hin zum Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T über einem unteren Teil der Tumble-Strömung T mit Strömung schräg nach oben hin zu der dem Einspritzer 28 zu eigenen Seite entlang dem gegeneinspritzerseitigen Schräglauf 54 der Kolbenkronenoberfläche 50 eingespritzt wird, kann der Kraftstoff sicher hin zum Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T eingespritzt werden, sodass die Durchdringungskraft in Einspritzrichtung des eingespritzten Kraftstoffes sicher durch die kinetische Energie der Tumble-Strömung T verringert wird, wobei die Kraftstoffanhaftung an der Wandoberfläche der Brennkammer 16 effektiv verringert werden kann.
  • Darüber hinaus wird beim Detektieren einer Vorzündung, während das Innere der Brennkammer 16 von der latenten Verdampfungswärme des (der Menge nach) erhöhten Kraftstoffes mittels Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge des Einspritzers 28 gekühlt wird, die Temperatur in der Brennkammer 16 zur Zeit der Verdichtung dadurch verringert, dass der Schließzeitpunkt des Einlassventils 25 zu dem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später verzögert wird und das effektive Verdichtungsverhältnis verringert wird, sodass eine Vorzündung effektiv vermieden werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann durch Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge bei gleichzeitiger Verzögerung der Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils 28 zu dem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später eine Abnahme des erzeugten Drehmomentes durch Verringern des effektiven Verdichtungsverhältnisses durch eine Erhöhung des erzeugten Drehmomentes mittels Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge versetzt werden, wobei das Drehmoment, das von dem Motor 20 erzeugt wird, im Wesentlichen konstant erhalten bleiben kann.
  • Darüber hinaus wird nach dem Detektieren einer Vorzündung während einer ausreichenden Zeitspanne, bis die vorbestimmte Anzahl von Zündungen durchgeführt ist, das Innere der Brennkammer 16 ausreichend gekühlt, wobei der anhaftende Kraftstoff oder Rauch, der eine Vorzündung auslöst, vollständig vom Inneren der Brennkammer 16 abgespült wird, der Einspritzer 28 die erhöhte Kraftstoffeinspritzmenge beibehält und der Ventilbetriebsmechanismus 41 den Schließzeitpunkt des verzögerten Einlassventils 25 beibehält, sodass das Auftreten einer Vorzündung unterdrückt wird. Wenn die Phase des Schließzeitpunktes des Einlassventils 25 und die Kraftstoffeinspritzmenge umgekehrt (reverted) werden, kann eine stärkere Vorzündung als Folge eines kontinuierlichen Auftretens der Vorzündung durch eine hohe Temperatur in der Brennkammer 16 oder die übrigen Zündquellen, so beispielsweise anhaftenden Kraftstoff oder Rauch, sicher verhindert werden.
  • Wenn darüber hinaus der Betriebszustand des Motors 20 in dem eine hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist und wenn eine Vorzündung leicht auftritt, wird Kraftstoff von dem Einspritzer 28 zu mehr Einspritzzeitpunkten als dann eingespritzt, wenn der Betriebszustand des Motors außerhalb des hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereiches ist und eine Vorzündung nicht leicht auftritt, sodass im Vergleich zu einem Fall, in dem der Betriebszustand des Motors 20 in dem Zustand ist, in dem eine Vorzündung nicht leicht auftritt, während die Durchdringungskraft in Kraftstoffeinspritzrichtung dadurch verringert wird, dass die Kraftstoffeinspritzmenge eines jeden Einspritzzeitpunktes unterdrückt wird und die Kraftstoffanhaftung an dem Kolben 14 oder der Wandoberfläche der Brennkammer 16 verringert werden kann, Kraftstoff zu dem Zeitpunkt eingespritzt werden kann, zu dem die Kraftstoffanhaftung an dem Kolben 14 oder der Brennkammer 16 verringert ist.
  • Es sollte einsichtig sein, dass die vorgestellten Ausführungsformen rein illustrativ und nicht beschränkend sind, da der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 4
    Turbosuperlader
    10
    Einlassdurchlass
    11
    Drosselventil
    12
    Kurbelwelle
    14
    Kolben
    16
    Brennkammer
    18
    Einlassport
    19
    Auslassport
    20
    Motor
    21
    Zylinder
    22
    Zylinderblock
    23
    Zylinderkopf
    24
    Verbindungsstange
    25
    Einlassventil
    26
    Decke
    27
    Auslassventil
    28
    Einspritzer
    30
    Auslassdurchlass
    39
    Zündkerze
    40
    Zündschaltung
    41
    Ventilbetriebsmechanismus
    42
    Kraftstoffzuleitungssystem
    44
    ECU
    50
    Kolbenkronenoberfläche
    52
    einspritzerseitiger Schräglauf
    54
    gegeneinspritzerseitiger Schräglauf
    70
    Kurbelwinkelsensor
    72
    Wassertemperatursensor
    74
    Schwingungssensor
    100
    Motorsystem
    T
    Tumble-Strömung

Claims (13)

  1. Innenverbrennungsmotor umfassend: ein Kraftstoffeinspritzventil (28) zum direkten Einspritzen des Kraftstoffes in die Brennkammer (16), ein Tumble-Strömungserzeugungsmittel zum Erzeugen einer Tumble-Strömung in der Brennkammer (16); ein Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) zum Einspritzen des Kraftstoffes von dem Kraftstoffeinspritzventil (28) zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten, die einen der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, der in einer frühen Hälfte eines Einlasshubes des Zylinders gewählt ist, wenn ein Betriebszustand des Motors in einem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, ein Vorzündungsdetektionsmittel (74) zum Detektieren eines Auftretens einer Vorzündung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch spontan vor einem Zündzeitpunkt des Zylinders (21) zündet; und einen Variabelventiltaktungsmechanismus zum Ändern einer Ventiltaktung eines Einlassventils (25) des Motors, wobei dann, wenn eine Vorzündung von dem Vorzündungsdetektionsmittel (74) detektiert wird, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) die Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils (28) erhöht und der Variabelventiltaktungsmechanismus einen Schließzeitpunkt des Einlassventils (25) zu einem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später verzögert.
  2. Motor nach Anspruch 1, wobei das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) den Kraftstoff zu der Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten einspritzt, die beinhalten: einen Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt, der während eines Verdichtungshubes des Zylinders (21) gewählt ist, und/oder einen der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der in einer letzteren Hälfte des Einlasshubes des Zylinders (21) gewählt ist, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist.
  3. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) bewirkt, dass das Kraftstoffeinspritzventil (28) den Kraftstoff hin zu einem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung (T) zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt einspritzt.
  4. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Tumble-Strömungserzeugungsmittel ein Einlassport (18) des Motors ist, das Kraftstoffeinspritzventil (28) an der Einlassportseite einer Umgebung einer Decke (26) der Brennkammer (16) angeordnet ist und den Kraftstoff schräg nach unten hin zu einer Auslassportseite des Motors von der Einlassportseite her einspritzt und ein Schräglauf an einer Kolbenkronenoberfläche (50) des Motors mit einer Erstreckung schräg nach oben hin zu der Kraftstoffeinspritzventilseite von einem Ende einer Seite entfernt von dem Kraftstoffeinspritzventil an der Kolbenkronenoberfläche (50) ausgebildet ist.
  5. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Detektieren der Vorzündung durch das Vorzündungsdetektionsmittel (74) das Kraftstoffeinspritzventil (28) die erhöhte Kraftstoffeinspritzmenge beibehält und der Variabelventiltaktungsmechanismus den Schließzeitpunkt des verzögerten Einlassventils (25) beibehält, bis eine vorbestimmte Anzahl von Zündungen durchgeführt ist.
  6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dann, wenn der Betriebszustand des Motors außerhalb des hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereiches ist, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) bewirkt, dass das Kraftstoffeinspritzventil (28) den Kraftstoff zu den Einspritzzeitpunkten einspritzt, die den Einlasshubeinspritzzeitpunkt beinhalten, der im Einlasshub des Zylinders (21) gewählt ist, und/oder dann, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) bewirkt, dass das Kraftstoffeinspritzventil (28) den Kraftstoff zu mehr Einspritzzeitpunkten als dann, wenn der Betriebszustand des Motors außerhalb des hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereiches ist, einspritzt.
  7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) bewirkt, dass das Kraftstoffeinspritzventil (28) den Kraftstoff in einer Charge zu einem Einlasshubeinspritzzeitpunkt einspritzt, der im Einlasshub des Zylinders (21) vorzugsweise in einer Umgebung von 280 Grad vor dem oberen Totpunkt des Einlasshubes des Zylinders (21) gewählt ist, wenn der Betriebszustand des Motors nicht in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist.
  8. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel den Kraftstoff durch Unterteilen der Kraftstoffeinspritzung in drei Zeitpunkte eines der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes, eines der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes und eines Verdichtungshubeinspritzzeitpunktes einspritzt, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, wobei die der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigene Einspritzung vorzugsweise in einer Umgebung von 300 Grad vor dem oberen Totpunkt (Grad BTDC) gewählt ist, der der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt vorzugsweise in einer Umgebung von 260 Grad BTDC gewählt ist und der Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt vorzugsweise in einer Umgebung von 120 Grad BTDC gewählt ist.
  9. Motor nach Anspruch 8, wobei auf Grundlage einer Motorgeschwindigkeit oder einer Temperatur eines Motorkühlmittels bei einer Bestimmung, dass ein notwendiges Einspritzintervall für den Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils nicht sichergestellt werden kann, wenn die Kraftstoffeinspritzung in einem Zyklus in drei Teile unterteilt ist, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel den Kraftstoff durch Unterteilen der Kraftstoffeinspritzung in zwei Zeitpunkte einspritzt, die der der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt und der Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt sind, wenn der Betriebszustand des Motors vergleichsweise in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, wobei der der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt vorzugsweise in einer Umgebung von 300 Grad vor dem oberen Totpunkt (Grad BTDC) gewählt ist und der Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt vorzugsweise in einer Umgebung von 120 Grad BTDC gewählt ist.
  10. Steuer- bzw. Regelvorrichtung für einen Direkteinspritzinnenverbrennungsmotor, umfassend: ein Tumble-Strömungserzeugungsmittel zum Erzeugen einer Tumble-Strömung in einer Brennkammer (16) des Motors; ein Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) zum Einspritzen des Kraftstoffes von einem Kraftstoffeinspritzventil (28) des Motors zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten, die einen der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, der in einer frühen Hälfte eines Einlasshubes eines Zylinders (21) des Motors gewählt ist, wenn ein Betriebszustand des Motors in einem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, ein Vorzündungsdetektionsmittel (74) zum Detektieren eines Auftretens einer Vorzündung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch spontan vor einem Zündzeitpunkt des Zylinders (21) zündet; und einen Variabelventiltaktungsmechanismus zum Ändern einer Ventiltaktung eines Einlassventils (25) des Motors, wobei dann, wenn eine Vorzündung von dem Vorzündungsdetektionsmittel (74) detektiert wird, das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) die Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils (28) erhöht und der Variabelventiltaktungsmechanismus einen Schließzeitpunkt des Einlassventils (25) zu einem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später verzögert.
  11. Steuer- bzw. Regelvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Kraftstoffeinspritzventilsteuer- bzw. Regelmittel (44) den Kraftstoff zu der Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten einspritzt, die beinhalten: einen Verdichtungshubeinspritzzeitpunkt, der während eines Verdichtungshubes des Zylinders (21) gewählt ist, und/oder einen der letzteren Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der in einer letzteren Hälfte des Einlasshubes des Zylinders (21) gewählt ist, wenn der Betriebszustand des Motors in dem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist.
  12. Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Direkteinspritzinnenverbrennungsmotors, umfassend die nachfolgenden Schritte: Erzeugen einer Tumble-Strömung in einer Brennkammer (16) des Motors; und Einspritzen des Kraftstoffes von einem Kraftstoffeinspritzventil (28) des Motors zu einer Mehrzahl von Einspritzzeitpunkten, die einen der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt beinhalten, der in einer frühen Hälfte eines Einlasshubes eines Zylinders (21) des Motors gewählt ist, wenn ein Betriebszustand des Motors in einem hohe Last und niedrige Drehzahl aufweisenden Bereich ist, Detektieren eines Auftretens einer Vorzündung, bei der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch spontan vor einem Zündzeitpunkt des Zylinders (21) zündet; und Ändern einer Ventiltaktung eines Einlassventils (25) des Motors, wobei dann, wenn eine Vorzündung detektiert wird, die Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils (28) erhöht wird und der Schließzeitpunkt des Einlassventils (25) zu einem einlasseigenen unteren Totpunkt oder später verzögert wird.
  13. Computerprogrammerzeugnis, umfassend computerlesbare Anweisungen, die dann, wenn sie in ein geeignetes System geladen sind und dort ausgeführt werden, die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 12 durchführen können.
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