DE102016110112B9

DE102016110112B9 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102016110112B9
Application number: DE102016110112.5A
Authority: DE
Inventors: Jun OSAKA; Kohei Motoo; Yusuke Hongo; Kengo Furukawa; Wakichi KONDOH; Takamasa Itou; Shinichiro Kawakita; Yoshiho UCHIYAMA; Masaki Takeyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2036-06-02
Also published as: US20160363081A1; DE102016110112B4; DE102016110112A1; US10018139B2

Abstract

Kraftstoffeinspritzvorrichtung, aufweisend:ein Gehäuse (210), welches ein erstes Einspritzloch (321), von welchem ein Kraftstoff eingespritzt wird, und ein zweites Einspritzloch (322), welches auf einer hinteren Endseite des ersten Einspritzlochs angeordnet ist, von welchem der Kraftstoff eingespritzt wird, bei einem mit einem Boden versehenen, zylindrischen, distalen Teil umfasst;eine äußere Nadel (238), welche in dem Gehäuse verschiebbar aufgenommen ist, das zweite Einspritzloch öffnen oder verschließen kann, während sich diese in einer Axialrichtung verschiebt, und in der Seitenfläche zumindest ein Verbindungsloch (581) umfasst, welches eine Innenfläche (591) einer Seitenwand mit einer Außenfläche (592) der Seitenwand verbindet; undeine innere Nadel (237), welche innerhalb der äußeren Nadel verschiebbar aufgenommen ist und das erste Einspritzloch öffnen oder verschließen kann, während sich diese in der Axialrichtung verschiebt, wobeidie innere Nadel einen Innennadelflansch (571) umfasst, welcher ausgehend von einer Außenfläche (572) der inneren Nadel vorsteht und entlang einer Auslassfläche (584) des Verbindungslochs passiert, wenn sich die innere Nadel oder die äußere Nadel verschiebt,das Gehäuse einen Gehäuseflansch (301) umfasst, welcher ausgehend von einer Innenfläche (302) des Gehäuses vorsteht und entlang einer Einlassfläche (582) des Verbindungslochs passiert, wenn sich die äußere Nadel verschiebt,ein erster Strömungskanal (227) zwischen der inneren Nadel und der äußeren Nadel definiert ist,ein zweiter Strömungskanal (228) zwischen der äußeren Nadel und dem Gehäuse definiert ist,ein dritter Strömungskanal (229) zwischen der inneren Nadel und dem Gehäuse definiert ist,ein Auslassloch-Strömungskanal (585) zwischen dem Innennadelflansch und der Auslassfläche des Verbindungslochs definiert ist, undein Einlassloch-Strömungskanal (583) zwischen dem Gehäuseflansch und der Einlassfläche des Verbindungslochs definiert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Zuführen eines Kraftstoffes hin zu einem Maschinensystem, wie einer Dieselmaschine.
Hintergrund
Bislang war eine Technologie zum Erfassen eines tatsächlichen Verbrennungszustands einer Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung eines Zylinderinnendrucksensors und zum Unterziehen des erfassten Verbrennungszustands verschiedener Korrekturen bekannt, um dadurch eine Verbrennungsmaschine zu steuern. Wie in Patentliteratur 1 offenbart, ist eine Technologie zum Durchführen einer externen Abgasrückführung zum Einführen eines relativ großen Betrags an Abgas in einen Zylinder zum Zwecke des Reduzierens des Betrags an Stickoxid (NOx), welches in einer Dieselmaschine erzeugt wird, bekannt.
Bei der Dieselmaschine ist es vermeintlich schwierig, einen hohen thermischen Wirkungsgrad, einen niedrigen Kraftstoffverbrauch, eine Reduktion des Betrags an NOx, eine Reduktion des Betrags an Kohlenwasserstoff (HC), die Unterdrückung eines Vibrationsgeräuschs und die Begrenzung eines maximalen Zylinderinnendrucks zu erreichen. Insbesondere ist es schwierig, sowohl den hohen thermischen Wirkungsgrad als auch die Reduktion des Betrags an NOx zu erreichen. Bei der Konfiguration von Patentliteratur 1 wird der maximale Zylinderinnendruck oder eine maximale Veränderungsrate des Zylinderinnendrucks erfasst und eine Kraftstoffeinspritzzeit und der Abgasbetrag (AGR-Betrag) werden korrigiert, um einen gewünschten maximalen Zylinderinnendruck und eine gewünschte maximale Veränderungsrate des Zylinderinnendrucks zu erhalten, wodurch der Betrag an NOx reduziert werden kann.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann im Falle der Verwendung der externen Abgasrückführung der maximale Zylinderinnendruck derart gesteuert werden, dass dieser reduziert ist, und der Betrag an NOx wird reduziert, da eine Niedrigtemperaturverbrennung erzeugt wird. Durch Verunreinigungen, welche in dem Abgas enthalten sind, wird jedoch ein spezifisches Wärmeverhältnis des Zylinders verringert und der thermische Wirkungsgrad wird verringert. Auf diese Art und Weise besitzt die Reduktion des Betrags an NOx eine kontradiktorische Beziehung zu dem hohen thermischen Wirkungsgrad.
Bislang war eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vom Doppel-Nadel-Typ bekannt, welche den Hubbetrag einer äußeren Nadel bzw. Außennadel und einer inneren Nadel bzw. Innennadel, welche koaxial in einem Gehäuse aufgenommen sind, anpasst, um die Einspritzsteuerung eines Kraftstoffes durchzuführen. Andererseits entsprechen ein Diesel-Zyklus und ein Sabathe-Zyklus mit einem Konstant-Druck-Aufwärmprozess thermischen Zyklen, welche in Selbstzündungsmaschinen, wie einer Dieselmaschine mittlerer oder hoher Drehzahl, verwendet werden, und diese weisen einen ausgezeichneten thermischen Wirkungsgrad auf. Aus diesem Grund können der Diesel-Zyklus und der Sabathe-Zyklus mit einem kleinen Betrag an Kraftstoff einen großen Energiebetrag entnehmen und daher weisen diese eine geringe Kohlendioxidemission auf und sind umweltfreundlich. Um daher einen gewünschten Verbrennungszustand aufgrund des Diesel-Zyklus und des Sabathe-Zyklus zu schaffen, ist es notwendig, den Kraftstoffeinspritzbetrag mit hoher Genauigkeit zu steuern.
Bei einer Kraftstoffverbrennungsvorrichtung vom Doppel-Nadel-Typ in der Konfiguration von Patentliteratur 2 werden Drücke auf eine Rückseite einer inneren Nadel und einer äußeren Nadel angepasst, um den Kraftstoffeinspritzbetrag zu steuern. Aus diesem Grund kann der Kraftstoffeinspritzbetrag in zwei Stufen der inneren Nadel und der äußeren Nadel verändert werden. Da jedoch der Kraftstoffeinspritzbetrag der so konfigurierten Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem minimalen Strömungskanalbereich eines ersten Einspritzlochs und einem minimalen Strömungskanalbereich eines zweiten Einspritzlochs bestimmt wird, wird der Kraftstoffeinspritzbetrag einem konstanten Betrag angenähert. Wenn ein bestimmter Betrag eines Kraftstoffeinspritzbetrags vorgegeben ist, wird die Verbrennung während eines Konstant-Druck-Aufwärmprozesses des Diesel-Zyklus und des Sabathe-Zyklus nicht gefördert. Dies führt zu einem Problem, dass der Druck trotz des Konstant-Druck-Aufwärmprozesses abnimmt und kein ausgezeichneter Verbrennungszustand erhalten wird, wenn ein Kolben in einer Verbrennungskammer einer Maschine zurückgezogen wird, mit anderen Worten, wenn sich ein Volumen in der Verbrennungskammer ausdehnt.
Da sich der von einem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzte Kraftstoff in der Dieselmaschine aufgrund einer Verdichtung in der Verbrennungskammer selbst entzündet, ist ein Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu einem Ottomotor hoch und ein Spitzenwert des Zylinderinnendrucks in der Verbrennungskammer, welcher durch die Verbrennung des Kraftstoffes erzeugt wird, ist erhöht. Wenn der Spitzenwert des Zylinderinnendrucks (nachfolgend als „maximaler Zylinderinnendruck Pmax“ bezeichnet) einen zulässigen oberen Grenzdruck übersteigt, besteht die Gefahr, dass die Zuverlässigkeit der Maschine herabgesetzt ist. Aus diesem Grund ist es denkbar, dass die Festigkeit der Maschine verbessert ist, um den zulässigen oberen Grenzdruck zu erhöhen. Wenn jedoch die Festigkeit der Maschine verbessert ist, besteht die Gefahr, dass das Gewicht und die Kosten der Maschine erhöht sind.
Unter diesen Umständen wird, wie in Patentliteratur 3 offenbart ist, in einem Betriebsbereich auf einer Hochlastseite, bei welchem ein maximaler Zylinderinnendruck Pmax erhöht ist, eine Kraftstoffeinspritzsteuerung zum Ausführen eines zunehmenden Einspritzmusters, bei welchem eine Kraftstoffeinspritzrate allmählich erhöht wird, durchgeführt. Folglich kann der Zylinderinnendruck gemäß einer Ausdehnung eines Verbrennungskammervolumens bei einem Arbeitstakt allmählich erhöht werden und der maximale Zylinderinnendruck Pmax kann reduziert werden.
Wenn jedoch die Kraftstoffeinspritzrate allmählich erhöht wird, wie in Patentliteratur 3 offenbart, ist eine lange Zeit erforderlich, bis der Zylinderinnendruck den maximalen Zylinderinnendruck Pmax erreicht, und der thermische Wirkungsgrad ist verringert. Folglich ist eine Leistung der Dieselmaschine ebenso verringert.
Patentliteratur 4 offenbart eine Verbrennungssteuerungsvorrichtung einer Verdichtungsselbstzünderbrennkraftmaschine, die eine Abgasrückführungsvorrichtung, durch die ein Teil eines Abgases, das an ein Abgassystem abgegeben wird, in ein Einlasssystem zurückgeführt wird, und ein Kraftstoffeinspritzventil enthält, das derart gestaltet ist, dass mehrstufig geteilte Haupteinspritzungen als eine Haupteinspritzung ausgeführt werden können, die eine Kraftstoffeinspritzung zum Erlangen eines erforderlichen Drehmoments ist, das gemäß dem Brennkraftmaschinenbetriebszustand bestimmt wird, wobei zu einer Zeit eines Niederlastbetriebs der Brennkraftmaschine Kraftstoffeinspritzungen, die jeweils einer anfänglichen langsam brennenden Verbrennung, bei der Kraftstoff eingespritzt wird, während ein Zusammentreffratenreduzierungsbetrieb durchgeführt wird, um die Zusammentreffrate zwischen Sauerstoff und einem Kraftstoffsprühnebel in einem Zylinder zu reduzieren, sodass der Kraftstoff in einem Zustand verbrannt wird, bei dem eine Zylinderinnentemperatur relativ gering ist, einer vorgemischten Verbrennung und einer Diffusionsverbrennung entsprechen, der Reihe nach als voneinander unabhängige mehrstufig geteilte Haupteinspritzungen ausgeführt werden, wobei zu einer Zeit eines Hochlastbetrieb der Brennkraftmaschine in einem Zustand, bei dem ein Teil eines Abgases in das Einlasssystem durch die Abgasrückführungsvorrichtung zurückgeführt wird, und in einem Zustand, bei dem ein Vorwärmbetrieb vor Beginn der anfänglichen langsam brennenden Verbrennung noch nicht durchgeführt wurde, eine kontinuierliche Haupteinspritzung ausgeführt wird, wobei die kontinuierliche Haupteinspritzung Kraftstoff für eine Zeitspanne von vor einem oberen Verdichtungstotpunkt eines Kolbens bis nach einem oberen Verdichtungstotpunkt zum Durchführen der anfänglichen langsam brennenden Verbrennung und der vorgemischten Verbrennung ohne Unterbrechung einer Kraftstoffeinspritzung kontinuierlich einspritzt, eine vorgemischte Verbrennung mittels der kontinuierlichen Haupteinspritzung erhalten wird, die mit einer niedrigen Kraftstoffeinspritzrate über eine relativ lange Zeitspanne fortgesetzt wird, wobei der in die Verbrennungskammer eingespritzte Kraftstoff durch eine endotherme Reaktion mit dem Kraftstoff gekühlt wird, der anschließend in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, während ein Zusammentreffratenreduzierungsbetrieb durchgeführt wird, um die Zusammentreffrate zwischen Sauerstoff und einem Kraftstoffsprühnebel in einem Zylinder zu reduzieren, sodass der Kraftstoff in einem Zustand verbrennt wird, bei dem eine Zylinderinnentemperatur relativ gering ist, eine Diffusionsverbrennungshaupteinspritzung zum Durchführen einer Diffusionsverbrennung ausgeführt wird, nachdem die kontinuierliche Haupteinspritzung beendet wurde, und eine Durchdringungskraft von Kraftstoff, der in der Diffusionsverbrennungshaupteinspritzung eingespritzt wird, dadurch niedriger als die Durchdringungskraft von Kraftstoff festgelegt ist, der in der kontinuierlichen Haupteinspritzung eingespritzt wird, dass ein Kraftstoffeinspritzbetrag in der kontinuierlichen Haupteinspritzung höher als ein Kraftstoffeinspritzbetrag in der Diffusionsverbrennungshaupteinspritzung festgelegt ist.

[Patentliteratur 1] JP 2010- 174 737 A
[Patentliteratur 2] JP 2009- 62 920 A
[Patentliteratur 3] JP 2009- 85 117 A
[Patentliteratur 4] EP 2 447 517 A1

Kurzfassung
Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorzusehen, welche sowohl eine Reduktion des Betrags an NOx als auch einen hohen thermischen Wirkungsgrad erreichen kann.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung wird in einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Verbrennungskammer, die durch einen Zylinderkopf, einen Zylinder und eine Bodenfläche eines Kolbens abgetrennt ist, verwendet, so dass zumindest eine Größe des Stickoxidbetrags, eines maximalen Zylinderinnendrucks und eines thermischen Wirkungsgrad zu einem vorbestimmten Wert wird.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst ein Kraftstoffeinspritzventil, ein Auslassventil und eine Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit. Das Kraftstoffeinspritzventil spritzt einen Kraftstoff in die Verbrennungskammer in Richtung hin zu einer bei einer Kolbenbodenfläche vorgesehenen Vertiefung bzw. Mulde ein. Das Auslassventil kann einen Auslasskanal des Zylinderkopfs öffnen oder verschließen. Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit teilt die Verbrennungskammer virtuell in N Verbrennungszonen auf, wobei N einer natürlichen Zahl größer oder gleich 2 entspricht, und diese kann ein Kraftstoffeinspritzverfahren gemäß den jeweiligen Verbrennungszonen verändern.
Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit teilt die Verbrennungskammer 12 in N Verbrennungszonen auf, wodurch diese in der Lage ist, eine Wärmedifferenz in den jeweiligen Verbrennungszonen zu beseitigen und einen Zylinderinnendruck P in der Verbrennungskammer 12 exakt zu steuern. Folglich können der Betrag an NOx und der thermische Wirkungsgrad optimiert werden. Daher können sowohl die Reduktion des Betrags an NOx als auch der hohe thermische Wirkungsgrad erreicht werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung liegt darin, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorzusehen, welche einen Kraftstoffeinspritzbetrag mit hoher Genauigkeit steuert und einen Druckabfall bei einem Konstant-Druck-Aufwärmprozess in einer Maschine unter Verwendung eines thermischen Zyklus mit dem Konstant-Druck-Aufwärmprozess unterdrückt.
Die vorliegende Offenbarung sieht eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vor, welche einen Kraftstoffeinspritzbetrag in eine Verbrennungskammer einer Maschine in einem Maschinensystem mit einem Gehäuse, einer äußeren Nadel und einer inneren Nadel steuert. Das Gehäuse umfasst ein erstes Einspritzloch, von welchem der Kraftstoff eingespritzt wird, ein zweites Einspritzloch, welches auf einer hinteren Endseite des ersten Einspritzlochs angeordnet ist, von welchem der Kraftstoff eingespritzt wird, und einen Gehäuseflansch bei einem mit einem Boden versehenen, zylindrischen, distalen Teil. Der Gehäuseflansch steht ausgehend von einer Innenfläche des Gehäuses in einer nach radial innen ausgerichteten Richtung nach innen vor.
Die äußere Nadel ist in dem Gehäuse gleitfähig bzw. verschiebbar aufgenommen, kann das zweite Einspritzloch öffnen oder schließen, während sich diese in einer Axialrichtung verschiebt, und umfasst bei der Seitenfläche zumindest ein Verbindungsloch, welches eine Innenfläche einer Seitenwand mit einer Außenfläche der Seitenwand verbindet. Das Verbindungsloch umfasst eine Einlassfläche auf einer äußeren Umfangsseite der äußeren Nadel und eine Auslassfläche einer inneren Umfangsseite der äußeren Nadel und verbindet die Einlassfläche mit der Auslassfläche. Das Verbindungsloch ist auf einer distalen Seite des Gehäuseflansches vorgesehen, wenn die äußere Nadel das Einspritzloch verschließt.
Die innere Nadel ist gleitfähig bzw. verschiebbar in der äußeren Nadel aufgenommen, kann das erste Einspritzloch öffnen oder schließen, während sich diese in der Axialrichtung verschiebt, und umfasst einen inneren Nadelflansch bzw. Innennadelflansch. Der Innennadelflansch steht ausgehend von der Außenfläche der inneren Nadel in der radialen Richtung nach außen vor. Der Innennadelflansch überlappt mit der Auslassfläche des Verbindungslochs, wenn die innere Nadel das Einspritzloch verschließt.
Wenn die innere Nadel oder die äußere Nadel verschoben wird, werden durch das Gehäuse, die äußere Nadel und die innere Nadel ein erster Strömungskanal, ein zweiter Strömungskanal, ein dritter Strömungskanal, ein Auslassloch-Strömungskanal und ein Einlassloch-Strömungskanal definiert. Der erste Strömungskanal ist zwischen der Außenfläche der inneren Nadel und einer Innenfläche der äußeren Nadel definiert, und der zweite Strömungskanal ist zwischen einer Innenfläche des Gehäuses und einer Außenfläche der äußeren Nadel definiert. Der dritte Strömungskanal ist zwischen der Außenfläche der inneren Nadel und der Innenfläche des Gehäuses definiert.
Der Auslassloch-Strömungskanal ist zwischen dem Innennadelflansch und der Auslassfläche des Verbindungslochs definiert. Der Einlassloch-Strömungskanal ist zwischen dem Gehäuseflansch und einer Einlassfläche des Verbindungslochs definiert. Der erste Strömungskanal verbindet den Auslassloch-Strömungskanal mit dem Einlassloch-Strömungskanal, wenn die innere Nadel und die äußere Nadel die Einspritzlöcher verschließen.
Wenn die innere Nadel oder die äußere Nadel verschoben wird, das heißt, wenn die innere Nadel oder die äußere Nadel das Einspritzloch öffnet oder verschließt, passiert der Innennadelflansch entlang der Auslassfläche des Verbindungslochs bzw. läuft daran vorbei und verschließt oder öffnet den Auslassloch-Strömungskanal. In dieser Situation wird ein Strömungskanalbereich des Auslassloch-Strömungskanals verändert. Der Innennadelflansch ist derart ausgebildet, dass dieser eine Veränderungsrate eines Strömungskanalbereichs in dem Auslassloch-Strömungskanal derart einstellt, dass diese kleiner als die Veränderungsrate des Strömungskanalbereichs in dem ersten Strömungskanal ist, wenn die innere Nadel verschoben wird. Aus diesem Grund sind die Durchmesser des Gehäuses, der inneren Nadel, des Innennadelflansches, der äußeren Nadel und des Verbindungslochs eingestellt.
Der Auslassloch-Strömungskanal ist so ausgebildet, dass dieser den Strömungskanalbereich des Auslassloch-Strömungskanals derart einstellt, dass dieser kleiner ist als der Strömungskanalbereich des ersten Einspritzlochs, wenn die innere Nadel und die äußere Nadel die Einspritzlöcher verschließen. Dies liegt daran, da der Kraftstoffeinspritzbetrag gemäß dem Strömungskanalbereich des ersten Einspritzlochs bestimmt wird, wenn der Strömungskanalbereich des Auslassloch-Strömungskanals größer als der Strömungskanalbereich des ersten Einspritzlochs ist.
Wenn die äußere Nadel verschoben wird, passiert der Gehäuseflansch entlang der Einlassfläche des Verbindungslochs bzw. läuft daran vorbei und verschließt und öffnet den Einlassloch-Strömungskanal. In dieser Situation wird ein Strömungskanalbereich des Einlassloch-Strömungskanals verändert. Der Gehäuseflansch ist ausgebildet, um eine Veränderungsrate eines Strömungskanalbereichs in dem Einlassloch-Strömungskanal derart einzustellen, dass diese kleiner ist als die Veränderungsrate des Strömungskanalbereichs in dem zweiten Strömungskanal, wenn die äußere Nadel verschoben wird. Aus diesem Grund werden die Durchmesser des Gehäuses, des Gehäuseflansches, der inneren Nadel, der äußeren Nadel und des Verbindungslochs eingestellt.
Bei der vorliegenden Offenbarung verändern der Innennadelflansch und der Gehäuseflansch die Strömungskanalbereiche des Einlassloch-Strömungskanals und des Auslassloch-Strömungskanals des Verbindungslochs durch Gleiten bzw. Verschieben zwischen der inneren Nadel und der äußeren Nadel. Folglich ist eine Strömungskanalkonfiguration vergrößert und die Steuerbarkeit des Strömungskanalbereichs ist verbessert. Da der Kraftstoffeinspritzbetrag gemäß dem Strömungskanalbereich verändert wird, kann der Kraftstoffeinspritzbetrag kontinuierlich erhöht werden. Daher kann der Kraftstoffeinspritzbetrag mit hoher Genauigkeit gesteuert werden und der Druckabfall bei dem Konstant-Druck-Aufwärmprozess des thermischen Zyklus kann unterdrückt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung liegt darin, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorzusehen, welche verhindern kann, dass ein Spitzenwert des Drucks in einer Verbrennungskammer über einen zulässigen oberen Grenzdruck ansteigt, auch wenn der Kraftstoffeinspritzbetrag größer ist, und welche verhindern kann, dass der thermische Wirkungsgrad und die Leistung einer Dieselmaschine abnehmen.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche auf eine Dieselmaschine angewendet wird, mit einem Kraftstoffinjektor, welcher einen Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einspritzt, und einer Zustandserfassungseinheit, welche einen Verbrennungszustand des Kraftstoffes erfasst und veranlasst, dass der Kraftstoffinjektor eine Kraftstoffeinspritzung mit einer ersten Einspritzung und einer zweiten Einspritzung ausführt, wenn eine Last der Dieselmaschine in eine vorbestimmte Hochlastzone fällt, umfasst eine erste Einspritzeinheit, welche die erste Einspritzung mit einer Einspritzrate ausführt, die höher als die Einspritzrate der zweiten Einspritzung ist, und einen Druck in der Verbrennungskammer auf einen vorbestimmten, zulässigen, oberen Grenzdruck erhöht; eine zweite Einspritzeinheit, welche die zweite Einspritzung mit der Einspritzrate ausführt, die mit einer Zeit nach der ersten Einspritzung zunimmt, und den Druck in der Verbrennungskammer auf dem zulässigen oberen Grenzdruck hält; und eine Steuerungseinheit, welche einen Einspritzzustand der ersten Einspritzung und/oder der zweiten Einspritzung steuert, um den durch die Zustandserfassungseinheit erfassten Verbrennungszustand hin zu einem vorbestimmten zulässigen Zustand zu bringen.
Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung werden zumindest die erste Einspritzung und die zweite Einspritzung ausgeführt, wenn die Last der Dieselmaschine in die vorbestimmte Hochlastzone fällt. Die Einspritzrate der ersten Einspritzung ist derart eingestellt, dass diese höher ist als die Einspritzrate der zweiten Einspritzung, und die erste Einspritzung wird bei der höheren Einspritzrate ausgeführt, um den Druck in der Verbrennungskammer auf den vorbestimmten, zulässigen, oberen Grenzdruck zu erhöhen. Folglich kann die Dieselmaschine den Zylinderinnendruck frühzeitig auf den zulässigen oberen Grenzdruck erhöhen, ohne den Zylinder zu beschädigen. Nach der Ausführung der ersten Einspritzung wird die zweite Einspritzung ausgeführt. Die Einspritzrate der zweiten Einspritzung ist derart eingestellt, dass diese mit der Zeit bzw. im Zeitverlauf zunimmt, mit dem Ergebnis, dass der Druck in der Verbrennungskammer auf dem zulässigen oberen Grenzdruck gehalten werden kann, auch wenn ein Volumen in der Verbrennungskammer bei einem Arbeitstakt im Zeitverlauf zunimmt. Mit anderen Worten, der thermische Wirkungsgrad und die Leistung der Dieselmaschine können daran gehindert werden, verringert zu werden. Ferner wird der Einspritzzustand der ersten Einspritzung und/oder der zweiten Einspritzung gesteuert, so dass der Verbrennungszustand des Kraftstoffes in den vorbestimmten zulässigen Zustand gebracht wird, wodurch beispielsweise der erzeugte Betrag an PM und Schwingungen, welche in der Dieselmaschine erzeugt werden, gesteuert werden können, ohne von dem vorbestimmten zulässigen Zustand abzuweichen.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, welche eine Maschine unter Verwendung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche eine Verbrennungskammer einer Maschine darstellt.
3 ist eine Abbildung, welche einen distalen Teil eines in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehenen Kraftstoffinjektors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
4 ist eine schematische Ansicht, welche eine Verbrennungszone gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
5 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Kohlendioxidkonzentration und eine Wasserdampfkonzentration der Verbrennungszone gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
6 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einem Kurbelwinkel und einem Zylinderinnendruck zum Darstellen einer Zonen-Einspritzphase gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
7 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Zylinderinnendruck gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
8 ist eine schematische Ansicht, welche eine zentrale Verbrennung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
9 ist eine schematische Ansicht, welche eine in einer Verbrennungskammer gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugte bzw. hervorgerufene Luftströmung darstellt.
10 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Beziehung zwischen der Luftströmung und einer Kraftstoffeinspritzrate gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
11 ist ein Flussdiagramm, welches eine durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchgeführte Verarbeitung darstellt.
12 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Beziehung einer Maschinendrehzahl, einer Maschinenlast und eines Kraftstoff-Strömungsratenkoeffizienten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
13 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Beziehung zwischen einem Kraftstoffvolumenkoeffizienten und einem thermischen Wirkungsgrad gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
14 ist eine schematische Ansicht, welche einen Umfang einer Kraftstoffstrahlströmung zu einem Zündzeitpunkt darstellt.
15 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Zylinderinnendruck zum Darstellen eines kompatiblen Kraftstoffvolumens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
16 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Berechnen des kompatiblen Kraftstoffvolumens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
17A und 17B sind schematische Ansichten, welche einen Veränderungszustand in einem Druckfeld in der Verbrennungskammer darstellen, nachdem die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wurde.
18A und 18B sind schematische Ansichten, welche einen Veränderungszustand in einem Geschwindigkeitsfeld in der Verbrennungskammer darstellen, nachdem die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wurde.
19A und 19B sind schematische Ansichten, welche einen weiteren Veränderungszustand des Geschwindigkeitsfelds in der Verbrennungskammer darstellen, nachdem die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wurde.
20A und 20B sind schematische Ansichten, welche einen Zustand einer Veränderung in einem Temperaturfeld in der Verbrennungskammer darstellen.
21A und 21B sind schematische Ansichten, welche einen Zustand einer weiteren Veränderung eines Temperaturfelds in der Verbrennungskammer darstellen.
22A, 22B, 22C und 22D sind schematische Ansichten, welche eine Beziehung zwischen einer Zeit eines Verbrennungseinspritzabschlusses und einer durch ein verbranntes Gas hervorgerufenen Hochtemperaturzone darstellen.
23A, 23B, 23C und 23D sind schematische Ansichten, welche eine weitere Beziehung zwischen der Zeit des Verbrennungseinspritzabschlusses und der durch das verbrannte Gas hervorgerufenen Hochtemperaturzone darstellen.
24 ist ein Flussdiagramm, welches eine durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchgeführte Verarbeitung darstellt.
25A und 25B sind schematische Ansichten, welche ein Beispiel zum Wechseln bzw. Umschalten eines Kraftstoffeinspritzsystems darstellen.
26 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Temperatur in einer Verbrennungszone gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
27 ist eine schematische Ansicht, welche die Verbrennungszone gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
28 ist eine schematische Ansicht, welche die Verbrennungszone gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
29 ist eine schematische Ansicht, welche die Verbrennungszone gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
30 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Beziehung einer Kraftstoffeinspritzrate, eines thermischen Wirkungsgrads, eines maximalen Zylinderinnendrucks und des Betrags an NOx darstellt.
31 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Injektor gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
32A ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils II in 31, wenn ein Injektorventil gemäß der dritten Ausführungsform geöffnet ist.
32B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IIb-IIb in 32 A.
33A ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils III in 31, wenn das Injektorventil gemäß der dritten Ausführungsform geschlossen ist.
33B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IIIb-IIIb in 33A.
34 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils IV in 32A, wenn das Injektorventil gemäß der dritten Ausführungsform geöffnet ist.
35 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils V in 32A, wenn das Injektorventil gemäß der dritten Ausführungsform geschlossen ist.
36 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils VI in 32A, wenn ein Innennadelflansch damit beginnt, eine Auslassfläche eines Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der dritten Ausführungsform zu passieren bzw. an dieser vorbei zu laufen.
37 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils VII 32A, wenn der Innennadelflansch die Auslassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der dritten Ausführungsform passiert.
38 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils VIII in 32A, wenn der Innennadelflansch die Auslassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der dritten Ausführungsform passiert.
39 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils IX in 32A, nachdem der Innennadelflansch die Auslassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der dritten Ausführungsform passiert hat.
40 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils X in 32A, wenn ein Gehäuseflansch eine Einlassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der dritten Ausführungsform passiert bzw. an dieser vorbeiläuft.
41 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils XI in 32A, wenn der Gehäuseflansch die Einlassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der dritten Ausführungsform passiert.
42 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils XII in 32A, nachdem der Gehäuseflansch die Einlassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der dritten Ausführungsform passiert hat.
43 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Veränderung in einem Strömungskanalbereich in dem Injektor gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
44 ist eine charakteristische Ansicht, welche einen thermischen Zyklus eines Sabathe-Zyklus mit einem Konstant-Druck-Aufwärmprozess darstellt.
45A ist eine charakteristische Ansicht, welche einen Kraftstoffeinspritzbetrag in dem Injektor gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
45B ist eine charakteristische Ansicht, welche einen Konstant-Druck-Aufwärmprozess einer vergrößerten Ansicht eines Teils XV in 44 in dem Injektor gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
46 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Injektor gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
47 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils XVII in 46, wenn ein Innennadelflansch damit beginnt, eine Auslassfläche eines Verbindungslochs in einem Injektor gemäß der vierten Ausführungsform zu passieren.
48 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils XVIII in 46, wenn der Innennadelflansch die Auslassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der vierten Ausführungsform passiert.
49 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils XIX in 46, nachdem der Innennadelflansch die Auslassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der vierten Ausführungsform passiert hat.
50 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils XX in 46, wenn ein Gehäuseflansch damit beginnt, eine Einlassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der vierten Ausführungsform zu passieren.
51 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils XXI in 46, wenn der Gehäuseflansch die Einlassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der vierten Ausführungsform passiert.
52 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils XXII in 46, wenn der Gehäuseflansch die Einlassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der vierten Ausführungsform passiert.
53 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils XXIII in 46, nachdem der Gehäuseflansch die Einlassfläche des Verbindungslochs in dem Injektor gemäß der vierten Ausführungsform passiert hat.
54 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Veränderung eines Strömungskanalbereichs in dem Injektor gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
55 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Veränderung eines Strömungskanalbereichs in einem Injektor gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
56 ist eine charakteristische Ansicht, welche eine Veränderung eines Kraftstoffeinspritzbetrags in dem Injektor gemäß der fünften Ausführungsform darstellt.
57A ist eine vergrößerte Ansicht, welche eine distale Seite eines Injektors gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
57B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXVIIb-XXVIIb in 57A.
58A ist eine vergrößerte Ansicht, welche eine distale Seite eines Injektors gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
58B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXVIIIb-XXVIIIb in 58A.
59A ist eine vergrößerte Ansicht, welche eine distale Seite eines Injektors gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
59B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXIXb-XXIXb in 59A.
60A ist eine vergrößerte Ansicht, welche eine distale Seite eines Injektors gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
60B ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXXb-XXXb in 60A.
60C ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXXc-XXXc 60A.
60D ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXXd-XXXd in 60A.
61 ist eine vergrößerte Ansicht, welche eine distale Seite eines Injektors gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
62 ist eine vergrößerte Ansicht, welche eine distale Seite eines Injektors gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
63 ist eine vergrößerte Ansicht, welche eine distale Seite eines Injektors gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt.
64 ist eine schematische Konfigurationsansicht einer Dieselmaschine.
65 ist ein Diagramm, welches eine Zeit (oberes Diagramm), wenn eine erste Einspritzung oder eine zweite Einspritzung implementiert wird, und einen Einfluss (unteres Diagramm) der Verbrennung eines Kraftstoffes durch die erste Einspritzung oder die zweite Einspritzung auf einen Zylinderinnendruck darstellt.
66 ist ein Flussdiagramm einer durch eine ECU ausgeführten Verarbeitung.
67 ist ein Flussdiagramm einer in 66 gezeigten Subroutinenverarbeitung in S303.
68 ist ein weiteres Flussdiagramm, welches sich von dem in 67 gezeigten Flussdiagramm unterscheidet.
69 ist ein weiteres Flussdiagramm, welches sich von dem in 67 gezeigten Flussdiagramm unterscheidet.
70 ist ein weiteres Flussdiagramm, welches sich von dem in 66 gezeigten Flussdiagramm unterscheidet.
71 ist ein weiteres Flussdiagramm, welches sich von dem in 67 gezeigten Flussdiagramm unterscheidet.
72 ist ein weiteres Flussdiagramm, welches sich von dem in 67 gezeigten Flussdiagramm unterscheidet.
73 ist ein weiteres Flussdiagramm, welches sich von dem in 71 gezeigten Flussdiagramm unterscheidet.
74 ist ein weiteres Flussdiagramm, welches sich von dem in 72 gezeigten Flussdiagramm unterscheidet.
75 ist ein weiteres Flussdiagramm, welches sich von dem in 67 gezeigten Flussdiagramm unterscheidet.

Detaillierte Beschreibung
Nachfolgend sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen beschrieben. In der Beschreibung der mehreren Ausführungsformen sind im Wesentlichen die gleichen Konfigurationen wie diese bei einer ersten Ausführungsform durch identische Symbole bezeichnet und auf eine sich wiederholende Beschreibung ist verzichtet. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird in einer Verbrennungskraftmaschine verwendet, um zumindest eine Größe aus dem Betrag an NOx, was der Emission von erzeugtem Stickoxid entspricht, einem maximalen Zylinderinnendruck und einem thermischen Wirkungsgrad auf einen vorbestimmten Wert zu halten.
(Erste Ausführungsform)
Zunächst ist mit Bezug auf 1 eine Maschine 1 als eine Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie in 1 dargestellt, ist die Maschine 1 beispielsweise eine Hub-Dieselmaschine 4, welche einen Kraftstoff, wie ein Leichtöl, direkt in eine Verbrennungskammer 12 einspritzt. Wenn ein Kraftstoffinjektor 30 den Kraftstoff einspritzt, nachdem ein Kolben 13 einen oberen Totpunkt erreicht hat, entzündet sich ein Gemisch von Luft und dem von einem Einlasskrümmer 11 zugeführten Kraftstoff selbst und dieses wird in der Verbrennungskammer 12 verbrannt. Der Kolben 13 wird durch eine Verbrennungskraft zu der Zeit der Verbrennung hin und her bewegt und eine hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 13 wird in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle 19 umgewandelt. Ein durch die Verbrennung erzeugtes Verbrennungsgas wird über einen Auslasskrümmer 14 hin zu der Atmosphäre abgeführt.
Die Verbrennungskammer 12 ist durch einen zylindrischen Zylinder 15, eine Kolbenbodenfläche 130, welche bei einer Öffnung des Zylinders 15 angeordnet ist, und eine untere Fläche eines Zylinderkopfs 16 abgetrennt. Ein Einlassventil 17 ist in einem Ansaugkanal bzw. Einlasskanal des Zylinderkopfs 16, welcher einem Einlass der Verbrennungskammer 12 entspricht, angeordnet. Ein Auslassventil 18 ist in einem Auslasskanal des Zylinderkopfs 16 angeordnet, welcher einem Auslass der Verbrennungskammer 12 entspricht. Das Einlassventil 17 und das Auslassventil 18 können durch einen Ventilantriebsmechanismus (nicht gezeigt) geöffnet oder geschlossen werden.
Eine elektronische Steuerungseinheit 40 ist durch einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM und Eingangs- und Ausgangsanschlüssen konfiguriert. Nachfolgend ist die elektronische Steuerungseinheit als „ECU“ bezeichnet. Wie in 1 durch gestrichelte Pfeile angegeben ist, werden Signale von verschiedenen Sensoren, wie einem Zylinderinnendrucksensor 21, einem Kurbelwinkelsensor 22 und einem Gassensor 24, welche bei den jeweiligen Abschnitten der Maschine 1 angebracht sind, bei der ECU 40 eingegeben. Der Zylinderinnendrucksensor 21 erfasst einen Zylinderinnendruck P [Pa] in der Verbrennungskammer 12, und der Kurbelwinkelsensor 23 erfasst einen Kurbelwinkel θ [Grad] der Kurbelwelle 19. Der Gassensor 24 erfasst eine Kohlendioxidkonzentration D_CO2 und eine Wasserdampfkonzentration D_H2O in der Verbrennungskammer 12. Die ECU 40 steuert einen Betriebszustand der Maschine 1 basierend auf Erfassungssignalen von diesen verschiedenen Sensoren.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst den Kraftstoffinjektor 30, eine Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 und eine Einspritzsteuerungseinheit 42. Der Kraftstoffinjektor 30 ist in dem Zylinderkopf 16 installiert, so dass Einspritzlöcher 31 hin zu der Verbrennungskammer 12 freiliegend sind, und dieser kann den Kraftstoff ausgehend von den Einspritzlöchern 31 in die Verbrennungskammer 12 einspritzen. Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 ist beispielsweise bei der ECU 40 installiert und teilt die Verbrennungskammer 12 virtuell auf. Ebenso wie die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 ist die Einspritzsteuerungseinheit 42 bei der ECU 40 installiert und steuert eine Kraftstoffeinspritzrate des Kraftstoffinjektors 30.
Die Details der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 sind mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Kraftstoffinjektor 30 bei einem radial mittleren Teil der Verbrennungskammer 12 angeordnet und spritzt den Kraftstoff von einer radial inneren Seite in Richtung hin zu einer radial äußeren Seite der Verbrennungskammer 12 ein. Wie in 2 dargestellt ist, ist eine Einspritzrichtung D des Kraftstoffinjektors 30 ausgehend von der radial inneren Seite in Richtung hin zu der radial äußeren Seite der Verbrennungskammer 12 ausgerichtet. Der eingespritzte Kraftstoff ist in einer Kraftstoffstrahlströmung F ausgebildet, während dieser mit einer umgebenden Luft vermischt wird.
Bei der Kolbenbodenfläche 130 ist eine Vertiefung bzw. Mulde 132 vom Wiedereintritts-Typ vorgesehen, welche die Verbrennungskammer 12 konfiguriert. Ein mittlerer Vorsprungabschnitt 134 und ein Vertiefungsteil 135, welcher den mittleren Vorsprungabschnitt 134 umgibt, sind bei einer Bodenfläche der Vertiefung 132 vorgesehen. Es wird angenommen, dass ein maximaler Spritzwinkel, mit welchem die Kraftstoffstrahlströmung F den Vertiefungsteil 135 ohne irgendein Zusammentreffen mit dem mittleren Vorsprungabschnitt 134 der Vertiefung 132 erreichen kann, gleich α ist. Es ist vorzuziehen, dass ein durch den Kraftstoffinjektor 30 hervorgerufener Spritzwinkel β die Beziehung 0,4α ≤ β ≤ α erfüllt. Beispielsweise ist der durch den Kraftstoffinjektor 30 hervorgerufene Spritzwinkel β größer oder gleich 12 Grad und kleiner oder gleich 30 Grad.
Wie in 3 dargestellt ist, umfasst der Kraftstoffinjektor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Mehrzahl an Einspritzlöchern 31, welche um eine Mittelachse C des Kraftstoffinjektors 30 konzentrisch definiert sind. Die Kraftstoffstrahlströmung F, welche ausgehend von diesen Einspritzlöchern 31 eingespritzt wird, schreitet ausgehend von dem Kraftstoffinjektor 30 radial in die Verbrennungskammer 12 voran. Es ist vorzuziehen, dass die Anzahl an Einspritzlöcher 31 beispielsweise größer oder gleich 12 ist. Es ist vorzuziehen, dass ein Durchmesser der Einspritzlöcher 31 beispielsweise kleiner oder gleich 1,0 mm ist.
Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 teilt die Verbrennungskammer 12 in N Verbrennungszonen auf und kann ein Kraftstoffeinspritzverfahren in den jeweiligen Verbrennungszonen verändern. Es wird angenommen, dass N einer natürlichen Zahl größer oder gleich 2 entspricht. Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 teilt eine Phase bzw. Dauer ausgehend von einer Zeit, zu welcher der Kraftstoffinjektor 30 geöffnet wird, hin zu einer Zeit, zu welcher das Auslassventil 18 geöffnet wird, in M Zonen-Einspritzphasen auf und ordnet jede der N Verbrennungszonen irgendeiner der M Zonen-Einspritzphasen zu. M entspricht einer natürlichen Zahl größer oder gleich 2. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zur Vereinfachung der Beschreibung ein Wert der natürlichen Zahl N auf 4 eingestellt und ein Wert der natürlichen Zahl M ist auf 4 eingestellt.
Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 teilt eine Zone der Verbrennungskammer 12 ausgehend von einer radial inneren Seite in Richtung hin zu einer radial äußeren Seite der Verbrennungskammer 12 virtuell in vier Zonen auf. Wie in 4 dargestellt ist, teilt die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 die Zone der Verbrennungskammer 12 in erste bis vierte Verbrennungszonen 61 bis 64 auf. Die ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 sind durch virtuelle Umfangskreise Ia, Ib und Ic mit einer Mitte O und einer Außenwandfläche 23 abgetrennt. Ein Durchmesser des virtuellen Kreises Ia ist kleiner als ein Durchmesser des virtuellen Kreises Ib, und ein Durchmesser des virtuellen Kreises Ib ist kleiner als ein Durchmesser des virtuellen Kreises Ic. Ein Durchmesser des virtuellen Kreises Ic ist kleiner als ein Durchmesser der Verbrennungskammer 12.
Die erste Verbrennungszone 61 ist durch den virtuellen Kreis Ia abgetrennt und liegt benachbart zu der zweiten Verbrennungszone 62. Die zweite Verbrennungszone 62 ist durch den virtuellen Kreis Ia und den virtuellen Kreis Ib abgetrennt und zwischen der ersten Verbrennungszone 61 und der dritten Verbrennungszone 63 eingerichtet. Die dritte Verbrennungszone 63 ist durch den virtuellen Kreis Ib und den virtuellen Kreis Ic abgetrennt und zwischen der zweiten Verbrennungszone 62 und der vierten Verbrennungszone 64 eingerichtet. Die vierte Verbrennungszone 64 ist durch den virtuellen Kreis Ic und die Außenwandfläche 23 der Verbrennungskammer 12 abgetrennt. Wie vorstehend beschrieben, ist die Zone der Verbrennungskammer 12 ausgehend von der Mitte O der Verbrennungskammer 12 in Richtung hin zu der Außenseite der Verbrennungskammer 12 in einer radialen Richtung der Verbrennungskammer 12 in vier Zonen aufgeteilt.
Wie in 5 dargestellt, ist in den ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 eine Kohlendioxidkonzentration D_CO2 unmittelbar nachdem das Einlassventil 17 geschlossen wird, hinsichtlich des Wertes größer eingestellt als eine vorbestimmte Kohlendioxid-Referenzkonzentration J_CO2. Alternativ ist eine Wasserdampfkonzentration D_H2O in den ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 hinsichtlich des Wertes größer eingestellt als eine vorbestimmte Wasserdampf-Referenzkonzentration J_H2O. Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 teilt eine Zone auf, welche auf einen Wert eingestellt ist, der größer ist als die Kohlendioxid-Referenzkonzentration J_CO2 oder die Wasserdampf-Referenzkonzentration J_H2O in der Verbrennungskammer 12.
Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 teilt eine Phase bzw. Dauer ausgehend von einer Zeit, zu welcher der Kraftstoffinjektor 30 geöffnet wird, hin zu einer Zeit, zu welcher das Auslassventil 18 geöffnet wird, in vier Zonen-Einspritzphasen auf. Die Phase ausgehend von der Zeit, zu welcher der Kraftstoffinjektor 30 geöffnet wird, hin zu einer Zeit, zu welcher das Auslassventil 18 geöffnet wird, ist beispielsweise durch einen Kurbelwinkel θ ausgedrückt. Ein Kurbelwinkel zu der Zeit, wenn der Kraftstoffinjektor 30 geöffnet wird, ist auf θ0 eingestellt, und ein Kurbelwinkel zu der Zeit, wenn das Auslassventil 18 geöffnet wird, ist auf θ4 eingestellt.
Wie in 6 dargestellt, ist eine Phase ausgehend von dem Kurbelwinkel θ0 hin zu dem Kurbelwinkel θ4 gleichmäßig in vier Phasen aufgeteilt, und die jeweiligen Kurbelwinkel zwischen dem Kurbelwinkel θ0 und dem Kurbelwinkel θ4 sind auf Kurbelwinkel 01, θ2 und θ3 eingestellt. Im ersten bis vierten Zonen-Einspritzphasen 71 bis 74 entspricht der Zylinderinnendruck P einem Verbrennungszustand in der Verbrennungskammer 12.
Es wird angenommen, dass die erste Zonen-Einspritzphase 71 einer Phase ausgehend von dem Kurbelwinkel θ0 hin zu dem Kurbelwinkel 01 entspricht, und dass die zweite Zonen-Einspritzphase 72 einer Phase ausgehend von dem Kurbelwinkel θ1 hin zu dem Kurbelwinkel θ2 entspricht. Es wird angenommen, dass die dritte Zonen-Einspritzphase 73 einer Phase ausgehend von dem Kurbelwinkel θ2 hin zu dem Kurbelwinkel θ3 entspricht, und dass die vierte Zonen-Einspritzphase 74 einer Phase ausgehend von dem Kurbelwinkel θ3 hin zu dem Kurbelwinkel θ4 entspricht.
Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 ordnet jeder der ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 basierend auf dem Verbrennungszustand der ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 irgendeine Phase der ersten bis vierten Zonen-Einspritzphasen 71 bis 74 zu. Beispielsweise ordnet die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 die erste Verbrennungszone 61 der ersten Zonen-Einspritzphase 71 zu und diese ordnet die zweite Verbrennungszone 62 der zweiten Zonen-Einspritzphase 72 zu. Gleichermaßen ordnet die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 die dritte Verbrennungszone 63 der dritten Zonen-Einspritzphase 73 zu, und diese ordnet die vierte Verbrennungszone 64 der vierten Zonen-Einspritzphase 74 zu. Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 kann die ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 redundant irgendeiner Phase der ersten bis vierten Zonen-Einspritzphasen 71 bis 74 zuordnen, um beispielsweise die erste Verbrennungszone 61 und die zweite Verbrennungszone 62 der ersten Zonen-Einspritzphase 71 zuzuordnen.
Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 verändert ein Kraftstoffeinspritzverfahren in den ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64. Das Kraftstoffeinspritzverfahren gibt die Kraftstoffeinspritzung unter Verwendung zumindest einer Größe aus einer Einspritzrichtung D, einer Kraftstoffeinspritzrate, einem Kraftstoffeinspritzdruck, einer Kraftstoffeinspritzfrequenz und einer Kraftstoffeinspritzphase an. Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verändert die Kraftstoffeinspritzrate als das Kraftstoffeinspritzverfahren. Die Kraftstoffeinspritzrate entspricht einem Kraftstoffeinspritzbetrag pro Zeiteinheit.
Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 verändert das Kraftstoffeinspritzverfahren in den ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 in einer beliebigen Reihenfolge. Beispielsweise verändert die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 das Kraftstoffeinspritzverfahren in der ersten Verbrennungszone 61, und diese verändert das Kraftstoffeinspritzverfahren in den zweiten bis vierten Verbrennungszonen 62 bis 64 der Reihe nach. Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 kann das Kraftstoffeinspritzverfahren in den ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 der Reihe nach verändern und mit der Kraftstoffverbrennung in der Reihenfolge ausgehend von der ersten Verbrennungszone 61 voranschreiten.
Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 implementiert die Aufteilung der Zone in der Verbrennungskammer 12 in der Phase ausgehend von der Zeit, zu welcher der Kraftstoffinjektor 30 geöffnet wird, hin zu der Zeit, zu welcher das Auslassventil 18 geöffnet wird, mehrfach. Beispielsweise teilt die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 die Zonen in der Verbrennungskammer 12, welche in die ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 aufgeteilt wurden, erneut in vier Zonen auf. In dieser Situation kann die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 Bereiche der Regionen der ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 verändern, welche erneut aufgeteilt wurden, oder diese kann die Anzahl an Aufteilungen ausgehend von den vier ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 verändern. Wie vorstehend beschrieben ist, kann die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 die Verbrennungskammer 12 in N Verbrennungszonen aufteilen, und diese kann das Kraftstoffeinspritzverfahren in jeder der Verbrennungszonen verändern.
Bislang ist es bei der Dieselmaschine schwierig, sowohl den hohen thermischen Wirkungsgrad als auch die Reduktion des Betrags an NOx zu erreichen. Wie in 30 dargestellt ist, besitzen der hohe thermische Wirkungsgrad und die Reduktion des Betrags an NOx eine kontradiktorische bzw. gegenläufige Beziehung zueinander. Eine Beziehung der Kraftstoffeinspritzrate, des maximalen Zylinderinnendrucks Pmax und des thermischen Wirkungsgrads η ist mit einer durchgehenden Linie I1 angegeben, und eine Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzrate und dem Betrag an NOx ist mit einer gestrichelten Linie I2 angegeben.
Wenn die Kraftstoffeinspritzrate erhöht wird, wird die Verbrennung von Kraftstoff nach früh verschoben, da der maximale Zylinderinnendruck Pmax in der Verbrennungskammer höher wird und eine Temperatur ebenso höher wird. Aus diesem Grund wird der thermische Wirkungsgrad η erhöht, wenn die Kraftstoffeinspritzrate erhöht ist. Da in dieser Situation jedoch die Temperatur höher wird, wird die Erzeugung von NOx erleichtert und der Betrag an NOx ist erhöht. Wenn andererseits die Kraftstoffeinspritzrate verringert wird, wird der Betrag an NOx reduziert, der thermische Wirkungsgrad wird jedoch verringert, da die Temperatur niedriger wird. Ferner kann eine externe Abgasrückführung ausgeführt werden, um den Betrag an NOx zu verringern. Ein spezifisches Wärmeverhältnis des Zylinders wird jedoch durch in einem Abgas enthaltene Verunreinigungen verringert und der thermische Wirkungsgrad η wird verringert.
(Vorteile)
Bei der vorliegenden Ausführungsform teilt die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 die Verbrennungskammer 12 virtuell in die ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 auf, und diese kann die Kraftstoffeinspritzrate in jeder der ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 verändern. Beispielsweise ist in der vierten Verbrennungszone 64, welche einen großen Bereich einer Wandoberfläche aufweist, ein Kühlverlust im Vergleich zu den ersten bis dritten Verbrennungszonen 61 bis 63 erhöht, da der Kraftstoff in der Nähe der Wandoberfläche verbrannt wird. Die Verbrennungskammer 12 wird in die mehreren Zonen aufgeteilt, um eine Differenz des Wärmebetrags in den jeweiligen Verbrennungszonen zu beseitigen, wodurch der Zylinderinnendruck P in der Verbrennungskammer 12 exakt gesteuert werden kann.
Als ein Vergleichsbeispiel wird die Steuerbarkeit des Zylinderinnendrucks P zwischen der vorliegenden Ausführungsform und einem Vergleichsbeispiel unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit keinem Abschnitt entsprechend der Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 verglichen. Um den Betrag an erzeugtem NOx zu begrenzen, kann hinsichtlich des Zylinderinnendrucks P ein Grenzwert eingestellt sein und der Grenzwert des Zylinderinnendrucks P ist als ein Zylinderinnendruck-Grenzwert P_lim eingestellt. Der Zylinderinnendruck-Grenzwert P_lim entspricht einem optimalen Wert, welcher sowohl den thermischen Wirkungsgrad η als auch den Betrag an NOx erreicht.
Wie in 7 dargestellt ist, kann der Zylinderinnendruck P bei dem Vergleichsbeispiel den Zylinderinnendruck-Grenzwert P_lim überschreiten oder unter diesen fallen. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Zylinderinnendruck P einem Wert in der Nähe einer Grenze, ohne den Zylinderinnendruck-Grenzwert P_lim zu überschreiten. Der Zylinderinnendruck P kann näher an den Zylinderinnendruck-Grenzwert P_lim heran gebracht werden, wodurch der Betrag an NOx und der thermische Wirkungsgrad η optimiert werden können. Daher können sowohl der Betrag an NOx als auch der hohe thermische Wirkungsgrad erreicht werden. In der Figur entspricht OT einer Abkürzung für oberer Totpunkt und diese bezeichnet den oberen Totpunkt.
Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 teilt eine Phase ausgehend von einer Zeit, zu welcher der Kraftstoffinjektor 30 geöffnet wird, hin zu einer Zeit, zu welcher das Auslassventil 18 geöffnet wird, in vier erste bis vierte Zonen-Einspritzphasen 71 bis 74 auf. Mit der vorstehenden Konfiguration kann das Kraftstoffeinspritzverfahren durchgeführt werden, welches kompatibel zu den jeweiligen ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 ist, da der Zylinderinnendruck P in den ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 unterschieden werden kann.
Im Allgemeinen spritzt der Kraftstoffinjektor bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche auf die Verbrennungskraftmaschine, wie einer Dieselmaschine, angewendet wird, den Kraftstoff ausgehend von der Innenseite der Verbrennungskammer in Richtung hin zu der Außenseite ein. Wie vorstehend beschrieben ist, kann, wenn der eingespritzte Kraftstoff in der Nähe der Wandoberfläche der Verbrennungskammer verbrannt wird, das verbrannte Hochtemperaturgas mit der Wandoberfläche in Kontakt gelangen. In dieser Situation wird die Wärme von der Verbrennungskammer abgestrahlt, der Kühlverlust ist erhöht und der thermische Wirkungsgrad η ist verringert. Beispielsweise ist bei der JP-A-2008-175078 als eine Patentliteratur eine Wärmeisolationsschicht auf der Wandoberfläche aufgebracht, welche die Verbrennungskammer abtrennt, um dadurch den Kühlverlust zu reduzieren.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 sowohl den hohen thermischen Wirkungsgrad als auch die Reduktion des Betrags an NOx erreichen, während der Kühlverlust reduziert wird. Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines spezifischen Steuerungsverfahrens zum Erreichen sowohl des hohen thermischen Wirkungsgrads als auch der Reduktion des Betrags an NOx, während der Kühlverlust reduziert wird, durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Voranschreiten bzw. Eindringen der Kraftstoffstrahlströmung F unterdrückt, um dadurch zu verhindern, dass die Kraftstoffstrahlströmung F die Wandoberfläche der Verbrennungskammer 12 erreicht. Folglich wird der Kraftstoff in einem mittleren Teil der Verbrennungskammer 12 verbrannt. Nachfolgend ist die Verbrennung bei dem mittleren Teil der Verbrennungskammer 12 als „zentrale Verbrennung“ bezeichnet.
Wie in 8 dargestellt, ist eine Verbrennungsgasschicht B mit hoher Temperatur bei dem mittleren Teil der Verbrennungskammer 12 ausgebildet und eine thermische Isolationsgasschicht G, welche durch eine unverbrannte Luft erzeugt wird, ist bei einer äußeren Peripherie der Verbrennungskammer 12 ausgebildet, wenn die zentrale Verbrennung durchgeführt wird. Bei dem Vorliegen der thermischen Isolationsgasschicht G kann verhindert werden, dass die Verbrennungsgasschicht B mit hoher Temperatur mit der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 12 in Kontakt steht und der Kühlverlust kann reduziert werden. Insbesondere wird bei der vorliegenden Ausführungsform das verbrannte Gas daran gehindert, mit einer inneren Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12 in Kontakt zu gelangen, mit anderen Worten, einer Wandoberfläche 136 auf einer radial äußeren Seite der Vertiefung 132.
Als das Kraftstoffeinspritzverfahren zum Realisieren der zentralen Verbrennung steuert die Einspritzsteuerungseinheit 42 den Kraftstoffinjektor 30, so dass dieser den Kraftstoff mit der Kraftstoffeinspritzrate eines eingestellten Werts Rs oder größer bzw. mehr einspritzt. Wie in 9 dargestellt, ist der eingestellte Wert Rs auf einen Wert zum Erzeugen einer Luftströmung A zum Führen der Kraftstoffstrahlströmung F in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Einspritzrichtung D des Kraftstoffinjektors 30 eingestellt. Es ist vorzuziehen, dass eine Strömungsrate der Luftströmung A, welche in der entgegengesetzten Richtung zu der Einspritzrichtung D ausgerichtet ist, beispielsweise 120 m/s oder mehr beträgt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der eingestellte Wert Rs der Kraftstoffeinspritzrate auf 290 mm³/ms eingestellt. Es wird festgestellt, dass die vorstehende Luftströmung A erzeugt bzw. hervorgerufen wird, wenn der Kraftstoff mit der Kraftstoffeinspritzrate von 290 mm³/ms oder mehr in eine allgemeine Verbrennungskammer vom Wiedereintritts-Typ eingespritzt wird, wie in 10 dargestellt ist.
Bei der allgemeinen Dieselmaschine beträgt die Kraftstoffeinspritzrate bei jedem Zylinder auch in dem Fall der hohen Last (der Betrag an eingebrachtem Kraftstoff pro Zylinder beträgt etwa 60 mm³) etwa 40 mm³/ms. Der eingestellte Wert Rs der Kraftstoffeinspritzrate bei der vorliegenden Ausführungsform ist im Vergleich zum Stand der Technik auf einen sehr hohen Wert eingestellt. Wie vorstehend beschrieben ist, ist der maximale Zylinderinnendruck Pmax höher und der thermische Wirkungsgrad η ist höher, wenn die Kraftstoffeinspritzrate auf den hohen Wert eingestellt ist, der Betrag an NOx ist jedoch erhöht. Die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit 60 teilt das Innere der Verbrennungskammer 12 jedoch virtuell auf, wodurch diese in der Lage ist, den Zylinderinnendruck P exakt zu steuern. Aus diesem Grund erreicht die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform insbesondere dann, wenn die Kraftstoffeinspritzrate groß ist, den Effekt zum Erreichen sowohl des erhöhten thermischen Wirkungsgrads η als auch der Reduktion des Betrags an NOx.
Eine obere Grenze der Kraftstoffeinspritzrate zum Realisieren der zentralen Verbrennung ist nicht in besonderer Art und Weise beschränkt. Mit anderen Worten, die vorstehende Luftströmung A kann erzeugt werden, falls die Kraftstoffeinspritzrate größer oder gleich dem eingestellten Wert Rs ist. Ein als ein Kraftstoff der allgemeinen Dieselmaschine verwendetes Leichtöl besitzt eine Eigenschaft, dass sich dieses bei einem Druck von etwa 500 MPa verfestigt. Wenn somit eine Obergrenze für den Einspritzdruck gemäß einer Charakteristik des zu verwendenden Kraftstoffes bestimmt wird, um keine Verschlechterung, wie eine Verfestigung, zu veranlassen, wird die Obergrenze der Kraftstoffeinspritzrate gemäß der Obergrenze des Einspritzdrucks und der Anzahl an Einspritzlöchern 31 in dem Kraftstoffinjektor 30 bestimmt.
Nachfolgend ist eine durch die Einspritzsteuerungseinheit 42 durchgeführte Verarbeitung mit Bezug auf ein Flussdiagramm von 11 beschrieben. Beispielsweise startet die Einspritzsteuerungseinheit 42 die Verarbeitung einhergehend mit dem Start der Maschine 1. Die Einspritzsteuerungseinheit 42 führt die nachfolgende Steuerung durch, um dadurch sowohl den hohen thermischen Wirkungsgrad als auch die Reduktion des Betrags an NOx zu erreichen, während der Kühlverlust reduziert wird.
Zunächst wird bei S101 ein Gesamtkraftstoffvolumen Q_all [mm³] bestimmt, welches einem pro Zylinder einzuspritzenden Kraftstoffvolumen entspricht. Das Gesamtkraftstoffvolumen Q all entspricht einem Wert, welcher durch die ECU 40 basierend auf einer Last [Nm] der Maschine 1 und einer Drehzahl [U/min] der Maschine 1, die Betriebszuständen der Maschine 1 entsprechen, bestimmt wird. Bei S102 wird ein kompatibles Kraftstoffvolumen Qc [mm³], welches basierend auf dem Zylinderinnendruck-Grenzwert P_lim bestimmt wird, mit dem Kraftstoffvolumen pro Zylinder berechnet. Ein spezifisches Berechnungsverfahren des kompatiblen Kraftstoffvolumens Qc ist später beschrieben.
Es wird angenommen, dass ein Koeffizient, mit welchem das Gesamtkraftstoffvolumen Q all multipliziert wird, einem Kraftstoffvolumenkoeffizienten C_Q entspricht. Wie in 12 dargestellt ist, entspricht der Kraftstoffvolumenkoeffizient C_Q einem Wert, welcher basierend auf dem Betriebszustand der Maschine 1 berechnet wird. Der Kraftstoffvolumenkoeffizient C_Q kann über Experimente oder eine Simulation erhalten werden. Wie in 13 dargestellt ist, ist der Kraftstoffvolumenkoeffizient C_Q bei der vorliegenden Ausführungsform auf größer oder gleich 0,7 und kleiner oder gleich 0,8 eingestellt, um dadurch einen relativ hohen thermischen Wirkungsgrad zu erreichen, welcher den zulässigen Wert des thermischen Wirkungsgrads η überschreitet.
Bei S103 wird ein Wert, welcher durch Multiplizieren des Gesamtkraftstoffvolumens Q all mit dem Kraftstoffvolumenkoeffizienten C_Q erhalten wird, mit dem kompatiblen Kraftstoffvolumen Qc verglichen. Wenn der durch Multiplizieren des Gesamtkraftstoffvolumens Q all mit dem Kraftstoffvolumenkoeffizienten C_Q erhaltene Wert kleiner als das kompatible Kraftstoffvolumen Qc ist, schreitet die Verarbeitung zu S104 voran. Bei S104 wird angenommen, dass der durch Multiplizieren des Gesamtkraftstoffvolumens Q_all mit dem Kraftstoffvolumenkoeffizienten C_Q erhaltene Wert einem Kraftstoffeinspritzvolumen Q entspricht, welches pro Zylinder eingespritzt wird. Ein verbleibendes Kraftstoffvolumen Q_res [mm³] pro Zylinder, welches durch Subtrahieren des Kraftstoffeinspritzvolumens Q von dem Gesamtkraftstoffvolumen Q_all berechnet wird, wird berechnet.
Wenn andererseits der durch Multiplizieren des Gesamtkraftstoffvolumens Q all mit dem Kraftstoffvolumenkoeffizienten C_Q erhaltene Wert bei S103 größer oder gleich dem kompatiblen Kraftstoffvolumen Qc ist, schreitet die Verarbeitung zu S105 voran. Bei S105 wird das verbleibende Kraftstoffvolumen Q_res unter der Annahme berechnet, dass das kompatible Kraftstoffvolumen Qc gleich dem Kraftstoffeinspritzvolumen Q ist.
Bei S106 wird basierend auf einer Struktur oder dem Verbrennungszustand des Kraftstoffinjektors 30 bestimmt, ob eine Einspritzdruckdifferenz Δp, welche die nachfolgenden Gleichungen (1) und (2) erfüllt, eingestellt werden kann. $\frac{π}{4} d_{I N J}^{2} \cdot n_{I N J} \cdot C \sqrt{\frac{2 Δ p}{ρ_{F}}} \geq R s$
$C \sqrt{\frac{2 Δ p}{ρ_{F}}} \cdot τ \leq a \cdot Lmax$
In diesen Gleichungen entspricht n_INJ der Anzahl von Einspritzlöchern 31, welche bei dem Kraftstoffinjektor 30 vorgesehen sind, und d_INJ entspricht einem Durchmesser [mm] der Einspritzlöcher 31, welche bekannten Werte entsprechen. ρ_F entspricht einer Kraftstoffdichte [kg/m³], was einem bekannten Wert basierend auf einem zu verwendenden Kraftstofftyp entspricht. C entspricht einem Strömungsratenkoeffizienten, welcher über eine Tabelle oder eine empirische Formel basierend auf der Kraftstoffdichte ρ_F und der Einspritzdruckdifferenz Δp berechnet werden kann. τ entspricht einer Zündverzögerung [ms] des Kraftstoffes, welche bei S106 berechnet wird. Lmax entspricht einem maximalen Abstand [mm] ausgehend von den Einspritzlöchern 31 hin zu der Wandoberfläche der Vertiefung 132.
Eine linke Seite der Gleichung (1) stellt die Kraftstoffeinspritzrate durch den Kraftstoffinjektor 30 dar. Wenn die Gleichung (1) erfüllt ist, ist die Kraftstoffeinspritzrate auf den eingestellten Wert Rs oder größer eingestellt. Eine linke Seite der Gleichung (2) stellt einen Abstand ausgehend von den Einspritzlöchern 31 hin zu der Endposition der Kraftstoffstrahlströmung F zu dem Zündzeitpunkt dar. Wie in 14 dargestellt, ist die Endposition bzw. Reichweite der Kraftstoffstrahlströmung F zu dem Zündzeitpunkt auf einem Bereich von 1/2 oder kleiner eines maximalen Abstands Lmax von den Einspritzlöchern 31 eingestellt, wenn die nachfolgende Gleichung (2) erfüllt ist.
Wenn bei S107 ermittelt wird, dass die Einspritzdruckdifferenz Δp eingestellt werden kann, schreitet die Verarbeitung zu S108 voran. Wenn bei S107 andererseits ermittelt wird, dass die Einspritzdruckdifferenz Δp nicht eingestellt werden kann, kehrt die Verarbeitung zu S106 zurück.
Bei S108 wird ein Steuerungswert der Einspritzdruckdifferenz Δp, welcher bei der Steuerung des Kraftstoffinjektors 30 verwendet wird, in dem Bereich der Einspritzdruckdifferenz Δp bestimmt, welche als einstellbar ermittelt ist. Bei S109 wird die Einspritzphase Δt des Kraftstoffinjektors 30 basierend auf der nachfolgenden Gleichung (3) unter Verwendung des bei S108 ermittelten Steuerungswerts der Einspritzdruckdifferenz Δp berechnet. $\frac{Q}{Δ t} = \frac{π}{4} d_{I N J}^{2} \cdot n_{I N J} \cdot C \sqrt{\frac{2 Δ p}{ρ_{F}}}$
Bei S110 wird eine Einspritzstartzeit basierend auf der bei S109 berechneten Einspritzphase Δt bestimmt. Die Einspritzstartzeit wird insbesondere derart bestimmt, dass eine Phase zwischen der Einspritzstartzeit und dem Zündzeitpunkt länger als die Einspritzphase Δt wird. Bei S111 wird der Kraftstoffinjektor 30 basierend auf dem Steuerungswert der Einspritzdruckdifferenz Δp, der Einspritzphase Δt und der Einspritzstartzeit, welche bis dahin bei S108 bis S110 erhalten wurden, gesteuert. Folglich spritzt der Kraftstoffinjektor 30 den Kraftstoff mit der Kraftstoffeinspritzrate des eingestellten Werts Rs oder größer bzw. mehr ein und schließt die Einspritzung vor dem Zündzeitpunkt ab.
Ein Verfahren zum Berechnen des kompatiblen Kraftstoffvolumens Qc, welches durch die Einspritzsteuerungseinheit 42 durchgeführt wird, ist mit Bezug auf eine charakteristische Ansicht von 15 und ein Flussdiagramm von 16 beschrieben. Wie in 15 dargestellt, wird angenommen, dass der Kurbelwinkel θ, bei welchem der Kraftstoffinjektor 30 geöffnet wird, einem Einspritz-Start-Kurbelwinkel θs entspricht, und dass der Zylinderinnendruck P zu dieser Zeit einem Einspritzstart-Druck Ps entspricht. Zusätzlich wird angenommen, dass der Kurbelwinkel θ, zu welchem der Kraftstoffinjektor 30 geschlossen wird, einem Einspritzende-Kurbelwinkel θe entspricht, und dass der Kurbelwinkel θ zu einer Zeit, wenn die Kraftstoffverbrennung abgeschlossen wurde, einem Verbrennungsende-Kurbelwinkel θa entspricht. Es wird angenommen, dass ein Wert, welcher durch Umwandeln der Zündverzögerung τ des Kraftstoffes in den Kurbelwinkel θ erhalten wird, einer Zündverzögerungs-Kurbelphase Δθτ entspricht.
Wie in 16 dargestellt ist, werden bei S151 der Einspritzstart-Kurbelwinkel θs, der Einspritzende-Kurbelwinkel θe und der Zylinderinnendruck-Grenzwert P_lim bestimmt. Bei S152 werden die Zündverzögerungs-Kurbelphase Δθτ, eine Phase ausgehend von dem Einspritzende-Kurbelwinkel θe hin zu dem Verbrennungsende-Kurbelwinkel θa und der Einspritzstart-Druck Ps berechnet. Die Phase ausgehend von dem Einspritzende-Kurbelwinkel θe hin zu dem Verbrennungsende-Kurbelwinkel θa wird durch Subtrahieren des Einspritzende-Kurbelwinkels θe von dem Verbrennungsende-Kurbelwinkel θa berechnet.
Bei S153 wird ein virtuelles Kraftstoffvolumen Qi, welches einem virtuell berechneten Kraftstoffvolumen entspricht, über die nachfolgende Gleichung (4) berechnet. In der Gleichung stellt V ein Volumen in der Verbrennungskammer 12 dar, welches einer Funktion des Kurbelwinkels θ entspricht, γ stellt ein spezifisches Wärmeverhältnis in der Verbrennungskammer 12 dar. dP/dθ stellt eine Veränderungsrate des Zylinderinnendrucks P zu dem Kurbelwinkel θ dar. dV/dθ stellt eine Veränderungsrate des Volumens V in der Verbrennungskammer 12 zu dem Kurbelwinkel θ dar. $Q i = \int_{θ s}^{θ e} (\frac{V}{γ - 1} \cdot \frac{d P}{d θ}) d θ + \int_{θ s}^{θ e} (\frac{γ}{γ - 1} \cdot P \cdot \frac{d V}{d θ}) d θ$
Bei S154 wird der maximale Zylinderinnendruck Pmax basierend auf dem virtuellen Kraftstoffvolumen Qi berechnet. Bei S155 wird der berechnete maximale Zylinderinnendruck Pmax mit dem Zylinderinnendruck-Grenzwert P_lim verglichen und es wird bestimmt, ob der berechnete maximale Zylinderinnendruck Pmax gleich dem Zylinderinnendruck-Grenzwert P_lim ist. In der vorliegenden Spezifikation umfasst „gleich“ einen vernünftigen Fehlerbereich. Wenn der berechnete maximale Zylinderinnendruck Pmax gleich dem Zylinderinnendruck-Grenzwert P_lim ist, schreitet die Verarbeitung zu S156 voran. Wenn der berechnete maximale Zylinderinnendruck Pmax nicht gleich dem Zylinderinnendruck-Grenzwert P_lim ist, kehrt die Verarbeitung zu S151 zurück. Bei S156 wird das kompatible Kraftstoffvolumen Qc gleich dem virtuellen Kraftstoffvolumen Qi eingestellt, mit anderen Worten, Qc = Qi wird eingestellt, und das kompatible Kraftstoffvolumen Qc wird berechnet.
Bei S101 bis S105 können sowohl der hohe thermische Wirkungsgrad als auch die Reduktion des Betrags an NOx erreicht werden. Wenn das Kraftstoffeinspritzvolumen Q einem Wert entspricht, welcher durch Multiplizieren des Kraftstoffvolumens Q all mit dem Kraftstoffvolumenkoeffizienten C_Q erhalten wird, priorisiert die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 den thermischen Wirkungsgrad η, da das Kraftstoffeinspritzvolumen Q unter das kompatible Kraftstoffvolumen Qc fällt.
Wenn das Kraftstoffeinspritzvolumen Q andererseits als das kompatible Kraftstoffvolumen Qc eingestellt ist, erreicht die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 sowohl den thermischen Wirkungsgrad η als auch den Betrag an NOx. Da das kompatible Kraftstoffvolumen Qc basierend auf dem Zylinderinnendruck-Grenzwert P lim berechnet wird, entspricht das kompatible Kraftstoffvolumen Qc einem Kraftstoffvolumen, welches den thermischen Wirkungsgrad η und den Betrag an NOx optimiert. Wenn daher das Kraftstoffeinspritzvolumen Q gleich dem kompatiblen Kraftstoffvolumen Qc eingestellt ist, werden sowohl der thermische Wirkungsgrad η als auch der Betrag an NOx erreicht.
Bei S106 bis S111 wird der Kühlverlust reduziert. Die Vorteile einer Reduktion des Kühlverlusts sind beschrieben, was durch den eingestellten Wert Rs hervorgerufen wird, welcher derart eingestellt ist, dass dieser die Luftströmung A zum Führen bzw. Ausrichten der von dem Kraftstoffinjektor 30 eingespritzten Kraftstoffstrahlströmung F in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Einspritzrichtung D des Kraftstoffinjektors 30 erzeugt. Nachfolgend ist zur Einfachheit der Beschreibung die Kraftstoffeinspritzrate des eingestellten Werts Rs oder größer als „hohe Einspritzrate“ bezeichnet und die Kraftstoffeinspritzrate, welche kleiner als der eingestellte Wert Rs ist, ist als „niedrige Einspritzrate“ bezeichnet.
(Zusätzliche Vorteile)
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird auf die Maschine 1 mit der durch den Zylinderkopf 16, den Zylinder 15 und die Kolbenbodenfläche 130 abgetrennten Verbrennungskammer 12 angewendet. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 umfasst den Kraftstoffinjektor 30, welcher den Kraftstoff in Richtung der bei der Kolbenbodenfläche 130 vorgesehenen Vertiefung 132 in die Verbrennungskammer 12 einspritzt, und die Einspritzsteuerungseinheit 42, welche den Kraftstoffinjektor 30 steuert, um den Kraftstoff mit der Kraftstoffeinspritzrate des eingestellten Werts Rs oder größer einzuspritzen. 17A und 17B sind beispielsweise Abbildungen, welche Druckfelder in der Verbrennungskammer 12 darstellen, unmittelbar nachdem die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wurde. 17A stellt einen Fall dar, bei welchem der Kraftstoff mit der niedrigen Einspritzrate eingespritzt wird, und 17B stellt einen Fall dar, bei welchem der Kraftstoff mit der hohen Einspritzrate eingespritzt wird.
In 17A ist ein in der Einspritzrichtung D erzeugter negativer Druckgradient moderat. Andererseits wird bei 17B festgestellt, dass zwischen der Kraftstoffstrahlströmung F und der inneren Umfangsfläche 126, das heißt, der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 12, eine Luft komprimiert wird, wodurch in der Einspritzrichtung D ein steiler negativer Druckgradient erzeugt wird. Da die Kraftstoffstrahlströmung F unter dem negativen Druckgradienten voranschreitet bzw. sich ausbreitet, wird das Voranschreiten der Kraftstoffstrahlströmung F unterdrückt.
18 und 19 sind Diagramme, welche Zustände einer Veränderung eines Geschwindigkeitsfelds in der Verbrennungskammer 12 darstellen, unmittelbar nachdem die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wurde. 18 stellt einen Fall dar, bei welchem der Kraftstoff mit der niedrigen Einspritzrate eingespritzt wird, und 19 stellt einen Fall dar, bei welchem der Kraftstoff mit der hohen Einspritzrate eingespritzt wird.
In 18 verläuft die Kraftstoffstrahlströmung F gerade entlang der Einspritzrichtung D in der Verbrennungskammer 12 und erreicht die innere Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12.
In 19 wird andererseits die in der entgegengesetzten Richtung zu der Einspritzrichtung D ausgerichtete bzw. geführte Luftströmung A oberhalb und unterhalb der Kraftstoffstrahlströmung F erzeugt. Nachdem die Luftströmung A erzeugt wurde, wird bei einer Grenze zwischen der Kraftstoffstrahlströmung F und der Luftströmung A eine große Wirbelstruktur S ausgebildet. Folglich wird die Kraftstoffstrahlströmung F durch die Luftströmung A verformt und ebenso mit der Luftströmung A vermischt, und ein Moment der Kraftstoffstrahlströmung F wird reduziert, wodurch das Voranschreiten der Kraftstoffstrahlströmung F unterdrückt wird.
Ausgehend davon wird das Voranschreiten der Kraftstoffstrahlströmung F durch zwei Phänomene unterdrückt, wie dem in der Einspritzrichtung D erzeugten negativen Druckgradienten und der in der entgegengesetzten Richtung zu der Einspritzrichtung D strömenden Luftströmung A. Aus diesem Grund wird die Kraftstoffstrahlströmung F daran gehindert, die Wandoberfläche der Verbrennungskammer 12 zu erreichen.
Daher kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die thermische Isolationsgasschicht, welche durch die unverbrannte Luft erzeugt wird, zwischen dem verbrannten Gas mit hoher Temperatur, welches durch die Verbrennung der Kraftstoffstrahlströmung F erzeugt wird, und der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 12 ausgebildet werden. Folglich ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 vorgesehen, welche den Kühlverlust reduzieren kann, da ein Kontakt zwischen dem verbrannten Gas und der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 12 unterdrückt ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Kraftstoffinjektor 30 bei einem radial mittleren Teil der Verbrennungskammer 12 angeordnet und spritzt den Kraftstoff ausgehend von einer radial inneren Seite in Richtung hin zu einer radial äußeren Seite der Verbrennungskammer 12 ein. Gemäß der vorstehenden Konfiguration kann ein Kontakt zwischen der Wandoberfläche 136 auf der radial äußeren Seite der Vertiefung 132, welche die innere Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12 bildet, und dem verbrannten Gas unterdrückt werden. Aus diesem Grund kann die von der Verbrennungskammer 12 nach außen abgestrahlte Wärme stärker unterdrückt werden und der Kühlverlust kann stärker reduziert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform steuert die Einspritzsteuerungseinheit 42 die Einspritzdruckdifferenz Δp als den Einspritzdruck des Kraftstoffinjektors 30, so dass die Endposition der Kraftstoffstrahlströmung F zu dem Zündzeitpunkt innerhalb der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 12 angeordnet ist. Insbesondere ist es vorzuziehen, dass die Endposition der Kraftstoffstrahlströmung F zum Zündzeitpunkt kleiner oder gleich 1/2 des maximalen Abstands Lmax von den Einspritzlöchern 31 hin zu der Vertiefung 132 ist bzw. in diesen Bereich fällt.
20 und 21 sind beispielsweise Abbildungen, welche Zustände einer Veränderung eines Temperaturfelds in der Verbrennungskammer 12 darstellen. 20 stellt einen Fall dar (einen Fall einer niedrigen Einspritzrate), bei welchem die Kraftstoffstrahlströmung F zu dem Zündzeitpunkt die innere Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12 erreicht, und 21 stellt einen Fall dar (ein Fall einer hohen Einspritzrate), bei welchem die Endposition der Kraftstoffstrahlströmung F zu dem Zündzeitpunkt kleiner oder gleich 1/2 des maximalen Abstands Lmax ausgehend von den Einspritzlöchern 31 hin zu der Vertiefung 132 ist.
In 20 ist eine Zündposition A_F in der Nähe der inneren Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12 angeordnet. Folglich gelangt eine Hochtemperaturzone H, welche durch die Verbrennung oder das verbrannte Gas erzeugt wird, ausgehend von einer anfänglichen Verbrennungsstufe mit der inneren Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12 in Kontakt, und diese kommt in einer späten Verbrennungsstufe in breiten Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12.
Andererseits ist in 21 die Zündposition A_F nicht in der Nähe der inneren Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12 angeordnet, sondern in der Nähe einer Mitte zwischen dem radial mittleren Teil der Verbrennungskammer 12 und der inneren Umfangsfläche 126. Gemäß einem in 21 dargestellten Beispiel wird die Hochtemperaturzone H, welche durch die Verbrennung oder das verbrannte Gas hervorgerufen wird, daran gehindert, mit der inneren Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12 in Kontakt zu kommen. Mit anderen Worten, die durch die unverbrannte Luft hervorgerufene thermische Isolationsgasschicht ist zwischen dem verbrannten Gas mit hoher Temperatur, welches durch die Verbrennung der Kraftstoffstrahlströmung F hervorgerufen wird, und der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 12 ausgebildet. Mit dieser Konfiguration kann der Kontakt zwischen dem verbrannten Gas und der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 12 noch bevorzugter unterdrückt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform steuert die Einspritzsteuerungseinheit 42 die Einspritzstartzeit des Kraftstoffinjektors 30, um die Kraftstoffeinspritzung mit der Einspritzrate des eingestellten Werts Rs oder größer vor dem Zündzeitpunkt zu beenden. Gemäß der vorstehenden Konfiguration wird die Umgebung der Zündposition A_F in einen Sauerstoffmangel versetzt und eine Flamme kann daran gehindert werden, sich in die Verbrennungskammer 12 auszubreiten. Mit dieser Konfiguration kann der Kontakt zwischen dem verbrannten Gas und der Wandoberfläche der Verbrennungskammer 12 noch bevorzugter unterdrückt werden.
22A bis 22D und 23A bis 23D sind beispielsweise Abbildungen, welche Zustände in der Verbrennungskammer 12 unmittelbar nach der Kraftstoffeinspritzung bis zur Verbrennung darstellen. In 22A bis 22D wird die vorstehend beschriebene zentrale Verbrennung durchgeführt, da die Kraftstoffeinspritzung vor der Zündung beendet wird. Mit anderen Worten, in 23A bis 23D wird die Kraftstoffeinspritzung auch nach der Zündung fortgesetzt, wodurch bei der Umgebung der Zündposition A_F ein Sauerstoffmangel erzeugt wird, und eine Flamme breitet sich in die Verbrennungskammer 12 aus. Folglich gelangt die durch die Verbrennung oder das verbrannte Gas hervorgerufene Hochtemperaturzone H in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12.
Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform angenommen wird, dass ein maximaler Spritzwinkel, bei welchem die Kraftstoffstrahlströmung F die Wandoberfläche 136 auf der radial äußeren Seite der Vertiefung 132 ohne irgendein Zusammentreffen mit dem mittleren Vorsprungabschnitt 134 erreichen kann, gleich α ist, erfüllt ein durch den Kraftstoffinjektor 30 hervorgerufener Spritzwinkel β die Beziehung 0,4α ≤ β ≤ α. Insbesondere ist der durch den Kraftstoffinjektor 30 hervorgerufene Spritzwinkel β größer oder gleich 12 Grad und kleiner oder gleich 30 Grad. Gemäß der vorstehenden Konfiguration kann die Kraftstoffstrahlströmung F die in der entgegengesetzten Richtung zu der Einspritzrichtung D geführte Luftströmung A in bevorzugter Art und Weise hervorrufen, da die Kraftstoffstrahlströmung F die Luft zwischen der Kraftstoffstrahlströmung F und der Wandoberfläche 136 der Vertiefung 132 in bevorzugter Art und Weise verdichten kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Kraftstoffinjektor 30 mehrere Einspritzlöcher 31 auf, welche konzentrisch angeordnet sind. Mit dieser Anordnung können Abstände zwischen den jeweiligen Kraftstoffstrahlströmungen F, welche von den jeweiligen Einspritzlöchern 31 eingespritzt werden, reduziert werden. Die um die Kraftstoffstrahlströmungen F erzeugten Luftströmungen A überlagern sich gegenseitig, um dadurch die große Wirbelstruktur auszubilden, und das Voranschreiten der Kraftstoffstrahlströmungen F kann noch bevorzugter unterdrückt werden. Zusätzlich wird die Vermischung der Kraftstoffstrahlströmung F und der Luft verbessert, wodurch die Verschlechterung des Verbrennungszustands, welche durch einen Sauerstoffmangel hervorgerufen wird, vermieden werden kann.
(Zweite Ausführungsform)
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist mit Bezug auf 24, 25A und 25B beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass eine Einspritzsteuerungseinheit 42 einen Wechsel eines Einspritzsystems reduziert und hinzufügt.
Wenn der Kraftstoffbetrag pro Einspritzung groß ist (hohe Last), besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass aufgrund einer unzureichenden Luft nicht der gesamte Kraftstoff einer zentralen Verbrennung unterzogen werden kann. Wenn der Kraftstoff gezwungenermaßen der zentralen Verbrennung unterzogen werden soll, verschlechtert sich ein Verbrennungswirkungsgrad, da der Kraftstoff in einem unverbrannten Zustand zurückbleibt. Somit ist die zweite Ausführungsform darauf gerichtet, einen verbleibenden Kraftstoff auf einer Seite näher an einer inneren Umfangsfläche 126 eine Verbrennungskammer 12 zu verbrennen, nachdem ein verfügbarer Kraftstoff zunächst der zentralen Verbrennung unterzogen wurde. Insbesondere wechselt eine Einspritzsteuerungseinheit 42 ein Einspritzsystem während einer Einspritzung eines Kraftstoffinjektors 30, um den Kraftstoff mit einer kleineren Kraftstoffeinspritzrate als ein eingestellter Wert Rs kontinuierlich einzuspritzen, nachdem der Kraftstoffinjektor 30 den Kraftstoff mit der Kraftstoffeinspritzrate des eingestellten Werts Rs oder größer eingespritzt hat.
Die durch die Einspritzsteuerungseinheit 42 durchgeführte Verarbeitung ist mit Bezug auf ein Flussdiagramm von 24 beschrieben. Die Einspritzsteuerungseinheit 42 startet die Verarbeitung beispielsweise einhergehend mit einem Start einer Maschine 1. Zunächst wird die Verarbeitung ausgehend von S101 bis S105, wie bei der ersten Ausführungsform, nicht durchgeführt und diese ist reduziert. Bei S106 bis S108 wird die gleiche Verarbeitung durchgeführt wie diese bei der ersten Ausführungsform. Anschließend wird bei S120 bestimmt, ob ein Kraftstoffeinspritzvolumen Q pro Zylinder kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert Qs ist. Der vorbestimmte Wert Qs entspricht einem Maximalwert des Kraftstoffbetrags, welcher der zentralen Verbrennung unterzogen werden kann. Wenn bei S120 das Kraftstoffeinspritzvolumen Q pro Zylinder kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert Qs ist, wird ein Ablauf bei S109 bis S111 durchgeführt, wie bei der ersten Ausführungsform. Folglich spritzt der Kraftstoffinjektor 30 den Kraftstoff mit der Kraftstoffeinspritzrate des eingestellten Werts Rs oder größer ein und schließt die Einspritzung vor dem Zündzeitpunkt ab.
Wenn bei S120 andererseits das Kraftstoffeinspritzvolumen Q pro Zylinder größer als der vorbestimmte Wert Qs ist, schreitet die Verarbeitung zu S121 voran. Bei S121 wird eine Einspritzphase Δt [ms] basierend auf der nachfolgenden Gleichung (5) unter Verwendung eines Werts einer Einspritzdruckdifferenz Δp, welcher bei S108 ermittelt wird, berechnet. $\frac{Q s}{Δ t} = \frac{π}{4} d_{I N J}^{2} \cdot n_{I N J} \cdot C \sqrt{\frac{2 Δ p}{ρ_{F}}}$
Folglich wird bei dem Kraftstoff für den vorbestimmten Wert Qs die Einspritzphase Δt zum Einspritzen des Kraftstoffes mit der Kraftstoffeinspritzrate des eingestellten Werts Rs oder größer erhalten.
Dann wird bei S122 in gleicher Art und Weise zu S110 eine Einspritzstartzeit basierend auf der bei S121 berechneten Einspritzphase Δt ermittelt. Dann startet bei S123 die Steuerung des Kraftstoffinjektors 30 basierend auf der Einspritzdruckdifferenz Δp, der Einspritzphase Δt und der Einspritzstartzeit, welche vorhergehend bei S108, S121 und S122 erhalten werden. Folglich spritzt der Kraftstoffinjektor 30 den Kraftstoff mit dem vorbestimmten Wert Qs mit der Kraftstoffeinspritzrate des eingestellten Werts Rs oder größer ein und schließt die Einspritzung vor dem Zündzeitpunkt ab.
Dann wird das Einspritzsystem bei S124 hin zu einem anderen gewechselt bzw. umgeschaltet und der Kraftstoffinjektor 30 spritzt den verbleibenden Kraftstoff unter der Steuerung kontinuierlich ein. Das Wechseln bzw. Umschalten des Einspritzsystems kann durch ein Reduzieren der Einspritzdruckdifferenz Δp des Kraftstoffinjektors 30 durchgeführt werden, oder dieses kann durch ein Reduzieren der Anzahl von Einspritzlöchern 31 zum Durchführen der Einspritzung des Kraftstoffinjektors 30 durchgeführt werden. Folglich kann der Kraftstoffinjektor 30 den verbleibenden Kraftstoff mit der Kraftstoffeinspritzrate einspritzen, welche kleiner als der eingestellte Wert Rs ist. Es ist vorzuziehen, dass die Kraftstoffeinspritzrate des Kraftstoffes gleich 115 mm³/ms oder kleiner ist, nachdem das Einspritzsystem gewechselt wurde.
25A und 25B stellen beispielsweise einen Fall dar, bei welchem die Anzahl von Einspritzlöchern 31 zum Durchführen der Einspritzung ausgehend von 12 auf 4 reduziert ist. Die Kraftstoffeinspritzrate, nachdem das Einspritzsystem hin zu einem anderen gewechselt wurde, wird auf etwa 1/3 der Kraftstoffeinspritzrate vor dem Wechsel reduziert. Der Kraftstoffinjektor 30 ist derart konfiguriert, dass dieser die Anzahl von Einspritzlöchern 31 zum Durchführen der Einspritzung wechselt.
Bei einer anfänglichen Stufe der Einspritzung, wie in 25A dargestellt, erreicht eine Kraftstoffstrahlströmung F die innere Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12 nicht und die Verbrennung wird bei einem mittleren Teil der Verbrennungskammer 12 durchgeführt. Nach dem Wechsel des Einspritzsystems erreicht die Kraftstoffstrahlströmung F die innere Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12 und die Verbrennung wird bei einem äußeren Teil im Inneren der Verbrennungskammer 12 durchgeführt.
Wenn aufgrund der unzureichenden Luft nicht der gesamte Kraftstoff der zentralen Verbrennung unterzogen werden kann, nachdem der verfügbare Kraftstoff zunächst der zentralen Verbrennung unterzogen wurde, kann der verbleibende Kraftstoff gemäß der zweiten Ausführungsform auf einer Seite näher an der inneren Umfangsfläche 126 der Verbrennungskammer 12 verbrannt werden. Folglich kann der Kühlverlust reduziert werden, während die Verschlechterung des Verbrennungswirkungsgrads verhindert wird.
(Weitere Ausführungsformen)
Wie in 26 dargestellt ist, können die ersten bis vierten Verbrennungszonen 61 bis 64 auf eine höhere Temperatur als eine vorbestimmte Referenztemperatur Tc eingestellt sein. Die Referenztemperatur Tc wird beispielsweise gemäß einer Temperatur einer Verbrennungskammer oder einem Volumen der Verbrennungskammer bevor ein Kraftstoffinjektor geöffnet wird, und dem Wärmebetrag in der Verbrennungskammer bis zu einer vorbestimmten Zeit ausgehend davon, wenn der Kraftstoffinjektor geöffnet wird, berechnet. Eine Verbrennungseinspritz-Veränderungseinheit kann eine Zone in der Verbrennungskammer aufteilen, welche auf einen höheren Wert als die Referenztemperatur Tc eingestellt ist. Eine Verbrennungszone bei der Aufteilung der Verbrennungskammer gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf die Zone beschränkt, welche auf einen höheren Wert als eine Kohlendioxid-Referenzkonzentration J_CO2 oder eine Wasserdampf-Referenzkonzentration J_H2O eingestellt ist.
Wie in 27 dargestellt ist, kann die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit eine Zone der Verbrennungskammer 12 ausgehend von einer Mitte O der Verbrennungskammer 12 in Richtung einer Umfangsrichtung der Verbrennungskammer 12 in vier Zonen aufteilen. Mit Bezug auf 27 sind erste bis vierte Verbrennungszonen 161 bis 164 der Reihe nach entgegen dem Uhrzeigersinn um die Mitte O vorgesehen. Die ersten bis vierten Verbrennungszonen 161 bis 164 sind durch eine virtuelle Linie Id und eine virtuelle Linie Ie abgetrennt.
Wie in 28 dargestellt ist, kann die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit die Zone der Verbrennungskammer 12 in einer Axialrichtung der Verbrennungskammer 12 in vier Zonen aufteilen. Mit Bezug auf 27 sind erste bis vierte Verbrennungszonen 261 bis 264 ausgehend von dem Kraftstoffinjektor 30 in Richtung hin zu der Kolbenbodenfläche 130 der Reihe nach vorgesehen. Die ersten bis vierten Verbrennungszonen 261 bis 264 sind durch die Verbrennungskammer 12, eine virtuelle Linie If, eine virtuelle Linie Ig und eine virtuelle Linie Ih abgetrennt. Wie in 29 dargestellt ist, kann die Kraftstoffeinspritz-Veränderungseinheit die Zone der Verbrennungskammer 12 in mehrere erste bis achte Verbrennungszonen 361 bis 368 in einer beliebigen Zone aufteilen. Unabhängig von den aufgeteilten Zonen der Verbrennungskammer 12 werden die gleichen Vorteile wie bei der ersten Ausführungsform erhalten.
Der eingestellte Wert Rs der Kraftstoffeinspritzrate beträgt 290 mm³/ms, die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Der eingestellte Wert Rs kann auf einen Wert eingestellt sein, welcher ermöglicht, dass die von dem Kraftstoffinjektor 30 eingespritzte Kraftstoffstrahlströmung F eine Luftströmung A hervorruft, die in einer entgegengesetzten Richtung zu einer Einspritzrichtung D ausgerichtet bzw. geführt wird. Der Wert kann über Experimente oder eine Simulation erhalten werden.
Der Kraftstoffinjektor 30 ist bei einem radial mittleren Teil der Verbrennungskammer 12 angeordnet, dieser kann jedoch nicht exakt bei einer radialen Mitte angeordnet sein. Der Kraftstoffinjektor, welcher den Kraftstoff ausgehend von einer radial inneren Seite der Verbrennungskammer 12 in Richtung hin zu einer radial äußeren Seite einspritzt, ist bevorzugt verfügbar. Eine Gestalt der Kolbenbodenfläche 130 ist nicht auf den Wiedereintritts-Typ beschränkt, sondern diese kann eine Vertiefung seitlich der Kraftstoffeinspritzung aufweisen.
Die Endposition der Kraftstoffstrahlströmung F ist auf einen Bereich von kleiner oder gleich 1/2 des maximalen Abstands Lmax ausgehend von den Einspritzlöchern 31 hin zu der Wandoberfläche der Vertiefung 132 eingestellt, die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Wenn die Endposition der Kraftstoffstrahlströmung F auf einen anderen Bereich eingestellt ist, kann 1/2 eines Faktors bzw. Multiplikators von Lmax in Gleichung (2) hin zu einer anderen positiven Zahl kleiner oder gleich 1 verändert sein.
Die Anzahl und die Anordnung der Einspritzlöcher 31 in dem Kraftstoffinjektor 30 sind nicht auf diese bei der vorliegenden Ausführungsform beschränkt. Wenn der Kraftstoffinjektor 30 beispielsweise eine hohe Anzahl an Einspritzlöchern 31 aufweist, können die Einspritzlöchern 31 abwechselnd auf zwei oder mehr konzentrischen Kreisen angeordnet sein.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann den Betrag an HC unter Verwendung des Betrags an NOx abschätzen und einen Kraftstoffverbrauch unter Verwendung des thermischen Wirkungsgrads η berechnen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann die Veränderungsrate dP/d0 des Zylinderinnendrucks P zu dem Kurbelwinkel θ berechnen und eine Vibration bzw. Schwingung oder ein Geräusch unter Verwendung der Veränderungsrate dP/d0 abschätzen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf die Verwendung in der Verbrennungskraftmaschine beschränkt, so dass zumindest eine Größe aus dem Betrag an NOx, dem maximalen Zylinderinnendruck Pmax und dem thermischen Wirkungsgrad η auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform kann verwendet werden, so dass zumindest eine Größe aus dem Betrag an NOx, dem maximalen Zylinderinnendruck Pmax, dem thermischen Wirkungsgrad η, dem Betrag an HC, dem Vibrationsgeräusch und dem Kraftstoffverbrauch auf dem vorbestimmten Wert gehalten wird. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedenen Konfigurationen implementiert sein, ohne von dem Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
(Dritte Ausführungsform)
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (nachfolgend als „Injektor“ bezeichnet) gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist mit Bezug auf 31 bis 45 beschrieben. Eine Konfiguration des Injektors ist mit Bezug auf 31 bis 33 beschrieben. In Querschnittsansichten der Figuren ist auf eine polygonale Linie verzichtet.
Ein Injektor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist bei jedem Zylinder einer Dieselmaschine angebracht und spritzt einen in einem Hochdruckzustand in einem Common-Rail 208 aufgenommenen Kraftstoff in jeden Zylinder ein. Wie in 31 dargestellt ist, umfasst der Injektor 1 ein Gehäuse 210, eine äußere Nadel 238, eine innere Nadel 237 und eine Antriebseinheit 290.
Das Gehäuse 210 ist aus einem metallischen Material, wie Kohlenstoffstahl, hergestellt und in einer mit einem Boden versehenen, zylindrischen Gestalt ausgebildet. Das Gehäuse 210 umfasst Kraftstoffdurchlässe 217, 223, 224, 225, 451, eine erste Gegendruckkammer 221 und eine zweite Gegendruckkammer 222 auf einer hinteren Endseite. Das Gehäuse 210 umfasst eine Düsenkammer 211, einen Ventilsitz 213, erste Einspritzlöcher 321, zweite Einspritzlöcher 322 und Gehäuseflansche 301 auf einer vorderen Endseite.
Der Kraftstoffdurchlass 224 steht mit dem Kraftstoffdurchlass 217, dem Kraftstoffdurchlass 225 und dem Kraftstoffdurchlass 451 in Verbindung. Der Kraftstoffdurchlass 223 und der Kraftstoffdurchlass 225 stehen mit der ersten Gegendruckkammer 221 in Verbindung. Der Kraftstoffdurchlass 451 steht mit der zweiten Gegendruckkammer 222 in Verbindung.
Die Düsenkammer 211 steht mit dem Kraftstoffdurchlass 217 in Verbindung. Der Ventilsitz 213 ist in einer konischen Innenwandfläche eines Bodenteils ausgebildet. Das erste Einspritzloch 321 ist auf der vorderen Endseite des zweiten Einspritzlochs 322, mit anderen Worten, auf einer axial mittleren Seite des Gehäuses 210 vorgesehen. Die mehreren ersten Einspritzlöcher 321 und die mehreren zweiten Einspritzlöcher 322 sind in einer Umfangsrichtung des Gehäuses 210 bei vorbestimmten Abständen vorgesehen.
Wie in 32A und 32B dargestellt ist, sind die Gehäuseflansche 301 in einer Richtung nach radial innen vergrößert bzw. ausgedehnt und diese stehen ausgehend von einer Innenfläche 302 des Gehäuses 210 vor. Die Gehäuseflansche 301 stoßen gegen eine Außenfläche 592 einer später beschriebenen äußeren Nadel 238. Die Gehäuseflansche 301 sind auf einer hinteren Endseite von Verbindungslöchern 581 der äußeren Nadel 238 angeordnet, wenn die äußere Nadel 238 den Ventilschließbetrieb durchführt. Wenn sich die äußere Nadel 238 verschiebt, passieren die Gehäuseflansche 301 Einlassflächen 582 der jeweiligen Verbindungslöcher 581 bzw. laufen an diesen vorbei.
Die äußere Nadel 238 ist in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet und in dem Inneren des Gehäuses aufgenommen, so dass diese in einer Axialrichtung hin und her gleiten kann. Die äußere Nadel 238 gleitet mit einem vorbestimmten Freiraum bzw. Spalt zu einem Gleitkontaktteil 215 des Gehäuses 210. Die äußere Nadel 238 umfasst eine Außennadelfeder 293 auf der hinteren Endseite. Die äußere Nadel 238 umfasst einen Sitzteil 219, einen Vorsprungabschnitt 589 und die Verbindungslöcher 581 auf der vorderen Endseite.
Die Außennadelfeder 293 stößt gegen einen Kopfteil 298, welcher einem Ende der hinteren Endseite der äußeren Nadel 238 entspricht, und das Gehäuse 210 in der zweiten Gegendruckkammer 222, und diese drängt die äußere Nadel 238 in Richtung hin zu der vorderen Endseite. Der Sitzteil 219 ist bei einem Ende der vorderen Endseite der äußeren Nadel 238 ausgebildet. Der Sitzteil 219 wird durch die äußere Nadel 238 von dem Ventilsitz 213 gelöst und mit diesem in Anlage gebracht, um die zweiten Einspritzlöcher 322 zu öffnen und zu schließen. Der Vorsprungabschnitt 589 ist auf der hinteren Endseite der Verbindungslöcher 581 angeordnet und in einer Richtung nach radial innen der äußeren Nadel 238 vergrößert bzw. ausgedehnt, und dieser steht ausgehend von einer Innenfläche 591 der äußeren Nadel 238 vor.
Wie in 32A, 32B und 33A, 33B dargestellt ist, umfassen die jeweiligen Verbindungslöcher 581 Einlassflächen 582, welche auf der Außenfläche 592 der äußeren Nadel 238 angeordnet sind, und Auslassflächen 584, welche auf der Innenfläche 591 der äußeren Nadel 238 angeordnet sind, und diese verbinden die Einlassflächen 582 mit den Auslassflächen 584. Die vier Verbindungslöcher 581, welche hinsichtlich der Anzahl den Gehäuseflanschen 301 entsprechen, sind bei gleichmäßigen Abständen ausgebildet.
Ferner sind die Verbindungslöcher 581 auf der vorderen Endseite der Gehäuseflansche 301 angeordnet, wenn die äußere Nadel 238 den Ventilschließbetrieb durchführt. Ein Durchmesser der Verbindungslöcher ist konstant und ein Querschnitt der Verbindungslöcher in der radialen Richtung ist rechteckig. Ein Verfahren zum Herstellen der Verbindungslöcher kann irgendein Verfahren umfassen, wie eine Bearbeitung unter Verwendung eines Werkzeugs, wie eines Bohrers, oder eine elektrische Erosionsbearbeitung.
Die innere Nadel 237 ist in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet und in der radial nach innen ausgerichteten Richtung der äußeren Nadel 238 aufgenommen, um in der axialen Richtung koaxial zu der äußeren Nasen 238 hin und her gleiten zu können. Die innere Nadel 237 steht mit einer Innenwand der äußeren Nadel 238 in der Richtung nach radial innen flüssigkeitsdicht in Gleitkontakt, um eine Strömung des Kraftstoffes in der ersten Gegendruckkammer 221 zu regulieren. Eine Außenfläche 578 der inneren Nadel 237 ist ausgehend von einem Teil auf der hinteren Endseite der Verbindungslöcher 581 hin zu der vorderen Endseite ausgenommen.
Die innere Nadel 237 umfasst eine Innennadelfeder 292 auf der hinteren Endseite. Die innere Nadel 237 umfasst einen Sitzteil 218 und einen inneren Nadelflansch bzw. Innennadelflansch 571 auf der vorderen Endseite. Die Innennadelfeder 292 stößt gegen einen Kopfteil 297, welcher einem Ende auf der hinteren Endseite der inneren Nadel 237 entspricht, und das Gehäuse 210 innerhalb der ersten Gegendruckkammer 221, und diese drängt die innere Nadel 237 in Richtung hin zu der vorderen Endseite. Der Sitzteil 218 ist bei einem Ende der vorderen Endseite der inneren Nadel 237 ausgebildet. Der Sitzteil 218 wird durch die innere Nadel 237 von dem Ventilsitz 213 gelöst und mit diesem in Anlage gebracht, um die ersten Einspritzlöcher 321 zu öffnen oder zu schließen.
Wie in 33A und 33B dargestellt ist, sind die Innennadelflansche 571 mit der gleichen Anzahl wie diese der Verbindungslöcher ausgebildet, in der Richtung nach radial außen vergrößert bzw. ausgedehnt und diese stehen von der Außenfläche 578 vor, wie die Gehäuseflansche 301. Die Innennadelflansche 571 stoßen gegen die Innenfläche 591 der äußeren Nadel 238.
Die Innennadelflansche 571 überdecken die Auslassflächen 584 der Verbindungslöcher 181, wenn die innere Nadel 237 den Ventilschließbetrieb durchführt. Wenn sich die innere Nadel 137 verschiebt, stoßen obere Endflächen 576 der Innennadelflansche 171 gegen eine untere Endfläche 586 des Vorsprungabschnitts 589 der äußeren Nadel 238. Ferner passieren die jeweiligen Innennadelflansche 571 die Auslassflächen 584 der Verbindungslöcher 581, wenn sich die innere Nadel 237 verschiebt.
Die Antriebseinheit 290 öffnet oder schließt den Kraftstoffdurchlass 223 der ersten Gegendruckkammer 221 und diese umfasst eine elektronische Steuerungseinheit (ECU). Die Antriebseinheit 290 umfasst eine Magnetspule, welche auf das Aufnehmen einer Bestromung gemäß einer Anweisung von der ECU eine magnetische Anziehungskraft erzeugt, und diese verschiebt den Kraftstoffdurchlass 223 in einer Öffnungsrichtung.
Anschließend ist der Betrieb des Injektors 1 gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Ein Hochdruck-Kraftstoff wird ausgehend von dem Common-Rail 208 über die Kraftstoffdurchlässe 224 und 217 hin zu der Düsenkammer 211 des Gehäuses 210 geführt. Der Hochdruck-Kraftstoff in der Düsenkammer 211 wird über die Verbindungslöcher 581 der äußeren Nadel 238 zugeführt. Der zugeführte Kraftstoff wirkt auf eine Druckaufnahmefläche 372 der ersten Flansche 571 der inneren Nadel 237 und drängt die innere Nadel 137 in Richtung einer Ventilöffnungsrichtung. Bei diesem Beispiel kann eine Druckaufnahmefläche separat vorgesehen sein. Beispielsweise ist auf der hinteren Endseite der Gehäuseflansche 301 ein Kraftstoffdurchlassloch vorgesehen, welches die äußere Nadel 238 durchdringt. Der Hochdruck-Kraftstoff in der Düsenkammer 211 wird über das Kraftstoffdurchlassloch zugeführt und der zugeführte Kraftstoff wirkt auf die vertiefte Fläche der inneren Nadel als die Druckaufnahmefläche.
Der Hochdruck-Kraftstoff mit dem gleichen Druck wie dieser der Düsenkammer 211 wird ausgehend von dem Common-Rail 208 über den Kraftstoffdurchlass 225 hin zu der ersten Gegendruckkammer 221 geführt. Der Hochdruck-Kraftstoff in der ersten Gegendruckkammer 221 wirkt auf den Kopfteil 297 der inneren Nadel 237 und drängt die innere Nadel 237 in eine Ventilschließrichtung.
Es wird angenommen, dass eine Verdrängungskraft, welche mithilfe eines Kraftstoffdrucks in der ersten Gegendruckkammer 221 auf den Kopfteil 291 wirkt, gleich F1 ist, und eine Verdrängungskraft der Innennadelfeder 291 gleich Fs1 ist. Es wird angenommen, dass eine Verdrängungskraft, welche mithilfe des Kraftstoffdrucks der Düsenkammer 211 auf die Druckaufnahmefläche 372 wirkt, gleich Fi ist. Die Verdrängungskräfte F1 und Fs1 drängen die innere Nadel 237 in die Ventilschließrichtung und die Verdrängungskraft Fi drängt die innere Nadel 237 in die Ventilöffnungsrichtung.
Wenn die Magnetspule der Antriebseinheit 290 abgeschaltet wird, mit anderen Worten, wenn ein Ventilkörper in der Schließrichtung verschoben wird, ist der nachfolgende Vergleichsausdruck (6) erfüllt. $F 1 + Fs 1 > Fi$
Aus diesem Grund wird der Sitzteil 218 der inneren Nadel 237 auf den Ventilsitz 213 gesetzt bzw. mit diesem in Anlage gebracht und verschließt die ersten Einspritzlöcher 321.
Es wird angenommen, dass eine Verdrängungskraft, welche mithilfe eines Kraftstoffdrucks in der zweiten Gegendruckkammer 222 auf den Kopfteil 298 wirkt, gleich F2 ist, und eine Verdrängungskraft der äußeren Nadelfeder 293 gleich Fs2 ist. Die Verdrängungskräfte F2 und Fs2 drängen die äußere Nadel 238 in die Ventilschließrichtung. Die äußere Nadel 238 wird durch die Verdrängungskräfte F2 und Fs2 verdrängt. Der Sitzteil 219 der äußeren Nadel 238 wird mit dem Ventilsitz 213 in Anlage gebracht und verschließt die zweiten Einspritzlöcher 322.
Wenn die Magnetspule der Antriebseinheit 290 gemäß einer Anweisung von der ECU bestromt wird, strömt der Kraftstoff aus der ersten Gegendruckkammer 221 aus und der Kraftstoffdruck in der ersten Gegendruckkammer 221 wird verringert. In dieser Situation ist der nachfolgende Vergleichsausdruck (7) erfüllt. $F 1 + Fs 1 < Fi$
Aus diesem Grund verschiebt sich die innere Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung. Wenn der Sitzteil 218 der inneren Nadel 237 von dem Ventilsitz 213 abgehoben bzw. gelöst wird, steht die Düsenkammer 211 mit den ersten Einspritzlöchern 321 in Verbindung und der Kraftstoff wird von den ersten Einspritzlöchern 321 eingespritzt.
Wenn die Magnetspule kontinuierlich bestromt wird, stoßen die oberen Endflächen 576 des ersten Flansche 571 der inneren Nadel 237 gegen die untere Endfläche 586 des Vorsprungabschnitts 589 der äußeren Nadel 238. Die innere Nadel 237 stößt gegen die äußere Nadel 238 und es wird angenommen, dass eine Verdrängungskraft, durch welche die innere Nadel 237 auf die äußere Nadel 238 einwirkt, gleich Fio ist. Die Verdrängungskraft Fio drängt die äußere Nadel 238 in die Ventilöffnungsrichtung. In dieser Situation ist der nachfolgende Vergleichsausdruck (8) erfüllt. $F2 + Fs2 < Fio$
Aus diesem Grund verschiebt sich die äußere Nadel 238 zusammen mit der inneren Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung. Wenn der Sitzteil 219 der äußeren Nadel 238 von dem Ventilsitz 213 abgehoben wird, wird der Kraftstoff von den ersten Einspritzlöchern 321 und der zweiten Einspritzlöchern 322 eingespritzt.
Wenn die Bestromung der Magnetspule gemäß einer Anweisung von der ECU stoppt, strömt der Kraftstoff über den Kraftstoffdurchlass 225 in die erste Gegendruckkammer 221 und der Kraftstoffdruck in der ersten Gegendruckkammer 221 nimmt zu. Folglich ist der Vergleichsausdruck (6) erfüllt. Aus diesem Grund verschiebt sich die innere Nadel 237 in der Ventilschließrichtung. Da die Verdrängungskraft Fo in dieser Situation gleich null wird, verschiebt sich ebenso die äußere Nadel 238 aufgrund der Verdrängungskräfte F2 und Fs2 in der Ventilschließrichtung. Mit anderen Worten, sowohl die innere Nadel 237 als auch die äußere Nadel 238 verschieben sich in der Ventilschließrichtung. Wenn der Sitzteil 218 der inneren Nadel 237 mit dem Ventilsitz 213 in Anlage gebracht wird, wird die Kraftstoffeinspritzung der ersten Einspritzlöcher 321 gestoppt. Gleichermaßen wird die Kraftstoffeinspritzung der zweiten Einspritzlöcher 322 gestoppt, wenn der Sitzteil 219 der äußeren Nadel 238 mit dem Ventilsitz 213 in Anlage gebracht wird.
Anschließend sind die durch das Gehäuse 210, die äußere Nadel 238 und die innere Nadel 237 konfigurierten Strömungskanäle beschrieben. Die auf diese Art und Weise konfigurierten Strömungskanäle umfassen einen ersten Strömungskanal 227, einen zweiten Strömungskanal 228, einen dritten Strömungskanal 229, Einlassloch-Strömungskanäle 583 und Auslassloch-Strömungskanäle 585.
Wie in 34 dargestellt ist, entspricht der erste Strömungskanal 227 einem Strömungskanal, welcher zwischen der Außenfläche 578 der inneren Nadel 237 und der Innenfläche 591 der äußeren Nadel 238 vorgesehen ist. Es wird angenommen, dass ein Strömungskanalbereich des ersten Strömungskanals gleich A1 ist. Der Strömungskanalbereich A1 entspricht einem Bereich einer Seitenfläche eines Kegelstumpfs mit einem kürzesten Abstand α zwischen der Außenfläche 578 der inneren Nadel 237 und der Innenfläche 591 der äußeren Nadel 238 als eine Hypotenuse.
Wie in 35 dargestellt ist, entspricht der zweite Strömungskanal 228 einem Strömungskanal, welcher zwischen der Außenfläche 592 der äußeren Nadel 238 und der Innenfläche 302 des Gehäuses 210 vorgesehen ist. Es wird angenommen, dass ein Strömungskanalbereich des zweiten Strömungskanals 228 gleich A2 ist. Der Strömungskanalbereich A2 entspricht einem Bereich einer Seitenfläche eines Kegelstumpfs mit einem kürzesten Abstand β zwischen der Außenfläche 592 der äußeren Nadel 238 und der Innenfläche 302 des Gehäuses 210 als eine Hypotenuse.
Der dritte Strömungskanal 229 entspricht einem Strömungskanal, welcher zwischen der Außenfläche 578 der inneren Nadel 237 und der Innenfläche 302 des Gehäuses 210 vorgesehen ist. Es wird angenommen, dass ein Strömungskanalbereich des dritten Strömungskanals 228 gleich A3 ist. Der Strömungskanalbereich A3 entspricht einem Bereich einer Seitenfläche eines Kegelstumpfs mit einem kürzesten Abstand Y zwischen der Außenfläche 578 der inneren Nadel 237 und der Innenfläche 302 des Gehäuses 210 als eine Hypotenuse.
Jeder der Einlassloch-Strömungskanäle 583 entspricht einem Strömungskanal, welcher zwischen jedem Gehäuseflansch 301 und der Einlassfläche 582 des entsprechenden Verbindungslochs 581 vorgesehen ist. Es wird angenommen, dass ein Strömungskanalbereich des Einlassloch-Strömungskanals 583 gleich Ai ist. Der Strömungskanalbereich Ai ist maximal, wenn die äußere Nadel 238 den Ventilschließbetrieb durchführt. Die Gehäuseflansche 301 sind auf der hinteren Endseite der Verbindungslöcher 581 angeordnet, wenn die äußere Nadel 238 den Ventilschließbetrieb durchführt, und diese verschließen die Einlassflächen 582 der jeweiligen Verbindungslöcher 581 nicht.
Jeder der Auslassloch-Strömungskanäle 585 entspricht einem Strömungskanal, welcher zwischen jedem Innennadelflansch 571 und der Auslassfläche 584 des entsprechenden Verbindungslochs 581 vorgesehen ist. Es wird angenommen, dass ein Strömungskanalbereich des Auslassloch-Strömungskanals 585 gleich Ao ist. Es wird angenommen, dass der Strömungskanalbereich Ao gleich Ao0 ist, wenn die innere Nadel 237 den Ventilschließbetrieb durchführt. Der erste Strömungskanal 227 steht mit den Auslassloch-Strömungskanälen 585 in Verbindung, mit anderen Worten, Strömungskanalbereich Ao0 > 0 ist erfüllt.
Wie in 34 und 35 mit gestrichelten Linien angegeben ist, wird der von der Düsenkammer 211 zugeführte Hochdruck-Kraftstoff von den ersten Einspritzlöchern 321 über die Auslassloch-Strömungskanäle 585 und den ersten Strömungskanal 227 eingespritzt, wenn sich die innere Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt. Wie mit strichpunktierten Linien angegeben ist, wird der Hochdruck-Kraftstoff von den zweiten Einspritzlöchern 322 über den zweiten Strömungskanal 228 eingespritzt, wenn sich die äußere Nadel 238 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt.
Es wird angenommen, dass eine Veränderungsrate des Strömungskanalbereichs A1 zu einer Zeit, wenn sich die innere Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt, gleich ΔA1 ist, und eine Veränderungsrate des Strömungskanalbereichs A2 zu der Zeit, wenn sich die äußere Nadel 238 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt, gleich ΔA2 ist. Es wird angenommen, dass eine Veränderungsrate des Strömungskanalbereichs A3 zu der Zeit, wenn sich die innere Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt, gleich ΔA3 ist.
Es wird angenommen, dass eine Veränderungsrate des Strömungskanalbereichs Ai zu der Zeit, wenn die jeweiligen Gehäuseflansche 301 die Einlassflächen 582 der Verbindungslöcher 581 passieren bzw. an diesen vorbeilaufen, gleich ΔAi ist. Es wird angenommen, dass eine Veränderungsrate des Strömungskanalbereichs Ao zu der Zeit, wenn die jeweiligen Innennadelflansche 571 die Auslassflächen 584 der Verbindungslöcher 581 passieren, gleich ΔAo ist. Bei der vorliegenden Spezifikation kann die Veränderungsrate als der Betrag der Verschiebung der inneren Nadel 237 und der äußeren Nadel 238 eingestellt sein, mit anderen Worten, eine Veränderungsrate des Strömungskanalbereichs zu dem Hubbetrag.
Die Durchmesser des Gehäuses 210, der Gehäuseflansche 301, der inneren Nadel 237, der Innennadelflansche 571, der äußeren Nadel 238 und der Verbindungslöcher 581 sind derart eingestellt, dass diese die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (4.1) bis (4.3) erfüllen. $Ao 0 > 0$
$Δ A1 > Δ Ao$
$Δ A2 > | Δ Ai |$
Da die Veränderungsrate ΔAi einen negativen Wert aufweist, verwendet der Vergleichsausdruck (4.3) einen absoluten Wert. Die jeweiligen Gehäuseflansche 301 sind derart konfiguriert, dass diese die Einlassloch-Strömungskanäle 583 verschließen und öffnen, wenn sich die äußere Nadel 238 verschiebt.
Es wird angenommen, dass ein Strömungskanalbereich der ersten Einspritzlöcher 321 gleich Ah1 ist, und dass ein Strömungskanalbereich der zweiten Einspritzlöcher 322 gleich Ah2 ist. Es wird angenommen, dass ein Maximalwert des Strömungskanalbereichs Ao gleich Max(Ao) ist. Es wird angenommen, dass ein Maximalwert des Strömungskanalbereichs A2 gleich Max(A2) ist, und dass der Durchmesser der ersten Einspritzlöcher 321 und der Durchmesser der zweiten Einspritzlöcher 322 derart eingestellt sind, dass diese die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (5.1) und (5.2) erfüllen. $Max (Ao) \geq Ah 1 > Ao 0$
$Max (A2) \geq Ah2$
Nachfolgend ist der Kraftstoffeinspritzbetrag des Injektors 1 gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Der Kraftstoffeinspritzbetrag ist durch den nachfolgenden Vergleichsausdruck (9) basierend auf einem Ausdruck einer Blende unter dem Gesetz von Bernoulli dargestellt. $Q = C \times Amin \times \sqrt (2 Δ P/ ρ)$
In diesem Ausdruck entspricht Q einem Kraftstoffeinspritzbetrag, C entspricht einem Strömungsratenkoeffizienten, Amin entspricht einem minimalen Strömungskanalbereich, ΔP entspricht einer Druckdifferenz und ρ entspricht einer Dichte. Der Strömungsratenkoeffizient C entspricht einem Koeffizienten, welcher durch eine Struktur hervorgerufen wird, welcher konstant ist. Die Druckdifferenz ΔP entspricht einer Konstanten, da der zugeführte Kraftstoffdruck konstant gehalten wird. Der Kraftstoff ist inkompressibel und die Dichte ρ entspricht einer Konstanten. Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag gemäß dem minimalen Strömungskanalbereich Amin bestimmt, in welchen der Kraftstoff eingespritzt wird. Nachfolgend ist der Kraftstoffeinspritzbetrag mit dem minimalen Strömungskanalbereich Amin beschrieben.
Es wird angenommen, dass ein minimaler Strömungskanalbereich des Pfades, in welchen der Kraftstoff von den ersten Einspritzlöchern 321 über den ersten Strömungskanal 227 eingespritzt wird, gleich Amin1 ist. Bei der dritten Ausführungsform wird der dritte Strömungskanal 229 nicht verwendet, da der Strömungskanalbereich A3 groß ist. Es wird angenommen, dass ein minimaler Strömungskanalbereich des Pfades, in welchen der Kraftstoff von den zweiten Einspritzlöchern 322 über den zweiten Strömungskanal 228 eingespritzt wird, gleich Amin2 ist. Der minimale Strömungskanalbereich Amin mit Bezug auf den Kraftstoffeinspritzbetrag gemäß der dritten Ausführungsform entspricht einer Summe aus Amin1 und Amin2.
Bei der vorliegenden Ausführungsform besitzt die innere Nadel 237 Innennadelflansche 571, welche bei der Außenfläche der inneren Nadel 237 in der radialen Richtung nach außen vorstehen. Das Gehäuse 210 weist die Gehäuseflansche 301 auf, welche auf der Innenfläche des Gehäuses 210 in der radialen Richtung nach innen vorstehen. Ferner weist die äußere Nadel 238 zumindest ein Verbindungsloch 581 auf.
Die jeweiligen Innennadelflansche 571 sind derart ausgebildet, dass diese die Auslassflächen 584 der Verbindungslöcher 581 der äußeren Nadel 238 passieren, wenn sich die innere Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt. Die jeweiligen Gehäuseflansche 301 sind derart ausgebildet, dass diese die Einlassflächen 582 der Verbindungslöcher 581 der äußeren Nadel 238 passieren, wenn sich die äußere Nadel 238 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt. Folglich kann der Strömungskanalbereich des Strömungskanals, hin zu welchem der Kraftstoff geführt wird, verändert werden, und der Kraftstoffeinspritzbetrag kann mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.
Der Vorgang zum Verändern des Strömungskanalbereichs mit Hilfe der Innennadelflansche 571, der Gehäuseflansche 301 und der Verbindungslöcher 581 der äußeren Nadel 238 gemäß der dritten Ausführungsform ist mit Bezug auf 36 bis 42 beschrieben.
Wie in 36 dargestellt ist, überlappen sich die jeweiligen Innennadelflansche 571 mit den Auslassflächen 584 der Verbindungslöcher 581, wenn die Magnetspule abgeschaltet ist. Die Auslassloch-Strömungskanäle 585 sind geöffnet und stehen mit dem ersten Strömungskanal 227 in Verbindung, mit anderen Worten Ao0 > 0 ist erfüllt. Der Strömungskanalbereich Ao ist kleiner als der Strömungskanalbereich Ai, mit anderen Worten, eine Beziehung Ai > Ao ist erfüllt. Da die innere Nadel 237 und die äußere Nadel 238 das Ventil verschließen, ist der Strömungskanalbereich A1 gleich null und der Strömungskanalbereich A2 ist gleich null. Daher ist der minimale Strömungskanalbereich Amin1 zu dieser Zeit gleich null und der minimale Strömungskanalbereich Amin2 ist gleich null.
Wie in 37 dargestellt ist, verschiebt sich die innere Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung, wenn die Magnetspule gemäß einer Anweisung von der ECU bestromt wird. Die innere Nadel 237 öffnet den ersten Strömungskanal 227 und die jeweiligen Innennadelflansche 571 öffnen die Auslassloch-Strömungskanäle 585. In dieser Situation sind die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (7.1) bis (7.4) über den Vergleichsausdruck (4.1) erfüllt. $Ao > A 1$
$Amin1 = A 1$
$Amin2 = 0$
$Amin = A 1$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß dem Strömungskanalbereich A1 bestimmt.
Mit dem Verschieben bzw. Gleiten der inneren Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung wird der erste Strömungskanal 227 geöffnet, der Abstand α nimmt zu und der Strömungskanalbereich A1 nimmt zu. Da die jeweiligen Innennadelflansche 571 die Auslassloch-Strömungskanäle 585 öffnen, nimmt der Strömungskanalbereich Ao zu.
Wie in 38 dargestellt ist, sind die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (8.1) bis (8.4) über den Vergleichsausdruck (4.2) erfüllt, wenn die jeweiligen Innennadelflansche 571 die Auslassflächen 584 der Verbindungslöcher 581 passieren. $A1 > Ao$
$Amin1 = Ao$
$Amin2 = 0$
$Amin = Ao$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß dem Strömungskanalbereich Ao bestimmt.
Wie in 39 dargestellt ist, öffnen die jeweiligen Innennadelflansche 571 die verschlossenen Auslassloch-Strömungskanäle 585 und der Strömungskanalbereich Ao ist maximal. Mit anderen Worten, der Strömungskanalbereich Ao zu dieser Zeit ist gleich Max(Ao). Der Strömungskanalbereich Ao ist gleich dem Strömungskanalbereich Ai, mit anderen Worten, Ao = Ai ist erfüllt. Die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (9.1) bis (9.3) sind über den Vergleichsausdruck (5.1) erfüllt. $Amin1 = Ah1$
$Amin2 = 0$
$Amin = Ah1$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß dem Strömungskanalbereich Ah1 bestimmt. Ferner stoßen die oberen Endflächen 576 der Innennadelflansche 571 gegen die untere Endfläche 586 des Vorsprungabschnitts 589 der äußeren Nadel 238, wenn sich die innere Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt. Mit anderen Worten, sowohl die innere Nadel 237 als auch die äußere Nadel 238 verschieben sich in der Ventilöffnungsrichtung.
Wie in 40 dargestellt ist, öffnet die äußere Nadel 238 den zweiten Strömungskanal 228 und die jeweiligen Gehäuseflansche 301 schließen die Einlassloch-Strömungskanäle 583. In dieser Situation sind die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (10.1) bis (10.4) erfüllt. $Ao > Ai$
$Amin1 = Ai$
$Amin2 = A2$
$Amin = Ai + A2$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß einer Summe der Strömungskanalbereiche Ai und A2 bestimmt. Mit dem Verschieben bzw. Gleiten der äußeren Nadel 238, wird der zweite Strömungskanal 228 geöffnet, der Abstand β nimmt zu und der Strömungskanalbereich A2 nimmt zu.
Wie in 41 dargestellt ist, werden die Bereiche der Einlassloch-Strömungskanäle 538 nicht verändert, wenn die jeweiligen Endflächen der Gehäuseflansche 301 in den Einlassflächen 582 der Verbindungslöcher 581 umfasst sind. Daher wird die Veränderungsrate ΔAi gleich null und der Strömungskanalbereich Ai wird konstant gehalten. Der Strömungskanalbereich in dieser Situation erfüllt die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (11.1) bis (11.4) wie bei den Vergleichsausdrücken (10.1) bis (10.4). $Ao > Ai$
$Amin1 = Ai$
$Amin2 = A2$
$Amin = Ai + A2$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß einer Summe der Strömungskanalbereiche Ai und A2 bestimmt. Ferner öffnen die Gehäuseflansche 301 die Einlassloch-Strömungskanäle 583, wenn die jeweiligen Gehäuseflansche 301 die Einlassflächen 582 passieren. In dieser Situation entspricht die Veränderungsrate ΔAi einem positiven Wert und der Strömungskanalbereich Ai nimmt zu.
Wie in 42 dargestellt ist, öffnen die jeweiligen Gehäuseflansche 301 die Einlassloch-Strömungskanäle 583 vollständig. Die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (12.1) bis (12.4) sind über die Vergleichsausdrücke (5.1) und (5.2) erfüllt. $Ao = Ai$
$Amin1 = Ah1$
$Amin2 = Ah2$
$Amin = Ah1 + Ah2$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß einer Summe der Strömungskanalbereiche Ah1 und Ah2 bestimmt.
Mit Bezug auf 43 ist eine Veränderung des minimalen Strömungskanalbereichs Amin1 und des minimalen Strömungskanalbereichs Amin2 zu der Zeit gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Bei diesem Beispiel wird angenommen, dass die Veränderungsrate des minimalen Strömungskanalbereichs Amin1 zu der Zeit gleich ΔAmin1 ist, und die Veränderungsrate des minimalen Strömungskanalbereichs Amin2 zu der Zeit gleich ΔAmin2 ist.
Die Zeiten T0 bis T1 entsprechen 36 und 37 und diese entsprechen Zeiten ausgehend davon, dass die jeweiligen Innennadelflansche 571 damit beginnen, die Auslassflächen 584 zu passieren, bis diese die Auslassflächen 584 passieren. Die Zeit T0 entspricht einer Zeit, wenn die Magnetspule gemäß der Anweisung von der ECU bestromt wird. Die Zeit T1 entspricht einer Zeit, wenn der Strömungskanalbereich A1 gleich dem Strömungskanalbereich Ao wird. Die Veränderungsraten ΔAmin1und ΔAmin2 der Zeiten T0 bis T1 sind durch die nachfolgenden Ausdrücke (7.5) und (7.6) basierend auf den Vergleichsausdrücken (7.2) und (7.3) dargestellt. $Δ Amin1 = Δ A1$
$Δ Amin2 = 0$
Gleichermaßen entsprechen die Zeiten T1 bis T2 Zeiten gemäß 38. Die Veränderungsraten ΔAmin1 und Amin2 der zweiten T1 bis T2 sind durch die nachfolgenden Ausdrücke (8.5) und (8.6) basierend auf den Vergleichsausdrücken (8.2) und (8.3) dargestellt. $Δ Amin1 = Δ Ao$
$Δ Amin2 = 0$
Die Veränderungsrate ΔAmin1, mit anderen Worten, eine Steigung des minimalen Strömungskanalbereichs Amin1 ausgehend von der Zeit T1 wird basierend auf dem Vergleichsausdruck (5.2) verringert. Die Zeit T2 entspricht einer Zeit, wenn die jeweiligen Innennadelflansche 571 die Auslassloch-Strömungskanäle 585 vollständig öffnen.
Die Zeiten T2 bis T3 entsprechen Zeiten gemäß 39. Die Veränderungsraten ΔAmin1 und ΔAmin2 der Zeiten T2 bis T3 sind durch die nachfolgenden Ausdrücke (9.4) und (9.5) basierend auf den Vergleichsausdrücken (9.1) und (9.2) dargestellt. $Δ Amin1 = 0$
$Δ Amin2 = 0$
Die Veränderungsrate ΔAmin1 der Zeiten T2 bis T3 ist null, da der minimale Strömungskanalbereich Amin1 dem Strömungskanalbereich Ah1 entspricht. Die Veränderungsrate ΔAmin2 der Zeiten T0 bis T3 ist gleich null, da das äußere Nadelventil geschlossen ist. Die Zeit T3 entspricht einer Zeit, wenn die oberen Endflächen 576 der Innennadelflansche 571 gegen die untere Endfläche 586 des Vorsprungabschnitts 589 der äußeren Nadel 238 stoßen.
Die Zeiten T3 bis T4 entsprechen Zeiten gemäß 40. Die Veränderungsraten ΔAmin1 und ΔAmin2 der Zeiten T3 bis T4 sind durch die nachfolgenden Ausdrücke (10.5) und (10.6) basierend auf den Vergleichsausdrücken (10.2) und (10.3) dargestellt. $Δ Amin1 = Δ Ai$
$Δ Amin2 = Δ A2$
Zu den Zeiten T3 bis T4 weist die Veränderungsrate ΔAi einen negativen Wert auf, da die jeweiligen Gehäuseflansche 301 die Einlassloch-Strömungskanäle 583 verschließen. Aus diesem Grund nimmt der minimale Strömungskanalbereich Amin1 ab. Eine Summe der Veränderungsraten ΔAmin1 und ΔAmin2 nimmt basierend auf dem Vergleichsausdruck (4.3) zu. Daher nimmt der Kraftstoffeinspritzbetrag auch zu den Zeiten T3 bis T4 zu. Die Zeit T4 entspricht einer Zeit, wenn die jeweiligen Endflächen der Gehäuseflansche 301 in den Einlassflächen 582 der Verbindungslöcher 581 umfasst sind.
Die Zeiten T4 bis T5 entsprechen Zeiten gemäß 41. Die Veränderungsraten ΔAmin1 und ΔAmin2 der Zeiten T4 bis T5 sind durch die nachfolgenden Ausdrücke (11.5) und (11.6) basierend auf den Vergleichsausdrücken (11.2) und (11.3) dargestellt. $Δ Amin1 = 0$
$Δ Amin2 = Δ A2$
Die Zeit T5 entspricht einer Zeit, wenn der Strömungskanalbereich A2 den Strömungskanalbereich Ah2 überschreitet, und ebenso einer Zeit, wenn die jeweiligen Gehäuseflansche 301 die Einlassloch-Strömungskanäle 583 öffnen.
Die Zeiten T5 bis T6 entsprechen Zeiten gemäß 42. Die Veränderungsraten ΔAmin1 und ΔAmin2 der Zeiten T5 und T6 sind durch die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (12.5) und (12.6) basierend auf den Vergleichsausdrücken (12.2) und (12.3) dargestellt. $Δ Amin1 = Δ Ai$
$Δ Amin2 = 0$
Eine Zeit T6 entspricht einer Zeit, wenn die jeweiligen Gehäuseflansche 301 die Einlassloch-Strömungskanäle 583 öffnen. Daher entspricht der minimale Strömungskanalbereich Amin1 zu den Zeiten T6 bis T7 dem Strömungskanalbereich Ah1, und der minimale Strömungskanalbereich Amin2 entspricht dem Strömungskanalbereich Ah2. Beide Veränderungsraten ΔAmin1 und ΔAmin2 der Zeiten T6 bis T7 sind null, da sich der Strömungskanalbereich Ah1 und der Strömungskanalbereich Ah2 nicht verändern.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann der Strömungskanalbereich durch die Innennadelflansche 571, die Gehäuseflansche 301 und die Verbindungslöcher 581 der äußeren Nadel 238 verändert werden. Daher kann der Kraftstoffeinspritzbetrag gemäß der Veränderung des Strömungskanalbereichs verändert werden.
(Vorteile)
Zunächst ist der Sabathe-Zyklus mit einem Konstant-Druck-Aufwärmprozess mit Bezug auf 44 beschrieben. Der Sabathe-Zyklus umfasst fünf Prozesse einschließlich eines adiabaten Verdichtungsprozesses von S1 bis S2, eines Konstant-Volumen-Aufwärmprozesses von S2 bis S3, eines Konstant-Druck-Aufwärmprozesses von S3 bis S4, eines adiabaten Expansionsprozesses von S4 bis S5 und eines Konstant-Volumen-Abkühlprozesses von S5 bis S1. Ein Prozess für die Kraftstoffeinspritzung entspricht dem Konstant-Druck-Aufwärmprozess von S3 bis S4. Bei dem Konstant-Druck-Aufwärmprozess wird, wenn der Kraftstoff direkt in eine verdichtete Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck von dem Injektor 1 mit einem hohen Druck eingespritzt wird, der Kraftstoff normal entzündet und verbrannt und die thermische Energie wird unter einem konstanten Druck in die Verbrennungskammer abgegeben.
Mit Bezug auf 45 ist als ein Vergleichsbeispiel eine Beziehung des Kraftstoffeinspritzbetrags zu einer Zeit bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit keinen Äquivalenten zu dem Innennadelflansch, dem Gehäuseflansch und dem Verbindungsloch der äußeren Nadel, wie beispielsweise in Patentliteratur 2 offenbart, durch eine gestrichelte Linie angegeben. Der Kraftstoffeinspritzbetrag bei dem Vergleichsbeispiel wird auf konstante Beträge von zwei Stufen angenähert. Dies liegt daran, dass die Strömungskanalkonfiguration lediglich Strömungskanälen gemäß dem ersten Strömungskanal, dem zweiten Strömungskanal, dem ersten Einspritzloch und dem zweiten Einspritzloch entspricht. Der konstante Betrag einer ersten Stufe wird gemäß dem minimalen Strömungskanalbereich des ersten Einspritzlochs bestimmt. Da der konstante Betrag einer zweiten Stufe gemäß dem minimalen Strömungskanalbereich des ersten Einspritzlochs und dem minimalen Strömungskanalbereich des zweiten Einspritzlochs bestimmt wird, wird der Kraftstoffeinspritzbetrag ferner auf die konstanten Beträge der beiden Stufen angenähert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Kraftstoffeinspritzvorrichtung andererseits die Innennadelflansche 571, die Gehäuseflansche 301 und die Verbindungslöcher 581 der äußeren Nadel. Der Innennadelflansch 571 und der Gehäuseflansch 301 verändern die Strömungskanalbereiche des Einlassloch-Strömungskanals 583 und des Auslassloch-Strömungskanals 585 des Verbindungslochs 581 der äußeren Nadel 238 durch Gleiten bzw. Verschieben zwischen der inneren Nadel 237 und der äußeren Nadel 238. Folglich ist die Strömungskanalkonfiguration erhöht und die Steuerbarkeit des Strömungskanalbereichs ist verbessert.
Wie in 45A dargestellt ist, wird der Kraftstoffeinspritzbetrag gemäß dem Strömungskanalbereich verändert, der Kraftstoffeinspritzbetrag kann derart verändert werden, dass dieser kontinuierlich erhöht wird. Wie in 45B dargestellt ist, wird bei dem Sabathe-Zyklus des Vergleichsbeispiels der Druck bei dem Konstant-Druck-Aufwärmprozess verringert. Andererseits wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Druck bei dem Konstant-Druck-Aufwärmprozess konstant gehalten. Bei dem Vergleichsbeispiel kann der Zylinderinnendruck bei dem Konstant-Druck-Aufwärmprozess des Sabathe-Zyklus nicht aufrechterhalten werden und der Druck wird verringert, da der Kraftstoffeinspritzbetrag konstant gehalten wird, wenn das Volumen erhöht wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Kraftstoffeinspritzbetrag kontinuierlich erhöht, um die Verbrennung zu fördern. Mit anderen Worten, eine Verbrennungskraft wird kontinuierlich erhöht, mit der Folge, dass der Zylinderinnendruck aufrechterhalten werden kann und der Druck konstant gehalten wird, wenn das Volumen erhöht wird. Daher kann der Kraftstoffeinspritzbetrag mit hoher Genauigkeit aufrechterhalten werden, der Druckabfall bei dem Konstant-Druck-Aufwärmprozess des Sabathe-Zyklus kann unterdrückt werden und der hervorragende Verbrennungszustand kann aufrechterhalten werden.
(Vierte Ausführungsform)
Mit Bezug auf 46 bis 54 ist ein Injektor 2 gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. Bei der vierten Ausführungsform führt die äußere Nadel 238 in der gleichen Konfiguration wie dieser der dritten Ausführungsform den Ventil-Öffnungsantrieb vor der inneren Nadel 237 durch. Nachfolgend sind Veränderungen der Konfigurationen des Gehäuses 210, der äußeren Nadel 238, der inneren Nadel 237 und der Antriebseinheit 290 beschrieben.
Ein Gehäuse 210 umfasst ferner ein Dichtventil 305 und einen Kraftstoffdurchlass 431 anstelle des Kraftstoffdurchlasses 223. Das Dichtventil 305 ist auf einer hinteren Endseite der Gehäuseflansche 301 ausgebildet. Das Dichtventil 305 gelangt in engen Kontakt mit einer Außenfläche 592 einer äußeren Nadel 283 und dichtet einen von einer Düsenkammer 211 zugeführten Hochdruck-Kraftstoff ab. Aus diesem Grund wird auf einer vorderen Endseite des Dichtventils 305 kein Hochdruck-Kraftstoff zu der Düsenkammer 211 geführt. Der Kraftstoffdurchlass 431 steht mit einer zweiten Gegendruckkammer 222 in Verbindung und ist mit einer Antriebseinheit 290 verbunden.
Die äußere Nadel 238 ist auf der vorderen Endseite eines Kraftstoffdurchlasses 217 ausgenommen und umfasst einen Zwischen-Nadel-Strömungskanal 226, eine Druckaufnahmefläche 593 und ein Kraftstoffdurchlassloch 594. Eine Anordnung eines Vorsprungabschnitts 589 der äußeren Nadel 238 ist verändert. Der Zwischen-Nadel-Strömungskanal 226 entspricht einem Strömungskanal, welcher zwischen einer Außenfläche 578 der inneren Nadel 237 und einer Innenfläche 591 der äußeren Nadel 238 vorgesehen ist, und dieser ist auf einer hinteren Endseite der Verbindungslöcher 581 angeordnet. Der Zwischen-Nadel-Strömungskanal 226 steht über einen Auslassloch-Strömungskanal 585 und einen Einlassloch-Strömungskanal 583 mit dem zweiten Strömungskanal 228 in Verbindung, wenn die äußere Nadel 238 den Ventilschließbetrieb durchführt.
Die Druckaufnahmefläche 593 ist zwischen dem Kraftstoffdurchlass 217 und der Düsenkammer 211 ausgebildet, und diese ist ausgenommen, um einen Druck des von dem Common-Rail 208 über den Kraftstoffdurchlass 217 zugeführten Hochdruck-Kraftstoffes aufzunehmen. Das Kraftstoffdurchlassloch 594 ist auf der hinteren Endseite des Dichtventils 305 angeordnet und durchläuft die Innenfläche 591 und die Außenfläche 592 der äußeren Nadel 238. Das Kraftstoffdurchlassloch 594 führt den von einem Common-Rail über den Kraftstoffdurchlass 217 und die Düsenkammer 211 zugeführten Hochdruck-Kraftstoff hin zu dem Zwischen-Nadel-Strömungskanal 226. Der Vorsprungabschnitt 589 ist auf der vorderen Endseite der Verbindungslöcher 581 angeordnet. Wenn sich die äußere Nadel 238 in einer Ventilöffnungsrichtung verschiebt, stößt eine obere Endfläche 590 des Vorsprungabschnitts 589 gegen untere Endflächen 577 der Innennadelflansche 571.
Die innere Nadel 237 stößt gegen das Gehäuse 210, wenn die innere Nadel 237 den Ventilschließbetrieb durchführt, und diese besitzt einen dritten Strömungskanal. Der dritte Strömungskanal ist zwischen der inneren Nadel 237 und dem Gehäuse 210 vorgesehen. Die Antriebseinheit 290 entspricht einem Ventilkörper, welcher den Kraftstoffdurchlass 431 der zweiten Gegendruckkammer 222 öffnet und schließt, und diese umfasst, wie bei der dritten Ausführungsform, eine Magnetspule.
Der Betrieb der vierten Ausführungsform ist nun beschrieben. Der über den Kraftstoffdurchlass 217 zugeführte Hochdruck-Kraftstoff wirkt auf die Druckaufnahmefläche 593 der äußeren Nadel 238. Der Hochdruck-Kraftstoff in der Düsenkammer 211 wird über das Kraftstoffdurchlassloch 594 der äußeren Nadel 238 und den Zwischen-Nadel-Strömungskanal 226 hin zu dem dritten Strömungskanal 229 geführt.
Es wird angenommen, dass eine Verdrängungskraft, wenn der Kraftstoffdruck auf die Druckaufnahmefläche 593 der äußeren Nadel 238 wirkt, gleich Fo ist. Die Verdrängungskraft Fo drängt die äußere Nadel 238 in die Ventilöffnungsrichtung. Wenn die Magnetspule der Antriebseinheit 290 abgeschaltet ist, ist der nachfolgende Vergleichsausdruck (13) erfüllt. $F 2 + Fs 2 > Fo$
Der Sitzteil 219 der äußeren Nadel 238 ist mit dem Ventilsitz 213 in Anlage gebracht bzw. dort aufgesetzt und verschließt die zweiten Einspritzlöcher 322. Bei der vierten Ausführungsform ist die Verdrängungskraft Fi gleich null und die innere Nadel 237 wird durch die Verdrängungskräfte F1 und Fs1 verdrängt. Aus diesem Grund wird der Sitzteil 218 der inneren Nadel 237 mit dem Ventilsitz 213 in Anlage gebracht und verschließt die ersten Einspritzlöcher 321.
Wenn die Magnetspule der Antriebseinheit 290 gemäß einer Anweisung von der ECU bestromt wird, strömt der Kraftstoff von der zweiten Gegendruckkammer 222 aus und der Kraftstoffdruck in der zweiten Gegendruckkammer 222 wird verringert. In dieser Situation ist der nachfolgende Vergleichsausdruck (14) erfüllt. $F 2 + Fs 2 < Fo$
Aus diesem Grund gleitet bzw. verschiebt sich die äußere Nadel 238 in der Ventilöffnungsrichtung. Wenn der Sitzteil 219 der äußeren Nadel 238 von dem Ventilsitz 213 gelöst ist, stehen der Zwischen-Nadel-Strömungskanal 226, der zweite Strömungskanal 228 und die zweiten Einspritzlöcher 322 in Verbindung miteinander und der Kraftstoff wird von den zweiten Einspritzlöchern 322 eingespritzt.
Wenn die Magnetspule kontinuierlich bestromt wird, stößt die obere Endfläche 590 des Vorsprungabschnitts 589 der äußeren Nadel 238 gegen die untere Endfläche 577 der Innennadelflansche 571 der inneren Nadel 237. Es wird angenommen, dass eine Verdrängungskraft, wenn die äußere Nadel 238 auf die innere Nadel 237 einwirkt, gleich Foi ist. Die Verdrängungskraft Foi drängt die innere Nadel 237 in die Ventilöffnungsrichtung. In dieser Situation ist der nachfolgende Vergleichsausdruck (15) erfüllt. $F1 + Fs1 < Foi$
Aus diesem Grund gleitet bzw. verschiebt sich die innere Nadel 237 zusammen mit der äußeren Nadel 238 in der Ventilöffnungsrichtung. Wenn der Sitzteil 218 der inneren Nadel 237 von dem Ventilsitz 213 gelöst wird, wird der Kraftstoff von den ersten Einspritzlöchern 321 und den zweiten Einspritzlöchern 322 eingespritzt.
Wenn die Bestromung der Magnetspule gemäß einer Anweisung der ECU stoppt, strömt der Kraftstoff über den Kraftstoffdurchlass 451 in die zweite Gegendruckkammer 222 und der Kraftstoffdruck in der zweiten Gegendruckkammer nimmt zu. Folglich ist der Vergleichsausdruck (13) erfüllt. Aus diesem Grund verschieben sich sowohl die äußere Nadel 238 als auch die innere Nadel in der Ventilschließrichtung, wie bei der dritten Ausführungsform, und die Kraftstoffeinspritzung von den ersten Einspritzlöchern 321 und den zweiten Einspritzlöchern 322 stoppt.
Die Konfiguration der Strömungskanäle gemäß der vierten Ausführungsform ist nun beschrieben. Wie bei der dritten Ausführungsform ist bei der Konfiguration der Kraftstoffkanäle der erste Strömungskanal 227 durch den dritten Strömungskanal 229 ersetzt.
Wie in 47 mit gestrichelten Linien angegeben ist, wird der von der Düsenkammer 211 zugeführte Hochdruck-Kraftstoff über den Zwischen-Nadel-Strömungskanal 226, die Auslassloch-Strömungskanäle 585 und den zweiten Strömungskanal 228 von den zweiten Einspritzlöchern 322 eingespritzt, wenn sich die äußere Nadel 238 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt. Wie durch strichpunktierte Linien angegeben ist, wird der Hochdruck-Kraftstoff über den Zwischen-Nadel-Strömungskanal 226 und den dritten Strömungskanal 229 von den ersten Einspritzlöchern 321 eingespritzt, wenn sich die innere Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt.
Die Durchmesser des Gehäuses 210, der Gehäuseflansche 301, der inneren Nadel 237, der Innennadelflansche 571, der äußeren Nadel 238 und der Verbindungslöcher 581 sind derart eingestellt, dass diese den Vergleichsausdruck (4.1) und die folgenden Vergleichsausdrücke (16.1) und (16.2) erfüllen. $Δ A2 > Δ Ao$
$Δ A3 > | Δ Ai |$
Ebenso wie bei der dritten Ausführungsform wird ein absoluter Wert verwendet.
Der Durchmesser der ersten Einspritzlöcher 321 und der Durchmesser der zweiten Einspritzlöcher 322 sind derart eingestellt, dass diese die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (17.1) und (17.2) erfüllen. $Max (Ao) \geq Ah2 > Ao$
$Max (A3) \geq Ah1$
Es wird angenommen, dass ein minimaler Strömungskanalbereich des Pfades, in welchen der Kraftstoff über den dritten Strömungskanal 229 von den ersten Einspritzlöchern 321 eingespritzt wird, gleich Amin3 ist. Der minimale Strömungskanalbereich Amin mit Bezug auf den Kraftstoffeinspritzbetrag gemäß der vierten Ausführungsform entspricht einer Summe aus Amin2 und Amin3.
Der Vorgang zum Verändern des Strömungskanalbereichs mit Hilfe der Innennadelflansche 571, der Gehäuseflansche 301 und der Verbindungslöcher 581 der äußeren Nadel 238 gemäß der vierten Ausführungsform ist mit Bezug auf 47 bis 54 beschrieben.
Wie in 47 dargestellt ist, überlappen die jeweiligen Innennadelflansche 571 mit den Auslassflächen 584 der Verbindungslöcher 581, wenn die Magnetspule abgeschaltet ist, wie bei der dritten Ausführungsform. Die Auslassloch-Strömungskanäle 585 sind offen und stehen mit dem zweiten Strömungskanal 228 in Verbindung. Der Strömungskanalbereich Ao ist kleiner als der Strömungskanalbereich Ai, mit anderen Worten, eine Beziehung von Ai>Ao ist erfüllt.
Wie in 48 dargestellt ist, gleitet bzw. verschiebt sich die äußere Nadel 238 in der Ventilöffnungsrichtung, wenn die Magnetspule gemäß einer Anweisung von der ECU bestromt wird. Die äußere Nadel 238 öffnet den zweiten Strömungskanal 228 und die jeweiligen Innennadelflansche 571 öffnen die Auslassloch-Strömungskanäle 585. In dieser Situation sind die folgenden Vergleichsausdrücke (18.1) bis (18.4) über den Vergleichsausdruck (4.1) erfüllt. $Ao > A2$
$Amin 2 = A2$
$Amin3 = 0$
$Amin = A2$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß dem Strömungskanalbereich A2 bestimmt.
Mit dem Verschieben der äußeren Nadel 238 in der Ventilöffnungsrichtung wird der zweite Strömungskanal 228 geöffnet, der Abstand β nimmt zu und der Strömungskanalbereich A2 nimmt zu. Da die jeweiligen Innennadelflansche 571 die Auslassloch-Strömungskanäle 585 öffnen, nimmt der Strömungskanalbereich Ao zu.
Wie in 49 dargestellt ist, sind die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (19.1) bis (19.4) über den Vergleichsausdruck (16.1) erfüllt, wenn die jeweiligen Innennadelflansche 571 die Auslassflächen 584 der Verbindungslöcher 581 passieren bzw. an diesen vorbei laufen. $A2 > Ao$
$Amin 2 = Ao$
$Amin3 = 0$
$Amin = Ao$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß Ao bestimmt.
Wie in 50 dargestellt ist, öffnen die Innennadelflansche 571 die geschlossenen Auslassloch-Strömungskanäle 585 und der Strömungskanalbereich Ao wird maximal. Die folgenden Vergleichsausdrücke (20.1) bis (20.3) sind über den Vergleichsausdruck (16.1) erfüllt. $Amin 2 = Ah2$
$Amin3 = 0$
$Amin = Ah2$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß Ah2 bestimmt. Ferner stoßen die oberen Endflächen 590 des Vorsprungabschnitts 589 der äußeren Nadel 238 gegen die unteren Endflächen 577 der Innennadelflansche 571, wenn sich die äußere Nadel 238 in der Ventilöffnungsrichtung verschiebt. Mit anderen Worten, sowohl die äußere Nadel 238 als auch die innere Nadel 237 verschieben sich in der Ventilöffnungsrichtung.
Wie in 51 dargestellt ist, öffnet die innere Nadel 237 den dritten Strömungskanal 229 und die jeweiligen Gehäuseflansche 301 schließen die Einlassloch-Strömungskanäle 583. In dieser Situation sind die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (21.1) bis (21.4) erfüllt. $Ao > Ai$
$Amin 2 = Ai$
$Amin3 = A3$
$Amin = Ai + A3$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß einer Summe der Strömungskanalbereiche Ai und A3 bestimmt. Mit dem Gleiten bzw. der Verschiebung der inneren Nadel 237 wird der dritte Strömungskanal 229 geöffnet, der Abstand γ nimmt zu und der Strömungskanalbereich A3 nimmt zu.
Wie in 52 dargestellt ist, werden die Bereiche der Einlassloch-Strömungskanäle 583 nicht verändert, wenn die jeweiligen Endflächen der Gehäuseflansche 301 in den Einlassflächen 582 der Verbindungslöcher 581 enthalten sind. Daher wird die Veränderungsrate ΔAi gleich null und der Strömungskanalbereich Ai wird konstant gehalten. Der Strömungskanalbereich in dieser Situation erfüllt die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (22.1) bis (22.4), wie die Vergleichsausdrücke (21.1) bis (21.4). $Ao > Ai$
$Amin 2 = Ai$
$Amin3 = A3$
$Amin = Ai + A3$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß einer Summe der Strömungskanalbereiche Ai und A3 bestimmt.
Wie in 53 dargestellt ist, öffnen die jeweiligen Gehäuseflansche 301 die Einlassloch-Strömungskanäle 583 vollständig. Die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (23.1) bis (23.4) sind über die Vergleichsausdrücke (17.1) und (17.2) erfüllt. $Ao = Ai$
$Amin 2 = Ah2$
$Amin3 = Ah1$
$Amin = Ah2 + Ah1$
Daher wird der Kraftstoffeinspritzbetrag zu dieser Zeit gemäß einer Summe der Strömungskanalbereiche Ah2 und Ah1 bestimmt.
Mit Bezug auf 54 ist eine Veränderung der minimalen Strömungskanalbereiche Amin2 und Amin3 zu der Zeit gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben. In diesem Beispiel ist angenommen, dass die Veränderungsrate des minimalen Strömungskanalbereichs Amin3 zu der Zeit gleich ΔAmin3 ist.
Die Zeiten T0 bis T1 entsprechen 47 und 48 und diese sind Zeiten ausgehend davon, dass die jeweiligen Innennadelflansche 571 damit beginnen, die Auslassflächen 584 zu passieren, bis diese die Auslassflächen 584 passieren. Die Zeit T0 entspricht einer Zeit, wenn die Magnetspule gemäß der Anweisung von der ECU bestromt wird. Die Zeit T1 entspricht einer Zeit, wenn der Strömungskanalbereich A2 gleich dem Strömungskanalbereich Ao wird. Die Veränderungsraten ΔAmin2 und ΔAmin3 der Zeiten T0 bis T1 sind durch die nachfolgenden Ausdrücke (18.5) und (18.6) basierend auf den Vergleichsausdrücken (18.2) und (18.3) dargestellt. $Δ Amin 2 = Δ A2$
$Δ Amin3 = 0$
Gleichermaßen entsprechen die Zeiten T1 bis T2 Zeiten gemäß 49. Die Veränderungsraten ΔAmin2 und ΔAmin3 der Zeiten T1 bis T2 sind durch die nachfolgenden Ausdrücke (19.5) und (19.6) basierend auf den Vergleichsausdrücken (19.2) und (19.3) dargestellt. $Δ Amin 2 = Δ Ao$
$Δ Amin3 = 0$
Die Veränderungsrate ΔAmin2, mit anderen Worten, eine Steigung des minimalen Strömungskanalbereichs Amin2 ausgehend von der Zeit T1, ist basierend auf dem Vergleichsausdruck (16.1) verringert. Die Zeit T2 ist gleich dieser bei der dritten Ausführungsform.
Die Zeiten T2 bis T3 entsprechen Zeiten gemäß 50. Die Veränderungsraten ΔAmin2 und ΔAmin3 der Zeiten T2 bis T3 sind durch die nachfolgenden Ausdrücke (20.4) und (20.5) basierend auf den Vergleichsausdrücken (20.1) und (20.2) dargestellt. $Δ Amin 2 = 0$
$Δ Amin3 = 0$
Die Veränderungsrate ΔAmin2 der Zeiten T2 bis T3 ist null, da der minimale Strömungskanalbereich Amin2 dem Strömungskanalbereich Ah2 entspricht. Die Veränderungsrate ΔAmin3 der Zeiten T0 bis T3 ist null, da die innere Nadel 237 den Ventilschließbetrieb durchführt.
Die Zeit T3 entspricht einer Zeit, wenn die obere Endfläche 590 des Vorsprungabschnitts 589 der äußeren Nadel 238 gegen die unteren Endflächen 577 der Innennadelflansche 571 stößt.
Die Zeiten T3 bis T4 entsprechen Zeiten gemäß 51. Die Veränderungsraten ΔAmin2 und ΔAmin3 der Zeiten T3 bis T4 sind durch die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (21.5) und (21.6) basierend auf den Vergleichsausdrücken (21.2) und (21.3) dargestellt. $Δ Amin 2 = Δ Ai$
$Δ Amin3 = Δ A3$
Zu den Zeiten T3 bis T4 verschließen die jeweiligen Gehäuseflansche 301 die Einlassloch-Strömungskanäle 583, wie bei der dritten Ausführungsform. Eine Summe der Veränderungsraten ΔAmin2 und ΔAmin3 nimmt basierend auf dem Vergleichsausdruck (16.2) zu. Daher nimmt der Kraftstoffeinspritzbetrag auch zu den Zeiten T3 bis T4 zu, wie bei der dritten Ausführungsform. Die Zeit T4 entspricht einer Zeit, wenn die jeweiligen Endflächen der Gehäuseflansche 301 in den Einlassflächen 582 der Verbindungslöcher 581 enthalten sind.
Die Zeiten T4 bis T5 entsprechen Zeiten gemäß 52. Die Veränderungsraten ΔAmin2 und ΔAmin3 der Zeiten T4 bis T5 sind durch die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (22.5) und (22.6) basierend auf den Vergleichsausdrücken (22.2) und (22.3) dargestellt. $Δ Amin 2 = 0$
$Δ Amin3 = Δ A3$
Die Zeit T5 entspricht einer Zeit, wenn der Strömungskanalbereich A3 größer als der Strömungskanalbereich Ah1 ist, und diese entspricht ebenso einer Zeit, wenn die jeweiligen Gehäuseflansche 301 die Einlassloch-Strömungskanäle 583 öffnen.
Die Zeiten T5 bis T6 entsprechen Zeiten gemäß 53. Die Veränderungsraten ΔAmin2 und ΔAmin3 der Zeiten T5 bis T6 sind durch die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (23.5) und (23.6) basierend auf den Vergleichsausdrücken (23.2) und (23.3) dargestellt. $Δ Amin 2 = Δ A2$
$Δ Amin = 0$
Eine Zeit T6 entspricht einer Zeit, wenn die jeweiligen Gehäuseflansche 301 die Einlassloch-Strömungskanäle 583 öffnen. Daher entspricht der minimale Strömungskanalbereich Amin2 zu den Zeiten T6 bis T7 dem Strömungskanalbereich Ah2 und der minimale Strömungskanalbereich Amin3 entspricht dem Strömungskanalbereich Ah1. Beide Veränderungsraten ΔAmin2 und ΔAmin3 der Zeiten T6 bis T7 sind null, da sich der Strömungskanalbereich Ah1 und der Strömungskanalbereich Ah2 nicht verändern.
(Vorteile)
Wie vorstehend beschrieben ist, kann der Strömungskanalbereich gemäß der vierten Ausführungsform, wie bei der dritten Ausführungsform, verändert werden, und der Kraftstoffeinspritzbetrag kann gemäß einer Veränderung des Strömungskanalbereichs verändert werden. Daher kann der Kraftstoffeinspritzbetrag auch bei der Konfiguration, bei welcher die äußere Nadel 238 den Ventilöffnungsbetrieb vor der inneren Nadel 237 durchführt, kontinuierlich erhöht werden, und es können die gleichen Vorteile wie diese bei der dritten Ausführungsform erhalten werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Mit Bezug auf 55 und 56 ist ein Injektor 3 gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben. Der Injektor 3 weist die gleiche Konfiguration wie diese bei der dritten Ausführungsform auf und eine Antriebseinheit 290 umfasst einen Mechanismus für eine variable Geschwindigkeit, welcher Gleit- bzw. Verschiebungsgeschwindigkeiten einer inneren Nadel 237 und einer äußeren Nadel 238 variabel gestaltet. Der Mechanismus für eine variable Geschwindigkeit umfasst beispielsweise ein piezoelektrisches Stellglied, das heißt, ein piezoelektrisches Element, und eine Druckanpassungskammer, welche ein Volumen durch die Expansion und die Kontraktion des piezoelektrischen Stellglieds verändert.
Der Betrieb des Injektors 3 gemäß der fünften Ausführungsform ist nun beschrieben. Das piezoelektrische Stellglied wird auf die Aufnahme einer Spannung Vs von einer ECU hin expandiert und kontrahiert. Wenn das piezoelektrische Stellglied expandiert wird, wird das Volumen in der Druckanpassungskammer kontrahiert und ein Kraftstoffdruck in einer ersten Gegendruckkammer 221 nimmt zu. Das Volumen Vs wird angepasst, um einen Vergleichsausdruck (6) zu erfüllen, und eine innere Nadel 237 führt den Ventilschließbetrieb durch.
Die ECU senkt die Spannung und das piezoelektrische Stellglied wird kontrahiert. In dieser Situation wird das Volumen der Druckanpassungskammer vergrößert und der Kraftstoffdruck der ersten Gegendruckkammer 221 wird verringert. Folglich verschiebt sich die innere Nadel 237, wie bei der dritten Ausführungsform, in einer Ventilöffnungsrichtung, da der Vergleichsausdruck (7) erfüllt ist. Ferner verschiebt sich die äußere Nadel 238 zusammen mit der inneren Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung, wenn die ECU die Spannung senkt und das piezoelektrische Stellglied kontrahiert wird.
Die ECU erhöht die Spannung auf die Spannung Vs, das piezoelektrische Stellglied wird expandiert und der Kraftstoffdruck der ersten Gegendruckkammer 221 nimmt gleichermaßen zu. Folglich verschieben sich die innere Nadel 237 und die äußere Nadel 238 in einer Ventilschließrichtung, da der Vergleichsausdruck (6) erfüllt ist. Folglich stoppt die Kraftstoffeinspritzung der ersten Einspritzlöcher 321 und der zweiten Einspritzlöcher 322.
Die ECU steuert die aufgebrachte Spannung des piezoelektrischen Stellglieds. Mit einer Veränderung einer Spannungs-Reduktionsgeschwindigkeit kann der Kraftstoffdruck in der ersten Gegendruckkammer 221 präzise gesteuert werden. Daher kann eine Gleit- bzw. Verschiebungsgeschwindigkeit der inneren Nadel 237 in der Ventilöffnungsrichtung verändert werden. Mit anderen Worten, die Gleitgeschwindigkeiten der inneren Nadel 237 und der äußeren Nadel 238 können verändert werden. Folglich kann eine Veränderung des Strömungskanalbereichs durch die Innennadelflansche 571 und die Gehäuseflansche 301 präzise durchgeführt werden und der Kraftstoffeinspritzbetrag kann mit höherer Präzision gesteuert werden.
Mit einer Veränderung der Gleitgeschwindigkeit der inneren Nadel 237 können die Veränderungsraten ΔA1, AAo, ΔA2 und ΔAi verändert werden. Eine Zeit T2, zu welcher die Innennadelflansche 571 die Auslassloch-Strömungskanäle 585 vollständig öffnen, und eine Zeit T3, zu welcher obere Endflächen 576 der Innennadelflansche 571 gegen untere Endflächen 586 des Vorsprungabschnitts 589 der äußeren Nadel 283 stoßen, können angepasst werden. Beispielsweise wird die Gleitgeschwindigkeit angepasst, um die nachfolgenden Vergleichsausdrücke (24.1) bis (24.3) zu erfüllen. $Δ Ao = | Δ Ai |$
$Δ A2 = 2 | Δ Ai |$
$T 2 = T 3$
Die Veränderungsrate ΔAi weist einen negativen Wert auf und daher werden absolute Werte verwendet.
Mit Bezug auf 55 sind die Veränderungsraten ΔAmin1 und ΔAmin2 gemäß der fünften Ausführungsform beschrieben. Die Veränderungsraten ΔAmin1 und ΔAmin2 der Zeiten T0 bis T7 sind identisch zu diesen bei der dritten Ausführungsform. Bei der fünften Ausführungsform sind jedoch die Veränderungsrate ΔAmin1 der Zeiten T1 bis T5 und die Veränderungsrate ΔAmin2 der Zeiten T3 bis T5 verändert.
Bei der Veränderungsrate ΔAmin1 der Zeiten T1 bis T3 kann die Veränderungsrate ΔAo basierend auf dem Vergleichsausdruck (24.1) durch ΔAi ausgedrückt werden. Zu den Zeiten T2 bis T3 kann die Veränderungsrate ΔAmin1 basierend auf dem Vergleichsausdruck (24.3) derart eingestellt sein, dass diese nicht gleich null ist. Ferner wird die Gleitgeschwindigkeit zu den Zeiten T4 bis T5 angepasst, so dass die Endflächen der Gehäuseflansche 301 nicht in den Einlassflächen 582 der Verbindungslöcher 581 enthalten sind. Bei der Veränderungsrate ΔAmin2 der Zeiten T3 bis T5 kann die Veränderungsrate ΔA2 durch ΔAi ausgedrückt sein. Ferner können zu den Zeiten T4 bis T5 eine Zeit, zu welcher die jeweiligen Gehäuseflansche 301 die Einlassloch-Strömungskanäle 583 öffnen, und eine Zeit, zu welcher der Strömungskanalbereich A2 größer als der Strömungskanalbereich Ah2 ist, angepasst werden, so dass diese übereinstimmen.
Wie vorstehend beschrieben ist, können die Veränderungsraten ΔAmin1 und ΔAmin2 bei der fünften Ausführungsform durch die Veränderungsrate ΔAi ausgedrückt werden. Ferner entspricht eine Summe der Veränderungsraten ΔAmin1 und ΔAmin2 einem absoluten Wert der Veränderungsrate ΔAi ausgehend von der Zeit T1, und diese wird konstant gehalten. Die Summe der Veränderungsraten ΔAmin1 und ΔAmin2 entspricht Veränderungsraten des minimalen Strömungskanalbereichs Amin mit Bezug auf den Kraftstoffeinspritzbetrag. Daher wird die Veränderungsrate des minimalen Strömungskanalbereichs Amin gemäß der fünften Ausführungsform konstant gehalten.
(Vorteile)
Der Kraftstoffeinspritzbetrag Q gemäß der fünften Ausführungsform ist mit Bezug auf 56 beschrieben. Der Kraftstoffeinspritzbetrag Q wird gemäß Amin berechnet, was einer Summe der minimalen Strömungskanalbereiche Amin1 und Amin2 mit Bezug auf 55 entspricht, wie bei der dritten Ausführungsform, und die fünfte Ausführungsform erhält die gleichen Vorteile wie diese bei der dritten Ausführungsform. Bei der fünften Ausführungsform werden die Gleitgeschwindigkeiten der inneren Nadel 237 und der äußeren Nadel 238 in der Ventilöffnungsrichtung gesteuert, so dass eine Steigung des Kraftstoffeinspritzbetrags Q zu der Zeit, mit anderen Worten, die Veränderungsrate des Kraftstoffeinspritzbetrags, konstant gehalten werden kann. Dies bedeutet, dass der Kraftstoffeinspritzbetrag mit höherer Genauigkeit gesteuert werden kann.
Bei dem Maschinensystem sind Abgasbestimmungen erhöht bzw. verschärft und um einen hervorragenden Verbrennungszustand der Verbrennungskammer zu realisieren, ist insbesondere eine verbesserte Steuerung erforderlich. Somit ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform insbesondere wirkungsvoll, die Genauigkeit des Kraftstoffeinspritzbetrags zu erhöhen.
(Weitere Ausführungsformen)
Bei der dritten Ausführungsform kann lediglich eine innere Nadel 237 den Ventilöffnungsbetrieb durchführen und ein Kraftstoff kann lediglich von ersten Einspritzlöchern 321 eingespritzt werden. Gleichermaßen kann bei der vierten Ausführungsform lediglich eine äußere Nadel 238 den Ventilöffnungsbetrieb durchführen und der Kraftstoff kann lediglich von zweiten Einspritzlöchern 322 eingespritzt werden. Es werden die gleichen Vorteile wie diese bei den vorstehenden Ausführungsformen erhalten.
Wenn sich die innere Nadel 237 und die äußere Nadel 238 verschieben, reiben die Innennadelflansche 571 an der äußeren Nadel 238. Gleichermaßen reiben die Gehäuseflansche 301 an der äußeren Nadel 238. Die Innennadelflansche 571 und die Gehäuseflansche 301 werden durch Reibung abgenutzt. Die Einlassloch-Strömungskanäle 583 und die Auslassloch-Strömungskanäle 585, welche durch die Innennadelflansche 571 und die Gehäuseflansche 301 geöffnet und geschlossen werden, werden durch Reibung verändert und die Strömungskanalbereiche Ao und Ai werden verändert. Wie vorstehend beschrieben ist, wird der Kraftstoffeinspritzbetrag durch den Strömungskanalbereich erheblich beeinflusst.
Die innere Nadel 237 und die äußere Nadel 238 sind koaxial aufgenommen und diese besitzen eine Hilfsfunktion zum gemeinsamen Halten der Welle bzw. des Schafts. Aus diesem Grund ist eine Verschiebungspositionsgenauigkeit in einer radialen Richtung hoch. Daher werden die Innennadelflansche 571, die Gehäuseflansche 301 und die Verbindungslöcher 581 der äußeren Nadel 238 nicht dezentriert und gelangen aus dem vorgespannten Kontakt zueinander, und ein Reibeinfluss aufgrund des Gleitens bzw. der Verschiebung ist reduziert. Daher ist die Hilfsfunktion der inneren Nadel 237 und der äußeren Nadel 238 zum gemeinsamen Halten der Welle wichtig.
Wie bei der in 57A und 57B dargestellten Konfiguration kann die Anzahl an Verbindungslöchern 581 auf acht bei gleichmäßigen Abständen eingestellt sein. Wie bei einer in 58A und 58B dargestellten Konfiguration kann die Anzahl an Verbindungslöchern 581 auf zwei eingestellt sein. Wie bei einer in 59A und 59B dargestellten Konfiguration können vier Verbindungslöcher 581 nicht bei gleichmäßigen Abständen angeordnet sein. Wie bei einer in 60A, 60B, 60C und 60D dargestellten Konfiguration kann ein radialer Querschnitt der Verbindungslöcher 581 als ein Kreis, ein Parallelogramm oder eine Ellipse gestaltet sein. Ferner kann der radiale Querschnitt der Verbindungslöcher 581 als eine Raute oder ein Quadrat gestaltet sein. Wie vorstehend beschrieben ist, können ungeachtet der Anzahl, der Anordnung oder der Gestaltung der Verbindungslöcher die gleichen Vorteile wie diese der vorstehenden Ausführungsformen erhalten werden.
Der thermische Zyklus, auf welchen die vorliegende Ausführungsform angewendet wird, ist nicht auf den Sabathe-Zyklus beschränkt. Beispielsweise werden bei dem thermischen Zyklus mit einem Konstant-Druck-Aufwärmprozess, wie einem Diesel-Zyklus, einem Ericsson-Zyklus oder einem Gasturbinen-Zyklus, die gleichen Vorteile erhalten.
Wie bei der fünften Ausführungsform kann der Mechanismus der Antriebseinheit 290 für eine variable Geschwindigkeit zum Vorsehen der variablen Geschwindigkeiten der inneren Nadel und der äußeren Nadel die Magnetspule verwenden. Beispielsweise kann eine Steuerung der aufgebrachten Spannung einer Magnetspule durchgeführt werden, eine magnetische Anziehungskraft kann angepasst werden und der Kraftstoffdruck der ersten Gegendruckkammer 221 kann gesteuert werden. Ferner kann die Antriebseinheit 290 durch ein lineares Stellglied konfiguriert sein, welches die innere Nadel 237 und die äußere Nadel 238 direkt mit der Antriebseinheit 290 verbindet, und die innere Nadel 237 und die äußere Nadel 238 betätigt.
Wie in 61 dargestellt ist, kann bei einem distalen Teil 587 der äußeren Nadel 238 ferner ein aus einem elastischen Element hergestelltes Sperrventil 588 vorgesehen sein, welches auf einer hinteren Endseite der ersten Einspritzlöcher 321 und auf einer vorderen Endseite der zweiten Einspritzlöcher 322 installiert ist. Das elastische Element ist beispielsweise eine Edelstahl-Federplatte oder ein Gummi. Das Sperrventil 588 wird unter Verwendung einer elastischen Kraft des elastischen Elements während der Öffnungs- und Schließbetätigung der äußeren Nadel 238 expandiert oder kontrahiert. Das Sperrventil 588 stößt zwischen den ersten Einspritzlöchern 321 und den zweiten Einspritzlöchern 322 während des Ventilschließbetriebs der äußeren Nadel 238 gegen das Gehäuse 210 und verschließt den zweiten Strömungskanal. Mit dem zusätzlichen Vorsehen des Sperrventils 588 kann die durch den ersten Strömungskanal 227 strömende Strömungsrate daran gehindert werden, hin zu dem zweiten Strömungskanal zurück zu strömen, wenn die innere Nadel 237 und die äußere Nadel 238 den Ventilöffnungsbetrieb durchführen. Folglich ist eine Genauigkeit bei den jeweiligen Einspritzbeträgen von den ersten Einspritzlöchern 321 und den zweiten Einspritzlöchern 322 verbessert.
Wie in 62 dargestellt ist, können jeweilige Endflächen 573 der Innennadelflansche 571, welche mit Auslassflächen 584 der Verbindungslöcher 581 in Kontakt kommen, einer verschleißfesten Beschichtung 574 unterzogen werden. Jeweilige Endflächen 303 der Gehäuseflansche 301, welche mit Einlassflächen 582 der Verbindungslöcher 581 in Kontakt kommen, können einer verschleißfesten Beschichtung 304 unterzogen werden. Die verschleißfeste Beschichtung ist beispielsweise aus DLC (diamantartigem Kohlenstoff) oder CNx (Carbonnitrid) hergestellt. Diese Materialien sind als Beschichtungen bekannt, welche hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit hervorragend sind. Die Beschichtung kann durch ein PVD-Verfahren, wie ein Sputter-Verfahren oder ein Ionenstrahl-Ablagerungsverfahren, oder ein Plasma-CVD-Verfahren, wie ein RF-Plasma oder ein Oberflächen-Wellen-Erregungs-Plasma (SWP) durchgeführt werden. Ferner können die verschleißfesten Beschichtungen 574 und 104 zusammen bei der Innenfläche 302 des Gehäuses 210 beschichtet werden.
Wenn sich die innere Nadel 237 und die äußere Nadel 238 wiederholend verschieben bzw. gleiten, werden die Strömungskanalbereiche Ao und Ai durch die Reibung der Innennadelflansche 571 und der Gehäuseflansche 301 verändert. Die Reibung der Innennadelflansche 571 und der Gehäuseflansche 301, welche durch das sich wiederholende Verschieben hervorgerufen wird, wird durch die verschleißfesten Beschichtungen 574 und 104 unterdrückt. Daher kann die Steuerung des Kraftstoffeinspritzbetrags mit hoher Genauigkeit aufrechterhalten werden.
Wie in 63 dargestellt ist, kann bei der dritten Ausführungsform der erste Strömungskanal 227 durch den dritten Strömungskanal 229 ersetzt sein, welcher an das Gehäuse 210 grenzt, wenn die innere Nadel 237 den Ventilschließbetrieb durchführt. Es werden die gleichen Vorteile erhalten.
Eine Ausführungsform, bei welcher die Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf eine Mehrzylinder-Dieselmaschine angewendet wird, die mit einer Common-Rail-Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgerüstet ist, ist mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine in 64 dargestellte Maschine 610 in einem Fahrzeug als eine Fahrzeug-Hauptmaschine installiert. In einem Einlassdurchlass 611 der Maschine 610 sind ein Luftströmungsmesser 612 zum Erfassen des Einlassluftbetrags, ein Zwischenkühler 613 zum Kühlen der durch einen später beschriebenen Turbolader 616 aufgeladenen Einlassluft und eine Drosselventilvorrichtung 614 in der Reihenfolge ausgehend von einer stromaufwärtigen Seite installiert. Die Drosselventilvorrichtung 614 passt die Öffnung eines Drosselventils 614a durch ein Stellglied, wie einen DC-Motor, an.
Eine Verbrennungskammer 610a in jedem Zylinder der Maschine 610 ist über einen Ausgleichsbehälter 615 mit einer stromabwärtigen Seite der Drosselventilvorrichtung 614 in dem Einlassdurchlass 611 verbunden. Die Verbrennungskammer 610a ist durch einen Zylinderblock 610b der Maschine 610 und einen Kolben 617 abgetrennt. Der Zylinderblock 610b ist mit einem Vibrationserfassungssensor 638 zum Erfassen des Vibrationsgrades (Beschleunigungsvibration) der Maschine 610 ausgerüstet. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Vibrationserfassungssensor 638 einer Vibrationserfassungseinheit und einem Beschleunigungssensor.
Die Maschine 610 ist mit einem Kraftstoffinjektor 618 ausgerüstet, dessen distaler Teil in die Verbrennungskammer 610a vorsteht. Ein Kraftstoff mit hohem Druck (insbesondere Leichtöl) wird von einem Common-Rail 619 als ein Sammelbehälter hin zu dem Kraftstoffinjektor 618 geführt. Der Kraftstoff wird von einer Kraftstoffpumpe 620 in das Common-Rail 619 gefördert. In 64 ist lediglich ein Zylinder dargestellt.
Der Kraftstoffinjektor 618 ist in jedem Zylinder der Maschine 610 installiert und spritzt den in dem Common-Rail 619 gesammelten Kraftstoff von einem Einspritzloch in den Zylinder ein. Der Kraftstoffinjektor 618 führt eine mehrstufige Einspritzung einschließlich einer Voreinspritzung und einer Nacheinspritzung vor und nach einer Haupteinspritzung in einem Verbrennungszyklus basierend auf einem Betriebszustand der Maschine 610 durch. Der Kraftstoffinjektor 618 umfasst eine Nadel und einen Körper mit mehreren Einspritzlöchern, von welchen der Kraftstoff eingespritzt wird, bei einem distalen Teil des Kraftstoffinjektors 618 ausgebildet, und Nadeln, welche in den jeweiligen Einspritzlöchern aufgenommen sind. Ein ringförmiger Kraftstoffdurchlass ist zwischen einer Innenfläche des Körpers und einer Außenfläche der Nadel vorgesehen. Der ringförmige Kraftstoffdurchlass erstreckt sich in einer axialen Richtung des Körpers, und der von dem Common-Rail 619 zugeführte Kraftstoff durchläuft den ringförmigen Kraftstoffdurchlass. Eine Sitzfläche, auf welcher ein distaler Teil der Nadel aufgesetzt bzw. in Anlage gebracht wird, ist auf einer Innenfläche des distalen Körperteils ausgebildet. Eine Saugkammer ist auf einer vorderen Endseite der Sitzfläche in dem Körper vorgesehen. Die Saugkammer sammelt den in dem Kraftstoffdurchlass ringförmig verteilten Kraftstoff und steht mit dem Einspritzloch in Verbindung. Bei der Konfiguration wird die Nadel mit der Sitzfläche in Anlage gebracht, um dadurch eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffdurchlass und dem Einspritzloch zu blockieren, und die Kraftstoffeinspritzung wird gestoppt. Andererseits wird die Nadel durch einen Bestromungsbetrieb von der Sitzfläche gelöst, um dadurch eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffdurchlass und dem Einspritzloch herzustellen. Folglich wird der Kraftstoff in dem Kraftstoffdurchlass eingespritzt und von dem Einspritzloch über die Saugkammer direkt in die Verbrennungskammer 610a geführt.
Zurückkehrend zu der vorhergehenden Beschreibung von 64 werden ein Einlasskanal und ein Auslasskanal jedes Zylinders in der Maschine 610 durch ein Einlassventil 621 bzw. ein Auslassventil 622 geöffnet und geschlossen. Bei diesem Beispiel wird die durch den Zwischenkühler 613 gekühlte Einlassluft durch eine Öffnung des Einlassventils 621 in die Verbrennungskammer 610a eingeführt. Wenn der Kraftstoff in einem Zustand, bei welchem die Einlassluft eingeführt wurde, von dem Kraftstoffinjektor 618 in die Verbrennungskammer 610a eingespritzt wird, entzündet sich der Kraftstoff durch die Verdichtung der Verbrennungskammer 610a selbst und durch die Verbrennung wird eine Energie erzeugt. Die Energie wird als eine Rotationsenergie einer Kurbelwelle 623 der Maschine 610 über den Kolben 617 entnommen. Ein Gas, welches der Verbrennung unterzogen wurde, wird über eine Öffnung des Auslassventils 622 als ein Abgas in einen Auslassdurchlass 624 abgegeben. Ein Kurbelwinkelsensor 625 zum Erfassen eines Drehwinkels der Kurbelwelle 623 ist in der Nähe der Kurbelwelle 623 installiert.
Das Fahrzeug ist mit einem Turbolader 616 ausgerüstet. Der Turbolader 616 umfasst einen Einlassverdichter 616a, welcher in dem Einlassdurchlass 611 installiert ist, eine Auslassturbine 616b, welche in einem Auslassdurchlass 624 installiert ist, und eine Drehwelle 616c, welche den Einlassverdichter 616a und die Auslassturbine 616b koppelt. Genauer gesagt rotiert die Auslassturbine 616b aufgrund einer Energie des in dem Auslassdurchlass 624 strömenden Abgases und die Rotationsenergie wird über die Drehwelle 616c zu dem Einlassverdichter 616a übertragen, und die Einlassluft wird durch den Einlassverdichter 616a verdichtet. Mit anderen Worten, die Einlassluft wird durch den Turbolader 616 aufgeladen bzw. verdichtet.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung 626, wie ein Dreiwegekatalysator oder ein NOx-Katalysator, zum Reinigen von CO, HC und NOx in dem Abgas ist auf einer stromabwärtigen Seite des Turboladers 616 in dem Auslassdurchlass 624 angeordnet. Ein Abgastemperatur-Erfassungssensor (entsprechend einer Temperatur-Erfassungseinheit) 633 zum Erfassen einer Temperatur des aus der Abgasreinigungsvorrichtung 626 ausströmenden Abgases ist auf einer stromabwärtigen Seite der Abgasreinigungsvorrichtung 626 angeordnet.
Eine ECU 630, welche einer elektronischen Steuerungsvorrichtung entspricht, die zum Steuern eines Maschinensystems gedacht ist, ist hauptsächlich durch einen bekannten Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM und einem RAM konfiguriert. Die ECU 630 nimmt Erfassungswerte von einem Einlassluftdrucksensor 631, einem Einlasslufttemperatursensor 632, einem Abgastemperatur-Erfassungssensor 633, einem Zylinderinnendrucksensor 634, einem Kraftstoffdrucksensor 635, einem Wassertemperatursensor 636, einem Beschleunigungssensor 637, dem Vibrationserfassungssensor 638, dem Luftströmungsmesser 612 und dem Kurbelwinkelsensor 625 auf. Der Einlassluftdrucksensor 631 erfasst einen Druck in dem Ausgleichsbehälter 615, der Einlasslufttemperatursensor 632 erfasst eine Einlasslufttemperatur in dem Ausgleichsbehälter 615 und der Zylinderinnendrucksensor 634 erfasst einen Druck (nachfolgend als „Zylinderdruck“ bezeichnet) in der Verbrennungskammer 610a. Der Kraftstoffdrucksensor 635 erfasst einen Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 619 und der Wassertemperatursensor 636 erfasst eine Kühlmitteltemperatur der Maschine 610. Der Beschleunigungssensor 637 erfasst einen Gaspedalbetätigungsbetrag (genauer gesagt den Niederdrückbetrag eines Gaspedals) eines Gaspedal-Betätigungselements durch einen Fahrer. Der Abgastemperatur-Erfassungssensor 633, der Zylinderinnendrucksensor 634 und der Vibrationserfassungssensor 638 entsprechen einer Zustandserfassungseinheit.
Die ECU 630 führt eine Verbrennungssteuerung der Maschine 610 einschließlich einer Kraftstoffeinspritzsteuerung des Kraftstoffinjektors 618, einer Antriebsteuerung der Kraftstoffpumpe 620 und einer Ladedrucksteuerung durch den Turbolader 616 basierend auf den Erfassungswerten der vorstehend beschriebenen verschiedenen Sensoren durch. Die ECU 630 entspricht einer ersten Einspritzeinheit, einer zweiten Einspritzeinheit und einer Steuerungseinheit.
Bei der wie vorstehend beschrieben konfigurierten Maschine 610 wird angenommen, dass sich eine Betriebszone in einer Hochlastzone befindet. Da in diesem Fall ein erforderlicher Kraftstoffeinspritzbetrag erhöht ist, ist ebenso der Kraftstoffeinspritzbetrag einer Haupteinspritzung, welche hinsichtlich des Kraftstoffeinspritzbetrags in einem Verbrennungszyklus maximal ist, ebenso erhöht. Wenn daher die Betriebszone in der Hochlastzone liegt, besteht ein Risiko, dass ein Spitzenwert (maximaler Zylinderinnendruck Pmax) des Zylinderinnendrucks, welcher aufgrund der Verbrennung des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes ansteigt, über einen zulässigen oberen Grenzdruck, welchem die Maschine 610 standhält, erhöht ist.
Als eine Gegenmaßnahme wird herkömmlich eine Steuerung zum Verringern des maximalen Zylinderinnendrucks Pmax ausgeführt, so dass dieser den zulässigen oberen Grenzdruck nicht überschreitet. Beispielsweise wird ein ansteigendes Einspritzmuster, bei welchem die Kraftstoffeinspritzrate allmählich zunimmt, ausgeführt und der Zylinderinnendruck wird mit der Vergrößerung des Verbrennungskammervolumens während eines Arbeitstaktes allmählich erhöht, um dadurch die Steuerung zum Verringern des maximalen Zylinderinnendrucks Pmax auszuführen. Bei dieser Steuerung dauert es jedoch lange, bis der Zylinderinnendruck den maximalen Zylinderinnendruck Pmax erreicht und der thermische Wirkungsgrad der Maschine 610 ist ebenso verringert. Folglich ist auch die Leistung der Maschine 610 verringert.
Somit wird bei der ECU 630 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn die vorliegende Betriebszone der Maschine 610 der Hochlastzone entspricht, der Einspritzbetrag während der Haupteinspritzung aufgeteilt und der Kraftstoff wird bereichsweise zweimal eingespritzt. Insbesondere wird, wie in einem oberen Diagramm von 65 dargestellt ist, eine erste Einspritzung ausgeführt, um die erste Einspritzung (nachfolgend als „erste Einspritzung“ bezeichnet) abzuschließen, wenn der Kolben 617 einen oberen Totpunkt der Verdichtung (Verdichtungs-OT) erreicht, und eine zweite Einspritzung (nachfolgend als „zweite Einspritzung“ bezeichnet) wird ausgeführt, wenn der Kolben 617 den OT erreicht. Daher wird die zweite Einspritzung ausgeführt, unmittelbar nachdem die erste Einspritzung abgeschlossen wurde. Somit wird der durch die zweite Einspritzung eingespritzte Kraftstoff (nachfolgend als „zweite Verbrennung“ bezeichnet) durch eine Flamme verbrannt, welche durch das Verbrennen des durch die erste Einspritzung eingespritzten Kraftstoffes (nachfolgend als „erste Verbrennung“ bezeichnet) erzeugt wird. Die Einspritzung des Kraftstoffes und die Verbrennung des Kraftstoffes durch die zweite Einspritzung werden in dem Arbeitstakt fortgesetzt.
Die Einspritzrate der ersten Einspritzung ist größer als die maximale Einspritzrate der zweiten Einspritzung und der durch die erste Verbrennung hervorgerufene maximale Zylinderinnendruck Pmax wird derart gesteuert, dass dieser im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt (Bezug auf ein unteres Diagramm von 65). Die Einspritzrate der zweiten Einspritzung ist mit der Vergrößerung des Verbrennungskammervolumens bei dem Arbeitstakt allmählich vergrößert, um den Zylinderinnendruck auf dem zulässigen oberen Grenzdruck zu halten. In dem Fall ist der zulässige obere Grenzdruck als ein oberer Grenzwert des Zylinderinnendrucks eingestellt, welcher die Funktionsfähigkeit der Maschine 610 aufrechterhalten kann.
Bei der Ausführung der vorliegenden Steuerung wird ein Verbrennungszustand des eingespritzten Kraftstoffes beachtet. Bei der Ausführung der später beschriebenen Verarbeitung werden beide Einspritzzustände der ersten Einspritzung und der zweiten Einspritzung (entsprechend einer Einspritzrate, eines Spritzwinkels eines Strahls und einer Spritzdauer) gesteuert, so dass der Verbrennungszustand des eingespritzten Kraftstoffes (beispielsweise eine Zunahmerate des Zylinderinnendrucks, welcher aufgrund der ersten Verbrennung ansteigt, die Schwingung der Maschine 610, welche durch die erste Verbrennung hervorgerufen wird, eine Temperatur des Abgases, welche durch die zweite Verbrennung hervorgerufen wird, oder dergleichen) in einem vorbestimmten zulässigen Zustand aufrechterhalten wird.
Bei der Steuerung kann der Zylinderinnendruck daran gehindert werden, über den zulässigen oberen Grenzdruck anzusteigen. Da die erste Verbrennung dem Zylinderinnendruck ermöglicht, auf den zulässigen oberen Grenzdruck anzusteigen, kann die Leistung der Maschine 610 frühzeitig erhöht werden. Ferner wird bei der Ausführung der zweiten Einspritzung der auf den zulässigen oberen Grenzdruck erhöhte Zylinderinnendruck aufrechterhalten, wodurch der thermische Wirkungsgrad daran gehindert werden kann, verringert zu werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine in 66 dargestellte, später beschriebene aufgeteilte Einspritzverarbeitung durch die ECU 630 ausgeführt. Die in 66 dargestellte aufgeteilte Einspritzverarbeitung wird durch die ECU 630 in einem vorbestimmten Zyklus während einer Phase, bei welcher die ECU 630 in Betrieb ist, wiederholend ausgeführt.
Zunächst wird bei S301 bestimmt, ob eine vorliegende Betriebszone der Maschine 610 in einer Hochlastzone liegt. Insbesondere wenn eine Maschinenlast (beispielsweise der Einlassluftdruck oder der Gaspedalbetätigungsbetrag) höher als eine vorbestimmte Last ist, wird ermittelt, dass die vorliegende Betriebszone der Maschine 610 in der Hochlastzone liegt. Wenn bestimmt wird, dass die vorliegende Betriebszone der Maschine 610 nicht der Hochlastzone liegt (Nein bei S301), wird die Steuerung abgeschlossen. Wenn bestimmt wird, dass die vorliegende Betriebszone der Maschine 610 in der Hochlastzone liegt (Ja bei S301), schreitet die Verarbeitung zu S302 voran.
Bei S302 wird der Einspritzbetrag der Haupteinspritzung aufgeteilt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine gleichmäßige Aufteilung angenommen. Es besteht jedoch keine Notwendigkeit, das Aufteilungsverfahren des Einspritzbetrags auf die gleichmäßige Aufteilung zu beschränken. Bei S303 wird die aufgeteilte Einspritzung durch den Kraftstoffinjektor 618 ausgeführt und die Steuerung wird abgeschlossen.
Anschließend ist die Einspritzverarbeitung der durch die ECU 630 ausgeführten aufgeteilten Einspritzung mit Bezug auf 67 beschrieben. Die Verarbeitung entspricht einer Subroutinenverarbeitung gemäß S303 in 66.
Zunächst wird bei S200 bestimmt, ob die vorliegende Zeit einer Zeit entspricht, zu welcher der Kraftstoffinjektor 618 die erste Einspritzung ausführen kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ermittelt, dass die vorliegende Zeit der Zeit entspricht, zu welcher der Kraftstoffinjektor 618 die erste Einspritzung ausführen kann, wenn ein durch den Kurbelwinkelsensor 625 erfasster Drehwinkel im Wesentlichen mit einem vorbestimmten Winkel (beispielsweise 30 °KW vor OT) übereinstimmt, der vor dem Verdichtungs-OT eingestellt ist. Wenn bestimmt wird, dass die vorliegende Zeit der Zeit entspricht, zu welcher der Kraftstoffinjektor 618 die erste Einspritzung ausführen kann (Ja bei S200), schreitet die Verarbeitung zu S210 voran und dem Kraftstoffinjektor 618 wird ermöglicht, die erste Einspritzung auszuführen. Der Einspritzzustand der ersten Einspritzung wird in einen Einspritzzustand gebracht, welcher nach einer vorhergehenden ersten Einspritzung korrigiert wird. Folglich wird die erste Verbrennung in der Verbrennungskammer 610a erzeugt.
Der Zylinderinnendrucksensor 634 kann den Zylinderinnendruck bei S220 erfassen und bei S230 wird bestimmt, ob ein Spitzenwert des erfassten Zylinderinnendrucks im Wesentlichen mit einem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt. Wenn bestimmt wird, dass der Spitzenwert des erfassten Zylinderinnendrucks nicht im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt (Nein bei S230), schreitet die Verarbeitung zu S280 voran und es wird bestimmt, ob der Spitzenwert des erfassten Zylinderinnendrucks kleiner als der zulässige obere Grenzdruck ist. Wenn bestimmt wird, dass der Spitzenwert des erfassten Zylinderinnendrucks kleiner als der zulässige obere Grenzdruck ist (Ja bei S280), schreitet die Verarbeitung zu S310 voran, was später beschrieben ist. Wenn bestimmt wird, dass der Spitzenwert des erfassten Zylinderinnendrucks größer als der zulässige obere Grenzdruck ist (Nein bei S280), schreitet die Verarbeitung zu S320 voran, was später beschrieben ist.
Wenn bestimmt wird, dass der Spitzenwert des erfassten Zylinderinnendrucks im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt (Ja bei S230), schreitet die Verarbeitung zu S240 voran und die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks, welcher aufgrund der ersten Verbrennung ansteigt, wird berechnet. Insbesondere wird die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks, welcher auf den zulässigen oberen Grenzdruck ansteigt, in einer Phase (isovolumetrische bzw. isochore Verbrennungsphase), bei welcher ein Volumen der Verbrennungskammer 610a, wie in dem unteren Diagramm von 65 dargestellt ist, konstant gehalten wird, berechnet. Bei S250 wird bestimmt, ob die berechnete Zunahmerate des Zylinderinnendrucks im Wesentlichen mit einer zulässigen maximalen Zunahmerate übereinstimmt. Beispielsweise wird in der Maschine 610 aufgrund der ersten Verbrennung eine Vibration bzw. Schwingung oder ein Geräusch erzeugt und der Grad bzw. das Ausmaß der Vibration oder des Geräuschs neigt dazu, mit einer Zunahme der Zunahmerate des Zylinderinnendrucks zuzunehmen. Daher ist die zulässige maximale Zunahmerate unter Berücksichtigung der mit der Verbrennung des Kraftstoffes erzeugten Vibration oder des Geräuschs eingestellt. Wenn bestimmt wird, dass die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks nicht im Wesentlichen mit der zulässigen maximalen Zunahmerate übereinstimmt (Nein bei S250), schreitet die Verarbeitung zu S290 voran und es wird ermittelt, ob die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks kleiner als die zulässige maximale Zunahmerate ist. Wenn bestimmt wird, dass die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks kleiner als die zulässige maximale Zunahmerate ist (Ja bei S290), schreitet die Verarbeitung zu S310 voran, was später beschrieben ist. Wenn bestimmt wird, dass die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks größer als die zulässige maximale Zunahmerate ist (Nein bei S290), schreitet die Verarbeitung zu S320 voran, was später beschrieben ist.
Wenn bestimmt wird, dass die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks im Wesentlichen mit einer vorbestimmten, zulässigen, maximalen Zunahmerate übereinstimmt (Ja bei S250), schreitet die Verarbeitung zu S260 voran und der Vibrations-Erfassungssensor 638 kann den Vibrationsgrad der Maschine 610 erfassen. Bei S270 wird bestimmt, ob der Spitzenwert des Grades der erfassten Vibration im Wesentlichen mit einem zulässigen maximalen Grad bzw. Ausmaß übereinstimmt. Wenn bestimmt wird, dass der Spitzenwert des Ausmaßes der Vibration im Wesentlichen mit dem zulässigen maximalen Grad bzw. Ausmaß übereinstimmt (Ja bei S270), wird die Steuerung abgeschlossen. Wenn bestimmt wird, dass der Spitzenwert des Vibrationsgrades mit dem zulässigen maximalen Grad nicht im Wesentlichen übereinstimmt (Nein bei S270), schreitet die Verarbeitung zu S300 voran und es wird bestimmt, ob der Spitzenwert des Vibrationsgrades kleiner als der zulässige maximale Grad ist. Wenn bestimmt wird, dass der Spitzenwert des Vibrationsgrades kleiner als der zulässige maximale Grad bzw. Ausmaß ist (Ja bei S300), schreitet die Verarbeitung zu S310 voran, die Einspritzrate der ersten Einspritzung in einem nachfolgenden Verbrennungszyklus wird dahingehend angepasst, dass diese zunimmt, und die Steuerung wird abgeschlossen. Wenn bestimmt wird, dass der Spitzenwert des Vibrationsgrades größer als der zulässige maximale Grad ist (Nein bei S300), schreitet die Verarbeitung zu S320 voran, die Einspritzrate der ersten Einspritzung bei einem nachfolgenden Verbrennungszyklus wird dahingehend angepasst, dass diese abnimmt, und die Steuerung wird abgeschlossen.
Wenn bestimmt wird, dass die vorliegende Zeit nicht der Zeit entspricht, zu welcher der Kraftstoffinjektor 618 die erste Einspritzung ausführen kann (Nein bei S200), schreitet die Verarbeitung zu S330 voran und es wird bestimmt, ob die vorliegende Zeit der Zeit entspricht, zu welcher der Kraftstoffinjektor 618 die zweite Einspritzung ausführen kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird bestimmt, dass die vorliegende Zeit der Zeit entspricht, zu welcher der Kraftstoffinjektor 618 die zweite Einspritzung ausführen kann, wenn ein durch den Kurbelwinkelsensor 625 erfasster Drehwinkel den Verdichtungs-OT erreicht. Wenn bestimmt wird, dass die vorliegende Zeit nicht der Zeit entspricht, zu welcher der Kraftstoffinjektor 618 die zweite Einspritzung ausführen kann (Nein bei S330), wird die Steuerung abgeschlossen. Wenn bestimmt wird, dass die vorliegende Zeit der Zeit entspricht, zu welcher der Kraftstoffinjektor 618 die zweite Einspritzung ausführen kann (Ja bei S330), schreitet die Steuerung zu S340 voran.
Bei S340 wird dem Kraftstoffinjektor 618 ermöglicht, die zweite Einspritzung auszuführen. Die zweite Einspritzung wird in dem Arbeitstakt ausgeführt. Da das Volumen in der Verbrennungskammer 610a in dem Arbeitstakt im Zeitverlauf zunimmt, wird der Zylinderinnendruck mit einer Zunahme des Volumens in der Verbrennungskammer 610a in Allgemeinen verringert. Um eine Abnahme des Zylinderinnendrucks in dem Arbeitstakt zu unterdrücken, wird die Einspritzrate der zweiten Einspritzung bei der vorliegenden Ausführungsform bei S350 derart gesteuert, dass diese mit der Zunahme des Volumens in der Verbrennungskammer 610a allmählich zunimmt (Bezug auf das obere Diagramm von 65).
Dem Abgastemperatur-Erfassungssensor 633 wird bei S360 ermöglicht, die Abgastemperatur zu erfassen, und bei S370 wird bestimmt, ob die erfasste Abgastemperatur im Wesentlichen mit einer zulässigen Maximaltemperatur übereinstimmt. Die zulässige Maximaltemperatur ist als eine Obergrenze der Temperatur des Abgases ohne eine Gefahr einer thermischen Beschädigung des Dreiwegekatalysators oder des NOx-Katalysator, welcher die Abgasreinigungsvorrichtung 626 konfiguriert, eingestellt. Wenn bestimmt wird, dass die Abgastemperatur im Wesentlichen mit der zulässigen Maximaltemperatur übereinstimmt (Ja bei S370), wird die Steuerung abgeschlossen. Wenn bestimmt wird, dass die Abgastemperatur nicht im Wesentlichen mit der zulässigen Maximaltemperatur übereinstimmt (Nein bei S370), schreitet die Verarbeitung zu S380 voran und es wird bestimmt, ob die Abgastemperatur kleiner als die zulässige Maximaltemperatur ist. Wenn bestimmt wird, dass die Abgastemperatur kleiner als die zulässige Maximaltemperatur ist (Ja bei S380), schreitet die Verarbeitung zu S390 voran, die Einspritzphase der zweiten Einspritzung bei einem nachfolgenden Verbrennungszyklus wird dahingehend angepasst, dass diese ausgedehnt ist, und die Steuerung wird abgeschlossen. Wenn bestimmt wird, dass die Abgastemperatur größer bzw. höher als die Maximaltemperatur ist (Nein bei S380), schreitet die Verarbeitung zu S400 voran, die Einspritzphase der zweiten Einspritzung bei dem nachfolgenden Verbrennungszyklus wird dahingehend angepasst, dass diese verkürzt ist, und die Steuerung wird abgeschlossen.
Mit der vorstehenden Konfiguration erhält die vorliegende Ausführungsform die nachfolgenden Vorteile.
Die Einspritzrate der ersten Einspritzung ist höher gestellt als die Einspritzrate der zweiten Einspritzung, und die erste Einspritzung wird mit der höheren Einspritzrate ausgeführt, um den Druck in der Verbrennungskammer 610a auf den zulässigen oberen Grenzdruck zu erhöhen. Folglich kann die Maschine 610 den Zylinderinnendruck frühzeitig auf den zulässigen oberen Grenzdruck erhöhen, ohne den Zylinder zu beschädigen. Nach der Ausführung der ersten Einspritzung wird die zweite Einspritzung ausgeführt. Die Einspritzrate der zweiten Einspritzung wird dahingehend gesteuert, dass diese im Zeitverlauf zunimmt, mit der Folge, dass, auch wenn das Volumen in der Verbrennungskammer 610a in einem Arbeitstakt im Zeitverlauf zunimmt, der Druck in der Verbrennungskammer 610a auf dem zulässigen oberen Grenzdruck gehalten werden kann. Mit anderen Worten, der thermische Wirkungsgrad und die Leistung der Maschine 610 können daran gehindert werden, verringert zu sein.
Die Einspritzphase der zweiten Einspritzung wird gesteuert, so dass die durch den Abgastemperatur-Erfassungssensor 633 erfasste Temperatur des Abgases auf der zulässigen Maximaltemperatur gehalten wird. Folglich kann die Phase, während welcher der Druck in der Verbrennungskammer 610a auf dem zulässigen oberen Grenzdruck gehalten wird, in einem Zustand so weit wie möglich ausgedehnt werden, um den Katalysator davor zu bewahren, thermisch beschädigt zu werden, und ferner kann ein Zustand, in welchem der thermische Wirkungsgrad der Maschine 610 hoch ist, maximal ausgedehnt bzw. fortgesetzt werden.
Die Einspritzrate der ersten Einspritzung wird gesteuert, so dass die Zunahmerate des Drucks in der Verbrennungskammer 610a, welche durch die erste Verbrennung hervorgerufen wird, auf der zulässigen maximalen Zunahmerate gehalten wird. Folglich kann die Maschine 610 frühzeitig eine hohe Leistung erhalten, ohne die mit der Verbrennung des Kraftstoffes erzeugte Vibration oder das Geräusch übermäßig zu erhöhen.
Die Einspritzrate der ersten Einspritzung wird gesteuert, so dass das durch den Vibrationserfassungssensor 638 erfasste Ausmaß bzw. der Grad der Vibration auf dem zulässigen maximalen Ausmaß bzw. Grad gehalten wird. Folglich kann die Größenordnung der mit der Verbrennung des Kraftstoffes erzeugten Vibration mit höherer Genauigkeit erfasst werden und die Maschine 610 kann frühzeitig die hohe Leistung erhalten, ohne die Vibration übermäßig zu erhöhen.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform kann wie folgt verändert und ausgeführt werden.
Bei der vorstehenden Ausführungsform ist der zulässige obere Grenzdruck als der obere Grenzwert des Zylinderinnendrucks eingestellt, welcher die Funktionsfähigkeit der Maschine 610 aufrechterhalten kann. Der zulässige obere Grenzdruck kann beispielsweise als der obere Grenzwert des Zylinderinnendrucks eingestellt sein, welchem die Maschine 610 standhält, oder dieser kann auf den oberen Grenzwert des Zylinderinnendrucks eingestellt sein, welcher durch die obere Leistungsgrenze der Maschine 610 beschränkt ist.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird der Einspritzbetrag der Haupteinspritzung in zwei aufgeteilt bzw. durch zwei geteilt und der Kraftstoffinjektor 618 kann die aufgeteilte Einspritzung ausführen, wenn die vorliegende Betriebszone der Maschine 610 in der Hochlastzone liegt. Der Einspritzbetrag der Haupteinspritzung wird nicht immer durch zwei geteilt, sondern der Einspritzbetrag der Haupteinspritzung kann durch drei geteilt werden. In diesem Fall wird angenommen, dass bei zwei Einspritzungen mit größerem Einspritzbetrag bei den drei aufgeteilten Einspritzungen eine vorhergehend ausgeführte Kraftstoffeinspritzung einer ersten Einspritzung entspricht, und dass eine nachfolgend ausgeführte Kraftstoffeinspritzung einer zweiten Einspritzung entspricht. Alternativ wird die Haupteinspritzung (gemäß der ersten Einspritzung) ohne das Aufteilen des Einspritzbetrags der Haupteinspritzung ausgeführt, und wenn der durch den Kurbelwinkelsensor 625 erfasste Drehwinkel den OT erreicht, kann eine Hilfseinspritzung (gemäß der zweiten Einspritzung) ausgeführt werden, welche sich von der Haupteinspritzung unterscheidet.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird der Vibrationsgrad der Maschine 610 durch den Vibrationserfassungssensor 638 erfasst. Der Vibrationsgrad der Maschine 610 muss nicht immer durch den Vibrationserfassungssensor 638 erfasst werden. Die Vibration der Maschine 610 ist stärker erhöht, während eine Schwankung der Drehzahl der Maschine 610 größer wird. Die Drehzahl der Maschine 610 kann durch den Kurbelwinkelsensor 625 erfasst werden, die Schwankung der erfassten Drehzahl kann berechnet werden und der Vibrationsgrad der Maschine 610 kann berechnet werden. In diesem Fall kann die Konfiguration der Maschine 610 vereinfacht werden, da keine Notwendigkeit besteht, den Vibrationserfassungssensor 638 in dem Zylinderblock 610b zu installieren. Der Kurbelwinkelsensor 625 gemäß einem weiteren Beispiel entspricht einer Zustandserfassungseinheit, einer Vibrationserfassungseinheit und einem Drehwinkelsensor.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird in irgendeinem Fall, wenn der Zylinderinnendruck nicht im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt, wenn die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks nicht im Wesentlichen mit der zulässigen maximalen Zunahmerate übereinstimmt, und wenn der maximale Spitzenwert des Vibrationsgrads der Maschine 610 nicht im Wesentlichen mit dem zulässigen maximalen Ausmaß bzw. Grad übereinstimmt, die Einspritzrate der ersten Einspritzung geeignet angepasst. Die Einspritzrate muss nicht immer angepasst werden. Beispielsweise kann anstelle der Einspritzrate der ersten Einspritzung, welche dahingehend angepasst wird, dass diese zunimmt, die Einspritzphase der ersten Einspritzung dahingehend angepasst werden, dass diese ausgedehnt ist. Alternativ kann anstelle der Einspritzrate der ersten Einspritzung, welche dahingehend angepasst wird, dass diese abnimmt, die Einspritzphase der ersten Einspritzung dahingehend angepasst werden, dass diese verkürzt ist. Daher kann die Einspritzphase der ersten Einspritzung angepasst werden.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird die Einspritzphase der zweiten Einspritzung gesteuert, so dass die Temperatur des Abgases, welche durch die zweite Verbrennung hervorgerufen wird, im Wesentlichen mit der zulässigen Maximaltemperatur übereinstimmt. Diese Steuerung muss nicht immer ausgeführt werden. Insbesondere kann auf S360 bis S400 in einem Flussdiagramm von 67 verzichtet werden. Mit anderen Worten, es kann lediglich der Einspritzzustand der ersten Einspritzung korrigiert werden.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung unter Berücksichtigung des Zylinderinnendrucks, der Zunahmerate des Zylinderinnendrucks oder des Vibrationsgrades der Maschine 610 korrigiert. Die Einspritzrate der ersten Einspritzung kann auf eine maximale Einspritzrate festgelegt sein und es kann lediglich der Einspritzzustand der zweiten Einspritzung korrigiert werden.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung unter Berücksichtigung des Zylinderinnendrucks, der Zunahmerate des Zylinderinnendrucks oder des Vibrationsgrades der Maschine 610 korrigiert. Die Einspritzrate der ersten Einspritzung kann unter Berücksichtigung der Größenordnung des Geräusches (nachfolgend als „Verbrennungsgeräusch“ bezeichnet), welches erzeugt wird, wenn der Kraftstoff in der Verbrennungskammer 610a verbrannt wird, anstelle des Vibrationsgrades der Maschine 610 korrigiert werden. Es besteht die Gefahr, dass eine Zunahme des Verbrennungsgeräuschs ein übermäßiges Geräusch der Maschine 610 hervorruft. Daher wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung gesteuert, so dass das Verbrennungsgeräusch im Wesentlichen mit einem zulässigen Maximalvolumen übereinstimmt. Insbesondere wenn das Verbrennungsgeräusch niedriger als das zulässige Maximalvolumen ist, wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung dahingehend angepasst, dass diese zunimmt, und wenn das Verbrennungsgeräusch größer bzw. höher als das zulässige Maximalvolumen ist, wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung dahingehend angepasst, dass diese abnimmt. Folglich kann die Dieselmaschine eine hohe Leistung erhalten, ohne das durch die Verbrennung des Kraftstoffes hervorgerufene Verbrennungsgeräusch übermäßig zu erhöhen. Bei einem weiteren Beispiel wird das Verbrennungsgeräusch aus dem Vibrationsgrad der Maschine 610, welcher durch den Vibrationserfassungssensor 638 erfasst wird, abgeleitet. Aus diesem Grund entspricht der Vibrationserfassungssensor 638 einer Verbrennungsgeräusch-Erfassungseinheit. Selbstverständlich ist das Verfahren zum Ableiten des Verbrennungsgeräuschs nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt, sondern das Verbrennungsgeräusch kann aus dem Niveau der durch den Abgastemperatur-Erfassungssensor 633 erfassten Abgastemperatur abgeleitet werden, oder dieses kann aus dem Niveau des durch den Zylinderinnendrucksensor 634 erfassten Zylinderinnendrucks abgeleitet werden. Alternativ kann ein Drucksensor zum Erfassung des Drucks des Abgases vorgesehen sein und das Verbrennungsgeräusch kann aus dem Druck des erfassten Abgases abgeleitet werden, oder es ist ein Mikrofon in der Nähe der Maschine 610 angeordnet und ein von der Maschine 610 abgegebenes Geräusch kann direkt erfasst werden.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung gesteuert, so dass die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks, welche durch die erste Verbrennung hervorgerufen wird, im Wesentlichen mit einer zulässigen maximalen Zunahmerate übereinstimmt (gemäß S240, S250 und S290 in 67). Zusätzlich wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung gesteuert, so dass der Vibrationsgrad der Maschine 610, welche durch die erste Verbrennung hervorgerufen wird, im Wesentlichen mit einem zulässigen maximalen Ausmaß bzw. Grad übereinstimmt (gemäß S260, S270 und S300 in 67). Diese beiden Steuerungen müssen nicht immer zusammen ausgeführt werden, sondern es kann keine der beiden Steuerungen ausgeführt werden oder es kann lediglich eine der beiden Steuerungen ausgeführt werden.
Wenn die Maschine 610 mit einem PM-Sensor zum Erfassen des Betrags an PM (Partikel), welche in dem Abgas enthalten sind, ausgerüstet ist, kann eine Einspritzratensteuerung der ersten Einspritzung unter Berücksichtigung des durch die erste Verbrennung erzeugten Betrags an PM implementiert werden. Wenn die Einspritzrate des Kraftstoffes niedrig ist, wird ein hinsichtlich der Konzentration des Kraftstoffes hohes Gemisch in der Mitte der Verbrennungskammer 610a erzeugt und das Gemisch bewirkt eine unvollständige Verbrennung, wodurch PM erhöhen werden. Somit wird die Einspritzrate des Kraftstoffes dahingehend angepasst, dass diese zunimmt, so dass eine Durchdringung des eingespritzten Kraftstoffes erhöht ist und das hinsichtlich der Konzentration des Kraftstoffes hohe Gemisch daran gehindert wird, in der Mitte der Verbrennungskammer 610a erzeugt zu werden. Wenn die Einspritzrate des Kraftstoffes andererseits jedoch übermäßig hoch ist, tritt eine Verbrennung in der Nähe einer Wandoberfläche der Verbrennungskammer 610a auf. In diesem Fall wird eine während der Verbrennung erzeugte thermische Energie hin zu einer Wandoberfläche übertragen und ein Verlust (Kühlverlust), bei welchem die thermische Energie an das in der Maschine 610 zirkulierte Kühlmittel übertragen wird, ist erhöht. Aus diesem Grund wird die Einspritzrate des ersten Einspritzung derart gesteuert, dass der durch die erste Verbrennung erzeugte Betrag an PM auf einem zulässigen oberen Grenzbetrag gehalten wird, um sowohl eine übermäßige Erzeugung von PM als auch eine Zunahme des Kühlverlusts zu unterdrücken.
Ein Beispiel der Steuerungen gemäß einem weiteren Beispiel ist mit Bezug auf 68 beschrieben. 68 bildet einen Teil des Flussdiagramms in 67 um. Mit anderen Worten, S260, S270 und S300 in 67 werden gestrichen. Anstelle eines Vorgangs zum Berechnen der Zunahmerate des Zylinderinnendrucks gemäß S240 wird der in dem Abgas enthaltene Betrag an PM bei S540 durch einen PM-Sensor erfasst. Es wird angenommen, dass der PM-Sensor ein herkömmlicher PM-Sensor ist, welcher auf einer stromabwärtigen Seite des Auslassdurchlasses 624 mit Bezug auf die Abgasreinigungsvorrichtung 626 angeordnet ist. Anstelle der Bestimmung dahingehend, ob die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks im Wesentlichen mit der zulässigen maximalen Zunahmerate übereinstimmt, gemäß S250, wird bei S550 bestimmt, ob der durch den PM-Sensor erfasste Betrag an PM im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzbetrag übereinstimmt. Anstelle der Bestimmung dahingehend, ob die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks kleiner als die zulässige maximale Zunahmerate ist, gemäß S290, wird bei S590 ermittelt, ob der durch den PM-Sensor erfasste Betrag an PM größer als der zulässige obere Grenzbetrag ist.
Ein spezifischer Verarbeitungsinhalt der veränderten Abschnitte ist nun beschrieben.
Dem PM-Sensor ist bei S540 ermöglicht, den Betrag an PM zu erfassen und die Verarbeitung schreitet zu S550 voran. Bei S550 wird bestimmt, ob der durch den PM-Sensor erfasste Betrag an PM im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzbetrag übereinstimmt. Wenn der erfasste Betrag an PM im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzbetrag übereinstimmt (Ja bei S550), wird die Steuerung abgeschlossen. Wenn der erfasste Betrag an PM nicht im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzbetrag übereinstimmt (Nein bei S550), schreitet die Verarbeitung zu S590 voran. Bei S590 wird bestimmt, ob der erfasste Betrag an PM größer als der zulässige obere Grenzbetrag ist. Wenn bestimmt wird, dass der erfasste Betrag an PM größer als der zulässige obere Grenzbetrag ist (Ja bei S590), schreitet die Verarbeitung zu S610 voran. Wenn bestimmt wird, dass der erfasste Betrag an PM kleiner als der zulässige obere Grenzbetrag ist (Nein bei S590), schreitet die Verarbeitung zu S620 voran.
Die Verarbeitung von S200, S210, S220, S230, S280, S310, S320, S330, S340, S350, S360, S370, S380, S390 und S400 in 67 ist identisch zu der Verarbeitung von S500, S510, S520, S530, S580, S610, S620, S630, S640, S650, S660, S670, S680, S690 bzw. S700 in 68.
Bei der vorstehenden Steuerung wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung derart gesteuert, dass der durch die erste Verbrennung erzeugte Betrag an PM auf einem vorbestimmten zulässigen oberen Grenzbetrag gehalten wird. Folglich kann der Kühlverlust minimiert werden, während der erzeugte Betrag an PM stärker reduziert wird als der zulässige obere Grenzbetrag.
Bei diesem Beispiel wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung derart gesteuert, dass der durch den PM-Sensor erfasste Betrag an PM im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzbetrag übereinstimmt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Einspritzrate der ersten Einspritzung beschränkt. Beispielsweise kann ein Spritzwinkel des Kraftstoffstrahls bei der ersten Einspritzung oder die Einspritzphase der ersten Einspritzung derart gesteuert werden, dass der Betrag an PM im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzbetrag übereinstimmt.
Es wird angenommen, dass der Spritzwinkel des Kraftstoffstrahls bei der ersten Einspritzung derart gesteuert wird, dass der Betrag an PM im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzbetrag übereinstimmt. Wenn der Betrag an PM größer als der zulässige obere Grenzbetrag ist, wird der Spritzwinkel des Kraftstoffstrahls bei der ersten Einspritzung in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus dahingehend angepasst, dass diese zunimmt. Mit anderen Worten, anstelle der Einspritzraten-Zunahmeanpassung der ersten Einspritzung gemäß S610 von 68 wird der Spritzwinkel des Kraftstoffstrahls bei der ersten Einspritzung in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus dahingehend angepasst, dass dieser zunimmt. Der Spritzwinkel des Kraftstoffstrahls kann durch Wechseln bzw. Umschalten eines für die Einspritzung verwendeten Einspritzlochs hin zu einem anderen bei dem Kraftstoffinjektor 618 mit mehreren Einspritzlöchern mit unterschiedlichen Einspritzlochdurchmessern angepasst werden. Bei dieser Konfiguration kann ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches eine höhere Kraftstoffkonzentration aufweist, daran gehindert werden, in der Mitte der Verbrennungskammer 610a erzeugt zu werden, da der Kraftstoff ebenso in einer Richtung eingespritzt wird, welche sich von einer Mitte der Verbrennungskammer 610a unterscheidet. Wenn der Spritzwinkel des Kraftstoffstrahls andererseits übermäßig groß ist, wird der Kraftstoff ebenso in einer Wandoberflächenrichtung der Verbrennungskammer 610a eingespritzt, was zu der Gefahr führt, dass die Verbrennung in der Nähe der Wandoberfläche erzeugt wird. In diesem Fall ist der Kühlverlust erhöht. Falls somit der Betrag an PM kleiner als der zulässige obere Grenzbetrag ist, wird der Spritzwinkel des Kraftstoffstrahls der ersten Einspritzung in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus dahingehend angepasst, dass dieser abnimmt. Mit anderen Worten, anstelle der Einspritzraten-Verringerungsanpassung der ersten Einspritzung gemäß S620 von 68 wird der Spritzwinkel des Kraftstoffstrahls der ersten Einspritzung in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus dahingehend angepasst, dass dieser abnimmt. Bei dieser Konfiguration kann der Kühlverlust in einem Bereich minimiert werden, in welchem der Betrag an PM in bzw. unter den zulässigen oberen Grenzbetrag fällt.
Es wird angenommen, dass die Einspritzphase der ersten Einspritzung derart gesteuert wird, dass der Betrag an PM im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzbetrag übereinstimmt. Wenn der Betrag an PM größer als der zulässige obere Grenzbetrag ist, wird die Einspritzphase der ersten Einspritzung in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus dahingehend angepasst, dass diese abnimmt. Mit anderen Worten, anstelle der Einspritzraten-Erhöhungsanpassung der ersten Einspritzung gemäß S610 von 68 wird die Einspritzphase der ersten Einspritzung in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus dahingehend angepasst, dass diese abnimmt. Bei dieser Konfiguration kann die Konzentration des in der Mitte der Verbrennungskammer 610a erzeugten Luft-Kraftstoff-Gemisches verringert werden und daher kann die Erzeugung von PM unterdrückt werden, da der durch die erste Einspritzung eingespritzte Kraftstoffeinspritzbetrag verringert ist. Andererseits wird die Einspritzphase der ersten Einspritzung übermäßig verkürzt, der durch die erste Verbrennung erzeugte maximale Zylinderinnendruck Pmax erreicht den zulässigen oberen Grenzdruck nicht und die Leistung der Maschine 610 wird verringert. In diesem Fall kann die Einspritzrate der ersten Einspritzung in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus erhöht werden, während die korrigierte Einspritzphase der ersten Einspritzung so gehalten wird. Wenn der Betrag an PM kleiner als der zulässige obere Grenzbetrag ist, wird die Einspritzphase der ersten Einspritzung in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus dahingehend angepasst, dass diese ausgedehnt ist. Mit anderen Worten, anstelle der Einspritz-Verringerungsanpassung der ersten Einspritzung gemäß S620 von 68 wird die Einspritzphase der ersten Einspritzung in dem nachfolgenden Verbrennungszyklus dahingehend angepasst, dass diese ausgedehnt wird.
Bei der Einspritzverarbeitung der in 67 dargestellten aufgeteilten Einspritzung wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung bei S310 und S320 angepasst. Insbesondere wird S310 oder S320, welcher auf das Aufnehmen der Bestimmung dahingehend, ob die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks kleiner als die zulässige maximale Zunahmerate ist, gemäß S290, oder die Bestimmung dahingehend, ob der Spitzenwert des Vibrationsgrades kleiner als das zulässige maximale Ausmaß bzw. Grad ist, gemäß S300, ausgeführt wird, angenommen. Da in diesem Fall die Einspritzrate der ersten Einspritzung in einem Zustand angepasst wird, bei welchem der Zylinderinnendruck im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt, besteht eine Gefahr, dass bei einem erneuten Implementieren der Einspritzverarbeitung der aufgeteilten Einspritzung bei dem nachfolgenden Verbrennungszyklus bei S230 bestimmt wird, dass der Zylinderinnendruck nicht im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt. Daher wird bei S310 oder S320, welcher auf das Aufnehmen der Bestimmungsverarbeitung von S290 oder S300 hin ausgeführt wird, die Einspritzrate der ersten Einspritzung angepasst und der zulässige obere Grenzdruck kann verändert werden.
Insbesondere wenn die Einspritzrate der ersten Einspritzung bei S310 dahingehend angepasst wird, dass diese zunimmt, wird der zulässige obere Grenzdruck dahingehend korrigiert, dass dieser um den Veränderungsbetrag des Zylinderinnendrucks zunimmt, welcher dahingehend abgeschätzt wird, dass dieser durch inkrementales bzw. ansteigendes Anpassen der Einspritzrate zunimmt. Wenn die Einspritzrate der ersten Einspritzung bei S320 dahingehend angepasst wird, dass diese abnimmt, wird der zulässige obere Grenzdruck dahingehend korrigiert, dass dieser um den Veränderungsbetrag des Zylinderinnendrucks abnimmt, welcher dahingehend abgeschätzt wird, dass dieser durch dekrementales bzw. abnehmendes Anpassen der Einspritzrate abnimmt. Dies ermöglicht es sowohl zuverlässiger zu erreichen, dass die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks in einem Zustand, bei welchem der Zylinderinnendruck im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt, im Wesentlichen mit der zulässigen maximalen Zunahmerate übereinstimmt, als auch, dass der maximale Spitzenwert des Vibrationsgrades im Wesentlichen mit dem zulässigen maximalen Ausmaß bzw. Grad übereinstimmt. Wenn die Steuerung gemäß diesem Beispiel implementiert wird, wird der zulässige obere Grenzdruck auf einen niedrigeren Wert eingestellt als ein oberer Grenzwert des Zylinderinnendrucks, welcher die Funktionsfähigkeit der Maschine 610 aufrechterhalten kann. Mit dieser Konfiguration kann der zulässige obere Grenzdruck daran gehindert werden, höher eingestellt zu sein als der obere Grenzwert des Zylinderinnendrucks, welcher die Funktionsfähigkeit der Maschine 610 aufrechterhalten kann, auch wenn die Einspritzrate der ersten Einspritzung bei S310 dahingehend angepasst wird, dass diese zunimmt, und der zulässige obere Grenzdruck mit der Anpassung dahingehend korrigiert wird, dass dieser zunimmt.
Bei der in 67 dargestellten Einspritzverarbeitung der aufgeteilten Einspritzung wird, nachdem die erste Einspritzung ausgeführt wurde, zunächst bestimmt, ob der Zylinderinnendruck im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt. Es besteht jedoch keine Notwendigkeit, zunächst zu bestimmen, ob der Zylinderinnendruck im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt. 69 stellt ein Beispiel dieses Falls dar. In 69 wird bei der Bestimmung dahingehend, ob der maximale Spitzenwert des Vibrationsgrades im Wesentlichen mit dem zulässigen maximalen Ausmaß bzw. Grad übereinstimmt, gemäß S270, falls die Bestimmung positiv ist, gemäß S230 die Bestimmung dahingehend implementiert, ob der Zylinderinnendruck im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt. Die Bestimmungsverarbeitung dahingehend, ob der Zylinderinnendruck niedriger als der zulässige obere Grenzdruck ist, gemäß S280, welche ausgeführt wird, wenn bestimmt wird, dass der Zylinderinnendruck nicht im Wesentlichen mit dem zulässigen oberen Grenzdruck übereinstimmt (Nein bei S230), wird ausgeführt, wenn die Bestimmung bei der Bestimmungsverarbeitung in S290 oder S300 positiv ist. Folglich wird vor dem Implementieren der Erhöhungs-Anpassungsverarbeitung der Einspritzrate der ersten Einspritzung stets bestimmt, ob der Zylinderinnendruck kleiner bzw. niedriger als der zulässige obere Grenzdruck ist, auch wenn die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks kleiner als die zulässige maximale Zunahmerate ist, oder auch wenn der maximale Spitzenwert des Vibrationsgrades kleiner als das zulässige maximale Ausmaß ist. Daher kann die Erhöhungs-Anpassungsverarbeitung der Einspritzrate der ersten Einspritzung gemäß S310 implementiert werden, ohne den Zylinderinnendruck über den zulässigen oberen Grenzdruck hinaus zu erhöhen.
Bei der vorstehenden Ausführungsform führt der Kraftstoffinjektor 618 die aufgeteilte Einspritzung aus, wenn die vorliegende Betriebszone der Maschine 610 in der Hochlastzone liegt. In dieser Situation implementiert die Einspritzverarbeitung der auf- geteilten Einspritzung ungeachtet der Drosselposition einheitlich eine Steuerung einhergehend mit einem Vorgang des in 67 dargestellten Flussdiagramms. Bei einer Konfiguration, bei welcher ein Drosselpositions-Erfassungssensor 640 zum Erfassen der Position des Drosselventils 614a in der Maschine 610 installiert ist, kann der Inhalt der Einspritzverarbeitung der aufgeteilten Einspritzung in Abhängigkeit davon verändert werden, ob die durch den Drosselpositions-Erfassungssensor 640 erfasste Drosselposition einer maximalen Position entspricht. Bei einem weiteren Beispiel 1 entspricht der Drosselpositions-Erfassungssensor 640 einer Drosselpositions-Erlangungseinheit.
70 ist ein Flussdiagramm, welches einen Teil des Flussdiagrammes in 66 umbildet. Mit anderen Worten, S2515 ist zwischen S2510 gemäß S301 und S2520 gemäß S302 eingefügt. Bei S2515 wird bestimmt, ob die Position des Drosselventils 614a einer Maximalposition (WOT: weit geöffnete Drossel) entspricht. Wenn bestimmt wird, dass die Position des Drosselventils 614a gleich WOT ist (Ja bei S2515), schreitet die Verarbeitung zu S2520 voran, die erste Verarbeitung der aufgeteilten Einspritzung wird ausgeführt und die Steuerung wird abgeschlossen. Wenn bestimmt wird, dass die Position des Drosselventils 614a nicht WOT ist (Nein bei S2515), schreitet die Verarbeitung zu S2530 voran, die zweite Verarbeitung der aufgeteilten Einspritzung wird ausgeführt und die Steuerung wird abgeschlossen. S2500 in 70 ist identisch zu S300 von 66.
Anschließend wird die durch die ECU 630 ausgeführte erste Verarbeitung der aufgeteilten Einspritzung mit Bezug auf 71 beschrieben. Die Verarbeitung entspricht einer Subroutinenverarbeitung gemäß S2520 in 70.
71 ist ein Flussdiagramm, welches einen Teil des Flussdiagramms in 67 umbildet. Mit anderen Worten, S2725, welcher einem neuen Schritt entspricht, wird ausgeführt, nachdem die Verarbeitung von S2720 gemäß S320 ausgeführt wurde. Bei S2725 wird eine Einspritzphase der zweiten Einspritzung dahingehend korrigiert, dass diese maximal ausgedehnt ist. Bei der Korrektur kann eine Phase ausgedehnt werden, während welcher der Zylinderinnendruck auf den zulässigen oberen Grenzdruck gesteuert wird, während der Zylinderinnendruck dahingehend gesteuert wird, dass dieser nicht über den zulässigen oberen Grenzdruck ansteigt. Aus diesem Grund kann die Phase ausgedehnt werden, während welcher die Leistung der Maschine 610 auf einem hohen Niveau gehalten wird.
Die jeweiligen anderen Schritte in 71, welche sich von S2720 unterscheiden, sind identisch zu den Schritten in 67, welche sich von S320 unterscheiden.
Anschließend ist die zweite Verarbeitung der aufgeteilten Einspritzung, welche durch die ECU 630 ausgeführt wird, mit Bezug auf 72 beschrieben. Die Verarbeitung entspricht einer Subroutinenverarbeitung gemäß S2530 in 70.
72 ist ein Flussdiagramm, welches einen Teil des Flussdiagramms in 67 umbildet. Mit anderen Worten, S1015, welcher einem neuen Schritt entspricht, wird ausgeführt, nachdem die Verarbeitung von S1010 gemäß S310 ausgeführt wurde. Bei S1015 wird die Einspritzphase der zweiten Einspritzung dahingehend korrigiert, dass diese verkürzt ist, so dass der Einspritzbetrag der zweiten Einspritzung um den Kraftstoffeinspritzbetrag verringert ist, welcher durch die Erhöhungsanpassung der Einspritzrate der ersten Einspritzung erhöht ist, welche bei S1010 ausgeführt wird. S1025, welcher einem neuen Schritt entspricht, wird ausgeführt, nachdem die Verarbeitung von S1020 gemäß S320 ausgeführt wurde. Bei S1025 wird die Einspritzphase der zweiten Einspritzung dahingehend korrigiert, dass diese ausgedehnt ist, so dass der Einspritzbetrag der zweiten Einspritzung um den Kraftstoffeinspritzbetrag erhöht ist, welcher durch die Verringerungsanpassung der Einspritzrate der ersten Einspritzung, welche bei S1020 ausgeführt wird, verringert wird. S1095, welcher einem neuen Schritt entspricht, wird ausgeführt, nachdem die Verarbeitung von S1090 gemäß S390 ausgeführt wurde. Bei S1095 wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung dahingehend korrigiert, dass diese abnimmt, so dass der Einspritzbetrag der ersten Einspritzung um den Kraftstoffeinspritzbetrag verringert ist, welcher durch die Erweiterungsanpassung der Einspritzphase der zweiten Einspritzung, welche bei S1090 ausgeführt wird, erhöht wird. S1105, welcher einem neuen Schritt entspricht, wird ausgeführt, nachdem die Verarbeitung von S1100 gemäß S400 ausgeführt wurde. Bei S1105 wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung dahingehend korrigiert, dass diese zunimmt, so dass der Einspritzbetrag der ersten Einspritzung um den Kraftstoffeinspritzbetrag erhöht ist, welcher durch die bei S1100 ausgeführte Verkürzungsanpassung der Einspritzphase der zweiten Einspritzung verringert wird.
Die jeweiligen anderen Schritte in 72 abweichend von S1010, S1020, S1090 und S1100, sind identisch zu den Schritten in 67 abweichend von S310, S320, S390 und S400.
In dem Fall, bei welchem die Position des Drosselventils 614a nicht WOT entspricht, besteht eine Gefahr, dass die Leistung der Maschine 610 höher als eine von einem Fahrer angenommene Leistung wird, falls ein Einspritzzustand der ersten Einspritzung und der zweiten Einspritzung beispielsweise gesteuert wird, um einen Gesamtbetrag der durch die erste Einspritzung und die zweite Einspritzung eingespritzten Kraftstoffeinspritzbeträge zu erhöhen. Daher wird in dem Fall, bei welchem die Position des Drosselventils 614a nicht WOT entspricht, beim Steuern des Einspritzzustands der ersten Einspritzung die Einspritzphase der zweiten Einspritzung gesteuert, um einen durch die erste Einspritzung und die zweite Einspritzung eingespritzten Gesamteinspritzbetrag nicht zu verändern. Alternativ wird beim Steuern des Einspritzzustands der zweiten Einspritzung die Einspritzrate der ersten Einspritzung gesteuert, um einen durch die erste Einspritzung und die zweite Einspritzung eingespritzten Gesamteinspritzbetrag nicht zu verändern. Folglich kann die Maschine 610 die vom Fahrer angenommene bzw. erwartete Leistung erzeugen.
Bei dem vorstehenden Beispiel wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung oder die Einspritzphase der zweiten Einspritzung unter Berücksichtigung des Zylinderinnendrucks, der Zunahmerate des Zylinderinnendrucks, des Vibrationsgrades der Maschine 610 und der Abgastemperatur korrigiert. Der durch die Verbrennung des Kraftstoffes erzeugte Betrag an Stickoxid (NOx) kann berücksichtigt werden. Es wird ein größerer Betrag an NOx erzeugt, wenn eine Temperatur (nachfolgend als „Verbrennungstemperatur“ bezeichnet) während der Verbrennung des Kraftstoffes höher ist. Daher wird bei diesem Beispiel, welches auf ein weiteres Beispiel 1 angewendet wird, der Betrag an NOx aus der durch den Abgastemperatur-Erfassungssensor 633 erfassten Abgastemperatur abgeschätzt. Insbesondere wird ein Kennfeld im Vorhinein gespeichert, welches enge Beziehung zwischen der Abgastemperatur und dem Betrag an NOx angibt, und der in dem Abgas enthaltene Betrag an NOx wird aus dem Kennfeld basierend auf der durch den Abgastemperatur-Erfassungssensor 633 erfassten Abgastemperatur erlangt. Aus diesem Grund entsprechen der Abgastemperatur-Erfassungssensor 633 und die ECU 630 bei diesem Beispiel einer NOx-Emissions-Erfassungseinheit. Selbstverständlich ist das Verfahren zum Ableiten des Betrags an NOx nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt, sondern der Betrag an NOx kann aus einem Niveau des durch den Zylinderinnendrucksensor 634 erfassten Zylinderinnendrucks abgeleitet werden. Alternativ kann ein Drucksensor zum Erfassen des Drucks des Abgases vorgesehen sein und der Betrag an NOx kann aus dem erfassten Druck des Abgases abgeleitet werden. Der NOx -Sensor kann auf einer stromabwärtigen Seite der Abgasreinigungsvorrichtung 626 angeordnet sein und der in dem Abgas enthaltene Betrag an NOx kann direkt erfasst werden.
Mit Bezug auf 73 und 74 ist insbesondere die Einspritzverarbeitung unter Berücksichtigung des in dem Abgas enthaltenen Betrags an NOx beschrieben. Zunächst ist mit Bezug auf 73 die erste Verarbeitung der aufgeteilten Einspritzung beschrieben, wenn die Position des Drosselventils 614a gleich WOT ist.
73 ist ein Flussdiagramm, welches einen Teil des Flussdiagrammes in 71 umbildet. Mit anderen Worten, bei der Bestimmungsverarbeitung in S1370 gemäß S2770 werden S1372 und S1374 ausgeführt, welche neuen Schritten entsprechen, falls die Ermittlung positiv ist. Bei S1372 wird der in dem Abgas enthaltene Betrag an NOx aus dem Kennfeld basierend auf der durch den Abgastemperatur-Erfassungssensor 633 erfassten Abgastemperatur erlangt. Bei S1374 wird ermittelt, ob der erlangte Betrag an NOx im Wesentlichen mit einer ersten zulässigen Maximalemission übereinstimmt. Wenn bestimmt wird, dass der Betrag an NOx im Wesentlichen mit der ersten zulässigen Maximalemission übereinstimmt (Ja bei S1374), wird die Steuerung abgeschlossen. Wenn bestimmt wird, dass der Betrag an NOx nicht im Wesentlichen mit der ersten zulässigen Maximalemission übereinstimmt (Nein bei S1374), schreitet die Verarbeitung zu S1376 voran, welcher einem neuen Schritt entspricht. Bei S1376 wird bestimmt, ob der Betrag an NOx kleiner als die erste zulässige Maximalemission ist. Wenn bestimmt wird, dass der Betrag an NOx kleiner als die erste zulässige Maximalemission ist (Ja bei S1376), schreitet die Verarbeitung zu S1390 gemäß S2790 voran. Wenn bestimmt wird, dass der Betrag an NOx größer als die erste zulässige Maximalemission ist (Nein bei S1376), schreitet die Verarbeitung zu S1400 gemäß S2800 voran.
Die von S1370, S1390 und S1400 in 73 abweichenden jeweiligen Schritte sind identisch zu den von S2770, S2790 und S2800 in 71 abweichenden Schritten.
In einem Zustand, bei welchem die Position des Drosselventils 614a gleich WOT ist, ist es am wahrscheinlichsten, dass der Zylinderinnendruck über den zulässigen oberen Grenzdruck ansteigt. Wenn in diesem Zustand die Einspritzrate der ersten Einspritzung dahingehend gesteuert wird, dass diese beispielsweise im Ansprechen auf einen Umstand, dass die Emission von NOx niedriger als die erste zulässige Maximalemission ist, erhöht ist, besteht eine Gefahr, dass der Zylinderinnendruck über den zulässigen oberen Grenzdruck ansteigt. Daher wird, wenn die Position des Drosselventils 614a gleich WOT ist, die Einspritzphase der zweiten Einspritzung ohne irgendeine Veränderung des Einspritzzustands der ersten Einspritzung gesteuert. Mit dieser Steuerung kann die Emission von NOx derart gesteuert werden, dass diese nicht übermäßig zunimmt, während der Zylinderinnendruck daran gehindert wird, über den zulässigen oberen Grenzdruck anzusteigen.
Mit Bezug auf 73 wird die Einspritzphase der zweiten Einspritzung geeignet angepasst, wenn der Betrag am NOx nicht im Wesentlichen mit der ersten zulässigen Maximalemission übereinstimmt. Anstelle der geeigneten Anpassung der Einspritzphase der zweiten Einspritzung kann die Einspritzrate der zweiten Einspritzung geeignet angepasst werden.
Nachfolgend ist mit Bezug auf 74 die zweite Verarbeitung der aufgeteilten Einspritzung beschrieben, wenn die Position des Drosselventils 614a nicht gleich WOT ist. 74 ist ein Flussdiagramm, welches einen Teil des Flussdiagramms in 72 umbildet. Mit anderen Worten, bei der Bestimmungsverarbeitung bei S1570 gemäß S970 werden S1572 und S1574, welche neuen Schritten entsprechen, ausgeführt, falls die Bestimmung positiv ist. Die Verarbeitung von S1572 und S1574 ist identisch zu dieser von S1372 und S1374, welche in 73 dargestellt sind. Falls die Bestimmung bei der Bestimmungsverarbeitung in S1574 positiv ist, wird S1576 ausgeführt, welcher einem neuen Schritt entspricht. Gleichermaßen entspricht die Verarbeitung bei S1576 der Verarbeitung von S1376, welche in 73 dargestellt ist. Wenn die Ermittlung bei S1576 positiv ist, schreitet die Verarbeitung zu S1610 voran, welcher S1010 entspricht. Wenn die Bestimmung bei S1576 negativ ist, schreitet die Verarbeitung zu S1620 voran, welcher S1020 entspricht.
Die jeweiligen anderen Schritte in 74, welche von S1570, S1610 und S1620 abweichen, sind identisch zu den Schritten in 72, welche von S970, S1010 und S1020 abweichen.
Wenn die Position des Drosselventils 614a nicht gleich WOT ist, ist ein erforderlicher Einspritzbetrag, welcher für den Kraftstoffinjektor 618 gefordert wird, relativ klein und es ist weniger wahrscheinlich, dass der Zylinderinnendruck über den zulässigen oberen Grenzdruck ansteigt. Wenn daher die Position des Drosselventils 614a nicht gleich WOT ist, wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung gesteuert. Folglich kann der maximale Spitzenwert der Verbrennungstemperatur des Kraftstoffes derart gesteuert werden, dass dieser nicht übermäßig zunimmt, und die Emission von NOx kann wirkungsvoller unterdrückt werden.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird die Einspritzrate der ersten Einspritzung unter Berücksichtigung des Zylinderinnendrucks, der Zunahmerate des Zylinderinnendrucks oder des Vibrationsgrades der Maschine 610 korrigiert. Ferner kann der in dem Abgas enthaltene Betrag an unverbranntem Kraftstoff (HC) Berücksichtigung finden. Wenn der Kraftstoffstrahl in der Nähe der Wandoberfläche in der Verbrennungskammer 610a abgekühlt wird, kann ein Teil des Kraftstoffes abgeführt werden, ohne verbrannt zu werden. Das in dem Abgas enthaltene HC neigt dazu, hinsichtlich des Betrags zuzunehmen, während die Verbrennungstemperatur niedriger ist. Daher wird der Betrag an HC bei diesem Beispiel aus der durch den Abgastemperatur-Erfassungssensor 633 erfassten Abgastemperatur abgeleitet. Insbesondere wird ein Kennfeld im Vorhinein gespeichert, welches eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur und dem Betrag an HC angibt, und der in dem Abgas enthaltene Betrag an HC wird aus dem Kennfeld basierend auf der durch den Abgastemperatur-Erfassungssensor 633 erfassten Abgastemperatur erlangt. Aus diesem Grund entsprechen bei diesem Beispiel der Abgastemperatur-Erfassungssensor 633 und die ECU 630 einer Erfassungseinheit für eine unverbrannte Kraftstoffemission. Das Verfahren zum Ableiten des Betrags an HC ist selbstverständlich nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt, sondern der Betrag an HC kann aus einem Niveau des durch den Zylinderinnendrucksensor 634 erfassten Zylinderinnendrucks abgeleitet werden. Alternativ kann ein Drucksensor zum Erfassen des Abgasdrucks vorgesehen sein und der Betrag an HC kann aus dem erfassten Druck des Abgases abgeleitet werden. Der HC-Erfassungssensor kann auf einer stromabwärtigen Seite der Abgasreinigungsvorrichtung 626 angeordnet sein und der in dem Abgas enthaltene Betrag an HC kann direkt erfasst werden.
Mit Bezug auf 75 ist insbesondere die Einspritzverarbeitung beschrieben, welche den in dem Abgas enthaltenen Betrag an HC berücksichtigt. 75 ist ein Flussdiagramm, welches einen Teil des Flussdiagramms in 67 umbildet. Mit anderen Worten, falls die Bestimmung bei der Bestimmungsverarbeitung bei S1870 gemäß S270 positiv ist, werden S1872 und S1874 ausgeführt, welche neuen Schritten entsprechen. Bei S1872 wird der in dem Abgas enthaltene Betrag an HC aus dem Kennfeld basierend auf der durch den Abgastemperatur-Erfassungssensor 633 erfassten Abgastemperatur erlangt. Bei S1874 wird bestimmt, ob der erlangte Betrag an HC im Wesentlichen mit einer zweiten zulässigen Maximalemission übereinstimmt. Wenn bestimmt wird, dass der Betrag an HC im Wesentlichen mit der zweiten zulässigen Maximalemission übereinstimmt (Ja bei S1874), wird die Steuerung abgeschlossen. Wenn bestimmt wird, dass der Betrag an HC nicht im Wesentlichen mit der zweiten zulässigen Maximalemission übereinstimmt (Nein bei S1874), schreitet die Verarbeitung zu S1876 voran, welcher einem neuen Schritt entspricht. Bei S1876 wird bestimmt, ob der Betrag an HC kleiner als die zweite zulässige Maximalemission ist. Wenn bestimmt wird, dass der Betrag an HC kleiner als die zweite zulässige Maximalemission ist (Ja bei S1876), schreitet die Verarbeitung zu S1910 gemäß S310 voran. Wenn bestimmt wird, dass der Betrag an HC größer als die zweite zulässige Maximalemission ist (Nein bei S1876), schreitet die Verarbeitung zu S1920 gemäß S320 voran.
Folglich kann die Dieselmaschine eine hohe Leistung erhalten, ohne den Betrag an unverbranntem Kraftstoff, welcher mit dem Abgas vermischt ist, übermäßig zu erhöhen.
Die Steuerung, um einen Gesamteinspritzbetrag der ersten Einspritzung und der zweiten Einspritzung nicht zu verändern, welche bei einem weiteren Beispiel 1 beschrieben ist, kann auf die Ausführungsform oder ein unterschiedliches Beispiel angewendet werden.
Auf die Verarbeitung für die Abgastemperatur in 73 kann verzichtet werden, auf die Verarbeitung für die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks in 74 kann verzichtet werden oder es kann auf die Verarbeitung für die Zunahmerate des Zylinderinnendrucks in 75 verzichtet werden. Die Verarbeitung (S1872 bis S1876 in 75) zum Unterdrücken des unverbrannten Kraftstoffes bei der ersten Einspritzung kann ausgeführt werden oder es kann die Verarbeitung (S1374 bis S1376) zum Unterdrücken von NOx bei der zweiten Einspritzung ausgeführt werden. Mit anderen Worten, die Verarbeitung für die erste Einspritzung und die Verarbeitung für die zweite Einspritzung, wie vorstehend beschrieben, können in geeigneter Art und Weise kombiniert ausgeführt werden.

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung, aufweisend: ein Gehäuse (210), welches ein erstes Einspritzloch (321), von welchem ein Kraftstoff eingespritzt wird, und ein zweites Einspritzloch (322), welches auf einer hinteren Endseite des ersten Einspritzlochs angeordnet ist, von welchem der Kraftstoff eingespritzt wird, bei einem mit einem Boden versehenen, zylindrischen, distalen Teil umfasst; eine äußere Nadel (238), welche in dem Gehäuse verschiebbar aufgenommen ist, das zweite Einspritzloch öffnen oder verschließen kann, während sich diese in einer Axialrichtung verschiebt, und in der Seitenfläche zumindest ein Verbindungsloch (581) umfasst, welches eine Innenfläche (591) einer Seitenwand mit einer Außenfläche (592) der Seitenwand verbindet; und eine innere Nadel (237), welche innerhalb der äußeren Nadel verschiebbar aufgenommen ist und das erste Einspritzloch öffnen oder verschließen kann, während sich diese in der Axialrichtung verschiebt, wobei die innere Nadel einen Innennadelflansch (571) umfasst, welcher ausgehend von einer Außenfläche (572) der inneren Nadel vorsteht und entlang einer Auslassfläche (584) des Verbindungslochs passiert, wenn sich die innere Nadel oder die äußere Nadel verschiebt, das Gehäuse einen Gehäuseflansch (301) umfasst, welcher ausgehend von einer Innenfläche (302) des Gehäuses vorsteht und entlang einer Einlassfläche (582) des Verbindungslochs passiert, wenn sich die äußere Nadel verschiebt, ein erster Strömungskanal (227) zwischen der inneren Nadel und der äußeren Nadel definiert ist, ein zweiter Strömungskanal (228) zwischen der äußeren Nadel und dem Gehäuse definiert ist, ein dritter Strömungskanal (229) zwischen der inneren Nadel und dem Gehäuse definiert ist, ein Auslassloch-Strömungskanal (585) zwischen dem Innennadelflansch und der Auslassfläche des Verbindungslochs definiert ist, und ein Einlassloch-Strömungskanal (583) zwischen dem Gehäuseflansch und der Einlassfläche des Verbindungslochs definiert ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Innennadelflansch derart ausgebildet ist, dass dieser eine Veränderungsrate (ΔAo) eines Strömungskanalbereichs (Ao) des Auslassloch-Strömungskanals derart einstellt, dass diese kleiner ist als eine Veränderungsrate (ΔA1) des Strömungskanalbereichs (A1) des ersten Strömungskanals, wenn sich die innere Nadel verschiebt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Innennadelflansch derart ausgebildet ist, dass dieser eine Veränderungsrate (ΔAo) eines Strömungskanalbereichs (Ao) des Auslassloch-Strömungskanals derart einstellt, dass diese kleiner ist als eine Veränderungsrate (ΔA2) des Strömungskanalbereichs (A2) des zweiten Strömungskanals, wenn sich die äußere Nadel verschiebt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Innennadelflansch derart ausgebildet ist, dass dieser eine Veränderungsrate (ΔAo) eines Strömungskanalbereichs (Ao) des Auslassloch-Strömungskanals derart einstellt, dass diese kleiner ist als eine Veränderungsrate (ΔA3) des Strömungskanalbereichs (A3) des dritten Strömungskanals, wenn sich die innere Nadel verschiebt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gehäuseflansch derart ausgebildet ist, dass dieser eine Veränderungsrate (ΔAi) eines Strömungskanalbereichs (Ai) des Einlassloch-Strömungskanals derart einstellt, dass diese kleiner ist als eine Veränderungsrate (ΔA2) des Strömungskanalbereichs (A2) des zweiten Strömungskanals, wenn sich die äußere Nadel verschiebt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, wobei der Auslassloch-Strömungskanal derart ausgebildet ist, dass dieser einen Strömungskanalbereich (Ao0) des Auslassloch-Strömungskanals derart einstellt, dass dieser kleiner ist als ein Strömungskanalbereich (Ah1) des ersten Einspritzlochs, wenn die innere Nadel und die äußere Nadel den Ventilschließbetrieb durchführen.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, wobei der Auslassloch-Strömungskanal derart ausgebildet ist, dass dieser einen Strömungskanalbereich (Ao0) des Auslassloch-Strömungskanals derart einstellt, dass dieser kleiner ist als ein Strömungskanalbereich (Ah2) des zweite Einspritzlochs, wenn die innere Nadel und die äußere Nadel den Ventilschließbetrieb durchführen.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die äußere Nadel eine Mehrzahl von Verbindungslöchern auf gleicher Höhe in einer Axialrichtung besitzt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl von Verbindungslöchern in einer Umfangsrichtung bei regelmäßigen Abständen angeordnet sind.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend eine Antriebseinheit (290), welche das Verschieben der äußeren Nadel und der inneren Nadel steuert, wobei die Antriebseinheit einen Mechanismus für eine variable Geschwindigkeit besitzt, welcher Gleitgeschwindigkeiten der äußeren Nadel und der inneren Nadel variabel gestaltet.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die äußere Nadel ferner ein Sperrventil (388) umfasst, welches zwischen dem ersten Einspritzloch und dem zweiten Einspritzloch gegen das Gehäuse stößt, um den zweiten Strömungskanal bei einem distalen Teil (587) des äußeren Nadelventils zu verschließen, welcher auf einer hinteren Endseite des ersten Einspritzlochs und einer vorderen Endseite des zweiten Einspritzlochs angeordnet ist, wenn das äußere Nadelventil geschlossen ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung (630), welche auf eine Dieselmaschine (610) mit einem Kraftstoffinjektor (618), der einen Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer (610a) einspritzt, und einer Zustandserfassungseinheit (625, 633,634, 638), welche einen Verbrennungszustand des Kraftstoffes erfasst und den Kraftstoffinjektor veranlasst, eine Kraftstoffeinspritzung mit einer ersten Einspritzung und einer zweiten Einspritzung auszuführen, wenn eine Last der Dieselmaschine in eine vorbestimmte Hochlastzone fällt, angewendet wird, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung aufweist: eine erste Einspritzeinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese die erste Einspritzung mit einer Einspritzrate ausführt, die höher als die Einspritzrate der zweiten Einspritzung ist, und einen Druck in der Verbrennungskammer auf einen vorbestimmten, zulässigen, oberen Grenzdruck erhöht; eine zweite Einspritzeinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese die zweite Einspritzung mit der Einspritzrate ausführt, die nach der ersten Einspritzung im Zeitverlauf zunimmt, und den Druck in der Verbrennungskammer auf dem zulässigen, oberen Grenzdruck hält; und eine Steuerungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese einen Einspritzzustand der ersten Einspritzung und/oder der zweiten Einspritzung steuert, um den durch die Zustandserfassungseinheit erfassten Verbrennungszustand in einen vorbestimmten, zulässigen Zustand zu versetzen.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Dieselmaschine einen Auslassdurchlass (624) umfasst, in welchen ein von der Verbrennungskammer ausgestoßenes Abgas strömt, der Auslassdurchlass einen Katalysator (626) zum Reinigen des Abgases umfasst, die Zustandserfassungseinheit eine Temperaturerfassungseinheit (633) umfasst, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Abgastemperatur auf einer stromabwärtigen Seite des Katalysators erfasst, und die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese eine Einspritzphase der zweiten Einspritzung steuert, um die durch die Temperaturerfassungseinheit erfasste Abgastemperatur auf einer vorbestimmten, zulässigen Maximaltemperatur zu halten.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese die Einspritzrate der ersten Einspritzung steuert, um eine Zunahmerate eines Drucks in der Verbrennungskammer, welcher durch die Ausführung der ersten Einspritzung durch die erste Einspritzeinheit zunimmt, auf einer vorbestimmten, zulässigen, maximalen Zunahmerate aufrechtzuerhalten.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Zustandserfassungseinheit eine Vibrationserfassungseinheit (625, 638) umfasst, welche derart konfiguriert ist, dass diese den Grad der durch die in der Verbrennungskammer erzeugte Verbrennung des Kraftstoffes hervorgerufenen Vibration erfasst, und die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese die Einspritzrate der ersten Einspritzung steuert, um den durch die Vibrationserfassungseinheit erfassten Vibrationsgrad auf einem vorbestimmten, zulässigen Maximalgrad zu halten.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Vibrationserfassungseinheit einen Beschleunigungssensor (638) umfasst, welcher bei der Dieselmaschine installiert ist und derart konfiguriert ist, dass dieser eine durch die Vibration der Dieselmaschine hervorgerufene Beschleunigung erfasst.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Vibrationserfassungseinheit einen Drehwinkelsensor (625) umfasst, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Drehzahl einer Ausgangswelle der Dieselmaschine erfasst, und die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese den Vibrationsgrad basierend auf der durch den Drehwinkelsensor erfassten Drehzahl berechnet.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die Zustandserfassungseinheit eine Verbrennungsgeräusch-Erfassungseinheit (633, 634, 638) umfasst, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Größenordnung eines in der Verbrennungskammer erzeugten Verbrennungsgeräuschs des Kraftstoffes erfasst, und die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese die Einspritzrate der ersten Einspritzung steuert, um die Größenordnung des durch die Verbrennungsgeräusch-Erfassungseinheit erfassten Verbrennungsgeräuschs auf einem vorbestimmten, zulässigen Maximalvolumen eines Geräusches zu halten.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Zustandserfassungseinheit eine NOx-Emissions-Erfassungseinheit (630, 633, 634, 638) umfasst, welche derart konfiguriert ist, dass diese den zu der Zeit der Verbrennung des Kraftstoffes erzeugten Emissionsbetrag von NOx erfasst, und die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese den Einspritzzustand der ersten Einspritzung und/oder der zweiten Einspritzung steuert, um den durch die NOx-Emissions-Erfassungseinheit erfassten Emissionsbetrag von NOx auf einer vorbestimmten, ersten, zulässigen Maximalemission zu halten.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Dieselmaschine eine Drosselpositions-Erlangungseinheit (640) umfasst, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Position eines Drosselventils erlangt, und die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese die Einspritzphase der zweiten Einspritzung steuert, um den durch die NOx-Emissions-Erfassungseinheit erfassten Emissionsbetrag von NOx auf der ersten, zulässigen Maximalemission zu halten, wenn die durch die Drosselpositions-Erlangungseinheit erlangte Position des Drosselventils einer Maximalposition entspricht, und die Einspritzrate der ersten Einspritzung steuert, um den durch die NOx-Emissions-Erfassungseinheit erfassten Emissionsbetrag von NOx auf der ersten, zulässigen Maximalemission zu halten, wenn die durch die Drosselpositions-Erlangungseinheit erlangte Position des Drosselventils kleiner als die Maximalposition ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei die Zustandserfassungseinheit eine Erfassungseinheit (630, 633, 634) für eine unverbrannte Kraftstoffemission umfasst, welche derart konfiguriert ist, dass diese den Emissionsbetrag von unverbranntem Kraftstoff erfasst, der ausgestoßen wird, ohne verbrannt zu werden, bei dem in die Verbrennungskammer eingespritzten Kraftstoff, und die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese die Einspritzrate der ersten Einspritzung steuert, um den Emissionsbetrag von unverbranntem Kraftstoff, welcher durch die Erfassungseinheit für die unverbrannte Kraftstoffemission erfasst wird, auf einer vorbestimmten, zweiten, zulässigen Maximalemission zu halten.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese die Einspritzrate der ersten Einspritzung steuert, um den Betrag an Partikel, welche in dem in der Verbrennungskammer erzeugten Abgas enthalten sind, auf einem vorbestimmten, zulässigen, oberen Grenzbetrag zu halten.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese einen Kraftstoffstrahlspritzwinkel bei der ersten Einspritzung steuert, um den Betrag an Partikel, welche in dem in der Verbrennungskammer erzeugten Abgas enthalten sind, auf einem vorbestimmten, zulässigen, oberen Grenzbetrag zu halten.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese eine Einspritzphase der ersten Einspritzung steuert, um den Betrag an Partikel, welche in dem in der Verbrennungskammer erzeugten Abgas enthalten sind, auf einem vorbestimmten, zulässigen, oberen Grenzbetrag zu halten.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 24, wobei die erste Einspritzung und die zweite Einspritzung zwei Einspritzungen mit dem größten Einspritzbetrag bei den in einem Verbrennungszyklus ausgeführten Kraftstoffeinspritzungen sind.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 25, wobei die Dieselmaschine eine Drosselpositions-Erlangungseinheit umfasst, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine Position eines Drosselventils erlangt, und, wenn die Steuerungseinheit einen Einspritzzustand der ersten Einspritzung und der zweiten Einspritzung in einem Zustand steuert, bei welchem die durch die Drosselpositions-Erlangungseinheit erlangte Position des Drosselventils kleiner als eine Maximalposition ist, die Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese den anderen Einspritzzustand der ersten Einspritzung und der zweiten Einspritzung steuert, um einen durch die erste Einspritzung und die zweite Einspritzung eingespritzten Gesamteinspritzbetrag ohne irgendeine Veränderung aufrechtzuerhalten.