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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2016-133547 , welche am 5. Juli 2016 angemeldet wurde und welche hierin in ihrer Gesamtheit durch Inbezugnahme mit aufgenommen wird.
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Hintergrund
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Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, und diese betrifft insbesondere eine mit einer Zündkerze und einem Kraftstoffinjektor bei einer Decke einer Verbrennungskammer ausgerüstete Verbrennungskraftmaschine.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Die
JP 2011-117356 A offenbart eine Verbrennungskraftmaschine, die mit einer Zündkerze und einem Kraftstoffinjektor bei einer Decke einer Verbrennungskammer ausgerüstet ist. Diese Verbrennungskraftmaschine ist derart konfiguriert, dass eine mitreißende Luftströmung, die erzeugt wird, wenn Kraftstoff von einem Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, bei einem Entladungsspalt wirkt. Wie in
7 der
JP 2011-117356 A gezeigt ist, werden von dem Kraftstoffinjektor zwei Kraftstoffstrahlströmungen in Richtung hin zu der Zündkerze ausgebildet, um einen Elektrodenteil der Zündkerze dazwischen aufzunehmen.
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Zu beachten ist, dass zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Patentdokument die
WO 2013/008692 als ein Literaturbeispiel erwähnt werden kann, welches den Stand der Technik zum Anmeldezeitpunkt der vorliegenden Anmeldung beschreibt.
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Kurzfassung
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Bei der in dem vorstehenden Patentdokument offenbarten Verbrennungskraftmaschine wird Kraftstoff ausgehend von der Umgebung der Mitte der Decke der Verbrennungskammer radial schräg nach unten eingespritzt. Um einen Mitreißeffekt durch eine Kraftstoffstrahlströmung zu erhöhen, ist es wünschenswert, dass ein Einspritzwinkel des Kraftstoffes groß ist, so dass sich eine Kraftstoffstrahlströmung dem Elektrodenteil annähert. Zu beachten ist, dass der hierin verwendete Einspritzwinkel als ein Winkel zwischen einer Mittellinie der Kraftstoffstrahlströmung und einer vertikalen Linie definiert ist, wenn eine gerade Linie, welche parallel zu einer Mittellinie der Verbrennungskammer verläuft und eine Spitze des Kraftstoffinjektors durchläuft, mit der vertikalen Linie zusammenfällt. Die Kraftstoffstrahlströmung gelangt jedoch hin zu einer Zylinderwandoberfläche bzw. ist dieser zugewandt, wenn der Einspritzwinkel zunimmt. Folglich nimmt ein an der Zylinderwandoberfläche anhaftender Kraftstoffbetrag zu. Dies trägt dazu bei, dass eine Ölverdünnung durch den Kraftstoff beschleunigt wird, und dies trägt ebenso dazu bei, dass die Anzahl der abgegebenen Partikel (PN) erhöhen ist.
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Außerdem besitzen bei der in dem vorstehenden Patentdokument offenbarten Verbrennungskraftmaschine die beiden Kraftstoffstrahlströmungen, welche den Elektrodenteil der Zündkerze dazwischen aufnehmen, etwa den gleichen Abstand zu dem Elektrodenteil ausgehend von Kontur- bzw. Umfangsflächen davon. In diesem Fall ist der Mitreißeffekt eines Entladungsfunkens und einer Initialflamme, welche bei dem Elektrodenteil erzeugt werden, zwischen den beiden Kraftstoffstrahlströmungen im Allgemeinen gleich. Daher ist eine Mitreißrichtung des Entladungsfunkens und der Initialflamme nicht festgelegt. Eine Variation der Mitreißrichtung könnte die Zündfähigkeit der Kraftstoffstrahlströmung verringern und eine instabile Verbrennung hervorrufen.
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Die vorliegende Offenbarung erfolgte im Lichte des vorstehenden Problems, und Aufgabe davon ist es, eine Stabilisierung der Verbrennung durch das Verbessern der Zündfähigkeit zu realisieren, während ein Anhaften von Kraftstoff an einer Zylinderwandoberfläche bei einer Verbrennungskraftmaschine, die mit einer Zündkerze und einem Kraftstoffinjektor bei einer Decke einer Verbrennungskammer ausgerüstet ist, unterdrückt wird.
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Eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung weist einen Kraftstoffinjektor, der bei einer Decke einer Verbrennungskammer angeordnet ist und zumindest mit mehr als drei Einspritzlöchern einschließlich eines ersten Einspritzlochs und eines zweiten Einspritzlochs vorgesehen ist; und eine Zündkerze, welche bei der Decke der Verbrennungskammer angeordnet ist, auf.
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Der Kraftstoffinjektor ist derart konfiguriert, dass sich jede von Kraftstoffstrahlströmungen, welche durch die Einspritzlöcher ausgebildet werden, schräg nach unten erstreckt, wenn eine gerade Linie, die parallel zu einer Mittellinie der Verbrennungskammer verläuft und eine Spitze des Kraftstoffinjektors durchläuft, mit einer vertikalen Linie zusammenfällt. Ferner ist der Kraftstoffinjektor derart konfiguriert, dass sich jede der durch die Einspritzlöcher ausgebildeten Kraftstoffstrahlströmungen ausgehend von einer Oberseite der Verbrennungskammer betrachtet entsprechend in unterschiedlichen Richtungen ausbreitet, während ein Elektrodenteil der Zündkerze durch eine durch das erste Einspritzloch ausgebildete erste Kraftstoffstrahlströmung und eine durch das zweite Einspritzloch ausgebildete zweite Kraftstoffstrahlströmung dazwischen aufgenommen ist. Ferner ist der Kraftstoffinjektor derart konfiguriert, dass der Elektrodenteil außerhalb einer Kontur- bzw. Umfangsfläche der ersten Kraftstoffstrahlströmung und außerhalb einer Kontur- bzw. Umfangsfläche der zweiten Kraftstoffstrahlströmung angeordnet ist. Ferner ist der Kraftstoffinjektor derart konfiguriert, dass ein erster Einspritzwinkel, welcher einem Winkel zwischen einer Mittellinie der ersten Kraftstoffstrahlströmung und der vertikalen Linie entspricht, und ein zweiter Einspritzwinkel, welcher einem Winkel zwischen einer Mittellinie der zweiten Kraftstoffstrahlströmung und der vertikalen Linie entspricht, größer sind als ein Winkel zwischen einer Mittellinie von irgendeiner anderen Kraftstoffstrahlströmung und der vertikalen Linie.
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Bei einer Ausführungsform ist der Kraftstoffinjektor ferner konfiguriert, um den zweiten Einspritzwinkel kleiner zu machen als den ersten Einspritzwinkel, so dass eine Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil hin zu der Umfangsfläche der zweiten Kraftstoffstrahlströmung größer ist als eine Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil hin zu der Umfangsfläche der ersten Kraftstoffstrahlströmung. Bei dieser Ausführungsform kann der Kraftstoffinjektor derart konfiguriert sein, dass ein Winkel zwischen der Mittellinie der zweiten Kraftstoffstrahlströmung und einer geraden Linie, welche die Spitze des Kraftstoffinjektors mit dem Elektrodenteil verbindet, ausgehend von einer Oberseite der Verbrennungskammer betrachtet kleiner ist als ein Winkel zwischen der Mittellinie der ersten Kraftstoffstrahlströmung und der geraden Linie.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Kraftstoffinjektor ferner konfiguriert, um einen Durchmesser des zweiten Einspritzlochs kleiner zu machen als einen Durchmesser des ersten Einspritzlochs, so dass ein Strömungsvolumen der zweiten Kraftstoffstrahlströmung kleiner ist als ein Strömungsvolumen der ersten Kraftstoffstrahlströmung.
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Gemäß der Verbrennungskraftmaschine entsprechend der vorliegenden Offenbarung ist jeder der Einspritzwinkel der durch das erste Einspritzloch ausgebildeten ersten Kraftstoffstrahlströmung und der durch das zweite Einspritzloch gebildeten zweiten Kraftstoffstrahlströmung größer gestaltet als der Einspritzwinkel irgendeiner anderen Kraftstoffstrahlströmung, und dadurch sind Abstände von dem Elektrodenteil der Zündkerze hin zu den Umfangsflächen der den Elektrodenteil dazwischen aufnehmenden beiden Kraftstoffstrahlströmungen reduziert. Dies erhöht ein Äquivalenzverhältnis der Atmosphäre um den Elektrodenteil herum, um die Zündfähigkeit zu verbessern. Da es nicht notwendig ist, den Einspritzwinkel der Kraftstoffstrahlströmung zu vergrößern, welche nicht direkt auf den Elektrodenteil wirkt, wird ferner die Anhaftung von Kraftstoff an der Zylinderwandoberfläche unterdrückt.
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Ferner ist gemäß der einen Ausführungsform der Abstand ausgehend von dem Elektrodenteil hin zu der Umfangsfläche der zweiten Kraftstoffstrahlströmung dadurch größer gestaltet als der Abstand ausgehend von dem Elektrodenteil hin zu der Umfangsfläche der ersten Kraftstoffstrahlströmung, dass der zweite Einspritzwinkel kleiner gestaltet ist als der erste Einspritzwinkel, und dadurch wird ein Mitreißeffekt durch die zweite Kraftstoffstrahlströmung relativ verringert, so dass der Entladungsfunke und die Initialflamme durch die erste Kraftstoffstrahlströmung mitgerissen werden. Das heißt, eine Mitreißrichtung ist auf eine Richtung in der Richtung der ersten Kraftstoffstrahlströmung festgelegt, und dadurch wird die Zündfähigkeit der Kraftstoffstrahlströmung weiter verbessert und die Verbrennung stabilisiert. Ferner breitet sich gemäß der einen Ausführungsform die zweite Kraftstoffstrahlströmung unterhalb der ersten Kraftstoffstrahlströmung aus, und dadurch wird die Anhaftung von Kraftstoff an der Zylinderwandoberfläche weiter unterdrückt.
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Ferner wird gemäß der anderen Ausführungsform das Strömungsvolumen der zweiten Kraftstoffstrahlströmung dadurch kleiner gestaltet als das Strömungsvolumen der ersten Kraftstoffstrahlströmung, dass der Durchmesser des zweiten Einspritzlochs kleiner gestaltet ist als der Durchmesser des ersten Einspritzlochs, und dadurch wird ein Mitreißeffekt durch die zweite Kraftstoffstrahlströmung relativ bzw. im Verhältnis verringert, so dass der Entladungsfunke und die Initialflamme durch die erste Kraftstoffstrahlströmung mitgerissen werden. Das heißt, eine Mitreißrichtung ist auf eine Richtung in Richtung der ersten Kraftstoffstrahlströmung festgelegt, und dadurch wird die Zündfähigkeit der Kraftstoffstrahlströmung weiter verbessert und die Verbrennung stabilisiert. Ferner wird gemäß der weiteren Ausführungsform eine Reichweite bzw. Eindringtiefe der zweiten Kraftstoffstrahlströmung kürzer als eine Reichweite der ersten Kraftstoffstrahlströmung, und dadurch wird das Anhaften von Kraftstoff an der Zylinderwandoberfläche weiter unterdrückt.
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Kurze Beschreibung der Abbildungen
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1 ist eine Abbildung, welche eine Systemkonfiguration gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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2 ist eine Abbildung, welche eine Einspritzphase eines Kraftstoffinjektors und eine Entladungsphase einer Zündkerze während einer Katalysatoraufwärmsteuerung darstellt;
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3 ist eine schematische Abbildung, welche einen Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Zylinderzustand während der Katalysatoraufwärmsteuerung darstellt;
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4 ist eine schematische Draufsicht einer Verbrennungskammer, welche eine Positionsbeziehung zwischen Kraftstoffstrahlströmungen und einem Elektrodenteil einer Zündkerze gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
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5 ist eine schematische Seitenansicht der Verbrennungskammer, welche Einspritzwinkel der Kraftstoffstrahlströmungen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
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6 ist eine schematische Schnittansicht eines A-A Querschnitts in 4, welche die Positionsbeziehung zwischen den Kraftstoffstrahlströmungen und dem Elektrodenteil gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
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7 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Verbrennungsstabilität und einem Einspritzwinkel einer Kraftstoffstrahlströmung nahe bzw. dicht an der Zündkerze darstellt;
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8 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Kraftstoffhaftbetrag und einem Einspritzwinkel einer Kraftstoffstrahlströmung nahe an der Zündkerze darstellt;
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9 ist eine schematische Draufsicht einer Verbrennungskammer, welche eine Positionsbeziehung zwischen Kraftstoffstrahlströmungen und einem Elektrodenteil einer Zündkerze gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt;
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10 ist eine schematische Schnittansicht eines B-B-Querschnitts in 9, welche die Positionsbeziehung zwischen den Kraftstoffstrahlströmungen und dem Elektrodenteil gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt;
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11 ist eine schematische Draufsicht einer Verbrennungskammer, welche eine Positionsbeziehung zwischen Kraftstoffstrahlströmungen und einem Elektrodenteil einer Zündkerze gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
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12 ist eine schematische Schnittansicht eines C-C-Querschnitts in 11, welche die Positionsbeziehung zwischen den Kraftstoffstrahlströmungen und dem Elektrodenteil gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
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13 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Verbrennungsstabilität und einem Einspritzlochdurchmesser einer Kraftstoffstrahlströmung nahe an der Zündkerze darstellt; und
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14 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Kraftstoffhaftbetrag und einem Einspritzlochdurchmesser einer Kraftstoffstrahlströmung nahe an der Zündkerze darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben. Zu beachten ist, dass, wenn die Ziffern bzw. Zahlensymbole der Anzahl, der Mengen, der Beträge, der Bereiche und dergleichen der jeweiligen Elemente bei der wie folgt gezeigten Ausführungsform erwähnt sind, die vorliegende Offenbarung nicht auf die erwähnten Zahlensymbole beschränkt ist, sofern dies nicht explizit anderweitig beschrieben ist oder solange die Offenbarung nicht explizit theoretisch durch die Zahlensymbole spezifiziert ist. Ferner sind die Strukturen, Schritte und dergleichen, welche bei der nachfolgend gezeigten Ausführungsform beschrieben sind, bei der Offenbarung nicht immer unverzichtbar, solange dies nicht explizit anders spezifiziert ist oder solange die Offenbarung nicht theoretisch durch die Strukturen, Schritte und dergleichen explizit spezifiziert ist.
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[Beschreibung der Systemkonfiguration]
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1 ist eine Abbildung, welche eine Systemkonfiguration gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellt. Wie in 1 dargestellt ist, weist ein System gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine an einem Fahrzeug montierte Verbrennungskraftmaschine 10 auf. Die Verbrennungskraftmaschine 10 entspricht einer Viertakt-Einzyklus-Maschine. Die Verbrennungskraftmaschine 10 besitzt eine Mehrzahl von Zylindern, und in 1 ist ein Zylinder 12 dargestellt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen Zylinderblock 14, bei welchem der Zylinder 12 ausgebildet ist, und einen auf dem Zylinderblock 14 angeordneten Zylinderkopf 16 auf. Ein Kolben 18 ist in dem Zylinder 12 angeordnet, wobei sich der Kolben 18 in einer axialen Richtung des Kolbens 18 hin und her bewegt. Eine Verbrennungskammer 20 der Verbrennungskraftmaschine 10 ist durch eine Wandoberfläche des Zylinders 12, eine Bodenfläche des Zylinderkopfs 16 (diese entspricht einer Deckenfläche der Verbrennungskammer 20) und eine obere Fläche des Kolbens 18 definiert.
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Bei dem Zylinderkopf 16 sind zwei Einlasskanäle 22 und zwei Auslasskanäle 24 ausgebildet, welche mit der Verbrennungskammer 20 in Verbindung stehen. Ein Einlassventil 26 ist bei einer Öffnung des Einlasskanals 22 vorgesehen, welche mit der Verbrennungskammer 20 in Verbindung steht. Ein Auslassventil 28 ist bei einer Öffnung des Auslasskanals 24 vorgesehen, die mit der Verbrennungskammer 20 in Verbindung steht. Eine Zündkerze 32 ist derart vorgesehen, dass diese auf der Seite des Auslassventils 28 der Deckenmitte der Verbrennungskammer 20 angeordnet ist. Die Zündkerze 32 besitzt bei einer Spitze davon einen Elektrodenteil 34, wobei der Elektrodenteil 34 eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode aufweist.
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Ein Kraftstoffinjektor 30 ist so vorgesehen, dass eine Spitze des Kraftstoffinjektors 30 hin zu der Verbrennungskammer 20 weist. Der Kraftstoffinjektor 30 ist auf der Seite des Einlassventils 26 der Zündkerze 32 um die Deckenmitte der Verbrennungskammer 20 angeordnet. Der Kraftstoffinjektor 30 kann jedoch bei der Deckenmitte der Verbrennungskammer 20 angeordnet sein. Der Kraftstoffinjektor 30 ist mit einem Kraftstoffzuführsystem mit einem Kraftstofftank, einer Zuführleitung, einer Zuführpumpe und dergleichen verbunden, und diesem wird ein Hochdruckkraftstoff zugeführt, der auf einen konstanten Druck reguliert wird. Die Spitze des Kraftstoffinjektors 30 besitzt eine Mehrzahl von Einspritzlöchern. Wenn sich der Kraftstoffinjektor 30 öffnet, wird Kraftstoff radial von diesen Einspritzlöchern eingespritzt und es werden eine Mehrzahl von Kraftstoffstrahlströmungen FS gebildet, die sich ausgehend von der Spitze des Kraftstoffinjektors 30 schräg nach unten erstrecken. Die Richtung der Einspritzlöcher ist so angepasst, dass ein Elektrodenteil 34 der Zündkerze 32 außerhalb einer Kontur- bzw. Umfangsfläche der Kraftstoffstrahlströmung angeordnet ist, die sich aus der Mehrzahl der Kraftstoffstrahlströmungen FS am nächsten bzw. dichtesten an der Zündkerze 32 befindet. Die Details hinsichtlich des Kraftstoffinjektors 30, insbesondere die Details hinsichtlich der Position der Einspritzlöcher, der Richtung der Kraftstoffstrahlströmungen FS usw., werden später beschrieben.
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Der Einlasskanal 22 erstreckt sich ausgehend von einem Einlass auf einer Einlassdurchlassseite im Wesentlichen gerade in Richtung hin zu der Verbrennungskammer 20. Ein Strömungsdurchlassquerschnittsbereich des Einlasskanals 22 ist bei einem Halsstück bzw. einer Verengung 36, welche einem Verbindungsteil mit der Verbrennungskammer 20 entspricht, reduziert. Eine solche Gestaltung des Einlasskanals 22 erzeugt eine Tumble-Strömung TF bei der Einlassluft, welche ausgehend von dem Einlasskanal 22 in die Verbrennungskammer 20 strömt. Die Tumble-Strömung TF wirbelt in der Verbrennungskammer 20, um ausgehend von der Seite des Einlasskanals 22 um die Decke der Verbrennungskammer 20 hin zu der Seite des Auslasskanals 24 voran zu schreiten. Daher ist die Zündkerze 32 in der Strömungsrichtung der in der Verbrennungskammer 20 erzeugten Tumble-Strömung TF stromabwärts des Kraftstoffinjektors 30 angeordnet. Auf der oberen Fläche des Kolbens 18, welche den unteren Teil der Verbrennungskammer 20 bildet, ist eine Vertiefung ausgebildet, um die Tumble-Strömung TF zu erhalten.
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Wie in 1 dargestellt ist, weist das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine ECU (elektronische Steuerungseinheit) 40 als eine Steuerungsvorrichtung auf. Die ECU 40 weist einen RAM (Direktzugriffsspeicher), einen ROM (Nurlesespeicher), eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) und dergleichen auf. Die ECU 40 nimmt Signale von verschiedenen auf dem Fahrzeug montierten Sensoren auf und verarbeitet die aufgenommenen Signale. Die verschiedenen Sensoren umfassen einen Verbrennungsdrucksensor 42, welcher bei der Decke der Verbrennungskammer 20 angeordnet ist, einen Kurbelwinkelsensor 42 zum Messen eines Rotationswinkels einer mit dem Kolben 18 verbundenen Kurbelwelle, einen Temperatursensor 46 zum Messen einer Temperatur eines Kühlmittels in der Verbrennungskraftmaschine 10 usw. Die ECU 40 verarbeitet die von den einzelnen Sensoren aufgenommenen Signale, um verschiedene Stellglieder gemäß einem vorbestimmten Steuerprogramm zu betätigen. Das durch die ECU 40 betätigte Stellglied weist zumindest den Kraftstoffinjektor 30 und die Zündkerze 32, wie vorstehend beschrieben, auf.
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[Beschreibung der Katalysatoraufwärmsteuerung]
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird durch die in 1 dargestellte ECU 40 die Steuerung zum Fördern der Aktivierung eines Abgasreinigungskatalysators (nachfolgend ebenso als „Katalysatoraufwärmsteuerung” bezeichnet) als Steuerung der Verbrennungskraftmaschine 10 durchgeführt. Der Abgasreinigungskatalysator entspricht einem Katalysator, welcher in einem Auslassdurchlass der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehen ist. Ein Beispiel des Abgasreinigungskatalysators entspricht einem Dreiwegekatalysator.
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Zunächst wird ein Grundriss der Katalysatoraufwärmsteuerung mit Bezug auf 2 mit 1 beschrieben. 2 zeigt eine Einspritzphase des Kraftstoffinjektors 30 und eine Entladungsphase der Zündkerze 32 während der Katalysatoraufwärmsteuerung. Wie in 2 gezeigt ist, wendet die Katalysatoraufwärmsteuerung beispielsweise ein Kraftstoffeinspritzmuster an, welches einer Kombination einer Arbeitstakteinspritzung mit einer Ansaugtakteinspritzung als eine Haupteinspritzung entspricht. Da ausgehend von der Kraftstoffeinspritzzeit hin zu dem Zündzeitpunkt eine ausreichende Zeit sichergestellt ist, wird der durch die Ansaugtakteinspritzung eingespritzte Kraftstoff durch die Tumble-Strömung in der Verbrennungskammer 20 weit ausgebreitet. Dadurch wird in der Verbrennungskammer ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einer homogenen Kraftstoffkonzentration erzeugt. Ein Kraftstoffeinspritzbetrag durch jeden Takt ist derart festgelegt, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit dem gesamten Kraftstoff einschließlich der Arbeitstakteinspritzung zu einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Daher ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch die Ansaugtakteinspritzung erzeugten Luft-Kraftstoff-Gemisches etwas magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
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Außerdem ist, wie in 2 gezeigt, die Entladungsphase der Zündkerze 32 in einer Phase einer verzögerten bzw. späten Seite im Verhältnis zu einem oberen Totpunkt während der Katalysatoraufwärmsteuerung eingestellt. Das heißt, während der Katalysatoraufwärmsteuerung wird eine Zündung in dem Arbeitstakt (nachfolgend ebenso als eine „Arbeitstaktzündung” bezeichnet) durchgeführt. Die Arbeitstaktzündung wird durchgeführt, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Ferner wird die Arbeitstakteinspritzung in der Entladungsphase der Zündkerze 32 durchgeführt. Genauer gesagt, die Arbeitstakteinspritzung wird später gestartet als eine Auslösezeit der Entladung der Zündkerze 32, und diese wird früher beendet als eine Endzeit der Entladung. Die Auslösezeit der Entladung kann jedoch mit der Auslösezeit der Arbeitstakteinspritzung zusammenfallen, oder diese kann später eingestellt sein als die Auslösezeit der Arbeitstakteinspritzung. Die Entladung sollte spätestens vor dem Ende der Arbeitstakteinspritzung gestartet werden. Der Grund dafür, warum die Arbeitstakteinspritzung in der Entladungsphase durchgeführt wird, liegt darin, dass der durch die Arbeitstakteinspritzung eingespritzte Kraftstoff sicher durch einen Mitreißeffekt verbrannt wird. Zu beachten ist, dass die Endzeit der Entladung mit der Endzeit der Arbeitstakteinspritzung zusammenfallen kann.
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Nachfolgend wird ein Detail der Katalysatoraufwärmsteuerung und der Effekt davon mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 zeigt einen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem Zylinderzustand während der Katalysatoraufwärmsteuerung schematisch. Ein Zylinderzustand kurz nach einer Einleitung der Arbeitstaktzündung ist in dem oberen Abschnitt von 3 dargestellt. Ein Zylinderzustand kurz nach einer Einleitung der Arbeitstakteinspritzung ist in dem mittleren Abschnitt von 3 dargestellt. Ein Zylinderzustand nach der Arbeitstakteinspritzung ist in dem unteren Abschnitt von 3 dargestellt. Zu beachten ist, dass der Einfachheit der Erläuterung halber in 3 lediglich die Kraftstoffstrahlströmung FS gezeigt ist, welche sich dem Elektrodenteil 34 der Zündkerze 32 am stärksten annähert.
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Wenn die Arbeitstaktzündung durchgeführt wird, wird durch eine Diffusion von Kraftstoffstrahlströmungen, die durch die Ansaugtakteinspritzung gebildet werden, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebildet, welches etwas magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Wenn die Entladung in dieser mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Atmosphäre durchgeführt wird, wie in dem oberen Abschnitt von 3 gezeigt, zündet ein sich von dem Elektrodenteil 34 erstreckender Entladungsfunke DS das Luft-Kraftstoff-Gemisch und es tritt eine Initialflamme IF auf. Wie in dem mittleren Abschnitt von 3 gezeigt ist, werden, wenn ein Kraftstoff durch die Arbeitstakteinspritzung von dem Kraftstoffinjektor 30 eingespritzt wird, der Entladungsfunke DS und die Initialflamme IF durch einen durch die Kraftstoffstrahlströmung FS erzeugten Coanda-Effekt in einer Richtung der Kraftstoffstrahlströmung FS mitgerissen. Die durch die Kraftstoffstrahlströmung FS mitgerissene Initialflamme IF vergrößert sich, während die durch die Arbeitstakteinspritzung ausgebildete Kraftstoffstrahlströmung FS mit einbezogen wird. Durch die Arbeitstakteinspritzung wird, wie in dem unteren Abschnitt von 3 gezeigt ist, eine Schicht ML eines Luft-Kraftstoff-Gemisches mit einer hohen Kraftstoffkonzentration und einer hohen Turbulenz in der Verbrennungskammer 20 ausgebildet. Wenn die mitgerissene Initialflamme IF diese Schicht ML erreicht, wächst die Flamme umgehend und die Verbrennung schreitet schnell voran.
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Hinsichtlich Beschreibungen mit Bezug auf die Systemkonfiguration, die bei sämtlichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gleich ist, und die durch die ECU 40 durchgeführte Katalysatoraufwärmsteuerung wird auf das Vorstehende verwiesen. Im Nachfolgenden wird eine charakteristische Konfiguration jeder Ausführungsform und Effekte davon mit Bezug auf 4 bis 14 mit 1 beschrieben.
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[Beschreibung der charakteristischen Konfiguration der ersten Ausführungsform]
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4 ist eine schematische Draufsicht der Verbrennungskammer, welche eine Positionsbeziehung zwischen Kraftstoffstrahlströmungen und dem Elektrodenteil der Zündkerze gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Bei der Spitze des Kraftstoffinjektors 30 sind eine Mehrzahl von Einspritzlöchern ausgebildet. Die Anzahl der ausgebildeten Einspritzlöcher beträgt zumindest drei. In 4 sind als ein Beispiel sechs Einspritzlöcher 301 bis 306 ausgebildet. Die Position von jedem Einspritzloch 301 bis 306 ist derart angepasst, dass sich jede der durch die Einspritzlöcher 301 bis 306 ausgebildeten Kraftstoffstrahlströmungen FS1 bis FS6 entsprechend in unterschiedlichen Richtungen ausbreitet, während der Elektrodenteil 34 der Zündkerze durch die durch das erste Einspritzloch 301 ausgebildete erste Kraftstoffstrahlströmung FS1 und die durch das zweite Einspritzloch 302 ausgebildete zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 aufgenommen ist. Bei der ersten Ausführungsform besitzen die Einspritzlöcher 301 bis 306 den gleichen Durchmesser und die Kraftstoffstrahlströmungen FS1 bis FS6 besitzen nahezu die gleiche Strahllänge. Insbesondere hinsichtlich einer geraden Linie, welche die Spitze des Kraftstoffinjektors 30 und den Elektrodenteil 34 durchläuft, sind die erste Kraftstoffstrahlströmung FS1 und die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 nahezu liniensymmetrisch ausgebildet, die sechste Kraftstoffstrahlströmung FS6 und die dritte Kraftstoffstrahlströmung FS3 sind nahezu liniensymmetrisch ausgebildet und die vierte Kraftstoffstrahlströmung FS4 und die fünfte Kraftstoffstrahlströmung FS5 sind nahezu liniensymmetrisch ausgebildet.
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5 ist eine schematische Seitenansicht der Verbrennungskammer, welche Einspritzwinkel der Kraftstoffstrahlströmungen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Bei dieser schematischen Seitenansicht sind insbesondere die durch jedes der Einspritzlöcher ausgebildeten Kraftstoffstrahlströmungen FS1 bis FS6 auf der gleichen Ebene mit einer Rotationsachse rotationsprojiziert. Die Rotationsachse entspricht einer geraden Linie, welche parallel zu einer Mittellinie der Verbrennungskammer verläuft und die Spitze des Kraftstoffinjektors 30 durchläuft. Wie in dieser schematische Seitenansicht gezeigt ist, erstreckt sich jede der durch die Einspritzlöcher ausgebildeten Kraftstoffstrahlströmungen FS1 bis FS6 schräg nach unten, wenn die gerade Linie, welche parallel zu der Mittellinie der Verbrennungskammer verläuft und die Spitze des Kraftstoffinjektors 30 durchläuft, mit einer vertikalen Linie VL zusammenfällt.
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Hierbei ist ein Winkel θs1 zwischen der Mittellinie CL1 der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 und der vertikalen Linie VL als ein Einspritzwinkel der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 definiert (nachfolgend ebenso als ein „erster Einspritzwinkel” bezeichnet). Außerdem ist ein Winkel θs2 zwischen der Mittellinie CL2 der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 und der vertikalen Linie VL als ein Einspritzwinkel der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 definiert (nachfolgend ebenso als ein „zweiter Einspritzwinkel” bezeichnet). Wie in 4 gezeigt ist, entsprechen die erste Kraftstoffstrahlströmung FS1 und die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 Kraftstoffstrahlströmungen, welche den Elektrodenteil 34 der Zündkerze von beiden Seiten dazwischen aufnehmen, wenn diese von oberhalb der Verbrennungskammer betrachtet werden. Der erste Einspritzwinkel θs1 und der zweite Einspritzwinkel θs2 sind größer eingestellt als ein Winkel θsf zwischen der Mittellinie CLn der anderen Kraftstoffstrahlströmungen FS3 bis FS6 und der vertikalen Linie VL. Das heißt, die ersten und zweiten Kraftstoffstrahlströmungen FS1, FS2 werden oberhalb der anderen Kraftstoffstrahlströmungen FS3 bis FS6 eingespritzt. Zu beachten ist, dass in 5 Einspritzwinkel der vier Kraftstoffstrahlströmungen FS3 bis FS6 dem gleichen Winkel θsn entsprechen, diese jedoch der Einfachheit halber so dargestellt sind und in Wirklichkeit voneinander abweichen. Die Einspritzwinkel der Kraftstoffstrahlströmungen FS3 bis FS6 sind jedoch notwendigerweise kleiner als der erste Einspritzwinkel θs1 und der zweite Einspritzwinkel θs2.
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Bei einem Vergleich des ersten Einspritzwinkels θs1 und des zweiten Einspritzwinkels θs2 ist der zweite Einspritzwinkel θs2 kleiner als der erste Einspritzwinkel θs1.
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Hier entspricht 6 einer schematischen Schnittansicht eines A-A-Querschnitts in 4. Die erste Kraftstoffstrahlströmung FS1 und die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 sind mit Bezug auf die gerade Linie, welche die Spitze des Kraftstoffinjektors 30 und den Elektrodenteil 34 durchläuft, nahezu liniensymmetrisch ausgebildet (vergleiche 4). Daher wird dadurch, dass der zweite Einspritzwinkel θs2 kleiner gemacht wird als der erste Einspritzwinkel θs1, eine Strecke bzw. ein Abstand ausgehend von dem Elektrodenteil 34 hin zu der Kontur- bzw. Umfangsfläche der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 größer als eine Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil 34 hin zu der Umfangsfläche der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1. Zu beachten ist, dass die Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil 34 hin zu der Umfangsfläche der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 genauer gesagt für die kürzeste Strecke auf der flachen Oberfläche bzw. Ebene steht, welche senkrecht zu der Mittellinie der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 verläuft und die Mitte des Elektrodenteils 34 durchläuft. Außerdem steht die Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil 34 hin zu der Umfangsfläche der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 genauer gesagt für die kürzeste Strecke auf der flachen Oberfläche, welche senkrecht der Mittellinie der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 ist und die Mitte des Elektrodenteils 34 durchläuft.
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Eine mitreißende Luftströmung, welche durch einen Coanda-Effekt durch die Kraftstoffstrahlströmung erzeugt wird und den Entladungsfunken DS und die Initialflamme IF in Richtung der Kraftstoffstrahlströmung mitreißt, wird groß, wenn die Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil 34 hin zu der Umfangsfläche der Kraftstoffstrahlströmung klein ist. Daher wird dadurch, dass der zweite Einspritzwinkel θs2 kleiner als der erste Einspritzwinkel θs1 gemacht wird und die Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil 34 hin zu der Umfangsfläche der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 größer als die Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil 34 hin zu der Umfangsfläche der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 gemacht wird, ein Mitreißeffekt durch die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 im Verhältnis verringert, und dadurch werden der Entladungsfunke DS und die Initialflamme IF durch die erste Kraftstoffstrahlströmung FS1 mitgerissen.
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Eine Mitreißrichtung des Entladungsfunkens DS und der Initialflamme IF ist auf eine Richtung in Richtung der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 festgelegt. Dadurch wird die Zündfähigkeit der Kraftstoffstrahlströmung verbessert und die Verbrennung stabilisiert. Ferner kann sich die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 dadurch, dass der zweite Einspritzwinkel θs2 kleiner als der erste Einspritzwinkel θs1 gestaltet ist, unterhalb der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 ausbreiten, und dadurch wird die Anhaftung von Kraftstoff an der Zylinderwandoberfläche unterdrückt.
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Zu beachten ist, dass, wie in 5 gezeigt ist, der Einspritzwinkel θs2 der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 kleiner eingestellt ist als der Einspritzwinkel θs1 der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1, dass dieser jedoch größer als die Einspritzwinkel der anderen Kraftstoffstrahlströmungen FS3 bis FS6 eingestellt ist. Diese Einstellung ist ausgebildet, um ein Äquivalenzverhältnis der Atmosphäre um den Elektrodenteil 34 herum zu erhöhen und die Zündfähigkeit zu verbessern. Das Äquivalenzverhältnis der Atmosphäre um den Elektrodenteil 34 herum wird durch die erste Kraftstoffstrahlströmung FS1 und die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 beeinflusst. Wenn die Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil 34 hin zu der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 groß wird, wird das Äquivalenzverhältnis der Atmosphäre um den Elektrodenteil 34 herum klein, so dass die Zündfähigkeit abnimmt. Wenn die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 andererseits zu nahe an den Elektrodenteil 34 heran gebracht ist, schwankt die Mitreißrichtung des Entladungsfunkens DS und der Initialflamme IF zwischen der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 und der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2, und dadurch wird die Zündfähigkeit eher verringert. Daher ist bei der ersten Ausführungsform der Einspritzwinkel θs2 der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 wie vorstehend eingestellt, um eine Variation der Mitreißrichtung des Entladungsfunkens DS und der Initialflamme IF zu unterdrücken, während das Äquivalenzverhältnis der Atmosphäre um den Elektrodenteil 34 herum in gewissem Ausmaß hoch gehalten wird.
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Hier entspricht 7 einem Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Verbrennungsstabilität und dem Einspritzwinkel θs2 der Kraftstoffstrahlströmung FS2 darstellt. Die Verbrennungsstabilität verbessert sich, wenn der Einspritzwinkel θs2 zunimmt, bis der Einspritzwinkel θs2 größer als ein bestimmter Winkel wird. Dies liegt daran, da der Mitreißeffekt gemäß der Annäherung der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS an den Elektrodenteil 34 der Zündkerze zunimmt und ebenso das Äquivalenzverhältnis der Atmosphäre um den Elektrodenteil 34 herum zunimmt. Wenn der Einspritzwinkel θs2 jedoch größer als ein bestimmter Winkel wird, tritt zwischen der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 und der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 eine Variation der Mitreißrichtung auf, wie vorstehend beschrieben ist. Daher verbessert sich die Verbrennungsstabilität nicht länger oder diese wird eher abnehmen, auch wenn der Einspritzwinkel θs2 vergrößert wird und sich dem Einspritzwinkel θs1 der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 annähert. Zu beachten ist, dass eine Abnahme der Verbrennungsstabilität für eine Zunahme der Verbrennungsschwankungsrate steht. Die Verbrennungsschwankungsrate kann als ein Verhältnis einer Standardabweichung eines angegebenen, mittleren effektiven Drucks zu einem Durchschnitt davon definiert sein.
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8 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Kraftstoffhaftbetrag und dem Einspritzwinkel θs2 der Kraftstoffstrahlströmung FS2 darstellt. Der Ausdruck „Kraftstoffhaftbetrag”, wie hierin verwendet, bezeichnet einen Gesamtbetrag eines Kraftstoffes einschließlich eines an dem Kolben haftenden Kraftstoffes und eines an der Zylinderwandoberfläche haftenden Kraftstoffes. Der Kraftstoffhaftbetrag der Zylinderwandoberfläche durch die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 wird klein, wenn der Einspritzwinkel θs2 klein wird. Andererseits wird der Kraftstoffhaftbetrag des Kolbens groß, wenn der Einspritzwinkel θs2 klein wird. Folglich verändert sich der gesamte Kraftstoffhaftbetrag gemäß der Abnahme des Einspritzwinkels θs2 der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 quadratisch.
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Der Einspritzwinkel θs2 der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 wird basierend auf der Berücksichtigung hinsichtlich der Verbrennungsstabilität und der Berücksichtigung hinsichtlich des Kraftstoffhaftbetrags, wie vorstehend beschrieben, im Detail bestimmt.
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[Beschreibung der charakteristischen Konfiguration einer modifizierten ersten Ausführungsform]
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Die erste Ausführungsform 1 kann wie folgt modifiziert sein. 9 ist eine schematische Draufsicht der Verbrennungskammer, welche eine Positionsbeziehung zwischen Kraftstoffstrahlströmungen und dem Elektrodenteil der Zündkerze gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt. Bei dieser Modifikation ist ein Winkel α2 zwischen der Mittellinie der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 und einer geraden Linie, welche die Spitze des Kraftstoffinjektors 30 mit dem Elektrodenteil 34 verbindet, ausgehend von der Oberseite der Verbrennungskammer betrachtet, kleiner gestaltet als ein Winkel α1 zwischen der Mittellinie der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 und der geraden Linie, welche die Spitze des Kraftstoffinjektors 30 mit dem Elektrodenteil 34 verbindet.
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Durch das Einstellen der Winkel α1, α2 der Kraftstoffstrahlströmungen FS1, FS2 in einer Umfangsrichtung der Verbrennungskammer wie vorstehend erörtert, wird die Positionsbeziehung zwischen den Kraftstoffstrahlströmungen FS1, FS2 und dem Elektrodenteil 34 so, wie in 10 bei einem B-B-Querschnitt in 9 gezeigt ist. Das heißt, eine Strecke L2 ausgehend von der Mitte der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 hin zu einer Mittellinie des Elektrodenteils 34 wird kleiner bzw. kürzer als eine Strecke L1 ausgehend von der Mitte der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 hin zu der Mittellinie des Elektrodenteils 34.
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Folglich nimmt eine Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil 34 hin zu der Kontur- bzw. Umfangsfläche der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 im Vergleich zu dieser der ersten Ausführungsform ab, so dass der Mitreißeffekt durch die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 auf den Entladungsfunken DS und die Initialflamme IF zunimmt. Da die erste Kraftstoffstrahlströmung FS1 jedoch näher an dem Elektrodenteil 34 bleibt als die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2, ist die Befürchtung, dass die Mitreißrichtung des Entladungsfunkens DS und der Initialflamme IF variiert wird, ungeachtet der Zunahme des Mitreißeffekts durch die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 gering. Dadurch, dass sich die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 annähert, wird vielmehr der Mitreißeffekt durch die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 bei dem Mitreißeffekt durch die erste Kraftstoffstrahlströmung FS1 überlagert, so dass der Effekt, welcher den Entladungsfunken DS und die Initialflamme IF hin zu der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 mitreißt, groß wird. Ferner bleibt der Kraftstoffhaftbetrag durch die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 so, wie dieser ist, da der Einspritzwinkel θs2 der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 nicht verändert ist. Das heißt, gemäß dieser Modifikation wird die Verbrennungsstabilität weiter verbessert, während die Zunahme des Kraftstoffhaftbetrags unterdrückt wird.
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[Beschreibung der charakteristischen Konfiguration der zweiten Ausführungsform]
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11 ist eine schematische Draufsicht der Verbrennungskammer, welche eine Positionsbeziehung zwischen Kraftstoffstrahlströmungen und dem Elektrodenteil der Zündkerze gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Bei der Spitze des Kraftstoffinjektors 30 sind eine Mehrzahl von Einspritzlöchern ausgebildet. Die Anzahl der ausgebildeten Einspritzlöcher entspricht mindestens drei. In 11 sind beispielhaft sechs Einspritzlöcher 311 bis 316 ausgebildet. Die Position jedes Einspritzlochs 311 bis 316 ist derart angepasst, dass sich jede der durch die Einspritzlöcher 311 bis 316 ausgebildeten Kraftstoffstrahlströmungen FS11 bis FS16 entsprechend in unterschiedlichen Richtungen ausbreitet, während der Elektrodenteil 34 der Zündkerze durch die durch das erste Einspritzloch 311 ausgebildete erste Kraftstoffstrahlströmung FS11 und die durch das zweite Einspritzloch 312 ausgebildete zweite Kraftstoffstrahlströmung FS12 dazwischen aufgenommen ist. Bei der zweiten Ausführungsform besitzt lediglich das zweite Einspritzloch 312 einen kleineren Durchmesser als dieser der anderen Einspritzlöcher 301, 303 bis 306. Wenn ein Einspritzloch einen kleinen Durchmesser besitzt, ist ein Strömungsvolumen eines von dem Einspritzloch eingespritzten Kraftstoffes klein und eine Kraftstoffreichweite, welche einer Strahllänge einer Kraftstoffstrahlströmung entspricht, ist kurz. Daher ist eine Reichweite bzw. Eindringtiefe der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS12 kürzer als diese der anderen Kraftstoffstrahlströmungen FS11, FS13 bis FS16.
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Nachfolgend werden Richtungen der Kraftstoffstrahlströmungen FS11 bis FS16 beschrieben. Die erste Kraftstoffstrahlströmung FS11 und die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS12 sind hinsichtlich der geraden Linie, welche die Spitze des Kraftstoffinjektors 30 und den Elektrodenteil 34 durchläuft, nahezu liniensymmetrisch ausgebildet. Außerdem sind die sechste Kraftstoffstrahlströmung FS16 und die dritte Kraftstoffstrahlströmung FS13 nahezu liniensymmetrisch ausgebildet und die vierte Kraftstoffstrahlströmung FS14 und die fünfte Kraftstoffstrahlströmung FS15 sind nahezu liniensymmetrisch ausgebildet. Ferner erstreckt sich jede der durch die Einspritzlöcher ausgebildeten Kraftstoffstrahlströmungen FS11 bis FS16 schräg nach unten, obwohl auf eine Darstellung verzichtet ist, wenn eine gerade Linie, welche parallel zu der Mittellinie der Verbrennungskammer verläuft und die Spitze des Kraftstoffinjektors 30 durchläuft, mit der vertikalen Linie zusammenfällt. Insbesondere entsprechen der Einspritzwinkel der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 und der Einspritzwinkel der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 dem gleichen Winkel, und dieser ist größer als diese der anderen Kraftstoffstrahlströmungen FS13 bis FS16. Das heißt, die ersten und zweiten Kraftstoffstrahlströmungen FS11, FS12 werden mit dem gleichen Einspritzwinkel weiter oberhalb der anderen Kraftstoffstrahlströmungen FS13 bis FS16 eingespritzt.
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12 ist eine schematische Schnittansicht eines C-C-Querschnitts in 11. In 11 ist eine Differenz eines Strömungsvolumens zwischen der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS11 und der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS12 durch eine Differenz einer Punktedichte ausgedrückt. Eine mitreißende Luftströmung, welche durch einen Coanda-Effekt durch die Kraftstoffstrahlströmung erzeugt wird und den Entladungsfunken DS und die Initialflamme IF in Richtung der Kraftstoffstrahlströmung mitreißt, wird groß, während das Strömungsvolumen groß wird, wenn die Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil 34 hin zu der Umfangsfläche der Kraftstoffstrahlströmung gleich ist. Daher ist ein Mitreißeffekt durch die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 dadurch, dass der Durchmesser des zweiten Einspritzlochs 312 kleiner gestaltet ist als der Durchmesser des ersten Einspritzlochs 311 und das Strömungsvolumen der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 kleiner gestaltet ist als das Strömungsvolumen der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1, im Verhältnis verringert, und dadurch werden der Entladungsfunke DS und die Initialflamme IF durch die erste Kraftstoffstrahlströmung FS1 mitgerissen.
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Eine Mitreißrichtung des Entladungsfunkens DS und der Initialflamme IF ist auf eine Richtung in Richtung der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 festgelegt. Dadurch wird die Zündfähigkeit der Kraftstoffstrahlströmung verbessert und die Verbrennung wird stabilisiert. Ferner wird die Anhaftung von Kraftstoff an der Zylinderwandoberfläche unterdrückt, da die Reichweite bzw. Eindringtiefe der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS12 kürzer wird als die Reichweite der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS11.
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Hierbei entspricht 13 einem Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Verbrennungsstabilität und dem Durchmesser des zweiten Einspritzlochs 312 darstellt. Die Verbrennungsstabilität verbessert sich, während der Durchmesser des zweiten Einspritzlochs 312 zunimmt, bis der Durchmesser größer als eine bestimmte Größe wird. Dies liegt daran, da der Mitreißeffekt gemäß der Zunahme des Strömungsvolumens der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS12 zunimmt und außerdem das Äquivalenzverhältnis der Atmosphäre um den Elektrodenteil 34 herum zunimmt. Wenn der Durchmesser des zweiten Einspritzlochs 312 jedoch größer als eine bestimmte Größe wird, tritt eine Variation der Mitreißrichtung zwischen der ersten Kraftstoffstrahlströmung FS1 und der zweiten Kraftstoffstrahlströmung FS2 auf, wie vorstehend beschrieben ist. Daher verbessert sich die Verbrennungsstabilität nicht länger oder diese wird eher abnehmen, auch wenn der Durchmesser des zweiten Einspritzlochs 312 größer gemacht wird und sich dem Durchmesser des ersten Einspritzlochs 311 annähert.
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14 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Kraftstoffhaftbetrag und dem Durchmesser des zweiten Einspritzlochs 312 darstellt. Der Ausdruck „Kraftstoffhaftbetrag”, wie hierin verwendet, bezeichnet einen Gesamtbetrag eines Kraftstoffes einschließlich eines an dem Kolben haftenden Kraftstoffes und eines an der Zylinderwandoberfläche haftenden Kraftstoffes. Der Kraftstoffhaftbetrag durch die zweite Kraftstoffstrahlströmung FS2 wird klein, wenn der Durchmesser des zweiten Einspritzlochs 312 klein wird.
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Der Durchmesser des zweiten Einspritzlochs 312 wird basierend auf einer Berücksichtigung hinsichtlich der Verbrennungsstabilität und einer Berücksichtigung hinsichtlich des Kraftstoffhaftbetrags im Detail bestimmt, wie vorstehend beschrieben ist.
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[Weitere Ausführungsform]
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Die Konfiguration des Kraftstoffinjektors der ersten Ausführungsform oder der Modifikation davon kann mit der Konfiguration des Kraftstoffinjektors der zweiten Ausführungsform oder der Modifikation davon kombiniert werden. Das heißt, der Kraftstoffinjektor kann konfiguriert sein, um den zweiten Einspritzwinkel kleiner als den ersten Einspritzwinkel zu machen, so dass eine Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil hin zu der Umfangsfläche der zweiten Kraftstoffstrahlströmung größer ist als eine Strecke ausgehend von dem Elektrodenteil hin zu der Umfangsfläche der ersten Kraftstoffstrahlströmung, und um den Durchmesser des zweiten Einspritzlochs kleiner als den Durchmesser des ersten Einspritzlochs zu machen, so dass das Strömungsvolumen der zweiten Kraftstoffstrahlströmung kleiner ist als das Strömungsvolumen der ersten Kraftstoffstrahlströmung.
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Zu beachten ist, dass bei jeder Ausführungsform eine Positionsbeziehung zwischen dem zweiten Einspritzloch und dem ersten Einspritzloch oder eine Positionsbeziehung zwischen der zweiten Kraftstoffstrahlströmung und der ersten Kraftstoffstrahlströmung hinsichtlich einer geraden Linie, welche die Spitze des Kraftstoffinjektors mit dem Elektrodenteil verbindet, umgekehrt sein kann. Beispielsweise kann bei der ersten Ausführungsform jeder Einspritzwinkel derart eingestellt sein, dass die Kraftstoffstrahlströmung auf der linken Seite in 6 im Vergleich zu der Kraftstoffstrahlströmung auf der rechten Seite von dem Elektrodenteil entfernt ausgebildet ist. Bei der zweiten Ausführungsform kann jeder Einspritzlochdurchmesser derart eingestellt sein, dass die Strömungsrate der Kraftstoffstrahlströmung auf der linken Seite in 12 kleiner wird als die Strömungsrate der Kraftstoffstrahlströmung auf der rechten Seite.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2016-133547 [0001]
- JP 2011-117356 A [0003, 0003]
- WO 2013/008692 [0004]
