DE102018006431A1 - Kompressionszündungsmotor, Regel- bzw. Steuersystem dafür, Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Kompressionszündungsmotors und Computerprogrammprodukt - Google Patents

Kompressionszündungsmotor, Regel- bzw. Steuersystem dafür, Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Kompressionszündungsmotors und Computerprogrammprodukt Download PDF

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Abstract

Ein Regel- bzw. Steuersystem für einen Kompressionszündungsmotor wird zur Verfügung gestellt, welches den Motor, eine Zündkerze, ein Kraftstoffeinspritzventil, ein Regel- bzw. Steuerventil für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine Regel- bzw. Steuereinheit beinhaltet. Ein geometrisches Verdichtungsverhältnis des Motors ist 14:1 oder höher. Die Regel- bzw. Steuereinheit beinhaltet einen Prozessor, welcher konfiguriert ist, um ein das Luft-Kraftstoff-Verhältnis regelndes bzw. steuerndes Modul, um, wenn für den Motor detektiert wird, dass er sich in einem gegebenen Betriebszustand befindet, das Regel- bzw. Steuerventil für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln bzw. zu steuern, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des gesamten Mischgases zu einem gegebenen mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bringen, welches größer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und ein die Zündkerze regelndes bzw. steuerndes Modul auszuführen, um nach dieser Steuerung bzw. Regelung das Regel- bzw. Steuersignal an die Zündkerze auszugeben, um die Zündung zu einem gegebenen Zündzeitpunkt durchzuführen, so dass das Mischgas eine Verbrennung durch eine Flammenpropagation startet und sich dann unverbranntes Mischgas selbst entzündet. Der gegebene Zündzeitpunkt ist einem Speicher gespeichert.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Kompressionszündungsmotor, auf ein Regel- bzw. Steuersystem für einen Kompressionszündungsmotor, auf ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Kompressionszündungsmotors und auf ein Computerprogrammprodukt.
  • HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
  • JP 2006 - 283 571 A offenbart einen CI (Kompressions- bzw. Verdichtungszündungs-) Motor mit Zündungsunterstützung, in welchem eine Zündung, welche durch eine Kompressions- bzw. Verdichtungs-Selbstzündung bewirkt wird, durch eine SI (Funkenzündungs-) Verbrennung vor der Verdichtungs-Selbstzündung innerhalb eines Segments hoher Last eines Betriebsbereichs einer teilweisen Motorlast des Motors unterstützt wird. Weiters wird innerhalb dieses Segments hoher Last ein Wirbelstrom im Inneren eines Zylinders generiert bzw. erzeugt.
  • Bei einer Verbrennung durch eine Kompressions- bzw. Verdichtungszündung ändert sich, wenn eine Temperatur im Inneren der Verbrennungskammer sich ändert, bevor die Verdichtung startet, der Zeitpunkt der Verdichtungszündung stark. Durch ein Durchführen der Zündung, um die SI Verbrennung vor der CI Verbrennung zu bewirken, und ein Einstellen einer Wärmeerzeugungsmenge der SI Verbrennung kann die Änderung bzw. Variation in der Temperatur im Inneren der Verbrennungskammer, bevor die Verdichtung startet, reduziert werden.
  • Jedoch nimmt, wenn beispielsweise der Motor innerhalb eines Betriebsbereichs niedriger bzw. geringer Last arbeitet, die Kraftstoffeinspritzmenge ab und die Temperatur im Inneren der Verbrennungskammer nimmt auch ab. Daher wird die Funkenzündung schwierig und die SI Verbrennung wird instabil, wobei dies eine misslungene bzw. fehlgeschlagene CI Verbrennung aufgrund einer unzureichenden Temperatur bewirken kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die obigen Situationen gemacht und zielt darauf ab, stabil eine Verbrennung in einem Motor durchzuführen, während eine Erzeugung von NOx reduziert wird, selbst wenn der Motor innerhalb eines Betriebsbereichs arbeitet, wo eine Verdichtungs-Selbstzündung schwierig ist, d.h. einem Bereich niedriger Last.
  • Dieser Gegenstand wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erzielt. Weitere Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Die vorliegenden Erfinder haben eine Lehre für ein genaues Regeln bzw. Steuern einer Mischgasverteilung innerhalb einer Verbrennungskammer entwickelt, um eine stabile Verbrennung selbst innerhalb eines derartigen nachteiligen Bereichs für eine Verbrennung zu erzielen. Hier bedeutet eine „Mischgasverteilung“ eine Verteilung von Mischgas, welches Kraftstoff und Gas enthält (hauptsächlich Luft enthält; kann auch verbranntes Gas enthalten).
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verdichtungs- bzw. Kompressionszündungsmotor zur Verfügung gestellt, welcher eine Verbrennungskammer, ein Kraftstoffeinspritzventil, welches konfiguriert ist, um Kraftstoff in die Verbrennungskammer einzuspritzen, eine Zündkerze, welche konfiguriert ist, um ein Mischgas zu zünden, welches im Inneren der Verbrennungskammer durch den Kraftstoff gebildet wird, welcher von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, und eine Regel- bzw. Steuereinheit beinhaltet, welche einen Prozessor beinhaltet, welcher mit dem Kraftstoffeinspritzventil und der Zündkerze verbunden und konfiguriert ist, um ein Regel- bzw. Steuersignal zu dem Kraftstoffeinspritzventil und der Zündkerze jeweils auszugeben. Die Zündkerze zündet das Mischgas, um eine SI Verbrennung durch eine Flammenpropagation bzw. -ausbreitung zu starten, und dann entzündet sich nicht verbranntes Mischgas selbst, um eine CI Verbrennung zu bewirken.
  • Die Zündkerze führt die Zündung in einem Zustand durch, wo ein geometrisches Verdichtungs- bzw. Kompressionsverhältnis des Motors etwa 14:1 oder darüber ist, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des gesamten Mischgases im Inneren der Verbrennungskammer ein gegebenes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches größer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases nahe der Zündkerze kleiner als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases darum herum ist.
  • D.h., mit bzw. bei diesem Kompressionszündungsmotor zündet die Zündkerze zwangsweise das Mischgas, welches im Inneren der Verbrennungskammer gebildet wird, um die SI Verbrennung durchzuführen, und eine Verbrennungswärme und ein Verbrennungsdruck, welche durch die Flammenpropagation bewirkt werden, bewirken, dass sich nicht verbranntes Mischgas selbst entzündet und die CI Verbrennung durchgeführt wird. Da das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors etwa 14:1 oder darüber ist, ist bzw. wird nahe einem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs, bei welchem die Verbrennung durchgeführt wird, das Mischgas im Inneren der Verbrennungskammer einem relativ hohen Druck unterworfen. Die CI Verbrennung startet leichter, wenn bzw. da dieser Druck ansteigt.
  • Wenn die SI Verbrennung durchgeführt wird, gibt es eine Tendenz, dass eine Erzeugung von NOx ansteigt, wenn bzw. da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) des gesamten Mischgases im Inneren der Verbrennungskammer näher zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (z.B. etwa 14,7:1) eingestellt bzw. festgelegt wird. Andererseits ist bzw. wird die NOx Erzeugung reduziert, wenn das A/F des gesamten Mischgases im Inneren der Verbrennungskammer mager (größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ist, beispielsweise A/F etwa 30:1 oder darüber ist bzw. liegt. Daher kann in einem Fall, wo der Motor innerhalb eines Bereichs geringer Last arbeitet, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge gering ist, daran gedacht werden, die SI Verbrennung in einem derartigen mageren Zustand durchzuführen, so dass die CI Verbrennung auftritt.
  • Jedoch wird in einem derartigen mageren Zustand, wo eine Kraftstoffkonzentration gering ist, die SI Verbrennung durch die zwangsweise Zündung schwierig, und selbst wenn die SI Verbrennung erfolgreich durchgeführt wird, wird die Flammenpropagation bzw. -ausbreitung instabil und es kann die CI Verbrennung nicht stabil durchgeführt werden.
  • In diesem Hinblick führt bei diesem Kompressionszündungsmotor die Zündkerze die Zündung in dem Zustand durch, wo A/F des Mischgases nahe der Zündkerze kleiner als A/F des Mischgases darum herum ist. Spezifisch schichtet zu dem Zündzeitpunkt das A/F des gesamten Mischgases im Inneren der Verbrennungskammer die Mischgasverteilung innerhalb der Verbrennungskammer, während der magere Zustand beibehalten wird, wo die NOx Erzeugung reduziert ist bzw. wird, und es wird die Zündung in diesem Zustand durchgeführt. Das Mischgas, welches nahe der Zündkerze angeordnet ist, wo die Zündung durchgeführt wird, erreicht einen reichen bzw. fetten Zustand, wo die Kraftstoffkonzentration relativ hoch (kleiner als A/F des gesamten Mischgases) ist, und das Mischgas, welches darum herum angeordnet ist, erreicht den mageren Zustand, wo die Kraftstoffkonzentration relativ niedrig bzw. gering (größer als A/F des gesamten Mischgases) ist.
  • Nahe der Zündkerze, wo die Zündung durchgeführt wird, stabilisiert, da sie sich in dem reichen Zustand befindet, sich die SI Verbrennung durch die zwangsweise Zündung. Die Flammenpropagation bzw. -fortpflanzung stabilisiert sich auch und es wirken die Verbrennungswärme und der Druck, welche dadurch bewirkt werden, stabil auf das Mischgas um die Zündkerze. In Kombination mit einer Verbrennung unter hohem Druck von bzw. aus einem Anwenden eines hohen Verdichtungsverhältnisses wird die CI Verbrennung stabil selbst in dem mageren Zustand durchgeführt, wo die Kraftstoffkonzentration gering ist.
  • Wenn die Zündkerze die Zündung durchführt, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases nahe der Zündkerze zwischen etwa 20:1 und etwa 35:1 sein bzw. liegen und es kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases darum herum zwischen etwa 35:1 und etwa 50:1 sein bzw. liegen.
  • Wenn das Mischgas bei einem A/F zwischen etwa 20:1 und etwa 35:1 liegt, wird die SI Verbrennung durch die Zündung relativ stabil durchgeführt, während die NOx Erzeugung reduziert wird. Weiters wird mit dem Mischgas bei einem A/F zwischen etwa 35:1 und etwa 50:1 die CI Verbrennung durch eine Kompressions-Selbstzündung relativ stabil durchgeführt, während weiter die NOx Erzeugung reduziert wird. Durch ein Bilden der geschichteten Mischgasverteilung mit einem ungleichmäßigen A/F wird das A/F des gesamten Mischgases mager, beispielsweise bei etwa 30:1 oder darüber gehalten, wobei dies geeignet für die Verbrennung innerhalb des Bereichs niedriger Last ist, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge gering ist.
  • Die Zündkerze kann im Wesentlichen in einem zentralen bzw. mittigen Abschnitt der Verbrennungskammer angeordnet sein. Der Motor kann auch ein Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil beinhalten, welches konfiguriert ist, um einen Wirbelstrom im Inneren der Verbrennungskammer zu erzeugen. Die Regel- bzw. Steuereinheit kann das Kraftstoffeinspritzventil regeln bzw. steuern, um den Kraftstoff zu einem gegebenen Einspritzzeitpunkt einzuspritzen, nachdem das Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil den Wirbelstrom erzeugt bzw. generiert, und die Zündkerze regeln bzw. steuern, um die Zündung zu einem gegebenen Zündzeitpunkt durchzuführen, welcher nach der Kraftstoffeinspritzung liegt, um die SI Verbrennung zu regeln bzw. zu steuern, während eine Mischgasverteilung durch den Wirbelstrom geregelt bzw. gesteuert wird.
  • Gemäß dieser Konfiguration wird vor der Verbrennung der Wirbelstrom im Inneren der Verbrennungskammer erzeugt. Der Wirbelstrom ist ein wirbelnder bzw. sich rasch drehender Strom bzw. Fluss (lateraler Wirbel), welcher im Wesentlichen orthogonal auf eine zentrale bzw. mittige Achse eines Zylinders gebildet wird. Der Wirbelstrom weist eine relativ stabile Fluss- bzw. Strömungsrate auf, selbst wenn sich das Volumen der Verbrennungskammer ändert oder sich die Betriebsbedingung des Motors ändert.
  • Im Inneren der Verbrennungskammer, wo ein derartiger Wirbelstrom erzeugt wird, wird der Kraftstoff zu dem gegebenen Zeitpunkt derart eingespritzt, dass ein Strahl bzw. Nebel des Kraftstoffs den Wirbelstrom erreicht. Der Kraftstoffstrahl, welcher den Wirbelstrom erreicht hat, bewegt sich im Inneren der Verbrennungskammer entlang des Wirbelstroms. Dieser Kraftstoffnebel bzw. -strahl lenkt sich in Richtung zu dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer ab, während er sich zunehmend verteilt bzw. ausbreitet.
  • Durch ein Einspritzen des Kraftstoffs zu einem Zeitpunkt bzw. mit einer Zeitsteuerung mit einer langen Zeitperiode bis zu dem Zündzeitpunkt, wie beispielsweise an dem Einlasshub, wird eine homogen verteilte Mischgasverteilung, welche für eine CI Verbrennung vorteilhaft ist, ausgebildet. Weiters wird durch ein Einspritzen des Kraftstoffs zu einem Zeitpunkt bzw. mit einer Zeitsteuerung mit einer kurzen Zeitperiode bis zu dem Einspritzzeitpunkt, wie beispielsweise an dem Verdichtungshub, da die Ausbreitung bzw. Verteilung unterdrückt wird, eine geschichtete Mischgasverteilung, welche den Abschnitt bzw. Anteil mit hoher Kraftstoffkonzentration beinhaltet, welche für eine SI Verbrennung vorteilhaft ist, ausgebildet.
  • Durch ein Zünden bei dem gegebenen Zündzeitpunkt, während die Mischgasverteilung innerhalb der Verbrennungskammer durch den Wirbelstrom wie oben geregelt bzw. gesteuert wird, wird die SI Verbrennung mit dem oben beschriebenen A/F in dem Zustand gestartet, wo die Mischgasverteilung geschichtet ist. Als ein Resultat wird die stabile SI Verbrennung durchgeführt. Durch ein Regeln bzw. Steuern dieser SI Verbrennung wird der Zeitpunkt der Verdichtungs- bzw. Kompressionszündung geregelt bzw. gesteuert und es wird auch die CI Verbrennung zu dem geeigneten Zeitpunkt durchgeführt.
  • Das Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil kann den Wirbelstrom erzeugen bzw. generieren, von welchem ein Wirbelverhältnis etwa 2 oder mehr ist bzw. beträgt.
  • Hier ist ein „Wirbelverhältnis“ ein Wert, welcher durch ein Messen einer lateralen Winkelgeschwindigkeit eines Einlassstroms für jeden Ventilhub, ein Integrieren dieser Werte und ein Dividieren dieses integrierten Werts durch eine Motorwinkelgeschwindigkeit bzw. -drehzahl erhalten wird. Die laterale Winkelgeschwindigkeit des Einlassstroms kann basierend auf einer Messung durch einen Prüfstandtest erhalten werden. Das Wirbelverhältnis ist als ein Index verwendbar, welcher eine Intensität des Wirbelstroms ausdrückt.
  • Durch ein Erzeugen bzw. Generieren eines starken Wirbelstroms bei dem Wirbelverhältnis von etwa 2 oder darüber ist es möglich, den eingespritzten Kraftstoff an bzw. auf dem Wirbelstrom anzuordnen, um sich über einen weiten Bereich im Inneren der Verbrennungskammer zu bewegen, wodurch das homogene Mischgas gebildet wird. Daher ist bzw. wird die Mischgasverteilung innerhalb der Verbrennungskammer genauer geregelt bzw. gesteuert.
  • Das Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil kann den Wirbelstrom erzeugen, von welchem das Wirbelverhältnis etwa 4 oder darüber ist.
  • Indem er das Wirbelverhältnis von etwa 4 oder darüber aufweist, wird der Wirbelstrom stärker. Mit dem starken Wirbelstrom bei dem Wirbelverhältnis von etwa 4 oder darüber wird, da das Mischgas mehr verteilt bzw. zerstreut wird, die homogene Mischgasverteilung, welche sich vollständig über die Verbrennungskammer ausbreitet, ausgebildet. Als ein Resultat ist, selbst bei der mageren Mischgasverteilung, bei welcher A/F etwa 35:1 übersteigt, das Mischgas gut homogenisiert und derart wird die CI Verbrennung stabil durchgeführt. Dies ist vorteilhaft innerhalb des Bereichs niedriger Last, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge klein ist.
  • Die Regel- bzw. Steuereinheit kann das Regel- bzw. Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil ausgeben, um unterteilt den Kraftstoff zu einer Mehrzahl von Zeiten bzw. Malen im Verdichtungshub einzuspritzen.
  • Da die Kraftstoffeinspritzung, welche in dem Verdichtungshub durchgeführt wird, eine kurze Zeitperiode bis zu dem Zündungszeitpunkt aufweist, ist die Diffusion bzw. Verteilung mit der Zeit reduziert, und es wird die geschichtete Mischgasverteilung, welche den Abschnitt einer hohen Kraftstoffkonzentration beinhaltet, welche vorteilhaft für eine SI Verbrennung ist, ausgebildet. Das Mischgas, welches durch Strahlen bzw. Nebel der Kraftstoffanteile in der unterteilt durchgeführten Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen gebildet wird, bewegt sich mit dem Wirbelstrom, und zu dem Zündzeitpunkt ist der Abschnitt bzw. Anteil mit einer hohen Kraftstoffkonzentration nahe der Zündkerze angeordnet. Auf diese Weise ist das reiche bzw. fette Mischgas bei einer höheren Kraftstoffkonzentration verglichen mit dem Fall, wo der Kraftstoff gemeinsam bzw. auf einmal eingespritzt wird, abgelenkt nahe zu der Zündkerze ausgebildet.
  • Daher ist bzw. wird, selbst wenn das A/F des gesamten Mischgases mager (z.B. etwa 30:1 oder darüber) ist, das reiche Mischgas (z.B. A/F ist etwa 20:1) stabil nahe der Zündkerze ausgebildet, wobei dies für die Verbrennung innerhalb des Bereichs geringer Last geeignet ist, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge gering ist.
  • Die Regel- bzw. Steuereinheit kann das Regel- bzw. Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil ausgeben, um den Einspritzzeitpunkt in einem Fall zu fixieren, wo sich eine Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl ändert, während sich eine Motorlast nicht ändert.
  • Wie dies oben beschrieben ist, erhält der Wirbelstrom einen geringen Einfluss von der Motorgeschwindigkeit. Daher wird, wenn sich die Motorlast nicht ändert, d.h. die Kraftstoffeinspritzmenge dieselbe ist, selbst wenn sich die Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl ändert, durch ein Einspritzen des Kraftstoffs zum selben Zeitpunkt eine ähnliche Mischgasverteilung im Inneren der Verbrennungskammer zu dem Zündzeitpunkt gebildet. Derart ist bzw. wird, da die Regel- bzw. Steuereinheit das Regel- bzw. Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil ausgibt, um den Einspritzzeitpunkt in dem Fall zu fixieren, wo sich die Motorgeschwindigkeit ändert, während sich die Motorlast nicht ändert, die Regelung bzw. Steuerung vereinfacht, während die stabile Verbrennung erzielt wird.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Kompressionszündungsmotor zur Verfügung gestellt, welcher einen Zylinder, einen Kolben für ein Hin- und Herbewegen im Inneren des Zylinders entlang einer zentralen Achse davon und einen Zylinderkopf, und welcher mit einer Verbrennungskammer ausgebildet ist, welche durch den Zylinder, den Kolben und den Zylinderkopf definiert ist, eine Zündkerze, welche in der Verbrennungskammer angeordnet ist, ein Kraftstoffeinspritzventil, welches angeordnet ist, um in die Verbrennungskammer gerichtet zu sein, ein Regel- bzw. Steuerventil für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches konfiguriert ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Mischgases im Inneren der Verbrennungskammer einzustellen, und eine Regel- bzw. Steuereinheit beinhaltet, welche mit der Zündkerze, dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Regel- bzw. Steuerventil für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbunden und konfiguriert ist, um ein Regel- bzw. Steuersignal an die Zündkerze, das Kraftstoffeinspritzventil und das Regel- bzw. Steuerventil für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auszugeben. Ein geometrisches Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis des Motors ist etwa 14:1 oder darüber. Die Regel- bzw. Steuereinheit beinhaltet einen Prozessor, welcher konfiguriert ist, um ein ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis regelndes bzw. steuerndes Modul, um, wenn für den Motor detektiert wird, dass er sich in einem gegebenen Betriebszustand befindet, das Regel- bzw. Steuerventil für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln bzw. zu steuern, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des gesamten Mischgases im Inneren der Verbrennungskammer zu einem gegebenen mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bringen, welches größer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und ein die Zündkerze regelndes bzw. steuerndes Modul auszuführen, um nach der Regelung bzw. Steuerung durch das das Luft-Kraftstoff-Verhältnis regelnde bzw. steuernde Modul das Regel- bzw. Steuersignal an die Zündkerze auszugeben, um die Zündung an einem gegebenen Zündzeitpunkt derart durchzuführen, dass das Mischgas eine Verbrennung durch eine Flammenpropagation bzw. -ausbreitung startet und dann nicht verbranntes Mischgas sich selbst entzündet, wobei der gegebene Zündzeitpunkt in einem Speicher gespeichert ist.
  • Das das Luft-Kraftstoff-Verhältnis regelnde bzw. steuernde Modul kann das Kraftstoffeinspritzventil derart regeln bzw. steuern, dass, wenn die Zündkerze die Zündung durchführt, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases nahe der Zündkerze zwischen etwa 20:1 und etwa 35:1 ist bzw. beträgt und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases darum herum zwischen etwa 35:1 und etwa 50:1 ist.
  • Der Motor kann auch eine Einlassöffnung, welche konfiguriert ist, um Einlassluft in die Verbrennungskammer einzubringen, eine Auslassöffnung, welche konfiguriert ist, um Abgas aus der Verbrennungskammer auszubringen, und ein Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil beinhalten, welches in einem Einlassdurchtritt vorgesehen ist, welcher mit der Einlassöffnung verbunden ist. Das Kraftstoffeinspritzventil kann an dem Zylinderkopf festgelegt sein, angeordnet sein, um in das Zentrum der Verbrennungskammer in einer Draufsicht darauf gerichtet bzw. orientiert zu sein, und eine erste Düsenöffnung mit einer Düsenöffnungsachse, welche sich zu der Seite der Auslassöffnung in der Draufsicht erstreckt, und eine zweite Düsenöffnung mit einer Düsenöffnungsachse aufweisen, welche sich zu der Seite der Einlassöffnung in der Draufsicht erstreckt. Der Prozessor kann auch konfiguriert bzw. aufgebaut sein, um ein das Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil regelndes bzw. steuerndes Modul, um eine Öffnung des Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventils derart zu regeln bzw. zu steuern, dass ein Wirbelverhältnis im Inneren der Verbrennungskammer etwa 2 oder mehr wird, und ein das Kraftstoffeinspritzventil regelndes bzw. steuerndes Modul auszuführen, um das Kraftstoffeinspritzventil zu regeln bzw. zu steuern, um Kraftstoff zu einem gegebenen Zeitpunkt einzuspritzen, bei welchem das Wirbelverhältnis etwa 2 oder mehr bzw. darüber ist.
  • Das das Kraftstoffeinspritzventil regelnde bzw. steuernde Modul kann das Regel- bzw. Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil ausgeben, um eine Einspritzung eines ersten Kraftstoffanteils, in welcher der Kraftstoff in einer Periode von einem Einlasshub bis zu einer zwischenliegenden Stufe eines Verdichtungshubs eingespritzt wird, und eine Einspritzung eines zweiten Kraftstoffanteils durchzuführen, in welcher der Kraftstoff nach einem Verstreichen einer gegebenen Periode von der Einspritzung des ersten Kraftstoffanteils eingespritzt wird.
  • Das das Kraftstoffeinspritzventil regelnde bzw. steuernde Modul kann beide Ausführungszeitpunkte der Einspritzung des ersten Kraftstoffanteils und der Einspritzung des zweiten Kraftstoffanteils einstellen bzw. festlegen, um an bzw. bei dem Einlasshub zu sein.
  • Das das Kraftstoffeinspritzventil regelnde bzw. steuernde Modul kann einen Ausführungszeitpunkt der Einspritzung des ersten Kraftstoffanteils, um bei dem Einlasshub zu sein, und einen Ausführungszeitpunkt der Einspritzung des zweiten Kraftstoffanteils festlegen, um an dem Verdichtungshub zu sein.
  • Das das Kraftstoffeinspritzventil regelnde bzw. steuernde Modul kann das Regel- bzw. Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil ausgeben, um eine dritte Kraftstoffeinspritzung durchzuführen, in welcher der Kraftstoff nach einem Verstreichen einer gegebenen Periode von der Einspritzung des zweiten Kraftstoffanteils eingespritzt wird. Das das Kraftstoffeinspritzventil regelnde bzw. steuernde Modul kann einen Ausführungszeitpunkt der Einspritzung des ersten Kraftstoffanteils, um auf bzw. bei dem Einlasshub zu sein bzw. zu liegen, und Ausführungszeitpunkte der zweiten und dritten Kraftstoffeinspritzung festlegen, um bei dem Verdichtungshub zu sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Kompressionszündungsmotors zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte eines:
    • Regelns bzw. Steuerns des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines gesamten Mischgases im Inneren einer Verbrennungskammer des Motors, um ein gegebenes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu werden, welches größer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wenn sich der Motor in einem gegebenen Betriebszustand befindet; und
    • danach Durchführens einer Zündung bei bzw. zu einem gegebenen Zündzeitpunkt derart, dass das Mischgas eine Verbrennung durch eine Flammenpropagation bzw. -fortplanzung startet und sich dann unverbranntes Mischgas selbst entzündet,
    • Speicherns des gegebenen Zündzeitpunkts in einem Speicher.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Kompressionszündungsmotors zur Verfügung gestellt, umfassend die Schritte eines:
    • Festlegens eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des gesamten Mischgases im Inneren einer Verbrennungskammer des Motors, um größer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu sein,
    • Festlegens eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Mischgases nahe einer Zündkerze des Motors, um kleiner als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases darum herum zu sein, und
    • Zündens des Mischgases, um eine Verbrennung einer Funkenzündung durch eine Flammenpropagation zu starten, so dass sich dann nicht verbranntes Mischgas selbst entzündet, um eine Verbrennung einer Verdichtungs- bzw. Kompressionszündung zu bewirken.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Regel- bzw. Steuersystem für einen Kompressionszündungsmotor zur Verfügung gestellt, umfassend eine Regel- bzw. Steuereinheit, welche konfiguriert ist, um irgendeines der oben erwähnten Verfahren durchzuführen.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt zur Verfügung gestellt, umfassend computerlesbare Instruktionen, welche, wenn auf ein geeignetes System geladen und auf diesem ausgeführt, die Schritte von einem der oben erwähnten Verfahren durchführen können.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Diagramm, welches eine Konfiguration eines Motors illustriert, in welchem eine Einlassseite auf der linken Seite ist bzw. liegt und eine Auslassseite auf der rechten Seite des Zeichnungsblatts liegt.
    • 2 ist ein Diagramm, welches eine Struktur einer Verbrennungskammer illustriert, in welcher das obere Teil eine Draufsicht auf die Verbrennungskammer ist und das untere Teil eine II-II Querschnittsansicht ist.
    • 3 ist eine Draufsicht, welche Strukturen der Verbrennungskammer und eines Einlasssystems illustriert, in welcher die Einlassseite auf der rechten Seite ist bzw. liegt und die Auslassseite auf der linken Seite des Zeichnungsblatts liegt.
    • 4 ist ein Blockdiagramm, welches eine Konfiguration einer Regel- bzw. Steuervorrichtung für den Motor illustriert.
    • 5A ist ein Diagramm, welches Betriebsbereiche des Motors illustriert.
    • 5B ist ein Diagramm, welches eine Öffnung des Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventils in jedem Betriebsbereich des Motors illustriert.
    • 6 zeigt Diagramme, welche einen Einspritzzeitpunkt, einen Zündzeitpunkt und eine Verbrennungswellenform in jedem Betriebsbereich illustrieren.
    • 7 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Erzeugungsmenge von NOx und von A/F in einer Verbrennung illustriert.
    • 8 zeigt schematische Diagramme, welche eine Regelung bzw. Steuerung einer Mischgasverteilung unter Verwendung eines Wirbelstroms illustrieren.
    • 9A und 9B sind schematische Diagramme, welche eine Änderung in einem Fluss bzw. Strom mit der Zeit der Mischgasverteilung unter Verwendung des Wirbelstroms illustrieren.
    • 10 zeigt Diagramme, welche ein Resultat eines Analysierens eines Einflusses der Intensität des Wirbelstroms auf eine Verbrennungsstabilität illustrieren.
    • 11 ist ein Diagramm, welches eine Prüfstandvorrichtung für ein Messen eines Wirbelverhältnisses illustriert.
    • 12 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Öffnungsverhältnis eines sekundären Durchtritts und dem Wirbelverhältnis illustriert.
    • 13 zeigt Diagramme, welche ein Resultat eines Analysierens eines Einflusses einer Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl auf die Verbrennungsstabilität illustrieren.
    • 14 zeigt Diagramme, welche ein Beispiel einer Analyse illustrieren, welche bei einem Suchen nach einem Einspritzzeitpunkt durchgeführt wird.
    • 15 zeigt Diagramme, welche einen Einspritzzeitpunkt und eine Anzahl von Malen von Kraftstoffeinspritzungen in jedem eines Segments einer niedrigen (hohen) Last, eines Segments einer niedrigen (mittleren) Last und eines Segments einer niedrigen (niedrigen) Last illustrieren.
    • 16A bis 16C sind schematische Diagramme, welche die Mischgasverteilung in jedem Segment des Bereichs niedriger bzw. geringer Last illustrieren.
    • 17 zeigt Diagramme, welche eine Modifikation der Regelung bzw. Steuerung innerhalb des Segments niedriger (niedriger) Last illustrieren.
    • 18 ist ein Flussdiagramm, welches einen Regel- bzw. Steuerprozess des Motors illustriert.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen beschrieben. Es ist festzuhalten, dass die folgende Beschreibung im Wesentlichen nicht mehr als eine Illustration ist und nicht dazu dient, die vorliegende Offenbarung, eine Anwendung davon oder eine Verwendung davon zu beschränken bzw. zu begrenzen.
  • <SPCCI Verbrennung>
  • Die vorliegenden Erfinder betrachteten bzw. berücksichtigten einen Verbrennungsmodus, in welchem eine SI (Funkenzündungs-) Verbrennung und eine CI (Kompressions- bzw. Verdichtungszündungs-) Verbrennung kombiniert werden. Die SI Verbrennung ist eine Verbrennung, welche eine Flammenpropagation bzw. -ausbreitung begleitet, welche durch ein zwangsweises Zünden eines Mischgases im Inneren einer Verbrennungskammer startet. Die CI Verbrennung ist eine Verbrennung, welche startet, indem sich das Mischgas im Inneren der Verbrennungskammer selbst entzündet, indem es verdichtet bzw. komprimiert wird. In dem Verbrennungsmodus, welcher die SI Verbrennung und die CI Verbrennung kombiniert, wird das Mischgas im Inneren der Verbrennungskammer zwangsweise gezündet, um seine Verbrennung durch eine Flammenpropagation bzw. -fortplanzung zu starten, und dann steigen Hitze bzw. Wärme, welche durch die SI Verbrennung generiert bzw. erzeugt wird, und ein Druck an, um dadurch eine Verbrennung von nicht verbranntem Mischgas im Inneren der Verbrennungskammer durch eine Kompressionszündung zu bewirken. Nachfolgend wird dieser Verbrennungsmodus als „SPCCI (durch eine Zündkerze geregelte bzw. gesteuerte Kompressionszündungs-) Verbrennung bezeichnet.
  • In der Verbrennung, welche durch die Kompressionszündung bewirkt wird, ändert sich der Zeitpunkt der Kompressionszündung stark, wenn die Temperatur im Inneren der Verbrennungskammer variiert, bevor die Kompression bzw. Verdichtung startet. In diesem Hinblick kann die Änderung in der Temperatur im Inneren der Verbrennungskammer, bevor die Verdichtung startet, reduziert werden, indem die Wärmeerzeugungsmenge bzw. -größe in der SI Verbrennung eingestellt wird. Beispielsweise wird durch ein Regeln bzw. Steuern des Zündzeitpunkts, um den Startzeitpunkt der SI Verbrennung gemäß der Temperatur im Inneren der Verbrennungskammer einzustellen, bevor die Verdichtung startet, der Zeitpunkt einer Kompressionszündung geregelt bzw. gesteuert. Die SPCCI Verbrennung regelt bzw. steuert die CI Verbrennung mit der SI Verbrennung.
  • Die SI Verbrennung durch eine Flammenpropagation bewirkt einen relativ sanften Druckanstieg verglichen mit der CI Verbrennung, wodurch das Verbrennungsgeräusch reduziert wird. Weiters verkürzt die CI Verbrennung die Verbrennungsperiode verglichen mit der SI Verbrennung, wobei dies vorteilhaft bei einem Verbessern einer Kraftstoffeffizienz ist.
  • <Spezifisches Beispiel eines Motors>
  • 1 zeigt eine gesamte Konfiguration eines Motors, an welchem die Verbrennungslehre dieser SPCCI Verbrennung angewandt wird. Der Motor 1 ist ein Viertakt-Motor, welcher durch eine Verbrennungskammer 17 betrieben wird, welche einen Einlasshub, Kompressions- bzw. Verdichtungshub, Expansionshub und Auslasshub wiederholt. Der Motor 1 ist an einem vierrädrigen Fahrzeug montiert. Das Kraftfahrzeug fährt durch den Betrieb des Motors 1. Kraftstoff des Motors 1 ist Benzin in dieser Ausführungsform. Das Benzin kann Bioethanol etc. enthalten. Der Kraftstoff des Motors 1 kann jede beliebige Art eines Kraftstoffs sein, solange er ein flüssiger Kraftstoff ist, welcher wenigstens Benzin enthält.
  • Der Motor 1 beinhaltet einen Zylinderblock 12 und einen Zylinderkopf 13, welcher auf dem Zylinderblock 12 angeordnet ist. Der Zylinderblock 12 ist darin mit einer Mehrzahl von Zylindern 11 ausgebildet. In 1 und 2 ist nur ein Zylinder 11 illustriert. Der Motor 1 ist ein Mehrzylindermotor.
  • Ein Kolben 3 ist hin und her bewegbar in jedem Zylinder 11 eingesetzt. Der Kolben 3 ist mit einer Kurbelwelle 15 über eine Verbindungsstange 14 gekoppelt. Der Kolben 3 definiert die Verbrennungskammer 17 gemeinsam mit dem Zylinder 11 und dem Zylinderkopf 13. Es ist festzuhalten, dass die Definition einer „Verbrennungskammer“ nicht auf einen Raum beschränkt bzw. begrenzt ist, welcher ausgebildet wird, wenn sich der Kolben 3 an einem oberen Totpunkt eines Kompressions- bzw. Verdichtungshubs (CTDC) befindet, sondern weit bzw. breit sein kann. D.h., „Verbrennungskammer“ kann einen beliebigen Raum bedeuten, welcher durch den Kolben 3, den Zylinder 11 und den Zylinderkopf 13 unabhängig von der Position des Kolbens 3 gebildet wird.
  • Eine obere Oberfläche des Kolbens 3, d.h. eine Bodenoberfläche der Verbrennungskammer 17 ist flach bzw. eben. Der Kolben 3 ist in seiner oberen Oberfläche vertieft bzw. eingedellt, um einen Hohlraum 31 zu bilden. Der Hohlraum 31 ist zu einer Einspritzeinrichtung 6, welche später beschrieben wird, gegenüberliegend angeordnet.
  • Der Hohlraum 31 weist einen konvexen Querschnitt 311 auf. Der konvexe Querschnitt 311 ist geringfügig von einer zentralen bzw. mittigen Achse X1 des Zylinders 11 zu einer Auslassseite versetzt. Der konvexe Querschnitt 311 weist eine im Wesentlichen konische bzw. kegelförmige Form bzw. Gestalt auf. Der konvexe Querschnitt 311 erstreckt sich im Wesentlichen nach oben entlang einer Einspritzachse X2 (einer Achse, welche durch das Zentrum einer Einspritzung der Einspritzeinrichtung 6 verläuft) parallel zu der zentralen Achse X1 des Zylinders 11 von dem Boden des Hohlraums 31. Ein oberes Ende des konvexen Querschnitts 311 ist im Wesentlichen auf derselben Höhe wie dasjenige einer oberen Oberfläche des Hohlraums 31 angeordnet.
  • Eine Umfangsseitenfläche des Hohlraums 31 erstreckt sich von einer Bodenoberfläche des Hohlraums 31 in Richtung zu einer sich öffnenden bzw. Öffnungsoberfläche des Hohlraums 31 geneigt relativ zu der Achse X2. Ein innerer Durchmesser des Hohlraums 31 steigt zunehmend von der Bodenoberfläche des Hohlraums 31 zu der Öffnungsoberfläche des Hohlraums 31 an.
  • Der Hohlraum 31 weist einen eingedellten bzw. vertieften Querschnitt 312 auf, welcher ausgebildet ist, um den konvexen Querschnitt bzw. Abschnitt 311 vollständig zu umgeben. Der eingedellte Querschnitt 312 weist eine symmetrische Form bzw. Gestalt relativ zu der Einspritzachse X2 auf. Eine Umfangsseitenfläche des eingedellten Querschnitts 312 erstreckt sich von der Bodenoberfläche des Hohlraums 31 zu der Öffnungsoberfläche des Hohlraums 31, geneigt relativ zu der Einspritzachse X2 (d.h. stellt die Umfangsseitenfläche des Hohlraums 31 dar). Ein innerer bzw. Innendurchmesser des Hohlraums 31 an dem eingedellten Querschnitt 312 nimmt zunehmend von der Bodenoberfläche des Hohlraums 31 zu der Öffnungsoberfläche des Hohlraums 31 zu.
  • Wie dies in dem unteren Teil von 2 illustriert ist, ist eine untere Oberfläche des Zylinderkopfs 13, d.h. eine Deckenoberfläche der Verbrennungskammer 17, durch eine geneigte Oberfläche 1311 und eine geneigte Oberfläche 1312 ausgebildet. Die geneigte Oberfläche 1311 neigt sich im Wesentlichen aufwärts in Richtung zu der Achse X2 von der Einlassseite. Die geneigte Oberfläche 1312 neigt sich im Wesentlichen aufwärts in Richtung zu der Achse X2 von der Auslassseite. Die Deckenoberfläche der Verbrennungskammer 17 weist eine sogenannte Pultdachform auf.
  • Es ist festzuhalten bzw. anzumerken, dass die Form bzw. Gestalt der Verbrennungskammer 17 nicht auf diejenige beschränkt bzw. begrenzt ist, welche in 2 illustriert ist. Die Formen des Hohlraums 31, der oberen Oberfläche des Kolbens 3, der Deckenoberfläche der Verbrennungskammer 17 etc. sind geeignet änderbar. Beispielsweise kann der eingedellte Querschnitt 312 des Hohlraums 31 weggelassen werden. Weiters kann der Hohlraum 31 eine symmetrische Form bzw. Gestalt relativ zu der zentralen bzw. mittigen Achse X1 des Zylinders 11 aufweisen. Die geneigten Oberflächen 1311 und 1312 können eine symmetrische Form relativ zu der zentralen Achse X1 des Zylinders 11 aufweisen. Wie dies durch eine strichlierte Linie SM von 2 angedeutet ist, kann der Hohlraum 31 derart ausgebildet sein, dass die Einlassseite kleiner als die Auslassseite ist. Auf diese Weise ist das Mischgas leicht zu einem Bereich um eine Zündkerze 25 transportierbar.
  • Das geometrische Verdichtungs- bzw. Kompressionsverhältnis des Motors 1 ist eingestellt bzw. festgelegt, um zwischen etwa 13:1 und etwa 20:1, vorzugsweise etwa 14:1 oder darüber zu liegen. Wie dies später beschrieben wird, führt innerhalb von einigen von Betriebsbereichen des Motors 1 der Motor 1 einen SPCCI Verbrennungsvorgang bzw. -betrieb durch, in welchem eine SI Verbrennung und eine CI Verbrennung kombiniert sind bzw. werden. In dem SPCCI Verbrennungsvorgang wird eine CI Verbrennung durchgeführt, indem Wärme bzw. Hitze, welche durch die SI Verbrennung erzeugt bzw. generiert wird, und ein Druckanstieg verwendet werden, welcher durch eine Flammenpropagation bewirkt wird. In diesem Motor 1 ist es nicht notwendig, die Temperatur der Verbrennungskammer 17 signifikant anzuheben, wenn der Kolben 3 CTDC erreicht, damit sich das Mischgas selbst entzündet (d.h. Kompressions- bzw. Verdichtungsendtemperatur). D.h., obwohl der Motor 1 die CI Verbrennung durchführt, ist sein geometrisches Verdichtungsverhältnis relativ klein eingestellt bzw. festgelegt. Ein Absenken des geometrischen Verdichtungsverhältnisses ist vorteilhaft bei einem Reduzieren eines Kühlverlusts und eines mechanischen Verlusts. Beispielsweise kann das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors 1 auf etwa 14:1 bis etwa 17:1 in regulären Spezifikationen (die Oktanzahl des Kraftstoffs beträgt etwa 91) und auf etwa 15:1 bis etwa 18:1 in Hoch-Oktan-Spezifikationen (die Oktanzahl des Kraftstoffs ist bzw. beträgt etwa 96) eingestellt bzw. festgelegt werden.
  • Der Zylinderkopf 13 ist mit einer Einlassöffnung bzw. einem Einlassport 18 für jeden Zylinder 11 ausgebildet. Wie dies in 3 illustriert ist, beinhaltet die Einlassöffnung 18 zwei Einlassöffnungen bzw. -ports einer ersten Einlassöffnung 181 und einer zweiten Einlassöffnung 182. Die erste Einlassöffnung 181 und die zweite Einlassöffnung 182 sind in axialen Richtungen der Kurbelwelle 15, d.h. Vorwärts- und Rückwärts-Richtungen des Motors 1 angeordnet. Die Einlassöffnung 18 kommuniziert bzw. steht in Verbindung mit der Verbrennungskammer 17. Obwohl dies nicht im Detail illustriert ist, ist die Einlassöffnung 18 eine sogenannte Taumelöffnung. D.h., die Einlassöffnung 18 weist eine derartige Form bzw. Gestalt auf, dass ein Taumelstrom in der Verbrennungskammer 17 gebildet wird.
  • Ein Einlassventil 21 ist in der Einlassöffnung 18 angeordnet. Das Einlassventil 21 öffnet und schließt die Einlassöffnung 18 zu der und von der Verbrennungskammer 17. Das Einlassventil 21 ist bzw. wird durch einen Ventilbetätigungsmechanismus zu einem gegebenen Zeitpunkt geöffnet und geschlossen. Dieser Ventilbetätigungsmechanismus kann ein variabler Ventilmechanismus sein, welcher einen Ventilzeitpunkt und/oder einen Ventilhub variabel macht. In diesem Konfigurationsbeispiel, wie dies in 4 illustriert ist, weist der variable Ventilmechanismus eine elektrisch betätigte Einlass S-VT (sequentielle Ventilzeitgebung bzw. -steuerung) 23 auf. Die elektrisch betätigte Einlass S-VT 23 ist kontinuierlich variabel mit einer Rotationsphase einer Einlass-Nockenwelle innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs. Somit ändern sich die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Einlassventils 21 kontinuierlich. Es ist festzuhalten, dass der Betätigungsmechanismus des Einlassventils 21 eine hydraulisch betätigte S-VT anstelle der elektrisch betätigten bzw. betriebenen S-VT aufweisen kann.
  • Der Zylinderkopf 13 ist auch mit einer Auslassöffnung bzw. einem Auslassport 19 für jeden Zylinder 11 ausgebildet. Wie dies in 3 illustriert ist, beinhaltet auch die Auslassöffnung 19 zwei Auslassöffnungen einer ersten Auslassöffnung 191 und einer zweiten Auslassöffnung 192. Die erste Auslassöffnung 191 und die zweite Auslassöffnung 192 sind in den Vorwärts- und Rückwärts-Richtungen des Motors 1 angeordnet. Die Auslassöffnung 19 kommuniziert bzw. steht in Verbindung mit der Verbrennungskammer 17. Ein Auslassventil 22 ist in der Auslassöffnung 19 angeordnet. Das Auslassventil 22 öffnet und schließt die Auslassöffnung 19 zu der und von der Verbrennungskammer 17. Das Auslassventil 22 wird durch einen Ventilbetätigungsmechanismus zu einem gegebenen Zeitpunkt geöffnet und geschlossen. Dieser Ventilbetätigungsmechanismus kann ein variabler Ventilmechanismus sein, welcher einen Ventilzeitpunkt bzw. eine Ventilzeitsteuerung und/oder einen Ventilhub variabel macht. In diesem Konfigurationsbeispiel, wie dies in 4 illustriert ist, weist der variable Ventilmechanismus eine elektrisch betätigte Auslass S-VT 24 auf. Die elektrisch betätigte Auslass S-VT 24 ist kontinuierlich variabel abhängig von bzw. mit einer Rotationsphase einer Auslass-Nockenwelle innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs. Somit ändern sich die Öffnungs- und Schließzeitpunkte des Auslassventils 22 kontinuierlich. Es ist festzuhalten, dass der Betätigungsmechanismus des Auslassventils 22 eine hydraulisch betätigte S-VT anstelle der elektrisch betätigten bzw. betriebenen S-VT aufweisen kann.
  • Der Motor 1 stellt die Länge einer Überlappungsperiode eines Öffnungszeitpunkts bzw. einer Öffnungszeitgebung des Einlassventils 21 und eines Schließzeitpunkts bzw. einer Schließzeitgebung des Auslassventils 22 durch die elektrisch betätigte Einlass S-VT 23 und die elektrisch betätigte Auslass S-VT 24 ein. Somit wird heißes verbranntes Gas innerhalb der Verbrennungskammer 17 eingeschlossen. D.h., internes EGR (Abgasrezirkulations- bzw. -rückführungs-) Gas wird in die Verbrennungskammer 17 eingebracht. Weiters wird durch ein Einstellen der Länge der Überlappungsperiode restliches bzw. Restgas in der Verbrennungskammer 17 gespült.
  • Die Einspritzeinrichtung 6 ist bzw. wird an dem Zylinderkopf 13 für jeden Zylinder 11 festgelegt. Die Einspritzeinrichtung 6 spritzt den Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 17 ein. Die Einspritzeinrichtung 6 ist in einem Talabschnitt des Pultdachs angeordnet, wo die geneigte Oberfläche 1311 auf der Einlassseite und die geneigte Oberfläche 1312 auf der Auslassseite einander schneiden bzw. kreuzen, um in die Verbrennungskammer 17 gerichtet zu sein. Wie dies in 2 illustriert ist, ist die Einspritzeinrichtung 6 derart angeordnet, dass ihre Einspritzachse X2 im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse X1 des Zylinders angeordnet ist. Die Einspritzachse X2 der Einspritzeinrichtung 6 fällt im Wesentlichen mit der Position des konvexen Abschnitts 311 des Hohlraums 31 zusammen. Die Einspritzeinrichtung 6 ist in Richtung zu dem Hohlraum 31 orientiert bzw. gerichtet. Es ist festzuhalten, dass die Einspritzachse X2 der Einspritzeinrichtung 6 mit der zentralen Achse X1 des Zylinders 11 zusammenfallen kann. Auch in diesem Fall ist es wünschenswert, dass die Einspritzachse X2 der Einspritzeinrichtung 6 mit der Position des konvexen Abschnitts 311 des Hohlraums 31 zusammenfällt.
  • Obwohl dies nicht im Detail illustriert ist, ist die Einspritzeinrichtung 6 durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit mehreren Öffnungen konstruiert, welches eine Mehrzahl von Düsenöffnungen bzw. -ports aufweist. Wie dies durch eine mit zwei Punkten strichlierte Linie in 2 illustriert ist, spritzt die Einspritzeinrichtung 6 den Kraftstoff derart ein, dass er sich radial schräg abwärts von dem radialen Zentrum eines Deckenabschnitts der Verbrennungskammer 17 ausbreitet. Ein Einspritzwinkel θ jeder Düsenöffnung relativ zu der Einspritzachse X2 der Einspritzeinrichtung 6 ist bzw. liegt innerhalb von etwa 30 bis etwa 60 Grad, vorzugsweise etwa 45 Grad. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Einspritzeinrichtung 6 zehn Düsenöffnungen auf, und die Düsenöffnungen sind in einem gleichmäßigen Winkelintervall in der Umfangsrichtung angeordnet. Es ist festzuhalten, dass die Anzahl von Düsenöffnungen nicht auf zehn beschränkt bzw. begrenzt ist. Beispielsweise ist diese Anzahl geeignet zwischen etwa 8 und etwa 16 festlegbar.
  • Die Achsen (zentralen Linien L5 und L6) der Düsenöffnungen überlappen nicht in Umfangsrichtung mit der Zündkerze 25, welche später beschrieben wird. D.h., die Zündkerze 25 ist sandwichartig zwischen den Achsen L5 und L6 von zwei benachbarten Düsenöffnungen eingeschlossen. Somit wird der Kraftstoffstrahl bzw. -nebel, welcher von der Einspritzeinrichtung 6 eingespritzt wird, daran gehindert, direkt auf die Zündkerze 25 zu treffen und eine Elektrode zu benetzen bzw. zu befeuchten.
  • Ein Kraftstoffzufuhrsystem 61 ist mit der Einspritzeinrichtung 6 verbunden. Das Kraftstoffzufuhrsystem 61 beinhaltet einen Kraftstofftank bzw. -behälter 63, welcher konfiguriert ist, um den Kraftstoff zu speichern, und einen Kraftstoffzufuhrweg bzw. -pfad 62, welcher den Kraftstofftank 63 mit der Einspritzeinrichtung 6 verbindet. Eine Kraftstoffpumpe 65 und eine Common Rail bzw. gemeinsame Kraftstoffleitung 64 sind in dem Kraftstoffzufuhrweg 62 vorgesehen. Die Kraftstoffpumpe 65 pumpt den Kraftstoff zu der Common Rail 64. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kraftstoffpumpe 65 eine Plungerpumpe, welche durch die Kurbelwelle 15 angetrieben wird. Die Common Rail 64 speichert den Kraftstoff, welcher von der Kraftstoffpumpe 65 gepumpt wird, bei einem hohen Kraftstoffdruck. Wenn die Einspritzeinrichtung 6 öffnet, wird der Kraftstoff, welcher in der gemeinsamen Druckleitung bzw. Common Rail 64 gespeichert ist, in die Verbrennungskammer 17 von den Düsenöffnungen der Einspritzeinrichtung 6 eingespritzt. Das Kraftstoffzufuhr- bzw. -liefersystem 61 ist fähig, den Kraftstoff bei einem hohen Druck von etwa 30 MPa oder höher zu der Einspritzeinrichtung 6 zuzuführen. Ein höchster Kraftstoffdruck des Kraftstoffzufuhrsystems 61 kann beispielsweise etwa 200 MPa sein bzw. betragen. Der Druck des Kraftstoffs, welcher zu der Einspritzeinrichtung 6 zugeführt wird, kann gemäß einem Betriebszustand des Motors 1 geändert werden. Es ist festzuhalten, dass die Struktur des Kraftstoffzufuhrsystems 61 nicht auf die obige Struktur beschränkt bzw. begrenzt ist.
  • Die Zündkerze 25 ist bzw. wird an dem Zylinderkopf 13 für jeden Zylinder 11 festgelegt. Die Zündkerze 25 zündet zwangsweise das Mischgas in der Verbrennungskammer 17. In diesem Konfigurations- bzw. Ausführungsbeispiel ist, wie dies in 2 illustriert ist, die Zündkerze 25 an einer Einlassseite des Zylinders 11 relativ zu der zentralen Achse X1 des Zylinders 11 angeordnet. Die Zündkerze 25 ist benachbart zu der bzw. anschließend an die Einspritzeinrichtung 6 angeordnet. Die Zündkerze 25 ist zwischen den zwei Einlassöffnungen 18 angeordnet. Die Zündkerze 25 ist an dem Zylinderkopf 13 festgelegt, um sich im Wesentlichen nach unten, in Richtung zu dem Zentrum der Verbrennungskammer 17 in einer geneigten Stellung bzw. Lage relativ zu Aufwärts-Abwärts-Richtungen des Zylinderkopfs 13 zu erstrecken. Die Elektrode der Zündkerze 25 ist nahe der Deckenoberfläche der Verbrennungskammer 17 angeordnet, um in Richtung zum Inneren der Verbrennungskammer 17 orientiert zu sein.
  • Ein Einlassdurchtritt 40 ist mit einer Seite des Motors 1 verbunden. Der Einlassdurchtritt 40 steht in Verbindung mit den Einlassöffnungen 18 der Zylinder 11. Der Einlassdurchtritt 40 ist ein Durchtritt, durch welchen Gas, welches in die Verbrennungskammer 17 einzubringen ist, fließt bzw. strömt. Eine Luftreinigungseinrichtung 41, welche Frischluft filtert, ist in einem stromaufwärtigen Endteil des Einlassdurchtritts 40 angeordnet. Ein Druckausgleichsbehälter 42 ist nahe einem stromabwärtigen Ende des Einlassdurchtritts 40 angeordnet. Ein Teil des Einlassdurchtritts 40 stromabwärts von dem Druckausgleichsbehälter 42 bildet unabhängige Durchtritte, welche für die jeweiligen Zylinder 11 verzweigen bzw. abzweigen. Stromabwärtige Enden der unabhängigen Durchtritte kommunizieren bzw. stehen in Verbindung jeweils mit den Einlassöffnungen bzw. -ports 18 der Zylinder 11.
  • Ein Drosselventil 43 (ein Beispiel eines Regel- bzw. Steuerventils für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ist in dem Einlassdurchtritt 40 zwischen der Luftreinigungseinrichtung 41 und dem Druckausgleichsbehälter 42 angeordnet. Das Drosselventil 43 stellt eine Eintrag- bzw. Einbringmenge von Frischluft in die Verbrennungskammer 17 durch ein Einstellen einer Öffnung davon ein.
  • Ein Booster bzw. Verdichter 44 ist in dem Einlassdurchtritt 40 stromabwärts von dem Drosselventil 43 angeordnet. Der Booster 44 verdichtet das Gas, welches in die Verbrennungskammer 17 einzubringen ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Booster 44 ein Superlader bzw. Vorverdichter, welcher durch den Motor 1 angetrieben wird. Der Booster 44 kann beispielsweise von einem Roots-Typ sein. Der Booster 44 kann jede beliebige Struktur beispielsweise eines Lisholm-Typs, eines Schaufel-Typs oder eines Zentrifugal-Typs aufweisen.
  • Eine elektromagnetische Kupplung 45 ist zwischen dem Booster 44 und dem Motor 1 zwischengeschaltet. Die elektromagnetische Kupplung 45 regelt bzw. steuert beispielsweise den Fluss einer Antriebskraft zwischen dem Booster 44 und dem Motor 1, sie überträgt die Antriebskraft von dem Motor 1 an den Booster bzw. Verdichter 44 oder unterbricht die Übertragung der Antriebskraft dazwischen. Wie dies später beschrieben wird, wird durch eine ECU (Motor-Regel- bzw. -Steuereinheit) 10, welche die Verbindung/Trennung der elektromagnetischen Kupplung 45 schaltet bzw. umschaltet, das Ein/Aus des Boosters 44 umgeschaltet. In diesem Motor 1 ist zwischen einem Verdichten des Gases, welches in die Verbrennungskammer 17 einzubringen ist, durch den Booster 44 und einem Nicht-Verdichten desselben durch den Booster 44 umschaltbar.
  • Ein Zwischenkühler 46 ist in dem Einlassdurchtritt 40 stromabwärts von dem Booster 44 angeordnet. Der Zwischenkühler 46 kühlt das Gas, welches in dem Booster 44 komprimiert bzw. verdichtet wird. Der Zwischenkühler 46 kann beispielsweise von einem Wasserkühltyp sein.
  • Ein Bypassdurchtritt 47 ist mit dem Einlassdurchtritt 40 verbunden. Der Bypassdurchtritt 47 verbindet ein Teil des Einlassdurchtritts 40 stromaufwärts von dem Booster 44 mit einem Teil des Einlassdurchtritts 40 stromabwärts von dem Zwischenkühler 46, um den Booster 44 und den Zwischenkühler 46 zu umgehen. Ein Luft-Bypassventil 48 ist in dem Bypassdurchtritt 47 angeordnet. Das Luft-Bypassventil 48 stellt eine Fluss- bzw. Strömungsrate des Gases ein, welches durch den Bypassdurchtritt 47 fließt bzw. strömt.
  • Wenn der Booster 44 ausgeschaltet ist (d.h., wenn die elektromagnetische Kupplung 45 getrennt ist), ist das Luft-Bypassventil 48 im Wesentlichen vollständig geöffnet. Somit umgeht das Gas, welches durch den Einlassdurchtritt 40 strömt, den Booster 44 und wird in die Verbrennungskammer 17 des-Motors 1 eingebracht. Der Motor 1 arbeitet in einem nicht-aufgeladenen Zustand, d.h. in einem natürlich angesaugten Zustand.
  • Wenn der Booster bzw. Lader 44 eingeschaltet wird (d.h., wenn die elektromagnetische Kupplung 45 verbunden bzw. eingekuppelt ist), fließt das Gas, welches durch den Booster 44 hindurchtritt, teilweise zurück stromaufwärts von dem Booster 44 durch den Bypassdurchtritt 47. Durch ein Regeln bzw. Steuern einer Öffnung des Luft-Bypassventils 48 wird die Rückstrommenge eingestellt bzw. festgelegt, welche zu einem Einstellen eines Ladedrucks des Gases führt, welches in die Verbrennungskammer 17 eingebracht wird. In diesem Ausführungsbeispiel besteht ein Boosting- bzw. Ladesystem 49 aus dem Booster bzw. Verdichter 44, dem Bypassdurchtritt 47 und dem Luft-Bypassventil 48.
  • Der Motor 1 weist ein einen Wirbel erzeugendes bzw. generierendes Teil auf, welches einen Wirbelstrom in der Verbrennungskammer 17 erzeugt. Wie dies in 3 illustriert ist, ist das den Wirbel erzeugende Teil ein Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil (SCV) 56, welches an dem Einlassdurchtritt 40 festgelegt ist. Das SCV 56 ist in einem Durchtritt angeordnet. Der Durchtritt ist einer eines primären Durchtritts 401 und eines sekundären Durchtritts 402, welche jeweils mit der ersten Einlassöffnung 181 und der zweiten Einlassöffnung 182 kommunizieren bzw. in Verbindung stehen. Das SCV 56 ist ein eine Öffnung regulierendes Ventil, welches fähig ist, eine Öffnung eines Querschnitts des sekundären Durchtritts einzustellen. Wenn die Öffnung des SCV 56 klein ist, steigt die Strömungsrate der Einlassluft in die Verbrennungskammer 17 von der ersten Einlassöffnung 181 relativ an, während die Strömungsrate der Einlassluft in die Verbrennungskammer 17 von der zweiten Einlassöffnung 182 relativ reduziert ist bzw. wird. Derart wird der Wirbelstrom in der Verbrennungskammer 17 stark. Wenn die Öffnung des SCV 56 groß ist, werden die Strömungsraten der Einlassluft in die Verbrennungskammer 17 von der ersten Einlassöffnung 181 und der zweiten Einlassöffnung 182 im Wesentlichen gleich, und derart wird der Wirbelstrom in der Verbrennungskammer 17 schwach. Wenn das SCV 56 im Wesentlichen vollständig geöffnet ist, tritt ein Wirbelstrom nicht auf. Es ist festzuhalten, dass der Wirbelstrom in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn in 3 zirkuliert, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist (siehe auch die weißen Pfeile mit Außenkontur in 2).
  • Es ist festzuhalten, dass alternativ/zusätzlich zu einem Festlegen des SCV 56 an dem Einlassdurchtritt 40 das den Wirbel erzeugende Teil eine Struktur annehmen kann, in welcher die offenen Perioden der zwei Einlassventile 21 derart variiert bzw. abgeändert werden, um die Einlassluft in die Verbrennungskammer 17 nur von einem der Einlassventile 21 einzubringen. Durch ein Öffnen nur eines der zwei Einlassventile 21 wird die Einlassluft ungleichmäßig in die Verbrennungskammer 17 eingebracht, und derart wird der Wirbelstrom in der Verbrennungskammer 17 erzeugt. Alternativ können die Formen der Einlassöffnungen 18 so konstruiert bzw. entwickelt sein, dass das den Wirbel erzeugende Teil den Wirbelstrom in der Verbrennungskammer 17 erzeugt.
  • Da die Einlassöffnung 18 dieses Motors 1 eine Taumelöffnung ist, wird ein geneigter Wirbelstrom, welcher eine Taumelkomponente und eine Wirbelkomponente aufweist, in der Verbrennungskammer 17 ausgebildet. Ein Neigungswinkel des geneigten Wirbelstroms ist bzw. beträgt allgemein etwa 45 Grad relativ zu einer orthogonalen Ebene auf die zentrale Achse X1 des Zylinders 11, wobei sie jedoch geneigt beispielsweise zwischen etwa 30 und etwa 60 Grad gemäß den Spezifikationen des Motors 1 festgelegt wird.
  • Ein Auslassdurchtritt 50 ist mit einer Seite des Motors 1 gegenüberliegend zu dem Einlassdurchtritt 40 verbunden. Der Auslassdurchtritt 50 kommuniziert bzw. steht in Verbindung mit den Auslassöffnungen 19 des Zylinders 11. Der Auslassdurchtritt 50 ist ein Durchtritt, durch welchen das Abgas, welches aus der Verbrennungskammer 17 ausgebracht bzw. ausgetragen wird, fließt bzw. strömt. Obwohl dies nicht im Detail illustriert ist, stellt ein stromaufwärtiges Teil des Auslassdurchtritts 50 unabhängige Durchtritte dar bzw. bildet diese aus, welche zu den jeweiligen Zylindern 11 verzweigt bzw. abgezweigt sind. Stromaufwärtige Enden der unabhängigen Durchtritte sind jeweils mit den Auslassöffnungen 19 der Zylinder 11 verbunden.
  • Ein Abgasreinigungssystem, welches eine Mehrzahl von katalytischen Wandlern bzw. Konvertern aufweist, ist in dem Auslassdurchtritt 50 angeordnet. Obwohl dies nicht illustriert ist, ist der katalytische Wandler auf der stromaufwärtigen Seite in einem Motorraum angeordnet und weist einen Dreiweg-Katalysator 511 und ein GPF (Benzinpartikelfilter) 512 auf. Der katalytische Konverter auf der stromabwärtigen Seite ist außerhalb des Motorraums angeordnet und weist einen Dreiweg-Katalysator 513 auf. Es ist festzuhalten, dass das Abgasreinigungssystem nicht darauf beschränkt bzw. begrenzt ist, die illustrierte Struktur aufzuweisen.
  • Ein EGR Durchtritt 52, welcher ein externes EGR System darstellt bzw. ausbildet, ist zwischen dem Einlassdurchtritt 40 und dem Auslassdurchtritt 50 angeschlossen. Der EGR Durchtritt 52 ist ein Durchtritt für ein Rezirkulieren bzw. Rückführen eines Anteils des verbrannten Gases zu dem Einlassdurchtritt 40. Ein stromaufwärtiges Ende des EGR Durchtritts 52 ist mit dem Auslassdurchtritt 50 zwischen dem stromaufwärtigen katalytischen Wandler und dem stromabwärtigen katalytischen Wandler angeschlossen bzw. verbunden. Ein stromabwärtiges Ende des EGR Durchtritts 52 ist mit dem Einlassdurchtritt 40 stromaufwärts von dem Booster 44 verbunden.
  • Ein EGR Kühler 53 vom Wasserkühltyp ist in dem EGR Durchtritt 52 angeordnet. Der EGR Kühler 53 kühlt das verbrannte Gas. Ein EGR Ventil 54 (ein anderes Beispiel eines Regel- bzw. Steuerventils für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ist auch in dem EGR Durchtritt 52 angeordnet. Das EGR Ventil 54 stellt die Fluss- bzw. Strömungsrate des verbrannten Gases in dem EGR Durchtritt 52 ein. Durch ein Einstellen einer Öffnung des EGR Ventils 54 wird die Rezirkulations- bzw. Rückführmenge des gekühlten verbrannten Gases (d.h. externen EGR Gases) eingestellt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet ein EGR System 55 das externe EGR System, welches den EGR Durchtritt 52 und das EGR Ventil 54 beinhaltet, und ein internes EGR System, welches die elektrisch betriebene Einlass S-VT 23 und die elektrisch betriebene Auslass S-VT 24 beinhaltet, welche oben beschrieben sind.
  • Ein Regel- bzw. Steuersystem 100 beinhaltet die ECU 10, welche konfiguriert ist, um den Motor 1 zu betreiben. Wie dies in 4 illustriert ist, ist die ECU 10 eine Regel- bzw. Steuereinheit basierend auf einem gut bekannten Mikrocomputer und beinhaltet einen Prozessor (z.B. eine zentrale Be- bzw. Verarbeitungseinheit CPU) 101, welcher konfiguriert ist, um (ein) Programm(e) auszuführen, einen Speicher 102, bestehend aus (einem) RAM(s) (Direktzugriffsspeicher) und (einem) ROM(s) (Nur-Lesespeicher) und konfiguriert, um das (die) Programm(e) und Daten zu speichern, einen Eingabe/Ausgabe-Bus 103, welcher konfiguriert ist, um elektrische Signale einzugeben und auszugeben, ein ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis regelndes bzw. steuerndes Modul 104, ein eine Zündkerze regelndes bzw. steuerndes Modul 105, ein ein Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil regelndes bzw. steuerndes Modul 106 und ein ein Kraftstoffeinspritzventil regelndes bzw. steuerndes Modul 107. Der Prozessor 101 ist konfiguriert, um diese Module auszuführen, oder umfasst diese, welche in dem Speicher 102 als Software gespeichert sind, um ihre jeweiligen Funktionen durchzuführen. Die ECU 10 ist ein Beispiel einer „Regel- bzw. Steuereinheit“.
  • Wie dies in 1 und 4 illustriert ist, sind verschiedene Sensoren SW1 bis SW16 mit der ECU 10 verbunden. Die Sensoren SW1 bis SW16 geben Detektionssignale an die ECU 10 aus. Die Sensoren beinhalten die folgenden Sensoren.
  • D.h., die Sensoren beinhalten einen Luftstromsensor SW1, welcher in dem Einlassdurchtritt 40 stromabwärts von der Luftreinigungseinrichtung 41 angeordnet und konfiguriert ist, um die Strömungsrate von Frischluft in dem Einlassdurchtritt 40 zu detektieren, einen ersten Einlassluft-Temperatursensor SW2, welcher auch in dem Einlassdurchtritt 40 stromabwärts von der Luftreinigungseinrichtung 41 angeordnet und konfiguriert ist, um eine Temperatur der Frischluft zu detektieren, einen ersten Drucksensor SW3, welcher in dem Einlassdurchtritt 40 stromabwärts von der verbindenden Position mit dem EGR Durchtritt 52 und stromaufwärts von dem Booster bzw. Verdichter 44 angeordnet und konfiguriert ist, um einen Druck des Gases zu detektieren, welches in den Booster 44 strömt, einen zweiten Einlassluft-Temperatursensor SW4, welcher in dem Einlassdurchtritt 40 stromabwärts von dem Booster 44 und stromaufwärts von der Verbindungs- bzw. Anschlussposition des Bypassdurchtritts 47 angeordnet und konfiguriert ist, um eine Temperatur des Gases zu detektieren, welches aus dem Booster 44 strömt, einen zweiten Drucksensor SW5, welcher an dem Druckausgleichsbehälter 42 festgelegt ist und konfiguriert ist, um einen Druck des Gases an einer Position stromabwärts von dem Booster 44 zu detektieren, Drucksensoren SW6, welche an dem Zylinderkopf 13 entsprechend den Zylindern 11 festgelegt und konfiguriert sind, um jeweils einen Druck in den Verbrennungskammern 17 zu detektieren, einen Auslass- bzw. Abgastemperatursensor SW7, welcher in dem Auslassdurchtritt 50 angeordnet und konfiguriert ist, um eine Temperatur des Abgases zu detektieren, welches aus der Verbrennungskammer 17 ausgebracht wird, einen linearen O2 Sensor SW8, welcher in dem Auslassdurchtritt 50 stromaufwärts von dem stromaufwärtigen katalytischen Wandler angeordnet und konfiguriert ist, um eine Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgases zu detektieren, einen Lambda O2 Sensor SW9, welcher in dem stromaufwärtigen katalytischen Wandler stromabwärts von dem Dreiweg-Katalysator 511 angeordnet und konfiguriert ist, um die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgases zu detektieren, einen Wassertemperatursensor SW10, welcher an dem Motor 1 festgelegt und konfiguriert ist, um eine Temperatur des Kühlwassers zu detektieren, einen Kurbelwinkelsensor SW11, welcher an dem Motor 1 festgelegt und konfiguriert ist, um einen Rotationswinkel der Kurbelwelle 15 zu detektieren, einen Beschleunigungseinrichtungs- bzw. Gaspedal-Öffnungssensor SW12, welcher an einem Gaspedalmechanismus festgelegt und konfiguriert ist, um eine Gaspedalöffnung entsprechend einem Betätigungsausmaß eines Beschleunigungseinrichtungs- bzw. Gaspedals zu detektieren, einen Einlassnockenwinkelsensor SW13, welcher an dem Motor 1 festgelegt und konfiguriert ist, um einen Rotationswinkel der Einlassnockenwelle zu detektieren, einen Auslassnockenwinkelsensor SW14, welcher an dem Motor 1 festgelegt und konfiguriert ist, um einen Rotationswinkel der Auslassnockenwelle zu detektieren, einen EGR Druckdifferenzsensor SW15, welcher in dem EGR Durchtritt 52 angeordnet und konfiguriert ist, um eine Differenz in einem Druck zwischen Positionen stromaufwärts und stromabwärts von dem EGR Ventil 54 zu detektieren, und einen Kraftstoffdrucksensor SW16, welcher an der Common Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung 64 des Kraftstoffzufuhrsystems 61 festgelegt und konfiguriert ist, um einen Druck des Kraftstoffs zu detektieren, welcher zu der Einspritzeinrichtung 6 zuzuführen bzw. zu liefern ist.
  • Basierend auf diesen Detektionssignalen bestimmt die ECU 10 den Betriebszustand des Motors 1 und berechnet Regel- bzw. Steuergrößen der verschiedenen Vorrichtungen. Die ECU 10 gibt Regel- bzw. Steuersignale, welche sich auf die berechneten Regel- bzw. Steuergrößen beziehen, an die Einspritzeinrichtung 6, die Zündkerze 25, die elektrisch betätigte Einlass S-VT 23, die elektrisch betätigte Auslass S-VT 24, das Kraftstoffzufuhrsystem 61, das Drosselventil 43, das EGR Ventil 54, die elektromagnetische Kupplung 45 des Boosters 44, das Luft-Bypassventil 48 und das SCV 56 aus. Beispielsweise stellt die ECU 10 den verdichtenden bzw. Verdichterdruck durch ein Regeln bzw. Steuern einer Öffnung des Luft-Bypassventils 48 basierend auf einer Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Boosters bzw. Laders 44 ein, welche aus den Detektionssignalen des ersten Drucksensors SW3 und des zweiten Drucksensors SW5 erhalten wird. Darüber hinaus stellt die ECU 10 eine externe EGR Gasmenge, welche in die Verbrennungskammer 17 eingebracht wird, durch ein Regeln bzw. Steuern der Öffnung des EGR Ventils 54 basierend auf einer Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Position des EGR Ventils 54 ein, welche aus dem Detektionssignal des EGR Druckdifferenzsensors SW15 erhalten wird. Details der Regelung bzw. Steuerung des Motors 1 durch die ECU 10 werden später beschrieben.
  • (Betriebsbereich des Motors)
  • 5A illustriert Betriebsbereiche des Motors 1. Die Betriebsbereiche des Motors 1 sind in fünf Bereiche im Hinblick auf die Motorlast und die Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl unterteilt. Beispielsweise beinhalten die fünf Bereiche: einen Bereich (1)-1 niedriger bzw. geringer Last, welcher einen Leerlaufbetrieb beinhaltet und sich in Bereichen niedriger und mittlerer Motorgeschwindigkeit erstreckt; einen Bereich (1)-2 mittlerer Last, in welchem die Motorlast höher als in dem Bereich niedriger Last ist und welcher sich in den Bereichen niedriger und mittlerer Motorgeschwindigkeit erstreckt; einen Bereich (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit, in welchem die Motorlast höher als in dem Bereich (1)-2 mittlerer Last ist und welcher in einem Bereich hoher Last angeordnet ist, welcher eine volle Motorlast beinhaltet; einen Bereich (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit, welcher in dem Bereich hoher Last angeordnet ist und in welchem die Motorgeschwindigkeit niedriger als in dem Bereich (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit ist; und einen Bereich (4) hoher Geschwindigkeit, in welchem die Motorgeschwindigkeit höher als in dem Bereich (1)-1 niedriger Last, dem Bereich (1)-2 mittlerer Last, dem Bereich (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit und dem Bereich (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit ist.
  • Hier können der Bereich niedriger Geschwindigkeit, der Bereich mittlerer Geschwindigkeit und der Bereich hoher Geschwindigkeit definiert sein bzw. werden, indem im Wesentlichen gleichmäßig in der Richtung der Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl der gesamte Betriebsbereich des Motors 1 in drei Bereiche des Bereichs niedriger Geschwindigkeit, des Bereichs mittlerer Geschwindigkeit und des Bereichs hoher Geschwindigkeit unterteilt wird. In dem Beispiel von 5A ist bzw. wird die Motorgeschwindigkeit niedriger als eine Geschwindigkeit bzw. Drehzahl N1 als niedrig bzw. gering definiert, ist die Motorgeschwindigkeit höher als eine Geschwindigkeit N2 als hoch definiert und ist die Geschwindigkeit zwischen den Motorgeschwindigkeiten N1 und N2 als mittel definiert. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl N1 etwa 1.200 U/min sein und es kann die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl N2 etwa 4.000 U/min sein. Der Bereich (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit kann ein Bereich sein, wo ein Verbrennungsdruck etwa 900 kPa übersteigt. Es ist festzuhalten bzw. anzumerken, dass die mit zwei Punkten strichlierte Linie in 5A die Fahrwiderstands-Linie (Road Load Line) des Motors 1 anzeigt.
  • 5B ist ein Diagramm, welches eine Öffnungsregelung bzw. -steuerung an dem SCV 56 in jedem Betriebsbereich des Motors 1 illustriert, welcher in 5A illustriert ist. Beispielsweise wird innerhalb des Bereichs (1)-1 niedriger Last, des Bereichs (1)-2 mittlerer Last und des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit die Öffnung des SCV 56 geregelt bzw. gesteuert, um im Wesentlichen vollständig geschlossen zu sein, um ein Wirbelverhältnis zu erhöhen. Innerhalb des Bereichs (3) niedriger Geschwindigkeit wird die Öffnung des SCV 56 geregelt bzw. gesteuert, um etwa eine Hälfte offen zu sein, um das Wirbelverhältnis abzusenken. Innerhalb des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit wird die Öffnung des SCV 56 geregelt bzw. gesteuert, um im Wesentlichen vollständig offen zu sein, so dass der Wirbelstrom nicht gebildet wird.
  • Hauptsächlich für ein Verbessern einer Kraftstoffeffizienz und einer Abgasleistung führt der Motor 1 eine Verbrennung durch eine Kompressions-Selbstzündung innerhalb des Bereichs (1)-1 niedriger Last, des Bereichs (1) -2 mittlerer Last und des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit durch. Weiters führt der Motor 1 eine Verbrennung durch eine Funkenzündung innerhalb der anderen Bereiche, spezifisch dem Bereich (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit und dem Bereich (4) hoher Geschwindigkeit durch. Nachfolgend wird der Betrieb des Motors 1 innerhalb jedes des Bereichs (1)-1 niedriger Last, des Bereichs (1) -2 mittlerer Last, des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit, des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit und des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit im Detail unter Bezugnahme auf den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt beschrieben, welche in 6 illustriert sind.
  • (Bereich (1)-1 niedriger Last)
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1)-1 niedriger Last arbeitet, ist die Kraftstoffeinspritzmenge klein und es ist die Innentemperatur der Verbrennungskammer 17 auch niedrig bzw. gering. Daher kann die CI Verbrennung, welche durch eine Selbstzündung bei bzw. nach einem Erreichen eines gegebenen Drucks und einer gegebenen Temperatur ausgelöst wird, nicht stabil durchgeführt werden. Da die Kraftstoffmenge klein ist, ist es schwierig, dass die Funkenzündung ausgeführt wird, und es wird die SI Verbrennung instabil. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) im Inneren der gesamten Verbrennungskammer 17 innerhalb des Bereichs niedriger Last des Motors 1 ist beispielsweise zwischen etwa 30:1 und etwa 40:1.
  • 7 zeigt eine Beziehung zwischen der Erzeugungsmenge an NOx und des A/F während einer Verbrennung. Um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F=14,7:1) wird, da die Verbrennungstemperatur hoch wird, eine große Menge an NOx erzeugt bzw. generiert. Die Erzeugung von NOx wird reduziert, indem der Motor in einen an Sauerstoff unzureichenden Zustand, wo A/F auf unterhalb etwa 10:1 fällt, die Kraftstoffkonzentration hoch ist und die Menge an Luft unzureichend für den Kraftstoff ist, oder in einen Luft-Überschusszustand gebracht wird, wo A/F etwa 30:1 überschreitet bzw. übersteigt, die Kraftstoffkonzentration gering ist und die Luftmenge übermäßig für den Kraftstoff ist.
  • Daher wird konventionellerweise, während der Motor beispielsweise innerhalb des Bereichs niedriger Last arbeitet, eine geschichtete magere Verbrennung, in welcher das reiche bzw. fette Mischgas in dem an Sauerstoff unzureichenden Zustand um die Zündkerze 25 ausgebildet wird, um ein Feuer zu bewirken, und ein mageres Mischgas in dem Luft-Überschusszustand um das reiche Mischgas ausgebildet wird und sie für ein Zünden komprimiert bzw. verdichtet werden, durchgeführt.
  • Jedoch tritt in einer derartigen geschichteten mageren Verbrennung das Mischgas, dessen A/F zwischen etwa 10:1 und etwa 25:1 ist bzw. liegt, bei welchem eine große Menge an NOx erzeugt bzw. generiert wird, zwischen dem reichen Mischgas und dem mageren Mischgas auf. Daher kann eine NOx Erzeugung nicht reduziert werden.
  • Selbst obwohl das magere Mischgas, dessen A/F etwa 30:1 überschreitet bzw. übersteigt, durch einen Funken entzündbar ist, ist seine Flammenpropagation bzw. -ausbreitung langsam und es schreitet die Verbrennung nicht fort, so dass die stabile SI Verbrennung nicht durchgeführt werden kann. Andererseits wird, wenn A/F etwa 25:1 (etwa 20:1 bis etwa 35:1) ist, die stabile SI Verbrennung durchgeführt und es wird eine Erzeugung von NOx reduziert.
  • Daher führt innerhalb des Bereichs (1)-1 niedriger Last der Motor 1 die SPCCI Verbrennung durch, in welcher die SI Verbrennung und die CI Verbrennung kombiniert werden.
  • Weiters wird durch ein Anwenden der Regel- bzw. Steuertechnik der Mischgasverteilung unter Verwendung des Wirbelstroms die stabile SPCCI Verbrennung innerhalb des Bereichs niedriger Last des Motors 1 durchgeführt und es wird eine Verbrennung mit geringem NOx und geringem Kraftstoffverbrauch erzielt bzw. erhalten.
  • Beispielsweise wird eine geringe Menge an Kraftstoff, mit welchem ein mageres Mischgas, dessen A/F etwa 30:1 überschreitet, vollständig im Inneren der Verbrennungskammer 17 ausgebildet wird, in die Verbrennungskammer 17 eingespritzt und es wird eine geschichtete Mischgasverteilung, welche einen Abschnitt bzw. Querschnitt, welcher in einem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 angeordnet ist, welcher mit der Zündkerze versehen ist und das Feuer bewirkt (z.B. A/F ist bzw. liegt zwischen etwa 20:1 und etwa 35:1), und einen Abschnitt bzw. Querschnitt aufweist, welcher in einem äußeren Umfangsabschnitt der Verbrennungskammer 17 angeordnet ist und komprimiert bzw. verdichtet wird, um durch einen Verbrennungsdruck und eine Verbrennungswärme des Feuers zu zünden (z.B. A/F liegt zwischen etwa 35:1 und etwa 50:1), im Inneren der Verbrennungskammer 17 zu einem Zeitpunkt einer Zündung gebildet. Als nächstes wird die Regelung bzw. Steuerung der Mischgasverteilung unter Verwendung des Wirbelstroms im Detail beschrieben werden.
  • (Regelung bzw. Steuerung einer Mischgasverteilung)
  • Die vorliegenden Erfinder fokussierten auf den Wirbelstrom, um genau die Mischgasverteilung innerhalb der Verbrennungskammer zu regeln bzw. zu steuern. Der Wirbelstrom ist ein wirbelnder Strom (lateraler Wirbel), welcher orthogonal auf die zentrale Achse des Zylinders gebildet ist bzw. wird. Daher erhält er, im Gegensatz zu einem Taumelstrom (vertikalen Vortex bzw. Wirbel), welcher in einer Richtung gebildet wird, in welcher sich das Volumen der Verbrennungskammer ändert, kaum irgendeinen Einfluss der Änderung im Volumen der Verbrennungskammer und der Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl.
  • Aus diesem Grund ist bzw. befindet sich der Wirbelstrom, präziser eine Wirbelkomponente, welche sich im Wesentlichen orthogonal auf die zentrale Achse des Zylinders dreht, bei einer relativ stabilen Strömungsrate, selbst wenn sich das Volumen der Verbrennungskammer ändert oder sich der Betriebszustand des Motors ändert. Daher ist bzw. wird durch ein Einspritzen des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer und ein Regeln bzw. Steuern einer Änderung des Kraftstoffstrahls bzw. -nebels mit der Zeit unter Verwendung des Wirbelstroms die Mischgasverteilung innerhalb der Verbrennungskammer zu einem gegebenen Zeitpunkt nach der Kraftstoffeinspritzung genau geregelt bzw. gesteuert.
  • Dies wird im Detail unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Das linke Endteil bzw. Teil am linken Ende von 8 zeigt schematisch die Verbrennungskammer 17 zu einem gegebenen Zeitpunkt an dem Einlasshub, bei welchem das Volumen der Verbrennungskammer 17 relativ groß ist. Wie dies oben beschrieben ist, ist das SCV 56 (welches ein einen Wirbel erzeugendes Teil darstellt bzw. ausbildet), welches den Wirbelstrom im Inneren der Verbrennungskammer 17 bewirkt, in einem oberen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 angeordnet. Die Einspritzeinrichtung 6 (welche ein Kraftstoffeinspritzventil darstellt), welche den Kraftstoff in die Verbrennungskammer 17 einspritzt, ist in einem zentralen Querschnitt des oberen Abschnitts der Verbrennungskammer 17 angeordnet. Die Einspritzeinrichtung 6 spritzt den Kraftstoff nach unten von zehn Düsenöffnungen, welche in einem gleichmäßigen Intervall in der Umfangsrichtung angeordnet sind, gleichzeitig unter einem Einspritzwinkel von etwa 30 bis etwa 60 Grad, vorzugsweise etwa 45 Grad von der Einspritzachse X2 ein, um sich radial zu verteilen. Zentrale bzw. Mittellinien L1 bis L10 der Strahlen des Kraftstoffs, welche von den jeweiligen Düsenöffnungen eingespritzt werden, sind in 2 illustriert.
  • Die Mittellinien L1 bis L5 der Kraftstoffstrahlen sind an der Vorderseite des Motors 1 angeordnet und die Mittellinien L6 bis L10 der Kraftstoffstrahlen sind an der rückwärtigen Seite des Motors 1 angeordnet. In dieser Zeichnung ist die Mittellinie L1 des Kraftstoffstrahls am nächsten zu der Auslassseite unter den Mittellinien L1 bis L5 der Kraftstoffstrahlen an der vorderen Seite des Motors 1, bei im Wesentlichen 18 Grad zu der Vorderseite des Motors 1 von einer Referenz- bzw. Bezugslinie K angeordnet, welche durch die Einspritzachse X2 hindurchtritt, welche eine Winkelhalbierende bzw. Symmetrielinie zwischen den zwei Einlassventilen 21 ist.
  • Die Mittellinien L1 bis L5 der Kraftstoffstrahlen, welche an der Vorderseite des Motors 1 angeordnet sind, und die Mittellinien L6 bis L10 der Kraftstoffstrahlen, welche an der Rückseite des Motors 1 angeordnet sind, sind liniensymmetrisch relativ zu der Bezugslinie K angeordnet, wenn in der Richtung der Einspritzachse X2 gesehen bzw. betrachtet. Die Mittellinien L1 bis L10 der Kraftstoffstrahlen sind entgegen dem Uhrzeigersinn in dieser Reihenfolge bei einem gleichmäßigen Intervall von im Wesentlichen 36 Grad angeordnet, wobei sie auf der Einspritzachse X2 zentriert sind.
  • Die ECU 10 regelt bzw. steuert die Öffnung des SCV 56, um eine kleine Öffnung aufzuweisen, um die Einlassluft ungleichmäßig in die Verbrennungskammer 17 einzubringen. Derart wird ein Wirbelstrom, welcher relativ zu der zentralen Achse X1 geneigt ist (der geneigte Wirbelstrom, welcher durch die Wirbelkomponente und die Taumelkomponente aufgebaut wird), im Inneren der Verbrennungskammer 17 ausgebildet.
  • Beispielsweise strömt durch ein Regeln bzw. Steuern des SCV 56, um eine schmale Öffnung aufzuweisen, eine relativ große Menge an Einlassluft in die Verbrennungskammer 17 von der ersten Einlassöffnung 181. Somit wird, wie dies durch die Pfeile in 3 angedeutet wird, ein wirbelnder Strom entgegen dem Uhrzeigersinn im Inneren der Verbrennungskammer 17 ausgebildet. In Kombination mit der Einlassöffnung 18, welche die Taumelöffnung ist, wird der geneigte Wirbelstrom ausgebildet. Wie dies durch den Pfeil in dem linken Endteil von 8 angedeutet ist, rotiert der geneigte Wirbelstrom, welcher durch die Einlassluft gebildet wird, welche in die Verbrennungskammer 17 von der ersten Einlassöffnung 181 einströmen gelassen wird, stark, schräg nach unten an der Vorderseite des Motos 1 durch den oberen Abschnitt der Auslassseite der Verbrennungskammer 17, verläuft dann durch den unteren Abschnitt der Einlassseite der Verbrennungskammer 17, rotiert stark, schräg nach oben an der rückwärtigen Seite des Motors 1, und kehrt dann zurück zu dem oberen Abschnitt der Auslassseite der Verbrennungskammer 17.
  • Ein Bezugszeichen D, welches in dem linken Endteil illustriert ist, zeigt einen vertikalen Querschnitt an, welcher gleichmäßig den Innenraum der Verbrennungskammer 17 in zwei Abschnitte in der Vorwärts-RückwärtsRichtung des Motors 1 unterteilt. Die fünf Zeichnungen (a) bis (e) in der oberen Reihe illustrieren schematisch eine Zustandsänderung in der stromaufwärtigen Seite des geneigten Wirbelstroms (vereinfacht auf „die stromaufwärtige Seite“ der Einfachheit halber), entsprechend dem Strom an der Vorderseite (einer vorderen Seite der Zeichnung) des Motors 1, welcher durch den vertikalen Querschnitt D definiert ist, mit der Zeit nach der Kraftstoffeinspritzung, wie dies durch Pfeile von dem linken Ende angezeigt bzw. angedeutet ist. Die fünf Zeichnungen (f) bis (j) in der unteren Reihe illustrieren schematisch eine Zustandsänderung in der stromabwärtigen Seite des geneigten Wirbelstroms, entsprechend dem Strom bzw. Fluss an der rückwärtigen Seite (einer Rückseite der Zeichnung) des Motors 1, welcher durch den vertikalen Querschnitt D definiert ist, mit der Zeit nach der Kraftstoffeinspritzung, wie dies durch Pfeile von dem linken Ende angedeutet ist.
  • Die mit einer Kontur versehenen Pfeile in diesen Zeichnungen (a) bis (j) zeigen einen Hauptstrom des geneigten Wirbelflusses bzw. -stroms, welcher im Inneren der Verbrennungskammer 17 erzeugt bzw. generiert wird (einen zentralen Abschnitt des Flusses mit einem starken Strom, kann nachfolgend einfach als „der Wirbelstrom“ bezeichnet werden). Es ist festzuhalten, dass der Hauptstrom des Wirbelstroms darum herum einen schwachen Seitenstrom aufweist, welcher in derselben Richtung wie der Hauptstrom strömt bzw. fließt. Obwohl der Fluss bzw. Strom des Kraftstoffstrahls durch den Seitenstrom beeinflusst werden kann, da die gegenwärtige Richtung des Seitenstroms dieselbe wie der Hauptstrom ist und auch der Hauptstrom intensiver ist, weist, selbst wenn der Kraftstoffstrahl beeinflusst wird, der Hauptstrom einen dominanten Einfluss am Ende auf. Daher ändert sich ein später beschriebenes Phänomen, in welchem die Mischgasverteilung durch den Wirbelstrom gebildet wird, kaum aufgrund des Seitenstroms.
  • Die Zeichnung (a) in der oberen Reihe illustriert die stromaufwärtige Seite des Wirbelstroms, unmittelbar nachdem der Kraftstoff von der Einspritzeinrichtung 6 eingespritzt ist bzw. wird. An der stromaufwärtigen Seite des Wirbelstroms werden fünf Kraftstoffanteile f1 bis f5 zum selben Zeitpunkt wie Kraftstoffanteile f6 bis f10 an der stromabwärtigen Seite des Wirbelstroms eingespritzt.
  • Wie dies in der Zeichnung (b) illustriert ist, erreicht der Kraftstoffanteil f1, welcher von der Düsenöffnung am nächsten zu dem Wirbelstrom (welche den kürzesten Abstand für ein Erreichen aufweist) unter allen Kraftstoffanteilen eingespritzt wird, welche in Richtung zu dem Wirbelstrom an der stromaufwärtigen Seite eingespritzt werden, den Wirbelstrom zuerst. Dann erreicht, wie dies in der Zeichnung (c) illustriert ist, der Strahl des Kraftstoffanteils f2, welcher den zweitkürzesten Abstand für ein Erreichen aufweist, den Wirbelstrom stromabwärts von einem Querschnitt, in welchem der Strahl des Kraftstoffanteils f1 den Wirbelstrom erreicht. Hier bewegt sich der Strahl des Kraftstoffanteils f1 mit dem Wirbelstrom und vereinigt sich mit dem Strahl des Kraftstoffanteils f2. Dann erreicht, wie dies in der Zeichnung (d) illustriert ist, der Strahl des Kraftstoffanteils f3, welcher den nächstkürzesten Abstand für ein Erreichen aufweist, den Wirbelstrom. Hier bewegen sich die Strahlen der Kraftstoffanteile f1 und f2, welche sich zuerst vereinigt haben, mit dem Wirbelstrom und vereinigen sich mit dem Strahl des Kraftstoffanteils f3.
  • Weiters erreicht danach, wie dies in der Zeichnung (e) illustriert ist, der Strahl des Kraftstoffanteils f4, welcher den nächstkürzesten Abstand für ein Erreichen aufweist, den Wirbelstrom. In diesem Beispiel erreicht der Strahl des Kraftstoffanteils f4 den Wirbelstrom in einem unteren Endabschnitt der Verbrennungskammer 17. Hier bewegen sich die Strahlen der vereinigten Kraftstoffanteile f1 bis f3 mit dem Wirbelstrom und vereinigen sich mit dem Strahl des Kraftstoffanteils f4.
  • Der eingespritzte Kraftstoff kann eine Wandoberfläche 17a der Verbrennungskammer 17 erreichen (Kraftstoffanteil f5). Wie dies in der Zeichnung (d) illustriert ist, erreicht der Strahl des Kraftstoffanteils f5 die Wandoberfläche 17a und bewegt sich dann daran entlang. Dann erreicht auch, wie dies in der Zeichnung (e) illustriert ist, der Strahl des Kraftstoffanteils f5 den Wirbelstrom und vereinigt sich mit den Strahlen der Kraftstoffanteile f1 bis f4.
  • D.h., die Einspritzeinrichtung 6 spritzt eine Mehrzahl von Kraftstoffanteilen (f1 bis f4 in der Zeichnung) ein, welche einen ersten Kraftstoffanteil und einen zweiten Kraftstoffanteil enthalten, von welchen die Strahlen den Wirbelstrom erreichen, es erreicht der Strahl des ersten Kraftstoffanteils (z.B. f1) den Wirbelstrom und dann erreicht der Strahl des zweiten Kraftstoffanteils (z.B. f2) die Position, zu welcher sich der Strahl des ersten Kraftstoffanteils durch den Wirbelstrom bewegt.
  • Weiters bewegt sich der Strahl des Kraftstoffanteils f5, welcher die Wandoberfläche 17a erreicht hat, auch entlang der Wandoberfläche 17a, um den Wirbelstrom zu erreichen, und vereinigt sich mit dem vereinigten Strahl.
  • Auf diese Weise werden die eingespritzten Kraftstoffanteile unter Verwendung des Wirbelstroms vereinigt und es wird das reiche Mischgas bei einer hohen Kraftstoffkonzentration gebildet. In diesem Beispiel sind bzw. werden die Kraftstoffanteile, welche von der Einspritzeinrichtung 6 an der stromaufwärtigen Seite des Wirbelstroms eingespritzt werden, alle an einer Stelle gesammelt.
  • Demgegenüber illustriert die Zeichnung (f) in der unteren Reihe die stromabwärtige Seite des Wirbelstroms, unmittelbar nachdem der Kraftstoff von der Einspritzeinrichtung 6 eingespritzt wird. Auch an der stromabwärtigen Seite des Wirbelstroms sind bzw. werden die Kraftstoffanteile f6 bis f10 zu demselben Zeitpunkt wie die Kraftstoffanteile f1 bis f5 an der stromaufwärtigen Seite des Wirbelstroms eingespritzt.
  • Wie dies in der Zeichnung (g) illustriert ist, erreicht der Strahl des Kraftstoffanteils f10, welcher von der Düsenöffnung am nächsten zu dem Wirbelstrom (welcher die kürzeste Distanz für ein Erreichen aufweist) unter allen Kraftstoffanteilen eingespritzt wird, welche in Richtung zu dem Wirbelstrom an der stromabwärtigen Seite eingespritzt werden, den Wirbelstrom zuerst (erste Position P1). Dann erreicht, wie dies in der Zeichnung (h) illustriert ist, der Strahl des Kraftstoffanteils f9, welcher den zweitkürzesten Abstand für ein Erreichen aufweist, den Wirbelstrom stromaufwärts von einem Querschnitt, in welchem der Strahl des Kraftstoffanteils f10 den Wirbelstrom erreicht (zweite Position P2).
  • Hier bewegt sich der Strahl des Kraftstoffanteils f10, nach einem Erreichen der ersten Position P1, jedoch bevor der Strahl des Kraftstoffanteils f9 die zweite Position P2 erreicht, weiter stromabwärts von der angekommenen Position (ersten Position P1) des Strahls des Kraftstoffanteils f10 gemeinsam mit dem Wirbelstrom, und bewegt sich weg von der zweiten Position P2. Daher wird, selbst wenn sich der Strahl des Kraftstoffanteils f9 mit dem Wirbelstrom danach bewegt, da sich der Strahl des Kraftstoffanteils f10 mit dem Wirbelstrom an einer Position bewegt, welche von dem Strahl des Kraftstoffanteils f9 zu der weiter stromabwärtigen Seite des Wirbelstroms getrennt ist (wieder in die stromaufwärtige Seite eintritt), während er durch den Wirbelstrom bewegt wird, der Strahl des Kraftstoffanteils f9 entfernt von dem Strahl des Kraftstoffanteils f10 gehalten. Somit wird das Mischgas mit einer ungleichmäßigen Kraftstoffkonzentration gebildet. Dann erreicht, wie dies in der Zeichnung (i) illustriert ist, der Strahl des Kraftstoffanteils f8, welcher den zweitkürzesten Abstand für ein Erreichen aufweist, den Wirbelstrom stromaufwärts von einem Querschnitt, in welchem der Strahl des Kraftstoffanteils f9 den Wirbelstrom erreicht. Hier bewegt sich der Strahl der zuerst vereinigten Kraftstoffanteile f10 und f9 mit dem Wirbelstrom und dann weiter stromabwärts von ihren jeweiligen angekommenen Positionen.
  • Mit anderen Worten spritzt die Einspritzeinrichtung 6 eine Mehrzahl von Kraftstoffanteilen (f10 bis f8 in der Zeichnung) ein, welche einen ersten Kraftstoffanteil und einen zweiten Kraftstoffanteil beinhalten, von welchen die Strahlen den Wirbelstrom erreichen, und wenn die Position, bei welcher der Strahl des ersten Kraftstoffanteils (z.B. f10) den Wirbelstrom erreicht, die erste Position P1 ist und die Position, bei welcher der Strahl des zweiten Kraftstoffanteils (z.B. f9) den Wirbelstrom erreicht, die zweite Position P2 ist, bewegt sich der Strahl des ersten Kraftstoffanteils, nach einem Erreichen der ersten Position P1, weg von der zweiten Position durch den Wirbelstrom, bevor der Strahl des zweiten Kraftstoffanteils die zweite Position P2 erreicht.
  • Auf diese Weise werden die eingespritzten Kraftstoffanteile geeignet unter Verwendung des Wirbelstroms verteilt, und es wird ein homogenes Mischgas, innerhalb welchem sich der Kraftstoff dünn verteilt bzw. ausbreitet, ausgebildet. In diesem Beispiel verteilt bzw. zerstreut sich ungefähr 30 % des Kraftstoffs, welcher durch die Einspritzeinrichtung 6 eingespritzt wird.
  • Danach erreicht, wie dies in der Zeichnung (j) illustriert ist, der Strahl des Kraftstoffanteils f7, welcher den nächstkürzesten Abstand für ein Erreichen aufweist, den Wirbelstrom. In diesem Beispiel erreicht der Strahl des Kraftstoffanteils f7 den Wirbelstrom in dem unteren Endabschnitt der Verbrennungskammer 17. Hier vereinigt sich der Strahl des Kraftstoffanteils f7 mit dem Strahl der Kraftstoffanteile f1 bis f5 der stromaufwärtigen Seite des Wirbelstroms.
  • Ähnlich zu der stromaufwärtigen Seite des Wirbelstroms kann der eingespritzte Kraftstoff die Wandoberfläche 17a der Verbrennungskammer 17 erreichen (Kraftstoffanteil f6). Wie dies in der Zeichnung (i) illustriert ist, erreicht der Strahl des Kraftstoffanteils f6 die Wandoberfläche 17a und bewegt sich danach daran entlang. Dann erreicht, wie dies in der Zeichnung (j) illustriert ist, der Strahl des Kraftstoffanteils f6 auch den Wirbelstrom und vereinigt sich mit dem Strahl der Kraftstoffanteile f1 bis f5 gemeinsam mit dem Strahl des Kraftstoffanteils f7. D.h., in diesem Beispiel vereinigen sich etwa 70 % des Kraftstoffs, welcher durch die Einspritzeinrichtung 6 eingespritzt wird.
  • Das rechte Endteil von 8 illustriert schematisch einen Zustand, unmittelbar nachdem alle Kraftstoffanteile, welche von der Einspritzeinrichtung 6 eingespritzt werden, den Wirbelstrom erreichen. Wie dies in dieser Zeichnung illustriert ist, bildet der Kraftstoff, welcher von der Einspritzeinrichtung 6 eingespritzt wird, das Mischgas, welches sich ungleichmäßig entlang des Wirbelstroms verteilt. Dieses Mischgas weist einen Abschnitt bzw. Querschnitt, wo der Kraftstoff konzentriert ist, und einen Abschnitt bzw. Querschnitt auf, wo der Kraftstoff verteilt ist, und wird bei unterschiedlichen Kraftstoffkonzentrationen, d.h. unterschiedlichen A/F Verteilungen, in Abhängigkeit von der Position verteilt (Mischgasverteilung). Die Mischgasverteilung bewegt sich in Umfangsrichtung im Inneren der Verbrennungskammer 17 mit dem Wirbelstrom. Hier lenkt sich die Mischgasverteilung in Richtung zu dem Zentrum der Verbrennungskammer 17 ab, während sie sich zunehmend ausbreitet bzw. zerstreut.
  • 9A und 9B zeigen Diagramme des Inneren der Verbrennungskammer 17, wo sich die Mischgasverteilung mit dem Wirbelstrom bewegt, gesehen von der Oberseite der Verbrennungskammer 17. Dann schwächt sich die Energie des Wirbelstroms, welcher durch die Einbringung der Einlassluft gebildet wird, durch ein Empfangen bzw. Erhalten eines Luftwiderstands ab, und lenkt sich in Richtung zu dem Zentrum der Verbrennungskammer 17 ab, während er sich zunehmend verteilt. Mit anderen Worten folgt die Mischgasverteilung, welche sich mit dem Wirbelstrom bewegt, der Änderung in dem Strom des Wirbelstroms bzw. -flusses.
  • Wie dies in dem oberen Teil von 9A illustriert ist, lenkt sich die Mischgasverteilung, welche durch die Sammlung der Kraftstoffanteile f1 bis f7 gebildet wird (schematisch illustriert durch Punkte), in Richtung zu dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 ab, während sie mit dem Wirbelstrom fortschreitet bzw. sich bewegt und sich weiter verteilt bzw. ausbreitet, wie dies durch den Pfeil angezeigt bzw. angedeutet ist. Da diese Mischgasverteilung eine hohe Kraftstoffkonzentration zu dem Zeitpunkt des Starts der Verbrennung aufweist, wird eine relativ reiche bzw. fette Mischgasverteilung, welche in Richtung zu dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 abgelenkt ist bzw. wird, ausgebildet, wie dies durch die Punkte in dem unteren Teil von 9A angedeutet ist.
  • Wie dies in dem oberen Teil von 9B illustriert ist, lenkt sich die Mischgasverteilung, welche durch die Kraftstoffanteile f8 bis f10 gebildet wird, welche sich dünn verteilt und eine geringe Kraftstoffkonzentration aufweist (schematisch illustriert durch Punkte), in Richtung zu dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 ab, während sie sich mit dem Wirbelstrom fortbewegt und sich weiter verteilt bzw. ausbreitet, wie dies durch den Pfeil angedeutet ist. Somit wird zu dem Zeitpunkt des Starts der Verbrennung, wie dies durch die Punkte in dem unteren Teil von 9B angedeutet ist, eine relativ magere Mischgasverteilung, welche sich in der Verbrennungskammer 17 ausbreitet, vollständig ausgebildet.
  • Durch ein Mischen dieser Mischgase wird eine geschichtete Mischgasverteilung, welche den Abschnitt bzw. Querschnitt der relativ hohen Kraftstoffkonzentration und den Querschnitt der relativ geringen Kraftstoffkonzentration aufweist, im Inneren der Verbrennungskammer 17 ausgebildet.
  • Wie dies später beschrieben wird, wird eine derartige Mischgasverteilung unter Verwendung des Wirbelstroms gebildet, wenn der Kraftstoffeinspritzdruck zwischen etwa 30 MPa und etwa 120 MPa ist bzw. liegt und das Wirbelverhältnis zwischen etwa 2 und etwa 6 ist bzw. beträgt.
  • Während der Motor 1 arbeitet, ändert sich, da sich der Kolben 3 wiederholt anhebt bzw. aufwärts bewegt und abwärts bewegt, das Volumen der Verbrennungskammer 17 entsprechend. Der Wirbelwinkel des Wirbelstroms relativ zu der zentralen Achse X1 (entsprechend der Neigung der konturierten Pfeile in 8) ändert sich auch entsprechend. Jedoch erhält, wie dies oben beschrieben ist, der Wirbelwinkel des Wirbelstroms (Wirbelkomponente) einen geringen Einfluss davon. Daher wird, selbst wenn sich das Volumen der Verbrennungskammer 17 ändert, eine derartige Mischgasverteilung unter Verwendung des Wirbelstroms gebildet.
  • Beispielsweise tritt, selbst wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt an dem Kompressions- bzw. Verdichtungshub liegt, wo das Volumen der Verbrennungskammer 17 relativ klein ist, das ähnliche Phänomen zu dem oben beschriebenen Zeitpunkt auf, welcher an dem Einlasshub liegt. Es ist festzuhalten bzw. anzumerken, dass, da mehr Zeit vorhanden ist bis zu dem Zeitpunkt des Starts der Verbrennung in dem Fall des Einlasshubs als in dem Fall des Verdichtungshubs, bei bzw. zu dem Zeitpunkt des Starts der Verbrennung die Kraftstoffeinspritzung an dem Einlasshub bewirkt, dass sich der Kraftstoff weiter verteilt und größer im Inneren der Verbrennungskammer 17 ausbreitet, und eine homogene Mischgasverteilung mit einer mageren Kraftstoffkonzentration gebildet wird. Andererseits bewirkt, aufgrund der kürzeren Zeit bis zu dem Zeitpunkt des Starts der Verbrennung in dem Fall des Verdichtungshubs als in dem Fall des Einlasshubs, zu dem Zeitpunkt des Starts der Verbrennung die Kraftstoffeinspritzung an dem Verdichtungshub, dass sich der Kraftstoff mehr konzentriert und eine Mischgasverteilung mit einer reichen Kraftstoffkonzentration, welche zu dem Zentrum der Verbrennungskammer 17 abgelenkt ist bzw. wird, gebildet wird.
  • Daher wird durch ein Einspritzen des Kraftstoffs in die Verbrennungskammer 17 und ein Regeln bzw. Steuern der Änderung in dem Kraftstoffstrahl mit der Zeit durch ein Verwenden des Wirbelstroms die geschichtete Mischgasverteilung mit unterschiedlichen Kraftstoffkonzentrationen in Abhängigkeit von der Position ausgebildet. Durch ein Einstellen des Zeitpunkts für die Einspritzeinrichtung 6, um den Kraftstoff einzuspritzen, ist die Mischgasverteilung zu dem Zeitpunkt eines Starts der Verbrennung auch regelbar bzw. steuerbar, um eine Anordnung oder einen Zustand geeignet für die Verbrennung aufzuweisen. Weiters können durch ein Kombinieren einer derartigen Mehrzahl von Mischgasverteilungen verschiedene Formen einer Mischgasverteilung gebildet werden.
  • (Kraftstoffeinspritzdruck)
  • Um die Mischgasverteilung unter Verwendung des Wirbelstroms zu regeln bzw. zu steuern, spritzt die Einspritzeinrichtung 6 vorzugsweise den Kraftstoff bei einem Druck zwischen etwa 30 MPa und etwa 120 MPa ein.
  • Wenn der Einspritzdruck des Kraftstoffs unter etwa 30 MPa fällt, wird der Fluss bzw. Strom des eingespritzten Kraftstoffs übermäßig schwach und verteilt sich, bevor er den Wirbelstrom erreicht, und kann teilweise versagen, den Wirbelstrom zu erreichen. Wenn der Einspritzdruck des Kraftstoffs etwa 120 MPa übersteigt bzw. überschreitet, wird der Strom des eingespritzten Kraftstoffs übermäßig stark und kann den Wirbelstrom durchdringen. In jedem Fall kann der Kraftstoff nicht geeignet an bzw. auf dem Wirbelstrom angeordnet werden. Andererseits wird, mit dem Einspritzdruck zwischen etwa 30 MPa und etwa 120 MPa, der eingespritzte Kraftstoff geeignet an bzw. auf dem Wirbelstrom angeordnet, wodurch die Mischgasverteilung stabil unter Verwendung des Wirbelstroms geregelt bzw. gesteuert wird.
  • (Intensität des Wirbelstroms)
  • Der starke Wirbelstrom ist wichtig bei einem Regeln bzw. Steuern der Mischgasverteilung in einem für die Verbrennung geeigneten Zustand.
  • 10 zeigt ein Resultat eines Analysierens eines Einflusses der Intensität des Wirbelstroms auf eine Stabilität einer Zündung. Die Analyse wurde unter der Bedingung einer Verwendung des Wirbelstroms durchgeführt, wie dies oben beschrieben ist. Während das Wirbelverhältnis (ein Index der Intensität des Wirbelstroms) geändert wird, wurde eine Menge des Kraftstoffs, durch welche das Innere der Verbrennungskammer 17 mager (A/F von etwa 30:1) wird, unterteilt in einer Mehrzahl von Einspritzungen bei einem gegebenen Verhältnis eingespritzt. Eine Einspritzung einer ersten Stufe wurde bei einer frühen Stufe des Einlasshubs (etwa 320 °CA vor CTDC) durchgeführt, und eine Einspritzung einer zweiten Stufe wurde zu einem unterschiedlichen Einspritzzeitpunkt durchgeführt. Die Zündung wurde unmittelbar vor dem CTDC durchgeführt. Die vertikale Achse von 10 zeigt eine Verbrennungsstabilität (SDI) und schraffierte Querschnitte zeigen den Zeitpunkt der Einspritzung der zweiten Stufe an, bei welchem die Zündung instabil wird.
  • Als ein Resultat wurde eine Tendenz bestätigt, dass, während der Wirbelstrom schwach ist (das Wirbelverhältnis gering ist, z.B. das Wirbelverhältnis = 0), die Zündung instabil ist (das untere Diagramm von 10), ein Zeitpunkt, bei welchem die Zündung stabil durchgeführt werden kann, auftritt (das mittlere Diagramm von 10), wenn der Wirbelstrom stark ist (das Wirbelverhältnis groß ist, z.B. das Wirbelverhältnis = 2), und die Anzahl derartiger Zeitpunkte und/oder ein Bereich derartiger Zeitpunkte ansteigt (ansteigen) (das obere Diagramm von 10), wenn der Wirbelstrom noch stärker wird (z.B. das Wirbelverhältnis = 4).
  • D.h., es kann, wenn der Wirbelstrom schwach ist, die Mischgasverteilung nicht geregelt bzw. gesteuert werden. Weiters steigt (steigen), wenn der Wirbelstrom stark ist, demgemäß die Anzahl von derartigen Zeitpunkten und/oder ein Bereich von derartigen Zeitpunkten an, bei welchen die stabile Zündung möglich ist, so dass die Mischgasverteilung bei einem hohen Freiheitsgrad regel- bzw. steuerbar ist. Daher ist es wichtig, den starken Wirbelstrom auszubilden, um die Mischgasverteilung in den geeigneten Zustand für die Verbrennung zu regeln bzw. zu steuern.
  • Derart regelt bzw. steuert, wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1)-1 niedriger Last arbeitet, die ECU 10 das SCV 56, so dass das Wirbelverhältnis wenigstens etwa 2, vorzugsweise etwa 4 oder mehr wird.
  • Hier kann ein „Wirbelverhältnis“ als ein Wert definiert sein bzw. werden, welcher durch ein Messen einer lateralen Winkelgeschwindigkeit eines Einlassstroms für jeden Ventilhub, ein Integrieren dieser Werte und ein Dividieren dieses integrierten Werts durch eine Motorwinkelgeschwindigkeit erhalten wird. Die laterale Winkelgeschwindigkeit des Einlassflusses bzw. -stroms kann basierend auf einer Messung unter Verwendung einer Prüfstand-Testvorrichtung erhalten werden, welche in 11 illustriert ist. Spezifisch ist die Vorrichtung, welche in 11 illustriert ist, strukturiert, indem der Zylinderkopf 13 mit der Oberseite nach unten auf einem Podest angeordnet wird, um die Einlassöffnung 18 mit einer Einlassluft-Zufuhrvorrichtung (nicht illustriert) zu verbinden, und indem ein Zylinder 36 auf dem Zylinderkopf 13 angeordnet wird, um an seinem oberen Ende ein Impuls-Messgerät 38 anzuschließen, welches einen Honigwaben-Rotor 37 aufweist. Eine untere Oberfläche des Impuls-Messgeräts 38 ist bei etwa 1,75D (wobei „D“ ein Zylinderbohrungsdurchmesser ist) entfernt von einer abgestimmten bzw. zusammenpassenden Oberfläche zwischen dem Zylinderkopf 13 und dem Zylinder 36 positioniert. Das Impuls-Messgerät 38 misst ein Drehmoment, welches auf den Honigwaben-Rotor 37 wirkt, durch einen Wirbel bzw. eine Verwirbelung, welche(r) in dem Zylinder 36 aufgrund der Zufuhr der Einlassluft (siehe den Pfeil in 11) generiert bzw. erzeugt wird, und es wird die laterale Winkelgeschwindigkeit des Einlassstroms basierend auf dem Drehmoment erhalten.
  • 12 illustriert eine Beziehung zwischen der Öffnung des SCV 56 des Motors 1 und dem Wirbelverhältnis. In 12 ist bzw. wird die Öffnung des SCV 56 durch ein Öffnungsverhältnis relativ zu dem Querschnitt des sekundären Durchtritts 402 ausgedrückt, wenn dieser vollständig geöffnet ist. Das Öffnungsverhältnis des sekundären Durchtritts 402 ist 0 %, wenn das SCV 56 vollständig geschlossen ist, und steigt von 0 % an, wenn die Öffnung des SCV 56 ansteigt. Das Öffnungsverhältnis des sekundären Durchtritts 402 ist 100 %, wenn das SCV 56 vollständig geöffnet ist. Wie dies in 12 illustriert ist, wird in dem Motor 1 das Wirbelverhältnis ungefähr 6, wenn das SCV 56 vollständig geschlossen ist. Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1)-1 geringer Last arbeitet, kann das Wirbelverhältnis zwischen etwa 2 und etwa 6 sein bzw. liegen. Die Öffnung des SCV 56 kann innerhalb eines Bereichs des Öffnungsverhältnisses von etwa 0 % bis etwa 33 % eingestellt sein bzw. werden.
  • (Charakteristik des Wirbelstroms)
  • Der Wirbelstrom erhält weniger Einfluss durch die Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl als dies der Taumelstrom tut. Somit ändert sich, selbst wenn sich die Motorgeschwindigkeit ändert, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, welcher die stabile Zündung ermöglicht, nicht signifikant. Daher wird durch ein Verwenden des Wirbelstroms die Mischgasverteilung unabhängig von der Motorgeschwindigkeit geregelt bzw. gesteuert.
  • 13 zeigt Diagramme, welche ein Resultat eines Analysierens des Einflusses der Motorgeschwindigkeit auf die Zündungsstabilität illustrieren. Die Bedingung dieser Analyse ist dieselbe wie in der Analyse der oben beschriebenen Wirbelstromintensität mit der Ausnahme, dass die Motorgeschwindigkeit verschieden ist. Das obere Diagramm von 13 ist das obere Diagramm von 10. Das untere Diagramm von 13 zeigt einen Fall an, wo die Motorgeschwindigkeit von derjenigen in dem oberen Diagramm (Differenz der Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl: etwa 1.000 U/min) unter derselben Bedingung der Motorlast angestiegen ist.
  • Wie dies aus 13 ersichtlich ist, können, selbst wenn sich die Motorgeschwindigkeit ändert, obwohl der Einspritzzeitpunkt, mit bzw. bei welchem die stabile Zündung möglich ist, sich geringfügig ändert, viele überlappende Bereiche zwischen dem oberen und unteren Diagramm bestätigt werden. Daher wird die Mischgasverteilung unabhängig von der Motorgeschwindigkeit geregelt bzw. gesteuert.
  • Daher werden durch ein Verwenden des Wirbelstroms die eingespritzten Kraftstoffanteile in dem Wirbelstrom vereinigt oder verteilt, und somit wird die Mischgasverteilung mit unterschiedlichen Kraftstoffkonzentrationen in Abhängigkeit von der Position ausgebildet. Beispielsweise ist, da die Mischgasverteilung, welche durch die Kraftstoffanteile f8 bis f10 gebildet wird, sich ausbreitet bzw. verteilt, eine homogenere Verteilung, in welcher die Kraftstoffkonzentration relativ gering ist und eine geringere Änderung bzw. Abwandlung aufweist, ausgebildet. Dies ist vorteilhaft für die CI Verbrennung. Andererseits wird, da die Mischgasverteilung, welche durch die Kraftstoffanteile f1 bis f7 gebildet wird, konzentriert ist bzw. wird, die ungleichmäßige Verteilung mit einer relativ hohen Kraftstoffkonzentration gebildet. Dies ist vorteilhaft für die SI Verbrennung.
  • Durch ein Einstellen der Position und des Zeitpunkts, bei welchen der Kraftstoff den Wirbelstrom erreicht, wird die homogene Mischgasverteilung, in welcher der Kraftstoff verteilt ist, oder die ungleichmäßige Mischgasverteilung, in welcher die Kraftstoffkonzentration hoch ist, ausgebildet. Beispielsweise wird, indem nur der Kraftstoff für ein Verteilen bzw. Ausbreiten, wie beispielsweise die Kraftstoffanteile f8 bis f10 eingespritzt werden, die homogene Mischgasverteilung ausgebildet. Durch ein Einspritzen lediglich des Kraftstoffs, welcher zu konzentrieren ist, wie beispielsweise der Kraftstoffanteile f1 bis f7, wird die konzentrierte Mischgasverteilung mit einer hohen Kraftstoffkonzentration ausgebildet.
  • Weiters können die Intensität des Wirbelstroms und der Zeitpunkt, bei welchen der Wirbelstrom auftritt, eingestellt werden. Die Position und Richtung der Kraftstoffeinspritzung und die Anzahl von Malen von Kraftstoffeinspritzungen können eingestellt werden. Auf diese Weise sind selbst mit einer Kraftstoffeinspritzung Mischgasverteilungen, in welchen die Verteilung einer Kraftstoffkonzentration, ihre Anordnung und Form im Inneren der Verbrennungskammer 17 unterschiedlich sind, ausbildbar.
  • Weiters wird eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten in einem Verbrennungszyklus durchgeführt, wird eine Mehrzahl von derartigen Mischgasverteilungen im Inneren der Verbrennungskammer 17 ausgebildet und werden diese Mischgasverteilungen durch ein Überlappen derselben zu einem gegebenen Zeitpunkt, wie beispielsweise dem Zündzeitpunkt vereinigt. Derart sind bzw. werden verschiedene Formen einer Mischgasverteilung genau geregelt bzw. gesteuert.
  • (Suche nach einem Einspritzzeitpunkt für ein geringes NOx und eine geringe Kraftstoffmenge)
  • Eine Analyse wurde durchgeführt, indem die Mischgasverteilung unter Verwendung des Wirbelstroms geregelt bzw. gesteuert wurde, um nach einem Einspritzzeitpunkt zu suchen, mit bzw. bei welchem die stabile Verbrennung bei geringem NOx und durch die Kraftstoffeinspritzung mit einer geringen Kraftstoffmenge erzielbar ist. 14 illustriert ein Beispiel dieser Analyse. In dieser Analyse wird die Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl auf etwa 2.000 U/min eingestellt bzw. festgelegt und es wird eine einmalige bzw. gemeinsame Einspritzung durchgeführt, so dass A/F etwa 30:1 wird. Es ist festzuhalten, dass das Wirbelverhältnis etwa 4 oder darüber ist.
  • Das obere Teil von 14 ist ein Konturdiagramm, welches eine Verbrennungsstabilität (SDI) relativ zu der Kraftstoffeinspritzmenge (vertikale Achse) und dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (horizontale Achse) zeigt. Für die Konzentration ist illustriert, dass sie höher für Bereiche ist, in welchen die Verbrennungsstabilität höher ist. Das mittlere Teil von 14 ist ein Konturdiagramm, welches die Erzeugungsmenge an NOx relativ zu der Kraftstoffeinspritzmenge (vertikale Achse) und dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (horizontale Achse) zeigt. Für die Konzentration ist illustriert, dass sie höher für Bereiche ist, in welchen die Erzeugungsmenge an NOx größer ist.
  • Das untere Teil von 14 ist ein Konturdiagramm, welches einen Bereich zeigt, welcher durch ein Kombinieren dieser Konturdiagramme erhalten wird, in welchen eine stabile Verbrennung mit bzw. bei geringem NOx und durch eine gegebene Kraftstoffeinspritzung mit einer geringen Kraftstoffmenge erzielbar ist. Für die Konzentration ist illustriert, dass sie höher ist, wenn die Verbrennungsstabilität höher ist für Bereiche, in welchen die Erzeugungsmenge an NOx kleiner ist. Beispielsweise wird in diesem Fall durch ein Einspritzen des Kraftstoffs zu einem Zeitpunkt nahe dem unteren Totpunkt des Einlasshubs die stabile Verbrennung mit einer geringen Menge an Kraftstoff durchgeführt, während die NOx Erzeugung reduziert wird.
  • Auf diese Weise wird durch ein Suchen nach dem Einspritzzeitpunkt, mit welchem die stabile Verbrennung bei geringem NOx und durch die Kraftstoffeinspritzung mit der geringen Kraftstoffmenge unter verschiedenen Bedingungen erzielbar ist, ein geeigneter bzw. entsprechender Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 ausgewählt.
  • (Motorbetrieb innerhalb des Bereichs (1)-1 geringer Last)
  • Ein Bezugszeichen 601 in 6 zeigt ein Beispiel von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten (Bezugszeichen 6011 und 6012) und eines Zündzeitpunkts (ein Bezugszeichen 6013), und eine Verbrennungswellenform (d.h. eine Wellenform, welche eine Änderung in einer Wärmeerzeugungsrate relativ zu dem Kurbelwinkel anzeigt; ein Bezugszeichen 6014) an, wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand des Bezugszeichens 601 innerhalb des Bereichs (1) -1 niedriger bzw. geringer Last arbeitet. Beispielsweise wird der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt innerhalb eines Segments einer niedrigen (mittleren) Last, welches später beschrieben wird, illustriert. Der Betriebsbereich entsprechend dem Betriebszustand 601 wird durch einen schwarzen Kreis 601 in 5A angezeigt.
  • In der SPCCI Verbrennung zündet die Zündkerze 25 zwangsweise das Mischgas im Inneren der Verbrennungskammer 17, so dass es der SI Verbrennung durch eine Flammenpropagation bzw. -fortplanzung unterworfen wird, und es hebt die Hitze bzw. Wärme, welche durch die SI Verbrennung erzeugt bzw. generiert wird, die Temperatur im Inneren der Verbrennungskammer 17 an und es steigt der Druck im Inneren der Verbrennungskammer 17 durch die Flammenpropagation, wobei dies zu der CI Verbrennung von nicht verbranntem Mischgas durch eine Selbstentzündung führt.
  • Es ist möglich, die Änderung der Temperatur im Inneren der Verbrennungskammer 17 zu reduzieren, bevor die Kompression bzw. Verdichtung startet, indem die Wärmeerzeugungsmenge in der SI Verbrennung eingestellt wird. Daher wird, selbst wenn die Temperatur im Inneren der Verbrennungskammer 17 variiert, bevor die Verdichtung startet, beispielsweise durch ein Regeln bzw. Steuern des Zündzeitpunkts, um den Startzeitpunkt der SI Verbrennung einzustellen, der Zeitpunkt einer Selbstentzündung geregelt bzw. gesteuert.
  • In dem Fall eines Durchführens der SPCCI Verbrennung zündet die Zündkerze 25 das Mischgas nahe dem CTDC, spezifisch zu einem gegebenen Zeitpunkt vor dem CTDC, und derart startet die Verbrennung durch eine Flammenpropagation. Die Wärmeerzeugung in der SI Verbrennung ist langsamer als die Wärmeerzeugung in der CI Verbrennung. Daher weist die Wellenform der Wärmeerzeugungsrate einen relativ sanften Anstieg auf. Obwohl dies nicht illustriert ist, ist eine Druckänderung (dp/dθ) in der Verbrennungskammer 17 sanfter in der SI Verbrennung als in der CI Verbrennung.
  • Wenn die Temperatur und der Druck im Inneren der Verbrennungskammer 17 aufgrund der SI Verbrennung ansteigen, entzündet sich das nicht verbrannte Mischgas selbst. In dem Beispiel von 6 ändert sich die Neigung bzw. Steigung der Wellenform der Erzeugungsrate von sanft auf scharf bzw. stark zu dem Zeitpunkt der Selbstentzündung, d.h. die Wellenform der Wärmeerzeugungsrate weist einen Wendepunkt zu einem Zeitpunkt auf, wenn die CI Verbrennung startet. Mit anderen Worten ist bzw. wird die Wellenform der Wärmeerzeugungsrate der SPCCI Verbrennung gebildet, um einen ersten Abschnitt einer Wärmeerzeugungsrate bzw. einen Abschnitt einer ersten Wärmeerzeugungsrate, welcher durch die SI Verbrennung gebildet wird und eine relativ sanft ansteigende Neigung aufweist, und einen zweiten Abschnitt einer Wärmeerzeugungsrate bzw. Abschnitt einer zweiten Wärmeerzeugungsrate aufzuweisen, welcher durch die CI Verbrennung gebildet wird und eine relativ stark ansteigende Neigung aufweist, welche anschließend aneinander in dieser Reihenfolge sind.
  • Nachdem die CI Verbrennung startet, werden die SI Verbrennung und die CI Verbrennung parallel durchgeführt. In der CI Verbrennung wird, da die Wärmeerzeugung größer als in der SI Verbrennung ist, die Wärmeerzeugungsrate relativ hoch. Es ist festzuhalten, dass, da die CI Verbrennung nach dem CTDC durchgeführt wird, sich der Kolben 3 durch ein Antreiben abwärts bewegt. Daher wird vermieden, dass die Neigung bzw. Steigung der Wellenform der Wärmeerzeugungsrate durch die CI Verbrennung übermäßig stark wird. dp/dθ in der CI Verbrennung wird auch relativ sanft.
  • dp/dθ ist als ein Index verwendbar, welcher das Verbrennungsgeräusch ausdrückt. Da die SPCCI Verbrennung fähig ist, dp/dθ abzusenken, wie dies oben beschrieben ist, wird es möglich zu vermeiden, dass das Verbrennungsgeräusch übermäßig laut wird. Derart wird das Verbrennungsgeräusch unter einen erlaubbaren Wert reduziert.
  • Die SPCCI Verbrennung endet durch ein Beenden bzw. Abschließen der CI Verbrennung. Die CI Verbrennung weist eine kürzere Verbrennungsperiode als in der SI Verbrennung auf. Die SPCCI Verbrennung stellt den Verbrennungsendzeitpunkt verglichen mit der SI Verbrennung vor. Mit anderen Worten bringt die SPCCI Verbrennung den Verbrennungs-Endzeitpunkt an dem Expansionshub näher zu dem CTDC. Die SPCCI Verbrennung ist vorteilhaft bei einem Verbessern der Kraftstoffeffizienz des Motors 1 gegenüber der SI Verbrennung.
  • Weiters wird in der SPCCI Verbrennung eine Verbrennungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung (z.B. Regel- bzw. Steuereinrichtung bzw. Controller für EGR, S-VT, Einlassluftmenge) geregelt bzw. gesteuert, um die Wärmeerzeugungsmenge der SI Verbrennung (den Abschnitt der ersten Wärmeerzeugungsrate) gemäß dem Betriebszustand des Motors zu ändern, so dass der Startzeitpunkt der CI Verbrennung (der Abschnitt der zweiten Wärmeerzeugungsrate) einen Ziel-Startzeitpunkt der CI Verbrennung erreicht, welcher gemäß dem Betriebszustand des Motors festgelegt wird.
  • Um die Kraftstoffeffizienz des Motors 1 zu verbessern, bringt das EGR System 55 das EGR Gas in die Verbrennungskammer 17 ein, wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1) -1 geringer Last arbeitet.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1)-1 geringer Last arbeitet, regelt bzw. steuert die ECU 10 die Einspritzeinrichtung 6, um den Kraftstoff bei einem Druck zwischen etwa 30 MPa und etwa 120 MPa einzuspritzen, wie dies oben beschrieben ist. Somit erreichen unter den Kraftstoffanteilen, welche von den Düsenöffnungen bzw. -ports eingespritzt werden, die Strahlen der Kraftstoffanteile, welche in Richtung zu dem Wirbelstrom fließen bzw. strömen, den Wirbelstrom und sind bzw. werden geeignet an bzw. auf dem Wirbelstrom angeordnet.
  • Wie dies in 8 illustriert ist, erreichen die Strahlen der Kraftstoffanteile f1 bis f10, welche gleichzeitig von den Düsenöffnungen der Einspritzeinrichtung 6 eingespritzt werden, den Wirbelstrom und bilden die Mischgasverteilung, während sie sich für ein Konzentrieren vereinigen oder ausbreiten bzw. verteilen. Diese Mischgasverteilung bewegt sich innerhalb der Verbrennungskammer 17 entlang des Wirbelstroms.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1)-1 geringer Last arbeitet, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) des Mischgases magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der gesamten Verbrennungskammer 17. D.h., ein Überschuss-Luftverhältnis λ des Mischgases überschreitet 1 in der Verbrennungskammer 17 insgesamt. Spezifischer ist bzw. liegt A/F des Mischgases in der Verbrennungskammer 17 insgesamt zwischen etwa 30:1 und etwa 40:1. Auf diese Weise wird eine Erzeugung von rohem NOx reduziert und es wird die Abgasleistung verbessert.
  • Zu dem Zündzeitpunkt der Zündkerze 25 ist bzw. wird das Mischgas geschichtet und es ist bzw. wird die Mischgasverteilung, welche für die SPCCI Verbrennung geeignet ist, zwischen dem zentralen bzw. mittigen Abschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt der Verbrennungskammer 17 ausgebildet. Der zentrale Abschnitt der Verbrennungskammer 17 ist der Abschnitt, wo die Zündkerze 25 angeordnet ist, und der äußere Umfangsabschnitt ist der Abschnitt um den zentralen Abschnitt und in Kontakt mit einer Auskleidung des Zylinders 11.
  • Der zentrale Abschnitt und der äußere Umfangsabschnitt der Verbrennungskammer 17 können ein innerer und äußerer Querschnitt sein, wenn der innere bzw. Innendurchmesser der Verbrennungskammer 17 gleichmäßig in zwei Querschnitte unterteilt wird. Der zentrale Abschnitt und der äußere Umfangsabschnitt der Verbrennungskammer 17 können alternativ zwei Querschnitte auf der inneren Seite und ein Querschnitt auf der äußeren Seite sein, wenn der innere Durchmesser der Verbrennungskammer 17 gleichmäßig in drei Querschnitte unterteilt wird.
  • Die Kraftstoffkonzentration, welche in dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 verteilt ist, ist höher als die Kraftstoffkonzentration, welche in dem äußeren Umfangsabschnitt der Verbrennungskammer 17 verteilt ist. Beispielsweise ist bzw. liegt A/F des Mischgases in dem zentralen Abschnitt zwischen etwa 20:1 und etwa 35:1, und es liegt A/F des Mischgases in dem äußeren Umfangsabschnitt zwischen etwa 35:1 und etwa 50:1. Es ist festzuhalten, dass A/F das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Zündzeitpunkt ist, und dass dasselbe für die nachfolgende Beschreibung gilt.
  • Der Bereich (1)-1 geringer Last ist bzw. wird in drei Segmente des Segments niedriger (hoher) Last, des Segments niedriger (mittlerer) Last und des Segments niedriger (niedriger) Last im Hinblick auf die Motorlast unterteilt. Das Segment niedriger (hoher) Last ist ein Segment höherer Last in dem Bereich (1) -1 niedriger Last und anschließend an den Bereich (1)-2 mittlerer Last. Das Segment niedriger (mittlerer) Last ist ein Segment geringerer bzw. niedrigerer Last als das Segment niedriger (hoher) Last, und das Segment niedriger (niedriger) Last ist ein Segment niedrigerer Last als das Segment niedriger (mittlerer) Last. Das Segment (niedriger) Last beinhaltet den Leerlaufbetrieb.
  • Das Segment niedriger (hoher) Last, das Segment niedriger (mittlerer) Last und das Segment niedriger (niedriger) Last können beispielsweise Segmente sein, welche durch ein gleichmäßiges Unterteilen des Bereichs (1)-1 niedriger Last in drei Segmente in der Lastrichtung erhalten werden, und können geeignet bzw. entsprechend gemäß den Spezifikationen des Motors 1 festgelegt werden.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1)-1 geringer Last arbeitet, wird der Kraftstoff zu einem gegebenen Zeitpunkt zwischen dem Einlasshub und dem Verdichtungshub eingespritzt. Die Einspritzzeitpunkte und die Anzahl von Malen von Kraftstoffeinspritzungen werden für das jeweilige Segment niedriger (hoher) Last, das Segment niedriger (mittlerer) Last und das Segment niedriger (niedriger) Last geändert. 15 zeigt die Einspritzzeitpunkte und die Anzahl von Malen von Kraftstoffeinspritzungen in den jeweiligen Segmenten. Es ist festzuhalten, dass die Einspritzzeitpunkte in diesen Segmenten basierend auf dem Untersuchungsresultat des Einspritzzeitpunkts festgelegt werden, welches oben beschrieben wurde.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Segments niedriger (hoher) Last arbeitet, wird der Kraftstoff unterteilt in zwei Einspritzungen in einer späteren Hälfte des Einlasshubs (einem später halben Abschnitt des Einlasshubs, wenn gleichmäßig in zwei Abschnitte unterteilt, angezeigt durch ein Bezugszeichen KR in 15) eingespritzt. Die Kraftstoffeinspritzmenge innerhalb des Segments niedriger (hoher) Last ist relativ groß innerhalb des Bereichs (1) -1 niedriger Last. Der Kraftstoff wird in zwei Anteile im Wesentlichen gleichmäßig (etwa 5:5) unterteilt und in zwei Einspritzungen eingespritzt.
  • Diese Kraftstoffanteile, welche während des Einlasshubs eingespritzt werden, bewegen sich in Umfangsrichtung durch den Wirbelstrom für eine relativ lange Periode. Derart lenkt das Mischgas zu dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 ab, während es sich verteilt, und zu dem Zündzeitpunkt unmittelbar vor dem CTDC wird die Mischgasverteilung, welche weit bzw. breit in der Verbrennungskammer 17 verteilt ist, ausgebildet. 16A illustriert schematisch diese Mischgasverteilung, wenn von der Oberseite der Verbrennungskammer 17 gesehen.
  • Eine Mischgasverteilung G1, welche durch den Kraftstoff gebildet wird, welcher zuerst eingespritzt wird, und eine Mischgasverteilung G2, welche durch den Kraftstoff gebildet wird, welcher später eingespritzt wird, sind bzw. werden schematisch illustriert. Da alle Kraftstoffeinspritzungen eine lange Zeitperiode bis zu dem Zündzeitpunkt aufweisen, bewegen sich die Mischgasverteilungen G1 und G2 der Kraftstoffanteile, welche durch diese Einspritzungen gebildet werden, durch ein Aufnehmen des Einflusses des Wirbelstroms und verteilen sich weit homogen. Die Mischgasverteilung G1 des Kraftstoffs, welcher zuerst eingespritzt wird, verteilt sich geringfügig weiter bzw. breiter als die Mischgasverteilung G2 des Kraftstoffs, welcher später eingespritzt wird. Schwerpunkte von beiden der Mischgasverteilungen sind in dem zentralen bzw. mittigen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 angeordnet.
  • Diese Mischgasverteilungen G1 und G2 überlappen einander, um eine vereinigte bzw. vereinheitlichte Mischgasverteilung zu bilden. A/F der Mischgasverteilung in dem zentralen Abschnitt wird auf zwischen etwa 20:1 und etwa 35:1 geregelt bzw. gesteuert, und A/F in dem äußeren Umfangsabschnitt wird auf etwa 35:1 oder darüber geregelt bzw. gesteuert. Es ist festzuhalten, dass, wenn der Motor 1 innerhalb des Segments niedriger (hoher) Last arbeitet, der Kraftstoff gemeinsam in der späteren Hälfte des Einlasshubs eingespritzt werden kann.
  • Die Zündkerze 25 zündet das Mischgas in dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 zu dem Zündzeitpunkt unmittelbar vor dem CTDC. Da A/F des Mischgases etwa 20:1 bis etwa 35:1 ist bzw. beträgt, wird die SI Verbrennung durch eine Flammenpropagation bzw. -ausbreitung stabil durchgeführt, während die Erzeugung von NOx reduziert wird. Durch ein Stabilisieren der SI Verbrennung startet die CI Verbrennung zu dem geeigneten Zeitpunkt. Die Regel- bzw. Steuerbarkeit der CI Verbrennung verbessert sich in der SPCCI Verbrennung.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Segments niedriger (mittlerer) Last und des Segments niedriger (niedriger) Last arbeitet, wird eine Mehrzahl von Einspritzungen durchgeführt, beinhaltend eine Einspritzung einer ersten Stufe, in welcher der Kraftstoff zu einem Zeitpunkt von dem Einlasshub bis zu einer zwischenliegenden Stufe des Verdichtungshubs eingespritzt wird, und eine Einspritzung einer zweiten Stufe, in welcher der Kraftstoff zu einem Zeitpunkt nach der zwischenliegenden Stufe des Verdichtungshubs eingespritzt wird. Die zwischenliegende Stufe des Verdichtungshubs ist beispielsweise eine mittlere Periode, wenn der Verdichtungshub gleichmäßig in drei Stufen einer frühen Stufe, der zwischenliegenden Stufe und einer abschließenden Stufe unterteilt wird (die frühe Stufe, die zwischenliegende Stufe und die abschließende Stufe in 15 sind bzw. werden durch Bezugszeichen Af, Am bzw. Ar angedeutet bzw. bezeichnet). Obwohl es auch einen Fall geben kann, wo die Einspritzung der ersten Stufe und die Einspritzung der zweiten Stufe in der zwischenliegenden Stufe des Verdichtungshubs durchgeführt werden, wird in diesem Fall die Einspritzung der ersten Stufe vor der Einspritzung der zweiten Stufe durchgeführt. Die Zündkerze kann die Zündung zu einem gegebenen Zündzeitpunkt derart durchführen, dass das Mischgas die Verbrennung durch eine Flammenpropagation startet und dann sich das nicht verbrannte Mischgas selbst entzündet, wobei der gegebene Zeitpunkt in einem Speicher gespeichert ist bzw. wird.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Segments niedriger (mittlerer) Last arbeitet, wird die Einspritzung der ersten Stufe einmal in der späteren Hälfte des Einlasshubs durchgeführt, und es wird die Einspritzung der zweiten Stufe einmal in der zwischenliegenden Stufe des Verdichtungshubs durchgeführt. Innerhalb des Segments niedriger (mittlerer) Last ist die Kraftstoffeinspritzmenge kleiner als diejenige innerhalb des Segments niedriger (hoher) Last. In der Einspritzung der ersten Stufe wird eine größere Menge an Kraftstoff eingespritzt verglichen mit derjenigen in der Einspritzung der zweiten Stufe, z.B. bei einem Verhältnis der Einspritzmenge in der ersten Stufe : der Einspritzmenge der zweiten Stufe = etwa 7:3.
  • Die Mischgasverteilung des Kraftstoffs in der Einspritzung der ersten Stufe, welche während des Einlasshubs durchgeführt wird, biegt zu dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 während eines Verteilens bzw. Verbreitens ab, und zu dem Zündzeitpunkt ist bzw. wird die Mischgasverteilung weit verbreitet in der Verbrennungskammer 17 ausgebildet. Andererseits weist die Einspritzung der zweiten Stufe, welche in der zwischenliegenden Stufe des Verdichtungshubs durchgeführt wird, eine kurze Zeitperiode bis zu dem Zündzeitpunkt auf. Daher verteilt sich die Mischgasverteilung des Kraftstoffs der Einspritzung der zweiten Stufe nicht weit bzw. viel, und zu dem Zündzeitpunkt ist ihr Schwerpunkt um die Zündkerze 25 angeordnet, welche an dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 angeordnet ist. Somit wird zu dem Zündzeitpunkt die Mischgasverteilung, in welcher die Verteilung von A/F relativ stark zwischen dem zentralen Abschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt der Verbrennungskammer 17 variiert, ausgebildet.
  • 16B illustriert schematisch die Mischgasverteilung. Ähnlich zu 16A illustriert sie schematisch die Mischgasverteilung G1 des Kraftstoffs der Einspritzung der ersten Stufe, welche zuerst durchgeführt wird, und die Mischgasverteilung G2 des Kraftstoffs der Einspritzung der zweiten Stufe, welche später durchgeführt wird. Mit bzw. bei der Mischgasverteilung G1 des Kraftstoffs der Einspritzung der ersten Stufe verteilt sich, während die Kraftstoffmenge relativ groß ist, der Kraftstoff homogen und weit. Daher ist ihre Kraftstoffkonzentration gering. Mit bzw. bei der Mischgasverteilung G2 des Kraftstoffs der Einspritzung der zweiten Stufe konzentriert sich, während die Kraftstoffmenge relativ gering bzw. klein ist, der Kraftstoff und verteilt sich nicht weit bzw. breit. Daher ist ihre Kraftstoffkonzentration hoch. Weiters sind Schwerpunkte von beiden der Mischgasverteilungen in dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 angeordnet.
  • Somit ist bzw. liegt, selbst bei bzw. mit einer relativ kleinen Kraftstoffmenge, A/F in dem zentralen Abschnitt der Mischgasverteilung zwischen etwa 20:1 bis etwa 35:1. A/F des äußeren Umfangsabschnitts ist etwa 35:1 oder darüber. Daher ist bzw. wird, ähnlich zu dem Segment niedriger (hoher) Last, die SI Verbrennung durch eine Flammenpropagation stabil durchgeführt, während die Erzeugung von NOx reduziert wird. Durch ein Stabilisieren der SI Verbrennung startet die CI Verbrennung zu dem geeigneten Zeitpunkt. Die Regel- bzw. Steuerbarkeit der CI Verbrennung verbessert sich in der SPCCI Verbrennung.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Segments niedriger (niedriger) Last arbeitet, wird die Einspritzung der ersten Stufe einmal in der späteren Hälfte des Einlasshubs durchgeführt, und es wird die Einspritzung der zweiten Stufe unterteilt in drei Einspritzungen (erste Einspritzung der zweiten Stufe, zweite Einspritzung der zweiten Stufe und dritte Einspritzung der zweiten Stufe) an dem Verdichtungshub durchgeführt. Beispielsweise wird die erste Einspritzung der zweiten Stufe in einer Periode von der frühen bis zwischenliegenden Stufe des Verdichtungshubs durchgeführt, wird die zweite Einspritzung der zweiten Stufe in der zwischenliegenden Stufe des Verdichtungshubs durchgeführt und wird die dritte Einspritzung der zweiten Stufe in einer Periode von der zwischenliegenden bis zur abschließenden Stufe des Verdichtungshubs durchgeführt. D.h., die ECU 10 regelt bzw. steuert die Einspritzeinrichtung 6, um die Anzahl von Malen von Kraftstoffeinspritzungen in der Einspritzung der zweiten Stufe zu erhöhen bzw. zu steigern.
  • Innerhalb des Segments niedriger (niedriger) Last ist die Kraftstoffeinspritzmenge kleiner als diejenige innerhalb des Segments niedriger (mittlerer) Last. Das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmenge ist beispielsweise Einspritzmenge der ersten Stufe : erste Einspritzung der zweiten Stufe : zweite Einspritzung der zweiten Stufe : dritte Einspritzung der zweiten Stufe = 1:1:1:0,5, und kann gemäß den Spezifikationen eingestellt bzw. festgelegt werden.
  • Die zweite Einspritzung der zweiten Zündung wird in der zwischenliegenden Stufe desselben Verdichtungshubs wie die Einspritzung der zweiten Stufe in dem Segment niedriger (mittlerer) Last durchgeführt, die erste Einspritzung der zweiten Zündung wird früher als die zweite Einspritzung der zweiten Zündung durchgeführt und die dritte Einspritzung der zweiten Zündung wird zu einem noch späteren Zeitpunkt durchgeführt. Derart verteilt sich die Mischgasverteilung der ersten Einspritzung der zweiten Stufe größer als die Mischgasverteilung der zweiten Einspritzung der zweiten Stufe, und die Mischgasverteilung der dritten Einspritzung der zweiten Stufe verteilt sich weniger als die Mischgasverteilung der zweiten Einspritzung der zweiten Stufe und ist konzentriert. Zu dem Zündzeitpunkt sind die Schwerpunkte dieser Mischgasverteilungen eingestellt, um um die Zündkerze 25 im Wesentlichen in dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 angeordnet zu sein. Somit wird zu dem Zündzeitpunkt die Mischgasverteilung, in welcher die Verteilung von A/F stark zwischen dem zentralen Abschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt der Verbrennungskammer 17 variiert, ausgebildet.
  • 16C illustriert schematisch diese Mischgasverteilung. Die Mischgasverteilung G1 des Kraftstoffs der Einspritzung der ersten Stufe und Mischgasverteilungen G2, G3 und G4 der jeweiligen Kraftstoffanteile der ersten bis dritten Einspritzung der zweiten Stufe sind bzw. werden schematisch illustriert. Die Mischgasverteilungen G1 bis G4 der Kraftstoffanteile der Einspritzung der ersten Stufe und der ersten bis dritten Einspritzung der zweiten Stufe überlappen einander und derart wird die Mischgasverteilung, in welcher die Verteilung von A/F signifikant ungleichmäßig ist, ausgebildet.
  • Somit ist bzw. liegt selbst bei einer kleinen Kraftstoffmenge A/F in dem zentralen Abschnitt der Mischgasverteilung zwischen etwa 20:1 bis etwa 35:1. A/F des äußeren Umfangsabschnitts ist bzw. beträgt etwa 35:1 oder darüber. Daher wird, ähnlich zu dem Segment niedriger (hoher) Last und dem Segment niedriger (mittlerer) Last, die SI Verbrennung durch eine Flammenpropagation stabil durchgeführt, während die Erzeugung von NOx reduziert wird. Durch ein Stabilisieren der SI Verbrennung startet die CI Verbrennung zu dem geeigneten Zeitpunkt. Die Regel- bzw. Steuerbarkeit der CI Verbrennung verbessert sich in der SPCCI Verbrennung.
  • Als ein Resultat wird, wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1) -1 niedriger Last arbeitet, die Entzündbarkeit bzw. die Zündfähigkeit der SI Verbrennung verbessert und es wird die SI Verbrennung stabilisiert. Weiters wird die stabile SPCCI Verbrennung durchgeführt und es wird eine Verbrennung mit geringem NOx und einer hohen Kraftstoffeffizienz erzielt.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Segments niedriger (niedriger) Last arbeitet, kann der Einspritzzeitpunkt der Einspritzung der zweiten Stufe hinausgeschoben (verzögert) werden, anstelle die Anzahl von Malen von Einspritzungen in der Einspritzung der zweiten Stufe zu erhöhen.
  • Beispielsweise regelt bzw. steuert, wie dies in 17 illustriert ist, innerhalb des Segments niedriger (niedriger) Last, die ECU 10 die Einspritzeinrichtung 6 derart, dass der Einspritzzeitpunkt der Einspritzung der zweiten Stufe später als in dem Segment niedriger (mittlerer) Last ist. Die Kraftstoffmenge, welche in der Einspritzung der zweiten Stufe eingespritzt wird, kann dieselbe für die beiden Segmente sein. Auf diese Weise verteilt sich, innerhalb der Einspritzung der zweiten Stufe innerhalb des Segments niedriger (niedriger) Last, da die Periode von der Einspritzung bis zu dem Zündzeitpunkt kurz ist, die Mischgasverteilung kleiner als in der Einspritzung der zweiten Stufe innerhalb des Segments niedriger (mittlerer) Last. Durch ein Verzögern des Einspritzzeitpunkts der Einspritzung der zweiten Stufe wird die Mischgasverteilung mit einer hohen Kraftstoffkonzentration (A/F ist klein) ausgebildet.
  • Durch ein Überlappen dieser Mischgasverteilungen wird die Mischgasverteilung, welche den äußeren Umfangsabschnitt, in welchem die Kraftstoffkonzentration gering ist (A/F ist etwa 35:1 oder darüber), und den zentralen Abschnitt beinhaltet, in welchem die Kraftstoffkonzentration höher ist (A/F ist etwa 20:1 bis etwa 35:1), zu dem Zündzeitpunkt ausgebildet. Daher wird auch in diesem Fall die SI Verbrennung durch eine Flammenpropagation stabil durchgeführt, während die Erzeugung von NOx reduziert wird. Durch ein Stabilisieren der SI Verbrennung startet die CI Verbrennung zu dem geeigneten Zeitpunkt. Die Regel- bzw. Steuerbarkeit der CI Verbrennung verbessert sich in der SPCCI Verbrennung.
  • Es ist festzuhalten, dass, wenn die Motorlast dieselbe ist, der Einspritzzeitpunkt beibehalten werden kann, selbst wenn sich die Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl ändert.
  • Wie dies oben beschrieben ist, erhält der Wirbelstrom einen geringen Einfluss von der Motorgeschwindigkeit. Daher wird, wenn die Motorlast dieselbe ist, d.h. wenn die Kraftstoffeinspritzmenge dieselbe ist, selbst wenn sich die Motorgeschwindigkeit ändert, durch ein Einspritzen des Kraftstoffs zu demselben Zeitpunkt eine ähnliche Mischgasverteilung innerhalb der Verbrennungskammer zu dem Einspritzzeitpunkt ausgebildet. Somit wird, wenn die Motorlast dieselbe ist, da die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an die Einspritzeinrichtung 6 ausgibt, um den Einspritzzeitpunkt unabhängig von der sich ändernden Motorgeschwindigkeit beizubehalten, eine stabile Verbrennung erzielt, während die Regelung bzw. Steuerung vereinfacht wird.
  • Da der Motor 1 die SPCCI Verbrennung durchführt, indem er das Mischgas magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb des Bereichs (1) -1 niedriger Last macht, kann der Bereich (1)-1 niedriger Last als „SPCCI magerer Bereich“ bezeichnet werden.
  • (Bereich (1)-2 mittlerer Last)
  • Auch wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1)-2 mittlerer Last arbeitet, führt der Motor 1 die SPCCI Verbrennung ähnlich zu dem Bereich (1)-1 niedriger Last durch.
  • Das Bezugszeichen 602 in 6 zeigt ein Beispiel der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte (Bezugszeichen 6021 und 6022) und des Zündzeitpunkts (ein Bezugszeichen 6023) und die Verbrennungswellenform (ein Bezugszeichen 6024) an, wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand des Bezugszeichens 602 innerhalb des Bereichs (1)-2 mittlerer Last des Motors 1 arbeitet. Der Betriebsbereich entsprechend dem Betriebszustand 602 wird durch einen schwarzen Kreis 602 in 5A angedeutet bzw. angezeigt.
  • Das EGR System 55 bringt das EGR Gas in die Verbrennungskammer 17 ein, wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des Bereichs (1)-2 mittlerer Last liegt.
  • Auch wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1) -2 mittlerer Last arbeitet, wird, ähnlich zu dem Bereich (1)-1 niedriger Last, ein starker Wirbelstrom bei einem Wirbelverhältnis von wenigstens etwa 2, vorzugsweise etwa 4 oder darüber in der Verbrennungskammer 17 ausgebildet. Das SCV 56 ist im Wesentlichen vollständig geschlossen oder weist eine gegebene schmale Öffnung auf. Da eine kinetische Turbulenzenergie in der Verbrennungskammer 17 durch ein Steigern bzw. Anheben des Wirbelstroms ansteigt, wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1) -2 mittlerer Last arbeitet, breitet sich die Flamme der SI Verbrennung prompt aus und es wird die SI Verbrennung stabilisiert. Die Regel- bzw. Steuerbarkeit der CI Verbrennung verbessert sich durch ein Stabilisieren der SI Verbrennung. Indem der Zeitpunkt der CI Verbrennung in der SPCCI Verbrennung geeignet gemacht wird, wird die Erzeugung eines Verbrennungsgeräuschs reduziert und es wird die Kraftstoffeffizienz verbessert. Weiters wird die Änderung bzw. Variation im Drehmoment zwischen Zyklen reduziert.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1)-2 mittlerer Last arbeitet, ist bzw. liegt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) des Mischgases im Wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F = 14, 7:1) in der gesamten Verbrennungskammer 17. Der Dreiweg-Katalysator reinigt das Abgas, welches aus der Verbrennungskammer 17 ausgebracht wird. Derart wird die Abgasleistung des Motors 1 gut. A/F des Mischgases kann eingestellt werden, um innerhalb eines Reinigungsfensters des Dreiweg-Katalysators zu verbleiben (d.h. eine Breite bzw. ein Bereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welche(r) die Funktion einer Dreiweg-Reinigung zeigt). Daher kann das Überschuss-Luftverhältnis λ des Mischgases etwa 1,0±0,2 betragen.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (1)-2 mittlerer Last arbeitet, spritzt die Einspritzeinrichtung 6 den Kraftstoff in die Verbrennungskammer 17 in zwei Stufen, der Einspritzung der ersten Stufe (ein Bezugszeichen 6021) und der Einspritzung der zweiten Stufe (ein Bezugszeichen 6022) ein. In der Einspritzung der ersten Stufe wird der Kraftstoff zu dem Zeitpunkt getrennt von dem Zündzeitpunkt eingespritzt und in der Einspritzung der zweiten Stufe wird der Kraftstoff zu dem Zeitpunkt nahe zu dem Zündzeitpunkt eingespritzt. Die Einspritzung der ersten Stufe kann beispielsweise in der frühen Hälfte des Verdichtungshubs durchgeführt werden, und die Einspritzung der zweiten Stufe kann beispielsweise in der späteren Hälfte des Verdichtungshubs durchgeführt werden. Die frühe Hälfte und spätere Hälfte des Verdichtungshubs können definiert werden, indem der Verdichtungshub gleichmäßig in zwei Teile im Hinblick auf den Kurbelwinkel unterteilt wird (die frühe Hälfte und die spätere Hälfte des Verdichtungshubs sind bzw. werden durch Bezugszeichen AF und AR jeweils in 6 angezeigt).
  • Die Einspritzeinrichtung 6 spritzt den Kraftstoff radial auswärts von der Mehrzahl von geneigten Düsenöffnungen ein, um sich von dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 auszubreiten. Wenn die Einspritzeinrichtung 6 die Einspritzung der ersten Stufe in der Periode der frühen Hälfte des Verdichtungshubs durchführt, erreicht, da der Kolben 3 von dem TDC getrennt ist, der eingespritzte Kraftstoffstrahl die obere Oberfläche des Kolbens 3, welche sich in Richtung zu dem TDC anhebt, außerhalb des Hohlraums 31. Ein Querschnitt außerhalb des Hohlraums 31 bildet einen Quetschbereich 171 (siehe 2). Der Kraftstoff, welcher in der Einspritzung der ersten Stufe eingespritzt wird, verbleibt in dem Quetschbereich 171, während sich der Kolben 3 anhebt, und bildet das Mischgas in dem Quetschbereich 171.
  • Wenn die Einspritzeinrichtung 6 die Einspritzung der zweiten Stufe in der Periode der späteren Hälfte des Verdichtungshubs durchführt, tritt, da der Kolben 3 nahe dem TDC ist, der eingespritzte Kraftstoffstrahl in den Hohlraum 31 ein. Der Kraftstoff, welcher in der Einspritzung der zweiten Stufe eingespritzt wird, bildet das Mischgas in dem Querschnitt innerhalb des Hohlraums 31. Hier kann der Ausdruck „der Querschnitt innerhalb des Hohlraums 31“ eine Kombination eines Querschnitts von einer Projektionsebene der Öffnungsoberfläche des Hohlraums 31 auf die Deckenoberfläche der Verbrennungskammer 17 zu der Öffnungsoberfläche des Hohlraums 31 und einen Querschnitt im Inneren des Hohlraums 31 bedeuten. Von dem Ausdruck „der Querschnitt innerhalb des Hohlraums 31“ kann auch gesagt werden, dass er ein Querschnitt der Verbrennungskammer 17 außerhalb des Quetschbereichs 171 ist.
  • Aufgrund eines Einspritzens des Kraftstoffs in den Hohlraum 31 durch die Einspritzung der zweiten Stufe tritt der Gasstrom in dem Querschnitt innerhalb des Hohlraums 31 auf. Wenn die Zeit bis zu dem Zündzeitpunkt lang ist, schwächt sich die kinetische Turbulenzenergie im Inneren der Verbrennungskammer 17 ab, wenn der Verdichtungshub fortschreitet. Jedoch zündet, da der Einspritzzeitpunkt der Einspritzung der zweiten Stufe nahe zu dem Zündzeitpunkt verglichen mit demjenigen der Einspritzung der ersten Stufe ist, die Zündkerze 25 das Mischgas in dem Querschnitt innerhalb des Hohlraums 31, während die hohe kinetische Turbulenzenergie darin beibehalten wird. Derart steigt die Geschwindigkeit der SI Verbrennung an. Wenn die Geschwindigkeit der SI Verbrennung ansteigt, wie dies oben beschrieben ist, verbessert sich die Regel- bzw. Steuerbarkeit der CI Verbrennung durch die SI Verbrennung.
  • Da die Einspritzeinrichtung 6 die Einspritzung der ersten Stufe und die Einspritzung der zweiten Stufe durchführt, wird in der Verbrennungskammer 17 ein im Wesentlichen homogenes Mischgas, in welchem das Überschuss-Luftverhältnis λ etwa 1,0±0,2 ist, insgesamt ausgebildet. Da das Mischgas im Wesentlichen homogen ist, werden die Verbesserung in der Kraftstoffeffizienz durch ein Reduzieren des Verlusts durch nicht verbrannten Kraftstoff und die Verbesserung in der Abgasleistung durch ein Vermeiden der Raucherzeugung erzielt. Das Überschuss-Luftverhältnis λ ist vorzugsweise etwa 1,0 bis etwa 1,2.
  • Da die Zündkerze 25 das Mischgas zu dem gegebenen Zeitpunkt vor dem CTDC zündet (ein Bezugszeichen 6023), verbrennt das Mischgas durch eine Flammenpropagation. Nachdem diese Verbrennung startet, entzündet sich das nicht verbrannte Mischgas selbst und bewirkt die CI Verbrennung. Der Kraftstoff, welcher in der Einspritzung der zweiten Stufe eingespritzt wird, bewirkt hauptsächlich die SI Verbrennung. Der Kraftstoff, welcher in der Einspritzung der ersten Stufe eingespritzt wird, bewirkt hauptsächlich die CI Verbrennung. Durch ein Durchführen der Einspritzung der ersten Stufe an dem Verdichtungshub wird der Kraftstoff, welcher in der Einspritzung der ersten Stufe eingespritzt wird, daran gehindert, die abnormale Verbrennung, wie beispielsweise die Vorzündung zu bewirken. Darüber hinaus wird der Kraftstoff, welcher in der Einspritzung der zweiten Stufe eingespritzt wird, stabil durch eine Flammenpropagation bzw. -fortplanzung verbrannt.
  • Innerhalb des Bereichs (1)-2 mittlerer Last kann, da der Motor 1 die SPCCI Verbrennung durch ein Festlegen bzw. Einstellen des Mischgases im Wesentlichen auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchführt, der Bereich (1)-2 mittlerer Last als „SPCCI λ=1 Bereich“ bezeichnet werden.
  • Hier ist, wie dies in 5A illustriert ist, der Booster bzw. Verdichter 44 (siehe „S/C AUS“) innerhalb eines Teils des Bereichs (1) -1 niedriger Last und eines Teils des Bereichs (1)-2 mittlerer Last ausgeschaltet. Im Detail ist bzw. wird der Booster 44 innerhalb eines Segments niedriger Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Bereichs (1)-1 niedriger Last ausgeschaltet. Innerhalb eines Segments hoher Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Bereichs (1)-1 niedriger Last wird bzw. ist der Booster 44 eingeschaltet, um den Verdichtungsdruck zu erhöhen, um eine erforderliche Einlassbelademenge entsprechend der hohen Motorgeschwindigkeit sicherzustellen. Weiters ist bzw. wird innerhalb eines Segments niedriger Last und niedriger Geschwindigkeit des Bereichs (1) -2 mittlerer Last der Booster 44 ausgeschaltet. Innerhalb eines Segments hoher Last des Bereichs (1) -2 mittlerer Last wird der Booster 44 eingeschaltet, um die erforderliche Einlassbelademenge entsprechend der ansteigenden Kraftstoffeinspritzmenge sicherzustellen. Innerhalb des Segments hoher Geschwindigkeit ist bzw. wird der Booster 44 eingeschaltet, um die erforderliche Einlassbelademenge entsprechend der hohen Motorgeschwindigkeit sicherzustellen.
  • Es ist festzuhalten, dass innerhalb des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit, des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit und des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit der Booster 44 in diesen gesamten Bereichen eingeschaltet ist (siehe „S/C EIN“).
  • (Bereich (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit)
  • Auch wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit arbeitet, führt der Motor 1 die SPCCI Verbrennung ähnlich zu dem Bereich (1)-1 niedriger Last und dem Bereich (1)-2 mittlerer Last durch.
  • Ein Bezugszeichen 603 in 6 zeigt ein Beispiel der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte (Bezugszeichen 6031 und 6032) und des Zündzeitpunkts (ein Bezugszeichen 6033) und die Verbrennungswellenform (ein Bezugszeichen 6034) an, wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand des Bezugszeichens 603 innerhalb des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit des Motors 1 arbeitet. Der Betriebsbereich entsprechend dem Betriebszustand 603 wird durch einen schwarzen Kreis 603 in 5A angezeigt bzw. angedeutet.
  • Das EGR System 55 bringt das EGR Gas in die Verbrennungskammer 17 ein, wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit liegt. Der Motor 1 reduziert die EGR Gasmenge, wenn die Motorlast ansteigt. Bei der vollen Last kann das EGR Gas auf etwa null eingestellt sein bzw. werden.
  • Auch wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit arbeitet, wird, ähnlich zu dem Bereich (1)-1 niedriger Last, ein starker Wirbelstrom bei einem Wirbelverhältnis von wenigstens etwa 2, vorzugsweise etwa 4 oder darüber in der Verbrennungskammer 17 ausgebildet. Das SCV 56 ist vollständig geschlossen oder weist eine gegebene Öffnung auf.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit arbeitet, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) des Mischgases bei dem oder reicher bzw. fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der gesamten Verbrennungskammer 17 (d.h. das Überschuss-Luftverhältnis λ des Mischgases ist λ<=1).
  • Wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand 603 innerhalb des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit arbeitet, spritzt die Einspritzeinrichtung 6 den Kraftstoff in die Verbrennungskammer 17 in zwei Stufen, der Einspritzung der ersten Stufe (das Bezugszeichen 6031) und der Einspritzung der zweiten Stufe (das Bezugszeichen 6032) an dem Verdichtungshub ein. Die Einspritzung der ersten Stufe kann beispielsweise in der frühen Hälfte des Verdichtungshubs durchgeführt werden, welche durch das Bezugszeichen AF bezeichnet ist, und die Einspritzung der zweiten Stufe kann beispielsweise in der späteren Hälfte des Verdichtungshubs durchgeführt werden, welche durch das Bezugszeichen AR angedeutet bzw. bezeichnet ist.
  • Wenn ein starker Wirbelstrom in der Verbrennungskammer 17 erzeugt wird, bildet der Kraftstoff der Einspritzung der ersten Stufe das Mischgas in dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17. Dieses Mischgas in dem zentralen Abschnitt wird hauptsächlich in der SI Verbrennung verbrannt. Der Kraftstoff der Einspritzung der zweiten Stufe bildet hauptsächlich das Mischgas in dem äußeren Umfangsabschnitt der Verbrennungskammer 17. Dieses Mischgas in dem äußeren Umfangsabschnitt wird hauptsächlich in der CI Verbrennung verbrannt.
  • Weiters wird in der Kraftstoffeinspritzung, welche die Einspritzung der ersten Stufe und die Einspritzung der zweiten Stufe beinhaltet, die Kraftstoffkonzentration des Mischgases in dem äußeren Umfangsabschnitt der Verbrennungskammer höher als die Kraftstoffkonzentration des Mischgases in dem zentralen Abschnitt gemacht, und es wird die Kraftstoffmenge des Mischgases in dem äußeren Umfangsabschnitt höher als diejenige in dem zentralen bzw. mittigen Abschnitt gemacht. Die Einspritzmenge der Einspritzung der ersten Stufe kann größer als diejenige der Einspritzung der zweiten Stufe eingestellt werden. Das Verhältnis zwischen der Einspritzmenge der Einspritzung der ersten Stufe und der Einspritzmenge der Einspritzung der zweiten Stufe kann beispielsweise etwa 7:3 sein bzw. betragen.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit arbeitet, ist das Überschuss-Luftverhältnis λ des Mischgases in dem zentralen Abschnitt, wo die Zündkerze 25 angeordnet ist, vorzugsweise etwa 1 oder geringer, und es ist das Überschuss-Luftverhältnis λ des Mischgases in dem äußeren Umfangsabschnitt etwa 1 oder weniger, vorzugsweise unter 1. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) des Mischgases in dem zentralen Abschnitt kann beispielsweise zwischen etwa 13 und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (14,7:1) sein bzw. liegen. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases in dem zentralen Abschnitt kann magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis sein. Weiters kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases in dem äußeren Umfangsabschnitt beispielsweise zwischen etwa 11:1 und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, vorzugsweise zwischen etwa 11:1 und etwa 12:1 sein. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases in der gesamten Verbrennungskammer 17 kann zwischen etwa 12,5:1 und etwa 13:1 sein. Da die Kraftstoffmenge innerhalb des Mischgases in dem äußeren Umfangsabschnitt ansteigt, wenn das Überschuss-Luftverhältnis λ des äußeren Umfangsabschnitts der Verbrennungskammer 17 auf unter etwa 1 eingestellt wird, wird die Temperatur durch die latente Wärme einer Verdampfung des Kraftstoffs abgesenkt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases in der gesamten Verbrennungskammer 17 kann zwischen etwa 12,5:1 und dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, vorzugsweise zwischen etwa 12,5:1 und etwa 13:1 sein.
  • Da die Zündkerze 25 in dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 angeordnet ist, zündet die Zündkerze 25 das Mischgas in dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer 17 (das Bezugszeichen 6033). Durch die Zündung der Zündkerze 25 startet das Mischgas in dem zentralen Abschnitt die SI Verbrennung durch eine Flammenpropagation.
  • Innerhalb des Bereichs hoher Last steigt die Kraftstoffeinspritzmenge ebenso wie die Temperatur der Verbrennungskammer 17 an, weshalb die CI Verbrennung leicht startet. Mit anderen Worten tritt innerhalb des Bereichs hoher Last die Vorzündung leicht auf. Jedoch wird, da die Temperatur des äußeren Umfangsabschnitts der Verbrennungskammer 17 durch die latente Wärme einer Verdampfung des Kraftstoffs verringert bzw. abgesenkt wird, wie dies oben beschrieben ist, vermieden, dass die CI Verbrennung unmittelbar startet, nachdem das Mischgas funken-gezündet wird.
  • Da der Motor 1 die SPCCI Verbrennung durch ein Einstellen des Mischgases auf das oder reicher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit durchführt, kann der Bereich (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit als „SPCCI λ<=1 Bereich“ bezeichnet werden.
  • (Bereich (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit)
  • Wenn die Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl gering ist, wird die Zeitdauer, damit sich der Kurbelwinkel um 1° ändert, länger. Innerhalb des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit schreitet, wenn der Kraftstoff in die Verbrennungskammer 17 in dem Einlasshub und der frühen Hälfte des Verdichtungshubs ähnlich zu dem Bereich (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit eingespritzt wird, die Reaktion des Kraftstoffs übermäßig fort und bewirkt eine Vorzündung. Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit arbeitet, wird es schwierig, die SPCCI Verbrennung durchzuführen.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit arbeitet, führt der Motor 1 die SI Verbrennung anstelle der SPCCI Verbrennung durch.
  • Ein Bezugszeichen 604 in 6 zeigt ein Beispiel des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts (ein Bezugszeichen 6041) und des Zündzeitpunkts (ein Bezugszeichen 6042) und die Wellenform (ein Bezugszeichen 6043) an, wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand des Bezugszeichens 604 innerhalb des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit des Motors 1 arbeitet. Der Betriebsbereich entsprechend dem Betriebszustand 604 wird durch einen schwarzen Kreis 604 in 5A angedeutet.
  • Das EGR System 55 bringt das EGR Gas in die Verbrennungskammer 17 ein, wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit ist bzw. liegt. Der Motor 1 reduziert die EGR Gasmenge, wenn die Motorlast ansteigt. Bei der vollen Last kann das EGR Gas auf etwa null eingestellt sein bzw. werden.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit arbeitet, ist bzw. liegt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) des Mischgases im Wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F=14,7:1) in der gesamten Verbrennungskammer 17. A/F des Mischgases kann eingestellt bzw. festgelegt werden, um innerhalb des Reinigungsfensters des Dreiweg-Katalysators zu verbleiben. Daher kann ein Überschuss-Luftverhältnis λ des Mischgases etwa 1,0±0,2 sein. Durch ein Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Mischgases im Wesentlichen auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbessert sich die Kraftstoffeffizienz innerhalb des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit. Es ist festzuhalten, dass, wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit arbeitet, die Kraftstoffkonzentration des Mischgases in der gesamten Verbrennungskammer 17 eingestellt werden kann, so dass das Überschuss-Luftverhältnis λ 1 oder geringer oder gleich wie oder höher als das Überschuss-Luftverhältnis λ innerhalb des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit, vorzugsweise höher als das Überschuss-Luftverhältnis λ innerhalb des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit ist.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit arbeitet, spritzt die Einspritzeinrichtung 6 den Kraftstoff in die Verbrennungskammer 17 zu einem Zeitpunkt in der Periode von der abschließenden Stufe des Verdichtungshubs bis zu einer frühen Stufe des Expansionshubs ein (hierin nachfolgend als „die Verzögerungsperiode“ bezeichnet) (das Bezugszeichen 6041). Wie dies oben beschrieben ist, kann die abschließende Stufe des Verdichtungshubs die abschließende Stufe sein, wenn der Verdichtungshub gleichmäßig in drei Stufen der frühen Stufe, der zwischenliegenden Stufe und der abschließenden Stufe unterteilt wird. In ähnlicher Weise kann die frühe Stufe des Expansionshubs die frühe Stufe sein, wenn der Expansionshub gleichmäßig in drei Stufen der frühen Stufe, einer zwischenliegenden Stufe und einer abschließenden Stufe unterteilt wird.
  • Durch ein Einstellen bzw. Festlegen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts auf einen späten Zeitpunkt wird eine Vorzündung vermieden. Der Kraftstoffdruck ist bzw. wird auf einen hohen Kraftstoffdruck von etwa 30 MPa oder darüber eingestellt. Durch ein Erhöhen des Kraftstoffdrucks werden die Kraftstoffeinspritzperiode und die Mischgas-Ausbildungsperiode verkürzt. Eine obere Grenze des Kraftstoffdrucks kann beispielsweise etwa 120 MPa sein.
  • Nachdem der Kraftstoff eingespritzt ist, zündet die Zündkerze 25 das Mischgas zu einem Zeitpunkt nahe dem CTDC (das Bezugszeichen 6042). Die Zündkerze 25 zündet beispielsweise nach dem CTDC. Das Mischgas bewirkt die SI Verbrennung an bzw. bei dem Expansionshub. Da die SI Verbrennung bei dem Expansionshub startet, startet die CI Verbrennung nicht.
  • Um die Vorzündung zu vermeiden, verzögert die Einspritzeinrichtung 6 den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, wenn die Motorgeschwindigkeit abnimmt. Die Kraftstoffeinspritzung kann an dem Expansionshub enden.
  • Innerhalb des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit kann, da der Motor 1 die SI Verbrennung durch ein Einspritzen des Kraftstoffs in der Verzögerungsperiode von der abschließenden Stufe des Verdichtungshubs bis zu der frühen Stufe des Expansionshubs durchführt, der Bereich (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit als „verzögerter SI Bereich“ bezeichnet werden.
  • (Bereich (4) hoher Geschwindigkeit)
  • Wenn die Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl hoch ist, wird die Zeitdauer, damit sich der Kurbelwinkel um 1° ändert, kürzer. Daher ist es beispielsweise innerhalb eines Segments hoher Geschwindigkeit des Bereichs hoher Last schwierig, das Mischgas in der Verbrennungskammer 17 zu schichten, indem die unterteilten Einspritzungen während des Verdichtungshubs durchgeführt werden, wie dies oben beschrieben ist. Wenn die Motorgeschwindigkeit ansteigt, wird es schwierig, die oben beschriebene SPCCI Verbrennung durchzuführen.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit arbeitet, führt der Motor 1 die SI Verbrennung anstelle der SPCCI Verbrennung durch. Es ist festzuhalten, dass sich der Bereich (4) hoher Geschwindigkeit über die gesamte Lastrichtung von einer niedrigen bzw. geringen Last zu hohen Lasten erstreckt.
  • Ein Bezugszeichen 605 in 6 zeigt ein Beispiel des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts (ein Bezugszeichen 6051) und des Zündzeitpunkts (ein Bezugszeichen 6052) und die Verbrennungswellenform (ein Bezugszeichen 6053) an, wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand des Bezugszeichens 605 innerhalb des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit des Motors 1 arbeitet. Der Betriebsbereich entsprechend dem Betriebszustand 605 ist bzw. wird durch einen schwarzen Kreis 605 in 5A angedeutet.
  • Das EGR System 55 bringt das EGR Gas in die Verbrennungskammer 17 ein, wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit liegt. Der Motor 1 reduziert die EGR Gasmenge, wenn die Motorlast ansteigt. Bei der vollen Last kann das EGR Gas auf etwa null eingestellt sein bzw. werden.
  • Bei einem Arbeiten bzw. Betreiben innerhalb des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit öffnet der Motor 1 im Wesentlichen vollständig das SCV 56. Kein Wirbelstrom wird in der Verbrennungskammer 17 erzeugt, und es wird nur der Taumelstrom erzeugt. Durch ein im Wesentlichen vollständiges Öffnen des SCV 56 wird eine Beladeeffizienz in dem Bereich (4) hoher Geschwindigkeit verbessert und es wird ein Pumpenverlust reduziert.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit arbeitet, liegt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) des Mischgases grundlegend im Wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F=14,7:1) in der gesamten Verbrennungskammer 17. Das Überschuss-Luftverhältnis λ des Mischgases kann auf etwa 1,0±0,2 eingestellt werden. Es ist festzuhalten, dass innerhalb des Segments hoher Last des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit, beinhaltend die volle Last, das Überschuss-Luftverhältnis λ des Mischgases unter 1 sein bzw. liegen kann.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit arbeitet, startet die Einspritzeinrichtung 6 die Kraftstoffeinspritzung an dem Einlasshub (das Bezugszeichen 6051). Die Einspritzeinrichtung 6 spritzt den gesamten Kraftstoffanteil für einen Verbrennungszyklus gemeinsam bzw. auf einmal ein. Es ist festzuhalten, dass in dem Betriebszustand 605, da die Motorlast hoch ist, die Kraftstoffeinspritzmenge groß ist. Die Kraftstoffeinspritzperiode ändert sich gemäß der Kraftstoffeinspritzmenge. Durch ein Starten der Kraftstoffeinspritzung an dem Einlasshub wird ein homogenes oder im Wesentlichen homogenes Mischgas in der Verbrennungskammer 17 gebildet. Weiters wird, wenn die Motorgeschwindigkeit hoch ist, da die Verdampfungszeit des Kraftstoffs so lange wie möglich sichergestellt wird, der Verlust an nicht verbranntem Kraftstoff reduziert.
  • Nachdem die Kraftstoffeinspritzung beendet ist, zündet die Zündkerze 25 das Mischgas zu einem geeigneten Zeitpunkt vor dem CTDC (das Bezugszeichen 6052).
  • Daher kann, innerhalb des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit, da der Motor 1 die Kraftstoffeinspritzung an dem Einlasshub startet und die SI Verbrennung durchführt, der Bereich (4) hoher Geschwindigkeit als „Einlass SI Bereich“ bezeichnet werden.
  • (Regel- bzw. Steuerprozess des Motors)
  • Als nächstes wird eine Betriebsregelung bzw. -steuerung des Motors 1, welche durch die ECU 10 ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 18 beschrieben werden. Zuerst liest bei S1 nach dem Start die ECU 10 die Signale von den Sensoren SW1 bis SW16. Als nächstes bestimmt bei S2 die ECU 10 den Betriebsbereich des Motors 1.
  • Bei S3 bestimmt die ECU 10, ob der Motor 1 innerhalb des „SPCCI mageren Bereichs“ (d.h. des Bereichs (1)-1 niedriger Last) arbeitet. Wenn das Resultat positiv ist, gelangt der Prozess zu S8, während, wenn das Resultat negativ ist, der Prozess zu S4 gelangt bzw. fortschreitet.
  • Bei S4 bestimmt die ECU 10, ob der Motor 1 innerhalb des „SPCCI λ=1 Bereichs“ (d.h. des Bereichs (1)-2 mittlerer Last) arbeitet. Wenn das Resultat positiv ist, gelangt der Prozess zu S9, während, wenn das Resultat negativ ist, der Prozess zu S5 gelangt.
  • Bei S5 bestimmt die ECU 10, ob der Motor 1 innerhalb des „SPCCI λ<=1 Bereichs“ (d.h. des Bereichs (2) hoher Last und mittlerer Geschwindigkeit) arbeitet. Wenn das Resultat positiv ist, gelangt der Prozess zu S10, während, wenn das Resultat negativ ist, der Prozess zu S6 gelangt.
  • Bei S6 bestimmt die ECU 10, ob der Motor 1 innerhalb des „verzögerten SI Bereichs“ (d.h. des Bereichs (3) hoher Last und niedriger Geschwindigkeit) arbeitet. Wenn das Resultat positiv ist, gelangt der Prozess zu S11, während, wenn das Resultat negativ ist, der Prozess zu S7 gelangt.
  • Bei S7 bestimmt die ECU 10, ob der Motor 1 innerhalb des „Einlass SI Bereichs“ (d.h. des Bereichs (4) hoher Geschwindigkeit) arbeitet. Wenn das Resultat positiv ist, gelangt der Prozess zu S12, während, wenn das Resultat negativ ist, der Prozess zu S1 gelangt.
  • Bei S8 gibt die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an das SCV 56 für ein Schließen aus. Weiters gibt die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an die Einspritzeinrichtung 6 aus, um die Einspritzung der ersten Stufe an dem Einlasshub durchzuführen und die Einspritzung der zweiten Stufe an dem Verdichtungshub durchzuführen. Derart wird ein geschichtetes Mischgas in der Verbrennungskammer 17 gebildet, wo der starke Wirbelstrom erzeugt bzw. generiert wird. Dann gibt bei S13 die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an die Zündkerze 25 aus, um die Zündung zu einem gegebenen Zeitpunkt vor dem CTDC durchzuführen. Derart führt der Motor 1 die SPCCI Verbrennung durch.
  • Bei S9 gibt die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an das SCV 56 für ein Schließen aus. Weiters gibt die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an die Einspritzeinrichtung 6 aus, um die Einspritzung der ersten Stufe und die Einspritzung der zweiten Stufe an dem Verdichtungshub durchzuführen. Derart wird das Mischgas bei etwa λ=1 in der Verbrennungskammer 17 gebildet, wo der starke Wirbelstrom erzeugt wird. Dann gibt bei S13 die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an die Zündkerze 25 aus, um die Zündung zu einem gegebenen Zeitpunkt vor dem CTDC durchzuführen. Derart führt der Motor 1 die SPCCI Verbrennung durch.
  • Bei S10 gibt die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an das SCV 56 für ein Schließen aus. Weiters gibt die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an die Einspritzeinrichtung 6 aus, um die unterteilten Einspritzungen des Kraftstoffs an dem Verdichtungshub oder eine gemeinsame Einspritzung des Kraftstoffs an dem Einlasshub durchzuführen. Derart wird ein geschichtetes Mischgas in der Verbrennungskammer 17 gebildet, wo der starke Wirbelstrom erzeugt wird. Dann gibt bei S13 die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an die Zündkerze 25 aus, um die Zündung zu einem gegebenen Zeitpunkt vor dem CTDC durchzuführen. Derart führt der Motor 1 die SPCCI Verbrennung durch.
  • Bei S11 gibt die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an das SCV 56 aus, um halb zu öffnen. Weiters gibt die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an die Einspritzeinrichtung 6 aus, um die Kraftstoffeinspritzung von der abschließenden Stufe des Verdichtungshubs bis zu der frühen Stufe des Expansionshubs durchzuführen. Dann gibt bei S13 die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an die Zündkerze 25 aus, um die Zündung zu einem gegebenen Zeitpunkt nach der Kraftstoffeinspritzung und nach dem CTDC durchzuführen. Derart führt der Motor 1 die SI Verbrennung durch.
  • Bei S12 gibt die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an das SCV 56 für ein Öffnen aus. Weiters gibt die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an die Einspritzeinrichtung 6 aus, um die Kraftstoffeinspritzung an dem Einlasshub durchzuführen. Derart wird ein homogenes oder im Wesentlichen homogenes Mischgas in der Verbrennungskammer 17 ausgebildet. Dann gibt bei S13 die ECU 10 ein Regel- bzw. Steuersignal an die Zündkerze 25 aus, um die Zündung zu einem gegebenen Zeitpunkt vor dem CTDC durchzuführen. Derart führt der Motor 1 die SI Verbrennung durch.
  • (Andere Ausführungsformen)
  • Es ist festzuhalten, dass die hier geoffenbarte Lehre nicht auf die Anwendung an dem Motor 1 beschränkt bzw. begrenzt ist, welcher die obige Konfiguration aufweist. Die Konfiguration des Motors 1 kann verschiedene Konfigurationen annehmen. Weiters kann der Motor 1 einen Turbolader anstelle des mechanischen Boosters bzw. Verdichters 44 beinhalten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor
    10
    ECU (Regel- bzw. Steuereinheit)
    17
    Verbrennungskammer
    25
    Zündkerze
    3
    Kolben
    56
    Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil (Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil)
    6
    Einspritzeinrichtung (Kraftstoffeinspritzventil)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2006283571 A [0002]

Claims (14)

  1. Kompressionszündungsmotor (1), umfassend: einen Zylinder (11), einen Kolben für ein Hin- und Herbewegen im Inneren des Zylinders (11) entlang einer zentralen Achse (X1) davon und einen Zylinderkopf (13), und ausgebildet mit einer Verbrennungskammer (17), welche durch den Zylinder (11), den Kolben und den Zylinderkopf (13) definiert ist; eine Zündkerze (25), welche in der Verbrennungskammer (17) angeordnet ist; ein Kraftstoffeinspritzventil (6), welches angeordnet ist, um in die Verbrennungskammer (17) gerichtet zu sein; ein Regel- bzw. Steuerventil (43, 54) für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches konfiguriert ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Mischgases im Inneren der Verbrennungskammer (17) einzustellen; und eine Regel- bzw. Steuereinheit (10), welche mit der Zündkerze (25), dem Kraftstoffeinspritzventil (6) und dem Regel- bzw. Steuerventil (43, 54) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbunden und konfiguriert ist, um ein Regel- bzw. Steuersignal an die Zündkerze (25), das Kraftstoffeinspritzventil (6) und das Regel- bzw. Steuerventil (43, 54) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auszugeben, wobei ein geometrisches Kompressionsverhältnis des Motors (1) etwa 14:1 oder darüber ist, und wobei die Regel- bzw. Steuereinheit (10) einen Prozessor (101) beinhaltet, welcher konfiguriert ist, um auszuführen, oder umfasst: ein das Luft-Kraftstoff-Verhältnis regelndes bzw. steuerndes Modul (104), um, wenn für den Motor (1) detektiert wird, dass er sich in einem gegebenen Betriebszustand befindet, das Regel- bzw. Steuerventil (43, 54) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln bzw. zu steuern, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des gesamten Mischgases im Inneren der Verbrennungskammer (17) zu einem gegebenen mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bringen, welches größer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; und ein die Zündkerze regelndes bzw. steuerndes Modul (105), um nach der Regelung bzw. Steuerung durch das das Luft-Kraftstoff-Verhältnis regelnde bzw. steuernde Modul (104) das Regel- bzw. Steuersignal an die Zündkerze (25) auszugeben, um die Zündung an einem gegebenen Zündzeitpunkt derart durchzuführen, dass das Mischgas eine Verbrennung durch eine Flammenpropagation bzw. -ausbreitung startet und dann nicht verbranntes Mischgas sich selbst entzündet, wobei der gegebene Zündzeitpunkt in einem Speicher (102) gespeichert ist.
  2. Motor nach Anspruch 1, wobei das das Luft-Kraftstoff-Verhältnis regelnde bzw. steuernde Modul (104) das Kraftstoffeinspritzventil (6) derart regelt bzw. steuert, dass, wenn die Zündkerze (25) die Zündung durchführt, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases nahe der Zündkerze (25) zwischen etwa 20:1 und etwa 35:1 ist bzw. beträgt und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases darum herum zwischen etwa 35:1 und etwa 50:1 ist.
  3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, weiters umfassend: eine Einlassöffnung (18), welche konfiguriert ist, um Einlassluft in die Verbrennungskammer (17) einzubringen; eine Auslassöffnung (19), welche konfiguriert ist, um Abgas aus der Verbrennungskammer (17) auszubringen; und ein Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil (56), welches in einem Einlassdurchtritt vorgesehen ist, welcher mit der Einlassöffnung (18) verbunden ist, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (6) an dem Zylinderkopf (13) festgelegt ist, angeordnet ist, um in das Zentrum der Verbrennungskammer (17) in einer Draufsicht darauf gerichtet bzw. orientiert zu sein, und eine erste Düsenöffnung mit einer Düsenöffnungsachse, welche sich zu der Seite der Auslassöffnung (19) in der Draufsicht erstreckt, und eine zweite Düsenöffnung mit einer Düsenöffnungsachse aufweist, welche sich zu der Seite der Einlassöffnung (18) in der Draufsicht erstreckt, und wobei der Prozessor (101) weiters konfiguriert ist, um auszuführen, oder umfasst: ein das Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil regelndes bzw. steuerndes Modul (106), um eine Öffnung des Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventils (56) derart zu regeln bzw. zu steuern, dass ein Wirbelverhältnis im Inneren der Verbrennungskammer (17) etwa 2 oder mehr wird; und ein das Kraftstoffeinspritzventil regelndes bzw. steuerndes Modul (107), um das Kraftstoffeinspritzventil (6) zu regeln bzw. zu steuern, um Kraftstoff zu einem gegebenen Zeitpunkt einzuspritzen, bei welchem das Wirbelverhältnis etwa 2 oder mehr ist.
  4. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das das Kraftstoffeinspritzventil regelnde bzw. steuernde Modul (107) das Regel- bzw. Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil (6) ausgibt, um eine Einspritzung eines ersten Kraftstoffanteils, in welcher der Kraftstoff in einer Periode von einem Einlasshub bis zu einer zwischenliegenden Stufe eines Verdichtungshubs eingespritzt wird, und eine Einspritzung eines zweiten Kraftstoffanteils durchzuführen, in welcher der Kraftstoff nach einem Verstreichen einer gegebenen Periode von der Einspritzung des ersten Kraftstoffanteils eingespritzt wird.
  5. Motor nach Anspruch 4, wobei das das Kraftstoffeinspritzventil regelnde bzw. steuernde Modul (107) beide Ausführungszeitpunkte der Einspritzung des ersten Kraftstoffanteils und der Einspritzung des zweiten Kraftstoffanteils einstellt bzw. festgelegt, um an bzw. bei dem Einlasshub zu sein, oder das das Kraftstoffeinspritzventil regelnde bzw. steuernde Modul (107) einen Ausführungszeitpunkt der Einspritzung des ersten Kraftstoffanteils, um bei dem Einlasshub zu sein, und einen Ausführungszeitpunkt der Einspritzung des zweiten Kraftstoffanteils festlegt, um an dem Verdichtungshub zu sein, oder das das Kraftstoffeinspritzventil regelnde bzw. steuernde Modul (107) das Regel- bzw. Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil (6) ausgibt, um eine dritte Kraftstoffeinspritzung durchzuführen, in welcher der Kraftstoff nach einem Verstreichen einer gegebenen Periode von der Einspritzung des zweiten Kraftstoffanteils eingespritzt wird, und wobei das das Kraftstoffeinspritzventil regelnde bzw. steuernde Modul (107) einen Ausführungszeitpunkt der Einspritzung des ersten Kraftstoffanteils, um bei dem Einlasshub zu sein, und Ausführungszeitpunkte der zweiten und dritten Kraftstoffeinspritzung festlegt, um bei dem Verdichtungshub zu sein.
  6. Kompressionszündungsmotor (1), umfassend: eine Verbrennungskammer (17); ein Kraftstoffeinspritzventil (6), welches konfiguriert ist, um Kraftstoff in die Verbrennungskammer (17) einzuspritzen; eine Zündkerze (25), welche konfiguriert ist, um ein Mischgas zu zünden, welches im Inneren der Verbrennungskammer (17) durch den Kraftstoff gebildet wird, welcher von dem Kraftstoffeinspritzventil (6) eingespritzt wird; und eine Regel- bzw. Steuereinheit (10), welche einen Prozessor (101) beinhaltet, welcher mit dem Kraftstoffeinspritzventil (6) und der Zündkerze (25) verbunden und konfiguriert ist, um ein Regel- bzw. Steuersignal jeweils an das Kraftstoffeinspritzventil (6) und die Zündkerze (25) auszugeben, wobei die Zündkerze (25) das Mischgas zündet, um eine Verbrennung durch eine Funkenzündung (SI) durch eine Flammenpropagation zu starten, und dann nicht verbranntes Mischgas sich selbst entzündet, um eine Verbrennung einer Kompressions- bzw. Verdichtungszündung (CI) zu bewirken, und wobei die Zündkerze (25) die Zündung in einem Zustand durchführt, wo ein geometrisches Verdichtungsverhältnis des Motors (1) etwa 14:1 oder darüber ist, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des gesamten Mischgases im Inneren der Verbrennungskammer (17) ein gegebenes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches größer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases nahe der Zündkerze (25) kleiner als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases darum herum ist.
  7. Regel- bzw. Steuersystem (100) nach Anspruch 6, wobei, wenn die Zündkerze (25) die Zündung durchführt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases nahe der Zündkerze (25) zwischen etwa 20:1 und etwa 35:1 ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases darum herum zwischen etwa 35:1 und etwa 50:1 ist.
  8. Regel- bzw. Steuersystem (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Zündkerze (25) im Wesentlichen in einem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer (17) angeordnet ist, weiters umfassend ein Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil (56), welches konfiguriert ist, um einen Wirbelstrom im Inneren der Verbrennungskammer (17) zu erzeugen, wobei die Regel- bzw. Steuereinheit (10) das Kraftstoffeinspritzventil (6) regelt bzw. steuert, um den Kraftstoff zu einem gegebenen Einspritzzeitpunkt einzuspritzen, nachdem das Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil (56) den Wirbelstrom erzeugt, und die Zündkerze (25) regelt bzw. steuert, um die Zündung zu einem gegebenen Zeitpunkt nach der Kraftstoffeinspritzung durchzuführen, um die SI Verbrennung zu regeln bzw. steuern, während eine Mischgasverteilung durch den Wirbelstrom geregelt bzw. gesteuert wird.
  9. Regel- bzw. Steuersystem (100) nach Anspruch 8, wobei das Wirbel-Regel- bzw. -Steuerventil (56) den Wirbelstrom erzeugt, von welchem ein Wirbelverhältnis etwa 2 oder mehr oder etwa 4 oder mehr ist, und/oder die Regel- bzw. Steuereinheit (10) das Regel- bzw. Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil (6) ausgibt, um unterteilt den Kraftstoff zu einer Mehrzahl von Zeiten in dem Verdichtungshub einzuspritzen.
  10. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regel- bzw. Steuereinheit (10) das Regel- bzw. Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil (6) ausgibt, um den Einspritzzeitpunkt in einem Fall zu fixieren, wo sich eine Motorgeschwindigkeit bzw. -drehzahl ändert, während sich eine Motorlast nicht ändert.
  11. Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Kompressionszündungsmotors (1), umfassend die Schritte eines: Regelns bzw. Steuerns des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines gesamten Mischgases im Inneren einer Verbrennungskammer (17) des Motors, um ein gegebenes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu werden, welches größer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wenn sich der Motor (1) in einem gegebenen Betriebszustand befindet; und danach Durchführens einer Zündung bei einem gegebenen Zündzeitpunkt derart, dass das Mischgas eine Verbrennung durch eine Flammenpropagation startet und sich dann unverbranntes Mischgas selbst entzündet, Speicherns des gegebenen Zündzeitpunkts in einem Speicher (102).
  12. Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Kompressionszündungsmotors (1), umfassend die Schritte eines: Festlegens eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des gesamten Mischgases im Inneren einer Verbrennungskammer (17) des Motors, um größer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu sein, Festlegens eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Mischgases nahe einer Zündkerze (25) des Motors, um kleiner als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases darum herum zu sein, und Zündens des Mischgases, um eine Verbrennung einer Funkenzündung (SI) durch eine Flammenpropagation zu starten, so dass sich dann nicht verbranntes Mischgas selbst entzündet, um eine Verbrennung einer Verdichtungs- bzw. Kompressionszündung (CI) zu bewirken.
  13. Regel- bzw. Steuersystem für einen Kompressionszündungsmotor (1), umfassend eine Regel- bzw. Steuereinheit (10), welche konfiguriert ist, um das Verfahren von Anspruch 11 oder 12 durchzuführen.
  14. Computerprogrammprodukt, umfassend computerlesbare Instruktionen, welche, wenn auf ein geeignetes System geladen und auf diesem ausgeführt, die Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 11 oder 12 durchführen können.
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