DE102018006649A1 - Kompressionszündungsmotor mit Vormischung, Steuer- bzw. Regelsystem dafür, Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Kompressionszündungsmotors und Computerprogrammprodukt - Google Patents

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Hiroki Morimoto
Toru Miyamoto
Akira Noomo
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Abstract

Es wird ein Steuer- bzw. Regelsystem für einen Kompressionszündungsmotor mit Vormischung bereitgestellt, das derart ausgestaltet ist, dass in einem ersten Verbrennungsmodus die Steuer- bzw. Regeleinheit Folgendes steuert bzw. regelt: das Kraftstoffeinspritzventil, sodass eine Kraftstoffmenge innerhalb eines Gasgemisches in einem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums vorhanden ist, die größer ist als die in dem Mittelabschnitt, den Wirbelerzeugungsteil, um eine Wirbelströmung in dem äußeren Umfangsabschnitt zu erzeugen, und die Zündkerze, um das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt zu entzünden. In einem zweiten Verbrennungsmodus steuert bzw. regelt die Steuer- bzw. Regeleinheit Folgendes: das Kraftstoffeinspritzventil, um eine Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaugtakt zu starten, sodass das Gasgemisch in dem gesamten Verbrennungsraum gebildet wird, den Wirbelerzeugungsteil, sodass eine Wirbelströmung schwächer wird als in dem ersten Verbrennungsmodus, und die Zündkerze, um das Gasgemisch vor dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts (CTDC) zu entzünden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Kompressionszündungsmotor mit Vormischung, ein Steuer- bzw. Regelsystem für einen Kompressionszündungsmotor mit Vormischung, ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Kompressionszündungsmotors und ein Computerprogrammprodukt.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • JP 4 082 292 B offenbart einen Motor, in dem ein Gasgemisch im Innern eines Verbrennungsraums mittels Kompressionszündung innerhalb eines gegebenen Betriebsbereichs des Motors verbrannt wird, in dem eine Motorlast und eine Motordrehzahl niedrig sind. In diesem Motor verbrennt das Gasgemisch mittels Fremdzündung innerhalb eines Betriebsbereichs, in dem die Motorlast höher ist als der gegebene Betriebsbereich, und eines Betriebsbereichs, in dem die Motordrehzahl höher ist als der angegebene Betriebsbereich. In diesem Motor führt, auch innerhalb des gegebenen Betriebsbereichs, eine Zündkerze die Fremdzündung in der Nähe eines oberen Totpunkts der Kompression aus, um die Kompressionszündung des Gasgemisches zu stimulieren.
  • JP 5 447 435 B offenbart einen Motor, in dem das Gasgemisch im Innern eines Verbrennungsraums mittels Kompressionszündung innerhalb eines hohen Lastbereichs des Motors verbrannt wird. In diesem Motor wird innerhalb eines Segments mit hoher Drehzahl des hohen Lastbereichs eine Kraftstoffeinspritzung mit einer kleinen Menge an Kraftstoff zwischen einer Einspritzung der ersten Stufe und einer Einspritzung der zweiten Stufe ausgeführt, in denen das Gasgemisch für Kompressionszündungsverbrennung gebildet wird, um die Zündung zu unterstützen. Dieser Kraftstoff, der für die Zündunterstützung eingespritzt wird, bildet ein fettes Gasgemisch in der Nähe einer Zündkerze. Die Zündkerze zündet das fette Gasgemisch, um eine Flamme zu bilden, die verursacht, dass das Gasgemisch, das von der Einspritzung der ersten Stufe gebildet wird, mittels Kompression zündet, und dann zündet das Gasgemisch, das von der Einspritzung der zweiten Stufe gebildet wird, die gleichzeitig wie die Kompressionszündung ausgeführt wird, auch mittels Kompression.
  • Verbrennung, die mittels Kompressionszündung verursacht wird, wird von relativ lauten Verbrennungsgeräuschen begleitet. Wenn beispielsweise eine solche Verbrennung auszuführen ist, während ein Motor innerhalb eines hohen Lastbereichs, umfassend eine volle Last, arbeitet, kann das Verbrennungsgeräusch einen zulässigen Wert überschreiten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Die vorliegende Offenbarung wurde mit Blick auf die obigen Situationen gemacht und zielt darauf ab, eine Verbrennung mittels Kompressionszündung auszuführen, während Verbrennungsgeräusche eines Kompressionszündungsmotors mit Vormischung unter einen zulässigen Wert vermindert werden.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung zogen eine Verbrennungsform in Betracht, in der Verbrennung durch Fremdzündung (Spark Ignition - SI) und Kompressionszündung (Compression Ignition - CI) kombiniert sind. Die Fremdzündungsverbrennung ist eine die Verbrennung begleitende Flammenausbreitung, die mittels Zwangszündung des Gasgemisches im Innern eines Verbrennungsraums startet. Die Kompressionszündungsverbrennung ist eine Verbrennung, die startet, indem das Gasgemisch im Innern des Verbrennungsraums selbst zündet, indem es komprimiert wird. In dem Verbrennungsmodus, der die Fremdzündungsverbrennung und die Kompressionszündungsverbrennung kombiniert, wird das Gasgemisch im Innern des Verbrennungsraums zwangsgezündet, um seine Verbrennung durch Flammenausbreitung zu starten, und Wärme, die mittels dieser Fremdzündungsverbrennung erzeugt wird, und der Druckanstieg verursachen dabei eine Verbrennung des nicht verbrannten Gasgemisches im Innern des Verbrennungsraums mittels Kompressionszündung. Nachfolgend wird dieser Verbrennungsmodus als „SPCCI-Verbrennung“ (SPark Controlled Compression Ignition - SPCCI, „funkengesteuerte Kompressionszündung“) bezeichnet.
  • Bei der Verbrennung, die durch Kompressionszündung verursacht wird, ändert sich der Zeitpunkt der Kompressionszündung in hohem Maße, wenn die Temperatur im Innern des Verbrennungsraums schwankt, bevor die Kompression startet. In dieser Hinsicht kann die Variation der Temperatur im Innern des Verbrennungsraums, bevor die Kompression startet, vermindert werden, indem die Wärmeerzeugungsmenge in der Fremdzündungsverbrennung angepasst wird. Beispielsweise wird mittels Steuerns bzw. Regelns des Zündzeitpunkts, um den Startzeitpunkt der Fremdzündungsverbrennung gemäß der Temperatur im Innern des Verbrennungsraums anzupassen, bevor die Kompression startet, der Zeitpunkt der Kompressionszündung gesteuert bzw. geregelt. Die SPCCI-Verbrennung steuert bzw. regelt die Kompressionszündungsverbrennung mit der Fremdzündungsverbrennung.
  • Die Fremdzündungsverbrennung durch Flammenausbreitung verursacht einen sanfteren Druckanstieg im Vergleich zu der Kompressionszündungsverbrennung, wodurch die Verbrennungsgeräusche vermindert werden. Ferner verkürzt die Kompressionszündungsverbrennung den Verbrennungszeitraum im Vergleich zu der Fremdzündungsverbrennung, was vorteilhaft beim Verbessern der Kraftstoffersparnis ist.
  • Wenn der Motor innerhalb eines hohen Lastbereichs arbeitet, nimmt eine Kraftstoffeinspritzmenge zu und die Temperatur innerhalb des Verbrennungsraums steigt ebenfalls. Daher kann, selbst wenn die SPCCI-Verbrennung auszuführen ist, die Kompressionszündungsverbrennung gleichzeitig zu dem Start der Fremdzündungsverbrennung auftreten. In der SPCCI-Verbrennung können, wenn die Fremdzündungsverbrennung nicht ausreichend ausgeführt wird, Verbrennungsgeräusche zunehmen oder die Verbrennungstemperatur kann übermäßig ansteigen, sodass NOx erzeugt wird.
  • Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die SPCCI-Verbrennung so ausgestaltet, dass, wenn der Motor innerhalb des hohen Lastbereichs arbeitet, das Gasgemisch im Innern des Verbrennungsraums geschichtet wird, sodass eine ausreichende Fremdzündungsverbrennung ausgeführt wird.
  • Ferner wird, wenn eine Motordrehzahl hoch ist, die Länge der Zeit, in der sich der Kurbelwinkel um 1° ändert, kurz, was bedeutet, dass die Länge der Zeit, in der das Gasgemisch gebildet wird, nachdem der Kraftstoff eingespritzt worden ist, auch kurz wird, weshalb es schwierig wird, das Gasgemisch wie zuvor beschrieben zu schichten. Wenn der Motor innerhalb eines hohen Drehzahlsegments des hohen Lastbereichs arbeitet, wird es schwierig, die oben beschriebene SPCCI-Verbrennung auszuführen.
  • Daher wird in der vorliegenden Offenbarung die SPCCI-Verbrennung innerhalb eines niedrigen Drehzahlsegments des hohen Lastbereichs ausgeführt, indem das Gasgemisch im Innern des Verbrennungsraums geschichtet wird, während die Fremdzündungsverbrennung innerhalb des hohen Drehzahlsegments des hohen Lastbereichs ausgeführt wird, indem das Gasgemisch im Innern des Verbrennungsraums homogen oder im Wesentlichen homogen gebildet wird.
  • Insbesondere wird gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung ein Kompressionszündungsmotor mit Vormischung bereitgestellt. Der Motor ist mit einem Verbrennungsraum gebildet und mit Folgendem versehen: einer Ansaugöffnung in den Verbrennungsraum, einer Zündkerze, die im Wesentlichen in einem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums angeordnet ist, einem Kraftstoffeinspritzventil, das angeordnet ist, in dem Verbrennungsraum ausgerichtet zu sein, einem Wirbelerzeugungsteil, der ausgestaltet ist, eine Wirbelströmung in einer Umfangsrichtung in einem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums zu erzeugen, der sich um den Mittelabschnitt befindet, mittels eines Stroms von Ansaugluft von der Ansaugöffnung, und einer Steuer- bzw. Regeleinheit, die mit der Zündkerze, dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Wirbelerzeugungsteil verbunden ist, und ausgestaltet ist, ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze, das Kraftstoffeinspritzventil bzw. den Wirbelerzeugungsteil auszugeben. Die Steuer- bzw. Regeleinheit umfasst einen Prozessor, der ausgestaltet ist, ein Betriebsbereichsbestimmungsmodul auszuführen oder zu umfassen, um einen Betriebsbereich des Motors zu bestimmen, und ein Verbrennungsmodusauswahlmodul zum Auswählen eines ersten Verbrennungsmodus, in dem Fremdzündungsverbrennung startet, bei der ein Gasgemisch, das in dem Verbrennungsraum gebildet wird, mittels Flammenausbreitung verbrennt und Kompressionszündungsverbrennung, bei der dann eine Verbrennung des nicht verbrannten Gasgemisches mittels Kompressionszündung ausgeführt wird, und einem zweiten Verbrennungsmodus, in dem nur die Fremdzündungsverbrennung mittels der Flammenausbreitung ausgeführt wird.
  • Wenn das Verbrennungsmodusauswahlmodul den ersten Verbrennungsmodus auswählt, wird das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil ausgegeben, um eine Kraftstoffmenge innerhalb des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt aufzuweisen, die größer ist als eine Kraftstoffmenge innerhalb des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt, sodass eine Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums größer wird als eine Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt, wobei das Steuer- bzw. Regelsignal an den Wirbelerzeugungsteil ausgegeben wird, sodass eine Wirbelströmung in dem äußeren Umfangsabschnitt erzeugt wird, und das Steuer- bzw. Regelsignal zu der Zündkerze ausgegeben wird, sodass das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt entzündet wird. Wenn das Verbrennungsmodusauswahlmodul den zweiten Verbrennungsmodus auswählt, wird das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil ausgegeben, sodass die Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaugtakt begonnen wird, sodass das Gasgemisch in dem gesamten Verbrennungsraum gebildet wird, das Steuer- bzw. Regelsignal wird an den Wirbelerzeugungsteil ausgegeben, sodass die Wirbelströmung schwächer wird, wenn der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, und das Steuer- bzw. Regelsignal wird an die Zündkerze ausgegeben, sodass das Gasgemisch vor einem oberen Totpunkt des Kompressionstakts entzündet wird.
  • Wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul bestimmt, dass eine Motorlast in einem hohen Lastbereich ist, der höher ist als eine gegebene Last, und eine Motordrehzahl in einem ersten Drehzahlbereich niedriger ist als eine gegebene Drehzahl, wählt das Verbrennungsmodusauswahlmodul den ersten Verbrennungsmodus aus. Wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul bestimmt, dass die Motorlast in dem hohen Lastbereich ist, und die Motordrehzahl in einem zweiten Drehzahlbereich ist, der höher ist als die gegebene Drehzahl, wählt das Verbrennungsmodusauswahlmodul den zweiten Verbrennungsmodus aus.
  • Hier kann der „Motor“ ein Viertaktmotor sein, der dadurch betrieben wird, dass der Verbrennungsraum wiederholt den Ansaugtakt, Kompressionstakt, Expansionstakt und Auslasstakt ausführt. Der „hohe Lastbereich“ kann beispielsweise ein hoher Lastbereich, umfassend eine volle Last, in dem Betriebsbereich sein, der von der Motordrehzahl und Last definiert wird. Überdies kann der „zweite Drehzahlbereich“ ein hoher Drehzahlbereich sein, wenn der gesamte Betriebsbereich des Motors in zwei geteilt ist, einen niedrigen Drehzahlbereich und den hohen Drehzahlbereich, oder kann ein hoher Drehzahlbereich sein, wenn der gesamte Betriebsbereich des Motors in drei geteilt ist, einen niedrigen Drehzahlbereich, einen mittleren Drehzahlbereich und den hohen Drehzahlbereich. Der „erste Drehzahlbereich“ kann ein niedriger Drehzahlbereich sein, wenn der gesamte Betriebsbereich des Motors in zwei geteilt ist, den niedrigen Drehzahlbereich und einen hohen Drehzahlbereich, oder kann ein mittlerer Drehzahlbereich, ein niedriger Drehzahlbereich oder mittlere und niedrige Drehzahlbereiche sein, wenn der gesamte Betriebsbereich des Motors in drei geteilt ist, den niedrigen Drehzahlbereich, den mittleren Drehzahlbereich und den hohen Drehzahlbereich.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung ist, wenn der Motor in dem ersten Drehzahlbereich in dem hohen Lastbereich arbeitet, die Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums so ausgelegt, dass sie höher ist als die Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt, und die Kraftstoffmenge innerhalb des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt ist so ausgelegt, dass sie größer ist als die Kraftstoffmenge innerhalb des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen in einem Zeitraum des Kompressionstakts ausgeführt werden. Die Temperatur des äußeren Umfangsabschnitts des Verbrennungsraums wird mittels latenter Wärme der Verdampfung des Kraftstoffs herabgesetzt. Es ist zu beachten, dass die Kraftstoffkonzentration und die Kraftstoffmenge, die hier verwendet werden, eine Kraftstoffkonzentration und eine Kraftstoffmenge zur Zeit der Zündung sind.
  • Da die Zündkerze im Wesentlichen in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums angeordnet ist, zündet sie das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt. Aufgrund der Zündung der Zündkerze startet das Gasgemisch die Fremdzündungsverbrennung mittels Flammenausbreitung.
  • Wärmeerzeugung und ein Druck, der durch diese Fremdzündungsverbrennung erhöht ist, veranlassen die Verbrennung von nicht verbranntem Gasgemisch in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums mittels Kompressionszündung. Da die Temperatur des äußeren Umfangsabschnitts herabgesetzt ist, wird vermieden, dass die Kompressionszündungsverbrennung unverzüglich startet, nachdem das Gasgemisch fremdgezündet wird. Die Fremdzündungsverbrennung wird ausreichend ausgeführt, bis die Kompressionszündungsverbrennung startet. Folglich wird eine Erzeugung der Verbrennungsgeräusche vermindert, und da die Verbrennungstemperatur nicht übermäßig hoch wird, wird die Erzeugung von NOx ebenfalls vermindert.
  • Überdies wird, da die Temperatur in dem äußeren Umfangsabschnitt niedrig ist, die Kompressionszündungsverbrennung langsamer, und die Erzeugung der Verbrennungsgeräusche wird vermindert. Darüber hinaus verbessert sich, da der Verbrennungszeitraum von der Kompressionszündungsverbrennung innerhalb des hohen Lastbereichs verkürzt wird, das Drehmoment, und auch der Wärmewirkungsgrad verbessert sich. Somit wird der Motor hinsichtlich der Kraftstoffersparnis verbessert, während Verbrennungsgeräusche innerhalb des hohen Lastbereichs vermieden werden.
  • Wenn der Motor innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs arbeitet, in dem die Drehzahl höher ist als der erste Drehzahlbereich, wird die Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt ausgeführt, der in Bezug auf einen Einspritzstartzeitpunkt innerhalb des ersten Drehzahlbereichs früh ist. Da der Kraftstoffeinspritzstart früh ist, kann ein homogenes oder im Wesentlichen homogenes Gasgemisch gebildet werden. Indem eine Verdampfungszeit des Kraftstoffs so lang wie möglich innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs gesichert wird, in dem die Drehzahl hoch ist, wird der Verlust aufgrund von nicht verbranntem Kraftstoff vermindert und eine Erzeugung von Ruß vermindert.
  • Ferner startet, wenn der Motor innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs arbeitet, das Gasgemisch die Fremdzündungsverbrennung mittels Flammenausbreitung aufgrund der Zündung der Zündkerze vor dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts. Mittels der Fremdzündungsverbrennung des homogenen Gasgemisches, nimmt das Drehmoment innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs in dem hohen Lastbereich zu.
  • Wenn die Wirbelströmung mit einer gegebenen Stärke, d.h. eine relativ starke Wirbelströmung, in dem Verbrennungsraum erzeugt wird, weist die Wirbelströmung einen starken Strom in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums auf. Andererseits weist die Wirbelströmung einen relativ schwachen Strom in dem Mittelabschnitt auf, und mittels einer Wirbelströmung, die von einem Geschwindigkeitsgradienten in einer Grenze zwischen dem Mittelabschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt verursacht wird, weist der Mittelabschnitt eine höhere Turbulenzenergie auf.
  • Als Definitionen des Mittelabschnitts und des äußeren Umfangsabschnitts des Verbrennungsraums kann hier der äußere Umfangsabschnitt als ein Abschnitt mit der starken Wirbelströmung definiert werden, wobei der Mittelabschnitt als ein Abschnitt mit der schwachen Wirbelströmung definiert werden kann.
  • Wenn die Zündkerze das Gasgemisch des Mittelabschnitts zündet, wird die Fremdzündungsverbrennung mittels der hohen Turbulenzenergie stabil, und die Geschwindigkeit der Verbrennung nimmt zu.
  • Die Flamme der Fremdzündungsverbrennung breitet sich in einer Umfangsrichtung entlang der starken Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums aus. Dann sind die Temperatur und der Druck des Gasgemisches in einer gegebenen Position in der Umfangsrichtung in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums erhöht, das nicht verbrannte Gasgemisch wird mittels Kompression gezündet, und die Kompressionszündungsverbrennung wird gestartet. Indem die starke Wirbelströmung in der SPCCI-Verbrennung erzeugt wird, wird die Fremdzündungsverbrennung stabilisiert, und die Kompressionszündungsverbrennung wird ordnungsgemäß ausgelegt. Überdies wird die Abweichung in dem Drehmoment zwischen Zyklen vermindert.
  • Innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs in dem hohen Lastbereich, in dem der Motor die Fremdzündungsverbrennung ausführt, muss, da die Drehzahl relativ hoch ist, eine große Menge von Luft in einer kurzen Zeit in den Verbrennungsraum eingeführt werden. Das Stärken der Wirbelströmung, wenn die Motordrehzahl hoch ist, verursacht, dass ein Pumpverlust erhöht ist. Innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs wird, indem die Wirbelströmung schwächer ausgelegt wird als die innerhalb des ersten Drehzahlbereichs, ein Ansaugladungsbereich gesichert, und die Kraftstoffersparnis wird mittels der Verminderung des Pumpverlusts verbessert. Es ist zu beachten, dass innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs die Wirbelströmung möglicherweise nicht erzeugt wird.
  • Die Ansaugöffnung kann aus einer ersten Ansaugöffnung und einer zweiten Ansaugöffnung, die sich in den Verbrennungsraum öffnen, umfasst sein, ein erster Ansaugkanal ist mit der ersten Ansaugöffnung verbunden, und ein zweiter Ansaugkanal ist mit der zweiten Ansaugöffnung verbunden. Der Wirbelerzeugungsteil kann in dem zweiten Ansaugkanal angeordnet sein und ein Wirbelsteuer- bzw. -regelventil aufweisen, das ausgestaltet ist, den zweiten Ansaugkanal zu drosseln. Wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul bestimmt, dass der Betriebsbereich des Motors innerhalb des ersten Drehzahlbereichs ist, kann die Steuer- bzw. Regeleinheit das Steuer- bzw. Regelsignal an das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil ausgeben, um eine kleinere Öffnung aufzuweisen, als wenn bestimmt wird, dass der Betriebsbereich des Motors innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs ist.
  • Indem das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil den zweiten Ansaugkanal innerhalb des ersten Drehzahlbereichs in dem hohen Lastbereich drosselt, wird demgemäß die starke Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums erzeugt. Andererseits wird, indem der zweite Ansaugkanal nicht gedrosselt wird, innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs in dem hohen Lastbereich die Wirbelströmung geschwächt oder sie tritt nicht auf.
  • Wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul bestimmt, dass der Betriebsbereich des Motors innerhalb des ersten Drehzahlbereichs ist, kann die Steuer- bzw. Regeleinheit das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil ausgegeben, sodass eine erste Einspritzung in einem Zeitraum von dem Ansaugtakt bis zu einer frühen Hälfte des Kompressionstakts ausgeführt wird, sodass das Gasgemisch für die Kompressionszündungsverbrennung in dem äußeren Umfangsabschnitt gebildet wird, und eine zweite Einspritzung in dem Kompressionstakt ausgeführt wird, sodass Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung in dem Mittelabschnitt gebildet wird.
  • Hier kann die „frühe Hälfte“ des Kompressionstakts eine frühe Hälfte des Kompressionstakts sein, wenn der Kompressionstakt in zwei geteilt wird.
  • Somit wird das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums geschichtet.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung wird ein Kompressionszündungsmotor mit Vormischung bereitgestellt. Der Motor ist mit einem Verbrennungsraum gebildet und mit einer ersten Ansaugöffnung und einer zweiten Ansaugöffnung versehen, die in den Verbrennungsraum münden, wobei die erste Ansaugöffnung eine Verbindung zu einem ersten Ansaugkanal herstellt, wobei die zweite Ansaugöffnung eine Verbindung zu einem zweiten Ansaugkanal herstellt, einer Zündkerze, die im Wesentlichen in einem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums angeordnet ist, einem Kraftstoffeinspritzventil, das angeordnet ist, in den Verbrennungsraum ausgerichtet zu sein, einem Wirbelerzeugungsteil, der in dem zweiten Ansaugkanal angeordnet ist und ausgestaltet ist, eine Wirbelströmung in einer Umfangsrichtung in einem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums zu erzeugen, der sich um den Mittelabschnitt herum befindet, indem der zweite Ansaugkanal gedrosselt wird, und einer Steuer- bzw. Regeleinheit, die mit der Zündkerze, dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Wirbelsteuer- bzw. -regelventil verbunden ist, und ausgestaltet ist, ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze, das Kraftstoffeinspritzventil bzw. den Wirbelsteuer- bzw. -regelteil auszugeben. Die Steuer- bzw. Regeleinheit umfasst einen Prozessor, der ausgestaltet ist, ein Betriebsbereichsbestimmungsmodul auszuführen oder zu umfassen, um einen Betriebsbereich des Motors zu bestimmen, und ein Verbrennungsmodusauswahlmodul zum Auswählen eines ersten Verbrennungsmodus, in dem Fremdzündungsverbrennung startet, bei der ein Gasgemisch, das in dem Verbrennungsraum gebildet wird, mittels Flammenausbreitung verbrennt und dann Kompressionszündungsverbrennung ausgeführt wird, bei der nicht verbranntes Gasgemisch mittels Kompressionszündung verbrennt, und einem zweiten Verbrennungsmodus, in dem nur die Fremdzündungsverbrennung mittels der Flammenausbreitung ausgeführt wird.
  • Wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul bestimmt, dass eine Motorlast in einem hohen Lastbereich ist, der größer ist als eine gegebene Last, und eine Motordrehzahl in einem ersten Drehzahlbereich ist, der niedriger ist als eine gegebene Drehzahl, wählt das Verbrennungsmodusauswahlmodul den ersten Verbrennungsmodus aus, und wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul bestimmt, dass die Motorlast in dem hohen Lastbereich ist und die Motordrehzahl in einem zweiten Drehzahlbereich ist, der höher ist als die gegebene Drehzahl, wählt das Verbrennungsmodusauswahlmodul den zweiten Verbrennungsmodus aus.
  • Innerhalb des ersten Drehzahlbereichs, in dem der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, gibt die Steuer- bzw. Regeleinheit das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil aus, sodass eine erste Einspritzung in einem Zeitraum von dem Ansaugtakt zu einer frühen Hälfte des Kompressionstakts ausgeführt wird, sodass das Gasgemisch für die Kompressionszündungsverbrennung in dem äußeren Umfangsabschnitt gebildet wird, und eine zweite Einspritzung in dem Kompressionstakt ausgeführt wird, sodass das Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung in dem Mittelabschnitt gebildet wird, gibt das Steuer- bzw. Regelsignal an das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil aus, sodass der zweite Ansaugkanal gedrosselt wird, und gibt das Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze aus, sodass das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt gezündet wird. Innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs, in dem der zweite Verbrennungsmodus ausgewählt wird, wird das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil ausgegeben, sodass die Kraftstoffeinspritzung in einem Zeitraum von dem Ansaugtakt bis zu dem Kompressionstakt ausgeführt wird, sodass das Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung in dem gesamten Verbrennungsraum gebildet wird, das Steuer- bzw. Regelsignal wird an das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil ausgegeben, sodass die Drosselungsmenge des zweiten Ansaugkanals kleiner wird als innerhalb des ersten Drehzahlbereichs, und das Steuer- bzw. Regelsignal wird an die Zündkerze ausgegeben, sodass das Gasgemisch vor einem oberen Totpunkt des Kompressionstakts gezündet wird.
  • Wenn die relativ starke Wirbelströmung innerhalb des ersten Drehzahlbereichs erzeugt wird, bei dem der Motor die SPCCI-Verbrennung ausführt, wird die Fremdzündungsverbrennung durch die hohe Turbulenzenergie in dem Mittelabschnitt stabil, und die Flamme der Fremdzündungsverbrennung breitet sich in der Umfangsrichtung entlang der starken Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums aus. Dann sind die Temperatur und der Druck des Gasgemisches in einer gegebenen Position in der Umfangsrichtung in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums erhöht, das nicht verbrannte Gasgemisch wird mittels Kompression gezündet, und die Kompressionszündungsverbrennung wird gestartet. Indem die starke Wirbelströmung in der SPCCI-Verbrennung erzeugt wird, wird die Fremdzündungsverbrennung stabilisiert, und die Kompressionszündungsverbrennung wird ordnungsgemäß ausgelegt. Überdies wird die Abweichung in dem Drehmoment zwischen Zyklen vermindert.
  • Innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs in dem hohen Lastbereich, bei dem der Motor die Fremdzündungsverbrennung ausführt, wird, indem die Wirbelströmung schwächer gemacht wird als die innerhalb des ersten Drehzahlbereichs, der Ansaugladungsbetrag gesichert, und die Kraftstoffersparnis wird mittels der Verminderung des Pumpverlusts verbessert. Es ist zu beachten, dass innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs die Wirbelströmung möglicherweise nicht erzeugt wird.
  • Wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul bestimmt, dass der Betriebsbereich des Motors innerhalb eines, des ersten Drehzahlbereichs oder des zweiten Drehzahlbereichs liegt, kann die Steuer- bzw. Regeleinheit das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil ausgeben, sodass eine Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches des gesamten Verbrennungsraums ein Luftüberschussverhältnis von ungefähr 1 oder weniger aufweist.
  • Innerhalb des ersten Drehzahlbereichs und des zweiten Drehzahlbereichs in dem hohen Lastbereich kann, indem das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches des gesamten Verbrennungsraums ungefähr 1 oder weniger ist, ausreichendes Drehmoment in dem hohen Lastbereich gesichert werden, und ein erweiterter Drehmomentbereich wird erhalten.
  • Wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul bestimmt, dass der Betriebsbereich des Motors innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs ist, kann die Steuer- bzw. Regeleinheit das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil ausgegeben, sodass ein Kurbelwinkelzeitraum, in dem der Kraftstoff eingespritzt wird, länger wird, als der innerhalb des ersten Drehzahlbereichs.
  • Ein geometrisches Kompressionsverhältnis des Motors kann zwischen ungefähr 13:1 und ungefähr 20:1 liegen.
  • Bei der SPCCI-Verbrennung, ist es, da die Fremdzündungsverbrennung die Kompressionszündungsverbrennung steuert bzw. regelt, nicht notwendig, eine hohe Kompressionsendtemperatur zu erzielen, um das Gasgemisch mittels der Kompression zu entzünden. Somit kann das geometrische Kompressionsverhältnis des Motors herabgesetzt werden. Das Herabsetzen des geometrischen Kompressionsverhältnisses und der Kompressionsendtemperatur sind vorteilhaft beim Vermindern eines Kühlungsverlusts und eines mechanischen Verlusts, was die Kraftstoffersparnis des Motors verbessert.
  • Die gegebene Last kann eine Motorlast sein, bei der der Verbrennungsdruck ungefähr 900 kPa beträgt, und der hohe Lastbereich kann ein Bereich sein, in dem der Verbrennungsdruck mehr als 900 kPa ist.
    Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Kompressionszündungsmotors vorgesehen, umfassend folgende Schritte:
    • Bestimmen als ein Betriebsbereich des Motors einer Motorlast und einer Motordrehzahl,
    • Auswählen eines ersten Verbrennungsmodus, in dem Fremdzündungsverbrennung startet, bei der ein Gasgemisch, das in einem Verbrennungsraum des Motors gebildet wird, mittels Flammenausbreitung verbrennt, und dann Kompressionszündungsverbrennung ausgeführt wird, bei der nicht verbranntes Gasgemisch mittels Kompressionszündung verbrennt, oder eines zweiten Verbrennungsmodus, in dem nur die Fremdzündungsverbrennung mittels der Flammenausbreitung ausgeführt wird,
    • wobei, wenn die Motorlast in einem hohen Lastbereich ist, der höher ist als eine gegebene Last, und die Motordrehzahl in einem ersten Drehzahlbereich ist, der niedriger ist als eine gegebene Drehzahl, der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, und
    • wobei, wenn die Motorlast in dem hohen Lastbereich ist, und die Motordrehzahl in einem zweiten Drehzahlbereich ist, der höher ist als die gegebene Drehzahl, der zweite Verbrennungsmodus ausgewählt wird,
    • wobei, wenn der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, Folgendes ausgeführt wird:
      • Bereitstellen eines Steuer- bzw. Regelsignals an ein Kraftstoffeinspritzventil, um eine Kraftstoffmenge innerhalb des Gasgemisches in einem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums bereitzustellen, die größer ist als eine Kraftstoffmenge innerhalb des Gasgemisches in einem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums, sodass eine Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums höher wird als eine Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt davon,
      • Erzeugen einer Wirbelströmung in dem äußeren Umfangsabschnitt, und
      • Zünden des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt mittels einer Zündkerze,
      • wobei, wenn der zweite Verbrennungsmodus ausgewählt wird, Folgendes geschieht:
        • Starten der Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaugtakt, sodass das Gasgemisch in dem gesamten Verbrennungsraum gebildet wird,
        • Abschwächen der Wirbelströmung auf weniger als wenn der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, und
        • Zünden des Gasgemisches vor einem oberen Totpunkt des Kompressionstakts.
    Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Kompressionszündungsmotors vorgesehen, umfassend folgende Schritte:
    • Bestimmen als ein Betriebsbereich des Motors einer Motorlast und einer Motordrehzahl,
    • Auswählen eines ersten Verbrennungsmodus, in dem Fremdzündungsverbrennung startet, bei der ein Gasgemisch, das in einem Verbrennungsraum des Motors gebildet wird, mittels Flammenausbreitung verbrennt, und dann Kompressionszündungsverbrennung ausgeführt wird, bei der nicht verbranntes Gasgemisch mittels Kompressionszündung verbrennt, und eines zweiten Verbrennungsmodus, in dem nur die Fremdzündungsverbrennung mittels der Flammenausbreitung ausgeführt wird,
    • wobei, wenn die Motorlast in einem hohen Lastbereich ist, der höher ist als eine gegebene Last, und die Motordrehzahl in einem ersten Drehzahlbereich ist, der niedriger ist als eine gegebene Drehzahl, der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, und
    • wobei, wenn die Motorlast in dem hohen Lastbereich ist, und die Motordrehzahl in einem zweiten Drehzahlbereich ist, der höher ist als die gegebene Drehzahl, der zweite Verbrennungsmodus ausgewählt wird,
    • wobei, wenn der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, Folgendes geschieht:
      • Ausführen einer ersten Kraftstoffeinspritzung in einem Zeitraum von dem Ansaugtakt bis zu einer frühen Hälfte des Kompressionstakts, sodass das Gasgemisch für die Kompressionszündungsverbrennung in einem äußeren Umfangsabschnitt eines Verbrennungsraums des Motors gebildet wird,
      • Ausführen einer zweiten Kraftstoffeinspritzung in dem Kompressionstakt, sodass das Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung in einem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums gebildet wird,
      • Drosseln eines zweiten Ansaugkanals des Motors, und
      • Zünden des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt mittels einer Zündkerze, und
      • wobei, wenn der zweite Verbrennungsmodus ausgewählt wird, Folgendes geschieht:
        • Ausführen der Kraftstoffeinspritzung in einem Zeitraum von dem Ansaugtakt bis zu dem Kompressionstakt, sodass das Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung in dem gesamten Verbrennungsraum gebildet wird,
        • Verkleinern einer Drosselungsmenge des zweiten Ansaugkanals auf weniger als innerhalb des ersten Verbrennungsmodus, und
        • Zünden des Gasgemisches vor einem oberen Totpunkt des Kompressionstakts.

    Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist ein Steuer- bzw. Regelsystem vorgesehen, umfassend einen Prozessor, der ausgestaltet ist, ein beliebiges der oben genannten Verfahren auszuführen.
    Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, umfassend computerlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem geeigneten System geladen und ausgeführt werden, die Schritte eines beliebigen der zuvor erwähnten Verfahren ausführen können.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine grafische Darstellung, die eine Ausgestaltung eines Motors zeigt.
    • 2 ist eine grafische Darstellung, die eine Struktur eines Verbrennungsraums zeigt, in dem der obere Teil eine Draufsicht des Verbrennungsraums ist, und der untere Teil eine II-II-Querschnittsansicht ist.
    • 3 ist eine Draufsicht, die Strukturen des Verbrennungsraums und ein Ansaugsystem zeigt.
    • 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung einer Steuer- bzw. Regelvorrichtung für den Motor zeigt.
    • 5 zeigt Diagramme, die Betriebsbereichsabbildungen des Motors zeigen.
    • 6 zeigt Diagramme, die einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, einen Zündzeitpunkt und eine Verbrennungswellenform in jedem Betriebsbereich zeigen.
    • 7 ist eine grafische Darstellung, die eine Prüfstandvorrichtung zum Messen eines Wirbelverhältnisses zeigt.
    • 8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Öffnungsverhältnis eines zweiten Kanals und dem Wirbelverhältnis zeigt.
    • 9 zeigt grafische Darstellungen, die einen Zustand des Verbrennungsraums zeigen, wenn eine erste Einspritzung ausgeführt wird, und einen Zustand des Verbrennungsraums, wenn eine zweite Einspritzung innerhalb eines hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl ausgeführt wird.
    • 10 ist eine grafische Darstellung, die eine Gasgemischverteilung im Innern des Verbrennungsraums innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl zeigt.
    • 11 ist eine grafische Darstellung, die ein Verbrennungskonzept innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl zeigt.
    • 12 ist ein Diagramm, das einen Vergleich von Verbrennungswellenformen zeigt, wenn eine Öffnung eines Wirbelsteuer- bzw. - regelventils innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl geändert wird.
    • 13 ist eine grafische Darstellung, die einen Zustand des Verbrennungsraums zeigt, wenn eine Kraftstoffeinspritzung innerhalb eines hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl ausgeführt wird.
    • 14 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuer- bzw. Regelprozess des Motors zeigt.
    • 15 zeigt Diagramme, die einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, einen Zündzeitpunkt und eine Verbrennungswellenform in jedem Betriebsbereich in einem Beispiel zeigen, das unterschiedlich von 6 ist.
    • 16 ist eine grafische Darstellung, die einen Zustand des Verbrennungsraums zeigt, wenn eine Kraftstoffeinspritzung innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl von 15 ausgeführt wird.
    • 17 ist ein Diagramm, das Verbrennungsmodi zeigt.
    • 18 ist ein Flussdiagramm, das einen Abschnitt von 15 zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Steuer- bzw. Regelsystems für einen Kompressionszündungsmotor mit Vormischung ausführlich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung liefert ein Beispiel des Steuer- bzw. Regelsystems für einen Motor. 1 ist eine grafische Darstellung, die eine Ausgestaltung des Motors zeigt. 2 ist eine grafische Darstellung, die eine Struktur eines Verbrennungsraums zeigt, in dem der obere Teil eine Draufsicht des Verbrennungsraums ist, und der untere Teil eine II-II-Querschnittsansicht ist. 3 ist eine Draufsicht, die Strukturen des Verbrennungsraums und ein Ansaugsystem zeigt. Es ist zu beachten, dass in 1 eine Ansaugseite auf der linken Seite ist, und eine Auslassseite auf der rechten Seite des Zeichnungsblatts ist. Überdies ist in 2 und 3 die Ansaugseite auf der rechten Seite und die Auslassseite auf der linken Seite des Zeichnungsblatts. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung der Steuer- bzw. Regelvorrichtung für den Motor zeigt.
  • Ein Motor 1 ist ein Viertaktmotor, der dadurch betrieben wird, dass ein Verbrennungsraum 17 wiederholt den Ansaugtakt, Kompressionstakt, Expansionstakt und Auslasstakt ausführt. Der Motor 1 ist an einem vierrädrigen Automobil montiert. Das Automobil fährt durch den Betrieb des Motors 1. Der Kraftstoff des Motors 1 ist in dieser Ausführungsform Benzin. Das Benzin kann Bioethanol etc. enthalten. Der Kraftstoff des Motors 1 kann eine beliebige Art von Kraftstoff sein, solange es flüssiger Kraftstoff ist, der mindestens Benzin enthält.
  • (Motorausgestaltung)
  • Der Motor 1 umfasst einen Zylinderblock 12 und einen Zylinderkopf 13, der auf dem Zylinderblock 12 platziert ist. Der Zylinderblock 12 ist darin mit einer Vielzahl von Zylindern 11 gebildet. In 1 und 2 ist nur ein Zylinder 11 gezeigt. Der Motor 1 ist ein Mehrzylindermotor.
  • Ein Kolben 3 wird durch Hin- und Herbewegen in jeden Zylinder 11 eingeführt. Der Kolben 3 ist über eine Pleuelstange 14 an eine Kurbelwelle 15 gekoppelt. Der Kolben 3 definiert den Verbrennungsraum 17 zusammen mit dem Zylinder 11 und dem Zylinderkopf 13. Es ist zu beachten, dass die Definition von „Verbrennungsraum“ nicht auf einen Raum begrenzt ist, der gebildet wird, wenn der Kolben 3 an einem oberen Totpunkt in dem Kompressionstakt (CTDC) ist, sondern breit ausgelegt werden kann. Das heißt, „Verbrennungsraum“ kann einen beliebigen Raum bedeuten, der von dem Kolben 3, dem Zylinder 11 und dem Zylinderkopf 13 ungeachtet der Position des Kolbens 3 gebildet wird.
  • Wie in dem unteren Teil von 2 gezeigt, ist eine untere Oberfläche des Zylinderkopfs 13, das heißt, eine Deckenoberfläche des Verbrennungsraums 17 von einer geneigten Oberfläche 1311 und einer geneigten Oberfläche 1312 gebildet. Die geneigte Oberfläche 1311 neigt sich von der Ansaugseite aufwärts hin zu einer Einspritzachse X2 (einer Achse, die durch die Einspritzmitte eines Einspritzventils 6 verläuft, das später beschrieben wird). Die geneigte Oberfläche 1312 neigt sich von der Auslassseite hin zu der Einspritzachse X2 aufwärts. Die Deckenoberfläche des Verbrennungsraums 17 weist eine sogenannte Pultdachform auf.
  • Eine obere Oberfläche des Kolbens 3 wölbt sich hin zu der Deckenoberfläche des Verbrennungsraums 17. Der Kolben 3 ist in seiner oberen Oberfläche konkav, um einen Hohlraum 31 zu bilden. Der Hohlraum 31 ist gegenüberliegend dem Einspritzventil 6 angebracht.
  • Die Mitte des Hohlraums 31 ist von einer Mittelachse X1 des Zylinders 11 zu der Auslassseite versetzt und fällt mit der Einspritzachse X2 des Einspritzventils 6 zusammen. Der Hohlraum 31 weist einen konvexen Abschnitt 311 auf. Der konvexe Abschnitt 311 befindet sich auf der Einspritzachse X2 des Einspritzventils 6. Der konvexe Abschnitt 311 weist eine im Wesentlichen konische Form auf. Der konvexe Abschnitt 311 erstreckt sich von dem Boden des Hohlraums 31 aufwärts hin zu der Deckenoberfläche des Verbrennungsraums 17.
  • Der Hohlraum 31 weist einen konkaven Abschnitt 312 auf, der gebildet ist, um den konvexen Abschnitt 311 gänzlich zu umgeben. Der Hohlraum 31 weist eine symmetrische Form in Bezug auf die Einspritzachse X2 auf.
  • Eine Umfangsseitenfläche des konkaven Abschnitts 312 erstreckt sich von der Bodenoberfläche des Hohlraums 31 zu der Öffnungsoberfläche des Hohlraums 31 und ist in Bezug auf die Einspritzachse X2 geneigt (d.h. bildet die Umfangsseitenfläche des Hohlraums 31). Ein Innendurchmesser des Hohlraums 31 nimmt von der Bodenoberfläche des Hohlraums 31 zu der Öffnungsoberfläche des Hohlraums 31 allmählich zu.
  • Es ist zu beachten, dass die Form des Verbrennungsraums 17 nicht auf die begrenzt ist, die in 2 gezeigt ist. Die Formen des Hohlraums 31, die obere Oberfläche des Kolbens 3, die Deckenoberfläche des Verbrennungsraums 17 etc. sind geeignet austauschbar. Beispielsweise kann der Hohlraum 31 eine symmetrische Form in Bezug auf die Mittelachse X1 des Zylinders 11 aufweisen. Die geneigten Oberflächen 1311 und 1312 können eine symmetrische Form in Bezug auf die Mittelachse X1 des Zylinders 11 aufweisen. Überdies kann der Hohlraum 31 mit einem flachen Abschnitt gebildet sein, der flacher ist als der konkave Abschnitt 312, an einer Position gegenüberliegend einer Zündkerze 25, die später beschrieben wird. Ein geometrisches Kompressionsverhältnis des Motors 1 kann zwischen ungefähr 13:1 und ungefähr 20:1 eingestellt sein. Wie später beschrieben wird, führt der Motor 1 innerhalb einiger Betriebsbereiche des Motors 1 SPCCI-Verbrennung aus, in der Fremdzündungsverbrennung und Kompressionszündungsverbrennung kombiniert sind. In dem SPCCI-Verbrennungsbetrieb wird Kompressionszündungsverbrennung unter Nutzung von Wärme ausgeführt, die von der Fremdzündungsverbrennung und dem Druckanstieg erzeugt wird. In diesem Motor 1 ist es nicht notwendig, die Temperatur des Verbrennungsraums 17 zu erhöhen, wenn der Kolben 3 CTDC erreicht, damit sich das Gasgemisch selbst entzündet (d.h. die Kompressionsendtemperatur). Das heißt, obgleich der Motor 1 die Kompressionszündungsverbrennung ausführt, wird sein geometrisches Kompressionsverhältnis relativ klein eingestellt. Das Herabsetzen des geometrischen Kompressionsverhältnisses ist vorteilhaft beim Reduzieren eines Kühlungsverlusts und eines mechanischen Verlusts. Beispielsweise kann das geometrische Kompressionsverhältnis des Motors 1 auf ungefähr 14:1 bis ungefähr 17:1 in regulären Spezifikationen (die Oktanzahl des Kraftstoffs ist ungefähr 91) und auf ungefähr 15:1 bis ungefähr 18:1 in hochoktanigen Spezifikationen (die Oktanzahl des Kraftstoffs liegt über 96) eingestellt werden.
  • Der Zylinderkopf 13 ist mit einem Ansaugkanal 18 für jeden Zylinder 11 gebildet. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Ansaugöffnung 180 zwei Ansaugöffnungen mit einer ersten Ansaugöffnung 181 und einer zweiten Ansaugöffnung 182. Die erste Ansaugöffnung 181 und die zweite Ansaugöffnung 182 sind im Wesentlichen in axialen Richtungen der Kurbelwelle 15 angebracht, d.h. in Vorn-Hinten-Richtungen des Motors 1. Die Ansaugöffnung 18 kommuniziert mit dem Verbrennungsraum 17. Obgleich es nicht ausführlich gezeigt ist, ist die Ansaugöffnung 18 eine sogenannte Tumble-Öffnung. Das heißt, die Ansaugöffnung 18 weist eine Form auf, sodass eine Tumble-Strömung in dem Verbrennungsraum 17 gebildet wird.
  • Ein Ansaugventil 21 ist in der Ansaugöffnung 18 angeordnet. Das Ansaugventil 21 öffnet und schließt die Ansaugöffnung 18 zu und von dem Verbrennungsraum 17. Das Ansaugventil 21 wird von einem Ventilbetätigungsmechanismus zu einem gegebenen Zeitpunkt geöffnet und geschlossen. Dieser Ventilbetätigungsmechanismus kann ein variabler Ventilmechanismus sein, der Ventilsteuerzeiten und/oder einen Ventilhub variabel macht. In diesem Ausgestaltungsbeispiel weist, wie in 4 gezeigt, der variable Ventilmechanismus elektrisch betätigte Ventilsteuerzeiten (Sequential-Valve Timing - S-VT) für den Ansaug-S-VT 23 auf. Die elektrisch betätigten Ansaug-S-VT 23 sind kontinuierlich variabel aus einer Rotationsstufe einer Ansaugnockenwelle innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs. Somit ändern sich die Öffnungs- und Schließzeiten des Ansaugventils 21 kontinuierlich. Es ist zu beachten, dass der Betätigungsmechanismus des Ansaugventils 21 hydraulisch betätigte S-VT anstelle der elektrisch betätigten S-VT aufweisen kann.
  • Der Zylinderkopf 13 ist außerdem mit einer Auslassöffnung 19 für jeden Zylinder 11 gebildet. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Auslassöffnung 19 auch zwei Auslassöffnungen, eine erste Auslassöffnung 191 und eine zweite Auslassöffnung 192. Die erste Auslassöffnung 191 und die zweite Auslassöffnung 192 sind in Vorn-Hinten-Richtungen des Motors 1 angebracht. Die Auslassöffnung 19 kommuniziert mit dem Verbrennungsraum 17. Ein Auslassventil 22 ist in der Auslassöffnung 19 vorgesehen. Das Auslassventil 22 öffnet und schließt die Auslassöffnung 19 zu und von dem Verbrennungsraum 17. Das Auslassventil 22 wird von einem Ventilbetätigungsmechanismus zu einem gegebenen Zeitpunkt geöffnet und geschlossen. Dieser Ventilbetätigungsmechanismus kann ein variabler Ventilmechanismus sein, der Ventilsteuerzeiten und/oder einen Ventilhub variabel macht. In diesem Ausgestaltungsbeispiel weist, wie in 4 gezeigt, die variable Ventilsteuerung elektrisch betätigte Auslass-S-VT 24 auf. Die elektrisch betätigten Auslass-S-VT 24 sind kontinuierlich variabel aus einer Rotationsstufe einer Auslassnockenwelle innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs. Somit ändern sich die Öffnungs- und Schließzeiten des Auslassventils 22 kontinuierlich. Es ist zu beachten, dass der Ventilbetätigungsmechanismus des Auslassventils 22 hydraulisch betätigte S-VT anstelle der elektrisch betätigten S-VT aufweisen kann.
  • Der Motor 1 passt die Länge einer Überschneidungsperiode eines Öffnungszeitpunkts des Ansaugventils 21 und eines Schließzeitpunkts des Auslassventils 22 mittels der elektrisch betätigten Ansaug-S-VT 23 und der elektrisch betätigten Auslass-S-VT 24 an, sodass heißes verbranntes Gas innerhalb des Verbrennungsraums 17 eingeschlossen ist. Das heißt, Gas aus interner AGR (Abgasrückführung) wird in den Verbrennungsraum 17 eingeleitet. Indem die Länge der Überschneidungsperiode angepasst wird, wird überdies Restgas in den Verbrennungsraum 17 gespült.
  • Das Einspritzventil 6 ist für jeden Zylinder 11 an dem Zylinderkopf 13 befestigt. Das Einspritzventil 6 spritzt Kraftstoff direkt in den Verbrennungsraum 17 ein. Das Einspritzventil 6 ist in einem Talabschnitt des Pultdachs angeordnet, wo sich die geneigte Oberfläche 1311 auf der Ansaugseite und die geneigte Oberfläche 1312 auf der Auslassseite schneiden, sodass sie in den Verbrennungsraum 17 ausgerichtet sind. Wie in 2 gezeigt, ist das Einspritzventil 6 so angeordnet, dass sich seine Einspritzachse im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse X1 des Zylinders 11 befindet. Die Einspritzachse X2 des Einspritzventils 6 ist von der Mittelachse X1 versetzt. Die Einspritzachse des Einspritzventils 6 fällt im Wesentlichen mit der Position des konvexen Abschnitts 311 des Hohlraums 31 zusammen. Das Einspritzventil 6 ist hin zu dem Hohlraum 31 ausgerichtet. Es ist zu beachten, dass die Einspritzachse des Einspritzventils 6 mit der Mittelachse X1 des Zylinders 11 zusammenfallen kann. Auch in diesem Fall ist es wünschenswert, dass die Einspritzachse des Einspritzventils 6 mit der Position des konvexen Abschnitts 311 des Hohlraums 31 zusammenfällt.
  • Obgleich es nicht ausführlich gezeigt ist, besteht das Einspritzventil 6 aus einem Kraftstoffeinspritzventil mit mehreren Öffnungen, das eine Vielzahl von Düsenöffnungen aufweist. Wie von Strich-Zweipunktlinien in 2 gezeigt, spritzt das Einspritzventil 6 den Kraftstoff so ein, dass er sich radial schräg abwärts von der radialen Mitte eines Dachabschnitts des Verbrennungsraums 17 verteilt. In diesem Ausgestaltungsbeispiel weist das Einspritzventil 6 zehn Düsenöffnungen auf, und die Düsenöffnungen sind in einem gleichmäßigen Winkelintervall in der Umfangsrichtung angebracht. Wie in dem oberen Teil von 2 gezeigt, überschneiden sich die Achsen der Düsenöffnungen im Umfang nicht mit der Zündkerze 25, die später beschrieben ist. Das heißt, die Zündkerze 25 ist zwischen den Achsen von zwei benachbarten Düsenöffnungen eingeschichtet. Somit wird verhindert, dass der Kraftstoffstrahl, der von dem Einspritzventil 6 eingespritzt wird, direkt die Zündkerze 25 trifft und eine Elektrode benetzt.
  • Ein Kraftstoffzufuhrsystem 61 ist an das Einspritzventil 6 angeschlossen. Das Kraftstoffzufuhrsystem 61 umfasst einen Kraftstofftank 63, der ausgestaltet ist, den Kraftstoff zu speichern, und einen Kraftstoffzufuhrpfad 62, der den Kraftstofftank 63 an das Einspritzventil 6 anschließt. Eine Kraftstoffpumpe 65 und ein Common Rail 64 sind in dem Kraftstoffzufuhrpfad 62 vorgesehen. Die Kraftstoffpumpe 65 pumpt den Kraftstoff zu dem Common Rail 64. In dieser Ausführungsform ist die Kraftstoffpumpe 65 eine Tauchkolbenpumpe, die von der Kurbelwelle 15 angetrieben wird. Der Common Rail 64 speichert den Kraftstoff, der von der Kraftstoffpumpe 65 gepumpt wird, bei hohem Kraftstoffdruck. Wenn das Einspritzventil 6 öffnet, wird der Kraftstoff, der in dem Common Rail 64 gespeichert ist, von den Düsenöffnungen des Einspritzventils 6 in den Verbrennungsraum 17 eingespritzt. Das Kraftstoffzufuhrsystem 61 ist in der Lage, den Kraftstoff bei einem hohen Druck von ungefähr 30 MPa oder höher dem Einspritzventil 6 zuzuführen. Ein höchster Kraftstoffdruck des Kraftstoffzufuhrsystems 61 kann beispielsweise ungefähr 120 MPa sein. Der Druck des Kraftstoffs, der dem Einspritzventil 6 zugeführt wird, kann gemäß einem Betriebszustand des Motors 1 geändert werden. Es ist zu beachten, dass die Struktur des Kraftstoffzufuhrsystems 61 nicht auf die obige Struktur begrenzt ist.
  • Die Zündkerze 25 ist für jeden Zylinder 11 an dem Zylinderkopf 13 befestigt. Die Zündkerze 25 zündet zwangsweise das Gasgemisch in dem Verbrennungsraum 17. In diesem Ausgestaltungsbeispiel ist, wie in 2 gezeigt, die Zündkerze 25 auf einer Ansaugseite des Zylinders 11 in Bezug auf die Mittelachse X1 des Zylinders 11 angeordnet. Die Zündkerze 25 befindet sich benachbart zu dem Einspritzventil 6. Die Zündkerze 25 befindet sich im Wesentlichen zwischen den zwei Ansaugöffnungen 18. Die Zündkerze 25 ist an dem Zylinderkopf 13 befestigt, um sich im Wesentlichen abwärts zu erstrecken, hin zu der Mitte des Verbrennungsraums 17 in einer gekippten Haltung in Bezug auf Aufwärts- und Abwärts-Richtungen des Zylinderkopfs 13. Die Elektrode der Zündkerze 25 befindet sich neben der Deckenoberfläche des Verbrennungsraums 17, um zum Inneren des Verbrennungsraums 17 ausgerichtet zu sein.
  • Ein Ansaugkanal 40 ist an eine Seite des Motors 1 angeschlossen. Der Ansaugkanal 40 kommuniziert mit den Ansaugöffnungen 18 der Zylinder 11. Der Ansaugkanal 40 ist ein Kanal, durch den Gas strömt, das in den Verbrennungsraum 17 einzuführen ist. Ein Luftfilter 41, das Frischluft filtert, ist in einem vorgelagerten Endteil des Ansaugkanals 40 angeordnet. Ein Ausgleichsbehälter 42 ist nahe einem nachgelagerten Ende des Ansaugkanals 40 angeordnet. Ein Teil des Ansaugkanals 40 nachgelagert dem Ausgleichsbehälter 42 bildet unabhängige Kanäle, die für die jeweiligen Zylinder 11 verzweigt sind. Nachgelagerte Enden der unabhängigen Kanäle kommunizieren mit den Ansaugöffnungen 18 der jeweiligen Zylinder 11.
  • Ein Drosselventil 43 ist in dem Ansaugkanal 40 zwischen dem Luftfilter 41 und dem Ausgleichsbehälter 42 angeordnet. Das Drosselventil 43 passt eine Einführmenge an Frischluft in den Verbrennungsraum 17 an, indem eines seiner Öffnungen angepasst wird.
  • Ein Verdichter 44 ist nachgelagert dem Drosselventil 43 in dem Eingangskanal 40 angeordnet. Der Verdichter 44 verdichtet das Gas, das in den Verbrennungsraum 17 eingeführt wird. In diesem Ausgestaltungsbeispiel ist der Verdichter 44 ein Lader, der von dem Motor 1 angetrieben wird. Der Verdichter 44 kann beispielsweise ein Roots-Verdichter sein. Der Verdichter 44 kann eine beliebige Struktur aufweisen, beispielsweise die eines Lysholmtyps, eines Vanetyps oder eines Zentrifugaltyps.
  • Eine elektromagnetische Kupplung 45 ist zwischen den Verdichter 44 und den Motor 1 eingesetzt. Die elektromagnetische Kupplung 45 steuert bzw. regelt den Strom von Antriebskraft zwischen dem Verdichter 44 und dem Motor 1, beispielsweise überträgt sie Antriebskraft von dem Motor 1 zu dem Verdichter 44 oder unterbricht die Übertragung der Antriebskraft dazwischen. Wie später beschrieben, wird mittels einer Motorsteuer- bzw. -regeleinheit ECU 10 (Engine Control Unit - ECU), die die Verbindung/Unterbrechung der elektromagnetischen Kupplung 45 schaltet, das Ein/Aus des Verdichters 44 geschaltet. In diesem Motor 1 kann geschaltet werden, ob das Gas, das von dem Verdichter 44 in den Verbrennungsraum 17 einzuführen ist, aufgeladen werden soll oder nicht.
  • Ein Ladeluftkühler 46 ist nachgelagert dem Verdichter 44 in dem Ansaugkanal 40 angeordnet. Der Ladeluftkühler 46 kühlt das Gas, das in dem Verdichter 44 komprimiert wird. Der Ladeluftkühler 46 kann beispielsweise wassergekühlt sein.
  • Ein Bypasskanal 47 ist an den Ansaugkanal 40 angeschlossen. Der Bypasskanal 47 schließt einen Teil des Ansaugkanals 40 vorgelagert dem Verdichter 44 an einen Teil des Ansaugkanals 40 nachgelagert dem Ladeluftkühler 46 an, sodass der Verdichter 44 und der Ladeluftkühler 46 umgangen werden. Ein Luftumleitventil 48 ist in dem Bypasskanal 47 vorgesehen. Das Luftumleitventil 48 passt eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases an, das durch den Bypasskanal 47 strömt.
  • Wenn der Verdichter 44 ausgeschaltet wird (das heißt, wenn die elektromagnetische Kupplung 45 ausgekuppelt wird), ist das Luftumleitventil 48 im Wesentlichen voll geöffnet. Somit umgeht das Gas, das durch den Ansaugkanal 40 strömt, den Verdichter 44 und wird in den Verbrennungsraum 17 des Motors 1 eingeführt. Der Motor 1 arbeitet in einem nicht verdichteten Zustand, das heißt, in einem selbstansaugenden Zustand.
  • Wenn der Verdichter 44 eingeschaltet wird (das heißt, wenn die elektromagnetische Kupplung 45 eingekuppelt ist) strömt das Gas, das durch den Verdichter 44 gelangt, teilweise durch den Bypasskanal 47 zurück nach vorgelagert dem Verdichter 44. Mittels Steuern bzw. Regeln einer Öffnung des Luftumleitventils 48 wird die Rückströmungsmenge angepasst, was dazu führt, dass der Verdichtungsdruck des Gases angepasst wird, das in den Verbrennungsraum 17 eingeführt wird. In diesem Ausgestaltungsbeispiel umfasst ein Verdichtungssystem 49 den Verdichter 44, den Bypasskanal 47 und das Luftumleitventil 48.
  • Der Motor 1 weist einen wirbelerzeugenden Teil auf, der eine Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums 17 erzeugt. Wie in 3 gezeigt, ist der Wirbelerzeugungsteil ein Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56, das an dem Ansaugkanal 40 befestigt ist. Das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 ist in einem Kanal angeordnet. Der Kanal ist einer, ein Primärkanal 401 oder ein Sekundärkanal 402, der mit der ersten Ansaugöffnung 181 bzw. der zweiten Ansaugöffnung 182 kommuniziert. Das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 ist ein öffnungsregulierendes Ventil, das in der Lage ist, eine Öffnung eines Querschnitts des Sekundärkanals anzupassen. Wenn die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. - regelventils 56 klein ist, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft in den Verbrennungsraum 17 von der ersten Ansaugöffnung 181 verhältnismäßig zu, während die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft in den Verbrennungsraum 17 von der zweiten Ansaugöffnung 182 verhältnismäßig vermindert ist. Somit wird die Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums 17 stark. Wenn die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils 56 groß ist, werden die Strömungsgeschwindigkeiten der Ansaugluft in den Verbrennungsraum 17 von der ersten Ansaugöffnung 181 und der zweiten Ansaugöffnung 182 verhältnismäßig gleichmäßig, und somit wird die Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums 17 schwach. Wenn das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil im Wesentlichen voll geöffnet ist, tritt die Wirbelströmung nicht auf. Es ist zu beachten, dass die Wirbelströmung in 3 in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn strömt, wie von den Pfeilen angegeben (siehe auch die weißen Konturpfeile in 2).
  • Es ist zu beachten, dass alternativ/ zusätzlich zum Befestigen des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils 56 an dem Ansaugkanal 40 der Wirbelerzeugungsteil eine Struktur annehmen kann, in der die Öffnungszeiten der zwei Ansaugventile 21 variiert sind, sodass die Ansaugluft von nur einem der Ansaugventile 21 in den Verbrennungsraum 17 eingeführt wird. Indem nur eines der zwei Ansaugventile 21 geöffnet wird, wird die Ansaugluft ungleichmäßig in den Verbrennungsraum 17 eingeführt, und somit wird die Wirbelströmung in dem Verbrennungsraum 17 erzeugt. Alternativ können die Formen der Ansaugöffnungen 18 so ausgelegt sein, dass der Wirbelerzeugungsteil die Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums 17 erzeugt.
  • Ein Auslasskanal 50 ist an die andere Seite des Motors 1 gegenüberliegend von dem Ansaugkanal 40 angeschlossen. Der Auslasskanal 50 kommuniziert mit den Auslassöffnungen 19 der Zylinder 11. Der Auslasskanal 50 ist ein Kanal, durch den das Auslassgas strömt, das von dem Verbrennungsraum 17 abgelassen wird. Obgleich es nicht ausführlich gezeigt ist, bildet ein vorgelagerter Teil des Auslasskanals 50 unabhängige Kanäle, die für die jeweiligen Zylinder 11 abgezweigt sind. Vorgelagerte Enden der unabhängigen Kanäle sind an die jeweiligen Auslassöffnungen 19 der Zylinder 11 angeschlossen.
  • Ein Abgasreinigungssystem, das eine Vielzahl von Abgaskatalysatoren aufweist, ist in dem Auslasskanal 50 angeordnet. Obgleich es nicht gezeigt ist, ist der Abgaskatalysator auf der vorgelagerten Seite in einem Motorraum angeordnet und weist einen Dreiwegekatalysator 511 und ein Benzinpartikelfilter 512 (Gasoline Particulate Filter - GPF) auf. Der Abgaskatalysator auf der nachgelagerten Seite ist außerhalb des Motorraums angeordnet und weist einen Dreiwegekatalysator 513 auf. Es ist zu beachten, dass das Abgasreinigungssystem nicht darauf begrenzt ist, die gezeigte Struktur aufzuweisen.
  • Ein AGR-Kanal 52, der ein äußeres AGR-System bildet, ist zwischen dem Ansaugkanal 40 und dem Auslasskanal 50 angeschlossen. Der AGR-Kanal 52 ist ein Kanal zum Zurückführen eines Teils des verbrannten Gases zu dem Ansaugkanal 40. Ein vorgelagertes Ende des AGR-Kanals 52 ist an den Auslasskanal 50 zwischen dem vorgelagerten Abgaskatalysator und dem nachgelagerten Abgaskatalysator angeschlossen. Ein nachgelagertes Ende des AGR-Kanals 52 ist an den Ansaugkanal 40 vorgelagert dem Verdichter 44 angeschlossen.
  • Ein AGR-Kühler 53 mit Wasserkühlung ist in dem AGR-Kanal 52 angeordnet. Der AGR-Kühler 53 kühlt das verbrannte Gas. Ein AGR-Ventil 54 ist auch in dem AGR-Kanal 52 angeordnet. Das AGR-Ventil 54 passt die Strömungsgeschwindigkeit des verbrannten Gases in dem AGR-Kanal 52 an. Indem eine Öffnung des AGR-Ventils 54 angepasst wird, wird die Rückführungsmenge des gekühlten verbrannten Gases (d.h. externen AGR-Gases) angepasst.
  • In diesem Ausgestaltungsbeispiel umfasst ein AGR-System 55 ein äußeres AGR-System, umfassend den AGR-Kanal 52 und das AGR-Ventil 54, und ein inneres AGR-System, umfassend die elektrisch betätigten Ansaug-S-VT 23 und die elektrisch betätigten Auslass-S-VT 24, die zuvor beschrieben wurden.
  • Ein Steuer- bzw. Regelsystem 20 für den Kompressions-Selbstzündungsmotor umfasst die ECU 10, die ausgestaltet ist, den Motor 1 zu betreiben. Wie in 4 gezeigt, ist die ECU 10 eine Steuer- bzw. Regeleinheit basierend auf einem bekannten Mikrocomputer und umfasst eine Zentraleinheit (Central Processing Unit - CPU) 101, die ausgestaltet ist, Programm(e)/ Anweisungen auszuführen, einen Speicher 102, der aus RAMs (Random Access Memory) und ROMs (Read Only Memory) umfasst und ausgestaltet ist, das/die Programm(e)/Anweisungen und Daten zu speichern, und einen Eingabe-/Ausgabebus 103, der ausgestaltet ist, elektrische Signale einzugeben und auszugeben, ein Betriebsbereichsbestimmungsmodul 104, das ausgestaltet ist, einen Betriebsbereich des Motors zu bestimmen, und ein Verbrennungsmodusauswahlmodul 105, das ausgestaltet ist, einen eines ersten Verbrennungsmodus, in dem Fremdzündungsverbrennung startet, in der ein Gasgemisch, das in dem Verbrennungsraum gebildet ist, mittels Flammenausbreitung verbrennt, und dann Kompressionszündungsverbrennung ausgeführt wird, in der nicht verbranntes Gasgemisch mittels Kompressionszündung verbrennt, und eines zweiten Verbrennungsmodus, in dem nur die Fremdzündungsverbrennung mittels der Flammenausbreitung ausgeführt wird, auszuwählen. Die CPU 101 ist ausgestaltet, das Betriebsbereichsbestimmungsmodul 104 und das Verbrennungsmodusauswahlmodul 105 auszuführen, um ihre jeweiligen Funktionen auszuführen. Diese Module sind in dem Speicher 102 als Software gespeichert. Die ECU 10 ist ein Beispiel einer „Steuer- bzw. Regeleinheit“.
  • Wie in 1 und 4 gezeigt, sind verschiedene Sensoren SW1 bis SW16 an die ECU 10 angeschlossen. Die Sensoren SW1 bis SW16 geben Detektionssignale an die ECU 10 aus. Die Sensoren umfassen die folgenden Sensoren.
  • Das heißt, die Sensoren umfassen einen Luftmengensensor SW1, der in dem Ansaugkanal 40 nachgelagert dem Luftfilter 41 angeordnet und ausgestaltet ist, die Strömungsmenge von Frischluft in dem Ansaugkanal 40 zu detektieren, einen ersten Ansauglufttemperatursensor SW2, der auch in dem Ansaugkanal 40 nachgelagert dem Luftfilter 41 angeordnet und ausgestaltet ist, eine Temperatur der Frischluft zu detektieren, einen ersten Drucksensor SW3, der in dem Ansaugkanal 40 nachgelagert der Anschlussposition mit dem AGR-Kanal 52 und vorgelagert dem Verdichter 44 angeordnet und ausgestaltet ist, den Druck des Gases zu detektieren, das in den Verdichter 44 strömt, einen zweiten Ansauglufttemperatursensor SW4, der in dem Ansaugkanal 40 nachgelagert dem Verdichter 44 und vorgelagert der Anschlussposition des Bypasskanals 47 angeordnet und ausgestaltet ist, eine Temperatur des Gases zu detektieren, das aus dem Verdichter 44 herausgeströmt ist, einen zweiten Drucksensor SW5, der an dem Ausgleichsbehälter 42 befestigt und ausgestaltet ist, Druck des Gases bei einer Position nachgelagert dem Verdichter 44 zu detektieren, Drucksensoren SW6, die an dem Zylinderkopf 13 entsprechend den Zylindern 11 befestigt und ausgestaltet sind, Druck jeweils in den Verbrennungsräumen 17 zu detektieren, einen Auslasstemperatursensor SW7, der in dem Auslasskanal 50 angeordnet und ausgestaltet ist, eine Temperatur des Auslassgases zu detektieren, das von dem Verbrennungsraum 17 abgelassen wird, einen linearen O2-Sensor SW8, der in dem Auslasskanal 50 vorgelagert dem vorgelagerten Abgaskatalysator angeordnet und ausgestaltet ist, eine Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgases zu detektieren, einen Lambda-O2-Sensor SW9, der in dem vorgelagerten Abgaskatalysator nachgelagert dem Dreiwegekatalysator 511 angeordnet und ausgestaltet ist, die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Abgases zu detektieren, einen Wassertemperatursensor SW10, der an dem Motor 1 befestigt und ausgestaltet ist, eine Temperatur des Kühlwassers zu detektieren, einen Kurbelwinkelsensor SW11, der an dem Motor 1 befestigt und ausgestaltet ist, einen Drehwinkel der Kurbelwelle 15 zu detektieren, einen Beschleunigungsöffnungssensor SW12, der an einem Beschleunigungspedalmechanismus befestigt und ausgestaltet ist, eine Beschleunigungsöffnung entsprechend einer Betätigungsmenge eines Beschleunigungspedals zu detektieren, einen Ansaugnockenwinkelsensor SW13, der an dem Motor 1 befestigt und ausgestaltet ist, einen Drehwinkel der Ansaugnockenwelle zu detektieren, einen Auslassnockenwinkelsensor SW14, der an dem Motor 1 befestigt und ausgestaltet ist, einen Drehwinkel der Auslassnockenwelle zu detektieren, einen AGR-Druckdifferenzsensor SW15, der in dem AGR-Kanal 52 angeordnet und ausgestaltet ist, eine Differenz des Drucks zwischen Positionen, die dem AGR-Ventil vorgelagert und nachgelagert sind, zu detektieren, und einen Kraftstoffdrucksensor SW16, der an dem Common Rail 64 des Kraftstoffzufuhrsystems 61 befestigt und ausgestaltet ist, Druck des dem Einspritzventil 6 zuzuführenden Kraftstoffs zu detektieren.
  • Basierend auf diesen Detektionssignalen bestimmt die ECU 10 den Betriebszustand des Motors 1 und berechnet Steuer- bzw. Regelbeträge der verschiedenen Einrichtungen. Die ECU 10 gibt Steuer- bzw. Regelsignale aus, die die berechneten Steuer- bzw. Regelbeträge des Einspritzventils 6, der Zündkerze 25, der elektrisch betätigten Ansaug-S-VT 23, der elektrisch betätigten Auslass-S-VT 24, des Kraftstoffzufuhrsystems 61, des Drosselventils 43, des AGR-Ventils 54, der elektromagnetischen Kupplung 45 des Verdichters 44, des Luftumleitventils 48 und des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils 56 betreffen. Beispielsweise passt die ECU 10 den Verdichtungsdruck an, indem sie eine Öffnung des Luftumleitventils 48 basierend auf einer Druckdifferenz zwischen der vorgelagerten Seite und der nachgelagerten Seite des Verdichters 44 steuert bzw. regelt, die von den Detektionssignalen des ersten Drucksensors SW3 und des zweiten Drucksensors SW5 erhalten wird. Ferner passt die ECU 10 eine externe AGR-Gasmenge an, die in den Verbrennungsraum 17 eingeführt wird, indem die Öffnung des AGR-Ventils 54 basierend auf der Druckdifferenz zwischen der vorgelagerten und nachgelagerten Position des AGR-Ventils 54 gesteuert bzw. geregelt wird, die von dem Detektionssignal des AGR-Druckdifferenzsensors SW15 erhalten wird. Einzelheiten zur Steuerung bzw. Regelung des Motors 1 von der ECU 10 werden später beschrieben.
  • (Betriebsbereich des Motors)
  • 5 zeigt Betriebsbereichsabbildungen 501 und 502 des Motors 1. Die Betriebsbereichsabbildungen 501 und 502 des Motors 1 sind hinsichtlich der Motorlast und der Motordrehzahl in fünf Bereiche geteilt. Beispielsweise umfassen die fünf Bereiche: einen niedrigen Lastbereich (1)-1, umfassend den Leerlaufbetrieb, der sich in niedrigen und mittleren Motordrehzahlbereichen erstreckt; einen mittleren Lastbereich (1)-2, in dem die Motorlast höher ist als im niedrigen Lastbereich und der sich in den niedrigen und mittleren Motordrehzahlbereichen erstreckt; einen hohen Lastbereich mit mittlerer Drehzahl (2), in dem die Motorlast höher ist als im mittleren Lastbereich (1)-2 und der sich in dem hohen Lastbereich, umfassend die volle Motorlast, befindet; einen hohen Lastbereich mit niedriger Drehzahl (3), der sich in dem hohen Lastbereich befindet, und in dem die Motordrehzahl niedriger ist als in dem hohen Lastbereich mit mittlerer Drehzahl (2); und einen hohen Drehzahlbereich (4), in dem die Motordrehzahl höher ist als im niedrigen Lastbereich (1)-1, im mittleren Lastbereich (1)-2, im hohen Lastbereich (2) mit mittlerer Drehzahl, und im hohen Lastbereich mit niedriger Drehzahl (3). Hier können der niedrige Drehzahlbereich, der mittlere Drehzahlbereich und der hohe Drehzahlbereich definiert sein, indem im Wesentlichen der gesamte Betriebsbereich des Motors 1 in der Motordrehzahlrichtung im Wesentlichen gleichmäßig in drei Bereiche des niedrigen Drehzahlbereichs, des mittleren Drehzahlbereichs und des hohen Drehzahlbereichs geteilt werden. In dem Beispiel von 5 ist die Motordrehzahl, die niedriger ist als eine Drehzahl N1, als niedrig definiert, die Motordrehzahl, die höher ist als eine Drehzahl N2, ist als hoch definiert und die Motordrehzahl zwischen den Motordrehzahlen N1 und N2 ist als mittel definiert. Beispielsweise kann die Drehzahl N1 ungefähr 1.200 U/min (min-1) sein, und die Drehzahl N2 kann ungefähr 4.000 U/min (min-1) sein. Der hohe Lastbereich mit mittlerer Drehzahl (2) kann ein Bereich sein, in dem Verbrennungsdruck ungefähr 900 kPa übersteigt. In 5 sind die Betriebsbereichsabbildungen 501 und 502 des Motors 1 für ein besseres Verständnis einzeln gezeigt. Die zeigt einen Zustand des Gasgemisches und einen Verbrennungsmodus innerhalb jedes Bereichs, und einen Antriebsbereich und einen Nicht-Antriebsbereich des Verdichters 44. Die zeigt die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. - regelventils 56 innerhalb jedes Bereichs. Es ist zu beachten, dass die Strich-Zweipunktlinie in 5 die Fahrbetriebslinie des Motors 1 zeigt.
  • Hauptsächlich zum Verbessern der Kraftstoffersparnis und der Abgasleistung, führt der Motor 1 Verbrennung mittels Kompressionsselbstzündung innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1, des mittleren Lastbereichs (1)-2 und des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) aus. Überdies führt der Motor 1 die Verbrennung mittels Fremdzündung innerhalb der anderen Bereiche aus, insbesondere des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) und des hohen Drehzahlbereichs (4) aus. Nachfolgend wird der Betrieb des Motors 1 innerhalb jedes Bereichs ausführlich mit Bezug auf den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt beschrieben, die in 6 gezeigt sind.
  • (Niedriger Lastbereich (1)-1)
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet, führt der Motor 1 die Kompressionszündungsverbrennung wie oben beschrieben aus. Bei der Verbrennung, die durch Selbstzündung verursacht wird, ändert sich der Zeitpunkt der Selbstzündung in hohem Maße, wenn die Temperatur im Innern des Verbrennungsraums 17 variiert, bevor die Kompression startet. Daher führt der Motor 1 innerhalb des Bereichs mit niedriger Last (1)-1 SPCCI-Verbrennung aus, in der die Fremdzündungsverbrennung und die Kompressionszündungsverbrennung kombiniert sind.
  • Ein Bezugszeichen 601 in 6 zeigt ein Beispiel von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten (Bezugszeichen 6011 und 6012) und einen Zündzeitpunkt (Bezugszeichen 6013), und eine Verbrennungswellenform (d.h. eine Wellenform, die eine Veränderung in der Wärmeerzeugungsgeschwindigkeit in Bezug auf einen Kurbelwinkel angibt; Bezugszeichen 6014) wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand des Bezugszeichens 601 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet.
  • Bei der SPCCI-Verbrennung zündet die Zündkerze 25 zwangsweise das Gasgemisch im Innern des Verbrennungsraums 17, sodass es der Fremdzündungsverbrennung mittels Flammenausbreitung unterzogen wird, und die Wärme, die von dieser Verbrennung erzeugt wird, erhöht die Temperatur im Innern des Verbrennungsraums 17 und der Druck im Innern des Verbrennungsraums 17 steigt mittels Flammenausbreitung, was zu der Kompressionszündungsverbrennung des nicht verbrannten Gasgemisches mittels Selbstzündung führt.
  • Es ist möglich, die Schwankung der Temperatur im Innern des Verbrennungsraums 17 zu vermindern, bevor die Kompression startet, indem die Wärmeerzeugungsmenge bei der Fremdzündungsverbrennung angepasst wird. Sogar wenn die Temperatur im Innern des Verbrennungsraums 17 schwankt, bevor die Kompression startet, wird daher beispielsweise, indem der Zündzeitpunkt zum Anpassen des Startzeitpunkts der Fremdzündungsverbrennung gesteuert bzw. geregelt wird, der Zeitpunkt der Selbstzündung gesteuert bzw. geregelt.
  • Für den Fall, dass die SPCCI-Verbrennung ausgeführt wird, zündet die Zündkerze 25 das Gasgemisch zu einem gegebenen Zeitpunkt nahe dem CTDC, und somit startet die Verbrennung durch Flammenausbreitung. Die Wärmeerzeugung bei der Fremdzündungsverbrennung ist langsamer als die Wärmeerzeugung bei der Kompressionszündungsverbrennung. Daher weist die Wellenform der Wärmeerzeugungsgeschwindigkeit eine relativ sanfte Anstiegssteigung auf. Obgleich es nicht gezeigt ist, ist ferner eine Druckschwankung (dp/dθ) in dem Verbrennungsraum 17 bei der Fremdzündungsverbrennung sanfter als bei der Kompressionszündungsverbrennung.
  • Wenn die Temperatur und der Druck im Innern des Verbrennungsraums 17 aufgrund der Fremdzündungsverbrennung ansteigen, zündet das nicht verbrannte Gasgemisch selbst. In dem Beispiel von 6 ändert sich die Steigung der Wellenform der Wärmeerzeugungsgeschwindigkeit bei dem Selbstzündungszeitpunkt von sanft zu scharf, d.h. die Wellenform der Wärmeerzeugungsgeschwindigkeit weist zu einem Zeitpunkt, zu dem die Kompressionszündungsverbrennung startet, einen Beugungspunkt auf.
  • Nachdem die Kompressionszündungsverbrennung startet, werden die Fremdzündungsverbrennung und die Kompressionszündungsverbrennung parallel ausgeführt. Bei der Kompressionszündungsverbrennung wird, da die Wärmeerzeugung größer ist als bei der Fremdzündungsverbrennung, die Wärmeerzeugungsgeschwindigkeit relativ hoch. Es ist zu beachten, dass, da die Kompressionszündungsverbrennung nach dem CTDC ausgeführt wird, der Kolben 3 durch den Motorbetrieb sinkt. Daher wird vermieden, dass die Steigung der Wellenform bei der Wärmeerzeugungsgeschwindigkeit mittels der Kompressionszündungsverbrennung übermäßig scharf wird. Das dp/dθ bei der Kompressionszündungsverbrennung wird auch relativ sanft.
  • Das dp/dθ ist als ein Index verwendbar, der Verbrennungsgeräusche ausdrückt. Da die SPCCI-Verbrennung in der Lage ist, den dp/dθ wie zuvor beschrieben zu senken, wird es möglich, zu verhindern, dass Verbrennungsgeräusche übermäßig laut werden. Somit werden Verbrennungsgeräusche unter einen zulässigen Wert vermindert.
  • Die SPCCI-Verbrennung endet, indem die Kompressionszündungsverbrennung beendet wird. Die Kompressionszündungsverbrennung weist einen kürzeren Verbrennungszeitraum auf als die Fremdzündungsverbrennung. Die SPCCI-Verbrennung verlegt den Endzeitpunkt der Verbrennung im Vergleich zur Fremdzündungsverbrennung vor. Mit anderen Worten bringt die SPCCI-Verbrennung den Endzeitpunkt der Verbrennung bei dem Expansionstakt näher an den CTDC. Die SPCCI-Verbrennung ist vorteilhaft beim Verbessern der Kraftstoffersparnis des Motors 1 verglichen mit der Fremdzündungsverbrennung.
  • Um die Kraftstoffersparnis des Motors 1 zu verbessern, führt das AGR-System 55 das AGR-Gas in den Verbrennungsraum 17 ein, wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet, wird die starke Wirbelströmung in dem Verbrennungsraum 17 gebildet. Die Wirbelströmung ist stark in einem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 und schwach in einem Mittelabschnitt. Das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 ist im Wesentlichen voll geschlossen oder weist eine gegebene schmale Öffnung auf. Wie oben beschrieben wird, da die Ansaugöffnung 18 eine Tumble-Öffnung ist, eine schräge Wirbelströmung, die eine Tumble-Komponente und eine Wirbelkomponente aufweist, in dem Verbrennungsraum 17 gebildet.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet, ist ein Wirbelverhältnis ungefähr 4 oder mehr. Hier kann ein „Wirbelverhältnis“ als ein Wert definiert werden, der mittels Messen einer lateralen Winkelgeschwindigkeit des Ansaugstroms für jeden Ventilhub gemessen wird, wobei diese Werte integriert werden und dieser integrierte Wert durch eine Motorwinkelgeschwindigkeit geteilt wird. Die laterale Winkelgeschwindigkeit des Ansaugstroms kann basierend auf einer Messung unter Verwendung einer Prüfstandvorrichtung erhalten werden, die in 7 gezeigt ist. Insbesondere ist die in 7 gezeigte Vorrichtung strukturiert, indem der Zylinderkopf 13 umgekehrt auf ein Untergestell platziert wird, um die Ansaugöffnung 18 an eine Ansaugluftzufuhreinrichtung (nicht gezeigt) anzuschließen, und ein Zylinder 36 auf den Zylinderkopf 13 platziert wird, um ihn an seinem oberen Ende an einen Impulsmesser 38 anzuschließen, das einen Sandwich-Paneel-Rotor 37 aufweist. Eine untere Oberfläche des Impulsmessers 38 ist ungefähr 1,75D (wobei „D“ ein Zylinderbohrungsdurchmesser ist) entfernt von einer Passoberfläche zwischen dem Zylinderkopf 13 und dem Zylinder 36 positioniert. Der Impulsmesser 38 misst Drehmoment, das auf den Sandwich-Paneel-Rotor 37 wirkt, mittels eines Wirbels, der in dem Zylinder 36 gemäß der Zufuhr von Ansaugluft erzeugt wird (siehe den Pfeil in 7), und die laterale Winkelgeschwindigkeit des Ansaugstroms wird basierend auf dem Drehmoment erhalten.
  • 8 zeigt eine Beziehung zwischen der Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils 56 des Motors 1 und dem Wirbelverhältnis. In 8 wird die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils 56 durch ein Öffnungsverhältnis in Bezug auf den Querschnitt des voll geöffneten Sekundärkanals 402 ausgedrückt. Das Öffnungsverhältnis des Sekundärkanals 402 ist ungefähr 0 %, wenn das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 voll geschlossen ist, und steigt von 0 % an, wenn sich die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. regelsystems 56 vergrößert. Das Öffnungsverhältnis des Sekundärkanals 402 ist ungefähr 100 %, wenn das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 im Wesentlichen voll geöffnet ist. Wie in 8 gezeigt, wird in dem Motor 1 das Wirbelverhältnis ungefähr 6, wenn das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 voll geschlossen ist. Wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet, kann das Wirbelverhältnis zwischen 4 und ungefähr 6 sein. Die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils 56 kann innerhalb eines Bereichs des Öffnungsverhältnisses von ungefähr 0 % bis ungefähr 15 % angepasst werden.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet, ist ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K) des Gasgemisches magerer als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem gesamten Verbrennungsraum 17. Das heißt, ein Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches übersteigt insgesamt ungefähr 1 in dem Verbrennungsraum 17. Genau gesagt ist das L/K des Gasgemisches in dem gesamten Verbrennungsraum 17 ungefähr 30:1 oder höher. Auf diese Weise wird die Erzeugung von Roh-NOx vermindert und die Abgasleistung wird verbessert.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet, wird das Gasgemisch zwischen dem Mittelabschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 geschichtet. Der Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 ist der Abschnitt, an dem die Zündkerze 25 angeordnet ist, und der äußere Umfangsabschnitt ist der Abschnitt um den Mittelabschnitt und in Kontakt mit einer Buchse des Zylinders 11. Der Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 kann als ein Abschnitt definiert werden, wo die Wirbelströmung schwach ist, und der äußere Umfangsabschnitt kann als ein Abschnitt definiert werden, wo die Wirbelströmung stark ist.
  • Die Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt ist höher als die in dem äußeren Umfangsabschnitt. Beispielsweise ist das L/K des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt ungefähr 20:1 und ungefähr 30:1, und das L/K des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt ist ungefähr 35:1 oder mehr. Es ist zu beachten, dass das L/K das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei dem Zündzeitpunkt ist, und das gleiche gilt für die nachfolgende Beschreibung.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet, spritzt das Einspritzventil 6 grundsätzlich den Kraftstoff in dem Ansaugtakt und in dem Kompressionstakt (die Bezugszeichen 6011 und 6012) in den Verbrennungsraum 17 ein. Der in dem Ansaugtakt eingespritzte Kraftstoff wird vor dem Zündzeitpunkt in dem Verbrennungsraum 17 gänzlich verteilt. Der in dem Ansaugtakt eingespritzte Kraftstoff bildet das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17. Der in dem Kompressionstakt eingespritzte Kraftstoff zündet innerhalb einer kurzen Zeit, er gelangt in die Nähe der Zündkerze 25 in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 durch die Wirbelströmung, ohne sich sehr zu verteilen. Der in dem Kompressionstakt eingespritzte Kraftstoff bildet das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt zusammen mit einem Abschnitt des Kraftstoffs, der in dem Ansaugtakt eingespritzt wird. Das Gasgemisch wird in dem Mittelabschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 geschichtet.
  • Nachdem die Kraftstoffeinspritzung beendet ist, zündet die Zündkerze 25 das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 zu einem gegebenen Zeitpunkt vor CTDC (dem Bezugszeichen 6013). Da die Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt relativ hoch ist, verbessert sich die Entzündbarkeit, und die Fremdzündungsverbrennung mittels der Flammenausbreitung stabilisiert sich. Indem die Fremdzündungsverbrennung stabilisiert wird, startet die Kompressionszündungsverbrennung zum geeigneten Zeitpunkt. Die Steuer- bzw. Regelbarkeit der Kompressionszündungsverbrennung verbessert sich bei der SPCCI-Verbrennung. Folglich werden, wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet, sowohl die Verminderung der Erzeugung von Verbrennungsgeräuschen als auch die Verbesserung der Kraftstoffersparnis mittels der Verkürzung des Verbrennungszeitraums erzielt.
  • Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Anzahl an Malen der Kraftstoffeinspritzung, die ausgeführt wird, wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet, wird entsprechend der Motorlast geändert. Wenn beispielsweise die Motorlast niedrig ist, steigt die Anzahl an Malen, die die Kraftstoffeinspritzung in dem Kompressionstakt ausgeführt wird, und der Zeitpunkt der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung verzögert sich. Das heißt, wenn die Motorlast niedrig ist, wird die aufgeteilte Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen (die Anzahl von Malen des Ausführens der Kraftstoffeinspritzungen, indem der Kraftstoff für einen Verbrennungszyklus aufgeteilt wird), die in dem Kompressionstakt ausgeführt werden, erhöht, und der Zeitpunkt der letzten Kraftstoffeinspritzung wird verzögert. Obgleich die dem Verbrennungsraum 17 zuzuführende Kraftstoffmenge abnimmt, wenn die Motorlast niedrig ist, wird die aufgeteilte Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen, die in dem Kompressionstakt ausgeführt werden, erhöht, und der Zeitpunkt der letzten Kraftstoffeinspritzung wird verzögert, sodass das Diffundieren des in dem Kompressionstakt eingespritzten Kraftstoffs unterdrückt wird. Folglich wird die Größe der Gasgemischschicht, deren Kraftstoffkonzentration relativ hoch ist und die in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 gebildet ist, klein.
  • Überdies ist, wenn die Motorlast hoch ist, die Anzahl von Malen vermindert, die die Kraftstoffeinspritzungen in dem Kompressionstakt ausgeführt werden, und ihre Einspritzstartzeitpunkte sind vorverstellt. Als Folge des Vorverstellens der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkte ohne die Kraftstoffeinspritzung in dem Kompressionstakt auszuführen, kann der Kraftstoff in den aufgeteilten Einspritzungen in dem Ansaugtakt eingespritzt werden. Wenn die Motorlast hoch ist, kann der Kraftstoff in dem Ansaugtakt zusammengeballt eingespritzt werden. Wenn die Motorlast abnimmt, nimmt die Kraftstoffmenge zu, die dem Verbrennungsraum 17 zuzuführen ist, und die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte sind vorverstellt, und somit wird der Kraftstoff einfach diffundiert. Folglich wird die Größe der Gasgemischschicht, deren Kraftstoffkonzentration relativ hoch ist und die in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 gebildet ist, groß.
  • Da der Motor 1 die SPCCI-Verbrennung ausführt, indem das Gasgemisch magerer ausgeführt wird, als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1, kann der niedrige Lastbereich (1)-1 als „magerer SPCCI-Bereich“ bezeichnet werden.
  • (Mittlerer Lastbereich (1)-2)
  • Auch wenn der Motor 1 innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 arbeitet, führt der Motor 1 die SPCCI-Verbrennung ähnlich wie im niederen Lastbereich (1)-1 aus.
  • Bezugszeichen 602 in 6 gibt ein Beispiel von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten (Bezugszeichen 6021 und 6022) und den Zündzeitpunkt (Bezugszeichen 6023), und die Verbrennungswellenform (Bezugszeichen 6024) an, wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand des Bezugszeichens 602 innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 arbeitet.
  • Das AGR-System 55 führt das AGR-Gas in den Verbrennungsraum 17 ein, wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 ist.
  • Außerdem wird, wenn der Motor 1 innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 arbeitet, ähnlich zu dem niedrigen Lastbereich (1)-1 eine starke Wirbelströmung bei einem Wirbelverhältnis von ungefähr 4 oder darüber in dem Verbrennungsraum 17 gebildet. Das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 ist voll geschlossen oder weist eine gegebene schmale Öffnung auf. Da kinetische Wirbelenergie in dem Verbrennungsraum 17 mittels Verstärken der Wirbelströmung zunimmt, breitet sich, wenn der Motor 1 innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 arbeitet, die Flamme der Fremdzündungsverbrennung prompt aus, und die Fremdzündungsverbrennung wird stabilisiert. Die Steuer- bzw. Regelbarkeit der Kompressionszündungsverbrennung verbessert sich mittels der Stabilisierung der Fremdzündungsverbrennung. Indem der Zeitpunkt der Kompressionszündungsverbrennung in der SPCCI-Verbrennung entsprechend ausgelegt wird, wird die Erzeugung von Verbrennungsgeräuschen vermindert und die Kraftstoffersparnis wird verbessert. Ferner wird die Drehmomentabweichung zwischen Zyklen vermindert.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-2 arbeitet, ist ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K) des Gasgemisches magerer als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K = 14,7:1) in dem gesamten Verbrennungsraum 17. Der Dreiwegekatalysator reinigt das Abgas, das von dem Verbrennungsraum 17 abgelassen wird. Somit wird eine hohe Abgasleistung des Motors 1 erhalten. Das L/K des Gasgemisches kann so eingestellt sein, dass es innerhalb eines Reinigungsfensters des Dreiwegekatalysators verbleibt (d.h. eine Luft/Kraftstoffverhältnisbreite, die die Dreiwegereinigungsfunktion zeigt). Daher kann das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches ungefähr 1,0 ± 0,2 sein.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 arbeitet, spritzt das Einspritzventil 6 den Kraftstoff in zwei Stufen, einer Einspritzung der ersten Stufe (d.h. eine erste Einspritzung, Bezugszeichen 6021) und der Einspritzung der zweiten Stufe (d.h. eine zweite Einspritzung, Bezugszeichen 6022) in den Verbrennungsraum 17. Bei der Einspritzung der ersten Stufe wird Kraftstoff zu dem Zeitpunkt getrennt von dem Zündzeitpunkt eingespritzt, und bei der Einspritzung der zweiten Stufe wird der Kraftstoff zu dem Zeitpunkt nahe dem Zündzeitpunkt eingespritzt. Die Einspritzung der ersten Stufe kann beispielsweise in einer frühen Hälfte des Kompressionstakts ausgeführt werden, und die Einspritzung der zweiten Stufe kann beispielsweise in einer letzteren Hälfte des Kompressionstakts ausgeführt werden. Die frühe Hälfte und die letztere Hälfte des Kompressionstakts können definiert sein, indem der Kompressionstakt hinsichtlich des Kurbelwinkels gleichmäßig in zwei geteilt wird. Beispielsweise kann die Einspritzung der ersten Stufe die Kraftstoffeinspritzung bei ungefähr 100° KW vor dem CTDC starten, und die Einspritzung der zweiten Stufe kann die Kraftstoffeinspritzung bei ungefähr 70° KW vor dem CTDC starten.
  • Die Einspritzdüse 6 weist eine Vielzahl von Düsenöffnungen auf, von denen Düsenöffnungsachsen in Bezug auf die Mittelachse X1 des Zylinders 11 (d.h. zylindrische Achse) geneigt sind, und spritzt den Kraftstoff ein, damit er sich von dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 radial nach außen verteilt. Wenn das Einspritzventil 6 die Einspritzung der ersten Stufe in der frühen Hälfte des Kompressionstakts ausführt, erreicht, da der Kolben 3 vom oberen Totpunkt getrennt wird, der eingespritzte Kraftstoffstrahl die obere Oberfläche des Kolbens 3, der sich hin zu dem oberen Totpunkt erhebt, außerhalb des Hohlraums 31. Ein Teilstück außerhalb des Hohlraums 31 bildet einen Quetschbereich 171 (siehe 2). Der bei der Einspritzung der ersten Stufe eingespritzte Kraftstoff verbleibt in dem Quetschbereich 171, während sich der Kolben 3 hebt, und bildet das Gasgemisch in dem Quetschbereich 171.
  • Wenn das Einspritzventil 6 die Einspritzung der zweiten Stufe in der letzteren Hälfte des Kompressionstakts ausführt, gelangt, da der Kolben 3 nahe dem oberen Totpunkt ist, der eingespritzte Kraftstoffstrahl in den Hohlraum 31. Der Kraftstoff, der bei der Einspritzung der zweiten Stufe eingespritzt wird, bildet das Gasgemisch in dem Teilstück innerhalb des Hohlraums 31. Hier kann die Formulierung „Teilstück innerhalb des Hohlraums 31“ eine Kombination aus einem Teilstück von einer Vorsprungsebene der Öffnungsoberfläche des Hohlraums 31 auf der Deckenoberfläche des Verbrennungsraums 17 zu der Öffnungsoberfläche des Hohlraums 31 und einem Teilstück im Innern des Hohlraums 31 bedeuten. Die Formulierung „Teilstück innerhalb des Hohlraums 31“ kann auch ein Teilstück des Verbrennungsraums 17 außerhalb des Quetschbereichs 171 bedeuten.
  • Da der Kraftstoff mittels der Einspritzung der zweiten Stufe in den Hohlraum 31 eingespritzt wird, tritt der Gasstrom in dem Teilstück mit dem Hohlraum 31 auf. Wenn die Zeit bis zu dem Zündzeitpunkt lang ist, wird die kinetische Turbulenzenergie im Innern des Verbrennungsraums 17 abgeschwächt, wenn der Kompressionstakt fortschreitet. Da jedoch der Einspritzstartzeitpunkt der Einspritzung der zweiten Stufe im Vergleich zu dem der Einspritzung der ersten Stufe nahe dem Zündzeitpunkt ist, zündet die Zündkerze 25 das Gasgemisch in dem Teilstück innerhalb des Hohlraums 31, während die hohe kinetische Turbulenzenergie dazwischen behalten wird. Somit nimmt die Geschwindigkeit der Fremdzündungsverbrennung zu. Da die Fremdzündungsverbrennung stabil wird, wenn die Geschwindigkeit der Fremdzündungsverbrennung zunimmt, verbessert sich die Steuer- bzw. Regelbarkeit der Kompressionszündungsverbrennung mittels der Fremdzündungsverbrennung.
  • Indem das Einspritzventil 6 die Einspritzung der ersten Stufe und die Einspritzung der zweiten Stufe ausführt, wird in dem Verbrennungsraum 17 ein im Wesentlichen homogenes Gasgemisch gebildet, indem das Luftüberschussverhältnis λ ungefähr 1,0 ± 0,2 ist. Da das Gasgemisch im Wesentlichen homogen ist, werden durch Verringern des Verlusts aufgrund von nicht verbranntem Kraftstoff die Verbesserung der Kraftstoffersparnis und durch Vermeiden der Raucherzeugung die Verbesserung der Abgasleistung erzielt. Das Luftüberschussverhältnis λ ist vorzugsweise ungefähr 1,0 bis ungefähr 1,2.
  • Indem die Zündkerze 25 das Gasgemisch zu dem gegebenen Zeitpunkt vor dem CTDC (Bezugszeichen 6023) zündet, verbrennt das Gasgemisch mittels Flammenausbreitung. Nachdem diese Verbrennung startet, zündet das nicht verbrannte Gasgemisch selbst und verursacht die Kompressionszündungsverbrennung. Der in der Einspritzung der zweiten Stufe eingespritzte Kraftstoff verursacht hauptsächlich die Fremdzündungsverbrennung. Der in der Einspritzung der ersten Stufe eingespritzte Kraftstoff verursacht hauptsächlich die Kompressionszündungsverbrennung. Indem die Einspritzung der ersten Stufe in dem Kompressionstakt ausgeführt wird, wird verhindert, dass der Kraftstoff, der bei der Einspritzung der ersten Stufe eingespritzt wird, eine anormale Verbrennung wie die Frühzündung verursacht. Darüber hinaus wird der Kraftstoff, der bei der Einspritzung in der zweiten Stufe eingespritzt wird, stabil mittels Flammenausbreitung verbrannt.
  • Innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 kann, da der Motor 1 die SPCCI-Verbrennung ausführt, indem das Gasgemisch im Wesentlichen auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis eingestellt wird, der mittlere Lastbereich (1)-2 als „Bereich SPCCI λ = 1“ bezeichnet werden.
  • Hier wird, wie in 5 gezeigt, der Verdichter 44 als Teil des niederen Lastbereichs (1)-1 und Teil des mittleren Lastbereichs (1)-2 ausgeschaltet (siehe „S/C AUS“). Genau gesagt wird der Verdichter 44 innerhalb eines niedrigen Drehzahlsegments des niedrigen Lastbereichs (1)-1 ausgeschaltet. Innerhalb eines hohen Drehzahlsegments des niedrigen Lastbereichs (1)-1 wird der Verdichter 44 eingeschaltet, um den Verdichtungsdruck zu erhöhen, um eine erforderliche Ansauglademenge entsprechend der Motordrehzahl zu sichern, die hoch ist. Ferner wird innerhalb eines niedrigen Lastsegments mit niedriger Drehzahl des mittleren Lastbereichs (1)-2 der Verdichter 44 ausgeschaltet. Innerhalb eines hohen Lastsegments des mittleren Lastbereichs (1)-2 wird der Verdichter 44 eingeschaltet, um die erforderliche Ansauglademenge entsprechend der Kraftstoffeinspritzmenge zu sichern, die zunimmt. Innerhalb des hohen Drehzahlsegments wird der Verdichter 44 eingeschaltet, um die erforderliche Ansauglademenge entsprechend der Motordrehzahl zu sichern, die hoch ist.
  • Es ist zu beachten, dass innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2), des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) und des hohen Drehzahlbereichs (4) der Verdichter 44 in allen Bereichen eingeschaltet wird (siehe „S/C EIN“).
  • (Hoher Lastbereich mit mittlerer Drehzahl (2))
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) arbeitet, führt der Motor 1 die SPCCI-Verbrennung ähnlich wie im niedrigen Lastbereich (1)-1 und mittleren Lastbereich (1)-2 aus.
  • Ein Bezugszeichen 603 in 6 gibt ein Beispiel der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte (Bezugszeichen 6031 und 6032) und des Zündzeitpunkts (Bezugszeichen 6033), und der Verbrennungswellenform (Bezugszeichen 6034), wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand des Bezugszeichens 603 innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) des Motors 1 arbeitet. Wie in 17 gezeigt, entspricht der erste Verbrennungsmodus, in dem das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil im Wesentlichen innerhalb des ersten Drehzahlbereichs geschlossen ist, in dem die Fremdzündungsverbrennung startet, bei der Gasgemisch mittels Flammenausbreitung verbrennt, das in dem Verbrennungsraum gebildet wird, und dann Kompressionszündungsverbrennung ausgeführt wird, bei der nicht verbranntes Gasgemisch mittels Kompressionszündung verbrennt, dem Bezugszeichen 603.
  • Das AGR-System 55 führt das AGR-Gas in den Verbrennungsraum 17 ein, wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) ist. Der Motor 1 vermindert die AGR-Gasmenge, wenn die Motorlast steigt. Bei voller Last kann das AGR-Gas auf ungefähr Null eingestellt werden.
  • Außerdem wird, wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) arbeitet, ähnlich zu dem niedrigen Lastbereich (1)-1 eine starke Wirbelströmung bei einem Wirbelverhältnis von ungefähr 4 oder darüber in dem Verbrennungsraum 17 gebildet. Das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 ist voll geschlossen oder weist eine gegebene schmale Öffnung auf.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) arbeitet, ist das Luft/Kraftstoffverhältnis (L/K) des Gasgemisches das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis in dem gesamten Verbrennungsraum 17 oder fetter (d.h. das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches ist λ < = 1).
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) arbeitet, spritzt das Einspritzventil 6 den Kraftstoff in dem Kompressionstakt in zwei Stufen, der Einspritzung der ersten Stufe (d.h. eine erste Einspritzung, Bezugszeichen 6031) und der Einspritzung der zweiten Stufe (d.h. eine zweite Einspritzung, Bezugszeichen 6032) in den Verbrennungsraum 17. Die Einspritzung der ersten Stufe kann beispielsweise in der frühen Hälfte des Kompressionstakts ausgeführt werden, und die Einspritzung der zweiten Stufe kann beispielsweise in der letzteren Hälfte des Kompressionstakts ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Einspritzung der ersten Stufe die Kraftstoffeinspritzung bei ungefähr 125° KW (Kurbelwinkel) vor dem CTDC starten, und die Einspritzung der zweiten Stufe kann die Kraftstoffeinspritzung bei ungefähr 85° KW vor dem CTDC starten.
  • In einem Fall, in dem eine starke Wirbelströmung in dem Verbrennungsraum 17 erzeugt wird, wenn die Einspritzung der ersten Stufe der frühen Hälfte des Kompressionstakts ausgeführt wird, wird der Kraftstoff, der in den Verbrennungsraum 17 eingespritzt wird, von der Wirbelströmung gebogen, wie in der linken Grafik von 9 gezeigt, was ein schwächeres Eindringen verursacht. Der Kraftstoff der Einspritzung der ersten Stufe verbleibt in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 und bildet hauptsächlich das Gasgemisch darin. Dieses Gasgemisch in dem Mittelabschnitt wird hauptsächlich in der Fremdzündungsverbrennung verbrannt, wie später beschrieben.
  • In dieser Hinsicht hebt sich, wie in der rechten Grafik von 9 gezeigt, wenn die Einspritzung der zweiten Stufe in der letzten Hälfte des Kompressionstakts ausgeführt wird, der Kolben und die Wirbelströmung wird in der letzteren Hälfte des Kompressionstakts verschlechtert, was erlaubt, dass der in den Verbrennungsraum 17 eingespritzte Kraftstoff den äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 erreicht. Der Kraftstoff der Einspritzung der zweiten Stufe bildet hauptsächlich das Gasgemisch in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17. Dieses Gasgemisch in dem äußeren Umfangsabschnitt wird hauptsächlich in der Kompressionszündungsverbrennung verbrannt, wie später beschrieben.
  • Da die Kraftstoffeinspritzung die Einspritzung der ersten Stufe und die Einspritzung der zweiten Stufe umfasst, ist ferner die Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 höher ausgelegt als die Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt, und die Kraftstoffmenge des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt ist größer ausgelegt als die in dem Mittelabschnitt. Die Kraftstoffmenge der Einspritzung der ersten Stufe kann größer eingestellt sein als die der Einspritzung der zweiten Stufe. Das Verhältnis zwischen der Kraftstoffmenge der Einspritzung der ersten Stufe und der Kraftstoffmenge der Einspritzung der zweiten Stufe kann beispielsweise ungefähr 7:3 sein.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) arbeitet, beispielsweise wie in 10 gezeigt, ist das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt, wo die Zündkerze 25 angeordnet ist, vorzugsweise 1 oder weniger, und das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt ist 1 oder weniger, vorzugsweise weniger als 1. Das Luft/Kraftstoffverhältnis (L/K) des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt kann beispielsweise zwischen ungefähr 13:1 und ungefähr dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis (14,7:1) sein. Das Luft/Kraftstoffverhältnis des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt kann magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis sein. Ferner kann das Luft/Kraftstoffverhältnis (L/K) des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt beispielsweise zwischen ungefähr 11:1 und ungefähr dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis, vorzugsweise zwischen ungefähr 11:1 und ungefähr 12:1 sein. Da die Kraftstoffmenge innerhalb des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt zunimmt, wenn das Luftüberschussverhältnis λ des äußeren Umfangsabschnitts des Verbrennungsraums 17 so eingestellt ist, dass es weniger als ungefähr 1 ist, wird die Temperatur mittels latenter Wärme des Verdampfens des Kraftstoffs gesenkt. Das Luft/Kraftstoffverhältnis des Gasgemisches in dem gesamten Verbrennungsraum 17 kann beispielsweise zwischen ungefähr 12,5:1 und ungefähr dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis, vorzugsweise zwischen ungefähr 12,5:1 und ungefähr 13:1 sein.
  • Die Zündkerze 25 zündet das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 nahe CTDC (dem Bezugszeichen 6033). Da die Zündkerze 25 im Wesentlichen in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 angeordnet ist, veranlasst die Zündung der Zündkerze 25, dass das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt die Fremdzündungsverbrennung mittels Flammenausbreitung startet.
  • Innerhalb des hohen Lastbereichs nimmt die Kraftstoffeinspritzmenge ebenfalls zu, wenn die Temperatur des Verbrennungsraums 17 steigt, daher ist es wahrscheinlich, dass die Kompressionszündungsverbrennung früh startet. Mit anderen Worten ist es innerhalb des hohen Lastbereichs wahrscheinlich, dass eine Frühzündung des Gasgemisches auftritt. Da jedoch, wie zuvor beschrieben, die Temperatur des äußeren Umfangsabschnitts des Verbrennungsraums 17 von der latenten Wärme des Verdampfens des Kraftstoffs gesenkt wird, wird vermieden, dass die Kompressionszündungsverbrennung unmittelbar startet, nachdem das Gasgemisch fremdgezündet wird.
  • 11 zeigt ein Verbrennungskonzept innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2). Wenn die starke Wirbelströmung in dem Verbrennungsraum 17 erzeugt wird, wie von den hervorgehobenen Pfeilen in 11 gezeigt, weist die Wirbelströmung einen starken Strom in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 auf. Andererseits weist die Wirbelströmung einen relativ schwachen Strom in dem Mittelabschnitt auf, und mittels einer Wirbelströmung, die von einem Geschwindigkeitsgradienten in einer Grenze zwischen dem Mittelabschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt verursacht wird, weist der Mittelabschnitt eine höhere kinetische Turbulenzenergie auf.
  • Wenn die Zündkerze 25 das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt zündet, wie zuvor beschrieben, nimmt die Verbrennungsgeschwindigkeit zu, und die Fremdzündungsverbrennung wird von der hohen kinetischen Turbulenzenergie stabilisiert, und wie von dem schwarzen Pfeil in 11 gezeigt, breitet sich die Flamme der Fremdzündungsverbrennung in der Umfangsrichtung entlang der starken Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums 17 aus. Wenn der Innenraum des Verbrennungsraums 17 in vier Teilstücke, ein hinteres Ansaugteilstück, ein hinteres Auslassteilstück, ein vorderes Auslassteilstück und ein vorderes Ansaugteilstück geteilt ist, ist die Zündkerze 25 auf der Ansaugseite in Bezug auf die Ansaug-Auslass-Richtungen angeordnet. Außerdem strömt, da die Wirbelströmung in 11 in die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist, die Flamme der Fremdzündungsverbrennung von dem hinteren Ansaugteilstück durch das hintere Auslassteilstück und das vordere Auslassteilstück zur Seite des vorderen Ansaugteilstücks. Die Wärmeerzeugung bei der Fremdzündungsverbrennung und der Druckanstieg mittels Flammenausbreitung verursachen, dass das nicht verbrannte Gasgemisch mittels Kompression in dem äußeren Umfangsabschnitt des vorderen Ansaugteilstücks zündet, wie von dem gestrichelten Pfeil in 11 angegeben, und die Kompressionszündungsverbrennung wird gestartet.
  • Beim Konzept dieser SPCCI-Verbrennung wird, durch die Kombination, dass das Gasgemisch in dem Verbrennungsraum 17 geschichtet wird und verursacht wird, dass die starke Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums 17 strömt, die Fremdzündungsverbrennung ausreichend ausgeführt, bis die Kompressionszündungsverbrennung startet. Folglich wird die Erzeugung der Verbrennungsgeräusche vermindert und, da die Verbrennungstemperatur nicht übermäßig hoch wird, wird die Erzeugung von NOx ebenfalls vermindert. Überdies wird die Drehmomentabweichung zwischen Zyklen vermindert.
  • Überdies wird, da die Temperatur in dem äußeren Umfangsabschnitt niedrig ist, die Kompressionszündungsverbrennung langsamer, und die Erzeugung der Verbrennungsgeräusche wird vermindert. Darüber hinaus verbessert sich, da der Verbrennungszeitraum von der Kompressionszündungsverbrennung innerhalb des hohen Lastbereichs verkürzt wird, das Drehmoment, und auch der Wärmewirkungsgrad verbessert sich. Indem die SPCCI-Verbrennung innerhalb des hohen Motorlastbereichs ausgeführt wird, wird der Motor 1 hinsichtlich der Kraftstoffersparnis verbessert, während die Verbrennungsgeräusche vermieden werden.
  • Hier zeigt 12 einen Vergleich der Verbrennungswellenformen der SPCCI-Verbrennung, wenn das Öffnen des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) geändert wird. Die Verbrennungswellenform gibt die Änderung der Wärmeerzeugungsgeschwindigkeit in Bezug auf die Änderung in dem Kurbelwinkel an. Ähnlich wie in 8 wird die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. - regelventils 56 durch das Öffnungsverhältnis in Bezug auf den Querschnitt des im Wesentlichen voll geöffneten Sekundärkanals 402 ausgedrückt.
  • Wie von der gestrichelten Linie von 12 angegeben, wird zuerst, wenn das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 im Wesentlichen voll geöffnet ist (d. h. das Öffnungsverhältnis ungefähr 100 % beträgt) die Wirbelströmung nicht in dem Verbrennungsraum 17 erzeugt. Nachdem die Zündkerze 25 das Gasgemisch zündet, startet langsam die Verbrennung mittels Flammenausbreitung. Wenn keine Wirbelströmung erzeugt wird, tritt die Kompressionszündungsverbrennung nicht auf, und nur die Fremdzündungsverbrennung tritt auf. Folglich befindet sich ein Schwerpunkt der Verbrennung entfernt von dem CTDC, und der Verbrennungszeitraum wird lang.
  • Wenn das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 voll geschlossen ist (d. h. das Öffnungsverhältnis beträgt 0 %) oder um ungefähr 5 % oder 10 % geöffnet ist, startet die Fremdzündungsverbrennung in der Verbrennungswellenform schärfer, als wenn das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 im Wesentlichen voll geöffnet ist. Die Geschwindigkeit der Fremdzündungsverbrennung nimmt zu. Wenn die Wirbelströmung erzeugt wird, tritt überdies die Kompressionszündungsverbrennung auf, nachdem die Fremdzündungsverbrennung gestartet ist. Indem die SPCCI-Verbrennung ausgeführt wird, nähert sich der Schwerpunkt der Verbrennung von dem CTDC her an und der Verbrennungszeitraum wird kurz.
  • Wenn die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils 56 ungefähr 15 % beträgt, startet langsam die Fremdzündungsverbrennung in der Verbrennungswellenform. Dann tritt die Kompressionszündungsverbrennung auf, obgleich der Verbrennungszeitraum relativ lang wird.
  • Aus 12 kann entnommen werden, dass das Einstellen der Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils 56 unter ungefähr 15 % dahingehend wirksam ist, dass der Schwerpunkt der Verbrennung CTDC nahegebracht wird und der Verbrennungszeitraum verkürzt wird. Wie in 8 gezeigt, wird, indem die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils 56 unter ungefähr 15 % eingestellt wird, das Wirbelverhältnis überdies ungefähr 4 oder mehr. Daher wird, wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) arbeitet, indem die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. -regelsystems 56 unter ungefähr 15 % eingestellt wird (d.h. ungefähr 0 % bis ungefähr 15 %) und das Wirbelverhältnis ungefähr 4 oder mehr ist (d.h. ungefähr 4 bis ungefähr 6) die SPCCI-Verbrennung geeignet ausgeführt.
  • Da der Motor 1 die SPCCI-Verbrennung ausführt, indem das Gasgemisch ungefähr auf oder fetter als das stöchiometrische Luft/KraftstoffVerhältnis innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) eingestellt wird, kann der hohe Lastbereich mit mittlerer Drehzahl (2) als „Bereich SPCCI λ < = 1“ bezeichnet werden.
  • (Hoher Lastbereich mit niedriger Drehzahl (3))
  • Wenn die Motordrehzahl niedrig ist, wird die Zeitspanne länger, in der sich der Kurbelwinkel um 1° ändert. Innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) schreitet die Reaktion des Kraftstoffs übermäßig voran und verursacht eine Frühzündung, wenn der Kraftstoff in den Verbrennungsraum 17 in dem Ansaugtakt und der frühen Hälfte des Kompressionstakts ähnlich wie innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) eingespritzt wird. Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) arbeitet, wird es schwierig, die SPCCI-Verbrennung auszuführen.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) arbeitet, führt der Motor 1 die Fremdzündungsverbrennung anstelle der SPCCI-Verbrennung aus.
  • Ein Bezugszeichen 604 in 6 gibt ein Beispiel des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts (Bezugszeichen 6041) und der Zündzeitpunkte (Bezugszeichen 6042), und der Verbrennungswellenform (Bezugszeichen 6043), wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand 604 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) arbeitet.
  • Das AGR-System 55 führt das AGR-Gas in den Verbrennungsraum 17 ein, wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des hohen Lastbereichs (3) mit mittlerer Drehzahl ist. Der Motor 1 vermindert die AGR-Gasmenge, wenn die Motorlast steigt. Bei voller Last kann das AGR-Gas auf ungefähr Null eingestellt werden.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) arbeitet, liegt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K) des Gasgemisches im Wesentlichen bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K = 14,7:1) in dem gesamten Verbrennungsraum 17. Das L/K des Gasgemisches kann so eingestellt sein, dass es innerhalb des Reinigungsfensters des Dreiwegekatalysators bleibt. Daher kann das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches ungefähr 1,0 ± 0,2 sein. Indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gasgemisches im Wesentlichen auf das stöchiometrische Luft/KraftstoffVerhältnis eingestellt wird, verbessert sich die Kraftstoffersparnis innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3). Es ist zu beachten, dass, wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) arbeitet, die Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem gesamten Verbrennungsraum 17 so eingestellt sein kann, dass das Luftüberschussverhältnis λ ungefähr 1 oder weniger ist und ungefähr gleich oder höher als das Luftüberschussverhältnis λ innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2), vorzugsweise höher als das Luftüberschussverhältnis λ innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2).
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) arbeitet, spritzt das Einspritzventil 6 den Kraftstoff in den Verbrennungsraum 17 zu einem Zeitpunkt in dem Zeitraum von einer Endstufe des Kompressionstakts bis zu einer frühen Stufe des Expansionstakts ein (nachfolgend als „Verzögerungszeitraum“ bezeichnet) (Bezugszeichen 6041). Die Endstufe des Kompressionstakts kann die Endstufe sein, in der der Kompressionstakt gleichmäßig in drei Stufen, eine frühe Stufe, eine Zwischenstufe und die Endstufe, eingeteilt ist. Die frühe Stufe des Expansionstakts kann die frühe Stufe sein, in der der Expansionstakt gleichmäßig in drei Stufen, die frühe Stufe, eine Zwischenstufe und eine Endstufe, eingeteilt ist.
  • Mittels Einstellen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts auf einen späten Zeitpunkt, wird eine Frühzündung vermieden. Der Kraftstoffdruck wird auf einen hohen Kraftstoffdruck von ungefähr 30 MPa oder höher eingestellt. Indem der Kraftstoffdruck erhöht wird, werden der Kraftstoffeinspritzzeitraum und der Gasgemischbildungszeitraum verkürzt. Ein oberer Grenzwert des Kraftstoffdrucks kann zum Beispiel ungefähr 120 MPa sein.
  • Nachdem der Kraftstoff eingespritzt ist, zündet die Zündkerze 25 das Gasgemisch zu dem Zeitpunkt in der Nähe des oberen Totpunkts der Kompression (CTDC) (Bezugszeichen 6042). Die Zündkerze 25 kann zum Beispiel nach dem CTDC zünden. Das Gasgemisch verursacht die Fremdzündungsverbrennung in dem Expansionstakt. Da die Fremdzündungsverbrennung in dem Expansionstakt beginnt, beginnt die Kompressionszündungsverbrennung nicht.
  • Um die Frühzündung zu vermeiden, verzögert das Einspritzventil 6 den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, wenn die Motordrehzahl abnimmt. Die Kraftstoffeinspritzung kann in dem Expansionstakt enden.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) arbeitet, ist die Länge der Zeit von dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung bis zu der Zündung kurz. Um die Entzündbarkeit des Gasgemisches zu verbessern und die Fremdzündungsverbrennung zu stabilisieren, muss der Kraftstoff prompt in die Nähe der Zündkerze 25 gefördert werden.
  • Wie in 13 gezeigt, strömt der Kraftstoffstrahl abwärts entlang dem konvexen Abschnitt 311 des Hohlraums 31, wobei er sich mit Frischluft vermischt, und strömt entlang der Bodenoberfläche und der Umfangsoberfläche des Hohlraums 31, um sich radial von der Mitte des Verbrennungsraums 17 nach außen zu verteilen, wenn das Einspritzventil 6 den Kraftstoff in dem Zeitraum von der Endstufe des Kompressionstakts bis zu der frühen Stufe des Expansionstakts einspritzt, da sich der Kolben 3 nahe dem CTDC befindet. Dann erreicht das Gasgemisch die Öffnung des Hohlraums 31, strömt entlang der geneigten Oberfläche 1311 auf der Ansaugseite und der geneigten Oberfläche 1312 auf der Auslassseite und strömt überdies von der äußeren Umfangsseite hin zu der Mitte des Verbrennungsraums 17. Somit wird der in dem Verzögerungszeitraum eingespritzte Kraftstoff prompt in die Nähe der Zündkerze 25 gefördert.
  • Überdies wird, wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) arbeitet, die Wirbelströmung abgeschwächt auf weniger als wenn er innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) arbeitet. Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) arbeitet, ist die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils 56 größer, als wenn er innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) arbeitet. Die Öffnung des Wirbelsteuer- bzw. -regelventils 56 kann zum Beispiel ungefähr 50 % sein (d. h., ungefähr zur Hälfte geöffnet).
  • Wie in dem oberen Diagramm von 2 gezeigt, überschneiden sich die Achsen der Düsenöffnungen des Einspritzventils 6 im Umfang nicht mit der Zündkerze 25. Der aus den Düsenöffnungen eingespritzte Kraftstoff strömt aufgrund der Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums 17 in der Umgangsrichtung. Mittels der Wirbelströmung wird der Kraftstoff prompt in die Nähe der Zündkerze 25 gefördert. Der Kraftstoff wird zerstäubt, während er in die Nähe der Zündkerze 25 gefördert wird.
  • Andererseits strömt der Kraftstoff in der Umfangsrichtung und drängt weg von der Zündkerze 25, wenn die Wirbelströmung übermäßig stark ist, und der Kraftstoff kann nicht prompt in die Nähe der Zündkerze 25 gefördert werden. Aus diesem Grund wird, wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) arbeitet, die Wirbelströmung abgeschwächt auf weniger als wenn er innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) arbeitet. Infolgedessen wird der Kraftstoff prompt in die Nähe der Zündkerze 25 gefördert, womit sich die Entzündbarkeit des Gasgemisches verbessert und die Fremdzündungsverbrennung stabilisiert.
  • Innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) kann der hohe Lastbereich mit niedriger Drehzahl (3) als „verzögerter Fremdzündungsbereich“ bezeichnet werden, da der Motor 1 die Fremdzündungsverbrennung ausführt, indem der Kraftstoff in dem Verzögerungszeitraum von der Endstufe des Kompressionstakts bis zu der frühen Stufe des Expansionstakts eingespritzt wird.
  • (Hoher Drehzahlbereich (4))
  • Wenn die Motordrehzahl hoch ist, wird die Länge der Zeit, in der sich der Kurbelwinkel um 1° ändert, kürzer. Daher ist es zum Beispiel innerhalb eines Segments des hohen Lastbereichs mit hoher Drehzahl schwierig, das Gasgemisch in dem Verbrennungsraum 17 zu schichten, indem die geteilten Einspritzungen während des Kompressionstakts, wie oben beschrieben, ausgeführt werden. Wenn die Motordrehzahl ansteigt, wird es schwierig, die oben beschriebene SPCCI-Verbrennung auszuführen.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) arbeitet, führt der Motor 1 die Fremdzündungsverbrennung anstatt der SPCCI-Verbrennung aus. Es ist zu beachten, dass der hohe Drehzahlbereich (4) sich über die gesamte Lastrichtung von niedriger Last bis zu hohen Lasten erstreckt.
  • Ein Bezugszeichen 605 in 6 gibt ein Beispiel für den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (Bezugszeichen 6051) und den Zündzeitpunkt (Bezugszeichen 6052) und die Verbrennungswellenform (Bezugszeichen 6053) an, wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand des Bezugszeichens 605 innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) des Motors 1 arbeitet. Wie in 17 gezeigt, entspricht der zweite Verbrennungsmodus, in dem das Wirbelsteuer- bzw. - regelventil innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs offen ist und nur eine Fremdzündungsverbrennung mittels Flammenausbreitung ausgeführt wird, dem Bezugszeichen 605.
  • Das AGR-System 55 führt das AGR-Gas in den Verbrennungsraum 17 ein, wenn der Betriebszustand des Motors 1 innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) ist. Der Motor 1 vermindert die AGR-Gasmenge, wenn die Motorlast steigt. Bei voller Last kann das AGR-Gas auf ungefähr Null eingestellt werden.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) arbeitet, öffnet der Motor 1 im Wesentlichen das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 vollständig. In dem Verbrennungsraum 17 wird keine Wirbelströmung erzeugt, und nur die Tumble-Strömung wird erzeugt. Indem das Wirbelsteuer- bzw. regelventil 56 im Wesentlichen vollständig geöffnet wird, wird die Ladeeffizienz in dem hohen Drehzahlbereich (4) verbessert, und ein Pumpverlust wird vermindert.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) arbeitet, ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K) des Gasgemisches grundsätzlich auf dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K = 14,7:1) in dem gesamten Verbrennungsraum 17. Das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches kann auf ungefähr 1,0 ± 0,2 eingestellt werden. Es ist zu beachten, dass innerhalb des hohen Lastsegments des hohen Drehzahlbereichs (4), das die volle Last umfasst, das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches weniger als ungefähr 1 sein kann.
  • Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) arbeitet, beginnt das Einspritzventil 6 die Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaugtakt. Das Einspritzventil 6 spritzt den gesamten Kraftstoffabschnitt für einen Verbrennungszyklus zusammengeballt ein. Es ist zu beachten, dass in dem Betriebszustand 605 die Kraftstoffeinspritzmenge groß ist, da die Motorlast hoch ist. Der Kraftstoffeinspritzzeitraum ändert sich gemäß der Kraftstoffeinspritzmenge. Indem die Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaugtakt gestartet wird, wird ein homogenes oder im Wesentlichen homogenes Gasgemisch in dem Verbrennungsraum 17 gebildet, Überdies werden, wenn die Motordrehzahl hoch ist, der Verlust aufgrund von unverbranntem Kraftstoff und die Erzeugung von Ruß vermindert, da die Verdampfungszeit des Kraftstoffs so lang wie möglich gehalten wird.
  • Nachdem die Kraftstoffeinspritzung beendet ist, zündet die Zündkerze 25 das Gasgemisch an einem geeigneten Zeitpunkt vor dem CTDC (Bezugszeichen 6052).
  • Innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) kann der hohe Drehzahlbereich (4) als „Ansaug-Fremdzündungsbereich“ bezeichnet werden, da der Motor 1 die Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaugtakt beginnt und die Fremdzündungsverbrennung ausführt.
  • (Vergleich von Motorsteuerung bzw. -regelung innerhalb jedes Betriebsbereichs)
  • Zuerst wird, wenn der niedrige Lastbereich (1)-1 mit dem hohen Lastbereich mit mittlerer Drehzahl (2) verglichen wird, wie in der von 5 gezeigt ist, innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches auf mehr als 1 eingestellt, wobei innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches auf ungefähr 1 oder weniger eingestellt wird. Somit wird innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 die Kraftstoffersparnis verbessert, wobei innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) ein erweitertes Drehmomentgefühl erhalten wird.
  • Überdies ist innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 die Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 höher als die in dem äußeren Umfangsabschnitt. Andererseits ist innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) die Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 höher als die in dem Mittelabschnitt. Innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 wird, da die Kraftstoffkonzentration des zu entzündenden Gasgemisches hoch ist, die Entzündbarkeit der Fremdzündungsverbrennung verbessert und die Fremdzündungsverbrennung stabilisiert. Innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) wird vermieden, dass die Temperatur des äußeren Umgangsabschnitts abfällt und die Kompressionszündungsverbrennung verfrüht beginnt. Daher beginnt die Kompressionszündungsverbrennung, nachdem die Fremdzündungsverbrennung ausreichend ausgeführt wird, was beim Vermindern des Verbrennungsgeräuschs und einer Schwankung in dem Drehmoment zwischen Verbrennungszyklen vorteilhaft ist.
  • Es ist zu beachten, dass der Zeitpunkt des Schließens des Wirbelsteuer- bzw. regelventils 56 zwischen dem niedrigen Lastbereich (1)-1 und dem hohen Lastbereich mit mittlerer Drehzahl (2) der gleiche ist.
  • Als Nächstes wird, wenn der hohe Lastbereich mit niedriger Drehzahl (3) mit dem hohen Lastbereich mit mittlerer Drehzahl (2), wie in 6 gezeigt, verglichen wird, innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) die Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen in dem Kompressionstakt ausgeführt, wohingegen innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) der Kraftstoff in den Verbrennungsraum in dem Zeitraum von der Endstufe des Kompressionstakts bis zu der frühen Stufe des Expansionstakts eingespritzt wird, was später ist als der Einspritzbeginnzeitpunkt des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2). Innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) wird das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 geschichtet. Innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) wird eine Frühzündung vermieden.
  • Überdies wird, wie in der von 5 gezeigt ist, innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches auf im Wesentlichen 1 eingestellt, wobei innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches auf ungefähr 1 oder weniger eingestellt wird. Innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) wird sowohl eine Drehzahlverbesserung als auch die Kraftstoffersparnisverbesserung erzielt, wohingegen innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2), in dem die Motordrehzahl relativ hoch ist, das erweiterte Drehmomentgefühl erhalten wird.
  • Überdies wird innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 ungefähr zur Hälfte geöffnet. Andererseits wird innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 im Wesentlichen geschlossen. Innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) wird die Wirbelströmung abgeschwächt, sodass der Kraftstoffstrahl prompt in die Nähe der Zündkerze 25 gefördert wird und die Entzündbarkeit und Stabilität der Fremdzündungsverbrennung verbessert werden, während die Frühzündung vermieden wird. Andererseits wird innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) die Wirbelströmung verbessert, sodass die Fremdzündungsverbrennung ausreichend in der SPCCI-Verbrennung ausgeführt wird, was vorteilhaft bei dem Vermindern des Verbrennungsgeräuschs und dem Verbessern der Kraftstoffersparnis ist.
  • Als Nächstes wird, wenn der hohe Drehzahlbereich (4) mit dem hohen Lastbereich mit mittlerer Drehzahl (2), wie in 6 gezeigt, verglichen wird, innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) die Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen in dem Kompressionstakt ausgeführt, wohingegen innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) die Kraftstoffeinspritzung an einem Zeitpunkt begonnen wird, der früher als der Einspritzzeitpunkt des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) ist. Innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) wird das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 geschichtet. Innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) wird das homogene oder im Wesentlichen homogene Gasgemisch gebildet, ein Verlust aufgrund von unverbranntem Kraftstoff wird vermindert, und eine Rußerzeugung wird vermindert.
  • Überdies wird, wie in der von 5 gezeigt ist, das Wirbelsteuer- bzw. Regelventil 56 innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) im Wesentlichen vollständig geöffnet, während das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) im Wesentlichen geschlossen ist. Innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) wird ein Pumpverlust vermindert, indem das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 nicht geschlossen wird. Andererseits wird innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) die Wirbelströmung verbessert, sodass die Fremdzündungsverbrennung ausreichend in der SPCCI-Verbrennung ausgeführt wird, was vorteilhaft beim Vermindern des Verbrennungsgeräuschs und Verbessern der Kraftstoffersparnis ist.
  • Als Nächstes wird, wenn der mittlere Lastbereich (1)-2 mit dem hohen Lastbereich mit niedriger Drehzahl (3) verglichen wird, wie in der von 5 gezeigt ist, das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 im mittleren Lastbereich (1)-2 im Wesentlichen vollständig geschlossen, während das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) ungefähr zur Hälfte geöffnet wird. Innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 wird die Fremdzündungsverbrennung ausreichend in der SPCCI-Verbrennung ausgeführt, indem das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 im Wesentlichen geschlossen wird, was vorteilhaft bei dem Vermindern des Verbrennungsgeräuschs und dem Verbessern der Kraftstoffersparnis ist. Andererseits werden innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) die Entzündbarkeit der Fremdzündungsverbrennung und die Stabilität der Fremdzündungsverbrennung verbessert, indem die Wirbelströmung abgeschwächt wird, wie oben beschrieben.
  • Überdies wird, wie in 6 veranschaulicht, innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 die Einspritzung der ersten Stufe in der frühen Hälfte des Kompressionstakts und die Einspritzung der zweiten Stufe in der späten Hälfte des Kompressionstakts ausgeführt, wobei innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) der Kraftstoff in dem Zeitraum von der Endstufe des Kompressionstakts bis zu der frühen Stufe des Expansionstakts in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. Innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 wird das homogene oder im Wesentlichen homogene Gasgemisch vollständig in dem Verbrennungsraum 17 gebildet. Innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) wird die Frühzündung vermieden.
  • (Steuer- bzw. Regelprozess des Motors)
  • Als Nächstes wird eine Betriebssteuerung bzw. -regelung des Motors 1, die von der ECU 10 durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 14 beschrieben. Zuerst liest die ECU bei S1 nach dem Beginn die Signale von den Sensoren SW1 und SW16. Als Nächstes bestimmt die ECU 10 bei S2 den Betriebsbereich des Motors 1.
  • Bei S3 bestimmt die ECU 10, ob der Motor 1 innerhalb des „mageren SPCCI-Bereichs“ (d. h. niedriger Lastbereich (1)-1) arbeitet. Wenn das Ergebnis positiv ist, wird der Prozess mit S8 fortgesetzt, wohingegen, wenn das Ergebnis negativ ist, der Prozess mit S4 fortgesetzt wird
  • Bei S4 bestimmt die ECU 10, ob der Motor 1 innerhalb des „SPCCI λ = 1 Bereichs“ (d. h. mittlerer Lastbereich (1)-2) arbeitet. Wenn das Ergebnis positiv ist, wird der Prozess mit S9 fortgesetzt, wohingegen, wenn das Ergebnis negativ ist, der Prozess mit S5 fortgesetzt wird.
  • Bei S5 bestimmt die ECU 10, ob der Motor 1 innerhalb des „SPCCI λ < = 1 Bereichs“ (d. h. Bereich (2) mit hoher Last und mittlerer Drehzahl) arbeitet. Wenn das Ergebnis positiv ist, wird der Prozess mit S10 fortgesetzt, wohingegen, wenn das Ergebnis negativ ist, der Prozess mit S6 fortgesetzt wird.
  • Bei S6 bestimmt die ECU 10, ob der Motor 1 innerhalb des „verzögerten Fremdzündungsbereichs“ (d. h. Bereich (3) mit hoher Last und niedriger Drehzahl) betrieben wird. Wenn das Ergebnis positiv ist, wird der Prozess mit S11 fortgesetzt, wohingegen, wenn das Ergebnis negativ ist, der Prozess mit S7 fortgesetzt wird.
  • Bei S7 bestimmt die ECU 10, ob der Motor 1 innerhalb des „Ansaug-Fremdzündungsbereichs“ (d. h. hoher Drehzahlbereich (4)) arbeitet. Wenn das Ergebnis positiv ist, wird der Prozess mit S12 fortgesetzt, wohingegen, wenn das Ergebnis negativ ist, der Prozess zu S1 zurückkehrt.
  • Bei S8 gibt die ECU 10 ein Steuer- bzw. Regelsignal an das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 aus, um es zu schließen. Überdies gibt die ECU 10 ein Steuer- bzw. -regelsignal an das Einspritzventil 6 aus, um die Einspritzung der ersten Stufe in dem Ansaugtakt auszuführen und die Einspritzung der zweiten Stufe in dem Kompressionstakt auszuführen, wie mittels des Bezugszeichens 601 von 6 angezeigt ist. So wird ein geschichtetes Gasgemisch in dem Verbrennungsraum 17 gebildet, wo die starke Wirbelströmung erzeugt wird. Dann gibt die ECU 10 bei S13 ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze 25 aus, um die Zündung an einem gegebenen Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts (CTDC) durchzuführen. Somit führt der Motor 1 die SPCCI-Verbrennung aus.
  • Bei S9 gibt die ECU 10 ein Steuer- bzw. Regelsignal an das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 aus, um es zu schließen. Überdies gibt die ECU 10 ein Steuer- bzw. Regelsignal an das Einspritzventil 6 aus, um die Einspritzung der ersten Stufe und die Einspritzung der zweiten Stufe in dem Kompressionstakt auszuführen, wie mittels des Bezugszeichens 602 von 6 angezeigt ist. Somit wird das Gasgemisch bei ungefähr λ = 1 in dem Verbrennungsraum 17 gebildet, wo die starke Wirbelströmung erzeugt wird. Dann gibt die ECU 10 bei S13 ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze 25 aus, um die Zündung an einem gegebenen Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts (CTDC) durchzuführen. Somit führt der Motor 1 die SPCCI-Verbrennung aus.
  • Bei S10 gibt die ECU 10 ein Steuer- bzw. Regelsignal an das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 aus, um es zu schließen. Überdies gibt die ECU 10 ein Steuer- bzw. Regelsignal an das Einspritzventil 6 aus, um die geteilten Einspritzungen des Kraftstoffs in dem Kompressionstakt auszuführen (siehe Bezugszeichen 6031 und 6032). Somit wird ein geschichtetes Gasgemisch in dem Verbrennungsraum 17 gebildet, wo die starke Wirbelströmung erzeugt wird. Dann gibt die ECU 10 bei S13 ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze 25 aus, um die Zündung an einem gegebenen Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts (CTDC) durchzuführen. Somit führt der Motor 1 die SPCCI-Verbrennung aus.
  • Bei S11 gibt die ECU 10 ein Steuer- bzw. Regelsignal an das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 aus, um es ungefähr zur Hälfte zu öffnen. Überdies gibt die ECU 10 bei S13, wie von dem Bezugszeichen 604 von 6 angezeigt, ein Steuer- bzw. Regelsignal an das Einspritzventil 6 aus, um die Kraftstoffeinspritzung von der Endstufe des Kompressionstakts bis zu der frühen Stufe des Expansionstakts auszuführen. Dann gibt die ECU 10 ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze 25 aus, um die Zündung an einem gegebenen Zeitpunkt nach der Kraftstoffeinspritzung und nach dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts (CTDC) auszuführen. Somit führt der Motor 1 die Fremdzündungsverbrennung aus.
  • Bei S12 gibt die ECU 10 ein Steuer- bzw. Regelsignal an das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil 56 aus, um es zu öffnen. Überdies gibt die ECU 10 ein Steuer- bzw. Regelsignal an das Einspritzventil 6 aus, um die Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaugtakt auszuführen. Somit wird das homogene oder im Wesentlichen homogene Gasgemisch in dem Verbrennungsraum 17 gebildet. Dann gibt die ECU 10 bei S13 ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze 25 aus, um die Zündung an einem gegebenen Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts (CTDC) durchzuführen. Somit führt der Motor 1 die Fremdzündungsverbrennung aus.
  • (Abwandlung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und Zündzeitpunkts innerhalb der einzelnen Bereiche)
  • 15 zeigt eine Abwandlung des Kraftstoffeinpritzzeitpunkts und des Zündzeitpunkts in jedem Bereich der Betriebsbereichsabbildungen 501 und 502 von 5. Bezugszeichen 601, 602, 603, 604, 605 und 606 von 15 entsprechen jeweils Betriebszuständen 601, 602, 602, 603, 604, 605 und 606 von 5. Der Betriebszustand 606 entspricht einem Betriebszustand, in dem die Motordrehzahl innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) hoch ist.
  • Wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand 601 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet, spritzt das Einspritzventil 6 den Kraftstoff in den Verbrennungsraum 17 ein, indem es ihn in eine Vielzahl von Einspritzungen in dem Kompressionstakt (siehe die Bezugszeichen 6015 und 6016) aufteilt. Ähnlich zu der obigen Beschreibung wird das Gasgemisch wird in dem Mittelabschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 von den geteilten Einspritzungen des Kraftstoffs und der starken Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums 17 geschichtet.
  • Nachdem die Kraftstoffeinspritzung beendet ist, zündet die Zündkerze 25 das Gasgemisch im Wesentlichen in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 zu dem gegebenen Zeitpunkt vor dem CTDC (siehe das Bezugszeichen 6013). Da die Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt relativ hoch ist, verbessert sich die Entzündbarkeit, und die Fremdzündungsverbrennung mittels der Flammenausbreitung stabilisiert sich. Indem die Fremdzündungsverbrennung stabilisiert wird, startet die Kompressionszündungsverbrennung zu dem geeigneten Zeitpunkt (siehe die Verbrennungswellenform 6014). Die Steuer- bzw. Regelbarkeit der Kompressionszündungsverbrennung verbessert sich bei der SPCCI-Verbrennung. Folglich werden, wenn der Motor 1 innerhalb des niedrigen Lastbereichs (1)-1 arbeitet, sowohl die Verminderung der Erzeugung von Verbrennungsgeräuschen, als auch die Verbesserung der Kraftstoffersparnis mittels der Verkürzung des Verbrennungszeitraums erzielt.
  • Wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand 602 innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 arbeitet, führt das Einspritzventil 6 die Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaugtakt (Bezugszeichen 6025) und die Kraftstoffeinspritzung in dem Kompressionstakt (Bezugszeichen 6026) aus. Indem die erste Einspritzung 6025 in dem Ansaugtakt ausgeführt wird, wird der Kraftstoff im Wesentlichen gleichmäßig in dem Verbrennungsraum 17 verteilt. Indem die zweite Einspritzung 6026 in dem Kompressionstakt bei einer hohen Motorlast innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 ausgeführt wird, wird die Temperatur im Innern des Verbrennungsraums 17 von der latenten Wärme des Kraftstoffs gesenkt, und somit wird abnormale Verbrennung wie zum Beispiel Klopfen verhindert. Das Verhältnis zwischen der Einspritzmenge der ersten Einspritzung 6025 und der Einspritzmenge der zweiten Einspritzung 6026 kann beispielsweise ungefähr 95:5 sein. In dem Betriebszustand, in dem die Motorlast niedrig innerhalb des mittleren Lastbereichs (1)-2 ist, kann die zweite Einspritzung 6026 weggelassen werden.
  • Wenn das Einspritzventil 6 die erste Einspritzung 6025 in dem Ansaugtakt und die zweite Einspritzung 6026 in dem Kompressionstakt ausführt, ähnlich der obigen Beschreibung, wird das Gasgemisch mit dem Luftüberschussverhältnis λ von ungefähr 1,0 ± 0,2 im Gesamten in dem Verbrennungsraum 17 gebildet. Da die Kraftstoffkonzentration des Gasgemischs im Wesentlichen homogen ist, werden durch Verringern des Verlusts aufgrund von nicht verbranntem Kraftstoff die Verbesserung der Kraftstoffersparnis und durch Vermeiden der Raucherzeugung die Verbesserung der Abgasleistung erzielt. Das Luftüberschussverhältnis λ ist vorzugsweise ungefähr 1,0 bis ungefähr 1,2.
  • Indem die Zündkerze 25 das Gasgemisch zu dem gegebenen Zeitpunkt vor dem CTDC (Bezugszeichen 6023) zündet, verbrennt das Gasgemisch mittels Flammenausbreitung. Nachdem die Verbrennung mittels Flammenausbreitung begonnen hat, entzündet sich das nicht verbrannte Gasgemisch zu dem Zielzeitpunkt selbst und verursacht die Kompressionszündungsverbrennung (siehe die Verbrennungswellenform 6024).
  • Wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand 603 innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) auf der Seite der niedrigen Drehzahl arbeitet, spritzt das Einspritzventil 6 den Kraftstoff in dem Ansaugtakt ein (Bezugszeichen 6035) und spritzt den Kraftstoff in einer Endstufe des Kompressionstakts ein (Bezugszeichen 6036).
  • Die Einspritzung der ersten Stufe 6035, die in dem Ansaugtakt beginnt, kann die Kraftstoffeinspritzung in einer frühen Hälfte des Ansaugtakts beginnen. Die frühe Hälfte des Ansaugtakts kann bestimmt werden, indem der Ansaugtakt gleichmäßig in zwei Teile, die frühe Hälfte und die spätere Hälfte, eingeteilt wird. Zum Beispiel kann die Einspritzung der ersten Stufe die Kraftstoffeinspritzung bei ungefähr 280° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt beginnen.
  • Wenn die Einspritzung der Einspritzung der ersten Stufe 6035 in der frühen Hälfte des Ansaugtakts gestartet wird, wie in 16 veranschaulicht, trifft der Kraftstoffstrahl auf eine Öffnungskante des Hohlraums 31, sodass ein Abschnitt des Kraftstoffs in den Quetschbereich 171 des Verbrennungsraums 17 eintritt und der Rest des Kraftstoffs in den Abschnitt im Innern des Hohlraums 31 eintritt. Die Wirbelströmung ist stark in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 und schwach in dem Mittelabschnitt. Daher vereinigt sich der Abschnitt des Kraftstoffs, der in den Quetschbereich 171 eintritt, mit der Wirbelströmung, und der Rest des Kraftstoffs, der in den Abschnitt im Innern des Hohlraums 31 eintritt, vereinigt sich mit der inneren Seite der Wirbelströmung. Der Kraftstoff, der sich mit der Wirbelströmung vereinigt, verbleibt in der Wirbelströmung während des Ansaugtakts und des Kompressionstakts und bildet das Gasgemisch für die Kompressionszündungsverbrennung in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17. Der Kraftstoff, der in die innere Seite der Wirbelströmung eintritt, verbleibt ebenso an der inneren Seite der Wirbelströmung während des Ansaugtakts und des Kompressionstakts und bildet das Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17.
  • Ähnlich der obigen Beschreibung ist das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt, wo die Zündkerze 25 angeordnet ist, vorzugsweise ungefähr 1 oder darunter, und das Luftüberschussverhältnis λ des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt ist ungefähr 1 oder weniger, vorzugsweise weniger als ungefähr 1. Das Luft/Kraftstoffverhältnis (L/K) des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt kann beispielsweise zwischen ungefähr 13:1 und ungefähr dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis (14,7:1) sein. Das Luft/Kraftstoffverhältnis des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt kann magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis sein. Ferner kann das Luft/Kraftstoffverhältnis (L/K) des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt beispielsweise zwischen ungefähr 11:1 und ungefähr dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis, vorzugsweise zwischen ungefähr 11:1 und ungefähr 12:1 sein. Das Luft/Kraftstoffverhältnis des Gasgemisches in dem gesamten Verbrennungsraum 17 kann beispielsweise zwischen ungefähr 12,5:1 und ungefähr dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis, vorzugsweise zwischen ungefähr 12,5:1 und ungefähr 13:1 sein.
  • Die Einspritzung der zweiten Stufe 6036, die in der Endstufe des Kompressionstakts ausgeführt wird, kann die Kraftstoffeinspritzung bei ungefähr 10° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt beginnen. Indem die Einspritzung der zweiten Stufe unmittelbar vor dem oberen Totpunkt ausgeführt wird, wird die Temperatur in dem Verbrennungsraum 17 von der latenten Zerstäubungswärme des Kraftstoffs gesenkt. Obwohl eine Niedrigtemperatur-Oxidationsreaktion des Kraftstoffs, der von der Einspritzung der ersten Stufe 6035 eingespritzt wird, in dem Kompressionstakt fortschreitet und in eine Hochtemperatur-Oxidationsreaktion vor dem oberen Totpunkt übergeht, wird der Übergang von der Niedrigtemperatur-Oxidationsreaktion auf die Hochtemperatur-Oxidationsreaktion vermieden, und die Frühzündung wird verhindert, indem die Einspritzung der zweiten Stufe 6036 unmittelbar vor dem oberen Totpunkt ausgeführt wird, sodass die Temperatur im Innern des Verbrennungsraums gesenkt wird. Es ist zu beachten, dass das Verhältnis zwischen der Kraftstoffmenge der Einspritzung der ersten Stufe 6035 und der Kraftstoffmenge der Einspritzung der zweiten Stufe 6036 beispielsweise ungefähr 95:5 sein kann.
  • Die Zündkerze 25 zündet das Gasgemisch im Wesentlichen in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 nahe dem oberen Totpunkt des Kompressionstakts (CTDC) (Bezugszeichen 6037). Die Zündkerze 25 zündet zum Beispiel bei oder nach dem CTDC. Da die Zündkerze 25 im Wesentlichen in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 angeordnet ist, veranlasst die Zündung der Zündkerze 25, dass das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt die Fremdzündungsverbrennung mittels Flammenausbreitung startet. Wie in 11 veranschaulicht, breitet sich die Flamme der Fremdzündungsverbrennung in der Umfangsrichtung an einer starken Wirbelströmung im Innern des Verbrennungsraums 17 aus. Bei einer gegebenen Position des äußeren Umfangsabschnitts des Verbrennungsraums 17 in der Umfangsrichtung wird das nicht verbrannte Gasgemisch komprimiert und entzündet, und die Fremdzündungsverbrennung beginnt (siehe die Verbrennungswellenform 6034).
  • Wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand 606 auf der Seite der hohen Drehzahl des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) arbeitet, beginnt das Einspritzventil 6 die Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaugtakt (siehe Bezugszeichen 6061).
  • Die Einspritzung der ersten Stufe 6061, die in dem Ansaugtakt beginnt, kann die Kraftstoffeinspritzung in der frühen Hälfte des Ansaugtakts ähnlich zu der Einspritzung der ersten Stufe 6035 in dem Betriebszustand 603 beginnen. Zum Beispiel kann die Einspritzung der ersten Stufe 6061 die Kraftstoffeinspritzung bei ungefähr 280° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt beginnen. Die Einspritzung der ersten Stufe kann den vollen Ansaugtakt dauern und in dem Kompressionstakt enden. Indem der Beginn der Einspritzung der ersten Stufe 6061 auf die frühe Hälfte des Ansaugtakts eingestellt wird, wird das Gasgemisch für die Kompressionszündungsverbrennung in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums 17 gebildet, und das Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung wird in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 gebildet. Da eine abnormale Verbrennung aufgrund der hohen Motordrehzahl nicht leicht auftritt, kann die Einspritzung der zweiten Stufe weggelassen werden.
  • Die Zündkerze 25 zündet das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums 17 nahe dem CTDC (Bezugszeichen 6062). Die Zündkerze 25 zündet zum Beispiel bei oder nach dem CTDC. Somit wird die SPCCI-Verbrennung ausgeführt (siehe eine Verbrennungswellenform 6063).
  • Wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand 604 innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) arbeitet, spritzt das Einspritzventil 6 den Kraftstoff in den Verbrennungsraum 17 zu den Zeitpunkten des Ansaugtakts und in dem Verzögerungszeitraum von der Endstufe des Kompressionstakts bis zu der frühen Stufe des Expansionstakts ein (siehe Bezugszeichen 6044 und 6045). Indem der Kraftstoff in zwei Einspritzungen eingespritzt wird, wird die Kraftstoffmenge, die in dem Verzögerungszeitraum eingespritzt wird, vermindert. Indem der Kraftstoff in dem Ansaugtakt (dem Bezugszeichen 6044) eingespritzt wird, wird der Bildungszeitbereich des Gasgemisches ausreichend gesichert. Zusätzlich wird, indem der Kraftstoff in dem Verzögerungszeitraum (Bezugszeichen 6045) eingespritzt wird, die Strömung im Innern des Verbrennungsraums 17 unmittelbar vor der Zündung verstärkt, was beim Stabilisieren der Fremdzündungsverbrennung vorteilhaft ist. Dieser Kraftstoffeinspritzmodus ist insbesondere wirksam, wenn das geometrische Kompressionsverhältnis des Motors 1 niedrig ist.
  • Nachdem der Kraftstoff eingespritzt ist, zündet die Zündkerze 25 das Gasgemisch zu einem Zeitpunkt nahe dem CTDC (dem Bezugszeichen 6042). Die Zündkerze 25 zündet zum Beispiel nach dem CTDC. Das Gasgemisch verursacht die Fremdzündungsverbrennung in dem Expansionstakt. Da die Fremdzündungsverbrennung in dem Expansionstakt beginnt, beginnt die Kompressionszündungsverbrennung nicht (siehe die Verbrennungswellenform 6043).
  • Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (Bezugszeichen 6051) und der Zündzeitpunkt (Bezugszeichen 6052) sind, wenn der Motor 1 in dem Betriebszustand 605 des hohen Drehzahlbereichs (4) arbeitet, die gleichen wie die von 6. Wenn der Motor 1 innerhalb des hohen Drehzahlbereichs (4) arbeitet, wird die Fremdzündungsverbrennung ausgeführt (siehe das Bezugszeichen 6053).
  • Es ist zu beachten, dass der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt, die in 6 veranschaulicht sind, austauschbar sind mit denen, die in 15 in dem gleichen Betriebsbereich veranschaulicht sind. Zum Beispiel können, obwohl der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt, die in Figur veranschaulicht sind, innerhalb des hohen Lastbereichs mit mittlerer Drehzahl (2) übernommen werden, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt, die in 6 veranschaulicht sind, innerhalb des hohen Lastbereichs mit niedriger Drehzahl (3) übernommen werden.
  • Überdies kann, in dem Fall, dass der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt übernommen wird, der in 15 veranschaulicht ist, S8 bis S12 in dem Ablauf von 14 jeweils geändert werden.
  • 18 veranschaulicht ein Verfahren 700, das von dem ECU 10 für die Betriebssteuerung bzw. -regelung des Motors 1 durchgeführt wird. Die folgende Beschreibung des Verfahrens 700 wird unter Bezugnahme auf die oben beschriebenen und in 1-16 gezeigten Software- und Hardware-Bausteine bereitgestellt. Man wird verstehen, dass das Verfahren 700 außerdem in anderen Zusammenhängen ausgeführt werden kann, indem andere geeignete Hardware- und Software-Bausteine verwendet werden.
  • Bezugnehmend auf 18 umfasst das Verfahren 700 bei S702 das Lesen von Signalen von den Sensoren SW1 bis SW16. Bei S704 wird der Motorbetriebsbereich bestimmt. Bei S706 wird bestimmt, ob die Motorlast über einer gegebenen Last liegt oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Motorlast über einer gegebenen Last liegt, wird das Verfahren 700 mit S708 fortgesetzt; anderenfalls kehrt das Verfahren 700 zu S702 zurück, um Signale von Sensoren zu lesen. Bei S708 wird bestimmt, ob der Motordrehzahlbereich innerhalb des ersten Drehzahlbereichs liegt oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Motordrehzahlbereich innerhalb des ersten Drehzahlbereichs liegt, wird das Verfahren 700 mit S710 fortgesetzt, wo der erste Verbrennungsmodus durchgeführt wird. Wenn anderenfalls bestimmt wird, dass der Motordrehzahlbereich nicht innerhalb des ersten Drehzahlbereichs liegt, wird das Verfahren mit S712 fortgesetzt, wo der zweite Verbrennungsmodus durchgeführt wird. In dem ersten Verbrennungsmodus wird das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil geschlossen, und geteilte Einspritzungen von Kraftstoff werden in dem Ansaugtakt und Kompressionstakt ausgeführt. In dem zweiten Verbrennungsmodus wird das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil geöffnet, und eine Kraftstoffeinspritzung wird in dem Ansaugtakt ausgeführt. Bei S714 wird eine Zündung zu einem gegebenen Zeitpunkt ausgeführt, und das Verfahren 700 kehrt zu S702 zurück, um Signale von Sensoren zu lesen.
  • (Andere Ausführungsformen)
  • Es ist zu beachten, dass die hier offenbarte Technik nicht auf die Anwendung auf den Motor 1 begrenzt ist, der die obige Ausgestaltung aufweist. Die Ausgestaltung des Motors 1 kann verschiedene Ausgestaltungen annehmen.
  • Überdies kann der Motor 1 einen Turbolader anstelle des mechanischen Verdichters 44 umfassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor
    10
    ECU (Steuer- bzw. Regeleinheit)
    17
    Verbrennungsraum
    171
    Quetschbereich
    25
    Zündkerze
    3
    Kolben
    31
    Hohlraum
    401
    Primärkanal (erster Ansaugkanal)
    402
    Sekundärkanal (zweiter Ansaugkanal)
    56
    Wirbelsteuer- bzw. -regelventil (Wirbelerzeugungsteil)
    6
    Einspritzventil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 4082292 B [0002]
    • JP 5447435 B [0003]

Claims (12)

  1. Kompressionszündungsmotor mit Vormischung (1), Folgendes umfassend: einen Verbrennungsraum (17); eine Ansaugöffnung (18), die sich in den Verbrennungsraum (17) öffnet; eine Zündkerze (25), die im Wesentlichen in einem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums (17) angeordnet ist; ein Kraftstoffeinspritzventil (6), das angeordnet ist, in den Verbrennungsraum (17) ausgerichtet zu sein; ein Wirbelerzeugungsteil (56), der ausgestaltet ist, eine Wirbelströmung in einer Umfangsrichtung in einem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums (17), der sich um den Mittelabschnitt herum befindet mittels einer Strömung von Ansaugluft von der Ansaugöffnung (18) zu erzeugen; und eine Steuer- bzw. Regeleinheit (10), die mit der Zündkerze (25), dem Kraftstoffeinspritzventil (6) und dem Wirbelerzeugungsteil (56) verbunden ist und ausgestaltet ist, jeweils ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze (25), das Kraftstoffeinspritzventil (6) und den Wirbelerzeugungsteil (56) auszugeben, wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit (10) Folgendes umfasst: einen Prozessor (101), der ausgestaltet ist, Folgendes durchzuführen bzw. zu umfassen: ein Betriebsbereichsbestimmungsmodul (104), um einen Betriebsbereich des Motors (1) zu bestimmen; und ein Verbrennungsmodusauswahlmodul (105), um einen auszuwählen, einen ersten Verbrennungsmodus, in dem eine Fremdzündungsverbrennung beginnt, bei der ein Gasgemisch, das in dem Verbrennungsraum (17) gebildet wird, mittels Flammenausbreitung verbrennt, und dann eine Kompressionszündungsverbrennung ausgeführt wird, bei der nicht verbranntes Gasgemisch mittels Kompressionszündung verbrennt, oder einen zweiten Verbrennungsmodus, bei dem nur die Fremdzündungsverbrennung mittels der Flammenausbreitung ausgeführt wird, wobei, wenn das Verbrennungsmodusauswahlmodul (105) den ersten Verbrennungsmodus auswählt, das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil (6) ausgegeben wird, sodass eine Kraftstoffmenge innerhalb des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt vorhanden ist, die größer ist als eine Kraftstoffmenge innerhalb des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt, sodass eine Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums (17) größer wird als eine Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt, wobei das Steuer- bzw. Regelsignal an den Wirbelerzeugungsteil (56) ausgegeben wird, sodass eine Wirbelströmung in dem äußeren Umfangsabschnitt erzeugt wird, und das Steuer- bzw. Regelsignal zu der Zündkerze (25) ausgegeben wird, sodass das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt entzündet wird, wobei, wenn das Verbrennungsmodusauswahlmodul (105) den zweiten Verbrennungsmodus auswählt, das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil (6) ausgegeben wird, sodass die Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaugtakt begonnen wird, sodass das Gasgemisch in dem gesamten Verbrennungsraum (17) gebildet wird, das Steuer- bzw. Regelsignal an den Wirbelerzeugungsteil (56) ausgegeben wird, sodass die Wirbelströmung schwächer wird als wenn der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, und das Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze (25) ausgegeben wird, sodass das Gasgemisch vor einem oberen Totpunkt des Kompressionstakts entzündet wird, wobei, wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul (104) bestimmt, dass eine Motorlast in einem hohen Lastbereich höher ist als eine gegebene Last und eine Motordrehzahl in einem ersten Drehzahlbereich niedriger ist als eine gegebene Drehzahl, das Verbrennungsmodusauswahlmodul (105) den ersten Verbrennungsmodus auswählt, und wobei, wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul (104) bestimmt, dass die Motorlast in dem hohen Lastbereich ist und die Motordrehzahl in einem zweiten Drehzahlbereich höher ist als die gegebene Drehzahl, das Verbrennungsmodusauswahlmodul (105) den zweiten Verbrennungsmodus auswählt.
  2. Motor nach Anspruch 1, wobei die Ansaugöffnung (18) aus einer ersten Ansaugöffnung (181) und einer zweiten Ansaugöffnung (182), die sich in einen Verbrennungsraum (17) öffnen, besteht, ein erster Ansaugkanal (401) mit der ersten Ansaugöffnung (181) verbunden ist, und ein zweiter Ansaugkanal (402) mit der zweiten Ansaugöffnung (182) verbunden ist. wobei der Wirbelerzeugungsteil (56) in dem zweiten Ansaugkanal (402) angeordnet ist und ein Wirbelsteuer- bzw. -regelventil (56) aufweist, das ausgestaltet ist, um den zweiten Ansaugkanal (402) zu drosseln, und wobei, wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul (104) bestimmt, dass der Betriebsbereich des Motors (1) innerhalb des ersten Drehzahlbereichs ist, die Steuer- bzw. Regeleinheit (10) das Steuer- bzw. Regelsignal an das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil (56) ausgibt, sodass es eine kleinere Öffnung aufweist, als wenn bestimmt wird, dass der Betriebsbereich des Motors (1) innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs ist.
  3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul (104) bestimmt, dass der Betriebsbereich des Motors (1) innerhalb des ersten Drehzahlbereichs ist, die Steuer- bzw. Regeleinheit (10) das Steuersignal an das Kraftstoffeinspritzventil (6) ausgibt, sodass eine erste Einspritzung in einem Zeitraum von dem Ansaugtakt zu einer frühen Hälfte des Kompressionstakts ausgeführt wird, sodass das Gasgemisch für die Kompressionszündungsverbrennung in dem äußeren Umfangsabschnitt gebildet wird, und eine zweite Einspritzung in dem Kompressionstakt ausgeführt wird, sodass ein Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung in dem Mittelabschnitt gebildet wird.
  4. Kompressionszündungsmotor mit Vormischung (1), Folgendes umfassend: einen Verbrennungsraum (17) eine erste Ansaugöffnung (181) und eine zweite Ansaugöffnung (182), die sich in den Verbrennungsraum (17) öffnen, wobei die erste Ansaugöffnung (181) mit einem ersten Ansaugkanal (401) verbunden ist, die zweite Ansaugöffnung (182) mit einem zweiten Ansaugkanal (402) verbunden ist; eine Zündkerze (25), die im Wesentlichen in einem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums (17) angeordnet ist; ein Kraftstoffeinspritzventil (6), das angeordnet ist, in den Verbrennungsraum (17) ausgerichtet zu sein; einen Wirbelerzeugungsteil (56), der in dem zweiten Ansaugkanal (402) angeordnet und ausgestaltet ist, eine Wirbelströmung in einer Umfangsrichtung in einem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums (17) zu erzeugen, der sich um den Mittelabschnitt herum befindet, indem der zweite Ansaugkanal (402) gedrosselt wird; und eine Steuer- bzw. Regeleinheit (10), die mit der Zündkerze (25), dem Kraftstoffeinspritzventil (6) und dem Wirbelsteuer- bzw. -regelventil (56) verbunden ist und ausgestaltet ist, jeweils ein Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze (25), das Kraftstoffeinspritzventil (6) und das Wirbelsteuer- bzw. - regelventil (56) auszugeben, wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit (10) Folgendes umfasst: einen Prozessor (101), der ausgestaltet ist, Folgendes durchzuführen bzw. zu umfassen: ein Betriebsbereichsbestimmungsmodul (104), um einen Betriebsbereich des Motors (1) zu bestimmen; und ein Verbrennungsmodusauswahlmodul (105), um einen auszuwählen, einen ersten Verbrennungsmodüs, in dem eine Fremdzündungsverbrennung beginnt, bei der ein Gasgemisch, das in dem Verbrennungsraum (17) gebildet wird, mittels Flammenausbreitung verbrennt, und dann eine Kompressionszündungsverbrennung ausgeführt wird, bei der nicht verbranntes Gasgemisch mittels Kompressionszündung verbrennt, oder einen zweiten Verbrennungsmodus, bei dem nur die Fremdzündungsverbrennung mittels der Flammenausbreitung ausgeführt wird, wobei, wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul (104) bestimmt, dass eine Motorlast, die in einem hohen Lastbereich ist, größer ist als eine gegebene Last, und eine Motordrehzahl in einem ersten Drehzahlbereich ist, der niedriger ist als eine gegebene Drehzahl, das Verbrennungsmodusauswahlmodul (105) den ersten Verbrennungsmodus auswählt, und wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul (104) bestimmt, dass die Motorlast in dem hohen Lastbereich ist und die Motordrehzahl in einem zweiten Drehzahlbereich ist, der höher ist als die gegebene Drehzahl, das Verbrennungsmodusauswahlmodul (105) den zweiten Verbrennungsmodus auswählt, wobei, innerhalb des ersten Drehzahlbereichs, in dem der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, die Steuer- bzw. Regeleinheit (10) das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil (6) ausgibt, sodass eine erste Einspritzung in einem Zeitraum von dem Ansaugtakt bis zu einer frühen Hälfte des Kompressionstakts ausgeführt wird, sodass das Gasgemisch für die Kompressionszündungsverbrennung in dem äußeren Umfangsabschnitt gebildet wird, und eine zweite Einspritzung in dem Kompressionstakt ausgeführt wird, sodass das Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung in dem Mittelabschnitt gebildet wird, das Steuer- bzw. Regelsignal an das Wirbelsteuer- bzw. Regelventil (56) ausgibt, sodass der zweite Ansaugkanal (402) gedrosselt wird, und das Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze (25) ausgibt, sodass das Gasgemisch in dem Mittelabschnitt gezündet wird, und wobei, innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs, in dem der zweite Verbrennungsmodus ausgewählt wird, das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil (6) ausgegeben wird, sodass die Kraftstoffeinspritzung in einem Zeitraum von dem Ansaugtakt bis zu dem Kompressionstakt ausgeführt wird, sodass das Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung in dem gesamten Verbrennungsraum (17) gebildet wird, das Steuer- bzw. Regelsignal an das Wirbelsteuer- bzw. -regelventil (56) ausgegeben wird, sodass eine Drosselungsmenge des zweiten Ansaugkanals (402) kleiner wird als innerhalb des ersten Drehzahlbereichs, und das Steuer- bzw. Regelsignal an die Zündkerze (25) ausgegeben wird, sodass das Gasgemisch vor einem oberen Totpunkt des Kompressionstakts gezündet wird.
  5. Motor nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul (104) bestimmt, dass der Betriebsbereich des Motors (1) innerhalb eines, des ersten Drehzahlbereichs oder des zweiten Drehzahlbereichs, liegt, die Steuer- bzw. Regeleinheit (10) das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil (6) ausgibt, sodass eine Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches des gesamten Verbrennungsraums (17) ein Luftüberschussverhältnis (λ) von ungefähr 1 oder weniger aufweist.
  6. Motor nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn das Betriebsbereichsbestimmungsmodul (104) bestimmt, dass der Betriebsbereich des Motors (1) innerhalb des zweiten Drehzahlbereichs ist, die Steuer- bzw. Regeleinheit (10) das Steuer- bzw. Regelsignal an das Kraftstoffeinspritzventil (6) ausgibt, sodass ein Kurbelwinkelzeitraum, in dem der Kraftstoff eingespritzt wird, länger wird als der innerhalb des ersten Drehzahlbereichs.
  7. Motor nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein geometrisches Kompressionsverhältnis des Motors (1) zwischen ungefähr 13:1 und ungefähr 20:1 ist.
  8. Motor nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gegebene Last eine Motorlast ist, bei der der Verbrennungsdruck ungefähr 900 kPa beträgt und der hohe Lastbereich ein Bereich ist, in dem der Verbrennungsdruck mehr als ungefähr 900 kPa beträgt.
  9. Verfahren des Steuerns bzw. Regelns des Kompressionszündungsmotors, folgende Schritte umfassend: Bestimmen als ein Betriebsbereich des Motors (1) einer Motorlast und einer Motordrehzahl, Auswählen eines ersten Verbrennungsmodus, in dem Fremdzündungsverbrennung startet, bei der ein Gasgemisch, das in einem Verbrennungsraum (17) des Motors (1) gebildet wird, mittels Flammenausbreitung verbrennt, und dann Kompressionszündungsverbrennung ausgeführt wird, bei der nicht verbranntes Gasgemisch mittels Kompressionszündung verbrennt, oder eines zweiten Verbrennungsmodus, in dem nur die Fremdzündungsverbrennung mittels der Flammenausbreitung ausgeführt wird, wobei, wenn die Motorlast in einem hohen Lastbereich ist, der höher ist als eine gegebene Last, und die Motordrehzahl in einem ersten Drehzahlbereich ist, der niedriger ist als eine gegebene Drehzahl, der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, und wobei, wenn die Motorlast in dem hohen Lastbereich ist, und die Motordrehzahl in einem zweiten Drehzahlbereich ist, der höher ist als die gegebene Drehzahl, der zweite Verbrennungsmodus ausgewählt wird, wobei, wenn der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, Folgendes geschieht: Bereitstellen eines Steuer- bzw. Regelsignals an ein Kraftstoffeinspritzventil (6), um eine Kraftstoffmenge innerhalb des Gasgemisches in einem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums (17) bereitzustellen, die größer ist als eine Kraftstoffmenge innerhalb des Gasgemisches in einem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums (17), sodass eine Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem äußeren Umfangsabschnitt des Verbrennungsraums (17) höher wird als eine Kraftstoffkonzentration des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt davon, Erzeugen einer Wirbelströmung in dem äußeren Umfangsabschnitt, und Zünden des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt mittels einer Zündkerze (25), wobei, wenn der zweite Verbrennungsmodus ausgewählt wird, Folgendes geschieht: Starten der Kraftstoffeinspritzung in dem Ansaugtakt, sodass das Gasgemisch in dem gesamten Verbrennungsraum (17) gebildet wird, Abschwächen der Wirbelströmung auf weniger als wenn der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, und Zünden des Gasgemisches vor einem oberen Totpunkt des Kompressionstakts.
  10. Verfahren des Steuerns bzw. Regelns des Kompressionszündungsmotors, folgende Schritte umfassend: Bestimmen als ein Betriebsbereich des Motors (1) einer Motorlast und einer Motordrehzahl, Auswählen eines ersten Verbrennungsmodus, in dem Fremdzündungsverbrennung startet, bei der ein Gasgemisch, das in einem Verbrennungsraum (17) des Motors (1) gebildet wird, mittels Flammenausbreitung verbrennt, und dann Kompressionszündungsverbrennung ausgeführt wird, bei der nicht verbranntes Gasgemisch mittels Kompressionszündung verbrennt, und eines zweiten Verbrennungsmodus, in dem nur die Fremdzündungsverbrennung mittels der Flammenausbreitung ausgeführt wird, wobei, wenn die Motorlast in einem hohen Lastbereich ist, der höher ist als eine gegebene Last, und die Motordrehzahl in einem ersten Drehzahlbereich ist, der niedriger ist als eine gegebene Drehzahl, der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, und wobei, wenn die Motorlast in dem hohen Lastbereich ist, und die Motordrehzahl in einem zweiten Drehzahlbereich ist, der höher ist als die gegebene Drehzahl, der zweite Verbrennungsmodus ausgewählt wird, wobei, wenn der erste Verbrennungsmodus ausgewählt wird, Folgendes geschieht: Ausführen einer ersten Kraftstoffeinspritzung in einem Zeitraum von dem Ansaugtakt bis zu einer frühen Hälfte des Kompressionstakts, sodass das Gasgemisch für die Kompressionszündungsverbrennung in einem äußeren Umfangsabschnitt eines Verbrennungsraums (17) des Motors (1) gebildet wird, Ausführen einer zweiten Kraftstoffeinspritzung in dem Kompressionstakt, sodass das Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung in einem Mittelabschnitt des Verbrennungsraums (17) gebildet wird, Drosseln eines zweiten Ansaugkanals (402) des Motors, und Zünden des Gasgemisches in dem Mittelabschnitt mittels einer Zündkerze (25), und wobei, wenn der zweite Verbrennungsmodus ausgewählt wird, Folgendes geschieht: Ausführen der Kraftstoffeinspritzung in einem Zeitraum von dem Ansaugtakt bis zu dem Kompressionstakt, sodass das Gasgemisch für die Fremdzündungsverbrennung in dem gesamten Verbrennungsraum (17) gebildet wird, Verkleinern einer Drosselmenge des zweiten Ansaugkanals (402) auf weniger als innerhalb des ersten Verbrennungsmodus, und Zünden des Gasgemisches vor einem oberen Totpunkt des Kompressionstakts.
  11. Steuer- bzw. Regelsystem (20), umfassend einen Prozessor (101), der ausgestaltet ist, das Verfahren nach Anspruch 9 oder 10 auszuführen.
  12. Computerprogrammprodukt, umfassend computerlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem geeigneten System geladen und ausgeführt werden, die Schritte eines beliebigen Verfahrens nach Anspruch 9 oder 10 ausführen kann.
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