DE102019105263A1

DE102019105263A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102019105263A1
Application number: DE102019105263.7A
Authority: DE
Inventors: Akira Kato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2019-09-05
Also published as: JP2019152136A; US10767549B2; US20190271261A1; CN110219730B; CN110219730A; JP6927084B2

Abstract

Eine Hilfskammer (51) mit einem Hilfskraftstoffinjektor (53) ist an der oberen Oberfläche einer Hauptbrennkammer (2) ausgebildet. Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Hilfskammer (51) verbrannt wird, wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Hauptbrennkammer (2) durch von einem Verbindungsloch (52) ausgeworfenen Strahlflammen verbrannt. Nach einem Motorstart und bis zu einem Verstreichen einer Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne, bei welcher die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer (51) eine niedrigere Temperatur wird als die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer (51) zu dem Zeitpunkt der Fertigstellung des Aufwärmens, wird ein Injektionsverhältnis einer Injektionsmenge von Flüssigkraftstoff von dem Hilfskraftstoffinjektor (53) zu einer Kraftstoffinjektionsmenge von einem Hauptkraftstoffinjektor (3) im Vergleich mit nach der Fertigstellung des Aufwärmens abgesenkt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine.
Hintergrund
In dem Stand der Technik ist eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, welche konzipiert ist, so dass ein Hauptkraftstoffgas einem Inneren einer Hauptbrennkammer zugeführt wird, eine über Löcher mit dem Inneren der Hauptbrennkammer in Verbindung stehende Hilfskammer mit einer Zündkerze an einer oberen Oberfläche der Hauptbrennkammer ausgebildet ist, Hilfskraftstoffgas dem Inneren der Hilfskammer zugeführt wird und das Hauptkraftstoffgas innerhalb der Hauptbrennkammer durch von dem Verbindungsloch ausgeworfene Strahlflammen verbrannt wird, wenn das dem Inneren der Hilfskammer zugeführte Hilfskraftstoffgas zum Brennen gebracht wird (siehe z.B. JP 2004-36424 A ).
Zusammenfassung
In diesem Zusammenhang kann in einer solchen Verbrennungskraftmaschine beim Versuch, Flüssigkraftstoff in die Hilfskammer einzuspritzen, wenn die Temperatur der Hilfskammer niedrig ist und daher die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer niedrig ist, der in die Hilfskammer eingespritzte Flüssigkraftstoff nicht ausreichend verdampft werden, so dass sich der in die Hilfskammer eingespritzte Flüssigkraftstoff an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer ablagert. Wenn sich Flüssigkraftstoff auf diese Weise an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer ablagert, wird der abgelagerte Kraftstoff in dem Zustand von Sauerstoffmangel erwärmt und karbonisiert. Infolgedessen wird das Problem einer Produktion einer großen Menge von Feinstaubpartikeln (PM) auftreten.
In der vorstehend beschriebenen JP 2004-36424 A wird dem Inneren der Hilfskammer jedoch das Hilfskraftstoffgas, d.h. gasförmiger Kraftstoff, zugeführt, so dass das Problem der Kraftstoffablagerung an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer nicht auftritt. Daher berücksichtigt die vorstehend beschriebene JP 2004 - 36424 A in keiner Weise die Kraftstoffablagerung an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer.
Um dieses Problem zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welche aufweist: eine Hauptbrennkammer; einen Hauptkraftstoffinjektor zur Kraftstoffzugabe in die Hauptbrennkammer; eine Hilfskammer, welche an einer oberen Oberfläche der Hauptbrennkammer ausgebildet ist und über Verbindungslöcher mit einem Inneren der Hauptbrennkammer in Verbindung steht; einen in der Hilfskammer angeordneten Hilfskraftstoffinjektor; und eine elektronische Steuereinheit, wobei ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Hauptbrennkammer durch von den Verbindungslöchern ausgeworfene Strahlflammen verbrannt wird, wenn in die Hilfskammer eingespritzter Flüssigkraftstoff zum Brennen gebracht wird, wobei die elektronische Steuereinheit eingerichtet ist, ein Injektionsverhältnis einer Injektionsmenge des Flüssigkraftstoffs von dem Hilfskraftstoffinjektor zu einer Injektionsmenge von Kraftstoff von dem Hauptkraftstoffinjektor in Übereinstimmung mit einer Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne, bei welcher eine Wandoberflächentemperatur eine niedrigere Temperatur als eine Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer zu einem Zeitpunkt einer Fertigstellung des Aufwärmens ist, zu steuern, und wobei die elektronische Steuereinheit eingerichtet ist, das Injektionsverhältnis im Vergleich mit nach der Fertigstellung des Aufwärmens während einer Zeit, ab welcher der Verbrennungsmotor gestartet wird und die Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne verstrichen ist, abzusenken.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Durch Absenken des Injektionsverhältnisses der Injektionsmenge des Flüssigkraftstoffs von dem Hilfskraftstoffinjektor zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor im Vergleich mit nach der Fertigstellung des Aufwärmens, wenn die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer niedriger als die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer zu dem Zeitpunkt der Fertigstellung des Aufwärmens ist, wird die Kraftstoffablagerung an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer unterdrückt und dabei wird ein Ausstoßen einer großen Menge an Feinstaubpartikeln (PM) verhindert.
Figurenliste

1 ist eine Gesamtansicht einer Verbrennungskraftmaschine.
2 ist eine Ansicht eines Zylinderkopfs von unten.
3 ist eine Seitenquerschnittsansicht einer Verbrennungskraftmaschine entlang eines Querschnitts A-A in 2.
4 ist eine vergrößerte Seitenquerschnittsansicht der Umgebung einer Hilfskammer.
5 ist eine Querschnittsansicht eines Hilfskammergehäuses entlang eines Querschnitts B-B in 4.
6 ist eine Ansicht, welche von einer Hilfskammer ausgeworfene Strahlflammen zeigt.
7 ist eine Ansicht, welche eine Hilfsinjektionsmenge und eine Hauptinjektionsmenge zeigt.
8A und 8B sind Ansichten, welche Verhältnisse einer Wandoberflächentemperatur TS einer Hilfskammer zu einem Reduktionskoeffizienten RC zeigen.
9A und 9B sind jeweils Ansichten, welche eine Wandoberflächentemperatur TS0 einer Hilfskammer und einen Korrekturkoeffizienten KC zeigen.
10 ist eine Ansicht, welche eine Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne Δt zeigt.
11 ist eine Ansicht, welche ein Verhältnis eines Reduktionskoeffizienten RC zu einer EGR-Rate zeigt.
12 ist ein Flussdiagramm für eine Betriebssteuerung eines Verbrennungsmotors.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Gesamtansicht einer durch Benzin betankten Verbrennungskraftmaschine. Mit Bezug zu 1 bezeichnet 1 einen Verbrennungsmotorkörper, 2 eine Hauptbrennkammer jedes Zylinders, 3 einen jeweils für jeden Zylinder vorgesehenen Hauptkraftstoffinjektor, 4 einen Ausgleichsbehälter, 5 Ansaugstutzen und 6 einen Abgaskrümmer. Der Ausgleichsbehälter 4 ist über einen Ansaugkanal 7 mit dem Auslass eines Verdichters 8a eines Abgasturboladers 8 verbunden. Der Einlass des Verdichters 8a ist über einen Ansaugluftmengendetektor 9 mit einem Luftfilter 10 verbunden. In dem Ansaugkanal 7 ist ein durch einen Aktuator angetriebenes Drosselklappenventil 11 angeordnet. Um den Ansaugkanal 7 ist ein Zwischenkühler 12 zur Kühlung der durch das Innere des Ansaugkanals 7 strömenden Ansaugluft angeordnet.
Andererseits ist der Abgaskrümmer 6 mit dem Einlass einer Abgasturbine 8b des Abgasturboladers 8 verbunden, während der Auslass der Abgasturbine 8b durch einen Abgaskanal 13 mit einem Abgasreinigungskatalysator 14 verbunden. Der Abgaskrümmer 5 und der Ausgleichsbehälter 4 sind über einen Abgasrezirkulationskanal 15 (nachstehend als „EGR-Kanal“ bezeichnet) miteinander verbunden. In dem EGR-Kanal 15 ist ein EGR-Steuerventil 16 angeordnet. Jeder Hauptkraftstoffinjektor 3 ist mit einem Kraftstoffverteiler 17 verbunden. Dieser Kraftstoffverteiler 17 ist durch eine Kraftstoffpumpe 18 mit einem Kraftstofftank 19 verbunden.
Eine elektronische Steuereinheit 20 umfasst einen Digitalrechner, welcher mit einem ROM 22 (Festwertspeicher), einem RAM 24 (Direktzugriffsspeicher), einer CPU 24 (Mikroprozessor), einem Eingabekanal 25 und einem Ausgabekanal 26, welche durch einen bidirektionalen Bus 21 miteinander verbunden sind, versehen ist. Ein Wassertemperatursensor 33 zur Detektion der Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors ist an dem Verbrennungsmotorkörper 1 angebracht und das Ausgabesignal dieses Wassertemperatursensors 33 und das Ausgabesignal des Ansaugluftmengendetektors 9 werden jeweils durch entsprechende AD-Wandler 27 an den Eingabekanal 25 eingegeben. Des Weiteren ist ein Gaspedal 30 mit einem Lastsensor 31, welcher proportional zu der Niederdrückmenge des Gaspedals 30 eine Ausgabespannung erzeugt, verbunden. Die Ausgabespannung des Lastsensors 31 wird durch einen entsprechenden AD-Wandler 27 an den Eingabekanal 25 eingegeben. Darüber hinaus ist der Eingabekanal 25 mit einem Kurbelwinkelsensor 32, welcher bei jeder Rotation einer Kurbelwelle um beispielsweise 30° einen Ausgabeimpuls erzeugt, verbunden. In der CPU 24 wird die Umfangsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors aus dem Ausgabeimpuls des Kurbelwinkelsensors 32 berechnet. Andererseits ist der Ausgabekanal 26 durch entsprechende Antriebsschaltkreise 28 mit den Hauptkraftstoffinjektoren 3, dem Aktuator zum Antreiben des Drosselklappenventils 11, dem EGR-Steuerventil 16 und der Kraftstoffpumpe 18 verbunden.
3 ist eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Verbrennungsmotorkörpers 1, während 2 eine Unteransicht der oberen Oberfläche der in 3 gezeigten Brennkammer 2 ist. Zu beachten ist, dass in 2 und 3 41 einen Zylinderblock, 42 einen an der Oberseite des Zylinderblocks 41 angebrachten Zylinderkopf, 43 einen in dem Zylinderblock 41 reziprok bewegbaren Kolben, 44 ein Paar Einlassventile, 45 eine Einlassöffnung, 46 ein Paar Auslassventile und 47 eine Auslassöffnung zeigt. Wie in 2 und 3 gezeigt, erstreckt sich die Auslassöffnung 45 in dem Zylinderkopf, um sich an der Zylindermittelachse zu trennen, wenn sie sich von der Hauptbrennkammer 2 trennt. In dem in 2 und 3 gezeigten Beispiel ist die Einlassöffnung 45 aus einem gemeinsamen Öffnungsabschnitt 45a für das Paar Einlassventile 44 und Zweigöffnungsabschnitten 45b, welche von diesem gemeinsamen Öffnungsabschnitt 45a hin zu den Einlassventilen 44 abzweigen, gebildet. Der Hauptkraftstoffinjektor 3 ist in dem gemeinsamen Öffnungsabschnitt 45a der Einlassöffnung 45 angeordnet. In diesem Fall ist zu beachten, dass der Hauptkraftstoffinjektor 3 auch in der Hauptbrennkammer 2 angeordnet sein kann. Zusätzlich dazu ist es möglich, zwei Hauptkraftstoffinjektoren 3 zu verwenden, wobei einer der Hauptkraftstoffinjektoren 3 in der Einlassöffnung 45 und der andere Hauptkraftstoffinjektor 3 in der Hauptbrennkammer 2 angeordnet ist.
Mit Bezug zu 2 bis 5 ist andererseits an einem Mittelabschnitt der oberen Oberfläche der Hauptbrennkammer 2 ein Hilfskammergehäuse 50 angebracht. In dem in 2 bis 5 gezeigten Beispiel hat dieses Hilfskammergehäuse 50 eine dünnwandige Hohlzylinderform mit zwei geschlossenen Enden und ist an der oberen Oberfläche der Hauptbrennkammer 2 angebracht, so dass sich die Mittelachse des Hilfskammergehäuses 50 in der zentralen Axialrichtung des Zylinders erstreckt. In dem in 2 bis 5 gezeigten Beispiel ist weiterhin der obere Abschnitt des Hilfskammergehäuses 50 in dem Zylinderkopf 42 positioniert, während nur der untere Abschnitt des Hilfskammergehäuses 50 dem Inneren der Hauptbrennkammer 2 ausgesetzt ist. In diesem Hilfskammergehäuse 50 ist eine Hilfskammer 51 ausgebildet. Das Hilfskammergehäuse 50 ist mit einer Vielzahl an Verbindungslöchern 52, welche sich radial von dem Umfangsteil des Endabschnitts der Hilfskammer 51, wobei der Endabschnitt auf der Seite der Hauptbrennkammer 2 liegt, hin zu dem Umfangsteil der Hauptbrennkammer 2 erstrecken, ausgebildet.
In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind, wie in 5 gezeigt, in diesem Fall die Verbindungslöcher 52 bei gleichen Winkelintervallen um die Mittelachse des Hilfskammergehäuses 50 ausgebildet, um sich radial von der Mittelachse des Hilfskammergehäuses 50 zu erstrecken. In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist weiterhin an dem Mittelabschnitt der oberen Oberfläche der Hilfskammer 51 ein Hilfskraftstoffinjektor 53 angeordnet. Darüber hinaus ist an dem Umfangsteil der oberen Oberfläche der Hilfskammer 51 eine Zündkerze 54 angeordnet. Der Hilfskraftstoffinjektor 53 jedes Zylinders ist, wie in 1 gezeigt, mit einem Kraftstoffverteiler 55 verbunden. Dieser Kraftstoffverteiler 55 ist durch eine Kraftstoffpumpe 56 mit dem Kraftstofftank 19 verbunden. An diesem Kraftstoffverteiler 55 ist ein Kraftstoffdrucksensor 57 zur Detektion eines Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffverteiler 55 angebracht. Ein Ausgabesignal dieses Kraftstoffdrucksensors 57 wird durch den entsprechenden AD-Wandler 27 an den Eingabekanal 25 eingegeben. Des Weiteren sind der Hilfskraftstoffinjektor 53 und die Zündkerze 54 jedes Zylinders durch den entsprechenden Antriebsschaltkreis 28 mit dem Ausgabekanal 26 verbunden.
Wenn in der von 1 bis 5 gezeigten Verbrennungskraftmaschine das Einlassventil 44 geöffnet ist, wird der von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 eingespritzte Kraftstoff dem Inneren der Hauptbrennkammer 2 zusammen mit der Ansaugluft zugeführt, wobei in der Hauptbrennkammer 2 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch gebildet wird. Wenn als Nächstes der Verdichtungshub gestartet wird, strömt ein Teil des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Hauptbrennkammer 2 gleichmäßig durch alle Verbindungslöcher 52 in das Innere der Hilfskammer 51. Wie durch F in 4 gezeigt, ist zu beachten, dass der Flüssigkraftstoff bei dem Ansaughub oder der ersten oder zweiten Hälfte des Verdichtungshubs von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 eingespritzt wird. In der Endphase des Verdichtungshubs wird als Nächstes eine Zündaktion durch die Zündkerze 54 durchgeführt und das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Hilfskammer 51 wird verbrannt. Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Hilfskammer 51 verbrannt wird, werden, wie in 6 gezeigt, Strahlflammen J von den Verbindungslöchern 52 ausgeworfen und das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Hauptbrennkammer 2 wird durch diese Strahlflammen J verbrannt.
7 zeigt die Verhältnisse zwischen der geforderten Injektionsmenge Qt und der Hauptinjektionsmenge Qm von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 und der Hilfsinjektionsmenge Qa von dem Hilfskraftstoffinjektor 53. Zu beachten ist, dass es zwischen dieser geforderten Injektionsmenge Qt, der Hauptinjektionsmenge Qm und der Hilfsinjektionsmenge Qa das Verhältnis der geforderten Injektionsmenge Qt = Hauptinjektionsmenge Qm + Hilfsinjektionsmenge Qa gibt. In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, wie aus 7 verständlich wird, das Injektionsverhältnis (Qa/Qm) der Hilfsinjektionsmenge Qa von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Hauptinjektionsmenge Qm von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 unabhängig von der geforderten Injektionsmenge Qt üblicherweise konstant. In dem in 7 gezeigten Beispiel ist zu beachten, dass die Hilfsinjektionsmenge Qa unabhängig von der geforderten Injektionsmenge Qt zu etwa 5 Prozent der geforderten Injektionsmenge Qt gemacht wird.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dann Flüssigkraftstoff von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 in das Innere der Hilfskammer 51 eingespritzt. Wenn in diesem Fall die Temperatur der Hilfskammer 51 niedrig ist und daher die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer 51 niedrig ist, kann der in das Innere der Hilfskammer 51 eingespritzte Flüssigkraftstoff nicht ausreichend verdampfen, so dass sich der in das Innere der Hilfskammer 51 eingespritzte Flüssigkraftstoff an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 ablagert. Wenn sich auf diese Weise Flüssigkraftstoff an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 ablagert, wird der abgelagerte Kraftstoff in dem Zustand von Sauerstoffmangel erwärmt und karbonisiert. Infolgedessen tritt das Problem auf, das eine große Menge an Feinstaubpartikeln (PM) produziert und von dem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird.
Wenn in diesem Fall die Menge des von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 eingespritzten Flüssigkraftstoff abgesenkt wird, kann der in das Innere der Hilfskammer 51 eingespritzte Flüssigkraftstoff ausreichend verdampfen und infolgedessen wird ein Ablagern des in das Innere der Hilfskammer 51 eingespritzten Flüssigkraftstoffs an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 verhindert. Daher wird in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn die Temperatur der Hilfskammer 51 niedrig ist und daher die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer 51 niedrig ist, die Menge des von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 eingespritzten Flüssigkraftstoffs abgesenkt. In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist zu beachten, dass ein Reduktionskoeffizient RC für die in 7 gezeigte Hilfsinjektionsmenge Qa (Ist-Hilfsinjektionsmenge = Hilfsinjektionsmenge Qa x Reduktionskoeffizient RC) eingeführt wird und dieser Reduktionskoeffizient RC verwendet wird, um die Menge des von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 eingespritzten Flüssigkraftstoffs anzupassen. Als Nächstes wird dieser Reduktionskoeffizient RC mit Bezug zu 8A erklärt.
8A zeigt das Verhältnis zwischen der Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 und dem Reduktionskoeffizienten RC. TSX auf der Abszisse von 8A zeigt eine Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur, bei welcher in das Innere der Hilfskammer 51 eingespritzter Flüssigkraftstoff beginnt, sich an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 abzulagern, wenn die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 abgesenkt wird. Wenn die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 höher als die Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX ist, wird sich daher kein Flüssigkraftstoff an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 ablagern. Zu diesem Zeitpunkt muss daher die Hilfsinjektionsmenge Qa nicht abgesenkt werden und der Reduktionskoeffizient RC wird zu 1,0. Wenn im Gegensatz dazu die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 niedriger als die Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX wird, lagert sich der Flüssigkraftstoff an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 ab. Daher muss zu diesem Zeitpunkt die Hilfsinjektionsmenge Qa abgesenkt werden. Daher wird zu diesem Zeitpunkt der Reduktionskoeffizient RC kleiner als 1,0. Zu beachten ist, dass je niedriger die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 von der Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX ist, desto einfacher wird es für den Flüssigkraftstoff, sich an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 abzulagern, d.h. je niedriger die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 von der Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX ist, desto kleiner wird der Reduktionskoeffizient RC.
Auf diese Weise wird in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Reduktionskoeffizient RC umso kleiner, je niedriger die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 von der Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX ist. Um zu diesem Zeitpunkt in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Gesamtinjektionsmenge der Ist-Hilfsinjektionsmenge und der Ist-Hauptinjektionsmenge, d.h. die komplette Injektionsmenge, gleich der geforderten Injektionsmenge Qt werden lassen zu können, wird die Hauptinjektionsmenge Qm umso mehr erhöht, je niedriger die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 von der Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX ist, d.h. in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Injektionsverhältnis der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 umso mehr abgesenkt, je niedriger die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 von der Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX wird.
In diesem Zusammenhang ändert sich die Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX in Abhängigkeit von der Form oder dem Material der Wandoberfläche der Hilfskammer 51. In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liegt die Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX in etwa zwischen 40°C und 60°C. Die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 steigt bis 200°C und mehr, wenn der Aufwärmbetrieb des Verbrennungsmotors endet, und die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 wird zu der Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX oder weniger zu dem Zeitpunkt des Motoraufwärmbetriebs kurz nach einem Motorkaltstart. Das heißt, es besteht eine Möglichkeit, dass sich Flüssigkraftstoff an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 zu dem Zeitpunkt des Motoraufwärmbetriebs kurz nach dem Motorkaltstart ablagert. In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird daher zu dem Zeitpunkt des Motoraufwärmbetriebs kurz nach dem Motorkaltstart das Injektionsverhältnis der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 abgesenkt.
Als Nächstes wird mit Bezug zu 8B das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt. Zu beachten ist, dass 8B die Änderung der Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 und die Änderung des Reduktionskoeffizienten RC nach dem Motorkaltstart zeigt. Wie in 8B gezeigt, ist die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 zu dem Zeitpunkt des Motorkaltstarts niedriger als die Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX. Wie aus 8A verständlich wird, wird zu diesem Zeitpunkt der Reduktionskoeffizient RC kleiner als 1,0. Das heißt, zu diesem Zeitpunkt wird das Injektionsverhältnis der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 abgesenkt.
Wenn als Nächstes der Aufwärmbetrieb des Verbrennungsmotors gestartet wird und die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 steigt, steigt damit auch der Reduktionskoeffizient RC, d.h., das Injektionsverhältnis der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 steigt. Wenn als Nächstes die Zeit Δt nach dem Motorstart verstrichen ist, erreicht die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 die Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX. Zu diesem Zeitpunkt wird der Reduktionskoeffizient RC zu 1,0, während das Injektionsverhältnis der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 zu einem vorbestimmten konstanten Wert wird. Als Nächstes endet nach einiger Zeit der Motoraufwärmbetrieb und der Betrieb des Verbrennungsmotors wird auf einen Normalbetrieb gewechselt. Zu diesem Zeitpunkt steigt die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 auf 200°C oder mehr. Zu beachten ist, dass in der Zeitspanne nach dem Motorstart bis zum Verstreichen der Zeit Δt die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 eine niedrigere Temperatur wird als die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 zu dem Zeitpunkt der Fertigstellung des Aufwärmens. Daher wird diese Zeitspanne die „Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne Δt“ genannt.
In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst die Verbrennungskraftmaschine daher die Hauptbrennkammer 2, den Hauptkraftstoffinjektor 3 zur Kraftstoffzugabe in die Hauptbrennkammer 2, die Hilfskammer 51, welche an der oberen Oberfläche der Hauptbrennkammer 2 ausgebildet ist und über die Verbindungslöcher 52 mit dem Inneren der Hauptbrennkammer 2 in Verbindung steht, den in der Hilfskammer 51 angeordneten Hilfskraftstoffinjektor 53 und die elektronische Steuereinheit 20. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Hauptbrennkammer 2 wird durch von den Verbindungslöchern 52 ausgeworfene Strahlflammen J verbrannt, wenn der in die Hilfskammer 51 eingespritzte Flüssigkraftstoff zum Brennen gebracht wird. Die elektronische Steuereinheit 20 ist eingerichtet, das Injektionsverhältnis der Injektionsmenge von Flüssigkraftstoff aus dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 in Übereinstimmung mit der Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne Δt zu steuern, wobei die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer 51 eine niedrigere Temperatur ist als die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer 51 zu dem Zeitpunkt der Fertigstellung des Aufwärmens. Darüber hinaus ist die elektronische Steuereinheit 20 eingerichtet, das Injektionsverhältnis im Vergleich mit nach der Fertigstellung des Aufwärmens während einer Zeit ab dem Motorstart bis zum Verstreichen der Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne Δt abzusenken.
Wenn in diesem Zusammenhang, wie in 8B gezeigt, in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 niedriger als die Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX ist, wird das Injektionsverhältnis der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 abgesenkt. In diesem Fall zeigt, wie vorstehend erklärt, die Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX die Wandoberflächentemperatur, bei welcher der in das Innere der Hilfskammer 51 eingespritzte Flüssigkraftstoff beginnt, sich an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 abzulagern, wenn die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 abgesenkt wird. Daher kann diese Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX, anders ausgedrückt, die Temperatur zeigen, bei welcher sich der von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 eingespritzte Flüssigkraftstoff nicht länger an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 ablagert, wenn die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 steigt.
In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun, wie vorstehend erklärt, das Injektionsverhältnis der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 im Vergleich mit nach der Fertigstellung des Aufwärmens während einer Zeit ab dem Motorstart bis zum Verstreichen der Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne Δt abgesenkt, wobei die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer 51 eine niedrigere Temperatur ist als die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer 51 zu dem Zeitpunkt der Fertigstellung des Aufwärmens. Wenn in diesem Fall in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 auf eine Temperatur steigt, bei welcher sich von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 eingespritzter Flüssigkraftstoff nicht länger an der Wandoberfläche innerhalb der Hilfskammer 51 ablagert, wird davon ausgegangen, dass die Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne Δt verstrichen ist. In diesem Fall wird daher das Injektionsverhältnis der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 abgesenkt im Vergleich mit nach der Fertigstellung des Aufwärmens während einer Zeit, bis die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 auf eine Temperatur steigt, bei welcher sich von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 eingespritzter Flüssigkraftstoff nicht länger an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 ablagert.
In diesem Fall kann die Wandoberflächentemperatur TS der Hilfskammer 51 durch tatsächliche Messungen ermittelt werden. Des Weiteren kann auch die Temperatur TS innerhalb der Hilfskammer 51 aus dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors abgeschätzt werden. 9A und 9B zeigen ein Beispiel des Falls der Abschätzung der Temperatur TS innerhalb der Hilfskammer 51 aus dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Das heißt, in dem Zylinderkopf 42 ist um das Hilfskammergehäuse 50 ein Wassermantel ausgebildet. Daher wird die Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 stark durch die Temperatur des Motorkühlwassers beeinflusst. Darüber hinaus wird die Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 auch durch die Motordrehzahl und die Motorlast beeinflusst. In 9A ist die Änderung der Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 durch die Wandoberflächentemperatur TS0 in der Hilfskammer 51 gezeigt, wenn sich die Motorkühlwassertemperatur TW bei konstanter Motordrehzahl und konstanter Motorlast ändert.
In 9B ist andererseits der Korrekturkoeffizient KC für die Wandoberflächentemperatur TS0 in der Hilfskammer 51 (Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 = Wandoberflächentemperatur TS0 in der Hilfskammer 51 x Korrekturkoeffizient KC) als eine Funktion der Motordrehzahl und der Motorlast gezeigt. Das heißt, je höher die Motordrehzahl und je höher die Motorlast wird, desto höher wird die pro Zeiteinheit erzeugte Wärmemenge in dem Zylinder. Daher wird die Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 umso höher, je höher die Motordrehzahl und je höher die Motorlast wird. Wie in 9B gezeigt, wird daher der Korrekturkoeffizient KC umso größer, je höher die Motordrehzahl und je höher die Motorlast wird.
In dem in 9A und 9B gezeigten Beispiel, wird auf diese Weise die Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 aus der Motorkühlwassertemperatur TW, der Motordrehzahl und der Motorlast abgeschätzt. Das heißt, in diesem Beispiel wird die Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 aus dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors abgeschätzt. In diesem Fall wird, bis die abgeschätzte Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 auf eine Temperatur steigt, bei welcher sich von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 nicht länger an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 ablagert, das Injektionsverhältnis der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 abgesenkt.
Andererseits kann es möglich sein, die in 8B gezeigte Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne Δt im Voraus durch Experimente zu ermitteln und abzuspeichern und die Absenksteuerung des Injektionsverhältnisses der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 basierend auf dieser gespeicherten Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne Δt durchzuführen. In diesem Fall wird nach dem Motorstart und bis zum Verstreichen der Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne Δt das Injektionsverhältnis der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 im Vergleich mit nach der Fertigstellung des Aufwärmens abgesenkt. Des Weiteren kann in diesem Fall, wie in 10 gezeigt, die Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne Δt umso mehr verkürzt werden, je höher die Motorkühlwassertemperatur TW zu dem Zeitpunkt des Motorstarts ist.
Andererseits wird in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, EGR-Gas in das Innere des Ausgleichsbehälters 4 über den EGR-Kanal 15 zurückgeführt. Wenn in diesem Fall die EGR-Rate hoch wird, wird das Verhältnis der spezifischen Wärme des dem Inneren des Zylinders zugeführten Ansauggases größer und infolgedessen fällt die Verdichtungstemperatur des Ansauggases in dem Zylinder. Wenn die EGR-Rate höher wird, wird daher die Verdampfungswirkung des von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 eingespritzten Flüssigkraftstoffs unterdrückt und von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 eingespritzter Flüssigkraftstoff lagert sich leichter an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer 51 ab. Daher wird in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Injektionsverhältnis der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 umso mehr abgesenkt, je mehr die EGR-Rate steigt. Das heißt, in diesem Ausführungsbeispiel wird ein Reduktionskoeffizient EC für die in 7 gezeigte Hilfsinjektionsmenge (Ist-Hilfsinjektionsmenge = Hilfsinjektionsmenge Qa x Reduktionskoeffizient EC) eingeführt. Dieser Reduktionskoeffizient EC wird verwendet, um die Menge des von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 eingespritzten Flüssigkraftstoffs anzupassen. Dieser Reduktionskoeffizient EC fällt mit steigender EGR-Rate, wie in 11 gezeigt.
Als Nächstes wird unter Verwendung eines Beispiels der Abschätzung der Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 aus dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors und des Anpassens des Injektionsverhältnisses der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 zu der Kraftstoffinjektionsmenge von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 in Übereinstimmung mit der EGR-Rate ein Beispiel der Betriebssteuerung des Verbrennungsmotors erklärt. 12 zeigt eine Routine zur Durchführung dieser Betriebssteuerung des Verbrennungsmotors. Diese Routine wird zu jeder festen Zeitspanne durch Unterbrechung durchgeführt.
Mit Bezug zu 12 wird zuerst bei Schritt 100 bestimmt, ob derzeit ein Aufwärmbetrieb durchgeführt wird. Wenn derzeit kein Aufwärmbetrieb durchgeführt wird, endet der Verfahrenszyklus. Wenn im Gegensatz dazu derzeit ein Aufwärmbetrieb durchgeführt wird, geht die Routine zu Schritt 101, wo die Wandoberflächentemperatur TS0 in der Hilfskammer aus der durch den Wassertemperatursensor 33 detektierten Motorkühlwassertemperatur TW unter Verwendung des in 9A gezeigten Verhältnisses berechnet wird. Bei Schritt 102 wird als Nächstes der Korrekturkoeffizient KC aus der Motordrehzahl und der Motorlast unter Verwendung des in 9B gezeigten Verhältnisses berechnet. Als Nächstes wird bei Schritt 103 die Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 (=Wandoberflächentemperatur TS0 in der Hilfskammer 51 x Korrekturkoeffizient KC) berechnet.
Als Nächstes wird bei Schritt 104 die geforderte Injektionsmenge Qt aus der Niederdrückmenge des Gaspedals 30 und der Motordrehzahl berechnet. Bei Schritt 105 wird als Nächstes die Hilfsinjektionsmenge Qa aus der geforderten Injektionsmenge Qt berechnet. Bei Schritt 106 wird dann bestimmt, ob die Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 höher als die Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX ist. Wenn bestimmt wird, dass die Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 höher als die Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX ist, geht die Routine zu Schritt 107, wo die bei Schritt 105 berechnete Hilfsinjektionsmenge Qa von der bei Schritt 104 berechneten geforderten Injektionsmenge Qt subtrahiert wird, wodurch die Hauptinjektionsmenge Qm berechnet wird. Bei Schritt 108 wird als Nächstes Hauptkraftstoff von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 in der berechneten Hauptinjektionsmenge Qm eingespritzt, während Hilfskraftstoff von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 in der berechneten Hilfsinjektionsmenge Qa eingespritzt wird. Als Nächstes wird bei Schritt 109 eine Zündsteuerung durch die Zündkerze 54 durchgeführt.
Wenn bei Schritt 106 andererseits bestimmt wird, dass die Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 nicht höher als die Kraftstoff-Ablagerungs-Wandoberflächentemperatur TSX ist, geht die Routine zu Schritt 110, wo der Reduktionskoeffizient RC aus der Wandoberflächentemperatur TS in der Hilfskammer 51 unter Verwendung des in 8A gezeigten Verhältnisses berechnet wird. Bei Schritt 111 wird als Nächstes der Reduktionskoeffizient EC aus der aktuellen EGR-Rate unter Verwendung des in 11 gezeigten Verhältnisses berechnet. Bei Schritt 112 wird dann die bei Schritt 105 berechnete Hilfsinjektionsmenge Qa mit dem bei Schritt 110 berechneten Reduktionskoeffizienten RC und dem bei Schritt 112 berechneten Reduktionskoeffizienten EC multipliziert, wodurch die endgültige Hilfsinjektionsmenge Qa berechnet wird.
Als Nächstes wird bei Schritt 113 die bei Schritt 112 berechnete endgültige Hilfsinjektionsmenge Qa von der bei Schritt 104 berechneten geforderten Injektionsmenge Qt subtrahiert, wodurch die Hauptinjektionsmenge Qm berechnet wird. Bei Schritt 108 wird als Nächstes Hauptkraftstoff von dem Hauptkraftstoffinjektor 3 in der bei Schritt 113 berechneten Hauptinjektionsmenge Qm eingespritzt, während Hilfskraftstoff von dem Hilfskraftstoffinjektor 53 in der bei Schritt 112 berechneten Hilfsinjektionsmenge Qa eingespritzt wird. Als Nächstes wird bei Schritt 109 eine Zündsteuerung durch die Zündkerze 54 durchgeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004036424 A [0002, 0004]
JP 2004 [0004]
JP 36424 A [0004]

Claims

Verbrennungskraftmaschine mit: einer Hauptbrennkammer, einem Hauptkraftstoffinjektor zur Kraftstoffzugabe in die Hauptbrennkammer, einer Hilfskammer, welche an einer oberen Oberfläche der Hauptbrennkammer ausgebildet ist und durch Verbindungslöcher mit einem Inneren der Hauptbrennkammer in Verbindung steht, einem in der Hilfskammer angeordneten Hilfskraftstoffinjektor, und einer elektronischen Steuereinheit, wobei ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Hauptbrennkammer durch von den Verbindungslöchern ausgeworfene Strahlflammen verbrannt wird, wenn in die Hilfskammer eingespritzter Flüssigkraftstoff zum Brennen gebracht wird, wobei die elektronische Steuereinheit eingerichtet ist, ein Injektionsverhältnis einer Injektionsmenge von Flüssigkraftstoff von dem Hilfskraftstoffinjektor zu einer Injektionsmenge von Kraftstoff von dem Hauptkraftstoffinjektor in Übereinstimmung mit einer Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne, bei welcher eine Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer eine niedrigere Temperatur ist als eine Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer zu dem Zeitpunkt einer Fertigstellung eines Aufwärmens, zu steuern, und wobei die elektronische Steuereinheit eingerichtet ist, das Injektionsverhältnis im Vergleich mit nach der Fertigstellung des Aufwärmens während einer Zeit von einem Start des Verbrennungsmotors bis zu einem Verstreichen der Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne abzusenken.
Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei, wenn eine Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer auf eine Temperatur steigt, bei welcher sich von dem Hilfskraftstoffinjektor eingespritzter Flüssigkraftstoff nicht länger an der Innenwandoberfläche der Hilfskammer ablagert, davon ausgegangen wird, dass die Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne verstrichen ist und bis zu dieser Zeit das Injektionsverhältnis im Vergleich mit nach der Fertigstellung des Aufwärmens abgesenkt wird.
Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 2, wobei die Wandoberflächentemperatur der Hilfskammer anhand eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors abgeschätzt wird.
Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne im Voraus gespeichert ist und das Injektionsverhältnis im Vergleich mit nach der Fertigstellung des Aufwärmens während einer Zeit von dem Start des Verbrennungsmotors bis zu einem Verstreichen der gespeicherten Wandoberflächen-Niedrigtemperaturzeitspanne abgesenkt wird.
Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei das Injektionsverhältnis umso mehr abgesenkt wird, je mehr eine EGR-Rate ansteigt.