DE112006003727T5 - Steuergerät für einen Verbrennungsmotor der Vormischkompressionsselbstzündungsbauart - Google Patents

Steuergerät für einen Verbrennungsmotor der Vormischkompressionsselbstzündungsbauart Download PDF

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Abstract

Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormisch-Kompressionsselbstzündungsbauart zum Komprimieren eines Gemisches aus einem Kraftstoff und einem Sauerstoff enthaltenden Gas in einer Brennkammer, um dessen Verbrennung durch eine Selbstzündung zu bewirken, wobei das Steuergerät eine Abdichtungszeitspanne, während der sowohl ein Einlassventil als auch ein Auslassventil geschlossen sind, um einen oberen Auslasstotpunkt herum einstellt, um zu bewirken, dass verbranntes Gas als ein internes EGR-Gas in der Brennkammer verbleibt, wobei das Steuergerät Folgendes aufweist:
einen Temperatursensor zum Erfassen einer Einlasslufttemperatur;
einen Drehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl der Brennkraftmaschine;
einen Lastsensor zum Erfassen eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine, um den erfassten Betriebszustand als ein Lastsignal auszugeben;
eine Aufladeeinrichtung einer Bauart mit variablem Aufladedruck, die in einer Einlasspassage angeordnet ist;
einen externen EGR-Mechanismus zum Rezirkulieren eines Teils eines Abgases in einer Abgaspassage als ein externes EGR-Gas zu der Einlasspassage an einer Position stromaufwärtig von der Aufladeeinrichtung; und
eine Steuereinheit zum Erfassen...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormischkompressionsselbstzündungsbauart und betrifft genauer gesagt ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormischkompressionsselbstzündungsbauart, die mit einer Aufladeeinrichtung und einem externen EGR(Abgasrezirkulations)-Mechanismus versehen ist.
  • Stand der Technik
  • In den vergangenen Jahren haben Brennkraftmaschinen Aufmerksamkeit erregt, die ein Vormischkompressionsselbstzündungsverbrennungsverfahren verwenden, in dem ein Luft-Kraftstoff-Gemisch komprimiert wird, um dessen Selbstzündung zu bewirken. Es ist bekannt, dass die Brennkraftmaschinen, die das Vormischkompressionsselbstzündungsverbrennungsverfahren verwenden, bessere Leistungen im Hinblick auf einen verbesserten Kraftstoffverbrauch, eine NOx-Verringerung und dgl. aufweisen als die herkömmlichen Brennkraftmaschinen, die ein Diffusionsverbrennungsverfahren oder ein Flammenausbreitungsverbrennungsverfahren verwenden.
  • Die herkömmliche Brennkraftmaschine, die das Vormischkompressionsselbstzündungsverbrennungsverfahren verwendet, ist bspw. in dem Patentdokument 1 offenbart. In der Brennkraftmaschine, die in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, wie durch ein Kennfeld dargestellt ist, das eine Beziehung zwischen einer Last und einer Drehzahl anzeigt, wird die Vormischkompressionsselbstzündungsverbrennung ausgewählt, um an einer Niedrigdrehzahl-/Niedriglastseite durchgeführt zu werden, und eine Überschlagsfunkenzündungsverbrennung wird ausgewählt, um an einer Hochdrehzahl-/Hochlastseite durchgeführt zu werden. Während der Vormischkompressionsselbstzündungsverbrennung wird eine Abdichtungszeitspanne, in der sowohl ein Einlassventil als auch ein Auslassventil geschlossen sind, um einen oberen Auslasstotpunkt herum festgelegt, um eine interne EGR durchzuführen, um zu bewirken, dass verbranntes Gas in einer Brennkammer verbleibt, und die Zeitabstimmungen zum Öffnen/Schließen des Einlassventils und des Auslassventils werden gemäß Änderungen der äußeren Umgebung eingestellt, um eine stabile Selbstzündungsverbrennung sicher zu stellen. Bspw. wird die Abdichtungszeitspanne verlängert, wenn die Ansauglufttemperatur fällt, so dass verhindert wird, dass die Temperatur in der Brennkammer in der Umgebung des oberen Auslasstotpunkts abfällt. Es wurde auch vorgeschlagen, Kraftstoff in die Brennkammer während der Abdichtungszeitspanne einzuspritzen, um eine modifizierte Substanz zu erzeugen, die eine hohe Zündfähigkeit aufweist.
    • Patentdokument 1: JP 2002-129991 A
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
  • Eine stabile Selbstzündungsverbrennung kann an der Hochdrehzahl-/Hochlastseite nicht leicht realisiert werden, indem einfach die Zeitabstimmungen für ein Öffnen/Schließen des Einlassventils und des Auslassventils eingestellt werden und während der Abdichtungszeitspanne eingespritzt wird, wie es in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, so dass ein Umschalten zu einer Überschlagsfunkenzündungsverbrennung unentbehrlich ist. Als eine Folge ist der Betriebsbereich, der eine Vormischkompressionsselbstzündungsverbrennung gestattet, begrenzt. Es wird angenommen, dass ein Benzinmotor in der Ausführungsform der Erfindung von Patentdokument 1 verwendet wird. In einem Fall, in dem Stadtgas oder dgl., das eine niedrige Zündfähigkeit aufweist, als Kraftstoff verwendet wird, wird die Zündungstemperatur hoch, so dass die vorstehend Tendenz sich mehr bemerkbar macht. D. h. der Betriebsbereich, der eine stabile Vormischkompressionsselbstzündungsverbrennung ermöglicht, ist auf einen schmalen Bereich begrenzt.
  • In Übereinstimmung mit einer internen EGR und einer Kraftstoffeinspritzung während der Abdichtungszeitspanne, wie im Patentdokument 1 beschrieben ist, kann die Zündfähigkeit in der Brennkammer verbessert werden.
  • Demzufolge kann die Zeitabstimmung einer Zündung und dgl. an der Niedrigdrehzahl-/Niedriglastseite durch Einstellen des Umfangs einer internen EGR und der Erzeugungsmenge der modifizierten Substanz gesteuert werden. In einem Bereich von einer Mitteldrehzahl-/Mittellastseite zu der Hochdrehzahl-/Hochlastseite erhöht sich jedoch die Kraftstoffzufuhrmenge, so dass eine ausreichende Zündfähigkeit sicher gestellt ist, selbst wenn der Umfang einer internen EGR verringert ist. Des Weiteren muss die Kraftstoffzufuhrmenge gemäß einer Last erhöht werden, so dass der verfügbare Umfang einer internen EGR sich umgekehrt proportional dazu verringert. Daher führt die bloße Verwendung der vorstehend genannten Einrichtung zu allmählichen Verringerungen des Bereichs einer Steuerung an der Hochdrehzahl-/Hochlastseite und macht es schwierig, eine Steuerung gemäß der äußeren Umgebung durchzuführen. Des Weiteren steigt an der Hochdrehzahl-/Hochlastseite, an der die Kraftstoffzufuhrmenge erhöht ist, die Temperatur in der Brennkammer aufgrund eines Anstiegs der Temperatur der Einlassluft an, so dass auch ein Problem verursacht wird, dass das Niveau eines Verbrennungslärms dazu neigt, sich aufgrund einer plötzlichen Verbrennung zu erhöhen. Jedoch kann der im Patentdokument 1 beschriebene Aufbau solch ein Problem nicht lösen und führt zu dem Ergebnis, dass der Bereich, der eine Vormischkompressionsselbstzündungsverbrennung gestattet, eng begrenzt ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, und es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormischkompressionsselbstzündungsbauart vorzusehen, das es ermöglicht, einen Betriebsbereich, der eine Vormischkompressionsselbstzündungsverbrennung gestattet, zu einer Hochdrehzahl-/Hochlastseite zu vergrößern.
  • Einrichtung zum Lösen der Aufgaben
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormischkompressionsselbstzündungsbauart zum Komprimieren eines Gemischs aus einem Kraftstoff und einem Sauerstoff enthaltendem Gas in einer Brennkammer vorgesehen, um dessen Verbrennung durch Selbstzündung zu bewirken, wobei das Steuergerät eine Abdichtungszeitspanne, während der sowohl ein Einlassventil als auch ein Auslassventil geschlossen sind, um einen oberen Auslasstotpunkt herum einstellt, um zu bewirken, dass verbranntes Gas als ein internes EGR-Gas in der Brennkammer verbleibt, wobei das Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormischkompressionsselbstzündungsbauart Folgendes aufweist: einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur einer Einlassluft; einen Drehzahlsensor zum Erfassen einer Drehzahl der Brennkraftmaschine; einen Lastsensor zum Erfassen einer Größe einer Last von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine; eine Aufladeeinrichtung bzw. ein Lader einer Bauart mit variablem Aufladedruck, die in einer Einlasspassage angeordnet ist; einen externen EGR-Mechanismus zum Rezirkulieren eines Teils eines Abgases in einer Abgaspassage als ein externes EGR-Gas zu der Einlasspassage an einer Position stromaufwärts der Aufladeeinrichtung; und eine Steuereinheit zum Steuern der Aufladeeinrichtung und des externen EGR-Mechanismus, wobei die Steuereinheit eine gegenwärtige Drehzahl und eine gegenwärtige Last auf der Basis eines Signals von dem Drehzahlsensor und/oder einem Signal von dem Lastsensor erfasst, und die Aufladeinrichtung und den externen EGR-Mechanismus derart steuert, dass ein Aufladedruck ansteigt und eine Menge des externen EGR-Gases ansteigt, wenn eine durch den Temperatursensor erfasste Einlasslufttemperatur ansteigt, wenn bestimmt ist, dass die Brennkraftmaschine in einem voreingestellten Hochdrehzahl-/Hochlastbereich betrieben wird.
  • Bevorzugt hat das Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormischkompressionsselbstzündungsbauart des Weiteren einen variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus zum Einstellen von Zeitabstimmungen zum Öffnen/Schließen des Auslassventils, wobei die Steuereinheit den variablen Ventilabstimmungsmechanismus derart steuert, dass eine Zeitabstimmung zum Schließen der Auslassventile zu einer vorauseilenden Seite eingestellt wird, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Einlasslufttemperatur niedriger als eine normale Temperatur ist, und dass die Zeitabstimmung zum Schließen der Auslassventile zu einer verzögerten bzw. nacheilenden Seite eingestellt wird, wenn die Einlasslufttemperatur, die durch den Temperatursensor erfasst wird, höher als die normale Temperatur ist.
  • Es sei angemerkt, dass das Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormischkompressionsselbstzündungsbauart derart aufgebaut sein kann, dass die Steuereinheit entwickelt sein kann, um den variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus derart zu steuern, dass ein Vorauseilbetrag der Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils während eines Betriebs in einem voreingestellten Niedriglastbereich kleiner wird als während eines Betriebs in einem voreingestellten Mittellastbereich, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Einlasslufttemperatur niedriger als die normale Temperatur ist.
  • Des Weiteren kann die Steuereinheit den externen EGR-Mechanismus derart steuern, dass die Menge des externen EGR-Gases abnimmt, wenn die Einlasslufttemperatur, die durch den Temperatursensor erfasst wird, niedriger als eine normale Temperatur ist und die Brennkraftmaschine in dem Hochlastbereich betrieben wird.
  • Darüber hinaus kann die Steuereinheit entwickelt sein, um den variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus derart zu steuern, dass ein Verzögerungsbetrag der Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils während eines Betriebs in einem voreingestellten Mittellastbereich niedriger wird als während eines Betriebs in einem voreingestellten Niedriglastbereich, wenn die Einlasslufttemperatur, die durch den Temperatursensor erfasst wird, höher als die normale Temperatur ist.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Betriebsbereich, der eine Vormischkompressionsselbstzündungsverbrennung gestattet, zu der Hochrehzahl-/Hochlastseite vergrößert werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormischkompressionsselbstzündungsbauart gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist ein Diagramm, das ein Steuerkennfeld zeigt.
  • 3a ist ein Graph, der einen Vorauseilbetrag einer Zeitabstimmung zum Schließen eines Auslassventils bei einer normalen Temperatur zeigt.
  • 3b ist ein Graph, der einen Vorauseilbetrag der Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils bei einer niedrigen Temperatur zeigt.
  • 3c ist ein Graph, der einen Vorauseilbetrag der Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils bei einer hohen Temperatur zeigt.
  • 4a ist ein Graph, der einen Aufladedruck bei einer normalen Temperatur und einer niedrigen Temperatur zeigt.
  • 4b ist ein Graph, der einen Aufladedruck bei einer hohen Temperatur zeigt.
  • 5a ist ein Graph, der eine Menge eines externen EGR-Gases bei einer normalen Temperatur zeigt.
  • 5b ist ein Graph, der eine Menge eines externen EGR-Gases bei einer niedrigen Temperatur zeigt.
  • 5c ist ein Graph, der eine Menge eines externen EGR-Gases bei einer hohen Temperatur zeigt.
  • Beste Form zur Ausführung der Erfindung
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt einen Aufbau eines Steuergeräts für eine Brennkraftmaschine einer Vormischkompressionsselbstzündungsbauart gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Kraftmaschine 1 hat einen Zylinderblock 2. Eine Zylinderbohrung 3 ist im Inneren des Zylinderblocks 2 ausgebildet, und ein Kolben 4 ist hin und her bewegbar und gleitbar in der Zylinderbohrung 3 aufgenommen. Ein Zylinderkopf 5, in dem ein Einlassanschluss 6 und ein Auslassanschluss 8 ausgebildet sind, ist an einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 2 fixiert. Der Zylinderkopf 5 ist mit einem Einlassventil 7 zum Öffnen/Schließen des Einlassanschlusses 6 und einem Auslassventil 9 zum Öffnen/Schließen des Auslassanschlusses 8 ausgestattet. Eine Brennkammer 10 ist durch die Zylinderbohrung 3, eine obere Fläche des Kolbens 4 und den Zylinderkopf 5 definiert. Eine Einlasspassage 11 ist mit dem Einlassanschluss 6 verbunden, und eine Auslasspassage 12 ist mit dem Auslassanschluss 8 verbunden.
  • Eine Drosselklappe 13 ist im Inneren der Einlasspassage 11 angeordnet. Eine Kraftstoffzuführpassage 15 ist an einen Venturiabschnitt 14 gekoppelt, der stromaufwärts der Drosselklappe 13 ausgebildet ist. Eine Aufladeeinrichtung 17 einer Bauart mit variablem Aufladedruck, die durch einen Elektromotor 16 angetrieben wird, ist in der Einlasspassage 11 an einer Position stromaufwärts des Venturiabschnitts 14 angeordnet. Ein Luftreinigungsbauteil 18 ist mit der Einlasspassage 11 an einer Position weiter stromaufwärts der Aufladeeinrichtung 17 angeordnet. Des Weiteren hat die Einlasspassage 11 einen Bypasskanal 19, der derart ausgebildet ist, dass die stromaufwärtige Seite der Aufladeeinrichtung 17 mit der stromabwärtigen Seite der Aufladeeinrichtung 17 in Verbindung steht. Ein Bypasssteuerventil 20 zum Öffnen/Schließen des Bypasskanals 19 ist in dem Bypasskanal 19 angeordnet.
  • Eine EGR-Passage 21 zum Rezirkulieren von Abgas ist an ihrem einen Ende mit einem mittleren Bereich der Auslasspassage 12 verbunden. Die EGR-Passage 21 ist an ihrem anderen Ende mit der Einlasspassage 11 an einer Position stromaufwärts der Aufladeeinrichtung 17 verbunden. Ein EGR-Steuerventil 22 ist in der EGR-Passage 21 angeordnet.
  • Variable Ventilzeitabstimmungsmechanismen 23 und 24, die die Zeitabstimmungen zum Öffnen/Schließen der Einlassventile 7 und der Auslassventile 9 der Kraftmaschine 1 unabhängig ändern können, sind mit dem Einlassventil 7 bzw. dem Auslassventil 9 gekoppelt. Eine Kraftmaschinensteuereinheit (ECU) 25 ist mit diesen variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismen 23 und 24 gekoppelt. Die ECU 25 ist entwickelt, um die variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismen 23 und 24 derart zu steuern, dass eine Abdichtungszeitspanne, in der sowohl das Einlassventil 7 und das Auslassventil 9 geschlossen sind, um einen oberen Auslasstotpunkt herum eingestellt ist, um eine interne EGR durchzuführen, damit bewirkt wird, dass verbranntes Gas als internes EGR-Gas in der Brennkammer 10 verbleibt.
  • Die Einlasspassage 11 ist an einer Position nahe dem Einlassanschluss 6 mit einem Temperatursensor 26 zum Erfassen der Einlasslufttemperatur ausgestattet. Zusätzlich sind ein Drehzahlsensor (Kurbelwinkelsensor) 27 zum Erfassen der Drehzahl der Kraftmaschine 1 und ein Lastsensor 28 zum Erfassen des Betriebszustands der Kraftmaschine 1, wie einer Kraftstoffeinspritzmenge, um den erfassten Betriebszustand als ein Lastsignal auszugeben, mit der Kraftmaschine 1 verbunden. Der Temperatursensor 26, der Drehzahlsensor 27, der Lastsensor 28, der Elektromotor 16 für die Aufladeeinrichtung 17, das Bypasssteuerventil 20 und das EGR-Steuerventil 22 sind mit der ECU 25 verbunden.
  • Als nächstes wird der Betrieb in dieser Ausführungsform beschrieben. Wenn die ECU 25 eine Steuerung durchführt, um die Kraftmaschine 1 zu starten, öffnet ein Kraftstoffventil (nicht gezeigt), das stromaufwärts der Kraftstoffzuführpassage 15 angeordnet ist, und ein gasförmiger Kraftstoff, wie ein Stadtgas oder dgl., wird von der Kraftstoffzuführpassage 15 aufgrund von Luft, die durch den Venturiabschnitt 14 der Einlasspassage 11 strömt, in die Einlasspassage 11 gesaugt, sodass ein Gemisch aus Luft und gasförmigem Kraftstoff zu der Kraftmaschine 1 zugeführt wird. Wenn der Kolben 4 beginnt, sich von einem oberen Totpunkt nach unten zu bewegen, öffnet das Einlassventil 7, so dass das Gemisch durch den Einlassanschluss 6 in die Brennkammer 10 gesaugt wird. Wenn der Kolben 4 dann beginnt, sich von einem unteren Totpunkt nach oben zu bewegen, schließt das Einlassventil 7, so dass der Druck und die Temperatur des Gemischs in der Brennkammer 10 ansteigen, wenn sich der Kolben 4 nach oben bewegt. Wenn die Temperatur des Gemischs auf einen vorbestimmten Wert ansteigt, zündet der Kraftstoff dadurch selbst, um eine Verbrennung in der Brennkammer 10 zu bewirken. Infolge dieser Verbrennung wird der Kolben 4 nach unten gedrückt. Mit der nach oben gerichteten Bewegung des Kolbens 4 von dem unteren Totpunkt öffnet das Auslassventil 9, sodass ein Verbrennungsgas in der Brennkammer 10 durch den Auslassanschluss 8 zu der Auslasspassage 12 abgegeben wird.
  • Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 4, die vorstehend beschrieben ist, wird über eine Verbindungsstange (nicht gezeigt) in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle umgewandelt, so dass eine Ausgabe von der Kraftmaschine 1 erhalten wird.
  • Hier berechnet die ECU 25 eine gegenwärtige Drehzahl der Kraftmaschine 1 und eine erforderte Last auf der Basis von Signalen von dem Drehzahlsensor 27 und dem Lastsensor 28 zu vorbestimmten Zeitintervallen. Die ECU 25, in der im Voraus bspw. ein Steuerkennfeld gespeichert ist, wie es in 2 gezeigt ist, ordnet die berechnete Drehzahl der Kraftmaschine 1 und die berechnete Last dem Steuerkennfeld zu, um zu bestimmen, ob (A): nur internes EGR-Gas zuzuführen ist, (B): internes EGR-Gas zuzuführen ist, während ein Aufladen durchgeführt wird, oder (C): internes EGR-Gas und externes EGR-Gas zuzuführen ist, während ein Aufladen durchgeführt wird. Anstelle des Verwendens des Steuerkennfelds kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 und die Last auf eine Kriteriumsgleichung angewendet werden, die im Voraus gespeichert ist, um zu bestimmen, welcher der vorstehend genannten Betriebe (A), (B) und (C) durchzuführen ist.
  • In dem Fall von (A), d. h. dem Fall, in dem nur internes EGR-Gas während eines Betriebs in einem voreingestellten Niedriglastbereich zugeführt wird, steuert die ECU 25 die Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils 9 (EVC) durch Verwendung des variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus 24 gemäß der erforderten Last, um die Menge von internem EGR-Gas einzustellen. In diesem Fall wird ein Aufladen nicht durchgeführt, so dass der Elektromotor 16 gesteuert wird, um auszubleiben, und das Bypasssteuerventil 20 wird geöffnet, um den Bypasskanal 19 zu öffnen. Als eine Folge geht Frischluft durch den Bypasskanal 19 hindurch, um zu der Brennkammer 10 zugeführt zu werden. Das EGR-Steuerventil 22 wird durch die ECU 25 vollständig geschlossen, so dass externes EGR-Gas nicht durch die EGR-Passage 21 zu der Einlassseite zugeführt wird.
  • Die Abdichtungszeitspanne, in der sowohl das Einlassventil 7 als auch das Auslassventil 9 geschlossen sind, ist vor und nach dem oberen Auslasstotpunkt eingestellt, so dass ein verbranntes Hochtemperaturgas als internes EGR-Gas in der Brennkammer 10 verbleibt. Deshalb wird das Gemisch aus Luft und gasförmigem Kraftstoff, das durch den Einlassanschluss 6 zugeführt wird, durch das interne EGR-Gas erwärmt, wodurch eine Verbesserung einer Zündfähigkeit erreicht wird.
  • Wie in 3a gezeigt ist, wird die Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils 9 (EVC) gesteuert, um mit einem Abfallen einer Last vorauszueilen und andererseits mit einem Anstieg einer Last verzögert zu werden. Die Menge von internem Hochtemperatur-EGR-Gas wird dadurch bei einer niedrigen Last erhöht, so dass eine ausreichende Kompressionsselbstzündungsverbrennung stabil verwirklicht wird, selbst für ein mageres (dünnes) Gemisch aus Luft und gasförmigem Kraftstoff. Als eine Folge kann eine Verbesserung eines Kraftstoffverbrauchs und eine Verringerung der NOx-Abgabemenge erreicht werden. Andererseits nimmt die Menge von internem Hochtemperatur-EGR-Gas mit einem Anstieg einer Last ab, und deshalb kann das Auftreten von Klopfen unterdrückt werden.
  • In dem Fall von (B), d. h. dem Fall, in dem ein Aufladen zusätzlich zu der Zufuhr von internem EGR-Gas während eines Betriebs in einem voreingestellten Mittellastbereich durchgeführt wird, schließt die ECU 25 das Bypasssteuerventil 20, um den Bypasskanal 19 abzusperren, und treibt den Elektromotor 16 an, um zu bewirken, dass die Aufladeeinrichtung 17 ein Aufladen durchführt. In diesem Fall wird externes EGR-Gas nicht zugeführt, und deshalb wird das EGR-Steuerventil 22 gesteuert, um vollständig geschlossen zu sein.
  • Die Menge des Gemischs, die zu der Brennkammer 10 zugeführt wird, wird gemäß der Einleitung von internem EGR-Gas begrenzt. Jedoch erhöht sich die Menge der Luft und des Kraftstoffs, die von dem Einlassanschluss 6 in die Brennkammer 10 zugeführt werden, durch einen Anstieg eines Einlassdrucks, der von einem Aufladen resultiert. Als Folge wird eine Verbesserung einer Zündfähigkeit erreicht.
  • Wie in 4a gezeigt ist, wird die Drehzahl des Elektromotors 16 gesteuert, um mit einer Last erhöht zu werden, um eine Erhöhung eines Aufladedrucks zu bewirken.
  • In dem Fall von (C), d. h. dem Fall des Zuführens eines externen EGR-Gases zusätzlich zu der Zufuhr eines internen EGR-Gases und einem Aufladen während eines Betriebs in einem voreingestellten Hochlastbereich, führt die ECU 25 eine Steuerung durch, um das EGR-Steuerventil 22 zu öffnen. Somit wird externes EGR-Gas, dessen Temperatur relativ niedrig ist, über die EGR-Passage 21 in die Einlassseite eingeleitet, so dass die Zündfähigkeit abgeschwächt wird, die durch die Zufuhr von internem EGR-Gas und das Aufladen zu stark erhöht worden ist. Als eine Folge wird eine abnormale Verbrennung, wie eine Vorzündung, eine unstabile Verbrennung und dgl. vermieden.
  • Wie in 5a gezeigt ist, wird die Menge von externen EGR-Gas gesteuert, um sich gemäß einem Anstieg einer Last zu erhöhen.
  • Ein Betrieb wird bei einer niedrigen Last, einer mittleren Last und einer hohen Last durchgeführt, wie vorstehend beschrieben ist. Die ECU 25 überwacht die Einlasslufttemperatur, die durch den Temperatursensor 26 erfasst wird, und stellt den Betrieb der Kraftmaschine 1 bei einer niedrigen Temperatur, und zwar wenn die Einlasslufttemperatur niedriger als ein vorbestimmter normaler Temperaturbereich ist, bzw. bei einer hohen Temperatur, und zwar wenn die Einlasslufttemperatur höher als der vorbestimmte normale Temperaturbereich ist, wie folgt ein.
  • Zuerst wird, wie in 3b gezeigt ist, bei einer niedrigen Temperatur, und zwar wenn die Einlasslufttemperatur niedriger als der vorbestimmte normale Temperaturbereich ist, der variable Ventilzeitabstimmungsmechanismus 24 derart gesteuert, dass die Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils 9 (EVC) zu einer vorauseilenden Seite eingestellt wird. Somit wird die Menge an internem Hochtemperatur-EGR-Gas erhöht, so dass verhindert wird, dass die Temperatur in der Brennkammer 10 abfällt. Als eine Folge wird eine stabile Selbstzündungsverbrennung realisiert.
  • Jedoch ist im Hinblick auf ein Sicherstellen von einer gewissen Menge an Frischluft bei einer niedrigen Last der Vorauseilbetrag der Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils 9 (EVC) niedriger gemacht als der bei einer mittleren Last, in der ein Aufladen durchgeführt wird, und zwar. Zusätzlich, wenn die Drehzahl der Kraftmaschine in einem voreingestellten Hochdrehzahlbereich bei einer niedrigen Last ist, wird die Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils 9 (EVC) um im Wesentlichen denselben Betrag zur vorauseilenden Seite geändert, wie der bei einer normalen Temperatur, wodurch eine gewisse Menge an Frischluft sicher gestellt wird.
  • In dem Hochlast- und Hochdrehzahlbereich, in dem externes EGR-Gas zusätzlich zu der Zufuhr von internem EGR-Gas und einem Aufladen zugeführt wird, wird im Hinblick auf ein Sicherstellen einer Zündfähigkeit die Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils 9 (EVC) zu der vorauseilenden Seite eingestellt, um die Menge von internem EGR-Gas zu erhöhen. Wenn die Drehzahl der Kraftmaschine in einem voreingestellten Niedrigdrehzahlbereich bei einer hohen Last ist, wird im Hinblick auf ein Sicherstellen eines gewissen Drehmoments der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 22 gesteuert, um die Menge an externem EGR-Gas zu verringern, wie in 5b gezeigt ist.
  • Unter dessen wird bei einer hohen Temperatur, und zwar wenn die Einlasslufttemperatur höher als der vorbestimmte normale Temperaturbereich ist, der variable Ventilzeitabstimmungsmechanismus 24 derart gesteuert, dass die Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils 9 (EVC) zu einer verzögerten Seite eingestellt wird, wie in 3c gezeigt ist. Somit wird die Menge an internem Hochtemperatur-EGR-Gas verringert, sodass das Auftreten einer Vorzündung verhindert wird.
  • Bei einer mittleren Last wird jedoch im Hinblick auf ein Ausgleichen einer Abnahme eines volumetrischen Wirkungsgrads, die von einer hohen Einlasslufttemperatur resultiert, der Verzögerungsbetrag der Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils 9 (EVC) größer gemacht als der bei einer niedrigen Last, wodurch die Menge von internem EGR-Gas verringert wird. Zusätzlich wird bei der mittleren Last und in dem Mitteldrehzahlbereich oder dem Hochdrehzahlbereich, in dem die Drehzahl der Kraftmaschine relativ hoch ist, die Drehzahl des Elektromotors 16 erhöht, um einen Anstieg eines Aufladedrucks zu bewirken, wie in 4b gezeigt ist. Somit wird die Zündfähigkeit als eine Folge einer Erhöhung einer Dichte sicher gestellt und eine Verbrennung wird weich gemacht, um eine Erzeugung von Verbrennungslärm als eine Folge einer Erhöhung einer Wärmekapazität zu beschränken, die durch eine Erhöhung der Luftmenge verursacht wird.
  • Bei einer hohen Last wird eine Steuerung in im Wesentlichen derselben Weise wie bei einer mittleren Last derart durchgeführt, dass der Verzögerungsbetrag der Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils 9 (EVC) erhöht wird und dass der Aufladedruck in dem Mitteldrehzahlbereich und dem Hochdrehzahlbereich erhöht wird. In dem Hochdrehzahlbereich, der von einem starken Verbrennungslärm begleitet wird, wird jedoch im Hinblick auf ein Sicherstellen einer Zündfähigkeit und eines gleichzeitigen Weichmachens einer Verbrennung der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 22 gesteuert, um die Menge an externem EGR-Gas zu erhöhen, wie in 5c gezeigt ist. D. h. während eines Betriebs in dem Hochdrehzahl-/Hochlastbereich werden der Elektromotor 16 für die Aufladeeinrichtung 17 und das EGR-Steuerventil 22 derart gesteuert, dass der Aufladedruck ansteigt und sich die Menge an externem EGR-Gas erhöht, wenn die Einlasslufttemperatur ansteigt, die durch den Temperatursensor 26 erfasst wird.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Aufladeeinrichtung in Verbindung mit einer internen EGR verwendet, um zu ermöglichen, dass ein Betriebsbereich vergrößert wird, der die Verwendung einer internen EGR ermöglicht, und zwar ein Betriebsbereich, in dem die Leistung einer Steuerung durch eine interne EGR möglich ist, während eine Kraftstoffzuführmenge entsprechend einer Last sicher gestellt wird. Mit Hilfe einer externen EGR zum Weichermachen einer Verbrennung kann die Erzeugung eines Verbrennungslärms in dem Hochdrehzahl-/Hochlastbereich unterdrückt werden. Insbesondere für Änderungen der Einlasslufttemperatur in dem Hochdrehzahl-/Hochlastbereich werden die vorstehend genannten Einrichtungen miteinander kombiniert, um es zu ermöglichen, dass eine Zündfähigkeit sicher gestellt wird und gleichzeitig eine Verbrennung weicher gemacht wird, d. h. die Erzeugung von Verbrennungslärm zu unterdrücken, während eine geeignete Zündzeitabstimmung aufrecht erhalten wird.
  • Somit ist es auch von dem Mitteldrehzahl-/Mittellastbereich zu dem Hochdrehzahl-/Hochlastbereich möglich, eine stabile Vormisch-Kompressionsselbstzündungsverbrennung oder deren Steuerung gemäß der Einlasslufttemperatur durchzuführen. Als eine Folge kann der Betriebsbereich vergrößert werden, der eine Vormischkompressionsselbstzündungsverbrennung gestattet.
  • Die vorstehende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in einem Bereich innerhalb des Kerns der vorliegenden Erfindung modifiziert werden. Obwohl bspw. Stadtgas als Kraftstoff in der vorstehenden Ausführungsform verwendet wird, kann ein anderer gasförmiger Kraftstoff, wie LPG oder CNG verwendet werden. Alternativ kann ein flüssiger Kraftstoff, wie Leichtöl oder Benzin verwendet werden. Eine Kraftstoffeinspritzdüse oder dgl. und auch der Venturiabschnitt können, wie es erfordert ist, als eine Einrichtung zum Zuführen des gasförmigen Kraftstoffs in die Einlasspassage gewählt werden. Die Aufladeeinrichtung der Bauart mit variablem Aufladedruck ist nicht auf die Aufladeeinrichtung begrenzt, die entwickelt ist, um durch den Elektromotor angetrieben zu werden. Bspw. kann ein sog. Turbo einer variablen Flügelbauart verwendet werden, der die Strömung von kollidierendem Abgas steuert, um die Steuerung einer Drehzahl durchzuführen.
  • Zusammenfassung
  • Bei einer hohen Temperatur, und zwar wenn die Temperatur einer Einlassluft höher als ein vorbestimmter normaler Temperaturbereich ist, steuert eine ECU (25) einen variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus (24) derart, dass die Zeitabstimmung zum Schließen eines Auslassventils (9) zu einer verzögerten Seite eingestellt wird, wodurch die Menge eines internen EGR-Gases mit hoher Temperatur verringert wird, um das Auftreten einer Vorzündung zu vermeiden. Bei einer mittleren Last und einer hohen Last macht die ECU (25) den Verzögerungsbetrag der Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils (9) größer als bei einer niedrigen Last, wodurch die Menge des internen EGR-Gases verringert wird. Bei einer mittleren Last und in einem Mitteldrehzahlbereich oder einem Hochdrehzahlbereich wird die Drehzahl eines Elektromotors (16) erhöht, um einen Aufladedruck zu erhöhen, der durch eine Aufladeeinrichtung (17) ausgeübt wird. Bei einer hohen Last und in dem Hochdrehzahlbereich werden der Elektromotor (16) für die Aufladeeinrichtung (17) und ein EGR-Steuerventil (22) derart gesteuert, dass der Aufladedruck ansteigt und sich die Menge eines externen EGR-Gases erhöht, wenn die durch einen Temperatursensor (26) erfasste Einlasslufttemperatur ansteigt.
  • 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 2002-129991 A [0003]

Claims (7)

  1. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormisch-Kompressionsselbstzündungsbauart zum Komprimieren eines Gemisches aus einem Kraftstoff und einem Sauerstoff enthaltenden Gas in einer Brennkammer, um dessen Verbrennung durch eine Selbstzündung zu bewirken, wobei das Steuergerät eine Abdichtungszeitspanne, während der sowohl ein Einlassventil als auch ein Auslassventil geschlossen sind, um einen oberen Auslasstotpunkt herum einstellt, um zu bewirken, dass verbranntes Gas als ein internes EGR-Gas in der Brennkammer verbleibt, wobei das Steuergerät Folgendes aufweist: einen Temperatursensor zum Erfassen einer Einlasslufttemperatur; einen Drehzahlsensor zum Erfassen der Drehzahl der Brennkraftmaschine; einen Lastsensor zum Erfassen eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine, um den erfassten Betriebszustand als ein Lastsignal auszugeben; eine Aufladeeinrichtung einer Bauart mit variablem Aufladedruck, die in einer Einlasspassage angeordnet ist; einen externen EGR-Mechanismus zum Rezirkulieren eines Teils eines Abgases in einer Abgaspassage als ein externes EGR-Gas zu der Einlasspassage an einer Position stromaufwärtig von der Aufladeeinrichtung; und eine Steuereinheit zum Erfassen einer gegenwärtigen Drehzahl und einer gegenwärtigen Größe einer Last auf der Basis eines Signals von dem Drehzahlsensor bzw. eines Signals von dem Lastsensor und zum Steuern der Aufladeeinrichtung und des externen EGR-Mechanismus derart, dass der Aufladedruck ansteigt und sich eine Menge des externen EGR-Gases erhöht, wenn eine durch den Temperatursensor erfasste Einlasslufttemperatur ansteigt, wenn bestimmt ist, dass die Brennkraftmaschine in einem voreingestellten Hochdrehzahl-/Hochlastbereich betrieben wird.
  2. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormisch-Kompressionsselbstzündungsbauart gemäß Anspruch 1, das des Weiteren einen variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus zum Einstellen von Zeitabstimmungen zum Öffnen/Schließen des Auslassventils aufweist, wobei die Steuereinheit den variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus derart steuert, dass eine Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils zu einer vorauseilenden Seite eingestellt wird, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Einlasslufttemperatur niedriger als eine normale Temperatur ist, und dass die Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils zu einer verzögerten Seite eingestellt wird, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Einlasslufttemperatur höher als die normale Temperatur ist.
  3. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormisch-Kompressionsselbstzündungsbauart gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit den variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus derart steuert, dass ein Vorauseilbetrag der Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils während eines Betriebs in einem voreingestellten Niedriglastbereich niedriger als während eines Betriebs in einem voreingestellten Mittellastbereich ist, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Einlasslufttemperatur niedriger als die normale Temperatur ist.
  4. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormisch-Kompressionsselbstzündungsbauart gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit den externen EGR-Mechanismus derart steuert, dass die Menge des externen EGR-Gases abnimmt, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Einlasslufttemperatur niedriger als eine normale Temperatur ist und die Brennkraftmaschine in dem Hochlastbereich betrieben wird.
  5. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormisch-Kompressionsselbstzündungsbauart gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit den variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus derart steuert, dass ein Verzögerungsbetrag der Zeitabstimmung zum Schließen des Auslassventils während eines Betriebs in einem voreingestellten Mittellastbereich größer als während eines Betriebs in einem voreingestellten Niedriglastbereich ist, wenn die durch den Temperatursensor erfasste Einlasslufttemperatur höher als die normale Temperatur ist.
  6. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormisch-Kompressionsselbstzündungsbauart gemäß Anspruch 1, wobei der externe EGR-Mechanismus eine EGR-Passage, durch die die Abgaspassage mit der Einlasspassage an einer Position stromaufwärtig von der Aufladeeinrichtung in Verbindung ist, und ein EGR-Steuerventil hat, das in der EGR-Passage angeordnet ist, um die EGR-Passage zu öffnen/zu schließen, wobei die Steuereinheit das EGR-Steuerventil öffnet/schließt, um die Menge des externen EGR-Gases einzustellen.
  7. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine einer Vormisch-Kompressionsselbstzündungsbauart gemäß Anspruch 1, das des Weiteren Folgendes aufweist: einen Bypasskanal, durch den eine stromaufwärtige Seite und eine stromabwärtige Seite der Aufladeeinrichtung miteinander in Verbindung sind; und ein Bypasssteuerventil, das in dem Bypasskanal angeordnet ist, um den Bypasskanal zu öffnen/zu schließen, wobei die Steuereinheit das Bypasssteuerventil öffnet, um den Bypasskanal zu öffnen, wenn ein Aufladen nicht durchgeführt wird.
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