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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Vormisch-Kompressionsselbstzündungsmotor und ein Verfahren zum Steuern seiner Einlassluft.
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Stand der Technik
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In den letzten Jahren haben Vormisch-Kompressionsselbstzündungsmotoren (Motoren mit homogener Kompressionszündung (HCCI)), die mit hohem Wirkungsgrad arbeiten und geringe Mengen an NOx abgegeben, Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Da eine Vormisch-Kompressionsselbstzündungs-(HCCI-)Verbrennung einen Betrieb mit einem magereren Gemisch als eine Funkenzündungs-(SI-)Verbrennung ermöglicht, hat sie die Vorteile eines höheren thermischen Wirkungsgrads und einer geringeren maximalen Verbrennungstemperatur.
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Allerdings ist die Steuerung der Zündeinstellung schwierig, und trotz einer Zündeinstellungssteuerung, die eine innere AGR (Abgasrückführung) usw. nutzt, ist der Betriebsbereich, der eine stabile Verbrennung gewährleistet, immer noch begrenzt. Daher ist in Übereinstimmung mit seinem Betriebsbereich eine Motorumschaltung zwischen HCCI-Verbrennung und SI-Verbrennung vorgeschlagen worden. Ein Beispiel eines solchen Motors ist in der Patentdruckschrift 1 offenbart. Verschiedene Bedingungen der HCCI-Verbrennung und SI-Verbrennung unterscheiden sich, etwa die Menge des AGR-Gases und die des in der Brennkammer benötigten Gemisches. Wenn zum Beispiel von der SI-Verbrennung zur HCCI-Verbrennung umgeschaltet wird, muss die Gasmenge in der Brennkammer, die sich aus dem Gemisch und dem AGR-Gas (nachstehend als zylinderinternes Gas bezeichnet) zusammensetzt, erhöht werden. Andererseits reicht der Betriebsbereich, der es erlaubt, die HCCI-Verbrennung durchzuführen, stabil von einer Seite mit mittlerer Umdrehung und mittlerer Last zu einer Seite mit geringer Umdrehung und geringer Last. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Verbrennung umgeschaltet wird, tendiert das Drosselventil im Einlassdurchlass demnach dazu, sich zu schließen, und ist der Druck in einem Raum von einem Bereich stromabwärts vom Drosselventil bis zu einem Einlasskanal kurz vor jeder Brennkammer negativ. Wenn das Drosselventil daher beim Umschalten der Verbrennungsarten so gesteuert wird, dass es vollständig offen ist, ist die Menge des der Brennkammer zugeführten Gemisches unzureichend, was zu einem Drehmomentsprung in Form eines Absinkens des Drehmoments führt.
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Um dieses Problem zu lösen, schlägt die
JP 2004-176688 A vor, dass beim Umschalten von der SI-Verbrennung zur HCCI-Verbrennung in einem Vormisch-Kompressionsselbstzündungsmotor mit einem Verdichter das Umschalten zur HCCI-Verbrennung nur dann erfolgt, nachdem die Bedingungen zum Durchführen der HCCI-Verbrennung mittels des Verdichters durch Erhöhen des Drucks und der Temperatur in der Brennkammer erfüllt wurden.
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Da ein Verdichter ein unverzichtbares Bauteil des in der
JP 2004-176688 A offenbarten Vormisch-Kompressionsselbstzündungsmotors ist, trifft dieser Vorschlag jedoch nicht auf einen Vormisch-Kompressionsselbstzündungsmotor ohne Verdichter zu. Die Technik der
JP 2004-176688 A kann daher keine Lösung für einen Überschuss oder Mangel bei der Menge des Einlassgemisches bieten, zu dem es beim Umschalten zwischen SI-Verbrennung und HCCI-Verbrennung kommt.
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Darüber hinaus schlägt die
DE 10 2004 041 186 A1 vor, den Überschuss oder Mangel an Gemisch dadurch zu beheben, dass beim Umschalten zwischen SI-Verbrennung und HCCI-Verbrennung durch eine Auslassdrossel die zurückgehaltene Abgasmenge im Brennraum eingestellt wird.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Von der Erfindung zu lösendes Problem
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vormisch-Kompressionszündungsmotor und ein Verfahren zum Steuern seiner Einlassluft zur Verfügung zu stellen, durch die es ohne Rücksicht auf das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Verdichters oder einer Auslassdrossel möglich ist, den Überschuss oder Mangel bei der Menge des Einlassgemisches zu überwinden, zu dem es beim Umschalten zwischen Funkenzündungsverbrennung und Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung kommt.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Die Aufgabe wird durch einen Vormisch-Kompressionszündungsmotor gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 4 gelöst.
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Die Unteransprüche geben Weiterbildungen der Erfindung an.
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Wirkung der Erfindung
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Dadurch, dass die Erfindung Folgendes aufweist: einen ersten Zweigeinlassdurchlass und einen zweiten Zweigeinlassdurchlass, bei denen ein Durchlassende mit einer Brennkammer in Verbindung steht; einen gemeinsamen Einlassdurchlass, der mit den anderen Enden des ersten Zweigeinlassdurchlasses und des zweiten Zweigeinlassdurchlasses in Verbindung steht; eine im gemeinsamen Einlassdurchlass vorgesehene Kraftstoffversorgungsvorrichtung zum Mischen von Luft mit Kraftstoff, um ein Gemisch zu erzeugen; eine Umschalteinrichtung zum Verbinden des gemeinsamen Einlassdurchlasses mit dem ersten Zweigeinlassdurchlass und/oder dem zweiten Zweigeinlassdurchlass; eine im ersten Zweigeinlassdurchlass vorgesehene Durchsatz-Einstelleinrichtung zum Steuern eines Durchsatzes des durch den ersten Zweigeinlassdurchlass strömenden Gemisches; und eine Steuerungsvorrichtung zum Betätigen der Umschalteinrichtung beim Umschalten von der Funkenzündungsverbrennung zur Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung, kann verhindert werden, dass die Menge des in die Brennkammer gesaugten Gemisches unzureichend wird, da das Gemisch beim Umschalten von der Funkenzündungsverbrennung zur Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung nur durch den zweiten Zweigeinlassdurchlass strömt und der Brennkammer zugeführt wird, ohne dass sein Durchsatz eingestellt wird. Darüber hinaus kann dadurch, dass das Gemisch beim Umschalten von der Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung zur Funkenzündungsverbrennung nur durch den ersten Zweigeinlassdurchlass strömen gelassen wird, in dem die Menge des Gemisches durch die Durchsatz-Einstelleinrichtung im Voraus auf eine geeignete Menge eingestellt werden kann, verhindert werden, dass die Menge des in die Brennkammer gesaugten Gemisches überschüssig wird, da der Brennkammer das Gemisch zugeführt wird, dessen Durchsatz eingestellt ist. Demnach kann ein Überschuss oder ein Mangel bei der Menge des Einlassgemisches, zu dem es beim Umschalten zwischen Funkenzündungsverbrennung und Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung kommt, ohne Rücksicht auf das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Verdichters überwunden werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Darstellung, die den Aufbau eines Vormisch-Kompressionszündungsmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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2 ist ein Kennfeld, das den Zusammenhang zwischen einem Vormisch-Kompressionszündungsverbrennungsbereich und einem Funkenzündungsverbrennungsbereich zeigt;
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3 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern der Umschaltprozedur von einer Funkenzündungsverbrennung zu einer Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung in dem Vormisch-Kompressionszündungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel;
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4 ist eine Darstellung, die beim Umschalten von einer Funkenzündungsverbrennung zu einer Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung in dem Vormisch-Kompressionszündungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem Vergehen der Zeit den Umschaltvorgang eines Umschaltventils, den Öffnungs-/Schließvorgang eines Drosselventils und den Zustand zeigt, in dem eine innere AGR durchgeführt oder gestoppt wird;
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5 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern der Umschaltprozedur von einer Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung zu einer Funkenzündungsverbrennung in dem Vormisch-Kompressionszündungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel; und
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6 ist eine Darstellung, die beim Umschalten von einer Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung zu einer Funkenzündungsverbrennung in dem Vormisch-Kompressionszündungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dem Vergehen der Zeit den Umschaltvorgang eines Umschaltventils, den Öffnungs-/Schließvorgang eines Drosselventils und den Zustand zeigt, in dem eine innere AGR durchgeführt oder gestoppt wird.
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Beste Ausführungsart für die Erfindung
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen das Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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Als Beispiel für den Vormisch-Kompressionszündungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Gasmotor für eine Gaswärmepumpe (nachstehend als GWP bezeichnet) beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, weist der Gasmotor für die GWP gemäß diesem Ausführungsbeispiel Folgendes auf: einen Zylinder 1; einen Kolben 2, der sich vertikal innerhalb des Zylinders 1 bewegen kann; eine Brennkammer 3, die oberhalb des Kolbens 2 innerhalb des durch den Zylinder 1, den Kolben 2 und einen Zylinderkopf 1a definierten Zylinders 1 ausgebildet ist; zwei Einlasskanäle 4 und 14 und einen Auslasskanal 5, die innerhalb des Zylinderkopfs 1a ausgebildet und mit der Brennkammer 3 verbunden sind; Einlassventile 6 und 25 und ein Auslassventil 7, die jeweils die Einlasskanäle 4 und 14 und den Auslasskanal 5 mit der Brennkammer 3 in oder aus der Verbindung bringen; und eine Zündkerze 21, die so angeordnet ist, dass sie von einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfs 1a in die Brennkammer 3 eindringt. Zum Antreiben der Einlassventile 6 und 25 und des Auslassventils 7 sind jeweils (nicht gezeigte) Nockenwellen mit bekannten variablen Ventilsteuerungsmechanismen 8 und 9 vorgesehen. Jeder der variablen Ventilsteuerungsmechanismen 8 und 9 kann sowohl die Betätigungsdauer als auch den Hubbetrag des Einlassventils 25 und des Auslassventils 7 steuern, die durch Nocken betätigt werden. Ein Einlassdurchlass 10 ist so vorgesehen, dass er mit der Brennkammer in Verbindung steht, wobei er einen ersten Zweigeinlassdurchlass 16 mit dem Einlasskanal 4 an einem Ende von ihm, einen zweiten Zweigeinlassdurchlass 17 mit dem Einlasskanal 14 an einem Ende von ihm und einen gemeinsamen Einlassdurchlass 19 aufweist, der mit den anderen Enden des ersten Zweigeinlassdurchlasses 16 und des zweiten Zweigeinlassdurchlasses 17 in Verbindung steht. Der gemeinsame Einlassdurchlass 19 ist mit einem Mischer 11 versehen, der eine Kraftstoffversorgungsvorrichtung zum Erzeugen eines Gemisches durch Mischen von durch den gemeinsamen Einlassdurchlass 19 strömender Luft und durch einen Kraftstoffdurchlass 15 strömendem Erdgas, das ein Kraftstoff ist, ist. Der Kraftstoffdurchlass 15, der mit dem Mischer 11 in Verbindung steht, ist mit einem Kraftstoffdurchsatz-Steuerungsventil 22 versehen. Das Kraftstoffdurchsatz-Steuerungsventil 22 steuert den Durchsatz von Stadt- oder Kommunalgas, das ein gasförmiger Kraftstoff ist, und arbeitet mit einem Drosselventil 12 zusammen, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches zu steuern. Der Einlassdurchlass 10 ist mit einem Umschaltventil 18 versehen, das eine Umschalteinrichtung zum Verbinden des gemeinsamen Einlassdurchlasses 19 mit dem ersten Zweigeinlassdurchlass 16 und/oder dem zweiten Zweigeinlassdurchlass 17 ist. Der erste Zweigeinlassdurchlass 16 ist mit dem Drosselventil 12 versehen, das eine Durchsatz-Einstelleinrichtung zum Einstellen des Durchsatzes des durch den ersten Zweigeinlassdurchlass 16 strömenden Gemisches ist, wobei stromabwärts von dem Drosselventil 12 ein Einlasskrümmer vorgesehen ist, der einen Ausgleichsbehälter 23 enthält. Daneben ist der Gasmotor für die GWP gemäß diesem Ausführungsbeispiel auch mit einer ECU 20 versehen, die eine Steuerungsvorrichtung ist. Die variablen Ventilsteuerungsmechanismen 8 und 9, das Drosselventil 12, das Umschaltventil 18 und die Zündkerze 21 sind mit der ECU 20 elektrisch verbunden.
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Als nächstes wird der Betrieb des Vormisch-Kompressionszündungsmotors gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Wenn der Gasmotor für die GWP gemäß diesem Ausführungsbeispiel gestartet wird, mischen sich, wie in 1 gezeigt ist, die durch den gemeinsamen Einlassdurchlass 19 strömende Luft und das durch den Kraftstoffdurchlass 15 strömende Erdgas miteinander in dem Mischer 11, sodass sie zu dem Gemisch werden. Wenn der Gasmotor für die GWP gestartet wird, bringt das Umschaltventil 18 den gemeinsamen Einlassdurchlass 19 mit dem ersten Zweigeinlassdurchlass 16 in Verbindung. Nachdem der Durchsatz des Gemisches durch das Drosselventil 12 eingestellt wurde, strömt das Gemisch durch den ersten Zweigeinlassdurchlass 16 und in den Einlasskrümmer, der den Ausgleichsbehälter 13 enthält. Wenn das Einlassventil 6 geöffnet wird, wird das Gemisch über den Einlasskanal 4 in die Brennkammer 3 gesaugt. Das heißt, dass das Gemisch nur durch den ersten Zweigeinlassdurchlass 16 strömt, um in die Brennkammer 3 gesaugt zu werden. Das in die Brennkammer 3 gesaugte Gemisch wird durch den Kolben 2 verdichtet und zu einem geeigneten Zeitpunkt durch die Zündkerze 21 gezündet, um zu verbrennen. Nach der Verbrennung erzeugtes Abgas wird durch den Auslasskanal 5 abgegeben, wenn das Auslassventil 7 geöffnet wird.
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Wenn der Gasmotor für die GWP gestartet wird, wird im Allgemeinen eine wie oben beschriebene Funkenzündungs-(SI-)Verbrennung durchgeführt. Bei der Vormisch-Kompressionszündungs-(HCCI-)Verbrennung gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Zündeinstellungssteuerung durch Steuern der Temperatur des Gases in der Brennkammer 3, während außerdem von einer später beschriebenen inneren AGR Verwendung gemacht wird. Da die Temperatur des Motors die Zündungssteuerung stark beeinflusst, befindet sich der Motor somit, bis der Aufwärmvorgang abgeschlossen ist und sich die Temperatur des Motors stabilisiert hat, in einem Betriebszustand, der es im Wesentlichen schwierig macht, eine HCCI-Verbrennung durchzuführen. In der ECU 20 ist ein wie in 2 gezeigtes Kennfeld enthalten, das den Zusammenhang zwischen dem SI-Verbrennungsbereich und einem Vormisch-Kompressionszündungs-(HCCI-)Verbrennungsbereich darstellt. Wenn der Gasmotor für die GWP gestartet wird, befindet sich der Motor üblicherweise nicht unter der Bedingung für den HCCI-Verbrennungsbereich. Mit anderen Worten bestimmt die ECU 20, weil der Betriebszustand, der durch Motordrehzahl und Motordrehmoment ausgedrückt wird, nicht für die HCCI-Verbrennung geeignet ist, dass sich der Motor unter den Bedingungen für die SI-Verbrennung befindet, sie bringt das Gemisch durch Betätigung des Umschaltventils 18 dazu, nur durch den ersten Zweigeinlassdurchlass 16 zu strömen, und sie betätigt unter einer geeigneten Zeiteinstellung die Zündkerze 21. Danach empfängt die ECU 20 Signale, die die Drehzahl des Gasmotors, das Soll-Drehmoment usw. angeben. Wenn die ECU 20 feststellt, dass sich der Motor unter den Bedingungen für die HCCI-Verbrennung befindet, schaltet es den Betrieb zur HCCI-Verbrennung um. In dem in 2 gezeigten Kennfeld dieses Ausführungsbeispiels ist zur Erleichterung der Steuerung zwischen dem HCCI-Verbrennungsbereich und dem SI-Verbrennungsbereich ein Übergangsbereich vorgesehen. Der Übergangsbereich ist so vorgesehen, dass er die Außengrenze des HCCI-Verbrennungsbereichs innerhalb eines Bereichs umgibt, in dem die HCCI-Verbrennung durchgefuhrt werden kann (für HCCI-Verbrennung möglicher Bereich). Der Grund, warum der Übergangsbereich vorgesehen ist, wird später beschrieben. Der für die HCCI-Verbrennung mogliche Bereich, in dem auch dann, wenn eine HCCI-Verbrennung durchgeführt wird, eine stabile Verbrennung und eine geeignete Steuerung durchgeführt werden können, ohne irgendwelche Unannehmlichkeiten wie eine verfruhte Zündung oder ein Klopfen zu verursachen, ist in dem Bereich vorgesehen, in dem eine HCCI-Verbrennung durchgeführt werden kann. Aus diesem Grund ist der Bereich, in dem die HCCI-Verbrennung durchgeführt werden kann, abhängig vom jeweiligen Satz an Bedingungen, die bei dem Gasmotor für die GWP vorausgesetzt werden, etwa der Kraftstoffart und den Charakteristika der variablen Ventilsteuerungsmechanismen, verschieden. Das in 2 gezeigte Kennfeld ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht mehr als ein Beispiel.
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Als nächstes wird auf Grundlage des Ablaufdiagramms in 3 die Umschaltprozedur von der SI-Verbrennung zur HCCI-Verbrennung in dem Vormisch-Kompressionszündungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
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In dem Fall, dass in dem Gasmotor für die GWP die SI-Verbrennung durchgeführt wird, wird periodisch beruhend auf dem Betriebsbereich des Gasmotors fur die GWP und seiner Betriebsbedingung festgestellt, ob eine HCCI-Verbrennung durchgeführt werden kann oder nicht. Wenn die HCCI-Verbrennung durchgeführt werden kann, schaltet der Betrieb zur HCCI-Verbrennung um. Wenn dieser Vorgang gestartet wird, wird zunächst festgestellt, ob der Gasmotor für die GWP aufgewärmt ist, was die HCCI-Verbrennung ermöglicht, oder nicht (Schritt S1). Genauer gesagt wird eine (nicht gezeigte) Erfassungseinrichtung verwendet, um die Kühlmitteltemperatur und Oltemperatur des Gasmotors für die GWP zu erfassen. Wenn die Kühlmittel- oder Öltemperatur niedriger als ein voreingestellter Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass der derzeitige Zustand des Motors nicht für die HCCI-Verbrennung geeignet ist, und der oben genannte Vorgang wird beendet. Wenn andererseits sowohl die Kühlmitteltemperatur als auch die Oltemperatur des Gasmotors für die GWP höher als der Schwellenwert sind, wird eine Feststellung über den Betriebsbereich durchgeführt, um festzustellen, ob die HCCI-Verbrennung durchgeführt werden kann oder nicht. Genauer gesagt stellt die ECU 20 beruhend auf dem in 2 gezeigten Kennfeld fest, ob sich der Betriebszustand innerhalb des HCCI-Verbrennungsbereichs befindet oder nicht (Schritt S2). Wenn festgestellt wird, dass sich der Betriebszustand nicht innerhalb des HCCI-Verbrennungsbereichs befindet, endet der oben genannte Vorgang. Wenn andererseits festgestellt wird, dass sich der Betriebszustand innerhalb des HCCI-Verbrennungsbereichs befindet, betätigt die ECU 20 das Umschaltventil 18, um das Gemisch nur durch den zweiten Zweigeinlassdurchlass 17 strömen zu lassen, indem der gemeinsame Einlassdurchlass 19 mit dem zweiten Zweigeinlassdurchlass 17 in Verbindung gebracht wird (Schritt S3). Gleichzeitig steuert die ECU 20 die Ventilsteuerungsmechanismen 8 und 9 so, dass sie das Öffnen/Schließen des Einlassventils 6 beenden, und schaltet zur Steuerung zum Öffnen/Schließen des Einlassventils 25 um, um die Zeiteinstellung zum Schließen des Auslassventils 7 bezogen auf den oberen Totpunkt vorzuverlegen und die Zeiteinstellung zum Öffnen des Einlassventils 25 bezogen auf den oberen Totpunkt zu verzögern, wodurch eine Steuerung zur sogenannten negativen Überlappung durchgeführt wird (Schritt S4). Das heißt, dass ein Anteil des Abgases in der Brennkammer 3 zurückgehalten wird (innere AGR), indem das Auslassventil 7 im Verlauf des Auslasshubs geschlossen wird. Die ECU 20 ändert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches zur mageren Seite, indem sie den Öffnungsgrad des Kraftstoffdurchsatz-Steuerungsventils 22 verringert (Schritt S5). Diese Steuerung erfolgt, um nach Berücksichtigung der Tatsache, dass die HCCI-Verbrennung einen höheren thermischen Wirkungsgrad als die SI-Verbrennung hat, zu verhindern, dass ein Drehmomentsprung erzeugt wird. Die Umschaltprozedur wird wie oben beschrieben beendet. Dabei ist zu beachten, dass deswegen, weil das Gemisch beim Umschalten bei der SI-Verbrennung zur HCCI-Verbrennung nicht durch den ersten Zweigeinlassdurchlass 16 strömt, der Öffnungsgrad des Drosselventils 12 nicht eingestellt werden muss. 4 zeigt mit dem Vergehen der Zeit den Umschaltvorgang des Umschaltventils, den Offnungs-/Schließvorgang des Drosselventils 12 und den Zustand, in dem die innere AGR durchgeführt oder gestoppt wird.
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Da sich das in die Brennkammer 3 gesaugte Gemisch mit dem verbrannten Hochtemperaturgas mischt, das durch die innere AGR in der Brennkammer 3 zurückbleibt, steigt die Temperatur des Gases in der Brennkammer 3. Da die Temperatur in der Brennkammer 3 in der Nähe des oberen Kompressionstotpunkts ebenfalls zunimmt, findet stabil eine Kompressionsselbstzündung statt.
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Herkömmlicherweise kann das in die Brennkammer 3 gesaugte Gemisch unmittelbar nach dem Umschalten zur HCCI-Verbrennung unzureichend werden. Indem die negative Überlappung für die innere AGR realisiert wird, ändert sich die Zeitdauer, in der das Gemisch in einem Einlasshub in die Brennkammer gesaugt werden kann, wobei der variable Ventilsteuerungsmechanismus außerdem im Wesentlichen dazu dient, die Menge des in die Brennkammer eindringenden Gemisches zu steuern. Da die Menge des zylinderinternen Gases während der HCCI-Verbrennung größer als während der SI-Verbrennung sein muss, wird das Drosselventil 12 vollständig geöffnet, um den übermäßigen Mangel in dem Gemisch zu kompensieren. Da der HCCI-Verbrennungsbereich jedoch zwischen einem Bereich mit geringer Umdrehung und geringer Last und einem Bereich mit mittlerer Umdrehung und mittlerer Last liegt und der Öffnungsgrad des Drosselventils 12 vor dem Umschalten der Verbrennung gering ist, ist der Druck stromabwärts vom Drosselventil 12 gleich hoch wie oder kleiner als der Atmosphärendruck (ein Unterdruck). Wenn das Gemisch beim Umschalten von der SI-Verbrennung zur HCCI-Verbrennung durch den ersten Zweigeinlassdurchlass 16 strömen gelassen wird, wird zudem die Bedingung, unter der der Druck in dem Einlasskanal 4 vorübergehend gleich hoch wie oder kleiner als der Atmospharendruck (ein Unterdruck) ist, nicht uberwunden und kann die Menge des in die Brennkammer 3 gesaugten Gemisches unzureichend werden, da der Vorgang des Offnens/Schließens des Drosselventils 12 aufgrund der Charakteristika eines Stellglieds langsam ist. Da jedoch das Umschaltventil 18 gewährleistet, dass das Gemisch nur durch den zweiten Zweigeinlassdurchlass 17 strömt, strömt durch den Einlasskanal 14 das Gemisch, dessen Durchsatz durch das Drosselventil 12 nicht eingestellt wird. Daher wird der Zustand des Unterdrucks in dem Einlasskanal 14 rasch überwunden und wird verhindert, dass die Menge des in die Brennkammer 3 gesaugten Gemisches unzureichend wird. Somit wird eine Verringerung des Drehmoments verhindert.
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Nach dem Umschalten von der SI-Verbrennung zur HCCI-Verbrennung gemäß der oben genannten Prozedur wird die HCCI-Verbrennung fortgesetzt, wenn sich die Betriebsbedingung innerhalb des HCCI-Verbrennungsbereichs befindet. Wenn der Betriebszustand innerhalb des HCCI-Verbrennungsbereichs schwankt, kann die HCCI-Verbrennung stabil fortgesetzt werden, indem die variablen Ventilsteuerungsmechanismen 8 und 9 so gesteuert werden, dass sich die Menge an innerer AGR ändert, oder der Öffnungsgrad des Kraftstoffdurchsatz-Steuerungsventils eingestellt wird. Wenn sich die Betriebsbedingung aus dem HCCI-Verbrennungsbereich bewegt, schaltet die ECU 20 zur SI-Verbrennung um, um die Zündkerze 21 am oberen Kompressionstotpunkt oder unter einer geeigneten Zeiteinstellung vor oder nach dem oberen Kompressionstotpunkt zu betätigen. Genauer gesagt wird das Umschalten zur SI-Verbrennung durchgeführt, wenn sich der Betriebszustand vom Inneren des Übergangsbereichs zum Ubergangsbereich innerhalb des für die HCCI-Verbrennung möglichen Bereichs verschiebt. Wenn das Umschalten erfolgt, nachdem sich der Betriebszustand aus dem für die HCCI-Verbrennung möglichen Bereich bewegt hat, kann das Steuerungsverhalten zu spät sein, um Unannehmlichkeiten wie ein Motorabwürgen usw. zu verhindern. Um solche Unannehmlichkeiten zu vermeiden, ist außerhalb des HCCI-Verbrennungsbereichs innerhalb des für die HCCI-Verbrennung möglichen Bereichs der Ubergangsbereich vorgesehen. Die Breite des Ubergangsbereichs ist demnach so festgelegt, dass sich der Betriebszustand des Gasmotors für die GWP vom HCCI-Verbrennungsbereich zum SI-Verbrennungsbereich verschiebt, ohne dass erfasst wird, dass er sich im Übergangsbereich befindet.
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Als nachstes wird auf der Grundlage des Ablaufdiagramms in 5 die Prozedur zum Umschalten von der HCCI-Verbrennung zur SI-Verbrennung in dem Vormisch-Kompressionszündungsmotor gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
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In dem Fall, dass in dem Gasmotor für die GWP die HCCI-Verbrennung durchgeführt wird, stellt die ECU 20 beruhend auf dem Betriebsbereich und der Betriebsbedingung periodisch fest, ob eine Verschiebung zur SI-Verbrennung durchgefuhrt werden soll oder nicht. Wenn es beruhend auf der Verschiebung des Betriebszustands zum Übergangsbereich wahrscheinlich ist, dass es zu einer Verschiebung zur SI-Verbrennung kommt, erfolgt das Umschalten zur SI-Verbrennung. Wenn dieser Vorgang gestartet wird, wird beruhend auf dem in 2 gezeigten Kennfeld festgestellt, ob sich die Betriebsbedingung innerhalb des Übergangsbereichs befindet oder nicht (Schritt S11). Wenn festgestellt wird, dass sich die Betriebsbedingung nicht innerhalb des Übergangsbereichs befindet, wird die HCCI-Verbrennung fortgesetzt und der oben genannte Vorgang beendet. Wenn andererseits festgestellt wird, dass sich die Betriebsbedingung innerhalb des Übergangsbereichs befindet, stellt die ECU 20 den Öffnungsgrad des Drosselventils 12 auf einen Öffnungsgrad ein, der zu der Menge des Gemisches zum Zeitpunkt der SI-Verbrennung passt. Das heißt, dass die ECU 20 im Voraus einen Zustand einstellt, in dem das Drosselventil 12 den Durchsatz des Gemisches auf einen geeigneten Durchsatz einstellt (Schritt S12). Die ECU 20 dient auch als eine Steuerung, um den Öffnungsgrad des Kraftstoffdurchsatz-Steuerungsventils 22 zu erhohen, wodurch sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite ändert, sodass sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für eine SI-Verbrennung eignet (Schritt S13). Nachdem der Vorgang zum Einstellen des Öffnungsgrads des Drosselventils 12 und zum Ändern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beendet worden ist, betätigt die ECU 20 das Umschaltventil 18, um den gemeinsamen Einlassdurchlass 19 mit dem ersten Zweigeinlassdurchlass 16 in Verbindung zu bringen, wodurch das Gemisch dazu gebracht wird, nur durch den ersten Zweigeinlassdurchlass 16 zu strömen (Schritt S14). Gleichzeitig mit der Betätigung des Umschaltventils 18 steuert die ECU 20 die variablen Ventilsteuerungsmechanismen 8 und 9 so, dass sie das Öffnen/Schließen des Einlassventils 25 beenden und zum Steuern des Öffnens/Schließens des Einlassventils 6 umschalten, um den Zustand negativer Uberlappung aufzuheben. Mit anderen Worten stoppt die ECU 20 die innere AGR (Schritt S15). Die Prozedur zum Umschalten wird wie oben beschrieben beendet. Wenn danach die Leistung des Gasmotors für die GWP während der SI-Verbrennung ansteigt, nimmt die benötigte Gemischmenge zu. In diesem Fall betatigt die ECU 20 das Umschaltventil 18, um den gemeinsamen Einlassdurchlass 19 nach Bedarf mit sowohl dem ersten Zweigeinlassdurchlass 16 als auch dem zweiten Zweigeinlassdurchlass 17 in Verbindung zu bringen, um das Gemisch dazu zu bringen, durch sowohl den ersten Zweigeinlassdurchlass 16 als auch den zweiten Zweigeinlassdurchlass 17 zu strömen. 6 zeigt mit dem Vergehen der Zeit den Vorgang des Betätigens des Umschaltventils 18, den Vorgang des Öffnens/Schließens des Drosselventils 12 und den Zustand, in dem die innere AGR durchgeführt oder gestoppt wird.
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Wenn bei durch den zweiten Zweigeinlassdurchlass 17 strömendem Gemisch zur SI-Verbrennung umgeschaltet wird, wird, weil die Differenz zwischen den Drücken in dem Einlasskanal 14 und der Brennkammer 3 aufgrund des Stopps der inneren AGR zunimmt, vorübergehend das Gemisch in die Brennkammer 3 gesaugt, dessen Menge größer als oder gleich hoch wie die bei der SI-Verbrennung benötigte Menge ist. Dadurch kann ein Drehmomentsprung verursacht werden, sodass sich das Drehmoment erhöht. Wenn das Umschaltventil 18 jedoch betätigt wird, nachdem der Öffnungsgrad des Drosselventils 12 auf den Öffnungsgrad eingestellt wurde, der zu der Menge des Gemisches zum Zeitpunkt der SI-Verbrennung passt, strömt das Gemisch durch den ersten Zweigeinlassdurchlass 16, indem die innere AGR gestoppt wird, nachdem das Drosselventil 12 den Durchsatz des Gemisches im Voraus auf einen geeigneten Durchsatz eingestellt hat. Daher wird verhindert, dass die Menge des in die Brennkammer 3 gesaugten Gemisches vorübergehend uberschussig wird. Dadurch kann eine anormale Verbrennung, d. h. einen Anstieg des Drehmoments, verhindert werden.
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Da wie oben beschrieben ein erster Zweigeinlassdurchlass 16 und ein zweiter Zweigeinlassdurchlass 17, wobei ein Ende jedes Durchlasses mit der Brennkammer 3 in Verbindung steht, ein gemeinsamer Einlassdurchlass 19, der mit den anderen Enden des ersten Zweigeinlassdurchlasses 16 und des zweiten Zweigeinlassdurchlasses 17 in Verbindung steht, ein Mischer 11 zum Mischen von Luft mit Kraftstoff, um ein Gemisch zu erzeugen, ein Umschaltventil 18 zur derartigen Betätigung, dass der gemeinsame Einlassdurchlass 19 mit dem ersten Zweigeinlassdurchlass 16 und/oder dem zweiten Zweigeinlassdurchlass 17 in Verbindung gebracht wird, ein Drosselventil 12 zum Steuern eines Durchsatzes des durch den ersten Zweigeinlassdurchlass 16 strömenden Gemisches und eine ECU 20 zum Betätigen des Umschaltventils 18 vorgesehen sind, wobei die ECU 20 das Umschaltventil 18 so betätigt, dass das Gemisch dazu gebracht wird, beim Umschalten von der Funkenzündungsverbrennung zur Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung nur durch den zweiten Zweigeinlassdurchlass 17 zu strömen, wird das Gemisch der Brennkammer 3 zugeführt, ohne dass sein Durchsatz eingestellt wird, und kann daher verhindert werden, dass die Menge des in die Brennkammer 3 gesaugten Gemisches unzureichend wird. Da die ECU 20 darüber hinaus beim Umschalten von der Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung zu der Funkenzündungsverbrennung das Umschaltventil 18 so betätigt, dass das Gemisch nur durch den ersten Zweigeinlassdurchlass 16 strömt, nachdem der Öffnungsgrad des Drosselventils 12 auf den Öffnungsgrad eingestellt wurde, der zur Menge des Gemisches zum Zeitpunkt der SI-Verbrennung passt, und der Brennkammer 3 das Gemisch zugeführt wird, dessen Durchsatz eingestellt ist, kann verhindert werden, dass die Menge des in die Brennkammer 3 gesaugten Gemisches uberschüssig wird. Demnach kann ein Überschuss oder ein Mangel bei der Menge des Einlassgemisches, zu dem es beim Umschalten zwischen der Funkenzündungsverbrennung und der Vormisch-Kompressionszündungsverbrennung kommt, überwunden werden.
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Dieses Ausfuhrungsbeispiel setzt einen Aufbau ein, in dem der variable Ventilsteuerungsmechanismus 8 zum Zeitpunkt der SI-Verbrennung oder HCCI-Verbrennung nur eines der beiden Einlassventile 6 und 25 antreibt. Allerdings ist dieser Aufbau nicht unverzichtbar. Da die Erfindung den Aufbau einsetzt, der zwischen dem ersten Zweigeinlassdurchlass 16 und dem zweiten Zweigeinlassdurchlass 17 umschaltet, kann die Erfindung auch mit einem Aufbau realisiert werden, bei dem die beiden Einlassventile 6 und 25 konstant angetrieben werden. Allerdings ist das Anhalten des einen Einlassventils 6 oder 25, dem das Gemisch nicht zugeführt wird, hinsichtlich einer Reibungsverringerung usw. vorteilhaft. Da der Betrieb des Motors zum Zeitpunkt der HCCI-Verbrennung durch Ändern der Menge an innerer AGR gesteuert wird, ohne dass das Drosselventil 12 verwendet wird, muss der variable Ventilsteuerungsmechanismus 8 zudem eine Funktion zum Ändern der Zeiteinstellung zum Öffnen/Schließen des Einlassventils 25 haben.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird als Kraftstoff Stadt- oder Kommunalgas verwendet. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kann ein beliebiger Kraftstoff wie Erdgas verwendet werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird der Vormisch-Kompressionszündungsmotor unter Bezugnahme auf einen Gasmotor für eine GWP als Beispiel beschrieben. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Vormisch-Kompressionszündungsmotor kann auch ein Dieselmotor, der als Kraftstoff Leichtöl verwendet, oder ein Benzinmotor sein. Der Vormisch-Kompressionszündungsmotor ist nicht auf einen Motor mit einem einzelnen Zylinder beschränkt, sondern kann ein beliebiger Motor wie ein 4-Zylinder-Reihenmotor oder ein V8-Motor sein.
