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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine und ein Kraftstoffeinspritzsteuerungsverfahren für diese.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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In herkömmlichen Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschinen, die mit Kraftstoffeinspritzventilen ausgerüstet sind, die Kraftstoff in die Verbrennungskammern einspritzen, und die eine homogene Verbrennung durchführen, können die Einlassventile geschlossen werden, nachdem das Gas in der Verbrennungskammer beginnt, nach dem Beginn des Kompressionshubs über das Einlassventil rückwärts in den Einlassdurchlass zu strömen, und Kraftstoff einspritzt, nachdem das Einlassventil schließt (siehe
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr.: 9-287487 (
JP-A-9-287487 )).
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Bei dieser Brennkraftmaschine werden Pumpverlust und Kraftstoffverbrauch reduziert, da das Einlassventil jeder Verbrennungskammer geschlossen wird, nachdem das Gas in der Verbrennungskammer beginnt, nach dem Start des Kompressionshubs über das Einlassventil zurück in den Einlassdurchlass geschlossen wird. Weiterhin können, da Kraftstoff nach Schließen des Einlassventils eingespritzt wird, die Temperatur und der Druck an und nahe dem oberen Totpunkt höher als in dem Fall gemacht werden, wenn Kraftstoff eingespritzt wird, wenn das Einlassventil offen ist, so dass in vorteilhafter Weise eine starke Turbulenz auftreten wird, die daher die Verbrennungsrate verbessern wird.
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Jedoch kann bei dieser Brennkraftmaschine, da die Zeit von der Kraftstoffeinspritzung bis zur Zündung kurz ist, ein gleichförmiges Gemisch in der Verbrennungskammer, die optimal für die homogene Verbrennung ist, nicht erhalten werden, was zu einem Problem eines Anstiegs von unverbranntem Kraftstoffverlust wie einem Anstieg von unverbranntem Kraftstoff und dergleichen führt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend wird erfindungsgemäß ein neues Verfahren zum Bilden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in einer Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine bereitgestellt, die das Einlassventil schließt, nachdem das Gas in der Verbrennungskammer beginnt, nach dem Start des Verdichtungshubs über das Einlassventil in den Einlassdurchlass zu strömen. Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine bereitgestellt, die ein optimales Gemisch gemäß dem Maschinenbetriebszustand bildet, um die unverbrannten Kraftstoffverluste zu reduzieren, und wird ebenfalls ein Kraftstoffeinspritzsteuerungsverfahren für die Brennkraftmaschine bereitgestellt.
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Eine erste Ausgestaltung der Erfindung ist eine Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einspritzt, einem Einlassventilsteuerungsabschnitt, der ein Einlassventil offen hält, wenn ein. Verdichtungshub gestartet wird, und das Einlassventil schließt, nachdem Gas in der Verbrennungskammer beginnt, während des Verdichtungshubs durch das Einlassventil zurück zu einem Einlassdurchlass zu strömen, und einem Kraftstoffeinspritzsteuerungsabschnitt, der eine erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge zwischen einem ersten Kraftstoffeinspritzereignis und einem zweiten Kraftstoffeinspritzereignis während eines einzelnen Verbrennungszyklus aufteilt, und der das erste Kraftstoffeinspritzereignis ausführt, wenn das Einlassventil während des Verdichtungshubs offen ist, und das zweite Kraftstoffeinspritzereignis ausführt, nachdem das Einlassventil während des Verdichtungshubs schließt, wobei der Kraftstoffeinspritzsteuerungsabschnitt einen ersten Kraftstoffeinspritzzeitverlauf derart einstellt, dass der durch das erste Kraftstoffeinspritzereignis eingespritzte Kraftstoff durch die sich zu dem Einlassventil hin bewegenden Gasströmung aufwärts in der Verbrennungskammer abgelenkt wird.
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Gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung wird der durch die erste Kraftstoffeinspritzung eingespritzte Kraftstoff aufwärts in der Verbrennungskammer durch eine Gasströmung abgelenkt, die sich von der Verbrennungskammer zu dem Einlassventil hin bewegt, wohingegen der durch die zweite Kraftstoffeinspritzung eingespritzte Kraftstoff nicht abgelenkt wird. Daher ist ein neues Verfahren zur Bildung eines Gemisches bereitgestellt, bei dem die Mengen von Kraftstoff, die durch zwei separate Einspritzvorgänge eingespritzt werden, jeweils Strömungen in unterschiedlichen Richtung bilden, so dass ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer geformt wird.
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In der ersten Ausgestaltung kann die Brennkraftmaschine in der Lage sein, in einer homogenen Verbrennungsbetriebsart zu arbeiten, in der ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, das ein gleichförmiges Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufweist, in der Verbrennungskammer gebildet wird, und justiert, wenn die Brennkraftmaschine in der homogenen Verbrennungsbetriebsart arbeitet, der Kraftstoffeinspritzsteuerungsabschnitt den Anteil der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge zwischen der ersten Kraftstoffeinspritzung und der zweiten Kraftstoffeinspritzung, indem diejenige, die in der ersten Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, um eine Kraftstoffmenge erhöht wird, die entsprechend einer Erhöhung in der Maschinenlast eingespritzt werden muss. Dabei bezieht sich ”während der homogenen Verbrennungsbetriebsart” beispielsweise auf die Zeit, wenn die Maschinenlast oder die Maschinendrehzahl einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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In dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird, falls die Maschinenlast ansteigt, die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge erhöht. Um die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge zu erhöhen, ist es notwendig, die Einspritzzeit zu verlängern. Falls jedoch die Einspritzzeit verlängert wird, steigt die Eindringkraft (Penetration) ebenfalls an. In diesem Fall sammelt sich, falls der Anteil der Kraftstoffmenge, die in der zweiten Kraftstoffeinspritzmenge eingespritzt wird, gleich oder größer als der Anteil der Kraftstoffmenge gemacht wird, die in der ersten Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, das meiste des eingespritzten Kraftstoffs in dem unteren Abschnitt der Verbrennungskammer. Daher wird der Anteil der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge zwischen der ersten Kraftstoffeinspritzung und der zweiten Kraftstoffeinspritzung durch Erhöhung derjenigen, die in der ersten Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, um eine Menge von Kraftstoff justiert, die entsprechend der Erhöhung in der Maschinenlast eingespritzt werden muss. Daher wird die absolute Kraftstoffmenge, die zu dem oberen Abschnitt in der Verbrennungskammer hin abgelenkt wird, erhöht. Daher kann ein gutes Gleichgewicht der Verteilung zwischen den Mengen von Kraftstoff, die durch die zwei separaten Einspritzungen eingespritzt werden, gesucht werden, und kann ein Gemisch, das für die homogene Verbrennung geeignet ist, durch Strömungen von Kraftstoff in unterschiedlichen Richtungen gebildet werden. Falls ein Gemisch, das für die Verbrennung geeignet ist, geformt wird, verbessert sich die Verbrennungsrate und wird es möglich, den unverbrannten Kraftstoffverlust zu verringern.
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In der ersten Ausgestaltung kann die die Brennkraftmaschine in der Lage sein, in einer homogenen Verbrennungsbetriebsart zu arbeiten, in der ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem gleichförmigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer gebildet wird, und, wenn die Brennkraftmaschine in der homogenen Verbrennungsbetriebsart arbeitet, kann der Kraftstoffeinspritzsteuerungsabschnitt den Anteil der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge zwischen der ersten Kraftstoffeinspritzung und der zweiten Kraftstoffeinspritzung justieren, indem diejenige, die in der ersten Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, um eine Kraftstoffmenge verringert wird, die entsprechend einer Erhöhung in der Maschinendrehzahl eingespritzt werden muss.
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In diesem Aufbau wird, wenn die Maschinendrehzahl ansteigt, die Gasströmung von der Verbrennungskammer zu dem Einlassventil stark, so dass der durch die erste Kraftstoffeinspritzung eingespritzte Kraftstoff leichter abgelenkt wird. Daher kann das Verhältnis der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge zwischen der ersten Kraftstoffeinspritzung und der zweiten Kraftstoffeinspritzung justiert werden, in dem diejenige, die in der ersten Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, um eine Kraftstoffmenge verringert wird, die entsprechend einer Erhöhung in der Maschinendrehzahl eingespritzt werden muss. Als Ergebnis davon wird die Kraftstoffmenge, die zu dem oberen Abschnitt der Verbrennungskammer hin abgelenkt wird, verringert. Daher kann ein guter Ausgleich der Verteilung zwischen den durch die zwei separaten Einspritzungen eingespritzten Kraftstoffmengen gesucht werden, und kann ein für die homogene Verbrennung geeignetes Gemisch durch Kraftstoffströmungen in unterschiedlicher Richtung gebildet werden. Falls ein für die Verbrennung geeignetes Gemisch gebildet wird, verbessert sich die Verbrennungsrate und wird es möglich, die unverbrannten Kraftstoffverluste zu verringert.
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In der ersten Ausgestaltung kann die Brennkraftmaschine in der Lage sein, zwischen einem Betrieb in einer homogenen Verbrennungsbetriebsart, in der ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem gleichförmigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer geformt wird, und einer schwach geschichteten Verbrennungsbetriebsart zu schalten, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches nahe einer Zündkerze fetter als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Rest der Verbrennungskammer ist. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Rest der Verbrennungskammer, bei Nicht-Vorhandensein der des fetteren Kraftstoff-Luft-Gemisches nahe der Zündkerze, ist unzureichend, um eine Zündung durch die Zündkerze zu zulassen. Der Kraftstoffeinspritzsteuerungsabschnitt kann das Verhältnis der Kraftstoffmenge, die durch die zweite Kraftstoffeinspritzmenge eingespritzt wird, während der schwach geschichteten Verbrennungsbetriebsart höher als während der homogenen Verbrennungsbetriebsart einstellen. Dabei bezieht sich ”während der schwach geschichteten Verbrennungsbetriebsart” beispielsweise auf die Zeit, wenn die Maschinenlast eine leichte Maschinenlast wird, die niedriger oder gleich einer vorbestimmten Maschinenlast ist, und bei der es wahrscheinlich ist, dass diese eine instabile Verbrennung oder dergleichen verursacht.
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Bei diesem Aufbau wird zur Ausführung der schwach geschichteten Verbrennung während des Zustands einer leichten Maschinenlast, bei der die Verbrennung leicht instabil werden kann, der durch die erste Kraftstoffeinspritzung eingespritzte Kraftstoff zunächst durch die sich von der Verbrennungskammer zu dem Einlassventil hin bewegenen Gasströmung zerstreut, so dass ein mageres Gemisch in der Verbrennungskammer gebildet wird. Danach wird der durch die zweite Kraftstoffeinspritzung eingespritzte Kraftstoff unter Verwendung der Gasströmung in der Verbrennungskammer geführt, um ein Gemisch in der Nähe der Zündkerze zu bilden. Dabei stellt der Kraftstoffeinspritzungssteuerungsabschnitt den Anteil der durch die zweite Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge während der schwach geschichteten Verbrennungsbetriebart höher als während der homogenen Verbrennungsbetriebsart ein. Als Ergebnis davon wird ein Gemisch mit einer erhöhten Kraftstoffkonzentration in der Nähe der Zündkerze gebildet, wodurch ein für die schwach geschichtete Verbrennung geeignetes Gemisch in der Verbrennungskammer insgesamt gebildet wird. Daher kann eine stabile Verbrennung erhalten werden, und wird es möglich, die unverbrannten Kraftstoffverluste zu reduzieren.
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Gemäß der ersten Ausgestaltung kann ein Winkel, der zwischen einer Einspritzmittenachse einer Kraftstoffeinspritzung aus dem Kraftstoffeinspritzventil und einer zu der Mittenachse des Kolbens senkrechten Ebene gebildet ist, größer oder gleich 45 Grad sein.
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Gemäß der ersten Ausgestaltung erzielen die vorstehend beschriebenen verschiedenen Aufbauten den gemeinsamen Vorteil, dass diese in der Lage sind, ein neues Verfahren für die Gemischbildung bereitzustellen. Weiterhin kann ein Vorteil dahingehend erzielt werden, dass es möglich ist, ein optimales Gemisch entsprechend dem Maschinenbetriebszustand zu bilden, da die unverbrannten Kraftstoffverluste reduziert werden.
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Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritzsteuerungsverfahren für eine Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine weist ein Kraftstoffeinspritzventil auf. Das Steuerungsverfahren weist auf: Offenhalten eines Einlassventils, wenn ein Verdichtungshub startet, Schließen des Einlassventils, nachdem Gas in der Verbrennungskammer beginnt, über das Einlassventil in einen Einlassdurchlass zurück zu strömen, Aufteilen einer erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge zwischen einem ersten Kraftstoffeinspritzereignis und einem zweiten Kraftstoffeinspritzereignis während eines einzelnen Verbrennungszyklus, Ausführen des ersten Kraftstoffeinspritzereignisses, wenn das Einlassventil beim Start des Verdichtungshubs offen ist, Ausführen des zweiten Kraftstoffeinspritzereignisses, nachdem das Einlassventil während des Verdichtungshubs sich geschlossen hat, und Einstellen eines ersten Kraftstoffeinspritzzeitverlaufs derart, dass der durch das erste Kraftstoffeinspritzereignis eingespritzte Kraftstoff durch eine Gasströmung zu dem Einlassventil aufwärts hin in der Verbrennungskammer abgelenkt wird.
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Eine dritte Ausgestaltung der Erfindung ist eine Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einspritzt, einem Einlassventilsteuerungsabschnitt, der ein Einlassventil offen hält, wenn ein Verdichtungshub gestartet wird, und das Einlassventil schließt, nachdem Gas in der Verbrennungskammer beginnt, während des Verdichtungshubs durch das Einlassventil zurück zu einem Einlassdurchlass zu strömen, und einem Kraftstoffeinspritzsteuerungsabschnitt, der eine erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge zwischen einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzereignissen während eines einzelnen Verbrennungszyklus aufteilt, und der ein anfängliches Kraftstoffeinspritzereignis ausführt, wenn das Einlassventil während des Verdichtungshubs offen ist, und ein nachfolgendes Kraftstoffeinspritzereignis ausführt, nachdem das Einlassventil während des Verdichtungshubs schließt, wobei der Kraftstoffeinspritzsteuerungsabschnitt einen ersten Kraftstoffeinspritzzeitverlauf derart einstellt, dass der durch das anfängliche Kraftstoffeinspritzereignis eingespritzte Kraftstoff durch die sich zu dem Einlassventil hin bewegenden Gasströmung aufwärts in der Verbrennungskammer abgelenkt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Merkmale, Vorteile sowie technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung sind in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
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1 eine schematische Längsschnittansicht einer Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
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2 eine schematische Längsschnittansicht der Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine zeigt, die die Kraftstoffeinspritzung während des Verdichtungshubs veranschaulicht, bei dem ein Einlassventil geschlossen wird,
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3 eine schematische Längsschnittansicht der Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine die die Kraftstoffeinspritzung veranschaulicht, wenn das Einlassventil offen ist,
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4 eine Darstellung, die ein Verhältnis zwischen der Ventilöffnungszeitdauer des Einlassventils und dem Kraftstoffeinspritzzeitverlauf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
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5 eine Darstellung, die ein Verhältnis zwischen der Ventilöffnungszeitdauer des Einlassventils und dem Kraftstoffeinspritzzeitverlauf gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, und
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6 eine Darstellung, die ein Verhältnis zwischen der Ventilöffnungszeitdauer des Einlassventils und dem Kraftstoffeinspritzzeitverlauf gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
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Ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Eine Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 zeigt einen Maschinenkörper 1, einen Zylinderblock 2, einen Zylinderkopf 3, einen Kolben 4, eine Verbrennungskammer 5, ein Einlassventil 6, einen Einlassdurchlass 7, ein Auslassventil 8, einen Auslassdurchlass 9 und eine Zündkerze 10. Der Maschinenkörper 1 weist beispielsweise (nicht gezeigte) vier Zylinder auf, jedoch erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel die nachfolgende Beschreibung hauptsächlich in Zusammenhang mit lediglich einem der Zylinder, der gezeigt ist. Der Einlassdurchlass 7 ist über ein Einlassverzweigungsrohr 11 mit einem Zwischenbehälter 12 verbunden. Der Zwischenbehälter 12 ist mit einem Luftreiniger 14 über einen Einlasskanal 13 verbunden. Eine Luftströmungsmesseinrichtung 15, die zur Erfassung der Menge der Einlassluftströmung verwendet wird, und ein Drosselklappenventil 17, das durch einen Schrittmotor 16 angetrieben wird, sind in dem Einlasskanal 13 angeordnet. Zusätzlich ist ein elektrisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzventil 18, das Kraftstoff in die Verbrennungskammer 5 einspritzt, in der Verbrennungskammer 5 angeordnet.
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Weiterhin sind das Einlassventil 6 und das Auslassventil 8 jeweils mit einem variablen Ventilmechanismus 19, 20 versehen. Der variable Ventilmechanismus 19, 20 ändert die Öffnungsbewegungen der Ventile. Es sei bemerkt, dass die Öffnungsbewegungen jedes Ventils beispielsweise durch eines oder mehreren der Ventilanhebungsgröße, der Ventildauer und der Ventilöffnungsstartzeit bestimmt ist, wobei dies jedoch nicht ausführlich hier beschrieben ist, da jeder beliebiger variabler Ventilmechanismus in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel verwendet werden kann.
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Der Abgasdurchlass 9 ist über ein Abgasverzweigungsrohr 21 mit einem Dreiwegekatalysator 22 kleiner Kapazität verbunden. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 23, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis erfasst, ist mit dem Abgasdurchlass 9 stromaufwärts von dem Dreiwegekatalysator 22 angebracht. Ein Kühlmitteltemperatursensor 24 zur Erfassung der Maschinenkühlmitteltemperatur ist an dem Maschinenkörper 1 angebracht.
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Eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 40 ist aus einem digitalen Computer aufgebaut und weist einen Nur-Lesespeicher (ROM) 42, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 43, eine Mikroprozessor (CPU) 44, einen Eingangsbaustein 45 und einen Ausgangsbaustein 46 auf, die miteinander über einen bidirektionalen Bus 41 verbunden sind. Ein Lastsensor 50 zur Erfassung des Ausmaßes der Betätigung eines Fahrpedals 49 ist mit dem Fahrpedal 49 verbunden. Es sei bemerkt, dass das Ausmaß der Betätigung des Fahrpedals 49 die angeforderte Last wiedergibt.
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Ausgangssignale der Luftströmungsmesseinrichtung 15, des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 23, des Kühlmitteltemperatursensors 24 und des Lastsensors 50 werden dem Eingangsbaustein 45 über entsprechende A/D-Wandler 47 zugeführt. Ein Kurbelwinkelsensor 51, der jedes Mal einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn eine Kurbelwelle beispielsweise sich um 30 Grad dreht, ist ebenfalls mit dem Eingangsbaustein 45 verbunden. Die CPU 44 berechnet die Maschinendrehzahl auf der Grundlage der Ausgangsimpulse des Kurbelwinkelsensors 51.
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Der Ausgangsbaustein 46 ist mit der Zündkerze 10, dem Schrittmotor 16, dem Kraftstoffeinspritzventil 18 und den variablen Ventilmechanismen 19, 20 über entsprechende Antriebsschaltungen 48 verbunden. Diese Vorrichtungen und dergleichen werden auf der Grundlage der Signale aus der. elektronischen Steuerungseinheit 40 gesteuert.
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Der Dreiwegekatalysator 22 weist eine Sauerstoffspeicherfähigkeit auf. Das heißt, der Katalysator speichert Sauerstoff aus dem Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Dreiwegkatalysator 22 strömenden Abgases mager ist. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Dreiwegekatalysator 22 strömenden Abgases fett ist, gibt der Katalysator den gespeicherten Sauerstoff frei, wodurch in dem Abgas enthaltenes HC und CO oxidiert und entfernt werden.
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Die Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine gemäß diesem Ausführungsbeispiel schließt das Einlassventil 6, nachdem das Gas in der Verbrennungskammer 5 beginnt, nach dem Start des Verdichtungshubs über das Einlassventil 6 zurück in den Einlassdurchlass 7 zurück zu strömen. Daher werden bei der Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel Pumpverluste und der Kraftstoffverbrauch reduziert. Zusätzlich ist die Brennkraftmaschine in der Lage, den Betrieb zwischen einer homogenen Verbrennungsbetriebsart, in der ein gleichförmiges Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer 5 geformt wird, und einer schwach geschichteten Verbrennungsbetriebsart umzuschalten, in der ein Gemisch in der Nähe der Zündkerze 10 gebildet wird, und in der der Rest der Verbrennungskammer mit einem mageren Gemisch gefüllt ist, das anderenfalls nur durch die Zündkerze 10 nicht gezündet werden könnte.
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Weiterhin teilt die Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge zwischen einer ersten Kraftstoffeinspritzung und einer zweiten Kraftstoffeinspritzung während eines einzelnen Verbrennungszyklus auf. Insbesondere führt die Brennkraftmaschine die erste Kraftstoffeinspritzung durch, wenn das Einlassventil während des Verdichtungshubs offen ist, und führt die zweite Kraftstoffeinspritzung durch, nachdem das Einlassventil während des Verdichtungshubs schließt.
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Zunächst ist die zweite Kraftstoffeinspritzung unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 zeigt eine schematische Längsschnittansicht der Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine, die die Kraftstoffeinspritzung während des Verdichtungshubs veranschaulicht, bei dem das Einlassventil 6 geschlossen ist. Die zweite Kraftstoffeinspritzung wird nicht durch die Strömung des Gases in der Verbrennungskammer 5 beeinträchtigt, wie es nachstehend beschrieben ist, weshalb der eingespritzte Kraftstoff nicht abgelenkt wird, sondern sich durch eine Eindringkraft (Penetration) während des Einspritzens gerade bewegt. Der Winkel, der zwischen einer Einspritzungsmittenachse 31 eines Kraftstoffstrahls 30, der aus dem Kraftstoffeinspritzventil 18 eingespritzt wird, und einer Ebene 32 senkrecht zu einer Mittenachse des Kolbens 4 gebildet ist, ist als der Winkel θ bezeichnet.
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Nachstehend ist die erste Kraftstoffeinspritzung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 zeigt eine schematische Längsschnittansicht der Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine, die die Kraftstoffeinspritzung darstellt, wenn das Einlassventil 6 während des Verdichtungshubs offen ist. In der ersten Kraftstoffeinspritzung wird der eingespritzte Kraftstoff durch die sich aus der Verbrennungskammer 5 zu dem Einlassventil 6 hin bewegende Gasströmung zu der Oberseite der Verbrennungskammer 5 (aufwärts in der Verbrennungskammer 5) abgelenkt. Das heißt, nachdem der Verdichtungshub startet, steigt der Kolben 4 von dem unteren Verdichtungstotpunkt auf, und beginnt das Gas in der Verbrennungskammer 5, über das Einlassventil 6 zurück in den Einlassdurchlass 7 zu strömen. Daher strömt während der ersten Kraftstoffeinspritzung das Gas in der Verbrennungskammer 5 zu dem Einlassventil 6 oder dem Einlassdurchlass 7 hin, so dass die Gasströmung den eingespritzten Kraftstoff zu dem oberen Abschnitt der Verbrennungskammer richtet, wie es durch den Kraftstoffstrahl 30 in 3 veranschaulicht ist.
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Das Ausmaß der Ablenkung des während der ersten Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffes kann durch das Ausmaß der Abhebung des Einlassventils 6, das heißt den Kraftstoffeinspritzungszeitverlauf, der Kraftstoffeinspritzungsgeschwindigkeit oder der Kraftstoffeinspritzungsmenge justiert werden. Daher wird es gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Ausnutzung der Rückströmung des Gases in der Verbrennungskammer 5 und Justierung des Kraftstoffeinspritzzeitverlaufs oder dergleichen möglich, eine Vielzahl von Kraftstoffströmungen in unterschiedlichen Richtungen aus einem Kraftstoffeinspritzventil zu bilden.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird ein neues Verfahren zur Bildung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches verwirklicht, das die ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzungen verwendet. Das heißt, dass die Anteile der während der ersten Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge und der während der zweiten Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge an der gesamten Kraftstoffmenge, die eingespritzt wird, geändert werden können, um ein optimales Gemisch entsprechend dem Maschinenbetriebszustand zu bilden.
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4 zeigt eine Darstellung der Beziehung zwischen der Dauer des Einlassventils 6 und dem Kraftstoffeinspritzzeitverlauf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In der Darstellung stellt die horizontale Achse den Kurbelwinkel in einem Bereich von einem oberen Einlasstotpunkt (dem linksseitigen OT) bis zu dem oberen Verdichtungstotpunkt (dem rechtsseitigen OT) dar. Der Ventilschließzeitverlauf des Einlassventils 6 ist auf einen Zeitverlauf nach dem Start des Verdichtungshubs eingestellt, das heißt, auf einen Zeitverlauf, nachdem der Kolben 4 von dem unteren Verdichtungstotpunkt (UT) ansteigt, und das Gas in der Verbrennungskammer 5 beginnt, über das Einlassventil 6 zurück in den Einlassdurchlass 7 zu strömen, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
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In 4 stellt ”I” den ersten Kraftstoffeinspritzzeitverlauf (Kraftstoffeinspritzperiode) dar, und stellt ”II” den zweiten Kraftstoffeinspritzzeitverlauf (Kraftstoffeinspritzperiode) dar. Gemäß dem in 4 veranschaulichten ersten Ausführungsbeispiel sind die durch die erste Kraftstoffeinspritzmenge eingespritzte Kraftstoffmenge und die durch die zweite Kraftstoffeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge gleich. Falls der erste Kraftstoffeinspritzzeitverlauf I zu früh ist, strömt das meiste des eingespritzten Kraftstoffs in den Einlassdurchlass 7 zusammen mit der Gasrückströmung in den Einlassdurchlass 7 heraus. Im Gegensatz dazu, wird, falls der erste Kraftstoffeinspritzzeitverlauf I zu spät ist, der eingespritzte Kraftstoff nicht ausreichend abgelenkt. Weiterhin kann, falls der zweite Kraftstoffeinspritzzeitverlauf II zu spät ist, eine ausreichende Bildung des Gemisches in der Verbrennungskammer 5 zu der Zündzeit nicht erhalten werden. Daher ist es vorzuziehen, dass der zweite Kraftstoffeinspritzzeitverlauf II unmittelbar nach Schließen des Einlassventils stattfindet.
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Daher ist es durch Justieren des ersten Kraftstoffeinspritzzeitverlaufs I möglich, das Ausmaß der Ablenkung des durch die erste Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zu justieren. Somit ist ein neues Verfahren der Gemischbildung bereitgestellt, bei dem ein Gemisch in der Verbrennungskammer 5 durch Kraftstoffströmungen in unterschiedlichen Richtungen gebildet wird, die aus der durch die erste Kraftstoffeinspritzung eingespritzten abgelenkten Kraftstoffströmung und der durch die zweite Kraftstoffeinspritzung mit einem Winkel θ eingespritzten Kraftstoff aufgebaut sind.
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Gemäß 5 und 6, die zweite und dritte Ausführungsbeispiele so wie das das vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel veranschaulichen, stellen die Längen jeweils des ersten Kraftstoffeinspritzzeitverlaufs I und des zweiten Kraftstoffeinspritzzeitverlaufs II das Intervall dar, während dessen Kraftstoff eingespritzt wird, und korrelieren mit der Kraftstoffmenge.
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5 zeigt eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dauer des Einlassventils 6 und des Kraftstoffeinspritzzeitverlaufs gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Kraftstoffeinspritzzeitverläufe während eines Maschinenbetriebszustands gezeigt, bei dem die homogene Verbrennung durchgeführt wird, das heißt, bei dem die Maschinenlast höher als in dem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel angenommen Maschinenbetriebszustand ist.
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Wenn die Maschinenlast ansteigt, erhöht sich die einzuspritzende Kraftstoffmenge. Zur Erhöhung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge ist es notwendig, die Einspritzzeit zu verlängern. Falls jedoch die Einspritzzeit verlängert wird, steigt die Eindringkraft dementsprechend an. Falls in diesem Fall der Anteil der durch die zweite Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge gleich oder größer als der Anteil der durch die erste Kraftstoffeinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge gemacht wird, sammelt sich das Meiste des eingespritzten Kraftstoffs in dem unteren Abschnitt der Verbrennungskammer 5. Daher wird der Anteil der Gesamtkraftstoffmenge, die in der ersten Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, mit ansteigender Maschinenlast erhöht. Daher wird die Kraftstoffmenge, die zu dem oberen Abschnitt der Verbrennungskammer 5 hin abgelenkt wird, erhöht. Das heißt, dass gemäß 5 die Länge des ersten Einspritzzeitverlaufs I länger als die Länge des zweiten Einspritzzeitverlaufs II ist. Daher kann ein guter Ausgleich der Verteilung zwischen den durch die zwei separaten Einspritzungen eingespritzten Kraftstoffmengen erzielt werden, und kann ein für die homogene Verbrennung geeignetes Gemisch gebildet werden.
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6 zeigt eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Dauer des Einlassventils 6 und des Kraftstoffeinspritzzeitverlaufs gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind die Kraftstoffeinspritzzeitdauern während eines Maschinenbetriebszustands gezeigt, bei dem die homogene Verbrennung durchgeführt wird, das heißt, bei dem die Maschinendrehzahl höher als in dem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel angenommenen Maschinenbetriebszustand ist.
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Das heißt, mit Erhöhung in der Maschinendrehzahl wird die Gasströmung aus der Verbrennungskammer 5 zu dem Einlassventil 6 derart stark, dass der durch die erste Kraftstoffeinspritzung eingespritzte Kraftstoff leichter abgelenkt wird. Daher wird der Anteil der Gesamtkraftstoffmenge, der durch die erste Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, an der kombinierten Kraftstoffmenge, die eingespritzt werden muss, entsprechend Erhöhungen in der Maschinendrehzahl verringert. Daher wird die Kraftstoffmenge, die zu dem oberen Abschnitt der Verbrennungskammer 5 hin abgelenkt wird, verringert. Das heißt, dass gemäß 6 die Länge des ersten Kraftstoffeinspritzzeitverlaufs I kürzer als die Länge des zweiten Kraftstoffeinspritzzeitverlaufs II ist. Daher kann ein guter Ausgleich der Verteilung zwischen den durch die zwei separaten Einspritzungen eingespritzten Kraftstoffmengen erzielt werden, und kann durch die Kraftstoffströmungen in unterschiedlichen Richtungen ein für die homogene Verbrennung geeignetes Gemisch gebildet werden.
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Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft die Durchführung einer schwach geschichteten Verbrennung, wenn die Maschine sich unter einer leichten Last befindet, und die Verbrennung leicht instabil wird, durch Ausnutzung getrennter erster und zweiter Kraftstoffeinspritzungen. Zur Ausführung der schwach geschichteten Verbrennung wird der durch die erste Kraftstoffeinspritzung eingespritzte Kraftstoff zunächst durch die sich von der Verbrennungskammer 5 zu dem Einlassventil 6 hin bewegenden Gasströmung zerstreut, so dass ein mageres Gemisch in der Verbrennungskammer 5 gebildet wird. Danach wird der durch die zweite Kraftstoffeinspritzung eingespritzte Kraftstoff durch Verwendung der Gasströmung in der Verbrennungskammer 5 geführt, um ein Gemisch in der Nähe der Zündkerze 10 zu bilden. Zu dieser Zeit wird dadurch, dass der Anteil der durch die zweite Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge an der kombinierten Kraftstoffmenge, die eingespritzt werden muss, größer als in der homogenen Verbrennungsbetriebsart wird, ein Gemisch mit erhöhter Kraftstoffkonzentration in der Nähe der Zündkerze 10 gebildet, wodurch ein für die schwach geschichtete Verbrennung geeignetes Gemisch gebildet wird. Daher kann eine stabile Verbrennung erhalten werden, und wird es möglich, den unverbrannten Kraftstoffverlust zu verringern.
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Im Übrigen kann zum sicheren Richten des durch die zweite Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zu der Nähe der Zündkerze 10 eine Aussparung an einer oberen Oberfläche des Kolbens 4 gebildet werden.
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Anhand der vorstehenden Beschreibung kann die Bildung eines optimalen Gemisches gemäß dem Maschinenbetriebszustand verwirklicht werden. Zusätzlich können die optimalen Anteile der durch die ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzungen eingespritzten Kraftstoffmengen, der Zeitverlauf der ersten Einspritzung usw. gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen empirisch oder durch Berechnung bestimmt werden.
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Idealerweise kann der Winkel θ größer oder gleich 45 Grad sein, um ein optimales Gemisch gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zu bilden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In einer Direkteinspritzungs-Funkenzündungsbrennkraftmaschine, die ein Kraftstoffeinspritzventil aufweist, schließt ein Einlassventil, nachdem Gas in der Verbrennungskammer beginnt, in einen Einlassdurchlass zurück zu strömen, nachdem der Verdichtungshub beginnt. Die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge wird in einem ersten Kraftstoffeinspritzereignis und einem zweiten Kraftstoffeinspritzereignis in einem einzelnen Verbrennungszyklus eingespritzt, und die erste Kraftstoffeinspritzung wird durchgeführt, während das Einlassventil während des Verdichtungshubs offen ist, und die zweite Kraftstoffeinspritzung wird durchgeführt, nachdem das Einlassventil schließt. Der Zeitverlauf des ersten Kraftstoffeinspritzereignisses ist derart eingestellt, dass der eingespritzte Kraftstoff durch das zu dem Einlassventil hin strömende Gas aufwärts zu der Oberseite der Verbrennungskammer abgelenkt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 9-287487 [0002]
- JP 9-287487 A [0002]
