DE112013004282B4

DE112013004282B4 - Fremdgezündeter Direkteinspritzmotor

Info

Publication number: DE112013004282B4
Application number: DE112013004282.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Mazda Motor Corporation lwai Kouhei; c/o Mazda Motor Corporatio Yamakawa Masahisa; c/o Mazda Motor Corporatio Nagatsu Kazuhiro; c/o Mazda Motor Corporation Youso Takashi; c/o Mazda Motor Corporation Araki Keiji
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2033-08-27
Also published as: CN104364506A; CN104364506B; JP5835497B2; US20150114342A1; DE112013004282T5; WO2014034087A1; JPWO2014034087A1; US9932883B2

Abstract

Fremdgezündeter Direkteinspritzmotor, umfassend:
einen Motorkörper, welcher einen Zylinder mit einem geometrischen Verdichtungsverhältnis von 15 oder höher umfasst;
ein Kraftstoffeinspritzventil, das ausgelegt ist, um Kraftstoff in den Zylinder einzuspritzen;
einen Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus, der ausgelegt ist, um einen Druck des von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffs einzustellen;
eine Zündkerze, die zum Inneren des Zylinders weist und ausgelegt ist, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder zu zünden;
ein Abgasrückführungssystem, das ausgelegt ist, um Abgas in den Zylinder einzuleiten; und
ein Steuergerät, das ausgelegt ist, um den Motorkörper durch Steuern mindestens des Kraftstoffeinspritzventils, des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus, der Zündkerze und des Abgasrückführungssystems zu betreiben, wobei
das Steuergerät
den Motorkörper durch kompressionsgezündete Verbrennung mit Verdichten und Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder betreibt, wenn sich ein Betriebsmodus des Motorkörpers in einem vorbestimmten Bereich niedriger Last befindet, und
die Zündkerze bei der vorbestimmten Zeit aktiviert, um den Motorkörper durch fremdgezündete Verbrennung zu betreiben, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers in einem Bereich hoher Last befindet, in dem eine Last höher als in dem Bereich niedriger Last ist, und
das Steuergerät
den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus auf einen hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher einstellt und das Kraftstoffeinspritzventil ansteuert, um den Kraftstoff zumindest in einem Zeitraum zwischen einer Endphase eines Verdichtungstakts und einer Anfangsphase eines Arbeitstakts in den Zylinder einzuspritzen, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers zumindest in einem vorbestimmten ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last befindet, der eine Grenze zwischen dem Bereich niedriger Last und dem Bereich hoher Last umfasst, und
den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus auf den hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher einstellt, das Kraftstoffeinspritzventil ansteuert, um den Kraftstoff zumindest in dem Zeitraum zwischen der Endphase des Verdichtungstakts und der Anfangsphase des Arbeitstakts in den Zylinder einzuspritzen, und die Zündkerze nach einem Ende der Kraftstoffeinspritzung ansteuert, um die Fremdzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder auszuführen, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers zumindest in einem vorbestimmten zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last befindet, der einen Volllastbereich umfasst, und
das Steuergerät ein AGR-Verhältnis, das ein Verhältnis einer Menge des Abgases zu einer Gesamtmenge von Gas in dem Zylinder ist, in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last so einstellt, dass es höher als ein AGR-Verhältnis in dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last ist, indem es das Abgasrückführungssystem steuert und den Start der Kraftstoffeinspritzung in dem ersten spezifizierten Unterbereich auf früh verstellt verglichen mit der Kraftstoffeinspritzung in dem zweiten spezifizierten Unterbereich.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft fremdgezündete Direkteinspritzmotoren.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Zum Verbessern des theoretischen thermischen Wirkungsgrads eines fremdgezündeten Benzinmotors ist das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors wirkungsvoll. Zum Beispiel zeigt Patentschrift 1 einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor hoher Verdichtung mit einem geometrischen Verdichtungsverhältnis von 14 oder höher. Ein Motor mit einem hohen Verdichtungsverhältnis ist für Klopfen anfällig, wenn sich der Betriebsbereich in einem Bereich niedriger Drehzahl und hoher Last, einschließlich eines Volllastbereichs, befindet. Patentschrift 1 lehrt auch das Verstellen der Schließzeit eines Einlassventils, um das wirksame Verdichtungsverhältnis in dem Bereich niedriger Drehzahl und hoher Last zu reduzieren. Der Zündzeitpunkt wird durch größtmögliches Reduzieren des Klopfens auf früh verstellt, wodurch das Motordrehmoment angehoben wird.
Wie zum Beispiel in Patentschrift 2 gezeigt ist, ist die Verbrennungsart, die ein mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch verdichtet und zündet, als Methode bekannt, die sowohl die Abgasemission als auch den thermischen Wirkungsgrad verbessert. Bei einem Motor, der die kompressionsgezündete Verbrennung ausführt, verbessert das Steigern des geometrischen Verdichtungsverhältnisses sowohl den Verdichtungsenddruck als auch die Verdichtungsendtemperatur und ist somit beim Stabilisieren der kompressionsgezündeten Verbrennung vorteilhaft. In einem Betriebsbereich niedriger Last dagegen kommt es, auch wenn die kompressionsgezündete Verbrennung möglich ist, zu Vorzündungsverbrennung, was den Druck (dP/dt) mit einer Zunahme der Motorlast schnell anhebt. Aufgrund von Beschränkungen durch Geräusche, Schwingungen und Rauheit (NVH) ist es schwierig, den Bereich, in dem die kompressionsgezündete Verbrennung durchgeführt wird, auf die Seite hoher Last auszuweiten. Wie in Patentschrift 2 gezeigt ist, führt selbst der Motor, der die kompressionsgezündete Verbrennung ausführt, für gewöhnlich nicht die kompressionsgezündete Verbrennung, sondern die fremdgezündete Verbrennung aus, indem er eine Zündkerze in einem Betriebsbereich höherer Last betreibt.
Patentschrift 3 zeigt einen Motor, der entsprechend dem Betriebsmodus des Motors zwischen kompressionsgezündeter Verbrennung und fremdgezündeter Verbrennung wechselt, und lehrt das Einleiten von AGR-Gas in einen Zylinder beim Wechsel von der kompressionsgezündeten Verbrennung zu der fremdgezündeten Verbrennung und das Anreichern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verglichen mit dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wodurch Klopfen reduziert wird.
Die Patentschrift 4 offenbart einen Steuermechanismus für einen Verbrennungsmotor, mit einem Mechanismus zur Einstellung eines variablen Kompressionsverhältnisses durch Änderung des oberen Kolbentotpunktes.
Aus der Patentschrift 5 ist eine Einspritzsteuereinrichtung bekannt, bei der Kraftstoff 50° vor dem oberen Kolbentotpunkt eingespritzt wird und verbrannt wird, wenn sich der Motor in einem ersten Betriebszustand befindet und bei der Kraftstoff in einem zweiten Betriebszustand in zwei Schritten eingespritzt wird, wobei der in dem ersten Schritt eingespritzte Kraftstoff nicht gleich verbrannt wird, sondern erst dann, wenn auch die in dem zweiten Schritt eingespritze Kraftstoffmenge verbrannt wird.
LISTE DERANFÜHRUNGEN
PATENTSCHRIFT

PATENTSCHRIFT 1: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2007 - 292 050 A
PATENTSCHRIFT 2: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2007 - 154 859 A
PATENTSCHRIFT 3: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2009 - 91 994 A
PATENTSCHRIFT 4: US 2011/0 005 496 A1
PATENTSCHRIFT 5: DE 698 12 771 T2

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Ein fremdgezündeter Benzinmotor mit einem hohen Verdichtungsverhältnis ist beim Verbessern des thermischen Wirkungsgrads vorteilhaft. Der Motor unterliegt aber anomaler Verbrennung, wie etwa Vorzündung und Klopfen (d.h. Endgasklopfen), insbesondere wenn sich der Betriebsmodus des Motors in Bereichen niedriger Drehzahl und mittlerer und hoher Last befindet.
Ein Motor, der kompressionsgezündete Verbrennung ausführt, schaltet die Verbrennung aufgrund von NVH-Einschränkungen in einem Betriebsbereich hoher Last auf fremdgezündete Verbrennung um. Es besteht aber Bedarf, die kompressionsgezündete Verbrennung mit ausgezeichneter Abgasemission und einem ausgezeichneten thermischen Wirkungsgrad weitestgehend in einem Bereich höherer Last so oft wie möglich auszuführen.
Die darin offenbarte Methode erfolgte im Hinblick auf diese Probleme. Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, bei einem fremdgezündeten Direkteinspritzmotor mit einem relativ hohen geometrischen Verdichtungsverhältnis von zum Beispiel 15 oder höher den Bereich, in dem eine kompressionsgezündete Verbrennung ausgeführt wird, auf die Seite hoher Last auszuweiten und eine anomale Verbrennung in dem Bereich zu reduzieren, in dem eine fremdgezündete Verbrennung ausgeführt wird.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Vorzündung ist eine Selbstzündungsreaktion gemäß der Verdichtung eines nicht verbrannten Teils eines Luft/Kraftstoff-Gemisches in einem Verdichtungstakt. Klopfen ist eine Selbstzündungsreaktion gemäß einer Verdichtung des nicht verbrannten Teils des Luft/kraftstoff-Gemisches, die durch Ausdehnung des nicht verbrannten Teils des Luft/Kraftstoff-Gemisches bei der Verbrennung des Luft/KraftstoffGemisches hervorgerufen wird. Herkömmliche Motoren, die Kraftstoff in einem Einlasstakt einspritzen, benötigen eine lange Reaktionszeit für ein unverbranntes Luft/Kraftstoff-Gemisch vom Beginn der Einspritzung bis zum Ende der Verbrennung. Diese lange Reaktionszeit des unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches ist eine der Ursachen für anomale Verbrennung wie etwa Vorzündung und/oder Klopfen. Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass das Einspritzen von Kraftstoff in jeden Zylinder bei einem relativ hohen Kraftstoffdruck zu einem Zeitpunkt nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung in einem Bereich hoher Last, in dem fremdgezündete Verbrennung ausgeführt wird, beim Reduzieren einer Reaktionszeit eines unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches vorteilhaft ist, wodurch eine anomale Verbrennung reduziert wird.
Die vorliegenden Erfinder haben ebenfalls festgestellt, dass die Einspritzungsart des Einspritzens von Kraftstoff in einen Zylinder bei einem hohen Kraftstoffdruck zu einem Zeitpunkt nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung zu einer stabilen kompressionsgezündeten Verbrennung in einem Arbeitstakt in einem Bereich hoher Last führt, in dem die kompressionsgezündete Verbrennung ausgeführt wird. Die vorliegenden Erfinder haben die Tatsache erkannt, dass die kompressionsgezündete Verbrennung in dem Arbeitstakt beim Reduzieren eines schnellen Druckanstiegs in dem Zylinder vorteilhaft ist, und haben die hierin offenbarte Methode entwickelt.
Im Einzelnen umfasst ein fremdgezündeter Direkteinspritzmotor gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Motorkörper, der einen Zylinder mit einem geometrischen Verdichtungsverhältnis von 15 oder höher umfasst; ein Kraftstoffeinspritzventil, das ausgelegt ist, um Kraftstoff in den Zylinder einzuspritzen; einen Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus, der ausgelegt ist, um einen Druck des von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffs einzustellen; eine Zündkerze, die zum Inneren des Zylinders weist und ausgelegt ist, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder zu zünden; ein Abgasrückführungssystem, das ausgelegt ist, um Abgas in den Zylinder einzuleiten; und ein Steuergerät, das ausgelegt ist, um den Motorkörper durch Steuern mindestens des Kraftstoffeinspritzventils, des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus, der Zündkerze und des Abgasrückführungssystems zu betreiben.
Das Steuergerät betreibt den Motorkörper durch kompressionsgezündete Verbrennung mit Verdichten und Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder, wenn sich ein Betriebsmodus des Motorkörpers in einem vorbestimmten Bereich niedriger Last befindet, und aktiviert die Zündkerze bei einer vorbestimmten Zeit, um den Motorkörper durch fremdgezündete Verbrennung zu betreiben, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers in einem Bereich hoher Last befindet, in dem eine Last höher als die in dem Bereich niedriger Last ist. Das Steuergerät stellt den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus auf einen hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher ein und steuert das Kraftstoffeinspritzventil an, um den Kraftstoff zumindest ein einem Zeitraum zwischen einer Endphase eines Verdichtungstakts und einer Anfangsphase eines Arbeitstakts in den Zylinder einzuspritzen, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers zumindest in einem vorbestimmten ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last befindet, der eine Grenze zwischen dem Bereich niedriger Last und dem Bereich hoher Last umfasst. Das Steuergerät stellt den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus auf den hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher ein, steuert das Kraftstoffeinspritzventil an, um zumindest in dem Zeitraum zwischen der Endphase des Verdichtungstakts und der Anfangsphase des Arbeitstakts den Kraftstoff in den Zylinder einzuspritzen, und steuert die Zündkerze nach einem Ende der Kraftstoffeinspritzung an, um die Fremdzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder auszuführen, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers zumindest in einem vorbestimmten zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last befindet, der einen Volllastbereich umfasst.
Das Steuergerät stellt ein AGR-Verhältnis, das ein Verhältnis einer Menge des Abgases zu einer Gesamtmenge von Gas in dem Zylinder ist, in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last so ein, dass es höher als ein AGR-Verhältnis in dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last ist, indem es das Abgasrückführungssystem steuert, und stellt den Start der Kraftstoffeinspritzung in dem ersten spezifizierten Unterbereich auf früh vor, um die Kraftstoffeinspritzung in dem zweiten spezifizierten Unterbereich zu starten.
Das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motorkörpers kann von 15 bis zum Beispiel 20 reichen, beide Werte eingeschlossen.
Die „Endphase eines Verdichtungstakts“ kann eine Endphase sein, bei der der Verdichtungstakt in drei Phasen unterteilt ist, die Anfangsphase, die mittlere Phase und die Endphase. Analog kann die „Anfangsphase eines Arbeitstakts“ eine Anfangsphase sein, bei der der Arbeitstakt in drei Phasen unterteilt ist, die Anfangsphase, die mittlere Phase und die Endphase.
Das Abgasrückführungssystem umfasst ein externes AGR-System, das ausgelegt ist, um das Abgas mittels des AGR-Kanals zu einer Einlassseite zurückzuführen, und ein internes AGR-System, das ausgelegt ist, um das Abgas in dem Zylinder zurückzuhalten oder das zu einer Einlass- oder Auslassöffnung abgelassene Abgas wiedereinzulassen.
Wenn der Betriebsbereich des Motorkörpers sich in einem Bereich relativ niedriger Last befindet, wird der Motorköper von der kompressionsgezündeten Verbrennung durch Verdichten und Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder betrieben. Da der Motorkörper das hohe geometrische Verdichtungsverhältnis von 15 oder höher aufweist, steigen der Verdichtungsenddruck und die Verdichtungsendtemperatur an. Der hohe Verdichtungsenddruck und die hohe Verdichtungsendtemperatur stabilisieren die kompressionsgezündete Verbrennung.
Der Druck steigt dagegen bei der kompressionsgezündeten Verbrennung mit der steigenden Last des Motorkörpers schnell an. Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird der Kraftstoff zumindest bei dem hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher und zumindest in dem Zeitraum zwischen der Endphase des Verdichtungstakts und der Anfangsphase des Arbeitstakts in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last, in dem die kompressionsgezündete Verbrennung ausgeführt wird, in den Zylinder eingespritzt. Der erste spezifizierte Unterbereich ist der Unterbereich höchster Last in dem Bereich niedriger Last, der die Grenze zwischen dem Bereich niedriger Last und dem Bereich hoher Last umfasst, in dem die fremdgezündete Verbrennung ausgeführt wird.
Das Anheben des Kraftstoffdrucks vergrößert die Menge des pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffs. Verglichen mit dem niedrigen Kraftstoffdruck unter Verwenden der gleichen Menge des eingespritzten Kraftstoffs verkürzt der hohe Kraftstoffdruck den Zeitraum des Einspritzens des Kraftstoffs in den Zylinder, d.h. den Einspritzzeitraum. Dies ist beim Verkürzen der Zeit ab Start der Kraftstoffeinspritzung bis zu der Kompressionszündung vorteilhaft.
Der hohe Kraftstoffdruck ist auch beim Zerstäuben eines in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffstrahls vorteilhaft. Durch Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder bei dem hohen Kraftstoffdruck wird die Turbulenz des Gases gesteigert und die Turbulenz der Gasenergie wird in dem Zylinder, in dem sich der Kolben nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet, gesteigert. Dieser Faktor verbessert das Mischverhalten des Kraftstoffstrahls in dem Zylinder, wenn sich der Kolben nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet. Dies bildet schnell ein relativ homogenes verbrennbares Luft/Kraftstoff-Gemisch.
Somit wird der Kraftstoff zumindest in dem Zeitraum zwischen der Endphase des Verdichtungstakts und der Anfangsphase des Arbeitstakts eingespritzt, wodurch Vorzündung in dem Verdichtungstakt reduziert wird. Wie vorstehend beschrieben wird das relativ homogene verbrennbare Luft/Kraftstoff-Gemisch nach dem Start der Kraftstoffeinspritzung schnell gebildet. Somit wird die homogene Mischung nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung zuverlässig der Kompressionszündung unterzogen und wird in dem Arbeitstakt stabil verbrannt. Bei dem Arbeitstakt reduziert der Fahrbetrieb allmählich den Druck in dem Zylinder, wodurch ein Druckanstieg bei der kompressionsgezündeten Verbrennung reduziert und eine relativ langsame Verbrennung ausgeführt wird.
Die Kraftstoffeinspritzung kann in dem ersten spezifizierten Unterbereich unterteilt sein. In diesem Fall kann mindestens eine der mehreren Zeiten der unterteilten Kraftstoffeinspritzung eine relativ späte Zeit zwischen der Endphase des Verdichtungstakts und der Anfangsphase des Arbeitstakts sein.
In dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last wird das Abgasrückführungssystem so gesteuert, dass es das Abgas (d.h. das AGR-Gas) in den Zylinder einleitet. Die kompressionsgezündete Verbrennung in dem Arbeitstakt wird langsamer, was beim Reduzieren eines schnellen Druckanstiegs vorteilhaft ist. Dies eliminiert NVH-Beschränkungen in dem ersten spezifizierten Unterbereich, um den Bereich, in dem die kompressionsgezündete Verbrennung ausgeführt wird, auf die Seite hoher Last auszuweiten.
Wenn sich andererseits der Betriebsbereich des Motorkörpers in einem Bereich relativ hoher Last befindet, wird der Motorköper von der fremdgezündeten Verbrennung durch Verbrennen des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder durch die Fremdzündung betrieben. In dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last, der den Volllastbereich umfasst, wird wie in dem ersten spezifizierten Unterbereich der Kraftstoff bei dem hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher zumindest in dem Zeitraum zwischen der Endphase des Verdichtungstakts und der Anfangsphase des Arbeitstakts in den Zylinder eingespritzt. Der hohe Kraftstoffdruck verkürzt die Zeit der Einspritzung des Kraftstoffs und verbessert das Mischverhalten des zerstäubten Kraftstoffstrahls, um das verbrennbare Luft/Kraftstoff-Gemisch in kurzer Zeit zu bilden. Diese charakteristische Kraftstoffeinspritzung kann in jedem Unterbereich mit Ausnahme des zweiten spezifizierten Unterbereichs ausgeführt werden.
Dann wird bei einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem Ende der Kraftstoffeinspritzung die Zündkerze angesteuert, um die Fremdzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylinder auszuführen. Der Einspritzzeitpunkt kann ein vorbestimmter Zeitpunkt sein, zum Beispiel nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung.
Wie vorstehend beschrieben verstärkt das Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder bei dem hohen Kraftstoffdruck die Turbulenzenergie in dem Zylinder. Da sich aber der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet, wird der Zeitraum zwischen dem Start der Einspritzung bis zu der Fremdzündung verkürzt und die fremdgezündete Verbrennung beginnt mit einer Turbulenzenergie, die bei einem hohen Wert gehalten wird. Dies beschleunigt die Flammenausbreitung und verkürzt den Verbrennungszeitraum der fremdgezündeten Verbrennung.
In dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last, in dem die fremdgezündete Verbrennung ausgeführt wird, verkürzt somit das Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder bei dem hohen Kraftstoffdruck und dem relativ späten Zeitpunkt nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung den Einspritzzeitraum, den Gemischbildungszeitraum und den Verbrennungszeitraum. Da der Motorkörper das hohe geometrische Verdichtungsverhältnis aufweist, unterliegt dieser Motor einer anomalen Verbrennung, wie etwa Vorzündung und Klopfen, in dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last. Die vorstehend beschriebene Konfiguration verkürzt aber die Reaktionszeit des Luft/Kraftstoff-Gemisches, die die Summe des Einspritzzeitraums, des Gemischbildungszeitraums und des Verbrennungszeitraums ist, wodurch die anomale Verbrennung, wie etwa die Vorzündung und das Klopfen, effektiv reduziert wird.
Verglichen mit der Kraftstoffeinspritzung in dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last wird die Kraftstoffeinspritzung in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last auf früh verstellt. Dies liegt hauptsächlich an der Differenz zwischen dem AGR-Verhältnis in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last und dem AGR-Verhältnis in dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last. Im Einzelnen ist der erste spezifizierte Unterbereich der Bereich relativ niedriger Last, in dem die kompressionsgezündete Verbrennung ausgeführt wird. Somit kann eine große Menge des AGR-Gases in den Zylinder eingeleitet werden. Da die große Menge des AGR-Gases die Geschwindigkeit der Verbrennung reduziert, kann der Start der Kraftstoffeinspritzung so weit wie möglich auf früh verstellt werden, solange eine anomale Verbrennung wie etwa Vorzündung reduziert wird. Dadurch wird in dem ersten spezifizierten Unterbereich der Zeitraum für das Bilden des homogenen Gemisches in gewissem Maße vergrößert, um die Zündfähigkeit und die Verbrennungsstabilität zu verbessern, und der Zeitpunkt der Kompressionszündung wird nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung auf spät verstellt. Die große Menge des AGR-Gases reduziert die Geschwindigkeit der Verbrennung und reduziert einen schnellen Druckanstieg.
In dem zweiten spezifizierten Unterbereich befindet sich dagegen der Bereich relativ hoher Last, in dem die fremdgezündete Verbrennung ausgeführt wird. Im Hinblick auf die Stabilität der fremdgezündeten Verbrennung kann keine große Menge des AGR-Gases in den Zylinder eingeleitet werden. In dem zweiten spezifizierten Unterbereich wird somit eine anomale Verbrennung vorzugsweise durch größtmögliches Spätverstellen des Starts der Einspritzung reduziert.
Die vorliegende Offenbarung sieht auch einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor vor, welcher umfasst: einen Motorkörper, der einen Zylinder mit einem geometrischen Verdichtungsverhältnis von 15 oder höher und einen Kolben, der hin- und herbewegbar in den Zylinder eingesetzt ist und eine Bodenfläche mit einer ausgesparten Mulde aufweist, umfasst; ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff in die Mulde einspritzen kann, wenn sich der Kolben nahe einem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet; einen Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus, der ausgelegt ist, um einen Druck des von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffs einzustellen; eine Zündkerze, die zum Inneren des Zylinders weist und ausgelegt ist, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder zu zünden; ein Abgasrückführungssystem, das ausgelegt ist, um Abgas in den Zylinder einzuleiten; und ein Steuergerät, das ausgelegt ist, um den Motorkörper durch Steuern mindestens des Kraftstoffeinspritzventils, des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus, der Zündkerze und des Abgasrückführungssystems zu betreiben.
Das Steuergerät betreibt den Motorkörper durch kompressionsgezündete Verbrennung mit Verdichten und Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder, wenn sich ein Betriebsmodus des Motorkörpers in einem vorbestimmten Bereich niedriger Last befindet, und aktiviert die Zündkerze bei vorbestimmten Zeiten, um den Motorkörper durch fremdgezündete Verbrennung zu betreiben, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers in einem Bereich hoher Last befindet, in dem eine Last höher als die in dem Bereich niedriger Last ist. Das Steuergerät stellt den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus auf einen hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher ein und steuert das Kraftstoffeinspritzventil bei einem Zeitpunkt zum Einspritzen des Kraftstoffs an, der Kraftstoff wird in die Mulde des Kolbens eingespritzt, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers zumindest in einem vorbestimmten ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last befindet, der eine Grenze zwischen dem Bereich niedriger Last und dem Bereich hoher Last umfasst. Das Steuergerät stellt den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus auf den hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher ein, steuert das Kraftstoffeinspritzventil bei dem Zeitpunkt des Einspritzens des Kraftstoffs in die Mulde des Kolbens an und steuert die Zündkerze nach einem Ende der Kraftstoffeinspritzung an, um die Fremdzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder auszuführen, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers mindestens in einem vorbestimmten zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last befindet, der einen Volllastbereich umfasst.
Das Steuergerät stellt ein AGR-Verhältnis, das ein Verhältnis einer Menge des Abgases zu einer Gesamtmenge von Gas in dem Zylinder ist, in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last so ein, dass es höher als ein AGR-Verhältnis in dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last ist, indem es das Abgasrückführungssystem steuert, und stellt den Start der Kraftstoffeinspritzung in dem ersten spezifizierten Unterbereich auf früh, um die Kraftstoffeinspritzung in dem zweiten spezifizierten Unterbereich zu starten.
In dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last, in dem der Motorkörper durch die kompressionsgezündete Verbrennung betrieben wird, wird das Kraftstoffeinspritzventil zumindest bei dem hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher bei dem Zeitpunkt der Einspritzung des Kraftstoffs in die in der Bodenfläche des Kolbens ausgebildeten Mulde angesteuert. Wie vorstehend beschrieben verkürzt der hohe Kraftstoffdruck den Kraftstoffeinspritzzeitraum und beschleunigt die Zerstäubung der Kraftstoffstrahlen. Der Kraftstoff wird bei dem hohen Kraftstoffdruck eingespritzt, wodurch die Gasströmung in der Mulde verstärkt wird. Dies bildet schnell ein relativ homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch. Der Zeitpunkt der Einspritzung des Kraftstoffs in die Mulde entspricht der Zeit, da sich der Kolben nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet. Das relativ homogene Luft/Kraftstoff-Gemisch wird somit nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung zuverlässig verdichtet und gezündet und in dem Arbeitstakt stabil verbrannt.
Da das Abgas in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last in den Zylinder eingeleitet wird, wird die kompressionsgezündete Verbrennung in dem Arbeitskat langsamer, was beim Reduzieren des schnellen Druckanstiegs vorteilhaft ist.
Somit werden in dem ersten spezifizierten Unterbereich NHV-Beschränkungen eliminiert, die vorstehend beschriebene Konfiguration ist beim Ausdehnen des Bereichs niedriger Last, in dem die kompressionsgezündete Verbrennung ausgeführt wird, zu der Seite der hohen Last vorteilhaft.
Da insbesondere bei dieser Konfiguration der Motorkörper das hohe geometrische Verdichtungsverhältnis von 15 oder höher aufweist, weist der Brennraum ein relativ kleines Volumen auf, wenn sich der Kolben nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet. Das Einspritzen des Kraftstoffs in die Mulde bei dem hohen Kraftstoffdruck zu diesem Zeitpunkt steigert die Luftnutzungsrate in der Mulde, was beim schnellen Bilden des homogenen Luft/Kraftstoff-Gemisches vorteilhaft ist. D.h. die Zündfähigkeit und die Stabilität bei der kompressionsgezündeten Verbrennung verbessern sich in dem Motorkörper mit dem hohen geometrischen Verdichtungsverhältnis.
In dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last, in dem der Motorkörper durch die fremdgezündete Verbrennung betrieben wird, wird das Kraftstoffeinspritzventil zumindest bei dem hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher bei dem Zeitpunkt der Einspritzung des Kraftstoffs in die in der Bodenfläche des Kolbens ausgebildeten Mulde angesteuert. Dies verkürzt den Kraftstoffeinspritzzeitraum und beschleunigt das Zerstäuben der Kraftstoffstrahlen. Weiterhin wird die Gasströmung in der Mulde verstärkt, um das verbrennbare Luft/Kraftstoff-Gemisch in einer kurzen Zeit zu bilden. Ferner startet die Fremdzündung die Verbrennung, während die große Turbulenzenergie in der Mulde gehalten wird, wodurch der Verbrennungszeitraum verkürzt wird. Dadurch wird die anomale Verbrennung, wie etwa die Vorzündung und das Klopfen, effektiv geringer, während die Verbrennungsstabilität sichergestellt wird.
In dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last, in dem eine fremdgezündete Verbrennung ausgeführt wird, steigert das Einspritzen des Kraftstoffs in die Mulde bei dem hohen Kraftstoffdruck die Luftnutzungsrate in der Mulde und trägt zur Stabilität bei der fremdgezündeten Verbrennung in dem Motorkörper mit dem hohen geometrischen Verdichtungsverhältnis bei.
Mit dieser Konfiguration wird eine relativ große Menge des AGR-Gases in dem ersten spezifizierten Unterbereichs des Bereichs niedriger Last in den Zylinder eingeleitet. Dies verstellt den Start der Kraftstoffeinspritzung weiter auf früh, um ein homogeneres Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Dadurch verbessern sich die Zündfähigkeit und die Verbrennungsstabilität und der schnelle Druckanstieg wird geringer. In dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last wird eine relativ kleine Menge des AGR-Gases in den Zylinder eingeleitet, und der Start der Kraftstoffeinspritzung wird so weit wie möglich auf spät verstellt, wodurch die anomale Verbrennung reduziert wird.
Das Abgasrückführungssystem kann ein externes AGR-System, das ausgelegt ist, um das Abgas mittels des AGR-Kanals, durch den ein Abgaskanal des Motorkörpers mit einem Einlasskanal kommuniziert, in den Zylinder rückzuführen, und ein internes AGR-System, das ausgelegt ist, um das Abgas durch öffnende und schließende Steuerung eines Einlassventils und eines Auslassventils des Motorkörper in den Zylinder zurückzuführen, umfassen. Das Steuergerät kann mittels des AGR-Kanals des externen AGR-Systems in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last gekühltes Abgas in den Zylinder einleiten.
Da der erste spezifizierte Unterbereich der Bereich relativ hoher Last ist, ist die Temperatur in dem Zylinder relativ hoch und der Druck steigt bei der kompressionsgezündeten Verbrennung schnell an. Somit wird in dem ersten spezifizierten Unterbereich das gekühlte Abgas mittels des AGR-Kanals des externen AGR-Systems in den Zylinder eingeleitet. Dies reduziert den Temperaturanstieg in dem Zylinder, was anomale Verbrennung, wie etwa Vorzündung, reduziert, sowie den schnellen Druckanstieg bei der kompressionsgezündeten Verbrennung.
Das Abgasführungssystem kann gekühltes AGR-Gas, das durch Kühlen des Abgases erhalten wird, und heißes AGR-Gas mit einer höheren Temperatur als das gekühlte AGR-Gas in den Zylinder einleiten. Das Steuergerät kann zumindest das gekühlte AGR-Gas mittels des Abgasrückführungssystems in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last in den Zylinder einleiten und mittels des Abgasrückführungssystems in einem vorbestimmten Unterbereich niedrigster Last des Bereichs niedriger Last, in dem die Last niedriger als in dem ersten spezifizierten Unterbereich ist, nur das heiße AGR-Gas in den Zylinder einleiten.
Analog zu dem vorstehend Beschriebenen wird in dem ersten spezifizierten Unterbereich unter der relativ hohen Last das gekühlte AGR-Gas in den Zylinder eingeleitet, wodurch die anomale Verbrennung wie etwa Vorzündung reduziert und der schnelle Druckanstieg bei der kompressionsgezündeten Verbrennung reduziert wird. In dem vorbestimmten Unterbereich niedrigster Last dagegen, in dem die Last niedriger als in dem ersten spezifizierten Unterbereich ist, wird nur das heiße AGR-Gas in den Zylinder eingeleitet. Dies hebt die Temperatur in dem Zylinder an, was beim Verbessern der Zündfähigkeit bei der Kompressionszündung vorteilhaft ist.
Das Steuergerät kann das Kraftstoffeinspritzventil ansteuern, um den Kraftstoff zumindest in einem Zeitraum zwischen einem Einlasstakt und einer Mitte des Verdichtungstakts in einem Unterbereich des Bereichs niedriger Last mit Ausnahme des ersten spezifizierten Unterbereichs und in einem Bereich hoher Drehzahl des Bereichs hoher Last, in dem eine Drehzahl größer oder gleich einer vorbestimmten Drehzahl ist, einzuspritzen.
Der Unterbereich des Bereichs niedriger Last mit Ausnahme des ersten spezifizierten Unterbereichs ist ein Unterbereich relativ niedriger Last des Bereichs niedriger Last. Da in diesem Unterbereich die Temperatur in dem Zylinder relativ niedrig ist, gibt es keinen oder einen weniger schnellen Druckanstieg bei der kompressionsgezündeten Verbrennung. Somit wird bei diesem Unterbereich der Kraftstoff zumindest in dem Zeitraum zwischen dem Einlasstakt und der Mitte des Verdichtungstakts eingespritzt. In diesem Fall wird der Kraftstoff in dem Zeitraum eingespritzt, in dem die Einlassströmung stark ist, und der Gemischbildungszeitraum ist ausreichend lang, wodurch das homogene Luft/Kraftstoff-Gemisch gebildet wird. Ferner wird der Kraftstoff eingespritzt, wenn sich der Kolben weg von dem oberen Totpunkt befindet, wodurch die Luftnutzungsrate in dem Zylinder gesteigert wird. Dadurch verbessern sich die Zündfähigkeit bei der Kompressionszündung und die Stabilität bei der kompressionsgezündeten Verbrennung.
Der Kraftstoff wird zumindest in dem Zeitraum zwischen dem Einlasstakt und der Mitte des Verdichtungstakts in dem Bereich hoher Drehzahl des Bereichs hoher Last, in dem die fremdgezündete Verbrennung ausgeführt wird und die Drehzahl größer oder gleich der vorbestimmten Drehzahl ist, eingespritzt. Die Gründe folgen. Im Einzelnen ist das Verstellen der Kraftstoffeinspritzung auf spät beim Reduzieren einer anomalen Verbrennung in dem Bereich niedriger Drehzahl des Motors, der eine lange tatsächliche Zeit zum Ändern eines Kurbelwinkels benötigt, vorteilhaft. In dem Bereich hoher Drehzahl des Motors ist aber das Verstellen der Kraftstoffeinspritzung auf spät weniger vorteilhaft beim Reduzieren der Reaktionszeit des unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches, da eine kurze tatsächliche Zeit zum Ändern des Kurbelwinkels erforderlich ist. Wenn der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung auf spät verstellt wird, wird eine Luft mit einem hohen spezifischen Wärmeverhältnis in dem Verdichtungstakt verdichtet, wodurch die Verdichtungsendtemperatur stark angehoben wird, was beim Reduzieren von Klopfen nachteilig ist.
Der Kraftstoff wird zumindest in dem Zeitraum zwischen dem Einlasstakt und der Mitte des Verdichtungstakts in dem Bereich hoher Drehzahl des Bereichs hoher Last, in dem die Drehzahl größer oder gleich der vorbestimmten Drehzahl ist, eingespritzt. Dadurch wird das den Kraftstoff enthaltende Gas in dem Verdichtungstakt verdichtet. Da dieses Gas ein relativ niedriges spezifisches Wärmeverhältnis aufweist, nimmt der Temperaturanstieg gemäß der Verdichtung des Gases in dem Zylinder ab, wodurch eine niedrige Verdichtungsendtemperatur beibehalten wird. Dadurch sinkt die anomale Verbrennung in dem Bereich hoher Drehzahl des Bereichs hoher Last effektiv.
Das Steuergerät kann das Kraftstoffeinspritzventil bei dem Zeitpunkt der Einspritzung zumindest eines Teils des Kraftstoffs, der aus der Mulde des Kolbens in den Zylinder eingespritzt wird, in einem Unterbereich des Bereichs niedriger Last mit Ausnahme des ersten spezifizierten Unterbereichs und in einem Bereich hoher Drehzahl des Bereichs hoher Last, in dem eine Drehzahl größer oder gleich einer vorbestimmten Drehzahl ist, ansteuern.
Der Zeitpunkt des Einspritzens zumindest eines Teils des Kraftstoffs, der aus der Mulde des Kolbens in den Zylinder eingespritzt wird, ist der Zeitpunkt, bei dem der Kolben weg von dem oberen Totpunkt der Verdichtung positioniert ist. Dies ist äquivalent zum Einspritzen des Kraftstoffs in dem Zeitraum zwischen dem Einlasstakt und der Mitte des Verdichtungstakts.
Der Kraftstoff wird zum Zeitpunkt der Einspritzung zumindest eines Teils des Kraftstoffs aus der Mulde des Kolbens eingespritzt, wodurch die Luftnutzungsrate gesteigert und ein homogeneres Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Unterbereich relativ niedriger Last des Bereichs niedriger Last mit Ausnahme des ersten spezifizierten Unterbereichs gebildet wird. Dies verbessert die Zündfähigkeit bei der Kompressionszündung und die Stabilität bei der kompressionsgezündeten Verbrennung. In dem Bereich hoher Drehzahl des Bereichs hoher Last wird die niedrige Verdichtungsendtemperatur gehalten, wodurch eine anomale Verbrennung reduziert wird.
Das Steuergerät kann den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus zumindest in dem Unterbereich des Bereichs niedriger Last mit Ausnahme des ersten spezifizierten Unterbereichs auf unter 30 MPa einstellen.
Die Kraftstoffeinspritzung in dem Zeitraum zwischen dem Einlasstakt und der Mitte des Verdichtungstakts erfordert nicht den hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher. Somit wird der Kraftstoffdruck in zumindest dem Unterbereich des Bereichs niedriger Last mit Ausnahme des ersten spezifizierten Unterbereichs niedrig eingestellt. Dies reduziert den Energiebetrag zum Steigern des Kraftstoffdrucks, was beim Verbessern des Kraftstoffwirkungsgrads vorteilhaft ist.
Der Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus kann eine Kraftstoffpumpe umfassen, die von dem Motorkörper betrieben wird und ausgelegt ist, um den Druck des Kraftstoffs anzupassen.
Dann nimmt wie vorstehend beschrieben in dem Bereich, der auf den niedrigen Kraftstoffdruck eingestellt ist, die Antriebskraft des Motorkörpers mit der abnehmenden Antriebskraft der Kraftstoffpumpe ab, wodurch der Kraftstoffwirkungsgrad verbessert wird.
Das Kraftstoffeinspritzventil kann sich an einer mittleren Achse des Zylinders befinden und in der Lage sein, den Kraftstoff radial einzuspritzen.
Ein Kraftstoffeinspritzventil mit mehreren Öffnungen steigert die Turbulenzenergie der Gasströmung in dem Zylinder (oder in der Mulde) beim Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder. Wenn somit das geometrische Verdichtungsverhältnis hoch eingestellt ist. Demgemäß steigert bei dem Motorkörper, der den Brennraum mit einem relativ kleinen Volumen umfasst, wenn sich der Kolben in dem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet, das Kraftstoffeinspritzventil mit mehreren Öffnungen die Luftnutzungsrate. Daher ist das Ventil beim Aufweisen der vorstehend beschriebenen Wirkungen und Vorteile vorteilhaft.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Wie vorstehend beschrieben weist dieser fremdgezündete Direkteinspritzmotor den ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last, in dem die kompressionsgezündete Verbrennung ausgeführt wird, und den zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last, in dem fremdgezündete Verbrennung ausgeführt wird, auf. In jedem Bereich wird der Kraftstoff bei dem hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher zumindest in dem Zeitraum zwischen der Endphase des Verdichtungstakts und der Anfangsphase des Arbeitstakts in den Zylinder eingespritzt. Dadurch nimmt in dem ersten spezifizierten Unterbereich der schnelle Druckanstieg aufgrund der kompressionsgezündeten Verbrennung ab und weitet den Bereich, in dem die kompressionsgezündete Verbrennung ausgeführt wird, auf die Seite der hohen Last aus. In dem zweiten spezifizierten Unterbereich nimmt dagegen die anomale Verbrennung etc. ab.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur eines fremdgezündeten Direkteinspritzmotors zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerung des fremdgezündeten Direkteinspritzmotors zeigt.
3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Brennraums.
4 zeigt den Betriebsbereich des Motors.
5A zeigt eine beispielhafte Kraftstoffeinspritzzeit beim Ausführen der Einlasstakteinspritzung in einem CI-Modus (CI = Kompressionszündung) und eine demgemäße Wärmeerzeugungsrate bei einer CI-Verbrennung.
5B zeigt eine beispielhafte Kraftstoffeinspritzzeit beim Ausführen der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks in dem CI-Modus und eine demgemäße Wärmeerzeugungsrate bei der CI-Verbrennung.
5C zeigt eine beispielhafte Kraftstoffeinspritzzeit und eine beispielhafte Zündzeit beim Ausführen der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks in dem SI-Modus (SI = Fremdzündung) und eine demgemäße Wärmeerzeugungsrate bei der SI-Verbrennung.
5D zeigt eine beispielhafte Kraftstoffeinspritzzeit und eine Zündzeit beim Ausführen einer geteilten Einspritzung der Einlasstakteinspritzung und der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks in dem SI-Modus und eine dementsprechende Wärmeerzeugungsrate bei der SI-Verbrennung.
6 zeigt einen Vergleich zwischen der SI-Verbrennung bei der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks und der herkömmlichen SI-Verbrennung.
7 zeigen Änderungen (a) der Gaszusammensetzung in einem Zylinder, (b) der Temperatur bei Start der Verdichtung, (c) der Sauerstoffkonzentration und (d) des Verhältnisses von externem AGR-Gas zu Einlassgas gemäß unterschiedlichen Motorlasten.
8 zeigen Änderungen (a) der Gaszusammensetzung in dem Zylinder, (d) des Verhältnisses des externen AGR-Gases zu dem Einlassgas, (e) der Zeitsteuerung eines Auslassventils, (f) der Zeitsteuerung eines Einlassventils und (g) des Hubbetrags des Einlassventils gemäß unterschiedlichen Motorlasten.
9 zeigen Änderungen (a) der Gaszusammensetzung in dem Zylinder, (d) des Verhältnisses des externen AGR-Gases zu dem Einlassgas, (h) des Öffnungsgrads einer Drosselklappe, (i) des Öffnungsgrads eines AGR-Ventils und (j) des Öffnungsgrads eines AGR-Kühler-Umgehungsventils gemäß unterschiedlichen Motorlasten.
10 zeigen Änderungen (a) der Gaszusammensetzung in dem Zylinder, (k) des Starts der Kraftstoffeinspritzung, (I) des Kraftstoffdrucks, (m) der Zündzeit gemäß unterschiedlichen Motorlasten.
11 zeigt die Beziehung zwischen den Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und Auslassventile und dem internen AGR-Verhältnis.
12 zeigt die Beziehung zwischen dem AGR-Verhältnis und der Motorlast bei einer vorbestimmten Drehzahl.
13 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur eines fremdgezündeten Direkteinspritzmotors zeigt, die sich von der Struktur von 1 unterscheidet.
14 ist eine Seitenansicht, die die Struktur eines Abgaskrümmer bei dem in 13 gezeigten fremdgezündeten Direkteinspritzmotor zeigt.
15 ist eine Seitenansicht, die die Struktur eines unabhängigen Auslasskanals, der in dem Abgaskrümmer des in 13 gezeigten fremdgezündeten Direkteinspritzmotos enthalten ist, zeigt.
16 ist eine Seitenansicht, die die Struktur eines Umgehungskanals, der in dem Abgaskrümmer des in 13 gezeigten fremdgezündeten Direkteinspritzmotos enthalten ist, zeigt.
17 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie A-A von 15.
18 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerung des in 1 gezeigten fremdgezündeten Direkteinspritzmotors zeigt.
19 zeigen Änderungen (a) der Gaszusammensetzung in einem Zylinder, (b) der Temperatur bei Start der Verdichtung, (c) der Sauerstoffkonzentration, (d) des Verhältnisses des externen AGR-Gases zu Einlassgas gemäß unterschiedlichen Motorlasten in dem in 13 gezeigten fremdgezündeten Direkteinspritzmotor.
20 zeigen den Änderungen (a) der Gaszusammensetzung in dem Zylinder, (d) des Verhältnisses des externen AGR-Gases zu dem Einlassgas, (e) der Zeitsteuerung eines Auslassventils, (f) der Zeitsteuerung eines Einlassventils und (g) des Hubbetrags des Einlassventils gemäß unterschiedlichen Motorlasten in dem in 13 gezeigten fremdgezündeten Direkteinspritzmotor.
21 zeigen Änderungen (a) der Gaszusammensetzung in dem Zylinder, (d) des Verhältnisses des externen AGR-Gases zu dem Einlassgas, (h) des Öffnungsgrads einer Drosselklappe, (i) des Öffnungsgrads eines AGR-Ventils und (j) des Öffnungsgrads eines Kanalschaltventils gemäß unterschiedlichen Motorlasten bei dem in 13 gezeigten fremdgezündeten Direkteinspritzmotor.
22 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerung eines fremdgezündeten Direkteinspritzmotors mit einer Struktur, die sich von 2 und 18 unterscheidet, zeigt.
23 zeigen Änderungen (a) der Gaszusammensetzung in einem Zylinder, (d) des Verhältnisses des externen AGR-Gases zu Einlassgas, (e) der Zeitsteuerung eines Auslassventils, (f) der Zeitsteuerung eines Einlassventils und (g) des Hubbetrags des Einlassventils gemäß unterschiedlichen Motorlasten bei dem in 22 gezeigten fremdgezündeten Direkteinspritzmotor.
24A zeigt Öffnungseigenschaften eines Einlassventils und eines Auslassventils in dem Lastbereich von der niedrigsten Last zu einer Last T1.
24B zeigt Öffnungseigenschaften des Einlassventils und des Auslassventils in dem Lastbereich von der Last T1 zu einer Last T3.
24C zeigt Öffnungseigenschaften des Einlassventils und des Auslassventils in dem Lastbereich von der Last T3 zu einer Last T5.
24D zeigt Öffnungseigenschaften des Einlassventils und des Auslassventils in dem Lastbereich von der Last T5 zu einer Last T6.
24E zeigt Öffnungseigenschaften des Einlassventils und des Auslassventils in dem Bereich höherer Last über der Last T6.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen eines fremdgezündeten Direkteinspritzmotors werden nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die folgenden bevorzugten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele. 1 und 2 veranschaulichen die schematische Struktur eines Motors (d.h. eines Motorkörpers) 1. Der Motor 1 ist ein fremdgezündeter Benzinmotor, der in einem Fahrzeug eingebaut und mit Kraftstoff versorgt wird, der zumindest Benzin enthält. Der Motor 1 umfasst einen Zylinderblock 11, der mit mehreren Zylindern 18 (auch wenn in 1 nur einer gezeigt ist, sind zum Beispiel vier Zylinder in Reihe angeordnet) versehen ist, einen Zylinderkopf 12, der an dem Zylinderblock 11 angeordnet ist, und eine Ölwanne 13, die unter dem Zylinderblock 11 angeordnet ist und Schmiermittel speichert. Ein Kolben 14 ist in jedem der Zylinder 18 hin- und herbewegend eingesetzt. Der Kolben 14 ist mittels einer Pleuelstange 142 mit einer Kurbelwelle 15 verbunden. An der Oberseite des Kolbens 14 ist, wie in 3 vergrößert gezeigt ist, eine Mulde 141 wie eine Mulde für Wiedereintritt eines Dieselmotors ausgebildet. Die Mulde 141 ist einem Injektor 67 zugewandt, der später beschrieben wird, wenn sich der Kolben 14 nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet. Der Zylinderkopf 12, der Zylinder 18 und der Kolben 14 mit der Mulde 141 legen einen Brennraum 19 fest. Der Brennraum 19 ist nicht auf die in der Figur gezeigte Form beschränkt. Die Form der Mulde 141, die Form der Oberseite des Kolbens 14, die Form des Dachs des Brennraums 19 etc. können nach Bedarf geändert werden.
Dieser Motor 1 weist ein relativ hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis von 15 oder höher auf, um den theoretischen thermischen Wirkungsgrad zu verbessern, die kompressionsgezündete Verbrennung zu verbessern, was später beschrieben wird, etc. Das geometrische Verdichtungsverhältnis kann nach Bedarf in dem Bereich von 15 bis 20, beide Werte eingeschlossen, eingestellt werden.
Der Zylinderkopf 12 weist eine Einlassöffnung 16 und eine Auslassöffnung 17 für jeden Zylinder 18 auf. Die Einlassöffnung 16 und die Auslassöffnung 17 sind jeweils mit einem Einlassventil 21 und einem Auslassventil 22 versehen, die die Öffnungen an dem Brennraum 19 öffnen und schließen.
Von Ventilsystemen, die das Einlassventil 21 und das Auslassventil 22 ansteuern, weist ein Auslassventilsystem zum Beispiel einen variablen Hydraulikbetriebmechanismus (nachstehend als variabler Ventilhub(VVL)-Mechanismus bezeichnet) 71 auf, der den Betriebsmodus des Auslassventils 22 zwischen einem Normalmodus und einem Spezialmodus umschaltet (siehe 2). Auch wenn seine Struktur nicht näher gezeigt ist, umfasst der WL 71 zwei Arten von Nocken mit unterschiedlichen Nockenprofilen, eine erste Nocke mit einem einzigen Nockenvorsprung und eine zweite Nocke mit zwei Nockenvorsprüngen sowie einen Leerlaufmechanismus, der den Betriebsmodus einer der ersten und zweiten Nocken selektiv zu dem Auslassventil überträgt. Wenn der Betriebsmodus des ersten Nocken zu dem Auslassventil 22 übertragen wird, arbeitet das Auslassventil 22 in dem Normalmodus, um nur einmal in einem Auspufftakt geöffnet zu werden. Wenn andererseits der Betriebsmodus der zweiten Nocke zu dem Auslassventil 22 übertragen wird, arbeitet das Auslassventil 22 in dem Spezialmodus, um zweimal in dem Auspufftakt und in einem Einlasstakt geöffnet zu werden. Der VVL 71 wird gemäß dem Betriebsmodus des Motors zwischen dem Normalmodus und dem Spezialmodus umgeschaltet. Im Einzelnen wird der Spezialmodus beim Steuern der internen AGR genutzt. In der folgenden Beschreibung kann der Normalmodusbetrieb des WL 71, der das Auslassventil 22 nicht zweimal öffnet, als „Abschaltung des VVL 71“ bezeichnet werden und der Spezialmodusbetrieb des WL 71, der das Auslassventil 22 zweimal öffnet, kann als „Einschaltung des WL 71“ bezeichnet werden. Ein elektromagnetisches Antriebsventilsystem, das das Auslassventil 22 mit einem elektromagnetischen Aktor antreibt, kann für das Umschalten zwischen dem Normalmodus und dem Spezialmodus genutzt werden. Die interne AGR kann nicht nur durch das zweifache Öffnen des Auslassventils 22 ausgeführt werden. Die interne AGR kann zum Beispiel durch zweimaliges Öffnen des Einlassventils 21, d.h. zweifaches Öffnen des Einlassventils, gesteuert werden. Alternativ kann in dem Auspufftakt oder dem Einlasstakt ein Zeitraum negativer Überlagerung des Schließens sowohl des Einlassventils 21 als auch des Auslassventils 22 vorgesehen werden, um verbranntes Gas in dem Zylinder 18 zum Ausführen der internen AGR zurückzuhalten.
Abweichend von dem den WL 71 umfassenden Auslassventilsystem, wie es in 2 gezeigt ist, umfasst das Einlassventilsystem einen phasenvariablen Mechanismus (nachstehend als variabler Ventilzeitsteuermechanismus (VVT) bezeichnet) 72, der die Drehphase einer Einlassnockenwelle relativ zu der Kurbelwelle 15 ändern kann, sowie einen Hubbetragveränderungsmechanismus (nachstehend als kontinuierlich variabler Ventilhub (CVVL) bezeichnet) 73, der den Hubbetrag des Einlassventils 21 kontinuierlich ändern kann. Der VVT 72 kann nach Bedarf eine bekannte hydraulische, elektromagnetische oder mechanische Struktur aufweisen, und die detaillierte Struktur ist in der Figur nicht gezeigt. Der CWL 73 kann nach Bedarf eine beliebige von verschiedenen bekannten Strukturen aufweisen, und die detaillierte Struktur desselben ist in der Figur nicht gezeigt. Der VVT 72 und der CWL 73 ändern die Öffnungs- und Schließzeitsteuerung und den Hubbetrag des Einlassventils 21.
Der Zylinderkopf 12 ist mit dem Injektor 67 versehen, der den Kraftstoff direkt in jeden der Zylinder 18 einspritzt. Wie in 3 vergrößert gezeigt ist, ist der Injektor 67 sich mit seiner Düse von der Mitte des Dachs des Brennraums 19 hin zum Inneren des Brennraums 19 erstreckend angeordnet. Der Injektor 67 spritzt den Kraftstoff der Menge, die dem Betriebsmodus des Motors 1 entspricht, direkt in den Brennraum 19 bei der Einspritzzeit ein, die dem Betriebsmodus des Motors 1 entspricht. Auch wenn dies nicht näher gezeigt ist, ist der Injektor 67 in diesem Beispiel ein Injektor mit mehreren Öffnungen mit mehreren Düsen. Diese Struktur ermöglicht dem Injektor 67 das Einspritzen des Kraftstoffs, um Kraftstoffstrahlen radial von der Mitte des Brennraums 19 zu verteilen. Wie durch die Pfeile von 3 angedeutet strömt der Kraftstoffstrahl, der eingespritzt wird, um sich radial von der Mitte des Brennraums 19 zu verteilen, wenn sich der Kolben 14 nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet, entlang der Wand der in der Oberseite des Kolbens gebildeten Mulde 141.
Die Mulde 141 ist mit anderen Worten ausgebildet, um den Kraftstoffstrahl aufzunehmen, der eingespritzt wird, wenn sich der Kolben 14 nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet. Diese Kombination aus dem Injektor 67 mit mehreren Öffnungen und der Mulde 141 ist beim Verkürzen des Gemischbildungszeitraums nach der Kraftstoffeinspritzung vorteilhaft, und ein Verkürzen eines Verbrennungszeitraums des Injektors 67 ist nicht auf den Injektor mit mehreren Öffnungen beschränkt, sondern kann ein nach außen öffnendes Ventil aufweisen.
Ein (nicht gezeigter) Kraftstofftank ist durch einen Kraftstoffzufuhrkanal mit dem Injektor 67 verbunden. Der Kraftstoffzufuhrkanal ist mit einem Kraftstoffzufuhrsystem 62 versehen, das eine Kraftstoffpumpe 63 und ein Common-Rail 64 umfasst und den Kraftstoff bei einem relativ hohen Kraftstoffdruck dem Injektor 67 zuführen kann. Die Kraftstoffpumpe 63 pumpt den Kraftstoff von dem Kraftstofftank zu dem Common-Rail 64. Das Common-Rail 64 speichert den gepumpten Kraftstoff bei einem relativ hohen Kraftstoffdruck. Das Ventil des Injektors 67 ist offen, wodurch der in dem Common-Rail 64 gespeicherte Kraftstoff von der Düse des Injektors 67 eingespritzt wird. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, ist die Kraftstoffpumpe 63 eine Kolbenpumpe, die von dem Motor 1 angetrieben wird. Das Kraftstoffzufuhrsystem 62, das die Pumpe umfasst, die von dem Motor angetrieben wird, liefert den hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher zu dem Injektor 67. Der Kraftstoffdruck kann maximal bei etwa 120 MPa liegen. Wie später beschrieben wird, ändert sich der Druck des dem Injektor 67 zugeführten Kraftstoffs gemäß dem Betriebsmodus des Motors 1. Das Kraftstoffzufuhrsystem 62 ist nicht auf diese Struktur beschränkt.
Wie in 3 gezeigt ist, ist eine Zündkerze 25, die ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Brennraum 19 zündet, an dem Zylinderkopf 12 angebracht. In diesem Beispiel erstreckt sich die Zündkerze 25 von der Auslassseite des Motors 1 schräg nach unten und durchsetzt den Zylinderkopf 12. Wie in 3 gezeigt ist, ist die Spitze der Zündkerze 25 dem Inneren der Mulde 141 des Kolbens 14 zugewandt, der sich in dem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet.
Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Einlasskanal 30 mit einer Seitenfläche des Motors 1 verbunden, um mit der Einlassöffnung 16 jedes Zylinders 18 zu kommunizieren. Ein Auslasskanal 40, der das verbrannte Gas (d.h. Abgas) aus dem Brennraum 19 jedes Zylinders 18 ablässt, ist dagegen mit der anderen Seitenfläche des Motors 1 verbunden.
Ein Luftfilter 31, der Ansaugluft filtert, ist an dem stromaufwärts liegenden Ende des Einlasskanals 30 angeordnet. Ein Ausgleichsbehälter 33 ist nahe dem stromabwärts liegenden Ende des Einlasskanals 30 angeordnet. Der Einlasskanal 30 ist stromabwärts des Ausgleichsbehälters 33 in unabhängige Kanäle für die jeweiligen Zylinder 18 unterteilt. Das stromabwärts liegende Ende jedes unabhängigen Kanals ist mit der Einlassöffnung 16 jedes Zylinders 18 verbunden.
Ein wasserkühlender Zwischenkühler/Wärmer 34, der die Luft kühlt oder erwärmt, und eine Drosselklappe 36, die die in jeden Zylinder 18 aufgenommene Luftmenge anpasst, sind in dem Einlasskanal 30 zwischen dem Luftfilter 31 und dem Ausgleichsbehälter 33 angeordnet. Der Einlasskanal 30 ist auch mit einem Zwischenkühler-Umgehungskanal 35 verbunden, der den Zwischenkühler/Wärmer 34 umgeht. Dieser Zwischenkühler-Umgehungskanal 35 ist mit einem Zwischenkühler-Umgehungsventil 351 zum Anpassen des Durchsatzes der durch den Kanal 35 strömenden Luft versehen. Der Öffnungsgrad des Zwischenkühler-Umgehungsventils 351 wird angepasst, um das Verhältnis des Durchsatzes des Zwischenkühler-Umgehungskanals 35 zu dem Durchsatz des Zwischenkühlers/Wärmers 34 anzupassen, wodurch die Temperatur von Frischluft, die ein den Zylinder 18 eingeleitet wird, angepasst wird.
Der stromaufwärtige Bereich des Auslasskanals 40 ist ein Abgaskrümmer, der die unabhängigen Kanäle, die für die jeweiligen Zylinder 18 aufgeteilt sind und mit den Außenenden der Auslassöffnungen 17 verbunden sind, und eine Gruppierung von unabhängigen Kanälen umfasst. Ein Direktkatalysatorbehälter 41 und ein Unterfußkatalysatorbehälter 42 werden als Abgasreiniger, die Schadstoffe in dem Abgas beseitigen, stromabwärts des Abgaskrümmers in dem Auslasskanal 40 vorgesehen. Jeder von Direktkatalysatorbehälter 41 und Unterfußkatalysatorbehälter 42 umfasst ein Rohrgehäuse und zum Beispiel einen Dreiwegekatalysator in dem Durchlass in dem Gehäuse.
Der Teil des Einlasskanals 30 zwischen dem Ausgleichsbehälter 33 und der Drosselklappe 36 ist mittels eines AGR-Kanals 50 zum Rückführen eines Teils des Abgases in dem Einlasskanal 30 mit dem stromaufwärts liegenden Bereich des Direktkatalysatorbehälters 41 in dem Abgaskanal 40 verbunden. Der AGR-Kanal 50 umfasst einen Hauptkanal 51, der mit einem AGR-Kühler 52 zum Kühlen des Abgases mit Motorkühlwasser und einem AGR-Kühler-Umgehungskanal 53 zum Umgehen des AGR-Kühlers 52 versehen ist. Der Hauptkanal 51 ist mit einem AGR-Ventil 511 zum Anpassen der zu dem Einlasskanal 30 zurückzuführenden Abgasmenge versehen. Der AGR-Kühler-Umgehungskanal 53 ist mit einem AGR-Kühler-Umgehungsventil 531 zum Anpassen des Durchsatzes des Abgases, das durch den AGR-Kühler-Umgehungskanal 53 zirkuliert, versehen.
Der Motor 1, der wie vorstehend ausgelegt ist, wird von einem Antriebsstrangsteuermodul (nachstehend als PCM bezeichnet) 10 gesteuert. Das PCM 10 ist ein Mikroprozessor, der eine CPU, einen Speicher, eine Zähler/Timer-Gruppe, eine Schnittstelle und diese Einrichtungen verbindende Wege umfasst. Das PCM 10 ist ein Steuergerät.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, werden Detektionssignale verschiedener Sensoren SW1-SW16 zu dem PCM 10 eingespeist. Die verschiedenen Sensoren umfassen das Folgende. Ein Luftmengensensor SW1 detektiert den Durchsatz der Frischluft stromabwärts des Luftfilters 31. Ein Einlasstemperatursensor SW2 detektiert die Temperatur der Frischluft. Ein zweiter Einlasstemperatursensor SW3 ist stromabwärts des Zwischenkühlers/Wärmers 34 angeordnet und detektiert die Temperatur der Frischluft nach Strömen durch den Zwischenkühler/Wärmer 34. Ein AGR-Gastemperatursensor SW4 ist nahe dem Abschnitt des AGR-Kanals 50 angeordnet, der mit dem Einlasskanal 30 verbunden ist, und detektiert die Temperatur von externem AGR-Gas. Der Einlassöffnungstemperatursensor SW5 ist an der Einlassöffnung 16 angebracht und detektiert die Temperatur von Einlassluft unmittelbar vor dem Strömen in den Zylinder 18. Ein Zylinderdrucksensor SW6 ist an dem Zylinderkopf 12 angebracht und detektiert den Druck in dem Zylinder 18. Ein Abgastemperatursensor SW7 und ein Abgasdrucksensor SW8 sind nahe dem Abschnitt des Auslasskanals 40 angeordnet, der mit dem AGR-Kanal 50 verbunden ist, und detektieren die Temperatur bzw. den Druck des Abgases. Ein linearer O₂ -Sensor SW9 ist stromaufwärts des Direktkatalysatorbehälters 41 angeordnet und detektiert die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas. Ein Lambda-O₂ -Sensor SW10 ist zwischen dem Direktkatalysatorbehälter 41 und dem Unterfußkatalysatorbehälter 42 angeordnet und detektiert die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas. Ein Wassertemperatursensor SW11 detektiert die Temperatur des Motorkühlwassers. Ein Kurbelwinkelsensor SW12 detektiert den Drehwinkel der Kurbelwelle 15. Ein Gaspedalöffnungssensor SW13 detektiert den Öffnungsgrad des Gaspedals, der dem Betrag der Betätigung eines (nicht gezeigten) Gaspedals des Fahrzeugs entspricht. Es sind einlassseitige und auslassseitige Nockenwinkelsensoren SW14 und SW15 vorgesehen. An dem Common-Rail 64 des Kraftstoffzufuhrsystems 62 ist ein Kraftstoffdrucksensor SW16 angebracht und detektiert den Druck des dem Injektor 67 gelieferten Kraftstoffs.
Das PCM 10 führt beruhend auf diesen Detektionssignalen verschiedene Arten von Berechnungen durch, um die Zustände des Motors 1 und des Fahrzeugs zu ermitteln. Gemäß dem Ermittlungsergebnis gibt das PCM 10 Steuersignale zu den Aktoren des Injektors 67, der Zündkerze 25, dem einlassventilseitigen VVT 72 und CWL 73, dem auslassventilseitigen VVL 71, dem Kraftstoffzufuhrsystem 62 und den verschiedenen Ventilen aus (z.B. der Drosselklappe 36, dem Zwischenkühler-Umgehungsventil 351, dem AGR-Ventil 511 und dem AGR-Kühler-Umgehungsventil 531). Somit betreibt das PCM 10 den Motor 1.
4 veranschaulicht einen beispielhaften Betriebsbereich des Motors 1. Dieser Motor 1 soll den Kraftstoffwirkungsgrad und die Abgasemission verbessern. Innerhalb eines Bereichs relativ niedriger Last des Motors wird keine Zündung mit der Zündkerze 25 ausgeführt, sondern es wird eine kompressionsgezündete Verbrennung ausgeführt, die den Kraftstoff durch Kompressionsselbstzündung verbrennt. Mit einer Zunahme der Motorlast 1 wird aber die kompressionsgezündete Verbrennung schnell, was Probleme wie etwa Verbrennungsgeräusch hervorruft. Innerhalb eines Bereichs relativ hoher Last des Motors stoppt dieser Motor 1 die kompressionsgezündete Verbrennung und startet die fremdgezündete Verbrennung mit der Zündkerze 25. Somit wird der Motor 1 gemäß dem Betriebsmodus des Motors 1, insbesondere gemäß der Last des Motors 1, zwischen einem Kompressionszündungsmodus (CI-Modus), der die kompressionsgezündete Verbrennung ausführt, und einem Fremdzündungsmodus (SI-Modus), der die fremdgezündete Verbrennung ausführt, umgeschaltet. Die Grenze zwischen den Modi ist nicht auf das in der Figur Gezeigte beschränkt.
Der CI-Modus ist gemäß dem Wert der Motorlast in drei Bereiche unterteilt. Im Einzelnen wird in dem Bereich niedrigster Last (1) des CI-Modus heißes AGR-Gas einer relativ hohen Temperatur in den Zylinder 18 eingeleitet, um die Zündfähigkeit und die Stabilität in der kompressionsgezündeten Verbrennung zu verbessern. Auch wenn dies später näher beschrieben wird, wird der VVL 71 eingeschaltet, um das zweifache Öffnen für Abgas auszuführen, um das Auslassventil 22 auch in dem Einlasstakt zu öffnen. Das Einleiten des heißen AGR-Gases steigert die Verdichtungsendtemperatur in dem Zylinder 18 und ist beim Verbessern der Zündfähigkeit und der Stabilität in der kompressionsgezündeten Verbrennung in dem Bereich niedriger Last (1) vorteilhaft. Wie in 5A gezeigt ist, spritzt in dem Bereich (1) der Injektor 67 zumindest in dem Zeitraum zwischen dem Einlasstakt und der Mitte des Verdichtungstakts den Kraftstoff in den Zylinder 18 ein. Dann wird ein relativ homogenes mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch ausgebildet. Ein Überschussluftverhältnis λ des Luft/Kraftstoff-Gemisches kann zum Beispiel 2,4 oder mehr betragen. Dies reduziert die Erzeugung von RohNOx, um die Abgasemissionsleistung zu verbessern. Wie in 5A gezeigt ist, wird das magere Luft/Kraftstoff-Gemisch nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung der Kompressionsselbstzündung unterzogen.
Auch wenn dies später näher beschrieben wird, wird in einem Teil höherer Last des Bereichs (1), im Einzelnen in dem Teil, der die Grenze zwischen dem Bereich (1) und dem Bereich (2) umfasst, der Kraftstoff zumindest in dem Zeitraum zwischen dem Einlasstakt und der Mitte des Verdichtungstakts in den Zylinder 18 eingespritzt. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch weist ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf (d.h. λ ≈ 1). Das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ermöglicht die Nutzung eines Dreiwegekatalysators und vereinfacht die Steuerung beim Umschalten zwischen dem SI-Modus und dem CI-Modus, wie später beschrieben wird. Das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis trägt auch zu einem Ausweiten des CI-Modus zu der Seite hoher Last bei.
In einem Bereich (2) des CI-Modus, in dem die Last höher als in dem Bereich (1) ist, wird ähnlich wie bei dem Teil höherer Last des Bereichs (1) der Kraftstoff zumindest in dem Zeitraum zwischen dem Einlasstakt und der Mitte des Verdichtungstakts in den Zylinder 18 eingespritzt (siehe 5A). Dies bildet ein Luft/Kraftstoff-Gemisch mit einem homogenen stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (d.h. λ ≈ 1).
In dem Bereich (2) steigt die Temperatur in dem Zylinder 18 automatisch mit einer Zunahme der Motorlast. Dadurch reduziert der Motor 1 die Menge der internen AGR, um eine Vorzündung zu reduzieren. Auch wenn dies später näher beschrieben wird, wird die Menge der internen AGR, die in den Zylinder 18 eingeleitet wird, angepasst. Alternativ kann die Menge des heißen AGR-Gases durch Anpassen der Menge der externen AGR, die den AGR-Kühler 52 umgangen hat, angepasst werden.
In dem Bereich (2) wird gekühltes AGR-Gas einer relativ niedrigen Temperatur weiter in den Zylinder 18 eingeleitet. Somit werden das heiße AGR-Gas der hohen Temperatur und das abgekühlte AGR-Gas der niedrigen Temperatur bei einem geeigneten Verhältnis zu dem Zylinder 18 eingeleitet. Dies optimiert die Verdichtungsendtemperatur in dem Zylinder 18, um die Zündfähigkeit bei der Kompressionszündung zu sichern und die schnelle Verbrennung zu reduzieren. Dadurch wird die kompressionsgezündete Verbrennung stabilisiert. Das AGR-Verhältnis, das das Verhältnis des AGR-Gases ist, das durch Kombinieren des heißen AGR-Gases und des abgekühlten AGR-Gases gebildet wird und zu dem Zylinder 18 eingeleitet wird, wird so hoch wie möglich eingestellt, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches durch λ ≈ 1 dargestellt wird. Daher steigt in dem Bereich (2) die Menge des eingespritzten Kraftstoffs mit einer Zunahme der Motorlast, wodurch allmählich das AGR-Verhältnis reduziert wird.
In dem Bereich höchster Last (3) des CI-Modus, der die Grenze zwischen dem CI-Modus und dem SI-Modus umfasst, wird die Verdichtungsendtemperatur in dem Zylinder 18 höher. Wie in dem Bereich (1) und dem Bereich (2) kommt es zu anomaler Verbrennung wie etwa Vorzündung, wenn der Kraftstoff innerhalb des Zeitraums zwischen dem Einlasstakt und der Mitte des Einlasstakts in den Zylinder 18 eingespritzt wird. Wenn andererseits eine große Menge des gekühlten AGR-Gases der niedrigen Temperatur eingeleitet wird, um die Verdichtungsendtemperatur in dem Zylinder zu senken, verschlechtert sich die Zündfähigkeit bei der Kompressionszündung. Die kompressionsgezündete Verbrennung wird im Einzelnen allein durch Steuern der Temperatur in dem Zylinder 18 nicht stabil ausgeführt. In diesem Bereich (3) wird erfinderische Kraftstoffeinspritzung zusätzlich zur Steuerung der Temperatur in dem Zylinder 18 genutzt, um anomale Verbrennung wie etwa Vorzündung zu reduzieren und die kompressionsgezündete Verbrennung zu stabilisieren. Im Einzelnen wird bei dieser Kraftstoffeinspritzung der Kraftstoff bei einem Kraftstoffdruck, der viel höher als bei herkömmlichen Methoden ist, zumindest in dem Zeitraum zwischen der Endphase des Verdichtungstakts und der Anfangsphase des Arbeitstakts (der Zeitraum wird nachstehend als „auf spät verstellter Zeitraum“ bezeichnet) in den Zylinder 18 eingespritzt, wie in 5B gezeigt ist. Diese charakteristische Kraftstoffeinspritzung wird nachstehend als „auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks“ oder einfach „auf spät verstellte Einspritzung“ bezeichnet. Diese auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks reduziert anomale Verbrennung in dem Bereich (3) und stabilisiert die kompressionsgezündete Verbrennung. Die Einzelheiten der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks werden später beschrieben.
In dem Bereich (3) werden ähnlich wie bei dem Bereich (2) das heiße AGR-Gas der hohen Temperatur und das abgekühlte AGR-Gas der niedrigen Temperatur bei einem geeigneten Verhältnis zu dem Zylinder eingeleitet. Dies optimiert die Verdichtungsendtemperatur in dem Zylinder 18, um de kompressionsgezündete Verbrennung zu stabilisieren.
Während der CI-Modus gemäß dem Wert der Motorlast in drei Bereiche unterteilt ist, ist der SI-Modus gemäß dem Wert der Motordrehzahl in zwei Bereiche, einen Bereich (4) und einen Bereich (5), unterteilt. In der beispielhaften Figur, bei der der Betriebsbereich des Motors 1 in die zwei Bereiche niedriger und hoher Drehzahl unterteilt ist, ist der Bereich (4) der Bereich niedriger Drehzahl und der Bereich (5) ist der Bereich hoher Drehzahl. In dem in 4 gezeigten Betriebsbereich ist die Grenze zwischen dem Bereich (4) und dem Bereich (5) mit steigender Last hin zu der höheren Drehzahl geneigt. Die Grenze zwischen dem Bereich (4) und dem Bereich (5) ist aber nicht auf die beispielhafte Figur beschränkt.
Sowohl in dem Bereich (4) als auch in dem Bereich (5) weist ähnlich wie bei dem Bereich (2) und dem Bereich (3) das Luft/kraftstoff-Gemisch ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf (d.h. λ ≈ 1). Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches ist bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (d.h. λ ≈ 1) über die Grenze zwischen dem CI-Modus und dem SI-Modus konstant. Dies ermöglicht eine Nutzung eines Dreiwegekatalysators. In dem Bereich (4) und dem Bereich (5) ist, auch wenn dies später näher beschrieben wird, die Drosselklappe 36 im Grund vollständig offen und der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 511 wird angepasst, um die Menge der Frischluft, die zu dem Zylinder 18 eingeleitet wird, und die Menge des externen AGR-Gases anzupassen. Die Anpassung des Verhältnisses des Gases, das in den Zylinder 18 eingeleitet wird, ist beim Reduzieren von Pumpverlusten vorteilhaft. Eine große Menge des AGR-Gases wird in den Zylinder 18 eingeleitet, um die Verbrennungstemperatur der fremdgezündeten Verbrennung zu halten und um Kühlverluste zu reduzieren. In dem Bereich (4) und dem Bereich (5) wird das externe AGR-Gas, das hauptsächlich durch den AGR-Kühler 52 gekühlt wurde, zu dem Zylinder 18 eingeleitet. Dies ist beim Reduzieren anomaler Verbrennung und beim Reduzieren der Erzeugung von Roh NOx vorteilhaft. In dem Volllastbereich wird das AGR-Ventil 511 geschlossen, um die externe AGR auf null zu reduzieren.
Wie vorstehend beschrieben wird das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors 1 auf 15 oder höher gestellt (z.B. 18). Das hohe Verdichtungsverhältnis hebt die Verdichtungsendtemperatur und den Verdichtungsenddruck an und ist somit beim Stabilisieren der kompressionsgezündeten Verbrennung insbesondere in dem Bereich niedriger Last (z.B. dem Bereich (1)) des CI-Modus vorteilhaft. Der Motor 1 mit dem hohen Verdichtungsverhältnis unterliegt andererseits anomaler Verbrennung wie etwa Vorzündung und Klopfen in dem SI-Modus der hohen Last.
In dem Bereich (4) und dem Bereich (5) des SI-Modus führt der Motor 1 die vorstehend beschriebene auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks aus, um anomale Verbrennung zu reduzieren. Im Einzelnen führt der Motor 1 in dem Bereich (4) nur die auf spät verstelle Einspritzung hohen Drucks aus, die den Kraftstoff innerhalb des auf spät verstellten Zeitraums zwischen der Endphase des Verdichtungstakts und der Anfangsphase des Arbeitstakts bei dem hohen Kraftstoffdruck von 30 MPA oder höher in den Zylinder 18 einspritzt, wie in 5C gezeigt ist. Andererseits spritzt der Motor 1 in dem Bereich (5), wie in 5D gezeigt ist, einen Teil des Kraftstoffs in dem Zeitraum des Einlasstakts, in dem das Einlassventil 21 offen ist, in den Zylinder 18 ein und spritzt den Rest des Kraftstoffs in dem auf spät verstellten Zeitraum in den Zylinder 18 ein. D.h. die geteilte Einspritzung wird in dem Bereich (5) ausgeführt. Der Zeitraum des Einlasstakts, in dem das Einlassventil 21 offen ist, wird nicht beruhend auf der Position des Kolbens, sondern beruhend auf dem Öffnen oder Schließen des Einlassventils definiert. Somit ist hierin der Einlasstakt der Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils 21, der durch den CWL 73 und den VVT 72 geändert wurde, der sich von dem Zeitpunkt unterscheiden kann, bei dem der Kolben den unteren Totpunkt des Einlassens erreicht.
Als Nächstes wird die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks in dem SI-Modus unter Bezug auf 6 beschrieben. 6 veranschaulicht den Vergleich zwischen der vorstehend beschriebenen SI-Verbrennung durch die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks (durch die durchgehende Linie angedeutet) und der herkömmlichen SI-Verbrennung, die den Kraftstoff in dem Einlasstakt einspritzt (durch die gestrichelte Linie angedeutet) bezüglich der Wärmeerzeugungsrate (der obere Abschnitt) und dem Reaktionsvermögen des unverbrannten Luft/KraftstoffGemisches (der untere Abschnitt). In 6 stellt die horizontale Achse einen Kurbelwinkel dar. Der Vergleich beruht auf der Annahme, dass sich der Betriebsmodus des Motors 1 in einem Bereich hoher Last und niedriger Drehzahl befindet (d.h. dem Bereich (4)) und in der SI-Verbrennung von der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks und bei der herkömmlichen SI-Verbrennung die gleiche Menge Kraftstoff eingespritzt wird.
Zunächst wird bei der herkömmlichen SI-Verbrennung eine vorbestimmte Menge Kraftstoff in den Zylinder 18 in dem Einlasstakt eingespritzt (siehe in der Figur die gestrichelte Linie des oberen Abschnitts). In dem Zylinder 18 wird ein relativ homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch gebildet, bis der Kolben 14 nach der Kraftstoffeinspritzung den oberen Totpunkt der Verdichtung erreicht. In diesem Beispiel wird die Zündung nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung bei einem vorbestimmten Zeitpunkt ausgeführt, der durch einen weißen Kreis angedeutet ist, wodurch die Verbrennung gestartet wird. Wie durch die gestrichelte Linie in dem oberen Abschnitt von 6 angedeutet weist nach dem Start der Verbrennung die Wärmeerzeugungsrate ihren Spitzenwert auf und die Verbrennung endet. Der Zeitraum zwischen dem Start der Kraftstoffeinspritzung und dem Ende der Verbrennung entspricht der Reaktionszeit des unverbrannten Luft/KraftstoffGemisches (nachstehend einfach als „Reaktionszeit“ bezeichnet). Wie durch die gestrichelte Linie in dem unteren Abschnitt von 6 angedeutet, schreitet die Reaktion des unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches allmählich fort. Die Strichlinie in der Figur deutet den Schwellenwert der Zündung an, der das Reaktionsvermögen des zu entzündenden unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches ist. Da die herkömmliche SI-Verbrennung in dem Bereich niedriger Drehzahl ausgeführt wird und ferner die Reaktionszeit extrem lang ist, um ein weiteres Fortschreiten der Reaktion des unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches zu erlauben, überschreitet das Reaktionsvermögen des unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches vor oder nach den Zündung den Schwellenwert der Zündung. Dies bewirkt eine anomale Verbrennung wie etwa Vorzündung oder Klopfen.
Die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks zielt dagegen darauf ab, die Reaktionszeit zu verkürzen, wodurch anomale Verbrennung reduziert wird. Wie in 6 gezeigt ist, ist im Einzelnen die Reaktionszeit die Summe des Zeitraums, da der Injektor 67 den Kraftstoff einspritzt (d.h. (1) ein Einspritzzeitraum), des Zeitraums, bis nach dem Ende der Einspritzung um die Zündkerze 25 ein brennbares Luft/Kraftstoff-Gemisch ausgebildet ist (d.h. (2) ein Luft/Kraftstoff-GemischBildungszeitraum), und des Zeitraums, bis die durch die Zündung gestartete Verbrennung endet (d.h. (3) ein Verbrennungszeitraum), d.h. (1) + (2) + (3). Die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks verkürzt den Einspritzzeitraum, den Gemischbildungszeitraum und den Verbrennungszeitraum, wodurch die Reaktionszeit verkürzt wird. Dies wird nacheinander beschrieben.
Zunächst steigert der hohe Kraftstoffdruck die Menge des von dem Injektor 67 pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffs relativ. Wenn die Menge des eingespritzten Kraftstoffs konstant ist, ist somit die Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Kraftstoffeinspritzzeitraum in etwa wie folgt. Der Einspritzzeitraum steigt mit dem sinkenden Kraftstoffdruck. Der Einspritzzeitraum sinkt mit dem steigenden Kraftstoffdruck. Daher verkürzt die auf spät eingestellte Einspritzung hohen Drucks, bei der der Kraftstoffdruck viel höher als bei der herkömmlichen Einspritzung ist, den Einspritzzeitraum.
Der hohe Kraftstoffdruck ist beim Zerstäuben des in den Zylinder 18 eingespritzten Kraftstoffstrahls und beim Steigern der zurückgelegten Strecke des Kraftstoffstrahls vorteilhaft. Die Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und der Kraftstoffverdampfungszeit ist somit in etwa wie folgt. Die Kraftstoffverdampfungszeit steigt mit dem sinkenden Kraftstoffdruck. Die Kraftstoffverdampfungszeit sinkt mit dem steigenden Kraftstoffdruck. Die Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und der Zeit, bis der Kraftstoffstrahl den Umfang der Zündkerze 25 erreicht, ist in etwa wie folgt. Die Zeit zum Erreichen steigt mit dem sinkenden Kraftstoffdruck. Die Zeit zum Erreichen sinkt mit dem steigenden Kraftstoffdruck. Der Gemischbildungszeitraum ist die Summe der Kraftstoffverdampfungszeit und der Zeit, bis der Kraftstoffstrahl den Umfang der Zündkerze 25 erreicht. Somit wird der Gemischbildungszeitraum mit dem steigenden Kraftstoffdruck kleiner. Die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks, bei der der Kraftstoffdruck viel höher als bei der herkömmlichen Einspritzung ist, verkürzt die Kraftstoffverdampfungszeit und die Zeit, bis der Kraftstoffstrahl den Umfang der Zündkerze 25 erreicht. Dadurch wird der Gemischbildungszeitraum kleiner. Wie in dem Graphen durch den weißen Kreis angedeutet erfordert dagegen die herkömmliche Einlasstakteinspritzung unter einem niedrigen Kraftstoffdruck einen viel längeren Gemischbildungszeitraum. In dem SI-Modus ist die Kombination aus dem Injektor 67 mit mehreren Öffnungen und der Mulde 141 beim Verkürzen der Zeit, bis der Kraftstoffstrahl nach der Kraftstoffeinspritzung den Umfang der Zündkerze 25 erreicht, vorteilhaft. Dadurch wird der Gemischbildungszeitraum effektiv reduziert.
Das Verkürzen des Einspritzzeitraums und des Gemischbildungszeitraums verstellt die Zeit der Kraftstoffeinspritzung, genauer gesagt den Start der Einspritzung, auf relativ spät. Bei der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks wird, wie in dem oberen Abschnitt von 6 gezeigt, der Kraftstoff in dem auf spät verstellten Zeitraum zwischen der Endphase des Verdichtungstakts und der Anfangsphase des Arbeitstakts eingespritzt. Der Kraftstoff wird bei dem hohen Kraftstoffdruck in den Zylinder 18 eingespritzt, wodurch in dem Zylinder Turbulenz erhöht wird, um die Turbulenzenergie in dem Zylinder 18 zu steigern. Diese hohe Turbulenzenergie ist beim Verkürzen des Verbrennungszeitraums zusammen mit der auf relativ spät verstellten Zeit der Kraftstoffeinspritzung vorteilhaft.
Wenn der Kraftstoff in dem auf spät verstellten Zeitraum eingespritzt wird, ist die Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und der Turbulenzenergie in dem Verbrennungszeitraum in etwa wie folgt. Die Turbulenzenergie sinkt mit dem sinkenden Kraftstoffdruck. Die Turbulenzenergie steigt mit dem steigenden Kraftstoffdruck. Angenommen, der Kraftstoff wird bei einem hohen Kraftstoffdruck in den Zylinder 18 eingespritzt. Wenn die Einspritzzeit innerhalb des Einlasstakts liegt, ist auch dann die Zeit bis zur Zündung lang und das Innere des Zylinders 18 wird nach dem Einlasstakt in dem Verdichtungstakt verdichtet. Dies reduziert die Turbulenz in dem Zylinder 18. Wenn der Kraftstoff in dem Einlasstakt eingespritzt wird, ist dadurch die Turbulenzenergie in dem Verbrennungszeitraum unabhängig vom Wert des Kraftstoffdrucks relativ gering.
Die Beziehung zwischen der Turbulenzenergie in dem Verbrennungszeitraum und dem Verbrennungszeitraum ist in etwa wie folgt. Der Verbrennungszeitraum wird mit sinkender Turbulenzenergie größer. Der Verbrennungszeitraum wird mit steigender Turbulenzenergie kleiner. Die Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Verbrennungszeitraum ist somit wie folgt. Der Verbrennungszeitraum wird mit dem sinkenden Kraftstoffdruck größer. Der Verbrennungszeitraum wird mit dem steigenden Kraftstoffdruck kleiner. D.h. die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks verkürzt den Verbrennungszeitraum. Die herkömmliche EinlasstaktEinspritzung bei dem niedrigen Kraftstoffdruck, die den langen Verbrennungszeitraum des Injektors 67 mit mehreren Öffnungen erfordert, ist dagegen beim Verbessern der Turbulenzenergie in dem Zylinder 18 vorteilhaft und beim Verkürzen des Verbrennungszeitraums wirksam, die Kombination aus Injektor 67 mit mehreren Öffnungen und der Mulde 141 ermöglicht es der Mulde 141, den Kraftstoffstrahl aufzunehmen, wodurch der Verbrennungszeitraum effektiv verkürzt wird.
Somit verkürzt die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks jeden einzelnen von Einspritzzeitraum, Gemischbildungszeitraum und Verbrennungszeitraum. Wie in 6 gezeigt wird dadurch die Reaktionszeit des unverbrannten Luft/KraftstoffGemisches zwischen dem Start der Kraftstoffeinspritzung SOI und dem Ende der Verbrennung θend verglichen mit der herkömmlichen Kraftstoffeinspritzung in dem Einlasstakt stark verkürzt. Eine Folge des Verkürzens der Reaktionszeit ist in dem Graph in der oberen Phase von 6 gezeigt. Bei der herkömmlichen EinlasstaktEinspritzung bei dem niedrigen Kraftstoffdruck übersteigt, wie durch den weißen Kreis angedeutet, das Reaktionsvermögen des unverbrannten Luft/KraftstoffGemisches den Schwellenwert der Zündung am Ende der Verbrennung, wodurch anomale Verbrennung hervorgerufen wird. Wie durch den schwarzen Kreis angedeutet reduziert die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks das Reaktionsvermögen des unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches am Ende der Verbrennung, wodurch die anomale Verbrennung reduziert wird. Bei der durch die weißen und schwarzen Kreise in dem oberen Graphen von 6 angedeuteten Einspritzung wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch gleichzeitig gezündet.
Der Verbrennungszeitraum wird durch Festlegen des Kraftstoffdrucks bei zum Beispiel 30 MPa oder höher effizient verkürzt. Der Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher verkürzt sowohl den Einspritzzeitraum als auch den Gemischbildungszeitraum effektiv, und der Kraftstoffdruck wird vorzugsweise nach Bedarf gemäß den Eigenschaften des zu verwendenden Kraftstoffs, der zumindest Benzin enthält, eingestellt. Der obere Grenzwert kann zum Beispiel bei 120 MPa liegen.
Die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks nutzt erfinderische Einspritzung des Kraftstoffs in den Zylinder 18, um in dem Si-Modus anomale Verbrennung zu reduzieren. Anders als bei dieser Einspritzung ist das Verstellen der Zündzeit auf spät zum Reduzieren anomaler Verbrennung allgemein bekannt. Das Spätverstellen der Zündzeit reduziert einen Anstieg der Temperatur und des Drucks des unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches, wodurch das Reaktionsvermögen reduziert werden. Das Spätverstellen der Zündzeit reduziert aber den thermischen Wirkungsgrad und das Drehmoment. Beim Ausführen der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks reduziert die erfinderische Kraftstoffeinspritzung anomale Verbrennung, um die Zündzeit auf früh zu verstellen. Dies verbessert den thermischen Wirkungsgrad und das Drehmoment. D.h. die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks reduziert nicht nur die anomale Verbrennung, sondern verstellt auch die Zündzeit um die Zeit, die der Reduzierung entspricht, auf früh. Dies ist beim Verbessern der Kraftstoffwirtschaftlichkeit vorteilhaft.
Wie vorstehend beschrieben verkürzt die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks in dem SI-Modus jeweils den Einspritzzeitraum, den Gemischbildungszeitraum und den Verbrennungszeitraum und die auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks in dem Bereich (3) des CI-Modus verkürzt den Einspritzzeitraum und den Gemischbildungszeitraum. Im Einzelnen wird der Kraftstoff bei dem hohen Kraftstoffdruck in den Zylinder 18 eingespritzt, wodurch die Turbulenz in dem Zylinder gesteigert wird, um das Mischverhalten des zerstäubten Kraftstoffs zu verbessern. Dadurch wird ein relativ homogenes Luft/KraftstoffGemisch schnell gebildet, selbst wenn der Kraftstoff bei einem späten Zeitpunkt nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung eingespritzt wird.
Bei der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks in dem CI-Modus wird der Kraftstoff bei einem späten Zeitpunkt nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung in dem Bereich relativ hoher Last eingespritzt, um Vorzündung zu reduzieren, zum Beispiel in dem Verdichtungstakt, und um schnell das in etwa homogene Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden, wie vorstehend beschrieben wurde. Somit ist nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung eine zuverlässige Kompressionszündung möglich. Bei dem Arbeitstakt, bei dem der Fahrbetrieb allmählich den Druck in dem Zylinder 18 reduziert, wird die kompressionsgezündete Verbrennung langsam, um einen schnellen Anstieg (dP/dt) des Drucks in dem Zylinder 18 entsprechend der kompressionsgezündeten Verbrennung zu reduzieren. Dies eliminiert NVH-Beschränkungen, was zu einer Ausdehnung des Bereichs des CI-Modus auf höhere Last bewirkt.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Beschreibung des SI-Modus wird wie vorstehend beschrieben bei der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks in dem SI-Modus der Kraftstoff in dem auf spät verstellten Zeitraum eingespritzt, wodurch die Reaktionszeit des unverbrannten Luft/Kraftstoff-Gemisches verkürzt wird. Dieses Verkürzen der Reaktionszeit ist in einem Bereich relativ niedriger Drehzahl des Motors 1 wirksam, da eine lange tatsächliche Zeit erforderlich ist, um den Kurbelwinkel zu ändern. Sie ist aber in einem Bereich relativ hoher Drehzahl des Motors 1 nicht so effektiv, da eine kurze tatsächliche Zeit erforderlich ist, um den Kurbelwinkel zu ändern. Da die Kraftstoffeinspritzzeit bei der auf spät verstellten Einspritzung dagegen nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung festgelegt ist, wird Gas im Zylinder, das keinen Kraftstoff enthält, mit anderen Worten Luft mit einem hohen spezifischen Wärmeverhältnis, in dem Verdichtungstakt verdichtet. Dadurch wird die Verdichtungsendtemperatur in dem Zylinder 18 in dem Bereich hoher Drehzahl hoch. Diese hohe Verdichtungsendtemperatur ruft Klopfen hervor. Daher muss beim Ausführen nur der auf spät verstellten Einspritzung in dem Bereich (5) die Zündzeit auf spät verstellt werden, um das Klopfen zu reduzieren.
Wie in 4 gezeigt wird in dem Bereich relativ hoher Drehzahl (5) des SI-Modus, wie in 5D gezeigt, ein Teil des Kraftstoffs in dem Einlasstakt in den Zylinder 18 eingespritzt und der Rest des Kraftstoffs wird in dem auf spät verstellten Zeitpunkt in den Zylinder 18 eingespritzt. In der Einlasstakt -Einspritzung wird das spezifische Wärmeverhältnis des Gases im Zylinder (d.h. das Gemisch, das den Kraftstoff enthält) in dem Verdichtungstakt reduziert, um die niedrige Verdichtungsendtemperatur zu halten. Die niedrige Verdichtungsendtemperatur reduziert das Klopfen, wodurch der Zündzeitpunkt auf früh verstellt wird.
Wie vorstehend beschrieben steigert die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks die Turbulenz in dem Zylinder 18 (d.h. dem Brennraum 19) nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung, wodurch der Verbrennungszeitraum verkürzt wird. Dies ist auch beim Reduzieren des Klopfens vorteilhaft, um die Zündzeit weiter auf früh zu verstellen. In dem Bereich (5) werden die geteilte Einspritzung der EinlasstaktEinspritzung und die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks ausgeführt, um anomale Verbrennung zu reduzieren und den thermischen Wirkungsgrad zu verbessern.
In dem Bereich (5) kann eine Mehrpunktzündung an Stelle der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks verwendet werden, um den Verbrennungszeitraum zu verkürzen. Im Einzelnen sind mehrere Zündkerzen in dem Brennraum so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind. In dem Bereich (5) wird die EinlasstaktEinspritzung ausgeführt und die mehreren Zündkerzen werden unabhängig betrieben, um die Mehrpunktzündung auszuführen. Da sich die Flamme von mehreren Flammpunkten in dem Brennraum 19 ausbreitet, breitet sich die Flamme schnell aus, was den Verbrennungszeitraum zu verkürzt. Somit wird ähnlich wie bei der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks der Verbrennungszeitraum verkürzt, was beim Verbessern des thermalen Wirkungsgrads vorteilhaft ist. Durch Nutzen der Mehrpunktzündung sinkt der Kraftstoffdruck in dem Bereich (5), wenn keine auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks ausgeführt wird. Dies reduziert die Antriebskraft der Kraftstoffpumpe 63, die von dem Motor 1 angetrieben wird, was beim Verbessern der Kraftstoffwirtschaftlichkeit vorteilhaft ist.
7-10 zeigen eine beispielhafte Steuerung der Parameter des Motors 1 relativ zu dem Wert der Motorlast in dem Bereich niedriger Drehzahl. Die Änderung der Last von der niedrigen Last zu der hohen Last ist durch den Strichpunktpfeil in dem Betriebskennfeld des Motors, das in 4 gezeigt ist, angedeutet.
7(a)-7(d) zeigen den Zustand in dem Zylinder 18. 7(a) zeigt die Gaszusammensetzung (d.h. das Gasverhältnis) in dem Zylinder 18. 7(b) zeigt die Temperatur in dem Zylinder 18 bei Start der Verdichtung. 7(c) zeigt die Sauerstoffkonzentration. 7(d) zeigt das Verhältnis von externem AGR-Gas zu Einlassgas, das durch Subtrahieren von internem AGR-Gas von dem zu dem Zylinder 18 eingeleiteten AGR-Gas erhalten wird.
8(a) und 8(d) entsprechen 7(a) und 7(d) und zeigen die Gaszusammensetzung in dem Zylinder 18 bzw. das Verhältnis des externen AGR-Gases zu dem Einlassgas. 8(e)-8(g) zeigen die Steuerung des Ventilsystems. 8(e) zeigt die Öffnungs- und Schließzeiten des Auslassventils 22. 8(f) zeigt die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 21. 8(g) zeigt den Hubbetrag des Einlassventils.
9(a) und 9(d) entsprechen 7(a) und 7(d). 9(h)-9(j) zeigen die Steuerung des Einlass- und Auslasssystems. 9(h) zeigt den Öffnungsgrad der Drosselklappe 36. 9(i) zeigt den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 511. 9(j) zeigt den Öffnungsgrad des AGR-Kühler-Umgehungsventils 531.
10(a) entspricht 7(a) und zeigt die Gaszusammensetzung in dem Zylinder 18. 10(k)-10(m) zeigen die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und des Zündsystems. 10(k) zeigt den Start der Einspritzung. 10(l) zeigt den Kraftstoffdruck. 10(m) zeigt den Zündzeitpunkt.
Wie vorstehend beschrieben zeigt 7(a) den Zustand in dem Zylinder 18. Der Bereich relativ niedriger Last links in der Figur zeigt den CI-Modus. Der Bereich rechts in der Figur unter der höheren Last zeigt den SI-Modus. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, steigt die in den Zylinder 18 eingespritzte Kraftstoffmenge (d.h. die Gesamtmenge des Kraftstoffs) mit steigender Last unabhängig vom CI-Modus oder vom SI-Modus.
Zur vorbestimmten Last T1
In dem Bereich einer Last, die niedriger als eine vorbestimmte Last T1 des CI-Modus ist, der dem Bereich (1) in dem Betriebskennfeld von 4 entspricht, werden Frischluft und internes AGR-Gas eingeleitet, um ein mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Während die Drosselklappe 36 vollständig offen ist, wie in 9(h) gezeigt ist, wird im Einzelnen der Auslass-WL 71 eingeschaltet, um das zweifache Öffnen für Auslass auszuführen, was das Auslassventil 22 auch in dem Einlasstakt öffnet, wie in 8(e) gezeigt ist. Wie in 8(g) gezeigt ist der Hubbetrag des Einlassventils 21 minimal, und dann wird das interne AGR-Verhältnis (d.h. das Verhältnis der Menge des internen AGR-Gases, das zu dem Zylinder 18 eingeleitet wird) am höchsten (siehe auch S1 von 11). Wie vorstehend beschrieben kann das magere Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Bereich (1) ein Überschussluftverhältnis von zum Beispiel etwa λ ≥ 2,4 aufweisen. Dann wird die Erzeugung von RohNOx reduziert, während eine große Menge des AGR-Gases in den Zylinder 18 eingeleitet wird. Das Einleiten der großen Menge des AGR-Gases in den Zylinder 18 ist beim Reduzieren von Pumpverlusten vorteilhaft. Wie in 10(k) und 10(l) gezeigt ist, wird der Kraftstoff in dem Einlasstakt in dem Bereich (1) bei einem relativ niedrigen Kraftstoffdruck eingespritzt. Der niedrige Kraftstoffdruck ist beim Verbessern des Kraftstoffwirkungsgrads vorteilhaft. Der Kraftstoffdruck steigt allmählich mit steigender Motorlast an.
Zu der vorbestimmten Last T1 (genauer gesagt zu einer vorbestimmten Last T2) wird die große Menge des internen AGR-Gases zu dem Zylinder 18 eingeleitet. Wie in 7(b) gezeigt hebt dies die Temperatur in dem Zylinder 18 an, insbesondere die Verdichtungsendtemperatur. Dies ist vorteilhaft beim Verbessern der Zündfähigkeit bei der Kompressionszündung und der Stabilität bei der kompressionsgezündeten Verbrennung. Wie in 7(c) gezeigt ist, nimmt die Sauerstoffkonzentration mit steigender Last allmählich ab. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, kann in dem Bereich niedriger oder mittlerer Last zu einer vorbestimmten Last T6, wobei heißes AGR-Gas in den Zylinder 18 eingeleitet wird, das Zwischenkühler-Umgehungsventil 351 geschlossen werden, um die von dem Zwischenkühler/Wärmer 34 erwärmte Frischluft in den Zylinder 18 einzuleiten.
Zwischen vorbestimmten Lasten T1 und T2
Unter der Motorlast, die höher oder gleich der vorbestimmten Last T1 ist, weist das Luft/Kraftstoff-Gemisch ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf (d.h. λ ≈ 1). Die Menge der Frischluft, die zu dem Zylinder 18 eingeleitet wird, steigt mit der steigenden Menge des eingespritzten Kraftstoffs, wodurch das AGR-Verhältnis gesenkt wird (siehe 7(a)). Zwischen den vorbestimmten Lasten T1 und T2 wird der Kraftstoff bei einem relativ niedrigen Kraftstoffdruck in dem Einlasstakt eingespritzt (siehe 10(k) und 10(l)).
Zwischen den vorbestimmten Lasten T1 und T2 ist, wie in 9(h) gezeigt, die Drosselklappe im Grunde vollständig geöffnet. Andererseits wird der Hubbetrag des Einlassventils 21 wie in 8(g) gezeigt angepasst, wobei der Auslass-WL 71 eingeschaltet ist, wie in 8(e) gezeigt ist, wodurch die Frischluftmenge und die Menge des internen AGR-Gases, die zu dem Zylinder 18 eingeleitet werden, angepasst werden.
Im Einzelnen wird, wie in 11 gezeigt, der Hubbetrag des Einlassventils 21 minimiert (siehe S1 in der Figur), während der Auslass-WL 71 eingeschaltet ist, um das zweifache Öffnen des Auslassventils auszuführen, wodurch das interne AGR-Verhältnis maximiert und die zu dem Zylinder 18 eingeleitete Frischluft minimiert werden. Dies entspricht der Steuerung der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 zu der vorbestimmten Last T1, wie in 8(e), 8(f) und 8(g) gezeigt ist.
Wie in S2 von 11 gezeigt ist, wird der Hubbetrag des Einlassventils 21 erhöht, während das Auslassventil das zweifache Öffnen des Auslassventils ausführt, wodurch die Überlagerung zwischen dem Öffnungszeitraum des Einlassventils 21 und dem Öffnungszeitraum des Auslassventils 22 geändert wird, um das interne AGR-Verhältnis zu senken. Die Schließzeit des Einlassventils 21 ist nahezu fest, selbst wenn sich der Hubbetrag des Einlassventils 21 ändert. Wenn der Hubbetrag des Einlassventils 21 durch Steuern des CWL 73 und des VVT 72 kontinuierlich geändert wird, sinkt das interne AGR-Verhältnis kontinuierlich. Zwischen den vorbestimmten Lasten T1 und T2 wird der Hubbetrag des Einlassventils 21 gesteuert, um das AGR-Verhältnis zu maximieren, mit anderen Worten um möglichst viel internes AGR-Gas in den Zylinder 18 einzuleiten, während das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis von λ ≈ 1 gehalten wird. Im Einzelnen steigt, wie in 8(e), 8(f) und 8(g) gezeigt, der Hubbetrag des Einlassventils 21 allmählich und die Öffnungszeit des Einlassventils 212 (IVO) wird allmählich auf früh verstellt.
Zwischen vorbestimmten Lasten T2 und T3
Die Motorlast, die größer oder gleich der vorbestimmten Last T2 ist, entspricht dem Bereich (2) in dem Betriebskennfeld von 4 und kann die Temperatur in dem Zylinder 18 anheben, um eine Vorzündung zu bewirken. Unter der Motorlast, die größer oder gleich der vorbestimmten Last T2 ist, wird die Menge des internen AGR-Gases reduziert und stattdessen das gekühlte externe AGR-Gas in den Zylinder 18 eingeleitet. D.h. wie in 9(i) gezeigt wird der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 511 von dem geschlossenen Zustand aus allmählich größer, um das Gas durch den AGR-Kühler 52 durchzulassen. Dann wird die Menge des gekühlten externen AGR-Gases mit steigender Motorlast 1 allmählich größer. Wie in 9(j) gezeigt bleibt das AGR-Kühler-Umgehungsventil 531 geschlossen. Somit wird die Menge des gekühlten externen AGR-Gases (d.h. des gekühlten AGR-Gases) mit steigender Motorlast allmählich größer (siehe auch 7(d)).
Wie in 7(a) gezeigt ist, wird andererseits das AGR-Verhältnis, das das interne AGR-Gas und das externe AGR-Gas anzeigt, bei einer vorbestimmten Rate mit steigender Last kleiner, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches in dem höheren Bereich, der größer oder gleich der vorbestimmten Last T2 ist, ebenfalls auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-verhältnis (d.h. λ ≈ 1) zu setzen. Somit sinkt in dem höheren Bereich, der größer oder gleich der vorbestimmten Last T2 ist, das interne AGR-Gas bei einer höheren Abnahmerate mit steigender Last (d.h. die Neigung in 7(a) steigt). Wie in 8(e), 8(f) und 8(g) im Einzelnen gezeigt ist, steigt der Hubbetrag des Einlassventils 21 allmählich bei einer höheren Anstiegsrate als der in dem Bereich niedriger Last zu der vorbestimmten Last T2 bei steigender Last. Demgemäß wird die Öffnungszeit des Einlassventils 21 (IVO) allmählich auf früh verstellt.
Wie in 7(b) gezeigt sinkt somit die Temperatur in dem Zylinder 18 mit steigender Last in dem Bereich höherer Last, die größer oder gleich der vorbestimmten Last T2 ist, allmählich.
Zwischen vorbestimmten Lasten T3 und T4
Wie vorstehend beschrieben wird die einzuleitende Menge des internen AGR-Gases durch Anpassen der Überlagerung zwischen dem Öffnungszeitraum des Auslassventils 22 in dem Einlasstakt und dem Öffnungszeitraum des Einlassventils 21, im Grunde durch Steuern des Einlass-CWL 72, angepasst. Wie in 11 durch den durchgehenden Pfeil angedeutet ist, sinkt die einzuleitende Menge des internen AGR-Gases kontinuierlich auf eine vorbestimmte Menge (siehe S1 und S2 in der Figur). Der Öffnungszeitraum des Auslassventils 22 kann aber nicht gesteuert werden. Wenn die Menge kleiner als die vorbestimmte Menge sein soll, wird somit der Auslass-VVL 71 abgeschaltet, um das zweifache Öffnen des Auslassventils zu stoppen. Wie in der Figur durch S3 und S4 angedeutet ist, sinkt die einzuleitende Menge des internen AGR-Gases diskontinuierlich entsprechend dem Ein- und Ausschalten des Auslass-WL 71 (siehe den Strichpunktpfeil in 11)
Somit kann das zu dem Zylinder 18 einzuleitende interne AGR-Gas nicht kontinuierlich sinken. Somit wird unter der vorbestimmten Last T3 des Bereichs (2) das Einleiten des internen AGR-Gases in den Zylinder 18 gestoppt. Nicht gekühltes externes AGR-Gas, das den AGR-Kühler 52 umgangen hat, wird als heißes AGR-Gas in den Zylinder 18 eingeleitet.
D.h. wie in 8(e) gezeigt ist, wird der Hubbetrag des Einlassventils 21 diskontinuierlich groß geändert, während der Auslass-WL 71 abgeschaltet wird, um das zweifache Öffnen des Auslassventils zu stoppen. Demgemäß wird die Öffnungszeit des Einlassventils 21 um den oberen Totpunkt des Einlasses stark auf früh verstellt. Zumindest in dem Bereich höherer Last des CI-Modus, der größer oder gleich der vorbestimmten Last T3 ist, sind die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 unabhängig von der Zunahme der Last fest.
Wie in 9(i) gezeigt ist, wird der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 511 auf vollständig offen geändert. Wie in 9(j) gezeigt wird auch der Öffnungsgrad des AGR-Kühler-Umgehungsventils 531 auf vollständig offen geändert. Wie in 9(h) gezeigt ist, wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 36 zeitweilig reduziert, wodurch das AGR-Verhältnis auf über 50% angehoben wird. Wie in 9(d) gezeigt ist, wird somit unter der vorbestimmten Last T3 eine erforderliche Menge des heißen AGR-Gases (d.h. das nicht gekühlte externe AGR-Gas) in den Zylinder 18 eingeleitet. Um das heiße AGR-Gas bei der steigenden Motorlast zu reduzieren, wird, wie in 9(j) gezeigt ist, der Öffnungsgrad des AGR-Kühler-Umgehungsventils 531 in dem Bereich höherer Last, die größer oder gleich der vorbestimmten Last T3 ist, von vollständig offen reduziert. Um andererseits die Menge des gekühlten AGR-Gases bei der steigenden Motorlast zu steigern, bleibt das AGR-Ventil 511 offen, während allmählich der Öffnungsgrad der Drosselklappe 36 auf vollständig offen geändert wird.
Zwischen vorbestimmten Lasten T4 und T5
Unter der Motorlast, die größer oder gleich der vorbestimmten Last T4 in dem CI-Modus ist, ist es schwierig, die Zündfähigkeit bei der Kompressionszündung zu erhalten und gleichzeitig anomale Verbrennung wie etwa Vorzündung zu reduzieren, indem einfach das Einleitungsverhältnis des abgekühlten AGR-Gases und des heißen AGR-Gases angepasst wird. Wie vorstehend beschrieben wird die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks in dieser Weise ausgeführt. Dies entspricht dem Bereich (3) in dem Betriebskennfeld von 4.
Wie in 10(k) gezeigt ist, wird der Start der Kraftstoffeinspritzung von der Mitte des Einlasstakts in den Bereichen (1) und (2) zu dem Zeitpunkt nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung stark geändert. Wie in 10(l) gezeigt ist, wird auch der Kraftstoffdruck von einem niedrigen Kraftstoffdruck in den Bereichen (1) und (2) zu einem hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher stark geändert. Während somit die Art und Weise der Einspritzung des Kraftstoffs zwischen dem Bereich (2) und dem Bereich (3) sehr unterschiedlich ist, ändert sich die Gaszusammensetzung in dem Zylinder 18 kontinuierlich. D.h. die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22, der Öffnungsgrad der Drosselklappe 36, der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 511 und der Öffnungsgrad des AGR-Kühler-Umgehungsventils 531 ändern sich nicht schnell (siehe 8(e), 8(f) und 8(g) und 9(h), 9(i) und 9(j)). Dies ist beim Reduzieren von Drehmomenterschütterung etc., die beim Übergang von dem Bereich (2) zu dem Bereich (3) auftritt, vorteilhaft, wodurch die Steuerung vereinfacht wird.
In dem höheren Bereich, der größer oder gleich der vorbestimmten Last T4 ist, wie in 10(k) gezeigt ist, wird der Start der Kraftstoffeinspritzung als auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks bei der steigenden Motorlast allmählich auf spät verstellt. Wie in 10(l) gezeigt ist, steigt der Kraftstoffdruck mit der steigenden Motorlast.
Bei der steigenden Motorlast pflegt Vorzündung etc. aufzutreten, und der Druck steigt schneller an. Diese Probleme werden durch Spätverstellen des Starts der Verbrennungseinspritzung und Festlegen des Kraftstoffdrucks bei einem höheren Wert effektiv reduziert.
Zwischen der vorbestimmten Last T4 und der vorbestimmten Last T5 ist der Öffnungsgrad der Drosselklappe 36 bei vollständig offen fest (siehe 9(h)). Der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 511 und der Öffnungsgrad des AGR-Kühler-Umgehungsventils 531 werden dagegen mit steigender Motorlast kleiner (siehe 9(i)(j)). Verglichen mit dem Öffnungsgrad des AGR-Ventils 511 wird der Öffnungsgrad des AGR-Kühler-Umgehungsventils 531 bei einer abnehmenden hohen Rate kleiner.
Zwischen vorbestimmten Lasten T5 und T6
Die vorbestimmte Last T5 entspricht dem Umschalten zwischen dem CI-Modus und dem SI-Modus. In dem Bereich höherer Last über der vorbestimmten Last T5 arbeitet der Motor in dem SI-Modus. Sowohl in dem Bereich niedriger Last als auch dem Bereich hoher Last, die die Grenze, die dem Umschalten zwischen dem CI-Modus und dem SI-Modus entspricht, sandwichartig einschließen, ist das Luft/KraftstoffVerhältnis des Gemisches auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ ≈ 1) eingestellt. Das AGR-Verhältnis sinkt von dem CI-Modus zu dem SI-Modus kontinuierlich. Dies bewirkt keine Änderung des Übergangs von dem CI-Modus zu dem SI-Modus, wobei die Verbrennungsart umgeschaltet wird, ausgenommen dem Start der Fremdzündung, und glättet das Umschalten von dem CI-Modus zu dem SI-Modus oder umgekehrt, um Drehmomenterschütterung etc. zu reduzieren. Da insbesondere die Steuerung in Verbindung mit der Rückführung des Abgases durch den AGR-Kanal 50 ein relativ geringes Ansprechvermögen aufweist, ist die Steuerung, das AGR-Verhältnis nicht schnell zu ändern, beim Verbessern der Steuerfähigkeit vorteilhaft.
Wie vorstehend beschrieben wird das AGR-Verhältnis in dem CI-Modus so hoch wie möglich eingestellt. Demgemäß wird in dem Bereich niedriger Last nahe der Grenze in dem SI-Modus mit dem CI-Modus das AGR-Verhältnis hoch. Das hohe AGR-Verhältnis ist beim Reduzieren von Pumpverlusten vorteilhaft, aber bei der Verbrennungsstabilität in dem SI-Modus nachteilig.
In dem Bereich niedriger Last des SI-Modus, im Einzelnen in dem Bereich einer Last, die niedriger als die vorbestimmte Last T6 ist, wird das heiße AGR-Gas in den Zylinder 18 eingeleitet. D.h. das nicht gekühlte externe AGR-Gas, das durch den AGR-Kühler-Umgehungskanal 53 geströmt ist, wird in den Zylinder 18 eingeleitet. Wie in 7(b) gezeigt, wird die Temperatur in dem Zylinder 18 relativ hoch eingestellt, um eine Zündverzögerung zu verkürzen, um die Stabilität bei der fremdgezündeten Verbrennung bei dem hohen AGR-Verhältnis zu steigern.
Im Einzelnen sinken, wie in 9(i) und 9(j) gezeigt, der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 511 und der Öffnungsgrad des AGR-Kühler-Umgehungsventils 531 bei steigender Last allmählich, so dass sie von dem CI-Modus aus kontinuierlich sind. Dann steigt die Menge des gekühlten AGR-Gases und die Menge des heißen AGR-Gases sinkt bei der steigenden Motorlast, während das AGR-Verhältnis, das das gekühlte AGR-Gas und das heiße AGR-Gas anzeigt, bei der steigenden Motorlast allmählich sinkt. Demgemäß steigt die Menge der Frischluft. Unter der Motorlast, die größer oder gleich der vorbestimmten Last T6 ist, steigt dadurch die Temperatur in dem Zylinder 18, was die Verbrennungsstabilität steigert, so dass das AGR-Kühler-Umgehungsventil 531 geschlossen wird, um die Menge des heißen AGR-Gases auf null zu stellen. Zu diesem Zeitpunkt ist das AGR-Ventil 511 offen. Zwischen den vorbestimmten Lasten T5 und T6 wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe bei vollständig offen gehalten (siehe 9(h)). Die Zeiten des Öffnens und Schließens des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 sind fest (siehe 8(e), 8(f) und 8(g)).
Wie andererseits in 10(k) gezeigt ist, wird der Start der Kraftstoffeinspritzung allmählich mit der steigenden Motorlast verzögert. Wie in 10(l) gezeigt ist, steigt der Kraftstoffdruck mit der steigenden Motorlast allmählich. Wie in 10(m) gezeigt ist, wird der Zündzeitpunkt bei der steigenden Motorlast bei Start der Kraftstoffeinspritzung allmählich auf spät verstellt. In dem Bereich niedriger Last des SI-Modus zwischen den vorbestimmten Lasten T5 und T6 wird die Fremdzündung durch Aktivieren der Zündkerze 25 bei einem vorbestimmten Zündzeitpunkt ausgeführt. Die Verbrennung ist nicht auf die Art des Erzeugens eines Flammenkerns durch die Fremdzündung und des Zulassens eines Ausbreitens der Flamme beschränkt und kann von einer Art sein, die eine Niedertemperatur-Oxidationsreaktion durch die Fremdzündung zum Bewirken von Selbstzündung fördert.
Vorbestimmte Last T6 oder höher
In dem höheren Bereich des SI-Modus, der größer oder gleich der vorbestimmten Last T6 ist, wie in 7(a) und 7(d) gezeigt ist, wird die Menge des heißen AGR-Gases null und es wird nur das gekühlte AGR-Gas zu dem Zylinder 18 eingeleitet. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, ist in dem höheren Bereich, der größer oder gleich der vorbestimmten Last T6 ist, das Zwischenkühler-Umgehungsventil 351 offen (zum Beispiel wird sein Öffnungsgrad bei der steigenden Motorlast allmählich erhöht), wodurch die Menge der Frischluft erhöht wird, die den Zwischenkühler/Wärmer 34 umgeht, um die Temperatur der Frischluft zu senken, die zu dem Zylinder 18 eingeleitet werden soll. Dies ist beim Reduzieren anomaler Verbrennung wie etwa Vorzündung und Klopfen durch Senken der Temperatur in dem Zylinder 18 in dem Bereich hoher Last vorteilhaft.
Wie in 9(h) gezeigt ist, wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 36 bei vollständig offen gehalten, und wie in 9(i) gezeigt ist, wird das AGR-Ventil 511 bei der steigenden Motorlast allmählich geschlossen und in dem Volllastbereich vollständig geschlossen. D.h. das AGR-Verhältnis beträgt in dem Volllastbereich null (siehe 7(a)und 7(d)). Andererseits wird, wie in 8(f) und 8(g) gezeigt, der Hubbetrag des Einlassventils 21 bei der steigenden Motorlast allmählich angehoben und ist in dem Volllastbereich maximal. Somit wird die Menge der Frischluft, die zu dem Zylinder 18 eingeleitet wird, bei der steigenden Motorlast angehoben, wodurch das Drehmoment in dem Bereich hoher Last des Motors 1 verbessert wird.
Weiterhin wird, wie in 10(k), 10(l) und 10(m) gezeigt ist, der Start der Kraftstoffeinspritzung bei der steigenden Motorlast allmählich auf spät verstellt und der Kraftstoffdruck wird bei der steigenden Motorlast allmählich angehoben. Dann wird der Zündzeitpunkt bei der steigenden Motorlast allmählich auf spät verstellt. Bei der steigenden Motorlast pflegt anomale Verbrennung etc. aufzutreten, die durch das Spätverstellen des Starts der Einspritzung und Erhöhen des Kraftstoffdrucks effektiv reduziert wird.
Änderungen der Parameter entsprechend dem Wert der Motorlast wurden unter Bezug auf 7-10 beschrieben. 12 zeigt die Beziehung zwischen dem AGR-Verhältnis und der Motorlast. Wie vorstehend beschrieben wird in dem Bereich niedriger Last des Motors das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf mager gesetzt. Andererseits ist in dem Bereich, in dem die Last höher als in dem Bereich niedriger Last ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis (λ ≈ 1) unabhängig von dem Wert der Motorlast und des Unterschieds bei der Verbrennungsart konstant. Der Motor 1 wird entlang der Steuerungslinie, die in 12 durch den fetten durchgehenden Pfeil angedeutet ist, gesteuert. Unter der Bedingung, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ ≈ 1) ist, ist das AGR-Verhältnis maximal. Das AGR-Verhältnis ändert sich gemäß dem Wert der Motorlast, aber unabhängig von dem Umschalten der Verbrennung kontinuierlich. Dies ist beim Verbessern der Steuerfähigkeit vorteilhaft, wenn sich die Motorlast kontinuierlich ändert, da sich die Gaszusammensetzung in dem Zylinder 18 kontinuierlich ändert.
Bei der kompressionsgezündeten Verbrennung, die durch Einspritzen des Kraftstoffs in dem Einspritztakt während Einleiten einer großen Menge des AGR-Gases in den Zylinder 18 ausgeführt wird (d.h. entsprechend den Bereichen (1) und (2)), wie in 12 durch die Strichpunktlinie angedeutet ist, kann die Motorlast, die größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, aufgrund der dP/dt-Beschränkungen nicht vorgesehen werden. Durch Ausführen der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks, die den Kraftstoff bei dem hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher nahe dem oberen Totpunkt der Verdichtung einspritzt, und Einleiten einer relativ großen Menge des AGR-Gases in den Zylinder 18 in dieser Ausführung, um die Verbrennung langsam zu machen, wodurch die dP/dt-Beschränkungen eliminiert werden und die kompressionsgezündete Verbrennung stabil ausgeführt wird. Dies entspricht der Verbrennung in dem Bereich (3) von 4 und dehnt den CI-Modus auf die Seite hoher Last aus. Durch Vorsehen des Bereichs (3) ändert sich das AGR-Verhältnis gemäß dem Wert der Motorlast kontinuierlich.
Da das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors 1 hoch ist, wird in dem Bereich der SI-Verbrennung, der anomale Verbrennung wie Vorzündung hervorruft (siehe die Strichpunktlinie in 12), die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks ausgeführt, um eine solche anomale Verbrennung zu reduzieren und eine stabile fremdgezündete Verbrennung auszuführen. Die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks verbessert die Stabilität der Verbrennung. Somit ist sie vorteilhaft beim Erhalten einer vorbestimmten Verbrennungsstabilität, selbst wenn ein hohes AGR-Verhältnis in dem Lastbereich unmittelbar nach dem Übergang von dem CI-Modus zu dem SI-Modus eingestellt wird. Dann ändert sich das AGR-Verhältnis gemäß dem Wert der Motorlast kontinuierlich.
Somit ist die Zustandsfunktion in dem Zylinder 18 gemäß dem Wert der Motorlast kontinuierlich. Dies ist beim Reduzieren von Drehmomenterschütterung etc., beim Umschalten des Modus in dem Motor 1 zwischen dem SI-Modus und dem CI-Modus vorteilhaft.
Bei dem Motor 1 mit einem hohen geometrischen Verdichtungsverhältnis weist, wenn der Kraftstoff bei der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks eingespritzt wird, der Brennraum 19 ein relativ kleines Volumen auf. Dies ist bei der Luftnutzungsrate in dem Brennraum 19 nachteilig. Andererseits wird bei der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks der Kraftstoff in die Mulde 141 bei dem hohen Kraftstoffdruck eingespritzt, um die Strömung in der Mulde 141 zu verstärken, wodurch die Luftnutzungsrate erhöht wird. Da insbesondere der Injektor 67 von der Ausführung mit mehreren Öffnungen ist, steigt die Turbulenzenergie des Gases in der Mulde 141 effektiv, was beim Verbessern der Luftnutzungsrate vorteilhaft ist.
Dadurch wird in dem Bereich (3) des CI-Modus das relativ homogene Luft/KraftstoffGemisch schnell gebildet und die Zündfähigkeit und Stabilität in der kompressionsgezündeten Verbrennung verbessern sich. Analog nimmt die anomale Verbrennung in dem Bereich (4) des SI-Modus ebenfalls ab.
Wie in 10(k) gezeigt ist, wird verglichen mit der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks im SI-Modus der Start der Kraftstoffeinspritzung bei der auf spät verstellten Einspritzung hohen Drucks im CI-Modus auf früh verstellt. In dem Bereich (3) des CI-Modus, in dem die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks ausgeführt wird, wird die kompressionsgezündete Verbrennung ausgeführt und der Motor 1 ist unter einer relativ niedrigen Last, wodurch eine großen Menge des AGR-Gases in den Zylinder eingeleitet wird. Diese große Menge des AGR-Gases macht die Verbrennung langsam. Somit wird der Start der Kraftstoffeinspritzung so weit wie möglich auf früh verstellt, solange eine anomale Verbrennung reduziert werden kann, um in gewissem Maße einen langen Ausbildungszeitraum des homogenen Gemisches zu erhalten. Dies verbessert die Zündfähigkeit und die Verbrennungsstabilität. Der Zeitpunkt der Kompressionszündung wird auf spät verstellt, nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung, um die Verbrennung mit einer großen Menge des AGR-Gases langsam zu machen und um den schnellen Druckanstieg zu reduzieren.
In dem Bereich (4) (oder dem Bereich (5)) des SI-Modus, der die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks ausführt, kann im Hinblick auf die Verbrennungsstabilität keine große Menge des AGR-Gases in den Zylinder 18 eingeleitet werden. Eine anomale Verbrennung wird somit vorzugsweise durch Spätverstellen des Starts der Kraftstoffeinspritzung und Verwenden der Wirkungen und der Vorteile der auf spät verstellten Einspritzung reduziert.
Andere Konfigurationen zum Steuern von heißem AGR-Gas
Wie vorstehend beschrieben wird, wenn die Menge des internen AGR-Gases durch die Kombination aus Steuerung des Auslass-WL 71 und des Einlass-CWL 73 gesteuert werden soll, das AGR-Verhältnis bei einer vorbestimmten Menge diskontinuierlich (siehe 11). Ein in 13-18 gezeigter Motor 100 nutzt dynamischen Druckauslass, um die Menge des internen AGR-Gases kontinuierlich von maximal zu null zu ändern.
Im Einzelnen weist der Motor 100 eine bestimmte Auslassstruktur auf. 14-17 zeigen die Struktur eines Abgaskrümmers 400 näher. Wie in 14-17 gezeigt ist, umfasst der Abgaskrümmer 400 drei unabhängige Auslasskanäle 401, 402 und 403 mit stromaufwärtigen Enden, die mit Auslassöffnungen 17 der ersten bis vierten Zylinder 18A-18D verbunden sind. Der Abgaskrümmer 400 umfasst weiterhin einen Sammelabschnitt 404, der die stromabwärtigen Enden (die von dem Motorkörper 100 getrennten Enden) der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 bündelt, so dass sie einander nahe kommen, während sie voneinander unabhängig sind. Der Abgaskrümmer 400 umfasst weiterhin einen Unterdruckgenerator 405, der stromabwärts des Sammelabschnitts 404 vorgesehen ist und innen einen gemeinsamen Raum aufweist, der mit allen der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 kommuniziert. Mit dem stromabwärtigen Bereich des Unterdruckgenerators 405 ist ein einzelnes Abgasrohr 40 verbunden. Der Einfachheit halber sind die unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 etc. in 16 durch fiktive Linien angedeutet, und die Umgehungskanäle 411, 412 und 413 sowie eine stromabwärts liegender Bereich der Umgehung 414 sind in 15 nicht gezeigt, die später beschrieben wird.
Somit werden in diesem Motor 100 die drei unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 für die vier Zylinder 18A, 18B, 18C und 18D erzeugt. Dies liegt daran, dass der unabhängige Auslasskanal in der Mitte geteilt ist, um eine Y-Form zu bilden, um gemeinsam von dem zweiten Zylinder 18B und dem dritten Zylinder 18C genutzt zu werden. Im Einzelnen umfasst der unabhängige Auslasskanal 402 Zweigkanalabschnitte 4021 und 4022, die sich von den Auslassöffnungen 17 des zweiten Zylinders 18B bzw. des dritten Zylinders 18C erstrecken und stromabwärts zusammenlaufen, sowie einen einzelnen gemeinsamen Kanalabschnitt 4023, der sich von dem Zusammenlaufabschnitt der Zweigkanalabschnitte 4021 und 4022 stromabwärts erstreckt. Andererseits werden die unabhängigen Auslasskanäle 401 und 403, die mit den Auslassöffnungen 17 des ersten Zylinders 18A und dem vierten Zylinder 18D verbunden sind, wie nicht verzweigte einzelne Rohre gebildet. Die unabhängigen Auslasskanäle 401 und 403 wie die einzelnen Rohre können nachstehend jeweils als „erster unabhängiger Auslasskanal 401“ und „dritter unabhängiger Auslasskanal 403“ bezeichnet werden, und der unabhängige Auslasskanal 402, der in zwei verzweigt ist, kann nachstehend als „zweiter unabhängiger Auslasskanal 402“ bezeichnet werden.
Bei dem Viertakt-Vierzylinder-Motor 100 wird der Kraftstoff in der Reihenfolge erster Zylinder 18A, dritter Zylinder 18C, vierter Zylinder 18D und zweiter Zylinder 18B gezündet. In dem zweiten Zylinder 18B und dem dritten Zylinder 18C, die mit den stromaufwärts liegenden Enden des zweiten unabhängigen Auslasskanals 402 verbunden sind, die in zwei verzweigt sind, ist die Reihenfolge des Auslassens (die Reihenfolge des Ausführens der Auspufftakte) nicht kontinuierlich. Selbst wenn der gemeinsame unabhängige Auslasskanal 402 mit dem zweiten Zylinder 18B und dem dritten Zylinder 18C verbunden ist, strömt somit das Abgas von den beiden Zylindern 18B und 18C nicht gleichzeitig in den unabhängigen Auslasskanal 402.
Der erste und der dritte unabhängige Auslasskanal 401 und 403, die wie die einzelnen Rohre gebildet sind, erstecken sich hin zur Mitte der Zylinderreihe, so dass die stromabwärts liegenden Enden mit den stromabwärts liegenden Enden des zweiten unabhängigen Auslasskanals 402 zusammenfallen. D.h. wie insbesondere in 15 gezeigt ist, sind das stromabwärts liegende Ende des ersten unabhängigen Auslasskanals 401, das stromabwärts liegende Ende des gemeinsamen Kanalabschnitts 4023 des zweiten unabhängigen Auslasskanals 402 und das stromabwärts liegende Ende des dritten unabhängigen Auslasskanals 403 an einem Abschnitt des stromabwärtigen Bereichs getrennt von der Mitte der Auslassseitenwand des Motorkörpers 1 gebündelt (d.h. von oben gesehen an der Position zwischen dem zweiten Zylinder 18B und dem dritten Zylinder 18C). Die stromabwärts liegenden Enden der drei gebündelten unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 und ein Halteelement etc., das die Kanäle bündelt, bilden den Sammelabschnitt 405.
Wie in 17 gezeigt ist, weisen die stromabwärts liegenden Enden der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403, d.h. das stromabwärts liegende Ende des ersten unabhängigen Auslasskanals 401, das stromabwärts liegende Ende des gemeinsamen Kanalabschnitts 4023 des zweiten unabhängigen Auslasskanals 402 und das stromabwärts liegende Ende des dritten unabhängigen Auslasskanals 403 Sektorquerschnitte auf, die durch gleichmäßiges Teilen eines Kreises in drei gebildet sind. Die drei stromabwärts liegenden Enden mit solchen Querschnitten bilden gemeinsam den Sammelabschnitt 404, der nahezu der Kreis als Ganzes ist.
Die stromabwärts liegenden Enden der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403, die an dem Sammelabschnitt 404 zueinander benachbart sind, sind wie Düsen mit Kanalquerschnittflächen ausgebildet, die hin zu den stromabwärts liegenden Bereich abnehmen (siehe zum Beispiel 14und 15). Somit wird das Abgas, das durch die stromabwärts liegenden Enden der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 getreten ist, zu dem Unterdruckgenerator 405 herausgespritzt, nachdem die Geschwindigkeit (d.h. der Durchsatz) an dem stromabwärts liegenden Enden gestiegen ist.
An dem Sammelabschnitt 404 sind die stromabwärts liegenden Enden der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 bei einem Winkel gebündelt, der parallel relativ nahe kommt. Im Einzelnen sind die stromabwärts liegenden Enden der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 so angeordnet, dass die axialen Mitten einen schmalen Winkel von etwa zum Beispiel 10 Grad bilden.
Wie in 14 und 15 gezeigt ist, umfasst der Unterdruckgenerator 405 in dieser Reihenfolge von dem stromaufwärts liegenden Bereich einen Düsenabschnitt 406 mit einer Kanalquerschnittfläche, die hin zu dem stromabwärts liegenden Bereich allmählich abnimmt, einen geraden Abschnitt 407 mit einer nahezu gleichmäßigen Kanalquerschnittfläche und einen Diffusorabschnitt 408 mit einer Kanalquerschnittfläche, die hin zu dem stromabwärtigen Bereich allmählich zunimmt. Somit strömt das Abgas, das aus einem der stromabwärts liegenden Enden der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 herausgespritzt wird, zunächst in den Düsenabschnitt 406 und wird dann beschleunigt (zu diesem Zeitpunkt sinkt der Druck des Abgases). Das Abgas, das an dem Düsenabschnitt 406 beschleunigt wurde, wird abgebremst, während es durch den geraden Abschnitt 407 und den Diffusorabschnitt 408 tritt. Demgemäß wird der Druck des Abgases zurückgewonnen.
Wenn das Abgas bei einer hohen Geschwindigkeit aus einem der stromabwärts liegenden Enden der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 hin zu dem Düsenabschnitt 406 des Unterdruckgenerators 405 herausgespritzt wird, wird um das herausgespritzte Gas ein Unterdruckabschnitt mit einem relativ niedrigen Druck erzeugt. Wenn das Abgas von dem unabhängigen Auslasskanal eines der Zylinder (d.h. einem von 401, 402 oder 403) in den Unterdruckgenerator 405 gespritzt wird, beeinflusst der Unterdruck die unabhängigen Auslasskanäle anderer Zylinder, etc. wodurch das Abgas hin zu dem stromabwärts liegenden Bereich herausgesaugt wird. Dies wird als „Ejektorwirkung“ bezeichnet.
Es ist bekannt, dass eine ausreichende Ejektorwirkung erhalten wird, wenn ein äquivalenter Kreisdurchmesser D der Fläche des stromabwärts liegenden Endes des Düsenabschnitts 406 (die gleich der Fläche des geraden Abschnitts 407 ist) und ein äquivalenter Kreisdurchmesser a der stromabwärts liegenden Enden der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 a/D ≥ 0,5 erfüllt. Somit wird in dieser Ausführungsform a/D auf 0,5 oder höher gesetzt (z.B. 0,65). Die äquivalenten Kreisdurchmesser sind hier Durchmesser, bei denen der Querschnitt jeder Form durch einen perfekten Kreis mit der gleichen Fläche ersetzt ist.
Wie in 14und 16 gezeigt ist, umfasst dieser Abgaskrümmer 400 die unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403, den Unterdruckgenerator 405, etc. Ferner umfasst der Abgaskrümmer 400 die drei Umgehungskanäle 411, 412 und 413, die von den mittleren Abschnitten der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 bzw. 403 abgezweigt sind, sich in dem stromabwärts liegenden Bereich erstrecken und vereinen, und den stromabwärts liegenden Bereich der Umgehung 414, der sich stromabwärts des Vereinigungsabschnitts der Umgehungskanäle 411, 412 und 413 erstreckt. Der stromabwärtige Bereich der Umgehung 414 ist mit dem Abgasrohr 40 verbunden, das ein Auslasskanal mit einem stromabwärts liegenden Ende ist, das sich stromabwärts des Unterdruckgenerators 405 befindet. Im Einzelnen verbinden die Umgehungskanäle 411, 412 und 413 die mittleren Abschnitte der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 (d.h. den stromaufwärts liegenden Bereich des Unterdruckgenerators 405) mittels des stromabwärtigen Bereichs der Umgehung 414 mit dem Abgasrohr 40. Die Umgehungskanäle 411, 412 und 413 vereinen sich bei einem relativ großen Winkel. Zum Beispiel schneiden sich die axialen Mitten der Umgehungskanäle 411 und 412 sowie die axialen Mitten der Umgehungskanäle 412 und 143 bei einem Winkel von 30 Grad oder größer.
Jeder der Umgehungskanäle 411, 412 und 413 sowie der stromabwärtige Bereich der Umgehung 414 weist eine nahezu gleichmäßige Querschnittfläche von dem stromaufwärts liegenden Ende zu dem stromabwärts liegenden Ende auf. Die Querschnittfläche ist größer als die Querschnittfläche jedes der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 in dem stromabwärts liegenden Bereich. In dieser Ausführungsform sind die Querschnittflächen der Umgehungskanäle 411, 412 und 413 und des stromabwärts liegenden Bereichs der Umgehung 414 nahezu gleich der kreisförmigen Querschnittfläche des Sammelabschnitts 404 der stromabwärts liegenden Enden der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 (die gesamte Fläche der stromabwärts liegenden Enden des Kanals 401, 402 und 403).
Ein Kanalumschaltventil 415, das geöffnet und geschlossen werden kann, ist in jedem der Umgehungskanäle 411, 412 und 413 vorgesehen. Die Kanalumschaltventile 4156 drehen sich um eine gemeinsame Stange 417. Ein Ende der Stange 416 ist mit einem Aktor 417 verbunden. Wenn der Aktor 417 arbeitet, um die Stange 416 zu drehen, werden die Kanalumschaltventile 415 entsprechend bei der gleichen Zeit angetrieben, um die Umgehungskanäle 411, 412 und 413 zu öffnen und zu schließen.
Die Kanalumschaltventile 415, die wie vorstehend beschrieben arbeiten, werden verwendet, um ein Strömen von Abgas von den Zylindern 18A-18D zu dem Unterdruckgenerator 405 zuzulassen oder zu unterbinden. Zum Beispiel wenn die Kanalumschaltventile 415 vollständig geschlossen sind, strömt das gesamte Abgas von den Zylindern 18A-18D durch die unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 und strömt in den Unterdruckgenerator 405. Dies erzeugt einen starken Unterdruck (d.h. einen ausreichend abgesenkten Unterdruck) in dem Unterdruckgenerator 405, wodurch eine ausreichende Aussaugwirkung (d.h. der Ejektoreffekt) des Abgases erhalten wird. Wenn andererseits die Kanalumschaltventile 415 vollständig offen sind, strömt der Großteil des Abgases von den Zylindern 18A-18D durch die Umgehungskanäle 411, 412 und 413 und strömt stromabwärts in das Abgasrohr 40 in dem stromabwärtigen Bereich des Unterdruckgenerators 405, ohne durch den Unterdruckgenerator 405 zu treten. Da der Unterdruckgenerator 405 dann keinen Unterdruck erzeugt, nimmt dann der Ejektoreffekt stark ab. Wenn die Kanalumschaltventile 415 vollständig offen sind, strömt ein Großteil des Abgases durch die Umgehungskanäle 411, 412 und 413 (nicht die unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403), da die Querschnittflächen der Umgehungskanäle 411, 412 und 413 größer als die Querschnittflächen der stromabwärts liegenden Enden der unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 sind und der Strömungswiderstand niedrig ist.
Somit umfasst das Auslasssystem des Motors 100 den Unterdruckgenerator 405, etc. wodurch das interne AGR-Verhältnis kontinuierlich zu null geändert, wenngleich dies später näher beschrieben wird. Somit benötigt dieser Motor 100 kein externes AGR-Gas, das den AGR-Kühler 52 als heißes AGR-Gas umgeht. Wie in 13 gezeigt ist, sind der AGR-Kühler-Umgehungskanal 53 und das AGR-Kühler-Umgehungsventil 531 nicht vorgesehen und es ist nur ein Hauptkanal 51 als AGR-Kanal vorgesehen. Wie in 18 gezeigt ist, gibt ein PCM 10 ein Steuersignal zu dem Aktor 417 aus, das den Öffnungsgrad des Kanalumschaltventils 315 anpasst, statt ein Steuersignal zu dem AGR-Kühler-Umgehungsventil 531 auszugeben.
Als Nächstes wird die Steuerung des Motors 100 mit dieser Konfiguration nachstehend unter Bezug auf 19-21 beschrieben. 19-21 entsprechen den vorstehend beschriebenen 7-9. 19(a) zeigt die Gaszusammensetzung in einem Zylinder 18. 19(b) zeigt die Temperatur in dem Zylinder bei Start der Verdichtung. 19(c) zeigt die Sauerstoffkonzentration. 19(d) zeigt das Verhältnis des externen AGR-Gases zu dem Einlassgas. 19(b) und 19(c) entsprechen 7(b) und 7(c).
20(a) und 20(d) entsprechen 19(a) und 19(d) und zeigen die Gaszusammensetzung in dem Zylinder 18 bzw. das Verhältnis des externen AGR-Gases zu dem Einlassgas. 20(e) zeigt die Öffnungs- und Schließzeiten eines Auslassventils 22. 20(f) zeigt die Öffnungs- und Schließzeiten eines Einlassventils 21. 20(g) zeigt den Hubbetrag des Einlassventils
21(a) und 21(d) entsprechen 19(a) und 19(d). 21(h) zeigt den Öffnungsgrad einer der Drosselklappe 36. 21(i) zeigt den Öffnungsgrad eines AGR-Ventils 511. 21(j) zeigt den Öffnungsgrad eines Kanalumschaltventils 415.
Die Kraftstoffeinspritzung und die Zündzeit in dem Motor 100 werden in gleicher Weise wie bei dem Motor 1 gesteuert. Siehe 10(k), 10(l) und 10(m).
Zunächst sind die Steuerung zwischen einer niedrigen Last und einer vorbestimmten Last T1 und zwischen den vorbestimmten Lasten T1 und T2 in 19(a) gleich denen in 7(a). Wie in 21(j) gezeigt ist, ist der Öffnungsgrad des Kanalumschaltventils 415 aber auf vollständig offen gestellt. Dadurch tritt das Abgas durch die Umgehungskanäle 411, 412 und 413 und wird abgelassen. Da in diesem Fall, wie später beschrieben wird, keine Saugwirkung des zu der Auslassöffnung 17 abgelassenen Abgases auftritt, leitet das zweifache Öffnen des Auslassventils eine ausreichende Menge des internen AGR-Gases in die Zylinder 18 ein.
7(a) und 7(e) zeigen, dass der Auslass-WL 71 unter einer vorbestimmten Last T3 abgeschaltet ist (siehe 8(e)). 20(a) und 20(e) zeigen, dass der Auslass-VVL 71 unter der vorbestimmten Last T3 nicht abgeschaltet ist (siehe 20(e)). Der Auslass-WL 71 wird zu einer vorbestimmten Last T6 des SI-Modus eingeschaltet gehalten.
Wie in 20(f) und 20(g) gezeigt ist, steigt in dem höheren Bereich, der größer oder gleich der vorbestimmten Last T2 ist, der Hubbetrag des Einlassventils 21 bei der steigenden Motorlast allmählich an. Demgemäß wird die Öffnungszeit des Einlassventils 21 auf früh verstellt. Dann wird die einzuleitende Menge des internen AGR-Gases allmählich bei der steigenden Motorlast durch Steuern des Auslass-WL 71 und des Einlass CWL 73 reduziert, wie in 20(a) gezeigt ist. Da der Betrieb des Auslass-WL 71 nicht gestoppt wird, besteht somit kein Bedarf, den Hubbetrag des Einlassventils 21 schnell zu ändern (siehe 8(g)). Wie in 21(i) gezeigt ist, besteht auch kein Bedarf, den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 511 schnell zu ändern (siehe auch 9(i)). Dies verbessert die Steuerbarkeit bei der steigenden Motorlast. Eine auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks wird unter der Motorlast, die größer oder gleich einer vorbestimmten Last T4 ist, ausgeführt, was ähnlich zu dem vorstehend Beschriebenen ist (siehe 9(k), 9(l)und 9(m)).
Unter der Motorlast über einer vorbestimmten Last T5 wird der CI-Modus zu dem SI-Modus umgeschaltet. Wie in 21(j) gezeigt ist, wird in dem Bereich hoher Last über der vorbestimmten Last T5 das Kanalumschaltventil 415 von vollständig offen allmählich geschlossen. Dies reduziert die Menge des durch die Umgehungskanäle 411, 412 und 413 strömenden Abgases und steigert die Menge des Abgases, das durch die unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 tritt und zu dem Unterdruckgenerator 405 strömt. Dies verstärkt den in dem Unterdruckgenerator 405 erzeugten Unterdruck und saugt das zu der Auslassöffnung 17 abgelassene Abgas an, wodurch die Menge des internen AGR-Gases, das bei dem zweifachen Öffnen des Auslassventils ins Innere des Zylinders 18 zurückkehrt, reduziert wird. D.h. wenn der Unterdruck in dem Unterdruckgenerator 405 stark wird (d.h. wenn der Druck abnimmt), tritt dieser Unterdruck durch die unabhängigen Auslasskanäle 401, 402 und 403 und erreicht die Auslassöffnung 17, um das Abgas stromabwärts anzusaugen. Dadurch bewirkt dies kaum eine Rückführung des Abgases von den Auslassöffnungen 17 zu dem Zylinder 18. Da der Öffnungsgrad des Kanalumschaltventils 415 mit der steigenden Motorlast abnimmt, steigert der in dem Unterdruckgenerator 35 erzeugte Unterdruck allmählich den Saugeffekt (d.h. den Ejektoreffekt) des Abgases. Dadurch nimmt, wie in 21(a) gezeigt, die Menge des internen AGR-Abgases allmählich ab.
Unter der vorbestimmten Last T6, bei der die Menge des einzuleitenden internen AGR-Gases auf null gesetzt ist, ist der Öffnungsgrad des Kanalumschaltventils 415 vollständig geschlossen, wie in 21(j) gezeigt, und der Auslass-WL 71 ist abgeschaltet, wie in 20(e) gezeigt ist.
In dem höheren Bereich, der größer oder gleich der vorbestimmten Last T6 ist, wird im Grunde die gleiche Steuerung wie in 7 etc. durchgeführt. Wie aber in 21(j) gezeigt ist, wird der Öffnungsgrad des Kanalumschaltventils 415 bei vollständig geschlossen gehalten, bis der Volllastbereich erreicht ist. Dann strömt, wie vorstehend beschrieben, die volle Menge des Abgases von dem Zylinder 18 in den Unterdruckgenerator 405, um den in dem Generator 405 erzeugten Unterdruck zu verstärken. In dem Bereich hoher Last, die größer oder gleich der vorbestimmten Last T6 ist, wird das zweifache Öffnen des Auslassventils gestoppt. Der starke Unterdruck wird aber genutzt, um das Restgas in dem Zylinder 18 in dem Auspufftakt anzusaugen (zu spülen), in dem das Auslassventil 22 offen ist, und trägt zum Vergrößern der Menge der füllenden Frischluft und zum Senken der Temperatur in dem Zylinder 18 bei. Dies ist beim Steigern des Drehmoments in dem Bereich hoher Last vorteilhaft.
Andere Struktur eines Ventiltriebs
In 2 umfasst der Ventiltrieb des Einlassventils 21 einen CWL 73. Abweichend davon kann, wie in 22 gezeigt, ein Ventiltrieb des Einlassventils 21 einen WL 74 anstelle des CWL 73 umfassen, ähnlich wie bei dem Auslassventilsystem. Der einlassseitige WL 74 unterscheidet sich aber von dem auslassseitigen VVL 71. Der einlassseitige VVL 74 umfasst zwei Arten von Nocken mit unterschiedlichen Nockenprofilen, einen Nocken mit großem Hub, der den Hubbetrag des Einlassventils 21 relativ vergrößert, und einen Nocken kleinen Hubs, der den Hubbetrag des Einlassventils relativ verringert. Der einlassseitige WL 74 umfasst auch einen Leerlaufmechanismus, der selektiv den Betriebszustand des Nockens mit großem Hub oder des Nockens mit kleinem Hub zu dem Einlassventil 21 übermitteln kann. Wie in 24A-24C gezeigt ist, ist, wenn der WL 74 den Betriebszustand des Nockens mit kleinem Hub zu dem Einlassventil 21 übermittelt, das Einlassventil 21 für kurze Zeit mit einem relativ kleinen Hubbetrag offen. Andererseits ist, wie in 24D und 24E gezeigt ist, wenn der VVL 74 den Betriebszustand des Nockens mit großem Hub zu dem Einlassventil 21 übermittelt, das Einlassventil 21 für lange Zeit mit einem relativ großen Hubbetrag offen
Der Ventiltrieb des Auslassventils 22 umfasst weiterhin einen VVT 75 zusätzlich zu dem WL 71. Analog zu dem VVT 75 des Einlassventils 21 kann der VVT 75 nach Bedarf eine bekannte hydraulische, elektromagnetische oder mechanische Struktur aufweisen.
23 zeigen Steuerbeispiele von Parametern des Motors 1 gemäß dem Wert der Motorlast, wobei der Ventiltrieb des Einlassventils 21 den VVL 74 umfasst. 23 entsprechen 8.
In dem CI-Modus wird in dem Lastbereich, der niedriger als die vorbestimmte Last T1 ist, wie in 23(e) gezeigt, der Auslass-WL 71 eingeschaltet, um das zweifache Öffnen des Auslassventils auszuführen, das das Auslassventil 22 in dem Einlasstakt öffnet. Wie in 23(g) gezeigt öffnet und schließt der Einlass-WL 74 das Einlassventil 21 mit dem Nocken mit kleinem Hub. Die Öffnungszeit des Einlassventils 21 wird auf spät verstellt (siehe 23(f)). 24A zeigt die Hubeigenschaften des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 in diesem Zustand. Dann wird das interne AGR-Verhältnis auf den höchsten Wert von zum Beispiel etwa 80% gesetzt.
In dem Bereich zwischen den vorbestimmten Lasten T1 und T3, wird, wie in 23(e) gezeigt, der Auslass-WL 71 eingeschaltet gehalten, um das zweifache Öffnen des Auslassventils fortzusetzen. Wie in 23(g) gezeigt ist, öffnet und schließt der Einlass-WL 74 das Einlassventil 21 mit dem Nocken mit kleinem Hub. Wie in 23(e) gezeigt ist, ist die Öffnungszeit des Auslassventils 22 bei der steigenden Motorlast auf spät verstellt. Wie andererseits in 23(f) gezeigt ist, ist die Öffnungszeit des Einlassventils 21 bei der steigenden Motorlast auf früh verstellt. 24B zeigt die Hubeigenschaften des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 in diesem Zustand. Somit ändert sich die Überlagerung zwischen dem Öffnungszeitraum des Einlassventils 21 und dem Öffnungszeitraum des Auslassventils 22 mit der steigenden Motorlast, wodurch das interne AGR-Verhältnis reduziert wird (siehe 23(a)).
In dem Bereich zwischen den vorbestimmten Lasten T3 und T5 wird, zunächst unter der vorbestimmten Last T3, der Auslass-WL 72 abgeschaltet, um das zweifache Öffnen des Auslassventils zu stoppen (siehe 23(e)). 24C zeigt die Hubeigenschaften des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 in diesem Zustand. Bei dem in 22 gezeigten Motor umfassen die Ventiltriebe des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 einen VVT 72 und einen VVT 75, um die Öffnungszeiten der Ventile 21 bzw. 22 anzupassen. Es besteht somit kein Bedarf, den Öffnungsbetrieb des Einlassventils 21 schnell zu ändern, wenn der Auslass-WL 72 unter der vorbestimmten Last T3 abgeschaltet ist. Das Einlassventil 21 nutzt immer noch den Nocken kleinen Hubs, um die Öffnungszeit bei der steigenden Motorlast auf früh zu verstellen. Die Öffnungszeit des Auslassventils 22 ist nicht auf früh verstellt und fest. Wie vorstehend beschrieben wird das externe AGR-Gas in den Zylinder 18 eingeleitet und die Menge der Frischluft wird bei der steigenden Motorlast erhöht. In dem Bereich, der größer oder gleich der vorbestimmten Last T4 ist, wird die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks wie vorstehend beschrieben ausgeführt.
In dem Bereich zwischen den vorbestimmten Lasten T5 und T6 wird unter der vorbestimmten Last T5 der Auslass-WL 72 ausgeschaltet gehalten und der WL 74 des Einlassventils 21 wird von dem Nocken kleinen Hubs zu dem Nocken großen Hubs geschaltet (siehe 23(g)). 24D zeigt die Hubeigenschaften des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 in diesem Zustand. Wie in 23(f) gezeigt ist die Öffnungszeit des Einlassventils 21 fest und die Schließzeit ist auf spät verstellt. Dann wird die Öffnungszeit des Einlassventils 21 mit der steigenden Motorlast auf früh verstellt. Andererseits ist die Öffnungszeit des Auslassventils 22 nicht auf früh verstellt und fest. Dies leitet das externe AGR-Gas in den Zylinder 18 ein und erhöht die Menge der Frischluft bei der steigenden Motorlast.
Bei dem Bereich hoher Last, der größer oder gleich der vorbestimmten Last T6 ist, wird der Auslass-WL 72 ausgeschaltet gehalten, und der VVL 74 des Einlassventils 21 nutzt immer noch den Nocken großen Hubs, um die Öffnungszeiten sowohl des Einlassventils 21 als auch des Auslassventils 22 bei der steigenden Motorlast auf früh zu verstellen. 24E zeigt die Hubeigenschaften des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 in diesem Zustand. Dies reduziert das AGR-Verhältnis der externen AGR auf null und erhöht die Menge der Frischluft.
Die hierin offenbarte Methode ist nicht auf die Anwendung für den vorstehend beschriebenen Motor beschränkt. Zum Beispiel kann bei dem Einlasstakt der Kraftstoff nicht mittels des Injektors 67 in dem Zylinder 18 in die Einlassöffnung 16, sondern mittels eines zusätzlichen Öffnungsinjektors in der Einlassöffnung 16 eingespritzt werden.
Der Motor 1 ist nicht auf den 4-Zylinder-Reihenmotor beschränkt, sondern kann ein 3-Zylinder-Reihenmotor, ein 2-Zylinder-Reihenmotor, ein 6-Zylinder-Reihenmotor etc. sein. Der Motor 1 kann auch verschiedene Arten von Motoren sein, etwa ein V6-Zylinder-Motor, ein V8-Zylinder-Motor und ein Vierzylinder-Boxermotor.
Während in dieser Beschreibung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches in dem vorbestimmten Betriebsbereich auf das stöchiometrische Luft/KraftstoffVerhältnis (λ ≈ 1) gesetzt ist, kann das Luft/Kraftstoff-Gemisch mager sein. Das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ermöglicht die Nutzung eines Dreiwegekatalysators.
Der in 4 gezeigte Betriebsbereich ist nur ein Beispiel und es können andere unterschiedliche Betriebsbereiche vorgesehen werden.
Die auf spät verstellte Einspritzung hohen Drucks kann nach Bedarf geteilt sein. Analog kann die Einlasstakt-Einspritzung nach Bedarf geteilt sein. Bei diesen geteilten Einspritzungen kann der Kraftstoff in dem Einlasstakt und in dem Verdichtungstakt eingespritzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Motor (Motorkörper)
10: PCM (Steuergerät)
18: Zylinder
25: Zündkerze
50: AGR-Kanal (Abgasrückführungssystem)
51: Hauptkanal (Abgasrückführungssystem)
511: AGR-Ventil (Abgasrückführungssystem)
52: AGR-Kühler (Abgasrückführungssystem)
53: AGR-Kühler-Umgehungskanal (Abgasrückführungssystem)
531: AGR-Kühler-Umgehungsventil (Abgasrückführungssystem)
62: Kraftstoffzufuhrsystem (Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus)
67: Injektor (Kraftstoffeinspritzventil)
71: WL (Abgasrückführungssystem)

Claims

Fremdgezündeter Direkteinspritzmotor, umfassend: einen Motorkörper, welcher einen Zylinder mit einem geometrischen Verdichtungsverhältnis von 15 oder höher umfasst; ein Kraftstoffeinspritzventil, das ausgelegt ist, um Kraftstoff in den Zylinder einzuspritzen; einen Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus, der ausgelegt ist, um einen Druck des von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffs einzustellen; eine Zündkerze, die zum Inneren des Zylinders weist und ausgelegt ist, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder zu zünden; ein Abgasrückführungssystem, das ausgelegt ist, um Abgas in den Zylinder einzuleiten; und ein Steuergerät, das ausgelegt ist, um den Motorkörper durch Steuern mindestens des Kraftstoffeinspritzventils, des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus, der Zündkerze und des Abgasrückführungssystems zu betreiben, wobei das Steuergerät den Motorkörper durch kompressionsgezündete Verbrennung mit Verdichten und Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder betreibt, wenn sich ein Betriebsmodus des Motorkörpers in einem vorbestimmten Bereich niedriger Last befindet, und die Zündkerze bei der vorbestimmten Zeit aktiviert, um den Motorkörper durch fremdgezündete Verbrennung zu betreiben, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers in einem Bereich hoher Last befindet, in dem eine Last höher als in dem Bereich niedriger Last ist, und das Steuergerät den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus auf einen hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher einstellt und das Kraftstoffeinspritzventil ansteuert, um den Kraftstoff zumindest in einem Zeitraum zwischen einer Endphase eines Verdichtungstakts und einer Anfangsphase eines Arbeitstakts in den Zylinder einzuspritzen, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers zumindest in einem vorbestimmten ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last befindet, der eine Grenze zwischen dem Bereich niedriger Last und dem Bereich hoher Last umfasst, und den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus auf den hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher einstellt, das Kraftstoffeinspritzventil ansteuert, um den Kraftstoff zumindest in dem Zeitraum zwischen der Endphase des Verdichtungstakts und der Anfangsphase des Arbeitstakts in den Zylinder einzuspritzen, und die Zündkerze nach einem Ende der Kraftstoffeinspritzung ansteuert, um die Fremdzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder auszuführen, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers zumindest in einem vorbestimmten zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last befindet, der einen Volllastbereich umfasst, und das Steuergerät ein AGR-Verhältnis, das ein Verhältnis einer Menge des Abgases zu einer Gesamtmenge von Gas in dem Zylinder ist, in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last so einstellt, dass es höher als ein AGR-Verhältnis in dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last ist, indem es das Abgasrückführungssystem steuert und den Start der Kraftstoffeinspritzung in dem ersten spezifizierten Unterbereich auf früh verstellt verglichen mit der Kraftstoffeinspritzung in dem zweiten spezifizierten Unterbereich.
Fremdgezündeter Direkteinspritzmotor, umfassend: einen Motorkörper, welcher umfasst einen Zylinder mit einem geometrischen Verdichtungsverhältnis von 15 oder höher und einen Kolben, der hin- und herbewegbar in dem Zylinder eingesetzt ist und eine Bodenfläche mit einer ausgesparten Mulde aufweist; ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff in die Mulde einspritzen kann, wenn sich der Kolben nahe einem oberen Totpunkt der Verdichtung befindet; einen Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus, der ausgelegt ist, um einen Druck des von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffs einzustellen; eine Zündkerze, die zum Inneren des Zylinders weist und ausgelegt ist, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder zu zünden; ein Abgasrückführungssystem, das ausgelegt ist, um Abgas in den Zylinder einzuleiten; und ein Steuergerät, das ausgelegt ist, um den Motorkörper durch Steuern zumindest des Kraftstoffeinspritzventils, des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus, der Zündkerze und des Abgasrückführungssystems zu betreiben, wobei das Steuergerät den Motorkörper durch kompressionsgezündete Verbrennung mit Verdichten und Zünden des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder betreibt, wenn sich ein Betriebsmodus des Motorkörpers in einem vorbestimmten Bereich niedriger Last befindet, und die Zündkerze bei der vorbestimmten Zeit aktiviert, um den Motorkörper durch fremdgezündete Verbrennung zu betreiben, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers in einem Bereich hoher Last befindet, in dem eine Last höher als in dem Bereich niedriger Last ist, in dem die kompressionsgezündete Verbrennung ausgeführt wird, und das Steuergerät den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus auf einen hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher einstellt und das Kraftstoffeinspritzventil bei einem Zeitpunkt zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Mulde des Kolbens ansteuert, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers zumindest in einem vorbestimmten ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last befindet, der eine Grenze zwischen dem Bereich niedriger Last und dem Bereich hoher Last umfasst, und den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus auf den hohen Kraftstoffdruck von 30 MPa oder höher einstellt, das Kraftstoffeinspritzventil zu dem Zeitpunkt des Einspritzens des Kraftstoffs in die Mulde des Kolbens ansteuert und die Zündkerze nach einem Ende der Kraftstoffeinspritzung ansteuert, um die Fremdzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Zylinder auszuführen, wenn sich der Betriebsmodus des Motorkörpers zumindest in einem vorbestimmten zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last befindet, der einen Volllastbereich umfasst, und das Steuergerät ein AGR-Verhältnis, das ein Verhältnis einer Menge des Abgases zu einer Gesamtmenge von Gas in dem Zylinder ist, in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last so einstellt, dass es höher als ein AGR-Verhältnis in dem zweiten spezifizierten Unterbereich des Bereichs hoher Last ist, indem es das Abgasrückführungssystem steuert, und den Start der Kraftstoffeinspritzung in dem ersten spezifizierten Unterbereich auf früh verstellt verglichen mit der Kraftstoffeinspritzung in dem zweiten spezifizierten Unterbereich.
Fremdgezündeter Direkteinspritzmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abgasrückführungssystem umfasst ein externes AGR-System, das ausgelegt ist, um das Abgas mittels des AGR-Kanals, durch welchen ein Auslasskanal des Motorkörpers mit einem Einlasskanal kommuniziert, in den Zylinder zurückzuführen, und ein internes AGR-System, das ausgelegt ist, um das Abgas durch öffnende und schließende Steuerung eines Einlassventils und eines Auslassventils des Motorkörpers in den Zylinder zurückzuführen, und das Steuergerät abgekühltes Abgas mittels des AGR-Kanals des externen AGR-Systems in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last in den Zylinder einleitet.
Fremdgezündeter Direkteinspritzmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abgasrückrührungssystem abgekühltes AGR-Gas, das durch Kühlen des Abgases erhalten wird, und heißes AGR-Gas mit einer höheren Temperatur als das abgekühlte AGR-Gas in einen Zylinder einleiten kann und das Steuergerät zumindest das gekühlte AGR-Gas mittels des Abgasrückführungssystem in dem ersten spezifizierten Unterbereich des Bereichs niedriger Last in den Zylinder einleitet und nur das heiße AGR-Gas mittels des Abgasrückführungssystems in einem vorbestimmten Unterbereich niedrigster Last, in dem die Lasst niedriger als in dem ersten spezifizierten Unterbereich ist, in den Zylinder einleitet.
Fremdgezündeter Direkteinspritzmotor nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, wobei das Steuergerät das Kraftstoffeinspritzventil ansteuert, um den Kraftstoff zumindest in einem Zeitraum zwischen einem Einlasstakt und einer Mitte des Verdichtungstakts in einem Unterbereich des Bereichs niedriger Last, mit Ausnahme des ersten spezifizierten Unterbereichs, und in einem Bereich hoher Drehzahl des Bereichs hoher Last, in dem eine Drehzahl größer oder gleich einer vorbestimmten Drehzahl ist, einzuspritzen.
Fremdgezündeter Direkteinspritzmotor nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, wobei das Steuergerät das Kraftstoffeinspritzventil bei der Zeit des Einspritzens zumindest eines Teils des Kraftstoffs, der in den Zylinder aus der Mulde des Kolbens eingespritzt wird, in einem Unterbereich des Bereichs niedriger Last mit Ausnahme des ersten spezifizierten Unterbereichs und in einem Bereich hoher Drehzahl des Bereichs hoher Last, in dem eine Drehzahl größer oder gleich einer vorbestimmten Drehzahl ist, ansteuert.
Fremdgezündeter Direkteinspritzmotor nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Steuergerät den Druck des Kraftstoffs mithilfe des Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus zumindest in dem Unterbereich des Bereichs niedriger Last mit Ausnahme des ersten spezifizierten Unterbereichs auf unter 30 MPa setzt.
Fremdgezündeter Direkteinspritzmotor nach Anspruch 7, wobei der Kraftstoffdruck-Einstellmechanismus eine Kraftstoffpumpe umfasst, die von dem Motorkörper angetrieben ist und ausgelegt ist, um den Druck des Kraftstoffs anzupassen.
Fremdgezündeter Direkteinspritzmotor nach einem der Ansprüche 1-8, wobei sich das Kraftstoffeinspritzventil an einer mittleren Achse des Zylinders befindet und den Kraftstoff radial einspritzen kann.