DE112015001015B4

DE112015001015B4 - Vorrichtung zum Steuern eines Benzin-Direkteinspritzmotors

Info

Publication number: DE112015001015B4
Application number: DE112015001015.7T
Authority: DE
Inventors: Yuji Harada; Hiroyuki Yamashita; Tatsuya Tanaka; Tsugio Fukube
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2035-03-03
Also published as: CN106030079A; DE112015001015T5; US9816445B2; JPWO2015129285A1; US20170058793A1; JP6172375B2; WO2015129285A1; CN106030079B

Abstract

Vorrichtung zum Steuern eines Benzin-Direkteinspritzmotors, wobei die Vorrichtung umfasst:einen Motorkörper mit einem Kolben in einem Zylinder und einem durch den Zylinder und den Kolben ausgebildeten Brennraum;einen Injektor, der mindestens Benzin enthaltenden Kraftstoff mittels einer Einspritzöffnung in den Brennraum einspritzt; undein Steuergerät, das den Injektor den Kraftstoff in mindestens einer zweiten Hälfte eines Verdichtungstakts einspritzen lässt und eine Einspritzbedingung des Injektors steuert; wobeider Injektor einen Parameter zum Anpassen von Kraftstoffstrahlausbreitung aufweist,durch Steuern, so dass eine Ansaugluft-Füllmenge umso größer ist, je höher eine Motorlast ist. Druck in dem Brennraum angehoben wird,das Steuergerät in Bereichen niedriger und mittlerer Motorlastden Injektor den Kraftstoff in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts einspritzen lässt, um bei Zündung eines Luft/Kraftstoff-Gemisches der in dem Brennraum gebildeten Gemischschicht eine Gasschicht aus Frischluft und/oder verbranntem Gas zwischen der Gemischschicht und einer Wandfläche, die den Brennraum ausbildet, auszubilden,den Druck in dem Brennraum prognostiziert undden Parameter so anpasst, dass die Kraftstoffstrahlausbreitung größer ist, wenn der prognostizierte Druck hoch ist, als wenn der prognostizierte Druck niedrig ist, selbst wenn eine gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines Benzin-Di rektei nspritzmoto rs.
Technischer Hintergrund
Herkömmlicherweise sind Techniken zum Steuern der Konzentrationsverteilung oder Form eines Luft/Kraftstoff-Gemisches in einem Brennraum bekannt. Ein Motor gemäß der JP H11- 200 865 A führt zum Beispiel in einem Ansaug- oder Verdichtungstakt eine erste Kraftstoffeinspritzung durch, um in einem Brennraum ein mageres Gemisch zu bilden, und führt dann in dem Verdichtungstakt eine zweite Kraftstoffeinspritzung durch, um ein fettes Gemisch zu bilden, wodurch in dem Brennraum Ruß verringert wird.
Die JP 2008 - 151 043 A zeigt einen Injektor des Typs eines nach außen öffnenden Ventils, der Kraftstoff in den Brennraum eines Motors einspritzt. Bei einem Injektor des Typs eines nach außen öffnenden Ventils wird der Hubbetrag eines Ventilkörpers geändert, um die nutzbare Querschnittsfläche einer den Kraftstoff einspritzenden Düsenöffnung zu ändern.
JP 4194564 B2 zeigt einen Injektor des Sitzlochdüsentyps (VCO-Typ, kurz vom engl. Valve Covered Orifice). Bei einem Injektor des VCO-Typs ist ein Nadelventil direkt auf einen Sitz gesetzt, zu dem hin eine Düsenöffnung offen ist, um die Düsenöffnung zu verschließen. Gemäß dem Hubbetrag des Nadelventils ändert sich die Größe der Kavitationsfläche an der Innenumfangsfläche der Düsenöffnung. Dadurch ändert sich wie bei einem Injektor des Typs eines sich nach außen öffnenden Ventils bei einem Injektor des VCO-Typs die nutzbare Querschnittsfläche der Düsenöffnung gemäß dem Hubbetrag des Nadelventils.
Die JP 2013 - 57 266 A zeigt einen Motor, der einen Injektor des Typs eines nach und öffnenden Ventils umfasst, der sich an der Mittelachse eines Zylinders befindet in Kraftstoff in einer Kegelform einspritzt. Der Kraftstoff wird in einer Endphase eines Verdichtungstakts in den Zylinder eingespritzt, um in einem Brennraum eine Gemischschicht und um die Gemischschicht eine Gasschicht (d.h. eine frischlufthaltige Gasschicht) zu bilden. Bei dem in JP 2013-57266 gezeigten Motor dient bei der Verbrennung eines Luft/Kraftstoff-Gemisches zum Bilden der Gemischschicht die umgebende Gasschicht als wärmeisolierende Schicht zum Reduzieren von Kühlverlust.
Die DE 696 02 477 T2 lehrt einen selbstzündenden Motor mit einem Kolben und einer Brennkammer, die durch den Kolben definiert ist, wobei der Motor folgendes aufweist: eine Einspritzeinrichtung, die Kraftstoff konisch in die Brennkammer zu einer Oberseite des Kolbens hin einspritzt und Kraftstofftröpfchen bildet, die in der Brennkammer verteilt werden, wobei der durchschnittliche Wert der Partikelgröße der Kraftstofftröpfchen größer als eine vorgegebene Partikelgröße ist, bei der die Temperatur der Kraftstofftröpfchen mit der vorgegebenen Partikelgröße eine Siedepunkt einer Hauptkomponente des Kraftstoffs erreicht, wobei der Siedepunkt durch den Druck in der Brennkammer bestimmt ist ungefähr bei dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs; eine Einspritzzeitsteuereinrichtung, die die Einspritzeinrichtung steuert, um eine Einspritzwirkung auszuführen bei einer vorgegebenen Zeitgebung während einer Periode von dem Start eines Einlasshubs bis ungefähr 60 Grad vor oberem Totpunkt des Kompressionshubs; und eine Ausbreitungswinkelsteuereinrichtung, die einen Ausbreitungswinkel des konisch eingespritzten Kraftstoffs steuert, um den Ausbreitungswinkel kleiner einzurichten, wenn die Position des Kolbens näher dem unteren Totpunkt ist, wenn die Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird.
Eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung einer Brennkraftmaschine, die in der Lage ist, die erzeugte Rauchmenge ausreichend zu reduzieren, während eine günstige Zündung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs sichergestellt wird, ist in EP 2 522 841 A1 vorgesehen. Es wird basierend auf einer Motorlast und einer Motordrehzahl bestimmt, ob eine Einspritzzeit der Voreinspritzung in einem ersten Bereich auf einer Verzögerungswinkelseite oder einem zweiten Bereich auf einer Vorschubwinkelseite liegt. Im Fall des ersten Bereichs wird eine Zündverzögerungsperiode des in die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs erhalten, während die Einspritzzeit der Voreinspritzung geändert wird, und eine Voreinspritzzeit, bei der die Zündverzögerungsperiode die größte ist, wird als ein Zielzeit für eine Voreinspritzung bestimmt. Im Fall des zweiten Bereichs wird ein Überlappungswinkel zwischen einem Spray in der Voreinspritzung und einem Spray in der Haupteinspritzung berechnet, während die Einspritzzeit der Voreinspritzung geändert wird, und eine Voreinspritzzeit, bei der der Überlappungswinkel am kleinsten ist, wird als Zielzeit für die Voreinspritzung bestimmt.
In einem späteren Stadium der Kraftstoffeinspritzung des Kraftstoffeinspritzventils nach JP 2006-052 665 A wird ein Kraftstoffeinspritzzeitraum für die Zündung eingestellt, in dem eine niedrigere Kraftstoffeinspritzrate als die während eines Hauptkraftstoffeinspritzzeitraums realisiert wird. Insbesondere wird während des Kraftstoffeinspritzzeitraums für die Zündung die niedrigere Kraftstoffeinspritzrate durch Anheben eines Nadelventils mit einem geringeren Hubbetrag als dem während des Kraftstoffhaupteinspritzzeitraums erreicht.
Bei dem in JP H11-200 865 A offenbarten Kraftstoffzuführungsverfahren eines Benzinmotors, der Kraftstoff direkt in einen Zylinder einspritzt, wird eine Taumelströmung oder dergleichen durch Einlassluft von einer Einlassöffnung in den Zylinder gebildet, wobei eine flach verteilte Kraftstoffzerstäubung gebildet wird, so dass sie einen Abschnitt umfasst, der durch eine Zündkerze und eine Zylindermittellinie in einem zylinderinternen Strömungsfeld dieser Taumelströmung verläuft. Auf diese Weise werden eine mittige fette Gemischschicht und ihre beiden seitlichen Luftschichten oder ähnliches leicht gebildet und ein niedriger Kraftstoffverbrauch erreicht. Der Startzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung liegt bei niedriger Last in einem Zeitraum von der Mitte des Ansaugtaktes bis zur Mitte des Kompressionshubes, bei hoher Last in einem Zeitraum vom Beginn des Ansaugtaktes bis zur Mitte des Ansaugtaktes, und es wird auch eine geeignete Umschaltung ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einen Brennraum eingespritzter Kraftstoff wird von der Umgebung in dem Brennraum beeinflusst. Selbst wenn im Einzelnen Kraftstoff unter der gleichen Einspritzbedingung eingespritzt wird, sind die Konzentrationsverteilung und Form eines in dem Brennraum gebildeten Luft/Kraftstoff-Gemisches zum Beispiel abhängig von der Umgebung in dem Brennraum unterschiedlich.
Die vorliegende Offenbarung erfolgt im Hinblick auf das Problem. Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Änderung eines Luft/KraftstoffGemisches, die durch eine Änderung der Umgebung in dem Brennraum hervorgerufen wird, zu verringern.
Lösung des Problems
Die vorliegende Offenbarung sieht eine Vorrichtung zum Steuern eines Benzin-Direkteinspritzmotors vor. Die Vorrichtung umfasst einen Motorkörper mit einem Kolben in einem Zylinder und einem durch den Zylinder und den Kolben ausgebildeten Brennraum; einen Injektor, der mindestens Benzin enthaltenden Kraftstoff mittels einer Einspritzöffnung in den Brennraum einspritzt; und ein Steuergerät, das den Injektor den Kraftstoff in mindestens einer zweiten Hälfte eines Verdichtungstakts einspritzen lässt und eine Einspritzbedingung des Injektors steuert. Der Injektor weist einen Parameter zum Anpassen von Kraftstoffstrahlausbreitung auf. Das Steuergerät prognostiziert Druck in dem Brennraum. Das Steuergerät passt den Parameter so an, dass die Kraftstoffstrahlausbreitung größer ist, wenn der prognostizierte Druck hoch ist, als wenn der prognostizierte Druck niedrig ist, selbst wenn eine gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Das Steuergerät kann den Parameter so anpassen, dass die Kraftstoffstrahlausbreitung bei einer Zunahme des prognostizierten Drucks zunimmt, selbst wenn die gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Die „zweite Hälfte des Verdichtungstakts“ meint hier die zweite Hälfte, wenn der Verdichtungstakt in eine erste und eine zweite Hälfte zweigeteilt ist.
Wenn der Kraftstoff mit einem konstanten Parameter eingespritzt wird, breitet sich der Kraftstoffstrahl umso weniger aus, je höher der Zylinderinnendruck ist. Im Einzelnen breitet sich der Strahl eines ausgebildeten Luft/Kraftstoff-Gemisches um so weniger aus, je höher der Zylinderinnendruck ist. Bei dem vorstehend beschriebenen Injektor wird der Parameter dagegen angepasst, um die Kraftstoffstrahlausbreitung anzupassen. Der Parameter zum Anpassen der Kraftstoffstrahlausbreitung ist zum Beispiel eine nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung oder ein Einspritzintervall bei einer mehrstufigen Einspritzung. Der Parameter wird so angepasst, dass die Kraftstoffstrahlausbreitung bei einem Anstieg des Zylinderinnendrucks zunimmt. Dies reduziert eine Abnahme des Kraftstoffstrahls, die durch einen Anstieg des Zylinderinnendrucks hervorgerufen wird. D.h. ein Soll-Luft/Kraftstoff-Gemisch wird mühelos ausgebildet, während der Einfluss einer Änderung des Zylinderinnendrucks bestmöglich eliminiert wird.
Der Parameter kann eine nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung sein. Das Steuergerät kann die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung so steuern, dass sie größer ist, wenn der prognostizierte Druck hoch ist, als wenn der prognostizierte Druck niedrig ist, selbst wenn die gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Die Anpassung der nutzbaren Querschnittsfläche der Einspritzöffnung passt die Kraftstoffstrahlausbreitung an. Im Einzelnen ändert eine Änderung der nutzbaren Querschnittsfläche der Einspritzöffnung die Partikelgröße des Kraftstoffstrahls, der von der Einspritzöffnung eingespritzt wird. Die Änderung der Partikelgröße des Kraftstoffstrahls ändert das Moment des Kraftstoffstrahls. Die Änderung des Moments des Kraftstoffstrahls ändert die Sprühweite des Kraftstoffstrahls, wodurch die Kraftstoffstrahlausbreitung geändert wird. Im Einzelnen ist die Partikelgröße des Kraftstoffstrahls umso größer und der Kraftstoffstrahl breitet sich umso mehr aus, je größer die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung ist.
Der Parameter kann ein Einspritzintervall bei mehrstufiger Einspritzung sein. Das Steuergerät kann den Injektor die mehrstufige Einspritzung in mindestens der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts durchführen lassen. Das Steuergerät kann das Einspritzintervall so steuern, dass es länger ist, wenn der prognostizierte Druck hoch ist, als wenn der prognostizierte Druck niedrig ist, selbst wenn die gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Bei der mehrstufigen Einspritzung wird periodisch mehrere Male eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt. Die Anpassung des Einspritzintervalls zu diesem Zeitpunkt passt auch die Kraftstoffstrahlausbreitung an. Wenn im Einzelnen der Kraftstoff eingespritzt wird, erzeugt der Coanda-Effekt nahe der Mittelachse der Kraftstoffeinspritzung einen Unterdruckbereich. Die Größe des Unterdruckbereichs ändert sich gemäß der Länge des Einspritzintervalls. Im Einzelnen würde ein langes Einspritzintervall den Druck in dem Unterdruckbereich durch die nächste Kraftstoffeinspritzung wiederherstellen und reduziert somit die Größe des Unterdruckbereichs. Wenn der Unterdruckbereich klein ist, wird der Kraftstoffstrahl weniger durch den Unterdruck angesaugt und verteilt sich problemlos. Bei einem kurzen Einspritzintervall wird der Kraftstoff dagegen nacheinander eingespritzt, um den Unterdruck in dem Unterdruckbereich zu wahren, wodurch die Größe des Unterdruckbereichs vergrößert wird. Wenn der Unterdruckbereich groß ist, wird der Kraftstoffstrahl durch den Unterdruck angesaugt und breitet sich weniger aus. D.h. je länger das Einspritzintervall ist, desto mehr breitet sich der Kraftstoffstrahl aus, und je kürzer das Einspritzintervall ist, desto weniger breitet sich der Kraftstoffstrahl aus.
Die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung beeinflusst die Empfindlichkeit des Kraftstoffstrahls gegenüber dem Unterdruckbereich. Eine kleine nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung reduziert die Partikelgröße des Kraftstoffstrahls und somit wird der Kraftstoffstrahl leicht durch den Unterdruckbereich beeinflusst. Im Einzelnen tendiert ein kleiner Partikelkraftstoffstrahl dazu, von dem Unterdruckbereich angesaugt zu werden, und die Geschwindigkeit des Kraftstoffstrahls nimmt aufgrund des Unterdruckbereichs ab. Daher reduziert eine Reduzierung der nutzbaren Querschnittsfläche der Einspritzöffnung die Kraftstoffstrahlausbreitung.
Auf diese Weise passt die Anpassung mindestens eines von nutzbarer Querschnittsfläche der Einspritzöffnung und Einspritzintervall gemäß dem Zylinderinnendruck die Kraftstoffstrahlausbreitung gemäß dem Zylinderinnendruck an.
Weiterhin kann der Parameter eine nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung und ein Einspritzintervall bei der mehrstufigen Einspritzung sein. Das Steuergerät kann den Injektor die mehrstufige Einspritzung in mindestens der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts durchführen lassen. Das Steuergerät kann die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung so steuern, dass sie größer ist, und das Einspritzintervall so steuern, dass es länger ist, wenn der prognostizierte Druck hoch ist, als wenn der prognostizierte Druck niedrig ist, selbst wenn die gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Wie vorstehend beschrieben breitet sich der Kraftstoffstrahl umso mehr aus, je größer die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung ist. Je länger das Einspritzintervall ist, desto mehr breitet sich der Kraftstoffstrahl aus. Eine Zunahme der nutzbaren Querschnittsfläche der Einspritzöffnung und/oder des Einspritzintervalls bei einer Zunahme des Zylinderinnendrucks reduziert somit eine Abnahme des Kraftstoffstrahls, die durch einen Anstieg des Zylinderinnendrucks hervorgerufen wird. Dies führt zu einer Verringerung zum Beispiel einer Änderung der Konzentrationsverteilung und Form eines Luft/Kraftstoff-Gemisches, die durch eine Änderung des Zylinderinnendrucks hervorgerufen wird.
Der Injektor kann einen Düsenkörper mit der Einspritzöffnung und einen Ventilkörper, der die Einspritzöffnung öffnet und schließt, umfassen. Die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung kann sich gemäß einem Hubbetrag des Ventilkörpers ändern. Die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung kann mit einer Zunahme des Hubbetrags des Ventilkörpers zunehmen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Injektor passt die Anpassung des Hubbetrags des Ventilkörpers die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung an und ändert schließlich die Partikelgröße des Kraftstoffstrahls.
Die vorliegende Offenbarung sieht auch eine Vorrichtung zum Steuern eines Benzin-Direkteinspritzmotors vor. Die Vorrichtung umfasst einen Motorkörper mit einem Kolben in einem Zylinder und einem durch den Zylinder und den Kolben ausgebildeten Brennraum; einen Injektor, der mindestens Benzin enthaltenden Kraftstoff mittels einer Einspritzöffnung in den Brennraum einspritzt; und ein Steuergerät, das den Injektor den Kraftstoff in mindestens einer zweiten Hälfte eines Verdichtungstakts einspritzen lässt und eine Einspritzbedingung des Injektors steuert. Der Injektor weist einen Parameter zum Anpassen der Kraftstoffstrahlausbreitung auf. Das Steuergerät passt den Parameter so an, dass sich der Kraftstoffstrahl umso weniger ausbreitet, je früher in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts der Kraftstoff von dem Injektor eingespritzt wird.
Der Zylinderinnendruck hängt weitgehend von der Zeit der Kraftstoffeinspritzung in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts ab. Selbst wenn nahezu die gleiche Kraftstoffmenge bei der gleichen Motorlast eingespritzt wird, tendiert die Kraftstoffeinspritzung dazu, bei einer hohen Motordrehzahl früher einzusetzen, um zum Beispiel die Zeit zum Vergasen des Kraftstoffs (d.h. Zündverzögerung) sicherzustellen. Bei Beginn der Kraftstoffeinspritzung ist der Zylinderinnendruck somit niedrig und der Kraftstoffstrahl breitet sich mühelos aus.
Die Anpassung des Parameters zum Anpassen der Kraftstoffstrahlausbreitung, so dass sich der Kraftstoffstrahl um so weniger ausbreitet, je früher der Injektor den Kraftstoff einspritzt, sieht jederzeit eine gleichmäßige Kraftstoffstrahlausbreitung vor, selbst wenn die gleiche Menge Ansaugluft den Zylinder füllt.
Diese gleichmäßige Kraftstoffstrahlausbreitung bildet eine Gasschicht (eine wärmeisolierende Gasschicht bei der Verbrennung) aus Frischluft und/oder verbranntem Gas zum Beispiel zwischen der Wandfläche des Brennraums und einer Gemischschicht.
Der Parameter kann eine nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung sein. Das Steuergerät kann die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung so steuern, dass sie kleiner ist, wenn der Kraftstoff in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts früher eingespritzt wird, statt wenn der Kraftstoff später eingespritzt wird.
Das Steuergerät kann den Injektor den Kraftstoff in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts einspritzen lassen, um eine Gasschicht aus Frischluft und/oder verbranntem Gas zwischen einer Gemischschicht und einer Wandfläche, die den Brennraum ausbildet, bei Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches der Gemischschicht zu bilden.
Gemäß diesem Aufbau dient bei Verbrennung des die Gemischschicht bildenden Luft/Kraftstoff-Gemisches die die Gemischschicht umgebende Gasschicht als wärmeisolierende Schicht zwischen der Gemischschicht und der den Brennraum ausbildenden Wandfläche, um einen Kühlverlust weitgehend zu reduzieren.
Die Gasschicht enthält im Wesentlichen keinen Kraftstoff (z.B. mit einem Äquivalenzverhältnis φ von 0,1 oder niedriger), enthält aber Frischluft und/oder Abgas.
Die Wandfläche des Brennraums kann eine Innenumfangsfläche einer ausgesparten Mulde sein, die in einer Bodenfläche des Kolbens ausgebildet ist.
Gemäß diesem Aufbau bildet der von dem Injektor eingespritzte Kraftstoffstrahl die Gemischschicht in der ausgesparten Mulde mit einem großen Volumen, die Gasschicht wird zwischen der Innenwand der Mulde und der Gemischschicht zuverlässig ausgebildet, um einen Kühlverlust weitgehend zu reduzieren.
Vorteile der Erfindung
Der vorstehend beschriebene Aufbau reduziert eine Änderung eines Luft/KraftstoffGemisches, die durch eine Änderung der Umgebung in dem Brennraum hervorgerufen wird.
Figurenliste

1 zeigt im Allgemeinen den Aufbau eines Benzin-Direkteinspritzmotors.
2 ist eine Querschnittansicht, die den Innenaufbau eines Injektors veranschaulicht.
3 ist ein beispielhaftes Betriebskennfeld des Motors.
4 ist eine Prinzipansicht im Querschnitt, die die Form einer in einem Brennraum ausgebildeten Gemischschicht zeigt.
5 zeigt die Richtung, in der sich ein von dem Injektor eingespritzter Kraftstoffstrahl ausbreitet.
6 veranschaulicht Kraftstoffeinspritzintervalle.
7 zeigt den Hubbetrag eines Injektors des Typs eines sich nach außen öffnenden Ventils.
8A ist eine Prinzipansicht, die die Kraftstoffstrahlausbreitung zeigt, wenn Kraftstoff bei langen Intervallen eingespritzt wird. 8B ist eine Prinzipansicht, die die Kraftstoffstrahlausbreitung zeigt, wenn Kraftstoff bei kurzen Intervallen eingespritzt wird.
9A ist eine Prinzipansicht, die die Kraftstoffstrahlausbreitung zeigt, wenn der Hubbetrag des Injektors klein ist. 9B ist eine Prinzipansicht, die die Kraftstoffstrahlausbreitung zeigt, wenn der Hubbetrag des Injektors groß ist.
10 zeigt eine Änderung des Zylinderinnendrucks relativ zu einem Kurbelwinkel.
11 zeigt eine Änderung des Hubbetrags relativ zum Zylinderinnendruck.
12 zeigt eine Änderung von Einspritzintervallen relativ zum Zylinderinnendruck.
13 zeigt Einspritzbedingung bei einer niedrigen Last.
14 zeigt Einspritzbedingung bei einer hohen Last.
15 ist eine Querschnittansicht, die den Innenaufbau eines Injektors gemäß einer anderen Ausführungsform veranschaulicht.
16A zeigt die Form einer Gemischschicht, wenn der Zylinderinnendruck relativ hoch ist. 16B zeigt die Einspritzbedingung bei diesem Zeitpunkt.
17A zeigt die Form einer Gemischschicht, wenn der Zylinderinnendruck relativ niedrig ist. 17B zeigt die Einspritzbedingung bei diesem Zeitpunkt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nun werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt allgemein einen Benzin-Direkteinspritzmotor 1 (nachstehend einfach als Motor 1 bezeichnet). Der Motor 1 umfasst verschiedene Aktoren, die einem Motorkörper zugeordnet sind, verschiedene Sensoren und ein Motorsteuergerät 100, das die Aktoren beruhend auf Signalen von den Sensoren steuert.
Der Motor 1 ist in einem Fahrzeug, etwa einem Kraftfahrzeug, eingebaut. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, ist die Ausgangswelle des Motors 1 mittels eines Getriebes mit Antriebsrädern verbunden. Eine Ausgangsleistung des Motors 1 wird auf die Antriebsräder übertragen, so dass sich das Fahrzeug vorwärts bewegt. Der Motorkörper des Motors 1 umfasst einen Zylinderblock 12 und einen Zylinderkopf 13, der an dem Zylinderblock 12 angebracht ist. In dem Zylinderblock 12 sind mehrere Zylinder 11 (in 1 ist nur einer gezeigt) ausgebildet. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, ist in dem Zylinderblock 12 und dem Zylinderkopf 13 ein Wassermantel, in dem Kühlwasser strömt, ausgebildet.
Während in dieser Ausführungsform ein Beispiel beschrieben ist, bei dem der Kraftstoff des Motors 1 Benzin ist, kann der Benzin zum Beispiel Bioethanol enthalten. Es kann ein beliebiger Kraftstoff verwendet werden, solange es flüssiger Kraftstoff ist, der mindestens Benzin enthält.
Ein Kolben 15 ist in jedem der Zylinder 11 gleitend eingesetzt. Der Kolben 15 bildet zusammen mit dem Zylinder 11 und dem Zylinderkopf 13 einen Brennraum 17 aus. In der beispielhaften Figur ist der Brennraum 17 von einer so genannten Pultdachausführung. Die Deckenfläche (d.h. die untere Fläche des Zylinderkopfs 13) ist wie ein dreieckiges Dach, das an der Einlassseite und der Auslassseite zwei geneigte Flächen umfasst. Die Bodenfläche des Kolbens 15 hat eine erhabene Form, die der Deckenfläche entspricht. Eine ausgesparte Mulde (Aussparung) 15a ist in der Mitte der Bodenfläche ausgebildet. Zu beachten ist, dass die Deckenfläche und die Bodenfläche des Kolbens 15 von beliebiger Form sein können, solange ein hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis, das nachstehend beschrieben wird, vorgesehen werden kann. Zum Beispiel können sowohl die Deckenfläche als auch die Bodenfläche des Kolbens 15 (d.h. der Abschnitt mit Ausnahme der Mulde 15a) Ebenen senkrecht zur Mittelachse des Zylinders 11 sein. Während die Deckenfläche wie vorstehend beschrieben das Dreieckdach bilden kann, kann der obere Boden des Kolbens 15 (d.h. der Abschnitt mit Ausnahme der Mulde 15a) eine Ebene senkrecht zur Mittelachse des Zylinders 11 sein.
Auch wenn 1 nur eine zeigt, sind an dem Zylinderkopf 13 in jedem Zylinder 11 zwei Einlassöffnungen 18 ausgebildet. Jede der Einlassöffnungen 18 ist an der unteren Fläche des Zylinderkopfs 13 (d.h. an der Einlassseite an dem geneigten Abschnitt der Deckenfläche des Brennraums 17) offen, um mit dem Brennraum 17 in Verbindung zu stehen. Analog sind an dem Zylinderkopf 13 in jedem Zylinder 11 zwei Auslassöffnungen 19 ausgebildet. Jede der Auslassöffnungen 19 ist an der unteren Fläche des Zylinderkopfs 13 (d.h. an der Auslassseite an dem geneigten Abschnitt der Deckenfläche des Brennraums 17) offen, um mit dem Brennraum 17 in Verbindung zu stehen. Jede Einlassöffnung 18 ist mit einem (nicht gezeigten) Einlasskanal verbunden, durch den Frischluft in den zugeordneten der Zylinder 11 strömt. Der Einlasskanal ist mit einer Drosselklappe 20 versehen, die einen Ansaugdurchsatz steuert. Der Öffnungsgrad der Drosselklappe 20 wird als Reaktion auf ein Steuersignal von dem Motorsteuergerät 100 gesteuert. Jede Auslassöffnung 19 ist dagegen mit einem (nicht gezeigten) Auslasskanal verbunden, durch den verbranntes Gas (d.h. Abgas) von dem zugeordneten der Zylinder 11 strömt. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, ist der Auslasskanal mit einer Abgasreinigungsanlage versehen, das einen oder mehrere katalytische Konverter umfasst. Der katalytische Konverter enthält einen Dreiwegekatalysator.
Der Zylinderkopf 13 ist mit einem Einlassventil 21 und einem Auslassventil 22 versehen, um die Einlassöffnungen 18 bzw. die Auslassöffnungen 19 gegenüber dem Brennraum 17 abzusperren. Das Einlassventil 21 wird durch einen Einlassventil-Antriebsmechanismus angetrieben. Das Auslassventil 22 wird durch einen Auslassventil-Antriebsmechanismus angetrieben. Das Einlassventil 21 und das Auslassventil 22 bewegen sich bei vorbestimmten Zeiten hin und her, um die Einlassöffnungen 18 bzw. die Auslassöffnungen 19 zu öffnen und zu schließen,. wodurch Gas in dem Zylinder 11 ausgetauscht wird. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, umfassen der Einlassventil-Antriebsmechanismus und der Auslassventil-Antriebsmechanismus eine Einlassnockenwelle bzw. eine Auslassnockenwelle, die mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehen. Diese Nockenwellen drehen synchron mit der Drehung der Kurbelwelle. Zumindest der Einlassventil-Antriebsmechanismus umfasst einen hydraulischen, elektrischen oder mechanischen Mechanismus für variable Ventilzeitsteuerung (VVT) 23, der die Phase der Einlassnockenwelle innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs kontinuierlich ändern kann. Ein Mechanismus für stufenlos variablen Ventilhub (CVVL), der den Ventilhubbetrag stufenlos variieren kann, kann zusammen mit dem VVT-Mechanismus 23 enthalten sein.
Der Zylinderkopf 13 ist mit einer Zündkerze 31 versehen. Diese Zündkerze 31 ist mittels einer bekannten Struktur, etwa Schrauben, an dem Zylinderkopf 13 befestigt. In der beispielhaften Figur ist die Zündkerze 31 an der Mittelachse des Zylinders 11 zur Auslassseite geneigt befestigt. Der Spitzenabschnitt der Zündkerze 31 weist zu dem Deckenabschnitt des Brennraums 17. Der Spitzenabschnitt der Zündkerze 31 befindet sich nahe einer Düsenöffnung 41 eines Injektors 33, die später beschrieben wird. Die Position der Zündkerze 31 ist nicht darauf beschränkt. In dieser Ausführungsform ist die Zündkerze 31 von einer Plasmazündungsart, und eine Zündanlage 32 umfasst eine Plasmaerzeugungsschaltung. Die Zündkerze 31 lässt die Zündanlage 32 Elektrizität abgeben, um Plasma zu erzeugen. Das Plasma wird als Strahl von der Spitze der Zündkerze 31 in den Zylinder eingespritzt, wodurch Kraftstoff gezündet wird. Die Zündanlage 32 empfängt von dem Motorsteuergerät 100 ein Steuersignal und ermöglicht ein elektrisches Leiten zu der Zündkerze 31, so dass die Zündkerze 31 bei einem Sollzündzeitpunkt Plasma erzeugt. Die Zündkerze 31 ist nicht auf die Plasmazündausführung beschränkt und kann von einer üblicherweise verwendeten Fremdzündungsausführung sein.
Entlang der Mittelachse des Zylinders 11 ist der Zylinderkopf 13 mit dem Injektor 33 versehen, der den Kraftstoff direkt in den Zylinder (d.h. den Brennraum 17) einspritzt. Der Injektor 33 ist durch eine bekannte Struktur, wie etwa Halter, an dem Zylinderkopf 13 befestigt. Die Spitze des Injektors 33 weist zur Mitte des Deckenabschnitts des Brennraums 17 hin.
Wie in 2 gezeigt ist der Injektor 33 von der Art eines nach außen öffnenden Ventils mit einem Düsenkörper 40 und einem nach außen öffnenden Ventil 42. Der Düsenkörper 40 weist eine Düsenöffnung 41 zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder 11 auf. Das sich nach außen öffnende Ventil 42 öffnet und schließt die Düsenöffnung 41. Der Injektor 33 spritzt den Kraftstoff in der relativ zu einer vorbestimmten Mittelachse S geneigten Richtung ein, so dass sich der Kraftstoff in der radialen Richtung von der Mittelachse S nach außen ausbreitet, und passt die nutzbare Querschnittsfläche der Düsenöffnung 41 an. Die Düsenöffnung 41 ist lediglich ein Beispiel für eine Einspritzöffnung, und das sich nach außen öffnende Ventil 42 ist lediglich ein Beispiel für einen Ventilkörper.
Der Düsenkörper 40 ist ein rohrförmiges Element, das sich entlang der Mittelachse S erstreckt. Der Kraftstoff strömt in dem Düsenkörper 40. Der Öffnungsrand der Düsenöffnung 41 hat an der Spitze des Düsenkörpers 40 eine invers konische Form, bei der der Durchmesser hin zur Spitze allmählich abnimmt. Das Ende des Unterteils des Düsenkörpers 40 ist mit einem Gehäuse 45 verbunden, das innen mit einem piezoelektrischen Element 44 versehen ist. Das sich nach außen öffnende Ventil 42 umfasst einen Ventilkörper 42a und einen Verbindungsabschnitt 42b, der sich von dem Ventilkörper 42a erstreckt, um durch den Düsenkörper 40 mit dem piezoelektrischen Element 44 verbunden zu sein. Der Ventilkörper 42a liegt an der Spitze des Düsenkörpers 40 von dem Düsenkörper 40 nach außen frei. Der Abschnitt des Ventilkörpers 42a an dem Verbindungsabschnitt 42b weist im Wesentlichen die gleiche Form wie der Öffnungsrand der Düsenöffnung 41 auf. Wenn dieser Abschnitt an dem Öffnungsrand der Düsenöffnung 41 anliegt (d.h. an diesen gesetzt ist), ist die Düsenöffnung 41 geschlossen.
Der Injektor 33 ist so positioniert, dass die Mittelachse S mit der Mittelachse X des Zylinders 11 zusammenfällt und die Düsenöffnung 41 zu dem Deckenabschnitt des Brennraums 17 weist.
Das piezoelektrische Element 44 wird durch Anlegen von elektrischer Spannung verformt, um gegen das sich nach außen öffnende Ventil 42 entlang der Mittelachse des Zylinders 11 zu pressen, wodurch das sich nach außen öffnende Ventil 42 von dem Öffnungsrand der Düsenöffnung 41 des Düsenkörpers 40 angehoben wird. Dies öffnet die Düsenöffnung 41. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kraftstoff von der Düsenöffnung 41 in der relativ zur Mittelachse S geneigten Richtung eingespritzt, um sich um die Mittelachse S in der radialen Richtung auszubreiten. Im Einzelnen wird der Kraftstoff um die Mittelachse S in der Form eines Kegels (im Einzelnen eines Hohlkegels) eingespritzt. In dieser Ausführungsform fällt der Kegelwinkel des Kegels in einen Bereich von 90° bis 100°. Der Kegelwinkel des hohlen Abschnitts in dem Hohlkegel beträgt etwa 70°. Wenn das Anlegen von Spannung an dem piezoelektrischen Element 44 endet, nimmt das piezoelektrische Element 44 wieder die ursprüngliche Form ein, so dass das sich nach außen öffnende Ventil 42 die Düsenöffnung 41 erneut verschließt. Zu diesem Zeitpunkt unterstützt eine Druckschraubenfeder 46, die um den Verbindungsabschnitt 42b in dem Gehäuse 45 vorgesehen ist, das Rückbilden des piezoelektrischen Elements 44.
Bei Steigen der an dem piezoelektrischen Element 44 angelegten Spannung nimmt der Hubbetrag des sich nach außen öffnenden Ventils 42 von der die Düsenöffnung 41 verschließenden Position (nachstehend einfach als Hubbetrag bezeichnet) zu (siehe auch 7). Bei einer Zunahme des Hubbetrags nimmt der Öffnungsgrad (d.h. die nutzbare Querschnittsfläche) der Düsenöffnung 41 zu, um die Partikelgröße des von der Düsenöffnung 41 eingespritzten Kraftstoffstrahls zu vergrößern. Bei einer Abnahme des Hubbetrags nimmt dagegen der Öffnungsgrad der Düsenöffnung 41 ab, um die Partikelgröße des von der Düsenöffnung 41 eingespritzten Kraftstoffstrahls zu reduzieren. Das piezoelektrische Element 44 reagiert schnell, um in einem Zyklus eine mehrstufige Einspritzung von zum Beispiel 20 Mal durchzuführen. Das Mittel zum Antreiben des nach außen öffnenden Ventils 42 ist nicht auf das piezoelektrische Element 44 beschränkt.
Ein Kraftstoffzufuhrsystem 34 umfasst eine elektrische Schaltung und einen Kraftstoffzufuhrabschnitt. Die elektrische Schaltung treibt das sich nach außen öffnende Ventil 42 an (d.h. das piezoelektrische Element 44). Der Kraftstoffzufuhrabschnitt liefert den Kraftstoff zu dem Injektor 33. Das Motorsteuergerät 100 gibt bei einem vorbestimmten Zeitpunkt ein Einspritzsignal mit einer Spannung, die dem Hubbetrag entspricht, zu der elektrischen Schaltung aus, wodurch das piezoelektrische Element 44 und das sich nach außen öffnende Ventil 42 mittels der elektrischen Schaltung betrieben wird. Dann wird eine Sollmenge des Kraftstoffs in den Zylinder eingespritzt. Wenn das Einspritzsignal nicht ausgegeben wird (d.h. wenn das Einspritzsignal eine Spannung von null aufweist), wird die Düsenöffnung 41 von dem nach außen weisenden Ventil 42 verschlossen. Somit wird der Betrieb des piezoelektrischen Elements 44 durch das Einspritzsignal von dem Motorsteuergerät 100 gesteuert. Das Motorsteuergerät 100 steuert den Betrieb des piezoelektrischen Elements 44, wodurch die Kraftstoffeinspritzung von der Düsenöffnung 41 des Injektors 33 und der Hubbetrag bei der Kraftstoffeinspritzung gesteuert werden.
Auch wenn dies nicht gezeigt ist, ist der Kraftstoffzufuhrabschnitt mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe und einem Common Rail versehen. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe befördert den mittels einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe von dem Kraftstofftank zu dem Common Rail gelieferten Kraftstoff unter Verwenden von Druck. Das Common Rail speichert den zugeführten Kraftstoff durch einen vorbestimmten Druck. Dann arbeitet der Injektor 33 (d.h. das nach außen weisende Ventil 42 wird angehoben), wodurch der in dem Common Rail gespeicherte Kraftstoff von der Düsenöffnung 41 eingespritzt wird.
Das Motorsteuergerät 100 ist ein Steuergerät, das als Grundlage einen bekannten Mikrocomputer umfasst. D.h. das Motorsteuergerät 100 umfasst eine Zentraleinheit (CPU), einen Speicher und einen Eingabe- und Ausgabe-Bus (I/O-Bus). Die CPU führt Programme aus. Der Speicher umfasst zum Beispiel einen RAM und einen ROM und speichert Programme und Daten. Der I/O-Bus gibt elektrische Signale ein und aus. Das Motorsteuergerät 100 ist ein Beispiel für ein Steuergerät.
Das Motorsteuergerät 100 empfängt mindestens ein Signal von einem Luftmengenmesser 71, der den Ansaugdurchsatz angibt, ein Kurbelwinkelpulssignal von einem Kurbelwinkelsensor 72, ein Gaspedalöffnungssignal von einem Gaspedalöffnungssensor 73, der den Betrag des Niedertretens des Gaspedals detektiert, und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 74. Beruhend auf diesen Eingangssignalen berechnet das Motorsteuergerät 100 Parameter zum Steuern des Motors 1, etwa ein Soll-Drosselöffnungssignal, einen Kraftstoffeinspritzimpuls, ein Zündsignal und ein Ventilphasenwinkelsignal. Dann gibt das Motorsteuergerät 100 die Signale zum Beispiel zu der Drosselklappe 20 (im Einzelnen einem Drosselaktor, der die Drosselklappe 20 betätigt), dem Kraftstoffzufuhrsystem 34 (im Einzelnen der elektrischen Schaltung), der Zündanlage 32, dem VVT-Mechanismus 23 aus.
Auch wenn dies nicht gezeigt ist, umfasst dieser Motor 1 ein AGR-System, welches einen AGR-Kanal umfasst, der einen Auslasskanal mit einem Einlasskanal verbindet, und einen Teil des Abgases zu dem Einlasskanal zurückführt. Das Motorsteuergerät 100 passt mittels des AGR-Systems gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 die Rückführmenge des Abgases an.
Der Motor 1 weist ein geometrisches Verdichtungsverhältnis ε auf, das in einen Bereich von 15 bis 40 fällt. Bei dem Motor 1 dieser Ausführungsform ist das Verdichtungsverhältnis gleich dem Expansionsverhältnis. Somit weist der Motor 1 gleichzeitig ein hohes Verdichtungsverhältnis und ein relativ hohes Expansionsverhältnis auf. Eine Zunahme des geometrischen Verdichtungsverhältnisses verbessert den Wärmewirkungsgrad.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Brennraum 17 durch die Wandfläche des Zylinders 11, die Bodenfläche des Kolbens 15, die untere Fläche (d.h. die Deckenfläche) des Zylinderkopfs 13 und Flächen des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 des Ventilkopfs ausgebildet. Diese Flächen sind mit den wärmeisolierenden Schichten 61, 62, 63, 64 bzw. 65 versehen, um Kühlverlust zu reduzieren. Dies isoliert den Brennraum 17 gegenüber Wärme. In der folgenden Beschreibung werden die wärmeisolierenden Schichten 61-65 mit dem Bezugszeichen 6 kollektiv als „wärmeisolierende Schichten“ bezeichnet. Die wärmeisolierenden Schichten 6 können an den gesamten oder einem Teil der ausbildenden Flächen vorgesehen werden. In der beispielhaften Figur befindet sich die wärmeisolierende Schicht 61 an der Wandfläche des Zylinders bei einer höheren Position als die Kolbenringe 14, wenn sich der Kolben 15 bei dem oberen Totpunkt befindet, wodurch ein Gleiten der Kolbenringe 14 entlang der wärmeisolierenden Schicht 61 verhindert wird. Die wärmeisolierende Schicht 61 an der Wandfläche des Zylinders ist nicht auf diese Struktur beschränkt. Die wärmeisolierende Schicht 61 kann sich nach unten erstrecken, um die dem Hub des Kolbens 15 entsprechende Fläche ganz oder teilweise zu bedecken. Auch wenn sie den Brennraum 17 nicht direkt ausbilden, können die Wandflächen der Einlassöffnungen 18 und der Auslassöffnungen 19 nahe den Öffnungen an der Deckenfläche des Brennraums 17 mit wärmeisolierenden Schichten versehen werden. Die Dicken der wärmeisolierenden Schichten 61-65, die in 1 gezeigt sind, sind nicht die tatsächlichen, sondern sind lediglich Beispiele, die nicht die Größenbeziehungen unter den Dicken der wärmeisolierenden Schichten angeben.
Die wärmeisolierende Struktur des Brennraums 17 wird weiterhin näher beschrieben. Wie vorstehend beschrieben besteht die wärmeisolierende Struktur des Brennraums 17 aus den wärmeisolierenden Schichten 61-65, die an den ausbildenden Flächen, die den Brennraum 17 ausbilden, vorgesehen sind. Diese wärmeisolierenden Schichten 61-65 weisen eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als ein Metallgrundelement des Brennraums 17 auf, um eine Freisetzung der Wärme des Verbrennungsgases in dem Brennraum 17 durch die ausbildenden Flächen zu reduzieren. Die wärmeisolierende Schicht 61 ist an der Wandfläche des Zylinders 11 vorgesehen. Das Grundelement, auf dem die wärmeisolierende Schicht 61 vorgesehen ist, ist somit der Zylinderblock 12. Die wärmeisolierende Schicht 62 ist auf der Bodenfläche des Kolbens 15 vorgesehen. Das Grundelement, auf dem die wärmeisolierende Schicht 62 vorgesehen ist, ist somit der Kolben 15. Die wärmeisolierende Schicht 63 ist auf der Deckenfläche des Zylinderkopfs 13 vorgesehen. Das Grundelement, auf dem die wärmeisolierende Schicht 63 vorgesehen ist, ist somit der Zylinderkopf 13. Die wärmeisolierenden Schichten 64 und 65 sind auf den Ventilkopfflächen des Einlassventils 21 bzw. des Auslassventils 22 vorgesehen. Die Grundelemente, auf denen die wärmeisolierenden Schichten 64 und 65 vorgesehen sind, sind somit das Einlassventil 31 bzw. das Auslassventil 22. Daher bestehen als Materialien der Grundelemente der Zylinderblock 12, der Zylinderkopf 13 und der Kolben 15 aus einer Aluminiumlegierung oder Gusseisen, und das Einlassventil 21 und das Auslassventil 22 bestehen zum Beispiel aus wärmebeständigem Stahl, Gusseisen.
Die wärmeisolierenden Schichten 6 können eine niedrigere volumetrische Wärmekapazität als die Grundelemente aufweisen, um den Kühlverlust zu reduzieren. Im Einzelnen ändert sich die Gastemperatur in dem Brennraum 17 bei Fortschreiten des Verbrennungszyklus. Bei einem typischen Motor ohne die wärmeisolierende Struktur des Brennraums 17 strömt Kühlwasser in einem in einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock ausgebildeten Wassermantel. Dies hält die Temperatur der Flächen, die den Brennraum 17 ausbilden, unabhängig von dem Fortschreiten des Verbrennungszyklus im Wesentlichen konstant.
Der Kühlverlust wird andererseits durch die folgende Gleichung ermittelt. $\begin{array}{l} K \ddot{u} hlverlust = W \ddot{a} rme \ddot{u} berganfskoeffizient \times W \ddot{a} rme \ddot{u} bertagungsdl \ddot{a} che \times \\ (Gastemperatur - Temperatur der ausbildenden Fl \ddot{a} chen) \end{array}$
Somit steigt der Temperaturverlust bei einer Zunahme der Differenz zwischen der Gastemperatur und der Temperatur der Wandflächen. Um den Kühlverlust zu reduzieren, kann die Differenz zwischen der Gastemperatur und der Temperatur der Wandflächen reduziert werden. Wenn das Kühlwasser die Temperatur der ausbildenden Flächen des Brennraums 17 im Wesentlichen konstant hält, ist ein Anstieg der Temperaturdifferenz gemäß einer Änderung der Gastemperatur unvermeidlich. Die Wärmekapazität der wärmeisolierenden Schichten 6 kann somit reduziert werden, so dass sich die Temperatur der ausbildenden Flächen des Brennraums 17 gemäß einer Änderung der Gastemperatur in dem Brennraum 17 ändert.
Die wärmeisolierenden Schichten 6 können durch Aufbringen eines Keramikmaterials wie etwa ZrO₂ auf das Grundelement durch Plasmaspritzbeschichten gebildet werden. Das Keramikmaterial kann eine Anzahl von Poren enthalten. Dies reduziert den Wärmeübergangskoeffizienten und die volumetrische Wärmekapazität der wärmeisolierenden Schichten 6.
In dieser Ausführungsform wird, wie in 1 gezeigt, eine Aluminiumtitanat-Öffnungsauskleidung 181 mit einem signifikant niedrigen Wärmeübergangskoeffizienten, ausgezeichneten wärmeisolierenden Eigenschaften und ausgezeichneter Wärmebeständigkeit integral in dem Zylinderkopf 13 gegossen, wodurch die wärmeisolierenden Schichten in den Einlassöffnungen 18 vorgesehen werden. Diese Struktur reduziert und vermeidet einen Temperaturanstieg der Frischluft aufgrund der von dem Zylinderkopf 13 aufgenommenen Wärme beim Treten durch die Einlassöffnungen 18. Dies reduziert die Temperatur der Frischluft (d.h. die anfängliche Gastemperatur), die in den Zylinder 11 eingeleitet wird, um die Gastemperatur bei der Verbrennung zu reduzieren. Dies ist beim Reduzieren der Differenz zwischen der Gastemperatur und der Temperatur der ausbildenden Flächen des Brennraums 17 vorteilhaft. Die Reduzierung der Gastemperatur bei der Verbrennung könnte den Wärmeübergangskoeffizienten reduzieren, was beim Reduzieren des Kühlverlusts vorteilhaft ist. Die Struktur der in jeder Einlassöffnung 18 vorgesehenen wärmeisolierenden Schicht ist nicht auf den Guss der Öffnungsauskleidung 181 beschränkt.
Bei diesem Motor 1 fällt, wie vorstehend beschrieben, das geometrische Verdichtungsverhältnis ε in die Bereiche von 15 bis 40. Bei dem Otto-Zyklus, der der theoretische Zyklus ist, wird der theoretische Wärmewirkungsgrad η_th durch die Gleichung η_th = 1 - 1/(ε^K ^-1) ausgedrückt. Der theoretische Wärmewirkungsgrad η_th steigt mit einer Zunahme des Verdichtungsverhältnisses ε. Der angegebene Wärmewirkungsgrad von Motoren (im Einzelnen von Motoren ohne wärmeisolierende Struktur in Brennräumen) erreicht aber bei einem vorbestimmten geometrischen Verdichtungsverhältnis ε (z.B. etwa 15) einen Spitzenwert. Selbst wenn das geometrische Verdichtungsverhältnis ε weiter steigt, steigt der angegebene Wärmewirkungsgrad nicht, sondern fällt vielmehr. Dies liegt daran, dass der Verbrennungsdruck und die Verbrennungstemperatur bei einer Zunahme des Verdichtungsverhältnisses steigen, wenn das geometrische Verdichtungsverhältnis steigt, während die Kraftstoffmenge und die Ansaugmenge konstant gehalten werden. Wie vorstehend beschrieben steigt auch der Kühlverlust, wenn der Verbrennungsdruck und die Verbrennungstemperatur steigen.
Bei dem Motor 1 ist dagegen die wärmeisolierende Struktur des Brennraums 17 wie vorstehend beschrieben kombiniert, so dass der angegebene Wärmewirkungsgrad bei einem hohen geometrischen Verdichtungsverhältnis ε hoch ist. D.h. der Kühlverlust wird durch die wärmeisolierenden Eigenschaften des Brennraums 17 reduziert, wodurch der angegebene Wärmewirkungsgrad gesteigert wird.
Die wärmeisolierenden Eigenschaften des Brennraums 17 zum Reduzieren des Kühlverlusts tragen dagegen nicht zu einer Verbesserung des angegebenen Wärmewirkungsgrads bei, da der reduzierte Kühlverlust in Abgasverlust umgewandelt wird. Bei dem Motor 1 wandelt wie vorstehend beschrieben eine Zunahme des Expansionsverhältnisses gemäß einer Zunahme des Verdichtungsverhältnisses die Energie des Verbrennungsgases entsprechend dem reduzierten Kühlverlust effizient in mechanische Arbeit um. Kurz gesagt verbessert der Motor 1 den angegebenen Wärmewirkungsgrad weitgehend durch Nutzen der Struktur, die sowohl den Kühlverlust als auch den Abgasverlust reduziert.
Dieser Motor 1 umfasst die wärmeisolierenden Gasschichten (nachstehend einfach als Gasschichten bezeichnet) als wärmeisolierende Schichten in dem Zylinder (d.h. in dem Brennraum 17) zusätzlich zu den wärmeisolierenden Strukturen des Brennraums 17 und der Einlassöffnungen 18, wodurch der Kühlverlust weiter reduziert wird. Dieser Punkt wird nun näher beschrieben.
3 zeigt ein beispielhaftes Betriebskennfeld, wenn der Motor 1 warm ist. Der Motor 1 führt im Grunde in allen Betriebsbereichen eine Verbrennung durch Kompressionsselbstzündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum 17 durch. Bei dem Betriebskennfeld von 3 ist eine wärmeisolierende Schicht, die eine Gasschicht ist, in dem Brennraum 17 in einem Niederlastbereich, in dem der Motor eine niedrigere Last als eine vorbestimmte Last aufweist, und in einem Bereich mittlerer Last, in dem der Motor eine höhere Last als in dem Niederlastbereich aufweist, ausgebildet. D.h. in einem Betriebszustand, in dem der Motor eine relativ niedrige Last aufweist und relativ wenig Kraftstoff eingespritzt wird, reduziert die Bildung der wärmeisolierenden Schicht, die die Gasschicht ist, in dem Brennraum 17 den Kühlverlust, um den Wärmewirkungsgrad zu verbessern. Die Bereiche niedriger und mittlerer Last können hier als niedrige und mittlere Bereiche festgelegt sein, bei denen der Motorlastbereich (z.B. in gleichen Teilen) in die Bereiche niedriger, mittlerer und hoher Bereich in drei Bereiche unterteilt ist. In dem Bereich mittlerer Last weist der Motor zum Beispiel insbesondeere eine Last eines vorbestimmten Prozentsatzes oder weniger einer Volllast auf (z.B. niedriger als 70%).
4 zeigt im Prinzip die Form einer Gemischschicht, die in einem Brennraum 17 in den niedrigen und mittleren Lastbereichen ausgebildet ist. Das Ausbilden einer wärmeisolierenden Schicht, die eine Gasschicht ist, in dem Brennraum 17 bedeutet wie in der Figur gezeigt das Ausbilden einer Gemischschicht G1 in einem mittleren Abschnitt des Brennraums 17 und einer Gasschicht G2, die Frischluft enthält, um die Gemischschicht G1.
Die Gemischschicht G1 ist hier als Schicht eines brennbaren Luft/KraftstoffGemisches definiert (z.B. mit einem Äquivalenzverhältnis φ von 0,1 oder höher). Die Größe der Gemischschicht G1 ist die Größe zum Zündzeitpunkt, da sich der Kraftstoffstrahl mit verstreichender Zeit nach Beginn der Kraftstoffeinspritzung ausbreitet. Eine Zündung wird zum Beispiel ermittelt, wenn der Massenanteil verbrannten Kraftstoffs 1 % oder mehr beträgt.
Die Gasschicht G2 ist als Schicht eines Luft/Kraftstoff-Gemisches mit einem Äquivalenzverhältnis φ von unter 0,1 definiert. Die Gasschicht G2 kann nur Frischluft oder zusätzlich verbranntes Gas (d.h. AGR-Gas) enthalten. Wie später beschrieben kann eine kleine Menge Kraftstoff in die Gasschicht G2 gemischt werden, solange die Gasschicht G2 als wärmeisolierende Schicht fungiert.
Die Gemischschicht G1 und die Gasschicht G2 in dem Brennraum werden durch Schlieren-Bildgebung oder ein Mittel zum optischen Lesen eines Kraftstoffstrahls, der Silikonöl enthält, sichtbar. Beruhend auf dem sichtbaren Kraftstoffstrahl wird das Äquivalenzverhältnis φ erhalten, um die Gemischschicht G1 von der Gasschicht G2 zu unterscheiden. Die Gemischschicht G1 ist zum Beispiel beruhend auf der Helligkeit, die einem vorbestimmten Äquivalenzverhältnis φ entspricht, von der Gasschicht G2 unterscheidbar.
Eine Reduzierung eines S/V-Verhältnisses der Gemischschicht G1, das das Verhältnis des Flächeninhalts (S) zu ihrem Volumen (V) ist, reduziert die Fläche der Gemischschicht G1, die bei der Verbrennung Wärme auf die/von der Gasschicht G2 überträgt. Ferner reduziert die Gasschicht G2 zwischen der Gemischschicht G1 und der Wandfläche des Zylinders 11 den Kontakt der Flamme der Gemischschicht G1 mit der Wandfläche des Zylinders 11 und einer Innenwand 15b der Mulde 15a. Weiterhin dient die Gasschicht G2 selbst als wärmeisolierende Schicht, um von der Wandfläche des Zylinders 11 und der Innenwand 15b der Mulde 15a abgestrahlte Wärme zu reduzieren. Dies bewirkt eine signifikante Abnahme des Kühlverlusts.
Das Motorsteuergerät 100 gibt in dem Zeitraum, der die zweite Hälfte des Verdichtungstakts und die Anfangsphase des Expansionstakts umfasst, zu einer elektrischen Schaltung des Kraftstoffzufuhrsystems 34 ein Einspritzsignal zum Einspritzen von Kraftstoff von der Düsenöffnung 41 des Injektors 33 in den Zylinder 11 aus, um die Gemischschicht G1 in dem mittleren Abschnitt des Brennraums 17 und die Gasschicht G2 um die Gemischschicht G1 zu bilden. Die zweite Hälfte des Verdichtungstakts ist die zweite Hälfte, in der der Verdichtungstakt in die erste und die zweite Hälfte (z.B. gleichmäßig) zweigeteilt ist. Die Anfangsphase des Expansionstakts ist die Anfangsphase, in der der Expansionstakt in die Anfangsphase, mittlere Phase und Endphase (z.B. gleichmäßig) dreigeteilt ist.
In dem Bereich niedriger Last wird eine relativ kleine Kraftstoffmenge eingespritzt. Somit wird der Kraftstoff in dem Zeitraum, der die zweite Hälfte des Verdichtungstakts und die Anfangsphase des Expansionstakts umfasst, von dem Injektor 33 an der Mittelachse X des Zylinders 11 in den Zylinder 11 eingespritzt, um die Ausbreitung des Kraftstoffstrahls zu reduzieren. Dann werden die Gemischschicht G1 in dem mittleren Abschnitt des Brennraums 17 und die Gasschicht G2 um die Gemischschicht G1 relativ einfach ausgebildet. Je mehr der Kraftstoff eingespritzt wird, desto länger ist jedoch die Kraftstoffeinspritzzeit. Der Kraftstoffstrahl breitet sich insbesondere entlang der Mittelachse X des Zylinders 11 aus. Dadurch kommt die Gemischschicht G1 mit der Bodenfläche des Kolbens 15, die die Innenwand 15b der Mulde 15a umfasst, zum Beispiel in Kontakt. D.h. die Gasschicht G2 wird nicht zuverlässig um die Gemischschicht G1 ausgebildet. Wie vorstehend beschrieben weist dieser Motor 1 ein hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis auf, und demgemäß weist der Brennraum (d.h. der Raum in dem Zylinder, in dem sich der Kolben in dem oberen Totpunkt der Verbrennung befindet) ein kleines Volumen auf. Bei dem Motor 1 kommt somit bei Ausbreiten des Kraftstoffstrahls entlang der Mittelachse X des Zylinders 11 die Gemischschicht G1 leicht in Kontakt mit der Bodenfläche des Kolbens 15, die die Innenwand 15b der Mulde 15a umfasst.
Zum Lösen dieses Problems steuert der Motor 1 die Form der in dem Brennraum 17 zu bildenden Gemischschicht G1, um die Gemischschicht G1 in dem mittleren Abschnitt des Brennraums 17 und die Gasschicht G2 um die Gemischschicht G1 ebenfalls in einem mittleren Lastbereich, in dem die Menge des eingespritzten Kraftstoffs zunimmt, zuverlässig auszubilden. Wie in 4 durch den Hohlpfeil angedeutet breitet sich im Einzelnen bei Steigen der eingespritzten Kraftstoffmenge der Kraftstoffstrahl in der radialen Richtung, die die Mittelachse X des Zylinders 11 schneidet, nach außen aus. Dies reduziert eine Zunahme der Länge der Gemischschicht G1 entlang der Mittelachse X, um den Kontakt der Gemischschicht G1 mit der Bodenfläche des Kolbens 15, die die Innenwand 15b der Mulde 15a umfasst, zu reduzieren. Die Ausbreitung der Gemischschicht G1 in der radialen Richtung nach außen, die mehr Raum als in der Richtung der Mittelachse X aufweist, reduziert den Kontakt der Gemischschicht G1 mit der Innenwand des Zylinders 11. Die Form der in dem Brennraum 17 auszubildenden Gemischschicht G1 wird durch Anpassen des Verhältnisses (L/W) gesteuert, wobei L die Länge entlang der Mittelachse ist und W die Breite der in dem Brennraum 17 auszubildenden Gemischschicht G1 in der radialen Richtung ist. Während das Verhältnis L/W bei einem vorbestimmten Wert oder darüber gehalten wird, um das Verhältnis S/V zu reduzieren, wird L/W bei einer Zunahme der eingespritzten Kraftstoffmenge reduziert.
Zum Steuern der Form der Gemischschicht G1 werden das Intervall der Kraftstoffeinspritzung durch den Injektor 33 (siehe 6) und der Hubbetrag des eingespritzten Kraftstoffs (siehe 7) in dem Motor 1 angepasst. Wie in 5 gezeigt werden die Ausbreitung des Kraftstoffstrahls in der Strahlrichtung und in der radialen Richtung unabhängig gesteuert. Wie im Prinzip in 6 gezeigt ist, ist das Intervall der Kraftstoffeinspritzung als Intervall vom Ende einer Kraftstoffeinspritzung zum Beginn der nächsten Kraftstoffeinspritzung definiert. Wie vorstehend beschrieben hat dieser Injektor 33 ein hohes Ansprechvermögen und führt eine mehrstufige Einspritzung von etwa 20 Einspritzungen in 1-2 ms durch. Wie im Prinzip in 7 gezeigt ist, ist der Hubbetrag des Injektors 33 proportional zur Öffnungsfläche des Injektors. Wie vorstehend beschrieben ist die Öffnungsfläche des Injektors (d.h. die nutzbare Querschnittsfläche der Düsenöffnung 41) umso größer, je größer der Hubbetrag ist. Je kleiner dagegen der Hubbetrag ist, desto kleiner ist die Öffnungsfläche des Injektors.
8A und 8B zeigen im Prinzip eine Differenz der Ausbreitung des Kraftstoffstrahls zwischen einem langen Intervall der Kraftstoffeinspritzung (8A) und einem kurzen Intervall (8B). Der Hubbetrag des Injektors 33 ist konstant. Der Kraftstoffstrahl, der von dem Injektor 33 in einer hohlen konischen Form eingespritzt wurde, strömt in dem Brennraum bei einer hohen Geschwindigkeit. Der Coanda-Effekt erzeugt somit in dem Hohlkegel entlang der Mittelachse S des Injektors 33 einen Unterdruckbereich. Dort wo das Intervall der Kraftstoffeinspritzung lang ist, erholt sich der Druck in dem Unterdruckbereich zwischen der Kraftstoffeinspritzung und der nächsten Kraftstoffeinspritzung. Dies reduziert die Größe des Unterdruckbereichs. Dort wo dagegen das Kraftstoffeinspritzintervall kurz ist, wird die Kraftstoffeinspritzung ohne Intervall wiederholt. Dies reduziert ein Wiederherstellen des Drucks in dem Unterdruckbereich. Dadurch nimmt die Größe des Unterdruckbereichs zu, wie in 8B gezeigt ist.
Der Kraftstoffstrahl wird durch den Unterdruck angesaugt. Der Unterdruckbereich wird in einem mittleren Abschnitt um die Mittelachse S in der radialen Richtung ausgebildet. Dort wo der Unterdruckbereich relativ groß ist, breitet sich der Kraftstoffstrahl in der radialen Richtung weniger aus, wie in 8B gezeigt ist. Dort wo der Unterdruckbereich relativ klein ist, wird der Kraftstoffstrahl dagegen weniger von dem Unterdruck angesaugt und breitet sich somit wie in 8A gezeigt leicht in der radialen Richtung aus. Eine Reduzierung des Intervalls der Kraftstoffeinspritzung durch den Injektor 33 reduziert die Ausbreitung des Kraftstoffstrahls in der radialen Richtung. Eine Zunahme des Einspritzintervalls beschleunigt dagegen die Ausbreitung des Kraftstoffstrahls in der radialen Richtung.
9A und 9B zeigen im Prinzip eine Differenz der Ausbreitung des Kraftstoffstrahls zwischen dort, wo der Hubbetrag des Injektors 33 klein ist (9A), und dort, wo der Hubbetrag groß ist (9B). Das Intervall der Kraftstoffeinspritzung ist gleichmäßig. Da in diesem Fall das Kraftstoffeinspritzintervall gleich ist, ist die Größe des Unterdruckbereichs des Brennraums 17 gleich, der Hubbetrag unterscheidet sich aber, um die Partikelgröße des Kraftstoffstrahls zu ändern. Eine Abnahme des Hubbetrags des Injektors 33 reduziert die Partikelgröße des Kraftstoffstrahls, um das Moment des Kraftstoffstrahls zu reduzieren. Somit wird der Kraftstoffstrahl von dem Unterdruck in der radialen Richtung mühelos hin zur Mitte gesaugt. Wie in 9A gezeigt reduziert dies in der radialen Richtung die Ausbreitung nach außen. Eine Zunahme des Hubbetrags des Injektors 33 steigert dagegen die Partikelgröße des Kraftstoffstrahls, was das Moment des Kraftstoffstrahls steigert. Dadurch wird der Kraftstoffstrahl weniger durch den Unterdruck angesaugt und breitet sich in der radialen Richtung mühelos nach außen aus, wie in 9B gezeigt ist. D.h. eine Zunahme des Hubbetrags des Injektors 33 beschleunigt die Ausbreitung des Kraftstoffstrahls in der radialen Richtung. Eine Abnahme des Hubbetrags reduziert dagegen die Ausbreitung des Kraftstoffstrahls in der radialen Richtung.
Ein Kraftstoffstrahl mit großen Partikeln weist ein größeres Moment auf und verteilt sich somit in der Strahlrichtung auf eine lange Strecke. Die Geschwindigkeit des Kraftstoffstrahls großer Partikel ist unter dem Einfluss des Unterdruckbereichs weniger reduziert. Dies vergrößert ebenfalls die Strahlstrecke. Ein Kraftstoffstrahl kleiner Partikel weist dagegen ein kleineres Moment auf und verteilt sich somit in der Strahlrichtung auf eine kurze Strecke. Die Geschwindigkeit des Kraftstoffstrahls kleiner Partikel wird unter dem Einfluss des Unterdruckbereichs einfach reduziert. Dies reduziert ebenfalls die Strahlstrecke.
Auf diese Weise ermöglicht eine Änderung des Einspritzintervalls und des Hubbetrags des Injektors 33 eine unabhängige Steuerung der Ausbreitung des Kraftstoffstrahls in den zwei Richtungen, der radialen Richtung und der Strahlrichtung. Somit werden bei diesem Motor 1 eine erste Einspritzgruppe und eine zweite Einspritzgruppe kombiniert, um die Form der Gemischschicht G1 zu steuern. Die erste Einspritzgruppe umfasst mehrere Kraftstoffeinspritzzeiten mit einem relativ großen Hubbetrag bei einem relativ langen Einspritzintervall. Die zweite Einspritzgruppe umfasst mehrere Kraftstoffeinspritzzeiten mit einem relativ kleinen Hubbetrag bei einem relativ kurzen Einspritzintervall. Bei jeder Einspritzgruppe wird die mehrstufige Einspritzung mit mehreren Kraftstoffeinspritzzeiten durchgeführt. Die mehrstufige Einspritzung meint hier eine periodische Kraftstoffeinspritzung bei einem Intervall (von dem Ende einer Kraftstoffeinspritzung zu der nächsten Kraftstoffeinspritzung) von 0,5 ms oder kürzer.
Im Einzelnen umfasst die erste Einspritzgruppe vorbestimmte Kraftstoffeinspritzzeiten, bei denen der Hubbetrag des Injektors 33 größer als in der zweiten Einspritzgruppe ist und das Intervall der Kraftstoffeinspritzung länger als in der zweiten Einspritzgruppe ist. Eine Zunahme des Einspritzintervalls reduziert die Größe des Unterdruckbereichs. Ferner vergrößert eine Zunahme des Hubbetrags die Partikelgröße des Kraftstoffstrahls, wodurch das Moment des Kraftstoffstrahls vergrößert wird. Dies bewirkt eine Ausbildung eines radial breiten Kraftstoffstrahls, der in der Strahlrichtung auf eine relativ lange Strecke verteilt ist.
Die zweite Einspritzgruppe umfasst vorbestimmte Kraftstoffeinspritzzeiten, bei denen der Hubbetrag des Injektors 33 kleiner als in der ersten Einspritzgruppe ist und das Intervall der Kraftstoffeinspritzung kürzer als in der ersten Einspritzgruppe ist. Eine Abnahme des Einspritzintervalls vergrößert den Unterdruckbereich. Ferner reduziert eine Abnahme des Hubbetrags die Partikelgröße des Kraftstoffstrahls, wodurch das Moment des Kraftstoffstrahls reduziert wird. Dies bewirkt eine Ausbildung eines radial kompakten Kraftstoffstrahls, der in der Strahlrichtung auf eine relativ kurze Strecke verteilt ist.
Das Motorsteuergerät 100 ändert das Verhältnis der ersten und zweiten Einspritzgruppe gemäß dem Betriebszustand des Motors 1, um die Form der Gemischschicht G1 gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 zu steuern. Das Grundprinzip ist wie folgt. Eine Zunahme des Verhältnisses der ersten Einspritzgruppe führt zur Ausbildung der Gemischschicht G1, die sich in der radialen Richtung nach außen ausbreitet. Eine Zunahme des Verhältnisses der zweiten Einspritzgruppe führt zur Ausbildung der Gemischschicht G1, die sich in der radialen Richtung schwächer nach außen ausbreitet.
Abhängig vom Betriebszustand des Motors 1 könnte keine erste Einspritzgruppe, sondern nur die zweite Einspritzgruppe ausgeführt werden. Zu der ersten Einspritzgruppe könnte nur eine Kraftstoffeinspritzung gehören, und die anderen Kraftstoffeinspritzungen könnten zu der zweiten Einspritzgruppe gehören. Es könnte keine zweite Einspritzgruppe, sondern nur die erste Einspritzgruppe ausgeführt werden. Zu der zweiten Einspritzgruppe könnte nur eine Kraftstoffeinspritzung gehören, und die anderen Einspritzungen könnten zu der ersten Einspritzgruppe gehören. Die zweite Einspritzgruppe könnte nach der ersten Einspritzgruppe ausgeführt werden. Die erste Einspritzgruppe könnte nach der zweiten Einspritzgruppe ausgeführt werden.
Unter der Annahme einer vorstehend beschriebenen mehrstufigen Einspritzung steuert das Motorsteuergerät 100 die Einspritzbedingung gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 feiner. 10 zeigt eine Änderung des Zylinderinnendrucks relativ zu einem Kurbelwinkel. 11 zeigt eine Änderung des Hubbetrags relativ zum Zylinderinnendruck. 12 zeigt eine Änderung des Einspritzintervalls relativ zum Zylinderinnendruck.
Im Einzelnen passt das Motorsteuergerät 100 den Hubbetrag und das Einspritzintervall des Injektors 33 in einer mehrstufigen Einspritzung gemäß dem Druck in dem Brennraum 17 (d.h. dem Zylinderinnendruck) an, wenn der Betriebszustand des Motors 1 in die in 4 gezeigten Bereiche niedriger und mittlerer Last fällt.
Der Zylinderinnendruck ändert sich gemäß dem Betriebszustand unterschiedlich. Zum Beispiel ändert sich der Zylinderinnendruck gemäß der Motorlast. Im Einzelnen passt das Motorsteuergerät 100 die Füllmenge von Ansaugluft gemäß der Kraftstoffmenge durch Spätverstellen des Zeitpunkts des Schließens des Einlassventils 21 nach dem unteren Totpunkt gemäß der Motorlast an. Wie in 10 gezeigt steigert somit eine Zunahme der Motorlast die Füllmenge der Ansaugluft, was zu einem Anstieg des Zylinderinnendrucks in dem gesamten Verdichtungstakt führt. Eine Abnahme der Motorlast reduziert dagegen die Füllmenge der Ansaugluft, was zu einer Abnahme des Zylinderinnendrucks in dem gesamten Verdichtungstakt führt.
Das Motorsteuergerät 100 berechnet zum Beispiel beruhend auf dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 20, dem Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils 21 und dem Kurbelwinkel den Zylinderinnendruck und passt die Einspritzbedingung des Injektors 33 gemäß dem berechneten Zylinderinnendruck an.
Bei einer Zunahme des Zylinderinnendrucks passt das Motorsteuergerät 100 die Einspritzbedingung des Injektors 33 so an, dass sich der Kraftstoffstrahl mehr ausbreitet. Wie in 11 gezeigt hebt das Motorsteuergerät 100 im Einzelnen den Hubbetrag bei einer Zunahme des Zylinderinnendrucks an. Wie in 12 gezeigt hebt das Motorsteuergerät 100 ferner das Einspritzintervall bei einer Zunahme des Zylinderinnendrucks an. Der Hubbetrag und das Einspritzintervall sind Parameter des Injektors 33 zum Anpassen der Ausbreitung des Kraftstoffstrahls.
Der Zylinderinnendruck ist hier ein repräsentativer Zylinderinnendruck in jedem Verbrennungszyklus. Zum Beispiel passt das Motorsteuergerät 100 den Hubbetrag und das Einspritzintervall wie vorstehend beschrieben gemäß dem Zylinderinnendruck bei Beginn der Einspritzung in jedem Verbrennungszyklus an. Bei jedem Verbrennungszykjlus wird der Zylinderinnendruck, dessen Zeit zum Anpassen des Hubbetrags und des Einspritzintervalls genutzt wird, frei ermittelt. Statt zu Beginn der Einspritzung kann zum Beispiel der Zylinderinnendruck am Ende der Einspritzung oder am oberen Totpunkt der Verdichtung genutzt werden. Kurz gesagt kann der Zylinderinnendruck jederzeit genutzt werden, solange festgestellt werden kann, wie sehr sich der Kraftstoffstrahl in dem Brennraum 17 ausbreitet.
Der Hubbetrag steigt relativ zu dem Zylinderinnendruck linear an.
Das Einspritzintervall beeinflusst dagegen die Ausbreitung des Kraftstoffstrahls schwächer, sobald er eine bestimmte Länge erreicht. Somit wird der Zunahmebetrag des Einspritzintervalls bei einer Zunahme des Zylinderinnendrucks reduziert. Wenn der Zylinderinnendruck hoch ist, wird eine große Menge Kraftstoff über einen langen Zeitraum eingespritzt. Ferner vergrößert ein Größerwerden des Einspritzintervalls die Einspritzzeit weiter. Der Zunahmebetrag des Einspritzintervalls wird bei einer Zunahme des Zylinderinnendrucks reduziert, um die Verlängerung der Einspritzungzeit, in der eine große Menge Kraftstoff eingespritzt wird, zu reduzieren.
Dies ermöglicht eine Einspritzung des gesamten Kraftstoffs, der in der beschränkten Zeit der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts benötigt wird, durch eine vorbestimmte Zeit, um eine Selbstzündungsverbrennung zu einem geeigneten Zeitpunkt zu erzeugen.
In 13 und 14 sind spezifische Bedingungen der Einspritzung gezeigt. 13 zeigt eine Einspritzbedingung, bei der der Zylinderinnendruck relativ niedrig ist. 14 zeigt eine Einspritzbedingung, bei der der Zylinderinnendruck relativ hoch ist. In jedem Fall führt das Motorsteuergerät 100 die erste Einspritzgruppe 8 und die zweite Einspritzgruppe 9 aus. Das Motorsteuergerät 100 steuert so, dass in der ersten Einspritzgruppe 8 und der zweiten Einspritzgruppe 9 der Hubbetrag umso größer und der Einspritzintervall um so länger ist, je höher der Zylinderinnendruck ist. Eine Zunahme des Hubbetrags erleichtert das Verteilen des Kraftstoffstrahls und einen breiten Kraftstoffstrahl. Eine Zunahme des Einspritzintervalls reduziert die Größe des Unterdruckbereichs, was ebenfalls zu einem breiten Kraftstoffstrahl führt.
Da der Zylinderinnendruck hoch ist, breitet sich der tatsächliche Kraftstoffstrahl nicht so sehr aus wie der Anpassungsbetrag des Hubbetrags und des Einspritzintervalls, selbst wenn der Hubbetrag und das Einspritzintervall vergrößert werden. D.h. die Einspritzbedingung, unter der sich der Kraftstoffstrahl ausbreitet, hebt die Zylinderumgebung, in der sich der Kraftstoffstrahl schwächer ausbreitet, einfach auf. Dies erleichtert die Ausbildung eines erwünschten Luft/Kraftstoff-Gemisches.
In den Bereichen niedriger und mittlerer Last wird zum Beispiel wie vorstehend beschrieben die Gemischschicht G1 in dem mittleren Abschnitt des Brennraums 17 ausgebildet und die Gassschicht G2 um die Gemischschicht G1 ausgebildet. Bei einem Anstieg der Motorlast nimmt die Kraftstoffmenge zu. Demgemäß steigt der Zylinderinnendruck an, um die Zylinderumgebung zu erzeugen, in der sich der Kraftstoffstrahl schwächer ausbreitet. Dies pflegt die Größe der Gemischschicht G1 zu reduzieren. Bei einer Zunahme der Kraftstoffmenge und ferner bei einer Abnahme der Größe der Gemischschicht G1 wird ein kraftstoffreicher Abschnitt lokal ausgebildet, um die Möglichkeit von Vorzündung zu vergrößern.
Bei einem Anstieg des Zylinderinnendrucks werden dagegen der Hubbetrag und das Einspritzintervall vergrößert, was entgegen der Umgebung, in der sich der Kraftstoffstrahl schwächer ausbreitet, die Einspritzbedingung erzeugt, bei der sich der Kraftstoffstrahl einfach ausbreitet. Dies reduziert eine Abnahme der Größe der Gemischschicht G1, die durch einen Anstieg des Zylinderinnendrucks hervorgerufen wird. Zum Beispiel ist die Ausbreitung des Kraftstoffstrahls, d.h. die Ausbreitung der Gemischschicht G1, breiter als oder nahezu gleich der Ausbreitung, bei der der Zylinderinnendruck niedrig ist. Dadurch wird Vorzündung reduziert.
Bei einer Änderung der Motorlast ändert sich auch der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung. Zum Beispiel wird in einem Betriebsbereich relativ niedriger Last (d.h. einem Bereich, in dem die Druckanstiegsrate dP/dθ bei Verbrennung relativ gering ist), der frei von einem Verbrennungsgeräuschproblem ist, die Startzeit der Kraftstoffeinspritzung bei einer Zunahme der Kraftstoffmenge vorverstellt. Dies liegt daran, dass es notwendig ist, eine ordnungsgemäße Zündverzögerung zu erhalten, um den gesamten Kraftstoff durch eine für Selbstzündungsverbrennung geeignete Zeit einzuspritzen. Bei einem Betriebsbereich (d.h. einem Bereich, in dem die Druckanstiegsrate dP/dθ bei der Vebrennung relativ hoch ist) mit einer großen Kraftstoffmenge und einem Verbrennungsgeräuschproblem wird dagegen der Zeitpunkt der Selbstzündungsverbrennung auf spät verstellt, um den Start der Kraftstoffeinspritzung zu verzögern, um die Druckanstiegsrate dP/dθ zu reduzieren. Wie in 10 gezeigt ändert sich der Zylinderinnendruck in dem Verdichtungstakt gemäß dem Kurbelwinkel. Somit ändert eine Änderung der Kraftstoffeinspritzzeit den Zylinderinnendruck bei der Kraftstoffeinspritzung und Verteilung des Kraftstoffstrahls. Selbst wenn zum Beispiel der Kraftstoff in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts eingespritzt wird, ist der Zylinderinnendruck zwischen der Einspritzung bei einer früheren Phase und bei einer späteren Phase der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts recht unterschiedlich.
Um das Problem zu lösen, passt das Motorsteuergerät 100 den Hubbetrag und das Einspritzintervall gemäß nicht nur dem repräsentativen Zylinderinnendruck in jedem Verbrennungszyklus, sondern auch einer Änderung der Kraftstoffeinspritzzeit an. D.h. dort, wo die Kraftstoffeinspritzung vorverstellt ist und beginnt, wenn der Zylinderinnendruck relativ niedrig ist, passt das Motorsteuergerät 100 den Hubbetrag auf relativ klein und das Einspritzintervall auf relativ kurz an. Dort dagegen, wo die Kraftstoffeinspritzung auf spät gestellt ist und beginnt, wenn der Zylinderinnendruck relativ hoch ist, passt das Motorsteuergerät 100 dagegen den Hubbetrag auf relativ groß und das Einspritzintervall auf relativ lang an.
Wie vorstehend beschrieben umfasst der Motor 1 den Motorkörper, den Injektor 33 und das Motorsteuergerät 100. Der Motorkörper umfasst den Kolben 15 in dem Zylinder 11 und den Brennraum 17, der durch den Zylinder 11 und den Kolben 15 ausgebildet ist. Der Injektor 33 spritzt Kraftstoff, der mindestens Benzin enthält, mittels der Düsenöffnung 41 in den Brennraum 17 ein. In mindestens einer zweiten Hälfte des Verdichtungstakts lässt das Motorsteuergerät 100 den Injektor 33 den Kraftstoff einspritzen und steuert die Einspritzbedingung des Injektors 33. Der Injektor 33 weist den Parameter auf, der die Ausbreitung des Kraftstoffstrahls anpasst. Das Motorsteuergerät 100 passt den Parameter an, um die Kraftstoffstrahlausbreitung bei einer Zunahme des Drucks in dem Brennraum 17 zu steigern.
Im Einzelnen umfasst der Motor 1 den Motorkörper, den Injektor 33 und das Motorsteuergerät 100. Der Motorkörper umfasst den Kolben 15 in dem Zylinder 11 und den Brennraum 17, der durch den Zylinder 11 und den Kolben 15 ausgebildet ist. Der Injektor 33 spritzt Kraftstoff, der mindestens Benzin enthält, mittels der Düsenöffnung 41 in den Brennraum 17 ein. Das Motorsteuergerät 100 lässt den Injektor 33 den Kraftstoff in mindestens einer zweiten Hälfte des Verdichtungstakts einspritzen und steuert die Einspritzbedingung des Injektors 33. Der Injektor 33 kann die nutzbare Querschnittsfläche der Düsenöffnung 41 anpassen. Das Motorsteuergerät 100 passt mindestens eines von nutzbarer Querschnittsfläche der Düsenöffnung 41 und Einspritzintervall bei mehrstufiger Einspritzung gemäß dem Druck in dem Brennraum 17 an.
Im Einzelnen vergrößert das Motorsteuergerät 100 die nutzbare Querschnittsfläche der Düsenöffnung 41 und/oder das Einspritzintervall im Fall von mehrstufiger Einspritzung bei einer Zunahme des Drucks in dem Brennraum 17.
Diese Struktur passt die Einspritzbedingung des Injektors 33 an, so dass sich der Kraftstoffstrahl bei einer Zunahme des Drucks in dem Brennraum 17 stärker ausbreitet, um die Zylinderumgebung herbeizuführen, in der sich der Kraftstoffstrahl schwächer ausbreitet. Dies reduziert eine Abnahme des Kraftstoffstrahls, die durch einen Anstieg des Zylinderinnendrucks herbeigeführt wird, wodurch ein erwünschtes Luft/Kraftstoff-Gemisch gebildet wird.
Andere Ausführungsformen
Vorstehend sind die Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist aber nicht darauf beschränkt und ist bei anderen Ausführungsformen anwendbar, bei denen Änderungen, Ersetzungen, Hinzufügungen und Auslassungen vorgenommen werden. Die in der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Elemente können kombiniert werden, um eine andere Ausführungsform vorzusehen. Die in den Zeichnungen und der eingehenden Beschreibung gezeigten Elemente sind nicht nur die Elemente, die zum Erreichen der Aufgabe der vorliegenden Offenbarung wesentlich sind, sondern auch die nicht wesentlichen Elemente. Selbst wenn diese Elemente in den Zeichnungen und der eingehenden Beschreibung gezeigt sind, bedeutet dies nicht unbedingt, dass es sich um wesentliche Elemente handelt.
Die Ausführungsform kann wie folgt sein.
Zum Beispiel werden der Hubbetrag und das Einspritzintervall gemäß dem Zylinderinnendruck nicht nur in den Bereichen niedriger und mittlerer Last angepasst. Sie können gemäß dem Zylinderinnendruck in den anderen Betriebsbereichen angepasst werden.
Während in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sowohl der Hubbetrag als auch das Einspritzintervall angepasst werden, um das Ausbreitungsvermögen des Kraftstoffstrahls anzupassen, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Es könnte nur eines von Hubbetrag und Einspritzintervall angepasst werden, um das Ausbreitungsvermögen des Kraftstoffstrahls anzupassen.
Der Parameter zum Anpassen des Ausbreitungsvermögens des Kraftstoffstrahls ist nicht auf den Hubbetrag und das Einspritzintervall beschränkt. Zum Beispiel kann der Kraftstoffdruck angepasst werden, um das Ausbreitungsvermögen des Kraftstoffstrahls anzupassen. Da ein Anstieg des Kraftstoffdrucks die kinetische Energie des Kraftstoffstrahls steigert, kann sich der Kraftstoffstrahl ausbreiten. Weiterhin steigert eine Kombination von Hubbetrag, Einspritzintervall und Kraftstoffdruck die Änderbarkeit der Form der Gemischschicht weiter. Wenn im Einzelnen der Hubbetrag des Injektors 33 durch einen Anstieg des Kraftstoffdrucks vergrößert wird, vergrößert sich die kinetische Energie des Kraftstoffstrahls. Wenn das Kraftstoffeinspritzintervall verkleinert wird, wird der Grad des Unterdrucks hoch, was den Unterdruckbereich weiter vergrößert. Dies bewirkt eine weitere Zunahme der Änderbarkeit der Form der Gemischschicht.
Die Form der Gemischschicht G1, die bei einer Zunahme des Hubbetrags und des Einspritzintervalls gemäß einem Anstieg des Zylinderinnendrucks auszubilden ist, muss größer als in dem Fall sein, da der Hubbetrag und das Einspritzintervall nicht angepasst werden. Die Form der Gemischschicht G1 ist nicht unbedingt größer als bei einem niedrigen Zylinderinnendruck.
Eine Änderung des Hubbetrags und des Einspritzintervalls relativ zum Zylinderinnendruck sind, wie in 11 bzw. 12 gezeigt, lediglich Beispiele. Der Hubbetrag und das Einspritzintervall können auf unterschiedliche Weise geändert werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden der Hubbetrag und das Einspritzintervall gemäß dem Zylinderinnendruck während der gesamten Kraftstoffeinspritzung in jeder Verbrennung gleichmäßig angepasst. Der Hubbetrag und das Einspritzintervall können teilweise in einer Reihe von Kraftstoffeinspritzungen in jedem Verbrennungszyklus angepasst werden. In einer Reihe von Kraftstoffeinspritzungen in jedem Verbrennungszyklus können zum Beispiel der Hubbetrag und das Einspritzintervall in einem Teil unter einem niedrigen Zylinderinnendruck klein und kurz sein und können in einem Teil unter einem hohen Zylinderinnendruck groß und lang sein.
Während in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Kraftstoff in den Bereichen niedriger und mittlerer Last in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts eingespritzt wird, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Zusätzlich zur Kraftstoffeinspritzung in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts kann die Kraftstoffeinspritzung vor der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts beginnen und kann nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung fortfahren.
Während die mehrstufige Einspritzung der ersten und zweiten Einspritzgruppe 8 und 9 wie in 13 und 14 gezeigt durchgeführt wird, ist die Einspritzbedingung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann eine von erster oder zweiter Einspritzgruppe 8 oder 9 durchgeführt werden. Wie in 16B und 17B gezeigt kann eine einzelne Einspritzung durchgeführt werden.
16B und 17B zeigen den Hubbetrag des Injektors 33 unter einem Zylinderinnendruck, der abhängig von der Zeit des Schließens des Einlassventils 21 variiert. 16A und 16B zeigen einen relativ hohen Zylinderinnendruck, unter dem der Hubbetrag groß ist und der Zylinderinnendruck relativ niedrig ist. 17A und 17B zeigen, dass der Hubbetrag klein ist, aber die Größe der in dem Brennraum 17 ausgebildeten Gemischschicht gleich ist. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist nahezu die gleiche. Unter einem hohen Zylinderinnendruck wird der Kraftstoffstrahl kaum verteilt und die von dem Injektor 33 eingespritzte Kraftstoffmenge nimmt ebenfalls aufgrund eines hohen Widerstands ab.
Der Aufbau des Injektors ist nicht darauf beschränkt, was in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform offenbart wurde. Solange die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung veränderbar ist, kann ein beliebiger Injektor verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Injektor 233 mit einer in 15 gezeigten Sichtlochdüse (VCO-Düse) verwendet werden. 15 ist eine Querschnittansicht, die den Innenaufbau des Injektors 233 veranschaulicht.
Im Einzelnen umfasst der Injektor 233 einen Düsenkörper 240 und ein Nadelventil 242. Der Düsenkörper 240 umfasst eine Düsenöffnung 241 zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder 11. Das Nadelventil 242 öffnet und schließt die Düsenöffnung 241. Der Düsenkörper 240 ist ein rohrförmiges Element, das sich entlang einer vorbestimmten Mittelachse S erstreckt. Der Kraftstoff strömt in dem Düsenkörper 240. Die Spitze des Düsenkörpers 240 ist zu einem Kegel ausgebildet. An der Innenumfangsfläche der Spitze des Düsenkörpers 240 ist ein konischer Sitz 243 ausgebildet. Mehrere Düsenöffnungen 241 durchsetzen die Spitze des Düsenkörpers 240. Ein Ende jeder Düsenöffnung 241 ist zu dem Sitz 243 offen. Die Düsenöffnungen 241 sind bei gleichen Intervallen um die Mittelachse S vorgesehen. Die Spitze des Nadelventils 242 ist zu einem Kegel ausgebildet und auf den Sitz 243 des Düsenkörpers 204 gesetzt. Die Düsenöffnung 241 wird durch Setzen des Nadelventils 242 auf den Sitz 243 verschlossen. Die Düsenöffnung 241 ist eine beispielhafte Düsenöffnung. Das Nadelventil 242 ist ein beispielhafter Ventilkörper.
Wie der Injektor 33 wird das Nadelventil 242 von dem Piezoelement angetrieben. Wenn das Nadelventil 242 angetrieben und von dem Sitz 243 gehoben wird, wird ein Raum, in dem der Kraftstoff strömen kann, zwischen dem Sitz 243 und dem Nadelventil 242 ausgebildet. Der in diesem Raum strömende Kraftstoff wird außerhalb des Düsenkörpers 240 durch die Düsenöffnungen 241 eingespritzt.
Zu diesem Zeitpunkt, d.h. bei Strömen des Kraftstoffs, kommt es zu Kavitation an der Innenumfangsfläche der Düsenöffnungen 241. Das Maß dieser Kavitation (z.B. die Fläche, in der die Kavitation auftritt) ändert sich gemäß dem Raum zwischen dem Nadelventil 242 und dem Sitz 243, d.h. dem Hubbetrag des Nadelventils 242. Der Hubbetrag des Nadelventils 242 ist im Einzelnen klein und der Raum zwischen dem Nadelventil 242 und dem Sitz 243 ist klein, die Kavitation tritt in einer großen Fläche auf. Wenn dagegen der Hubbetrag des Nadelventils 242 groß ist und der Raum zwischen dem Nadelventil 242 und dem Sitz 243 groß ist, tritt die Kavitation in einer kleinen Fläche auf. Wenn die Kavitation in einer großen Fläche auftritt, wird die nutzbare Querschnittsfläche der Düsenöffnung 241 klein. Wenn die Kavitation in einer kleinen Fläche auftritt, wird die nutzbare Querschnittsfläche der Düsenöffnung 241 groß. Bei einer Abnahme des Hubbetrags des Nadelventils 242 nimmt die nutzbare Querschnittsfläche der Düsenöffnung 241 ab. Bei einer Zunahme des Hubbetrags des Nadelventils 242 nimmt die nutzbare Querschnittsfläche der Düsenöffnung 241 zu.
Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel weisen der Brennraum 17 und die Einlassöffnung 18 eine wärmeisolierende Struktur auf. Die vorliegende Offenbarung ist auch auf einen Motor übertragbar, der keine wärmeisolierende Struktur in dem Brennraum 17 und der Einlassöffnung 18 verwendet.
Während der vorstehend beschriebene Motor 1 eine Verbrennung durch Kompressionsselbstzündung in allen Betriebsbereichen durchführt, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Eine Verbrennung kann durch Zündung mit einer Zündkerze hervorgerufen werden. Kompressionsselbstzündung und Zündung mit einer Zündkerze können entsprechend dem Betriebsbereich umgeschaltet werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschrieben ist die vorliegende Offenbarung als Vorrichtung zum Steuern eines Benzin-Direkteinspritzmotors brauchbar.
Bezugszeichenliste

1: Motor
11: Zylinder
15: Kolben
15a: Mulde
15b: Innenwand
17: Brennraum
33: Injektor
40: Düsenkörper
41: Düsenöffnung (Einspritzöffnung)
42: sich nach außen öffnendes Ventil (Ventilkörper)
100: Motorsteuergerät (Steuergerät)
233: Injektor
241: Düsenöffnung (Einspritzöffnung)
242: Nadelventil (Ventilkörper)
S: Mittelachse
X: Mittelachse

Claims

Vorrichtung zum Steuern eines Benzin-Direkteinspritzmotors, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Motorkörper mit einem Kolben in einem Zylinder und einem durch den Zylinder und den Kolben ausgebildeten Brennraum; einen Injektor, der mindestens Benzin enthaltenden Kraftstoff mittels einer Einspritzöffnung in den Brennraum einspritzt; und ein Steuergerät, das den Injektor den Kraftstoff in mindestens einer zweiten Hälfte eines Verdichtungstakts einspritzen lässt und eine Einspritzbedingung des Injektors steuert; wobei der Injektor einen Parameter zum Anpassen von Kraftstoffstrahlausbreitung aufweist, durch Steuern, so dass eine Ansaugluft-Füllmenge umso größer ist, je höher eine Motorlast ist. Druck in dem Brennraum angehoben wird, das Steuergerät in Bereichen niedriger und mittlerer Motorlast den Injektor den Kraftstoff in der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts einspritzen lässt, um bei Zündung eines Luft/Kraftstoff-Gemisches der in dem Brennraum gebildeten Gemischschicht eine Gasschicht aus Frischluft und/oder verbranntem Gas zwischen der Gemischschicht und einer Wandfläche, die den Brennraum ausbildet, auszubilden, den Druck in dem Brennraum prognostiziert und den Parameter so anpasst, dass die Kraftstoffstrahlausbreitung größer ist, wenn der prognostizierte Druck hoch ist, als wenn der prognostizierte Druck niedrig ist, selbst wenn eine gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät den Parameter so anpasst, dass die Kraftstoffstrahlausbreitung bei einer Zunahme des prognostizierten Drucks zunimmt, selbst wenn die gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Parameter eine nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung ist, das Steuergerät die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung so steuert, dass sie größer ist, wenn der prognostizierte Druck hoch ist, als wenn der prognostizierte Druck niedrig ist, selbst wenn die gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Parameter ein Einspritzintervall bei mehrstufiger Einspritzung ist, das Steuergerät den Injektor die mehrstufige Einspritzung in mindestens der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts durchführen lässt und das Steuergerät das Einspritzintervall so steuert, dass es länger ist, wenn der prognostizierte Druck hoch ist, als wenn der prognostizierte Druck niedrig ist, selbst wenn die gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Parameter eine nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung und ein Einspritzintervall bei mehrstufiger Einspritzung ist, das Steuergerät den Injektor die mehrstufige Einspritzung in mindestens der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts durchführen lässt und das Steuergerät die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung so steuert, dass sie größer ist, und das Einspritzintervall so steuert, dass es länger ist, wenn der prognostizierte Druck hoch ist, als wenn der prognostizierte Druck niedrig ist, selbst wenn die gleiche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Injektor umfasst einen Düsenkörper mit der Einspritzöffnung und einen Ventilkörper, der die Einspritzöffnung öffnet und verschließt, sich die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung gemäß einem Hubbetrag des Ventilkörpers ändert und die nutzbare Querschnittsfläche der Einspritzöffnung bei einer Zunahme des Hubbetrags des Ventilkörpers zunimmt. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Wandfläche des Brennraums eine Innenumfangsfläche einer ausgesparten Mulde ist, die in einer Bodenfläche des Kolbens ausgebildet ist.