DE112021001263T5

DE112021001263T5 - Verbrennungssystem

Info

Publication number: DE112021001263T5
Application number: DE112021001263.0T
Authority: DE
Inventors: Kenji Aoyagi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2022-12-15
Also published as: US20220403794A1; JP7452093B2; JP2021134735A; WO2021172023A1; US11674465B2

Abstract

Eine normale Steuereinheit (65) führt eine normale Steuerung (α) durch, bei der eine Einspritzvorrichtung (40) eine vorbestimmte normale Einspritzung (F) durchführt und dann eine Zündkerze (50) eine Zündung (I) durchführt. Im Folgenden wird angenommen, dass ein vorbestimmter Bereich in einer Brennkammer (38), in dem, wenn die normale Steuerung (α) durchgeführt wird, die Ausbreitung der Flamme gegenüber dem in einem anderen Abschnitt verzögert wird, ein „Verzögerungsbereich (D)“ ist, und ein Zustand, in dem, wenn die normale Steuerung (α) durchgeführt wird, eine Selbstzündung in einem Kraftstoff in dem Verzögerungsbereich (D) auftritt, ein „Klopfzustand“ ist. Wenn der Klopfzustand hergestellt ist, führt die Einstellsteuereinheit (66) eine Einstellsteuerung (β) durch, um die Selbstzündung zu unterdrücken. Bei der Einstellsteuerung (β) führt die Einspritzvorrichtung (40) eine vorbestimmte Haupteinspritzung (Fm) durch und führt auch eine Teileinspritzung (Fs) in einer zweiten Hälfte eines nachfolgenden Kompressionshubs durch, um eine Kraftstoffverteilung in der Brennkammer (38) an eine Kraftstoffverteilung anzupassen, die eine Ausbreitung der Flamme (P) zu dem Verzögerungsbereich (D) im Vergleich zu einen Fall erleichtert, bei welchem die normale Steuerung (α) durchgeführt wird, und dann die Zündkerze (50) die Zündung (I) durchführt.

Description

Querverweis auf eine ähnliche Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der Japanischen Patentanmeldung mit der Nr. JP 2020-032207 A , eingereicht am 27. Februar 2020. Die vollständige Offenbarung aller oben genannten Anmeldungen ist hierin durch Verweis aufgenommen.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kraftstoffsystem mit einer Einspritzvorrichtung, die einen Kraftstoff in eine Brennkammer eines Motors einspritzt, und mit einer Zündkerze, die den Kraftstoff in der Brennkammer zündet.
Stand der Technik
Unter den Kraftstoffsystemen gibt es eines, das ein Klopfen wie folgt verhindert. Insbesondere wird in einem Ansaughub eine Haupteinspritzung durchgeführt, um ein Mischgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einer gesamten Brennkammer zu bilden, und in einer ersten Hälfte eines nachfolgenden Kompressionshubs wird eine Teileinspritzung durchgeführt, um ein Mischgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe einer Zündkerze zu bilden. Somit wird das Mischgas mit dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe der Zündkerze gebildet, während ein abgasseitiger Bereich auf dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Auf diese Weise wird eine Selbstzündung in dem abgasseitigen Bereich, in dem eine Temperatur höher ist, unterdrückt, um ein Klopfen zu unterdrücken. Als eine Literatur, die eine solche Technologie offenbart, gibt es Patentliteratur 1, die unten folgt.
Literatur zum Stand der Technik
PATENTLITERATUR
PATENTLITERATUR 1: JP2016-037892A
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der vorstehend beschriebenen Technologie wird die Teileinspritzung in der ersten Hälfte des Kompressionshubs durchgeführt, und folglich ist es wahrscheinlich, dass der Kraftstoff, der durch die Teileinspritzung eingespritzt wird, unmittelbar vor der Zündung weit verbreitet wird. Dementsprechend ist es schwierig, eine Kraftstoffverteilung in der Brennkammer unmittelbar vor der Zündung an eine beabsichtigte Kraftstoffverteilung anzupassen. Im Ergebnis ist es schwierig, das Klopfen genau zu unterdrücken. Darüber hinaus macht sich ein solches Problem besonders bei hohen Umdrehungen einer Brennkraftmaschine bzw. eines Verbrennungsmotors bemerkbar, bei denen eine Luftströmung in der Brennkammer intensiv ist.
Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände erreicht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine präzise Unterdrückung von Klopfen zu ermöglichen.
Ein Verbrennungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Einspritzvorrichtung, die konfiguriert ist, um Kraftstoff in eine Brennkammer eines Motors einzuspritzen; eine Zündkerze, die konfiguriert ist, um eine Zündung des Kraftstoffs in der Brennkammer durchzuführen; und eine normale Steuereinheit, die konfiguriert ist, um eine normale Steuerung durchzuführen, um die Einspritzvorrichtung zu veranlassen, eine vorbestimmte normale Einspritzung durchzuführen, und um anschließend die Zündkerze zu veranlassen, die Zündung durchzuführen.
Im Folgenden wird in einem vorbestimmten Verzögerungsbereich in der Brennkammer die Ausbreitung der Flamme im Vergleich zu einem anderen Bereich verzögert, wenn die normale Steuerung durchgeführt wird. Im Folgenden erfolgt in einem Klopfzustand eine Selbstzündung in dem Kraftstoff in dem Verzögerungsbereich, wenn die normale Steuerung durchgeführt wird.
Das Verbrennungssystem umfasst ferner eine Einstellsteuereinheit, die dazu konfiguriert ist, eine vorbestimmte Einstellsteuerung durchzuführen, wenn der Klopfzustand hergestellt ist, um die Selbstzündung zu unterdrücken. Die Einstellsteuerung soll bewirken, dass die Einspritzvorrichtung eine vorbestimmte Haupteinspritzung durchführt und ferner eine vorbestimmte Teileinspritzung in einer zweiten Hälfte eines nachfolgenden Kompressionshubs durchführt, um eine Kraftstoffverteilung in der Brennkammer einzustellen, um die Ausbreitung der Flamme zu dem Verzögerungsbereich weiter als bei der normalen Einspritzung zu erleichtern, und anschließend bewirken, dass die Zündkerze die Zündung durchführt.
Bei der Einstellsteuerung in der vorliegenden Offenbarung wird die Haupteinspritzung durchgeführt und die Teileinspritzung wird auch durchgeführt, um die Kraftstoffverteilung in der Brennkammer auf eine Kraftstoffverteilung einzustellen, die die Ausbreitung der Flamme in den Verzögerungsbereich erleichtert, und dann wird eine Zündung durchgeführt. Mit anderen Worten ermöglicht die Einstellsteuerung in der vorliegenden Offenbarung entgegen der Idee der vorstehend beschriebenen Hintergrundtechnologie, die den Bereich steuert, in dem die Selbstzündung auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterdrückt werden soll, eine Ausbreitung der Flamme zu dem Verzögerungsbereich, in dem die Selbstzündung unterdrückt werden soll. Durch die Ausbreitung der Flamme in den Verzögerungsbereich wird die Selbstzündung im Verzögerungsbereich zur Unterdrückung des Klopfens unterbunden. Zusätzlich wird bei der Einstellsteuerung in der vorliegenden Offenbarung die Teileinspritzung in der zweiten Hälfte des Kompressionshubs durchgeführt. Im Ergebnis lässt sich die Kraftstoffverteilung in der Brennkammer unmittelbar vor der Zündung besser wie vorgesehen steuern als mit der Hintergrundtechnik, die die Teileinspritzung in der ersten Hälfte des Kompressionshubes durchführt. Dies erleichtert eine präzise Unterdrückung des Klopfens.
Figurenliste
Die oben genannten und andere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Die Figuren zeigen:

1 eine Vorderquerschnittsansicht, welche ein Verbrennungssystem einer ersten Ausführungsform veranschaulicht;
2 ein Zeitdiagramm, das eine normale Steuerung, eine Einstellsteuerung und eine Verzögerungssteuerung veranschaulicht;
3 eine Draufsicht im Querschnitt, welche das Innere einer Brennkammer unmittelbar nach der Zündung während der normalen Steuerung veranschaulicht;
4 eine Vorderquerschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang einer Linie IV - IV in 3 veranschaulicht;
5 eine vordere Querschnittsansicht, die das Innere der Brennkammer unmittelbar vor der Zündung während der Einstellsteuerung veranschaulicht;
6 eine Vorderquerschnittsansicht, die das Innere der Brennkammer unmittelbar nach der nachfolgenden Zündung veranschaulicht;
7 ein Flussdiagramm, welches eine Steuerung durch das Verbrennungssystem veranschaulicht;
8 eine Draufsicht, die das Innere der Brennkammer unmittelbar nach der Zündung während der normalen Steuerung in einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
9 eine vordere Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang einer Linie IX-IX in 8 veranschaulicht.
10 eine vordere Querschnittsansicht, die das Innere der Brennkammer unmittelbar vor der Zündung während der Einstellsteuerung veranschaulicht; und
11 eine vordere Querschnittsansicht, die das Innere der Brennkammer unmittelbar nach der nachfolgenden Zündung veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angegeben werden. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist und umgesetzt werden kann, indem sie in geeigneter Weise in einem Umfang modifiziert wird, der sich nicht von dem Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung entfernt.
Erste Ausführungsform
Zunächst wird eine Beschreibung eines Umrisses der vorliegenden Ausführungsform angegeben werden. Wie in 1 veranschaulicht, ist ein Verbrennungssystem 70 in Bezug auf einen Motor 91 angeordnet. Das Verbrennungssystem 70 beinhaltet eine Einspritzvorrichtung 40, eine Zündkerze 50 und eine Steuereinheit 60. Die Einspritzvorrichtung 40 spritzt einen Kraftstoff in eine Brennkammer 38 des Motors 91. Die Zündkerze 50 führt eine Zündung I des Kraftstoffs in der Brennkammer 38 durch. Die Steuereinheit 60 beinhaltet eine normale Steuereinheit 65, eine Einstellsteuereinheit 66 und eine Verzögerungssteuereinheit 67 bzw. Nachlaufsteuereinheit 67. Die normale Steuereinheit 65 führt eine normale Steuerung α aus, die in 2(a) veranschaulicht wird. In der normalen Steuerung α führt die Einspritzvorrichtung 40 eine vorbestimmte normale Einspritzung F durch, und anschließend führt die Zündkerze 50 die Zündung I durch.
Die 3 und 4 veranschaulichen das Innere der Brennkammer 38 unmittelbar nach der Zündung während der Ausführung der normalen Steuerung α. Im Folgenden wird angenommen, dass ein vorbestimmter Bereich in der Brennkammer 38, in dem, wenn die normale Steuerung α durchgeführt wird, die Ausbreitung der Flamme P im Vergleich zu dem in einem anderen Abschnitt verzögert wird, ein „Verzögerungsbereich D“ ist, und ein Zustand, in dem, wenn die normale Steuerung α durchgeführt wird, eine Selbstzündung im Kraftstoff im Verzögerungsbereich D auftritt, ein „Klopfzustand“ ist. Im Folgenden wird auch angenommen, dass eine Richtung von einem Auslasskanal 28 des Motors 91 zu einem Einlasskanal 22 davon eine „Einlassrichtung d1“ bzw. „Ansaugrichtung d1“ ist und eine Richtung entgegengesetzt zu der Einlassrichtung d1 eine „Auslassrichtung d2“ bzw. „Abgasrichtung d2“ ist.
Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, weist der Motor 91 in der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration auf, bei der in mindestens einem vorbestimmten Zustand ein in einem Ansaugtakt erzeugter Drall At bis zu einer zweiten Hälfte eines Kompressionshubs aufrechterhalten wird, um den Verzögerungsbereich D auf einer Ansaugseite d1 der Brennkammer 38a in Bezug auf eine Mitte davon zu bilden.
Wie in 5 veranschaulicht wird, ist die Einspritzvorrichtung 40 dazu konfiguriert, eine größere Menge des Kraftstoffs auf der Seite der Ansaugrichtung d1 als auf einer Seite der Abgasrichtung d2 einzuspritzen. In der Einspritzvorrichtung 40 ist ein Einspritzloch 44 mit einer Zerstäubungsstruktur zum Zerstäuben des Kraftstoffs und Einspritzen des zerstäubten Kraftstoffs vorgesehen. Die Zerstäubungsstruktur umfasst entweder eine sich erweiternde Struktur, die sich verjüngt oder eine stufenförmige Konfiguration mit Vorschub auf einer Einspritzrichtungsseite und eine ovale Struktur mit einer ovalen Öffnung.
Wenn der Klopfzustand hergestellt ist, führt die Einstellsteuereinheit 66 die in (b) in 2 veranschaulichte Einstellsteuerung β durch, um die Selbstzündung zu unterdrücken. Bei der Einstellsteuerung β führt die Einspritzvorrichtung 40 eine vorgegebene Haupteinspritzung Fm und in der zweiten Hälfte des nachfolgenden Kompressionshubes auch eine vorgegebene Teileinspritzung Fs durch. Somit wird, wie in 5 veranschaulicht wird, eine Kraftstoffverteilung in der Brennkammer 38 an eine Kraftstoffverteilung angepasst, die eine Ausbreitung der Flamme P in den Verzögerungsbereich D erleichtert, als in einem Fall, in dem die normale Einspritzung F durchgeführt wird. In dem Kraftstoffverteilungszustand, wie in 6 veranschaulicht, führt die Zündkerze 50 die Zündung I durch.
Wie in 5 oder dergleichen veranschaulicht, weist das Verbrennungssystem 70 elektromagnetische Sensoren 34 auf, die eine elektromagnetische Welle erfassen, die in der Brennkammer 38 erzeugt wird. Es gibt die Vielzahl von elektromagnetischen Sensoren 34, die nebeneinander auf einer äußeren Umfangsfläche der Zündkerze 50 vorgesehen sind, um in einer Umfangsrichtung voneinander beabstandet zu sein. Die Einstellsteuereinheit 66 erfasst auf der Grundlage der durch die elektromagnetischen Sensoren 34 erfassten elektromagnetischen Welle eine Verzögerungsbereichsinformation bzw. Verzögerungsbereichsinformationen, die sich auf den Verzögerungsbereich D bezieht, und führt die Einstellsteuerung β auf der Grundlage der Verzögerungsbereichsinformation bzw. der Verzögerungsbereichsinformationen durch.
Die Einstellsteuereinheit 66 steuert auf der Grundlage einer Intensität eines Luftstroms in der Brennkammer 38 einen Teileinspritzdruck, der ein Einspritzdruck in der Teileinspritzung Fs ist. Insbesondere dann, wenn die Intensität des Luftstroms höher ist als diejenige, wenn die Intensität des Luftstroms eine vorbestimmte Intensität ist, steuert die Einstelleinheit 66 den Teileinspritzdruck derart, dass der Teileinspritzdruck zunimmt.
Die Verzögerungssteuereinheit 67 führt eine Verzögerungssteuerung γ durch, die in 2(c) veranschaulicht wird. Bei der Verzögerungssteuerung γ handelt es sich um eine Steuerung, bei der der Zündzeitpunkt I später liegt als bei der Normalsteuerung α und der Einstellsteuerung β.
Wie in 1 veranschaulicht wird, beinhaltet die Steuereinheit 60 ferner eine Klopfbestimmungseinheit 62 und eine Abgasbestimmungseinheit 63. Die Klopfbestimmungseinheit 62 bestimmt, ob der Klopfzustand hergestellt ist oder nicht.
Die Abgasbestimmungseinheit 63 bestimmt, ob ein Abgaszustand in einen vorbestimmten zulässigen Bereich fällt oder nicht, selbst wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird. Insbesondere berechnet die Abgasbestimmungseinheit 63 eine Menge an CO-Emission (Kohlenmonoxid), die emittiert wird, wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird, und bestimmt, dass der Abgaszustand unter der Bedingung, dass die berechnete Menge der CO-Emission kleiner als ein vorbestimmter CO-Toleranzschwellenwert ist, selbst wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird, in den vorbestimmten zulässigen Bereich fällt. Die Abgasbestimmungseinheit 63 berechnet ferner eine Menge an Emission von PM (teilchenförmiger Substanz), die emittiert wird, wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird, und bestimmt, dass der Abgaszustand innerhalb des vorbestimmten zulässigen Bereichs liegt, selbst wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird, unter der Bedingung, dass die berechnete Menge der PM-Emission kleiner ist als ein vorbestimmter PM-Toleranzschwellenwert.
In einem Fall, bei dem durch die Klopfbestimmungseinheit 62 bestimmt wird, dass der Klopfzustand nicht hergestellt ist, führt die Steuereinheit 60 die normale Steuerung α aus, die in (a) in 2 veranschaulicht ist. Währenddessen führt die Steuereinheit 60 in einem Fall, in dem durch die Klopfbestimmungseinheit 62 bestimmt wird, dass der Klopfzustand hergestellt wird, und es wird durch die Abgasbestimmungseinheit 63 bestimmt, dass der Abgaszustand in den zulässigen Bereich fällt, selbst wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird, die Einstellsteuerung β durch, die in (b) in 2 veranschaulicht wird. Währenddessen führt die Steuereinheit 60 in einem Fall, bei dem durch die Klopfbestimmungseinheit 62 bestimmt wird, dass der Klopfzustand hergestellt ist, und bei dem durch die Abgasbestimmungseinheit 63 bestimmt wird, dass der Abgaszustand nicht in den zulässigen Bereich fällt, wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird, die Verzögerungssteuerung γ durch, die in (c) in 3 veranschaulicht ist.
Eine Beschreibung von Einzelheiten der vorliegenden Ausführungsform wird angegeben werden.
1 eine Querschnittsansicht, die das Verbrennungssystem 70 in der ersten Ausführungsform und die Umgebung davon veranschaulicht. Der Motor 91 ist eine Viertaktmaschine, bei der ein Verbrennungszyklus vier Hübe beinhaltet, die der Ansaughub, der Kompressionshub, ein Expansionshub bzw. Ausdehnungshub und ein Abgashub sind. Der Motor 91 weist einen Zylinder 30 und einen Kopf 20 auf, die an einem oberen Abschnitt davon angebracht sind.
Eine Beschreibung wird nachfolgend gemäß der Zeichnung unter der Annahme gegeben werden, dass eine Längsrichtung einer Mittellinie des Zylinders 30 eine vertikale Richtung ist. Allerdings können der Verbrennungsmotor 91 und das Verbrennungssystem 70 in einer beliebigen Richtung angeordnet sein, sodass z. B. der Verbrennungsmotor 91 und das Verbrennungssystem 70 angeordnet sind, wobei die Mittellinie schräg zur vertikalen Richtung verläuft, oder dass der Verbrennungsmotor 91 und das Verbrennungssystem 70 angeordnet sind, wobei die Mittellinie in einer horizontalen Richtung ausgerichtet ist.
Im Zylinder 30 ist ein Kolben 35 angeordnet. Der Kolben 35 ist über ein Verbindungsglied 36 mit einer Kurbelwelle (deren Darstellung weggelassen ist) verbunden, um sich mit Drehung der Kurbelwelle vertikal zu bewegen. Oberhalb des Kolbens 35 ist die Brennkammer 38 ausgebildet.
Der Kopf 20 ist mit einem Einlasskanal 21 zum Ein- bzw. Ansaugen eines Gases in die Brennkammer 38 und mit einem Auslasskanal 29 zum Ablassen des Gases aus dem Inneren der Brennkammer 38 versehen. Eine Öffnung des Einlasskanals 21 in der Brennkammer 38 bildet den Einlasskanal 22, während eine Öffnung des Auslasskanals 29 in der Brennkammer 38 den Auslasskanal 28 bildet.
Dann wird in dem Ansaugkanal 21 ein Ansaugventil 23 angeordnet, während in dem Auspuffkanal 29 ein Auspuffventil 27 angeordnet wird. Das Einlassventil 23 wird durch einen Einlassnocken (dessen Darstellung weggelassen ist) angetrieben, während das Auslassventil 27 durch einen Auslassnocken (dessen Darstellung weggelassen ist) angetrieben wird. Zusätzlich sind an einem Abschnitt des Kopfs 20, der sich an einem Mittelabschnitt eines Deckenabschnitts der Brennkammer 38 befindet, die Einspritzvorrichtung 40 und die Zündkerze 50 angeordnet.
Im Motor 91 sind ein Kurbelwinkelsensor 31, ein Innendrucksensor 32 und ein Vibrationssensor 33 angeordnet. Der Kurbelwinkelsensor 31 erfasst einen Drehwinkel der Kurbelwelle. Der Innendrucksensor 32 erfasst einen Druck in der Brennkammer 38. Der Vibrationssensor 33 erfasst eine Vibration, die in dem Motor 91 erzeugt wird.
Der elektromagnetische Sensor 34 ist an einem unteren Endabschnitt der Zündkerze 50 in der Brennkammer 38 bereitgestellt. Der elektromagnetische Sensor 34 kann z. B. ein Sensor sein, der einen sichtbaren Lichtstrahl erfasst, d. h. ein optischer Sensor, der eine Wellenlänge von Chemilumineszenz oder dergleichen erfasst, oder ein Infrarotsensor, der einen Infrarotstrahl erfasst. Wenn der elektromagnetische Sensor 34 der optische Sensor ist, erfasst die Einstellsteuereinheit 66 auf der Grundlage z. B. des durch den elektromagnetischen Sensor 34 erfassten sichtbaren Lichtstrahls, d. h. der Wellenlänge der erfassten Chemilumineszenz oder dergleichen, Verbrennungsinformationen, die sich auf die Verbrennung beziehen, und erfasst auf der Grundlage der Verbrennungsinformationen die Verzögerungsbereichsinformationen. In diesem Fall erfasst (schätzt) die Einstellsteuereinheit 66 auf der Grundlage der Verbrennungsinformationen vor der vorherigen Verbrennung die Verzögerungsbereichsinformationen unmittelbar vor der aktuellen Zündung. Beispiele für die Verzögerungsbereichsinformationen umfassen eine Position des Verzögerungsbereichs D, den Zeitpunkt der Erzeugung des Verzögerungsbereichs D, die Leichtigkeit des Auftretens der Selbstzündung in dem Verzögerungsbereich D und dergleichen.
Wenn der elektromagnetische Sensor 34 der Infrarotsensor ist, erfasst die Einstellsteuereinheit 66 auf der Grundlage beispielsweise des durch den elektromagnetischen Sensor 34 erfassten Infrarotstrahls Verteilungsinformationen, die sich auf eine Verteilung des Kraftstoffs beziehen, und erfasst auf der Grundlage der Verteilungsinformationen die verzögerten Bereichsinformationen. In diesem Fall erfasst die Einstellsteuereinheit 66 beispielsweise auf der Grundlage der aktuellen Verteilungsinformationen die aktuellen Verzögerungsbereichsinformationen.
Die Klopfbestimmungseinheit 62 kann eine Klopfbestimmung auf der Grundlage z. B. eines Ergebnisses der Erkennung der Schwingung durch den Schwingungssensor 33 durchführen oder kann auch die Klopfermittlung auf der Grundlage eines Ergebnisses der Erkennung einer elektromagnetischen Welle durch den elektromagnetischen Sensor 34 durchführen. Alternativ kann die Klopfbestimmungseinheit 62 auch die Klopfbestimmung auf der Grundlage verschiedener Parameter wie z. B. Umdrehungen der Motor 91, einer Last und einer Wassertemperatur durchführen oder kann auch eine umfassende Klopfbestimmung auf der Grundlage einer Kraftstoffeigenschaftsbestimmung durchführen, die eine Eigenschaft des Kraftstoffs zusätzlich zu diesen verschiedenen Parametern bestimmt.
Die Berechnung der Menge der PM-Emission in der Abgasbestimmungseinheit 63 kann z. B. auch die Berechnung der Anzahl von emittierten PM-Partikeln (PN) oder die Berechnung einer Masse des emittierten PM sein.

(a) in 2 ein Zeitdiagramm, das die normale Steuerung α veranschaulicht, die durch die normale Steuereinheit 65 durchgeführt wird. Die normale Einspritzung F spritzt im Ansaugtakt den gesamten Kraftstoff ein, der in einem Verbrennungszyklus eingespritzt werden soll, d. h. den gesamten Kraftstoff, der erforderlich ist, um ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 38 zu erreichen. Die Einspritzung I erfolgt am Ende des Kompressionshubes.
(b) in 2 ein Zeitdiagramm, das die von der Einstellsteuereinheit 66 durchgeführte Einstellsteuerung β veranschaulicht. Bei der Haupteinspritzung Fm wird der in einem Verbrennungszyklus einzuspritzende Kraftstoff, d. h. ein Großteil des Kraftstoffs, der benötigt wird, um das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 38 mit Ausnahme eines Teils davon zu erreichen, eingespritzt, und bei der Teileinspritzung Fs wird der verbleibende Teil eingespritzt. Die Zündung I erfolgt am Ende des Kompressionshubes.
(c) in 2 ein Zeitdiagramm, das die Verzögerungssteuerung γ veranschaulicht, die durch die Verzögerungssteuereinheit 67 durchgeführt wird. In gleicher Weise wie bei der normalen Steuerung α erfolgt die normale Einspritzung F. Dann wird die Einspritzung I zu einem Zeitpunkt später als der Zündzeitpunkt sowohl in der normalen Steuerung α als auch in der Einstellsteuerung β durchgeführt. Der Zeitpunkt der Zündung I kann am Ende des Kompressionshubs, an einem oberen Verdichtungstotpunkt oder in einer ersten Hälfte des Ausdehnungs- bzw. Expansionstakts liegen.

Die in (b) in 2 veranschaulichte Einstellsteuerung β ist der in (c) in 2 veranschaulichten Verzögerungssteuerung γ insofern überlegen, als eine Drehmomentreduzierung von einem Drehmoment in der in (a) in 2 veranschaulichten Normalsteuerung α kleiner als in der in (c) in 2 veranschaulichten Verzögerungssteuerung ist. Im Folgenden wird ein Grund für eine solche kleinere Drehmomentreduzierung beschrieben werden. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass der Zeitpunkt des Erreichens eines Zustands, in dem 50 % des Kraftstoffs in der Kraftstoffkammer 38 verbrannt werden, als ein „Verbrennungsschwerkraftzentrum B“ bezeichnet wird. Wenn der Verbrennungsschwerpunkt B ein vorbestimmter optimaler Verbrennungsschwerpunkt ist (z. B. 10 Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung), kann ein höchstes Drehmoment erhalten werden. Dann wird bei der in (a) in 2 dargestellten Normalsteuerung α der Verbrennungsschwerpunkt B als optimaler Verbrennungsschwerpunkt gesteuert. In der Zwischenzeit liegt bei der in (c) in 2 veranschaulichten Verzögerungssteuerung γ als Ergebnis der Verzögerungssteuerung der Zündung I das Verbrennungsschwerkraftzentrum B hinter dem optimalen Verbrennungsschwerkraftzentrum zurück. Auch bei der in 2 in (b) dargestellten Einstellsteuerung β liegt der Verbrennungsschwerpunkt B geringfügig hinter dem optimalen Verbrennungsschwerpunkt zurück. Der Nachlauf ist jedoch nicht so groß wie bei der Verzögerungssteuerung γ. Folglich ist bei der Einstellsteuerung β die Drehmomentreduktion aus dem Drehmoment in der Normalsteuerung α kleiner als die in der Verzögerungssteuerung γ.
Die Einstellsteuerung β hat jedoch insofern ein Problem, als eine Menge der Emission von PM oder CO wahrscheinlich zunehmen wird. Denn in der Einstellsteuerung β ist eine Zeitdauer von der Teileinspritzung Fs bis zur Zündung I, d.h. eine Zeitdauer zum Verdampfen des in die Teileinspritzung Fs eingespritzten Kraftstoffs, tendenziell unzureichend. Daher wird, wie oben beschrieben, auf der Grundlage der Bestimmung durch die Abgasbestimmungseinheit 63 ausgewählt, ob die Einstellsteuerung β durchgeführt werden soll oder die Verzögerungssteuerung γ durchgeführt werden soll.
3 eine Draufsicht, die das Innere der Brennkammer 38 unmittelbar nach der Zündung während der Ausführung der normalen Steuerung α veranschaulicht, und 4 eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang einer Linie IV-IV in 3 veranschaulicht.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der im Ansaughub in der Brennkammer 38 erzeugte Drall At auch während einer hohen Umdrehung des Motors 91 oder dergleichen bis zur zweiten Hälfte des Kompressionshubs aufrechterhalten. Wie in 4 veranschaulicht, ist der Drall At eine ringförmige Strömung, die in einem oberen Teil der Brennkammer 38 in der Abgasrichtung d2 strömt, während sie in einem unteren Teil der Brennkammer 38 in der Ansaugrichtung d1 strömt. Aufgrund des Dralls At ist die Ausbreitung der Flamme P auf der Abgasseite d2 schneller, während die Ausbreitung derselben in der Ansaugrichtung d1 langsamer ist. Folglich wird das Eintreffen der Flamme P an einem Endabschnitt in der Ansaugrichtung d1 in der Brennkammer 38 verzögert, um den Verzögerungsbereich D in dem Endabschnitt in der Ansaugrichtung d1 zu erzeugen. Wenn jedoch der oben beschriebene Klopfzustand nicht erreicht wird, wird die normale Steuerung α durchgeführt.
5 eine vordere Querschnittsansicht, die das Innere der Brennkammer 38 vor der Zündung während der Ausführung der Einstellsteuerung β veranschaulicht. Eine Mittellinie des Einspritzlochs 44 weist mehr in die Ansaugrichtung d1 als direkt nach unten. Dementsprechend weitet sich durch die Teileinspritzung Fs ein fetter Bereich R als ein Bereich mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Ansaugseite d1 von der Einspritzvorrichtung 40 aus weit aus. Durch die Ausdehnung des fetten Bereichs R auf der Ansaugseite d1 wird die Kraftstoffverteilung in der Brennkammer 38 zu einer Kraftstoffverteilung, die die Ausbreitung der Flamme P in den Verzögerungsbereich D erleichtert.
Im Zustand der Kraftstoffverteilung, wenn die Zündkerze 50 den Kraftstoff zündet, wie in 6 veranschaulicht, beschleunigt der fette Bereich R die Ausbreitung der Flamme P in der Ansaugrichtung d1, um die Flamme P schnell in der Ansaugrichtung d1 zu verbreiten. Währenddessen wird die Ausbreitung der Flamme P in Abgasrichtung d2 geringfügig verzögert, da eine Haupteinspritzmenge als Einspritzmenge in der Haupteinspritzung Fm um eine Teileinspritzmenge gegenüber der Haupteinspritzmenge in der Normaleinspritzung F in der Normalsteuerung α reduziert wird. Folglich ist es wahrscheinlich, dass sich die Flamme P gleichmäßig in der Ansaugrichtung d1 und in der Abgasrichtung d2 ausbreitet. Im Ergebnis wird eine Verzögerung der Ausbreitung der Flamme P in den Verzögerungsbereich D unterdrückt. Dies unterdrückt die Selbstzündung im Verzögerungsbereich D und hemmt das Auftreten des Klopfens.
7 ein Flussdiagramm, welches eine Steuerung durch die Steuereinheit 60 veranschaulicht. Im Folgenden entspricht S621 einer Funktion der Klopfermittlungseinheit bzw. Klopfbestimmungseinheit 62 und S631 bis S632 einer Funktion der Abgasbestimmungseinheit 63. Auch im Folgenden entspricht S651 einer Funktion der normalen Steuereinheit 65, S661 bis S666 einer Funktion der Einstellsteuereinheit 66 und S671 einer Funktion der Verzögerungssteuereinheit 67.
In der Steuerung, die in 7 veranschaulicht ist, führt die Klopfbestimmungseinheit 62 zuerst eine Klopfbestimmung durch, um zu bestimmen, ob der Klopfzustand hergestellt ist oder nicht (S621). Wenn bestimmt wird, dass der Klopfzustand nicht hergestellt ist (Nein in S621), führt die normale Steuereinheit 65 die normale Steuerung α durch (S651).
Dagegen berücksichtigt die Einstellsteuereinheit 66 die Einstellsteuerung β (S661 bis S664, S631 bis S632), wenn bestimmt wird, dass der Klopfzustand in S621 festgelegt ist (JA in S621). Insbesondere wird zuerst die Verzögerungsbereichsinformation bzw. werden die Verzögerungsbereichsinformationen auf der Grundlage der elektromagnetischen Welle erfasst, die durch den elektromagnetischen Sensor 34 erfasst wird (S661). Anschließend wird auf der Grundlage der Verzögerungsbereichsinformation die zur Unterdrückung der Selbstzündung erforderliche Teileinspritzmenge berechnet (S662). Dann wird auf der Grundlage der Teileinspritzmenge ein Verhältnis der Teileinspritzmenge zu einer Gesamteinspritzmenge, die innerhalb eines Verbrennungszyklus gegeben ist, und der Haupteinspritzmenge berechnet (S663). Dann wird ein Strömungszustand in der Brennkammer 38 berechnet und auf der Grundlage des Strömungszustands wird der Teileinspritzdruck berechnet (S664), der erforderlich ist, um zu bewirken, dass die Teileinspritzung Fs ein Ziel erreicht. Dementsprechend wird die Steuerung derart durchgeführt, dass, wenn der Luftstrom in der Brennkammer 38 intensiver ist, der Teileinspritzdruck höher ist. Dann wird auf der Grundlage des Teileinspritzdrucks und des Durchflusszustands eine erforderliche Zeit berechnet, die eine Zeit ist, die erforderlich ist, damit der Kraftstoff das Ziel erreicht, und aus der erforderlichen Zeit wird der Teileinspritzzeitpunkt als Zeitpunkt der Bereitstellung der Teileinspritzung Fs berechnet (S665).
Dann berechnet die Abgasbestimmungseinheit 63 Emissionsmengen von CO und PM, die emittiert werden, wenn die Teileinspritzung Fs mit der Teileinspritzmenge, dem Teileinspritzdruck und dem Teileinspritzzeitpunkt durchgeführt wird (S631). Dann wird bestimmt, ob die berechnete Menge der CO-Emission kleiner als der CO-Toleranzschwellenwert ist oder nicht und die berechnete Menge der PM-Emission kleiner als der PM-Toleranzschwellenwert ist (S632). Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist (Nein in S632), kann die Einstellsteuerung β nicht durchgeführt werden, und daher führt die Verzögerungssteuereinheit 67 die Verzögerungssteuerung γ durch (S671). Währenddessen führt die Einstellsteuereinheit 66 die Einstellsteuerung β (S666) durch, wenn die oben beschriebene Bedingung erfüllt ist (JA in S632).
Es ist zu beachten, dass die Berechnung der Teileinspritzmenge in S662 auf der Grundlage z. B. einer Karte oder eines numerischen Ausdrucks durchgeführt werden kann, der eine Beziehung zwischen der Verzögerungsbereichsinformation und der Teileinspritzmenge darstellt. Die Berechnung des Durchflusszustands in S664 kann z. B. auf der Grundlage eines Kennfelds oder eines numerischen Ausdrucks durchgeführt werden, der eine Beziehung zwischen einem Zustand, in dem der Motor 91 angetrieben wird, und dem Durchflusszustand darstellt. Die Berechnung des Teileinspritzdrucks in S664 kann z. B. auf der Grundlage eines Kennfelds oder eines numerischen Ausdrucks durchgeführt werden, der eine Beziehung zwischen dem Durchflusszustand und dem Teileinspritzdruck darstellt. Die Berechnung der erforderlichen Zeit in S665 kann auf der Grundlage z. B. einer Karte oder eines numerischen Ausdrucks durchgeführt werden, der eine Beziehung zwischen jedem von dem Teileinspritzdruck und dem Durchflusszustand und der erforderlichen Zeit darstellt. Die Menge der CO-Emission in S631 kann z. B. auf Grundlage einer Karte oder eines numerischen Ausdrucks berechnet werden, die eine Beziehung zwischen dem Zustand, in dem der Motor 91 angetrieben wird, und der Menge der CO-Emission darstellt. Die Menge der PM-Emission in S631 kann z. B. auf Grundlage einer Karte oder eines numerischen Ausdrucks berechnet werden, der eine Beziehung zwischen dem Zustand, in dem der Motor 91 angetrieben wird, und der Menge der PM-Emission darstellt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der folgende Effekt erhalten werden. In der Einstellsteuerung β wird die Haupteinspritzung Fm durchgeführt und dann wird die Teileinspritzung Fs in der zweiten Hälfte des Kompressionshubs durchgeführt, um die Kraftstoffverteilung in der Brennkammer 38 an die Kraftstoffverteilung anzupassen, was eine leichtere Ausbreitung der Flamme P zu dem Verzögerungsbereich D ermöglicht, und dann wird die Zündung I durchgeführt. Mit anderen Worten, entgegen der Idee der oben beschriebenen Hintergrundtechnologie, die einen Bereich steuert, in dem die Selbstzündung bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterdrückt werden soll, erleichtert die Einstellsteuerung β im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ausbreitung der Flamme P in den Verzögerungsbereich D, in dem die Selbstzündung unterdrückt werden soll. Durch die Ausbreitung der Flamme P in den Verzögerungsbereich D wird die Selbstzündung im Verzögerungsbereich D unterbunden, um das Klopfen zu unterbinden. Zusätzlich wird bei der Einstellsteuerung β die Teileinspritzung Fs in der zweiten Hälfte des Kompressionshubes durchgeführt. Im Ergebnis ist es gegenüber der Hintergrundtechnik, die die Teileinspritzung in der ersten Hälfte des Kompressionshubes vornimmt, einfacher, die Kraftstoffverteilung in der Brennkammer 38 unmittelbar vor der Zündung wie vorgesehen zu steuern und das Klopfen genau zu unterdrücken.
Darüber hinaus erfasst die Einstellsteuereinheit 66 die Verzögerungsbereichsinformationen auf der Grundlage der von dem elektromagnetischen Sensor 34 erfassten elektromagnetischen Welle und führt die Einstellsteuerung β auf der Grundlage der Verzögerungsbereichsinformationen durch, d. h. auf der Grundlage von Informationen wie der Position des Verzögerungsbereichs D, dem Zeitpunkt der Erzeugung des Verzögerungsbereichs D und dem leichten Auftreten der Selbstzündung in dem Verzögerungsbereich D. Daher ist es möglich, die Einstellsteuerung β genauer durchzuführen, als in einem Fall, in dem z. B. die Einstellsteuerung β nicht auf der Grundlage der Verzögerungsbereichsinformationen durchgeführt wird, sondern lediglich auf der Grundlage z. B. eines Ergebnisses einer Klopferfassung oder einer Klopfintensität.
Der elektromagnetische Sensor 34 beinhaltet eine Vielzahl von elektromagnetischen Sensoren, die nebeneinander an der äußeren Umfangsfläche der Zündkerze 50 vorgesehen sind, um in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet zu sein. Dadurch kann eine Konfiguration zum Erfassen einer erforderlichen elektromagnetischen Welle in der Brennkammer 38 effizient gebildet werden.
Zusätzlich kann auch der folgende Effekt erzielt werden. Bei dem Motor 91 in einer Form, bei der der im Ansaugtakt erzeugte Drall At bis zur zweiten Hälfte des Kompressionshubs wie bei der vorliegenden Ausführungsform aufrechterhalten wird, ist der Verzögerungsbereich D auf der Ansaugseite d1 der Brennkammer 38 relativ zu deren Mitte ausgebildet. In dieser Hinsicht ist die Einspritzvorrichtung 40 in der vorliegenden Ausführungsform dazu konfiguriert, eine größere Menge des Kraftstoffs auf der Seite der Einlassrichtung d1 als auf der Seite der Abgasrichtung d2 einzuspritzen. Daher ist es möglich, den fetten Bereich R auf der Ansaugseite d1 durch die Teileinspritzung Fs zu bilden und eine effiziente Ausbreitung der Flamme P zu dem Verzögerungsbereich D zu ermöglichen.
Zusätzlich führt das Verbrennungssystem 70 die Einstellsteuerung β oder die Verzögerungssteuerung γ unter der Bedingung durch, dass durch die Klopfbestimmungseinheit 62 bestimmt wird, dass der Klopfzustand hergestellt ist. Folglich ist es möglich, eine Ausführung der Einstellsteuerung β oder der Verzögerungssteuerung γ zu vermeiden, auch wenn deren Ausführung nicht erforderlich ist.
Zusätzlich führt das Verbrennungssystem 70 die Einstellsteuerung β durch, wenn bestimmt wird, dass der Klopfzustand hergestellt ist und bestimmt wird, dass der Abgaszustand in den zulässigen Bereich fällt, selbst wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird. Im Ergebnis ist es möglich, ein Drehmoment abzugeben, das höher ist als dasjenige, das abgegeben wird, wenn die Verzögerungssteuerung γ durchgeführt wird. Dagegen führt das Verbrennungssystem 70 die Verzögerungssteuerung γ durch, wenn bestimmt wird, dass der Klopfzustand hergestellt ist und bestimmt wird, dass der Abgaszustand nicht in den zulässigen Bereich fällt, wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird. Daher ist es möglich, das Klopfen zu unterbinden, während ermöglicht wird, dass der Abgaszustand in den zulässigen Bereich fällt.
Die Abgasbestimmungseinheit 63 berechnet die Menge der Emission von CO, die emittiert wird, wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird, und bestimmt, dass der Abgaszustand unter der Bedingung, dass die berechnete Menge der CO-Emission kleiner als der CO-Toleranzschwellenwert ist, in den zulässigen Bereich fällt, selbst wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird. Dies kann verhindern, dass die Menge der CO-Emission den CO-Toleranzschwellenwert überschreitet.
Zusätzlich berechnet die Abgasbestimmungseinheit 63 die Menge der Emission von PM, die emittiert wird, wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird, und bestimmt, dass der Abgaszustand innerhalb des zulässigen Bereichs liegt, selbst wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird, unter der Bedingung, dass die berechnete Menge der PM-Emission kleiner als der PM-Toleranzschwellenwert ist. Dies kann verhindern, dass die Menge der PM-Emission den PM-Toleranzschwellenwert überschreitet.
Die Einstellsteuereinheit 66 erhöht den Teileinspritzdruck, wenn die Intensität der Luftströmung in der Brennkammer 38 höher ist als diejenige, wenn die Intensität der Luftströmung in der Brennkammer 38 schwach ist. Infolgedessen ist es selbst bei einer intensiven Luftströmung in der Brennkammer 38 einfacher, eine beabsichtigte Kraftstoffverteilung zu implementieren, und es ist möglich, die Ausbreitung der Flamme P in den Verzögerungsbereich D zu erleichtern.
Zusätzlich ist die Einspritzvorrichtung 40 mit dem Einspritzloch 44 versehen, das die Zerstäubungsstruktur aufweist, und dementsprechend ist es wahrscheinlich, dass der Kraftstoff, der von dem Einspritzloch 44 eingespritzt wird, kleinere Partikeldurchmesser aufweist. Im Ergebnis ist es möglich, die Verdampfung des Kraftstoffs zu beschleunigen und die Mengen der CO- und PM-Emissionen effizient zu reduzieren.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform angegeben werden. In den folgenden Ausführungsformen werden Elemente, die mit denen in der vorherigen Ausführungsform und dergleichen identisch sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Motor ist jedoch durch ein von einer Ausführungsform zur anderen unterschiedliches Bezugszeichen gekennzeichnet. Von der vorliegenden Ausführungsform wird eine Beschreibung auf der Grundlage der ersten Ausführungsform gegeben, wobei ein anderer Punkt als bei der ersten Ausführungsform hervorgehoben wird.
Zunächst wird eine Beschreibung eines Umrisses der vorliegenden Ausführungsform angegeben werden. Wie in den 8 und 9 veranschaulicht, weist ein Verbrennungsmotor 92 in der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration auf, bei der sich ein in dem Ansaughub erzeugter Drall in den Drall wie in dem Kompressionshub ändert, um den Verzögerungsbereich D auf der Abgasrichtungsseite d2 der Brennkammer 38 relativ zu deren Mitte zu bilden. Wie in 10 veranschaulicht wird, ist die Einspritzvorrichtung 40 dazu konfiguriert, eine größere Menge des Kraftstoffs auf der Seite der Abgasrichtung d2 als auf der Seite der Ansaugrichtung d1 einzuspritzen.
Als nächstes wird eine Beschreibung der Details der vorliegenden Ausführungsform angegeben werden.
8 eine Draufsicht, die das Innere der Brennkammer 38 unmittelbar nach der Zündung während der Ausführung der Normalsteuerung α veranschaulicht. 9 eine Querschnittsansicht, welche einen Querschnitt entlang einer Linie IX-IX in 8 veranschaulicht.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird während der hohen Umdrehung des Motors oder dergleichen eine sich horizontal erstreckende Drehachse des Dralls, der bei dem Ansaughub in der Brennkammer 38 erzeugt wird, in zwei unterteilt, die jeweils der vertikalen Richtung bei dem Kompressionshub zugewandt sind, was zu einer Erzeugung des ω-Dralls bzw. -Wirbels As führt. Wie in 8 veranschaulicht, ist der ω-Wirbel As eine Strömung, die in der Draufsicht wie ein Buchstabe „ω“ geformt ist, der in der Ansaugrichtung d1 in dem Mittelabschnitt der Brennkammer 38 strömt, während er in der Abgasrichtung d2 auf beiden Seiten davon strömt. Der ω-Drall bzw. -Wirbel As beschleunigt die Ausbreitung der Flamme P auf der Ansaugseite d1, wie in 9 veranschaulicht, während die Ausbreitung davon in der Abgasrichtung d2 verzögert wird. Infolgedessen wird das Eintreffen der Flamme P am Endabschnitt in der Abgasrichtung d2 in der Brennkammer 38 verzögert und der Verzögerungsbereich D wird am Endabschnitt in der Abgasrichtung d2 erzeugt. Wenn jedoch der oben beschriebene Klopfzustand nicht erreicht wird, wird die normale Steuerung α durchgeführt.
10 eine vordere Querschnittsansicht, die das Innere der Kraftstoffbrennkammer 38 vor der Zündung während der Ausführung der Einstellsteuerung β veranschaulicht. Die Mittellinie des Einspritzlochs 44 weist mehr in Richtung der Abgasrichtung d2 als direkt nach unten. Dementsprechend dehnt sich aufgrund der Teileinspritzung Fs der fette Bereich R als der Bereich mit dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Seite der Abgasrichtung d2 von der Einspritzvorrichtung 40 aus. Aufgrund der Ausdehnung des fetten Bereichs R auf der Seite der Abgasrichtung d2 wird die Kraftstoffverteilung in der Brennkammer 38 zu einer Kraftstoffverteilung, die die Ausbreitung der Flamme P in den Verzögerungsbereich D erleichtert.
Wie in 11 veranschaulicht, beschleunigt der fette Bereich R die Ausbreitung der Flamme P in der Abgasrichtung d2, wenn die Zündkerze 50 den Kraftstoff in dem Zustand dieser Kraftstoffverteilung zündet, um die Flamme P schnell in der Abgasrichtung d2 zu verbreiten. Währenddessen wird die Ausbreitung der Flamme P in Ansaugrichtung d1 gegenüber der normalen Einspritzung F in der normalen Steuerung α geringfügig verzögert, da die Haupteinspritzmenge um die Teileinspritzmenge reduziert wird. Folglich ist es wahrscheinlich, dass sich die Flamme P gleichmäßig in der Abgasrichtung d2 und in der Ansaugrichtung d1 ausbreitet. Dies unterdrückt eine verzögerte Ausbreitung der Flamme P in den Verzögerungsbereich D. Im Ergebnis wird die Selbstzündung im Verzögerungsbereich D unterdrückt, um das Auftreten des Klopfens zu unterdrücken.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der folgende Effekt erhalten werden. Wie in dem Fall in der vorliegenden Ausführungsform wird bei dem Motor 92 in einem Modus, bei dem sich der in dem Ansaugtakt erzeugte Drall in den ω-Drall ändert, wie in der zweiten Hälfte des Kompressionshubs in der zweiten Hälfte des Kompressionshubs der Verzögerungsbereich D an dem Endabschnitt auf der Seite der Abgasrichtung d2 in der Brennkammer 38 gebildet. In dieser Hinsicht ist die Einspritzvorrichtung 40 in der vorliegenden Ausführungsform dazu konfiguriert, eine größere Menge des Kraftstoffs auf der Seite der Abgasrichtung d2 als auf der Seite der Ansaugrichtung d1 einzuspritzen. Daher ist es möglich, den fetten Bereich R auf der Seite der Abgasrichtung d2 durch die Teileinspritzung Fs zu bilden und eine effiziente Ausbreitung der Flamme P zu dem Verzögerungsbereich D zu ermöglichen.
Andere Ausführungsformen
Jede der vorstehenden Ausführungsformen kann modifiziert werden, um wie folgt implementiert zu werden. Beispielsweise weist das Einspritzloch 44 in jeder der Ausführungsformen die Zerstäubungsstruktur auf, alternativ oder zusätzlich kann das Einspritzloch 44 jedoch auch verkleinert werden, um die Zerstäubung des Kraftstoffs zu beschleunigen, oder der Teileinspritzdruck kann ebenfalls erhöht werden, um die Zerstäubung des Kraftstoffs zu beschleunigen.
In jeder der Ausführungsformen steuert zum Beispiel die Einstellsteuereinheit 66 den Teileinspritzdruck derart, dass der Teileinspritzdruck höher ist, wenn der Luftstrom in der Brennkammer 38 intensiver ist, aber alternativ oder zusätzlich kann die Einstellsteuereinheit 66 auch den Teileinspritzdruck derart steuern, dass die Teileinspritzmenge größer ist, wenn der Luftstrom in der Brennkammer 38 intensiver ist.
In jeder der Ausführungsformen berechnet die Abgasbestimmungseinheit 63 zum Beispiel die Emissionsmenge von jedem von CO und PM, aber zusätzlich oder alternativ kann die Abgasbestimmungseinheit 63 auch eine Emissionsmenge von NO_x (Stickoxid) oder SO_x (Schwefeloxid) berechnen. Zusätzlich kann die Abgasbestimmungseinheit 63 unter der Bedingung, dass die berechnete Menge der NO_x - oder SO_x -Emission kleiner als ein vorgegebener Toleranzschwellenwert ist, auch dann bestimmen, wenn die Einstellsteuerung β durchgeführt wird, dass der Abgaszustand in den zulässigen Bereich fällt.
Auch in jeder der Ausführungsformen ist der elektromagnetische Sensor 34 an der Zündkerze 50 vorgesehen, aber der elektromagnetische Sensor 34 kann auch an der Einspritzvorrichtung 40, dem Kopf 20, dem Zylinder 30 oder dergleichen vorgesehen sein. Auch in jeder der Ausführungsformen ist zum Beispiel der elektromagnetische Sensor 34 in der Brennkammer 38 bereitgestellt, aber der elektromagnetische Sensor 34 kann auch außerhalb der Brennkammer 38 bereitgestellt sein. Zusätzlich kann es auch möglich sein, eine optische Faser bereitzustellen, die ein Ende aufweist, das in der Brennkammer 38 vorgesehen ist, und ein anderes Ende, das sich zu dem elektromagnetischen Sensor 34 oder dergleichen erstreckt. Mit anderen Worten kann es auch möglich sein, einen sichtbaren Lichtstrahl, der in der Brennkammer 38 erzeugt wird, einem optischen Sensor (elektromagnetischer Sensor 34), der sich außerhalb der Brennkammer 38 befindet, über die optische Faser zuzuführen.
Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung zwar in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen beschrieben wurde, die vorliegende Offenbarung jedoch nicht auf die Ausführungsformen und Strukturen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Modifikationen und Variationen im äquivalenten Bereich. Zusätzlich sollen verschiedene Kombinationen und Modi und ferner andere Kombinationen und Modi, die weniger oder mehr als nur ein Element davon beinhalten, in den Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020032207 A [0001]
JP 2016037892 A [0004]

Claims

Verbrennungssystem, aufweisend: eine Einspritzvorrichtung (40), die dazu konfiguriert ist, Kraftstoff in eine Brennkammer (38) eines Motors (91, 92) einzuspritzen; eine Zündkerze (50), die dazu konfiguriert ist, eine Zündung (I) des Kraftstoffs in der Brennkammer durchzuführen, und eine normale Steuereinheit (65), die dazu konfiguriert ist, eine normale Steuerung (α) durchzuführen, um zu bewirken, dass die Einspritzvorrichtung eine vorbestimmte normale Einspritzung (F) durchführt, und um anschließend zu bewirken, dass die Zündkerze die Zündung durchführt, wobei in einem vorbestimmten Verzögerungsbereich (D) in der Brennkammer die Ausbreitung der Flamme (P) weiter verzögert wird als in einem anderen Bereich, wenn die normale Steuerung durchgeführt wird, in einem Klopfzustand eine Selbstzündung im Kraftstoff in dem Verzögerungsbereich auftritt, wenn die normale Steuerung durchgeführt wird, wobei das Verbrennungssystem ferner das Folgende aufweist: eine Einstellsteuereinheit (66), die dazu konfiguriert ist, eine vorbestimmte Einstellsteuerung (β) durchzuführen, wenn der Klopfzustand hergestellt ist, um die Selbstzündung zu unterdrücken, wobei die Einstellsteuerung das Folgende tut: veranlassen, dass die Einspritzvorrichtung eine vorbestimmte Haupteinspritzung (Fm) durchführt und anschließend eine vorbestimmte Teileinspritzung (Fs) in einer zweiten Hälfte eines Kompressionshubs durchführt, um eine Kraftstoffverteilung in der Brennkammer einzustellen, um die Ausbreitung der Flamme (P) in den Verzögerungsbereich weiter als bei der normalen Einspritzung zu erleichtern, und anschließend veranlassen, dass die Zündkerze die Zündung durchführt.
Verbrennungssystem gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: einen elektromagnetischen Sensor (34), der dazu konfiguriert ist, eine elektromagnetische Welle zu erfassen, die in der Brennkammer erzeugt wird, wobei die Einstellsteuereinheit dazu konfiguriert ist, auf Grundlage der erfassten elektromagnetischen Welle Verzögerungsbereichsinformationen zu erfassen, die sich auf den Verzögerungsbereich beziehen, und die Einstellsteuerung auf Grundlage der Verzögerungsbereichsinformationen durchzuführen.
Verbrennungssystem gemäß Anspruch 2, wobei der elektromagnetische Sensor ein optischer Sensor ist, der dazu konfiguriert ist, eine Wellenlänge der Chemilumineszenz zu erfassen, und die Einstellsteuereinheit dazu konfiguriert ist, die Verzögerungsbereichsinformationen auf Grundlage der erfassten Wellenlänge zu erfassen.
Verbrennungssystem gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der elektromagnetische Sensor eine Mehrzahl von elektromagnetischen Sensoren beinhaltet, und die elektromagnetischen Sensoren nebeneinander auf einer äußeren Umfangsfläche der Zündkerze vorgesehen sind, um in einer Umfangsrichtung voneinander beabstandet zu sein.
Verbrennungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Ansaugrichtung (d1) von einem Abgasanschluss (28) des Motors zu einem Ansauganschluss (22) des Motors verläuft, eine Abgasrichtung (d2) entgegengesetzt zu der Ansaugrichtung ist, der Motor (91) konfiguriert ist, um in mindestens einem vorbestimmten Zustand einen Drall aufrechtzuerhalten, der in einem Ansaugtakt bis zur zweiten Hälfte des Kompressionshubs erzeugt wird, um den Verzögerungsbereich auf einer Seite der Ansaugrichtung relativ zu einem Mittelpunkt der Brennkammer zu bilden, und die Einspritzvorrichtung dazu konfiguriert ist, eine größere Menge an Kraftstoff in die Ansaugrichtung als in die Abgasrichtung einzuspritzen.
Verbrennungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Ansaugrichtung (d1) von einem Abgasanschluss (28) des Motors zu einem Ansauganschluss (22) des Motors verläuft, eine Abgasrichtung (d2) entgegengesetzt zu der Ansaugrichtung ist, der Motor (92) konfiguriert ist, um in mindestens einem vorbestimmten Zustand einen Drall, der in einem Ansaugtakt erzeugt wird, in einen ω-Drall in dem Kompressionshub zu ändern, um den Verzögerungsbereich auf einer Seite der Abgasrichtung relativ zu einem Mittelpunkt der Brennkammer zu bilden, und die Einspritzvorrichtung dazu konfiguriert ist, eine größere Menge an Kraftstoff in die Abgasrichtung als in die Ansaugrichtung einzuspritzen.
Verbrennungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: eine Klopfbestimmungseinheit (62), die dazu konfiguriert ist zu bestimmen, ob der Klopfzustand hergestellt ist oder nicht, wobei die Einstellsteuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die Einstellsteuerung bei der Bestimmung der Klopfbestimmungseinheit durchführt, dass der Klopfzustand hergestellt ist.
Verbrennungssystem gemäß Anspruch 7, ferner aufweisend: eine Verzögerungssteuereinheit (67), die dazu konfiguriert ist, eine Verzögerungssteuerung (γ) durchzuführen, bei der die Zeitsteuerung der Zündung weiter verzögert wird als sowohl bei der normalen Steuerung als auch bei der Einstellsteuerung; und eine Abgasbestimmungseinheit (63), die dazu konfiguriert ist zu bestimmen, ob ein Abgaszustand in einen vorbestimmten zulässigen Bereich fällt oder nicht, selbst wenn die Einstellsteuerung durchgeführt wird, wobei die normale Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die normale Steuerung bei der Bestimmung durch die Klopfbestimmungseinheit durchführt, dass der Klopfzustand nicht hergestellt ist, die Einstellsteuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die Einstellsteuerung bei der Bestimmung durch die Klopfbestimmungseinheit, dass der Klopfzustand hergestellt ist, und bei der Bestimmung durch die Abgasbestimmungseinheit, dass der Abgaszustand in den zulässigen Bereich fällt, durchführt, und die Verzögerungssteuereinheit dazu konfiguriert ist, die Verzögerungssteuerung bei der Bestimmung der Klopfbestimmungseinheit, dass der Klopfzustand festgestellt ist, und bei der Bestimmung der Abgasbestimmungseinheit, dass der Abgaszustand nicht in den zulässigen Bereich fällt, durchzuführen.
Verbrennungssystem gemäß Anspruch 8, die Abgasbestimmungseinheit dazu konfiguriert ist, eine Menge an emittiertem CO zu berechnen, wenn die Einstellsteuerung durchgeführt wird, und zu bestimmen, dass der Abgaszustand in den zulässigen Bereich fällt, wobei dies unter der Bedingung erfolgt, dass die berechnete Menge an CO-Emission kleiner ist als ein vorgegebener CO-Toleranzschwellenwert.
Verbrennungssystem gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Abgasbestimmungseinheit dazu konfiguriert ist, einer Menge an Emission von PM, die emittiert wird, zu berechnen, wenn die Einstellsteuerung durchgeführt wird, und zu bestimmen, dass der Abgaszustand in den zulässigen Bereich fällt, wobei dies unter der Bedingung erfolgt, dass die berechnete Menge an Emission von PM kleiner ist als ein vorgegebener PM-Toleranzschwellenwert.
Verbrennungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Einstellsteuereinheit dazu konfiguriert ist, eine Einspritzmenge und/oder einen Einspritzdruck der Teileinspritzung auf Grundlage einer Intensität eines Luftstroms in der Brennkammer zu steuern, und die Einspritzmenge und/oder den Einspritzdruck zu erhöhen, wenn die Intensität des Luftstroms höher als eine vorbestimmte Intensität ist.
Verbrennungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Einspritzvorrichtung mit einem Einspritzloch (44) versehen ist, das eine Zerstäubungsstruktur aufweist, um Kraftstoff zu zerstäuben, um den zerstäubten Kraftstoff einzuspritzen, und die Zerstäubungsstruktur zumindest eine von einer sich erweiternden Struktur, die sich in einer Einspritzrichtung in einer sich verjüngenden Form oder in einer stufenförmigen Form erweitert, und/oder einer ovalen Struktur mit einer ovalen Öffnung umfasst.