DE60019849T2

DE60019849T2 - Dieselmotor

Info

Publication number: DE60019849T2
Application number: DE60019849T
Authority: DE
Inventors: Shuji Yokohama city Kimura; Osamu Aoki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2020-06-10
Also published as: DE60019849D1; EP1059431A2; EP1059431A3; JP2000352326A; US6332447B1; EP1059431B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Dieselmotor, der Geräusch und Schwingung besonders während des Leerlaufs eines Motors reduziert.
Hintergrund der Erfindung
In einem herkömmlichen Dieselmotor ist der maximale Innen- Zylinderdruck (d. h., der maximal erzeugte Druck in einem Zylinder) auf einem sehr hohen Niveau, wobei der maximale Innen- Zylinderdruck, insbesondere in einem Leerlaufzustand, weit höher als in einem Benzinmotor mit einer Drossel in einem Einlasssystem ist („Isuzu Technical Papers", Vol. 99, p. 85).
Als ein Ergebnis waren für denselben Unterschied der Motordrehmomentschwankung und -schwingung das Geräusch und die Schwingung eines Dieselmotors im Vergleich mit einem Benzinmotor in dem Leerlaufzustand sehr deutlich.
Eine Technik für das Reduzieren des Geräuschs in dem Leerlaufzustand eines Dieselmotors ist in der Japanischen Patentveröffentlichung Tokkai Sho 56- 101031 gezeigt. In dieser Erfindung ist eine Schließeinrichtung in dem Einlassluftkanal des Motors vorgesehen, wobei diese Schließeinrichtung in dem Leerlaufzustand geschlossen wird. Dies reduziert die Einlassluftmenge und vermindert den Druck im Verdichtungshub. Durch das Vermindern des Verdichtungsdruckes wird der maximale Druck, der erzeugt wird, wenn der Kraftstoff verbrannt wird, auch vermindert, so dass das Geräusch in dem Leerlaufzustand demzufolge gemildert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Dieser Geräuschreduzierungseffekt erhöht sich umso mehr, je mehr die Einlassluftmenge reduziert wird. Jedoch wenn die in dem Verdichtungshub zusammengedrückte die Einlassluftmenge reduziert wird, fällt die Gastemperatur in dem Zylinder, so dass die Zündfähigkeit des eingespritzten Kraftstoffes in der Nähe des Endes des Verdichtungshubes verschlechtert wird und die Brennfähigkeit nachteilig beeinträchtigt wird.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung das oben genannte Problem durch Reduzierung des Geräuschs und der Schwingung zu lösen, ohne die Verbrennung in dem Leerlaufzustand nachteilig zu beeinflussen.
Um die oben genannten Ziele zu erreichen sieht die vorliegende Erfindung einen Dieselmotor vor, der einen Kolben aufweist, der eine scheibenartige Brennkammer aufweist, die Brennkammer in seiner Oberseitenoberfläche gebildet ist, einen Kraftstoffeinspritzer, der Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzt, koaxial mit der Brennkammer angeordnet ist, eine Einlassluft- Steuervorrichtung, die eine Einlassluftmenge, angesaugt durch den Motor, variiert und einen Detektor, der einen Laufzustand des Motors erfasst. Der Dieselmotor weist außerdem eine Vorrichtung zum Bestimmen auf, ob oder nicht der Motor in einem Leerlaufzustand, oder einem Normalzustand ist, eine Vorrichtung zum Steuern der Einlassluft- Mengensteuerung auf der Grundlage des Motorlaufzustandes, so dass die Einlassluftmenge in dem Leerlaufzustand geringer als die Einlassluftmenge in dem Normallaufzustand ist, und eine Vorrichtung zum Steuern des Kraftstoffeinspritzers, so dass ein Teil des Kraftstoffes vor einer Haupteinspritzung eingespitzt wird, wenn sich der Motor in dem Leerlaufzustand befindet.
Die Details sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in dem Rest der Beschreibung fortgesetzt und werden in den beigefügten Zeichnungen gezeigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Blockdarstellung, die ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt.
2 ist eine Querschnittsdarstellung eines Motors entsprechend dieses Ausführungsbeispieles.
3 ist eine Querschnittsdarstellung eines Kolbens entsprechend dieses Ausführungsbeispieles.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerung zeigt, die entsprechend dieses Ausführungsbeispieles ausgeführt wird.
5 ist ein bezeichnetes Diagramm, das zeigt, wie sich ein Innen- Zylinderdruck entsprechend dieses Ausführungsbeispieles verändert.
6 ist ein bezeichnetes Diagramm, das die Verhältnisse zwischen dem Innen-Zylinderdruck, dem unverbrannten HC (Kohlenwasserstoff) und dem Brenngeräusch zeigt.
7 ist eine Querschnittsdarstellung einer veränderbaren Ventilvorrichtung entsprechend eines weiteren Ausführungsbeispieles dieser Erfindung.
8 ist ein bezeichnetes Diagramm, das einen Öffnungs- / Schließzeitpunkt des Einlassluftventils zeigt.
9 ist ein bezeichnetes Diagramm, das zeigt, wie sich der Innen- Zylinderdruck verändert.
10 ist ein bezeichnetes Diagramm, das einen Kraftstoff- Piloteinspritzzeitpunkt zeigt.
11 ist eine Querschnittsdarstellung eines Kolbens für die Zwecke des Vergleichens mit der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1 ist eine schematische Darstellung eines Dieselmotors, an dem die Erfindung angewandt wird.
Ein Drosselventil 3 ist in dem Einlassluftkanal 2, verbunden mit einem Motorkörper 1, vorgesehen. Das Drosselventil 3 wird durch einen Betätiger 6 angetrieben, so dass sich seine Öffnung verändert und die durch den Motor angesaugte Luftmenge wird dabei geregelt.
Der Betätiger 6 verändert die Öffnung des Drosselventils 3 entsprechend eines Steuersignals von einer Steuerung 20.
Der Motor weist einen Turbolader auf und infolge der Drehkraft einer Abgasturbine 5, die in dem Abgaskanal 4 angeordnet ist, wird ein Kompressor, nicht gezeigt, drehangetrieben, um die in den Einlassluftkanal 2 gelieferte Luft zu komprimieren.
Ein Abgas- Rückführungskanal 7 verbindet den Einlassluftkanal 2 mit dem Abgaskanal 4, wobei ein Teil des Abgases, das durch diesen Abgas- Rückführungskanal hindurchgeht, in den Einlassluftkanal 2 zurückgeführt wird.
Ein Steuerventil 8, das die Menge des rückgeführten Abgases entsprechend des Laufzustandes regelt, ist in dem Abgas- Rückführungskanal 7 angeordnet.
Die Ventilöffnung des Steuerventils 8 verändert sich entsprechend eines Unterdrucks, der durch das Unterdruck- Regulierungsventil 9 zugeführt wird. Das Unterdruck- Regulierungsventil 9 arbeitet entsprechend eines Unterdruck- Steuersignals von der Steuerung 20, regelt den Unterdruck von einer Vakuumpumpe, nicht gezeigt, und führt diesen geregelten Unterdruck zu dem Steuerventil 8 zu.
Ein Kühler 10 ist stromab des Steuerventils 8 angeordnet. Dieser Kühler 10 verwendet das Kühlwasser zum Kühlen des Motorkörpers 1, um das Abgas, das durch den Abgas- Rückführungskanal 7 strömt, zu kühlen.
Die Signale, die durch einen Motorumdrehungs- Drehzahlsensor 24, den Beschleunigungsöffnungssensor 25, den Kühlwasser- Temperatursensor 26 und den Einlassluft- Temperatursensor 27 erfasst werden, d. h., die Signale, die die Motorlaufzustände repräsentieren, werden in die Steuerung 20 eingegeben.
2 ist eine detaillierte Zeichnung des Motorkörpers 1.
Ein Einspritzer 16 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder 12 ist in einem Zylinderkopf 11 installiert. Eine Brennkammer 14, deren ausführliche Form später beschrieben wird, ist in der obersten Oberfläche eines Kolbens 13 gebildet, der sich zurück oder vor in dem Zylinder 12 bewegt.
Der Einspritzer 16 ist wirksam unmittelbar über einer Mittelachse A der Brennkammer 14 angeordnet, und Kraftstoff unter hohem Druck wird durch den Einspritzer 16 über ein Hochdruckrohr 17, das mit jedem Zylinder verbunden ist, zugeführt. Der Einspritzer 16 weist ein eingebautes Magnetventil auf, wobei dieses Magnetventil in Abhängigkeit eines Kraftstoffeinspritzsignals von der Steuerung 20 arbeitet, um Kraftstoff einzuspritzen.
Der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge des Kraftstoffes, der durch den Einspritzer 16 eingespritzt wird, kann durch Verändern des Kraftstoffeinspritzsignals von der Steuerung 20 frei gesteuert werden.
Der Einspritzer 16 ist so ausgelegt, dass die Kraftstoffeinspritzrate (Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit) größer als in einem gewöhnlichen Einspritzer ist und die Kraftstoffeinspritzzeitdauer in dem Normallaufzustand so kurz wie möglich ist.
Das an jedem Zylinder vorgesehene Hochdruckrohr 17 ist mit einer gemeinsamen Schiene (common rail) 18 versehen, die eine feststehende Kapazität hat und allen Zylindern gemeinsam ist.
Der Kraftstoff wird unter hohem druck von einer Kraftstoffpumpe 21 zu der gemeinsamen Schiene 18 über ein Hochdruckrohr 19 zugeführt. Der Abgabedruck der Kraftstoffpumpe 21 wird durch die Steuerung 20 gesteuert und der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Schiene 18 stimmt mit einem Zieldruck, der entsprechend der Laufbedingungen gebildet wird, überein.
Ein Einlassluftventil 22 wird durch einen Nocken, nicht gezeigt, synchron mit der Motordrehung geöffnet oder geschlossen, und verbindet oder gibt frei den Einlassluftkanal 2 mit einem Verbrennungsraum 15 in dem Zylinder.
Gleichfalls wird ein Auslassventil 23 synchron mit der Motorumdrehung geöffnet oder geschlossen und verbindet oder gibt frei den Abgaskanal 4 mit dem Verbrennungsraum 15 in dem Zylinder.
Das Verdichtungsverhältnis dieses Motors ist auf 14 festgelegt. Mit anderen Worten, dies ist ein sehr niedriges Verdichtungsverhältnis für einen Dieselmotor.
3 ist eine ausführliche Zeichnung des Kolbens 13.
Die Brennkammer 14 ist in einer scheibenförmigen Aussparung gebildet. Der Innendurchmesser der Brennkammer 14 ist ein Maximum an dem Einlass, der Innendurchmesser ist an jedem Punkt von dem Einlass in Richtung zu dem Boden nicht größer. Die Brennkammer 14 ist so angeordnet, dass ihre Mitte mit dem Kolben effektiv koaxial ist.
Für den Zweck des Vergleichs mit dem Kolben dieses Ausführungsbeispieles zeigt 11 eine Brennkammer, die eine Form hat, wobei der Innendurchmesser in Richtung zu dem Boden größer als an dem Einlass ist. In einer Brennkammer, die in der Nähe des Einlasses einen verengten Teil hat, wird eine Turbulenz (B) in der Strömung in der Nähe der Innenwand einer Brennkammer 14A durch die Luft erzeugt, die in die Richtung der Brennkammer 14A aus dem Raum oberhalb eines Kolbens 13A in dem Verdichtungshub strömt. Falls diese Turbulenz (oder die Strömung) erzeugt wird, haftet mehr Kraftstoff an der Innenwand an, und hat eine nachteilige Wirkung auf die Verbrennung.
Jedoch in der Brennkammer, die keinen verengten Teil in dem Einlass entsprechend dieses in der 3 gezeigten Ausführungsbeispieles hat, wird so leicht keine Turbulenz erzeugt.
Ein Innendurchmesser (d) des Einlasses der Brennkammer 14 hat eine Größe gleich oder größer als 50% eines Außendurchmessers (D) des Kolbens 13, d. h., d > 0,5 × D.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das die Details der Verarbeitung zeigt, die durch einen Mikroprozessor in der Steuerung 20 ausgeführt wird. Diese Verarbeitung wird in einem vorbestimmten Intervall wiedeholt.
In einem Schritt 1 werden Ausgangssignale von dem Motorumdrehungs- Drehzahlsensor 24, dem Beschleunigungsöffnungssensor 25, dem Kühlwasser- Temperatursensor 26 und den Einlassluft- Temperatursensor 27 gelesen.
In einem Schritt 2 werden die Kraftstoffeinspritzmenge und die Abgasrückführungsmenge entsprechend der Laufzustände zu dieser zeit auf der Grundlage der in dem Schritt 1 gelesenen Signale festgelegt. In einem Schritt 3 wird es auf der Grundlage der Laufbedingungssignale, die in dem Schritt 1 gelesen wurden, bestimmt, ob oder nicht der Motor in einem Leerlaufzustand oder nicht ist. Wenn z. B. das Ausgangssignal vom Be schleunigungsöffnungssensor 25 ein Wert ist, der den Beschleunigungssensor vollständig geschlossen zeigt und das Ausgangssignal des Motorumdrehungs- Drehzahlsensors 24 ein Wert gleich zu oder kleiner als eine vorbestimmte Umdrehungsdrehzahl ist, wird es bestimmt, dass der Motor in dem Leerlaufzustand ist, und in anderen Fällen wird es bestimmt, dass der Motor in dem Normallaufzustand ist.
Falls es in dem Schritt 3 bestimmt worden ist, das der Motor in dem Leerlaufzustand ist, geht der Ablauf zu einem Schritt 4 weiter, und ein Piloteinspritzzeitpunkt und ein Haupteinspritzzeitpunkt werden festgelegt, um zwei Kraftstoffeinspritzungen auszuführen.
Entsprechend dieses Ausführungsbeispieles wird der Piloteinspritzzeitpunkt in der Nähe von 30 Grad vor dem oberen Totpunkt der Verdichtung festgelegt, und der Haupteinspritzzeitpunkt wird in der nähe von 10 Grad vor dem oberen Totpunkt der Verdichtung festgelegt.
In einem nächsten Schritt 5 wird die Öffnung des Drosselventils 3 auf nahezu vollständig geschlossen festgelegt, um die Einlassluftmenge zu reduzieren.
Wenn es andererseits in dem vorerwähnten Schritt 3 festgelegt wird, dass der Motor in dem Normalzustand ist, geht der Ablauf zu einem Schritt 6 weiter und nur der Haupteinspritzzeitpunkt wird festgelegt, eine Kraftstoffeinspritzung auszuführen. Entsprechend dieses Ausführungsbeispieles wird dieser Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt auf einen Zeitpunkt festgelegt, der nach dem oberen Verdichtungs- Totpunkt verzögert ist.
In einem nächsten Schritt 7 wird die Öffnung des Drosselventils 3 auf vollständig offen festgelegt.
Die Steuerung 20 sendet ein Unterdruck- Steuersignal, das einer Abgas- Rückführungsmenge entspricht, die in dem Schritt 2 in dem Unterdruck- Regelventil 9 festgelegt worden ist. Ein Steuersignal, das einem Öffnen des Drosselventils 3, festgelegt in dem Schritt 5 oder dem Schritt 7, entspricht, wird ebenfalls an den Betätiger 6 gesendet.
Wenn der Schritt 4 ausgeführt wird und sowohl der Piloteinspritzzeitpunkt, als auch der Haupteinspritzzeitpunkt festgelegt wird, wird die Kraftstoffeinspritzmenge, die in dem Schritt 2 festgelegt worden ist, in eine Piloteinspritzmenge und in eine Haupteinspritzmenge geteilt. Wenn der Piloteinspritzzeitpunkt erreicht ist, wird ein Kraftstoffeinspritzsignal, das der Piloteinspritzmenge entspricht, zu dem Einspritzer 16 gesendet, und wenn der Haupteinspritzzeitpunkt erreicht ist, wird ein Kraftstoffeinspritzsignal, das der Haupteinspritzmenge entspricht, zu dem Einspritzer 16 gesendet.
Wenn der Schritt 6 ausgeführt wird und nur der Haupteinspritzzeitpunkt festgelegt wird, und der Haupteinspritzzeitpunkt erreicht ist, wird ein Kraftstoffeinspritzsignal, das der Kraftstoffeinspritzmenge entspricht, die in dem Schritt 2 festgelegt worden ist, an den Einspritzer 16 gesendet.
Als nächstes wird die Wirkung dieses Ausführungsbeispieles beschrieben.
Je niedriger die Einlassluftmenge ist, desto mehr fällt der Verdichtungsdruck ab und der maximale Verbrennungsdruck vermindert sich, und das Geräusch, das in dem Leerlaufzustand erzeugt worden ist, wird dadurch reduziert. Jedoch werden die Zündfähigkeit des eingespritzten Kraftstoffes und die Verbrennungsstabilität nachteiliger beeinträchtigt, je niedriger die Einlassluftmenge ist.
Entsprechend dieses Ausführungsbeispieles wird diese nachteilige Wirkung auf die Verbrennung durch das Ausführen von zwei Verbrennungen aufgelöst, d. h. durch Ausführen einen Piloteinspritzung vor der Haupteinspritzung, wenn das Öffnen des Drosselventils 3 reduziert ist, um die Einlassluftmenge zu vermindern. Der in der Piloteinspritzung eingespritzte Kraftstoff wird zuerst verbrannt und der in der folgenden Einspritzung eingespritzte Kraftstoff wird demzufolge stabil verbrannt.
Auf diese Weise wird das Geräusch des Dieselmotors reduziert, während gleichzeitig gute Zündmerkmale und eine Verbrennungsstabilität erhalten werden.
Die Verminderung der Zylindergastemperatur, die die Reduzierung der Einlassluftmenge begleitet, verzögert das verdampfen von Kraftstoff, der an dem Kolben 13 anhaftet und ist auch ein Faktor beim Erhöhen der Menge von unverbrannten, erzeugten Kohlenwasserstoff HC.
Jedoch wird entsprechend dieses Ausführungsbeispieles die Erhöhung in der Menge von unverbrannten HC durch geeignetes Gestalten der Form der Brennkammer 14 vermieden.
Insbesondere wird der Abstand von dem Einspritzer 16, der unmittelbar über der Brennkammer 14 an der Innenwand der Brennkammer 14 angeordnet ist, durch das Anordnen, das der Innendurchmesser d der Brennkammer 14 gleich zu zumindest 50 Prozent des Außendurchmessers des Kolbens 13 ist, länger gemacht wird. Der von dem Einspritzer 16 eingespritzte Kraftstoff bildet demzufolge einen Nebel, der sich konisch rund um die Düse des Einspritzers 16 als eine Mitte ausbreitet.
Da der Abstand von dem Einspritzer 16 zu der Innenwand lang ist, wird der von dem Einspritzer 16 eingespritzte Kraftstoff atomisiert, bevor er die Innenwand erreicht, und die Menge des an der Innenwand anhaftenden Kraftstoffes vermindert sich. Dies hat die Wirkung, dass die Erzeugung von unverbrannten Kraftstoff HC unterdrückt wird.
Außerdem gibt es keinen engen Teil in dem Einlass in die Brennkammer 14, gibt es keine Turbulenz in der Gasströmung in der Nähe der Innenwand, wenn die Luft in das Innere der Brennkammer 14 in dem Verdichtungshub gedrückt wird. Demzufolge wird die durch die Turbulenz angesaugte Kraftstoffmenge, die an der Innenwand anhaften würde, reduziert.
Das Einspritzen von Kraftstoff in zwei Stufen, d. h. die Piloteinspritzung und die Haupteinspritzung, ist beim Verbessern der Zündfähigkeit und der Verbrennungsstabilität durch das Verteilen von mehr Kraftstoff in der Nähe der Mitte der Brennkammer 14 effektiv, und da die Kraftstoffmenge in einer Einspritzung auch reduziert wird, erreicht weniger Kraftstoff die Innenwand der Brennkammer 14, was auch zum Unterdrücken der Erzeugung von unverbrannten HC beiträgt.
In den Laufzuständen, die anders als der Leerlaufzustand sind, ist es wichtig, den Kraftstoff so zu verbrennen, dass so wenig Rauch wie möglich erzeugt wird. In der Diffusionsverbrennung, die die übliche Form der Verbrennung in einem Dieselmotor ist, ist die Menge des erzeugten Rauches gering, je höher die Diffusionsgeschwindigkeit des Kraftstoffes ist. Die Kraftstoffdiffusionsgeschwindigkeit erhöht sich, je höher die Gasströmungsgeschwindigkeit in der Brennkammer ist.
Da jedoch die Brennkammer eine Form hat, die gebildet ist, um die Gasströmungsturbulenz innerhalb der Brennkammer 14 zu reduzieren, ist es unmöglich, die Kraftstoffdiffusionsgeschwindigkeit um einen großen Betrag zu erhöhen.
Demzufolge wird entsprechend dieses Ausführungsbeispieles der Kraftstoff durch die vorgemischte Verbrennung verbrannt, was eine Form der Verbrennung ist, wobei der Rauch nicht leicht erzeugt wird, selbst wenn die Gasströmung schwach ist.
Insbesondere wird der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung verzögert, so dass die Kraftstoffzündungs- Verzögerungsdauer (die Zeit, von wenn die Kraftstoffeinspritzung beginnt, zu der Zeit, wenn die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes beginnt) beträchtlich verlängert wird. Es ist möglich, die gesamte Kraftstoffmenge während dieser Zündungs- Verzögerungsdauer einzuspritzen, wobei somit die gesamte eingespritzte Kraftstoffmenge ein brennbares Gemisch durch das Mischen mit Luft während des Intervalls vor der Zündung bildet und dann selbst zündet und durch die Flammenausbreitung verbrennt.
Durch das Ausführen der Verbrennung hauptsächlich als eine vorgemischte Verbrennung, kann die Menge des erzeugten Rauches auf ein niedriges Niveau selbst in einer Brennkammer, die die Form dieses Ausführungsbeispieles hat, unterdrückt werden.
Die Verbrennung, die hauptsächlich eine vorgemischte Verbrennung ist, birgt ein Risiko des Anstiegs in der Geschwindigkeit des Druckanstiegs, jedoch infolge der Tatsache, dass der Kolben 13 an dem Verbrennungsstartpunkt beginnt sich abzusenken und die Sauerstoffkonzentration in der Brennkammer 14 durch das Ausführen der Abgas rückführung reduziert wird, geht die Verbrennung ziemlich langsam weiter, und ein Geräusch oder eine Schwingung werden nicht erzeugt.
Da außerdem die Sauerstoffkonzentration in der Brennkammer 14 gering ist, ist die Verbrennungstemperatur gering und die Menge von erzeugten NOx ist ebenfalls reduziert. Diese Verbrennungstechnologie ist durch den Anmelder in der Japanischen Patentveröffentlichung Tokkai Hei 7 – 4287 vorgeschlagen worden.
5 vergleicht Druckwellenformen in dem Zylinder während des Leerlaufzustandes, wenn die Normalverbrennung mit einem Verdichtungsverhältnis 21 in einem Dieselmotor des Standes der Technik verbrannt wird, wenn eine Piloteinspritzung bei diesem Verdichtungsverhältnis ausgeführt wird, wenn eine Piloteinspritzung ausgeführt wird und das Verdichtungsverhältnis auf 14 reduziert wird, wenn die in dem Dieselmotor zusätzlich gedrosselte Einlassluft in dem Dieselmotor entsprechend dieser Erfindung verwendet wird.
Zum Vergleich ist die Druckwellenform in einem gewöhnlichen Benzinmotor auch gezeigt. Verglichen mit 75 bar in einem Dieselmotor des Standes der Technik ist der Druck auch auf ungefähr 30 bar entsprechend dieser Erfindung reduziert, was nicht sehr verschieden von den 20 bar des Benzinmotors ist.
6 ist eine Darstellung, die den Innen- Zylinderdruck, unverbranntes HC und Verbrennungsgeräusch entsprechend dieser Erfindung und des Standes der Technik vergleicht. Es wird gesehen, dass während die Auslassmenge von unverbrannten HC wirksam auf dasselbe Niveau unterdrückt wird, ist das Verbrennungsgeräusch beträchtlich reduziert. Es sollte beachtet werden, dass dieses Vergleichsbeispiel die Merkmale zeigt, wenn zuerst ein niedriges Verdichtungsverhältnis festgelegt wird und andere Bedingungen dann nachfolgend hinzugefügt werden.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben. Hier ist an Stelle des Vorsehens des Drosselventils, um das tatsächliche Verdichtungsverhältnis in dem Leerlaufzustand zu reduzieren, eine variable Ventilvorrichtung 41 vorgesehen, die den Schließzeitpunkt des Einlassluftventils verzögern kann. Der Schließzeitpunkt des Einlassluftventils ist in die Nähe von 90 Grad nach dem unteren Einlass- Totpunkt verzögert. Da die variable Ventilvorrichtung 41 den Laufzeitpunkt des Einlassluftventils 22 frei variiert werden kann, ist ein Typ vorgesehen, der durch den Öldruck funktionieren kann.
Das Einlassluftventil 22 in jedem Zylinder wird durch einen damit koaxial angeordneten Kolben 43 angetrieben, und wenn der Öldruck auf den Kolben 43 wirkt, wird das Einlassluftventil 22 nach unten gegen eine Ventilfeder 44 gedrückt und öffnet. Wenn der Öldruck aufgehoben wird, wird das Einlassluftventil 22 durch die Ventilfeder 44 zurückgedrückt und schließt.
In dem Fall eines Viertaktmotors ist ein Paar von Öldruck- Zuführungsventilen 45 und ein Paar von Öldruck- Entlastungsventilen 46 vorgesehen, um den Öldruck zu steuern, der auf den Kolben 43 wirkt, und der in einem Speicher 48 gespeicherte Öldruck wird über eine Pumpe zu einem Paar von Hauptkreisläufen 47 zugeführt oder entlastet. Aus dem Paar von Hauptkreisläufen 47 wird der Öldruck zugeführt zu oder entlastet von dem Kolben 43 jedes Zylinders durch ein Paar von Umschaltventilen 49.
Wenn das Öldruck- Zuführungsventil 45 öffnet, wirkt ein hoher Druck auf den Hauptkreislauf 47, das Umschaltventil 49 veranlasst diesen hohen Druck auf den Kolben 43 des Zylinders während des Lufteinlasshubes zu wirken und demzufolge öffnet das Lufteinlassventil 22. Nach diesem Zustand, wenn das Öldruck- Zuführungsventil 45 schließt und das Öldruck- Entlastungsventil 46 öffnet, wird der Öldruck des Hauptkreislaufes 47 entlastet und das Einlassluftventil 22 schließt.
Demzufolge können durch das Steuern des Laufs des Öldruck- Zuführungsventils 45 und des Öldruck- Entlastungsventils 46 der Öffnungs- / Schließzeitpunkt und die Öffnungs- /Schließzeitdauer des Einlassluftventils 22 frei gesteuert werden. Wenn der Motor in den Leerlaufzustand eintritt wird der Schließzeitpunkt des Einlassluftventils 22 in die Nähe von 90 Grad nach dem unteren Totpunkt verzögert, wie in der 8 gezeigt.
In dem Normalzustand öffnet das Einlassluftventil 22 in der Nähe des oberen Auslass- Totpunktes und schließt bei einer Position leicht hinter dem unteren Einlass-Totpunkt, aber diese Schließposition kann beträchtlich verzögert sein.
Durch das Verzögern des Einlassluftventil- Schließzeitpunktes auf diese Weise wird Luft, die in den Zylinder angesaugt worden ist, in den Einlassluftkanal in dem Verdichtungshub zurückgedrückt, dass die Einlassluftmenge reduziert wird, und der Verdichtungsdruck und der maximale Innen- Zylinderdruck fällt.
Entsprechend dieses Ausführungsbeispieles ist der maximale Innen- Zylinderdruck in demselben Grad wie bei dem Benzinmotor reduziert, wie in der 9 gezeigt ist. Wenn das Drosselventil geschlossen ist und die Einlassluftmenge wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel reduziert ist, tritt ein Pumpverlust wie in dem Benzinmotor auf, und dies führt zu einer Verschlechterung der Kraftstoff- Kosten- Leistung. Jedoch kann entsprechend dieses Ausführungsbeispieles die Einlassluftmenge reduziert werden, ohne dass ein Pumpenverlust verursacht wird.
Entsprechend dieses Ausführungsbeispieles, da die Einlassluftmenge mehr als in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel reduziert ist, ist es sogar notwendiger, die Zündfähigkeit und die Verbrennungsstabilität beizubehalten, und die Erzeugung von unverbrannten HC, wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, zu verhindern, Daher wird entsprechend dieses Ausführungsbeispieles die Piloteinspritzung in zwei Stufen ausgeführt.
Insbesondere wird eine erste Piloteinspritzung in der Nähe von 40 Grad vor dem oberen Verdichtungs- Totpunkt ausgeführt, und dann wird, wie in der 10 gezeigt ist, die zweite Piloteinspritzung in der Nähe von 20 Grad vor dem oberen Verdichtungs- Totpunkt ausgeführt.
Andererseits wird in den anderen Laufzuständen als dem Leerlaufzustand der Einlassluftventil- Schließzeitpunkt auf den Normalzeitpunkt festgelegt und nur eine Haupt- Kraftstoffeinspritzung wird ausgeführt.
Es wird verstanden werden, dass diese Erfindung nicht auf die vorerwähnten Ausführungsbeispiele begrenzt ist, dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche möglich sind.

Claims

Dieselmotor, der aufweist: einen Kraftstoffeinspritzer (16), der Kraftstoff direkt in einen Zylinder (12) einspritzt, eine Einrichtung (24, 25, 26, 27) zum Erfassen eines Laufzustandes des Motors, eine Einrichtung (20) zum Bestimmen, ob der Motor im Leerlaufzustand oder einem Normal- Laufzustand ist, oder nicht, und eine Einrichtung (20) zum Steuern des Kraftstoffeinspritzers (16), so dass ein Teil des Kraftstoffes vor einer Haupteinspritzung, eingespritzt wird, wenn der Motor im Leerlaufzustand ist, gekennzeichnet durch einen Kolben (13), der eine schalenförmige Brennkammer (14) hat, die in seiner obersten Oberfläche gebildet ist, wobei der Kraftstoffeinspritzer (16) koaxial mit der Brennkammer (14) angeordnet ist, eine Einlassluftmengen- Steuervorrichtung (3, 41) vorgesehen ist, die eine durch den Motor angesaugte Einlassluftmenge verändert, Einrichtungen (20) vorgehen sind, um die Einlassluftmengen- Steuervorrichtung (3, 41) auf der Grundlage des Motorlaufzustandes so zu steuern, dass die Einlassluftmenge in dem Leerlaufzustand geringer als die Einlassluftmenge in dem Normal- Laufzustand ist.
Dieselmotor nach Anspruch 1, der außerdem aufweist: eine Abgas- Rezirkulations- Steuervorrichtung (7, 8), die einen Teil des Abgases in die Motor- Einlassluft zurückführt, eine Einrichtung (20), um die Abgas- Rezirkulations- Steuervorrichtung (7, 8) so zu steuern, dass eine Abgasmenge, bestimmt entsprechend der Laufbedingungen, in die Einlassluft zurückgeführt wird, wenn der Motor in dem Normal-Laufzustand ist, und eine Einrichtung (20) zum Steuern des Kraftstoffeinspritzers (16), so dass wirksam der gesamte Kraftstoff in der Haupteinspritzung in einer Zündverzögerungsdauer der Haupteinspritzung eingespritzt wird, wenn der Motor in dem Normal- Laufzustand ist.
Dieselmotor nach Anspruch 1, wobei die Einlassluftmengen- Steuervorrichtung (3, 41) ein Drosselventil (3) aufweist, das in einem Motor- Einlassluftkanal (2) angeordnet ist.
Dieselmotor nach Anspruch 1, wobei die Einlassluftmengen- Steuervorrichtung (3, 41) eine Vorrichtung (41) aufweist, die den Schließzeitpunkt eines Motor- Einlassluftventiles (22) veränderbar reguliert.
Dieselmotor nach Anspruch 1, wobei das Verdichtungsverhältnis des Motors auf ungefähr 14 festgelegt ist.