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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen in einer Brennkraftmaschine
mit Kompressionsselbstzündung,
die konfiguriert ist, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einer Brennkammer
während
der Selbstzündung
unter dem Druck durch einen Kolben zu erreichen und ein Betätigungsverfahren
einer Brennkraftmaschine mit Kompressionsselbstzündung.
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Im
Allgemeinen besteht bei einer Benzinkraftstoff-Brennkraftmaschine
in jüngster
Zeit die Tendenz, für
den Zweck des Unterstützens
der Kraftstoffökonomie
mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben zu werden. Jedoch
gibt es eine magere Grenze für
das Luft-Kraftstoff-Gemisch, weil das magere Kraftstoffgemisch während der
Funkenzündung
durch eine Zündkerze
und durch die Flammenausbreitung eine instabile Verbrennung ausführt. Zusätzlich kann
während
der mageren Verbrennung oder der Verbrennung von einem magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch
ein Katalysator für
die Abgasreinigung keine hohe Abgasreinigungswirkung, insbesondere
bei der Reduzierung von NOx, zeigen, wenn mit der Verbrennung des
stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemischs
verglichen wird.
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Zum
Lösen der
zuvor genannten Probleme ist eine Brennkraftmaschine mit Kompressionsselbstzündung vorgeschlagen
worden, wie in der vorläufigen
Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 7-332141 gezeigt, in der die Verbrennung während der
Selbstzündung
unter Druck eines Kolbens vorgenommen wird, um dadurch eine magere
Verbrennung und eine niedrige Abgasemission zu erreichen. In solch
einem Motor mit Kompressionsselbstzündung wird der Zündzeitpunkt
durch die Differenz in der Kraftstoffmenge, die in die Brennstoffkammer
zugeführt
werden soll, das heißt,
durch die Differenz in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, beeinträchtigt.
Demzufolge ist ein Bereich, in dem eine optimale Selbstzündung erreicht
werden kann, eng, so dass eine Vorzündung und/oder eine Fehlzündung außerhalb des
Bereichs auftreten wird.
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Im
Hinblick darauf wird eine Brennkraftmaschine mit Kompressionsselbstzündung vorgeschlagen,
um den Zündzeitpunkt
zu steuern, um eine Vorzündung
und/oder eine Fehlzündung
zu verhindern, wie in der vorläufigen
Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 10-196424 gezeigt wird. In diesem Motor ist ein Steuerkolben
bewegbar an einem oberen Teil einer Brennkammer angeordnet. Dieser
Steuerkolben verdichtet zusätzlich
das verdichtete Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer in der
Nähe des oberen
Totpunktes eines Kolbens in einem Zylinder. Demzufolge kann die
Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches
vorübergehend
angehobene werden, um dadurch eine Selbstzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches
vorzunehmen. Solch ein vorübergehendes
Ansteigen der Temperatur des Luft-Kraftstoff Gemisches kann durch
das Einspritzen von flüssigem
Kraftstoff für
den Zweck der Zündung
in ein Luft-Kraftstoff-Gemisch erreicht werden, um eine effektive
Verbrennung in der Brennkammer durchzuführen, die anders als das zuvor
erwähnte
Verfahren unter Verwendung des Steuerkolbens ist.
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Jedoch
sind Nachteile in der zuvor beschriebenen herkömmlichen Technik aufgetreten.
In dem Fall der herkömmlichen
Technik mit dem Ansteigen der Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches
unter Verdichtung durch den Steuerkolben ist es notwendig, den Steuerkolben
mit hohen Geschwindigkeiten anzutreiben, was eine Vorrichtung mit
großer
Abmessung zum Antreiben des Steuerkolbens erfordert und dabei die
Produktionskosten erhöht.
In dem Fall der herkömmlichen
Technik des Zuführens
von flüssigem Kraftstoff
wird, obwohl das oben geschilderte Problem gelöst werden kann, die Temperatur
des Luft-Kraftstoff-Gemisches in Folge der latenten Verdampfungswärme während des
Verdampfens des flüssigen
Kraftstoffes vermindert, was zu keiner Selbstzündung führen kann. Dies verengt einen
Bereich, in dem der Zündzeitpunkt
steuerbar ist.
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JP 09042116 zeigt eine
Anordnung, in der eine Brennkammer eines Dieselmotors mit einem Kraftstoff
aus einer herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung versorgt wird und zusätzlich mit
Blasenkraftstoff von einer weiteren Kraftstoffeinspritzvorrichtung
in einem Verdichtungshub. Der Blasenkraftstoff wird durch Rühren eines
Luftkraftstoffes in einer Rührvorrichtung
gebildet.
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DE 38 02 669 A1 lehrt,
dass ein Gemisch von Kraftstoff und Luft entweder direkt in eine
Brennkammer zum Verbrennen eingeführt wird oder indirekt in eine
geschlossene Verdampfungskammer eingeführt wird, in der der Kraftstoff
im Verlauf von drei Kolbenhüben
verdampft wird. Danach strömt
durch öffnen des
Ausblasventils ungefähr
am Ende des Verdichtungshubes des nächsten Verbrennungstaktes das hoch-komprimierte
Kraftstoff-Dampf-/Luft-Gemisch in
die Brennkammer und wird darin verbrannt.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Brennkraftmaschine
mit Kompressionsselbstzündung,
in der ein Zeitpunkt der Selbstzündung
leicht gesteuert werden kann, während
keine Antriebsvorrichtung mit großer Abmessung für eine Hilfsvorrichtung,
zum Beispiel mit einem Steuerkolben, erforderlich ist, sowie ein
Verfahren zum Betätigen
der Brennkraftmaschine mit Kompressionsselbstzündung zu schaffen.
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Entsprechend
eines Vorrichtungsaspektes der vorliegenden Erfindung wird diese
Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit Kompressionsselbstzündung gelöst, die
die Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruches 1 hat.
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Entsprechend
eines Verfahrensaspektes der vorliegenden Erfindung wird die vorerwähnte Aufgabe
durch ein Verfahren des Betätigens
einer Brennkraftmaschine mit Kompressionsselbstzündung gelöst, die die Kombination der
Merkmale des unabhängigen
Anspruchs 9 hat.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit mittels der Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen erläutert,
wobei:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles einer Brennkraftmaschine
mit Kompressionsselbstzündung
ist;
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2A eine
beispielhafte Darstellung ist, die eine Weise zum Einleiten von
Kraftstoff aus einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in eine Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung,
die in dem Motor von 1 verwendbar ist, zeigt;
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2B eine
beispielhafte Darstellung, ähnlich
zu 2A, ist, die aber eine weitere Art und Weise zum
Einleiten von Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
in die Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung, die in dem Motor von 1 verwendbar ist,
zeigt;
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3 eine
Längsschnittdarstellung
der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung, die in dem Motor von 1 verwendet
wird, ist;
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4A eine
Längsschnittdarstellung
der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung, derselben wie die in der 3 ist,
die einen Arbeitszustand der Gemischkammer-Einspritzvorrichtung
zeigt;
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4B eine
Längsschnittdarstellung ähnlich zu 4A ist,
die aber einen weiteren Arbeitszustand der Ladungsgemischeinspitzvorrichtung
zeigt;
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4C eine
Längsschnittdarstellung ähnlich zu 4A ist,
die aber einen weiteren Arbeitszustand der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung zeigt;
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5 ein
Zeitdiagramm ist, das die Arbeitszeitpunkte der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung,
die in dem Motor der 1 verwendbar ist, in Bezug auf
den Motortakt zeigt;
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6 eine
grafische Repräsentation
ist, die eine Idee der vorliegenden Lehre illustriert, in der die Selbstzündung in
einer Brennkammer während
des Gemischladens in ein Luft-Kraftstoff-Gemisch
fällt,
in der Brennkammer vorgenommen wird; und
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7 ein
Ablaufdiagramm ist, das einen Steuervorgang einer elektronischen
Steuerungseinheit, die in dem Motor von 1 verwendet
wird, zeigt.
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Nunmehr
wird in Bezug auf die 1 der Zeichnungen eine Brennkraftmaschine
mit Kompressionsselbstzündung
in Bezug auf das Bezugszeichen E dargestellt. Der Motor E weist
einen Motorhauptkörper
B auf, der eine Mehrzahl von Motorzylindern 1 enthält. Der
Kolben 3 ist bewegbar in einer hin- und hergehenden Weise
in jedem Zylinder 1 angeordnet, um eine Brennkammer 5 zu
bilden. Der Motorhauptkörper
ist mit einem Einlassluftkanalweg 7 und einem Abgaskanalweg 9 versehen,
die jeweils mit der Brennkammer durch Einlass- und Auslassventile 11, 13 verbindbar
sind. Einlassluft wird durch den Einlassluftkanalweg in die Brennkammer
zugeführt, während Abgas
aus der Brennkammer durch den Abgaskanalweg abgegeben wird.
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Die
Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17, die als eine Kraftstoffzuführungsvorrichtung dient,
ist für
jeder Brennkammer 5 in solch einer Weiser angeordnet, dass
ihr Spitzenendabschnitt an dem zentralen und dem oberen Abschnitt
der Brennkammer vorspringt. Die Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung
spritzt ein Ladungsgemisch, das durch präpariert worden ist durch Mischen
von Luft oder von Luft-Kraftstoff-Gemisch, eingeleitet aus der Brennkammer,
und Kraftstoff, eingeleitet aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15,
ein. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 wird mit Kraftstoff
aus dem Kraftstofftank 19 durch den Druckregler 23 unter
Wirkung der Kraftstoffpumpe 21 versorgt. Das Ladungsgemisch,
das durch die Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung eingespritzt werden
soll, hat eine Kraftstoffkonzentration, die höher als die in dem Luft-Kraftstoff-Gemischfeld
ist, das in der Brennkammer gebildet ist. Zusätzlich wird zumindest ein Teil von
Kraftstoff in dem Ladungsgemisch verdampft. Bei der Kraftstoffkonzentration
des Luft-Kraftstoff-Gemischfeldes tritt keine Selbstzündung auf, obwohl
das Luft-Kraftstoff-Gemisch
in der Temperatur hoch ist.
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Die
elektronische Steuerungseinheit (ECU) 27 ist vorgesehen,
um eine Einspritzmenge und einen Einspritzzeitpunkt von Kraftstoff,
der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingespritzt
werden soll, und des Ladungsgemischs, das von der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17 eingespritzt werden
soll, zu steuern. Die Einspritzmenge ist eine Menge des Kraftstoffes
oder des Ladungsgemischs, die eingespritzt werden soll. Der Einspritzzeitpunkt
ist der Zeitpunkt, bei dem der Kraftstoff oder das Ladungsgemisch
eingespritzt wird. Sensoren (nicht gezeigt) sind vorgesehen, um
ein Einlassvakuum Bint des Motors, eine Einlasslufttemperatur Tint,
eine Motordrehzahl Ne, eine Motorkühlmitteltemperatur Tw und einen
Drossel (Ventil)-Öffnungsgrad
(oder eine erforderliche Motorlast) Tvo zu erfassen. Das Einlassvakuum
ist ein Vakuum, das bei einem Einlasssystem des Motors erzeugt wird.
Die Einlasslufttemperatur ist eine Temperatur der Einlassluft, die
in die Brennkammer eingeleitet werden soll. Die Motordrehzahl bezieht
sich auf den Motor. Die Motorkühlmitteltemperatur
ist eine Temperatur des Kühlmittels in
dem Motor. Die Motorkühlmitteltemperatur
kann mit einer Motorschmiermittelöltemperatur oder einer Getriebeöl (Fluid)-Temperatur
ersetzt werden. Der Drosselöffnungsgrad
ist ein Öffnungsgrad
eines Drosselventils (nicht gezeigt) in dem Einlasssystem und entspricht
einer Motorlast, die erforderlich ist.
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Kraftstoff,
der aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 eingeleitet
wird, wird in die Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17 in
solch einer Weise, wie in den 2A und 2B gezeigt,
eingeleitet. In der 2A ist der Spitzenendabschnitt
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 direkt in der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung
installiert, so dass der Kraftstoff direkt von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in
die Ladungsgemischkammer 29 der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung
eingespritzt wird. In der 2B ist
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 durch den Kraftstoffkanal 31 mit
der Ladungsgemischkammer 29 verbunden. Das Rückschlagventil 33,
um eine umgekehrte Strömung
von Kraftstoff zu verhindern, ist an dem spitzen Endabschnitt des
Kraftstoffkanals 31 angeordnet, dessen Spitzenendabschnitt
mit der Ladungsgemischkammer verbunden ist. In dem Beispiel der 2B ist
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 separat von der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17 angeordnet,
was in dem Fall effektiv ist, dass ein Raum zum Installieren der
Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17 eng ist.
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Die
Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17 ist angeordnet,
wie in 3 gezeigt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
enthält
einen im Wesentlichen zylindrischen Körper 35, der darin
mit der Ladungsgemischkammer 29 gebildet ist. Der Druckerhöhungskolben 37 ist
in einer hin- und hergehenden Weise innerhalb der Ladungsgemischkammer 29 bewegbar
angeordnet, um den Druck innerhalb der Ladungsgemischkammer 29 zu
erhöhen.
Die Luftkammer 39 ist oberhalb der Gemischkammer 29 angeordnet,
um mit der Ladungsgemischkammer 29 fortlaufend zu sein.
Die Luftkammer ist im Durchmesser größer als die Gemischkammer.
Die Luftkammer 39 ist durch den Lufteinleitungskanal 41 mit
der Brennkammer 5 des Motors so verbunden, dass Luft oder das
Luft-Kraftstoff-Gemisch
aus der Brennkammer in die Luftkammer eingeleitet wird. Das Rückschlagventil 43 ist
in dem Lufteinleitungskanal 41 angeordnet. Das Rückschlagventil 43 enthält eine
Kugel 47, die nach links in der Zeichnung durch die Feder 45 vorgespannt
ist, um normalerweise das Rückschlagventil
in einem geschlossenen Zustand beizubehalten. Wenn die Kugel nach
rechts gegen die Vorspannkraft der Feder unter dem Druck der Luft
oder des Luft-Kraftstoff-Gemischs, das durch den Lufteinleitungskanal 41 strömt, bewegt
wird, so dass der Druck höher
als der vorhandene Wert der Feder wird, wird das Rückschlagventil
aus dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand verändert. Wenn
zusätzlich
der Druck der Luft oder des Luft-Kraftstoff-Gemischs, das durch
den Lufteinleitungskanal hindurch geht, weiter über den vorhandenen Wert der Feder
ansteigt, wird die Kugel weiter nach rechts bewegt, so dass das
Rückschlagventil
seinen geschlossenen Zustand einnimmt. Als ein Ergebnis kann ein Zeitpunkt,
bei dem Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch
aus der Brennkammer 5 in die Luftkammer 39 eingeleitet
wird, in die letztere halbe Periode des Verdichtungshubes in jeden
Motorzylinder festgelegt werden.
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Die
Luftkammer 39 ist durch einen Verbindungskanal 49 mit
der Ladungsgemischkammer 29 verbunden. Das Rückschlagventil 51 ist
in dem Verbindungskanal 49 angeordnet, um eine umgekehrte Strömung von
Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch in eine Richtung von der Ladungsgemischkammer 29 in die
Luftkammer 39 zu verhindern. Die Ladungsgemischkammer 29 ist
mit der Brennkammer 5 des Motors durch die Einspritzbohrung 53 verbindbar
oder kann geöffnet
werden. Die Einspitzbohrung ist durch ein Einspritzventilteil M
schließbar
oder kann geöffnet werden.
Das Einspritzventilteil M enthält
einen Ventilkopfabschnitt 55, der mit einer im Wesentlichen
kegelstumpfförmigen Wand
(ohne Ziffer), die eine Einspritzbohrung 53 bildet, um
die Einspritzbohrung zu öffnen
oder zu schließen,
kontaktierbar ist. Der Ventilkopfabschnitt ist durch einen Ventilschaft 57 mit dem
Anker 59, die in der Ladungsgemischkammer 29 angeordnet
ist, verbunden. Die Feder 61 ist zwischen dem Anker 59 und
einen ringförmigen
flachen Abschnitt (ohne Ziffer), der innerhalb des Körpers 35 gebildet
ist, eingesetzt, dessen flacher Abschnitt oberhalb der Einspritzbohrung 53 angeordnet
ist. Demzufolge wird das Einspritzventilteil M normalerweise unter
der Vorspannkraft der Feder 61, um die Einspritzbohrung 53 zu
schließen,
nach oben vorgespannt. Die Magnetspule 63 ist in eine Wand
des Körpers 35 eingebettet
und rund um den Anker 59 angeordnet. Der Anker ist angeordnet,
um nach unten oder nach oben unter der momentanen Zuführungssteuerung bewegt
zu werden, die durch die elektronische Steuereinheit 27 durchgeführt wird,
so dass die Einspritzbohrung 53 gesteuert wird, um geöffnet oder
geschlossen zu werden.
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Der
Flansch oder der Scheibenabschnitt 65 ist an dem spitzen
Abschnitt des Druckerhöhungskolben 37 einstückig gebildet
und mit einem ringförmigen
flachen Abschnitt (ohne Ziffer), der zwischen der Ladungsgemischkammer 29 und
der Luftkammer 39 gebildet ist, kontaktierbar. Ein Stab
ist einstückig
mit dem Scheibenabschnitt 65 verbunden und erstreckt sich
nach oben und außen
der Luftkammer 39, wobei der Stab an seinem oberen Ende
mit einem Federhalter 69 versehen ist. Die Feder 73 ist
zwischen dem Federhalter 69 und der ringförmigen Stabführung 71, die
einstückig
innerhalb des Körpers 35 gebildet
ist, eingesetzt, um den Kolben 37 nach oben vorzuspannen.
Ein geeignetes Dichtungsteil ist an dem Innenumfang der Stabführung 71,
die die Stabeinsetzbohrung 71a bildet, angeordnet, um dadurch
ein Abdichten zwischen dem Innenumfang der Stabführung und dem Außenumfang
des Stabs, obwohl nicht gezeigt, zu bilden. Zusätzlich wird, obwohl nicht gezeigt,
ein ähnliches
Abdichten zwischen dem Außenumfang des
Druckerhöhungskolbens 37 und
dem Innenumfang des Körpers 35 gebildet.
Der Federhalter 69 ist mit einem tassenförmigen Stößel 75 abgedeckt,
an dem der Nocken 77 für
den Antriebsdruck erhöhenden
Kolben in Kontakt mit dem Stößel 75 drehbar
angeordnet ist.
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Die
Arbeitweise der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17 wird
in Bezug auf die 4A, 4B und 4C diskutiert.
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In
einem Zustand der 4A wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch
aus der Brennkammer 5 in die Luftkammer 39, während sich
der Kolben 37 absenkt, eingeleitet, um den Druck innerhalb
der Ladungsgemischkammer 29 zu erhöhen. Zu dieser Zeit schließt der Ventilkopfabschnitt 55 des
Einspitzventilteiles M die Einspritzbohrung; das Rückschlagventil 43 wird
geöffnet;
und das Rückschlagventil 51 wird geschlossen.
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In
einem Zustand der 4B öffnet der Ventilkopfabschnitt 55 des
Einspritzventilteiles die Einspritzbohrung, so dass das im Druck
erhöhte
Ladungsgemisch innerhalb der Ladungsgemischkammer 29 in
die Brennkammer 5 eingespritzt wird. Zu dieser Zeit wird
das Rückschlagventil 43 geschlossen;
und das Rückschlagventil 51 wird
geschlossen.
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In
einem Zustand der 4C wird Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch,
das in die Luftkammer 39 in dem Zustand der 4A eingeleitet
wird, durch den Verbindungskanal 49 in die Ladungsgemischkammer 29 unter
dem Ansteigen des Druckerhöhungskolbens 37 bewegt.
Zu dieser Zeit schließt
der Ventilkopfabschnitt 55 des Einspritzventilteiles die
Einspritzbohrung, das Rückschlagventil 43 wird
geschlossen; und das Rückschlagventil 51 wird
geöffnet.
Mit der Bewegung von Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Ladungsgemischkammer 29 wird
Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 in
die Ladungsgemischkammer 29 eingespritzt oder eingeleitet.
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Als
nächstes
wird die Steuerungsweise für die
Arbeitszeitpunkte der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17 in
Bezug auf die 5 diskutiert, was eine Steuerungsweise
(a) und eine weitere Steuerungsweise (b) enthält. In der Steuerungsweise
(a) wird das Einspritzen des Ladungsgemischs einmal in jedem Motortakt
für jeden
Motorzylinder ausgeführt, um
die gesamte Menge des in der Ladungsgemischkammer 29 enthaltenen
Ladungsgemischs einzuspritzen. In der Steuerungsweise (b) wird die
Einspritzung des Ladungsgemisches zweimal in jedem Motortakt für jeden
Motorzylinder ausgeführt,
um zwei Teile des Ladungsgemischs separat während des Teilens des Ladungsgemischs
innerhalb der Ladungsgemischkammer in zwei Abschnitte einzuspritzen.
Sowohl in der Steuerungsweise (a) als auch (b) werden die Zeitpunkte
des Einleitens von Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Luftkammer 39 an
einer oberen Säule
angezeigt, während
die Zeitpunkte des Einleitens von Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch in
die Ladungsgemischkammer 29, die Zeitpunkte des Ladungsgemischs
aus der Ladungsgemischeinleitungskammer 29, die Zeitpunkte
des Ladungsgemischs aus der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17,
die Zeitpunkte der Einspritzung (der Einleitung) des Kraftstoffes
aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in die Ladungsgemischkammer 29 und
die gleichen Zeitpunkte an der unteren Säule angezeigt werden.
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Sowohl
in der Steuerungsweise (a) als auch (b) wird das Einleiten von Luft
oder des Luft-Kraftstoff-Gemisches in die Luftkammer 39 in
der letzten halben Periode des Verdichtungshubs in dem Motortakt
ausgeführt.
Dadurch wird Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch bei hoher Temperatur und hohem Druck
in die Luftkammer 39 eingeleitet. Zusätzlich wird Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch
innerhalb der Brennkammer 5 aus der Brennkammer in der letzten
halben Periode des Verdichtungshubes, das heißt, in die Luftkammer 39 freigegeben,
und demzufolge vermindert sich der Druck innerhalb der Brennkammer
des Motors in der letzten halben Periode des Verdichtungshubes,
um dadurch eine Frühzündung innerhalb
der Brennkammer 5 zu verhindern.
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Dann
wird der Druck innerhalb der Ladungsgemischkammer 29 während des
Absenkens des Druckerhöhungskolbens 37 parallel
mit dem Fortschreiten des Verdichtungshubes des Motortaktes erhöht. Danach
wird das Ladungsgemisch innerhalb der Ladungsgemischkammer 29 in
die Brennkammer 5 des Motors eingespritzt.
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Nach
dem Einspritzen des Ladungsgemischs wird Hochtemperatur in Hochdruckluft
oder Luft-Kraftstoff-Gemisch durch den Verbindungskanal 49 in
die Ladungsgemischkammer 29 während des Absenkens des Druckerhöhungskolbens 37 bewegt. Konkurrierend
dazu wird Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 in
die Ladungsgemischkammer 29 eingespritzt und zugeführt. Der
zugeführte Kraftstoff
innerhalb der Gemischkammer wird beim Verdampfen durch die hohe
Temperatur und Druckluft oder das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das aus
der Luftkammer 39 bewegt wurde, unterstützt, indem der zugeführte Kraftstoff
mit Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch gemischt wird, um ein Ladungsgemisch
zu bilden. Dieses Ladungsgemisch wird im Druck erhöht und in
die Brennkammer 5 des Motors während des nächsten Motortaktes eingespritzt,
indem die gesamte Menge des Ladungsgemischs zu einer Zeit eingespitzt
wird, wie in der Steuerungsweise (a) gezeigt, oder zwei Abschnitte
des Ladungsgemischs werden jeweils separat bei zwei separaten Zeiten,
wie in der Steuerungsweise (b) gezeigt ist, eingespritzt. Somit wird
das Ladungsgemisch, das im Druck erhöht ist, in die Brennkammer 5 während des
nächsten
Motortaktes eingespritzt und demzufolge wird die Verdampfung von
Kraftstoff zu der Zeitdauer vor dem Einspritzen des Ladungsgemischs
in die Brennkammer vervollständigt.
Dies verlängert
die Zeit, die für
die Verdampfung von Kraftstoff erforderlich ist, um dadurch effektiv
die Verdampfung von Kraftstoff zu unterstützen.
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In
dem Fall, dass Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Luftkammer 39 zu
einem Zeitpunkt, der anders als die letzte halbe Periode des Verdichtungshubes
ist, eingespritzt oder eingeleitet wird, wird Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch
in der Temperatur und im Druck niedrig, um somit nicht ausreichend
zu sein, den Kraftstoff zu verdampfen und demzufolge kann Luft oder
ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verdichtet und erwärmt werden.
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6 zeigt
eine Idee, die die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Lehre
zeigt, in der ein Ladungsgemisch in das Luft-Kraftstoff-Gemischfeld A,
das innerhalb der Brennkammer 5 gebildet ist, eingespritzt
wird, dessen Luft-Kraftstoff-Gemischfeld in der Temperatur hoch
ist und solch eine Kraftstoffkonzentration hat, dass keine Selbstzündung auftritt. Das
Ladungsgemisch, das von der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung
eingespritzt werden soll, hat eine Kraftstoffkonzentration, die
höher als
die in dem Luft-Kraftstoff-Gemischfeld A ist, das in der Brennkammer
gebildet ist. Zusätzlich
ist zumindest ein Teil von Kraftstoff in dem Ladungsgemisch verdampft.
Es wird verstanden, dass das Luft-Kraftstoff-Gemischfeld A in der
Brennkammer durch Zuführen
von Kraftstoff in die Brennkammer 5 aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
(nicht gezeigt) gebildet wird.
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Durch
Zuführung
des Ladungsgemischs B in das Luft-Kraftstoff-Gemischfeld A, das
Kraftstoff enthält,
dessen zumindest einer Teil verdampft ist, wird die Kraftstoffkonzentration
in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch-Feld A angehoben, während eine
Temperaturverminderung in Folge der latenten Verdampfungswärme von
Kraftstoff unterdrückt
wird. Dies bringt das Luft-Kraftstoff-Gemischfeld A in solch eine
Bedingung P, um die Selbstzündung
zu initiieren. Demzufolge kann ein Zeitpunkt, bei dem die Selbstzündung auftritt,
durch ein angemessenes Steuern des Zündzeitpunktes des Ladungsgemischs
B gesteuert werden.
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Im
Vergleich mit dem obigen Fall, wenn flüssiger Kraftstoff C in die
Zündung
in die Brennkammer 5, wie in einer herkömmlichen Technik, zugeführt wird,
wird die Kraftstoffkonzentration in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch
im Wesentlichen dieselbe, wie die in der obigen Bedingung P, wie
als eine Bedingung Q angezeigt; jedoch die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches
kann nicht unter dem Einfluss der latenten Verdampfungswärme des
Zündkraftstoffes
C angehoben werden, so dass keine Selbstzündung auftritt.
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In
der zuvor vorgestellten Brennkraftmaschine mit Kompressionsselbstzündung des
Ausführungsbeispieles,
in dem der Selbstzündungszeitpunkt
gesteuert werden kann, wird das Ladungsgemisch, das Luft oder ein
Luft-Kraftstoff-Gemisch und Kraftstoff, dessen Teil verdampft ist,
enthält,
in die Brennkammer 5 des Motors durch die Ladungsgemisch-Einspritzungsvorrichtung 17 eingespritzt.
Dies macht es unnötig,
eine Vorrichtung mit großer
Abmessung für
das Antreiben eines Steuerkolbens mit hohen Geschwindigkeiten, wie
in der herkömmlichen Technik,
vorzusehen.
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Als
nächstes
wird eine Art der Steuerung der elektronischen Steuerungseinheit 27 in
dem Fall diskutiert, wo das Ladungsgemisch in die zwei Teile geteilt
ist, die jeweils separat in zwei Zeiten eingespritzt werden, wie
in der Art der Steuerung (b) in der 5 in Bezug
auf ein Ablaufdiagramm der 7 gezeigt.
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Zuerst
empfängt
die elektronische Steuerungseinheit 27 ein Eingangssignal
des Eingangsvakuums Bint, die Einlasslufttemperatur Tint, die Motorkühlmitteltemperatur
Tw, die Motordrehzahl Ne und die erforderliche Motorlast (den Drosselöffnungsgrad)
Tov, die jeweils durch die entsprechenden Sensoren in dem Schritt
S1 erfasst werden.
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Ein
Druck P1 am unteren Totpunkt und eine Temperatur T1 am unteren Totpunkt
innerhalb der Brennkammer 5 werden aus einem Plan, der
in dem Speicher in der elektronischen Speichereinheit gespeichert
ist in Übereinstimmung
mit dem Einlassvakuum Bint, der Einlasslufttemperatur Tint und der
Motorkühlmitteltemperatur
Tw, die in die elektronische Steuerungseinheit in dem Schritt S3
eingegeben worden sind, gelesen. Der Druck P1 an dem unteren Totpunkt
ist der Druck innerhalb der Brennkammer am unteren Totpunkt des
Kolbens in dem Zylinder. Die Temperatur T1 an dem unteren Totpunkt
ist eine Temperatur innerhalb der Brennkammer an dem unteren Totpunkt
des Kolbens in dem Zylinder.
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Dann
werden jeweils ein Brennkammerdruck (oder ein Druck innerhalb der
Brennkammer) P und eine Brennkammertemperatur (oder eine Temperatur innerhalb
der Brennkammer) T bei jedem Kurbelwinkel berechnet aus dem gelesenen
Druck P1 am unteren Totpunkt und der Temperatur T1 an dem unteren Totpunkt
in dem Schritt S5. Der Brennkammerdruck P und die Brennkammertemperatur
T werdend durch die folgenden Gleichungen berechnet: P
= P1 × (ε)κ T = T1 × (ε)κ-1 wo ε das Verdichtungsverhältnis und κ das Verhältnis der
spezifischen Wärme
ist.
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Demzufolge
werden eine Kraftstoffkonzentration K in dem Luft-Kraftstoff-Gemischfeld,
die eine abnormale Verbrennung in der Brennkammer verursacht, aus
einem Plan, der in dem Speicher gespeichert ist, in Übereinstimmung
mit der Motordrehzahl Ne und der Brennkammertemperatur T, die in
dem Schritt S7 oben erfasst worden ist, gelesen. Diese Kraftstoffkonzentration
K tendiert dazu, um hoch zu werden, wie die Brennkammertemperatur
T niedrig ist und wie die Motordrehzahl Ne hoch ist.
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Dann
wird die Bestimmung vorgenommen, ob oder nicht die Kraftstoffkonzentration
des Luft-Kraftstoff-Gemischfeldes A, das nach dem Einspritzen der
gesamten Menge des Ladungsgemischs zu einer Zeit gebildet wird,
um der Kraftstoffmenge zu entsprechen, die in Übereinstimmung mit der erforderlichen
Motorlast gebildet ist, höher
als die vorerwähnte
Kraftstoffkonzentration K ist, die eine abnormale Verbrennung in
der Brennkammer in dem Schritt S9 verursacht. In dem Fall, dass
die Kraftstoffkonzentration höher
als die Kraftstoffkonzentration K ist, wird eine abnormale Verbrennung
wie zum Beispiel eine Frühzündung verursacht,
wenn die gesamte Menge des Ladungsgemischs wie sie ist eingespritzt
wird. Demzufolge wird die gesamte Menge des Ladungsgemischs in zwei
(ein erstes und ein zweites Teil) Teile geteilt, die jeweils bei
ersten und zweiten Zeiten, die voneinander separat sind, eingespritzt werden.
Der erste Teil wird in der Menge gesteuert, um eine Kraftstoffkonzentration
des Luft-Kraftstoff-Gemischs A zu erhalten, die nicht höher als
die zuvor erwähnte
Kraftstoffkonzentration K ist und wird von der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17 in dem
Schritt S11 eingespritzt. Dies verhindert, dass eine abnormale Verbrennung
in der Brennkammer des Motors auftritt. Danach wird, um die Ziel-Motorlast
zu treffen, der verbleibende Kraftstoff (der zweite Teil) des Ladungsgemischs
von der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17 bei einem
zuvor festgelegten Zeitpunkt (oder dem zweiten Zeitpunkt) in dem
Schritt S13 eingespritzt. Der zweite (Einspritz-)Zeitpunkt des Ladungsgemischs
entspricht dem Initiieren der Verbrennung in der Brennkammer, um
dadurch den Zündzeitpunkt
des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb der Brennkammer zu steuern.
Die zuvor erwähnte
Steuerung für
die Menge des ersten und des zweiten Teiles des Ladungsgemischs
kann leicht durch das Steuern zu einer Zeit durchgeführt werden,
in der Strom durch die Magnetspule 63 in der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung 17 durchgeleitet
wird.
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In
dem Fall, dass die Kraftstoffkonzentration in dem Luft-Kraftstoff-Gemischfeld
A, die nach der Einspritzung der gesamten Menge des Ladungsgemischs
zu einer Zeit gebildet wird, um der Kraftstoffmenge zu entsprechen,
die in Übereinstimmung
mit der erforderlichen Motorlast festgelegt worden ist, wird es
bestimmt, nicht höher
als die zuvor erwähnte Kraftstoffkonzentration
K in dem Schritt S9 zu sein, dass die gesamte Menge des Ladungsgemischs
in der Ladungsgemischkammer 29 zu einer Zeit zu einem zuvor
festgelegten Zeitpunkt in dem Schritt S15 eingespritzt wird.
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Somit
werden die Menge des Ladungsgemischs, das zu der ersten Zeit eingespritzt
wird, und die Anzahl der Einspritzungen des Ladungsgemischs in Übereinstimmung
mit den Motorbetriebsbedingungen, wie zum Beispiel der Brennkammertemperatur, der
Motordrehzahl und der erforderlichen Motorlast bestimmt. Dies kann
eine abnormale Verbrennung in der Brennkammer verhindern und kann
den Zeitpunkt des Initiierens der Verbrennung über einen breiten Motorbetriebsbereich
steuern, der sich von einem niedrigen Motorlastzustand bis zu einem
hohen Motorlastzustand erstreckt, um dadurch einen Bereich zu vergrößern, in
dem die Kompressionsselbstzündung
des Motorbetriebs vorgenommen wird.
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Wie
aus dem zuvor Geschilderten deutlich wird, wird entsprechend der
vorliegenden Lehre zumindest ein Teil des Kraftstoffes, der in der
Gemischkammer enthalten ist, um in das Luft-Kraftstoff-Gemisch-Feld
innerhalb der Brennkammer zugeführt
zu werden, verdampft. Dies unterdrückt eine Temperaturabsenkung
des Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Brennkammer infolge der
latenten Verdampfungswärme
des Kraftstoffes, um dadurch die Selbstzündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs
zu erleichtern. Zusätzlich
wird das Ladungsgemisch von der Ladungsgemisch-Einspritzvorrichtung
in die Brennkammer zugeführt
und demzufolge ist keine Vorrichtung mit einer großen Abmessung
zum Antreiben einer Hilfsvorrichtung, wie zum Beispiel eines Steuerkolbens,
erforderlich.