DE60306568T2 - Verbrennungssteuerapparat für einen Motor, Motor, Verbrennungssteuerverfahren dafür, Speichermedium und Computerprogramm - Google Patents

Verbrennungssteuerapparat für einen Motor, Motor, Verbrennungssteuerverfahren dafür, Speichermedium und Computerprogramm Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungssteuerapparat für einen Motor, einen Motor, ein Verbrennungssteuer- bzw. -regelverfahren, ein computerlesbares Speichermedium und ein Computerprogramm zum Durchführen eines Verbrennungssteuerverfahrens, wenn es auf einem geeigneten Computer laufen gelassen wird.
  • Im allgemeinen spritzt ein Direkteinspritzungs-Dieselmotor Kraftstoff in eine Verbrennungskammer mit hoher Temperatur und hohem Druck nahe dem oberen Totpunkt TDC eines Kompressionshubs in einem Zylinder ein, um eine Selbstzündung des Kraftstoffs zu veranlassen bzw. zu verursachen. Zu diesem Zeitpunkt schreitet der in die Verbrennungskammer eingespritzte Kraftstoff fort, während er in feine Tröpfchen durch eine Kollision mit äußerst dichter Luft (atomisiert bzw. zerstäubt) gespalten wird, um so einen ungefähr konus- bzw. kegelförmigen Kraftstoffnebel auszubilden. Die Kraftstofftropfen bzw. -tröpfchen verdampfen von ihrer Oberfläche und involvieren umgebende Luft hauptsächlich an dem vorderen Rand und ihrem Umfang des Kraftstoffnebels ein, um ein Gemisch auszubilden, welches eine Verbrennung zum Zeitpunkt startet, wenn die Dichte und Temperatur des Gemischs den erforderlichen Zustand für eine Zündung erreicht (vorgemischte Verbrennung). Dann verschiebt sich vermutlich die Verbrennung zur Diffusionsverbrennung, die umgebenden Kraftstoffdampf und Luft involviert, mit ihrem Kern, bei welchem die Zündung oder Verbrennung zuerst in der oben erwähnten Art und Weise aufgetreten ist.
  • In einer derartigen Verbrennung des herkömmlichen bzw. konventionellen Dieselmotors (einfach als Dieselverbrennung nachfolgend erwähnt), veranlaßt das Hauptteil an Kraftstoff die Diffusionsverbrennung, die auf die anfängliche vorgemischte Verbrennung folgt. Zu dieser Zeit jedoch wird im Kraftstoffspray bzw. -nebel, der heterogen in der Dichte ist, Stickstoffoxid (NOx) durch die abrupte Wärmeerzeugung bei bzw. an dem Abschnitt erzeugt, wo das Überschußluftverhältnis λ nahe 1 ist. Außerdem wird Ruß durch den Mangel an Sauerstoff an dem Abschnitt erzeugt, wo der Kraftstoff übermäßig reich ist. In dieser Hinsicht wurde herkömmlicherweise die Rezirkulation eines Teils des Abgases zur Einlaßluft (Abgasrezirkulation: einfach nachfolgend als EGR erwähnt) oder das Erhöhen des Kraftstoffeinspritzungsdrucks in die Praxis umgesetzt, um NOx und Ruß zu verringern.
  • Während eines solchen EGR verringert die Rezirkulation des inaktiven Abgases die Verbrennungstemperatur, um die Erzeugung von NOx zu unterdrücken, aber andererseits verringert es die Menge von Sauerstoff in der Einlaßluft. Somit führt eine große Menge an EGR zur Förderung der Rußproduktion. Außerdem fördert bzw. unterstützt der erhöhte Kraftstoffeinspritzungsdruck die Atomisierung von Kraftstoffspray bzw. -nebel und erhöht eine Kraftstoffpenetration bzw. -durchdringung, um das Luft-Verwertungsverhältnis zu verbessern, welches fähig ist, die Erzeugung von Ruß zu unterdrücken, aber wahrscheinlich leicht NOx erzeugt. D.h. infolge der Kompromißbeziehung zwischen den Verringerungen in NOx und Ruß ist es tatsächlich schwierig, sowohl NOx und Ruß auf einmal bei bzw. in der Dieselverbrennung zu verringern.
  • Zu diesem wurde neulich ein neues Verbrennungskonzept vorgeschlagen, welches signifikant bzw. merklich und gleichzeitig NOx und Ruß verringert, indem der Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt stark vorgerückt wird, um eine Verbrennungsbedingung zu erzielen, die hauptsächlich durch die vorgemischte Verbrennung dominiert wird. Das Verbrennungskonzept ist allgemein bekannt als eine vorgemischte kompressive bzw. Druckzündungsverbrennung. Die japanische Veröffentlichung der Patentanmeldung Nr. 2000-110669 offenbart einen Dieselmotor, der eine beträchtliche Menge von Abgas während des EGR rezirkuliert und den Kraftstoff zum Zeitpunkt innerhalb des Kompressionshubs eines Zylinders einspritzt. Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich ausreichend mit der Luft, um das Gemisch auszubilden, welches sich selbst zündet und am Ende des Kompressionshubs verbrennt.
  • Wenn eine derartige vorgemischte Verbrennung (die vorgemischte kompressive bzw. Druckzündungsverbrennung) auftritt, wird das Verhältnis des Abgases, das zur Einlaßluft durch die EGR zurückkehrt (das EGR Verhältnis), um eine bestimmte Menge von jener in der oben beschriebenen Dieselverbrennung erhöht. Besonders wird das Abgas, dessen Wärmekapazität größer als Luft ist, mit der Einlaßluft gemischt, und die Dichte von Kraftstoff und Luft in der Vormischung wird verringert, um eine Zündverzögerungszeit zu verlängern, um Kraftstoff und Einlaßluft (Luft und Abgas) ausreichend zu mischen. Zusätzlich wird der Zündzeitpunkt des auf seine solche Weise erzeugten Vorgemischs bis nahe zum oberen Totpunkt (TDC) des Kompressionshubs verzögert, um eine Wärmeerzeugungseigenschaft mit hoher Wärmenutzleistung bzw. -effizienz zu erzielen. Außerdem ist, wenn das Vorgemisch auf die oben erwähnte Art und Weise zündet, das inaktive Abgas im wesentlichen homogen um den Kraftstoff und die Luft diffundiert. Dies absorbiert die Verbrennungswärme, wodurch die NOx Erzeugung stark unterdrückt wird.
  • Zum Rezirkulieren einer derartigen großen Menge des Abgases zu Verbrennungskammern von jeweiligen Zylindern ist der oben beschriebene herkömmliche Dieselmotor mit einem Abgasrezirkulationsdurchtritt ausgestattet bzw. ausgerüstet, der groß im Durchmesser ist, welcher den Einlaßdurchtritt mit dem Auslaßdurchtritt kommuniziert bzw. in Verbindung setzt. Das Abgas, das aus dem Abgas- bzw. Auslaßdurchtritt stromaufwärts eines Kompressors bzw. Verdichters eines Turboladers abgezogen wird, wird zu einem Einlaßdurchtritt stromabwärts des Kompressors des Turboladers rezirkuliert. Darüber hinaus ist ein Regulatorventil zum Einstellen der Menge des Abgases vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt, das durch den Abgasrezirkulationsdurchtritt strömt, um ein passendes bzw. ordnungsgemäßes Verhältnis der Abgasrezirkulation in der Einlaßluft zu erzielen.
  • Jedoch ändert sich indem Fall, daß das Regulatorventil die Menge des Abgases durch den Abgasrezirkulationsdurchtritt wie oben beschrieben einstellt, die Rezirkulationsmenge des Abgases nicht sofort bei dem Einstellen des Öffnungsgrads des Regulatorventils für die Abgasrezirkulationsmenge, sondern ändert sich nach einer Verzögerungszeit. Somit ändert sich beispielsweise im Fall einer Erhöhung bzw. eines Anstiegs in der Fluß- bzw. Strömungsmenge einer Einlaßluft, die durch einen Anstieg in einer Motordrehzahl verursacht ist, die Rückführungs- bzw. Rezirkulationsmenge nach einer Verzögerungszeit, was ein Problem verursacht, daß das EGR Verhältnis zeitlich vorübergehend erniedrigt bzw. abgesenkt ist, um vom richtigen bzw. passenden Bereich abzuweichen. Darüber hinaus ändert sich die Menge des Abgases, das in der Verbrennungskammer zurückbleibt (sogenannte interne EGR), abhängig von einer Motorbetriebsbedingung, was das EGR Verhältnis veranlaßt zu fluktuieren.
  • Außerdem veranlaßt selbst mit demselben EGR Verhältnis die Änderung in einer Temperaturbedingung des rezirkulierenden Abgases die Zündungsverzögerungszeit zu variieren. D.h., die Zündungsverzögerungszeit wird bei einem Anstieg in der Temperatur des rezirkulierenden Abgases verkürzt, und im Gegensatz wird die Zündungsverzögerungszeit mit einer Verringerung in der Temperatur des rezirkulierenden Abgases verlängert. Zusätzlich verursacht streng die Änderung in Temperaturen der Verbrennungskammer und Einlaßluft, die Zündungsverzögerungszeit zu variieren.
  • Deshalb ist in der oben beschriebenen vorgemischten kompressiven bzw. Druckzündungsverbrennung nur ein Einstellen des Öffnungsgrads des Regulatorventils im Abgasrezirkulationsdurchtritt unzureichend, um den Zündzeitpunkt des Vorgemischs konstant nahe dem oberen Totpunkt beizubehalten, was ein Problem verursacht, daß die optimale Wärmeerzeugungseigenschaft nicht immer erzielt wird.
  • Hier offenbart die japanische Veröffentlichung der Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-008929 einen Regel- bzw. Steuerprozeß des Zündzeitpunkts des Vorgemischs. Gemäß dem Prozeß wird ein Teil des Kraftstoffs, der einem erforderlichen Motordrehmoment entspricht, in die Verbrennungskammer zu einer Zeit innerhalb einer Periode vom Einlaßhub zum Kompressionshub eingespritzt, um eine relativ magere Vormischung auszubilden. Dann wird das verbleibende Teil des Kraftstoffs nahe dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs beispielsweise eingespritzt, um sofort die Diffusionsverbrennung zu verursachen, welche die Verbrennung des Vorgemischs auslöst. Jedoch wird in dieser Technik das Vorgemisch zwangsweise dazu getrieben bzw. veranlaßt, durch die Diffusionsverbrennung des später eingespritzten Kraftstoffs zu zünden, was Probleme verursacht: eine beträchtliche Menge an Rußerzeugung während der Verbrennung; und die Verschlechterung in einer Kraftstoffeffizienz durch einen wahrscheinlichen Anstieg in der Menge des nicht verbrannten Gemischs.
  • Bezugnahme kann auf ein Papier mit dem Titel "Entwicklung einer Zündungszeitpunktregelung bzw. -steuerung in einem HCCI DI Diesel Motor", durch Yanagihara et al, Proceedings of JSAE Nr. 51-01, Nr. 20015025, Seiten 17–22, Mai 2001 gemacht werden.
  • Das Papier bzw. Dokument offenbart eine Technologie, in welcher der Motor mit dem relativ niedrigen Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis in seiner Spezifikation so eine kleine Menge an Kraftstoff einspritzt, um sich nicht selbst zu einem frühen Zeitpunkt (beispielsweise BTDC 50 Grad CA.) des Kompressionshubs im Zylinder zu entzünden, um ein Vorgemisch in der Verbrennungskammer zu erzeugen.
  • Dann wird, während eine Oxidationsreaktion bei niedriger Temperatur (eine Reaktion einer kühlen Flamme) während des Expansionshubs andauert, in welchem sich die Temperatur allmählich nach dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs des Zylinders erniedrigt, Kraftstoff zusätzlich eingespritzt, um zu zünden und zu verbrennen.
  • Jedoch löst beim Stand der Technik die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung auch die Zündung von selbst aus. Der Unterschied dieses Standes der Technik von dem vormaligen Stand der Technik (japanische Veröffentlichung der Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-008929) ist, nur einen Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt auf die relativ verzögerte Seite im Expansionshub (beispielsweise ATDC 10 Grad CA oder danach) des Zylinders einzustellen, um die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung daran zu hindern, die Diffusionsverbrennung zu verursachen. Somit verursacht vermutlich der außerordentlich verzögerte Zündungszeitpunkt, daß die Zykluseffizienz abnimmt und die Menge von nicht verbranntem Vorgemisch ansteigt, was merklich die Kraftstoffeffizienz verschlechtert.
  • Das Ziel bzw. der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, den Zündungszeitpunkt des Vorgemischs zu optimieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, selbst wenn das Rezirkulationsverhältnis des Abgases stark geändert wird oder selbst wenn die Temperatur des Abgases und ein anderer Faktor durch die Änderung in der Motorbetriebsbedingung geändert werden, in einem Direkteinspritzungsmotor, welcher Kraftstoff in die Verbrennungskammer des Zylinders zu einem relativ frühen Zeitpunkt einspritzt, eine große Menge des Abgases rezirkuliert, um die Zündung des Gemischs zu verzögern, und den Kraftstoff mit Einlaßluft während der Verzögerungszeit vor der Verbrennung des Gemischs gut mischt.
  • EP 1 063 427 A offenbart ein Motorregel- bzw. -steuersystem zum Regeln bzw. Steuern einer Kraftstoffeinspritzung eines Direktkraftstoffeinspritzungsmotors, in welchem eine Hilfs- und Hauptkraftstoffeinspritzung durchgeführt werden.
  • EP 0 732 485 A offenbart einen Dieselmotor, der ein NOx absorbierendes Mittel aufweist, das in einem Abgasdurchtritt angeordnet ist, in welchem eine Vormischungsverbrennung durchgeführt wird.
  • Das Ziel wird gemäß der Erfindung durch einen Verbrennungssteuerapparat für einen Dieselmotor gemäß Anspruch 1, durch ein Verbrennungssteuerverfahren gemäß Anspruch 5, durch ein computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 6 und durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Zündungszeitpunkt des Vorgemischs optimiert und ein Kraftstoffwirkungsgrad verbessert, selbst wenn das Rezirkulationsverhältnis des Abgases stark geändert wird oder selbst wenn die Temperatur des Abgases und ein anderer Faktor durch die Änderung in der Motorbetriebsbedingung fluktuiert werden, in einem Direkteinspritzungsmotor, welcher Kraftstoff in die Verbrennungskammer des Zylinders bei einem relativ frühen Zeitpunkt einspritzt, eine große Menge des Abgases rezirkuliert, um die Zündung des Gemischs zu verzögern, und den Kraftstoff mit der Einlaßluft während der Verzögerungszeit vor der Verbrennung des Gemischs gut mischt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, unmittelbar bevor oder nachdem das Vorgemisch, das aus dem Kraftstoff gebildet ist, der in die Verbrennungskammer im Zylinder während der Haupteinspritzung eingespritzt wird, die kühle Flammenreaktion bzw. Reaktion der kühlen Flamme aufgrund des Temperaturanstiegs in der Verbrennungskammer im Kompressionshub des Zylinders startet, die hilfsweise Einspritzung bei einem vorbestimmten Zeitpunkt ausgeführt.
  • Die Menge der hilfsweisen Einspritzung wird geregelt bzw. gesteuert, um den Zündungszeitpunkt einzustellen.
  • D.h., die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich hartnäckig bemüht, das wie oben beschriebene Problem beim Erforschen der kompressiven bzw. Druckzündung des vorgemischten Luft-Kraftstoff-Gemischs zu lösen. Als ein Ergebnis haben die Erfinder neulich eine Tatsache entdeckt, daß, wenn die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung bei dem vorbestimmten Zeitpunkt unmittelbar vor oder nach dem Auftreten der kühlen Flammenreaktion des Vorgemischs auftritt, während die Temperatur in der Verbrennungskammer allmählich bei einem spätem Stadium des Kompressionshubs des Zylinders ansteigt, der Übergang von der kühlen Flammenreaktion zur heißen Flammenreaktion, d.h. die Zündung, durch die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung verzögert wird. Auf der Basis dieser Tatsache haben die Erfinder die vorliegende Erfindung zustande gebracht.
  • Als ein Ergebnis regeln bzw. steuern die Haupteinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel die Einspritzeinrichtung, um Kraftstoff zu einem relativ frühen Zeitpunkt wenigstens in einem des Einlaßhubs und des Auslaßhubs zum Ausführen der Haupteinspritzung einzuspritzen. Darüber hinaus regeln bzw. steuern die Abgasrezirkulations-Regel- bzw. -Steuermittel die Abgasrezirkulations-Regulatormittel so, daß das Rezirkulationsverhältnis ein vorbestimmter Wert oder mehr wird (der EGR Wert gleich oder größer als der erste vorbestimmte Wert ist). Somit wird der Kraftstoff, der während der Haupteinspritzung eingespritzt wird, weit relativ über die Verbrennungskammer diffundiert und wird ausreichend sowohl mit dem rezirkulierten Abgas als auch Luft vermischt, um ein äußerst homogenisiertes Luft-Kraftstoff-Gemisch auszubilden. Das Gemisch entzündet sich beim späten Stadium des Kompressionshubs selbst, um die Verbrennung zu erzielen, in welcher das Verhältnis der vorgemischten Verbrennung relativ groß ist. Die Verbrennung ist die Niedrigtemperaturverbrennung ähnlich jener des herkömmlichen Beispiels (japanische Veröffentlichung der Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-110669), welche merklich kleine Mengen von NOx und Ruß erzeugt.
  • Außerdem regeln bzw. steuern die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel die Einspritzeinrichtung, um Kraftstoff für ein Ausführen der hilfsweisen Einspritzung einzuspritzen, unmittelbar bevor oder nachdem die kühle Flammenreaktion in dem Vorgemisch bei der erhöhten Temperatur in der Verbrennungskammer im Kompressionshub des Zylinders auftritt. Der eingespritzte Kraftstoff absorbiert Wärme vom umgebenden Vorgemisch während einer Kraftstoffverdampfung, um die Temperatur zu erniedrigen, so daß sich der Übergang von der kühlen Flammenreaktion zur heißen Flammenreaktion, d.h. die Zündung des Gemischs verzögert.
  • Zu dieser Zeit wird, wenn die hilfsweise Einspritzungsmenge erhöht wird, die Temperatur des Vorgemischs erniedrigt, um die Verzögerungszeit zu verlängern. Somit wird der Zündungszeitpunkt durch die Einstellung der Menge der hilfsweisen Einspritzung geregelt bzw. gesteuert.
  • Vorzugsweise können die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel die Hilfseinspritzungsmenge so regeln bzw. steuern, daß die Zündung des Gemischs, d.h. der Übergang von der kühlen Flammenreaktion zur heißen Flammenreaktion innerhalb der vorbestimmten Periode nahe dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs des Zylinders auftritt.
  • Dies deshalb, weil, wie oben beschrieben, wenn die Hilfseinspritzungsmenge erhöht wird, die Temperatur des Vorgemischs erniedrigt wird, um die Verzögerungszeit zu verlängern. Somit wird der Zündungszeitpunkt durch die Einstellung der Hilfseinspritzungsmenge geregelt bzw. gesteuert.
  • Demgemäß kann, selbst wenn das Rezirkulationsverhältnis des Abgases geändert wird, oder selbst wenn die Temperatur und der andere Faktor des Abgases durch die Änderung in der Motorbetriebsbedingung geändert werden, der Zündungszeitpunkt des Vorgemischs innerhalb einer vorbestimmten Periode nahe dem oberen Totpunkt beibehalten werden, um ein Wärmeerzeugungsmerkmal mit hoher Zyklusnutzleistung bzw. -effizienz zu erzielen.
  • Die Hilfseinspritzungsmenge kann wenigstens gemäß dem EGR Wert eingestellt werden.
  • Spezifisch können EGR-Verhältnis-Abschätzungsmittel zum Abschätzen eines tatsächlichen bzw. aktuellen EGR Werts des Motors bereitgestellt sein bzw. werden, und die Hilfseinspritzungsmenge kann gemäß wenigstens dem Wert eingestellt werden, der durch die EGR-Verhältnis-Abschätzungsmittel abgeschätzt wird. Es ist zu erwähnen, daß die Regelung bzw. Steuerung der Hilfseinspritzungsmenge basierend auf der Temperatur des Abgases und der Temperatur des Zylinders zusätzlich zum EGR Wert oder seinem abgeschätzten Wert durchgeführt werden kann.
  • Wenn die Hilfseinspritzungsmenge in Assoziation bzw. Verbindung mit dem EGR Wert, wie oben beschrieben, eingestellt wird, kann die Hilfseinspritzungsmenge richtig eingestellt werden, um hinsichtlich des Einflusses auf den Zündungszeitpunkt durch die Änderung im Rezirkulationsverhältnis des Abgases zur Verbrennungskammer zu kompensieren, wodurch eine optimale Wärmeerzeugungseigenschaft bzw. -charakteristik mit hoher Zykluseffizienz erzielt wird. Insbesondere wird, wenn die Hilfseinspritzungsmenge gemäß dem abgeschätzten Wert des tatsächlichen EGR Werts eingestellt wird, die Regel- bzw. Steuergenauigkeit verbessert, wodurch ausreichend der oben beschriebene Effekt bereitgestellt wird.
  • Vorzugsweise können die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel die Hilfseinspritzungsmenge erhöhen, wenn der abgeschätzte Wert des EGR Werts gleich oder größer als der zweite vorbestimmte Wert kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist.
  • Somit verzögert die Erhöhung in der Hilfseinspritzungsmenge den Zündungszeitpunkt des Vorgemischs, um sich TDC anzunähern, selbst wenn beispielsweise die Erhöhung in der Rezirkulationsmenge des Abgases verzögert wird, um das EGR Verhältnis übermäßig zu erniedrigen (der abgeschätzte Wert des EGR Werts wird der zweite vorbestimmte Wert oder geringer), während der Motor beschleunigt.
  • Mehr bevorzugt können ein Motordrehmoment detektierende Mittel zum Detektieren eines Werts bereitgestellt bzw. zur Verfügung gestellt werden, der mit dem Motorausgabedrehmoment assoziiert bzw. verbunden ist, und die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel können vorzugsweise die Hilfseinspritzungsmenge gemäß dem Wert einstellen, der durch die ein Motordrehmoment detektierenden Mittel detektiert wird.
  • Spezifisch können die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel zwangsweise die Hilfseinspritzungsmenge im stabilen Zustand des Motors erhöhen oder verringern, und die Hilfseinspritzungsmenge gemäß der Änderung im Wert, der durch die ein Motordrehmoment detektierenden Mittel detektiert wird, als Ergebnis der zwangsweisen Zunahme oder Verringerung regeln bzw. steuern.
  • Spezifisch kann, wenn der Wert, der durch die ein Motordrehmoment detektierenden Mittel detektiert wird, sich in Richtung zur Seite eines höheren Drehmoments als ein Ergebnis der Zunahme in der Hilfseinspritzungsmenge ändert, die Hilfseinspritzungsmenge weiter erhöht werden, und kann, wenn sich der detektierte Wert in Richtung zur Seite eines niedrigeren Drehmoments als ein Ergebnis der Zunahme der Hilfseinspritzungsmenge ändert, die Hilfseinspritzungsmenge verringert werden. Andererseits kann, wenn sich der Wert, der durch die ein Motordrehmoment detektierenden Mittel detektiert wird, in Richtung zur Seite eines höheren Drehmoments als ein Ergebnis der Abnahme in der Hilfseinspritzungsmenge ändert, die Hilfseinspritzungsmenge weiter verringert werden, und kann, wenn sich der detektierte Wert in Richtung zur Seite eines niedrigeren Drehmoments als ein Ergebnis der Verringerung der Hilfseinspritzungsmenge ändert, die Hilfseinspritzungsmenge erhöht werden.
  • D.h. die Zunahme in der Hilfseinspritzungsmenge veranlaßt, den Zündzeitpunkt des Vorgemischs zu verzögern.
  • Somit ist, wenn das Motordrehmoment als ein Ergebnis der Zunahme in der Hilfseinspritzungsmenge erhöht ist, der Zündungszeitpunkt auf der vorverlegten Seite des optimalen Zeitpunkts. Um mit diesem fertig zu werden, wird die Hilfseinspritzungsmenge weiterhin erhöht.
  • Im Gegensatz dazu ist, wenn das Motordrehmoment als ein Ergebnis der Zunahme in der Hilfseinspritzungsmenge erniedrigt ist, der Zündungszeitpunkt des Vorgemischs auf der verzögerten Seite des optimalen Zeitpunkts. Um mit diesem fertig zu werden, wird die Hilfseinspritzungsmenge verringert.
  • Dies läßt die Zündung des Vorgemischs zu dem Zeitpunkt auftreten, welcher das Motordrehmoment maximiert, oder die optimale Wärmeerzeugungseigenschaft bzw. -charakteristik erzielt.
  • Auf die gleiche Weise kann die Hilfseinspritzungsmenge gemäß der Änderung im Motorausgabedrehmoment erhöht oder verringert werden, wenn die Hilfseinspritzungsmenge verringert wird.
  • D.h., selbst wenn die Zündungsverzögerungszeit abhängig von dem Rezirkulationsverhältnis und der Temperatur des Abgases und der Temperatur der Verbrennungskammer geändert wird, kann die Einstellung der Hilfseinspritzungsmenge gemäß der Änderung im Motorausgabedrehmoment den Einfluß des Verhältnisses und der Temperatur aufheben bzw. zunichte machen, wodurch der Zündungszeitpunkt des Vorgemischs optimiert wird.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Motor bereitgestellt, der mit einem Verbrennungssteuerapparat gemäß der vorliegenden Erfindung oder der bevorzugten Ausführungsform davon ausgestattet ist.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird noch weiterhin ein computerlesbares Speichermedium bereitgestellt, welches darauf ein Computerprogramm gespeichert aufweist, welches, wenn auf einen Computer geladen, ein Verbrennungssteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung oder der bevorzugten Ausführungsform davon ausführt.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird noch weiterhin ein Computerprogramm bereitgestellt, welches, wenn auf einen Computer geladen, ein Verbrennungssteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung oder der bevorzugten Ausführungsform davon ausführt.
  • Andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich werden, welche auf die begleitenden Zeichnungen verweist. Es sollte verstanden werden, daß, selbst obwohl Ausführungsformen gesondert beschrieben werden, einzelne Merkmale davon zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Gesamtstruktur eines Verbrennungssteuerapparats für einen Motor in Übereinstimmung mit bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung illustriert.
  • 2 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Karte oder Tabelle oder Beziehung zeigt, die für ein Schalten der Motorverbrennungsmoden verwendet wird.
  • 3 ist ein illustratives Diagramm, das schematisch die Kraftstoffeinspritzungstätigkeit durch die Einspritzeinrichtung zeigt.
  • 4 ist eine graphische Darstellung, die die Änderungen im Wärmeerzeugungsverhältnis in bezug auf den Kurbelwinkel für verschiedene EGR Verhältnisse illustriert.
  • 5(a), (b), und (c) sind graphische Darstellungen, die in der Relation jeweils die Änderungen im Überschußluftverhältnis, NOx Konzentration und Rußkonzentration jeweils in bezug auf das EGR Verhältnis zeigen,
  • 6 ist eine graphische Darstellung, die die Änderungen in der NOx Konzentration und Rußkonzentration in bezug auf das EGR Verhältnis während der Dieselverbrennung zeigt.
  • 7 ist eine graphische Darstellung, die die Änderungen im Wärmeerzeugungsverhältnis in bezug auf den Kurbelwinkel für verschiedene Hilfseinspritzungsmengen zeigt.
  • 8 ist eine graphische Darstellung, die die Änderungen in der Verbrennungskammertemperatur in bezug auf den Kurbelwinkel für verschiedene Hilfseinspritzungsmengen illustriert.
  • 9(a), (b), und (c) sind graphische Darstellungen, die jeweils die Änderungen in der NOx Konzentration, Rußkonzentration und Motorausgabe bzw. -leistung für verschiedene Hilfseinspritzungsmengen illustrieren.
  • 10 ist ein Flußdiagramm, das das frühe Stadium des Kraftstoffeinspritzungs-Regel- bzw. -Steuerprozesses bzw. -verfahrens illustriert.
  • 11 ist ein Flußdiagramm, das das späte Stadium des Kraftstoffeinspritzungs-Regel- bzw. -Steuerprozesses illustriert.
  • 12(a), (b), und (c) sind illustrative Diagramme, die jeweils Beispiele einer Ziel-Drehmomentkarte oder -tabelle oder -beziehung für den Motor, eine Einspritzungsmengekarte oder -tabelle oder -beziehung, und eine Einspritzungszeitpunktkarte oder -tabelle oder -beziehung zeigen.
  • 13(a), und (b) sind illustrative Diagramme, die jeweils eine Tabelle, die die Basiseinspritzungsmenge für die Hilfseinspritzung in bezug auf die Änderung im EGR Verhältnis vorschreibt, und eine Tabelle zeigen, die die erste korrigierende Menge für die Hilfseinspritzung in bezug auf die Änderung in der EGR Abweichung vorschreibt.
  • 14 ist ein Flußdiagramm, das den EGR Regel- bzw. Steuerprozeß zeigt.
  • 15(a) und (b) sind illustrative Diagramme, die jeweils Beispiele einer EGR Karte oder Tabelle oder Beziehung, und die Änderung in der Öffnung des EGR Ventils an der EGR Karte oder Tabelle oder Beziehung zeigen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
  • (Gesamtkonfiguration)
  • 1 illustriert eine Konfiguration eines Verbrennungssteuerapparats A für einen Motor in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand eines Beispiels. Durch 1 ist ein Dieselmotor identifiziert, der auf einem Fahrzeug zu montieren ist. Der Motor 1 umfaßt eine Mehrzahl von Zylindern 2, 2, ... (von welchen einer illustriert ist). Kolben 3 sind innerhalb jedes Zy linders 2 so eingepaßt, um sich jeweils vorzugsweise in einer im wesentlichen vertikalen Richtung hin- und herzubewegen. Der Kolben 3 definiert eine Verbrennungskammer 4 innerhalb jedes Zylinders 2. Eine Einspritzeinrichtung 5 (Kraftstoffeinspritzungsventil) ist an einem Dach der Verbrennungskammer 4 angeordnet. Die Einspritzeinrichtung 5 spritzt Kraftstoff bei hohem Druck direkt in die Verbrennungskammer 4 von einer oder mehreren Einspritzungsbohrung(en) an der Spitze der Einspritzeinrichtung 5 ein. Andererseits ist das proximale Ende der Einspritzeinrichtung 5 für jeden Zylinder 2 mit einem gemeinsamen Kraftstoffzufuhrrohr 6 (einer gemeinsamen Druckleitung bzw. common rail) über Kraftstoffzufuhrrohre 6a, 6a, ... (von welchen eines illustriert ist), jeweils verbunden. Die gemeinsame Druckleitung 6, die mit einer Hochdruckzufuhrpumpe 9 über ein Kraftstoffzufuhrrohr 8 verbunden ist, sammelt Kraftstoff an, der von der Hochdruckzufuhrpumpe 9 bei hohem Druck zugeführt wird, um Kraftstoff zu den Einspritzeinrichtungen 5, 5, ... bei erforderlichen oder regel- bzw. steuerbaren Zeitpunkten zuzuführen. Die gemeinsame Druckleitung 6 ist mit einem Kraftstoffdrucksensor 7 zum Detektieren des internen bzw. Innendrucks davon ausgestattet (Druck der gemeinsamen Druckleitung bzw. common rail).
  • Die Hochdruckzufuhrpumpe 9 ist mit einem Kraftstoffzufuhrsystem verbunden, das nicht gezeigt ist, und ist betriebsfähig bzw. betätigbar mit einer Kurbelwelle 10 durch einen Zahnriemen oder andere Teile verbunden, um den Hochdruckkraftstoff zur gemeinsamen Druckleitung 6 unter Druck zuzuführen. Der Kraftstoff wird teilweise zum Kraftstoffzufuhrsystem über ein Solenoid- bzw. Magnetventil zurückgeführt, um die Menge des Kraftstoffs einzustellen, der zur gemeinsamen Druckleitung 6 zuzuführen ist. Die Öffnung bzw. das Öffnen des Magnetventils wird durch eine ECU 40 (später beschrieben) basierend auf dem detektierten Wert des Kraftstoffdrucksensors 7 geregelt bzw. gesteuert, so daß der Kraftstoffdruck auf einen vorbestimmten oder vorbestimmbaren Wert entsprechend der Betriebsbedingung bzw. des Betriebszustands des Motors 1 eingestellt ist.
  • Außerdem sind am obersten Abschnitt des Motors 1 Ventiltauchmechanismen, nicht gezeigt, jeweils zum Öffnen und Schließen von Einlaßventilen und Auslaßventilen angeordnet. Andererseits ist am Bodenabschnitt des Motors 1 ein Kurbelwinkelsensor 11 zum Detektieren des Rotations- bzw. Drehungswinkels der Kurbelwelle 10 angeordnet, und ein Motorkühlmitteltemperatursensor 13 ist zum Detektieren einer Temperatur des Kühlmittels angeordnet. Der Kurbelwinkelsensor 11, im Detail nicht illustriert, umfaßt eine detektierbare Platte, die am Ende der Kurbelwelle 10 vorgesehen bzw. bereitgestellt ist, und vorzugsweise einen elektromagnetischen Aufnehmer bzw. ein Abtastgerät, der bzw. das zum Umfang der Platte blickt bzw. gerichtet ist. Dieses Abtastgerät erzeugt gepulste bzw. Impulssignale in Antwort auf die Annäherung von Zähnen, die in regelmäßigen Intervallen bzw. Abständen auf der Außenumfangsfläche der detektierbaren Platte ausgebildet sind.
  • Eine Seitenoberfläche des Motors (auf der rechten Seitenoberfläche in der Zeichnung) ist an einen Einlaßdurchtritt 16 zum Zuführen von Einlaßluft, die durch einen Reiniger 15 (Frischluft) gefiltert wird, zu der Verbrennungskammer 4 angeschlossen. Am stromabwärtigen Ende des Einlaßdurchtritts 16 ist ein Druckausgleichsbehälter 17 angeordnet, von welchem sich jeweilige Durchtritte verzweigen, um mit der Verbrennungskammer 4 in jedem Zylinder 2 über Einlaß öffnungen zu kommunizieren bzw. in Verbindung zu stehen. Der Druckausgleichsbehälter 17 ist mit einem Einlaßluftdrucksensor 18 zum Detektieren des Drucks der Einlaßluft ausgestattet bzw. versehen.
  • Im Einlaßdurchtritt 16 sind von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite die folgenden Komponenten vorzugsweise in der Reihenfolge vorgesehen: ein Heißfilmtyp-Luftströmungssensor 19 für ein Detektieren der Menge oder Strömung von Einlaßluft, die von der Außenseite in den Motor 1 eingeführt wird; ein Kompressor bzw. Verdichter 20, der durch eine Turbine 27 angetrieben wird, die später beschrieben sind, zum Komprimieren von Einlaßluft; ein Zwischenkühler 21 zum Kühlen der Einlaßluft, die durch den Kompressor 20 komprimiert wird; und ein Einlaßluftdrosselventil 22, das vorzugsweise eine Absperrklappe umfaßt. Eine Ventilwelle des Drosselventils 22 wird durch einen Schrittmotor 23 gedreht, so daß das Ventil auf eine vorbestimmte Position zwischen einem völlig geschlossenen Zustand und einem völlig offenen Zustand eingestellt werden kann. Im völlig geschlossenen Zustand des Ventils 22 wird vorzugsweise ein Frei- bzw. Spielraum zwischen dem Drosselventil 22 und einer inneren bzw. Innenwand des Einlaßdurchtritts 16 gelassen, durch welchen Luft hindurchtritt.
  • Außerdem ist die gegenüberliegende Seite des Motors 1 (an der linken Seitenoberfläche in der Zeichnung) an einen Abgasdurchtritt 26 zum Austragen von Verbrennungsgas (Abgas) aus der Verbrennungskammer 4 in jedem Zylinder 2 angeschlossen. Das stromaufwärtige Ende des Abgasdurchtritts 26 verzweigt sich entsprechend zu den jeweiligen Zylindern 2, um Abgaskrümmer bzw. -verteiler auszubilden, die mit der Verbrennungskammer 4 über Abgasöffnungen kommunizieren bzw. in Verbindung stehen. Im Abgasdurchtritt 26 stromabwärts vom Abgaskrümmer, von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite, sind vorzugsweise in der Reihenfolge folgende Komponenten vorgesehen: ein linearer O2 Sensor 29 zum Detektieren einer O2 Konzentration im Abgas; eine Turbine 27, die durch eine Abgasströmung gedreht wird; und/oder ein Katalysatorkonverter 28, der fähig ist, schädliche Komponenten (wie beispielsweise HC, CO, NOx, und Ruß) im Abgas zu reinigen.
  • Ein Turbolader 30, der die Turbine 27 und den Kompressor bzw. Verdichter 20 im Einlaßdurchtritt 16 umfaßt, ist ein Turbolader von variabler Geometrie (nachfolgend als VGT bezeichnet bzw. erwähnt), welcher einen Querschnittsbereich bzw. eine Querschnittsfläche im Auslaßdurchtritt einstellt, der mit der Turbine 27 unter Verwendung von einstellbaren Klappen 31, 31, .... kommuniziert bzw. in Verbindung steht. Jede der Klappen 31, 31, ... ist betriebsfähig mit einem Diaphragma bzw. einer Membran 32 über einen nicht gezeigten Verbindungsmechanismus verbunden. Der negative bzw. Unterdruck, der auf das Diaphragma 32 wirkt, wird durch ein Solenoid- bzw. Magnetventil 33 zum Steuern bzw. Regeln des Unterdrucks eingestellt, so daß die Rotationspositionen der Klappen 31, 31, ... eingestellt werden.
  • Ein stromaufwärtiges Ende eines Abgasrezirkulationsdurchtritts 34 (nachfolgend als ein EGR Durchtritt bezeichnet) zum teilweisen Rezirkulieren des Abgases zur Einlaßluft, ist mit dem Auslaßdurchtritt 26 verbunden, um zu einem Abschnitt des Durchtritts 26 auf der stromaufwärtigen Seite der Turbine 27 in bezug auf den Abgasstrom zu öffnen. Das stromabwärtige Ende des EGR Durchtritts 34 ist mit dem Einlaßdurchtritt 16 zwischen dem Drosselventil 22 und dem Druckausgleichsbehälter 17 verbunden, welcher das abgezogene Teil des Abgases aus dem Auslaßdurchtritt 26 zum Einlaßluftdurchtritt 16 rezirkuliert. Am Strommittenabschnitt des EGR Durchtritts 34 sind ein EGR Kühler 37 zum Kühlen des Abgases, das durch den EGR Durchtritt 34 strömt, und ein Abgasrezirkulationsmengen-Regulatorventil (nachfolgend als ein EGR Ventil bezeichnet) 35 einstellbar oder regel- bzw. steuerbar in seiner Öffnung angeordnet. Das EGR Ventil 35 ist von einem Vakuumabtasttyp. Ähnlich den Klappen 31, 31, ... des oben beschriebenen VGT 30 stellt ein Magnetventil 36 den Unterdruck ein, der auf ein Diaphragma bzw. eine Membran wirkt, welches) somit linear den Querschnittsbereich des EGR Durchtritts 34 regelt bzw. steuert, um eine richtige bzw. passende strömende Menge des Abgases zu erzielen, die zum Einlaßdurchtritt 16 zurückzuführen ist.
  • Es sollte erkannt bzw. geschätzt werden, daß der Apparat nicht den EGR Kühler 37 umfassen muß.
  • Die Einspritzeinrichtung 5, die Hochdruckpumpe 9, das Drosselventil 22, der VGT 30, das EGR Ventil 35 und andere Teile arbeiten oder werden gemäß Steuer- bzw. Regelsignalen geregelt bzw. gesteuert, die von der Regel- bzw. Steuereinheit 40 übermittelt werden (elektronische Regel- bzw. Steuereinheit: nachfolgend als ECU bezeichnet). Andererseits empfängt die ECU 40 Ausgangs- bzw. Ausgabesignale vom Kraftstoffdrucksensor 7, dem Kurbelwinkelsensor 11, dem Kühlmitteltemperatursensor 13, dem Einlaßluftdrucksensor 18, dem Luftstromsensor 19, dem linearen O2 Sensor 29 und/oder anderen Teilen. Die ECU 40 empfängt weiterhin ein Ausgabesignal von einem Beschleunigungs- bzw. Gaspedalsensor 39 für ein Detektieren einer Gaspedal-Bewegung oder -Position oder -Betätigung bzw. -Tätigkeit, nicht gezeigt, das durch einen Fahrer betätigt wird (Gaspedalposition).
  • (Übersicht der Verbrennungsregelung bzw. -steuerung für den Motor)
  • Die ECU 40 regelt bzw. steuert grundsätzlich den Motor 1 auf eine solche Weise, um: eine grundlegende Ziel-Kraftstoffeinspritzungsmenge hauptsächlich gemäß der Gaspedalposition zu bestimmen; die Kraftstoffeinspritzungsmenge und den Einspritzungszeitpunkt einzustellen, indem der Betrieb der Einspritzeinrichtung 5 geregelt bzw. gesteuert wird; und/oder den Kraftstoffdruck einzustellen, oder den Einspritzungsdruck des Kraftstoffs, indem der Betrieb der Hochdruckpumpe 9 geregelt bzw. gesteuert wird. Außerdem regelt bzw. steuert die ECU 40 das Drosselventil 22 und das EGR Ventil 35, um das Verhältnis des zurückkehrenden Abgases in die Verbrennungskammer 4, und die Klappen 31, 31, ... des VGT 30 (die Regelung bzw. Steuerung des VGT) einzustellen, um die Ladeeffizienz der Einlaßluft zu verbessern.
  • Insbesondere ist, wie in einer Regel- bzw. Steuerkarte oder -tabelle oder -beziehung (einer Verbrennungsmoduskarte) von 2 beispielsweise gezeigt, ein Bereich bzw. eine Region einer vorgemischten Verbrennung (H)) auf der Seite relativ niedriger Motorlast im gesamten Betriebsbereich im aufgewärmten bzw. warmgelaufenen Zustand des Motors 1 definiert (vorbestimmte Betriebsbedingung). In dem Bereich spritzt, wie schematisch in 3(a) bis (c) gezeigt, die Einspritzeinrichtung 5 Kraftstoff innerhalb einer Periode bzw. Zeitdauer zwischen der mittleren bzw. Mittelstufe und der späten bzw. Spätstufe des Kompressionshubs ein, um eine Selbstentzündung des Gemischs zu verursachen, nachdem das Gemisch vorher so homogen wie möglich wird. Eine derartige Verbrennungskonfiguration wurde gewöhnlich als die vorgemischte Kompressions- bzw. Druckzündungsverbrennung bezeichnet. Unter der Verbrennungskonfiguration entzündet sich das Meiste des Gemischs gleichzeitig nach dem Verstreichen einer Zündungsverzögerungszeit und verbrennt im wesentlichen auf einmal, indem der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt richtig eingestellt ist bzw. wird, um den Kraftstoff ausgedehnt zum Erzielen eines mit Luft gut gemischten Gemischs zu diffundieren, wenn die kleinere Menge des Kraftstoffs pro Zyklus des Zylinders 2 einzuspritzen ist. D.h., die vorgemischte Druckzündungsverbrennung ist als die Verbrennung definiert, wo das Verhältnis der vorgemischten Verbrennung größer als jenes der Diffusionsverbrennung ist.
  • In diesem Fall kann die Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzeinrichtung 5 in einer Ein-Schuß-Art ausgeführt werden, wie dies in 3(a) gezeigt ist, andernfalls in einer aufgeteilten Art mit einer Mehrzahl von Schüssen, wie dies in 3(b) und (c) gezeigt ist. Dies deshalb, weil die Einspritzung in der geteilten Art eine übermäßig erhöhte Kraftstoffpenetration bzw. -durchdringung des Kraftstoffnebels vermeiden kann, wenn der Kraftstoff innerhalb einer Periode bzw. Zeitdauer zwischen der mittleren Stufe und der späten Stufe des Kompressionshubs des Zylinders 2 in die Verbrennungskammer 4 eingespritzt wird, wo der Druck und die Dichte von Gas niedriger als jene nahe dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs sind. Somit wird die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen (die Anzahl von Teilung(en)) vorzugsweise erhöht, damit die größere Menge von Kraftstoff einzuspritzen ist.
  • Während der vorgemischten Druckzündungsverbrennung wird das EGR Ventil 35 um einen relativ großen Betrag geöffnet, um eine beträchtliche Menge an Abgas in den Einlaßdurchtritt 16 zurückzuführen. Demgemäß wird das inaktive Abgas mit großer Wärmekapazität mit frischer Luft gemischt, die von außen bzw. der Außenseite zugeführt wird, und das resultierende Gas wird mit Kraftstofftröpfchen und Kraftstoffdampf gemischt, so daß die Wärmekapazität des Gemischs erhöht wird, und die Dichte von Kraftstoff und Sauerstoff innerhalb des Gemischs relativ niedrig wird. Dies macht es möglich, daß die Zündung und Verbrennung auftreten, nachdem Luft, Abgas und Kraftstoff ausreichend während einer verlängerten Zündungsverzögerungszeit gemischt werden.
  • Insbesondere ist die graphische Karte in 4 ein empirisches Ergebnis, welches die Änderung im Wärmeerzeugungsmerkmal in bezug auf das EGR Verhältnis zeigt (das Verhältnis der Abgasrezirkulationsmenge zur Gesamtmenge, die die Frischluftmenge und die Abgasrezirkulationsmenge summiert), wenn der Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kurbelwinkel (beispielsweise BTDC 30 Grad Kurbelwinkel CA) vor oder vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs (BTDC) eingespritzt wird, um die vorgemischte Druckzündungsverbrennung zu verursachen, während der Motor 1 in der niedrigen Motorlast ist. Es wurde erkannt, daß, wie durch eine strichlierte Linie in der Zeichnung angedeutet bzw. angegeben, ein kleines EGR Verhältnis die Mischung veranlaßt, auf der merklich vorverlegten Seite des TDC sich selbst zu entzünden, was eine übermäßig frühe Wärmeerzeugung mit niedriger Zykluseffizienz bereitstellt. Andererseits verschiebt sich der Zeitpunkt einer Selbstentzündung allmählich zur vorverlegten Seite, wie das EGR Verhältnis zunimmt, und, wie durch eine volle Linie in der Zeichnung an gegeben, das EGR Verhältnis von 55% maximiert die Wärmeerzeugung bei ungefähr TDC, welches die Wärmeerzeugung mit hoher Zykluseffizienz bereitstellt. Außerdem läßt die graphische Karte, die in 4 gezeigt ist, erkennen, daß die Spitze der Wärmeerzeugung signifikant bzw. merklich mit dem niedrigen EGR Verhältnis erhöht ist, um so die intensive Verbrennung bei hoher Verbrennungsgeschwindigkeit zu verursachen. Zu dieser Zeit wird NOx aktiv bzw. wirksam erzeugt und ein merklich lautes Verbrennungsgeräusch wird während der Verbrennung emittiert. Jedoch wird, wenn das EGR Verhältnis zunimmt, der Gradient des Anstiegs in der Wärmeeffizienz allmählich mäßig und die maximale Wärmeeffizienz wird niedriger. Es wurde erkannt, daß dies darauf zurückgeführt werden kann, daß eine beträchtliche Menge von Abgas, das, wie oben beschrieben, im Gemisch enthalten ist, die Dichte von Kraftstoff und Sauerstoff um die Menge entsprechend der Abgasmenge erniedrigt, und das Abgas die Verbrennungswärme absorbiert. Dann unterdrückt die Niedrigtemperatur-Verbrennungsbedingung mit einer derartigen mäßigen Wärmeerzeugung merklich die NOx Produktion bzw. Erzeugung.
  • Insbesondere zeigt die graphische Karte in 5 die Änderung in einem Überschußluftverhältnis λ in der Verbrennungskammer und einer Konzentration von NOx und Ruß im Abgas in bezug auf das EGR Verhältnis im empirischen Ergebnis. 5(a) läßt erkennen, daß unter dieser empirischen Bedingung das große Überschußluftverhältnis λ von ungefähr 2,7 erzielt wird, wenn das EGR Verhältnis 0% ist, und die Zunahme im EGR Verhältnis verringert allmählich das Überschußluftverhältnis λ, bis schließlich λ = 1 bereitgestellt wird, wenn das EGR Verhältnis ungefähr 55% bis 60% ist. D.h., die Zunahme im Rezirkulationsverhältnis des Abgases bringt das durchschnittliche Überschußluftverhältnis λ des Gemischs nahe 1, jedoch ist die Dichte des Kraftstoffs und Sauerstoff nicht so hoch, selbst wenn das Verhältnis von Sauerstoff zu Kraftstoff ungefähr λ = 1 ist, weil eine große Menge von Abgas um den Kraftstoff und Sauerstoff existiert bzw. vorhanden ist. Demgemäß verringert, wie in 5(b) gezeigt, die Zunahme im EGR Verhältnis die NOx Konzentration im Abgas bei einer konstanten Rate bzw. Geschwindigkeit, bis NOx kaum erzeugt wird, wenn das EGR Verhältnis größer als 45% ist.
  • Hinsichtlich der Rußproduktion bzw. -erzeugung läßt 5(c) erkennen, daß Ruß kaum mit dem EGR Verhältnis zwischen 0 und ungefähr 30% erzeugt wird. Dann erhöht sich die Rußkonzentration abrupt, wenn das EGR Verhältnis ungefähr 30% übersteigt, aber verringert sich noch einmal, wenn das EGR Verhältnis ungefähr 50% übersteigt, bis es ungefähr null erreicht, wenn das EGR Verhältnis ungefähr 55% übersteigt. Dies deshalb, weil, wenn das EGR Verhältnis niedrig ist, die Verbrennungskonfiguration, in welcher das Verhältnis der Diffusionsverbrennung größer ist als jenes der vorgemischten Verbrennung ähnlich der herkömmlichen Dieselverbrennung auftritt, und Ruß kaum während einer intensiven Verbrennung infolge von Luft in der überschüssigen Menge für die Kraftstoffmenge in der Einlaßluft erzeugt wird. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Zunahme im EGR Verhältnis die Menge von Sauerstoff in der Einlaßluft verringert, die Diffusionsverbrennung verschlechtert, so daß eine Rußerzeugung abrupt zunimmt. Andererseits tritt, wenn das EGR Verhältnis ungefähr 55% übersteigt, die Verbrennung auf, nachdem Frischluft, Abgas und Kraftstoff ausreichend, wie oben beschrieben, gut gemischt werden, welches kaum Ruß erzeugt.
  • Kurzum wird in dieser Ausführungsform, wenn sich der Motor 1 in dem Bereich (H) der vorgemischten Verbrennung befindet, der auf der Seite niedriger Motorlast definiert ist, die Kraftstoffeinspritzung zu einem relativ frühen Zeitpunkt ausgeführt. Zusätzlich wird das Öffnen des EGR Ventils so geregelt bzw. gesteuert, daß das EGR Verhältnis einen vorbestimmten Wert übersteigt (einen ersten vorbestimmten Wert: ungefähr 55% in der oben beschriebenen empirischen Ausführungsform, und vorzugsweise innerhalb eines Bereichs im allgemeinen zwischen ungefähr 50% bis 60%). Somit wird die Verbrennung bei niedriger Temperatur, die hauptsächlich durch die vorgemischte Verbrennung dominiert wird, mit geringer NOx Erzeugung noch Rußerzeugung erzielt bzw. erhalten.
  • Andererseits wird, wie in der Regel- bzw. Steuerkarte oder -tabelle oder -beziehung in 2 gezeigt, im Bereich (D) auf der Seite hoher Drehzahl und Seite hoher Motorlast, abgesehen vom Bereich der vorgemischten Verbrennung (H), die herkömmliche bzw. konventionelle Dieselverbrennung, in welcher das Verhältnis der Diffusionsverbrennung größer als jenes der vorgemischten Verbrennung ist, durchgeführt. Insbesondere wird, wie in 3(d) gezeigt, die Einspritzeinrichtung 5 geregelt bzw. gesteuert, um Kraftstoff hauptsächlich zu einem Zeitpunkt nahe dem oberen Totpunkt TDC des Zylinders 2 einzuspritzen, so daß der meiste Kraftstoff die Diffusionsverbrennung folgend auf die anfängliche vorgemischte Verbrennung verursacht (der Betriebsbereich (D) wird nachfolgend als der Diffusionsverbrennungsbereich bezeichnet. In diesem Betriebsbereich kann die Einspritzung zu anderen Zeitpunkten als zu dem Zeitpunkt nahe dem oberen Totpunkt TDC der Kompression des Zylinders 2 ausgeführt werden).
  • In der Diffusionsverbrennung wird die Öffnung des EGR Ventils 35 auf einen kleineren Grad geregelt bzw. gesteuert als im vorgemischten Verbrennungsbereich bzw. Bereich der vorgemischten Verbrennung (H), so daß das EGR Verhältnis der vorbestimmte Wert oder weniger wird. Dies deshalb, weil in der herkömmlichen Dieselverbrennung, die hauptsächlich durch die Diffusionsverbrennung dominiert wird, das EGR Verhältnis so eingestellt sein sollte, um eine NOx Erzeugung so viel wie möglich, ohne die Zunahme in der Rußerzeugung zu unterdrücken. Insbesondere ist, wie in der graphischen Darstellung in 6 anhand eines Beispiels gezeigt, die obere Grenze zum EGR Verhältnis im Diffusionsverbrennungsbereich (D) vorzugsweise innerhalb ungefähr 30% bis 40% eingestellt. Außerdem wird, weil die Zufuhrmenge von Frischluft in den Zylinder 2 sichergestellt werden sollte, um die Zunahme in der Motorlast aufzunehmen, das EGR Verhältnis auf der Seite höherer Motorlast erniedrigt, außerdem ist, weil der Lade- bzw. Beaufschlagungsdruck von Einlaßluft durch den Turbolader 30 auf der Seite höherer Drehzahl und der Seite höherer Motorlast erhöht wird, die Abgasrezirkulation im wesentlichen nicht durchzuführen.
  • (Hilfseinspritzungsregelung bzw. -steuerung)
  • Nichtsdestoweniger ist, wenn der Motor 1 die vorgemischte Druckzündungsverbrennung mit dem hohen EGR Verhältnis, wie oben beschrieben, durchführt, die grenzenlose Zunahme in der Rezirkulationsmenge des Abgases in die Verbrennungskammer 4 ungünstig. Beispielsweise ist bzw. wird, wenn das EGR Verhältnis übermäßig ansteigt, der Zündungszeitpunkt des Vorgemischs übermäßig verzögert, um die Zykluseffizienz zu verschlechtern, welches die Menge von nicht verbranntem Kraftstoff erhöht und eine Fehlzündung verursachen kann. Hiefür reguliert die ECU 40 im allgemeinen die Öffnung des EGR Ventils 35 in Antwort auf die Änderungen in der Motordrehzahl und der Einlaßluftmenge, die basierend auf dem Signal von dem Luftstromsensor 19 berechnet werden.
  • Jedoch bleibt im Beschleunigungszustand des Motors 1 die Änderung in der Rezirkulationsmenge des Abgases hinter der Zunahme in der Einlaßluftstrommenge zurück, was ein Problem verursachen kann, daß das EGR Verhältnis zeitlich vorübergehend sich zu weit unter den ersten vorbestimmten Wert verringert. Insbesondere ändert sich im Motor 1, der wie in dieser Ausführungsform den Turbolader 30 umfaßt, die Rezirkulationsmenge des Abgases stark abhängig von der Beladung im Ladedruck, so daß das EGR Verhältnis sich wahrscheinlich außerordentlich bzw. stark ändert. Dies läßt problematisch den Zündungszeitpunkt schwanken bzw. fluktuieren.
  • Außerdem veranlaßt sogar mit demselben EGR Verhältnis die Änderung im Temperaturzustand des rezirkulierenden Abgases, daß die Zündungsverzögerungszeit variiert. Insbesondere verkürzt sich die Zündungsverzögerungszeit für die höhere Temperatur des rezirkulierten Abgases, im Gegensatz verlängert sich die Zündungsverzögerungszeit für die niedrigere Temperatur des rezirkulierten Abgases. Darüber hinaus variiert strikt bzw. genau die Zündungsverzögerungszeit mit den Änderungen in der Temperatur in der Verbrennungskammer 4 und der Temperatur der Einlaßluft. Eine derartige Änderung im Zündzeitpunkt aufgrund der Änderung in der Temperatur wie oben ist auch ein Problem, das zu lösen ist.
  • D.h., wenn der Motor 1 die vorgemischte Druckzündungsverbrennung durchführt, kann die bloße Regelung bzw. Steuerung der Öffnung des EGR Ventils nicht den Zündzeitpunkt des Vorgemischs innerhalb des richtigen Bereichs nahe TDC beibehalten, welches nicht immer das optimale Wärmeerzeugungsmerkmal bereitstellen kann.
  • In dieser Hinsicht haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung hartnäckig die Kompressions- bzw. Druckzündung des Vorgemischs erforscht.
  • Als ein Ergebnis haben die Erfinder neulich eine Tatsache erkannt, daß, wenn die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung (nachfolgend als hilfsweise bzw. Hilfseinspritzung erwähnt) zum vorbestimmten Zeitpunkt gerade vor oder nach dem Auftreten der kühlen Flammenreaktion des Vorgemischs ausgeführt wird, während die Temperatur in der Verbrennungskammer 4 allmählich bei einer späten Stufe des Kompressionshubs des Zylinders 2 des Motors 1 ansteigt (wie in 3(e)) gezeigt, der Übergang von der kühlen Flammenreaktion zur heißen Flammenreaktion, d.h., die Zündung durch die Hilfseinspritzung verzögert wird, und sich die Verzögerungszeit in bezug auf die Kraftstoffmenge der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung ändert.
  • Vorzugsweise ist der Einspritzungsstart der Hilfseinspritzung eingestellt oder bestimmt, so daß der Kraftstoff, der durch die Hilfseinspritzung eingespritzt wird, über die Verbrennungskammer 4 zum Zeitpunkt des Auftretens der kühlen Flammenreaktion diffundiert bzw. sich verteilt. Dies erhöht die Wirkung der Zündungsverzögerung und die Veränderung in der Verzögerungszeit.
  • Die kühle Flammenreaktion wird im allgemeinen nahe dem Zeitpunkt 15 Grad CA vor dem oberen Totpunkt im Kompressionshub veranlaßt.
  • Insbesondere illustriert die graphische Karte, die in 7 gezeigt ist, das Wärmeerzeugungsverhältnis, wenn die Einspritzung (nachfolgend als Haupteinspritzung bezeichnet) bei einem relativ frühen Zeitpunkt des Kompressionshubs des Zylinders 2 (beispielsweise ungefähr BTDC 30 bis 45 Grad CA) ausgeführt wird und die Hilfseinspritzung zu einem vorbestimmten Zeitpunkt zu einem späten Stadium des Kompressionshubs (beispielsweise nahe BTDC 15 Grad CA) gestartet wird, mit dem EGR Verhältnis von ungefähr 50% kleiner als der erste vorbestimmte Wert in dem Bereich niedriger Last des Motors 1. Die graphische Karte bzw. Darstellung läßt erkennen, daß sich der Zündungszeitpunkt des Vorgemischs in Richtung zur verzögerten Kurbelwinkelseite für die größere Kraftstoffmenge der Hilfseinspritzung verschiebt.
  • Im Detail wird, wenn die Hilfseinspritzung nicht ausgeführt wird (die Kraftstoffmenge der Hilfseinspritzung auf null eingestellt ist), wie als die Darstellung A in einer strichlierten Linie in der Zeichnung gezeigt, eine kleine Menge einer Wärmeerzeugung durch die kühle Flammenreaktion von ungefähr BTDC 20 Grad CA gesehen, und das Wärmeerzeugungsverhältnis steigt abrupt bei ungefähr BTDC 8 Grad CA an, bis es die relativ hohe Spitze vor TDC erreicht. In diesem Fall verursacht das EGR Verhältnis kleiner als der erste vorbestimmte Wert, daß sich das Vorgemisch bei einem übermäßig frühen Zeitpunkt entzündet, demgemäß, wie in 9(a) und (b) gezeigt, eine große Menge an NOx und Ruß erzeugt wird, und wie in 9(c) gezeigt, die Motorausgabe bzw. -leistung relativ erniedrigt bzw. verringert wird (dies verursacht die Verschlechterung im Kraftstoffwirkungsgrad).
  • Andererseits erniedrigt sich, wenn die Hilfseinspritzung ausgeführt wird, wie durch unterbrochene Linien B und C und eine volle bzw. durchgehende Linie D in 7 und 8 gezeigt, das Wärmeerzeugungsverhältnis zeitlich vorübergehend bei ungefähr BTDC 15 bis 10 Grad CA, um mäßig die Temperatur im Zylinder 2 anzuheben, und der Zündungszeitpunkt, an welchem die Wärmeerzeugung abrupt ansteigt, verschiebt sich zu der verzögerten Kurbelwinkelseite. Zu dieser Zeit verschiebt sich für die gleiche Gesamtmenge an Kraftstoffeinspritzung, die die Haupteinspritzungsmenge und die Hilfseinspritzungsmenge summiert, da sich die Hilfseinspritzungsmenge in der Reihenfolge der graphischen Darstellungen B, C und D erhöht (das Verhältnis der Hilfseinspritzungsmenge zur Gesamteinspritzungsmenge ist jeweils ungefähr 14%, ungefähr 23%, und ungefähr 33%), der Zündungszeitpunkt allmählich in Richtung zur verzögerten Seite und der Gradient des Anstiegs im Wärmeerzeugungsverhältnis wird mäßig bzw. sanft. Anschließend tritt, wenn die Hilfseinspritzungsmenge ungefähr gleich der Haupteinspritzungsmenge wird, wie dies als graphische Darstellungen in einer vollen Linie D und einer strichpunktierten Linie E gezeigt (das Verhältnis der Hilfseinspritzungsmenge ist 58% für die Darstellung E), die Zündung im wesentlichen bei TDC auf, mit der optimalen Wärmeerzeugungseigenschaft bzw. -charakteristik eines hohen Zykluswirkungsgrads.
  • Eine derartige Verzögerung des Zündungszeitpunkts durch die Hilfseinspritzung kann insofern zugeschrieben werden, daß Wärme des umgebenden Vorgemischs durch die Verdampfung des Kraftstoffs durch die Hilfseinspritzung absorbiert wird und die Temperatur somit verringert wird. Insbesondere kann eine Vorflammenreaktion vor der Selbstentzündung des Vorgemischs grob klassifiziert werden in:
    die Oxidationsreaktion bei relativ niedriger Temperatur, während welcher Kraftstoff und Sauerstoff reagieren, um ein Zwischenprodukt zu erzeugen (diese Reaktion wird als die kühle Flammenreaktion definiert); und
    die Oxidationsreaktion bei relativ hoher Temperatur, während welcher das Zwischenprodukt erzeugt wird und Kraftstoff und Sauerstoff reagieren, um Wasser und Kohlendioxid zu erzeugen (diese Reaktion wird als die heiße Flammenreaktion definiert). Sobald einmal die heiße Flammenreaktion startet, wird angenommen, daß die Reaktion explosiv fortschreitet.
  • Ein derartiger Fortschritt der Vorflammenreaktion wird stark durch die Dichte von Kraftstoff und Sauerstoff und Temperatur des umgebenden Gases beeinflußt. Wenn die Temperatur und Dichte relativ niedrig sind, wird die heiße Flammenreaktion nach einer relativ langen Dauer der kühlen Flammenreaktion erreicht. Gelegentlich kann die heiße Flammenreaktion nicht erreicht werden (der Motor versagt bzw. macht Fehlzündungen). Dagegen wird, wenn die Temperatur und Dichte relativ hoch sind, die heiße Flammenreaktion unmittelbar nach einer kurzen Dauer der kühlen Flammenreaktion erreicht.
  • In Anbetracht des Obigen vereinigt sich, wenn die Hilfseinspritzung vor dem Auftreten der kühlen Flammenreaktion ausgeführt wird, der Kraftstoff durch die Hilfseinspritzung oder wird vermischt mit dem Vorgemisch, das durch die Haupteinspritzung ausgebildet wird, um ein teilweise übermäßig reiches Gemisch auszubilden. Unter dieser hohen Kraftstoffdichte im übermäßig reichen Gemisch wird angenommen, daß die heiße Flammenreaktion bei einem frühen Zeitpunkt auftritt. Andererseits ist, wenn die Hilfseinspritzung nach dem Auftreten der kühlen Flammenreaktion ausgeführt wird, ein Teil des Kraftstoffs bereits durch die kühle Flammenreaktion vor der Verdampfung des Kraftstoffs durch die Hilfseinspritzung verbraucht und es ist somit unwahrscheinlich, daß ein Gemisch bzw. eine Mischung mit örtlich hoher Dichte ausgebildet wird. In diesem Fall wird angenommen, daß die Temperatur des Vorgemischs durch eine latente Verdampfungswärme von Kraftstoff durch die Hilfseinspritzung verringert wird, um das Auftreten der heißen Flammenreaktion zu verzögern.
  • Jedoch kann, wenn einmal die heiße Flammenreaktion im Vorgemisch infolge des übermäßig späten Zeitpunkts der Hilfseinspritzung auftritt, die Verbrennung nicht geregelt bzw. gesteuert werden, um zu enden, selbst obwohl die Temperatur des Gemischs durch die Hilfseinspritzung, wie oben beschrieben, erniedrigt bzw. abgesenkt ist. Somit weist die Hilfseinspritzung bei einem übermäßig späten Zeitpunkt keine Wirkung bzw. keinen Effekt auf, und somit wird die Hilfseinspritzung vorzugsweise innerhalb eines Zeitpunkts zwischen beispielsweise ungefähr 20 und ungefähr 10 Grad CA ausgeführt (bevorzugter ist der Einspritzungsstart der Hilfseinspritzung innerhalb eines Zeitpunkts ungefähr zwischen 20 und 15 Grad CA eingestellt). Wenn die Hilfseinspritzung übermäßig spät ist, verbrennt das Meiste des Kraftstoffs durch die Hilfseinspritzung während der Diffusionsverbrennung. Dies ist nicht wirksam, um die Zündung zu verzögern, und verursacht ein Problem einer erhöhten Rußkonzentration aufgrund der Verbrennung von Kraftstoff durch die Hilfseinspritzung.
  • Kurzum kann, wenn die Haupteinspritzung bei einem relativ frühen Zeitpunkt im Kompressionshub des Zylinders 2 ausgeführt wird und die Hilfseinspritzung bei einem vorbestimmten Zeitpunkt zu einer späten Stufe des Kompressionshubs ausgeführt wird, gerade bevor oder nachdem die kühle Flammenreaktion durch den Temperaturanstieg in der Verbrennungskammer 4 im Vorgemisch verursacht wird, das durch den Kraftstoff der Haupteinspritzung ausgebildet wird, die Temperatur des Vorgemischs durch die latente Verdampfungswärme von Kraftstoff durch die Hilfseinspritzung erniedrigt werden, um den Zündungszeitpunkt zu verzögern. Demgemäß kann, wenn das EGR Verhältnis beispielsweise geringer als der erste vorbestimmte Wert ist, der Zündungszeitpunkt durch die Einstellung der Hilfseinspritzungsmenge geregelt bzw. gesteuert werden.
  • Jedoch wird, wenn die Kraftstoffmenge der Hilfseinspritzung, die zu einem späten Stadium des Kompressionshubs des Zylinders 2 ausgeführt wird, übermäßig erhöht ist, das Verhältnis der Diffusionsverbrennung zur Gesamtverbrennung abrupt erhöht, was in einer hohen Zylindertemperatur aufgrund der abrupten Wärmeerzeugung nahe TDC resultiert, wie dies als graphische Darstellungen F und G in strichpunktierten Linien in 7 und 8 gezeigt ist (die Verhältnisse der Hilfseinspritzungsmenge sind 78% bzw. 100%). Dies verursacht eine intensive Verbrennung bei hoher Verbrennungsgeschwindigkeit, um abrupt die Rußproduktion zu erhöhen (siehe 9(b)).
  • Deshalb regelt bzw. steuert der Verbrennungssteuerapparat A der bevorzugten Ausführungsform die Einspritzeinrichtungen 5 der jeweiligen Zylinder 2, um die Hilfseinspritzung zu sätzlich zur Haupteinspritzung auszuführen, und stellt richtig bzw. ordnungsgemäß die Menge der Hilfseinspritzung ein, um den Zündungszeitpunkt zu optimieren, wenn der Motor 1 im vorgemischten Verbrennungsbereich (H) ist. Besonders in Anbetracht der obigen empirischen Ergebnisse ist das Verhältnis der Hilfseinspritzungsmenge zur Gesamtmenge der Kraftstoffeinspritzung vorzugsweise innerhalb ungefähr 20 bis ungefähr 70%, bevorzugter innerhalb ungefähr 30 bis ungefähr 60% eingestellt.
  • (Regel- bzw. Steuerprozeß einer Kraftstoffeinspritzung)
  • Ein bevorzugter Regel- bzw. Steuerprozeß der Einspritzeinrichtung 5 durch die ECU 40 wird nun im Detail unter Bezugnahme auf das in 10 und 11 illustrierte Flußdiagramm beschrieben. Bei Schritt SA1 werden, unmittelbar nachdem der Prozeß, wie in 10 gezeigt, startet, wenigstens ein Ausgabesignal des Kraftstoffdrucksensors 7, ein Ausgabesignal des Kurbelwinkelsensors 11, ein Ausgabesignal des Einlaßluftdrucksensors 18, ein Ausgangssignal des Luftstromsensors 19, eine Ausgabe des linearen O2 Sensors 29, ein Ausgabesignal des Beschleunigungssensors 39, und/oder andere Ausgabesignale eingegeben, und eine Vielfalt von Daten, die wenigstens zeitlich vorübergehend bzw. temporär in einem Speicher der ECU 40 gespeichert sind bzw. werden, wird gelesen (Dateneingabe). Beim folgenden Schritt SA2 wird ein Zieldrehmoment Trq des Motors 1 unter Bezugnahme auf eine Zieldrehmomentkarte oder -tabelle oder -beziehung basierend auf der Gaspedalposition Acc und der Motordrehzahl ne bestimmt, die aus dem Kurbelwinkelsignal berechnet wird. Die Zieldrehmomentkarte oder -tabelle oder -beziehung hält den optimalen Wert, welcher vorzugsweise empirisch vorbestimmt oder vorbestimmbar ist, entsprechend der Gaspedalposition Acc und der Motordrehzahl ne, und wird im Speicher des ECU 40 gespeichert. Wie in 12(a) anhand eines Beispiels gezeigt, ist das Zieldrehmoment Trq so eingestellt, um für die größere Gaspedalposition Acc und für die größere Motordrehzahl ne erhöht zu werden.
  • Beim folgenden Schritt SA3 wird ein Verbrennungsmodus des Motors 1 unter Bezugnahme auf eine Verbrennungsmoduskarte oder -tabelle oder -beziehung (siehe beispielsweise 2) beurteilt. Insbesondere wird eine Beurteilung, ob der Motor im vorgemischten Verbrennungsbereich (H) ist oder nicht, gemäß dem Zieldrehmoment Trq und der Motordrehzahl ne gemacht. Wenn JA beurteilt wird, d.h. der Motor 1 beurteilt wird, im vorgemischten Verbrennungsbereich (H) zu sein, schreitet die Sequenz bzw. Abfolge zu Schritt SA6 fort, welcher später beschrieben wird. Wenn NEIN beurteilt wird, d.h. der Motor 1 beurteilt wird, im Diffusionsverbrennungsbereich (D) zu sein, schreitet die Sequenz zu Schritt SA4 fort, wo eine Basiseinspritzungsmenge QDb aus dem Diffusionsverbrennungsbereich (D) in der Einspritzungsmengenkarte oder -tabelle oder -beziehung, die in 12(b) gezeigt ist, basierend auf dem Zieldrehmoment Trq und der Motordrehzahl ne abgelesen wird. Auf dieselbe Art wird ein grundlegender bzw. Basiseinspritzungszeitpunkt ITDb (eine Kurbelwinkelposition, wenn eine Nadel der Einspritzeinrichtung 5 öffnet) von einer Einspritzungszeitpunktkarte oder -tabelle oder -beziehung abgelesen, die in 12(c) gezeigt ist. Dann werden die Werte vorzugsweise jeweils vorbestimmten korrigierenden Berechnungen unterworfen, um die Kraftstoffeinspritzungsmenge QD und den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt ITD bereitzustellen. Als nächstes schreitet die Sequenz zu Schritt SB1 im Flußdiagramm in 11 fort, wo die Einspritzeinrichtung 5 jedes Zylinders 2 den Kraft stoff einspritzt, wie dies später beschrieben wird, und die Sequenz kehrt zurück.
  • Insbesondere halten bzw. behalten die Einspritzungsmengenkarte oder -tabelle oder -beziehung und die Einspritzungszeitpunktkarte oder -tabelle oder -beziehung die optimalen Werte, die vorzugsweise empirisch entsprechend dem Zieldrehmoment Trq und der Motordrehzahl ne vorbestimmt sind, und sind bzw. werden elektronisch im Speicher des ECU 40 gespeichert. In der Einspritzungsmengenkarte oder -tabelle oder -beziehung ist der Wert der Basiseinspritzungsmenge QDb für den Diffusionsverbrennungsbereich (H) so eingestellt, um für die größere Beschleunigungs- bzw. Gaspedalposition Acc und für die größere Motordrehzahl ne erhöht zu werden. Zusätzlich ist in der Einspritzungszeitpunktkarte oder -tabelle oder -beziehung der Wert des Basiseinspritzungszeitpunkts ITDb für den Diffusionsbereich (D) in Assoziation bzw. Verbindung mit der Kraftstoffeinspritzungsmenge und dem Kraftstoffdruck (dem Druck der gemeinsamen Druckleitung) so eingestellt, daß der Beendigungszeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung (entsprechend dem Kurbelwinkel, wenn die Nadel der Einspritzeinrichtung 5 Schließt) bei einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs ist und der Kraftstoffnebel günstigerweise die Diffusionsverbrennung verursacht.
  • Andererseits werden, wenn Schritt SA3 NEIN beurteilt, d.h. der Motor 1 beurteilt wird, im vorgemischten Verbrennungsbereich (H) zu sein, zuerst die Basiskraftstoffeinspritzungsmenge QHb und Qcb und der Basiskraftstoffeinspritzungszeitpunkt ITHb und ITHc jeweils für die vorgemischte Druckzündungsverbrennung eingestellt. Insbesondere wird bei Schritt SA6 die grundlegende bzw. Basiseinspritzungsmenge QHb für die Haupteinspritzung, die bei einem relativ frühen Zeitpunkt im Kompressionshub des Zylinders 2 ausgeführt wird aus der vorgemischten Verbrennung (H) in der Einspritzungsmengenkarte oder -tabelle oder -beziehung abgelesen, und die Basiseinspritzungsmenge Qcb für die Hilfseinspritzung, die zu einem späten Stadium des Kompressionshubs des Zylinders 2 ausgeführt wird, wird von der Einspritzungsmengenkarte oder -tabelle oder -beziehung abgelesen. Die Einspritzungsmengentabelle hält bzw. behält den optimalen Wert, der empirisch entsprechend einem Ziel EGR Verhältnis EGRnf vorbestimmt ist (vorzugsweise innerhalb eines Bereichs zwischen ungefähr 50% und ungefähr 60% eingestellt, später im Detail beschrieben), das basierend auf dem Motorbetriebszustand (dem Zieldrehmoment Trq und der Motordrehzahl ne) bestimmt ist und wenigstens zeitlich vorübergehend im Speicher der ECU 40 elektronisch gespeichert wird. In dieser Tabelle ist, wie in 13(a) anhand eines Beispiels gezeigt, die Basiseinspritzungsmenge Qcb gleich null eingestellt, wenn das EGR Verhältnis der erste vorbestimmte Wert oder mehr ist, und das Qcb ist eingestellt, um allmählich für das niedrigere EGR Verhältnis erhöht zu werden, wenn das EGR Verhältnis niedriger als der erste vorbestimmte Wert ist. Der Wert des Ziel EGR Verhältnis EGRnf wird unter Bezugnahme auf die EGR Karte oder Tabelle oder Beziehung basierend auf dem Motorbetriebszustand, im EGR Regel- bzw. Steuerprozeß bestimmt, der später beschrieben wird.
  • Dann wird bei Schritt SA7 ein Basiseinspritzungszeitpunkt ITHb für die Haupteinspritzung (entsprechend einem Kurbelwinkel, wenn die Nadel der Einspritzeinrichtung 5 öffnet) aus dem vorgemischten Verbrennungsbereich (H) in der Einspritzungszeitpunktkarte oder -tabelle oder -beziehung ge lesen, und ein Hilfseinspritzungszeitpunkt Itc wird aus dem Speicher der ECU 40 gelesen. Wie oben beschrieben, wird der Hilfseinspritzungszeitpunkt Itc empirisch vorgeschrieben, so daß sein optimaler Wert innerhalb eines Bereichs am Ende des Kompressionshubs ist (beispielsweise BTDC 20 bis 10 Grad CA), nachdem das Vorgemisch durch Kraftstoff der Haupteinspritzung die kühle Flammenreaktion verursacht, und wird elektronisch im Speicher der ECU 40 gespeichert.
  • Insbesondere wird in der Einspritzungsmengenkarte oder -tabelle oder -beziehung der Wert der Basiseinspritzungsmenge QHb für den vorgemischten Verbrennungsbereich (H) eingestellt oder bestimmt, um für die größere Beschleunigungs- bzw. Gaspedalposition Acc und für die größere Motordrehzahl ne erhöht zu werden. Zusätzlich ist in der Einspritzungsmengenkarte oder -tabelle oder -beziehung der Wert des Basiseinspritzungszeitpunkts ITHb für den vorgemischten Verbrennungsbereich (H) eingestellt, um für die größere Gaspedalposition Acc und für die größere Motordrehzahl ne vorverlegt zu werden, und ist entsprechend der Kraftstoffeinspritzungsmenge und dem Kraftstoffdruck innerhalb eines vorbestimmten Kurbelwinkelbereichs im Kompressionshub des Zylinders 2 eingestellt (beispielsweise BTDC ungefähr 90 bis ungefähr 30 Grad CA, vorzugsweise BTDC ungefähr 60 bis ungefähr 30 Grad CA), so daß das Meiste des Kraftstoffnebels verbrennt, nachdem er mit Luft gut vermischt ist.
  • Dann wird bei Schritt SA8 das aktuelle bzw. tatsächliche EGR Verhältnis des Motors 1 abgeschätzt, und der abgeschätzte Wert (das tatsächliche EGR Verhältnis EGR) wird aktualisiert und im Speicher der ECU 40 gespeichert. Zum Abschätzen des tatsächlichen EGR Verhältnisses EGR, kann beispielsweise irgendeine adäquate Berechnung verwendet werden, die den Wert gemäß der Einlaßluftmenge abschätzt, die basierend auf den Signalen von dem Luftstromsensor 19, der Sauerstoffkonzentration, die basierend auf den Signalen aus dem linearen O2 Sensor 29 bestimmt wird, und der Kraftstoffeinspritzungsmenge bestimmt wird.
  • Als nächstes wird bei Schritt SA9 eine EGR Abweichung ΔEGR durch ein Subtrahieren des aktuellen bzw. tatsächlichen EGR Verhältnisses EGR vom Ziel EGR Verhältnis EGRnf bestimmt.
  • Dann wird bei Schritt SA10 eine erste korrigierende Menge Qcfb für die Kraftstoffeinspritzungsmenge entsprechend der EGR Abweichung ΔEGR eingestellt. Insbesondere speichert der Speicher der ECU 40 wenigstens zeitlich vorübergehend elektronisch eine Korrekturmappe oder -tabelle oder -beziehung, wie dies in 13(b) anhand eines Beispiels gezeigt ist, von welcher die erste korrigierende Menge Qcfb entsprechend der EGR Abweichung ΔEGR, die bei Schritt SA9 bestimmt wird, gelesen wird. Die Korrekturtabelle hält bzw. behält den vorzugsweise empirisch vorbestimmten oder vorbestimmten optimalen Wert der ersten korrigierenden Menge Qcfb entsprechend der EGR Abweichung ΔEGR. Wie gezeigt, ist, wenn die EGR Abweichung ΔEGR ein positiver Wert ist, die erste korrigierende Menge Qcfb ein negativer Wert, und wenn die EGR Abweichung ΔEGR ein negativer Wert ist, ist die erste korrigierende Menge Qcfb ein positiver Wert. In allen Fällen erhöht sich, wenn sich der absolute Wert der EGR Abweichung ΔEGR erhöht, der absolute Wert der ersten korrigierenden Menge Qcfb in einer im wesentlichen proportionalen Art und Weise. Außerdem ist eine tote Zone definiert, welche die erste korrigierende Menge Qcfb von null bereitstellt, wenn der absolute Wert der EGR Differenz ΔEGR der vorbestimmte Wert oder geringer ist.
  • Als nächstes wird bei Schritt SA11 eine Beurteilung gemacht, ob der Motor 1 in einem vorbestimmten beschleunigenden Zustand ist oder nicht. Beispielsweise wird der beschleunigende Zustand beurteilt, wenn die Gaspedalposition Acc auf einer Zunahme ist und die Änderung in der Menge größer als der vorbestimmte Wert ist. Wenn JA beurteilt wird, schreitet die Sequenz zu Schritt SA12 fort, der später beschrieben wird. Wenn Nein beurteilt wird, d.h. der Motor nicht im beschleunigenden Zustand ist, oder der Motor 1 im stabilen Betriebszustand ist, schreitet die Sequenz zu Schritt SB1 eines Regel- bzw. Steuerprozesses fort, der in 11 gezeigt ist. Bei diesem Schritt SB1 wird eine Änderungsrate in der Drehzahl der Kurbelwelle 10, d.h. eine Änderungsrate der Kurbelwinkelgeschwindigkeit gemäß den Signalen aus dem Kurbelwinkelsensor 11 berechnet.
  • Insbesondere wird beispielsweise die Änderungsrate der Kurbelwinkelgeschwindigkeit durch ein Subtrahieren der vorletzten Kurbelwinkelgeschwindigkeit von der letzten Kurbelwinkelgeschwindigkeit bestimmt, welche im Speicher der ECU 40 gespeichert sind.
  • Dann wird bei Schritt SB2 eine Beurteilung gemacht, ob sich die Kurbelwinkelgeschwindigkeit erniedrigt hat oder nicht. Insbesondere wird die Beurteilung basierend auf dem Vorzeichen und dem absoluten Wert der Änderungsrate der Kurbelwinkelgeschwindigkeit gemacht. Wenn das Vorzeichen der Kurbelwinkelgeschwindigkeits-Änderungsrate negativ ist und ihr Absolutwert größer als eine vorbestimmte Beurteilungsschwelle ist, wird NEIN beurteilt, d.h. die Kurbelwinkelge schwindigkeit wird beurteilt, zugenommen zu haben, worauf die Sequenz zu Schritt SB6 fortschreitet, der später beschrieben wird. Andererseits wird, wenn das Vorzeichen der Änderungsrate der Kurbelwinkelgeschwindigkeit negativ ist und ihr Absolutwert größer als eine vorbestimmte Beurteilungsschwelle ist, JA beurteilt, d.h. die Kurbelwinkelgeschwindigkeit wird beurteilt, sich verringert zu haben, worauf die Sequenz zu Schritt SB3 fortschreitet. Wenn der Absolutwert der Kurbelwinkelgeschwindigkeits-Änderungsrate beurteilt wird, die Beurteilungsschwelle oder geringer zu sein, macht der Schritt SB2 die gleiche Beurteilung wie jene in dem vorhergehenden Regel- bzw. Steuerzyklus.
  • Als nächstes wird bei Schritt SB3 eine Beurteilung gemacht, ob die Hilfseinspritzungsmenge im vorhergehenden Regel- bzw. Steuerzyklus erhöht worden ist. D.h., beispielsweise, wenn der Wert, der durch ein Subtrahieren der vorletzten Hilfseinspritzungsmenge von der letzten Hilfseinspritzungsmenge bestimmt wird, welche im Speicher der ECU 40 gespeichert ist, größer als null ist (JA wird beurteilt), schreitet die Sequenz zu Schritt SB4 fort, wo eine zweite korrigierende Menge Qcfr für die Kraftstoffeinspritzungsmenge entsprechend der Motordrehmomentschwankung eingestellt wird. Insbesondere wird eine neue zweite korrigierende Menge Qcfr bestimmt, indem eine vorbestimmte Menge α von der zweiten korrigierenden Menge Qcfr im vorhergehenden Regel- bzw. Steuerzyklus subtrahiert wird. Andererseits schreitet, wenn die Hilfseinspritzungsmenge in dem letzten Regel- bzw. Steuerzyklus kleiner ist als jene im vorletzten Regel- bzw. Steuerzyklus (Schritt SB2 beurteilt NEIN), die Sequenz zu Schritt SB5 fort. Bei Schritt SBS wird eine neue zweite korrigierende Menge Qcfr durch ein Addieren einer vorbestimmten Menge α zur zweiten korrigierenden Menge Qcfr im vorhergehenden Regel- bzw. Steuerzyklus bestimmt.
  • Kurzum wird, wenn die Abnahme in der Kurbelwinkelgeschwindigkeit von der Zunahme in der Hilfseinspritzungsmenge resultiert, die Hilfseinspritzungsmenge verringert, um sich auf die Abnahme im Ausgabedrehmoment des Motors 1 einzustellen. Wenn die Abnahme in der Kurbelwinkelgeschwindigkeit aus der Abnahme in der Hilfseinspritzungsmenge resultiert, wird die Hilfseinspritzungsmenge erhöht.
  • Andererseits wird bei Schritt SB6, zu welchem die Sequenz nach einem Beurteilen NEIN fortschreitet, d.h. nachdem beurteilt wird, daß sich die Kurbelwinkelgeschwindigkeit bei Schritt SB2 erhöht hat, eine Beurteilung gemacht, ob die Hilfseinspritzungsmenge beim vorhergehenden Regel- bzw. Steuerzyklus auf die gleiche Art wie Schritt SB3 erhöht worden ist. Wenn JA beurteilt wird, schreitet die Sequenz zu Schritt SB7 fort, wo eine zweite korrigierende Menge Qcfr bestimmt wird, indem eine vorbestimmte Menge α zur zweiten korrigierenden Menge Qcfr im vorhergehenden Regel- bzw. Steuerzyklus hinzugefügt bzw. addiert wird. Wenn NEIN beurteilt wird, d.h. die Hilfseinspritzungsmenge ist verringert, schreitet die Sequenz zu Schritt SB8 fort, wo eine neue zweite korrigierende Menge Qcfr bestimmt wird, indem eine vorbestimmte Menge α von der zweiten korrigierenden Menge Qcfr im vorhergehenden Regel- bzw. Steuerzyklus subtrahiert wird.
  • Kurzum wird, wenn die Zunahme in der Kurbelwinkelgeschwindigkeit, oder die Zunahme im Ausgabedrehmoment des Motors 1 von der Zunahme in der Hilfseinspritzungsmenge resultiert, die Hilfseinspritzungsmenge weiter erhöht. Dann resultiert die Zunahme in der Kurbelwinkelgeschwindigkeit aus der Abnahme in der Hilfseinspritzungsmenge, die Hilfseinspritzungsmenge wird weiterhin verringert.
  • Dann wird bei Schritt SB9 nach den Schritten SB4, SB5, SB7, und SB8 die Hilfseinspritzungsmenge Qct berechnet, indem die Basiseinspritzungsmenge Qcb, die erste korrigierende Menge Qcfb, und die zweite korrigierende Menge Qcfr summiert werden. Als nächstes wird bei Schritt SB10 die Hilfseinspritzungsmenge Qct, die bei Schritt SB9 berechnet wird, korrigiert, um nicht eine vorbestimmte obere Grenze Qcg zu überschreiten. Insbesondere ist eine Karte oder Tabelle oder Beziehung vorgeschrieben, welche die obere Grenze Qcg entsprechend dem Zieldrehmoment Trq und der Motordrehzahl ne zur Verfügung stellt bzw. bereitstellt, und die obere Grenze Qcg, die von der Karte oder Tabelle oder Beziehung gelesen wird, wird mit der Hilfseinspritzungsmenge Qct verglichen. Wenn Qct =< Qcg, wird der Wert des Qct ohne Korrektur beibehalten, und wenn Qct > Qcg, wird der Wert des Qcg als Qct bestimmt.
  • Als nächstes wird bei Schritt SB11 eine Haupteinspritzungsmenge QHt basierend auf der Basiseinspritzungsmenge QHb für die Haupteinspritzungsmenge bestimmt, die bei Schritt SA6 bestimmt wurde, und der Hilfseinspritzungsmenge Qct bestimmt, die bei Schritt SB10 korrigiert wird. D.h., weil die Verbrennung von Kraftstoff durch die Hilfseinspritzung zum Ausgabedrehmoment des Motors 1 beiträgt, wird die Menge für den Beitrag von der Basiseinspritzungsmenge QHb subtrahiert, um die endgültige Haupteinspritzungsmenge QHt zu bestimmen. Dann wird bei Schritt SB12 die Einspritzeinrichtung 5 geregelt bzw. gesteuert, um die Haupteinspritzung des Kraftstoffs beim Kraftstoffeinspritzungs zeitpunkt ITHt im Kompressionshub des Zylinders 2 auszuführen, und dann wird die Einspritzeinrichtung 5 geregelt bzw. gesteuert, um die Hilfseinspritzung beim Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt Itc in jedem der Zylinder 2 des Motors 1 auszuführen, und anschließend kehrt die Sequenz zurück.
  • Kurzum wird, während sich der Motor 1 im stabilen Zustand befindet, die Hilfseinspritzungsmenge zwangsweise und häufig korrigierend erhöht oder verringert, und die Änderung im Ausgabedrehmoment des Motors 1 wird basierend auf der Änderung in der Kurbelwinkelgeschwindigkeit detektiert. In Übereinstimmung mit dem detektierten Ergebnis wird die Hilfseinspritzungsmenge geregelt bzw. gesteuert, um den maximalen Betrag des Ausgabedrehmoments bereitzustellen.
  • Andererseits wird bei Schritt SA12, zu welchem die Sequenz fortschreitet, nachdem JA beurteilt wird, d.h. nachdem beurteilt wird, daß der Motor 1 im beschleunigenden Zustand bei Schritt SA11 in 10 ist, die oben beschrieben ist, die zweite korrigierende Menge Qcfr auf null eingestellt, worauf die Sequenz zu den Schritten SB9 bis SB12 in 11 fortschreitet, die oben beschrieben sind, wo die Einspritzeinrichtung 5 geregelt bzw. gesteuert wird, um die Haupteinspritzung und die Hilfseinspritzung in jedem der Zylinder 2 des Motors 1 auszuführen, worauf die Sequenz zurückkehrt. D.h., die Korrektur der Hilfseinspritzungsmenge basierend auf der Änderung in der Kurbelwinkelgeschwindigkeit wird nicht während des beschleunigenden Zustands des Motors 1 durchgeführt.
  • Im Regel- bzw. Steuerprozeß, der in 10 und 11 gezeigt ist, die oben beschrieben sind, bilden die Schritte SA6, SA7, SB11 und SB12 die oder sind Teil von oder werden ausgeführt in der Haupteinspritzungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 40a (Haupteinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel), welche die Einspritzeinrichtung 5 regelt bzw. steuert, um die Haupteinspritzung innerhalb des vorbestimmten Kurbelwinkelbereichs im Kompressionshub des Zylinders 2 auszuführen, um die vorgemischte Druckzündungsverbrennung zur Verfügung zu stellen, während der Motor 1 im vorgemischten Druckzündungsverbrennungsbereich (H) ist, der an der Seite niedriger Motorlast (im vorbestimmten Betriebszustand) definiert ist.
  • Im Regel- bzw. Steuerprozeß bilden die Schritte SA6, SA7, SA9, SA10, SB2 bis SB10 und SB12 die oder sind Teil von oder werden ausgeführt in der Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 40b (die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel), welche die Einspritzeinrichtung 5 regeln bzw. steuern, um die Hilfseinspritzung des Kraftstoffs beim vorbestimmten Zeitpunkt zu einem späten Stadium des Kompressionshubs auszuführen, um die Verschiebung von der kühlen Flammenreaktion zur heißen Flammenreaktion zu verzögern, unmittelbar bevor oder nachdem der Kraftstoff durch die Haupteinspritzung die kühle Flammenreaktion startet, die durch den Temperaturanstieg in der Verbrennungskammer, beispielsweise innerhalb des Kompressionshubs in dem Zylinder 2 verursacht ist bzw. wird.
  • Zusätzlich bildet im Regel- bzw. Steuerprozeß in 10, der oben beschrieben ist, der Schritt SA8 den oder ist Teil von oder wird im EGR Abschätzer 40c (das EGR Verhältnis abschätzende Mittel) zum Abschätzen des aktuellen bzw. tatsächlichen EGR Verhältnisses des Motors 1 ausgeführt. Außerdem bildet im Regel- bzw. Steuerprozeß in 11, Schritt SB1 den Kurbelwinkelgeschwindigkeits-Schwankungsdetektor 40d (die ein Motordrehmoment detektierenden Mittel) für ein Detektieren der Änderungsrate der Kurbelwinkelgeschwindigkeit des Motors 1 als einen Wert, der mit dem Ausgabedrehmoment assoziiert bzw. verbunden ist. Darüber hinaus stellen die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel 40b die Hilfseinspritzungsmenge so ein, daß das Vorgemisch innerhalb des vorbestimmten Bereichs nahe TDC gemäß den detektierten Ergebnissen der EGR Abschätzeinrichtung 40c und des Fluktuations- bzw. Schwankungsratendetektors 40d der Kurbelwinkelgeschwindigkeit zündet.
  • Gemäß dem Regel- bzw. Steuerverfahren im bevorzugten Flußdiagramm oder -prozeß wie oben erhöht die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 40b die Hilfseinspritzungsmenge, wenn das tatsächliche EGR Verhältnis EGR kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses beschränkt. Beispielsweise kann die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuereinrichtung 40b die Hilfseinspritzungsmenge erhöhen, wenn das tatsächliche EGR Verhältnis EGR kleiner als ein anderer Wert ist, der kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist (der zweite vorbestimmte Wert).
  • (Regel- bzw. Steuerprozeß einer EGR Regelung bzw. Steuerung)
  • Als nächstes wird ein bevorzugter Regel- bzw. Steuerprozeß von EGR durch die ECU 40 im Detail unter Bezugnahme auf das in 14 illustrierte Flußdiagramm beschrieben. Bei Schritt SC1 unmittelbar nach dem Start werden wenigstens ein Ausgabesignal von dem Kraftstoffdrucksensor 7, ein Ausgabesignal vom Kurbelwinkelsensor 11, ein Ausgabesignal vom Einlaßluftdrucksensor 18, ein Ausgabesignal vom Luftstromsensor 19, ein Ausgabesignal vom Gaspedalpositionssensor 39, und/oder die anderen Signale eingegeben (Dateneingabe). Zusätzlich werden Werte einer Vielzahl von Flags, die wenigstens zeitlich vorübergehend bzw. temporär im Speicher der ECU 40 gespeichert sind, eingegeben. Dann wird bei Schritt SC2 auf die gleiche Art wie bei Schritt SA3 im Regel- bzw. Steuerverfahren der in 10 gezeigten Kraftstoffeinspritzung der Verbrennungsmodus des Motors 1 beurteilt. Wenn NEIN beurteilt wird, d.h. der Modus im Diffusionsverbrennungsbereich (D) ist, schreitet die Sequenz zu Schritt SC5 fort. Wenn JA beurteilt wird, d.h. der Modus im vorgemischten Verbrennungsbereich (H) ist, schreitet die Sequenz zu SC3 fort, wo ein Zielwert EGRH der Öffnung des EGR Ventils 35, der dem Motorbetriebszustand entspricht, unter Bezugnahme auf eine EGR Karte oder. Tabelle oder Beziehung bestimmt wird, die elektronisch im Speicher des ECU 40 gespeichert ist. Als nächstes übermittelt bei Schritt SC4 die ECU ein Regel- bzw. Steuersignal an das Magnetventil 36 des Diaphragmas des EGR Ventils 35 (für die Betätigung des EGR Ventils 35), und die Sequenz kehrt zurück.
  • Andererseits wird bei Schritt SC5, zu welchem die Sequenz nach einer Beurteilung NEIN fortschreitet, d.h. nachdem beurteilt wird, daß der Motor 1 im Diffusionsverbrennungsbereich (D) bei Schritt SC2 ist, der Zielöffnungswert EGRD des EGR Ventils 35 entsprechend dem Diffusionsverbrennungszustand des Motors 1 aus der EGR Karte oder Tabelle oder Beziehung abgelesen. Als nächstes schreitet die Sequenz zu Schritt SC4 fort, wo das EGR Ventil 35 betätigt wird, und kehrt dann zurück.
  • Die EGR Karte oder Tabelle oder Beziehung hält bzw. behält den optimalen Öffnungswert des EGR Ventils 35 entsprechend dem Zieldrehmoment Trq und der Motordrehzahl ne, die vorzugsweise empirisch vorbestimmt sind. Insbesondere stellt die Karte oder Tabelle oder Beziehung das Ziel EGR Verhältnis EGRnf basierend auf dem Motorbetriebszustand bereit, so daß das Ziel EGR Verhältnis auf ungefähr 50% bis 60% (vorzugsweise ungefähr 53 bis 60%) im vorgemischten Verbrennungsbereich (H), und ungefähr 40% oder weniger im Diffusionsverbrennungsbereich (D) eingestellt ist. Wie in 15(a) anhand eines Beispiels gezeigt, werden die Zielöffnungswerte des EGR Ventils 35 EGRH und EGRD für die größere Gaspedalposition Acc und für die größere Motordrehzahl ne im vorgemischten Verbrennungsbereich (H) bzw. dem Diffusionsverbrennungsbereich (D) verringert.
  • Insbesondere ist jeder der Zielwerte EGRH und EGRD jeweils so eingestellt, daß sich die Öffnung des EGR Ventils 35, wie in 15(b) angezeigt, ändert, wenn sich der Betriebszustand von einem vorbestimmten oder vorbestimmbaren Betriebszustand, der auf der Seite niedriger Motordrehzahl ne und niedriger Motorlast definiert ist (wie durch den Punkt X in der Zeichnung angegeben), zu einem vorbestimmten oder vorbestimmbaren Betriebszustand verschiebt, der auf der Seite hoher Motordrehzahl ne und hoher Motorlast definiert ist (wie durch den Punkt Y in der Zeichnung angegeben bzw. angedeutet). Somit wird, wenn sich der Motorbetriebszustand entlang der Linie X-Y ändert, die Öffnung des EGR Ventils 35 allmählich in Richtung zur Seite höherer Motordrehzahl ne und höherer Motorlast im vorgemischten Verbrennungsbereich (H) verringert, diskontinuierlich an der Grenze zwischen dem vorgemischten Verbrennungsbereich bzw. Bereich vorgemischter Verbrennung (H) und dem Diffusionsver brennungsbereich (D) verringert, und allmählich noch einmal in Richtung zur Seite höherer Motordrehzahl ne und höherer Motorlast verringert. Wie gezeigt, ist die Änderung in der Öffnung des EGR Ventils 35 in bezug auf den Motorbetriebszustand vorgeschrieben, um signifikant klein im vorgemischten Verbrennungsbereich (H) zu sein, dagegen relativ groß im Diffusionsverbrennungsbereich (D).
  • Somit wird, während der Motor 1 im vorgemischten Verbrennungsbereich (H) ist, die Öffnung des EGR Ventils 35 relativ aufgeweitet, um eine große Menge des Abgases zum Einlaßdurchtritt 16 zu rezirkulieren, um das EGR Verhältnis EGR zum bzw. auf den Zielwert (das Ziel EGR Verhältnis EGRnf) einzustellen, der gleich oder größer als der vorbestimmte oder vorbestimmbare Wert ist, wodurch die günstige vorgemischte Druckzündungsverbrennung erzielt wird. Andererseits wird, während der Motor 1 im Diffusionsverbrennungsbereich (D) ist, der Motor 1 veranlaßt, die herkömmliche Dieselverbrennung auszuführen, während welcher die Öffnung des EGR Ventils 35 relativ verschmälert ist, um das EGR Verhältnis EGR auf einen adäquat kleinen Wert einzustellen, wodurch eine NOx Produktion ohne Zunahme in einer Rußproduktion unterdrückt wird.
  • Der Regel- bzw. Steuerprozeß, der in 14 gezeigt ist, bildet als ein Ganzes die EGR Regel- bzw. Steuereinrichtung 40e (die Abgasrezirkulations-Regel- bzw. -Steuermittel), welche die Öffnung des EGR Ventils 35 so einstellt, daß das EGR Verhältnis der erste vorbestimmte Wert oder mehr ist, wenn der Motor 1 im vorgemischten Verbrennungsbereich (H) ist, und das EGR Verhältnis kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist, wenn der Motor 1 im Diffusionsverbrennungsbereich (D) ist.
  • (Tätigkeit und Wirkung)
  • Die Tätigkeit und Wirkung des Verbrennungssteuerapparats für den Dieselmotor 1 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird nun beschrieben. Während der Motor 1 im vorgemischten Verbrennungsbereich (H) ist, wird die Öffnung des EGR Ventils relativ aufgeweitet, so daß Abgas vom Abgasdurchtritt 26 stromaufwärts der Turbine 27 zum Einlaßdurchtritt 16 durch den EGR Durchtritt 34 rückgeführt bzw. rezirkuliert wird. Als nächstes wird eine beträchtliche Menge von rezirkuliertem Abgas zur Verbrennungskammer 4 des Zylinders 2 zusammen mit Frischluft von außen zugeführt. Dann führt die Einspritzeinrichtung 5, die in die Verbrennungskammer 4 im Zylinder 2 vorragt, die Haupteinspritzung zum vorbestimmten Zeitpunkt im Kompressionshub des Zylinders 2 aus. Dieser während der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff wird relativ weit über die Verbrennungskammer 4 verstreut bzw. diffundiert und ausreichend mit Einlaßluft (Frischluft und dem rezirkulierten Abgas) vermischt, um eine hoch homogenisierte Mischung auszubilden.
  • Diese Mischung wird veranlaßt, eine Oxidationsreaktion bei relativ niedriger Temperatur (sogenannte kühle Flammenreaktion) durch den Temperaturanstieg in der Verbrennungskammer 4 während des Kompressionshubs des Zylinders zu starten.
  • Zu diesem Zeitpunkt startet die kühle Flammenreaktion des Gemischs insbesondere mit dem Abschnitt mit hoher Dichte des Kraftstoffdampfs und hoher Dichte von Sauerstoff. Jedoch enthält diese Mischung eine große Menge an Abgas (Kohlendioxid und anderes Gas), das größer in der Wärme kapazität als Luft (Stickstoff, Sauerstoff, und anderes Gas) ist, und die Dichte des Kraftstoffs und Sauerstoffs ist insgesamt klein infolge des großen Gehalts des Abgases. Darüber hinaus wird die Reaktionswärme der kühlen Flammenreaktion in Kohlendioxid absorbiert, das groß in der Wärmekapazität ist. Deshalb wird eine örtlich schnelle Reaktion verhindert und die Verschiebung zur Oxidationsreaktion bei hoher Temperatur (sogenannte heiße Flammenreaktion) wird somit vermieden. Anschließend führt die Einspritzeinrichtung 5 die Hilfseinspritzung aus, um Kraftstoff zum vorbestimmten Zeitpunkt bei einem späten Stadium des Kompressionshubs in das Gemisch einzuspritzen, welches die kühle Flammenreaktion, wie oben beschrieben, gestartet hat. Dieser Kraftstoff absorbiert während seiner Verdampfung Wärme vom umgebenden Gemisch, das die Temperatur des Gemischs erniedrigt bzw. absenkt, wodurch weiter die Verschiebung zur heißen Flammenreaktion, d.h. Zündung verzögert wird.
  • Als nächstes zündet und verbrennt gleichzeitig das Gemisch, wenn sich dem TDC im Zylinder 2 angenähert wird, die Gastemperatur in der Verbrennungskammer 4 steigt weiter, und es erhöht sich ausreichend die Dichte des Kraftstoffs und Sauerstoffs. Der Zündungszeitpunkt hängt hauptsächlich vom Verhältnis der Menge an rezirkuliertem Abgas in der Einlaßluft (dem EGR Verhältnis), der rezirkulierten Abgastemperatur, und der Hilfseinspritzungs-Kraftstoffmenge ab. Selbst wenn das EGR Verhältnis niedriger als ein ursprünglicher bzw. Anfangszielwert ist, oder selbst wenn die Temperatur des rezirkulierten Abgases insbesondere hoch ist, werden das Verhältnis und die Temperatur in der Einstellung der Hilfseinspritzungsmenge in Betracht gezogen bzw. berücksichtigt, wodurch der Zündungszeitpunkt des Ge mischs innerhalb des Bereichs nahe dem TDC beibehalten wird. D.h., selbst wenn beispielsweise die Beschleunigung des Motors 1 zeitlich vorübergehend das Rezirkulationsverhältnis des Abgases zur Verbrennungskammer 4 verringert, oder selbst wenn das Fahren über lange Zeit die Abgastemperatur extrem anhebt, wird die Hilfseinspritzungsmenge geregelt bzw. gesteuert, um den Zündungszeitpunkt des Gemischs zu optimieren. Somit wird das Wärmeerzeugungsmerkmal mit hoher Zykluseffizienz konstant erzielt, wodurch die Kraftstoffeffizienz bzw. der Kraftstoffwirkungsgrad verbessert wird.
  • Zusätzlich wurden in dem Gemisch, welches in der oben erwähnten Art zündet und verbrennt, Kraftstoffdampf, Luft und rezirkuliertes Abgas bereits ausreichend homogen verteilt und die kühle Flammenreaktion ist an dem Abschnitt im Gang, der, wie oben beschrieben, hoch in der Kraftstoffdichte ist, wobei ein kleiner Abschnitt übermäßig hoch in der Kraftstoffdichte ist. Somit wird kein oder wenig Ruß erzeugt.
  • Außerdem ist, wie oben beschrieben, der Kraftstoffdampf homogen im Gemisch verteilt und eine beträchtliche Menge an Kohlendioxid und eines anderen Gases ist homogen diffundiert, was die örtlich abrupte Wärmeerzeugung im Gemisch verhindert, selbst wenn das Gemisch gleichzeitig zündet und verbrennt. Darüber hinaus wird, weil das umgebende Kohlendioxid und das andere Gas die Verbrennungswärme absorbiert, der Anstieg in der Verbrennungstemperatur unterdrückt, wodurch in hohem Maße die NOx Erzeugung unterdrückt wird.
  • Andererseits spritzt, während der Motor 1 im Diffusionsverbrennungsbereich (D) ist, die Einspritzeinrichtung 5 Kraft stoff in die Verbrennungskammer 4 wenigstens nahe TDC ein, um die Diffusionsverbrennung nach der anfänglichen vorgemischten Verbrennung zu verursachen (die herkömmliche Dieselverbrennung).
  • Zu diesem Zeitpunkt wird die Öffnung des EGR Ventils 35 relativ schmäler gemacht bzw. verschmälert, so daß die richtige bzw. ordnungsgemäße Menge des rezirkulierten Abgases die Erzeugung von NOx und Ruß unterdrückt. Zusätzlich wird das Rezirkulationsverhältnis des Abgases auf den vorbestimmten Wert oder geringer eingestellt, was die Zufuhr von Frischluft sicherstellt, wodurch die ausreichende Motorausgabe bzw. -leistung erzielt wird.
  • (Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung)
  • Es sollte erkannt bzw. geschätzt werden, daß die Erfindung nicht auf die bevorzugte Ausführungsform, wie oben beschrieben, beschränkt ist. Insbesondere wird beispielsweise in der vorhergehenden Ausführungsform die Hilfseinspritzungsmenge basierend sowohl auf dem tatsächlichen EGR Verhältnis EGR als auch der Änderungsrate der Kurbelwinkelgeschwindigkeit eingestellt. Jedoch kann beispielsweise die Menge basierend auf nur einem von ihnen eingestellt werden. Neben dem Obigen kann die Hilfseinspritzungsmenge in Hinblick auf einen oder mehrere der anderen Faktoren eingestellt werden, die die Zündungsverzögerungszeit, wie beispielsweise die Motorkühlmitteltemperatur, Einlaßlufttemperatur, und/oder Ladedruck beeinflussen.
  • Obwohl in der vorhergehenden Ausführungsform die Einspritzeinrichtung 5 ein Einspritzen von Kraftstoff innerhalb des vorbestimmten Kurbelwinkelbereichs im Kompressionshub des Zylinders 2 startet, während der Motor 1 die vorgemischte Druckzündungsverbrennung durchführt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses beschränkt. Beispielsweise kann die Kraftstoffeinspritzung im Einlaßhub des Zylinders 2 starten.
  • Zusätzlich ist, obwohl die vorhergehende Ausführungsform die vorliegende Erfindung in den Verbrennungssteuerapparat A für einen Direkteinspritzungs-Dieselmotor mit einer gemeinsamen Druckleitung bzw. common rail einbaut, die vorliegende Erfindung nicht auf dieses beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf einen Benzinmotor Anwendung finden, welcher verursacht, daß das Vorgemisch mit Benzin sich selbst ohne die Verwendung irgendeiner Zündkerze im vorbestimmten Betriebszustand entzündet.
  • Wie oben beschrieben, kann in Übereinstimmung mit dem Verbrennungssteuerapparat gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Direkteinspritzungs-Dieselmotor 1, in welchem Kraftstoff während der Haupteinspritzung in die Verbrennungskammer 4 eingespritzt wird, gut mit der Einlaßluft während der Zündungsverzögerungszeit des Gemischs vermischt, das durch eine große Menge einer Abgasrezirkulation bereitgestellt wird, um einen Verbrennungszustand mit relativ großem Verhältnis der vorgemischten Verbrennung zu erreichen, der Übergang von der kühlen Flammenreaktion zur heißen Flammenreaktion, der im Kompressionshub des Zylinders 2 durch das Vorgemisch verursacht wird, das aus dem Kraftstoff durch die Haupteinspritzung ausgebildet wird, durch Kraftstoff der Hilfseinspritzung verzögert werden. Weiterhin wird, selbst wenn das Rezirkulationsverhältnis des Abgases weitgehend bzw. stark geändert wird, oder selbst wenn die Abgastemperatur durch die Änderung im Betriebszustand des Motors 1 fluktuiert bzw. sich ändert, der Zündungszeitpunkt des Vorgemischs durch die Einstellung der Hilfseinspritzungsmenge optimiert, so daß das Wärmeerzeugungsmerkmal mit hoher Zykluseffizienz erzielt wird, wodurch die Kraftstoffeffizienz verbessert wird.

Claims (6)

  1. Verbrennungssteuerapparat (A) für einen Motor (1), welcher eine Einspritzeinrichtung (5), welche in eine Verbrennungskammer (4) eines Zylinders (2) des Motors (1) vorragt, und Abgasrezirkulations-Regulatormittel (35, 36) für ein Einstellen der Menge des Abgases aufweist, welches zu der Verbrennungskammer (4) rezirkuliert ist bzw. wird, wobei der Verbrennungsregel- bzw. -steuerapparat (A) umfaßt: Haupteinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel (40a), welche die Einspritzeinrichtung (5) regeln bzw. steuern, um Kraftstoff zu einem Zeitpunkt in dem Einlaßhub oder in dem Kompressionshub einzuspritzen, um eine Verbrennung zu erzielen, in welcher das Verhältnis der vorgemischten Verbrennung größer als dasjenige der Diffusionsverbrennung ist, wenn sich der Motor (1) in einem vorbestimmten Betriebszustand befindet; Abgasrezirkulations-Regel- bzw. -Steuermittel (40e), welche die Abgasrezirkulations-Regulatormittel (35, 36) regeln bzw. steuern, so daß ein EGR-Wert, welcher mit der Rezirkulationsmenge des Abgases assoziiert ist, ein erster vorbestimmter Wert oder mehr ist, wenn sich der Motor (1) in dem vorbestimmten Betriebszustand befindet; und Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel (40b), welche die Menge einer hilfsweisen bzw. Hilfseinspritzung für ein hilfsweises Einspritzen des Kraftstoffs mittels der Einspritzeinrichtung (5) an einem vorbestimmten Zeitpunkt bzw. Zeitgebung an einer später bzw. späteren Stufe des Kompressionshubs regeln bzw. steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel (40b) die Menge (Qct) der Hilfseinspritzung wenigstens in Übereinstimmung mit dem EGR-Wert regeln bzw. steuern.
  2. Verbrennungssteuerapparat (A) für einen Motor (1) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend EGR-Verhältnis-Abschätzungsmittel (40c) für ein Abschätzen eines aktuellen bzw. tatsächlichen EGR-Werts (EGR) des Motors (1), wobei die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel (40b) die Hilfseinspritzmenge (Qct) gemäß wenigstens dem Wert (EGR) einstellen, welcher durch die EGR-Verhältnis-Abschätzmittel (40c) abgeschätzt ist.
  3. Verbrennungssteuerapparat (A) für einen Motor (1) nach Anspruch 2, wobei die Hilfseinspritzungs-Regel- bzw. -Steuermittel (40b) die Hilfseinspritzmenge (Qct) erhöhen, wenn der abgeschätzte Wert (EGR) des EGR-Werts gleich wie oder größer als ein zweiter vorbestimmter Wert kleiner als der erste vorbestimmte Wert ist.
  4. Verbrennungssteuerverfahren für einen Motor (1), enthaltend eine Einspritzeinrichtung (5), welche in eine Verbrennungskammer (4) eines Zylinders (2) des Motors (1) vorragt, und Abgasrezirkulations-Regulatormittel (35, 36) für ein Einstellen der Menge des Abgases, welches zu der Verbrennungskammer (4) rezirkuliert wird; umfassend die folgenden Schritte: Regeln bzw. Steuern (SA6, SA7, SB11, SB12) der Einspritzeinrichtung (5), um Kraftstoff zu einem Zeitpunkt bzw. einer Zeitgebung in dem Einlaßhub oder dem Kompressionshub einzuspritzen, um eine Verbrennung zu erzielen, in welcher das Verhältnis der vorgemischten Verbrennung größer als dasjenige der Diffusion ist, wenn sich der Motor (1) in einem vorbestimmten Betriebszustand befindet; Regeln bzw. Steuern (SC1–SC5) der Abgasrezirkulations-Regulatormittel (35, 36), so daß ein EGR-Wert, welcher mit der Rezirkulationsmenge des Abgases assoziiert ist bzw. wird, ein erster vorbestimmter Wert oder mehr ist, wenn sich der Motor (1) in dem vorbestimmten Betriebszustand befindet; und Regeln bzw. Steuern (SA6, SA7, SA9, SA10, SB2–SB10, SB12) der Menge einer hilfsweisen bzw. Hilfseinspritzung für ein hilfsweises Einspritzen des Kraftstoffs durch die Einspritzeinrichtung (5) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt bzw. Zeitgebung an einer späten Stufe des Kompressionshubs; gekennzeichnet durch ein Regeln bzw. Steuern der Menge (Qct) der Hilfseinspritzung wenigstens in Übereinstimmung mit dem EGR-Wert.
  5. Computerlesbares Speichermedium, welches darauf ein Computerprogramm gespeichert aufweist, welches, wenn auf einen Computer geladen, ein Verbrennungssteuerverfahren ausführt, wie es in Anspruch 4 definiert ist.
  6. Computerprogramm, welches, wenn es auf einen Computer geladen ist, ein Verbrennungssteuerverfahren ausführt, wie es in Anspruch 4 definiert ist.
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