DE69833526T2

DE69833526T2 - Dieselbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69833526T2
Application number: DE69833526T
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokosuka-shi Shirakawa; Shuji Yokohama-shi Kimura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2018-12-09
Also published as: EP0924416A3; EP1475526A1; JPH11182312A; US6273056B1; DE69833526D1; JP3588999B2; EP1475526B1; DE69839618D1; EP0924416A2; EP0924416B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Sachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System für ein elektronisches Steuern eines Dieselmotors während der Aufwärmperiode des kalten Motors, und, insbesondere, auf ein Dieselmotor-Steuersystem, das dazu geeignet ist, eine langsame Anfangsverbrennung (eine Verbrennung einer sehr frühen Stufe) und eine sehr scharte Verbrennung in einer mittleren Stufe abzustimmen, während sowohl eine Verbrennungstemperatur als auch eine Zündverzögerungsdauer des Dieselkraftstoffs, eingespritzt in die Verbrennungskammer, gerade während der Aufwärmperiode des kalten Motors, gesteuert werden.
Beschreibung des Stands der Technik
In Dieselmotoren tendiert, wenn die Verbrennungstemperatur geeignet durch Anwendung einer starken Abgasrezirkulation (Exhaust Gas Recirculation – EGR) verringert wird, um NO_x (Stickoxide) Emissionen zu reduzieren, die Zündverzögerungsdauer zwischen dem Beginn einer Kraftstoffeinspritzung und dem Beginn einer Zündung dazu, dass sie erhöht wird. Als Folge hiervon fällt die Verbrennungstemperatur ab und zusätzlich erhöht sich die Verbrennungsrate der späteren Stufe des Leistungshubs zu der ersteren Stufe. Auch fehlt, aufgrund der erhöhten Zündverzögerungsdauer, einigen Stellen in den Motorzylindern eine ausreichende Zufuhr an Sauerstoff. Dies führt zu der Bildung von teilchenförmigem Material (Particulate Matter – PM) und erzeugt unverbrannten Kraftstoff (unverbranntes HCs) und unverbrannte Gase, wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO). Um eine solche Abwägung zwischen den verringerten NO_x-Emissionen und dem erhöhten Teilchenmaterial (Ruß, der schwarzen Rauch in dem Abgas verursacht) und unverbranntem HC und CO zu verbessern, ist in neuerer Zeit ein neues Verbrennungskonzept in Bezug auf herkömmliche Dieselmotoren mit Zylinder-Direkteinspritzung vorgeschlagen und entwickelt worden. Um die Bildung von NO_x-Emissionen zu unterdrücken und gleichzeitig PM (Rauch) zu verringern, lehrt die Japanese Patent Provisional Publication No. 8-86251 die Zündverzögerungsdauer-Steuerung und die Verwendung einer starken Verwirbelung. Gemäß der Japanese Patent Provisional Publication No. 8-86251 wird die Zündverzögerungsdauer positiv durch Verringern der Verbrennungstemperatur in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen erhöht und zusätzlich wird eine starke Wirbelbewegung in der Verbrennungskammer erzeugt, um so gleichzeitig sowohl NO_x-Emissionen als auch teilchenförmige Stoffe (Rauch) zu verringern. Wenn die Verbrennungstemperatur abfällt, kann die NO_x-Dichte reduziert werden. Hierbei kann, falls die Zündverzögerungsdauer erhöht wird, die Abgasrauchdichte aufgrund der Erzeugung einer Wirbelbewegung verringert werden. Wie es allgemein bekannt ist, weist der Verbrennungsvorgang eines gewöhnlichen Dieselmotors eine Dauer einer vorgemischten Verbrennung (eine Anfangsverbrennungsdauer entsprechend der frühen Stufe des Verbrennungsvorgangs), wo die Luft-Kraftstoff Mischungen, die während der Zündverzögerungsdauer vorgemischt sind, schnell brennen, und demzufolge eine Verbrennung unmittelbar stattfindet, was die Verbrennungstemperatur anhebt, und eine Diffusions-Verbrennung (eine Hauptverbrennung, oftmals bezeichnet als Dauer einer kontrollierten Verbrennung), wo die Verbrennungsgeschwindigkeit durch die Diffusions-Rate des Dieselkraftstoffs und der Luft begrenzt wird und auch die Diffusions-Verbrennung in Abhängigkeit von der Rate einer Kraftstoff-Einspritzung gesteuert wird, da die Mischung verbrannt wird, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird, auf. Bei Dieselmotoren folgt die Diffusions-Verbrennung der vorgemischten Verbrennung. Die vorgemischte Verbrennung tendiert dazu, ein wenig Ruß zu erzeugen, verglichen mit einer herkömmlichen Diffusions-Verbrennung. Wie vorstehend diskutiert ist, unterstützt, in dem Fall, dass eine Wirbelbewegung in der Verbrennungskammer zusätzlich zu der positiv erhöhten Zündverzögerungsdauer erzeugt wird, eine solche Wirbelbewegung ein Mischen der Luft und des Kraftstoffsprays, eingespritzt von der Kraftstoff-Einspritzdüse. Aufgrund sowohl der positiv erhöhten Zündverzögerungsperiode basierend auf dem Verbrennungstemperaturabfall als auch der Erzeugung der starken Wirbelbewegung tendiert ein größerer Anteil des Verbrennungsvorgangs dazu, dass er die vorgemischte Verbrennung wird. Dies unterdrückt die Bildung von Ruß bzw. Soot, was schwarzen Rauch in dem Abgas verursacht.
Unmittelbar nachdem der Motor beginnt zu laufen, sind der Motor, die Verbrennungskammer, und der Diesel-Kraftstoff alle kalt. Während der anfänglichen Aufwärmperi ode (oder während des kalten Motorbetriebs) wird die Zündverzögerungsdauer zwischen dem Beginn eines Einspritzens und dem Beginn einer Zündung verlängert, und demzufolge wird die Verbrennung verzögert. Dies führt zu der Erzeugung von weißem Rauch (erhöhte Emissionen von nicht verbranntem Kohlenwasserstoff in dem Abgas), und auch ist es möglich, dass die Verbrennung instabil wird. Um dies zu vermeiden, wird, in herkömmlichen Dieselmotoren, allgemein der Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt während des Betriebs des kalten Motors vorverlegt.
Die Japanese Patent Provisional Publication No.'s 6-108926 und 8-74676 offenbaren andere Steuerverfahren für die Menge einer Abgasrezirkulation (Exhaust Gas Recirculation – EGR), um Abgas-Emissionen zu reduzieren und die Fahrbarkeit während des Betriebs des kalten Motors oder während der Aufwärmphase des Motors zu verbessern. Die Japanese Patent Provisional Publication No. 6-108926 lehrt die Einstellung einer Einlassdrosselöffnung basierend auf der Temperatur des Kühlmittels des Motors. Andererseits lehrt die Japanese Patent Provisional Publication No. 8-74676 die Einstellung der Öffnung eines Abgasrezirkulations-(EGR)-Ventils basierend auf der Temperatur des Kühlmittels des Motors.
Allgemein haben diese Motoren den Vorteil, dass sie eine bessere Kraftstoff-Ökonomie im Vergleich zu Benzinmotoren mit Zündkerzenzündung haben, um insbesondere den Vorteil einer hohen thermischen Effektivität bei Teillasten zu haben. Mit anderen Worten ist, insbesondere bei Dieselmotoren mit Direkteinspritzung, ein geringerer Wärmeverlust an das Motorkühlmittel vorhanden, und demzufolge eine Verschlechterung der Erwärmungsfunktion (oder der Erwärmungseigenschaft) während des Betriebs des kalten Motors, als dies bei Benzinmotoren mit Zündkerzenzündung der Fall ist. Um zu vermeiden, dass sich die Erwärmungseigenschaft während der Aufwärmperiode des kalten Motors bei Dieselmotoren verringert, lehrt die Japanese Patent Provisional Publication No. 8-93510 die Einstellung einer Abgastemperatur. In der Heizeinrichtung, die in der Japanese Patent Provisional Publication No. 8-93510 offenbart ist, wird die Abgastemperatur anhand einer Bewegung des Abgas-Drosselventils in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen eingestellt, und hierdurch kann die Erwärmungseigenschaft erhöht werden, ohne in unerwünschter Weise die Dichte des Abgasrauchs zu erhöhen.
In den vergangenen Jahren ist es notwendig geworden, gleichzeitig sowohl NO_x-Emissionen als auch teilchenförmige Stoffe (PM) für Rauch, von dem Gesichtspunkt einer Abgas-Emissionsreinigung, zu verringern. Das bedeutet, dass es notwendig ist, weiter Abgas-Emissionen zu verringern, die während der Aufwärmperiode des kalten Motors erzeugt werden. Allerdings werden, wenn der Einspritz-Zeitpunkt so kompensiert wird, dass der Zeitpunkt vorverlegt wird, um eine Reduzierung der Fahrfähigkeit und die Erzeugung von weißem Rauch (unverbrannte Kohlenwasserstoffe) zu verhindern, anstelle davon NO_x-Emissionen bis zu einem hohen Niveau aufgebaut.
Wenn eine Verringerung der NO_x-Emissionen mit einer erhöhten EGR-Menge während der Aufwärmperiode des kalten Motors in derselben Art und Weise wie nach der Aufwärmung des Motors versucht wird, kann der Motor einen höheren Kühlverlust, der von einer niedrigeren Temperatur der Motorzylinderwand entsteht, zeigen als nach der Aufwärmperiode des Motors. Dies führt zu einer instabilen Verbrennung in dem Motorzylinder. Auch ist dabei eine Möglichkeit einer Bildung von weißem Rauch und der Erzeugung von üblem Geruch vorhanden.
Weiterhin erhöht sich, entsprechend dem Verbrennungskonzept, das in der Japanese Patent Provisional Publication No. 8-86251 offenbart ist, in dem Fall, dass die Zündverzögerungsdauer des Kraftstoffs, eingespritzt in die Verbrennungskammer, unter niedrigen Motor-Kühlmitteltemperaturen, mit der Verbrennungstemperatur herabgesetzt, verlängert wird, die Rate der vorgemischten Verbrennung. Demzufolge ist dabei eine Tendenz vorhanden, dass weißer Rauch entsteht, der sich durch unverbrannten Kraftstoff und/oder eine lösliche organische Substanz (Soluble Organic Substance – SOF), enthalten in dem teilchenförmigen Material (PM), erhöht.
Weiterhin ist, wenn die Einlassdrosselöffnung und/oder die Auslassdrosselöffnung für den Zweck einer Verbesserung der Erwärmungseigenschaft während des Betriebs des kalten Motors eingestellt werden, die Möglichkeit vorhanden, dass sich die Rauch-Emissionsdichte, wie beispielsweise weißer Rauch, oder schwarzer Rauch, erhöht. Dies verschlechtert die Stabilität des Motors unter bestimmten Motor-Betriebszuständen, zum Beispiel während niedriger Motorbelastungen. Der Anstieg der Abgastemperatur, erreicht über die Einstellung der Einlassdrosselöffnung und/oder der Auslassdrosselöffnung, bedeutet eine Verschlechterung in dem Kraftstoffverbrauch. Dabei ist es erwünscht, die Erwärmungseigenschaft ohne Verschlechterung der Kraftstoff-Ökonomie zu verbessern. Allgemein ist dabei eine Tendenz eines Reibungsverlusts des Motors dahingehend vorhanden, dass sich dieser während des Betriebs des kalten Motors oder während der Auf wärmperiode erhöht. Demzufolge ist es erwünscht, schnell den Motor- Aufwärmvorgang abzuschließen, um so sowohl den Kraftstoffverbrauch als auch Abgas-Emissionen zu verringern.
Die EP-A-620 364 weist einen Dieselmotor auf, der umfasst:

– eine Verbrennungstemperatur-Steuervorrichtung, die eine EGR-Steuerung umfasst, die eine Verbrennungstemperatur des Motors in Abhängigkeit von einem Motorbetriebszustand reguliert; und
– eine Zündverzögerungsdauer-Steuervorrichtung, die eine Zündverzögerungsdauer in Abhängigkeit von dem Motorbetriebszustand reguliert;
– einen Sensor, der so konfiguriert ist, dass er eine Motortemperatur erfasst;
– eine Verbrennungstemperatur-Ausgleichseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die Verbrennungstemperatur während einer Warmlaufzeit eines kalten Motors in Abhängigkeit von der Motortemperatur ausgleicht; und
– eine Zündverzögerungsdauer-Ausgleichseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die Zündverzögerungsdauer ausgleicht und während der Warmlaufzeit des kalten Motors ein Verhältnis von Vormischverbrennung zu Diffusionsverbrennung in Abhängigkeit von der Motortemperatur erhöht, wobei die die EGR-Steuerung dann gesperrt wird, wenn der Motor kalt ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Dieselmotor zu schaffen, der die vorstehend erwähnten Nachteile des Stands der Technik während der Aufwärmperiode des kalten Motors vermeidet.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Steuersystem für einen Dieselmotor zu schaffen, das dazu geeignet ist, eine Verringerung in Abgas-Emissionen abzustimmen, weißen Rauch zu verhindern und die Motorstabilität (stabile Verbrennung) während der Aufwärmperiode des kalten Motors zu erhöhen, und der gleichzeitig in der Lage ist, die Erwärmungseigenschaft während der Aufwärmperiode des kalten Motors zu verbessern.
Um die vorstehenden und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, weist ein Dieselmotor die Merkmale gemäß Anspruch 1 auf.
Vorzugsweise weist die Verbrennungstemperatur-Steuereinrichtung ein Abgas-Rezirkulations-System auf. Andererseits ist es bevorzugt, dass die Zündverzögerungs dauer-Steuervorrichtung eine Einstellvorrichtung für den Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt aufweist. Alternativ können sowohl die Verbrennungstemperatur-Steuervorrichtung als auch die Zündverzögerungsdauer-Steuervorrichtung eine Abgas-Rezirkualtions-Gaskühlvorrichtung zum Kühlen eines Teils der Abgase, die zurück durch den Motor geführt werden, aufweisen. Der Dieselmotor kann weiterhin eine Verwirbelungs-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer kontrollierten Wirbelströmung in einer Verbrennungskammer des Motors und eine Verwirbelungs-Intensitäts-Ausgleichseinrichtung zum Kompensieren einer Verwirbelungs-Intensität der gesteuerten Verwirbelungs-Strömung in Abhängigkeit von der Motortemperatur aufweisen. Vorzugsweise kann der vorstehend angegebene Sensor einen Wassertemperaturfühler zum Erfassen einer Temperatur des Motorkühlmittels aufweisen. Die Verwirbelungs-Intensitäts-Ausgleichseinrichtung kann eine Rate einer starken Verwirbelungszone zu einer schwachen Verwirbelungszone durch Variieren einer Grenzlinie zwischen der starken Verwirbelungszone und der schwachen Verwirbelungszone erhöhen, wenn sich die Motortemperatur unterhalb eines vorgegebenen Temperaturwerts befindet, und auch basiert die Grenzlinie auf der Motorgeschwindigkeit und -last. Die Verwirbelungs-Intensitäts-Ausgleichseinrichtung kann einen Motorgeschwindigkeitssensor zum Erfassen einer Motorgeschwindigkeit und einen Motorlastsensor zum Erfassen einer Motorlast aufweisen, und es ist bevorzugt, dass die starke Verwirbelungszone vergrößert wird und die schwache Verwirbelungszone verkleinert wird, indem eine Korrektur nach unten in Bezug auf die Motorgeschwindigkeitsdaten, erfasst durch den Motorgeschwindigkeitssensor, mit einem ersten Korrekturfaktor vorgenommen wird, und dass eine Korrektur nach unten in Bezug auf die Motorlastdaten, erfasst durch den Motorlastsensor, mit einem zweiten Korrekturfaktor vorgenommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockdiagramm, das den grundsätzlichen Aufbau der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 zeigt eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Verbrennungsrate und dem Kurbelwinkel nach TDC darstellt, zwischen der Charakteristik des Dieselmotors mit Direkteinspritzung der vorliegenden Erfindung während der Aufwärmperiode des kalten Motors, der Charakteristik des gewöhnlichen Dieselmotors mit Direkteinspritzung nach dem Aufwärmen des Motors und der Charakteristik des gewöhnlichen Diesel motors mit Direkteinspritzung während der Aufwärmperiode des kalten Motors vergleichend.
3 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Niveau des Teilchenmaterials (das Niveau des Abgasrauchs) und dem NO_x-Emissionsniveau in dem Dieselmotor mit Direkteinspritzung der vorliegenden Erfindung während der Aufwärmperiode des kalten Motors, dem gewöhnlichen Dieselmotor mit Direkteinspritzung nach dem Aufwärmen des Motors und dem gewöhnlichen Dieselmotor mit Direkteinspritzung während der Aufwärmperiode des kalten Motors darstellt.
4 zeigt ein Systemdiagramm, das die Ausführungsform eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung gemäß der Erfindung darstellt.
5 stellt ein Beispiel einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung dar, die bei einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung der Erfindung anwendbar ist.
6 zeigt einen Querschnitt, der Details des Aufbaus der Einspritz-Zeitpunkt-Einstellungsvorrichtung, anwendbar bei dem Dieselmotor mit Direkteinspritzung der Erfindung, darstellt.
7 zeigt ein Systemdiagramm, das ein Beispiel eines Abgasrezirkulations-(EGR)-Systems darstellt.
8 zeigt ein Flussdiagramm, das die arithmetische Berechnung darstellt, die dazu notwendig ist, eine Kraftstoff-Einspritzmenge (Qsol) abzuleiten.
9 zeigt eine Grund-Einspritzmenge-Charakteristik-Liste, die dazu verwendet wird, eine Grund-Einspritzmenge (Mqdrv) aufzusuchen.
10 zeigt eine Maximum-Kraftstoff-Einspritzmenge-Charakteristik-Liste, verwendet dazu, die maximale Kraftstoff-Einspritzmenge (Qsol1MAX) aufzusuchen, die von sowohl der Motorgeschwindigkeit (Ne) als auch dem Einlassdruck oder dem Boost-Druck (PM) abhängig ist.
11 zeigt ein Blockdiagramm, das für die EGR-Steuerung notwendig ist.
12 zeigt eine Durchsichtstabelle, die ein Beispiel einer EGR-Mengen-Korrekturtabelle darstellt, gemäß der die EGR-Menge in Abhängigkeit von der Wassertemperatur, die erfasst ist, korrigiert wird.
13A–13E zeigen Diagramme, die Niveaus verschiedener Abgasemissionen, nämlich NO_x, PM, HC und CO, und den Kraftstoffverbrauch (abgekürzt als „FC"), in zwei unterschiedlichen Motorbetriebszuständen (nach einem Aufwärmen und während eines Kaltstarts des Motors) und in vier unterschiedlichen Wassertemperatur- gegenüber EGR-Mengen-Korrekturfaktor-Charakteristika während des Kaltstarts, darstellen.
14 zeigt eine Balkengrafik, die den Effekt der Unterstützung des Aufwärmvorgangs des Motors, basierend auf der von der Wassertemperatur abhängigen EGR-Ventilanhebungs-Kompensation, darstellt, und zwar unter verschiedenen Bedingungen, das bedeutet dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer EGR-Gas-Kühlung, und drei unterschiedlichen Wassertemperatur- gegenüber EGR-Mengen-Korrekturfaktor-Charakteristika (REFERENCE, 1ST SPEC., und 2ND SPEC.) darstellt.
15 zeigt ein Blockdiagramm einer Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt-Steuerung.
16 zeigt eine Durchsichtstabelle, die ein Beispiel einer Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt-Korrekturtabelle darstellt, gemäß der der Kraftstoff-Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Wassertemperatur, die erfasst ist, korrigiert wird.
17 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Teilchen-(PM)-Niveau und dem NO_x-Emissions-Niveau in Variationen in der von der Wassertemperatur abhängigen Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt-Korrektur darstellt.
18 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Steuerung der Verwirbelung darstellt.
19A–19D zeigen Balkengrafiken, die die Beziehung zwischen der von der Wassertemperatur abhängigen Verwirbelungs-Intensität und Niveaus verschiedener Abgasemissionen, nämlich NO_x, PM, HC und CO, darstellen.
20 zeigt eine Grafik, die die Differenz der Wärmefreisetzungsrate (Einheit J/Grad) zwischen der vorliegenden Erfindung, in der sowohl die von der Wassertemperatur abhängige EGR-Korrektur als auch die von der Wassertemperatur abhängige Einspritzzeitpunkt-Korrektur vorgenommen werden, und dem Stand der Technik darstellt.
21 zeigt eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Verbrennungsrate und dem Kurbelwinkel nach TDC darstellt, und zwar in dem Dieselmotor mit Direkteinspritzung der vorliegenden Erfindung während der Aufwärmperiode des kalten Motors und dem gewöhnlichen Dieselmotor mit Direkteinspritzung während der Aufwärmperiode des kalten Motors.
22A und 22B zeigen Diagramme, die jeweils die Beziehung zwischen dem Kraftstoffverbrauch (FC) und dem NO_x-Niveau und die Beziehung zwischen dem Teilchen-(PM)-Niveau und dem NO_x-Niveau darstellen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Anhand nun der Zeichnungen, insbesondere der 4, wird der Dieselmotor mit Direkteinspritzung in der Ausführungsform beispielhaft in einem Viertakt-Dieselmotor mit Vier-Ventil-DOHC-Direkteinspritzung beispielhaft angegeben, in dem zwei Einlassventile und zwei Auslassventile in dem Zylinderkopf in einer solchen Art und Weise getragen sind, dass sie eine Kraftstoff-Einspritzdüse 3 umgeben. In dem Dieselmotor 1 mit Direkteinspritzung, dargestellt in 4, wird Dieselkraftstoff in die Verbrennungskammer mittels eines Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzsystems gedrückt. In der dargestellten Ausführungsform weist das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzsystem mindestens eine elektronisch gesteuerte Kraftstoff-Einspritzpumpeneinheit 2 und eine Kraftstoff-Einspritzdüse 3 auf. Während des Betriebs der Pumpeneinheit 2 wird Dieselkraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 4 gesprüht oder eingespritzt. Wie in 4 zu sehen ist, ist der Dieselmotor 1 mit Direkteinspritzung mit einem Abgasrezirkulations-(EGR)-System ausgestattet, um einen Teil von inerten Abgasen zu dem Einlassverteiler zurückzuführen, um die Verbrennungstemperatur zu verringern und demzufolge die Bildung von Stickoxiden (NO_x) zu verringern. Das EGR-System weist einen Abgasrezirkulations-Kanal 5 (einfach eine EGR-Leitung), ein Abgasrezirkulations-(EGR)-Ventil 6 und ein Einlassdrosselventil 8, vorgesehen einströmseitig eines Kollektors 7 (an der Einführposition von EGR-Gasen), auf. Eine EGR-Gaskühlvorrichtung 9 ist an der EGR-Leitung 5 befestigt, um die EGR-Gase mittels eines Motor-Kühlmittelflusses durch die EGR-Kühlvorrichtung zu kühlen. Als eine Wirbel-Erzeugungseinrichtung ist ein Verwirbelungs-Steuerventil 10 ausströmseitig des Kollektors 7 vorgesehen, und hierdurch ist es möglich, eine gesteuerte Verwirbelungs-Bewegung in der Verbrennungskammer 4 zu erzeugen. In der dargestellten Ausführungsform ist der Dieselmotor 1 weiter mit einem Turbolader 12 mit variabler Düse, der einen Aktuator 11 für die variable Düse aufweist, und einen Zwischenkühler 13 ausgestattet. Der Turbolader 12 mit variabler Düse ist in dem Induktions- und Abgassystem für ein variables Einstellen oder ein Steuern eines Boost-Drucks (der erhöhte Druck in der Zuführluft) versehen. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 14 einen Luftströmungsmesser oder einen Luftströmungssensor. Gewöhnlich wird ein Heißdraht-Massenluft-Durchflussmesser als der Luftdurchflussmesser 14 verwendet. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Einlassluft-Temperatursensor, der ausströmseitig einer Kompressorpumpe eines Turboladers 12 mit variabler Düse und unmittelbar ausströmseitig des Luftdurchflussmessers 14 angeordnet ist. 5 stellt ein Beispiel eines elektronisch gesteuerten Kraftstoff-Einspritzsystems dar, das eine elektronisch gesteuerte Kraftstoff-Einspritzpumpeneinheit 2 und eine Kraftstoff-Einspritzdüse 3 verwendet. Wie in 5 zu sehen ist, wird, in der Ausführungsform, eine Kraftstoff-Einspritzpumpeneinheit vom Verteiler-Typ als die elektronisch gesteuerte Kraftstoff-Einspritzpumpeneinheit 2 verwendet. Die Kraftstoff-Einspritzpumpeneinheit 2 weist eine Antriebswelle 21, eine Kraftstoff-Zuführungspumpe 22, eine Pumpkammer 23, eine Flächennockenscheibe 24, einen Pumpenkolben 25, ein Abgabeauslassventil 26, oftmals bezeichnet als ein „Zuführventil", eine axial gleitbare Steuerhülse 27, einen Drehsolenoid 28 und eine Kraftstoff-Absperrventileinheit 29 auf. Die Zuführungspumpe 22 wird durch die Antriebswelle 21 angetrieben oder gedreht, um Dieselkraftstoff unter Druck zu setzen. Die Antriebswelle 21 besitzt eine angetriebene Verbindung mit dem Dieselmotor 1. Die Pumpkammer 23 ist in dem Pumpengehäuse definiert, um temporär den Kraftstoff, der durch die Zuführungspumpe 22 unter Druck gesetzt ist, zu bevorraten. Die Pumpkammer 23 ist auch in einem Pumpenschmiersystem enthalten, das zur Schmierung des Inneren der Pumpe verwendet wird. Der Pumpenkolben 25 ist koaxial mit dem rechtsseitigen Ende (gesehen aus Sicht der 5) der Antriebswelle 21 zum Beispiel mit einer Keilverbindung verbunden, so dass sich der Kolben 25 zusammen mit der Antriebswelle 21 dreht, während eine axiale Gleitbewegung des Kolbens 25 in Bezug auf die Antriebswelle 21 aufgrund des Flächennockens 24 zugelassen wird. Demzufolge wird der Dieselkraftstoff, der in der Pumpkammer 23 vorhanden ist, mittels einer axialen Hin- und Herbewegung des Kolbens 25 angesaugt. Auch ist ein Nockenmechanismus vorgesehen, der aus der Flächennockenscheibe 24 und einem im Wesentlichen zylindrischen Rollenhalter (nicht mit Bezugszeichen versehen), angeordnet an der linken Seite des Flächennockens 24, und als ein Nokkenstößel, der mit dem Flächennocken 24 in Verbindung steht, besteht. Der Nockenmechanismus ist an dem Verbindungsbereich (der Keilverbindungsbereich) zwischen dem rechtsseitigen Ende der Antriebswelle 21 und dem linksseitigen Ende des Pumpenkolbens 25 verbunden, um die axiale Hin- und Herbewegung des Kolbens 25 zu erzeugen. Die axiale Hin- und Herbewegung des Kolbens 25 erzeugt eine Hochdruckpumpwirkung. Der zuvor angeführte Rollenhalter, angeordnet nahe des Flächennockens 25, umgibt den äußeren Umfang des Keilverbindungsbereichs zwischen dem rechten Ende der Antriebswelle und dem linken Ende des Pumpenkolbens. Der innere Umfang des Rollenhalters befindet sich außerhalb eines Kontakts mit dem äußeren Umfang des zuvor angeführten Keilverbindungsbereichs oder steht in einem gleitenden Kontakt mit dem äußeren Umfang, um so die Drehbewegung der Antriebswelle 21 ohne irgendeine Drehbewegung des Rollenhalters zu ermöglichen. Obwohl es nicht dargestellt ist, ist tatsächlich eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten Rollen drehbar in dem Rollenhalter gehalten. Andererseits ist die Flächennockenscheibe 24 an deren linksseitiger Seitenwand, integral mit einer in Umfangsrichtung nicht gewellten, mit Kontur versehenen Nokkenfläche, gebildet. Die in Umfangsrichtung nicht gewellte, mit Kontur versehene Nockenfläche des Flächennockens 24 besteht aus einer Vielzahl von Nockenerhebungen (Vorsprüngen) und einer Vielzahl von Nockenvertiefungen (Trögen), die einander abwechseln. Die linksseitige, mit Kontur versehene Nockenfläche des Flächennockens 24 passt zu den jeweiligen Rollen, die drehbar in dem Rollenhalter eingesetzt sind, um so eine Nockenverbindung zwischen der Vielzahl der Rollen in dem Rollenhalter und der mit Kontur versehenen Nockenfläche des Flächennockens 24 zu erzielen. Jeder der Nockenerhebungs-Abschnitte des Flächennockens 24 ist zu dem Motorzylinder einer bestimmten Zylinder-Zahl zugeordnet, so dass dabei eine eins-zu-eins Korrespondenz zwischen den Nokkenerhebungs-Abschnitten und den einzelnen Motorzylindern vorhanden ist. Der Flächennocken 24 ist in der axial nach links zeigenden Richtung mittels einer Rückstellfeder (nicht mit Bezugszeichen versehen), wie beispielsweise einer gewickelten Kompressionsfeder, vorgespannt, um permanent die Nockenverbindung beizubehalten, und zwar unabhängig der Motorgeschwindigkeit und -last. Demzufolge wird die Drehbewegung des Flächennockens 24 in die Hin- und Herbewegung des Pumpenkolbens 25 aufgrund des Nockenmechanismus, der vorstehend diskutiert ist, umgewandelt. Die elektronisch gesteuerte Kraftstoff-Einspritzpumpeneinheit 2 weist auch einen Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt-Steuerkolben 30, oftmals bezeichnet als ein „Zeitgeber-Kolben", und ein Zeitpunkt-Steuerventil 31, das vollständiger später beschrieben werden wird, auf. Diese Bauteile, die einen Teil der Einspritzpumpeneinheit 2 bilden, dienen als eine Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt-Einstellungsvorrichtung (oder eine Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt-Einstellungseinrichtung). Der Rollenhalter des Nockenmechanismus ist mechanisch über eine stabähnliche Verbindung (nicht mit Bezugszeichen versehen) mit dem Zeitgeberkolben 30 verbunden. Wie anhand der 5 ersichtlich werden kann, wird die axiale Position des Flächennockens 24 in Abhängigkeit von der axialen Position des Zeitgeberkolbens 30 bestimmt. Genauer gesagt bewegt sich, wenn sich der Zeitgeberkolben 30 axial nach links (zu einer Kammer mit niedrigem Druck hin, die zu dem mittels Feder vorgespannten, linksseitigen Ende des Zeitgeberkolbens hinweist) von der Position, dargestellt in 5, aus bewegt, die stabähnliche Verbindung auch nach links, da ein Ende der stabähnlichen Verbindung mit der Mitte des Zeitgeberkolbens 30 verbunden ist und das andere Ende der Verbindung mit dem Rollenhalter verbunden ist. Umgekehrt bewegt sich, wenn sich der Zeitgeberkolben 30 axial nach rechts (zu einer Hochdruckkammer hin, die zu dem rechtsseitigen Ende des Zeitgeberkolbens hinweist) von der mittels Feder vorbelasteten Position, dargestellt in 5, bewegt, die stabähnliche Verbindung nach rechts, und demzufolge wird der Nockenmechanismus leicht in der axialen, nach rechts gerichteten Richtung verschoben. Mit der vorstehend angeführten Anordnung bewegt sich jedes Mal, wenn die Nockenerhebungen des Flächennockens 24 durch eine bestimmte Rolle des Rollenhalters führen, der Kolben 25 einmal axial. Deshalb bewegt sich, wenn der Kolben 25 zusammen mit der Antriebswelle 21 gedreht wird, der Kolben 25 axial so viele Male wie die Anzahl der Nockenerhebungen für jede eine Umdrehung des Kolbens 25 hin und her. Tatsächlich ist der Kolben 25 axial gleitbar in einem Pumpenkolbenzylinder (nicht mit Bezugszeichen versehen) aufgenommen, um eine Hochdruck-Pumpwirkung zu erzielen. Während des Saughubs mit der axialen, nach links gerichteten Bewegung des Kolbens 25 wird Kraftstoff in die Pumpkammer 23 über eine Einlassöffnung des Kolbenzylinders in eine Pumpkammer zugeführt, die zu der rechtsseitigen Endfläche des Kolbens 25 hinweist. Im Gegensatz dazu wird, während des Auslasshubs mit der axialen, nach rechts gerichteten Bewegung des Kolbens 25, der Dieselkraftstoff in der Pumpkammer unter Druck gesetzt und gleichzeitig wird der unter Druck gesetzte Kraftstoff durch eine axiale Bohrung des Kolbens (nicht mit Bezugszeichen versehen) und einer Verschlussöffnung (nicht mit Bezugszeichen versehen) über eine Verteilungsöffnung, die an dem äußeren Umfang des Kolbens ausgeschnitten ist, zu einer der Vielzahl der Auslassöffnungen (nicht mit Bezugszeichen versehen), definiert in dem Zylinder, zugeführt. Die axiale Bohrung des Kolbens ist axial in dem Kolben in einer solchen Art und Weise definiert, um sich entlang der Mittenachse des Kolbens zu erstrecken. Die axiale Bohrung des Kolbens verbindet die zuvor diskutierte Pumpkammer, die zu dem rechtsseitigen Ende des Kolbens hinweist. In Abhängigkeit von der axialen Position der Steuerhülse 27 ist die Verschlussöffnung in der Lage, durch die innere Umfangswandfläche der Steuerhülse 27 verschlossen zu werden. Die Verteilungsnut ist an dem äußeren Umfang des Kolbens 25 als ein ausgeschnittener oder mit Kerbe versehener Bereich gebildet. Dann wird der unter Druck gesetzte Kraftstoff über das Zu führventil 26 zugeführt, wie beispielsweise ein Einwege-Absperrventil, und zwar über einen Hochdruckkanal (nicht mit Bezugszeichen versehen), zu einer Kraftstoff-Einspritzdüse 3 unter hohem Druck. Es ist anzumerken, dass, zum Zwecke der vereinfachten Darstellung, nur eine der Vielzahl der Kraftstoff-Einspritzdüsen 3 dargestellt ist. Tatsächlich wird eine einzelne Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 3 für jeden Motorzylinder verwendet. Wie vorstehend diskutiert ist, ist die axiale Position des Rollenhalters, enthalten in dem Nockenmechanismus, relativ zu der Antriebswelle 21, durch Einstellen der axialen Position des Zeitgeberkolbens 30 änderbar. Die Änderung in der axialen Position des Rollenhalters führt zu einer leichten, relativen, axialen Verschiebung zwischen der Antriebswelle 21 und dem Kolben 25. Die leichte, axiale Verschiebung des Kolbens 25 zu der Antriebswelle 21 bewirkt eine Änderung in dem Zeitpunkt einer Anpassung zwischen der Verteilungsnut des Kolbens 25 und der jeweiligen Auslassöffnung des Pumpenkolbenzylinders. Das bedeutet, dass die Änderung in der axialen Position des Rollenhalters eine Änderung in dem Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt mit sich bringt (exakt eine Änderung in dem Zeitpunkt einer Einleitung der Kraftstoff-Einspritzung). Wie vorstehend angegeben ist, kann der Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt (der Zeitpunkt eines Einleitens eines Einspritzens) durch geeignetes Einstellen der axialen Position des Rollenhalters gesteuert werden (das bedeutet die axiale Position des Zeitgeberkolbens 30). Die Steuerhülse 27 ist nahe dem innersten Ende des Pumpenkolbenzylinders so vorgesehen, dass die Steuerhülse leicht auf einen Bereich des Kolbens 25 befestigbar ist, der nach außen von dem innersten Ende des Pumpenkolbenzylinders vorsteht, und so, dass der Kraftstoff in der Pumpkammer leckagemäßig aus der Verschlussöffnung heraustritt und wieder zu der Pumpkammer 23 zurückgeführt wird, wenn sich die Verschlussöffnung aus der inneren Umfangsfläche der Steuerhülse 27 bewegt und so die Pumpkammer 23 frei gibt. Eine solche Kraftstoff-Leckage bewirkt, dass der Druck des Kraftstoffs in der Pumpkammer schnell abfällt, und als eine Folge fällt der Druck in der Auslassöffnung schnell ab und wird geringer als ein Solldruck des Abgabeauslassventils 26. Als eine Folge wird das Abgabeauslassventil 26 (das Einwege-Absperrventil) geschlossen. Mit dem Ventil 26 geschlossen fällt der Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 3 ab und die Nadelventil-Rückführfeder der Einspritzeinrichtung (nicht dargestellt) drückt das Nadelventil der Einspritzeinrichtung so, um geschlossen zu verbleiben, und verhindert so irgendeine Kraftstoff-Leckage von der Einspritzdüse 3. Auf diese Art und Weise endet eine Reihe des Kraftstoff-Einspritzvorgangs.
Die axiale Position der Steuerhülse 27 wird mittels des Drehsolenoid 28 und einer Verbindung, die mechanisch den Drehsolenoid 28 mit der Steuerhülse 27 verbindet, eingestellt. Wie zuvor diskutiert ist, ist der Zeitpunkt einer Beendigung der Kraftstoff-Einspritzung (mit anderen Worten die Menge einer Einspritzung von Kraftstoff) durch Einstellen der Position der Steuerhülsen 27 über eine Drehbewegung des Drehsolenoid 28 steuerbar. Gewöhnlich wird die Drehbewegung des Drehsolenoid 28 elektromagnetisch erhalten. Das Kraftstoff-Unterbrechungsventil 29 arbeitet so, um erzwungenermaßen den Motor anzuhalten, indem die Kraftstoff-Zuführung zu der Pumpkammer durch Verschließen der Saugöffnung durch ein tellerähnliches Ventil der Kraftstoff-Unterbrechungsventileinheit 29 unterbrochen wird. Die Einstellung der axialen Position des Zeitgeberkolbens 30 wird nachfolgend beschrieben.
Wie in 5 zu sehen ist, ist der Zeitgeberkolben gleitend in einer Zeitgeberkolbenkammer, festgelegt in dem Pumpengehäuse der Kraftstoff-Einspritzpumpe 2, aufgenommen. Der linksseitige Bereich der Zeitgeberkolbenkammer arbeitet mit der linksseitigen Endfläche des Zeitgeberkolbens 30 zusammen, um eine Niederdruckkammer (siehe untere Kammer, dargestellt in 6) zu definieren, wogegen der rechtsseitige Bereich der Zeitgeberkolbenkammer mit der rechtsseitigen Endfläche des Zeitgeberkolbens 30 zusammenarbeitet, um eine Hochdruckkamner (siehe die obere Kammer, dargestellt in 6) zu definieren. Die Hochdruckkammer steht mit der Pumpkammer 23 in Verbindung. Das linke Ende des Zeitgeberkolbens 30 weist zu der Niederdruckkammer hin, die mit der Saugseite der Zuführpumpe 22 in Verbindung steht. Eine Rückstellfeder, wie beispielsweise eine gewickelte Kompressionsfeder, ist betätigbar in der Niederdruckkammer so angeordnet, um dauerhaft den Zeitgeberkolben 30 in einer Richtung der Hochdruckkammer vorzuspannen, das bedeutet in der axialen, nach rechts zeigenden Richtung (aus Sicht der 5). Die Hochdruckkammer ist über das Zeitpunkt-Steuerventil 31 mit der Niederdruckkammer verbunden. Die Öffnung und die Schließung des Zeitsteuerventils 31 werden in Abhängigkeit eines Taktzyklussignals oder- eines Impulsbreiten-Zeitsignals (oder eines Impulsbreiten-Modulierspannungssignals, oftmals bezeichnet als ein „PWM-Signal"), das von einer Steuereinheit 39 erzeugt wird, gesteuert oder reguliert. Allgemein weist das Zeitpunkt-Steuerventil 31 ein elektromagnetisches Solenoidventil auf, wogegen die Steuereinheit 39 einen Mikrocomputer aufweist. Genauer gesagt wird, mit einem verringerten Taktzyklus oder einer verringerten Solenoid-EIN-Zeit oder einer verringerten Solenoidven til-Öffnungszeit des Zeitpunkt-Steuerventils 31, die Menge einer Leckage an Dieselkraftstoff von der Hochdruckkammer zu der Niederdruckkammer verringert, und als eine Folge steigt der Kraftstoffdruck in der Hochdruckkammer bis zu einem relativ hohen Druckniveau in Bezug auf den Kraftstoffdruck in der Niederdruckkammer an. Der relative Druckanstieg in der Hochdruckkammer drückt den Zeitgeberkolben 30 in eine Richtung der Niederdruckkammer (in einer axialen, nach links gerichteten Richtung) gegen die Vorspannung der Rückführfeder. Die axiale, nach links gerichtete Bewegung des Zeitgeberkolbens 30 bewirkt die axiale, nach links gerichtete Bewegung des Nockenmechanismus (die Flächennockenscheibe 24 einsetzend), und als eine Folge wird der Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt verzögert. Umgekehrt wird, wenn der Taktzyklus des Zeitsteuerventils 31 erhöht wird, der Kraftstoff-Austritt von der Hochdruckkammer zu der Niederdruckkammer erhöht. Demzufolge fällt der Kraftstoffdruck in der Hochdruckkammer auf ein relativ niedriges Druckniveau im Wesentlichen gleich zu dem Fluiddruck in der Niederdruckkammer ab. Aufgrund des Druckabfalls der Hochdruckkammer bewegt sich der Zeitgeberkolben 30 zu der Hochdruckkammer aufgrund der Federvorspannung hin. Die axiale, nach rechts gerichtete Bewegung des Zeitgeberkolbens 30 bewirkt die axiale, nach rechts gerichtete Bewegung des Nockenmechanismus, mit der Folge, dass der Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt vorverlegt wird. Als Eingangs-Informationssignal-Daten, notwendig für die Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt-Steuerung, erhält die Eingabe-Schnittstelle der Steuereinheit 39 Signale von verschiedenen Motor/Fahrzeugsensoren, nämlich einem Motorgeschwindigkeitssensor 32, einem Pumpen-Geschwindigkeitssensor 33, einem Gaspedal-Sensor 34, einem Kraftstoff-Einspritz-Nadelventil-Anhebungssensor 35, einem Wassertemperatursensor 36 (oder einem Motorkühlmittel-Temperatursensor), einem Kraftstoff-Temperatursensor 37 und einem Zündschlüsselschalter 38. In der dargestellten Ausführungsform ist jeder der zwei Drehgeschwindigkeitssensoren, nämlich der Motorgeschwindigkeitssensor 32 und der Pumpen-Geschwindigkeitssensor 33, aus einem Geschwindigkeitssensor vom elektromagnetischen Impuls-Abnehmer-Typ aufgebaut. Zum Beispiel besteht der Geschwindigkeitssensor vom Impuls-Abnehmer-Typ, der den Pumpen-Geschwindigkeitssensor 33 bildet, aus einem Ringzahnrad, ähnlich einer mit Zähnen versehenen Signalscheibenplatte (einer Rotorscheibe), die an der Antriebswelle 21 der Kraftstoff-Einspritzpumpeneinheit 2 befestigt ist, um mit der Antriebswelle 21 zusammen zu drehen, und einer Abnehmerspule (ein Stator), die an dem Pumpengehäuse befestigt ist und gewöhnlich auf einem Eisenkern gewickelt ist. Das Impuls-Spannungssignal von dem Motorgeschwindigkeitssensor 32 wird zu der Eingangs-Schnittstelle der Steuereinheit 39 hin geschickt. Die Steuereinheit erfasst eine Kurbelwellen-Winkelposition oder einen Kurbelwinkel von dem Spannungs-Impulssignal von dem Sensor 32 und erfasst auch eine Motorgeschwindigkeit Ne aus einer Frequenz des Impulssignals. Der Gaspedalsensor 34 ist zum Erfassen der Öffnung CL des Beschleunigers bzw. Gaspedals oder der Steuerhebelöffnung (allgemein angesehen als ein Wert äquivalent zu der Motorbelastung) vorgesehen. Der Anhebungssensor 35 ist zum Erfassen einer tatsächlichen Anhebung des Nadelventils der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 3 vorgesehen, um so einen tatsächlichen Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt der Einspritzeinrichtung zu erfassen. Gewöhnlich wird der Taktzykluswert des Zeitpunkt-Steuerventils 31 arithmetisch durch eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eingesetzt in dem Mikrocomputer der Steuereinheit 39, berechnet, zum Beispiel auf der Basis des für die Motorgeschwindigkeit kennzeichnenden Signals Ne von dem Motorgeschwindigkeitssensor 32, dem für die Motorbelastung kennzeichnenden Signal von dem Beschleunigungssensor 34 und aus dem für den tatsächlichen Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt kennzeichnenden Signal von dem Anhebungssensor 35. Der Wasser-Temperatursensor 36 ist zum Messen oder zum Erfassen einer Temperatur des Motors vorgesehen. In der dargestellten Ausführungsform kann, obwohl der Wasser-Temperatursensor 36 als ein Motor-Temperatursensor verwendet wird, anstelle davon ein Motoröl-Temperatursensor zum Erfassen der Motor-Temperatur, oder ob der Betriebszustand des Motors kalt oder warm ist, verwendet werden. Der Kraftstoff-Temperatursensor 37 ist zum Messen oder zum Erfassen einer Temperatur eines Dieselkraftstoffs, vorhanden in der Pumpkammer 23, vorgesehen. Die zentrale Verarbeitungseinheit der Steuereinheit 39 führt verschiedene, vorprogrammierte, arithmetische Berechnungen durch, nämlich eine Berechnung einer Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol, eine Berechnung eines Anhebungswerts des EGR-Ventils 6, eine Berechnung der Öffnung des Einlassdrosselventils 8, eine Bestimmung des Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkts, eine Berechnung der Öffnung des Verwirbelungs-Steuerventils 10, und dergleichen. Basierend auf den Ergebnissen der vorstehend erwähnten, arithmetischen Berechnungen steuert die Ausgangs-Schnittstelle der Steuereinheit 39 den Drehsolenoid 28 und das Kraftstoff Absperrventil 29, oder treibt sie an, was beides zu der Kraftstoff-Einspritzmengensteuerung beiträgt. Die Ausgangs-Schnittstelle gibt auch ein Ansteuersignal zu dem Zeitpunkt-Steuerventil 31 aus, um eine erwünschte Kraftstoff-Einspritzzeitabstimmung, bestimmt durch die vorbestimmte, arithmetische Verarbeitung, durchzuführen, um so die Zündverzögerungsdauer zu regulieren. Wie vollständiger später beschrieben werden wird, steuert die Steuereinheit 39 weiterhin das EGR-Ventil 6 und das Verwirbelungs-Steuerventil 10 oder treibt sie an, um sowohl die Verbrennungstemperatur als auch die Intensität einer Verwirbelungsströmung in der Verbrennungskammer zu steuern.
Unter Bezugnahme nun auf 7 wird der detaillierte Aufbau des EGR-Systems dargestellt. Wie in 7 zu sehen ist, weist die EGR-Ventileinheit 6 einen Schrittmotor oder einen schrittweise arbeitenden Motor auf. Der Ventil-Anhebungswert (oder der EGR-Betrag) des EGR-Ventils 6 wird auf ein Steuersignal (ein Antriebssignal), ausgegeben von der Steuereinheit 39, zu dem Schrittmotor, eingestellt. Obwohl die EGR-Ventileinheit der Ausführungsform ein von einem Schrittmotor angetriebener Typ ist, kann ein mittels negativem Druck betätigtes EGR-Ventil anstelle davon verwendet werden. Alternativ kann der EGR-Betrag in Abhängigkeit von einer Einlassluftmenge, abgeleitet von einem Signalwert von einem Drucksensor, gesteuert werden. Andererseits ist das Einlassdrosselventil 8 als ein mittels negativem Druck betätigtes Ventil aufgebaut. Tatsächlich ist das Einlassdrosselventil 8 mit einem mittels Vakuum betätigten Mechanismus verbunden, der aus einer Diaphragmaeinheit und zwei elektromagnetischen Absperrventilen 41 und 42 besteht, so dass die Winkelposition des Drosselventils 8 mittels des Vakuums, zugeführt in die Diaphragmakammer der Diaphragmaeinheit, über die Ventile 41 und 42, eingestellt wird. Die Winkelposition des Ventils 8 wird in einer stufenweisen Art mittels der zwei elektromagnetischen Absperrventilen 41 und 42 betätigt. Die unter negativem Druck stehenden Kammern der Ventile 41 und 42 sind mit einer Vakuumpumpe verbunden. Die Öffnung und die Schließung jedes der elektromagnetischen Ventile 41 und 42 wird über ein EIN-AUS-Steuersystem gesteuert. Wenn die elektromagnetischen Ventile 41 und 42 beide mit Energie beaufschlagt sind, werden die zwei elektromagnetischen Absperrventile unter deren vollständig offenen Positionen gehalten, was ausreichend einen negativen Druck von der Vakuumpumpe in den Einlassdrosselventil-Aktuator, verbunden mit dem Tellerventil (das Butterfly-Ventil) des Einlassdrosselventils 8, einführt. Mit den Ventilen 41 und 42 beide mit Energie beaufschlagt, wird das Einlassdrosselventil 8 in seiner vollständig geschlossenen Position gehalten. Wenn irgendeines der zwei Ventile 41 und 42 mit Energie beaufschlagt wird, wird ein Teil des negativen Drucks in den Aktuator eingeführt, was so das Tellerventil des Einlassdrosselventils bei seiner halboffenen Position beibehält. Auf diese Art und Weise kann der Druck in dem Kollektor 7 durch Steuern der EIN/AUS Zustände der Ventile 41 und 42 geregelt werden.
In 8 nun ist ein Programm für eine arithmetische Berechnung der Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol dargestellt.
In einem Schritt S1 werden die Motorgeschwindigkeit Ne und die Beschleunigungs-Einrichtungsöffnung CL gelesen. Im Schritt S2 wird eine Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge Mqdrv von der vorprogrammierten Liste, dargestellt in 9, oder der vorprogrammierten Durchsichtstabelle, auf der Basis sowohl der Motorgeschwindigkeit Ne als auch der Beschleunigungs-Einrichtungsöffnung CL (angesehen als die Motorlast) aufgesucht. Im Schritt S3 wird die Basis-Kraftstoff-Einspritzmenge Mqdrv mit verschiedenen Korrekturfaktoren, wie beispielsweise einem von der Wassertemperatur abhängigen Korrekturfaktor, und dergleichen, korrigiert, um eine korrigierte Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol1 zu erzeugen. Im Schritt S4 wird, wenn die korrigierte Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol1 eine obere Grenze übersteigt (eine gegebene, maximale Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol1MAX), die korrigierte Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol1 gegen die obere Grenze Qsol1MAX ersetzt, um den tatsächlichen Ausgangswert der Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol innerhalb der oberen Grenze zu halten. Umgekehrt wird, wenn die korrigierte Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol1 unterhalb der oberen Grenze Qsol1MAX liegt, die korrigierte Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol1 als der tatsächliche Ausgangswert der Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol angesehen. Die Endkraftstoff-Einspritzmenge Qsol wird als der Ausdruck Qsol = min (Qsol1, Qsol1MAX) dargestellt. Das bedeutet, dass der kleinere der zwei Werte Qsol1 und Qsol1MAX als die Endkraftstoff-Einspritzmenge Qsol ausgewählt wird. 10 stellt ein Beispiel einer charakteristischen Liste für die maximale Kraftstoff-Einspritzmenge (Qsol1MAX) dar. Wie anhand der Liste ersichtlich werden kann, dargestellt in 10, wird die maximale Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol1MAX von der Liste auf der Basis sowohl der Motorgeschwindigkeit Ne als auch des Boost-Drucks (oder des Einlassdrucks) PM aufgesucht. 11 stellt das Blockdiagramm dar, das die EGR-Steuerung (entsprechend zu der Verbrennungstemperatur-Steuerung), ausgeführt durch das Steuersystem des Dieselmotors der Erfindung, darstellt.
In einem Schritt S11 werden eine EGR-Ventilöffnung (entsprechend zu einer EGR-Ventilanhebung) und eine Öffnung des Einlassdrosselventils 8 von einer vorprogrammier ten Liste, wie sie in dem linksseitigen Block der 11 dargestellt ist, auf der Basis sowohl der Motorgeschwindigkeit Ne als auch der Kraftstoff-Einspritzmenge Qf (= Qsol, angesehen als eine Motorlast) aufgesucht. Die Kraftstoff-Einspritzmenge Qf bedeutet Kraftstoff-Einspritzmenge/Zylinder/Einlasshub und wird durch eine Einheit (mg/st.cyl.) dargestellt. Im Schritt S12 wird die EGR-Ventil-Öffnung (oder die EGR-Ventilanhebung), aufgesucht am Schritt S11, in Abhängigkeit von der Wassertemperatur, erfasst durch den Wassertemperatursensor 36, korrigiert. Genauer gesagt wird ein EGR-Mengen-Korrekturfaktor von einer vorbestimmten Durchsichtstabelle, die Beziehung zwischen der Wassertemperatur und dem EGR-Mengen-Korrekturfaktor anzeigend, aufgesucht. Die EGR-Ventil-Öffnung, aufgesucht am Schritt S11, wird in Abhängigkeit des EGR-Mengen-Korrekturfaktors, erhalten über Schritt S12, kompensiert. Die EGR-Ventil-Öffnung, erhalten über Schritt S12, wird nachfolgend als eine „Soll-EGR-Ventil-Öffnung" bezeichnet. Wie vorstehend diskutiert ist, wird die EGR-Steuerung als die Verbrennungstemperatur-Steuerung angesehen, da die Verbrennungstemperatur durch Einstellen der Öffnung des EGR-Ventils 6 geändert werden kann. Demzufolge wird das EGR-System als eine Verbrennungstemperatur-Steuereinrichtung angesehen. Gemäß dem System der Ausführungsform wird die Verbrennungstemperatur geeignet mittels der von der Wassertemperatur abhängigen EGR-Ventilanhebungs-Kompensation, ausgeführt am Schritt S12 der 11, kompensiert. Demzufolge wird der Kompensationsvorgang des Schritts S12 als eine von der Wassertemperatur abhängige Verbrennungstemperatur-Kompensationseinrichtung angesehen. Details der EGR-Ventil-Öffnungskompensation werden nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben. Im Schritt S13 wird die Soll-EGR-Ventil-Öffnung LIFTt, in der Wassertemperatur korrigiert am Schritt S12, mit einer tatsächlichen EGR-Ventil-Öffnung LIFTi, gemessen durch einen EGR-Ventilanhebungssensor (nicht dargestellt), der gewöhnlich an dem EGR-Ventil 6 angeordnet ist, verglichen. Im Schritt S13 wird ein EGR-Ventil-Steuersignal auf der Basis des Kompensations-Ergebnisses zwischen den zwei Werten LIFTt und LIFTi (oder der Abweichung von der Soll-EGR-Ventil-Öffnung LIFTt) bestimmt, so dass die tatsächliche EGR-Ventil-Öffnung LIFTi zu der Soll-EGR-Ventil-Öffnung LIFTt hin eingestellt wird. Der EGR-Ventil-Steuersignalwert entspricht der Anzahl von Winkelschritten des Schrittmotors für das EGR-Ventil 6. Zusätzlich werden, im Schritt S13, um die Soll-Einlassdrosselventil-Öffnung, bestimmt am Schritt S11, zu erfüllen, ein Steuersignal, um zu dem ersten, elektromagnetischen Ventil 41 ausgegeben zu werden, und ein Steuersignal, um zu dem zweiten elektromagnetischen Ventil 42 ausgegeben zu werden, geeignet aus den EIN/AUS-Signalen ausgewählt.
Ein Beispiel der von der Wassertemperatur abhängigen EGR-Ventilanhebungs-Kompensations-Durchsichtstabelle, die zu Schritt S12 der 11 in Bezug steht, ist in 12 dargestellt. In 12 wird eine typische Wassertemperatur gegenüber EGR-Mengen-Korrekturfaktor-Charakteristik als „REFERENCE" angegeben. Wie in 12 zu sehen ist, wird, entsprechend der Charakteristik, angezeigt durch „REFERENCE", keine Korrektur in Bezug auf die EGR-Menge vorgenommen, bis die Wassertemperatur 60°C übersteigt, das bedeutet während der Aufwärmperiode des kalten Motors. In der „REFERNCE" Charakteristik erhöht sich der EGR-Mengen-Korrekturfaktor linear von 0,0 auf 1,0, wenn sich die Wassertemperatur von 60°C auf 70°C erhöht. Entsprechend der Charakteristik der ersten Spezifizikation, abgekürzt mit „1 ST SPEC.", erhöht sich der EGR-Mengen-Korrekturfaktor linear von 0,0 auf 1,0, wenn sich die Wassertemperatur von 10°C auf 60°C erhöht. Entsprechend der Charakteristik der zweiten Spezifikation, abgekürzt mit „2ND SPEC.", erhöht sich der EGR-Mengen-Korrekturfaktor linear von 0,0 auf einen vorbestimmten Wert nahe und oberhalb von 0,6, wenn sich die Wassertemperatur von 10°C auf 20°C erhöht. Dann erhöht sich, in der „2ND SPEC." Charakteristik, der EGR-Mengen-Korrekturfaktor von dem vorbestimmten Wert nahe zu 0,6 auf 1,0, wenn sich die Wassertemperatur von 20°C auf 60°C erhöht.
Entsprechend der Charakteristik der dritten Spezifikation, abgekürzt mit „3RD SPEC.", erhöht sich der EGR-Mengen-Korrekturfaktor linear von 0,0 auf 1,0, wenn sich die Wassertemperatur von 10°C auf 20°C erhöht. Bei der Wassertemperatur oberhalb von 20°C wird, in der „3RD SPEC." Charakteristik, der EGR-Mengen-Korrekturfaktor bei „1,0" gehalten. Der steile Gradient zwischen 10°C und 20°C in der „3RD SPEC." Charakteristik bedeutet, dass die von der Wassertemperatur abhängige EGR-Mengen-Korrektur schneller im Vergleich zu der „2ND SPEC." Charakteristik erreicht wird. In derselben Art und Weise wird, in dem Fall der „2ND SPEC." Charakteristik, die von der Wassertemperatur abhängige EGR-Mengen-Korrektur schneller verglichen mit der „1ST SPEC." Charakteristik erreicht. Die „2ND SPEC." Charakteristik besitzt eine Zwischen-EGR-Mengen-Korrektur-Charakteristik zwischen der „1ST SPEC." und „3RD SPEC." Charakteristik. Zum Beispiel tendiert, in dem Fall der „3RD SPEC." Charakteristik, die EGR-Menge dazu, sich schnell stark während der Periode der niedrigen Wassertemperatur zu ändern, und zwar aufgrund der schnelleren Änderung in dem EGR-Mengen-Korrekturfaktor innerhalb eines relativ schmalen Bereichs einer niedrigen Wassertemperatur (10°C bis 20°C). Demzufolge ist, wie später unter Bezugnahme auf die 13A–13E beschrieben wird, in der „3RD SPEC." Charakteristik eine erhöhte Tendenz vorhanden, so dass sich die Rate einer unvollständigen Verbrennung erhöht. Die 13A bis 13E stellen die Beziehung unter verschiedenen Abgas-Emissionen (NO_x, PM, HC und CO), und dem Kraftstoffverbrauch (FC), unter fünf unterschiedlichen Betriebszuständen dar, das bedeutet die „REFERENCE" nach einem Aufwärmen, die „REFERENCE" während eines Kaltstarts, die „1ST SPEC." während eines Kaltstarts, die „2ND SPEC." während eines Kaltstarts und die „3RD SPEC." während eines Kaltstarts. Simulationen, dargestellt in den 13A–13E, werden in Bezug auf einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung, ausgestattet mit einer offenen Verbrennungskammer, die einen Hohlraum vom toroidalen Becher-Typ besitzt, ein Hochdruck-Kraftstoffsystem, das eine Kraftstoff-Einspritzpumpe vom Typ mit Hochdruckverteiler, wie sie in den 5 und 6 dargestellt ist, und eine Verwirbelungs-Steuervorrichtung, die einen Hoch-Verwirbelungs-Kolbenkopf und ein Verwirbelungs-Steuerventil, durch das die Verwirbelungs-Bewegung in der Verbrennungskammer von einer schwachen Verwirbelungs-Bewegung zu einer starken Verwirbelungs-Bewegung, oder vice versa, variiert, vorgenommen. Wie anhand der 13A–13E zu sehen ist, ist die „REFERENCE" gegenüber den anderen Spezifikation bei sich verringernden NO_x-Emissionen beeinträchtigt. Während des Kaltstarts des Motors ist die „2ND SPEC." ausgezeichnet gegenüber den anderen bei sich verringernden NO_x-Emissionen. Auch ist die „3RD SPEC." beeinträchtigt gegenüber den anderen bei sich verringernden PM-Emissionen, unverbranntem Kraftstoff (HC) und unverbrannten Gasen (CO). Die „2ND SPEC." ist ausgezeichnet in der abwägenden Beziehung zwischen einer Verringerung in NO_x-Emissionen und einer Verringerung in PM-Emissionen gegenüber den anderen Spezifikationen. Verbrennungsraten-Wellenformen, erhaltbar durch „REFERENCE", „2ND SPEC." und „3RD SPEC.", jeweils dargestellt in 12, werden nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Nachfolgend bedeutet der Ausdruck „Verbrennungsrate" die Rate eines kumulativen, kalorimetrischen Werts zu einem Zeitpunkt zu einem gesamten, kalorimetrischen Wert, der bei einem Verbrennungszyklus von dem Beginn einer Verbrennung bis zu dem Ende einer Verbrennung erhaltbar ist. In dem Fall der „REFERNCE" Charakteristik wird, in den zwei unterschiedlichen Motor-Betriebsmoden, nämlich nach der Aufwärmung des Motors (siehe die am weitesten links liegende Wellenform, dargestellt in 2) und während eines kalten Betriebs des Motors (siehe die am weitesten rechts liegende Wellenform, dargestellt in 2), eine Verbrennungsraten-Wellenform ähnlich zu derjenigen des gewöhnlichen oder herkömmlichen Dieselmotors mit Direkteinspritzung (abgekürzt als „herkömmlicher DI") ausgeführt. Die „2ND SPEC." Charakteristik führt eine Zwischen-Verbrennungsraten-Wellenform (eine Verbrennungsraten-Wellenform der vorliegenden Erfindung) zwischen der linksseitigen und der rechtsseitigen Wellenform, erhalten durch den herkömmlichen DI nach einem Aufwärmvorgang und während eines kalten Motorbetriebs aus. Im Gegensatz dazu tendiert, in dem Fall der „3RD SPEC.", die Rate einer unvollständigen Verbrennung dazu, sich aufgrund eines starken EGR, resultierend aus der steilen EGR-Mengen-Korrekturfaktor-Charakteristik, zu erhöhen. Demzufolge zeigt die „ 3RD SPEC." die Verbrennungsraten-Wellenform ähnlich zu der am weitesten rechts liegenden Wellenform, erhalten durch den herkömmlichen DI, während eines kalten Motorbetriebs. Wie vorstehend angegeben ist, ist die „2ND SPEC." Charakteristik ausgezeichnet gegenüber der anderen, und zwar von dem Gesichtspunkt einer abwägenden Beziehung zwischen der NO_x- und PM-Emission. Die zuvor beschriebene Wassertemperatur-gegenüber-EGR-Mengen-Korrekturfaktor-Charakteristik, wie sie in 12 beschrieben ist, variiert in Abhängigkeit von verschiedenen Typen und Spezifaktionen von Verbrennungsmotoren. Allerdings wird leicht ersichtlich werden, dass es möglich ist, eine sehr gute Eine einer Vielzahl von unterschiedlichen Wassertemperatur-gegenüber-EGR-Mengen-Korrekturfaktor-Charakteristika von Vergleichsergebnissen unter den Verbrennungsraten-Wellenformen, erhalten durch die jeweiligen Charakteristika, zu bestimmen. 14 stellt den Effekt der Unterstützung des Motor-Aufwärmvorgangs dar, wenn die EGR-Gas-Kühlvorrichtung 9 auch zusätzlich zu dem von der Wassertemperatur abhängigen EGR-Mengen-Korrekturvorgang, diskutiert vorstehend, angewandt wird. Wie in 14 zu sehen ist, wird, aufgrund der Verwendung der EGR-Gas-Kühlvorrichtung 9, die Dichte von frischer Luft, eingeführt in den Motorzylinder, hoch. Das bedeutet, dass die Verbrennungstemperatur des Motors mittels der Einstellung einer Strömungsrate des Motorkühlmittels, das durch die EGR-Gas-Kühlvorrichtung 9 fließt, ebenso wie durch eine Einstellung der EGR-Menge mit dem EGR-System gesteuert werden kann. Auch wirkt die erhöhte Dichte von frischer Luft, die in den Zylinder eintritt (oder die Verbrennungskammer), erreicht durch die Verwendung der EGR-Gas-Kühlvorrichtung, dahingehend, einen Einleitungspunkt einer Zündung vorzuverlegen.
Die EGR-Gas-Kühlvorrichtung besitzt sowohl die Funktionen der Verbrennungstemperatur-Steuereinrichtung als auch der Zündverzögerungsdauer-Steuereinrichtung. Aus den Gründen, die vorstehend angegeben sind, werden, während eines bestimmten Motor-Betriebsmodus, das bedeutet während einer hohen Motorgeschwindigkeit und -last, wie beispielsweise einer Motorgeschwindigkeit oberhalb von 2000 U/min und einer Motorbelastung oder eines Motor-Abtriebdrehmoments von 150 Nm, Abgasemissionen effektiv durch die zusätzliche Verwendung der EGR-Gas-Kühlvorrichtung verringert. Weiterhin trägt, wie anhand der rechten Seite ersichtlich ist, und zwar anhand der vergleichbar kurzen, zwei durchgezogenen Balken, dargestellt in 14, die Verwendung der EGR-Gas-Kühlvorrichtung zu einer Verbesserung der Aufwärmfunktion (die als eine Ankunftszeit bei einer Wassertemperatur von 70°C definiert ist) und demzufolge zu einer Erhöhung der Heizleistung einer Heizeinrichtung, angeordnet in dem Fahrzeugraum, bei.
15 stellt das Blockdiagramm dar, das die Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt-Steuerung (entsprechend zu der Zündverzögerungsdauer-Steuerung), ausgeführt durch das Steuersystem des Dieselmotors der Erfindung, darstellt. Gemäß der Erfindung wird die Einspritz-Zeitpunkt-Steuerung als eine Zündverzögerungsdauer-Steuerung verwendet, da sich die Zündverzögerungsdauer auch in Abhängigkeit von Änderungen des Einspritz-Zeitpunkts ändert.
Im Schritt S21 wird ein Soll-Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt ITn1 von einer vorprogrammierten, charakteristischen Liste, die Beziehung unter der Motorgeschwindigkeit Ne, der Motorlast (abgeschätzt durch die Einspritzmenge Qf (= Qsol) oder der Beschleunigungs-Einrichtungsöffnung ACC) und dem Soll-Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt IT darstellend, aufgesucht. Es ist anzumerken, dass das grundsätzliche Verbrennungskonzept der vorliegenden Erfindung eine so genannte vorgemischte Verbrennung bei niedriger Temperatur ist. Nachfolgend bedeutet der Ausdruck „niedrige Temperatur" eine niedrige Verbrennungstemperatur, die unter Verwendung eines geeignet starken EGR erreicht wird. In der dargestellten Ausführungsform wird die Erhöhung in der Rate der „vorgemischten Verbrennung" zu der „Diffusions-Verbrennung" durch geeignetes Einstellen des Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkts in Abhängigkeit von einer Motortemperatur für zum Beispiel eine Wassertemperatur (eine Motorkühlmittel-Temperatur) erreicht. Wenn die zuvor angeführte, vorgemischte Verbrennung bei niedriger Temperatur (entsprechend zu dem Grundkonzept der Erfindung) in Bezug auf einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung mit einer offenen Verbrennungskammer vorgenommen wird, die einen Hohlraum vom Typ mit toroidalem Becher besitzt, einem Hochdruck-Kraftstoffsystem, das eine Kraftstoff-Einspritzpumpe vom Typ mit Hochdruckverteiler besitzt, eine Verwirbelungs-Steuervorrichtung, die einen Kolbenkopf mit hoher Verwirbelung und ein Verwirbelungs-Steuerventil besitzt, ein optimaler Einspritz-Zeitpunkt, geeignet für die Motor-Aufwärmperiode, gewöhnlich auf einen Zeitpunkt (einen Kurbelwinkel) näher zu TDC eingestellt. Es ist selbstverständlich, dass der optimale Einspritz-Zeitpunkt von Spezifikationen und Typen von Motoren abhängig ist. Im Schritt S22 wird der Soll-Einspritz-Zeitpunkt ITn1, aufgesucht am Schritt 21, so kompensiert, dass er von der Wassertemperatur abhängt. Genauer gesagt wird der Soll-Einspritz-Zeitpunkt durch einen einen den Zeitpunkt vorverlegenden Korrekturbetrag ITtw unter Bezugnahme auf eine vorprogrammierte Durchsichtstabelle, die die Beziehung zwischen der Wassertemperatur, der Motorgeschwindigkeit und dem Korrekturbetrag für eine Vorverlegung des Zeitpunkts angibt. Details des Verfahrens und des Soll-Einspritz-Zeitpunkts basierend auf der Wassertemperatur werden später unter Bezugnahme auf die 16 und 17 erläutert. Wie zuvor beschrieben ist, wird die Einspritz-Zeitpunkt-Einstellung, durchgeführt durch die Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt-Einstellungseinrichtung (umfassend den Zeitgeberkolben 30 und das Zeitpunkt-Steuerventil 31) als eine Zündverzögerungsdauer-Steuerung angesehen, da die Zündverzögerungsdauer durch die Einspritz-Zeitpunkt-Einstellung variiert werden kann. Demzufolge entspricht die Einspritz-Zeitpunkt-Einstellungseinrichtung (oder die Einspritz-Zeitpunkt-Einstellungsvorrichtung) der Zündverzögerungsdauer-Steuereinrichtung (oder der Zündverzögerungsdauer-Steuervorrichtung). Entsprechend dem System der Ausführungsform wird der Soll-Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt ITn1 geeignet durch den von der Wassertemperatur abhängigen Zeitpunkt-Vorverlegungskorrekturbetrag ITtw über Schritt S22 korrigiert. Demzufolge wird der Kompensationsvorgang von Schritt S22 als eine von der Wassertemperatur abhängige Zündverzögerungsdauer-Kompensationseinrichtung angesehen. Im Schritt S23 wird der Soll-Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt ITt, in der Wassertemperatur korrigiert am Schritt S22, mit dem tatsächlichen Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt ITi, erfasst durch den Anhebungssensor 35 des Kraftstoff-Einspritz-Einrichtungs-Nadelventils verglichen. Gleichzeitig wird, im Schritt S23, ein Einspritz-Zeitpunkt-Steuersignal ITa auf der Basis des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen den zwei Werten ITt und ITi bestimmt, so dass der tatsächliche Einspritz-Zeitpunkt zu dem Soll-Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt ITt mittels einer proportionalen plus integralen plus ableitenden Steuerung, oftmals abgekürzt als eine „PID-Steuerung", eingestellt. Das Einspritz-Zeitpunkt-Steuersignal ITa entspricht einem Taktzyklussignal, ausgegeben von der Ausgangs-Schnittstelle der Steuereinheit 39 zu dem Zeitpunkt-Steuerventil 31.
Ein Beispiel der von der Wassertemperatur abhängigen Zündverzögerungsdauer-Kompensations-Durchsichtstabelle (das bedeutet eine Durchsichtstabelle für die Zeitpunkt-Vorverlegung einer Periode mit niedriger Wassertemperatur), das sich auf Schritt S22 der 15 bezieht, ist in 16 dargestellt. In 16 wird eine typische Wassertemperatur-gegenüber-Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrekturbetrag- (dargestellt durch einen Kurbelwinkel) Charakteristik als „REFERENCE" angegeben. Wie in 16 zu sehen ist, wird, in dem Fall der „REFERENCE" Charakteristik, keine Korrektur in Bezug auf den Soll-Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt ITn1 (mit anderen Worten die Soll-Zündverzögerungsdauer) innerhalb eines vergleichbar niedrigen Wassertemperaturbereichs vorgenommen, das bedeutet während der Startphase des kalten Motors. Andererseits wird, in der „1ST SPEC." Charakteristik, der Einspritz-Zeitpunkt durch einen Kurbelwinkel von vier Grad vor T. D. C. innerhalb eines niedrigen Wassertemperaturbereichs von 0°C bis 40°C vorverlegt. Entsprechend der „1ST SPEC." Charakteristik verringert sich der Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrekturbetrag linear von vier Grad auf Null, wenn die Wassertemperatur stufenweise von 40°C auf 60°C ansteigt. In dem Fall der „2ND SPEC." Charakteristik wird, innerhalb des niedrigen Wassertemperaturbereichs von 0°C bis 40°C, der Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrekturbetrag auf einen Kurbelwinkel von acht Grad eingestellt, was demzufolge zu dem Einspritz-Zeitpunkt, vorverlegt um acht Grad vor der T. D. C. Position, führt. Entsprechend dem Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrekturvorgang der „2ND SPEC." Charakteristik, verringert sich der Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrekturbetrag linear von acht Grad auf Null, wenn die Wassertemperatur stufenweise von 40°C auf 60°C ansteigt. Wie anhand der 16 ersichtlich werden kann, ist der Grad einer Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrektur, vorgenommen entsprechend der „2ND SPEC." Charakteristik, höher als derjenige „1ST SPEC." Charakteristik über einen Temperaturbereich von 0°C bis 60°C. 17 stellt zwei Abgas-Emissionen (PM, NO_x) in drei unterschiedlichen Betriebszuständen dar, das bedeutet die „REFERENCE" Charakteristik ohne Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrektur basierend auf Wassertemperaturen, die „1ST SPEC." Charakteristik mit einer moderaten Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrektur während der Periode der niedrigen Wassertemperatur, und die „2ND SPEC." Charakteristik mit einer etwas erhöhten Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrektur während der Periode einer niedrigen Wassertemperatur. Simulationen, dargestellt in 17, werden in Bezug auf einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung mit einer offenen Verbrennungskammer, die einen Hohlraum vom toroidalen Becher-Typ besitzt, einem Hochdruck-Kraftstoffsystem und einer Verwirbelungs-Steuervorrichtung vorgenommen. Wie in 17 zu sehen ist, ist die „2ND SPEC." Charakteristik gegenüber anderen in einer Verringerung der NO_x-Emission beeinträchtigt, während die „REFERENCE" Charakteristik gegenüber den anderen bei einem Verringern der PM-Emissionen beeinträchtigt ist. Aus den Simulationsergebnissen, dargestellt in 17, ist die „1ST SPEC." Charakteristik ausgezeichnet gegenüber den anderen in der abwägenden Beziehung zwischen NO_x-Emissionen und PM-Emissionen. Verbrennungsraten-Wellenformen, erhaltbar durch die „REFERENCE", „1ST SPEC." und „2ND SPEC.", jeweils dargestellt in 16, werden nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Die „REFERENCE" Charakteristik führt eine Verbrennungsraten-Wellenform ähnlich zu der rechtsseitigen Wellenform, erhalten durch den herkömmlichen DI, während des kalten Motorbetriebs, aus. Mit anderen Worten führt die „REFERNCE" Charakteristik die erhöhte Rate einer unvollständigen Verbrennung während des kalten Motorbetriebs aus, was demzufolge unverbrannten Kraftstoff und/oder lösbare, organische Substanzen (Soluble Organic Substance – SOF) erhöht. Wie vorstehend diskutiert ist, ist die „REFERENCE" Charakteristik beim Verringern der PM-Emissionen, die SOF haben, ineffektiv. Die „1ST SPEC." Charakteristik führt die Zwischen-Verbrennungsraten-Wellenform (die Verbrennungsraten-Wellenform der vorliegenden Erfindung) aus. Andererseits ist, in der „2ND SPEC." der 16, aufgrund einer etwas stärkeren Zeitpunkt-Vorverlegung, eine Tendenz einer übermäßig kurzen Zündverzögerungsdauer vorhanden. Dies verringert die Rate einer „vorgemischten Verbrennung", was demzufolge die Rate einer „Diffusionsverbrennung" erhöht. Deshalb wird, in dem Fall der „2ND SPEC." Charakteristik, in zwei unterschiedliche Motor-Betriebsmoden, nämlich nach einer Motoraufwärmung (siehe die am weitesten links liegende Wellenform, dargestellt in 2) und während eines kalten Betriebs des Motors (siehe die am weitesten rechts liegende Wellenform, dargestellt in 2), eine Verbrennungsraten-Wellenform nahezu ähnlich zu derjenigen des herkömmlichen DI durchgeführt. Von den Simulationsergebnissen, dargestellt in 17, ist die „1ST SPEC." Charakteristik ausgezeichnet gegenüber den anderen zwei Spezifikationen, und zwar beim Verringern sowohl der NO_x als auch der PM-Emissionen. Die zuvor beschriebene Wassertemperatur-gegenüber-Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrekturbetrag-Charakteristik, wie sie in 16 beschrieben ist, variiert in Abhängigkeit von verschiedenen Typen und Spezifikationen von Verbrennungsmotoren. Allerdings wird einfach ersichtlich werden, dass es möglich ist, eine sehr gute Eine einer Vielzahl von unterschiedlichen Wassertemperatur-gegenüber-Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrekturbetrag-Charakteristika aus Vergleichsergebnissen unter Verbrennungsraten-Wellenformen, erhalten durch die jeweiligen Charakteristika, zu bestimmen oder auszuwählen.
18 stellt das Blockdiagramm dar, das eine Verwirbelungs-Steuerung, ausgeführt durch die Verwirbelungs-Erzeugungseinrichtung (aufweisend das Verwirbelungs-Steuerventil 10), eingesetzt in dem Steuersystem des Dieselmotors der Erfindung, darstellt.
In dem Schritt S31 werden die für die Motorgeschwindigkeit kennzeichnenden Eingangsdaten Ne, erfassbar durch den Motorgeschwindigkeits-Sensor 32, in Abhängigkeit von der Wassertemperatur, gemessen durch den Wassertemperatursensor 36, korrigiert. Tatsächlich wird ein von der Wassertemperatur abhängiger Korrekturfaktor für die Motorgeschwindigkeit Ne von einer vorprogrammierten Durchsichtstabelle, wie dies im Schritt S31 des Blockdiagramms, dargestellt in 18, angezeigt ist, aufgesucht. Wie anhand der Wassertemperatur-gegenüber-Motorgeschwindigkeits-Korrekturfaktor-Charakteristik-Kurve, dargestellt im Schritt S31, ersichtlich ist, erhöht sich der Korrekturfaktor im Wesentlichen linear von niedrig zu hoch (z.B. 1,0), wenn die Wassertemperatur stufenweise auf einen vorgegebenen Temperaturwert ansteigt. Bei Wassertemperaturen oberhalb des vorbestimmten Temperaturwerts verbleibt der Korrekturfaktor auf „1,0" festgelegt. Im Schritt S32 werden die für die Motorbelastung kennzeichnenden Eingangsdaten Qf (abgeschätzt durch die Kraftstoff-Einspritzmenge Qsol) in Abhängigkeit von der Wassertemperatur, gemessen durch den Wassertemperatursensor 36, korrigiert. Tatsächlich wird ein von der Wassertemperatur abhängiger Korrekturfaktor für die Motorbelastung (Qf) von einer vorprogrammierten Durchsichtstabelle, wie dies im Schritt S32 des Blockdiagramms, dargestellt in 18, angegeben ist, aufgesucht. Wie anhand der Wassertemperatur-gegenüber-Motorlast-Korrekturfaktor-Charakteristik-Kurve, dargestellt im Schritt S32, ersichtlich ist, ist die Motorlast-Korrekturfaktor-Charakteristik von S32 ähnlich zu derjenigen des Schritts S31. Zum Beispiel werden, im Schritt S31, die für die Motorgeschwindigkeit kennzeichnenden Daten Ne in Abhängigkeit von der erfassten Wassertemperatur korrigiert, und zwar durch Multiplizieren der für die Motorgeschwindigkeit kennzeichnenden Daten Ne mit dem Korrekturfaktor, aufgesucht von der Durchsichtstabelle von S31. In ähnlicher Weise werden, im Schritt S32, die für die Motorlast kennzeichnenden Daten (Qf) in Abhängigkeit von der erfassten Wassertemperatur, durch Multiplizieren der für die Motorlast kennzeichnenden Daten (Qf) mit dem Korrekturfaktor, aufgesucht von der Durchsichtstabelle von S32, korrigiert. Demzufolge tendieren die in der Wassertemperatur korrigierte Motorgeschwindigkeit, erzeugt durch Schritt S31, und die in der Wassertemperatur korrigierte Motorlast, erzeugt über Schritt S32, jeweils dazu, unterhalb der für die Motorgeschwindigkeit kennzeichnenden Eingangsdaten Ne und der für die Motorbelastung kennzeichnenden Eingangsdaten (Qf) innerhalb eines Bereichs einer niedrigen Wassertemperatur unterhalb des vorbestimmten Temperaturwerts zu werden. Mit anderen Worten werden, während des kalten Motorbetriebs unter niedrigen Motortemperaturen (bei niedrigen Wassertemperaturen), sowohl die Motorgeschwindigkeit als auch die Last beide darunter korrigiert. Im Schritt S33 wird eine Soll-Ventilöffnung des Verwirbelungs-Steuerventils 10 (das bedeutet eine Verwirbelungs-Intensität) aus einer vorprogrammierten Durchsichtstabelle oder -liste, dargestellt in dem Block entsprechend zu Schritt S33, auf der Basis der in der Wassertemperatur korrigierten Motorgeschwindigkeit, aufgesucht am Schritt S31, und der in der Wassertemperatur korrigierten Motorlast, aufgesucht am Schritt S32, aufgesucht. Ein Steuerbefehl, der für die Soll-Verwirbelungs-Steuerventilöffnung kennzeichnend ist, wird dann von der Ausgangs-Schnittstelle der Steuereinheit zu dem Verwirbelungs-Steuerventil 10 ausgegeben. Auf diese Art und Weise wird die Öffnung des Verwirbelungs-Steuerventils geeignet in Abhängigkeit von der Wassertemperatur korrigiert. Wie anhand der drei Durchsichtstabellen, dargestellt in den Schritten S31, S32 und S33 der 18, ersichtlich werden kann, bedeutet die Korrektur nach unten der Motorgeschwindigkeit und -last, ausgeführt während der Periode einer niedrigen Motortemperatur (oder während der Periode einer niedrigen Wassertemperatur, wie beispielsweise während des Kaltstarts des Motors), praktisch eine Vergrößerung einer starken Verwirbelungszone (mit anderen Worten eine Kontraktion einer schwachen Verwirbelungszone), angezeigt in dem Block entsprechend zu Schritt S33. Diese Charakteristika, angegeben in den Schritten S31, S32 und S33, variieren in Abhängigkeit von Typen und Spezifikationen von Verbrennungsmotoren. In der Ausführungsform kann, obwohl die Korrekturfaktor-Charakteristik von S31 ähnlich zu derjenigen von S32 ist, die Korrekturfaktor-Charakteristik von S31, die zu der Motorgeschwindigkeit in Bezug steht, unterschiedlich gegenüber der Korrekturfaktor-Charakteristik von S32 sein, die zu der Motorlast in Bezug steht, um so geeignet eine Grenzlinie zwischen einer starken Verwirbelungszone und einer schwachen Verwirbelungszone in Abhängigkeit von Typen und Spezifikationen von Motoren zu ändern. Danach wird, im Schritt S33, ein Steuersignal, das für die Soll-Öffnung des Verwirbelungs-Steuerventils 10 repräsentativ ist, von der Ausgangs-Schnittstelle der Steuereinheit 39 zu einem Aktuator des Verwirbelungs-Steuerventils ausgegeben. Die Schritte S31 und S32 arbeiten so zusammen, um als eine von der Wassertemperatur abhängigen Verwirbelungs-Intensitäts-Kompensationseinrichtung zu arbeiten. Die 19A bis 19D stellen Testergebnisse von verschiedenen Abgas-Emissionen, nämlich NO_x, PM, HC und CO, beim Vorhandensein und Nichtvorhandensein der von der Wassertemperatur abhängigen Verwirbelungs-Steuerventilöffnungs-Korrektur, dargestellt in 18, dar. In den Balkengrafiken, die in 19A, 19B, 19C und 19D dargestellt sind, entspricht der durchgezogene Balken, bezeichnet mit „2", dem nicht Vorhandensein der von der Wassertemperatur abhängigen Verwirbelungs-Steuerventil-Öffnungskorrektur, dargestellt in 18, wogegen der graue, gepunktete Balken, bezeichnet mit „1", dem Vorhandensein der von der Wassertemperatur abhängigen Verwirbelungs-Steuerventil-Öffnungskorrektur entspricht. Entsprechend der Verwirbelungs-Steuerventil-Öffnungssteuerung (die Verwirbelungs-Intensitäts-Steuerung) der Erfindung wird die starke Verwirbelungszone während des kalten Motorbetriebs vergrößert (bei niedrigen Motortemperaturen oder niedrigen Wassertemperaturen), im Gegensatz zu einer starken Verwirbelungszone, die nach der Aufwärmphase des Motors eingestellt wird. Demzufolge kann der Dieselmotor der Erfindung eine sehr leistungsstarke Verwirbelungs-Strömung in der Verbrennungskammer während der Periode einer niedrigen Wassertemperatur erzeugen. Obwohl dabei eine Tendenz vorhanden ist, dass sich eine Zündverzögerungsdauer während der Periode der niedrigen Wassertemperatur verlängert, kann die Zündverzögerungsdauer durch eine Periode einer niedrigen Wassertemperatur, mit starker Verwirbelungs-Strömung, realisiert aufgrund der Verwirbelungs-Steuerung, dargestellt in 18, optimiert werden. Demzufolge tendiert, wie in den Verbrennungsraten-Wellenformen, dargestellt in 2, zu sehen ist, die Verbrennungsmitte in der Mitte zwischen dem Beginn einer Verbrennung und dem Abschluss einer Verbrennung dazu, sich von der Verbrennungsraten-Wellenform eines herkömmli chen DI, erhalten während eines kalten Motorbetriebs, zu der Zwischen-Verbrennungsraten-Wellenform der vorliegenden Erfindung anzunähern. Wie in den 19A–19D zu sehen ist, ist die Verwirbelungs-Intensitäts-Korrektur bei niedriger Wassertemperatur effektiv beim Verringern aller NO_x, PM, HC und CO Emissionen. Die 20 und 21 stellen jeweils den Kurbelwinkel (Grad) gegenüber einer Wärmefreisetzungsrate (Joule/Grad) Charakteristika und der Verbrennungsraten-Wellenformen, in einem Dieselmotor mit Direkteinspritzung der vorliegenden Erfindung (bei dem Vorhandensein der drei von der Wassertemperatur abhängigen Korrekturen, das bedeutet die von der Wassertemperatur abhängige EGR-Korrektur, dargestellt in 11, die von der Wassertemperatur abhängige Einspritz-Zeitpunkt-Korrektur, dargestellt in 15, und die Verwirbelungs-Intensitäts-Korrektur, dargestellt in 18), und die herkömmliche DI (ohne von der Wassertemperatur abhängige Korrekturen), dar. Die Verbrennungsraten-Wellenformen, dargestellt in 21, sind durch Integration der jeweiligen Kurbelwinkel-gegenüber-Wärmefreisetzungsraten-Charakteristika, dargestellt in 22, erhaltbar. Mit anderen Worten entspricht der Gradient jeder der Wellenformen der 21, wobei der Gradient die Rate einer Änderung der Verbrennungsrate in Bezug auf den Kurbelwinkel ist, der Wärmefreisetzungsrate, angezeigt in 20. Das bedeutet, dass, in 20, die Wärmefreisetzungsrate (J/Grad) einen kalorimetrischen Wert, erzeugt unter einem Einheits-Kurbelwinkel, bedeutet. Wie anhand der leicht schräg verlaufenden Wellenform, dargestellt in 21, oder der leicht schräg verlaufenden Wärmefreisetzungsraten-Charakteristik, dargestellt in 20, bis zu dem Kurbelwinkel von fünfzehn Grad nach TDC, ersichtlich werden kann, stellt das System der Ausführungsform eine langsame, anfängliche Verbrennung in der frühen Verbrennungsstufe sicher. Weiterhin stellt, wie anhand der steil ansteigenden Wellenform, dargestellt in 21, oder der steil ansteigenden Wärmefreisetzungsraten-Charakteristik, dargestellt in 20, innerhalb des Kurbelwinkelbereichs zwischen fünfzehn Grad und dreiundzwanzig Grad nach TDC, ersichtlich werden kann, das System der Ausführungsform eine steile Verbrennung in der Stufe einer mittleren Verbrennung sicher. Das bedeutet, dass das System der Ausführungsform sowohl die langsame, anfängliche Verbrennung in der frühen Verbrennungsstufe als auch die starke Verbrennung in der mittleren oder späteren Verbrennungsstufe gerade während der Aufwärmperiode des kalten Motors, durch geeignetes Steuern sowohl der Verbrennungstemperatur als der Zündverzögerungsdauer aufgrund der von der Wassertemperatur abhängigen EGR-Korrektur (von der Motortemperatur abhängige EGR-Korrektur), der von der Wassertemperatur abhängigen Einspritz-Zeitpunkt-Korrektur (der von der Motortemperatur abhängigen Einspritz-Zeitpunkt-Korrektur) und der von der Wassertemperatur abhängigen Verwirbelungs-Intensitäts-Korrektur (der von der Motortemperatur abhängigen Verwirbelungs-Intensitäts-Korrektur), abstimmt. Die 22A und 22B stellen jeweils die NO_x-gegenüber-Kraftstoffverbrauch-Charakteristik-Kurve und die NO_x-gegenüber-Teilchenmaterial-(PM)-Charakteristik-Kurve, in der so genannten vorgemischten Verbrennung bei niedriger Temperatur entsprechend dem Konzept der vorliegenden Erfindung unter Einsetzen des verbesserten Verbrennungsvorgangs, dargestellt in den 20 und 21, und das herkömmliche Verbrennungskonzept, dar. Wie anhand der Testergebnisse der 22A und 22B zu sehen ist, ist das Konzept der vorgemischten Verbrennung bei niedriger Temperatur der vorliegenden Erfindung ausgezeichnet gegenüber dem herkömmlichen Verbrennungskonzept beim Verringern der NO_x- und der PM-Emissionen und beim Verbessern der Kraftstoff-Ökonomie. Weiterhin ist das Konzept der vorgemischten Verbrennung bei niedriger Temperatur der vorliegenden Erfindung ausgezeichnet beim Verringern der HC- und CO-Emissionen gegenüber dem herkömmlichen Verbrennungskonzept, wie anhand der 19C und 19D zu sehen ist. Demzufolge kann das System der Erfindung stark weißen Rauch während eines kalten Motorbetriebs bei niedriger Wassertemperatur verringern.
In der vorstehend erläuterten Ausführungsform wird das EGR-System als die Verbrennungstemperatur-Steuereinrichtung verwendet. Alternativ wird ersichtlich werden, dass ein Teil des Einlassluftkanals in dem Induktionssystem durch eine sauerstoffpermeable Membran aufgebaut werden kann, um geeignet den Sauerstoffgehalt von frischer Luft, die in den Motorzylinder eintritt, zu verringern.
Wie nun 1 zeigt, ist dort der Grundaufbau des Steuersystems für den Dieselmotor gemäß der Erfindung dargestellt. Wie in 1 zu sehen ist, weist das Dieselmotor-Steuersystem der Erfindung eine Verbrennungstemperatur-Steuereinrichtung (oder eine Verbrennungstemperatur-Steuervorrichtung), die eine Verbrennungstemperatur des Motors in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors einstellt, eine Zündverzögerungsdauer-Steuereinrichtung (oder eine Zündverzögerungsdauer-Steuervorrichtung), die eine Zündverzögerungsdauer des Dieselkraftstoffs in Abhängigkeit von dem Motor-Betriebszustand einstellt, eine Verwirbelungs-Erzeugungseinrichtung (oder eine Verwirbelungs-Erzeugungsvorrichtung), die eine gesteuerte Verwirbelungs-Strömung in einer Verbrennungskammer erzeugt, und eine Motortemperatur-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Motortemperatur (z.B. eine Motorkühlmittel-Temperatur oder eine Motoröl-Temperatur) auf. Auch sind eine von der Motortemperatur abhängige Verbrennungstemperatur-Kompensationseinrichtung (oder ein Verbrennungstemperatur-Kompensator) und eine von der Motortemperatur abhängige Zündverzögerungsdauer-Kompensationseinrichtung (oder ein Zündverzögerungsdauer-Kompensator) vorgesehen. Die von der Motortemperatur abhängige Verbrennungstemperatur-Kompensationseinrichtung nimmt ein für die Motortemperatur kennzeichnendes Signal von der Motortemperatur-Erfassungseinrichtung und für die Verbrennungstemperatur kennzeichnende Ausgangsdaten von der Verbrennungstemperatur-Steuereinrichtung, zum Kompensieren der Verbrennungstemperatur, während einer Aufwärmperiode des kalten Motors, in Abhängigkeit von der Motortemperatur, die erfasst ist, und zum Erzeugen eines von der Motortemperatur abhängigen Verbrennungstemperatur-Steuerbefehls, basierend auf der Motortemperatur, auf, so dass die Verbrennungstemperatur, die durch die Verbrennungstemperatur-Steuereinrichtung eingestellt werden soll, in einer Rückführung in Abhängigkeit des von der Motortemperatur abhängigen Verbrennungstemperatur-Steuerbefehls eingestellt werden kann. Die von der Motortemperatur abhängige Zündverzögerungsdauer-Kompensationseinrichtung nimmt das für die Motortemperatur kennzeichnende Signal von der Motortemperatur-Erfassungseinrichtung und für die Zündverzögerungsdauer kennzeichnende Ausgangsdaten von der Zündverzögerungsdauer-Steuereinrichtung, zum Kompensieren der Zündverzögerungsdauer, während der Aufwärmperiode des kalten Motors, in Abhängigkeit von der Motortemperatur und zum Erzeugen eines von der Motortemperatur abhängigen Zündverzögerungsdauer-Steuerbefehls basierend auf der Motortemperatur, auf, so dass die Zündverzögerungsdauer, die durch die Zündverzögerungsdauer-Steuereinrichtung eingestellt werden soll, in einer Rückführung in Abhängigkeit des von der Motortemperatur abhängigen Zündverzögerungsdauer-Steuerbefehls eingestellt werden kann. Mit dem grundsätzlichen Aufbau, der vorstehend diskutiert ist, stellt das Steuersystem des Dieselmotors der Erfindung einen verbesserten Verbrennungsvorgang, dargestellt in 2, sicher. Wie zuvor erläutert ist, stellt 2 Vergleichsergebnisse unter der Verbrennungsraten-Wellenform, erhalten in dem herkömmlichen DI, nach einem Aufwärmen (siehe die linksseitige Wellenform der 2), der Verbrennungsraten-Wellenform basierend auf dem Grundkonzept des Dieselmo tors mit Direkteinspritzung der vorliegenden Erfindung während der Aufwärmperiode des kalten Motors, und der Verbrennungsraten-Wellenform, erhalten in dem herkömmlichen DI, während der Aufwärmperiode des kalten Motors, dar. Wie anhand der linksseitigen Verbrennungsraten-Wellenform ersichtlich werden kann, ist, in dem Fall des herkömmlichen DI nach einem Aufwärmen, ein Zeitpunkt des Starts einer Verbrennung der früheste. Das bedeutet, dass in der frühen Verbrennungsstufe, die Wärmefreisetzungsrate schnell ansteigt. Während der Verbrennungsdauer von der mittleren bis zu der Endverbrennungsstufe entwickelt sich die Verbrennung in der Form einer Diffusions-Verbrennung, und dann endet die Diffusions-Verbrennung bei einem Kurbelwinkel nahe zu vierzig Grad nach TDC. Im Gegensatz dazu tritt, in dem grundsätzlichen Konzept der Erfindung (der zuvor angeführte, vorgemischte Verbrennungsvorgang bei niedriger Temperatur), entsprechend dem, während der Aufwärmperiode des kalten Motors, die Zündverzögerungsdauer so verlängert wird, dass die Verbrennungstemperatur und demzufolge die Rate einer „vorgemischten Verbrennung" zu einer „Diffusions-Verbrennung" erhöht wird, eine langsame, anfängliche Verbrennung, bis ein Kurbelwinkel nahe zu fünfzehn Grad nach TDC, auf. Dann folgt eine Verbrennung einer scharfen mittleren Stufe der langsamen, anfänglichen Verbrennungsstufe. In dem Fall des Dieselmotors mit Direkteinspritzung der Erfindung endet die Verbrennung zu einem Zeitpunkt nahe zu dem Abschluss der Verbrennung in dem linksseitigen Verbrennungsvorgang, erhalten in dem herkömmlichen DI nach einem Aufwärmen, im Gegensatz zu dem Abschluss einer Verbrennung in dem rechtsseitigen Verbrennungsvorgang, erhalten in dem herkömmlichen DI, während einer Aufwärmperiode des kalten Motors. Andererseits wird in dem Fall des Verbrennungsvorgangs, erhalten durch den herkömmlichen DI, während der Aufwärmperiode des kalten Motors, gesehen werden, dass die Mitte der Verbrennung zwischen dem Beginn einer Verbrennung und dem Abschluss einer Verbrennung verglichen mit den anderen Verbrennungsvorgängen verzögert wird, da die Zündverzögerungsdauer dazu tendiert, wesentlich länger aufgrund eines erhöhten Kühlverlustes zu werden, der aus einer niedrigeren Zylinderwandtemperatur (oder einer niedrigeren Verbrennungswandtemperatur) resultiert. 3 stellt die Beziehung zwischen den NO_x-Emissionen und Teilchenmaterial-(PM)-Emissionen, in dem grundsätzlichen Verbrennungskonzept (der vorgemischte Verbrennungsvorgang bei niedriger Temperatur) der Erfindung, und dem herkömmlichen Verbrennungskonzept (der Verbrennungsvorgang, hauptsächlich zusammengesetzt aus der Diffusions-Verbrennung) dar. Wie in 3 zu sehen ist, kann, in dem Konzept mit vorgemischter Verbrennung bei niedriger Temperatur der Erfindung, die abwägende Beziehung zwischen NO_x-Emissionen und PM-Emissionen stark im Vergleich zu dem herkömmlichen DI nach dem Aufwärmen und während des kalten Motorbetriebs verbessert werden. Unter derselben Bedingung (derselben Motorbelastung) wie bei der vorgemischten Verbrennung bei niedriger Temperatur der vorliegenden Erfindung sind die NO_x-Emissionen, erhalten durch den herkömmlichen DI während eines kalten Motorbetriebs, vergleichbar niedrig, da die Zündverzögerungsdauer während des kalten Motorbetriebs erhöht wird und demzufolge die Mitte der Verbrennung dazu tendiert, dass sie berücksichtigt wird. Allerdings tendiert, aufgrund der erhöhten Rate einer unvollständigen Verbrennung während eines kalten Motorbetriebs, unverbrannter Brennstoff und/oder lösliche, organische Substanz (SOF) dazu, dass sie sich erhöhen, was demzufolge merkbar die PM-Emissionen erhöht. Von dem Gesichtspunkt einer Verbesserung der abwägenden Beziehung zwischen NO_x und PM und einer Verbesserung der Kraftstoff-Ökonomie während einer Aufwärmperiode des kalten Motors und um eine stabile Verbrennung während der Aufwärmperiode des kalten Motors sicherzustellen, ist es effektiv, geeignet sowohl die Verbrennungstemperatur als auch die Zündverzögerungsdauer zu steuern und einzustellen, um die langsame, anfängliche Verbrennung in der frühen Verbrennungsstufe und die scharfe Verbrennung in der mittleren oder späteren Verbrennungsstufe abzustimmen.
Wie wiederum 1 zeigt, kann das Steuersystem des Dieselmotors der Erfindung weiterhin eine Wirbel-Erzeugungseinrichtung (oder eine Wirbel-Erzeugungsvorrichtung) zum Erzeugen oder zum Bilden einer kontrollierten Verwirbelungs-Bewegung in der Verbrennungskammer, und eine von der Motortemperatur abhängige Verwirbelungs-Intensitäts-Kompensationseinrichtung (oder einen Verwirbelungs-Intensitäts-Kompensator), aufweisen. Wie mit der unterbrochenen Linie der 1 angezeigt ist, nimmt die von der Motortemperatur abhängige Verwirbelungs-Intensitäts-Kompensationseinrichtung das für die Motortemperatur kennzeichnende indikative Signal von der Motortemperatur-Erfassungseinrichtung und für die Verwirbelungs-Intensität kennzeichnende Ausgangsdaten von der Verwirbelungs-Erzeugungseinrichtung, zum Vergleichen der Verwirbelungs-Intensität, die von der Motortemperatur abhängig ist, und zum Erzeugen eines von der Motortemperatur abhängigen Verwirbelungs-Intensitäts-Steuerbefehls basierend auf der Motortemperatur, auf, so dass die Intensität einer Verwir belungs-Bewegung, erzeugt durch die Verwirbelungs-Erzeugungseinrichtung, in einer Rückführung in Abhängigkeit von dem von der Motortemperatur abhängigen Verwirbelungs-Intensitäts-Steuerbefehls gesteuert wird. Wie zuvor beschrieben ist, kann die Verbrennungstemperatur-Steuereinrichtung einfach unter Verwendung eines typischen EGR-Systems realisiert werden, das bedeutet anhand einer Einstellung des EGR-Betrags. Auch kann die Zündverzögerungsdauer-Steuereinrichtung einfach unter Verwendung einer typischen Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt-Einstellungsvorrichtung realisiert werden. Das System der Erfindung kann weiterhin eine EGR-Gas-Kühlvorrichtung aufweisen. Die zusätzliche Verwendung der EGR-Gas-Kühlvorrichtung erhöht die Dichte von frischer Luft, die in den Motorzylinder eintritt. Demzufolge arbeitet die EGR-Gas-Kühlvorrichtung mit dem EGR-System zusammen, um insgesamt Abgas-Emissionen, umfassend NO_x- und PM-Emissionen, während der Aufwärmperiode des kalten Motors zu verringern, und um auch eine Erwärmungsfunktion einer Heizeinrichtung während einer Aufwärmperiode zu verbessern. Die Vorsehung der von der Motortemperatur abhängigen Verwirbelungs-Intensitäts-Kompensationseinrichtung führt zu einer vergrößerten, starken Verwirbelungszone durch Variieren der niedrigen/hohen Verwirbelungszonen-Grenzlinie basierend auf der Motorgeschwindigkeit und einer Last bei niedrigen Motortemperaturen unterhalb eines vorbestimmten, niedrigen Temperaturwerts (das bedeutet während einer Aufwärmperiode des kalten Motors). Demzufolge tendiert, während niedrigen Motortemperaturen (bei niedrigen Motorkühlmittel-Temperaturen), die Intensität einer Verwirbelungs-Bewegung dazu, dass sie hoch wird. Dies verringert effektiv Abgas-Emissionen gerade während der Aufwärmperiode des kalten Motors.

Claims

Dieselmotor, der umfasst: eine Verbrennungstemperatur-Steuervorrichtung (S11), die eine EGR-Steuerung umfasst, die eine Verbrennungstemperatur des Motors (1) in Abhängigkeit von einem Motorbetriebszustand reguliert; und eine Zündverzögerungsdauer-Steuervorrichtung (S21), die eine Zündverzögerungsdauer in Abhängigkeit von dem Motorbetriebszustand reguliert; einen Sensor (36), der so konfiguriert ist, dass er eine Motortemperatur erfasst; eine Verbrennungstemperatur-Ausgleichseinrichtung (S12), die so konfiguriert ist, dass sie die Verbrennungstemperatur während einer Warmlaufzeit eines kalten Motors in Abhängigkeit von der Motortemperatur ausgleicht; und eine Zündverzögerungsdauer-Ausgleichseinrichtung (S22), die so konfiguriert ist, dass sie die Zündverzögerungsdauer ausgleicht und während der Warmlaufzeit des kalten Motors ein Verhältnis von Vormischverbrennung zu Diffusionsverbrennung in Abhängigkeit von der Motortemperatur erhöht, und wobei die Verbrennungstemperatur-Steuervorrichtung (S11) so konfiguriert ist, dass sie einen EGR-Ventilhub auf Basis einer Motordrehzahl (Ne) und -last (Qf) abruft, wobei die Verbrennungstemperatur-Ausgleichseinrichtung (S12) so konfiguriert ist, dass sie die Verbrennungstemperatur während der Warmlaufzeit des kalten Motors ausgleicht, indem sie den abgerufenen EGR-Ventilhub um einen temperaturabhängigen EGR-Maß-Korrekturfaktor korrigiert, um einen Soll-EGR-Ventilhub (LIFTt) zu bestimmen, wobei EGR allmählich von Null an begonnen wird.
Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der EGR-Maß-Korrekturfaktor linear von 0,0 auf 1,0 ansteigt, während die Wassertemperatur von 10°C auf 60°C ansteigt.
Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der EGR-Maß-Korrekturfaktor linear von 0,0 auf einen vorgegebenen Wert nahe oder über 0,6 ansteigt, wenn die Wassertemperatur von 10°C auf 20°C ansteigt.
Dieselmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der EGR-Maß-Korrekturfaktor von dem vorgegebenen Wert nahe 0,6 auf 1,0 ansteigt, wenn die Wassertemperatur von 20°C auf 60°C ansteigt.
Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der EGR-Maß-Korrekturfaktor linear von 0,0 auf 1,0 ansteigt, wenn die Wassertemperatur von 10°C auf 20°C ansteigt.
Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine EGR-Steuer-Ausgabeeinrichtung (S13) so konfiguriert ist, dass sie ein reguliertes EGR-Ventil-Steuersignal auf Basis eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen dem korrigierten Sollwert des EGR-Ventilhubs (LIFTT) und einem Istwert des EGR-Ventilhubs (LIFTi), der von einem Sensor erfasst wird, bestimmt.
Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündverzögerungsdauer-Steuervorrichtung (S21) eine Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Reguliervorrichtung umfasst, wobei die Zündverzögerungsdauer-Steuervorrichtung (S21) so konfiguriert ist, dass sie einen Soll-Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (ITnl) auf Basis von Motordrehzahl (Ne) und -last (Qf, ACC) abruft, wobei die Zündverzögerungsdauer-Ausgleichseinrichtung (S22) so konfiguriert ist, dass sie die Zündverzögerungsdauer ausgleicht, indem sie den abgerufenen Soll-Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (ITnl) in Abhängigkeit von der Motortemperatur, der Motordrehzahl und dem Zeitpunkt-Vorverlegungskorrekturmaß (ITtw) um ein Zeitpunkt-Vorverlegungs-Korrekturmaß (ITtw) korrigiert, und wobei eine Steuereinrichtung (S23) vorhanden ist, die so konfiguriert ist, dass sie ein reguliertes Einspritzzeitpunkt-Steuersignal (ITa) auf Basis eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen dem korrigierten Soll-Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (ITt) und einem Ist-Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (ITi) bestimmt, der von einem Sensor (35) erfasst wird.
Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er des Weiteren eine Verwirbelungserzeugungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie einen gesteuerten Verwirbelungsstrom in einer Brennkammer des Motors (1) erzeugt, und eine Verwirbelungsintensitäts-Ausgleichseinrichtung (S33) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verwirbelungsintensität des gesteuerten Verwirbelungsstroms in Abhängigkeit von der Motortemperatur ausgleicht.
Dieselmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungsintensitäts-Ausgleichseinrichtung (S33) so konfiguriert ist, dass sie ein Verhältnis einer Zone starker Verwirbelung zu einer Zone schwacher Verwirbelung vergrößert, indem sie eine Grenzlinie zwischen der Zone starker Verwirbelung und der Zone schwacher Verwirbelung ändert, wenn die Temperatur unter einem vorgegebenen Temperaturwert liegt, und wobei die Grenzlinie auf Motordrehzahl und -last basiert.
Dieselmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwirbelungsintensitäts-Ausgleichseinrichtung (S33) einen Motordrehzahlsensor (S31), der so konfiguriert ist, dass er eine Motordrehzahl erfasst, und einen Motorlastsensor (S32) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er eine Motorlast erfasst, wobei die Verwirbelungsintensitäts-Ausgleichseinrichtung (S33) so konfiguriert ist, dass sie die Zone starker Verwirbelung vergrößert und die Zone schwacher Verwirbelung verkleinert, indem sie eine Abwärtskorrektur von durch den Motordrehzahlsensor erfassten Motordrehzahldaten um einen ersten Korrekturfaktor vornimmt und eine Abwärtskorrektur von durch den Motorlastsensor erfassten Motorlastdaten um einen zweiten Korrekturfaktor vornimmt.
Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungstemperatur-Steuervorrichtung (S11) und die Zündverzögerungsdauer-Steuervor richtung (S21) beide eine Abgasrückführungs-Gaskühlvorrichtung umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie einen Teil der Abgase kühlt, die während der Warmlaufzeit des kalten Motors durch den Motor zurückgeleitet werden.
Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführ-Gaskühlvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie die Verbrennungstemperatur während der Warmlaufzeit des kalten Motors durch Regulierung einer Strömungsgeschwindigkeit von Motorkühlmittel, das durch die Abgasrückführungs-Gaskühlvorrichtung strömt, sowie Regulierung der Abgasrückführungsmenge mit dem Abgasrückführungssystem steuert.