DE69929743T2

DE69929743T2 - Verbrennungssteuerapparat für einen Dieselmotor

Info

Publication number: DE69929743T2
Application number: DE69929743T
Authority: DE
Inventors: Shuji Yokohama city Kimura; Eiji Yokohama city Aiyoshizawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: EP0940569A3; DE69929743D1; EP0940569A2; US6161519A; EP0940569B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungssteuervorrichtung für einen Dieselmotor.
Niedertemperatur-Vormischverbrennung ist als ein Verbrennungsverfahren für einen Dieselmotor bekannt, um Partikel, No_x-Emissionen und dergleichen zu verringern, die vom Motor ausgestoßen werden. Das Verfahren beinhaltet das Verzögern der Kraftstoffeinspritzverstellung bis nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes, außerdem wird durch Verringern der Sauerstoffkonzentration durch Abgasrückführung (AGR) die Dauer des Kraftstoffeinspritzverzugs verlängert und während der Dauer des Kraftstoffeinspritzverzugs ein gasförmiges Vorgemisch, in dem sich der Kraftstoff in einem ausreichend gasförmigen Zustand befindet, gebildet. So kann Niedertemperatur-Vormischverbrennung bei niedrigen Sauerstoffkonzentrationen durchgeführt werden.
Eine Anordnung, die Niedertemperatur-Vormischverbrennung selbst unter hoher Motorlast durchführt, indem der Motor mit einem Motorverdichtungsverhältnis betrieben wird, das niedriger als das normale Motorverdichtungsverhältnis ist, wird in Tokkai-Hei-8-254134 und der entsprechenden US-A-5 692 464 offenbart.
Wenn das Motorverdichtungsverhältnis hoch ist, ist die Verdichtungstemperatur relativ erhöht, so dass die anfängliche Verbrennungstemperatur (die Umgebungstemperatur im Zylinder beim Einleiten der Verdichtung) steigt. Da die Verbrennungstemperatur nach dem Einleiten der Verdichtung weiter ansteigt, kann keine Niedertemperatur-Vormischverbrennung durchgeführt werden, wenn der zulässige Bereich für Niedertemperatur-Vormischverbrennung überschritten wird. Da die Verbrennungstemperatur relativ hoch ist, wenn der Motor mit hoher Last betrieben wird, konnte die Niedertemperatur-Vormischverbrennung bisher insbesondere nur bei niedriger Motorlast durchgeführt werden.
Wenn die Motorlast zunimmt, steigt die Temperatur von Ansauggasen auf Grund der steigenden Temperatur der rückgeführten Abgase. Außerdem nimmt das tatsächliche Verdichtungsverhältnis auf Grund der von einem Turbolader erzeugten Ansaugluftverdichtung zu. Infolgedessen überschreitet die Temperatur bei der Verbrennungseinleitung den Temperaturbereich für Niedertemperatur-Vormischverbrennung und infolgedessen war die Niedertemperatur-Vormischverbrennung bisher nur bei niedrigen Lasten möglich.
Im Gegensatz dazu wird, wenn das Verdichtungsverhältnis verringert wird, die anfängliche Verbrennungstemperatur relativ gesenkt und Niedertemperatur-Vormischverbrennung wird bei höherer Motorlast möglich.
Wenn aber das Verbrennungsverhältnis verringert wird, kann die anfängliche Verbrennungstemperatur bei niedriger Motorlast unter kritische Pegel abfallen, was eine instabile Verbrennung bei niedriger Last zur Folge hat.
Infolgedessen erhöht der obige konventionelle Motor Sauerstoffkonzentrationen bei niedriger Motorlast, bei denen keine Niedertemperatur-Vormischverbrennung durchgeführt werden kann, durch Verringern der Menge der AGR. Außerdem wird durch Vorverstellen der Kraftstoffeinspritzverstellung die Verbrennungseinleitung vorverstellt, um die Verbrennung zu stabilisieren. In einem solchen Fall sind aber die No_x-Emissionen auf Grund der vorverstellten Kraftstoffeinspritzverstellung und der AGR-Verringerungen höher. Des Weiteren sind die Verbrennungsgeräusche stärker und der Kraftstoffverbrauch ist höher, weil keine Niedertemperatur-Vormischverbrennung durchgeführt werden kann.
Der konventionelle Motor ist gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Der konventionelle Motor führt Niedertremperatur-Vormischverbrennung bei einem niedrigen Verdichtungsverhältnis durch. Wenn der Motor bei Niedriglastbedingungen betrieben wird und die anfängliche Verbrennungstemperatur unter einen vorbestimmten Temperaturbereich für Niedertemperatur-Vormischverbrennung sinkt, wird der Schließzeitpunkt für das Einlassventil vorverstellt, um die anfängliche Verbrennungstemperatur innerhalb des vorbestimmten Bereichs zu halten.
Es wäre wünschenswert, eine Vorrichtung zum Steuern der Verbrennung im Motor bereitstellen zu können, die bei einem Verdichtungsverhältnis funktioniert, das niedriger als das normale Verdichtungsverhältnis ist, und Niedertemperatur-Vormischverbrennung in einem breiten Bereich von Motorbetriebsbedingungen durchführen kann.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Dieselmotor nach Anspruch 1 bereit.
Einzelheiten sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind im Rest der Patentbeschreibung dargelegt und werden in den Begleitzeichnungen gezeigt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt die Kennlinien der anfänglichen Verbrennungstemperatur in Bezug auf die Motorlast.
3 zeigt die Kennlinien einer erreichbaren Solltemperatur und eines Bereichs der anfänglichen Verbrennungstemperatur für Niedertemperatur-Vormischverbrennung.
4 zeigt Temperaturanstiegskennlinien, die mit Unterschieden in der anfänglichen Verbrennungsperiode in Bezug stehen.
5 zeigt die Kennlinien der Wärmerzeugungsrate in Bezug auf Unterschiede in der anfänglichen Verbrennungsperiode.
6 zeigt die Unterteilungen der Steuerregionen in Bezug auf Motordrehzahl und Motorlast.
7 erläutert die Steuerkennlinien jeder Region in 6.
8 zeigt die Emissionskennlinien von NO_x und dergleichen während des in 7 gezeigten Steuereingriff.
9 zeigt die Kennlinien eines Vergleichs von NO_x-Emission bei konstantem Partikelausstoß (PM) im Fahrbetrieb des Fahrzeugs.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das die Steuerungsdetails erläutert.
11 zeigt die Kennlinien des AGR-Sollverhältnisses.
12 zeigt die Kennlinien der Soll-Haupteinspritzdauer.
13 zeigt die Kennlinien der Sollschließdauer für das Einlassventil.
14 zeigt die Kennlinien des Soll-Verwirbelungsverhältnisses.
15 zeigt die Kennlinien für die Soll-Aufladung.
16 zeigt die Kennlinien der Soll-Voreinspritzmenge und der Soll-Voreinspritzverstellung.
17 ist eine schematische Darstellung, die den veränderlichen Ventileinstellmechanismus zeigt.
18 ist ein Ablaufdiagramm, das die Steuerungsdetails in einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 zeigt die Kennlinien einer AGR-Ventil-Solldurchflussmenge, einer Auslassventil-Solldurchflussmenge und einer Einlassventil-Solldurchflussmenge.
20 ist ein Kennfeld, das die erste Solltemperatur zeigt.
21 ist ein Kennfeld, das die zweite Solltemperatur zeigt.
22 ist ein Kennfeld, das die dritte Solltemperatur zeigt.
23 ist ein Kennfeld, das die vierte Solltemperatur zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Dieselmotors. Die während der Verbrennung in einem Dieselmotor erzeugte NO_x-Menge hängt stark von der Verbrennungstemperatur ab. Verringerungen der NO_x-Emissionen hängen weitgehend von einem relativen Senken der Verbrennungstemperatur ab. In einem Niedertemperatur-Vormischverbrennungssystem wird die Sauerstoffkonzentration von einem Abgasrückführungssystem (AGR) verringert, um eine Niedertemperaturverbrennung zu erreichen. Daher sind der Auslassdurchgang 2 und der Einlassdurchgang 3 durch einen AGR-Durchgang 4 verbunden. Es ist ein membranartiges AGR-Ventil 6 vorgesehen, das in Reaktion auf einen Steuerunterdruck vom Unterdrucksteuerventil 5 betätigt wird, das am AGR-Durchgang entlang angeordnet ist. Infolgedessen wird ein Teil der Abgase in die Ansauggase zurückgeführt.
Das Unterdrucksteuerventil 5 wird von einem Leistungssteuersignal von einer Steuereinheit 41 angesteuert und ein geeignetes AGR-Verhältnis wird auf der Basis der Betriebsbedingungen des Motors erreicht. Zum Beispiel liegt das AGR-Verhältnis in Regionen niedriger Drehzahl und niedriger Last bei einem Höchstwert von 100 % (die Ansaugluftmenge und die AGR-Gasmenge sind gleich). Das AGR-Verhältnis geht von diesem Höchstwert in Abhängigkeit von Anstiegen der Drehzahl oder Anstiegen der Last zurück. Da die Abgastemperatur bei hoher Last steigt, steigt die Ansaugtemperatur, wenn die AGR-Gase zurückgeführt werden. Folglich wird auch die Verbrennungstemperatur entsprechend angehoben und die Zündungsverzugsdauer für eingespritzten Kraftstoff wird verkürzt und die Vormischverbrennung nicht erreicht. Das AGR-Verhältnis wird daher bei zunehmender Last verringert.
Entlang dem AGR-Durchgang 4 ist eine Kühlvorrichtung 7 für AGR-Gase vorgesehen. Die Kühlvorrichtung 7 ist am Umfang des AGR-Durchgangs 4 ausgebildet und hat einen Wassermantel 8, in den ein Teil des Motorkühlwassers zirkuliert wird. Die Menge des zirkulierten Kühlwassers wird von einem Mengenventil 9 eingestellt, das am Einlass 7a für das Kühlwasser vorgesehen ist. Die AGR-Gase werden somit im Verhältnis zu dem Grad gekühlt, auf den die Öffnung des Mengenventils 9 durch Befehle von der Steuereinheit 41 vergrößert wird.
Ein Verwirbelungssteuerventil (nicht abgebildet) ist im Einlassdurchgang in der Nähe des Einlasskanals des Motors vorgesehen. Der Öffnungsgrad des Verwirbelungssteuerventils wird von der Steuereinheit 41 gesteuert. Wenn das Ventil in Regionen niedriger Drehzahl und niedriger Last des Motors (wobei der Öffnungsgrad verkleinert ist) geschlossen wird, ist die Strömungsgeschwindigkeit der Ansauggase in den Brennraum größer und im Brennraum wird eine starke Verwirbelung erzeugt. Wenn die Stärke der Verwirbelung zunimmt, wird aber das Wärmeaustauschverhältnis der Betriebsgase im Zylinder erhöht und die Temperatur der Betriebsgase wird relativ gesenkt.
Der Brennraum (nicht abgebildet), der von einem Hohlraum im Kolben gebildet wird, hat eine toroide Gestalt mit großem Durchmesser. Da der Kolbenhohlraum in einer zylindrischen Form von der Kolbenbodenfläche bis zum unteren Ende ohne Behinderung der Öffnung ausgebildet ist, ist in der Mitte des unteren Endes ein Kreiskegel gebildet. Der Kreiskegel lässt ein verbessertes Kraftstoff-Luft-Gemisch zu und vermeidet auch jeglichen Widerstand gegen die Verwirbelung, die während der späteren Verdichtungsphase in einem sich drehenden Strom in den Kolbenhohlraum strömt.
Auf diese Weise wird auf Grund eines zylindrischen Kolbenhohlraums ohne Behinderung an der Öffnung vom Verwirbelungssteuerventil eine Verwirbelung erzeugt, wie oben beschrieben. Die Verwirbelung wird daher zusammen mit dem Abwärtshub des Kolbens im Verbrennungsprozess aus dem Kolbenhohlraum zum Äußeren des Hohlraums zerstreut. Daher wird die Verwirbelung selbst außerhalb des Hohlraums aufrechterhalten.
Stromabwärts hinter dem Abzweigungspunkt des AGR-Durchgangs 4 im Abgasdurchgang 2 ist ein Turbolader vorgesehen. In der Ansaugschnecke der Abgasturbine 52 im Turbolader befindet sich eine verstellbare Schaufel 53, die von einem Schrittmotor 54 angetrieben wird. Der verstellbare Flügel 53 wird von der Steuereinheit 41 gesteuert. Der Steuereingriff bewirkt, dass die Schaufel einen Schaufelwinkel einnimmt, der die Strömungsgeschwindigkeit von Abgasen, die während niedriger Motordrehzahlen in die Abgasturbine 52 eintreten, erhöht, und dass, wenn sie in einem völlig geöffneten Zustand ist, derartige Abgase bei hohen Motordrehzahlen ohne Widerstand in die Abgasturbine 52 eintreten. Infolgedessen erhält man einen festen Aufladungsdruck vom Niederdrehzahlbereich des Motors. Ferner wird die verstellbare Schaufel 53 gemäß Fahrbedingungen auf einen Schaufelwinkel gesteuert, bei dem man einen gewünschten Aufladungsdruck erhält.
Im Motor ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung des Typs mit Speichereinspritzung (Common-Rail-System) 10 vorgesehen. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 umfasst hauptsächlich einen Kraftstofftank (nicht abgebildet), eine Speisepumpe 14, einen Druckspeicher (Common-Rail) (Speicherkammer) 16 und eine Kraftstoffeinspritzdüse 17 in jedem Zylinder. Von der Hochdruck-Speisepumpe 14 erzeugter Hochdruckkraftstoff wird im Druckspeicher 16 gespeichert. Die Einleitung und Beendigung der Einspritzung kann durch das Öffnen und Schließen der Düsennadel 16 durch ein Dreiwegeventil 25 in der Kraftstoffeinspritzdüse 17 frei gesteuert werden. Der Kraftstoffdruck im Druckspeicher wird durch einen Fördermengensteuermechanismus (nicht abgebildet) in der Speisepumpe 14 und einen Drucksensor (nicht abgebildet) auf einen von den Betriebskennlinien des Motors erforderten optimalen Wert geregelt.
Die Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge, der Einspritzdauer, des Kraftstoffdrucks und dergleichen wird von einer Steuereinheit 41 durchgeführt, die einen Mikroprozessor umfasst. Aus diesem Grund sind ein Gaspedalstellungssensor 33, ein Sensor 34, der den Kurbelwinkel und die Motordrehzahl feststellt, ein Sensor 35 zum Unterscheiden von Zylindern und ein Wassertemperaturfühler 36 vorgesehen, Signale von diesen Bauteilen werden an die Steuereinheit 41 angelegt. Auf der Basis dieser Signale berechnet die Steuereinheit 41 eine Soll-Kraftstoffeinspritzmenge je nach der Motordrehzahl und der Gaspedalstellung und der Kraftstoffeinspritzverstellung. Es steuert dann die Einschaltdauer des Dreiwegeventils 25 entsprechend der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge. Ferner steuert die Rückkopplung der Steuereinheit 41 den vom Drucksensor (nicht abgebildet) erfassten Kraftstoffdruck des Druckspeichers 16 entsprechend einem Solldruck durch den Fördermengensteuermechanismus der Speisepumpe 14.
Die Kraftstoffeinspritzverstellung wird auf einen niedrigeren Wert als eine konventionelle Kraftstoffeinspritzverstellung verzögert, um Niedertemperatur-Vormischverbrennung zu realisieren. Wie unten gezeigt wird, ist die Kraftstoffeinspritzung so eingestellt, dass sie bei einem Kurbelwinkel in einem festen Bereich nach dem oberen Totpunkt der Verbrennung beginnt. Auf diese Weise wird die Zündungsverzugsdauer des eingespritzten Kraftstoffs verlängert. Während dieser Verzugsdauer wird die Verdampfung des Kraftstoffs erhöht und es ist daher möglich, die Zündung zu erzielen, wenn der Kraftstoff ausreichend mit Luft gemischt ist. Niedertemperatur-Vormischverbrennung wird so bei einer niedrigen Sauerstoffkonzentration durchgeführt, die von rückgeführten Abgasen abhängt. Daher können NO_x-Emissionen reduziert werden, ohne den Partikelausstoß zu erhöhen.
Im Folgenden werden nun die Verbrennungsregionen der Niedertemperatur-Vormischverbrennung erläutert. In 2 ist die Region unter der geneigten Linie die Region, in der Niedertemperatur-Vormischverbrennung möglich ist. Niedertemperatur-Vormischverbrennung ist nicht möglich, wenn die Temperatur ober- oder unterhalb dieser Region liegt.
Wenn das Verdichtungsverhältnis des Motors hoch ist, wird die Verbrennungstemperatur bei hoher Last auf Grund der Tatsache, dass die anfängliche Verbrennungstemperatur (die Umgebungstemperatur beim Einleiten der Verbrennung) relativ hoch ist, zu hoch. Niedertemperatur-Vormischverbrennung kann deshalb nur bei niedriger Last durchgeführt werden.
Die Temperatur von mit den Ansauggasen zurückgeführten Abgasen steigt bei hoher Last und daher steigt die Temperatur der Ansauggase. Des Weiteren steigt das tatsächliche Verdichtungsverhältnis auf Grund der von einem Turbolader erzeugten Ansaugluftverdichtung. Infolgedessen steigt die Gastemperatur im Zylinder bei maximaler Verdichtung selbst bei dem gleichen Verdichtungsverhältnis. Die Temperatur beim Einleiten der Verbrennung steigt daher.
In einem konventionellen Motor wie dem in Tokkai-Hei-8-254134 offenbarten ist es aber möglich, die Niedertemperatur-Vormischverbrennung in Richtung hoher Last zu verschieben, indem die anfängliche Verbrennungstemperatur durch Senken des Verdichtungsverhältnisses gesenkt wird.
Infolgedessen wird aber, wenn die anfängliche Verbrennungstemperatur zu niedrig wird, die Niedertemperatur-Vormischverbrennung bei niedriger Last auch äußerst instabil.
Um Niedertemperatur-Vormischverbrennung bei niedriger Last zu erzielen, setzt diese Ausgestaltung das Verdichtungsverhältnis des Motors auf unter 16 fest, das heißt auf ein Niveau unter dem, auf das der Motor normalerweise eingestellt ist; es ist aber die unten beschriebene Temperaturanstiegssteuervorrichtung vorhanden, die einen Steuereingriff zur Temperaturanstiegsregelung ausführt, so dass die Verbrennungstemperatur bei niedriger Last relativ erhöht wird. Die Kraftstoffeinspritzverstellung ist zum Beispiel auf zwischen 5° und 20° nach dem oberen Totpunkt festgesetzt und erhöht so die Temperaturanstiegsrate nach dem Einleiten der Verbrennung.
Dies wird in Bezug auf 3 erklärt, wobei die anfängliche Verbrennungstemperatur t2 innerhalb der Zone (in der Temperaturregion von einer Solltemperatur T0 bis zu einer Solltemperatur T1 (wobei allerdings T1 < T0 ist)) liegt, in der die Niedertemperatur-Vormischverbrennung, in der Figur gezeigt, möglich ist. Wenn die Einleitung der Hauptverbrennung bei einem Kurbelwinkel stattfindet, der zwischen 5° und 20° (Versuchswert) vom oberen Totpunkt der Verdichtung liegt, wird eine erreichbare Solltemperatur T' immer nach dem Einleiten der Verbrennung erreicht. In einem solchen Fall wird die Tatsache, dass Niedertemperatur-Vormischverbrennung durchgeführt wird, durch Versuche bestätigt.
Die Solltemperaturen T0, T1, die die Ober- und Untergrenze der Zone bestimmen, in der Niedertemperatur-Vormischverbrennung möglich ist, und die erreichbare Solltemperatur T' sind Werte, die anhand der Kraftstoffmenge der Haupteinspritzung und der Haupteinspritzverstellung kontinuierlich ermittelt werden.
Im Gegensatz dazu ist es nicht möglich, die erreichbare Solltemperatur T' zu erreichen, und es kann keine Niedertemperatur-Vormischverbrennung durchgeführt werden, wenn die anfängliche Verbrennungstemperatur t2 unter einer Solltemperatur T1 liegt, die für die Niedertemperatur-Vormischverbrennung notwendig ist.
Wenn die anfängliche Verbrennungstemperatur t2 unter einer Solltemperatur T1 liegt, dann ermittelt die vorliegende Erfindung, wie unten mithilfe von 10 beschrieben wird, die Solltemperaturen T2, T3, T4 (wobei aber T1 > T2 > T3 > T4 ist) und erhöht die anfängliche Verbrennungstemperatur auf eine Zone, in der Niedertemperatur-Vormischverbrennung möglich ist, indem sie in den obigen Temperaturregionen einen Steuereingriff zur Temperaturanstiegsregelung ausführt.
Als Nächstes wird der Grund für das Positionieren der Einleitung der Hauptverbrennung zwischen 5° und 20° vom oberen Totpunkt der Verdichtung erläutert.
Wenn die Einleitung der Hauptverbrennung unmittelbar nach dem Totpunkt der Verdichtung stattfindet, neigt die Temperatur im Brennraum auf Grund der Verbrennung, die in 4 als durchgezogene Linie dargestellt ist, zu raschem Ansteigen.
Die Verdichtungstemperatur fällt aber effektiv ab, während sich der Kolben vom oberen Totpunkt der Verdichtung weg bewegt. Wenn die Einleitung der Hauptverbrennung am oberen Totpunkt stattfindet, nehmen Temperaturanstiege daher schließlich die Form einer langsam ansteigenden Kurve ein, die als gestrichelte Linie gezeigt wird. Niedertemperatur-Vormischverbrennung ist daher möglich, wenn die erreichbare Solltemperatur T' durch einen Temperaturanstieg erreicht wird, der die Temperatur enthält, um die die Verdichtungstemperatur zurückgegangen ist. Wenn die Hauptverbrennung bei weniger als 20° vom oberen Totpunkt der Verdichtung eingeleitet wird, ist es nicht möglich, die Temperatur auf die erreichbare Solltemperatur T' zu steigern, die von der gestrichelten Linie gezeigt wird, weil die Verdichtungstemperatur sehr tief liegt. Die Grenze für die Einleitung der Hauptverbrennung auf der Verzugsseite ist also 20° vom oberen Totpunkt der Verdichtung.
5 zeigt die Unterschiede in der Wärmeerzeugungsrate in Abhängigkeit von der Verbrennungseinleitungsperiode. Wie aus der Figur verständlich wird, ist das Muster des Wärmeerzeugungsverhältnisses, wenn die Verbrennungseinleitung unter 20° vom oberen Totpunkt der Verdichtung stattfindet, wie mit der gestrichelten Linie gezeigt, das heißt, dass man für die Wärmeerzeugungsrate bei Niedertemperatur-Vormischverbrennung kein charakteristisches Muster erhält, wie von der gestrichelten Linie gezeigt wird.
So erfüllen die Tatsache, dass die Temperaturanstiegsrate nach der Verbrennungseinleitung über einem festen Wert liegt, und die Tatsache, dass die oben gezeigte anfängliche Verbrennungstemperatur t2 eine Solltemperatur T1 übersteigt, die Bedingungen für die Leistung der Niedertemperatur-Vormischverbrennung. Diese Tatsachen lassen sich experimentell bestätigen.
Als Nächstes wird die Steuerregion für die Verbrennung in Bezug auf 6 erläutert.
6 zeigt eine Steuerregion für die Verbrennung, die der Drehzahl und der Motorlast (Motordrehmoment) entspricht. Die anfängliche Temperatur von Verbrennung t2 steht mit der Drehzahl und der Motorlast in Beziehung.
Im vorliegenden Motor ist die Region der Niedertemperatur-Vormischverbrennung auf der hohen Lastseite weiter erweitert, wie oben gezeigt, indem das Verdichtungsverhältnis ebenfalls wieder niedriger als das des konventionellen Motors gemacht wird (im Gegensatz zum konventionellen Motor, der ein Verdichtungsverhältnis unter 18 hat, hat der vorliegende Motor ein Verdichtungsverhältnis unter 16).
Infolgedessen kann die anfängliche Verbrennungstemperatur bei niedriger Last zu niedrig werden und die Temperatur kann von der Region abweichen, in der die Niedertemperatur-Vormischverbrennung möglich ist. Um die Verbrennungstemperatur anzuheben, wird daher zunächst die Einlassventilschließdauer bis in die Nähe des unteren Totpunkts der Ansaugung vorverstellt und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis wird gesteigert. Wenn sie nur vorverstellt wird, ist die Einlassventilschließdauer nicht mehr ausreichend, dies wird dadurch ergänzt, dass das Verwirbelungsverhältnis gesenkt und die Turboaufladung durchgeführt wird, um das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum weiteren Anheben der Temperatur weiter zu erhöhen. Wenn Obiges nicht mehr ausreicht, zum Beispiel bei extrem niedriger Last, dann wird die Anfangstemperatur für die Verbrennung angehoben, bis Niedertemperatur-Vormischverbrennung möglich ist, indem eine Voreinspritzung dazugenommen und eine Vorverbrennung durchgeführt wird.
Der in jeder in 6 gezeigten Region ausgeführte Steuereingriff wird in Bezug auf 7 ausführlich erläutert.
(1) Region A
Um die Abgasrückführung (AGR) bei maximaler Last abzustellen, wird die Sauerstoffkonzentration vergrößert, und um einen hohen Aufladungsdruck zu erreichen, wird die anfängliche Verbrennungstemperatur angehoben. Das heißt, es wird eine normale Dieselverbrennung durchgeführt.
(2) Region B
Diese Region ist die Region der Niedertemperatur-Vormischverbrennung, in der die Last kleiner als die maximale Last ist. Die Sauerstoffkonzentration wird durch große AGR-Mengen reduziert. Ferner wird die Ansaugtemperatur durch Senken der Temperatur der AGR-Gase durch die Kühlvorrichtung 7 geregelt und somit wird die anfängliche Verbrennungstemperatur durch Verzögern der Haupteinspritzdauer und durch Verringern des Aufladungsdrucks gesenkt. Auf diese Weise wird die Zündungsverzugsdauer verlängert und ausreichend verdunsteter Kraftstoff in den Zylinder verteilt, bevor die Einleitung der Verbrennung und somit Niedertemperatur-Vormischverbrennung erreicht wird.
(3) Region C
Da die anfängliche Verbrennungstemperatur auf Grund von Verringerungen der Temperatur von AGR-Gasen infolge von Lastverringerungen niedriger ist als die anfängliche Verbrennungstemperatur während Niedertemperatur-Vormischverbrennung, wird die Einlassventilschließdauer, die über den unteren Totpunkt der Ansaugung hinaus verzögert ist, auf eine Position auf dem unteren Totpunkt der Ansaugung vorverstellt und die anfängliche Verbrennungstemperatur wird durch Erhöhen des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses angehoben.
(4) Region D
In den Regionen D und E, in denen die Last weiter verringert ist, entsteht das Problem einer langsameren Verbrennungsgeschwindigkeit und eines scharfen Anstiegs der Verbrennung mit Weißrauch, wenn die Sauerstoffkonzentration auf dem gleichen niedrigen Zustand wie in Region C gehalten wird. Im Fall des konventionellen Motors oben wurde daher die Sauerstoffkonzentration durch Verringern der AGR-Menge vergrößert. Die anfängliche Verbrennung wurde vorverstellt und Teilverbrennung durch Vorverstellen der Einspritzdauer unterdrückt.
Im Gegensatz dazu wird in Region D der vorliegenden Erfindung zunächst die Verwirbelung geschwächt, um einen Kühlungsverlust während des Verdichtungsprozesses zu verringern. Wenn dies aber weiterhin der Fall ist, wird die Verbrennung durch die Verringerung des Verwirbelungsverhältnisses beeinträchtigt. Daher erhöht ein Turbolader den Ladedruck und die Ansauggasmenge wird vergrößert. Auf diese Weise wird es möglich, die Betriebsgasmenge in dem Grad zu vergrößern, in dem das Verwirbelungsverhältnis abgenommen hat, und eine hohe Drehbewegungsenergie kann selbst am oberen Totpunkt der Verdichtung aufrechterhalten werden. Des weiteren wird, da das Aufladen die Ansaugtemperatur anhebt und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis erhöht, daraufhin die anfängliche Verbrennungstemperatur erhöht.
(5) Region E
Da die anfängliche Verbrennungstemperatur bei äußerst niedriger Last (zum Beispiel im Leerlauf) weiter angehoben werden muss, wird eine Voreinspritzung, die eine kleine Kraftstoffmenge umfasst, vor der Hauptverbrennung eingespritzt und dadurch die Gastemperatur im Brennraum bei Einleitung der Hauptverbrennung durch die Verbrennung des Voreinspritzungskraftstoffs erhöht. Die Haupteinspritzung erfolgt nach Abschluss der Verbrennung der Voreinspritzung und die Haupteinspritzverstellung und die Voreinspritzmenge und -verstellung werden so geregelt, dass die Einleitung der Hauptverbrennung zwischen 5° und 20° nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung durchgeführt wird. Zum Beispiel ist in der Nähe einer Leerlaufregion des Motors die Voreinspritzverstellung auf 35° vor dem oberen Totpunkt der Verdichtung eingestellt, die Voreinspritzmenge ist auf 1 mm³ pro Hub eingestellt und die Hauptverbrennungsverstellung ist auf 3° vor dem oberen Totpunkt der Verdichtung eingestellt. Der Grund für das Durchführen der Hauptverbrennung nach dem Abschluss der Verbrennung der Kraftstoffvoreinspritzung ist, dass die vorliegende Erfindung die Aufgabe hat, die anfängliche Verbrennungstemperatur durch die Voreinspritzung zu erhöhen (es ist daher nicht erwünscht, die Zündung der Hauptverbrennung vorzuverstellen). Ein weiterer Grund ist, dass die vorliegende Erfindung die Aufgabe hat, die Hauptverbrennung eindeutig nach der Zündungsverzugsdauer zu zünden.
Die Ergebnisse des in 7 ausgeführten Steuereingriffs werden in 8 gezeigt. Abgesehen von der Tatsache, dass in den Regionen D und E NO_x-Emissionen durch Verringerungen der AGR-Menge und Vorverstellen der Einspritzdauer vergrößert werden, sind im konventionellen Motor oben die Verbrennungsgeräusche und der Kraftstoffverbrauch, HC, Partikelausstoß (insbesondere SOF) auf Grund der Tatsache größer, dass keine Niedertemperatur-Vormischverbrennung durchgeführt wird.
Im Gegensatz dazu sind in der vorliegenden Erfindung, weil die Niedertemperatur-Vormischverbrennung selbst in den Regionen D und E möglich ist, NO_x-Emissionen, Verbrennungsgeräusche und Kraftstoffverbrauch, HC, Partikelausstoß (insbesondere SOF) auf ein Niveau reduziert, das zu dem in Region B äquivalent ist (HC ist geringfügig höher als das in Region B und der Kraftstoffverbrauch ist geringer als in Region B).
9 ist ein Vergleich von NO_x-Abgasemissionspegeln bei gleichen Partikelausstoßmengen, wenn das Fahrzeug in einer experimentellen Betriebsart ist. Bei Niedertemperatur-Vormischverbrennung bei einem hohen Verdichtungsverhältnis ist die NO_x-Ausstoßrate bei hoher Last hoch. Die NO_x-Ausstoßrate bei hoher Last wird aber im konventionellen Motor durch Senken des Verdichtungsverhältnisses reduziert. Da das AGR-Verhältnis bei niedriger Last verringert wird, um Fehlzündungen oder dergleichen zu verhüten, sind die NO_x-Emissionen jedoch bei niedriger Last erheblich größer.
Im Gegensatz dazu ist der Gesamtausstoß von NO_x auf weniger als 1/3 reduziert, da die vorliegende Erfindung NO_x-Emissionen bei niedriger Last und mit Niedertemperatur-Vormischverbrennung bei hohen Verdichtungsverhältnissen vergleichbar reduzieren kann.
Das Ablaufdiagramm in 10 zeigt die Details des ausgeführten Steuereingriffs zum Betreiben der Temperaturerhöhungsvorrichtung, um Niedertemperatur-Vormischverbrennung in Regionen niedriger Last und dergleichen zu ermöglichen. Ein derartiger Steuereingriff wird zu jeder festgesetzten Periode ausgeführt.
In Schritt S1 werden eine Motordrehzahl Ne, ein Sollmotordrehoment Torq, das eine Motorlast ist, und eine Saugrohrtemperatur t1 (von einem Temperaturfühler (nicht abgebildet) erfasst) gelesen. Dann werden in Schritt S2 der Istwert der Sauerstoffkonzentration und ein Sollwert (zum Beispiel eine Sauerstoffkonzentration von 18 %) verglichen.
Ein Sollwert mit einer Sauerstoffkonzentration von 18 % ist die Obergrenze der Sauerstoffkonzentration, wenn Niedertemperatur-Vormischverbrennung durchgeführt wird. Falls der Ist-Wert der Sauerstoffkonzentration unter 18 % liegt, wenn die Region für Niedertemperatur-Vormischverbrennung 18 % überschreitet, kann so festgestellt werden, dass die Verbrennung in einem Niedertemperatur-Vormischverbrennungssystem stattfindet. Die Sauerstoffkonzentration wird durch Regulieren der Abgasrückführungsrate variiert.
Der Ist-Wert der Sauerstoffkonzentration wird mithilfe erfasster Werte ermittelt, die von einem Kraftstoff-Luft-Verhältnissensor 38 im Abgasdurchgang 2 bzw. von einem Luftmassen-Durchflussmesser 39 im Ansaugluftdurchgang 3 erfasst werden. Es versteht sich von selbst, dass ein Sollwert (der einer Sauerstoffkonzentration von 18 % entspricht) je nach Motor verschieden ist.
Wenn die Verbrennung in einer Niedertemperatur-Vormischverbrennungsregion ist, wird die Routine mit Schritten S3, S4, S5, S6 fortgesetzt und die Region wird durch den Vergleich von Solltemperaturen T1, T2, T3, T4 (wobei aber T1 > T2 > T3 > T4 ist) mit einer anfänglichen Verbrennungstemperatur t2 ermittelt.
Die Solltemperaturen T1, T2, T3, T4 werden je nach der Drehzahl und Last des Motors eingestellt. Zum Beispiel werden die in den 20, 21, 22 und 23 abgebildeten Kennfelder auf der Basis der Drehzahl Ne und der Last (oder Sollmotordrehmoment oder Kraftstoffeinspritzmenge) ermittelt und die Solltemperaturen werden durch Bezugnehmen auf die Kennfelder beschlossen.
Die Beziehung zwischen den Temperaturregionen und den in 7 gezeigten Regionen sind wie unten gezeigt:
Region B: t2 > T1
Region C: T1 ≥ t2 > T2
Region D: T2 ≥ t2 > T3
Region E: T3 ≥ t2 > T4
Man kann die Ermittlung der Region so verstehen, dass ein Kennfeld, wie in 6 gezeigt, nach Drehzahl und Last erkannt wird. In diesem Fall ist, wenn die Ansaugtemperatur von der entsprechenden Temperatur abweicht, die Regionenermittlung weniger genau. Wenn zum Beispiel die Ansaugtemperatur variiert wird, muss, da die anfängliche Verbrennungstemperatur im Winter niedriger als im Sommer ist, falls angenommen wird, dass die Verschiebung der Temperaturregion von T1 nach T2 im Sommer im Winter weiter von T2 auf T3 fortgesetzt wird, basierend auf dem Unterschied zwischen Sommer und Winter die Steuerung des Verwirbelungssteuerventils und die Steuerung des Turboladers dazugenommen werden.
Das Variieren der Ansaugtemperatur ist in dem Kennfeld in 6 aber nicht dargestellt. Wenn die Kennfeld-Kennlinien in 6 mit denen für den Sommer gepaart sind, kann selbst im Winter nur die Steuerung des Sommertyps ausgeführt werden (in diesem Fall wird kein Aufladungssteuereingriff oder Verwirbelungsventilsteuereingriff ausgeführt) und die Verbrennungstemperatur erreicht die erreichbare Solltemperatur nicht.
Im Gegensatz dazu ist es möglich, wenn die Region von der Verbrennungstemperatur bestimmt wird, dass ein Steuereingriff in Abhängigkeit von der Veränderung der Ansaugtemperatur (im Winter können Aufladungssteuerung und Verwirbelungsventilsteuerung hinzugefügt werden) ausgeführt wird.
Die obige anfängliche Verbrennungstemperatur t2 hat eine Korrelation bis zu einer Saugrohrtemperatur t1: t2 = t1·εκ-1 wobei:

ε:: Verdichtungsverhältnis
κ:: Wärmeverhältnis (≒ 1,3)

Es ist also möglich, die anfängliche Verbrennungstemperatur t2 anhand der Saugrohrtemperatur t1 zu berechnen. Selbstverständlich ist es möglich, die Saugrohrtemperatur t1 anhand der Formel t1 = Ta.(760 + Boost)/760zu schätzen, basierend auf der Ansaugtemperatur Ta und dem Ansaugluft-Ladedruck Boost.

(1) Wenn t2 > T1 ist, wird die Routine mit den Schritten S7 und S8 fortgesetzt und es werden ein Soll-AGR-Verhältnis und eine Soll-Haupteinspritzdauer (Soll-Haupteinspritzeinleitungsdauer) durch Bezugnahme auf das auf Drehzahl Ne und Sollmotordrehzahl Torq basierende Kennfeld, das den Inhalt der 11 und 12 zeigt, für Niedertemperatur-Vormischverbrennung berechnet.
(2) Wenn T1 ≥ t2 > T2 ist, wird die Routine mit Schritt S9 fortgesetzt und nach dem Berechnen einer Soll-Einlassventilschließdauer durch Bezugnahme auf das auf Drehzahl Ne und Sollmotordrehzahl Torq basierende Kennfeld in 13 wird der Vorgang in den Schritten S7 und S8 durchgeführt. Normalerweise wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis erhöht und die anfängliche Verbrennungstemperatur angehoben, indem die auf nach dem unteren Ansaug-Totpunkt eingestellte Einlassventilschließdauer auf den unteren Totpunkt vorverstellt wird.
(3) Wenn T2 ≥ t2 > T3 ist, wird die Routine mit den Schritten S10 und S11 fortgesetzt und nach dem Berechnen eines Soll-Aufladungsdrucks und eines Soll-Verwirbelungsverhältnisses durch Bezugnahme auf das auf Drehzahl Ne und Sollmotordrehzahl Torq basierende Kennfeld in 14 und 15 wird der Vorgang der Schritte S9, S7 und S8 ausgeführt. So wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis durch Erhöhen des Aufladungsdrucks erhöht. Die anfängliche Verbrennungstemperatur wird entsprechend angehoben. Ferner wird die Wärmeaustauschrate des Betriebsgases im Zylinder durch Verringern des Verwirbelungsverhältnisses und somit der Schwächung der Verwirbelung gesenkt. Daher wird der Kühlungsverlust verringert und Temperaturverringerungen des Betriebsgases werden unterdrückt. Obiges steht mit Anstiegen der anfänglichen Verbrennungstemperatur in Beziehung.
(4) Wenn T3 ≥ t2 > T4 ist, wird die Routine mit Schritt S12 fortgesetzt und nach dem Berechnen einer Soll-Voreinspritzmenge und einer Soll-Voreinspritzverstellung durch Bezugnahme auf das auf Drehzahl Ne und Sollmotordrehzahl Torq basierende Kennfeld in 16 wird der Vorgang in den Schritten S10, S11, S9, S7 und S8 ausgeführt.

So werden die Temperatur des Betriebsgases im Zylinder und die anfängliche Verbrennungstemperatur durch eine Voreinspritzung angehoben.
In 16 sind in der kleinen Region unten links in der Figur die Daten zum Einstellen der Kraftstoffvoreinspritzung so eingegeben, dass die Soll-Voreinspritzverstellung 35° vor dem oberen Totpunkt der Verdichtung liegt und die Voreinspritzmenge 1 mm³ pro Hub beträgt.
Die Steuerung der Einspritzdauer erfolgt mithilfe einer Soll-Haupteinspritzverstellung und AGR-Ventilsteuerung, die ein auf einem Durchlauf (nicht gezeigt) beruhendes Soll-AGR-Verhältnis in der Temperaturregion t2 > T1 verwendet.
Im Gegensatz dazu erfolgt in der Temperaturregion T1 ≥ t2 > T2 die Steuerung der Einlassventilschließdauer, indem das Schließen des Einlassventils unter Verwendung einer Soll-Einlassventilschließdauer zusätzlich zum obigen Steuereingriff vorverstellt wird.
Ferner erfolgt in der Temperaturregion T1 ≥ t2 > T3 die Steuerung des Aufladungsdrucks unter Verwendung eines Soll-Aufladungsdrucks und die Steuerung des Verwirbelungsventils unter Verwendung eines Soll-Verwirbelungsverhältnisses zusätzlich zu jedem obigen Steuereingriff.
In der Region T3 ≥ t2 > T4 erfolgt Voreinspritzungssteuerung unter Verwendung einer Soll-Voreinspritzverstellung und einer Soll-Voreinspritzmenge jeweils zusätzlich zur gesamten obigen Steuerung.
Als Mittel zum Regulieren der Einlassventilschließdauer kann daher ein Mechanismus wie zum Beispiel der in 17 gezeigte eingesetzt werden.
In den Figuren bezeichnet die Bezugsnummer 60 ein Einlassventil, 61 ist eine Ventilfeder, die das Einlassventil 60 in der Schließrichtung spannt. Es ist ein Kolben 63 vorgesehen, der das obere Ende jedes Einlassventils 60 berührt. Der Kolben 63 ist von der Ventilfeder 61 eingespannt und wird durch den Öldruck niedergedrückt, der in die Öldruckkammer 62 geleitet wird. So wird das Einlassventil 60 geöffnet.
Das von der Ölpumpe 64 geförderte Betriebsöl wird aus einem Druckspeicher durch ein elektrisches Schaltventil 66, 67 auf der Seite der Eingangsöffnung selektiv zum Öldurchgang 68, 69 geleitet. Ferner werden die Einlassventile 60 jeweils in Reihenfolge geöffnet, indem selektiv Zylinder Nr. 1, Zylinder Nr. 4, Zylinder Nr. 2, Zylinder Nr. 3 in jedem Öldruckzylinder durch die Drehventile 70, 71 versorgt werden, die synchron mit den Motorumdrehungen rotieren.
Jedes Einlassventil 60 wird der Reihe nach geschlossen, indem das Betriebsöl jeder Öldruckkammer 62 durch das elektrische Ausgangsschaltventil 73, 74 aus dem Öldurchgang 68, 69 selektiv in den Behälter 75 entleert wird. Die Schließdauer jedes Einlassventils 60 wird durch Steuern des elektrischen Ausgangsschaltventils 73, 74 geregelt.
Es ist daher auch möglich, das elektrische Ausgangsschaltventil 73, 74 in Abhängigkeit vom Wert der Soll-Einlassventilschließdauer zu steuern, den man durch Ausführen des Ablaufs in 10 in dem in 17 gezeigten veränderlichen Ventileinstellmechanismus erhält.
Auf diese Weise ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, die Niedertemperatur-Vormischverbrennungsregion in Richtung hoher Last zu vergrößern, indem das Verdichtungsverhältnis auf unter 16 gesenkt wird, was unter dem eines konventionellen Motors liegt. Ferner wird, wenn die anfängliche Verbrennungstemperatur in der Temperaturregion liegt, die niedriger als die Solltemperatur T1 ist, bei welcher Niedertemperatur-Vormischverbrennung möglich ist, die Hauptverbrennungsdauer so geregelt, dass die Einleitung der Hauptverbrennung in einer festen Periode erfolgt (z.B. zwischen 5° und 20° vom oberen Totpunkt). Da die Temperaturanstiegssteuerung auf der Temperaturregion basierend durchgeführt wird, so dass die anfängliche Verbrennungstemperatur eine Solltemperatur T1 übersteigt, ist es möglich, Niedertemperatur-Vormischverbrennung in der Region niedriger Last (Niedertemperaturregion) durchzuführen. Das heißt, dass die Niedertemperatur-Vormischverbrennungsregion vergrößert ist. So werden in Bezug auf alle NO_x-Emissionen, Verbrennungsgeräusche, Kraftstoffverbrauch, HC und Partikelausstoß Verbesserungen gegenüber dem konventionellen Motor erzielt (siehe 8).
Als Nächstes wird eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung auf der Basis des Ablaufdiagramms in 18 erläutert.
Das Ablaufdiagramm in 18 ist mit dem Ablaufdiagramm in 10 verwandt, das die ersten Ausgestaltungen zeigt, und daher sind in der Figur ähnliche Schritte mit den gleichen Nummern dargestellt.
Die vorliegende Erfindung ist für einen Motor ausgelegt, der mit mehreren, zum Beispiel 2, Auslassventilen in einem einzelnen Zylinder versehen ist. Um die anfängliche Verbrennungstemperatur t2 in extrem niedrigen Temperaturen anzuheben, wird eines der mehreren Auslassventile während des Ansaugtaktes geöffnet und das AGR-Ventil wird geschlossen. Hochtemperaturabgase werden durch Öffnen des Auslassventils direkt in den Brennraum zurückgeführt. Die Gastemperatur im Brennraum wird angehoben und Niedertemperatur-Vormischverbrennung wird ermöglicht, selbst wenn die anfängliche Verbrennungstemperatur t2 niedriger als eine Solltemperatur T4 ist.
Wie zum Beispiel in 19 gezeigt, wird die Soll-AGR mit 100 % angenommen (Einlassmenge und zurückgeführte Gasmenge sind gleich). In diesem Fall muss selbst dann, wenn die Temperatur des Kühlwassers herabgesetzt wird, die Vorverbrennungstemperatur (= die Temperatur t1 des Saugrohres vielfältig) erhöht werden, während die Temperatur des Kühlwassers sinkt, wie in der Figur gezeigt wird, um die maximale Verdichtungstemperatur (= anfängliche Verdichtungstemperatur t2) aufrechtzuerhalten.
Die Vorverdichtungstemperatur stellt ein Gleichgewicht zwischen der durch den Einlassdurchgang strömenden Luft niedriger Temperatur und dem durch das AGR-Ventil strömenden Abgas niedriger Temperatur und dem durch Öffnen eines der Abgasventile im Ansaugprozess in den Brennraum zurückströmenden Hochtemperaturgas her. Daher wird entsprechend den grafischen Kennlinien der Vorverdichtungstemperatur die Durchflussmenge von einem der Auslassventile, das im Ansaugprozess geöffnet wird, vergrößert, während die Temperatur des Kühlwassers gesenkt wird, und die Einlassventil-Durchflussmenge und die AGR-Ventil-Durchflussmenge wird verringert.
Das Ablaufdiagramm in 18 unterscheidet sich von dem in 10 nur durch einen Schritt S21. Das heißt, wenn die anfängliche Verbrennungstemperatur t2 unter einer Solltemperatur T4 liegt, dann geht die Routine von Schritt S6 zu Schritt S21 über, in dem eine AGR-Ventil-Solldurchflussmenge, eine Ablassventil-Solldurchflussmenge und eine Einlassventil-Solldurchflussmenge auf der Basis einer Kühlwassertemperatur unter Bezugnahme auf eine Tabelle wie in 19 berechnet werden. Danach werden die Vorgänge der Schritte S12, S10, S11, S9, S7, S8 wie in Ausgestaltung 1 ausgeführt.
Dann werden die Öffnung des AGR-Ventils und die Öffnung des Einlassventils sowie der Schließungsgrad des Ablassventils in einem Ablauf (nicht gezeigt) gesteuert, so dass die berechnete Solldurchflussmenge von AGR-Ventil, Ablassventil und Einlassventil jeweils erreicht wird.
Ferner ist, da die Verwirbelung im Brennraum infolge der Rückströmung des AGR-Gases zum Brennraum auf Grund dessen schwach ist, dass im Ansaugprozess ein Ablassventil offen ist, ein Abgaskanal im Spiralkanal auf der Seite des Abgasventils ausgebildet, der im Ansaugprozess offen ist, um Verringerungen des Verwirbelungsverhältnisses zu verhüten und damit das zurückströmende Gas eine Wirbelbewegung im Brennraum erzeugt.
Wenn die anfängliche Verbrennungstemperatur t2 niedriger als die Solltemperatur T4 ist, werden auf diese Weise die Niedertemperatur-AGR-Gaseingabe durch das AGR-Ventil in den Brennraum und die Ansaugluft niedriger Temperatur verringert. Die Menge des Hochtemperaturabgases, das durch Öffnen eines der Auslassventile während des Ansaugtaktes direkt in den Brennraum zurückgeführt wird, wird vergrößert. Um eine Verringerung der Stärke der Verwirbelung im Brennraum zu verhüten, die durch das zu diesem Zeitpunkt offene Ablassventil verursacht wird, ist im Spiralkanal ein Abgaskanal für das Abgasventil ausgebildet, das während des Ansauprozesses offen ist. Infolgedessen ist Niedertemperatur-Vormischverbrennung selbst bei äußerst niedrigen Temperaturen möglich, wenn die anfängliche Verbrennungstemperatur t2 unter der Solltemperatur T4 liegt. Infolgedessen werden die Abgasemissionskennlinien weiter verbessert, wenn das Motorkühlwasser eine niedrige Temperatur hat.
Die Durchflussmenge des AGR-Ventils, eines der Auslassventile und des Einlassventils variiert jeweils entsprechend der Kühlwassertemperatur. Die einfachste Form der Steuerung beinhaltet aber, dass nur eines der Ablassventile mit einem festen Öffnungsgrad geöffnet wird und das AGR-Ventil und das Einlassventil bis zur Mindestöffnung geschlossen werden (dies entspricht der Kennlinie am linken Ende von 19).
Die obige Erfindung wurde zwar mit Bezug auf gewisse Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben, die Erfindung ist aber nicht auf die oben beschriebenen Ausgestaltungen begrenzt. Für die fachkundige Person ergeben sich angesichts der obigen Lehre Modifikationen und Veränderungen der oben beschriebenen Ausgestaltungen.
Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Dieselmotor mit einem Abgasrückführungssystem, der Niedertemperatur-Vormischverbrennung bei niedrigem Verdichtungsverhältnis durchführt, wobei der Dieselmotor Folgendes umfasst: ein Kraftstoffeinspritzventil (25); eine Temperaturregelvorrichtung zum Erhöhen einer funktionellen Gastemperatur in einem Brennraum; und eine Steuereinheit (41), die beim Einleiten der Verbrennung eine als die anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) bezeichnete Umgebungstemperatur in einem Zylinder schätzt, bestimmt, ob die geschätzte anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) in einer Region unter einer ersten Solltemperatur (T1) liegt, die die Niedertemperatur-Vormischverbrennung aufrechterhält, oder nicht, und die Temperaturregelvorrichtung betätigt, so dass die anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) erhöht wird, so dass sie die erste Solltemperatur (T1) übersteigt, wenn bestimmt wird, dass die geschätzte anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) in einer Region liegt, die niedriger als die erste Solltemperatur (T1) ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (41) die Kraftstoffeinspritzverstellung des Kraftstoffeinspritzventils (25) reguliert, so dass die Temperaturanstiegsrate während der Verbrennung des Kraftstoffs in dem Zylinder höher als ein fester Wert ist.
Dieselmotor nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit (41) die anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) auf der Basis von Verdichtungsverhältnis und Motorlast schätzt.
Dieselmotor nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit (41) die anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) auf der Basis von Verdichtungsverhältnis und Ansauggastemperatur schätzt.
Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Steuereinheit (41) die Kraftstoffeinspritzverstellung steuert, so dass die Verbrennung in einem Bereich von 5° bis 20° nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung eingeleitet wird, so dass die Temperaturanstiegsrate über dem festen Wert ist.
Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Steuereinheit (41) die erste Solltemperatur (T1) lastabhängig festsetzt, so dass die Solltemperatur bei abnehmender Motorlast sinkt.
Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Temperaturregelvorrichtung mit einem Mechanismus zum Steuern der Einlassventildauer versehen ist und bei dem der Steuereingriff der Steuereinheit zum Erhöhen der anfänglichen Verbrennungstemperatur (t2) ausgeführt wird: durch Vorverstellen der Schließdauer des Einlassventils, wenn die geschätzte anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) niedriger als die erste Solltemperatur (T1) und höher als eine zweite Solltemperatur (T2) ist, die niedriger als die erste Solltemperatur ist.
Dieselmotor nach Anspruch 6, bei dem die Temperaturregelvorrichtung ferner mit einer Verwirbelungssteuervorrichtung versehen ist und bei dem der Steuereingriff der Steuereinheit zum Erhöhen der anfänglichen Verbrennungstemperatur (t2) ausgeführt wird: durch Verringern des Verwirbelungsverhältnisses und Vorverstellen der Einlassventilschließdauer, wenn die geschätzte anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) niedriger als die zweite Solltemperatur (T2) und höher als eine dritte Solltemperatur (T3) ist, die niedriger als die zweite Solltemperatur ist.
Dieselmotor nach Anspruch 6, bei dem die Temperaturregelvorrichtung ferner mit einem Mechanismus zum Regeln des Aufladungsdrucks und einer Verwirbelungssteuervorrichtung versehen ist und bei dem der Steuereingriff der Steuereinheit zum Erhöhen der anfänglichen Verbrennungstemperatur (t2) ausgeführt wird: durch Erhöhen des Aufladungsdrucks, Verringern des Verwirbelungsverhältnisses und Vorverstellen der Schließdauer des Einlassventils, wenn die geschätzte anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) niedriger als die zweite Solltemperatur (T2) und höher als eine dritte Solltemperatur (T3) ist, die niedriger als die zweite Solltemperatur ist.
Dieselmotor nach Anspruch 7, bei dem die Temperaturregelvorrichtung ferner mit einem Mechanismus zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung versehen ist und bei dem der Steuereingriff der Steuereinheit zum Erhöhen der anfänglichen Verbrennungstemperatur (t2) ausgeführt wird: durch Festsetzen einer Voreinspritzverstellung, so dass vor der Haupteinspritzung eine Voreinspritzung durchgeführt wird und die Verbrennung der Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung abgeschlossen ist, und durch Verringer des Verwirbelungsverhältnisses und Vorverstellen der Schließdauer des Einlassventils, wenn die geschätzte anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) niedriger als die dritte Solltemperatur (T3) und höher als eine vierte Solltemperatur (T4) ist, die niedriger als die dritte Solltemperatur ist.
Dieselmotor nach Anspruch 8, bei dem die Temperaturregelvorrichtung ferner mit einem Mechanismus zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung versehen ist und bei dem der Steuereingriff der Steuereinheit zum Erhöhen der anfänglichen Verbrennungstemperatur (t2) ausgeführt wird: durch Festsetzen der Voreinspritzverstellung, so dass die Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung durchgeführt wird und die Verbrennung der Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung abgeschlossen ist, und durch Erhöhen des Aufladungsdrucks, Verringern des Verwirbelungsverhältnisses und Vorverstellen der Schließdauer des Einlassventils, wenn die geschätzte anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) niedriger als die dritte Solltemperatur (T3) und höher als eine vierte Solltemperatur (T4) ist, die niedriger als die dritte Solltemperatur ist.
Dieselmotor nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Steuereinheit die Hauptkraftstoffeinspritzverstellung so steuert, dass die Haupteinspritzung nach Abschluss der Haupteinspritzung entzündet wird.
Dieselmotor nach Anspruch 10, bei dem die Temperaturregelvorrichtung ferner mit einem Ventilöffnungs- und -schließmechanismus, der die Öffnungs- und Schließdauer eines Auslassventils einer Mehrzahl von Auslassventilen, die in Bezug auf einen Zylinder bereitgestellt sind, arbiträr steuern kann, und einem AGR-Ventil (6) versehen ist, das eine Abgasmenge regelt, die in die Ansauggase zurückgeführt wird, und bei dem der Steuereingriff der Steuereinheit zum Erhöhen der anfänglichen Verbrennungstemperatur (t2) ausgeführt wird: durch Schließen des AGR-Ventils (6) und Öffnen eines der Auslassventile im Gasansaugtakt, um die Abgasmenge zu erhöhen, die in die Verbrennungskammer zurückströmt, durch Betätigen einer Voreinspritzung, so dass eine Haupteinspritzung durchgeführt wird, nachdem die Verbrennung der Voreinspritzung abgeschlossen ist, durch Erhöhen des Aufladungsdrucks und durch Verringern des Verwirbelungsverhältnisses und Vorverstellen der Schließdauer des Einlassventils, wenn die geschätzte anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) niedriger als die vierte Solltemperatur (T4) ist.
Dieselmotor nach Anspruch 10, bei dem die Temperaturregelvorrichtung mit einem Ventilöffnungs- und -schließmechanismus für ein Abgasrückführungsventil, der die Öffnungs- und Schließdauer eines Auslassventils einer Mehrzahl von Auslassventilen arbiträr steuern kann, die in Bezug auf einen Zylinder bereitgestellt sind, einer Einlassventilsteuervorrichtung, die die Öffnungs- und Schließdauer eines Einlassventils arbiträr regulieren kann, und einem AGR-Ventil (6) versehen ist, das eine Abgasmenge regelt, die in die Ansauggase zurückgeführt wird, und bei dem der Steuereingriff der Steuereinheit zum Erhöhen der anfänglichen Verbrennungstemperatur (t2) ausgeführt wird: durch Öffnen eines Auslassventils bei sinkender Temperatur des Kühlwassers während des Ansaugtakts, um die Abgasmenge zu erhöhen, die in die Verbrennungskammer zurückströmt, durch Verringern der Menge der angesaugten Luft und des rückgeführten Gases, die durch das AGR-Ventil (6) in den Brennraum strömt, bei sinkender Temperatur des Kühlwassers, durch Betätigen einer Voreinspritzung, so dass eine Haupteinspritzung durchgeführt wird, nachdem die Verbrennung der Voreinspritzung abgeschlossen ist, durch Erhöhen des Aufladungsdrucks und durch Verringern des Verwirbelungsverhältnisses und Vorverstellen der Schließdauer des Einlassventils, wenn die geschätzte anfängliche Verbrennungstemperatur (t2) niedriger als die vierte Solltemperatur (T4) ist.
Dieselmotor nach Anspruch 12 oder 13, bei dem ein Auslasskanal eines der Auslassventile, das sich während des Ansaugtaktes öffnet, als ein Spiralkanal ausgebildet ist.