DE112015000452B4

DE112015000452B4 - Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE112015000452B4
Application number: DE112015000452.1T
Authority: DE
Inventors: Yuta OCHI; Toshimi Kashiwagura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2035-01-17
Also published as: CN106414971B; WO2015111392A1; JP6056776B2; JP2015137586A; CN106414971A; DE112015000452T5; US9784207B2; US20160333818A1

Abstract

Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend:ein Kraftstoffeinspritzventil, welches in der Lage ist, Ottokraftstoff als Kraftstoff in eine Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen;eine Zündkerze, deren Position relativ zu dem Kraftstoffeinspritzventil in einer solchen Art und Weise eingestellt ist, dass ein durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzter Kraftstoffstrahl einen zündfähigen Bereich durchläuft und die Zündkerze den Kraftstoffstrahl direkt fremdzünden kann; undVerbrennungssteuerungsmittel, welche derart konfiguriert sind, dass diese eine Voreinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil bei einer vorbestimmten Voreinspritzzeit während eines Verdichtungstaktes, und eine Haupteinspritzung bei einer solchen vorbestimmten Einspritz-Startzeit vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes, welche ermöglicht, dass eine Verbrennung durch eine Flamme gestartet wird, die durch eine Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes erzeugt wird, nachdem ein durch den vorab eingespritzten Kraftstoff ausgebildeter Vorstrahl durch die Zündkerze fremdgezündet ist, durchführen, wodurch eine vorbestimmte Art und Weise der Verbrennung hervorgerufen wird, bei welcher eine Selbstzündung auftritt und zumindest ein Teil des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes durch eine Diffusionsverbrennung verbrannt wird, wobei, wenn die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes erhöht ist, die Verbrennungssteuerungsmittel die Voreinspritzzeit im Ansprechen auf die Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach früh verschieben und dadurch ein Einspritzintervall zwischen der Voreinspritzzeit und der vorbestimmten Einspritz-Startzeit der Haupteinspritzung vergrößern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine.
Allgemeiner Stand der Technik
Was als Dieselverbrennung bezeichnet ist, bei welcher Kraftstoff direkt in verdichtete Luft in der Verbrennungskammer eingespritzt wird, sich selbst entzündet und durch eine Diffusionsverbrennung verbrannt wird, ist gegenüber der Funkenzündungs- bzw. Fremdzündungsverbrennung hinsichtlich des ausgezeichneten thermischen Wirkungsgrads vorteilhaft. Obwohl der bei der Dieselverbrennung allgemein verwendete Kraftstoff Leichtöl mit einer relativ niedrigen Selbstzündungstemperatur ist, offenbart die JP 2003 - 254 105 A beispielsweise eine Technologie, bei welcher Erdgas mit einer relativ hohen Selbstzündungstemperatur als Kraftstoff bei der Dieselverbrennung verwendet wird. Insbesondere wird die Kraftstoffeinspritzung in einem vorbestimmten Bereich in der Verbrennungskammer in einem frühen oder mittleren Stadium des Verdichtungstaktes durchgeführt und das in dem vorgenannten Bereich gebildete Luft-Kraftstoff-Gemisch wird zu einer Zeit kurz vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes entzündet, um einen Hochtemperatur-, Hochdruck-Zustand zu erzeugen, welcher eine Selbstzündung von Erdgas in der Verbrennungskammer ermöglicht. Zusätzlich wird Kraftstoff in einem Hochtemperatur-, Hochdruck-Zustand für eine Diffusionsverbrennung nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes in die Verbrennungskammer eingespritzt.
Außerdem wurden ebenso Versuche zum Zünden von Ottokraftstoff durch eine Selbstzündung und Verbrennen desselben durch eine Diffusionsverbrennung in fremdgezündeten Ottomotoren durchgeführt. Beispielsweise wird bei der in der JP 2002 - 276 442 A offenbarten Technologie eine erste Kraftstoffeinspritzung in einer Phase in der ersten Hälfte des Verdichtungstaktes durchgeführt, um in der gesamten Verbrennungskammer ein im Wesentlichen homogenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis auszubilden, und das durch diese Kraftstoffeinspritzung ausgebildete Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch einen Funken entzündet. Danach wird eine zweite Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, um den so eingespritzten Kraftstoff zu verbrennen, so dass sich der verbleibende Kraftstoff mit einer Zunahme der Temperatur und des Drucks in der Verbrennungskammer infolge der Verbrennung selbst entzündet. Diese Technologie kann den Betriebsbereich vergrößern, in welchem das Auftreten von Klopfen verhindert werden kann, wodurch der Vorteil der Dieselverbrennung in Anspruch genommen werden kann.
Die JP 2007 - 64 187 A offenbart eine Technologie betreffend die Dieselverbrennung in einem Ottomotor zum Zwecke der Klopfunterdrückung, wie bei der in der JP 2002 - 276 442 A offenbarten Technologie. Insbesondere wird in einem relativ hohen Last-Betriebsbereich eines Ottomotors, in welchem ein Klopfen wahrscheinlich auftritt, eine erste Kraftstoffeinspritzung in einer Phase vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes durchgeführt und der auf diese Art und Weise eingespritzte Kraftstoff wird durch eine Funken- bzw. Fremdzündung verbrannt, und eine Kraftstoffeinspritzung für eine Diffusionsverbrennung wird in einer Phase nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes, in welcher der Druck in der Verbrennungskammer aufgrund der Verbrennung hoch ist, durchgeführt. Bei dieser Technologie wird die Zeit der ersten Kraftstoffeinspritzung gemäß der Maschinendrehzahl angepasst, um eine Verbrennung zu erreichen, welche zum Unterdrücken von Klopfen geeignet ist.
Darüber hinaus offenbart die US 4 621 599 A einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung mit einem Kraftstoffeinspritzventil, um Kraftstoff direkt einem Zylinder zuzuführen, und einer Zündkerze, die in der Nähe des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet ist, um Kraftstoff im Zylinder zu entzünden. Eine Hilfskraftstoffeinspritzung erfolgt in der Nähe des oberen Totpunktes des Verdichtungstaktes, die anschließende Hauptkraftstoffeinspritzung wird nach Beendigung der Hilfskraftstoffeinspritzung durchgeführt, und gleichzeitig wird der durch die Hilfskraftstoffeinspritzung erzeugte Strahl durch die Zündkerze entzündet.
Zudem offenbart die DE 199 36 201 A1 eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die mit einem Brennraum versehen ist, in den Kraftstoff in einer ersten Betriebsart während einer Ansaugphase, in einer zweiten Betriebsart während einer Verdichtungsphase oder in einer dritten Betriebsart während der Ansaug- und während der Verdichtungsphase direkt von einem Einspritzventil einspritzbar und von einer Zündkerze entzündbar ist. Durch das Steuergerät wird in der dritten Betriebsart bei einem Klopfen der Brennkraftmaschine die Masse des während der Ansaugphase eingespritzten Kraftstoffs reduziert.
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Um eine Dieselverbrennung in einer Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung von Kraftstoff mit einer relativ hohen Selbstzündungstemperatur hervorzurufen, wie in einem Ottomotor, ist es notwendig, dass die Temperatur und der Druck in der Verbrennungskammer hoch genug sind, um dem eingespritzten Kraftstoff zu der Zeit, wenn die Haupteinspritzung durchgeführt wird, welche die Leistung der Verbrennungskraftmaschine bestimmt, zu ermöglichen, dass sich dieser selbst entzündet und durch eine Diffusionsverbrennung verbrannt wird. In dem Fall, bei welchem eine erste Einspritzung vor der Haupteinspritzung unmittelbar nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes durchgeführt wird und der Kraftstoff durch einen Funken gezündet wird, um zu verbrennen, wie im Falle des vorstehend beschriebenen Standes der Technik, bewirkt die erste Einspritzung als solche eine Verbrennung während des Verdichtungstaktes. Dies entspricht einer Ursache für eine Abnahme der Leistung der Verbrennungskraftmaschine. Folglich ist es schwierig, den thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine zu verbessern. Darüber hinaus beschreibt der vorgenannte Stand der Technik die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads während der Dieselverbrennung in fremdgezündeten Verbrennungskraftmaschinen nicht ausreichend.
Die vorliegende Erfindung erfolgte mit Blick auf die vorstehend beschriebenen Probleme und Aufgabe davon ist es, sowohl eine stabile Dieselverbrennung als auch eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads in einer Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung eines Kraftstoffes mit einer relativ hohen Selbstzündungstemperatur zu erreichen.
Lösung des Problems
Um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, haben wir bei der vorliegenden Erfindung eine Steuerungsvorrichtung entwickelt, die eine vorbestimmte Art und Weise der Verbrennung hervorruft, bei der eine Voreinspritzung vor einer Haupteinspritzung, welche die Leistung einer Verbrennungskraftmaschine hauptsächlich bestimmt, durchgeführt wird, der durch die Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoff (welcher nachfolgend als der „vorab eingespritzte Kraftstoff‟ bezeichnet ist) durch einen Funken entzündet wird und anschließend zumindest der durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff (welcher nachfolgend als der „bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff“ bezeichnet ist) durch eine Dieselverbrennung verbrannt wird. Darüber hinaus ist bei der von uns entwickelten Verbrennungssteuerung die Voreinspritzzeit nach vorne bzw. früh verschoben, wenn die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes bei der vorstehend beschriebenen Art und Weise der Verbrennung erhöht ist. Mit den vorstehenden Merkmalen ist es möglich, sowohl eine stabile Dieselverbrennung als auch eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads in der Verbrennungskraftmaschine zu erreichen. Es ist anzumerken, dass die Ausdrücke „vor“ bzw. „vorab“ und „Haupt“ im Kontext der vorliegenden Erfindung Einspritzungen lediglich hinsichtlich deren zeitlicher Rangfolge und Nachzeitigkeit qualifizieren, und diese Ausdrücke sollen nicht in irgendeinem beschränkenden Sinne abweichend von der im Nachfolgenden beschriebenen technischen Bedeutung ausgelegt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, mit einem Kraftstoffeinspritzventil, welches in der Lage ist, Kraftstoff in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen, einer Zündvorrichtung, deren Position relativ zu dem Kraftstoffeinspritzventil in einer solchen Art und Weise eingestellt ist, dass ein durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzter Kraftstoffstrahl einen zündfähigen Bereich durchläuft und die Zündvorrichtung den Kraftstoffstrahl direkt entzünden kann, und Steuerungsmitteln, welche eine Voreinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil bei einer vorbestimmten Voreinspritzzeit während des Verdichtungstaktes, und eine Haupteinspritzung bei einer solchen vorbestimmten Einspritz-Startzeit vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes, die ermöglicht, dass die Verbrennung durch eine Flamme gestartet wird, die durch die Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes erzeugt wird, nachdem ein Vorstrahl, welcher durch den vorab eingespritzten Kraftstoff ausgebildet wird, durch die Zündvorrichtung entzündet wird, durchführt, wodurch eine vorbestimmte Art und Weise der Verbrennung hervorgerufen wird, bei welcher eine Selbstzündung auftritt und zumindest ein Teil des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes durch eine Diffusionsverbrennung verbrannt wird, wobei, wenn die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes erhöht ist, die Verbrennungssteuerungsmittel die Voreinspritzzeit im Ansprechen auf die Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach vorne bzw. früh rückt bzw. verschiebt.
Die Position der Zündvorrichtung relativ zu dem Kraftstoffeinspritzventil ist in einer solchen Art und Weise eingestellt, dass die Zündvorrichtung einen passierenden Kraftstoffstrahl direkt entzünden kann, welcher einem Kraftstoffstrahl entspricht, der durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird und den zündfähigen Bereich passiert bzw. durchläuft. Im Allgemeinen wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch durch eine in der Verbrennungskammer ausgebildete Gasströmung gemäß der Ziel-Verbrennungsform, wenn das Einlassventil geöffnet wird, oder durch die Gestalt einer Vertiefung oder dergleichen, welche auf der Oberseite des Kolbens angeordnet ist, hin zu dem zündfähigen Bereich der Zündvorrichtung gebracht, so dass der Kraftstoffstrahl entzündet wird. Bei einem solch allgemein verwendeten Modus der Zündung hängt die Einspritzzeit, zu welcher die Einspritzung durch das Einspritzventil durchzuführen ist, in hohem Maße von der Öffnungszeit des Einlassventils und der Position des Kolbens in dem Zylinder und weiteren Faktoren ab. Im Gegensatz dazu besitzt die Steuerung der Kraftstoffeinspritzzeit und des Zündzeitpunkts bei der Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung eine sehr hohe Flexibilität, da die relative Position des Kraftstoffeinspritzventils und der Zündvorrichtung relativ zueinander eingestellt ist, wie vorstehend beschrieben ist, was eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzungen durch die Verbrennungssteuerungsmittel ermöglicht, welche später beschrieben ist. Vorzugsweise ist die Zündvorrichtung derart angepasst, dass diese in der Lage ist, den durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten, passierenden Kraftstoffstrahl zu einer gewünschten Zeit ohne Bezug auf die Öffnungszeit des Einlassventils und die Kolbenposition der Verbrennungskraftmaschine direkt zu zünden.
Bei der vorbestimmten Art und Weise der Verbrennung, welche durch die Verbrennungssteuerungsmittel hervorgerufen wird, werden zunächst eine Voreinspritzung zu der vorbestimmten Voreinspritzzeit während des Verdichtungstaktes und eine Zündung des Vorstrahls durch die Zündvorrichtung durchgeführt. Danach wird zu der vorbestimmten Einspritz-Startzeit vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes die Haupteinspritzung durchgeführt, so dass eine Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung auftritt. Die Haupteinspritzung entspricht einer Kraftstoffeinspritzung, welche in einer solchen Art und Weise durchgeführt wird, dass die Verbrennung durch eine Flamme gestartet wird, die bei dem vorab eingespritzten Kraftstoff erzeugt wird. Daher wird eine Wechselbeziehung der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung in einer solchen Art und Weise gesteuert, dass ein Teil des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes durch eine Flamme entzündet wird, die durch eine Zündungsverbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes erzeugt wird, und danach eine Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung auftritt. Daher entspricht die vorbestimmte Voreinspritzzeit, zu welcher die Voreinspritzung durchgeführt wird, nicht einfach einer Einspritzzeit während des Verdichtungstaktes, sondern diese ist unter Berücksichtigung der Wechselbeziehung derselben mit der Haupteinspritzung derart eingestellt, dass diese eine Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung nach der Haupteinspritzung ermöglicht.
Wir haben uns bemüht herauszufinden, dass die vorbestimmte Art und Weise der Verbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung die Stabilität der Verbrennung und die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads der Verbrennungskraftmaschine bewerkstelligen kann, was vom Stand der Technik nicht erreicht werden kann. Als eine der Ursachen für die vorstehenden Effekte gilt, dass die vorstehend beschriebene Wechselbeziehung der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung zu der Zeit der Einspritzung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes einen Hochtemperatur-, Hochdruck-Zustand durch die Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes in der Verbrennungskammer schafft, und dass sich ein Teil des vorab eingespritzten Kraftstoffes zusammen mit dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff selbst entzündet und durch eine Diffusionsverbrennung verbrannt wird, um wirkungsvoll zu der Maschinenleistung beizutragen. Die Ursache für die Stabilität der Verbrennung und die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads der Verbrennungskraftmaschine, wie durch die vorliegende Erfindung erreicht, ist nicht notwendigerweise auf die vorstehend Beschriebene beschränkt, und sämtliche Steuerungsvorrichtungen basierend auf der vorstehend beschriebenen technischen Idee sind in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten, auch wenn die vorstehend beschriebenen Effekte durch andere Ursachen hervorgerufen werden.
Wenn bei der vorstehend beschriebenen Art und Weise der Verbrennung die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes aufgrund der Zunahme der Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine oder aus anderen Gründen erhöht ist, verschieben die Verbrennungssteuerungsmittel die Voreinspritzzeit gemäß der Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach vorne bzw. früh. Falls die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes mit der festgelegten Voreinspritzzeit erhöht wird, würde die Menge des durch die Zündung durch die Zündkerze verbrannten Kraftstoffes nach der Voreinspritzung zunehmen. Mit Blick darauf ist die Voreinspritzzeit nach vorne bzw. früh verschoben, wenn die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes erhöht ist. Es wird erachtet, dass dies zu einer Zunahme der Menge des in der Verbrennungskammer verbleibenden Kraftstoffes auch zu der Zeit der Haupteinspritzung führt. Da der auch zu der Zeit der Haupteinspritzung in der Verbrennungskammer verbleibende vorab eingespritzte Kraftstoff zusammen mit dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff einer Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung unterzogen wird, trägt dieser zu der Maschinenleistung bei. Falls darüber hinaus die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes mit der festgelegten Voreinspritzzeit erhöht ist, tritt nach der Haupteinspritzung lokal eine Situation auf, in welcher es schwierig ist, eine Diffusionsverbrennung wirkungsvoll zu erreichen, die Sauerstoff aufnimmt, und es ist wahrscheinlich, dass Russ erzeugt wird. Falls die Voreinspritzzeit gemäß der Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach früh verschoben ist, wird die Voreinspritzung in einem Zustand durchgeführt, bei welchem der Druck in der Verbrennungskammer niedriger ist als dieser in dem Fall, bei welchem die Voreinspritzzeit nicht nach früh verschoben ist. Daher wird Luft in der Verbrennungskammer wirkungsvoll verwendet und die Erzeugung von Russ kann verhindert oder reduziert werden. Folglich kann die vorstehend beschriebene, vorbestimmte Art und Weise der Verbrennung mit der vorstehend beschriebenen Stabilität der Verbrennung und der Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads der Verbrennungskraftmaschine über einen breiteren Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine können die Verbrennungssteuerungsmittel im Ansprechen auf die Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes die Voreinspritzzeit nach früh verschieben und ein Zündintervall zwischen der Voreinspritzzeit und der Zeit der Zündung durch die Zündvorrichtung erhöhen bzw. vergrößern. Die Wechselbeziehung zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung kann ebenso durch ein angepasstes Zündintervall angepasst werden. Insbesondere führt ein Vergrößern des Zündintervalls zu einer Veränderung des Strömungszustands des vorab eingespritzten Kraftstoffes in der Verbrennungskammer zu der Zeit der Zündung. Dies führt wiederum zu einer Abnahme des Anteils des vorab eingespritzten Kraftstoffes, welcher durch eine Zündung durch die Zündvorrichtung verbrannt wird, und zu einer Zunahme des Anteils des vorab eingespritzten Kraftstoffes, welcher mit dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff verbrannt wird, welche in einer Art und Weise erachtet werde, dass diese die Wechselbeziehung der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung verändern. Folglich werden eine Reduktion von Russ und eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads der Verbrennungskraftmaschine durch das Verschieben der Voreinspritzzeit nach früh erreicht.
Bei der vorstehend beschriebenen Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine können die Verbrennungssteuerungsmittel, wenn die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine höher bzw. größer oder gleich einer vorbestimmten ersten Last ist, die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes entsprechend der Zunahme der Maschinenlast erhöhen und die Voreinspritzzeit entsprechend der Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach früh verschieben. Die vorstehend erwähnte, vorbestimmte erste Last entspricht einer Maschinenlast, bei welcher die Menge von eingespritztem Kraftstoff, welcher bei der Verbrennung in einem Zyklus in der Verbrennungskraftmaschine verbrannt wird, relativ groß ist. In diesem Fall liegen ein Teil des vorab eingespritzten Kraftstoffes und der bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff in der Verbrennungskammer nach der Haupteinspritzung in einem Zustand vor, in welchem verfügbare Luft lokal unzureichend ist, während die Maschinenlast zunimmt. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass Russ erzeugt wird. Als eine Gegenmaßnahme hierfür ist bei der vorliegenden Erfindung die Voreinspritzmenge erhöht und deren Einspritzzeit ist im Ansprechen auf die Zunahme der Maschinenlast nach früh verschoben, wie vorstehend beschrieben ist. Daher können sowohl eine Anpassung an die erhöhte Maschinenlast als auch eine Reduktion von Russ erreicht werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird, da die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung miteinander in Zusammenhang stehen, wenn die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes erhöht ist, ein Teil davon zusammen mit dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff verbrannt. Daher kann der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine auf ausreichenden Niveaus gehalten werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine können die Verbrennungssteuerungsmittel, wenn die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine größer oder gleich einer vorbestimmten zweiten Last ist, die höher als die erste Last ist, die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes entsprechend der Zunahme der Maschinenlast erhöhen, während die Menge des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes auf einer vorbestimmten, oberen Grenzmenge gehalten wird, und die Voreinspritzzeit entsprechend der Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach früh verschieben. Die vorstehend erwähnte, vorbestimmte zweite Last entspricht einer Maschinenlast, bei welcher, falls die Menge des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes mit einer weiteren Zunahme der Menge des bei der Verbrennung in einem Zyklus in der Verbrennungskraftmaschine eingespritzten Kraftstoffes erhöht ist, eine Wahrscheinlichkeit auftritt, dass aufgrund des Effekts der latenten Verdampfungswärme des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes erzeugt werden kann. Wenn daher die Maschinenlast die höhere zweite Last erreicht oder übersteigt, wird die Menge des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes auf der vorbestimmten oberen Grenzmenge gehalten, um die obere Grenzmenge nicht zu überschreiten, wodurch Russ reduziert wird. Die Zunahmen der Menge des Kraftstoffes im Ansprechen auf die Zunahmen der Maschinenlast werden durch Erhöhen der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes und durch Verschieben der Voreinspritzzeit nach früh erreicht. Durch das Durchführen der vorstehend beschriebenen Steuerung für die vorbestimmte Art und Weise der Verbrennung kann die vorbestimmte Art und Weise der Verbrennung in einem breiteren Hochlastbereich der Verbrennungskraftmaschine angewendet werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine können die Verbrennungssteuerungsmittel, wenn sich die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine in einem vorbestimmten Niedriglastbereich befindet, die Menge der vorab eingespritzten Menge nicht entsprechend der Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine erhöhen, sondern die Einspritzmenge des vorab eingespritzten Kraftstoffes auf einer minimalen Voreinspritzmenge halten, welche der kleinsten Einspritzmenge bei der Voreinspritzung entspricht. Wenn sich die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine in dem vorbestimmten Niedriglastbereich befindet, ist die Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zyklus relativ klein. Falls in solchen Fällen die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes unangemessen groß gestaltet wird, nimmt die Menge des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes ab. Außerdem kann die Abnahme der Menge des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes zu einer signifikanten Abnahme des thermischen Wirkungsgrads der Verbrennungskraftmaschine führen, auch wenn die vorstehend beschriebene Wechselbeziehung zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung geschaffen ist. Falls andererseits die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes unangemessen klein gestaltet wird, ist es nicht möglich, eine Flamme zum Entzünden des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes geeignet zu erzeugen oder einen Hochtemperatur-, Hochdruck-Zustand in der Verbrennungskammer für eine Diffusionsverbrennung geeignet zu schaffen, was möglicherweise zu einer instabilen Verbrennung führt. Daher ist die vorgenannte minimale Voreinspritzmenge als eine Menge eingestellt, bei welcher die vorab eingespritzte Kraftstoffmenge in dem Niedriglastbereich gehalten wird, um einen zufriedenstellenden thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine und eine Stabilität der Verbrennung in dem Niedriglastbereich zu erreichen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, sowohl eine stabile Dieselverbrennung als auch eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads derselben in einer Verbrennungskraftmaschine unter Verwendung eines Kraftstoffes mit einer relativ hohen Selbstzündungstemperatur zu erreichen.
Figurenliste

1 ist eine Abbildung, welche die allgemeine Konfiguration der Lufteinlass- und Auslasssysteme einer Verbrennungskraftmaschine zeigt, auf welche eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
2 ist eine Abbildung, welche einen Modus einer Zündung durch eine Zündvorrichtung zeigt, mit welcher die in 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine ausgerüstet ist.
3 ist eine Abbildung, welche eine durch eine Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführte Verbrennungssteuerung darstellt (welche nachfolgend als die „Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung“ bezeichnet ist).
4 ist ein erstes Diagramm, welches die Veränderung der Wärmeabgaberate in der Verbrennungskammer mit der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Voreinspritzmenge und der Verbrennungseffizienz bzw. dem Verbrennungswirkungsgrad des vorab eingespritzten Kraftstoffes in einem Fall zeigt, bei welchem die Voreinspritzung in der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung bei der in 1 gezeigten Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird, wobei eine Messung für unterschiedliche Voreinspritzzeiten durchgeführt ist.
6 ist ein zweites Diagramm, welches die Veränderung der Wärmeabgaberate in der Verbrennungskammer mit der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 umfasst ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Maschinenlast und dem thermischen Wirkungsgrad zeigt, und ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Maschinenlast und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer in einem Fall zeigt, bei welchem die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung auf die in 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine angewendet wird.
8 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Voreinspritzmenge und dem thermischen Wirkungsgrad in der Verbrennungskraftmaschine in dem Niedriglastzustand bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 umfasst ein Diagramm, welches die Veränderung des Drucks in dem Zylinder zeigt, und ein Diagramm, welches die Veränderung der Wärmeabgaberate für unterschiedliche Voreinspritzmengen bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Diagramm, welches die Veränderung des thermischen Wirkungsgrads mit der Veränderung des Einspritzintervalls zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 umfasst ein Diagramm, welches die Veränderung des Betrags von erzeugtem Russ zeigt, und ein Diagramm, welches die Veränderung des thermischen Wirkungsgrads zeigt, mit einer Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes und einer Verschiebung der Voreinspritzzeit nach früh in einem Fall, bei welchem die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung auf die in 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine angewendet wird.
12 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen dem Betrag von erzeugtem Russ und dem thermischen Wirkungsgrad, die für unterschiedliche Voreinspritzmengen gemessenen ist, in einem Fall zeigt, bei welchem die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung auf die in 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine angewendet wird.
13 ist ein Flussdiagramm der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche auf die in 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine angewendet wird.
14 ist ein erstes Diagramm, welches Steuerungskennfelder bzw. Steuerungskennlinien für die Voreinspritzung, die Zündung des vorab eingespritzten Kraftstoffes und die Haupteinspritzung zeigt, welche für die in 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine verwendet werden.
15 ist ein zweites Diagramm, welches Steuerungskennfelder bzw. Steuerungskennlinien für die Voreinspritzung, die Zündung des vorab eingespritzten Kraftstoffes und die Haupteinspritzung zeigt, welche für die in 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine verwendet werden.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Nachfolgenden sind spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben. Die Dimensionen, Materialien, Gestaltungen, relativen Anordnungen und weitere Merkmale der Komponenten, welche in Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschrieben sind, sind nicht dahingehend gedacht, dass diese den technischen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung lediglich auf diese beschränken, solange diese nicht in besonderer Art und Weise angegeben ist.
[Beispiel 1]
1 ist eine Abbildung, welche die allgemeine Konfiguration der Lufteinlass- und Auslasssysteme einer Verbrennungskraftmaschine zeigt, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird. Die in 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine 1 ist eine Viertaktzyklus-, Fremdzündungs-Verbrennungskraftmaschine (Benzin- bzw. Ottomotor) mit einer Mehrzahl von Zylindern. 1 zeigt lediglich einen der Mehrzahl von Zylindern.
In jedem Zylinder 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 ist ein Kolben 3 in einer verschiebbaren bzw. gleitfähigen Art und Weise vorgesehen. Der Kolben 3 ist durch einen Verbindungsstab bzw. ein Pleuel 4 mit einer Ausgangswelle (Kurbelwelle) verbunden, die in den Abbildungen nicht gezeigt ist. Das Innere des Zylinders 2 steht mit Einlass- bzw. Ansaugkanälen 7 und Auslasskanälen 8 in Verbindung. Ein Ende des Ansaugkanals 7, welches sich in bzw. hin zu dem Zylinder 2 öffnet, wird durch ein Einlassventil 9 geöffnet/geschlossen. Ein Ende des Auslasskanals 8, welches sich in bzw. hin zu dem Zylinder 2 öffnet, wird durch ein Auslassventil 10 geöffnet/geschlossen. Das Einlassventil 9 und das Auslassventil 10 werden entsprechend durch einen Einlassnocken und einen Auslassnocken, die in den Abbildungen nicht gezeigt sind, angetrieben, um geöffnet/geschlossen zu sein.
Darüber hinaus ist jeder Zylinder 2 mit einem Kraftstoffeinspritzventil 6 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder vorgesehen. Das Kraftstoffeinspritzventil 6 ist bei der Mitte bei dem oberen Ende der in dem Zylinder 2 ausgebildeten Verbrennungskammer angeordnet. Darüber hinaus ist in dem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine 1 eine Zündkerze 5 vorgesehen, welche den durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 eingespritzten Kraftstoff zünden kann. Insbesondere besitzt das Kraftstoffeinspritzventil 6 eine Einspritzöffnung 6a, mit welcher Kraftstoff nahezu radial in 16 (sechszehn) Richtungen eingespritzt werden kann, wie in 2 gezeigt ist. Die Position der Zündkerze 5 relativ zu dem Kraftstoffeinspritzventil 6, insbesondere die Position eines Bereichs 5a zwischen Elektroden, in welchem die Zündkerze 5 zünden kann, relativ zu dem Kraftstoffeinspritzventil 6, ist in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass zumindest einer der von der Einspritzöffnung 6a eingespritzten Kraftstoffstrahlen oder Kraftstoffdüsenstrahlen den Bereich 5a durchläuft bzw. passiert, und dass der auf diese Art und Weise durch diesen laufende Kraftstoffstrahl durch einen Zwischen-Elektrodenstrom, welcher in dem Bereich 5a fließt, direkt gezündet werden kann. Die Zündkerze 5 ist zwischen den beiden Einlassventilen 9 angeordnet, so dass diese den Betrieb der Einlassventile 9 und der Auslassventile 10 nicht beeinträchtigt.
Die Zündkerze 5 und das Kraftstoffeinspritzventil 6, wie vorstehend konfiguriert, können eine strahlgeführte Verbrennung ausführen. Mit anderen Worten, die Zündkerze 5, welche in einer solchen Art und Weise angeordnet ist, dass diese in der Lage ist, den durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 eingespritzten Kraftstoff direkt zu zünden, und das Kraftstoffeinspritzventil 6 ermöglichen eine Zündung des eingespritzten Kraftstoffes, welcher den Bereich 5a durchläuft, zu irgendeiner gewünschten Zeit unabhängig von der Öffnungszeit der Einlassventile 9 der Verbrennungskraftmaschine 1 oder der Position des Kolbens 3. Andererseits ist es im Falle einer luftgeführten Verbrennung, bei welcher der über das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzte Kraftstoff mittels einer in die Verbrennungskammer strömenden Luft mit einer Öffnung des Einlassventils hin zu der Umgebung der Zündkerze geführt wird, um diesen zu zünden, und im Falle einer wandgeführten Verbrennung, bei welcher der eingespritzte Kraftstoff unter Verwendung der Gestaltung einer auf der Oberseite des Kolbens vorgesehenen Vertiefung hin zu der Umgebung der Zündkerze geführt wird, um diesen zu zünden, schwierig, eine Kraftstoffeinspritzung und Zündung durchzuführen, sofern nicht eine vorbestimmte Zeit zum Öffnen des Einlassventils erreicht ist und eine vorbestimmte Kolbenposition geschaffen ist. Die strahlgeführte Verbrennung gemäß diesem Beispiel ermöglicht im Vergleich zu der luftgeführten Verbrennung und der wandgeführten Verbrennung eine sehr flexible Kraftstoffeinspritzungs- und Zündzeitpunktsteuerung.
Mit Rückbezug auf 1 steht der Ansaugkanal 7 mit einem Einlassdurchlass 70 in Verbindung. Der Einlassdurchlass 70 ist mit einem Drosselventil 71 vorgesehen. Ein Luftströmungsmesser 72 ist in dem Einlassdurchlass 70 stromaufwärts des Drosselventils 71 vorgesehen. Andererseits steht der Auslasskanal 8 mit einem Auslassdurchlass 80 in Verbindung. Ein Abgasreinigungskatalysator 81 zum Reinigen des von der Verbrennungskraftmaschine 1 abgeführten Abgases ist in dem Auslassdurchlass 80 vorgesehen. Wie später beschrieben ist, weist das von der Verbrennungskraftmaschine 1 abgeführte Abgas ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf, welches magerer als Stöchiometrie ist, und ein Katalysator für eine selektive katalytische Reduktion von NO_x, welcher in der Lage ist, NO_x in dem Abgas mit einem solch mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu entfernen, und ein Filter, welcher in der Lage ist, Partikel (PM) in dem Abgas aufzunehmen, können als der Abgasreinigungskatalysator 81 eingesetzt werden.
Darüber hinaus ist eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 20 bei der Verbrennungskraftmaschine 1 angefügt. Die ECU 20 entspricht einer Einheit, welche den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 und der Abgasreinigungsvorrichtung usw. steuert. Die ECU 20 ist mit dem vorgenannten Luftströmungsmesser 72, einem Kurbelpositionssensor 21 und einem Gaspedalpositionssensor 22 elektrisch verbunden, und Messwerte der Sensoren werden hin zu der ECU 20 geführt. Daher kann die ECU 20 den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1, wie die Einlassluftmenge basierend auf dem Messwert des Luftströmungsmessers 72, die Maschinendrehzahl basierend auf dem Messwert des Kurbelpositionssensors 21 und die Maschinenlast basierend auf dem Messwert des Gaspedalpositionssensors 22 erkennen. Die ECU 20 ist außerdem mit dem Kraftstoffeinspritzventil 6, der Zündkerze 5 und dem Drosselventil 71 usw. elektrisch verbunden. Diese Komponenten werden durch die ECU 20 gesteuert.
<Verbrennungs steuerung>
Nun ist mit Bezug auf 3 eine bei der Verbrennungskraftmaschine 1 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration durchgeführte Verbrennungssteuerung beschrieben. 3(a) zeigt schematisch einen Vorgang der Kraftstoffeinspritzung und Zündung bei der bei der Verbrennungskraftmaschine 1 durchgeführten Verbrennungssteuerung von links nach rechts der Abbildung in zeitlicher Abfolge (siehe obere Reihe von 3(a)), und Phänomene mit Bezug auf die Verbrennung, welche in der Verbrennungskammer infolge der Kraftstoffeinspritzung und Zündung nacheinander auftreten (siehe die untere Reihe von 3(a)). 3(b) zeigt eine Beziehung der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung, welche bei den in 3(a) gezeigten Kraftstoffeinspritzungen enthalten sind, und eine Zündung auf einer Zeitlinie. Der in 3 gezeigte Modus ist lediglich als eine schematische Darstellung der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben und die vorliegende Erfindung sollte nicht dahingehend betrachtet werden, dass diese auf diesen Modus beschränkt ist.
Bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung in einem Zyklus durchgeführt. Die Voreinspritzung entspricht einer zu einer vorbestimmten Zeit während des Verdichtungstaktes durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 durchgeführten Kraftstoffeinspritzung. Die Haupteinspritzung entspricht einer Kraftstoffeinspritzung, welche zu einer Zeit nach der Voreinspritzung und vor dem oberen Totpunkt (OT) des Verdichtungstaktes ebenso durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 durchgeführt wird. Wie in 3(b) gezeigt, ist die Einspritz-Startzeit der Voreinspritzung (welche nachfolgend einfach als die „Voreinspritzzeit“ bezeichnet ist) mit Tp bezeichnet und die Einspritz-Startzeit der Haupteinspritzung (welche nachfolgend einfach als die „Haupteinspritzzeit“ bezeichnet ist) ist mit Tm bezeichnet. Das Intervall zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung (Tm - Tp) ist als das Einspritzintervall Di definiert. Die Verbrennung mit der Voreinspritzung wird als die vorstehend beschriebene strahlgeführte Verbrennung durchgeführt und der durch die Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoff (welcher nachfolgend als „vorab eingespritzter Kraftstoff“ bezeichnet ist) wird unter Verwendung der Zündkerze 5 entzündet. Die Zeit dieser Zündung bzw. der Zündzeitpunkt ist mit Ts bezeichnet, wie in 3(b) gezeigt, und das Intervall ausgehend von dem Start der Voreinspritzung hin zu dem Zündzeitpunkt (Ts - Tp) ist als das Zündintervall Ds definiert.
Im Nachfolgenden ist der Vorgang der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Voreinspritzung
In einem Zyklus bei einer Basis-Verbrennungssteuerung wird zunächst die Voreinspritzung bei einer vorbestimmten Zeit während des Verdichtungstaktes durchgeführt. Die Voreinspritzzeit Tp wird in Zusammenhang mit der später beschriebenen Haupteinspritzung ermittelt. Nachdem die Voreinspritzung gestartet ist, durchläuft der durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 eingespritzte Kraftstoff den zündfähigen Bereich 5a der Zündkerze 5 in der Verbrennungskammer, wie in 2 gezeigt ist. Unmittelbar nach dem Start der Voreinspritzung ist der vorab eingespritzte Kraftstoff in der Verbrennungskammer nicht weit zerstreut bzw. ausgebreitet, sondern dieser bewegt sich in der Verbrennungskammer durch die Durchdringungskraft der Einspritzung, während die Luft um das vordere Ende des Sprühstrahls aufgenommen wird. Folglich schafft der vorab eingespritzte Kraftstoff ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches in der Verbrennungskammer geschichtet ist.
Zündung des vorab eingespritzten Kraftstoffes
Der vorab eingespritzte Kraftstoff, welcher auf diese Art und Weise geschichtet ist, wird zu der Zeit Ts nach dem Zündintervall Ds ausgehend von dem Start der Voreinspritzung durch die Zündkerze 5 gezündet. Wie vorstehend beschrieben ist, befindet sich das lokale Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einem Niveau, welches eine Verbrennung durch diese Zündung ermöglicht, da der vorab eingespritzte Kraftstoff geschichtet ist. Neben dem Verdichtungseffekt durch den Kolben 3 bewirkt der Vorgang der Verbrennung des auf diese Art und Weise gezündeten, vorab eingespritzten Kraftstoffes einen weiteren Temperaturanstieg in der Verbrennungskammer. Andererseits wird bei der vorliegenden Erfindung ein Teil des vorab eingespritzten Kraftstoffes bei der durch die Zündung durch die Zündkerze 5 hervorgerufenen Verbrennung nicht verbrannt, sondern verbleibt in der Verbrennungskammer als „unverbrannter Restkraftstoff“. Da der unverbrannte Restkraftstoff einer Hochtemperaturatmosphäre infolge der Verbrennung eines Teils des vorab eingespritzten Kraftstoffes in der Verbrennungskammer ausgesetzt war, wird erwartet, dass zumindest ein Teil des unverbrannten Restkraftstoffes reformiert wurde, um hinsichtlich der Brennbarkeit bzw. Zündfähigkeit verbessert zu sein, durch eine Niedrigtemperaturoxidation unter einer Bedingung, welche nicht veranlasst, dass dieser verbrennt. Es ist jedoch anzumerken, dass sich der unverbrannte Restkraftstoff bei der vorliegenden Erfindung auf einen Teil des vorab eingespritzten Kraftstoffes bezieht, welcher zurückbleibt, ohne dass dieser bei der durch die Zündung durch die Zündkerze 5 hervorgerufenen Verbrennung verbrannt wurde, und es für den unverbrannten Restkraftstoff nicht notwendig ist, dass sich dieser in einem Zustand befindet, welcher spezifische Eigenschaften zeigt.
Haupteinspritzung
Die Haupteinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 wird zu der Zeit Tm nach dem Einspritzintervall Di ausgehend von dem Start der Voreinspritzung durchgeführt, mit anderen Worten, zu der Zeit Tm vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes nach dem Verstreichen einer Zeit gleich Di - Ds ausgehend von dem Zündzeitpunkt Ts durch die Zündkerze 5. In dieser Verbrennungskraftmaschine 1 wird der bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff durch eine Diffusionsverbrennung verbrannt, um zu dem überwiegenden Teil der Maschinenleistung beizutragen, wie später beschrieben ist. Die Einspritz-Startzeit Tm der Haupteinspritzung ist auf eine Zeit eingestellt, zu welcher die Maschinenleistung nahezu maximiert ist, die mit einer Menge der Haupt-Kraftstoffeinspritzung erhalten wird, welche durch die Maschinenlast und weitere Faktoren ermittelt wird (welche nachfolgend als „geeignete Einspritzzeit“ bezeichnet ist). Ein Teil des Kraftstoffes, welcher durch die Haupteinspritzung eingespritzt wird, die zu der Zeit Tm gestartet wird, wird durch eine durch die Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes erzeugte Flamme entzündet und verbrannt, wodurch die Temperatur in der Verbrennungskammer weiter erhöht wird. Darüber hinaus entzünden sich der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes und der bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff mit dem Anstieg der Temperatur selbst und diese werden eine Diffusionsverbrennung unterzogen. Wie vorstehend beschrieben ist, wird erwartet, dass in Fällen, bei welchen die Brennbarkeit des unverbrannten Restkraftstoffes verbessert wurde, die Verbrennung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes gleichmäßiger voranschreitet.
Wie vorstehend beschrieben ist, tritt bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung die vorstehend beschriebene Abfolge von Verbrennungen mit der zwischengeschalteten bzw. dazwischen auftretenden Zündung durch die Zündkerze 5 in der Phase zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung auf. Bei der Vorverbrennung ist die Einspritzzeit der Voreinspritzung oder das Einspritzintervall Di in einer solchen Art und Weise eingestellt, um die vorstehend beschriebene Abfolge der Verbrennung zu ermöglichen, wobei die Haupteinspritzung zu der geeigneten Einspritzzeit durchgeführt wird. In dieser Spezifikation ist die Korrelation bzw. die Wechselbeziehung zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung, welche bewirkt, dass die Verbrennung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes durch eine Flamme des vorab eingespritzten Kraftstoffes gestartet wird, und welche bewirkt, dass eine Selbstzündung und Diffusionsverbrennung des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes und des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes auftritt, nachfolgend als die „Vor-Haupt-Korrelation“ bezeichnet. Daher wird bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung die Haupteinspritzung durchgeführt, welche die Vor-Haupt-Korrelation mit der Voreinspritzung und der Zündung des vorab eingespritzten Kraftstoffes aufweist.
4 zeigt die Veränderungen der Wärmeabgaberate in der Verbrennungskammer in einem Fall, bei welchem die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 4 zeigt die Veränderungen der Wärmeabgaberate gemäß vier unterschiedlichen Steuerungsmodi (L1 bis L4) in einem Fall, bei welchem die Maschinendrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 2000 U/min beträgt. Bei diesen Steuerungsmodi wird, während die Voreinspritzzeit Tp, die Voreinspritzmenge, die Haupteinspritzzeit Tm und der Zündzeitpunkt Ts gleich sind, die Haupteinspritzmenge zwischen den Steuerungsmodi variiert (insbesondere wird die Haupteinspritzmenge folgendermaßen variiert: L1 > L2 > L3 > L4). Daher ist die Vor-Haupt-Korrelation zwischen den Steuerungsmodi gleich und 4 zeigt eine Variation der Veränderung der Wärmeabgaberate mit einer Variation der Haupteinspritzmenge unter der Bedingung, dass die Vor-Haupt-Korrelation gleich ist.
In 4 zeigt die Wärmeabgaberate bei einem Abschnitt Z1, welcher durch eine unterbrochene Linie eingekreist ist, einen ersten Spitzenwert. Dieser Spitzenwert resultiert aus einer durch die Zündung und Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes erzeugten Wärme. In der Phase des Abschnitts ZI wurde die Haupteinspritzung noch nicht durchgeführt und die durch den vorab eingespritzten Kraftstoff erzeugte Flamme und der unverbrannte Restkraftstoff oder der unverbrannte Teil des vorab eingespritzten Kraftstoffes liegen in der Verbrennungskammer vor. Nun ist der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 zeigt eine Korrelation der Voreinspritzmenge und der Verbrennungseffizienz des vorab eingespritzten Kraftstoffes für drei Verbrennungsbedingungen bzw. -zustände (L5 bis L7), wobei die Voreinspritzung als die Voreinspritzung angenommen ist, welche bei der in 4 gezeigten Verbrennungssteuerung durchgeführt wird. Insbesondere sind die Voreinspritzzeit Tp und der Zündzeitpunkt Ts, welche den Verbrennungsbedingungen entsprechen, in der Reihenfolge L5, L6 und L7 nach vorne bzw. früh verschoben, während das Zündintervall Ds oder das Intervall zwischen der Zeit Tp und der Zeit Ts festgelegt ist. 5 zeigt die vorstehend beschriebene Korrelation in Fällen, bei welchen lediglich die Voreinspritzung und die Zündung durchgeführt werden, die Haupteinspritzung jedoch nicht durchgeführt wird.
Die Verbrennungseffizienz bzw. der Verbrennungswirkungsgrad des vorab eingespritzten Kraftstoffes und die Rate des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes stehen in einer Beziehung, welche durch die nachfolgende Gleichung 1 dargestellt ist, und je höher die Verbrennungseffizienz ist, desto niedriger ist die Rate des unverbrannten Rests.
[Math. 1] $\begin{array}{l} (Rate des unverbrannten Tests des vorab eingespritzten Kraftstoffes) = \\ 1 - (Verbrennungswirkungsgrad des vorab eingespritzten Kraftstoffes) \end{array}$
Falls die Voreinspritzzeit Tp und der Zündzeitpunkt Ts nach früh verschoben sind, während die Voreinspritzmenge festgelegt ist, neigt der Verbrennungswirkungsgrad des vorab eingespritzten Kraftstoffes mit Bezug auf 5 zu einer Abnahme und die Rate des unverbrannten Rests neigt folglich zu einer Zunahme. Alternativ ist es möglich, den Verbrennungswirkungsgrad des vorab eingespritzten Kraftstoffes oder die Rate des unverbrannten Rests durch Anpassen der Voreinspritzmenge und des Grades der Verschiebung der Voreinspritzzeit Tp und des Zündzeitpunkts Ts nach früh konstant zu halten. Wie vorstehend beschrieben ist, kann die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung die Rate des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes, welche einem der Faktoren der Vor-Haupt-Korrelation entspricht, durch Steuern der Voreinspritzmenge, der Voreinspritzzeit Tp und des Zündzeitpunkts Ts steuern.
Mit Rückbezug auf 4 wird die Haupteinspritzung zu der Zeit Tm vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes nach dem Abschnitt Z1 durchgeführt. Anschließend wird der bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff zusammen mit dem unverbrannten Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes durch die Flamme, welche durch den vorab eingespritzten Kraftstoff erzeugt wird, entzündet, und dieser entzündet sich selbst, um durch eine Diffusionsverbrennung verbrannt zu werden. Folglich tritt der höchste Spitzenwert (zweiter Spitzenwert) der Wärmeabgaberate zu einer Zeit nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes auf. Während die Haupteinspritzmenge zunimmt, nimmt der Höchstwert der Wärmeabgaberate bei dem zweiten Spitzenwert zu und die Zeit des Spitzenwerts verzögert sich bzw. verschiebt sich nach „spät“. Dies bedeutet, dass die Dauer der Verbrennung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes mit einer Zunahme der Haupteinspritzmenge zunimmt, und daher wird vermutet, dass der bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff und der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes einer Diffusionsverbrennung oder einer Verbrennung, welche als im Wesentlichen äquivalent zu einer Diffusionsverbrennung betrachtet werden kann, unterzogen werden.
Mit Bezug auf 6 ist eine bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung auftretende Selbstzündung beschrieben. 6 zeigt die Veränderungen der Wärmeabgaberate in der Verbrennungskammer für zwei Modi (L9, L10), bei welchen die Rate der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge variiert werden, während die Gesamteinspritzmenge (das heißt, die Summe der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge) in einem Zyklus konstant gehalten ist. Bei dem in 6 gezeigten Fall beträgt die Maschinendrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 2000 U/min. Der Anteil der Voreinspritzmenge ist bei Modus L10 größer als bei Modus L9. Mit anderen Worten, bei Modus L10 ist die Voreinspritzmenge und der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes größer als bei Modus L9, während die Haupteinspritzmenge kleiner ist. Wie aus 6 ersichtlich ist, ist der Spitzenwert (der Wert des vorgenannten zweiten Spitzenwerts) der Wärmeabgaberate, welcher nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes auftritt, bei Modus L10 höher als bei Modus L9. Darüber hinaus ist die Abnahmerate (die Neigung der Kurve in dem Diagramm) ausgehend von dem Spitzenwert der Wärmeabgaberate bei Modus L10 größer als bei Modus L9. Es wird vermutet, dass die vorstehenden Fakten suggerieren, dass die Verbrennung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes und des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach dem Start der Haupteinspritzung, welche durch eine Selbstzündung hervorgerufen wird, bei Modus L10 stärker gefördert bzw. begünstigt ist als bei Modus L9 (das heißt, der Anteil des durch die Selbstzündung verbrannten Kraftstoffes ist größer und der Anteil des durch die Diffusionsverbrennung verbrannten Kraftstoffes ist kleiner). Mit anderen Worten, es wird erachtet, dass der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes zu der Förderung der Selbstzündung nach der Haupteinspritzung beiträgt. Wir verifizierten, dass die Selbstzündung gefördert ist, falls die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Steuern nicht nur der Voreinspritzmenge, sondern ebenso der Voreinspritzzeit Tp und des Zündzeitpunkts Ts, durchgeführt wird. Wie vorstehend beschrieben, ist es bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Selbstzündung beim Verbrennen des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes und des vorab eingespritzten Kraftstoffes durch Steuern einer Bedingung mit Bezug auf die Voreinspritzung und die Zündung zu fördern.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durch die vorstehend beschriebene Abfolge von Verbrennungen mit einer zwischengeschalteten Zündung durch die Zündkerze 5, welche in der Phase zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung auftritt, einen thermischen Wirkungsgrad erreichen, welcher durch den Stand der Technik nicht erreicht werden kann, wie in 7 gezeigt ist. 7 zeigt eine Beziehung zwischen der Maschinenlast und dem thermischen Wirkungsgrad (das obere Diagramm (a)) und eine Beziehung zwischen der Maschinenlast und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs (das untere Diagramm (b)) in dem Fall, bei welchem die Maschinendrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 2000 U/min beträgt. In den Diagrammen (a) und (b) von 7 dienen Kurven L11 und L13 für die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung und Kurven L12 und L14 dienen für eine homogene Stöchiometriesteuerung, welche einer herkömmlichen Verbrennungssteuerung entspricht, die bei Ottomotoren eingesetzt wird. Die homogene Stöchiometriesteuerung entspricht einer Verbrennungssteuerung, welche die Verbrennung in einer solchen Art und Weise homogen steuert, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer gleich einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis nahe der Stöchiometrie wird.
Wie aus 7 bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung ersichtlich ist, ist die Verbrennung gemäß dieser Steuerung ähnlich dazu, was als Dieselverbrennung bezeichnet ist, oder diese kann als im Wesentlichen äquivalent zu der Dieselverbrennung betrachtet werden, da die Haupteinspritzung, welche das Auftreten einer Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung bewirkt, nach der durch die Voreinspritzung und die Zündung durch die Zündkerze 5 hervorgerufenen strahlgeführten Verbrennung durchgeführt wird. Daher kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer sehr mager sein (in dem beispielhaften Fall, welcher in 7 (b) durch die Kurve L13 dargestellt ist, befindet sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis etwa zwischen 20 und 70). Bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung kann, um eine Verbrennung bei einem solch mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu realisieren, der Öffnungsgrad des Drosselventils 71 im Vergleich zu der herkömmlichen, homogenen Stöchiometriesteuerung bei Ottomotoren vergrößert sein. Folglich kann der Pumpverlust in der Verbrennungskraftmaschine 1 verkleinert werden. Darüber hinaus kann die Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung einen Kühlverlust in der Verbrennungskraftmaschine 1 im Vergleich zu diesem bei der herkömmlichen, homogenen Stöchiometriesteuerung bei Ottomotoren verkleinern. Folglich ist der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1, bei welcher die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, sehr hoch.
<Detaillierte Beschreibung der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung>
Wie vorstehend beschrieben ist, stellt die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Durchführen der Voreinspritzung, der Zündung des vorab eingespritzten Kraftstoffes und der Haupteinspritzung mit der Vor-Haupt-Korrelation mit der Voreinspritzung einen vorteilhaften Effekt bereit, welcher durch den Stand der Technik nicht bereitgestellt werden kann, wie in 7 gezeigt ist. Im Nachfolgenden sind die drei technischen Faktoren bei dieser Verbrennungssteuerung, das heißt, (1) Voreinspritzmenge, (2) Einspritzintervall und (3) Voreinspritzzeit, detailliert beschrieben. Diese technischen Faktoren gelten als hochrelevant für die Vor-Haupt-Korrelation, welche einer Korrelation zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung entspricht.
Voreinspritzmenge
Bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird zu der Zeit Tp während des Verdichtungstaktes eine Voreinspritzung durchgeführt, wie in 3 gezeigt ist. Daher wirkt die Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes, welcher durch die Zündkerze 5 entzündet wird, der Maschinenleistung der Verbrennungskraftmaschine 1 entgegen. Bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht der bei der durch die Zündung hervorgerufenen Verbrennung verbrannte Kraftstoff jedoch lediglich einem Teil des vorab eingespritzten Kraftstoffes, und der entgegenwirkende Effekt auf die Maschinenleistung ist klein. Der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes, welcher bei der durch die Zündung hervorgerufenen Verbrennung nicht verbrannt wurde, wird bei einer Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung zusammen mit dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff nach der Haupteinspritzung verbrannt, um zu der Maschinenleistung beizutragen. Wie vorstehend beschrieben ist, trägt die zu einer geeigneten Einspritzzeit durchgeführte Haupteinspritzung in hohem Maße zu der Maschinenleistung der Verbrennungskraftmaschine 1 bei, falls die Haupteinspritzmenge jedoch groß ist, besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass diese Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung durch die latente Verdampfungswärme des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes beeinflusst werden kann, so dass diese instabil wird, und dass ein Fehlbetrag von Luft (Sauerstoff) um den durch die Haupteinspritzung ausgebildeten Kraftstoffstrahl herum zu einer Zunahme des erzeugten Russbetrags führen kann. Aus diesen Gründen ist hinsichtlich des Betrags der Zunahme der Haupteinspritzmenge eine bestimmte Grenze festgesetzt. Um auf eine Zunahme der Maschinenleistung zu reagieren, ist es daher notwendig, den Beitrag des vorab eingespritzten Kraftstoffes weiter zu erhöhen. Daher stehen der vorab eingespritzte Kraftstoff und der bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff in Zusammenhang. Die Voreinspritzmenge ist unter Berücksichtigung dieser Tatsache detailliert erörtert.
Niedriglastzustand
In dem Niedriglastzustand, in welchem die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 relativ gering ist, ist die gesamte Einspritzmenge oder die Summe der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge im Allgemeinen klein. 8 zeigt eine Beziehung zwischen der Voreinspritzmenge und dem thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 in dem Niedriglastzustand. In dem dargestellten Fall, welcher in 8 gezeigt ist, ist die Beziehung in einem Fall gezeigt, bei welchem die Voreinspritzmenge mit einer festgelegten Gesamteinspritzmenge variiert wird. Falls die Voreinspritzmenge in dem Niedriglastzustand klein ist, falls die Voreinspritzmenge beispielsweise kleiner als Mp1 in 8 ist, ist der Wärmebetrag, welcher durch eine gezündete Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes erzeugt wird, so klein, dass es schwierig ist, dass die Selbstzündung und die Diffusionsverbrennung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes und des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes stabil ablaufen. Falls daher die Voreinspritzmenge kleiner als Mp1 wird, nimmt der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 allmählich ab und es würde eventuell ein Fehlzündungszustand auftreten, bei welchem der bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff nicht gezündet werden kann. In 8 ist der Bereich der Voreinspritzmenge, in welchem die Verbrennung instabil ist, (das heißt, der Bereich unterhalb Mp1) als ein instabiler Verbrennungsbereich R1 bezeichnet. Um eine stabile Verbrennung in dem Niedriglastzustand zu erreichen, ist es nicht erwünscht, dass die Voreinspritzmenge kleiner als Mp1 ist.
Falls die Voreinspritzmenge in dem Niedriglastzustand groß ist, falls die Voreinspritzmenge beispielsweise größer als Mp2 in 8 ist, neigt die durch die Zündung durch die Zündkerze 5 hervorgerufene Verbrennung dazu, gefördert bzw. begünstigt zu sein, und folglich nimmt die Rate des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes ab. Mit anderen Worten, der Anteil des Betrags des unverbrannten Rests, welcher der Verbrennung nach der Haupteinspritzung unterzogen wird, welche zu der Maschinenleistung beiträgt, nimmt ab. Darüber hinaus ist die Haupteinspritzmenge um einen Betrag gleich dem Betrag der Zunahme der Voreinspritzmenge verringert. Daher wird die Abnahme der Maschinenleistung aufgrund der Abnahme des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes signifikant groß, auch wenn der Beitrag des unverbrannten Rests mit der erhöhten Voreinspritzmenge berücksichtigt wird. In 8 ist der Bereich der Voreinspritzmenge, in welchem der thermische Wirkungsgrad durch eine Abnahme der Maschinenleistung verschlechtert ist, wie vorstehend beschrieben, (das heißt, der Bereich oberhalb Mp2) als Verschlechterungsbereich R2 des thermischen Wirkungsgrads bezeichnet. Um den thermischen Wirkungsgrad hoch zu halten, ist es nicht wünschenswert, dass die Voreinspritzmenge größer als Mp2 ist.
9 zeigt die Veränderungen des Drucks in der Verbrennungskammer (L15 bis L17) und die Veränderungen der Wärmeabgaberate in der Verbrennungskammer (L18 bis L20) für drei Modi, bei welchen die Voreinspritzmenge variiert wird, während die Gesamteinspritzmenge gleich ist, wenn sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in dem Niedriglastzustand befindet. In dem Diagramm der Veränderungen des Drucks nimmt insbesondere die Voreinspritzmenge in der Reihenfolge L15, L16 und L17 zu. In dem Diagramm der Veränderungen der Wärmeabgaberate nimmt die Voreinspritzmenge in der Reihenfolge L18, L19 und L20 zu. Die Voreinspritzmenge ist zwischen L15 und L18, zwischen L16 und L19, und zwischen L17 und L20 gleich. Wenn die Voreinspritzmenge klein ist, ist die durch deren Verbrennung erzeugte Wärme klein. Folglich ist, wie in 9 gezeigt, der Druckanstieg in der Verbrennungskammer verzögert (siehe L15) und die Wärmeerzeugung mit dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff ist ebenso verzögert (L18). Hieraus ist ersichtlich, dass die Verbrennung instabil ist. Wenn die Voreinspritzmenge andererseits groß ist, ist die Haupteinspritzmenge klein, was zu einer Abnahme der Maschinenleistung führt. Folglich nimmt der Druck in der Verbrennungskammer nicht wesentlich zu (siehe L17) und die mit dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff erzeugte Wärme ist klein (siehe L20).
Aus der vorstehenden Diskussion folgt, dass es bevorzugt ist, dass die Voreinspritzung bei bzw. mit einer Voreinspritzmenge in dem Bereich Rp durchgeführt wird, dessen Untergrenze durch Mp1 definiert ist und dessen Obergrenze durch Mp2 definiert ist, (beispielsweise bei der Voreinspritzmenge für L16 und L19, wie in 9 gezeigt ist), wenn sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in dem Niedriglastzustand befindet. In dem Fall, bei welchem der thermische Wirkungsgrad in der Verbrennungskraftmaschine 1 in dem Bereich Rp nicht in hohem Ausmaß variiert, wie in 8 gezeigt ist, kann ein bestimmter Wert der Voreinspritzmenge, welcher in den Bereich Rp fällt, als eine repräsentative Voreinspritzmenge in dem Niedriglastzustand oder die minimale Voreinspritzmenge verwendet werden. In diesem Fall kann der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1, wenn die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 in dem Niedriglastzustand zunimmt, durch Erhöhen der Haupteinspritzmenge, während die Voreinspritzmenge auf den vorgenannten repräsentativen Wert festgelegt ist, hoch gehalten werden.
Hochlastzustand
In dem Hochlastzustand, in welchem die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 relativ hoch ist, ist die Haupteinspritzmenge erhöht, um auf die erforderliche Maschinenlast zu reagieren. Falls jedoch eine große Menge an Kraftstoff bei der Haupteinspritzung eingespritzt wird, die zu der geeigneten Einspritzzeit vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes durchgeführt wird, wird der Effekt der latenten Verdampfungswärme des eingespritzten Kraftstoffes erheblich. Beispielsweise ist aus einem in 4 angegebenen Abschnitt Z2 ersichtlich, dass der Anstieg der Wärmeabgaberate mit der Haupteinspritzung aufgrund des Effekts deren latenter Verdampfungswärme verzögert ist, während die Haupteinspritzmenge erhöht ist. Daher ist der Temperaturanstieg in der Verbrennungskammer erheblich verlangsamt, während die latente Verdampfungswärme groß wird. Folglich besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass die Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes und des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes instabil wird. Wenn die Haupteinspritzmenge groß ist, besteht darüber hinaus eine Wahrscheinlichkeit, dass ein Fehlbetrag von Luft (Sauerstoff) um den durch die Haupteinspritzung ausgebildeten Kraftstoffstrahl herum zu einer Zunahme des erzeugten Russbetrags führen kann. Mit Blick darauf ist es in dem Hochlastzustand vorzuziehen, dass eine Obergrenze für die Haupteinspritzmenge eingestellt ist, um die Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung zu stabilisieren und den Russbetrag zu reduzieren. Um Zunahmen der Maschinenlast zu berücksichtigen, ist die Voreinspritzmenge erhöht, während die Haupteinspritzmenge auf dem oberen Grenzwert gehalten wird. Wie vorstehend beschrieben ist, existiert bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung die Vor-Haupt-Korrelation zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung und der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes trägt zu der Maschinenleistung bei. Daher ist es möglich, auf eine Anforderung zum Erhöhen der Maschinenlast durch Erhöhen des vorab eingespritzten Kraftstoffes zu reagieren und dessen unverbrannten Rest zu erhöhen, auch wenn es nicht möglich ist, die Haupteinspritzmenge in dem Hochlastzustand zu erhöhen.
Details der Korrelation bzw. Wechselbeziehung zwischen der Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 und dem vorab eingespritzten Kraftstoff sind später beschrieben.
Einspritzintervall
Bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Voreinspritzung zu der Zeit Tp während des Verdichtungstaktes durchgeführt und die Haupteinspritzung wird zu der Zeit Tm vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes durchgeführt, wie in 3 gezeigt ist. Das Intervall von diesen (Tm - Tp) ist als das Einspritzintervall Di definiert. Bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Haupteinspritzung über eine durch die Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes erzeugte Flamme und den unverbrannten Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes durchgeführt, so dass eine Selbstzündung und Diffusionsverbrennung des unverbrannten Restkraftstoffes und des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes hervorgerufen wird. Daher wird erachtet, dass das Einspritzintervall, welches den Zustand der durch die Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes erzeugten Flamme und den unverbrannten Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes zu der Zeit der Haupteinspritzung bestimmt, einem der Faktoren der Vor-Haupt-Korrelation entspricht. Bei diesem Beispiel ist das Einspritzintervall durch einen Kurbelwinkel ausgedrückt oder gemessen.
10 zeigt eine Beziehung zwischen dem Einspritzintervall Di und dem thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1. Bei dem in 10 gezeigten, erläuternden Fall ist die Beziehung in einem Fall gezeigt, bei welchem das Einspritzintervall Di variiert wird, wobei die Voreinspritzmenge, die Haupteinspritzmenge und das Zündintervall Ds festgelegt sind. Bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Haupteinspritzung unter Verwendung ein und desselben Kraftstoffeinspritzventils 6 auf die Voreinspritzung folgend durchgeführt. Das Kraftstoffeinspritzventil 6 ist im Allgemeinen derart konfiguriert, dass dieses Kraftstoff durch Anheben einer im Inneren vorgesehenen Einspritznadel durch eine EinspritzÖffnung einspritzt. Daher besteht ein minimaler, realisierbar Wert Di1 des Einspritzintervalls, welcher durch mechanische, strukturelle Faktoren des Kraftstoffeinspritzventils 6 hervorgerufen wird, wie die erforderliche Zeit, bis sich die Einspritznadel bewegt und zurückkehrt. In 10 ist der Bereich des Einspritzintervalls, welcher aufgrund der mechanischen, strukturellen Faktoren bzw. Gegebenheiten des Kraftstoffeinspritzventils 6 nicht realisiert werden kann (das heißt, der Bereich unterhalb Di1), als ein mechanisch beschränkter Bereich R3 bezeichnet.
Während das Einspritzintervall Di erhöht ist, gelangt die Zeit, zu welcher die Haupteinspritzung durchgeführt wird, näher an das Ende des Vorgangs der Verbrennung heran, welche durch die Zündung des vorab eingespritzten Kraftstoffes hervorgerufen wird. Zu der Zeit nahe an dem Ende wird die Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes enden. Unter diesem Umstand ist es schwierig, dass die Verbrennung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes durch die Flamme des vorab eingespritzten Kraftstoffes gestartet wird. Falls das Einspritzintervall Di weiter vergrößert wird, besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass der bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff nicht verbrannt werden kann, was zu einer Fehlzündung führt. Folglich wird, falls das Einspritzintervall Di zu lang ist (beispielsweise in dem Bereich oberhalb Di2 in 10), die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht vorteilhaft durchgeführt und der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 wird sich verschlechtern. Der Bereich des Einspritzintervalls Di, in welchem der thermische Wirkungsgrad wesentlich verschlechtert ist, ist in 10 als ein Wärmewirkungsgrad-Verschlechterungsbereich R4 bzw. Abnahmebereich R4 des thermischen Wirkungsgrads angegebenen. Der untere Grenzwert (Di2 in 10) des Abnahmebereichs R4 des thermischen Wirkungsgrads verändert sich mit der vorab eingespritzten Kraftstoffmenge. Während die vorab eingespritzte Kraftstoffmenge zunimmt, dauert die Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes, welche durch eine Zündung gestartet wird, für eine längere Zeit an. Folglich kann die Verbrennung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes gestartet werden, auch wenn das Einspritzintervall Di verlängert ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist es vorzuziehen, dass das Einspritzintervall Di auf ein Einspritzintervall Di0 eingestellt ist, bei welchem der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 einen Spitzenwert aufweist, in einem Bereich Rd, dessen Untergrenze durch Di1 definiert ist und dessen Obergrenze durch Di2 definiert ist. Details der Beziehung zwischen der Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 und dem Einspritzintervall Di sind später beschrieben.
Voreinspritzzeit Tp
Bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Haupteinspritzung durchgeführt, nachdem die Voreinspritzung und die Zündung des vorab eingespritzten Kraftstoffes durchgeführt wurden. Die Verbrennung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes wird durch eine Verbrennungsflamme des vorab eingespritzten Kraftstoffes gestartet und der bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff entzündet sich selbst und wird zusammen mit dem unverbrannten Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes durch eine Diffusionsverbrennung verbrannt. In dem frühen Stadium der Verbrennung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes sind die Flamme bei dem vorab eingespritzten Kraftstoff und der unverbrannte Rest davon in der Verbrennungskammer ungleichmäßig verteilt. Unter diesem Umstand neigt eine Vermischung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes und der Luft nicht dazu, gefördert bzw. begünstigt zu sein, und es ist wahrscheinlich, dass Russ erzeugt wird. Insbesondere in dem Fall, bei welchem die Haupteinspritzmenge groß ist, ist es wahrscheinlich, dass Russ erzeugt wird. Eine Zunahme des Russbetrags führt zu einem Hindernis einer effizienten Verbrennung von eingespritztem Kraftstoff und der Wärmewirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 neigt mit einer Zunahme des Russbetrags zu einer Abnahme. Um den thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 zu verbessern, ist es andererseits vorzuziehen, dass die Haupt-Kraftstoffeinspritzung zu der geeigneten Einspritzzeit vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes durchgeführt wird. Um Russ zu reduzieren, ist es daher vorzuziehen, die Voreinspritzzeit Tp zu steuern, um die Wechselwirkung des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes und des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes anzupassen. Daher gilt die Voreinspritzzeit Tp ebenso als einer der Faktoren der Vor-Haupt-Korrelation.
11 zeigt eine Relation zwischen dem erzeugten Russbetrag und der Voreinspritzzeit Tp (siehe Diagramm (b) von 11) und eine Relation zwischen dem thermischen Wirkungsgrad und der Voreinspritzzeit Tp (siehe Diagramm (c) von 11) für drei Modi (siehe Diagramm (a) von 11), bei welchen der Anteil der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge variiert wird, wobei die Gesamteinspritzmenge der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung festgelegt ist, wobei die Haupteinspritzzeit Tm auf eine vorbestimmte Zeit vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes festgelegt ist und die Voreinspritzzeit Tp verändert wird. Wie bei dem Zündzeitpunkt ist das Zündintervall Ds (das heißt, die Zeitphase ausgehend von der Voreinspritzzeit Tp hin zu dem Zündzeitpunkt Ts) bei sämtlichen Modi gleich. Die Anteile der Voreinspritzmenge und der Haupteinspritzmenge bei den Modi 1 bis 3 sind wie folgt:

Modus 1: Voreinspritzmenge = X1 , Haupteinspritzmenge = Y1 , 15
Modus 2: Voreinspritzmenge = X2, Haupteinspritzmenge = Y2, und
Modus 3: Voreinspritzmenge = X3, Haupteinspritzmenge = Y3,
wobei X1 > X2 > X3, Y1 < Y2 < Y3, und X1 = Yl.

In dem Diagramm (b) von 11 ist die Veränderung des Russbetrags bei Modus 1 durch L24 dargestellt, die Veränderung des Russbetrags bei Modus 2 ist durch L25 dargestellt und die Veränderung des Russbetrags bei Modus 3 ist durch L26 dargestellt. In dem Diagramm (c) von 11 ist die Veränderung des thermischen Wirkungsgrads bei Modus 1 durch L27 dargestellt, die Veränderung des thermischen Wirkungsgrads bei Modus 2 ist durch L28 dargestellt und die Veränderung des thermischen Wirkungsgrads bei Modus 3 ist durch L29 dargestellt. Messpunkte von Russ und dem thermischen Wirkungsgrad bei Modus 1 sind durch Kreise dargestellt, Messpunkte von Russ und dem thermischen Wirkungsgrad bei Modus 2 sind durch Dreiecke dargestellt und Messpunkte von Russ und dem thermischen Wirkungsgrad bei Modus 3 sind durch Rauten dargestellt. Die Messpunkte von Russ und dem thermischen Wirkungsgrad bei dem Kurbelwinkel (oder der Voreinspritzzeit Tp), bei welchem der thermische Wirkungsgrad bei den jeweiligen Modi am höchsten wird, sind durch ausgefüllte, schwarze Kreise, Dreiecke und Rauten dargestellt.
Hier berücksichtigen wir eine Verschiebung ausgehend von Modus 3 hin zu Modus 2 und anschließend zu Modus 1, während der Fokus auf den vorgenannten ausgefüllten, schwarzen Messpunkten liegt. Durch Erhöhen der Voreinspritzmenge und Verschieben der Voreinspritzzeit Tp nach vorne bzw. früh ist es möglich, den Wärmewirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 in etwa auf dem höchsten Niveau zu halten, während der Betrag von erzeugtem Russ reduziert oder gehalten wird (siehe Diagramm (b) von 11). Wenn die Voreinspritzmenge erhöht ist, ist die Haupteinspritzmenge im Gegensatz dazu verringert. Durch Verschieben der Voreinspritzzeit Tp nach früh ist es jedoch möglich, den unverbrannten Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes zu erhöhen. Falls ein größerer Betrag von unverbranntem Restkraftstoff zusammen mit dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff einer Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung unterzogen wird, kann eine Abnahme der Leistung aufgrund der Abnahme der Haupteinspritzmenge kompensiert werden. Folglich kann der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 auf zufriedenstellenden Niveaus gehalten werden. Auch wenn die Voreinspritzmenge erhöht ist, ist es möglich, den Russbetrag durch Verschieben der Voreinspritzzeit Tp nach früh zu steuern. Dies gilt, da die Voreinspritzung, falls die Voreinspritzzeit Tp nach vorne bzw. früh verschoben ist, zu einer Zeit durchgeführt wird, wenn der Druck in der Verbrennungskammer niedriger ist, was die Durchdringungskraft des vorab eingespritzten Kraftstoffes relativ erhöht, so dass der vorab eingespritzte Kraftstoff unter Verwendung von Luft (Sauerstoff) in der Verbrennungskammer wirkungsvoll verbrannt wird. Eine solche wirkungsvolle bzw. effiziente Vermischung des vorab eingespritzten Kraftstoffes und der Luft kann eine Ungleichmäßigkeit der Verteilung des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes in der Verbrennungskammer reduzieren, auch wenn die Voreinspritzmenge erhöht ist, und den Russbetrag reduzieren. Darüber hinaus führt das Verschieben der Voreinspritzzeit Tp nach früh zu einer Zunahme des Einspritzintervalls, wodurch das Auftreten eines Überlappens des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes und des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes verhindert werden kann. Folglich ist es ebenso möglich, die Erzeugung von Russ aufgrund eines lokalen Fehlbetrags von verfügbarer Luft zu verhindern, was auftreten kann, falls sich der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes und der bei der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff überlappen.
Es ist ersichtlich, dass, falls angenommen ist, dass die Voreinspritzung gemäß den Modi 1 bis 3 durchgeführt wird, während die Voreinspritzzeit Tp auf beispielsweise die Zeit Ta festgelegt ist, zu welcher der höchste thermische Wirkungsgrad bei Modus 3 in Diagramm (c) von 11 erhalten wird, der Russbetrag zunimmt und der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 abnimmt, während die Voreinspritzmenge erhöht ist. Aus diesem Umstand ist ebenso ersichtlich, dass die vorstehend beschriebene Art und Weise zum Steuern der Voreinspritzung, bei welcher die Einspritzzeit mit Zunahmen des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach vorne bzw. früh verschoben ist, hinsichtlich der Reduktion von Russ und der Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads sehr wirkungsvoll ist. Selbstverständlich ist es notwendig, dass das Verschieben der Voreinspritzung nach früh in einem Ausmaß durchgeführt wird, welches das Halten der Vor-Haupt-Korrelation ermöglicht, und ein unangemessenes Verschieben der Voreinspritzzeit Tp nach früh wird ein günstiges Verbrennen des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes erschweren.
Die in den Diagrammen (b) und (c) von 11 gezeigten Messpunkte bei den Modi 1 bis 3 können in Plots bzw. grafische Darstellungen in einem Diagramm mit einer horizontalen Achse, welche den erzeugten Russbetrag darstellt, und einer vertikalen Achse, welche den thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 darstellt, umgewandelt werden. 12 zeigt diese Wechselbeziehungen des erzeugten Russbetrags und des thermischen Wirkungsgrads. Die in 12 durch eine unterbrochene Linie R5 eingekreisten Messpunkte befinden sich in einem Bereich, in welchem der Betrag von erzeugtem Russ klein ist und der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 hoch ist. Die Messpunkte, welche den höchsten thermischen Wirkungsgrad bei den jeweiligen Modi darstellen, fallen in diesen Bereich R5. Aus diesem Umstand ist ausreichend ersichtlich, dass es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist, den erzeugten Russbetrag zu reduzieren, während der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 gehalten wird.
<Verbrennungssteuerungsablauf>
13 zeigt den Ablauf eines spezifischen Vorgangs der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Verbrennungskraftmaschine 1. Die in 13 gezeigte Verbrennungssteuerung wird durch das Ausführen eines in der ECU 20 gespeicherten Steuerprogramms wiederholend durchgeführt, während die Verbrennungskraftmaschine 1 in Betrieb ist. 14 zeigt beispielhafte Steuerungskennfelder bzw. Steuerungskennlinien, welche bei dem Vorgang der Verbrennungssteuerung verwendet werden. In dem oberen Diagramm (a) in 14 stellt eine Linie L30 eine Beziehung zwischen der Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 und der Voreinspritzmenge dar, eine Linie L31 stellt eine Beziehung zwischen der Maschinenlast und der Haupteinspritzmenge dar, und eine Linie L32 stellt eine Beziehung zwischen der Maschinenlast und der lastangepassten Einspritzmenge, welche der an die Maschinenlast angepassten Kraftstoffeinspritzmenge entspricht, dar. Darüber hinaus zeigt das obere Diagramm (a) in 14 ebenso den unverbrannten Rest M1 des vorab eingespritzten Kraftstoffes in Relation zu der Maschinenlast. In dem unteren Diagramm (b) in 14 stellt L33 eine Beziehung zwischen der Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 und der Voreinspritzzeit Tp dar, L34 stellt eine Beziehung zwischen der Maschinenlast und dem Zündzeitpunkt Ts dar und L35 stellt eine Beziehung zwischen der Maschinenlast und der Haupteinspritzzeit Tm dar. Die horizontale Achse von Diagramm (b) in 14 stellt die Einspritzzeit dar, wobei größere Werte einen größeren Verschiebungsbetrag nach früh ausgehend von dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes darstellen.
Zunächst wird bei Schritt S101 die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 basierend auf dem Messwert des Gaspedalpositionssensors 22 berechnet. Alternativ kann die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 basierend auf der Luftströmungsrate in dem Einlassdurchlass 70, das heißt, dem Messwert des Luftströmungsmessers 72, oder dem Einlassluftdruck in dem Einlassdurchlass 70 berechnet werden. Dann wird bei Schritt S102 eine lastangepasste Einspritzmenge S0 basierend auf der bei Schritt S101 berechneten Maschinenlast ermittelt. Eine lastangepasste Einspritzmenge S0, welche an die Maschinenlast angepasst ist, wird insbesondere unter Verwendung des Steuerungskennfelds bzw. der Steuerungskennlinie berechnet, welche durch die Linie L32 in Diagramm (a) von 14 dargestellt ist. Bei diesem Beispiel ist die Beziehung zwischen der Maschinenlast und der lastangepassten Einspritzmenge S0 in dem Steuerungskennfeld aufgenommen, in welchem die lastangepasste Einspritzmenge S0 zunimmt, während die Maschinenlast zunimmt. Nach dem Abschluss der Verarbeitung von Schritt S102 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S103 voran.
Bei Schritt S103 wird die Haupteinspritzzeit Tm unter Verwendung des Steuerungskennfelds bzw. der Steuerungskennlinie ermittelt, welche durch die Linie L35 in Diagramm (b) von 14 dargestellt ist. Wie vorstehend beschrieben, ist die Haupteinspritzzeit Tm auf die geeignete Einspritzzeit vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes eingestellt, um den thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 zu verbessern. Die geeignete Einspritzzeit der Verbrennungskraftmaschine 1 wurde durch ein Experiment gemessen, das im Vorhinein für jeden Wert der Maschinenlast durchgeführt wird, und das durch die Linie L35 dargestellte Steuerungskennfeld bzw. die Steuerungskennlinie wurde basierend auf dem Messergebnis vorbereitet. In einem beispielhaften Fall ist die Haupteinspritzzeit Tm allmählich nach früh verschoben, während die Maschinenlast zunimmt, diese wird in einem Hochlastbereich R8 (das heißt, der Bereich, in welchem die lastangepasste Einspritzmenge S0 größer oder gleich S2 ist, was später beschrieben ist) jedoch auf einem oberen Grenz-Verschiebungsbetrag nach früh gehalten. Dies liegt daran, da die Haupteinspritzzeit Tm gemäß der Haupteinspritzmenge ermittelt wird, die in dem Hochlastbereich R8 auf einem konstanten Wert (maximale Haupteinspritzmenge) gehalten wird, wie später beschrieben ist. Nach dem Abschluss der Verarbeitung von Schritt S103 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S104 voran.
Bei Schritt S104 wird ermittelt, ob die bei Schritt S102 ermittelte lastangepasste Einspritzmenge S0 kleiner oder gleich einer vorbestimmten ersten Einspritzmenge S1 ist. Die vorbestimmte erste Einspritzmenge S1 entspricht einem Schwellenwert gemäß einer Maschinenlast, oberhalb welcher eine Situation auftritt, bei welcher Russ aufgrund eines Fehlbetrags von verfügbarer Luft aufgrund des Überlappens des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes und des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes wahrscheinlich erzeugt wird, falls die Voreinspritzzeit Tp zusammen mit der Haupteinspritzzeit Tm nach früh verschoben ist, wie später beschrieben ist (siehe die Verarbeitung bei Schritt S106). Falls daher die lastangepasste Einspritzmenge S0 kleiner oder gleich der vorbestimmten ersten Einspritzmenge S1 ist, befindet sich die Verbrennungskraftmaschine 1 nicht in einer Situation, bei welcher es wahrscheinlich ist, dass Russ erzeugt wird. Falls die lastangepasste Einspritzmenge S0 andererseits die vorbestimmte erste Einspritzmenge S1 überschreitet, befindet sich die Verbrennungskraftmaschine 1 in einer Situation, bei welcher es wahrscheinlich ist, dass Russ erzeugt wird. Falls die bei Schritt S104 durchgeführte Ermittlung zustimmend ist, schreitet der Vorgang zu Schritt S105 voran, und falls diese negativ ist, schreitet der Vorgang zu Schritt S110 voran.
Falls die bei Schritt S104 durchgeführte Ermittlung zustimmend ist, das heißt, falls die lastangepasste Einspritzmenge S0 kleiner oder gleich der vorbestimmten ersten Einspritzmenge S1 ist, befindet sich die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 in einem Niedriglastbereich R6 (siehe 14). In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Voreinspritzmenge auf eine Einspritzmenge eingestellt ist, welche in den Bereich Rp fällt, wie vorstehend mit Bezug auf 8 beschrieben ist, um den thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 auf hohen Niveaus zu halten, während eine instabile Verbrennung verhindert wird. Daher wird die Voreinspritzmenge Sp bei Schritt S105 auf eine minimale Voreinspritzmenge Spmin eingestellt, welche einer Voreinspritzmenge entspricht, die in den Bereich Rp fällt. Falls sich die Maschinenlast folglich in dem Niedriglastbereich R6 befindet, ist die Voreinspritzmenge Sp auf die minimale Voreinspritzmenge Spmin festgelegt, wie in Diagramm (a) von 14 durch die Linie L30 gezeigt ist. Nach dem Abschluss der Verarbeitung bei Schritt S105 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S106 voran.
Bei Schritt S106 wird die Voreinspritzzeit Tp unter Verwendung des durch die Linie L33 in Diagramm (b) von 14 dargestellten Steuerungskennfelds bzw. der Steuerungskennlinie ermittelt. In dem Niedriglastbereich R6 kann die Voreinspritzzeit Tp unter Berücksichtigung der Korrelation zwischen dem Einspritzintervall Di und dem thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1, welche mit Bezug auf 10 beschrieben wurde, in einer solchen Art und Weise eingestellt sein, um ein Einspritzintervall Di vorzusehen, welches zu einem geeigneten thermischen Wirkungsgrad führt. Da die Voreinspritzmenge in dem Niedriglastbereich R6 auf die minimale Voreinspritzmenge Spmin festgelegt ist, ist die Voreinspritzzeit Tp daher in einer solchen Art und Weise eingestellt, dass das Einspritzintervall Di über den Niedriglastbereich R6 konstant gehalten wird, das heißt, in einer solchen Art und Weise, dass die Voreinspritzzeit Tp zusammen mit der Haupteinspritzzeit Tm in der gleichen Art und Weise verändert wird. Bei Schritt S107 wird der Zündzeitpunkt Ts unter Verwendung des durch die Linie L34 in Diagramm (b) von 14 dargestellten Steuerungskennfelds bzw. der Steuerungskennlinie ermittelt. Wie bei der Voreinspritzzeit Tp wird der Zündzeitpunkt Ts insbesondere in einer solchen Art und Weise eingestellt, dass das Zündintervall Ds über den Niedriglastbereich R6 in Anpassung an die Festlegung der Voreinspritzmenge Sp auf die minimale Voreinspritzmenge in dem Niedriglastbereich R6 konstant gehalten wird.
Bei Schritt S108 wird die Haupteinspritzmenge Sm unter Verwendung des Steuerungskennfelds bzw. der Steuerungskennlinie berechnet, welche durch die Linie L31 in Diagramm (a) von 14 dargestellt ist. In dem Niedriglastbereich R6 folgt die Korrelation zwischen der Maschinenlast und der Haupteinspritzmenge der nachfolgenden Gleichung 2:
[Math. 2] $Sm = S 0 - Sp \times α$
worin Alpha der Rate des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes entspricht.
Wie vorstehend beschrieben ist, entzündet sich der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes bei der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung selbst und wird zusammen mit dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff durch eine Diffusionsverbrennung verbrannt, um zu der Maschinenleistung beizutragen, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 verbessert werden kann. Hinsichtlich des Beitrags zu der Maschinenleistung kann ein Teil des vorab eingespritzten Kraftstoffes oder der unverbrannte Rest davon als äquivalent zu dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff angesehen werden. Daher ist es möglich, die Haupteinspritzmenge Sm unter Berücksichtigung von Charakteristika der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Messen des Koeffizienten Alpha, welcher die Rate des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes darstellt, im Vorhinein durch ein Experiment oder einen anderen Vorgang, und Verwenden der vorgenannten Gleichung 2 zu berechnen. Wie vorstehend beschrieben ist, verändert sich die Rate des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes in Abhängigkeit der Voreinspritzzeit, des Zündintervalls Ds und des Einspritzintervalls Di. Daher wird der Wert des Koeffizienten Alpha basierend darauf ermittelt. In Fällen, bei welchen die Menge des durch die Zündung mit der Zündkerze 5 verbrannten Kraftstoffes (das heißt, die Kraftstoffmenge, welche durch die stahlgeführte Verbrennung verbrannt wird) relativ zu der gesamten Voreinspritzmenge sehr klein ist, kann der Koeffizient Alpha bei der Steuerung auf gleich 1 eingestellt werden. In diesem Fall wird bei der Steuerung angenommen, dass die lastangepasste Einspritzmenge gleich der gesamten Einspritzmenge ist. Nach dem Abschluss der Verarbeitung bei Schritt S108 schreitet der Vorgang zu Schritt S130 voran.
Da die Parameter mit Bezug auf die Voreinspritzung, die Haupteinspritzung und die Zündung in dem Niedriglastbereich R6 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise ermittelt werden, bleibt der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach der Zündung des vorab eingespritzten Kraftstoffes, welcher in Diagramm (a) von 14 durch M1 dargestellt ist, zurück. Wie vorstehend beschrieben, ist der Betrag des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes in dem Niedriglastbereich R6 im Wesentlichen konstant, da die Voreinspritzmenge Sp auf die minimale Voreinspritzmenge Spmin festgelegt ist und das Zündintervall Ds und das Einspritzintervall Di ebenso festgelegt sind.
Falls die bei Schritt S104 durchgeführte Ermittlung negativ ist, schreitet der Vorgang zu Schritt S110 voran. Bei Schritt S110 wird ermittelt, ob die bei Schritt S102 ermittelte lastangepasste Einspritzmenge S0 kleiner oder gleich einer vorbestimmten zweiten Einspritzmenge S2 ist. Die vorbestimmte zweite Einspritzmenge S2 entspricht einem Schwellenwert gemäß einer Maschinenlast, oberhalb welcher die Menge des zu der geeigneten Einspritzzeit bei dem Ottomotor eingespritzten Kraftstoffes relativ so groß ist, dass eine Situation auftritt, bei welcher die Selbstzündungs-Diffusionsverbrennung durch deren latente Verdampfungswärme wahrscheinlich beeinflusst wird, so dass diese instabil wird, und Russ aufgrund eines Fehlbetrags von Luft (Sauerstoff) um den Kraftstoffstrahl herum wahrscheinlich erzeugt wird. Mit anderen Worten, die vorbestimmte zweite Einspritzmenge S2 entspricht der größten Grenz-Einspritzmenge, welche zu der geeigneten Einspritzzeit bei dem Ottomotor mit Blick auf die Stabilität der Verbrennung und Russ eingespritzt werden kann. Falls daher die lastangepasste Einspritzmenge S0 kleiner oder gleich der zweiten Einspritzmenge S2 ist, liegt eine Situation vor, bei welcher es unwahrscheinlich ist, dass Russ erzeugt wird. Falls die lastangepasste Einspritzmenge S0 andererseits die vorbestimmte zweite Einspritzmenge S2 überschreitet, liegt eine Situation vor, bei welcher Russ erzeugt werden kann. Falls die bei Schritt S110 durchgeführte Ermittlung zustimmend ist, schreitet der Vorgang zu Schritt S111 voran, und falls diese negativ ist, schreitet der Vorgang zu Schritt S121 voran.
Falls die bei Schritt S110 durchgeführte Ermittlung zustimmend ist, das heißt, falls die lastangepasste Einspritzmenge S0 größer als die vorbestimmte erste Einspritzmenge S1 und kleiner oder gleich der vorbestimmten zweiten Einspritzmenge S2 ist, befindet sich die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 in einem mittleren Lastbereich R7 (siehe 14). In diesem Fall schreitet der Vorgang zu den Schritten S111 und S112 voran. Bei Schritt S111 wird die Voreinspritzmenge Sp unter Verwendung des Steuerungskennfelds bzw. der Steuerungskennlinie ermittelt, welche in Diagramm (a) von 14 durch die Linie L30 dargestellt ist, und bei Schritt S112 wird die Voreinspritzzeit Tp unter Verwendung des Steuerungskennfelds ermittelt, das in Diagramm (b) von 14 durch die Linie L33 dargestellt ist. Die lastangepasste Einspritzmenge S0 ist in dem mittleren Lastbereich R7 insbesondere größer als die vorbestimmte erste Einspritzmenge S1, und daher ist es notwendig, die Erzeugung von Russ infolge der Interferenz des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes und des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes zu reduzieren. Daher wird, wie vorstehend beschrieben ist, die Voreinspritzzeit Tp zusätzlich zu der Verschiebung nach früh zusammen mit der Verschiebung der Haupteinspritzzeit Tm nach früh um den gleichen Betrag weiter nach früh verschoben, um die Erzeugung von Russ mit Zunahmen der Maschinenlast (das heißt, Zunahmen der lastangepassten Einspritzmenge S0) zu reduzieren. Die Voreinspritzzeit Tp kann unter Berücksichtigung des Gleichgewichts zwischen dem thermischen Wirkungsgrad und dem Betrag von erzeugtem Russ sowohl basierend auf der Beziehung zwischen dem Einspritzintervall Di und dem thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1, vorstehend mit Bezug auf 10 beschrieben, als auch der Reduktion von Russ, vorstehend mit Bezug auf 11 beschrieben, geeignet eingestellt sein. Daher ist es durch Erhöhen der Voreinspritzmenge gemäß einer Zunahme des Verschiebungsbetrags der Voreinspritzzeit Tp nach früh, wie durch die Linie L30 dargestellt, wodurch der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes erhöht wird und dieser mit dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff verbrannt wird (siehe 11), möglich, die Erzeugung von Russ zu reduzieren, ohne den thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 negativ zu beeinflussen.
Dann wird bei Schritt S113 der Zündzeitpunkt Ts unter Verwendung des Steuerungskennfelds ermittelt, welches durch die Linie L34 in Diagramm (b) von 14 dargestellt ist. Der Verschiebungsbetrag des Zündzeitpunkts Ts nach früh wird insbesondere um einen Betrag erhöht, welcher gleich der Zunahme des Verschiebungsbetrags der Voreinspritzzeit Tp nach früh ist, welche bei Schritt S112 im Ansprechen auf die Zunahme der Maschinenlast ermittelt wird. Mit anderen Worten, der Zündzeitpunkt Ts wird in dem mittleren Lastbereich R7 im Ansprechen auf die Zunahme der Maschinenlast nach früh verschoben. Nach dem Abschluss der Verarbeitung bei Schritt S113 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S114 voran.
Bei Schritt S114 wird die Haupteinspritzmenge Sm unter Verwendung des Steuerungskennfelds ermittelt, welches durch die Linie L31 in Diagramm (a) von 14 dargestellt ist. Auch in dem mittleren Lastbereich R7 folgt die Beziehung zwischen der Maschinenlast und der Haupteinspritzmenge Sm, wie durch die Linie L31 dargestellt, der vorstehend erwähnten Gleichung 2, wie in dem Niedriglastbereich R6. Daher kann die Haupteinspritzmenge Sm unter Berücksichtigung von Charakteristika der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung ermittelt werden, wie bei der Verarbeitung von Schritt S108. Da die Voreinspritzmenge Sp in dem mittleren Lastbereich R7 mit einer Zunahme der Maschinenlast erhöht ist, ist die Zunahmerate der Haupteinspritzmenge Sm (das heißt, die Rate der Zunahme der Haupteinspritzmenge Sm relativ zu der Zunahme der Maschinenlast) in dem mittleren Lastbereich R7 kleiner als die Zunahmerate der Haupteinspritzmenge Sm in dem Niedriglastbereich R6. Nach dem Abschluss der Verarbeitung von Schritt S114 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S130 voran.
Mit den Parametern mit Bezug auf die Voreinspritzung, die Haupteinspritzung und die Zündung, welche wie vorstehend beschrieben bestimmt sind, bleibt der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes, wie durch M1 in Diagramm (a) von 14 dargestellt ist, nach der Zündung des vorab eingespritzten Kraftstoffes in dem mittleren Lastbereich R7 zurück. Wie vorstehend beschrieben, ist die Voreinspritzmenge in dem mittleren Lastbereich R7 im Ansprechen auf die Zunahme der Maschinenlast erhöht und die Voreinspritzzeit Tp und der Zündzeitpunkt Ts sind nach früh verschoben, wobei das Zündintervall Ds festgelegt ist. Folglich nimmt der Betrag des unverbrannten Rests mit der Zunahme der Maschinenlast ebenso zu.
Falls die bei Schritt S110 durchgeführte Ermittlung negativ ist, das heißt, falls die lastangepasste Einspritzmenge S0 größer als die vorbestimmte zweite Einspritzmenge S2 ist, befindet sich die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine 1 in dem Hochlastbereich R8 (siehe 14). In diesem Fall schreitet der Vorgang zu Schritt S121 voran. Bei Schritt S121 wird die Haupteinspritzmenge Sm unter Verwendung des Steuerungskennfelds ermittelt, welches durch die Linie L31 in Diagramm (a) von 14 dargestellt ist. In dem Hochlastbereich R8 wird die Haupteinspritzmenge Sm insbesondere im Ansprechen auf die Zunahme der Maschinenlast relativ groß gemacht bzw. vergrößert. Falls die Haupteinspritzmenge etwas groß wird, würde die Verbrennung aufgrund des Effekts der latenten Verdampfungswärme während der Einspritzung instabil werden und es ist wahrscheinlich, dass Russ aufgrund des Fehlbetrags von Luft (Sauerstoff) um den eingespritzte Kraftstoffstrahl herum erzeugt wird, wie vorstehend beschrieben ist. Mit Blick darauf ist die Haupteinspritzmenge Sm in dem Hochlastbereich R8 auf eine maximale Haupteinspritzmenge Smmax eingestellt, welche der Obergrenze der Haupteinspritzmenge entspricht, mit welcher eine stabile Verbrennung sichergestellt ist und die Erzeugung eines übermäßig großen Russbetrags verhindert werden kann. Nach dem Abschluss der Verarbeitung von Schritt S121 schreitet der Vorgang zu Schritt S122 voran.
Bei Schritt S122 wird die Voreinspritzmenge Sp unter Verwendung des Steuerungskennfelds berechnet, welches durch die Linie L30 in Diagramm (a) von 14 dargestellt ist. In dem Hochlastbereich R8 ist die Beziehung zwischen der Maschinenlast und der Voreinspritzmenge Sp, wie durch die Linie L30 dargestellt, durch die nachfolgende Gleichung 3 ausgedrückt:
[Math. 3] $Sp = (S 0 - Sm) / α$
worin Alpha der Rate des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes entspricht, wie bei Gleichung 2. In dem Hochlastbereich R8 ist die Haupteinspritzmenge Sm aus dem vorstehend beschriebenen Grund auf die maximale Haupteinspritzmenge Sm festgelegt. Daher kann die Voreinspritzmenge Sp unter Verwendung der vorstehenden Gleichung 3 unter Berücksichtigung von Charakteristika der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung ermittelt werden, aus im Wesentlichen dem gleichen Grund wie bei der Verarbeitung der Schritte S108 und S114. Nach dem Abschluss der Verarbeitung bei Schritt S122 schreitet der Vorgang zu Schritt S123 voran.
Bei Schritt S123 wird die Voreinspritzzeit Tp unter Verwendung des Steuerungskennfelds ermittelt, welches durch die Linie L33 in Diagramm (b) von 14 dargestellt ist. In dem Hochlastbereich R8 ist die Haupteinspritzmenge Sm insbesondere auf die bei Schritt S121 ermittelte maximale Haupteinspritzmenge Sm festgelegt, um eine stabile Verbrennung sicherzustellen und Russ zu reduzieren, da die lastangepasste Einspritzmenge S0 größer als die vorbestimmte zweite Einspritzmenge S2 ist. Daher wird die Voreinspritzmenge Sp im Ansprechen auf die erforderliche Maschinenlast gemäß der vorgenannten Gleichung 3 als ein Wert ermittelt, welcher größer als die Werte in dem mittleren Lastbereich R7 ist. Während die Voreinspritzmenge Sp auf diese Art und Weise groß wird, tritt erneut die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Russ aufgrund der Interferenz des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes und des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes auf. Daher wird, wie aus der Linie L33 in Diagramm (b) von 14 ersichtlich ist, die Voreinspritzzeit Tp stärker nach früh verschoben als in dem Fall, bei welchem sich die Maschinenlast in dem mittleren Lastbereich R7 befindet, mit anderen Worten, die Voreinspritzzeit Tp ist in einer solchen Art und Weise eingestellt, dass das Einspritzintervall Di in dem Hochlastbereich R8 mit Zunahmen der Maschinenlast erhöht ist, um Russ dadurch zu reduzieren. Da in dem Hochlastbereich R8 die Wahrscheinlichkeit einer Russerzeugung besteht, wie vorstehend beschrieben, ist es vorzuziehen, dass die Voreinspritzzeit Tp unter Zuordnung einer höheren Priorität auf die Reduktion von Russ durch die Verschiebung nach früh geeignet eingestellt ist, wie vorstehend mit Bezug auf 11 beschrieben ist. Falls die Reduktion von Russ wie gewünscht erreicht werden kann, kann die Voreinspritzzeit Tp unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen dem Einspritzintervall Di und dem thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1, wie vorstehend mit Bezug auf 10 beschrieben, geeignet eingestellt sein. Nach dem Abschluss der Verarbeitung von Schritt S123 schreitet der Vorgang zu Schritt S124 voran.
Dann wird bei Schritt S124 der Zündzeitpunkt Ts unter Verwendung des Steuerungskennfelds bzw. der Steuerungskennlinie ermittelt, welche durch die Linie L34 in Diagramm (b) von 14 dargestellt ist. Der Zündzeitpunkt Ts ist insbesondere mit Zunahmen der Maschinenlast nach früh verschoben, wobei die Zunahmerate des Verschiebungsbetrags nach früh (das heißt, die Zunahmerate des Verschiebungsbetrags nach früh zu der Zunahme der Maschinenlast) kleiner ist als die Zunahmerate des Verschiebungsbetrags der Voreinspritzung nach früh. Folglich nimmt das Zündintervall Ds in dem Hochlastbereich R8 mit Zunahmen der Maschinenlast zu, während sowohl die Voreinspritzzeit Tp als auch der Zündzeitpunkt Ts mit Zunahmen der Maschinenlast erhöht sind. Folglich kann der Betrag des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes in dem Hochlastbereich R8, welcher zusammen mit dem bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff der Verbrennung unterzogen wird, in hohem Maße erhöht sein (siehe M1 in Diagramm (a) von 14). Wie vorstehend beschrieben ist, ist es durch Erhöhen des Betrags des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes in der vorstehend beschriebenen Art und Weise möglich, auf die erforderliche Maschinenlast zu reagieren bzw. diese zu berücksichtigen und den thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 auf zufriedenstellenden Niveaus zu halten, obwohl die Haupteinspritzmenge in dem Hochlastbereich R8 auf die maximale Haupteinspritzmenge festgelegt ist. Nach dem Abschluss der Verarbeitung von Schritt S124 schreitet der Vorgang zu Schritt S130 voran.
Mit den Parametern bezüglich der Voreinspritzung, der Haupteinspritzung und der Zündung, welche wie vorstehend beschrieben bestimmt sind, bleibt der unverbrannte Rest des vorab eingespritzten Kraftstoffes, wie durch M1 in Diagramm (a) von 14 dargestellt, nach der Zündung des vorab eingespritzten Kraftstoffes in dem Hochlastbereich R8 zurück. Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Voreinspritzmenge Sp in dem Hochlastbereich R8 im Ansprechen auf die Zunahme der Maschinenlast erhöht und die Voreinspritzzeit Tp und der Zündzeitpunkt Ts sind mit einem erhöhten Zündintervall Ds nach früh verschoben. Da die Haupteinspritzmenge Sm auf die maximale Haupteinspritzmenge Smmax festgelegt ist, ist die Zunahmerate der Voreinspritzmenge Sp zu der Zunahme der Maschinenlast höher als in dem Fall, bei welchem sich die Maschinenlast in dem mittleren Lastbereich R7 befindet. Folglich nimmt der Betrag des unverbrannten Rests mit Zunahmen der Maschinenlast stärker zu als in dem Fall, bei welchem sich die Maschinenlast in dem mittleren Lastbereich R7 befindet.
Nach dem Abschluss der Verarbeitung von einem der Schritte S108, S114 und S124 wird die Verarbeitung von S130 ausgeführt. Bei Schritt S130 werden die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 und die Zündung durch die Zündkerze 5 gemäß der Voreinspritzmenge Sp, der Voreinspritzzeit Ts, der Haupteinspritzmenge Sm, der Haupteinspritzzeit Tm und dem Zündzeitpunkt Ts, welche bei der vorstehenden Verarbeitung ermittelt wurden, durchgeführt. Nach dem Abschluss der Verarbeitung von Schritt S130 wird erneut der Vorgang beginnend bei Schritt S101 durchgeführt.
Gemäß dieser Verbrennungssteuerung ist es möglich, sowohl eine stabile Dieselverbrennung mit einer reduzierten Russerzeugung als auch eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads der Verbrennung durch geeignetes Ermitteln der Voreinspritzmenge Sp, der Voreinspritzzeit Ts, der Haupteinspritzmenge Sm, der Haupteinspritzzeit Tm und des Zündzeitpunkts Ts im Ansprechen auf die Maschinenlast zu erreichen. Darüber hinaus wird über einen breiten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine, welcher von dem Niedriglastbereich hin zu dem Hochlastbereich reicht, eine bevorzugte Verbrennung realisiert.
[Beispiel 2]
Mit Bezug auf 15 ist ein zweites Beispiel von Steuerungskennfeldern bzw. Steuerungskennlinien für die Voreinspritzung, die Haupteinspritzung und die Zündung, welche bei der in 13 gezeigten Verbrennungssteuerung angewendet werden können, beschrieben. In 15 sind die gleichen Steuerungskennfelder wie diese in 14 durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um auf eine detaillierte Beschreibung davon zu verzichten. Insbesondere sind bei den in 15 gezeigten Steuerungskennfeldern die Aufteilungen des Bereichs der Maschinenlast oder der Niedriglastbereich R6, der mittlere Lastbereich R7 und der Hochlastbereich R8 gleich diesen in 14. Darüber hinaus sind die Steuerungskennfelder für die Voreinspritzmenge Sp (durch die Linie L30 dargestellt), die Haupteinspritzmenge Sm (durch die Linie L31 dargestellt), und die lastangepasste Einspritzmenge S0 (durch die Linie L32 dargestellt), und die Steuerungskennfelder für die Haupteinspritzzeit (durch die Linie L35 dargestellt) zwischen 14 und 15 gleich.
Im Nachfolgenden sind die Steuerungskennfelder für die Voreinspritzzeit Tp (durch die Linie L36 dargestellt) und den Zündzeitpunkt Ts (durch die Linie L37 dargestellt) für jeden der Lastbereiche beschrieben.
Niedriglastbereich R6
In dem Niedriglastbereich R6 sind die Beziehung zwischen der Maschinenlast und der Voreinspritzzeit Tp und die Beziehung zwischen der Maschinenlast und dem Zündzeitpunkt Ts gleich wie bei den in 14 gezeigten Steuerungskennfeldern.
Mittlerer Lastbereich R7
In diesem Beispiel ist die Voreinspritzzeit Tp in dem mittleren Lastbereich R7 zusammen mit der Haupteinspritzzeit Tm um den gleichen Verschiebungsbetrag nach früh verschoben. Folglich ist das Einspritzintervall Di in dem mittleren Lastbereich R7 wie in dem Niedriglastbereich R6 konstant gehalten. Andererseits ist der Zündzeitpunkt Ts in einer solchen Art und Weise ermittelt, dass das Zündintervall Ds länger wird, während die Maschinenlast zunimmt. Daher ist der Zündzeitpunkt Ts in Richtung hin zu dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes verzögert bzw. nach spät verschoben, während die Maschinenlast zunimmt. Während das Zündintervall Ds länger wird, nimmt die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes, welcher bis zu der Zündung in die Verbrennungskammer strömt, zu. Daher kann der Betrag des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach der Zündung erhöht sein. Eine solche Zunahme des Betrags des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes ist hinsichtlich der Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads der Verbrennungskraftmaschine 1 vorteilhaft, wie vorstehend beschrieben ist.
Hochlastbereich R8
Auch bei diesem Beispiel ist die Haupteinspritzmenge Sm in dem Hochlastbereich R8 auf die bei Schritt S 121 ermittelte maximale Haupteinspritzmenge Smmax festgelegt, um eine stabile Verbrennung sicherzustellen und Russ zu reduzieren, und daher ist die Voreinspritzmenge Sp relativ groß. Daher ist die Voreinspritzzeit Tp, wie im Falle des Hochlastbereichs R8 bei dem ersten Beispiel, stärker nach früh verschoben als in dem mittleren Lastbereich R7, um den durch eine Interferenz des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes und des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes erzeugten Russ zu reduzieren. Mit anderen Worten, die Voreinspritzzeit Tp ist in einer solchen Art und Weise eingestellt, dass das Einspritzintervall Di mit Zunahmen der Maschinenlast in dem Hochlastbereich R8 länger wird. Der Zündzeitpunkt Ts kann mit Zunahmen der Maschinenlast nach früh verschoben sein, so dass das Zündintervall Ds mit Zunahmen der Maschinenlast länger wird. Alternativ kann der Zündzeitpunkt Ts unabhängig von Zunahmen der Maschinenlast auf eine festgelegte Zeit fixiert sein.
Während die Voreinspritzzeit Tp und der Zündzeitpunkt Ts in der vorstehend beschriebenen Art und Weise bestimmt werden, wird das Zündintervall Ds durch starkes Verschieben der Voreinspritzzeit Tp nach früh im Ansprechen auf Zunahmen der Maschinenlast vergrößert. Folglich kann der Betrag des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes Tp wirkungsvoll erhöht werden (siehe M1 in Diagramm (a) von 15). Insbesondere da die Haupteinspritzmenge in dem Hochlastbereich R8 auf die maximale Haupteinspritzmenge Smmax festgelegt ist, um eine stabile Verbrennung sicherzustellen und Russ zu reduzieren, kann die erforderliche Maschinenlast durch Erhöhen des Betrags des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes auf diese Art und Weise erhalten werden und es ist ebenso möglich, den thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 auf zufriedenstellenden Niveaus zu halten.
Durch geeignetes Ermitteln der Voreinspritzmenge Sp, der Voreinspritzzeit Ts, der Haupteinspritzmenge Sm, der Haupteinspritzzeit Tm und des Zündzeitpunkts Ts im Ansprechen auf die Maschinenlast für die Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der in 15 gezeigten Steuerungskennfelder, wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, sowohl eine stabile Dieselverbrennung mit reduzierter Russerzeugung als auch eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads der Verbrennung zu erreichen. Darüber hinaus wird über einen breiten Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine, welcher von dem niedrigen Lastbereich hin zu dem hohen Lastbereich reicht, eine bevorzugte Verbrennung realisiert.
[Beispiel 3]
Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen ist der Zündzeitpunkt Ts auf eine Zeit nach der Voreinspritzzeit Tp eingestellt. Als eine Alternative zu diesem Modus kann der Zündzeitpunkt Ts bei diesem Beispiel auf eine Zeit vor der Voreinspritzzeit Tp eingestellt sein. In diesem Fall wird die Voreinspritzung durchgeführt, während die Zündung durch die Zündkerze 5 andauert, mit anderen Worten, während die Entladung zwischen den Elektroden der Zündkerze 5 andauert. Die Zündung durch die Zündkerze 5 wird zu einer vorbestimmten Zeit vor der Voreinspritzzeit Tp gestartet und die Voreinspritzung wird durchgeführt, während die Zündung andauert, so dass der vorab eingespritzte Kraftstoff entzündet wird. Durch das Starten der Zündung durch die Zündkerze 5 im Vorhinein kann die Temperatur der Luft um den in 2 gezeigten Bereich 5a herum erhöht werden, wodurch die Zündfähigkeit des vorab eingespritzten Kraftstoffes verbessert werden kann. Folglich kann die Zuverlässigkeit der Verbrennungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert werden.
Im Falle dieses Beispiels wird der vorab eingespritzte Kraftstoff zu der Zeit gezündet, wenn der vorab eingespritzte Kraftstoff den Bereich 5a der Zündkerze 5 erreicht. Daher ist es schwierig, den Betrag des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes durch Erhöhen des Zündintervalls Ds zu erhöhen, wie im Falle der vorstehend beschriebenen Beispiele. Wenn daher der Betrag des unverbrannten Rests des vorab eingespritzten Kraftstoffes erhöht werden soll, um den thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine 1 zu verbessern, kann die Voreinspritzmenge Sp erhöht werden. Falls darüber hinaus mit der Zunahme der Voreinspritzmenge eine Wahrscheinlichkeit der Russerzeugung vorliegt, kann die Voreinspritzzeit Tp zusätzlich zu dem Erhöhen der Voreinspritzmenge Sp nach früh verschoben werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
2: Zylinder
3: Kolben
5: Zündkerze
6: Kraftstoffeinspritzventil
7: Ansaugkanal
8: Auslasskanal
9: Einlassventil
10: Auslassventil
20: ECU
21: Kurbelpositionssensor
22: Gaspedalpositionssensor
71: Drosselventil
72: Luftströmungsmesser
Tp: Voreinspritzzeit
Tm: Haupteinspritzzeit
Ts: Zündzeitpunkt
Di: Einspritzintervall
Ds: Zündintervall

Claims

Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend: ein Kraftstoffeinspritzventil, welches in der Lage ist, Ottokraftstoff als Kraftstoff in eine Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen; eine Zündkerze, deren Position relativ zu dem Kraftstoffeinspritzventil in einer solchen Art und Weise eingestellt ist, dass ein durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzter Kraftstoffstrahl einen zündfähigen Bereich durchläuft und die Zündkerze den Kraftstoffstrahl direkt fremdzünden kann; und Verbrennungssteuerungsmittel, welche derart konfiguriert sind, dass diese eine Voreinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil bei einer vorbestimmten Voreinspritzzeit während eines Verdichtungstaktes, und eine Haupteinspritzung bei einer solchen vorbestimmten Einspritz-Startzeit vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes, welche ermöglicht, dass eine Verbrennung durch eine Flamme gestartet wird, die durch eine Verbrennung des vorab eingespritzten Kraftstoffes erzeugt wird, nachdem ein durch den vorab eingespritzten Kraftstoff ausgebildeter Vorstrahl durch die Zündkerze fremdgezündet ist, durchführen, wodurch eine vorbestimmte Art und Weise der Verbrennung hervorgerufen wird, bei welcher eine Selbstzündung auftritt und zumindest ein Teil des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes durch eine Diffusionsverbrennung verbrannt wird, wobei, wenn die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes erhöht ist, die Verbrennungssteuerungsmittel die Voreinspritzzeit im Ansprechen auf die Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach früh verschieben und dadurch ein Einspritzintervall zwischen der Voreinspritzzeit und der vorbestimmten Einspritz-Startzeit der Haupteinspritzung vergrößern.
Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Verbrennungssteuerungsmittel im Ansprechen auf die Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes die Voreinspritzzeit nach früh verschieben und ein Zündintervall zwischen der Voreinspritzzeit und dem Zeitpunkt der Zündung durch die Zündkerze vergrößern.
Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbrennungssteuerungsmittel, wenn die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine größer oder gleich einer vorbestimmten ersten Last ist, die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes entsprechend der Zunahme der Maschinenlast erhöhen und die Voreinspritzzeit entsprechend der Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach früh verschieben.
Steuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die Verbrennungssteuerungsmittel, wenn die Maschinenlast der Verbrennungskraftmaschine größer oder gleich einer vorbestimmten zweiten Last ist, die höher als die erste Last ist, die Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes entsprechend der Zunahme der Maschinenlast erhöhen, während die Menge des bei der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffes auf einer vorbestimmten, oberen Grenzmenge gehalten wird, und die Voreinspritzzeit entsprechend der Zunahme der Menge des vorab eingespritzten Kraftstoffes nach früh verschieben.