DE102015103238A1

DE102015103238A1 - Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015103238A1
Application number: DE102015103238.4A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Nanjyo
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2015-10-08
Also published as: JP6237375B2; JP2015183580A

Abstract

Vorgesehen ist eine Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung, welche einen Sprühwinkel von Kraftstoff ermittelt, der durch einen Kraftstoffinjektor in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, in welcher ein Drall-Erzeuger eingebaut ist, um einen Drall in der Verbrennungskammer zu erzeugen. Die Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung arbeitet derart, dass diese zumindest eine erste Einspritzung und eine zweite Einspritzung bei einem vorgegebenen Zeitintervall durch den Kraftstoffinjektor aufeinanderfolgend durchführt, um einen ersten Kraftstoffstrahl und einen zweiten Kraftstoffstrahl innerhalb der Verbrennungskammer zu erzeugen, und einen Sprühwinkel der ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen basierend auf dem Zustand der Überlappung zwischen den ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen innerhalb der Verbrennungskammer ermittelt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung, welche derart gestaltet ist, dass diese einen Winkel ermittelt, der durch den Kegel eines Kraftstoffstrahls, der einen Kraftstoffinjektor verlässt, welcher mit einer Verbrennungskraftmaschine verwendet werden kann, gebildet wird.
2. Stand der Technik
Die japanische Patentveröffentlichung mit der Nummer JP 2013-24138 A lehrt eine Berechnung eines Sprühwinkels durch Nachschlagen unter Verwendung eines Kennfeldes, welches eine Beziehung zwischen dem Druck, mit welchen Kraftstoff gespritzt wird, der kinematischen Viskosität des Kraftstoffes und dem Sprühwinkel des Kraftstoffes darstellt.
Das in der vorstehenden Veröffentlichung offenbarte Berechnungssystem besitzt jedoch den Nachteil, dass es nicht möglich ist, einen Fehler beim Berechnen des Sprühwinkels zu kompensieren bzw. auszugleichen, welcher aufgrund der individuellen Variabilität der Kraftstoffinjektoren oder der zeitabhängigen Variation des Sprühwinkels beispielsweise aufgrund eines Verstopfens eines Spritzlochs des Kraftstoffinjektors auftritt. Daher besteht Raum für eine Verbesserung der Berechnung des Sprühwinkels.
Kurzfassung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung vorzusehen, welche derart gestaltet ist, dass diese einen Sprühwinkel von Kraftstoff exakt ermittelt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung vorgesehen, welche einen Sprühwinkel von Kraftstoff ermittelt, welcher durch einen Kraftstoffinjektor in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, in welcher ein Drall-Erzeuger eingebaut ist, um in der Verbrennungskammer einen Drall zu erzeugen. Die Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung weist auf: (a) eine Einspritzungs-Durchführungseinrichtung zum aufeinanderfolgenden Durchführen zumindest einer ersten Einspritzung und einer zweiten Einspritzung bei einem vorgegebenen Zeitintervall durch den Kraftstoffinjektor, um einen ersten Kraftstoffstrahl und einen zweiten Kraftstoffstrahl innerhalb der Verbrennungskammer zu erzeugen, während der Drall durch den Drall-Erzeuger innerhalb der Verbrennungskammer erzeugt wird; und (b) eine Sprühwinkel-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Sprühwinkels der ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen basierend auf einem Zustand einer Überlappung zwischen den ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen innerhalb der Verbrennungskammer.
Der Kraftstoffinjektor spritzt den Kraftstoff bei dem Zeitintervall ein, um die ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen aufeinanderfolgend zu erzeugen, während der Drall bzw. Wirbel innerhalb der Verbrennungskammer strömt. Die ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen werden der Strömung des Dralls folgend bewegt, so dass sich diese in einer Richtung, in welcher der Drall strömt, voneinander weg oder aufeinander zu bewegen.
Je größer der Sprühwinkel ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich die aufeinanderfolgend erzeugten ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen gegenseitig überlappen. Der Zustand der Überlappung zwischen den ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen spiegelt daher den Grad des Sprühwinkels wieder. Die Überlappung zwischen den ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen verändert sich außerdem mit einer Veränderung des Sprühwinkels, welche durch die individuelle Variabilität oder einen Alterungsprozess des Kraftstoffinjektors auftritt. Der Sprühwinkel der ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen wird daher durch Analysieren des Zustandes der Überlappung zwischen den ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen in der Verbrennungskammer exakt ermittelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung vorgesehen, welche einen Sprühwinkel von Kraftstoff ermittelt, der durch einen Kraftstoffinjektor in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, welche einen darin eingebauten Drall-Erzeuger, der einen Drall in der Verbrennungskammer erzeugt, und eine Druck-Ermittlungseinrichtung, welche einen Einspritzdruck ermittelt, der einem Druck entspricht, mit welchem der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor gespritzt wird, besitzt. Die Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung weist auf: (a) eine Einspritzungs-Durchführungseinrichtung zum aufeinanderfolgenden Durchführen zumindest einer ersten Einspritzung und einer zweiten Einspritzung bei einem vorgegebenen Zeitintervall durch den Kraftstoffinjektor, um einen ersten Kraftstoffstrahl und einen zweiten Kraftstoffstrahl innerhalb der Verbrennungskammer zu erzeugen, während der Drall durch den Drall-Erzeuger innerhalb der Verbrennungskammer erzeugt wird; (b) eine Zündverzögerungs-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Zündverzögerung ausgehend vom Spritzen des Kraftstoffes bis zu einem Zeitpunkt, zu welchem der Kraftstoff gezündet wird; (c) eine Gasdichte-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Gasdichte in der Verbrennungskammer; und (d) eine Sprühwinkel-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Sprühwinkels der ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen als eine Funktion der Zündverzögerung, des Einspritzdrucks und der Gasdichte.
Die Überlappung zwischen den ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen besitzt ein erhöhtes Äquivalenzverhältnis des Gemisches relativ zu Sauerstoff (das heißt Luft), was die Leichtigkeit, mit welcher das Gemisch gezündet wird, fördert. Daher ist die Zündverzögerung des Kraftstoffes umso kürzer, je größer die Überlappung zwischen den ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen ist. Dies bedeutet, dass die Zündverzögerung den Zustand der Überlappung zwischen den ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen, das heißt, den Grad des Sprühwinkels, widerspiegelt. Der Sprühwinkel kann daher als eine Funktion der Zündverzögerung ermittelt werden.
Der Sprühwinkel verändert sich üblicherweise mit einer Veränderung des Einspritzdrucks. Je höher die Gasdichte (oder die Dichte von Luft) ist, desto größer ist der Grad bzw. das Ausmaß, mit welchem der von dem Kraftstoffinjektor gespritzte Kraftstoff auf das Gas (das heißt Luft) innerhalb der Verbrennungskammer trifft, so dass sich dieser verteilt bzw. zerstäubt wird. Die Verwendung der Gasdichte oder des Einspritzdrucks beim Ermitteln des Sprühwinkels kompensiert daher einen Fehler, welcher aufgrund einer Veränderung des Einspritzdrucks oder der Gasdichte auftritt.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend angegebenen detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Abbildungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser verständlich, welche jedoch nicht dahingehend verstanden werden sollen, dass diese die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen beschränken, sondern diese dienen lediglich dem Zwecke der Erläuterung und des Verständnisses.
In den Abbildungen sind:
1 eine schematische Abbildung, welche eine Dieselmaschine für ein Automobil zeigt;
2 eine Schnittansicht, welche ein Muster eines Kraftstoffstrahls zeigt, welcher von einem Spritzloch eines Kraftstoffinjektors ausgestoßen wird;
3(a) und 3(b) Abbildungen, welche das Auftreffen eines Kraftstoffstrahls auf eine Wandoberfläche einer Verbrennungskammer aufgrund eines Abfalls der Gasdichte während eines Niedriglast-Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine darstellen;
4(a) und 4(b) Abbildungen, welche ein physikalisches Wechselwirken zwischen Kraftstoffstrahlen innerhalb einer Verbrennungskammer aufgrund eines Abfalls der Gasdichte während eines Hochlast-Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine darstellen;
5 ein Flussdiagramm einer Abfolge von logischen Schritten oder eines Programms, um die Verbrennung von Kraftstoff in einer Verbrennungskraftmaschine zu steuern;
6 ein Kennfeld bzw. Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Kontraktionskoeffizienten und einem Einspritzdruck darstellt;
7 ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einem Impuls eines Kraftstoffstrahls und einer verfügbaren Menge von Gas pro Zeiteinheit darstellt;
8 eine schematische Abbildung, welche eine Grenze eines verfügbaren Gasvolumens darstellt;
9 ein Kennfeld bzw. Diagramm, welches eine Beziehung einer Druckdifferenz und einer Menge von AGR-Gas zu einer Öffnungsposition eines AGR-Ventils darstellt;
10 eine schematische Ansicht, welche einen Sprühwinkel, ein Kraftstoffstrahl-Muster und eine Bewegung von Kraftstoffstrahlen darstellt, wenn Kraftstoff mehrfach aufeinanderfolgend gespritzt wird, während in einer Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine ein Drall erzeugt wird;
11(a) und 11(b) Zeitdiagramme, welche eine Einspritzrate und eine Wärmeabgaberate darstellen;
12 ein Graph, welcher eine Zündverzögerung in Bezug auf ein Einspritzintervall darstellt;
13 ein Flussdiagramm einer Abfolge von logischen Schritten oder eines Programms, um einen Sprühwinkel eines von einem Kraftstoffinjektor ausgestoßenen Kraftstoffstrahls zu ermitteln;
14 ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen einer Öffnungsposition eines SCV und einer Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine darstellt;
15(a), 15(b) und 15(c) Kennfelder bzw. Diagramme, welche Sprühwinkel in Bezug auf eine Zündverzögerung und eine Gasdichte für unterschiedliche Einspritzdruck-Niveaus darstellen; und
16 ein Kennfeld bzw. Diagramm, welches einen Sprühwinkel in Bezug auf eine Gasdichte für unterschiedliche Einspritzdruck-Niveaus darstellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bezug nehmend auf die Abbildungen, worin sich in verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile beziehen, insbesondere auf 1, ist eine Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung, wie hierin bezeichnet, wird mit einer Dieselmaschine (d. h. einer Verbrennungskraftmaschine) verwendet, welche in einem Automobil montiert ist, um einen Sprühwinkel von Kraftstoff (d. h., den Winkel, welcher durch den Kegel eines Kraftstoffstrahls, der einen Kraftstoffinjektor verlässt, gebildet wird) zu ermitteln.
Das Fahrzeug ist, wie in 1 dargestellt, mit einer Verbrennungskraftmaschine 10, einer Steuerungsvorrichtung 30 und einem Gaspedalsensor 41, welcher eine Betätigung eines Gaspedals durch einen Fahrer misst (das heißt, die Position des Gaspedals), welches in dem Fahrzeug eingebaut ist, und ein Signal an die Steuerungsvorrichtung 30 ausgibt, welches dies angibt.
Die Maschine 10 ist beispielsweise eine Vierzylinder-Dieselmaschine. Der Einfachheit der Darstellung halber zeigt 1 lediglich einen Zylinder der Maschine 10. Die Maschine 10 ist mit einem Zylinder 11, einem Kolben 12, einer Kurbelwelle 13, einem Einlass-Durchlass 15, einem Turbolader 16, einer Drosselventilvorrichtung 19, einem Einlassventil 17, einem Auslassventils 18, einer Kraftstoffpumpe 21, einem Common-Rail 22, einem Kraftstoffinjektor 24, einem Abgas-Durchlass 25, einem SCV (Drall-Steuerungsventil) 27, einer AGR(Abgasrückführ-)-Ventilvorrichtung 52, einem Drehzahlsensor 42, einem Zylinderdrucksensor 43, einem Einlassluft-Drucksensor 44, einem Einlassluft-Temperatursensor 45, einem Kraftstoffdrucksensor 46, einem Luft-Strömungsmesser 47, einem A/F-Sensor 48 und einem Kühlmittel-Temperatursensor 49 ausgerüstet. Der Kolben 12 definiert eine Verbrennungskammer 14 innerhalb des Zylinders 11.
Der Einlass-Durchlass 15 ist mit einem Zwischenkühler 54, der Drosselventilvorrichtung 19, einem Ausgleichsbehälter 20, einem Einlasskrümmer 20a und dem SCV 27 ausgerüstet, welche ausgehend von einer stromaufwärtigen Seite davon in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Der Zwischenkühler 54 arbeitet derart, dass dieser Luft, welche von dem Turbolader 16 zugeführt wird, kühlt. Die Drosselventilvorrichtung 19 ist mit einem Stellglied 19a, wie einem DC-Motor, und einem Drosselventil 19b ausgerüstet. Das Stellglied 19a arbeitet derart, dass dieses das Drosselventil 19b öffnet oder schließt. Der Ausgleichsbehälter 20 ist über den Einlasskrümmer 20a mit der Verbrennungskammer 14 jedes Zylinders 11 verbunden. Das Einlassventil 17 schafft selektiv eine Verbindung zwischen dem Einlasskrümmer 20a und der Verbrennungskammer 14 oder blockiert diese. Der Einlasskrümmer 20a besitzt das darin angeordnete SCV 27, welches als ein Drall-Erzeuger arbeitet, um einen Drall innerhalb der Verbrennungskammer 14 zu erzeugen. Das SCV 27 wird insbesondere während eines Ansaughubes bzw. -taktes der Maschine 10 durch ein Stellglied, wie einem DC-Motor, in einer offenen Position davon gesteuert, um die Geschwindigkeit eines Dralls bzw. Wirbels zu regulieren, welcher durch das Einführen von Luft in die Verbrennungskammer 14 erzeugt wird.
Die Kraftstoffpumpe 21 arbeitet als eine Einspritzdruck-Veränderungsvorrichtung und führt Kraftstoff zu dem Common-Rail 22. Das Common-Rail 22 arbeitet als ein Kraftstoffspeicher, in welchem der Kraftstoff bei einem eingestellten Druck gespeichert ist. Der Kraftstoffinjektor 24 (ebenso als ein Kraftstoff-Einspritzventil bezeichnet) spritzt den von dem Common-Rail 22 zugeführten Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 14 ein. Der Kraftstoffinjektor 24 besitzt einen Kopf, in welchem eine Mehrzahl von Spritzlöchern ausgebildet sind, durch welche der Kraftstoff in die Verbrennungskammer 14 ausgestoßen wird. Jedes der Spritzlöcher ist im Querschnitt davon kreisförmig.
Der Abgas-Durchlass 25 besitzt eine darin eingebaute Abgas-Emissions-Steuerungsvorrichtung 26 (ebenso als eine Reinigungseinheit bezeichnet), welche derart arbeitet, dass diese schädliche oder weniger schädliche Produkte, welche in den durch den Abgas-Durchlass 25 strömenden Emissionen enthalten sind, reduziert. Das Abgasventil 18 wird geöffnet oder geschlossen, um eine Verbindung zwischen dem Abgas-Durchlass 25 und der Verbrennungskammer 14 zu schaffen oder diese zu blockieren.
Der Turbolader 16 ist zwischen dem Einlass-Durchlass 15 und dem Abgas-Durchlass 25 angeordnet. Der Turbolader 16 ist mit einem Einlassluft-Verdichter 16a, welcher in dem Einlass-Durchlass 15 eingebaut ist, einer Abgasturbine 16b, welche in dem Abgas-Durchlass 25 eingebaut ist, und einer Drehwelle 16c, welche den Einlassluft-Verdichter 16a und die Abgasturbine 16b miteinander verbindet, ausgerüstet. Die Abgasturbine 16b wird durch die Energie des Abgases angetrieben, welches durch den Abgas-Durchlass 25 strömt, um eine Rotationsenergie zu erzeugen, welche über die Drehwelle 16c wiederum zu dem Einlassluft-Verdichter 16a übertragen wird, wodurch Luft, welche durch den Einlass-Durchlass 15 strömt, komprimiert bzw. verdichtet wird. Der Turbolader 16 arbeitet derart, dass dieser die in die Maschine 10 zu führende Luft verdichtet. Der Turbolader 16 ist mit einer variablen Schaufel (nicht gezeigt) ausgerüstet, welche geöffnet oder geschlossen wird, um den Ladedruck zu regulieren.
Der Abgas-Durchlass 25 ist bei einem Abschnitt davon stromaufwärts der Abgasturbine 16b mit einem Abschnitt des Einlass-Durchlasses 15 (das heißt dem Ausgleichsbehälter 20), welcher stromabwärts der Drosselventilvorrichtung 19 angeordnet ist, über einen AGR-Durchlass 51 verbunden. Der AGR-Durchlass 51 ist mit der AGR-Ventilvorrichtung 52 und einem AGR-Kühler 53 ausgerüstet. Die AGR-Ventilvorrichtung 52 arbeitet als eine Abgas-Rückführungsvorrichtung und eine Mischungsverhältnis-Veränderungsvorrichtung und ist mit einem Stellglied 52a, wie einem DC-Motor, und einem AGR-Ventil 52b, welches durch das Stellglied 52a geöffnet oder geschlossen wird, ausgerüstet. Insbesondere wird ein Abschnitt bzw. Teil (welcher nachstehend ebenso als ein AGR-Gas bezeichnet ist) des Abgases, welches durch den Abgas-Durchlass 25 strömt, hinsichtlich der Strömungsrate davon durch das AGR-Ventil 52b reguliert, durch den AGR-Kühler 53 gekühlt und anschließend in den Einlass-Durchlass 15 eingeführt. Das Stellglied 52a arbeitet außerdem als ein Sensor, um eine Öffnungsposition des AGR-Ventils 52b zu messen.
Der Drehzahlsensor 42 misst die Drehzahl NE der Maschine 10. Der Zylinderdrucksensor 43 misst einen Zylinderdruck Pcyl, welcher dem Druck innerhalb des Zylinders 11 (das heißt der Verbrennungskammer 14) entspricht. Der Einlassluft-Drucksensor 44 misst den Druck in dem Ausgleichsbehälter 20 (das heißt dem Einlass-Durchlass 15). Der Einlassluft-Temperatursensor 45 misst die Temperatur der Einlassluft innerhalb des Ausgleichsbehälters 20 (das heißt des Einlass-Durchlasses 15). Der Kraftstoffdrucksensor 46 misst den Druck von Kraftstoff innerhalb des Common-Rails 22. Der Luft-Strömungsmesser 47 misst, wie viel Frischluft pro Zeiteinheit in dem Einlass-Durchlass 15 strömt. Der A/F-Sensor 48 ist stromabwärts der Abgas-Emissions-Steuerungsvorrichtung 26 eingebaut und misst das Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Der Kühlmittel-Temperatursensor 49 misst die Temperatur THW von Kühlmittel der Maschine 10.
Die Kraftstoffstrahl-Berechnungsvorrichtung enthält außerdem eine Steuerungsvorrichtung 30, welche durch eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) implementiert ist. Die Steuerungsvorrichtung 30 überwacht Ausgänge der vorstehenden Sensoren, um den Betrieb der Kraftstoffpumpe 21 und des Kraftstoffinjektors 24 zu steuern, und diese dient als eine Sprühwinkel-Berechnungsvorrichtung.
2 ist eine Abbildung, welche ein Muster eines Kraftstoffstrahls zeigt. Betrachtet wird der Kraftstoffstrahl auf einer Steuerfläche (das heißt einem Längsquerschnitt des Kraftstoffstrahls), wie durch eine unterbrochene Linie angegeben.
Wenn von jedem der Spritzlöcher 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgestoßen, verändert sich Kraftstoff üblicherweise hin zu einem Kraftstoffstrahl bestehend aus winzigen Flüssigkeitströpfchen, welcher in der x-Richtung in 2 eine im Wesentlichen dreieckige Gestalt besitzt. Der Kraftstoffstrahl bewegt sich in einer Spritzrichtung (das heißt der x-Richtung in 2), während dieser Luft in der Verbrennungskammer 14 aufnimmt. In einem Bereich A, in welchem die Flüssigkeitströpfchen des Kraftstoffstrahls vorliegen, wird ein Gemisch von Gas (das heißt Luft und das AGR-Gas) und Kraftstoff geschaffen. Der Bereich A besitzt eine kegelförmige Gestalt und ist nachfolgend ebenso als ein Kraftstoff-Spritzbereich bezeichnet.
Die Geschwindigkeit der winzigen Tröpfchen des Kraftstoffes nimmt üblicherweise aufgrund eines Luftwiderstandes (das heißt Gas innerhalb der Verbrennungskammer 14) ausgehend von einer Anfangsgeschwindigkeit bei einem Querschnitt S0 eines Auslasses des Spritzlochs 24a ab. Die Bewegungsgröße bzw. der Impuls des Kraftstoffes bei dem Querschnitt S0 des Auslasses des Spritzlochs 24a wird daher hin zu diesem des Gemisches innerhalb des Kraftstoff-Spritzbereichs A verändert. Mit anderen Worten, der Impuls des von dem Spritzloch 24a abgegebenen Kraftstoffes wird als dieser des Gemisches innerhalb des Kraftstoff-Spritzbereichs A erhalten. Insbesondere wird der Impuls von Kraftstoff, welcher den Querschnitt S0 des Spritzlochs 24a durchläuft, gleich diesem des Gemisches, welches die Zielfläche S1 durchlauft, wie bei einem vorgegebenen Abstand x(t) in der Spritzrichtung von dem Spritzloch 24a entfernt definiert. X(t) bezeichnet den Abstand von dem Auslass des Spritzlochs 24a in der Richtung x zu der Zeit t, welche ausgehend von dem Zeitpunkt 0 verstrichen ist, wenn der Kraftstoff den Querschnitt S0 des Auslasses des Spritzlochs 24a erreicht. Der Querschnitt S0 ist nachfolgend ebenso als ein Auslassquerschnitt bezeichnet.
Der Impuls des Kraftstoffes, welcher den Auslassquerschnitt S0 durchlauft, wie in 2 dargestellt, ist gleich diesem des Gemisches, welches die Zielfläche S1 durchläuft, die bei dem Abstand x(t) von dem Spritzloch 24a angeordnet ist. Die nachstehende Gleichung 1 ist daher erfüllt. In Gleichung 1 wird der Impuls des Kraftstoffes auf der Zielfläche S1 vernachlässigt, da die Masse von Kraftstoff, welcher die Zielfläche S1 durchlauft, kleiner ist als diese von Luft, welche die Zielfläche S1 durchläuft.
worin ρ_f die Dichte von Kraftstoff darstellt, d den Durchmesser des Spritzlochs 24a darstellt, v₀ eine Anfangs-Spritzgeschwindigkeit darstellt, ρ_a der Gasdichte innerhalb des Zylinders 11 (d. h. der Verbrennungskammer 14) zum Zündzeitpunkt entspricht, θ₀ dem Sprühwinkel entspricht, und w(t) der Geschwindigkeit von Kraftstoff auf der Zielfläche S1 entspricht. Durch Umschreiben von Gleichung 1 erhält man die nachstehende Gleichung 2, welche die Geschwindigkeit w(t) darstellt.
Da gilt w(t) = dx/dt, wird die Reichweite bzw. erreichte Strecke x(t) eines Kraftstoffstrahls (d. h. eines Kraftstofftröpfchens) in Bezug auf die verstrichene Zeit t gemäß der nachstehenden Gleichung 3 ausgedrückt, welche durch Integrieren und Umschreiben von Gleichung 2 hergeleitet ist.
In dem Modell des Kraftstoffstrahls, wie in 2 dargestellt, ist der Kraftstoff, welche den Auslassquerschnitts S0 durchläuft, hinsichtlich der Strömungsrate identisch zu diesem, welcher die Zielfläche S1 durchläuft. Das Äquivalenzverhältnis φ(t) zwischen Kraftstoff und Sauerstoff über der Zielfläche S1 wird daher durch die nachstehende Gleichung 4 ausgedrückt. Die Berechnung des Äquivalenzverhältnisses φ(t) erfolgt durch eine Mischungsverhältnis-Berechnungsvorrichtung, welche durch die Steuerungsvorrichtung 30 implementiert ist.
worin φ_th ein stöchiometrisches Äquivalenzverhältnis darstellt (d. h. einen reziproken Wert eines Sauerstoff-Überschussverhältnisses), C_o2sp, wie später detailliert beschrieben, die Sauerstoffkonzentration von Gas darstellt, welches in den Kraftstoffstrahl gesaugt wird, und weitere Symbole hinsichtlich der physikalischen Bedeutung identisch sind zu diesen in Gleichung 1. Durch Einsetzen von Gleichung 2 in Gleichung 4 erhält man die nachstehende Gleichung 5, welche das Äquivalenzverhältnis darstellt.
Die 3(a) und 3(b) sind schematische Ansichten, welche das Auftreffen eines Kraftstoffstrahls fj auf die Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 aufgrund eines Abfalls der Dichte des Gases in der Verbrennungskammer 14 darstellen, wenn sich die Maschine 10 bei einer niedrigen Last in Betrieb befindet. Insbesondere stellt 3(a) den bei einer angepassten Betriebsbedingung der Maschine 10 geschaffenen Kraftstoffstrahl fj dar. Der Kraftstoffstrahl fj brennt aus bzw. verbrennt oder beendet das Verbrennen bei einer Position, welche durch eine unterbrochene Linien dargestellt ist, was in einem verringerten Betrag von Abgasemissionen, wie NOx oder PM, resultiert. 3(b) stellt den Fall einer Verzögerung des Turboladers 16 dar, welcher die Luft zu der Maschine 10 führt, und zeigt eine Abnahme der Gasdichte innerhalb der Verbrennungskammer 14 im Vergleich dazu, wenn die Maschine 10 in der angepassten Betriebsbedingung in Betrieb ist, was im Vergleich zur Erwartung in einer Abnahme der Tröpfchen des Kraftstoffstrahls fj resultiert, welche auf das Gas treffen, was zu einer Zunahme der Strecke führt, welche der Kraftstoffstrahl fj zurücklegt, bis dieser ausbrennt bzw. verbrennt. Dies bewirkt, wie in 3(b) durch eine schraffierte Fläche dargestellt, dass der Kraftstoffstrahl fj auf die Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 trifft. Solch ein Auftreffen resultiert in einer Abnahme der Temperatur des Kraftstoffstrahls fj und der Verbrennungstemperatur des Kraftstoffstrahls fj, was in einer Zunahme von unverbrannten Komponenten des Kraftstoffes, wie HC oder CO, resultiert.
Die 4(a) und 4(b) sind schematische Ansichten, welche eine physikalische Beeinträchtigung zwischen Kraftstoffstrahlen fj darstellen, welche aus einem Abfall der Gasdichte in der Verbrennungskammer 14 resultiert, wenn die Maschine 10 bei einer hohen Last in Betrieb ist. 4(a) stellt insbesondere Kraftstoffstrahlen fj1, fj2 und fj3 dar, welche bei einer angepassten Betriebsbedingung der Maschine 10 erzeugt werden. Die Kraftstoffstrahlen fj1, fj2 und fj3 verbrennen ohne gegenseitige Beeinträchtigung, was in einem verringerten Betrag von Abgasemissionen, wie NOx oder PM, resultiert. In den Beispielen der 4(a) und 4(b) ist die Maschine 10 bei der hohen Last in Betrieb, so dass eine große Menge von Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor 24 gespritzt wird und die Kraftstoffstrahlen fj1, fj2 und fj3 die Wandoberfläche 12a der Verbrennungskammer 14 treffen. 4(b) stellt den Fall einer Verzögerung des Turboladers 16 dar, welcher die Luft zu der Maschine 10 führt, und zeigt einen Abnahme der Gasdichte innerhalb der Verbrennungskammer 14 im Vergleich dazu, wenn die Maschine 10 bei der angepassten Betriebsbedingung in Betrieb ist, was in einer Abnahme von Kraftstofftröpfchen der Kraftstoffstrahlen fj1, fj2 und fj3 resultiert, welche auf das Gas treffen, im Vergleich zu der Erwartung, was zu einer Zunahme der Strecke führt, welche jeder der Kraftstoffstrahlen fj1, fj2 und fj3 zurücklegt, bis dieser ausbrennt bzw. verbrennt. Dies bewirkt, wie in 4(b) durch schraffierte Flächen dargestellt ist, dass sich die Kraftstoffstrahlen fj1, fj2 und fj3 gegenseitig beeinträchtigen, so dass das Äquivalenzverhältnis des Gemisches in einem Bereich zunimmt, in welchem sich beispielsweise die Kraftstoffstrahlen fj1 und fj2 beeinträchtigen, was in einer Zunahme von PM, wie Russ, resultiert.
Die Steuerungsvorrichtung 30 ist daher derart gestaltet, dass diese eine Zielstrecke in der Spritzrichtung einstellt, in welcher der Kraftstoff innerhalb der Verbrennungskammer 14 gespritzt werden soll, und den Betrieb der AGR-Ventilvorrichtung 52 steuert, um das Äquivalenzverhältnis φ(t) des Gemisches, durch die Zielstrecke von dem Spritzloch 24a (d. h. dem Auslassquerschnitts S0) entfernt, mit einem Ziel-Äquivalenzverhältnis in Übereinstimmung zu bringen, um das Äquivalenzverhältnis φ(t) des Gemisches zum Minimieren der Abgasemissionen zu optimieren.
5 ist ein Flussdiagramm einer Abfolge von logischen Schritten oder eines Programms, um die Verbrennung von Kraftstoff in der Maschine 10 zu steuern. Dieses Programm ist in einem Speicher der Steuerungsvorrichtung 30 gespeichert und wird bei jeder Einspritzung des Kraftstoffes in die Maschine 10 durch eine CPU der Steuerungsvorrichtung 30 ausgeführt.
Nach dem Eintreten in das Programm schreitet die Routine zu Schritt S11, worin ein Einspritzdruck Pc, mit welchen Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor 24 ausgestoßen werden soll, eine Einspritzmenge Q von Kraftstoff, welche von dem Kraftstoffinjektor 24 gespritzt werden soll, und eine Einspritzzeit θ_inj, zu welcher der Kraftstoff beginnen soll, gespritzt zu werden, als eine Funktion der Betriebsbedingungen der Maschine 10 ermittelt werden. Die Steuerungsvorrichtung 30 überwacht insbesondere die Position des Gaspedals, welche durch den Gaspedalsensor 41 erfasst wird, und die Drehzahl NE der Maschine 10, welche durch den Drehzahlsensor 42 erfasst wird, um den Einspritzdruck Pc, die Einspritzmenge Q und die Einspritzzeit θ_inj durch Nachschlagen unter Verwendung eines Kennfeldes zu ermitteln. Die Einspritzzeit θ_inj ist in Bezug auf einen Kurbelwinkel θ (d. h., die Position der Kurbelwelle 13 der Maschine 10) vorgesehen. Die Steuerungsvorrichtung 30 betätigt die Kraftstoffpumpe 21, um den Druck des Kraftstoffes in dem Common-Rail 22 mit einem Zieldruck (d. h. dem Einspritzdruck Pc) in Übereinstimmung zu bringen. Die Steuerungsvorrichtung 30 überwacht beispielsweise den Druck in dem Common-Rail 22, welcher durch den Kraftstoffdrucksensor 46 gemessen wird, und steuert den Betrieb der Kraftstoffpumpe 21 in einem Feedback-Modus.
Die Routine schreitet zu Schritt S12 voran, worin eine Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg, ein Ziel-Äquivalenzverhältnis φ_trg und eine Ziel-Verbrennungsrate η_trg ermittelt werden. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet als eine Ziel-Verbrennungsstrecken-Ermittlungsvorrichtung, eine Ziel-Mischungsverhältnis-Ermittlungsvorrichtung und eine Ziel-Verbrennungsraten-Ermittlungsvorrichtung. Die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg entspricht einer Zielstrecke bzw. einem Zielabstand zwischen einem oberen Abschnitt des Kraftstoffstrahls, welcher verbrannt werden soll, und dem Spritzloch 24a in der Spritzrichtung. Der obere Abschnitt entspricht einem Abschnitt des Kraftstoffstrahls, welcher in der Spritzrichtung von dem Spritzloch 24a am weitesten entfernt liegt. Die Ziel-Verbrennungsrate η_trg entspricht einem Verhältnis eines Abschnitts des Kraftstoffstrahls, welcher ausgebrannt werden soll, bis der Kraftstoffstrahl die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg erreicht, zu der Gesamtheit des Kraftstoffstrahls. Das Ziel-Äquivalenzverhältnis φ_trg entspricht einem Zielwert, welchen das Äquivalenzverhältnis des Kraftstoffstrahls erreichen soll, wenn der Kraftstoffstrahl bei der Ziel-Verbrennungsrate η_trg ausgebrannt wird, bis der Kraftstoffstrahl die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg erreicht. Die Ermittlung der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg, des Ziel-Äquivalenzverhältnisses φ_trg und der Ziel-Verbrennungsrate η_trg wird durch Nachschlagen unter Verwendung von Kennfeldern als eine Funktion der Position des Gaspedals, welche durch den Gaspedalsensor 41 gemessen wird, und der Drehzahl NE der Maschine 10, welche durch den Drehzahlsensor 42 gemessen wird, erreicht. Die Kennfelder sind experimentell hergeleitet und angepasst, um Emissionen von NOx oder PM zu optimieren.
Die Routine schreitet zu Schritt S13 voran, worin eine Ziel-Kraftstoff-Einspritzmenge Q_cmb [mg] ermittelt wird, welche einer Menge des Kraftstoffes entspricht, die innerhalb der Verbrennungskammer 14 verbrannt werden soll, bis der Kraftstoffstrahl die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg erreicht. Die Kraftstoff-Einspritzmenge Q_cmb ist insbesondere durch die nachstehende Gleichung 6 angegeben. Q_cmb = ρ_f·η_trg·Q (6) worin ρ_f der Dichte des Kraftstoffes [mg/mm³] entspricht, η_trg der Ziel-Verbrennungsrate entspricht, wie bei Schritt S12 hergeleitet, und Q der Einspritzmenge [mm³/st] entspricht. Hierbei wird zum Zwecke einer kurzen Beschreibung lediglich einer der Kraftstoffstrahlen, welche von der Mehrzahl von Spritzlöchern 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgestoßen werden, betrachtet. Die Einspritzmenge Q in Gleichung 6 wird daher durch Dividieren der Einspritzmenge Q, welche bei Schritt S11 hergeleitet wird, durch die Anzahl nh der Spritzlöcher 24a vorgesehen.
Die Routine schreitet anschließend zu Schritt S14 voran, worin der Druck P_im in dem Einlasskrümmer 20a (d. h. dem Ausgleichsbehälter 20) und die Gastemperatur T_im in dem Einlasskrümmer 20a aufgenommen werden. Insbesondere wird der Druck P_im durch den Einlassluft-Drucksensor 44 gemessen. Die Gastemperatur T_im wird durch den Einlassluft-Temperatursensor 45 gemessen.
Die Routine schreitet zu Schritt S15 voran, worin die Gasdichte ρ_a innerhalb des Zylinders 11 (d. h. der Verbrennungskammer 14) zu der Einspritzzeit θ_inj gemäß der nachstehenden Gleichungen 7 und 8 ermittelt wird.
worin M_cyl einem Gesamtvolumen von Gas entspricht, welches während des Ansaugtaktes der Maschine 10 in den Zylinder 11 (d. h. die Verbrennungskammer 14) gesaugt wird, V(θ_inj) dem Volumen der Verbrennungskammer 14 zu der Einspritzzeit θ_inj entspricht, P_im dem Druck [kpa] in dem Einlasskrümmer 20a (d. h. dem Ausgleichsbehälter 20) entspricht, R einer Gaskonstante [J/K/mol] entspricht, T_im der Gastemperatur [Grad] in dem Einlasskrümmer 20a entspricht, M_air dem molekularen Gewicht [mg/mol] von Luft entspricht und V(θ_cls) dem Volumen des Zylinders 11 (d. h. der Verbrennungskammer 14) bei dem Ende des Ansaugtaktes der Maschine 10 entspricht, das heißt, wenn das Einlassventil 17 vollständig geschlossen ist. Das Volumen V(θ_cls) wird basierend auf Gestaltungsdimensionen bzw. Konstruktionsmaßen des Zylinders 11 und der Zeit berechnet, wenn das Einlassventil 17 geschlossen ist. Das Volumen V(θ_inj) wird basierend auf Gestaltungsdimensionen des Zylinders 11 und der Einspritzzeit θ_inj berechnet. In dem Fall, bei welchem das AGR-Gas zurückgeführt wird, kann anstelle des molekularen Gewichts von Luft das molekulare Gewicht von Gas innerhalb der Verbrennungskammer 14 verwendet werden, welches die Zusammensetzungen des Gases berücksichtigt.
Die Routine schreitet zu Schritt S16 voran, worin die Einspritzrate Qdot von einem Kraftstoffstrahl und ein Impuls M_sp pro Zeiteinheit eines Kraftstoffstrahls gemäß der nachstehenden Gleichungen 9 und 10 berechnet werden.
worin ρ_f der Dichte von Kraftstoff [mg/mm³] entspricht, d dem Durchmesser [mm] des Spritzlochs 24a entspricht und v₀ der Anfangsgeschwindigkeit [mm/ms] von Kraftstoff entspricht, welcher von dem Spritzloch 24a bei dem Auslassquerschnitt S0 gespritzt wird.
Die Anfangs-Spritzgeschwindigkeit v₀ wird gemäß der nachstehenden Gleichungen 11 ermittelt.
worin c dem Kontraktionskoeffizienten des Kraftstoffstrahls entspricht, Pc dem Einspritzdruck entspricht, P_cyl(θ_inj) dem Druck [kPa] in dem Zylinder 11 (d. h. der Verbrennungskammer 14) zu der Einspritzzeit θ_inj entspricht, und ρ_f der Dichte von Kraftstoff [mg/mm³] entspricht. Der Koeffizient c der Kontraktion wird unter Verwendung eines Kennfeldes in 6 berechnet. Das Kennfeld von 6 stellt eine experimentell hergeleitete Beziehung zwischen dem Kontraktionskoeffizienten c und dem Einspritzdruck Pc dar. Das Kennfeld zeigt, dass der Kontraktionskoeffizient c mit einer Zunahme des Einspritzdrucks Pc abnimmt. Der Druck P_cyl(θ_inj) wird durch den Zylinderdrucksensor 43 gemessen, kann jedoch alternativ gemäß der nachstehenden Gleichungen 12 berechnet werden.
worin γ dem spezifischen Wärmeverhältnis entspricht und weitere Symbole hinsichtlich der physikalischen Bedeutung identisch zu diesen in den Gleichungen 7 und 8 sind.
Die Routine schreitet anschließend zu Schritt S17 voran, worin eine verfügbare Menge an Gas M_ent, welcher ermöglicht wird, durch einen der Kraftstoffstrahlen, die von der Mehrzahl von Spritzlöchern 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgestoßen werden, verbraucht zu werden, in der nachfolgenden Art und Weise ermittelt wird. Durch Nachschlagen unter Verwendung des Kennfeldes von 7 unter Verwendung des Impulses M_sp von Kraftstoff, welcher bei Schritt S16 hergeleitet wird, wird eine verfügbare Menge von Gas m_ent ermittelt, welche der Menge von Gas entspricht, die für das Verbrennen von Kraftstoff, welcher pro Zeiteinheit gespritzt wird, verfügbar ist. Üblicherweise ist die Menge von Gas, welche pro Zeiteinheit in den Kraftstoffstrahl aufgenommen wird, umso größer, je größer der Impuls M_sp von Kraftstoff ist, was in einer Zunahme der verfügbaren Menge von Gas m_ent pro Zeiteinheit resultiert. Die Beziehung zwischen dem Impuls M_sp und der verfügbaren Menge von Gas m_ent pro Zeiteinheit in 7 kann experimentell hergeleitet sein.
Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet als eine Gasmengen-Berechnungsvorrichtung, um die verfügbare Menge von Gas m_ent pro Zeiteinheit mit einer Einspritzphase τ_inj zu multiplizieren, um die verfügbare Menge von Gas M_ent für einen Kraftstoffstrahl zu ermitteln. Die Einspritzphase τ_inj wird ausgedrückt durch
worin Q_cmb der Kraftstoff-Einspritzmenge entspricht, welche bei Schritt S13 hergeleitet wird, und Qdot der Einspritzrate eines Kraftstoffstrahls entspricht, welche bei Schritt S16 hergeleitet wird. In Gleichung 13 ist eine Zeitphase, in welcher die Einspritzmenge Q_cmb von Kraftstoff vollständig verbrannt werden soll, bis der Kraftstoffstrahl die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg erreicht, als die Einspritzphase τ_inj definiert.
Die verfügbare Menge von Gas M_ent für einen Kraftstoffstrahl besitzt eine obere Grenze (welche ebenso als eine Grenze eines verfügbaren Gasvolumens bezeichnet ist), welche von einer Gesamtmenge von Gas M_cyl, die in den Zylinder 11 (d. h. die Verbrennungskammer 14) gesaugt wird, und der Anzahl nh von Kraftstoffstrahlen (d. h. der Anzahl der Spritzlöcher 24a) abhängt. 8 ist eine schematische Ansicht, welche die Grenze des verfügbaren Gasvolumens darstellt. In dem dargestellten Beispiel wird Kraftstoff von den Spritzlöchern 24a des Kraftstoffinjektors 24 radial ausgestoßen, um die Kraftstoffstrahlen fj1, fj2 und fj3 zu erzeugen, welche in einer Umfangsrichtung des Kraftstoffinjektors 24 bei gleichen Intervallen zueinander angeordnet sind. Jeder der Kraftstoffstrahlen fj1, fj2 und fj3 nimmt Gas auf, welches in der Spritzrichtung strömt, und saugt ebenso Umgebungsgas auf, wie durch die Pfeile angegeben ist. Jeder von zwei benachbarten Kraftstoffstrahlen der Kraftstoffstrahlen fj1, fj2 und fj3 besitzt daher eine Gasmenge, welche innerhalb eines Bereichs existiert, wie durch eine unterbrochene Linie angegeben, der durch eine Grenze zwischen den beiden benachbarten Kraftstoffstrahlen als die obere Grenze der verfügbaren Gasmenge definiert ist. Insbesondere ist das verfügbare Gasvolumen durch Dividieren der Gesamtmenge von Gas M_cyl, welches in den Zylinder 11 (d. h. die Verbrennungskammer 14) gesaugt wird, durch die Anzahl der Kraftstoffstrahlen nh angegeben. Die Gesamtmenge von Gas M_cyl wird ausgedrückt durch
worin m_maf der Menge von Luft [g/s] entspricht, m_egr der Menge von AGR-Gas [g/s] entspricht, der Anzahl von Einspritzungen von Kraftstoff pro Umdrehung der Maschine 10 entspricht, und NE der Drehzahl der Maschine 10 [U/min] entspricht. Die Menge an Luft m_maf wird durch den Luft-Strömungsmesser 47 gemessen. Die Menge an AGR-Gas m_egr wird als eine Funktion der Position des AGR-Ventils 52b und eine Druckdifferenz zwischen stromaufwärts und stromabwärts des AGR-Ventils 52b berechnet. Die Drehzahl NE der Maschine 10 wird durch den Drehzahlsensor 42 gemessen. Die verfügbare Menge von Gas M_ent für einen Kraftstoffstrahl wird daher ausgedrückt durch
Die Routine schreitet anschließend zu Schritt S18 voran, worin der Sprühwinkel θ₀ ermittelt wird. Der Sprühwinkel θ₀ wird insbesondere durch Nachschlagen unter Verwendung eines Kennfeldes, wie in 16 gezeigt, basierend auf dem Einspritzdruck Pc und der Gasdichte ρ_a berechnet. Wenn entsprechend einer Kombination der vorstehend ermittelten Werte des Einspritzdrucks Pc und der Gasdichte ρ_a kein Wert des Sprühwinkels vorliegt, kann der Sprühwinkel θ₀ durch einen interpolierten Wert zwischen den vorstehenden ermittelten Werten des Einspritzdrucks Pc und der Gasdichte ρ_a angegeben werden.
Das Kennfeld von 16 stellt eine Beziehung zwischen dem Einspritzdruck Pc, der Gasdichte ρ_a und dem Sprühwinkel θ₀ dar und wird bei einem Sprühwinkel-Berechnungsverfahren erstellt, welches später detailliert beschrieben ist. Das Kennfeld zeigt, dass der Sprühwinkel θ₀ (d. h. ein Winkel, mit welchem sich der Kraftstoffstrahl von dem Spritzloch 24a ausbreitet, wie aus 2 ersichtlich) mit einer Zunahme des Einspritzdrucks Pc (d. h. einem mittleren Impuls von Kraftstoff, welcher von dem Spritzloch 24a ausgestoßen wird) zunimmt. Der mittlere Impuls von Kraftstoff entspricht einem Durchschnittsimpuls des Kraftstoffes über einen Querschnitt des Kraftstoffstrahls (d. h. die Zielfläche S1). Das Ausmaß, mit welchem der von dem Spritzloch 24a ausgestoßene Kraftstoff auf das Gas (d. h. Luft) innerhalb der Verbrennungskammer 14 trifft, so dass dieser zerstäubt wird, nimmt üblicherweise mit einer Zunahme der Gasdichte ρ_a (d. h. der Dichte von Luft) zu. Daher ist der Sprühwinkel θ₀ von Kraftstoff, welcher von dem Spritzloch 24a ausgestoßen wird, umso größer, je höher die Gasdichte ρ_a ist.
Die Routine schreitet zu Schritt S19 voran, worin eine Ziel-Verbrennungs-Sauerstoffkonzentration C_o2cmb basierend auf der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg und dem Ziel-Äquivalenzverhältnis φ_trg berechnet wird. Die Ziel-Verbrennungs-Sauerstoffkonzentration C_o2cmb entspricht der Konzentration von Sauerstoff in einem Bereich (welcher nachstehend ebenso als ein Kraftstoff-Spritzbereich bezeichnet ist), in welchem der Kraftstoff innerhalb der Verbrennungskammer 14 gespritzt wird, wenn die Einspritzmenge Q_cmb von Kraftstoff verbrannt wird. Die Ziel-Verbrennungs-Sauerstoffkonzentration C_o2cmb wird insbesondere gemäß der nachstehenden Gleichung 16 berechnet, welche durch Ersetzen der Reichweite x(t) durch die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg und außerdem Ersetzen des Äquivalenzverhältnisses φ(t) durch das Ziel-Äquivalenzverhältnis φ_trg und Umschreiben hergeleitet wird.
worin ρ_a der Dichte von Gas innerhalb des Zylinders 11 entspricht, wie bei Schritt S15 hergeleitet, θ₀ dem Sprühwinkel entspricht, wie bei Schritt S18 hergeleitet, und weitere Symbole hinsichtlich der physikalischen Bedeutung identisch zu diesen in Gleichung 5 sind.
Die Routine schreitet zu Schritt S20 voran, worin eine Ziel-Einlasskrümmer-Sauerstoffkonzentration C_o2im als eine Funktion der Ziel-Verbrennungs-Sauerstoffkonzentration C_o2cmb berechnet wird. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet insbesondere als eine Berechnungsvorrichtung für eine verbrauchte Sauerstoffmenge unter Verwendung der nachstehenden Gleichung 17, welche basierend auf einem Gleichgewicht der Menge von Sauerstoff innerhalb des Kraftstoff-Spritzbereichs erfüllt ist. C_o2im·M_ent – κ·Q_cmb = C_o2cmb(M_ent + Q_cmb) (17) worin C_o2im der Sauerstoffkonzentration von Gas in dem Einlasskrümmer 20a entspricht, M_ent der verfügbaren Gasmenge für einen Kraftstoffstrahl entspricht, wie bei Schritt S17 hergeleitet, κ einem Koeffizienten zum Umwandeln der Menge von Kraftstoff in eine verwendete Menge von Sauerstoff entspricht, C_o2cmb der Ziel-Verbrennungs-Sauerstoffkonzentration entspricht, wie bei Schritt S19 hergeleitet, und Q_cmb der Kraftstoff-Einspritzmenge entspricht, wie bei Schritt S13 hergeleitet. Mit anderen Worten, Gleichung 17 stellt die Tatsache dar, dass eine Menge an Sauerstoff, welche durch Subtrahieren einer Menge von Sauerstoff, die beim Verbrennen der Einspritzmenge Q_cmb von Kraftstoff verwendet oder verbraucht wird, von einer Menge von Sauerstoff bevor die Einspritzmenge Q_cmb von Kraftstoff innerhalb des Kraftstoff-Spritzbereichs verbrannt wird, hergeleitet wird, gleich einer Menge von Sauerstoff innerhalb des Kraftstoff-Spritzbereichs ist, nachdem der Kraftstoff verbrannt ist. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet als eine Berechnungsvorrichtung für eine Ziel-Sauerstoffkonzentration unter Verwendung der nachstehenden Gleichung 18, welche durch Umschreiben von Gleichung 17 hergeleitet wird.
Nachfolgend wird eine Zielmenge von AGR-Gas m_egr (welche nachfolgend ebenso als ein Ziel-AGR-Betrag bezeichnet ist) basierend auf der Ziel-Einlasskrümmer-Sauerstoffkonzentration C_o2im berechnet. Insbesondere sind die Gleichungen 19 bis 22 mit Bezug auf Gas innerhalb des Zylinders 11 (d. h. der Verbrennungskammer 14) erfüllt.
worin C_o2air der Konzentration von Sauerstoff [wt% bzw. Gewichtsprozent] in der Atmosphäre entspricht, C_o2ex einer Zielkonzentration von Sauerstoff im Abgas (beispielsweise in dem Abgaskrümmer der Maschine 10) entspricht, m_maf der Menge von Luft [mg/ms] entspricht, welche durch den Einlassdurchlass 15 strömt, m_egr der Menge von AGR-Gas [mg/ms] entspricht, welche in die Einlassluft rückgeführt werden soll, m_cyl der Menge von Einlassluft entspricht, welche in den Zylinder 11 gegeben wird, κ einem Koeffizienten zum Umwandeln der Menge von Kraftstoff in eine verwendete Menge von Sauerstoff entspricht, Q der Menge von eingespritztem Kraftstoff entspricht und EGR einer Ziel-AGR-Rate mit Bezug auf die Gesamtheit der Einlassluft entspricht.
Aus den Gleichungen 19 bis 22 erhält man die nachstehende Gleichung 23.
Durch Ersetzen des Wertes der Ziel-Einlasskrümmer-Sauerstoffkonzentration C_o2im, welche bei Schritt S20 hergeleitet wird, des Werts der Einspritzmenge Q, welche durch Multiplizieren der Kraftstoff-Einspritzmenge Q_cmb mit der Anzahl nh der Spritzlöcher 24a hergeleitet wird, des Werts des Gesamtvolumens von Gas M_cyl, welcher gemäß der Gleichung 8 hergeleitet wird, in C_o2im, Q und m_cyl in Gleichung 23 erhält man den Wert der Ziel-AGR-Menge m_egr.
Die Routine schreitet dann zu Schritt S22 voran, worin eine Ziel-Öffnungsposition EGRa des AGR-Ventils 52b als eine Funktion der Ziel-AGR-Menge m_egr ermittelt wird. Die Ziel-Öffnungsposition EGRa wird insbesondere durch Nachschlagen unter Verwendung des Kennfeldes von 9 als eine Funktion der Ziel-AGR-Menge m_egr ermittelt. Das Kennfeld stellt eine experimentell hergeleitete Beziehung zwischen der Ziel-Öffnungsposition EGRa und der Ziel-AGR-Menge m_egr dar.
Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet als eine Mischungsverhältnis-Steuerungsvorrichtung, um das AGR-Ventil 52 mit der Ziel-Öffnungsposition EGRa zu öffnen, wodurch das Äquivalenzverhältnis φ(t) bei der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg in Übereinstimmung mit dem Ziel-Äquivalenzverhältnis φ_trg gebracht wird. Danach startet die Steuerungsvorrichtung 30 das Antreiben des Kraftstoffinjektors 24, wenn die bei Schritt S11 hergeleitete Einspritzzeit θ_inj erreicht ist, um die Einspritzmenge Q zu spritzen, wie bei Schritt S11 eingestellt. Die Routine wird anschließend beendet.
Die Steuerungsvorrichtung 30 treibt das SCV 27 an, um innerhalb der Verbrennungskammer 14 der Maschine 10 einen Drall zu erzeugen, und dient als eine Mehrfacheinspritz-Steuerungsvorrichtung, um mehrere getrennte Einspritzungen von Kraftstoff bei vorgegebenen Zeitintervallen durchzuführen. Wenn solche Einspritzungen durchgeführt werden, um eine Mehrzahl von Kraftstoffstrahlen zu schaffen, arbeitet die Steuerungsvorrichtung 30 als eine Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung, um den Sprühwinkel basierend auf einer Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen zu ermitteln.
10 ist eine schematische Ansicht, welche den Sprühwinkel θ₀, ein Kraftstoffstrahl-Muster und eine Bewegung von Kraftstoffstrahlen zeigt, wenn Kraftstoffmehrfach nacheinander gespritzt wird, während in der Verbrennungskammer 14 der Maschine 10 ein Drall erzeugt wird. Die Ansicht zeigt, dass sich die Kraftstoffstrahlen hinsichtlich des Durchmessers eines Querschnitts davon (d. h. eines Ausbreitungsbereichs) in den Fällen unterscheiden, wenn der Sprühwinkel θ₀ groß ist und wenn dieser klein ist.
Der Kraftstoffinjektor 24 führt die erste Einspritzung von Kraftstoff durch, um die Kraftstoffstrahlen Q1 (siehe das Muster ganz links in 10) zu erzeugen. Der Drall wird, wie durch einen Pfeil angegeben, innerhalb der Verbrennungskammer 14 erzeugt. Der Drall bringt jeden der Kraftstoffstrahlen Q1 ausgehend von einer Position, welche durch eine unterbrochene Linie angegeben ist, hin zu einer Position, welcher durch eine durchgehende Linie angegeben ist (siehe das mittlere Spritzmuster in 10). Der Kraftstoffstrahl Q1 verteilt sich jedoch bzw. breitet sich aus, so dass dieser im Laufe der Zeit seine Gestalt verliert.
Anschließend werden die Kraftstoffstrahlen Q1, wie durch einen dicken Pfeil angegeben, nach rechts bewegt (siehe das Muster ganz rechts in 10). Nach dem Verstreichen eines Einspritzintervalls tint ausgehend von dem Ereignis der ersten Einspritzung, wie in 11(a) dargestellt, führt der Kraftstoffinjektor 24 die zweite Einspritzung von Kraftstoff durch, um Kraftstoffstrahlen Q2 zu erzeugen. Die Kraftstoffstrahlen Q2 sind, wie aus dem Kraftstoffmuster ganz rechts in 10 ersichtlich, in einer Richtung, in welcher der Drall strömt, von den Kraftstoffstrahlen Q1 getrennt.
Die Kraftstoffstrahlen Q1 überlappen in dem Fall, bei welchem der Sprühwinkel θ₀ gleich θn ist, die Kraftstoffstrahlen Q2 nicht, während sich diese in dem Fall, bei welchem der Sprühwinkel θ₀ gleich θw ist, gegenseitig überlappen. Insbesondere ist die Wahrscheinlichkeit, dass jeder von Kraftstoffstrahlen einen von Kraftstoffstrahlen, welche von dem Kraftstoffinjektor 24 nacheinander ausgestoßen werden, überlappt, umso höher, je größer der Sprühwinkel θ₀ ist.
Ein Überlappen zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 besitzt ein erhöhtes Äquivalenzverhältnis des Gemisches relativ zu Sauerstoff (d. h. Luft), was die Leichtigkeit, mit welcher das Gemisch gezündet wird, fördert. Dies bewirkt, dass die Zündverzögerung Tdly1, welche auftritt, wenn der Sprühwinkel θ₀ gleich θw ist, kürzer ist als die Zündverzögerung Tdly2, welche auftritt, wenn der Sprühwinkel θ₀ gleich θn ist. Mit anderen Worten, je größer die Überlappung zwischen dem Kraftstoffstrahl Q1 und dem Kraftstoffstrahl Q2 ist, desto kürzer ist die Zündverzögerung Tdly von Kraftstoff. Wenn zwischen dem Kraftstoffstrahl Q1 und dem Kraftstoffstrahl Q2 keine Überlappung vorliegt, wird, wie vorstehend beschrieben, ungeachtet des Sprühwinkels θ₀ des Kraftstoffes keine Zunahme der Zündfähigkeit von Kraftstoff erreicht. Die Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 werden ohne ein gegenseitiges Überlappen gezündet. In dem Beispiel von 11(b) wird, wenn die Wärmeabgaberate ROHR, welche durch die Verbrennung von Kraftstoff erzeugt wird, eine vorgegebene Wärmeabgaberate dRH überschreitet, ermittelt, dass der Kraftstoff entzündet wurde.
12 ist ein Graph, welcher eine Veränderung der Zündverzögerung Tdly mit einer Veränderung des Einspritzintervalls tint bei einer vorgegebenen Kraftstoff-Spritzbedingung darstellt. Die Zündverzögerung Tdly, wie hierin bezeichnet, entspricht einem Zeitintervall zwischen dem Start des Spritzens von Kraftstoff und der Zündung des Kraftstoffes.
Wenn das Einspritzintervall tint kurz ist, überlappen sich die Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2, welche von dem gleichen der Spritzlöcher 24a ausgestoßen werden, räumlich innerhalb der Verbrennungskammer 14. Je länger das Einspritzintervall tint ist, desto kleiner ist die Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2. Die Zündverzögerung Tdly nimmt daher mit einer Zunahme des Einspritzintervalls tint in beiden Fällen, wenn der Sprühwinkel θ₀ gleich θw und θn ist, zu. Die Zündverzögerung Tdly, welche auftritt, wenn der Sprühwinkel θ₀ gleich θw ist, wie vorstehend beschrieben, ist kürzer als diese, welche auftritt, wenn der Sprühwinkel θ₀ gleich θn ist. Die Ermittlung des Sprühwinkels θ₀ kann daher durch experimentelles Aufnehmen einer Beziehung zwischen der Zündverzögerung Tdly und dem Einspritzintervall tint und Nachschlagen unter Verwendung solch einer Beziehung basierend auf einer Funktion eines berechneten Werts der Zündverzögerung Tdly erreicht werden.
Wenn die Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 bei dem Einspritzintervall tint1 erzeugt werden, wie in 12 dargestellt, werden sich diese nicht überlappen, wie in dem mittleren Spritzmuster in 10 dargestellt, in dem Fall, bei welchem der Sprühwinkel θ₀ gleich θn ist, wodurch bewirkt wird, dass die Zunahme der Zündfähigkeit von Kraftstoff, welche aus der Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 resultiert, nicht geschaffen wird. Dies resultiert in keiner Veränderung der Zündverzögerung Tdly, wie durch einen Bereich zwischen unterbrochenen Linien (d. h. zwischen tint1 und tint2 in 12) dargestellt ist. Wenn der Sprühwinkel θ₀ gleich θw ist, überlappen sich die Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2, so dass nicht der Wert des Einspritzintervalls tint vorliegt, welcher bewirkt, dass die Zündverzögerung Tdly unverändert ist. Zu beachten ist, dass die Zündverzögerung Tdly das Einspritzintervall tint enthält.
Wenn das Einspritzintervall tint von dem Einspritzintervall tint1 weiter erhöht ist, wie in dem Spritzmuster ganz rechts in 10 dargestellt, überlappt jeder der Kraftstoffstrahlen Q1 einen der Kraftstoffstrahlen Q2, welche von einem benachbarten der Spritzlöcher 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgestoßen wurden. Die Überlappung zwischen dem Kraftstoffstrahl Q1 und dem Kraftstoffstrahl Q2 wird mit einer Zunahme des Einspritzintervalls tint zunehmen. Die Zündverzögerung Tdly wird daher mit einer Zunahme des Einspritzintervalls tint in jedem der Fälle, bei welchen der Sprühwinkel θ₀ gleich θw und θn ist, abnehmen. In diesem Fall ist die Zündverzögerung Tdly, welche auftritt, wenn der Sprühwinkel θ₀ gleich θw ist, ebenso kürzer als diese, welche auftritt, wenn der Sprühwinkel θ₀ gleich θw ist.
Wenn das Zeitintervall zwischen dem Kraftstoffstrahl Q1 und dem Kraftstoffstrahl Q2 länger als das Einspritzintervall tint3 wird, wie in 12 dargestellt, überlappt jeder der Kraftstoffstrahlen Q1 einen der Kraftstoffstrahlen Q2, welche von dem zweiten benachbarten der Spritzlöcher 24a des Kraftstoffinjektors 24 ausgestoßen wurden. Die Zündverzögerung Tdly wird daher mit einer Zunahme des Einspritzintervalls tint abnehmen. Wenn keine Überlappung des Kraftstoffstrahls Q1 mit dem Kraftstoffstrahl Q2 vorliegt, wird der Kraftstoffstrahl Q1 gezündet, wenn die Zündverzögerung Tdly eine Schwelle Tth2 übersteigt, wie in 12 dargestellt. Der Maximalwert der Zündverzögerung Tdly entspricht daher der Schwelle Tth2.
13 ist ein Flussdiagramm einer Abfolge von logischen Schritten oder eines Programms, um den Sprühwinkel θ₀ eines Kraftstoffstrahls, welcher durch den Kraftstoffinjektor 24 geschaffen wird, zu berechnen. Dieses Programm ist in einem Speicher der Steuerungsvorrichtung 30 gespeichert und wird durch die CPU der Steuerungsvorrichtung 30 bei einem vorgegebenen Intervall ausgeführt.
Nach dem Eintreten in das Programm schreitet die Routine zu Schritt S31, worin ermittelt wird, ob vorgegebene Bedingungen erfüllt sind, welche die Berechnung des Sprühwinkels θ₀ erfordern. Solche Bedingungen enthalten insbesondere eine Bedingung, bei welcher die Maschine 10 einer Kraftstoff-Zufuhrunterbrechung unterzogen wird, so dass diese verzögert wird. Die Bedingungen können außerdem eine Bedingung enthalten, bei welcher die Maschine vollständig aufgewärmt wurde.
Falls bei Schritt S31 NEIN als Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass es noch nicht erforderlich ist, den Sprühwinkel θ₀ zu berechnen, wird die Routine anschließend beendet. Falls alternativ JA als Antwort erhalten wird, schreitet die Routine anschließend zu Schritt S32, worin die Drehzahl NE der Maschine 10 gemessen wird. Die Steuerungsvorrichtung 30 analysiert insbesondere einen Ausgang von dem Drehzahlsensor 42, um die Drehzahl NE der Maschine 10 zu ermitteln.
Die Routine schreitet zu Schritt S33 voran, worin die Öffnungsposition des SCV 27 als eine Funktion der Drehzahl NE der Maschine 10 ermittelt wird. Die Steuerungsvorrichtung 30 berechnet insbesondere die Öffnungsposition des SCV 27, welche die Geschwindigkeit eines Dralls, welcher innerhalb der Verbrennungskammer 14 geschaffen wird, mit einem vorbestimmten konstanten Wert in Übereinstimmung bringt. Die Steuerungsvorrichtung 30 ermittelt beispielsweise die Öffnungsposition des SCV 27 durch Nachschlagen unter Verwendung eines Kennfeldes, wie in 14 dargestellt, als eine Funktion der Drehzahl NE der Maschine 10 und treibt anschließend ein Stellglied des SCV 27 an, um die Öffnungsposition davon auf die ermittelte einzustellen.
Die Routine schreitet anschließend zu Schritt S34 voran, worin der Druck Pim in dem Einlasskrümmer 20a (d. h. dem Ausgleichsbehälter 20) und die Gastemperatur Tim in dem Einlasskrümmer 20a gemessen werden. Die Routine schreitet zu Schritt S35 voran, worin die Gasdichte ρa innerhalb des Zylinders 11 (d. h. der Verbrennungskammer 14) zu der Einspritzzeit θ_inj ermittelt wird. Die Vorgänge bei den Schritten S34 und S35 entsprechen diesen in den Schritten S14 bzw. 15.
Die Routine schreitet zu Schritt S36 voran, worin der Einspritzdruck Pc, mit welchem Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor 24 ausgestoßen werden soll, die erste Einspritzmenge Q1, mit welcher der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor 24 bei der ersten Einspritzung gespritzt werden soll, die zweite Einspritzmenge Q2, durch welche der Kraftstoff bei der zweiten Einspritzung von dem Kraftstoffinjektor 24 gespritzt werden soll, die Einspritzzeit θ_inj, zu welcher der Kraftstoff beginnen soll, bei der ersten Einspritzung gespritzt zu werden, und das Einspritzintervall tint zwischen den ersten und zweiten Einspritzungen ermittelt werden. Diese Parameter sind zum Berechnen des Sprühwinkels θ₀ vorgewählt. Der Einspritzdruck Pc ist insbesondere auf einen eines höheren Niveaus, eines mittleren Niveaus und eines niedrigeren Niveaus in einem Kennfeld von 16 eingestellt, was später detailliert beschrieben ist. Bei jeder Ausführung des Programms von 13 wählt die Steuerungsvorrichtung 30 eines der drei Niveaus in dem Kennfeld, welches für die Berechnung des Sprühwinkels θ₀ noch nicht verwendet wurde, als den Einspritzdruck Pc. Sowohl die Einspritzmenge Q1 als auch die Einspritzmenge Q2 sind derart ermittelt, dass diese klein genug sind, um die Drehzahl der Maschine 10 nicht plötzlich zu verändern. Die Einspritzzeit θ_inj für die erste Einspritzung von Kraftstoff ist derart ermittelt, dass diese einer Zeit entspricht, welche die für eine Berechnung des Sprühwinkels θ₀ geeignete Zündverzögerung Tdly entwickelt, beispielsweise eine Zeit, welche ausgehend von dem oberen Totpunkt (OT) der Maschine 10 bei dem Verdichtungstakt nach früh oder spät verschoben ist. Das Einspritzintervall tint zwischen den ersten und zweiten Einspritzungen ist auf ein Zeitintervall eingestellt, welches die für eine Berechnung des Sprühwinkels θ₀ geeignete Zündverzögerung Tdly entwickelt, beispielsweise kürzer als das Einspritzintervall tint1 in 12. Wenn das Einspritzintervall tint bei Schritt S42 verringert wird, wie später beschrieben, wird dieses so verwendet, wie es ist. Die Steuerungsvorrichtung 30 treibt anschließend die Kraftstoffpumpe 21 an, um den Druck in dem Common-Rail 22 in dem Feedback-Modus unter Verwendung eines Ausgangs von dem Kraftstoffdrucksensor 46 in Übereinstimmung mit dem Einspritzdruck Pc zu bringen.
Nachfolgend schreitet die Routine zu Schritt S37 voran, worin die Steuerungsvorrichtung 30 damit beginnt, den Kraftstoffinjektor 24 anzutreiben, um den Kraftstoff bei den bei Schritt S36 spezifizierten Bedingungen zu spritzen.
Die Routine schreitet zu Schritt S38 voran, worin die Wärmeabgaberate ROHR(θ) in Bezug auf den Kurbelwinkel θ für eine Zeitphase zwischen dem Start des Spritzens des Kraftstoffes und dem Ende des Verbrennens des Kraftstoffes ermittelt wird.
Die Wärmeabgaberate ROHR(θ) wird insbesondere gemäß der nachstehenden Gleichung 24 berechnet, welche gemäß der thermodynamischen Gleichung und der Gas-Zustandsgleichung hergeleitet ist.
worin Cv einer molaren spezifischen Wärme bei konstantem Volumen [J/mol/K] entspricht, R einer Gaskonstante entspricht, V(θ) dem Volumen des Zylinders 11 (d. h. der Verbrennungskammer 14) in Bezug auf den Kurbelwinkel θ entspricht, und Pcyl(θ) dem Druck in dem Zylinder 11 in Bezug auf den Kurbelwinkel θ entspricht. Zu beachten ist, dass V(θ) einem Gestaltungswert des Volumens der Verbrennungskammer 14 entspricht, welcher als eine Funktion des Kurbelwinkels θ hergeleitet wird, und der Druck Pcyl(θ) durch den Zylinderdrucksensor 43 hergeleitet wird. ”d” drückt eine sehr kleine Veränderung eines entsprechenden Parameters aus.
Die Routine schreitet zu Schritt S39 voran, worin die Zündverzögerung Tdly als eine Funktion der Wärmeabgaberate ROHR berechnet wird. Die Steuerungsvorrichtung 30 definiert insbesondere eine Zeitphase ausgehend von der Einspritzzeit θ_inj von Kraftstoff bis die vorgegebene Wärmeabgaberate dRH, wie in 11(b) dargestellt, erreicht ist, als die Zündverzögerung Tdly.
Die Routine schreitet zu Schritt S40 voran, worin ermittelt wird, ob es möglich ist, den Sprühwinkel θ₀ als eine Funktion der Zündverzögerung Tdly zu berechnen. Insbesondere wird ermittelt, ob die Zündverzögerung Tdly, welche bei Schritt S39 hergeleitet wird, kleiner ist als ein vorgegebener Referenzwert Tth1. Der Referenzwert Tth1 ist derart ausgewählt, dass dieser einem Wert entspricht, welcher die Ermittlung dahingehend ermöglicht, ob das Einspritzintervall tint kürzer ist als das Einspritzintervall tint1, wie in 12 dargestellt, d. h., ob sich Kraftstoffstrahlen, welche bei den ersten und zweiten Einspritzungen geschaffen werden, gegenseitig überlappen.
Falls bei Schritt S40 JA als Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass es möglich ist, den Sprühwinkel θ₀ basierend auf der Zündverzögerung Tdly zu ermitteln, schreitet die Routine anschließend zu Schritt S41 voran, worin der Sprühwinkel θ₀ als eine Funktion der Zündverzögerung Tdly berechnet wird. Der Sprühwinkel θ₀ wird insbesondere durch Nachschlagen unter Verwendung eines von Kennfeldern, wie in den 15(a) bis 15(c) gezeigt, basierend auf der bei Schritt S35 hergeleiteten Gasdichte ρ_a, dem bei Schritt S36 hergeleiteten Einspritzdruck Pc und der bei Schritt S39 hergeleiteten Zündverzögerung Tdly berechnet. Die Kennfelder in den 15(a) bis 15(c) können experimentell durch Beobachten oder Messen des Sprühwinkels θ₀ unter Verwendung einer Visualisierungsmaschine erstellt werden. Der Einspritzdruck Pc wird bei Schritt S36 auf einen des unteren Niveaus in 15(a), des mittleren Niveaus in 15(b) und des höheren Niveaus in 15(c) eingestellt, dieser kann jedoch alternativ aus mehreren Niveaus ausgewählt sein. Der Kraftstoffdruck, welcher durch den Kraftstoffdrucksensor 46 gemessen wird, kann bei Schritt S41 als der Einspritzdruck Pc verwendet werden. Die Routine wird anschließend beendet.
Falls bei Schritt S40 alternativ NEIN als Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass es nicht möglich ist, den Sprühwinkel θ₀ unter Verwendung der Zündverzögerung Tdly korrekt zu berechnen, schreitet die Routine anschließend zu Schritt S42 voran, worin das Einspritzintervall tint verringert wird. Insbesondere wird der letzte ermittelte Wert des Einspritzintervalls tint bei Schritt S36 durch eine vorgegebene Zeitphase verringert. Die Routine wird anschließend beendet.
Die Steuerungsvorrichtung 30 aktualisiert das Kennfeld von 16 unter Verwendung des bei Schritt S41 ermittelten Sprühwinkels θ₀. Die Steuerungsvorrichtung 30 bildet insbesondere den bei Schritt S41 ermittelten Sprühwinkel θ₀ auf dem Kennfeld von 16 in Bezug auf die Gasdichte ρ_a, wie bei Schritt S35 hergeleitet, und den Einspritzdruck Pc, wie bei Schritt S36 hergeleitet, (oder den durch den Kraftstoffdrucksensor 46 gemessenen Druck) grafisch ab, oder zeichnet diesen auf. Wenn der Sprühwinkel θ₀ an einer Stelle in dem Kennfeld von 16 bereits grafisch dargestellt ist, welche durch die Gasdichte ρ_a, wie bei Schritt S35 hergeleitet, und den Einspritzdruck Pc, wie bei Schritt S36 hergeleitet, spezifiziert ist, kann ein gewichteter Durchschnitt des bereits grafisch dargestellten Werts und dem Wert des Sprühwinkels θ₀, welcher bei Schritt S41 berechnet wird, in dem Kennfeld neu grafisch dargestellt werden.
Die vorstehende Ausführungsform bietet die nachfolgenden Vorteile.
Die Steuerungsvorrichtung 30 treibt das SCV 27 an, um einen Drall innerhalb der Verbrennungskammer 14 der Maschine 10 zu erzeugen, und öffnet den Kraftstoffinjektor 24, um mehrere getrennte Einspritzungen von Kraftstoff bei dem Einspritzintervall tint durchzuführen, während der Drall in der Verbrennungskammer 14 strömt. Je größer der Sprühwinkel θ₀ beispielsweise der Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 ist, welche bei dem Einspritzintervall tint nacheinander erzeugt werden, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 gegenseitig überlappen. Der Überlappungszustand zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 spiegelt daher den Grad des Sprühwinkels θ₀ wider. Die Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 verändert sich außerdem mit einer Veränderung des Sprühwinkels θ₀, welche aus der individuellen Variabilität oder eines Alterungsvorgangs des Kraftstoffinjektors 24 resultiert. Der Sprühwinkel θ₀ der Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 wird daher durch Analysieren der Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 in der Verbrennungskammer 14 exakt ermittelt.
Die Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 besitzt ein erhöhtes Äquivalenzverhältnis des Gemisches relativ zu Sauerstoff (d. h. Luft), was die Leichtigkeit, mit welcher das Gemisch gezündet wird, fördert. Dies bewirkt, dass die Zündverzögerung Tdly mit einer Zunahme der Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 verringert ist. Mit anderen Worten, je größer die Überlappung zwischen dem Kraftstoffstrahl Q1 und den Kraftstoffstrahl Q2 ist, desto kürzer ist die Zündverzögerung Tdly von Kraftstoff. Dies bedeutet, dass die Zündverzögerung Tdly den Zustand der Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2, das heißt, den Grad des Sprühwinkels θ₀ widerspiegelt. Der Sprühwinkel θ₀ kann daher als eine Funktion der Zündverzögerung Tdly ermittelt werden.
Wenn die Zündverzögerung Tdly länger ist als der Referenzwert Tth1, verringert die Steuerungsvorrichtung 30 das Einspritzintervall tint zwischen aufeinanderfolgenden Einspritzungen von Kraftstoff. Mit anderen Worten, wenn ermittelt wird, dass die Zündverzögerung Tdly größer als der Referenzwert Tth1 ist, so dass die Zunahme der Zündfähigkeit des Kraftstoffes, was aus der Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 resultiert, nicht geschaffen wird, verändert die Steuerungsvorrichtung 30 das Einspritzintervall tint, um die Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 zu schaffen, um die Zündverzögerung Tdly als eine Funktion des Sprühwinkels θ₀ zu platzieren.
Der Sprühwinkel θ₀ wird außerdem als eine Funktion des Einspritzdrucks Pc ermittelt, wodurch ein Fehler beim Ermitteln des Sprühwinkels θ₀ kompensiert wird, der aus einer Veränderung des Einspritzdrucks Pc resultiert.
Der Sprühwinkel θ₀ wird außerdem als eine Funktion der Gasdichte ρ_a ermittelt, wodurch ein Fehler beim Ermitteln des Sprühwinkels θ₀ kompensiert wird, der aus einer Veränderung der Gasdichte ρ_a resultiert.
Die Steuerungsvorrichtung 30 ist, wie vorstehend beschrieben, derart gestaltet, dass diese die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg zwischen dem oberen Abschnitt des Kraftstoffstrahls, welcher verbrannt werden soll, und dem Spritzloch 24a des Kraftstoffinjektors 24 in der Spritzrichtung einstellt, und außerdem das Ziel-Äquivalenzverhältnis φ_trg bei der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg von dem Spritzloch 24a ermittelt. Die Steuerungsvorrichtung 30 berechnet das Äquivalenzverhältnis φ(t) eines Gemisches von Kraftstoff und Gas (d. h. Luft und/oder das AGR-Gas) bei der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg von dem Spritzloch 24a basierend auf der Tatsache, dass ein Impuls des Kraftstoffes, welcher von dem Spritzloch 24a gespritzt wird, als ein Impuls des Gemisches innerhalb der Verbrennungskammer 14 erhalten wird. Dies resultiert in einer Zunahme der Genauigkeit beim Berechnen des Äquivalenzverhältnisses φ(t) des Gemisches bei der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg von dem Spritzloch 24a angesichts des Impulses des gespritzten Kraftstoffes, das heißt, des Zustandes der Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet derart, dass diese die Öffnungsposition der AGR-Ventilvorrichtung 52 reguliert, um den berechneten Wert des Äquivalenzverhältnisses φ(t) des Gemisches bei der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg in Übereinstimmung mit dem Ziel-Äquivalenzverhältnis φ_trg zu bringen, wodurch das Äquivalenzverhältnis des Gemisches bei der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg von dem Spritzloch 24a optimiert wird, um die gewünschte Qualität der Abgasemissionen von der Maschine 10 sicherzustellen.
Um den Kraftstoff vollständig zu verbrennen, muss das Äquivalenzverhältnis des Kraftstoffes zu Sauerstoff, wenn der Kraftstoff die Verbrennung beendet, ein vorgegebener Wert sein. Die Steuerungsvorrichtung 30 berechnet daher die Menge an Sauerstoff, welche beim Verbrennen des von dem Spritzloch 24a gespritzten Kraftstoffes verbraucht wird, bis der Kraftstoff die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg erreicht, und ermittelt das Ziel-Äquivalenzverhältnis φ_trg des Gemisches, wenn der Kraftstoff die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg erreicht, als eine Funktion der berechneten Menge von Sauerstoff. Dies resultiert in einer verbesserten Genauigkeit beim Berechnen des Ziel-Äquivalenzverhältnisses φ_trg des Gemisches, wenn der Kraftstoff die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg erreicht.
Die adäquate Steuerung der Verbrennung von Kraftstoff, welcher von dem Spritzloch 24a gespritzt wird, wird durch Verbrennen eines Abschnittes bzw. Teils des Kraftstoffes, welcher der Ziel-Verbrennungsrate η_trg bei der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg von dem Spritzloch 24a entspricht, erreicht. Die Steuerungsvorrichtung 30 arbeitet daher derart, dass diese die Ziel-Verbrennungsrate η_trg einstellt, welche ein Verhältnis eines Abschnittes des von dem Spritzloch 24a gespritzten Kraftstoffes, der verbrannt werden soll, bis der Kraftstoff die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg erreicht, zu der Gesamtheit des Kraftstoffes darstellt, und berechnet die Menge von Sauerstoff, welcher beim Verbrennen eines Abschnittes des Kraftstoffes entsprechend der Ziel-Verbrennungsrate η_trg verbraucht wird. Dies resultiert in einer verbesserten Genauigkeit beim Einstellen des Ziel-Äquivalenzverhältnisses φ_trg des Gemisches, wenn der Kraftstoff die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg erreicht, mit Blick auf die Menge von Sauerstoff, welche beim Verbrennen des Abschnittes des Kraftstoffes entsprechend der Ziel-Verbrennungsrate η_trg verwendet wird, bis der Kraftstoff die Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg erreicht.
Je höher der Einspritzdruck Pc ist (d. h. je größer der Impuls des von dem Spritzloch 24a gespritzten Kraftstoffes ist), desto größer ist die Menge an Gas, welches in das Gemisch in der Verbrennungskammer 14 gesaugt wird. Die Steuerungsvorrichtung 30 ermittelt die verfügbare Menge an Gas M_ent, welches beim Verbrennen des Kraftstoffes verbraucht wird, so dass diese mit einer Zunahme des Impulses M_sp des von dem Spritzloch 24a gespritzten Kraftstoffes größer ist, wodurch ein Fehler beim Berechnen des Äquivalenzverhältnisses φ(t) des Gemisches, welcher aus einer Veränderung der Menge von in das Gemisch gesaugten Gases in Abhängigkeit des Impulses M_sp des Kraftstoffes resultiert, kompensiert wird.
In dem Fall, bei welchem der Kraftstoffinjektor 24 die Mehrzahl an Spritzlöchern 24a besitzt, besitzt die verfügbare Menge an Gas M_ent, welche jeder der Kraftstoffstrahlen von den Spritzlöchern 24a bei der Verbrennung davon verbrauchen darf, wie bereits vorstehend beschrieben, eine obere Grenze (d. h. die Grenze des verfügbaren Gasvolumens), welche durch Dividieren der Gesamtmenge von Gas M_cyl innerhalb der Verbrennungskammer 14 durch die Anzahl der Spritzlöcher 24a hergeleitet wird. Die Steuerungsvorrichtung 30 stellt die obere Grenze für die verfügbare Menge an Gas M_ent ein, welche derart ermittelt ist, dass diese mit einer Zunahme des Impulses M_sp des gespritzten Kraftstoffes größer ist, wodurch die Genauigkeit beim Berechnen des Äquivalenzverhältnisses φ(t) des Gemisches als eine Funktion der verfügbaren Menge an Gas M_ent verbessert wird.
Die Steuerungsvorrichtung 30 berechnet die Ziel-Einlasskrümmer-Sauerstoffkonzentration C_o2im der Einlassluft für die Maschine 10 als eine Funktion des Ziel-Äquivalenzverhältnisses φ_trg des Gemisches bei der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg von dem Spritzloch 24a. Mit anderen Worten, eine Ermittlung des Ziel-Äquivalenzverhältnisses φ_trg des Gemisches bei der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg ermöglicht es, dass die Ziel-Einlasskrümmer-Sauerstoffkonzentration C_o2im der Einlassluft mathematisch hergeleitet wird. Die Steuerungsvorrichtung 30 verändert die Menge eines Abschnittes bzw. Teils des Abgases, welches durch die AGR-Ventilvorrichtung 52 in die Einlassluft zurückgeführt werden soll, basierend auf der Ziel-Einlasskrümmer-Sauerstoffkonzentration C_o2im, wodurch die Konzentration von Sauerstoff in der Einlassluft zu der Ziel-Einlasskrümmer-Sauerstoffkonzentration C_o2im angepasst wird, um das Äquivalenzverhältnis φ(t) des Gemisches bei der Ziel-Verbrennungsstrecke x_trg mit dem Ziel-Äquivalenzverhältnis φ_trg in Übereinstimmung zu bringen.
Die Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung kann in der nachfolgenden Art und Weise modifiziert sein.
Wenn die Rate eines Anstiegs des Zylinderdrucks Pcyl, welcher durch den Zylinderdrucksensor 43 gemessen wird, einen Referenzwert dP übersteigt, kann die Steuerungsvorrichtung 30 ermitteln, dass der Kraftstoff gezündet wurde.
Die Steuerungsvorrichtung 30 kann als eine Geschwindigkeits-Berechnungsvorrichtung gestaltet sein, um die Geschwindigkeit eines Dralls, welcher in der Verbrennungskammer 14 strömt, zu berechnen, und den Sprühwinkel θ₀ als eine Funktion der Geschwindigkeit des Dralls zu ermitteln. Die Geschwindigkeit des Dralls kann als eine Funktion der Öffnungsposition des SCV 27, der Drehzahl NE der Maschine 10 und der Gasdichte ρ_a gemessen werden. Die Strecke, welche die von dem Kraftstoffinjektor 24 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 dem Drall folgend bewegt werden, hängt von der Geschwindigkeit des Dralls ab. Der Zustand einer Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 hängt von der Bewegungsstrecke davon ab. Die Verwendung der Geschwindigkeit des Dralls beim Ermitteln des Sprühwinkels θ₀ kompensiert daher einen Fehler, welcher aus einer Veränderung der Geschwindigkeit des Dralls resultiert.
Die Steuerungsvorrichtung 30 kann alternativ das Einspritzintervall tint (d. h. ein Zeitintervall) verwenden, bei welchem der Kraftstoff aufeinanderfolgend gespritzt wird, um den Sprühwinkel θ₀ zu ermitteln. Die Strecke, welche der Kraftstoffstrahl Q1, der von dem Kraftstoffinjektor 24 zunächst ausgestoßen wurde, durch die Strömung eines Dralls bewegt wird, bis der Kraftstoffstrahl Q2 nachfolgend von dem Kraftstoffinjektor 24 ausgestoßen wird, hängt von dem Einspritzintervall tint zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 ab. Eine Veränderung in einer solchen Strecke resultiert in einer Veränderung der Messung der Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2. Die Verwendung des Einspritzintervalls tint beim Ermitteln des Sprühwinkels θ₀ kompensiert daher einen Fehler, welcher aufgrund einer Veränderung des Einspritzintervalls tint resultiert.
In dem Fall, bei welchem der Sprühwinkel θ₀ basierend auf der Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 ermittelt wird, die von dem gleichen der Spritzlöcher 24a des Kraftstoffinjektors ausgestoßen werden, kann die Anzahl der Spritzlöcher 24a optional ausgewählt sein. Der Zustand der Überlappung zwischen den Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 kann durch den Grad bzw. das Ausmaß ausgedrückt werden, zu welchem sich die Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 gegenseitig überlappen oder das Einspritzintervall tint, oberhalb welchem sich die Kraftstoffstrahlen Q1 und Q2 nicht gegenseitig überlappen.
Das Äquivalenzverhältnis des Gemisches, wie vorstehend bezeichnet, entspricht dem Äquivalenzverhältnis φ(θ) in Bezug auf Sauerstoff, kann jedoch das Äquivalenzverhältnis φ_a(θ) zwischen Kraftstoff und Luft, das Luft-Überschussverhältnis λ(θ) (d. h. einen reziproken Wert des Äquivalenzverhältnisses φ_a(θ)), oder ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F(θ) enthalten.
Die Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung ist, wie vorstehend beschrieben, durch die Steuerungsvorrichtung 30 (d. h. eine elektronische Steuerungseinheit), welche in einem Kraftstoff-Einspritzsystem für Automobil-Dieselmaschinen eingebaut ist, implementiert, diese kann jedoch alternativ durch einen Personalcomputer aufgebaut sein, welcher in einer mit dem Kraftstoff-Einspritzsystem verbundenen Testmaschine eingebaut ist. Die Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung kann außerdem mit einer Berechnungsvorrichtung für unverbrannten Kraftstoff oder einer Berechnungsvorrichtung für Russemissionen verwendet werden, um eine ausgestoßene Menge von unverbranntem Kraftstoff oder eine ausgestoßenen Menge von Russ als eine Funktion des Sprühwinkels zu berechnen.
Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform und Modifikationen offenbart wurde, um ein besseres Verständnis davon zu erleichtern, sollte erkannt werden, dass die Erfindung in verschiedenen Arten ausgeführt sein kann, ohne von dem Grundsatz der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-24138 A [0002]

Claims

Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung, welche einen Sprühwinkel von Kraftstoff ermittelt, der durch einen Kraftstoffinjektor in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, in welcher ein Drall-Erzeuger eingebaut ist, um in der Verbrennungskammer einen Drall zu erzeugen, aufweisend: eine Einspritzungs-Durchführungseinrichtung zum aufeinanderfolgenden Durchführen zumindest einer ersten Einspritzung und einer zweiten Einspritzung bei einem vorgegebenen Zeitintervall durch den Kraftstoffinjektor, um einen ersten Kraftstoffstrahl und einen zweiten Kraftstoffstrahl innerhalb der Verbrennungskammer zu erzeugen, während der Drall durch den Drall-Erzeuger innerhalb der Verbrennungskammer erzeugt wird; und eine Sprühwinkel-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Sprühwinkels der ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen basierend auf einem Zustand einer Überlappung zwischen den ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen innerhalb der Verbrennungskammer.
Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Zündverzögerungs-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Zündverzögerung ausgehend vom Spritzen des Kraftstoffes bis zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Kraftstoff gezündet wird, und wobei die Sprühwinkel-Ermittlungseinrichtung den Sprühwinkel unter Verwendung der durch die Zündverzögerungs-Ermittlungseinrichtung ermittelten Zündverzögerung ermittelt.
Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einspritzungs-Durchführungseinrichtung ein Zeitintervall zwischen den ersten und zweiten Einspritzungen verkleinert, wenn die durch die Zündverzögerungs-Ermittlungseinrichtung ermittelte Zündverzögerung langer als ein vorgegebener Referenzwert ist.
Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verbrennungskraftmaschine eine darin eingebaute Einspritzdruck-Ermittlungseinrichtung besitzt, um einen Einspritzdruck zu ermitteln, welcher einem Druck entspricht, mit welchem der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor gespritzt wird, und wobei die Sprühwinkel-Ermittlungseinrichtung den Sprühwinkel der ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen unter Verwendung des Einspritzdrucks ermittelt.
Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend eine Gasdichte-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Gasdichte in der Verbrennungskammer, und wobei die Sprühwinkel-Ermittlungseinrichtung den Sprühwinkel der ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen unter Verwendung der Gasdichte ermittelt.
Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend eine Drallgeschwindigkeits-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Geschwindigkeit des Dralls in der Verbrennungskammer, und wobei die Sprühwinkel-Ermittlungseinrichtung den Sprühwinkel der ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen unter Verwendung der Geschwindigkeit des Dralls ermittelt.
Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung, welche einen Sprühwinkel von Kraftstoff ermittelt, der durch einen Kraftstoffinjektor in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, welche einen darin eingebauten Drall-Erzeuger, welcher einen Drall in der Verbrennungskammer erzeugt, und eine Druck-Ermittlungseinrichtung, welche einen Einspritzdruck ermittelt, der einem Druck entspricht, mit welchem der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor gespritzt wird, besitzt, aufweisend: eine Einspritzungs-Durchführungseinrichtung zum aufeinanderfolgenden Durchführen zumindest einer ersten Einspritzung und einer zweiten Einspritzung bei einem vorgegebenen Zeitintervall durch den Kraftstoffinjektor, um einen ersten Kraftstoffstrahl und einen zweiten Kraftstoffstrahl innerhalb der Verbrennungskammer zu erzeugen, während der Drall durch den Drall-Erzeuger innerhalb der Verbrennungskammer erzeugt wird; eine Zündverzögerungs-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Zündverzögerung ausgehend vom Spritzen des Kraftstoffes bis zu einem Zeitpunkt, zu welchem der Kraftstoff gezündet wird; eine Gasdichte-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Gasdichte in der Verbrennungskammer; und eine Sprühwinkel-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Sprühwinkels der ersten und zweiten Kraftstoffstrahlen als eine Funktion der Zündverzögerung, des Einspritzdrucks und der Gasdichte.
Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Sprühwinkel-Ermittlungseinrichtung den Sprühwinkel unter Verwendung eines Zeitintervalls zwischen den ersten und zweiten Einspritzungen ermittelt.
Sprühwinkel-Ermittlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Verbrennungskraftmaschine eine darin eingebaute Mischungsverhältnis-Veränderungseinrichtung zum Verändern eines Mischungsverhältnisses eines Gemisches des von dem Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskammer gespritzten Kraftstoffes und von Gas innerhalb der Verbrennungskammer besitzt, und ferner aufweisend: (a) eine Ziel-Verbrennungsstrecken-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Ziel-Verbrennungsstrecke zwischen einem oberen Abschnitt des von dem Kraftstoffinjektor gespritzten Kraftstoffes, welcher verbrannt werden soll, und dem Spritzloch in einer Spritzrichtung, in welcher der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor gespritzt wird; (b) eine Ziel-Mischungsverhältnis-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Ziel-Mischungsverhältnisses des Gemisches bei der Ziel-Verbrennungsstrecke, (c) eine Mischungsverhältnis-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Mischungsverhältnisses des Gemisches bei der Ziel-Verbrennungsstrecke unter Verwendung des Sprühwinkels, welcher durch die Sprühwinkel-Ermittlungseinrichtung ermittelt wird, basierend auf einer Tatsache, dass ein Impuls des von dem Kraftstoffinjektor gespritzten Kraftstoffes als ein Impuls des Gemisches innerhalb der Verbrennungskammer erhalten wird; und (d) eine Mischungsverhältnis-Steuerungseinrichtung zum Steuern der Mischungsverhältnis-Veränderungseinrichtung, um das durch die Mischungsverhältnis-Berechnungseinrichtung berechnete Mischungsverhältnis mit dem durch die Ziel-Mischungsverhältnis-Ermittlungseinrichtung ermittelte Ziel-Mischungsverhältnis in Übereinstimmung zu bringen.