DE102016008911A1 - Mit Vormischungsbeschickung und Kompressionszündung arbeitender Motor, Steuer- bzw. Regeleinrichtung hierfür, Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Motors und Computerprogrammerzeugnis - Google Patents

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Abstract

Bereitgestellt wird eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung eines mit Vormischungsbeschickung und Kompressionszündung arbeitenden Motors, der einen Motorkörper beinhaltet, der einen Zylinder sowie Einlass- und Abgasdurchlässe aufweist, und bewirkt, dass ein Mischgas innerhalb des Zylinders von selbst zündet. Die Einrichtung beinhaltet einen Kraftstoffeinspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder, einen Wassereinspritzer zum Einspritzen von überkritischem Wasser oder unterkritischem Wasser in den Zylinder, einen EGR-Durchlass zum Verbinden der Abgas- und Einlassdurchlässe und Rückleiten eines Teiles von von dem Zylinder abgegebenem Abgas zu dem Einlassdurchlass als EGR-Gas, ein EGR-Ventil zum Anpassen einer EGR-Gas-Rückleitungsmenge und eine Steuerung bzw. Regelung. Die Steuerung bzw. Regelung beinhaltet ein Motorlastbestimmungsmodul zum Empfangen eines Parameters und Bestimmen, ob ein Motorbetriebszustand ein erster Zustand, in dem die Motorlast unter einer Schaltlast ist, oder ein zweiter Zustand, in dem die Motorlast die Schaltlast oder darüber ist, ist.

Description

  • Hintergrund
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen mit Vormischungsbeschickung und Kompressionszündung arbeitenden Motor, der einen Motorkörper beinhaltet, der einen Zylinder aufweist, in dem ein Mischgas innerhalb wenigstens eines der Betriebsbereiche des Motors von selbst zündet. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung für einen derartigen Motor, ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Motors und ein Computerprogrammerzeugnis.
  • Es ist eine Studie über das Vornehmen einer mit Vormischungsbeschickung und Kompressionszündung erfolgenden Verbrennung in einem Motor durchgeführt worden, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Bei der mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgenden Verbrennung werden Kraftstoff und Luft vorgemischt, um ein Mischgas zu bilden, und das Mischgas wird zur Selbstzündung komprimiert.
  • Ist jedoch beispielsweise die Motorlast hoch, so entsteht das Problem der Erzeugung von mehr Rauch infolge der Zündung des Mischgases, bevor der Kraftstoff ausreichend mit Luft gemischt ist, sowie zudem das Problem, dass sich Verbrennungsgeräusche infolge einer Zunahme des Druckes innerhalb des Zylinders des Motors verschlimmern.
  • In dieser Hinsicht ist eine Studie über das Vornehmen einer Abgasrückleitung (Exhaust Gas Recirculation EGR) durchgeführt worden, bei der EGR-Gas (ein Teil des Abgases) in einen Einlassdurchlass rückgeleitet wird, um ein inaktives Gas, das weder Kraftstoff noch Luft ist, in den Zylinder einzuleiten. Auf diese Weise wird die Zündverzögerungszeit des Mischgases verlängert, wodurch als Ergebnis das Mischen von Kraftstoff und Luft stimuliert wird. Die Druckschrift JP 2009-209 809 A offenbart einen derartigen Stand der Technik.
  • Hierbei ist eine Grenze beim Effekt der Verlängerung der Zündverzögerungszeit, den man durch Einleiten des EGR-Gases erhalten kann, vorhanden, wobei es innerhalb eines Motorbetriebsbereiches, in dem eine Motorlast hoch ist, schwierig wird, eine geeignete Länge der Zündverzögerungszeit durch die EGR-Gas-Einleitung sicherzustellen. Insbesondere innerhalb des Betriebsbereiches, in dem die Motorlast hoch ist, muss, da die Menge von Luft, die zur Verbrennung erforderlich ist, groß wird, um eine große Menge von EGR-Gas bei gleichzeitiger Sicherstellung der Luftmenge rückzuleiten, eine erzwungene Induktion durchgeführt werden, die den Druck innerhalb des Zylinders erhöht. Die Zündverzögerungszeit wird jedoch kürzer, wenn der Druck innerhalb des Zylinders zunimmt. Daher wird innerhalb des Betriebsbereiches sogar dann, wenn eine große Menge von EGR-Gas rückgeleitet wird, die Zündverzögerungszeit gegebenenfalls nicht ausreichend verlängert.
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Erfindung wurde eingedenk der vorbeschriebenen Gegebenheiten gemacht und stellt darauf ab, einen mit Vormischungsbeschickung und Kompressionszündung arbeitenden Motor und eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung hierfür bereitzustellen, die Rauch und Verbrennungsgeräusche verringern können, und zwar insbesondere durch zuverlässigeres Verlängern der Zündverzögerungszeit.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
  • Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung arbeitender Innenverbrennungsmotor bereitgestellt, der umfasst:
    einen Kraftstoffeinspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder;
    einen Wassereinspritzer zum Einspritzen von einem von überkritischem Wasser und unterkritischem Wasser in den Zylinder in einer Zeitspanne ab einer letzteren Hälfte des Kompressionshubes und einer frühen Hälfte des Expansionshubes;
    einen Abgasrückleitungsdurchlass zum Verbinden eines Abgasdurchlasses mit einem Einlassdurchlass und Rückleiten eines Teiles von von dem Zylinder abgegebenem Abgas zu dem Einlassdurchlass als EGR-Gas;
    ein EGR-Ventil zum Anpassen einer Menge des zu dem Einlassdurchlass durch den EGR-Durchlass rückgeleiteten EGR-Gases; und
    eine Steuerung bzw. Regelung zum Steuern bzw. Regeln von verschiedenen Teilen des Motors, wobei die verschiedenen Teile den Wassereinspritzer und das EGR-Ventil beinhalten,
    wobei die Steuerung bzw. Regelung ein Motorlastbestimmungsmodul beinhaltet zum Empfangen eines Parameters einer Last des Motors, der auf Grundlage einer Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnung variiert, und Bestimmen, ob ein Betriebszustand des Motors ein erster Zustand, in dem die Motorlast unter einer vorbestimmten Schaltlast ist, oder ein zweiter Zustand, in dem die Motorlast die vorbestimmte Schaltlast oder darüber ist, ist,
    wobei dann, wenn von dem Motorlastbestimmungsmodul bestimmt wird, dass der Betriebszustand der erste Zustand ist, die Steuerung bzw. Regelung Steuer- bzw. Regelsignale an das EGR-Ventil und den Wassereinspritzer ausgibt, wobei die Steuer- bzw. Regelsignale bewirken, dass das EGR-Ventil das EGR-Gas in den Zylinder einleitet, und bewirken, dass eine Einspritzmenge des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser kleiner als eine Einleitungsmenge des EGR-Gases in den Zylinder ist, und
    wobei dann, wenn bestimmt wird, dass der Betriebszustand der zweite Zustand ist, die Steuerung bzw. Regelung Steuer- bzw. Regelsignale an das EGR-Ventil und den Wassereinspritzer ausgibt, wobei die Steuer- bzw. Regelsignale bewirken, dass der Wassereinspritzer das eine von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser in den Zylinder einspritzt, und bewirken, dass die Einspritzmenge des EGR-Gases in den Zylinder kleiner als die Einspritzmenge des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser ist.
  • Entsprechend einem weiteren Aspekt wird eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung für einen mit Vormischungsbeschickung und Kompressionszündung arbeitenden Motor bereitgestellt, wobei der Motor einen Motorkörper beinhaltet, der wenigstens einen Zylinder, einen Einlassdurchlass und einen Abgasdurchlass aufweist, und bewirkt, dass ein Mischgas innerhalb des Zylinders von selbst zündet. Der Motor beinhaltet einen Kraftstoffeinspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder, einen Wassereinspritzer zum Einspritzen von einem von überkritischem Wasser und unterkritischem Wasser in den Zylinder in einer Zeitspanne ab einer letzteren Hälfte des Kompressionshubes und einer frühen Hälfte des Expansionshubes, einen EGR-Durchlass zum Verbinden des Abgasdurchlasses mit dem Einlassdurchlass und Rückleiten eines Teiles von von dem Zylinder abgegebenem Abgas zu dem Einlassdurchlass als EGR-Gas und ein EGR-Ventil zum Anpassen einer Menge des zu dem Einlassdurchlass durch den EGR-Durchlass rückgeleiteten EGR-Gases. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung umfasst eine Steuerung bzw. Regelung zum Steuern bzw. Regeln von verschiedenen Teilen des Motors, wobei die verschiedenen Teile den Wassereinspritzer und das EGR-Ventil beinhalten. Die Steuerung bzw. Regelung beinhaltet ein Motorlastbestimmungsmodul zum Empfangen eines Parameters einer Last des Motors, der auf Grundlage einer Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnung variiert, und Bestimmen, ob ein Betriebszustand des Motors ein erster Zustand, in dem die Motorlast unter einer vorbestimmten Schaltlast ist, oder ein zweiter Zustand, in dem die Motorlast die vorbestimmte Schaltlast oder darüber ist, ist. Wird von dem Motorlastbestimmungsmodul bestimmt, dass der Betriebszustand der erste Zustand ist, so gibt die Steuerung bzw. Regelung Steuer- bzw. Regelsignale an das EGR-Ventil und den Wassereinspritzer aus, wobei die Steuer- bzw. Regelsignale bewirken, dass das EGR-Ventil das EGR-Gas in den Zylinder einleitet, und bewirken, dass eine Einspritzmenge des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser kleiner als eine Einleitungsmenge des EGR-Gases in den Zylinder ist. Wird bestimmt, dass der Betriebszustand der zweite Zustand ist, so gibt die Steuerung bzw. Regelung Steuer- bzw. Regelsignale an das EGR-Ventil und den Wassereinspritzer aus, wobei die Steuer- bzw. Regelsignale bewirken, dass der Wassereinspritzer das eine von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser in den Zylinder eingespritzt, und bewirken, dass die Einleitungsmenge des EGR-Gases in den Zylinder kleiner als die Einspritzmenge des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser ist.
  • Entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung kann sowohl im ersten wie auch im zweiten Zustand eine ausreichende Länge der Zündverzögerungszeit sichergestellt werden, weshalb eine Zunahme der Entstehung von Rauch und eine abrupte Zunahme des Druckes innerhalb des Zylinders, die zu vermehrten Verbrennungsgeräuschen führt, verringert werden können. Im Ergebnis kann eine geeignetere mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgende Verbrennung verwirklicht werden.
  • Insbesondere wenn die Motorlast niedrig ist, kann die Zündverzögerungszeit hauptsächlich durch Einleiten des EGR-Gases verlängert werden. Wenn demgegenüber die Motorlast hoch ist, was leicht Probleme hinsichtlich einer Zunahme der Erzeugung von Rauch und Verbrennungsgeräuschen verursacht, wird eine große Menge von Wasser, das eine Substanz ist, die nicht Kraftstoff und Luft ist (nachstehend als „inaktive Substanz” bezeichnet), direkt in den Zylinder eingeleitet, und es wird die Einleitungsmenge des EGR-Gases in den Zylinder verringert. Daher kann, während zuverlässig eine ausreichende Länge der Zündverzögerungszeit durch Einleiten einer großen Menge der inaktiven Substanz in den Zylinder sichergestellt ist, eine ausreichende Menge von Luft in den Zylinder ohne erzwungene Induktion im Vergleich zu einem Fall, in dem die inaktive Substanz nur aus dem EGR-Gas besteht, eingeleitet werden. Im Ergebnis kann die Motorausgabe sichergestellt werden.
  • Des Weiteren wird bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung das eine von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser als Wasser verwendet, wobei das überkritische Wasser und dergleichen in den Zylinder eingespritzt wird, wenn Druck und Temperatur des Zylinders hoch sind, was zwischen der letzteren Hälfte des Kompressionshubes und der frühen Hälfte des Expansionshubes der Fall ist, sodass das Wasser in einem Zustand des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser vor der Zündung des Mischgases verbleibt. Daher kann die Zündverzögerungszeit zuverlässiger unter Verringerung von Energieverlusten verlängert werden.
  • Insbesondere weisen das überkritische Wasser und das unterkritische Wasser höhere Dichten als Wasser in einer Normalgasphase (Wasserdampf) auf. Daher kann durch Einspritzen des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser eine große Wassermenge effizient im Vergleich zu einer Einspritzung des Wassers in der Gasphase in den Zylinder eingeleitet werden. Damit kann die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Zylinders ausreichend gesenkt werden, und es kann die Zündverzögerungszeit zuverlässiger verlängert werden. Darüber hinaus benötigt Wasser in der flüssigen Phase latente Wärme, damit es sich zu Wasserdampf verwandelt, wohingegen das überkritische Wasser und das unterkritische Wasser beide überhaupt keine latente Wärme oder nur wenig latente Wärme benötigen. Daher kann für den Fall der in den Zylinder erfolgenden Einspritzung des Wassers in der flüssigen Phase die Temperatur innerhalb des Zylinders infolge der Wasserverdampfung des eingespritzten Wassers merklich gesenkt werden, und es kann sich die thermische Effizienz verschlechtern. Im Falle der Einspritzung des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser in den Zylinder können eine derartige merkliche Temperaturverringerung und eine Verschlechterung der thermischen Effizienz jedoch vermieden werden. Daher kann beim Einspritzen des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser in einer Menge, die groß genug ist, um eine ausreichende Zündverzögerungszeit sicherzustellen, die Wärmeeffizienz hoch bleiben.
  • Man beachte, dass bei der vorliegenden Erfindung die letztere Hälfte des Kompressionshubes eine Zeitspanne zwischen etwa 90° CA (Crank Angle CA, Kurbelwinkel) vor einem oberen Totpunkt des Kompressionshubes (CTDC) und dem CTDC ist, während die frühe Hälfte des Expansionshubes eine Zeitspanne zwischen dem CTDC und etwa 90° CA nach dem CTDC ist.
  • Bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung kann ein geometrisches Kompressionsverhältnis des Motors derart gewählt sein, dass es zwischen etwa 18:1 und etwa 35:1 ist. Ein effektives Kompressionsverhältnis des Motorkörpers ist, wenn die Motorlast die Schaltlast oder darüber sein kann, derart gewählt, dass es zwischen etwa 15:1 und etwa 30:1 ist.
  • Damit kann im zweiten Zustand ein hohes Drehmoment des Motors bei einem großen effektiven Kompressionsverhältnis sichergestellt werden, während eine geeignete mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgende Verbrennung, wie vorstehend beschrieben worden ist, verwirklicht wird.
  • Des Weiteren kann bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung dann, wenn der Betriebszustand der zweite Zustand ist, die Steuerung bzw. Regelung ein Luftüberschussverhältnis derart, dass es etwa 1 oder darunter ist, wenigstens dann wählen, während die Motorlast in dem zweiten Zustand hoch ist, und es kann die Steuerung bzw. Regelung die Einleitung des EGR-Gases in den Zylinder wenigstens dann anhalten, während die Motorlast in dem zweiten Zustand hoch ist.
  • Auf diese Weise kann in einem Fall, in dem das Luftüberschussverhältnis etwa 1 oder darunter ist und die Zündverzögerungszeit kurz wird, die Zündverzögerungszeit zuverlässiger verlängert werden.
  • Bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung kann die Steuer- bzw. Regeleinrichtung des Weiteren eine Wasserverarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser beinhalten. Beinhalten kann die Wasserverarbeitungsvorrichtung einen Kondensierer zum Kondensieren von Wasserdampf, der innerhalb des von dem Motorkörper abgegebenen Abgases enthalten ist, und einen Erwärmer und einen Kompressor zum Erhöhen der Temperatur und des Druckes des kondensierten Wasserdampfes durch Zuleiten von thermischer Energie des Abgases zu dem kondensierten Wasserdampf.
  • Bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung kann das eine von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser dadurch erzeugt werden, dass Wasserdampf innerhalb des Abgases und die thermische Energie des Abgases verwendet werden. Daher kann die Energieeffizienz im Vergleich zu einem Fall, in dem eine Vorrichtung zum Erzeugen des Wassers separat vorgesehen ist, verbessert werden. Man beachte, dass es dann, wenn die Motorlast niedrig ist, da die Temperatur des Abgases, mit anderen Worten die thermische Energie des Abgases, niedrig ist, gegebenenfalls nicht machbar ist, eine große Menge des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser zu erzeugen. Da in dieser Hinsicht bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung im ersten Zustand die Einspritzmenge des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser verringert ist und eine große Menge des EGR-Gases eingeleitet wird, kann die Zündverzögerungszeit sichergestellt werden, während die thermische Effizienz erhöht wird.
  • Darüber hinaus kann entsprechend der vorliegenden Erfindung eine geeignete mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgende Verbrennung zuverlässiger, wie vorstehend beschrieben worden ist, verwirklicht werden. Daher ist es effektiv, die vorliegende Erfindung bei einem Benzinmotor anzuwenden, bei dem es vergleichsweise schwierig ist, eine mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgende Verbrennung durchzuführen. Daher kann der Kraftstoff Benzin beinhalten.
  • Entsprechend einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung arbeitenden Innenverbrennungsmotors bereitgestellt, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:
    Bestimmen, ob eine Last des Motors unter einer vorbestimmten Schaltlast ist oder die Last die vorbestimmte Schaltlast oder darüber ist,
    dann, wenn die Last unter der vorbestimmten Schaltlast ist, erfolgendes Einleiten von EGR-Gas und von überkritischem oder unterkritischem Wasser in den Zylinder in einem Verhältnis, in dem die Menge von Wasser kleiner als die Menge von EGR-Gas ist, und dann, wenn die Last die vorbestimmte Schaltlast oder darüber ist, erfolgendes Einleiten von EGR-Gas und von überkritischem oder unterkritischem Wasser in den Zylinder in einem Verhältnis, in dem die Menge von Wasser größer als die Menge von EGR-Gas ist.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren zusätzlich die nachfolgenden Schritte:
    Verringern der Menge von eingespritztem überkritischem oder unterkritischem Wasser auf Null, wenn die Last des Motors unter einer vorbestimmten weiteren Schaltlast ist, wobei die weitere Schaltlast niedriger als die Schaltlast ist, und/oder
    Verringern der Menge von eingeleitetem EGR-Gas auf Null in einem Hochlastbereich.
  • Entsprechend einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammerzeugnis bereitgestellt, das computerlesbare Anweisungen umfasst, die dann, wenn sie in ein geeignetes System geladen sind und dort ausgeführt werden, die Schritte der vorbeschriebenen Verfahren ausführen können.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Ausgestaltung eines Motorsystems entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Wasserphasendiagramm zur Darstellung von überkritischem Wasser.
  • 3 ist ein Wasserphasendiagramm zur Darstellung von unterkritischem Wasser.
  • 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht zur schematischen Darstellung eines Teiles eines Motorkörpers.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht zur schematischen Darstellung eines Kraftstoffeinspritzers.
  • 6 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Steuer- bzw. Regelsystems des Motors.
  • 7 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Steuer- bzw. Regelbereiches des Motors.
  • 8 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen einer Motorlast, einem EGR-Verhältnis und einem Wassereinspritzverhältnis.
  • 9 zeigt Diagramme zur Darstellung einer Zündverzögerungszeit.
  • 10 zeigt Diagramme zur Darstellung von Inhalten einer Steuerung bzw. Regelung innerhalb eines Hochlastbereiches des Motors.
  • 11A ist ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem EGR-Verhältnis und einer Temperatur eines Mischgases, während 11B ein Diagramm zur Darstellung einer Beziehung zwischen dem Wassereinspritzverhältnis und der Temperatur des Mischgases ist.
  • Detailbeschreibung einer Ausführungsform
  • (1) Gesamtausgestaltung des Motorsystems
  • 1 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Ausgestaltung eines Motorsystems, bei dem eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung eines mit Vormischungsbeschickung und Kompressionszündung arbeitenden Motors zum Einsatz kommt, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Motorsystem der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet einen Motorkörper 1 vom Viertakttyp, einen Einlassdurchlass 30 zum Einleiten von Luft zur Verbrennung in den Motorkörper 1 und einen Abgasdurchlass 40 zum Abgeben von Abgas, das in dem Motorkörper 1 erzeugt wird. Der Motorkörper 1 ist beispielsweise ein Vierzylindermotor, der vier Zylinder 2 aufweist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Motorkörper 1 durch Aufnahme von benzinhaltigem Kraftstoff angetrieben. Das Motorsystem der vorliegenden Ausführungsform ist an einem Fahrzeug montiert, wobei der Motorkörper 1 als Antriebsquelle des Fahrzeuges verwendet wird.
  • Der Einlassdurchlass 30 ist mit einem Luftreiniger 31 und einem Drosselventil 32 versehen, die in dieser Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Seite her angeordnet sind. Die Luft gelangt durch den Luftreiniger 31 und das Drosselventil 32 und wird sodann in den Motorkörper 1 eingeleitet.
  • Das Drosselventil 32 öffnet und schließt den Einlassdurchlass 30. Man beachte, dass bei der vorliegenden Ausführungsform das Drosselventil 32, während der Motor in Betrieb ist, grundsätzlich vollständig geöffnet oder nahezu vollständig geöffnet gehalten wird und nur bei einer bestimmten eingeschränkten Betriebsbedingung (beispielsweise wenn der Motor angehalten wird bzw. ist) das Drosselventil 32 geschlossen wird, um den Einlassdurchlass 30 zu sperren.
  • Der Abgasdurchlass 40 ist mit einem Drei-Wege-Katalysator 41 zum Reinigen des Abgases, einem Wärmetauscher 42 (Erwärmer und Kompressor), einem Kondensierer 43 und einem Abgasverschlussventil 44 in der angegebenen Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite her versehen. Der Wärmetauscher 42 und der Kondensierer 43 bilden einen Teil einer später noch beschriebenen Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 60 (Wasserverarbeitungsvorrichtung).
  • Das Abgasverschlussventil 44 stimuliert die Rückleitung von EGR-Gas in den Einlassdurchlass 30.
  • Bei dem Motorsystem der vorliegenden Ausführungsform ist insbesondere ein EGR-Durchlass 51 ausgebildet, der einen Teil des Einlassdurchlasses 30 stromabwärts von dem Drosselventil 32 mit einem Teil des Abgasdurchlasses 40 stromaufwärts von dem Drei-Wege-Katalysator 41 verbindet, wobei ein Teil des Abgases als EGR-Gas in den Einlassdurchlass 30 rückgeleitet wird. Des Weiteren öffnet und schließt das Abgasverschlussventil 44 den Abgasdurchlass 40. Wird die EGR durchgeführt und ist der Druck innerhalb des Abgasdurchlasses 40 niedrig, so wird die Öffnung des Abgasverschlussventils 44 verschmälert, um den Druck innerhalb eines stromaufwärtigen Teiles des EGR-Durchlasses 51 zu erhöhen und die EGR-Gas-Rückleitung zu stimulieren.
  • Der EGR-Durchlass 51 ist mit einem EGR-Ventil 52 zum Öffnen und Schließen des EGR-Durchlasses 51 versehen, wobei die Menge des EGR-Gases, das in den Einlassdurchlass 30 rückgeleitet wird, mittels Anpassen einer Öffnung des EGR-Ventils 52 gesteuert bzw. geregelt wird. Zudem ist bei der vorliegenden Ausführungsform der EGR-Durchlass 51 mit einem EGR-Kühler 53 zum Kühlen des durchlaufenden EGR-Gases versehen, und es wird das EGR-Gas in den Einlassdurchlass 30 nach einer Kühlung durch den EGR-Kühler 53 rückgeleitet.
  • Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 60 erzeugt überkritisches Wasser unter Verwendung der thermischen Energie des Abgases. Bei dem Motorsystem der vorliegenden Ausführungsform wird das überkritische Wasser insbesondere in die jeweiligen Zylinder 2 von Wassereinspritzern 22, die nachstehend noch beschrieben werden, eingespritzt, und es wird das überkritische Wasser unter Verwendung des Abgases erzeugt.
  • Die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 60 beinhaltet den Wärmetauscher 42 und den Kondensierer 43 und zusätzlich einen für kondensiertes Wasser gedachten Durchlass 61, einen Wassertank 62 und eine Wassereinspritzpumpe 63. Der für kondensiertes Wasser gedachte Durchlass 61 verbindet die Wassereinspritzer 22 mit dem Kondensierer 43.
  • Der Kondensierer 43 kondensiert Wasser (Wasserdampf) innerhalb des Abgases, das durch den Abgasdurchlass 40 hindurchgeht. Der Wassertank 62 speichert das kondensierte Wasser. Das kondensierte Wasser, das von dem Kondensierer 43 erzeugt wird, wird in den Wassertank 62 durch den für kondensiertes Wasser gedachten Durchlass 61 eingeleitet und in dem Wassertank 62 gespeichert.
  • Die Wassereinspritzpumpe 63 leitet das kondensierte Wasser innerhalb des Wassertanks 62 zu den Wassereinspritzern 22 durch den Wärmetauscher 42. Die Temperatur und der Druck des kondensierten Wassers innerhalb des Wassertanks 62 werden beim Durchleiten von der Wassereinspritzpumpe 63 erhöht. Die Temperatur des kondensierten Wassers wird beispielsweise auf 350 K erhöht, und der Druck wird durch die Wassereinspritzpumpe 63 auf etwa 250 bar erhöht.
  • Der Wärmetauscher 42 tauscht Wärme zwischen dem kondensierten Wasser, das von der Wassereinspritzpumpe 63 hergeleitet wird, und dem Abgas, das durch den Abgasdurchlass 40 hindurchgeht. Der Wärmetauscher 42 ist ein indirekter Wärmetauscher, wobei das kondensierte Wasser thermische Energie aus dem Abgas beim Durchlauf durch den Wärmetauscher 42 aufnimmt. Beim Durchlauf durch den Wärmetauscher 42 werden Temperatur und Druck des kondensierten Wassers aus dem Zustand heraus, in dem der Druck durch die Wassereinspritzpumpe 63 ausgeübt wird, stärker erhöht, und das Wasser wird zu überkritischem Wasser.
  • Überkritisches Wasser ist Wasser mit höherer Temperatur und höherem Druck als am kritischen Punkt des Wassers und weist eine hohe Dichte nahe bei der Flüssigkeit auf, wobei sich die Moleküle so aktiv wie im Gas bewegen. Mit anderen Worten, überkritisches Wasser ist Wasser, das keine latente Wärme für eine Phasenänderung zu Gas oder Flüssigkeit benötigt. Wie später noch im Detail beschrieben wird, wird bei der vorliegenden Ausführungsform durch Einspritzung von Wasser mit derartigen Eigenschaften in die Zylinder 2 eine lange Zündverzögerungszeit sichergestellt, und es wird eine geeignete mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgende Verbrennung verwirklicht.
  • Eine spezifische Beschreibung im Zusammenhang mit diesem Umstand folgt nunmehr anhand 2. 2 ist ein Wasserphasendiagramm, dessen horizontale Achse die Enthalpie bezeichnet, während die vertikale Achse den Druck bezeichnet. In 2 ist die Zone Z2 eine Zone der Flüssigkeit, die Zone Z3 ist eine Zone des Gases, und die Zone Z4 ist eine Koexistenzzone von Flüssigkeit und Gas. Die Linien LT350, LT400, ..., LT1000, die mittels durchgezogener Linien angegeben sind, Isothermenlinien, die jeweils durch Verbinden von Punkten derselben Temperatur entstehen. Die Anzahl der Linien gibt die Temperaturen (K) an. So ist LT350 beispielsweise die Isothermenlinie für 350 K, während LT1000 die Isothermenlinie für 1000 K ist. Des Weiteren ist der Punkt X1 der kritische Punkt, und es ist die Zone Z1 eine Zone, in der die Temperatur und der Druck höher als der kritische Punkt X1 sind, wobei das überkritische Wasser zur Zone Z1 gehört. Insbesondere sind, während der kritische Punkt des Wassers bei einer Temperatur von 647,3 K und einem Druck von 22,12 MPa liegt, die Temperatur und der Druck des überkritischen Wassers die gleichen oder darüber. Mit anderen Worten, die Temperatur ist gleich 647,3 K oder darüber, und der Druck ist gleich 22,12 MPa oder darüber.
  • In 2 sind die Linien LR0.01, LR0.1, ..., LR500, die mittels gestrichelter Linien angedeutet sind, isopyknische Linien, die jeweils mittels Verbinden von Punkten derselben Dichte gebildet sind. Die Anzahlen der Linien geben die Dichten (kg/m3) an. LR0.01 ist beispielsweise die isopyknische Linie von 0,01 kg/m3, während LR500 die isopyknische Linie von 500 kg/m3 ist. Wie sich aus Vergleichen der isopyknischen Linien LR mit den Zonen Z1 und Z3 ergibt, ist die Dichte des Wassers innerhalb der Zone Z1, mit anderen Worten diejenige des überkritischen Wassers gleich etwa 50 kg/m3 bis 500 kg/m3, was nahe bei derjenigen des Wassers in der flüssigen Phase und viel höher als die Dichte von Gas ist.
  • Man beachte, dass das überkritische Wasser, das von dem Motorsystem erzeugt und in die Zylinder 2 eingespritzt wird, vorzugsweise eine Dichte von etwa 250 kg/m3 oder darüber aufweist.
  • Des Weiteren benötigt, wie durch den Pfeil Y1 in 2 angedeutet ist, Wasser in einer normalen Flüssigkeitsphase eine hohe Enthalpie, damit es sich in Gas verwandelt. Mit anderen Worten, das Wasser in der Normalflüssigkeitsphase erfordert eine vergleichsweise hohe latente Wärme, damit es sich in Gas verwandelt. in diesem Zusammenhang benötigt, wie durch den Pfeil Y2 gezeigt ist, das überkritische Wasser nahezu keine Enthalpie, mit anderen Worten, keine latente Wärme, damit es sich in der Normalgasphase in Wasser verwandelt.
  • Hierbei weist, wie aus 2 ersichtlich ist, Wasser, das zu einer Zone nahe bei der Zone Z1 gehört, eine hohe Dichte auf und benötigt eine niedrige latente Wärme, damit es sich in Gas verwandelt, was Eigenschaften ähnlich zu denjenigen von überkritischem Wasser darstellt. Daher kann, obwohl bei der vorbeschriebenen Ausführungsform überkritisches Wasser von der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 60 erzeugt und in die Zylinder 2 eingespritzt wird, anstelle des überkritischen Wassers auch unterkritisches Wasser, das Wasser ist, das zu der Zone nahe bei der Zone Z1 gehört, erzeugt und in die Zylinder 2 eingespritzt werden. Das unterkritische Wasser innerhalb der Zone Z10, wo die Temperatur gleich etwa 600 K oder darüber ist und die Dichte gleich etwa 250 kg/m3 oder darüber ist (siehe 3), kann erzeugt und eingespritzt werden.
  • (2) Struktur des Motorkörpers
  • Als Nächstes wird die Struktur des Motorkörpers 1 beschrieben.
  • 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht zur Darstellung eines Teiles des Motorkörpers 1. Wie in 4 dargestellt ist, beinhaltet der Motorkörper 1 einen Zylinderblock 3, der mit den Zylindern 2 ausgebildet ist, einen Zylinderkopf 4, der an dem Zylinderblock 3 ausgebildet ist, und Kolben 5, die in die Zylinder 2 pendelfähig (in Aufwärts-Abwärts-Richtungen) eingepasst sind.
  • Eine Brennkammer 6 ist über jedem Kolben 5 ausgebildet. Die Brennkammer 6 ist vom sogenannten Pent-Roof-Typ, bei dem eine Deckenoberfläche der Brennkammer 6 (Bodenoberfläche des Zylinderkopfes 4) eine dreieckige Dachform aufweist, die von zwei geneigten Oberflächen an der Einlassseite und der Abgasseite gebildet wird.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform sind zur Verringerung von Kühlverlusten mittels Verringerung der Freisetzung von Wärme des Verbrennungsgases aus der Brennkammer 6 nach außerhalb der Brennkammer 6 Wandoberflächen (Innenoberflächen) einer jeden Brennkammer 6 mit Wärmeisolierungsschichten 7 versehen, die eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als die Innenoberflächen der Brennkammer 6 aufweisen. Insbesondere ist die Wärmeisolierungsschicht 7 an jeder von einer Wandoberfläche des Zylinders 2, einer Kronenoberfläche 5a des Kolbens 5, der Bodenoberfläche des Zylinderkopfes 4 und den Oberflächen von Ventilköpfen der Einlass- und Abgasventile 18 und 19, die die Innenoberflächen der Brennkammer 6 bilden, vorgesehen. Man beachte, dass bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4 dargestellt ist, die Position der Wärmeisolierungsschicht 7, die in der Wandoberfläche des Zylinders 2 vorgesehen ist, derartigen Beschränkungen unterliegt, dass sie höher (auf der dem Zylinderkopf 4 zu eigenen Seite) als Kolbenringe 5b in einem Zustand ist, in dem der Kolben 5 am oberen Totpunkt (TDC) befindlich ist, sodass die Kolbenringe 5b nicht an der Wärmeisolierungsschicht 7 gleiten.
  • Das spezifische Material der Wärmeisolierungsschicht 7 unterliegt keiner Beschränkung, solange es eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, wie vorstehend beschrieben worden ist, aufweist. Man beachte, dass die Wärmeisolierungsschicht 7 vorzugsweise aus einem Material besteht, das eine niedrigere volumenbezogene spezifische Wärme als die Innenoberflächen der Brennkammer 6 aufweist. Insbesondere wenn der Motorkörper 1 von einem Kühlmittel gekühlt wird, variiert die Gastemperatur innerhalb der Brennkammer 6, wenn der Verbrennungszyklus fortschreitet, wohingegen die Temperaturen der Innenoberflächen der Brennkammer 6 im Wesentlichen fest sind. Daher wird der Kühlverlust infolge dieser Temperaturdifferenz groß. Aus diesem Grunde ändert sich durch Ausbilden der Wärmeisolierungsschicht 7 mit einem Material, das eine niedrige volumenbezogene spezifische Wärme aufweist, die Temperatur der Wärmeisolierungsschicht 7 entsprechend der Variation der Gastemperatur innerhalb der Brennkammer 6, wobei als Ergebnis dem Kühlverlust derart entgegengewirkt werden kann, dass dieser klein wird.
  • Die Wärmeisolierungsschichten 7 werden beispielsweise durch Beschichten der Innenoberflächen der Brennkammer 6 mit einem keramischen Material (beispielsweise ZrO2) unter Verwendung eines Plasmawärmesprühens gebildet. Man beachte, dass das keramische Material zahlreiche Poren aufweisen kann, wodurch die Wärmeleitfähigkeit und die volumenbezogene spezifische Wärme der Wärmeisolierungsschicht 7 sogar noch niedriger werden.
  • Die Kronenoberfläche 5a eines jeden Kolbens 5 weist einen Hohlraum 10 auf, der durch zu einer entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Seite von dem Zylinderkopf 4 (nach unten) erfolgendes Vertiefen einer Zone, die ein Zentrum der Kronenoberfläche 5a beinhaltet, gebildet ist. Der Hohlraum 10 ist derart gebildet, dass er ein Volumen aufweist, das einem Hauptteil der Brennkammer 6 entspricht, wenn der Kolben 5 am TDC befindlich ist.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das geometrische Kompressionsverhältnis des Motorkörpers 1, mit anderen Worten das Verhältnis des Volumens der Brennkammer 6, wenn der Kolben 5 am unteren Totpunkt (BDC) befindlich ist, zum Volumen der Brennkammer 6, wenn der Kolben 5 am TDC befindlich ist, derart gewählt, dass es zwischen etwa 18:1 und etwa 35:1 (beispielsweise etwa 20:1) ist.
  • Ausgebildet ist der Zylinderkopf 4 bezugsrichtig mit Einlassanschlüssen 16 zum Einleiten von Luft (Frischluft und in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors EGR-Gas), die von dem Einlassdurchlass 30 her in die jeweiligen Zylinder 2 (Brennkammern 6) eingeleitet wird, und Abgasanschlüssen 17 zum Herausführen des innerhalb der jeweiligen Zylinder 2 erzeugten Abgases zu dem Abgasdurchlass 40. Versehen ist der Zylinderkopf 4 des Weiteren bezugsrichtig mit den Einlassventilen 18 zum Öffnen und Schließen der jeweiligen Einlassanschlüsse 16 auf der dem Zylinder 2 zu eigenen Seite und den Abgasventilen 19 zum Öffnen und Schließen der jeweiligen Abgasanschlüsse 17 auf der dem Zylinder 2 zu eigenen Seite. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jeder Zylinder 2 mit einem Einlassanschluss 16 und einem Abgasanschluss 17 ausgebildet und mit einem Einlassventil 18 und einem Abgasventil 19 versehen. Man beachte, dass bei dem Beispiel von 4 eine Innenoberfläche eines jeden Einlassanschlusses 16 auch mit einer Wärmeisolierungsschicht 181 ausgebildet ist.
  • Jedes Einlassventil 18 wird von einem Einlassventiltaktungsmechanismus geöffnet und geschlossen. Der Einlassventiltaktungsmechanismus ist mit Einlassveränderungsventiltaktungsmechanismen 18a (siehe 6) versehen, die dazu in der Lage sind, die Öffnungs- und Schließtaktungen bzw. Zeitpunkte der Einlassventile 18 zu ändern, wobei die Öffnungs- und Schließtaktungen bzw. Zeitpunkte der Einlassventile 18 entsprechend einer Betriebsbedingung und dergleichen geändert werden.
  • Des Weiteren sind Kraftstoffeinspritzer 21 zum Einspritzen des Kraftstoffes in die Zylinder 2 und Wassereinspritzer 22 zum Einspritzen des überkritischen Wassers in die Zylinder 2 bezugsrichtig an dem Zylinderkopf 4 angebracht. Wie in 4 dargestellt ist, sind der Kraftstoffeinspritzer 21 und der Wassereinspritzer 22 für dieselbe Brennkammer 6 nebeneinander derart an dem Zylinderkopf 4 angeordnet, dass Spitzenteile der Einspritzer nahe an einer Zentralachse eines entsprechenden Zylinders 2 befindlich und zu einem im Wesentlichen zentralen Abschnitt des Hohlraumes 10 ausgerichtet sind.
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, spritzt jeder Wassereinspritzer 22 das überkritische Wasser (nachstehend einfach als „Wasser” bezeichnet, außer dies ist anders angegeben), das von der Wassereinspritzpumpe 63 hergeleitet wird, in den Zylinder 2 ein. Der Wassereinspritzer 22 weist einen Einspritzanschluss an seinem Spitzenteil auf, wobei die Wassereinspritzmenge durch Ändern einer Öffnungszeitspanne des Einspritzanschlusses angepasst wird. Als Wassereinspritzer 22 kann beispielsweise ein Einspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder 2, der in herkömmlichen Motoren verwendet wird, zur Anwendung kommen, wobei auf eine Beschreibung von dessen spezifischer Struktur hier verzichtet wird. Man beachte, dass der Wassereinspritzer 22 das überkritische Wasser beispielsweise bei etwa 20 MPa in den Zylinder 2 einspritzt.
  • Jeder Kraftstoffeinspritzer 21 spritzt den Kraftstoff, der von einer Kraftstoffpumpe (die außerhalb des Zeichnungsbereiches angeordnet ist) hergeleitet wird, in den Zylinder 2 ein. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Kraftstoffeinspritzer 21 vom sich nach außen öffnenden Ventiltyp. Die Struktur des Kraftstoffeinspritzers 21 wird nunmehr kurz anhand 5 beschrieben, die eine schematische Querschnittsansicht des Kraftstoffeinspritzers 21 ist. Wie in 5 dargestellt ist, verfügt der Kraftstoffeinspritzer 21 über ein Kraftstoffrohr 21c, das mit einem Düsenanschluss 21b an einem Spitzenteil hiervon ausgebildet ist, und ein vom sich nach außen öffnenden Typ seiendes Ventil 21a, das innerhalb des Kraftstoffrohres 21c angeordnet ist und dem Öffnen und Schließen des Düsenanschlusses 21b dient. Das vom sich nach außen öffnenden Typ seiende Ventil 21a ist mit einem Piezoelement 21d zur Verformung entsprechend einer angelegten Spannung verbunden und verschiebt sich der Position nach zwischen einer Öffnungsposition und einer Schließposition entsprechend der Verformung des Piezoelementes 21d. In der Öffnungsposition steht das vom sich nach außen öffnenden Typ seiende Ventil 21a von dem Düsenanschluss 21b zur Spitzenseite vor, um den Düsenanschluss 21b zu öffnen. In der Schließposition schließt das vom sich nach außen öffnenden Typ seiende Ventil 21a den Düsenanschluss 21b.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgende Verbrennung durchgeführt, bei der Kraftstoff und Luft vorgemischt werden und ein Mischgas bilden, wobei das Mischgas derart komprimiert wird, dass es nahe am TDC im Kompressionshub (CTDC) in allen Betriebsbereichen des Motorkörpers von selbst zündet. Entsprechend sind bei dem Beispiel von 4 keine Zündkerzen zum Zünden des Gases innerhalb der Zylinder 2 an dem Motorkörper 1 vorgesehen. In einem Fall indes, in dem eine zusätzliche Zündfähigkeit für eine geeignete Verbrennung des Mischgases beim Kaltstart und dergleichen erforderlich ist, können die Zündkerzen an dem Motorkörper 1 geeigneterweise vorgesehen sein.
  • (3) Steuer- bzw. Regelsystem
  • (3-1) Ausgestaltung des Systems
  • 6 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Steuer- bzw. Regelsystems des Motors. Wie in 6 dargestellt ist, wird das Motorsystem der vorliegenden Ausführungsform insgesamt von einem Leistungsstrangsteuer- bzw. Regelmodul (Powertrain Control Module PCM) 100 gesteuert bzw. geregelt. Das PCM 100 wird von einem Mikroprozessor gebildet, der eine CPU, einen ROM und einen RAM beinhaltet.
  • Das PCM 100 ist elektrisch mit verschiedenen Sensoren zum Detektieren eines Betriebszustandes des Motors verbunden.
  • Der Zylinderblock 3 ist beispielsweise mit einem Kurbelwinkelsensor SN1 zum Detektieren eines Drehwinkels und einer Geschwindigkeit einer Kurbelwelle, mit anderen Worten einer Motorgeschwindigkeit, versehen. Darüber hinaus ist ein Luftstromsensor SN2 zum Detektieren einer Luftmenge (Frischluftmenge), die in die Zylinder 2 durch den Luftreiniger 31 eingesaugt werden soll, in dem Einlassdurchlass 30 zwischen dem Luftreiniger 31 und dem Drosselventil 32 vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnungssensor SN3 zum Detektieren einer Position eines Beschleuniger- bzw. Gaspedals (Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnung), das außerhalb des Zeichnungsbereiches angeordnet ist und von einem Fahrer des Fahrzeuges gesteuert bzw. geregelt wird, an dem Fahrzeug vorgesehen.
  • Das PCM 100 steuert bzw. regelt jeweilige Teile des Motors und führt dabei verschiedene Bestimmungen, Betriebsvorgänge und dergleichen mehr auf Grundlage von Eingabesignalen von den verschiedenen Sensoren aus. insbesondere ist das PCM 100 elektrisch mit den Kraftstoffeinspritzern 21, den Wassereinspritzern 22, dem Drosselventil 32, dem Abgasverschlussventil 44, dem EGR-Ventil 52, der Wassereinspritzpumpe 63 und dergleichen mehr verbunden und gibt Steuer- bzw. Regelsignale an diese Komponenten auf Grundlage der Ergebnisse der Betriebsvorgänge und dergleichen aus.
  • 7 ist eine Steuer- bzw. Regelabbildung, wobei die horizontale Achse die Motorgeschwindigkeit bezeichnet, während die vertikale Achse die Motorlast bezeichnet. Da bei der vorliegenden Ausführungsform die mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgende Verbrennung in allen Betriebsbereichen, wie vorstehend beschrieben worden ist, durchgeführt wird, werden, um eine geeignete mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgende Verbrennung in jedem Betriebszustand zu erreichen, ein Niedriglastbereich A1 des Motors, in dem die Motorlast eine vorbestimmte Referenzlast Tq1 oder darunter ist, und ein Hochlastbereich A2 des Motors (Bereich der Einspritzung von kritischem Wasser), in dem die Motorlast höher als die Referenzlast Tq1 ist, als Steuer- bzw. Regelbereiche gewählt. Nachstehend werden die Inhalte der Steuerung bzw. Regelung in den jeweiligen Bereichen A1 und A2 beschrieben.
  • Hierbei beinhaltet das PCM 100 ein Motorlastbestimmungsmodul zum Empfangen eines Parameters der Motorlast, der auf Grundlage der Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnung variiert, und Bestimmen, ob ein Betriebszustand des Motorkörpers ein erster Zustand, in dem die Motorlast unter einer vorbestimmten Schaltlast (nachstehend beschrieben) ist, oder ein zweiter Zustand, in dem die Motorlast die vorbestimmte Schaltlast oder darüber ist, ist.
  • (3-2) Niedriglastbereich des Motors
  • Innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors ist das erforderliche Motordrehmoment niedrig, weshalb das effektive Kompressionsverhältnis klein gewählt werden kann. Daher ist innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors das effektive Kompressionsverhältnis als niedriger Wert gewählt, um so den Pumpverlust zu verringern und die Energieeffizienz zu erhöhen. Das effektive Kompressionsverhältnis wird beispielsweise auf weniger als etwa 15:1 verringert. Insbesondere wird jedes Einlassventil 18 zu einem vergleichsweise verzögerten Zeitpunkt auf der Verzögerungsseite des BDC im Einlasshub durch den Einlassveränderungsventiltaktungsmechanismus 18a geschlossen, weshalb das effektive Kompressionsverhältnis verringert wird.
  • Da innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors die Wärmeerzeugungsmenge des Mischgases klein und die Verbrennungstemperatur vergleichsweise niedrig ist, wird auch die Menge von NOx (so genanntes rohes NOx), das durch die Verbrennung erzeugt wird, niedrig. Damit besteht innerhalb des Bereiches A1 keine Notwendigkeit, NOx durch den Drei-Wege-Katalysator 41 zu reinigen, weshalb das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis sein muss, bei dem das NOx durch den Drei-Wege-Katalysator gereinigt werden muss. Daher wird innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Mischgases mager, mit anderen Worten bei einem Luftüberschussverhältnis von λ > 1 gewählt, um so den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
  • Des Weiteren wird innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors in einer letzteren Hälfte des Kompressionshubes (zwischen etwa 90° CA vor dem CTDC und dem CTDC) der gesamte Kraftstoff für einen Verbrennungszyklus auf einmal in jeden Zylinder 2 durch den Kraftstoffeinspritzer 21 eingespritzt. Damit wird der Kraftstoff in den Zylinder 2 nahe bei etwa 30° CA vor dem CTDC eingespritzt.
  • Wenn hierbei eine Zündverzögerungszeit (Zeitspanne von der Einspritzung des Kraftstoffes in den Zylinder 2 zur Zündung des Mischgases) kurz ist, beginnt die Verbrennung in einem Zustand, in dem der eingespritzte Kraftstoff nicht ausreichend mit Luft gemischt ist. Daher nimmt in diesem Fall der Druck innerhalb des Zylinders 2 (zylinderinterner Druck) abrupt zu, was Probleme hinsichtlich einer Verschlimmerung von Verbrennungsgeräuschen und der Erzeugung von mehr Rauch aufwirft.
  • Daher wird innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors das EGR-Gas, das eine Substanz ist, die nicht Kraftstoff und Luft ist, mit anderen Worten eine inaktive Substanz, in den Zylinder 2 rückgeleitet, um so eine geeignete Länge der Zündverzögerungszeit sicherzustellen und mit der Verbrennung zu beginnen, nachdem der Kraftstoff ausreichend mit Luft gemischt ist. Insbesondere wird durch Einleiten des EGR-Gases, das die inaktive Substanz ist, in den Zylinder 2 das Verhältnis der Menge von Kraftstoff und Luft zur Gesamtgasmenge innerhalb des Zylinders 2 klein, und es wird einer Zunahme der Gastemperatur innerhalb des Zylinders 2 entgegengewirkt. Daher wird die Reaktionsgeschwindigkeit von Kraftstoff und Luft verringert, und es kann die Zündverzögerungszeit verlängert werden.
  • Insbesondere ist innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors das EGR-Ventil 52 geöffnet, und es wird ein Teil des Abgases innerhalb des Abgasdurchlasses 40 zu dem Einlassdurchlass 30 als EGR-Gas rückgeleitet. Darüber hinaus ist innerhalb eines Motorbetriebsbereiches, in dem die Motorlast äußerst niedrig ist und der Druck innerhalb des Abgasdurchlasses 40, mit anderen Worten, der Druck auf der stromaufwärtigen Seite des EGR-Durchlassses 51, niedrig ist, die Öffnung des Abgasverschlussventils 44 verschmälert, und es wird die EGR-Gas-Rückleitung stimuliert.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors das EGR-Gas derart rückgeleitet, dass G/F, also das Verhältnis des Gesamtgasgewichtes innerhalb des Zylinders 2 zur Kraftstoffmenge, etwa 35 oder darüber wird.
  • Da darüber hinaus die Zündverzögerungszeit ohne Weiteres kurz wird, wenn die Motorlast zunimmt und die Menge des eingespritzten Kraftstoffes zunimmt, wird das EGR-Verhältnis (Verhältnis des Gewichtes des EGR-Gases zum Gewicht aller Substanzen innerhalb des Zylinders 2) erhöht, wenn die Motorlast höher wird, um so auf geeignete Weise die Zündverzögerungszeit bei jeder Motorlast sicherzustellen. Die durchgezogene Linie in 8 gibt das EGR-Verhältnis in Bezug auf die Motorlast bei einer vorbestimmten Motorgeschwindigkeit an. Wie mittels der durchgezogenen Linie in 8 gezeigt ist, wird bei der vorliegenden Ausführungsform das Gewicht des EGR-Gases im Verhältnis zur Motorlast innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors erhöht.
  • In 8 gibt die gestrichelte Linie das Wassereinspritzverhältnis an, das das Verhältnis des Gewichtes des in den Zylinder 2 von dem Wassereinspritzer 22 eingespritzten überkritischen Wassers zum Gewicht aller Substanzen innerhalb des Zylinders 2 angibt. Wie durch die gestrichelte Linie in 8 angegeben ist, wird innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors die Einspritzung des überkritischen Wassers in den Zylinder 2 durch den Wassereinspritzer 22 angehalten. Entsprechend wird der Betrieb der Wassereinspritzpumpe 63 angehalten.
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors die Einspritzmenge des überkritischen Wassers in den Zylinder 2 gleich Null gewählt, was kleiner als die in den Zylinder 2 eingeleitete EGR-Gasmenge ist.
  • Hierbei ist bei der vorgenannten Definition, bei der die Zündverzögerungszeit die Zeitspanne von der Kraftstoffeinspritzung zum Zündzeitpunkt des Mischgases ist, der Zündzeitpunkt ein Zeitpunkt, zu dem eine Kühlflammenreaktion des Mischgases beendet ist und eine Heißflammenreaktion beginnt, deren spezifische Beschreibung nunmehr anhand 9 erfolgt.
  • 9 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung eines Beispiels für eine Einspritzpuls- und eine Wärmefreisetzrate, wenn die mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgende Verbrennung durchgeführt wird. Wie in 9 gezeigt ist, wird bei der mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgenden Verbrennung der Kraftstoff zu einem Zeitpunkt t1 (Einspritzung Q) eingespritzt, woraufhin das Mischgas mit der Freisetzung von Wärme (Oxidationsreaktion) zu einem Zeitpunkt t2 beginnt, zu dem die Temperatur und der Druck vorbestimmte Werte erreichen, wobei entsprechend die Wärmefreisetzrate allmählich zunimmt oder zunächst allmählich zunimmt und sodann abfällt. Sodann nimmt zu einem Zeitpunkt t3 die Wärmefreisetzrate abrupt zu.
  • Hierbei wird die Niedrigtemperaturwärmefreisetzung, die eine Reaktion ist, die zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 auftritt und eine geringe Wärmeerzeugung in einem Ausmaß bewirkt, dass kein Kühlverlust und dergleichen auftritt, als Kühlflammenreaktion bezeichnet. Die Hauptverbrennung, die nach der Kühlflammenreaktion auftritt, wird als Heißflammenreaktion bezeichnet. Des Weiteren wird der Zeitpunkt, zu dem die Heißflammenreaktion beginnt (Zeitpunkt, zu dem die Wärmefreisetzrate abrupt ansteigt, entsprechend dem Zeitpunkt t3 in 9) als Zündzeitpunkt bezeichnet. Die Zeitspanne von dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (Zeitpunkt t1 in 9) zum Zündzeitpunkt mit Definition gemäß vorstehender Beschreibung wird als Zündverzögerungszeit bezeichnet. Man beachte, dass in 9 ungeachtet dessen, dass die horizontale Achse den Kurbelwinkel bezeichnet, die Zündverzögerungszeit ein Parameter ist, der durch die Zeit und nicht durch den Kurbelwinkel festgelegt ist. Darüber hinaus ist bei Auftreten der Heißflammenreaktion die Temperatur des Mischgases bekanntermaßen etwa 1500 K oder darüber. Daher kann ein Zeitpunkt, zu dem die Temperatur des Mischgases etwa 1500 K erreicht oder übersteigt, der Zündzeitpunkt sein, und es kann die Zeitspanne bis zu diesem Zeitpunkt die Zündverzögerungszeit sein.
  • (3-3) Hochlastbereich des Motors
  • Innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors ist das effektive Kompressionsverhältnis größer als dasjenige innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors gewählt, um ein ausreichendes Motordrehmoment sicherzustellen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das effektive Kompressionsverhältnis als etwa 15:1 oder darüber innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors gewählt. Insbesondere wird der Schließzeitpunkt eines jeden Einlassventils 18 weiter durch den Einlassveränderungsventiltaktungsmechanismus 18a als derjenige innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors vorgerückt, weshalb das effektive Kompressionsverhältnis größer als dasjenige innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors gewählt ist.
  • Innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis als theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewählt, sodass NOx durch den Drei-Wege-Katalysator gereinigt werden kann. Mit anderen Worten, das Luftüberschussverhältnis λ ist gleich etwa 1.
  • Innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors ist die Motorlast hoch und die Menge des in den Zylinder 2 eingespritzten Kraftstoffes ist groß. Wenn daher eine derart große Menge von Kraftstoff auf einmal in den Zylinder 2 eingespritzt wird, kann die Verbrennung in einem Zustand beginnen, in dem der Kraftstoff nicht ausreichend mit Luft gemischt ist. Daher wird innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors, wie in 10 dargestellt ist, der Kraftstoff auf eine Mehrzahl von Einspritzungen in den Zylinder 2 aufgeteilt. 10 zeigt ein Beispiel für ein Einspritzmuster innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors. Wie in 10 dargestellt ist, wird innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors eine erste Einspritzung Q1, in der eine vergleichsweise große Kraftstoffmenge in einer frühen Hälfte des Kompressionshubes (zwischen dem BDC im Einlasshub und etwa 90° CA vor dem CTDC) eingespritzt wird, durchgeführt; es wird eine zweite Einspritzung Q2, bei der ein Teil des Restes des Kraftstoffes in der letzteren Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt wird, durchgeführt; und es wird sodann eine dritte Einspritzung Q3, bei der der Rest des Kraftstoffes zu einem Zeitpunkt ein wenig auf der Vorrückseite des CTDC, jedoch noch auf der Verzögerungsseite der zweiten Einspritzung Q2 eingespritzt wird, durchgeführt.
  • Die erste Einspritzung Q1 dient der Homogenisierung des Mischgases. Mit anderen Worten, mittels Durchführen der ersten Einspritzung Q1 zum Einspritzen einer großen Menge von Kraftstoff in der frühen Hälfte des Kompressionshubes wird das Mischgas innerhalb der Brennkammer 6 nahe am CTDC und insbesondere vor Beginn der Verbrennung homogenisiert. Die erste Einspritzung Q1 beginnt beispielsweise nahe bei etwa 150° CA vor dem CTDC.
  • Die dritte Einspritzung Q3 dient einer noch stärkeren Verzögerung der Selbstzündung des Mischgases. Mittels Durchführen der dritten Einspritzung Q3 zu einem Zeitpunkt ein wenig auf der Vorrückseite des CTDC zündet das homogene Mischgas, das durch die erste Einspritzung Q1 erzeugt worden ist, nach dem CTDC von selbst. Die dritte Einspritzung Q3 beginnt beispielsweise nahe bei 15° CA vor dem CTDC.
  • Da insbesondere innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors die Temperatur innerhalb des Zylinders 2 infolge einer großen Wärmeerzeugungsmenge hoch wird, wenn die Verbrennung vor dem CTDC beginnt, werden der Absolutwert des zylinderinternen Druckes (Druck innerhalb des Zylinders 2) und die Zunahmerate des zylinderinternen Druckes äußerst hoch, und es werden die Verbrennungsgeräusche leicht laut. Daher werden bei der vorliegenden Ausführungsform mittels Durchführen der dritten Einspritzung Q3 nahe beim CTDC zum Beginnen der Verbrennung während eines Abstieges des Kolbens, mit anderen Worten während einer Abnahme des zylinderinternen Druckes, die Zunahme des Absolutwertes des zylinderinternen Druckes und die Zunahmerate des zylinderinternen Druckes verringert.
  • Die zweite Einspritzung Q2 dient dem Vergrößern der Verbrennungsstabilität. Insbesondere wenn der Rest des Kraftstoffes gänzlich zu dem vergleichsweise verzögerten Zeitpunkt, der nahe beim CTDC ist, durch die dritte Einspritzung Q3 bei einem Abstieg des Kolbens 5 eingespritzt wird, kann die Temperatur innerhalb der Brennkammer 6 vor Beginn der Verbrennung auf weniger als die Verbrennungstemperatur absinken, weshalb als Ergebnis eine Fehlzündung (misfire) auftreten kann. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform die zweite Einspritzung Q2 vor der dritten Einspritzung Q3 durchgeführt, um so die Temperatur innerhalb der Brennkammer 6 sogar nach dem CTDC bei der Verbrennungstemperatur oder darüber zu halten. Die zweite Einspritzung Q2 wird beispielsweise nahe bei etwa 30° CA vor dem CTDC durchgeführt.
  • Wenn hierbei die Zündverzögerungszeit kurz ist, wird das Mischen von Kraftstoff und Luft unzureichend, es werden die Verbrennungsgeräusche gegebenenfalls schlimmer, und es wird gegebenenfalls mehr Rauch erzeugt, wie vorstehend beschrieben worden ist. Daher muss die Zündverzögerungszeit verlängert werden. Darüber hinaus ist insbesondere innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors der Beginn der Verbrennung vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, der nach dem CTDC und im Vergleich zum Niedriglastbereich A1 des Motors stärker verzögert ist, um so schlimmere Verbrennungsgeräusche, wie vorstehend beschrieben worden ist, zu vermeiden. Die Zündverzögerungszeit wird vorzugsweise auch aus diesem Grunde verlängert.
  • In dieser Hinsicht wird bei der vorliegenden Ausführungsform innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors zur Verlängerung der Zündverzögerungszeit das überkritische Wasser in den Zylinder 2 durch den Wassereinspritzer 22 eingespritzt. Insbesondere durch Zuleiten des Wassers (inaktive Substanz) innerhalb des Zylinders 2 vor dem Zündzeitpunkt nimmt die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Zylinders 2 ab, weshalb die Reaktionsgeschwindigkeit von Kraftstoff und Luft verringert wird und die Zündverzögerungszeit verlängert werden kann. Man beachte, dass die Zündverzögerungszeit im Sinne der vorliegenden Beschreibung eine Zeitspanne von einer spätesten bzw. als letztes erfolgten Kraftstoffeinspritzung vor Auftreten der Heißflammenreaktion des Mischgases (das heißt die dritte Einspritzung Q3 in dem vorbeschriebenen Einspritzmuster) bis zum Beginn der Heißflammenreaktion ist.
  • Insbesondere wird das überkritische Wasser in den Zylinder 2 durch den Wassereinspritzer 22 zwischen der letzteren Hälfte des Kompressionshubes und einer frühen Hälfte des Expansionshubes (zwischen dem CTDC und etwa 90° CA nach dem CTDC) eingespritzt. Des Weiteren beginnt der Wassereinspritzer 22 mit dem Einspritzen des überkritischen Wassers, nachdem die dritte Einspritzung Q3 beendet ist und bevor das Mischgas zündet, sodass die Zeitspanne der Kühlflammenreaktion mit der Wassereinspritzzeitspanne überlappt.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 10 dargestellt ist, eine erste Wassereinspritzung W1, bei der das überkritische Wasser in den Zylinder 2 eingespritzt wird, in einer vorbestimmten Zeitspanne von einem Zeitpunkt t11 der Beendigung der dritten Einspritzung Q3 zum CTDC (die erste Wassereinspritzung W1 beginnt nach dem Zeitpunkt t11 der Beendigung der dritten Einspritzung Q3 und endet vor dem CTDC) durchgeführt. Eine zweite Wassereinspritzung W2 beginnt zu einem Zeitpunkt t22, der nach dem CTDC und vor einem Zündzeitpunkt t13 ist. Darüber hinaus ist der Zeitpunkt t21 des Beginns der ersten Wassereinspritzung W1 nahe am Zeitpunkt des Beginns der Kühlflammenreaktion.
  • Man beachte, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Einspritzmenge der. ersten Wassereinspritzung W1 unabhängig von den Betriebsbedingungen im Wesentlichen fest ist, wohingegen die Einspritzmenge der zweiten Wassereinspritzung W2, die nach dem CTDC durchgeführt wird, zunimmt, wenn die Motorlast zunimmt. Insbesondere ist der Zeitpunkt des Beginns der zweiten Wassereinspritzung W2 unabhängig von den Betriebsbedingungen im Wesentlichen fest, wohingegen die Einspritzzeitspanne der zweiten Wassereinspritzung W2 länger gewählt wird, wenn die Motorlast zunimmt. Entsprechend wird, wie durch die gestrichelte Linie in 8 gezeigt ist, innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors das Wassereinspritzverhältnis erhöht, wenn die Motorlast zunimmt.
  • Innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors ist das EGR-Verhältnis indes verringert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 8 dargestellt ist, innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors das EGR-Gas nur innerhalb eines ersten Segmentes des Hochlastbereiches A2 des Motors, in dem die Motorlast niedrig ist, rückgeleitet, und es wird die EGR-Gas-Rückleitung innerhalb eines zweiten Segmentes des Hochlastbereiches A2 des Motors, in dem die Motorlast höher als im ersten Segment ist, angehalten. Des Weiteren wird innerhalb des ersten Segmentes das EGR-Verhältnis verringert, wenn die Motorlast höher wird. Insbesondere innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors wird, wenn die Motorlast höher wird, das EGR-Verhältnis von einem Höchstwert hiervon innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors verringert. Mit anderen Worten, das EGR-Verhältnis nimmt zu, wenn die Motorlast hin zu der Referenzlast Tq1 zunimmt, wobei das EGR-Verhältnis, nachdem die Motorlast die Referenzlast Tq1 überschreitet, verringert wird, wenn die Motorlast zunimmt.
  • Des Weiteren ist bei der vorliegenden Ausführungsform dann, wenn die Motorlast niedrig ist, innerhalb eines Betriebsbereiches, in dem die Motorlast niedriger als eine Schaltlast Tq2 (> Referenzlast Tq1) des Hochlastbereiches A2 des Motors ist, und innerhalb des Lastbereiches A1 des Motors das Wassereinspritzverhältnis derart gewählt, dass es kleiner als das EGR-Verhältnis ist. Ist die Motorlast die Schaltlast Tq2 oder darüber, so wird das EGR-Verhältnis derart gewählt, dass es kleiner als das Wassereinspritzverhältnis ist. Mit anderen Worten, wenn die Motorlast unter der Schaltlast Tq2 ist, wird die Menge des in den Zylinder 2 eingespritzten überkritischen Wassers derart gewählt, dass sie kleiner als die Menge des in den Zylinder 2 eingeleiteten EGR-Gases ist, während dann, wenn die Motorlast die Schaltlast Tq2 oder darüber ist, die Menge des in den Zylinder 2 eingeleiteten EGR-Gases derart gewählt wird, dass sie kleiner als die Menge des in den Zylinder 2 eingespritzten überkritischen Wassers ist.
  • Ein Grund für das Anhalten der EGR-Gas-Rückleitung oder die Verringerung des EGR-Verhältnisses und die Einspritzung des überkritischen Wassers innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors wird nunmehr beschrieben.
  • Innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors wird, da die Motorlast hoch und die Kraftstoffeinspritzmenge groß ist, die Zündverzögerungszeit ohne Weiteres kurz. Daher wird, um eine geeignete Länge der Zündverzögerungszeit durch die EGR-Gas-Rückleitung sicherzustellen, eine große Menge von EGR-Gas benötigt. Innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors wird jedoch die Luftmenge, die für die Verbrennung benötigt wird, mit anderen Worten die Luftmenge, die in den Zylinder 2 eingeleitet werden soll, infolge der hohen Motorlast groß. Aus diesem Grunde wird es innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors schwierig, eine geeignete Menge von EGR-Gas in den Zylinder 2 einzuleiten.
  • Hierbei kann die Einleitungsmenge von EGR-Gas durch eine erzwungene Induktion erhöht werden. Der zylinderinterne Druck wird in diesem Fall jedoch hoch. Werden der Druck und die Temperatur innerhalb des Zylinders 2 hoch, so wird die Zündverzögerungszeit kurz.
  • Daher ist es innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors schwierig, eine große Menge von EGR-Gas einzuleiten, wobei sogar dann, wenn eine große Menge von EGR-Gas eingeleitet wird, da dies mit einer erzwungenen Induktion einhergeht, der zylinderinterne Druck hoch wird und die Zündverzögerungszeit nicht ausreichend verlängert werden kann.
  • In dieser Hinsicht kann, wie vorstehend beschrieben worden ist, bei der Ausgestaltung der Einspritzung des überkritischen Wassers in den Zylinder 2 ohne erzwungene Induktion, mit anderen Worten ohne Erhöhung des zylinderinternen Druckes, eine große Menge der inaktiven Substanz in den Zylinder 2 eingeleitet werden, und es kann die Zündverzögerungszeit verlängert werden.
  • Daher wird innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors die EGR-Gas-Rückleitung angehalten, oder es wird das EGR-Verhältnis verringert, und es wird die Einspritzung des überkritischen Wassers durchgeführt.
  • Des Weiteren wird in einem Hochlastsegment (Schaltlast Tq2 oder darüber) des Hochlastbereiches A2 des Motors das Wassereinspritzverhältnis derart erhöht, dass es größer als das EGR-Verhältnis ist.
  • 11A zeigt eine Temperaturänderung des Mischgases, wenn das EGR-Verhältnis in einem Fall, in dem die Wassereinspritzung nicht durchgeführt wird, geändert wird. 11B zeigt die Temperaturänderung des Mischgases, wenn die Einspritzmenge des überkritischen Wassers in einem Fall, in dem die EGR-Gas-Rückleitung nicht durchgeführt wird, geändert wird. In 11A geben die Linien LE1, LE2 und LE3 Mischgastemperaturen an, wenn das EGR-Verhältnis annähernd bei 20%, 40% beziehungsweise 60% ist und der durch Induktion erzwungene Druck annähernd gleich 1,04 bar, 1,38 bar beziehungsweise 2,07 bar (Absolutdruck) ist. In 11B bezeichnen die Linien LW1, LW2 und LW3 Mischgastemperaturen, wenn das Verhältnis der Einspritzmenge des überkritischen Wassers zur Kraftstoffeinspritzmenge gleich etwa dem Einfachen, etwa dem Dreifachen beziehungsweise etwa dem Vierfachen ist. Man beachte, dass die erzwungene Induktion nicht durchgeführt wird, während das überkritische Wasser eingespritzt wird.
  • Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wird, wenn eines von dem EGR-Verhältnis und dem Verhältnis der Wassereinspritzmenge erhöht wird, in jedwedem Fall der Zündzeitpunkt (Zeitpunkt, zu dem die Temperatur des Mischgases die Zündtemperatur (etwa 1500 K) übersteigt) verzögert, und es wird die Zündverzögerungszeit verlängert. Wie sich aus dem Ergebnis eines Vergleiches zwischen 11A und 11B ergibt, wird der Höchstwert der Zündverzögerungszeit jedoch höher, wenn das überkritische Wasser eingespritzt wird. Wird die EGR durchgeführt, so kann sogar beispielsweise durch Erhöhen des EGR-Verhältnisses auf etwa 60% (LE3), lediglich eine Zündverzögerungszeit, die im Wesentlichen dieselbe wie dann ist, wenn die Wassereinspritzmenge auf das etwa Dreifache der Kraftstoffmenge (LW2) erhöht wird, erhalten werden. In dieser Hinsicht kann für den Fall der Einspritzung des überkritischen Wassers die Zündverzögerungszeit durch weiteres Erhöhen der Wassereinspritzmenge verlängert werden.
  • Hierbei kann erwogen werden, das Wasser in der Normalgasphase als inaktive Substanz zur Einspritzung in den Zylinder 2 anstelle des überkritischen Wassers einzuspritzen. Da das Wasser in der Normalgasphase jedoch, wie vorstehend beschrieben worden ist, eine niedrige Dichte aufweist, ist es schwierig, eine große Wassermenge in den Zylinder 2 einzuleiten.
  • Des Weiteren kann erwogen werden, das Wasser in der Normalflüssigphase einzuspritzen. Wasser in der Normalflüssigphase wird jedoch zu Wasserdampf (das heißt Wasser in der Gasphase), wenn es in den Zylinder 2 bei hoher Temperatur eingespritzt wird. Zudem benötigt das Wasser in der Normalflüssigphase latente Wärme, damit es sich in Wasserdampf verwandelt. Damit nimmt für den Fall der Einspritzung des Wassers in der Normalflüssigphase die Temperatur des Mischgases infolge der Wasserverdampfung beträchtlich ab, und es verschlechtert sich die Wärmeeffizienz.
  • Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben worden ist, das überkritische Wasser (inaktive Substanz), das keine latente Wärme benötigt und eine hohe Dichte aufweist, in den Zylinder 2 eingespritzt, und es wird die Einspritzung des überkritischen Wassers durchgeführt, wenn die Temperatur und der Druck des Zylinders hoch sind, was zwischen der letzteren Hälfte des Kompressionshubes und der frühen Hälfte des Expansionshubes (zwischen dem CTDC und etwa 90° CA nach dem CTDC) der Fall ist, sodass das eingespritzte Wasser im Zustand des überkritischen Wassers vor der Mischgaszündung verbleibt.
  • Des Weiteren kann für den Zeitpunkt des Beginns der Wassereinspritzung erwogen werden, das überkritische Wasser in den Zylinder 2 einzuspritzen, bevor die Kraftstoffeinspritzung beendet ist. Man hat jedoch im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung durch intensive Forschung herausgefunden, dass die Zündverzögerungszeit stärker verlängert werden kann, wenn der Zeitpunkt des Beginns der Wassereinspritzung nach Beendigung der Kraftstoffeinspritzung (dritte Einspritzung Q3) anstatt vor Beendigung der Kraftstoffeinspritzung ist.
  • Des Weiteren hat man im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass sogar nach einer Beendigung der Kraftstoffeinspritzung die Zündverzögerungszeit stärker verlängert werden kann, wenn das überkritische Wasser während der Kühlflammenreaktion eingespritzt wird, anstatt dass dies vor der Kühlflammenreaktion erfolgt. Des Weiteren hat man im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass dann, wenn das Wasser insbesondere in einer Anfangsphase der Kühlflammenreaktion eingespritzt wird, die Wärmefreisetzung sogar langsamer wird.
  • Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform die erste Wassereinspritzung W1 vor dem CTDC und während der Kühlflammenreaktion, insbesondere in der Anfangsphase hiervon begonnen. Des Weiteren wird die zweite Wassereinspritzung W2 während der Kühlflammenreaktion ähnlich wie die erste Wassereinspritzung W1 begonnen. Daher sind die Einspritzzeitspanne und die Kühlflammenreaktionszeitspanne miteinander bei jeder der Wassereinspritzungen W1 und W2 überlappt.
  • Hierbei wird die zweite Wassereinspritzung W2 nach dem CTDC beispielsweise zusätzlich zum Zwecke der Verlängerung der Zündreaktionszeit, wie vorstehend beschrieben worden ist, zum Zwecke des Stimulierens des Fortschreitens des Verbrennungszyklus des Motors durchgeführt. Mit anderen Worten, durch Einspritzung des Wassers in den Zylinder 2 nach dem CTDC wird die Gasmenge innerhalb des Zylinders 2 (Menge von Substanzen, die das überkritische Wasser beinhalten) erhöht, und es kann das Fortschreiten des Expansionshubes stimuliert werden. Daher beginnt man bei der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben worden ist, mit der zweiten Wassereinspritzung W2 während der Kühlflammenreaktion und nach dem CTDC. Des Weiteren wird die Einspritzmenge der zweiten Wassereinspritzung W2 erhöht, wenn die Motorlast höher wird.
  • (4) Wirkungen
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann bei der vorliegenden Ausführungsform innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors, da die Einspritzung des überkritischen Wassers in den Zylinder 2 in der Zeitspanne zwischen der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung und dem Zündzeitpunkt sowie zwischen der letzteren Hälfte des Kompressionshubes und der frühen Hälfte des Expansionshubes begonnen wird, die Zündverzögerungszeit verlängert werden, während einer Verschlechterung der thermischen Effizienz entgegengewirkt wird. Des Weiteren kann mit der Verbrennung des Mischgases begonnen werden, nachdem der Kraftstoff ausreichend mit Luft gemischt ist, und es können die Zunahme bei der Erzeugung von Rauch und die abrupte Zunahme des zylinderinternen Druckes mit der Folge einer Zunahme der Verbrennungsgeräusche verringert werden. Im Ergebnis kann eine geeignetere mit Vormischungsbeschickung und Kompressionsselbstzündung erfolgende Verbrennung verwirklicht werden. Darüber hinaus kann innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors der Beginn der Verbrennung sogar noch stärker verzögert werden, was zudem der Zunahme der Verbrennungsgeräusche entgegenwirkt.
  • Insbesondere ist in dem Hochlastsegment (Schaltlast Tq2 oder darüber) des Hochlastbereiches A2 des Motors das Wassereinspritzverhältnis derart gewählt, dass es größer als das EGR-Verhältnis ist, weshalb die Zündverzögerungszeit zuverlässiger verlängert werden kann.
  • Des Weiteren wird bei der vorliegenden Ausführungsform durch Bereitstellen der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 60 das überkritische Wasser unter Verwendung von Wasserdampf innerhalb des Abgases und von thermischer Energie des Abgases erzeugt. Daher kann die Energieeffizienz verbessert werden.
  • Hierbei kann, wenn die Motorlast niedrig ist, da die Abgastemperatur niedrig ist, die erforderliche Menge von überkritischem Wasser nicht erzeugt werden. Des Weiteren verschlechtert sich für den Fall des Ausgleichs eines Energiemangels beispielsweise unter Verwendung eines separat bereitgestellten Erwärmers die Energieeffizienz. In dieser Hinsicht kann bei der vorliegenden Ausführungsform, da die Einspritzung von überkritischem Wasser nur innerhalb desjenigen Betriebsbereiches durchgeführt wird, der innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors ist und in dem die Abgastemperatur hoch ist, die Energieeffizienz verbessert werden.
  • (5) Abwandlungen
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fall beschrieben, in dem überkritisches Wasser (das heißt Wasser) in den Zylinder 2 eingespritzt wird. Anstelle des überkritischen Wassers kann jedoch auch unterkritisches Wasser, das Eigenschaften aufweist, die ähnlich zu denjenigen des überkritischen Wassers sind, in den Zylinder 2 eingespritzt werden. Da in diesem Fall die Dichte höher als bei normalem Wasser ist und die erforderliche latente Wärme äußerst niedrig ist, kann die Zündverzögerungszeit verlängert werden.
  • Des Weiteren ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Fall beschrieben worden, in dem das überkritische Wasser in den Zylinder 2 nur innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors eingespritzt wird. Der Betriebsbereich, in dem das überkritische Wasser eingespritzt wird, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. So kann das überkritische Wasser beispielsweise in allen Bereichen eingespritzt werden. Man beachte, dass auch in diesem Fall die Einspritzmenge des überkritischen Wassers derart gewählt ist, dass sie kleiner als die EGR-Gas-Menge innerhalb des Niedriglastbereiches A1 des Motors ist.
  • Des Weiteren ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Fall beschrieben worden, in dem die EGR-Gas-Rückleitung angehalten wird, wenn die Motorlast die Schaltlast Tq2 oder darüber ist. Die EGR-Gas-Rückleitung kann indes auch dann durchgeführt werden, wenn die Motorlast die Schaltlast Tq2 oder darüber ist. Man beachte, dass auch in diesem Fall das EGR-Verhältnis derart gewählt ist, dass es kleiner als das Wassereinspritzverhältnis ist, wenn die Motorlast die Schaltlast Tq2 oder darüber ist.
  • Ferner kann die Schaltlast Tq2 gleich der Referenzlast sein.
  • Des Weiteren kann das überkritische Wasser beispielsweise unter Verwendung eines separat bereitgestellten Erwärmers, wie vorstehend beschrieben worden ist, und unter Verzicht auf die Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 60 erzeugt werden. Man beachte, dass durch Verwendung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 60 eine geeignete Länge der Zündverzögerungszeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Energieeffizienz sichergestellt werden kann.
  • Des Weiteren unterliegt der spezifische Wert des effektiven Kompressionsverhältnisses innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors nicht der Beschränkung auf das vorbeschriebene Beispiel. Man beachte, dass bei der vorliegenden Ausführungsform eine geeignete Länge der Zündverzögerungszeit innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors zuverlässiger sichergestellt werden kann. Daher kann durch Wählen des effektiven Kompressionsverhältnisses bei etwa 15:1 oder darüber innerhalb des Hochlastbereiches A2 des Motors, wie vorstehend beschrieben worden ist, das Motordrehmoment erhöht werden, während die Zündverzögerungszeit sichergestellt ist.
  • Des Weiteren unterliegen die Einspritzmuster von Kraftstoff und Wasser keiner Einschränkung auf das vorbeschriebene Beispiel. So kann die zweite Wassereinspritzung W2 beispielsweise auch weggelassen werden. Man beachte, dass, wie vorstehend beschrieben worden ist, mittels Durchführen der zweiten Wassereinspritzung W2 nach dem CTDC das Motordrehmoment erhöht werden kann.
  • Zudem können die Wärmeisolierungsschichten 7 weggelassen werden. Man beachte, dass mittels Bereitstellen der Wärmeisolierungsschichten 7 der Kühlverlust verringert und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden kann. Des Weiteren kann für den Fall der Bereitstellung der Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung 60 wie bei diesem Beispiel die Temperatur des Abgases durch die Wärmeisolierungsschichten 7 erhöht werden, weshalb das überkritische Wasser zuverlässiger hergestellt werden kann.
  • Es sollte einsichtig sein, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen rein illustrativ und nicht beschränkend sind, da der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motorkörper
    2
    Zylinder
    21
    Kraftstoffeinspritzer
    22
    Wassereinspritzer
    42
    Wärmetauscher (Erwärmer und Kompressor)
    43
    Kondensierer
    51
    EGR-Durchlass
    52
    EGR-Ventil (EGR-Gas-Mengenanpasser)
    60
    Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung (Wasserverarbeitungsvorrichtung)
    100
    PCM (Steuerung bzw. Regelung)
    Tq2
    Schaltlast
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009-209809 A [0004]

Claims (10)

  1. Mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung arbeitender Innenverbrennungsmotor, umfassend: einen Kraftstoffeinspritzer (21) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder (2); einen Wassereinspritzer (22) zum Einspritzen von einem von überkritischem Wasser und unterkritischem Wasser in den Zylinder (2) in einer Zeitspanne ab einer letzteren Hälfte des Kompressionshubes und einer frühen Hälfte des Expansionshubes; einen Abgasrückleitungsdurchlass (EGR 51) zum Verbinden eines Abgasdurchlasses (40) mit einem Einlassdurchlass (30) und Rückleiten eines Teiles von von dem Zylinder (2) abgegebenem Abgas zu dem Einlassdurchlass (30) als EGR-Gas; ein EGR-Ventil (52) zum Anpassen einer Menge des zu dem Einlassdurchlass (30) durch den EGR-Durchlass (51) rückgeleiteten EGR-Gases; und eine Steuerung bzw. Regelung (100) zum Steuern bzw. Regeln von verschiedenen Teilen des Motors, wobei die verschiedenen Teile den Wassereinspritzer (22) und das EGR-Ventil (52) beinhalten, wobei die Steuerung bzw. Regelung (100) ein Motorlastbestimmungsmodul beinhaltet zum Empfangen eines Parameters einer Last des Motors, der auf Grundlage einer Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnung variiert, und Bestimmen, ob ein Betriebszustand des Motors ein erster Zustand, in dem die Motorlast unter einer vorbestimmten Schaltlast (Tq2) ist, oder ein zweiter Zustand, in dem die Motorlast die vorbestimmte Schaltlast (Tq2) oder darüber ist, ist, wobei dann, wenn von dem Motorlastbestimmungsmodul bestimmt wird, dass der Betriebszustand der erste Zustand ist, die Steuerung bzw. Regelung (100) Steuer- bzw. Regelsignale an das EGR-Ventil (52) und den Wassereinspritzer (22) ausgibt, wobei die Steuer- bzw. Regelsignale bewirken, dass das EGR-Ventil (52) das EGR-Gas in den Zylinder (2) einleitet, und bewirken, dass eine Einspritzmenge des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser kleiner als eine Einleitungsmenge des EGR-Gases in den Zylinder (2) ist, und wobei dann, wenn bestimmt wird, dass der Betriebszustand der zweite Zustand ist, die Steuerung bzw. Regelung (100) Steuer- bzw. Regelsignale an das EGR-Ventil (52) und den Wassereinspritzer (22) ausgibt, wobei die Steuer- bzw. Regelsignale bewirken, dass der Wassereinspritzer (22) das eine von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser in den Zylinder (2) einspritzt, und bewirken, dass die Einspritzmenge des EGR-Gases in den Zylinder (2) kleiner als die Einspritzmenge des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser ist.
  2. Innenverbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei ein geometrisches Kompressionsverhältnis des Motors derart gewählt ist, dass es zwischen etwa 18:1 und etwa 35:1 ist, und wobei ein effektives Kompressionsverhältnis des Motors, wenn die Motorlast die Schaltlast (Tq2) oder darüber ist, derart gewählt ist, dass es zwischen etwa 15:1 und etwa 30:1 ist.
  3. Innenverbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei dann, wenn der Betriebszustand der zweite Zustand ist, die Steuerung bzw. Regelung (100) ein Luftüberschussverhältnis derart, dass es etwa 1 oder darunter ist, wenigstens dann wählt, während die Motorlast in dem zweiten Zustand hoch ist, und/oder die Steuerung bzw. Regelung (100) die Einleitung des EGR-Gases in den Zylinder (2) wenigstens dann anhält, während die Motorlast in dem zweiten Zustand hoch ist.
  4. Innenverbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des Weiteren umfassend eine Wasserverarbeitungsvorrichtung zum Erzeugen des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser, wobei die Wasserverarbeitungsvorrichtung beinhaltet: einen Kondensierer (43) zum Kondensieren von Wasserdampf, der innerhalb des von dem Motor abgegebenen Abgases enthalten ist; und einen Erwärmer (42) und einen Kompressor (63) zum Erhöhen der Temperatur und des Druckes des kondensierten Wasserdampfes durch Zuleiten von thermischer Energie des Abgases zu dem kondensierten Wasserdampf.
  5. Innenverbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kraftstoff Benzin enthält.
  6. Steuer- bzw. Regeleinrichtung für einen mit Vormischungsbeschickung und Kompressionszündung arbeitenden Motor, wobei der Motor einen Motorkörper (1) beinhaltet, der wenigstens einen Zylinder (2), einen Einlassdurchlass (30) und einen Abgasdurchlass (40) aufweist, und bewirkt, dass ein Mischgas innerhalb des Zylinders (2) von selbst zündet, wobei der Motor des Weiteren umfasst: einen Kraftstoffeinspritzer (21) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder (2); einen Wassereinspritzer (22) zum Einspritzen von einem von überkritischem Wasser und unterkritischem Wasser in den Zylinder (2) in einer Zeitspanne ab einer letzteren Hälfte des Kompressionshubes und einer frühen Hälfte des Expansionshubes; einen Abgasrückleitungsdurchlass (EGR 51) zum Verbinden des Abgasdurchlasses (40) mit dem Einlassdurchlass (30) und Rückleiten eines Teiles von von dem Zylinder (2) abgegebenem Abgas zu dem Einlassdurchlass (30) als EGR-Gas; und ein EGR-Ventil (52) zum Anpassen einer Menge des zu dem Einlassdurchlass (30) durch den EGR-Durchlass (51) rückgeleiteten EGR-Gases; wobei die Steuer- bzw. Regeleinrichtung eine Steuerung bzw. Regelung (100) zum Steuern bzw. Regeln von verschiedenen Teilen des Motors umfasst, wobei die verschiedenen Teile den Wassereinspritzer (22) und das EGR-Ventil (52) beinhalten, wobei die Steuerung bzw. Regelung (100) ein Motorlastbestimmungsmodul beinhaltet zum Empfangen eines Parameters einer Last des Motors, der auf Grundlage einer Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnung variiert, und Bestimmen, ob ein Betriebszustand des Motors ein erster Zustand, in dem die Motorlast unter einer vorbestimmten Schaltlast (Tq2) ist, oder ein zweiter Zustand, in dem die Motorlast die vorbestimmte Schaltlast (Tq2) oder darüber ist, ist, wobei dann, wenn von dem Motorlastbestimmungsmodul bestimmt wird, dass der Betriebszustand der erste Zustand ist, die Steuerung bzw. Regelung (100) Steuer- bzw. Regelsignale an das EGR-Ventil (52) und den Wassereinspritzer (22) ausgibt, wobei die Steuer- bzw. Regelsignale bewirken, dass das EGR-Ventil (52) das EGR-Gas in den Zylinder (2) einleitet, und bewirken, dass eine Einspritzmenge des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser kleiner als eine Einleitungsmenge des EGR-Gases in den Zylinder (2) ist, und wobei dann, wenn bestimmt wird, dass der Betriebszustand der zweite Zustand ist, die Steuerung bzw. Regelung (100) Steuer- bzw. Regelsignale an das EGR-Ventil (52) und den Wassereinspritzer (22) ausgibt, wobei die Steuer- bzw. Regelsignale bewirken, dass der Wassereinspritzer (22) das eine von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser in den Zylinder (2) einspritzt, und bewirken, dass die Einleitungsmenge des EGR-Gases in den Zylinder (2) kleiner als die Einspritzmenge des einen von dem überkritischen Wasser und dem unterkritischen Wasser ist.
  7. Steuer- bzw. Regeleinrichtung nach Anspruch 6, wobei dann, wenn der Betriebszustand der zweite Zustand ist, die Steuerung bzw. Regelung (100) ein Luftüberschussverhältnis derart, dass es etwa 1 oder darunter ist, wenigstens dann wählt, während die Motorlast in dem zweiten Zustand hoch ist, und/oder die Steuerung bzw. Regelung (100) die Einleitung des EGR-Gases in den Zylinder (2) wenigstens dann anhält, während die Motorlast in dem zweiten Zustand hoch ist.
  8. Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines mit Direkteinspritzung und Kompressionszündung arbeitenden Innenverbrennungsmotors, umfassend die nachfolgenden Schritte: Bestimmen, ob eine Last des Motors unter einer vorbestimmten Schaltlast (Tq2) ist oder die Last die vorbestimmte Schaltlast (Tq2) oder darüber ist, dann, wenn die Last unter der vorbestimmten Schaltlast (Tq2) ist, erfolgendes Einleiten von EGR-Gas und von überkritischem oder unterkritischem Wasser in den Zylinder (2) in einem Verhältnis, in dem die Menge von Wasser kleiner als die Menge von EGR-Gas ist, und dann, wenn die Last die vorbestimmte Schaltlast (Tq2) oder darüber ist, erfolgendes Einleiten von EGR-Gas und von überkritischem oder unterkritischem Wasser in den Zylinder (2) in einem Verhältnis, in dem die Menge von Wasser größer als die Menge von EGR-Gas ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, des Weiteren umfassend die nachfolgenden Schritte: Verringern der Menge von eingespritztem überkritischem oder unterkritischem Wasser auf Null, wenn die Last des Motors unter einer vorbestimmten weiteren Schaltlast (Tq1) ist, wobei die weitere Schaltlast (Tq1) niedriger als die Schaltlast (Tq2) ist, und/oder Verringern der Menge von eingeleitetem EGR-Gas auf Null in einem Hochlastbereich.
  10. Computerprogrammerzeugnis, umfassend computerlesbare Anweisungen, die dann, wenn sie in ein geeignetes System geladen sind und dort ausgeführt werden, die Schritte nach einem Verfahren der Ansprüche 8 oder 9 ausführen können.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018001246A1 (de) * 2018-02-18 2019-08-22 Gofficient Ug Brennkraftmaschine mit Direkteinblasung durch Abgaswärme erzeugten Dampfes
CN110691898A (zh) * 2017-05-31 2020-01-14 马自达汽车株式会社 压燃式发动机

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9903262B2 (en) * 2014-04-07 2018-02-27 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Stoichiometric high-temperature direct-injection compression-ignition engine
JP6229598B2 (ja) * 2014-06-11 2017-11-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP6332240B2 (ja) * 2015-11-12 2018-05-30 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
US10059325B2 (en) * 2016-07-21 2018-08-28 Ford Global Technologies, Llc Method and system for controlling water injection
JP6421802B2 (ja) * 2016-09-01 2018-11-14 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
WO2018190736A1 (en) * 2017-04-13 2018-10-18 Gaj Jablonski Wojciech Internal combustion engine with two working spaces of a cylinder
JP7202063B2 (ja) * 2017-08-23 2023-01-11 株式会社ジャパンエンジンコーポレーション 舶用ディーゼルエンジン
CN111065807B (zh) * 2017-08-25 2022-09-06 马自达汽车株式会社 带有增压***的预混合压缩点火式发动机
JP7056229B2 (ja) * 2018-02-27 2022-04-19 マツダ株式会社 予混合圧縮着火式エンジンの制御装置
JP6907973B2 (ja) * 2018-03-12 2021-07-21 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
CN108843446B (zh) * 2018-07-11 2023-08-29 天津大学 适用于中重型车的汽油发动机燃烧控制方法及汽油发动机
BR112021022895A2 (pt) 2019-05-15 2022-01-18 Clearflame Engines Inc Partida a frio para combustíveis de alta octanagem em uma arquitetura de motor a diesel
JP7342471B2 (ja) * 2019-07-10 2023-09-12 マツダ株式会社 エンジンの燃焼室構造
JP2021021340A (ja) * 2019-07-24 2021-02-18 マツダ株式会社 エンジンの燃料噴射制御装置
JP2021021337A (ja) * 2019-07-24 2021-02-18 マツダ株式会社 エンジンの燃料噴射制御装置
JP2021021339A (ja) * 2019-07-24 2021-02-18 マツダ株式会社 エンジンの燃料噴射制御装置
JP2021021338A (ja) * 2019-07-24 2021-02-18 マツダ株式会社 エンジンの燃料噴射制御装置
CN113217181B (zh) * 2020-01-21 2022-06-17 长城汽车股份有限公司 一种发动机体的喷水控制方法、装置及车辆
CN115176077A (zh) 2020-02-26 2022-10-11 清焰发动机公司 燃料不可知的压燃式发动机
EP4179191A1 (de) 2020-07-09 2023-05-17 Clearflame Engines, Inc. Systeme und verfahren zur zylinderabschaltung in mischgesteuerten hochtemperaturmotoren
US11761377B2 (en) 2022-02-02 2023-09-19 1159718 B.C. Ltd. Energy transfer machine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009209809A (ja) 2008-03-05 2009-09-17 Mazda Motor Corp エンジンの過給装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3030354B2 (ja) * 1991-07-31 2000-04-10 三菱自動車エンジニアリング株式会社 エマルジョン燃料エンジン
JPH0768900B2 (ja) * 1992-09-14 1995-07-26 株式会社新燃焼システム研究所 直接噴射式ディーゼル機関
JP3449080B2 (ja) * 1995-11-20 2003-09-22 三菱ふそうトラック・バス株式会社 燃料及び水噴射エンジン
KR20030007894A (ko) * 2001-04-06 2003-01-23 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 임계수 분사형 내연기관의 운전방법
JP2003286879A (ja) * 2002-03-27 2003-10-10 Mazda Motor Corp ディーゼルエンジンの燃焼制御装置
JP2004197593A (ja) * 2002-12-17 2004-07-15 Toyota Motor Corp 予混合圧縮着火内燃機関
JP5493429B2 (ja) * 2009-03-31 2014-05-14 マツダ株式会社 直噴エンジン
JP5461154B2 (ja) * 2009-11-24 2014-04-02 日野自動車株式会社 予混合圧縮着火システムの燃焼温度制御装置
JP5998705B2 (ja) * 2012-07-25 2016-09-28 マツダ株式会社 圧縮自己着火式エンジン

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009209809A (ja) 2008-03-05 2009-09-17 Mazda Motor Corp エンジンの過給装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110691898A (zh) * 2017-05-31 2020-01-14 马自达汽车株式会社 压燃式发动机
EP3617482A4 (de) * 2017-05-31 2020-05-20 Mazda Motor Corporation Selbstzündungsmotor
DE102018001246A1 (de) * 2018-02-18 2019-08-22 Gofficient Ug Brennkraftmaschine mit Direkteinblasung durch Abgaswärme erzeugten Dampfes

Also Published As

Publication number Publication date
US20170022924A1 (en) 2017-01-26
US9863372B2 (en) 2018-01-09
JP2017025773A (ja) 2017-02-02
JP6350427B2 (ja) 2018-07-04

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