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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine vom Typ mit Kraftstoffeinspritzung
in den Zylinder bzw. mit Direkteinspritzung, welche Kraftstoff direkt
in jeden Zylinder einspritzt und noch genauer auf eine Zündzeitpunktssteuerung
einer solchen Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung.
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2. Erläuterung des Stands der Technik
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In
herkömmlichen
Brennkraftmaschinen vom Typ mit Einspritzung in einen Anschluss
bzw. ein Saugrohr wird Kraftstoff zunächst in der Form eines Sprays
in ein Saugrohr eingespritzt, und das Kraftstoffspray wird dann
während
eines Ansaughubs in jede Brennkammer eingeführt. Daher ist die Luft-Kraftstoff-Mischung
in der Brennkammer gleich verteilt und wird anschließend durch
eine Zündkerze gezündet, und
zwar wird eine sogenannte „homogene
Verbrennung" durchgeführt. In
diesem Fall hängt die
Zündung
des Luft-Kraftstoff-Gemisches nicht stark von der Position der Zündkerze
ab. Während der
homogenen Verbrennung wird jedoch die Verdünnung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches
begrenzt, weil die Konzentration des Luft-Kraftstoff-Gemisches im gesamten
Gebiet der Brennkammer nahezu konstant erzeugt wird. Um dem entgegenzuwirken,
wurde in letzter Zeit eine Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung
praktisch eingesetzt (die nachstehend einfach als eine „direkteinspritzende
Brennkraftmaschine" bezeichnet
wird, wenn dies geeignet erscheint), die Kraftstoff direkt in Zylinder
(Brennkammern) einspritzt. Da eine direkt einspritzende Brennkraftmaschine
im Allgemeinen die Fähigkeit
besitzt, Kraftstoff zu einem bestimmten Zeitpunkt in eine Brennkammer
zuzuführen
(einzuspritzen), führt
sie eine sogenannte "Schichtladungsverbrennung" durch, in welcher
Kraftstoff in einer zweiten Hälfte
eines jeden Kompressionshubs so eingespritzt wird, dass ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das eine
brennbare Konzentration aufweist, um die Zündkerze erzeugt wird, wodurch
ein sogenannter "magerer
Verbrennungsbetrieb der Brennkraftmaschine" durchgeführt wird.
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Das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
in dem gesamten Bereich der Brennkammer neigt während der Schichtladungsverbrennung
jedoch dazu, viel geringer als das stöchiometrische Kraftstoffverhältnis zu werden,
was ein zündbares
Gebiet der Luft-Kraftstoff-Mischung
in der Brennkammer einschränkt,
weil die Luft-Kraftstoff-Mischung mit einer zündbaren Konzentration nur um
die Zündkerze
erzeugt wird. Insbesondere ist es schwierig, einen Bereich einer Luft-Kraftstoff-Mischung
zu schaffen, der sowohl dann geeignet ist, wenn die von der Brennkraftmaschine
verlangte Last niedrig ist, als auch, wenn diese Last hoch ist (nachstehend
wird ein Brennkraftmaschinenbetrieb, der durchgeführt wird,
wenn die von der Brennkraftmaschine verlangte Last bzw. abgeforderte
Leistung niedrig ist, als "ein
Brennkraftmaschinenbetrieb niedriger Last" bezeichnet, und ein Brennkraftmaschinenbetrieb,
der durchgeführt
wird, wenn diese Belastung hoch ist, wird als "Brennkraftmaschinenbetrieb hoher Last" bezeichnet, wenn
dies geeignet erscheint). Weil beispielsweise nur eine kleine Kraftstoffmenge
eingespritzt wird und ein brennbarer Bereich eines Luft-Kraftstoff-Gemisches
daher während
des Brennkraftmaschinenbetriebs niedriger Last eng ist, ist es notwendig,
die Luft-Kraftstoff-Mischung um
die Zündkerze
zu erzeugen. Während
des Brennkraftmaschinenbetriebs hoher Last wird dagegen eine große Kraftstoffmenge
eingespritzt. Wenn hier derselbe Zündzeitpunkt wie jener verwendet
wird, der während
des Brennkraftmaschinenbetriebs niedriger Last verwendet wird, zündet die
Zündkerze
ein Luft-Kraftstoff-Gemisch
mit einer außergewöhnlich großen in ihrer
Umgebung erzeugten Konzentration, was zu einer Verringerung der
Verbrennungseffizienz führt.
Außerdem
kann es in dem Fall, in dem die direkt einspritzende Brennkraftmaschine
dazu angepasst ist, das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden, nachdem
es innerhalb der Brennkammer während des
Brennkraftmaschinenbetriebs hoher Last ausreichend verteilt wurde,
geschehen, dass der zündbare Bereich
des Luft-Kraftstoff-Gemisches sich bereits vor dem Zündzeitpunkt
von der Zündkerze
weg bewegt hat, und die Zündung
des Luft-Kraftstoff-Gemisches kann daher fehlschlagen.
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Außerdem kann
es vorkommen, dass aufgrund von Variationen in der Konzentration
eines Luft-Kraftstoff-Gemisches zwischen unterschiedlichen Bereichen
der Brennkammer keine ausreichende Stabilität bei der Verbrennung von Luft-Kraftstoff-Gemischen erreicht
wird, wenn eine Schichtladungsverbrennung durchgeführt wird.
In Anbetracht dieser Tatsachen wird während des Brennkraftmaschinenbetriebs
niedriger Last eine Schichtladungsverbrennung durch Erzeugen eines
Luft-Kraftstoff-Gemisches und Festlegen der Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches
in einer Weise durchgeführt,
die hauptsächlich
für den
Brennkraftmaschinenbetrieb niedriger Last geeignet ist. Während des Brennkraftmaschinenbetriebs
hoher Last wird dagegen eine teilweise Schichtladungsverbrennung
oder eine homogene Verbrennung durchgeführt.
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Die
EP 1 130 240 A2 diskutiert
eine Brennkraftmaschine mit einer Zündung durch zwei Zündkerzen
um eine schnelle Verbrennung zu realisieren. Dieses Dokument konzentriert
sich hauptsächlich
auf den Einspritzzeitpunkt, diskutiert jedoch auch den Zündzeitpunkt
der zwei Zündkerzen
während
der Schichtladungsverbrennung und der homogenen Verbrennung. Noch
genauer wird während
der Schichtladungsverbrennung eine Zündkerze gezündet, während bei der homogenen Verbrennung
beide Zündkerzen
gemeinsam verwendet werden.
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Die
JP-2000-179 441 lehrt,
Zündkerzen
in einer Brennkammer während
einer Schichtladungsverbrennung mit einer Zeitverzögerung abhängig von den
Fahrbedingungen zu zünden.
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Folglich
ist es eindeutig wünschenswert, dass
eine Schichtladungsverbrennung sowohl während des Brennkraftmaschinenbetriebs
niedriger Last als auch hoher Last in einem weiten Bereich durchgeführt wird.
Insbesondere verbessert sich die Kraftstoffökonomie, wenn eine Schichtladungsverbrennung
auch während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit hoher Last durchgeführt werden
kann.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
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In
Anbetracht der vorstehenden Probleme wurde die Erfindung erarbeitet,
um eine Brennkraftmaschine vom Typ mit direkter Einspritzung zu
schaffen, die eine Vergrößerung einer
Region für
die Schichtladungsverbrennung erlaubt und eine stabile Verbrennung
von Luft-Kraftstoffgemischen während der
Schichtladungsverbrennung erreicht.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
umfasst eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem
ersten Aspekt der Erfindung einen Zylinderblock, einen Zylinderkopf,
einen Kolben; eine Brennkammer, die durch den Zylinderblock, den
Zylinderkopf und den Kolben definiert ist; eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
zum Einspritzen eines Kraftstoffs direkt in die Brennkammer, die
den Kraftstoff so einspritzt, dass in der Brennkammer während einer Schichtladungsverbrennung
Abschnitte hoher und niedriger Konzentration eines Luft-Kraftstoffgemisches
gebildet werden; eine Vielzahl von Zündern bzw. Zündkerzen,
die innerhalb des Zylinderkopfs jeweils zugehörig zu den Abschnitten hoher
und niedriger Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches angeordnet
sind; eine Lasterfassungseinrichtung, um eine Last bzw. Leistung
zu erfassen, die von der Brennkraftmaschine mit Einspritzung in
den Zylinder verlangt bzw. abgefordert wird; und eine Zündsteuereinrichtung,
welche einen Zündzeitpunkt
des Zünders,
der in der Nähe
des Abschnitts hoher Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches
angeordnet ist, im Vergleich zu einem Zündzeitpunkt des anderen Zünders, der
in der Nähe
des Abschnitts niedriger Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches
angeordnet ist, nach vorne verschiebt, wenn während der Schichtladungsverbrennung
eine von der Lasterfassungseinrichtung erfasste Last niedrig ist.
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Nach
diesem Aufbau ist die Vielzahl von Zündern bzw. Zündkerzen
zugehörig
zu den Abschnitten hoher und niedriger Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches
angeordnet, und der Zündzeitpunkt
der Zündkerze,
die zugehörig
zu dem Abschnitt hoher Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches
angeordnet ist, ist im Vergleich zum Zündzeitpunkt der Zündkerze,
die in der Nähe
des Abschnitts niedriger Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches angeordnet
ist, nach vorn verschoben, wenn die benötigte Last während der
Schichtladungsverbrennung niedrig ist. Daher wird ein Bereich eines Luft-Kraftstoffgemisches
mit einer hohen Konzentration gezündet und eine komplementäre Zündung des Luft-Kraftstoffgemisches
wird so durchgeführt,
dass eine bessere Stabilität
bei dem Zünden
der Luft-Kraftstoffgemische während
der Schichtladungsverbrennung erreicht werden kann.
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In
der Brennkraftmaschine mit Direktabspritzung nach dem ersten Aspekt
der Erfindung ist es zu bevorzugen, dass die Zündsteuereinrichtung den Zündzeitpunkt
des Zünders,
der in der Nähe
des Abschnitts hoher Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches
angeordnet ist, gegenüber
dem Zündzeitpunkt des
anderen Zünders,
der in der Nähe
des Abschnitts des Luft-Kraftstoffgemisches mit niedriger Konzentration
angeordnet ist, nach hinten verschiebt, wenn während der Schichtladungsverbrennung
die von der Lasterfassungseinrichtung erfasste Last hoch ist. Wenn
die von der Brennkraftmaschine verlangte Last während der Schichtladungsverbrennung
hoch ist, kann der Abschnitt des Luft-Kraftstoffgemisches mit niedriger
Konzentration ausreichend zündfähig sein, während der
Abschnitt hoher Konzentration zu fett sein kann. Mit der vorstehend
erörterten
Anordnung wird daher zuerst der Abschnitt niedriger Konzentration,
der ausreichend zündfähig ist,
durch die Zündkerze
gezündet,
die zugehörig
zu dem Abschnitt niedriger Konzentration angeordnet ist, und der
Abschnitt hoher Konzentration, der sich ausreichend verteilt hat
und daher die Konzentration verringert hat, wird danach durch die
Zündkerze
gezündet,
die zugehörig
zu dem Abschnitt hoher Konzentration angeordnet ist. Als ein Ergebnis
kann das Gebiet der Schichtladungsverbrennung vergrößert werden.
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In
der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung bzw. mit Einspritzung
in den Zylinder nach dem ersten Aspekt der Erfindung ist es zu bevorzugen, dass
die Vielzahl von Zündkerzen
eine erste Zündkerze
umfasst, die in einem Abschnitt des Zylinderkopfs angeordnet ist,
welcher zu dem Abschnitt hoher Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches
gehört,
das in der Brennkammer gebildet wird, und eine zweite Zündkerze,
die innerhalb des Zylinderkopfs in einem Abschnitt angeordnet ist,
welcher zu dem Abschnitt niedriger Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches
gehört,
das in der Brennkammer gebildet wird, und dass die Zündsteuereinrichtung
den Zündzeitpunkt
der ersten Zündkerze
gegenüber
dem Zündzeitpunkt
der zweiten Zündkerze
vorverlegt, wenn die von der Lasterfassungseinrichtung erfasste Last
während
der Schichtladungsverbrennung niedrig ist.
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Nach
diesem Aufbau verlegt die Zündsteuereinrichtung
den Zündzeitpunkt
der ersten Zündkerze gegenüber dem
Zündzeitpunkt
der zweiten Zündkerze
nach vorn, wenn die verlangte Last während der Schichtladungsverbrennung
niedrig ist, wenn die erste Zündkerze
zugehörig
zu dem Abschnitt hoher Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches
angeordnet ist und die zweite Zündkerze
zugehörig
zu dem Abschnitt niedriger Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches
angeordnet ist. Daher wird ein Bereich eines Luft-Kraftstoffgemisches
mit einer hohen Konzentration gezündet und eine komplementäre Zündung des Luft-Kraftstoffgemisches
wird so durchgeführt,
dass eine verbesserte Stabilität
der Zündung
von Luft-Kraftstoffgemischen während
der Schichtladungsverbrennung erreicht werden kann.
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In
der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach dem ersten Aspekt
der Erfindung ist es außerdem
zu bevorzugen, dass die Zündsteuereinrichtung
den Zündzeitpunkt
der ersten Zündkerze
gegenüber
dem Zündzeitpunkt
der zweiten Zündkerze
verzögert,
wenn die von der Lasterfassungseinrichtung erfasste Last während der
Schichtladungsverbrennung hoch ist. Wenn die verlangte Last während der Schichtladungsverbrennung
hoch ist, kann der Abschnitt niedriger Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches
ausreichend zündfähig werden,
während der
Abschnitt hoher Konzentration mit einem Anstieg der Menge des eingespritzten
Kraftstoffes zu fett werden kann. Mit der vorstehend erläuterten
Anordnung wird daher die zweite Zündkerze in einem solchen Fall
vor der ersten Zündkerze
gezündet.
Genauer gesagt wird zuerst der Abschnitt niedriger Konzentration
durch die zweite Zündkerze
gezündet,
der ausreichend zündfähig wurde,
und der Abschnitt hoher Konzentration, der ausreichend verteilt
wurde und der daher eine verringerte Konzentration aufweist, wird
dann durch die erste Zündkerze
gezündet.
Als ein Ergebnis kann das Gebiet der Schichtladungsverbrennung vergrößert werden.
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In
der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung in den Zylinder nach
dem ersten Aspekt der Erfindung ist es außerdem zu bevorzugen, dass
die Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einem Randbereich der Brennkammer
angeordnet ist und so angepasst ist, dass sie einen Kraftstoff an
dem Randbereich der Brennkammer hin zu einem mittleren Bereich der Brennkammer
so einspritzt, dass unmittelbar nach der Einspritzung des Kraftstoffs
der Abschnitt hoher Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches in
dem mittleren Bereich der Brennkammer gebildet wird und der Abschnitt
niedriger Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches in einem Randbereich
der Brennkammer gebildet wird. Zudem ist es auch zu bevorzugen, dass
die erste Zündkerze
in einem Abschnitt des Zylinderkopfs angeordnet ist, der zu dem
mittleren Bereich der Brennkammer gehört, und dass die zweite Zündkerze
in einem Abschnitt des Zylinderkopfs angeordnet ist, der zu dem
Randbereich der Brennkammer gehört.
Nach diesem Aufbau wird der Abschnitt hoher Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches, der
in dem mittleren Bereich der Brennkammer gebildet wird, zuerst durch
die erste Zündkerze
gezündet, wenn
die verlangte Last niedrig ist, während der Abschnitt niedriger
Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches, der zündfähig ist
und in dem Randbereich der Brennkammer gebildet wird, zuerst von
der zweiten Zündkerze
gezündet
wird, wenn die verlangte Last hoch ist.
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In
der Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach dem ersten
Aspekt der Erfindung ist es außerdem
zu bevorzugen, dass die Brennkammer eine Form aufweist, die dazu
geeignet ist, das Luft-Kraftstoffgemisch, das aus dem Kraftstoff
gebildet wird, der von der Kraftstoffeinrichtung eingespritzt wird,
so zu leiten und von dem Randbereich zu dem mittleren Bereich der
Brennkammer zu bewegen, dass es von dem mittleren Bereich entlang des
Zylinderkopfs zu dem Randbereich der Brennkammer strömt, und
dass die ersten und zweiten Zündkerzen
innerhalb des Zylinderkopfs so angeordnet sind, dass sie in einer
Linie mit dem Fluss des Luft-Kraftstoffgemisches angeordnet sind.
Nach diesem Aufbau wird ein Luft-Kraftstoffgemisch so geleitet,
dass es sich entlang der ersten und zweiten Zündkerzen bewegt. Wenn die verlangte
Last niedrig ist, wird daher die erste Zündkerze gezündet, um das Luft-Kraftstoffgemisch
mit einer hohen Konzentration zu zünden, bevor es sich verteilt
und die zweite Zündkerze
wird gezündet,
um dasselbe Luft-Kraftstoffgemisch selbst dann zu zünden, wenn
es durch die erste Zündkerze
nicht gezündet
wird. Wenn die verlangte Last hoch ist, wird dagegen ein Luft-Kraftstoffgemisch,
das sich ausreichend verteilt hat und daher eine reduzierte Konzentration
aufweist, durch die erste Zündkerze
gezündet.
Auf diese Weise kann das Gebiet der Schichtladungsverbrennung vergrößert werden.
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In
der Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach dem ersten
Aspekt der Erfindung ist es außerdem
zu bevorzugen, dass der Kolben einen Hohlraum aufweist, der an einer
oberen Oberfläche
des Kolbens gebildet wird, um das Luft-Kraftstoffgemisch, das aus
dem von der Kraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffs gebildet wird
und sich von dem Randbereich zu dem mittleren Bereich der Brennkammer
bewegt, so zu leiten, dass es entlang des Zylinderkopfs von dem
Randbereich zu dem mittleren Bereich der Brennkammer fließt, und
dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung am Randbereich der Brennkammer
angeordnet ist und so angepasst ist, dass sie einen Kraftstoff hin
zu dem Hohlraum in dem Kolben einspritzt, und dass die erste Zündkerze
in einem Abschnitt des Zylinderkopfs angeordnet ist, der dem Hohlraum
des Kolbens gegenüber
liegt, während
die zweite Zündkerze
in einem Abschnitt des Zylinderkopfs angeordnet ist, der in der Nähe der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
angeordnet ist. Nach diesem Aufbau wird ein Luft-Kraftstoffgemisch
von dem mittleren Bereich zu dem Randbereich der Brennkammer hin
bewegt. Daher können die
vorstehend beschriebenen Effekte und Vorteile erzielt werden.
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Als
Nächstes
umfasst eine Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach
einem zweiten Aspekt einen Zylinderblock; einen Zylinderkopf; einen
Kolben; eine Brennkammer, die durch den Zylinderblock, den Zylinderkopf
und den Kolben definiert ist; eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
um Kraftstoff direkt in die Brennkammer einzuspritzen, die an einem
Randbereich der Brennkammer angeordnet ist und so angepasst ist,
dass sie den Kraftstoff so einspritzt, dass während der Schichtladungsverbrennung
Abschnitte hoher und niedriger Konzentration eines Luft-Kraftstoffgemisches
in der Brennkammer gebildet werden; einen Hohlraum, der auf einer
oberen Oberfläche
des Kolbens gebildet wird und das Luft-Kraftstoffgemisch leitet,
das aus dem Kraftstoff gebildet wird, der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
eingespritzt ist und sich von einem Randbereich zu einem mittleren
Bereich der Brennkammer bewegt, um entlang des Zylinderkopfs von
dem Randbereich zu dem mittleren Bereich der Brennkammer zu fließen; eine
erste Zündkerze,
die in einem Abschnitt des Zylinderkopfs angeordnet ist, der dem
Hohlraum gegenüber
liegt; eine zweite Zündkerze,
die in einem Abschnitt des Zylinderkopfs angeordnet ist, der sich
in der Nachbarschaft der Kraftstoffeinspritzeinrichtung befindet;
und eine Zündsteuereinrichtung,
die dazu angepasst ist, die ersten und zweiten Zündkerzen zur gleichen Zeit
zu zünden.
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Nach
diesem Aufbau können
selbst dann, wenn ein Luft-Kraftstoffgemisch, das sich von dem mittleren
Bereich zu dem Randbereich der Brennkammer bewegt, in zwei Luft-Kraftstoffgemische
in den mittleren und Randbereichen der Brennkammer getrennt wird,
diese Gemische jeweils durch die erste Zündkerze, die in dem Abschnitt des
Zylinderkopfs angeordnet ist, der dem Hohlraum gegenüberliegt, und
der zweiten Zündkerze,
die in dem Abschnitt des Zylinderkopfs angeordnet ist, der in der
Nähe der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
liegt, gezündet
werden. Daher kann während
der Schichtladungsverbrennung eine weitere Stabilität beim Zünden von Luft-Kraftstoffgemischen
erreicht werden.
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Als
Nächstes
umfasst eine Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach
einem dritten Aspekt einen Zylinderblock; einen Zylinderkopf; einen
Kolben; eine Brennkammer, die durch den Zylinderblock, den Zylinderkopf
und den Kolben definiert ist; eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
um Kraftstoff direkt in die Brennkammer einzuspritzen, die den Kraftstoff
so einspritzt, dass während
der Schichtladungsverbrennung in der Brennkammer Bereiche hoher
und niedriger Konzentration eines Luft-Kraftstoffgemisches gebildet
werden; und eine Vielzahl von Zündkerzen,
die jeweils eine unterschiedliche Länge eines Abschnitts aufweisen,
der aus dem Zylinderkopf vorsteht.
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Nach
diesem Aufbau können
Luft-Kraftstoffgemische gezündet
werden, die in verschiedenen Abständen von dem Zylinderkopf gebildet
werden.
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In
der Brennkraftmaschine vom Typ mit Einspritzung in den Zylinder
nach einem dritten Aspekt ist es zu bevorzugen, dass die Vielzahl
von Zündkerzen
eine erste Zündkerze
umfasst, die einen Abschnitt aufweist, der von dem Zylinderkopf
mit einer kurzen Länge
vorsteht, und eine zweite Zündkerze, die
einen zweiten Abschnitt aufweist, der mit einer Länge aus
dem Zylinderkopf vorsteht, die länger
als die Länge
des Abschnitts der ersten Zündkerze
ist und dass die Brennkraftmaschine vom Typ mit Einspritzung in
den Zylinder weiterhin eine Einrichtung zur Erfassung der Brennkraftmaschinendrehzahl
aufweist, um eine Brennkraftmaschinendrehzahl der Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung zu erfassen, und eine Zündsteuereinrichtung, welche
die erste Zündkerze
zündet,
wenn die von der Einrichtung zur Erfassung der Brennkraftmaschinendrehzahl
erfasste Brennkraftmaschinendrehzahl niedrig ist, und dazu angepasst
ist, die zweite Zündkerze
zu zünden, wenn
die von der Einrichtung zur Erfassung der Brennkraftmaschinendrehzahl
erfasste Brennkraftmaschinendrehzahl während der Schichtladungsverbrennung
hoch ist.
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Nach
diesem Aufbau wird die erste Zündkerze
gezündet,
die den Abschnitt aufweist, der mit einer kurzen Länge aus
dem Zylinderkopf vorsteht, um ein Luft-Kraftstoffgemisch zu zünden, das
in einem geringen Abstand von dem Zylinderkopf gebildet wird, wenn
die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig ist, während die
zweite Zündkerze,
deren aus dem Zylinderkopf vorstehender Abschnitt eine lange Länge aufweist, gezündet wird,
um ein Luft-Kraftstoffgemisch zu zünden, das in einem größeren Abstand von
dem Zylinderkopf gebildet wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine
hoch ist. Folglich kann das Gebiet der Schichtladungsverbrennung
vergrößert werden,
und eine weitere Stabilität
kann bei der Zündung
von Luft-Kraftstoffgemischen während
der Schichtladungsverbrennung erzielt werden.
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Als
Nächstes
umfasst eine Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach
einem vierten Aspekt einen Zylinderblock; einen Zylinderkopf; einen
Kolben; eine Brennkammer, die durch den Zylinderblock, den Zylinderkopf
und dem Kolben definiert ist; eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
um Kraftstoff direkt hin zu einem mittleren Bereich der Brennkammer
einzuspritzen, die den Kraftstoff während der Schichtladungsverbrennung
so einspritzt, dass Abschnitte hoher und niedriger Konzentration eines
Luft-Kraftstoffgemisches in der Brennkammer gebildet werden; einen
Hohlraum, der an einer oberen Oberfläche des Kolbens gebildet ist
und einen Wandabschnitt umfasst, um das Luft-Kraftstoffgemisch zu
verteilen, das aus dem Kraftstoff gebildet wird, der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
hin zu einem Randbereich der Brennkammer eingespritzt wird; und
eine Vielzahl von Zündkerzen,
die innerhalb des Zylinderkopfs so angeordnet sind, dass sie zu dem
Wandabschnitt ausgerichtet angeordnet sind.
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Nach
diesem Aufbau kann ein Luft-Kraftstoffgemisch, das sich entlang
des Wandabschnitts hin zum Randbereich der Brennkammer verteilt,
durch die Vielzahl von Zündkerzen
gezündet
werden, die zu dem Wandabschnitt ausgerichtet angeordnet sind. Folglich
kann eine weitere Stabilität
beim Zünden
von Luft-Kraftstoffgemischen während
der Schichtladungsverbrennung erzielt werden.
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Als
Nächstes
umfasst eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem
fünften
Aspekt einen Zylinderblock; einen Zylinderkopf; einen Kolben; eine
Brennkammer, die durch den Zylinderblock, den Zylinderkopf und den
Kolben definiert ist; eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, um Kraftstoff
direkt hin zu einem mittleren Bereich der Brennkammer einzuspritzen,
welche den Kraftstoff so einspritzt, das Abschnitte hoher und niedriger
Konzentration eines Luft-Kraftstoffgemisches in der Brennkammer
während
einer Schichtladungsverbrennung gebildet werden; einen Hohlraum,
der an einer oberen Oberfläche des
Kolbens gebildet wird und einen Wandabschnitt umfasst, um das Luft-Kraftstoffgemisch,
das aus dem Kraftstoff gebildet wird, der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
eingespritzt wird, von einem ersten Randbereich zu einem zweiten
Randbereich der Brennkammer zu verteilen; eine Vielzahl von Zündkerzen,
die innerhalb des Zylinderkopfs so angeordnet sind, dass sie ausgerichtet
zu dem Wandabschnitt angeordnet sind; eine Lasterfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Last, die von der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
abverlangt wird; und eine Zündsteuereinrichtung,
die eine Zündkerze
unter der Vielzahl von Zündkerzen zündet, die
in der Nähe
des ersten Randbereichs der Brennkammer angeordnet ist, wenn eine
von der Lasterfassungseinrichtung erfasste Last niedrig ist, und
die eine andere Zündkerze
unter der Vielzahl von Zündkerzen
zündet,
die in der Nähe
des zweiten Randbereichs der Brennkammer angeordnet ist, wenn die
von der Lasterfassungseinrichtung erfasste Last während der
Schichtladungsverbrennung hoch ist.
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Nach
diesem Aufbau wird der Abschnitt hoher Konzentration des in dem
ersten Randbereich der Brennkammer gebildeten Luft-Kraftstoffgemisches
dann gezündet,
wenn die verlangte Last niedrig ist, während der Abschnitt niedriger
Konzentration des in dem zweiten Randbereich der Brennkammer gebildeten
Luft-Kraftstoffgemisches gezündet
wird, wenn die verlangte Last hoch ist. Folglich kann das Gebiet
der Schichtladungsverbrennung vergrößert werden.
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Als
Nächstes
umfasst eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem
sechsten Aspekt einen Zylinderblock; einen Zylinderkopf; einen Kolben;
eine Brennkammer, die durch den Zylinderblock, den Zylinderkopf
und den Kolben definiert ist; eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
um einen Kraftstoff direkt hin zu einem mittleren Bereich der Brennkammer
einzuspritzen, die den Kraftstoff während der Schichtladungsverbrennung
so einspritzt, dass Abschnitte hoher und niedriger Konzentration eines
Luft-Kraftstoffgemisches in der Brennkammer gebildet werden; einen
Hohlraum, der an einer oberen Oberfläche des Kolbens gebildet wird
und einen Wandabschnitt umfasst, um das Luft-Kraftstoffgemisch,
das aus dem Kraftstoff gebildet wird, der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
eingespritzt wird, von einem ersten Randbereich zu einem zweiten Randbereich
der Brennkammer zu verteilen; eine Vielzahl von Zündkerzen,
die innerhalb des Zylinderkopfs so angeordnet sind, dass sie zu
dem Wandabschnitt ausgerichtet sind; eine Lasterfassungseinrichtung
zur Erfassung einer Last, die von der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
abverlangt wird; und eine Zündsteuereinrichtung,
welche die Vielzahl von Zündkerzen
zu einem Zündzeitpunkt
einer unter der Vielzahl von Zündkerzen
zündet,
die in der Nähe
des ersten Randbereichs der Brennkammer angeordnet ist, wenn eine
Last, die von der Lasterfassungseinrichtung erfasst wird, niedrig
ist, und welche die Vielzahl von Zündkerzen zu einem Zündzeitpunkt
einer anderen Zündkerze
unter der Vielzahl von Zündkerzen
zündet,
die in der Nähe des
zweiten Randbereichs der Brennkammer angeordnet ist, wenn die Last,
die von der Lasterfassungseinrichtung erfasst wird, während der
Schichtladungsverbrennung hoch ist.
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Nach
diesem Aufbau wird ein Luft-Kraftstoffgemisch zu einem Zeitpunkt
gezündet,
zu dem der Abschnitt hoher Konzentration des Luft-Kraftstoffgemischs
in dem ersten Randbereich der Brennkammer gebildet wird, wenn die
verlangte Last niedrig ist, während
das Luft-Kraftstoffgemisch zu einer Zeit gezündet wird, zu welcher der Abschnitt
niedriger Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches, der sich verteilt
hat und daher eine geeignete Konzentration aufweist, in dem zweiten
Randbereich der Brennkammer gebildet wird, wenn die verlangte Last
hoch ist. Folglich kann der Bereich der Schichtladungsverbrennung
vergrößert werden.
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Als
Nächstes
umfasst eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzen nach einem
siebten Aspekt einen Zylinderblock; einen Zylinderkopf; einen Kolben;
ein Brennkammer, die durch den Zylinderblock, den Zylinderkopf und
den Kolben definiert ist; eine Einspritzeinrichtung, um einen Kraftstoff
direkt hin zu einem mittleren Bereich der Brennkammer einzuspritzen,
die den Kraftstoff so einspritzt, dass Abschnitte hoher und niedriger
Konzentration eines Luft-Kraftstoffgemisches in der Brennkammer
während
der Schichtladungsverbrennung gebildet werden, einen Hohlraum, der
an einer oberen Oberfläche des
Kolbens gebildet wird und einen Wandabschnitt umfasst, um das Luft-Kraftstoffgemisch
zu verteilen, das aus dem Kraftstoff gebildet wird, der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
von einem ersten Randbereich zu einem zweiten Randbereich der Brennkammer
eingespritzt wird; eine Vielzahl von Zündkerzen, die innerhalb des
Zylinderkopfs so angeordnet sind, dass sie mit dem Wandabschnitt
ausgerichtet sind; eine Lasterfassungseinrichtung, um eine Last
zu erfassen, die von der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
abverlangt wird, und eine Zündsteuereinrichtung,
welche die Vielzahl von Zündkerzen
während
der Schichtladungsverbrennung in einer Reihenfolge von der Seite
des ersten Randbereichs zu der Seite des zweiten Randbereichs der
Brennkammer zündet,
wenn eine Last niedrig ist, die von der Lasterfassungseinrichtung
erfasst wird, und welche die Vielzahl von Zündkerzen in einer Reihenfolge
von der Seite des zweiten Randbereichs zu der Seite des ersten Randbereichs
der Brennkammer zündet,
wenn die Last hoch ist, die von der Lasterfassungseinrichtung erfasst
wird.
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Wenn
die geforderte Last niedrig ist, wird nach diesem Aufbau ein Luft-Kraftstoffgemisch
mit hoher Konzentration gezündet,
das in dem ersten Randbereich der Brennkammer gebildet wird, und das
Luft-Kraftstoffgemisch, das sich in dem zweiten Randbereich verteilt
hat, wird ebenfalls gezündet. Wenn
die geforderte Last hoch ist, wird dagegen ein Luft-Kraftstoffgemisch,
das in dem zweiten Randbereich gebildet wird, das sich verteilt
hat und daher eine geeignete Konzentration aufweist, gezündet, und
das Luft-Kraftstoffgemisch, das in dem ersten Randbereich verbleibt,
wird eben falls gezündet. Folglich
kann der Bereich der Schichtladungsverbrennung vergrößert werden
und eine weitere Stabilität
kann beim Zünden
von Luft-Kraftstoffgemisch während
der Schichtladungsverbrennung erreicht werden.
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Als
Nächstes
umfasst eine Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach
einem achten Aspekt einen Zylinderblock; einen Zylinderkopf; einen
Kolben; eine Brennkammer, die durch den Zylinderblock, den Zylinderkopf
und den Kolben definiert ist; eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
um einen Kraftstoff direkt hin zu einem mittleren Bereich der Brennkammer
einzuspritzen, welche den Kraftstoff während der Schichtladungsverbrennung
so einspritzt, dass Abschnitte hoher und niedriger Konzentration
eines Luft-Kraftstoffgemisches in der Brennkammer gebildet werden;
und eine Vielzahl von Zündkerzen,
die jeweils einen Isolator umfassen, der eine Stromlinienform aufweist,
die zu einem Fluss des Luft-Kraftstoffgemisches passt, das aus dem Kraftstoff
gebildet wird, der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingespritzt
wird.
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Nach
diesem Aufbau wird eine Vielzahl von Zündkerzen vorgesehen, die jeweils
eine Stromlinienform aufweisen, die zu dem Fluss des Luft-Kraftstoffgemisches
passen, das aus dem Kraftstoff gebildet wird, der aus der Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingespritzt
wird. Daher kann verhindert werden, dass Verwirbelungen, die innerhalb
der Brennkammer erzeugt werden, irregulär werden. Folglich kann eine
weitere Stabilität
beim Zünden
von Luft-Kraftstoffgemischen während
der Schichtladungsverbrennung erreicht werden.
-
Außerdem können die
Brennkraftmaschinen vom Typ mit Direkteinspritzung wie folgt modifiziert werden.
Beispielsweise ist es bei der Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung
nach dem vierten Aspekt der Erfindung zu bevorzugen, dass sich der
Wandabschnitt senkrecht zu einer Richtung erstreckt, in welcher
das Luft-Kraftstoffgemisch, das aus dem Kraftstoff gebildet wird,
der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingespritzt wird, hin
zum Hohlraum fließt.
Nach diesem Aufbau kann die Verteilung des Luft-Kraftstoffgemisches
weiter gefördert werden.
Daher wird die Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches selbst
dann nicht außergewöhnlich hoch,
wenn die verlangte Last hoch ist und eine große Kraftstoffmenge eingespritzt
wird, wodurch das Gebiet der Schichtladungsverbrennung vergrößert werden
kann.
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Weiterhin
ist es in der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach dem
fünften
und siebten Aspekt zu bevorzugen, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
den Kraftstoff hin zu einem Abschnitt des Randabschnitts einspritzt,
der näher
an dem ersten Randbereich der Brennkammer liegt. In diesem Fall kann
das Luft-Kraftstoffge misch sich mit größerer Verlässlichkeit von dem ersten Randbereich
zu dem zweiten Randbereich verteilen. Außerdem ist es zu bevorzugen,
dass sich ein Abstand zwischen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
und dem Wandabschnitt von der Seite des ersten Randbereichs zu dem
zweiten Randbereich der Brennkammer vergrößert. Mit dieser Anordnung
kann sich das Luft-Kraftstoffgemisch leicht von dem ersten Randbereich
zu dem zweiten Randbereich der Brennkammer verteilen. Außerdem ist
es zu bevorzugen, das der Wandabschnitt einen ersten Wandabschnitt
umfasst, der auf der Seite des ersten Randbereichs der Brennkammer
angeordnet ist und die Form eines Bogens aufweist, der einen ersten
Radius hat, und einen zweiten Wandabschnitt, der auf der Seite des
zweiten Randbereichs der Brennkammer angeordnet ist und die Form
eines Bogens mit einem zweiten Radius aufweist, der größer als
der erste Radius ist. Mit dieser Anordnung wird ein Luft-Kraftstoffgemisch
hoher Konzentration in dem ersten Randbereich gebildet, während ein
Luft-Kraftstoffgemisch mit einer Konzentration, die niedriger als
jene des Luft-Kraftstoffgemisches ist, das in dem ersten Randbereich gebildet
wird, in dem zweiten Randbereich gebildet wird. Daher wird das Luft-Kraftstoffgemisch
mit hoher Konzentration, das in dem ersten Randbereich gebildet
wird, gezündet,
wenn die von der Brennkraftmaschine abverlangte Last niedrig ist,
und die Menge des eingespritzten Kraftstoffs dadurch klein ist,
während
das Luft-Kraftstoffgemisch mit niedriger Konzentration das in dem
zweiten Randbereich gebildet wird, gezündet wird, wenn die von der
Brennkraftmaschine abverlangte Last hoch ist und die Menge des eingespritzten
Kraftstoffs dadurch groß ist.
Folglich kann das Gebiet der Schichtladungsverbrennung vergrößert werden,
und eine weitere Stabilität
kann beim Zünden
von Luft-Kraftstoffmischungen während der
Schichtladungsverbrennung erzielt werden.
-
Zudem
ist es bei der Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung
nach dem achten Aspekt zu bevorzugen, dass ein Montageabschnitt
zur Montage jeder Kraftstoffeinspritzeinrichtung in dem Zylinderkopf
in einem oberen Abschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung vorgesehen
ist. Diese Anordnung ermöglicht
es, dass jede Zündkerze
im Zylinderkopf so montiert werden kann, dass der Isolator mit einer
Stromlinienform in die Brennkammer ragt.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
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Die
vorstehenden und/oder weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
in Bezug auf die beigefügten
Figuren deutlicher, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden,
um ähnliche
Elemente wiederzugeben und in denen:
-
1 eine
längs geschnittene
Ansicht ist, die schematisch den Aufbau eines Zylinderkopfs und seiner
Umgebung in einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt, in der relative Positionen eines Luft-Kraftstoffgemischflusses
und der Zündkerzen
angezeigt werden;
-
2 eine
perspektivische Ansicht ist, welche die relativen Positionen des
Luft-Kraftstoffgemischflusses
und der Zündkerzen
von der Seite einer Brennkammer in der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
nach der ersten Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht;
-
3 ein
Blockschaubild ist, das schematisch einen Entwurf eines Steuersystems
der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach der ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
-
4 ein
Ablaufplan eines Steuerprogramms ist, das in der Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung zum
Steuern des Zündzeitpunkts
vom ersten und zweiten Zündkerzen
ausgeführt
wird;
-
5 eine
Ansicht ist, welche den Zustand eines Luft-Kraftstoffgemisches veranschaulicht, wenn
Kraftstoff von einem Kraftstoffeinspritzventil hin zu einem Hohlraum
in der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach der ersten
Ausführungsform der
Erfindung eingespritzt wurde;
-
6 eine
Ansicht ist, welche den Zustand des Luft-Kraftstoffgemisches veranschaulicht,
wenn sich ein Kolben während
eines Kompressionshubs in der Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung
nach der ersten Ausführungsform
der Erfindung hin zum oberen Totpunkt bewegt hat;
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7 eine
Längsschnittsansicht
ist, die schematisch den Aufbau des Zylinderkopfs und seiner Umgebung
in einer Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach
einer zweiten Ausführungsform
zeigt, wobei relative Positionen des Luft-Kraftstoffgemisches und der Zündkerzen
angezeigt werden, wenn die Brennkraftmaschine mit einer niedrigen
Drehzahl arbeitet;
-
8 eine
Längsschnittsansicht
ist, die schematisch den Aufbau des Zylinderkopfs und seiner Peripherie
in der Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach der
zweiten Ausführungsform
zeigt, wobei die relativen Positionen des Luft-Kraft stoffgemischflusses
und der Zündkerzen angezeigt
werden, wenn die Brennkraftmaschine mit einer hohen Brennkraftmaschinendrehzahl
arbeitet;
-
9 eine
perspektivische Ansicht ist, welche die relativen Positionen des
Luft-Kraftstoffgemischflusses
und der Zündkerzen
in einer Ansicht von der Seite der Brennkammer der Brennkraftmaschine
vom Typ mit Direkteinspritzung nach der zweiten Ausführungsform
veranschaulicht;
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10 ein
Ablaufplan eines Steuerprogramms ist, das in der Brennkraftmaschine
vom Typ mit Direkteinspritzung nach der zweiten Ausführungsform
ausgeführt
wird, um den Zündzeitpunkt der
ersten und der zweiten Zündkerzen
zu steuern;
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11 eine
Längsschnittansicht
ist, die schematisch den Aufbau des Zylinderkopfs und seiner Peripherie
in einer Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach
einer dritten Ausführungsform
zeigt, wobei die relativen Positionen der Zündkerzen gezeigt werden;
-
12 eine
perspektivische Ansicht ist, welche die relativen Positionen der
Zündkerzen
in einer Ansicht von der Seite der Brennkammer in der Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung nach der dritten Ausführungsform veranschaulicht;
-
13 eine
Ansicht ist, welche den verteilten bzw. dispergierten Zustand des
Luft-Kraftstoffgemisches zeigt, das in einen herkömmlichen
Hohlraum eingeführt
ist, wenn die Belastung niedrig ist, die von der Brennkraftmaschine
verlangt wird, und jenen, der in einem Hohlraum der Brennkraftmaschine vom
Typ mit Direkteinspritzung nach der dritten Ausführungsform eingeführt ist,
wenn die von der Brennkraftmaschine verlangte Last niedrig ist,
um diese vergleichen zu können;
-
14 eine
Ansicht ist, welche den verteilten Zustand des Luft-Kraftstoffgemisches
veranschaulicht, das innerhalb des herkömmlichen Hohlraums eingeführt ist,
wenn die Last hoch ist, die von der Brennkraftmaschine abverlangt
wird, und jenen, der in dem Hohlraum der Brennkraftmaschine vom Typ
mit Direkteinspritzung nach der dritten Ausführungsform eingeführt wird,
wenn die von der Brennkraftmaschine abverlangte Last hoch ist, um
diese vergleichen zu können;
-
15 eine
Längsschnittansicht
ist, die schematisch den Aufbau des Zylinderkopfs und seiner Peripherie
in einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einer vierten
Ausführungsform zeigt,
wobei die relativen Positionen der Zündkerzen gezeigt werden;
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16 eine
perspektivische Ansicht ist, welche die relativen Positionen der
Zündkerzen
von der Seite der Brennkammer in der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
nach der vierten Ausführungsform
zeigt;
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17 eine
Ansicht ist, welche den verteilten Zustand eines Luft-Kraftstoffgemisches
veranschaulicht, wenn die von der Brennkraftmaschine abverlangte
Last in der Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach
der vierten Ausführungsform
niedrig ist;
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18 eine
Ansicht ist, welche den verteilten Zustand eines Luft-Kraftstoffgemisches
veranschaulicht, wenn die von der Brennkraftmaschine abverlangte
Last in der Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach
der vierten Ausführungsform
hoch ist;
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19 ein
Ablaufplan eines Steuerprogramms ist, dass in der Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung nach der vierten Ausführungsform ausgeführt wird,
um die Zündzeitpunkte
der ersten und zweiten Zündkerzen
zu steuern;
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20 eine
Ansicht ist, die schematisch ein erstes Modifikationsbeispiel der
vierten Ausführungsform
zeigt;
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21 eine
Ansicht ist, die schematisch ein zweites Modifikationsbeispiel der
vierten Ausführungsform
zeigt;
-
22 eine
Ansicht ist, die schematisch ein drittes Modifikationsbeispiel der
vierten Ausführungsform
zeigt;
-
23 eine
Ansicht einer Zündkerze
einer Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach einer
fünften
Ausführungsform
von oben ist;
-
24 eine
Vorderansicht der Zündkerze der
Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach der fünften Ausführungsform
ist;
-
25 eine
Ansicht der Zündkerze
der Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach der fünften Ausführungsform
von unten ist;
-
26 ein
Schaubild ist, um einen Vergleich der Ansauggrößen, wenn die Zündkerze
der Brennkraftmaschine vom Typ mit Direkteinspritzung nach der fünften Ausführungsform
verwendet wird, mit dem Fall durchzuführen, wenn eine herkömmliche Zündkerze
verwendet wird.
-
GENAUE ERLÄUTERUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Nachstehend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
-
Zu
Beginn wird eine Brennkraftmaschine vom Typ mit Einspritzung in
den Zylinder (die nachstehend einfach als eine „direkt einspritzende Brennkraftmaschine" oder „eine Brennkraftmaschine" bezeichnet wird,
wenn dies geeignet erscheint) nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben. 1 ist
eine Längsschnittansicht,
die schematisch den Aufbau eines Zylinderkopfs und seiner Umgebung
der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach der ersten Ausführungsform
zeigt, in der relative Positionen eines Luft-Kraftstoffgemischflusses
zu Zündkerzen
gezeigt werden. 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche
die relativen Positionen des Luft-Kraftstoffgemischflusses und der
Zündkerzen
von der Seite einer Brennkammer gesehen veranschaulicht. 3 ist ein
Blockschaubild, das schematisch einen Entwurf eines Steuersystems
der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach der ersten Ausführungsform zeigt. 4 ist
ein Ablaufplan eines Steuerprogramms zum Steuern des Zündzeitpunkts
von ersten und zweiten Zündkerzen
der gleichen direkt einspritzenden Brennkraftmaschine.
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Eine
direkt einspritzende Brennkraftmaschine 10 nach der ersten
Ausführungsform
umfasst einen Zylinderblock 11, einen Zylinderkopf 12 und
einen Kolben 13, die zusammen eine Brennkammer 20 definieren.
Ein Einlass- bzw. Ansauganschluss 121 und ein Auslass-
bzw. Abgasanschluss 122 werden innerhalb des Zylinderkopfs 12 gebildet.
Ein Einlassventil 123 zum Öffnen/Schließen des
Einlassanschlusses 121 hin zu der Brennkammer 20 ist
in dem Einlassanschluss 121 angeordnet, während ein
Auslassventil 124 zum Öffnen/Schließen des
Auslassanschlusses 122 hin zu der Brennkammer 20 in
dem Auslassanschluss 122 angeordnet ist.
-
Außerdem wird
ein Kraftstoffeinspritzventil 14 in einem Abschnitt des
Zylinderkopfs 12 in der Nähe des Einlassanschlusses 121 so
angeordnet, dass das Kraftstoffeinspritzventil 14 am Randbereich der
Brennkammer 20 angeordnet ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 14 ist
von einem so genannten „Hochdrucktyp" und ist dazu angepasst,
Kraftstoff, der durch eine (nicht gezeigte) Hochdruckkraftstoffpumpe
auf ungefähr
8 bis 13 MPa unter Druck gesetzt wurde, in die Brennkammer 20 einzuspritzen.
-
Weiterhin
wird eine erste Zündkerze 30 in
einem Abschnitt des Zylinderkopfs 12 angeordnet, die einem
Zentralbereich der Brennkammer 20 gegenüberliegt, während eine zweite Zündkerze 31 in
einem Abschnitt des Zylinderkopfs 12 angeordnet ist, der
einem Randbereich der Brennkammer 20 gegenüberliegt
und der in der Nähe
des Kraftstoffeinspritzventils 14 angeordnet ist. Der Zündzeitpunkt
dieser Zündkerzen 30, 31 wird
durch eine Brennkraftmaschinensteuereinheit 40 (die nachstehend
als „eine
ECU" bezeichnet
wird) gesteuert.
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Ein
Hohlraum 131 wird an der oberen Oberfläche des Kolbens 13 gebildet.
Während
der Schichtladungsverbrennung nimmt der Hohlraum 131 den
Kraftstoff auf, der von dem Kraftstoffeinspritzventil 14 eingespritzt
wird, und erzeugt ein Luft-Kraftstoffgemisch. Weil der Kraftstoff
während der
Schichtladungsverbrennung normalerweise von dem Kraftstoffeinspritzventil 14 in
einer zweiten Hälfte
jedes Kompressionshubs eingespritzt wird, ist es notwendig, den
eingespritzten Kraftstoff durch Verteilen bzw. Dispergieren in ein
Luft-Kraftstoffgemisch umzuwandeln und einen brennbaren Abschnitt
des erzeugten Luft-Kraftstoffgemisches vor dem Zündzeitpunkt um die Zündkerze
zu konzentrieren. Zu diesem Zweck wird der Hohlraum 131 auf
der oberen Oberfläche
des Kolbens 13 so gebildet, dass er als eine kleine Brennkammer
wirkt, um diese Forderungen der Schichtladungsverbrennung zu erfüllen.
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Noch
genauer wird der Hohlraum 131 wie in 2 gezeigt
auf der oberen Oberfläche
des Kolbens 13 so gebildet, dass er in einer Richtung hin zum
Kraftstoffeinspritzventil 14 versetzt ist und der Hohlraum 131 eine
flügelartige
Form aufweist, deren Breite von der Seite der ersten Zündkerze 30 zu
der Seite der zweiten Zündkerze 31 hin
größer wird.
In 2 wird der Hohlraum 131 durch eine gepunktete Linie
zur Anzeige seiner Position relativ zu der Position der Zündkerzen 30, 31 von
der Seite der unteren Oberfläche
des Kolbens 13 umrissen. Wie in 1 gezeigt
umfasst der Hohlraum 131 einen Wandabschnitt 132,
der eine gekrümmte
Form aufweist. Wenn Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 14 eingespritzt
wurde, bewegt sich das Luft-Kraftstoffgemisch von einem Randbereich
der Brennkammer 20 hin zum mittleren Bereich derselben,
während
er in ein Luft-Kraftstoffgemisch umgewandelt wird. Dann wird das Luft-Kraftstoffgemisch von
dem Randabschnitt 132 so geleitet, dass es entlang einer
inneren Oberfläche
des Zylinderkopfs 12 vom mittleren Bereich der Brennkammer 20 zurück zum Randbereich
fließt.
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Wenn
daher Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 14 eingespritzt
wurde, konzentriert sich ein Luft-Kraftstoffgemisch, das durch den
eingespritzten Kraftstoff gebildet wird, zuerst um die erste Zündkerze 30 und
verteilt sich hin zur zweiten Zündkerze 31.
Auf diese Weise wird eine Abschnitt hoher Konzentration (d. h. ein
fetter Abschnitt) des Luft-Kraftstoffgemisches um die erste Zündkerze 30 geschaffen,
während
ein Abschnitt niedriger Konzentration (d. h. ein magerer Abschnitt)
des Luft-Kraftstoffgemisches um die zweite Zündkerze 31 erzeugt wird.
-
Die
direkt einspritzende Brennkraftmaschine 10 wird von der
in 3 gezeigten ECU 40 gesteuert, die mit
verschiedenen Sensoren verbunden ist, um die Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine 10 mit Direkteinspritzung zu erfassen,
wie einem Gaspedalpositionssensor 41, um den Betrag des Niederdrückens eines
Gaspedals zu erfassen, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42,
um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erfassen, und einem Kurbelwellenpositionssensor 23,
um die Brennkraftmaschinendrehzahl zu erfassen. Außerdem ist
die ECU 40 mit dem Kraftstoffeinspritzventil 14 und über einen Zünder bzw.
Zündverteiler 44 mit
den Zündkerzen 30, 31 verbunden.
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Als
Nächstes
wird die Zündzeitpunktsteuerung
der Brennkraftmaschine 10 mit Direkteinspritzung mit Bezug
auf 4 beschrieben. 4 ist ein Ablaufplan,
der ein Steuerprogramm dieser Steuerung zeigt. Das Steuerprogramm
wird wiederholt in vorab bestimmten Intervallen durchgeführt. Wie
in 4 gezeigt bestimmt die ECU 40 auf der
Grundlage der Signale, die von den Gaspedalpositionssensor 41 und
dem Kurvenwellenpositionssensor 43 eingegeben werden zuerst
(Schritt S 100), ob der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 mit
Direkteinspritzung in einem Gebiet der Schichtladungsverbrennung
ist. Wenn es bestimmt wird, dass der Betriebszustand derzeit in
dem Gebiet der Schichtladungsverbrennung ist (Schritt S 100: JA),
legt die ECU 40 den Zündzeitpunkt
der ersten und zweiten Zündkerzen 30, 31 auf
der Grundlage der Brennkraftmaschinendrehzahl und der verlangten
Last unter Verwendung einer Abbildung fest (Schritt S 110).
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Noch
genauer neigt ein Luft-Kraftstoffgemisch dazu, sich in dem mittleren
Bereich der Brennkammer 20 zu konzentrieren, und es ist
wahrscheinlich, das ein zündfähiger Abschnitt
des Luft-Kraftstoffgemisches in der Nähe der ersten Zündkerze 30 geschaf fen
wird, weil nur eine kleine Menge von Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil
eingespritzt wird, wenn die von der Brennkraftmaschine 10 verlangte
Last niedrig ist. In diesem Fall zündet die ECU 40 daher
zuerst die erste Zündkerze 30,
um den brennbaren Abschnitt des Luft-Kraftstoffgemisches zu zünden; der
in dem mittleren Bereich erzeugt wird, und zündet danach die zweite Zündkerze 31.
Das bedeutet, dass selbst dann, wenn die Zündung des brennbaren Bereichs
des Kraftstoffgemisches durch die erste Zündkerze 30 versagt,
anschließend
die zweite Zündkerze 31 gezündet wird,
um den zündbaren
Abschnitt zu zünden,
wenn er sich zum Randbereich der Brennkammer 20 hin bewegt
hat. Auf diese Weise kann bei der Verbrennung von Luft-Kraftstoffgemischen
während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit niedriger Last eine verbesserte
Stabilität erzielt
werden.
-
Wenn
dagegen die verlangte Last hoch ist, spritzt das Kraftstoffeinspritzventil 14 eine
große Kraftstoffmenge
ein. Daher wird die Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches,
die in dem mittleren Bereich der Brennkammer 20 konzentriert
ist, zu hoch. Wenn ein solches fettes Luft-Kraftstoffgemisch hier
durch die erste Zündkerze 30 gezündet wird, kann
es zu einem erhöhtem
Kraftstoffverbrauch führen,
nämlich
zu einer Verringerung der Verbrennungseffizienz. In diesem Fall
zündet
die ECU 40 daher zuerst die zweite Zündkerze 31, um einen
Abschnitt des Luft-Kraftstoffgemischs zu zünden, der in dem Randbereich
der Brennkammer 20 vorgesehen ist, der aus dem mittleren
Bereich dispergiert wurde und daher eine geeignete Konzentration
aufweist, und danach zündet
die ECU 40 die erste Zündkerze 31,
um einen Abschnitt des Luft-Kraftstoffgemisches zu zünden, der
in dem mittleren Bereich der Brennkammer 20 verblieben
ist. Diese Steuerung erlaubt eine Ausweitung des Bereichs der Schichtladungsverbrennung
für den
Betrieb der Brennkraftmaschine bei hoher Last, was schwierig zu
erreichen war, sowie eine Verbesserung der Verbrennungseffizienz während des
Betriebs der Brennkraftmaschine mit hoher Last. In dem Fall dagegen,
in dem nur eine einzelne Zündkerze
verwendet wird, die in dem Abschnitt des Zylinderkopfs 12 angeordnet
ist, der dem mittleren Abschnitt der Brennkammer 20 gegenüberliegt,
kann es geschehen, dass zur Zeit des Zündens fast kein Luft-Kraftstoffgemisch
um die Zündkerze verbleibt
und die Zündung
des Luft-Kraftstoffgemisches daher versagt, wenn ein Luft-Kraftstoffgemisch gezündet wird,
nachdem es ausreichend verteilt wurde.
-
Geht
man zu der Bestimmung im Schritt S 100 zurück, zündet die ECU 40 nur
die erste Zündkerze 30 oder
zündet
gleichzeitig die ersten und zweiten Zündkerzen 30, 31 zu
einem vorab bestimmten Zeitpunkt (Schritt S120), wonach das Programm endet,
wenn es bestimmt wird, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 mit
Direkteinspritzung nicht in dem Bereich der Schichtladungsverbrennung
ist (Schritt S100: NEIN). Das bedeutet, dass ein Luft-Kraftstoffgemisch
bereits vor dem Zündzeitpunkt
gleichmäßig innerhalb
der Brennkammer 20 verteilt wurde, weil bei der homogenen
Verbrennung während
jedes Einlasshubs Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 14 eingespritzt
wird. Während
der homogenen Verbrennung können
daher Luft-Kraftstoffgemische stabil gezündet und verbrannt werden,
ohne die ersten und zweiten Zündkerzen 30,31 zu
verschiedenen Zeitpunkten zu zünden.
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Nachstehend
werden weitere Effekte und Vorteile, die in der Brennkraftmaschine 10 mit
Direkteinspritzung nach der ersten Ausführungsform erzielt werden,
mit Bezug auf 5 und 6 beschrieben. 5 ist
eine Ansicht, welche den Zustand eines Luft-Kraftstoffgemisches veranschaulicht,
wenn Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 14 hin
zu dem Hohlraum 131 eingespritzt wurde. 6 ist
eine Ansicht, die den Zustand des Luft-Kraftstoffgemisches veranschaulicht,
wenn sich der Kolben 13 während eines Kompressionshubs zum
oberen Totpunkt hin bewegt hat.
-
Während der
Schichtladungsverbrennung bewegt sich der Kraftstoff durch seine
Durchschlagskraft entlang des Randabschnitts 132 hin zur
ersten Zündkerze 30,
wodurch ein Luft-Kraftstoffgemisch in der Nähe der ersten Zündkerze 30 gebildet
wird. Hier wird dieses Luft-Kraftstoffgemisch ein „Haupt-Luft-Kraftstoffgemisch" genannt. Zu dieser Zeit
trifft ein Teil des Kraftstoffs gegen einen Bodenabschnitt 133 des
Hohlraums 131 und bewegt sich in einer Richtung entgegen
dem Fluss des Haupt-Luft-Kraftstoffgemisches
hin zum Rand der Brennkammer 20, wodurch ein anderes Luft-Kraftstoffgemisch
in einem Randbereich der Brennkammer 20 gebildet wird.
Hier wird dieses Luft-Kraftstoffgemisch ein „sekundäres Luft-Kraftstoffgemisch" genannt. Wenn eine
große
Menge von Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 13 eingespritzt
wird, werden die Haupt- und sekundären Luft-Kraftstoffgemische
als eine Serie von Luft-Kraftstoffgemischen gebildet.
Wenn eine kleine Menge von Kraftstoff eingespritzt wird, können sie
jedoch voneinander getrennt gebildet werden. In den Fall, in dem
nur eine einzelne Zündkerze
verwendet wird und an dem Abschnitt des Zylinderkopfs 12 angeordnet
ist, der dem mittleren Bereich der Brennkammer 20 gegenüberliegt,
expandiert das Kraftstoffgas und verengt dadurch den Raum zwischen
diesen Luft-Kraftstoffgemischen, selbst wenn das Haupt- und das
sekundäre Luft-Kraftstoffgemisch
wie vorstehend beschrieben voneinander getrennt gebildet werden.
Zum Zündzeitpunkt
kann daher die Flamme des Haupt-Luft-Kraftstoffgemisches das sekundäre Luft-Kraftstoffgemisch
erreichen und zünden.
Wenn sich jedoch die Menge des Kraftstoffes verringert, der von
dem Kraftstoffeinspritzventil 14 eingespritzt wird, vergrößert sich
der Raum zwischen dem Haupt- und dem sekundären Luft-Kraftstoffgemisch,
was es immer schwieriger für
die Flamme des Haupt-Luft-Kraftstoffgemisches macht, das se kundäre Luft-Kraftstoffgemisch
zum Zündzeitpunkt
zu erreichen. Wenn das sekundäre
Luft-Kraftstoffgemisch nicht gezündet wird,
wird es als unverbrannter Kraftstoff von der Brennkammer 20 ausgestoßen.
-
Das
vorstehend aufgezeigte Problem kann gelöst werden, indem man verhindert,
dass das Haupt- und das sekundäre
Luft-Kraftstoffgemisch voneinander getrennt werden. In Anbetracht
der Tatsache, dass diese Trennung sich aus der Durchschlagskraft
des eingespritzten Kraftstoffes ergibt, kann es jedoch ziemlich
schwierig oder unmöglich werden,
das Haupt-Luft-Kraftstoffgemisch in einer geeigneten Weise zu bilden,
wenn die Durchschlagskraft des Kraftstoffs verringert wird.
-
In
Anbetracht dessen wird die direkteinspritzende Brennkraftmaschine 10 mit
der zweiten Zündkerze 31 versehen,
die in dem Abschnitt des Zylinderkopfs 12 angeordnet ist,
der dem Randbereich der Brennkammer 20 wie vorstehend beschrieben
gegenüberliegt.
Mit der zweiten Zündkerze 31 können die
Haupt- und sekundären
Luft-Kraftstoffgemische jeweils durch die erste Zündkerze 30 und
die zweite Zündkerze 31 gezündet werden,
selbst wenn sie getrennt voneinander gebildet werden. Folglich verbessert
sich die Verbrennungseffizienz und die Menge von unverbranntem Kraftstoff,
der in dem Abgas enthalten ist, verringert sich.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
Als
Nächstes
wird eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung nachstehend mit Bezug auf die 7 bis 10 beschrieben. 7 ist
eine Längsschnittansicht,
die schematisch den Aufbau des Zylinderkopfs und seiner Umgebung
in der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach der zweiten
Ausführungsform
zeigt, wobei die relativen Positionen eines Luft-Kraftstoffgemischflusses und der Zündkerzen
angezeigt werden, wenn die Brennkraftmaschine mit einer niedrigen
Drehzahl arbeitet. 8 ist eine Längsschnittansicht, die schematisch den
Aufbau des Zylinderkopfs und seiner Peripherie bei derselben Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung zeigt, wobei die relativen Positionen des Luft-Kraftstoffgemischflusses
und der Zündkerzen gezeigt
werden, wenn die Brennkraftmaschine mit einer hohen Brennkraftmaschinendrehzahl
arbeitet. 9 ist eine perspektivische Ansicht,
welche die relative Positionen des Luft-Kraftstoffgemischflusses und
der Zündkerzen
von der Seite der Brennkammer zeigt. 10 ist
ein Ablaufplan eines Steuerprogramms zum Steuern des Zündzeitpunkts
der ersten und zweiten Zündkerzen
der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach der zweiten Ausführungsform.
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Hier
ist zu bemerken, dass eine Brennkraftmaschine 100 mit Direkteinspritzung
nach der zweiten Ausführungsform
mit Ausnahme der Anordnung der ersten und zweiten Zündkerzen
denselben Aufbau wie jenen der Brennkraftmaschine 10 mit
Direkteinspritzung der ersten Ausführungsform aufweist. Daher
werden die selben Elemente wie jene, die in der ersten Ausführungsform
beschrieben wurden, mit den selben Bezugszeichen und Buchstaben
bezeichnet, und eine Erläuterung
derselben wird in der nachstehenden Beschreibung ausgelassen.
-
In
der Brennkraftmaschine 100 mit Direkteinspritzung sind
eine erste Zündkerze 33 und
eine zweite Zündkerze 34 in
dem Abschnitt des Zylinderkopfs 12 angeordnet, der dem
mittleren Bereich der Brennkammer 20 so gegenüberliegt,
dass sie in einer Linie mit dem Wandabschnitt 132 des Hohlraums 131 liegen.
Die erste Zündkerze 33 ist
in dem Zylinderkopf 12 so angeordnet, dass ihre Vorstehlänge, die die
Länge eines
Abschnitts jeder Zündkerze
ist, die hin zur Innenseite der Brennkammer 20 aus dem
Zylinderkopf vorsteht, beispielsweise im Wesentlichen gleich dem
Wert wird, der normalerweise als die Vorstehlänge von Zündkerzen verwendet wird. Andererseits
wird die zweite Zündkerze 34 in
dem Zylinderkopf 12 so angeordnet, dass ihre Vorstehlänge länger als
jene der ersten Zündkerze 33 ist.
Die Vorstehlängen
dieser Zündkerzen 33, 34 können als
der Abstand der inneren Oberfläche
des Zylinderkopfs 12 zu einer Erdelektrode jeder Zündkerze
definiert sein. In 9 wird der Hohlraum 131 durch
eine gestrichelte Linie zur Anzeige einer Position relativ zu den Positionen
der Zündkerzen 33,34 von
der Seite der Bodenoberfläche
des Kolbens 13 gesehen skizziert.
-
Als
Nächstes
wird die Zündzeitpunktssteuerung
der Brennkraftmaschine 100 in Bezug auf 10 beschrieben. 10 ist
ein Ablaufplan, der ein Steuerprogramm zur Steuerung des Zündzeitpunkts
zeigt. Dieses Steuerprogramm wird wiederholt in vorab bestimmten
Intervallen durchgeführt. Wie
in 10 gezeigt bestimmt die ECU 40 zuerst auf
der Grundlage der Signale, die von dem Gaspedalpositionssensor 41 und
dem Kurvenwellenpositionssensor 43 eingegeben werden (Schritt
S 200), ob der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 derzeit
im Bereich der Schichtladungsverbrennung ist. Wenn es bestimmt wird,
dass der Betriebszustand derzeit in dem Bereich der Schichtladungsverbrennung
ist (Schritt S 200: JA), legt die ECU 40 dann den Zündzeitpunkt
der ersten und der zweiten Zündkerzen 33, 34 auf
der Grundlage der Drehzahl der Brennkraftmaschine unter Verwendung
einer Abbildung fest (Schritt S 210).
-
Noch
genauer bewegt sich der Kolben 13 mit einer Geschwindigkeit,
die niedriger als die Geschwindigkeit ist, mit welcher sich das
Luft-Kraftstoffgemisch bewegt, das aus dem Kraftstoff gebildet wird,
der von 14 eingespritzt wird, wenn die Brennkraftmaschine 100 mit
einer niedrigen Brennkraftmaschinendrehzahl arbeitet. Daher ist
der brennbare Abschnitt des Luft-Kraftstoffgemisches zum Zündzeitpunkt
bereits in dem oberen mittleren Bereich der Brennkammer 20.
In diesem Fall zündet
daher die ECU 40 die erste Zündkerze 33, um den
brennbaren Bereich des Luft-Kraftstoffgemisches in dem oberen mittleren
Bereich der Brennkammer 20 zu zünden.
-
Wenn
die Brennkraftmaschine 100 mit Direkteinspritzung mit einer
hohen Brennkraftmaschinendrehzahl arbeitet, bewegt sich dagegen
der Kolben 13 mit einer Geschwindigkeit, die höher als
die Geschwindigkeit ist, mit welcher sich das Luft-Kraftstoffgemisch
bewegt. Daher befindet sich der brennbare Abschnitt des Luft-Kraftstoffgemisches
zum Zündzeitpunkt
noch in dem Hohlraum 131. In diesem Fall zündet daher
die ECU 40 die zweite Zündkerze 34, um
den brennbaren Abschnitt des Luft-Kraftstoffgemisches zu zünden, der
in der Nähe
des Bodenabschnitts 133 des Hohlraums 131 vorgesehen
ist.
-
Wenn
die Brennkraftmaschinendrehzahl weiter steigt, kann das Verhalten
des Luft-Kraftstoffgemisches innerhalb der Brennkammer 20 in
einem Ausmaß irregulär werden,
dass es nicht in die vorstehenden zwei Arten von Verhalten klassifiziert
werden kann. In diesem Fall zündet
die ECU 40 sowohl die erste als auch die zweite Zündkerze 33, 34.
Auf diese Weise kann das Luft-Kraftstoffgemisch durch mindestens
eine dieser Zündkerzen 33, 34 gezündet werden,
selbst wenn das Luft-Kraftstoffgemisch sich innerhalb der Brennkammer 20 in
einer irregulären Weise
bewegt.
-
Wenn
die Vorstehlänge
der Zündkerzen
kurz ist, ist es schwierig, den brennbaren Bereich des Luft-Kraftstoffgemisches
zu zünden,
der in der Nähe des
Bodenabschnitts des Hohlraums gebildet wird, weil sich der Kolben
mit einer höheren
Geschwindigkeit bewegt, was zu einer Fehlzündung oder etwas Ähnlichem
führen
kann. Daher können
Luft-Kraftstoffgemische nicht stabil verbrannt werden. Nach der
Brennkraftmaschine 100 mit Direkteinspritzung nach der
zweiten Ausführungsform
kann jedoch eine Schichtladungsverbrennung wie vorstehend beschrieben
selbst mit einer hohen Brennkraftmaschinendrehzahl durchgeführt werden,
wodurch das Gebiet der Schichtladungsverbrennung vergrößert werden
kann.
-
Geht
man zurück
zu der Bestimmung im Schritt S 200, zündet die ECU 40 nur
die erste Zündkerze 33 (Schritt
S 220) wenn es bestimmt wird, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 nicht
in dem Bereich der Schichtladungsverbrennung ist (Schritt S 200:
NEIN), wonach das Programm endet. Das bedeutet, dass das Luft-Kraftstoffgemisch vor
dem Zündzeitpunkt
bereits gleichmäßig innerhalb der
Brennkammer 20 verteilt wurde, weil bei der homogenen Ladungsverbrennung
Kraftstoff während jedes
Einlasshubs von dem Kraftstoffeinspritzventil 40 eingespritzt
wird. Auf diese Weise können Luft-Kraftstoffgemische
selbst dann stabil verbrannt werden, wenn nur die erste Zündkerze 33 gezündet wird.
-
Als
Nächstes
wird eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einer dritten
Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die 11 bis 14 beschrieben. 11 ist
eine Längsschnittansicht,
die schematisch den Aufbau des Zylinderkopfs und seiner Umgebung
in der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach der dritten
Ausführungsform zeigt,
in der die relativen Positionen der Zündkerzen angezeigt sind. 12 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die relativen Positionen der
Zündkerzen von
der Seite der Brennkammer zeigt. 13 ist
eine Ansicht, welche den dispergierten Zustand eines Luft-Kraftstoffgemisches
zeigt, der während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit niedriger Last in einen
herkömmlichen
Hohlraum eingerichtet ist, und den dispergierten Zustand, der während des
Betriebs der Brennkraftmaschine mit niedriger Last in einen Hohlraum
in der dritten Ausführungsform
eingerichtet ist, um diese zu vergleichen. 14 ist
eine Ansicht, welche den dispergierten Zustand des Luft-Kraftstoffgemisches
veranschaulicht, der innerhalb des herkömmlichen Hohlraums während des
Betriebs der Brennkraftmaschine mit hoher Last eingerichtet ist, und
den dispergierten Zustand, der innerhalb des Hohlraums in der dritten
Ausführungsform
während des
Betriebes der Brennkraftmaschine mit hoher Last eingerichtet ist,
um diese zu vergleichen.
-
Es
ist hier zu bemerken, dass eine Brennkraftmaschine 200 mit
Direkteinspritzung nach der dritten Ausführungsform denselben Aufbau
wie jene der Brennkraftmaschine 10 mit Direkteinspritzung der
ersten Ausführungsform
aufweist, mit der Ausnahme, dass die ersten und zweiten Zündkerzen
anders angeordnet und die Form des Hohlraums geändert ist. Daher werden dieselben
Elemente wie jene, die in der ersten Ausführungsform beschrieben werden,
mit denselben Bezugszeichen und Buchstaben bezeichnet, und ihre
Erläuterung
wird in der nachstehenden Beschreibung ausgelassen.
-
In
der Brennkraftmaschine 200 vom Typ mit Direkteinspritzung
werden wie in 11 und 12 gezeigt
eine erste Zündkerze 35 und
eine zweite Zündkerze 36 in
dem Abschnitt des Zylinderkopfs 12, der dem mittleren Bereich
der Brennkammer 20 gegenüberliegt, so disponiert, dass
sie in einer Linie mit einem Wandabschnitt 211 eines Hohlraums 210 angeordnet
sind. Die ersten und zweiten Zündkerzen 35, 36 weisen
eine gleiche Vorstehlänge
auf. Hier ist es zu bevorzugen, dass die Zündkerzen 35 36,
ausreichend voneinander beabstandet sind. In 9 wird der
Hohlraum 210 durch eine gepunktete Linie skizziert, um
seine Position relativ zu den Zündkerzen 35, 36 von
der Seite der Bodenoberfläche
des Kolbens 13 her gesehen anzuzeigen.
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In 13, 14 wird
ein verteilter Zustand eines Luft-Kraftstoffgemisches, das in einem
herkömmlichem
Hohlraum 600 eingerichtet wird, in der oberen Hälfte jeder
Figur gezeigt, während
der verteilte Zustand eines Luft-Kraftstoffgemisches, das mit dem
Hohlraum 210 in der dritten Ausführungsform eingerichtet wird,
in der unteren Hälfte
gezeigt ist. In den 13, 14 werden
die Hohlräume 210, 600 durch
eine gestrichelte Linie zum Anzeigen ihrer Positionen relativ zu
den Positionen der Zündkerzen 35, 36 skizziert,
wenn diese von der Seite der Bodenoberfläche des Kolbens 13 gesehen
werden. In Bezug auf die 13, 14 umfasst
der Hohlraum 600 einen Randabschnitt 602, dessen
Abstand zum Ende des Kraftstoffeinspritzventils 14 sich
allmählich
von der Seite des mittleren Bereichs der Brennkammer 20 zur
Seite des Randbereichs derselben verringert. Der Hohlraum 600 wird
nämlich
in der Form eines Bogens gebildet, dessen Krümmungsradius sich über dem
Ende des Kraftstoffeinspritzventils 14 allmählich von
der Seite des mittleren Bereichs der Brennkammer 20 zu
der Seite des Randbereichs derselben verringert. Daher hat der Hohlraum 600 eine „konzentrierende
Form", die eine
Form ist, die dazu geeignet ist, den eingespritzten Kraftstoff hin
zum mittleren Bereich der Brennkammer 20 zu konzentrieren.
-
Andererseits
umfasst der Hohlraum 210 in der dritten Ausführungsform
den Randabschnitt 211, dessen Abstand zu dem Ende des Kraftstoffeinspritzventils 14 im
Wesentlichen an jedem Abschnitt desselben konstant ist. Der Randabschnitt 211 wird
nämlich
in der Form eines Bogens geformt, dessen Krümmungsradius um das Ende des
Kraftstoffeinspritzventils 14 im Wesentlichen an jedem
Abschnitt desselben konstant ist. Daher weist der Hohlraum 210 eine „verteilende
Form" auf, die eine
Form ist, die dazu geeignet ist, den Kraftstoff, der von der Kraftstoffeinspritzung
eingespritzt wird, breit zu verteilen. Genauer gesagt wird der Kraftstoff
(das Luft-Kraftstoffgemisch) von dem mittleren Bereich der Brennkammer 20 hin
zu ihrer Peripherie verteilt, wenn sich der Kraftstoff entlang des
Wandabschnitts 211 des Hohlraums 210 bewegt. Währenddessen
werden die ersten und die zweiten Zündkerzen 35, 36 zur
gleichen Zeit gezündet.
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Weil
die Form des herkömmlichen
Hohlraums 600 im Wesentlichen geeignet zum Zünden eines
Luft-Kraftstoffgemisches unter Verwendung einer einzelnen Zündkerze
hergestellt wird, wenn Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzung 14 eingespritzt
wird, konzentriert sich das Luft-Kraftstoffgemisch aufgrund des
Hohlraums 600 in dem mittleren Bereich der Brennkammer 20.
Daher kann es in dem Fall, in dem eine Vielzahl von Zündkerzen
mit Bezug auf einen solchen herkömmlichen
Hohlraum vorgesehen sind, geschehen, dass beinahe kein Luft-Kraftstoffgemisch
in der Nähe
dieser Zündkerzen
erzeugt wird. Insbesondere kann das Luft-Kraftstoffgemisch, das
in der Nähe
der Elektroden der Zündkerzen 35, 36 erzeugt
wird, wie in 13 gezeigt nicht ausreichend
werden, weshalb das Luft-Kraftstoffgemisch nicht stabil gezündet und
verbrannt werden kann. Insbesondere kann während des Betriebs der Brennkraftmaschine
mit geringer Last, wenn nur eine kleine Menge von Kraftstoff eingespritzt
wird, das Luft-Kraftstoffgemisch
wie in 13 gezeigt ungenügend werden,
wodurch das Luft-Kraftstoffgemisch nicht stabil gezündet und
verbrannt werden kann. Außerdem kann
wie in 14 gezeigt in Anbetracht der
Tatsache, dass sich das Luft-Kraftstoffgemisch innerhalb der Brennkammer 20 irregulär bewegen
kann, selbst während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit hoher Last nicht immer eine
ausreichende Menge des Luft-Kraftstoffgemisches
in der Nähe
der Elektroden der Zündkerzen 35, 36 bereitgestellt
werden.
-
Währenddessen
weist der Hohlraum 210 in der dritten Ausführungsform
wie in den 13, 14 gezeigt
die verteilende Form auf, um das Luft-Kraftstoffgemisch, das aus
dem Kraftstoff gebildet wird, der durch das Kraftstoffeinspritzventil 14 eingespritzt
wird, von dem mittleren Bereich zu dem Randbereich der Brennkammer 20 zu
verteilen. Daher kann eine ausreichende Menge von Luft-Kraftstoffgemisch
in der Nähe
der Elektroden der Zündkerzen 35, 36 bereitgestellt
werden, die ausgerichtet zu dem Wandabschnitt 211 angeordnet
sind. Mit dem Hohlraum 210 kann nämlich der brennbare Bereich innerhalb
der Brennkammer 20 vergrößert werden. Nebenbei involviert
der herkömmliche
Hohlraum 600 wie vorstehend beschrieben das Problem, das
die Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches in der Nähe der Zündkerze
während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit hoher Last außergewöhnlich groß wird.
Nach der dritten Ausführungsform
wird dagegen die Konzentration des Luft-Kraftstoffgemisches geeignet
hergestellt, weil es ausreichend über den Hohlraum 210 verteilt
wird. Als ein Ergebnis wird die Verbrennungseffizienz auf einem
hohen Pegel beibehalten und die Menge von unverbranntem Kraftstoff
wird verringert, wodurch der Bereich der Schichtladungsverbrennung
für den
Betrieb der Brennkraftmaschine mit hoher Last vergrößert werden
kann.
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(Vierte Ausführungsform)
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Als
Nächstes
wird eine Brennkraftmaschine 300 mit Direkteinspritzung
nach einer vierten Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die 15 bis 18 beschrieben. 15 ist
eine Längsschnittansicht,
die schematisch den Aufbau des Zylinderkopfs und seiner Peripherie
in der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach der vierten
Ausführungsform zeigt,
wobei die relativen Positionen der Zündkerzen angezeigt sind. 16 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die relativen Positionen der
Zündkerzen von
der Seite der Brennkammer gesehen veranschaulicht. 17 ist
eine Ansicht, welche den verteilten bzw. dispergierten Zustand eines
Luft-Kraftstoffgemisches während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit niedriger Last in der Brennkraftmaschine
mit Direkteinspritzung nach der vierten Ausführungsform veranschaulicht. 18 ist
eine Ansicht, welche den verteilten Zustand eines Luft-Kraftstoffgemisches
während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit hoher Last in derselben
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung veranschaulicht.
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Hier
ist zu bemerken, dass ein Brennkraftmaschine 300 mit Direkteinspritzung
nach der vierten Ausführungsform
mit der Ausnahme der Anordnung der ersten und zweiten Zündkerzen
und der Form des Hohlraums denselben Aufbau wie jenen der Brennkraftmaschine 10 mit
Direkteinspritzung nach der ersten Ausführungsform aufweist. Daher
werden dieselben Elemente wie jene, die in der ersten Ausführungsform
beschrieben sind, mit denselben Bezugszeichen und Buchstaben bezeichnet,
und eine Erläuterung
derselben wird in der nachstehenden Beschreibung ausgelassen. In
den 16 bis 18 wird
ein Hohlraum 210 durch eine gepunktete bzw. gestrichelte
Linie skizziert, um seine Position relativ zu Zündkerzen 37,38 anzuzeigen,
wie sie von der Seite des Bodenabschnitts des Kolbens 13 gesehen
wird.
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In
der Brennkraftmaschine 300 mit Direkteinspritzung sind
die erste Zündkerze 37 und
die zweite Zündkerze 38 in
dem Abschnitt des Zylinderkopfs 12 angeordnet, der dem
mittleren Bereich der Brennkammer 20 so gegenüberliegt,
dass er im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung ist, in die Kraftstoff von
dem Kraftstoffeinspritzventil 14 eingespritzt wird, nämlich so,
dass sie im Wesentlichen in einer Linie mit einem Wandabschnitt 311 des
Hohlraums 310 angeordnet sind. Die ersten und die zweiten
Zündkerzen 37,38 weisen
eine gleiche Vorstehlänge
auf. Außerdem
ist es zu bevorzugen, dass die Zündkerzen 37,38 geeignet
voneinander beabstandet sind.
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In
der vierten Ausführungsform
umfasst der Hohlraum 310 den Wandabschnitt 311,
um das Luft-Kraftstoffgemisch zu verteilen, das aus dem Kraftstoff
gebildet wird, der von dem Kraftstoffeinspritzventil 14 von
der Seite eines Randbereichs 13a zu der Seite eines Randbereichs 13b der
Brennkammer 20 eingespritzt wird. Der Wandabschnitt 311 ist exzentrisch
mit Bezug auf das Kraftstoffeinspritzventil 14 angeordnet.
Noch genauer wird der Wandabschnitt 311 so gebildet, dass
der Abstand von dem Wandabschnitt 311 zu dem Ende des Kraftstoffeinspritzventils 14 sich
allmählich
von der Seite des Randbereichs 13a zu der Seite des Randbereichs 13b vergrößert. In
anderen Worten wird der Wandabschnitt 311 in der Form eines
Bogens gebildet, dessen Krümmungsradius
um das Ende des Kraftstoffeinspritzventils 14 sich allmählich von
der Seite des Randbereichs 13a zu der Seite des Randbereichs 13b erhöht. Wenn
der Wandabschnitt 311 so gebildet ist, stagniert das Luft-Kraftstoffgemisch zunächst in
dem Randbereich 13a, der in der Nähe des Kraftstoffeinspritzventils 14 ist,
wenn Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 14 eingespritzt
wird. Anschließend
verteilt sich das Luft-Kraftstoffgemisch, während es sich hin zum Randbereich 13b bewegt, an
dem das Volumen des Raums über
dem Hohlraum 310 vergleichsweise groß ist, weil das Volumen des
Raums oberhalb des Hohlraums 310 von der Seite des Randbereichs 31a zu
der Seite des Randbereichs 13b ansteigt. Dabei ist die
erste Zündkerze 37 in
der Nähe
des Randbereichs 13a angeordnet, während die zweite Zündkerze 38 in
der Nähe
des Randbereichs 13b angeordnet ist.
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In
der Brennkraftmaschine 300 mit Direkteinspritzung wird
der Kraftstoffeinspritzwinkel des Kraftstoffeinspritzventils 14 auf
einen engen Winkel festgelegt, so dass sich ein Luft-Kraftstoffgemisch
verlässlich
von der Seite des Randbereichs 13a zu der Seite des Randbereichs 13b verteilen
kann.
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Als
Nächstes
wird die Zündzeitpunktssteuerung
der Brennkraftmaschine 300 mit Direkteinspritzung nachstehend
mit Bezug auf 19 beschrieben. 19 ist
ein Ablaufplan, der ein Steuerprogramm der Zündzeitpunktssteuerung zeigt.
Dieses Steuerprogramm wird wiederholt in vorab bestimmten Intervallen
durchgeführt.
Wie in 19 gezeigt bestimmt die ECU 40 zuerst
auf der Grundlage der Signale, die von dem Gaspedalpositionssensor 41 und
dem Kurvenwellenpositionssensor 43 eingegeben werden (Schritt
S 300), ob der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 300 mit
Direkteinspritzung derzeit in dem Gebiet der Schichtladungsverbrennung
ist. Wenn es bestimmt wird, dass der Betriebszustand derzeit in
dem Gebiet der Schichtladungsverbrennung ist (Schritt S 300: JA),
bestimmt die ECU 40 dann auf der Grundlage der abverlangten Last
unter Verwendung einer Abbildung (Schritt S 310), welche der ersten
und zweiten Zündkerzen 37,38 gezündet wird.
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Noch
genauer neigt das Luft-Kraftstoffgemisch dazu, sich in einem Abschnitt
des Hohlraums 310 zu konzentrieren, der näher bei
der Seite des Randbereichs 13a liegt, weil nur eine kleine
Menge von Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt
wird, wenn die verlangte Last niedrig ist, wodurch ein brennbarer
Bereich des Luft-Kraftstoffgemisches
in der nähe
der ersten Zündkerze 37 vorgesehen
ist. In diese Fall zündet
daher die ECU 40 die erste Zündkerze 37 in Übereinstimmung
mit einer Abbildung zur Steuerung des Zündzeitpunkts, um den brennbaren
Bereich des Luft-Kraftstoffgemisches zu zünden, der innerhalb des Abschnitts
des Hohlraums 310 vorgesehen ist, der näher bei der Seite des Randbereichs 13a liegt
(Schritt S 320). Auf diese Weise können Luft-Kraftstoffgemische
selbst während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit niedriger Last stabil gezündet und
verbrannt werden.
-
Wenn
die verlangte Last hoch ist, wird dagegen eine große Kraftstoffmenge
von dem Kraftstoffeinspritzventil 14 eingespritzt. Daher
wird die Konzentration des Abschnitts von Luft-Kraftstoffgemischen, die
in dem Abschnitt des Hohlraums 310 konzentriert ist, der
näher bei
der Seite des Randbereichs 13a liegt, außergewöhnlich hoch.
Wenn hier das Luft-Kraftstoffgemisch durch die erste Zündkerze 37 gezündet wird,
kann es zu einer Verringerung der Verbrennungseffizienz (das bedeutet
einer Erhöhung des
Kraftstoffverbrauchs) und einer Erhöhung des nicht verbrannten
Kraftstoffs führen.
In diesem Fall zündet
daher die ECU 40 die zweite Zündkerze 38 in Übereinstimmung
mit einer Steuerabbildung für
den Zündzeitpunkt,
um einen Abschnitt des Luft-Kraftstoffgemisches zu zünden, der
sich von der Seite des Randbereichs 13a zu der Seite des
Randbereichs 13b verteilt hat und daher eine geeignete
Konzentration aufweist. Diese Steuerung erreicht eine Vergrößerung des
Bereichs der Schichtladungsverbrennung für den Betrieb der Brennkraftmaschine
mit hoher Last, der schwierig zu erreichen war, sowie eine Verbesserung
der Verbrennungseffizienz während des
Betriebs der Brennkraftmaschine mit hoher Last.
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Wenn
es im Rückblick
auf die Bestimmung in dem Schritt S 300 bestimmt wird, dass der
Betriebszustand der Brennkraftmaschine 300 mit Direkteinspritzung
nicht in dem Bereich der Schichtladungsverbrennung ist (Schritt
S 300: NEIN), zündet
die ECU 40 eine der beiden Zündkerzen 37,38 oder
zündet
simultan beide zu einem vorab bestimmten Zeitpunkt (Schritt S 320)
wonach das Programm endet. Weil das Kraftstoffeinspritzventil während jedes
Ansaughubs bei der homogenen Verbrennung Kraftstoff einspritzt,
wurde nämlich
vor dem Zündzeitpunkt
ein Luft-Kraftstoffgemisch gleichmäßig innerhalb der Brennkammer
verteilt. Auf diese Weise können Luft-Kraftstoffgemische
stabil gezündet
und verbrannt werden, ohne die ersten und die zweiten Zündkerzen 37,38 zu
verschiedenen Zeitpunkten zu zünden.
-
In
herkömmlichen
Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung wird eine solche Steuerung
der Verteilung von Luft-Kraftstoffgemischen durch Erzeugen von Wirbeln
beispielsweise durch die Ventilantriebssteuerung durchgeführt. Mit
der Brennkraftmaschine 300 mit Direkteinspritzung wird
andererseits die Verteilung von Luft-Kraftstoffgemischen durch die Form des
Hohlraums 310 und die Anordnung der Zündkerzen 37,38 wie
vorstehend beschrieben gesteuert. Das bedeutet, dass es nach der
vierten Ausführungsform
nicht notwendig ist, das Öffnen/Schließen der
Ventile zu steuern, um die Verteilung der Luft-Kraftstoffgemische
zu steuern. Man bemerke außerdem,
dass Luft-Kraftstoffgemische während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit hoher Last ausreichend verteilt
werden können,
indem der Abstand zwischen der ersten Zündkerze 37 und der
zweiten Zündkerze 38 weiter
vergrößert wird.
-
Außerdem können die
Zündkerzen
in der vierten Ausführungsform
wie in der ersten Ausführungsform
durch die ECU 40 gezündet
werden. Sie können
nämlich
während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit niedriger Last in der Reihenfolge der
ersten Zündkerze 37 vor
der zweiten Zündkerze 38 und
während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit hoher Last in der Reihenfolge
der zweiten Zündkerze 38 vor
der ersten Zündkerze 37 gezündet werden.
In dieser Anordnung können
Fehlzündungen während des
Betriebs der Brennkraftmaschine mit niedriger Last vermieden werden,
wodurch eine weitere Stabilität
beim Zünden
und Verbrennen von Luft-Kraftstoffgemischen erzielt werden kann,
während
eine Verringerung der Verbrennungseffizienz während des Betriebs der Brennkraftmaschine
mit hoher Last verhindert wird.
-
Als
Nächstes
werden Modifikationsbeispiele der Brennkraftmaschine 300 mit
Direkteinspritzung nach der dritten Ausführungsform nachstehend mit Bezug
auf 20 bis 22 beschrieben.
Erste, zweite und dritte Modifikationsbeispiele werden jeweils in
den 20, 21 und 22 gezeigt.
In jeder FIG. wird der Hohlraum 310 durch eine gestrichelte
Linie skizziert, um seine Position relativ zu den Zündkerzen 37,38 von
der Seite der Bodenoberfläche
des Kolbens 13 her gesehen anzuzeigen.
-
Zu
Beginn wird das erste Modifizierungsbeispiel erläutert. Mit Bezug auf 20 wird
die Kraftstoffeinspritzrichtung des Kraftstoffeinspritzventils 14 hin
zu der Seite des Randbereichs 13a versetzt. Diese Anordnung
fördert
die Bewegung oder Verteilung eines Luft-Kraftstoffgemisches von
dem Randbereich 13a zu dem Randbereich 13b weiter.
-
Als
Nächstes
wird das zweite Modifikationsbeispiel mit Bezug auf 21 erläutert. In
diesem Beispiel werden zusätzlich
die Ventile angetrieben, um Wirbel zu erzeugen. Diese Anordnung
fordert die Bewegung oder Verteilung eines Luft-Kraftstoffgemisches
von dem Randbereich 13a zu dem Randbereich 13b noch
weiter. Insbesondere kann sich ein Luft-Kraftstoffgemisch schnell
verteilen, wenn eine große
Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
-
Als
Nächstes
wird das dritte Modifikationsbeispiel erläutert. Mit Bezug auf 22 wird
der Kraftstoffeinspritzwinkel des Kraftstoffeinspritzventils 14 auf
einen breiten Winkel festgelegt, und ein vorstehendes Teil 312,
das die Bewegung des Luft-Kraftstoffgemisches von dem Randbereich 13a zu
dem Randbereich 13b behindert, ist an dem Wandabschnitt 311 des
Hohlraums 310 vorgesehen. Mit dieser Anordnung wird ein
Bereich, welcher als eine Brennkammer vom Konzentrationstyp wirkt,
in der sich das Luft-Kraftstoffgemisch konzentriert, in einem Abschnitt
des Hohlraums 310 eingerichtet, der näher zu der Seite des Randbereichs 13a liegt,
während
ein anderer Bereich, der als eine Brennkammer vom Verteilungstyp
wirkt, in der sich das Luft-Kraftstoffgemisch verteilt, in einem
Abschnitt des Hohlraums 310 gebildet wird, der näher zu der
Seite des Randbereichs 13b liegt. Daher wird die erste
Zündkerze 37 gezündet, um
das Luft-Kraftstoffgemisch während
eines Betrieb der Brennkraftmaschine mit niedriger Last, wenn nur
eine kleine Menge von Kraftstoff eingespritzt wird, in dem ersteren
Bereich zu zünden,
während
die zweite Zündkerze 38 gezündet wird,
um während
des Betriebs der Brennkraftmaschine mit hoher Last das Luft-Kraftstoffgemisch
in dem letzteren Bereich zu zünden,
wenn eine große Menge
von Kraftstoff eingespritzt wird. Auf diese Weise kann der Bereich
der Schichtladungsverbrennung für
den Betrieb der Brennkraftmaschine mit hoher Last vergrößert werden.
-
(Fünfte
Ausführungsform)
-
Als
Nächstes
wird eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einer fünften Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung werden
Zündkerzen,
die in dieser Ausführungsform
verwendet werden, hauptsächlich
mit Bezug auf die 23 bis 26 beschrieben.
Die 23, 24 und 25 zeigen eine
Zündkerze 39 der
fünften
Ausführungsform
jeweils von oben, von vorn und von unten gesehen. 26 ist
ein Schaubild, um einen Vergleich der Einlassgröße durchzuführen, wenn die Zündkerze 39 verwendet
wird, und wenn eine herkömmliche
Zündkerze
verwendet wird.
-
Weil
die Zündkerze 39 in
den Brennkraftmaschinen 10, 100, 200 und 300 der
ersten bis vierten wie vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit
Direkteinspritzung verwendet werden kann, wird der Aufbau einer
Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, in der die Zündkerzen 39 verwendet
werden kann, in der nachstehenden Beschreibung nicht erläutert.
-
Wie
vorstehend in den ersten bis vierten Ausführungsformen erwähnt ist
die Verwendung einer Vielzahl von Zündkerzen effektiv, um den Bereich der
Schichtladungsverbrennung zu erweitern und die Verbrennungsstabilität in Brennkraftmaschinen
mit Direkteinspritzung zu verbessern. Wenn jedoch eine Vielzahl
von Zündkerzen
verwendet wird, steht eine Vielzahl von Elektroden der Zündkerzen
in die Brennkammer vor, was einen Ansaugluftfluss weiter stört. Wenn
der Ansaugluftfluss gestört
wird, verringert dies die Flussrate der Ansaugluft und schwächt einen Wirbelfluss
(einen Fluss in der senkrechten Richtung) innerhalb der Brennkammer 20 ab,
was verhindern kann, dass Kraftstoff und Luft geeignet gemischt werden
und dadurch eine Verringerung der Verbrennungseffizienz und eine
Erhöhung
des Kraftstoffverbrauchs verursachen kann. Der Grad einer solchen Störung eines
Ansaugluftflusses kann inzwischen zwar durch Verwendung von Zündkerzen
mit einer dünneren
Form verringert werden. Zur Sicherstellung einer notwenigen Stärke der
Isolatoren können
die Zündkerzen
jedoch nicht über
eine bestimmte Grenze hinaus dünn
hergestellt werden.
-
In
dieser Ausführungsform
weist die Zündkerze 39 daher
einen Isolator 391 auf, der in einer Stromlinienform gebildet
ist, und jede Zündkerze 39 ist
in dem Zylinderkopf 12 so angeordnet, dass die stromlinienförmigen Oberflächen des
Isolators 391 entlang der Richtung des Ansaugluftflusses
orientiert sind. Die Dimension des Isolators 391 in der
Hauptachsenrichtung ist nämlich
im Wesentlichen gleich jener eines Isolators einer herkömmlichen
Zündkerze, während die
Dimension des Isolators 391 in der Richtung der kleineren
Achse desselben kleiner als die desselben herkömmlichen Isolators ist. In
einer solchen Form gebildet weist der Isolator 391 die
notwendige Dicke auf, während
der ersten Ansaugluft erlaubt wird, ungestört durchzufließen. Zur
Montage jeder Zündkerze
in einem Zylinderkopf wird allgemein ein Gehäuse mit einem Gewindeabschnitt
in seinem Umfang an dem unteren Abschnitt der Zündkerze befestigt, und die
Zündkerze
wird in dem Zylinderkopf über
den Abschnitt des Gehäuses
mit dem Gewinde montiert. In dieser Ausführungsform kann jedoch die Zündkerze 39 nicht
unter Verwendung eines solchen Gewindes in dem Zylinderkopf 12 eingebaut
werden, weil der Isolator 391 mit einer Stromlinienform
wie vorstehend beschrieben in die Brennkammer 20 hervorstehen
muss. Daher wird ein Gewindeabschnitt 393 im oberen Abschnitt
der Zündkerze 39 vorgesehen,
der einen Sechskantabschnitt 392 aufweist, und die Zündkerze 39 ist
in dem Zylinderkopf 12 über
den Gewindeabschnitt 393 eingebaut. Durch Bilden eines entsprechenden
Zündkerzeneinbaulochs
in dem Zylinderkopf 12 in einer Form, die zu der Stromlinienform
des unteren Abschnitts der Zündkerzen 39 passt,
kann die Zündkerze 39 in
dem Zylinderkopf 12 so eingebaut sein, dass die Hauptachsenrichtung
der Zündkerze 39 zur
Richtung des Ansaugluftflusses passt.
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Als
Nächstes
wird ein Effekt, der unter Verwendung der Zündkerze 39 erzielt
wird, anschließend
mit Bezug auf 26 beschrieben. 26 ist ein
Schaubild, das Beziehungen zwischen der Größe des Ventilhubs und der Ansaugmenge
zeigt. In dem Schaubild gibt die durchgezogene Linie eine Beziehung
zwischen der Größe des Ventilhubs
und der Ansaugmenge wieder, wenn die Zündkerze 39 in der fünften Ausführungsform
verwendet wird, während die
gestrichelte Linie dieselbe Beziehung wiedergibt, wenn eine herkömmliche
Zündkerze
mit einem runden Isolator verwendet wird. Wie aus dem Schaubild deutlich
wird, kann eine größere Menge
von Einlassluft erhalten werden, wenn die Größe des Ventilhubs steigt, sofern
die Zündkerzen 39 verwendet
werden. Das bedeutet, das nach der Ausführungsform durch Verringerung
des Ansaugwiderstands, der durch den vorstehenden Abschnitt der
Zündkerze
geschaffen wird, eine größere Menge
von Einlassluft in die Brennkraftmaschine 20 eingeführt werden
kann, was die Leistung der Brennkraftmaschine erhöht.
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Zudem
ist es in direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen während einer
Schichtladungsverbrennung notwendig, einen brennbaren Abschnitt
eines Luft-Kraftstoffgemisches um eine Zündkerze zu schaffen. Aus diesem
Grund muss ein Einlassluftfluss so stabilisiert werden, dass der
brennbare Abschnitt des Luft-Kraftstoffgemisches
verlässlich
zu der Umgebung der Zündkerze
geführt
werden kann. Nach der Ausführungsform
wird die Richtung des Einlassluftflusses innerhalb der Brennkammer 20 durch
die Zündkerze 39 stabilisiert.
Als ein Ergebnis kann der Wirbelfluss intensiviert werden und die
Mischung von Kraftstoff und Ansaugluft kann gefördert werden, wodurch eine
verbesserte Verbrennungseffizienz und Kraftstoffökonomie erreicht wird.
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Während die
Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben wurde,
ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten
Ausführungsformen
oder Aufbauten begrenzt ist. Im Gegenteil ist beabsichtigt, dass
die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdeckt.
Zudem liegen andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger
oder ein einzelnes Element aufweisen, ebenfalls im Gebiet der Erfindung,
wie es in den Ansprüchen
beschrieben wird, obwohl die verschiedenen Elemente der bevorzugten
Aus führungsformen in
verschiedenen Kombinationen und Aufbauten gezeigt werden, die beispielhaft
sind.
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Beispielsweise
kann eine größere Anzahl von
Zündkerzen
wie drei, vier oder fünf
Zündkerzen verwendet
werden, während
in den ersten bis vierten Ausführungsformen
zwei Zündkerzen
verwendet werden. Optional kann eine Zündkerze mit einer Vielzahl
von Elektroden verwendet werden. In einem solchen Fall erhält man die
selben Effekte und Vorteile wie jene, die man erhält, wenn
eine Vielzahl von Zündkerzen
verwendet wird, sofern ein geeigneter Abstand zwischen den Elektroden
vorgesehen ist.