DE102013006695B4 - Mehrzylinder-Benzinmotor, Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Motorsund Computerprogrammprodukt - Google Patents

Abstract

Mehrzylinder-Benzinmotor, umfassend: einen Motorkörper (1) mit einer Mehrzahl von Zylindern (2A bis 2D), einer Mehrzahl von Injektoren (10) zum Einspritzen von Benzin enthaltendem Kraftstoff und einer Mehrzahl von Zündkerzen (11) zum Entzünden von Mischgas durch Funkenausstoß; einen Abgaskrümmer (30), durch den Abgas, das aus jedem der Zylinder (2A bis 2D) des Motorkörpers (1) ausgestoßen wird, tritt; eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung (60) zum Steuern bzw. Regeln des Motors, und einen Schaltermechanismus (14a), der einen Modus eines Auslassventils (9) zum Öffnen und Schließen einer Auslassöffnung (7) des Zylinders (2A bis 2D) zwischen einem normalen Modus, in dem das Auslassventil (9) nur bei einem Auslasshub geöffnet wird, und einem Zweimalöffnen-Modus schaltet, in dem das Auslassventil (9) auch bei einem Einlasshub zusätzlich zu dem Auslasshub geöffnet wird, wobei der Abgaskrümmer (30) enthält: eine Mehrzahl unabhängiger Auslassdurchgänge (31, 32, 33), von denen stromaufwärtige Endteile mit einer der Auslassöffnung (7) eines einzelnen Zylinders (2A, 2D) und/oder den Auslassöffnungen (7) von zwei oder mehreren Zylindern (2B, 2C) verbunden sind, wo die Auslassreihenfolge unter diesen nicht anschließend ist; eine Sammelsektion (34), wo stromabwärtige Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge (31, 32, 33) gebündelt sind; eine Unterdruckerzeugungsvorrichtung (35), die stromabwärts der Sammelsektion (34) bereitgestellt ist und einen Düsenteil (36) aufweist, der so gebildet ist, dass er sich verjüngt, so dass ein Unterdruck auf Grund des Ausstoßes des Abgases aus dem stromabwärtigen Endteil des unabhängigen Auslassdurchgangs (31, 32, 33) erzeugt wird; Bypass-Durchgänge (41, 42, 43), die sich erstrecken, indem sie von jeweiligen Zwischenteilen der unabhängigen Durchgänge (31, 32, 33) abzweigen, auf der stromabwärtigen Seite zusammenlaufen und mit einem Auslassdurchgang kommunizieren, der stromabwärts der Unterdruckerzeugungsvorrichtung (35) positioniert ist; und öffenbare und schließbare Durchflussschalterventile (45), die in den jeweiligen Bypass-Durchgängen (42, 42, 43) bereitgestellt sind, wobei die Steuer- bzw. Regeleinrichtung den Injektor ...

Description

• HINTERGRUND
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrzylinder-Benzinmotor, der einen Motorkörper mit einer Mehrzahl von Zylindern, einen Auslass- bzw. Abgaskrümmer, durch den Abgas, das aus jedem Zylinder des Motorkörpers ausgestoßen wird, tritt, und eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung zum Steuern bzw. Regeln von verschiedenen Komponenten umfasst, die in dem Motorkörper und dem Abgaskrümmer enthalten sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Motors und ein Computerprogrammprodukt.
• Herkömmlicherweise kommt auf dem Gebiet von Benzinmotoren eine Fremd- bzw. Funkenzündungsverbrennung zum Einsatz, bei der Mischgas durch eine Fremd- bzw. Funkenzündung einer Zündkerze zwangsverbrannt wird; anstelle einer solchen Fremd- bzw. Funkenzündungsverbrennung wurde jedoch die Anwendung einer sogenannten Kompressionsselbstzündungsverbrennung bei einem Benzinmotor untersucht. Kompressionsselbstzündungsverbrennung gibt eine Verbrennung an, bei der sich Mischgas selbst entzündet, um unter bzw. bei einer Umgebung bei hoher Temperatur und hohem Druck zu verbrennen, die durch die Verbrennung eines Kolbens erzeugt werden. Kompressionsselbstzündungsverbrennung beinhaltet mehrere Verbrennungen, bei denen sich Mischgas in Zylindern gleichzeitig entzündet, um zu verbrennen, und eine Verbrennungsdauer ist kürzer als eine Funkenzündungsverbrennung, bei der sich die Verbrennung graduell durch Flammenausbreitung verbreitet. Daher wurde angeführt, dass durch die Kompressionsselbstzündungsverbrennung ein hoher Wärmewirkungsgrad erzielt werden kann. Es ist zu beachten, dass im Folgenden die Funkenzündungsverbrennung einfach als „SI-Verbrennung” (SI = spark ignition) und die Kompressionsselbstzündungsverbrennung einfach als „CI-Verbrennung” (CI = compressed ignition) bezeichnet wird.
• Die JP 2009 091 994 A und US 7 290 524 B2 ( JP 2007 132 319 A ) offenbaren beispielsweise Benzinmotoren, die mit der CI-Verbrennung verwendet werden.
• In der JP 2009 091 994 A ist ein Stand der Technik offenbart, bei dem ein Verbrennungsmodus gemäß einer Motorlast umgeschaltet wird, beispielsweise wird die CI-Verbrennung in einem Bereich niedriger Motorlast und die SI-Verbrennung in einem Bereich hoher Motorlast durchgeführt.
• In der US 7 290 524 B2 ( JP 2007 132 319 A ) ist ein Stand der Technik offenbart, bei dem in dem CI-Verbrennungsbetrieb ein Auslassventil nicht nur bei einem Auslasshub, sondern auch bei einem Ansaug- bzw. Einlasshub geöffnet wird, und Hochtemperaturabgas (verbranntes Gas), das ein Mal ausgestoßen wird, aus einer Auslassöffnung in einen Zylinder zurückströmt, so dass sich eine Temperatur im Zylinder erhöht und eine Selbstzündung von Mischgas angeregt wird. Es ist zu beachten, dass im Folgenden der Rückströmungsbetrieb des Abgases, wie er in der US 7 290 524 B2 ( JP 2007 132 319 A ) beschrieben wird, als eine „interne EGR” (interne Abgasrückführung; EGR = exhaust gas recirculation) bezeichnet wird.
• Wenn die interne EGR durchgeführt wird, um die Selbstzündung des Mischgases anzuregen, wie die US 7 290 524 B2 ( JP 2007 132 319 A ), und zwar insbesondere in einem Bereich extrem niedriger Motorlast, wo eine Kraftstoffeinspritzmenge gering ist (und sich somit eine Zündfähigkeit leicht verschlechtert), ist es erforderlich, eine große Menge an Hochtemperaturabgas in den Zylinder durch die interne EGR einzubringen. Nur durch Öffnen des Auslassventils bei dem Einlasshub, wie US 7 290 524 B2 ( JP 2007 132 319 A ), kann jedoch keine ausreichende Menge an Abgas in den Zylinder eingebracht werden, und dies kann einen unzureichenden Anstieg der Temperatur im Inneren des Zylinders bewirken.
• Ferner ist es zum sicheren Erreichen der CI-Verbrennung in dem Bereich niedriger Motorlast effektiv, ein Verdichtungsverhältnis des Motors zu erhöhen; wenn jedoch das Verdichtungsverhältnis des Motors zunimmt, tritt das Problem auf, dass eine abnormale Verbrennung, wie Klopfen, leicht in dem Bereich hoher Motorlast auftritt, wo die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird.
• AT 005 720 U1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einen Betriebsbereich mit Selbstzündung und einem weiteren Betriebsbereich mit Fremdzündung, bei der ein Auslassventil während eines Einlasshubs betätigbar ist.
• DE 10 2011 014 418 A1 offenbart eine Abgasanlage eines Mehrzylindermotors, die mit einer einfachen Konfiguration die Luftansaugung steigern kann.
• Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Situationen geschaffen und stellt einen Mehrzylinder-Benzinmotor bereit, der sowohl die Zündfähigkeit bei Durchführung einer CI-Verbrennung in einem Bereich niedriger Motorlast sicherstellen kann als auch eine abnormale Verbrennung bei Durchführung einer SI-Verbrennung in einem Bereich hoher Motorlast verhindern kann.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Mehrzylinder-Benzinmotor bereitgestellt. Der Mehrzylinder-Benzinmotor enthält einen Motorkörper mit einer Mehrzahl von Zylindern, einer Mehrzahl von Injektoren bzw. Einspritzdüsen zum Einspritzen von Benzin enthaltendem Kraftstoff und einer Mehrzahl von Zündkerzen zum Entzünden von Mischgas durch Funkenausstoß, einen Auslass- bzw. Abgaskrümmer, durch den Abgas, das aus jedem der Zylinder des Motorkörpers ausgestoßen wird, tritt, und eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung zum Steuern bzw. Regeln von verschiedenen Instrumenten, Sensoren und Aktuatoren, die an dem Motorkörper und dem Abgaskrümmer bereitgestellt sind. Der Motor weist einen Schaltermechanismus auf, der einen Modus eines Auslassventils zum Öffnen und Schließen einer Auslassöffnung des Zylinders zwischen einem normalen Modus, in dem das Auslassventil nur bei einem Auslasshub geöffnet wird, und einem Zweimalöffnen-Modus schaltet, in dem das Auslassventil auch bei einem Einlasshub zusätzlich zu dem Auslasshub geöffnet wird. Der Abgaskrümmer weist eine Mehrzahl unabhängiger Auslass- bzw. Abgasdurchgänge auf, von denen stromaufwärtige Endteile mit einer der Auslassöffnung eines einzelnen Zylinders und/oder den Auslassöffnungen von zwei oder mehreren Zylindern verbunden sind, wo die Auslassreihenfolge unter bzw. zwischen diesen nicht angrenzend bzw. anschließend ist. Der Abgaskrümmer weist auch eine Sammelsektion auf, wo stromabwärtige Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge gebündelt sind. Der Abgaskrümmer weist zudem eine Unterdruckerzeugungsvorrichtung auf, die stromabwärts der Sammelsektion bereitgestellt ist und einen Düsenteil aufweist, der so gebildet ist, dass er sich verjüngt, so dass ein Unterdruck auf Grund des Ausstoßes des Abgases aus dem stromabwärtigen Endteil des unabhängigen Auslassdurchgangs erzeugt wird. Der Abgaskrümmer weist auch Bypass-Durchgänge auf, die sich erstrecken, indem sie von jeweiligen Zwischenteilen der unabhängigen Durchgänge abzweigen, auf der stromabwärtigen Seite zusammenlaufen und mit einem Auslassdurchgang kommunizieren, der stromabwärts der Unterdruckerzeugungsvorrichtung positioniert ist. Der Abgaskrümmer weist zudem öffenbare und schließbare Strömungs- bzw. Durchflussschalterventile auf, die in den jeweiligen Bypass-Durchgängen bereitgestellt sind. Die Steuer- bzw. Regeleinrichtung steuert bzw. regelt den Injektor, die Zündkerze, den Schaltermechanismus und die Durchflussschalterventile, so dass eine CI-Verbrennung, die durch eine Selbstzündung des Mischgases bewirkt wird, in einem vorbestimmten ersten Betriebsbereich durchgeführt wird, und eine SI-Verbrennung, die durch eine Fremd- bzw. Funkenzündung zwangsbewirkt wird, in einem zweiten Betriebsbereich durchgeführt wird, der auf einer Seite höherer Motorlast als der erste Betriebsbereich festgelegt ist. In dem ersten Betriebsbereich wird der Schaltermechanismus so gesteuert bzw. geregelt, dass das Auslassventil in dem Zweimalöffnen-Modus betrieben wird und die Durchflussschalterventile geöffnet sind, so dass das Abgas die Unterdruckerzeugungsvorrichtung durch den Bypass-Durchgang umgeht, und in zumindest einem Teil des zweiten Betriebsbereichs auf seiner Seite hoher Motorlast wird der Schaltermechanismus so gesteuert bzw. geregelt, dass das Auslassventil in dem normalen Modus betrieben wird und die Durchflussschalterventile im Wesentlichen geschlossen sind, so dass das Abgas die Unterdruckerzeugungsvorrichtung passiert.
• Es ist zu beachten, dass der Ausdruck „Benzin enthaltender Kraftstoff” den Begriff umfasst, dass er nicht nur 100% Benzinkraftstoff, sondern auch ein Gemisch aus Benzin und anderen Kraftstoffbestandteilen enthält. Beispielsweise kann die CI-Verbrennung auch durch Kraftstoff erzielt werden, bei dem Ethanol (Alkohol) und Benzin gemischt sind; daher kann die vorliegende Erfindung auch bei einem Motor angewendet werden, der durch solch eine Art von Kraftstoff angetrieben wird.
• Bei der vorliegenden Erfindung wird in dem ersten Betriebsbereich mit relativ niedriger Motorlast durch Betreiben des Auslassventils in dem Zweimalöffnen-Modus (dem Modus des Öffnens bei dem Einlasshub zusätzlich zu dem Auslasshub) die interne EGR erzielt, bei der das Hochtemperaturabgas aus den Auslassöffnungen der Zylinder zurück in den Zylinder strömt, und im Ergebnis wird die Temperatur im Zylinder erhöht. Auf diese Weise wird in dem ersten Betriebsbereich, wo die Motorlast niedrig ist und die Zündfähigkeit des Mischgases niedrig ist, die Selbstzündung des Mischgases angeregt, was zu einer ordnungsgemäßen CI-Verbrennung führt. Zusätzlich wird in dem ersten Betriebsbereich, da der Strom des Abgases aus den Zylindern so geschaltet wird, dass das Abgas durch die Bypass-Durchgänge verläuft (die Unterdruckerzeugungsvorrichtung umgeht), der Ausstoß- bzw. Ejektoreffekt auf Grund des in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung erzeugten generativen Drucks (dem Stromabwärtssaug- bzw. -sogeffekt des Abgases) aufgehoben wird und im Ergebnis, wenn das Blowdown-Gas bzw. Vorauslassgas (Abgas, das schnell unmittelbar nach dem Öffnen des Auslassventils ausgestoßen wird) aus einem Zylinder ausgestoßen wird, ein großer, durch das Blowdown-Gas erzeugter Überdruck auf die Auslassöffnung eines vorhergehenden Zylinders wirkt, von dem die Auslassreihenfolge unmittelbar vor dem Zylinder ist, und den Ausstoß des Abgases (Auslassbeeinträchtigung) behindert bzw. verhindert. Bei dieser Ausführungsform strömt durch Betreiben des Auslassventils in dem Zweimalöffnen-Modus in einem Zustand mit absichtlich erzeugter Auslassbeeinträchtigung eine große Menge an Abgas aus der Auslassöffnung zurück in den Zylinder, und die Gasmenge der internen EGR kann erhöht werden. Dies wird vorteilhaft bei der Erhöhung der Temperatur im Zylinder und führt zu einer Selbstzündungsanregung des Mischgases, was in einem sicheren Auslösen der CI-Verbrennung in dem Bereich niedriger Motorlast resultiert.
• In dem zweiten Betriebsbereich mit höherer Motorlast als in dem ersten Betriebsbereich (zumindest in dem Teilbereich auf der Seite hoher Motorlast darin) wird hingegen der Öffnen/Schließen-Modus des Auslassventils in den normalen Modus geschaltet und die interne EGR wird verboten, und das Durchflussschalterventil wird geschlossen und das Abgas strömt in die Unterdruckerzeugungsvorrichtung. Daher erreicht der in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung erzeugte Unterdruck die Auslassöffnung und das Abwärtssaugen bzw. der Abwärtssog des Abgases (Ejektoreffekt) wird angeregt, und somit wird verhindert, dass das Hochtemperaturabgas im Inneren des Zylinders verbleibt. Ferner kann in dem zweiten Betriebsbereich, da die SI-Verbrennung durch die Funkenzündung in dem Zustand durchgeführt wird, wo die Spülfähigkeit im Inneren des Zylinders sichergestellt ist, wie oben beschrieben, selbst ohne eine Maßnahme des starken Verzögerns des Zeitpunkts der Funkenzündung beispielsweise eine ordnungsgemäße Verbrennung ohne abnormale Verbrennung erzielt werden, und eine hohe Wärmeabgaberate kann erreicht werden, während die abnormale Verbrennung verhindert wird.
• Vorzugsweise sind Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge an der Sammelsektion gebündelt, während ihr unabhängiger Zustand voneinander beibehalten wird.
• Vorzugsweise ist bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein mittlerer Betriebsbereich, wo die CI-Verbrennung durchgeführt wird, zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsbereich festgelegt. In dem mittleren Betriebsbereich wird der Schaltermechanismus so gesteuert bzw. geregelt, dass das Auslassventil in dem Zweimalöffnen-Modus betrieben wird, und ein Öffnen bzw. eine Öffnung des Durchflussschalterventils wird reduziert, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast höher wird.
• In dem mittleren Betriebsbereich, wo die Motorlast höher ist als in dem ersten Betriebsbereich auf der Seite niedriger Motorlast und sich das Mischgas vergleichsweise leicht selbst entzündet, und zwar durch Einstellen bzw. Anpassen der Abgasmenge, die in die Unterdruckerzeugungsvorrichtung strömt, durch die Öffnungssteuerung bzw. -regelung des Durchflussschalterventils, kann gemäß einer solchen Konfiguration die Abgassaug- bzw. -sogwirkung basierend auf dem in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung erzeugten Unterdruck (Ejektoreffekt) intensiviert werden, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast höher wird, und dementsprechend kann die Menge an Interne-EGR-Gas reduziert werden. Auf diese Weise kann in dem mittleren Betriebsbereich mit mittlerem Motorlastniveau eine geeignete Menge an Interne-EGR-Gas gemäß der Zündfähigkeit eingebracht werden und eine geeignete CI-Verbrennung kann durchgeführt werden.
• Vorzugsweise ist in dem ersten Betriebsbereich ein Verhältnis von Abgas und Luft mit dem Kraftstoff, das durch Teilen einer Masse des gesamten Gases im Inneren des Zylinders durch eine Masse des Kraftstoffs erhalten wird, auf näherungsweise 30:1 oder höher festgelegt, was höher ist als dasjenige in dem zweiten und dem mittleren Betriebsbereich.
• Durch Einbringen einer großen Menge an Gas, das EGR-Gas und Frischluft enthält, in den Zylinder in dem ersten Betriebsbereich mit relativ niedriger Motorlast, wird gemäß einer solchen Konfiguration das G/F bzw. Gas/Kraftstoff mager, und eine Entstehung von NOx (Stickoxid) wird unterbunden. Ferner kann ein Pumpverlust während eines niedrigen Motorlastbetriebs effektiv reduziert werden, und während des Betriebs in dem Bereich mit relativ hoher Motorlast (d. h. dem mittleren Betriebsbereich oder dem zweiten Betriebsbereich) kann unter einer Bedingung mit relativ fettem Kraftstoff ein hohes Drehmoment gemäß der Motorlast sichergestellt werden.
• Vorzugsweise wird in dem ersten Betriebsbereich die CI-Verbrennung durch Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Injektor während des Einlasshubs durchgeführt, und in dem zweiten Betriebsbereich werden die Kraftstoffeinspritzung durch den Injektor und die Funkenzündung durch die Zündkerze in dieser Reihenfolge von einem späten Stadium des Verdichtungshubs zu einem führen Stadium des Expansionshubs durchgeführt, und die SI-Verbrennung wird basierend auf der Kraftstoffeinspritzung und der Funkenzündung durchgeführt.
• Gemäß einer solchen Konfiguration wird in dem ersten Betriebsbereich mit relativ niedriger Motorlast die CI-Verbrennung mit dem homogenen Mischgas basierend auf der Kraftstoffeinspritzung während des Einlasshubs durchgeführt und die hohe Wärmeabgaberate kann erreicht werden. In dem zweiten Betriebsbereich auf der Seite hoher Motorlast hingegen, da die Kraftstoffeinspritzung und die Funkenzündung zu den etwas späten Zeitpunkten nach dem späten Stadium des Verdichtungshubs durchgeführt werden, verbrennt das Mischgas durch die Flammenausbreitung, nachdem die Temperatur und der Druck im Zylinder zum Teil bzw. in einem gewissen Maße nach dem Verdichtungs-TDC (SI-Verbrennung) abnehmen. Selbst wenn das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors erheblich hoch festgelegt wird, um die CI-Verbrennung in dem Bereich niedriger Motorlast zu erreichen, kann somit die abnormale Verbrennung, die leicht in dem Bereich hoher Motorlast auftritt, sicher vermieden werden.
• Gemäß dem Mehrzylinder-Benzinmotor dieser Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration können sowohl das Sicherstellen der Zündfähigkeit bei Durchführung der CI-Verbrennung in dem Bereich niedriger Motorlast als auch das Verhindern der abnormalen Verbrennung bei Durchführung einer SI-Verbrennung in dem Bereich hoher Motorlast erreicht werden.
• Vorzugsweise werden die Durchflussschalterventile gemeinsam bzw. üblicherweise durch einen einzigen bzw. einzelnen Aktuator betätigt und/oder die Bypass-Durchgänge weisen größere Querschnittsbereiche und geringeren Durchfluss- bzw. Strömungswiderstand auf als diejenigen der stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge.
• Ferner bevorzugt ist in dem ersten Betriebsbereich, wenn die Motorlast in einem Bereich unterhalb einer vorbestimmten Motorlast ist, der Hub eines Einlassventils auf einen Minimumbetrag festgelegt und/oder ein EGR-Ventil ist bzw. wird im Wesentlichen vollständig geschlossen, während der Hub des Einlassventils erhöht wird, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast höher wird, und/oder ein Öffnen bzw. eine Öffnung des EGR-Ventils wird verstärkt bzw. vergrößert, wenn die Motorlast in einem Bereich höher als die vorbestimmte Motorlast ist.
• Vorzugsweise ist der Öffnen/Schließen-Modus des Auslassventils auf den Zweimalöffnen-Modus auf einer Seite niedrigerer Motorlast in dem zweiten Betriebsbereich festgelegt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Mehrzylinder-Benzinmotors bereitgestellt, wobei der Motor umfasst:
  einen Schaltermechanismus zum Schalten eines Modus eines Auslassventils zum Öffnen und Schließen einer Auslassöffnung des Zylinders zwischen einem normalen Modus, in dem das Auslassventil nur bei einem Auslasshub geöffnet wird, und einem Zweimalöffnen-Modus, in dem das Auslassventil auch bei einem Einlasshub zusätzlich zu dem Auslasshub geöffnet wird,
  einen Auslass- bzw. Abgaskrümmer, enthaltend:
  eine Mehrzahl unabhängiger Auslass- bzw. Abgasdurchgänge, von denen stromaufwärtige Endteile mit einer der Auslassöffnung eines einzelnen Zylinders und/oder den Auslassöffnungen von zwei oder mehreren Zylindern verbunden sind, wo die Auslassreihenfolge unter diesen nicht angrenzend bzw. anschließend ist;
  eine Sammelsektion, wo stromabwärtige Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge gebündelt sind;
  eine Unterdruckerzeugungsvorrichtung, die stromabwärts der Sammelsektion bereitgestellt ist und einen Düsenteil aufweist, der so gebildet ist, dass er sich verjüngt, so dass ein Unterdruck auf Grund des Ausstoßes des Abgases aus dem stromabwärtigen Endteil des unabhängigen Auslassdurchgangs erzeugt wird;
  Bypass-Durchgänge, die sich erstrecken, indem sie von den unabhängigen Durchgängen stromaufwärts der Unterdruckerzeugungsvorrichtung abzweigen, und
  die mit einem Auslassdurchgang kommunizieren, der stromabwärts der Unterdruckerzeugungsvorrichtung positioniert ist; und
  öffenbare und schließbare Strömungs- bzw. Durchflussschalterventile, die in den jeweiligen Bypass-Durchgängen bereitgestellt sind,
  wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
  Steuern bzw. Regeln eines Injektors, einer Zündkerze, des Schaltermechanismus und der Durchflussschalterventile, so dass eine CI-Verbrennung, die durch eine Selbstzündung des Mischgases bewirkt wird, in einem vorbestimmten ersten Betriebsbereich durchgeführt wird, und eine SI-Verbrennung, die durch eine Fremd- bzw. Funkenzündung zwangsbewirkt wird, in einem zweiten Betriebsbereich durchgeführt wird, der auf einer Seite höherer Motorlast als der erste Betriebsbereich festgelegt ist,
  wobei in dem ersten Betriebsbereich der Schaltermechanismus so gesteuert bzw. geregelt wird, dass das Auslassventil in dem Zweimalöffnen-Modus betrieben wird und die Durchflussschalterventile geöffnet werden, so dass das Abgas die Unterdruckerzeugungsvorrichtung durch den Bypass-Durchgang umgeht, und
  wobei in zumindest einem Teil des zweiten Betriebsbereichs auf seiner Seite hoher Motorlast der Schaltermechanismus so gesteuert bzw. geregelt wird, dass das Auslassventil in dem normalen Modus betrieben wird und die Durchflussschalterventile im Wesentlichen geschlossen werden, so dass das Abgas die Unterdruckerzeugungsvorrichtung passiert.
• Schließlich wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, umfassend computerimplementierte Instruktionen, die, wenn auf einem geeigneten System geladen und ausgeführt, die Schritte des oben genannten Verfahrens durchführen können.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 ist eine Draufsicht, die eine Gesamtkonfiguration eines Mehrzylinder-Benzinmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
• 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Motorkörpers des Motors zeigt.
• 3 ist eine Seitenansicht, die eine Konfiguration eines Abgaskrümmers des Motors zeigt.
• 4 ist eine Draufsicht, die insbesondere eine Konfiguration von unabhängigen Auslassdurchgängen zeigt, die an dem Abgaskrümmer bereitgestellt sind.
• 5 ist eine Draufsicht, die insbesondere eine Konfiguration eines Bypass-Durchgangs zeigt, der an dem Abgaskrümmer bereitgestellt ist.
• 6 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VI-VI in 5.
• 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuer- bzw. Regelsystem des Motors zeigt.
• 8 ist eine Grafik, die konzeptionell ein Steuer- bzw. Regelkennfeld zeigt, das bei einem Betrieb des Motors verwendet wird.
• 9 zeigt Grafiken, die eine Kraftstoffeinspritzung und Öffnen/Schließen-Operationen von Einlass- und Auslassventilen darstellen, die in einem ersten Betriebsbereich durchgeführt werden, und zwar im Verhältnis zu einem Kurbelwinkel.
• 10 zeigt Grafiken, die eine Kraftstoffeinspritzung und die Öffnen/Schließen-Operationen von Einlass- und Auslassventilen darstellen, die in einem mittleren Betriebsbereich durchgeführt werden, und zwar im Verhältnis zu einem Kurbelwinkel.
• 11 zeigt Grafiken, die eine Kraftstoffeinspritzung und die Öffnen/Schließen-Operationen von Einlass- und Auslassventilen darstellen, die in einem zweiten Betriebsbereich durchgeführt werden, und zwar im Verhältnis zu einem Kurbelwinkel.
• 12 zeigt Grafiken, die Änderungen eines Komponentenverhältnisses des Füllens von Gas in einen Zylinder und verschiedener Steuer- bzw. Regelparameter gemäß einer Änderung einer Motorlast darstellen.
• 13 zeigt Grafiken zum Beschreiben von Merkmalen einer SI-Verbrennung, die in dem zweiten Betriebsbereich durchgeführt wird, und zwar im Vergleich zu der herkömmlichen SI-Verbrennung.
• 14 ist eine Grafik, die einen Pegel einer Druckänderung einer Auslassöffnung auf Grund einer Durchflussschaltung von Abgas zeigt.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
• (1) Gesamtkonfiguration des Motors
• 1 und 2 sind Ansichten, die eine Konfiguration eines Mehrzylinder-Benzinmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Der Motor dieser Ausführungsform enthält einen Motorkörper 1 vom Viertakt-Vierzylindertyp mit vier Zylindern 2A bis 2D, die in einer spezifischen Richtung ausgerichtet sind, einen Einlass- bzw. Ansaugkrümmer 20 zum Einbringen von Luft zur Verbrennung in den Motorkörper 1, und einen Auslass- bzw. Abgaskrümmer 30 zum Ausstoßen von Abgas, das in jedem Zylinder des Motorkörpers 1 erzeugt wird.
• Der Motorkörper 1 weist einen Zylinderblock 2, der darin mit den Zylindern 2A bis 2D gebildet ist, einen Zylinderkopf 3, der an einer oberen Fläche bzw. Oberfläche des Zylinderblocks 2 bereitgestellt ist, und Kolben 4 auf, die hin- und herbewegbar in die jeweiligen Zylinder 2A bis 2D eingesetzt sind.
• Brennräume 5 sind jeweils an den Kolben 4 gebildet. Benzin enthaltender Kraftstoff wird jedem Brennraum 5 durch eine Einspritzung aus einem Injektor bzw. einer Einspritzdüse 10 (später beschrieben) zugeführt. Ferner wird der eingespritzte Kraftstoff in dem Brennraum 5 verbrannt und der Kolben 4 wird durch eine Expansionskraft, die durch die Verbrennung erzeugt wird, nach unten gedrückt und bewegt sich in Auf- und Ab-Richtung hin und her.
• Die Kolben 4 sind mit einer Kurbelwelle 15 über jeweilige Verbindungsstangen 14b gekoppelt und die Kurbelwelle 15 dreht sich um ihre Mittelachse gemäß der Hin- und Herbewegung der Kolben 4.
• In dem Zylinderblock 2 ist ein Motordrehzahlsensor SW1 zum Detektieren einer Drehgeschwindigkeit bzw. -zahl der Kurbelwelle 15 und einer Drehzahl des Motors bereitgestellt.
• In dem Zylinderkopf 3 ist ein Satz aus dem Injektor 10 und einer Zündkerze 11 an jedem der Zylinder 2A bis 2D bereitgestellt. Der Injektor 10 spritzt den Kraftstoff (der Benzin enthält) zu dem Brennraum 5 hin ein, und die Zündkerze 11 entzündet Mischgas aus dem von dem Injektor 10 eingespritzten Kraftstoff und Luft durch eine Funkenbildung bzw. -entladung.
• Bei jedem der Zylinder 2A bis 2D ist der Injektor 10 in seinem Spitzenteil mit einer Mehrzahl von Löchern gebildet, die als Einspritzöffnungen des Kraftstoffs dienen, und ist so bereitgestellt, dass er in einer Seit des Brennraums 5 von einer Ansaug- bzw. Einlassseite aus freigelegt ist. Zusätzlich ist ein Einspritzdruck des Kraftstoffs, der aus dem Injektor 10 einzuspritzen ist, auf näherungsweise 30 MPa oder höher festgelegt, was für einen Benzinmotor ziemlich hoch ist.
• Eine Elektrode zum Entladen bzw. Bilden eines Funkens ist in einem Spitzenteil der Zündkerze 11 bereitgestellt und ist so bereitgestellt, dass sie in der Brennkammer 5 jedes Zylinders von oben aus freigelegt ist.
• Dabei ist ein geometrische Verdichtungsverhältnis (ein Verhältnis zwischen einem Brennraumvolumen, wenn der Kolben 4 an einem unteren Totpunkt (BDC; Engl. bottom dead center) ist, und einem Brennraumvolumen, wenn der Kolben 4 an einem oberen Totpunkt (TDC; Engl. top dead center ist)) des Motorkörpers 1 dieser Ausführungsform so festgelegt, dass es zwischen näherungsweise 16:1 und näherungsweise 20:1 ist, was für einen Benzinmotor ziemlich hoch ist. Solch ein hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis ist festgelegt, um einen theoretischem Wärmewirkungsgrad zu verbessern und um eine Zündfähigkeit bei einer später beschriebenen CI-Verbrennung (Kompressionsselbstzündungsverbrennung) sicherzustellen.
• Bei dem Viertakt-Vierzylinder-Benzinmotor dieser Ausführungsform bewegen sich zusätzlich die an den Zylindern 2A bis 2D bereitgestellten Kolben 4 in der Auf- und Ab-Richtung, wobei ihre Phasen um 180° im Kurbelwinkel (180° CA) unterschiedlich voneinander sind. Dementsprechend sind daher auch Zündzeitpunkte der Zylinder 2A bis 2D so festgelegt, dass sie um 180° CA voneinander variieren. Wenn die Zylinder 2A bis 2D von Eins bis Vier numeriert sind, dann wird genauer gesagt die Zündung in der Reihenfolge erster Zylinder 2A, dritter Zylinder 2C, vierter Zylinder 2D und dann zweiter Zylinder 2B durchgeführt. Wenn beispielsweise der erste Zylinder 2A auf bzw. bei einem Expansionshub ist, dann sind der dritte Zylinder 2C, der vierte Zylinder 2D und der zweite Zylinder 2B auf einem Verdichtungshub, einem Ansaug- bzw. Einlasshub bzw. einem Auslasshub.
• Der Zylinderkopf 3 ist versehen mit Ansaug- bzw. Einlassöffnungen 6 zum Einbringen von Luft, die aus dem Einlasskrümmer 20 in die Brennräume 5 der Zylinder 2A bis 2D zugeführt wird, Ansaug- bzw. Einlassventilen 8 zum Öffnen und Schließen der Einlassöffnungen 6, Auslassöffnungen 7 zum Ausstoßen des Abgases, das in den Brennräumen 5 der Zylinder 2A bis 2D erzeugt wird, an den Abgaskrümmer 30, und Auslassventilen 9 zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnungen 7. Es ist zu beachten, dass der Motor in den Zeichnungen ein so genannter Motor mit zwei obenliegenden Nockenwellen (DOHC; Engl. double overhead camshaft) ist, bei dem zwei Einlassventile 8 und zwei Auslassventile 9 in jedem Zylinder bereitgestellt sind.
• Die Einlass- und Auslassventile 8 und 9 werden in Verbindung mit der Rotation der Kurbelwelle 15 durch in 2 gezeigte Ventilsysteme 13 und 14 geöffnet und geschlossen, die ein Paar Nockenwellen enthalten, die in dem Zylinderkopf 3 angeordnet sind.
• Das Ventilsystem 13 für die Einlassventile 8 inkorporiert einen variablen Mechanismus 13a, der Hübe des Einlassventile 8 kontinuierlich (auf nicht abgestufte Weise) ändern kann. Der variable Mechanismus 13a mit solch einer Konfiguration ist bereits bekannt als beispielsweise kontinuierlich variabler Ventilhubmechanismus (CVVL; Engl.: continuously variable valve lift), und zu bestimmten Beispielen gehören eine Konfiguration, die einen Gelenkmechanismus zum Hin- und Herbewegen und Oszillieren in Verbindung mit der Rotation der Nockenwellen, Nocken zum Betätigen der Einlassventile 8, einen Steuer- bzw. Regelarm zum variablen Festlegen einer Anordnung des Gelenkmechanismus (Hebelverhältnis), und einen Schrittmotor zum Ändern der Oszillationsbeträge der Nocken (Beträge und Perioden bzw. Zeiträume des Herunterdrückens der Einlassventile 8) durch elektrisches Betätigen des Steuer- bzw. Regelarms enthält.
• Das Ventilsystem 14 für die Auslassventile 9 inkorporiert einen Schaltermechanismus 14a zum Wirksammachen oder Unwirksammachen einer Funktion des Herunterdrückens der Auslassventile 9 bei dem Einlasshub. Es ist zu beachten, dass der Schaltermechanismus 14a die Auslassventile 9 nicht nur bei dem Auslasshub, sondern auch bei dem Einlasshub öffnen kann, und dass er zudem eine Funktion des Schaltens eines Modus zwischen dem Durchführen und dem Stoppen des Öffnenvorgangs der Auslassventile 9 bei dem Einlasshub aufweist (d. h. Zweimalöffnen-Steuerung bzw. -Regelung des Auslassventils 9).
• Der Schaltermechanismus 14a mit solch einer Konfiguration ist bereits gut bekannt, und zu bestimmen Beispielen gehören eine Konfiguration, die Unter- bzw. Teilnocken zum Herunterdrücken der Auslassventile 9 bei dem Einlasshub separat von normalen Nocken zum Betätigen der Auslassventile 9 (Nocken zum Herunterdrücken der Auslassventile 9 bei dem Auslasshub) und einen so genannten Leerweg/Leergang/Totgang-Mechanismus zum Wirksammachen oder Unwirksammachen der Übertragung einer Antriebskraft jedes Teilnockens auf das Auslassventil 9 enthält.
• Wenn das Herunterdrücken des Auslassventils 9 durch den Teilnocken des Schaltermechanismus 14a wirksam gemacht wird, wird das Auslassventil 9 nicht nur bei dem Auslasshub, sondern auch bei dem Einlasshub geöffnet (ein Hub des Auslassventils 9 wieder bei dem Einlasshub erhöht), und daher wird eine interne EGR erreicht, bei der das Hochtemperaturabgas aus der Auslassöffnung 7 zurück zu dem Brennraum 5 strömt, und eine Temperatur des Brennraums 5 wird erhöht sowie eine Menge an Luft (Frischluft), die in den Brennraum 5 einzubringen ist, reduziert.
• Wenn hingegen das Herunterdrücken des Auslassventils 9 durch den Teilnocken des Schaltermechanismus 14a unwirksam gemacht wird, wird das Auslassventil 9 nur bei dem Auslasshub geöffnet und daher wird die interne EGR gestoppt.
• Es ist zu beachten, dass der Ausdruck „XX-Ventil wird bei YY-Hub geöffnet” bedeutet, dass ein Offen-Zeitraum (ein Zeitraum ab Beginn des Öffnens des Ventils bis zum Schließen des Ventils) des XX-Ventils so festgelegt ist, dass er hauptsächlich mit dem YY-Hub überlappt, und das bedeutet nicht zwangsläufig, dass der Offen-Zeitraum vollständig bei dem YY-Hub ist. Selbst wenn beispielsweise beschrieben wird, dass „das Auslassventil 9 nur bei dem Auslasshub geöffnet wird”, um den Zustand anzugeben, wo es dem Auslassventil 9 verboten ist, sich ein zweites Mal zu öffnen (wo das Ventil 9 durch den Teilnocken des Schaltermechanismus 14a geöffnet wird), bedeutet dies nicht zwangsläufig, dass der Offen-Zeitraum des Auslassventils 9 vollständig auf den Auslasshub fällt, sondern es kann sein, dass nur ein Teil des Offen-Zeitraums des Auslassventils 9 auf den Einlasshub fällt.
• Wie es in 1 gezeigt ist, enthält der Einlasskrümmer 20 einen Ausdehnungsbehälter 22, der mit einem stromabwärtigen Endteil eines einzelnen bzw. einzigen Ansaug- bzw. Einlassrohrs 23 verbunden ist und ein vorbestimmtes Volumen aufweist, und eine Mehrzahl (vier) unabhängiger Ansaug- bzw. Einlassdurchgänge 21, die den Ausdehnungsbehälter 22 mit den jeweiligen Einlassöffnungen der Zylinder 2A bis 2D koppeln.
• Ein öffenbares und schließbares Drosselventil 25 und ein Luftstromsensor SW2 zum Detektieren einer Strömungsrate von Luft (Frischluft), die in den Motorkörper 1 zu saugen ist, sind in einem Zwischenteil des Einlassrohrs 23 bereitgestellt.
• 3 bis 5 sind Ansichten, welche die Struktur des Abgaskrümmers 30 im Detail zeigen. Wie es in 1 und 3 bis 5 gezeigt ist, enthält der Abgaskrümmer 30 eine Mehrzahl unabhängiger Auslass- bzw. Abgasdurchgänge 31, 32 und 33, von denen stromaufwärtige Endteile mit jeweiligen Auslass- bzw. Abgasöffnungen 7 der Zylinder 2A bis 2D verbunden sind, eine Sammelsektion 34, wo stromabwärtige Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 (Endteile auf der gegenüberliegenden bzw. entgegensetzten Seite zu dem Motorkörper 1) gebündelt sind, so dass die Durchgänge angrenzend bzw. benachbart zueinander sind, während der unabhängige Zustand beibehalten wird, eine Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35, die auf einer stromabwärtigen Seite der Sammelsektion 34 bereitgestellt ist und in sich bzw. darin mit einem gemeinsamen Raum gebildet ist, der mit all den unabhängigen Auslassdurchgängen 31 bis 33 kommuniziert, und ein einzelnes bzw. einziges Auslass- bzw. Abgasrohr 40, das auf der stromabwärtigen Seite der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 verbunden ist. Ein katalytischer Umformer bzw. Katalysator 48, der in sich bzw. darin mit einem Katalysator gebildet ist, wie ein Dreiwege-Katalysator, ist auf der stromabwärtigen Seite des Auslassrohrs 40 bereitgestellt, und auf der weiter stromabwärtigen Seite davon sind beispielsweise ein Abgas- bzw. Auslassrohr 49 und ein Schalldämpfer (nicht dargestellt) bereitgestellt. Es ist zu beachten, dass der Einfachheit halber beispielsweise die unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 durch virtuelle Linien in 5 angegeben sind und Bypass-Durchgänge 41 bis 43 und ein stromabwärtiger Bypass-Teil 44 (später beschrieben) in 4 weggelassen sind.
• Wie es in 1 und 4 gezeigt ist, sind bei dieser Ausführungsform die drei unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 für die vier Zylinder 2A bis 2D angeordnet ist. Dies liegt daran, dass der in der Mitte angeordnete unabhängige Auslassdurchgang 32 zu einer Y-Form verzweigt ist, so dass er gemeinsam für den zweiten Zylinder 2B und den dritten Zylinder 2C verwendet werden kann. Somit weist der unabhängige Auslassdurchgang 32 zwei abgezweigte Durchgangsbereiche 32a und 32b, die sich von den jeweiligen Auslassöffnungen 7 des zweiten Zylinders 2B und des dritten Zylinders 2C erstrecken mit miteinander auf der stromabwärtigen Seite davon zusammenlaufen, und einen einzelnen bzw. einzigen gemeinsamen Durchgangsbereich 32c auf, der sich weiter abwärts von dem Bereich erstreckt, wo die abgezweigten Durchgangsbereiche 32a und 32b zusammenlaufen. Andererseits weisen die unabhängigen Auslassdurchgänge 31 und 33, die mit den Auslassöffnungen des ersten Zylinders 2A bzw. des vierten Zylinders 2D verbunden sind, eine singuläre Rohrform ohne Abzweigungen auf. Es ist zu beachten, dass die unabhängigen Auslassdurchgänge 31 und 33 mit der singulären Rohrform im Folgenden als „der erste unabhängige Auslassdurchgang 31'' und „der dritte unabhängige Auslassdurchgang 33'' bezeichnet werden können und der binär verzweigte unabhängige Auslassdurchgang 32 als „der zweiten unabhängige Auslassdurchgang 32'' bezeichnet werden kann.
• Wie oben beschrieben wird bei dem Viertakt-Vierzylinder-Motor dieser Ausführungsform die Zündung in der Reihenfolge erster Zylinder 2A, dritter Zylinder 2C, vierter Zylinder 2D und dann zweiter Zylinder 2B durchgeführt. Somit ist die Auslassreihenfolge (die Reihenfolge der Auslasshubausführung) des zweiten Zylinders 2B und des dritten Zylinders 2C, mit denen die stromaufwärtigen Endteile des binär verzweigten zweiten unabhängigen Auslassdurchgangs 32 jeweils verbunden sind, nicht kontinuierlich bzw. zusammenhängend. Selbst wenn der gemeinsame unabhängige Auslassdurchgang 32 mit dem zweiten Zylinder 2B und dem dritten Zylinder 2C als diese bzw. wie bei dieser Ausführungsform verbunden ist, strömt somit das Abgas aus den beiden Zylindern 2B und 2C nicht simultan bzw. gleichzeitig in den unabhängigen Auslassdurchgang 32.
• Der erste und der dritte unabhängige Auslassdurchgang 31 und 33 mit der singulären Rohrform erstrecken sich zu der Mitte des Motors in der Zylinderanordnungsrichtung, so dass Positionen ihrer stromabwärtigen Endteile mit einem stromabwärtigen Endteil des zweiten unabhängigen Auslassdurchgangs 32 übereinstimmen. Wie es insbesondere in 4 gezeigt ist, sind der stromabwärtige Endteil des ersten unabhängigen Auslassdurchgangs 31, der stromabwärtige Endteil des gemeinsamen Durchgangsbereichs 32c des zweiten unabhängigen Auslassdurchgangs 32 und der stromabwärtige Endteil des dritten unabhängigen Auslassdurchgangs 33 an einer Position gebündelt, die stromabwärts von der Mitte einer Wandfläche bzw. -oberfläche des Motorkörpers 1 auf der Auslassseite (entsprechend einer Position zwischen dem zweiten Zylinder 2B und dem dritten Zylinder 2C in einer Draufsicht) getrennt ist. Zudem ist der Sammelsektion 34 durch die stromabwärtigen Endteile der drei unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33, die gebündelt sind, und beispielsweise ein Halteglied zum Halten der Durchgänge in dem gebündelten Zustand gebildet.
• Wie es in 6 gezeigt ist, weist jeder der stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33, mit anderen Worten jeder der stromabwärtigen Endteile des ersten unabhängigen Auslassdurchgangs 31, der stromabwärtige Endteil des gemeinsamen Durchgangsbereichs 32c des zweiten unabhängigen Auslassdurchgangs 32 und der stromabwärtige Endteil des dritten unabhängigen Auslassdurchgangs 33 einen fächerförmigen Querschnitt auf, der näherungsweise einem Drittel eines ganzen Kreises entspricht. Durch Sammeln der drei stromabwärtigen Endteile mit solchen Querschnitten ist somit die Sammelsektion 34, die eine im Wesentlichen Kreisform aufweist, als Ganzes gebildet.
• Die stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33, die angrenzend bzw. benachbart zueinander in der Sammelsektion 34 angeordnet sind, sind zu einer Düse gebildet, von der ein Durchgangsquerschnittsbereich stromabwärts kleiner wird (siehe 3 und 4). Daher beschleunigt das Abgas, das durch die stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 verläuft, (in seiner Strömungsgeschwindigkeit) in diesen und wird dann an die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 ausgestoßen.
• Zusätzlich sind die stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 in der Sammelsektion 34 in bzw. mit Winkeln gebündelt, die vergleichsweise nahe sind, um parallel zueinander zu sein. Genauer gesagt sind die stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 so angeordnet, dass jeder Winkel zwischen Achsen davon so schmal wie beispielsweise 10° ist.
• Wie es in 3 und 4 gezeigt ist, weist die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 von der stromaufwärtigen Seite aus einen Düsenteil 36, der so gebildet ist, dass er einen kleinen Durchgangsquerschnittsbereich nach stromabwärts hin aufweist, einen geraden Teil 37, der so gebildet ist, dass er einen im Wesentlichen konstanten Durchgangsquerschnittsbereich aufweist, und einen Diffusorteil 38 auf, der so gebildet ist, dass er einen größeren Durchgangsquerschnittsbereich nach stromabwärts aufweist. Daher strömt das Abgas, das aus dem stromabwärtigen Endteil eines der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 ausgestoßen wird, zunächst in den Düsenteil 36 und beschleunigt weiter (dabei nimmt der Druck des Abgases ab). Zusätzlich verlangsamt sich das durch den Düsenteil 36 beschleunigte Abgas, wenn es durch den geraden Teil 37 und den Diffusorteil 38 tritt, und dementsprechend wird der Druck des Abgases wiederhergestellt.
• Wenn das Abgas mit hoher Geschwindigkeit aus den stromabwärtigen Endteilen eines der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 zu dem Düsenteil 36 hin ausgestoßen wird, wird ein Unterdruckbereich, wo der Druck relativ gering ist, um das ausgestoßene Gas herum erzeugt. Wenn das Abgas aus dem unabhängigen Auslassdurchgang (einem von 31 bis 33) eines der Zylinder zu der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 ausgestoßen wird, wirkt daher der Unterdruck beispielsweise auf (einen) anderen unabhängigen Durchgang/Durchgänge des/der anderen Zylinder(s), und das Abgas wird stromabwärts davon gesaugt. Dies ist als Ausstoß- bzw. Ejektoreffekt bekannt.
• Es ist zu beachten, dass, wenn ein äquivalenter Kreisdurchmesser eines Bereichs eines stromabwärtigen Endteils des Düsenteils 36 (gleich wie der Bereich des geraden Teils 37) „D” ist und ein äquivalenter Kreisdurchmesser der stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 „a” ist, ein ausreichender Ejektoreffekt erzielt werden kann, wenn a/D = 0,5. Daher ist bei dieser Ausführungsform a/D auf näherungsweise 0,5 oder mehr (z. B. näherungsweise 0,65) festgelegt. Dabei ist ein äquivalenter Kreisdurchmesser ein Durchmesser eines echten Kreises, der durch Umwandeln eines Querschnitts mit einer bestimmten Form gebildet ist, von dem bzw. der ein Bereich der gleiche ist wie derjenige des echten Kreises.
• Wie es in 1, 3 und 5 gezeigt ist, enthält der Abgaskrümmer 30 dieser Ausführungsform ferner drei Bypass-Durchgänge 41 bis 43, die so verzweigt sind, dass sie sich von den jeweiligen Mittelteilen der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 erstrecken und auf der stromabwärtigen Seite zusammenlaufen, und einen stromabwärtigen Bypass-Teil 44, der sich stromabwärts von dem Bereich bzw. der Sektion erstreckt, wo die Bypass-Durchgänge 41 bis 43 zusammenlaufen. Ein stromabwärtiger Endabschnitt des stromabwärtigen Bypass-Teils 44 ist mit dem Auslassrohr 40 verbunden, das als ein Auslassdurchgang dient, der stromabwärts der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 positioniert ist. Somit koppeln die Bypass-Durchgänge 41 bis 43 die jeweiligen Zwischenteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 (die Teile, die stromabwärts der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 positioniert sind) mit dem Auslassrohr 40. Es ist zu beachten, dass ein Winkel, von dem aus jeder der Bypass-Durchgänge 41 bis 43 zusammenläuft, als ein vergleichsweise großer Winkel festgelegt ist, beispielsweise sind ein Schnittwinkel zwischen Achsen der Bypass-Durchgänge 41 und 42 und ein Schnittwinkel zwischen Achsen der Bypass-Durchgänge 42 und 43 auf näherungsweise 30° oder mehr festgelegt.
• Jeder der Bypass-Durchgänge 41 bis 43 und der stromabwärtige Bypass-Teil 44 ist so gebildet, dass er einen im Wesentlichen konstanten Querschnittsbereich von seinem stromaufwärtigen Ende zu seinem stromabwärtigen Ende aufweist, und der Querschnittsbereich ist größer festgelegt als jeder der Querschnittsbereiche der stromabwärtigen Teile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33. Bei dieser Ausführungsform sind die Querschnittsbereiche der Bypass-Durchgänge 41 bis 43 und des stromabwärtigen Bypass-Teils 44 im Wesentlichen gleich festgelegt wie der Kreisquerschnittsbereich des Kreises der Sammelsektion 34, die durch Sammeln der stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 (dem Gesamtbereich der stromabwärtigen Endteile der Durchgänge 31 bis 33) gebildet ist.
• Öffenbare und schließbare Durchflussschalterventile 45 sind jeweils im Inneren der Bypass-Durchgänge 41 bis 43 bereitgestellt. Die Durchflussschalterventile 45 sind so bereitgestellt, dass sie sich zentriert bzw. zentrierend an einer gemeinsamen Stange 46 drehen, und ein Ende der Stange 46 ist mit einem Aktuator 47 gekoppelt. Wenn sich die Stangen 46 durch eine Betätigung des Aktuators 47 drehen, werden die Durchflussschalterventile 45 simultan betätigt, um die Bypass-Durchgänge 41 bis 43 zu öffnen oder zu schließen.
• Die Durchflussschalterventile 45, die wie oben beschrieben arbeiten, werden jeweils verwendet, um einen Modus zwischen einem Erlauben und einem Unterbrechen, dass das aus einem der Zylinder 2A bis 2D ausgestoßene Abgas die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 erreicht, zu schalten. Wenn beispielsweise das Durchflussschalterventil 45 vollständig geschlossen ist, passiert das gesamte Abgas, das aus den Zylindern 2A bis 2D ausgestoßen wird, die jeweiligen unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 und strömt in die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35. Somit wird ein hoher Unterdruck (Unterdruck, mit dem ein Druck ausreichend reduziert wird) im Inneren der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 erzeugt und eine ausreichende Ansaug- bzw. Sogwirkung des Abgases (Ejektoreffekt) kann erzielt werden. Wenn hingen das Durchflussschalterventil 45 vollständig geöffnet ist, strömt ein Großteil des Abgases, das aus den Zylindern 2A bis 2D ausgestoßen wird, stromabwärts durch die Bypass-Durchgänge 41 bis 43 und strömt in das Auslassrohr 40, das weiter stromabwärts davon positioniert ist, ohne durch die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 zu verlaufen. Auf diese Weise wird der Unterdruck nicht in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 erzeugt und somit verschlechtert sich der Ejektoreffekt erheblich. Es ist zu beachten, dass der Grund dafür, dass der Großteil des Abgases durch die Bypass-Durchgänge 41 bis 43 (und nicht die unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33) verläuft, wenn das Durchflussschalterventil 45 vollständig geöffnet ist, darin liegt, dass die Bypass-Durchgänge 41 bis 43 größere Querschnittsbereiche und weniger Strömungswiderstand als diejenigen der stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 aufweisen.
• Wie es in 1 gezeigt ist, sind das Auslassrohr 40 des Abgaskrümmers 30 und der Ausdehnungsbehälter 22 des Einlasskrümmers 20 über einen EGR-Durchgang 50 miteinander gekoppelt. Ein Zwischenteil des EGR-Durchgangs 50 ist mit einem öffenbaren und schließbaren EGR-Ventil 51 und einen EGR-Kühler 52 versehen, der mit einem Wärmetauscher konfiguriert ist, der beispielsweise ein Kühlmittel des Motors verwendet.
• Der EGR-Durchgang 50 wird zum Rückführen eines Teils des Abgases, das durch den Abgaskrümmer 30 verläuft, zu dem Einlasskrümmer 20 verwendet. Wenn das EGR-Ventil 51 geöffnet wird, verläuft genauer gesagt ein Teil das Abgases, das in dem Auslassrohr 40 strömt, durch den EGR-Durchgang 50 und wird zurück zu dem Ausdehnungsbehälter 22 geleitet. Dabei wird das Abgas durch den EGR-Kühler 52 gekühlt und daher ist eine Temperatur des Abgases beim Einströmen in den Ausdehnungsbehälter 22 wesentlich niedriger als diejenige, wenn es durch den Auslasskrümmer 30 tritt. Das zu dem Ausdehnungsbehälter 22 zurückgeleitete Niedertemperaturabgas tritt durch die unabhängigen Einlassdurchgänge 21 und wird wieder in die Zylinder 2A bis 2D eingebracht. Es ist zu beachten, dass die Rückführungsoperation des Abgases durch den EGR-Durchgang 50 im Folgenden als „die externe EGR” (externe Abgasrückführung; Engl.: external exhaust gas recirculation) bezeichnet wird, um die von der Rückströmungsoperation des Abgases durch die Zweimalöffnen-Steuerung bzw. -Regelung des Auslassventils 9 (interne EGR) wie oben beschrieben zu unterscheiden.
• Wenn hingegen das EGR-Ventil 51 vollständig geschlossen ist, strömt das Abgas nicht aus dem Auslassrohr 40 zu dem EGR-Durchgang 50 und die externe EGR wird verhindert.
• (2) Steuer- bzw. Regelsystem
• Als nächstes wird ein Steuer- bzw. Regelsystem des Motor mit Bezug auf 7 beschrieben. Der gemäß dieser Ausführungsform konfigurierte Motor ist an einem Fahrzeug, wie einem Automobil montiert und wird durch eine ECU 60 (Engt.: engine control unit; Motorsteuer- bzw. -regeleinheit) gesteuert bzw. geregelt, die an dem Fahrzeug bereitgestellt ist. Die ECU 60 ist, wie es gut bekannt ist, ein Mikroprozessor, der beispielsweise mit einer CPU, einem ROM, einem RAM konfiguriert ist und einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung in den Ansprüchen entspricht.
• Informationen von verschiedenen Sensoren werden in die ECU 60 eingegeben. Beispielsweise ist die ECU 60 elektrisch mit dem Motordrehzahlsensor SW1 und dem Luftstromsensor SW2 verbunden, die in dem Motor bereitgestellt sind, und empfängt Eingangssignale von den Sensoren (Informationen zu der Motordrehzahl und der Ansaug- bzw. Einlassluftströmungsrate). Ferner ist ein Gaspedalpositionssensor SW3 zum Detektieren eines Winkel eines Gaspedals, das von einem Fahrer (nicht dargestellt) gesteuert bzw. betätigt wird, in dem Fahrzeug bereitgestellt, und das detektierte Signal von dem Gaspedalpositionssensor SW3 wird ebenfalls in die ECU 60 eingegeben.
• Die ECU 60 steuert bzw. regelt jeweiligen Komponenten des Motors, während sie verschiedene Berechnungen basierend auf den Eingangssignalen von den Sensoren (z. B. SW1 bis SW3) durchführt. Genauer gesagt ist die ECU 60 elektrisch mit beispielsweise den Injektoren 10, den Zündkerzen 11, dem variablen Mechanismus 13a, dem Schaltermechanismus 14a, dem Durchflussschalterventil 45 (dem Aktuator 47 zut Ventilbetätigung um genau zu sein), dem Drosselventil 25 und dem EGR-Ventil 51 verbunden. Die ECU 60 gibt Antriebssteuer- bzw. -regelsignale an diese Komponenten basierend auf beispielsweise dem Ergebnis der Berechnungen aus.
• 8 ist eine Grafik, die konzeptionell ein Steuer- bzw. Regelkennfeld zeigt, auf das die ECU 60 während eines Betriebs des Motors zurückgreift. Bei diesem Steuer- bzw. Regelkennfeld ist ein Motorbetriebsbereich in drei Bereiche unterteilt: einen ersten Betriebsbereich A1, einen zweiten Betriebsbereich A2 und einen mittleren Betriebsbereich A3, in dem der erste Betriebsbereich A1 niedriger festgelegt ist als ein Bereich niedrigster Motorlast, der eine niedrigste Motorlast Tmin enthält, und der zweite Betriebsbereich A2 als ein Bereich mit einer höchsten Motorlast festgelegt ist, der eine höchste Motorlast Tmax enthält. Ferner ist der mittlere Betriebsbereich A3 als ein Motorlastbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsbereich A1 und A2 festgelegt. Während des Betriebs des Motors bestimmt die ECU 60 fortlaufend einen Betriebsbereich, wo der Motor derzeit betrieben wird, in dem Kennfeld in 8 basierend auf jeweiligen Werten der Motorlast (einem erforderlichen Drehmoment basierend auf der Gaspedalposition) und der Motordrehzahl, und die ECU 60 steuert bzw. regelt die Injektoren 10, die Zündkerzen 11, den variablen Mechanismus 13a, den Schaltermechanismus 14a, das Durchflussschalterventil 45, das Drosselventil 25 und das EGR-Ventil 51.
• (3) Steuerung bzw. Regelung in jedem Betriebsbereich
• Als nächstes werden Inhalte von Verbrennungsteuerungen bzw. -regelungen in den Betriebsbereichen A1, A2 und A3 beschreiben, die in 8 gezeigt sind. Bei dieser Ausführungsform wird, wie es später detailliert beschrieben wird, eine SI-Verbrennung, bei der das Mischgas durch Flammenausbreitung unter Verwendung einer Zwangszündung bewirkt durch einen Funkenausstoß aus der Zündkerze 11 als ein Trigger bzw. Auslöser verbrannt wird, in dem zweiten Betriebsbereich A2 durchgeführt, welcher der Bereich höchster Motorlast ist, und eine CI-Verbrennung, bei der sich das Mischgas durch eine Verdichtungsaktion des Kolbens 4 selbst entzündet, wird in dem ersten und dem mittleren Betriebsbereich A1 und A3 durchgeführt, die auf der Seite niedrigerer Motorlast des zweiten Betriebsbereichs A2 sind.
• (i) Erster Betriebsbereich A1
• Zunächst wird die Verbrennungssteuerung bzw. -regelung in dem ersten Betriebsbereich A1, der als der Bereich niedrigster Motorlast festgelegt ist, der die niedrigste Motorlast Tmin enthält, mit Bezug auf 9 und 12 beschrieben. 9 zeigt Grafiken, welche die Kraftstoffeinspritzung und Öffnen/Schließen-Operationen der Einlass- und Auslassventile darstellen, die in dem ersten Betriebsbereich A1 durchgeführt werden, und zwar im Verhältnis zu einem Kurbelwinkel CA. 12 zeigt Grafiken, die Änderungen eines Komponentenverhältnisses des Füllens von Gas in den Zylinder und verschiedener Steuer- bzw. Regelparameter gemäß einer Änderung der Motorlast darstellen. Es ist zu beachten, dass in 11 „EX” eine Hubkurve des Auslassventils 9 angibt, das sich bei dem Auslasshub öffnet, „EX” eine Hubkurve des Auslassventils 9 angibt, das sich bei dem Einlasshub öffnet, und „IN” eine Hubkurve des Einlassventils 8 angibt. Zusätzlich ist in 12 eine Grenzlast zwischen dem ersten und dem mittleren Betriebsbereich A1 und A3 als „T1” angegeben, eine Grenzlast zwischen dem mittleren und dem zweiten Betriebsbereich A3 und A2 ist als „T2” angegeben, und Lasten, die als Schwellenwerte zum Beginnen und Beenden einer Steuerung bzw. Regelung dienen, sind als „Tx” bzw. „Ty” angegeben.
• Wie es in 9 gezeigt ist, wird in dem ersten Betriebsbereich A1 die CI-Verbrennung durchgeführt, bei der sich das Mischgas, das sich in dem Brennraum 5 basierend auf einer Kraftstoffeinspritzung F1 aus dem Injektor 10 bildet, durch die Verdichtungsaktion des Kolbens 4 selbst entzündet. Genauer gesagt wird in dem ersten Betriebsbereich A1 eine vergleichsweise geringe Menge an Kraftstoff aus dem Injektor 10 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt bei dem Einlasshub eingespritzt (Kraftstoffeinspritzung F1), um ein homogenes mageres Mischgas zu bilden, bei dem Kraftstoff und Luft (Frischluft) vermischt werden, und zwar in dem Brennraum 5 basierend auf der Kraftstoffeinspritzung F1. Die Temperatur und der Druck des Mischgases werden durch die Verdichtungsaktion des Kolbens 4 bei dem Auslasshub erhöht und das Mischgas entzündet sich selbst nahe einem oberen Verdichtungstotpunkt bzw. Verdichtungs-TDC (TDC zwischen dem Verdichtungshub und dem Auslasshub). Somit tritt die CI-Verbrennung, die von einer Wärmeabgabe begleitet wird, wie es durch die Wellenform Q1 angegeben ist, basierend auf einer solchen Selbstzündung auf.
• Um eine solche CI-Verbrennung anzuregen, die durch die Selbstzündung des Mischgases bewirkt wird, wird in dem ersten Betriebsbereich A1, wie es in 9 und 12 gezeigt ist, der Öffnen/Schließen-Modus des Auslassventils 9 auf den Zweimalöffnen-Modus festgelegt und somit wird der Schaltermechanismus 14a dahingehend gesteuert bzw. geregelt, das Auslassventil 9 nicht nur bei dem Auslasshub, sondern auch bei dem Einlasshub zu öffnen. Auch durch Öffnen des Auslassventils 9 bei dem Einlasshub wird die interne EGR durchgeführt, bei der das Abgas aus der Auslassöffnung 7 zurück in den Zylinder strömt, und die Temperatur im Zylinder wird erhöht.
• Zudem ist in dem Betriebsbereich A1, wie es in 12 gezeigt ist, eine Öffnung des Durchflussschalterventils 45 vollständig geöffnet (100%). Auf diese Weise tritt ein Großteil des aus den Zylindern 2A bis 2D ausgestoßenen Abgases durch die Bypass-Durchgänge 41 bis 43, umgeht die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 und strömt stromabwärts in das Auslassrohr 40.
• Der Hub des Einlassventils 8 in dem ersten Betriebsbereich A1 wird in dem folgenden Muster basierend auf dem Betrieb des variablen Mechanismus 13a gesteuert bzw. geregelt, um den Hub zu ändern. Somit wird der Hub des Einlassventils 8 in dem ersten Betriebsbereich A1, in einem Bereich, wo die Motorlast unter Tx ist (Bereich extrem niedriger Motorlast), auf einen Minimumbetrag festgelegt; in einem Bereich mit einer höheren Motorlast als Tx hingegen wird der Hub des Einlassventils 8 erhöht, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast höher wird. Auf diese Weise erreicht eine Menge an Frischluft, die in dem ersten Betriebsbereich A1 aus der Einlasslöffnung 6 in den Zylinder einzubringen ist, eine kleinste Menge unterhalb der vorbestimmten Motorlast Tx und wird erhöht, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast über die vorbestimmte Motorlast Tx höher wird. Indes erreicht eine Menge an Abgas, das durch die interne EGR (Interne-EGR-Gas) in den Zylinder einzubringen ist, im Gegensatz bzw. Widerspruch zu der Änderung der Frischluft die größte Menge unterhalb der vorbestimmten Motorlast Tx und wird reduziert, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast über die vorbestimmte Motorlast Tx höher wird.
• Eine Öffnung des EGR-Ventils 51 in dem ersten Betriebsbereich A1 ist vollständig geschlossen (0%) in dem Bereich unterhalb der vorbestimmten Motorlast Tx; in dem Bereich mit höher Motorlast hingegen wird die Öffnung vergrößert, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast höher wird. Genauer gesagt wird durch vollständiges Schließen des EGR-Ventils 51 in dem Bereich unterhalb der vorbestimmten Motorlast Tx die externe EGR, mit anderen Worten der Betrieb des Rückführens des Abgases, das einmal an dem Abgaskrümmer 30 ausgestoßen wird, in den Zylinder durch den EGR-Durchgang 50 verhindert. In dem Bereich mit höherer Motorlast als der vorbestimmten Motorlast Tx hingegen wird durch graduelles Öffnung des EGR-Ventils 51 eine Menge an Abgas, das durch die externe EGR (Externe-EGR-Gas) rückzuführen ist, graduell erhöht.
• Eine Öffnung des Drosselventils 25 (Drosselöffnung) ist dahingehend fixiert bzw. festgelegt, in allen Betriebsbereichen, einschließlich des ersten Betriebsbereichs A1 (Bereiche A1 bis A3) im Wesentlichen vollständig geöffnet (100%) zu sein. In dem ersten Betriebsbereich A1 jedoch, da die Steuerung bzw. Regelung des Hubs des Einlassventils 8, der internen EGR und der externen EGR wie oben beschrieben durchgeführt wird, wird die Frischluftmenge erheblich reduziert und es wird ein Zustand erzeugt, wo ein großer Teil des Gases im Zylinder das EGR-Gas ist (das Interne-EGR-Gas und das Externe-EGR-Gas). Da die große Menge an EGR-Gas in den Zylinder zusätzlich zu Frischluft wie oben beschrieben eingebracht wird, ist in dem ersten Betriebsbereich A1 ein Verhältnis des Gases und Luft mit dem Kraftstoff (G/F), das durch Teilen einer Masse des gesamten Gases, das in den Zylinder zu füllen ist (Frischluft und EGR-Gas), durch eine Masse des Kraftstoffs erhalten wird, auf näherungsweise 30:1 oder höher festgelegt.
• (ii) Mittlerer Betriebsbereich A3
• In dem mittleren Betriebsbereich A3 mit höher Motorlast als der erste Betriebsbereich A1 wird, wie es in 10 gezeigt ist, die CI-Verbrennung durchgeführt (Wellenform Q3), bei der sich das Mischgas, das sich in dem Brennraum 5 basierend auf einer Kraftstoffeinspritzung F3 aus dem Injektor 10 bildet, durch die Verdichtungsaktion des Kolbens 4 selbst entzündet. Es ist zu beachten, dass in dem mittleren Betriebsbereich A3 die Kraftstoffeinspritzung F3 zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt wird als in dem ersten Betriebsbereich A1 mit relativ niedriger Motorlast, beispielsweise zu einem vorbestimmten Zeitpunkt bei dem Verdichtungshub. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt ist in dem mittleren Betriebsbereich A3 mit höherer Motorlast (und somit größerer Kraftstoffeinspritzmenge) als der erste Betriebsbereich A1 verzögert, da, wenn der Kraftstoff zu dem dem ersten Betriebsbereich A1 ähnlichen bzw. gleichen Zeitpunktpunkt eingespritzt wird, sich das Mischgas zu früh selbst entzündet und eine abnormale Verbrennung und ein exzessives Verbrennungsgeräusch erzeugt werden können.
• Wie es in 10 und 12 gezeigt ist, ist der Öffnen/Schließen-Modus des Auslassventils 9 in dem mittleren Betriebsbereich A3 der gleiche wie in dem ersten Betriebsbereich A1, nämlich der Zweimalöffnen-Modus, in dem das Auslassventil 9 nicht nur bei dem Auslasshub, sondern auch bei dem Einlasshub geöffnet wird. Auf diese Weise wird die interne EGR erzielt, bei der das Abgas aus der Auslassöffnung 7 zurück in den Zylinder strömt. Es ist zu beachten, dass die Menge an Interne-EGR-Gas in dem mittleren Betriebsbereich A3 (12) reduziert wird, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast durch die Öffnungssteuerung bzw. -regelung des Durchflussschalterventils 45 erhöht wird.
• Genauer gesagt wird in dem mittleren Betriebsbereich A3 die Öffnung des Durchflussschalterventils 45 reduziert, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast erhöht wird. Auf diese Weise wird zwar die Abgasmenge, die in die Bypass-Durchgänge 41 bis 43 strömt, reduziert, aber die Abgasmenge, die durch die unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 in die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 strömt, wird erhöht. Dies führt zu einem größeren Unterdruck, der in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 erzeugt wird, und einer Abnahme der Menge an Interne-EGR-Gas. Mit anderen Worten, wenn der Unterdruck in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 erhöht wird (wenn der Druck reduziert wird), erreicht der Unterdruck die Auslassöffnung 7 durch die unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 und das Abgas wird nach unten gesogen, was in einem selteneren bzw. schwächeren Auftreten des Phänomens resultiert, bei dem das Abgas aus der Auslassöffnung 7 zurück in den Zylinder strömt. In dem mittleren Betriebsbereich A3 wird, da die Öffnung des Durchflussschalterventils 45 reduziert wird, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast erhöht wird, die Saug- bzw. Sogaktion von Abgas, die durch den in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 erzeugten Unterdruck bewirkt wird (Ejektoreffekt), graduell intensiviert, was in einer graduellen Abnahme der Menge an Interne-EGR-Gas resultiert.
• In dem mittleren Betriebsbereich A3 wird die Öffnung des EGR-Ventils 51 auf eine vorbestimmte große Öffnung festgelegt und eine vergleichsweise große Menge an Abgas wird als das Externe-EGR-Gas durch den EGR-Durchgang 50 in den Zylinder rückgeführt. Ferner wird der variable Mechanismus 13a dahingehend gesteuert bzw. geregelt, den größten Hub des Einlassventils 8 aufzuweisen.
• (iii) Zweiter Betriebsbereich A2
• In dem zweiten Betriebsbereich A2 mit höherer Motorlast als der mittlere Betriebsbereich A3 und festgelegt als der Bereich, der die höchste Motorlast Tmax enthält, wird die Steuerung bzw. Regelung durchgeführt, wie es in 11 gezeigt ist. Genauer gesagt wird der Kraftstoff aus dem Injektor 10 zu einem vergleichsweise späten Zeitpunkt eingespritzt, beispielsweise in einem späten Stadium des Verdichtungshubs (F2), und eine Fremd- bzw. Funkenzündung SP wird durch die Zündkerze 11 nach der Kraftstoffeinspritzung F2 durchgeführt, so dass eine Steuerung bzw. Regelung durchgeführt wird, die eine Verbrennung des Mischgases durch die Flammenausbreitung von einem Zeitpunkt etwas nach dem Verdichtungs-TDC (frühes Stadium des Expansionshubs) beginnt.
• Der Zeitpunkt des Startens der Kraftstoffeinspritzung F2 in dem zweiten Betriebsbereich A2 wird auf einen geeigneten Zeitpunkt nach dem späten Stadium des Verdichtungshubs festgelegt. Ferner wird der Zeitpunkt der Durchführung der Funkenzündung SP in dem Bereich A2 auf einen geeigneten Zeitpunkt nach einem vorbestimmten Kurbelwinkel von der Kraftstoffeinspritzung F2 festgelegt. Genauer gesagt kann der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung F2 auf einen beliebigen Zeitpunkt zwischen näherungsweise 20° und näherungsweise 0° CA BTDC (vor TDC bzw. vor oberem Totpunkt) festgelegt werden, und der Zeitpunkt der Funkenzündung SP kann auf einen beliebigen Zeitpunkt zwischen näherungsweise 0° und näherungsweise 20° CA ATDC (nach TDC bzw. nach oberem Totpunkt) festgelegt werden. Es ist offensichtlich, dass, wenn die Motordrehzahl besonders hoch oder niedrig ist, die Kraftstoffeinspritzung F2 und die Funkenzündung SP außerhalb des beschriebenen Kurbelwinkelbereichs durchgeführt werden können. Es ist zu beachten, dass Zeitpunkte der Einspritzung und der Zündung beliebige Zeitpunkte in einem Bereich von dem späten Stadium des Verdichtungshubs bis zu dem frühen Stadium des Expansionshubs (zwischen näherungsweise 60° CA BTDC und näherungsweise 60° CA ATDC) sein können.
• Wie es in 12 gezeigt ist, wird die externe EGR, die das Abgas in den Zylinder rückführt, in dem zweiten Betriebsbereich A2 zumindest mit Ausnahme der höchsten Motorlast Tmax durchgeführt. Die Menge an Abgas, die durch die externe EGR (Externe-EGR-Gas) rückgeführt wird, wird niedriger festgelegt, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast höher wird, und zwar in dem zweiten Betriebsbereich A2. Daher wird die Öffnung des EGR-Ventils 51 in dem zweiten Betriebsbereich A2 im Grunde reduziert, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast höher wird, und bei der höchsten Motorlast im Wesentlichen vollständig geschlossen (0%).
• In dem zweiten Betriebsbereich A2 wird ferner die interne EGR nicht im Grunde durchgeführt. Daher wird der Öffnen/Schließen-Modus des Auslassventils 9 im Grunde auf einen normalen Modus festgelegt und der Schaltermechanismus 14a wird so gesteuert bzw. geregelt, dass das Auslassventil 9 nur bei dem Auslasshub geöffnet wird. Zusätzlich wird der variable Mechanismus 13a dahingehend gesteuert bzw. geregelt, den größten Hub des Einlassventils 8 aufzuweisen, und ein vorbestimmter Überlappungszeitraum OL zwischen dem späten Stadium des Auslasshubs und dem frühen Stadium des Einlasshubs, bei dem sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil 8 und 9 sich öffnen (11) wird sichergestellt.
• Es ist zu beachten, dass bei dieser Ausführungsform, wie es in 12 gezeigt ist, der Öffnen/Schließen-Modus des Auslassventils 9 auf den Zweimalöffnen-Modus festgelegt wird, so dass eine geringe Menge an Interne-EGR-Gas nur in einem Teil auf der Seite niedrigerer Motorlast in dem zweiten Betriebsbereich A2 (zwischen der Motorlast T2 und Ty) eingebracht wird. Dabei wird die Öffnung des Durchflussschalterventils 45 kleiner festgelegt als an der Grenze zwischen dem mittleren Betriebsbereich A3 und dem zweiten Betriebsbereich A2 (Motorlast T2), und wird bei der Motorlast Ty, die etwas höher ist als die Motorlast T2, im Wesentlichen vollständig geschlossen (0%). Somit strömt das gesamte Abgas, das aus den Zylindern 2A bis 2D ausgestoßen wird, in die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35, und daher wird ein Zustand geschaffen, wo ein großer Unterdruck im Inneren der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 erzeugt wird, und die Menge an Interne-EGR-Gas wird auf im Wesentlichen Null reduziert. Solch ein Zustand (ein Zustand, wo die interne EGR gestoppt ist bzw. wird) dauert bis zu der größten Motorlast Tmax an.
• Als ein Ergebnis des Steuerns bzw. Regelns der externen EGR und der internen EGR wie oben beschrieben wird die Frischluftmenge in dem zweiten Betriebsbereich A2 erhöht, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast höher wird, und während des Motorbetriebs bei der größten Motorlast Tmax wird das gesamte Gas, das in den Zylinder einzubringen ist, im Wesentlichen Frischluft.
• Zusätzlich wird die Einspritzmenge durch die bzw. der Kraftstoffeinspritzung F2 auf eine Menge festgelegt, mit der ein Luftüberschussverhältnis λ im Inneren des Zylinders 1:1 wird, mit anderen Worten, mit der ein Wert, der durch Teilen einer Masse von Frischluft im Inneren des Zylinders durch die Masse des Kraftstoffs erhalten wird, näherungsweise 14.7:1 (theoretisches Luftkraftstoffverhältnis) wird. Es ist zu beachten, dass in dem zweiten Betriebsbereich A2 wie oben beschrieben das Externe-EGR-Gas eingebracht wird, mit Ausnahme bei der größten Motorlast (das Interne-EGR-Gas wird auch in einem Teilbereich auf der Seite niedriger Motorlast eingebracht), und somit wird das Verhältnis des Gases und Luft mit dem Kraftstoff (G/F), das durch Teilen der Masse des gesamten Gases im Inneren des Zylinders durch die Masse des Kraftstoffs erhalten wird, näherungsweise 14.7:1 oder höher (12).
• Wie es in 11 gezeigt ist, beginnt das Mischgas bei dem theoretischen Luftkraftstoffverhältnis (λ = 1:1), gebildet basierend auf der Kraftstoffeinspritzung F2, durch Flammenausbreitung schneller zu verbrennen als normal, und zwar unter Verwendung bzw. Einsatz der Funkenzündung SP, die zu einem Zeitpunkt nach einem vergleichsweise kurzen Zeitraum ab Abschluss der Kraftstoffeinspritzung F2 als ein Trigger bzw. Auslöser durchgeführt wird, und wie es durch die Wellenform Q2 angegeben ist, wird die Verbrennung vor dem späten Stadium des Expansionshubs abgeschlossen. Im Folgenden wird eine solche SI-Verbrennung, die in dem zweiten Betriebsbereich A2 durchgeführt wird, als „die schnelle Verzögerungs-SI-Verbrennung” bezeichnet. Das Verfahren zum Erzielen der schnellen Verzögerungs-SI-Verbrennung in dem zweiten Betriebsbereich A2 ist wie folgt.
• 13 zeigt Grafiken zum konzeptionellen Beschreiben eines Unterschieds bei einer Wärmeabgaberate (obere Grafik) und einem Reaktionsfortschritt von unverbranntem Mischgas (unter Grafik) zwischen unter der schnellen SI-Verbrennung (durchgezogene Linie) und der herkömmlichen SI-Verbrennung, bei der die Kraftstoffeinspritzung bei dem Einlasshub durchgeführt wird (unterbrochene Linie).
• Es ist zu beachten, dass der Vergleich unter der Annahme durchgeführt wird, dass das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors näherungsweise 18:1 ist. Zudem sind die Motorlast und -drehzahl fest und daher ist die Kraftstoffeinspritzmenge ebenfalls fest. Es ist zu beachten, dass der Druck der Kraftstoffeinspritzung bei der schnellen Verzögerungs-SI-Verbrennung erheblich höher ist als bei der herkömmlichen SI-Verbrennung (z. B. ist der Einspritzdruck bei der schnellen Verzögerungs-SI-Verbrennung näherungsweise 40 MPa, und näherungsweise 7 MPa bei der herkömmlichen Verbrennung).
• Zunächst wird bei der herkömmlichen SI-Verbrennung eine Kraftstoffeinspritzung F' bei dem Einlasshub durchgeführt. In dem Brennraum 5 wird nach der Kraftstoffeinspritzung F' das ausreichend homogene Mischgas gebildet, bevor der Kolben 4 den Verdichtungs-TDC erreicht. Zudem wird dabei die Funkenzündung zu einem etwas späten Zeitpunkt nach dem Verdichtungs-TDC durchgeführt, und unter Verwendung der Funkenzündung als Trigger (nach einem vorbestimmten Zündverzögerungszeitraum ab Funkenzündung) beginnt die Verbrennung durch die Flammenausbreitung zu einem Zeitpunkt θig'. Wie es durch die unterbrochene Wellenform in der oberen Grafik von 13 angegeben ist, erreicht dann die Wärmeabgaberate ihren Höhepunkt zu einem Zeitpunkt nach einem vorbestimmten Zeitraum ab dem Verbrennungsstartzeitpunkt θig', und zu einem Zeitpunkt θend' nach einem vorbestimmten Zeitraum ab da ist bzw. wird die Verbrennung abgeschlossen.
• Ein Zeitraum zwischen dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung und dem Ende der Verbrennung kann als ein Zeitraum bezeichnet werden, wo das unverbrannte Mischgas existieren kann (Existenzzeitraum des unverbrannten Mischgases). Wie es durch die unterbrochene Linie in der unteren Grafik von 13 angegeben ist, fährt die Reaktion des unverbrannten Mischgases graduell während des Existenzzeitraums des unverbrannten Mischgases fort. Bei der herkömmlichen SI-Verbrennung ist der Existenzzeitraum des unverbrannten Mischgases extrem lang, und da die Reaktion des unverbrannten Mischgases während dieses Zeitraums weiter fortschreitet, bestand das Problem, dass die abnormale Verbrennung (z. B. Klopfen) auftritt, bei der sich das unverbrannte Mischgas während der Flammenausbreitung nach der Funkenzündung selbst entzündet. Insbesondere auf einer Seite relativ niedriger Motordrehzahl, wo ein tatsächlicher Zeitraum bzw. Istzeitraum für den gleichen Kurbelwinkeländerungsbetrag relativ länger ist, schreitet die Reaktion des unverbrannten Mischgases weiter voran, und daher übersteigt der Fortschritt bzw. das Fortschreiten des unverbrannten Mischgases einen Zündschwellenwert zu einem Zeitpunkt vor dem Verbrennungsstartzeitpunkt θig' basierend auf der Funkenzündung (d. h. das unverbrannte Mischgas entzündet sich selbst unabhängig von der Funkenzündung), was darin resultiert, dass eine Vorzündung verursacht wird.
• Bei der schnellen Verzögerungs-SI-Verbrennung hingegen wird wie oben beschrieben der Kraftstoff mit einem extrem hohen Einspritzdruck von näherungsweise 30 MPa oder mehr in einem Zeitraum nach dem späten Stadium des Verdichtungshubs (z. B. näherungsweise 20° bis näherungsweise 0° CA BTDC) eingespritzt, der bzw. was erheblich verzögert ist (Kraftstoffeinspritzung F2). Solch eine Einspritzung mit hohem Druck und spätem Zeitpunkt (im Folgenden als Hochdruckverzögerungseinspritzung bezeichnet) verkürzt den Existenzzeitraum des unverbrannten Mischgases und führt dazu, dass die abnormale Verbrennung vermieden wird.
• Wie es in 13 gezeigt ist, entspricht mit anderen Worten der Existenzzeitraum des unverbrannten Mischgases einer Zeitlänge, die durch Addieren eines Zeitraums, der bei der Kraftstoffeinspritzung aus dem Injektor 10 ((A) Einspritzzeitraum) erforderlich ist, eines Zeitraums, bis brennbares Mischgas um die Zündkerze 11 herum nach dem Ende der Einspritzung gebildet ist (B)) Mischgasbildungszeitraum) und eines Zeitraums, bis die durch die Zündung ausgelöste Verbrennung endet ((C) Verbrennungszeitraum), erhalten wird, mit anderen Worten also (A) + (B) + (C). Die Hochdruckverzögerungseinspritzung erhöht die Einspritzmenge pro Zeiteinheit, verkürzt die Zeit, die zum Zerstäuben des Kraftstoffs erforderlich ist, und erhöht zudem eine Turbulenzkinetik basierend auf der Kraftstoffeinspritzung, und verkürzt daher den (A) Einspritzzeitraum, den (B) Mischgasbildungszeitraum bzw. den (C) Verbrennungszeitraum. Auf diese Weise wird der Existenzzeitraum des unverbrannten Mischgases erheblich verkürzt und somit wird unter einer Bedingung, wo das Verdichtungsverhältnis hoch ist und die Motorlast hoch ist, der Fortschritt bzw. das Fortschreiten der Reaktion des unverbrannten Mischgases unterdrückt, so dass er bzw. es den Zündschwellenwert vor dem Verbrennungsendzeitpunkt überschreitet und die abnormale Verbrennung vermieden wird. Da bei der schnellen Verzögerungs-SI-Verbrennung der Verbrennungszeitraum (C) erheblich verkürzt ist, selbst wenn ein Verbrennungsstartzeitpunkt θig basierend auf der Funkenzündung auf einen Zeitpunkt festgelegt ist, der von bzw. gegenüber dem Verdichtungs-TDC zum Teil bzw. bis zu einem gewissen Grad verzögert ist (frühes Stadium Expansionshub), wie das Beispiel in 13, lässt die danach auftretende Verbrennung nicht nach und die Wärmeabgaberate und das Ausgangsdrehmoment werden ebenfalls beibehalten.
• (4) Operationen, etc.
• Wie oben beschrieben wird bei dieser Ausführungsform die folgende charakteristische Konfiguration für den Mehrzylinder-Benzinmotor verwendet, der durch den Benzin enthaltenden Kraftstoff betrieben wird.
• Der Abgaskrümmer 30 des Motors enthält die Mehrzahl unabhängiger Auslassdurchgänge 31 bis 33, von denen die stromaufwärtigen Endteile mit den Auslassöffnungen 7 eines der Zylinder (2A oder 2D) oder den Auslassöffnungen 7 zweier der Zylinder verbunden sind, wo die Auslassreihenfolge nicht zwischen diesen nicht angrenzend bzw. anschließend ist (2B und 2D), die Sammelsektion 34, wo die stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge gebündelt sind, so dass die Durchgänge angrenzend bzw. benachbart zueinander sind, während ihr unabhängiger Zustand beibehalten wird, die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35, die auf der stromabwärtigen Seite der Sammelsektion 34 bereitgestellt ist und mit dem Düsenteil 36 gebildet ist, der so gebildet ist, dass er sich verjüngt, so dass der Unterdruck auf Grund des Ausstoßes des Abgases aus den stromabwärtigen Endteilen der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 erzeugt wird, die Bypass-Durchgänge 41 bis 43, die sich erstrecken, indem sie von den jeweiligen Zwischenteilen der unabhängigen Durchgänge 31 bis 33 abzweigen, auf der stromabwärtigen Seite zusammenlaufen und mit dem Auslassdurchgang (Auslassrohr 40), der stromabwärts der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 positioniert ist, über den stromabwärtigen Bypass-Teil 44 kommunizieren, und die öffenbaren und schließbaren Durchflussschalterventile 45, die in den Bypass-Durchgängen 41 bis 43 bereitgestellt sind.
• In dem ersten Betriebsbereich A1 mit relativ niedriger Motorlast wird die CI-Verbrennung durchgeführt, die durch die Selbstzündung des Mischgases bewirkt wird. Ferner wird in dem ersten Betriebsbereich A1 der Schaltermechanismus 14a so gesteuert bzw. geregelt, dass das Auslassventil 9 nicht nur bei dem Auslasshub, sondern auch bei dem Einlasshub geöffnet wird (Zweimalöffnen-Modus), und das Durchflussschalterventil 45 geöffnet wird, so dass das Abgas aus den Zylindern 2A bis 2D die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 durch die Bypass-Durchgänge 41 bis 43 umgeht.
• In dem zweiten Betriebsbereich A2 mit höherer Motorlast als der erste Betriebsbereich A1 hingegen wird die SI-Verbrennung durchgeführt, die durch die Funkenzündung zwangsbewirkt wird. Insbesondere in dem Teilbetriebsbereich auf der Seite hoher Motorlast innerhalb des zweiten Betriebsbereichs A2 (dem Bereich über der Motorlast Ty, was in 12 gezeigt ist) wird der Schaltermechanismus 14a so gesteuert bzw. geregelt, dass sich das Auslassventil 9 nur bei dem Auslasshub öffnet (normaler Modus), und das Durchflussschalterventil 45 ist bzw. wird geschlossen, so dass das Abgas aus den Zylindern 2A bis 2D durch die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 tritt.
• Gemäß dem Mehrzylinder-Benzinmotor dieser Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration können sowohl das Sicherstellen der Zündfähigkeit bei Durchführung der CI-Verbrennung in dem Bereich niedriger Motorlast als auch das Verhindern der abnormalen Verbrennung bei Durchführung einer SI-Verbrennung in dem Bereich hoher Motorlast erreicht werden.
• Genauer gesagt wird bei dieser Ausführungsform in dem ersten Betriebsbereich A1 durch Betreiben des Auslassventils 9 in dem Zweimalöffnen-Modus (dem Modus des Öffnens bei dem Einlasshub zusätzlich zu dem Auslasshub) die interne EGR erzielt, bei der das Hochtemperaturabgas aus den Auslassöffnungen 7 der Zylinder 2A bis 2D zurück in den Zylinder (Brennraum 5) strömt, und im Ergebnis wird die Temperatur im Zylinder erhöht. Auf diese Weise wird in dem ersten Betriebsbereich A1, wo die Motorlast niedrig ist und die Zündfähigkeit des Mischgases niedrig ist, die Selbstzündung des Mischgases angeregt, was zu einer ordnungsgemäßen CI-Verbrennung führt. Zusätzlich wird in dem ersten Betriebsbereich A1, da der Strom des Abgases aus den Zylindern 2A bis 2D so geschaltet wird, dass das Abgas durch die Bypass-Durchgänge 41 bis 43 verläuft (die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 umgeht), der Ejektoreffekt auf Grund des in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 erzeugten generativen Drucks (dem Stromabwärtssaug- bzw. -sogeffekt des Abgases) aufgehoben wird und im Ergebnis, wenn das Blowdown-Gas bzw. Vorauslassgas (Abgas, das schnell unmittelbar nach dem Öffnen des Auslassventils 9 ausgestoßen wird) ausgestoßen wird, ein großer, durch das Blowdown-Gas erzeugter Überdruck auf die Auslassöffnung 7 eines vorhergehenden Zylinders wirkt, von dem die Auslassreihenfolge unmittelbar vor dem Zylinder ist, und den Ausstoß des Abgases (Auslassbeeinträchtigung) behindert bzw. verhindert. Bei dieser Ausführungsform strömt durch Betreiben des Auslassventils 9 in dem Zweimalöffnen-Modus in einem Zustand mit absichtlich erzeugter Auslassbeeinträchtigung eine große Menge an Abgas aus der Auslassöffnung 7 zurück in den Zylinder, und die Gasmenge der internen EGR kann erhöht werden. Dies wird vorteilhaft bei der Erhöhung der Temperatur im Zylinder und führt zu einer Selbstzündungsanregung des Mischgases, was in einem sicheren Auslösen der CI-Verbrennung in dem Bereich niedriger Motorlast resultiert.
• Die detaillierte Beschreibung wird wie folgt beispielsweise zu einer Auslassbeeinträchtigung mit Bezug auf 14 abgegeben. 14 ist eine Grafik, die einen Pegel einer Druckänderung der Auslassöffnung 7 eines bestimmten Zylinders auf Grund entweder eines Umgehens oder eines Nichtumgehens der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 zeigt. Die durchgezogene Wellenform P1 gibt den Druck an, wenn die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 umgangen wird (wenn das Durchflussschalterventil 45 vollständig geöffnet wird), und die Einpunkt-Strich-Wellenform P2 gibt den Druck an, wenn die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 nicht umgangen wird (wenn das Durchflussschalterventil 45 vollständig geschlossen ist). Wenn das Durchflussschalterventil 45 vollständig geöffnet ist, so dass das Abgas die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 umgeht (Wellenform P1), erhöht sich wie in 14 gezeigt der Druck der Auslassöffnung 7 erneut nahe dem Ende des Auslasshubs (nahe dem TDC) des bestimmten Zylinders durch den Überdruck, der durch das Blowdown-Gas aus dem Zylinder erzeugt wird, von dem die Auslassreihenfolge die nächste ist, die die Auslassöffnung 7 erreicht. Wenn beispielsweise die Grafik in 14 den Druck der Auslassöffnung 7 des ersten Zylinders 2A angibt, passiert der Überdruck, der durch das Blowdown-Gas aus dem dritten Zylinder 2C erzeugt wird, von dem die Auslassreihenfolge als nächste zu dem ersten Zylinder 2A ist, in der Reihenfolge unabhängiger Auslassdurchgang 32, Bypass-Durchgang 42, Bypass-Durchgang 41 und unabhängiger Auslassdurchgang 31, und erreicht die Auslassöffnung 7 des ersten Zylinders 2A mit näherungsweise Schallgeschwindigkeit unmittelbar vor dem Ende des Auslasshubs des ersten Zylinders 2A, und dadurch nimmt der Druck der Auslassöffnung 7 erneut zu (Auslassbeeinträchtigung).
• Wenn das Durchflussschalterventil 45 hingegen vollständig geschlossen ist, so dass Abgas in die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 strömt, wie es durch die Wellenform P2 angegeben ist, erreicht der Unterdruck, der in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 basierend auf dem Blowdown-Gas aus dem Zylinder, von dem die Auslassreihenfolge die nächste ist, erzeugt wird, die Auslassöffnung 7 nahe dem Ende des Auslasshubs des bestimmten Zylinders (nahe dem TDC), und dadurch nimmt der Druck der Auslassöffnung 7 ab und wandelt sich in den Unterdruck um. Wenn beispielsweise das Blowdown-Gas aus dem dritten Zylinder 2C, von dem die Auslassreihenfolge die nächste zu dem ersten Zylinder 2A ist, durch den unabhängigen Auslassdurchgang 32 in die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 strömt, da dadurch ein großer Unterdruck in der Vorrichtung 35 erzeugt wird, indem der Unterdruck zurück durch den unabhängigen Auslassdurchgang 31 strömt und die Auslassöffnung 7 des ersten Zylinders 2A erreicht, wandelt sich der Druck der Auslassöffnung 7 des Zylinders 2A in den Unterdruck von nahe dem Ende des Auslasshubs um.
• Es ist nachvollziehbar, dass der Druck der Auslassöffnung 7 nahe dem Ende des Auslasshubs stark (um den Betrag entsprechend der Höhe H in 14) geändert werden kann, indem das Abgas in die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 hinein strömt oder diese umgeht, wie oben beschrieben. Hierdurch kann bei dieser Ausführungsform in dem ersten Betriebsbereich A1 mit vergleichsweise niedriger Motorlast durch Öffnen des Durchflussschalterventils 45, so dass das Abgas die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 umgeht und mit Absicht eine Auslassbeeinträchtigung erzeugt wird (d. h. der Druck der Auslassöffnung 7 absichtlich erhöht wird), eine große Menge des Interne-EGR-Gases sichergestellt werden.
• Es ist zu beachten, dass, wenn nur die Erhöhung der Menge des Interne-EGR-Gases betrachtet wird, dies auch durch schnelles Erhöhen eines sehr großen Betrags des Hubs des Auslassventils 9 erreicht werden kann, das sich bei dem Einlasshub öffnet. Eine übermäßige Erhöhung des Hubs des Auslassventils 9 verursacht jedoch Probleme wie, dass die Größe und ein mechanischer Widerstand des Schaltermechanismus 14a erhöht werden, während die oben beschriebene Konfiguration, bei der die Menge an Interne-EGR-Gas unter Verwendung von Auslassbeeinträchtigung erhöht wird, solche Probleme lösen kann.
• In dem zweiten Betriebsbereich A2 mit höherer Motorlast als in dem ersten Betriebsbereich A1 (zumindest in dem Teilbereich auf der Seite hoher Motorlast darin) wird hingegen der Öffnen/Schließen-Modus des Auslassventils 9 in den normalen Modus geschaltet und die interne EGR wird verboten, und das Durchflussschalterventil 45 wird geschlossen und das Abgas strömt in die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35. Daher erreicht der in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 erzeugte Unterdruck die Auslassöffnung 7 und das Abwärtssaugen bzw. der Abwärtssog des Abgases (Ejektoreffekt) wird angeregt, und somit wird verhindert, dass das Hochtemperaturabgas im Inneren des Zylinders verbleibt. Ferner kann in dem zweiten Betriebsbereich A2, da die SI-Verbrennung durch die Funkenzündung in dem Zustand durchgeführt wird, wo die Spülfähigkeit im Inneren des Zylinders sichergestellt ist, wie oben beschrieben, selbst ohne eine Maßnahme des starken Verzögerns des Zeitpunkts der Funkenzündung beispielsweise eine ordnungsgemäße Verbrennung ohne abnormale Verbrennung erzielt werden, und eine hohe Wärmeabgaberate kann erreicht werden, während die abnormale Verbrennung verhindert wird.
• Insbesondere bei dieser Ausführungsform ist in dem zweiten Betriebsbereich A2 der Überlappungszeitraum OL sichergestellt, bei dem sich sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil 8 und 9 von dem späten Stadium des Auslasshubs zu dem frühen Stadium des Einlasshubs öffnen (11), und daher wird dadurch, dass das in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 erzeugte Abgas die Auslassöffnung 7 während des Überlappungszeitraums OL wie oben beschrieben erreicht, ein Strom von der Einlassöffnung 6 zu der Auslassöffnung 7 erzeugt und das Spülen bzw. die Spülfähigkeit weiter angeregt.
• Zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform der mittlere Betriebsbereich A3, wo die CI-Verbrennung (Verbrennung durch Selbstzündung des Mischgases) durchgeführt wird, zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsbereich A1 und A2 festgelegt, und in dem mittleren Betriebsbereich A3 ist der Öffnen/Schließen-Modus des Auslassventils 9 auf den Zweimalöffnen-Modus festgelegt, und ein Öffnen bzw. eine Öffnung des Durchflussschalterventils 45 wird reduziert.
• In dem mittleren Betriebsbereich, wo die Motorlast höher ist als in dem ersten Betriebsbereich auf der Seite niedriger Motorlast und sich das Mischgas vergleichsweise leicht selbst entzündet, und zwar durch Einstellen bzw. Anpassen der Abgasmenge, die in die Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 strömt, durch die Öffnungssteuerung bzw. -regelung des Durchflussschalterventils 45, kann zusätzlich bei dieser Ausführungsform die Abgassaug- bzw. -sogwirkung basierend auf dem in der Unterdruckerzeugungsvorrichtung 35 erzeugten Unterdruck (Ejektoreffekt) intensiviert werden, wenn bzw. in dem Maße wie die Motorlast höher wird, und dementsprechend kann die Menge an Interne-EGR-Gas reduziert werden. Auf diese Weise kann in dem mittleren Betriebsbereich A3 mit mittlerem Motorlastniveau eine geeignete Menge an Interne-EGR-Gas gemäß der Zündfähigkeit eingebracht werden und eine geeignete CI-Verbrennung kann durchgeführt werden.
• Zusätzlich wird bei dieser Ausführungsform das Verhältnis von Gas und Luft mit dem Kraftstoff (G/F) (der Wert, der durch Teilen der Masse des gesamten Gases im Inneren des Zylinders durch die Masse des Kraftstoffs erhalten wird) in dem ersten Betriebsbereich A1 auf näherungsweise 30:1 oder höher festgelegt, was höher ist als dasjenige in dem zweiten und dem mittleren Betriebsbereich A2 und A3. Durch Einbringen einer großen Menge an Gas, das EGR-Gas und Frischluft enthält, in den Zylinder in dem ersten Betriebsbereich A1 mit relativ niedriger Motorlast, wird gemäß einer solchen Konfiguration das G/F mager, und eine Entstehung von NOx (Stickoxid) wird unterbunden. Ferner kann ein Pumpverlust während eines niedrigen Motorlastbetriebs effektiv reduziert werden, und während des Betriebs in dem Bereich mit relativ hoher Motorlast (d. h. dem mittleren Betriebsbereich A3 oder dem zweiten Betriebsbereich A2) kann unter einer Bedingung mit relativ fettem Kraftstoff ein hohes Drehmoment gemäß der Motorlast sichergestellt werden.
• Ferner wird bei dieser Ausführungsform in dem ersten Betriebsbereich A1 die CI-Verbrennung basierend auf der Kraftstoffeinspritzung F1 während des Einlasshubs durchgeführt, und in dem zweiten Betriebsbereich A2 hingegen werden die Kraftstoffeinspritzung F2 und die Funkenzündung SP von dem späten Stadium des Verdichtungshubs und dem führen Stadium des Expansionshubs durchgeführt, und basierend hierauf wird die SI-Verbrennung durchgeführt. Gemäß einer solchen Konfiguration wird in dem ersten Betriebsbereich A1 mit relativ niedriger Motorlast die CI-Verbrennung mit dem homogenen Mischgas basierend auf der Kraftstoffeinspritzung F1 während des Einlasshubs durchgeführt und die hohe Wärmeabgaberate kann erreicht werden. In dem zweiten Betriebsbereich A2 auf der Seite hoher Motorlast hingegen, da die Kraftstoffeinspritzung F2 und die Funkenzündung SP zu den etwas späten Zeitpunkten nach dem späten Stadium des Verdichtungshubs durchgeführt werden, verbrennt das Mischgas durch die Flammenausbreitung, nachdem die Temperatur und der Druck im Zylinder zum Teil bzw. in einem gewissen Maße nach dem Verdichtungs-TDC (SI-Verbrennung) abnehmen. Selbst wenn das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors erheblich hoch festgelegt wird (z. B. näherungsweise 16:1 oder höher bei dieser Ausführungsform), um die CI-Verbrennung in dem Bereich niedriger Motorlast zu erreichen, kann somit die abnormale Verbrennung, die leicht in dem Bereich hoher Motorlast auftritt, sicher vermieden werden.
• Insbesondere wird bei dieser Ausführungsform der Injektor 10 verwendet, der den Kraftstoff mit einem hohem Einspritzdruck von näherungsweise 30 MPa oder höher einspritzen kann. Somit kann die Verbrennungsgeschwindigkeit der SI-Verbrennung, die in dem zweiten Betriebsbereich A2 durchgeführt wird, erhöht werden (schnelle Verzögerungs-SI-Verbrennung). Daher kann die Verbrennung mit einer kurzen Verbrennungsdauer, die sich in der Wärmeabgaberate auszeichnet bzw. eine hervorragende Wärmeabgaberate aufweist, erzielt werden, während die Entstehung der abnormalen Verbrennung, wie Vorzündung und Klopfen sicher verhindert wird.
• Es ist zu beachten, dass bei dieser Ausführungsform die stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 jeweils so gebildet sind, dass sie einen fächerförmigen Querschnitt aufweisen, der einem Drittel eines ganzen Kreises entspricht, und durch Sammeln der stromabwärtigen Endteile mit solchen Querschnitten ist die Sammelsektion 34, die eine im Wesentlichen Kreisform aufweist, als Ganzes gebildet; die stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 bis 33 können jedoch gebündelt sein bzw. werden, indem sie auf angrenzende bzw. benachbarte Weise parallel zueinander angeordnet werden.
• Zudem sind bei dieser Ausführungsform die Auslassöffnungen 7 zweier der Zylinder, wo die Auslassreihenfolge unter bzw. zwischen diesen nicht angrenzend bzw. anschließend ist (der zweite und dritte Zylinder 2B und 2C), mit dem unabhängigen Auslassdurchgang 32 verbunden, der in seinem stromaufwärtigen Teil in Zwei verzweigt ist, die Auslassöffnungen 7 der anderen Zylinder (erster und vierter Zylinder 2A und 2D) sind mit den jeweiligen unabhängigen Auslassdurchgängen 31 und 33 verbunden, die eine singuläre Rohrform aufweisen; Durchgänge mit einer singulären Rohrform ähnlich der unabhängigen Auslassdurchgänge 31 und 33 können jedoch mit den Auslassöffnungen 7 aller vier Zylinder 2A bis 2D verbunden sein und die Sammelsektion kann durch Bündeln der stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge gebildet sein bzw. werden.
• Bezugszeichenliste

1

Motorkörper

2A bis 2D

Zylinder

7

Auslassöffnung

9

Auslassventil

10

Injektor bzw. Einspritzdüse

11

Zündkerze

14a

Schaltermechanismus

30

Auslass- bzw. Abgaskrümmer

31 bis 33

unabhängiger Auslassdurchgang

34

Sammelsektion

35

Unterdruckerzeugungsvorrichtung

36

Düsenteil

41 bis 43

Bypass-Durchgang

45

Strömungs- bzw. Durchflussschalterventil

60

ECU (Steuer- bzw. Regeleinrichtung)

A1

erster Betriebsbereich

A2

zweiter Betriebsbereich

A3

mittlerer Betriebsbereich

Claims (10)

1. Mehrzylinder-Benzinmotor, umfassend: einen Motorkörper (1) mit einer Mehrzahl von Zylindern (2A bis 2D), einer Mehrzahl von Injektoren (10) zum Einspritzen von Benzin enthaltendem Kraftstoff und einer Mehrzahl von Zündkerzen (11) zum Entzünden von Mischgas durch Funkenausstoß; einen Abgaskrümmer (30), durch den Abgas, das aus jedem der Zylinder (2A bis 2D) des Motorkörpers (1) ausgestoßen wird, tritt; eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung (60) zum Steuern bzw. Regeln des Motors, und einen Schaltermechanismus (14a), der einen Modus eines Auslassventils (9) zum Öffnen und Schließen einer Auslassöffnung (7) des Zylinders (2A bis 2D) zwischen einem normalen Modus, in dem das Auslassventil (9) nur bei einem Auslasshub geöffnet wird, und einem Zweimalöffnen-Modus schaltet, in dem das Auslassventil (9) auch bei einem Einlasshub zusätzlich zu dem Auslasshub geöffnet wird, wobei der Abgaskrümmer (30) enthält: eine Mehrzahl unabhängiger Auslassdurchgänge (31, 32, 33), von denen stromaufwärtige Endteile mit einer der Auslassöffnung (7) eines einzelnen Zylinders (2A, 2D) und/oder den Auslassöffnungen (7) von zwei oder mehreren Zylindern (2B, 2C) verbunden sind, wo die Auslassreihenfolge unter diesen nicht anschließend ist; eine Sammelsektion (34), wo stromabwärtige Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge (31, 32, 33) gebündelt sind; eine Unterdruckerzeugungsvorrichtung (35), die stromabwärts der Sammelsektion (34) bereitgestellt ist und einen Düsenteil (36) aufweist, der so gebildet ist, dass er sich verjüngt, so dass ein Unterdruck auf Grund des Ausstoßes des Abgases aus dem stromabwärtigen Endteil des unabhängigen Auslassdurchgangs (31, 32, 33) erzeugt wird; Bypass-Durchgänge (41, 42, 43), die sich erstrecken, indem sie von jeweiligen Zwischenteilen der unabhängigen Durchgänge (31, 32, 33) abzweigen, auf der stromabwärtigen Seite zusammenlaufen und mit einem Auslassdurchgang kommunizieren, der stromabwärts der Unterdruckerzeugungsvorrichtung (35) positioniert ist; und öffenbare und schließbare Durchflussschalterventile (45), die in den jeweiligen Bypass-Durchgängen (42, 42, 43) bereitgestellt sind, wobei die Steuer- bzw. Regeleinrichtung den Injektor (10), die Zündkerze (11), den Schaltermechanismus (14a) und die Durchflussschalterventile (45) steuert bzw. regelt, so dass eine CI-Verbrennung, die durch eine Selbstzündung des Mischgases bewirkt wird, in einem vorbestimmten ersten Betriebsbereich (A1) durchgeführt wird, und eine SI-Verbrennung, die durch eine Funkenzündung zwangsbewirkt wird, in einem zweiten Betriebsbereich (A2) durchgeführt wird, der auf einer Seite höherer Motorlast als der erste Betriebsbereich (A1) festgelegt ist, wobei in dem ersten Betriebsbereich (A1) der Schaltermechanismus (14a) so gesteuert bzw. geregelt wird, dass das Auslassventil (9) in dem Zweimalöffnen-Modus betrieben wird und die Durchflussschalterventile (45) geöffnet sind, so dass das Abgas die Unterdruckerzeugungsvorrichtung (35) durch den Bypass-Durchgang (41, 42, 43) umgeht, und wobei in zumindest einem Teil des zweiten Betriebsbereichs (A2) auf seiner Seite hoher Motorlast der Schaltermechanismus (14a) so gesteuert bzw. geregelt wird, dass das Auslassventil (9) in dem normalen Modus betrieben wird und die Durchflussschalterventile (45) im Wesentlichen geschlossen sind, so dass das Abgas die Unterdruckerzeugungsvorrichtung (35) passiert.
2. Motor nach Anspruch 1, wobei Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge (31, 32, 33) an der Sammelsektion (34) gebündelt sind, während ihr unabhängiger Zustand voneinander beibehalten wird.
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein mittlerer Betriebsbereich (A3), wo die CI-Verbrennung durchgeführt wird, zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsbereich (A1, A2) festgelegt ist, und wobei in dem mittleren Betriebsbereich (A3) der Schaltermechanismus (14a) so gesteuert bzw. geregelt wird, dass das Auslassventil (9) in dem Zweimalöffnen-Modus betrieben wird, und ein Öffnen bzw. eine Öffnung des Durchflussschalterventils (45) reduziert wird, wenn die Motorlast höher wird.
4. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem ersten Betriebsbereich (A1) ein Verhältnis von Abgas und Luft mit dem Kraftstoff, das durch Teilen einer Masse des gesamten Gases im Inneren des Zylinders (2A bis 2D) durch eine Masse des Kraftstoffs erhalten wird, auf näherungsweise 30:1 oder höher festgelegt ist, was höher ist als dasjenige in dem zweiten und dem mittleren Betriebsbereich (A2, A3).
5. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem ersten Betriebsbereich (A1) die CI-Verbrennung durch Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Injektor (10) während des Einlasshubs durchgeführt wird, und wobei in dem zweiten Betriebsbereich (A2) die Kraftstoffeinspritzung durch den Injektor (10) und die Funkenzündung durch die Zündkerze (11) in dieser Reihenfolge von einem späten Stadium des Verdichtungshubs zu einem frühen Stadium des Expansionshubs durchgeführt werden und die SI-Verbrennung basierend auf der Kraftstoffeinspritzung und der Funkenzündung durchgeführt wird.
6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchflussschalterventile (45) gemeinsam durch einen einzelnen Aktuator (47) betätigt werden und/oder die Bypass-Durchgänge (41, 42, 43) größere Querschnittsbereiche und geringeren Durchflusswiderstand aufweisen als diejenigen der stromabwärtigen Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge (31, 32, 33).
7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem ersten Betriebsbereich (A1), wenn die Motorlast in einem Bereich unterhalb einer vorbestimmten Motorlast (Tx) ist, der Hub eines Einlassventils (8) auf einen Minimumbetrag festgelegt ist und/oder ein EGR-Ventil (51) im Wesentlichen vollständig geschlossen ist, während der Hub des Einlassventils (8) erhöht wird, wenn die Motorlast höher wird, und/oder eine Öffnung des EGR-Ventils (51) vergrößert wird, wenn die Motorlast in einem Bereich höher als die vorbestimmte Motorlast (Tx) ist.
8. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Öffnen/Schließen-Modus des Auslassventils (9) auf den Zweimalöffnen-Modus auf einer Seite niedrigerer Motorlast in dem zweiten Betriebsbereich (A2) festgelegt ist.
9. Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Mehrzylinder-Benzinmotors, wobei der Motor umfasst: einen Schaltermechanismus (14a) zum Schalten eines Modus eines Auslassventils (9) zum Öffnen und Schließen einer Auslassöffnung (7) eines Zylinders (2A bis 2D) zwischen einem normalen Modus, in dem das Auslassventil (9) nur bei einem Auslasshub geöffnet wird, und einem Zweimalöffnen-Modus, in dem das Auslassventil (9) auch bei einem Einlasshub zusätzlich zu dem Auslasshub geöffnet wird, einen Abgaskrümmer (30), enthaltend: eine Mehrzahl unabhängiger Auslassdurchgänge (31, 32, 33), von denen stromaufwärtige Endteile mit einer der Auslassöffnung (7) eines einzelnen Zylinders (2A, 2D) und/oder den Auslassöffnungen (7) von zwei oder mehreren Zylindern (2B, 2C) verbunden sind, wo die Auslassreihenfolge unter diesen nicht anschließend ist; eine Sammelsektion (34), wo stromabwärtige Endteile der unabhängigen Auslassdurchgänge (31, 32, 33) gebündelt sind; eine Unterdruckerzeugungsvorrichtung (35), die stromabwärts der Sammelsektion (34) bereitgestellt ist und einen Düsenteil (36) aufweist, der so gebildet ist, dass er sich verjüngt, so dass ein Unterdruck auf Grund des Ausstoßes des Abgases aus dem stromabwärtigen Endteil des unabhängigen Auslassdurchgangs (31, 32, 33) erzeugt wird; Bypass-Durchgänge (41, 42, 43), die sich erstrecken, indem sie von den unabhängigen Durchgängen (31, 32, 33) stromaufwärts der Unterdruckerzeugungsvorrichtung (35) abzweigen, und die mit einem Auslassdurchgang kommunizieren, der stromabwärts der Unterdruckerzeugungsvorrichtung (35) positioniert ist; und öffenbare und schließbare Durchflussschalterventile (45), die in den jeweiligen Bypass-Durchgängen (41, 42, 43) bereitgestellt sind, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Steuern bzw. Regeln eines Injektors (10), einer Zündkerze (11), des Schaltermechanismus (14a) und der Durchflussschalterventile (45), so dass eine CI-Verbrennung, die durch eine Selbstzündung des Mischgases bewirkt wird, in einem vorbestimmten ersten Betriebsbereich (A1) durchgeführt wird, und eine SI-Verbrennung, die durch eine Funkenzündung zwangsbewirkt wird, in einem zweiten Betriebsbereich (A2) durchgeführt wird, der auf einer Seite höherer Motorlast als der erste Betriebsbereich (A1) festgelegt ist, wobei in dem ersten Betriebsbereich (A1) der Schaltermechanismus (14a) so gesteuert bzw. geregelt wird, dass das Auslassventil (9) in dem Zweimalöffnen-Modus betrieben wird und die Durchflussschalterventile (45) geöffnet werden, so dass das Abgas die Unterdruckerzeugungsvorrichtung (35) durch den Bypass-Durchgang (41, 42, 43) umgeht, und wobei in zumindest einem Teil des zweiten Betriebsbereichs (A2) auf seiner Seite hoher Motorlast der Schaltermechanismus (14a) so gesteuert bzw. geregelt wird, dass das Auslassventil (9) in dem normalen Modus betrieben wird und die Durchflussschalterventile (45) im Wesentlichen geschlossen werden, so dass das Abgas die Unterdruckerzeugungsvorrichtung (35) passiert.
10. Computerprogrammprodukt, umfassend computerimplementierte Instruktionen, die, wenn auf einem geeigneten System geladen und ausgeführt, die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 9 durchführen können.

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