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DE60013660T2 - Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung - Google Patents

Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung Download PDF

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DE60013660T2
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DE
Germany
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injection
fuel ratio
air
fuel
period
Prior art date
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DE60013660T
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Inventor
Hirofumi Aki-gun Nishimura
Youichi Aki-gun Kuji
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung, die ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in einen Brennraum umfasst und die einen mageren NOx-Katalysator im Abgasweg des Motors umfasst.
  • BESCHREIBUNG DER ZUGEHÖRIGEN TECHNIK
  • Ein herkömmlicher Einspritzmotor umfasst ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in einen Brennraum und senkt den Kraftstoffverbrauch durch magere Verbrennung mit Hilfe einer schichtweisen Verbrennung. Bei einem Motor dieser Art ist ein magerer NOx-Katalysator, der NOx in einer Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff adsorbiert, und NOx freisetzt, wenn die Sauerstoffkonzentration abnimmt, in den Abgasweg eingesetzt und kann NOx sogar bei magerer Verbrennung beseitigen.
  • Wenn der Motor den mageren NOx-Katalysator umfasst, muss er regeneriert oder aufgefrischt werden, indem NOx freigesetzt wird, wenn die adsorbierte NOx-Menge ansteigt. Wenn zum Beispiel eine magere Verbrennung über einen langen Zeitraum anhält, wird der Katalysator regeneriert, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine vorbestimmte Zeitdauer in regelmäßigen Abständen auf einen Wert gleich oder kleiner als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird. Nach der Regenerierung des Katalysators muss eine Reaktion zur leichten NOx-Desorption herbeigeführt werden und das desorbierte NOx muss reduziert werden, damit es nicht direkt ausgestoßen wird. Zu diesem Zweck muss ein Desoxidationsmittel wie CO in ausreichender Menge in der Atmosphäre vorhanden sein.
  • Als Verfahren zum Regenerieren eines solchen mageren NOx-Katalysators ist zum Beispiel ein Verfahren bekannt, bei dem während eines Entspannungshubs neben der Haupteinspritzung für eine schichtweise Verbrennung nach der Rege nerierung des Katalysators eine zusätzliche Einspritzung vorgenommen wird, wie in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 10-274085 offenbart.
  • Bei einer in dieser Veröffentlichung beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung steigt das CO im Abgas infolge einer zusätzlichen Einspritzung während des Entspannungshubs an, und die Desorption von NOx aus dem mageren NOx-Katalysator sowie die Desoxidation dieses NOx werden unterstützt. Da jedoch während des Entspannungsvorgangs eine zusätzliche Einspritzung erfolgt zusätzlich zu der Haupteinspritzung von Kraftstoff in einer Menge, die dem erforderlichen Drehmoment eines Motors entspricht, und da der durch diese zusätzliche Einspritzung eingespritzte Kraftstoff ausschließlich der Produktion von CO zur Desorption und Desoxidation von NOx aus dem mageren NOx-Katalysator dient, kann der Kraftstoffverbrauch ohne weiters ansteigen.
  • Zusätzlich zu diesem Verfahren zur Katalysatorregeneration, bei dem adsorbiertes NOx desorbiert wird, um die von dem Katalysator adsorbierte NOx-Menge zu erhöhen, hat die hier auftretende Anmelderin außerdem ein Verfahren zum Zuführen von CO nach dem Regenerieren des mit SOx im Abgas verunreinigen NOx-Katalysators vorgeschlagen, wo der NOx-Katalysator auf hohe Temperaturen erwärmt wird, um die Leistung des NOx-Katalysators für einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Situation getätigt, und es ist ihre Aufgabe, eine Steuervorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung bereitzustellen, die einen mageren NOx-Katalysator, der NOx adsorbiert, effizient regenerieren und die Regenerationswirkung verbessern kann, während sie gleichzeitig einen Anstieg im Kraftstoffverbrauch unterdrückt.
  • Um die obige Aufgabe zu lösen, ist die erste Erfindung eine Steuervorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung, die ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in einen Brennraum umfasst, eine magere Verbrennung durchführt, indem sie in einem Niedriglastbereich des Motors ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellt, der höher ist als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und einen mageren NOx-Katalysator umfasst, der NOx in einer Atmo sphäre mit überschüssigem Sauerstoff adsorbiert und NOx freisetzt, wenn eine Sauerstoffkonzentration abnimmt, wobei die Steuervorrichtung Folgendes umfasst: eine Einrichtung zum Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von einem Luft/Kraftstoft-Verhältnis, das höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, in ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis; eine Abgasrückführungseinrichtung zum Rückführen von Abgas zu einem Ansaugsystem; und eine Steuereinrichtung, die dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, in das Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, das im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, dafür sorgt, dass die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzventil in mindestens zwei Einspritzungen einschließlich einer vorausgehenden Einspritzung, die innerhalb einer Periode des Ansaughubs beginnt, und einer nachfolgenden Einspritzung, die innerhalb einer Periode des Verdichtungshubs beginnt, portionsweise ausgeführt wird, und dafür sorgt, dass die Abgasrückführungseinrichtung das Abgas zurückführt, um die Steuerung der Katalysatorregeneration zu implementieren.
  • Bei der ersten Erfindung beginnt die nachfolgende Einspritzung bei der Steuerung der Katalysatorregeneration vorzugsweise innerhalb einer Dauer einer mittleren Periode des Verdichtungshubs (zweite Erfindung).
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Steuerung der Katalysatorregeneration durchgeführt, wenn sich das Luft/Kraftstoft-Verhältnis von einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach fett geändert hat, und während der Steuerung der Katalysatorregeneration wird ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, das im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoft-Verhältnis, und im Ansaug- und im Verdichtungshub wird eine geteilte Einspritzung durchgeführt. Aus diesem Grund nimmt die CO-Menge im Abgas zu, wobei eine Stabilität der Verbrennung sichergestellt ist, und die NOx-Emission aus dem Motor nimmt durch die Abgasrückführung ab. Die CO-Menge wird daher im Verhältnis größer als die NOx-Menge als Summe des nach der Katalysatorregeneration aus dem mageren NOx-Katalysator freigesetzten NOx und des NOx im Abgas, so dass NOx-Desorption und -Desoxidation unterstützt werden.
  • Bei der ersten oder der zweiten Erfindung beginnt außerdem die vorausgehende Einspritzung bei der Steuerung der Katalysatorregeneration vorzugsweise innerhalb einer ersten Hälfte des Ansaughubs (dritte Erfindung). Bei dieser Steuerung wird durch die vorausgehende Einspritzung eingespritzter Kraftstoff hinreichend verteilt, und seine Verdampfung und Zerstäubung werden unterstützt, so dass die Stabilität der Verbrennung verbessert wird.
  • Außerdem kann eine Einspritzmenge der vorausgehenden Einspritzung bei der Steuerung der Katalysatorregeneration so eingestellt werden, dass sie nicht weniger als 1/4 der Gesamteinspritzmenge beträgt (vierte Erfindung). Auf diese Weise trägt durch die vorausgehende Einspritzung eingespritzter Kraftstoff wirksam zur Verbrennung bei.
  • Insbesondere werden die Einspritzmengen der vorausgehenden und der nachfolgenden Einspritzung bei der Steuerung der Katalysatorregeneration vorzugsweise so eingestellt, dass sie einander im Wesentlichen gleich sind (fünfte Erfindung). Bei dieser Erfindung können der Effekt einer stabilen Verbrennung bei der vorausgehenden Einspritzung und der Effekt eines CO-Anstiegs bei der nachfolgenden Einspritzung in zufrieden stellender Weise erzielt werden. Da sich die aufgeteilten Einspritzmengen in einem Bereich sehr niedriger Last mit einer geringen Menge an zugeführtem Kraftstoff einer kontrollierbaren Mindesteinspritzmenge (minimale Impulsbreite) nähern, kann die kleinere Einspritzmenge unter die Mindesteinspritzmenge fallen, wenn unterschiedliche Kraftstoffmengen durch die vorausgehende und die nachfolgende Einspritzung eingespritzt werden. Wenn jedoch gleiche Einspritzmengen eingestellt sind, kann eine solche Situation vermieden werden.
  • Wenn bei einer von der ersten bis fünften Erfindung die Einrichtung zum Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses so konstruiert ist, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Betriebsbereich auf einer Seite mit höherer Last als in einem Betriebsbereich, in dem eine magere Verbrennung stattfindet, so eingestellt wird, dass es im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechend einer Änderung im Fahrzustand geändert wird, kann die Steuerung der Katalysatorregeneration durchgeführt werden, wenn sich der Betriebsbereich von dem Betriebsbereich, in dem eine magere Verbrennung stattfindet, in den Betriebsbereich verschiebt, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so eingestellt ist, dass es im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (sechste Erfindung).
  • Wenn sich bei dieser Erfindung der Betriebsbereich von dem für eine magere Verbrennung in den Betriebsbereich verschiebt, in dem infolge einer Änderung in der Fahrpedalöffnung im Wesentlichen das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder weniger vorliegt, wird der Katalysator wirksam regeneriert.
  • Wenn sich in diesem Fall der Betriebsbereich von dem Betriebsbereich, in dem eine magere Verbrennung stattfindet, in den Betriebsbereich verschiebt, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so eingestellt ist, dass es im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, dann kann die geteilte Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten einschließlich der vorausgehenden Einspritzung, die innerhalb der Periode des Ansaughubs beginnt, und der nachfolgenden Einspritzung, die innerhalb der Periode des Verdichtungshubs beginnt, für eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgen, und die Kraftstoffeinspritzung kann dann innerhalb der Periode des Ansaughubs portionsweise erfolgen (siebte Erfindung).
  • Wenn bei dieser Erfindung die Katalysatorregeneration aufgrund der geteilten Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten in zufrieden stellendem Maße fortgeschritten ist und die zur Desorption und Desoxidation von NOx erforderliche CO-Menge etwas abgenommen hat, wird mit der geteilten Einspritzung während der Periode des Ansaughubs begonnen, womit der Kraftstoffverbrauch gesenkt wird, und dergleichen.
  • Wenn bei einer von der ersten bis siebten Erfindung eine NOx-Adsorptionsmenge des mageren NOx-Katalysators während der mageren Verbrennung nicht kleiner wird als ein vorbestimmter Wert, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so geändert werden, dass es gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und die Regenerationssteuerung kann durchgeführt werden (achte Erfindung).
  • Selbst wenn die magere Verbrennung über einen langen Zeitraum anhält, kann bei dieser Erfindung der Katalysator wirksam regeneriert werden.
  • Wenn in diesem Fall die NOx-Adsorptionsmenge des mageren NOx-Katalysators während der mageren Verbrennung nicht kleiner wird als ein vorbestimmter Wert, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so geändert werden, dass es gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, kann die geteilte Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten einschließlich der vorausgehenden Einspritzung, die innerhalb der Periode des Ansaughubs beginnt, und der nachfolgenden Einspritzung, die innerhalb der Periode des Verdichtungshubs beginnt, für eine erste Einstellzeit erfolgen, kann die kombinierte Einspritzung oder die geteilte Einspritzung innerhalb der Periode des Ansaughubs für eine zweite Einstellzeit erfolgen, und kann der Motor dann zur mageren Verbrennung zurückkehren (neunte Erfindung).
  • Wenn bei dieser Erfindung die Katalysatorregeneration aufgrund der geteilten Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten in zufrieden stellendem Maße fortgeschritten ist und die zur Desorption und Desoxidation von NOx erforderliche CO-Menge etwas abgenommen hat, wird mit der kombinierten Einspritzung bzw. der geteilten Einspritzung während der Periode des Ansaughubs begonnen, womit der Kraftstoffverbrauch gesenkt wird, und dergleichen.
  • Die zehnte Erfindung ist eine Steuervorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung, die ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in einen Brennraum umfasst, eine magere Verbrennung durchführt, indem sie in einem Niedriglastbereich des Motors ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellt, das höher ist als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und einen mageren NOx-Katalysator umfasst, der NOx in einer Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff adsorbiert und NOx freisetzt, wenn eine Sauerstoffkonzentration abnimmt, wobei die Steuervorrichtung Folgendes umfasst: eine Einrichtung zum Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, in ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis; und eine Steuereinrichtung, die dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, in das Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, das im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, dafür sorgt, dass die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzventil in mindestens zwei Einspritzungen einschließlich einer vorausgehenden Einsprit zung, die innerhalb der Periode des Ansaughubs beginnt, und einer nachfolgenden Einspritzung, die innerhalb einer Periode des Verdichtungshubs beginnt, portionsweise ausgeführt wird, und dafür sorgt, dass der Zündzeitpunkt des Motors von der geringsten Vorzündung für bestes Drehmoment (MBT) nach spät verstellt wird (der Zündzeitpunkt des Motors wird so gesteuert, dass er später ist als der Zündzeitpunkt bei MBT). MBT bedeutet, dass die geringste Vorzündung für bestes Drehmoment weggelassen wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung beginnt die nachfolgende Einspritzung bei der Steuerung der Katalysatorregeneration vorzugsweise innerhalb der Dauer einer mittleren Periode des Verdichtungshubs (elfte Erfindung).
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Steuerung der Katalysatorregeneration durchgeführt, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach fett geändert hat, und während der Steuerung der Katalysatorregeneration wird ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt, das im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und im Ansaug- und Verdichtungshub wird eine geteilte Einspritzung durchgeführt. Aus diesem Grund nimmt die CO-Menge im Abgas zu, wobei die Stabilität der Verbrennung sichergestellt ist, und die NOx-Emission aus dem Motor nimmt ab, da der Zündzeitpunkt nach spät verstellt ist. Die CO-Menge wird daher im Verhältnis größer als die NOx-Menge als Summe des nach der Katalysatorregeneration aus dem mageren NOx-Katalysator freigesetzten NOx und des NOx im Abgas, so dass Desorption und Desoxidation von NOx unterstützt werden.
  • Weitere Aufgaben und Vorteile neben den oben erläuterten werden für den Fachmann aus der nun folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. In der Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Bestandteil der Beschreibung sind und ein Beispiel der Erfindung veranschaulichen. Dieses Beispiel gibt jedoch die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nicht erschöpfend wieder, und daher wird auf die der Beschreibung folgenden Ansprüche Bezug genommen, um den Umfang der Erfindung zu ermitteln.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Ansicht der Gesamtanordnung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Blockdiagramm, in dem die Funktionsanordnung eines elektronischen Steuergeräts dargestellt ist;
  • 3 ist eine erläuternde Ansicht, in der die Bereichseinstellungen der Betriebsarten dargestellt sind;
  • 4 ist eine erläuternde Ansicht, in der die Bereichseinstellungen von Betriebsarten dargestellt sind, wie sie bei Berechnungen einer Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen verwendet werden;
  • 5 ist ein teilweises Blockdiagramm von Einheiten, die die Steuerung der Katalysatorregeneration in 2 betreffen;
  • 6 ist eine erläuternde Ansicht, in der die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte dargestellt sind;
  • 7 ist ein Steuerdiagramm, in dem ein Beispiel für die Steuerung der Katalysatorregeneration dargestellt ist;
  • 8 ist ein Diagramm, in dem die NOx-Menge im Abgas bei der Steuerung der Katalysatorregeneration dargestellt ist;
  • 9A bis 9D sind Diagramme, in denen Daten dargestellt sind, die durch Untersuchung des Schwankungsfaktors π, des Kraftstoffverbrauchs und der aus dem Motorhauptkörper ausgestoßenen CO- und NOx-Mengen erhalten wurden, während der Zeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung bei der geteilten Einspritzung auf verschiedene Weise geändert wird; und
  • 10 ist ein Steuerdiagramm, in dem ein Beispiel einer Steuerung der Katalysatorregeneration gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • In 1 ist der Gesamtaufbau eines Direkteinspritzmotors schematisch dargestellt, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird. Gemäß 1 hat ein Motorhauptkörper 10 mehrere Zylinder 12, in denen jeweils ein Brennraum 15 über einem in seine Zylinderbohrung eingesetzten Kolben 14 ausgebildet ist. Einlass- und Auslasskanal münden in den Brennraum 15 und werden jeweils durch Einlass- und Auslassventile 17 und 18 geöffnet/geschlossen.
  • Eine Zündkerze 20 befindet sich in der Mitte des Brennraums 15, und ihr vorderes Ende ragt in den Brennraum 15. Der vordere Endabschnitt eines Einspritzventils 22 ragt von der Seite in den Brennraum 15, und das Einspritzventil 22 spritzt Kraftstoff direkt in den Brennraum 15 ein. Ein Kraftstoffkreislauf, der eine Hochdruckkraftstoffpumpe, einen Druckregler und dergleichen umfasst, ist mit dem Einspritzventil 22 verbunden, um dem Einspritzventil 22 jedes Zylinders Kraftstoff zuzuführen, und ist so ausgelegt, dass der Kraftstoffdruck auf einen vorbestimmten Druck eingestellt wird, der höher ist als der Zylinderinnendruck beim Verdichtungshub.
  • Ansaug- und Auslasswege 24 und 34 sind mit dem Motorhauptkörper 10 verbunden. Ein Luftfilter 25, ein Luftmengenmesser 25, der als Mittel zum Erfassen der Ansaugluftmenge dient, eine von einem Motor 27 angesteuerte Drosselklappe 28 und ein Ausdehnungsbehälter 30 sind wiederum von der stromaufwärtigen Seite her in dem Ansaugweg 24 vorgesehen, und die Drosselklappe 28 und der Motor 27, der das Ventil 28 ansteuert, bilden eine Einrichtung zum Einstellen der Ansaugluftmenge.
  • Voneinander unabhängige Ansaugwege sind auf der stromabwärtigen Seite des Ausdehnungsbehälters 30 ausgebildet und stehen mit den entsprechenden Einlasskanälen in Verbindung. Bei dieser Ausführungsform verzweigt sich der auf der stromabwärtigen Seite liegende Abschnitt jedes unabhängigen Ansaugweges in einen ersten und einen zweiten Weg 31a und 31b, zwei Einlasskanäle münden an ihrem stromabwärtigen Ende in den Brennraum, und ein Regelventil 32 zum Erzeugen einer Verwirbelung (wird nachfolgend als Verwirbelungsventil 32 bezeichnet) ist in den zweiten Weg 31b eingefügt.
  • Das Verwirbelungsventil 32 wird von einem Aktuator 33 angesteuert, um zu öffnen bzw. zu schließen. Wenn der zweite Weg 31b durch das Verwirbelungsventil 32 geschlossen wird, wird in dem Brennraum 15 durch Ansaugluft, die durch den ersten Weg 31a geströmt ist, eine Verwirbelung erzeugt und abgeschwächt, wenn das Verwirbelungsventil 32 allmählich geöffnet wird.
  • Ein Dreiwegekatalysator 35 und ein magerer NOx-Katalysator 36 zur Abgasreinigung sind in den Auslassweg 34 eingefügt. Wie allgemein bekannt ist, hat der Dreiwegekatalysator 35 eine hohe Reinigungsleistung gegenüber HC, CO und NOx im Bereich eines stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses.
  • Der magere NOx-Katalysator 36 hat selbst während einer mageren Verbrennung, bei der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, eine NOx-Reinigungsleistung. Das heißt, der magere NOx-Katalysator 36 adsorbiert NOx im Abgas in einer Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff, und wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach fett geändert hat und die Sauerstoffkonzentration abgenommen hat, setzt der Katalysator 36 adsorbiertes NOx frei und reduziert NOx durch ein Desoxidationsmittel wie zum Beispiel CO oder dergleichen, das in der Atmosphäre vorhanden ist.
  • Insbesondere hat der magere NOx-Katalysator 36 eine NOx-Adsorptionsschicht als untere (innere) Schicht und eine katalytische Beschichtung als obere (äußere) Schicht, die auf einem Träger ausgebildet ist, der aus einer Cordierit-Wabenstruktur oder dergleichen besteht. Die NOx-Adsorptionsschicht hat als Hauptbestandteil aktivierte Tonerde, die eine große spezifische Oberfläche hat und Pt-Komponenten und Ba-Komponenten als NOx-Adsorptionsmaterial enthält. Die katalytische Beschichtung hat dagegen als Hauptbestandteil ein katalytisches Material, das man dadurch erhält, dass Pt- und Rh-Komponenten auf Zeolith als Trägermatrix vorhanden sind. Es sei angemerkt, dass auf der katalytischen Beschichtung eine Ceroxidschicht ausgebildet sein kann.
  • Ferner ist eine AGR-Vorrichtung (Mittel zur Abgasrückführung) zum Zurückführen von Abgas zu einem Ansaugsystem zwischen dem Auslass- und dem Ansaugweg 34 und 24 eingefügt. Diese AGR-Vorrichtung umfasst einen AGR-Weg 37, der Auslass- und Ansaugweg 34 und 24 miteinander verbindet, und ein AGR-Ventil 38, das in den AGR-Weg 37 eingefügt ist. Das AGR-Ventil 38 wird durch einen Aktuator 39 angesteuert, um zu öffnen bzw. zu schließen (siehe 5).
  • Neben dem Luftmengenmesser 26 ist dieser Motor mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, zum Beispiel mit einem Ladedrucksensor 40 zum Erfassen des Ansaugunterdrucks in dem Ausdehnungsbehälter 30, einen Drosselklappensensor 41 zum Erfassen der Drosselklappenöffnung, einen Motordrehzahlsensor 42 zum Erfassen der Motordrehzahl, einen Fahrpedalöffnungssensor 43 zum Erfassen der Fahrpedalöffnung (Fahrpedalhub), einen Einlasstemperatursensor 44 zum Erfassen der Einlasstemperatur, einen Atmosphärendrucksensor 45 zum Erfassen des Atmosphärendrucks, einen Wassertemperatursensor 46 zum Erfassen der Temperatur des Motorkühlwassers, einen Sauerstoffsensor 47 zum Feststellen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch Erfassen der Sauerstoffkonzentration im Abgas, einen AGR-Ventilhubsensor 48 zum Erfassen des Betrags des AGR-Ventilhubs, einen Kraftstoffdrucksensor 49 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks, mit dem das Einspritzventil 22 beaufschlagt wird, und dergleichen. Die Ausgangssignale (Erfassungssignale) von diesen Sensoren werden in ein elektronisches Steuergerät 50 eingegeben.
  • Das elektronische Steuergerät 50 steuert Menge und Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzventil 22 und steuert außerdem die Drosselklappe 28 durch Abgabe eines Steuersignals an den Motor 27, der die Drosselklappe 28 ansteuert. Ferner steuert das elektronische Steuergerät 50 den Zündzeitpunkt durch Abgabe eines Steuersignals an einen Zündkreis 21 und steuert das AGR-Ventil 38 durch Abgabe eines Steuersignals an den Aktuator 39. Es sei angemerkt, dass das elektronische Steuergerät 50 zusätzlich zu diesen Steuerungsprozessen das Verwirbelungsventil 32 und dergleichen steuert.
  • Als Basissteuerung des Direkteinspritzmotors dieser Ausführungsform sind verschiedene Betriebsarten mit unterschiedlichen Kraftstoffeinspritzzeitpunkten aus dem Einspritzventil 22, unterschiedlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen und derglei chen wählbar, und die Betriebsarten werden entsprechend den Betriebsbereichen geändert.
  • Insbesondere ist ein vorbestimmter Bereich auf der Seite mit niedriger Last und niedriger Drehzahl ein Bereich mit schichtweiser Verbrennung, und der verbleibende Bereich ist ein Bereich mit gleichmäßiger Verbrennung (siehe 3), wie später beschrieben wird. Im Bereich mit schichtweiser Verbrennung ist ein Modus der schichtweisen Verbrennung eingestellt. Da in diesem Modus das Einspritzventil 22 Kraftstoff in der zweiten Hälfte des Verdichtungshubs einspritzt, findet eine schichtweise Verbrennung statt, wobei ein Kraftstoffgemisch nur in der Nähe der Zündkerze 20 vorhanden ist. In diesem Fall ist die Drosselklappe 28 auf eine große Öffnung eingestellt, um die Ansaugluftmenge zu erhöhen, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum insgesamt auf ein sehr mageres Verhältnis (z. B. 30 oder mehr) eingestellt wird. Im Bereich mit gleichmäßiger Verbrennung ist dagegen ein Modus der gleichmäßigen Verbrennung eingestellt. Da in diesem Modus das Einspritzventil 22 in der ersten Hälfte des Ansaughubs mit der Kraftstoffeinspritzung beginnt, findet eine Verbrennung statt, wobei das Kraftstoffgemisch gleichmäßig in dem gesamten Brennraum 15 verteilt ist. Bei dieser gleichmäßigen Verbrennung ist ein Luftüberschussverhältnis λ auf λ = 1 eingestellt, d. h. es ist ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K = 14,7) eingestellt.
  • 2 zeigt die Anordnung von in dem elektronischen Steuergerät 50 funktionsmäßig enthaltenen Mitteln. Das elektronische Steuergerät 50 hat eine Ansaugdichte-Erfassungseinheit 51 zum Erfassen der Ansaugdichte anhand der Signale von dem Einlasstemperatursensor 44 und dem Atmosphärendrucksensor 45, und es hat außerdem eine Ziellasteinstelleinheit 52 zum Einstellen eines Wertes entsprechend einer Ziellast anhand der Signale von dem Fahrpedalöffnungssensor 43 und dem Motordrehzahlsensor 42 unter Berücksichtigung der Ansaugdichte.
  • Die Ziellasteinstelleinheit 52 erhält als virtuellen Ladewirkungsgrad einen Ladewirkungsgrad entsprechend einem Motordrehmoment, das erforderlich ist unter einer Standardbetriebsbedingung, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis hält, auf der Basis eines virtuellen volumetrischen Wirkungsgrads, den man aus einem Kennfeld entsprechend der Fahrpedalöffnung accel und der Motordrehzahl ne sowie der Ansaugdichte erhält, und anhand des virtuellen Ladewirkungsgrads erhält man einen angezeigten mittleren effektiven Zieldruck als Wert, der dem virtuellen Ladewirkungsgrad entspricht, um ihn als Ziellast einzustellen.
  • Es sei angemerkt, dass der virtuelle volumetrische Wirkungsgrad ein volumetrischer Wirkungsgrad ist, der die Ausgangsleistung erhalten kann, die in einem Standardluftzustand und unter der Standardbetriebsbedingung erforderlich ist, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoft-Verhältnis hält. Die Übereinstimmung zwischen Fahrpedalöffnung, Motordrehzahl und virtuellem volumetrischem Wirkungsgrad wird im Voraus durch Motorprüfstandsversuche und dergleichen festgelegt und als Kennfeld in dem internen Speicher des elektronischen Steuergeräts 50 gespeichert.
  • Die Ziellasteinstelleinheit 52 erhält den ersten angezeigten mittleren effektiven Zieldruck Piobj durch eine vorher festgelegte Berechnung nach Erhalt des angezeigten mittleren effektiven Zieldrucks aus dem virtuellen Ladewirkungsgrad, während sie einen gerundeten virtuellen Ladewirkungsgrad einstellt und aus dem gerundeten virtuellen Ladewirkungsgrad einen zweiten angezeigten mittleren effektiven Zieldruck Piobjd erhält.
  • Das elektronische Steuergerät 50 hat außerdem eine Betriebsarteinstelleinheit 53 zum Einstellen einer Basisbetriebsart mods. Die Betriebsarteinstelleinheit 53 stellt die Basisbetriebsart mods gemäß dem ersten angezeigten mittleren effektiven Zieldruck piobj und der Motordrehzahl ne ein. Gemäß 3 wird insbesondere in einem Bereich, in dem der erste angezeigte mittlere effektive Zieldruck Piobj niedriger ist als ein vorbestimmter Schwellenwert auf der Niedriglastseite und die Motordrehzahl niedrig ist (Bereich mit schichtweiser Verbrennung), der Modus der schichtweisen Verbrennung eingestellt, und in einem Bereich auf der Seite höherer Last und höherer Drehzahl (Bereich mit gleichmäßiger Verbrennung) wird der Modus der gleichmäßigen Verbrennung mit λ = 1 eingestellt (wird nachfolgend als stöchiometrische Betriebsart bezeichnet). Von dem Bereich mit gleichmäßiger Verbrennung kann in einem Bereich mit vollständig geöffnetem Fahrpedal bzw. in einem Bereich mit hoher Last und hoher Drehzahl in der Nähe dieses Bereichs das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so eingestellt werden, dass es fetter ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoft-Verhältnis (λ < 1).
  • Ferner ermittelt das elektronische Steuergerät 50 die Werte verschiedener Steuerparameter, die die Motorleistung gemäß der Ziellast und dergleichen betreffen. Bei dieser Ausführungsform umfassen die Steuerparameter eine durch die Drosselklappe 28 eingestellte Ansaugluftmenge, eine durch das AGR-Ventil 38 eingestellte AGR-Menge, eine durch das Verwirbelungsventil 32 eingestellte Verwirbelung, Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt des aus dem Einspritzventil 22 eingespritzten Kraftstoffs und den Zündzeitpunkt der Zündkerze 20, und diese Steuerparameter werden gemäß der Ziellast, der Motordrehzahl ne und dergleichen ermittelt. In diesem Fall wird ein erster angezeigter mittlerer effektiver Zieldruck Piobj als Ziellast zur Ermittlung der Steuerparameter eines langsam ansprechenden Systems der Steuerparameter verwendet, und ein zweiter angezeigter mittlerer effektiver Zieldruck Piobjd wird als Ziellast zum Ermitteln der Steuerparameter eines schnell ansprechenden Systems verwendet.
  • Das heißt, von den obigen Steuerparametern sind die Ansaugluftmenge, die AGR-Menge und die Verwirbelung in dem langsam ansprechenden System enthalten, das relativ langsam auf Operationen der Drosselklappe 28, des AGR-Ventils 38 und des Verwirbelungsventils 32 anspricht, und die Drosselklappenöffnung tvoobj, die Steuergröße egrobj des AGR-Ventils 38 und eine Öffnung des Verwirbelungsventils 32 als Steuergrößen werden gemäß dem ersten angezeigten mittleren Zieldruck Piobj, der Motordrehzahl ne und dergleichen ermittelt. Die Kraftstoffeinspritzmenge, der Kraftstofteinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt sind dagegen in dem schnell ansprechenden System enthalten, das rasch auf Steuersignale anspricht, und werden gemäß dem zweiten angezeigten mittleren effektiven Zieldruck Piobjd, der Motordrehzahl ne und dergleichen ermittelt.
  • Insbesondere hat das elektronische Steuergerät 50 eine Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinheit 54, eine Ziel-Ladewirkungsgrad-Berechnungseinheit 55 und eine Drosselklapperöffnungs-Berechnungseinheit 56 als Mittel zur Steuerung der Ansaugluftmenge. Die Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinheit 54 stellt das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwb zur Steuerung der Ansaugluftmenge in Einheiten von Betriebsarten ein, die von der Betriebsarteinstelleinheit 53 eingestellt wurden. Die Einheit 54 erhält das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwb aus einem Kennfeld, das im Modus der schichtweisen Verbrennung im Voraus gemäß dem ersten angezeigten mittleren effektiven Zieldruck Piobj und der Motordrehzahl ne erstellt wurde, und stellt das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwb im stöchiometrischen Modus auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein.
  • Die Ziel-Ladewirkungsgrad-Berechnungseinheit 55 erhält den Ziel-Ladewirkungsgrad aus dem oben genannten virtuellen Ladewirkungsgrad ceimg und dem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwb. In diesem Fall erhält die Einheit 55 bei einer mageren Verbrennung den Ziel-Ladewirkungsgrad unter Berücksichtigung des Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses entsprechend dem Luftüberschussverhältnis (afwb/14,7) und des Effekts der Senkung des Kraftstoffverbrauchs. Das heißt, der virtuelle Ladewirkungsgrad ceimg ist ein Wert entsprechend der Ziellast in einem Zustand, in dem der Motor mit dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis läuft. Um dagegen bei einer mageren Verbrennung eine äquivalente Kraftstoffeinspritzmenge sicherzustellen, muss das Luftüberschussverhältnis berücksichtigt werden. Da jedoch in diesem Fall der Wärmewirkungsgrad ansteigt und der Kraftstoffverbrauch gesenkt wird, wird das Drehmoment dementsprechend höher als das bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Um daher ein der Ziellast entsprechendes Drehmoment zu erhalten, wird der Ziel-Ladewirkungsgrad entsprechend dem Luftüberschussverhältnis in Minus-Richtung korrigiert.
  • Die Drosselklappenöffnungs-Berechnungseinheit 56 erhält den volumetrischen Zielwirkungsgrad aus dem Ziel-Ladewirkungsgrad unter Berücksichtigung der Korrektur der Ansaugdichte und ermittelt die Drosselklappenöffnung gemäß diesem volumetrischen Zielwirkungsgrad und der Motordrehzahl ne. Da in diesem Fall die Übereinstimmung zwischen volumetrischem Wirkungsgrad, Motordrehzahl und Drosselklappenöffnung in Abhängigkeit von dem Vorhandensein/Fehlen einer AGR schwankt, werden Kennfelder, die solche Übereinstimmungen angeben, im Voraus für beide Fälle erstellt, und die Drosselklappenöffnung kann man gemäß dem volumetrischen Zielwirkungsgrad erhalten, den man entweder aus diesen Kennfeldern gemäß dem durch eine AGR-Unterscheidungseinheit 56c erzielten Unterscheidungsergebnis bezüglich des Vorhandenseins/Fehlens einer AGR erhält.
  • Als Mittel zur Steuerung der AGR-Menge hat das elektronische Steuergerät 50 eine AGR-Ventilsteuereinheit 58, die eine AGR-Ventil-Basissteuergrößen-Einstelleinheit 59 und eine AGR-Ventil-Steuergrößen-Berechnungseinheit 60 hat.
  • Die AGR-Ventil-Basissteuergrößen-Einstelleinheit 59 stellt die Basissteuergröße pbase des AGR-Ventils 38 entsprechend den durch die Betriebsarteinstelleinheit 53 eingestellten Betriebsarten ein. Das heißt, die Einheit 59 erhält die Basissteuergröße pbase aus einem Kennfeld, das im Modus der schichtweisen Verbrennung im Voraus gemäß dem ersten angezeigten mittleren effektiven Zieldruck Piobj und der Motordrehzahl ne eingestellt wurde, und erhält die Basissteuergröße aus einem Kennfeld, das im stöchiometrischen Modus im Voraus gemäß dem anhand des Ausgangs des Luftmengenmessers 26 erhaltenen tatsächlichen Ladewirkungsgrad ce und der Motordrehzahl ne erstellt wurde.
  • Die AGR-Ventilsteuergrößen-Berechnungseinheit 60 erhält eine endgülte AGR-Ventilsteuergröße unter Berücksichtigung verschiedener Arten der Korrektur der Basissteuergröße.
  • Als Mittel zur Steuerung der Verwirbelungsventilöffnung hat das elektronische Steuergerät 50 eine Verwirbelungsventilöffnungs-Einstelleinheit 61. Die Verwirbelungsventilöffnungs-Einstelleinheit 61 stellt die Verwirbelungsventilöffnung in Einheiten von Betriebsarten mods ein, die von der Betriebsarteinstelleinheit 53 eingestellt wurden, um die in jedem Modus erforderliche Verwirbelung zu erhalten. Die Einheit 61 erhält die Verwirbelungsventilöffnung scvobj aus einem Kennfeld, das im Modus der schichtweisen Verbrennung im Voraus gemäß dem ersten angezeigten mittleren effektiven Zieldruck Piobj und der Motordrehzahl ne erstellt wurde, und erhält sie aus einem Kennfeld, das im stöchiometrischen Modus im Voraus gemäß dem tatsächlichen Ladewirkungsgrad ce und der Motordrehzahl ne erstellt wurde.
  • Als Mittel zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzventil 22 hat das elektronische Steuergerät 50 eine Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erzeugungseinheit 62, eine Betriebsarteinstelleinheit 63, eine Teilungsverhältnis-Einstelleinheit 64, eine Einspritzmengen-Berechnungseinheit 65, eine Zündzeitpunkteinstelleinheit 66 und eine Einspritzsteuereinheit 67.
  • Die Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erzeugungseinheit 62 erhält ein bei der Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge oder dergleichen verwendetes Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Insbesondere erhält die Einheit 62 ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0, das hauptsächlich in einem instationären Zustand verwendet wird, und ein Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwbd, das hauptsächlich in einem stationären Zustand verwendet wird, und ermittelt das endgültige Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw durch Wählen eines dieser Luft/Kraftstoff-Verhältnisse afw0 und afwbd.
  • Das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0, das hauptsächlich in einem instationären Zustand verwendet wird, erhält man anhand des zweiten angezeigten mittleren effektiven Zieldrucks Piobjd oder des entsprechenden virtuellen Ladewirkungsgrads und des tatsächlichen Ladewirkungsgrads ce unter Berücksichtigung des Effekts der Senkung des Kraftstoffverbrauchs, um ein der Ziellast bei dem tatsächlichen Ladewirkungsgrad entsprechendes Drehmoment zu erhalten. Das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwbd dagegen, das hauptsächlich in einem stationären Zustand verwendet wird, erhält man aus einem Kennfeld, das im Modus der schichtweisen Verbrennung im Voraus gemäß dem zweiten angezeigten mittleren effektiven Zieldruck Piobjd und der Motordrehzahl ne erstellt wurde, und wird im stöchiometrischen Modus auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) eingestellt.
  • Die Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erzeugungseinheit 62 berechnet die Abweichung dafwb zwischen dem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwb zur Steuerung der Ansaugluftmenge und dem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0, das wie oben beschrieben berechnet wird, wählt im instationären Zustand mit zunehmender Abweichung dafwb das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 als endgültiges Ziel-Luft/KraftstofF-Verhältnis afw aus und wählt in einem stationären Zustand mit geringer Abweichung dafwb das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afwbd als endgültiges Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw aus.
  • Die Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erzeugungseinheit 62 und die obige Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Einstelleinheit 54 bilden zusammen eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Änderungseinheit, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, in ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert, das im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
  • Die Betriebsarteinstelleinheit 63 stellt die zur Ermittlung der Steuerparameter des schnell ansprechenden Systems verwendete Betriebsart modf gemäß dem Ziel- Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge ein, wie z. B. in 4 gezeigt. Insbesondere wenn das Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw0 einen Wert annimmt, der größer ist als ein Untergrenzen-Bezugswert für die schichtweise Verbrennung (z. B. um 19), stellt die Einheit 63 den Modus der schichtweisen Verbrennung ein; andernfalls stellt sie den stöchiometrischen Modus ein.
  • Die Teilungsverhältnis-Einstelleinheit 64 stellt das Teilungsverhältnis der Einspritzung im Ansaughub und der Einspritzung im Verdichtungshub gemäß der von der Betriebsarteinstelleinheit 63 eingestellten Betriebsart modf ein. Die Einheit 64 stellt im Modus der schichtweisen Verbrennung ein Einspritzverhältnis im Ansaughub von 0% (Einspritzverhältnis im Verdichtungshub = 100%) ein und stellt im stöchiometrischen Modus ein Einspritzverhältnis im Ansaughub von 100% (Einspritzverhältnis im Verdichtungshub = 0%) ein. Wenn eine geteilte Einspritzung erfolgt (wird später beschrieben), stellt die Einheit 64 das Einspritzverhältnis entsprechend ein.
  • Die Einspritzmengen-Berechnungseinheit 65 berechnet die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem von dem Ausgang des Luftmengenmessers 26 erhaltenen tatsächlichen Ladewirkungsgrad ce, dem von der Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erzeugungseinheit 62 erhaltenen Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw und dem von der Teilungsverhältnis-Einstelleinheit 64 eingestellten Einspritzverhältnis. In diesem Fall berechnet die Einheit 65 die Basiseinspritzmenge (die für jede Einspritzung im Falle der geteilten Einspritzung) gemäß dem tatsächlichen Ladewirkungsgrad ce und dem Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis afw, berechnet dann die endgültige Einspritzmenge unter Berücksichtigung eines Korrekturwertes entsprechend dem Kraftstoffdruck und verschiedener anderer Korrekturwerte und erhält schließlich eine Einspritzimpulsbreite proportional zu dieser endgültigen Einspritzmenge.
  • Die Einspritzzeitpunkt-Einstelleinheit 66 stellt den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt thtinj in Einheiten von Betriebsarten ein, die von der Betriebsarteinstelleinheit 63 eingestellt wurden. Die Einheit 66 erhält einen Einspritzzeitpunkt für die Einspritzung im Verdichtungshub aus einem Kennfeld, das im Modus der schichtweisen Verbrennung im Voraus gemäß dem zweiten angezeigten mittleren effektiven Zieldruck Piobjd und der Motordrehzahl ne erstellt wurde, und erhält einen Einspritzzeitpunkt für die Einspritzung im Ansaughub aus einer Tabelle, die im stöchiometrischen Modus im Voraus gemäß der Motordrehzahl ne erstellt wurde.
  • Die Einspritzsteuereinheit 67 setzt einen Einspritzimpuls ab, um das Einspritzventil 22 für eine Zeit zu aktivieren, die der von der Einspritzmengen-Berechnungseinheit berechneten Einspritzimpulsbreite Ti zu dem von der Einspritzzeitpunkt-Einstelleinheit 66 eingestellten Einspritzzeitpunkt entspricht.
  • Als Mittel zum Steuern des Zündzeitpunkts hat das elektronische Steuergerät 50 eine Zündzeitpunkt-Steuereinheit 70 mit einer Einstelleinheit 68 zum Einstellen eines Basiszündzeitpunkts und einer Korrekturmenge sowie eine Zündzeitpunkt-Berechnungseinheit 69.
  • Die Einstelleinheit 68 stellt einen Basiszündzeitpunkt und verschiedene Zündzeitpunkt-Korrekturwerte in Einheiten von Betriebsarten modf ein, die von der Betriebsarteinstelleinheit 63 eingestellt wurden, und die Zündzeitpunkt-Berechnungseinheit 69 berechnet den Zündzeitpunkt anhand des Basiszündzeitpunkts und verschiedener von der Einstelleinheit 68 eingestellter Zündzeitpunkt-Korrekturwerte.
  • Das elektronische Steuergerät 50 hat zusätzlich zu den oben genannten Einheiten eine Steuereinheit 71 zur Steuerung der Katalysatorregeneration.
  • Diese Steuereinheit 71 führt die folgende Kraftstoffeinspritzsteuerung zur Katalysatorregeneration über die Teilungsverhältnis-Einstelleinheit 64, die Einspritzmengen-Berechnungseinheit 65, die Einspritzzeitpunkt-Einstelleinheit 66 und dergleichen durch und steuert die AGR-Steuereinheit 58, wenn die Betriebsart vom Modus der schichtweisen Verbrennung in den stöchiometrischen Modus umgeschaltet wurde, anhand von Einstellungen, die von der Betriebsarteinstelleinheit 63 vorgenommen wurden, wie auch in 5 dargestellt.
  • Zur Steuerung der Katalysatorregeneration steuert die Steuereinheit 71 insbesondere die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzventil 22, um sie nur für eine vorbestimmte Zeitdauer nach Wahl des stöchiometrischen Modus in mindestens zwei Einspritzungen aufzuteilen, d. h. eine vorausgehende Einspritzung in einer Periode des Ansaughubs und eine nachfolgende Einspritzung in einer Periode des Ver dichtungshubs. Gemäß 6 stellt die Einheit 71 dabei die Einspritzzeitpunkte der einzelnen Einspritzungen so ein, dass die vorausgehende Einspritzung innerhalb einer Dauer der ersten Hälfte von der ersten und der zweiten Hälfte des Ansaughubs beginnt (vom oberen Totpunkt beim Ansaugen bis 90° nach dem oberen Totpunkt beim Ansaugen), und dass die nachfolgende Einspritzung innerhalb einer Dauer der mittleren Periode von der ersten, der mittleren und der letzten Periode des Verdichtungshubs beginnt (120° vor dem oberen Totpunkt beim Verdichten bis 60° vor dem oberen Totpunkt beim Verdichten). Außerdem wird die Einspritzmenge der vorausgehenden Einspritzung so eingestellt, dass sie 1/4 oder mehr der Gesamteinspritzmenge beträgt, und vorzugsweise wird das Einspritzverhältnis der einzelnen Einspritzungen so eingestellt, dass die Einspritzmengen der vorausgehenden und der nachfolgenden Einspritzung einander im Wesentlichen gleich sind. Außerdem wird die Einspritzmenge so eingestellt, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht oder etwas fetter ist.
  • Ferner steuert die Steuereinheit 71 die AGR-Ventilsteuereinheit 58 dahingehend, dass nach der Steuerung der Katalysatorregeneration eine Abgasrückführung (AGR) erfolgt. Insbesondere erfolgt die AGR im Modus der schichtweisen Verbrennung mit einer relativ großen Menge, und die AGR wird auch bei der Steuerung der Katalysatorregeneration noch durchgeführt. In diesem Fall wird die AGR-Menge so eingestellt, dass die Stabilität der Verbrennung nicht beeinträchtigt ist.
  • Es sei angemerkt, dass die Steuereinheit 71 die Zündzeitpunkt-Steuereinheit 70 dahingehend steuern kann, dass der Zündzeitpunkt nach der Steuerung der Katalysatorregeneration von der geringsten Vorzündung für bestes Drehmoment nach spät verstellt wird.
  • 7 ist ein Steuerdiagramm, in dem ein Beispiel für die Steuerung der Katalysatorregeneration durch die Steuereinheit 71 dargestellt ist.
  • Wenn sich, wie in 7 gezeigt, die Betriebsart infolge einer Änderung in der Ziellast entsprechend einer Änderung in der Drosselklappenöffnung von dem Modus der schichtweisen Verbrennung in den stöchiometrischen Modus einer gleichmäßigen Verbrennung verschiebt, wird die Drosselklappenöffnung in eine Richtung gesteuert, in der sie kleiner wird, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Einstellen der Ansaugluftmenge ab dem Zeitpunkt t1, in dem die von der Betriebsarteinstelleinheit 53 eingestellte Betriebsart mods umgeschaltet wurde, zu ändern, und die Ansaugluftmenge ändert sich, um nach dieser Steuerung mit einer gewissen Ansprechverzögerung abzunehmen. Das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert sich dann allmählich in Richtung fett durch die Berechnung des Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur Steuerung der Einspritzmenge oder dergleichen gemäß der Ansaugluftmenge oder dergleichen durch die Ziel-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erzeugungseinheit 62 und zur entsprechenden Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge. Zum Zeitpunkt t2, in dem jenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen vorbestimmten Wert α abgenommen hat (z. B. um 19), wird die von der Betriebsarteinstelleinheit 53 eingestellte Betriebsart modf in den stöchiometrischen Modus umgeschaltet.
  • Für eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Zeitpunkt t2 wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen Wert (z. B. etwa 14) eingestellt, der etwas kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzventil 22 erfolgt portionsweise als vorausgehende Einspritzung, die innerhalb der Dauer der ersten Hälfte des Ansaughubs beginnt, und als nachfolgende Einspritzung, die innerhalb der Dauer der mittleren Periode des Verdichtungshubs beginnt, womit die Steuerung der Katalysatorregeneration implementiert wird.
  • Da die Robustheit der Abgasrückführung (Stabilität der Verbrennung während der AGR) im Modus der schichtweisen Verbrennung hoch ist, wird eine relativ große AGR-Menge eingeleitet. Im stöchiometrischen Modus wird die AGR-Menge herabgesetzt. Bei der Steuerung der Katalysatorregeneration wird eine gewisse AGR-Menge sichergestellt (kleiner als die im Modus der schichtweisen Verbrennung, aber größer als die im stöchiometrischen Modus). Ferner wird zum Zeitpunkt t2, in dem die Steuerung der Katalysatorregeneration begonnen wird, der Zündzeitpunkt von der geringsten Vorzündung für bestes Drehmoment (MBT) (d. h. der Zustand, in dem die oben genannte geteilte Einspritzung erfolgt) nach spät verstellt. Der nach spät verstellte Einspritzzeitpunkt kann eine abrupte Änderung im Drehmoment infolge eines plötzlichen Anstiegs in der Kraftstoffeinspritzmenge unterdrücken, durch den sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis sofort unter das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert, und unterstützt die Katalysatorregeneration durch Herabsetzen der erzeugten NOx-Menge.
  • Nach dem Zeitpunkt t3 eines vorbestimmten Zeitraums seit dem Beginn der Steuerung der Katalysatorregeneration wird die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzventil 22 als kombinierte Einspritzung oder geteilte Einspritzung im Ansaughub eingestellt, ändert sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis und kehrt der Zündzeitpunkt zur geringsten Vorzündung für bestes Drehmoment als Steuerung im stöchiometrischen Modus zurück.
  • Die mit der Vorrichtung dieser Ausführungsform erreichten Vorgänge und Effekte wie zum Beispiel die Unterstützung der Katalysatorregeneration und dergleichen werden nachfolgend anhand von 8 bis 9D erläutert.
  • Der magere NOx-Katalysator 36 adsorbiert NOx im Abgas bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und setzt NOx frei, wenn ein fetteres Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist. Wenn nach der Freisetzung von NOx ein Desoxidationsmittel in einer Atmosphäre für NOx nicht ausreicht, kann NOx nicht genügend reduziert werden und wird stromabwärts von dem Katalysator ausgeleitet. Um daher die NOx-Menge im Abgas nach der Katalysatorregeneration herabzusetzen, muss genügend Desoxidationsmittel in die Katalysatoratmosphäre zugeführt werden, und die NOx-Desoxidation muss unterstützt werden. Als Desoxidationsmittel für NOx ist CO wirksam, und wenn das Verhältnis der CO-Menge zur NOx-Menge, d. h. [(CO-Menge)/(NOx-Menge)], größer wird durch Erhöhen der CO-Menge in dem zu dem mageren NOx-Katalysator 36 geführten Abgas, kann die NOx-Menge im Abgas stromabwärts von dem Katalysator herabgesetzt werden.
  • 8 zeigt die bei Durchführung einer kombinierten Einspritzung bei der fetten Verbrennung und bei Durchführung einer geteilten Einspritzung wie bei dieser Ausführungsform erzielten Versuchsergebnisse der NOx-Mengen im Abgas unmittelbar nach Verschiebung der mageren Verbrennung zu einer fetten Verbrennung. In 8 geben die Kurven A1 bis A3 die NOx-Mengen im Abgas an, die man erhält, wenn das Kraftstoffeinspritzschema im Ansaughub unmittelbar nach der Verschiebung nach fett eine kombinierte Einspritzung ist und wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis jeweils auf 14.4, 13.8 und 12.8 eingestellt ist. Die Kurve B1 gibt einen Fall an, bei dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar nach der Verschiebung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf 14.4 eingestellt ist und im Ansaughub und im Verdichtungshub eine geteilte Kraftstoffeinspritzung erfolgt, und die Kurve B2 gibt einen Fall an, bei dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar nach der Ver schiebung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf 14.4 eingestellt ist und zusätzlich zu der geteilten Einspritzung eine Abgasrückführung bei einem AGR-Verhältnis von 30% erfolgt.
  • Wenn gemäß 8 im Ansaughub nach der Katalysatorregeneration eine kombinierte Einspritzung erfolgt, nimmt die NOx-Menge im Abgas stromabwärts von dem Katalysator zu, da nicht genügend CO erhalten werden kann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nur etwa 14.4 beträgt, und es muss ein sehr fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt werden, um die NOx-Menge im Abgas ausreichend herabzusetzen. Wenn dagegen eine geteilte Einspritzung erfolgt, kann die NOx-Menge im Abgas selbst dann herabgesetzt werden, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nur etwa 14.4 beträgt. Denn wenn die geteilte Einspritzung erfolgt, wird durch die Einspritzung im Ansaughub eingespritzter Kraftstoff in den gesamten Brennraum verteilt, während die Verteilung des Kraftstoffgemisches in den Brennraum durch die Einspritze im im Verdichtungshub bis zu einem gewissen Grad ungleichmäßig wird. Die CO-Menge im Abgas nimmt also zu, so dass das Verhältnis [(CO-Menge)/(NOx-Menge)] größer wird, wobei eine hohe Stabilität der Verbrennung sichergestellt ist. Wenn dagegen zusätzlich zu der geteilten Einspritzung eine Abgasrückführung erfolgt, wird das Verhältnis [(CO-Menge)/(NOx-Menge)] groß, da das NOx im Abgas abnimmt (und eine NOx-Gesamtmenge als Summe des aus dem Katalysator freigesetzten NOx und des NOx im Abgas abnimmt), und die NOx-Emission nimmt weiter ab.
  • 9A bis 9D zeigen jeweils Daten, die man erhält durch Prüfen eines die Instabilität der Verbrennung anzeigenden Schwankungsfaktors π (Picov), des Kraftstoffverbrauchs (Be), der von dem Motorhauptkörper abgegebenen CO-Menge und der von dem Motorhauptkörper abgegebenen NOx-Menge, während der Zeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung (der Anfangszeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung) bei der geteilten Einspritzung auf verschiedene Weise geändert wird. Der Anfangszeitpunkt der vorausgehenden Einspritzung wird bei der geteilten Einspritzung auf 20° nach dem oberen Totpunkt beim Ansaugen festgelegt. In den einzelnen in 9A bis 9D dargestellten Diagrammen stellen durch die durchgezogenen Kurven angegebene Daten Fälle dar, bei denen das Teilungsverhältnis der vorausgehenden und der nachfolgenden Einspritzung jeweils 50% : 50%, 70% : 30% und 30% : 70% beträgt. Durch die gestrichelten Kurven angegebene Daten stellen dagegen Fälle dar, bei denen das Teilungsverhältnis auf 50% : 50% eingestellt ist und der Zündzeitpunkt nach spät verstellt ist.
  • Es sei angemerkt, dass die Abszisse jedes dieser Diagramme den Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt (KW VOT) angibt; "360° VOT" entspricht dem oberen Totpunkt beim Ansaugen, und "180° VOT" entspricht dem unteren Totpunkt (UT). Der Zeitpunkt wird zur rechten Seite der Abszisse hin früher und zur linken Seite hin später.
  • Wenn, wie in 9A bis 9D gezeigt, der Zeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung auf einen relativ frühen Zeitpunkt im Ansaughub (einen Zeitpunkt nahe der vorausgehenden Einspritzung) eingestellt ist, sind eine hohe Stabilität der Verbrennung und ein geringer Kraftstoffverbrauch sichergestellt, aber die Menge an CO, das bei der Katalysatorregeneration als Desoxidationsmittel dient, ist gering. Von der zweiten Hälfte des Ansaughubs bis zum Verdichtungshub werden der Schwankungsfaktor π und die Kraftstoffeinsparung besser, und die CO-Menge nimmt zu, je später der Zeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung wird. Dies kann auf eine schlechte Verteilung, Verdampfung und Zerstäubung von Kraftstoff infolge einer kurzen Zeit bis zur Zündung zurückzuführen sein, wenn der Zeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung später wird.
  • Wenn der Zeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung später wird, steigt die CO-Menge bis zur letzten Periode des Verdichtungshubs im Allgemeinen an, aber in der mittleren Periode des Verdichtungshubs werden der Schwankungsfaktor π niedriger und der Kraftstoffverbrauch höher. Der Grund dafür ist nicht unbedingt klar, kann aber wie folgt vermutet werden. Das heißt, da die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens in der mittleren Periode des Verdichtungshubs hoch ist, wird eingespritzter Kraftstoff leicht gemischt. Wenn sich der Kolben in einer unteren Position befindet, wie in der Anfangsperiode des Verdichtungshubs, lagert sich eingespritzter Kraftstoff an die Zylinderwand an, und es wird leicht unverbranntes Gas erzeugt. In der mittleren Periode des Verdichtungshubs aber trifft eingespritzter Kraftstoff auf das obere Ende des Kolbens, um unverbranntes Gas zu vermindern. Außerdem steigt die CO-Menge in der mittleren Periode des Verdichtungshubs an, da die Zeit bis zur Zündung verkürzt ist, obwohl die Vermischung oder dergleichen unterstützt wird, und es kommt bis zu einem gewissen Grad zu einer ungleichmäßigen und unzureichenden Verdampfung des Kraftstoffgemisches.
  • Wenn der Zeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung bis zur letzten Periode des Verdichtungshubs hinausgezögert wird, werden die Verteilung, Verdampfung und Zerstäubung von Kraftstoff beeinträchtigt, so dass die Stabilität der Verbrennung schlechter und der Kraftstoffverbrauch wieder höher wird.
  • Wenn der Zeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung gemäß obiger Beschreibung so eingestellt ist, dass die Einspritzung innerhalb der Dauer der mittleren Periode des Verdichtungshubs beginnt, kann die als Desoxidationsmittel nach der Katalysatorregeneration dienende CO-Menge erhöht werden, wobei eine hohe Stabilität der Verbrennung und ein niedriger Kraftstoffverbrauch sichergestellt sind. Da die Stabilität der Verbrennung verbessert ist, kann eine relativ große AGR-Menge eingeleitet werden, und der Zündzeitpunkt kann außerdem nach spät verstellt werden. Wenn also eine AGR-Menge eingeleitet wird und der Zündzeitpunkt nach spät verstellt ist, kann NOx im Abgas herabgesetzt werden.
  • Das Verhältnis [(CO-Menge)/(NOx-Menge)] kann daher erhöht werden, und der NOx-Desoxidationseffekt kann nach der Katalysatorregeneration verbessert werden.
  • Gemäß den in 9A bis 9D gezeigten Daten können die oben genannten Effekte selbst dann erzielt werden, wenn das Teilungsverhältnis bei der geteilten Einspritzung auf eines der Verhältnisse 50% : 50%, 70% : 30% und 30% : 70% eingestellt ist. Insbesondere die oben genannten Effekte können in zufrieden stellender Weise erzielt werden, wenn die vorausgehende und die nachfolgende Einspritzung im Wesentlichen auf dasselbe Verhältnis (50% : 50%) eingestellt sind.
  • In dem in 7 gezeigten Beispiel erfolgt die geteilte Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten nach dem Umschalten der Betriebsart, aber die geteilte Einspritzung kann im Ansaughub erfolgen. Das heißt, wenn die geteilte Einspritzung in der ersten und zweiten Hälfte des Ansaughubs erfolgt, wie in 9A bis 9D gezeigt, ist es wirksam, den Katalysator zu regenerieren bei gleichzeitiger Einsparung im Kraftstoffverbrauch, da bis zu einem gewissen Grad CO produziert werden kann, wenngleich in geringerem Umfang als es durch die geteilte Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten erhalten wird.
  • 10 zeigt als weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Steuerdiagramm eines Beispiels, bei dem die Steuerung der Katalysatorregeneration für eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgt, wenn die NOx-Adsorptionsmenge des mageren NOx-Katalysators 36 zunimmt, während die magere Verbrennung anhält.
  • Auch bei dieser Ausführungsform sind der Motor und das elektronische Steuergerät wie in 1 und 2 gezeigt konstruiert. Wenn aber die Steuereinheit 71 für die Katalysatorregeneration feststellt, dass die NOx-Adsorptionsmenge des mageren NOx-Katalysators während der mageren Verbrennung im Modus der schichtweisen Verbrennung einen vorbestimmten Wert überschritten hat, beginnt es die Katalysatorregeneration. Die Einheit 71 prüft zum Beispiel die Zeitdauer der mageren Verbrennung oder den akkumulierten Wert der Kraftstoffeinspritzmengen während der mageren Verbrennung, und wenn dieser Wert einen vorbestimmten Wert überschritten hat, beginnt die Einheit 71 die in 10 gezeigte Katalysatorregeneration.
  • Insbesondere wenn während der mageren Verbrennung im Modus der schichtweisen Verbrennung festgestellt wird, dass die NOx-Adsorptionsmenge des mageren NOx-Katalysators einen vorbestimmten Wert überschritten hat, wird die Drosselklappenöffnung so gesteuert, dass sie kleiner wird, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen gleich oder kleiner als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis einzustellen, und die Ansaugluftmenge ändert sich in eine Richtung, in der sie nach dieser Steuerung mit einer gewissen Ansprechverzögerung abnimmt. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert sich allmählich in die Richtung, in der es entsprechend der Änderung in der Ansaugluftmenge abnimmt (Richtung fett). Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen vorbestimmten Wert abgenommen hat, wird das Einspritzschema von der kombinierten Einspritzung im Verdichtungshub in eine geteilte Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten geändert, und die Kraftstoffeinspritzmenge wird dahingehend gesteuert, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einen Wert etwas kleiner als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird.
  • Wie bei der oben genannten Regenerationssteuerung nach dem Umschalten der Betriebsart gemäß 7 werden die Einspritzzeitpunkte in diesem Fall so gesteuert, dass die geteilte Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten innerhalb der Dauer der ersten Hälfte des Ansaughubs und der Dauer der mittleren Periode des Ver dichtungshubs erfolgt, und das Verhältnis zwischen den Einspritzmengen der vorausgehenden und nachfolgenden Einspritzung wird entsprechend eingestellt. Insbesondere bei der Regenerationssteuerung in einem Bereich sehr niedriger Last werden die Einspritzmengen der vorausgehenden und der nachfolgenden Einspritzung vorzugsweise so eingestellt, dass sie hinsichtlich der Steuerung einander im Wesentlichen gleich sind. Das heißt, da nach der geteilten Einspritzung in einem Bereich sehr niedriger Last bei einer geringen Kraftstoffzufuhrmenge die aufgeteilten Einspritzmengen sich einer kontrollierbaren Mindesteinspritzmenge (Mindestimpulsbreite) nähern, kann die kleinere Einspritzmenge unter die Mindesteinspritzmenge fallen, wenn unterschiedliche Mengen Kraftstoff durch die vorausgehende und die nachfolgende Einspritzung eingespritzt werden. Wenn jedoch gleiche Einspritzmengen eingestellt sind, kann eine solche Situation vermieden werden.
  • Ferner kann eine bestimmte AGR-Menge sichergestellt werden, und der Zündzeitpunkt wird nach der Katalysatorregeneration nach spät verstellt.
  • Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach fett geändert wird, wird auch bei dieser Steuerung in dem mageren NOx-Katalysator 36 adsorbiertes NOx freigesetzt, und die Menge an CO im Abgas kann erhöht werden, wobei durch die geteilte Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten eine Stabilität der Verbrennung sichergestellt ist, so dass die NOx-Desoxidation unterstützt wird.
  • Da ferner NOx im Abgas durch Abgasrückführung und den nach spät verstellten Zündzeitpunkt herabgesetzt werden kann, kann ein großes Verhältnis [(CO-Menge)/(NOx-Menge)] eingestellt werden, und der Effekt der NOx-Desoxidation kann weiter verbessert werden.
  • Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer kehrt der Motor in dem durch kombinierte Einspritzung beim Verdichten erzielten Modus der schichtweisen Verbrennung zu einer mageren Verbrennung zurück.
  • Nachdem die Katalysatorregeneration durch geteilte Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, durchgeführt wurde, kehrt der Motor in diesem Beispiel in dem durch die kombinierte Einsprit zung im Verdichtungshub erzielten Modus der schichtweisen Verbrennung zur mageren Verbrennung zurück. Nachdem die geteilte Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten für eine erste Einstellzeit bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis erfolgt ist, das im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und im Ansaughub für eine zweite Einstellzeit eine kombinierte oder geteilte Einspritzung erfolgt, kann der Motor dann alternativ in dem durch die kombinierte Einspritzung im Verdichtungshub erzielten Modus der schichtweisen Verbrennung zur mageren Verbrennung zurückkehren.
  • Wenn bei dieser Steuerung die meisten der von dem mageren NOx-Katalysator freigesetzten NOx-Komponenten durch die geteilte Einspritzung beim Ansaugen/Verdichten während der ersten Einstellzeit reduziert werden und die NOx-Menge stark abnimmt, erfolgt eine Einspritzung im Ansaughub, um die Regeneration für die zweite Einstellzeit fortzusetzen, während die CO-Menge bis zu einem gewissen Grad herabgesetzt wird, so dass wirksam verhindert wird, das NOx und CO ausgestoßen werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Änderungen und Modifikationen können im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. Um die Öffentlichkeit über den Umfang der vorliegenden Erfindung in Kenntnis zu setzen, werden daher die folgenden Ansprüche vorgelegt.

Claims (9)

  1. Steuervorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung, die eine Zündkerze und ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in einen Brennraum umfasst, eine magere Verbrennung durchführt, indem sie in einem Niedriglastbereich des Motors ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis höher einstellt als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und die einen mageren NOx-Katalysator, der NOx in einer Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff absorbiert und NOx freisetzt, wenn eine Sauerstoffkonzentration abnimmt, und eine Einrichtung zum Einstellen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts umfasst, die den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt des Einspritzventils dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Niedriglastbereich des Motors höher ist als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die letzte Periode in dem Verdichtungshub einstellt, der in drei gleiche Perioden, nämlich eine erste, eine mittlere und eine letzte Periode unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung Folgendes umfasst: eine Einrichtung zum Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Brennraums im Niedriglastbereich des Motors höher einstellt als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Brennraums in einem höheren Lastbereich des Motors als dem Niedriglastbereich, in dem eine magere Verbrennung stattfindet, im Wesentlichen gleich oder kleiner einstellt als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Brennraums entsprechend einer Änderung im Fahrzustand von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert, das im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis; eine Abgasrückführungseinrichtung zum Rückführen von Abgas zu einem Ansaugsystem; und eine Steuereinrichtung zum Implementieren einer Steuerung der Katalysatorregeneration entsprechend der Periode, in der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis tatsächlich nach fett geändert wurde, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Brennraums durch die Einrichtung zum Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, das im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei die Steuerung der Katalysatorregeneration die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzventil während der Periode, in der das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Brennraums im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, durch die Einrichtung zum Einstellen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts in mindestens zwei Einspritzungen unterteilt, die eine innerhalb einer Periode des Ansaughubs beginnende vorausgehende Einspritzung und eine innerhalb einer Periode des Verdichtungshubs beginnende nachfolgende Einspritzung umfassen, und den Startzeitpunkt der nachfolgenden Einspritzung innerhalb einer mittleren Periode von drei gleichmäßig aufgeteilten Perioden des Verdichtungshubs einstellt, wo die Kolbengeschwindigkeit höher ist, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch der nachfolgenden Einspritzung in den Verdichtungshub zu drücken und die Abgasrückführungseinrichtung dahingehend zu steuern, dass sie das Abgas bei dem eingestellten Einspritzzeitpunkt zurückführt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorausgehende Einspritzung bei der Steuerung der Katalysatorregeneration innerhalb einer ersten Hälfte des Ansaughubs beginnt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einspritzmenge der vorausgehenden Einspritzung bei der Steuerung der Katalysatorregeneration auf nicht weniger als 1/4 einer Gesamteinspritzmenge eingestellt ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmengen der vorausgehenden und der nachfolgenden Einspritzung bei der Steuerung der Katalysatorregeneration so eingestellt sind, dass sie einander im Wesentlichen gleich sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verschiebung des Betriebsbereichs von dem Betriebsbereich, in dem eine magere Verbrennung stattfindet, zu dem Betriebsbereich, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so eingestellt ist, dass es im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die aufgeteilte Einspritzung im Ansaug- und Verdichtungshub, die eine innerhalb der Periode des Ansaughubs beginnende vorausgehende Einspritzung und eine innerhalb der Periode des Verdichtungshubs beginnende nachfolgende Einspritzung umfasst, für eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgt, und die Kraftstoffeinspritzung dann innerhalb der Periode des Ansaughubs portionsweise erfolgt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine NOx-Adsorptionsmenge des mageren NOx-Katalysators während der mageren Verbrennung nicht kleiner wird als ein vorbestimmter Wert, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so geändert wird, dass es gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die Regenerationssteuerung durchgeführt wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die NOx-Adsorptionsmenge des mageren NOx-Katalysators während der mageren Verbrennung nicht kleiner wird als ein vorbestimmter Wert, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so geändert wird, dass es gleich oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die aufgeteilte Einspritzung im Ansaug- und Verdichtungshub, die eine innerhalb der Periode des Ansaughubs beginnende vorausgehende Einspritzung und eine innerhalb der Periode des Verdichtungshubs beginnende nachfolgende Einspritzung umfasst, für eine erste Einstellzeit erfolgt, die kombinierte Einspritzung oder die aufgeteilte Einspritzung innerhalb der Periode des Ansaughubs für eine zweite Einstellzeit erfolgt, und der Motor dann zur mageren Verbrennung zurückkehrt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dahingehend steuert, dass die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzventil in mindestens zwei Einspritzungen, die eine innerhalb der Periode des Ansaughubs beginnende vorausgehende Einspritzung und eine innerhalb der Periode des Verdichtungshubs beginnende nachfolgende Einspritzung umfassen, portionsweise ausgeführt wird, und dahingehend steuert, dass ein Zündzeitpunkt des Motors von der geringsten Vorzündung für bestes Drehmoment (MBT) nach spät verstellt wird, um die Steuerung der Katalysatorregeneration zu implementieren.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die nachfolgende Einspritzung bei der Steuerung der Katalysatorregeneration innerhalb einer Dauer einer mittleren Periode des Verdichtungshubs beginnt.
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