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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
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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.
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BESCHREIBUNG
DER ZUGEHÖRIGEN
TECHNIK
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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Bei
der ersten Erfindung beginnt die nachfolgende Einspritzung bei der
Steuerung der Katalysatorregeneration vorzugsweise innerhalb einer
Dauer einer mittleren Periode des Verdichtungshubs (zweite Erfindung).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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).
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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.
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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).
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Selbst
wenn die magere Verbrennung über einen
langen Zeitraum anhält,
kann bei dieser Erfindung der Katalysator wirksam regeneriert werden.
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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).
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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.
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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.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beginnt die nachfolgende Einspritzung bei der Steuerung der Katalysatorregeneration
vorzugsweise innerhalb der Dauer einer mittleren Periode des Verdichtungshubs
(elfte Erfindung).
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische
Ansicht der Gesamtanordnung einer Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein Blockdiagramm,
in dem die Funktionsanordnung eines elektronischen Steuergeräts dargestellt
ist;
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3 ist eine erläuternde
Ansicht, in der die Bereichseinstellungen der Betriebsarten dargestellt sind;
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4 ist eine erläuternde
Ansicht, in der die Bereichseinstellungen von Betriebsarten dargestellt sind,
wie sie bei Berechnungen einer Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen
verwendet werden;
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5 ist ein teilweises Blockdiagramm
von Einheiten, die die Steuerung der Katalysatorregeneration in 2 betreffen;
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6 ist eine erläuternde
Ansicht, in der die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte dargestellt sind;
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7 ist ein Steuerdiagramm,
in dem ein Beispiel für
die Steuerung der Katalysatorregeneration dargestellt ist;
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8 ist ein Diagramm, in dem
die NOx-Menge im Abgas bei der Steuerung der Katalysatorregeneration
dargestellt ist;
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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
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10 ist ein Steuerdiagramm,
in dem ein Beispiel einer Steuerung der Katalysatorregeneration gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
AGR-Ventilsteuergrößen-Berechnungseinheit 60 erhält eine
endgülte
AGR-Ventilsteuergröße unter
Berücksichtigung
verschiedener Arten der Korrektur der Basissteuergröße.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
elektronische Steuergerät 50 hat
zusätzlich
zu den oben genannten Einheiten eine Steuereinheit 71 zur
Steuerung der Katalysatorregeneration.
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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.
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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.
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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.
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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.
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7 ist ein Steuerdiagramm,
in dem ein Beispiel für
die Steuerung der Katalysatorregeneration durch die Steuereinheit 71 dargestellt
ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Verhältnis
[(CO-Menge)/(NOx-Menge)] kann daher erhöht werden, und der NOx-Desoxidationseffekt
kann nach der Katalysatorregeneration verbessert werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ferner
kann eine bestimmte AGR-Menge sichergestellt werden, und der Zündzeitpunkt
wird nach der Katalysatorregeneration nach spät verstellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.