DE69916940T2

DE69916940T2 - Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE69916940T2
Application number: DE69916940T
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Aki-gun Kudou; Hiroyuki Aki-gun Yamashita; Fumihiko Aki-gun Saito; Mikihito Aki-gun Fujii; Masakazu Aki-gun Matsumoto
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: JP3613018B2; KR20000017110A; DE69916940D1; US6240724B1; JP2000054882A; EP0978643A3; EP0978643B1; EP0978643A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung während einer Periode, wenn ein Abgaskatalysator noch nicht erwärmt ist, in einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die mit einem Einspritzaggregat versehen ist, das Kraftstoff direkt in einen Brennraum einspritzt.
Brennkraftmaschinen des Typs mit Direkteinspritzung, die ein Einspritzaggregat aufweisen, das Kraftstoff direkt in einen Brennraum einspritzt, sind im Stand der Technik bekannt. Im Gegensatz zu anderen konventionellen Anordnungen, in denen ein Einspritzaggregat in einer Ansaugleitung angeordnet ist, bringt die Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nicht das Problem der Kraftstoffkondensation an den Leitungswänden mit sich. Deshalb hat sie hinsichtlich der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung hervorragende Stabilitäts- und Ansprecheigenschaften aufzuweisen. Wenn die Form des Brennraums zudem so ausgelegt ist, daß ein Luft-Kraftstoff-Gemisch lokal um eine Zündkerze herum verteilt wird, wenn der Kraftstoff in der letzten Hälfte jedes Verdichtungshubs eingespritzt wird, ist es möglich, durch Verwendung der sogenannten Schichtladetechnologie das Gemisch als Ganzes magerer zu machen (höheres Luft/Kraftstoff-Verhältnis), um dadurch eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs zu erreichen.
Die Abgase aus Kraftfahrzeugmotoren enthalten zum Beispiel Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx). Es besteht heute ein Bedarf, die Erzeugung und Freisetzung dieser Schadstoffe so weit wie möglich zu reduzieren, um die Eigenschaften der Kraftfahrzeugemissionen zu verbessern. Ein Ansatz, der konventionell gewählt wurde, ist das Anordnen eines Katalysators in der Abgasleitung, wie dies in Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung weit verbreitet ist.
Doch Katalysatoren, die zur Abgasumwandlung verwendet werden, können ihre Umwandlungswirkungen in einem Kaltstartzustand, wenn die Katalysatoren eine Temperatur aufweisen, die niedriger ist als ihre Aktivierungstemperatur, nicht voll entfalten, weshalb beträchtliche Mengen an HC- und NOx-Bestand teilen freigesetzt werden können, wenn die Katalysatoren eine lange Zeit brauchen, um ihre Aktivierungstemperatur zu erreichen.
Eine Vorrichtung, die Mittel bereitstellen soll, um dieses Problem zu überwinden, wird zum Beispiel in der US-Patentschrift Nr. 5.655.365 offenbart. Diese Vorrichtung verzögert den Zündzeitpunkt mindestens eines Zylinders auf einen Punkt über seinen oberen Totpunkt hinaus und erhöht das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein Niveau, das höher als erforderlich ist, wenn der Motor in seinem normalen Betriebszustand ist, solange der Katalysator noch nicht erwärmt ist. Die Folge ist, daß die Abgastemperatur erhöht wird, wodurch die Erwärmung des Katalysators beschleunigt wird. Wenn sie auf eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung angewandt wird, spritzt die Vorrichtung während einer bestimmten Periode vor dem oberen Totpunkt (d. h. 60° bis 80° vor dem oberen Totpunkt, nachstehend BTDC genannt) in jedem Verdichtungshub eine bestimmte Kraftstoffmenge vollständig ein.
Die in der Patentschrift offenbarte Vorrichtung fördert die Schnellbeheizung hauptsächlich dadurch, daß sie während der Periode, wenn der Katalysator noch nicht erwärmt ist, den Zündzeitpunkt verzögert und dabei eine überschüssige Kraftstoffmenge zuführt, und beim Regeln der Kraftstoffeinspritzung aus einem Einspritzaggregat in der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung spritzt die Vorrichtung den Kraftstoff nur in jedem Verdichtungshub ein. Doch wenn die Kraftstoffeinspritzung auf diese Weise geregelt wird, wird der Kraftstoffverbrauch erheblich verschlechtert, wenn zum Beispiel die Motorlast zunimmt und die eingespritzte Kraftstoffmenge erhöht wird, obwohl hinsichtlich der Reduktion der HC- und NOx-Emissionen und der Erhöhung der Abgastemperatur keine ausreichende Wirkung erreicht wird. Daher besteht noch Raum für Verbesserungen an dieser Vorrichtung.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die die Probleme aus dem Stand der Technik überwindet.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die die Emissions eigenschaften verbessern kann, indem sie den HC- und NOx-Gehalt beschränkt, wobei sie die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs von niedrigen bis hohen Motorlastbedingungen auf ein relativ niedriges Niveau senkt und die schnellbeheizenden Wirkungen durch eine Erhöhung der Abgastemperatur erhöhen kann.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfaßt eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die einen Katalysator aufweist, der in einer Abgasleitung vorgesehen ist, um Abgase umzuwandeln, und ein Einspritzaggregat, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum einzuspritzen, einen Temperaturzustandsidentifikator, um den Temperaturzustand des Katalysators zu beurteilen, einen Lastbedingungsdetektor, um die Lastbedingungen des Motors abzutasten, und einen Kraftstoffeinspritzungsregler, um die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzaggregat zu regeln. Der Kraftstoffeinspritzungsregler führt einen schnellbeheizenden Steuerbetrieb durch, indem er das Einspritzaggregat veranlaßt, Kraftstoff in einem bestimmten niedrigen Lastbereich des Motors in einem einmaligen Einspritzmodus während eines Verdichtungshubs einzuspritzen, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, wo seine Temperatur unter seiner Aktivierungstemperatur liegt, und in einem bestimmten hohen Lastbereich des Motors auf der Basis der Beurteilungsergebnisse des Temperaturzustandsidentifikators und der Abtastergebnisse des Lastbedingungsdetektors den Kraftstoffeinspritzmodus in den geteilten Einspritzmodus im Ansaug-/Verdichtungshub umschaltet, der eine frühere Einspritzung einschließt, die während des Ansaughubs durchgeführt wird, und eine spätere Einspritzung, die während des Verdichtungshubs durchgeführt wird.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein allgemeines Konfigurationsdiagramm, das eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2A, 2B und 2C sind Zeitablaufdiagramme, die jeweils eine einmalige Einspritzsequenz zeigen, die in jedem Verdichtungshub durchgeführt wird, eine geteilte Einspritzsequenz, die in jedem Verdichtungshub durchgeführt wird, und eine geteilte Einspritzsequenz, die in aufeinanderfolgenden Ansaug- und Verdichtungshüben durchgeführt wird;
3 ist ein Diagramm, das Betriebsbereichseinstellungen des Motors für die Kraftstoffeinspritzungsregelung während einer Periode zeigt, wenn ein Katalysator noch in seinem unerwärmten Zustand ist;
4 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel des Regelvorgangs der Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zeigt;
5A, 5B und 5C sind Graphen, die jeweils die NOx-Emissionsmengen, die HC-Emissionsmengen und die Verschlechterungsraten des Kraftstoffverbrauchs sowohl in der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub als auch in der geteilten Einspritzung um Ansaug-/Verdichtungshub darstellen;
6 zeigt Graphen, die Wärmeabgabeprofile, Abgastemperaturen, die NOx-Emissionsmengen, die HC-Emissionsmengen und die Kraftstoffverbrauchsmessungen sowohl in der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub als auch in der geteilten Einspritzung um Ansaug-/Verdichtungshub darstellen;
7A, 7B und 7C sind Diagramme, die auf schematische Weise die Verteilung eines Gemischs innerhalb eines Brennraums jeweils in der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub, in der geteilten Einspritzung im Verdichtungshub und in der geteilten Einspritzung um Ansaug-/Verdichtungshub zeigen;
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das Wärmeabgabeprofile zeigt;
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und den HC- und NOx-Emissionsmengen zeigt;
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das zeigt, wie das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einer Gemischmasse unmittelbar um eine Zündkerze herum variiert;
11 ist ein Graph, der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse an verschiedenen Punkten innerhalb des Brennraums zeigt, die erreicht werden, wenn die Motorlast niedrig ist;
12 ist ein Graph, der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse an verschiedenen Punkten innerhalb des Brennraums zeigt, die erreicht werden, wenn die Motorlast relativ hoch ist;
13 ist ein Diagramm, das Wärmeabgabeprofile zeigt, die bei verschiedenen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen in der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub erhalten werden.
14 ist eine graphische Darstellung der HC- und NOx-Emissionsmengen, die unter verschiedenen Last- und Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bedingungen durch die einmalige Einspritzung im Verdichtungshub erzeugt werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein allgemeines Konfigurationsdiagramm, das eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Hauptmotorkörper, der einen Zylinderblock 2 und einen Zylinderkopf 3 umfaßt, in welchem eine Vielzahl von Zylindern geformt ist. Ein Kolben 4 ist in jedem Zylinder eingebaut, und ein Brennraum 5 ist zwischen der Oberseite des Kolbens 4 und der Unterseite des Zylinderkopfs 3 geformt.
Eine Aussparung, die eine besondere Form aufweist, ist in der Unterseite des Zylinderkopfs 3 geformt, und diese Aussparung bildet eine obere Innenfläche des Brennraums 5. Ansaugkanäle 6 und Auspuffkanäle 7, die in den Brennraum 5 hinein führen, sind in seiner oberen Innenfläche geformt. Obwohl in 1 je ein Ansaugkanal 6 und Auspuffkanal 7 gezeigt wird, sind in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung je zwei Ansaugkanäle 6 und Auspuffkanäle 7 vorgesehen, die einzeln in einer Richtung rechtwinklig zur Ebene von 1 angeordnet sind, wobei ein Ansaugventil 8 in jedem Ansaugkanal 6 vorgesehen ist, während ein Auspuffventil 9 in jedem Auspuffkanal 7 vorgesehen ist. Die Ansaugventile 8 und die Auspuffventile 9 werden von einem nicht dargestellten Ventiltrieb betrieben, um mit einer geeigneten Zeitsteuerung zu öffnen und zu schließen.
Zündkerzen 10 sind im Zylinderkopf 3 so eingebaut, daß jede Zündkerze 10 ungefähr in der Mitte des Brennraums 5 angeordnet ist, wobei ihre Funkenstrecke im Innenraum des Brennraums 5 angeordnet ist.
Ein Einspritzaggregat 11, das Kraftstoff direkt in den Brennraum 5 einspritzt, ist an einem Randabschnitt des Brennraums 5 angeordnet. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt wird, ist das Einspritzaggregat 11 auf der neben dem Ansaugkanal 6 liegenden Seite des Brennraums 5 am Zylinderkopf 3 befestigt. Das Einspritzaggregat 11 ist so montiert, daß es den Kraftstoff schräg nach unten einspritzt, wobei das andere Ende des Einspritzaggregats 11 im Innenraum des Brennraums 5 angeordnet ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist auch eine Höhlung 12, die einen O-förmigen Querschnitt aufweist, in der Oberseite des Kolbens 4 geformt, die den Boden des Brennraums 5 bildet. Die Positionierung und Ausrichtung des Einspritzaggregats 11, die Positionierung der Höhlung 12 und die Positionierung der Zündkerze 10 sind vorbestimmt, um eine bestimmte Beziehung so zu erfüllen, daß der Kraftstoff in die Höhlung 12 gespritzt wird, von der Höhlung 12 umgelenkt wird und schließlich die Zündkerze 10 erreicht, wenn der Kraftstoff in der letzten Hälfte jedes Verdichtungshubs eingespritzt wird, wo der der Kolben 4 sich seinem oberen Totpunkt nähert.
Eine Hochdruckpumpe 13 ist über eine Kraftstoffzuleitung 14 mit dem Einspritzaggregat 11 verbunden. Die Hochdruckpumpe 13 und ein nicht dargestellter Hochdruckregler, der durch einen Rücklauf mit der Hochdruckpumpe 13 verbunden ist, regeln den auf das Einspritzaggregat 11 ausgeübten Kraftstoffdruck gemeinsam auf einen Druckpegel, der hoch genug ist, um die Kraftstoffeinspritzung während des mittleren und letzten Abschnitts des Verdichtungshubs zu ermöglichen.
Eine Ansaugleitung 15 und eine Auspuffleitung 16 sind mit dem Hauptmotorkörper 1 verbunden. Die Ansaugleitung 15 zweigt hinter einem Ausgleichsbehälter 15b zu den einzelnen Zylindern ab. In dieser Ausführungsform sind für jeden Zylinder zwei Zweigleitungen 15a vorgesehen (von denen in 1 nur eine dargestellt ist), die parallel zueinander verlaufen. Ein Wirbelregelventil 17 zum Verstärken der Turbulenz im Inneren des Brennraums 5 ist in einer dieser Zweigleitungen 15a vorgesehen, und die zwei Ansaugkanäle 6 an den hinteren Enden der Zweigleitungen 15a führen in den Brennraum 5 hinein. Wenn das Wirbelregelventil 17 in einer Zweigleitung 15a geschlossen wird, wird im Brennraum 5 ein Wirbel durch die Ansaugluft erzeugt, die durch die andere Zweigleitung 15a eingeleitet wird, wodurch die Turbulenz im Inneren des Brennraums 5 verstärkt wird.
Als ein anderes Mittel zur Verstärkung der Turbulenz im Brennraum kann in einer Zweigleitung statt des Wirbelregelventils 17 ein Ventil angeordnet sein, das einen Sturz verursacht, oder die Anordnung kann derart sein, daß nahe am oberen Totpunkt des Verdichtungshubs eine Zermalmung zwischen der Oberseite des Kolbens und der oberen Innenfläche des Brennraums (Unterseite des Zylinderkopfs) erzeugt wird.
Ferner ist eine Drosselklappe 18 auf halbem Wege in der Ansaugleitung 15 angeordnet, und diese Drosselklappe 18 wird von einem Elektroantrieb 19 wie z. B. einem Schrittmotor verstellt, um die Regelung der Ansaugluftmenge zu erlauben.
Auch wenn dies nicht spezifisch dargestellt ist, ist der Ausgleichsbehälter 15a über ein AGR-Ventil mit einer Abgasrückführungsleitung (AGR-Leitung) verbunden, um nach dem Warmlauf des Motors das Einleiten von rückgeführtem Abgas zu ermöglichen.
Zum anderen sind in der Abgasleitung 16 eine O₂-Sonde 21 und ein Abgaskatalysator 22 angeordnet, der Katalysatoren zum Umwandeln der Abgase enthält. Die O₂-Sonde 21 besteht aus einer Sonde (Lambdasonde), deren Ausgabe sich bei
einem theoretischen oder stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert und die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Gemischs im Brennraum 5 erkennt, indem sie die Sauerstoffkonzentration mißt.
Auch wenn der Abgaskatalysator 22 ein Dreiwegekatalysator sein kann, ist es wünschenswert, Katalysatoren zu verwenden, die in der Lage sind, auch NOx zu reduzieren, die in einem Magergemisch enthalten sind, das ein höheres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um eine erhöhte Umwandlungsleistung zu erreichen, wenn die Schichtladungsverbrennung eines Magergemischs mit einem hohen Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird, wie weiter unten beschrieben. Das heißt, während der Dreiwegekatalysator bekanntlich nur in einem engen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis herum eine hohe Umwandlungsleistung gegen alle drei Schadstoffe HC, CO entfaltet, ist ein Katalysator vorhanden (NOx-Katalysator zur Magergemischbehandlung), der nicht nur die gleiche Funktion wie der Dreiwegekatalysator erfüllt, sondern selbst die NOx-Menge reduziert, die in einem Magergemisch enthalten ist, dessen Luft/Kraftstoff-Verhältnis höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Daher wird die NOx-Menge unter mageren Betriebsbedingungen bevorzugt mit diesem Katalysator reduziert. Es ist jedoch anzumerken, daß auch dieser NOx-Katalysator zur Magergemischbehandlung in einem Bereich um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis herum seine maximale Umwandlungsleistung entfaltet.
Da der Abgaskatalysator 22 den NOx-Katalysator zur Magergemischbehandlung enthält, kann die Katalysatortemperatur unter hohen Drehzahl- und Lastbedingungen leicht übermäßig ansteigen, wenn der Abgaskatalysator 22 direkt hinter einem Auspuffkrümmer 16a angeordnet (oder direkt mit dem Auspuffkrümmer 16a verbunden) ist. Daher ist der Abgaskatalysator 22 mit einem Abgasrohr 16b verbunden, das so mit dem Auspuffkrümmer 16a verbunden ist, daß der Abgaskatalysator 22 vom Hauptmotorkörper 1 weiter entfernt angeordnet ist als die Stelle direkt hinter dem Auspuffkrümmer 16a. Falls aber der Dreiwegekatalysator verwendet wird, kann der Abgaskatalysator 22 direkt mit dem Auspuffkrümmer 16a verbunden werden, da der Dreiwegekatalysator wärmebeständige Eigenschaften aufweist.
Das Bezugszeichen 30 in 1 zeigt ein elektronisches Steuergerät (ECU) an, das die Motorsteuerung durchführt. Das ECU 30 empfängt Signale von verschiedenen Meßfühlern wie z. B. einem Kurbelwinkelsensor 23, der den Kurbelwinkel des Motors erkennt, einem Gasdrosselsensor 24, der die Gasdrossel öffnung (d. h., die Betätigungsmenge des Gaspedals) erkennt, einem Luftdurchsatzmeßgerät 25, das die Ansaugluftmenge erkennt, einem Wassertemperaturfühler 26, der die Temperatur des Motorkühlwassers erkennt, und der O₂-Sonde 21.
Das ECU 30 umfaßt einen Temperaturzustandsidentifikator 31, einen Lastbedingungsdetektor 32, einen Kraftstoffeinspritzungsregler 33, einen Einspritzmengenrechner 34, einen Zündzeitpunktregler 35 und einen Motordrehzahlregler 36.
Der Temperaturzustandsidentifikator 31 schätzt auf der Basis eines Temperaturmeßsignals, das vom Wassertemperaturfühler 26 zugeführt wird, den Temperaturzustand des Katalysators und beurteilt, ob er in einem unerwärmten Zustand ist, oder ob seine Temperatur unter seiner Aktivierungstemperatur liegt. Wenn die Wassertemperatur niedriger ist als eine Solltemperatur, beurteilt der Temperaturzustandsidentifikator 31, daß der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, und wenn die Wassertemperatur höher als die Solltemperatur ist, beurteilt der Temperaturzustandsidentifikator 31, daß der Katalysator in seinem erwärmten Zustand ist. Dieser Temperaturzustandsbeurteilungsvorgang zur Bestimmung des Erwärmungszustands des Katalysators kann durch Durchführen der Wassertemperaturerkennung mit einer gleichzeitigen Beurteilung der Zeit, die seit dem Anlassen des Motors abgelaufen ist, oder durch direktes Messen der Katalysatortemperatur erfolgen.
Der Lastbedingungsdetektor 32 mißt den Lastzustand auf der Basis der Motordrehzahl, die zum Beispiel mit Hilfe der Gasdrosselöffnung, die vom Gasdrosselsensor 24 erkannt wird, und eines Eingangssignals vom Kurbelwinkelsensor 23 bestimmt wird.
Der Kraftstoffeinspritzungsregler 33 regelt durch eine Einspritzaggregat-Treiberschaltung 37 den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die vom Einspritzaggregat 11 einzuspritzende Kraftstoffmenge. Wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, führt der Kraftstoffeinspritzungsregler 33 einen schnellbeheizenden Regelvorgang durch, wobei die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzaggregat 11 in einem bestimmten niedrigen Lastbereich des Motors einmalig während jedes Verdichtungshubs durchgeführt wird, und der Kraftstoffeinspritzungsregler 33 diesen einmaligen Einspritzmodus mit zuneh mender Motorlast zu einem geteilten Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzmodus umschaltet, der eine frühere Einspritzung einschließt, die während jedes aufeinanderfolgenden Ansaughubs durchgeführt wird, und eine spätere Einspritzung, die während jedes aufeinanderfolgenden Verdichtungshubs durchgeführt wird. Darüber hinaus wird in dieser Ausführungsform in einem Motorbetriebsbereich, der zwischen dem niedrigen Lastbereich, in der Kraftstoff einmalig eingespritzt wird, und einem hohen Lastbereich liegt, in dem der Kraftstoff sowohl im Ansaug- als auch im Verdichtungshub getrennt eingespritzt wird, die geteilte Einspritzung während einer Verdichtungshubperiode durchgeführt.
Das heißt, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, wird der Modus der Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzaggregat 11 wie in 2A–2C gezeigt den einzelnen Motorbetriebsbereichen entsprechend umgeschaltet, die in 3 dargestellt sind.
Das heißt, die einmalige Einspritzung PO wird in einem niedrigen Lastbereich A (einschließlich des lastfreien oder Leerlaufzustands) unterhalb eines ersten voreingestellten Lastwerts in der letzten Hälfte des Verdichtungshubs durchgeführt, wie in 2A gezeigt. Der Einspritzzeitpunkt wird bevorzugt so geregelt, daß er vorgeschoben wird, wenn die Motorlast innerhalb des niedrigen Lastbereichs A zunimmt.
In einem mittleren Lastbereich B, der über dem ersten voreingestellten Lastwert, aber unter einem zweiten voreingestellten Lastwert liegt, wird die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzaggregat 11 während der Periode des Verdichtungshubs in zwei Schritten durchgeführt, d. h. eine frühere Einspritzung P1 und eine spätere Einspritzung P2. Obwohl die Anteile des Kraftstoffs, der in den zwei Einspritzzyklen dieses geteilten Einspritzmodus eingespritzt wird, in dieser Erfindung nicht spezifisch definiert sind, ist es wünschenswert, wenn durch die frühere und spätere Einspritzung P1, P2 etwa die gleiche Kraftstoffmenge (je 50%) eingespritzt wird.
In einem hohen Lastbereich C, der über dem zweiten voreingestellten Lastwert liegt, wird ein modifizierter geteilter Einspritzmodus durchgeführt, der eine frühere Einspritzung P11 einschließt, die während des Ansaughubs durchgeführt wird, und eine spätere Einspritzung P12, die während des Verdichtungshubs durchgeführt wird. Obwohl die Anteile des Kraftstoffs, der in den zwei Einspritzzyklen dieses geteilten Einspritzmodus eingespritzt wird, in dieser Erfindung auch nicht spezifisch definiert sind, ist es wünschenswert, wenn durch die frühere und spätere Einspritzung P11, P12 etwa die gleiche Kraftstoffmenge (je 50%) eingespritzt wird.
In 2A–2C zeigen P0, P1, P2, P11 und P12 Einspritzsteuerimpulse an, die als Steuersignale dienen, die von der Einspritzaggregat-Treiberschaltung 37 eingegeben werden. Das Einspritzaggregat 11 wird veranlaßt, seinen Auslaß während Zeitperioden zu öffnen, die den Dauern dieser Einspritzsteuerimpulse entsprechen, und den Kraftstoff einzuspritzen, dessen Menge der Dauer jedes Impulses entsprechend bestimmt wird.
Der Einspritzmengenrechner 34 berechnet die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs so, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis während einer Periode, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist und der oben beschriebene schnellbeheizende Regelvorgang durchgeführt wird, im ganzen Innenraum des Brennraums 5 in einen Sollbereich von 13 bis 17 fällt. Dieser Regelvorgang kann in Form einer rückkopplungsfreien Regelung durchgeführt werden, wobei die einzuspritzende Kraftstoffmenge auf der Basis der Ansaugluftmenge und der Motordrehzahl berechnet wird, bis die
O₂-Sonde 21 aktiv wird, und in Form einer Rückkopplungsregelung wie einer Proportional-Integral (PI)-Regelung, wobei ein Rückkopplungskorrekturwert auf der Basis von Änderungen in der Ausgabe der O₂-Sonde 21 berechnet wird, nachdem diese aktiv geworden ist.
Obwohl das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch eine normale Rückkopplungsregelung mit Hilfe der O₂-Sonde 21 auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis geregelt werden kann, daß es auch möglich, die Rückkopplungsregelung so durchzuführen, daß das Luft-Kraftstoff-Gemisch leicht magerer oder fetter ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Dies kann zum Beispiel erfolgen, indem beim Umschlagen der Ausgabe der O₂-Sonde 21 eine Verzögerungszeit im Rückkopplungskorrekturwert-Umkehrvorgang so eingeführt wird, daß die Verzögerungszeit zwischen mageren und fetten Gemischeinstellungen differenziert, oder durch Differenzierung des P-Werts (proportionaler Gewinn) oder des I-Werts (integraler Gewinn) für die PI-Regelung.
Der Zündzeitpunktregler 35 gibt ein Steuersignal an den Zylinderkopf 38 aus, um dadurch den Zündzeitpunkt den Betriebsbedingungen des Motors entspre chend zu regeln. Auch wenn der Zündzeitpunktregler 35 den Zündzeitpunkt normalerweise regelt, um eine minimale Vorzündung für das beste Drehmoment (MBT) zu erreichen, verzögert er den Zündzeitpunkt während des schnellbeheizenden Regelvorgangs, der durchgeführt wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, um einen bestimmten Betrag.
Der Drehzahlregler 36 regelt die Ansaugluftmenge oder den Zündzeitpunkt zum Beispiel derart, daß die Leerlaufdrehzahl höher ist, wenn der Katalysator voll erwärmt worden ist, als wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist.
Das ECU 30 ist so aufgebaut, daß es auch die Menge der Ansaugluft regelt, indem es ein Steuersignal an den Antrieb 19 zum Verstellen der Drosselklappe 18 ausgibt. Das heißt, das ECU 30 regelt die Öffnung der Drosselklappe 18 der Gasdrosselöffnung entsprechend, wenn der Motor zum Beispiel im Hochlastbereich beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist oder bereits erwärmt wurde, wogegen das ECU 30 die Öffnung der Drosselklappe 18 bewirkt, um die Ansaugluftmenge zu erhöhen und dadurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erhöhen, um ein magereres Gemisch zu erzeugen, wenn die Schichtladungsverbrennung durchgeführt wird, indem der Kraftstoff in einem niedrigen Lastbereich zum Beispiel nach dem Aufwärmen nur im Verdichtungshub eingespritzt wird. Ferner steuert das ECU 30 das Wirbelregelventil 17, um einen Wirbel im Brennraum 5 zu erzeugen, wenn die einmalige Einspritzung während des Verdichtungshubs durchgeführt wird oder die die geteilte Einspritzung durchgeführt wird, während der Katalysator noch in seinem unerwärmten Zustand ist.
Ein Beispiel für den Regelvorgang dieser Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung wird nun Bezug nehmend auf 4 beschrieben.
Wenn eine Routine startet, die in 4 gezeigt wird, werden in Schritt S1 verschiedene Meßsignale eingegeben und in Schritt S2 wird eine Beurteilung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Motor in seinem Anlaßstadium ist. Wenn der Motor in seinem Anlaßstadium ist, wird der Kraftstoff während des Ansaughubs eingespritzt, wodurch seine Verdampfung und Zerstäubung gut unterstützt werden und auf wünschenswerte Weise ein geeignetes Dreh moment erzeugt wird, und der Zündzeitpunkt wird angepaßt, um einen MBT-Punkt zu erreichen.
Wenn der Motor nicht im Anlaßstadium ist, wird in Schritt S4 eine Beurteilung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Katalysator noch in seinem unerwärmten Zustand ist, indem die Kühlwassertemperatur, die seit dem Anlassen des Motors abgelaufene Zeit usw. geprüft wird. Wenn der Katalysator noch im unerwärmten Zustand ist, wird die Menge des einzuspritzenden Kraftstoffs, die ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen 13 und 17 erzeugen soll, in Schritt S5 berechnet, und in Schritt S6 wird eine weitere Beurteilung durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Motorlast in den niedrigen Lastbereich A fällt. Wenn die Motorlast in den niedrigen Lastbereich A fällt, wird das Einspritzaggregat 11 in Schritt S7 gesteuert, um eine einmalige Einspritzsequenz während des Verdichtungshubs durchzuführen. In einem bevorzugten Modus der Einspritzungssteuerung wird der Einspritzzeitpunkt in der einmaligen Einspritzsequenz so geregelt, daß er vorgeschoben wird, wenn die Motorlast innerhalb des niedrigen Lastbereichs A in Schritt S7 zunimmt. Dann wird der Zündzeitpunkt in Schritt S8 verzögert.
Wenn in Schritt S6 beurteilt wird, daß die Motorlast nicht in den niedrigen Lastbereich A fällt, wird in Schritt S9 eine weitere Beurteilung durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Motorlast in den mittleren Lastbereich B fällt. Wenn die Motorlast in den mittleren Lastbereich B fällt, wird das Einspritzaggregat 11 in Schritt S10 gesteuert, um eine geteilte Einspritzsequenz während des Verdichtungshubs durchzuführen, und dann wird der Zündzeitpunkt verzögert (Schritt S8).
Wenn durch die Schritte S6 und S9 beurteilt wird, daß die Motorlast nicht in den niedrigen Lastbereich A oder den mittleren Lastbereich B fällt, das heißt, die Motorlast ist im hohen Lastbereich C, wird das Einspritzaggregat 11 in Schritt S11 gesteuert, um eine geteilte Einspritzsequenz in aufeinanderfolgenden Ansaug- und Verdichtungshüben durchzuführen, und dann wird der Zündzeitpunkt verzögert (Schritt S8).
Nachdem der Katalysator erwärmt worden ist, wird die Kraftstoffeinspritzung den Motorbetriebsbedingungen entsprechend geregelt. Wenn der Motor zum Beispiel in einem niedrigen Drehzahl- und Lastbereich ist, wird die Einspritzung im Verdichtungshub gewählt, um eine Schichtladungsverbrennung durchzuführen, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird erhöht, um ein magereres Gemisch zu erzeugen. Andererseits, wenn der Motor in einem hohen Drehzahlbereich oder hohen Lastbereich ist, wird die Einspritzung im Ansaughub gewählt, um eine homogene Verbrennung durchzuführen. In einem Bereich zwischen dem Schichtladungsverbrennungsbereich und dem homogenen Verbrennungsbereich, der innerhalb des mittleren Lastbereichs liegt, sind ferner Fälle vorhanden, in denen die geteilte Einspritzung in aufeinanderfolgenden Ansaug- und Verdichtungshüben durchgeführt wird, um plötzliche Änderungen im Antriebsdrehmoment zu vermeiden.
Die Betriebsmerkmale und Vorteile der oben beschriebenen Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
Wenn der Katalysator nach dem Anlassen des Motors in seinem unerwärmten Zustand ist, wird im niedrigen Lastbereich A einschließlich des Leerlaufbereichs die einmalige Einspritzung im Verdichtungshub durchgeführt. Dadurch werden die HC- und NOx-Emissionen unter niedrigen Lastbedingungen reduziert, und die Abgastemperatur steigt an, wodurch die Schnellbeheizung des Katalysators beschleunigt wird und die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs auf ein relativ niedriges Niveau reduziert wird. Versuchsergebnisse, die diese vorteilhaften Wirkungen aufweisen, werden in 5A–5C gezeigt.
5A–5C zeigen die Versuchsergebnisse in graphischer Form, einschließlich Messungen der HC- und NOx-Emissionsmengen aus dem Brennraum. Es wurden Versuche ausgeführt, indem unter den folgenden Betriebsbedingungen eine geteilte Einspritzsequenz im Ansaug-/Verdichtungshub (wobei eine frühere Einspritzung im Ansaughub und eine spätere Einspritzung im Verdichtungshub durchgeführt wurde) sowie eine einmalige Einspritzsequenz im Verdichtungshub durchgeführt wurden:

– Temperatur des Motorkühlwassers: 40°C

– Katalysatorzustand: Unerwärmt

– Motordrehzahl: 1500 U/min

– Wellenleistungsanteil des mittleren Arbeitsdrucks (Pe): 0 kPa

– Luft/Kraftstoff-Verhältnis im gesamten Innenraum des Brennraums: Stöchiometrisches Verhältnis (λ = 1)
Die in 5A gezeigten Verschlechterungsraten des Kraftstoffverbrauchs basieren auf einem Vergleich mit Kraftstoffverbrauchswerten, die mit der einmaligen Einspritzung im Ansaughub erhalten wurden.
Wie aus der graphischen Darstellung von 5A–5C hervorgeht, sind die HC- und NOx-Emissionsmengen im niedrigen Lastbereich A einschließlich des Leerlaufbereichs bei der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub drastisch kleiner als die HC- und NOx-Emissionsmengen (bei der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub) bei der geteilten Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzung. Darüber hinaus wird die Verschlechterung im Kraftstoffverbrauch bei der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub auf ein relativ niedriges Niveau gehalten. Obwohl aus der graphischen Darstellung keine vorteilhaften Wirkungen hinsichtlich der Erhöhung der Abgastemperatur zu ersehen sind, stehen die HC-emissionsreduzierende Wirkung und die abgastemperaturerhöhende Wirkung nahezu miteinander in Wechselbeziehung. Daher steigt die Abgastemperatur in der einmaligen Einspritzsequenz im Verdichtungshub stärker an als in der geteilten Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzsequenz, und der Schnellbeheizungsvorgang wird beschleunigt.
Obwohl die HC- und NOx-reduzierenden und schnellbeheizenden Wirkungen verstärkt werden, indem die einmalige Einspritzung im Verdichtungshub wie oben beschrieben im niedrigen Lastbereich durchgeführt wird, würden die HC- und NOx-reduzierenden Wirkungen abnehmen (und eine Zunahme in den HC- und NOx-Emissionen bewirken), wenn die Motorlast ansteigt, wie weiter unten Bezug nehmend auf die in 14 gezeigten Graphen erläutert.
6 zeigt, in graphischer Form, die Abgastemperaturen, die NOx-Emissionsmengen, die HC-Emissionsmengen und die Kraftstoffverbrauchsmessungen, die erhalten werden, wenn der indizierte mittlere Arbeitsdruck (Pi) auf verschiedene Weise variiert wird und das Einspritzaggregat 11 gesteuert wird, um sowohl die geteilte Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzung als auch die einmalige Einspritzung im Ansaughub durchzuführen, bei einer Motordrehzahl von 1500 U/min und einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis im gesamten Innenraum des Brennraums 5, das auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) geregelt ist, sowie Wärmeabgabeprofile, die in den niedrigen, mittleren und hohen Lastbereich erhalten wurden. In 6 sind alle Daten, die in der geteilten Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzung gewonnen wurden, durch kleine schwarz ausgefüllte Kreise dargestellt, während alle Daten, die in der einmaligen Ansaughub-Einspritzung gewonnen wurden, durch kleine offene Kreise dargestellt sind. In jedem Graph, der die Wärmeabgabeprofile zeigt, stellt die Horizontalachse den Kurbelwinkel dar, während die Vertikalachse die Wärmeabgabemenge darstellt, wobei eine dicke Linie Daten zeigt, die in der geteilten Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzung gewonnen wurden, während eine dünne Linie Daten zeigt, die in der einmaligen Einspritzung im Ansaughub gewonnen wurden.
Wie aus den Graphen von 6 zu ersehen ist, sind die HC- und NOx-reduzierenden und abgastemperaturerhöhenden Wirkungen in einem niedrigen Lastbereich, in dem der mittlere indizierte Arbeitsdruck (Pi) kleiner als etwa 2,5 kg/cm² (245 kPa) ist, in der geteilten Einspritzung im Ansaug-/Verdichtungshub im Vergleich zur einmaligen Einspritzung im Ansaughub kleiner, wohingegen die HC- und NOx-reduzierenden und abgastemperaturerhöhenden Wirkungen in einem Lastbereich von etwa 4 kg/cm² (392 kPa) zunehmen. Ein Wärmeabgabeprofil, das bei der geteilten Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzung im letztgenannten Lastbereich (bei etwa 4 kg/cm²) erhalten wurde, ist ein Profil, das eine auf vorteilhafte Weise unterdrückte Anfangsverbrennung und beschleunigte Nachverbrennung gewährleistet, wie weiter unten Bezug nehmend auf 8 ausführlicher beschrieben.
Die HC- und NOx-reduzierenden und abgastemperaturerhöhenden Wirkungen werden bis zu einem gewissen Grade in Lastbereichen erhalten, die über dem Lastbereich liegen.
Es versteht sich aus den Daten, die in 5A–5C, 6 usw. gezeigt werden, daß die HC- und NOx-reduzierenden und abgastemperaturerhöhenden Wirkungen in jeweiligen Lastbereichen erhalten werden, wenn in einem niedrigen Lastbereich einschließlich des Leerlaufbereichs die oben beschriebene einmalige Einspritzsequenz im Verdichtungshub und in einem hohen Lastbereich die oben beschriebene geteilte Einspritzsequenz im Ansaug-/Verdichtungshub verwendet wird. Überdies wird die oben erwähnte geteilte Einspritzsequenz im Verdich tungshub vorzugsweise als eine Übergangsform der Einspritzung verwendet, in einem Bereich zwischen dem niedrigen Lastbereich, in dem die einmalige Einspritzsequenz im Verdichtungshub durchgeführt wird, und dem hohen Lastbereich, in dem die geteilte Einspritzsequenz im Ansaug-/Verdichtungshub durchgeführt wird.
Die Gründe, weshalb diese Wirkungen erreicht werden, werden nun beschrieben.
Die folgende Erläuterung befaßt sich damit, wie ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das durch den Kraftstoff erzeugt wird, der aus dem Einspritzaggregat 11 eingespritzt wird, innerhalb des Brennraums 5 verteilt wird. Allgemein gesprochen, je kürzer die Zeitperiode von der Kraftstoffeinspritzung bis zur Zündung ist, um so unzureichender ist die Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs, und um so größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß der eingespritzte Kraftstoff sich um die Zündkerze 10 herum sammelt.
Dementsprechend wird im Fall der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub eine Gemischmasse M, die durch den eingespritzten Kraftstoff erzeugt wird, lokal um die Zündkerze 10 herum verteilt, und um die Gemischmasse M herum wird eine Luftschicht erzeugt, die nahezu kraftstofffrei ist und als Abschreckschicht dient, wie in 7A gezeigt. Die Gemischmasse M an sich weist ihre eigene innere Struktur auf, die eine relativ fette innere Region und eine relativ magere äußere Region umfaßt.
Im Fall der geteilten Einspritzung im Verdichtungshub wird eine relativ fette Gemischschicht M_R, die durch die spätere Einspritzung P₂ erzeugt wird, lokal um die Zündkerze 10 herum verteilt, und eine relativ magere Gemischschicht M_L, die durch die frühere Einspritzung P₁ erzeugt wird, wird um die ganze Gemischschicht M_R herum geformt, wie in 7B gezeigt. Da in diesem Fall die frühere Einspritzung P₁ und die spätere Einspritzung P₂ beide in jedem Verdichtungshub durchgeführt werden, wird das Gemisch M nicht gründlich im ganzen Innenraum des Brennraums 5 verteilt, und es wird eine Luftschicht erzeugt, die an einem äußeren Randabschnitt des Brennraums 5 als Abschreckschicht dient.
Im Fall der geteilten Einspritzung im Ansaug-/Verdichtungshub wird eine relativ fette Gemischschicht M_R, die durch die spätere Einspritzung P12 erzeugt wird, lokal um die Zündkerze 10 herum verteilt, und eine relativ magere Gemischschicht M_L, die durch die frühere Einspritzung P11 während des Ansaughubs erzeugt wird, wird um die ganze Gemischschicht M_R herum geformt, wobei diese äußere Gemischschicht M_R im ganzen Innenraum des Brennraums 5 verteilt ist, wie in 7C gezeigt.
Nun werden Faktoren in Betracht gezogen, die günstig auf die Reduktion der HC- und NOx-Emissionen und die Erhöhung der Abgastemperatur wirken. Da es für die Reduktion der HC- und NOx-Emissionen wirkungsvoll ist, die Verbrennungsgeschwindigkeit zu senken und die Höchstmenge der Wärmeabgabe zu unterdrücken, ist ein Faktor, der die Reduktion der NOx-Emissionen beeinflußt, die Unterdrückung der Anfangsverbrennung durch Anreichern des Gemischs in einem zentralen Abschnitt des Brennraums 5 (um die Zündkerze 10 herum), um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen, das erheblich höher ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und durch Verschlechtern der Verdampfung und Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs. Andere Faktoren, die Einfluß auf die Reduktion der NOx-Emissionen haben, sind die Minderung der Verbrennungsgeschwindigkeit, indem das Gemisch am äußeren Randabschnitt des Brennraums 5 magerer gemacht wird, und die Erhöhung der Zündzeitpunktverzögerungsfähigkeit.
Faktoren, die die Reduktion der HC-Emissionen und die Erhöhung der Abgastemperatur beeinflussen, sind die Beschleunigung der Verbrennung in einem späteren Abschnitt der Gesamtverbrennungsperiode (nachstehend Nachverbrennung genannt) durch Verschlechtern der Verdampfung und Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs, um eine ausreichende Verbrennung des Gemischs bis zum Ende der Verbrennungsperiode zu gewährleisten, das Vorhandensein einer Luftschicht, die als Abschreckschicht am äußeren Randabschnitt des Brennraums 5 dient, um zum Beispiel zu verhindern, daß der Kraftstoff in einen Spalt zwischen Zylinderwänden und Kolben eintritt und ausgestoßen wird, ohne zu verbrennen.
Unter diesen Umständen ist es für die Reduktion der HC- und NOx-Emissionen und die Schnellbeheizung von Vorteil, die Anfangsverbrennung so zu unterdrücken, daß das Wärmeabgabeprofil nach der Zündung (oder eine Änderung in der Wärmeabgabemenge dQ pro Einheitskurbelwinkel) im Vergleich zum Profil der normalen Verbrennung, das durch eine unterbrochene Linie in 8 angezeigt wird, sanft ansteigt, wie durch eine durchgehende Linie in 8 angezeigt, und daß die Verbrennung im späteren Abschnitt der Gesamtverbrennungsperiode (Nachverbrennung) beschleunigt wird.
In 9 wird die Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und den HC- und NOx-Emissionsmengen gezeigt. Da die Menge der NOx-Emissionen in einem Bereich normaler Luft/Kraftstoff-Verhältnisse, der nahe am stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, zunimmt, ist es für die Reduktion der NOx-Emissionen wünschenswert, die Verbrennung in diesem Bereich zu vermeiden und zu bewirken, daß die Verbrennung in einem niedrigeren Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich (fettes Gemisch) oder höheren Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich (mageres Gemisch) erfolgt, wie in 9 gezeigt.
10 veranschaulicht, wie im Fall der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub nach der Kraftstoffeinspritzung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar um die Zündkerze 10 herum variiert, wobei die Horizontalachse den Kurbelwinkel darstellt. In 10 zeigt eine unterbrochene Linie einen Fall, in dem der Einspritzzeitpunkt auf einen Punkt für den optimalen Kraftstoffverbrauch geregelt ist, und eine durchgehende Linie zeigt einen Fall, in dem die Verteilung des Gemischs durch Verzögern des Einspritzzeitpunkts unterdrückt wird. Ferner ist ein brennbarer Bereich, der in 10 gezeigt wird, ein Bereich, in dem das Gemisch nach der Zündung brennen kann. Es ist wesentlich, daß das Gemisch während einer Periode gezündet wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe der Zündkerze 10 in den brennbaren Bereich fällt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, wird die Periode, in der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe der Zündkerze 10 im brennbaren Bereich liegt, im Vergleich zu dem Fall, in dem der Einspritzzeitpunkt für den optimalen Kraftstoffverbrauch geregelt ist, verzögert und verlängert, wenn die Verteilung des Gemischs durch Verzögern des Einspritzzeitpunkts unterdrückt wird. Daher ist es möglich, den Zündzeitpunktverzögerungsbetrag bzw. die Zündzeitpunktverzögerungsfähigkeit zu erhöhen.
Als nächstes wird das Motorverhalten in einem Fall, wo im niedrigen Lastbereich A einschließlich des Leerlaufbereichs die einmalige Einspritzsequenz im Verdichtungshub durchgeführt wird, auf der Basis der Daten erörtert. In diesem Fall wird das Gemisch lokal in einem spezifischen Bereich um die Zündkerze 10 herum verteilt, wie in 7A gezeigt, weil die Zeitperiode von der Kraftstoffeinspritzung bis zur Zündung kurz ist. Innerhalb dieses spezifischen Bereichs wird ein Schichtladungszustand, in dem das Gemisch relativ fett ist, in der Innenregion in der Nähe der Zündkerze 10 erzeugt, und Kraftstofftröpfchen, die durch eine unzureichende Verdampfung und Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs verursacht wird, sind in einer Region enthalten, wo das Gemisch lokal verteilt ist. Wenn der Verbrennungsvorgang unter solchen Gemischverteilungsbedingungen durchgeführt wird, wird das Wärmeabgabeprofil erhalten, das durch die durchgehende Linie in 8 dargestellt ist, oder ein Verbrennungszustand, in dem Anfangsverbrennung unterdrückt wird und die Nachverbrennung beschleunigt wird. Darüber hinaus wird im äußeren Randabschnitt des Brennraums 5 eine Luftschicht erzeugt, die für die HC-Unterdrückung wirksam ist. Dadurch werden die HC- und NOx-reduzierende und die abgastemperaturerhöhenden Wirkungen erhalten.
In 11 wird eine Verteilung der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse gezeigt, die an verschiedenen Punkten im Brennraum 5 unter niedrigen Lastbedingungen erreicht wird, wobei die Horizontalachse die Entfernung vom Zylinderzentrum (d. h., das Zentrum des Brennraums 5) darstellt. Das heißt, 11 zeigt die Verteilung der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse, die an verschiedenen Punkten im Brennraum 5 unter niedrigen Lastbedingungen bei der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub (gestrichelte Linie), bei der geteilten Einspritzung im Verdichtungshub (durchgehende Linie), und bei der geteilten Einspritzung im Ansaug-/Verdichtungshub (Strichpunktlinie) erreicht wird. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, wird die Gemischmasse im zentralen Abschnitt des Brennraums 5 angemessen fett und ist auf einen angemessen kompakten Raum begrenzt, der für die Kraftstoffmenge, die unter niedrigen Lastbedingungen eingespritzt wird, wo die eingespritzte Kraftstoffmenge gering ist, geeignet ist. Da das Gemisch bis zu einer gewissen Entfernung vom Zylinderzentrum in einem geeigneten fetten Zustand gehalten wird, der dem niedrigen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich (fettes Gemisch) von 9 entspricht, und von dieser Entfernung an plötzlich magerer wird, wird die Region, wo das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einen Bereich fällt, der voraussichtlich NOx-Emissionen verursacht, extrem klein gemacht.
Aus der obigen Erörterung geht auch hervor, daß die einmalige Einspritzsequenz im Verdichtungshub, die unter niedrigen Lastbedingungen durchgeführt wird, für die Reduktion der HC- und NOx-Emissionen vorteilhaft ist.
Da die Verteilung des Gemischs durch die einmalige Einspritzsequenz im Verdichtungshub unterdrückt wird, ist es überdies möglich, den Betrag der Zündzeitpunktverzögerung zu erhöhen, wie aus 10 hervorgeht. Darüber hinaus werden die HC- und NOx-reduzierenden und abgastemperaturerhöhenden Wirkungen zusätzlich erhöht.
Wie 11 zeigt 12 eine Verteilung der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse, die an verschiedenen Punkten im Brennraum 5 in den Fällen der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub (gestrichelte Linie), der geteilten Einspritzung im Verdichtungshub (durchgehende Linie) und der geteilten Einspritzung im Ansaug-/Verdichtungshub (Strichpunktlinie) erreicht wird. 12 zeigt aber die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse, die in einem höherlastigen Motorbetriebsbereich (mittlerer Lastbereich) als in 11 erreicht werden. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, neigt ein Gemisch, das für die eingespritzte Kraftstoffmenge fett genug ist, mit zunehmender Motorlast dazu, in der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub übermäßig im zentralen Abschnitt des Brennraums 5 konzentriert zu sein, wodurch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs unmittelbar um die Zündkerze 10 herum zu hoch wird (überfettes Gemisch). Mit anderen Worten, wenn die Motorlast zunimmt, tritt eine Tendenz auf, daß die Gemischkonzentration durch eine Zunahme der eingespritzten Kraftstoffmenge steigt, und wenn der Innendruck des Brennraums 5 infolge einer Zunahme der Motorlast steigt, tritt eine Tendenz auf, daß der Spritzkegelwinkel des eingespritzten Kraftstoffs entsprechend abnimmt. Diese Tendenzen führen dazu, daß eine fette Gemischmasse voraussichtlich übermäßig im zentralen Abschnitt des Brennraums 5 konzentriert ist.
Dies ist wohl dadurch zu erklären, daß der eingespritzte Kraftstoff im zentralen Abschnitt des Brennraums 5 nicht vollständig verbrennt, um eventuelle HC-Emissionen zu erzeugen, und die NOx-Emissionen können in Regionen in einer spezifischen Entfernung vom Zylinderzentrum leicht erzeugt werden, wo das Luft/Kraftstoff-Verhältnis allmählich zunimmt (magereres Gemisch).
Wenn im Gegenteil dazu eine Vorkehrung getroffen wird, zur geteilten Einspritzung im Verdichtungshub umzuschalten, wenn die Motorlast angestiegen ist, wird ein geeigneter Schichtladungszustand (in dem das Gemisch auf geeignete Weise verteilt ist) hergestellt, wodurch verhindert werden kann, daß fette Gemischmassen sich übermäßig im zentralen Abschnitt des Brennraums 5 konzentrieren, und wodurch im zentralen Abschnitt des Brennraums 5 ein geeigneter fetter Zustand erreicht werden kann. Im hohen Lastbereich, wo die Menge des eingespritzten Kraftstoffs weiter zunimmt, ist es möglich, durch Verwenden der geteilten Einspritzsequenz im Ansaug-/Verdichtungshub einen geeigneten Schichtladungszustand zu erreichen. Das heißt, wenn der Modus der Kraftstoffeinspritzung mit zunehmender Motorlast von der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub zur geteilten Einspritzung im Verdichtungshub und dann zur geteilten Einspritzung im Ansaug/Verdichtungshub umgeschaltet wird, ändert sich die Konzentration des Gemischs im äußeren Randabschnitt des Brennraums 5 innerhalb eines Bereichs, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis größer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (magereres Gemisch), zur „fetten" Seite hin, und die Konzentration des Gemischs um die Zündkerze 10 herum ändert sich innerhalb eines Bereichs, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis an den einzelnen Umschaltpunkten kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (fetteres Gemisch), zur „mageren" Seite hin, wodurch die Gemischverteilung korrekt angepaßt wird.
13 zeigt Wärmeabgabeprofile, die erhalten werden, wenn das Gemisch im Schichtladungszustand bei einer Motordrehzahl von 1500 U/min in der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub verbrannt wird, während das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis variiert wird und der indizierte mittlere Arbeitsdruck (Pi) auf 2 kg/cm² (196 kPa) geregelt wird.
14 zeigt HC-Emissionen, NOx-Emissionen und Kraftstoffverbrauchsmessungen, die erhalten werden, wenn der indizierte mittlere Arbeitsdruck (Pi) in der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub bei einer Motordrehzahl von 1500 U/min auf 2 kg/cm² (196 kPa), 2,5 kg/cm² (245 kPa) und 5,5 kg/cm² (539 kPa) eingestellt wird, während das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis variiert wird.
Wie aus 13 und 14 zu ersehen ist, wird die Anfangsverbrennung stark beschleunigt, wenn das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis größer oder gleich 20 ist, und die HC- und NOx-Emissionsmengen neigen dazu, in der einmalige Einspritzsequenz im Verdichtungshub zuzunehmen, wogegen in der geteilten Einspritzsequenz im Verdichtungshub anfangsverbrennungsunterdrückende und nachverbrennungsbeschleunigende Wirkungen erhalten werden, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im ganzen Innenraum des Brennraums 5 auf etwa 17 abfällt, wodurch die HC- und NOx-Emissionsmengen verringert werden.
Um die obige Erörterung zusammenzufassen, es ist möglich, die wünschenswerten HC- und NOx-reduzierenden und schnellbeheizenden Wirkungen durch die Abgastemperaturerhöhung zu erhalten, indem im niedrigen Lastbereich A die geteilte Einspritzsequenz bei einem auf 13 bis 17 geregelten mittleren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird. Wenn die Motorlast auf den mittleren Lastbereich B ansteigt, wird der Kraftstoffeinspritzungsmodus auf die geteilte Einspritzung im Verdichtungshub umgeschaltet. Wenn die Motorlast weiter auf den hohen Lastbereich C ansteigt, wird der Kraftstoffeinspritzungsmodus auf die geteilte Einspritzung im Ansaug/Verdichtungshub umgeschaltet, wodurch es möglich ist, zu verhindern, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar um die Zündkerze 10 herum aufgrund der übermäßigen Konzentration eines fetten Gemischs im zentralen Abschnitt des Brennraums 5 zu hoch wird (überfettes Gemisch), und selbst in den mittleren bis hohen Lastbereichen einen geeigneten Schichtladungszustand zu erzeugen, um dadurch aufgrund der Abgastemperaturerhöhung die HC- und NOx-reduzierenden und schnellbeheizenden Wirkungen zu erhalten.
Zudem ist es möglich, den Zündzeitpunktverzögerungsbetrag aufgrund des geeigneten Schichtladungszustands zu erhöhen, wodurch die HC- und NOx-reduzierenden und abgastemperaturerhöhenden Wirkungen verstärkt werden können.
Wenn der Einspritzzeitpunkt in der einmaligen Einspritzsequenz im Verdichtungshub im niedrigen Lastbereich A der Zunahme der Motorlast entsprechend vorgeschoben wird, wird die Verteilung des Gemischs korrekt angepaßt. Das bedeutet, daß es möglich ist, zu verhindern, daß das Gemisch übermäßig im zentralen Abschnitt des Brennraums 5 konzentriert ist, indem der Einspritzzeitpunkt selbst in der einmaligen Einspritzsequenz einer Zunahme der eingespritzten Kraftstoffmenge entsprechend vorgeschoben wird, solange die eingespritzte Kraftstoffmenge einen bestimmten Wert nicht übersteigt.
Zusammenfassend wird eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung verwendet, die einen Katalysator aufweist, der in einer Abgasleitung vorgesehen ist, um Abgase umzuwandeln, und ein Einspritzaggregat, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum einzuspritzen. Die Steuervorrichtung umfaßt einen Temperaturzustandsidentifikator, um den Temperaturzustand des Katalysators zu beurteilen, einen Lastbedingungsdetektor, um die Lastbedingungen des Motors abzutasten, und einen Kraftstoffeinspritzungsregler, um die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzaggregat zu regeln. Der Kraftstoffeinspritzungsregler führt einen schnellbeheizenden Steuerbetrieb durch, indem er das Einspritzaggregat veranlaßt, Kraftstoff in einem spezifischen niedrigen Lastbereich des Motors in einem einmaligen Einspritzmodus während eines Verdichtungshubs einzuspritzen, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, wo seine Temperatur unter seiner Aktivierungstemperatur liegt, und in einem spezifischen hohen Lastbereich des Motors auf der Basis der Beurteilungsergebnisse des Temperaturzustandsidentifikators und der Abtastergebnisse des Lastbedingungsdetektors den Kraftstoffeinspritzmodus zum geteilten Einspritzmodus im Ansaug-/Verdichtungshub umschaltet, der eine frühere Einspritzung einschließt, die während des Ansaughubs durchgeführt wird, und eine spätere Einspritzung, die während des Verdichtungshubs durchgeführt wird.
In dieser Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung wird der Kraftstoff im spezifischen niedrigen Lastbereich des Motors einmalig während des Verdichtungshubs eingespritzt, wenn der Katalysator noch nicht voll erwärmt ist. In diesem einmaligen Einspritzmodus wird ein Gemisch, das Kraftstofftröpfchen enthält, die durch die unzureichende Verdampfung und Zerstäubung verursacht werden, ungleichmäßig innerhalb des Brennraums 5 verteilt, weil die Zeitperiode von der Einspritzung bis zur Zündung so kurz ist. Dies trägt dazu bei, die Anfangsverbrennung zu unterdrücken und die Verbrennung im letzten Abschnitt einer Gesamtverbrennungsperiode (oder Nachverbrennung) zu beschleunigen, wodurch schließlich aufgrund der erhöhten Abgastemperatur vorteilhafte Wirkungen wie eine Reduktion der HC- und NOx-Emissionen und eine Beschleunigung des schnell katalysatorbeheizenden Betriebs erreicht werden. Wenn die eingespritzte Kraftstoffmenge aufgrund einer Erhöhung der Motorlast zunimmt, wird der Kraftstoffeinspritzmodus zum geteilten Einspritzmodus im Ansaug-/Verdichtungshub umgeschaltet, so daß das Gemisch auf geeignete Weise verteilt wird. Dieser geteilte Einspritzmodus, der im spezifischen Hochlastbereich durchgeführt wird, gewährleistet die HC- und NOx-reduzierenden und schnellbeheizende Wirkungen.
Für die Steuervorrichtung für die Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung ist es auch vorzuziehen, daß der Kraftstoffeinspritzungsregler das Einspritzaggregat während des schnellbeheizenden Steuerbetriebs steuert, um eine geteilte Einspritzung während des Verdichtungshubs in einem Motorbetriebsbereich durchzuführen, der zwischen dem niedrigen Lastbereich, in dem die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzaggregat einmalig während des Verdichtungshubs durchgeführt wird, und dem hohen Lastbereich liegt, in dem die geteilte Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzung durchgeführt wird.
Mit dieser Anordnung wird der Kraftstoffeinspritzungsmodus mit zunehmender Motorlast und einer daraus resultierenden Zunahme der eingespritzten Kraftstoffmenge nacheinander von der einmaligen Einspritzung im Verdichtungshub zur geteilten Einspritzung im Verdichtungshub und dann zur geteilten Einspritzung im Ansaug-/Verdichtungshub umgeschaltet. Dadurch wird der Zustand der Gemischverteilung so angepaßt, daß in den jeweiligen Motorlastbereichen wünschenswerte HC- und NOx-reduzierende und schnellbeheizende Wirkungen erreicht werden.
Es ist auch vorzuziehen, daß die Kraftstoffeinspritzung während des schnellbeheizenden Steuerbetriebs in den einzelnen Einspritzmodi einschließlich des einmaligen Einspritzmodus im Verdichtungshub und des geteilten Einspritzmodus im Ansaug-/Verdichtungshub mit einem mittleren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird, das innerhalb eines Bereichs von 13 bis 17 geregelt ist.
Der Grund, weshalb das Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb dieses Bereichs geregelt sein sollte, ist, daß dieser Bereich eine gute Wärmeabgabeleistung aufweist, und daher die Fähigkeit, die Abgastemperatur zu erhöhen.
Ferner ist es vorzuziehen, daß die Kraftstoffeinspritzung während des schnellbeheizenden Steuerbetriebs in den jeweiligen Einspritzmodi einschließlich des einmaligen Einspritzmodus im Verdichtungshub und des geteilten Ansaug-/ Verdichtungshub-Einspritzmodus so durchgeführt wird, daß das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum in einer inneren Region um eine Zündkerze herum kleiner oder gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird und in einer äußeren Region um die innere Region herum größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, einen Schichtladungszustand herzustellen, in dem wünschenswerte anfangsverbrennungsunterdrückende und nachverbrennungsbeschleunigende Wirkungen erreicht werden. Da der Kraftstoffeinspritzmodus der Motorlast entsprechend umgeschaltet wird, wird der Schichtladungszustand auf geeignete Weise so angepaßt, daß die vorteilhaften Wirkungen auf zufriedenstellende Weise erhalten werden.
Zudem ist es vorzuziehen, daß die Umschaltung des Kraftstoffeinspritzmodus während des schnellbeheizenden Steuerbetriebs die Konzentration des Gemischs in einem äußeren Randabschnitt des Brennraums einer Zunahme der Motorlast entsprechend so ändert, daß das Gemisch innerhalb eines Bereichs, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs größer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, fetter wird.
Diese Anordnung dient dazu, das Gemisch auf geeignete Weise zu verteilen und dadurch zu verhindern, daß es sich unmittelbar um die Zündkerze herum übermäßig konzentriert, wenn die eingespritzte Kraftstoffmenge zunimmt.
Überdies ist es vorzuziehen, daß die Umschaltung des Kraftstoffeinspritzmodus während des schnellbeheizenden Steuerbetriebs die Konzentration des Gemischs in der inneren Region um die Zündkerze herum einer Zunahme der Motorlast entsprechend so ändert, daß das Gemisch innerhalb eines Bereichs, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs kleiner oder gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, magerer wird.
Diese Anordnung dient dazu, zu verhindern, daß das Gemisch um die Zündkerze herum überfett wird, wenn die eingespritzte Kraftstoffmenge zunimmt.
Es ist vorzuziehen, daß die einmalige Einspritzung, die im schnellbeheizenden Steuerbetrieb im spezifischen Betriebsbereich während des Verdichtungshubs durchgeführt wird, so gesteuert wird, daß der Einspritzzeitpunkt innerhalb des spezifischen Betriebsbereichs einer Zunahme der Motorlast entsprechend vorgeschoben wird.
Diese Anordnung ermöglicht es, selbst im Betriebsbereich, in dem die einmalige Einspritzung während des Verdichtungshubs durchgeführt wird, den Zustand der Gemischverteilung der Motorlast entsprechend auf geeignete Weise anzupassen.
Wenn der Kraftstoffeinspritzmodus auf diese Weise der Zunahme der Motorlast entsprechend umgeschaltet wird, ist es möglich, den Betrag der Zündzeitpunktverzögerung zu erhöhen, und dies trägt dazu bei, die HC- und NOx-reduzierenden und schnellbeheizenden Wirkungen zu erhöhen.
In einer bevorzugten Form der Erfindung ist ein Hohlraum zum Auffangen eines Gemischs in der Oberseite eines Kolbens geformt, der in einer Zylinderbohrung eingebaut ist, und bildet die Bodenfläche des Brennraums, ein Kraftstoffsprühnebel, der vom Einspritzaggregat eingespritzt wird, wird zum Hohlraum hin gerichtet, wenn der Kolben sich in der Nähe seines oberen Totpunkts befindet, und das Einspritzaggregat und der Hohlraum sind so angeordnet, daß der Kraftstoff, der vom Einspritzaggregat eingespritzt wird, vom Hohlraum abprallt und die Nachbarschaft einer Zündkerze erreicht.
Dieser Aufbau gewährleistet eine wünschenswerte Gemischschichtung, wenn zum Beispiel die einmalige Einspritzung während des Verdichtungshubs durchgeführt wird.

Claims

Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, die einen Katalysator aufweist, der in einer Abgasleitung vorgesehen ist, um Abgase umzuwandeln, und ein Einspritzaggregat, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum einzuspritzen, wobei die Steuervorrichtung umfaßt: einen Temperaturzustandsidentifikator, um den Temperaturzustand des Katalysators zu beurteilen; einen Lastbedingungsdetektor, um die Lastbedingungen des Motors abzutasten; einen Kraftstoffeinspritzungsregler, um die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzaggregat zu regeln, wobei der Kraftstoffeinspritzungsregler einen schnellbeheizenden Steuerbetrieb durchführt, indem er das Einspritzaggregat veranlaßt, Kraftstoff in einem bestimmten niedrigen Lastbereich des Motors in einem einmaligen Einspritzmodus während eines Verdichtungshubs einzuspritzen, wenn der Katalysator in seinem unerwärmten Zustand ist, wo seine Temperatur unter seiner Aktivierungstemperatur liegt, und in einem bestimmten hohen Lastbereich des Motors auf der Basis der Beurteilungsergebnisse des Temperaturzustandsidentifikators und der Abtastergebnisse des Lastbedingungsdetektors den Kraftstoffeinspritzmodus in den geteilten Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzmodus umschaltet, der eine frühere Einspritzung einschließt, die während des Ansaughubs durchgeführt wird, und eine spätere Einspritzung, die während des Verdichtungshubs durchgeführt wird.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei der Kraftstoffeinspritzungsregler das Einspritzaggregat steuert, um während des schnellbeheizenden Steuerbetriebs die geteilte Einspritzung während des Verdichtungshubs in einem Motorbetriebsbereich durchzuführen, der zwischen dem niedrigen Lastbereich, in dem die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzaggregat während des Verdichtungshubs einmalig durchgeführt wird, und dem hohen Lastbereich liegt, in dem die geteilte Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzung durchgeführt wird.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftstoffeinspritzung während des schnellbeheizenden Steuerbetriebs mit einem mittleren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird, das in den jeweiligen Einspritzmodi einschließlich des einmaligen Einspritzmodus im Verdichtungshub und des geteilten Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzmodus auf einen Bereich von 13 bis 17 geregelt ist.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 3, wobei die Kraftstoffeinspritzung während des schnellbeheizenden Steuerbetriebs in den jeweiligen Einspritzmodi einschließlich des einmaligen Einspritzmodus im Verdichtungshub und des geteilten Ansaug-/Verdichtungshub-Einspritzmodus so durchgeführt wird, daß das mittlere Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einer inneren Region um eine Zündkerze herum kleiner oder gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird und in einer äußeren Region um die innere Region herum größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 4, wobei das Umschalten des Kraftstoffeinspritzmodus während des schnellbeheizenden Steuerbetriebs einer Zunahme der Motorlast entsprechend die Konzentration des Gemischs in einem äußeren Randabschnitt des Brennraums so verändert, daß das Gemisch innerhalb eines Bereichs, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs größer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, fetter wird.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Umschalten des Kraftstoffeinspritzmodus während des schnellbeheizenden Steuerbetriebs einer Zunahme der Motorlast entsprechend die Konzentration des Gemischs in der inneren Region um die Zündkerze herum so verändert, daß das Gemisch innerhalb eines Bereichs, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs kleiner oder gleich dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, magerer wird.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die einmalige Einspritzung, die im schnellbeheizenden Steuerbetrieb im spezifischen Betriebsbereich während des Verdichtungshubs durchgeführt wird, so gesteuert wird, daß der Einspritzzeitpunkt innerhalb des spezifischen Betriebsbereichs einer Zunahme der Motorlast entsprechend vorgeschoben wird.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuervorrichtung außerdem einen Zündzeitpunktregler umfaßt, um den Zündzeitpunkt des Motors während des schnellbeheizenden Steuerbetriebs um einen bestimmten Betrag zu verzögern.
Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Hohlraum zum Auffangen eines Gemischs in der Oberseite eines Kolbens geformt ist, der in einer Zylinderbohrung eingebaut ist und die Bodenfläche des Brennraums bildet, ein Kraftstoffsprühnebel, der vom Einspritzaggregat eingespritzt wird, zum Hohlraum hin gerichtet ist, wenn der Kolben sich in der Nähe seines oberen Totpunkts befindet, und das Einspritzaggregat und der Hohlraum so angeordnet sind, daß der Kraftstoff, der vom Einspritzaggregat eingespritzt wird, vom Hohlraum abprallt und die Nachbarschaft einer Zündkerze erreicht.