DE10107160A1

DE10107160A1 - Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Zylindereinspritzung

Info

Publication number: DE10107160A1
Application number: DE2001107160
Authority: DE
Inventors: Mamoru Mabuchi; Toshiki Matsumoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2001-08-23

Abstract

Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Ermöglichung, dass eine gute Verbrennungsstabilität und eine NOx-Reduktion durch ein EGR aufrechterhalten werden, wenn der Betrieb der Zylinder-Einspritz-Brennkraftmaschine geändert wird zwischen einer geschichteten Betriebsart und einer homogenen Betriebsart. Wenn eine Anforderung für die Änderung von der geschichteten Betriebsart zu der homogenen Betriebsart auftritt, wird eine Soll-EGR-Rate geändert auf einen Wert für die homogene Betriebsart, die eine Änderungsbestimmungsverbrennungsbetriebsart ist. Gleichzeitig wird ein Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis auf einen vorläufigen Wert geändert, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist. Dadurch wird die Änderung von der geschichteten Betriebsart zu der homogenen Betriebsart ausgeführt, wenn ein geschätztes Zylinder-Luft-Kraftstoffverhältnis ein vorgegebenes Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist, und eine geschätzte EGR-Rate einen vorgegebenen Wert erreicht, bei dem eine NOx-Reduktion verfügbar ist, und entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist. Bei der Verbrennungsbetriebsartänderung wird das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis geändert von dem vorläufigen Wert auf einen Wert für die homogene Betriebsart. Außerdem wird eine Kraftstoff-Einspritz-Zeitgebung ...

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Zylindereinspritzung (direkteinspritzende Brennkraftmaschine). Diese Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Gerät zum Ändern des Betriebs einer Brennkraftmaschine mit Zylindereinspritzung zwischen einer geschichteten Betriebsart (einer Kompressionshubeinspritzart) und einer homogenen Betriebsart (einer Einlasshubeinspritzart oder einer Ansaughubeinspritzart) ansprechend auf Betriebszustände des Motors. Hier bedeuten die Abkürzungen "geschichtete Betriebsart" und "homogene Betriebsart" jeweils die "geschichtete Verbrennungsbetriebsart" und die "homogene Verbrennungsbetriebsart".

In den letzten Jahren gab es einen großen Anstieg eines Bedarfs für Motoren mit Zylindereinspritzung (direkt einspritzende Motoren) mit den Eigenschaften einer hohen Kraftstoffwirtschaftlichkeit, einer niedrigen Emission und einer hohen Leistungsabgabe. Ein typischer Motor mit Zylindereinspritzung wirkt folgendermaßen. Bei dem Betrieb des Motors mit Zylindereinspritzung mit niedrigen Lastzuständen wird Kraftstoff unmittelbar in jeden Zylinder eingespritzt während jedem Kompressionshub, um ein geschichtetes Luft- Kraftstoffgemisch zu bilden und eine geschichtete Verbrennung anzuwenden. Die geschichtete Verbrennung führt zu einer Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Wenn andererseits der Motor mit Zylindereinspritzung bei hohen Lastbedingungen wirkt, wird Kraftstoff unmittelbar in jeden Zylinder eingespritzt während jedem Einlasshub, um ein homogenes Luft-Kraftstoffgemisch zu bilden und eine homogene Verbrennung anzuwenden. Die homogene Verbrennung führt zu einer hohen Leistungsabgabe des Motors.

Die Offenlegungsschrift der Japanischen Patentanmeldung Nr. 9-195839 offenbart, dass eine Drosselklappe und ein EGR- Ventil (Abgasrückführung) gleichzeitig geändert werden, wenn der Betrieb einer Brennkraftmaschine von einer geschichteten Betriebsart zu einer homogenen Betriebsart geändert wird.

Im allgemeinen ist das Ansprechverhalten eines durch einen Schrittmotor angetriebenen EGR-Ventils langsamer als das einer durch einen Gleichstrommotor angetriebenen Drosselklappe. Wenn die Drosselklappe und das EGR-Ventil gleichzeitig geändert werden, wenn der Betrieb einer Brennkraftmaschine von einer geschichteten Betriebsart zu einer homogenen Betriebsart geändert wird, verursacht das langsame Ansprechverhalten des EGR-Ventils eine Erhöhung einer EGR-Rate, so dass die Verbrennung der Luft-Kraftstoffgemische instabil wird. Demgemäß kann schlimmstenfalls eine Fehlzündung auftreten.

Die Offenlegungsschrift der Japanischen Patentanmeldung Nr. 11-72032 bezieht sich auf ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Zylindereinspritzung, das so gestaltet ist, dass es das vorstehend erwähnte Problem löst. Insbesondere angesichts der Änderung des Betriebs des Motors von einer geschichteten Betriebsart zu einer homogenen Betriebsart ist eine Änderung eines EGR-Ventils so gestaltet, dass sie einer Änderung einer Drosselklappe vorausgeht, um die Verbrennung der Luft-Kraftstoffgemische stabil zu halten. Dabei gleicht die Änderung des EGR-Ventils eine EGR-Rate an einen EGR-Wert für eine homogene Verbrennungsbetriebsart an (annähernd gleich Null). Demgemäß verursacht die Änderung des EGR-Ventils eine erhöhte NOx-Menge, die von dem Motor abgegeben wird.

Die Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines Steuergeräts für eine Brennkraftmaschine mit Zylindereinspritzung, das die Verbrennung der Luft- Kraftstoffgemische stabil halten kann und die NOx- Reduktionswirkung des EGRs aufrechterhalten kann, wenn der Betrieb des Motors von einer geschichteten Betriebsart zu einer homogenen Betriebsart geändert wird. Hier bedeuten die Abkürzungen "geschichtete Betriebsart" und "homogene Betriebsart" jeweils eine "geschichtete Verbrennungsbetriebsart" und eine "homogene Verbrennungsbetriebsart".

Nach einem ersten Gesichtspunkt dieser Erfindung wird ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Zylindereinspritzung geschaffen, das den Betrieb des Motors zwischen einer geschichteten Betriebsart und einer homogenen Betriebsart ändert ansprechend auf Betriebszustände des Motors. Während der geschichteten Betriebsart des Betriebs des Motors wird Kraftstoff in einen Motorzylinder bei einem Kompressionshub eingespritzt, um die geschichtete Verbrennung anzuwenden. Während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors wird Kraftstoff in den Motorzylinder bei einem Einlasshub eingespritzt, um die homogene Verbrennung anzuwenden. Das Steuergerät ist gekennzeichnet durch eine Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätzeinrichtung zum Schätzen eines Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; eine EGR-Ratenschätzeinrichtung zum Schätzen einer EGR- Rateninformation, die sich auf die Rate des durch eine Abgasrückführvorrichtung rückgeführten Abgases bezieht; und eine Verbrennungsbetriebsartänderungseinrichtung zum Ausführen der Änderung der Motorbetriebsart, wenn eine Anforderung zum Ändern des Betriebs des Motors zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart auftritt, wenn das durch die Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätzeinrichtung geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein vorgegebenes Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht und die durch die EGR- Ratenschätzeinrichtung geschätzte EGR-Rateninformation einen vorgegebenen Wert erreicht.

Ein zweiter Gesichtspunkt dieser Erfindung gründet sich auf ihren ersten Gesichtspunkt und schafft ein Steuergerät, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verbrennungsbetriebsartänderungseinrichtung betreibbar ist zum Ändern eines Soll-Luft-Kraftstoffverhältnisses auf einen vorläufigen Wert, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist, und Ändern des Soll-Luft-Kraftstoffverhältnisses von dem vorläufigen Wert auf einen Wert für eine Änderungsbestimmungsverbrennungsbetriebsart, wenn das durch die Schätzeinrichtung für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein vorgegebenes Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist, und die durch die EGR- Ratenschätzeinrichtung geschätzte EGR-Rateninformation einen vorgegebenen Wert erreicht, bei dem eine NOx-Reduktion verfügbar ist und entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist, wenn eine Anforderung für die Änderung des Betriebs des Motors zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart auftritt.

Ein dritter Gesichtspunkt dieser Erfindung gründet sich auf ihren ersten oder zweiten Gesichtspunkt und schafft ein Steuergerät, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die EGR- Ratenschätzeinrichtung zum Schätzen oder Erfassen des Öffnungsgrads über ein Abgasrückführsteuerventil als die EGR- Rateninformation wirkt.

Ein vierter Gesichtspunkt dieser Erfindung gründet sich auf einem aus dem ersten, zweiten oder dritten Gesichtspunkt und schafft ein Steuergerät, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Drosselklappe und ein Abgasrückführsteuerventil gibt, wobei das Ansprechverhalten eines der Ventile langsamer als das Ansprechverhalten des anderen ist, und dass die Verbrennungsbetriebsartänderungseinrichtung betreibbar ist zum Verzögern des Betriebs des schneller ansprechenden Ventils harmonisch mit dem Betrieb des langsamer ansprechenden Ventils bis die Änderung der Motorbetriebsart ausgeführt ist, wenn eine Anforderung für die Änderung des Betriebs des Motors zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart auftritt.

Ein fünfter Gesichtspunkt dieser Erfindung schafft ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Zylindereinspritzung, das den Betrieb des Motors ändert zwischen einer geschichteten Betriebsart und einer homogenen Betriebsart ansprechend auf Betriebszustände des Motors. Während der geschichteten Betriebsart des Betriebs des Motors wird Kraftstoff in einen Motorzylinder eingespritzt bei einem Kompressionshub, um eine geschichtete Verbrennung anzuwenden. Während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors wird Kraftstoff in den Motorzylinder eingespritzt bei einem Einlasshub, um die homogene Verbrennung anzuwenden. Das Steuergerät ist gekennzeichnet durch eine Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Schätzeinrichtung zum Schätzen eines Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; und eine Verbrennungsbetriebsartänderungseinrichtung zum Ausführen der Änderung der Motorbetriebsart, wenn eine Anforderung für eine Änderung des Betriebs des Motors zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart auftritt, wenn das durch die Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Schätzeinrichtung geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein vorgegebenes Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht.

Ein sechster Gesichtspunkt dieser Erfindung schafft ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit Zylindereinspritzung, das den Betrieb des Motors ändert zwischen einer geschichteten Betriebsart und einer homogenen Betriebsart ansprechend auf Betriebszustände des Motors. Während der geschichteten Betriebsart des Betriebs des Motors wird Kraftstoff in einen Motorzylinder eingespritzt bei einem Kompressionshub, um die geschichtete Verbrennung anzuwenden. Während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors wird Kraftstoff in den Motorzylinder bei einem Einlasshub eingespritzt, um die homogene Verbrennung anzuwenden. Das Steuergerät ist gekennzeichnet durch eine EGR- Ratenschätzeinrichtung zum Schätzen einer EGR-Rateninformation, die sich auf die Rate der Abgasrückführung durch eine Abgasrückführvorrichtung bezieht; und eine Verbrennungsbetriebsartänderungseinrichtung zum Ausführen der Änderung der Motorbetriebsart, wenn eine Anforderung zum Ändern des Betriebs des Motors zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart auftritt, wenn die durch die EGR- Ratenschätzeinrichtung geschätzte EGR-Rateninformation einen vorgegebenen Wert erreicht.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm eines Motorsteuersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Betriebsablaufdiagramm einer elektronischen Steuereinheit (ECU) in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm eines Berechnungsblocks von Fig. 2 für ein erforderliches angezeigtes Drehmoment.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm eines Steuerblocks für eine homogene Betriebsart von Fig. 2.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm eines Steuerblocks für eine geschichtete Betriebsart von Fig. 2.

Fig. 6 zeigt ein Zeitbereichsdiagramm von Motorbetriebszuständen, die auftreten, wenn der Betrieb eines Motors geändert wird von einer geschichteten Betriebsart zu einer homogenen Betriebsart bei dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

Fig. 7 zeigt ein Zeitbereichsdiagramm von Motorbetriebszuständen, die auftreten, wenn der Betrieb des Motors geändert wird von der homogenen Betriebsart zu der geschichteten Betriebsart bei dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Segments eines Programms für die ECU von Fig. 1.

Fig. 9 zeigt ein Zeitbereichsdiagramm von Motorbetriebszuständen, die auftreten, wenn der Betrieb des Motors geändert wird von einer geschichteten Betriebsart zu einer homogenen Betriebsart bei einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

Fig. 10 zeigt ein Zeitbereichsdiagramm von Motorbetriebszuständen, die auftreten, wenn der Betrieb des Motors geändert wird von der homogenen Betriebsart zu der geschichteten Betriebsart bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

Fig. 11 zeigt ein Diagramm eines Zylinder-Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Schätzblocks bei einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

Fig. 12 zeigt ein Diagramm eines Zylinder-Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Schätzblocks bei einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein Motorsteuersystem eines ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Eine Brennkraftmaschine 11 mit Zylindereinspritzung zum Antreiben eines Fahrzeugs umfasst eine Einlassleitung 12. Ein (nicht gezeigter) Luftreiniger ist an einem stromaufwärtigen Abschnitt der Einlassleitung 12 vorgesehen. Ein Luftmengenmesser 13 ist bei einem Abschnitt der Einlassleitung 12 stromabwärts des Luftreinigers vorgesehen. Der Luftmengenmesser 13 erfasst eine Luftdurchflussrate in die Motorbrennkammern hinein (Motorzylinder). Der Luftmengenmesser 13 gibt ein Signal ab, das die erfasste Luftdurchflussrate repräsentiert, an eine elektronische Steuereinheit (ECU) 16. Eine Drosselklappe 15 ist beweglich in einem Abschnitt der Einlassleitung 12 stromabwärts des Luftmengenmessers 13 angeordnet. Der Öffnungsgrad über die Drosselklappe 15 bestimmt die Luftdurchflussrate in die Motorbrennkammern hinein. Die Drosselklappe 15 wird durch einen Elektromotor 14, wie beispielsweise einem Gleichstrommotor angetrieben. Der Öffnungsgrad über die Drosselklappe 15 kann über den Motor 14 eingestellt werden. Der Motor 14 wird durch ein Ausgangssignal von der ECU 16 angetrieben. Somit wird der Öffnungsgrad über die Drosselklappe 15 durch das Ausgangssignal von der ECU 16 gesteuert und die Luftdurchflussrate in die Motorbrennkammern hinein wird eingestellt in Abhängigkeit von dem Öffnungsgrad über die Drosselklappe 15.

Ein Windkessel 17 ist in einem Abschnitt der Einlassleitung 12 stromabwärts der Drosselklappe 15 vorgesehen. Ein Einlassluftdrucksensor 18 zum Erfassen des Drucks der Einlassluft ist mit dem Windkessel 17 verbunden. Der Einlassluftdrucksensor 18 gibt ein Signal an die ECU 16 ab, das den erfassten Einlassluftdruck repräsentiert. Stromaufwärtige Enden eines Ansaugkrümmers 19 sind mit dem Windkessel 17 verbunden. Drallsteuerventile 20 sind in Zweigleitungen des Ansaugkrümmers 19 vorgesehen, die zu den Motorzylindern (Motorbrennkammern) hin jeweils führen über Einlasskanäle. Die Drallsteuerventile 20 wirken zum Steuern der Drallströmungen in die Brennkammern (die Zylinder) des Motors 11 hinein. Die Drallsteuerventile 20 werden durch Ausgangssignale von der ECU 16 angetrieben.

Kraftstoffeinspritzeinrichtungen

(Kraftstoffeinspritzventile) 21 sind an oberen Abschnitten der Motorzylinder jeweils angebracht. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 21 sind so gestaltet, dass sie Kraftstoff unmittelbar in das Innere (die Brennkammern) der Motorzylinder jeweils einspritzen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 21 werden durch Ausgangssignale von der ECU 16 gesteuert. Eine Kraftstoffpumpe 23 fördert Kraftstoff von einem Kraftstofftank 22 zu Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 21, während der Kraftstoff mit Druck beaufschlagt wird. Die Kraftstoffpumpe 23 wird durch ein Ausgangssignal von der ECU 16 gesteuert. Ein Kraftstoffdrucksensor 24 erfasst den Druck des zu den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 21 geförderten Kraftstoffs. Der Kraftstoffdrucksensor 24 gibt ein Signal an die ECU 16 ab, das den erfassten Kraftstoffdruck repräsentiert. Zündkerzen 25 für die jeweiligen Motorbrennkammern sind an einem Zylinderkopf des Motors 11 angebracht. Die Zündkerzen 25 wirken zum Erzeugen von Funkenabgaben in den Motorbrennkammern, um im Inneren Luft- Kraftstoffgemische jeweils zu entzünden. Die Zündkerzen 25 werden durch Ausgangssignale von der ECU 16 gesteuert.

Einlassventile 26 für die jeweiligen Motorzylinder werden durch eine Nockenwelle 28 angetrieben. Auslassventile 27 für die jeweiligen Motorzylinder werden durch eine Nockenwelle 29 angetrieben. Die einlassseitige Nockenwelle 28 ist mit einem variablen Ventilsteuerzeitenmechanismus 30 einer hydraulischen Art versehen, der wirkt zum Ändern der Steuerzeiten, bei denen die Einlassventile 26 geöffnet und geschlossen werden. Der hydraulische Druck zum Steuern des variablen Ventilsteuerzeitenmechanismus 30 wird durch ein hydraulisches Drucksteuerventil 31 eingestellt. Das hydraulische Drucksteuerventil 31 wird durch ein Ausgangssignal von der ECU 16 angetrieben. Die Hin- und Herbewegung der Kolben 32 in den jeweiligen Motorzylindern dreht eine Kurbelwelle 33, während ein Drehmoment darauf aufgebracht wird. Die Drehung der Kurbelwelle 33 treibt die Fahrzeugkarosserie an und treibt eine externe Last 34 an, wie beispielsweise einen Klimaanlagenkompressor, einen Generator oder eine Lenkhilfepumpe. Ein Kühlmitteltemperatursensor 35, der an einem Zylinderblock des Motors 11 angebracht ist, erfasst die Temperatur des Motorkühlmittels. Der Kühlmitteltemperatursensor 35 gibt ein Signal an die ECU 16 ab, das die erfasste Kühlmitteltemperatur repräsentiert.

Der Motor 11 umfasst eine Abgasleitung 36, die mit Motorzylindern (Motorbrennkammern) verbunden ist. In den Motorzylindern erzeugte Abgase treten in die Abgasleitung 36 ein bevor sie entlang dieser strömen. Ein Katalysator 37 beispielsweise einer 3-Wege-Art ist in der Abgasleitung 36 vorgesehen. Der Katalysator 37 wandelt schädliche Bestandteile des Abgases in harmlose oder weniger schädliche Bestandteile um. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 38 ist in einem Abschnitt der Abgasleitung 36 stromaufwärts des Katalysators 37 vorgesehen. Der Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 38 überwacht Zustände des Abgases als eine Anzeige des Luft- Kraftstoffverhältnisses (das mittlere oder Durchschnitts-Luft- Kraftstoffverhältnis) des Luft-Kraftstoffgemisches, das in den Motorzylindern auftritt. Der Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 38 gibt ein Signal an die ECU 36 ab, das die überwachten Abgaszustände, das heißt das Luft-Kraftstoffverhältnis repräsentiert. Ein Abschnitt der Abgasleitung 36 stromaufwärts des Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensors 38 ist mit dem Windkessel 17 verbunden über eine EGR-Leitung 39 (Abgasrückführung). Die EGR-Leitung 39 ermöglicht, dass ein Teil des Abgases in die Einlassseite der Motorzylinder zurückgeleitet wird, wodurch die Abgasrückführung angewandt wird. Ein in der EGR-Leitung 39 vorgesehenes EGR-Ventil 40 wirkt zum Einstellen der EGR-Rate. Das EGR-Ventil 40 wird durch ein Ausgangssignal von der ECU 16 gesteuert. Das EGR-Ventil 40 umfasst beispielsweise einen Schrittmotor zum Betätigen eines Ventilelements. Ein (nicht gezeigter) EGR-Ventilpositionssensor, der zu dem EGR-Ventil 40 gehört, erfasst den Öffnungsgrad über das EGR-Ventil 40. Der EGR-Ventilpositionssensor informiert die ECU 16 von dem erfassten EGR-Ventilöffnungsgrad.

Ein Gaspedalpositionssensor 41 erfasst die Position eines Gaspedals in dem Fahrzeug, das heißt den Niederdrückungsbetrag des Gaspedals. Der Gaspedalpositionssensor 41 gibt ein Signal an die ECU 16 ab, das den erfassten Gaspedalniederdrückungsgrad repräsentiert. Ein (nicht gezeigter) Motordrehzahlsensor gibt ein Signal an die ECU 16 ab, das die Motordrehzahl repräsentiert, das heißt die Drehzahl der Kurbelwelle 33. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor gibt ein Signal an die ECU 16 ab, das die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert, das heißt die Geschwindigkeit der Karosserie des Fahrzeugs.

Die ECU 16 ist so gestaltet, dass sie Betriebsbedingungen des Motors 1 steuert. Die ECU 16 umfasst einen Mikrocomputer mit einem ROM (einem Aufzeichnungsmedium), der ein Drehmomentbedarfsteuerprogramm speichert. Die ECU 16 führt das Drehmomentbedarfssteuerprogramm aus. In anderen Worten wird die ECU 16 in Übereinstimmung mit dem Drehmomentbedarfssteuerprogramm betrieben.

Fig. 2 zeigt einen Betriebsablauf der ECU 16 anstatt ihrer Hardwarestruktur. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 hat der Betriebsablauf einen Berechnungsblock 51 für ein erforderliches angezeigtes Drehmoment (einen Berechnungsblock für ein angezeigtes Bedarfsdrehmoment), einen Verbrennungsbetriebsartänderungsblock 52, einen Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart, einen Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart, einen Einrichteblock 55 für ein Soll- Luft-Kraftstoffverhältnis, einen Einrichteblock 56 für eine Soll-EGR-Rate, einen Schätzblock 57 für ein Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis und einen Schätzblock 58 für eine EGR- Rate. Die ECU 16 wendet Funktionen in Übereinstimmung mit den Blöcken 51 bis 58 an.

Der Berechnungsblock 51 für das erforderliche angezeigte Drehmoment berechnet ein erforderliches angezeigtes Drehmoment (ein angezeigtes Bedarfsdrehmoment) auf der Grundlage der Information einschließlich des Ausgangssignals von dem Gaspedalpositionssensor 41. Das erforderliche angezeigte Drehmoment bedeutet den erforderlichen Wert oder den Bedarfswert (den Sollwert) eines angezeigten Drehmoments. Das angezeigte Drehmoment ist gleich dem Drehmoment, das durch die Verbrennung der Luft-Kraftstoffgemische in dem Motor 11 erzeugt wird, das heißt dem Drehmoment, das Komponenten enthält, die für interne Verluste in dem Motor 11 und externe Lasten (Nebenaggregatlasten) verwendet werden. Das von der Kurbelwelle 33 abgegebene Nettodrehmoment ist gleich dem angezeigten Drehmoment minus den Drehmomenten für die internen Verluste und die externen Lasten. Die Karosserie des Fahrzeugs wird durch das Nettodrehmoment angetrieben.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, berechnet der Berechnungsblock für das erforderliche angezeigte Drehmoment ein erforderliches Drehmoment (ein Bedarfsdrehmoment) auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl Ne und dem Gaspedalniederdrückungsgrad, der durch das Ausgangssignal von dem Gaspedalpositionssensor 41 repräsentiert wird. Der Berechnungsblock 51 für das erforderliche angezeigte Drehmoment berechnet verschiedene Verlustdrehmomente (Drehmomente für verschiedene Verluste und externe Lasten). Die verschiedenen Verlustdrehmomente werden später erwähnt. Der Berechnungsblock 51 für das erforderliche angezeigte Drehmoment berechnet auch ein Korrekturdrehmoment für die Leerlaufdrehzahlregelung (ISC). Der Berechnungsblock 51 für das erforderliche angezeigte Drehmoment addiert die berechneten verschiedenen Verlustdrehmomente zu dem berechneten erforderlichen Drehmoment. Der Berechnungsblock 51 für das erforderliche angezeigte Drehmoment korrigiert das Additionsergebnisdrehmoment zu dem erforderlichen angezeigten Drehmoment durch Addition oder Subtraktion des berechneten ISC- Korrekturdrehmoments.

Die verschiedenen Drehmomentverluste sind interne Verlustdrehmomente und externe Lastdrehmomente. Die internen Verlustdrehmomente sind mechanische Reibungsverluste und Pumpenverluste. Die mechanischen Reibungsverluste werden aus der Motordrehzahl Ne und der Kühlmitteltemperatur THW berechnet unter Bezugnahme auf ein Kennfeld unter Verwendung einer vorgegebenen Gleichung. Es soll beachtet werden, dass die Kühlmitteltemperatur THW ersetzt werden kann durch die Motoröltemperatur. Die Pumpenverluste werden berechnet aus der Motordrehzahl Ne und dem Ansaugluftdruck Pm unter Bezugnahme auf ein Kennfeld oder Verwendung einer vorgegebenen Gleichung. Die externen Lastdrehmomente werden verwendet für externe Lasten, wie beispielsweise einen Klimaanlagenkompressor, einen Generator oder eine Lenkhilfepumpe, die durch den Motor 11 angetrieben werden. Die externen Lastdrehmomente werden eingerichtet ansprechend auf verschiedene Signale einschließlich eines Klimaanlagensteuersignals AC, eines Generatorfeldstromsignals I und eines Lenkhilfenpumpensteuersignals.

Der Berechnungsblock 51 für das erforderliche angezeigte Drehmoment addiert das berechnete erforderliche Drehmoment, die berechneten internen Verlustdrehmomente und die berechneten externen Lastdrehmomente zu dem Additionsergebnisdrehmoment. Wie vorher erwähnt ist, korrigiert der Berechnungsblock 51 für das erforderliche angezeigte Drehmoment das Additionsergebnisdrehmoment zu dem erforderlichen angezeigten Drehmoment durch Addition oder Subtraktion des ISC- Korrekturdrehmoments. Das ISC-Korrekturdrehmoment wird berechnet aus einer Soll-Leerlaufmotordrehzahl Netarget und der momentanen Motordrehzahl Ne unter Bezugnahme auf ein Kennfeld oder Verwendung einer vorgegebenen Gleichung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird der Einrichteblock 55 für das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis von dem erforderlichen angezeigten Drehmoment informiert, das berechnet wird durch den Berechnungsblock 51 für das erforderliche angezeigte Drehmoment. Der Einrichteblock 55 für das Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis richtet ein Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis (ein Soll A/F) ein ansprechend auf das erforderliche angezeigte Drehmoment und die Motordrehzahl Ne beispielsweise unter Bezugnahme auf ein Kennfeld. Das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis wird gemeinsam mit dem Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart und dem Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart verwendet.

Vorzugsweise spricht das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis auf eine Anforderung für die Änderung des Betriebs des Motors 11 zwischen einer geschichteten Betriebsart und einer homogenen Betriebsart an. Hier sind "geschichtete Betriebsart" und "homogene Betriebsart" jeweils Abkürzungen für die "geschichtete Verbrennungsbetriebsart" und die "homogene Verbrennungsbetriebsart". Das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis wird auf die besondere Art geändert (eine Zwischenart) ansprechend auf die Anforderung der Verbrennungsbetriebsartänderung. Das Zwischensoll-Luft- Kraftstoffverhältnis ist gleich einem Wert, bei dem Luft- Kraftstoffgemische stabil verbrannt werden können ungeachtet dessen, ob der Motor 11 in der geschichteten Betriebsart oder der homogenen Betriebsart betrieben wird.

Der Einrichteblock 56 für die Soll-EGR-Rate richtet eine Soll-EGR-Rate ansprechend auf Betriebszustände des Motors 11 ein, wie beispielsweise das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis und die Motordrehzahl Ne beispielsweise unter Bezugnahme auf ein Kennfeld. Vorzugsweise ist die Soll-EGR-Rate so gestaltet, dass die Wirkung der Reduktion der NOx-Bestandteile des Abgases gefördert wird.

Der Veränderungsblock 52 für die Verbrennungsbetriebsart ermittelt oder erfasst eine erforderliche Verbrennungsbetriebsart ansprechend auf das erforderliche angezeigte Drehmoment und die Motordrehzahl Ne beispielsweise unter Bezugnahme auf ein Kennfeld. Wenn die erforderliche Verbrennungsbetriebsart von der momentanen Verbrennungsbetriebsart sich unterscheidet, bestimmt der Änderungsblock 52 für die Verbrennungsbetriebsart, dass eine Verbrennungsbetriebsartänderungsanforderung auftritt. Dabei steuert die Änderungseinrichtung 52 für die Verbrennungsbetriebsart die Steuerblöcke 53 und 54 für die Verbrennungsbetriebsart und wendet dadurch eine Verbrennungsbetriebsartänderung an, wenn ein geschätztes Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch den Schätzblock 57 für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis erteilt wird, einen vorgegebenen Bereich erreicht, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist, und wenn eine geschätzte EGR-Rate, die durch den Schätzblock 58 für die EGR-Rate erteilt wird, auch einen vorgegebenen Bereich erreicht, bei dem eine NOx- Reduktion verfügbar ist entweder bei der geschichteten Verbrennung oder der homogenen Verbrennung.

Beispielsweise bei einem niedrigen Motordrehzahlbereich und einem Bereich mit niedrigem Drehmoment wählt die Änderungseinrichtung 52 für die Verbrennungsbetriebsart den Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart, so dass der Motor 11 bei der geschichteten Betriebsart betrieben wird. Während der geschichteten Betriebsart des Betriebs des Motors 11 wird Kraftstoff unmittelbar in jeden Motorzylinder bei einer relativ kleinen Rate bei jedem Kompressionshub eingespritzt, um eine geschichtetes Luft-Kraftstoffgemisch im Inneren zu bilden und eine geschichtete Verbrennung anzuwenden. Die geschichtete Verbrennung schafft eine hohe Kraftstoffwirtschaftlichkeit. In Bereichen mit mittlerer und hoher Motordrehzahl und mittlerem und hohem Drehmoment wählt die Änderungseinrichtung 52 für die Verbrennungsbetriebsart den Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart, so dass der Motor 11 bei der homogenen Betriebsart betrieben wird. Während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors 11 wird Kraftstoff unmittelbar in jeden Motorzylinder eingespritzt bei einer relativ großen Rate bei jedem Einlasshub (jeder Ansaughub), um ein homogenes Luft- Kraftstoffgemisch im Inneren zu bilden und eine homogene Verbrennung anzuwenden. Die homogene Verbrennung schafft eine hohe Leistungsabgabe und eine hohe Drehmomentabgabe des Motors 11.

Wenn eine Verbrennungsbetriebsartänderungsanforderung auftritt, berechnet der Schätzblock 57 für das Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff- Verhältnis, das gleich einer geschätzten Luftmenge in den Motorzylindern ist, die geteilt wird durch eine Sollmenge des eingespritzten Kraftstoffs.

Ein Ist-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist gleich einer Soll-Zylinder-Luftmenge, die durch die Soll-Zylinder- Kraftstoffmenge geteilt wird. Die Ist-Zylinder-Luftmenge und die Ist-Zylinder-Kraftstoffmenge werden geschätzt anstatt gemessen zu werden. Insbesondere wird die Ist-Zylinder- Luftmenge geschätzt unter Verwendung eines Zylinder- Luftmengenschätzmodells oder eines Einlassluftsystemmodells, das auf Eingangsinformationsstücke anspricht einschließlich der Luftdurchflussrate (die durch den Luftmengenmesser 13 erfasst wird), der Motordrehzahl Ne, dem Ansaugluftdruck Pm und der EGR-Rate. Da Kraftstoff unmittelbar in jeden Motorzylinder eingespritzt wird, gibt es keinen Kraftstoff (Feuchtigkeit), der sich an den Wänden befindet, die die Einlasskanäle definieren. Demgemäß wird davon ausgegangen, dass die Ist- Zylinder-Kraftstoffmenge gleich einer Soll-Zylinder- Kraftstoffmenge ist in Übereinstimmung mit einer Soll- Kraftstoff-Einspritzrate. Somit berechnet der Schätzblock 57 für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Teilen der geschätzten Zylinder-Luftmenge durch die Soll-Zylinder- Kraftstoffmenge. Dabei wird die Soll-Zylinder-Kraftstoffmenge berechnet aus dem erforderlichen angezeigten Drehmoment und der Motordrehzahl Ne beispielsweise unter Bezugnahme auf ein Kennfeld.

Während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors 11 ist ein Fehler zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis und dem Ist-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis relativ klein. Somit kann davon ausgegangen werden, dass das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die homogene Betriebsart gleich dem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis ist.

Wenn eine Änderungsanforderung der Verbrennungsbetriebsart auftritt, berechnet der Schätzblock 58 für die EGR-Rate eine Grund-EGR-Durchflussrate aus dem Öffnungsgrad durch das EGR- Ventil 40 und dem Ansaugluftdruck Pm unter Bezugnahme auf ein Kennfeld oder Verwendung einer vorgegebenen Gleichung. Dann berechnet der Schätzblock 58 für die EGR-Rate die geschätzte EGR-Rate "EGRest" aus der berechneten Grund-EGR-Durchflussrate und der geschätzten Zylinder-Luftmenge gemäß der folgenden Gleichung.

EGRest = EGRbase/(EGRbase + AIRest).100[%]

wobei "EGRbase" die berechnete Grund-EGR-Durchflussrate bezeichnet und "AIRest" bezeichnet die geschätzte Zylinder- Luftmenge.

Der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart wird weiter beschrieben unter Bezugnahme auf Fig. 4. Der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart wendet eine Drehmomentbedarfssteuerung einer Luftmengenprioritätsart an, die das erforderliche angezeigte Drehmoment in eine Soll-Luft- Durchflussrate umwandelt und die den Drosselklappenöffnungsgrad einrichtet in Übereinstimmung mit der Soll-Luft-Durchflussrate. Die Drehmomentbedarfssteuerung betrachtet, dass das angezeigte Drehmoment von den Zündzeitpunkten und den Luft- Kraftstoffverhältnissen der Luft-Kraftstoffgemische in den Motorzylindern abhängt. Somit korrigiert der Steuerblock 53 der homogenen Betriebsart das erforderliche angezeigte Drehmoment "TQind" ansprechend auf eine Zündzeitpunktseffizienz "SPeff" und eine Luft-Kraftstoffverhältnis-Effizienz "AFeff" gemäß der folgenden Gleichung.

TQcor = TQind / (SPeff.AFeff)

wobei "TQcor" das erforderliche angezeigte Drehmoment nach der Korrektur bezeichnet (das erforderliche angezeigte Drehmoment als das Korrekturergebnis).

Die Zündzeitpunktseffizienz wird eingerichtet ansprechend auf einen Zündverzögerungswinkel beispielsweise unter Bezugnahme auf ein Kennfeld. Das angezeigte Drehmoment wird maximiert, wenn der Zündverzögerungswinkel gleich Null ist. Demgemäß wird die Zündzeitpunktseffizienz auf "1" eingerichtet, wenn der Zündverzögerungswinkel gleich Null ist. Die Luft- Kraftstoffverhältnis-Effizienz wird eingerichtet ansprechend auf ein Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis beispielsweise durch Bezugnahme auf ein Kennfeld. Das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis wird durch den Einrichteblock 55 für dass Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis erteilt.

Der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart berechnet eine Soll-Luftdurchflussrate auf der Grundlage eines erforderlichen angezeigten Drehmoments nach der Korrektur und der Motordrehzahl Ne beispielsweise durch Bezugnahme auf ein Kennfeld. Dann berechnet der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart den Anweisungswert des Drosselklappenöffnungsgrads unter Verwendung eines inversen Ansaugluftmodells ansprechend auf Parameter einschließlich der Soll-Luftdurchflussrate, der Motordrehzahl Ne, der Soll-EGR-Rate und einer internen EGR-Rate (ein Ventilsteuerzeitenvorverstellwinkel, der durch den variablen Ventilsteuerzeitenmechanismus 30 vorgesehen ist). Das inverse Ansaugluftmodell ist eine Lösung, die durch Umkehren der Eingangs-/Ausgangsbeziehung des Ansaugluftmodells erteilt wird, das simulierte Strömungen der Luft von der Drosselklappe 15 zu den Einlasskanälen anzeigt. Der Steuerblock 53 der homogenen Betriebsart erzeugt ein Steuersignal in Abhängigkeit von dem berechneten Anweisungswert des Drosselklappenöffnungsgrads. Der Steuerblock 53 der homogenen Betriebsart gibt ein erzeugtes Steuersignal an den Motor 14 ab, wodurch der Ist-Öffnungsgrad durch die Drosselklappe 15 gesteuert wird in Übereinstimmung mit dem Anweisungswert des Drosselklappenöffnungsgrads.

Der Steuerblock 53 der homogenen Betriebsart teilt die geschätzte Zylinder-Luftmenge oder die Ist-Zylinder-Luftmenge durch das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis, um eine Grundsoll- Einspritz-Kraftstoffmenge zu berechnen (eine Grundsoll- Kraftstoff-Einspritzrate). Der Steuerblock 53 der homogenen Betriebsart multipliziert die Grundsoll-Einspritz- Kraftstoffmenge durch verschiedene Korrekturkoeffizienten, um eine abschließende Soll-Einspritz-Kraftstoffmenge abzuleiten (eine abschließende Soll-Kraftstoff-Einspritzrate). Die Korrekturkoeffizienten umfassen einen Kühlmitteltemperaturkorrekturkoeffizienten, einen Rückführkorrekturkoeffizienten und einen Lernkorrekturkoeffizienten. Für jede Kraftstoff- Einspritzeinrichtung 21 erzeugt der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart einen Kraftstoffeinspritzimpuls mit einer Breite in Abhängigkeit von der abschließenden Soll-Einspritz- Kraftstoffmenge. Der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart gibt den Kraftstoff-Einspritzimpuls an die zugehörige Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 21 ab und wendet dadurch eine Kraftstoff-Einspritzung in den zugehörigen Motorzylinder hinein an während jedem Ansaughub. Demgemäß wird Kraftstoff während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors 11 unmittelbar in jeden Motorzylinder eingespritzt bei jedem Ansaughub, um ein homogenes Luft-Kraftstoffgemisch im Inneren zu bilden und eine homogene Verbrennung anzuwenden.

Der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart wird über die Soll-EGR-Rate informiert, die durch den Einrichteblock 56 für die Soll-EGR-Rate erteilt wird. Der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart berechnet einen Anweisungswert des Öffnungsgrads durch das EGR-Ventil 40 von der Soll-EGR-Rate. Der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart steuert das EGR-Ventil 40 an in Übereinstimmung mit dem Anweisungswert des EGR-Ventilöffnungsgrads, um die Ist-EGR-Rate bei der Soll-EGR- Rate zu steuern. Der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart berechnet Soll-Zündzeitpunkte für die jeweiligen Motorzylinder aus den Betriebszuständen des Motors 11 beispielsweise durch Bezugnahme auf ein Kennfeld. Der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart legt eine Hochspannung an die Zündkerzen 25 an, um Funkenabgaben bei den Sollzündzeiten zu erzeugen. Die vorher erwähnte Zündzeitpunktseffizienz wird berechnet aus den Sollzündzeitpunkten, die dem Zündverzögerungswinkel entsprechen.

Der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart berechnet die geschätzte Zylinder-Luftmenge durch Verwenden eines Zylinder-Luftmengenschätzmodells, das auf die Luftdurchflussrate (die durch ein Ausgangssignal von dem Luftmengenmesser 13 repräsentiert ist), die Motordrehzahl Ne und den Ansaugluftdruck Pm anspricht (der durch das Ausgangssignal von dem Ansaugluftdrucksensor 18 repräsentiert ist). Der Steuerblock 53 für die homogene Betriebsart berechnet das geschätzte Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft- Kraftstoffgemisches in den Motorzylindern aus der geschätzten Zylinder-Luftmenge und der Soll-Einspritz--Kraftstoffmenge.

Der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 weite r beschrieben. Der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart wendet eine Drehmomentbedarfssteuerung einer Kraftstoffmengenprioritätsart an, die das erforderliche angezeigte Drehmoment in eine Soll- Kraftstoff-Einspritzmenge umwandelt, die die Soll-Kraftstoff- Einspritzrate und das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis multipliziert, um eine Soll-Luftdurchflussrate zu ermitteln, und die den Drosselklappenöffnungsgrad einrichtet in Übereinstimmung mit der Soll-Luftdurchflussrate. Die Drehmomentbedarfssteuerung geht davon aus, dass das angezeigte Drehmoment von den Luft-Kraftstoffverhältnissen der Luft- Kraftstoffgemische in den Motorzylindern abhängt. Somit korrigiert der Steuerblock 54 der geschichteten Betriebsart das erforderliche angezeigte Drehmoment "TQind" ansprechend auf die Luft-Kraftstoffverhältniseffizienz "AFeff" gemäß der folgenden Gleichung.

TQcor = TQind / AFeff

wobei "TQcor" das erforderliche angezeigte Drehmoment nach der Korrektur bezeichnet (das Korrekturergebnis des erforderlichen angezeigten Drehmoments).

Die Luft-Kraftstoffverhältniseffizienz wird eingerichtet ansprechend auf das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis beispielsweise durch Bezugnahme auf ein Kennfeld. Das Soll- Luft-Kraftstoffverhältnis wird durch den Einrichteblock 55 des Soll-Luft-Kraftstoffverhältnisses erteilt.

Der Steuerblock 54 der geschichteten Betriebsart berechnet eine Grundsoll-Einspritz-Kraftstoffmenge = (eine Grundsoll- Kraftstoff-Einspritzrate) auf der Grundlage des erforderlichen angezeigten Drehmoments nach der Korrektur und der Motordrehzahl Ne beispielsweise durch Bezugnahme auf ein Kennfeld. Der Steuerblock 54 der geschichteten Betriebsart multipliziert die Grundsoll-Einspritz-Kraftstoffmenge mit verschiedenen Korrekturkoeffizienten, um eine abschließende Soll-Einspritz-Kraftstoffmenge abzuleiten (eine abschließende Soll-Kraftstoff-Einspritzrate). Die Korrekturkoeffizienten umfassen einen Kühlmitteltemperaturkorrekturkoeffizienten, einen Rückführkorrekturkoeffizienten und einen Lernkorrekturkoeffizienten. Für jede Kraftstoff- Einspritzeinrichtung 21 erzeugt der Steuerblock für die geschichtete Betriebsart einen Kraftstoff-Einspritzimpuls mit einer Breite in Abhängigkeit von der abschließenden Soll- Einspritz-Kraftstoffmenge. Der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart gibt den Kraftstoff-Einspritzimpuls an die zugehörigen Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen 21 ab und wendet dadurch die Kraftstoff-Einspritzung in dem zugehörigen Motorzylinder während jedem Kompressionshub an. Demgemäß wird während der geschichteten Betriebsart des Betriebs des Motors 11 Kraftstoff unmittelbar in jeden Motorzylinder eingespritzt bei jedem Kompressionshub, um ein geschichtetes Luft- Kraftstoffgemisch im Inneren zu bilden und eine geschichtete Verbrennung anzuwenden.

Der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart berechnet Soll-Zündzeitpunkte für die jeweiligen Motorzylinder aus der Grundsoll-Einspritz-Kraftstoffmenge und der Motordrehzahl Ne beispielsweise durch Bezugnahme auf ein Kennfeld. Der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart legt Hochspannungen an die Zündkerzen 25 an, um Funkenabgaben bei den Soll-Zündzeitpunkten zu erzeugen.

Der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart multipliziert die Grundsoll-Einspritz-Kraftstoffmenge und das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis, um eine Soll-Luftdurchflussrate zu berechnen. Dann berechnet der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart den Anweisungswert des Drosselklappenöffnungsgrads unter Verwenden eines inversen Ansaugluftmodells, das auf Parameter anspricht einschließlich der Soll-Luftdurchflussrate, der Motordrehzahl Ne, der Soll- EGR-Rate und einer internen EGR-Rate (ein Ventilsteuerzeitenvorverstellwinkel, der durch den variablen Ventilsteuerzeitenmechanismus 30 vorgesehen ist). Der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart erzeugt ein Steuersignal in Abhängigkeit eines berechneten Anweisungswerts des Drosselklappenöffnungsgrads. Der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart gibt das erzeugte Steuersignal an den Motor 14 ab, wodurch der Ist-Öffnungsgrad durch die Drosselklappe 15 gesteuert wird in Übereinstimmung mit dem Anweisungswert des Drosselklappenöffnungsgrads.

Der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart wird über die Soll-EGR-Rate informiert, die durch den Einrichteblock 56 für die Soll-EGR-Rate erteilt wird. Der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart berechnet einen Anweisungswert des Öffnungsgrads durch das EGR-Ventil 40 aus der Soll-EGR-Rate. Der Steuerblock 54 für die geschichtete Betriebsart steuert das EGR-Ventil 40 an in Übereinstimmung mit dem Anweisungswert des EGR-Ventilöffnungsgrads, um die Ist-EGR-Rate bei der Soll-EGR- Rate zu steuern.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird eine Änderung des Betriebs des Motors 11 von der geschichteten Betriebsart zu der homogenen Betriebsart beschrieben. Bei einem Moment t0 tritt eine Anforderung für die Änderung der geschichteten Betriebsart zu der homogenen Betriebsart auf. Bei dem Moment t0 wird die Soll-EGR-Rate für die geschichtete Betriebsart durch die Soll- EGR-Rate für die homogene Betriebsart ersetzt. Bei demselben Zeitpunkt wird das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis für die geschichtete Betriebsart durch das Zwischensoll-Luft- Kraftstoffverhältnis ersetzt (das Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis für die Verbrennungsbetriebsartänderung). Wie vorstehend erwähnt ist, ist das Zwischensoll-Luft- Kraftstoffverhältnis gleich einem Wert, bei dem Luft- Kraftstoffgemische stabil verbrannt werden können ungeachtet dessen, ob der Motor 11 bei der geschichteten Betriebsart oder der homogenen Betriebsart betrieben wird.

Bei dem Auftreten der Verbrennungsbetriebsartänderungsanforderung wird der Anweisungswert des Öffnungsgrads durch das EGR-Ventil 40 schrittweise geändert. Eine Ansprechverzögerung des EGR-Ventils 40 verursacht, dass der Ist-Öffnungsgrad durch das EGR-Ventil 40 seinem Anweisungswert mit einer Verzögerung folgt. Demgemäß folgt die geschätzte EGR-Rate (die Ist-EGR-Rate) einer Änderung der Soll-EGR-Rate mit einer Verzögerung. Die Änderung des Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnisses verursacht eine schrittweise Änderung der Soll-Luftdurchflussrate. Um eine Übereinstimmung herbeizuführen zwischen einer Ist-Zylinder- Kraftstoffmengenänderung und einer Ist-EGR-Ratenänderung, wird eine Änderung des Anweisungswerts des Drosselklappenöffnungsgrads in Übereinstimmung mit der Änderung des Ist-Öffnungsgrads durch das EGR-Ventil 40 verzögert. Somit wird das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (das Ist-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis) geändert, um der Änderung des Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnisses mit einer Verzögerung zu folgen.

Bei einem Moment t1 nach dem Moment t0 erreicht das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen Wert, bei dem Luft-Kraftstoff-Gemische stabil verbrannt werden können ungeachtet dessen, ob der Motor 11 bei der geschichteten Betriebsart oder der homogenen Betriebsart betrieben wird. Bei dem Moment t1 erreicht die geschätzte EGR-Rate einen Wert, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung aufrechterhalten werden kann und eine NOx-Reduktion verfügbar ist. Bei dem Moment t1 wird der Betrieb des Motors 11 geändert von der geschichteten Betriebsart zu der homogenen Betriebsart. Insbesondere werden die Kraftstoff-Einspritzzeitgebungen geändert in Übereinstimmung mit Ansaughüben. Bei der Änderung des Betriebs des Motors 11 zu der homogenen Betriebsart wird das Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnis durch das Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis für die homogene Betriebsart ersetzt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird eine Änderung des Betriebs des Motors 11 von der homogenen Betriebsart zu der geschichteten Betriebsart beschrieben. Bei einem Moment t2 tritt eine Anforderung für die Änderung der homogenen Betriebsart zu der geschichteten Betriebsart auf. Bei dem Moment t2 wird die Soll-EGR-Rate für die homogene Betriebsart ersetzt durch die Soll-EGR-Rate für die geschichtete Betriebsart. Zur selben Zeit wird das Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis für die homogene Betriebsart durch das Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnis ersetzt (das Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis für die Verbrennungsbetriebsartänderung). Wie vorstehend erwähnt ist, ist das Zwischensoll-Luft- Kraftstoffverhältnis gleich einem Wert, bei dem ein Luft- Kraftstoffgemisch stabil verbrannt werden kann ungeachtet dessen, ob der Motor 11 bei der geschichteten Betriebsart oder der homogenen Betriebsart betrieben wird.

Bei dem Auftreten der Verbrennungsbetriebsartänderungsanforderung wird der Anweisungswert des Öffnungsgrads durch das EGR-Ventil 40 schrittweise geändert. Eine Ansprechverzögerung des EGR-Ventils 40 veranlasst, dass der Ist-Öffnungsgrad durch das EGR-Ventil 40 seinem Anweisungswert mit einer Verzögerung folgt. Demgemäß folgt die geschätzte EGR-Rate (die Ist-EGR-Rate) einer Änderung der Soll-EGR-Rate mit einer Verzögerung. Die Änderung des Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnisses veranlasst eine schrittweise Änderung der Soll-Luftdurchflussrate. Um eine Übereinstimmung herbeizuführen zwischen der Ist-Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnisänderung und der Ist-EGR-Ratenänderung, wird eine Änderung des Anweisungswerts des Drosselklappenöffnungsgrads verzögert in Übereinstimmung mit der Änderung des Ist-Öffnungsgrads durch das EGR-Ventil 40. Somit wird das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (das Ist-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis) geändert, um der Änderung des Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnisses mit einer Verzögerung zu folgen.

Bei einem Moment t3 nach dem Moment t2 erreicht das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoffverhältnis einen Wert, bei dem Luft-Kraftstoffgemische stabil verbrannt werden können ungeachtet dessen, ob der Motor 11 bei der geschichteten Betriebsart oder der homogenen Betriebsart betrieben wird. Bei dem Moment t3 erreicht die geschätzte EGR-Rate einen Wert, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung aufrechterhalten werden kann und eine NOx-Reduktion verfügbar ist. Bei dem Moment t3 wird der Betrieb des Motors 11 geändert von der homogenen Betriebsart zu der geschichteten Betriebsart. Insbesondere werden die Kraftstoffeinspritzzeitgebungen in Übereinstimmung mit den Kompressionshüben geändert. Bei der Änderung des Betriebs des Motors 11 zu der geschichteten Betriebsart wird das Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnis durch das Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis für die geschichtete Betriebsart ersetzt.

Wie vorstehend erwähnt ist, wird die ECU 16 in Übereinstimmung mit einem in ihrem internen ROM gespeicherten Programm betrieben. Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Segments des Programms, das sich auf die Drehmomentanforderungssteuerung des Motors 11 bezieht. Das in Fig. 8 gezeigte Programmsegment wird iterativ ausgeführt.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, berechnet ein erster Schritt 101 des Programmsegments ein erforderliches Drehmoment (ein Anforderungsdrehmoment) auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl Ne und dem Gaspedalniederdrückungsgrad, der durch das Ausgangssignal von dem Gaspedalpositionssensor 41 repräsentiert wird. Der Schritt 101 berechnet verschiedene Verlustdrehmomente (Drehmomente für verschiedene Verluste und externe Lasten). Der Schritt 101 berechnet auch ein Korrekturdrehmoment für die Leerlaufdrehzahlsteuerung (ISC). Der Schritt 101 addiert die berechneten verschiedenen Verlustdrehmomente zu dem berechneten erforderlichen Drehmoment. Der Schritt 101 korrigiert das Additionsergebnisdrehmoment zu dem erforderlichen angezeigten Drehmoment durch Addition oder Subtraktion des berechneten ISC- Korrekturdrehmoments.

Ein dem Schritt 101 folgender Schritt 102 wählt eine aus der homogenen Betriebsart oder der geschichteten Betriebsart als eine erforderliche Verbrennungsbetriebsart ansprechend auf das erforderliche angezeigte Drehmoment und die Motordrehzahl Ne beispielsweise durch Bezugnahme auf ein Kennfeld.

Ein Schritt 103, der dem Schritt 102 folgt, ermittelt, ob die erforderliche Verbrennungsbetriebsart sich von der momentanen Verbrennungsbetriebsart unterscheidet oder nicht, das heißt, er ermittelt ob eine Verbrennungsbetriebsartänderungsanforderung auftritt oder nicht. Wenn eine Verbrennungsbetriebsartänderungsanforderung auftritt, schreitet das Programm vom Schritt 103 zum Schritt 104 fort. Wenn eine Verbrennungsbetriebsartänderungsanforderung abwesend ist, schreitet das Programm vom Schritt 103 zum Schritt 108 fort.

Der Schritt 104 wendet eine Änderung des Zwischensoll- Luft-Kraftstoffverhältnisses an. Wie vorstehend erwähnt ist, ist das Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnis gleich einem Wert, bei dem Luft-Kraftstoffgemische stabil verbrannt werden können ungeachtet dessen, ob der Motor 11 bei der geschichteten Betriebsart oder der homogenen Betriebsart betrieben wird. Außerdem wendet der Schritt 104 eine Änderung der Soll-EGR-Rate für die Änderungsbestimmungsverbrennungsbetriebsart an. Bei dem Schritt 104 schreitet das Programm zu einem Schritt 105 fort.

Der Schritt 105 berechnet das geschätzte Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis und die geschätzte EGR-Rate ähnlich wie auf die vorstehend erwähnten Arten.

Ein Schritt 106, der dem Schritt 105 folgt, ermittelt, ob das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich in einem vorgegebenen Bereich (der Bereich zwischen den voreingestellten Werten "A" und "B") befindet oder nicht, bei dem Luft-Kraftstoff-Gemische stabil verbrannt werden können ungeachtet dessen, ob der Motor 11 bei der geschichteten Betriebsart oder der homogenen Betriebsart betrieben wird. Außerdem ermittelt der Schritt 106, ob die geschätzte EGR-Rate sich in einem vorgegebenen Bereich (der Bereich zwischen den voreingestellten Werten "C" und "D") befindet oder nicht, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung aufrechterhalten werden kann und eine NOx-Reduktion verfügbar ist. Wenn das geschätzte Zylinder- Luft-Kraftstoff-Verhältnis sich nicht in dem beschriebenen Bereich befindet oder wenn die geschätzte EGR-Rate sich nicht in dem beschriebenen Bereich befindet, kehrt das Programm vom Schritt 106 zu dem Schritt 105 zurück. Somit werden dabei die Schritte 105 und 106 wieder ausgeführt. Wenn andererseits sowohl das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis als auch die geschätzte EGR-Rate sich jeweils in den beschriebenen Bereichen befinden, schreitet das Programm vom Schritt 106 zu einem Schritt 107 fort.

Der Schritt 107 ermittelt, ob die erforderliche Verbrennungsbetriebsart die homogene Betriebsart ist oder nicht. Wenn die erforderliche Verbrennungsbetriebsart die homogene Betriebsart ist, schreitet das Programm von dem Schritt 107 zu einem Block 109 fort. Dabei wendet der Block 109 die homogene Betriebsart des Betriebs des Motors 11 an. Wenn andererseits die erforderliche Verbrennungsbetriebsart nicht die homogene Betriebsart ist, schreitet das Programm von dem Schritt 107 zu einem Block 110 fort. Dabei wendet der Block 110 die geschichtete Betriebsart des Betriebs des Motors 11 an.

Der Schritt 108 ermittelt, ob die erforderliche Verbrennungsbetriebsart die homogene Betriebsart ist oder nicht. Wenn die erforderliche Verbrennungsbetriebsart die homogene Betriebsart ist, schreitet das Programm von dem Schritt 108 zu dem Block 109 fort. Dabei wendet der Block 109 die homogene Betriebsart des Betriebs des Motors 11 an. Wenn andererseits die erforderliche Verbrennungsbetriebsart nicht die homogene Betriebsart ist, schreitet das Programm von dem Schritt 107 zu dem Block 110 fort. Dabei wendet der Block 110 die geschichtete Betriebsart des Betriebs des Motors 11 an.

Nach den Blöcken 109 und 110 endet der momentane Ausführungszyklus des Programmsegments.

Während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors 11 wird eine Soll-Luftdurchflussrate berechnet auf der Grundlage des erforderlichen angezeigten Drehmoments nach der Korrektur und der Motordrehzahl Ne durch beispielsweise Bezugnahme auf ein Kennfeld. Dann wird der Anweisungswert des Drosselklappenöffnungsgrads berechnet unter Verwendung eines inversen Ansaugluftmodells, das auf Parameter anspricht einschließlich der Soll-Luft-Durchflussrate und der Motordrehzahl Ne. Ein Steuersignal wird erzeugt in Abhängigkeit des berechneten Anweisungswerts des Drosselklappenöffnungsgrads. Das erzeugte Steuersignal wird an den Motor 14 abgegeben, so dass der Ist-Öffnungsgrad durch die Drosselklappe 15 gesteuert wird in Übereinstimmung mit dem Anweisungswert des Drosselklappenöffnungsgrads.

Während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors 11 wird die geschätzte Zylinder-Luftmenge berechnet unter Verwenden eines Zylinder-Luftmengenschätzmodells ansprechend auf die Luftdurchflussrate (die durch das Ausgangssignal von dem Luftmengenmesser 13 repräsentiert wird), die Motordrehzahl Ne und den Ansaugluftdruck Pm (der durch das Ausgangssignal von dem Einlassluftdrucksensor 18 repräsentiert wird). Die geschätzte Zylinder-Luftmenge wird geteilt durch das Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis, um eine Grundsoll-Einspritz- Kraftstoffmenge zu berechnen (eine Grundsoll- Kraftstoffeinspritzrate). Die Grundsoll-Einspritz- Kraftstoffmenge wird multipliziert durch verschiedene Korrekturkoeffizienten, um eine abschließende Soll-Einspritz- Kraftstoffmenge (eine abschließende Soll-Kraftstoff- Einspritzrate) abzuleiten. Die Korrekturkoeffizienten umfassen einen Kühlmitteltemperaturkoeffizienten, einen Rückführkorrekturkoeffizienten und einen Lernkorrekturkoeffizienten. Für jede Kraftstoff- Einspritzeinrichtung 21 wird ein Kraftstoff-Einspritzimpuls erzeugt, der eine Breite hat in Abhängigkeit von der abschließenden Soll-Einspritz-Kraftstoffmenge. Der Kraftstoff- Einspritzimpuls wird abgegeben an die zugehörige Kraftstoff- Einspritzeinrichtung 21, so dass die Kraftstoff-Einspritzung in den zugehörigen Motorzylinder während jedem Ansaughub angewandt wird. Demgemäß wird während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors 11 Kraftstoff unmittelbar in jeden Motorzylinder bei jedem Ansaughub eingespritzt, um ein homogenes Luft-Kraftstoffgemisch im Inneren zu bilden und die homogene Verbrennung anzuwenden.

Während der geschichteten Betriebsart des Betriebs des Motors 11 wird eine Grundsoll-Einspritz-Kraftstoffmenge (eine Grundsoll-Kraftstoff-Einspritzrate) berechnet auf der Grundlage des erforderlichen angezeigten Drehmoments nach der Korrektur der Motordrehzahl Ne beispielsweise durch Bezugnahme auf ein Kennfeld. Die Grundsoll-Einspritz-Kraftstoffmenge wird multipliziert mit verschiedenen Korrekturkoeffizienten, um eine abschließende Soll-Einspritz-Kraftstoffmenge abzuleiten (eine abschließende Sollkraftstoffeinspritzrate). Die Korrekturkoeffizienten umfassen einen Kühlmitteltemperaturkorrekturkoeffizienten, einen Rückführkorrekturkoeffizienten und einen Lernkorrekturkoeffizienten. Für jede Kraftstoff- Einspritzeinrichtung 21 wird ein Kraftstoff-Einspritzimpuls erzeugt, der eine Breite hat in Abhängigkeit von der abschließenden Soll-Einspritz-Kraftstoffmenge. Der Kraftstoff- Einspritzimpuls wird abgegeben an die zugehörige Kraftstoff- Einspritzeinrichtung 21, so dass die Kraftstoff-Einspritzung in den zugehörigen Motorzylinder während jedem Kompressionshub angewandt wird. Demgemäß wird während der geschichteten Betriebsart des Betriebs des Motors 11 Kraftstoff unmittelbar in jeden Motorzylinder bei jedem Kompressionshub eingespritzt, um ein geschichtetes Luft-Kraftstoffgemisch im Inneren zu bilden und eine geschichtete Verbrennung anzuwenden.

Während der geschichteten Betriebsart des Betriebs des Motors 11 werden die Grundsoll-Einspritz-Kraftstoffmenge und das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis berechnet, um eine Soll- Luftdurchflussrate zu berechnen. Dann wird der Anweisungswert des Drosselklappenöffnungsgrads berechnet unter Verwenden eines inversen Ansaugluftmodells, das auf Parameter anspricht einschließlich der Soll-Luftdurchflussrate und der Motordrehzahl Ne. Ein Steuersignal wird erzeugt in Abhängigkeit von dem berechneten Anweisungswert des Drosselklappenöffnungsgrads. Das erzeugte Steuersignal wird an den Motor 14 abgegeben, so dass der Ist-Öffnungsgrad durch die Drosselklappe 15 gesteuert wird in Übereinstimmung mit dem Anweisungswert des Drosselklappenöffnungsgrads.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel dieser Erfindung kann folgendermaßen abgewandelt werden. Die Änderung des Betriebs des Motors 11 zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart kann ausgeführt werden, wenn das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoffverhältnis und die geschätzte EGR-Rate jeweils vorgegebene Werte erreichen. Die vorgegebenen Werte sind beispielsweise gleich Zentralwerten bei den vorstehend erwähnten beschriebenen Bereichen. Die vorgegebenen Werte (die Zentralwerte bei den beschriebenen Bereichen) können abhängen von der Änderungsbestimmungsverbrennungsbetriebsart. Die beschriebenen Bereiche (der Bereich zwischen dem voreingestellten Wert "A" und "B" und der Bereich zwischen dem voreingestellten Wert "C" und "D") können abhängen von der Änderungsbestimmungsverbrennungsbetriebsart.

Die Änderung des Betriebs des Motors 11 zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart kann ausgeführt werden, wenn eines aus dem geschätzten Zylinder- Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der geschätzten EGR-Rate den zugehörigen beschriebenen Bereich erreicht.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel dieser Erfindung schafft die folgenden Vorteile. Wenn eine Verbrennungsbetriebsartänderungsanforderung auftritt, wird eine Wartezeit durchgeführt bis das geschätzte Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis den beschriebenen Bereich erreicht, bei dem das Luft-Kraftstoffgemisch stabil verbrannt werden kann, und die geschätzte EGR-Rate den beschriebenen Bereich erreicht, bei dem eine NOx-Reduktion verfügbar ist. Deshalb ist es möglich, die Verbrennungsstabilität aufrechtzuerhalten und die NOx-Reduktion bei der Änderung des Betriebs des Motors 11 zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart. Außerdem ist es möglich, das Auftreten von Fehlzündungen zu verhindern und das Auftreten einer unerwünschten Drehmomentänderung bei der Betriebsartänderung des Motors 11.

Das EGR-Ventil 40 wird durch den Schrittmotor angesteuert, während die Drosselklappe 15 durch den Gleichstrommotor 14 angesteuert wird. Im allgemeinen ist das Ansprechverhalten eines Schrittmotors langsamer als das eines Gleichstrommotors. Deshalb ist das Ansprechverhalten des EGR-Ventils 40 langsamer als das der Drosselklappe 15. Es wird das langsame Ansprechverhalten des EGR-Ventils 40 gegenüber der Drosselklappe 15 in Betracht gezogen. Insbesondere, wenn eine Verbrennungsbetriebsartänderungsanforderung auftritt, wird eine Änderung des Anweisungswerts des Drosselklappenöffnungsgrads verzögert in Übereinstimmung mit einer Änderung des Ist- Öffnungsgrads durch das EGR-Ventil 40. Deshalb ist es möglich, die Zeitgebung auszugleichen, bei der das Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis einen Wert zum Schaffen einer stabilen Verbrennung erreicht, und die Zeitgebung, bei der die EGR-Rate einen Wert zum Schaffen einer NOx-Reduktion erreicht. Somit kann die Betriebsartsänderung des Motors 11 angewandt werden bei einer Zeitgebung, wenn das Zylinder-Luft-Kraftstoff- Verhältnis und die EGR-Rate optimiert sind. Demgemäß ist es möglich, die Verbrennungsstabilität und die NOx-Reduktion zu verbessern.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel außer den nachfolgend erwähnten Konstruktionsänderungen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist eine Übereinstimmungsbeziehung zwischen der EGR-Rate und dem Öffnungsgrad durch das EGR-Ventil 40 vorgegeben. Der Öffnungsgrad durch das EGR-Ventil 40 wird auch als der EGR- Ventilöffnungsgrad bezeichnet. Der EGR-Ventilöffnungsgrad wird verwendet anstatt der EGR-Rate als ein Steuerparameter für die Betriebsartsänderung des Motors 11. Der EGR-Ventilöffnungsgrad wird erfasst durch den (nicht gezeigten) EGR- Ventilpositionssensor, der zu dem EGR-Ventil 40 gehört.

Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird eine Betriebsänderung des Motors 11 von der geschichteten Betriebsart zu der homogenen Betriebsart beschrieben. Der Soll-EGR-Ventilöffnungsgrad wird berechnet aus der Soll-EGR-Rate. Bei einem Moment t4 tritt eine Anforderung für die Änderung der geschichteten Betriebsart zu der homogenen Betriebsart auf. Bei dem Moment t4 wird der Soll- EGR-Ventilöffnungsgrad für die geschichtete Betriebsart ersetzt durch den Soll-EGR-Ventilöffnungsgrad für die homogene Betriebsart. Gleichzeitig wird das Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis für die geschichtete Betriebsart ersetzt durch das Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnis (das Soll- Luft-Kraftstoffverhältnis für die Verbrennungsbetriebsartänderung). Wie vorstehend erwähnt ist, ist das Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnis gleich einem Wert, bei dem Luft-Kraftstoffgemische stabil verbrannt werden können ungeachtet dessen, ob der Motor 11 bei der geschichteten Betriebsart oder der homogenen Betriebsart betrieben wird.

Bei einem Moment t5 nach dem Moment t4 erreicht das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen Wert, bei dem Luft-Kraftstoffgemische stabil verbrannt werden können ungeachtet dessen, ob der Motor 11 bei der geschichteten Betriebsart oder der homogenen Betriebsart betrieben wird. Bei dem Moment t5 erreicht der Ist-EGR-Ventilöffnungsgrad einen Wert, bei dem eine NOx-Reduktion verfügbar ist entweder bei der geschichteten Verbrennung oder der homogenen Verbrennung. Bei dem Moment t5 wird der Betrieb des Motors 11 geändert von der geschichteten Betriebsart zu der homogenen Betriebsart. Bei der Änderung des Betriebs des Motors 11 zu der homogenen Betriebsart wird das Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnis ersetzt durch das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis für die homogene Betriebsart.

Unter Bezugnahme auf Fig. 10 wird die Änderung des Betriebs des Motors 11 von der homogenen Betriebsart zu der geschichteten Betriebsart beschrieben. Bei einem Moment t6 tritt eine Anforderung für die Änderung der homogenen Betriebsart zu der geschichteten Betriebsart auf. Bei dem Moment t6 wird der Soll-EGR-Ventilöffnungsgrad für die homogene Betriebsart ersetzt durch den Soll-EGR-Ventilöffnungsgrad für die geschichtete Betriebsart. Gleichzeitig wird das Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis für die homogene Betriebsart ersetzt durch das Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnis (das Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis für die Verbrennungsbetriebsartsänderung). Wie vorstehend erwähnt ist, ist das Zwischensoll-Luft- Kraftstoffverhältnis gleich einem Wert, bei dem Luft- Kraftstoffgemische stabil verbrannt werden können, ungeachtet dessen, ob der Motor 11 bei der geschichteten Betriebsart oder der homogenen Betriebsart betrieben wird.

Bei einem Moment t7 nach dem Moment t6 erreicht das geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen Wert, bei dem Luft-Kraftstoffgemische stabil verbrannt werden können ungeachtet dessen, ob der Motor 11 bei der geschichteten Betriebsart oder homogenen Betriebsart betrieben wird. Bei dem Moment t7 erreicht der Ist-EGR-Ventilöffnungsgrad einen Wert, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung aufrechterhalten werden kann und eine NOx-Reduktion verfügbar ist. Bei dem Moment t7 wird der Betrieb des Motors 11 geändert von der homogenen Betriebsart zu der geschichteten Betriebsart. Bei der Änderung des Betriebs des Motors 11 zu der geschichteten Betriebsart wird das Zwischensoll-Luft-Kraftstoffverhältnis ersetzt durch das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis für die geschichtete Betriebsart.

Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung kann folgendermaßen abgewandelt werden. Die Änderung des Betriebs des Motors 11 zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart kann ausgeführt werden, wenn eines aus dem geschätzten Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder dem Ist-EGR-Ventilöffnungsgrad den zugehörigen beschriebenen Bereich erreicht.

Das zweite Ausführungsbeispiel dieser Erfindung schafft Vorteile ähnlich denen des ersten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung.

Drittes Ausführungsbeispiel

Ein drittes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist ähnlich ihrem ersten Ausführungsbeispiel außer, dass ein Schätzblock 57A für ein Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis den Schätzblock 57 für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ersetzt (siehe Fig. 2).

Wie in Fig. 11 gezeigt ist, schätzt der Schätzblock 57A für ein Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine Zylinder- Luftmenge unter Verwenden eines Schätzmodells für eine Zylinder-Luftmenge (ein Ansaugluftsystemmodell). Der Schätzblock 57A für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis wandelt ein erforderliches Drehmoment in eine Sollzylinderkraftstoffmenge um. Der Schätzblock 57A für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis schätzt ein Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis ansprechend auf eine geschätzte Zylinder- Luftmenge und die Sollzylinderkraftstoffmenge.

Der Schätzblock 57A für das Zylinder-Luft-Kraftstoff- Verhältnis wird detaillierter beschrieben. Wenn eine Verbrennungsbetriebsartsänderungsanforderung auftritt, nimmt der Schätzblock 57A für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis an, dass die momentane Verbrennungsbetriebsart die geschichtete Betriebsart ist und berechnet das geschätzte Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis gleich einer geschätzten Luftmenge in den Motorzylindern, die durch eine Sollkraftstoffmenge geteilt wird, die in diese einzuspritzen ist.

Ein Ist-Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist gleich einer Ist-Zylinder-Luftmenge, die durch eine Ist-Zylinder- Kraftstoffmenge geteilt wird. Die Ist-Zylinder-Luftmenge und die Ist-Zylinder-Kraftstoffmenge werden anstatt dem Messen geschätzt. Insbesondere wird die Ist-Zylinder-Luftmenge geschätzt unter Verwenden eines Zylinder-Luftmengen- Schätzmodell (ein Ansaugluftsystemmodell) ansprechend auf Eingangsinformationsstücke einschließlich der Luftdurchflussrate, der Motordrehzahl Ne, dem Ansaugluftdruck Pm und der EGR-Rate. Da Kraftstoff unmittelbar in die Motorzylinder eingespritzt wird, gibt es keinen Kraftstoff (Feuchtigkeit) an den Wänden, die die Einlasskanäle definieren. Demgemäß wird davon ausgegangen, dass die Ist-Zylinder- Kraftstoffmenge gleich einer Soll-Zylinder-Kraftstoffmenge ist in Übereinstimmung mit einer Soll-Kraftstoff-Einspritzrate. Somit berechnet der Schätzblock 57A für das Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis das geschätzte Zylinder-Luft- Kraftstoffverhältnis durch Teilen der geschätzten Zylinder- Luftmenge durch die Soll-Zylinder-Kraftstoffmenge. Dabei wird die Soll-Zylinder-Kraftstoffmenge berechnet aus dem erforderlichen angezeigten Drehmoment und der Motordrehzahl Ne beispielsweise durch Bezugnahme auf ein Kennfeld.

Viertes Ausführungsbeispiel

Ein viertes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist ähnlich ihrem ersten Ausführungsbeispiel außer, dass der Schätzblock 57B für ein Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis den Schätzblock 57 für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ersetzt (siehe Fig. 2).

Wie in Fig. 12 gezeigt ist, umfasst der Schätzblock 57B für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen Unterblock 57C für die geschichtete Betriebsart und einen Unterblock 57D für die homogene Betriebsart. Wenn eine Verbrennungsbetriebsartsänderungsanforderung auftritt, geht der Schätzblock 57B für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Annahme aus, dass die momentane Verbrennungsbetriebsart die Änderungsbestimmungsbetriebsart ist und schätzt ein Zylinder- Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter Verwenden eines der Unterblöcke 57C oder 57D, der der Änderungsbestimmungsverbrennungsbetriebsart entspricht.

Wenn eine Anforderung für die Änderung von der homogenen Betriebsart zu der geschichteten Betriebsart auftritt, wird der Unterblock 57C verwendet. Dabei teilt der Unterblock 57C eine geschätzte Zylinder-Luftmenge durch eine Soll-Zylinder- Kraftstoffmenge, um ein geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff- Verhältnis bei der geschichteten Betriebsart zu berechnen. Diese Berechnung ist dieselbe wie jene, die durch den Schätzblock 57A für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird (siehe Fig. 11).

Wenn eine Anforderung für die Änderung von der geschichteten Betriebsart zu der homogenen Betriebsart auftritt, wird der Unterblock 57D verwendet. Dabei richtet der Unterblock 57D ein geschätztes Zylinder-Luft-Kraftstoff- Verhältnis bei der homogenen Betriebsart auf das Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis ein oder gleicht dieses aus, das durch den Einrichteblock 55 für das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis erteilt wird (siehe Fig. 2)

Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Ermöglichung, dass eine gute Verbrennungsstabilität und eine NOx-Reduktion durch ein EGR aufrechterhalten werden, wenn der Betrieb der Zylinder-Einspritz-Brennkraftmaschine geändert wird zwischen einer geschichteten Betriebsart und einer homogenen Betriebsart. Wenn eine Anforderung für die Änderung von der geschichteten Betriebsart zu der homogenen Betriebsart auftritt, wird eine Soll-EGR-Rate geändert auf einen Wert für die homogene Betriebsart, die eine Änderungsbestimmungs verbrennungsbetriebsart ist. Gleichzeitig wird ein Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis auf einen vorläufigen Wert geändert, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist. Danach wird die Änderung von der geschichteten Betriebsart zu der homogenen Betriebsart ausgeführt, wenn ein geschätztes Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis ein vorgegebenes Luft-Kraftstoff verhältnis erreicht, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist, und eine geschätzte EGR-Rate einen vorgegebenen Wert erreicht, bei dem eine NOx-Reduktion verfügbar ist, und entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist. Bei der Verbrennungsbetriebsartänderung wird das Soll-Luft-Kraftstoff verhältnis geändert von dem vorläufigen Wert auf einen Wert für die homogene Betriebsart. Außerdem wird eine Kraftstoff- Einspritz-Zeitgebung geändert, um mit einem Ansaughub übereinzustimmen.

Claims

1. Steuergerät für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, die den Betrieb des Motors ändert zwischen einer geschichteten Betriebsart und einer homogenen Betriebsart ansprechend auf Betriebszustände des Motors, wobei während der geschichteten Betriebsart des Betriebs des Motors Kraftstoff in einen Motorzylinder eingespritzt wird bei einem Kompressionshub, um eine geschichtete Verbrennung anzuwenden, und wobei während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors Kraftstoff in den Motorzylinder eingespritzt wird bei einem Ansaughub, um eine homogene Verbrennung anzuwenden,
gekennzeichnet durch:
eine Schätzeinrichtung für ein Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis zum Schätzen eines Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnisses;
eine EGR-Ratenschätzeinrichtung zum Schätzen der EGR- Rateninformation, die sich auf die Rate der Abgasrückführung durch eine Abgasrückführungsvorrichtung bezieht; und
eine Verbrennungsbetriebsartänderungseinrichtung zum Ausführen der Änderung der Motorbetriebsart, wenn eine Anforderung für die Änderung des Betriebs des Motors zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart auftritt, wenn das durch die Schätzeinrichtung für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis geschätzte Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis ein vorgegebenes Luft- Kraftstoffverhältnis erreicht und die durch die EGR- Ratenschätzeinrichtung geschätzte EGR-Rateninformation einen vorgegebenen Wert erreicht.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsbetriebsartänderungseinrichtung betreibbar ist zum Ändern eines Soll-Luft-Kraftstoffverhältnisses auf einen vorläufigen Wert, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist, und Ändern des Soll-Luft-Kraftstoffverhältnisses von dem vorläufigen Wert auf einen Wert für eine Änderungsbestimmungsverbrennungsbetriebsart, wenn das durch die Schätzeinrichtung für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis geschätzte Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein vorgegebenes Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht, bei dem entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist, und die durch die EGR- Ratenschätzeinrichtung geschätzte EGR-Rateninformation einen vorgegebenen Wert erreicht, bei dem eine NOx-Reduktion verfügbar ist und entweder eine stabile geschichtete Verbrennung oder eine stabile homogene Verbrennung verfügbar ist, wenn eine Anforderung für die Änderung des Betriebs des Motors zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart auftritt.

3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die EGR-Ratenschätzeinrichtung betreibbar ist zum Schätzen oder Erfassen des Öffnungsgrads durch ein Abgasrückführsteuerventil als die EGR-Rateninformation.

4. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Drosselklappe und ein Abgasrückführsteuerventil gibt, wobei das Ansprechverhalten eines der Ventile langsamer als das Ansprechverhalten des anderen ist, und dass die Verbrennungsbetriebsartänderungseinrichtung betreibbar ist zum Verzögern des Betriebs des schneller ansprechenden Ventils harmonisch mit dem Betrieb des langsamer ansprechenden Ventils bis die Änderung der Motorbetriebsart ausgeführt ist, wenn eine Anforderung für die Änderung des Betriebs des Motors zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart auftritt.

5. Steuergerät für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, die den Betrieb des Motors ändert zwischen einer geschichteten Betriebsart und einer homogenen Betriebsart ansprechend auf Betriebszustände des Motors, wobei während der geschichteten Betriebsart des Betriebs cles Motors Kraftstoff in einen Motorzylinder bei einem Kompressionshub eingespritzt wird, um eine geschichtete Verbrennung anzuwenden, und wobei während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors Kraftstoff in den Motorzylinder bei einem Ansaughub eingespritzt wird, um eine homogene Verbrennung anzuwenden,
gekennzeichnet durch
eine Schätzeinrichtung für das Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis zum Schätzen eines Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnisses; und
eine Verbrennungsbetriebsartänderungseinrichtung zum Ausführen der Änderung der Motorbetriebsart, wenn eine Anforderung für die Änderung des Betriebs des Motors zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart auftritt, wenn das durch die Schätzeinrichtung für das Zylinder-Luft-Kraftstoff-Verhältnis geschätzte Zylinder-Luft- Kraftstoff-Verhältnis ein vorgegebenes Luft-Kraftstoff- Verhältnis erreicht.

6. Steuergerät für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, das den Betrieb des Motors ändert zwischen einer geschichteten Betriebsart und einer homogenen Betriebsart ansprechend auf Betriebszustände des Motors, wobei während der geschichteten Betriebsart des Betriebs des Motors Kraftstoff in einen Motorzylinder bei einem Kompressionshub eingespritzt wird, um eine geschichtete Verbrennung anzuwenden, und wobei während der homogenen Betriebsart des Betriebs des Motors Kraftstoff in den Motorzylinder eingespritzt wird bei einem Ansaughub, um eine homogene Verbrennung anzuwenden,
gekennzeichnet durch:
eine EGR-Ratenschätzeinrichtung zum Schätzen der EGR- Rateninformation, die sich auf die Abgasrückführrate durch eine Abgasrückführvorrichtung bezieht; und
eine Verbrennungsbetriebsartänderungseinrichtung zum Ausführen der Änderung der Motorbetriebsart, wenn eine Anforderung für die Änderung des Betriebs des Motors zwischen der geschichteten Betriebsart und der homogenen Betriebsart auftritt, wenn die EGR-Rateninformation, die durch die EGR- Ratenschätzeinrichtung geschätzt wird, einen vorgegebenen Wert erreicht.