DE102012019151A1 - Dieselmotor, Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtung dafür, Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Dieselmotors und Computerprogrammprodukt - Google Patents

Dieselmotor, Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtung dafür, Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Dieselmotors und Computerprogrammprodukt Download PDF

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Abstract

Ein Dieselmotor wird bereitgestellt. Der Dieselmotor enthält einen Motorkörper, der mit Kraftstoff zu versorgen ist, der hauptsächlich Dieselkraftstoff enthält, ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Zylinder des Motorkörpers, ein Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul zum Steuern bzw. Regeln der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil, und einen Katalysator zum Reinigen von HC, der in einem Auslassdurchgang vorgesehen ist, durch den Abgas aus dem Zylinder ausgestoßen wird. Wenn der Katalysator in einem deaktivierten Zustand ist oder der Motorkörper in einem kalten Zustand ist, steuert bzw. regelt das Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul das Kraftstoffeinspritzventil dahingehend, eine Haupteinspritzung zum Erzeugen, in dem Zylinder, einer Hauptverbrennung, die hauptsächlich eine Diffusionsverbrennung umfasst, und eine Voreinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs vor der Haupteinspritzung durchzuführen, um eine Vorverbrennung in dem Zylinder vor der Hauptverbrennung zu erzeugen.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung gehört zu einem Gebiet des Stands der Technik, das einen Dieselmotor, eine Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtung dafür, ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Dieselmotors und ein Computerprogrammprodukt betrifft.
  • In den letzten Jahren gab es das Bestreben, NOx zu reduzieren, das durch Verbrennung in Dieselmotoren erzeugt wird, die in Fahrzeugen installiert sind, und technische Entwicklungen für die Reduzierung wurden vorangetrieben. Als eine der Techniken wurde eine Reduzierung eines geometrischen Verdichtungsverhältnisses eines Motors durchgeführt, um Verbrennungstemperaturen im Inneren von Zylindern zu verringern, um NOx zu reduzieren.
  • Wenn jedoch ein Verdichtungsverhältnis des Motors verringert wird, nehmen Ausstoßmengen an HC und CO (Rohemission von HC und Rohemission von CO) aus Zylindern des Motors zu. Normalerweise ist ein Dieselmotor mit einem Oxidationskatalysator in seinem Auslassdurchgang versehen, und wenn der Oxidationskatalysator in einem aktivierten Zustand ist, werden aus den Zylindern ausgestoßenes HC und CO gereinigt, indem sie durch den Oxidationskatalysator oxidiert werden, ohne ein Problem zu verursachen, selbst wenn die Ausstoßmengen an HC und CO aus den Zylindern zunehmen. Wenn jedoch ein Zeitraum existiert, in dem der Oxidationskatalysator in einem deaktivierten Zustand ist, wie direkt nach einem Motorstart, und der Zeitraum des deaktivierten Zustands lang ist, werden entsprechend große Mengen an HC und CO in die Atmosphäre ausgestoßen.
  • Somit ist es erforderlich, eine Temperatur des Oxidationskatalysators unverzüglich auf eine Aktivierungstemperatur zu erhöhen. In diesem Fall jedoch wird die Verbrennungstemperatur auf Grund des verringerten Verdichtungsverhältnisses niedrig, was eine Schwierigkeit bei der unverzüglichen Erhöhung der Temperatur des Oxidationskatalysators verursacht. Wenn insbesondere eine Turbine eines Turboladers zur Turboaufladung von Ansaug- bzw. Einlassluft in die Zylinder auf einer stromaufwärtigen Seite des Oxidationskatalysators in einem Auslassdurchgang des Motors angeordnet ist, wird die unverzügliche Erhöhung der Temperatur des Oxidationskatalysators schwieriger.
  • Die JP2007-154824A (Paragraph [0042] und 5) offenbart einen Fremdzündungsmotor, wo eine Temperatur von Abgas (eine Temperatur eines Katalysators) erhöht wird, indem Kraftstoff mit einer Haupteinspritzung und einer Operation einer Zündkerze unmittelbar vor einem oberen Totpunkt (TDC; Engl.: top dead center) bei einem Verdichtungshub verbrannt wird, dann eine Unter- bzw. Teileinspritzung (Nacheinspritzung) zu einem solchen Zeitpunkt eines Expansionshubs durchgeführt wird, dass der Kraftstoff durch die Verbrennungswärme entzündet wird, und ferner eine Unter- bzw. Teileinspritzung zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt wird, dass der Kraftstoff durch die Verbrennungswärme des durch die Teileinspritzung verbrannten Kraftstoffs entzündet wird.
  • Um den Katalysator unverzüglich zu aktivieren, der in dem Auslassdurchgang des Dieselmotors vorgesehen ist, kann in Betracht gezogen werden, eine Mehrzahl von Nacheinspritzungen nach der Haupteinspritzung unter Verwendung der Technik der JP2007-154824A (Paragraph [0042] und 5) durchzuführen, die auf den Fremdzündungsmotor anwendbar ist, so dass die Kraftstoffverbrennung durch die Nacheinspritzungen (Nachverbrennung) im Anschluss an die Kraftstoffverbrennung durch die Haupteinspritzung (Hauptverbrennung) erfolgt. Dies ist auch effektiv beim unverzüglichen Aktivieren des Katalysators und des Überführens des Motors in einem kalten Zustand in einen aufgewärmten Zustand, und zwar sogar ohne das Verdichtungsverhältnis des Dieselmotors zu verringern.
  • Da jedoch bei einem Dieselmotor ein Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung instabil ist, ist ein Zeitpunkt, zu dem die Hauptverbrennung endet, instabil, und im Ergebnis wird selbst, wenn die erste Nacheinspritzung durchgeführt wird, die Nachverbrennung durch die Nacheinspritzung nicht im Anschluss an die Hauptverbrennung und eine Wahrscheinlichkeit, dass aus dem Motor ausgestoßener Kraftstoff unverbrannt ist, wird hoch. In diesem Fall kann die Temperatur des Katalysators nicht unverzüglich erhöht werden und zudem wird eine große Menge unverbranntes HC in die Atmosphäre ausgestoßen. Um den Katalysator unverzüglich zu aktivieren oder den Motor zu dem aufgewärmten Zustand zu ändern, ist es daher wichtig, den Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung zu stabilisieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird angesichts der obigen Situationen geschaffen und zielt darauf ab, einen Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus einer Haupteinspritzung so gut wie möglich zu stabilisieren, wenn ein Katalysator zum Reinigen von HC in einem deaktivierten Zustand ist oder ein Motorkörper in einem kalten Zustand ist.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Dieselmotor bereitgestellt, der enthält: einen Motorkörper, der mit Kraftstoff zu versorgen ist, der hauptsächlich Dieselkraftstoff enthält, ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Zylinder des Motorkörpers, ein Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul zum Steuern bzw. Regeln der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil, und einen Katalysator zum Reinigen von HC, der in einem Auslassdurchgang vorgesehen ist, durch den Abgas aus dem Zylinder ausgestoßen wird. Wenn der Katalysator in einem deaktivierten Zustand ist und/oder der Motorkörper in einem kalten Zustand ist, steuert bzw. regelt das Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul das Kraftstoffeinspritzventil dahingehend, eine Haupteinspritzung zum Erzeugen, in dem Zylinder, einer Hauptverbrennung, die hauptsächlich eine Diffusionsverbrennung enthält bzw. umfasst, und eine Voreinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs vor der Haupteinspritzung durchzuführen, um eine Vorverbrennung in dem Zylinder vor der Hauptverbrennung zu erzeugen. Die Haupteinspritzung wird zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt, dass eine Wärmeerzeugung durch die Hauptverbrennung beginnt, nachdem eine durch die Vorverbrennung bewirkte Wärmeabgaberate ihren Höhepunkt überschreitet und bevor sie Null erreicht. Die Vorverbrennung wird zu einem solchen Zeitpunkt vor einem oberen Totpunkt bei einem Verdichtungshub durchgeführt, dass die Haupteinspritzung nach dem oberen Verdichtungstotpunkt durchgeführt wird.
  • Gemäß dieser Konfiguration wird die Haupteinspritzung durchgeführt, wenn die Temperatur im Inneren des Zylinders ausreichend durch die Vorverbrennung erhöht wird. Somit stabilisiert sich ein Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung, und ein Zeitpunkt, zu dem die Hauptverbrennung endet, stabilisiert sich ebenfalls. Im Ergebnis kann, wenn eine Temperatur des Abgases so erhöht wird, dass eine durch eine Nacheinspritzung bewirkte Nachverbrennung im Anschluss an die Hauptverbrennung ist, die Nachverbrennung sicher im Anschluss an die Hauptverbrennung fortfahren. Wenn der Katalysator in dem deaktivierten Zustand ist, kann daher der Katalysator unverzüglich durch die Nacheinspritzung aktiviert werden, und wenn der Motorkörper in dem kalten Zustand ist, kann der Motorkörper unverzüglich durch die Nacheinspritzung in einen aufgewärmten Zustand überführt werden.
  • Ein geometrisches Verdichtungsverhältnis des Motorkörpers kann näherungsweise 15:1 oder niedriger sein.
  • Somit kann die Rohemission von NOx, das aus dem Zylinder ausgestoßen wird, reduziert werden. Andererseits wird durch solch ein niedriges Verdichtungsverhältnis der Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung instabiler und eine Verbrennungstemperatur nimmt ab, und somit werden die unverzügliche Erhöhung der Temperatur des Katalysators und der unverzügliche Übergang des Motorkörpers in den aufgewärmten Zustand schwierig. Bei der Erfindung jedoch kann, selbst wenn das geometrische Verdichtungsverhältnis näherungsweise 15:1 oder niedriger ist, der Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung durch die Voreinspritzung stabilisiert werden und ferner kann die Nachverbrennung sicher im Anschluss an die Hauptverbrennung sein. Daher kann die Temperatur des aus dem Zylinder auszustoßenden Abgases erhöht werden und somit kann der Katalysator in dem deaktivierten Zustand unverzüglich aktiviert werden und der Motorkörper kann unverzüglich in den aufgewärmten Zustand überführt werden.
  • Der Dieselmotor kann ferner ein Temperaturberechnungsmodul zum Berechnen einer Temperatur im Inneren des Zylinders bei dem oberen Verdichtungstotpunkt enthalten. Das Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul kann eine Einspritzmenge der Voreinspritzung erhöhen und/oder einen Einspritzzeitpunkt der Voreinspritzung vorrücken, wenn die von dem Temperaturberechnungsmodul berechnete Temperatur niedriger ist.
  • Somit können der Zeitpunkt, zu dem die Vorverbrennung erfolgt, und die durch die Vorverbrennung bewirkte Wärmeabgaberate ungeachtet der Temperatur im Inneren des Zylinders bei dem oberen Verdichtungstotpunkt (insbesondere Einlass- bzw. Ansauglufttemperatur) stabilisiert werden, und im Ergebnis kann der Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung ungeachtet der Temperatur im Inneren des Zylinders bei dem oberen Verdichtungstotpunkt (insbesondere Einlass- bzw. Ansauglufttemperatur) stabilisiert werden.
  • Wenn der Katalysator in dem deaktivierten Zustand ist, kann das Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul das Kraftstoffeinspritzventil dahingehend steuern bzw. regeln, zusätzlich zu der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung eine Nacheinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs nach der Haupteinspritzung durchzuführen, um eine Nachverbrennung in dem Zylinder im Anschluss an die Hauptverbrennung zu erzeugen.
  • Durch solch eine Nacheinspritzung kann die Temperatur des aus dem Zylinder auszustoßenden Abgases erhöht werden und der Katalysator kann in dem deaktivierten Zustand unverzüglich aktiviert werden. Ferner kann auf Grund der Stabilisierung des Zündverzögerungszeitraums für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung die durch die Nacheinspritzung bewirkte Nachverbrennung sicher im Anschluss an die Hauptverbrennung sein und die Entstehung von unverbranntem HC kann unterbunden werden.
  • Der Dieselmotor kann ferner einen Turbolader enthalten, der einen Verdichter, der in einem Einlass- bzw. Ansaugdurchgang angeordnet ist, wo ein Lufteinlass bzw. eine Luftansaugung in den Zylinder durchgeführt wird, und eine Turbine enthält, die in dem Auslassdurchgang auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators angeordnet ist, zur Turboaufladung von Ansaugluft in den Zylinder.
  • Wenn die Turbine in dem Auslassdurchgang stromaufwärts des Katalysators angeordnet ist, werden, wenn unverbranntes HC entsteht, Ruß und unverbranntes HC teerig und können an der Turbine anhaften. Bei der Erfindung jedoch kann durch die Stabilisierung des Zündverzögerungszeitraums für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung die durch die durch die Nacheinspritzung bewirkte Nachverbrennung sicher im Anschluss an die Hauptverbrennung sein und die Entstehung von unverbranntem HC kann unterbunden werden. Somit können Defekte an der Turbine auf Grund von unverbranntem HC verhindert werden. Ferner tendiert die Temperatur des Abgases dazu, verringert zu werden, wenn es den Katalysator erreicht, und zwar auf Grund des Einwirkens der Turbine. Bei der Erfindung jedoch kann die Temperatur des Abgases, das aus dem Zylinder auszustoßen ist, erhöht werden. Selbst bei Einwirken der Turbine kann auf diese Weise die Temperatur des Abgases hoch bleiben, wenn es den Katalysator erreicht, und der Katalysator kann in dem deaktivierten Zustand unverzüglich aktiviert werden.
  • Der Katalysator kann ein Oxidationskatalysator sein, und für einen vorbestimmten Zeitraum, nachdem der Katalysator ein aktivierter Zustand wird, kann das Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul das Kraftstoffeinspritzventil dahingehend steuern bzw. regeln, die Haupteinspritzung zum Erzeugen, in dem Zylinder, der Hauptverbrennung, die hauptsächlich die Diffusionsverbrennung enthält bzw. umfasst, und eine Späteinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs nach der Haupteinspritzung durchzuführen, um dem Katalysator unverbrannten Kraftstoff zuzuführen.
  • Somit kann mit der Späteinspritzung unter Verwendung von Wärme einer Oxidationsreaktion von unverbranntem Kraftstoff, die durch den aktivierten Oxidationskatalysator bewirkt wird, die Temperatur des aktivierten Oxidationskatalysators über der Aktivierungstemperatur gehalten werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtung für einen Dieselmotor bereitgestellt, wobei der Motor ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder des Motors und einen Katalysator zum Reinigen von HC umfasst, der in einem Auslassdurchgang des Motors vorgesehen ist, wobei die Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtung konfiguriert ist:
    wenn der Katalysator in einem deaktivierten Zustand ist und/oder der Motorkörper in einem kalten Zustand ist, das Kraftstoffeinspritzventil dahingehend zu steuern bzw. zu regeln, eine Haupteinspritzung zum Erzeugen, in dem Zylinder, einer Hauptverbrennung, die hauptsächlich eine Diffusionsverbrennung enthält bzw. umfasst, und eine Voreinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs vor der Haupteinspritzung durchzuführen, um eine Vorverbrennung in dem Zylinder vor der Hauptverbrennung zu erzeugen;
    wobei die Haupteinspritzung zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt wird, dass eine Wärmeerzeugung durch die Hauptverbrennung beginnt, nachdem eine durch die Vorverbrennung bewirkte Wärmeabgaberate ihren Höhepunkt überschreitet und bevor sie Null erreicht; und
    wobei die Vorverbrennung zu einem solchen Zeitpunkt vor einem oberen Totpunkt bei einem Verdichtungshub durchgeführt wird, dass die Haupteinspritzung nach dem oberen Verdichtungstotpunkt durchgeführt wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Dieselmotors bereitgestellt, umfassend die Schritte:
    Bereitstellen eines Kraftstoffeinspritzventils zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder des Motors,
    Bereitstellen eines Katalysators zum Reinigen von HC in einem Auslassdurchgang des Motors,
    wenn der Katalysator in einem deaktivierten Zustand ist und/oder der Motorkörper in einem kalten Zustand ist, Steuern bzw. Regeln des Kraftstoffeinspritzventils dahingehend, eine Haupteinspritzung zum Erzeugen, in dem Zylinder, einer Hauptverbrennung, die hauptsächlich eine Diffusionsverbrennung enthält bzw. umfasst, und eine Voreinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs vor der Haupteinspritzung durchzuführen, um eine Vorverbrennung in dem Zylinder vor der Hauptverbrennung zu erzeugen,
    Durchführen der Haupteinspritzung zu einem solchen Zeitpunkt, dass eine Wärmeerzeugung durch die Hauptverbrennung beginnt, nachdem eine durch die Vorverbrennung bewirkte Wärmeabgaberate ihren Höhepunkt überschreitet und bevor sie Null erreicht, und
    Durchführen der Vorverbrennung zu einem solchen Zeitpunkt vor einem oberen Totpunkt bei einem Verdichtungshub, dass die Haupteinspritzung nach dem oberen Verdichtungstotpunkt durchgeführt wird.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner die Schritte:
    Berechnen einer Temperatur im Inneren des Zylinders bei dem oberen Verdichtungstotpunkt, und
    Erhöhen einer Einspritzmenge der Voreinspritzung und/oder Vorrücken eines Einspritzzeitpunkts der Voreinspritzung, wenn die berechnete Temperatur im Inneren des Zylinders niedriger ist.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das computerimplementierte Instruktionen umfasst, die, wenn auf einem geeigneten System geladen und ausgeführt, die Schritte eines Verfahrens durchführen können, wie es oben beschrieben ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtung eines Dieselmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das einen Konfiguration eines Steuer- bzw. Regelsystems der Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtung zeigt.
  • 3 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel eines Kraftstoffeinspritzmodus zeigt, der durch ein PCM gesteuert bzw. geregelt wird, wenn ein Oxidationskatalysator in einem deaktivierten Zustand ist.
  • 4 ist eine graphische Darstellung, die eine Änderung der Wärmeabgaberate im Inneren des Zylinders zeigt, die mit dem Kraftstoffeinspritzmodus in 3 assoziiert ist.
  • 5 ist eine graphische Darstellung, die ein weiteres Beispiel des Kraftstoffeinspritzmodus zeigt, der durch das PCM gesteuert bzw. geregelt wird, wenn der Oxidationskatalysator in dem deaktivierten Zustand ist.
  • 6 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel des Kraftstoffeinspritzmodus in einem Leerlaufzustand zeigt, der durch das PCM gesteuert bzw. geregelt wird, wenn der Oxidationskatalysator in einem aktivierten Zustand ist.
  • 7 ist ein P-V-Graph in dem Leerlaufzustand des Dieselmotors, wenn der Oxidationskatalysator in dem deaktivierten Zustand ist (mit Nacheinspritzungen) und wenn der Oxidationskatalysator in dem aktivierten Zustand ist (ohne Nacheinspritzungen).
  • 8 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung von, bei dem Dieselmotor, einer gestuften Anzahl an Nacheinspritzungen (zwischen vier bis sechs Stufen bzw. Stadien) mit einer Temperatur von Abgas an einem Einlass eines Auslassdurchgangs und der Temperatur des Abgases an einem Einlass des Oxidationskatalysators zeigt.
  • 9 ist eine graphische Darstellung, die eine Änderung über Zeit, ab dem Start des Dieselmotors, der Temperatur des Abgases an dem Auslassdurchgangseinlass, der Temperatur des Abgases an dem Oxidationskatalysatoreinlass, einer HC-Ausstoßmenge (Ausstoßmenge von HC in die Atmosphäre pro Zeiteinheit) und einer CO-Ausstoßmenge (Ausstoßmenge von CO in die Atmosphäre pro Zeiteinheit) zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • 1 und 2 zeigen schematisch eine Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtung eines Dieselmotors gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Diese Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtung enthält einen Dieselmotor (im Folgenden als Motor bezeichnet) 1 und ein Antriebsstrangsteuer- bzw. -regelmodul (im Folgenden als PCM bezeichnet) 10 zum Durchführen verschiedener Steuerungen bzw. Regelung, einschließlich einer Kraftstoffeinspritzsteuerung bzw. -regelung durch Injektoren bzw. Einspritzdüsen 18 des Motors 1, die später beschrieben werden. Das PCM 10 konfiguriert ein Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul in den Ansprüchen.
  • Der Motor 1 ist in einem Fahrzeug, wie einem Automobil installiert, und eine Kurbelwelle 15, die als eine Ausgangs- bzw. Abtriebswelle des Motors 1 dient, ist mit Antriebsrädern über ein Getriebe (nicht dargestellt) gekoppelt. Eine Leistung des Motors 1 wird auf die Antriebsräder übertragen, um das Fahrzeug anzutreiben.
  • Der Motor 1 (Motorkörper) enthält einen Zylinderblock 11, der mit einer Mehrzahl von Zylindern 11a gebildet ist (nur ein Zylinder ist gezeigt), einen Zylinderkopf 12, der an bzw. auf dem Zylinderblock 11 angeordnet ist, und eine Ölwanne 13, die unter dem Zylinderblock 11 angeordnet ist und wo ein Schmiermittel aufbewahrt wird. Im Inneren jedes Zylinders 11a des Motors 1 ist ein Kolben 14 reziprok eingepasst bzw. installiert und ein Hohlraum 14a, der auftrennende Weise einen Wiedereintrittsbrennraum bildet, ist an bzw. auf einer Kronenoberfläche bzw. balligen Oberfläche (obere Fläche) des Kolbens 14 innerhalb einer Mittelachse des Zylinders 11a gebildet. Der Hohlraum 14a ist in seinem Durchmesser zu einem Öffnungsende hin verjüngt. Der Kolben 14 ist mit einer Kurbelwelle 15 über eine Verbindungsstange 14b gekoppelt.
  • In dem Zylinderkopf 12 sind eine Einlass- bzw. Ansaugöffnung 16 und eine Auslassöffnung 17 gebildet, und ein Einlass- bzw. Ansaugventil 21 zum Öffnen und Schließen der Öffnung der Einlassöffnung 16 auf der Brennraumseite und ein Auslassventil 22 zum Öffnen und Schließen der Öffnung der Auslassöffnung 17 auf der Brennraumseite sind für jeden Zylinder 11a angeordnet bzw. vorgesehen.
  • Innerhalb eines Ventiltriebsystems 1 zum Betätigen der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 ist ein hydraulisch betätigter variabler Ventilmechanismus (im Folgenden als VVM (variable valve motion) bezeichnet) 71 zum Umschalten eines Betriebsmodus des Auslassventils 22 zwischen einem Normalmodus und einem Spezialmodus auf einer Auslassventil 22-Seite vorgesehen (nur in 2 gezeigt). Der VVM 71 (eine detaillierte Konfiguration ist nicht gezeigt) ist konfiguriert, zwei Arten von Nocken mit voneinander unterschiedlichen Nockenprofilen, bei denen ein erster Nocken eine Nockennase aufweist und ein zweiter Nocken zwei Nockennasen aufweist; und einen Leerweg- bzw. Totgangmechanismus zum selektiven Übertragen eines Betriebszustands eines des ersten und zweiten Nockens an das Auslassventil 22 zu enthalten. Wenn der Totgangmechanismus den Betriebszustand des ersten Nockens an das Auslassventil 22 überträgt, arbeitet das Auslassventil 22 in dem Normalmodus, wo es nur einmal während eines Auslasshubs öffnet. Wenn jedoch der Totgangmechanismus den Betriebszustand des zweiten Nockens an das Auslassventil 22 überträgt, arbeitet das Auslassventil 22 in dem Spezialmodus, wo es ein Mal während des Auslasshubs und des Einlasshubs öffnet, das heißt das Auslassventil öffnet zwei Mal in einem Zyklus bzw. Takt des Motors.
  • Zwischen dem Normal- und Spezialmodus des WM 71 wird durch einen hydraulischen Druck umgeschaltet, der von einer hydraulische Druckpumpe bzw. Hydraulikpumpe zugeführt wird, die durch den Motor betätigt wird (nicht gezeigt), und der Spezialmodus wird für eine Steuerung bzw. Regelung betreffend eine interne EGR verwendet. Es ist zu beachten, dass ein elektromagnetisch betätigtes Ventilsystem, welches das Auslassventil 22 unter Verwendung eines elektromagnetischen Aktuators betätigt, zum Ermöglichen des Umschaltens zwischen dem Normalmodus und dem Spezialmodus verwendet werden kann. Ferner ist die Ausführung der internen EGR nicht auf das zweimalige Öffnen des Auslassventils beschränkt und kann beispielsweise durch eine Steuerung bzw. Regelung der internen EGR durch zweimaliges Öffnen des Einlassventils 21 oder durch eine Steuerung bzw. Regelung der internen EGR erreicht werden, wo verbranntes Gas in dem Zylinder 11a verbleibt, indem ein negativer Überlappungszeitraum festgelegt wird, in dem sowohl das Einlassventil 21 als auch das Auslassventil 22 während des Auslasshubs oder Einlasshubs geschlossen sind.
  • Dem Motor 1 (Motorkörper) wird Kraftstoff, der Dieselkraftstoff als Hauptbestandteil enthält, aus einem Kraftstofftank durch eine Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) zugeführt. Der Zylinderkopf 12 ist mit den Injektoren bzw. Einspritzdüsen 18 (Kraftstoffeinspritzventilen) zum jeweiligen Einspritzen des Kraftstoffs in die Zylinder 11a versehen. Jeder Injektor 18 ist im Wesentlichen auf einer Mittelachse des Zylinders 11a angeordnet und eine Kraftstoffeinspritzöffnung, die in seiner Spitze (unteres Ende) gebildet ist, ist innerhalb des Hohlraums 14a (Brennraum) des Kolbens 14 freigelegt, wenn der Kolben 14 an dem oberen Totpunkt (TCD; Engl.: top dead center) positioniert ist. Der Kraftstoff wird so eingespritzt, dass er sich in einer Hohlkegelform zentrierend auf der Mittelachse des Zylinders 11a verteilt, und zwar von bzw. aus der Kraftstoffeinspritzöffnung des Injektors 18. Wenn der Kraftstoff von dem Injektor 18 eingespritzt wird, wenn der Kolben 14 innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs eines Kurbelwinkels bezüglich des TDC bei einem Verdichtungshub (CTDC) ist, wird der eingespritzte Kraftstoff in den Hohlraum 14a geleitet, ohne einen Lippenteil zu berühren, und wenn der Kraftstoff von dem Injektor 18 eingespritzt wird, wenn der Kolben über dem vorbestimmten Winkelbereich ist, wird der Kraftstoff im Wesentlichen außerhalb des Hohlraums 14a geliefert.
  • Ferner ist der Zylinderkopf 12 vorzugsweise mit Glühkerzen 19 versehen, um eine Zündfähigkeit des Kraftstoffs durch Erwärmen von Einlassluft im Inneren der Zylinder 11a zu verbessern, wenn der Motor 1 (Motorkörper) in einem kalten Zustand ist (wenn eine Temperatur eines Motorkühlmittels, die von einem Wassertemperatursensor SW1 detektiert wird, der später beschrieben wird, unterhalb einer vorbestimmten Referenztemperatur ist (z. B. 80°C).
  • Ein Einlass- bzw. Ansaugdurchgang 30, wo Einlässe in die Zylinder 11a durchgeführt werden, ist mit einer Fläche bzw. Oberfläche des Zylinderkopfs 12 auf der Einlassventil 21-Seite verbunden, um mit den Einlassöffnungen 16 der Zylinder 11a zu kommunizieren bzw. in Verbindung zu sein. Andererseits ist ein Auslassdurchgang 40, durch den Abgas aus den Zylindern 11a ausgestoßen wird, mit einer Fläche bzw. Oberfläche des Zylinderkopfs 12 auf der Auslassventil 22-Seite verbunden, um mit den Auslassöffnungen 17 der Zylinder 11a zu kommunizieren bzw. in Verbindung zu sein. Der Einlass- und der Auslassdurchgang 30 und 40 sind vorzugsweise mit einem großen Turbolader 61 und einem kleinen Turbolader 62 zum Turboaufladen der Einlassluft (später detailliert beschrieben) angeordnet.
  • Ein Luftreiniger bzw. -filter 31 zum Filtern der Einlassluft ist in einem stromaufwärtigen Endteil des Einlassdurchgangs 30 angeordnet. Ein Ausdehnungs- bzw. Ausgleichsbehälter 33 ist nahe eines stromabwärtigen Endes des Einlasskanals 30 angeordnet. Ein Teil des Einlasskanals 30 stromabwärts des Ausdehnungsbehälters 33 ist zu den jeweiligen Zylinders 11a hin verzweigt, um unabhängige Durchgänge zu sein, und stromabwärtige Enden der unabhängigen Durchgänge sind jeweils mit den Einlassöffnungen 16 der Zylinder 11a verbunden.
  • Ein Verdichter 61a des großen Turboladers 61, ein Verdichter 62a des kleinen Turboladers 62, ein Zwischen- bzw. Ladeluftkühler 35 zum Kühlen von Luft, die von den Verdichtern 61a und 62a verdichtet wird, und ein Einlass- bzw. Ansaugdrosselventil 36 zum Einstellen einer Einlass- bzw. Ansaugluftmenge für jeden Zylinder 11a sind zwischen dem Luftfilter 31 und dem Ausdehnungsbehälter 33 in dem Einlasskanal 30 von seiner stromaufwärtigen Seite aus angeordnet. Das Drosselventil 36 ist im Wesentlichen vollständig geöffnet oder weist eine Öffnung nahe davon auf; aber es ist vollständig geschlossenen, wenn der Motor 1 gestoppt bzw. abgestellt wird, um eine Erschütterung zu verhindern. Wenn ein Oxidationskatalysator 41a, der später beschrieben wird, in einem deaktivierten Zustand ist, ist das Einlassdrosselventil 36 unter einer vorbestimmten Öffnung (z. B. näherungsweise 20%). Dies liegt daran, dass, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand ist, obwohl eine Temperatur des Abgases erhöht wird, um den Oxidationskatalysator 41a unverzüglich zu aktivieren, was später beschrieben wird, wenn eine große Menge an Frischluft in den Zylinder 11a geleitet wird, dies für die Erhöhung der Abgastemperatur von Nachteil ist. Es ist zu beachten, dass das Festlegen des Einlassdrosselventils 36 dahingehend, die Öffnung unterhalb der vorbestimmten Öffnung aufzuweisen, nicht wesentlich ist.
  • Ein stromaufwärtiger Teil des Auslassdurchgangs 40 ist mit einem Auslass- bzw. Abgaskrümmer gebildet, der unabhängige Durchgänge, die jeweils zu den Zylindern 11a abzweigen und mit äußeren Enden der Auslassöffnungen 17 verbunden sind, und einen Sammel- bzw. Zusammenlaufteil aufweist, in dem sich diese unabhängigen Durchgänge sammeln bzw. zusammenlaufen.
  • In einem Teil des Auslassdurchgangs 40 stromabwärts das Abgaskrümmers sind eine Turbine 62b des kleinen Turboladers 62, eine Turbine 61b des großen Turboladers 61, eine Abgasemissionssteuer- bzw. -regelvorrichtung 41 zum Reinigen gefährlicher Bestandteile in dem Abgas und ein Schall- bzw. Geräuschdämpfer 42 in dieser Reihenfolge von seiner stromaufwärtigen Seite angeordnet.
  • Die Abgasemissionssteuer- bzw. -regelvorrichtung 41 enthält den Oxidationskatalysator 41a und einen Dieselpartikelfilter (im Folgenden als der DPF bezeichnet) 41b, die in dieser Reihenfolge von seiner stromaufwärtigen Seite angeordnet sind. Der Oxidationskatalysator 41a und der DPF 41b sind in einem einzelnen bzw. einzigen Gehäuse aufgenommen bzw. untergebracht. Der Oxidationskatalysator 41a weist einen Oxidationskatalysator auf, der nur Platin oder Platin mit zugefügtem Palladium und dergleichen trägt, und fördert eine Oxidationsreaktion von in dem Abgas enthaltenen HC und CO, um CO2 und H2O zu erzeugen. Der Oxidationskatalysator 41a konfiguriert bzw. bildet einen Katalysator zum Reinigen von HC in den Ansprüchen. Ferner ist der DPF 41b ein Filter, der Partikel (PM) wie Ruß einfängt, die in dem Abgas des Motors 1 enthalten sind, beispielsweise ist der DPF 41b ein Filter vom Wall-Flow- bzw. Wandstromtyp, der mit thermoresistentem Keramikmaterial wie Siliciumcarbid (SiC) gebildet ist, oder ein dreidimensionaler Netzfilter, der mit einer thermoresistenten Keramikfaser gebildet ist. Es ist zu beachten, dass der Oxidationskatalysator auf den DPF 41b geschichtet sein kann.
  • Ein Abgasrückführdurchgang 51 zum Rückführen eines Teils des Abgases in den Einlassdurchgang 30 verbindet einen Teil des Einlassdurchgangs 30 zwischen dem Ausdehnungsbehälter 33 und dem Einlassdrosselventil 36 mit einem Teil des Auslassdurchgangs 40 zwischen dem Abgaskrümmer und der kleinen Turbine 62b des kleinen Turboladers 62. Der Abgasrückführdurchgang 51 ist mit einem Abgasrückführventil 51a zum Einstellen einer Rückführmenge des Abgases in den Einlassdurchgang 30 und einem EGR-Kühler 52 zum Kühlen des Abgases durch ein Motorkühlmittel angeordnet.
  • Der große Turbolader 61 weist den großen Verdichter 61a, der in dem Einlassdurchgang 30 angeordnet ist, und die große Turbine 61b auf, die in dem Auslassdurchgang 40 angeordnet ist. Der große Verdichter 61a ist in dem Einlassdurchgang 30 zwischen dem Luftfilter 31 und dem Ladeluftkühler 35 angeordnet. Andererseits ist die große Turbine 61b in dem Auslassdurchgang 40 zwischen dem Abgaskrümmer und dem Oxidationskatalysator 41a angeordnet.
  • Der kleine Turbolader 62 weist den kleinen Verdichter 62a, der in dem Einlassdurchgang 30 angeordnet ist, und die kompakte Turbine 62b auf, die in dem Auslassdurchgang 40 angeordnet ist. Der kleine Verdichter 62a ist in dem Einlassdurchgang 30 stromaufwärts des Ladeluftkühlers 35 und stromabwärts des großen Verdichters 61a angeordnet. Andererseits ist die kleine Turbine 62b in dem Auslassdurchgang 40 stromabwärts des Abgaskrümmers und stromaufwärts der großen Turbine 61b angeordnet. Die kleine und die große Turbine 61b und 62b sind in dem Einlassdurchgang 30 stromaufwärts des Oxidationskatalysators 41a angeordnet.
  • Der große Verdichter 61a und der kleine Verdichter 62a sind in Reihe in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in dem Einlassdurchgang 30 angeordnet, und die kleine Turbine 62b und die große Turbine 61b sind in Reihe in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in dem Auslassdurchgang 40 angeordnet. Die große und die kleine Turbine 61b und 62b werden durch einen Abgasstrom gedreht und der große und der kleine Verdichter 61a und 62a, die mit der großen bzw. der kleinen Turbine 61b und 62b gekoppelt sind, Laden Ansaugluft auf, indem sie mit den Drehungen der großen und der kleinen Turbine 61b und 62b betätigt werden.
  • Der kleine Turbolader 62 ist relativ klein und der große Turbolader 61 ist relativ groß. Somit weist die große Turbine 61b des großen Turboladers 61 eine größere Trägheit auf als die kleine Turbine 62b des kompakten Turboladers 62.
  • Ein kleiner Einlass- bzw. Ansaug-Bypassdurchgang 63 zum Umgehen des kleinen Verdichters 62a ist mit dem Einlassdurchgang 30 verbunden. Dieser kleine Einlass-Bypassdurchgang 63 ist mit einem kleinen Einlass- bzw. Ansaug-Bypassventil 63a zum Einstellen einer Luftmenge, die in den kleinen Einlass-Bypassdurchgang 63 strömt, angeordnet bzw. versehen. Das kleine Einlass-Bypassventil 63a ist so konfiguriert, dass es im Wesentlichen vollständig geschlossen (normal geschlossen) ist, wenn keine Leistungsverteilung stattfindet.
  • Der wie oben konfigurierte Motor 1 wird durch das PCM 10 gesteuert bzw. geregelt. Das PCM ist durch einen Mikroprozessor mit einer CPU zum Ausführen eines Programms, einem Speicher zum Speichern eines Programms und Daten, einem Satz von Zählerzeitgebern, einer Schnittstelle und einem Pass bzw. Pfad zum Verbinden dieser Einheiten konfiguriert bzw. gebildet.
  • Wie es in 2 gezeigt ist, werden in das PCM 10 eingeben:
    Detektionssignale von dem Wassertemperatursensor SW1, der die Temperatur des Motorkühlmittels detektiert, einem Turboladedrucksensor SW2, der an dem Ausdehnungsbehälter 33 angebracht ist und einen Druck von Luft detektiert, die den Zylindern 11a zuzuführen ist, einem Einlass- bzw. Ansauglufttemperatursensor SW3, der die Temperatur von Ansaugluft detektiert (Ansauglufttemperatur), einem Kurbelwinkelsensor SW4, der einen Drehwinkel der Kurbelwelle 15 detektiert, einem Beschleuniger- bzw. Gaspedalpositionssensor SW5, der einen Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnungsbetrag entsprechend einem Winkel eines Gaspedals (nicht dargestellt) des Fahrzeugs detektiert, einem stromaufwärtigen Auslassdrucksensor SW6, der einen Abgasdruck stromaufwärts des DPF 41b detektiert, einen stromabwärtigen Auslassdrucksensor SW7, der einen Abgasdruck stromabwärts des DPF 41b detektiert, und einen Abgastemperatursensor SW8, der zwischen dem Oxidationskatalysator 41a und dem DPF 41b in dem damit untergebrachten Gehäuse angeordnet ist und der die Temperatur des Abgases detektiert, das aus dem Oxidationskatalysator 41a herausströmt. Durch Durchführen verschiedener Arten von Berechnungen basierend auf diesen Detektionssignalen bestimmt das PCM 10 Zustände des Motors 1 und des Fahrzeugs und gibt ferner Steuer- bzw. Regelsignale an die Injektoren 18, die Glühkerzen 19, den VVM 71 in dem Ventiltriebsystem und Aktuatoren der verschiedenen Ventilarten 36, 51a, 63a, 64a und 65a gemäß der bestimmten Zustände aus.
  • Als eine fundamentale Steuerung bzw. Regelung des Motors 1 bestimmt das PCM 10 ein Solldrehmoment (Solllast) hauptsächlich basierend auf einer Motordrehzahl, die aus dem Detektionssignal von dem Kurbelwinkelsensor SW4 erhalten wird, und dem Gaspedalöffnungsbetrag, der durch den Gaspedalpositionssesnor SW5 detektiert wird, und erzielt die Kraftstoffeinspritzmenge und den Einspritzzeitpunkt entsprechend dem Solldrehmoment durch Betätigung der Injektoren 18. Das Solldrehmoment wird in dem Maße größer eingestellt bzw. festgelegt, wie der Gaspedalöffnungsbetrag größer wird und die Motordrehzahl höher wird. Die Einspritzmenge des Kraftstoffs wird basierend auf dem Solldrehmoment und der Motordrehzahl festgelegt. Die Einspritzmenge wird in dem Maße größer eingestellt bzw. festgelegt, wie das Solldrehmoment höher wird oder die Motordrehzahl höher wird.
  • Ferner steuert bzw. regelt das PCM 10 ein Rückführverhältnis des Abgases an die Zylinder 11a durch Steuern bzw. Regeln der Öffnungen des Einlassdrosselventils 36 und des Abgasrückführventils 51a (externe EGR-Steuerung bzw. -Regelung) oder Steuern bzw. Regeln des VVM 71 (interne EGR-Steuerung bzw. -Regelung).
  • Das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors 1 ist näherungsweise 15:1 oder niedriger. Genauer gesagt ist das geometrische Verdichtungsverhältnis vorzugsweise zwischen näherungsweise 12:1 und näherungsweise 15:1. Mit solch einem verringerten Verdichtungsverhältnis werden die Rohemission von NOx aus den Zylindern 11a reduziert und ein thermischer Wirkungsgrad verbessert. Andererseits wird bei dem Motor 1 durch Erhöhen des Drehmoments mit den oben beschriebenen großen und kleinen Turboladern 61 und 62 das verringerte Verdichtungsverhältnis auf Grund des verringerten geometrischen Verdichtungsverhältnisses kompensiert. Obwohl die Ausstoßmengen von HC und CO (Rohemission von HC und Rohemission von CO) aus den Zylinders 11a auf Grund des verringerten Verdichtungsverhältnisses zunehmen, werden HC und CO durch den Oxidationskatalysator 41a oxidiert, um gereinigt zu werden. Es ist zu beachten, dass, wenn der Oxidationskatalysator 41a in einem deaktivierten Zustand ist, da HC und CO nicht gereinigt sind bzw. werden, die Abgastemperatur bei dieser Ausführungsform erhöht wird, wenn die von dem Abgastemperatursensor SW8 detektierte Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur ist (der Temperatur entsprechend einer Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators 41a), um den Oxidationskatalysator 41a unverzüglich zu aktivieren, was später beschrieben wird.
  • 3 zeigt einen durch das PCM 10 gesteuerten bzw. geregelten Kraftstoffeinspritzmodus, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand ist. 4 zeigt eine Änderung einer Wärmeabgaberate im Inneren des Zylinders 11a, die mit dem Kraftstoffeinspritzmodus assoziiert ist (eine Änderungsrate des Betrags der Wärmeerzeugung im Inneren des Zylinders 11a bezüglich des Kurbelwinkels). Wenn die detektierte Temperatur von dem Abgastemperatursensor SW8 unter der vorbestimmten Temperatur ist, bestimmt das PCM 10, dass der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand ist, und wenn die detektierte Temperatur von dem Abgastemperatursensor SW8 über der vorbestimmten Temperatur ist, bestimmt das PCM 10, dass der Oxidationskatalysator 41a in einem aktivierten Zustand ist.
  • Wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand ist (wenn basierend auf der von dem Abgastemperatursensor SW8 detektierten Temperatur bestimmt wird, dass er in dem deaktivierten Zustand ist), steuert bzw. regelt das PCM 10 jeden Injektor 18 dahingehend, eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und eine Mehrzahl von Nacheinspritzungen (sechs Nacheinspritzungen bei dieser Ausführungsform) durchzuführen.
  • Die Haupteinspritzung bewirkt in dem Zylinder 11a eine Hauptverbrennung, die hauptsächlich eine Diffusionsverbrennung enthält bzw. umfasst und das Motordrehmoment erzeugt, und die Voreinspritzung bewirkt eine Vorverbrennung in dem Zylinder 11a vor der Hauptverbrennung und dient zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Hohlraums 14a vor der Haupteinspritzung und dem oberen Verdichtungstotpunkt (CTDC). Die Temperatur im Inneren des Zylinders 11a (insbesondere innerhalb des Hohlraums 14a) wird durch die Vorverbrennung durch die Voreinspritzung erhöht, und durch Durchführen der Haupteinspritzung in dem Zustand mit der erhöhten Temperatur wird ein Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung stabilisiert (hier ein Zeitraum ab dem Start der Haupteinspritzung, bis ein Verbrannte-Masse-Verhältnis des Kraftstoffs auf Grund der Haupteinspritzung näherungsweise 10% wird).
  • Um den Zündverzögerungszeitraum weiter zu stabilisieren, wird die Haupteinspritzung zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt, dass die Wärmeerzeugung durch die Hauptverbrennung beginnt, nachdem die Wärmeabgaberate durch die Vorverbrennung ihren Höhepunkt überschreitet und bevor sie Null wird. Wie es in 4 gezeigt ist, nimmt die Wärmeabgaberate innerhalb des Zylinders 11a nach ihrem durch die Vorverbrennung bewirkten ersten Höhepunkt ab, beginnt sich durch die Hauptverbrennung zu erhöhen, bevor sie bei der Abnahme Null erreicht, und erreicht dann ihren zweiten Höhepunkt, der erheblich höher ist als der erste Höhepunkt.
  • In dem Fall, wo die Haupteinspritzung zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt wird, dass die Wärmeerzeugung durch die Hauptverbrennung beginnt, nachdem die Wärmeabgaberate durch die Vorverbrennung ihren Höhepunkt überschreitet, wird die Haupteinspritzung durchgeführt, bevor der Kraftstoff effizient in der Voreinspritzung verbrannt wird, das heißt bevor sich die Temperatur im Inneren des Zylinders 11a (innerhalb des Hohlraums 14a) effizient erhöht, und im Ergebnis wird der Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung instabil, was eine höhere Wahrscheinlichkeit der Rußentstehung bewirkt. In einem Fall jedoch, wo die Haupteinspritzung zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt wird, dass die Wärmeerzeugung durch die Hauptverbrennung beginnt, nachdem die Wärmeabgaberate durch die Vorverbrennung Null erreicht, wird die Haupteinspritzung durchgeführt, nachdem die Temperatur im Inneren des Zylinders 11a (innerhalb des Hohlraums 14a) zu sinken beginnt, und im Ergebnis wird der Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung instabil. Durch Durchführen der Haupteinspritzung zu einem solchen Zeitpunkt, dass die Wärmeerzeugung durch die Hauptverbrennung beginnt, nachdem die Wärmeabgaberate ihren Höhepunkt überschreitet und bevor sie Null erreicht, wird die Haupteinspritzung durchgeführt, wenn die Temperatur im Inneren des Zylinders 11a (innerhalb des Hohlraums 14a) effizient erhöht wird, und somit wird der Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung stabilisiert. Es ist zu beachten, dass der geeignetste Zeitpunkt zum Durchführen der Haupteinspritzung solch ein Zeitpunkt ist, dass die Wärmeerzeugung durch die Hauptverbrennung beginnt, wenn das Verbrannte-Masse-Verhältnis des Kraftstoffs, bewirkt durch die Haupteinspritzung, näherungsweise 85% bis näherungsweise 95% wird.
  • Die Voreinspritzung wird zu einem Zeitpunkt vor dem CTDC durchgeführt und die Haupteinspritzung wird nach dem CTDC durchgeführt. Dabei ist es bevorzugt, dass die Haupteinspritzung an oder nahe dem CTDC durchgeführt wird. Um dies zu realisieren, wird die Voreinspritzung vor dem CTDC durchgeführt, so dass die Vorverbrennung an oder nahe dem CTDC durchgeführt wird. Ferner wird bei dieser Ausführungsform die Haupteinspritzung nach und nahe dem CTDC (innerhalb des Kurbelwinkelbereichs von näherungsweise 7° nach dem CTDC) durchgeführt, so dass die Verbrennung so lange wie möglich bei dem Expansionshub andauert, und zwar zusammen mit einer Nachverbrennung im Anschluss an die Hauptverbrennung später beschrieben), und in 3 wird die Haupteinspritzung zu einem Zeitpunkt etwas nach einer Haupteinspritzung durchgeführt, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem aktivierten Zustand ist (Haupteinspritzung in 6, später beschrieben).
  • Somit wird die Haupteinspritzung zu einem Zeitpunkt kurz vor dem CTDC durchgeführt.
  • Bei dieser Ausführungsform berechnet das PCM 10 die Temperatur im Inneren des Zylinders 11a an dem CTDC basierend auf der Ansauglufttemperatur, die von dem Ansauglufttemperatursensor SW3 detektiert wird, und einem effektiven Verdichtungsverhältnis, und wenn die berechnete Temperatur im Inneren des Zylinders 11 an dem CTDC niedriger ist, erhöht das PCM 10 entweder die Einspritzmenge der Voreinspritzung oder rückt den Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung vor. Somit können der Zeitpunkt, zu dem die Vorverbrennung erzeugt wird, oder die Wärmeabgaberate durch die Vorverbrennung unabhängig von der Temperatur im Inneren des Zylinders 11a an dem CTDC (insbesondere die Ansauglufttemperatur) stabilisiert werden, und im Ergebnis kann der Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung unabhängig davon stabilisiert werden. Somit konfiguriert bzw. bildet das PCM 10 ein Temperaturberechnungsmodul zum Berechnen der Temperatur im Inneren des Zylinders 11a an dem CTDC.
  • Die Mehrzahl der Nacheinspritzungen dienen zum Bewirken der Nachverbrennung im Anschluss an die Hauptverbrennung im Inneren des Zylinders 11a, um die Verbrennung zumindest bis zu der mittleren Stufe bzw. Stadium des Expansionshubs fortzuführen, in welcher der Kraftstoff nach der Haupteinspritzung eingespritzt wird. Durch solche Nacheinspritzungen wird die Temperatur des aus dem Zylinder 11a ausgestoßenen Abgases erhöht, um den Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand unverzüglich zu aktivieren.
  • Bei der Haupteinspritzung und einer oder mehreren der Mehrzahl von Nacheinspritzungen, die zumindest die erste Nacheinspritzung enthalten bzw. umfassen, die durchgeführt werden, bevor der Kurbelwinkel den vorbestimmten Winkel bezüglich des CTDC erreicht, wird der Kraftstoff in den Hohlraum 14a eingespritzt, und bei dem Rest der Mehrzahl von Nacheinspritzungen, die durchgeführt werden, nachdem der Kurbelwinkel den vorbestimmten Winkel bezüglich des CTDC erreicht hat, wird der Kraftstoff außerhalb des Hohlraums 14a eingespritzt. Bei dieser Ausführungsform wird der Kraftstoff nur bei der ersten Nacheinspritzung in den Hohlraum 14a eingespritzt, und der Kraftstoff wird bei dem Rest der Nacheinspritzungen außerhalb des Hohlraums 14a eingespritzt.
  • Da die Hauptverbrennung durch die Haupteinspritzung im Grunde innerhalb des Hohlraums 14a erzeugt wird, und zwar durch Einspritzen des Kraftstoffs in den Hohlraum 14a durch die erste Nacheinspritzung, kann die Nachverbrennung durch die Nacheinspritzung leicht im Anschluss an die Hauptverbrennung erzeugt werden. Der Zeitpunkt, zu dem die erste Nacheinspritzung durchgeführt wird, ist beliebig so lang wie der Kraftstoff in den Hohlraum 14a eingespritzt werden kann, und die Nachverbrennung wird im Anschluss an die Hauptverbrennung erzeugt; wenn jedoch der Zeitpunkt des Erzeugens der Nachverbrennung übermäßig früh ist, endet dementsprechend die Nachverbrennung früh, und daher ist es bevorzugt, die Durchführung der ersten Nacheinspritzung so weit wie möglich zu verzögern, um den Zeitpunkt, zu dem die Nachverbrennung endet, so weit wie möglich zu verzögern. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass die ersten Nacheinspritzung durchgeführt wird, wenn die durch die Hauptverbrennung bewirkte Wärmeabgaberate näherungsweise 1 bis näherungsweise 2 J/deg erreicht. Wie es in 4 gezeigt ist, wird somit die Nachverbrennung durch die erste Nacheinspritzung erzeugt (die Wärmeerzeugung durch die Nachverbrennung beginnt), unmittelbar bevor die Wärmeabgaberate durch die Hauptverbrennung Null erreicht (unmittelbar bevor die Hauptverbrennung endet). Wenn die Nachverbrennung nicht erzeugt wird, sinkt die Wärmeabgaberate und erreicht Null bei einem Kurbelwinkel θ1 nach dem CTDC, wie es durch die Zweipunkt-Kettenlinie in 4 angegeben ist. Mit der Nachverbrennung setzt sich die Verbrennung jedoch auch nach θ1 fort, und der Kurbelwinkel kann, wenn die Wärmeabgaberate 0 wird, sogar mehr als θ1 verzögert werden. Wenn der Zeitpunkt, zu dem die Nachverbrennung erzeugt wird, übermäßig früh ist, besteht ferner die Möglichkeit, dass die Nachverbrennung das Motordrehmoment beeinflusst, und die Wahrscheinlichkeit wird höher, dass ein höheres Drehmoment als das durch die Hauptverbrennung bestimmte Drehmoment erzeugt wird und Ruß entsteht. Auch im Hinblick auf ein Unterbinden dieser Möglichkeiten bzw. Wahrscheinlichkeiten ist es bevorzugt, dass die Durchführung der ersten Nacheinspritzung so spät wie möglich erfolgt.
  • Es ist zu beachten, dass, da der Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung durch die Voreinspritzung stabilisiert wird, der Zeitpunkt, zu dem die Hauptverbrennung endet, ebenfalls stabil ist. Selbst wenn die Durchführung der ersten Nacheinspritzung so stark wie möglich verzögert wird, wird somit die Nachverbrennung durch die erste Nacheinspritzung sicher im Anschluss an die Hauptverbrennung sein.
  • Ein Zeitpunkt, zu dem eine zweite Nacheinspritzung durchgeführt wird, ist im Grund ähnlich der Beziehung zwischen der Hauptverbrennung und der Nachverbrennung durch die erste Nacheinspritzung, wobei die zweite Nacheinspritzung so durchgeführt wird, dass eine Nachverbrennung durch die zweite Nacheinspritzung erzeugt wird (eine Wärmeerzeugung durch die Nachverbrennung beginnt), bevor die Nachverbrennung durch die erste Nacheinspritzung endet. Selbst wenn die zweite Nacheinspritzung den Kraftstoff außerhalb des Hohlraums 14a einspritzt, kann, da die Temperatur im Inneren des Zylinders 11a durch die Hauptverbrennung und die Nachverbrennung auf Grund der ersten Nacheinspritzung erhöht wird, die Nachverbrennung durch die zweite Nacheinspritzung fortfahren, im Anschluss an die Nachverbrennung durch die erste Nacheinspritzung. Somit hält bei dieser Ausführungsform die Verbrennung durch sechsmaliges Durchführen der Nacheinspritzung bis zu der mittleren Stufe bzw. Stadium des Expansionshub an. Es ist zu beachten, dass, wenn die Entstehung von unverbranntem HC und unverbranntem CO unterbunden werden kann, die Verbrennung vorzugsweise bis zu der letzten Stufe bzw. Stadium des Expansionshubs anhält.
  • Die Einspritzmenge der Nacheinspritzungen ist angesichts des Erhöhens der Temperatur im Inneren des Zylinders 11a vorzugsweise groß, damit die Verbrennung für einen langen Zeitraum anhält. Wenn die Einspritzmenge jedoch übermäßig groß ist, kann Ruß entstehen und unverbrannter Kraftstoff kann übrig bleiben, und die Entstehung von unverbranntem HC und unverbranntem CO kann verursacht werden.
  • Daher wird die Einspritzmenge vorzugsweise auf solch eine Menge festgelegt, dass der eingespritzte Kraftstoff vollständig verbrannt wird und Ruß, unverbranntes HC und unverbranntes CO nicht entstehen. Insbesondere wenn die Turbinen 61b und 62b wie bei dieser Ausführungsform in dem Auslassdurchgang 40 stromaufwärts des Oxidationskatalysators 41a angeordnet sind, werden Ruß und HC teerig, wenn bzw. da sie miteinander vermischt werden, und können an den Turbinen 61b und 62b anhaften; daher ist es wünschenswert, die Einspritzmenge der Nacheinspritzungen geeignet bzw. passend festzulegen.
  • Da der Kraftstoff bei einer späteren Nacheinspritzung auf Grund der Druckabnahme im Inneren des Zylinders 11a schwieriger verbrennt, und bei den Nacheinspritzungen in dem späteren Stadium der gesamten Nacheinspritzungen, nimmt, wenn die Einspritzmenge so festgelegt wird, dass sie im Wesentlichen gleich den Nacheinspritzungen in dem früheren Stadium ist, die Wahrscheinlich zu, dass unverbranntes HC und unverbranntes CO entstehen. Wie es in 3 gezeigt ist, reduziert daher das PCM 10 die Einspritzmenge dahingehend, bei den Nacheinspritzungen in dem späteren Stadium geringer zu sein als bei den Nacheinspritzungen in dem früheren Stadium. In 3 ist die Einspritzmenge bei der ersten Nacheinspritzung und der zweiten Nacheinspritzung gleich, und die Einspritzmenge der dritten Nacheinspritzung und danach ist unter der Einspritzmenge der ersten und zweiten Nacheinspritzung festgelegt und wird ferner weniger zu der späteren bzw. letzten Nacheinspritzung hin. Ohne hierauf beschränkt zu sein kann die Einspritzmenge beispielsweise von der ersten Nacheinspritzung zu der letzen Nacheinspritzung hin niedriger festgelegt sein, und alternativ kann die Einspritzmenge bei einer vorbestimmten Anzahl von Nacheinspritzungen beginnend bei der ersten Nacheinspritzung (z. B. drei) gleich sein und die Einspritzmenge des Rests der Nacheinspritzungen kann unter diesen gleich sein und niedriger als die Einspritzmenge der vorbestimmten Anzahl an Nacheinspritzungen.
  • Da der Kraftstoff bei der späteren Nacheinspritzung schwieriger verbrennt, braucht, wenn Einspritzintervalle zwischen angrenzenden Nacheinspritzungen in dem späteren Stadium gleich einem Einspritzintervall zwischen angrenzenden Nacheinspritzungen in dem frühen Stadium sind, selbst wenn die Nacheinspritzung in dem späteren Stadium durchgeführt wird, der Kraftstoff Zeit zu verbrennen, und eine Wahrscheinlichkeit, dass die Nachverbrennung im Anschluss an die unmittelbar vorhergehende Nacheinspritzung nicht auftritt (unverbrannter Kraftstoff übrig bleibt), nimmt zu. Wie es in 5 gezeigt ist, ist somit für die Nacheinspritzungen die Einspritzmenge vorzugsweise dahingehend verringert, bei den Nacheinspritzungen in dem späteren Stadium niedriger zu sein als die Nacheinspritzungen in dem früheren Stadium, und der Einspritzzeitraum ist vorzugsweise bei den Nacheinspritzungen in dem späteren Stadium kürzer als bei den Nacheinspritzungen in dem früheren Stadium. Auf diese Weise wird der Kraftstoff jeder der Nacheinspritzungen, einschließlich der Nacheinspritzungen in dem späteren Stadium, zu einem geeigneten Zeitpunkt verbrannt, um die Verbrennung fortzusetzen, und in Verbindung mit der Verringerung der Einspritzmenge kann die Enstehung von unverbranntem HC und unverbranntem CO effektiv unterbunden werden. In 5 sind ein Einspritzintervall zwischen der ersten und der zweiten Nacheinspritzung und ein Einspritzintervall zwischen der zweiten und der dritten Nacheinspritzung im Wesentlichen gleich, und Einspritzintervalle danach sind zu der späteren Nacheinspritzung hin kürzer. Auf Grund einer solchen Verkürzung des Einspritzintervalls, wobei die sechs Nacheinspritzungen gleich wie in dem Fall von 3 sind, ist ein Zeitpunkt, zu dem die Nachverbrennung durch die letzte Nacheinspritzung endet, früher als in dem Fall von 3. Angesichts des Erhöhens der Abgastemperatur ist ein Zeitpunkt, zu dem die Nachverbrennung durch die letzte Nacheinspritzung endet, vorzugsweise so spät wie möglich. In 5 ist eine siebte Nacheinspritzung (eine Einspritzmenge davon ist niedriger als die sechste Nacheinspritzung) hinzugefügt.
  • Es ist zu beachten, dass die Einspritzmenge bei den Nacheinspritzungen fest sein kann und die Einspritzintervalle unter den Nacheinspritzungen in dem späteren Stadium kürzer sein können als die Einspritzintervalle unter den Nacheinspritzungen in dem früheren Stadium. Auch kann hierdurch der Kraftstoff bei jeder der Nacheinspritzungen, einschließlich der Nacheinspritzungen in dem späteren Stadium, vollständig verbrannt werden und die Entstehung von unverbranntem HC und unverbranntem CO kann unterbunden werden.
  • Die Motordrehzahl, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand in einem Leerlaufzustand ist, ist höher (z. B. näherungsweise 1500 bis näherungsweise 2000 min–1) als die Motordrehzahl, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem aktivierten Zustand in einem Leerlaufzustand ist (gleicher Pegel wie die Motordrehzahl in dem Leerlaufzustand bei einem herkömmlichen Dieselmotor), und somit wird die Zündfähigkeit verbessert und die Abgastemperatur weiter erhöht. Selbst wenn die Motordrehzahl in dem Leerlaufzustand erhöht wird, ist auf Grund des verringerten Verdichtungsverhältnisses der Pegel an Vibrationen und Geräuschen (so genannte noise vibration und harshness = NVH, Deutsch: Geräusch Vibration und Rauheit) ähnlich dem herkömmlichen Dieselmotor.
  • 6 zeigt einen Kraftstoffeinspritzmodus in dem Leerlaufzustand, der durch das PCM 10 gesteuert bzw. geregelt wird, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem aktivierten Zustand ist. In dem Leerlaufzustand, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem aktivierten Zustand ist (bestimmt als der aktivierte Zustand basierend auf der detektierten Temperatur von dem Abgastemperatursensor SW8), steuert bzw. regelt das PCM 10 den Injektor 18 dahingehend, eine Piloteinspritzung, eine Mehrzahl von Voreinspritzungen (bei dieser Ausführungsform zwei Voreinspritzungen) und eine Haupteinspritzung durchzuführen. Da der Oxidationskatalysator 41a in dem aktivierten Zustand ist, werden die Nacheinspritzungen in dem deaktivierten Zustand nicht durchgeführt. In dem Leerlaufzustand, obwohl eine vergleichsweise große Kraftstoffmenge zum Einspritzen erforderlich ist, da die Motordrehzahl niedrig und die Zündfähigkeit schlecht ist, verursacht ein Einspritzen der großen Kraftstoffmenge in einer Einspritzung die Entstehung von Ruß. Daher wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge geteilt. Es ist zu beachten, dass die Piloteinspritzung und die Voreinspritzungen nicht wesentlich sind und die Voreinspritzungen nur ein Mal erfolgen können; wenn jedoch das Verdichtungsverhältnis wie bei dieser Ausführungsform verringert wird, ist der Kraftstoffeinspritzmodus in 6 bevorzugt, um eine stabile Zündfähigkeit des Kraftstoffs bei der Haupteinspritzung sicherzustellen.
  • Die Piloteinspritzung und die beiden Voreinspritzungen werden sequentiell vor dem CTDC durchgeführt. Die Piloteinspritzung unterbindet die Entstehung von Ruß, indem sie eine Vormischleistung verbessert, und erzeugt leicht eine Vorverbrennung durch die erste Voreinspritzung. Zudem wird die Vorverbrennung durch die erste Voreinspritzung erzeugt und die zweite Voreinspritzung wird so durchgeführt, dass eine Vorverbrennung dadurch im Anschluss an die erste Vorverbrennung erzeugt wird. Eine Beziehung zwischen der zweiten Voreinspritzung und der Haupteinspritzung ist ähnlich der Beziehung zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand ist, und die Haupteinspritzung wird zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt, dass eine Wärmeerzeugung durch die Haupteinspritzung beginnt, nachdem die Wärmeabgaberate durch die zweite Vorverbrennung den Höhepunkt überschreitet und bevor sie Null erreicht. Es ist zu beachten, dass, da die Nacheinspritzung nicht erforderlich ist, der Zeitpunkt, zu dem die Haupteinspritzung durchgeführt wird, vor dem CTDC sein kann. Obwohl ein großer Teil des Einspritzzeitraums der Haupteinspritzung nach dem CTDC ist, beginnt in 6 die Haupteinspritzung unmittelbar vor dem CTDC.
  • Wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem aktivierten Zustand und nicht in dem Leerlaufzustand ist, ist der Kraftstoffeinspritzmodus in Entsprechung mit dem Betriebszustand des Motors festgelegt, bei dem eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung zumindest jeweils ein Mal durchgeführt werden. Die Beziehung zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung ist ähnlich der Beziehung zwischen der zweiten Voreinspritzung und der Haupteinspritzung in dem Leerlaufzustand.
  • 7 ist ein P-V-Graph (PV = pressure volume; Deutsch: Druck Volumen) in dem Leerlaufzustand des Motors 1, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand ist (mit Nacheinspritzungen) und wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem aktivierten Zustand ist (ohne Nacheinspritzungen).
  • „Mit Nacheinspritzungen” zeigt an, wenn bzw. dass der Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzmodus in 3 eingespritzt wird, und „ohne Nacheinspritzungen” zeigt an, wenn bzw. dass der Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzmodus in 6 eingespritzt wird. „Mit Nacheinspritzungen” sind der Druck während des Verdichtens und der maximale Druck (Druck an dem CTDC) niedriger als „ohne Nacheinspritzungen”, da die Öffnung des Einlassdrosselventils 36 bei „mit Nacheinspritzungen” kleiner ist als bei „ohne Nacheinspritzungen”, was bewirkt, dass eine geringere Menge an Ansaugluft in den Zylinder 11a eingebracht wird.
  • Wie es aus 7 ersichtlich ist, ist „mit Nacheinspritzungen” der Druck bei dem Expansionshub auf Grund der Nachverbrennungen erhöht, und der Druck am Ende des Expansionshubs ist ebenfalls erhöht. Dies bedeutet, dass die Abgastemperatur erhöht ist.
  • 8 zeigt ein Ergebnis des Prüfens einer Beziehung, in dem Motor 1, zwischen einer gestuften Anzahl an Nacheinspritzungen (zwischen vier bis sechs Stufen bzw. Stadien) mit der Abgastemperatur an einem Einlass des Auslassdurchgangs 40 (unmittelbar nachdem das Abgas aus dem Zylinder 11a ausgestoßen wird) und der Abgastemperatur an einem Einlass des Oxidationskatalysators 41a. Dabei ist jedes Einspritzintervall zwischen angrenzenden Nacheinspritzungen fest, und selbst wenn die gestufte Anzahl an Nacheinspritzungen verändert wird, ist das Einspritzintervall das gleiche. Dies bedeutet, dass die Verbrennung für einen längeren Zeitraum anhält, wenn bzw. da die gestufte Anzahl größer ist. Obwohl eine Einspritzmenge einer einzelnen Einspritzung bei einer bzw. jeder von vier bis sechs gestuften Nacheinspritzungen gleich ist, ändert sich, wenn die gestufte Anzahl an Nacheinspritzungen verändert wird, die Einspritzmenge einer einzelnen Einspritzung. Es ist zu beachten, dass eine Gesamteinspritzmenge aller Nacheinspritzungen die gleiche ist, selbst wenn sich die gestufte Anzahl verändert. Beispielsweise mit den vier gestuften Nacheinspritzungen ist die Einspritzmenge einer einzelnen Einspritzung 1/4 der Gesamteinspritzmenge aller Nacheinspritzungen.
  • Wie es aus 8 ersichtlich ist, nehmen die Abgastemperaturen an dem Einlass des Auslassdurchgangs 40 und dem Einlass des Oxidationskatalysators 41a zu, wenn bzw. da die gestufte Anzahl an Nacheinspritzungen größer ist. Durch Festlegen der gestuften Anzahl an Nacheinspritzungen dahingehend, die Verbrennung zu haben, die so lange wie möglich bei dem Expansionshub andauert, kann die Abgastemperatur so stark wie möglich erhöht werden.
  • Es ist zu beachten, dass, wenn zwei Turbinen 61a und 62b in dem Auslassdurchgang 40 stromaufwärts des Oxidationskatalysators 41a wie bei dieser Ausführungsform angeordnet sind, wie es aus 8 ersichtlich ist, die Abgastemperatur an dem Einlass des Oxidationskatalysators 41a verglichen mit der Abgastemperatur an dem Einlass des Auslassdurchgangs 40 erheblich verringert wird. Diese Tendenz wird gleichermaßen beibehalten, auch wenn die Anzahl an Turbinen Eins beträgt. Daher ist es bei Dieselmotoren mit Turboladern schwierig, die Temperatur des Oxidationskatalysators 41a unverzüglich zu erhöhen, wenn nicht die Nacheinspritzungen wie bei dieser Ausführungsform durchgeführt werden. Somit sind die Nacheinspritzungen dieser Ausführungsform insbesondere bei den Dieselmotoren mit Turboladern effektiv.
  • 9 zeigt ein Ergebnis des Prüfens einer Änderung über Zeit der Abgastemperatur an dem Einlass des Auslassdurchgangs 40 (unmittelbar nachdem das Abgas aus dem Zylinder 11a ausgestoßen wird), der Abgastemperatur an dem Einlass des Oxidationskatalysators 41a, einer HC-Ausstoßmenge (Ausstoßmenge von HC in die Atmosphäre pro Zeiteinheit) und einer CO-Ausstoßmenge (Ausstoßmenge von CO in die Atmosphäre pro Zeiteinheit). Die durchgezogene Linie zeigt an, wenn bzw. dass der Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzmodus in 3 „mit Nacheinspritzungen” eingespritzt wird. Die unterbrochene Linie zeigt an, wenn bzw. dass der Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzmodus in 6 „ohne Nacheinspritzungen” eingespritzt wird.
  • Der Motor 1 startet an einem Zeitpunkt t0 und dadurch erhöht sich die Motordrehzahl. „Mit Nacheinspritzungen” nimmt die Motordrehzahl auf näherungsweise 1500 bis näherungsweise 2000 min–1 zu, und „ohne Nacheinspritzungen” nimmt sie auf etwa 800 min–1 zu. Zudem ist bei dem Start des Motors 1 „mit Nacheinspritzungen” die Öffnung des Einlassdrosselventils 36 unter der vorbestimmten Öffnung, und „ohne Nacheinspritzungen” ist sie nahe an vollständig geöffnet. Es ist zu beachten, dass die Zündkerze 19 auch „mit Nacheinspritzungen” gleich wie „ohne Nacheinspritzungen” betrieben bzw. betätigt wird.
  • „Mit Nacheinspritzungen” nehmen die Abgastemperaturen an dem Einlass des Oxidationskatalysators 40 und dem Einlass des Oxidationskatalysators 41a vergleichen mit einem Fall „ohne Nacheinspritzungen” zu. „Mit Nacheinspritzungen”, da die Einspritzmenge der Nacheinspritzungen etwas groß ist, bleibt der unverbrannte Kraftstoff übrig und die Ausstoßmengen an HC und CO sind temporär größer als „ohne Nacheinspritzungen” (die Ausstoßmenge an HC ist besonders groß). Der Oxidationskatalysator 41a beginnt jedoch, auf Grund des Anstiegs der Abgastemperatur aktiviert zu werden und daher verringern sich unmittelbar die Ausstoßmengen an HC und CO und werden nach einem Zeitpunkt t1 (nach näherungsweise 35 Sekunden ab dem Start des Motors 1) niedriger als „ohne Nacheinspritzungen”. Es ist zu beachten, dass die Ausstoßmenge an CO niedriger wird als „mit Nacheinspritzungen” vor dem Zeitpunkt t1.
  • An einem Zeitpunkt t2 (nach näherungsweise 45 Sekunden ab dem Start des Motors 1) geht der Oxidationskatalysator 41a vollständig in den aktivierten Zustand über, und danach stabilisieren sich die Ausstoßmangen an HC und CO auf einem niedrigen Niveau. „Ohne Nacheinspritzungen” jedoch dauert es einige Minuten, bis der Oxidationskatalysator 41a in den aktivierten Zustand übergeht. In Anbetracht der Gesamtausstoßmengen an HC und CO ab dem Start bis zum Stopp des Motors 1 sind die Ausstoßmengen „mit Nacheinspritzungen” geringer. Durch geeignetes Festlegen der Gesamteinspritzmenge der Nacheinspritzungen, um die Entstehung von unverbranntem Kraftstoff so gut wie möglich zu unterbinden, können ferner die Ausstoßmengen an HC und CO weiter reduziert werden.
  • „Mit Nacheinspritzungen” in 9, obwohl der Kraftstoffeinspritzmodus in 3 auch nach dem Zeitpunkt t2 fortfährt, geht, da der Oxidationskatalysator 41a in dem aktivierten Zustand ist, der Kraftstoffeinspritzmodus nach dem Zeitpunkt t2 in denjenigen in 6 über.
  • Es ist zu beachten, dass, wenn der Kraftstoffeinspritzmodus in denjenigen in 6 übergeht, unmittelbar nachdem der Oxidationskatalysator 41a der aktivierte Zustand wird, die Abgastemperatur sinkt und die Temperatur des Oxidationskatalysators 41a auf unter die Aktivierungstemperatur sinken kann. Somit kann eine Späteinspritzung zum Zuführen des unverbrannten Kraftstoffs an den Oxidationskatalysator 41a bei dem Expansionshub oder Auslasshub nach der Haupteinspritzung in dem Kraftstoffeinspritzmodus in 6 (die Pilot- und Haupteinspritzung sind nicht wesentlich und die Anzahl an Voreinspritzungen kann nur Eins sein) für einen vorbestimmten Zeitraum durchzuführen, wenn der Oxidationskatalysator 41a der aktivierte Zustand wird. Auch in diesem Fall kann, da der Oxidationskatalysator 41a bereits in den aktivierten Zustand ist, der Ausstoß von HC und CO in die Atmosphäre unterbunden werden und die Temperatur des aktivierten Oxidationskatalysators 41a kann auf einer Temperatur über der Aktivierungstemperatur gehalten werden, und zwar durch Wärme einer Oxidationsreaktion des unverbrannten Kraftstoffs, die durch den aktivierten Oxidationskatalysator 41a bewirkt wird.
  • Die Späteinspritzung wird auch durchgeführt, wenn der DPF 41b regeneriert ist bzw. wird, mit anderen Worten, wenn eine durch den DPF 41b eingefangene Partikelmenge zunimmt und eine Differenz zwischen detektierten Drücken von dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Abgasdrucksensor SW6 und SW7 über einen vorbestimmten Wert kommt, wird die Späteinspritzung durchgeführt, um die eingefangenen Partikel zu verbrennen.
  • Da bei dieser Ausführungsform die Voreinspritzung, die Haupteinspritzung und die Mehrzahl von Nacheinspritzungen durchgeführt werden, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand ist, so dass die Verbrennung bis zu dem mittleren Stadium des Expansionshubs andauert, kann, selbst wenn das geometrische Verdichtungsverhältnis näherungsweise 15:1 oder weniger beträgt, die Temperatur des aus dem Zylinder 11a ausgestoßenen Abgases erhöht werden und der Oxidationskatalysator 41a kann in dem deaktivierten Zustand unverzüglich aktiviert werden. Im Ergebnis kann die Reduzierung der Rohemission von NOx durch das verringerte Verdichtungsverhältnis erreicht werden und die Verringerung der Ausstoßmenge von HC und CO in die Atmosphäre kann durch den Oxidationskatalysator 41a erreicht werden. Auf Grund der Reduzierung der Rohemission von NOx wird der Katalysator zum Reinigen von NOx unnötig. Ferner wird insbesondere durch die Voreinspritzung die Zeitdauer, wo eine Kraftstoffzündung für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung verzögert wird, stabilisiert und somit kann der Zeitpunkt, zu dem die Hauptverbrennung endet, stabilisiert werden. Auf diese Weise wird der Zeitpunkt des Durchführens der ersten Nacheinspritzung spezifiziert und die Nachverbrennung durch die erste Nacheinspritzung kann sicher im Anschluss an die Hauptverbrennung sein.
  • Durch Einspritzen des Kraftstoffs in den Hohlraum 14a bei der Haupteinspritzung und der ersten Nacheinspritzung kann die Nachverbrennung durch die erste Nacheinspritzung sicher im Anschluss an die Hauptverbrennung erzeugt werden. Durch Durchführen der nächsten Nacheinspritzung zum Erzeugen der Nachverbrennung durch diese nächste Nacheinspritzung vor der Nachverbrennung durch die erste Nacheinspritzung, selbst wenn der Kraftstoff bei dieser nächsten Nacheinspritzung außerhalb des Hohlraums 14a eingespritzt wird, kann, da die Temperatur im Inneren des Zylinders 11a durch die Hauptverbrennung und die Nachverbrennung durch die erste Nacheinspritzung erhöht wird, die Nachverbrennung im Anschluss an die Nachverbrennung durch die erste Nacheinspritzung durch die nächste Nacheinspritzung fortfahren und die Verbrennung kann leicht bis zu dem mittleren Stadium des Expansionshubs andauern.
  • Ferner kann bei den Nacheinspritzungen durch Verringern der Einspritzmenge dahingehend, dass sie bei den Nacheinspritzungen in dem späteren Stadium geringer ist als bei den Nacheinspritzungen in dem früheren Stadium, der durch die Nacheinspritzungen in dem späteren Stadium eingespritzte Kraftstoff vollständig verbrannt werden und die Entstehung von unverbranntem HC und CO unterbunden werden. Wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand ist, kann daher die Ausstoßmenge von HC und CO in die Atmosphäre verringert werden.
  • Die Entstehung von unverbranntem HC und unverbranntem CO kann ferner unterbunden werden, indem das Einspritzintervall bei den Nacheinspritzungen in dem späteren Stadium kürzer festgelegt wird als bei den Nacheinspritzungen in dem früheren Stadium, während die Einspritzmenge bei den Nacheinspritzungen stabil gemacht bzw. festgelegt wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und kann innerhalb des Schutzumfangs modifiziert werden, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Bei dieser Ausführungsform spritzt das PCM 10 beispielsweise den Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzmodus von 3 (oder 5) ein, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand ist; solch ein Kraftstoffeinspritzmodus kann jedoch auch angewandt werden, wenn der Motor 1 in dem kalten Zustand ist. Auf diese Weise kann der Motor 1 in dem kalten Zustand unverzüglich in den aufgewärmten Zusand überführt werden. In diesem Fall, wenn der Motor 1 in den aufgewärmten Zustand (wenn die von dem Wassertemperatursensors SW1 detektierte Temperatur des Motorkühlmittels die Referenztemperatur überschreitet) überführt wird, kann der Kraftstoffeinspritzmodus in den Kraftstoffeinspritzmodus von 6 geändert werden.
  • Ferner ist bei dieser Ausführungsform das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors 1 näherungsweise 15:1 oder niedriger; ohne Beschränkung auf solch ein niedriges Verdichtungsverhältnis ist auch ein geometrische Verdichtungsverhältnis über 15:1 für die unverzügliche Aktivierung des Katalysators wirksam.
  • Bei dieser Ausführungsform steuert bzw. regelt das PCM 10 den Injektor 18 ferner dahingehend, die Voreinspritzung, die Haupteinspritzung und die Mehrzahl von Nacheinspritzungen durchzuführen, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand ist; die Nacheinspritzungen sind jedoch nicht wesentlich. Auch in diesem Fall kann der Zündverzögerungszeitraum für Kraftstoff aus der Haupteinspritzung so stark wie möglich stabilisiert werden, wenn der Oxidationskatalysator 41a in dem deaktivierten Zustand ist (oder wenn der Motor 1 in dem kalten Zustand ist). Daher kann eine geeignete Verbrennung erzielt werden. Durch Starten der Hauptverbrennung nahe dem CTDC kann daher die Verbrennungsenergie der Hauptverbrennung effizient auf die Kurbelwelle 15 übertragen werden und somit können ein erzeugtes Drehmoment und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden.
  • Ferner ist bei dieser Ausführungsform der Motor 1 der Dieselmotor mit den Turboladern, zu denen die Turbolader 61 und 62 gehören; er kann jedoch auch ein Dieselmotor mit einem Turbolader oder ohne Turbolader sein.
  • Die oben beschriebene Ausführungsform ist lediglich eine Veranschaulichung in allen Aspekten der vorliegenden Erfindung und darf daher nicht auf einschränkende Weise verstanden werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert, und alle Modifikationen und Änderungen, die in den äquivalenten Bereich der Ansprüche fallen, liegen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung ist bei Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtungen von Dieselmotoren nützlich, und ist insbesondere bei Dieselmotoren nützlich, die ein geometrische Verdichtungsverhältnis von 15:1 oder niedriger aufweisen und/oder die einen oder mehrere Turbolader aufweisen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dieselmotor
    10
    PCM (Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul) (Temperaturberechnungsmodul)
    11a
    Zylinder
    14
    Kolben
    14a
    Hohlraums
    18
    Injektor bzw. Einspritzdüse (Kraftstoffeinspritzventil)
    30
    Einlass- bzw. Ansaugdurchgang
    40
    Auslassdurchgang
    41a
    Oxidationskatalysator (Katalysator zum Reinigen von HC)
    61
    großer Turbolader
    61a
    Verdichter des großen Turboladers
    61b
    Turbine des großen Turboladers
    62
    kleiner Turbolader
    62a
    Verdichter des kleinen Turboladers
    62b
    Turbine des kleinen Turboladers
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007-154824 A [0005, 0006]

Claims (10)

  1. Dieselmotor (1), umfassend: einen Motorkörper, der mit Kraftstoff zu versorgen ist, der hauptsächlich Dieselkraftstoff enthält; ein Kraftstoffeinspritzventil (18) zum Einspritzen des Kraftstoffs in einen Zylinder (11a) des Motorkörpers; ein Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul zum Steuern bzw. Regeln der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil (18); und einen Katalysator (41a) zum Reinigen von HC und vorgesehen in einem Auslassdurchgang (40), durch den Abgas aus dem Zylinder (11a) ausgestoßen wird, wobei, wenn der Katalysator (41a) in einem deaktivierten Zustand ist und/oder der Motorkörper in einem kalten Zustand ist, das Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul das Kraftstoffeinspritzventil (18) dahingehend steuert bzw. regelt, eine Haupteinspritzung zum Erzeugen, in dem Zylinder (11a), einer Hauptverbrennung, die hauptsächlich eine Diffusionsverbrennung enthält, und eine Voreinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs vor der Haupteinspritzung durchzuführen, um eine Vorverbrennung in dem Zylinder (11a) vor der Hauptverbrennung zu erzeugen; wobei die Haupteinspritzung zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt wird, dass eine Wärmeerzeugung durch die Hauptverbrennung beginnt, nachdem eine durch die Vorverbrennung bewirkte Wärmeabgaberate ihren Höhepunkt überschreitet und bevor sie Null erreicht; und wobei die Vorverbrennung zu einem solchen Zeitpunkt vor einem oberen Totpunkt bei einem Verdichtungshub (CTDC) durchgeführt wird, dass die Haupteinspritzung nach dem oberen Verdichtungstotpunkt durchgeführt wird.
  2. Dieselmotor (1) nach Anspruch 1, wobei ein geometrische Verdichtungsverhältnis des Motorkörpers näherungsweise 15:1 oder niedriger ist.
  3. Dieselmotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein Temperaturberechnungsmodul zum Berechnen einer Temperatur im Inneren des Zylinders (11a) an dem oberen Verdichtungstotpunkt (CTDC), wobei das Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul eine Einspritzmenge der Voreinspritzung erhöht und/oder einen Einspritzzeitpunkt der Voreinspritzung vorrückt, wenn die von dem Temperaturberechnungsmodul berechnete Temperatur niedriger ist.
  4. Dieselmotor (1) nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, wobei, wenn der Katalysator (41a) in dem deaktivierten Zustand ist, das Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul das Kraftstoffeinspritzventil (18) dahingehend steuert bzw. regelt, zusätzlich zu der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung eine Nacheinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs nach der Haupteinspritzung durchzuführen, um eine Nachverbrennung in dem Zylinder (11a) im Anschluss an die Hauptverbrennung zu erzeugen.
  5. Dieselmotor (1) nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, ferner umfassend einen Turbolader (61, 62), der einen Verdichter (61a, 62a), der in einem Einlassdurchgang (30) des Dieselmotors (1) angeordnet ist, und eine Turbine (61b, 62b) enthält, die in dem Auslassdurchgang (40) auf einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators (41a) angeordnet ist, zur Turboaufladung von Ansaugluft in den Zylinder (11a).
  6. Dieselmotor (1) nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, wobei der Katalysator (41a) ein Oxidationskatalysator ist, und für einen vorbestimmten Zeitraum, nachdem der Katalysator (41a) in einen aktivierten Zustand gelangt, das Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelmodul das Kraftstoffeinspritzventil (18) dahingehend steuert bzw. regelt, die Haupteinspritzung zum Erzeugen, in dem Zylinder (11a), der Hauptverbrennung, die hauptsächlich die Diffusionsverbrennung enthält, und eine Späteinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs nach der Haupteinspritzung durchzuführen, um dem Katalysator unverbrannten Kraftstoff zuzuführen.
  7. Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtung für einen Dieselmotor (1), wobei der Motor ein Kraftstoffeinspritzventil (18) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder (11a) des Motors und einen Katalysator (41a) zum Reinigen von HC umfasst, der in einem Auslassdurchgang (40) des Motors vorgesehen ist, wobei die Kraftstoffeinspritzsteuer- bzw. -regelvorrichtung konfiguriert ist: wenn der Katalysator (41a) in einem deaktivierten Zustand ist und/oder der Motorkörper in einem kalten Zustand ist, das Kraftstoffeinspritzventil (18) dahingehend zu steuern bzw. zu regeln, eine Haupteinspritzung zum Erzeugen, in dem Zylinder (11a), einer Hauptverbrennung, die hauptsächlich eine Diffusionsverbrennung enthält bzw. umfasst, und eine Voreinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs vor der Haupteinspritzung durchzuführen, um eine Vorverbrennung in dem Zylinder (11a) vor der Hauptverbrennung zu erzeugen; wobei die Haupteinspritzung zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt wird, dass eine Wärmeerzeugung durch die Hauptverbrennung beginnt, nachdem eine durch die Vorverbrennung bewirkte Wärmeabgaberate ihren Höhepunkt überschreitet und bevor sie Null erreicht; und wobei die Vorverbrennung zu einem solchen Zeitpunkt vor einem oberen Totpunkt bei einem Verdichtungshub (CTDC) durchgeführt wird, dass die Haupteinspritzung nach dem oberen Verdichtungstotpunkt durchgeführt wird.
  8. Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Dieselmotors, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Kraftstoffeinspritzventils (18) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder (11a) des Motors, Bereitstellen eines Katalysators (41a) zum Reinigen von HC in einem Auslassdurchgang (40) des Motors, wenn der Katalysator (41a) in einem deaktivierten Zustand ist und/oder der Motorkörper in einem kalten Zustand ist, Steuern bzw. Regeln des Kraftstoffeinspritzventils (18) dahingehend, eine Haupteinspritzung zum Erzeugen, in dem Zylinder (11a), einer Hauptverbrennung, die hauptsächlich eine Diffusionsverbrennung enthält, und eine Voreinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs vor der Haupteinspritzung durchzuführen, um eine Vorverbrennung in dem Zylinder (11a) vor der Hauptverbrennung zu erzeugen, Durchführen der Haupteinspritzung zu einem solchen Zeitpunkt, dass eine Wärmeerzeugung durch die Hauptverbrennung beginnt, nachdem eine durch die Vorverbrennung bewirkte Wärmeabgaberate ihren Höhepunkt überschreitet und bevor sie Null erreicht, und Durchführen der Vorverbrennung zu einem solchen Zeitpunkt vor einem oberen Totpunkt bei einem Verdichtungshub (CTDC), dass die Haupteinspritzung nach dem oberen Verdichtungstotpunkt durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend die Schritte: Berechnen einer Temperatur im Inneren des Zylinders (11a) bei dem oberen Verdichtungstotpunkt (CTDC), und Erhöhen einer Einspritzmenge der Voreinspritzung und/oder Vorrücken eines Einspritzzeitpunkts der Voreinspritzung, wenn die berechnete Temperatur im Inneren des Zylinders (11a) niedriger ist.
  10. Computerprogrammprodukt, umfassend computerimplementierte Instruktionen, die, wenn auf einem geeigneten System geladen und ausgeführt, die Schritte eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9 durchführen können.
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